JP6857497B2 - 自動車用ledランプヒートシンク - Google Patents

自動車用ledランプヒートシンク Download PDF

Info

Publication number
JP6857497B2
JP6857497B2 JP2016546602A JP2016546602A JP6857497B2 JP 6857497 B2 JP6857497 B2 JP 6857497B2 JP 2016546602 A JP2016546602 A JP 2016546602A JP 2016546602 A JP2016546602 A JP 2016546602A JP 6857497 B2 JP6857497 B2 JP 6857497B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
led lamp
resin composition
lamp heat
automobile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016546602A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016035680A1 (ja
Inventor
俊朗 江▲崎▼
俊朗 江▲崎▼
壮一 内田
壮一 内田
一昭 松本
一昭 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kaneka Corp
Original Assignee
Kaneka Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kaneka Corp filed Critical Kaneka Corp
Publication of JPWO2016035680A1 publication Critical patent/JPWO2016035680A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6857497B2 publication Critical patent/JP6857497B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40Cooling of lighting devices
    • F21S45/47Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/02Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/02Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
    • C08L67/025Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds containing polyether sequences
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14Solid materials, e.g. powdery or granular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50Cooling arrangements
    • F21V29/70Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F21V29/76Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical parallel planar fins or blades, e.g. with comb-like cross-section
    • F21V29/763Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical parallel planar fins or blades, e.g. with comb-like cross-section the planes containing the fins or blades having the direction of the light emitting axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/85Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F21V29/87Organic material, e.g. filled polymer composites; Thermo-conductive additives or coatings therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0001Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B29C45/14639Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles for obtaining an insulating effect, e.g. for electrical components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2507/00Use of elements other than metals as filler
    • B29K2507/04Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0012Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular thermal properties
    • B29K2995/0013Conductive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2011/00Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/016Additives defined by their aspect ratio
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00Applications
    • C08L2203/20Applications use in electrical or conductive gadgets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737Organic materials with or without a thermoconductive filler

