JP4898191B2

JP4898191B2 - 接着性組成物

Info

Publication number: JP4898191B2
Application number: JP2005315841A
Authority: JP
Inventors: 啓介矢内; 満瀧本
Original assignee: Asahi Chemical Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007119662A

Description

本発明は、接着性組成物に関する。

光源装置などに用いられる電球を構成するガラスバルブを口金、ミラー材料、磁製ベースなどと接着する方法としては、ガラスバルブと口金等との間の隙間に接着性組成物を充填し、硬化させる方法が一般的であり、接着性組成物としては、隙間への充填が容易で、硬化後には十分な接着力を示し、ガラスバルブ内のフィラメントや、これを支えるリード線からの熱を外部に伝えて放熱するための高い熱伝導性を示すことが求められている。

このような接着性組成物として、例えば特許文献１〔特開平１１−１１６８９９号公報〕には、耐火物粉末として窒化アルミニウム粉末を、無機バインダーとして燐酸アルミニウムを含む接着性組成物が開示されている。特許文献２〔特開２００１−３１６６３８号公報〕には、耐火物粉末として炭化珪素粉末を、無機バインダーとしてコロイダルシリカを含む接着性組成物が開示されている。

しかし、特許文献１に記載の接着性組成物は、無機バインダーとして燐酸アルミニウムを用いているため、十分な接着力を示すよう硬化させるには、充填後、２４時間、室温で保持した後に加熱する必要があり、実用的ではない。特許文献２に記載の接着性組成物は、高価な炭化硅素粉末を使用するものであり、経済性の点で実用的ではない。

このようなことから、隙間へ容易に充填でき、硬化後には十分な接着力と高い熱伝導性を示すとともに、比較的安価な原材料から製造でき、短時間で硬化し得る接着性組成物が求められている。

特開平１１−１１６８９９号公報特開２００１−３１６６３８号公報

このような状況の下で本発明者は、ガラスバルブと口金等との接着に使用し得る接着性組成物について鋭意検討した結果、本発明に至った。

すなわち本発明は、累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)が４μｍ〜９０μｍであり、該累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)に対して累積質量百分率１０％相当粒子径(Ｄ10)が１／２０〜１／４倍、累積質量百分率９０％相当粒子径(Ｄ90)が４倍〜１０倍である球状アルミナ粉末、コロイダルシリカ、無機分散剤およびシランカップリング剤を含むことを特徴とする接着性組成物を提供するものである。

本発明の接着性組成物は、比較的安価な原材料から製造でき、また短時間で硬化し得、硬化後の接着力および熱伝導性に優れているので、電球を構成するガラスバルブと、口金、ミラー材料、磁製ベースなどとを接着するための接着性組成物として有用である。

本発明の接着性組成物に適用される球状アルミナ粉末は、外形が球状であるアルミナ粒子であって、通常は球状のα−アルミナ粉末が用いられる。球状アルミナ粉末は、十分な接着力を示す点で、最小粒子径が通常０．１μｍ以上であり、ガラスバルブと口金等との間に充填し易い点で、最大粒子径が通常２００μｍ以下であり、好ましくは１６０μｍを超える粒子の含有量が１質量％以下である。

アルミナ粉末の累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)は、十分な接着力が得られ易く、硬化後の熱伝導性に優れている点で通常４μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であり、ガラスバルブと口金等との間の隙間に充填しやすい点で、通常９０μｍ以下、好ましくは７０μｍ以下である。

累積質量百分率１０％相当粒子径(Ｄ10)は、高い熱伝導性を示す点で、Ｄ50の１／２０倍以上、Ｄ50の１／４倍以下である。累積質量百分率９０％相当粒子径(Ｄ90)は、高い熱伝導性を示す点で、Ｄ50の４倍以上であり、隙間へ充填し易い点で、１０倍以下である。

球状アルミナ粉末は、質量基準の粒度分布曲線において粒子径６０μｍ〜１１０μｍの範囲に極大ピークを有するものであることが好ましい。

本発明で規定するＤ50、Ｄ10およびＤ90を示す球状アルミナ粉末は、例えば互いに粒度分布の異なる複数の球状アルミナ粉末を混合することにより調製することができ、具体的にはＤ50が８０μｍ〜９０μｍの球状アルミナ粉末、Ｄ50が６μｍ〜１０μｍの球状アルミナ粉末およびＤ50が１μｍ〜５μｍの球状アルミナ粉末を適宜混合する方法により調製することができる。

