JP5387764B2 - シリコーンゴムにより密封された照明部材 - Google Patents
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Description
即ち、外部応力や衝撃、振動などの物理的要因による制約、湿気や雨水、洗浄剤、有害ガス、紫外線などの化学的要因による制約、カビの発生や昆虫類の付着などの生物的要因による制約などがあり、使用環境によっては保護用の構造体を別途取り付けるなどの手間がかかるものであった。
特許文献4のように、チューブで被覆する構造は簡単であるが、チューブと発光体との間に空間(隙間)が発生するため水蒸気や雨水等の水分が混入するおそれがあり、内部の電気的損傷を起こす可能性があった。また、光学的に空間は複屈折や反射を繰り返すため透明性や光透過性の点でも望ましくなく、更に内部が水分で曇る問題もあった。またチューブの中に発光体を封入する作業が困難であり、極めて効率が悪く、生産性に劣っていた。
特許文献4には、発光素子を配置したフレキシブル基板をウレタンに封入することも記載されているが、ウレタンは、黄変し易く透過率が変化してしまうため最適な材料ではなく、低温特性もよくないため厳しい低温環境下での使用時に柔軟性を失って劣化することも考えられる。
透明性を重視した透明材料で保護しても上記問題は解決されないため、単一の材料では目的を達成することが困難であった。また、単一材料で上記他の問題を解決するためには、別途部品を成型品に付与させる必要があり、単一材料で成型した後に余分な部品、例えば放熱フィン、帯電防止材料の成型体への追加、防振構造の外部取り付け等の更なる設置が必要となる。シリコーンゴムの場合、放熱や導電等の特性を付与した材料は汎用的に使用されているが、後から性能を付与させるためには設計上、コスト上に制約が発生する問題が生じていた。
請求項1:
発光体を具えた配線体を有する芯材をシリコーンゴムで密封した照明部材であって、該芯材の発光面側に透明性を有するシリコーンゴムAの包囲体が形成され、発光面の反対面は該シリコーンゴムAとは別の物性の異なるシリコーンゴムBの包囲体が形成された照明部材であって、上記発光体がLEDであり、配線体がフレキシブルプリント配線基板であり、芯材に発光抑制に必要なモジュールが実装されており、上記シリコーンゴムAが、
(A)下記平均組成式(1)
R 1 a SiO (4-a)/2 (1)
(式中、R 1 は非置換又はハロゲン置換もしくはシアノ置換の炭素数1〜12の一価炭化水素基であり、aは1.5<a<2.8を満たす数であり、全R 1 中、0.01〜20モル%がアルケニル基及び/又はシクロアルケニル基である。)
で表される平均重合度が3,000〜100,000であるオルガノポリシロキサン、
(B)有機過酸化物、又はケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金系触媒との組合せ、
(C)BET法による比表面積が50〜800m 2 /gの補強性シリカ
を含有する硬化性シリコーンゴム組成物の硬化物からなり、
上記シリコーンゴムBが、上記(A),(B),(C)成分を含有すると共に、
(i)熱伝導性フィラーを含有し、硬化物の熱伝導率が0.7〜5W/mKである硬化性シリコーンゴム組成物、又は
(ii)導電性材料を含有し、硬化物の電気抵抗率1×10 4 〜1×10 12 Ω・cmである硬化性シリコーンゴム組成物
の硬化物からなることを特徴とする照明部材。
請求項2:
上記シリコーンゴムAが、2mm光路長の可視光透過率が50〜99.9%の光透過性シリコーンゴムであり、その包囲体が光源の発光面側を保護する構造を有する請求項1記載の照明部材。
請求項3:
上記シリコーンゴムAが色調調整剤として顔料、染料もしくは光拡散フィラーを0.01〜50質量%含有することを特徴とする請求項2記載の照明部材。
請求項4:
上記シリコーンゴムBが、動的粘弾性による周波数30Hz、室温の損失係数Tan δが0.2以上の防振性を有するシリコーンゴムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の照明部材。
また、芯材としては市販のもの、例えば、フレキシブルプリント配線基板上にLED素子を一定間隔で直列に配置した芯材や、この芯材同士をフラットケーブル等のケーブルで接続したものを使用することができる。
シリコーンゴムAは、透明性を有するシリコーンゴムを形成可能な硬化性シリコーンゴム組成物Iを硬化することで得られるが、当該硬化性シリコーンゴム組成物Iとしては、下記(A)、(B)を含有するものが好適に使用でき、更に下記(C)を含有することが強度を高めるために好ましい。
(A)下記平均組成式(1)
R1 aSiO(4-a)/2 (1)
