JPWO2017086241A1 - 放熱器、電子機器、照明機器および放熱器の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、放熱器、電子機器、照明機器および放熱器の製造方法に関し、該放熱器は、2つ以上の放熱フィンを有し、各放熱フィンは、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体であり、前記放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと接合される接合面と、隣り合う放熱フィンと互いに接触しない非接触部分とを有し、前記放熱器に含まれる少なくとも2つの放熱フィンは、それぞれ、前記非接触部分の少なくとも一部が、前記接合面に対し所定の角度を有する羽部を有する。
Description
本発明は、照明機器や電子機器に発生した熱を放熱する際に好適に用いられる放熱器およびその製造方法などに関する。
コンピュータをはじめとする電子機器や、LEDなどを含む照明機器は、その高性能化に伴い発熱量が増大している。たとえば、電子機器に搭載されたCPU(中央処理装置)やLEDランプは特に発熱量が大きい。これらの素子を規定の温度以下に冷却するために、一般に放熱器が装着される。この放熱器は、CPUの高速化や照明光源の高密度化にともなう発熱量の増大に対応するため、大型化するとともに、放熱器を構成するフィンの枚数の増加により重量も増大している。このように、放熱器の重量が増大すると、電子機器の輸送が困難になるとともに、放熱器を装着した電子機器や照明機器に過大な荷重がかかる恐れがある。また、自動車等に搭載される放熱器の重量増加は燃費悪化を招く。
従来の放熱器はアルミニウムやマグネシウムのダイキャストによる一体成形あるいは機械加工で制作されていた。なかでも、ダイキャストによる一体成形ではフィンの厚さを薄くしたり、高さを高くしたりするのに限界があり、放熱器として十分な性能を引き出すことができず、また、機械加工ではコストが高くなり、量産には適さない等の問題点があった。
以上のことから、冷却性能を低下させずに軽量な放熱器を提供することが必要とされており、その一手段として、放熱器に使用される材料に銅等と同程度以上の高い熱伝導率を有し、かつ銅よりも密度の小さいグラファイトなどを使用することが検討されている。
このようなグラファイトを用いた放熱器に関する技術としては、例えば、グラファイトシートと金属板とを積層し、波状またはコルゲート状に曲げ加工した部位を有する放熱器が知られている(特許文献1および2を参照。)。
また、特許文献3には金属箔でグラファイトシートの両面を覆った積層体をコルゲート状に加工した部位を有する放熱器が記載されている。
前記特許文献1および2に開示された放熱器は、グラファイトシートが表面に存在しており、グラファイトは、幾重にもなる層構造が脆弱であることから、容易にグラファイトの破砕粉末を生じてしまう。このようなグラファイトの破砕粉末は、ショートなどの原因となるため、電子機器や照明機器では、該粉末の飛散を抑制することが要求されている。そのため、前記放熱器を電子機器や照明機器に用いる場合、粉末の飛散を抑制するためにグラファイトシートの全面をフィルムなどで保護する必要があるが、その結果、保護に用いたフィルムが熱抵抗となってグラファイトシートと金属板とを積層した効果が十分に得られなかった。
また、前記特許文献3に記載の放熱器は、軽量であったが、放熱性の点および強度の点で、さらなる改良の余地があった。
本発明の実施態様では、グラファイトの優れた熱伝導率を生かしながら、グラファイトの脆弱性による粉末の飛散や脱落を抑制し、軽量で放熱効率に優れる放熱器を提供する。
本発明の構成例は以下のとおりである。
[1] 2つ以上の放熱フィンを有する放熱器であり、
各放熱フィンは、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体であり、
前記放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと接合される接合面と、隣り合う放熱フィンと互いに接触しない非接触部分とを有し、
前記放熱器に含まれる少なくとも2つの放熱フィンは、それぞれ、前記非接触部分の少なくとも一部が、前記接合面に対し所定の角度を有する羽部を有する、
放熱器。
各放熱フィンは、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体であり、
前記放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと接合される接合面と、隣り合う放熱フィンと互いに接触しない非接触部分とを有し、
前記放熱器に含まれる少なくとも2つの放熱フィンは、それぞれ、前記非接触部分の少なくとも一部が、前記接合面に対し所定の角度を有する羽部を有する、
放熱器。
[2] 放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、前記接合面の面積より、前記非接触部分の面積の方が大きい、[1]に記載の放熱器。
[3] 放熱器の、前記接合面に対し略水平な方向の最大長さLに対する、前記接合面に対し略垂直な方向の最大長さHの比(H/L)が、1.0以上である、[1]または[2]に記載の放熱器。
[3] 放熱器の、前記接合面に対し略水平な方向の最大長さLに対する、前記接合面に対し略垂直な方向の最大長さHの比(H/L)が、1.0以上である、[1]または[2]に記載の放熱器。
[4] 前記積層体が可撓性を有する、[1]〜[3]のいずれかに記載の放熱器。
[5] 前記所定の角度が30〜150°である、[1]〜[4]のいずれかに記載の放熱器。
[6] 前記放熱フィンは、前記積層体を折り曲げたものであり、かつ、該放熱フィンを折り曲げた状態を正面から見た場合において、略L字型、略U字型、略凹字型または略扇型の形状を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の放熱器。
[6] 前記放熱フィンは、前記積層体を折り曲げたものであり、かつ、該放熱フィンを折り曲げた状態を正面から見た場合において、略L字型、略U字型、略凹字型または略扇型の形状を有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の放熱器。
[7] 放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合されている、[1]〜[6]のいずれかに記載の放熱器。
[8] 前記グラファイトシートは、天然グラファイトまたは人工グラファイト製のシートである、[1]〜[7]のいずれかに記載の放熱器。
[9] 前記グラファイトシートは、該シートの面内方向の熱伝導率が500W/m・K以上である、[1]〜[8]のいずれかに記載の放熱器。
[9] 前記グラファイトシートは、該シートの面内方向の熱伝導率が500W/m・K以上である、[1]〜[8]のいずれかに記載の放熱器。
[10] 前記金属箔は、銅、アルミニウム、チタンまたはマグネシウム箔である、[1]〜[9]のいずれかに記載の放熱器。
[11] 前記金属箔は、グラファイトシートより厚みが薄い、[1]〜[10]のいずれかに記載の放熱器。
[11] 前記金属箔は、グラファイトシートより厚みが薄い、[1]〜[10]のいずれかに記載の放熱器。
[12] 前記放熱フィンは、その表層の少なくとも一部に、斜方晶系ケイ酸塩と樹脂バインダーとを含有する放熱塗料層を有する、[1]〜[11]のいずれかに記載の放熱器。
[13] 前記放熱塗料層は、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩、フッ素系化合物および硬化剤を含有する組成物、または、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩、アクリル系化合物および硬化剤(但し、該アクリル系化合物および硬化剤の少なくとも一方は、シリコーン変性されている)を含有する組成物
を用いて形成された層である、[12]に記載の放熱器。
[13] 前記放熱塗料層は、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩、フッ素系化合物および硬化剤を含有する組成物、または、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩、アクリル系化合物および硬化剤(但し、該アクリル系化合物および硬化剤の少なくとも一方は、シリコーン変性されている)を含有する組成物
を用いて形成された層である、[12]に記載の放熱器。
[14] [1]〜[13]のいずれかに記載の放熱器を含む電子機器。
[15] [1]〜[13]のいずれかに記載の放熱器を含む照明機器。
[15] [1]〜[13]のいずれかに記載の放熱器を含む照明機器。
[16] 下記工程1および2を含む、[1]〜[13]のいずれかに記載の放熱器の製造方法。
工程1:金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体を2つ以上形成する工程
工程2:工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合し、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分を形成する工程、または、
工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ、次いで、該接合面を粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合する工程
工程1:金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体を2つ以上形成する工程
工程2:工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合し、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分を形成する工程、または、
工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ、次いで、該接合面を粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合する工程
本発明の実施態様に係る放熱器(以下「本放熱器」ともいう。)は、グラファイト粉末が生じ難く、十分な強度を有し、かつ、軽量で放熱効果に優れる。
