特許 7402705 熱伝導構造体およびそれを備えるバッテリー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-13

(45)【発行日】2023-12-21

(54)【発明の名称】熱伝導構造体およびそれを備えるバッテリー

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6568 20140101AFI20231214BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20231214BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 10/623 20140101ALI20231214BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6568

H01L23/36 D

H01M10/613

H01M10/6556

H01M10/653

H01M10/625

H01M10/623

H01M50/204 401H

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020019259

(22)【出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2021125409

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2022-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000190116

【氏名又は名称】信越ポリマー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110973

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 洋

(74)【代理人】

【識別番号】110002697

【氏名又は名称】めぶき弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】平田 佳樹

【審査官】右田 勝則

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２５６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／２４４８８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－３２１４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００４７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３７６６１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１０６４４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１９１１７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６２３

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の長尺状の熱伝導部材と、
前記熱伝導部材の長さ方向の両端部の内の少なくとも一方の端部を固定する部材であって、前記端部を挿入する凹部若しくは貫通孔を有する固定部材と、
を備え、
前記熱伝導部材は、弾性変形可能なクッション部材と、前記クッション部材より熱伝導性が高く、かつ前記クッション部材の外側の面を覆っている熱伝導シートと、を備え、
前記固定部材は、前記熱伝導部材の幅方向に所定の間隔をおいて、複数の前記熱伝導部材を固定していることを特徴とする熱伝導構造体。

【請求項2】

前記固定部材は、前記熱伝導部材の長さ方向の両端部を固定していることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導構造体。

【請求項3】

前記固定部材は、前記熱伝導部材の厚さ方向両側から挟み込む部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝導構造体。

【請求項4】

前記固定部材の前記凹部若しくは前記貫通孔は、前記熱伝導部材の前記端部を圧縮変形させた状態で固定していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の熱伝導構造体。

【請求項5】

前記固定部材は、前記複数の熱伝導部材の内の一部の前記熱伝導部材の長さ方向の前記端部を固定する個別部材を複数連結していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱伝導構造体。

【請求項6】

前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向にスパイラル状に巻回しながら進行する部材であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱伝導構造体。

【請求項7】

前記クッション部材は、その長さ方向に貫通する貫通路を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の熱伝導構造体。

【請求項8】

前記クッション部材は、前記熱伝導シートの裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材であることを特徴とする請求項６に記載の熱伝導構造体。

【請求項9】

冷却剤を流す構造を持つ筐体内に、複数のバッテリーセルを備えたバッテリーであって、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、請求項１から８のいずれか１項に記載の熱伝導構造体を備えることを特徴とするバッテリー。

【請求項10】

複数の前記バッテリーセルの内、温度のより高い前記バッテリーセルに前記熱伝導部材を密集させていることを特徴とする請求項９に記載のバッテリー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱伝導構造体およびそれを備えるバッテリーに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車、航空機、船舶あるいは家庭用若しくは業務用電子機器の制御システムは、より高精度かつ複雑化してきており、それに伴って、回路基板上の小型電子部品の集積密度が増加の一途を辿っている。この結果、回路基板周辺の発熱による電子部品の故障や短寿命化を解決することが強く望まれている。

【0003】

回路基板からの速やかな放熱を実現するには、従来から、回路基板自体を放熱性に優れた材料で構成し、ヒートシンクを取り付け、あるいは冷却ファンを駆動するといった手段を単一で若しくは複数組み合わせて行われている。これらの内、回路基板自体を放熱性に優れた材料、例えばダイヤモンド、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等から構成する方法は、回路基板のコストを極めて高くしてしまう。また、冷却ファンの配置は、ファンという回転機器の故障、故障防止のためのメンテナンスの必要性や設置スペースの確保が難しいという問題を生じる。これに対して、放熱フィンは、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）を用いた柱状あるいは平板状の突出部位を数多く形成することによって表面積を大きくして放熱性をより高めることのできる簡易な部材であるため、放熱部品として汎用的に用いられている（特許文献１を参照）。

