JP6465368B2 - 混合グラファイトを用いた放熱材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、混合グラファイトを用いた放熱材に関する。さらに詳しくは、異なる粒径を有する二種の発泡黒鉛と、均一に配合された熱伝導性フィラーからなる混合グラファイトとシート体から構成され厚み方向（Ｚ軸方向）の熱伝導率を向上させた放熱材に関する。
従来からテレビやパーソナルコンピュータなどの電気製品の放熱材には膨張黒鉛シートを用いた放熱材が使用されている。
特許文献１には、膨張黒鉛シートの両面を金属箔で挟んだ構造を有する積層体をコルゲート状に曲げ加工した放熱材が記載されている。
特許文献２には、高分子フィルムをグラファイト化し熱伝導性を発現した人造黒鉛シートを金属板に貼り付け、金属板と共に波状に曲げ加工した放熱材が記載されている。
特許文献１及び２に記載の従来の膨張黒鉛シートを使用する放熱器は、面方向（ＸＹ軸方向）には熱伝導性が優れているが厚み方向（Ｚ軸方向）には熱伝導性が低いという問題がある。
本発明の第１の態様は、上記した課題を解決することを目的としてなされたものであり、人造黒鉛、ボロンナイトライド（ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを粒径の異なる２種の発泡黒鉛（発泡黒鉛）に均一に混合することで、厚み方向の熱伝導性を上げ、さらにシート体で挟むことで面方向の熱伝導性も高めた放熱材を提供する。
請求項１に係る発明は、粒子径３０〜５０μｍの第一の発泡黒鉛と粒子径２００〜２５０μｍの第二の発泡黒鉛から構成された混合発泡黒鉛にフィラーが均一に配合されてなる混合グラファイトと、厚さ０．１０〜１．６５ｍｍのシート体からなり、前記フィラーは人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、前記混合発泡黒鉛中の前記第一の発泡黒鉛は３０〜４５重量％、前記第二の発泡黒鉛は５０〜６５重量％であり、前記混合発泡黒鉛は前記混合グラファイト全体の８０〜９５重量％含まれ、
前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記混合グラファイトと前記シート体が積層されてなり、熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする放熱材に関する。
前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記混合グラファイトと前記シート体が積層されてなり、熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする放熱材に関する。
請求項２に係る発明は、前記シート体がポリエステルシートであることを特徴とする請求項１に記載の放熱材に関する。
請求項３に係る発明は、前記シート体がアルミニウム箔であることを特徴とする請求項１に記載の放熱材に関する。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱材を製造する方法であって、天然グラファイトを酸浸漬し発泡黒鉛を製造する工程、
発泡黒鉛に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを加え混合グラファイトを製造する工程、
前記工程でできた混合グラファイトを圧延しシート状にする工程、及び
シート状にしたグラファイトをシート体に挟む工程と、を含む
ことを特徴とする、
放熱材の製造方法に関する。
発泡黒鉛に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを加え混合グラファイトを製造する工程、
前記工程でできた混合グラファイトを圧延しシート状にする工程、及び
シート状にしたグラファイトをシート体に挟む工程と、を含む
ことを特徴とする、
放熱材の製造方法に関する。
請求項５にかかる発明は、前記発泡黒鉛を製造する工程は、天然グラファイトを粉砕し粒子状にした後、硫酸浸漬をし、中和洗浄して発泡黒鉛を得る工程からなり、
前記混合グラファイトを製造する工程は、炉に天然グラファイトを入れ高温下で高温発泡し、更に炉に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを入れ混合する工程からなる
ことを特徴とする請求項４に記載の製造方法に関する。
前記混合グラファイトを製造する工程は、炉に天然グラファイトを入れ高温下で高温発泡し、更に炉に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを入れ混合する工程からなる
ことを特徴とする請求項４に記載の製造方法に関する。
本発明の第２の態様は、上記の課題を解決することを目的としてなされたものであり、人造黒鉛、シリコンカーバイド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを粒径の異なる２種の発泡黒鉛（発泡黒鉛）に均一になるよう混合して有することで、厚み方向の熱伝導性を上げ、さらに熱伝導性フィラーを粒径の異なる２種の発泡黒鉛（発泡黒鉛）に均一になるよう混合したものをシート体で挟むことで面方向の熱伝導性も高めた放熱材を提供する。
請求項６に係る発明によれば、粒子径３０乃至５０μｍの第一の発泡黒鉛と、粒子径２００乃至２５０μｍの第二の発泡黒鉛からなる混合発泡黒鉛にフィラーが均一に配合された混合グラファイトからなる放熱材であって、
前記フィラーは、人造黒鉛、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、
