特許 6492211 熱ダイオードおよび熱ダイオードの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6492211

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】熱ダイオードおよび熱ダイオードの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/00 20060101AFI20190318BHJP

   F28F 21/04 20060101ALI20190318BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   F28D15/00

   F28F21/04

   H05K7/20 Z

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-96476(P2018-96476)

(22)【出願日】2018年5月18日

【審査請求日】2019年1月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】萩野 春俊

(72)【発明者】

【氏名】川原 洋司

(72)【発明者】

【氏名】大橋 正和

(72)【発明者】

【氏名】望月 正孝

【審査官】 石黒 雄一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７２４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０３０２３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／１５１１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１６３３１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−８０５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０３０２３８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １５／００

Ｆ２８Ｆ ２１／０４

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＰＴＣ特性をするＰＴＣ膜と、
前記ＰＴＣ膜に重ねられ、かつＮＴＣ特性を有するＮＴＣ膜と、を備え、
前記ＰＴＣ膜は、樹脂により形成されたＰ側基材と、前記Ｐ側基材内に配された複数のＰ側熱伝導粒子と、を含み、
前記ＮＴＣ膜は、樹脂により形成されたＮ側基材と、前記Ｎ側基材内に配された複数のＮ側熱伝導粒子および複数の熱収縮粒子と、を含み、
前記複数の熱収縮粒子は、温度の上昇に伴って収縮する、熱ダイオード。

【請求項2】

前記複数のＰ側熱伝導粒子および前記複数のＮ側熱伝導粒子は磁性を有し、
前記複数のＰ側熱伝導粒子の少なくとも一部は、前記Ｐ側基材内に、前記ＰＴＣ膜の厚さ方向に列をなすように配され、
前記複数のＮ側熱伝導粒子の少なくとも一部は、前記Ｎ側基材内に、前記ＮＴＣ膜の厚さ方向に列をなすように配されている、請求項１に記載の熱ダイオード。

【請求項3】

前記Ｐ側基材は、Ｐ側第１材料と、前記Ｐ側第１材料より融点が低いＰ側第２材料とを含み、
前記Ｎ側基材は、Ｎ側第１材料と、前記Ｎ側第１材料より融点が低いＮ側第２材料とを含み、
前記Ｐ側第１材料および前記Ｎ側第１材料は結晶性の樹脂材料であり、
前記Ｐ側第２材料および前記Ｎ側第２材料は非結晶性の樹脂材料である、請求項１または２に記載の熱ダイオード。

【請求項4】

Ｐ側基材と複数のＰ側熱伝導粒子とを混練してシート状のＰ側混練物を得るＰ側混練工程と、
Ｎ側基材と複数のＮ側熱伝導粒子と複数の熱収縮粒子とを混練してシート状のＮ側混練物を得るＮ側混練工程と、
前記Ｐ側混練物のシートからＰＴＣ膜を得るＰＴＣ成膜工程と、
前記Ｎ側混練物のシートからＮＴＣ膜を得るＮＴＣ成膜工程と、
前記ＰＴＣ膜および前記ＮＴＣ膜を互いに重ね合わせて熱圧着する熱圧着工程と、を有する、熱ダイオードの製造方法。

【請求項5】

前記熱圧着工程では、前記Ｐ側基材および前記Ｎ側基材の融点より高い温度で熱圧着する、請求項４に記載の熱ダイオードの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱ダイオードおよび熱ダイオードの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ＰＴＣ材（Positive Temperature Coefficient)とＮＴＣ材（Negative Temperature Coefficient）とを組み合わせた熱ダイオードが開示されている。ＰＴＣ材とは、温度上昇により物性値（熱抵抗など）が正の係数を持って変化する材質である。ＮＴＣ材とは、温度上昇により物性値が負の係数を持って変化する材質である。これら２つの材質を組み合わせることで、熱流の方向によって熱抵抗が変化する熱ダイオードを実現することができる。
このような熱ダイオードを実現するため、特許文献１では、セラミックスを主体とするＰＴＣ材およびＮＴＣ材を用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１５／０３０２３９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の熱ダイオードは、セラミックスを主体とする材質によって形成されている。このため、熱ダイオードを製造するために、高温高圧の条件（例えば２０００℃、２０００気圧）が必要となり、製造効率や製造コストの観点から改善が求められていた。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされ、より製造しやすい熱ダイオードを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る熱ダイオードは、ＰＴＣ特性をするＰＴＣ膜と、前記ＰＴＣ膜に重ねられ、かつＮＴＣ特性を有するＮＴＣ膜と、を備え、前記ＰＴＣ膜は、樹脂により形成されたＰ側基材と、前記Ｐ側基材内に配された複数のＰ側熱伝導粒子と、を含み、前記ＮＴＣ膜は、樹脂により形成されたＮ側基材と、前記Ｎ側基材内に配された複数のＮ側熱伝導粒子および複数の熱収縮粒子と、を含み、前記複数の熱収縮粒子は、温度の上昇に伴って収縮する。

【0007】

上記態様の熱ダイオードによれば、ＰＴＣ膜およびＮＴＣ膜の基材として樹脂が用いられている。このため、セラミックスを主体とした場合と比較して、高温高圧の条件下で製造する必要がなく、より容易に製造することができる。
また、ＰＴＣ膜およびＮＴＣ膜を重ねることで熱ダイオードが構成されている。このため、薄膜状で大きな表面積を持つ熱ダイオードを実現することが可能となり、幅広い用途に熱ダイオードを応用することが可能となる。例えばハイブリッド車において、排気ガス用の触媒をヒーターとともに用いる場合、触媒とヒーターとの間に上記態様の熱ダイオードを設けてもよい。この場合、ヒーターから触媒への熱を伝わりやすくしつつ、熱ダイオードを通して触媒の熱が放出されにくくすることができる。このような用途では、触媒を覆うように熱ダイオードを設けることが好ましいため、上記態様の薄膜状の熱ダイオードを好適に用いることができる。

