JP5165655B2

JP5165655B2 - 紙シートの放熱器

Info

Publication number: JP5165655B2
Application number: JP2009200782A
Authority: JP
Inventors: 豊高原; 徹近藤; 操稲村
Original assignee: Awa Paper Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Awa Paper Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2011054689A

Description

本発明は、折曲加工して放熱面積を大きくしている放熱フィンを有する放熱器に関する。

コンピューターのＣＰＵ等の電子部品やＬＥＤ、液晶、ＰＤＰ、ＥＬ、携帯電話等の発光素子等の電子部品の小型化、高集積化により、各部品からの発熱による装置の寿命低下、誤作動が問題となってきており、電子部品の放熱対策への要求は、年々高まってきている。電子部品の放熱対策として、ファン等を用いた強制冷却の他、金属性の放熱フィンからなる放熱用部品が使用されている。放熱フィンは放熱面積を大きくして放熱特性を向上できる。このことから、金属板を折曲加工して放熱面積を大きくしている放熱フィンは開発されている。（特許文献１参照）

この放熱フィンは、熱源に熱結合される熱伝導部に放熱フィンを固定している。放熱フィンは、薄い金属板を、熱伝導部に接触するように形成された谷部と、谷部から起立姿勢を成すように形成された立ち上がり部と、立ち上がり部の頂部において折り返すように折曲されて形成された山部とを設けている。立ち上がり部は、対向する金属薄板同士を密着させる構造としている。

特開２００７−２７５４４号公報

以上の放熱フィンは、折曲加工して放熱面積を大きくできる特徴はあるが、金属板を使用するので重くなる欠点がある。とくに、山部のピッチを狭く、立ち上がり部の上下幅を広くして放熱面積を大きくすると重くなる欠点がある。また、広い面積の金属板を使用することからコストも高くなる欠点がある。重い放熱フィンは、固定のために大きな強度が要求されて、取り付け部のコストも高くなる。さらに、軽量化が特に大切な用途、たとえば電球に代わって使用される複数のＬＥＤの電球タイプの光源等は、軽い電球に代わって使用されるので、その重量を電球に近くすることが要求される。ＬＥＤの温度上昇を少なくするために、従来の金属板の放熱フィンを固定すると、放熱フィンが重くなって光源を軽くできないなどの弊害が発生する。また、回路基板に固定されるパワートランジスタやパワーＦＥＴ等の半導体素子にも放熱フィンが固定されるが、この放熱フィンは、回路基板で半導体素子を支持するので、軽くて優れた放熱特性が要求される。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、放熱フィンの放熱面積を大きくして優れた放熱特性を実現しながら、極めて軽くできる紙シートの放熱器を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、安価に多量生産できる紙シートの放熱器を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の紙シートの放熱器は、折曲加工してなる放熱フィン１、２１、３１を熱伝導部２、２２、３２、４２に固定している。紙シートの放熱器は、放熱フィン１、２１、３１が、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シート３で、この紙シート３は、叩解パルプと、非叩解繊維と、バインダー繊維と、熱伝導粉末が添加されてなる湿式抄紙された紙を、加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工されたものである。この放熱フィン１、２１、３１をジグザグ状に折曲加工して熱伝導部２、２２、３２、４２に熱結合状態に固定している。

以上の紙シートの放熱器は、放熱フィンの放熱面積を大きくして優れた放熱特性を実現しながら、極めて軽くできる特徴がある。それは、放熱フィンを湿式抄紙された紙製とするからである。ちなみに、放熱器を設けない電球タイプのＬＥＤ光源は、最高温度が約１００℃と極めて高くなったのに対し、同じＬＥＤ光源に本発明の紙シートの放熱器を固定することで、その温度を５２℃〜６３℃として、約４０℃も低くできる。また、放熱フィンを紙シートとする放熱器の重量はわずかに１２ｇないし９０ｇであるから、種々のタイプの光源を軽くしながら、ＬＥＤの発熱を効果的に放熱して温度上昇を少なくできる。ＬＥＤのみでなく、半導体素子は温度上昇によって効率が低下する特性がある。たとえば、ＬＥＤは、温度が上昇するにしたがって発光効率が低下し、反対に温度が６０℃から３０℃に降下すると、発光効率は約５０％も向上する。さらに困ったことに、半導体素子は、温度が上昇して効率が低下すると電力ロスが大きくなって発熱量が増加する。このため、半導体素子は、効率よく放熱することで温度を低くできるが、放熱が十分でないと温度が上昇し、また、温度が上昇して発熱量がさらに増加して温度がますます高くなって効率を低下させる悪循環を起こす。本発明の紙シートの放熱器は、軽くて優れた放熱特性を実現するので、電球タイプのＬＥＤ光源に固定して、全体を軽くしながら、温度上昇を少なくして、発光効率を高くできる理想的な特徴を実現する。さらに、以上の紙シートの放熱器は、放熱フィンを金属板から紙シートとするので、軽いことに加えて、安価に多量生産できる特徴も実現する。