(式中、R1は互いに同一又は異なる非置換又は置換の一価炭化水素基であり、aは1.5<a<2.8を満たす数であり、全R1中、0.001〜20モル%がアルケニル基及び/又はシクロアルケニル基である。)
で表される平均重合度が100以上であるオルガノポリシロキサン、
(B)硬化剤、
(C)補強性充填剤。
芯材発光面の反対面側の密封に使用される熱伝導性、導電性、振動抑制性等を有するシリコーンゴムBとしては、各特性に応じた成分を配合した硬化性シリコーンゴム組成物IIを硬化させて得ることができる。基本的な硬化性シリコーンゴム組成物IIは、上述した(A)成分と(B)成分、必要に応じて(C)成分を含み、それぞれの特性に合わせて下記添加剤を配合すればよい。
熱伝導性フィラーは、金属、無機酸化物、無機窒化物、無機炭化物からなる群の中から選択される少なくとも1種の微粉末であり、本発明に用いるシリコーンゴムに熱伝導性を付与するものである。上記金属の具体例としては銀、銅、鉄、ニッケル、アルミニウムなど、無機酸化物の具体例としては亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、鉄等の酸化物、無機窒化物の具体例としてはホウ素、アルミニウム、ケイ素等の窒化物、無機炭化物の具体例としてはケイ素、ホウ素等の炭化物等が例示される。
導電性を有する材料としては、カーボンブラック、導電性亜鉛華、金属粒子、金属酸化物、導電性有機化合物が挙げられる。カーボンブラックは、その製造方法により、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等に分類されるが、本発明で使用するカーボンブラックとしては、アセチレンブラックや導電性カーボンブラック等が好適である。金属粒子は、金、銀、銅、又はそれらを被覆した有機粉末、無機粉末が好適に使用できる。金属酸化物としては、導電性亜鉛華、導電性酸化チタン等が挙げられる。導電性有機化合物としては、界面活性剤や帯電防止剤などが用いられ、ポリエーテル系化合物などが好適に使用される。
導電性材料の配合量は、電気抵抗率が上記範囲に入るように配合すればよい。配合する材料により調整することが必要である。
製造された照明部材は、例えば数センチメートル以下等の所望の寸法に切断することができる。切断することで配線体の配線が露出するので、この露出した配線に導電線を接合して外部の電源に接続すればよい。
・オルガノポリシロキサン:
(a−1)ジメチルシロキサン単位99.85モル%及びメチルビニルシロキサン単位0.15モル%からなる、平均重合度が10,000の分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたメチルビニルポリシロキサン
(a−2)ジメチルシロキサン単位99.5モル%及びメチルビニルシロキサン単位0.5モル%からなる、平均重合度が8,000の分子鎖両末端がジメチルビニルシロキシ基で封鎖されたメチルビニルポリシロキサン
・硬化剤:
(b−1)塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(白金含有量1質量%)
(b−2)下記式(2)で表されるメチルハイドロジェンポリシロキサン
(c−1)BET比表面積が200m2/gの補強性シリカ微粉末(商品名:Aerosil200、日本エアロジル(株)製)
・その他の成分:
(f−1)ヘキサメチルジシラザン
(f−2)ジフェニルシランジオール
透明性を有するシリコーンゴムAを形成可能なシリコーンゴム組成物Iとして、上記(a−1)100質量部、(c−1)15質量部、(c−1)の表面処理剤として(f−1)4.5質量部及びイオン交換水1質量部を、ニーダーを用いて170℃で2時間加熱しながら配合・混練りして均一化し、未加硫シリコーンコンパウンドAを作製した。
未加硫シリコーンコンパウンドA100質量部と塩化白金酸のビニルシロキサン錯体(b−1)0.2質量部、硬化剤(b−2)0.7質量部、(b−1)の制御剤としてエチニルシクロヘキサノール0.2質量部を二本ロールにて混練りしてシリコーン組成物Aを得た。
シリコーンゴムBを形成可能なシリコーンゴム組成物IIとして、上記シリコーン組成物A(上記配合量)に酸化アルミニウム粉(昭和電工(株)製、アルミナAL−24)350質量部を二本ロールにて同様に混練配合し、シリコーン組成物A−2を得た。
それぞれの組成物を170℃×10分、10MPaで加圧加熱硬化させて、下記性能評価方法に必要な各大きさのシートを得た後、発光面側のゴムでは光透過率、光拡散性を、発光面の反対面側のゴムでは熱伝導率の評価を、シート単体の評価として行った結果を表1に記載した。
得られた成型物について、下記成型物内部状態、生産性、内部破損性、低温柔軟性、耐水性、紫外線劣化試験等の評価を行った。