【0008】

ここで、前記複数のＰ側熱伝導粒子および前記複数のＮ側熱伝導粒子は磁性を有し、前記複数のＰ側熱伝導粒子の少なくとも一部は、前記Ｐ側基材内に、前記ＰＴＣ膜の厚さ方向に列をなすように配され、前記複数のＮ側熱伝導粒子の少なくとも一部は、前記Ｎ側基材内に、前記ＮＴＣ膜の厚さ方向に列をなすように配されていてもよい。

【0009】

この場合、Ｐ側熱伝導粒子およびＮ側熱伝導粒子が磁性を有しているため、ＰＴＣ膜およびＮＴＣ膜を形成する際に磁界をかけることで、これらの熱伝導粒子を各膜の厚さ方向に配列させることができる。そして、Ｐ側熱伝導粒子がＰＴＣ膜の厚さ方向に配列されることで、ＰＴＣ膜の厚さ方向におけるＰＴＣ特性が安定する。同様に、Ｎ側熱伝導粒子をＮＴＣ膜の厚さ方向に配列させることで、ＮＴＣ膜の厚さ方向におけるＮＴＣ特性が安定する。

【0010】

また、前記Ｐ側基材は、Ｐ側第１材料と、前記Ｐ側第１材料より融点が低いＰ側第２材料とを含み、前記Ｎ側基材は、Ｎ側第１材料と、前記Ｎ側第１材料より融点が低いＮ側第２材料とを含み、前記Ｐ側第１材料および前記Ｎ側第１材料は結晶性の樹脂材料であり、前記Ｐ側第２材料および前記Ｎ側第２材料は非結晶性の樹脂材料であってもよい。

【0011】

この場合、結晶性の樹脂材料であるＮ側第１材料によってＮＴＣ膜の機械的強度を確保することができる。そして、ＮＴＣ膜を加熱して磁界をかけた際に、結晶性の樹脂材料であるＮ側第１材料にはＮ側熱伝導粒子および熱収縮粒子が入り込みにくい一方で、非結晶性の樹脂材料であるＮ側第２材料には各粒子が入り込みやすい。したがって、Ｎ側第２材料中に安定してＰ側熱伝導粒子を膜厚方向に配列させることができる。
また、ＰＴＣ膜についても、上記と同様の作用効果が得られる。これにより、機械強度にすぐれ、かつ熱特性の安定した熱ダイオードを提供することができる。

【0012】

本発明の第２の態様に係る熱ダイオードの製造方法は、Ｐ側基材と複数のＰ側熱伝導粒子とを混練してシート状のＰ側混練物を得るＰ側混練工程と、Ｎ側基材と複数のＮ側熱伝導粒子と複数の熱収縮粒子とを混練してシート状のＮ側混練物を得るＮ側混練工程と、前記Ｐ側混練物のシートからＰＴＣ膜を得るＰＴＣ成膜工程と、前記Ｎ側混練物のシートからＮＴＣ膜を得るＮＴＣ成膜工程と、前記ＰＴＣ膜および前記ＮＴＣ膜を互いに重ね合わせて熱圧着する熱圧着工程と、を有する。

【0013】

上記態様によれば、薄膜状の熱ダイオードを比較的簡易に製造することが可能となる。

【0014】

また、前記熱圧着工程では、前記Ｐ側基材および前記Ｎ側基材の融点より高い温度で熱圧着してもよい。

【0015】

この場合、ＰＴＣ膜およびＮＴＣ膜をより確実に一体化し、ＰＴＣ膜とＮＴＣ膜との間での熱伝導を確実に行うことができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の上記態様によれば、より製造しやすい熱ダイオードを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態に係る熱ダイオードの概略構成を示す断面図である。

【図2】図１の熱伝導粒子の例を示す模式図である。

【図3】図１のＮＴＣ膜の製造方法の一例を示す図である。

【図4】（ａ）は図１のＰＴＣ膜についての、温度と熱伝導率との関係を示す図である。（ｂ）は図１のＮＴＣ膜についての、温度と熱伝導率との関係を示す図である。

【図5】（ａ）は図１の熱ダイオードのＮ側表面に熱源を設けた場合の概略図である。（ｂ）は図１の熱ダイオードのＰ側表面に熱源を設けた場合の概略図である。

【図6】（ａ）（ｂ）は、熱ダイオードの熱流の方向に応じた熱伝導率の違いを説明する図である。

【図7】実施例１に係る熱ダイオードの、ヒーター温度とその反対側の表面の温度との関係を示すグラフである。

【図8】図７中の２つのデータの温度差を示すグラフである。

【図9】実施例２に係る熱ダイオードの、図８に対応するグラフである。

【図10】実施例３に係るＮＴＣ膜およびＰＴＣ膜の電気特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本実施形態の熱ダイオードについて図面に基づいて説明する。
図１に示すように、熱ダイオード１は、ＮＴＣ膜１０と、ＰＴＣ膜２０と、を備えている。ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０は、互いに熱圧着されて一体となっている。本明細書では、熱ダイオード１のうち、ＮＴＣ膜１０側の表面をＮ側表面１ａといい、ＰＴＣ膜２０側の表面をＰ側表面１ｂという。

【0019】

ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０はそれぞれ、第１面および第２面を有する膜状に形成されている。ＮＴＣ膜１０はＮＴＣ特性を有しており、ＰＴＣ膜２０はＰＴＣ特性を有している。ここでＰＴＣ特性とは、温度上昇により物性値（本明細書では熱抵抗または電気抵抗）が正の係数を持って変化する特性である。ＮＴＣ特性とはその逆で、温度上昇により物性値（同上）が負の係数を持って変化する特性である。

【0020】

ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０は、有機材料および無機材料を複合させたコンポジット膜である。熱ダイオード１は、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を重ね合わせて形成されているため、薄膜状となっている。本実施形態では、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の内部に存在する熱伝導経路の状態を、熱流の方向によって変化させることで、熱ダイオード特性を実現している。以下、より詳しく説明する。

【0021】

（ＮＴＣ膜）
ＮＴＣ膜１０には、Ｎ側基材１１と、複数のＮ側熱伝導粒子１２と、複数の熱収縮粒子１３と、が含まれている。Ｎ側基材１１には、第１材料１１ａ（Ｎ側第１材料）と、第２材料１１ｂ（Ｎ側第２材料）と、が含まれている。Ｎ側熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３は、Ｎ側基材１１内に混練されている。

