JPWO2019111852A1 - 熱伝導性組成物 - Google Patents

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Abstract

熱伝導性組成物は、液状のマトリクス中に熱伝導性フィラーが分散されたものである。熱伝導性フィラーにおける体積換算のメジアン径（Ｄ５０）は、０．５〜１００μｍである。熱伝導性組成物中の熱伝導性フィラーの含有量は、５０〜９５体積％である。熱伝導性フィラーは、モース硬度が３以上の第１熱伝導性フィラーと、モース硬度が３未満の第２熱伝導性フィラーとから構成される。熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が３以上、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。

Description

本発明は、熱伝導性組成物に関する。
従来、熱伝導性組成物としては、平均粒径の異なる複数種のアルミナ粉末（酸化アルミニウム粉末）を含有するものが知られている（特許文献１，２）。また、平均粒径の異なる複数種の水酸化アルミニウム粉末を含有する熱伝導性組成物が知られている（特許文献３）。
特開２０００−００１６１６号公報 特開２０１２−００７０５７号公報 特開２０１１−０８９０７９号公報
上記特許文献１，２に記載の熱伝導性組成物に含有されるアルミナ粉末は、非常に硬質な材料であるため、熱伝導性組成物を吐出させる吐出装置等の設備の摩耗を促進させる一因となっている。この点、特許文献３に開示される水酸化アルミニウム粉末は、アルミナ粉末よりも軟質であるものの、設備の摩耗を抑えるという観点で未だ改善の余地がある。
本発明の目的は、設備の摩耗を抑えることのできる熱伝導性組成物を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、液状のマトリクス中に熱伝導性フィラーが分散されている熱伝導性組成物であって、前記熱伝導性フィラーにおける体積換算のメジアン径は、０．５〜１００μｍであり、前記熱伝導性組成物中の前記熱伝導性フィラーの含有量は、５０〜９５体積％であり、前記熱伝導性フィラーは、モース硬度が３以上の第１熱伝導性フィラーと、モース硬度が３未満の第２熱伝導性フィラーと、からなり、前記熱伝導性組成物中の前記第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、前記熱伝導性フィラー全体の３体積％未満であり、前記熱伝導性組成物中の前記第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が３以上、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、前記熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。
本発明によれば、設備の摩耗を抑えることができる。
摩耗試験装置を示す概略正面図である。
以下、熱伝導性組成物の実施形態について説明する。
熱伝導性組成物は、液状のマトリクス中に熱伝導性フィラーが分散されたものである。熱伝導性フィラーにおける体積換算のメジアン径（Ｄ５０）は、０．５〜１００μｍである。熱伝導性組成物中の熱伝導性フィラーの含有量は、５０〜９５体積％である。
熱伝導性フィラーは、モース硬度が３以上の第１熱伝導性フィラーと、モース硬度が３未満の第２熱伝導性フィラーとから構成される。すなわち、熱伝導性組成物には、モース硬度が３以上の第１熱伝導性フィラーと、モース硬度が３未満の第２熱伝導性フィラーとが含有されている。
熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。
熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が３以上、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。
熱伝導性フィラーの粒径及びメジアン径（Ｄ５０）は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて求めることができる。より具体的には、濾過、洗浄または溶解によって、熱伝導性組成物またはその硬化物からマトリクスを分離して残った熱伝導性充填材を、走査型電子顕微鏡の任意の視野で観察する。このとき、例えばマトリクスがシリコーンゴムのときは、シリコーン溶解剤を使ってシリコーンゴムを溶解することで、熱伝導性充填材を分離することができる。観察では、視野内の熱伝導性充填材３００個の大きさを測定して、体積基準の頻度分布からメジアン径（Ｄ５０）を見積もることができる。熱伝導性組成物の硬化物についても同様にして測定することができる。
