JPH06200079A - 冷却用熱伝導体 - Google Patents

冷却用熱伝導体

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JPH06200079A
JPH06200079A JP36011292A JP36011292A JPH06200079A JP H06200079 A JPH06200079 A JP H06200079A JP 36011292 A JP36011292 A JP 36011292A JP 36011292 A JP36011292 A JP 36011292A JP H06200079 A JPH06200079 A JP H06200079A
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JP
Japan
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heat
aluminum
conductor
rubber
thermal conductivity
Prior art date
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JP36011292A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Oka
浩史 岡
Tamio Kuba
多美男 久場
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OKAYASU RUBBER KK
Original Assignee
OKAYASU RUBBER KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な形状への成型が容易で、振動を伝えに
くく、安価に製造しうる熱伝導体を提供する。 【構成】 発熱部品3と放熱用のケース2との間に介在
させる冷却用熱伝導体1であって、加硫ゴム製の弾力性
を有する基材と、この基材中に分散充填されているアル
ミニウム粉末からなる充填材とを備えた熱伝導体1の構
成。 【効果】 アルミニウム粉末が熱伝導率を上昇させ、ゴ
ム基材が成型性を向上させると共に発熱部品や放熱用部
品との密着性を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は冷却用熱伝導体に関す
る。さらに詳しくは、発熱する部品を内蔵する電気製品
などにおいて、その熱をケース外板または低温部へ誘導
するための熱伝導体の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ケースやキュービクル内に抵抗
器、整流器、変圧器などの発熱部品を組み込む電気機器
において、他の高温を嫌う部品との間隔を充分にとる
か、排気ファンを内蔵させて外部空気を導入し、いわば
放射ないし対流による熱移動で温度が上昇しないように
している。他方、高温体から熱伝導により熱移動させる
方法に関しては、いわゆる「冷やし金」と呼ばれる金属
製の熱伝導板が従来用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記部品の間隔を大き
くとる方法や排気ファンを利用する方法は、近年の電気
製品の小型化、高機能化の要請により部品点数を増加し
たり、高密度配置化することに対して充分に対応できな
い。また前記冷やし金による方法は、部品形状が簡単で
あればよいが、複雑な形状の部品とケース外板などとの
間の狭い間隙に利用しようとすると、技術的にむずかし
くなり(成型および密接が困難)、またコストも高くな
る難点がある。さらにかかる金属製の冷やし金は発熱部
品などで発生する微細振動や唸り音をケース外板などに
伝達し、場合により共振や共鳴を生ずる。本発明はかか
る従来の冷却方法および熱伝導板の問題に鑑みてなされ
たものであり、近時の製品の小型化および高機能化に対
応するべく、複雑な形状への成型が容易で、振動を伝え
にくく、しかも安価に製造しうる熱伝導体を提供するこ
とを技術課題とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の冷却用熱伝導体
は、発熱する部品と放熱用部品との間に介在させる冷却
用熱伝導体であって、加硫ゴムないし軟質合成樹脂から
なる弾力性を有する基材と、該基材中に分散充填されて
いるアルミニウムないしアルミニウム合金の粉末からな