≪放熱器≫
以下、図1に基づいて本発明の実施態様を説明する。
本発明の実施態様に係る放熱器10は、2つ以上の放熱フィンを有し、
各放熱フィンは、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体であり、
前記放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと接合される接合面(以下単に「接合面」ともいう。)30と、隣り合う放熱フィンと互いに接触しない非接触部分とを有し、
前記放熱器に含まれる少なくとも2つの放熱フィンは、それぞれ、前記非接触部分の少なくとも一部が、前記接合面に対し所定の角度を有する羽部20を有する。
以下、図1に基づいて本発明の実施態様を説明する。
本発明の実施態様に係る放熱器10は、2つ以上の放熱フィンを有し、
各放熱フィンは、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体であり、
前記放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと接合される接合面(以下単に「接合面」ともいう。)30と、隣り合う放熱フィンと互いに接触しない非接触部分とを有し、
前記放熱器に含まれる少なくとも2つの放熱フィンは、それぞれ、前記非接触部分の少なくとも一部が、前記接合面に対し所定の角度を有する羽部20を有する。
このような放熱器は、グラファイトシートの優れた熱伝導性を生かしながら、グラファイトの層構造に由来する脆弱性による粉末の飛散や脱落を抑制し、軽量で放熱効率に優れる。特に、本放熱器は、発熱体で発生した熱をグラファイトシートの両面を覆う金属箔に伝熱し、さらに、グラファイトシートは、その面内方向の熱伝導性が極めて高いため、発熱体からの熱を前記羽部表面の全体で均一に放熱でき、放熱効果に優れると考えられる。また、グラファイトシート単体は可撓性が高く、形状保持が困難であるが、本発明の実施態様によれば、該グラファイトシートを用いても、所望の形状の放熱器を形成することができる。
また、本放熱器は、特に、2つ以上の放熱フィンを有し、少なくとも2つの放熱フィンから形成される前記羽部を有するため、放熱効率が特に優れ、軽量化等の点から、厚みの薄い積層体を用いたとしても、強度の高い放熱器となり、特に、該放熱器を発熱体にネジ止めやビス止めなどにより固定して用いる場合であっても十分な強度を有する。
なお、本発明の実施態様において、非接触部分とは、1つの放熱フィンのうち、そのどの部分も他の放熱フィンと接触しない部分のことを言い、このような非接触部分としては、例えば、図1では、接合面30から立ち上がった羽部20が挙げられ、図1をAの方向から見た場合の接合面30の上面は、前記非接触部分ではない。
本放熱器の形状は、本発明の効果を損なわない限り特に制限されず、所望の用途、例えば、発熱体の形状、放熱器が用いられる場所等に応じて適宜選択すればよく、本放熱器は、状況に応じて、適宜その形状を変形可能であり、また、場合によっては、所望の形状に固定することも可能である。
本放熱器は、前記接合面に対し、所定の角度を有する羽部20を有し、該放熱器に含まれる羽部20は、少なくとも2つの放熱フィンから形成される。つまり、本放熱器は、図39のような、1枚の放熱フィンから形成された羽部を有する放熱器とは異なる。
前記角度としては、特に制限されないが、放熱効率に優れる放熱器が得られること、積層体を折り曲げた際のグラファイトシートの破断やグラファイトの粉落ちを抑制すること等を考慮すると、好ましくは30〜150°であり、より好ましくは45〜135°である。
前記羽部が有する角度は、放熱器に含まれる、羽部を有する全ての放熱フィンで略同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、放熱器の外側に行くに従って角度が大きくなる(例:図3)ことが、放熱効率に優れる放熱器が得られる等の点から好ましい。
前記羽部が有する角度は、放熱器に含まれる、羽部を有する全ての放熱フィンで略同一であってもよく、異なっていてもよい。後者の場合、放熱器の外側に行くに従って角度が大きくなる(例:図3)ことが、放熱効率に優れる放熱器が得られる等の点から好ましい。
なお、例えば、図1の放熱器は、接合面30に対し、約90°の角度の羽部20を有し、図3の放熱器は、図1のAと同様の方向から見た場合の一番右側の羽部20が、接合面30に対し、約105°の角度を有し、図10の放熱器は、接合面30に対し、約135°の角度を有する羽部20有し、図18の放熱器に含まれる羽部20は全て、接合面30に対し、約90°の角度を有する。
前記所定の角度とは、0°を超え、180°未満の角度である。
前記所定の角度とは、0°を超え、180°未満の角度である。
本放熱器の形状としては、例えば、図1〜35に記載の形状が挙げられる。これらの図に記載の形状以外にも、用いる放熱フィンの枚数を変更した放熱器、各羽部間の間隔が様々な放熱器(例:羽部の間隔が略均一な放熱器、放熱器の中央部のみ羽部の間隔が大きい放熱器、放熱器の外側に行くに従って羽部の間隔が大きくなる放熱器、羽部の間隔がばらばらの放熱器)、羽部の形状を変更した放熱器(例:図2,3,15〜22等の放熱器の羽部を、例えば図4〜12のような形状に変更した放熱器)などが挙げられる。
また、本放熱器を所望の形状に保持するために、本放熱器は、羽部を固定するための固定手段を有していてもよい。
また、本放熱器を所望の形状に保持するために、本放熱器は、羽部を固定するための固定手段を有していてもよい。
本放熱器の形状としては、図1のAと同様の方向から見た場合(本発明では、この場合を、「放熱フィンを折り曲げた状態を正面から見た場合」ともいい、この場合の図を「正面図」ともいう。)、略L字型(例:図15)、略U字型(例:図17)、略凹字型(コの字型、(例:図1、2、4〜6))または略扇型(例:図3)の形状であることが好ましい。このような形状の放熱器は、良好な放熱効果を有するため好ましい。
本放熱器は、羽部を通過する空気の通風抵抗を低減し、気流を妨害しない形状であることが好ましく、この点から、略図1〜12、15〜19、21および22等の形状の放熱器が好ましい。
また、本放熱器は、軽量でありながらも放熱特性に優れ、特に、剛性に優れる放熱器が得られる等の点から、略図33〜35等で表される形状の放熱器であることが好ましい。
なお、図29〜32の放熱器は、図面では明確ではないが、2つ以上の放熱フィンを有し、かつ、羽部20は、少なくとも2つの放熱フィンからなる。例えば、図32の放熱器は、その中間層を形成する羽部20が2枚以上の放熱フィンから形成されていればよく、該羽部20は、例えば、2枚の放熱フィン、4枚の放熱フィン、または、9枚の放熱フィンから形成される。
本発明において、隣り合う放熱フィンとは、ある放熱フィンXとある放熱フィンYとが接合される場合、これらの放熱フィンXおよびYが隣り合う放熱フィンであるという。
例えば、図1における、該放熱器をAの方向から見た場合の最も右側の羽部を形成する放熱フィンと、その一つ左側の羽部を形成する放熱フィンとは、隣り合う放熱フィンであり、図13や14等における放熱器を、図1のAの方向と同様の方向から見た場合の羽部を形成する放熱フィンと、底面を形成する放熱フィンとは、隣り合う放熱フィンであり、図25等における、略円筒状の放熱フィンと羽部20を形成する放熱フィンとは隣り合う放熱フィンである。
例えば、図1における、該放熱器をAの方向から見た場合の最も右側の羽部を形成する放熱フィンと、その一つ左側の羽部を形成する放熱フィンとは、隣り合う放熱フィンであり、図13や14等における放熱器を、図1のAの方向と同様の方向から見た場合の羽部を形成する放熱フィンと、底面を形成する放熱フィンとは、隣り合う放熱フィンであり、図25等における、略円筒状の放熱フィンと羽部20を形成する放熱フィンとは隣り合う放熱フィンである。
本発明の実施態様において、放熱器の放熱効果をより高めるためには、前記非接触部分の面積をできるだけ大きくすることが好ましく、前記羽部の面積をできるだけ大きくすることがより好ましく、前記非接触部分の面積を前記接合面の面積より大きくすることがさらに好ましく、前記非接触部分の面積を接合面の面積の約2倍以上にすることが特に好ましい。特に狭い設置面積で効率よく放熱するためには、放熱フィンを立体形状に加工し、表面積を増加させることが好ましい。
なお、前記接合面の面積とは、放熱フィンを形成する積層体の最も大きな面(片面)のうち、前記接合面となる部分の面積を言い、前記非接触部分の面積とは、該片面のうち、前記接合面となる部分以外の面積を言う。
なお、前記接合面の面積とは、放熱フィンを形成する積層体の最も大きな面(片面)のうち、前記接合面となる部分の面積を言い、前記非接触部分の面積とは、該片面のうち、前記接合面となる部分以外の面積を言う。
本放熱器は、通常、発熱体に接して使用される。この場合、放熱器の発熱体に接する部分には、該発熱体で発生した熱を放熱器全体に伝えるために、熱伝導に異方性のない金属箔が存在していることが好ましい。
そして、放熱器に一旦伝熱された熱は、グラファイトシートの面内方向の高い熱伝導特性によって放熱器全体に拡散され、さらに、グラファイトシートの発熱体側とは反対側の金属箔に伝熱されて高い放熱性能を発現する。
そして、放熱器に一旦伝熱された熱は、グラファイトシートの面内方向の高い熱伝導特性によって放熱器全体に拡散され、さらに、グラファイトシートの発熱体側とは反対側の金属箔に伝熱されて高い放熱性能を発現する。
つまり、本放熱器は、前記積層体を2枚以上含むことで、高い放熱特性を有するが、本発明者が鋭意検討した結果、このような積層体を用いる放熱器の放熱効率をさらに向上させるためには、放熱器の、前記接合面に対し略水平な方向の最大長さ(図1のAと同様の方向から見た場合の横方向の最大長さ(以下単に「横方向の長さ」ともいう。))Lに対する、前記接合面に対し略垂直な方向の最大長さ(図1のAの方向から見た場合の縦方向の最大長さ(以下単に「縦方向の長さ」ともいう。))Hの比(H/L)が、1.0以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましいことを見出した。なお、H/Lの上限は、放熱器の重さや強度等の点から、好ましくは2.5である。
つまり、本放熱器は、従来の放熱器とは異なり、前記積層体を用いるため、縦方向に熱を拡散させ、発熱体の温度上昇を緩和することが好ましい。
