JP6678701B2 - 配線部材 - Google Patents
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Description
特許文献2は、バルク状の銅の上に線状のコイルが設けられているヒートシンクを開示している。かかるヒートシンクは、電子機器のチップ等で発生する熱をバルク状の銅に伝熱させ、放熱部である線状のコイルから放熱している。
特許文献3は、プラズマ処理装置の給電棒に用いられる配線部材を開示している。特許文献3に記載の給電棒は、導電性の配線部材と、空気等の冷媒を流すための中空部と、を備えている。特許文献3の給電棒は、中空部に複数の突起物を放熱部として設けることにより、冷媒による冷却効果を高め、配線部材の過熱を防止している。
特許文献1に記載の冷却装置は、突出部を備えているため、相当の厚みを必要とし、省スペース化に適さない。同様に、特許文献2に記載のヒートシンクは、線状のコイルを備えているため、省スペース化に適さない。また、特許文献2に記載のヒートシンクは、バルク状の銅を備えているため重く、軽量化に適さない。小型化、及び薄型化等の省スペース化が求められている電気機器等にあっては、相当の厚みを必要とする特許文献1〜3の冷却機構を採用しにくい。
以上より特許文献1〜3の冷却機構は、冷却効果が不充分であることに加え、小型化、及び薄型化に適していない。
ところが、特許文献1〜3に記載の冷却機構は、単に、配線部材等の発熱体を全体的に覆うようにして取り付けられるので、局所的な冷却を実現できるとは言い難い。
[1] 銅繊維、及びアルミニウム繊維の少なくとも一方を含む金属繊維シートと、前記金属繊維シートを冷却する冷却機構と、を有し、前記金属繊維シートに含まれている繊維同士が、少なくとも一部で結着されている配線部材。
[2] 前記冷却機構が、前記金属繊維シートを収容する収容体と、前記収容体内に冷媒を導入する冷媒導入手段と、を備える[1]に記載の配線部材。
[3] 前記収容体が、銅板、アルミニウム板、銅箔、及びアルミニウム箔からなる群より選ばれる少なくとも一つで構成されている[2]に記載の配線部材。
[4] 前記冷却機構が、前記金属繊維シートを支持する支持体を備え、前記支持体の内部に冷媒の流路となる中空部が設けられている[1]に記載の配線部材。
[5] 前記支持体に、前記冷媒が前記中空部から前記金属繊維シートに向かって導出される貫通穴が設けられている[4]に記載の配線部材。
[6] 前記金属繊維シート、及び前記冷却機構の少なくとも一方を被覆する絶縁体が設けられている[1]〜[5]のいずれか1項に記載の配線部材。
[7] 前記繊維同士が、焼結により結着されている[1]〜[6]のいずれか1項に記載の配線部材。
「銅繊維」とは、主成分が銅である繊維を意味する。主成分が銅であるとは、不可避的不純物を含め、本発明の効果を妨げない限り、その他の成分を一定量含んでいてもよい状態を意味する。同様に、「アルミニウム繊維」とは、主成分がアルミニウムである繊維を意味する。主成分がアルミニウムであるとは、不可避的不純物を含め、本発明の効果を妨げない限り、その他の成分を一定量含んでいてもよい状態を意味する。なお、「金属繊維」とは、金属を主成分とする繊維を意味する。
「伝送減衰率(単位:%)」は、繊維シートをグラウンド側に接続したマイクロストリップ基板の伝送損失量で、ネットワークアナライザ(アジレント・テクノロジー社製「PNA−L N5230C」)により測定される、反射係数|S11|、及び透過係数|S21|から以下の式により算出される値である。
(伝送減衰率(%))=1−(|S11|2+|S21|2)×100
「熱伝導率(単位:W/m・K)」は、レーザーフラッシュ法(アルバック理工株式会社製、レーザーフラッシュ熱定数測定装置「TC7000型」)により測定される値である。
「熱伝導率(単位:W/m・K)」は、レーザーフラッシュ法(アルバック理工株式会社製、レーザーフラッシュ熱定数測定装置「TC7000型」)により測定される値である。
「平均繊維径」とは、顕微鏡で撮像された金属繊維シートの任意の複数の箇所における垂直断面に基づいて、銅繊維の長手方向に垂直な断面積を公知の計算手法で算出し、当該断面積と同一面積を有する真円の直径を算出することにより導かれた面積径の相加平均値である。上記複数の箇所は、例えば、20箇所とすることができる。
「平均繊維長」とは、顕微鏡でランダムに選択した複数本の繊維について繊維の長手方向の長さを測定した値の相加平均値である。繊維が直線状でない場合には、繊維に沿った曲線の長さとする。上記複数本は、例えば、20本とすることができる。
「占積率」とは、繊維シートの体積に対して繊維が存在する部分の割合で、繊維シートの坪量、厚み、及び繊維の真密度から以下の式により算出される。繊維シートが複数の種類の繊維を含む場合には、各繊維の組成比率を反映した真密度値を採用することで占積率を算出することができる。
(占積率(%))=(繊維シートの坪量)/((繊維シートの厚み)×(真密度))×100
「シートの厚み」とは、空気による端子落下方式の膜厚計(例えば、ミツトヨ社製「デジマチックインジケータID−C112X」等)で、例えば、金属繊維シートの任意の数測定点を測定した場合の相加平均値である。
「均質性」とは、繊維で構成されるシートの電気特性、物理特性、及び透気特性等のシートが有する特性のシート内におけるバラツキが少ないことを意味する。均質性の指標として、例えば、1cm2当たりのJIS Z8101に規定する坪量の変動係数(CV値)を採用することができる。
以下、本発明を適用した第1実施形態の配線部材について図面を用いて詳細に説明するが、本発明の配線部材は、下記の記載に限定されない。なお、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
第1実施形態の配線部材1は、使用の目的等に応じて公知の配線部材で採用されている任意の立体的形状とすることができる。かかる立体的形状は、例えば、円柱状、楕円柱状、及び多角柱状等のいずれの形状であってもよい。以下、多角柱状の配線部材について、本発明の実施形態の一例として説明するが、本発明の配線部材の形状は、多角柱状のものに限定されない。
