JP4430779B2 - 異方性伝熱体 - Google Patents
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器内部に用いられる電子部品等の発熱体が発する熱を離れた位置の放熱体まで伝える異方性伝熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノートパソコンなどの小型化の進む電子機器においては、集積回路等の発熱体から発生した熱を放熱させるために、ヒートパイプ等の伝熱体と、ヒートシンク、ファン等の放熱体とが、組み合わされて利用されている。これは、小型の電子機器は、発熱体である集積回路の上に放熱体を設けるための十分なスペースが確保できないため、電子部品の配置や残り少ないスペースを考慮して、発熱体から離れた位置に放熱体を設け、発熱体から放熱体まで熱を伝える伝熱体を設置する方法が用いられている。
【０００３】
一方、炭素繊維は、その高い熱伝導率と熱伝導異方性から伝熱体の材料としての利用が検討されてきている。例えば、特開平９−２６２９１７号公報では、熱伝導率の高い炭素繊維の両端のみを炭素や金属で固定した可撓型伝熱体が提案されている。これは、炭素繊維の固定材料に熱伝導の高い炭素や金属を用いることで、発熱体および放熱体と炭素繊維の接触熱抵抗を下げた高い熱伝導性のある伝熱体を得るものであり、さらに末端以外の炭素繊維は特に固定されていないため自在に曲げることができる可撓型伝熱体である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この可撓型伝熱体は自在に曲げることができるが、炭素繊維の周囲を保護していないため、曲げた時に破損し易く、組付け作業性が悪いという問題や、さらに導電性のある炭素繊維が、周囲の電子部品と接触して電子機器に悪影響を与える可能性があるという問題点等があった。また別に、複数の炭素繊維が硬質樹脂で被覆保護された伝熱体もあったが、炭素繊維の柔軟性を拘束してしまうために伝導体の可撓性はなく、剛直なものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、発熱体から発生する熱を離れた位置にある放熱体まで効率よく伝える伝熱体であって、電子機器内部のスペース形状および方向に合わせて任意に伝熱体を配置することができ、且つ耐久性、電気絶縁性を有する異方性伝熱体を提供するものである。
すなわち、発熱体から発生する熱を離れた放熱体へ伝える炭素繊維が、可撓性の有機高分子層で覆われていることを特徴とする異方性伝熱体である。
【０００６】
さらに、可撓性の有機高分子層が、炭素繊維を覆うゲル状の有機高分子層と、さらにその外側を覆うゴム状弾性体の有機高分子層との複層構造である異方性伝熱体である。
さらに、ゲル状の有機高分子層とゴム状弾性体の有機高分子層との少なくとも一方に熱伝導性充填剤が配合されている異方性伝熱体である。
さらに、ゲル状の有機高分子層が、シリコーンゲル層で、かつゴム状弾性体の有機高分子層が、シリコーンゴム層である異方性伝熱体である。
さらに、上記記載の異方性伝熱体の両端に、マトリックス中に炭素繊維が一方向に配列し埋設された接合部を有する伝熱体である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細な説明をする。
本発明の異方性伝熱体の代表的な形態は、図１に示すように、異方性伝熱体１は、炭素繊維２が可撓性の有機高分子層３内に配列されて埋設されているものである。異方性伝熱体１は、一方の末端から入った熱を反対側の末端に伝える。
【０００８】
本発明の伝熱体の代表的な形態は、図３に示すように、異方性伝熱体１の両端に、発熱体８方向に伝熱方向を向けるために、炭素繊維が埋設されている接合体６１、６２が固着している伝熱体１である。異方性伝熱体１および接合体６１、６２には、炭素繊維が一方向に配列して伝熱経路を形成している。
【０００９】
