JP4717366B2

JP4717366B2 - 平面状コネクター

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Publication number: JP4717366B2
Application number: JP2004092020A
Authority: JP
Inventors: 博樹深津; 一史渡辺; 俊雄塩飽; 浩一大芝
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: TW200537757A; WO2005093909A1; CN100539317C; TWI343676B; JP2005276758A; CN1934756A

Description

本発明は、ＣＰＵソケット等の外枠内部に格子構造を有する平面状コネクターに関する。

液晶性ポリマーは、熱可塑性樹脂の中でも寸法精度、制振性、流動性に優れ、成形時のバリ発生が極めて少ない材料として知られている。従来、このような特徴を活かし、液晶性ポリマーが各種電子部品の材料として多く採用されてきた。

特に、近年のエレクトロニクス機器の高性能化に伴う、コネクターの高耐熱化（実装技術による生産性向上）、高密度化（多芯化）、小型化という時代の要請もあり、上記液晶性ポリマーの特徴を活かし、ガラス繊維で強化された液晶性ポリマー組成物がコネクターとして採用されている（非特許文献１、特許文献１）。ＣＰＵソケットに代表される外枠内部に格子構造を有する平面状コネクターにおいては、上記高耐熱化、高密度化、小型化の傾向が顕著であり、ガラス繊維で強化された液晶性ポリマー組成物が多く採用されている。

しかし、ある程度流動性の良いガラス繊維強化液晶性ポリマー組成物であっても、近年要求されている格子部のピッチ間隔が２mm以下、端子を保持する格子部の樹脂部分の肉厚が0.5mm以下という非常に薄肉の平面状コネクターとして使用するには性能が不十分であった。即ち、このような格子部の非常に薄肉の平面状コネクターにおいては、格子部へ樹脂を充填しようとすると、流動性が十分でないために充填圧が高くなり、結果として得られる平面状コネクターのそり変形量が多くなるという問題がある。

この問題を解決するには、ガラス繊維の添加量を少なくした流動性の良好な液晶性ポリマー組成物の使用が考えられるが、このような組成物では強度不足となり、実装時のリフローにより変形するという問題が生じる。

このように、未だ性能バランスの優れた液晶性ポリマー製平面状コネクターは得られていないのが現状である。
「全調査エンジニアリングプラスチックス’９２−’９３」、１８２〜１９４頁、１９９２年発行特開平９−２０４９５１号公報

以上のように、格子構造を有する平面状コネクターに用いる液晶性ポリマー組成物に関しては様々な検討が行われているが、特に格子部のピッチ間隔が２mm以下、格子部の厚みが0.5mm以下といった非常に薄肉の平面状コネクターに関しては、成形性、平面度、そり変形、耐熱性等の性能の全てに優れた材料は存在しなかった。

本発明者等は上記問題点に鑑み、性能バランスの優れた液晶性ポリマー製平面状コネクターを提供すべく鋭意探索、検討を行ったところ、繊維強化液晶性ポリマー組成物において、配合する繊維状充填剤の重量平均長さと配合量が一定の関係にある場合、成形性良く、平面度、そり変形、耐熱性等の性能の全てに優れた平面状コネクターが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち本発明は、(A) 液晶性ポリマーに(B) 繊維状充填剤を配合した(C) 複合樹脂組成物（但し、配合する(B) 繊維状充填剤の配合量と重量平均長さとの関係が、以下の領域(D) の規定内を満足するもの）から形成される、外枠の内部に格子構造を有する平面状コネクターである。
［領域(D)］
Ｘ軸を(B) 繊維状充填剤の配合量（(C) 複合樹脂組成物中の重量％）、Ｙ軸を(B) 繊維状充填剤の重量平均長さ（μm ）として、以下の(1) 〜(5) の関数で囲まれる領域
(1) Ｘ＝40
(2) Ｘ＝53
(3) Ｙ＝160
(4) Ｙ＝360
(5) Ｙ＝（18222／Ｘ）−84.44

以下、本発明を詳細に説明する。本発明で使用する液晶性ポリマー(A) とは、光学異方性溶融相を形成し得る性質を有する溶融加工性ポリマーを指す。異方性溶融相の性質は、直交偏光子を利用した慣用の偏光検査法により確認することが出来る。より具体的には、異方性溶融相の確認は、Ｌｅｉｔｚ偏光顕微鏡を使用し、Ｌｅｉｔｚホットステージに載せた溶融試料を窒素雰囲気下で４０倍の倍率で観察することにより実施できる。本発明に適用できる液晶性ポリマーは直交偏光子の間で検査したときに、たとえ溶融静止状態であっても偏光は通常透過し、光学的に異方性を示す。

