JP2023162146A - Heat conductive laminate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属材と積層材とが積層された熱伝導性積層体に関する。 The present invention relates to a thermally conductive laminate in which a metal material and a laminate material are laminated.
炭素繊維複合材や黒鉛材などの積層材を、金属材と積層させることで、強度を上げつつ、さらに熱伝導性を向上させた熱伝導性積層体が提案されている。このような熱伝導性積層体は、自動車やモバイル系電子機器、航空機器などの各種部品に幅広く用いられている。 A thermally conductive laminate has been proposed in which the strength is increased and the thermal conductivity is further improved by laminating a laminate material such as a carbon fiber composite material or a graphite material with a metal material. Such thermally conductive laminates are widely used in various parts such as automobiles, mobile electronic devices, and aircraft equipment.
特許文献１には、複数個の穴が形成された金属シートを、不織布状態にある炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で挟んで構成される熱伝導性積層体が開示されている。この構成によれば、（ａ）炭素繊維強化プラスチックの間に金属材を介在させることで、熱伝導性及び機械的強度が向上するとともに、（ｂ）炭素繊維強化プラスチックが金属シートの穴を貫通することにより、金属面の両側の炭素繊維強化プラスチック同士が結合する結合力を高めることができる。 Patent Document 1 discloses a thermally conductive laminate in which a metal sheet in which a plurality of holes are formed is sandwiched between carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in a nonwoven fabric state. According to this configuration, (a) the thermal conductivity and mechanical strength are improved by interposing the metal material between the carbon fiber reinforced plastics, and (b) the carbon fiber reinforced plastics penetrate through the holes in the metal sheet. By doing so, it is possible to increase the bonding force between the carbon fiber reinforced plastics on both sides of the metal surface.
しかしながら、特許文献１に開示されている構成では、積層材単体で用いる場合と比べて、熱伝導性積層体の平面方向における熱伝導性を向上させることができるものの、熱伝導性積層体の厚み方向において熱伝導性を十分に発現させることができず、改善の余地がある。 However, in the configuration disclosed in Patent Document 1, although the thermal conductivity in the planar direction of the thermally conductive laminate can be improved compared to the case where the laminate is used alone, the thickness of the thermally conductive laminate It is not possible to sufficiently exhibit thermal conductivity in this direction, and there is room for improvement.
そこで、本発明は、厚み方向における熱伝導性が向上した熱伝導性積層体を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermally conductive laminate with improved thermal conductivity in the thickness direction.
上記課題を解決するために、本発明は、（１）シート状の金属材と、前記金属材を挟む位置に配置されたシート状の一対の積層材と、を備える熱伝導性積層体であって、前記金属材は、複数の穴と、前記穴の縁部から延びる複数の伝熱フィンと、を備え、前記伝熱フィンは、前記穴の縁部から前記積層材を貫通して前記積層材の表面に露出する起立部と、前記起立部の先端から、平面視において前記穴から離隔する方向に延びるフランジ部と、を備えることを特徴とする、熱伝導性積層体。 In order to solve the above problems, the present invention provides a thermally conductive laminate including (1) a sheet-like metal material and a pair of sheet-like laminate materials disposed at positions sandwiching the metal material. The metal material includes a plurality of holes and a plurality of heat transfer fins extending from the edges of the holes, and the heat transfer fins penetrate the laminated material from the edges of the holes. 1. A thermally conductive laminate, comprising: an upright portion exposed on the surface of the material; and a flange portion extending from the tip of the upright portion in a direction away from the hole in plan view.
（２）前記複数の穴は、前記穴の縁部から一方の前記積層材を貫通して延びる複数の前記伝熱フィンを備えた第１の穴と、前記穴の縁部から他方の前記積層材を貫通して延びる複数の前記伝熱フィンを備えた第２の穴とを有することを特徴とする、（１）に記載の熱伝導性積層体。 (2) The plurality of holes include a first hole provided with a plurality of heat transfer fins extending from an edge of the hole through one of the laminates, and a first hole provided with a plurality of heat transfer fins extending from the edge of the hole to the other laminate. and a second hole provided with a plurality of the heat transfer fins extending through the material.
（３）前記金属材に形成されている前記第１の穴の個数及び前記第２の穴の個数は、互いに異なることを特徴とする、（２）に記載の熱伝導性積層体。 (3) The thermally conductive laminate according to (2), wherein the number of the first holes and the number of the second holes formed in the metal material are different from each other.
（４）前記第１の穴及び前記第２の穴のうち少なくとも一方が、千鳥状に配置されていることを特徴とする、（２）に記載の熱伝導性積層体。 (4) The thermally conductive laminate according to (2), wherein at least one of the first holes and the second holes is arranged in a staggered manner.
（５）前記金属材は、互いに前記穴の形成密度が異なる第１の領域と第２の領域を有することを特徴とする、（１）に記載の熱伝導性積層体。ただし、本構成は、（１）のほか、（２）～（４）のうちいずれか１つにも適用することができる。 (5) The thermally conductive laminate according to (1), wherein the metal material has a first region and a second region in which the holes are formed at different densities. However, this configuration can be applied to any one of (2) to (4) in addition to (1).
（６）前記フランジ部の先端には、先鋭部が形成されていることを特徴とする、（１）に記載の熱伝導性積層体。ただし、本構成は、（１）のほか、（２）～（５）のうちいずれか１つにも適用することができる。 (6) The thermally conductive laminate according to (1), wherein a sharpened portion is formed at the tip of the flange portion. However, this configuration can be applied to any one of (2) to (5) in addition to (1).
（７）それぞれの前記フランジ部は、前記積層材の表面に沿って延出し、前記積層材に埋没しない非埋没構成と、前記積層材の表面に対して、該積層材に向かう方向に傾斜して延出し、少なくとも一部が該積層材に埋没する埋没構成と、のうちいずれか一方の構成を備えることを特徴とする（１）に記載の熱伝導性積層体。ただし、本構成は、（１）のほか、（２）～（６）のうちいずれか１つにも適用することができる。 (7) Each of the flange portions has a non-buried configuration that extends along the surface of the laminated material and is not buried in the laminated material, and an inclined direction toward the laminated material with respect to the surface of the laminated material. The thermally conductive laminate according to (1), characterized in that the thermally conductive laminate has one of the following configurations: a buried configuration in which the thermally conductive laminate extends and is at least partially buried in the laminate. However, this configuration can be applied to any one of (2) to (6) in addition to (1).
（８）前記熱伝導性積層体が備える前記フランジ部のうち、前記非埋没構成を備える前記フランジ部は、前記埋没構成を備える前記フランジ部より多いことを特徴とする（７）に記載の熱伝導性積層体。 (8) Among the flange parts included in the thermally conductive laminate, the number of flange parts having the non-buried configuration is greater than the number of flange parts having the buried configuration. Conductive laminate.
（９）それぞれの前記穴の縁部から延びる前記伝熱フィンは、３個以上６個以下であることを特徴とする（１）に記載の熱伝導性積層体。ただし、本構成は、（１）のほか、（２）～（８）のうちいずれか１つにも適用することができる。 (9) The thermally conductive laminate according to (1), wherein the number of the heat transfer fins extending from the edge of each hole is 3 or more and 6 or less. However, this configuration can be applied to any one of (2) to (8) in addition to (1).
（１０）前記穴の開口率は、５％以上５０％以下であることを特徴とする（１）に記載の熱伝導性積層体。ただし、本構成は、（１）のほか、（２）～（９）のうちいずれか１つにも適用することができる。 (10) The thermally conductive laminate according to (1), wherein the opening ratio of the holes is 5% or more and 50% or less. However, this configuration can be applied to any one of (2) to (9) in addition to (1).
（１１）前記金属材は、熱伝導率が２０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の材質で構成されることを特徴とする（１）に記載の熱伝導性積層体。ただし、本構成は、（１）のほか、（２）～（１０）のうちいずれか１つにも適用することができる。 (11) The thermally conductive laminate according to (1), wherein the metal material is made of a material having a thermal conductivity of 20 W/m·K or more. However, this configuration can be applied to any one of (2) to (10) in addition to (1).
（１２）前記積層材は、黒鉛材または炭素繊維複合材で構成されることを特徴とする（１）～（１１）のうちいずれか一つに記載の熱伝導性積層体。 (12) The thermally conductive laminate according to any one of (1) to (11), wherein the laminate is composed of a graphite material or a carbon fiber composite material.
本発明に係る熱伝導性積層体によれば、厚み方向における熱伝導性を向上させることができる。 According to the thermally conductive laminate according to the present invention, thermal conductivity in the thickness direction can be improved.