前記混合発泡黒鉛には、前記第一の発泡黒鉛が３０乃至４５重量％含まれ、前記第二の発泡黒鉛が５０乃至６５重量％含まれ、
前記混合発泡黒鉛は、前記混合グラファイト１００重量％のうちの８０乃至９５重量％が含まれ、
前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記混合グラファイトはシート状に形成され、かつシート状にされたグラファイトがシート体に挟持され、
熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする放熱材に関する。
前記フィラーは、人造黒鉛、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、
前記混合発泡黒鉛には、前記第一の発泡黒鉛が３０乃至４５重量％含まれ、前記第二の発泡黒鉛が５０乃至６５重量％含まれ、
前記混合発泡黒鉛は、前記混合グラファイト１００重量％のうちの８０乃至９５重量％が含まれ、
前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記混合グラファイトはシート状に形成され、かつシート状にされたグラファイトがシート体に挟持され、
熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする放熱材に関する。
請求項１に係る発明によれば、粒子径３０〜５０μｍの第一の発泡黒鉛と粒子径２００〜２５０μｍの第二の発泡黒鉛から構成された混合発泡黒鉛にフィラーを均一に配合した混合グラファイトと、該混合グラファイトを挟持する厚さ０．１０〜１．６５ｍｍのシート体からなり、前記フィラーは人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、前記混合発泡黒鉛中の前記第一の発泡黒鉛は３０〜４５重量％、前記第二の発泡黒鉛は５０〜６５重量％であり、前記混合発泡黒鉛は前記混合グラファイト全体の８０重量％〜９５重量％含まれており、前記フィラーを均一に配合することで、厚み方向の熱伝導率は３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向熱の伝導率は５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋとなる優れた放熱材が得られる。
請求項２に係る発明によれば、前記混合グラファイトを挟むシート体としてはポリエステルシートを用いることができるので、当該放熱材を使用する機器の内部で黒鉛粉末が飛散し、ひいては電気障害を起こすことを防止することができる。
請求項３に係る発明によれば、混合グラファイトを挟むシート体としてアルミ箔を用いることができるので、当該放熱材を使用する機器の内部で黒鉛粉末が飛散し、ひいては電気障害を起こすことを防止することができる。
請求項４に係る発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱材を製造する方法であり、発泡黒鉛に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを加え混合グラファイトを製造する工程と、前記工程でできた混合グラファイトを圧延しシート状にする工程と、シート状にしたグラファイトをシート体に挟む工程と、を要件として具備しているので、発泡黒鉛にフィラーを均一に混合でき厚み方向の熱伝導率が高い放熱材が製造できる。さらに、放熱材を使用する機器の内部で黒鉛粉末が飛散し、ひいては電気障害を起こすことを防止することができる。
請求項５に係る発明によれば、前記発泡黒鉛を製造する工程は、天然グラファイトを粉砕し粒子状にした後、硫酸浸漬をし、中和洗浄して発泡黒鉛を得る工程からなり、
前記混合グラファイトを製造する工程は、炉に天然グラファイトを入れ高温下で高温発泡し、更に炉に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを入れ混合する工程からなる構成を有しているので、炉の中で発泡黒鉛とフィラーを混合することでより均一にフィラーを配合できる。
前記混合グラファイトを製造する工程は、炉に天然グラファイトを入れ高温下で高温発泡し、更に炉に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを入れ混合する工程からなる構成を有しているので、炉の中で発泡黒鉛とフィラーを混合することでより均一にフィラーを配合できる。
請求項６に係る発明によれば、粒子径３０乃至５０μｍの第一の発泡黒鉛と、粒子径２００乃至２５０μｍの第二の発泡黒鉛からなる混合発泡黒鉛にフィラーが均一に配合された混合グラファイトからなる放熱材であって、前記フィラーは、人造黒鉛、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、前記混合発泡黒鉛には、前記第一の発泡黒鉛が３０乃至４５重量％含まれ、前記第二の発泡黒鉛が５０乃至６５重量％含まれ、前記混合発泡黒鉛は、前記混合グラファイト１００重量％のうちの８０乃至９５重量％が含まれ、前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、前記混合グラファイトはシート状に形成され、かつシート状にされたグラファイトがシート体に挟持され、熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを構成上の特徴としているので、さらに熱伝導性フィラーを粒径の異なる２種の発泡黒鉛（発泡黒鉛）に均一になるよう混合したものをシート体で挟むことで面方向の熱伝導性も高めた放熱材を提供することができる。
