JP2013128034A

JP2013128034A - 熱対策シート

Info

Publication number: JP2013128034A
Application number: JP2011276769A
Authority: JP
Inventors: Akira Morinaga; 彰森永; Misao Izumi; 美佐夫泉
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-27

Abstract

【課題】簡単な構成でかつ熱拡散及び断熱性能に優れた熱対策シートを提供する。
【解決手段】この熱対策シートＡは、３５μｍ厚の電解銅からなる銅箔であるベースシート層１００Ａと、このベースシート層１００Ａの一面に塗布された５０μｍ〜１０００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａとを有しており、前記断熱塗料層２００Ａは、微小中空粒子を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品から発せられる熱を拡散又は遮る熱対策シートに関する。

電子製品では、内部の電子部品の発熱への対策として、ファンを用いた外部への熱放出による機器内部の冷却や、銅箔やグラファイトシートによる熱の拡散等が用いられている。しかしながら、ファンによる冷却では、電子機器内部の構造の複雑化という問題がある。また、グラファイトシートは、銅箔と比較して横方向（表面と平行な方向、面内方向）への放熱に優れているという性質を有するが、グラファイトシートは、縦方向（厚さ方向）への熱の伝わり（『熱が抜ける』と称する。）があるため、低温やけど等のおそれがある場合には、人の肌が触れる機器等に使用するには熱対策が不十分である。

かかる問題を解消するために『有機系高分子と、熱伝導性充填材とを含有する組成物から形成される熱伝導層と、前記熱伝導層の表面上に設けられ、金属材料から形成される熱拡散層と、前記熱拡散層の表面上に設けられ、電気絶縁性を有する材料から形成される断熱層とを備えたことを特徴とする熱対策シート。』（特許文献１）が創案された。

特開２００８−１９８９１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された熱対策シートは、熱伝導層、熱拡散層及び断熱層の３層構造であるため、製造工程が多くなりコストが増える。
また、特許文献１に記載された熱対策シートの断熱層には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリプロピレン（ＰＰ）が用いられている。ＰＥＴもＰＰも、参考文献「プラスチック材料の各動特性の試験法と評価方法、安田武夫著、vol.51.No.12、Ｐ.128」によると、その熱伝導率はともに０．２４Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1である。
なお、特許文献１においては、ＰＥＴの熱伝導率を０．１５Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、ＰＰの熱伝導率を０．１２Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1、と記載しているが、測定方法により数値が変わるため、上記参考文献の数値とするのが妥当である。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、簡単な構成でかつ熱拡散及び断熱性能に優れた熱対策シートを提供することを目的としている。

本発明に係る熱対策シートは、ベースシート層と、このベースシート層の一面に塗布された断熱塗料層とを有している。

前記断熱塗料層に金属製シート、樹脂製シート又はトップコートの表面シート層を積層することも可能である。

また、前記ベースシート層の断熱塗料層が形成されていない他面に接着層又は粘着層を積層することも可能である。

前記ベースシート層には、銅箔が好適であるが、グラファイトシート、樹脂シートをベース層としてもよい。

前記断熱塗料層は、微小中空粒子を含んでいる。

本発明に係る熱対策シートは、従来のものより構成が簡単であるにも関わらず、熱拡散及び断熱性能に優れている。

本発明の実施の形態に係る熱対策シートの概略的断面図である。本発明の実施の形態に係る熱対策シートの変形例の概略的断面図である。本発明の他の実施の形態に係る熱対策シートの概略的断面図である。本発明の他の実施の形態に係る熱対策シートの変形例の概略的断面図である。

本発明の実施の形態に係る熱対策シートＡは、図１に示すように、ベースシート層１００Ａと、このベースシート層１００Ａの一面に塗布された断熱塗料層２００Ａとを有している。
なお、本明細書における図面は作図の都合上、各層の厚さは正確ではない。

前記ベースシート層１００Ａとしては、例えば、厚さが３５μｍの電解銅からなる銅箔を用いる。

一方、断熱塗料層２００Ａを構成する断熱塗料は、例えば、主剤（８７重量部）に硬化剤（１３重量部）を加えたものである。
主剤としては、液状の樹脂塗料（４５重量部）に、断熱材として微小中空粒子（２５重量部）を加えるとともに溶剤を加えたものを用いる。
なお、微小中空粒子としては、今回はプラスチックバルーンを用いたが、ガラス製のバルーンやセラミック製のバルーンでもよい。

