JP6309870B2 - 立体樹枝状充填材、樹脂組成物、成形体、及び立体樹枝状充填材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば樹脂組成物を生成する際、樹脂に配合して用いるような立体樹枝状充填材、及び立体樹枝状充填材の製造方法、並びにこれを用いた樹脂組成物、及び成形体に関する。

例えば、電気機器の筐体は、内部で発生した熱を外部に効率よく拡散するために、熱伝導性に優れた材料で形成しているものがある。特に、携帯端末やＬＥＤ電球のように軽量化が要求される場合には、電気機器の筐体を、金属材料ではなく熱伝導性に優れた樹脂組成物で成形することがある。

この樹脂組成物として、例えば、特許文献１には、熱可塑性樹脂、熱伝導性充填材、及び流動性改善剤に加えて、熱伝導補助材である三次元針状金属酸化物を含有した樹脂組成物が提案されている。これにより、特許文献１は、成形加工性、及び機械的強度を確保するとともに、平面方向だけでなく厚み方向にも良好な熱伝導性を有するとされている。

このような樹脂組成物を用いた成形体は、電気機器の筐体だけでなく、例えば、充電池のカバーや、自動車のエンジンを覆うエンジンカバーなど様々な分野に用いられている。このため、成形体は、熱伝導性だけでなく携帯性向上や燃費向上の観点から、さらなる軽量化が要求されることが多い。

しかし、特許文献１の樹脂組成物では、熱伝導補助材である三次元針状金属酸化物として酸化亜鉛が望ましいとされているが、その比重が５．７８ｇ／ｃｍ^３であり、酸化アルミニウムの比重３．９５ｇ／ｃｍ^３などと比べても重い。このため、特許文献１では、熱伝導率を損なうことなく、さらなる軽量化の要求を十分満足することができないという問題があった。

特開２０１３−２８６６１号公報

本発明は、上述の問題に鑑み、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量化できる立体樹枝状充填材、樹脂組成物、成形体、及び立体樹枝状充填材の製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、炭化ケイ素を含む外殻の内部が中空のＳｉＣ多孔質構造体に対して、溶融シリコンを含浸させてケイ素皮膜を表面に形成したＳｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を、破砕によって立体樹枝状に形成した立体樹枝状充填材であることを特徴とする。

上記ＳｉＣ多孔質構造体は、複数の細孔を有する多孔質構造体であって、例えば、シリコン粉末とフェノール樹脂とを含有したスラリーにウレタンスポンジを含浸したのち、炭素化並びに反応焼結によってウレタンスポンジを消失させて形成することができる。
上記立体樹枝状とは、三次元方向に枝分かれした形状であって、例えば、テトラポット形状、放射線状、あるいは立体網目状とすることができる。

この発明により、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な立体樹枝状充填材を構成することができる。
具体的には、ＳｉＣ多孔質構造体の外殻は、例えば三次元方向で交差する内部中空の線状体を、内部空間が連通するように一体的に繋ぎ合わせたような形状に形成される。しかし、炭化ケイ素が脆性材料であるため、ＳｉＣ多孔質構造体は、脆く壊れやすいという特徴がある。

そこで、ＳｉＣ多孔質構造体の表面に、補強材としてケイ素皮膜を形成することにより、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体は、機械的強度を向上することができる。この際、炭化ケイ素とシリコン皮膜との界面における熱抵抗を低くできるため、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体は、熱伝導率を損なうことなく機械的強度を向上することができる。

このようなＳｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を粉砕することで、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な立体樹枝状充填材を得ることができる。
詳しくは、例えば、三次元針状金属酸化物として用いられる酸化亜鉛や酸化アルミニウムの熱伝導率が１００Ｗ／ｍｋ未満であるのに対して、シリコンの熱伝導率、及び炭化ケイ素の熱伝導率が１００Ｗ／ｍｋ以上であるため、立体樹枝状充填材は、三次元針状金属酸化物の熱伝導率に比べて良好な熱伝導率を確保することができる。

そして、例えば、樹脂に配合して成形体を成形した際、立体樹枝状充填材は、樹脂内に分散した別の立体樹枝状充填材と相互に接触することで、熱伝導を行う三次元熱伝達構造を形成することができる。このため、立体樹枝状充填材は、方向依存性のない熱伝導性を確保した成形体を成形することができる。