金属繊維シート6は、銅繊維、及びアルミニウム繊維の少なくとも一方を含む。金属繊維シート6が銅繊維、及びアルミニウム繊維の少なくとも一方を含むことにより、金属繊維シート6が後述する冷媒によって効率的に冷却される。金属繊維シート6は、銅繊維のみを含んでいてもよく、アルミニウム繊維のみを含んでいてもよく、銅繊維とアルミニウム繊維とを含んでいてもよい。また、金属繊維シート6は、導電性を損なわない範囲で、銅繊維、及びアルミニウム繊維以外の金属繊維、並びに金属繊維以外の繊維をさらに含んでいてもよい。
銅繊維、又はアルミニウム繊維は、剛直性と塑性変形性とのバランスに優れるので、第1実施形態の配線部材1に安定かつ充分な導電性を付与することができる。銅、及びアルミニウム以外の金属としては、ステンレス、鉄、ニッケル、及びクロム等が挙げられるが特に制限されない。銅以外の金属としては、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、及びオスミウム等の貴金属であってもよい。
金属以外の成分としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレン、及びポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル樹脂、アラミド樹脂、ナイロン、及びアクリル樹脂、並びにこれらの繊維状物等の結着性、担持性を有する有機物等が挙げられる。これらの有機物は、例えば金属繊維シート作製時の形態維持性を補助・向上させるため等に用いてもよい。なお、繊維同士の結着部に有機物を用いる場合においては、耐熱性を考慮して有機物を選択することが好ましい。
金属繊維シート6は、金属繊維シート6に含まれている繊維同士が結着部で直接的に固定されていてもよい。また、金属繊維シート6は、金属繊維シート6に含まれている繊維同士が銅成分、若しくはアルミニウム成分、又は銅、及びアルミニウム以外の金属成分を介して間接的に固定されていてもよい。
金属繊維シート6に含まれている繊維同士が少なくとも一部で結着されていることにより、第1実施形態の配線部材1は、導電性を有することができる。金属繊維シート6の伝送減衰率は、同素材のソリッド材との伝送減衰率差が±5%以内であることが好ましい。金属繊維シート6の伝送減衰率差が、±5%以内であれば、第1実施形態の配線部材1は従来の配線部材と同等の導電性を具備することができる。
金属繊維シート6の熱伝導率は、10W/m・K以上であることが好ましく、50W/m・K以上であることがより好ましい。金属繊維シート6の熱伝導率が、10W/m・K以上であれば、第1実施形態の配線部材1の冷却効率が優れやすくなる。
金属繊維シート6は、金属繊維シート6に含まれている繊維同士が、焼結により結着されていることが好ましい。当該繊維同士が、焼結により結着されていることにより、金属繊維シート6の導電性、熱伝導性、及び均質性が安定しやすくなる。
図2は、図1の配線部材のII−II断面図である。図2中に示す、金属繊維シート6の鉛直方向の厚みDは、100μm〜5mmの範囲であることが好ましい。金属繊維シート6の厚みDが100μm以上であれば、配線部材1の冷却効果が優れやすい。金属繊維シート6の厚みDが5mm以下であれば、配線部材1を薄型化しやすくなる。金属繊維シート6の厚みDは、後述するプレス工程で適宜調整することができる。
金属繊維シート6の坪量は、10g/m2〜1000g/m2の範囲であることが好ましい。金属繊維シート6の坪量が10g/m2以上であれば、冷却効果を充分に発揮しやすい。金属繊維シート6の坪量が1000g/m2以下であれば、金属繊維シート6を軽量化、及び薄型化しやすくなるので、配線部材1を軽量化、及び薄型化しやすい。
銅繊維、又はアルミニウム繊維の長手方向に垂直な断面の形状は、任意の形状とすることができる。かかる断面の形状は、例えば、円形、楕円形、略四角形、及び不定形等のいずれの形状であってもよい。
銅繊維、又はアルミニウム繊維のアスペクト比は、33〜10000であることが好ましい。アスペクト比が33未満である場合には、銅繊維、又はアルミニウム繊維の交絡が生じにくく、配線部材1の強度が低下する恐れがある。アスペクト比が10000を超えると、金属繊維シート6の均質性が低下し、配線部材1の導電性が安定しにくくなる恐れがある。
第1実施形態の冷却機構7は、金属繊維シート6を冷却する。冷却機構7は、収容体10と、収容体内に冷媒を導入する冷媒導入手段(図示略)とを備えている。
収容体10は、金属繊維シート6を収容している。収容体10の形状としては、特に制限されず、任意の構造、及び形状とすることができる。収容体10は、公知の金属材料、公知のセラミック材料、及び公知の樹脂材料等で構成することができる。金属材料としては、特に制限されず、銅、アルミニウム、並びに銅、及びアルミニウム以外の金属材料を用いることができる。銅、及びアルミニウム以外の金属としては、上述した「金属繊維シート6を構成することができる銅以外の金属」と同様の金属を挙げることができる。セラミック材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、炭化珪素、窒化珪素、及び窒化アルミニウム等を用いることができる。これらの中でも、収容体10の材料は、導電性、及び熱伝導性の観点から金属材料で構成することが好ましい。例えば、第1実施形態の配線部材1では、収容体10は、銅板、アルミニウム板、銅箔、及びアルミニウム箔等の導電性の材料で構成することができる。すなわち、収容体10は、銅板、アルミニウム板、銅箔、及びアルミニウム箔からなる群より選ばれる少なくとも一つで構成することができる。収容体10がこれらの導電性材料で構成されている場合には、収容体10に導電性を付与することができる。なお、収容体10は、導電性の材料以外の材料で構成されてもよく、特に限定されない。すなわち、配線部材1においては、収容体10に通電することができてもよいが、特に限定されない。