本発明の請求項２の紙シートの放熱器は、ジグザグ状に折曲された紙シート３の折曲縁４を熱伝導部２、２２、３２、４２に熱結合状態に固定することができる。

本発明の請求項３の紙シートの放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３を平面状として放熱フィン１、２１、３１とし、紙シート３からなる放熱フィン１、２１、３１の熱伝導部２に対向する折曲縁４を、熱伝導部２に熱結合状態に固定している。
この放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シートからなる放熱フィンを平面状とするので、平面状の発熱部品に広い伝熱面積で熱結合して、効率よく放熱できる。

本発明の請求項４の紙シートの放熱器は、ジグザグ状に折曲された紙シート３の折曲端面５を熱伝導部２に熱結合状態に固定している。
本明細書において、折曲端面とは、ジグザグ状に折曲加工された紙シートの端縁を含む面であって、折曲された複数の折曲面の端縁を含む面を意味するものとする。

本発明の請求項５の紙シートの放熱器は、放熱フィン１が、ジグザグ状に折曲加工してなる紙シート３を円筒状として、折曲加工された紙シート３の折曲端面５を熱伝導部２に熱結合状態に固定している。
この紙シートの放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シートを円筒状とするので、円柱形状の発熱部品に効率よく熱結合させて放熱できる。

本発明の請求項６の紙シートの放熱器は、複数枚の補強シート８を互いに平行に配設すると共に、対向する補強シート８の間に、紙シート３をジグザグ状に折曲加工してなる放熱フィン１を配置しており、放熱フィン１が、ジグザグ状の紙シート３の両方の折曲縁４を補強シート８に熱結合状態に固定すると共に、ジグザグ状に折曲された紙シート３の折曲端面５を熱伝導部２に熱結合状態に固定している。
この放熱器は、複数の補強シートの間にジグザグ状の紙シートを配置するので、放熱面積を大きくして、効率よく放熱できる特徴がある。また、対向する補強シートの間にジグザグ状の紙シートを挟着するように配置するので、ここに配設される放熱フィンを補強シートで保護できる特徴も実現する。

本発明の請求項７の紙シートの放熱器は、熱伝導部２、２２、３２、４２を、紙シート１１、１２と、金属プレートと、熱伝導性プラスチックシート１３のいずれかとする。この放熱器は、紙シートと金属プレートと熱伝導性プラスチックシートのいずれかからなる熱伝導部に放熱フィンを固定して、発熱部の熱を放熱フィンで放熱できる。

本発明の請求項８の紙シートの放熱器は、放熱フィン１、２１、３１の紙シート３の厚さを１ｍｍ以下であって、０．０５ｍｍ以上とする。この放熱器は、放熱フィンを十分な強度としながら、軽くて優れた放熱特性を実現できる。

本発明の紙シートの放熱器は、放熱フィン１、２１、３１である紙シート３の繊維を、叩解して表面に無数の微細繊維を設けてなる叩解パルプと、叩解されない非叩解繊維とし、叩解パルプと非叩解繊維とに熱伝導粉末を添加して湿式抄紙された紙シート３を放熱フィン１、２１、３１とする。
以上の紙シートの放熱器は、放熱フィンに使用する紙シートの耐折曲強度を向上し、折曲加工を簡単にしながら熱伝導率を高くできる、紙シートとして理想的な特性を実現する。また、放熱フィンに使用する紙シートの振動に対する強度を向上できる特徴も実現する。以上の紙シートは、耐折強度を４８２９回と極めて強くでき、また、熱伝導率も３８．１５Ｗ／ｍ・Ｋとして、放熱フィンのすぐれた放熱特性を実現できる。

以上の紙シートの放熱器は、放熱フィン１、２１、３１に使用する紙シート３の叩解パルプを、合成繊維からなる叩解パルプと天然パルプのいずれかを単独であるいは複数種混合して使用することができる。合成繊維の叩解パルプとして、アクリル繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、レーヨン繊維のいずれかを使用できる。また、天然パルプとしては、木材パルプ、非木材パルプのいずれかを使用することができる。

さらに、非叩解繊維には、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維のいずれかを使用することができる。

非叩解繊維として、熱で溶融するバインダー繊維を添加し、抄紙されたシートを加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工して紙シートとすることができる。バインダー繊維には、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維のいずれかを使用することができる。