本発明は、シート状に形成された前記混合グラファイトの一方の面にバインダーを含む水系塗料が塗布されてなる構成を具備しても良く、この場合、放熱材の厚さ方向に高い熱伝導性を達成することができる。
本発明は、シート状に形成された前記混合グラファイトの一方の面にバインダーを含む水系塗料が塗布されてなる構成を具備しても良く、この場合、放熱材の厚さ方向に高い熱伝導性を達成することができる。
本発明の混合グラファイトとは、粒径の異なる２種の発泡黒鉛とフィラーとが均一に混合しているものをいう。
本発明の混合グラファイトは、発泡黒鉛の粒子間にフィラーが配合されることで、従来の膨張黒鉛シートでは低かった厚み方向（Ｚ軸方向）の熱伝導率を向上させ、発泡黒鉛とフィラーとを混合して有することで発泡黒鉛はフィラー分子間のつなぎとなり、混合グラファイトをシート状に延ばすことを可能にした混合グラファイトである。
面方向とはシートの面に対して平行の方向をいい、厚み方向とはシートの面に対して垂直に交わる方向をいう。
発泡黒鉛とは天然グラファイト（黒鉛）を粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄し、さらに高温加熱発泡させてできたものである。
当該発泡黒鉛は粒子径が３０〜５０μｍの第一の発泡黒鉛と粒子径が２００〜２５０μｍの第二の発泡黒鉛との大きさの異なる２種類の発泡黒鉛から構成されるので、同一の粒径の発泡黒鉛にフィラーが配合されたもより、厚さ方向の熱伝導率が向上する。
大きさの異なる２種類の発泡黒鉛から構成する場合の比率は発泡黒鉛中の第一の発泡黒鉛は３０〜４５重量％、第二の発泡黒鉛は５０〜６５重量％である。
高温加熱発泡は、例えば高温下で空気を遮断し熱することで行い、温度は１０００℃以上２０００℃以下で行ってもよい。
天然グラファイト（黒鉛）を高温処理するためには、黒鉛化炉などの炉を用いるのが望ましい。
本発明のフィラーとは高熱伝導率を有する充填材のことであり、六方晶窒化ホウ素、炭素化合物が挙げられ、例えばピッチ系炭素繊維ミルドファイバー、ボロンナイトライド、人造黒鉛が挙げられるがこれに限定されない。
本発明の人造黒鉛には、コークスとピッチを原料としたものや、ポリイミドフィルムを不活性ガス中で加熱焼成し、黒鉛化したものを含む。
混合グラファイトは、例えば、天然グラファイトを上述のように処理して作成した発泡黒鉛にフィラーを混合させて製造する。
また、天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄した酸処理黒鉛粉末にフィラーを混合し、高温加熱発泡させて製造してもよい。フィラーに人造黒鉛を用いた場合、酸処理した黒鉛粉末にフィラーを混合し、高温加熱発泡させても人造黒鉛は発泡しない。
発泡黒鉛とフィラーを混合させる方法、及び酸処理黒鉛粉末とフィラーを混合させる方法には、攪拌機で回転させ混合する方法などが挙げられるがこれに限定されない。
発泡黒鉛とフィラーの混合比率は８：２が好ましい。
また混合グラファイトの密度は０．８−１．６５ｇ／ｃｍ３であり、特に１．５０ｇ／ｃｍ３が好ましい。
本発明の混合グラファイトは、発泡黒鉛の粒子間にフィラーが配合されることで、従来の膨張黒鉛シートでは低かった厚み方向（Ｚ軸方向）の熱伝導率を向上させ、発泡黒鉛とフィラーとを混合して有することで発泡黒鉛はフィラー分子間のつなぎとなり、混合グラファイトをシート状に延ばすことを可能にした混合グラファイトである。
面方向とはシートの面に対して平行の方向をいい、厚み方向とはシートの面に対して垂直に交わる方向をいう。
発泡黒鉛とは天然グラファイト（黒鉛）を粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄し、さらに高温加熱発泡させてできたものである。
当該発泡黒鉛は粒子径が３０〜５０μｍの第一の発泡黒鉛と粒子径が２００〜２５０μｍの第二の発泡黒鉛との大きさの異なる２種類の発泡黒鉛から構成されるので、同一の粒径の発泡黒鉛にフィラーが配合されたもより、厚さ方向の熱伝導率が向上する。
大きさの異なる２種類の発泡黒鉛から構成する場合の比率は発泡黒鉛中の第一の発泡黒鉛は３０〜４５重量％、第二の発泡黒鉛は５０〜６５重量％である。
高温加熱発泡は、例えば高温下で空気を遮断し熱することで行い、温度は１０００℃以上２０００℃以下で行ってもよい。
天然グラファイト（黒鉛）を高温処理するためには、黒鉛化炉などの炉を用いるのが望ましい。
本発明のフィラーとは高熱伝導率を有する充填材のことであり、六方晶窒化ホウ素、炭素化合物が挙げられ、例えばピッチ系炭素繊維ミルドファイバー、ボロンナイトライド、人造黒鉛が挙げられるがこれに限定されない。
本発明の人造黒鉛には、コークスとピッチを原料としたものや、ポリイミドフィルムを不活性ガス中で加熱焼成し、黒鉛化したものを含む。
混合グラファイトは、例えば、天然グラファイトを上述のように処理して作成した発泡黒鉛にフィラーを混合させて製造する。
また、天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄した酸処理黒鉛粉末にフィラーを混合し、高温加熱発泡させて製造してもよい。フィラーに人造黒鉛を用いた場合、酸処理した黒鉛粉末にフィラーを混合し、高温加熱発泡させても人造黒鉛は発泡しない。
発泡黒鉛とフィラーを混合させる方法、及び酸処理黒鉛粉末とフィラーを混合させる方法には、攪拌機で回転させ混合する方法などが挙げられるがこれに限定されない。
発泡黒鉛とフィラーの混合比率は８：２が好ましい。
また混合グラファイトの密度は０．８−１．６５ｇ／ｃｍ３であり、特に１．５０ｇ／ｃｍ３が好ましい。