コロイダルシリカは、シリカ〔ＳｉＯ₂〕の微細な粒子であり、その含有量（ＳｉＯ₂換算）は、アルミナ粉末１００質量部あたり、十分な接着力が得られる点で３質量部以上、好ましくは５質量部以上であり、ガラスバルブと口金等との間の隙間に必要量の接着性組成物を保持することが容易である点で、１５質量部以下、好ましくは１０質量部以下である。

無機分散剤は、接着性組成物中にアルミナ粉末およびコロイダルシリカを均一に分散させる機能を示す無機化合物であり、例えばモンモリロナイトなどが好ましく用いられ、その使用量は、上記アルミナ粉末１００質量部あたり０．１質量部〜１．５質量部、好ましくは０．３質量部〜１質量部である。

シランカップリング剤は、加水分解により分子中に２個以上のシラノール基を生ずる化合物であり、例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエチルエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。シランカップリング剤は、その一部または全部が加水分解されていてもよい。シランカップリング剤の使用量は、上記アルミナ粉末１００質量部あたり０．１質量部〜１．５質量部、好ましくは０．２質量部〜１質量部である。

本発明の接着性組成物は、通常、水で希釈された状態で用いられる。水の使用量は、接着性組成物を加熱して硬化させた後の固形分に対して、隙間への充填が容易である点で通常０．２質量倍以上であり、充填した後に必要量の接着性組成物を隙間に保持しやすい点で通常０．４質量倍以下である。

本発明の接着性組成物は、例えば球状アルミナ粉末、コロイダルシリカ、無機分散剤およびシランカップリング剤を混合する方法により容易に製造することができる。コロイダルシリカは、通常、水に分散された水分散液として市販されているので、このコロイダルシリカの水分散液に、球状アルミナ粉末、無機分散剤およびシランカップリング剤を加えて混合することにより、本発明の接着性組成物を調製することができ、通常は、無機分散剤およびシランカップリング剤を加え、撹拌して均一に混合した後に、球状アルミナ粉末を加えて撹拌混合することにより調製できる。

本発明の接着性組成物を用いて、ガラスバルブと、金属製の口金、金属製のミラー材料または磁製ベースとが接着された電球を製造するには、例えばガラスバルブと、口金、ミラー材料または磁製ベースとの間の隙間に、本発明の接着性組成物を充填し、加熱すればよい。加熱温度は通常１５０℃〜２００℃であり、通常は５℃／分〜３０℃／分の昇温速度で昇温する。加熱時間は通常１０分〜１時間である。加熱することにより、接着性組成物が硬化して、ガラスバルブと口金等とが、本発明の接着性組成物の加熱硬化物により接着された電球を得ることができる。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。

なお、各実施例で用いた粉末および得られた接着性組成物は、以下の方法で評価した。
（１）粒度分布
レーザー回折式粒度分布測定装置〔(株)島津製作所製、「ＳＡＬＤ２２００」〕を用いて粒子径０．０３μｍから１０００μｍの範囲で粒子径を測定し、粒度分布曲線を求めた。また、０．０３μｍからの累積質量が全質量の５０％となる粒子径を累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)、１０％となる粒子径を累積質量百分率１０％相当粒子径(Ｄ10)、９０％となる粒子径を累積質量百分率９０％相当粒子径(Ｄ90)として、それぞれ求めた。
（２）粘度
粘度計〔リオン(株)製、「ビスコテスターＶＴ−０４」〕を用い、同装置に付属のＮｏ．
２号ローターを用いて２５℃にて１分後の粘度を測定した。
（３）固形分濃度
各実施例で得た接着性組成物約５０ｇ（Ｗ）を３００ｍＬビーカーに秤取り、加熱して１
０℃／分の昇温速度で１５０℃まで昇温し、同温度で１６時間保持して硬化させた後の加
熱硬化物の質量（Ｗ150）から、式（１）
固形分濃度（％）＝（Ｗ150−Ｗ）／Ｗ × １００・・・（１）
に従い求めた。
（４）接着力
内径１２ｍｍのガラス管内に、外径９ｍｍのガラス製の丸棒を入れ、管と丸棒との間に接着性組成物１．５ｇを均一に充填し、１５０℃にて１時間保持して硬化させた。その後、精密万能試験機〔(株)島津製作所製、「オートグラフＡＧＳ１０００Ｂ型」〕にて丸棒をガラス管から押し抜くに要する力（Ｎ）を測定して、接着力とした。
（５）自動充填性
ステンレス製ニードルバルブ〔岩下エンジニアリング(株)製、「ＡＶ−５０１」〕およびニードルノズル〔ＪＩＳ規格に規定の１３Ｇ型のニードル（内径１．５ｍｍ、外径２．０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、ステンレス製、電解研磨注射針）〕を備え、コントローラー〔岩下エンジニアリング(株)製、「ＡＤ−３０００」〕により吐出時間および吐出サイクルを調整可能に構成した定量供給装置を用いて、ニードルノズルから、吐出時間１．２秒、吐出間隔７秒で繰り返し連続して２０００ショット、接着性組成物を吐出し、その間の１回あたりの吐出量（ｇ）を測定して自動充填性を評価した。吐出量の振れが小さいほど、自動充填性が良好であることを示す。