【0004】

ところで、現在、世界中で、地球環境への負荷軽減を目的として、従来からのガソリン車あるいはディーゼル車を徐々に電気自動車に転換しようとする動きが活発化している。特に、フランス、オランダ、ドイツをはじめとする欧州諸国の他、中国でも、電気自動車の普及に力を入れている。電気自動車の普及には、高性能バッテリーの開発の他、多数の充電スタンドの設置などが必要となる。特に、リチウム系の自動車用バッテリーの充放電機能を高めるための技術開発が重要である。上記自動車バッテリーは、摂氏６０度以上の高温下では充放電の機能を十分に発揮できないことが良く知られている。このため、先に説明した回路基板と同様、バッテリーにおいても、放熱性を高めることが重要視されている。

【0005】

バッテリーの速やかな放熱を実現するには、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製の筐体に水冷パイプを配置し、当該筐体にバッテリーセルを多数配置し、バッテリーセル（以後、単に「セル」ともいう。）と筐体の底面との間に密着性のゴムシートを挟んだ構造が採用されている。このような構造のバッテリーでは、セルは、ゴムシートを通じて筐体に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００８－２４３９９９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、上述のような従来のバッテリーにおいて、ゴムシートは、アルミニウムやグラファイトと比べて熱伝導性が低いため、セルから筐体に効率よく熱を移動させることが難しい。また、液状のゴム組成物を硬化させてゴムシートを形成する場合には、バッテリーからゴムシートを剥がすのに労力を要すると共に、ゴムシートの残留物が残ってしまう。このため、ゴムシートのような熱伝導構造体をバッテリー内から取り出し、さらに別の熱伝導構造体を搭載することを容易にすることも要求される。ゴムシートに代えてグラファイト等のスペーサを挟む方法も考えられるが、複数のセルの下面が平らではなく段差を有することから、セルとスペーサとの間に隙間が生じ、伝熱効率が低下する。かかる一例にもみられるように、セルは種々の形態（段差等の凹凸あるいは表面状態を含む）をとり得ることから、セルの種々の形態に順応可能であって高い伝熱効率を実現することの要望が高まっている。また、熱伝導構造体をバッテリー内部に組み込む際の位置を正確にする必要性もある。上述した要求は、セルのみならず、回路基板、電子部品あるいは電子機器本体のような他の熱源にも通じる。

【0008】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱源の種々の形態に順応可能であって、熱伝導特性に優れ、熱源に対して容易かつ正確に接触させる作業を可能とする熱伝導構造体、および当該熱伝導構造体を備えるバッテリー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】

【0009】

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係る熱伝導構造体は、複数の長尺状の熱伝導部材と、前記熱伝導部材の長さ方向の両端部の内の少なくとも一方の端部を固定する部材であって、前記端部を挿入する凹部若しくは貫通孔を有する固定部材とを備え、
前記熱伝導部材には、弾性変形可能なクッション部材と、前記クッション部材より熱伝導性が高く、かつ前記クッション部材の外側の面を覆っている熱伝導シートと、を備え、
前記固定部材には、前記熱伝導部材の幅方向に所定の間隔をおいて、複数の前記熱伝導部材を固定している。
（２）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記固定部材は、前記熱伝導部材の長さ方向の両端部を固定していても良い。
（３）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記固定部材は、前記熱伝導部材の厚さ方向両側から挟み込む部材でも良い。
（４）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記固定部材の前記凹部若しくは前記貫通孔は、前記熱伝導部材の前記端部を圧縮変形させた状態で固定していても良い。
（５）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記固定部材は、前記複数の熱伝導部材の内の一部の前記熱伝導部材の長さ方向の前記端部を固定する個別部材を複数連結していても良い。
（６）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向にスパイラル状に巻回しながら進行する部材でも良い。
（７）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、その長さ方向に貫通する貫通路を備えていても良い。
（８）別の実施形態に係る熱伝導構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、前記熱伝導シートの裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材であっても良い。
（９）上記目的を達成するための一実施形態に係るバッテリーは、冷却剤を流す構造を持つ筐体内に、複数のバッテリーセルを備えたバッテリーであって、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、上述のいずれかの熱伝導構造体を備える。
（１０）別の実施形態に係るバッテリーは、好ましくは、複数の前記バッテリーセルの内、温度のより高い前記バッテリーセルに前記熱伝導部材を密集させていても良い。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、熱源の種々の形態に順応可能であって、熱伝導特性に優れ、熱源に対して容易かつ正確に接触させる作業を可能とする熱伝導構造体、および当該熱伝導構造体を備えるバッテリーを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、第１実施形態に係る熱伝導構造体の平面図、正面図および右側面を示す。