なお、測定する大きさについては、球状粒子については直径を測定する。楕円形や不定形などのアスペクト比を有する粒子の場合には、長軸と長軸に垂直な方向の長さを測定して平均値を粒子の大きさとする。
また、濾過、洗浄または溶解が困難な場合は、マトリクスに分散している熱伝導性充填材を直接観察しても良いものとする。
さらに、任意の視野とは熱伝導性組成物に含まれる熱伝導性充填材の大きさを測定し得る解像度であることを意味し、単一の視野で３００個の粒子を観察できないときは、複数の視野で観察するものとする。
また、ここでいう熱伝導性フィラーのメジアン径（Ｄ５０）は、熱伝導性組成物に含有される熱伝導性フィラー全体のメジアン径である。当該熱伝導性フィラーのメジアン径（Ｄ５０）が０．５〜１００μｍであることで、設備の摩耗を抑えることのできる熱伝導性組成物とすることができる。メジアン径（Ｄ５０）は、１０〜５０μｍであることが好ましく、３１〜４０μｍであることがより好ましい。
熱伝導性フィラーのモース硬度は、１〜１０の１０段階の基準となる鉱物に基づいて表される硬度であり、市販のモース硬度計により測定することができる。モース硬度は、数値が大きいものほど硬質であることを意味する。
第１熱伝導性フィラーの材料（組成）としては、例えば、アルミナ（モース硬度：９、比重：３．９４、熱伝導率：２０〜３６Ｗ／ｍ・Ｋ）、水酸化アルミニウム（モース硬度：３、比重：２．４２、熱伝導率：２０Ｗ／ｍ・Ｋ）、酸化マグネシウム（モース硬度：４〜６、比重：３．６５、熱伝導率：４５〜６０Ｗ／ｍ・Ｋ）、酸化亜鉛（モース硬度：４〜５、比重：５．５〜５．７、熱伝導率：２５Ｗ／ｍ・Ｋ）窒化アルミニウム（モース硬度：８、比重：３．４、熱伝導率：２８５Ｗ／ｍ・Ｋ）、炭化ケイ素（モース硬度：９、比重：３．１６、熱伝導率１００〜３５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、結晶性シリカ（モース硬度：７、比重：２．６５、熱伝導率：１０Ｗ／ｍ・Ｋ）等が挙げられる。
第２熱伝導性フィラーの材料（組成）としては、例えば、アルミニウム（モース硬度：２〜２．９、比重：２．７、熱伝導率：２５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、窒化ホウ素（モース硬度：２、比重：２〜３、熱伝導率：３０〜５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、黒鉛化炭素（モース硬度：０．５〜１、比重：２．２、熱伝導率５０〜５００Ｗ／ｍ・Ｋ）等が挙げられる。
上記の熱伝導性フィラーの材料は、代表的な例を記載したが、特にこれらに制限される必要はない。
熱伝導性フィラーの形状としては、例えば、球状、破砕状、鱗片状、及び不定形状が挙げられる。
熱伝導性フィラーの材料は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。また、２０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましい。
第１熱伝導性フィラーとしては、一種類を用いてもよいし、メジアン径や材料の異なる二種類以上を用いてもよい。第２熱伝導性フィラーについても、一種類を用いてもよいし、メジアン径や材料の異なる二種類以上を用いてもよい。第２熱伝導性フィラーは、モース硬度３未満であることから摩耗量増加の影響が極めて小さいため、粒径の大きさや含有量に制限を設ける必要がない。
第１熱伝導性フィラーの材料は、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び結晶性シリカから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。第２熱伝導性フィラーの材料は、アルミニウム、窒化ホウ素、及び黒鉛化炭素から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
熱伝導性フィラーの定性分析や定量分析等の分析方法については、特に限定されないが、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を用いることがで、必要に応じて示差走査熱量測定（ＤＳＣ）または蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）を併用する方法が好ましい。
