熱伝導性エラストマおよび橋かけ剤
【課題】高い電気抵抗値を有し、かつ、熱伝導率の高い熱伝導性エラストマを提供する。
【解決手段】ゴム弾性を持つ高分子のポリマー１０と、ポリマー１０に添加されグラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤１２と、ポリマー１０に添加され、ポリマー１０よりも熱伝導率が高く、かつ、一次粒子よりも電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤１１とを備え、熱伝導性充填剤１１の平均粒子径がアグリゲートの平均粒子径よりも大きく、かつ、互いに隣接する熱伝導性充填剤１１の粒子間に橋かけ剤１２が架設されて、当該橋かけ剤１２がない場合に比べ熱伝導率が高められていることを特徴とする。
【解決手段】ゴム弾性を持つ高分子のポリマー１０と、ポリマー１０に添加されグラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤１２と、ポリマー１０に添加され、ポリマー１０よりも熱伝導率が高く、かつ、一次粒子よりも電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤１１とを備え、熱伝導性充填剤１１の平均粒子径がアグリゲートの平均粒子径よりも大きく、かつ、互いに隣接する熱伝導性充填剤１１の粒子間に橋かけ剤１２が架設されて、当該橋かけ剤１２がない場合に比べ熱伝導率が高められていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性エラストマおよび熱伝導性エラストマに添加するための橋かけ剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、前記熱伝導性エラストマとして、たとえば、シリコーンエラストマにセラミック焼結体を混入したものや、シリコーンゲルに球状の軟磁性フェライトを混入させたものが提案されている（特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３２１９０（要約書）
【特許文献２】特開平１１−１１６８２０号（要約書）
【０００３】
近年、電子回路等のヒートシンク部材として、柔軟で高い電気抵抗を有し、かつ、高い熱伝導率を備えた熱伝導性エラストマが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の主目的は、高い電気抵抗値を有し、かつ、熱伝導率の高い熱伝導性エラストマを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記主目的を達成するために本発明の熱伝導性エラストマは、ゴム弾性を持つ高分子のポリマーと、前記ポリマーに添加され、グラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤と、前記ポリマーに添加され、前記ポリマーよりも熱伝導率が高く、かつ、前記一次粒子よりも電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤とを備え、前記熱伝導性充填剤の平均粒子径が前記アグリゲートの平均粒子径よりも大きく、かつ、互いに隣接する前記熱伝導性充填剤の粒子間に前記橋かけ剤が架設されて、当該橋かけ剤がない場合に比べ熱伝導率が高められていることを特徴とする。
【０００６】
熱伝導性充填剤をエラストマに添加することで、当該充填剤の添加量に応じて、熱伝導率が向上する。
しかし、エラストマとしての柔軟性を維持する必要があるので、前記充填剤の添加量には、自ずと限界がある。また、充填剤の粉末同士の間の間隙にエラストマが入り込んでいる必要があるので、当該間隙に入り込んだエラストマが熱伝導を妨げる。
そこで、本発明は、充填剤の粉末同士の間に橋かけ剤を架設して充填剤から橋かけ剤を通って隣の充填剤に熱を伝えて熱伝導率を高めている。
本発明の熱伝導性エラストマは、回路基板に直接貼付するなど電子機器に用いられるので、表面抵抗が１０7 Ω程度の継続性の高いものが好ましい。なお、窒化アルミニウム単体のシートは、絶縁体の電気抵抗を有し、グラファイトの単体のシートは１０2 Ω程度の導電性を持つ。
【０００７】
本発明の原理について、図を用いて更に詳細に説明する。
図１において、１は熱伝導性エラストマ、１０はエラストマ、１１は熱伝導性充填剤、１２は橋かけ剤である。
【０００８】
エラストマはゴム弾性を発揮する高分子のポリマーで形成され、前記エラストマ１０の種類は限定されないが、エラストマ１０としては、たとえば、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）、Ｈ−ＮＢＲ（水素化ニトリルブチルゴム）、ＢＲ（ブチルゴム）、ＥＰＤＭ、シリコーンゴムなどの熱可塑性エラストマやゴムの１種または混合物を採用することができる。
熱伝導性エラストマ１の難燃性を高めるためにはＥＶＡが好ましく、高温特性を高めるためにはＨ−ＮＢＲを混合するのが好ましく、一方、低温特性を高めるためにはＢＲを混合するのが好ましい。
なお、ＥＶＡの熱伝導率は一般に０．１〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗値は１０15Ω・ｃｍ以上である。
【０００９】
熱伝導性充填剤１１としては、高い熱伝導性と大きい電気抵抗を持つものとして、たとえば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化ケイ素、表面に酸化膜（酸化アルミニウムの層）を持つアルミニウムのうちの１種または複数種の粉末を用いることが可能であるが、これらの中でも前記特性の観点から窒化アルミニウムが好ましい。
なお、窒化アルミニウムの熱伝導率は一般に、１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗値は１０14Ω・ｃｍ以上である。
また、酸化膜を持つアルミニウムは、アルミニウムを粉末化すると自ずと表面に酸化膜が形成されて生成されるのであるが、窒化アルミニウムよりも安価で、かつ、柔かいため所定の平均粒子径のものが得られるので、好ましく採用できる。
【００１０】
熱伝導性充填剤１１の平均粒子径としては、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下であるのが更に好ましく、入手の容易性から２０μｍ以下が最も好ましい。 熱伝導性充填剤１１の粒径が大きいと、脱粒のおそれがある上、シート表面の平滑性が低下するからである。
一方、熱伝導性充填剤１１の粒子径が小さいと、粒子間の間隙の数が増加するので、熱伝導性を高めるためには粒子径は大きい方が有利である。かかる観点から熱伝導性充填剤１１の平均粒子径は４．０μｍ以上が好ましく、６．０μｍ以上がより好ましく、８．０μｍ以上が最も好ましい。
【００１１】