【0022】

ＮＴＣ膜１０の厚さ方向に沿う断面において、ＮＴＣ膜１０には、交互に配置された複数の結晶性層および複数の非結晶性層が形成されている。結晶性層は主として第１材料１１ａにより構成され、非結晶性層は主として第２材料１１ｂにより構成されている。結晶性層および非結晶性層はＮＴＣ膜１０の厚さ方向に延びている。Ｎ側熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３は、主としてＮＴＣ膜１０の非結晶層（第２材料１１ｂ）内に存在している。Ｎ側熱伝導粒子１２は、ＮＴＣ膜１０の第１面から第２面にかけて、厚さ方向に一直線の列をなすように配されている。なお、この列は一直線状でなくてもよく、途中で枝分かれしていてもよい。

【0023】

（ＰＴＣ膜）
ＰＴＣ膜２０には、Ｐ側基材２１と、Ｐ側熱伝導粒子２２と、が含まれている。Ｐ側基材２１には、第１材料２１ａ（Ｐ側第１材料）と、第２材料２１ｂ（Ｐ側第２材料）と、が含まれている。Ｐ側熱伝導粒子２２は、Ｐ側基材２１内に混練されている。

【0024】

ＰＴＣ膜２０の厚さ方向に沿う断面において、ＰＴＣ膜２０には、交互に配置された複数の結晶性層および複数の非結晶性層が形成されている。結晶性層は主として第１材料２１ａにより構成され、非結晶性層は主として第２材料２１ｂにより構成されている。結晶性層および非結晶性層はＰＴＣ膜２０の厚さ方向に延びている。Ｐ側熱伝導粒子２２は、主としてＰＴＣ膜２０の非結晶層（第２材料２１ｂ）内に存在している。Ｐ側熱伝導粒子２２は、ＰＴＣ膜２０の厚さ方向に一直線の列をなすように配されている。なお、この列は一直線状でなくてもよく、途中で枝分かれしていてもよい。

【0025】

（熱伝導粒子）
熱伝導粒子１２、２２は、基材１１、２１よりも熱伝導率の高い材質により形成されている。熱伝導粒子１２、２２の構成としては、図２に示すようなものが挙げられる。図２の例では、熱伝導粒子１２、２２は、導電性の磁性体粒子Ｍと、磁性体粒子Ｍを覆う被覆Ｃとを有する。

【0026】

磁性体粒子Ｍは、例えばニッケル（Ｎｉ），コバルト（Ｃｏ），鉄（Ｆｅ）のうち１または２以上を含む磁性材料から構成されている。磁性材料は金属であることが好ましい。特に、ＮｉまたはＮｉ合金は、導電性および耐食性に優れた磁性材料であるため、磁性体粒子Ｍの材質として好適である。

【0027】

図２に示すように、磁性体粒子Ｍの粒子本体の外表面には、複数の突起が形成されていてもよい。突起は先細り形状、すなわち外表面から離れるほど幅が小さく狭くなる形状（例えば多角錐状、円錐状などの錐状）であることが好ましい。磁性体粒子Ｍが突起を有する場合、Ｎ側熱伝導粒子１２同士またはＰ側熱伝導粒子２２同士が互いに接触する際の接触点が多くなる。これにより、ＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０内の熱伝導経路の熱伝導性および導電性が高められる。なお、鋭利な先細り形状の複数の突起を有する粒子を「スパイク状粒子」という。磁性体粒子Ｍはスパイク状粒子であることがより好ましい。

【0028】

磁性体粒子Ｍは、例えば、１個の球形の粒子本体の表面に、鋭利な複数の突起（通常は１０個〜５００個）が形成されている。各突起の高さは、粒子本体の粒径に対して概ね１／３〜１／５００である。熱伝導粒子１２，２２は、例えば、カルボニル金属粉（純度９９．９９％のニッケルカルボニル）を原料として、Ｎｉ（ＣＯ）_４→Ｎｉ＋４ＣＯという反応に従って得られる（特開平５−４７５０３号公報を参照）。

【0029】

磁性体粒子Ｍの平均粒径は、例えば０．２〜１０μｍ（好ましくは１〜３μｍ）である。磁性体粒子Ｍの粒径が０．２μｍより小さい場合、熱ダイオード１の製造工程において磁場をかけても、熱伝導粒子１２，２２に作用する磁力が小さいことで熱伝導粒子１２，２２が移動しにくくなる。また、磁性体粒子Ｍの粒径が１０μｍより大きい場合、製造工程において磁場をかけても、例えば液状の基材１１、２１内での流動抵抗が高くなることで、熱伝導粒子１２，２２が移動しにくくなる。これに対して、磁性体粒子Ｍの平均粒径が上記範囲であれば、熱伝導粒子１２，２２は磁場中で移動しやすくなり、膜の厚さ方向に列をなす配置をとりやすくなる。

【0030】

磁性体粒子Ｍの平均粒径は、例えばレーザー回折散乱法に基づく粒度分布測定装置によって測定することができる。平均粒径としては、例えば５０％累積粒子径（質量基準または体積基準）、最頻粒子径などを採用できる。平均粒径は、粒子を観察した画像に基づく十分な数（例えば１００以上）の粒子についての測定値の平均値を採用してもよい。粒子の画像は、例えば光学顕微鏡、電子顕微鏡などを用いて得られた観察画像である。非球形の粒子の粒径としては、例えば観察画像における最長径と最短径の平均値を採用してもよい。

【0031】

被覆Ｃは、磁性体粒子Ｍの外表面を覆っている。被覆Ｃは、例えば炭素材によって形成される。炭素材としては、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンブラックなどが挙げられる。特に、導電性および耐久性に優れた材料であるグラフェンが被覆Ｃの材質として好適である。被覆Ｃの厚さは、例えば１〜１００ｎｍ（好ましくは１０〜２０ｎｍ）である。

【0032】

被覆Ｃは、磁性体粒子Ｍを保護する機能を有する。例えばＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０が電池などに適用された場合に、被覆Ｃによって電解液から磁性体粒子Ｍを保護することができる。また、被覆Ｃには、熱伝導粒子１２，２２同士の接触面積を大きくし、ＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０の熱抵抗および電気抵抗を小さくする機能も有する。