異方性伝熱体と接合体は、公知の熱伝導性接着剤や熱伝導性ゲルからなる固着層１０にて固着されている。接合部は、二つで構成される。一つの接合体６１は、マトリックス中に炭素繊維が同一方向に配向しており、炭素繊維の一端は発熱体と接触する底面側に、もう一端は異方性伝熱体と接触する側面側に向かっているため、発熱体から発生する熱を異方性伝熱体の末端に伝えるのに効果的である。
もう一つの接合体６２は、マトリックス中に炭素繊維が同一方向に配向しており、炭素繊維の一端は放熱体と接触する底面側に、もう一端は異方性伝熱体と接触する側面側に向かっているため、異方性伝熱体の末端から伝わってくる熱を放熱体に伝えるのに効果的である。
【００１０】
本発明の炭素繊維は、高熱伝導性を有する長繊維状の炭素繊維であれば、繊維径、繊維の表面状態、および繊維を作る原料の種類は特定しないが、繊維方向において４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つ炭素繊維が好ましい。
本発明の可撓性の有機高分子層は、電気絶縁性、柔軟性を有する素材からなる有機高分子層であればよいが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、シリコーン系、フッ素系等が挙げられる。これらの素材の樹脂シート、熱収縮チューブ、ゴム状弾性体等を用いると容易に層を形成することができる。
【００１１】
また、本発明の可撓性の有機高分子層を、炭素繊維の間隙をゲル状の有機高分子で充填し、その外側をゴム状弾性体で覆う複層構造にすることで、異方性伝熱体を曲げた際に炭素繊維の切断を防ぐことができる。これらの素材は、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性、加工性等からゲルはシリコーンゲル、ゴム状弾性体はシリコーンゴムが好適である。さらに、柔軟に曲がるために、有機高分子層はなるべく薄厚であることがより好ましい。
【００１２】
本発明の可撓性の有機高分子層は、熱伝導性を上げるために熱伝導性充填剤を配合してもよい。熱伝導性充填剤には、公知の高熱伝導性である金属やセラミックス、有機繊維などが挙げられる。例えば、金属としては銀、銅、アルミニウム等、セラミックスとしては窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム等、有機繊維としてはポリベンゾイミダゾール等があり、またそのほかにもグラファイト等の配合が可能である。
【００１３】
このような熱伝導性充填剤を可撓性の有機高分子層中に分散配合することにより、熱伝導性をさらに向上させることができる。ただし、異方性伝熱体は周囲の電子部品に対して電気絶縁性である必要があるため、有機高分子層中に熱伝導性充填剤を配合する場合、その少なくとも最外層には、導電性がある金属やグラファイト等の配合を避けることが好ましい。
【００１４】
本発明の接合体は、炭素繊維が一方向に配向し埋設されていることで高い熱伝導性と熱伝導異方性を有する。接合部のマトリックスは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーンゴムなど液状の状態を経て任意のブロック状に硬化することができ、１００℃程度の熱に耐えうる耐熱性高分子材料であれば限定するものではない。
【００１５】
また、接合部には上記の耐熱性高分子材料以外に、熱伝導性のあるセラミックスを用いて硬化させたものでもよい。さらに熱伝導性を上げるために上記のマトリックスに前述の熱伝導性充填剤を混ぜたものを用いてもよい。
以下、図に示す実施例を具体的に説明する。しかしこれによって発明が限定されるものではない。
【００１６】
【実施例１】
図２に実施例１の異方性伝熱体を示す。一方向に配列した炭素繊維２を覆う可撓性の有機高分子層３が、炭素繊維２を覆うシリコーンゲルからなる有機高分子層４と、さらにその外側を覆うシリコーンゴムからなる有機高分子層５との２層からなる複層構造である異方性伝熱体１である。この異方性伝熱体１をを用いると、図５に示したように、ノート型パソコンにおける集積回路の発熱体８から発生した熱を液晶モニターの裏面の放熱体９に効率よく伝えることができた。
【００１７】
【実施例２】