る充填材とを備えていることを構成上の特徴としてい
る。前記基材の材質は、電気部品などとの密着性、間隙
の公差に追従する柔軟性(弾性)、耐熱性、密着部品に
対する非腐蝕性および耐汚染性、耐老化性、さらに場合
により耐油性を有するものが好ましい。そのような材質
として、たとえ天然ゴム(NR)、あるいはスチレンブ
タジエンゴム(SBR)、クロロプレン(CR)、ニト
リルゴム(NBR)、ブチルゴム(IIR)、シリコン
ゴムなどの合成ゴムなど、ゴム材料があげられる。しか
し使用状況により、EVA(エチレン酢酸ビニル共重合
体)、軟質塩化ビニルあるいはオレフィン系、スチレン
系、ポリエステル系などの合成樹脂エラストマーなども
使用しうる。上記材料のうち、熱伝導率が高いこと(表
1参照)、および耐油性の点からニトリルゴムがもっと
も好ましい。またゴム硬度は前記密着性を確保するた
め、40〜70度(JIS−A)の範囲がもっとも適し
ている。
【0005】
【表1】
【0006】ゴム系の材料の場合は、相手部材に合わせ
て可塑変形しやすいことから、未加硫のゴムを用いるこ
とも考えられる。しかし長期間使用すると弾力性や密着
性が低下するので、本発明では加硫ゴムを用いる。本発
明においては、充填材の材質として、熱伝導率が高いこ
と、耐腐蝕性が高いことから、アルミニウムあるいはア
ルミニウム合金(たとえば少量の銅、シリコン、マグネ
シウムなどとの合金)を採用している。なお熱伝導率に
ついては、表2に示すように銅がもっとも高い。しかし
ニトリルゴムなどの加硫のために硫黄を用いる場合、銅
と硫黄とが反応し、銅腐蝕がみられるなど、耐蝕性に問
題がある。またフェロシリコンなどの金属化合物粉末を
ゴム中に含有させることも考えられるが、全体の熱伝導
率が0.5〜0.7W/m・Kと充分でない。そのため
本発明においては、アルミニウムまたはアルミニウム合
金を採用している。なおアルミニウムおよびその合金は
比重が2.7程度と軽く、機器の軽量化にも役立つ。
【0007】
【表2】 (*)天然ゴム・カーボン配合
【0008】充填材の粒度は200メッシュを超える細
かさにしても熱伝導率がそれほど向上せず、かえって取
り扱いが面倒となり、またコストが高くなる。逆に10
0メッシュ未満の大きい粒度のものでは、成型品の表面
に粗粒が表われ、表面肌がきたなくなるのみならず、粗
粒が剥離・落下しやすくなる。そのためショートなどの
機能障害の原因になる。したがって充填材の粒度は10
0〜200メッシュのものが最も好ましい。充填材の混
合量は、重量比率で50%(容積比率32.5%)未満
では熱伝導度の上昇が僅かである。一方、重量比率70
%(容積比率53.%)を超えると硬度の上昇が大であ
り、また表面に粉末が浮き出して剥離落下の可能性があ
る。そのため重量比率で50〜70%が好ましい。
【0009】
【作用】本発明の熱伝導体はシート状に成型して所定形
状に打ち抜き、あるいは所望の凹凸部を備えた立体形状
に成型し、発熱部品と放熱部品との間に介在させて使用
する。熱伝導体の基材は弾力性を備えているので、発熱
部品および放熱用部品のいずれに対しても密着性が高
い。その結果、相手部材との間に空気層を介在させずに
密着固定しうるので、境界部の熱伝導性は金属板などに
比してかえって高い。またアルミニウムないしその合金
の粉末を充填しているので、内部の熱伝導率(たとえば
0.7〜1.6W/m・K)が通常のゴム(0.14W
/m・K)やゴム配合加硫品(0.17〜0.20W/
m・K)などに比して1桁近く高い。充填材の重量比率
が50%(容積比率3.25%)を超えると熱伝導比率
が急に高くなる。これは充填材の粉粒同士が接触する比
率が高くなり、その結果、熱がK値の低いゴム部分より
も連結した充填材を短絡して伝えられるためと推察され
る。
【0010】
【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の冷却用熱
伝導体の実施例を説明する。図1は本発明の熱伝導体の
一実施例を使用状態において示す断面図、図2は本発明
の熱伝導体の他の実施例を示す斜視図、図3は本発明の
熱伝導体の実施例におけるアルミニウム含有率と熱伝導
率の関係を示すグラフである。図1の熱伝導体1は電気
製品に内蔵される送風機のケース2などの低温部と、変
圧器などの発熱部品3用の基板4との間に挿入して用い
る。このとき熱伝導体1は厚さ方向にいくらか(1〜7
%程度)圧縮させておく。たとえば基板4とケース2と
の間に約7mmの隙間δがあいている場合、熱伝導体1の