前記のような液晶性ポリマー(A) としては特に限定されないが、芳香族ポリエステル又は芳香族ポリエステルアミドであることが好ましく、芳香族ポリエステル又は芳香族ポリエステルアミドを同一分子鎖中に部分的に含むポリエステルもその範囲にある。これらは６０℃でペンタフルオロフェノールに濃度０．１重量％で溶解したときに、好ましくは少なくとも約２．０ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは２．０〜１０．０ｄｌ／ｇの対数粘度（Ｉ．Ｖ．）を有するものが使用される。

本発明に適用できる液晶性ポリマー(A) としての芳香族ポリエステル又は芳香族ポリエステルアミドとして特に好ましくは、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミンの群から選ばれた少なくとも１種以上の化合物を構成成分として有する芳香族ポリエステル、芳香族ポリエステルアミドである。

より具体的には、
（１）主として芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上からなるポリエステル；
（２）主として（ａ）芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｂ）芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｃ）芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオールおよびその誘導体の少なくとも１種又は２種以上、とからなるポリエステル；
（３）主として（ａ）芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｂ）芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミンおよびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｃ）芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上、とからなるポリエステルアミド；
（４）主として（ａ）芳香族ヒドロキシカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｂ）芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミンおよびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｃ）芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸およびその誘導体の１種又は２種以上と、（ｄ）芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオールおよびその誘導体の少なくとも１種又は２種以上、とからなるポリエステルアミドなどが挙げられる。さらに上記の構成成分に必要に応じ分子量調整剤を併用してもよい。

本発明に適用できる前記液晶性ポリマー(A) を構成する具体的化合物の好ましい例としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸等の芳香族ヒドロキシカルボン酸、２，６−ジヒドロキシナフタレン、１，４−ジヒドロキシナフタレン、４，４’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン、下記一般式（Ｉ）および下記一般式（II）で表される化合物等の芳香族ジオール；テレフタル酸、イソフタル酸、４，４’−ジフェニルジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸および下記一般式（III)で表される化合物等の芳香族ジカルボン酸；ｐ−アミノフェノール、ｐ−フェニレンジアミン等の芳香族アミン類が挙げられる。

（但し、X ：アルキレン（C１〜C４）、アルキリデン、-O- 、-SO-、-SO_２- 、-S-、-CO-より選ばれる基、Y ：-(CH_２)_ｎ-(n ＝１〜４）、-O(CH_２)_ｎO-（n ＝１〜４）より選ばれる基）
本発明が適用される特に好ましい液晶性ポリマー(A) としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸を主構成単位成分とする芳香族ポリエステルである。

本発明に使用する(C) 複合樹脂組成物は、上記(A) 液晶性ポリマーに(B) 繊維状充填剤を配合したものであるが、配合する(B) 繊維状充填剤の配合量と重量平均長さとの関係が、以下の領域(D) の規定内を満足するものであることが必須である。
［領域(D)］
Ｘ軸を(B) 繊維状充填剤の配合量（(C) 複合樹脂組成物中の重量％）、Ｙ軸を(B) 繊維状充填剤の重量平均長さ（μm）として、以下の(1) 〜(5) の関数で囲まれる領域
(1) Ｘ＝40
(2) Ｘ＝53
(3) Ｙ＝160
(4) Ｙ＝360
(5) Ｙ＝（18222／Ｘ）−84.44
上記領域(D) は、図１のＺで示される領域であり、基本的に(B) 繊維状充填剤の重量平均長さは、(3) Ｙ＝160μm以上且つ(4) Ｙ＝360μm以下であることが必要である。

(B) 繊維状充填剤の重量平均長さが160μm未満の場合、補強効果が小さく、配合量を多くしても所望の効果を得ることができない。また、(B) 繊維状充填剤の重量平均長さが360μmを超えると配合量を少なくしても流動性が悪化し、優れた平面度のコネクターとはならない。尚、本発明で言う(B) 繊維状充填剤の重量平均長さとは、成形品中の値であり、後記する手法により測定できる。また、(B) 繊維状充填剤の繊維径は特に制限されないが、一般的に５〜15μm程度のものが使用される。

