JP2009197209A - 樹脂組成物、射出成形品及び誘電体アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性及び成形性に優れた樹脂組成物、射出成形品、及び、該射出成形品を備えた誘電体アンテナを得る。
【解決手段】 固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が異なる２種類の液晶性熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物。２種類の液晶性熱可塑性樹脂の前記温度差は互いに１０℃以上異なっており、前記液晶性熱可塑性樹脂のうち、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８０ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜２０ｖｏｌ％である樹脂組成物。少なくとも１種類のセラミック粉末を含有していてもよい。誘電体アンテナはこの樹脂組成物からなる射出成形品である誘電体ブロック２を備え、誘電体ブロック２には放射電極３、給電電極４及び接地電極５が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂組成物、該樹脂組成物からなる射出成形品及び該射出成形品からなる誘電体ブロックを備えた誘電体アンテナに関する。

近年、携帯電話は小型化が進められており、携帯電話に搭載されるアンテナにおいても、小型化、軽量化の要求が高まっている。これを受けて、基板に対してアンテナをリフローにより実装することが求められている。

また、近年では、環境に対する配慮から、鉛フリーはんだを用いた基板への実装が可能であることが求められている。しかし、鉛フリーはんだは一般に融点が高くてリフロー温度も高くなるため、高温リフローに耐える複合材料が求められている。

このような複合材料として、耐熱性に優れた液晶ポリマーを用いることが検討されている。しかし、液晶ポリマーで成形品を作製した場合は、射出成形時に糸曳きが発生するため、安定して連続成形することができないという問題点を有していた。

特許文献１には、液晶ポリマーとポリアミド樹脂とを混合することにより、糸曳きの問題点を解消できる樹脂組成物及び成形品が記載されている。しかし、ポリアミド樹脂は融点が２２２〜２８３℃であり、作製した成形品は鉛フリーはんだを用いた高温リフローに耐えるほどの耐熱性を有していない。さらに、ポリアミド樹脂を使用していることで、バルクの吸水性が高くなることが予測でき、吸水によりＱが低くなるので、アンテナなどの高周波部品には不向きである。また、この種のアンテナ基板としてはブリスターが発生することがないことも重要な条件である。
特開２０００−３４４０４号公報

そこで、本発明の目的は、耐熱性及び成形性に優れた樹脂組成物、射出成形品、及び、該射出成形品を備えた誘電体アンテナを提供することにある。本発明の他の目的は、前記目的を達成するとともに、ブリスターが発生することのない誘電体ブロックを備えた誘電体アンテナを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１形態である樹脂組成物は、
固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が異なる２種類の液晶性熱可塑性樹脂を含み、
２種類の前記液晶性熱可塑性樹脂の前記温度差は互いに１０℃以上異なっており、
前記液晶性熱可塑性樹脂のうち、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８０ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜２０ｖｏｌ％であること、
を特徴とする。

本発明の第２形態である射出成形品は、前記樹脂組成物を含むことを特徴とする。

本発明の第３形態である誘電体アンテナは、誘電体ブロックに放射電極、給電電極及び接地電極を設けた誘電体アンテナであって、前記誘電体ブロックは前記射出成形品からなること、を特徴とする。

本発明の第４形態である誘電体アンテナは、
誘電体ブロックに放射電極、給電電極及び接地電極を設けた誘電体アンテナであって、
前記誘電体ブロックは、セラミック粉末と液晶性熱可塑性樹脂とを含む樹脂組成物からなり、
前記セラミック粉末は前記樹脂組成物に１５〜３０ｖｏｌ％の割合で含有されており、
前記液晶性樹脂は、固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が異なる２種類の液晶性熱可塑性樹脂を含み、
２種類の前記液晶性熱可塑性樹脂の前記温度差は互いに１０℃以上異なっており、
前記液晶性熱可塑性樹脂のうち、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８７ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜１３ｖｏｌ％であること、
を特徴とする。