（熱伝導性積層体の基本構成）
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。図１は、本実施形態における熱伝導性積層体の一部の平面図である。図２は、図１に示す熱伝導性積層体のＡ－Ａ断面図である。図１及び図２において、Ｘ方向は熱伝導性積層体１の長手方向に相当し、Ｙ方向は熱伝導性積層体１の短手方向に相当し、Ｚ方向は熱伝導性積層体１の厚み方向に相当する。図１及び図２を参照して、熱伝導性積層体１は、シート状の金属材２と、金属材２を挟む位置に配置されるシート状の一対の積層材３、４と、から構成される。本実施形態では、積層材３を金属材２の表面に配し、積層材４を金属材２の裏面に配する。
(Basic configuration of thermally conductive laminate)
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a part of the thermally conductive laminate in this embodiment. FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the thermally conductive laminate shown in FIG. 1 and 2, the X direction corresponds to the longitudinal direction of the thermally conductive laminate 1, the Y direction corresponds to the lateral direction of the thermally conductive laminate 1, and the Z direction corresponds to the longitudinal direction of the thermally conductive laminate 1. Corresponds to the thickness direction. Referring to FIGS. 1 and 2, a thermally conductive laminate 1 includes a sheet-like metal material 2 and a pair of sheet-like laminates 3 and 4 disposed at positions sandwiching the metal material 2. be done. In this embodiment, the laminated material 3 is placed on the front surface of the metal material 2, and the laminated material 4 is placed on the back surface of the metal material 2.
（金属材の構成）
金属材２は、複数の穴２１と、各穴２１の縁部から延びる複数の伝熱フィン２２と、を備える。伝熱フィン２２は、平面視において穴２１から離隔する方向に延びており、穴２１の縁部から積層材３（積層材４）を貫通して、積層材３（積層材４）の表面に露出する起立部２２１と、起立部２２１の先端から、平面視において穴２１から離隔する方向に延びるフランジ部２２２と、を備える。起立部２２１の先端は、積層材３（積層材４）の表面から露出した後、積層材３（積層材４）の表面に沿うように屈曲する屈曲形状に形成されている。ただし、起立部２２１の先端形状は、これに限られず、例えば、起立部２２１の先端は、積層材３（積層材４）の表面からＺ方向における高さＨだけ露出した後、再び積層材３（積層材４）に向かうように屈曲する屈曲形状に形成されてもよい。
(Composition of metal material)
The metal material 2 includes a plurality of holes 21 and a plurality of heat transfer fins 22 extending from the edge of each hole 21. The heat transfer fins 22 extend in a direction away from the hole 21 in a plan view, and penetrate the laminated material 3 (laminated material 4) from the edge of the hole 21 to the surface of the laminated material 3 (laminated material 4). It includes an exposed standing portion 221 and a flange portion 222 extending from the tip of the standing portion 221 in a direction away from the hole 21 in plan view. The tip of the upright portion 221 is formed in a bent shape that is exposed from the surface of the laminated material 3 (laminated material 4) and then bent along the surface of the laminated material 3 (laminated material 4). However, the shape of the tip of the upright portion 221 is not limited to this. For example, after the tip of the upright portion 221 is exposed by a height H in the Z direction from the surface of the laminated material 3 (laminated material 4), the tip of the raised portion 221 is exposed again to the layered material 3. (Laminated material 4) may be formed in a bent shape that is bent toward the laminated material 4.
伝熱フィン２２の起立部２２１が、穴２１の縁部から積層材３（積層材４）を貫通して、積層材３（積層材４）の表面に露出することにより、単に穴が複数配置された熱伝導性積層体（伝熱フィン２２が設けられていない熱伝導性積層体）と比べて、起立部２２１を介した熱伝導が生じる分、熱伝導性積層体の厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導性を向上させることができる。 The upright portions 221 of the heat transfer fins 22 penetrate the laminated material 3 (laminated material 4) from the edge of the hole 21 and are exposed to the surface of the laminated material 3 (laminated material 4), so that a plurality of holes are simply arranged. Compared to a thermally conductive laminate (a thermally conductive laminate in which no heat transfer fins 22 are provided), the thickness of the thermally conductive laminate is ) can improve thermal conductivity.
起立部２２１を介して伝わる熱は、起立部２２１の先端に位置するフランジ部２２２から拡散し、輻射などによって外部に放出される。ここで、平面視において、フランジ部２２２を、穴２１から離隔する方向に延出させることにより、同一の穴２１に形成されるフランジ部２２２同士が重なることが抑制されるため、放熱が阻害されにくくなり、フランジ部２２２から十分な放熱を行うことができる。そのため、起立部２２１を介したフランジ部２２２への熱伝導が促進され、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導性を向上させることができる。 The heat transmitted through the upright portion 221 is diffused from the flange portion 222 located at the tip of the upright portion 221, and is emitted to the outside by radiation or the like. Here, in a plan view, by extending the flange portion 222 in a direction away from the hole 21, the flange portions 222 formed in the same hole 21 are suppressed from overlapping each other, so heat radiation is inhibited. This makes it possible to sufficiently dissipate heat from the flange portion 222. Therefore, heat conduction to the flange portion 222 via the standing portion 221 is promoted, and thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) can be improved.
なお、フランジ部２２２は、平面視において、穴２１から離隔する方向に延出する構成であればよい。したがって、図１及び図２に示すように、フランジ部２２２が、積層材３（積層材４）の表面に沿って延出し、積層材３（積層材４）に埋没しない構成（以下、非埋没構成と称す）であってもよい。この構成によれば、フランジ部２２２が積層材３（積層材４）の表面と略面一となるため、熱伝導性積層体１の表面を触った際のフランジ部２２２による引っかかりが抑制され、使い心地をより高めることができる。また、フランジ部２２２が、積層材３（積層材４）の表面に対して、積層材３（積層材４）に向かう方向に傾斜して延出し、フランジ部２２２の少なくとも一部が積層材３（積層材４）に埋没する構成（以下、埋没構成と称す）であってもよい。
さらに、金属材２に形成されたフランジ部２２２のうち、一部のフランジ部２２２が非埋没構成を有し、その他のフランジ部２２２が埋没構成を有してもよい。この場合、熱伝導性積層体１に、非埋没構成を有するフランジ部２２２が、埋没構成を有するフランジ部２２２よりも多く形成されていることが好ましい。この構成によれば、非埋没構成のフランジ部２２２が支配的となるため、熱伝導性積層体１の表面を触った際のフランジ部２２２による引っかかりが抑制され、使い心地をより高めることができる。
Note that the flange portion 222 may have any configuration as long as it extends in a direction away from the hole 21 in plan view. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the flange portion 222 extends along the surface of the laminated material 3 (laminated material 4) and is configured not to be buried in the laminated material 3 (laminated material 4) (hereinafter referred to as non-buried). (referred to as "configuration"). According to this configuration, since the flange portion 222 is substantially flush with the surface of the laminated material 3 (laminated material 4), catching by the flange portion 222 when touching the surface of the thermally conductive laminate 1 is suppressed. It can further enhance the usability. Further, the flange portion 222 extends obliquely toward the surface of the laminated material 3 (laminated material 4) in a direction toward the laminated material 3 (laminated material 4), and at least a portion of the flange portion 222 extends from the surface of the laminated material 3 (laminated material 4). (Laminated material 4) may have a configuration (hereinafter referred to as a buried configuration).
Furthermore, among the flange parts 222 formed in the metal material 2, some of the flange parts 222 may have a non-buried configuration, and other flange parts 222 may have a buried configuration. In this case, it is preferable that more flange portions 222 having a non-buried configuration are formed in the thermally conductive laminate 1 than flange portions 222 having a buried configuration. According to this configuration, since the flange portion 222 having a non-buried configuration becomes dominant, catching by the flange portion 222 when touching the surface of the thermally conductive laminate 1 is suppressed, and the usability can be further improved. .
フランジ部２２２は、略三角形状に形成されている。言い換えると、フランジ部２２２は、穴２１から離隔するにつれて幅が細くなる先鋭部を有している。ただし、先鋭部を実現する構成は略三角形に限らない。フランジ部２２２を略多角形状に形成することによって、先鋭部を実現してもよい。略多角形状は、例えば、略三角形以外の略四角形、略五角形であってもよい。先鋭部の技術的意義については、後述する。 The flange portion 222 is formed into a substantially triangular shape. In other words, the flange portion 222 has a sharpened portion whose width becomes narrower as the distance from the hole 21 increases. However, the configuration for realizing the sharpened portion is not limited to a substantially triangular shape. The sharpened portion may be realized by forming the flange portion 222 into a substantially polygonal shape. The substantially polygonal shape may be, for example, a substantially quadrilateral or a substantially pentagon other than a substantially triangular shape. The technical significance of the sharp point will be discussed later.