一方で、従来の放熱器は、横方向の長さの方が、縦方向の長さより長いのが通常であった。これは、従来の放熱器では、横方向に熱を伝達し易く、このため、横方向に長い放熱器を用いることで放熱特性を向上させようとする狙いがあったためであると考えられる。
つまり、本放熱器は、従来の放熱器とは異なり、前記積層体を用いるため、縦方向に熱を拡散させ、発熱体の温度上昇を緩和することが好ましい。
一方で、従来の放熱器は、横方向の長さの方が、縦方向の長さより長いのが通常であった。これは、従来の放熱器では、横方向に熱を伝達し易く、このため、横方向に長い放熱器を用いることで放熱特性を向上させようとする狙いがあったためであると考えられる。
本放熱器としては、H/Lが前記範囲を満たし、かつ、その形状が、例えば、略図1、3、8、15、16および19で表される形状の放熱器であることが、特に、軽量でありながら放熱効率に優れ、さらに製造容易であることから好ましい。またこの場合、羽部の形状は、より放熱効率に優れる放熱器が得られる等の点から、略図11や12のような形状であってもよく、より剛性に優れる放熱器が得られる等の点から、略図13や14のような形状であってもよい。
また、本放熱器を発熱体に接して使用する場合、例えば、前記接合面30の中心部であって、放熱フィンが立ち上がった側とは反対側に発熱体50を接触させる場合(図36参照)には、該発熱体に近い部分で放熱フィンが立ち上がっている(発熱体に近い部分に羽部がある)と、より放熱効率に優れる放熱器が得られるため好ましい。
つまり、接合面30の中心部であって、放熱フィンが立ち上がった側とは反対側に発熱体を接触させる場合には、図2の形状の放熱器よりも図1の形状の放熱器の方がより放熱効率に優れるため好ましい。
つまり、接合面30の中心部であって、放熱フィンが立ち上がった側とは反対側に発熱体を接触させる場合には、図2の形状の放熱器よりも図1の形状の放熱器の方がより放熱効率に優れるため好ましい。
本放熱器に用いる放熱フィンの枚数は、2枚以上であれば特に制限されない。用いる放熱フィンの枚数が多くなれば、羽部を多く形成することができ、放熱特性が向上する傾向にあるが、あまり多すぎると、接合部分による放熱特性の低下等が起こる可能性があるため、例えば、2〜20枚、好ましくは、2〜10枚、より好ましくは4〜10枚である。
<放熱フィン>
本放熱器は、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体である放熱フィンを2つ以上有する。
本発明の実施態様では、このような放熱フィンを用いるため、軽量でありながらも放熱効率に優れる放熱器を得ることができ、また、所望形状の放熱器を容易に製造することができる。
本放熱器は、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体である放熱フィンを2つ以上有する。
本発明の実施態様では、このような放熱フィンを用いるため、軽量でありながらも放熱効率に優れる放熱器を得ることができ、また、所望形状の放熱器を容易に製造することができる。
本放熱器に含まれる2つ以上の積層体は、それぞれ、大きさが異なっていてもよく、同じ大きさでもよいが、大きさの異なる積層体を用いると、放熱効率に優れる放熱器を容易に形成できる傾向にある。
前記積層体の大きさ(縦および横の長さ)は、特に制限されず、所望の用途に応じて適宜選択すればよい。
前記積層体の大きさ(厚み)は、特に制限されないが、所望の形状の放熱器を容易に形成できる等の点から、前記積層体は可撓性を有することが好ましいこと、さらに、積層体の曲げ加工性、形状保持性、放熱特性等を考慮すると、通常40〜400μmであり、好ましくは40〜300μmであり、より好ましくは100〜200μmである。
なお、「積層体が可撓性を有する」とは、積層体を折り曲げた際にグラファイトシートが破断せず、放熱性能が低下し難い積層体のことをいう。
前記積層体の大きさ(縦および横の長さ)は、特に制限されず、所望の用途に応じて適宜選択すればよい。
前記積層体の大きさ(厚み)は、特に制限されないが、所望の形状の放熱器を容易に形成できる等の点から、前記積層体は可撓性を有することが好ましいこと、さらに、積層体の曲げ加工性、形状保持性、放熱特性等を考慮すると、通常40〜400μmであり、好ましくは40〜300μmであり、より好ましくは100〜200μmである。
なお、「積層体が可撓性を有する」とは、積層体を折り曲げた際にグラファイトシートが破断せず、放熱性能が低下し難い積層体のことをいう。
前記積層体は、通常、一様な表面を有する板状体であるが、所望の用途に応じて、穴やスリットが開いていたり、エンボス加工されていたり、切込みが入っていてもよい。
前記積層体は、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含めば特に制限されず、所望の用途に応じて、金属箔を3層以上含んでもよく、グラファイトシートを2層以上含んでもよく、これら以外の他の層を含んでいてもよい。なお、グラファイトシートが積層体の表面に存在することは、グラファイト粉末の飛散や脱落の抑制の点から好ましくない。
また、前記積層体は、グラファイトシートを覆うように、グラファイトシートを1枚の金属箔で包んでもよい。
また、前記積層体は、グラファイトシートを覆うように、グラファイトシートを1枚の金属箔で包んでもよい。
前記他の層としては、通常、接着層が用いられる。
通常、接着層は、熱伝導性が悪いため、できる限り用いないか、厚みが薄いことが好ましく、このように接着層をできる限り用いないことを考慮すると、グラファイトシートを接着層を介して、金属箔で挟んだ、または、金属箔で包んだ積層体が好ましい。
通常、接着層は、熱伝導性が悪いため、できる限り用いないか、厚みが薄いことが好ましく、このように接着層をできる限り用いないことを考慮すると、グラファイトシートを接着層を介して、金属箔で挟んだ、または、金属箔で包んだ積層体が好ましい。
〔グラファイトシート〕
前記グラファイトシートとしては、天然グラファイトシートまたは人工グラファイトシートであることが好ましい。
本放熱器の放熱性能は、前記積層体の表面積に大きく影響を受ける傾向にある。市販の天然グラファイトシートは、連続工程で製造されるため、バッチ工程でしか製造できない人工グラファイトシートに比較して面積の大きいシートが容易に入手可能である。従って、天然グラファイトシートを用いることで、大面積の放熱器を容易に製造でき、高い放熱性能を有する放熱器を得ることができる。一方、人工グラファイトシートは、通常、ポリイミド等の高分子フィルムを熱分解することによって得られる。人工グラファイトシートは天然グラファイトシートに比して格段に熱伝導率が高いことから、高い放熱性能を有する放熱器を得ることができる。
前記グラファイトシートとしては、天然グラファイトシートまたは人工グラファイトシートであることが好ましい。
本放熱器の放熱性能は、前記積層体の表面積に大きく影響を受ける傾向にある。市販の天然グラファイトシートは、連続工程で製造されるため、バッチ工程でしか製造できない人工グラファイトシートに比較して面積の大きいシートが容易に入手可能である。従って、天然グラファイトシートを用いることで、大面積の放熱器を容易に製造でき、高い放熱性能を有する放熱器を得ることができる。一方、人工グラファイトシートは、通常、ポリイミド等の高分子フィルムを熱分解することによって得られる。人工グラファイトシートは天然グラファイトシートに比して格段に熱伝導率が高いことから、高い放熱性能を有する放熱器を得ることができる。
前記グラファイトシートは、該シートの面内方向の熱伝導率が500W/m・K以上であることが好ましく、600W/m・K以上であることが好ましく、700W/m・K以上であることがより好ましい。
本放熱器の放熱性能は、前記積層体の熱流量に大きく影響を受ける傾向にある。従って、シートの面内方向の熱伝導率が大きいグラファイトシートを使用することで厚みが薄くても高い放熱性能を有する放熱器を得ることができる。
前記グラファイトシートの面内方向の熱伝導率は、レーザーフラッシュまたはキセノンフラッシュ熱拡散率測定装置、DSCおよびアルキメデス法で、それぞれ熱拡散率、比熱、密度を測定し、これらを掛け合わせることで測定することができる。
本放熱器の放熱性能は、前記積層体の熱流量に大きく影響を受ける傾向にある。従って、シートの面内方向の熱伝導率が大きいグラファイトシートを使用することで厚みが薄くても高い放熱性能を有する放熱器を得ることができる。
前記グラファイトシートの面内方向の熱伝導率は、レーザーフラッシュまたはキセノンフラッシュ熱拡散率測定装置、DSCおよびアルキメデス法で、それぞれ熱拡散率、比熱、密度を測定し、これらを掛け合わせることで測定することができる。
前記グラファイトシートの厚みは特に制限されないが、積層体の曲げ加工性、形状保持性、放熱特性等を考慮すると、通常10〜200μmであり、好ましくは20〜150μmである。
前記範囲の上限以上の厚みのグラファイトシートを用いると、該シートが破断し、曲げ加工できなくなる恐れがある。
前記範囲の上限以上の厚みのグラファイトシートを用いると、該シートが破断し、曲げ加工できなくなる恐れがある。
〔金属箔〕
前記金属箔としては、市販の金属箔を用いることができる。このような金属箔としては、銅箔、アルミニウム箔、チタン箔またはマグネシウム箔が好ましい。銅箔およびアルミニウム箔は、熱伝導性が良好であり入手が容易であることから好ましい。また、チタン箔およびマグネシウム箔は、耐腐食性が良好であることから好ましい。
なお、前記金属箔は、一種の金属からなる箔であっても、合金からなる箔であってもよい。
前記金属箔としては、市販の金属箔を用いることができる。このような金属箔としては、銅箔、アルミニウム箔、チタン箔またはマグネシウム箔が好ましい。銅箔およびアルミニウム箔は、熱伝導性が良好であり入手が容易であることから好ましい。また、チタン箔およびマグネシウム箔は、耐腐食性が良好であることから好ましい。
なお、前記金属箔は、一種の金属からなる箔であっても、合金からなる箔であってもよい。
前記積層体における、グラファイトシートの両面に存在する金属箔の種類は、同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。
また、グラファイトシートの両面に存在する金属箔の厚みは、同一であっても異なっていてもよい。
また、グラファイトシートの両面に存在する金属箔の厚みは、同一であっても異なっていてもよい。
前記金属箔の厚みは、放熱特性が良好となる点から、グラファイトシートの厚みより薄いことが好ましい。具体的には、3〜100μmであることが、入手容易で加工がしやすく、放熱効率に優れる放熱器が得られる点で好ましい。特に10〜50μmであることが、加工がより容易である点で好ましい。