図３に実施例２の伝熱体を示す。実施例１で得た異方性伝熱体１の両端に、エポキシ樹脂中に炭素繊維１を一方向に配列し埋設させた接合体６を、それぞれ別体に形成して、熱伝導性接着剤による固着層１０で繋いだ伝熱体である。図３に示すような接合体を繋ぐことによって、伝熱体端部の炭素繊維の向きを任意に設定でき、発熱体および放熱体との接触面に対して平面平行方向に異方性伝熱体端部を延ばして熱を伝えることができた。
【００１８】
【実施例３】
図４に実施例３の伝熱体を示す。異方性伝熱体１の炭素繊維２を接合体６にも埋設させ、同一の炭素繊維２で異方性伝熱体１と接合体６とを繋いだ伝熱体である。本実施例は、炭素繊維よりも熱伝導率が低い熱伝導性接着剤や熱伝導性ゲル等の固着層を用いていないので、固着層による熱の伝達のロスが無くなり、より多くの熱を効率良く放熱体に伝えることができた。この異方性伝熱体１を用いると、図５に示したように、ノート型パソコンにおける集積回路の発熱体８から発生した熱を液晶モニターの裏面の放熱体９に効率よく伝えることができた。
【００１９】
なお、接合体は、図６(イ)に示すように、接合体７の発熱体８との接触面を発熱体８の形状あるいは面積に合わせた形状とし、他方を伝熱体１の接合面の大きさとするようにして、それぞれの接合面の大きさを変えても良い。また、図６(ロ)に示すように、接合体６と伝熱体１との間に補助接合体１１を介在させて連結させるようにしても良い。このような構成とすることにより、より伝熱効果をあげることが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の異方性伝熱体は、炭素繊維の束をシリコーンゴムなどの有機高分子層で覆い保護することにより、炭素繊維が周囲の電子部品と接触することが無く、さらに組付け作業性が非常に向上する。また、炭素繊維間の間隙をシリコーンゲルなどのゲル状の有機高分子で充填することで、炭素繊維が切断され難くしかも高い柔軟性をもつ効果がある。
これにより、集積回路などから発生した熱をモニターの裏面等の放熱体に伝えることが可能となる。さらに、熱伝導率が４００W/m・K以上の炭素繊維の束を使用することで、より高い熱伝達能力を発揮する。
【００２１】
本発明の伝熱体は、炭素繊維が配列して伝熱経路を形成しているため、全面が熱くなる金属などに比べて効率よく熱を運ぶことができ、高い熱輸送効果が得られる。
以上から、本発明の伝熱体および接合体は、発熱体から放熱体に向かって大量の熱を運ぶことが可能であり、さらに周辺の回路基板や電子部品に影響を与えることなく、また柔軟に曲がるため発熱体から放熱体まで小スペースでも自在に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異方性伝熱体の代表的な形態の斜視図
【図２】本発明の異方性伝熱体の実施例の斜視図
【図３】本発明の接合体を接着した伝熱体の代表的な形態の縦断面図
【図４】本発明の接合体を付けた伝熱体の実施例の縦断面図
【図５】本発明の実装例
【図６】本発明の接合体を付けた伝熱体の別の実施例の縦断面図
【符号の説明】
１ 異方性伝熱体
２ 炭素繊維
３ 可撓性の有機高分子層
４ ゲル状の有機高分子層
５ ゴム状弾性体の有機高分子層
６１,６２, ７ 接合体
８ 発熱体
９ 放熱体
１０ 固着層
１１ 補助接合体
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器内部に用いられる電子部品等の発熱体が発する熱を離れた位置の放熱体まで伝える異方性伝熱体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノートパソコンなどの小型化の進む電子機器においては、集積回路等の発熱体から発生した熱を放熱させるために、ヒートパイプ等の伝熱体と、ヒートシンク、ファン等の放熱体とが、組み合わされて利用されている。これは、小型の電子機器は、発熱体である集積回路の上に放熱体を設けるための十分なスペースが確保できないため、電子部品の配置や残り少ないスペースを考慮して、発熱体から離れた位置に放熱体を設け、発熱体から放熱体まで熱を伝える伝熱体を設置する方法が用いられている。
【０００３】