例えば、所定の粒径を有する第１熱伝導性充填材と第２熱伝導性充填材の含有量をは、走査型顕微鏡（ＳＥＭ）とエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）とが一体となった装置（ＳＥＭ／ＥＤＸ）を用いる方法で分析することができる。具体的には、前記メジアン径を見積もる方法と同様に、分析用の熱伝導性充填材を準備する。このとき、分離前の熱伝導性組成物またはその硬化物の重量と、分離した熱電伝導性充填材の重量から、熱伝導性充填材の含有量を算出できる。次いで走査型顕微鏡を用いて熱伝導性粒子を観察するときに、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を併用して、熱伝導性フィラーの材料（組成）と大きさを同時に記録することで、第１熱伝導性充填材と第２熱伝導性充填材の割合、組成、粒度分布を見積もることができる。そして、この粒子の含有量と粒度分布とから、所定の粒径を備える第１熱伝導性充填材および第２熱伝導性充填材の含有量（体積％）を見積もることができる。
熱伝導性フィラーの少なくとも一部は、表面処理が施されたものであってもよい。例えば、熱伝導性フィラーがマトリクスの硬化反応を阻害するような場合、表面処理が施された熱伝導性フィラーを用いることが有効である。
熱伝導性フィラーの表面処理には、例えば、加水分解性基を有するアルキルシラン化合物を用いることができる。加水分解性基を有するアルキルシラン化合物は、一つのケイ素原子に対して、アルキル基と加水分解性基とが結合した有機ケイ素化合物である。加水分解性基を有するアルキルシラン化合物のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数１〜１６の直鎖アルキル基が挙げられる。直鎖アルキル基以外のアルキル基としては、例えば、イソプロピル基、イソブチル基、及びフェニル基が挙げられる。加水分解性基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ヒドロキシル基が挙げられる。また、加水分解性基を有するアルキルシラン化合物は、例えば、グリシジルエーテル基、ビニル基、アクリロイル基等の置換基を有していてもよい。なお、熱伝導性フィラーの表面処理としては、有機脂肪酸処理やシリカコートを用いることもできる。
液状のマトリクスは、反応により硬化する硬化型のマトリクスである。液状のマトリクスとしては、保存安定性の観点から、付加反応硬化型シリコーンを好適に用いることができる。付加反応硬化型シリコーンは、２液タイプのシリコーンであり、反応性の２液を別々に保存することができる。付加反応硬化型シリコーンは、アルケニル基含有オルガノポリシロキサンを含む主剤と、ケイ素原子結合水素原子を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンを含む硬化剤とを備えている。付加反応硬化型シリコーンは、主剤と硬化剤とを白金触媒の存在下で付加反応させることで硬化した弾性体を形成する。
液状のマトリクスとしては、付加反応硬化型シリコーン以外に、例えば、湿気硬化型シリコーン、有機過酸化物によるラジカル硬化反応タイプのマトリクス、縮合反応タイプのマトリクス、及び紫外線や電子線による硬化タイプのマトリクスが挙げられる。すなわち、液状のマトリクスは、液状のシリコーン以外の硬化性の樹脂材料を用いることもできる。
熱伝導性組成物中には、マトリクス及び熱伝導性フィラー以外の添加剤を必要に応じて含有させることもできる。添加剤としては、例えば、分散剤、難燃剤、可塑剤、硬化遅延剤、酸化防止剤、着色剤、触媒、及び沈降防止剤が挙げられる。
熱伝導性組成物中における熱伝導性フィラーの充填率は、より高い熱伝導性を発揮させるという観点から、５０体積％以上であり、６０体積％以上であることが好ましく、６５体積％以上であることがより好ましい。熱伝導性組成物中における熱伝導性フィラーの充填率は、熱伝導性組成物の流動性を確保するという観点から、９５体積％以下であり、９０体積％以下であることが好ましく、８５体積％以下であることがより好ましい。
熱伝導性組成物の密度は、熱伝導性組成物を適用する適用対象物の重量増加を抑えるという観点から、２．５ｋｇ／Ｌ以下であることが好ましい。熱伝導性組成物の密度の下限は、２．０ｋｇ／Ｌであることが好ましい。
熱伝導性組成物は、吐出装置で吐出可能な流動性を有している。熱伝導性組成物の２５℃における粘度は、１０〜８００Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。熱伝導性組成物の粘度は、熱伝導性フィラーの含有量が高まるほど高くなる傾向にある。このため、熱伝導性組成物の上記粘度が１０Ｐａ・ｓ以上となるように、熱伝導性フィラーの含有量を高めることで、十分な熱伝導性が発揮され易くなる。