これらの微小中空粒子を断熱塗料に含めることで、断熱塗料層２００Ａの断熱効果をより高めることができる。

なお、断熱塗料層２００Ａを構成する断熱塗料は上述したものに限られず、断熱性能に優れたものであれば、他のものであってもかわないことはいうまでもない。

この熱対策シートＡは、厚さ寸法が３０μｍ〜１５０μｍであるベースシート層１００Ａに対して５０μｍ〜１０００μｍ厚で断熱塗料をスプレーガン又は塗工機で塗布し、３５℃で２４時間以上自然乾燥させることで５０μｍ〜１０００μｍの乾燥膜厚を得る。

上述した実施の形態に係る熱対策シートＡの断熱塗料層２００Ａを形成するのに用いられた断熱塗料の断熱性能は以下の通りである。
厚さ寸法が１００μｍの単体の断熱塗料と、厚さ寸法が１００μｍのＰＰ（ポリプロピレン）板をサンプルとしてそれぞれの断熱性能を以下の条件で比較した。
セラミック板の上に１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの面状発熱体（４０Ｖ４０Ｗ）を載置し、さらに面状発熱体の上に熱伝導テープを載せ、その上に３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさの各サンプルを載せた。
各サンプルの面状発熱体の真上部分の上から熱電対を用いて温度測定を行った。測定は、面状発熱体の上に各サンプルを載せてから３分経過時点、３０分経過時点に行った。
なお、その時点の面状発熱体自体の温度は、５９．６℃であった。

厚さ１００μｍにおける断熱塗料とＰＰとの断熱性能の比較

上記の表１からもわかるように、厚さ寸法が同じであっても（１００μｍ）、ＰＰより断熱塗料の方が温度上昇が小さかった。これは、断熱塗料の熱伝導率が、ＰＰのそれの約１／２であることに起因するものである。
すなわち、これは、同じ厚さ寸法であるならば、断熱層としてＰＰを使用するより本実施例に係る断熱塗料を塗布することで構成される断熱塗料層２００Ａを用いた方が断熱性能が高いことを意味する。

このように、ＰＰより断熱効果に優れている断熱塗料を塗布することで構成された断熱塗料層２００Ａを用いた熱対策シートＡの断熱性能を以下の実験で確認する。
まず、セラミック板の上に１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの面状発熱体（４０Ｖ４０Ｗ）を載置し、この面状発熱体の上に５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの各サンプルを載せた。
各サンプルの上から熱電対を用いて温度測定を行った。
面状発熱体の真上がａ地点、サンプルの角部（面状発熱体から最も離れた位置）をｂ地点とし、両地点の温度を測定した。
また、測定は、面状発熱体の上に各サンプルを載せてからａ地点、ｂ地点の温度が安定した時点で計測した。おおむね５分程であった。なお、その時点の面状発熱体自体の温度は、５０〜６０℃であった。

なお、各サンプルとしては、以下のものを用いた。以下の銅箔はベースシート層１００Ａであり、３５μｍ厚のものを使用した。なお、銅箔の光沢面は光沢のある陰極ドラム面側であり、粗面は光沢がない電着面側である。また、断熱塗料層２００Ａは、４００μｍの厚さに設定されている。
サンプル１：銅箔、粗面側に面状発熱体
サンプル２：銅箔、光沢面側に面状発熱体
サンプル３：銅箔＋光沢面側に４００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａ、断熱塗料層側に面状発熱体
サンプル４：銅箔＋光沢面側に４００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａ、銅箔側に面状発熱体サンプル５：銅箔＋粗面側に４００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａ、断熱塗料層側に面状発熱体
サンプル６：銅箔＋粗面側に４００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａ、銅箔側に面状発熱体
また、ａ地点、ｂ地点の温度が安定する時間、面状発熱体に載置してから５分経過後に温度を測定した。さらに、１回目の面状発熱体の温度は約５５〜６２℃、２回目の面状発熱体の温度は約５３〜５６℃、３回目の面状発熱体の温度は約５７〜６０℃であった。

ベースシート層１００Ａに断熱塗料層２００Ａを積層した熱対策シートの各地点の温度
（単位：℃）

上述の表２からもわかるように、サンプル１乃至６では、ａ地点、ｂ地点ともに比較的低温に保たれた。
サンプル１及び２は、銅箔のみであるので、これは銅箔のもつ優れた熱伝導性による熱拡散の効果であると考えられる。ただし、このサンプル１及び２は、サンプル３乃至６よりもａ地点の温度が高い傾向がある。これは、サンプル１及び２には、断熱塗料層２００Ａが形成されていないので、サンプル３乃至６より熱の抜けが多いためであると考えられる。