【0033】

熱伝導粒子１２，２２の平均粒径は、例えば０．２〜１０μｍ（好ましくは１〜３μｍ）である。熱伝導粒子１２，２２の平均粒径および最大粒径は、ＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０の厚さより小さい。熱伝導粒子１２，２２に、ＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０の厚さ方向に圧縮歪みが加えられていてもよい。
Ｎ側熱伝導粒子１２およびＰ側熱伝導粒子２２の材質、構造などは同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0034】

（熱収縮粒子）
熱収縮粒子１３は、負の熱膨張係数を有する材質により形成され、温度の上昇に伴って収縮する。熱収縮粒子１３の材質としては、セラミックスが挙げられる。より具体的には、熱収縮粒子１３として、Ｍｎ_３ＸＮ（Ｘ：Ｚｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｓｎなど）により表されるマンガン窒化物を用いることができる。なお、ＸはＺｎ（亜鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｎ（スズ）などのうちの１つであってもよいし、これらのうち２つ以上であってもよい。例えば、Ｍｎ_３Ｚｎ_ＸＣｕ_ＹＮにより表されるマンガン窒化物を熱収縮粒子１３として用いてもよい。
熱収縮粒子１３は、Ｎ側熱伝導粒子１２とともに、Ｎ側基材１１の第２材料１１ｂ内に主として配されている。
なお、図示は省略するが、熱収縮粒子１３にも熱伝導粒子１２，２２と同様の被覆Ｃを設けてもよい。この場合、被覆Ｃによって熱収縮粒子１３を保護することができる。

【0035】

（第１材料）
第１材料１１ａ、２１ａは結晶性の樹脂材料である。第１材料１１ａ、２１ａは、絶縁性材料である。第１材料１１ａ、２１ａは、第２材料１１ｂ、２１ｂに比べて熱膨張係数が高いことが好ましい。第１材料１１ａ、２１ａは、液状硬化性の材料（例えば熱可塑性の材料）であることが好ましい。
第１材料１１ａ、２１ａとしては、ポリエチレンを好適に用いることができる。ポリエチレンの脆化温度は−８０〜−２０℃で、ガラス転移点は−２０〜−１２０℃である。

【0036】

なお、第１材料１１ａ、２１ａとして、例えばポリオレフィン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等を用いてもよい。第１材料１１ａ、２１ａは、これらのうち１つを単独で用いてもよいし、２つ以上を混合して用いてもよい。ポリオレフィン樹脂としては、例えば、高密度ポリエチレン（融点１２０〜１４０℃）、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン（融点９５〜１３０℃）、エチレンプロピレンジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等のポリエチレン類；アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン等のポリプロピレン類（融点１００〜１４０℃）；ポリブテン等を挙げることができる。ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン８、ナイロン１１、ナイロン６６、ナイロン６１０等を挙げることができる。

【0037】

（第２材料）
第２材料１１ｂ、２１ｂは、非結晶性の樹脂材料である。第２材料１１ｂ、２１ｂは、絶縁性材料である。
第２材料１１ｂ、２１ｂとしては、例えばパラフィン類を好適に用いることができる。なお、第２材料１１ｂ、２１ｂとしてポリスチレン樹脂、または非結晶性ポリエチレン等を用いてもよい。第２材料１１ｂ、２１ｂは、これらのうち１つを単独で用いてもよいし、２つ以上を混合して用いてもよい。
第２材料１１ｂ、２１ｂは、液状硬化性の材料（例えば熱可塑性の材料）であることが好ましい。第２材料１１ｂ、２１ｂは、第１材料１１ａ、２１ａに比べて分子量が低いことが好ましい。

【0038】

第２材料１１ｂ、２１ｂの融点は、第１材料１１ａ、２１ａの融点より低い。第２材料１１ｂ、２１ｂの融点は、例えば５４〜５８℃とされる。第２材料１１ｂ、２１ｂの融点が５４℃以上であると、第２材料１１ｂ、２１ｂの過度の流動化を抑えることができる。そのため、第２材料１１ｂ、２１ｂがＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０の表面付近に流出することによって、熱伝導粒子１２、２２の列形成が阻害されるのを防ぐことができる。第２材料１１ｂ、２１ｂの融点が５８℃以下であると、第２材料１１ｂ、２１ｂに適度な流動性を与え、第２材料１１ｂ、２１ｂ（非結晶性相）における熱伝導粒子１２，２２の列形成を促すことができる。

【0039】

（製造方法）
次に、上記のような熱ダイオード１の製造方法の一例について説明する。

【0040】

まず、磁性体粒子Ｍの表面に、例えばＣＶＤ等の気相蒸着法、アルコール液相法、液相放電法等の液相成長法などにより被覆Ｃを形成する。これにより、図２に示すような熱伝導粒子１２，２２が得られる。

【0041】

次に、Ｎ側基材１１と熱伝導粒子１２と熱収縮粒子１３とを混練して、図３（ａ）に示すようなＮ側混練物１０Ａを得る（Ｎ側混練工程）。Ｎ側混練工程における混練の方法は、例えば各材料を加熱・混合して、Ｎ側基材１１が未硬化のままシート状に成形する。なお、Ｎ側基材１１が第１材料１１ａおよび第２材料１１ｂを含む場合には、これらの材料１１ａ、１１ｂを熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３と混練する。Ｎ側基材１１が３以上の材料により構成される場合も同様である。

【0042】

また、Ｐ側基材２１と熱伝導粒子２２とを混練してＰ側混練物を得る（Ｐ側混練工程）。Ｐ側混練工程における混練の方法は、例えば各材料を混合して、未硬化のままシート状に成形する。なお、Ｐ側基材２１が第１材料２１ａおよび第２材料２１ｂを含む場合には、これらの材料２１ａ、２１ｂを熱伝導粒子２２と混練する。Ｐ側基材２１が３以上の材料により構成される場合も同様である。