放熱フィン１、２１、３１の紙シート３に添加している熱伝導粉末には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金の粉末を使用することができる。また、熱伝導粉末の平均粒径は、０．１μｍないし５００μｍとすることができる。

さらに、放熱フィン１、２１、３１の紙シート３は、バインダーとして、合成樹脂を添加して製造するものが使用できる。合成樹脂として、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）樹脂、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）樹脂、ポリウレタン樹脂のいずれかを含む熱可塑性樹脂、または、フェノール樹脂、エポキシ樹脂のいずれかを含む熱硬化性樹脂のいずれかを使用することができる。

本発明の一実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。熱伝導率の測定装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための紙シートの放熱器を例示するものであって、本発明は紙シートの放熱器を以下の方法や条件に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図９に示す放熱器は、折曲加工している放熱フィン１、２１、３１を熱伝導部２、２２、３２、４２に固定している。放熱フィン１、２１、３１は、繊維に熱伝導粉末を添加している湿式抄紙して製造された紙シート３である。放熱フィン１、２１、３１は、紙シート３をジグザグ状に折曲加工して熱伝導部２、２２、３２、４２に熱結合状態に固定している。図１ないし図７に示す放熱器は、ジグザグ状に折曲された紙シート３の折曲縁４を熱伝導部２、２２、３２、４２に熱結合状態に固定している。図８と図９に示す放熱器は、ジグザグ状に折曲された紙シート３の折曲端面５を熱伝導部に熱結合状態に固定している。

紙シート３をジグザグ状に折曲加工している放熱フィン１、２１、３１は、折曲加工している１枚の折曲面の横幅（Ｗ）を広くし、かつジグザグ状に折曲加工するピッチ（ｄ）、すなわち、隣接する折曲縁４の間隔を狭くすることで、熱伝導部２、２２、３２、４２を大きくすることなく放熱フィン１、２１、３１の放熱面積を大きくできる。１枚の折曲面の横幅（Ｗ）は、要求される熱抵抗により最適値に設定されるが、たとえば５ｍｍないし３０ｍｍに、また、ピッチ（ｄ）は２ｍｍないし３０ｍｍに設定される。放熱フィン１、２１、３１の紙シート３は、好ましくは厚さを０．２ｍｍないし０．３ｍｍとするが、１ｍｍよりも薄く、また０．０５ｍｍよりも厚いものが使用できる。紙シートが薄すぎると強度が低下し、厚すぎると製造コストが高くなって重くなるので、用途と要求される強度や熱抵抗を考慮して、前述の範囲で最適値のものが使用される。

図１の放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３を円筒状として、内側の折曲縁４を円筒状の熱伝導部２２の外側に熱結合状態に固定している。図１の放熱器は、外形を円柱状とする電球タイプのＬＥＤ光源などの電子部品の外周に熱結合状態に固定されて、電子部品を外周面から放熱する。図の電子部品のＬＥＤ光源は、下面に複数のＬＥＤ（図示せず）を固定して、その外周に紙シート３の放熱フィン１を固定している。図１の放熱器は、熱伝導部２２をＬＥＤを固定している固定部１０に併用している。したがって、この放熱器は、熱伝導部として専用の部品を設けることなく、ＬＥＤを固定している固定部１０に、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３の内側の折曲縁４を熱結合状態に固定している。放熱フィン１の紙シート３は、固定部１０の外周面に折曲縁４を接着して、熱伝導部２２に熱結合状態に固定される。

さらに、図２の放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３を円筒状として、外側の折曲縁４を円筒状の熱伝導部４２の内側に熱結合状態に固定している。図の放熱器は、熱伝導部４２を筒状の紙シート１１としている。この放熱器は、筒状の紙シート１１の内面に、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３の外側の折曲縁４を熱結合状態に固定して、筒状の熱伝導部４２の内側に放熱フィン１を固定している。この放熱器は、たとえば、回路基板等に固定される複数の電子部品の間にできる隙間等に挿入されて、円筒状の熱伝導部４２の外周面を電子部品の表面に熱結合状態に固定して電子部品を放熱する。とくに、熱伝導部４２を紙シート１１とする構造は、簡単に外形を変形させて、複数の電子部品の間にできる種々の間隔の隙間に無理なく挿入できる。ただ、熱伝導部は、紙シートに特定せず、金属プレートや熱伝導性プラスチックシートも使用できる。