〔接着層〕
前記接着層としては、金属箔とグラファイトシートとを接着することができれば特に制限されないが、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、酢酸ビニルコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリビニルアセタール等を含む層が挙げられる。接着層としては、金属箔とグラファイトシートとの接着性が良好であることから、ポリビニルアセタール、エポキシ樹脂等を含む層が好ましく、厚みが薄くても接着性に優れ、放熱特性に優れるポリビニルホルマールを含む層、さらにはポリビニルホルマールからなる層が特に好ましい。
前記接着層としては、金属箔とグラファイトシートとを接着することができれば特に制限されないが、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン、ポリビニルアルコール、酢酸ビニルコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリエステル、ポリビニルアセタール等を含む層が挙げられる。接着層としては、金属箔とグラファイトシートとの接着性が良好であることから、ポリビニルアセタール、エポキシ樹脂等を含む層が好ましく、厚みが薄くても接着性に優れ、放熱特性に優れるポリビニルホルマールを含む層、さらにはポリビニルホルマールからなる層が特に好ましい。
前記接着層には、熱伝導率等の特性を調整するために、アルミナ、酸化亜鉛、黒鉛、窒化ホウ素、珪酸塩等のフィラーを適宜添加してもよい。
前記接着層の厚みは、金属箔とグラファイトシートとが剥がれなければ、限定されることはないが、得られる放熱器の放熱特性を考慮するとできるだけ薄い方が好ましい。前記金属箔とグラファイトシートの厚みに鑑みると、0.5〜4.0μmが実用上採用しやすい。
〔放熱塗料層〕
前記放熱フィンは、表面からの輻射による放熱を促す目的で、放熱フィンの表層の少なくとも一部に、斜方晶系ケイ酸塩と樹脂バインダーとを含有する放熱塗料層を有することが好ましい。
斜方晶系ケイ酸塩は、遠赤外線放射セラミックスとして使用されているため、斜方晶系ケイ酸塩を含む前記放熱塗料層は、遠赤外線放射性に特に優れる特性を有することから、該放熱塗料層を用いることで、より熱放射性に優れる放熱器を得ることができる。
前記放熱フィンは、表面からの輻射による放熱を促す目的で、放熱フィンの表層の少なくとも一部に、斜方晶系ケイ酸塩と樹脂バインダーとを含有する放熱塗料層を有することが好ましい。
斜方晶系ケイ酸塩は、遠赤外線放射セラミックスとして使用されているため、斜方晶系ケイ酸塩を含む前記放熱塗料層は、遠赤外線放射性に特に優れる特性を有することから、該放熱塗料層を用いることで、より熱放射性に優れる放熱器を得ることができる。
該放熱塗料層は、前記放熱フィンの表層全面に存在していてもよいが、部分的に存在してもよい。部分的に存在するとは、前記積層体の表層の片面(最も面積の大きな面)全体を覆う場合、片面の一部を覆う場合、両面の一部を覆う場合、端面のみを覆う場合等が挙げられる。
放熱塗料層を用いる場合、放熱特性に優れる放熱器が得られる等の点から、前記放熱フィンの表層の両面(最も面積の大きな2面)に存在していることが好ましく、グラファイト粉末の飛散や脱落を抑制できる等の点から、前記放熱フィンの端面に存在していることが好ましく、これらの効果を併せ持つ等の点から、前記放熱フィンの表層の全面に存在していることがより好ましい。
放熱塗料層を用いる場合、放熱特性に優れる放熱器が得られる等の点から、前記放熱フィンの表層の両面(最も面積の大きな2面)に存在していることが好ましく、グラファイト粉末の飛散や脱落を抑制できる等の点から、前記放熱フィンの端面に存在していることが好ましく、これらの効果を併せ持つ等の点から、前記放熱フィンの表層の全面に存在していることがより好ましい。
前記放熱塗料層の厚みは、熱抵抗値が大きくならず、十分に熱を輻射できる程度の厚みであることが好ましい。前記放熱塗料層の厚みは、得られる放熱器における熱の輻射率が高くなるような厚みであることが好ましく、具体的には、5〜200μmの中から選ばれる。輻射性能が良好となることから10μm以上であることが好ましく、熱抵抗値が小さくなることから70μm以下であることが好ましい。
〈斜方晶系ケイ酸塩〉
前記斜方晶系ケイ酸塩は、軽量で熱放射性に優れ、化学的に安定で樹脂バインダーとの親和性も高く、人体に害が少ないといった特性を有するため、本発明の実施態様では好適に用いられる。
前記斜方晶系ケイ酸塩としては、特に制限されず、天然、人工のいずれであってもよく、アルミノケイ酸塩鉱物や、さらには鉱物以外のケイ酸塩化合物であってもよい。斜方晶系ケイ酸塩としては、放熱特性により優れる放熱器が得られる等の点から、コーディエライトまたはムライトを用いることが好ましい。
前記放熱塗料層に含まれる斜方晶系ケイ酸塩は、1種単独であってもよく、2種以上でもよい。
前記斜方晶系ケイ酸塩は、軽量で熱放射性に優れ、化学的に安定で樹脂バインダーとの親和性も高く、人体に害が少ないといった特性を有するため、本発明の実施態様では好適に用いられる。
前記斜方晶系ケイ酸塩としては、特に制限されず、天然、人工のいずれであってもよく、アルミノケイ酸塩鉱物や、さらには鉱物以外のケイ酸塩化合物であってもよい。斜方晶系ケイ酸塩としては、放熱特性により優れる放熱器が得られる等の点から、コーディエライトまたはムライトを用いることが好ましい。
前記放熱塗料層に含まれる斜方晶系ケイ酸塩は、1種単独であってもよく、2種以上でもよい。
前記斜方晶系ケイ酸塩の形状は特に制限されないが、通常は、粉状のケイ酸塩を用いる。
前記斜方晶系ケイ酸塩のレーザー回折・散乱法による粒度分布測定に基づく平均粒子径は、放熱特性により優れる放熱器が得られる等の点から、好ましくは0.01〜100μmである。
前記斜方晶系ケイ酸塩のレーザー回折・散乱法による粒度分布測定に基づく平均粒子径は、放熱特性により優れる放熱器が得られる等の点から、好ましくは0.01〜100μmである。
前記斜方晶系ケイ酸塩は、前記放熱塗料層中に、好ましくは1〜80重量%、より好ましくは15〜60重量%となる量で用いる。
このような量で斜方晶系ケイ酸塩を用いると、該ケイ酸塩の粉落ち等が生じにくく、軽量で熱放射性に特に優れる放熱器を得ることができる。
このような量で斜方晶系ケイ酸塩を用いると、該ケイ酸塩の粉落ち等が生じにくく、軽量で熱放射性に特に優れる放熱器を得ることができる。
〈樹脂バインダー〉
前記樹脂バインダーとしては、特に制限されないが、フッ素系化合物と硬化剤とを用いて形成されるバインダーが好ましい。
このような樹脂バインダーを用いることで、耐候性に優れる放熱塗料層を得ることができる。
前記樹脂バインダーとしては、特に制限されないが、フッ素系化合物と硬化剤とを用いて形成されるバインダーが好ましい。
このような樹脂バインダーを用いることで、耐候性に優れる放熱塗料層を得ることができる。
前記フッ素系化合物としては、含フッ素モノマーおよびオリゴマー、ならびに、架橋性官能基を持つ含フッ素ポリマーが挙げられる。これらの化合物は、完全フッ素化していてもよく、部分フッ素化していてもよく、前記ポリマーは、共重合体であってもよい。
前記硬化剤としては、例えば、イソシアネート化合物、ジイソイソシアネート化合物、ブロックイソシアネート化合物、フェノール化合物、酸、塩基、熱酸発生剤、酸無水物系硬化剤およびアミン系硬化剤が挙げられる。
また、前記樹脂バインダーとしては、アクリル系化合物と硬化剤(但し、該アクリル系化合物および硬化剤の少なくとも一方は、シリコーン変性されている)とを用いて形成されるバインダーも好ましい。
このような樹脂バインダーを用いることで、耐候性や耐UV性に優れる放熱塗料層を得ることができる。
このような樹脂バインダーを用いることで、耐候性や耐UV性に優れる放熱塗料層を得ることができる。
前記アクリル系化合物としては、アクリル化合物またはメタクリル化合物が挙げられ、架橋性官能基を持つアクリル系ポリマーだけでなく、アクリロイル基またはメタクリロイル基を有するモノマーおよびオリゴマーも挙げられる。アクリル化合物は、重合反応の反応速度が速いため好ましく、メタクリル化合物は、アクリル化合物に比べて反応速度は遅いが、皮膚刺激性が小さいため好ましい。
前記アクリル系化合物としては、例えば、多官能性(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレート、ポリエーテル(メタ)アクリレートが挙げられる。
前記シリコーン変性アクリル系化合物は、これらのアクリル系化合物がシリコーン変性された化合物が挙げられる。
前記シリコーン変性アクリル系化合物は、これらのアクリル系化合物がシリコーン変性された化合物が挙げられる。
前記硬化剤としては、例えば、イソシアネート化合物、ジイソイソシアネート化合物、ブロックイソシアネート化合物、フェノール化合物、酸、塩基、熱酸発生剤、酸無水物系硬化剤およびアミン系硬化剤が挙げられる。
前記シリコーン変性された硬化剤は、これらの化合物がシリコーン変性された化合物が挙げられる。
前記シリコーン変性された硬化剤は、これらの化合物がシリコーン変性された化合物が挙げられる。
前記シリコーン変性とは、シリコーンにより改質され、シリコーンの特性が付与されたことをいう。このようにシリコーン変性された化合物または硬化剤を用いることで、硬化によりシリコーン変性(メタ)アクリルバインダーとなり得るため、優れた耐熱性や耐UV性を有する放熱塗料層を得ることができる。シリコーン変性は、得られる放熱塗料層が本発明の効果を生ずる程度になされていればよい。すなわち、シリコーン変性されていない樹脂バインダーを用いた場合と比べて、耐熱性および耐UV性が向上した放熱塗料層が得られる程度にシリコーン変性されていればよい。
前記樹脂バインダーは、前記放熱塗料層中に、好ましくは20〜99重量%、より好ましくは40〜85重量%となる量で用いる。
このような量で樹脂バインダーを用いると、前記ケイ酸塩の粉落ち等が生じにくく、軽量で熱放射性に特に優れる放熱器を得ることができる。
このような量で樹脂バインダーを用いると、前記ケイ酸塩の粉落ち等が生じにくく、軽量で熱放射性に特に優れる放熱器を得ることができる。
前記放熱塗料層に含まれる樹脂バインダーは、1種単独であってもよく、2種以上でもよい。