【0043】

Ｎ側混練工程の時点では、図３（ａ）に示すように、熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３はＮ側基材１１内に均一に分散されている。また、Ｎ側基材１１は、第１材料１１ａおよび第２材料１１ｂが混ざり合った状態となっている。
Ｐ側混練工程の時点では、熱伝導粒子２２はＰ側基材２１内に均一に分散されている。図示は省略するが、Ｐ側基材２１は、図３（ａ）におけるＮ側基材１１と同様に、第１材料２１ａおよび第２材料２１ｂが混ざり合った状態となっている。

【0044】

次に、Ｎ側混練物のシートをその厚さ方向に圧縮して薄膜状にすることで、ＮＴＣ膜１０が得られる（ＮＴＣ成膜工程）。
また、Ｐ側混練物のシートをその厚さ方向に圧縮して薄膜状にすることで、ＰＴＣ膜２０が得られる（ＰＴＣ成膜工程）。

【0045】

次に、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を加熱し、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１を溶融させる。加熱により流動化したＮ側基材１１またはＰ側基材２１中では、熱伝導粒子１２，２２および熱収縮粒子１３が移動可能となる。
ここで、第１材料１１ａ、２１ａの融点は第２材料１１ｂ、２１ｂの融点より高い。このため、徐冷によってＮ側基材１１およびＰ側基材２１が硬化する過程において、第１材料１１ａ、２１ａは第２材料１１ｂ、２１ｂより先に流動性が低下し、集合して結晶性相を形成する（図３（ｂ）参照）。このとき、第２材料１１ｂ、２１ｂでは分子鎖の動きが束縛されず、第２材料１１ｂ、２１ｂに熱伝導粒子１２，２２および熱収縮粒子１３が移入しやすい。その一方で、第１材料１１ａ、２１ａでは分子鎖間に働く引力が強く、第１材料１１ａ、２１ａには熱伝導粒子１２，２２および熱収縮粒子１３が移入しにくい。このため、熱伝導粒子１２、２２および熱収縮粒子１３は、主として第２材料１１ｂ、２１ｂ内に安定して存在することになる。

【0046】

次に、ＮＴＣ膜１０をＮ側基材１１の融点以上に加熱した状態で、ＮＴＣ膜１０に磁界をかける。また、ＰＴＣ膜２０をＰ側基材２１の融点以上に加熱した状態で、ＰＴＣ膜２０に磁界をかける（磁気整列工程）。ここで、Ｎ側基材１１またはＰ側基材２１が、複数種類の材料によって構成されている場合には、最も融点の高い材料における融点を、「Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１の融点」と定義する。

【0047】

磁界をかける際は、例えば図３（ｂ）に示すように、Ｎ側混練物１０Ａ（またはＰ側混練物）のシートの一方の面に磁石のＳ極側を近づけ、他方の面に磁石のＮ極側を近づける。熱伝導粒子１２、２２は磁性を有しているため、磁場によって、少なくとも一部の熱伝導粒子１２，２２は、シートの厚さ方向に列をなすように配置される。特に、低融点で流動性の高い第２材料１１ｂ、２１ｂ内に存在する熱伝導粒子１２、２２は、容易に厚さ方向に整列される。これにより、Ｎ側混練物１０Ａについては図３（ｃ）に示すように、熱伝導粒子１２が第２材料１１ｂ内において厚さ方向に整列した状態となる。図示は省略するが、Ｐ側混練物も同様である。

【0048】

次に、ＮＴＣ膜１０またはＰＴＣ膜２０を徐冷して硬化させる。
なお、ＮＴＣ膜１０については、徐冷の際に熱収縮粒子１３が膨張することで、その周囲の熱伝導粒子１２同士の間隔が広がる（図３（ｄ）参照）。

【0049】

次に、得られたＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を互いに重ね合わせて熱圧着することで、熱ダイオード１が得られる（熱圧着工程）。熱圧着は、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１の融点より高い温度で行う。例えばＮ側基材１１およびＰ側基材２１の第１材料１１ａ、２１ａがいずれもポリエチレンである場合には、ポリエチレンの融点以上（例えば２２０℃、４Ｍｐａ）で熱圧着を行う。
以上の製造方法により、本実施形態の熱ダイオード１を製造することができる。

【0050】

なお、上記製造方法における各工程の順序は適宜変更してもよい。例えば、熱圧着工程の後に磁気整列工程を行ってもよい。この場合、熱圧着して熱ダイオード１の状態となった後、Ｎ側表面１ａおよびＰ側表面１ｂの一方にＳ極を近づけ、他方にＮ極を近づけることで、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０内の熱伝導粒子１２、２２を同時に整列させることができる。

【0051】

（作用）
次に、以上のように構成された熱ダイオード１の作用について説明する。

【0052】

図４（ａ）は、温度変化に応じたＰＴＣ膜２０の状態および熱伝導性を示す模式図である。図４（ａ）中のグラフの横軸は温度を示し、縦軸は熱伝導率を示している。
図４（ａ）に示すように、温度が低い場合、ＰＴＣ膜２０に含まれる熱伝導粒子２２同士が互いに接触し、ＰＴＣ膜２０の厚さ方向に連なって列をなしている。これにより、熱伝導粒子２２を伝って熱が伝わりやすい状態となっている。以下、熱伝導粒子２２が連なった列をＰ側熱伝導経路という。

【0053】

また図４（ａ）に示すように、温度が高くなると、ＰＴＣ膜２０の全体が熱膨張する。これにより、ＰＴＣ膜２０に含まれる熱伝導粒子２２が互いに離間し、Ｐ側熱伝導経路が崩れる。したがって、温度が高くなるとＰＴＣ膜２０の熱伝導率は小さくなる。
このように、ＰＴＣ膜２０の熱伝導率は、低温の場合に大きくなり、高温の場合に小さくなる。換言すると、ＰＴＣ膜２０の熱抵抗は、低温の場合に小さくなり、高温の場合に大きくなる。