熱伝導性組成物の上記粘度が８００Ｐａ・ｓ以下の場合、熱伝導性組成物を吐出させる吐出装置の負荷が低減されたり、熱伝導性組成物を吐出装置から安定して吐出させたりすることができる。熱伝導性組成物の上記粘度は、熱伝導性を高めるとともに吐出装置から熱伝導性組成物の吐出を安定させるという観点から、１５０〜６００Ｐａ・ｓの範囲であることがより好ましい。ここで、粘度は、市販の粘度計にて回転速度を１０ｒｐｍに設定して２５℃で測定した場合の粘度を示す。市販の粘度計にて回転速度を５ｒｐｍに設定して２５℃測定した場合の粘度についても、上記範囲であることがより好ましい。
熱伝導性組成物は、吐出装置等の設備の摩耗を抑えることができる。熱伝導性組成物が設備の摩耗を抑える効果は、以下の摩耗試験で測定される摩耗量で表すことができる。
摩耗試験は、直径２５ｍｍの円形の摺接面を有するアルミニウム製の治具を用いて、その治具の摩耗量を測定する試験である。摩耗試験では、荷重を２ｋｇ、往復動の周波数を０．９Ｈｚ、往復動のストローク量を２５ｍｍ、往復動させる回数を１５００回とする条件で、治具の摺動面を熱伝導性組成物に摺接させ、このときの治具の摩耗量を算出する。なお、この摩耗試験では、金属の中でも比較的軟質なアルミニウム製の治具を用いることで、比較的短時間の試験で摩耗量の評価を可能としたものである。なお、摩耗試験は、２５℃の雰囲気下で行われる。このようにして得られた摩耗試験の結果については、アルミニウム以外の金属（例えば、鉄、ステンレス鋼等）に対する摩耗性についても推定できるものである。
本実施形態の熱伝導性組成物における上記摩耗試験において、治具の摩耗量は、３ｍｇ未満であることが好ましく、より好ましくは２ｍｇ以下である。
また、高い熱伝導性を発揮するという観点から、熱伝導性組成物を硬化させることで得られる熱伝導性弾性体の熱伝導率は、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率は、ＡＳＴＭ Ｄ５４７０に準拠して測定することができる。なお、硬化していない熱伝導性組成物の熱伝導率も３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
また、熱伝導性組成物を硬化させることで得られる熱伝導性弾性体の硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したタイプＥ硬度において、１０〜６０の範囲であることが好ましく、１５〜４０がより好ましく、１８〜３０がさらに好ましい。この場合、例えば、発熱部分や放熱部分に対する熱伝導性弾性体の密着性が良好となる。
熱伝導性組成物は、周知の撹拌装置を用いて調製することができる。熱伝導性組成物を周知の吐出装置を用いて所定の箇所に塗布した後、硬化させることで熱伝導性弾性体を得ることができる。吐出装置としては、例えば、ノズルと、熱伝導性組成物をノズルに向けて押し出すスクリューとを備えたスクリュー方式の吐出装置や、ノズルと、熱伝導性組成物をノズルに向けて押し出すピストンとを備えたピストン方式の吐出装置を用いることができる。適用物に塗布された熱伝導性組成物は、マトリクスの硬化条件に応じて、硬化することができる。
熱伝導性組成物の用途としては、例えば、電子部品用途、自動車（バッテリー等）用途、及び建築用途が挙げられる。
次に、熱伝導性組成物の作用について説明する。
熱伝導性組成物中の熱伝導性フィラーのモース硬度が大きくなるほど、吐出装置等の設備の摩耗量を増大させる傾向にある。また、熱伝導性組成物中の熱伝導性フィラーの粒径が大きくなるほど、吐出装置等の設備の摩耗量を増大させる傾向にある。
本実施形態の熱伝導性組成物では、上記のように第１熱伝導性フィラー及び第２熱伝導性フィラーを含有させているため、吐出装置等の設備の摩耗量を低減させることができる。
ここで、摩耗量の低減と熱伝導性の観点から、第１熱伝導性フィラーと第２熱伝導性フィラーとの体積基準の混合比（第１熱伝導性フィラー／第２熱伝導性フィラー）は、０．３〜１．０が好ましく、０．４〜０．９がより好ましい。
また、熱伝導性組成物を硬化させることで得られる熱伝導性弾性体では、第１熱伝導性フィラー及び第２熱伝導性フィラーによって、熱抵抗が小さくなるため、高い熱伝導性が発揮される。