加えて、例えば、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が３：１の場合、比重２．７１ｇ／ｃｍ^３の立体樹枝状充填材を得ることができる。これは、例えば、三次元針状金属酸化物として用いられる酸化亜鉛の比重５．７８ｇ／ｃｍ^３や、酸化アルミニウムの比重３．９５ｇ／ｃｍ^３に比べて軽量となる。

これにより、例えば、酸化亜鉛や酸化アルミニウムの三次元針状金属酸化物に場合に比べて、立体樹枝状充填材は、機械的強度、及び熱伝導率が良好で、かつより軽量な成形体を成形することができる。
従って、立体樹枝状充填材は、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体から形成したことより、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な熱伝導補助材、及び補強材として機能することができる。

またこの発明の態様として、前記溶融シリコンと前記炭化ケイ素との重量比率を、２：１から４：１とすることができ、より好ましくは３：１とすることができる。
この発明により、機械的強度と、熱伝導性とを両立して確保した立体樹枝状充填材を構成することができる。

具体的には、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が２：１を下回ると、脆性材料である炭化ケイ素を、補強材であるケイ素皮膜で十分補強することができず、所望する機械的強度を確保できないおそれがある。

一方、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が４：１を上回ると、ＳｉＣ多孔性構造体に、溶融シリコンが含浸するだけなく余剰に付着するおそれがある。このため、ケイ素皮膜の膜厚が厚肉となり、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔性構造体を粉砕した際、熱伝導性を有する充填材として好適な立体樹枝状に形成されないおそれがある。

従って、立体樹枝状充填材は、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率を、２：１から４：１、より好ましくは３：１としたことにより、機械的強度と、熱伝導性とを両立して確保するとともに、熱伝導性を有する充填材として好適な立体樹枝状に確実に形成することができる。

またこの発明の態様として、前記立体樹枝状充填材の粒径を、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることができる。
この発明により、熱伝導性を安定して確保することができる立体樹枝状充填材を構成することができる。
具体的には、立体樹枝状充填材の粒径が０．２ｍｍを下回ると、細粒化されて立体樹枝状に形成されないおそれがある。

一方、立体樹枝状充填材の粒径が１．０ｍｍを上回ると、熱伝導性を有する充填材として好適な立体樹枝状に形成されない、あるいは成形加工性を低下させるおそれがある。
従って、立体樹枝状充填材は、その粒径を０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下したことにより、その形状を安定して確保できるため、熱伝導性を安定して確保することができる。

この発明は、上述した立体樹枝状充填材と、熱硬化性のフェノール樹脂と、熱伝導性充填材としての黒鉛とを含有し、前記フェノール樹脂の重量と前記黒鉛の重量の合計に対する前記立体樹枝状充填材の重量の比率を、５％以上５０％以下とした樹脂組成物であることを特徴とする。

この発明により、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な樹脂組成物を構成することができる。
具体的には、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対する立体樹枝状充填材の重量の比率が５％を下回ると、分散した立体樹枝状充填材が相互に接触できないため、三次元熱伝達構造を形成できないおそれがある。

一方、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対する立体樹枝状充填材の重量の比率が５０％を上回ると、流動性が著しく低下するため、成形加工性が低下するおそれがある。
従って、樹脂組成物は、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対する立体樹枝状充填材の重量の比率を５％以上５０％以下としたことにより、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量化することができる。

またこの発明の態様として、流動性改善剤としてステアリン酸を含有することができる。
この発明により、樹脂組成物は、成形体を成形する際の流動性を向上できるため、成形加工性を向上することができる。

さらに、流動性が向上することで、樹脂組成物は、立体樹枝状充填材をより均一に分散することができ、より安定した熱伝導性を確保することができる。
従って、樹脂組成物は、流動性改善剤としてステアリン酸を含有したことにより、成形加工性の向上と、より安定した熱伝導性の確保とを両立することができる。

またこの発明の態様として、上述した樹脂組成物で成形した成形体であることを特徴とする。
この発明により、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な成形体を構成することができる。

