JP6600314B2 - Ledランプヒートシンク - Google Patents
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Description
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10〜50重量%、(B)ポリエステル−ポリエーテル共重合体10〜50重量%、および(C)固定炭素量が98重量%以上、且つアスペクト比が21以上である鱗片状黒鉛40〜70重量%を少なくとも含有し、前記熱伝導性樹脂組成物の比重が1.7〜2.0であり、且つ前記熱伝導性樹脂組成物の面方向の熱伝導率が15W/(m・K)以上であることを特徴とするLEDランプヒートシンク。
5)前記芳香族ポリエステル単位が、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、3)、又は4)に記載のLEDランプヒートシンク。
前記熱伝導性樹脂組成物を射出成形することで前記ヒートシンクを形成する工程を含む、方法。
当該溶融混練前の鱗片状黒鉛(C)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、20)に記載の方法。
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樹脂は、1種類以上組み合わせて用いてもよい。
本発明に係るポリエステル−ポリエーテル共重合体(B)は、ポリエステル単位とポリエーテル単位からなるブロックまたはランダム共重合体である。ポリエーテル単位としては、例えば、ポリエチレンオキサイド単位、ポリブチレンオキサイド単位等のポリアルキレンオキサイド単位、変性ポリエーテル単位等が挙げられる。変性ポリエーテル単位は下記一般式(1)で表されることが好ましい。成形性、及び耐熱性の観点から、ポリエステル−ポリエーテル共重合体(B)は、芳香族ポリエステル単位95〜45重量%、及び変性ポリエーテル単位5〜55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80〜50重量%、及び変性ポリエーテル単位20〜50重量%からなる重合体であり、さらに好ましくは芳香族ポリエステル単位80〜60重量%、及び変性ポリエーテル単位20〜40重量%からなる重合体である。
本発明に用い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、ポリブチレンテレフタレート単位、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。
本発明に係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は、それぞれ独立して、1以上の整数である。(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。
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)で表される化合物から2個の末端水素を除いた単位であり、(m+n)が2の場合の当該単位の式量は314、(m+n)が50の場合の当該単位の式量は2426である。従って、一般式(2)で表される化合物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。
本発明に用いる鱗片状黒鉛(C)は、特定の物性を有する黒鉛粒子である。鱗片状黒鉛とは、外観が薄い鱗片状を有する黒鉛粒子である。鱗片状黒鉛(C)の固定炭素量は98質量%以上、好ましくは98.5質量%、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、溶融混練または射出成形前後で変化しないものとする。
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
ポリブチレンテレフタレート(A−3):三菱エンジニアリングプラスチックス社製 NOVADURAN5008L、数平均分子量18,900
ポリエステル−ポリエーテル共重合体(B):
ポリエステル−ポリエーテル共重合体としては、以下の方法で製造したものを使用した。
黒鉛(C):
鱗片状黒鉛(C−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重量%、アスペクト比100
鱗片状黒鉛(C−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重量%、アスペクト比30
鱗片状黒鉛(C−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重量%、アスペクト比80
フィラー(D):
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、使用する熱可塑性ポリエステル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。
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た後、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から、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si−30IV]を用いて、図3及び4に示すヒートシンク(ゲート径:φ1mm、円柱状ゲート)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。
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個の最長径及び最短径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及び4に示すヒートシンクを用いて同様の方法で算出した。
射出成形によって作成した図3及び4及び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。これにより、熱伝導性樹脂組成物に含まれる熱可塑性ポリエステル樹脂(A)とポリエステル−ポリエーテル共重合体(B)からなる樹脂成分全体の数平均分子量を測定した。
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。
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。
射出成形によって、図3及び4に示すゲート径及びゲート形状のみが異なる2種類のヒートシンクを作製した。得られたヒートシンクの基盤部の厚み方向の熱伝導率を測定した。
ヒートシンク1のゲート径:φ1mm、円柱状ゲート
ヒートシンク2のゲート径:2mm×2mm、四角柱状ゲート
比重:
図3及び4に示すヒートシンクを用いて、ISO1183規格に準拠して、水中置換法にて比重を測定した。
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、熱可塑性樹脂に合わせて、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、10mm幅×1mm厚(ピッチ5mm)で中心からスパイラル状に樹脂充填する成形体における溶融樹脂の流動長を測定し、次のように成形性を判断した。○:流動長が100mm以上、△:流動長が50〜100mm、×:流動長が50mm未満。
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。