前記樹脂組成物において、少なくとも前記温度差が大きい樹脂は、前記温度差が４５℃以上であることが好ましい。また、前記樹脂組成物は少なくとも１種類のセラミック粉末（例えば、チタン酸カルシウム、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム）をさらに含んでいてもよい。

本発明によれば、固化速度が相対的に遅い液晶性熱可塑性樹脂と、固化速度が相対的に速い液晶性熱可塑性樹脂とを所定の割合で含むことで、鉛フリーはんだを用いたリフローに耐えうる高耐熱性を有し、かつ、射出成形時に糸曳きなどを生じることがない。また、成形品にブリスターが発生することもない。

以下、本発明に係る樹脂組成物、射出成形品及び誘電体アンテナの実施例について添付図面を参照して説明する。

樹脂組成物は、固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が異なる２種類の液晶性熱可塑性樹脂を含み、２種類の前記液晶性熱可塑性樹脂の前記温度差は互いに１０℃以上異なっており、前記液晶性熱可塑性樹脂のうち、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８０ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜２０ｖｏｌ％である。また、以下に説明するように、樹脂成形品にブリスターが発生しないためには、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８７ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜１３ｖｏｌ％であることが好ましい。

この樹脂組成物は少なくとも１種類のセラミック粉末をさらに含んでいてもよい。例えば、チタン酸カルシウム、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムなどの１種又は複数種を組み合わせて用いることができる。

また、樹脂組成物に含まれる２種類の液晶性熱可塑性樹脂（以下、ＬＣＰとも称する）としては、それぞれ従来から知られている組成物から選択することができる。特に、固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が４５℃以上の組成物としては、特開２００５−２７２８１０号公報に記載の素材を用いることができる。

本実施例では、以下の表１に示すＬＣＰ１，２，３，４を用いた。

通常のＬＣＰは、剛直な棒状分子がネマチック液晶状態で配向した溶融構造をとるため、固化時にほとんど構造変化がなく、固化速度が速いことが特徴となる。固化速度の遅いＬＣＰ（固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が４５℃以上）の組成としては、以下の化学構造式に示す（Ａ）〜（Ｄ）の化学構造単位が繰り返し現れる芳香族液晶ポリエステルが知られている。詳しくは、（Ａ）〜（Ｄ）の繰返し構造単位の合計に対して、（Ａ）の繰返し構造単位が４０〜７４．８ｍｏｌ％、（Ｂ）の繰返し構造単位が１２．５〜３０ｍｏｌ％、（Ｃ）の繰返し構造単位が１２．５〜３０ｍｏｌ％、及び、（Ｄ）の繰返し構造単位が０．２〜１５ｍｏｌ％であり、かつ、（Ｃ）及び（Ｄ）で表される繰返し構造単位のｍｏｌ比が（Ｃ）/｛（Ｃ）＋（Ｄ）｝≧０．５の関係を満たしている。

なお、前記化学構造式におけるＡｒ₁及びＡｒ₂は、それぞれ独立に、１，４フェニレン、又は、パラ位でつながるフェニレン数２以上の２価の残基から選ばれる基である。

ＬＣＰ１，２，３，４の具体的な組成は以下のとおりである。
ＬＣＰ１ ２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸 ５５．０ｍｏｌ％
ハイドロキノン ２２．５ｍｏｌ％
２，６−ナフタレンジカルボン酸 １７．５ｍｏｌ％
テレフタル酸 ５．０ｍｏｌ％
ＬＣＰ２ ４−ヒドロキシ安息香酸 ２．０ｍｏｌ％
１，４−ジヒドロキシベンゼン ３４．３ｍｏｌ％
４，４'−ジヒドロキシビフェニル １４．７ｍｏｌ％
テレフタル酸 ２４．５ｍｏｌ％
２，６−ナフタレンジカルボン酸 ２４．５ｍｏｌ％
ＬＣＰ３ ２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸 ４０．０ｍｏｌ％
１，４−ジヒドロキシベンゼン ３０．０ｍｏｌ％
テレフタル酸 ３０．０ｍｏｌ％
ＬＣＰ４ ２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸 ５０．０ｍｏｌ％
ハイドロキノン ２５．０ｍｏｌ％
２，６−ナフタレンジカルボン酸 ２３．０ｍｏｌ％
テレフタル酸 ２．０ｍｏｌ％