実施例１
コロイダルシリカ液〔旭電化(株)製「アデライトＡＴ−４０」、ＳｉＯ₂換算含有量４０質量％〕３６０ｇ（ＳｉＯ₂換算１４４ｇ）に、無機分散剤〔(株)ホージュン製「ベンゲル」、モンモリロナイトの粉末、Ｅ_2/3Ｓｉ₈(Ａｌ_10/3Ｍｇ_2/3)Ｏ₂₀・(ＯＨ)₄、（Ｅはナトリウム、カリウムなどでイオン交換可能な原子を示す。）〕９．０ｇおよびシランカップリング剤〔東レダウコーニングシリコーン(株)製「ＳＨ６０４０」、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン〕３．６ｇを加え、３時間、撹拌混合した。

次いで、以下の球状アルミナ粉末(Ａ)、球状アルミナ粉末(Ｂ)および球状アルミナ粉末(Ｃ)を第１表に示す量だけ加え、３０分間、撹拌混合して、接着性組成物を得た。なお、球状アルミナ粉末(Ａ)、球状アルミナ粉末(Ｂ)および球状アルミナ粉末(Ｃ)を上記と同じ量比で混合した混合物の粒度分布曲線（質量基準）を図１に示す。この混合物は、粒子径分布曲線において粒子径約９０μｍの位置に極大ピークを示す。また、この粒度分布曲線から求めた累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)、累積質量百分率１０％相当粒子径(Ｄ10)および累積質量百分率９０％相当粒子径(Ｄ90)をそれぞれ第１表に示す。

球状アルミナ粉末(Ａ)：(株)マイクロン製「ＡＷ７０−１２５」、α−アルミナ、
粒子径は５０μｍ〜１５５μｍ、Ｄ50は８７μｍ
球状アルミナ粉末(Ｂ)：(株)マイクロン製「ＡＸ１０−３２」、α−アルミナ、
粒子径は０．３μｍ〜５５μｍ、Ｄ50は８μｍ
球状アルミナ粉末(Ｃ)：(株)マイクロン製「ＡＸ３−３２」、α−アルミナ、
粒子径は０．２μｍ〜４５μｍ、Ｄ50は４μｍ

ＪＤＲタイプ電球〔定格電圧１２Ｖ、定格電力１５０Ｗ〕に用いられ、モリブデン製リード線が封止されたガラスバルブの封止部分に、上記で得た接着性組成物により熱電対を取り付け、予め１５０℃に加熱した炉内に入れて接着性組成物を硬化させることにより、熱電対をガラスバルブに固定した。次いで、このガラスバルブを口金にセットし、口金との間の隙間に上記で得た接着性組成物を充填したのち、１５０℃で３０分間加熱して、電球を得た。このようにして得た電球５個について、それぞれ消費電力１５０Ｗ（電圧は約１２Ｖ）で点灯させ、ＪＩＳＣ７５０１に準拠して上記熱電対によりリード線封止部分の温度を測定し、その平均温度を求めた。結果を第１表に示す。