厚さは約7.1〜7.5mmとする。
【0011】上記の熱伝導体1は、合成ゴム(たとえば
ニトリルゴム)などのコンパウンドにアルミニウム粉末
を混練し、成型し、さらに加硫したものである。このも
のはたとえば厚さ7mmのシート状に成形した熱伝導体
(以下、シート材という)8を所定の形状に打ち抜いて
製造することができる。しかし量産する場合は、密着性
を上げるため、およびコストの低減のため、図2に示す
ように、あらかじめ発熱部品3を固定するビスの頭5と
の干渉を避けるための凹部6を設けたり、必要により段
差7を設けた成型物12とするのが好ましい。すなわち
未加硫のゴムパウンドにアルミニウムの粉末を混練した
材料を所定の金型でプレス成型し、加硫して製造する。
この場合、表面層の領域にはアルミニウム粉末があまり
現われないので、ゴム基材からアルミニウム粉末が脱落
しにくく、さらに表面が平滑になる利点がある。
【0012】前記シート材から一定形状に打ち抜く場
合、シート材自体の表面にはアルミニウム粉末があまり
露出しないが、打ち抜いたときの切断面に多数のアルミ
ニウム粉末が露出し、ポロポロと剥離・脱落しやすい。
そのため図2のような成型したものが一層好ましい。上
記のごとく電気機器に組み込まれた熱伝導体1は、発熱
部品3が発生する熱を広い熱伝導面積によって送風機の
ケース2などの低温部品まで伝導することにより発熱部
品3を冷却する。このとき周囲の部品に熱の影響を及ぼ
さない。また熱伝導体1を介在させると、発熱部品3に
対し、ケース2から伝わる振動や発熱部品3自体が発生
する微細振動を減衰させる効果がある。なお図1の矢印
Rは送風機内を流れている風を示しており、その風によ
りケース2が冷却される。熱伝導体1はこのようにそれ
自体冷却されるケース2や、外気と接触するケース外板
に密接させて用いる。また図1では発熱部品3の熱を基
板4を介して熱伝導体1に伝えているが、もちろんケー
ス2と発熱部品3とが直接向き合っている個所があれ
ば、その間に介在させてもよい。
【0013】つぎに具体的な実施例をあげて本発明の熱
伝導体の効果を説明する。 〔実施例1〜9〕未加硫コンパウンドとして表3のもの
を採用した。
【表3】 (*1〜3)亜鉛華、カーボンブラック7および可塑剤
については、最終的に熱伝導体の硬度が40〜70度
(JIS−A)となるように調整した。 (*4)その他の薬品には老化防止剤、加工助成剤など
が含まれている。アルミニウム粉末は原則として150
メッシュのものを用い、全体の52〜71重量%となる
ように配合した。各実施例についのて配合割合は表4に
示す。このものを厚さ7mm(+0.1〜+0.5mm)、
幅50mm、長さ75mmにプレス成型し、実施例1〜9の
熱伝導体をえた。
【0014】なお実施例4についてはカーボンブラック
を10%減少し、亜鉛華を10%増加した(表4の*
5)ほかは実施例3と同じである。また実施例7につい
てはアルミニウム粉末として200メッシュのものを用
いた(表4の*6および図3の*6)ほかは実施例6と
同じである。 [測定方法]上記のようにしてえられた実施例1〜9の
熱伝導体について、熱線式熱伝導率測定器により熱伝導
率を求めた。その結果を表4および図3に示す。
【表4】
【0015】なお図3の曲線Aは実測に基づくものであ
り、曲線Bはアルミニウム粉末粒子が基材ゴム中に完全
に均一に分散して粒子同士が接触していない状態と仮定
した場合の平均熱伝導率(K=KA・VA/V+KR・VR
V)に基づく理論曲線である。ただしKAおよびKRはそれ
ぞれアルミニウムおよび基材ゴムの熱伝導率であり、VA
/VおよびVR/Vはそれぞれアルミニウムおよび基材ゴ
ムの全体に対する容積比率である。図3のグラフによれ
ば、アルミニウム粉末の含有率が高くなるほど熱伝導率
が上昇することがわかる。これは平均熱伝導率がアルミ
ニウムの熱伝導率と基材ゴムの熱伝導率との間の値をと
ること、およびその値が両者の容積比率に依存するとの
推定からも理解できる。しかし実測値(曲線A)におい
ては、容積比率Vが30%(重量比率で50%)を超え
たときから、とくに43%を超えたあたりから、熱伝導
率が急激に上昇し、理論値から大きく離れていることが
わかる。このような現象は前記「作用」の項で述べたよ
うに、アルミニウム粉末の含有率が容積比率Vで30%
以上になると粉粒同士が接触し合う確率が高くなり、そ
の結果、熱がK値(熱伝導率)の低いゴム部分により
も、連結したアルミニウム粒子を短絡して伝えられるこ
とにより生ずると推定される。