前記放熱塗料層は、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩鉱物、フッ素系化合物および硬化剤を含有する組成物、または、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩鉱物、アクリル系化合物および硬化剤(但し、該アクリル系化合物または硬化剤の少なくとも一方は、シリコーン変性されている)を含有する組成物
を用いて形成された層であることが、放熱特性および耐候性により優れる放熱器が得られる等の点で好ましい。このような放熱塗料層を有する放熱器は、屋外等のよりハードな状況下でも十分にその効果を長期間にわたって発揮することができる。
前記各組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、従来公知の添加剤が含まれていてもよい。
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩鉱物、フッ素系化合物および硬化剤を含有する組成物、または、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩鉱物、アクリル系化合物および硬化剤(但し、該アクリル系化合物または硬化剤の少なくとも一方は、シリコーン変性されている)を含有する組成物
を用いて形成された層であることが、放熱特性および耐候性により優れる放熱器が得られる等の点で好ましい。このような放熱塗料層を有する放熱器は、屋外等のよりハードな状況下でも十分にその効果を長期間にわたって発揮することができる。
前記各組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、従来公知の添加剤が含まれていてもよい。
≪放熱器の製造方法≫
本放熱器の製造方法は、下記工程1および2を含む。
工程1:金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体を2つ以上形成する工程
工程2:工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田(以下これらを「接合剤」ともいう。)で接合し、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分を形成する工程2A、または、
工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ、次いで、該接合面を接合剤で接合する工程2B
このような製造方法によれば、所望形状の放熱器を容易に製造することができる。
本放熱器の製造方法は、下記工程1および2を含む。
工程1:金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体を2つ以上形成する工程
工程2:工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田(以下これらを「接合剤」ともいう。)で接合し、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分を形成する工程2A、または、
工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ、次いで、該接合面を接合剤で接合する工程2B
このような製造方法によれば、所望形状の放熱器を容易に製造することができる。
<工程1>
工程1では、前記積層体を2つ以上形成する。
このような工程1は、特に制限されず、従来公知の方法で行うことができるが、前記金属箔および/またはグラファイトシートの所定の箇所に、前記接着層を形成し、次いで、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体が得られるように、接着層を介して各層を配置し、熱および/または圧力を加えることによって、各層を接着し、積層体を形成する方法が好ましい。
工程1では、前記積層体を2つ以上形成する。
このような工程1は、特に制限されず、従来公知の方法で行うことができるが、前記金属箔および/またはグラファイトシートの所定の箇所に、前記接着層を形成し、次いで、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体が得られるように、接着層を介して各層を配置し、熱および/または圧力を加えることによって、各層を接着し、積層体を形成する方法が好ましい。
接着層を形成する方法としては、例えば、金属箔および/またはグラファイトシートに所望の接着剤溶液を塗布し、必要により乾燥させる方法、または、両面接着剤を貼り付ける方法等が挙げられる。
接着剤溶液の塗布については一般的な塗布方法を選択できる。具体的には、スピンコート、グラビアコート、ダイコート、バーコート、スプレーコート、ディップコート等が好ましい。量産性を考慮した場合には、グラビアコート、ダイコート、スプレーコート等が好ましい。
前記熱および/または圧力を加える方法としては、例えば、ハンドプレス、加熱プレス、ベルトプレス、真空加熱プレス、ラミネーター、ホットプレート等の加熱および/または加圧操作可能な装置を用いる方法が挙げられ、接着層に応じて適宜選択することができる。熱可塑性の接着層を用いる場合には、加熱可能な装置を用いる方法が好ましく、圧着可能な接着層を用いる場合には、加圧可能な装置を用いる方法が好ましい。
加熱プレスを用いた積層体の形成方法としては、特開2012−136022号公報に開示された方法であってもよい。
なお、例えば、2枚の金属箔と1枚のグラファイトシートを用いる場合、各金属箔とグラファイトシートとの接着は同時であっても、逐次であってもよい。
加熱プレスを用いた積層体の形成方法としては、特開2012−136022号公報に開示された方法であってもよい。
なお、例えば、2枚の金属箔と1枚のグラファイトシートを用いる場合、各金属箔とグラファイトシートとの接着は同時であっても、逐次であってもよい。
この工程1では、前記方法等で2つ以上の積層体を形成してもよく、大きな1枚の積層体を形成し、この積層体を所望の大きさにカットすることで、2つ以上の積層体を形成してもよい。
前記放熱塗料層を有する放熱フィンを含有する放熱器を製造する方法としては、例えば、
工程1で積層体を形成した後、その表層に放熱塗料層を形成し、該放熱塗料層付積層体を用いて下記工程2を行う方法(i)、
工程1で積層体を形成する際に、予め該積層体の表層となる金属箔等上に放熱塗料層を形成し、該放熱塗料層付金属箔等を用いて積層体を形成し、得られた放熱塗料層付積層体を用いて下記工程2を行う方法(ii)、
下記工程2の途中または所望の形状の放熱器が得られた段階で、所望の部分に放熱塗料層を形成する方法(iii)が挙げられる。
工程1で積層体を形成した後、その表層に放熱塗料層を形成し、該放熱塗料層付積層体を用いて下記工程2を行う方法(i)、
工程1で積層体を形成する際に、予め該積層体の表層となる金属箔等上に放熱塗料層を形成し、該放熱塗料層付金属箔等を用いて積層体を形成し、得られた放熱塗料層付積層体を用いて下記工程2を行う方法(ii)、
下記工程2の途中または所望の形状の放熱器が得られた段階で、所望の部分に放熱塗料層を形成する方法(iii)が挙げられる。
なお、放熱フィンからの輻射による放熱を促す目的で、放熱フィン上に、市販の放熱塗料を使用して得られた層を設けたり、市販のフィルムを貼ることも好ましい。このような層およびフィルムを設ける方法としては、前記方法(i)〜(iii)と同様の方法が挙げられる。
前記フィルムは、入手容易な点で、市販の樹脂フィルムが好ましく、熱伝導率を考慮したフィルムであれば、得られる放熱器の放熱特性が良好となりさらに好ましい。本放熱器が高温条件下で使用される場合、例えばポリイミド等の耐熱性フィルムであることが好ましい。フィルムの厚みは、形成されるフィルムに、得られる放熱器の輻射率を高くする効果があることが好ましく、通常は取り扱いの容易な5〜200μmの中から選ばれる。輻射性能が良好であり、取り扱いが容易であることから10μm以上であることが好ましく、熱抵抗値が小さいことから70μm以下であることが好ましい。
<工程2>
前記工程2は、通常、前記工程2Aおよび工程2Bのいずれか一方の工程で行われるが、放熱器に含まれる2つ以上の積層体うち、一部には、前記工程2Aを適用し、残りの積層体には、前記工程2Bを適用してもよい。
前記工程2は、通常、前記工程2Aおよび工程2Bのいずれか一方の工程で行われるが、放熱器に含まれる2つ以上の積層体うち、一部には、前記工程2Aを適用し、残りの積層体には、前記工程2Bを適用してもよい。
〔工程2A〕
工程2Aでは、工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、接合剤で接合し(接合面の形成、接合工程)、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分(羽部)を形成する(折り曲げ工程)。
工程2Aでは、工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、接合剤で接合し(接合面の形成、接合工程)、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分(羽部)を形成する(折り曲げ工程)。
前記各積層体を所定の形状に配置するとは、例えば、5枚の積層体101〜105を用いる場合、図37に示すように各積層体を配置(この図37では、各積層体が、その大きさが小さい順になるように配置)することをいう。
なお、この配置の際には、積層体のみを所定の形状に配置してもよく、隣り合う積層体と接合面を形成する箇所に、接合剤を用いて得られる層が形成された積層体を用いて所定の形状に配置してもよい。
なお、この配置の際には、積層体のみを所定の形状に配置してもよく、隣り合う積層体と接合面を形成する箇所に、接合剤を用いて得られる層が形成された積層体を用いて所定の形状に配置してもよい。
前記粘着テープ、粘着剤、グリースおよびクリーム半田としては、特に制限されず、市販品を用いることができる。
前記粘着テープとしては、日栄加工(株)製、NeoFix10等が挙げられ、前記粘着剤としてはスリーエムジャパン(株)製、EW2070等が挙げられ、前記グリースとしてはサンハヤト(株)製、SCH−20等が挙げられ、前記クリーム半田としてはサンハヤト(株)製、SMX−21等が挙げられる。
前記接合剤としては、貼り合わせが非常に容易でありながら、放熱性能の高い放熱器が得られる等の点から、粘着テープまたは粘着剤が好ましい。