橋かけ剤１２としては、複数の一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成するグラファイトまたはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトを採用することができる。アグリゲートとは、微球状の一次粒子同士が融着し、連鎖状または不規則な鎖状に枝分かれした複雑な凝集形態のことをいい、概念的には、ぶどうの房にたとえられる。
前記グラファイトや複合グラファイトの熱伝導率は、一般に、１００〜１３０Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗値は０．０１〜１．０Ω・ｃｍである。
アグリゲートを構成するグラファイト等の製造方法については後述する。
【００１２】
アグリゲートを構成するグラファイトの構成図を図２に示す。
図２において、前記グラファイト１２の単球状の一次粒子１２ａ自体は分子間力により炭素原子同士が強固に結合して形成されたものであるが、橋かけ剤１２は多数の単球状の一次粒子１２ａが互いに融着して結合している。この単球状の一次粒子１２ａ同士の結合は外力が加わることにより容易に解かれ、橋かけ剤１２の形状が変化する。一方、橋かけ剤１２は炭化物の吸着特性から異物に付着し易いため、橋かけ剤１２は図１の熱伝導性充填剤１１と熱伝導性充填剤１１との間に架設されたように配置され、熱伝導性充填剤１１と熱伝導性充填剤１１との間を熱的に継ぐことになる。その結果、橋かけ剤１２は熱伝導効率を高める。
【００１３】
高い熱伝導効率を実現するためには、ポリマー、充填剤および橋かけ剤の総体積１００ vol％に対して、充填剤の添加量は５０ vol％以上に設定され、好ましくは５５ vol％以上に設定される。一方、熱伝導性エラストマ１の柔軟性を維持するためには、充填剤の添加量は８０ vol％以下に設定され、好ましくは７０ vol％以下に設定される。
【００１４】
同様に、橋かけ剤１２の添加量は３．５ vol％以上に設定され、好ましくは８．０ vol％以上に設定される。橋かけ剤１２は熱伝導性充填剤１１よりも熱伝導率が小さいので、その添加量をあまり増やすべきではなく、２５ vol％以下に設定され、好ましくは２０ vol％以下に設定される。
【００１５】
本発明においては、橋かけ剤１２が熱伝導性充填剤１１、１１間を継ぐことが重要であり、かかる状態を実現するためには、熱伝導性充填剤１１と橋かけ剤１２とがマトリクス内において互いに密に接することが必要であるから、熱伝導性充填剤１１および橋かけ剤１２の嵩密度が問題となるので、熱伝導性充填剤１１および橋かけ剤１２の各々の体積を合算した合算体積ΣＶを所定値の範囲に設定する。
【００１６】
以下、図３および図４を用いて、かかる合算体積ΣＶについて考察する。
図３Ａに示すように、同一の大きさの球１００を面心立方格子状に配置した場合、一辺を４ｒ＝ａとする立方体１１０を切り取った場合の当該立方体１１０における球１００の充填率は、図３Ｂの（１）式に示すように約７４％となる。
【００１７】
一方、図４のように、大きい球１００の間に小さい球１０１を充填すると、充填率の最大値は７４％よりも大きくなる。一方、熱伝導性充填剤１１をポリマーに混練する際に、熱伝導性充填剤１１が理想的な配列となることは殆どあり得ないので、一般に充填率は理想的に配列した場合に比べ低くなる。
【００１８】
このようなことから、窒化アルミニウムなどの熱伝導性充填剤１１をエラストマ１０に混練して添加し得る充填率の最大値は、粉末の粒度分布にもよるが、７０〜８２％前後となる。一方、グラファイトは前述のように、外力で型崩れする上、単球の径が著しく小さいので、熱伝導性充填剤１１をマトリクス中に限界に近いまで充填した後も、熱伝導性充填剤１１，１１間の間隙にグラファイトが入り込むので、更に添加することが可能となる。
【００１９】
以上から、合算体積ΣＶは７０ vol％〜８２ vol％とするのが好ましく、７２ vol％〜８０ vol％とするのがより好ましい。
【００２０】
本発明のグラファイトは、カーボンブラックを黒鉛化して得られる。また、本発明の複合グラファイトとしては、カーボンブラックを単に黒鉛化するのみでなく、グラファイト粒子に金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有させることにより得られる。
カーボンブラックを黒鉛化（グラファイト化）する方法は特に限定されるものではないが、不活性雰囲気下において高温で加熱して黒鉛化させることができる。通常２０００℃以上の温度で加熱することでカーボンブラックを黒鉛化することができる。
【００２１】
黒鉛化されることで、Ｘ線回折測定において、結晶構造に由来するピークが観察されるようになる。そして、黒鉛化が進行するにしたがって、格子間距離が短くなる。グラファイトの回折線は黒鉛化の進行とともに広角側にシフトするが、この回折線の回折角２θが格子間距離（平均面間隔）に対応している。
【００２２】
本発明において、伝熱性を得るためには、格子間距離が３．４７オングストローム以下であるグラファイトを使用することが好適である。
一方、製造性の観点から格子間距離は３．３３オングストローム以上のグラファイトを採用するのが望ましい。
グラファイトは、たとえば以下のような方法で製造できる。
カーボンブラック原料として、新日化カーボン株式会社製「ニテロン♯１０改」を使用する。当該カーボンブラックは、ファースト・エクストルーディング・ファーネス・ブラック（ＦＥＦ）という種類のカーボンブラックで、平均一次粒子径が４１ｎｍのものである。これをカーボン炉（富士電波工業株式会社製、ＦＶＳ−２００／２００／２００、ＦＲＥＴ−５０）中で、アルゴンガス雰囲気下、２１００℃で３時間加熱処理して黒鉛化する。得られた粒子のＸ線回折測定を行うと、グラファイト構造に由来するピークが観察されて、グラファイト粒子が生成していることが判明する。生成した一種のグラファイトの００２面間隔に相当する回折線から算出される格子間距離は３．４０オングストロームであった。この粒子の平均一次粒子径は３８ｎｍ程であった。
複合グラファイトは、たとえば以下のような方法で製造できる。
グラファイト粒子Ｃの合成カーボンブラック「ニテロン♯１０改」とホウ素粉末とを、炭素元素とホウ素元素のモル比が１０：４となるように混合し、シリカ製ルツボに入れ、ルツボ上面にグラファイトシートを載せて、その両端に電極を接続する。電極に通電してグラファイトシートを発熱させ、上記混合物に着火させ、炭化物が生成する際の反応熱を利用した自己燃焼合成法によってグラファイト粒子Ｃを得る。得られた粒子のＸ線回折測定を行うと、グラファイト構造に由来するピークが観察されて、グラファイト粒子が生成していることが判明する。生成した一種のグラファイトの００２面間隔に相当する回折線から算出される格子間距離は３．３８オングストロームであった。また、Ｂ4 Ｃの０２１回折線に由来する２θ＝３７．８°のピークも認められた。この粒子の平均一次粒子径は４０ｎｍであった。