【0054】

図４（ｂ）は、温度変化に応じたＮＴＣ膜１０の状態および熱伝導性を示す模式図である。図４（ｂ）中のグラフの横軸は温度を示し、縦軸は熱伝導率を示している。
図４（ｂ）に示すように、温度が高い場合、ＮＴＣ膜１０に含まれる熱伝導粒子１２同士が互いに接触し、ＮＴＣ膜１０の厚さ方向に連なって列をなしている。これにより、熱伝導粒子１２を伝って熱が伝わりやすい状態となっている。以下、熱伝導粒子１２が連なった列をＮ側熱伝導経路という。

【0055】

また図４（ｂ）に示すように、温度が低くなると、熱収縮粒子１３が膨張する。これにより、熱収縮粒子１３の周囲に存在する熱伝導粒子１２同士が互いに離間し、Ｎ側熱伝導経路が崩れる。したがって、温度が低くなるとＮＴＣ膜１０の熱伝導率は小さくなる。
このように、ＮＴＣ膜１０の熱伝導率は、高温の場合に大きくなり、低温の場合に小さくなる。換言すると、ＮＴＣ膜１０の熱抵抗は、高温の場合に小さくなり、低温の場合に大きくなる。

【0056】

図４（ａ）に示すように、理想的にはある温度（境界温度Ｔ）を境として、ＰＴＣ膜２０内で熱伝導粒子２２が連なった状態と離れた状態とが変化する。したがって、境界温度Ｔより低温の場合は熱伝導率が大きくなり（Ｋ_High）、境界温度Ｔより高温の場合には熱伝導率が小さくなる（Ｋ_Low）。
図４（ｂ）に示すように、理想的には境界温度Ｔを境として、ＮＴＣ膜１０内で熱伝導粒子１２が離れた状態と連なった状態とが変化する。したがって、境界温度Ｔより低温の場合は熱伝導率が小さくなり（Ｋ_Low）、境界温度Ｔより高温の場合は熱伝導率が大きくなる（Ｋ_High）。

【0057】

なお、図４（ａ）、（ｂ）では熱伝導率が段階的に変化しているが、実際には熱伝導粒子１２、２２の列のうち、連なっている部分の割合と離れている部分の割合とが温度に応じて徐々に変化する。したがって、ＰＴＣ膜２０は温度の上昇に伴って次第に熱伝導率が下がっていき、ＮＴＣ膜１０は温度の上昇に伴って次第に熱伝導率が上がっていく。

【0058】

上記の通り、ＰＴＣ膜２０およびＮＴＣ膜１０は逆の熱的特性を有している。このようなＰＴＣ膜２０およびＮＴＣ膜１０を重ねることで、熱ダイオード１の特性を実現することができる。以下、図５（ａ）、（ｂ）を用いてより詳しく説明する。

【0059】

図５（ａ）は、熱ダイオード１におけるＮＴＣ膜１０側の表面（Ｎ側表面１ａ）に熱源Ｈを接触させた場合の模式図である。図５（ｂ）は、熱ダイオード１におけるＰＴＣ膜２０側の表面（Ｐ側表面１ｂ）に熱源Ｈを接触させた場合の模式図である。図５（ａ）、（ｂ）中に記載の矢印は熱流の方向を示している。つまり、図５（ａ）ではＮ側表面１ａからＰ側表面１ｂに向けて熱が移動し、図５（ｂ）ではＰ側表面１ｂからＮ側表面１ａに向けて熱が移動する。このように熱流の方向が逆であるため、熱ダイオード１内の温度勾配も、図５（ａ）と図５（ｂ）とで逆になる。

【0060】

図６（ａ）は図５（ａ）に対応する熱ダイオード１の熱伝導率を示し、図６（ｂ）は図５（ｂ）に対応する熱ダイオード１の熱伝導率を示している。
図６（ａ）に示すように、Ｎ側表面１ａに熱源Ｈを接触させた場合、熱ダイオード１内の温度分布は、Ｎ側表面１ａからＰ側表面１ｂに向かうに従って温度が小さくなるような勾配となる。図６（ａ）ではこの温度分布を模式的に表しており、Ｎ側表面１ａの温度をＴ_Highと表し、Ｐ側表面１ｂの温度をＴ_Lowと表している。

【0061】

ここで、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すような理想的な熱特性を有するＰＴＣ膜２０およびＮＴＣ膜１０を用いた熱ダイオード１において、ＰＴＣ膜２０とＮＴＣ膜１０との境界面の温度が境界温度Ｔとなった場合を考える。このとき、ＮＴＣ膜１０の温度が境界温度Ｔより高く、ＰＴＣ膜２０の温度が境界温度Ｔより低くなる。したがって、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の双方とも、熱伝導率が大きい（Ｋ_High）状態になる。

【0062】

一方、図６（ｂ）に示すように、Ｐ側表面１ｂに熱源Ｈを接触させた場合、熱ダイオード１内の温度分布は、Ｐ側表面１ｂからＮ側表面１ｂに向かうに従って温度が小さくなるような勾配となる。図６（ｂ）ではこの温度分布を模式的に表しており、Ｐ側表面１ｂの温度をＴ_Highと表し、Ｎ側表面１ａの温度をＴ_Lowと表している。
この場合も、図６（ａ）の場合と同様に考えると、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の双方とも、熱伝導率が小さい（Ｋ_Low）状態になる。

【0063】

上記説明では、理解を容易にするために理想的な状態のＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を例として説明したが、実際の熱ダイオード１においても、Ｎ側表面１ａおよびＰ側表面１ｂのどちらが高温側となるかによって、熱ダイオード１全体の熱伝導率が変化する。つまり、Ｎ側表面１ａが高温側の場合には熱伝導率が大きくなり、Ｐ側表面１ｂが高温側の場合には熱伝導率が小さくなる。
このように、本実施形態の熱ダイオード１では、熱流の方向に応じて熱伝導率が異なる熱ダイオード特性を実現することができる。

【0064】

また、本実施形態の熱ダイオード１によれば、ＰＴＣ膜２０およびＮＴＣ膜１０が、それぞれ樹脂を主体として形成されている。このため、セラミックスを主体とした場合と比較して、高温高圧の条件下で製造する必要がなく、より容易に熱ダイオード１を製造することができる。
また、原料としてレアメタルなどを用いる必要が無いため、比較的低コストで熱ダイオード１を製造することができる。