前記粘着テープとしては、日栄加工(株)製、NeoFix10等が挙げられ、前記粘着剤としてはスリーエムジャパン(株)製、EW2070等が挙げられ、前記グリースとしてはサンハヤト(株)製、SCH−20等が挙げられ、前記クリーム半田としてはサンハヤト(株)製、SMX−21等が挙げられる。
前記接合剤としては、貼り合わせが非常に容易でありながら、放熱性能の高い放熱器が得られる等の点から、粘着テープまたは粘着剤が好ましい。
この際の、接合剤を用いて得られる層の大きさ(縦、横の長さ)は、各積層体を接合できれば特に制限されず、所望の用途に応じて製造したい放熱器の形状が変化するため、この放熱器の形状を考慮した大きさにすればよい。
例えば、図1のような形状の放熱器を製造したい場合には、接合剤を用いて得られる層の大きさを、図2のような形状の放熱器を製造する場合に比べ小さくすればよい。
なお、接合剤を用いて得られる層の大きさ(厚さ)は、各積層体を接合できれば特に制限されないが、放熱特性に優れる放熱器が得られる等の点から、できるだけ薄いことが好ましく、通常、好ましくは0.5〜30μmであり、より好ましくは0.5〜10μmである。
例えば、図1のような形状の放熱器を製造したい場合には、接合剤を用いて得られる層の大きさを、図2のような形状の放熱器を製造する場合に比べ小さくすればよい。
なお、接合剤を用いて得られる層の大きさ(厚さ)は、各積層体を接合できれば特に制限されないが、放熱特性に優れる放熱器が得られる等の点から、できるだけ薄いことが好ましく、通常、好ましくは0.5〜30μmであり、より好ましくは0.5〜10μmである。
次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げることで、各積層体が互いに接触しない部分(羽部)を形成する。この際の折り曲げ角度は、特に制限されず、所望の用途に応じて適宜選択すればよいが、接合面に対する角度が前述の範囲となるように折り曲げることが好ましい。例えば、折り曲げ角度が約90°の場合、この工程2Aによって、図1の形状の放熱器が得られる。
この際の折り曲げる場所を変更することで、例えば、約90°に折り曲げた場合であっても、図1のような形状の放熱器や、図2のような形状の放熱器を得ることができる。
この際の折り曲げる場所を変更することで、例えば、約90°に折り曲げた場合であっても、図1のような形状の放熱器や、図2のような形状の放熱器を得ることができる。
前記折り曲げる際には、熱および/または圧力を加えて折り曲げることが好ましい。熱および/または圧力を加えて折り曲げることで、ある程度の形状保持性を有する放熱器を得ることができる。
熱および/または圧力を加える方法としては、特に制限されないが、ガイドを用いる方法が好ましく、具体的には、プレス式加工機または歯車式加工機を用いる方法等が挙げられる。この手法では、接合物を送り込みながら、凹溝を備えた固定型に対し、パンチを順次、固定型に向けて下降させ、プレス加工をすることが好ましい。
さらに具体的には、特開2010−264495号公報に開示の方法や特開平9−155461号公報に開示の装置等を適用できる。
熱および/または圧力を加える方法としては、特に制限されないが、ガイドを用いる方法が好ましく、具体的には、プレス式加工機または歯車式加工機を用いる方法等が挙げられる。この手法では、接合物を送り込みながら、凹溝を備えた固定型に対し、パンチを順次、固定型に向けて下降させ、プレス加工をすることが好ましい。
さらに具体的には、特開2010−264495号公報に開示の方法や特開平9−155461号公報に開示の装置等を適用できる。
加えられる熱および/または圧力は、特に制限されず、用いる積層体(放熱フィン)に応じて適宜選択すればよく、ある程度の形状保持性を有する放熱器を得ることができる程度の熱および/または圧力であることが好ましい。
〔工程2B〕
工程2Bでは、工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ(折り曲げ工程)、次いで、該接合面を接合剤で接合する(接合工程)。
この工程2Bは、実質的に、前記工程2Aの接合工程と折り曲げ工程の順番が逆になった工程である。
工程2Bでは、工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ(折り曲げ工程)、次いで、該接合面を接合剤で接合する(接合工程)。
この工程2Bは、実質的に、前記工程2Aの接合工程と折り曲げ工程の順番が逆になった工程である。
例えば、図1の形状の放熱器の場合、工程2Bは、所定の大きさの積層体を略凹字(コの字)型に折り曲げ、各積層体を配置した後、各積層体間に接合剤を設けて接合する工程であってもよく、接合剤を用いて得られる所定の大きさの層が形成された所定の大きさの積層体を略凹字(コの字)型に折り曲げ、各積層体間に該層が存在するように配置した後、各積層体を接合する工程であってもよい。
工程2Bにおける接合工程および折り曲げ工程は、それぞれ、工程2Aにおける接合工程および折り曲げ工程と同様の工程であればよい。
≪電子機器および照明機器≫
本発明の実施態様に係る電子機器および照明機器は、それぞれ、前記本放熱器を含む。
前記電子機器としては、例えば、画像処理やテレビ、オーディオなどに使用されるASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のチップ、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなどのCPU(Central Processing Unit)、自動車や携帯電話などに用いられるリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素電池などのバッテリーが挙げられる。
前記照明機器としては、LED(Light Emitting Diode)照明などが挙げられ、超高輝度LEDなど発熱量が非常に大きいLEDに対して、本放熱器の使用は有効である。
本発明の実施態様に係る電子機器および照明機器は、それぞれ、前記本放熱器を含む。
前記電子機器としては、例えば、画像処理やテレビ、オーディオなどに使用されるASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のチップ、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなどのCPU(Central Processing Unit)、自動車や携帯電話などに用いられるリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、ニッケル水素電池などのバッテリーが挙げられる。
前記照明機器としては、LED(Light Emitting Diode)照明などが挙げられ、超高輝度LEDなど発熱量が非常に大きいLEDに対して、本放熱器の使用は有効である。
本放熱器の、電子機器および照明機器への使用例としては、図36に示すように、電子機器および照明機器中の発熱体50に本放熱器10を接するように配置して使用することが挙げられる。
本放熱器を発熱体に接するように配置する場合には、図36に示すように、前記接合面30が直接発熱体に接するように密着させて、羽部から放熱させることが好ましい。
本放熱器を発熱体に接するように配置する場合には、図36に示すように、前記接合面30が直接発熱体に接するように密着させて、羽部から放熱させることが好ましい。
前記放熱器を発熱体に密着させる場合の密着の方法としては、特に限定されないが、粘着剤、両面テープ、TIM(放熱シート)、グリース、パテ、ビス止め、クリップ止め等の方法が好ましい。固定の際の操作が簡便であり、かつ軽量であることから、粘着剤、両面テープ、TIM等を用いることが好ましく、熱伝導が良好であることから、粘着剤、両面テープ、TIM、グリース、パテの使用が好ましく、実装の際に、より強固に固定することが可能であることから、ビス止め、クリップ止めが好ましい。
また、熱伝導率を良好にし、かつ強固に固定する目的でグリース、パテ、TIM、粘着剤および両面テープなどと、ビスおよびクリップ止めなどとを併用することも好ましい。
また、熱伝導率を良好にし、かつ強固に固定する目的でグリース、パテ、TIM、粘着剤および両面テープなどと、ビスおよびクリップ止めなどとを併用することも好ましい。
なお、前記電子機器および照明機器には、本放熱器の放熱を促進することから、ファンなどの空冷装置を有していることが好ましい。
本発明を、以下の実施例を用いて詳細に説明する。しかし本発明は、以下の実施例に記載された内容に限定されるものではない。
本発明の実施例に用いた材料は次のとおりである。
<積層体形成用接着材料>
・PVF−K:ポリビニルホルマール樹脂、JNC(株)製、ビニレック K(商品名)
<接合材料>
・NeoFix10:両面粘着シート、日栄化工(株)製
<放熱特性評価時使用接着材料>
・No.9885:熱伝導性接着剤転写テープ、スリーエムジャパン(株)製
・PVF−K:ポリビニルホルマール樹脂、JNC(株)製、ビニレック K(商品名)
<接合材料>
・NeoFix10:両面粘着シート、日栄化工(株)製
<放熱特性評価時使用接着材料>
・No.9885:熱伝導性接着剤転写テープ、スリーエムジャパン(株)製
<溶剤>
・NMP:和光純薬工業(株)製、和光一級
・NMP:和光純薬工業(株)製、和光一級
<グラファイトシート>
・SS500:GrafTECH International製、天然グラファイトシート、厚み76μm、(シートの面方向の熱伝導率:500W/m・K)
・SS600(商品名):GrafTECH International製、天然グラファイトシート、厚み127μm、(シートの面方向の熱伝導率:600W/m・K)
・SS500:GrafTECH International製、天然グラファイトシート、厚み76μm、(シートの面方向の熱伝導率:500W/m・K)
・SS600(商品名):GrafTECH International製、天然グラファイトシート、厚み127μm、(シートの面方向の熱伝導率:600W/m・K)
<金属箔>
・アルミ箔:UACJ製箔(株)製、1N30−O(商品名)、厚み20μm
・チタン箔:(株)ニラコ製、厚み20μm
・アルミ箔:(株)ニラコ製、厚み100μm
・アルミ箔:UACJ製箔(株)製、1N30−O(商品名)、厚み20μm
・チタン箔:(株)ニラコ製、厚み20μm
・アルミ箔:(株)ニラコ製、厚み100μm
<放熱塗料>