一方、炭素繊維は、その高い熱伝導率と熱伝導異方性から伝熱体の材料としての利用が検討されてきている。例えば、特開平９−２６２９１７号公報では、熱伝導率の高い炭素繊維の両端のみを炭素や金属で固定した可撓型伝熱体が提案されている。これは、炭素繊維の固定材料に熱伝導の高い炭素や金属を用いることで、発熱体および放熱体と炭素繊維の接触熱抵抗を下げた高い熱伝導性のある伝熱体を得るものであり、さらに末端以外の炭素繊維は特に固定されていないため自在に曲げることができる可撓型伝熱体である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この可撓型伝熱体は自在に曲げることができるが、炭素繊維の周囲を保護していないため、曲げた時に破損し易く、組付け作業性が悪いという問題や、さらに導電性のある炭素繊維が、周囲の電子部品と接触して電子機器に悪影響を与える可能性があるという問題点等があった。また別に、複数の炭素繊維が硬質樹脂で被覆保護された伝熱体もあったが、炭素繊維の柔軟性を拘束してしまうために伝導体の可撓性はなく、剛直なものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、発熱体から発生する熱を離れた位置にある放熱体まで効率よく伝える伝熱体であって、電子機器内部のスペース形状および方向に合わせて任意に伝熱体を配置することができ、且つ耐久性、電気絶縁性を有する異方性伝熱体を提供するものである。
すなわち、発熱体から発生する熱を離れた放熱体へ伝える炭素繊維が、可撓性の有機高分子層で覆われていることを特徴とする異方性伝熱体である。
【０００６】
さらに、可撓性の有機高分子層が、炭素繊維を覆うゲル状の有機高分子層と、さらにその外側を覆うゴム状弾性体の有機高分子層との複層構造である異方性伝熱体である。
さらに、ゲル状の有機高分子層とゴム状弾性体の有機高分子層との少なくとも一方に熱伝導性充填剤が配合されている異方性伝熱体である。
さらに、ゲル状の有機高分子層が、シリコーンゲル層で、かつゴム状弾性体の有機高分子層が、シリコーンゴム層である異方性伝熱体である。
さらに、上記記載の異方性伝熱体の両端に、マトリックス中に炭素繊維が一方向に配列し埋設された接合部を有する伝熱体である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細な説明をする。
本発明の異方性伝熱体の代表的な形態は、図１に示すように、異方性伝熱体１は、炭素繊維２が可撓性の有機高分子層３内に配列されて埋設されているものである。異方性伝熱体１は、一方の末端から入った熱を反対側の末端に伝える。
【０００８】
本発明の伝熱体の代表的な形態は、図３に示すように、異方性伝熱体１の両端に、発熱体８方向に伝熱方向を向けるために、炭素繊維が埋設されている接合体６１、６２が固着している伝熱体１である。異方性伝熱体１および接合体６１、６２には、炭素繊維が一方向に配列して伝熱経路を形成している。
【０００９】
異方性伝熱体と接合体は、公知の熱伝導性接着剤や熱伝導性ゲルからなる固着層１０にて固着されている。接合部は、二つで構成される。一つの接合体６１は、マトリックス中に炭素繊維が同一方向に配向しており、炭素繊維の一端は発熱体と接触する底面側に、もう一端は異方性伝熱体と接触する側面側に向かっているため、発熱体から発生する熱を異方性伝熱体の末端に伝えるのに効果的である。
もう一つの接合体６２は、マトリックス中に炭素繊維が同一方向に配向しており、炭素繊維の一端は放熱体と接触する底面側に、もう一端は異方性伝熱体と接触する側面側に向かっているため、異方性伝熱体の末端から伝わってくる熱を放熱体に伝えるのに効果的である。
【００１０】
本発明の炭素繊維は、高熱伝導性を有する長繊維状の炭素繊維であれば、繊維径、繊維の表面状態、および繊維を作る原料の種類は特定しないが、繊維方向において４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つ炭素繊維が好ましい。