発泡黒鉛自体は強度が低く、使用する機器の内部で黒鉛粉末が飛散し、電気障害をおこすおそれがあるので、２枚のシートの間にグラファイト層を挟むことでその点を改善する。
シート体はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂製シートを使用してもよく、金属箔好ましくは、アルミニウム箔を使用してもよい。
シート体の厚さは０．２５〜１．６５ｍｍである。
混合グラファイトをシート体に挟む際は、シート体をあらかじめ敷いておき、その上に混合グラファイトを延ばし更にシート体を貼り付けてもよく、また粘着剤を塗布したシート体と共に混合グラファイトをローラで圧延してもよく、また予めローラ等で圧延した混合グラファイトを２枚のシートで挟むことで製造してもよい。
シート体はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂製シートを使用してもよく、金属箔好ましくは、アルミニウム箔を使用してもよい。
シート体の厚さは０．２５〜１．６５ｍｍである。
混合グラファイトをシート体に挟む際は、シート体をあらかじめ敷いておき、その上に混合グラファイトを延ばし更にシート体を貼り付けてもよく、また粘着剤を塗布したシート体と共に混合グラファイトをローラで圧延してもよく、また予めローラ等で圧延した混合グラファイトを２枚のシートで挟むことで製造してもよい。
（実施例１）
本発明の放熱材の製造方法の一例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでない。
発泡黒鉛の製造方法
天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄し、さらに高温発泡させて発泡黒鉛を製造する。
混合グラファイトの製造方法
発泡黒鉛にフィラーとして日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＨＣ−６００−１５Ｍ、繊維長１５０μｍ）を２重量％添加しポリ袋を振って発泡黒鉛とＧＲＡＮＯＣミルドファイバーが均一になるように撹拌し１０５ｍｍ角の金型に入れ成形圧７５００Ｎ（面圧約６８ｋｇ／ｃｍ２）で混合グラファイトを成形する。
放熱材の製造方法
事前に接着剤処理した１１μｍのアルミ箔をセットしその上から成形した混合グラファイトを投入しさらにアルミ箔を重ねプレス成型をすることで厚さ２５０μｍの積層体を作製した。
本発明の放熱材の製造方法の一例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでない。
発泡黒鉛の製造方法
天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄し、さらに高温発泡させて発泡黒鉛を製造する。
混合グラファイトの製造方法
発泡黒鉛にフィラーとして日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＨＣ−６００−１５Ｍ、繊維長１５０μｍ）を２重量％添加しポリ袋を振って発泡黒鉛とＧＲＡＮＯＣミルドファイバーが均一になるように撹拌し１０５ｍｍ角の金型に入れ成形圧７５００Ｎ（面圧約６８ｋｇ／ｃｍ２）で混合グラファイトを成形する。
放熱材の製造方法
事前に接着剤処理した１１μｍのアルミ箔をセットしその上から成形した混合グラファイトを投入しさらにアルミ箔を重ねプレス成型をすることで厚さ２５０μｍの積層体を作製した。
（実施例２）
フィラーとして日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＨＣ−６００−１５Ｍ、繊維長１５０μｍ）を５重量％混合すること及び積層体の厚さを２００μｍにすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＨＣ−６００−１５Ｍ、繊維長１５０μｍ）を５重量％混合すること及び積層体の厚さを２００μｍにすること以外は実施例１と同じである。
（実施例３）
フィラーとして電気化学工業株式会社製の電荷ボロンナイトライド（ＧＰ 粒径８．２μｍ）を５重量％混合すること及び積層体の厚さを２２０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして電気化学工業株式会社製の電荷ボロンナイトライド（ＧＰ 粒径８．２μｍ）を５重量％混合すること及び積層体の厚さを２２０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
（実施例４）
フィラーとして電気化学工業株式会社製の電荷ボロンナイトライド（ＧＰ 粒径８．２μｍ）を１０重量％混合すること及び積層体の厚さを３３０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして電気化学工業株式会社製の電荷ボロンナイトライド（ＧＰ 粒径８．２μｍ）を１０重量％混合すること及び積層体の厚さを３３０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
（実施例５）
フィラーとして粒径２０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−２５を１０重量％混合すること及び積層体の厚さを２５０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして粒径２０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−２５を１０重量％混合すること及び積層体の厚さを２５０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