冷媒が収容体10内に導入されることにより、収容体10が収容している金属繊維シート6を冷却することができる。金属繊維シート6は銅繊維、又はアルミニウム繊維で構成されているので、冷媒によって効率的に冷却される。
第1の開口端部11から収容体10内に導入された冷媒は、配線部材1を内部から冷却し、第2の開口端部12から導出される。第1の開口端部11と、第2の開口端部12を備えることにより、冷媒を収容体10の第1の端部から収容体10の内部に導入し、第2の開口端部12から導出することができる。
このように、第1実施形態の配線部材1においては、収容体10に導入された冷媒は、金属繊維シート6を冷却し、収容体10から導出される構造である。第1実施形態の配線部材1の金属繊維シート6が発熱した場合、収容体10の内部に継続的に冷媒を導入することにより、金属繊維シート6を冷却することができる。また、収容体10の内部に導入された冷媒は、金属繊維シート6を冷却することにより、導入前より温度が上昇する。第1実施形態の配線部材1においては、温度が上昇した冷媒は、第2の開口端部12より導出されるので、効率的に金属繊維シート6を冷却することができる。
第1の開口端部11の開口面の面積が小さく、冷媒の導入が困難であるとき、又は冷却効率を向上させたいときは、収容体10内に冷媒を導入する冷媒導入手段として、公知の加圧手段を使用することができる。かかる加圧手段としては、特に制限されず、コンプレッサー、及び加圧ポンプ等の公知の加圧手段が挙げられる。
なお、第1実施形態の配線部材1の収容体10は、両端が開口端部とされているが、第1実施形態の配線部材はこれに限定されず、いずれか一方の端部のみが開口端部とされていてもよい。
第1実施形態の配線部材1は、上述した金属繊維シート6、及び収容体10の他に、公知の配線部材が有している公知の構成をその他の構成として有することができる。例えば配線部材1は、その他の構成の一例として、冷却機構7を被覆する絶縁体を有することができる。かかる絶縁体は、収容体10の外面を覆うことができる。配線部材1が、絶縁体を有することにより、絶縁性が求められる種々の用途に適用しやすくなる。絶縁材としては、特に制限されず、樹脂等の公知の絶縁材が挙げられる。上述した絶縁体の他にも、配線部材1は、その他の構成の一例として通電用の端子等の公知の配線部材が備える構成を有することができる。
また、上述した第1実施形態の配線部材1では、収容体10の両端が開口端とされているが、両端が閉塞端とされていてもよい。この場合、収容体10内に冷媒を導入する冷媒導入口を収容体10の任意の箇所に設けなければならない。なお、かかる冷媒導入口を収容体10に設けた場合においては、収容体10の内部から冷媒が導出される冷媒導出口をさらに、収容体10の任意の箇所に設けてもよい。
以上説明した第1実施形態の配線部材1は、第1実施形態の配線部材1は、金属繊維シート6が銅繊維、又はアルミニウム繊維で構成されているので、配線部材1の内部も含めて冷媒によって効率的に冷却される。かかる配線部材1の収容体10内に冷媒が導入されることにより、配線部材1は、金属繊維シート6の内部で冷媒を継続的に保持することができる。また、配線部材1は、金属繊維シート6が、収容体10に収容されているので、金属繊維シート6は冷媒によって強制的に全面が冷却される。以上より、配線部材1は、ソリッド材で導体部分が構成されている従来の配線部材と比べて、冷却効果が飛躍的に向上する。
また、第1実施形態の配線部材1は、薄型化、及び軽量化の用途に適している金属繊維シート6を有することにより、薄型化、及び軽量化を図ることができる。
以下、本発明を適用した第2実施形態の配線部材2について説明する。なお、図3,5,6に示す第2実施形態の配線部材2において、第1実施形態の配線部材1と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図3は第2実施形態の配線部材2を示す斜視図である。図3に示すように、第2実施形態の配線部材2は、金属繊維シート6と、冷却機構8とを有している。第2実施形態の冷却機構8は、金属繊維シート6を冷却する。
図3に示すように、第2実施形態の冷却機構8は、支持体20を備えている。支持体20は、金属繊維シート6を支持している。
支持体20の内部には冷媒の流路となる中空部23が設けられている。中空部23に冷媒が流れることより、支持体20も冷却される。第2実施形態の冷却機構8は、主として冷却機構8に導入される冷媒によって金属繊維シート6を冷却することができる。
支持体20の形状、及び構造としては、支持体20内部の中空部23に冷媒を導入することができれば、特に制限されない。開口端部21の開口面の面積が小さく、冷媒の導入が困難なときは、又は冷却効率を向上させたいときは、冷媒を中空部23に導入する冷媒導入手段を使用することができる。かかる冷媒導入手段としては、特に制限されず、加圧ポンプ等の公知の加圧手段が挙げられる。
なお、金属繊維シート6を冷却した冷媒は、金属繊維シート6から導出されるが、金属繊維シート6から冷媒が導出される部分は、特に限定されず、金属繊維シート6の上面、又は金属繊維シート6の側面から導出されてもよい。
図4に示すように、貫通穴25は、仕切部26の向きに沿って支持体20の上面に設けられている。そのため、中空部23を流れる冷媒は、仕切部26によって流れる向きが誘導され、貫通穴25から効率的に導出される。また、第2実施形態の配線部材2においては、仕切部26の大きさを調整することにより、流路に流される冷媒の流量を任意に制御することもできる。これにより、特に冷却を必要とする任意の箇所の冷却効果を高めることもできる。
