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発明の名称 金属樹脂複合板
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−111876(P2007−111876A)
公開日 平成19年5月10日(2007.5.10)
出願番号 特願2005−302711(P2005−302711)
出願日 平成17年10月18日(2005.10.18)
代理人 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎
発明者 長尾 智一 / 竹村 一也
要約 課題
家電製品の筐体や支持部材に適した、厚さ方向への熱伝導性が優れ、高い制振性をも兼ね備えた金属樹脂複合板を提供する。

解決手段
本発明の金属樹脂複合板は、金属板の少なくとも一方の表面に、樹脂および/またはゴムが充満した窪み部分と金属露出部分を有しており、窪み部分に樹脂及び/又はゴム(以下、樹脂類と称す)を充満することにより、充満した樹脂類が振動エネルギーを吸収して高い制振性示し、表面の窪み部分以外の一部に金属を露出させることにより、露出した金属を通じて熱が伝導し厚さ方向への熱伝導率を確保する。
特許請求の範囲
【請求項1】
金属板の少なくとも一方の表面に、樹脂および/またはゴムが充満した窪み部分と金属露出部分を有していることを特徴とする金属樹脂複合板。
【請求項2】
前記窪み部分は、金属板表面が凹状及び/または凸状を有することにより形成されることを特徴とする請求項1に記載の金属樹脂複合板。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、ハードディスクドライブなどのように発熱振動体が内蔵された電気製品の筐体や支持部材等に用いるのに最適な、制振性及び熱伝導性に優れた金属樹脂複合板に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器や精密機器、家電の分野においては、振動対策、熱対策の必要性が益々高まっている。すなわち、これらの機器に搭載されているハードディスクやDVDなどは、高性能化に伴って、高速回転化が進み、これによる振動増加が、騒音や画質の劣化に影響を及ぼし、また、発熱量の増加が、部品の寿命を短くする要因となっている。
電子機器、家電には、その筐体や内部部品の支持板として鋼板やアルミ板といった金属材料が多く使用されている。一般に金属材料は、熱伝導性に優れている一方で振動を伝えやすいという性質がある。そのため、金属材料を電子機器、家電等の制振性が求められる材料として使用する場合は、振動を押さえる手段として、金属板の片面に同等程度の厚さの樹脂やゴムでできた制振シートを貼り付け、その伸び変形により振動エネルギーを吸収することが広く行われる(非拘束型金属樹脂複合板)。しかし、一方で、樹脂やゴムの熱伝導率は0.1〜0.5W/mK程度で、鉄の85W/mK、アルミの235W/mKと比較すると非常に小さいため、厚さ方向への熱伝導性が大幅に落ちるという欠点があった。このように、制振性を付与した金属材料は、振動源付近の支持部材や筐体への適用により、家電製品の静音化が期待できるが、厚さ方向の熱伝導性が落ちることにより、発熱体が乗っている支持部材の場合は発熱体付近の温度が上昇し、部品に悪影響を与える恐れがある。また筐体として使用した場合も筐体を通じて逃げる熱が少なくなるため、内部の温度上昇が懸念される。
【0003】
このような現状に対して、特許文献1では、樹脂やゴムに(a)金属微粉末と金属酸化物、(b)金属窒化物と結晶性シリカ、炭化珪素、酸化珪素を充填した制振性と熱伝導性を両立させた成型物が開示されている。この成型物は金属板に貼り付けることも可能と考えられるが、その熱伝導率はたかだか0.6Kcal/mh℃=約0.7W/mK程度であり、金属材料には遥かに及ばない。
【0004】
特許文献2では、樹脂に導電性フィラーを混合した熱伝シート及び制振シートを積層させた熱伝、制振積層シートが開示されている。このようなシートを金属材料に貼ることも可能ではあるが、その熱伝導度はたかだか数W/mK程度と樹脂系熱伝導材料の域を出ないのは当然であり、以前として上記問題は解決されない。
【0005】
また、樹脂を中心として2枚の金属板でサンドウィッチ状に積層した拘束型の金属樹脂複合板も知られている。このような複合板では、樹脂のずり変形を利用するため、金属板の厚さによらず、樹脂層の厚さは50〜100μm程度で良く、熱伝導性の低下は、非拘束型に比較し小さくて済むと考えられる。しかし、2枚の金属板を使用することから、重量が重くなる傾向がある。また曲げ加工により上下2枚の金属板にずれが生じ、あらかじめ空けておいたネジ孔がずれてしまうため、溶接を用いず、ネジによって組み立てられるような家電製品には使用が難しい。
