JP6502712B2 - 炭素材料を用いた冷却部材、冷却構造体、熱交換部品、実装構造体、基板、電子機器 - Google Patents
炭素材料を用いた冷却部材、冷却構造体、熱交換部品、実装構造体、基板、電子機器 Download PDFInfo
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Description
本発明は、電子機器、冷却関連部材、部品、構造体に関する。特に、冷却に関するものである。
従来、放熱部材として、グラファイトシートがある（特許文献１）。高分子フィルムを不活性ガス中で約２８００℃の焼成をして作製されている。熱伝導性に優れたシートであり、携帯機器で使用されている。図１８に、その使用方法を断面図で示す。基板１０３上の電子部品１０２上部にグラファイトシート１００がある。電子部品１０２の熱を広げ、筐体１０１へ逃がす。このことで、筐体１０１の局所的な温度上昇を防止する。
従来、特許文献１の構造では、電子部品の熱を十分広げることができなかった。
そこで、本願の課題は、電子部品の熱をより広げ、または、熱を逃がし、局所的温度上昇を防止することとする。
そこで、本願の課題は、電子部品の熱をより広げ、または、熱を逃がし、局所的温度上昇を防止することとする。
上記課題を解決するため、部材の一部に、ゾルゲル法で作製された炭素材料を用いる。
本願放熱構造体によれば、電子部品の熱をより広げ、または、熱を逃がし、局所的温度上昇を防止できる。
（実施の形態１）
図１（ａ）〜図１（ｃ）で、実施の形態１の冷却部材９を示す。
図１（ａ）は、冷却部材９の平面図である。図１（ｂ）は、冷却部材９の断面図である。多孔質金属１０と、炭素材料１１とからなる。
図１（ａ）〜図１（ｃ）で、実施の形態１の冷却部材９を示す。
図１（ａ）は、冷却部材９の平面図である。図１（ｂ）は、冷却部材９の断面図である。多孔質金属１０と、炭素材料１１とからなる。
＜多孔質金属１０＞
多孔質金属１０は、貫通穴である開口部３１を有する金属体である。図１（ｃ）に平面図を示す。一方向に伸びる開口を有するロータス型ポーラス金属（ロータスアロイ社、商標）である。ロータス型ポーラス金属は、溶融金属において、ガスを溶かし、金属を形成することで作製される。
多孔質金属１０は、貫通穴である開口部３１を有する金属体である。図１（ｃ）に平面図を示す。一方向に伸びる開口を有するロータス型ポーラス金属（ロータスアロイ社、商標）である。ロータス型ポーラス金属は、溶融金属において、ガスを溶かし、金属を形成することで作製される。
また、住友電工株式会社製、気孔率98％の金属体、新素材のセルメット（住友電工株式会社、商標）でもよい。太盛工業株式会社製、多孔質金属紙、マイクロポーラス金属吸水ポーラス金属（太盛工業株式会社、商標）でもよい。
＜炭素材料１１＞
炭素材料１１は、以下に示すグラファイトモノリスが好ましい。グラファイトモノリスについて以下で説明する。次の方法で作製するものである。
炭素材料１１は、以下に示すグラファイトモノリスが好ましい。グラファイトモノリスについて以下で説明する。次の方法で作製するものである。
一定の形状の容器内で、水及び触媒の存在下にフェノール化合物とアルデヒド化合物を反応させて得られる樹脂のゲルを脱水し、得られた乾燥ゲルを不活性ガス雰囲気中で焼成する方法を用いる。
以下、グラファイトモノリスを詳細に説明する。
以下、グラファイトモノリスを詳細に説明する。
フェノール化合物とアルデヒド化合物の反応は、水及び触媒の存在下に行われる。
フェノール化合物としては、例えば、下数式（１）
フェノール化合物としては、例えば、下数式（１）
（式中、Ｒ1は水素原子、又はハロゲン原子若しくは置換基で置換されていてもよいアルキル基を表す。ｎは２〜５の整数を表し、ｍは０〜３の整数を表すが、ｎ及びｍの和が６以上であることはない。） で示される化合物が挙げられる。
この方法において、上式（１）中のＲ1は、水素又は置換されていてもよいアルキル基を表す。上記のアルキル基における置換基としては、例えばヒドロキシ、シアノ、アルコキシ、カルバモイル、カルボキシ、アルコキシカルボニル、アルキルカルボニルオキシ、スルホ及びスルファモイル等を挙げることができる。
上記アルキル基や、該アルキル基の置換基であるアルコキシ、アルコキシカルボニル及びアルキルカルボニルオキシは、直鎖状でもよく、分岐状でもよい。
上記Ｒ1において、ハロゲン原子若しくは置換基で置換されていてもよいアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｎ−オクチル基、ノニル基、ｐ−ｔ−ブチル基、２−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシブチル基、３−ヒドロキシブチル基、４−ヒドロキシブチル基、２,３−ジヒドロキシプロピル基、３,４−ジヒドロキシブチル基、シアノメチル基、２−シアノエチル基、３−シアノプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、２−メトキシエチル基、２−エトキシエチル基、３−メトキシプロピル基、３−エトキシプロピル基、２−ヒドロキシ−３−メトキシプロピル