図6中、点線の枠で囲まれている4つの領域は、貫通穴25の穴径がφ1である領域1と、貫通穴25の穴径がφ2である領域2と、貫通穴25の穴径がφ3である領域3と、貫通穴25の穴径がφ4である領域4とを示している。例えば、φ1を0.1mmとし、φ2を0.2mmとし、φ3を0.3mmとし、φ4を0.5mmとしたときには、冷媒の導入により、領域4の温度が最も低下しやすく、ついで領域3、領域2、領域1の順に温度が低下しやすくすることができる。このように、第2実施形態の配線部材2においては、貫通穴25の穴径を調節することにより、金属繊維シート6の内部の冷却したい箇所を局所的に冷却することができる。同様に、第2実施形態の配線部材2においては、図6に示す領域1〜4の各領域における貫通穴25の数を調節することにより、金属繊維シート6中の冷却したい箇所を局所的に冷却することができる。
図7は、第2実施形態の配線部材2に係る冷却機構の製造方法の一例をステップS1からステップS6の順に示す図である。図8は、図7に示す各冷却機構のVIII−VIII断面図である。
第1の基板41の材料としては、後述する注型物によって溶解等の変化を生じなければ、特に制限されない。第1の基板41の材料の具体例として、ステンレス、銅、アルミニウム、及びアルミナ等の金属材料;ポリメタクリル酸、及びポリシアノアクリル酸(ポリシアノアクリレート)等のポリアクリル酸樹脂;ポリビニルピロリドン樹脂;ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル樹脂;ポリプロピレン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリイミド樹脂;アラミドを含むポリアミド樹脂;ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール樹脂等を挙げることができる。
有機型枠層27は、有機層状物から形成される。有機層状物の材料としては、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂;ポリメタクリル酸、及びポリシアノアクリル酸(ポリシアノアクリレート)等のポリアクリル酸樹脂;ポリビニルピロリドン樹脂;ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル樹脂;ポリプロピレン樹脂;ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリイミド樹脂;アラミドを含むポリアミド樹脂;ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール樹脂;デンプン;マンナン;パルプ系材料;非パルプ系材料;セルロース等が挙げられる。
注型材料としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、及びABS樹脂等を挙げることができる。注型材料を型枠に充填する方法としては特に制限されず、例えばブレードによる充填方法が挙げられる。
図8に示すように、第1の基板41と、第2の基板42とを、注型物同士で貼りあわせることにより、内部に中空部が設けられている板状の支持体を製造することができる。このとき、注型物261と注型物262とが張り合わされることで、仕切部26が形成される。以上説明した注型物を利用する方法で製造することにより、金型等を使用せずとも小型化、薄型化、及び省スペース化に適した冷却機構を得ることができる。
なお、図3,5,6に示す配線部材2においては、金属繊維シート6の下面が支持体20に覆われており、金属繊維シート6の側面と上面は、開放面とされている。しかし、第2実施形態の配線部材は、金属繊維シート6の側面、及び上面が開放面とされている形態に限定されず、金属繊維シート6の側面や上面が開放面とされていない形態であってもよい。金属繊維シート6の側面や上面が開放面とされていない形態においては、金属繊維シート6の閉塞面から冷媒が導出されないため、金属繊維シート6の開放面へ効率的に導出される。
以上説明した第2実施形態の配線部材2は、中空部23に冷媒が流れることにより支持体20、及び金属繊維シート6等が冷却される。また、第2実施形態の配線部材2は、仕切部26を有しているので、中空部23に導入された冷媒が仕切部26によって形成された流路に誘導されやすい。そのため、中空部23を流れる冷媒が貫通穴25から効率的に導出され、金属繊維シート6を効率的に冷却することができる。よって、配線部材2は、冷却効果に優れている。
また、第2実施形態の配線部材2においては、貫通穴25の穴径を調整することにより冷媒の流量を制御することができるため、特に冷却を必要とする任意の箇所の冷却効果を高めることもできる。よって配線部材2は、局所冷却性にも優れ、局所的に冷却され得る。
また、第2実施形態の配線部材2は、第1実施形態の配線部材1と同様に、薄型化、及び軽量化の用途に適している金属繊維シート6を有することにより、薄型化、及び軽量化を図ることができる。
以下、本発明を適用した第3実施形態の配線部材3について説明する。なお、図9〜11に示す第3実施形態の配線部材3において、第1実施形態の配線部材1、及び第2実施形態の配線部材2と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図9は第3実施形態の配線部材3を示す斜視図である。図9に示すように、第3実施形態の配線部材3は、金属繊維シート6と、冷却機構9とを有している。第3実施形態の冷却機構9は、金属繊維シート6を冷却する。第3実施形態の配線部材3においては、冷却機構9に導入される冷媒が、金属繊維シート6を冷却することができる。
図9に示すように、第3実施形態の冷却機構9は、支持体20と蓋体24とを備えている。第3実施形態の配線部材3においては、蓋体24は金属繊維シート6の上面を覆っている。