グラファイト格子間距離は算出方法対象となるグラファイト粉末を粉末Ｘ線回折装置を用いて測定できる。測定波長λは、銅のＫα線の波長である１．５４１８オングストロームである。Ｘ線回折測定で得られた結晶ピークのうち、２θの値が２６°付近にある大きなピークが、グラファイトの００２面に相当するピークである。これから、グラファイトの格子間距離ｄ（オングストローム）は、以下の式によって算出される。
ｄ＝λ／２ｓｉｎθ
【００２３】
グラファイト等のアグリゲートの大きさ（長さ）は、熱伝導性充填剤１１よりも小さい必要がある。
アグリゲートの好ましい平均粒子径は、たとえば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ（０．０５μｍ〜１．０μｍ）程度である。
アグリゲートが５０ｎｍよりも短いと熱伝導性充填剤１１の間を連結できず、一方、アグリゲートが１０００ｎｍよりも長いと熱伝導性充填剤１１の間の間隙が大きくなりすぎるからである。
【００２４】
また、グラファイト等の一次粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましく、１５ｎｍ〜４０ｎｍ程度がより好ましい。グラファイト等の平均粒子径が小さすぎると、アグリゲートが短くなりすぎ、一方、グラファイト等の平均粒子径が大きすぎると、アグリゲートが長くなりすぎるからである。
【００２５】
以下、本発明の効果を明瞭にするために実施例等を示す。
図５および図６は試験例および実施例を示す。
以下、ポリマーのみや、ポリマーに熱伝導性充填剤および／または橋かけ剤並びにその他の成分を十分に混練して作製した熱伝導性エラストマの熱伝導率について調べた。なお、以下に述べる各試験例および各実施例では、エラストマの厚さＷ（図１）を、それぞれ０．３ｍｍに設定した。
【００２６】
試験例１〜４；
まず、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤の平均粒子径と、熱伝導率との関係について調べた。
図５の表１の試験例１〜４に示すように、シリコーンゴムからなるポリマーに、熱伝導性充填剤として表１に示す平均粒子径の窒化アルミニウムを混練した試料を作製し、熱伝導率を調べた。試験例１〜４では、シリコーンゴムおよび窒化アルミニウムの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムの添加量が概ね一定（６３〜６４ vol％程度）になるように試料を作製した。
【００２７】
これらの試料について熱伝導率を調べたところ、窒化アルミニウムの平均粒子径が大きいほど熱伝導率が向上した。
これは、窒化アルミニウムの粒子径が小さいと、粒子間の間隙の数が増加するので熱伝導率が然程大きくならず、一方、窒化アルミニウムの粒子径が大きくなるほど、粒子間の間隙の数が減少することにより熱伝導率が向上したと推測される。
【００２８】
以下に述べる図５および図６に示す試験例８〜１５，１６，２３，３０および実施例２４，２５，２６，３１では、異物を添加し易いポリマーとして油添ＥＰＤＭを用いた。
【００２９】
試験例８〜１２；
つぎに、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤の添加量と熱伝導率との関係について調べた。
図５の表１の試験例８〜１２に示すように、油添ＥＰＤＭに平均粒子径が１５．７μｍの窒化アルミニウムを混練し、油添ＥＰＤＭおよび窒化アルミニウムの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムの添加量を７５．３ vol％〜０ vol％まで変化させた試料をそれぞれ作製し熱伝導率を調べた。なお、窒化アルミニウムには、前記試験例１〜４で最も良好な熱伝導率を発揮した粒子径１５．７μｍのものを用いた。
その結果、油添ＥＰＤＭに対する窒化アルミニウムの添加量が大きくなるほど熱伝導率が向上した。
【００３０】
ここで、試験例１１〜９は、窒化アルミニウムの添加量を、約十数％づつ大きくしたのに対し、熱伝導率が約２倍近く向上した。
これは、油添ＥＰＤＭに対する窒化アルミニウムの体積比が所定の値を越えると窒化アルミニウムの粒子間の間隙が減少することにより、熱伝導率が著しく向上したと推測される。
一方、試験例８，９においては熱伝導率に然程の変化がないことが分かる。
【００３１】
試験例１３〜１５；
つぎに、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤の種類と、熱伝導率との関係を調べた。
図５の表１に示す試験例１３〜１５に示すように、油添ＥＰＤＭに充填剤として窒化アルミニウム、アルミナ（酸化アルミニウム）、ケイ素をそれぞれ混練した試料を作製し、各々、熱伝導率を調べた。
なお、窒化アルミニウムの平均粒子径は５．６μｍ、アルミナの平均粒子径は４．３μｍ、ケイ素の平均粒子径は３．８μｍのものを使用した。油添ＥＰＤＭおよび充填剤の総体積１００ vol％に対する前記各充填剤の添加量は、それぞれ概ね７０ vol％程度とした。
表１から分かるように、充填剤として窒化アルミニウムを用いた試料の熱伝導率が他よりも著しく高い値となった。
【００３２】
試験例１６〜１８；
つぎに、橋かけ剤であるグラファイトのみを添加した場合の熱伝導率について調べた。 図６の表２に示す試験例１６では、油添ＥＰＤＭにアグリゲートを構成するグラファイト（ｄ＝３．３４）を混練した試料を作製し、熱伝導率を調べた。前記グラファイトの添加量は、熱伝導性エラストマが有効な弾力性を発揮し得る限界近くまで添加した。なお、前記グラファイトの平均粒子径は３１．０ｎｍのものを使用した。
表２から分かるように、然程、熱伝導率が向上しなかった。
表２の試験例１７，１８では、アグリゲートを構成する複合グラファイト（ｄ＝３．４６）を混練して試料を作成したが、熱伝導率は向上しなかった。
また、試験例１８では、単球の複合グラファイト（ｄ＝３．４１）を混練して試料を作成したところ、アグリゲート構造の場合よりも熱伝導率が低くなった。
【００３３】
試験例２３，２４および実施例２５，２６；
つぎに、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤および橋かけ剤の比率と、熱伝導率との関係について調べた。
図６の表２に示す試験例２３および実施例２４，２５，２６では、油添ＥＰＤＭに平均粒子径１２．４μｍの窒化アルミニウムを用いると共に、油添ＥＰＤＭ、窒化アルミニウムおよびグラファイトの総体積１００ vol％に対し、グラファイト（ｄ＝３．３３）の添加量を０から１４．８ vol％まで変化させ、かつ、窒化アルミニウムとグラファイトの合算体積が７０ vol％前後になる試料をそれぞれ作製し、熱伝導率を調べた。なお、グラファイトの平均粒子径は３０．０ｎｍのものを用いた。
【００３４】