また、(B) 繊維状充填剤の配合量（(C) 複合樹脂組成物中の配合比率）に関しては、(1) Ｘ＝40重量％以上且つ(2) Ｘ＝53重量％以下であることが必要である。

(B) 繊維状充填剤の配合量が40重量％未満では、比較的重量平均長さの長い繊維状充填剤を用いても補強効果が小さく、所望の効果を得ることができない。また、(B) 繊維状充填剤の配合量が53重量％を超えると比較的重量平均長さの短い繊維状充填剤を用いても流動性が悪化し、優れた平面度のコネクターとはならない。

更に、上記領域(D) は、(5) Ｙ＝（18222／Ｘ）−84.44の要件を満たす必要がある。即ち、上記(1) 〜(4) の関数で囲まれる領域であっても、(B) 繊維状充填剤の配合量が増える（41重量％以上）に従い、(B) 繊維状充填剤の重量平均長さがの短いものを使用しなければ、流動性と強度・平面度のバランスが悪くなり、本発明の所期の効果が得られなくなる。

本発明に使用する(B) 繊維状充填剤としては、ガラス繊維、カーボン繊維、ウィスカー、無機系繊維、鉱石系繊維等が挙げられるが、ガラス繊維が好ましい。

本発明に使用する(C) 複合樹脂組成物は、流動性に優れていることが必要であり、これを粘度の面から規定すると、Ｌ＝20mm、ｄ＝１mmのキャピラリー式レオメータを使用し、温度360℃、剪断速度1000／ｓでＩＳＯ１１４４３に準拠して測定した見掛け溶融粘度が55Ｐａ・ｓ以下のものであることが好ましい。

このような見掛け溶融粘度を有する組成物は、一般的な溶融粘度の液晶性ポリマー（10〜100Ｐａ・ｓ、好ましくは10〜40Ｐａ・ｓ）を使用し、これに前記条件を満たす範囲で(B) 繊維状充填剤を配合した場合に得られる。

このような組成物を得る方法としては、特に制限はないが、押出機による溶融混練が一般的に用いられる。但し、溶融した液晶性ポリマーにサイドから繊維状充填剤をフィードするという通常の押出方法では得られない場合が多い。そのため、一回溶融混練した繊維状充填剤配合液晶性ポリマー組成物を再度溶融混練する方法、サイドから繊維状充填剤と共にペレット状（粒径１mm以上）の液晶性ポリマーをフィードする方法等を用いる必要がある。好ましくは、熱履歴の少ないサイドからペレット状の液晶性ポリマーをフィードする方法である。また、使用する押出機もサイドフィードしやすい二軸押出機が好ましい。

本発明の(C) 複合樹脂組成物を成形することにより、各種平面状コネクターを得ることができるが、従来、工業的に実用性のあるものが提供されていなかった、格子部のピッチ間隔が２mm以下、端子を保持する格子部の樹脂部分の肉厚が0.5mm以下、製品全体の高さが5.0mm以下という非常に薄肉の平面状コネクターに特に有効である。

このような平面状コネクターをより詳細に説明するならば、実施例で成形した図２に示すようなコネクターであり、40mm×40mm×１mm程度の製品中に数百のピン孔数を有するものである。図２に示すように、本発明で言う平面状コネクターは、格子部の中に適当な大きさの開口部を有していても良いのは勿論である。

本発明の(C) 複合樹脂組成物を用いることにより、図２に示すように、格子部のピッチ間隔が２mm以下（1.2mm）、端子を保持する格子部の樹脂部分の肉厚が0.5mm以下（0.18mm）という非常に薄肉の平面状コネクターを成形性良く成形することが可能であり、その平面度も優れている。

この平面度を数値的に規定するならば、ピーク温度230〜280℃で表面実装のためのＩＲリフロー工程を経る前の平面度が0.09mm以下であり、なおかつリフロー前後の平面度の差が0.02mm以下であるものは、実用上優れた平面度を有するものと言える。