【図2】図２は、図１の熱伝導構造体に備えられる熱伝導部材の製造工程を段階的に示す。

【図3】図３は、図２の工程を経て製造された熱伝導部材を固定部材に固定する状況を分解斜視図により示す。

【図4】図４は、第２実施形態に係る熱伝導構造体の製造状況と、固定部材の構成要素であって熱伝導部材の両端に取り付ける個別部材の分解拡大斜視図と、個別部材を熱伝導部材の両端に取り付けた状態のＤ－Ｄ線断面図と、を示す。

【図5】図５は、図４の製造工程を経て完成した熱伝導構造体の平面図を示す。

【図6】図６は、変形例１に係る熱伝導構造体の個別部材に熱伝導部材の端部を挿入する状況と、当該状況の後に図４と同様にＤ－Ｄ線で切断した際の断面図を示す。

【図7】図７は、変形例２に係る熱伝導構造体に備えられる熱伝導部材の製造工程を段階的に示す。

【図8】図８は、変形例３に係る熱伝導構造体に備えられる熱伝導部材の製造工程を示す。

【図9】図９は、一実施形態に係るバッテリー内部の平面図および矢印Ｇの方向から見た左側面図を示す。

【図10】図１０は、図９のバッテリー内部を含めたバッテリー全体のＨ－Ｈ線断面図および一部Ｊのセル搭載前後の変化を拡大して示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0013】

１．熱伝導構造体
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る熱伝導構造体の平面図、正面図および右側面を示す。図２は、図１の熱伝導構造体に備えられる熱伝導部材の製造工程を段階的に示す。図３は、図２の工程を経て製造された熱伝導部材を固定部材に固定する状況を分解斜視図により示す。図１は、固定部材に固定されている熱伝導部材の端部を透過的に示している。図２は、熱伝導部材の一端面（Ａ）を拡大して示している。

【0014】

第１実施形態に係る熱伝導構造体１は、複数の長尺状の熱伝導部材１０と、熱伝導部材１０の長さ方向の両端部を固定する部材であって当該両端部をそれぞれ挿入する凹部２５を有する２つの固定部材２０と、を備える。固定部材２０は、熱伝導部材１０の幅方向に所定の間隔Ｔをおいて、複数の熱伝導部材１０を固定している。すなわち、複数の熱伝導部材１０は、２本の固定部材２０を連結している。本願では、長尺状の熱伝導部材１０の両端部を結ぶ方向を「長さ方向」と、複数の熱伝導部材１０を間隔Ｔおきに並べる方向を「幅方向」と、当該幅方向と上記長さ方向に対して直角の方向を「厚さ方向」と、称する。なお、この実施形態では、熱伝導部材１０の数は、１８本であるが、２～１７本あるいは１９本以上でも良い。

【0015】

熱伝導部材１０は、弾性変形可能なクッション部材１１と、クッション部材１１より熱伝導性が高く、かつクッション部材１１の外側の面を覆っている熱伝導シート１３と、を備える。

【0016】

＜クッション部材＞
クッション部材１１の重要な機能は、変形容易性と、回復力である。回復力は、弾性変形性による。変形容易性は、後述する熱源の一例であるバッテリーセル（単に「セル」ともいう）が熱伝導部材１０の厚さ方向の一方から接触した際に、セルあるいはセル群の端面形状に追従するために必要な特性である。回復力は、セルを熱伝導部材１０から除去した際、あるいはセルの質量が小さくなってきた際に、熱伝導部材１０を元の形状に戻すのに必要である。リチウムイオンバッテリーなどの半固形物、液体的性状も持つ内容物などを変形しやすいパッケージに収めてあるようなセルの場合には、設計寸法的にも不定形または寸法精度があげられない場合が多い。このため、クッション部材１１の変形容易性や追従力を保持するための回復力の保持は重要である。