表２から分かるように、グラファイトの添加量が増加するに従い熱伝導率が向上した。また、実施例２４に示すように、グラファイトの添加量が少量でも有効であった。一方、実施例２５，２６に示すように、グラファイトの添加量が８．０ vol％を越えると、実施例２４のグラファイトの添加量が３．５ vol％のものに比べて熱伝導率が向上した。
【００３５】
これは、図１に示すように、互いに隣接する窒化アルミニウム（熱伝導性充填剤１１）の粒子間に、アグリゲートを構成するグラファイトが接触することで橋かけ剤１２として働き、窒化アルミニウム間の熱をグラファイトが伝達することにより、熱伝導率が向上したと推測される。
特に、図６の表２に示すように、合算体積ΣＶが７０．９ vol％から７３．１ vol％に上昇すると、熱伝導率が急激に大きくなることが分かる。
【００３６】
試験例３０および実施例３１；
つぎに、ポリマーに添加する橋かけ剤が熱伝導率に及ぼす影響について調べた。
図６に示す試験例３０に示すように、油添ＥＰＤＭに窒化アルミニウムのみを添加した試料を作製し、一方、実施例３１では油添ＥＰＤＭに窒化アルミニウムおよびグラファイト（ｄ＝３．３３）を添加した試料を作製して熱伝導率を調べた。
試験例３０では、油添ＥＰＤＭおよび窒化アルミニウムの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムの体積を６８．４ vol％に設定した。
実施例３１では、油添ＥＰＤＭ、窒化アルミニウムおよびグラファイトの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムを５８．３ vol％添加し、グラファイトを１４．８ vol％添加し、合算体積を試験例３０と概ね同じ７３．１ vol％に設定した。なお、グラファイトの平均粒子径は３０．０ｎｍのものを用いた。
表２から分かるように、試験例３０に比べ実施例３１の方が熱伝導率が著しく向上した。
これは、互いに隣接する窒化アルミニウム（熱伝導性充填剤１１）の粒子間に、アグリゲートを構成するグラファイトが接触することにより、橋かけ剤１２として働き、熱伝導率が向上したものであると推測される。
なお、試験例３０および実施例３１の熱伝導性エラストマのＤ硬度は３２、体積固有抵抗値は５×１０8 Ω・ｃｍであった。
【００３７】
実施例３２〜３６；
つぎに、難燃剤の種類および添加量と、熱伝導率との関係について調べた。
図６に示す実施例３２，３３では、ポリマーに窒化アルミニウムおよび複合グラファイト（ｄ＝３．４３）を添加すると共に、難燃剤として水酸化マグネシウムおよび赤燐の粉末を添加した試料を作製し、熱伝導率を調べた。
実施例３４〜３６では、ポリマーに窒化アルミニウムおよび複合グラファイトを添加すると共に、難燃剤として赤燐を添加した試料を作製し、熱伝導率を調べた。
なお、実施例３２〜３５では、ＥＶＡおよびＨ−ＮＢＲからなるポリマーを用いる共に、実施例３６ではＥＶＡ、Ｈ−ＮＢＲおよびＢＲからなるポリマーを用いた。
【００３８】
表２から分かるように、合算体積ΣＶが大きくなる程、良好な熱伝導率を呈した。なお、赤燐のみを添加した場合と、水酸化マグネシウムおよび赤燐を添加した場合とでは、然程、難燃性の違いが認められなかった。このことより、赤燐の粉末を微量添加するだけで、十分な難燃性が得られると共に、良好な熱伝導率を得ることができることが分かる。
実施例３４と実施例３２および３５とを比較すると分かるように、合算体積ΣＶが７０数 vol％よりも大きくなると急激に熱伝導率が高くなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の熱伝導性エラストマは、電子回路のヒートシンク部材等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる熱伝導性エラストマの断面の模式図である。
【図２】グラファイトのアグリゲート構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】図３Ａは面心立方格子状に配置した球の配置を示す模式図、図３Ｂは同一の大きさの球を面心立方格子状に配置した場合の立方体における球の充填率を示す計算式である。
【図４】大きい球の間に小さい球を充填する場合を示す模式図である。
【図５】試験例を示す図表である。
【図６】試験例および実施例を示す図表である。
【符号の説明】
【００４１】
１：熱伝導性エラストマ
１０：ポリマー
１１：熱伝導性充填剤
１２：橋かけ剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導性エラストマおよび熱伝導性エラストマに添加するための橋かけ剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、前記熱伝導性エラストマとして、たとえば、シリコーンエラストマにセラミック焼結体を混入したものや、シリコーンゲルに球状の軟磁性フェライトを混入させたものが提案されている（特許文献１および２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３２１９０（要約書）
【特許文献２】特開平１１−１１６８２０号（要約書）
【０００３】
近年、電子回路等のヒートシンク部材として、柔軟で高い電気抵抗を有し、かつ、高い熱伝導率を備えた熱伝導性エラストマが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の主目的は、高い電気抵抗値を有し、かつ、熱伝導率の高い熱伝導性エラストマを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記主目的を達成するために本発明の熱伝導性エラストマは、ゴム弾性を持つ高分子のポリマーと、前記ポリマーに添加され、グラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤と、前記ポリマーに添加され、前記ポリマーよりも熱伝導率が高く、かつ、前記一次粒子よりも電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤とを備え、前記熱伝導性充填剤の平均粒子径が前記アグリゲートの平均粒子径よりも大きく、かつ、互いに隣接する前記熱伝導性充填剤の粒子間に前記橋かけ剤が架設されて、当該橋かけ剤がない場合に比べ熱伝導率が高められていることを特徴とする。
【０００６】
熱伝導性充填剤をエラストマに添加することで、当該充填剤の添加量に応じて、熱伝導率が向上する。
しかし、エラストマとしての柔軟性を維持する必要があるので、前記充填剤の添加量には、自ずと限界がある。また、充填剤の粉末同士の間の間隙にエラストマが入り込んでいる必要があるので、当該間隙に入り込んだエラストマが熱伝導を妨げる。
そこで、本発明は、充填剤の粉末同士の間に橋かけ剤を架設して充填剤から橋かけ剤を通って隣の充填剤に熱を伝えて熱伝導率を高めている。