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、２−クロロエチル基、２−ブロモエチル基、３−クロロプロピル基、３−ブロモプロピル基、４−クロロブチル基、４−ブロモブチル基、カルボキシメチル基、２−カルボキシエチル基、３−カルボキシプロピル基、４−カルボキシブチル基、１,２−ジカルボキシエチル基、カルバモイルメチル基、２−カルバモイルエチル基、３−カルバモイルプロピル基、４−カルバモイルブチル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、２−メトキシカルボニルエチル基、２−エトキシカルボニルエチル基、３−メトキシカルボニルプロピル基、３−エトキシカルボニルプロピル基、４−メトキシカルボニルブチル基、４−エトキシカルボニルブチル基、メチルカルボニルオキシメチル基、エチルカルボニルオキシメチル基、２−メチルカルボニルオキシエチル基、２−エチルカルボニルオキシエチル基、３−メチルカルボニルオキシプロピル基、３−エチルカルボニルオキシプロピル基、４−メチルカルボニルオキシブチル基、４−エチルカルボニルオキシブチル基、スルホメチル基、２−スルホエチル基、３−スルホプロピル基、４−スルホブチル基、スルファモイルメチル基、２−スルファモイルエチル基、３−スルファモイルプロピル基及び４−スルファモイルブチル基等を挙げることができる。
上記Ｒ1において、ハロゲン原子若しくは置換基で置換されていてもよいアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｎ−オクチル基、ノニル基、ｐ−ｔ−ブチル基、２−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシプロピル基、３−ヒドロキシプロピル基、２−ヒドロキシブチル基、３−ヒドロキシブチル基、４−ヒドロキシブチル基、２,３−ジヒドロキシプロピル基、３,４−ジヒドロキシブチル基、シアノメチル基、２−シアノエチル基、３−シアノプロピル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、２−メトキシエチル基、２−エトキシエチル基、３−メトキシプロピル基、３−エトキシプロピル基、２−ヒドロキシ−３−メトキシプロピル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、２−クロロエチル基、２−ブロモエチル基、３−クロロプロピル基、３−ブロモプロピル基、４−クロロブチル基、４−ブロモブチル基、カルボキシメチル基、２−カルボキシエチル基、３−カルボキシプロピル基、４−カルボキシブチル基、１,２−ジカルボキシエチル基、カルバモイルメチル基、２−カルバモイルエチル基、３−カルバモイルプロピル基、４−カルバモイルブチル基、メトキシカルボニルメチル基、エトキシカルボニルメチル基、２−メトキシカルボニルエチル基、２−エトキシカルボニルエチル基、３−メトキシカルボニルプロピル基、３−エトキシカルボニルプロピル基、４−メトキシカルボニルブチル基、４−エトキシカルボニルブチル基、メチルカルボニルオキシメチル基、エチルカルボニルオキシメチル基、２−メチルカルボニルオキシエチル基、２−エチルカルボニルオキシエチル基、３−メチルカルボニルオキシプロピル基、３−エチルカルボニルオキシプロピル基、４−メチルカルボニルオキシブチル基、４−エチルカルボニルオキシブチル基、スルホメチル基、２−スルホエチル基、３−スルホプロピル基、４−スルホブチル基、スルファモイルメチル基、２−スルファモイルエチル基、３−スルファモイルプロピル基及び４−スルファモイルブチル基等を挙げることができる。
Ｒ1としては、水素原子又は無置換のアルキル基がより好ましく、水素、メチル基、エチル基、ｎ−オクチル基が特に好ましい。
式（１）において、ｎとしては、３又は４が好ましく、４が特に好ましい。
式（１）において、ｎとしては、３又は４が好ましく、４が特に好ましい。
ｍとしては、１又は２が好ましく、１が特に好ましい。
式（１）で表される化合物の具体例としては、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−キシレノール、２，４−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６−キシレノール、３，４−キシレノール、３，５−キシレノール、ｏ−エチルフェノール、ｉ−プロピルフェノール、ブチルフェノール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、２−クロロフェノール、４−メトキシフェノール、２，４−ジクロロフェノール、３，５−ジクロロフェノール、４−クロロ−３−メチルフェノール、カテコール、３−メチルカテコール、４−ｔ−ブチルカテコール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、４−エチルレゾルシノール、４−クロロレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、２，５−ジメチルレゾルシノール、５−メトキシレゾルシノール、５−ペンチルレゾルシノールやピロガロール等を挙げることができる。