・アクリル系化合物である、TRシーラー(商品名、ACGコーテック(株)製)と、シリコーン変性硬化剤である、TRシーラー硬化剤(ACGコーテック(株)製)と、合成コーディエライトである、SS−1000(商品名、丸ス釉薬合資会社製、平均粒子径1.7μm)とを含む放熱塗料
・アクリル系化合物である、TRシーラー(商品名、ACGコーテック(株)製)と、シリコーン変性硬化剤である、TRシーラー硬化剤(ACGコーテック(株)製)と、合成コーディエライトである、SS−1000(商品名、丸ス釉薬合資会社製、平均粒子径1.7μm)とを含む放熱塗料
[実施例1]
本発明の実施例におけるヒートシンクおよびその製造方法は、「積層工程」、「接合層付積層体形成工程」、「加圧接合工程」および「曲げ工程」からなる。
本発明の実施例におけるヒートシンクおよびその製造方法は、「積層工程」、「接合層付積層体形成工程」、「加圧接合工程」および「曲げ工程」からなる。
「積層工程」:厚み20μmのアルミ箔に、固形分濃度9.4重量%のPVF−K溶液(溶媒:NMP)を、乾燥後の該PVF−Kを含む層の厚みが約2μmになるように塗布した。塗布後、溶媒を充分乾燥させ、接着塗膜付アルミ箔を得た。次に、得られた接着塗膜付アルミ箔を2枚使用して、接着塗膜面がSS500と接するように積層し、加熱・加圧接合することでグラファイトシートの両面を金属箔で挟んだ構造を有する積層体を得た。なお、接着塗膜付アルミ箔は、特開2013−157599号公報に記載された方法と同様の方法で、PVF−Kを含む層の厚みが約2μmになるように作製した。また、PVF−Kを含む層の厚みは、(株)ニコン製の、デジマイクロMF−501およびデジマイクロカウンタTC−101を用いて、接着塗膜付アルミ箔の厚みから用いたアルミ箔自体の厚みを引くことにより求めた。
「接合層付積層体形成工程」:前記積層工程で得られた積層体を、175mm×60mm、165mm×60mm、155mm×60mm、145mm×60mmおよび135mm×60mmの大きさにカットし、5つの積層体(長さの長い積層体から順に、積層体101、積層体102、・・・積層体105とする。)を得た。次に、NeoFix10を、45mm×60mm、35mm×60mm、25mm×60mmおよび15mm×60mmの大きさにカットし、接合層(長さの長い接合層から順に、接合層201、接合層202、・・・接合層204とする。)を得た。積層体102に接合層201を、積層体103に接合層202を、さらに、積層体104および105にも接合層203および204を図37のように貼り合わせ、接合層付積層体を得た。
「加圧接合工程」:前記接合層付積層体形成工程で得られた接合層付積層体を、積層体の大きさが接合層を介して順番になるように、配置した後に加圧を行い、図38のような接合体300を得た。
「曲げ工程」:前記加圧接合工程で得られた接合体中の各積層体を、半径1mmの丸棒を当てながら、図1のような形状に折り曲げることで羽部を形成し、目的とする放熱器を得た。
得られた放熱器の重さをはかりを用いて測定した。結果を表1に示す。
<放熱特性の評価>
実施例1で得られた放熱器の、積層体101が接合層201と接する側の面とは反対側の面の略中央部に、セラミックヒーター(坂口電熱(株)製マイクロセラミックヒーターMS−3)を、「No.9885」を用いて貼り合わせることで試験体を形成した。なお、ヒーターの「No.9885」に接する側とは反対側の面にはK熱電対(理化工業(株)製ST−50)が取り付けられており、該ヒーターの温度をデータロガー(グラフテック(株)製GL220)を用いてパソコンに記録できる。
実施例1で得られた放熱器の、積層体101が接合層201と接する側の面とは反対側の面の略中央部に、セラミックヒーター(坂口電熱(株)製マイクロセラミックヒーターMS−3)を、「No.9885」を用いて貼り合わせることで試験体を形成した。なお、ヒーターの「No.9885」に接する側とは反対側の面にはK熱電対(理化工業(株)製ST−50)が取り付けられており、該ヒーターの温度をデータロガー(グラフテック(株)製GL220)を用いてパソコンに記録できる。
得られた試験体を、25℃に設定した、断熱材に覆われたケース中央に静置し、ヒーターの温度が25℃で一定になったことを確認した後、ヒーターに直流安定化電源を用いて16.5Vを1800秒間印加し、その時のヒーター表面の温度を測定した。結果を表1に示す。ヒーターは同じワット数が印加されていれば一定の熱量を発生しているので、放熱器の放熱効果が高いほど温度は低下する。すなわち、ヒーターの表面温度が低くなる放熱器ほど放熱効果が高いといえる。
[実施例2〜6]
表1のサイズの放熱器が得られるように、積層体およびNeoFix10をカットし、得られた接合体における積層体を、表1のサイズの放熱器が得られるように折り曲げた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
なお、これら各実施例で得られた放熱器中の各羽部の間隔は、実施例1と同じである。
表1のサイズの放熱器が得られるように、積層体およびNeoFix10をカットし、得られた接合体における積層体を、表1のサイズの放熱器が得られるように折り曲げた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
なお、これら各実施例で得られた放熱器中の各羽部の間隔は、実施例1と同じである。
[実施例7]
実施例1において、「加圧接合工程」と「曲げ工程」の順序を入れ替えた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
実施例1において、「加圧接合工程」と「曲げ工程」の順序を入れ替えた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
[実施例8〜10]
実施例1において、積層体101〜105を得た後、該積層体101〜105それぞれの片面(積層体の最も大きな一面)、両面(積層体の最も大きな二面)、または端面(積層体の最も大きな面以外の面)に放熱塗料を、該塗料から形成される放熱塗料層の厚みが30μmとなるように塗装し、放熱塗料層付積層体を作成した。得られた放熱塗料層付積層体を用いた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。なお、片面に放熱塗料層を形成した試験を実施例8とし、両面に放熱塗料層を形成した試験を実施例9とし、端面に放熱塗料層を形成した試験を実施例10とした。
実施例1において、積層体101〜105を得た後、該積層体101〜105それぞれの片面(積層体の最も大きな一面)、両面(積層体の最も大きな二面)、または端面(積層体の最も大きな面以外の面)に放熱塗料を、該塗料から形成される放熱塗料層の厚みが30μmとなるように塗装し、放熱塗料層付積層体を作成した。得られた放熱塗料層付積層体を用いた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。なお、片面に放熱塗料層を形成した試験を実施例8とし、両面に放熱塗料層を形成した試験を実施例9とし、端面に放熱塗料層を形成した試験を実施例10とした。
[実施例11]
SS500の代わりにSS600を用いた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
SS500の代わりにSS600を用いた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
[実施例12]
表1のサイズの放熱器が得られるように、積層体およびNeoFix10をカットし(但し、積層体を4枚、NeoFix10を3枚作製した。)、得られた接合体における積層体を、表1のサイズの放熱器が得られるように折り曲げた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
なお、図1のAと同様の方向から見た場合、得られた放熱器中の右側4つの羽部の間隔および左側4つの羽部の間隔は、実施例1と同じである。
表1のサイズの放熱器が得られるように、積層体およびNeoFix10をカットし(但し、積層体を4枚、NeoFix10を3枚作製した。)、得られた接合体における積層体を、表1のサイズの放熱器が得られるように折り曲げた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
なお、図1のAと同様の方向から見た場合、得られた放熱器中の右側4つの羽部の間隔および左側4つの羽部の間隔は、実施例1と同じである。
[実施例13]
アルミ箔(厚み20μm)の代わりにチタン箔を用いた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
アルミ箔(厚み20μm)の代わりにチタン箔を用いた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
[比較例1]
前記接合層付積層体形成工程において、積層体の代わりに厚み100μmのアルミ箔を用いた以外は、実施例1と同様にしてヒートシンクを得、評価を行った。
前記接合層付積層体形成工程において、積層体の代わりに厚み100μmのアルミ箔を用いた以外は、実施例1と同様にしてヒートシンクを得、評価を行った。
[比較例2〜5]
表1のサイズの放熱器が得られるように、厚み100μmのアルミ箔およびNeoFix10をカットし、得られた接合体におけるアルミ箔を、表1のサイズの放熱器が得られるように折り曲げた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
なお、これら各比較例で得られた放熱器中の各羽部の間隔は、実施例1と同様である。
表1のサイズの放熱器が得られるように、厚み100μmのアルミ箔およびNeoFix10をカットし、得られた接合体におけるアルミ箔を、表1のサイズの放熱器が得られるように折り曲げた以外は、実施例1と同様にして放熱器を得、評価を行った。
なお、これら各比較例で得られた放熱器中の各羽部の間隔は、実施例1と同様である。
[比較例6]
前記接合層付積層体形成工程において、積層体の代わりに厚み100μmのアルミ箔を用い、NeoFix10の代わりにSS500を用いた以外は、実施例1と同様にしてヒートシンクを得、評価を行った。
なお、この比較例6で得られたヒートシンクは、各積層体が接合できておらず、実用に供することのできるものではなかった。
前記接合層付積層体形成工程において、積層体の代わりに厚み100μmのアルミ箔を用い、NeoFix10の代わりにSS500を用いた以外は、実施例1と同様にしてヒートシンクを得、評価を行った。
