JPH0590751U - 高温用放熱絶縁板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本考案は、２００℃以上の高温に耐え、かつ熱
伝導性の良好な高温用放熱絶縁板を提供することを目的
としている。 【構成】発熱素子と放熱器との間に敷かれる絶縁板にお
いて、耐熱性絶縁材をコアとする高温絶縁層と、当該高
温絶縁層の表面に高熱伝導率を有する無機充填剤とシリ
コーン樹脂との形状追従性を具備した密着層とを備えて
構成される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、高温用放熱絶縁板、特に２００℃以上の高温に耐え、放熱性の良好 な高温用放熱絶縁板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

発熱素子に発生した熱を電気的に絶縁して効率良く放熱器に伝えることが望ま れる電子器具がある。例えば電子蚊取り器や電子炊飯器等は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient)ポジスタと放熱板との間に放熱絶縁材を敷き、放熱板 の上に載置された殺虫用マットや炊飯器を加熱するようになっている。

【０００３】 この様に電子蚊取り器等に使用される放熱絶縁材は、電気的絶縁性の他、ＰＴ Ｃポジスタで発生した熱を出来るだけ速やかに放熱板へ伝える熱伝導性と、高温 用のＰＴＣポジスタでは３００℃の温度に達するものがあるので、３００℃以上 の耐熱性とが要求されている。

【０００４】 従来、放熱と絶縁との用途に使用される放熱絶縁材料として、２００℃以下の 温度域ではシリコーンゴムシート等が用いられ、２００℃以上の温度域では熱伝 導性の良好なセラミック板や厚さが薄くても絶縁性や機械的強度にすぐれている 天然マイカが用いられていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記説明の如く３００℃の温度域にあっては、シリコーンゴム シート等は２００℃以上の高温で熱劣化が進み、絶縁性が低下するのでその使用 が困難であった。

【０００６】 また３００℃以上の高温に耐えるセラミック板や天然マイカは、放熱性の点で 問題点があった。 すなわち、放熱性は熱抵抗によって代表される。熱抵抗を小さくするためには 板の厚さが出来るだけ薄いこと、材質の熱伝導率が良いこと、及び発熱体と放熱 体との面に対して良く密着し、接触部に空気層が残存しないこと等であるが、当 該密着性について図７に示されている如く、発熱素子８や放熱板９に対するセラ ミック板や天然マイカの接触面は鏡面仕上げがなされていない限り微細な凹凸が あり、そのためその接触面の密着性が悪く、空気層１１が生じ、当該空気層が断 熱層となって放熱性、すなわち熱伝導性が悪かった。

【０００７】 この密着性を良くする手段として発熱素子８や放熱板９の各接触面にグリース を塗布する処理を施し，空気層１１の生成を排除し密着性の改善を図っていたが ，２００℃を超える高温になると当該グリース中のシリコンオイルが気化したり ，変質するようになり，グリースの使用では放熱性の点で問題点があった。

【０００８】 本考案は、上記の点に鑑みなされたもので、３００℃以上の耐熱性をもち、密 着性、加工性及び放熱性にすぐれた高温用放熱絶縁板を提供することを目的とし ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するために、本考案の高温用放熱絶縁板は発熱素子と放熱器 との間に敷かれる絶縁板において、 耐熱性絶縁材をコアとする高温絶縁層と、 当該高温絶縁層の表面に高熱伝導率を有する無機充填剤とシリコーン粘着剤と の形状追従性を具備した密着層 とを備え、放熱効果を良くしたことを特徴としている。

【００１０】

【実施例】

図１は本考案に係る高温用放熱絶縁板の一実施例断面図を示しており、高温用 放熱絶縁板は絶縁層１とその両面又は片面に密着層２とを備えている。図１は絶 縁層１の両面にそれぞれ密着層２が形成されている高温用放熱絶縁板の図が示さ れている。

【００１１】 絶縁層１は耐熱性絶縁材のセラミック板、ポリイミドフィルム、シリコーン樹 脂又は無機接着剤を結合剤とした集成マイカ（以下耐熱マイカ板という）又は天 然マイカが用いられている。

【００１２】 これらの絶縁層１を形成するセラミック板、ポリイミドフィルム、耐熱マイカ 板或いは天然マイカは、周知の如く耐熱性、絶縁性共に優れた特性を備えている 。

【００１３】 密着層２は、無機フィラ４と呼ばれる無機充填剤とシリコーン粘着剤５とが絶 縁層１の両面又は片面に設けられたものであり、当該密着層２を設けることによ り、絶縁層１を形成する上記耐熱マイカ板、ポリイミドフィルム、セラミック板 又は天然マイカの密着性を実質的に向上せしめ、その熱伝導性を良好なものにし ている。