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Description

本発明は、熱伝導性樹脂を用いた自動車用LEDランプヒートシンクに関するものである。さらに詳しくは、金属に比べて低比重であり、軽量化・省エネルギーに貢献し得る、自動車用LEDランプヒートシンクに関する。
電気・電子機器の小型化、高集積化に伴い、実装部品の発熱や使用環境の高温化が顕著となり、構成部材の放熱性向上に対する要求が高くなっている。特に自動車部材やハイパワーLEDの放熱は現在熱伝導率の高い金属やセラミックスからなる部材が用いられている。また、放熱用部材の1つである従来の自動車用LEDランプヒートシンクには、汎用樹脂やアルミニウム等の高熱伝導性を有する金属等が用いられていた。しかし、汎用樹脂の場合、熱伝導性が低く、LEDモジュールを十分に冷却できない問題があった。また、アルミニウム等の金属の場合、高比重であり、放熱性を高めるための後処理工程も必要となる。また、ダイキャストや押出成形によって製造されるため、形状の自由度が低い、製造コストが高い、金型の耐久性が悪い、等という課題があった。そのため、高熱伝導性、軽量化、優れた成形加工性を有し、安価に製造できる樹脂材料が求められている。
樹脂に熱伝導性を付与させる方法として、黒鉛等の高熱伝導性フィラーを添加させる方法が開示されている。
特許文献1には、アスペクト比10〜20、重量平均粒子径10〜200μm、固定炭素量98質量%以上である特定の黒鉛粒子を熱可塑性樹脂に添加することで熱伝導性に優れた樹脂組成物について開示されている。
特許文献2には、熱可塑性樹脂と、70%以上の粒子のアスペクト比が3以下である黒鉛粉末とを含む導電性樹脂組成物が開示されている。
特許文献3には、熱可塑性樹脂と、金属、無機物、カーボン繊維、グラファイトから選ばれる1種以上のフィラーと、を含有する熱伝導性樹脂と、高熱伝導性の金属又は炭素材料と、を組み合わせたLEDランプヒートシンクについて開示されている。しかしながら、上記技術では熱伝導性を付与させるために黒鉛やその他のフィラーを高充填させる必要があり、流動性が極度に低下し、場合によっては成形が困難となる課題があった。また、自動車用LEDランプヒートシンクにおいて、高温に晒された際にランプレンズが曇らないことが必要物性として挙げられ、低フォギング性が要求されるが、これらの点は上記各特許文献には全く記載されていない。また、金属や樹脂等の材料と熱伝導性樹脂を複合させる際の超音波溶着性についても記載されていない。
特許第5225558号 特開2001−60413号公報 特開2011−61157号公報
本発明の目的は、熱伝導性、成形加工性、フォギング性、金属や樹脂との超音波溶着性に優れ、軽量、且つ安価に製造可能な自動車用LEDランプヒートシンクを提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定の熱可塑性ポリエステルに特定の形状を有する黒鉛を含有する熱伝導性樹脂組成物が、熱伝導性、成形加工性、低フォギング性、金属や樹脂との超音波溶着性に優れ、自動車用LEDランプヒートシンクに適していることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記1)〜16)である。
1)一部または全部が熱伝導性樹脂組成物の射出成形により形成されたLEDモジュールを冷却するためのヒートシンクであって、前記熱伝導性樹脂組成物が、(A)数平均分子量が12,000〜70,000である熱可塑性ポリエステル樹脂(以下、単に「熱可塑性ポリエステル樹脂(A)」と称することがある。)50〜90重量%、および(B)固定炭素量が98質量%以上、且つアスペクト比が21以上である鱗片状黒鉛(以下、単に「鱗片状黒鉛(B)」と称することがある。)10〜50重量%を少なくとも含有し、比重1.4〜1.7、且つ1W/(m・K)以上の面方向の熱伝導率を有する樹脂組成物であることを特徴とする自動車用LEDランプヒートシンク。
2)前記自動車用LEDランプヒートシンク中に含まれる鱗片状黒鉛(B)の体積平均粒子径が1〜500μmであることを特徴とする、1)に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
3)前記熱伝導性樹脂組成物が溶融混練によって製造され、溶融混練前の鱗片状黒鉛の体積平均粒子径が1〜700μm、固定炭素量が98質量%以上、アスペクト比が21以上であることを特徴とする、1)、又は2)に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
4)前記熱可塑性ポリエステル樹脂(A)が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエステル−ポリエーテル共重合体からなる群より選択される1種以上のものであることを特徴とする、1)〜3)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
5)前記熱伝導性樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率が0.5W/(m・K)以上であることを特徴とする、1)〜4)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
6)前記自動車用LEDランプヒートシンクの一部が良熱伝導体金属又は炭素材料の何れか一方である、1)〜5)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
7)前記良熱伝導体金属と熱伝導性樹脂組成物により形成された自動車用LEDランプヒートシンクが、インサート成形、超音波溶着、または熱融着によって、熱伝導性樹脂組成物からなるヒートシンクの受熱面部に、良熱伝導体金属を接合固定してなる、1)〜5)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
8)前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属であり、熱伝導率40W/(m・K)以上の物質である、6)または7)に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
9)炭素材料は、グラファイトシートであって、面方向の熱伝導率が500W/(m・K)以上である、6)に記載の自動車用LEDヒートシンク。
10)前記自動車用LEDランプヒートシンクは、0.5W/(m・K)以上のサーマルインターフェイスマテリアルを用いたものであって、良熱伝導体金属/サーマルインターフェイスマテリアル/熱伝導性樹脂組成物より構成される、1)〜9)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
11)前記自動車用LEDランプヒートシンクの一部が絶縁性を有する樹脂を含む樹脂組成物で構成されることを特徴とする、1)〜10)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
12)前記自動車用LEDランプヒートシンクの射出成形用金型内のゲート厚みに対して、該ヒートシンクの基盤部の厚み比(基盤部厚み/ゲート厚み)が2以上であることを特徴とする、1)〜11)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
13)前記自動車用LEDランプヒートシンクのゲート痕が、2つ以上であることを特徴とする、1)〜12)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
14)1)〜13)の何れかに記載の自動車用LEDリアランプヒートシンク。
15)1)〜13)の何れかに記載の自動車用LEDフロントランプヒートシンク。
16)1)〜13)の何れかに記載の自動車用LEDヘッドランプヒートシンク。
なお、上記1)〜16)の自動車用LEDランプヒートシンクは、例えば、次のように言い換えることができる。
1)熱伝導性樹脂組成物の射出成形体からなる部材を含む自動車用LEDランプヒートシンクであって、該記熱伝導性樹脂組成物は、(A)数平均分子量が12,000〜70,000である熱可塑性ポリエステル樹脂50〜90重量%、および(B)固定炭素量が98質量%以上、且つアスペクト比が21以上である鱗片状黒鉛10〜50重量%を含有し、比重1.4〜1.7、且つ面方向の熱伝導率1W/(m・K)以上であることを特徴とする自動車用LEDランプヒートシンク。
2)鱗片状黒鉛(B)の体積平均粒子径が1〜500μmである、1)に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
3)熱伝導性樹脂組成物は溶融混練物であり、溶融混練前の鱗片状黒鉛の体積平均粒子径が1〜700μm、固定炭素量が98質量%以上、アスペクト比が21以上である、1)又は2)に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
4)熱可塑性ポリエステル樹脂(A)が、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、及びポリエステル−ポリエーテル共重合体からなる群より選択される1種以上である、1)〜3)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
5)熱伝導性樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率が0.5W/(m・K)以上である、1)〜4)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
6)金属及び炭素材料から選ばれる少なくとも1種の良熱伝導体からなる部材をさらに含む、1)〜5)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
7)熱伝導性樹脂組成物の射出成形体からなる部材であるヒートシンクの受熱面部と、良熱伝導体からなる部材との、インサート成形、超音波溶着または熱融着による接合体である、1)〜5)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
8)金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも1種であって、熱伝導率40W/(m・K)以上である、6)または7)に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
9)炭素材料は、面方向の熱伝導率500W/(m・K)以上のグラファイトシートである、6)に記載の自動車用LEDヒートシンク。
10)熱伝導率0.5W/(m・K)以上のサーマルインターフェイスマテリアルからなる熱伝導層を更に含み、該熱伝導層が、熱伝導性樹脂組成物の射出成形体からなる部材と、良熱伝導体からなる部材との間に介在する、6)〜9)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
11)絶縁性材料からなる部材をさらに含む、1)〜10)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
12)自動車用LEDランプヒートシンクの射出成形用金型内に熱伝導性樹脂組成物を注入するゲートの厚みと、該自動車用LEDランプヒートシンクの基盤部の厚みとの比(基盤部厚み/ゲート厚み)が2以上である、1)〜11)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
13)2つ以上のゲート痕を有する、1)〜12)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
14)リアランプに用いられる、1)〜13)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
15)フロントランプに用いられる、1)〜13)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
16)ヘッドランプに用いられる、1)〜13)の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、特定の熱可塑性ポリエステル樹脂(A)と、特定の黒鉛粒子(B)とを含有することにより、熱伝導性、成形加工性(流動性)、金属や樹脂との超音波溶着性に優れ、軽量化でき、且つ安価に製造できる。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの代表的な形態の斜視図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの代表的な形態の断面図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの他の代表的な形態の斜視図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの他の代表的な形態の断面図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの他の代表的な形態の斜視図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの他の代表的な形態の断面図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの他の代表的な形態の上面図 本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの別の代表的な形態の断面図
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、後述する熱伝導性樹脂組成物により一部または全部が射出成形により形成され、LED(発光ダイオード)モジュールを冷却するために使用するヒートシンクであり、一部にフィンが設置されているものであれば全て該当する。
すなわち、本発明の自動車用LEDランプヒートシンク(以下、単に「ヒートシンク」と称することがある。)は、その一部又は全部が、後述する熱可塑性ポリエステル樹脂(A)と鱗片状黒鉛(B)とを含む熱伝導性樹脂組成物(以下、単に「樹脂組成物」と称することがある。)の射出成形品からなる。より具体的には、該熱伝導性樹脂組成物を溶融混練し、得られた溶融混練物をそのまま射出成形し、又は該溶融混練物をペレット化した後、得られたペレットを用いて射出成形することにより、所望形状の射出成形品が得られ、該射出成形品を本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの一部又は全部として用いる。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、各種自動車用LEDランプに用いることができる。自動車用LEDランプは大別すると内装用ランプ、外装用ランプがあり、例えば、内装用ランプとしてルームランプ、マップランプ、外装ランプとしてリアランプ、フロントランプ、ヘッドランプが挙げられる。具体的には、リアランプとしては、テールランプ、ストップランプ、リアターンシグナルランプ、リアフォグランプ、ハイマウントストップランプ、バックランプ、ナンバープレートランプ、フロントランプとしては、フロントフォグランプ、フロントターンシグナルランプ、フロントポジショニングランプ、サイドターンシグナルランプ、デイランプ、ファッションランプ等が挙げられる。これら自動車用LEDランプの中でも高輝度のLEDモジュールが用いられ、放熱性が求められる観点より、リアランプ、フロントランプ、ヘッドランプが好適であり、より好ましくはテールランプ、ストップランプ、フォグランプ、ポジショニングランプ、ターンシグナルランプ、デイランプ、ヘッドランプである。
自動車用LEDランプのLED1つ当りの消費電力は、用途によって異なっており、また、LEDモジュールは複数用いられる場合がある。一般的にリアランプやフロントランプには0.1〜15WのLEDモジュールが用いられ、好ましくは0.1〜10W、より好ましくは、0.1〜8W、さらに好ましくは0.1〜5W、とくに好ましくは0.1〜3Wが用いられる。また、ヘッドランプには1W以上のLEDモジュールが用いられ、好ましくは5〜40Wであり、より好ましくは10〜30Wであり、さらに好ましくは10〜25Wであり、とくに好ましくは10〜20Wが用いられる。
本発明の熱可塑性ポリエステル樹脂(A)として、非晶性半芳香族ポリエステルや非晶性全芳香族ポリエステルなどの非晶性ポリエステル系樹脂、結晶性半芳香族ポリエステルや結晶性全芳香族ポリエステルなどの結晶性ポリエステル系樹脂等が挙げられ、これら熱可塑性ポリエステルは、1種類以上組み合わせて用いてもよい。