本発明の可撓性の有機高分子層は、電気絶縁性、柔軟性を有する素材からなる有機高分子層であればよいが、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、シリコーン系、フッ素系等が挙げられる。これらの素材の樹脂シート、熱収縮チューブ、ゴム状弾性体等を用いると容易に層を形成することができる。
【００１１】
また、本発明の可撓性の有機高分子層を、炭素繊維の間隙をゲル状の有機高分子で充填し、その外側をゴム状弾性体で覆う複層構造にすることで、異方性伝熱体を曲げた際に炭素繊維の切断を防ぐことができる。これらの素材は、耐熱性、電気絶縁性、柔軟性、加工性等からゲルはシリコーンゲル、ゴム状弾性体はシリコーンゴムが好適である。さらに、柔軟に曲がるために、有機高分子層はなるべく薄厚であることがより好ましい。
【００１２】
本発明の可撓性の有機高分子層は、熱伝導性を上げるために熱伝導性充填剤を配合してもよい。熱伝導性充填剤には、公知の高熱伝導性である金属やセラミックス、有機繊維などが挙げられる。例えば、金属としては銀、銅、アルミニウム等、セラミックスとしては窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム等、有機繊維としてはポリベンゾイミダゾール等があり、またそのほかにもグラファイト等の配合が可能である。
【００１３】
このような熱伝導性充填剤を可撓性の有機高分子層中に分散配合することにより、熱伝導性をさらに向上させることができる。ただし、異方性伝熱体は周囲の電子部品に対して電気絶縁性である必要があるため、有機高分子層中に熱伝導性充填剤を配合する場合、その少なくとも最外層には、導電性がある金属やグラファイト等の配合を避けることが好ましい。
【００１４】
本発明の接合体は、炭素繊維が一方向に配向し埋設されていることで高い熱伝導性と熱伝導異方性を有する。接合部のマトリックスは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーンゴムなど液状の状態を経て任意のブロック状に硬化することができ、１００℃程度の熱に耐えうる耐熱性高分子材料であれば限定するものではない。
【００１５】
また、接合部には上記の耐熱性高分子材料以外に、熱伝導性のあるセラミックスを用いて硬化させたものでもよい。さらに熱伝導性を上げるために上記のマトリックスに前述の熱伝導性充填剤を混ぜたものを用いてもよい。
以下、図に示す実施例を具体的に説明する。しかしこれによって発明が限定されるものではない。
【００１６】
【実施例１】
図２に実施例１の異方性伝熱体を示す。一方向に配列した炭素繊維２を覆う可撓性の有機高分子層３が、炭素繊維２を覆うシリコーンゲルからなる有機高分子層４と、さらにその外側を覆うシリコーンゴムからなる有機高分子層５との２層からなる複層構造である異方性伝熱体１である。この異方性伝熱体１をを用いると、図５に示したように、ノート型パソコンにおける集積回路の発熱体８から発生した熱を液晶モニターの裏面の放熱体９に効率よく伝えることができた。
【００１７】
【実施例２】
図３に実施例２の伝熱体を示す。実施例１で得た異方性伝熱体１の両端に、エポキシ樹脂中に炭素繊維１を一方向に配列し埋設させた接合体６を、それぞれ別体に形成して、熱伝導性接着剤による固着層１０で繋いだ伝熱体である。図３に示すような接合体を繋ぐことによって、伝熱体端部の炭素繊維の向きを任意に設定でき、発熱体および放熱体との接触面に対して平面平行方向に異方性伝熱体端部を延ばして熱を伝えることができた。
【００１８】
【実施例３】
図４に実施例３の伝熱体を示す。異方性伝熱体１の炭素繊維２を接合体６にも埋設させ、同一の炭素繊維２で異方性伝熱体１と接合体６とを繋いだ伝熱体である。本実施例は、炭素繊維よりも熱伝導率が低い熱伝導性接着剤や熱伝導性ゲル等の固着層を用いていないので、固着層による熱の伝達のロスが無くなり、より多くの熱を効率良く放熱体に伝えることができた。この異方性伝熱体１を用いると、図５に示したように、ノート型パソコンにおける集積回路の発熱体８から発生した熱を液晶モニターの裏面の放熱体９に効率よく伝えることができた。
【００１９】
