JP4843396B2 - 熱プレス用クッション材およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱プレス用クッション材およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、この発明は、銅張積層板、フレキシブルプリント基板、多層板等のプリント基板や、ＩＣカード、液晶表示板、セラミックス積層板などの精密機器部品（以下、本発明において「積層板」と称する）を製造する工程で、対象製品をプレス成形や熱圧着する際に使用される熱プレス用クッション材およびその製造方法に関する。

プリント基板等の積層板の製造において、プレス成形や熱圧着の工程では、図１に示すようにプレス対象物である積層板材料２を、加熱・加圧手段としての熱盤３，３間に挟み込み、一定の圧力と熱をかける方法が用いられる。精度の良い成形品を得るためには、熱プレスにおいて、積層板材料２に加えられる熱と圧力を全面に亘って均一化する必要がある。このような目的で、熱盤３と積層板材料２との間に平板状のクッション材１を介在させた状態で熱プレスが行なわれている。

ここで、クッション材１に要求される一般特性としては、熱盤３や積層板材料２の持つ凹凸を吸収するクッション性、プレス面内全体に亘って熱盤３から積層板材料２に温度と圧力とを均一に伝達するための面内均一性、熱盤３から積層板材料２に効率良く熱を伝達するための熱伝達性、プレス温度に耐えうる耐熱性等が挙げられる。

従来、熱プレス用クッション材１としては、クラフト紙やリンター紙を３〜２０枚程度積層した紙製のものが多用されている。紙製のクッション材は、安価であることに加え、クッション性、面内均一性および熱伝達性の点でバランスのよい物性を備えている。これは、紙中に含まれる適度の空隙がクッション性に作用し、また、紙の構成繊維がほぼ平面方向に配向していることが面内均一性に作用し、さらに１枚当りの厚みは０．１〜１ｍｍ程度であって厚みの薄いことが熱伝達性に作用していると考えられる。しかしながら、紙製のクッション材は、プレス後に空隙の復元力が無く、さらに構成繊維が熱劣化してしまうため、複数回のプレスに繰り返し使用することができないという欠点がある。

これに対し、反復使用が可能な熱プレス用クッション材として、有機または無機繊維をバインダーで結合したもの、ゴム、不織布、ゴムと不織布との積層体など、さまざまな種類のものが使用されている。

特開平４−３６１０１２号公報（特許文献１）には、ウエッブと基布とを交互に積層し、これをニードリングしたニードルパンチ不織布に耐熱性樹脂を含浸し、更に加熱加圧処理し、密度＝０．６ｇ／ｃｍ^３〜０．９ｇ／ｃｍ^３となるようにした熱プレス用クッション材が開示されている。ここで、不織布の素材としてはメタ芳香族ポリアミド繊維、麻（ラミー）およびポリエステルが使用され、耐熱性樹脂としては、シリコーンゴム、エチレンアクリルゴムおよびＥＰＤＭが使用される。特許文献１の構成によれば、密度を特定範囲に規定することにより、複数回のプレスに繰り返し使用した場合でも経時的に安定したクッション性が得られるとされている。

しかしながら、特開平４−３６１０１２号公報（特許文献１）に用いられているようなニードルパンチ不織布は、湿式によって製造される紙とは異なり、乾式によるウエッブをニードリングすることによって機械的に繊維を絡み合わせているため、ウエッブ自体の密度が不均一である。このため、ニードルパンチ不織布を用いた熱プレス用クッション材は、紙製のクッション材に比べて温度と圧力とを均一に伝達するための面内均一性が悪くなってしまうという欠点がある。また、ニードルパンチ不織布は厚さ方向にニードリングするために必然的に厚さが大きくならざるを得ず、例えば特開平４−３６１０１２号公報（特許文献１）に記載の熱プレス用クッション材では最終的に厚さが３．３ｍｍ〜３．７ｍｍ程度となっているため、熱伝達性も悪くなってしまうという欠点がある。更に、特開平４−３６１０１２号公報（特許文献１）に記載の熱プレス用クッション材は、ニードルパンチ不織布に耐熱性樹脂を含浸した後、加熱加圧処理するため、空隙率が小さくなってしまい、クッション性もさほど良くならない。すなわち、特開平４−３６１０１２号公報（特許文献１）に記載の熱プレス用クッション材は、繰り返し使用した場合でも物性を経時的に安定化させるという目的のために、面内均一性、熱伝達性およびクッション性を犠牲にしている。