蓋体24の形状としては、図9に示すような板状に制限されず、任意の構造、及び形状とすることができる。蓋体24は、公知の金属材料、公知のセラミック材料、及び公知の樹脂材料等で構成することができる。かかる金属材料、セラミック材料、及び樹脂材料としては、第2実施形態の支持体20について説明した内容と同様の材料を挙げることができる。蓋体24の材料としては、冷却効率の観点においては、熱伝導性が高い金属材料が好ましい。また、蓋体24の材料としては、絶縁性の観点では、樹脂材料が好ましい。例えば、金属材料としては、銅板又は銅箔等で構成することができ、樹脂材料としては、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂、及びフッ素系樹脂等で構成することができる。
図10中の下向きの矢印は、貫通穴252から中空部232に導入される冷媒の流れの向きの一例を示す。金属繊維シート6を冷却した冷媒は、貫通穴251の近傍に設けられている貫通穴252を介して、中空部232に導入される。
開口端部21の開口面の面積が小さく、冷媒の導出が困難なとき、又は冷却効率を向上させたいときは、冷媒を中空部232から導出する冷媒導出手段を使用することができる。かかる冷媒導出手段としては、特に制限されず、減圧ポンプ等の公知の減圧手段が挙げられる。
なお、図9,10に示す配線部材3においては、金属繊維シート6の側面は、開放面とされている。しかし、第3実施形態の配線部材は、金属繊維シート6の側面が開放面とされている形態に限定されず、金属繊維シート6の側面が開放面とされていない形態であってもよい。金属繊維シート6の側面が開放面とされていない形態においては、冷媒が中空部232から効率的に導出される。
以上説明した第3実施形態の配線部材3は、蓋体24を有しているので、冷媒の流動方向を制御しやすい。このため、配線部材3は、局所的な冷却を可能としながら、金属繊維シート6の内部も含めて効率的に冷却することができる。従って、金属繊維シート6の冷却効率が飛躍的に上昇し、配線部材3の冷却効果が優れやすい。また、配線部材3は、第2実施形態の配線部材2と同様に、小型化、及び薄型化しやすく、局所的に冷却され得る。
以下、本発明を適用した第4実施形態の配線部材4について説明する。なお、図12,13に示す第4実施形態の配線部材4において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、及び第3実施形態の配線部材3と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
第4実施形態の冷却機構8,8は、金属繊維シート6を冷却する。第4実施形態の配線部材4においては、各冷却機構8,8に導入される冷媒が、金属繊維シート6を冷却することができる。第4実施形態の配線部材4においては、各冷却機構8,8の開口端部21,21のそれぞれから冷媒が導入される。なお、配線部材4において、冷却機構8は、第2実施形態の配線部材2で説明した冷却機構8と同一の構成を備えている。
第4実施形態の配線部材4は、上面と下面に配置された各冷却機構から金属繊維シート6に冷媒が導入されるので、第2実施形態の配線部材2に比べて、より効果的に金属繊維シート6を冷却することができる。
以下、本発明を適用した第5実施形態の配線部材5について説明する。なお、図14,15に示す第5実施形態の配線部材5において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、及び第4実施形態の配線部材4と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
第5実施形態の配線部材5は、上面と下面に配置された各冷却機構のうち、いずれかの冷却機構8から金属繊維シート6に冷媒が導入され、他のいずれかの冷却機構8から冷媒が導出される。そのため、金属繊維シート6を冷却した冷媒が、効率的に配線部材5から導出され、熱を帯びた冷媒が金属繊維シート6の内部にこもりにくい。
以下、本発明を適用した第6実施形態の配線部材50について説明する。なお、図16〜18に示す第6実施形態の配線部材50において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、及び第5実施形態の配線部材5と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図17,18に示すように、第6実施形態の配線部材50は、金属繊維シート6と、冷却機構53とを有している。
冷却機構53は、第1の金属層51と第2の金属層52と図示略の冷媒導入手段とを有している。
図17に示すように、第1の金属層51は、金属繊維シート6の第1の面Aと接する層である。配線部材50においては、第1の面Aは、金属繊維シート6の上面である。第2の金属層52は、金属繊維シート6の第2の面Bと接する層である。配線部材50においては、第2の面Bは、金属繊維シート6の下面であり、第1の面Aと対向する平行な面である。このように、金属繊維シート6は第1の金属層51と第2の金属層52との間に挟まれている。
第1の金属層51の材料と第2の金属層52の材料は、互いに異なってもよく、同一でもよい。
第1の金属層51及び第2の金属層52のそれぞれの厚みが前記各下限値以上であると、配線部材50の耐久性が向上する。第1の金属層51及び第2の金属層52のそれぞれの厚みが前記各上限値以下であると、配線部材50が柔軟性に優れる。
第1の金属層51の厚さと第2の金属層52の厚さは、互いに異なってもよく、同一でもよい。
配線部材50においては、第1の金属層51(金属箔)の厚みは、第2の金属層52(金属板)の厚みより厚い。この場合、配線部材50の耐久性、柔軟性及び加工のしやすさを考慮すると、第1の金属層51(金属箔)の厚みは、18〜500μmが好ましい。そして、第2の金属層52(金属板)の厚みは、100〜500μmが好ましい。
このように、第1の金属層51は金属箔であり、第2の金属層は金属板であると、配線部材50は柔軟性にさらに優れ、配線部材50の加工がさらに容易となる。
配線部材50においては、第1の金属層51と第2の金属層52とは互いに平行であるが、本発明は第1の金属層51と第2の金属層52とが互いに平行である形態に限定されない。
このように、冷却機構53は第1の金属層51と第2の金属層52と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を冷却できる。