なお、熱伝導性組成物に含有させる熱伝導性フィラーとして、比較的粒径の小さい熱伝導性フィラーのみを用いた場合、熱伝導性組成物の粘度が過剰に上昇する。これにより、例えば、吐出装置のノズルが詰まることで、吐出装置を用いて吐出させる用途（使用）に適さない。本実施形態の熱伝導性組成物では、比較的粒径の大きい第２熱伝導性フィラーを含有させることで、吐出装置からの吐出に適した熱伝導性組成物を得ることができる。
具体的には、第２熱伝導性フィラーのメジアン径Ｘ（複数種含む場合は、メジアン径の最も大きい第２熱伝導性フィラー）と、第１熱伝導性フィラー（複数種含む場合は、メジアン径の最も小さい第１熱伝導性フィラー）のメジアン径Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）は、３〜２００であることが好ましく、５〜１００がより好ましい。このような割合で比較的粒径の大きい第２熱伝導性フィラーを含むことで、特に吐出性を高めることができる。
また、第２熱伝導性フィラーのメジアン径Ｘ（複数種含む場合は、メジアン径の最も大きい第２熱伝導性フィラー）と、第１熱伝導性フィラー（複数種含む場合は、メジアン径の最も大きい第１熱伝導性フィラー）のメジアン径Ｙとの比（Ｘ／Ｙ）は、２〜３０であることが好ましく、３〜２０がより好ましい。このような割合で比較的粒径の大きい第２熱伝導性フィラーを含むことで、吐出性を高めながら熱伝導率をも高めやすい。
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）本実施形態の熱伝導性組成物中の熱伝導性フィラーは、モース硬度が３以上の第１熱伝導性フィラーと、モース硬度が３未満の第２熱伝導性フィラーとから構成される。熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が３以上であり、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の３体積％未満である。この構成によれば、設備の摩耗を抑えることができる。このため、設備の耐久性を高める対策に要する費用や、流路の配管を交換するといった設備のメンテナンスに要する費用を削減することが可能となる。
ここで、熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の２体積％以下であることが好ましい。
また、熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が３以上であり、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、熱伝導性フィラー全体の２、５体積％以下であることが好ましい。
さらに、摩耗量の低減と熱伝導性の観点から、熱伝導性組成物中の第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量、及び、モース硬度が３以上であり、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量の合計は、熱伝導性フィラー全体の１〜３体積％であることが好ましく、１．５〜２．８体積％であることがより好ましい。
（２）第１熱伝導性フィラーの材料は、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び結晶性シリカから選ばれる少なくとも一種であり、第２熱伝導性フィラーの材料は、アルミニウム、窒化ホウ素、及び黒鉛化炭素から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
この場合、比較的低密度であり、かつ高熱伝導性を発揮する熱伝導性組成物を得ることができる。
（３）熱伝導性組成物に含有されるマトリクスは、付加反応硬化型シリコーンであることが好ましい。
この場合、付加反応硬化型シリコーンの主剤を含有する第１剤と、付加反応硬化型シリコーンの硬化剤を含有する第２剤とを別々に保管しておくことで、熱伝導性組成物の長期にわたる保存安定性を得ることができる。なお、熱伝導性組成物は、第１剤と第２剤とを周知の混合装置で混合した混合物として使用することができる。
（４）熱伝導性組成物の密度は、２．５ｋｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
この場合、熱伝導性組成物を適用する適用対象物の重量増加を抑えることができる。ここで、例えば、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＰＨＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の自動車の電気機器周辺（バッテリー等）の熱を十分に放熱するためには、比較的多くの量（自動車１台当たり、数リットル）の熱伝導性組成物を適用する必要がある。この点、本実施形態の熱伝導性組成物を自動車の電気機器周辺に適用した場合、自動車の重量増加を抑えることができる。従って、自動車における航続距離の確保に寄与することができる。