またこの発明は、シリコン粉末とフェノール樹脂とを含有したスラリーに多孔質構造体を含浸する含浸工程と、前記多孔質構造体から余剰スラリーを除去する除去工程と、前記多孔質構造体を炭素化、並びに反応焼結して炭化ケイ素を生成し、ＳｉＣ多孔質構造体を得る炭化・焼結工程と、溶融シリコンに前記ＳｉＣ多孔質構造体を含浸してケイ素皮膜を表面に形成し、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を得る被覆工程と、前記Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を破砕して、樹枝状の立体樹枝状充填材を得る破砕工程とを備えた立体樹枝状充填材の製造方法であることを特徴とする。

上記多孔質構造体は、スポンジ、紙類、木材、不織布、あるいはプラスティックなどとすることができる。
この発明により、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な立体樹枝状充填材の製造方法を提供することができる。

本発明により、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量化できる立体樹枝状充填材、樹脂組成物、成形体、及び立体樹枝状充填材の製造方法を提供することができる。

Ｓｉ／ＳｉＣ充填材の外観を示す外観斜視図。 Ｓｉ／ＳｉＣ充填材の製造工程を示すフローチャート。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
なお、図１はＳｉ／ＳｉＣ充填材１の外観斜視図を示している。
まず、本実施形態におけるＳｉ／ＳｉＣ充填材１は、例えば電気機器の樹脂製筐体の成形に用いる樹脂に配合される充填材であって、成形体の機械的強度、及び熱伝導性を向上する機能を有している。

Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、図１に示すように、その粒径が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の大きさで、三次元的に枝分かれした立体樹枝状体に形成されている。この立体樹枝状体としては、例えば、図１に示すようなテトラポット形状、あるいは放射線状に枝分かれした形状、もしくは立体網目状形状がある。

このＳｉ／ＳｉＣ充填材１は、立体樹枝状を形成するとともに、炭化ケイ素で構成された外殻２と、外殻２の内部において中空の中空部３とで構成されている。さらに、外殻２の表面は、溶融シリコンで形成したケイ素皮膜４で被覆されている。なお、本実施形態におけるＳｉ／ＳｉＣ充填材１は、例えばケイ素皮膜４を形成する際の溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が３：１の場合、その比重が２．７１ｇ／ｃｍ^３の充填材である。

次に、本実施形態におけるＳｉ／ＳｉＣ充填材１を得る製造工程について、図２を用いて詳しく説明する。
なお、図２はＳｉ／ＳｉＣ充填材１における製造工程のフローチャートを示している。

Ｓｉ／ＳｉＣ充填材製造工程を開始すると、図２に示すように、スポンジ裁断工程において、所望する厚み、及び大きさのシート状にウレタンスポンジを裁断する（ステップＳ１１）。なお、本実施形態で用いるウレタンスポンジは、２０メッシュ／ｉｎｃｈの開気孔数を有する多孔質構造体である。

ウレタンスポンジを所望する大きさに裁断すると、スラリー生成工程において、揮発性溶剤と、熱硬化性のフェノール樹脂と、シリコン粉末とを混合してスラリーを生成する（ステップＳ１２）。
スラリーを生成すると、含浸工程において、スラリーをウレタンスポンジに十分塗布する、あるいはスラリーにウレタンスポンジを浸漬させる（ステップＳ１３）。

その後、余剰スラリー除去工程において、ウレタンスポンジに付着した余剰スラリーを除去する（ステップＳ１４）。この際、ウレタンスポンジの開気孔を潰さない程度に、スポンジを絞って余剰スラリーを除去する。

そして、乾燥工程において、余剰スラリーを除去したウレタンスポンジを、約７０℃の雰囲気温度下で、約１２時間放置する（ステップＳ１５）。この工程において、ウレタンスポンジに含浸したフェノール樹脂がシリコン粉末を含有したまま硬化する。

乾燥工程が終了すると、炭化多孔質構造体生成工程を開始する（ステップＳ１６）。具体的には、乾燥したウレタンスポンジを、不活性雰囲気下にて９００℃から１３５０℃程度の温度で加熱する。

これにより、硬化したフェノール樹脂が炭素化するため、フェノール樹脂の炭素分とシリコン粉末とが混合した固体が形成される。一方、ウレタンスポンジは、加熱によって溶融して流出する。このため、フェノール樹脂の炭素分とシリコン粉末とが混合した外殻が形成されるとともに、ウレタンスポンジの流出で外殻の内部が中空となった中空部３が形成された炭化多孔質構造体が得られる。