【0065】

また、ＰＴＣ膜２０およびＮＴＣ膜１０を重ねることで熱ダイオード１が構成されている。このため、薄膜状で大きな表面積を持つ熱ダイオード１を実現することが可能となり、幅広い用途に熱ダイオード１を応用することが可能となる。例えば、ハイブリッド車では、排気ガス用の触媒を、温度を維持するためのヒーターとともに用いる場合がある。このような場合、ヒーターの熱を触媒へと伝えやすくしつつ、触媒からの放熱を抑制することが好ましい。そこで、Ｐ側表面１ｂが触媒を向き、Ｎ側表面１ａがヒーターを向くように、本実施形態の熱ダイオード１を設けるとよい。この場合、触媒の熱がＰ側表面１ｂからＮ側表面１ａに向かって伝わる際の熱伝導率は小さいため、触媒の放熱を効果的に抑制することができる。その一方で、ヒーターの熱がＮ側表面１ａからＰ側表面１ｂに向かって伝わる際の熱伝導率は大きいため、熱を触媒に効率的に伝えることができる。

【0066】

また、熱伝導粒子１２、２２が磁性を有しているため、熱ダイオード１を製造する際に磁界をかけることで、これらの熱伝導粒子１２、２２を熱ダイオード１の厚さ方向に配列させることができる。そして、熱伝導粒子１２，２２が熱ダイオード１の厚さ方向に配列されることで、ＰＴＣ膜２０の厚さ方向におけるＰＴＣ特性、およびＮＴＣ膜１０の厚さ方向におけるＮＴＣ特性が安定する。したがって、熱ダイオード１の熱特性が安定する。

【0067】

また、Ｎ側基材１１が、第１材料１１ａと、第１材料１１ａよりも融点が低い第２材料１１ｂとを含んでいる。そして、第１材料１１ａは結晶性の樹脂材料であり、第２材料１１ｂは非結晶性の樹脂材料である。このため、結晶性の樹脂材料である第１材料１１ａによってＮＴＣ膜１０の機械的強度を確保することができる。そして、ＮＴＣ膜１０を加熱して磁界をかけた際に、結晶性の樹脂材料である第１材料１１ａには粒子１２、１３が入り込みにくい一方で、非結晶性の樹脂材料である第２材料１１ｂには粒子１２、１３が入り込みやすい。したがって、第２材料１１ｂ中に安定して熱伝導粒子１２を膜厚方向に配列させることができる。この作用効果は、ＰＴＣ膜２０についても同様に得られる。

【0068】

また、本実施形態の熱ダイオード１の製造方法は、Ｐ側混練工程と、Ｎ側混練工程と、ＰＴＣ成膜工程と、ＮＴＣ成膜工程と、熱圧着工程と、を有する。このような製造方法により、薄膜状の熱ダイオード１を比較的簡易に製造することが可能となる。
また、熱圧着工程において、Ｐ側基材２１およびＮ側基材１１の融点より高い温度で熱圧着することで、ＰＴＣ膜２０およびＮＴＣ膜１０をより確実に一体化させて、ＰＴＣ膜２０とＮＴＣ膜１０との間での熱伝導を確実に行うことができる。

【実施例】

【0069】

以下、具体的な実施例を用いて、上記実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

【0070】

（実施例１）
第１材料１１ａ、２１ａとして結晶性ポリエチレンアズワン社製、結晶性ＨＤＰＥシート：型番６−６１９−０１、ＪＩＳ Ｋ ６７６０に基づくビカット軟化温度：１２４℃）を用いた。第２材料１１ｂ、２１ｂとして非結晶性ポリエチレン（住友化学社製、エクセレン（登録商標）、型番：ＶＬ−１００、ＪＩＳ Ｋ ６７６０に基づくビカット軟化温度：７０℃）を用いた。熱伝導粒子１２、２２として、スパイク状のＮｉ粒子の粉末（ニューメタルス・エンド・ケミカルス・コーポレーション社製、粒径１〜２μｍ）を用いた。熱収縮粒子１３として、組成Ｍｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｎのマンガン窒化物（株式会社高純度化学研究所製、Ｓｍａｒｔｅｃ（登録商標）シリーズ、Ｓｍａｒｔｅｃ−Ｈ）の粉末を、乳鉢で粉砕後にふるいを用いて粒径２０μｍ以下に分粒した。

【0071】

Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１ともに、結晶性ポリエチレン（第１材料１１ａ、２１ａ）と非結晶性ポリエチレン（第２材料１１ｂ、２１ｂ）を同体積混練した。Ｎ側基材１１をＮ側熱伝導粒子１２および熱収縮粒子１３の粉体とともに溶融混練し、Ｐ側基材２１をＰ側熱伝導粒子２２の粉体とともに溶融混練した。ＮＴＣ膜１０は、Ｎ側熱伝導粒子１２（Ｎｉ）の体積密度を５Ｖｏｌ．％とし、熱収縮粒子１３の体積密度を５Ｖｏｌ．％とした。ＰＴＣ膜２０は、Ｐ側熱伝導粒子２２（Ｎｉ）の体積密度を５Ｖｏｌ．％とした。

【0072】

それぞれを溶融混練後にホットプレスを用いて薄膜化し、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を得た。ホットプレスの際にスペーサーを用いることで、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の厚さはそれぞれ１５０μｍとした。ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を互いに重ねて、第１材料１１ａ、２１ａ（結晶性ポリエチレン）の溶融温度より高い温度（２２０℃）で熱圧着した後、第１材料１１ａ、２１ａ（結晶性ポリエチレン）の溶融温度より高い温度（２２０℃）で加熱しながら、膜内に一様に０．２Ｔの磁力（吸着力１４．７Ｎ）を印加して磁気整列を行った。徐冷は、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０が室温となるまで、自然空冷により行った。これにより、厚さ約３００μｍの薄膜状の熱ダイオード１を得た。