図３ないし図６に示す放熱器は、紙シート１２の熱伝導部２を設けて、ここにジグザグ状の紙シート３を固定し、紙シート１２からなる熱伝導部２を電子部品の発熱部に固定して、電子部品を放熱する。これらの図に示す放熱器は、紙シート１２の熱伝導部に代わって、金属プレートの熱伝導部とすることもできる。金属プレートの熱伝導部は、アルミニウムなどの熱伝導率の優れた平面状の金属板である。図の熱伝導部２は平面状とするが、熱伝導部２は、固定される電子部品などの発熱部に密着する形状に加工されて、発熱部に熱結合状態に固定される。熱伝導部２は、熱伝導の優れた接着剤を介して電子部品の発熱部に接着して熱結合状態に固定され、あるいは熱伝導の優れた熱伝導ペーストや接着剤を介して発熱部に熱結合状態に接着して固定される。また、金属プレートの熱伝導部は、ネジやその他の固定構造で固定される。

図３の放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３からなる放熱フィン１の全体形状を平面状として、平面状の紙シート１２からなる熱伝導部２に対向する折曲縁４を、熱伝導部２の紙シート１２に熱結合状態に固定している。この放熱器は、電子部品に設けている平面状の放熱プレートの表面に固定されて、電子部品を放熱する。この放熱器は、電球タイプのＬＥＤ光源の上面や、トランジスタやＦＥＴなどの電子部品の表面に固定されて効率よく放熱する。

図４と図５の放熱器は、放熱フィン２１の紙シート３をジグザグ状に折曲加工してできる山形突出部の高さを、隣接するもので異なる高さとしている。すなわち、高い山形突出部２１Ａの間に、低い山形突出部２１Ｂを設けている。この放熱フィン２１は、高い山形突出部２１Ａの間に低い山形突出部２１Ｂがあって、隣接している高い山形突出部２１Ａの間に低い山形突出部２１Ｂによって谷部６ができる。このため、この構造の放熱フィン２１は、ジグザグ状に折曲加工する折曲縁４のピッチ（ｄ）を狭くして放熱面積を大きくしながら、高い山形突出部２１Ａの間にできる谷部６にスムーズに空気を換気して、高い山形突出部２１Ａからの放熱をよくできる特徴がある。図４の放熱フィン２１は、高い山形突出部２１Ａと低い山形突出部２１Ｂとを交互に配置している。また、図５の放熱フィン２１は、隣り合う高い山形突出部２１Ａの間に複数（図においては６個）の低い山形突出部２１Ｂを設けて配置している。さらに、放熱フィンは、高い山形突出部と低い山形突出部の並びや個数を種々に変更することも、高さがランダムに変化する山形突出部を設けることもできる。

図６の放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３からなる放熱フィン３１に、複数の換気孔７を設けている。換気孔７は貫通孔で、ジグザグ状に折曲加工された山形突出部の頂上部に、所定の間隔に並べて設けている。この放熱フィン１は、熱伝導部２を水平状に配置しながら、優れた放熱特性を実現できる。山形突出部の内部で加温された空気を換気孔７に通過させてスムーズに外部に換気できるからである。

図７の放熱器は、複数枚の熱伝導部３２を互いに離して平行な姿勢に配設して、熱伝導部３２の間にジグザグ状に折曲加工している紙シート３からなる放熱フィン１を配置して、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３の両方の折曲縁４を板状の熱伝導部３２に熱結合状態に固定している。熱伝導部３２は、熱伝導性プラスチックシート１３、紙シート、金属プレートのいずれかである。熱伝導部３２を紙シートや熱伝導性プラスチックシート１３とする放熱器は軽くできる。熱伝導部をアルミニウムなどの金属プレートとする放熱器は、熱伝導部の熱伝導を良くして効率よく放熱できる。この放熱器は、複数枚の熱伝導部３２の間に、ジグザグ状に折曲加工した紙シート３を挟着するように配置するので、全体の強度を高くしながら、放熱面積を大きくできる。

図８の放熱器は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３を円筒状として、円筒状の紙シート３の一方の折曲端面５を平面状の熱伝導部２に熱結合状態に固定している。ここで、折曲端面５とは、ジグザグ状に折曲加工された紙シート３の端縁を含む面であって、折曲された複数の折曲面の端縁を含む面である。図に示す熱伝導部２は紙シート１２で、この紙シート１２に円筒状の紙シート３の折曲端面５を固定し、紙シート１２からなる熱伝導部２を電子部品の発熱部に固定して、電子部品を放熱する。図に示す放熱器は、円筒状の紙シート３の内側に円筒状の補強シート８を配置して、この補強シート８の外周面に、紙シート３の内側の折曲縁４を熱結合状態に固定している。この補強シート８は、たとえば、紙シートやプラスチックシートとして、全体の重量を軽くしながら、ジグザグ状に折曲加工された放熱フィン１を補強できる。さらに、補強シート８として熱伝導に優れた紙シートや熱伝導性プラスチックシートを使用することで、熱伝導部２の熱を効率よく放熱フィン１に熱伝導できる。さらに、図示しないが、補強シートは、円筒状の紙シートの外側に設けることも、円筒状の紙シートの内側と外側の両方に設けることもできる。ただ、補強シートは必ずしも必要ではなく、円筒状の紙シートに補強シートを固定することなく、円筒状の紙シートの折曲端縁を熱伝導部に熱結合状態に固定することもできる。