その後、ＳｉＣ多孔質構造体生成工程を開始する（ステップＳ１７）。具体的には、炭化多孔質構造体を、真空または不活性雰囲気下において、１３５０℃以上の温度で加熱して反応焼結させる。

これにより、フェノール樹脂の炭素分とシリコン粉末とが反応して炭化ケイ素が生成される。このため、フェノール樹脂の炭素分とシリコン粉末とが混合した外殻が、炭化ケイ素の外殻２に置き換わったＳｉＣ多孔質構造体が得られる。

次に、ケイ素皮膜形成工程を開始する（ステップＳ１８）。具体的には、ＳｉＣ多孔質構造体に対して、シリコン粉末を万遍なくまぶしたのち、真空または不活性雰囲気下において、１３００℃から１８００℃の温度で加熱する。

これにより、シリコン粉末が溶融した溶融シリコンにＳｉＣ多孔質構造体が含浸される。このため、ＳｉＣ多孔質構造体の表面が、ケイ素皮膜４で被覆されて、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体が得られる。なお、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率は、２：１から４：１の範囲であればよいが、機械的強度、及び熱伝導率の観点から３：１がより好ましい。

上述したＳｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を得ると、破砕工程を開始する（ステップＳ１９）。具体的には、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体をミルにかけて破砕したのち、粒径が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のものと、それ以外の粒径のものとに分別する。そして、粒径が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下のものをＳｉ／ＳｉＣ充填材１として得る。

このＳｉ／ＳｉＣ充填材１の形状は、内部中空の外殻２で形成されたＳｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を破砕しているため、その内部が中空であって、三次元方向に枝分かれした立体樹枝状に形成される。この立体樹枝状としては、例えば、テトラポット形状、放射線状、あるいは立体網目状となる。
なお、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が３：１の場合、比重が２．７１ｇ／ｃｍ^３のＳｉ／ＳｉＣ充填材１を得ることができる。

このように製造したＳｉ／ＳｉＣ充填材１を用いた３つの成形体を、実施例１、実施例３、及び実施例４として製造するとともに、後述するＳｉＣ充填材を用いた成形体を実施例２として製造した。さらに、酸化亜鉛の三次元針状金属酸化物（以下、ＺｎＯ充填材と呼ぶ）を用いた成形体を、比較例として製造した。

なお、比較例、及び実施例１から実施例４は、いずれも熱硬化性のフェノール樹脂、及び熱伝導性充填材としての黒鉛に、ＺｎＯ充填材、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１、またはＳｉＣ充填材を配合した樹脂組成物を、金型に投入して加熱圧縮成形によって成形した成形体である。

ここで、加熱圧縮成形とは、予備成形工程、本成形工程、及び後工程を経て成形体を得る方法であって、以下に各工程について説明する。
予備成形工程は、フェノール樹脂、及び黒鉛の紛体に、ＺｎＯ充填材、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材、またはＳｉＣ充填材を混合した樹脂組成物を金型に投入して、金型温度３０℃、加圧圧力１５０ｋｇｆ／ｃｍ^２で２０秒間加圧する工程である。

本成形工程は、予備成形工程後、金型温度１７０℃、加圧圧力５００ｋｇｆ／ｃｍ^２で１８０秒間加圧しながら加熱して、フェノール樹脂を金型形状に硬化させて成形体を得る工程である。
後工程は、金型より脱型した成形体を、内部温度１６５℃、加圧圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ^２の電気炉に３時間投入し、未反応成分の硬化、及び応力緩和させる工程である。

引き続き、比較例、及び実施例１から実施例４について、下記に示す表１を用いて詳しく説明する。なお、表１の比重、三点曲げ強度、及び熱伝導率は、いずれも成形体における比重、三点曲げ強度、及び熱伝導率を示している。

表１に示すように、比較例は、ＺｎＯ充填材を用いた成形体であって、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対して、ＺｎＯ充填材の重量の比率が２０ｗｔ％の成形体である。
実施例１は、上述したＳｉ／ＳｉＣ充填材１を用いた成形体であって、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対して、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が２０ｗｔ％の成形体である。