１つの穴２１が備える伝熱フィン２２の数は、特に限定されないが、３個以上６個以下であることが好ましい。この構成によれば、１つの穴２１が備える伝熱フィン２２の数を７個以上にする場合と比べ、穴２１が備える伝熱フィン２２の形状にばらつきが生じにくくなるほか、フィンの強度がより向上して積層材３及び４をより貫通しやすくなる。そのため、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導率を、熱伝導性積層体１の平面方向（ＸＹ方向）においてより均一に向上させることができる。 The number of heat transfer fins 22 provided in one hole 21 is not particularly limited, but is preferably 3 or more and 6 or less. According to this configuration, compared to the case where the number of heat transfer fins 22 provided in one hole 21 is seven or more, variations in the shape of the heat transfer fins 22 provided in the hole 21 are less likely to occur, and the strength of the fins is increased. It becomes easier to penetrate the laminated materials 3 and 4. Therefore, the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) can be improved more uniformly in the plane direction (XY direction) of the thermally conductive laminate 1.
穴２１の配置は、本実施形態では、金属材２の全面に亘って格子状に均等に配置されている。しかしながら、穴２１の配置はこれに限られず、所定の領域にのみ穴２１を集中して配置する構成であってもよい。すなわち、金属材２が、互いに穴２１の形成密度が異なる第１の領域及び第２の領域を備える構成であってもよい。この構成によれば、所定の領域において厚み方向（Ｚ方向）の熱伝導率をより高めることができるため、局所的に高い放熱性が要求される領域を備えた部品など、より広範な用途に使用することができる。 In this embodiment, the holes 21 are evenly arranged in a grid pattern over the entire surface of the metal material 2. However, the arrangement of the holes 21 is not limited to this, and the holes 21 may be arranged in a concentrated manner only in a predetermined area. That is, the metal material 2 may include a first region and a second region in which the holes 21 are formed at different densities. According to this configuration, it is possible to further increase the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) in a predetermined region, so it can be used in a wider range of applications, such as parts with regions that require locally high heat dissipation. can be used.
穴２１は、縁部から積層材３を貫通して延びる伝熱フィン２２を備える穴２１ａ（請求項３における「第１の穴」に相当）と、縁部から積層材４を貫通して延びる伝熱フィン２２を備える穴２１ｂ（請求項３における「第２の穴」に相当）と、から構成される。この構成によれば、積層材３及び積層材４の双方において、起立部２２１を介した熱伝導を生じさせ、厚み方向（Ｚ方向）の熱伝導率を向上させることができる。そのため、熱伝導性積層体１の厚み方向（Ｚ方向）の全体に亘って、熱伝導率を向上させることができる。 The hole 21 includes a hole 21a (corresponding to the "first hole" in claim 3) provided with a heat transfer fin 22 extending from the edge through the laminate 3, and a hole 21a (corresponding to the "first hole" in claim 3) extending from the edge through the laminate 4. A hole 21b (corresponding to a "second hole" in claim 3) provided with a heat transfer fin 22. According to this configuration, in both the laminated material 3 and the laminated material 4, heat conduction can be caused via the upright portions 221, and the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) can be improved. Therefore, the thermal conductivity can be improved throughout the thickness direction (Z direction) of the thermally conductive laminate 1.
本実施形態では、穴２１ａと穴２１ｂとが、金属材２の長手方向（Ｘ方向）及び短手方向（Ｙ方向）において交互に形成されている。これにより、金属材２には、穴２１ａと穴２１ｂとが同じ数だけ形成されている。しかしながら、穴２１ａと穴２１ｂの配置はこれに限られず、金属材２に形成された穴２１ａの個数と穴２１ｂの個数とが互いに異なるように、穴２１ａと穴２１ｂを配置してもよい。例えば、金属材２に形成された穴２１ａと穴２１ｂとの個数比を２：１としてもよく、１：２としてもよい。この構成によれば、積層材３（積層材４）における厚み方向（Ｚ方向）の熱伝導率を高めることができるため、表面（裏面）に特に高い放熱性が要求される部品など、より広範な用途に使用することができる。 In this embodiment, the holes 21a and the holes 21b are formed alternately in the longitudinal direction (X direction) and the lateral direction (Y direction) of the metal material 2. Thereby, the same number of holes 21a and holes 21b are formed in the metal material 2. However, the arrangement of the holes 21a and the holes 21b is not limited to this, and the holes 21a and the holes 21b may be arranged so that the number of holes 21a and the number of holes 21b formed in the metal material 2 are different from each other. For example, the ratio of the number of holes 21a to holes 21b formed in the metal material 2 may be 2:1 or 1:2. According to this configuration, it is possible to increase the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) of the laminated material 3 (laminated material 4), so that it can be used more widely, such as parts that require particularly high heat dissipation on the front surface (back surface). It can be used for various purposes.
穴２１ａの配置は、特に限定されないが、好ましくは、本実施形態のように、金属材２の長手方向（Ｘ方向）に連続して並ぶ穴２１ａの列（第１穴列）と、金属材２の長手方向（Ｘ方向）に連続して並ぶ穴２１ａの列であって、金属材２の短手方向（Ｙ方向）において第１穴列と隣り合う列（第２穴列）と、が短手方向（Ｙ方向）において交互に形成され、第１穴列の穴２１ａと、第２穴列の穴２１ａと、は短手方向（Ｙ方向）に見た場合において互いに重ならない位置に形成された配置（いわゆる千鳥状配置）である。この配置によれば、穴２１ａの他の配置方法と比べて、穴２１ａの開口率（後述）を高めることができるため、伝熱フィン２２をより多く形成でき、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導率をさらに向上させることができる。
穴２１ａの配置は、より好ましくは、本実施形態のように、上述の千鳥状配置において、第１穴列の所定の穴２１ａの中心と、該第１穴列と短手方向（Ｙ方向）に隣り合う第２穴列の穴２１ａのうち該所定の穴２１ａに最も近接する２つの穴２１ａの中心と、を結んだ線分のなす角θが９０度となる配置である（図１参照）。この配置によれば、他の千鳥状配置と比べて、穴２１ａの開口率（後述）をさらに高めることができるため、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導率を一層向上させることができる。穴２１ｂの好ましい配置及びより好ましい配置は、上記の穴２１ａの配置と同様である。穴２１ａ及び穴２１ｂの配置を、両方ともθが９０度となるように配置することにより、穴２１ａと穴２１ｂとの位置関係から、穴２１が図１に示すような４５度千鳥状配置となる。そのため、穴２１の開口率（後述）をさらに一層高めることができ、これにより、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導率をさらに一層向上させることができる。
The arrangement of the holes 21a is not particularly limited, but preferably, as in the present embodiment, a row (first hole row) of holes 21a continuously arranged in the longitudinal direction (X direction) of the metal material 2 and a row of holes 21a continuously arranged in the longitudinal direction (X direction) of the metal material 2 A row of holes 21a continuously arranged in the longitudinal direction (X direction) of the metal material 2, and a row (second hole row) adjacent to the first hole row in the transverse direction (Y direction) of the metal material 2. The holes 21a of the first hole row and the holes 21a of the second hole row are formed alternately in the transverse direction (Y direction), and the holes 21a of the second hole row are formed at positions that do not overlap each other when viewed in the transverse direction (Y direction). This is a staggered arrangement (so-called staggered arrangement). According to this arrangement, compared to other methods of arranging the holes 21a, the aperture ratio (described later) of the holes 21a can be increased, so more heat transfer fins 22 can be formed, and the heat transfer in the thickness direction (Z direction) can be increased. Conductivity can be further improved.
More preferably, the holes 21a are arranged in the above-described staggered arrangement as in the present embodiment, with the center of the predetermined hole 21a of the first hole row and the first hole row in the lateral direction (Y direction). Among the holes 21a of the second hole row adjacent to the hole 21a, the center of the two holes 21a closest to the predetermined hole 21a is arranged such that the angle θ formed by the line segment connecting the holes 21a is 90 degrees (see FIG. 1). ). According to this arrangement, the aperture ratio (described later) of the holes 21a can be further increased compared to other staggered arrangements, so that the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) can be further improved. A preferred arrangement and a more preferred arrangement of the holes 21b are the same as the arrangement of the holes 21a described above. By arranging the holes 21a and 21b so that both θ is 90 degrees, the holes 21 can be arranged in a 45-degree staggered arrangement as shown in FIG. Become. Therefore, the aperture ratio (described later) of the holes 21 can be further increased, and thereby the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) can be further improved.
長手方向（Ｘ方向）に沿って連続する２つの穴２１ａの中心間の間隔ｄ１（以下、縦ピッチと称す）及び短手方向（Ｙ方向）に沿って連続する２つの穴２１ａの中心間の間隔ｄ２（以下、横ピッチと称す）は、特に限定されないが、穴径の１．５倍以上４倍以下であることが好ましく、穴径の２倍以上３．５倍以下であることがより好ましい。この構成によれば、伝熱フィン２２が形成されるように金属材２に穴あけ加工をおこなっても、金属材２に波うち等の変形が生じることをさらに抑制できるとともに、伝熱フィン２２がＸ方向及びＹ方向において十分な間隔で形成されることにより、伝熱フィン２２が互いに干渉することを抑制できる。また、縦ピッチｄ１と横ピッチｄ２とは、本実施形態のように同じ長さとしてもよいが、異なる長さとしてもよい。穴２１ｂの縦ピッチ及び横ピッチに関しても同様である。 The distance d1 between the centers of two consecutive holes 21a along the longitudinal direction (X direction) (hereinafter referred to as vertical pitch) and the distance between the centers of two consecutive holes 21a along the transverse direction (Y direction) The interval d2 (hereinafter referred to as lateral pitch) is not particularly limited, but is preferably 1.5 times or more and 4 times or less the hole diameter, more preferably 2 times or more and 3.5 times or less the hole diameter. preferable. According to this configuration, even if the metal material 2 is drilled to form the heat transfer fins 22, deformation such as corrugation in the metal material 2 can be further suppressed, and the heat transfer fins 22 are By forming the heat transfer fins 22 at sufficient intervals in the X direction and the Y direction, interference between the heat transfer fins 22 can be suppressed. Furthermore, the vertical pitch d1 and the horizontal pitch d2 may have the same length as in this embodiment, but may also have different lengths. The same applies to the vertical pitch and horizontal pitch of the holes 21b.