（実施例６）
フィラーとして粒径２０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−２５を２０重量％混合すること及び積層体の厚さを３２０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして粒径２０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−２５を２０重量％混合すること及び積層体の厚さを３２０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
（実施例７）
フィラーとして粒径５０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−５０を１０重量％混合すること及び積層体の厚さを２１５μｍとすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして粒径５０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−５０を１０重量％混合すること及び積層体の厚さを２１５μｍとすること以外は実施例１と同じである。
（実施例８）
フィラーとして粒径５０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−５０を２０重量％混合すること及び積層体の厚さを４１０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
フィラーとして粒径５０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−５０を２０重量％混合すること及び積層体の厚さを４１０μｍとすること以外は実施例１と同じである。
（実施例９）
１．混合グラファイトの製造方法
天然黒鉛粉末を硫酸浸漬、中和洗浄した酸処理黒鉛粉末に、フィラーの人造黒鉛として粒径５０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−５０を２０重量％混合し、均一になるように高温加熱発泡させた後に、１０５ｍｍ角の金型に入れ成形圧７５００Ｎ（面圧約６８ｋｇ／ｃｍ２）で混合グラファイトを成形する。
２．放熱材の製造方法
事前に接着剤処理した３０μｍのＰＥＴシートをセットし、その上から成形した混合グラファイトを投入し、さらに３０μｍのＰＥＴシートを重ねプレス成型をすることで厚さ１５６０μｍの積層体を作製した。
１．混合グラファイトの製造方法
天然黒鉛粉末を硫酸浸漬、中和洗浄した酸処理黒鉛粉末に、フィラーの人造黒鉛として粒径５０μｍのＳＥＣカーボン株式会社製のＳＥＣファインパウダー ＳＧＬ−５０を２０重量％混合し、均一になるように高温加熱発泡させた後に、１０５ｍｍ角の金型に入れ成形圧７５００Ｎ（面圧約６８ｋｇ／ｃｍ２）で混合グラファイトを成形する。
２．放熱材の製造方法
事前に接着剤処理した３０μｍのＰＥＴシートをセットし、その上から成形した混合グラファイトを投入し、さらに３０μｍのＰＥＴシートを重ねプレス成型をすることで厚さ１５６０μｍの積層体を作製した。
（実施例１０）
放熱材として５０μｍのアルミ箔を用いること及び積層体の厚さを１６００μｍとすること以外は実施例９と同じである。
（比較例）
比較例１は膨張黒鉛をＰＥＴシートで積層してなる厚さ１５７μｍの積層体を用いる。
比較例２は膨張黒鉛をＰＥＴシートで積層してなる厚さ３００μｍの積層体を用いる。
比較例３は発泡黒鉛のみを用いる。
放熱材として５０μｍのアルミ箔を用いること及び積層体の厚さを１６００μｍとすること以外は実施例９と同じである。
（比較例）
比較例１は膨張黒鉛をＰＥＴシートで積層してなる厚さ１５７μｍの積層体を用いる。
比較例２は膨張黒鉛をＰＥＴシートで積層してなる厚さ３００μｍの積層体を用いる。
比較例３は発泡黒鉛のみを用いる。
上記実施例１乃至１０及び比較例１乃至３を夫々５ｍｍ角を試料としアイフェイズ・モバイル１ｕ（株式会社アイフェイズ社製）で放熱材の厚み方向の熱拡散率、熱伝導率を測定し比較した。
表（N＝３の平均値）
表に示すように、従来の放熱材である比較例１の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、比較例２の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、実施例１の熱伝導率は３．６Ｗ／ｍ・Ｋ、実施例２の熱伝導率は４．４Ｗ／ｍ・Ｋと高い結果となっている。
比較例３は熱伝導率が高いが、発泡黒鉛の粉末が使用する機器の内部で飛散し、電気障害を起こすため実際は放熱材には用いることができない。
また実施例１が３．６Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、実施例２は４．４Ｗ／ｍ・Ｋとフィラーを配合する量が多い程熱伝導率が向上する。
また、天然黒鉛粉末の酸処理黒鉛粉末に人造黒鉛を混合してから発泡させた実施例９、１０は、熱伝導率がそれぞれ１０．９Ｗ／ｍ・Ｋ、１２．１Ｗ／ｍ・Ｋと、比較例よりもはるかに高い値を示した。これは、人造黒鉛を混合してから発泡させることにより、発泡黒鉛と人造黒鉛との密着性が高まったためと思われる。
また従来の放熱材と比べこの発明の放熱材は熱拡散率が高くなっている。比較例１が６．０７E−０７ｍ２／ｓ、比較例２が１４．１E−０７ｍ２／ｓであるのに比べて実施例１では４１．８E−０７ｍ２／ｓ、実施例２では５２．０E−０７ｍ２／ｓと高い値を示している。そして、実施例９、１０は、熱拡散率がそれぞれ１２８．０E−０７ｍ２／ｓ、１４１．７E−０７ｍ２／ｓと、比較例よりもはるかに高い値を示した。