実施例２は、図２のステップＳ１７で得たＳｉＣ多孔質構造体を、ステップＳ１８のケイ素皮膜形成工程をスキップして破砕したＳｉＣ充填材を用いた成形体であって、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対して、ＳｉＣ充填材の重量の比率が２０ｗｔ％の成形体である。

実施例３は、上述したＳｉ／ＳｉＣ充填材１を用いた成形体であって、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対して、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が３ｗｔ％の成形体である。
実施例４は、上述したＳｉ／ＳｉＣ充填材１を用いた成形体であって、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対して、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が５５ｗｔ％の成形体である。

表１に示すように、実施例４は、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対するＳｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が高いため、流動性が低下して成形性を損なっていることがわかる。

また、実施例１から実施例３は、良好な成形性を有するとともに、実施例１の比重が１．８９ｇ／ｃｍ^３、実施例２の比重が１．８５ｇ／ｃｍ^３、実施例３の比重が１．７４ｇ／ｃｍ^３と、比較例の比重２．０４ｇ／ｃｍ^３と比べて軽いことがわかる。

ところが、実施例３における平面方向の熱伝導率は４．３Ｗ／ｍｋであり、比較例の熱伝導率４５．０Ｗ／ｍｋの１割程度しかない。同様に、実施例３における厚み方向の熱伝導率は３．０Ｗ／ｍｋであり、比較例における熱伝導率３４．０Ｗ／ｍｋの１割程度しかない。

これは、実施例３において、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量との合計に対するＳｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が低いため、フェノール樹脂内に分散したＳｉ／ＳｉＣ充填材１が相互に接触できないことに起因するものであるとわかる。

一方、実施例２における平面方向の熱伝導率が５０．０Ｗ／ｍｋ、厚み方向の熱伝導率が３７．０Ｗ／ｍｋであることから、実施例２の熱伝導率は、比較例の熱伝導率に対して、僅かに良好であるものの、その差が小さいという結果を得られた。

これに対して、実施例１における平面方向の熱伝導率が６０．０Ｗ／ｍｋ、厚み方向の熱伝導率が４５．０Ｗ／ｍｋであることから、実施例１の熱伝導率は、比較例、及び実施例２の熱伝導率に対して、良好な結果であるといえる。特に、実施例１の熱伝導率と、実施例２の熱伝導率とを比較した場合、ケイ素皮膜４の有無が熱伝導率に大きく寄与していることがわかる。

加えて、比較例の三点曲げ強度９０Ｍｐに対して、実施例２の三点曲げ強度７０Ｍｐａであることから、ＳｉＣ充填材を用いた実施例２は、ＺｎＯ充填材を用いた比較例に比べて機械的強度が劣っていることがわかる。

一方、実施例１の三点曲げ強度が１００Ｍｐａであることから、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１を用いた実施例１は、ＺｎＯ充填材を用いた比較例、及びＳｉＣ充填材を用いた実施例２に比べて、機械的強度が優れていることがわかる。
つまり、実施例１は、比較例、及び実施例２から実施例４に比べて、熱伝導率、及び機械的強度が良好で、軽量な成形体であるという結果が得られた。

以上のような構成のＳｉ／ＳｉＣ充填材１、及びＳｉ／ＳｉＣ充填材１の製造方法は、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量化することができる。
具体的には、ＳｉＣ多孔質構造体の外殻２は、例えば三次元方向で交差する内部中空の線状体を、内部空間が連通するように一体的に繋ぎ合わせたような形状に形成される。しかし、炭化ケイ素が脆性材料であるため、ＳｉＣ多孔質構造体は、脆く壊れやすいという特徴がある。

そこで、ＳｉＣ多孔質構造体の表面に、補強材としてケイ素皮膜４を形成することにより、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体は、機械的強度を向上することができる。この際、炭化ケイ素とシリコン皮膜との界面における熱抵抗を低くできるため、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体は、熱伝導率を損なうことなく機械的強度を向上することができる。

このようなＳｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を粉砕することで、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量なＳｉ／ＳｉＣ充填材１を得ることができる。
詳しくは、例えば、三次元針状金属酸化物として用いられる酸化亜鉛や酸化アルミニウムの熱伝導率が１００Ｗ／ｍｋ未満であるのに対して、シリコンの熱伝導率、及び炭化ケイ素の熱伝導率が１００Ｗ／ｍｋ以上であるため、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、三次元針状金属酸化物の熱伝導率に比べて良好な熱伝導率を確保することができる。