また、固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が４５℃以上の組成物としては、前記以外に、
ＬＣＰ５ ２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸 ５０．０ｍｏｌ％
４，４'−ジヒドロキシビフェニル ２５．０ｍｏｌ％
２，６−ナフタレンジカルボン酸 ２３．０ｍｏｌ％
テレフタル酸 ２．０ｍｏｌ％
ＬＣＰ６ ２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸 ６０．０ｍｏｌ％
ハイドロキノン ２０．０ｍｏｌ％
２，６−ナフタレンジカルボン酸 １５．０ｍｏｌ％
テレフタル酸 ５．０ｍｏｌ％
などを挙げることができる。

前記ＬＣＰ１，２，３，４について、評価１として、溶融粘度が１０００Ｐａ．ｓ以下となる温度を測定した。測定には、島津製作所製ＣＦＴ−５００を用いた。また、評価２として、５ｍｇのサンプルを１０℃／ｍｉｎの条件で温度を上昇させ、固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度を測定した。測定には、セイコーインスツルメンツ社製ＤＳＣ２２０Ｃを用いた。

表１に示したように、ＬＣＰ１，４は、それぞれ２８３℃、２８７℃以上で１０００Ｐａ・ｓ以下になり、吸熱ピーク温度よりもそれぞれ５６℃、４８℃低い温度で測定が可能になった。また、ＬＣＰ２，３は、それぞれ３０６℃、３０８℃以上で１０００Ｐａ・ｓ以下になり、吸熱ピーク温度よりもそれぞれ２６℃、３６℃低い温度で測定が可能になった。

ＬＣＰ１，４では、吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融温度になる温度の差が大きいことから、樹脂が固化するまでの温度範囲が広く、ＬＣＰ２，３に比べて固化速度が遅いことが分かる。同様に、ＬＣＰ２，３はこの温度差が小さいことから、樹脂が固化するまでの温度範囲が狭く、ＬＣＰ１，４に比べて固化速度が速いことが分かる。

次に、セラミック粉末として平均粒径１．６μｍのチタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３）と前記ＬＣＰ１，２，３，４を混合して以下の表２に示す実施例１〜２０及び比較例１〜７の樹脂組成物を作製した。即ち、前記セラミック粉末及び４種類のＬＣＰを表２に示す混合比率となるように秤量し、２軸の押出し機を用いて３３０℃にて溶融混練を行った。溶融混練時にヘッド穴を通して直径２ｍｍの糸状にして、ペレタイザーにより長さ５ｍｍ程度にカットし、射出成形用のペレットとした。

以上のごとく作製したペレットを用い、射出成形機（ファナック社製α−３０Ｃ）にて３２０℃で射出成形を行い、以下の試験片を作製して評価３〜７を試みた。

評価３のために、厚さ１．３ｍｍ、直径５５ｍｍの試験片を作製し、ネットワークアナライザー（アジレントテクノロジー社製ＨＰ８５１０）を用いて、摂動法により３ＧＨｚでの電気特性を測定した。評価４のために、長さ８０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４ｍｍの試験片を作製し、島津製作所製オートグラフを用いて３点曲げ試験（ＪＩＳ規格Ｋ７１７１）を行った。

評価５としては、射出成形時に糸曳きが発生するか否かを確認した。評価６としては、成形品を観察してウェルドラインの有無を確認した。評価７としては、成形品をリフロー炉（鉛フリーリフロー対応温度）に投入し、ブリスター発生の有無を確認した。