シリコーンゴムAを与えるシリコーンゴム組成物Iとして、実施例1のシリコーン組成物A100質量部に、更に平均粒子径3μmの酸化チタン(色調調整剤)を3質量部配合してシリコーン組成物Bとした。
シリコーンゴムBを与えるシリコーンゴム組成物IIとして、上記シリコーン組成物A(上記配合量)にBET比表面積が69m2/gのアセチレンブラック粉10質量部を二本ロールにて同様に混練配合し、シリコーン組成物B−2を得た。
それ以外は、実施例1と同様にシート、成型物を得た。得られたものについて下記評価を行った。なお、発光面の反対面側のゴム単体では静電気特性として電気抵抗率を評価した。
シリコーンゴムAを与えるシリコーンゴム組成物Iとして、上記(a−2)100質量部、(c−1)10質量部、(c−1)の表面処理剤として(f−1)4.5質量部及びイオン交換水1質量部を、ニーダーを用いて170℃で2時間加熱しながら配合・混練りして均一化し、未加硫シリコーンコンパウンドBを作製した。
未加硫シリコーンコンパウンドAに代えて未加硫シリコーンコンパウンドBを使用した以外は、実施例1と同様にしてシリコーン組成物Cを得た。
シリコーンゴムBを与えるシリコーンゴム組成物IIとして、上記シリコーン組成物A(上記配合量)に酸化アルミニウム粉(昭和電工(株)製、アルミナAL−24)330質量部、BET比表面積が69m2/gのアセチレンブラック粉10質量部を二本ロールにて同様に混練配合し、シリコーン組成物C−2を得た。
それ以外は、実施例1と同様にシート、成型物を得た。得られたものについて下記評価を行った。なお、発光面の反対面側のゴム単体では熱伝導率、静電気特性として電気抵抗率を評価した。
シリコーンゴムAを与えるシリコーンゴム組成物Iとして、実施例1と同様のシリコーン組成物Aを使用した。
シリコーンゴムBを与えるシリコーンゴム組成物IIとして、上記(a−2)100質量部、これに、(c−1)と(f−2)を質量比75:25の割合で混合することにより(c−1)を表面処理して得られた充填剤を50質量部添加し、ニーダーを用いて150℃で2時間加熱しながら混練りして均一化し、未加硫シリコーンコンパウンドCを調製した。そのコンパウンドCにセライトSF(Manville Service Corporation)30質量部と、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン0.5質量部を加え、二本ロールで均一に混合してシリコーン組成物C−2を得た。
それ以外は、実施例1と同様にシート、成型物を得た。得られたものについて下記評価を行った。防振性シリコーンゴム単体としてはC−2の硬化物の損失係数Tan δを測定した。なお、発光面の反対面側のシリコーンゴム単体では、動的粘弾性による損失係数Tan δを測定した。
複数のLED素子をフレキシブルプリント配線基板に接続してなる長さ45cmの芯材を予め金型内に収め、その上から透明な液状ウレタン樹脂RU−841A−CLR(日新レジン(株)製)を注ぎ、気泡を除去後、80℃,1時間で硬化させて取り出し、長さ50cm、厚さ2mm、幅15mmの断面が楕円形の成型物を得た。得られたものについて下記評価を行った。
透明な硬化されたチューブ状ウレタン樹脂のチューブ内に、複数のLED素子をフレキシブルプリント配線基板に接続してなる長さ45cmの芯材を挿入後、比較例1で使用した透明なウレタン樹脂を注入し、次いで芯材を覆うようにして、開口部を熱で密閉させてから、80℃,1時間で硬化し、長さ50cm、厚さ2mm、幅15mmの断面が楕円形のウレタン樹脂が封入された成型物を得た。得られたものについて下記評価を行った。
発光面側、発光面の反対面側双方にシリコーン組成物Aを使用した以外は、実施例1と同様にシート、成型物を得た。得られたものについて下記評価を行った。
[性能評価方法]
一体成型体評価
・成型物内部状態
成型物の内部の気泡の有無を観察した。
・生産性
積層した場合の成型物の積層界面の密着状態を観察し、密着している場合は○、剥離した場合は×と評価した。
・テープ内部破損性
導通させてLEDの発光の有無を観察することにより内部断線の有無を確認した。
・低温柔軟性
氷点下−40℃にて、折り曲げ試験を行い、90度以上曲がるものを合格とした。
・耐水性
成型物を温水80℃に浸し、1,000時間後の内部状態、性能変化を観測した。
・紫外線劣化試験
紫外線照射漕EYE SUPER UV TESTER SUV−W151 (岩崎電気(株)製、照度100mW、温度50℃、湿度30%RH)に、光透過率の測定で使用した2mm厚のシートを24時間放置して外観及び変色を色差計にて評価した。ウレタン樹脂の硬化物からなるシートを使用した場合の測定結果は表1の比較例1の欄に示した。
・光透過率