さらに、図９の放熱器は、複数枚の補強シート８を互いに離して平行な姿勢に配設して、対向する補強シート８の間に、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３からなる放熱フィン１を配置している。放熱フィン１は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３の両方の折曲縁４を補強シート８に固定すると共に、一方の折曲端面５を平面状の熱伝導部２に熱結合状態に固定している。図に示す熱伝導部２は紙シート１２で、この紙シートの熱伝導部２に紙シート３の折曲端面５を固定し、紙シート１２からなる熱伝導部２を電子部品の発熱部に固定して、電子部品を放熱する。補強シート８は、たとえば、紙シートやプラスチックシートとして、全体の重量を軽くしながら、ジグザグ状に折曲加工された放熱フィン１を補強できる。さらに、補強シート８として熱伝導に優れた紙シートや熱伝導性プラスチックシートを使用することで、熱伝導部２の熱を効率よく放熱フィン１に熱伝導できる。この放熱器は、複数枚の補強シート８の間に、ジグザグ状に折曲加工した紙シート３からなる放熱フィン１を挟着するように配置して、放熱フィン１の折曲端面５を平面状の熱伝導部２に熱結合状態で固定するので、全体の強度を高くしながら、放熱面積を大きくして効率よく放熱できる。

放熱フィン１、２１、３１に使用する紙シート３は、繊維と熱伝導粉末とを水に懸濁して抄紙用スラリーとし、この抄紙用スラリーを湿式抄紙してシート状とし、これを乾燥して製造される。この紙シート３は、好ましくは、抄紙用スラリーに、叩解して表面に無数の微細繊維を設けてなる叩解パルプと、叩解されない非叩解繊維と熱伝導粉末をシート状に抄紙して製造するものが使用される。以上の紙シート３は、優れた耐折曲強度を有するので、ジグザグ状に折曲加工して折曲部が破損せず、また、使用状態においても折曲部が破損することがなく、種々の用途に好ましい状態で使用できる。

以上の紙シート３は、以下のように湿式抄紙して製造できる。
炭化珪素（平均粒子径２０μｍ）１００重量部、叩解パルプとしてのアクリルパルプ（カナディアンスタンダードフリーネス（ＣＳＦ）５０ｍｌ、平均繊維長１．４５ｍｍ）２１重量部、非叩解繊維としてのポリエステル繊維（０．１ｄｔｅｘ×３ｍｍ）７重量部、バインダー繊維としてのポリエステル繊維からなるバインダー繊維（１．２ｄｔｅｘ×５ｍｍ）１４重量部からなる組成物を水中に混合分散し、固形分１％〜５％からなるスラリーを調製する。この後、凝集剤としてカチオン系ポリアクリル酸ソーダを０．００１重量部、アニオン系ポリアクリル酸ソーダを０．００００２重量部を添加後、２５ｃｍ角角型シートマシンを用いてスラリーをシート化して抄紙シートとし、この抄紙シートをプレスし、乾燥させた後、このシートを５ＭＰａの圧力で温度１８０℃、２分間プレスを行う。

以上の工程で製造された紙シート３は、厚さが０．３２２ｍｍ、密度が０．９７ｇ／ｃｍ^３、耐折強度が４８２９回、熱伝導率が３８．１５Ｗ／ｍ・Ｋとなる。

熱伝導率は、以下の方法で測定する。
７ｃｍ×９ｃｍに裁断した測定試料をグリセリンに浸漬し、真空状態にして試料を脱気処理したものを、２５℃で一定にしてある恒温室で温度が一定になるまで静置する。温度が一定になったら、恒温室内で温度を一定にした測定装置に試料の短片を上にして縦方向に挿入する。