そして、樹脂に配合して成形体を成形した際、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、樹脂内に分散した別のＳｉ／ＳｉＣ充填材１と相互に接触することで、熱伝導を行う三次元熱伝達構造を形成することができる。このため、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、方向依存性のない熱伝導性を確保した成形体を成形することができる。

加えて、例えば、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が３：１の場合、比重２．７１ｇ／ｃｍ^３のＳｉ／ＳｉＣ充填材１を得ることができる。これは、例えば、三次元針状金属酸化物として用いられる酸化亜鉛の比重５．７８ｇ／ｃｍ^３や、酸化アルミニウムの比重３．９５ｇ／ｃｍ^３に比べて軽量となる。

これにより、例えば、酸化亜鉛や酸化アルミニウムの三次元針状金属酸化物に場合に比べて、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、機械的強度、及び熱伝導率が良好で、かつより軽量な成形体を成形することができる。
従って、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体から形成したことより、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な熱伝導補助材、及び補強材として機能することができる。

また、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率を、２：１から４：１、より好ましくは３：１としたことにより、機械的強度と、熱伝導性とを両立して確保したＳｉ／ＳｉＣ充填材１を構成することができる。

具体的には、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が２：１を下回ると、脆性材料である炭化ケイ素を、補強材であるケイ素皮膜４で十分補強することができず、所望する機械的強度を確保できないおそれがある。

一方、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率が４：１を上回ると、ＳｉＣ多孔性構造体に、溶融シリコンが含浸するだけなく余剰に付着するおそれがある。このため、ケイ素皮膜４の膜厚が厚肉となり、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔性構造体を粉砕した際、熱伝導性を有する充填材として好適な立体樹枝状に形成されないおそれがある。

従って、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、溶融シリコンと炭化ケイ素との重量比率を、２：１から４：１、より好ましくは３：１としたことにより、機械的強度と、熱伝導性とを両立して確保するとともに、熱伝導性を有する充填材として好適な立体樹枝状に確実に形成することができる。

また、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１の粒径を、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることにより、熱伝導性を安定して確保することができるＳｉ／ＳｉＣ充填材１を構成することができる。
具体的には、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１の粒径が０．２ｍｍを下回ると、細粒化されて立体樹枝状に形成されないおそれがある。

一方、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１の粒径が１．０ｍｍを上回ると、熱伝導性を有する充填材として好適な立体樹枝状に形成されない、あるいは成形加工性を低下させるおそれがある。
従って、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、その粒径を０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下したことにより、その形状を安定して確保できるため、熱伝導性を安定して確保することができる。

また、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１と、熱硬化性のフェノール樹脂と、熱伝導性充填材としての黒鉛とを含有した樹脂組成物であって、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対するＳｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率を、５％以上５０％以下としたことにより、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な樹脂組成物を構成することができる。

具体的には、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対するＳｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が５％を下回ると、分散したＳｉ／ＳｉＣ充填材１が相互に接触できないため、三次元熱伝達構造を形成できないおそれがある。

一方、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対するＳｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率が５０％を上回ると、流動性が著しく低下するため、成形加工性が低下するおそれがある。
従って、樹脂組成物は、フェノール樹脂の重量と黒鉛の重量の合計に対するＳｉ／ＳｉＣ充填材１の重量の比率を５％以上５０％以下としたことにより、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量化することができる。

また、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１を含有する樹脂組成物で成形体を成形したことにより、機械的強度、及び熱伝導性を損なうことなく、軽量な成形体を構成することができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の立体樹枝状充填材は、実施形態のＳｉ／ＳｉＣ充填材１に対応し、
以下同様に、
多孔質構造体は、ウレタンスポンジに対応し、
含浸工程は、図２のステップＳ１３に対応し、
除去工程は、図２のステップＳ１４に対応し、
炭化・焼結工程は、図２のステップＳ１６、及びステップＳ１７に対応し、
被覆工程は、図２のステップＳ１８に対応し、
破砕工程は、図２のステップＳ１９に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