特開平９−２７７２９５号公報（特許文献２）には、厚さが０．１〜１０ｍｍの耐熱性繊維基材にフッ素ゴム、シリコーンゴム或いはブチルゴムを含浸し、厚さ方向の熱伝導率を４．０×１０^−４ｃａｌ／ｃｍ／ｓｅｃ／℃以上とした熱プレス用クッション材が開示されている。ここで、耐熱性繊維基材としては、ステンレスのニードルフェルト、炭素繊維のマット状の不織布、ガラス繊維の不織布などが使用される。

特開平９−２７７２９５号公報（特許文献２）の発明は、熱伝達性を向上させることを技術課題としている。しかしながら、この公報に記載された熱プレス用クッション材は、厚さが０．１〜１０ｍｍの繊維基材１ｍ^２当たり３〜１０ｋｇと大量のゴムを含浸させるため、繊維基材の空隙をほぼ完全にゴムで塞いでしまい、クッション性が非常に悪くなってしまうという欠点がある。すなわち、特開平９−２７７２９５号公報（特許文献２）に記載の熱プレス用クッション材は、熱伝達性を向上させるために、クッション性を犠牲にしている。
特開平４−３６１０１２号公報 特開平９−２７７２９５号公報

この発明の目的は、複数回の熱プレスに繰り返し使用することができ、しかもクッション性、面内均一性、熱伝達性のいずれにおいても優れた特性を有する熱プレス用クッション材およびその製造方法を提供することにある。

この発明による熱プレス用クッション材は、繊維材料からなる紙と、この紙に含浸されたゴムとの複合体であって、繊維材料とゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、かつ複合体の空隙率が６０〜９０％であることを特徴とする。

この発明による熱プレス用クッション材は、紙と、紙に含浸されたゴムとの複合体となっているので、紙を構成する繊維の表面がゴムで被覆され、しかも繊維間の空隙に適度にゴムが介在しており、いわゆる繊維補強ゴム（ＦＲＲ）としての強度もある程度有している。クッション材は、空隙の存在によって、プレス時にはクッション性を発揮する。一方、クッション材は、繊維とゴムとの複合構造となっているので、ゴムの存在によって、繊維の破損を防止でき、かつプレス後には空隙の復元力を発揮する。このため、クッション材は、複数回の熱プレスに反復使用することができる。また、基材が紙の形態であるため、繊維が面方向に配向しており、また、１枚当たりの厚みも薄くでき、従来用いられているクラフト紙等の紙製クッション材と同等の面内均一性や熱伝達性が得られる。

さらに、繊維材料とゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、かつ複合体全体の空隙率が６０〜９０％となるようにすることにより、熱プレス用クッション材としてのクッション性に優れ、複数回のプレスに反復使用した場合でもクッション性が維持でき、耐久性も優れたものとなる。

ここで、繊維材料の体積１に対してゴムの体積比率が１．５よりも小さいと、プレス後の空隙の復元力が低下し、また、繊維に破損が生じやすくなるため、反復使用した場合にクッション性が急激に低下してしまう。一方、繊維材料の体積１に対してゴムの体積比率が７．５よりも大きい場合は、空隙率が少な過ぎるため、クッション材自体のクッション性が悪くなってしまう。

全体の空隙率が６０％よりも小さい場合も、空隙率が少な過ぎるため、クッション材自体のクッション性が悪くなってしまう。一方、全体の空隙率が９０％よりも大きい場合は、繊維補強ゴム（ＦＲＲ）としての強度が低下するので、複数回のプレスに反復使用した場合の耐久性が低下する。

より好ましくは、繊維材料とゴムとの体積比率が１／２．５〜１／６であり、かつ複合体全体の空隙率が６５〜８０％となるようにする。

紙を構成する繊維材料としては、ガラス、ロックウール、炭素、セラミックス、金属、ポリベンザゾール、ポリイミド、芳香族ポリアミドおよびポリアミドが好ましい。繊維材料は、上記の中から１種のみ用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。これらの繊維材料は、いずれも耐熱性と強度に優れているため、熱プレス用クッション材として反復使用した場合の耐久性が得られる。この中でも、無機繊維であるガラス、炭素、セラミックス、および金属は、熱と圧縮力に対する寸法安定性により優れているので好ましい。特に、ガラス繊維は、耐熱性、強度に優れ、湿式抄紙法により繊維が均一に分散した紙に加工しやすく、またコストも安価なので最も好ましい。

紙に含浸されるゴムとしては、フッ素ゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴムおよびブチルゴムが好ましい。ゴムは、上記の中から１種のみ用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。これらのゴムは、いずれも耐熱性に優れている。この中でもフッ素ゴムが、耐熱性、強度等の物性に特に優れているために最も好ましい。