【0017】

この実施形態では、クッション部材１１は、クッション部材１１の長さ方向に貫通する貫通路１２を備える筒状クッション部材である。クッション部材１１は、複数のセルの下端部が平坦でない場合でも、熱伝導シート１３と当該下端部との接触を良好にする。さらに、貫通路１２は、クッション部材１１の変形を容易にし、加えて熱伝導構造体１の軽量化に寄与し、また、熱伝導シート１３とセルの下端部との接触を高める機能を有する。クッション部材１１は、セルとバッテリーの底部との間にあってクッション性を発揮させる機能の他に、セルから熱伝導シート１３に加わる荷重によって熱伝導シート１３が破損等しないようにする保護部材としての機能も有する。

【0018】

この実施形態では、クッション部材１１は、熱伝導シート１３に比べて低熱伝導性の部材である。なお、貫通路１２は、断面円形状に形成されているが、貫通路１２の断面形状は円に限定されず、例えば、多角形、楕円形、半円形、頂点が丸みを帯びた略多角形等であっても良い。また、貫通路１２は、例えば、断面円形状が上下または左右に２つに分割された２つの断面半円形状の貫通路等、複数の貫通路から構成されていても良い。クッション部材１１は、貫通路１２に代えて、クッション部材１１の両端部の内の少なくとも一方を閉じた凹部を備えていても良い。また、クッション部材１１は、貫通路１２または上記凹部を備えない柱状の部材でも良い。

【0019】

クッション部材１１は、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の熱硬化性エラストマー； ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を含むように構成される。クッション部材１１は、熱伝導シート１３を伝わる熱によって溶融あるいは分解等せずにその形態を維持できる程度の耐熱性の高い材料から構成されるのが好ましい。この実施形態では、クッション部材１１は、より好ましくは、ウレタン系エラストマー中にシリコーンを含浸したもの、あるいはシリコーンゴムにより構成される。クッション部材１１は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中にＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ、ダイヤモンドの粒子等に代表されるフィラーを分散して構成されていても良い。クッション部材１１は、その内部に気泡を含むものの他、気泡を含まないものでも良い。また、「クッション部材」は、柔軟性に富み、熱源の表面に密着可能に弾性変形可能な部材を意味し、かかる意味では「ゴム状弾性体」と読み替えることもできる。さらに、クッション部材１１の変形例としては、上記ゴム状弾性体ではなく、金属を用いて構成することもできる。例えば、クッション部材１１は、バネ鋼で構成することも可能である。さらに、クッション部材１１として、コイルバネを配置することも可能である。また、スパイラル状に巻いた金属をバネ鋼にしてクッション部材として熱伝導シート１３の環状裏面に配置しても良い。また、クッション部材１１は、樹脂やゴム等から形成されたスポンジあるいはソリッド（スポンジのような多孔質ではない構造のもの）で構成することも可能である。

【0020】

＜熱伝導シート＞
熱伝導シート１３は、好ましくはクッション部材１１より熱伝導性が高く、かつクッション部材１１の外側の面を覆っている。熱伝導シート１３は、この実施形態では、クッション部材１１の長さ方向にスパイラル状に巻回しながら進行する部材であり、クッション部材１１の外側面を覆っている。熱伝導シート１３は、クッション部材１１の外側面のみならず、クッション部材１１の両端面の内の少なくとも一端面を覆っていても良い。熱伝導シート１３は、好ましくは、クッション部材１１と接着層または粘着層を介して固定されている。ただし、熱伝導シート１３は、クッション部材１１の外側面では何らの接着層および粘着層を介して固定されておらず、クッション部材１１の両端で嵌め込みあるいは接着されていても良い。

【0021】

熱伝導シート１３は、好ましくは炭素を含むシート、または炭素フィラーと樹脂とを含むシートである。樹脂を合成繊維とすることもでき、その場合には、好適に、アラミド繊維を用いることもできる。熱伝導シート１３は、その大部分若しくは全てを炭素で構成したシートでも良い。かかるシートは、例えば、シート状の樹脂を焼成等により炭化することによって得ることができる。本願でいう「炭素」は、グラファイト、グラファイトより結晶性の低いカーボンブラック、膨張黒鉛、ダイヤモンド、ダイヤモンドに近い構造を持つダイヤモンドライクカーボン等の炭素（元素記号：Ｃ）から成る如何なる構造のものも含むように広義に解釈される。熱伝導シート１３は、メッシュ状に編んだカーボンファイバーであっても良く、さらには混紡してあっても混編みしてあっても良い。なお、炭素フィラーは、グラファイト繊維、カーボン粒子あるいはカーボンファイバーといった各種フィラーも含むように解釈される。熱伝導シート１３は、この実施形態では、樹脂に、グラファイト繊維やカーボン粒子を配合分散した材料を硬化させた薄いシートとすることができる。