本発明の熱伝導性エラストマは、回路基板に直接貼付するなど電子機器に用いられるので、表面抵抗が１０7 Ω程度の継続性の高いものが好ましい。なお、窒化アルミニウム単体のシートは、絶縁体の電気抵抗を有し、グラファイトの単体のシートは１０2 Ω程度の導電性を持つ。
【０００７】
本発明の原理について、図を用いて更に詳細に説明する。
図１において、１は熱伝導性エラストマ、１０はエラストマ、１１は熱伝導性充填剤、１２は橋かけ剤である。
【０００８】
エラストマはゴム弾性を発揮する高分子のポリマーで形成され、前記エラストマ１０の種類は限定されないが、エラストマ１０としては、たとえば、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）、Ｈ−ＮＢＲ（水素化ニトリルブチルゴム）、ＢＲ（ブチルゴム）、ＥＰＤＭ、シリコーンゴムなどの熱可塑性エラストマやゴムの１種または混合物を採用することができる。
熱伝導性エラストマ１の難燃性を高めるためにはＥＶＡが好ましく、高温特性を高めるためにはＨ−ＮＢＲを混合するのが好ましく、一方、低温特性を高めるためにはＢＲを混合するのが好ましい。
なお、ＥＶＡの熱伝導率は一般に０．１〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗値は１０15Ω・ｃｍ以上である。
【０００９】
熱伝導性充填剤１１としては、高い熱伝導性と大きい電気抵抗を持つものとして、たとえば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化ケイ素、表面に酸化膜（酸化アルミニウムの層）を持つアルミニウムのうちの１種または複数種の粉末を用いることが可能であるが、これらの中でも前記特性の観点から窒化アルミニウムが好ましい。
なお、窒化アルミニウムの熱伝導率は一般に、１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗値は１０14Ω・ｃｍ以上である。
また、酸化膜を持つアルミニウムは、アルミニウムを粉末化すると自ずと表面に酸化膜が形成されて生成されるのであるが、窒化アルミニウムよりも安価で、かつ、柔かいため所定の平均粒子径のものが得られるので、好ましく採用できる。
【００１０】
熱伝導性充填剤１１の平均粒子径としては、５０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下であるのが更に好ましく、入手の容易性から２０μｍ以下が最も好ましい。 熱伝導性充填剤１１の粒径が大きいと、脱粒のおそれがある上、シート表面の平滑性が低下するからである。
一方、熱伝導性充填剤１１の粒子径が小さいと、粒子間の間隙の数が増加するので、熱伝導性を高めるためには粒子径は大きい方が有利である。かかる観点から熱伝導性充填剤１１の平均粒子径は４．０μｍ以上が好ましく、６．０μｍ以上がより好ましく、８．０μｍ以上が最も好ましい。
【００１１】
橋かけ剤１２としては、複数の一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成するグラファイトまたはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトを採用することができる。アグリゲートとは、微球状の一次粒子同士が融着し、連鎖状または不規則な鎖状に枝分かれした複雑な凝集形態のことをいい、概念的には、ぶどうの房にたとえられる。
前記グラファイトや複合グラファイトの熱伝導率は、一般に、１００〜１３０Ｗ／ｍ・Ｋ、体積固有抵抗値は０．０１〜１．０Ω・ｃｍである。
アグリゲートを構成するグラファイト等の製造方法については後述する。
【００１２】
アグリゲートを構成するグラファイトの構成図を図２に示す。
図２において、前記グラファイト１２の単球状の一次粒子１２ａ自体は分子間力により炭素原子同士が強固に結合して形成されたものであるが、橋かけ剤１２は多数の単球状の一次粒子１２ａが互いに融着して結合している。この単球状の一次粒子１２ａ同士の結合は外力が加わることにより容易に解かれ、橋かけ剤１２の形状が変化する。一方、橋かけ剤１２は炭化物の吸着特性から異物に付着し易いため、橋かけ剤１２は図１の熱伝導性充填剤１１と熱伝導性充填剤１１との間に架設されたように配置され、熱伝導性充填剤１１と熱伝導性充填剤１１との間を熱的に継ぐことになる。その結果、橋かけ剤１２は熱伝導効率を高める。
【００１３】
高い熱伝導効率を実現するためには、ポリマー、充填剤および橋かけ剤の総体積１００ vol％に対して、充填剤の添加量は５０ vol％以上に設定され、好ましくは５５ vol％以上に設定される。一方、熱伝導性エラストマ１の柔軟性を維持するためには、充填剤の添加量は８０ vol％以下に設定され、好ましくは７０ vol％以下に設定される。
【００１４】
同様に、橋かけ剤１２の添加量は３．５ vol％以上に設定され、好ましくは８．０ vol％以上に設定される。橋かけ剤１２は熱伝導性充填剤１１よりも熱伝導率が小さいので、その添加量をあまり増やすべきではなく、２５ vol％以下に設定され、好ましくは２０ vol％以下に設定される。
【００１５】
本発明においては、橋かけ剤１２が熱伝導性充填剤１１、１１間を継ぐことが重要であり、かかる状態を実現するためには、熱伝導性充填剤１１と橋かけ剤１２とがマトリクス内において互いに密に接することが必要であるから、熱伝導性充填剤１１および橋かけ剤１２の嵩密度が問題となるので、熱伝導性充填剤１１および橋かけ剤１２の各々の体積を合算した合算体積ΣＶを所定値の範囲に設定する。
【００１６】
以下、図３および図４を用いて、かかる合算体積ΣＶについて考察する。
図３Ａに示すように、同一の大きさの球１００を面心立方格子状に配置した場合、一辺を４ｒ＝ａとする立方体１１０を切り取った場合の当該立方体１１０における球１００の充填率は、図３Ｂの（１）式に示すように約７４％となる。
【００１７】
一方、図４のように、大きい球１００の間に小さい球１０１を充填すると、充填率の最大値は７４％よりも大きくなる。一方、熱伝導性充填剤１１をポリマーに混練する際に、熱伝導性充填剤１１が理想的な配列となることは殆どあり得ないので、一般に充填率は理想的に配列した場合に比べ低くなる。
【００１８】
このようなことから、窒化アルミニウムなどの熱伝導性充填剤１１をエラストマ１０に混練して添加し得る充填率の最大値は、粉末の粒度分布にもよるが、７０〜８２％前後となる。一方、グラファイトは前述のように、外力で型崩れする上、単球の径が著しく小さいので、熱伝導性充填剤１１をマトリクス中に限界に近いまで充填した後も、熱伝導性充填剤１１，１１間の間隙にグラファイトが入り込むので、更に添加することが可能となる。
【００１９】
以上から、合算体積ΣＶは７０ vol％〜８２ vol％とするのが好ましく、７２ vol％〜８０ vol％とするのがより好ましい。
【００２０】