なお、この比較例6で得られたヒートシンクは、各積層体が接合できておらず、実用に供することのできるものではなかった。
[比較例7]
実施例1の積層工程と同様の方法で積層体を作製した。得られた積層体を、約50mm×500mmの大きさにカットし(積層体A)、積層体Aを正方形の一辺の長さが5.8mmの正四角柱を当てながら図39のようにコルゲート加工を行った。得られたコルゲート状の積層体A(図39の108)と、50mm×100mmの大きさのアルミ箔(厚み100μm、図39の400)とを、図39のように、約50mm×6mmの大きさにカットした9枚のNeoFix10(図39の208)を用いて実施例1と同様に加圧接合することで、ヒートシンク500を得、評価を行った。
実施例1の積層工程と同様の方法で積層体を作製した。得られた積層体を、約50mm×500mmの大きさにカットし(積層体A)、積層体Aを正方形の一辺の長さが5.8mmの正四角柱を当てながら図39のようにコルゲート加工を行った。得られたコルゲート状の積層体A(図39の108)と、50mm×100mmの大きさのアルミ箔(厚み100μm、図39の400)とを、図39のように、約50mm×6mmの大きさにカットした9枚のNeoFix10(図39の208)を用いて実施例1と同様に加圧接合することで、ヒートシンク500を得、評価を行った。
[比較例8]
市販のアルミヒートシンク(羽部数10枚、羽部厚み1.2mm)を用いて、実施例1と同様の評価を行ったところ、実施例と同程度の表面温度のヒーターを得るには、約4倍以上重いヒートシンクを用いる必要があった。
市販のアルミヒートシンク(羽部数10枚、羽部厚み1.2mm)を用いて、実施例1と同様の評価を行ったところ、実施例と同程度の表面温度のヒーターを得るには、約4倍以上重いヒートシンクを用いる必要があった。
[製造方法の検討]
製造工程の順番を変更しても、放熱性能に差はなかった。
製造工程の順番を変更しても、放熱性能に差はなかった。
[放熱塗料の検討]
放熱塗料を塗布することで、積層体表面の放射率が向上し、ヒーターの表面温度が低下した。放熱塗料を塗布する面積が大きくなれば、積層体表面から効率的に遠赤外線を空間中に放射できるため、より温度が低下したと考えられる。
放熱塗料を積層体の端面に塗装することで、放熱性能を向上させながらグラファイトの粉落ちも抑えることができた。
放熱塗料を塗布することで、積層体表面の放射率が向上し、ヒーターの表面温度が低下した。放熱塗料を塗布する面積が大きくなれば、積層体表面から効率的に遠赤外線を空間中に放射できるため、より温度が低下したと考えられる。
放熱塗料を積層体の端面に塗装することで、放熱性能を向上させながらグラファイトの粉落ちも抑えることができた。
[グラファイトシートの検討]
グラファイトシートとしてSS500を使用した実施例1と、SS600を使用した実施例11とを比較すると、放熱性の高いSS600を使用することで、重量は若干増えるがヒーターの表面温度が大幅に低下している。
グラファイトシートとしてSS500を使用した実施例1と、SS600を使用した実施例11とを比較すると、放熱性の高いSS600を使用することで、重量は若干増えるがヒーターの表面温度が大幅に低下している。
[形状の検討]
実施例1〜6を比較すると、H/Lが前記範囲にある放熱器を用いた場合、より放熱特性に優れることが分かった。
また、実施例12と比較例7とを比較すると、同じサイズの放熱器であるが、実施例12は重量が軽く、ヒーターの表面温度も下がる結果となった。比較例7は1枚の積層体しか用いておらず、1枚の積層体からなる羽部しか有していないため、ヒーターに発生した熱を効果的にフィンに熱移送できていないか、または、フィン内側から放射する遠赤外線を効率よく空間中に放射できないと考えられる。
実施例1〜6を比較すると、H/Lが前記範囲にある放熱器を用いた場合、より放熱特性に優れることが分かった。
また、実施例12と比較例7とを比較すると、同じサイズの放熱器であるが、実施例12は重量が軽く、ヒーターの表面温度も下がる結果となった。比較例7は1枚の積層体しか用いておらず、1枚の積層体からなる羽部しか有していないため、ヒーターに発生した熱を効果的にフィンに熱移送できていないか、または、フィン内側から放射する遠赤外線を効率よく空間中に放射できないと考えられる。
[接合材料の検討]
比較例6では、アルミ箔を接合する際に、SS500を使用した。SS500は平面方向の熱伝導率は高いが、アルミ箔との密着性がないため、結果として、ヒーターの表面温度が上がった。
比較例6では、アルミ箔を接合する際に、SS500を使用した。SS500は平面方向の熱伝導率は高いが、アルミ箔との密着性がないため、結果として、ヒーターの表面温度が上がった。
[放熱速度の検討]
実施例1〜13で得られた放熱器は、熱源で発生した熱を素早く移動させることができることが分かった。
また、前記積層体を用いることで、高い熱伝導率を損なうことなく曲げ加工性を両立できることが分かった。以上のことから、本放熱器を用いれば、例えば、ON/OFFとパルス制御によって切り替わる発熱体の熱を素早く逃がすことができると考えられる。
実施例1〜13で得られた放熱器は、熱源で発生した熱を素早く移動させることができることが分かった。
また、前記積層体を用いることで、高い熱伝導率を損なうことなく曲げ加工性を両立できることが分かった。以上のことから、本放熱器を用いれば、例えば、ON/OFFとパルス制御によって切り替わる発熱体の熱を素早く逃がすことができると考えられる。
本放熱器は、放熱が要求される用途、具体的には、コンピュータをはじめとする電子機器や、LEDなどを含む照明機器の放熱部材として、特に、発熱量の大きい、高性能化したこれらの機器の放熱部材として有用である。また、本放熱器は、軽量でありながら放熱効率に優れるため、輸送され得る機器や、自動車等の輸送機器の放熱部材として有用である。
Claims (16)
- 2つ以上の放熱フィンを有する放熱器であり、
各放熱フィンは、金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体であり、
前記放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと接合される接合面と、隣り合う放熱フィンと互いに接触しない非接触部分とを有し、
前記放熱器に含まれる少なくとも2つの放熱フィンは、それぞれ、前記非接触部分の少なくとも一部が、前記接合面に対し所定の角度を有する羽部を有する、
放熱器。 - 放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、前記接合面の面積より、前記非接触部分の面積の方が大きい、請求項1に記載の放熱器。
- 放熱器の、前記接合面に対し略水平な方向の最大長さLに対する、前記接合面に対し略垂直な方向の最大長さHの比(H/L)が、1.0以上である、請求項1または2に記載の放熱器。
- 前記積層体が可撓性を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記所定の角度が30〜150°である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記放熱フィンは、前記積層体を折り曲げたものであり、かつ、該放熱フィンを折り曲げた状態を正面から見た場合において、略L字型、略U字型、略凹字型または略扇型の形状を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の放熱器。
- 放熱器に含まれる全ての放熱フィンは、隣り合う放熱フィンと、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記グラファイトシートは、天然グラファイトまたは人工グラファイト製のシートである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記グラファイトシートは、該シートの面内方向の熱伝導率が500W/m・K以上である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記金属箔は、銅、アルミニウム、チタンまたはマグネシウム箔である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記金属箔は、グラファイトシートより厚みが薄い、請求項1〜10のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記放熱フィンは、その表層の少なくとも一部に、斜方晶系ケイ酸塩と樹脂バインダーとを含有する放熱塗料層を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の放熱器。
- 前記放熱塗料層は、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩、フッ素系化合物および硬化剤を含有する組成物、または、
コーディエライトおよびムライトから選ばれる少なくとも1種の斜方晶系ケイ酸塩、アクリル系化合物および硬化剤(但し、該アクリル系化合物および硬化剤の少なくとも一方は、シリコーン変性されている)を含有する組成物
を用いて形成された層である、請求項12に記載の放熱器。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の放熱器を含む電子機器。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の放熱器を含む照明機器。
- 下記工程1および2を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の放熱器の製造方法。
工程1:金属箔、グラファイトシートおよび金属箔をこの順で含む積層体を2つ以上形成する工程
工程2:工程1で得られた各積層体を所定の形状に配置した後、隣り合う積層体の一部を、粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合し、次いで、得られた接合物における積層体を、前記接合していない箇所で折り曲げ、各積層体が互いに接触しない部分を形成する工程、または、
工程1で得られた各積層体の一部を、隣り合う積層体と接合される接合面と、隣り合う積層体と互いに接触しない部分とを有するように折り曲げ、次いで、該接合面を粘着テープ、粘着剤、グリースまたはクリーム半田で接合する工程
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