【0022】

熱伝導シート１３に樹脂を含む場合には、当該樹脂が熱伝導シート１３の全質量に対して５０質量％を超えていても、あるいは５０質量％以下であっても良い。すなわち、熱伝導シート１３は、熱伝導に大きな支障が無い限り、樹脂を主材とするか否かを問わない。樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を好適に使用できる。熱可塑性樹脂としては、熱源の一例であるセルからの熱を伝導する際に溶融しない程度の高融点を備える樹脂が好ましく、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、芳香族ポリアミド（アラミド繊維）等を好適に挙げることができる。樹脂は、熱伝導シート１３の成形前の状態において、炭素フィラーの隙間に、例えば粒子状あるいは繊維状に分散している。熱伝導シート１３は、炭素フィラー、樹脂の他、熱伝導をより高めるためのフィラーとして、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮあるいはダイヤモンドを分散していても良い。また、樹脂に代えて、樹脂よりも柔軟なエラストマーを用いても良い。熱伝導シート１３は、また、上述のような炭素に代えて若しくは炭素と共に、金属および／またはセラミックスを含むシートとすることができる。金属としては、アルミニウム、銅、それらの内の少なくとも１つを含む合金などの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。また、セラミックスとしては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮなどの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。

【0023】

熱伝導シート１３は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート１３の熱伝導率は、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上である。この実施形態では、熱伝導シート１３は、好ましくは、グラファイト、またはグラファイトと樹脂との複合体であるが、熱伝導性と導電性に優れた材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅あるいはステンレススチールの帯状の板でも良い。熱伝導シート１３は、可撓性または湾曲性（若しくは屈曲性）に優れるシートであるのが好ましく、その厚さに制約はないが、０．０２～３ｍｍが好ましく、０．０３～０．５ｍｍがより好ましい。ただし、熱伝導シート１３の熱伝導率は、その厚さが増加するほど低下するため、シートの強度、可撓性および熱伝導性を総合的に考慮して、その厚さを決定するのが好ましい。

【0024】

＜固定部材＞
固定部材２０は、この実施形態では、熱伝導部材１０の厚さ方向両側から挟み込む部材である。固定部材２０は、熱伝導部材１０の厚さ方向の一方から熱伝導部材１０に接触させる第１分割部材２１と、当該厚さ方向の他方から熱伝導部材１０接触させる第２分割部材２２とを備えている。第１分割部材２１と第２分割部材２２とは、接着、嵌め込み等の如何なる方法で合体していても良い。熱伝導構造体１の一構成要素である熱伝導部材１０は、２つの固定部材２０の厚さ方向のいずれの面よりも内側にあるため、熱伝導構造体１を平面上に静置した際に、当該平面に接触せずに宙に浮いた状態となる。ただし、熱伝導部材１０は、固定部材２０の厚さ方向のいずれかの面と面一となるように、固定部材２０に固定されていても良い。この実施形態では、固定部材２０は、第１分割部材２１と第２分割部材２２とが完全に分離可能な部材である。しかし、固定部材２０は、第１分割部材２１と第２分割部材２２とが一部で連結されていて、それらを開閉可能な部材であっても良い。さらには、固定部材２０は、熱伝導部材１０の厚さ方向両側から挟み込む部材ではなく、凹部２５を備えた一体の柱状部材でも良い。

【0025】

固定部材２０の材料は、特に制約はなく、例えば、金属、樹脂、セラミックス、炭素、木材、ガラスまたはこれらの内の２以上の複合物である。固定部材２０は、複数の熱伝導部材１０を固定すると共に、熱伝導構造体１を熱源の存在する所定の場所に、正確かつ容易に配置するのに役立つ。熱伝導部材１０同士の間隔Ｔは、全ての隣り合う一対の熱伝導部材１０において同一の距離であっても良く、あるいは異なる距離であっても良い。固定部材２０には、熱伝導部材１０の端部を挿入する凹部２５に代えて、熱伝導部材１０の長さ方向に貫通する貫通孔を備えても良い。その場合には、熱伝導部材１０は、その長さ方向の少なくとも一端が固定部材２０を貫通して、固定部材２０に保持される。凹部２５および上記貫通孔と熱伝導部材１０とは、嵌め込み、接着等のいずれの固定方法で固定されていても良い。