本発明のグラファイトは、カーボンブラックを黒鉛化して得られる。また、本発明の複合グラファイトとしては、カーボンブラックを単に黒鉛化するのみでなく、グラファイト粒子に金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含有させることにより得られる。
カーボンブラックを黒鉛化（グラファイト化）する方法は特に限定されるものではないが、不活性雰囲気下において高温で加熱して黒鉛化させることができる。通常２０００℃以上の温度で加熱することでカーボンブラックを黒鉛化することができる。
【００２１】
黒鉛化されることで、Ｘ線回折測定において、結晶構造に由来するピークが観察されるようになる。そして、黒鉛化が進行するにしたがって、格子間距離が短くなる。グラファイトの回折線は黒鉛化の進行とともに広角側にシフトするが、この回折線の回折角２θが格子間距離（平均面間隔）に対応している。
【００２２】
本発明において、伝熱性を得るためには、格子間距離が３．４７オングストローム以下であるグラファイトを使用することが好適である。
一方、製造性の観点から格子間距離は３．３３オングストローム以上のグラファイトを採用するのが望ましい。
グラファイトは、たとえば以下のような方法で製造できる。
カーボンブラック原料として、新日化カーボン株式会社製「ニテロン♯１０改」を使用する。当該カーボンブラックは、ファースト・エクストルーディング・ファーネス・ブラック（ＦＥＦ）という種類のカーボンブラックで、平均一次粒子径が４１ｎｍのものである。これをカーボン炉（富士電波工業株式会社製、ＦＶＳ−２００／２００／２００、ＦＲＥＴ−５０）中で、アルゴンガス雰囲気下、２１００℃で３時間加熱処理して黒鉛化する。得られた粒子のＸ線回折測定を行うと、グラファイト構造に由来するピークが観察されて、グラファイト粒子が生成していることが判明する。生成した一種のグラファイトの００２面間隔に相当する回折線から算出される格子間距離は３．４０オングストロームであった。この粒子の平均一次粒子径は３８ｎｍ程であった。
複合グラファイトは、たとえば以下のような方法で製造できる。
グラファイト粒子Ｃの合成カーボンブラック「ニテロン♯１０改」とホウ素粉末とを、炭素元素とホウ素元素のモル比が１０：４となるように混合し、シリカ製ルツボに入れ、ルツボ上面にグラファイトシートを載せて、その両端に電極を接続する。電極に通電してグラファイトシートを発熱させ、上記混合物に着火させ、炭化物が生成する際の反応熱を利用した自己燃焼合成法によってグラファイト粒子Ｃを得る。得られた粒子のＸ線回折測定を行うと、グラファイト構造に由来するピークが観察されて、グラファイト粒子が生成していることが判明する。生成した一種のグラファイトの００２面間隔に相当する回折線から算出される格子間距離は３．３８オングストロームであった。また、Ｂ4 Ｃの０２１回折線に由来する２θ＝３７．８°のピークも認められた。この粒子の平均一次粒子径は４０ｎｍであった。
グラファイト格子間距離は算出方法対象となるグラファイト粉末を粉末Ｘ線回折装置を用いて測定できる。測定波長λは、銅のＫα線の波長である１．５４１８オングストロームである。Ｘ線回折測定で得られた結晶ピークのうち、２θの値が２６°付近にある大きなピークが、グラファイトの００２面に相当するピークである。これから、グラファイトの格子間距離ｄ（オングストローム）は、以下の式によって算出される。
ｄ＝λ／２ｓｉｎθ
【００２３】
グラファイト等のアグリゲートの大きさ（長さ）は、熱伝導性充填剤１１よりも小さい必要がある。
アグリゲートの好ましい平均粒子径は、たとえば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ（０．０５μｍ〜１．０μｍ）程度である。
アグリゲートが５０ｎｍよりも短いと熱伝導性充填剤１１の間を連結できず、一方、アグリゲートが１０００ｎｍよりも長いと熱伝導性充填剤１１の間の間隙が大きくなりすぎるからである。
【００２４】
また、グラファイト等の一次粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましく、１５ｎｍ〜４０ｎｍ程度がより好ましい。グラファイト等の平均粒子径が小さすぎると、アグリゲートが短くなりすぎ、一方、グラファイト等の平均粒子径が大きすぎると、アグリゲートが長くなりすぎるからである。
【００２５】
以下、本発明の効果を明瞭にするために実施例等を示す。
図５および図６は試験例および実施例を示す。
以下、ポリマーのみや、ポリマーに熱伝導性充填剤および／または橋かけ剤並びにその他の成分を十分に混練して作製した熱伝導性エラストマの熱伝導率について調べた。なお、以下に述べる各試験例および各実施例では、エラストマの厚さＷ（図１）を、それぞれ０．３ｍｍに設定した。
【００２６】
試験例１〜４；
まず、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤の平均粒子径と、熱伝導率との関係について調べた。
図５の表１の試験例１〜４に示すように、シリコーンゴムからなるポリマーに、熱伝導性充填剤として表１に示す平均粒子径の窒化アルミニウムを混練した試料を作製し、熱伝導率を調べた。試験例１〜４では、シリコーンゴムおよび窒化アルミニウムの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムの添加量が概ね一定（６３〜６４ vol％程度）になるように試料を作製した。
【００２７】
これらの試料について熱伝導率を調べたところ、窒化アルミニウムの平均粒子径が大きいほど熱伝導率が向上した。
これは、窒化アルミニウムの粒子径が小さいと、粒子間の間隙の数が増加するので熱伝導率が然程大きくならず、一方、窒化アルミニウムの粒子径が大きくなるほど、粒子間の間隙の数が減少することにより熱伝導率が向上したと推測される。
【００２８】
以下に述べる図５および図６に示す試験例８〜１５，１６，２３，３０および実施例２４，２５，２６，３１では、異物を添加し易いポリマーとして油添ＥＰＤＭを用いた。
【００２９】
試験例８〜１２；
つぎに、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤の添加量と熱伝導率との関係について調べた。
図５の表１の試験例８〜１２に示すように、油添ＥＰＤＭに平均粒子径が１５．７μｍの窒化アルミニウムを混練し、油添ＥＰＤＭおよび窒化アルミニウムの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムの添加量を７５．３ vol％〜０ vol％まで変化させた試料をそれぞれ作製し熱伝導率を調べた。なお、窒化アルミニウムには、前記試験例１〜４で最も良好な熱伝導率を発揮した粒子径１５．７μｍのものを用いた。
その結果、油添ＥＰＤＭに対する窒化アルミニウムの添加量が大きくなるほど熱伝導率が向上した。
【００３０】
ここで、試験例１１〜９は、窒化アルミニウムの添加量を、約十数％づつ大きくしたのに対し、熱伝導率が約２倍近く向上した。