本実施形態において、穴２１は円形に形成されているが、穴２１の形状はこれに限られず、多角形状などであってもよい。ただし、穴２１を円形とすることにより、穴２１の加工が容易となるため、好ましい。穴２１が多角形状である場合、穴２１の角の数は、３以上６以下であることが好ましい。この構成によれば、穴２１の角の数を７以上にする場合と比べ、穴２１が備える伝熱フィン２２の形状にばらつきが生じにくくなるほか、フィンの強度がより向上して積層材３及び４をより貫通しやすくなる。そのため、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導率を、熱伝導性積層体１の平面方向（ＸＹ方向）においてより均一に向上させることができる。 In this embodiment, the hole 21 is formed in a circular shape, but the shape of the hole 21 is not limited to this, and may be a polygonal shape or the like. However, it is preferable to make the hole 21 circular because it facilitates machining of the hole 21. When the hole 21 has a polygonal shape, the number of corners of the hole 21 is preferably 3 or more and 6 or less. According to this configuration, compared to the case where the number of corners of the holes 21 is seven or more, variations in the shape of the heat transfer fins 22 provided in the holes 21 are less likely to occur, and the strength of the fins is further improved, so that the laminated material 3 and 4 become easier to penetrate. Therefore, the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) can be improved more uniformly in the plane direction (XY direction) of the thermally conductive laminate 1.
穴２１の径は、特に限定されないが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。この構成によれば、伝熱フィン２２を備えた多数の穴２１を、金属材２に効率的に配置することができる。 The diameter of the hole 21 is not particularly limited, but is preferably 1 mm or more and 5 mm or less. According to this configuration, a large number of holes 21 provided with heat transfer fins 22 can be efficiently arranged in the metal material 2.
穴２１の開口率は、特に限定されないが、５％以上５０％以下であることが好ましい。ここで、穴２１の開口率とは、穴２１が形成される前の金属材２のＸＹ平面における全体面積に対する、穴２１の総面積の割合を示す。穴２１の開口率は、例えば、穴２１の径と縦ピッチｄ１及び横ピッチｄ２から、既知の方法によって計算することができる。穴２１の開口率を５％以上５０％以下とすることにより、厚み方向（Ｚ方向）における高い熱伝導性を享受できることに加え、補強材としての役割も果たす金属材２を十分に残存させることができるため、熱伝導性積層体１の機械的強度をより高めることができる。穴２１の開口率は、より好ましくは５％以上１５％以下であり、最も好ましくは９％以上１５％以下である。 The aperture ratio of the holes 21 is not particularly limited, but is preferably 5% or more and 50% or less. Here, the aperture ratio of the holes 21 indicates the ratio of the total area of the holes 21 to the total area in the XY plane of the metal material 2 before the holes 21 are formed. The aperture ratio of the hole 21 can be calculated, for example, from the diameter of the hole 21, the vertical pitch d1, and the horizontal pitch d2 by a known method. By setting the aperture ratio of the hole 21 to 5% or more and 50% or less, not only can high thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) be enjoyed, but also a sufficient amount of the metal material 2 that also serves as a reinforcing material remains. Therefore, the mechanical strength of the thermally conductive laminate 1 can be further increased. The aperture ratio of the hole 21 is more preferably 5% or more and 15% or less, and most preferably 9% or more and 15% or less.
金属材２の材質は、特に限定されないが、熱伝導率が２０Ｗ/ｍ・Ｋ以上のものが好ましく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましく、銅またはアルミニウムとすることが最も好ましい。この構成によれば、熱伝導性積層体１の平面方向（ＸＹ方向）及び厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導率をさらにより一層向上させることができる。 The material of the metal material 2 is not particularly limited, but preferably has a thermal conductivity of 20 W/m·K or more, more preferably 100 W/m·K or more, and most preferably copper or aluminum. According to this configuration, the thermal conductivity of the thermally conductive laminate 1 in the plane direction (XY direction) and the thickness direction (Z direction) can be further improved.
伝熱フィン２２を除いた金属材２の厚みは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。この構成によれば、伝熱フィン２２の強度と熱伝導性の向上が図れるほか、厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導性積層体１の２次加工をより容易に行うことができる。 The thickness of the metal material 2 excluding the heat transfer fins 22 is not particularly limited, but is preferably 0.05 mm or more and 1 mm or less. According to this configuration, in addition to improving the strength and thermal conductivity of the heat transfer fins 22, secondary processing of the thermally conductive laminate 1 in the thickness direction (Z direction) can be performed more easily.
厚み方向（Ｚ方向）に見た場合における、積層材３または積層材４の面積に対する、積層材３、４と金属材２との重複面積の割合Ｍ（％）については、特に限定されない。
Ｍ（％）＝１００の場合、積層材３、４と金属材２とが完全に重なり合っているため、積層材３、４の全面に亘って熱伝導性を高めることができる。
また、０＜Ｍ（％）＜１００の場合、積層材３、４の一部の面が、金属材２と重なり合っている。そのため、金属材２が配置された部分において、局所的に熱伝導性を高めることができる。この場合、例えば、積層材３、４と金属材２とが重複していない領域に、金属材と同じ厚さのシートが配置された構成とすることができる。この構成によれば、積層材３、４の全面に亘って、厚さを均一とすることができる。該シートの材質は特に限定されないが、例えば、金属材２より比重の軽い素材を用いることで、軽量化を図ることができる。
The ratio M (%) of the overlapping area of the laminate materials 3 and 4 and the metal material 2 to the area of the laminate material 3 or 4 when viewed in the thickness direction (Z direction) is not particularly limited.
When M (%) = 100, the laminated materials 3 and 4 and the metal material 2 completely overlap, so that the thermal conductivity can be increased over the entire surface of the laminated materials 3 and 4.
Moreover, in the case of 0<M(%)<100, some surfaces of the laminated materials 3 and 4 overlap with the metal material 2. Therefore, the thermal conductivity can be locally increased in the portion where the metal material 2 is arranged. In this case, for example, a sheet having the same thickness as the metal material may be arranged in a region where the laminated materials 3 and 4 and the metal material 2 do not overlap. According to this configuration, the thickness can be made uniform over the entire surface of the laminated materials 3 and 4. Although the material of the sheet is not particularly limited, for example, by using a material with a specific gravity lighter than the metal material 2, weight reduction can be achieved.
金属板２は、積層材３及び４との接着性を高めるために、ケミカルエッチングやサンドブラスト等の化学的もしくは物理的な表面粗化や、トリアジンチオール化合物やカップリング剤などによる表面処理を行ってもよい。 The metal plate 2 is subjected to chemical or physical surface roughening such as chemical etching or sandblasting, or surface treatment using a triazine thiol compound or a coupling agent in order to improve the adhesion with the laminated materials 3 and 4. Good too.
（積層材の構成）
積層材３及び４として、フィルムやシート状、粉末状の樹脂材、粘土鉱物、黒鉛材や、ロックウールやグラスウールなどによる短繊維や長繊維などの繊維シートのほか、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維基材に樹脂を含浸させた繊維強化複合材などが挙げられるが、熱伝導性積層体の熱伝導率を高める観点から、黒鉛材や炭素繊維複合材を用いることが好ましい。
(Configuration of laminated material)
Laminated materials 3 and 4 include films, sheets, powdered resin materials, clay minerals, graphite materials, short fibers and long fibers made of rock wool and glass wool, as well as carbon fibers, glass fibers, and aramid materials. Examples include fiber-reinforced composite materials in which a reinforcing fiber base material such as fiber is impregnated with resin, but from the viewpoint of increasing the thermal conductivity of the thermally conductive laminate, it is preferable to use a graphite material or a carbon fiber composite material.