【特許文献1】特開平5-310993号公報
【特許文献2】特開2002-273809号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
以上のように、従来から知られている金属樹脂複合制振材料は、非拘束型では、熱伝導率が金属材料1/10以下である樹脂を被覆しているため、厚さ方向の熱伝導率が大きく劣る。拘束型では重量や加工に伴う板のずれから家電製品への適用が難しい。ゆえに、制振性と厚さ方向の熱伝導性を高度に両立させた、家電製品の支持部材や筐体に利用可能な金属樹脂複合板の出現が望まれている。
【0007】
本発明は、上記の事情に鑑み、家電製品の筐体や支持部材に適した、厚さ方向への熱伝導性が優れ、高い制振性をも兼ね備えた金属樹脂複合板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、制振性及び熱伝導性に優れた金属樹脂複合板を得るべく鋭意研究した。その結果、以下の知見を得た。
1)金属板の表面の一部に窪み部分を形成し、その窪み部分に樹脂及び/又はゴム(以下、樹脂類と称す)を充満することにより、充満した樹脂類が振動エネルギーを吸収して通常の金属板と比較し高い制振性示すこと、2)表面の窪み部分以外の部分に金属を露出させることにより、露出した金属を通じて熱が伝導し厚さ方向への熱伝導率を確保できることを見出した。
【0009】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
[1]金属板の少なくとも一方の表面に、樹脂および/またはゴムが充満した窪み部分と金属露出部分を有していることを特徴とする金属樹脂複合板。
[2]前記[1]において、前記窪み部分は、金属板表面が凹状及び/または凸状を有することにより形成されることを特徴とする前記金属樹脂複合板。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、優れた制振性と優れた熱伝導性の両方を兼ね備えた金属樹脂複合板が得られる。又、例えば、支持部材や筐体として本発明の金属樹脂複合板を用いることにより、従来の温度上昇の問題等が解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下に本発明の金属樹脂複合板について詳細に説明する。
【0012】
まず、ベースとなる金属板について説明する。
【0013】
金属板は、極端に強度が弱くない限り、原則的どんなものでも使用可能である。銅やアルミおよびそれらを主成分とした合金は、熱伝導率に優れるので望ましいが、強度やコストに劣るという問題がある。熱伝導率が、10〜20W/m・K程度のレベルで充分であれば、強度とコストのバランスに優れた鋼板が最も望ましい。
また、金属板には、熱伝導性や制振性を著しく損わない限り、メッキや塗装が施されていてもかまわない。
【0014】
さらに、必ずしも金属板の全体が、本発明の金属樹脂複合材になっている必要はなく、制振性及び熱伝導性が必要な部分のみが、本発明で構成されていてもかまわない。
【0015】
上記金属板を金属樹脂複合板として用いるのに際し、本発明では、金属板の少なくとも一方の表面に、樹脂および/またはゴムが充満可能な窪み部分を有していることとする。これは本発明において、最も重要な要件の一つである。なお、本発明において、窪み部分とは、振動エネルギーを吸収して高い制振性示す程度の量の樹脂および/またはゴムが充満可能な形状であればよく、その長さ、深さ等は特に限定しない。例えば、凹凸を有した金属板では凹部がこれにあたる。
【0016】
ただし、窪み部分は、熱伝導性の不均一性を小さくし、かつ、制振性の両方を確保したい領域において、極力小さくかつまんべんなく分散していることが好ましい。さらに、その大きさは熱源の大きさにもよるが、概ね孔の場合はその径が、溝の場合はその幅が1mm以下であることが望ましい。
【0017】
窪み部分の形成方法は特に限定しないが、凹部および/または凸部が形成された金属板を用いることが好ましい。凹部または凸部の形成は、切削、エッチングのように金属板に凹部を形成する方法でもかまわないし、メッキや金属の融着のように凸部を形成するような方法でもかまわない。切削、エッチングの場合は、溝状に連続させて凹部を形成しても良いし、不連続なピットを形成しても良い。切削には、機械的に削り出すほかに、レーザーやプラズマを使って溶融させる方法も含まれる。
【0018】