これは、油添ＥＰＤＭに対する窒化アルミニウムの体積比が所定の値を越えると窒化アルミニウムの粒子間の間隙が減少することにより、熱伝導率が著しく向上したと推測される。
一方、試験例８，９においては熱伝導率に然程の変化がないことが分かる。
【００３１】
試験例１３〜１５；
つぎに、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤の種類と、熱伝導率との関係を調べた。
図５の表１に示す試験例１３〜１５に示すように、油添ＥＰＤＭに充填剤として窒化アルミニウム、アルミナ（酸化アルミニウム）、ケイ素をそれぞれ混練した試料を作製し、各々、熱伝導率を調べた。
なお、窒化アルミニウムの平均粒子径は５．６μｍ、アルミナの平均粒子径は４．３μｍ、ケイ素の平均粒子径は３．８μｍのものを使用した。油添ＥＰＤＭおよび充填剤の総体積１００ vol％に対する前記各充填剤の添加量は、それぞれ概ね７０ vol％程度とした。
表１から分かるように、充填剤として窒化アルミニウムを用いた試料の熱伝導率が他よりも著しく高い値となった。
【００３２】
試験例１６〜１８；
つぎに、橋かけ剤であるグラファイトのみを添加した場合の熱伝導率について調べた。 図６の表２に示す試験例１６では、油添ＥＰＤＭにアグリゲートを構成するグラファイト（ｄ＝３．３４）を混練した試料を作製し、熱伝導率を調べた。前記グラファイトの添加量は、熱伝導性エラストマが有効な弾力性を発揮し得る限界近くまで添加した。なお、前記グラファイトの平均粒子径は３１．０ｎｍのものを使用した。
表２から分かるように、然程、熱伝導率が向上しなかった。
表２の試験例１７，１８では、アグリゲートを構成する複合グラファイト（ｄ＝３．４６）を混練して試料を作成したが、熱伝導率は向上しなかった。
また、試験例１８では、単球の複合グラファイト（ｄ＝３．４１）を混練して試料を作成したところ、アグリゲート構造の場合よりも熱伝導率が低くなった。
【００３３】
試験例２３，２４および実施例２５，２６；
つぎに、ポリマーに添加する熱伝導性充填剤および橋かけ剤の比率と、熱伝導率との関係について調べた。
図６の表２に示す試験例２３および実施例２４，２５，２６では、油添ＥＰＤＭに平均粒子径１２．４μｍの窒化アルミニウムを用いると共に、油添ＥＰＤＭ、窒化アルミニウムおよびグラファイトの総体積１００ vol％に対し、グラファイト（ｄ＝３．３３）の添加量を０から１４．８ vol％まで変化させ、かつ、窒化アルミニウムとグラファイトの合算体積が７０ vol％前後になる試料をそれぞれ作製し、熱伝導率を調べた。なお、グラファイトの平均粒子径は３０．０ｎｍのものを用いた。
【００３４】
表２から分かるように、グラファイトの添加量が増加するに従い熱伝導率が向上した。また、実施例２４に示すように、グラファイトの添加量が少量でも有効であった。一方、実施例２５，２６に示すように、グラファイトの添加量が８．０ vol％を越えると、実施例２４のグラファイトの添加量が３．５ vol％のものに比べて熱伝導率が向上した。
【００３５】
これは、図１に示すように、互いに隣接する窒化アルミニウム（熱伝導性充填剤１１）の粒子間に、アグリゲートを構成するグラファイトが接触することで橋かけ剤１２として働き、窒化アルミニウム間の熱をグラファイトが伝達することにより、熱伝導率が向上したと推測される。
特に、図６の表２に示すように、合算体積ΣＶが７０．９ vol％から７３．１ vol％に上昇すると、熱伝導率が急激に大きくなることが分かる。
【００３６】
試験例３０および実施例３１；
つぎに、ポリマーに添加する橋かけ剤が熱伝導率に及ぼす影響について調べた。
図６に示す試験例３０に示すように、油添ＥＰＤＭに窒化アルミニウムのみを添加した試料を作製し、一方、実施例３１では油添ＥＰＤＭに窒化アルミニウムおよびグラファイト（ｄ＝３．３３）を添加した試料を作製して熱伝導率を調べた。
試験例３０では、油添ＥＰＤＭおよび窒化アルミニウムの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムの体積を６８．４ vol％に設定した。
実施例３１では、油添ＥＰＤＭ、窒化アルミニウムおよびグラファイトの総体積１００ vol％に対し、窒化アルミニウムを５８．３ vol％添加し、グラファイトを１４．８ vol％添加し、合算体積を試験例３０と概ね同じ７３．１ vol％に設定した。なお、グラファイトの平均粒子径は３０．０ｎｍのものを用いた。
表２から分かるように、試験例３０に比べ実施例３１の方が熱伝導率が著しく向上した。
これは、互いに隣接する窒化アルミニウム（熱伝導性充填剤１１）の粒子間に、アグリゲートを構成するグラファイトが接触することにより、橋かけ剤１２として働き、熱伝導率が向上したものであると推測される。
なお、試験例３０および実施例３１の熱伝導性エラストマのＤ硬度は３２、体積固有抵抗値は５×１０8 Ω・ｃｍであった。
【００３７】
実施例３２〜３６；
つぎに、難燃剤の種類および添加量と、熱伝導率との関係について調べた。
図６に示す実施例３２，３３では、ポリマーに窒化アルミニウムおよび複合グラファイト（ｄ＝３．４３）を添加すると共に、難燃剤として水酸化マグネシウムおよび赤燐の粉末を添加した試料を作製し、熱伝導率を調べた。
実施例３４〜３６では、ポリマーに窒化アルミニウムおよび複合グラファイトを添加すると共に、難燃剤として赤燐を添加した試料を作製し、熱伝導率を調べた。
なお、実施例３２〜３５では、ＥＶＡおよびＨ−ＮＢＲからなるポリマーを用いる共に、実施例３６ではＥＶＡ、Ｈ−ＮＢＲおよびＢＲからなるポリマーを用いた。
【００３８】
表２から分かるように、合算体積ΣＶが大きくなる程、良好な熱伝導率を呈した。なお、赤燐のみを添加した場合と、水酸化マグネシウムおよび赤燐を添加した場合とでは、然程、難燃性の違いが認められなかった。このことより、赤燐の粉末を微量添加するだけで、十分な難燃性が得られると共に、良好な熱伝導率を得ることができることが分かる。
実施例３４と実施例３２および３５とを比較すると分かるように、合算体積ΣＶが７０数 vol％よりも大きくなると急激に熱伝導率が高くなることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の熱伝導性エラストマは、電子回路のヒートシンク部材等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる熱伝導性エラストマの断面の模式図である。
【図２】グラファイトのアグリゲート構造を示す電子顕微鏡写真である。
【図３】図３Ａは面心立方格子状に配置した球の配置を示す模式図、図３Ｂは同一の大きさの球を面心立方格子状に配置した場合の立方体における球の充填率を示す計算式である。
【図４】大きい球の間に小さい球を充填する場合を示す模式図である。
【図５】試験例を示す図表である。
【図６】試験例および実施例を示す図表である。
【符号の説明】
【００４１】
１：熱伝導性エラストマ