換言すると、断熱塗料層２００Ａを積層したサンプル３乃至６では、断熱塗料層２００Ａを形成することでいわゆる熱の抜けが少なくなったため、ａ地点の温度がサンプル１及び２より低くなっているのである。これは、断熱塗料層２００Ａを形成したことによる効果であると考えられる。

サンプル１乃至６のうち、ａ地点の温度が最も低いのは、銅箔の光沢面側に断熱塗料層２００Ａを積層し、その断熱塗料層２００Ａ側に面状発熱体があるサンプル３である。これは、熱源側に断熱層を配することで、より効果的に熱を阻害するためであるが、それでもなお伝わってきた熱を上面の銅箔が拡散したため、最も温度が低下したと考えられる。その逆に銅箔が熱源側に向いている場合は、積極的に熱を排するので、熱源自体の温度を下げたいとき有効である。
そのため、銅箔側に熱源があった場合にも、熱対策の効果がある。また、銅箔側の粗面に塗った場合も同様である。

まだａ地点、ｂ地点の温度上昇において、熱源である面状発熱体から遠いｂ地点での温度が熱源である面状発熱体の真上であるａ地点の温度より低いことから、ヒートスポットの低減を図ることが可能である。

断熱塗料層２００Ａが上面になった場合、上面は電気絶縁性を有する。また、断熱塗料層２００Ａが下面になった場合、すなわち銅箔からなるベースシート層１００Ａが上面になった場合、上面は金属の特性である導電性や優れた熱伝導性を発揮し、ノイズ対策にも有効になる。
すなわち、熱対策シートＡのいずれを上面にするかを選択することで、使用される場所の条件に対応することが可能となる。

また、この熱対策シートＡは電子機器内での効果だけでなく、電子機器外においても、本発明におけるヒートスポット分散効果によって低温やけど等、熱対策に供することができる。

上述した実施の形態では、ベースシート層１００Ａに銅箔を使用したが、銅箔以外のベースシート層１００Ａとして、グラファイトシート、アルミニウム箔、ＰＥＴシートを使用した熱対策シートＡの性能を確認する実験を行った。
かかる実験は、セラミック板の上に１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの面状発熱体（４０Ｖ４０Ｗ）を載置し、この面状発熱体の上に５０ｍｍ×５０ｍｍの大きさの各サンプルを載せた。各サンプルの上から熱電対を用いて温度測定を行った。
面状発熱体の真上がａ地点、サンプルの角部（面状発熱体から最も離れた位置）をｂ地点とし、両地点の温度を測定した。
また、測定は、面状発熱体の上に各サンプルを載せてからａ地点、ｂ地点の温度が安定した時点で計測した。おおむね５分程度であった。なお、その時点の面状発熱体自体の温度は、約６０℃であった。

なお、各サンプルとしては、以下のものを用いた。
サンプル１：１００μｍ厚のグラファイトシート
サンプル２：１００μｍ厚のグラファイトシートに５００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａを塗布した熱対策シートＡ、グラファイトシート側に面状発熱体
サンプル３：８μｍ厚のアルミニウム箔、光沢面側に面状発熱体
サンプル４：８μｍ厚のアルミニウム箔の粗面側に４００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａを塗布した熱対策シートＡ、アルミニウム箔側に面状発熱体
サンプル５：１８０μｍ厚のＰＥＴシート
サンプル６：１８０μｍ厚のＰＥＴシートに４００μｍ厚の断熱塗料層２００Ａを塗布した熱対策シート、ＰＥＴ側に面状発熱体
また、ａ地点、ｂ地点の温度が安定する時間、面状発熱体に載置してから５分経過後に温度を測定した。

銅箔以外のベースシート層１００Ａに断熱塗料層２００Ａを積層した熱対策シートの各地点の温度

表３に示すように、熱源である面状発熱体が約６０℃であるにも関わらず、各サンプルともａ地点、ｂ地点とも比較的低温に保たれている。

特に、サンプル１〜４は、ベースシート層１００Ａであるグラファイトシートやアルミニウム箔のもつ優れた熱伝導性による熱拡散の結果であると考えられる。ベースシート層１００としてグラファイトシートを使用したサンプル２は、グラファイトシートのみのサンプル１と比較して、グラファイトシートの問題点であった厚み方向への熱の逃げの防止を実現しており、より有効な熱対策となりうる。