【0026】

＜製造工程＞
熱伝導構造体１は、一例ではあるが、図２に示す工程にて熱伝導部材１０の製造後、図３に示すように熱伝導部材１０を固定部材２０に固定することによって製造可能である。以下、例示的な製造工程について説明する。

【0027】

まず、長尺状で貫通孔１２を有するクッション部材１１を用意し、その外側面に、帯状の熱伝導シート１３をスパイラル状に巻く。クッション部材１１の外側面あるいは熱伝導シート１３の裏面（貼り付け面）の内の少なくともいずれか一方の面に、接着剤が塗布されているのが好ましい。以上の工程にて、クッション部材１１の外側面に熱伝導シート１３をスパイラル状に巻いた形態の熱伝導部材１０が完成する。

【0028】

次に、固定部材２０を２個用意する。固定部材２０は、それぞれ、第１分割部材２１と第２分割部材２２とを備える。第１分割部材２１は、凹部２５を構成する半割状の溝部２６を、熱伝導部材１０の本数分だけ備える。同様に、第２分割部材２２は、凹部２５を構成する半割状の溝部２７を、熱伝導部材１０の本数分だけ備える。第１分割部材２１と第２分割部材２２とを、溝部２６，２７同士を合わせるように合体すると、凹部２５が形成される。

【0029】

熱伝導部材１０を固定部材２０にて固定するには、まず、２つの第２分割部材２２を一定の距離だけ離して静置する。次に、複数の熱伝導部材１０の両端部を各第２分割部材２２の溝部２７に嵌め込む。最後に、２つの第１分割部材２１を用意して、それぞれを第２分割部材２２の上から被せて固定部材２０とする。以上の工程にて、熱伝導構造体１が完成する。

【0030】

なお、先に、第１分割部材２１と第２分割部材２２とを合体して固定部材２０を製造して凹部２５を形成した後、熱伝導部材１０の一端を一方の固定部材２０の凹部２５に挿入し、最後に、熱伝導部材１０の他端を他方の固定部材２０の凹部２５に挿入しても良い。

【0031】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る熱伝導構造体について説明する。第１実施形態と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

【0032】

図４は、第２実施形態に係る熱伝導構造体の製造状況と、固定部材の構成要素であって熱伝導部材の両端に取り付ける個別部材の分解拡大斜視図と、個別部材を熱伝導部材の両端に取り付けた状態のＤ－Ｄ線断面図と、を示す。図５は、図４の製造工程を経て完成した熱伝導構造体の平面図を示す。図４および図５は、固定部材に固定されている熱伝導部材の端部を透過的に示している。

【0033】

第２実施形態に係る熱伝導構造体１は、第１実施形態と異なり、１本の熱伝導部材１０に対して個別に固定される個別部材３０を複数着脱可能な固定部材２０ａを備える。このような構成によれば、熱伝導部材１０の両端部に個別部材３０を取り付けたユニット３５を複数本用意して、それらを合体させて所望の長さの熱伝導構造体１を構成できる。

【0034】

熱伝導構造体１の固定部材３０は、複数の熱伝導部材１０の内の一部（ここでは１本）の熱伝導部材１０の長さ方向の端部を固定する個別部材３０を複数連結可能である。固定部材２０ａを熱伝導部材１０の長さ方向一端にのみ固定したい場合には、個別部材３０を、熱伝導部材１０の長さ方向一端にのみ固定しても良い。このように、１本の熱伝導部材１０と、１個若しくは２個の個別部材３０とを合体させた構成体を、ここでは、熱伝導部材ユニット（単に、「ユニット」とも称する。）３５と称する。熱伝導ユニット３５を矢印Ｂで示すように合体すると、所望の長さの熱伝導構造体１が完成する。