測定装置の概略図を図１０に示す。この測定装置は、試料６１を両側からヒートシンク６２で挟着している。ヒートシンク６２は、中心部を空洞６３として、試料６１を加熱するヒーター６４を断熱できるようになっている。上部に試料６１を挿入する差込口６５があり、ヒートシンク６２で両側を固定して、上蓋（図示せず）を閉じて密閉するようになっている。試料６１の中心部からヒーター６４で加熱を行うと、中心部付近ではヒートシンク６２の断熱効果により試料６１にのみ熱が行き渡り、端まで熱が到達すると両側にあるヒートシンク６２により熱が吸収されるため、時間が経つと温度勾配は一定となる。この時の中心部から外側の温度勾配を測定する。
熱流φ（ヒーターから派生した）を測定することにより、サンプル温度の時間変化に対する微分値をΔＴ、サンプルの厚さをＨとすると、相対熱伝導率λは、下記の計算式となる。
λ＝φ／Ｈ・ΔＴ

耐折強度の測定は、ＪＩＳＰ８１１５紙及び板紙−耐折強さ試験方法−ＭＩＴ試験機法に基づく方法で行う。この方法は、幅を１５ｍｍ、長さを１１０ｍｍ以上とする短冊状に切断した試験片を準備し、長辺方向の両端を試験装置に挟む。この試験片を破断するまで表裏に折り曲げて、破断するまでに折り曲げた回数を求める。

以上の紙シートは、優れた熱伝導特性を実現しながら、さらに優れた耐折曲強度を有するので、紙シートを折曲加工するのと同じ装置と方法で、簡単かつ容易に、しかも能率よくジグザグ状に折曲加工して安価に放熱フィンを製造できる。

以上の紙シートは、叩解パルプにアクリルパルプを使用して、非叩解繊維にはポリエステル繊維を使用するが、叩解パルプには合成繊維からなる叩解パルプと、天然パルプのいずれかを単独であるいは複数種混合して使用することができる。また、合成繊維からなる叩解パルプには、アクリル繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、レーヨン繊維等が使用でき、天然パルプには、木材パルプ、非木材パルプなどが使用できる。また、非叩解繊維には、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維などが使用できる。

また、以上の紙シートは、熱で溶融される非叩解繊維であるバインダー繊維を使用して、湿式抄紙されたシートを加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工しているが、バインダー繊維には、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維などを使用することができる。

また、以上の紙シート３は、熱伝導粉末に平均粒径を２０μｍとする炭化珪素を使用するが、熱伝導粉末には、炭化珪素に代わって、あるいは炭化珪素に加えて、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金の粉末等を使用することができ、また平均粒径も０．１μｍないし５００μｍとすることができる。熱伝導粉末は、平均粒径が小さすぎても大きすぎても、湿式抄紙する工程で繊維に付着する割合が少なくなって利用効率が悪くなるので、使用する繊維の種類などを考慮して最適な平均粒径のものを使用する。

さらに、紙シートは、難燃剤を添加して難燃特性を向上することができる。たとえば、紙シートは、難燃剤を含浸することで難燃特性を向上できる。たとえば、難燃剤にリン酸グアニジンを使用し、これを１０重量％の割合で含浸してなる紙シートは、ＵＬ９４Ｖ−０程度の難燃効果を実現する。

以上のようにして製造された紙シート３を使用して、以下に示す放熱器を製作し、その重量と放熱性能を比較した。
なお、以下の実施例に示す放熱器は、熱伝導部として、寸法を２１０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さを３ｍｍとする紙シートを使用し、この熱伝導部の一方の面に、紙シートをジグザグ状に折曲加工して設けた放熱フィンを熱結合状態に固定した。さらに、放熱器は、熱伝導部の他方の面であって、放熱フィンを固定した面と反対側の面に、発熱体として複数のＬＥＤを固定してなる回路基板を固定した。回路基板は、寸法を１７０ｍｍ×５０ｍｍとして、熱伝導部である紙シートの両端部を除く中央部に固定した。この回路基板に固定されたＬＥＤの温度を測定した。

［実施例１］
厚さ０．３ｍｍ、縦幅（Ｈ）を５０ｍｍとする帯状の紙シート３を、図３に示すように、ジグザグ状に折曲加工して、１枚の折曲面の横幅（Ｗ）を１０ｍｍ、ジグザグ状に折曲加工するピッチ（ｄ）を５ｍｍとする放熱フィン１を設けて、紙シートからなる熱伝導部２に固定する。ジグザグ状に折曲加工している紙シート３からなる放熱フィン１は、全体形状を平面状として、熱伝導部２である紙シートに対向する折曲縁４を、熱伝導部２の紙シートに熱結合状態に固定する。

［実施例２］
ジグザグ状に折曲加工する放熱フィン１の１枚の折曲面の横幅（Ｗ）を２０ｍｍ、ジグザグ状に折曲加工するピッチ（ｄ）を８ｍｍとする以外、実施例１と同様にして放熱フィン１を設けて、熱伝導部２である紙シートに対向する折曲縁４を熱結合状態に固定する。