式（１）で表される化合物の具体例としては、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−キシレノール、２，４−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６−キシレノール、３，４−キシレノール、３，５−キシレノール、ｏ−エチルフェノール、ｉ−プロピルフェノール、ブチルフェノール、ｐ−ｔ−ブチルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、２−クロロフェノール、４−メトキシフェノール、２，４−ジクロロフェノール、３，５−ジクロロフェノール、４−クロロ−３−メチルフェノール、カテコール、３−メチルカテコール、４−ｔ−ブチルカテコール、レゾルシノール、２−メチルレゾルシノール、４−エチルレゾルシノール、４−クロロレゾルシノール、５−メチルレゾルシノール、２，５−ジメチルレゾルシノール、５−メトキシレゾルシノール、５−ペンチルレゾルシノールやピロガロール等を挙げることができる。
この方法において、上記フェノール化合物は、単独で用いてもよいし、２種以上の混合物を用いてもよい。
この方法におけるアルデヒド化合物としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、サリチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。
この方法におけるアルデヒド化合物としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、サリチルアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。
アルデヒド化合物としては、ホルムアルデヒドが好ましい。
この方法において、フェノール化合物とアルデヒド化合物の使用割合は特に限定されない。
この方法において、フェノール化合物に対するアルデヒド化合物のモル比は、通常は１〜３の範囲であり、好ましくは１．２〜２．５の範囲である。
この方法において、フェノール化合物とアルデヒド化合物の使用割合は特に限定されない。
この方法において、フェノール化合物に対するアルデヒド化合物のモル比は、通常は１〜３の範囲であり、好ましくは１．２〜２．５の範囲である。
この方法における反応は、フェノール化合物とアルデヒド化合物を含有する水の存在下に行われる。そして、この方法の製造方法は、コロイド状の大きさの粒子を含む流動性のある液体中においてコロイド粒子が活発なブラウン運動をしているゾル状態を経て、上記コロイド粒子由来の三次元網目状構造を有するゲル状化合物を得る反応である。実施の形態におけるゲル状化合物は、三次元の網目構造中に水等の液体又は空気等の気体が含まれていてもよい。
本実施の形態１におけるゾル−ゲル反応において、触媒としては塩基性触媒でも酸性触媒でもよいが酸性触媒が好ましい。かかる塩基性触媒としては、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸バリウム、リン酸ナトリウム、リン酸リチウムやリン酸カリウム等が挙げられる。
塩基触媒としては、炭酸ナトリウムが好ましい。塩基性触媒の使用量は、フェノール化合物１モル当り、通常は０．００００１〜５モルの範囲であり、好ましくは０．００００１〜２モルの範囲であり、さらに好ましくは０．００００１〜０．１モルの範囲である。
実施の形態のゾル−ゲル反応において、反応温度は、通常は０〜１００℃の範囲であり、好ましくは３０〜９０℃の範囲である。
実施の形態のゾル−ゲル反応において、反応温度は、通常は０〜１００℃の範囲であり、好ましくは３０〜９０℃の範囲である。
本実施の形態のゾル−ゲル反応により得られる樹脂は湿潤ゲルであり、乾燥ゲルは上記湿潤ゲルを脱水することにより製造される。
湿潤ゲルの脱水は、例えば、前記湿潤ゲル中の水を親水性有機溶媒で置換することにより行われる。
湿潤ゲルの脱水は、例えば、前記湿潤ゲル中の水を親水性有機溶媒で置換することにより行われる。
上記の親水性有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール及びｔ−ブチルアルコール等のアルコール類；アセトニトリル等の脂肪族ニトリル類；アセトン等の脂肪族ケトン類；ジメチルスルホキシド等の脂肪族スルホキシド類；酢酸等の脂肪族カルボン酸類が挙げられる。
これらの親水性有機溶媒のうち、ｔ−ブチルアルコール、ジメチルスルホキシド又は酢酸が好ましく用いられ、ｔ−ブチルアルコールが特に好ましく用いられる。
このようにして得られた親水性有機溶媒で湿潤されたゲルは、好ましくは凍結乾燥され、乾燥ゲルが得られる。ただし、常温乾燥・凍結乾燥・超臨界乾燥のどれでもよい。
このようにして得られた親水性有機溶媒で湿潤されたゲルは、好ましくは凍結乾燥され、乾燥ゲルが得られる。ただし、常温乾燥・凍結乾燥・超臨界乾燥のどれでもよい。
常温乾燥・凍結乾燥・超臨界乾燥によって得られた乾燥ゲルは、ゾル−ゲル反応により作られた湿潤ゲルを構成する粒子の三次元の網目状構造を保持することができる。すなわち、形態及び機能的に三次元の網目状構造が有する性状を維持しつつ、湿潤ゲル中の親水性有機溶媒等の液体を除去することができる。