サンプル６のｂ地点における温度はサンプル５のそれとほぼ同等であるが、これはベースシート層１００Ａとして使用したＰＥＴ自体の熱伝導率の低さに起因するものと考えられる。

また、サンプル１〜６においても、ａ地点より熱源から遠いｂ地点の温度のほうが低いことから、いずれのサンプルでもヒートスポットの低減を図ることが可能である。

上述した実施の形態では、ベースシート層１００Ａに断熱塗料層２００Ａを積層した２層構造の熱対策シートＡを挙げたが、図２に示すような構造のものも可能である。
この図２に示す熱対策シートＢは、ベースシート層１００Ｂに接着層３００Ｂを積層して、ベースシート層１００Ｂを断熱塗料層２００Ｂと接着層３００Ｂとで挟み込んだ構成になっている。
このように、接着層３００Ｂを積層すると、電子機器の内部で熱対策シートＢを電子部品等に直接に張り付けることで固定し、使用することができる。
なお、接着層３００Ｂの代わりに、粘着するだけの粘着層とすることも可能である。

また、図３に示すように、ベースシート層１００Ｃに断熱塗料層２００Ｃを積層し、さらに断熱塗料層２００Ｃに表面シート層４００Ｃを積層する熱対策シートＣもある。
この熱対策シートＣは、断熱塗料層２００Ｃをベースシート層１００Ｃと表面シート層４００Ｃとで挟み込んだ構成になっている。

断熱塗料層２００Ｃの表面に表面シート層４００Ｃを設けることで断熱塗料層２００Ｃを外的環境要因から保護することが可能であり、品質を保持することができる。
同時に、ある程度の柔軟性を有する表面シート層４００Ｃを積層することで、断熱塗料層２００Ｃの耐衝撃性を向上させることができる。
さらに、断熱塗料層２００Ｃを構成する断熱塗料は現時点では白色のみであるため、表面シート層４００Ｃを白色以外に着色することで、各種の色の熱対策シートＣを提供することができるが、表面シート層４００Ｃは白色であってもよい。

ここで、表面シート層４００Ｃとしては、金属製シート、樹脂製シート又はトップコートが用いられる。
金属製シートとしては、ベースシート層１００Ｃと同様に３５μｍの銅箔以外に、３０μｍ〜１５０μｍの銅箔、他の金属の薄箔を使用することができる。
また、樹脂製シートとしてはアクリル樹脂、ポリカーボネートなど、熱可塑性樹脂やフェノール樹脂、エポキシ樹脂など熱硬化性樹脂を載せることで構成する。
また、トップコートとしては、例えばシリコーンエポキシ変性アクリルウレタン系樹脂をベース樹脂とした主剤に硬化剤を加えて塗布する塗料であるが、ベース樹脂はこれに限るものではなく、シリコーン変性アクリルウレタン系樹脂や他の樹脂を使用してもよい。

この表面シート層４００Ｃを積層した熱対策シートＣは、厚さ寸法が３０μｍ〜１５０μｍであるベースシート層１００Ｃに対して５０μｍ〜１０００μｍ厚で断熱塗料をスプレーガン又は塗工機で塗布し、断熱塗料が完全に乾燥しきらないうちに、表面シート層４００Ｃを積層し、表面シート層４００Ｃの全体に空気が残らない程度に圧力を加えた後、３５℃で２４時間以上自然乾燥させることで製造される。
なお、断熱塗料を塗布してから約５〜１５分後に表面シート層４００Ｃを積層することで、断熱塗料が完全に乾燥しきらないうちに積層した表面シート層４００Ｃを断熱塗料層２００Ｃに対して積層することができる。

なお、図４に示すように、表面シート層４００Ｄを有する熱対策シートＤのベースシート層１００Ｄ側に接着層３００Ｄを積層することも可能である。このように、接着剤３００Ｄを積層すると、電子機器の内部で熱対策シートＤを電子部品等に直接張り付けることで固定することができる。

１００Ａベースシート層
２００Ａ断熱塗料層
Ａ熱対策シート

Claims

ベースシート層と、このベースシート層の一面に塗布された断熱塗料層とを有することを特徴とする熱対策シート。
前記断熱塗料層に金属製シート、樹脂製シート又はトップコートの表面層を積層したことを特徴とする請求項１記載の熱対策シート。
前記ベースシート層の断熱塗料層が形成されていない他面に接着層又は粘着層を積層したことを特徴とする請求項１又は２記載の熱対策シート。
前記ベースシート層は、銅箔であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の熱対策シート。
前記断熱塗料層は、微小中空粒子を含んでいることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の熱対策シート。