【0016】硬度についてはアルニウムの混入量の増加
と共に上昇し、45度(実施例1)から65度(実施例
9)の範囲となった。ただし表3における配合薬品中の
カーボンブラックおよび可塑材を適宜変量することによ
り、それぞれのアルミニウム充填率において±5度の範
囲で、実用性を損なうことなく、比較的容易に硬度を変
更しうることが確認された。
【0017】
【発明の効果】本発明の熱伝導体は、ゴムなどの基材に
アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末を充填した
ものであるので、複雑な形状への成型が容易であり、振
動を伝えにくく、しかも安価に製造することができる。
また耐腐蝕性が高い。さらに弾力性により発熱部品およ
び放熱用部品の表面との密着性が高く、そのため物品間
の境界域での熱伝導率が高い。また内部の熱伝導率も比
較的高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の熱伝導体の一実施例を使用状態におい
て示す断面図である。
【図2】本発明の熱伝導体の他の実施例を示す斜視図で
ある。
【図3】本発明の熱伝導体の実施例におけるアルミニウ
ム含有率と熱伝導率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 熱伝導体 2 ケース 3 発熱部品 4 基材 5 頭 6 凹部 7 段差 8 成型物
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年2月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【作用】本発明の熱伝導体はシート状に成型して所定形
状に打ち抜き、あるいは所望の凹凸部を備えた立体形状
に成型し、発熱部品と放熱部品との間に介在させて使用
する。熱伝導体の基材は弾力性を備えているので、発熱
部品および放熱用部品のいずれに対しても密着性が高
い。その結果、相手部材との間に空気層を介在させずに
密着固定しうるので、境界部の熱伝導性は金属板などに
比してかえって高い。またアルミニウムないしその合金
の粉末を充填しているので、内部の熱伝導率(たとえば
0.7〜1.6W/m・K)が通常のゴム(0.14W
/m・K)やゴム配合加硫品(0.17〜0.20W/
m・K)などに比して1桁近く高い。充填材の重量比率
が50%(容積比率32.5%)を超えると熱伝導比率
が急に高くなる。これは充填材の粉粒同士が接触する比
率が高くなり、その結果、熱がK値の低いゴム部分より
も連結した充填材を短絡して伝えられるためと推察され
る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 1 熱伝導体 2 ケース 3 発熱部品 4 基板 5 頭 6 凹部 7 段差 8 成型物

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱する部品と放熱用部品との間に介在
    させる冷却用熱伝導体であって、加硫ゴムないし軟質合
    成樹脂からなる弾力性を有する基材と、該基材中に分散
    充填されているアルミニウムないしアルミニウム合金の
    粉末からなる充填材とを備えた冷却用熱伝導体。
  2. 【請求項2】 前記充填材の粒度が100〜200メッ
    シュであり、該充填材を50〜70重量%含有する請求
    項1記載の熱伝導体。
  3. 【請求項3】 全体のJIS−Aゴム硬度が40〜70
    度である請求項1または2記載の熱伝導体。
JP36011292A 1992-12-29 1992-12-29 冷却用熱伝導体 Pending JPH06200079A (ja)

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JP36011292A JPH06200079A (ja) 1992-12-29 1992-12-29 冷却用熱伝導体

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000072967A (ja) * 1998-08-26 2000-03-07 Matsushita Electric Works Ltd 熱伝導性シリコーンゴム組成物の製造方法及び熱伝導性シリコーンゴム組成物

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