実施の形態において、凍結乾燥を用いる場合は、湿潤ゲルの三次元網目状構造における親水性有機溶媒等の液体を除去することが可能であり、不均一な乾燥や泡立ち、変質等を防ぎつつ、三次元の網目状構造を維持できるので、上記湿潤ゲルの形状を保った乾燥ゲルが得られる。
さらに、凍結乾燥装置を用いることにより、湿潤ゲルを短時間で乾燥することができると共に、乾燥ゲルの製造コストを低減化することができる。
凍結乾燥における凍結温度は、通常は−７０〜−５℃の範囲であり、好ましくは−３０〜−１０℃の範囲である。
凍結乾燥における凍結温度は、通常は−７０〜−５℃の範囲であり、好ましくは−３０〜−１０℃の範囲である。
そして、凍結乾燥後に得られたカーボン乾燥ゲルは、不活性ガス雰囲気中で焼成（炭化）することにより、カーボン材料を得ることができる。焼成（炭化）時の不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素等が好ましい。焼成（炭化）温度は、通常は２００〜３０００℃の範囲であり、好ましくは６００〜１１００℃の範囲である。焼成時間は、通常は数分間〜数時間の範囲である。
＜物性＞
この材料を以下、グラファイトモノリスとする。多孔質体であるが、グラファイトである。熱伝導性もあるレベルある。グラファイトとしての（００２）面のＸ線回折の半値幅は、約０．５°であった。
この材料を以下、グラファイトモノリスとする。多孔質体であるが、グラファイトである。熱伝導性もあるレベルある。グラファイトとしての（００２）面のＸ線回折の半値幅は、約０．５°であった。
密度は、０．７〜０．８５ｇ／ｃｍ３、細孔容積は、０．５から０．７ｃｍ３／ｇである。
メソ孔体積は、０．６〜３ｃｍ３／ｇ、ミクロ孔体積は、０．２〜０．６ｃｍ３／ｇである。大きな孔から小さな孔まであり、孔がつながっている。流体を流しやすい。
メソ孔体積は、０．６〜３ｃｍ３／ｇ、ミクロ孔体積は、０．２〜０．６ｃｍ３／ｇである。大きな孔から小さな孔まであり、孔がつながっている。流体を流しやすい。
なお、塩化鉄を触媒として原料に入れ合成すると、低温でも結晶性のよい、熱伝導性のよいグラファイトモノリスとなる。
＜グラファイトモノリスの範囲＞
このグラファイトモノリスは、グラファイトの多孔質体である。高分子フィルムでなく、有機化合物のゾルゲル反応により生成されたものである。特に、ベンゼン化合物とアルデヒド化合物のゾルゲル反応で生成されるものである。
＜グラファイトモノリスの範囲＞
このグラファイトモノリスは、グラファイトの多孔質体である。高分子フィルムでなく、有機化合物のゾルゲル反応により生成されたものである。特に、ベンゼン化合物とアルデヒド化合物のゾルゲル反応で生成されるものである。
ただし、別の方法で作製した、同様の構造を有する多孔質のグラファイトも含むこともできる。例えば、ベンゼン化合物とアルデヒド化合物から作製することもできる。２つの溶液のゾルゲルにより作製できる。
＜冷却部材９＞
この実施の形態では、多孔質金属１０の開口部３１に、炭素材料１１として、このグラファイトモノリスを入れる。図１（ｃ）で示す多孔質金属１０を上記溶液に浸してもよい。また、多孔質金属１０の開口部３１に上記溶液を入れてもよい。
＜冷却部材９＞
この実施の形態では、多孔質金属１０の開口部３１に、炭素材料１１として、このグラファイトモノリスを入れる。図１（ｃ）で示す多孔質金属１０を上記溶液に浸してもよい。また、多孔質金属１０の開口部３１に上記溶液を入れてもよい。
そして、溶液からゲルを生成し、グラファイトモノリスにする。または、ゲル状態時に、開口部３１へ入れてもよい。このことで、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す冷却部材９が得られる。
＜特徴、効果＞
この冷却部材９では、炭素材料１１を経由して、短時間に熱が１方向へ伝導される。かつ、一定時間経過後、多孔質金属１０を介して、熱が均等に伝達される。このことで、即座の熱にも、定常的な熱の放熱にも対応できる。特に、多孔質金属１０は、開口部３１（炭素材料１１）間で熱を伝えることができ、全体の均熱化ができる。
＜特徴、効果＞
この冷却部材９では、炭素材料１１を経由して、短時間に熱が１方向へ伝導される。かつ、一定時間経過後、多孔質金属１０を介して、熱が均等に伝達される。このことで、即座の熱にも、定常的な熱の放熱にも対応できる。特に、多孔質金属１０は、開口部３１（炭素材料１１）間で熱を伝えることができ、全体の均熱化ができる。
（実施の形態２）
実施の形態２を、以下、図２（ａ）〜図２（ｃ）の断面図を用いて説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図２（ａ）では、基板１３上に部品１２が実装されている。その部品１２の上面のみに冷却部材９が位置する。その上に放熱体１４が位置する。冷却部材９の開口部３１の貫通方向は、上下方向である。
実施の形態２を、以下、図２（ａ）〜図２（ｃ）の断面図を用いて説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図２（ａ）では、基板１３上に部品１２が実装されている。その部品１２の上面のみに冷却部材９が位置する。その上に放熱体１４が位置する。冷却部材９の開口部３１の貫通方向は、上下方向である。