なお、表３において、評価５の欄で、「◎」印は糸曳きがなく安定して連続成形ができること、「○」印は糸曳きがあるが安定して連続成形できること、「△」印は糸曳きがあり連続成形１００回以内に成形不具合があること、「×」印は糸曳きがあり連続成形できないこと、をそれぞれ示している。評価６の欄で、「○」印はウェルドラインが確認できないこと、「×」印はウェルドラインが確認できたこと、をそれぞれ示している。評価７の欄で、「○」印はブリスターが発生していないこと、「×」印はブリスターが発生したこと、をそれぞれ示している。

表３に示したように、実施例１〜２０は、全て誘電率が高く、強度が十分であり、また、射出成形時に糸曳きが発生しないことが確認された。従って、この樹脂成形品で誘電体ブロックを作製してアンテナ基板として問題なく使用できることが確認された。即ち、固化速度の温度差が１０℃以上存在し、かつ、固化速度の比較的遅いＬＣＰと固化速度の比較的早いＬＣＰの混合比率が樹脂分を１００％として、８０〜９９ｖｏｌ％：２０〜１ｖｏｌ％であれば、射出成形時に糸曳きが発生することなく、連続成形が可能である。一方、比較例１〜７では、射出成形時に糸曳きが発生するため、連続成形ができない。

前記実施例１〜２０で好ましい評価が得られたのは、固化速度が速いＬＣＰが先に固化することで、混合比率の多い固化速度の遅いＬＣＰの相互作用を弱くすることにより、糸曳きがなくなり、連続成形が可能になった。また、実施例１〜８，１３〜２０に関しては、吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度が４５℃以上のＬＣＰをマトリックスとして用いているため、固化が遅くなり、ウェルド部が接着するのでウェルドラインの発生をも防止することができ、さらに好ましい。

また、実施例１〜３、５〜７、９〜１１、１３〜１５、１７〜１９に関しては、即ち、糸曳きが発生しない組成において、固化速度が速い（温度差が小さい）樹脂の混合比率を１３ｖｏｌ％以下にした場合、成形品をリフロー炉に投入した後においてブリスターが発生しなかった。これは、ＬＣＰどおしの界面の密着が弱いため、固化速度が速い樹脂の混合比率が多い場合にはマトリックスとなるＬＣＰの量が減り、リフロー炉に投入した際の膨張収縮により界面が剥がれる。しかし、固化速度が速い樹脂の混合比率が少ない場合には、マトリックスとなるＬＣＰの量が多くなるため、界面の剥がれを防ぐことが可能になると考えられる。

１種類のＬＣＰのみを用いた比較例１〜４は、異なるＬＣＰ間の界面が存在しないため、樹脂内の相互作用が強く、射出成形時に糸曳きが発生する。比較例５，６では固化速度が速いＬＣＰの混合比率が２０ｖｏｌ％を超えていることで、固化速度が速いＬＣＰどおしが成形時につながりを持ってしまい、異なるＬＣＰ間の界面が減少してしまう。これにより、固化速度が遅いＬＣＰの相互作用を弱くする効果が低減されるため、糸曳きが発生する。また、固化速度の速いＬＣＰ内の相互作用が強くなるために糸曳きが発生する。比較例７では、二つのＬＣＰの固化速度の温度差が８℃であるため、温度差が小さくなり、固化速度が遅いＬＣＰ内の相互作用を弱くする効果が低減されるため、糸曳きが発生する。

なお、固化速度が速いＬＣＰの混合比率を１ｖｏｌ％以上としているのは、混合比率が１ｖｏｌ％を下回ると、固化速度が遅いＬＣＰ内の相互作用を弱める効果を得ることができないことによる。

次に、前記樹脂組成物からなる射出成形品を誘電体ブロックとして用いた誘電体アンテナについて図１を参照して説明する。

この誘電体アンテナ１は、誘電体ブロック２の表面に、放射電極３、給電電極４及び接地電極５を設けたもので、これらの電極３，４，５はそれぞれリン青銅からなり、銅、銀がめっきされている。放射電極３は誘電体ブロック２の上面に設けられ、引出し部３ａ，３ｂが誘電体ブロック２の側面に延在されている。給電電極４及び接地電極５はそれぞれ引出し電極３ａ，３ｂに接続されている。