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2000h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。
得られた熱伝導性樹脂組成物のペレットから、射出成形機[東洋機械金属(株)製、Si−100]を用いて、図5〜7に記載のヒートシンクを作成した。図5に記載のヒートシンクの上面部に設けた凹部全面に、2W/(m・K)を有するサーマルインターフェイスマテリアルを厚み0.1mm以下になるように均一に塗布した後、その上面に、20mm×20mm×厚み1mmのアルミ板を設置した。設置後、ヒートシンクのリブ部を超音波溶着し、アルミ板を固定した後、アルミ板の中心に5mm×5mm×厚み2mmの発熱体を設置した。ヒートシンクのフィンが下になるように固定し、20℃雰囲気下、発熱体に10W印加した。2時間放置後、発熱体の温度を測定した。
熱可塑性ポリエステル樹脂(Aー1)〜(A−3)、ポリエステル−ポリエーテル共重合体(B−1)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表2記載の各成分を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。
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。
2 回路基板
3 ヒートシンクの基盤
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
Claims (21)
- 一部または全部が熱伝導性樹脂組成物より形成された、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10〜50重量%、(B)ポリエステル−ポリエーテル共重合体10〜50重量%、および(C)固定炭素量が98重量%以上、且つアスペクト比が21以上である鱗片状黒鉛40〜70重量%を少なくとも含有し、前記熱伝導性樹脂組成物の比重が1.7〜2.0であり、且つ前記熱伝導性樹脂組成物の面方向の熱伝導率が15W/(m・K)以上であることを特徴とするLEDランプヒートシンク。 - 前記LEDランプヒートシンク中に含まれる鱗片状黒鉛(C)の体積平均粒子径が1〜500μmであることを特徴とする、請求項1に記載のLEDランプヒートシンク。
- 前記ポリエステル−ポリエーテル共重合体(B)が、芳香族ポリエステル単位95〜45重量%と変性ポリエーテル単位5〜55重量%からなる、請求項1又は2に記載のLEDランプヒートシンク。
- 前記変性ポリエーテル単位が、下記一般式1で表される変性ポリエーテル単位である、請求項3に記載のLEDランプヒートシンク。
(式中、−A−は、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−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、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、およびR8は、それぞれ独立して、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、R9、およびR10は、それぞれ独立して、炭素数1〜5の2価の炭化水素基である。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、それぞれ独立して、1以上の整数である。m+nの数平均は2〜50である。) - 前記芳香族ポリエステル単位が、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、請求項3、又は4に記載のLEDランプヒートシンク。
- 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、及びポリエチレンテレフタレート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、請求項1〜5の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 前記熱伝導性樹脂組成物の厚み方向の熱伝導率が1.0W/(m・K)以上であることを特徴とする、請求項1〜6の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 良熱伝導体金属又は炭素材料の何れか一方から形成された部材をさらに含む、請求項1〜7の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 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、熱伝導率が40W/(m・K)以上である、請求項8に記載のLEDランプヒートシンク。
- 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8又は9に記載のLEDランプヒートシンク。
- 前記良熱伝導体金属又は炭素材料の何れか一方から形成された部材が、前記LEDランプヒートシンクの受熱面側に配置され、前記熱伝導性樹脂組成物から形成された部材と、インサート成形、超音波溶着、熱融着、または振動溶着によって接合されている、請求項8〜10の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 熱伝導率が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さらに含み、前記サーマルインターフェイスマテリアルは、前記良熱伝導体金属又は炭素材料の何れか一方から形成された部材と、前記熱伝導性樹脂組成物から形成された部材のあいだに配置される、請求項8〜11の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 絶縁性を有する樹脂、又は樹脂組成物から形成された部材をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜12の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 前記ヒートシンクがゲート痕および基盤部を有するものであって、前記ゲート痕の厚みに対して、該ヒートシンクの基盤部の厚み比が2以上であることを特徴とする、請求項1〜13の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 前記ゲート痕が、2つ以上であることを特徴とする、請求項14に記載のLEDランプヒートシンク。
- 自動車用LEDランプヒートシンクである請求項1〜15の何れかに記載のLEDランプヒートシンク。
- 自動車用LEDリアランプヒートシンクである請求項16に記載のLEDランプヒートシンク。
- 自動車用LEDフロントランプヒートシンクである請求項16に記載のLEDランプヒートシンク。
- 自動車用LEDヘッドランプヒートシンクである請求項16に記載のLEDランプヒートシンク。
- 請求項1〜19のいずれか1項に記載のヒートシンクを製造する方法であって、
前記熱伝導性樹脂組成物を射出成形することで前記ヒートシンクを形成する工程を含む、方法。 - 前記熱伝導性樹脂組成物を溶融混練により製造する工程をさらに含み、
当該溶融混練前の鱗片状黒鉛(C)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、請求項20に記載の方法。
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