部品１２の熱を、冷却部材９を経由して放熱体１４へ伝達する。冷却部材９により、部品１２が冷却される。
ここで、冷却部材９は、熱をそのまま上方へ伝達するだけでなく、水平方向へも広げ伝達する。このことで、熱を広げつつ伝達し、部品１２を効率的に冷却する。
ここで、冷却部材９は、熱をそのまま上方へ伝達するだけでなく、水平方向へも広げ伝達する。このことで、熱を広げつつ伝達し、部品１２を効率的に冷却する。
放熱体１４は、電子機器の筺体の場合もある。放熱フィンや、放熱ファンの場合もある。
冷却部材９は、開口部３１（図１）にある炭素材料１１により、熱を即座に伝達する。時間の経過とともに、熱は、多孔質金属１０にも伝達される。上下だけでなく、水平方向にも熱を伝え、冷却する。
冷却部材９は、開口部３１（図１）にある炭素材料１１により、熱を即座に伝達する。時間の経過とともに、熱は、多孔質金属１０にも伝達される。上下だけでなく、水平方向にも熱を伝え、冷却する。
図２（ｂ）では、図２（ａ）にさらにグラファイトシート１００を配置している。グラファイトシート１００は、樹脂フィルムを不活ガス中で焼成したものであり（パナソニック製）、面方向に熱伝導率が高いものを用いる。部品１２の熱を、グラファイトシート１００で均熱化し、冷却部材９で放熱体１４へ伝達する。
図２（ｃ）では、部品１２の側面、周辺にも冷却部材９が配置されている。冷却部材９は、部品１２の側面からも熱を受け取り、より部品１２を冷却させる。
（実施の形態３）
実施の形態３を、以下、図３（ａ）から図３（ｃ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
（実施の形態３）
実施の形態３を、以下、図３（ａ）から図３（ｃ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図３（ａ）の構造は、冷却部材９と、その周囲に温度調整器２１がある。
冷却部材９は、開口部３１が１つ大きな貫通穴となっている。開口部３１に炭素材料１１が配置されている。
冷却部材９は、開口部３１が１つ大きな貫通穴となっている。開口部３１に炭素材料１１が配置されている。
温度調整器２１は、冷却部材９を加温、冷却をする。炭素材料１１は、実施の形態１で説明したグラファイトモノリスであり、マイクロな開口を有する。この炭素材料１１中のマイクロ流な開口を、流体が通過させる。通過中に多孔質金属１０を介して、熱の交換がされる。多孔質金属１０、炭素材料１１は熱伝導性が高い。さらに、炭素材料１１は、マイクロ流路を有しており、通過する流体との接触面積が大きく、かつ、通過抵抗も高くなく淀みがない。結果、効率的に熱交換がされる。
図３（ａ）は、１つの開口部３１であったが、図３（ｂ）では、開口部３１が複数ある。ただし、その長さは短い。図３（ａ）、図３（ｂ）は、用いられる場所との関係でどちらかが採用される。
図３（ｃ）は、部品１２の冷却に用いた例である。冷却ファン１９からの空気を、冷却部材１９内を通過させる。流体は、気体、液体どちらでもよい。
図３（ｃ）は、部品１２の冷却に用いた例である。冷却ファン１９からの空気を、冷却部材１９内を通過させる。流体は、気体、液体どちらでもよい。
（実施の形態４）
実施の形態４を、以下、図４（ａ）〜図４（ｃ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図４（ａ）では、冷却部材９を電池１５間に配置している。電池１５が、自動車用電池の場合、大きな電池１５となり、熱の分布も大きい。温度高い部分は、極端に、性能がでない。
実施の形態４を、以下、図４（ａ）〜図４（ｃ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図４（ａ）では、冷却部材９を電池１５間に配置している。電池１５が、自動車用電池の場合、大きな電池１５となり、熱の分布も大きい。温度高い部分は、極端に、性能がでない。
そのため、図４（ａ）のように電池１５間に冷却部材９を設ける。設けることで、電池１５で発生する温度ばらつきを、隣の電池１５へ移動させることができる。その結果、電池の温度の均熱化ができる。炭素材料１１（開口部３１）の方向は、電池間に平行である。
図４（ｂ）は、図４（ａ）での１つの冷却部材９の部分を拡大して示している。炭素材料１１、開口部３１の方向は電池間である。図４（ｃ）では、冷却部材９にさらにグラファイトシート１００を用いている。電池表面の面方向へも熱を伝え、均熱化し、部分的高温部分を冷却する。
電池の温度が下がり、電池の性能が高くなる。
図４（ｂ）は、図４（ａ）での１つの冷却部材９の部分を拡大して示している。炭素材料１１、開口部３１の方向は電池間である。図４（ｃ）では、冷却部材９にさらにグラファイトシート１００を用いている。電池表面の面方向へも熱を伝え、均熱化し、部分的高温部分を冷却する。
電池の温度が下がり、電池の性能が高くなる。
（実施の形態５）
実施の形態５を、以下、図５（ａ）、図５（ｂ）の断面図で説明する。図５（ａ）は、水平方向、図５（ｂ）は鉛直方向の断面図である。ある部品１２（コンデンサー）を冷却する冷却部材９を示す。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