このような優れた平面度を有するコネクターを得る成形方法としては、特に制限はないが、経済的な射出成形方法が好ましく用いられる。射出成形でこのような優れた平面度を有するコネクターを得るためには、前記の液晶性ポリマー組成物を用いることが重要であるが、残留内部応力のない成形条件を選ぶことが好ましい。充填圧を低くし、得られるコネクターの残留内部応力を低下させるために、成形機のシリンダー温度は、液晶性ポリマーの融点Ｔ℃以上の温度が好ましく、またシリンダー温度が高すぎると樹脂の分解等に伴うシリンダーノズルからの鼻タレ等の問題が発生するため、シリンダー温度はＴ℃〜（Ｔ＋３０）℃、好ましくはＴ℃〜（Ｔ＋１５）℃である。また、金型温度は７０〜１００℃が好ましい。金型温度が低いと充填樹脂組成物が流動不良を起こし好ましくなく、金型温度が高すぎると、バリ発生等の問題が生じ好ましくない。射出速度については、150mm／sec以上で成形することが好ましい。射出速度が低いと、未充填成形品しか得られない場合や、たとえ完全に充填した成形品が得られたとしても充填圧が高く残留内部応力の大きい成形品となり、平面度の悪いコネクターしか得られない場合がある。

なお、(C) 複合樹脂組成物に対し、核剤、カーボンブラック、無機焼成顔料等の顔料、酸化防止剤、安定剤、可塑剤、滑剤、離型剤および難燃剤等の添加剤を添加して、所望の特性を付与した組成物も本発明で言う(C) 複合樹脂組成物の範囲に含まれる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、実施例中の物性の測定および試験は次の方法で行った。
(1) ガラス繊維の重量平均長さの測定
樹脂組成物ペレット５ｇを600℃で２時間加熱し、灰化した。灰化残渣を５％ポリエチレングリコール水溶液に十分分散させた後、スポイトでシャーレに移し、顕微鏡でガラス繊維を観察した。同時に画像解析装置（（株）ニレコ製 LUZEX FS）を用いてガラス繊維の重量平均長さを測定した。尚、画像解析の際には、重なり合った繊維を別々の繊維に分離し、それぞれの長さを求めるようなサブルーチンを適用した。尚、50μm 以下のガラス繊維は除外して測定している。
(2) 見掛け溶融粘度
Ｌ＝20mm、ｄ＝１mmのキャピラリー式レオメータ（（株）東洋精機製キャピログラフ１Ｂ型）を使用し、温度360℃、剪断速度1000／ｓでＩＳＯ１１４４３に準拠して、見掛け溶融粘度を測定した。
(3) コネクター平面度の測定
樹脂組成物ペレットから、下記成形条件で、図２に示すような、全体の大きさ39.82mm×36.82mm×１mmｔ、中央部に19.02mm×19.02mmの孔開きを有し、格子部ピッチ間隔1.2mmの平面状コネクター（ピン孔数494ピン）を射出成形した。

尚、ゲートは樹脂溜り反対面からのフィルムゲートを用い、ゲート厚みは３mmとした。

得られたコネクターを水平な机の上に静置し、コネクターの高さをミツトヨ製クイックビジョン404PROCNC画像測定機により測定した。その際、コネクター端面より、0.5mmの位置を10mm間隔で測定し、最大高さと最小高さの差を平面度とした。