（５）熱伝導性組成物を硬化させることで得られる熱伝導性弾性体の熱伝導率は、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。この場合、例えば、自動車の電気機器周辺（バッテリー等）の熱を効率的に放熱することができるため、バッテリーの寿命を延長することが可能となる。
（６）上記のように、ＥＶ等の自動車では、電気機器周辺の熱を十分に放熱するために、比較的多くの量の熱伝導性組成物を適用する必要がある。この場合、熱伝導性組成物を吐出する吐出装置を用いることが効率的であるものの、熱伝導性組成物の使用量の増大に伴って吐出装置等の設備の耐久性への影響が大きくなる。本実施形態の熱伝導性組成物を自動車用途に用いることで、自動車の製造設備の摩耗を抑えることができる点で特に有利である。すなわち、自動車の製造設備のメンテナンスに要する費用や、その製造設備のメンテナンスを要因とする自動車の生産量への影響を極力抑えることができる。
次に、実施例及び比較例を説明する。
（実施例１）
表１に示すように、実施例１では、熱伝導性フィラーとマトリクスとを混合することで、熱伝導性組成物を調製した。表１中の各成分の配合量を示す数値の単位は、体積％である。マトリクスとしては、市販の付加反応硬化型シリコーンを用いた。
表１中の「第１熱伝導性フィラー（ａ）」欄は、モース硬度４以上、粒径１０μｍ以上の熱伝導性フィラーを示す。
表１中の「第１熱伝導性フィラー（ｂ）」欄は、モース硬度３以上、粒径３０μｍ以上の熱伝導性フィラーを示す。
第１熱伝導性フィラー（ａ）及び第１熱伝導性フィラー（ｂ）の含有量は、熱伝導性フィラーの粒度分布（体積基準）に基づき、熱伝導性フィラーの全体に対する割合を、体積％で算出したものである。
（実施例２，３）
表１に示すように、実施例２，３では、熱伝導性フィラーの配合を変更した以外は、実施例１と同様に熱伝導性組成物を調製した。
（比較例１〜５）
表２に示すように、比較例１〜５では、熱伝導性フィラーの配合を変更した以外は、実施例１と同様に熱伝導性組成物を調製した。
＜密度＞
各例の熱伝導性組成物の密度（ｋｇ／Ｌ）を算出した。その結果を表１，２に示す。
＜粘度＞
Ｂ型粘度計（ＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ社、回転粘度計、ＤＶ−Ｅ）を用いて、各例の熱伝導性組成物について調製直後の粘度を測定した。粘度の測定温度は、２５℃であり、スピンドル（ＳＣ４−１４）の回転速度を５ｒｐｍとした場合と回転速度を１０ｒｐｍとした場合の二つの条件で測定した。その結果を表１，２に示す。
＜熱伝導率＞
各例の熱伝導性組成物の熱伝導率をＡＳＴＭ Ｄ５４７０に準拠した方法で測定した。
また、各例の熱伝導性組成物を２５℃で２４時間硬化させて得られた熱伝導性弾性体（２５．４×２５．４ｍｍ、厚み１ｍｍ）の熱伝導率をＡＳＴＭ Ｄ５４７０に準拠した方法で測定した。その結果を表１，２に示す。
＜硬度＞
各例の熱伝導性組成物を２５℃で２４時間硬化させて得られた熱伝導性弾性体（５０×５０ｍｍ、厚み１０ｍｍ）の硬度（Ｅ硬度）をＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠して測定した。その結果を表１，２に示す。
＜摩耗量＞
図１に示す摩耗試験装置１１を用いて、熱伝導性組成物に治具２１を摺接させる摩耗試験を行った。
摩耗試験装置１１は、水平面を有する載置台１２と、治具２１を保持する保持部１３と、保持部１３を水平方向に沿って往復動させる駆動部１４とを備えている。駆動部１４は、モーターと回転運動を往復運動に変換する機構とを備えている。載置台１２上には、研磨紙Ｆが載置され、この研磨紙Ｆ上に熱伝導性組成物Ｓが塗布される。研磨紙Ｆの寸法は、横５０ｍｍ、縦７０ｍｍである。なお、この研磨紙Ｆは、保持部１３（冶具２１）を往復動させた際に載置台１２上での熱伝導性組成物Ｓの位置ずれを抑える。熱伝導性組成物Ｓの塗布量は、２０ｇ程度である。
治具２１は、アルミニウム（Ａ５０５２合金）製であり、直径Ｄが２５ｍｍ、厚さＴが４．５７ｍｍの円板状の本体部２２と、保持部１３の有する嵌合凹部１３ａに嵌合される軸状の取付部２３とを有している。治具２１の本体部２２における下面は、摺接面であり、キーエンス社製ＶＫ−Ｘ１００シリーズを用いて測定した摺接面の表面粗さＲａは、１．１０１μｍであった。