黒鉛材としては、膨張黒鉛や、膨張黒鉛と熱伝導性フィラー（人造黒鉛、窒化ホウ素、ピッチ系炭素繊維ミルド等）とを混合した混合グラファイト、ポリイミドフィルム等を黒鉛化したグラファイトシート等を用いることができる。黒鉛材は、接着剤を含んでもよく、含まなくてもよい。接着剤を用いる場合は、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール、石油樹脂などを主成分とする接着剤や粘着剤を用いることができるが、黒鉛粉、コークス、カーボンブラックなどが配合されたものであることが望ましい。 As the graphite material, use expanded graphite, mixed graphite made by mixing expanded graphite with a thermally conductive filler (artificial graphite, boron nitride, pitch-based carbon fiber milled, etc.), graphite sheet made from graphitized polyimide film, etc. I can do it. The graphite material may or may not contain an adhesive. When using an adhesive, for example, an adhesive or adhesive whose main component is epoxy resin, phenol resin, acrylic resin, silicone resin, polyvinyl alcohol, petroleum resin, etc. can be used, but graphite powder, coke, carbon It is desirable that black be included.
炭素繊維複合材は、連続繊維系の炭素繊維または短繊維系の炭素繊維と、マトリックス樹脂と、を含有する。なお、炭素繊維にはＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維があるが、これらのうち一方のみを使用してもよく、併用してもよい。また、マトリックス樹脂としては、種々の樹脂を用いることができるが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。熱可塑性樹脂は例えば、フェノキシ樹脂や熱可塑性エポキシ樹脂、ポリプロピレンなどのポリオレフィンやポリアミド６などのポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられるが、フェノキシ樹脂または熱可塑性エポキシ樹脂であることがより好ましく、熱可塑性エポキシ樹脂であることが最も好ましい。
炭素繊維複合材としては、連続した炭素繊維を平織りや綾織りした織布にマトリックス樹脂を含浸したクロス材や、連続繊維を一方向に引き揃えてマトリックス樹脂を含浸した一方向強化繊維材料（ＵＤ材）、前記一方向強化繊維材料を短冊状などの小片にして集成したランダムマット材料、フェルトや不織布といった短繊維の炭素繊維からなる繊維基材にマトリックス樹脂を含浸した短繊維材料、シートモールドコンパウンド（ＳＭＣ）と呼ばれる成形材料等が挙げられる。ここで、炭素繊維複合材としてＵＤ材を用い、積層材３及び４の繊維方向が一定の角度で交差する（疑似等方性とする）ように積層材３及び４を配置して積層することで、厚み方向（Ｚ方向）の熱伝導性に加えて、平面方向（ＸＹ方向）の熱伝導性も高められる。そのため、炭素繊維複合材としてＵＤ材を用いることが好ましい。
The carbon fiber composite material contains continuous carbon fibers or short fiber carbon fibers and a matrix resin. Note that carbon fibers include PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers, and only one of these may be used, or they may be used in combination. Moreover, various resins can be used as the matrix resin, but thermoplastic resins are preferable. Examples of thermoplastic resins include phenoxy resins, thermoplastic epoxy resins, polyolefins such as polypropylene, polyamide resins such as polyamide 6, aromatic polyester resins such as polyethylene terephthalate, polycarbonate resins, etc.; It is more preferable that it is, and it is most preferable that it is a thermoplastic epoxy resin.
Examples of carbon fiber composite materials include cloth materials made of continuous carbon fibers impregnated with matrix resin in plain weave or twill weave, and unidirectionally reinforced fiber materials (UD) made of continuous fibers aligned in one direction and impregnated with matrix resin. material), a random mat material made of the unidirectional reinforcing fiber material assembled into small pieces such as strips, a short fiber material in which a fiber base material made of short carbon fibers such as felt or nonwoven fabric is impregnated with a matrix resin, and a sheet mold compound. (SMC) and the like. Here, UD material is used as the carbon fiber composite material, and the laminated materials 3 and 4 are arranged and laminated so that the fiber directions of the laminated materials 3 and 4 intersect at a certain angle (to make them pseudo-isotropic). In addition to the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction), the thermal conductivity in the plane direction (XY direction) can also be improved. Therefore, it is preferable to use a UD material as the carbon fiber composite material.
積層材３及び４は、金属材２に形成された穴２１に入り込んで互いに接着している。この構成によれば、穴２１を形成しない場合と比べ、アンカー効果によって、積層材３及び４の結合力が向上する。そのため、金属材２から積層材３及び４が剥離することをより抑制できる。なお、本発明者らは、積層材３及び４として炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を使用すると、金属材２に穴２１を形成しない場合や、伝熱フィン２２を有しない穴２１を形成した場合と比べ、上記の剥離抑制効果のみならず、熱伝導性積層体１の機械的強度も向上させることができることを見出した（実施例参照）。これには、金属材２が備える伝熱フィン２２が寄与しているものと推測される。 The laminated materials 3 and 4 enter holes 21 formed in the metal material 2 and are adhered to each other. According to this configuration, the bonding force between the laminated materials 3 and 4 is improved due to the anchor effect, compared to the case where the holes 21 are not formed. Therefore, peeling of the laminated materials 3 and 4 from the metal material 2 can be further suppressed. In addition, the present inventors have found that when carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is used as the laminated materials 3 and 4, the holes 21 are not formed in the metal material 2, or the holes 21 without heat transfer fins 22 are formed. It has been found that not only the above-mentioned peeling suppressing effect but also the mechanical strength of the thermally conductive laminate 1 can be improved (see Examples). It is presumed that the heat transfer fins 22 included in the metal material 2 contribute to this.
積層材３及び４の厚みは、特に限定されないが、少なくとも伝熱フィン２２の高さ未満であり、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。この構成によれば、熱伝導性積層体１の機械的強度を向上させることができるとともに、熱伝導性積層体１の２次加工性を高めることができる。積層材３の厚みと積層材４の厚みとは、同一であってもよく、相違してもよい。 The thickness of the laminated materials 3 and 4 is not particularly limited, but is at least less than the height of the heat transfer fins 22, and is preferably 0.1 mm or more and 2 mm or less. According to this configuration, the mechanical strength of the thermally conductive laminate 1 can be improved, and the secondary workability of the thermally conductive laminate 1 can be improved. The thickness of the laminated material 3 and the thickness of the laminated material 4 may be the same or different.
（熱伝導性積層体の製造方法）
熱伝導性積層体１の製造方法について、図３及び図４を用いて以下に説明する。図３は、熱伝導性積層体の製造方法を示すフローチャートである。図４は、熱伝導性積層体を製造する際の金属材及び積層材の構成を示す概略図である。まず、シート状の金属材にパンチングを行うことにより、穴２１と、穴２１の縁部から表面又は裏面に突出した突出部２２´と、が形成された金属材２´を製造する（Ｓ１）。穴２１の形状、穴２１の径及び穴２１毎の突出部２２´の数は、パンチングに用いられるピンの形状等によって決定される。次に、Ｓ１で得られた金属材２´を、シート状の積層材３、４で挟み込み、さらに上下からクッション材（不図示）で挟み込んで、第１プレスを行う（Ｓ２）。Ｓ２の第１プレスにより、Ｓ１で形成された突出部２２´が、積層材３、４を突き抜け、積層材３、４の表面に露出する。その後、クッション材を取り除き、積層する金属材２´及び積層材３、４について、第２プレスを行う（Ｓ３）。Ｓ３の第２プレスにより、積層材３及び４が穴２１に入り込んで互いに接着するとともに、Ｓ２の第１プレスで表面に突出した突出部２２´が、平面視において穴２１から離隔する方向に延びる形状に形成される（伝熱フィン２２）。
(Method for manufacturing thermally conductive laminate)
A method for manufacturing the thermally conductive laminate 1 will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a thermally conductive laminate. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of metal materials and laminate materials when manufacturing a thermally conductive laminate. First, by punching a sheet-shaped metal material, a metal material 2' in which a hole 21 and a protrusion 22' protruding from the edge of the hole 21 to the front or back surface are formed is manufactured (S1). . The shape of the hole 21, the diameter of the hole 21, and the number of protrusions 22' for each hole 21 are determined by the shape of the pin used for punching, etc. Next, the metal material 2' obtained in S1 is sandwiched between sheet-like laminated materials 3 and 4, and further sandwiched between upper and lower cushioning materials (not shown), and a first press is performed (S2). By the first press in S2, the protrusion 22' formed in S1 penetrates through the laminated materials 3 and 4 and is exposed on the surface of the laminated materials 3 and 4. Thereafter, the cushioning material is removed, and the metal material 2' and the laminated materials 3 and 4 to be laminated are subjected to a second press (S3). By the second press in S3, the laminated materials 3 and 4 enter the hole 21 and adhere to each other, and the protrusion 22' that protrudes from the surface in the first press in S2 extends in a direction away from the hole 21 in plan view. (heat transfer fins 22).