実施例２
コロイダルシリカ液〔アデライトＡＴ−４０〕、無機分散剤〔ベンゲル〕、シランカップリング剤、球状アルミナ粉末(Ａ)、球状アルミナ粉末(Ｂ)および球状アルミナ粉末(Ｃ)の使用量を第１表のとおりとする以外は実施例１と同様に操作して接着性組成物を得た。結果を第１表に示す。

第１表
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例実施例１実施例２
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球状アルミナ粉末(Ａ) [ｇ] ９００７２０
球状アルミナ粉末(Ｂ) [ｇ] ５４０７２０
球状アルミナ粉末(Ｃ) [ｇ] ３６０３６０
Ｄ50 [μｍ] ２５．３１６．２
Ｄ10 [μｍ] １．５１１．２７
Ｄ90 [μｍ]１０８．３１０３．２
極大ピークの位置 [μｍ] ９０９０
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コロイダルシリカ(SiO₂算) [ｇ] １４４１０２
無機分散剤 [ｇ] ９．０６．４
シランカップリング剤 [ｇ] ３．６２．６
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粘度 [cP]２００００２００００
固形分濃度 [％] ８９．８９１．５
接着力 [Ｎ] ３００３００
吐出量 [ｇ] ０．５±０．１ −
封止部分の温度 [℃] ２５９２５９
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比較例１〜比較例３
コロイダルシリカ液〔アデライトＡＴ−４０〕、無機分散剤〔ベンゲル〕、シランカップリング剤、球状アルミナ粉末(Ａ)、球状アルミナ粉末(Ｂ)および球状アルミナ粉末(Ｃ)の使用量を第２表のとおりとする以外は実施例１と同様に操作して接着性組成物を得た。結果を第２表に示す。

第２表
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例比較例１比較例２比較例３
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球状アルミナ粉末(Ａ) [ｇ]１８００００
球状アルミナ粉末(Ｂ) [ｇ] ０１８０００
球状アルミナ粉末(Ｃ) [ｇ] ００１８００
Ｄ50 [μｍ] ８６．７８．２４．１
Ｄ10 [μｍ] ６５．７２．９０．８
Ｄ90 [μｍ]１１７．９２４．１１０．９
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コロイダルシリカ(SiO₂算)[ｇ] １９４１８０２１６
無機分散剤 [ｇ] １２．１１１．３１３．５
シランカップリング剤 [ｇ] ４．９４．５５．４
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粘度 [cP]２１０００２００００２００００
固形分濃度 [％] ８７．２８８．０８６．２
接着力 [Ｎ] ２００２５０２００
吐出量 [ｇ] ０．５±０．１ − −
封止部分の温度 [℃] ２８３２８０２９２
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球状アルミナ粉末(Ａ)、球状アルミナ粉末(Ｂ)および球状アルミナ粉末(Ｃ)を実施例１と同じ質量比で混合した混合物の粒度分布曲線（質量基準）である。球状アルミナ粉末(Ａ)、球状アルミナ粉末(Ｂ)および球状アルミナ粉末(Ｃ)を実施例２と同じ質量比で混合した混合物の粒度分布曲線（質量基準）である。

Claims

累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)が４μｍ〜９０μｍであり、該累積質量百分率５０％相当粒子径(Ｄ50)に対して累積質量百分率１０％相当粒子径(Ｄ10)が１／２０〜１／４倍、累積質量百分率９０％相当粒子径(Ｄ90)が４倍〜１０倍である球状アルミナ粉末、コロイダルシリカ、無機分散剤およびシランカップリング剤を含むことを特徴とする接着性組成物。
球状アルミナ粉末が、質量基準の粒度分布曲線において粒子径６０μｍ〜１１０μｍの範囲に極大ピークを有するものである請求項１に記載の接着性組成物。
球状アルミナ粉末１００質量部あたり、コロイダルシリカをＳｉＯ₂換算で３質量部〜１５質量部、無機分散剤を０．１質量部〜１．５質量部およびシランカップリング剤を０．１質量部〜１．５質量部含む請求項１または請求項２に記載の接着性組成物。
ガラスバルブが、口金と接着されてなる電球の製造方法であり、前記ガラスバルブと、前記口金との間の隙間に、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の接着性組成物を充填し、加熱して硬化させることを特徴とする前記電球の製造方法。
ガラスバルブが、口金と、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の接着性組成物の加熱硬化物により接着されてなることを特徴とする電球。