表に示すように、従来の放熱材である比較例１の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、比較例２の熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、実施例１の熱伝導率は３．６Ｗ／ｍ・Ｋ、実施例２の熱伝導率は４．４Ｗ／ｍ・Ｋと高い結果となっている。
比較例３は熱伝導率が高いが、発泡黒鉛の粉末が使用する機器の内部で飛散し、電気障害を起こすため実際は放熱材には用いることができない。
また実施例１が３．６Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対し、実施例２は４．４Ｗ／ｍ・Ｋとフィラーを配合する量が多い程熱伝導率が向上する。
また、天然黒鉛粉末の酸処理黒鉛粉末に人造黒鉛を混合してから発泡させた実施例９、１０は、熱伝導率がそれぞれ１０．９Ｗ／ｍ・Ｋ、１２．１Ｗ／ｍ・Ｋと、比較例よりもはるかに高い値を示した。これは、人造黒鉛を混合してから発泡させることにより、発泡黒鉛と人造黒鉛との密着性が高まったためと思われる。
また従来の放熱材と比べこの発明の放熱材は熱拡散率が高くなっている。比較例１が６．０７E−０７ｍ２／ｓ、比較例２が１４．１E−０７ｍ２／ｓであるのに比べて実施例１では４１．８E−０７ｍ２／ｓ、実施例２では５２．０E−０７ｍ２／ｓと高い値を示している。そして、実施例９、１０は、熱拡散率がそれぞれ１２８．０E−０７ｍ２／ｓ、１４１．７E−０７ｍ２／ｓと、比較例よりもはるかに高い値を示した。
（実施例１１）
フィラーとして日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＨＣ−６００−１５Ｍ、繊維長１５０μｍ、熱伝導率６００W／ｍ・Ｋ、密度２．２２）を用い、膨張黒鉛：フィラー＝１２ｇ：３ｇの割合で混合撹拌しプレスシートを作成した。プレスシートから厚み１ｍｍ、直径１１０ｍｍの円盤を作成し、円盤の三カ所から三つの試料、厚みが約０．９７ｍｍのもの（試料［１］）、厚みが１．１１ｍｍのもの（試料［２］）、厚みが１．１２ｍｍのもの（試料［３］）に対してサンプリングし厚み方向の熱伝導性を測定した。試料［１］乃至［３］の３カ所夫々で熱伝導率α（W／ｍ・K）を５回測定し、密度ρを１．５８ｇ／ｃｍ３、比熱Ｃｐを１．２５J／（ｇ・K）として熱拡散率κ（１０−６ｍ２/ｓ）を求めた。また５回測定した熱伝導率からそれぞれの箇所の平均熱伝導率を求めた。
フィラーとして日本グラファイトファイバー株式会社製のＧＲＡＮＯＣミルドファイバー（ＨＣ−６００−１５Ｍ、繊維長１５０μｍ、熱伝導率６００W／ｍ・Ｋ、密度２．２２）を用い、膨張黒鉛：フィラー＝１２ｇ：３ｇの割合で混合撹拌しプレスシートを作成した。プレスシートから厚み１ｍｍ、直径１１０ｍｍの円盤を作成し、円盤の三カ所から三つの試料、厚みが約０．９７ｍｍのもの（試料［１］）、厚みが１．１１ｍｍのもの（試料［２］）、厚みが１．１２ｍｍのもの（試料［３］）に対してサンプリングし厚み方向の熱伝導性を測定した。試料［１］乃至［３］の３カ所夫々で熱伝導率α（W／ｍ・K）を５回測定し、密度ρを１．５８ｇ／ｃｍ３、比熱Ｃｐを１．２５J／（ｇ・K）として熱拡散率κ（１０−６ｍ２/ｓ）を求めた。また５回測定した熱伝導率からそれぞれの箇所の平均熱伝導率を求めた。
試料［１］では以下の通りであり、平均熱伝導率（W／ｍ・K）は１７．７３である。
試料［２］では以下の通りであり、平均熱伝導率（W／ｍ・K）は１５．２５である。
試料［３］では以下の通りであり、平均熱伝導率（W／ｍ・K）は１９．０１である。
実施例１１で作成した円盤の熱伝導率を求めるため、試料［１］から［３］の３カ所の熱伝導率の平均値を求めたところ、１７．３３W／ｍ・Kであった。膨張黒鉛単体の厚み方向の熱伝導率を測定した結果、５乃至７W／ｍ・Kという値を示した。このことから本発明は膨張黒鉛単体に比べ厚み方向の熱伝導率が高く高性能であるといえる。
（実施例１２）
発泡黒鉛の別の製造方法を記載する
１．発泡黒鉛の製造方法
天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄したあと、炉の中にいれ、１３５０℃の温度にさらすことで発泡させて発泡黒鉛を製造する。
２．混合グラファイトの製造方法
炉の中の発泡黒鉛に、フィラーとして人造黒鉛を１５重量％添加し撹拌し、混合グラファイトを成形する。
３．放熱材の製造方法
混合グラファイトを炉の排出口から排出し、上下に配された複数個のローラの間に通すことで、前記混合グラファイトを圧延する。圧延した混合グラファイトを二枚のアルミ箔で挟み、厚さ１．５μｍの積層体を作製した。
発泡黒鉛の別の製造方法を記載する
１．発泡黒鉛の製造方法
天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄したあと、炉の中にいれ、１３５０℃の温度にさらすことで発泡させて発泡黒鉛を製造する。
２．混合グラファイトの製造方法
炉の中の発泡黒鉛に、フィラーとして人造黒鉛を１５重量％添加し撹拌し、混合グラファイトを成形する。
３．放熱材の製造方法
混合グラファイトを炉の排出口から排出し、上下に配された複数個のローラの間に通すことで、前記混合グラファイトを圧延する。圧延した混合グラファイトを二枚のアルミ箔で挟み、厚さ１．５μｍの積層体を作製した。
（実施例１３）
発泡黒鉛のさらに別の製造方法を記載する
１．発泡黒鉛の製造方法
天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄したあと、炉の中にいれ、１３５０℃の温度にさらすことで発泡させて発泡黒鉛を製造する。