更に、日本パルス技術研究所製大型卓上リフローハンダ付け装置RF-300を使用し、ピーク温度250℃、加熱時間５分の条件で加熱した後、上述の方法で平面度を測定し、リフロー前後の平面度の差を求めた。
［成形条件］
成形機；FANUC α-50C（中径ロングノズル使用）
シリンダー温度；350℃−350℃−340℃−330℃
（ノズル）
金型温度；80℃
射出速度；200mm/sec
保圧力；29MPa
充填時間；0.08sec
保圧時間；１sec
冷却時間；５sec
スクリュー回転数；120rpm
スクリュー背圧；0.5MPa
(4) 曲げ弾性率
125mm×12.7mm×0.8mmの射出成形片を使用し、ASTM D790に準拠し測定した。
実施例１〜５および比較例１〜９
下記条件にて、ガラス繊維を含む液晶性ポリマー組成物の上記試験片を作製し、評価したところ、表２に示す結果を得た。
［製造条件］
（使用成分）
・ポリマー；液晶性ポリマーペレット（ポリプラスチックス（株）製、ベクトラＥ９５０ｉ）、融点335℃、粘度30Ｐａ・ｓのベースポリマー（350℃、剪断速度1000／ｓで測定）、ペレット寸法：約５〜３mm×約３〜２mm×約３〜１mm
・ガラス繊維
(1) 実施例１〜５、比較例１〜８で使用のもの；
旭ファイバーガラス（株）製CS03JA419（繊維径10μmのチョップドストランドファイバー）
(2) 比較例９で使用のもの；
日東紡（株）製PF70（繊維径10μm、繊維長80μmミルドファイバー）
・滑剤；日本油脂（株）製ユニスターH-476
（コンパウンド設備）
・押出機；日本製鋼所製、二軸スクリュー押出機ＴＥＸ−３０α（スクリュー径32mm、Ｌ／Ｄ：38.5）
押出機のスクリュー概略を図３に示す。
メインフィード口11；Ｃ１
可塑化部12；Ｃ４〜Ｃ５（構成：上流側より、順ニーディング、逆ニーディング、長さ128mm）
サイドフィード口13；Ｃ５
混練部14；Ｃ６〜Ｃ８（構成：上流側より、順ニーディング、直交ニーディング、逆ニーディング、逆フライト、順ニーディング、逆ニーディング、逆フライト、長さ352mm）
メインフィード口へのフィーダー；日本製鋼所製スクリュー式ロスインウェイトフィーダー
サイドフィード口へのフィーダー；
ペレット樹脂；Ｋ−ＴＲＯＮ社製スクリュー式ロスインウェイトフィーダー
ガラス繊維；日本製鋼所製スクリュー式ロスインウェイトフィーダー
（押出条件）
シリンダー温度；メインフィード口11のシリンダーＣ１のみが200℃であり、他のシリンダー温度は全て350℃とした。
ダイ温度；350℃
（組成物の混練および押出方法）
上記二軸スクリュー押出機を用い、液晶性ポリマーのペレットをメインフィード口11及びサイドフィード口13から供給し、滑剤をメインフィード口11から、ガラス繊維をサイドフィード口13から供給した。サイドフィード口には、二軸
サイドフィーダーを用いて供給し、液晶性ポリマーペレット、滑剤、ガラス繊維の割合は表１の割合になるように、重量フィーダーを用いて制御した。スクリュー回転数及び押出量は表１のように設定し、ダイ16からストランド状に吐出させた溶融樹脂組成物をタナカ製作所製メッシュベルトコンベアで搬送しつつ、スプレー噴霧水により冷却した後、カッティングしペレットを得た。このペレットから射出成形機により上記試験片を作製し、評価したところ、表２に示す結果を得た。

尚、実施例・比較例の各複合樹脂組成物におけるガラス繊維の配合量と重量平均長さとの関係を、図１にプロットした。

本発明で規定する複合樹脂組成物における繊維状充填剤の配合量と重量平均長さとの関係である領域を示す図である。実施例で成形した平面状コネクターを示す図であり、(a) は平面図、(b) は右側面図、(c) は正面図、(d) はＡ部の詳細を示す図、(e) はＢ部の詳細を示す図である。尚、図中の数値の単位はmmである。実施例で使用した押出機のスクリューの概略を示す図である。

符号の説明

１…樹脂溜り
２…ピッチ間隔
３…格子部の厚み
11…メインフィード口
12…可塑化部
13…サイドフィード口
14…混練部
15…ベント口
16…ダイ
17…減圧装置

Claims

(A) 液晶性ポリマーに(B) ガラス繊維を配合した(C) 複合樹脂組成物（但し、配合する(B) ガラス繊維の配合量と重量平均長さとの関係が、以下の領域(D) の規定内を満足するもの）から形成される、外枠の内部に格子構造を有する、格子部のピッチ間隔が２mm以下、格子部の厚みが0.5mm以下、製品全体の高さが5.0mm以下の平面状コネクター。
［領域(D)］
Ｘ軸を(B) ガラス繊維の配合量（(C) 複合樹脂組成物中の重量％）、Ｙ軸を(B) ガラス繊維の重量平均長さ（μm）として、以下の(1) 〜(5) の関数で囲まれる領域
(1) Ｘ＝40
(2) Ｘ＝53
(3) Ｙ＝160
(4) Ｙ＝360
(5) Ｙ＝（18222／Ｘ）−84.44
(C) 複合樹脂組成物が、Ｌ＝20mm、ｄ＝１mmのキャピラリー式レオメータを使用し、温度360℃、剪断速度1000／ｓでＩＳＯ１１４４３に準拠して測定した見掛け溶融粘度が55Ｐａ・ｓ以下のものである請求項１記載の平面状コネクター。
ピーク温度230〜280℃で表面実装のためのＩＲリフロー工程を経る前の平面度が0.09mm以下であり、なおかつリフロー前後の平面度の差が0.02mm以下である請求項１又は２記載の平面状コネクター。