さらに熱可塑性ポリエステル樹脂(A)の中でも、樹脂の一部あるいは全部が結晶性あるいは液晶性を有する熱可塑性樹脂であることが、得られた樹脂組成物の熱伝導率が高くなる傾向がある点や、鱗片状黒鉛(B)を樹脂中に含有させることが容易である点から好ましい。これら結晶性あるいは液晶性を有する熱可塑性樹脂は、樹脂全体が結晶性であっても、ブロックあるいはグラフト共重合体樹脂の分子中における特定ブロックのみが結晶性や液晶性であるなど、樹脂の一部のみが結晶性あるいは液晶性であってもよい。樹脂の結晶化度には特に制限はない。また熱可塑性樹脂として、非晶性樹脂と結晶性あるいは液晶性樹脂とのポリマーアロイを用いることもできる。樹脂の結晶化度には特に制限はない。
樹脂の一部あるいは全部が結晶性あるいは液晶性を有する熱可塑性樹脂の中には、結晶化させることが可能であっても、単独で用いたり特定の成形加工条件で成形したりすることにより場合によっては非晶性を示す樹脂もある。このような樹脂を用いる場合には、延伸処理や後結晶化処理をするなど成形加工方法を工夫したりすることにより、樹脂の一部あるいは全体を結晶化させることができる場合もある。
結晶性ポリエステルの具体例としてはポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレートおよびポリエチレン−1,2−ビス(フェノキシ)エタン−4,4’−ジカルボキシレートなどのほか、ポリエチレンイソフタレート/テレフタレート、ポリブチレンテレフタレート/イソフタレート、ポリブチレンテレフタレート/デカンジカルボキシレートおよびポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート/イソフタレート、ポリエステル/ポリエーテルなどの結晶性共重合ポリエステル等が挙げられる。
前記ポリエステル/ポリエーテル(以降ポリエステル−ポリエーテル共重合体という)は、成形性、及び耐熱性の観点から、芳香族ポリエステル単位50〜80重量%、及び下記一般式(1)で表され、後述する変性ポリエーテル単位20〜50重量%からなる重合体であることが好ましく、より好ましくは芳香族ポリエステル単位60〜80重量%、及び前記変性ポリエーテル単位20〜40重量%からなる重合体である。
Figure 0006857497
(式(1)中、−A−は、−O−、−S−、−SO−、−SO−、−CO−、炭素数1〜20のアルキレン基、または炭素数6〜20のアルキリデン基であり、R、R、R、R、R、R、R、およびRは、いずれも水素原子、ハロゲン原子、または炭素数1〜5の1価の炭化水素基であり、R、R10はいずれも炭素数1〜5の2価の炭化水素基であり、それらはそれぞれ同一であっても異なっていても良い。mおよびnはオキシアルキレン単位の繰り返し単位数を示し、2≦m+n≦50である。)
ポリエステル−ポリエーテル共重合体の製造方法は、アンチモン化合物、場合によってゲルマニウム化合物を添加した触媒を用いて、(1)芳香族ジカルボン酸、ジオール、変性ポリエーテルの三者の直接エステル化法、(2)芳香族ジカルボン酸ジアルキル、ジオール、変性ポリエーテル、及び/又は、変性ポリエーテルのエステルの三者のエステル交換法、(3)芳香族ジカルボン酸ジアルキル、ジオールのエステル交換中、又は、エステル交換後に変性ポリエーテルを加えて、重縮合する方法、(4)高分子の芳香族ポリエステルを用い、変性ポリエーテルと混合後、溶融減圧下でエステル交換する方法等が挙げられ、これらに限定されるものではないが、原料組成コントロール性の観点から、前記(4)の製造方法が好ましい。
このような本発明に係る触媒として用いられるアンチモン化合物としては、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、酢酸アンチモン、アンチモングリコキサイド等が挙げられ、これらは単独又は2種以上組み合わせて用いられる。これらのアンチモン化合物の中では、三酸化アンチモンが特に好ましい。重合時に投入するアンチモン化合物触媒量は、反応速度の観点、及び経済的観点から、モノマー化合物又は原料樹脂の合計量の50〜2000重量ppmとするのが好ましく、より好ましくは100〜1000重量ppmとすることである。
前記触媒として用いられるゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウム等のゲルマニウム酸化物、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウムテトライソプロポキシド等のゲルマニウムアルコキシド、水酸化ゲルマニウム及びゲルマニウムのアルカリ金属塩、ゲルマニウムグリコレート、塩化ゲルマニウム、酢酸ゲルマニウム等が挙げられ、これらは単独又は2種以上組み合わせて用いられる。これらのゲルマニウム化合物の中では、二酸化ゲルマニウムが特に好ましい。重合時に投入する二酸化ゲルマニウム触媒量は、反応速度の観点、及び経済的観点から、樹脂量の50〜2000重量ppmとするのが好ましく、より好ましくは100〜1000重量ppmとすることである。
前記(1)の製造方法で用いられる芳香族ジカルボン酸は、特にテレフタル酸が好ましく、その他イソフタル酸、ジフエニルジカルボン酸、ジフエノキシエタンジカルボン酸等が例示される。これら芳香族ジカルボン酸の他に、少ない割合(15%以下)のオキシ安息香酸等の他の芳香族オキシカルボン酸、あるいは、アジピン酸、セバチン酸、シクロヘキサン1・4−ジカルボン酸等の脂肪族、又は肪環族ジカルボン酸を併用してもよい。
前記(1)〜(3)の製造方法で用いられるジオールは、エステル単位を形成する低分子量グリコール成分であり、炭素数2〜10の低分子量グリコール、例えば、エチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサンジオール、デカンジオール、シクロヘキサンジメタノール等である。特にエチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコールが、入手のし易さの点から好ましい。
前記(2)及び(3)の製造方法で用いられる芳香族ジカルボン酸ジアルキルのアルキル基としては、メチル基がエステル交換反応性の観点から好ましい。
前記(4)の製造方法で用いられる高分子の芳香族ポリエステルの溶液粘度としては、得られる成形品の耐衝撃性、耐薬品性や成形加工性の観点から、フェノール/テトラクロロエタン=1/1(重量比)混合溶媒中、25℃で濃度0.5g/dlにおける対数粘度(IV)が0.3〜2.0、さらには0.5〜1.5の範囲のものが好ましい。
(芳香族ポリエステル単位)
ポリエステル−ポリエーテル共重合体における芳香族ポリエステル単位は、芳香族ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体とから得られる重合体ないし共重合体であって、通常、交互重縮合体であり、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート単位、ポリブチレンテレプタレート単位、及びポリプロピレンテレフタレート単位からなる群から選ばれる1種以上である。
前記芳香族ポリエステル単位の好ましい具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート共重合体、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート共重合体、ポリプロピレンテレフタレート、あるいはポリプロピレンテレフタレート共重合体が挙げられ、より好ましくは、ポリエチレンテレフタレート単位、ポリブチレンテレフタレート、及びポリプロピレンテレフタレート単位よりなる群から選ばれる1種以上である。
(変性ポリエーテル単位)
ポリエステル−ポリエーテル共重合体における変性ポリエーテル単位は、前記一般式(1)で表される単位であり、一般式(1)中のオキシアルキレン単位の繰り返し単位数m、nにつき、(m+n)の数平均は、好ましくは2〜50であり、より好ましくは10〜50であり、さらに好ましくは18〜50である。
Figure 0006857497
(式(1)中、−A−、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、mおよびnはいずれも前記に同じ。)
前記変性ポリエーテル単位は、入手のし易さの観点から、好ましくは下記一般式(2)で表される単位であり、(m+n)が2の場合の式量は314、(m+n)が50の場合の式量は2426である。従って、一般式(2)で表される単位を分子として本発明に係るポリエステル−ポリエーテル共重合体に導入する場合の好ましい分子量は316〜2430であり、より好ましくは670〜2430であり、さらに好ましくは1020〜2430であり、さらに好ましくは、1330〜2000である。
Figure 0006857497
(式(2)中、m及びnは前記に同じ。)
これら結晶性ポリエステルの中でも、成形加工性や機械的特性などの観点から、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−2,6−ナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリ1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエステル−ポリエーテル共重合体等を用いることが好ましく、安価且つ容易に入手できるという観点より、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル−ポリエーテル共重合体がより好ましく、超音波溶着性に優れるという観点よりポリエチレンテレフタレート、ポリエステル−ポリエーテル共重合体がさらに好ましい。
本発明の数平均分子量とは、ポリスチレンを標準とし、p−クロロフェノールとトルエンの体積比3:8混合溶媒に2.5重量%濃度となるように溶解して調製した溶液を用いて高温GPC(Viscotek:350 HT−GPC System)にてカラム温度80℃、検出器を示差屈折計(RI)として測定した値である。
前記ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル−ポリエーテル共重合体の数平均分子量は12,000〜70,000であることが好ましく、15,000〜60,000であることがより好ましく、18,000〜55,000であることがさらに好ましく、20,000〜40,000であることがとくに好ましい。12,000未満の場合、機械強度が低くなる場合があり、70,000より大きい場合は成形が困難となる場合がある。本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、鱗片状黒鉛(B)、その他成分を溶融混練によって製造された後、射出成形によって作製される。本発明でいう数平均分子量は、溶融混練、成形加工前後のいずれでもよいが、成形加工後が好ましい。
本発明の熱伝導性樹脂組成物100重量%とした場合に、本発明に用いる熱可塑性ポリエステル樹脂(A)の含有量は50〜90重量%で、好ましくは50〜80重量%であり、さらに好ましくは50〜75重量%である。熱可塑性ポリエステル樹脂(A)が50重量%未満の場合、金属や他の樹脂と複合させる際、超音波溶着性や熱融着性が低下する場合があり、90重量%を超える場合、優れた熱伝導性を発現できない場合がある。
本発明に用いる鱗片状黒鉛(B)は、特定の物性を有する黒鉛粒子である。固定炭素量は98質量%以上、好ましくは98.5質量%以上、より好ましくは99質量%以上である。固定炭素量が98質量%未満の場合、熱伝導率が低下する。上記固定炭素量は、JIS M8511に準じて測定することができる。上記固定炭素量は、溶融混練、成形加工前後で変化しないとものとする。
アスペクト比は、成形体中において21以上である。アスペクト比の上限については、高ければ高い程よく、特に限定されないが、上限値を設定するのであれば、好ましい範囲は1,0000以下であり、より好ましい範囲は5,000以下であり、さらに好ましくは3,000以下である。鱗片状黒鉛(B)のアスペクト比は、面方向の最大径と最小厚みとの比(面方向の最大径/最少厚み)として求められ、電子顕微鏡等により、例えば任意に選択した100個の鱗片状黒鉛粒子の面方向の最大径及び最小厚みを測定し、得られた各測定値の算術平均値を求めることにより算出することができる。
本発明に用いられる鱗片状黒鉛(B)は、天然黒鉛及び人造黒鉛のいずれでもよく、組み合わせて併用してもよいが、安価に入手できるという観点で天然黒鉛が好ましい。さらに、α−黒鉛及びβ−黒鉛のいずれでもよく、これらを組み合わせてもよい。
本発明に用いる黒鉛として本発明の物性を著しく損なわない範囲で、その他の粒子径、形状、特性を有する黒鉛を併用して用いてもよい。黒鉛の具体的な形状としては、繊維状、塊状、土状、球状等が挙げられる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物100重量%とした場合、鱗片状黒鉛(B)の含有量は、10〜50重量%で、好ましくは20〜50重量%であり、さらに好ましくは25〜50重量%である。
すなわち、本発明の自動車用LEDランプヒートシンクに用いられる熱伝導性樹脂組成物は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)を50〜90重量%(好ましくは50〜80重量%、さらに好ましくは50〜75重量%)含有し、かつ鱗片状黒鉛(B)を10〜50重量%(好ましくは20〜50重量%、さらに好ましくは25〜50重量%)含有する。
本発明の熱伝導性樹脂組成物の比重は、1.4〜1.7であり、より好ましくは1.5〜1.7である。比重が1.4未満の場合、熱伝導性が十分発現されず、放熱性が不十分になる場合がある。
本発明でいう「面方向の熱伝導率」とは、成形体を作製する際に溶融樹脂が流動する方向に対する熱伝導率のことを示す。また、樹脂流動方向に対して垂直方向の熱伝導率を「厚み方向の熱伝導率」という。本発明の熱伝導性樹脂組成物の面方向の熱伝導率は1W/(m・K)以上であり、好ましくは、3W/(m・K)以上であり、より好ましくは5W/(m・K)以上、さらに好ましくは8W/(m・K)以上である。上限値は特に限定されず、高ければ高い程よい。
本発明の熱伝導性樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率は特に限定されず、高ければ高い程よい。下限値を設定するのであれば、好ましくは0.5W/(m・K)以上であり、より好ましくは0.8W/(m・K)以上であり、さらに好ましくは1W/(m・K)以上であり、特に好ましくは1.2W/(m・K)以上である。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、射出成形によって形成され、そのヒートシンク中に含まれる黒鉛の体積平均粒子径は、特に限定されないが、好ましくは1〜500μm、より好ましくは10〜300μm、さらに好ましくは20〜200μm、特に好ましくは40〜100μmである。体積平均粒子径が1μm未満である場合、樹脂組成物の熱伝導性が低下する場合がある。また、粒子径は大きい程、熱伝導率、成形加工性は向上する傾向にあるが、500μmを超える場合、樹脂組成物の強度が低下する場合がある。体積平均粒子径は、レーザー回折法、光散乱法等により測定することができる。
粒度分布については特に限定されないが、限定するのであれば、粒度分布を測定して得られた累積体積がそれぞれ20、80%であるときの粒子径D20及びD80の比D80/D20の比が好ましくは1〜20であり、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜5である。
本発明の熱伝導性樹脂組成物において、溶融混練前の鱗片状黒鉛の体積平均粒子径は、大きければ大きい程よく、好ましくは1〜700μmであり、より好ましくは10〜650μmであり、さらに好ましくは40〜500μmであり、特に好ましくは201μm以上である。また、アスペクト比は、好ましくは21以上である。アスペクト比の上限については、高ければ高い程よく、特に限定されないが、上限値を設定するのであれば、好ましい範囲は3,000以下であり、より好ましい範囲は1,000以下であり、さらに好ましくは500以下である。一般的に、溶融混練や成形加工の際に黒鉛は破砕される傾向にあるため、溶融混練前の黒鉛の体積平均粒子径が大きい程、溶融混練や成形加工後の黒鉛の体積平均粒子径は大きく保持され、熱伝導率や成形加工性が向上する。