２．混合グラファイトの製造方法
炉の中の発泡黒鉛に、フィラーとして人造黒鉛を２０重量％添加し撹拌し、混合グラファイトを成形する。
３．放熱材の製造方法
混合グラファイトを炉の排出口から排出し、上下に配された複数個のローラの間に通すことで、前記混合グラファイトを圧延する。圧延した混合グラファイトを二枚のアルミ箔で挟み、厚さ１．５μｍの積層体を作製した。
発泡黒鉛のさらに別の製造方法を記載する
１．発泡黒鉛の製造方法
天然グラファイトを粉砕し粒子状にしたのち硫酸浸漬、中和洗浄したあと、炉の中にいれ、１３５０℃の温度にさらすことで発泡させて発泡黒鉛を製造する。
２．混合グラファイトの製造方法
炉の中の発泡黒鉛に、フィラーとして人造黒鉛を２０重量％添加し撹拌し、混合グラファイトを成形する。
３．放熱材の製造方法
混合グラファイトを炉の排出口から排出し、上下に配された複数個のローラの間に通すことで、前記混合グラファイトを圧延する。圧延した混合グラファイトを二枚のアルミ箔で挟み、厚さ１．５μｍの積層体を作製した。
（実施例１４）
本発明の請求項７に相当する実施例に係る放熱材を作製した（図１の（ａ）参照）。粒径が３０乃至５０μｍの第１の発泡黒鉛（１）４０重量％と粒径が２００乃至２５０μｍの第２の発泡黒鉛（２）６０重量％に、人造黒鉛フィラー（３）を配合した。配合割合は第１及び第２の発泡黒鉛（１、２）８０重量％に対して人造黒鉛フィラー（３）を２０重量％配合して混合グラファイトを得た。ついで、事前に接着剤処理した０．０２ｍｍのアルミ箔（４、５）をセットしその上から成形した前記混合グラファイト（１、２、３）を投入し、さらにアルミ箔（４、５）を重ね（図１の（ａ）参照）、プレス成型をすることで厚さ０．５ｍｍの積層体を作製した。輻射率は４５．６％、面方向（ｘｙ軸方向）の熱伝導率は２８４．６W／ｍ・K、厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率は５．４４W／ｍ・Kであった。
本発明の請求項７に相当する実施例に係る放熱材を作製した（図１の（ａ）参照）。粒径が３０乃至５０μｍの第１の発泡黒鉛（１）４０重量％と粒径が２００乃至２５０μｍの第２の発泡黒鉛（２）６０重量％に、人造黒鉛フィラー（３）を配合した。配合割合は第１及び第２の発泡黒鉛（１、２）８０重量％に対して人造黒鉛フィラー（３）を２０重量％配合して混合グラファイトを得た。ついで、事前に接着剤処理した０．０２ｍｍのアルミ箔（４、５）をセットしその上から成形した前記混合グラファイト（１、２、３）を投入し、さらにアルミ箔（４、５）を重ね（図１の（ａ）参照）、プレス成型をすることで厚さ０．５ｍｍの積層体を作製した。輻射率は４５．６％、面方向（ｘｙ軸方向）の熱伝導率は２８４．６W／ｍ・K、厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率は５．４４W／ｍ・Kであった。
（実施例１５）
本発明の請求項８に相当する実施例に係る放熱材を作製した（図１の（ｂ）参照）。粒径が３０乃至５０μｍの第１の発泡黒鉛（１）４０重量％と粒径が２００乃至２５０μｍの第２の発泡黒鉛（２）６０重量％に、緑色シリコンカーバイドのフィラー（３）を配合した。配合割合は第１及び第２の発泡黒鉛（１、２）８０重量％に対して人造黒鉛フィラー（３）を２０重量％配合して混合グラファイトを得た。ついで、事前に接着剤処理した０．０２ｍｍのアルミ箔（４、５）をセットしその上から成形した前記混合グラファイト（１、２、３）を投入し、さらにアルミ箔（４、５）を重ね（図１の（ａ）参照）、プレス成型をすることで厚さ０．５ｍｍの積層体を作製した。
更に、アルミ箔（５）に水系塗料（６）を塗布して放熱材を得た。水系塗料としてセイコーアドバンス社製のスクリーン印刷用の塗料（水系塗料）を用いた。この塗料（バインダーを含む）の成分はヘキサン、エチレングリコール、カーボンブラック、アクリル樹脂、溶剤からなる。輻射率は４９．２％、面方向（ｘｙ軸方向）の熱伝導率は２１８．２W／ｍ・K、厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率は５．３８W／ｍ・Kであった。
本発明の請求項８に相当する実施例に係る放熱材を作製した（図１の（ｂ）参照）。粒径が３０乃至５０μｍの第１の発泡黒鉛（１）４０重量％と粒径が２００乃至２５０μｍの第２の発泡黒鉛（２）６０重量％に、緑色シリコンカーバイドのフィラー（３）を配合した。配合割合は第１及び第２の発泡黒鉛（１、２）８０重量％に対して人造黒鉛フィラー（３）を２０重量％配合して混合グラファイトを得た。ついで、事前に接着剤処理した０．０２ｍｍのアルミ箔（４、５）をセットしその上から成形した前記混合グラファイト（１、２、３）を投入し、さらにアルミ箔（４、５）を重ね（図１の（ａ）参照）、プレス成型をすることで厚さ０．５ｍｍの積層体を作製した。
更に、アルミ箔（５）に水系塗料（６）を塗布して放熱材を得た。水系塗料としてセイコーアドバンス社製のスクリーン印刷用の塗料（水系塗料）を用いた。この塗料（バインダーを含む）の成分はヘキサン、エチレングリコール、カーボンブラック、アクリル樹脂、溶剤からなる。輻射率は４９．２％、面方向（ｘｙ軸方向）の熱伝導率は２１８．２W／ｍ・K、厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率は５．３８W／ｍ・Kであった。
（比較例４）