また、図1に示すような形に板をプレス等により折り曲げる方法、ロール等で溝を作る方法でも本発明の金属板2として用いることができる。しかし、折り曲げの場合、熱伝導率を確保するため、折り曲げのピッチ9は、金属板厚10の10倍以内とすることが好ましい。そして、本発明では、前記窪み部分6に樹脂類3を充満させる。これも本発明において、重要な要件の一つである。
【0019】
窪み部分に充満する樹脂類の種類としては、何らかの方法で充満が可能な物であれば特に限定しない。しかしながら、樹脂類は振動のエネルギーを吸収し、制振性を向上させる目的で使用するので、極力制振能力の高い樹脂類を使用した方が良いのは言うまでもない。一般に制振性に優れた樹脂類として、天然ゴムや水添スチレンブタジエンラバーのようなゴム類が上げられる。また樹脂類はガラス転移点Tg付近で制振性が高くなることも一般に知られているため、使用温度があらかじめ想定される用途では、その温度付近にTgを持つ樹脂類を使用するのも有効な手段である。
【0020】
また樹脂類には、弾性率を上げる、熱伝導率をさらに高めるといった理由で、フィラー類が混入していても良い。
【0021】
樹脂類を窪み部分に充満するにあたっては、樹脂類を溶融物もしくは溶液、分散液といった液状やペースト状にして窪み部分に充満し、必要に応じて余分な樹脂類、溶媒、分散媒体を除去するといった方法が可能である。その際、金属板の表面凸部上面には樹脂類が付着しないようにすることが重要であり、必要ならば、付着を妨げる保護層を金属板の表面凸部上面に設けても良い。また欠陥無く充満するためには、樹脂類液の粘度は低い方が良いが、溶液あるいは分散液状の場合は溶媒や分散媒体が蒸発した後、体積が減少しひけが生じることが多い。したがって金属露出部分と窪み部分の表面で平面を形成したいような場合は、溶融時に低粘度で固化後反応により高分子量となる湿気硬化性などの反応型ホットメルトタイプのものが望ましい。
【0022】
また樹脂類は金属板の振動に伴い伸縮することにより、振動のエネルギーを吸収するため、金属と樹脂類が接する部分は、振動で剥がれない強度以上で密着している必要がある。従って使用する金属板と樹脂類の密着性が良好なものが望ましいが、可能であれば、制振性が著しく低下しない範囲で、金属板凹部と樹脂類を接着剤で接合しても良い。
【0023】
さらに、本発明では、上記に加え、上記金属板の少なくとも一方の表面に、金属が露出している部分を有することとする。なお、金属露出部分を有する表面は、窪み部分を有する表面と同一面にあり、この金属露出部分は樹脂類が充満している窪み部分以外の部分とする。
この金属が露出している状態とは、表面に金属板基材または金属板のメッキ部が表面に露出ている、言い換えれば両面全体を樹脂や塗料等で覆われていないことを示す。したがって、本発明の金属樹脂複合板の厚み方向の断面は、図1〜6に示すようになる。
【0024】
樹脂類が充満した窪み部分と金属露出部分を有している金属板の表面が平面の発熱体や吸熱体に接する場合は、金属露出部分は表面上に凸部を形成せずに、その上面は平面であることが望ましい。また、樹脂類が充満した窪み部分の表面が金属露出部分上面よりも盛り上がっていないことが望ましい。例えば、図2に示すように、金属露出部分上面21と樹脂類が充満した窪み部分の表面22とが同一平面を形成していることが理想的である。しかし、柔軟な吸熱体で熱を吸収する場合等は、金属露出部分が表面上に凸状とになり、窪み部分の表面よりも突き出ていたり、窪み部分の表面が金属露出部分よりも盛り上がっていたりしても良い。すなわち吸熱体が柔軟であれば、たとえ凸部上面が平面でなくても、吸熱体が金属樹脂複合板にめりこんで密着することが可能だからである。
【0025】
樹脂類と金属の比率は特に限定しない。しかし、同一の金属と樹脂類の組合わせで用いる場合、制振性すなわち損失係数は、樹脂類の重量比率が多くなるほど大きくなる。一方熱伝導性は、樹脂類を介しての熱伝導を無視した場合、面方向に平行な断面の金属断面積の和に比例すると考えられる。したがって樹脂類と金属の比率は、求める制振性と熱伝導性のバランスを考慮し決定する必要がある。好ましくは、樹脂と熱伝導性フィラーからなる熱伝導性樹脂では到達が難しい10W/m.K以上の熱伝導率を確保するためには、金属板の表面に平行な断面の金属部分の和が全断面積の20%以上であることが好ましい。樹脂の種類にもよるが、金属板よりも1桁高い損失係数ためには、金属板の表面に平行な断面の金属部分の和は80%以下が好ましい。なお、樹脂の厚さは、要求される制振性、熱伝導性に応じて変化させることができる。
【0026】