［実施例３］
ジグザグ状に折曲加工する放熱フィン１の１枚の折曲面の横幅（Ｗ）を３０ｍｍ、ジグザグ状に折曲加工するピッチ（ｄ）を１３．９ｍｍとする以外、実施例１と同様にして放熱フィン１を設けて、熱伝導部２である紙シートに対向する折曲縁を熱結合状態に固定する。

［実施例４］
厚さ０．３ｍｍ、縦幅（Ｈ）を１０ｍｍとする帯状の紙シート３を、図９に示すように、ジグザグ状に折曲加工して、１枚の折曲面の横幅（Ｗ）を１０ｍｍ、ジグザグ状に折曲加工するピッチ（ｄ）を８ｍｍとする放熱フィン１を製作する。図９に示すように、縦幅（Ｈ）を放熱フィン１と等しくしてなる６枚の補強シート８を互いに離して平行な姿勢に配設し、対向する補強シート８の間に、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３からなる放熱フィン１を配置する。放熱フィン１は、ジグザグ状に折曲加工している紙シート３の両方の折曲縁４を補強シート８に固定する。６枚の補強シート８の間に５列に配置された放熱フィン１の一方の折曲端面５を平面状の熱伝導部２である紙シートに熱結合状態に固定する。

［実施例５］
ジグザグ状に折曲加工する放熱フィン１の１枚の折曲面の横幅（Ｗ）を１０ｍｍ、ジグザグ状に折曲加工するピッチ（ｄ）を１．２ｍｍとして、多数の折曲面を積層する構造とする以外、実施例１と同様にして放熱フィン１を設けて、熱伝導部２である紙シートに対向する折曲縁４を熱結合状態に固定する。

［実施例６］
厚さ０．３ｍｍ、縦幅（Ｈ）を５０ｍｍとする帯状の紙シート３を、図５に示すように、ジグザグ状に折曲加工して、高い山形突出部２１Ａの間に、低い山形突出部２１Ｂを有する放熱フィン２１を製作する。この放熱フィン２１は、高い山形突出部２１Ａの横幅（Ｗ１）を２０ｍｍ、低い山形突出部２１Ｂの横幅（Ｗ２）を１０ｍｍ、高い山形突出部２１Ａのピッチ（Ｄ）を８ｍｍとして、この間に６個の低い山形突出部２１Ｂを設けて熱伝導部２である紙シートに対向する折曲縁４を、熱伝導部２の紙シートに熱結合状態に固定する。

［比較例１］
比較例１として、アルミニウム製の放熱器を製作する。この放熱器は、厚さを６ｍｍ、寸法を２１０ｍｍ×５０ｍｍとするプレート状の熱伝導部の一方の面に、複数の放熱フィンを一体成形して設ける。複数の放熱フィンは、縦幅を５０ｍｍ、横幅を１５ｍｍ、厚さを２．５ｍｍとして、８ｍｍのピッチで互いに平行な姿勢で一体成形して設けた。さらに、放熱器は、熱伝導部の他方の面であって、放熱フィンを設けた面と反対側の面に、発熱体として複数のＬＥＤを固定してなる回路基板であって、実施例で使用した回路基板と同じ回路基板を固定した。回路基板は、寸法を１７０ｍｍ×５０ｍｍとして、プレート状の熱伝導部の両端部を除く中央部に固定した。この回路基板に固定されたＬＥＤの温度を測定した。

［比較例２］
さらに、比較例２として、実施例で使用した回路基板と同じ回路基板を用意し、この回路基板に放熱器を固定することなく、ＬＥＤの温度を測定した。

以上の実施例１ないし６、及び比較例１の放熱器によって放熱されたＬＥＤの温度と放熱フィンの重量を表１に示す。

この表からも分かるように、本発明の実施例の紙シートの放熱器は、比較例１のアルミニウム製の放熱器に比べて、その重量を１／２５〜１／３と軽くしながら、とくに、実施例１ないし４については、その重量を約１／２０と極めて軽くしながら、放熱器を固定しない状態では１００℃まで上昇するＬＥＤの温度を、５２℃ないし６３℃まで低下でき、アルミニウム製の放熱フィンに匹敵する優れた放熱特性を有することが実証された。

本発明の紙シートの放熱器は、従来使用されているＬＥＤ等の照明器具、コンピューターのＣＰＵ、トランジスタ、ＦＥＴ等の電子部品、液晶、ＰＤＰ、ＥＬ等のパネル等の放熱に加えて、携帯電話の液晶の放熱や携帯型パソコンの電子基板や液晶の放熱、自動車内の電子部品、照明の放熱等の軽さが要求される箇所への使用も可能となり、様々な分野への使用に対して有用である。紙シートを放熱フィンとするので、現在、アルミニウムなどの金属を放熱フィンとする放熱器に代わって使用されて、電子部品の軽量化に貫献できる。