比較例４に係る放熱材を作製した。粒径が３０乃至５０μｍの第１の発泡黒鉛４０重量％と粒径が２００乃至２５０μｍの第２の発泡黒鉛６０重量％のグラファイトを得た。ついで、事前に接着剤処理した０．０２ｍｍのアルミ箔をセットしその上から成形した前記混合グラファイトを投入し、さらにアルミ箔を重ね、プレス成型をすることで厚さ０．５ｍｍの積層体を作製した。輻射率は３７．７％、面方向（ｘｙ軸方向）の熱伝導率は２６７．０W／ｍ・K、厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率は４．６４W／ｍ・Kであった。
実施例１４、１５の放熱材と、比較例４の放熱材とを比較すると、実施例１４、１５の放熱材は面方向（ｘｙ軸方向）及び厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率とも比較例４の放熱材より優れていた。
比較例４に係る放熱材を作製した。粒径が３０乃至５０μｍの第１の発泡黒鉛４０重量％と粒径が２００乃至２５０μｍの第２の発泡黒鉛６０重量％のグラファイトを得た。ついで、事前に接着剤処理した０．０２ｍｍのアルミ箔をセットしその上から成形した前記混合グラファイトを投入し、さらにアルミ箔を重ね、プレス成型をすることで厚さ０．５ｍｍの積層体を作製した。輻射率は３７．７％、面方向（ｘｙ軸方向）の熱伝導率は２６７．０W／ｍ・K、厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率は４．６４W／ｍ・Kであった。
実施例１４、１５の放熱材と、比較例４の放熱材とを比較すると、実施例１４、１５の放熱材は面方向（ｘｙ軸方向）及び厚さ方向（ｚ軸方向）の熱伝導率とも比較例４の放熱材より優れていた。
本発明の混合グラファイトはＺ軸方向及びＸ−Ｙ軸方向の熱伝導率が高いため、使用する機器の薄さに合わせて放熱材としてだけでなく熱導体としても用いてもよい。例えばコンピュータのような厚みのある機器に用いる場合は、フィンとＣＰＵが重なっておりその間に配置するため面方向の熱伝導率が高い樹脂系シート体或いは金属箔で挟んだ混合グラファイトを用いることができ、薄型テレビのように薄い機器はＣＰＵとフィンが並べて配置されそれを繋ぐヒートパイプとして用いることからＸ―Ｙ軸方向の熱伝導率が高い金属箔、特にアルミニウム箔で積層した混合グラファイトを用いることが出来る。
１ 第１の発泡黒鉛
２ 第２の発泡黒鉛
３ フィラー
４、５ アルミ箔
６ 水系塗料
２ 第２の発泡黒鉛
３ フィラー
４、５ アルミ箔
６ 水系塗料
Claims (6)
- 粒子径３０〜５０μｍの第一の発泡黒鉛と粒子径２００〜２５０μｍの第二の発泡黒鉛から構成された混合発泡黒鉛にフィラーが均一に配合されてなる混合グラファイトと、
厚さ０．１０〜１．６５ｍｍのシート体からなり、
前記フィラーは人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、
前記混合発泡黒鉛中の前記第一の発泡黒鉛は３０〜４５重量％、前記第二の発泡黒鉛は５０〜６５重量％であり、
前記混合発泡黒鉛は前記混合グラファイト全体の８０〜９５重量％含まれ、
前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記混合グラファイトと前記シート体が積層されてなり、
熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とした放熱材。 - 前記シート体がポリエステルシートであることを特徴とする請求項１に記載の放熱材。
- 前記シート体がアルミニウム箔であることを特徴とする請求項１に記載の放熱材。
- 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放熱材を製造する方法であって、
天然グラファイトを酸浸漬し発泡黒鉛を製造する工程と、
発泡黒鉛に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを加え混合グラファイトを製造する工程と、
前記工程でできた混合グラファイトを圧延しシート状にする工程と、
及びシート状にしたグラファイトをシート体に挟む工程と、
を含むことを特徴とする放熱材の製造方法。 - 前記発泡黒鉛を製造する工程は、天然グラファイトを粉砕し粒子状にした後、硫酸浸漬をし、中和洗浄して発泡黒鉛を得る工程からなり、
前記混合グラファイトを製造する工程は、炉に天然グラファイトを入れ高温下で高温発泡し、更に炉に人造黒鉛、ボロンナイトライド、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーを入れ混合する工程からなることを特徴とする請求項４に記載の製造方法。 - 粒子径３０乃至５０μｍの第一の発泡黒鉛と、粒子径２００乃至２５０μｍの第二の発泡黒鉛からなる混合発泡黒鉛にフィラーが均一に配合された混合グラファイトからなる放熱材であって、
前記フィラーは、人造黒鉛、ピッチ系炭素繊維ミルドからなる群から選択される一種以上の熱伝導性フィラーであり、
前記混合発泡黒鉛には、前記第一の発泡黒鉛が３０乃至４５重量％含まれ、前記第二の発泡黒鉛が５０乃至６５重量％含まれ、
前記混合グラファイトの密度は０．８〜１．５ｇ／ｃｍ３であり、
前記混合発泡黒鉛は、前記混合グラファイト１００重量％のうちの８０乃至９５重量％が含まれ、
前記混合グラファイトはシート状に形成され、かつシート状にされたグラファイトがシート体に挟持され、熱伝導率は厚み方向が３〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、面方向が５０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする放熱材。
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