上記製造方法によれば、突出部２２´の形状は、起立部２２１及びフランジ部２２２の形状と対応する。ここで、突出部２２´が、穴２１から離隔するにしたがって先が細くなる先鋭部を有することにより、Ｓ２において突出部２２´が積層材３、４を突き抜ける際、積層材３、４の中の結合構造を切断せずにすり抜けやすくなるため、積層材自体の強度を維持することができる。この点に鑑み、上記製造方法によって形成されたフランジ部２２２は、穴２１から離隔するにつれて幅が細くなる先鋭部を有することが好ましい。 According to the above manufacturing method, the shape of the protruding portion 22' corresponds to the shape of the upright portion 221 and the flange portion 222. Here, since the protruding part 22' has a sharp point that becomes tapered as it moves away from the hole 21, when the protruding part 22' penetrates the laminated materials 3 and 4 in S2, the inside of the laminated materials 3 and 4 is The strength of the laminated material itself can be maintained because it can easily slip through without cutting the bonded structure. In view of this point, it is preferable that the flange portion 222 formed by the above manufacturing method has a sharp portion whose width becomes narrower as the distance from the hole 21 increases.
本発明の熱伝導性積層体１は、任意の３次元形状に加工することができる。３次元形状への加工は、金属材２と積層材３及び４を積層複合化させる際に金型を使用して同時に行ってもよいが、これに限られず、最初に熱伝導性積層体１を平板状に成形した後、２次的に金型を使用して３次元加工を行ってもよい。 The thermally conductive laminate 1 of the present invention can be processed into any three-dimensional shape. Processing into a three-dimensional shape may be performed simultaneously using a mold when laminating the metal material 2 and the laminated materials 3 and 4 into a composite, but is not limited to this. After molding into a flat plate shape, three-dimensional processing may be performed secondarily using a mold.
熱伝導性積層体１の表面に、めっきや塗装、金属箔を積層してもよい。塗装を行う場合は、一般的な塗料を用いることもできるが、放熱塗料を使用することが好ましい。これにより、熱伝導性積層体１のフランジ部２２２からの放熱に加えて、熱伝導性積層体１の表面からも放熱塗料を介した放熱が生じるため、放熱に関する相乗効果が得られる。
放熱塗料としては、アルミナや窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの高熱伝導性フィラーをエポキシ樹脂などに配合することによって熱伝導性を高めた熱伝導性塗料のほか、熱を遠赤外線として放射する効率（輻射率）が高いフィラー（炭化ケイ素や電気石など）と、樹脂材料と、からなる輻射性塗料が挙げられる。これらの放熱塗料は、熱伝導性積層体１の使用箇所に応じて適宜選択される。例えば、近年の高性能化した携帯情報端末（例えば、スマートフォンやタブレットＰＣ、ノートＰＣ、スマートウォッチなど）には、輻射性塗料を用いることが好ましい。これは、熱伝導性塗料を使用した場合、筐体容積には限界があることから、伝熱を主とした熱拡散では放熱性能が不足するのに対し、輻射性塗料を用いることで、伝熱ではなく遠赤外線として空間中に熱を放出することができ、より放熱性能を向上させることができるためである。このような輻射性塗料としては、ＱＵＡＴＬＯＮ（ジャパンマテックス製）やクールテック（オキツモ製）、サーモジン（***化学工業製）などが例示される。
The surface of the thermally conductive laminate 1 may be plated, painted, or laminated with metal foil. When painting, a general paint can be used, but it is preferable to use a heat dissipating paint. As a result, in addition to heat radiation from the flange portion 222 of the thermally conductive laminate 1, heat is also radiated from the surface of the thermally conductive laminate 1 via the heat-radiating paint, so a synergistic effect regarding heat radiation can be obtained.
Heat-dissipating paints include thermally conductive paints that have increased thermal conductivity by blending highly thermally conductive fillers such as alumina, boron nitride, and aluminum nitride with epoxy resin, as well as thermally conductive paints that increase thermal conductivity by blending highly thermally conductive fillers such as alumina, boron nitride, and aluminum nitride with epoxy resin. One example is a radioactive paint that is made of a filler (silicon carbide, tourmaline, etc.) with a high rate of radiation and a resin material. These heat dissipating paints are appropriately selected depending on the location where the thermally conductive laminate 1 is used. For example, it is preferable to use a radioactive paint for portable information terminals (for example, smartphones, tablet PCs, notebook PCs, smart watches, etc.) that have become highly sophisticated in recent years. This is because when using thermally conductive paint, there is a limit to the volume of the housing, so heat dissipation, which is mainly based on heat transfer, lacks heat dissipation performance. This is because heat can be emitted into space as far infrared rays instead of heat, and heat dissipation performance can be further improved. Examples of such radioactive paints include QUATLON (manufactured by Japan Matex), COOLTEC (manufactured by Okitsumo), and Thermosin (manufactured by Tokyo Nekogaku Kogyo Kogyo).
本発明の熱伝導性積層体は、上記の携帯情報端末や、熱を発する電気機器（例えば、ＬＥＤ照明やフラットディスプレイ）などの、筐体や放熱部材に用いられる。しかしながら、本発明の熱伝導性積層体の用途はこれに限られない。例えば、ＥＣＵボックスや排気関係の部材、車載電池ケース部材といった自動車分野などで広く利用することができる。特に好適には、軽量で高い放熱性能が要求とされる産業用ロボットやドローンで使用されるモーターのケースとして用いられる。 The thermally conductive laminate of the present invention is used for housings and heat dissipation members of the above-mentioned mobile information terminals and electric devices that emit heat (for example, LED lighting and flat displays). However, the use of the thermally conductive laminate of the present invention is not limited to this. For example, it can be widely used in the automobile field, such as ECU boxes, exhaust-related parts, and in-vehicle battery case parts. Particularly suitably, it is used as a motor case used in industrial robots and drones, which require light weight and high heat dissipation performance.
（実施例）
本実施例では、本発明に係る熱伝導性積層体（実施例）と、従来の熱伝導性積層体（比較例）と、をそれぞれ作成し、厚み方向における熱伝導率を評価した。また、各実施例及び比較例について、機械的強度及び成型性の評価も行った。
(Example)
In this example, a thermally conductive laminate according to the present invention (example) and a conventional thermally conductive laminate (comparative example) were created, and the thermal conductivity in the thickness direction was evaluated. In addition, mechanical strength and moldability were also evaluated for each Example and Comparative Example.
［実施例１、３に使用する金属材Ａの製造］
厚さ０．２ｍｍのアルミ製シートに、ピンを用いてパンチングを行い（上述のＳ１に相当）、穴と、穴の縁部から金属材の表面又は裏面に突出した突出部と、が形成された金属材Ａ（上述の実施形態の金属材２´に相当）を作成した。穴は直径１．５ｍｍの円形とした。穴は、本実施形態の図１に示す４５度千鳥状配置とし、ピッチ（縦ピッチ及び横ピッチ）を６ｍｍに設定した。各穴における突出部の数は４個とした。突出部の高さは１．０ｍｍとした。突出部の形状は、穴から離れるにつれて幅が細くなる先鋭部を備えた形状とした。穴径、穴配置及びピッチから算出された開口率は９．８％であった。
[Manufacture of metal material A used in Examples 1 and 3]
An aluminum sheet with a thickness of 0.2 mm is punched using a pin (corresponding to S1 above), and a hole and a protrusion protruding from the edge of the hole to the front or back surface of the metal material are formed. A metal material A (corresponding to the metal material 2' of the above-described embodiment) was created. The hole was circular with a diameter of 1.5 mm. The holes were arranged in a 45-degree staggered arrangement as shown in FIG. 1 of this embodiment, and the pitch (vertical pitch and horizontal pitch) was set to 6 mm. The number of protrusions in each hole was four. The height of the protrusion was 1.0 mm. The shape of the protrusion was such that it had a sharp point whose width became narrower as it moved away from the hole. The aperture ratio calculated from the hole diameter, hole arrangement, and pitch was 9.8%.
［実施例２、４に使用する金属材Ｂの製造］
厚さ０．３ｍｍのアルミ製シートに、ピンを用いてパンチングを行い（上述のＳ１に相当）、穴と、穴の縁部から金属材の表面又は裏面に突出した突出部と、が形成された金属材Ｂ（上述の実施形態の金属材２´に相当）を作成した。穴は直径１．５ｍｍの円形とした。穴は、本実施形態の図１に示す４５度千鳥状配置とし、ピッチ（縦ピッチ及び横ピッチ）を５ｍｍに設定した。各穴における突出部の数は４個とした。突出部の高さは１．０ｍｍとした。突出部の形状は、穴から離れるにつれて幅が細くなる先鋭部を備えた形状とした。穴径、穴配置及びピッチから算出された開口率は１４．１％であった。
[Manufacture of metal material B used in Examples 2 and 4]
An aluminum sheet with a thickness of 0.3 mm is punched using a pin (corresponding to S1 above), and a hole and a protrusion protruding from the edge of the hole to the front or back surface of the metal material are formed. A metal material B (corresponding to the metal material 2' of the above-described embodiment) was created. The hole was circular with a diameter of 1.5 mm. The holes were arranged in a 45-degree staggered arrangement as shown in FIG. 1 of this embodiment, and the pitch (vertical pitch and horizontal pitch) was set to 5 mm. The number of protrusions in each hole was four. The height of the protrusion was 1.0 mm. The shape of the protrusion was such that it had a sharp point whose width became narrower as it moved away from the hole. The aperture ratio calculated from the hole diameter, hole arrangement, and pitch was 14.1%.