なお、接合体は、図６(イ)に示すように、接合体７の発熱体８との接触面を発熱体８の形状あるいは面積に合わせた形状とし、他方を伝熱体１の接合面の大きさとするようにして、それぞれの接合面の大きさを変えても良い。また、図６(ロ)に示すように、接合体６と伝熱体１との間に補助接合体１１を介在させて連結させるようにしても良い。このような構成とすることにより、より伝熱効果をあげることが可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の異方性伝熱体は、炭素繊維の束をシリコーンゴムなどの有機高分子層で覆い保護することにより、炭素繊維が周囲の電子部品と接触することが無く、さらに組付け作業性が非常に向上する。また、炭素繊維間の間隙をシリコーンゲルなどのゲル状の有機高分子で充填することで、炭素繊維が切断され難くしかも高い柔軟性をもつ効果がある。
これにより、集積回路などから発生した熱をモニターの裏面等の放熱体に伝えることが可能となる。さらに、熱伝導率が４００W/m・K以上の炭素繊維の束を使用することで、より高い熱伝達能力を発揮する。
【００２１】
本発明の伝熱体は、炭素繊維が配列して伝熱経路を形成しているため、全面が熱くなる金属などに比べて効率よく熱を運ぶことができ、高い熱輸送効果が得られる。
以上から、本発明の伝熱体および接合体は、発熱体から放熱体に向かって大量の熱を運ぶことが可能であり、さらに周辺の回路基板や電子部品に影響を与えることなく、また柔軟に曲がるため発熱体から放熱体まで小スペースでも自在に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異方性伝熱体の代表的な形態の斜視図
【図２】本発明の異方性伝熱体の実施例の斜視図
【図３】本発明の接合体を接着した伝熱体の代表的な形態の縦断面図
【図４】本発明の接合体を付けた伝熱体の実施例の縦断面図
【図５】本発明の実装例
【図６】本発明の接合体を付けた伝熱体の別の実施例の縦断面図
【符号の説明】
１ 異方性伝熱体
２ 炭素繊維
３ 可撓性の有機高分子層
４ ゲル状の有機高分子層
５ ゴム状弾性体の有機高分子層
６１,６２, ７ 接合体
８ 発熱体
９ 放熱体
１０ 固着層
１１ 補助接合体
Claims (4)
- 発熱体から発生する熱を離れた放熱体へ伝える炭素繊維が、炭素繊維を覆うゲル状の有機高分子層と、さらにその外側を覆うゴム状弾性体の有機高分子層との複層構造の可撓性の有機高分子層内に一方向に配列されて埋設されていることを特徴とする異方性伝熱体。
- ゲル状の有機高分子層とゴム状弾性体の有機高分子層との少なくとも一方に熱伝導性充填剤が配合されていることを特徴とする請求項１に記載の異方性伝熱体。
- ゲル状の有機高分子層が、シリコーンゲル層であり、かつゴム状弾性体の有機高分子層が、シリコーンゴム層であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の異方性伝熱体。
- 請求項１、２、あるいは３に記載の異方性伝熱体の両端に、発熱体あるいは放熱体方向に伝熱方向を向けるための、マトリックス中に炭素繊維が一方向に配列し埋設された接合体を有することを特徴とする異方性伝熱体。
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|---|---|---|---|---|
| KR100767184B1 (ko) * | 2005-08-10 | 2007-10-15 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 전자부품 냉각장치 및 그 제조방법 |
| JP5061566B2 (ja) * | 2006-10-04 | 2012-10-31 | 株式会社ニコン | プロジェクタ付き電子カメラ、電子機器および電子カメラ |
| JP5145750B2 (ja) * | 2007-04-02 | 2013-02-20 | 株式会社ニコン | 電子機器、カメラおよびプロジェクタ装置 |
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