１…放熱フィン
２…熱伝導部
３…紙シート
４…折曲縁
５…折曲端面
６…谷部
７…換気孔
８…補強シート
１０…固定部
１１…紙シート
１２…紙シート
１３…熱伝導性プラスチックシート
２１…放熱フィン２１Ａ…高い山形突出部
２１Ｂ…低い山形突出部
２２…熱伝導部
３１…放熱フィン
３２…熱伝導部
４２…熱伝導部
６１…試料
６２…ヒートシンク
６３…空洞
６４…ヒーター
６５…差込口

Claims

折曲加工してなる放熱フィン(1)、(21)、(31)を熱伝導部(2)、(22)、(32)、(42)に固定してなる放熱器において、
前記放熱フィン(1)、(21)、(31)が、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シート(3)で、
この紙シート(3)が、叩解パルプと、非叩解繊維と、バインダー繊維と、熱伝導粉末が添加されてなる湿式抄紙された紙を、加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工されたもので、
前記放熱フィン(1)、(21)、(31)がジグザグ状に折曲加工されて熱伝導部(2)、(22)、(32)、(42)に熱結合状態に固定してなることを特徴とする紙シートの放熱器。
ジグザグ状に折曲された前記紙シート(3)の折曲縁(4)を熱伝導部(2)、(22)、(32)、(42)に熱結合状態に固定してなる請求項１に記載される紙シートの放熱器。
前記放熱フィン(1)、(21)、(31)が、ジグザグ状に折曲加工してなる紙シート(3)を平面状として、折曲加工された紙シート(3)の熱伝導部(2)に対向する折曲縁(4)を熱伝導部(2)に熱結合状態に固定してなる請求項２に記載される紙シートの放熱器。
ジグザグ状に折曲された前記紙シート(3)の折曲端面(5)を熱伝導部(2)に熱結合状態に固定してなる請求項１に記載される紙シートの放熱器。
前記放熱フィン(1)が、ジグザグ状に折曲加工してなる紙シート(3)を円筒状として、折曲加工された紙シート(3)の折曲端面(5)を熱伝導部(2)に熱結合状態に固定してなる請求項４に記載される紙シートの放熱器。
複数枚の補強シート(8)を互いに平行に配設すると共に、対向する補強シート(8)の間に、紙シート(3)をジグザグ状に折曲加工してなる放熱フィン(1)を配置しており、放熱フィン(1)が、ジグザグ状の紙シート(3)の両方の折曲縁(4)を補強シート(8)に熱結合状態に固定すると共に、ジグザグ状に折曲された前記紙シート(3)の折曲端面(5)を熱伝導部(2)に熱結合状態に固定してなる請求項４に記載される紙シートの放熱器。
前記熱伝導部(2)、(22)、(32)が、紙シート(11)、(12)と、金属プレートと、熱伝導性プラスチックシート(13)のいずれかである請求項１ないし６のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
前記放熱フィン(1)、(21)、(31)の紙シート(3)の厚さが１ｍｍ以下であって、０．０５ｍｍ以上である請求項１ないし７のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
前記叩解パルプが、合成繊維からなる叩解パルプと天然パルプのいずれかを単独であるいは複数種混合して含む請求項１に記載される紙シートの放熱器。
前記合成繊維からなる叩解パルプが、アクリル繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、レーヨン繊維のいずれかである請求項９に記載される紙シートの放熱器。
前記天然パルプが、木材パルプ、非木材パルプのいずれかである請求項９に記載される紙シートの放熱器。
前記紙シート(3)の非叩解繊維が、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維のいずれかである請求項１に記載される紙シートの放熱器。
前記バインダー繊維が、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維のいずれかである請求項１に記載される紙シートの放熱器。
前記熱伝導粉末が、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金の粉末のいずれかである請求項１ないし１３のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
前記熱伝導粉末の平均粒径が０．１μｍないし５００μｍである請求項１ないし１４のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
前記紙シート(3)が、バインダーの合成樹脂を含む請求項１ないし１５のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
前記バインダーの合成樹脂が、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）樹脂、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）樹脂、ポリウレタン樹脂のいずれかを含む熱可塑性樹脂、または、フェノール樹脂、エポキシ樹脂のいずれかを含む熱硬化性樹脂のいずれかである請求項１６に記載される紙シートの放熱器。