誘電体アンテナ１においては、給電電極４から放射電極３に高周波電流が供給され、これにより放射電極３に高周波電磁界が発生し、電波が送信される。また、電波を受信したときには、放射電極３において高周波電流が励起され、接地電極５を介して図示しないＲＦ回路へ伝達される。

誘電体ブロック２は前記樹脂組成物を射出成形することにより作製した。射出成形にあっては、金型にそれぞれの電極３，４，５をインサートしてブロック２を一体成形した。アウトサート成形であってもよい。使用した樹脂組成物は表２に示した実施例６であり、得られた混合物を連続２軸押出し機を用いて溶融混練、乾燥し、得られた乾燥物をペレタイザーを用いてペレット状に粉砕し、このペレットを用いて射出成形した。なお、溶融混練、乾燥、粉砕、成形には種々の機器を用いることができることは勿論である。

図１に示す誘電体アンテナ１において、誘電体ブロック２上には放射電極３、給電電極４及び接地電極５が複数組設けられていてもよい。また、各電極３，４，５は種々の材料で形成でき、スパッタや蒸着などで形成してもよい。また、各電極３，４，５の形状や配置は周波数に応じて調整される。

誘電体ブロック２は直方体形状に限定するものではなく、誘電体ブロック２の上面にキャビティを形成した風呂おけ形状であってもよく、あるいは、円板形状であってもよい。さらに、誘電体ブロック２は複数の誘電体基板を積層した多層基板で構成してもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係る樹脂組成物、射出成形品及び誘電体アンテナは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができることは勿論である。

本発明に係る誘電体アンテナの一実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１…誘電体アンテナ
２…誘電体ブロック
３…放射電極
４…給電電極
５…接地電極

Claims (7)

1. 固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が異なる２種類の液晶性熱可塑性樹脂を含み、
   ２種類の前記液晶性熱可塑性樹脂の前記温度差は互いに１０℃以上異なっており、
   前記液晶性熱可塑性樹脂のうち、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８０ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜２０ｖｏｌ％であること、
   を特徴とする樹脂組成物。
2. 少なくとも前記温度差が大きい樹脂は、前記温度差が４５℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂組成物。
3. 少なくとも１種類のセラミック粉末をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の樹脂組成物。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の樹脂組成物を含むことを特徴とする射出成形品。
5. 誘電体ブロックに放射電極、給電電極及び接地電極を設けた誘電体アンテナであって、
   前記誘電体ブロックは請求項４に記載の射出成形品からなること、
   を特徴とする誘電体アンテナ。
6. 誘電体ブロックに放射電極、給電電極及び接地電極を設けた誘電体アンテナであって、
   前記誘電体ブロックは、セラミック粉末と液晶性熱可塑性樹脂とを含む樹脂組成物からなり、
   前記セラミック粉末は前記樹脂組成物に１５〜３０ｖｏｌ％の割合で含有されており、
   前記液晶性樹脂は、固体相から液体相へ相転移する吸熱ピーク温度から１０００Ｐａ・ｓ以下を満たす溶融粘度になる温度の差が異なる２種類の液晶性熱可塑性樹脂を含み、
   ２種類の前記液晶性熱可塑性樹脂の前記温度差は互いに１０℃以上異なっており、
   前記液晶性熱可塑性樹脂のうち、一方の液晶性熱可逆性樹脂よりも前記温度差が大きい樹脂の混合比率が９９〜８７ｖｏｌ％、前記温度差が小さい樹脂の混合比率が１〜１３ｖｏｌ％であること、
   を特徴とする誘電体アンテナ。
7. 少なくとも前記温度差が大きい樹脂は、前記温度差が４５℃以上であることを特徴とする請求項６に記載の誘電体アンテナ。

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