冷却部材９は、実施の形態１で説明したが、冷却対象の部品１２の外形形状に合わせて作製できる。
円柱形状の部品１２の場合は、その周りに沿って円筒形状の冷却部材９を作製する。この場合、冷却部材９の炭素材料１１（開口部３１）の方向は、円筒の長手方向に平行である。長手方向で熱を均熱化できる。
上記と同様、冷却部材９は、基板１３、放熱体１４に接続し熱を逃がしてもよい。直方体の部品、色々な形状の部品の側面に合わせて、冷却部材９を作製し、炭素材料１１の方向を上下方向にすればよい。側面が曲がっていたり、折れ曲がっている場合、開口部３１もそれに沿っていればよい。
実施の形態５を、以下、図５（ａ）、図５（ｂ）の断面図で説明する。図５（ａ）は、水平方向、図５（ｂ）は鉛直方向の断面図である。ある部品１２（コンデンサー）を冷却する冷却部材９を示す。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
冷却部材９は、実施の形態１で説明したが、冷却対象の部品１２の外形形状に合わせて作製できる。
円柱形状の部品１２の場合は、その周りに沿って円筒形状の冷却部材９を作製する。この場合、冷却部材９の炭素材料１１（開口部３１）の方向は、円筒の長手方向に平行である。長手方向で熱を均熱化できる。
上記と同様、冷却部材９は、基板１３、放熱体１４に接続し熱を逃がしてもよい。直方体の部品、色々な形状の部品の側面に合わせて、冷却部材９を作製し、炭素材料１１の方向を上下方向にすればよい。側面が曲がっていたり、折れ曲がっている場合、開口部３１もそれに沿っていればよい。
（実施の形態６）
実施の形態６を、以下、図６（ａ）、図６（ｂ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図６（ａ）では、第１冷却部材９１と第２冷却部材９２とが合体されている。第１冷却部材９１は、開口部３１が上下方向であり、熱を上下方向へ伝達し冷却する。第２冷却部材９２は、開口部３１が水平方向にあり、熱を水平方向へ伝達し冷却する。
実施の形態６を、以下、図６（ａ）、図６（ｂ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図６（ａ）では、第１冷却部材９１と第２冷却部材９２とが合体されている。第１冷却部材９１は、開口部３１が上下方向であり、熱を上下方向へ伝達し冷却する。第２冷却部材９２は、開口部３１が水平方向にあり、熱を水平方向へ伝達し冷却する。
図６（ｂ）では、第３冷却部材９３があり、開口部３１が、途中で曲がっている。
熱を上下だけでなく左右方向へも伝達できる。
図６（ｃ）では、第１冷却部材９１で、炭素材料１１（開口部３１）が、部品と放熱体１４間で斜めになっている。熱を広げている。熱を上下だけでなく左右方向へも伝達できる。
図６（ｄ）では、第１冷却部材９１で、炭素材料１１（開口部３１）が、枝分かれしている。
熱を上下だけでなく左右方向へも伝達できる。
いろいろな方向へ熱を伝達できる。冷却効率が高い。部品１２の配置の自由度が増える。
（実施の形態７）
実施の形態７を、以下、図７（ａ）から図７（ｃ）の平面図、図７（ｄ）から図７（ｆ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
熱を上下だけでなく左右方向へも伝達できる。
図６（ｃ）では、第１冷却部材９１で、炭素材料１１（開口部３１）が、部品と放熱体１４間で斜めになっている。熱を広げている。熱を上下だけでなく左右方向へも伝達できる。
図６（ｄ）では、第１冷却部材９１で、炭素材料１１（開口部３１）が、枝分かれしている。
熱を上下だけでなく左右方向へも伝達できる。
いろいろな方向へ熱を伝達できる。冷却効率が高い。部品１２の配置の自由度が増える。
（実施の形態７）
実施の形態７を、以下、図７（ａ）から図７（ｃ）の平面図、図７（ｄ）から図７（ｆ）の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図７（ａ）、図７（ｄ）では、冷却部材９と部品１２の水平方向の断面積が等しい。この場合、冷却部材９の全体の炭素材料１１を使用する。
図７（ｂ）、図７（ｅ）では、冷却部材９と部品１２の水平方向の断面積は、冷却部材９が大きい。この場合、冷却部材９の部品１２上の炭素材料１１を使用する。周辺部分は、開口部３１がなくともよい。部品１２より外側へ出ている方が、放熱できよい。
図７（ｂ）、図７（ｅ）では、冷却部材９と部品１２の水平方向の断面積は、冷却部材９が大きい。この場合、冷却部材９の部品１２上の炭素材料１１を使用する。周辺部分は、開口部３１がなくともよい。部品１２より外側へ出ている方が、放熱できよい。
図７（ｃ）、図７（ｆ）では、冷却部材９と部品１２の水平方向の断面積は、冷却部材９が大きい。この場合、冷却部材９の部品１２上の炭素材料１１を使用する。周辺部分は、開口部３１があるが、炭素材料１１はない。部品１２より外側へ出ている方が、放熱できよい。周辺の開口部３１は空洞で冷却に寄与できる。
（実施の形態８）