かかるベース材料は、例えば、後述の第7実施形態で説明するように、加工により金属層の表面に複数の溝部を形成し、金属層の表面を任意に変形して使用してもよく、後述の第11実施形態のように、相対的に細分化された配線部材の製造に使用してもよい。すなわち、かかるベース材料は、任意の形状及びサイズの配線部材の製造用の積層体として使用可能である。
第6実施形態の配線部材50は金属繊維シート6と冷却機構53とを有するため、冷却効果に優れる。第6実施形態の配線部材50は、任意の形状の配線部材及び任意のサイズの配線部材の前駆体として使用可能である。
以下、本発明を適用した第7実施形態の配線部材54について説明する。なお、図19〜21に示す第7実施形態の配線部材54において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、及び第6実施形態の配線部材50と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図20に示すように、第7実施形態の配線部材54は、金属繊維シート6と、冷却機構55とを有している。
冷却機構55は、第1の金属層56と第2の金属層52と図示略の冷媒導入手段とを有している。配線部材54においては、第1の金属層56の表面には複数の溝部57が形成されている。溝部57の形状は特に限定されない。また、溝部の数は1つでもよく複数でもよい。そして、溝部57が形成される第1の金属層56の表面上の位置は、特に限定されず、例えば、所望する冷媒の流路の位置に合わせて形成できる。
冷却機構55は第1の金属層56と第2の金属層52と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の各領域C1,C2,C3の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を効果的に冷却できる。なお、領域C1,C2,C3の各流路は、完全に遮断されていてもよいし、溝部57により流路が狭められている程度でもよい。
溝部57を形成する際には、配線部材50の上面の第1の金属層51の表面に外力を与えることで、第1の金属層56と金属繊維シート6と第2の金属層52とをこの順で固着して接合してもよい。第1の金属層51の表面に外力を与える方法としては、加圧でもよく、打ち込みでもよく、任意の成型方法を適用できる。
溝部57を形成する前に、配線部材50を所望の大きさに切断し、サイズを調整した後に溝部57を形成してもよい。
領域C1,C2,C3間の金属繊維シート6は結着されているため、相対的に空隙の数が少なく、空隙の大きさも小さくなる。そのため、金属繊維シート6の各領域C1,C2,C3に導入される冷媒が、溝部57で固着されている部分の金属繊維シート6を通過しにくくなる。その結果、配線部材54によれば、第6実施形態の配線部材50と比較して、各領域C1,C2,C3の金属繊維シート6の冷却効果がさらに高くなる。さらに、金属繊維シート6の各領域C1,C2,C3の空隙に冷媒を導入することで、金属繊維シート6の各領域C1,C2,C3を局所的に冷却できる。
溝部57が形成される位置は適宜変更可能である。そして溝部57が形成される位置を変更することで、局所的に冷却される金属繊維シート6、第1の金属層56及び第2の金属層52の位置を変更できる。このように、配線部材54は設計の自由度が高いことも特徴の一つである。
以下、本発明を適用した第8実施形態の配線部材58について説明する。なお、図22〜24に示す第8実施形態の配線部材58において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、第6実施形態の配線部材50、及び第7実施形態の配線部材54と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図23に示すように、第8実施形態の配線部材58は、金属繊維シート6と、冷却機構59とを有している。
配線部材58においては、第1の金属層60と金属繊維シート6と第2の金属層61とがこの順に巻かれて折りたたまれるようにして固定部62が形成されている。両端の固定部62によって区切られている部分の金属繊維シート6は、冷媒の流路として機能する。
冷却機構59は第1の金属層60と第2の金属層61と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の両端の固定部62によって区切られている部分の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を効果的に冷却できる。
固定部62を形成する前に、配線部材50を所望の大きさに切断し、サイズを調整した後に固定部62を形成してもよい。
配線部材58においては、金属繊維シート6の両端の固定部62によって、配線部材58の側面が閉塞面とされているため、配線部材58の側面から冷媒が導出されにくくなる。よって、第6実施形態の配線部材50と比較して、金属繊維シート6の冷却効果がさらに高くなり、配線部材58の冷却効果がさらに高くなる。
以下、本発明を適用した第9実施形態の配線部材63について説明する。なお、図25〜27に示す第9実施形態の配線部材63において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、第6実施形態の配線部材50、第7実施形態の配線部材54、及び第8実施形態の配線部材58と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図26に示すように、第9実施形態の配線部材63は、金属繊維シート6と、冷却機構64とを有している。
配線部材63においては、第1の金属層65と金属繊維シート6と第2の金属層66とがこの順に巻かれて折りたたまれ、さらに、これらが折りたたまれた状態で固定されるようにして圧着部67が形成されている。配線部材63においては、両端の圧着部67によって区切られている部分の金属繊維シート6が、冷媒の流路として機能する。