紙は、厚みが０．１〜１．０ｍｍのものを使用するのが好ましい。１．０ｍｍ以下の紙を使用することにより、クッション材１枚当たりの厚みを薄くすることができ、クッション材として優れた熱伝達性と面内均一性が得られるようになる。逆に、紙の厚みが１．０ｍｍを越えると、熱伝達性と面内均一性が悪くなる。一方、紙の厚みが０．１ｍｍよりも小さい場合は、ゴムを含浸させた場合に所定の空隙率を確保するのが困難となり、良好なクッション性が得られなくなる。紙の中に十分にゴムを浸透させ、しかもゴムの含浸後にも所定の空隙率を確保する必要性から、紙自体が十分な空隙率を有したものを使用するのが好ましい。この観点から、紙として８４〜９９％、より好ましくは８６〜９８％の空隙率を有しているものを用いるのが好ましい。

この発明による熱プレス用クッション材の製造方法は、繊維材料からなる紙と、この紙に含浸されたゴムとの複合体からなる熱プレス用クッション材の製造方法であって、紙に対して未加硫ゴム溶液を浸透させる工程と、紙に浸透した未加硫ゴム溶液を乾燥させる工程と、乾燥した未加硫ゴムを加硫する工程とによって、繊維材料とゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、空隙率が６０〜９０％である紙とゴムとの複合体を得ることを特徴とする。ここで、加硫工程での加硫は非圧縮状態で行うのが好ましい。非圧縮状態で加硫することにより、熱プレス用クッション材中に十分な空隙を確保することができ、クッション性に優れた熱プレス用クッション材を得ることができる。

以下に、本発明の実施形態の一例を示す。

まず、繊維材料からなる紙として、厚みが０．１〜１．０ｍｍのガラスペーパーを用意する。ガラスペーパーとしては、繊維径が３μｍ〜１５μｍ、繊維長が５ｍｍ〜３０ｍｍのガラス繊維を用いて湿式抄紙法によりシート化したものが使用できる。このようなガラスペーパーは、「グラベスト」（オリベスト社製）、「キュムラス」（日本バイリーン社製）等として市販されている。

次に、ガラスペーパーに対して未加硫フッ素ゴム溶液を浸透させる。未加硫フッ素ゴム溶液は、酢酸エチル、酢酸ｎブチル、メチルエチルケトン等の溶剤に未加硫フッ素ゴムを固形分濃度が１０％〜５０％程度となるように溶解して調製することができる。この未加硫フッ素ゴム溶液を、上記ガラスペーパーにコーティングするか、未加硫フッ素ゴム溶液中にガラスペーパーを浸漬することにより、ガラスペーパーに対して未加硫フッ素ゴム溶液を十分に浸透させる。必要により、未加硫フッ素ゴム溶液が浸透したガラスペーパーをロール等で絞り、未加硫フッ素ゴム溶液の含浸量を調整する。

次いで、未加硫フッ素ゴム溶液が浸透したガラスペーパーを乾燥させ、フッ素ゴムの溶剤を除去する。

次いで、未加硫フッ素ゴムが浸透したガラスペーパーを１６０℃〜２５０℃の温度で１５分〜１０時間加熱して、フッ素ゴムを加硫させれば、熱プレス用クッション材を得ることができる。フッ素ゴムの加硫は、熱プレス用クッション材中に十分な空隙を確保するために、非圧縮状態で行うのが好ましい。

なお、紙の材質やグレード、ゴムの材質、ゴム溶液の固形分濃度、乾燥前の絞り量等を適宜選定および調整することにより、紙とゴムとの複合体における、繊維材料とゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、かつ空隙率が６０％〜９０％となるようにすることができる。本発明による熱プレス用クッション材を積層板の熱プレスに使用する際には、クッション材を単体で、あるいは２〜５枚程度を重ね合わせて使用することができる。また、本発明によるクッション材による層と、ゴム、表面離型フィルム等の他の材料による層との積層構造として熱プレス用クッション材を構成することもできる。

種々の条件を変えてサンプル１〜２２を得た。

繊維材料からなる紙として、Ｅガラス繊維（繊維径９μｍ、繊維長１３ｍｍ）を湿式抄紙法によりシート化したガラスペーパー「グラベスト」（オリベスト社製）を用いた。ガラスペーパーは、坪量５３ｇ／ｍ^２、厚み０．４６ｍｍのもの（サンプル１〜９）と、坪量８０ｇ／ｍ^２、厚み０．６４ｍｍのもの（サンプル１０〜２２）の２種類を使用した。