実施例で使用したシリコーンゴムAを与えるシリコーンゴム組成物Iを加熱圧縮成型(170℃×10分、10MPa)し、縦:横:厚さ=170mm:150mm:2mmのシートを作製した。このシートの厚さ方向に光を通過させ、2mmの光路長における光透過率を測定した。測定装置として分光光度計U3310型((株)日立製作所製)を使用し、光として波長600nmの平行光線を使用し、25℃の温度下で測定した。
また、比較例1で使用した透明なウレタン樹脂の硬化物からなる縦:横:厚さ=170mm:150mm:2mmのシートを作製し、上記と同様に光透過率を測定した。測定結果は表1の比較例1の欄に示した。
・光拡散性
実施例で使用したシリコーンゴムAを与えるシリコーンゴム組成物Iを加圧加熱成型(170℃×10分、10MPa)し、縦:横:厚さ=170mm:150mm:2mmのシートを作製した。He−Neレーザー光(ネオアーク社製、波長632.8nm、発振出力0.6mW、ビーム径0.8mmφ)を30cm離れた上記シート表面へ垂直に入射させ、シート裏面に赤色に広がったレーザー光のスポット径を測定した。スポット径が0.8〜1.0mmの範囲内である場合は×、スポット径が1.0mmを超えた場合は○とした。
また、光透過率の測定で使用した縦:横:厚さ=170mm:150mm:2mmのウレタン樹脂の硬化物からなるシートを使用し、上記と同様に光拡散性を測定した。測定結果は表1の比較例1の欄に示した。
・熱伝導率
シリコーンゴムBを与える熱伝導性シリコーンゴム組成物の硬化したゴムを、ASTM C 1530に準拠して定常法熱伝導率計(アルバックリコー製、GHI)で測定した。
熱伝導率が0.5W/mK以上を○、0.5W/mK未満を×とした。
・静電気特性
シリコーンゴムBを与える導電性シリコーンゴム組成物の硬化したゴムを、電気抵抗測定装置(アドバンテスト社製、デジタル超抵抗計R8340、試料厚み6mm、100V)にて抵抗値を測定した。
電気抵抗率が1×104〜1×1012Ω・cmの範囲内であるものを○、範囲外のものを×とした。
・防振性
シリコーンゴムBを与える防振性シリコーンゴム組成物の硬化したゴムを、振動抑制効果を測定するためJIS K 6301に準じて動的粘弾性測定装置((株)岩本製作所製、粘弾性スペクトロメーター)を用いて損失係数Tan δを測定した。
損失係数Tan δが0.2以上を○、0.2未満を×とした。
測定条件:室温(25℃)、周波数30Hz、試料厚み400μm
Claims (4)
- 発光体を具えた配線体を有する芯材をシリコーンゴムで密封した照明部材であって、該芯材の発光面側に透明性を有するシリコーンゴムAの包囲体が形成され、発光面の反対面は該シリコーンゴムAとは別の物性の異なるシリコーンゴムBの包囲体が形成された照明部材であって、上記発光体がLEDであり、配線体がフレキシブルプリント配線基板であり、芯材に発光抑制に必要なモジュールが実装されており、上記シリコーンゴムAが、
(A)下記平均組成式(1)
R 1 a SiO (4-a)/2 (1)
(式中、R 1 は非置換又はハロゲン置換もしくはシアノ置換の炭素数1〜12の一価炭化水素基であり、aは1.5<a<2.8を満たす数であり、全R 1 中、0.01〜20モル%がアルケニル基及び/又はシクロアルケニル基である。)
で表される平均重合度が3,000〜100,000であるオルガノポリシロキサン、
(B)有機過酸化物、又はケイ素原子に結合した水素原子を1分子中に2個以上含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金系触媒との組合せ、
(C)BET法による比表面積が50〜800m 2 /gの補強性シリカ
を含有する硬化性シリコーンゴム組成物の硬化物からなり、
上記シリコーンゴムBが、上記(A),(B),(C)成分を含有すると共に、
(i)熱伝導性フィラーを含有し、硬化物の熱伝導率が0.7〜5W/mKである硬化性シリコーンゴム組成物、又は
(ii)導電性材料を含有し、硬化物の電気抵抗率1×10 4 〜1×10 12 Ω・cmである硬化性シリコーンゴム組成物
の硬化物からなることを特徴とする照明部材。 - 上記シリコーンゴムAが、2mm光路長の可視光透過率が50〜99.9%の光透過性シリコーンゴムであり、その包囲体が光源の発光面側を保護する構造を有する請求項1記載の照明部材。
- 上記シリコーンゴムAが色調調整剤として顔料、染料もしくは光拡散フィラーを0.01〜50質量%含有することを特徴とする請求項2記載の照明部材。
- 上記シリコーンゴムBが、動的粘弾性による周波数30Hz、室温の損失係数Tan δが0.2以上の防振性を有するシリコーンゴムであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の照明部材。
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