【００１４】 すなわち、密着層２を形成する無機フィラ４は電気絶縁性と共に熱伝導率の良 い、例えば窒化硼素、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、窒化アルミニ ウム等が用いられ、当該無機フィラ４が５０〜９０重量％に対し、例えばシリコ ーン樹脂のシリコーン粘着剤５が１０〜５０重量％で密着層２が形成されている 。

【００１５】 これは、シリコーン粘着剤５が５５重量％を超えると、熱抵抗は小さくなるが 密着層２の粘着性が高くなり、後に説明する様に加工の際の作業性が悪くなるか らである。またシリコーン粘着剤５が１０重量％以下になると密着層２に隙間が 多くなり、当該密着層２自体の熱抵抗が増大し、又もろくなるからである。

【００１６】 密着層２が上記の割合いのとき、シリコーンゴム等のクッション性と異なる可 塑変形性を備え、当該密着層２の形状追従性及び粘着性が最も好ましい状態とな る。次にその理由を説明する。

【００１７】 図２は密着層の締付け対応変化拡大説明図を示している。 同図はＰＴＣポジスタ７と密着層２との接触面についての例で説明されている が、放熱板と密着層との接触面についても全く同様に適用されるものである。

【００１８】 ＰＴＣポジスタ７と図示されていない放熱板との間に図１に示された本考案の 高温用放熱絶縁板を敷いたとき、ＰＴＣポジスタ７の表面に凹部６があると図２ （Ａ）図示の如く当該凹部６に空気層が生成される。

【００１９】 しかしながら、ＰＴＣポジスタ７と放熱板とがねじ等で締付けられると、密着 層２は上記の割合では可塑性を有しているので、当該可塑性により凹部６周辺の 無機フィラ４とシリコーン粘着剤５との層材が図２（Ｂ）図示の矢印の如く流動 して凹部６の空気層を排除し始める。

【００２０】 さらにＰＴＣポジスタ７と放熱板とが締付けられると、図２（Ｃ）図示の如く ＰＴＣポジスタ７の凹部６は無機フィラ４とシリコーン粘着剤５との層材でその 隙間が埋め尽され、空気層は追出されてＰＴＣポジスタ７と密着層２とが密着状 態となる。

【００２１】 シリコーンゴム等の元の状態に戻ろうとするクッション性のものでは、ＰＴＣ ポジスタ７と密着層２とが上記説明の如く密着状態となることが少なく、隙間が 生じ、好ましくない状態、つまり熱伝導性が良くならない点で本考案のものと異 にする。

【００２２】 このとき、熱伝導率の高い無機フィラ４も当該凹部６に入り込むので、熱伝導 性が改善される。 この様に密着層２に粘着性を持たせて形状追従性を生ぜしめ、接触面の凹凸に より発生する空気層を排除するには、シリコーン粘着剤５を増せばその粘着性が 向上する。しかしながら粘着性が高くなると、例えば打抜加工の際、打抜き加工 機に付着してしまい、その作業性が悪くなる。

【００２３】 この作業性との兼ね合い及びシリコーン粘着剤５を減少することによる密着層 ２自体の熱抵抗の増大やもろさから、上記の割合いが実験によって求められたも のである。

【００２４】 なお、締付圧力によって密着層２は容易に塑性変形するので、密着層２の厚さ はその厚さが厚すぎても性能の低下は見られないが、ＰＴＣポジスタ７及び放熱 板の面の粗さに追従され得る厚さであれば良く、３０〜１００μあれば十分であ る。

【００２５】 図３は密着層の有無による上昇温度を比較した放熱特性の一実施例実験結果図 を示している。 同図に用いられた本考案に係る高温用放熱絶縁板は、絶縁層１にアルミナセラ ミック板を耐熱絶縁材として使用したもので、次の様にして作成されたものであ る。

【００２６】 信越シリコーン（株）製シリコーン粘着剤ＫＲ１０１−１０を９０kg，トルエ ンを２４０kg及び窒化硼素１１８kgを均一に攪拌した縣濁液中に、厚さ１mm，幅 １５０mm×長さ１５０mmのアルミナセラミック板を舎浸し、乾燥して1.１mm厚さ の図１に示された如き高温用放熱絶縁板の試料を得た。

【００２７】 図３から判る様に、密着層２のある本考案の試料のものの方が密着層のないも のに比べ密着性が著しく改善され放熱性が良くなっていることが理解される。 密着層２のあるアルミナセラミック板と密着層のないアルミナセラミック板と の熱抵抗の低下を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】 熱抵抗は2.５℃／Ｗから0.７５℃／Ｗへ減少している。絶縁層１がセラミック 板であれば他の種類のセラミックでも同様の傾向を有する。 絶縁層１が天然マイカのときの熱抵抗の低下を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】 熱抵抗は2.２５℃／Ｗから0.４５℃／Ｗへ減少している。 以下絶縁層１が耐熱マイカ板，ポリイミドフィルムのときの熱抵抗の低下を表 ３、表４にそれぞれ示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【表４】