本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、全面、もしくは内部全体に本発明の熱伝導性樹脂組成物が用いられる必要はなく、放熱性を高めるために部分的に金属や炭素材料等の良熱伝導体を複合させてもよい。これらの設置箇所は特に限定されないが、LEDモジュールの熱を良熱伝導体で拡散させた後、熱伝導性樹脂で構成されたヒートシンクによって放熱させることが効率よく放熱できるという観点で、ヒートシンクの受熱面部に設置することが好ましい。
すなわち、本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、熱伝導性樹脂組成物の射出成形体である部材(以下、「熱伝導性樹脂部材」と称することがある。)のみからなる第1形態、熱伝導性樹脂部材、及び良熱伝導体からなる部材(以下、「良熱伝導性部材」と称することがある。)を含む第2形態、熱伝導性樹脂部材、良熱伝導性部材、及びサーマルインターフェイスマテリアルからなる熱伝導層を含む第3形態などを含む。さらに、第1〜第3形態は、それぞれ、絶縁材料からなる絶縁部材を含むことができる。なお、良熱伝導性部材としては、例えば、金属製部材及び炭素製部材よりなる群から選ばれる少なくとも1種を使用できる。
金属製部材の材質は特に制限されないが、アルミニウム及びこれを含む合金(アルミニウム合金)、銅及びこれを含む合金(黄銅、青銅、アルミ黄銅等)、ニッケル、クロム、チタン、鉄、コバルト、スズ、亜鉛、パラジウム、銀、ステンレス、マグネシウム及びこれを含む合金(マグネシウム合金)、マンガン等が挙げられる。これら金属の中でも、40W/(m・K)以上の熱伝導率を有し、容易に入手できるという観点より、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金が好ましい。金属製部材を構成する金属は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
炭素製部材を構成する炭素材料としては、グラファイトシート、炭素繊維複合材料等が挙げられるが、高熱伝導性を有するという点で、グラファイトシートが好ましい。グラファイトシートの面方向の熱伝導率は特に限定されないが、高ければ高い程よい。好ましくは500W/(m・K)以上、より好ましくは1,000W/(m・K)以上、さらに好ましくは1,300W/(m・K)以上の熱伝導率を有するグラファイトシートが好ましい。
上記良熱伝導体金属、及び炭素材料からなる良熱伝導性部材の厚みは、特に限定されないが、好ましくは5mm以下、より好ましくは3mm以下、さらに好ましくは1mm以下である。炭素材料の中でも、グラファイトシートの場合、好ましくは500μm以下であり、よりこのましくは200μm以下であり、さらに好ましくは100μm以下である。厚みが薄い程、軽量化できるため好ましい。
上記良熱伝導体からなる良熱伝導性部材の形状は、特に限定されないが、平板状、曲板状、棒状、筒状、塊状等が挙げられ、これらの組み合わせからなる構造体であってもよい。また、貫通穴、折り曲げ部等を有してもよい。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクが、熱伝導性樹脂部材(以下、「樹脂成形部」と称することがある。)と良熱伝導性部材とを一体化した第2形態、もしくは第3形態である場合、本発明の樹脂成形部の、良熱伝導性部材と接合される表面(受熱面部)の形状は、特に限定されないが、平板、曲面、凹凸面、尖状部等が挙げられる。本発明では、得られるヒートシンクの熱伝導性ひいては放熱性をより一層高める観点から、熱伝導性樹脂部材を良熱伝導性部材に接合固定して一体化することが好ましい。
良熱伝導性部材が金属製部材である場合、これら樹脂成形部が形成される金属製部材の表面は、金属製部材と樹脂成形部との接着強度、密着性の観点から表面処理がなされたものであってもよい。表面処理方法は、特に限定されないが、例えば、特殊薬液や物理的研磨による微細粗化、陽極酸化や有機化合物による皮膜の形成、接着剤等によるプライマーコート等が挙げられる。金属表面処理の例としては、特許第4527196号や特許第5302315号に記載の金属表面処理技術等が挙げられる。
樹脂成形部と良熱伝導性部材との一体化は、例えば、接合固定により行なわれる。接合固定する方法としては、インサート成形、接着剤、振動溶着、超音波溶着、熱融着等によって接合させる方法が挙げられる。これらの接合方法の中で、安定生産性や安価に製造できるという観点で、インサート成形、超音波溶着、熱融着、振動溶着による接合方法が好ましく、成形サイクルを安定して生産できるという点で、ヒートシンクを成形した後に良熱伝導体からなる部材を接合させる超音波溶着、熱融着、振動溶着がより好ましい。
振動溶着は100〜300Hz程度が好ましく、超音波溶着の場合は10〜50kHzが好ましい。また総振動回数は振動溶着の場合300〜10000回が好ましく、超音波振動の場合は1万〜15万回が好ましい。
本発明の第3形態の自動車用LEDランプヒートシンクは、樹脂成形部と良熱伝導性部材との間に、サーマルインターフェイスマテリアルからなる熱伝導層を介在させている。本発明でいうサーマルインターフェイスマテリアルとは、2つの材料間の空隙を埋める、もしくは密着させるために用いる材料で、熱伝導性を有した材料のことを示す。良熱伝導体金属製部材とヒートシンクの主要部分を構成する樹脂成形部を複合させる際、サーマルインターフェイスマテリアルを用いて良熱伝導体金属製部材とヒートシンクの主要部分を構成する樹脂成形部の空隙を埋めることで放熱性を向上させることができる。サーマルインターフェイスマテリアルは、特に限定されず、熱伝導率についても限定されないが、放熱性の観点より0.5W/(m・K)以上の熱伝導性を有するサーマルインターフェイスマテリアルが好ましい。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、絶縁性を付与させるために、セラミックスや絶縁性を有する樹脂、及び樹脂組成物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の材料からなる絶縁部材を部分的に複合させてもよく、安価に絶縁性を付与できるという点で、絶縁性を有する樹脂、及び樹脂組成物が好ましい。複合させる方法としては、特に限定されないが、インサート成形や二色成形等の一体成形による方法や、絶縁部材のみを別途作製した後、接着剤、振動溶着、超音波溶着、熱融着等によって複合させる方法等が挙げられる。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクの形状は、特に限定されず、代表的な形態を図1、2などに示す。図1は斜視図、図2は断面図である。図1及び図2に示す自動車用LEDランプヒートシンクは、ほぼ方形板状の基盤部3と、複数のフィンからなるフィン部4と、を有し、複数のフィンはそれぞれ基盤部3の一方の表面に対して互いに離隔しながら垂下し、かつ基盤部3から離れるほどその厚みが薄くなるように構成されている。そして、該ヒートシンクにおける基盤部3の他方の表面のほぼ中央に回路基板2を介してLEDモジュール1を設置し、これらを電源(不図示)と結線することにより、自動車用LEDランプが構成される。なお、基盤部3の平面形状は方形に限定されず、例えば、長方形、円形、楕円形、三角形、五角形以上の多角形等、任意の形状とすることができる。
すなわち、図1及び図2に示す自動車用LEDランプは、LEDモジュール1/ヒートシンクの基盤部3/ヒートシンクのフィン部4という形態になっており、ヒートシンクの基盤部3の厚み方向の熱伝導率を高めることで、LEDモジュール1の熱をフィン部4に効率よく伝え、放熱性を向上できるため、以下に示す形状にヒートシンクを設計することが好ましい。ヒートシンクの厚みに対して狭いゲートからヒートシンク射出成形用金型キャビティ内に熱伝導性樹脂組成物の溶融物を流入させること、即ち、金型内のゲート厚みに対する該ヒートシンクの厚み比(ヒートシンク厚み/ゲート厚み比)が2以上となる条件で設計することが好ましく、より好ましくは3以上であり、さらに好ましくは5以上である。ここでいうゲート厚みとは、ゲート径も含む。また、ここでいうヒートシンクの厚みとは、フィン部以外の厚みを示し、特に限定されないが、好ましく基盤部3の厚みである。ヒートシンク厚み/ゲート厚み比が2以上であることで、鱗片状黒鉛(B)やその他の熱伝導性フィラーを成形体(樹脂成形部)の厚み方向に配向させることができ、ヒートシンクの厚み方向の熱伝導率がより効率的に高められる。
ゲートの種類は特に限定されず、例えばダイレクトゲート、サイドゲート、ピンポイントゲート、フィルムゲート、ディスクゲート、リングゲート、ファンゲート、タブゲート、サブマリンゲート、ホットランナーゲートが挙げられるが、フィラーの配向を成形体厚み方向により配向させやすいという観点で、ピンポイントゲート、フィルムゲートなどが好ましい。
ゲートの設置箇所は特に限定されないが、放熱性、成形性の観点より金型内におけるフィン部4の成形予定領域以外の箇所にゲートを設置することが好ましい。
ゲート口の数は特に限定されないが、放熱性、成形性の観点より2つ以上が好ましい。ゲート数が2つ以上の場合、樹脂が充填される際に発生するウェルド部の厚み方向の熱伝導率を高めることができ、LEDモジュールの熱をフィンに効率よく伝えることができる。2つ以上設置する場合、成形性の観点よりヒートシンクに対してできるだけ対照的な箇所に設置することが好ましい。
自動車用LEDランプヒートシンクの大きさは、特に限定されないが、使用するランプ用途の種類によって、LEDの消費電力が異なり、放熱させるために必要なヒートシンクの大きさは異なる。リアランプ用ヒートシンクにおける最長の辺の長さは100mm以下であり、好ましくは70mm以下であり、より好ましくは50mm以下であり、さらに好ましくは40mm以下である。フロントランプ用ヒートシンクにおける最長の辺の長さは200mm以下であり、好ましくは120mm以下であり、より好ましくは80mm以下であり、さらに好ましくは50mm以下である。ヘッドランプ用ヒートシンクにおける最長の辺の長さは300mm以下であり、好ましくは200mm以下であり、より好ましくは100mm以下であり、さらに好ましくは80mm以下である。
ヒートシンクサイズが小さくなるにつれて、軽量化できるが、ヒートシンクに要求される放熱性は高くなるため、形状の自由度が要求される。そのため、優れた成形性を有する本発明の熱可塑性樹脂組成物(熱伝導性樹脂組成物)が好適であり、ヒートシンクサイズが小さいリアランプ用途が好適である。
ヒートシンクの基盤部3の厚みは、特に限定されないが、10mm以下、好ましくは5mm以下、より好ましくは3mm以下、さらに好ましくは2mm以下である。10mmを超える場合、LEDモジュールの熱を効率よくヒートシンクのフィンに伝えられない場合がある。ヒートシンクのフィン部4の高さは、特に限定されないが、放熱性を向上できるという観点で、高さは高い程好ましい。その場合、フィン部4の面方向の熱伝導率は基盤部の面方向の熱伝導率より高い程好ましく、それを実施するための形状として、ヒートシンクの基盤部3の厚みに対するヒートシンクのフィン部4の厚み比(フィンの厚み/基盤部の厚み)は、1以下が好ましい。フィンの厚みが均一でない場合、フィンの根元部の厚みとして、上記厚み比を算出する。
また、図3及び図4に示す熱伝導性樹脂部材は、ゲート痕5を有する。ゲート痕5は、金型における基盤部の端面側の形成予定領域にゲートを配置することにより形成されるものである。また、図5〜7に示す熱伝導性樹脂部材は、図1及び図2に示す熱伝導性樹脂部材において、基盤部のフィン部が設けられた表面とは反対側の表面に、回路基板や熱伝導性部材などの形状に対応する空間形状を有する凹部6と、凹部6の一方向の両端辺から立設され、回路基板や熱伝導性部材などを固定するための突出部であるリブ7と、を有することを特徴とする。例えば、凹部6に回路基板や熱伝導性部材を設置した後、リブ7をかしめることにより、回路基板や熱伝導性部材を確実に固定することができる。図8に示すLEDモジュールは、図1及び図2に示すLEDモジュールにおいて、回路基板2と基盤部3との間に良熱伝導体金属製部材8が介在するものである。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、耐熱性に優れており、1.82MPaの荷重下での荷重撓み温度(HDT)は120℃以上であり、好ましくは130℃以上であり、より好ましくは150℃以上である。LEDの輝度が上がるにつれて、LED自体の温度は上昇傾向にあり、HDTは120℃以上が必要となる。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、長期耐熱性に優れている。自動車用LEDランプヒートシンクは、高温下で長期的に使用される場合があるため、長期耐熱性が高い程好ましい。ここでいう長期耐熱性は、大気中、150℃雰囲気下、2000時間放置させた場合の曲げ強度保持率(2000時間放置後の曲げ強度/初期の曲げ強度)をいい、曲げ強度保持率は、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上であり、さらに好ましくは75%以上である。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、放射率に優れる。本発明でいう放射率は、放射率測定器を用いて成形体の放射率を測定して得られ、0.65以上であり、好ましくは0.7以上であり、より好ましくは0.75以上である。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、電磁波シールド性にも優れており、100MHzの周波数における電磁波シールド効果は、5dB以上であり、好ましくは10dB以上であり、より好ましくは15〜60dBである。