冷却機構64は第1の金属層65と第2の金属層66と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の両端の圧着部67によって区切られている部分の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を効果的に冷却できる。
圧着部67を形成する前に、配線部材50を所望の大きさに切断し、サイズを調整した後に圧着部67を形成してもよい。
配線部材63においては、金属繊維シート6の両端の圧着部67によって、配線部材63の側面が閉塞面とされているため、配線部材63の側面から冷媒が導出されにくくなる。よって、第6実施形態の配線部材50と比較して、金属繊維シート6の冷却効果がさらに高くなり、配線部材63の冷却効果がさらに高くなる。
以下、本発明を適用した第10実施形態の配線部材68について説明する。なお、図28,29に示す第10実施形態の配線部材68において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、第6実施形態の配線部材50、第7実施形態の配線部材54、第8実施形態の配線部材58、及び第9実施形態の配線部材63と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図29に示すように、第10実施形態の配線部材68は、金属繊維シート6と、冷却機構69とを有している。
具体例には、金属繊維シート6は複数の区画部70によって複数の領域C4,C5,C6,C7に分割されている。複数に分割されている金属繊維シート6の領域C4,C5,C6,C7は、それぞれ冷媒の流路として機能する。
冷却機構69は、第1の金属層65と第2の金属層66と複数の区画部70と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の各領域C4,C5,C6,C7の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を効果的に冷却できる。
まず、図25に示す配線部材63の両端の圧着部67の間に挟まれている部分の第1の金属層65及び金属繊維シート6を切断し、貫通パターン71を第2の金属層66の上側に形成する(図30及び図31を参照。)。次いで、貫通パターン71に樹脂等を注入し、硬化させることで、区画部70を第2の金属層66に設ける。
配線部材68においては、C4,C5,C6,C7間が複数の区画部70によって区切られ、それぞれの間に閉塞面が形成されている。そのため、各領域C4,C5,C6,C7の空隙に冷媒を導入した際に、各領域の側面から冷媒が導出されにくくなる。その結果、第6実施形態の配線部材50と比較して、各領域C4,C5,C6,C7の金属繊維シート6の冷却効果がさらに高くなり、配線部材68の冷却効果がさらに高くなる。
さらに、領域C4,C5,C6,C7間が複数の区画部70によって区切られている。そのため、配線部材68においては、金属繊維シート6の各領域C4,C5,C6,C7の空隙に冷媒を導入することで、金属繊維シート6の各領域C4,C5,C6,C7を局所的に冷却できる。
第2の金属層66に区画部70が設けられる位置は、適宜変更可能である。区画部70が設けられる位置を変更することで、局所的に冷却される金属繊維シート6、第1の金属層65及び第2の金属層66の位置を変更できる。
以下、本発明を適用した第11実施形態の配線部材72について説明する。なお、図32〜34に示す第11実施形態の配線部材72において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、第6実施形態の配線部材50、第7実施形態の配線部材54、第8実施形態の配線部材58、第9実施形態の配線部材63、及び第10実施形態の配線部材68と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図33に示すように、第11実施形態の配線部材72は、金属繊維シート6と、冷却機構73とを有している。
配線部材72においては、第1の金属層74と第2の金属層75とが、両端の接合部76で接するように積層され、重ね合わされている。配線部材72においては、両端の接合部76によって区切られている部分の金属繊維シート6が、冷媒の流路として機能する。
冷却機構73は第1の金属層74と第2の金属層75と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の両端の接合部76によって区切られている部分の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を効果的に冷却できる。なお、配線部材72においても、冷媒の流路として機能する構成は、必ずしもシート状の形態に限定されない。すなわち、配線部材72において、冷媒の流路として機能する構成は、角柱状の金属繊維体の形態でもよい。
第2の金属層75の幅Wは、2〜20mmが好ましく、3〜12mmがより好ましく、5〜10mmがさらに好ましい。幅Wが前記下限値以上であると、配線部材72を組み合わせて任意の形状の配線を形成しやすくなる。幅Wが前記上限値以下であると、電気機器及び電子機器の小型化及び薄型化がさらに容易となる。
第2の金属層75の厚みは特に限定されない。例えば、100〜5000μmとすることができる。
配線部材72においては、第10実施形態の配線部材68と同様に、金属繊維シート6を複数の領域に区切る区画部を第2の金属層75に設けてもよい。
配線部材72においては、第9実施形態の配線部材63と比較して幅の長さが相対的に短いため、小型化及び薄型化が求められる電気機器及び電子機器に好適に適用できる。配線部材72を複数用いることにより、冷却したい部分を局所的に冷却することもできる。