摩耗試験装置１１は、治具２１を保持した保持部１３を駆動部１４によって矢印で示す摺動方向Ｘに沿って往復動させる。これにより、治具２１の本体部２２における下面（摺接面）を熱伝導性組成物Ｓに摺接することができる。
摩耗試験では、まず治具２１の本体部２２における下面（摺接面）で熱伝導性組成物Ｓを押さえ付けた後、治具２１に加える荷重を２ｋｇ、治具２１の往復動の周波数を０．９Ｈｚ、治具２１のストローク量を２５ｍｍ、治具２１を往復動させる回数を１５００回とする条件で摩耗試験装置１１を動作させた。摩耗試験後の治具２１の質量と、摩耗試験前の治具２１の質量との差から摩耗量（ｍｇ）を算出した。各例の熱伝導性組成物Ｓについて摩耗量の結果を表１，２に示す。
Figure 2019111852
Figure 2019111852
Figure 2019111852
実施例１〜３の熱伝導性組成物では、摩耗試験により測定された摩耗量が３ｍｇ未満であった。
これに対して、比較例１〜５の各熱伝導性組成物では、第１熱伝導性フィラー（ａ）及び第１熱伝導性フィラー（ｂ）の少なくとも一方の含有量が３体積％以上である。これらの各比較例のうち、比較例１〜５の熱伝導性組成物を用いた場合の摩耗量は、いずれも３ｍｇ以上であり、各比較例の熱伝導性組成物は、各実施例の熱伝導性組成物よりも、設備を摩耗させ易いことが分かる。また、この中で比較例４の熱伝導性組成物を用いた場合の摩耗量は、３．１ｍｇと比較的低い水準であるが、組成物及び硬化物のいずれの場合も熱伝導率が低いことが分かる。
また、各実施例の熱伝導性組成物は、２．５ｋｇ／Ｌ以下の比較的低密度であり、各実施例の熱伝導性組成物から得られる熱伝導性弾性体は、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を発揮することが分かる。
Ｓ…熱伝導性組成物
２１…治具
Ｄ…直径

Claims (6)

  1. 液状のマトリクス中に熱伝導性フィラーが分散されている熱伝導性組成物であって、
    前記熱伝導性フィラーにおける体積換算のメジアン径は、０．５〜１００μｍであり、
    前記熱伝導性組成物中の前記熱伝導性フィラーの含有量は、５０〜９５体積％であり、
    前記熱伝導性フィラーは、モース硬度が３以上の第１熱伝導性フィラーと、モース硬度が３未満の第２熱伝導性フィラーと、からなり、
    前記熱伝導性組成物中の前記第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が４以上、かつ粒径が１０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、前記熱伝導性フィラー全体の３体積％未満であり、
    前記熱伝導性組成物中の前記第１熱伝導性フィラーのうち、モース硬度が３以上、かつ粒径が３０μｍ以上の第１熱伝導性フィラーの含有量は、前記熱伝導性フィラー全体の３体積％未満であることを特徴とする熱伝導性組成物。
  2. 前記第１熱伝導性フィラーの材料は、アルミナ、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、及び結晶性シリカから選ばれる少なくとも一種であり、
    前記第２熱伝導性フィラーの材料は、アルミニウム、窒化ホウ素、及び黒鉛化炭素から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導性組成物。
  3. 前記マトリクスは、付加反応硬化型シリコーンであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導性組成物。
  4. 前記熱伝導性組成物の密度は、２．５ｋｇ／Ｌ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物。
  5. 熱伝導性組成物を硬化させることで得られる熱伝導性弾性体の熱伝導率が、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物。
  6. 直径２５ｍｍの円形の摺接面を有するアルミニウム製の治具を用いて、荷重を２ｋｇ、往復動の周波数を０．９Ｈｚ、往復動のストローク量を２５ｍｍ、往復動させる回数を１５００回とする条件で、前記治具の摺接面を前記熱伝導性組成物に摺接させる摩耗試験において、前記治具の摩耗量が３ｍｇ未満であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱伝導性組成物。



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