［実施例１］
上述の方法で作成した金属材Ａの表面及び裏面に石油樹脂系粘着剤を塗布した後、該金属材Ａを２枚のグラファイトシート（ジャパンマテックス社製 厚み０．２ｍｍ）で挟み込み、さらに上下からウレタン製のクッション材で挟み込んで、常温下でロールプレスにてプレスを行った（上述の実施形態のＳ２に相当）。その後、クッション材を取り除き、再度ロールプレスにてプレスした（上述の実施形態のＳ３に相当）。これにより、伝熱フィンを備えた熱伝導性積層体が得られた。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Example 1]
After applying a petroleum resin adhesive to the front and back surfaces of the metal material A created by the above method, the metal material A was sandwiched between two graphite sheets (manufactured by Japan Matex, thickness 0.2 mm), and then applied from above and below. It was sandwiched between urethane cushioning materials and pressed using a roll press at room temperature (corresponding to S2 in the above embodiment). Thereafter, the cushioning material was removed and the product was pressed again using a roll press (corresponding to S3 in the above-described embodiment). As a result, a thermally conductive laminate having heat transfer fins was obtained. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［実施例２］
上述の方法で得られた金属材Ｂを使用して、実施例１と同様の方法によって、伝熱フィンを備えた熱伝導性積層体を得た。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Example 2]
A thermally conductive laminate including heat transfer fins was obtained in the same manner as in Example 1 using the metal material B obtained by the above method. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［実施例３］
金属材Ａの両面にそれぞれ２枚の一方向炭素繊維強化熱可塑性プラスチック成型材料（日鉄ケミカル＆マテリアル製 ＮＳ－ＴＥＰｒｅｇ 目付量：１１０ｇ／ｍｍ２、厚み０．１ｍｍ）を、その内層（金属材Ａの隣接層）の繊維方向が０°、表面層の繊維方向が９０°となるように積層し、さらに上下からウレタン製のクッション材で挟み込んで、加熱プレス機で１８０℃にて１ＭＰａ未満で１分間プレスした（上述の実施形態のＳ２に相当）。その後、クッション材を取り除き、ＳＵＳ製鏡面板で挟み込み、再度加熱プレス機で１８０℃にて１４ＭＰａで１分間プレスした（上述の実施形態のＳ３に相当）。これにより、伝熱フィンを備えた熱伝導性積層体が得られた。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Example 3]
Two sheets of unidirectional carbon fiber-reinforced thermoplastic molding material (NS-TEPreg manufactured by Nippon Steel Chemical & Materials, basis weight: 110 g/mm 2 , thickness 0.1 mm) are placed on each side of metal material A, and the inner layer (metal material Laminated so that the fiber direction of the adjacent layer (A) is 0° and the fiber direction of the surface layer is 90°, and then sandwiched between urethane cushioning materials from above and below, and heated at 180°C and less than 1 MPa using a hot press machine. It was pressed for 1 minute (corresponding to S2 in the above embodiment). Thereafter, the cushioning material was removed, the material was sandwiched between SUS mirror plates, and pressed again using a heating press at 180° C. and 14 MPa for 1 minute (corresponding to S3 in the above-described embodiment). As a result, a thermally conductive laminate having heat transfer fins was obtained. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［実施例４］
上述の方法で得られた金属材Ｂを使用して、実施例３と同様の方法によって、伝熱フィンを備えた熱伝導性積層体を得た。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Example 4]
A thermally conductive laminate including heat transfer fins was obtained in the same manner as in Example 3 using the metal material B obtained by the above method. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［比較例１］
上述の方法で得られた金属板Ａの突出部を除去した後、実施例１と同様の方法によって、熱伝導性積層体を得た。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Comparative example 1]
After removing the protruding portions of the metal plate A obtained by the above method, a thermally conductive laminate was obtained by the same method as in Example 1. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［比較例２］
上述の方法で得られた金属板Ａの突出部を除去した後、実施例３と同様の方法によって、熱伝導性積層体を得た。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Comparative example 2]
After removing the protruding portions of the metal plate A obtained by the above method, a thermally conductive laminate was obtained by the same method as in Example 3. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［比較例３］
金属材として、パンチングを施していない厚さ０．２ｍｍのアルミ製シートを使用して、実施例１と同様の方法によって、熱伝導性積層体を得た。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Comparative example 3]
A thermally conductive laminate was obtained in the same manner as in Example 1 using an unpunched aluminum sheet with a thickness of 0.2 mm as the metal material. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［比較例４］
金属材として、パンチングを施していない厚さ０．２ｍｍのアルミ製シートを使用して、実施例３と同様の方法によって、熱伝導性積層体を得た。得られた熱伝導性積層体は、冷却後、各種評価に供された。
[Comparative example 4]
A thermally conductive laminate was obtained in the same manner as in Example 3 using an unpunched aluminum sheet with a thickness of 0.2 mm as the metal material. The obtained thermally conductive laminate was cooled and then subjected to various evaluations.
［厚み方向における熱伝導率の評価手法］
ＡＳＴＭ－Ｄ５４７０に準拠した方法により、実施例及び比較例で得られた熱伝導性積層体について、厚み方向における熱伝導率を評価した。なお、測定に際しては、熱伝導性積層体の表面を＃１０００のサンドペーパーを用いて研磨し、熱伝導性積層体の表面（伝熱フィンが形成されている場合には、伝熱フィンのうち熱伝導性積層体の表面に露出した部分を含む）に付着している樹脂を除去した。
[Evaluation method of thermal conductivity in the thickness direction]
The thermal conductivity in the thickness direction of the thermally conductive laminates obtained in Examples and Comparative Examples was evaluated by a method based on ASTM-D5470. In addition, when measuring, the surface of the thermally conductive laminate is polished using #1000 sandpaper, and the surface of the thermally conductive laminate (if heat transfer fins are formed, the surface of the heat transfer fins is The resin adhering to the surface of the thermally conductive laminate (including the exposed surface) was removed.
［機械的強度の評価方法］
機械的強度については、「曲げ強度及び曲げ弾性率」「衝撃強度」の２つの観点から評価を行った。曲げ強度及び曲げ弾性率については、ＪＩＳＫ７０７４（１９８８年制定）の炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法に準拠した方法で、各実施例及び比較例で得られた熱伝導性積層体の曲げ強度および曲げ弾性率を測定し、最大応力を求めた。衝撃強度については、ＪＩＳ Ｋ７１１０：１９９９ プラスチック－アイゾット衝撃強さの試験方法に準拠して試験温度２３℃、ハンマー容量１Ｊにてノッチなしの試験片を用いて測定を行った。なお、機械的強度の評価のための試験片はいずれも、表面層の繊維方向が試験片の長手方向となるように配置して加工した。
[Mechanical strength evaluation method]
Mechanical strength was evaluated from two viewpoints: "bending strength and flexural modulus" and "impact strength". The bending strength and bending modulus of the thermally conductive laminates obtained in each example and comparative example were measured using a method based on the bending test method for carbon fiber reinforced plastics of JIS K7074 (established in 1988). The elastic modulus was measured and the maximum stress was determined. The impact strength was measured using an unnotched test piece at a test temperature of 23° C. and a hammer capacity of 1 J in accordance with JIS K7110:1999 Plastic-Izod Impact Strength Test Method. Note that all test pieces for evaluating mechanical strength were arranged and processed so that the fiber direction of the surface layer was in the longitudinal direction of the test piece.
［成形性の評価方法］
スマートフォンの筐体を模した形状（縦１３５ｍｍ×横７５ｍｍ×高さ５ｍｍ）の金型を準備し、各実施例および比較例で作製した平板状の積層体に、温度１８０℃、圧力１０ＭＰａで成形加工を施し、２次加工性を評価した。評価は目視によって行い、２次加工を行った成形体に割れやシワ、剥離などの欠陥がないものを○とし、２次加工を行った成形体に割れやシワ、剥離などの欠陥を生じたものを×とした。
[Moldability evaluation method]
A mold with a shape imitating the case of a smartphone (135 mm in length x 75 mm in width x 5 mm in height) was prepared, and molded at a temperature of 180°C and a pressure of 10 MPa onto the flat laminate produced in each example and comparative example. Processing was performed and secondary processability was evaluated. The evaluation was done by visual inspection, and those that had no defects such as cracks, wrinkles, or peeling in the molded object that underwent secondary processing were marked as ○, and those that had defects such as cracks, wrinkles, or peeling in the molded object that underwent secondary processing were evaluated as ○. Marked things as ×.