特に、金属繊維シート6は柔軟な材料であるため、配線部材72は柔軟性に優れる。よって、配線部材72は、曲面、凹凸面等の平面以外の面にも適用しやすい。
以下、本発明を適用した第12実施形態の配線部材77について説明する。なお、図35〜37に示す第12実施形態の配線部材77において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、第6実施形態の配線部材50、第7実施形態の配線部材54、第8実施形態の配線部材58、第9実施形態の配線部材63、第10実施形態の配線部材68、及び第11実施形態の配線部材72と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図36に示すように、第12実施形態の配線部材77は、金属繊維シート6と、冷却機構78とを有している。
樹脂層79は金属繊維シート6の上面を覆うように、金属繊維シート6と接して金属繊維シート6の上面に設けられている。金属層80は、金属繊維シート6の下面と接して金属繊維シート6の下面に設けられている。
樹脂層79の材料は、柔軟性が確保されるものであれば特に限定されない。樹脂層79の厚みは、柔軟性の点から、0.5〜5mmが好ましく、0.8〜4mmがより好ましく、1〜3mmがさらに好ましい。樹脂層79の厚みが前記下限値以上であると、配線部材77の製造が容易である。樹脂層79の厚みが前記上限値以下であると、配線部材77の柔軟性がさらに優れる。
樹脂層79の幅は、上述の第2の金属層75の幅Wと同様であり、その好ましい態様も同様である。
冷却機構78は樹脂層79と金属層80と図示略の冷媒導入手段とを有するため、金属繊維シート6の空隙に冷媒を導入することで金属繊維シート6を効果的に冷却できる。なお、配線部材77においても、冷媒の流路として機能する構成は、必ずしもシート状の形態に限定されない。すなわち、配線部材77において、冷媒の流路として機能する構成は、角柱状の金属繊維体の形態でもよい。
配線部材77においては、第9実施形態の配線部材63と比較して幅の長さが相対的に短いため、小型化及び薄型化が求められる電気機器及び電子機器に好適に適用できる。
そして、金属繊維シート6及び樹脂層79は柔軟な材料であるため、配線部材77は配線部材72と比較して柔軟性にさらに優れる。よって、配線部材77は配線部材72よりも曲面、凹凸面等の平面以外の面に適用しやすい。
以下、本発明を適用した第13実施形態の配線部材81について説明する。なお、図38〜40に示す第13実施形態の配線部材81において、第1実施形態の配線部材1、第2実施形態の配線部材2、第3実施形態の配線部材3、第4実施形態の配線部材4、第5実施形態の配線部材5、第6実施形態の配線部材50、第7実施形態の配線部材54、第8実施形態の配線部材58、第9実施形態の配線部材63、第10実施形態の配線部材68、第11実施形態の配線部材72、及び第12実施形態の配線部材77と同一の構成には、同一符号を付し、その説明を省略する。
図39,40に示すように、第13実施形態の配線部材81は、金属繊維シート6と、冷却機構82とを有している。
配線部材81においては、導入管85の開口面Gから冷媒を導入することで、金属繊維シート6の空隙に冷媒を導入できる。導入管の開口面G側にホース等を接続して、冷媒を導入してもよい。
配線部材81においては、冷却機構82がポート部83を有するため、金属繊維シート6の空隙に冷媒を容易にかつ効果的に導入できる。
複数の配線部材81を使用する場合、複数の配線部材81の導入管85同士を金属等の導電部材で接続すれば、任意の形状の配線部材を提供でき、設計の自由度が向上する。
6 金属繊維シート
7,8,9,53,55,59,64,69,73,78,82 冷却機構
10 収容体
11,12 開口端部
20 支持体
21 開口端部
23 中空部
24 蓋体
25 貫通穴
26 仕切部
261,262 注型物
27 有機型枠層
28 貫通パターン
29 注型材料
30 端子
41,42 基板
D 金属繊維シートの厚み
H 仕切部の高さ
Claims (8)
- 銅繊維、及びアルミニウム繊維の少なくとも一方を含む金属繊維シートと、
前記金属繊維シートを冷却する冷却機構と、
を有し、
前記金属繊維シートに含まれている繊維同士が、少なくとも一部で結着されており、
前記銅繊維、及び前記アルミニウム繊維の少なくとも一方に電流が流れることで温度が高くなる前記金属シートを、前記冷却機構が冷却する配線部材。 - 前記冷却機構が、前記金属繊維シートを収容する収容体と、
前記収容体内に冷媒を導入する冷媒導入手段と、
を備える請求項1に記載の配線部材。 - 前記収容体が、銅板、アルミニウム板、銅箔、及びアルミニウム箔からなる群より選ばれる少なくとも一つで構成されている請求項2に記載の配線部材。
- 前記冷却機構が、前記金属繊維シートを支持する支持体を備え、
前記支持体の内部に冷媒の流路となる中空部が設けられている請求項1に記載の配線部材。 - 前記冷却機構が、前記金属繊維シートを収容する収容体と、前記収容体内に冷媒を導入する冷媒導入手段と、前記収容体を支持する支持体とを備え、
前記支持体の内部に冷媒の流路となる中空部が設けられている請求項1に記載の配線部材。 - 銅繊維、及びアルミニウム繊維の少なくとも一方を含む金属繊維シートと、
前記金属繊維シートを冷却する冷却機構と、
を有し、
前記金属繊維シートに含まれている繊維同士が、少なくとも一部で結着されており、
前記冷却機構が、前記金属繊維シートを支持する支持体を備え、
前記支持体の内部に冷媒の流路となる中空部が設けられており、
前記支持体に、前記冷媒が前記中空部から前記金属繊維シートに向かって導出される貫通穴が設けられている配線部材。 - 前記金属繊維シート、及び前記冷却機構の少なくとも一方を被覆する絶縁体が設けられている請求項1〜6のいずれか一項に記載の配線部材。
- 前記繊維同士が、焼結により結着されている請求項1〜7のいずれか一項に記載の配線
部材。
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