【００３４】 耐熱マイカ板のとき、熱抵抗は２．３１℃／Ｗから１．３１℃／Ｗへ減少し、 ポリイミドフィルムのとき、熱抵抗は１．４２℃／Ｗから１．００℃／Ｗへ減少 している。

【００３５】 図４は加熱時間と絶縁破壊電圧との一実施例実験結果図、図５は加熱時間と引 張強さとの一実施例実験結果図、図６は密着層の有無による上昇温度を比較した 放熱特性の一実施例実験結果図をそれぞれ示している。

【００３６】 図４ないし図６に用いられた本考案に係る高温用放熱絶縁板は次の様にして作 成されたものである。 １４０〜１６０ g/m² の集成マイカに，東芝シリコーン（株）製シリコーン樹 脂ＹＲ３２３２をトルエンで濃度１５％に希釈した溶液を２２０ｇ含浸し，１０ ０℃で３分乾燥してプリフレグシートを製作。この様にして得られたプリフレグ シートを３枚重ねて，１６０℃で１時間，６０kgf/cm² の圧力下で熱プレスし， 0.15mm厚さの耐熱マイカ板を製作して絶縁層１を作成。

【００３７】 信越シリコーン（株）製シリコーン粘着剤ＫＲ１０１−１０を９０kg，トルエ ンを２４０kg及び窒化硼素１１８kgを均一に撹拌した懸濁液中に，上記絶縁層１ の耐熱マイカ板を含浸し，乾燥した後，0.3mm 厚さの高温用放熱絶縁板の試料を 得た。

【００３８】 図４，図５に示されている様に，３００℃連続加熱によっても，その特性の低 下は極めて少ないことを示している。 さらに，図６に示されている様に，密着層２のある本考案の試料のものの方が 密着層のないものに比べ，約１０℃高く，上記説明の通りその熱抵抗が低下し、 放熱性が改善されている。

【００３９】

【考案の効果】

以上説明した如く、本考案によれば、耐熱性の高い耐熱マイカ板、ポリイミド フィルム、セラミック板或いは天然マイカを絶縁層にし、その表面に熱伝導率が 高く、かつ形状追従性を具備した密着層を設けた構成であるので、発熱素子や放 熱器との密着性が良くなり、熱伝導性の良好な、かつ高温に耐える高温用放熱絶 縁板を得ることができる。

【００４０】 従って高温となる電子蚊取り器や電子炊飯器等に使用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る高温用放熱絶縁板の一実施例断面
図である。

【図２】密着層の締付け対応変化拡大説明図である。

【図３】密着層の有無による上昇温度を比較した放熱特
性の一実施例実験結果図である。

【図４】加熱時間と絶縁破壊電圧との一実施例実験結果
図である。

【図５】加熱時間と引張強さとの一実施例実験結果図で
ある。

【図６】密着層の有無による上昇温度を比較した放熱特
性の一実施例実験結果図である。

【図７】従来の接触面説明図である。

【符号の説明】

１ 絶縁層 ２ 密着層 ４ 無機フィラ ５ シリコーン粘着剤 ６ 凹部 ７ ＰＴＣポジスタ ８ 発熱素子 ９ 放熱板 １０ 放熱絶縁材 １１ 空気層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 由良 修一 福岡県中間市大字中間6596番地の１ 株式 会社岡部マイカ工業所内

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱素子と放熱器との間に敷かれる絶縁
   板において、 耐熱性絶縁材をコアとする高温絶縁層と、 当該高温絶縁層の表面に高熱伝導率を有する無機充填剤
   とシリコーン粘着剤との形状追従性を具備した密着層と
   を備え、放熱効果を良くしたことを特徴とする高温用放
   熱絶縁板。
2. 【請求項２】 上記耐熱性絶縁材が集成マイカ板、セラ
   ミック板、天然マイカ、ポリイミドフィルムのいずれか
   で構成されていることを特徴とする請求項１記載の高温
   用放熱絶縁板。
3. 【請求項３】 上記無機充填剤が窒化硼素、アルミナ、
   酸化チタン、酸化マグネシウム、窒化アルミニウムのい
   ずれかで構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の高温用放熱絶縁板。
4. 【請求項４】 上記密着層の粘着剤の組成が１０〜５０
   重量％であることを特徴とする請求項１記載の高温用放
   熱絶縁板。