次に、本発明で用いる熱伝導性樹脂組成物における、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)及び鱗片状黒鉛(B)以外の任意成分について説明する。該任意成分には、例えば、鱗片状黒鉛(B)以外の熱伝導性フィラー、鱗片状黒鉛(B)及びそれ以外の熱伝導性フィラーを除く充填剤、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)以外の合成樹脂、補強剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、ね増粘剤、離型剤、可塑剤、カップリング剤、難燃剤、耐炎剤、着色剤、着色剤、その他の助剤等の樹脂添加剤等から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。これらの任意成分は、本発明で用いられる熱伝導性樹脂組成物の好ましい特性を損なわない範囲で用いられる。以下、各任意成分について更に詳しく説明する。
本発明に用いる鱗片状黒鉛(B)とともに、その他の熱伝導性フィラーを組み合わせて用いてもよい。フィラーの形状については、特に限定されず、例えば鱗片状、繊維状、フレーク状、板状、球状、粒子状、微粒子状、ナノ粒子、凝集粒子状、チューブ状、ナノチューブ状、ワイヤ状、ロッド状、不定形、ラグビーボール状、六面体状、大粒子と微小粒子とが複合化した複合粒子状、液体等種々の形状が挙げられる。具体的には、アルミニウム、ニッケル等の金属フィラー、液相線温度300℃以上、かつ固相線温度150℃以上250℃以下の低融点合金、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ベリリウム、酸化銅、亜酸化銅等の金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の金属窒化物、炭化ケイ素等の金属炭化物、炭酸マグネシウムなどの金属炭酸塩、ダイヤモンド等の絶縁性炭素材料、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、アルミナ、窒化ホウ素、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、窒化珪素繊維、カーボンナノチューブ、タルク、ウォラストナイトが挙げられる。熱伝導性フィラーの添加量としては特に限定されないが、添加量が増加するにつれて、熱伝導性を向上させることができる。上記無機フィラーは天然物であってもよいし、合成されたものであってもよい。天然物の場合、産地等には特に限定はなく、適宜選択することができる。
本発明の樹脂組成物には、前記の熱伝導性フィラー以外にも、その目的に応じて公知の充填剤を広く使用することができる。熱伝導性フィラー以外の充填剤としては、例えばケイソウ土粉、塩基性ケイ酸マグネシウム、焼成クレイ、微粉末シリカ、石英粉末、結晶シリカ、カオリン、三酸化アンチモン、微粉末マイカ、二硫化モリブデン、ロックウール、セラミック繊維、アスベスト等の無機質繊維、及び、ガラス繊維、ガラスパウダー、ガラスクロス、溶融シリカ等のガラス製充填剤が挙げられる。これら充填剤を用いることで、例えば熱伝導性、機械強度、または耐摩耗性など樹脂組成物を応用する上で好ましい特性を向上させることが可能となる。さらに必要に応じて紙、パルプ、木材、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ボロン繊維等の合成繊維、ポリオレフィン粉末等の樹脂粉末、等の有機充填剤を併用して配合することができる。
本発明に用いるフィラーは、樹脂とフィラーとの界面の接着性を高めたり、作業性を容易にしたりするため、シラン処理剤やステアリン酸やアクリル系モノマー等の各種表面処理剤で表面処理がなされたものであってもよい。表面処理剤としては特に限定されず、例えばシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等従来公知のものを使用することができる。中でも、エポキシシラン等のエポキシ基含有シランカップリング剤、及び、アミノシラン等のアミノ基含有シランカップリング剤、ポリオキシエチレンシラン等が樹脂の物性を低下させることが少ないため好ましい。フィラーの表面処理方法としては特に限定されず、通常の処理方法を利用できる。
本発明の熱伝導性樹脂組成物には、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂等いかなる公知の樹脂とアロイ化させてもよい。
本発明の熱伝導性樹脂組成物には、上記樹脂やフィラー以外の添加剤として、さらに目的に応じて他のいかなる成分、例えば、補強剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、老化防止剤増粘剤、離型剤、可塑剤、カップリング剤、難燃剤、耐炎剤、着色剤、着色剤、その他の助剤等を本発明の効果を失わない範囲で、添加することができる。これらの添加剤の使用量は、熱可塑性樹脂100重量部に対し、合計で0〜20重量部の範囲であることが好ましい。上記熱安定剤としては、ホスファイト類、ヒンダードフェノール類、チオエーテル類等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記酸化防止剤としては、ホスファイト類、ヒンダードアミン類、ハイドロキノン類、ヒンダードフェノール類、硫黄含有化合物等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン類、ベンゾトリアゾール類、サリチル酸エステル類、金属錯塩類等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記難燃剤としては、有機系難燃剤、無機系難燃剤、反応系難燃剤等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
有機系難燃剤としては、臭素化エポキシ系化合物、臭素化アルキルトリアジン化合物、臭素化ビスフェノール系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール系フェノキシ樹脂、臭素化ビスフェノール系ポリカーボネート樹脂、臭素化ポリスチレン樹脂、臭素化架橋ポリスチレン樹脂、臭素化ビスフェノールシアヌレート樹脂、臭素化ポリフェニレンエーテル、臭素化ビスマレイミド、デカブロモジフェニルオキサイド、テトラブロモビスフェノールA及びそのオリゴマー等のハロゲン系難燃剤;トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリプロピルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリペンチルホスフェート、トキヘキシルホスフェート、トリシクロヘキシルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、トリキシレニルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、ジクレジルフェニルホスフェート、ジメチルエチルホスフェート、メチルジブチルホスフェート、エチルジプロピルホスフェート、ヒドロキシフェニルジフェニルホスフェート等のリン酸エステルやこれらを各種置換基で変性した化合物、各種の縮合型のリン酸エステル化合物、リン元素及び窒素元素を含むホスファゼン誘導体等のリン系難燃剤;ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
無機系難燃剤としては、水酸化アルミニウム、酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ジルコニウム系、モリブデン系、スズ酸亜鉛、グアニジン塩、シリコーン系、ホスファゼン系化合物等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
反応系難燃剤としては、テトラブロモビスフェノールA、ジブロモフェノールグリシジルエーテル、臭素化芳香族トリアジン、トリブロモフェノール、テトラブロモフタレート、テトラクロロ無水フタル酸、ジブロモネオペンチルグリコール、ポリ(ペンタブロモベンジルポリアクリレート)、クロレンド酸(ヘット酸)、無水クロレンド酸(無水ヘット酸)、臭素化フェノールグリシジルエーテル、ジブロモクレジルグリシジルエーテル、下記一般式(3)(式中、nは2〜20の整数である)で表される有機りん系難燃剤等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
尚、本発明の組成物に難燃剤を含有させる場合には、難燃助剤を用いることが好ましい。この難燃助剤としては、三酸化二アンチモン、四酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン、アンチモン酸ナトリウム、酒石酸アンチモン等のアンチモン化合物や、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、水和アルミナ、酸化ジルコニウム、ポリリン酸アンモニウム、酸化スズ、酸化鉄等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。また、難燃性を改良するために、シリコーンオイルを配合することができる。
Figure 0006857497
上記老化防止剤としては、例えば、ナフチルアミン系化合物、ジフェニルアミン系化合物、p−フェニレンジアミン系化合物、キノリン系化合物、ヒドロキノン誘導体系化合物、モノフェノール系化合物、ビスフェノール系化合物、トリスフェノール系化合物、ポリフェノール系化合物、チオビスフェノール系化合物、ヒンダードフェノール系化合物、亜リン酸エステル系化合物、イミダゾール系化合物、ジチオカルバミン酸ニッケル塩系化合物、リン酸系化合物等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記可塑剤としては、ジメチルフタレート、ジエチルフタレート、ジブチルフタレート、ジイソブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ブチルオクチルフタレート、ジ−(2−エチルヘキシル)フタレート、ジイソオクチルフタレート、ジイソデシルフタレート等のフタル酸エステル類;ジメチルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジ−(2−エチルヘキシル)アジペート、ジイソオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、オクチルデシルアジペート、ジ−(2−エチルヘキシル)アゼレート、ジイソオクチルアゼレート、ジイソブチルアゼレート、ジブチルセバケート、ジ−(2−エチルヘキシル)セバケート、ジイソオクチルセバケート等の脂肪酸エステル類;トリメリット酸イソデシルエステル、トリメリット酸オクチルエステル、トリメリット酸n−オクチルエステル、トリメリット酸イソノニルエステル等のトリメリット酸エステル類;ジ−(2−エチルヘキシル)フマレート、ジエチレングリコールモノオレート、グリセリルモノリシノレート、トリラウリルホスフェート、トリステアリルホスフェート、トリ−(2−エチルヘキシル)ホスフェート、エポキシ化大豆油、ポリエーテルエステル等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記抗菌剤としては、銀系ゼオライト、銀−亜鉛系ゼオライト等のゼオライト系抗菌剤、錯体化銀−シリカゲル等のシリカゲル系抗菌剤、ガラス系抗菌剤、リン酸カルシウム系抗菌剤、リン酸ジルコニウム系抗菌剤、銀−ケイ酸アルミン酸マグネシウム等のケイ酸塩系抗菌剤、酸化チタン系抗菌剤、セラミック系抗菌剤、ウィスカー系抗菌剤等の無機系抗菌剤;ホルムアルデヒド放出剤、ハロゲン化芳香族化合物、ロードプロパルギル誘導体、チオシアナト化合物、イソチアゾリノン誘導体、トリハロメチルチオ化合物、第四級アンモニウム塩、ビグアニド化合物、アルデヒド類、フェノール類、ピリジンオキシド、カルバニリド、ジフェニルエーテル、カルボン酸、有機金属化合物等の有機系抗菌剤;無機・有機ハイブリッド抗菌剤;天然抗菌剤等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記着色剤としては、有機染料、無機顔料、有機顔料等が挙げられる。これらは、1種単独であるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(熱伝導性樹脂組成物)の製造方法としては特に限定されるものではない。例えば、上述した成分や添加剤等を乾燥させた後、単軸、2軸等の押出機のような溶融混練機にて溶融混練することにより、溶融混練物として製造することができる。混練温度は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)の種類に応じて選択される。また、配合成分が液体である場合は、液体供給ポンプ等を用いて溶融混練機に途中添加して製造することもできる。