一方、酢酸ブチルの溶剤に未加硫フッ素ゴムを溶解してなる固形分割合３０．８％の未加硫フッ素ゴム溶液を用意した。

各ガラスペーパーを未加硫フッ素ゴム溶液に浸漬した後、２本のロールで絞った。このようにして、未加硫フッ素ゴムの固形分量が表１に示す各体積割合となるように、ガラスペーパー内に未加硫フッ素ゴム溶液を浸透させた。次いで、未加硫フッ素ゴム溶液が浸透した各ガラスペーパーを十分に乾燥させて溶剤を除去した。その後、未加硫フッ素ゴムが付着したガラスペーパーを、オーブンにて、非圧縮状態で、２３０℃の温度で５時間加熱し、未加硫フッ素ゴムを加硫した。各サンプルのゴム／繊維体積比及び全体の空隙率は表１に示すとおりである。

各サンプルとも、基材が紙の形態であるため、繊維が面方向に配向しており、また、１枚当たりの厚みが薄いため、クラフト紙等の紙製クッション材と遜色のない面内均一性や熱伝導性が得られることが構造上明らかである。

各サンプルについて、クッション性を測定した。クッション性の測定方法としては、温度２００℃の熱板間にサンプルを投入し、２分間の予熱後、１ｍｍ／分の昇圧速度で０ＭＰａから４ＭＰａまで加圧した際の厚み変化量を測定し、これをクッション性の指標とした。

また、同じ条件でプレスを繰り返し、クッション性がどのように変化するかも測定した。各サンプルについて、初期のクッション性、プレス１回後のクッション性およびプレス１０回後のクッション性を表１に併記する。

参考のため、坪量１９０ｇ／ｍ^２、厚み０．３１ｍｍのクラフト紙のクッション性についても測定し、表１に併記した。クラフト紙については、３回目のプレスで繊維の炭化により材料破壊し、クッション材として機能しなくなった。

サンプル１〜２２において、繊維材料とゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、かつ全体の空隙率が６０％〜９０％となる条件を満たすのは、サンプル３〜７、１２〜１９であり、これらのサンプルは、初期のクッション性および反復使用後のクッション性ともに良好である。

また、繊維材料とゴムとの体積比率が１／２．５〜１／６であり、かつ全体の空隙率が６５％〜８０％となる条件を満たすのは、サンプル４〜６、１４〜１７であり、これらのサンプルは、初期のクッション性に優れ、しかも反復使用した場合でもクッション性の低下度合いが低いため、熱プレス用クッション材として特に優れた物性を備えている。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、銅張積層板、フレキシブルプリント基板、多層板等のプリント基板、ＩＣカード、液晶表示板、セラミックス積層板などの積層板を製造する工程で、対象製品をプレス成形や熱圧着する際にクッション材として有利に利用され得るし、そのようなクッション材の製造方法として有利に利用され得る。

積層板の製造方法の説明図である。

符号の説明

１ 熱プレス用クッション材、２ 積層板材料、３ 熱盤。

Claims (8)

1. 繊維材料からなる紙と、前記紙に含浸されたゴムとの複合体であって、
   前記繊維材料と前記ゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、
   前記複合体の空隙率が６０〜９０％である、熱プレス用クッション材。
2. 前記繊維材料は、ガラス、ロックウール、炭素、セラミックス、金属、ポリベンザゾール、ポリイミド、芳香族ポリアミドおよびポリアミドからなる群から選ばれた１種または２種以上の材料を含む、請求項１に記載の熱プレス用クッション材。
3. 前記繊維材料は、ガラスである、請求項１または２に記載の熱プレス用クッション材。
4. 前記ゴムは、フッ素ゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、水素化ニトリルゴム、シリコーンゴム、アクリルゴムおよびブチルゴムからなる群から選ばれる１種または２種以上の材料を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の熱プレス用クッション材。
5. 前記ゴムは、フッ素ゴムである請求項１〜４のいずれかに記載の熱プレス用クッション材。
6. 前記紙の厚みが０．１〜１．０ｍｍである、請求項１〜５のいずれかに記載の熱プレス用クッション材。
7. 繊維材料からなる紙と、前記紙に含浸されたゴムとの複合体であり、前記繊維材料と前記ゴムとの体積比率が１／１．５〜１／７．５であり、前記複合体の空隙率が６０〜９０％である熱プレス用クッション材の製造方法であって、
   紙に対して未加硫ゴム溶液を浸透させる工程と、
   前記紙に浸透した前記未加硫ゴム溶液を乾燥させる工程と、
   乾燥した未加硫ゴムを加硫する工程とを備える、熱プレス用クッション材の製造方法。
8. 前記加硫は非圧縮状態で行う、請求項７に記載の熱プレス用クッション材の製造方法。

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