実施の形態８を、図８の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図８では、第３冷却部材９３を説明する。第３冷却部材９３は、部品１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、基板１３とからなる。第３冷却部材９３は、筐体１０１（放熱部材）と部品との間、部品間を満たす。複数の部品の熱をまとめて筐体１０１へ、水平方向へ熱を広げながら、上方へ逃がす。部品の側面からの熱を放熱させることができる。部品の熱を筐体１０１と基板１３とへ逃がせる。
実施の形態８を、図８の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図８では、第３冷却部材９３を説明する。第３冷却部材９３は、部品１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、基板１３とからなる。第３冷却部材９３は、筐体１０１（放熱部材）と部品との間、部品間を満たす。複数の部品の熱をまとめて筐体１０１へ、水平方向へ熱を広げながら、上方へ逃がす。部品の側面からの熱を放熱させることができる。部品の熱を筐体１０１と基板１３とへ逃がせる。
（実施の形態９）
実施の形態９を、図９〜１３の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図９〜１１は、基板１３に炭素材料１１を入れ込んだものである。炭素材料１１により熱を基板１３の面方向へ広げる。
図９では、複数の電子部品１０２が実装された基板１３の内部に炭素材料１１を配置している。複数の電子部品１０２で発生した熱を全体として均熱化して、局所的に温度が上がるのを防止する。
図１０では、１つの電子部品１０２が実装された基板１３の内部に炭素材料１１を配置している。電子部品１０２の熱を広げ、冷却する。炭素材料１１の端部は、基板１３から露出していてもよい。空気中へ熱を放熱できる。
図１１では、基板１３の内部の一部に炭素材料１１を配置している。
図１２は、別の例である。図１２は、基板１３の下部に、炭素材料１１を有する部材を設けている構造、つまり、絶縁材料４２に保持された炭素材料１１を設けている構造を示す。その構造の下部に放熱部材１４を設けている。
実施の形態９を、図９〜１３の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図９〜１１は、基板１３に炭素材料１１を入れ込んだものである。炭素材料１１により熱を基板１３の面方向へ広げる。
図９では、複数の電子部品１０２が実装された基板１３の内部に炭素材料１１を配置している。複数の電子部品１０２で発生した熱を全体として均熱化して、局所的に温度が上がるのを防止する。
図１０では、１つの電子部品１０２が実装された基板１３の内部に炭素材料１１を配置している。電子部品１０２の熱を広げ、冷却する。炭素材料１１の端部は、基板１３から露出していてもよい。空気中へ熱を放熱できる。
図１１では、基板１３の内部の一部に炭素材料１１を配置している。
図１２は、別の例である。図１２は、基板１３の下部に、炭素材料１１を有する部材を設けている構造、つまり、絶縁材料４２に保持された炭素材料１１を設けている構造を示す。その構造の下部に放熱部材１４を設けている。
結果、電子部品１０２の熱が、炭素材料１１を介して、放熱部材１４へ伝達される。結果、電子部品１０２が冷却される。
図１３は、別の例を示す。図１０の構造に、放熱部材１４をつけている。炭素材料１１と放熱部材１４とを接触させ、熱を逃がしている。
図１３は、別の例を示す。図１０の構造に、放熱部材１４をつけている。炭素材料１１と放熱部材１４とを接触させ、熱を逃がしている。
（実施の形態１０）
実施の形態１０を、図１４〜図１５の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図１４〜１５は、ヒートシンク５１に炭素材料１１を入れ込んだものである。炭素材料１１により熱をヒートシンク１３内部で広げる。
図１４では、光学機器５０の下部のヒートシンク５１に炭素材料１１を設けている。電子部品１０２であるＬＥＤ素子は発熱する。その熱を、ヒートシンク５１で広げ、電子部品１０２を冷却する。従来、ヒートシンク
図１５では、電子部品１０２の下部のヒートシンク５１に炭素材料１１を入れ込んでいる。ヒートシンク５１の上部の電子部品１０２は配置される平面部分、直方体部分に、炭素材料１１を配置している。
実施の形態１０を、図１４〜図１５の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図１４〜１５は、ヒートシンク５１に炭素材料１１を入れ込んだものである。炭素材料１１により熱をヒートシンク１３内部で広げる。
図１４では、光学機器５０の下部のヒートシンク５１に炭素材料１１を設けている。電子部品１０２であるＬＥＤ素子は発熱する。その熱を、ヒートシンク５１で広げ、電子部品１０２を冷却する。従来、ヒートシンク
図１５では、電子部品１０２の下部のヒートシンク５１に炭素材料１１を入れ込んでいる。ヒートシンク５１の上部の電子部品１０２は配置される平面部分、直方体部分に、炭素材料１１を配置している。
（実施の形態１１）