次に、本発明の熱伝導性樹脂組成物について、製造例、実施例及び比較例を挙げさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに制限されるものではない。
樹脂組成物の調製に用いる原料成分を以下に示す。
熱可塑性ポリエステル樹脂(A):
ポリエチレンテレフタレート(A−1):三菱化学社製 ノバペックス PBKII(商品名)、数平均分子量28,000
ポリエチレンテレフタレート(A−2):三菱化学社製 GS−100(商品名)、数平均分子量22,500
ポリエチレンテレフタレート(A−3)クラレ社製 KS710B−8S(商品名)、数平均分子量61,000
ポリエステル−ポリエーテル共重合体(A−4):
ポリエステル−ポリエーテル共重合体(A−4)としては、以下の方法で製造したものを使用した。
即ち、攪拌機、ガス排出出口を備えた反応器に、アンチモン系触媒で製造されたアンチモン金属濃度200重量ppmのポリエチレンテレフタレート(PET)(IV=0.65のもの)70重量部、以下で説明するビスオール18ENであるポリエーテル30重量部、PET及びポリエーテルの合計量に対して160ppmとなる三酸化アンチモン、及び酸化防止剤(チバ・スペシャリティーケミカルズ製のイルガノックス1010)0.2重量部を仕込んだ後、270℃で2時間保持した後、真空ポンプで減圧し、1torr、3時間保持後とりだし、ポリエステル−ポリエーテル共重合体(A−4)を得た。得られたポリエステル−ポリエーテル共重合体(A−4)の数平均分子量は、25,400であった。
前記ビスオール18ENは、前記一般式(2)の構造における(m+n)の数平均が18のものである。
熱可塑性ポリアミド樹脂:ナイロン6、ユニチカ社製 A1020BRL(商品名)
鱗片状黒鉛(B):
鱗片状黒鉛(B−1):中越黒鉛工業所社製 CPB−80(商品名)、体積平均粒子径300μm、固定炭素量99.9%、アスペクト比100
鱗片状黒鉛(B−2):中越黒鉛工業所社製 BF−40AK(商品名)、体積平均粒子径50μm、固定炭素量99.9%、アスペクト比30
鱗片状黒鉛(B−3):中越黒鉛工業所社製 MD−100C(商品名)、体積平均粒子径170μm、固定炭素量93.6%、アスペクト比80
補強剤(C):
ガラス繊維:日本電気硝子株式会社製T187H/PL(商品名)、単体での熱伝導率1.0W/(m・K)、繊維直径13μm、数平均繊維長3.0mm
[評価方法]
成形加工条件:
評価するために使用する成形体の成形加工温度は、使用する熱可塑性樹脂によって異なり、表1に示す成形加工温度で射出成形を行った。また、射出速度150mm/s、射出圧力150MPaに固定して成形を行った。
黒鉛の体積平均粒子径:
マイクロトラック粒度分布測定装置(日機装社製 MICROTRAC MT3300EXII)を用いて、水溶媒中に黒鉛粒子を投入し、60秒間超音波振動させた後、測定を行った。成形加工後の黒鉛粒子の体積平均粒子径については、得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットを、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si−30IV]を用いて、図3、4に示すヒートシンク(ゲート径:φ1mm)を作製し、620℃で1時間焼成させた後、ヒートシンク中に含まれる黒鉛粒子のみを取り出し、測定を行った。
黒鉛のアスペクト比:
走査型電子顕微鏡(SEM)(日本電子社製 JSM−6060LA)を用いて、黒鉛粒子100個の面方向の最長径及び最小厚みを測定し、得られた測定値の各平均値を用いて算出した。成形加工後の黒鉛粒子のアスペクト比については、図3、4に示すヒートシンクを用いて同様の方法で算出した。
数平均分子量:
射出成形によって作製した図3、4のヒートシンクの一部を、p−クロロフェノール(東京化成工業製)とトルエンの体積比3:8混合溶媒に0.25重量%濃度となるように溶解させた後、熱可塑性樹脂のみを抽出し、試料を調製した。標準物質はポリスチレンとし、同様の試料溶液を調製した。高温GPC(Viscotek社製 350 HT−GPC System)にてカラム温度:80℃、流速1.00mL/minの条件で測定した。検出器としては、示差屈折計(RI)を使用した。
押出混練温度:
熱伝導性樹脂組成物は、押出溶融混練によって作製されるが、その際の押出混練温度は熱可塑性ポリエステル樹脂(A)によって異なり、表1に示す押出バレル温度で押出混練を行った。
熱伝導率:
得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットを用いて、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si−15IV]にて、φ26mm×1mm厚の成形体を作製し、ASTM E1461規格に準拠して、レーザーフラッシュ法熱伝導率測定装置(NETZSCH社製 LFA447)により、室温大気中における面方向と厚み方向の熱伝導率を測定した。
ヒートシンクの熱伝導率:
射出成形によって、図3 、4に示すヒートシンクであって、ゲート痕5の断面形状が異なる以外は同じ形状及び同じ寸法である2種類のヒートシンク(1)、(2)を作製した。得られたヒートシンクの基盤部3の厚み方向の熱伝導率を測定した。
ヒートシンク(1)のゲート痕5の断面形状:φ1mmのほぼ円形
ヒートシンク(2)のゲート痕5の断面形状:2mm×2mmのほぼ正方形
比重:
φ26mm×1mm厚の成形体を用いて、ISO1183規格に準拠して、水中置換法にて比重を測定した。
成形加工性:
得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットを、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si−30IV]を用いて、熱伝導性樹脂組成物中に含まれる熱可塑性樹脂の種類に合わせて、表1に示す成形温度、金型温度にし、射出圧力150MPa、射出速度150mm/sでスパイラル状の成形体(10mm幅×1mm厚、ピッチ5mm)における流動長を測定し、次のように成形性を判断した。○:流動長が120mm以上、△:流動長が80〜120mm、×:流動長が80mm未満
耐熱性:
HDT(高荷重)射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si−30IV]にて、80mm×40mm×4mm厚みの試験片を作製し、ISO75規格に準拠して測定した。
長期耐熱性:
小型高温チャンバー(ESPEC社製、ST−120)を用いて、試験片を大気中、150℃雰囲気下で2000時間放置した。試験前後の試験片の曲げ強度をISO178に準拠して測定し、曲げ強度保持率(2000時間放置後の曲げ強度/初期の曲げ強度)を算出した。
放射率:
放射率測定器(ジャパンセンサー社製 TSS−5X)を用いて、80mm×40mm×4mm厚みの成形体の放射率を測定した。
フォギング性:
射出成形によって作製したφ26mm×1mm厚のサンプルを、23℃、湿度50%雰囲気下で1週間放置させた後、ガラス管(外径80mm×高さ180mm、開口部の外径60mm)の中に、サンプルを3枚いれ、ガラス管開口上にガラス板を載せ、ガラス管とガラス板間の隙間を埋めるためラップでシールをした。このガラス管を120℃のオイルバスに24時間浸け、この際に発生したガスをガラス板に付着させた。その後、このガラス板を濁度計(日本電色工業社製NDH−300A)にてヘイズ値(曇り)を測定し、次のようにフォギング性の判定をした。○:ヘイズ値が5%未満、△:ヘイズ値が5〜10%、×:ヘイズ値が10%以上。ヘイズ値は小さいほど曇りが少なくフォギング性に優れており、ヘイズ値が大きいほどガラスが曇り、フォギング性に劣る。
超音波溶着性:
図5〜7に示す形状のヒートシンク(40×40×40mm)を作製し、ヒートシンクの上面部にアルミ板(20×20、厚み1mm)を設置した。超音波溶着機(エマソン社製 2000Xdt)を用いて、20kHzの超音波振動を振幅設定値80%で3秒間かけリブ部7を溶着させ、超音波溶着性を次のようにして判定した。○:溶着部にバリの発生がない、×:溶着部にバリの発生があり、バリ部を爪で擦ると屑が発生する。
Figure 0006857497
[実施例1〜8]
熱可塑性ポリエステル樹脂(A−1)〜(A−4)を、熱風乾燥機を用いて140℃で4時間乾燥し、表2に示された重量比率となるように混合したものを準備した。これに、フェノール系安定剤(株式会社ADEKA製AO−60)およびリン系酸化防止剤(株式会社ADEKA製アデカスタブPEP−36)を樹脂組成物100重量部に対してそれぞれ0.3重量部加えた。この混合物を、株式会社テクノベル製25mm同方向回転完全噛合型二軸押出機MFU25TW−60HG−NH−1300を用いて、吐出量20kg/h、スクリュー回転数150rpm、押出バレル温度を表1に示す温度に設定して溶融混練することで、樹脂組成物のペレットを得た。
得られた樹脂組成物のペレットを射出成形によって、各成形体を作製し、各種評価した。ヒートシンク中に含まれる黒鉛粒子の体積平均粒子径とアスペクト比、及び各種物性値を表2に示す。
[比較例1]
表3に示す配合処方に変更した以外は、実施例1と同様にした。ヒートシンク中に含まれる黒鉛粒子の体積平均粒子径とアスペクト比、及び各種物性値を表3に示す。
[比較例2]
熱可塑性ポリエステル樹脂を熱可塑性ポリアミド樹脂に変更し、熱風乾燥機を用いて120℃で6時間乾燥し、表3に示された重量比率となるように混合したものを準備した。押出バレル温度、射出成形条件を変更した点以外は、実施例1と同様にした。ヒートシンク中に含まれる黒鉛粒子の体積平均粒子径とアスペクト比、及び各種物性値を表3に示す。
Figure 0006857497
Figure 0006857497
実施例3と比較例1の結果より、同量の黒鉛を含有させた場合、実施例で使用した黒鉛の固定炭素量98%以上であることで、熱伝導率、成形加工性が高くなっていることが分かる。また、実施例と比較例2を比較して、実施例の熱伝導性樹脂組成物はフォギング性、超音波溶着性に優れていることが言える。実施例3と実施例7より、溶融混練前の黒鉛の体積平均粒子径が大きい程、成形体中に含まれる黒鉛粒子の体積平均粒子径が大きくなり、熱伝導性、成形加工性が向上していることが言える。実施例3と実施例8の結果より、ヒートシンク厚み/ゲート厚み比が2以上であることで、ヒートシンクの基盤部の厚み方向の熱伝導率が向上していることが言える。このことより、LEDモジュールの熱を効率よくフィン部に伝えられるため、LEDモジュールの温度をより効果的に低減させることができる。
本発明の自動車用LEDランプヒートシンクは、優れた熱伝導性、成形加工性、低比重を有するため、熱伝導性が高い金属等の代替にすることができ、軽量化や形状の自由度が高く、容易、且つ安価に製造することができる。また、低フォギング性、超音波溶着性に優れており、ランプレンズの曇りも少なく、他基材との複合化も容易のでき、用途に合わせて物性を向上させることができる。また、本発明の熱伝導性樹脂組成物は、電磁シールド性にも優れており、電磁遮..性が要求される用途にも好適である。以上のことから、自動車用LEDランプヒートシンク用途に好適である。
1 LEDモジュール
2 回路基板
3 ヒートシンクの基盤部
4 ヒートシンクのフィン
5 ゲート
6 ヒートシンク上面部
7 リブ
8 良熱伝導体金属製部材