実施例及び比較例の評価結果を、表１に示す。なお、実施例３、４、比較例２、４の「ＣＦＲＰ」とは、上記の一方向炭素繊維強化熱可塑性プラスチック成型材料を指す。
実施例１と比較例１とでは、伝熱フィンの有無のみが異なる。表１を参照して、実施例１では、比較例１よりも、厚み方向の熱伝導率が向上した。 Example 1 and Comparative Example 1 differ only in the presence or absence of heat transfer fins. Referring to Table 1, in Example 1, the thermal conductivity in the thickness direction was improved compared to Comparative Example 1.
実施例１と比較例３とでは、穴及び伝熱フィンの有無が異なる。表１を参照して、実施例１では、比較例３よりも、厚み方向の熱伝導率が大幅に向上した。 Example 1 and Comparative Example 3 differ in the presence or absence of holes and heat transfer fins. Referring to Table 1, in Example 1, the thermal conductivity in the thickness direction was significantly improved compared to Comparative Example 3.
実施例２は、実施例１とは使用する金属材の厚さ及びピッチが異なる。表１を参照して、実施例２では、実施例１よりも、厚み方向の熱伝導率がさらに向上した。 Example 2 differs from Example 1 in the thickness and pitch of the metal materials used. Referring to Table 1, in Example 2, the thermal conductivity in the thickness direction was further improved than in Example 1.
実施例３と比較例２とでは、伝熱フィンの有無のみが異なる。表１を参照して、実施例３では、比較例２よりも、厚み方向の熱伝導率が大幅に向上した。また、機械的強度（最大応力、衝撃強度）に着目すると、実施例３では、比較例２よりも最大応力及び衝撃強度が大きくなり、機械的強度が向上した。 Example 3 and Comparative Example 2 differ only in the presence or absence of heat transfer fins. Referring to Table 1, in Example 3, the thermal conductivity in the thickness direction was significantly improved compared to Comparative Example 2. Further, when focusing on mechanical strength (maximum stress, impact strength), in Example 3, the maximum stress and impact strength were larger than in Comparative Example 2, and the mechanical strength was improved.
実施例３と比較例４とでは、穴及び伝熱フィンの有無が異なる。表１を参照して、実施例３では、比較例４よりも、厚み方向の熱伝導率が大幅に向上した。また、機械的強度（最大応力、衝撃強度）に着目すると、実施例３では、穴開加工を施しているにもかかわらず、比較例４よりも最大応力及び衝撃強度が大きくなり、機械的強度が向上した。 Example 3 and Comparative Example 4 differ in the presence or absence of holes and heat transfer fins. Referring to Table 1, in Example 3, the thermal conductivity in the thickness direction was significantly improved compared to Comparative Example 4. In addition, focusing on mechanical strength (maximum stress, impact strength), in Example 3, the maximum stress and impact strength were larger than in Comparative Example 4, despite the drilling process, and the mechanical strength improved.
実施例４は、実施例３とは使用する金属材の厚さ及びピッチが異なる。表１を参照して、実施例４では、実施例３よりも、厚み方向の熱伝導率がさらに向上した。 Example 4 differs from Example 3 in the thickness and pitch of the metal materials used. Referring to Table 1, in Example 4, the thermal conductivity in the thickness direction was further improved than in Example 3.
（変形例）
上述の実施形態では、金属材２に穴２１ａ及び穴２１ｂが形成されている。しかしながら、これに限られず、金属材２に穴２１ａまたは穴２１ｂの一方のみが形成される構成であってもよい。この構成では、伝熱フィン２２の起立部２２１が、積層材３または４を貫通して表面に露出する。そのため、当該構成であっても、単に穴が複数配置された熱伝導性積層体（伝熱フィン２２が設けられていない熱伝導性積層体）と比べて、起立部２２１を介した熱伝導が生じる分、熱伝導性積層体１の厚み方向（Ｚ方向）における熱伝導性を向上させることができる。
(Modified example)
In the embodiment described above, the hole 21a and the hole 21b are formed in the metal material 2. However, the present invention is not limited to this, and a configuration may be adopted in which only one of the holes 21a and 21b is formed in the metal material 2. In this configuration, the standing portions 221 of the heat transfer fins 22 penetrate the laminated material 3 or 4 and are exposed to the surface. Therefore, even with this configuration, heat conduction through the standing portions 221 is better than a thermally conductive laminate in which a plurality of holes are simply arranged (a thermally conductive laminate in which no heat transfer fins 22 are provided). The thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) of the thermally conductive laminate 1 can be improved by the amount generated.
（変形例）
上述の実施形態では、金属材２には、フィンとして、起立部２２１およびフランジ部２２２を有する伝熱フィン２２のみが形成されている。しかしながら、これに限られず、金属材２には、伝熱フィン２２のほか、起立部２２１およびフランジ部２２２を有さずに積層材３または４に埋没する埋没フィンが形成されてもよい。埋没フィンは、例えば、金属材２の製造過程において、シート状の金属材へのパンチング（図３のＳ１）によって、穴２１の縁部に強度が不十分なフィンが形成され、当該フィンが、第１プレス（図３のＳ２）及び第２プレス（図３のＳ３）によって積層材３または４に埋没したものである。ただし、埋没フィンは、起立部２２１およびフランジ部２２２を有しないため、熱伝導性積層体における厚み方向（Ｚ方向）の熱伝導性の向上に十分に寄与しない。そのため、埋没フィンの数を減少させて伝熱フィン２２の数を増加させることで、熱伝導性積層体における厚み方向（Ｚ方向）の熱伝導性をより向上させることができる。したがって、金属材２に形成されたフィンの総数のうち、５０％以上が伝熱フィン２２であることが好ましく、８０％以上が伝熱フィン２２であることがより好ましい。
(Modified example)
In the embodiment described above, only the heat transfer fins 22 having the upright portions 221 and the flange portions 222 are formed as fins on the metal material 2 . However, the present invention is not limited thereto, and in addition to the heat transfer fins 22, the metal material 2 may be formed with buried fins that are buried in the laminated material 3 or 4 without having the upright portions 221 and the flange portions 222. For example, in the manufacturing process of the metal material 2, a fin with insufficient strength is formed at the edge of the hole 21 by punching the sheet metal material (S1 in FIG. 3), and the fin is It is buried in the laminated material 3 or 4 by the first press (S2 in FIG. 3) and the second press (S3 in FIG. 3). However, since the buried fin does not have the upright portion 221 and the flange portion 222, it does not sufficiently contribute to improving the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) of the thermally conductive laminate. Therefore, by decreasing the number of buried fins and increasing the number of heat transfer fins 22, the thermal conductivity in the thickness direction (Z direction) of the thermally conductive laminate can be further improved. Therefore, of the total number of fins formed on the metal material 2, preferably 50% or more are heat transfer fins 22, and more preferably 80% or more are heat transfer fins 22.
なお、本発明は、その要旨を超えない限り、上述の実施例に限定されるものではない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments unless it exceeds the gist thereof.
１ 熱伝導性積層体 ２ 金属材 ３、４ 積層材 ２１、２１ａ、２１ｂ 穴 ２２ 伝熱フィン ２２１ 起立部 ２２２ フランジ部
1 Thermal conductive laminate 2 Metal material 3, 4 Laminated material 21, 21a, 21b Hole 22 Heat transfer fin 221 Standing portion 222 Flange portion
Claims (12)
前記金属材は、複数の穴と、前記穴の縁部から延びる複数の伝熱フィンと、を備え、
前記伝熱フィンは、前記穴の縁部から前記積層材を貫通して前記積層材の表面に露出する起立部と、前記起立部の先端から、平面視において前記穴から離隔する方向に延びるフランジ部と、を備えることを特徴とする、熱伝導性積層体。 A thermally conductive laminate comprising a sheet-shaped metal material and a pair of sheet-shaped laminates disposed at positions sandwiching the metal material,
The metal material includes a plurality of holes and a plurality of heat transfer fins extending from the edges of the holes,
The heat transfer fin includes a raised part that penetrates the laminated material from the edge of the hole and is exposed on the surface of the laminated material, and a flange that extends from the tip of the raised part in a direction away from the hole in a plan view. A thermally conductive laminate, comprising: and.
前記積層材の表面に沿って延出し、前記積層材に埋没しない非埋没構成と、
前記積層材の表面に対して、該積層材に向かう方向に傾斜して延出し、少なくとも一部が該積層材に埋没する埋没構成と、
のうちいずれか一方の構成を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性積層体。 Each of the flange portions is
a non-buried configuration that extends along the surface of the laminate and is not buried in the laminate;
A buried structure that extends obliquely toward the surface of the laminate material in a direction toward the laminate material, and is at least partially buried in the laminate material;
The thermally conductive laminate according to claim 1, comprising one of the following configurations.
12. The thermally conductive laminate according to claim 1, wherein the laminate is made of a graphite material or a carbon fiber composite material.
Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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| JP2023070783A Pending JP2023162146A (en) | 2022-04-26 | 2023-04-24 | Heat conductive laminate |
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-
2023
- 2023-04-24 JP JP2023070783A patent/JP2023162146A/en active Pending
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