例えば、上述の実施形態において、スラリーに含浸する多孔質構造体としてウレタンスポンジを用いて説明したが、これに限定せず、紙葉、木材、不織布、あるいはプラスティックなどの多孔質構造体であってもよい。

また、図２のステップＳ１８において、ＳｉＣ多孔質構造体に対して、シリコン粉末を万遍なくまぶしたのち、加熱してシリコン粉末を溶融させたが、これに限定せず、予め溶融した溶融シリコンにＳｉＣ多孔質構造体を含浸させてもよい。

また、フェノール樹脂、黒鉛、及びＳｉ／ＳｉＣ充填材１を含有した樹脂組成物としたが、これに限定せず、フェノール樹脂、黒鉛、及びＳｉ／ＳｉＣ充填材１に加えて、流動性改善剤としてステアリン酸を含有してもよい。
これにより、樹脂組成物は、成形体を成形する際の流動性を向上できるため、成形加工性を向上することができる。

さらに、流動性が向上することで、樹脂組成物は、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１をより均一に分散することができ、より安定した熱伝導性を確保することができる。
従って、樹脂組成物は、流動性改善剤としてステアリン酸を含有したことにより、成形加工性の向上と、より安定した熱伝導性の確保とを両立することができる。

また、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１は、その内部が中空のため、例えば衝撃荷重が加わった際、Ｓｉ／ＳｉＣ充填材１が壊れることで衝撃吸収効果を期待することができる。このため、衝撃吸収性が要求される成形体、例えば自動車のバンパーなどに含有することで、衝撃吸収性の向上を図ることができる。

また、フェノール樹脂にＳｉ／ＳｉＣ充填材１を配合して成形体を成形したが、これに限定せず、機械的強度、熱伝導性、及び軽量化が要求される成形体であれば、例えばコンクリートにＳｉ／ＳｉＣ充填材１を配合してもよい。

本発明の立体樹枝状充填材は、機械的強度、熱伝導性、及び軽量化が要求される成形体に配合することができ、例えば、携帯端末やノートパソコンの筐体、照明器具の筐体、回路基板を収容する基板ケース、電気接続箱、ワイヤーハーネスにおける圧着端子に装着されるコネクタ、電源コードにおける栓刃を被覆する外皮部材、被覆電線における絶縁被覆、自動車のエンジンカバー、自動車構成部品、あるいはコンクリート構造物などに適用することができる。

１…Ｓｉ／ＳｉＣ充填材
２…外殻
４…ケイ素皮膜

Claims (7)

1. 炭化ケイ素を含む外殻の内部が中空のＳｉＣ多孔質構造体に対して、溶融シリコンを含浸させてケイ素皮膜を表面に形成したＳｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を、破砕によって立体樹枝状に形成した
   立体樹枝状充填材。
2. 前記溶融シリコンと前記炭化ケイ素との重量比率を、２：１から４：１とした
   請求項１に記載の立体樹枝状充填材。
3. 前記樹枝状充填材の粒径を、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とした
   請求項１または請求項２に記載の立体樹枝状充填材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の立体樹枝状充填材と、
   熱硬化性のフェノール樹脂と、
   熱伝導性充填材としての黒鉛とを含有し、
   前記フェノール樹脂の重量と前記黒鉛の重量の合計に対する前記立体樹枝状充填材の重量の比率を、５％以上５０％以下とした
   樹脂組成物。
5. 流動性改善剤としてステアリン酸を含有した
   請求項４に記載の樹脂組成物。
6. 請求項４または請求項５に記載の樹脂組成物で成形した
   成形体。
7. シリコン粉末とフェノール樹脂とを含有したスラリーに多孔質構造体を含浸する含浸工程と、
   前記多孔質構造体から余剰スラリーを除去する除去工程と、
   前記多孔質構造体を炭素化、並びに反応焼結して炭化ケイ素を生成し、ＳｉＣ多孔質構造体を得る炭化・焼結工程と、
   溶融シリコンに前記ＳｉＣ多孔質構造体を含浸してケイ素皮膜を表面に形成し、Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を得る被覆工程と、
   前記Ｓｉ／ＳｉＣ多孔質構造体を破砕して、樹枝状の立体樹枝状充填材を得る破砕工程とを備えた
   立体樹枝状充填材の製造方法。

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