Claims (13)

  1. 一部または全部が熱伝導性樹脂組成物の射出成形により形成されたLEDモジュールを冷却するための自動車用LEDランプヒートシンクであって、
    前記自動車用LEDランプヒートシンクが、板状の基盤部と複数のフィンからなるフィン部とを有し、前記の複数のフィンがそれぞれ前記基盤部の一方の表面に対して互いに離隔しながら垂下し、且つ前記基盤部から離れるほどその厚みが薄くなるように構成され、且つ前記基盤部の端面側にゲート痕が配置されており、
    前記熱伝導性樹脂組成物が、(A)数平均分子量が12,000〜70,000である熱可塑性ポリエステル樹脂50〜90重量%、および(B)固定炭素量が98質量%以上、且つアスペクト比が21以上である鱗片状黒鉛10〜50重量%を少なくとも含有し、比重1.4〜1.7、且つ1W/(m・K)以上の面方向の熱伝導率を有する樹脂組成物であり、
    前記熱伝導性樹脂組成物中の前記鱗片状黒鉛(B)が、体積平均粒子径201〜700μmのものを、前記熱可塑性ポリエステル樹脂(A)と溶融混錬して体積平均粒子径1〜500μmとしたものであり
    前記熱可塑性ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレート及びポリエステル−ポリエーテル共重合体からなる群より選択される1種以上のものであり、
    記ゲート痕の厚みに対して、前記基盤部の厚み比(基盤部厚み/ゲート痕の厚み)が2以上である
    ことを特徴とする自動車用LEDランプヒートシンク
  2. 前記熱伝導性樹脂組成物が溶融混練によって製造され、溶融混練前の鱗片状黒鉛のアスペクト比が21以上であることを特徴とする、請求項1に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  3. 前記熱伝導性樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率が0.5W/(m・K)以上であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  4. 前記自動車用LEDランプヒートシンクの一部が良熱伝導体金属又は炭素材料の何れか一方である、請求項1〜の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  5. 良熱伝導体金属と前記熱伝導性樹脂組成物により形成された自動車LEDランプヒートシンクが、インサート成形、超音波溶着、または熱融着によって、前記熱伝導性樹脂組成物からなるヒートシンクの受熱面部に、前記良熱伝導体金属を接合固定してなる、請求項1〜の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  6. 前記良熱伝導体金属は、アルミニウム、銅、マグネシウム及びこれらの合金からなる群より選ばれる金属であり、熱伝導率40W/(m・K)以上の物質である、請求項4または5に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  7. 前記炭素材料は、グラファイトシートであって、面方向の熱伝導率が500W/(m・K)以上である、請求項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  8. 前記自動車用LEDランプヒートシンクは、前記熱伝導性樹脂組成物、前記良熱伝導体金属および熱伝導率0.5W/(m・K)以上のサーマルインターフェイスマテリアルを用いたものであって、前記熱伝導性樹脂組成物と前記良熱伝導体金属との間に前記サーマルインターフェイスマテリアルからなる熱伝導層が介在して構成される、請求項4〜7の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  9. 前記自動車用LEDランプヒートシンクの一部が絶縁性を有する樹脂を含む樹脂組成物で構成されることを特徴とする、請求項1〜の何れかに記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  10. 前記自動車用LEDランプヒートシンクのゲート痕が、2つ以上であることを特徴とする、請求項1〜の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  11. リアランプに用いられる、請求項1〜10の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  12. フロントランプに用いられる、請求項1〜10の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
  13. ヘッドランプに用いられる、請求項1〜10の何れか1項に記載の自動車用LEDランプヒートシンク。
JP2016546602A 2014-09-01 2015-08-27 自動車用ledランプヒートシンク Active JP6857497B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014177322 2014-09-01
JP2014177322 2014-09-01
PCT/JP2015/074315 WO2016035680A1 (ja) 2014-09-01 2015-08-27 自動車用ledランプヒートシンク