１０：ポリマー
１１：熱伝導性充填剤
１２：橋かけ剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム弾性を持つ高分子のポリマーと、
前記ポリマーに添加され、グラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤と、
前記ポリマーに添加され、前記ポリマーよりも熱伝導率が高く、かつ、前記一次粒子よりも電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤とを備え、
前記熱伝導性充填剤の平均粒子径が前記アグリゲートの平均粒子径よりも大きく、かつ、
互いに隣接する前記熱伝導性充填剤の粒子間に前記橋かけ剤が架設されて、当該橋かけ剤がない場合に比べ熱伝導率が高められていることを特徴とする熱伝導性エラストマ。
【請求項２】
平均粒子径が４．０μｍ〜５０μｍの窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化ケイ素、表面に酸化アルミニウムの層を持つアルミニウムの粉末から選ばれた少なくとも一種の熱伝導性充填剤と、
グラファイトまたはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトの複数一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤とが、ゴム弾性を持つ高分子のポリマー内に添加され、
前記ポリマー、前記充填剤および橋かけ剤の総体積１００ vol％に対し、
前記充填剤の添加量が５０ vol％〜７５ vol％で、前記橋かけ剤の添加量が３．５ vol％〜２５ vol％で、かつ、前記充填剤および橋かけ剤の体積を合算した合算体積が７０ vol％〜８２ vol％に設定されていることを特徴とする熱伝導性エラストマ。
【請求項３】
請求項２において、前記充填剤の添加量が５５ vol％〜７０ vol％で、
前記橋かけ剤の添加量が８．０ vol％〜２０ vol％である熱伝導性エラストマ。
【請求項４】
請求項２もしくは３において、前記合算体積が７２ vol％〜８０ vol％に設定されている熱伝導性エラストマ。
【請求項５】
請求項１、２、３もしくは４において、前記充填剤の平均粒子径が６．０μｍ〜２０μｍに設定されている熱伝導性エラストマ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、赤リンの粉末が更に添加されていることを特徴とする熱伝導性エラストマ。
【請求項７】
ゴム弾性を持つポリマーよりも熱伝導率が高く、かつ、電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤を前記ポリマーに添加した熱伝導性エラストマに添加するための橋かけ剤であって、
グラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成し、前記ポリマーに添加されることで、エラストマの熱伝導率を高めることを特徴とする橋かけ剤。
【請求項１】
ゴム弾性を持つ高分子のポリマーと、
前記ポリマーに添加され、グラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤と、
前記ポリマーに添加され、前記ポリマーよりも熱伝導率が高く、かつ、前記一次粒子よりも電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤とを備え、
前記熱伝導性充填剤の平均粒子径が前記アグリゲートの平均粒子径よりも大きく、かつ、
互いに隣接する前記熱伝導性充填剤の粒子間に前記橋かけ剤が架設されて、当該橋かけ剤がない場合に比べ熱伝導率が高められていることを特徴とする熱伝導性エラストマ。
【請求項２】
平均粒子径が４．０μｍ〜５０μｍの窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化ケイ素、表面に酸化アルミニウムの層を持つアルミニウムの粉末から選ばれた少なくとも一種の熱伝導性充填剤と、
グラファイトまたはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトの複数一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成する橋かけ剤とが、ゴム弾性を持つ高分子のポリマー内に添加され、
前記ポリマー、前記充填剤および橋かけ剤の総体積１００ vol％に対し、
前記充填剤の添加量が５０ vol％〜７５ vol％で、前記橋かけ剤の添加量が３．５ vol％〜２５ vol％で、かつ、前記充填剤および橋かけ剤の体積を合算した合算体積が７０ vol％〜８２ vol％に設定されていることを特徴とする熱伝導性エラストマ。
【請求項３】
請求項２において、前記充填剤の添加量が５５ vol％〜７０ vol％で、
前記橋かけ剤の添加量が８．０ vol％〜２０ vol％である熱伝導性エラストマ。
【請求項４】
請求項２もしくは３において、前記合算体積が７２ vol％〜８０ vol％に設定されている熱伝導性エラストマ。
【請求項５】
請求項１、２、３もしくは４において、前記充填剤の平均粒子径が６．０μｍ〜２０μｍに設定されている熱伝導性エラストマ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、赤リンの粉末が更に添加されていることを特徴とする熱伝導性エラストマ。
【請求項７】
ゴム弾性を持つポリマーよりも熱伝導率が高く、かつ、電気抵抗が大きい粉末状の熱伝導性充填剤を前記ポリマーに添加した熱伝導性エラストマに添加するための橋かけ剤であって、
グラファイトの一次粒子またはグラファイトに金属、ホウ素及びケイ素から選ばれる少なくとも１種以上の元素を含んだ複合グラファイトの一次粒子が互いに連なってアグリゲートを構成し、前記ポリマーに添加されることで、エラストマの熱伝導率を高めることを特徴とする橋かけ剤。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【公開番号】特開２００９−４０９４５（Ｐ２００９−４０９４５Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０９３７６（Ｐ２００７−２０９３７６）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００１６４３８０）九州耐火煉瓦株式会社 (8)
【出願人】（０００１０８７２０）株式会社タケチ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００１６４３８０）九州耐火煉瓦株式会社 (8)
【出願人】（０００１０８７２０）株式会社タケチ (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]