【0073】

薄膜状の熱ダイオード１を切り分けることで２つのサンプルを得て、室温でヒーター上に設置した。このとき、一方のサンプルはＮＴＣ膜１０側の表面（Ｎ側表面１ａ）をヒーターに接触させ、ＰＴＣ膜２０側の表面（Ｐ側表面１ｂ）に熱電対を取り付けた。他方のサンプルはＰ側表面１ｂをヒーターに接触させ、Ｎ側表面１ａに熱電対を取り付けた。これにより、２つのサンプルの内部における熱流方向は逆になる。
図７に、熱電対による各サンプルの温度測定結果を示す。図７の横軸はヒーターの温度を示し、縦軸はサンプル表面の温度を示す。図７中、「ＮＴＣ→ＰＴＣ」はＮ側表面１ａを加熱したサンプルのデータであり、「ＰＴＣ→ＮＴＣ」はＰ側表面１ｂを加熱したサンプルのデータである。

【0074】

図７に示す通り、Ｎ側表面１ａを加熱したサンプルの測定温度（ＮＴＣ→ＰＴＣ）は、Ｐ側表面１ｂを加熱したサンプルの測定温度（ＰＴＣ→ＮＴＣ）よりも高くなっている。この結果から、本実施例の熱ダイオード１は、Ｎ側表面１ａを加熱した場合は熱を伝導しやすく、Ｐ側表面１ｂを加熱した場合は熱を伝導しにくいことがわかる。つまり、同一の熱ダイオード１において、熱流方向によって熱伝導率が異なっていることがわかる。

【0075】

図８は、図７における２つのデータの差分をとったグラフである。つまり、図８は２つのサンプルにおける、熱電対を取り付けた面の温度差を示している。図８に示すように、温度差は、ヒーター温度が高くなるほど大きくなっている。実施例１では、ヒーター温度が６０℃のときに、温度差が４．５℃となっていた。

【0076】

（実施例２）
実施例２では、ＮＴＣ膜１０は、熱収縮粒子１３を１５Ｖｏｌ．％とした。その他の条件は、実施例１と同様である。実施例１と同様に、得られた熱ダイオード１から２つのサンプルを切り出して、加熱面を異ならせて表面温度を測定した。図９は、２つのサンプルにおける熱電対を取り付けた面の温度差を示している。

【0077】

実施例１（図８）と同様に、実施例２でも温度が高いほど温度差が大きくなっている。また、温度差は実施例１の結果よりも大きい。例えば、ヒーター温度が６０℃のときの温度差は６．５℃となっており、実施例１の温度差（４．５℃）よりも２℃大きい。これは、実施例２のほうが、ＮＴＣ膜１０に含まれる熱収縮粒子１３の数が多いことに起因している。つまり、ＮＴＣ膜１０に含まれる熱収縮粒子１３の数が増えるほど、ＮＴＣ膜１０のＮＴＣ特性が大きくなるためである。
以上より、ＮＴＣ膜１０に含まれる熱収縮粒子１３の数を適宜変更することで、熱ダイオード１の熱特性を調整可能であることがわかった。

【0078】

（実施例３）
実施例３では、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の電気特性について確認した。ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の材質、配合などは実施例１と同様であるため省略する。
本実施例では、熱伝導粒子１２、２２としてＮｉ粒子を利用している。Ｎｉ粒子は、樹脂（Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１）と比較して、熱抵抗だけでなく電気抵抗も小さい。したがって、ＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０は、熱特性および電気特性の両方について、それぞれＮＴＣ特性またはＰＴＣ特性を示す。

【0079】

図１０は、本実施例におけるＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の電気特性を示すグラフである。図１０の横軸は温度であり、縦軸は電気抵抗率を示している。つまり図１０は、本実施例のＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０の電気抵抗率の温度変化を示している。
図１０に示すように、ＰＴＣ膜２０は高温になるにつれて電気抵抗率が高くなっている。例えば、８０℃における電気抵抗率は、２５℃における電気抵抗率と比較して５桁の変化が見られた。

【0080】

一方でＮＴＣ膜１０は、温度上昇と共に電気抵抗率がゆるやかに減少している。このように、電気抵抗についても、ＮＴＣ膜１０はＮＴＣ特性を有しており、ＰＴＣ膜はＰＴＣ特性を有している。したがって、本実施例のＮＴＣ膜１０およびＰＴＣ膜２０を用いて得られる熱ダイオード１は、電気の整流作用を有するダイオードとしても使用することができる。

【0081】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0082】

例えば前記実施形態では、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１がそれぞれ２種類の材料によって形成されていたが、基材１１、２１の構成は適宜変更可能である。例えば１種類の樹脂材料によってＮ側基材１１およびＰ側基材２１を構成してもよい。この場合でも、Ｎ側基材１１およびＰ側基材２１を加熱して流動可能な状態で磁界をかけることで、熱伝導粒子１２、２２を膜厚方向に整列させることができる。

【0083】

また、前記実施形態では熱伝導粒子１２、２２を膜厚方向に整列させたが、このような整列を行わなくても、熱による膨張・収縮によって熱伝導粒子１２、２２同士の間隔を変化させることで、ＮＴＣ特性またはＰＴＣ特性をある程度実現することが可能である。したがって、前記実施形態の磁気整列工程は必須ではない。

【0084】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0085】

１…熱ダイオード １０…ＮＴＣ膜 １１…Ｎ側基材 １１ａ…Ｎ側第１材料 １１ｂ…Ｎ側第２材料 １２…Ｎ側熱伝導粒子 １３…熱収縮粒子 ２０…ＰＴＣ膜 ２１ａ…Ｐ側第１材料 ２１ｂ…Ｐ側第２材料 ２２…Ｐ側熱伝導粒子

【要約】

【課題】より製造しやすい熱ダイオードを提供する。
【解決手段】熱ダイオード１は、ＰＴＣ特性をするＰＴＣ膜２０と、ＰＴＣ膜２０に重ねられ、かつＮＴＣ特性を有するＮＴＣ膜１０と、を備える。ＰＴＣ膜２０は、樹脂により形成されたＰ側基材２１と、Ｐ側基材２１内に配された複数のＰ側熱伝導粒子２２と、を含む。ＮＴＣ膜１０は、樹脂により形成されたＮ側基材１１と、Ｎ側基材１１内に配された複数のＮ側熱伝導粒子１２および複数の熱収縮粒子１３と、を含む。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】