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016035680A1 JPWO2016035680A1 (ja) 2017-06-29
JP6857497B2 true JP6857497B2 (ja) 2021-04-14

Family

ID=55439744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016546602A Active JP6857497B2 (ja) 2014-09-01 2015-08-27 自動車用ledランプヒートシンク

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10222051B2 (ja)
EP (1) EP3190636B1 (ja)
JP (1) JP6857497B2 (ja)
CN (1) CN106605310B (ja)
WO (1) WO2016035680A1 (ja)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112016029690A2 (pt) 2014-07-07 2017-08-22 Honeywell Int Inc material de interface térmica, e componente eletrônico
US10355188B2 (en) 2014-10-23 2019-07-16 Kaneka Corporation LED lamp heat sink
CN107250317A (zh) 2014-12-05 2017-10-13 霍尼韦尔国际公司 具有低热阻的高性能热界面材料
JP7149074B2 (ja) * 2015-06-03 2022-10-06 株式会社カネカ 金属樹脂複合体、及び、その製造方法
US11402091B2 (en) * 2015-08-31 2022-08-02 Flex-N-Gate Advanced Product Development, Llc Lamp assembly with thermal transporter
CN108026375B (zh) * 2015-09-09 2021-05-11 株式会社钟化 导热性树脂组合物
KR20170033947A (ko) * 2015-09-17 2017-03-28 삼성전자주식회사 광원 모듈 및 이를 포함하는 조명 장치
US10312177B2 (en) * 2015-11-17 2019-06-04 Honeywell International Inc. Thermal interface materials including a coloring agent
KR102554661B1 (ko) 2016-03-08 2023-07-13 허니웰 인터내셔널 인코포레이티드 상 변화 물질
JP6765241B2 (ja) * 2016-07-13 2020-10-07 株式会社小糸製作所 車輌用照明装置
US10501671B2 (en) 2016-07-26 2019-12-10 Honeywell International Inc. Gel-type thermal interface material
CN107129744B (zh) * 2017-04-27 2018-05-11 广东歌丽斯化学有限公司 一种封装材料及其制备方法和应用
EP3503226A3 (en) * 2017-08-27 2019-09-18 Everlight Electronics Co., Ltd. Semiconductor package structure
US11041103B2 (en) 2017-09-08 2021-06-22 Honeywell International Inc. Silicone-free thermal gel
CN111201338B (zh) * 2017-10-12 2022-03-11 日本帕卡濑精株式会社 表面处理剂、以及具有表面处理覆膜的金属材料及其制造方法
US10428256B2 (en) 2017-10-23 2019-10-01 Honeywell International Inc. Releasable thermal gel
CN108148361B (zh) * 2017-12-29 2020-06-30 江阴济化新材料有限公司 一种导热pbt材料及其制备方法和应用
US11072706B2 (en) 2018-02-15 2021-07-27 Honeywell International Inc. Gel-type thermal interface material
EP3755515A4 (en) * 2018-02-20 2021-11-10 Ticona LLC THERMAL CONDUCTIVE POLYMER COMPOSITION
US10281113B1 (en) 2018-03-05 2019-05-07 Ford Global Technologies, Llc Vehicle grille
CN108546398A (zh) * 2018-04-09 2018-09-18 上海小糸车灯有限公司 车灯用防起雾材料及其制备方法
JP6603364B1 (ja) * 2018-05-16 2019-11-06 株式会社テックスイージー 容器入り飲料温度調節装置
EP3808277B1 (en) * 2018-06-12 2023-09-27 Edan Instruments, Inc Ultrasound transducer, ultrasonic probe, and ultrasonic detection apparatus
US11373921B2 (en) 2019-04-23 2022-06-28 Honeywell International Inc. Gel-type thermal interface material with low pre-curing viscosity and elastic properties post-curing
US10986722B1 (en) * 2019-11-15 2021-04-20 Goodrich Corporation High performance heat sink for double sided printed circuit boards
WO2021200711A1 (ja) * 2020-03-30 2021-10-07 東洋紡株式会社 熱伝導性樹脂組成物及びそれからなる成形品
US20240084098A1 (en) * 2021-01-25 2024-03-14 Sekisui Techno Molding Co., Ltd. Resin composition and resin molded article
US20220320408A1 (en) * 2021-04-01 2022-10-06 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Enclosures for thermoelectric generators, and related devices, systems, and methods

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6399209B1 (en) * 1999-04-16 2002-06-04 The Bergquist Company Integrated release films for phase-change interfaces
JP2001060413A (ja) 1999-06-17 2001-03-06 Showa Denko Kk 導電樹脂組成物及びそれを用いた成形物
US20070216067A1 (en) * 2000-01-21 2007-09-20 Cyclics Corporation Macrocyclic polyester oligomers as carriers and/or flow modifier additives for thermoplastics
US6384128B1 (en) * 2000-07-19 2002-05-07 Toray Industries, Inc. Thermoplastic resin composition, molding material, and molded article thereof
JP5225558B2 (ja) 2005-05-26 2013-07-03 テクノポリマー株式会社 熱伝導性樹脂組成物及び成形品
JP2010021452A (ja) * 2008-07-14 2010-01-28 Panasonic Corp 光半導体装置用パッケージ
JP5302315B2 (ja) 2008-08-06 2013-10-02 大成プラス株式会社 金属合金とポリアミド樹脂組成物の複合体とその製造方法
JP2011016937A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Mitsubishi Engineering Plastics Corp 高熱伝導性熱可塑性樹脂組成物及び成形品
JP5683799B2 (ja) * 2009-09-14 2015-03-11 スターライト工業株式会社 自動車用led用ヒートシンク
JP4527196B2 (ja) 2009-12-24 2010-08-18 東ソー株式会社 複合体およびその製造方法
EP2534418B1 (en) * 2010-02-11 2021-12-08 DSM IP Assets B.V. LED lighting device
US8915617B2 (en) * 2011-10-14 2014-12-23 Ovation Polymer Technology And Engineered Materials, Inc. Thermally conductive thermoplastic for light emitting diode fixture assembly
JP2014093427A (ja) * 2012-11-05 2014-05-19 Unitika Ltd ヒートシンク
JP2014091826A (ja) * 2012-11-07 2014-05-19 Kaneka Corp 熱伝導成形体
JP2014146575A (ja) * 2013-01-30 2014-08-14 Panasonic Corp ランプ、ランプの製造方法、及び照明装置
US9227347B2 (en) * 2013-02-25 2016-01-05 Sabic Global Technologies B.V. Method of making a heat sink assembly, heat sink assemblies made therefrom, and illumants using the heat sink assembly

Also Published As

Publication number Publication date
CN106605310A (zh) 2017-04-26
EP3190636A1 (en) 2017-07-12
WO2016035680A1 (ja) 2016-03-10
JPWO2016035680A1 (ja) 2017-06-29
US10222051B2 (en) 2019-03-05
EP3190636A4 (en) 2018-01-24
US20170167716A1 (en) 2017-06-15
CN106605310B (zh) 2019-11-01
EP3190636B1 (en) 2020-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6857497B2 (ja) 自動車用ledランプヒートシンク
JP6600314B2 (ja) Ledランプヒートシンク
JP7089876B2 (ja) 熱伝導性樹脂組成物
JP7149074B2 (ja) 金属樹脂複合体、及び、その製造方法
JP6652930B2 (ja) 金属樹脂複合体
JP6229796B2 (ja) 熱伝導性樹脂組成物
KR20120051713A (ko) 열전도성 열가소성 수지 조성물 및 관련 용도
KR102158764B1 (ko) 폴리에스테르 수지 및 그것을 사용한 표면 실장형 led 반사판용 폴리에스테르 수지 조성물
JP2009202567A (ja) 樹脂製部材及び金属製部材からなる複合体の製造方法並びにled実装用基板及びled用リフレクター
WO2016063541A1 (ja) 熱伝導性樹脂と金属との複合部材
JP2017071728A (ja) ポリエステル樹脂組成物、反射板の製造方法および発光ダイオード(led)素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180622

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190521

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190719

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20191224

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200323

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20200323

C11 Written invitation by the commissioner to file amendments

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C11

Effective date: 20200407

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20200526

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20200602

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20200619

C211 Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211

Effective date: 20200623

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20200721

C22 Notice of designation (change) of administrative judge

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22

Effective date: 20200908

C13 Notice of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13

Effective date: 20201020

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201221

C23 Notice of termination of proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23

Effective date: 20210119

C03 Trial/appeal decision taken

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03

Effective date: 20210224

C30A Notification sent

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012

Effective date: 20210224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210322

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6857497

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250