以上により、本発明の金属樹脂複合板が得られる。次に上記を基にした本発明の実施態様について説明する。図3〜図6は本発明の金属樹脂複合板の一実施形態を示す断面図である。図3においては、金属板2の表裏両方の表面に凸部4を形成し、凸部間を窪み部分6とし、この窪み部分6に樹脂類3を充満させている。図4は、金属板2の表裏両方の表面に、凹部5を形成し、凹部5を窪み部分6とし、この窪み部分6に樹脂類3を充満させている。図5は金属板2の一方の表面に、第一の凹部7を形成し、第一の凹部7は底部にさらに第二の凹部8を設けており、この第一の凹部7と第二の凹部8を併せて窪み部分6とし、この窪み部分6に樹脂類3を充満させている。図6は、金属板2の一方の面に凸部4を形成し、この凸部間を窪み部分6とし、他方の面に凹部5を形成し、この凹部5が窪み部分6とし、夫々の面の窪み部分に樹脂類3を充満させている。
【実施例1】
【0027】
(本発明例1)
厚さ1mm、幅25mm、長さ150mmの冷延鋼板の片面に図7のように幅0.8mm、ピッチ1.6mm、深さ0.5mmの溝13を直行するように、機械切削により形成した(金属部分の断面積の割合25%)。
【0028】
続いて溝部に湿気硬化型ホットメルト(日本エヌエスシー社製 パーフェクトロック 34645B)を120℃で溶融して、鋼板の溝切削面に流し込み、木へらで均して充填した。さらに湿気硬化する前に、鋼板凸部上面に付着したホットメルトは、木へらでこそぎとった。その後23℃、相対湿度50%で7日間養生し、十分に湿気硬化させ、金属樹脂複合板を得た。
(本発明例2)
実施例1と同じ大きさの冷延鋼板を用い、図8のように直径1mmφ、深さ0.5mmの円柱形の孔14を1.2mmピッチで片面に機械切削により形成した(金属部分の断面積の割合45%)。引き続き、実施例1と同様の方法により金属樹脂複合板を得た。
(比較例1〜3)
本発明例1で使用した湿気硬化型ホットメルトを120℃で溶融し、厚さ0.2、0.5、0.8mmのスペーサーを用いて冷プレスし、それぞれの厚さのフィルム状にした。続いて100℃に加熱した厚さ0.8mm、幅25mm、長さ150mmの冷延鋼板上の片面にホットメルトフィルムを載せて0.49Mpa(5kgf/cm2)の圧力で冷プレスした。その後23℃、相対湿度50%で7日間養生し、十分に湿気硬化させた。
以上により得られた実施例1,2及び比較例1〜3に対して、以下の方法により制振性及び熱伝導性を調べた。
【0029】
制振性:各実施例、各比較例の損失係数をJIS G 0602(1993年)に準じて半値幅法で測定した。なお樹脂類と複合させる前の冷延鋼板の損失係数は、0.0001であり、この値は、実施例1、2のような溝切りや孔空け加工を施しても変化は無かった。
【0030】
熱伝導性:各実施例、各比較例の厚み方向の熱伝導度は、アグネ製熱伝導率測定装置ARC-TC-1型を用い23℃にて測定した。熱伝導率が5W/m・Kを超えるサンプルについては、すべて5W/m・K以上とした。
【0031】
以上により得られた結果を表1に示す。また、各実施例、各比較例の金属樹脂複合板の樹脂類重量割合と損失係数の関係を図9に示す。
【0032】
【表1】


表1より、本発明例の厚み方向の熱伝導率は、比較例に比べて10倍以上優れていることがわかる。また、図9より、本発明例は、単純に樹脂類と金属板を複合した比較例と比べ、樹脂類の重量割合に対する損失係数になんら劣るところは無く、制振性は良好である。
【産業上の利用可能性】
【0033】
本発明の金属樹脂複合板は、電子機器や精密機器、家電の分野を中心に、優れた制振性及び熱伝導性が要求される分野において、有益な材料といえる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の金属樹脂複合板の一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の金属樹脂複合板の他の実施形態を示す断面図である。
【図3】本発明の金属樹脂複合板の他の実施形態を示す断面図である。
【図4】本発明の金属樹脂複合板の他の実施形態を示す断面図である。
【図5】本発明の金属樹脂複合板の他の実施形態を示す断面図である。
【図6】本発明の金属樹脂複合板の他の実施形態を示す断面図である。
【図7】(a)は、本発明例1で使用した金属板の平面図である。(b)は、本発明例1で使用した金属板の部分断面図である。
【図8】(a)は、本発明例2で使用した金属板の平面図である。(b)は、(a)の部分拡大図である。(c)は、本発明例2で使用した金属板の部分断面図である。
【図9】金属樹脂複合板の樹脂含有量と損失係数の関係を示す図である。
【符号の説明】
【0035】
1 金属樹脂複合板
2 金属板
3 樹脂類
4 凸部
5 凹部
6 窪み部分
7 第1の凹部
8 第2の凹部
9 ピッチ
10 板厚
11 幅
12 深さ
13 溝
14 孔
15 直径
21 金属露出部分上面
22 窪み部分の表面




 

 


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