実施の形態１１を、図１７〜図１８の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図１６では、炭素材料１１を電子機器１０５の筐体１０１の内面に設けている。実施の形態１の炭素材料１１のところで説明したように、炭素材料１１がゾルゲル時に、筐体１０１の内面にゾルゲル状態の炭素材料１１を塗布して炭素材料１１を設けることができる。炭素材料１１は、図１７で示す方法で、筐体１０１に配置することもできる。
図１７では、繊維４４に炭素材料１１を入れ込んでいる。この複合体を、図１６に示した電子機器１０５の内面に設けることもできる。繊維４４への炭素材料１１を入れ込む方法は、以下である。実施の形態１の炭素材料１１のところで説明したように、炭素材料１１がゾルゲル時に、筐体１０１の内面にゾルゲル状態の炭素材料１１を塗布して炭素材料１１を設けることができる。
（なお書き）
上記実施の形態は、組み合わせることができる。
電子部品１０２は、電気的な素子だけでなく、光学部品、高周波部品、熱素子など熱が発生する部品を含む。筐体は、放熱部材の場合がある、放熱部材は筐体の場合がある。
実施の形態１１を、図１７〜図１８の断面図で説明する。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
図１６では、炭素材料１１を電子機器１０５の筐体１０１の内面に設けている。実施の形態１の炭素材料１１のところで説明したように、炭素材料１１がゾルゲル時に、筐体１０１の内面にゾルゲル状態の炭素材料１１を塗布して炭素材料１１を設けることができる。炭素材料１１は、図１７で示す方法で、筐体１０１に配置することもできる。
図１７では、繊維４４に炭素材料１１を入れ込んでいる。この複合体を、図１６に示した電子機器１０５の内面に設けることもできる。繊維４４への炭素材料１１を入れ込む方法は、以下である。実施の形態１の炭素材料１１のところで説明したように、炭素材料１１がゾルゲル時に、筐体１０１の内面にゾルゲル状態の炭素材料１１を塗布して炭素材料１１を設けることができる。
（なお書き）
上記実施の形態は、組み合わせることができる。
電子部品１０２は、電気的な素子だけでなく、光学部品、高周波部品、熱素子など熱が発生する部品を含む。筐体は、放熱部材の場合がある、放熱部材は筐体の場合がある。
本願放熱構造体は、電子機器、産業用機械、熱機器など熱に関連する機器で利用できる。
９ 冷却部材
１０ 多孔質金属
１１ 炭素材料
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 部品
１３，１０３ 基板
１４ 放熱体
１５ 電池
１９ 冷却ファン
２１ 温度調整器
３１ 開口部
９１ 第１冷却部材
９２ 第２冷却部材
９３ 第３冷却部材
１００ グラファイトシート
１０１ 筐体
１０２ 電子部品
１０５ 電子機器
１０ 多孔質金属
１１ 炭素材料
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 部品
１３，１０３ 基板
１４ 放熱体
１５ 電池
１９ 冷却ファン
２１ 温度調整器
３１ 開口部
９１ 第１冷却部材
９２ 第２冷却部材
９３ 第３冷却部材
１００ グラファイトシート
１０１ 筐体
１０２ 電子部品
１０５ 電子機器
Claims (8)
- 貫通する複数の一定の方向へ向かって形成された開口部を有する多孔質金属と、
複数の前記開口部に位置するゾルゲル法で作製された炭素材料と、を含む炭素材料を用いた冷却部材。 - 前記一定の方向は、途中で別の方向へ変化する請求項１記載の炭素材料を用いた冷却部材。
- 貫通する複数の一定の方向へ向かって形成された開口部を有する多孔質金属と、
複数の前記開口部に位置するゾルゲル法で作製された炭素材料と、を含む炭素材料を用いた冷却部材。 - 基板に実装された部品と、前記部品の上面に位置する請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記冷却部材と、前記冷却部材に接続される放熱体または筐体と、を含み、前記一定の方向は、前記放熱体または筐体の方向である炭素材料を用いた冷却構造体。
- 前記冷却部材は、前記部品の上面および側面に位置する請求項４に記載の炭素材料を用いた冷却構造体。
- 複数の電池と、前記複数の電池間に位置する請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記冷却部材と、を含み、前記一定の方向は、前記複数の電池間を繋ぐ方向である炭素材料を用いた冷却構造体。
- 円筒形状の部品と、
前記円筒形状の部品の側面を覆う請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記冷却部材と、を含み
前記冷却部材の前記一定の方向が前記円筒形状の部品の高さ方向である炭素材料を用いた冷却構造体。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の前記冷却部材と、前記冷却部材の周辺の熱源と、を含み前記冷却部材の前記ゾルゲル法で作製された炭素材料内の開口を媒体が通過する炭素材料を用いた熱交換部品。
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