【0035】

個別部材３０は、熱伝導部材１０の端部を固定するための凹部２５を備える。なお、凹部２５は、熱伝導部材１０の長さ方向に個別部材３０を貫通する貫通孔でも良い。領域Ｃの分解拡大斜視図に示すように、個別部材３０は、好ましくは、２つに分割可能な部材であって、第１分割個別部材３１と、第２分割個別部材３２とを備える。第１分割個別部材３１は、凹部２５を構成する半割状の溝部２６を備える。同様に、第２分割個別部材３２は、凹部２５を構成する半割状の溝部２７を備える。熱伝導部材１０をその端部の厚さ方向両側から第１分割個別部材３１と第２分割個別部材３２によって挟み込むことで、個別部材３０を熱伝導部材１０の端部に固定できる。第１分割個別部材３１と第２分割個別部材３２とは、接着、嵌め込み等の如何なる方式で合体できても良い。この実施形態において、個別部材３０は、第１分割個別部材３１と第２分割個別部材３２とが完全に分離可能な部材である。しかし、個別部材３０は、第１分割個別部材３１と第２分割個別部材３２とが一部で連結されていて、それらを開閉可能な部材であっても良い。さらには、個別部材３０は、熱伝導部材１０の厚さ方向両側から挟み込む部材ではなく、凹部２５を備えた一体のブロック状の部材でも良い。

【0036】

個別部材３０は、別の個別部材３０と連結するための連結部４０，５０を備える。連結部４０および連結部５０は、個別部材３０の幅方向両側にそれぞれ備えられている。この結果、個別部材３０の連結部４０を、別の個別部材３０の連結部５０に連結できる。第１分割個別部材３１は、連結部４０を構成する半割状の連結エレメント４１を備える。第２分割個別部材３２は、連結部４０を構成する半割状の連結エレメント４２を備える。また、第１分割個別部材３１は、連結部５０を構成する半割状の連結エレメント５１を備える。第２分割個別部材３２は、連結部５０を構成する半割状の連結エレメント５２を備える。第１分割個別部材３１と第２分割個別部材３２とを合体すると、連結エレメント４１と連結エレメント４２とが合体して連結部４０が形成される。同様に、連結エレメント５１と連結エレメント５２とが合体して連結部５０が形成される。

【0037】

Ｄ－Ｄ断面図に示すように、個別部材３０は、厚さＬ１の第１分割個別部材３１と、厚さＬ２の第２分割個別部材３２とを合体して成る。この実施形態では、Ｌ１＝Ｌ２である。しかし、Ｌ１＞Ｌ２またはＬ１＜Ｌ２でも良い。熱伝導部材１０の厚さ方向の最下面と、第２分割個別部材３２の第１分割個別部材３１と反対側に位置する最外面との距離Ｌ３は、Ｌ２＞Ｌ３が成り立つ限り、如何なる大きさでも良い。しかし、Ｌ３はゼロに限りなく近い距離か、あるいはゼロであるのが好ましい。Ｌ３は、熱伝導構造体１をバッテリー内に配置した際に、熱伝導部材１０がバッテリーの底部（通常、冷却剤によって冷やされている部分）から浮いている距離に相当する。Ｌ３が小さいほど、底部と反対側からセルを熱伝導部材１０の上に載せた際に、熱伝導部材１０をセルと底部との間に挟み込みやすくなる。これについては、後述する。

【0038】

この実施形態では、連結部４０および連結エレメント４１，４２は、熱伝導構造体１の平面図において共に略Ｔ字形状を有する。すなわち、連結部４０および連結エレメント４１，４２は、ハンマーヘッドのような形状を有している。連結エレメント４１は、ネック部４１ａと、ネック部４１ａよりも大きな体積のヘッド部４１ｂとを連接している。同様に、連結エレメント４２は、ネック部４２ａと、ネック部４２ａよりも大きな体積のヘッド部４２ｂとを連接している。ネック部４１ａとネック部４２ａとの合体によって形成されるネック部と、ヘッド部４１ｂとヘッド部４２ｂとの合体によって形成されるヘッド部とは、同じ厚さ（＝Ｌ１＋Ｌ２）である。なお、連結部４０の形態は、上記ハンマーヘッドの形態に限定されず、例えば、ネック部のみの形態でも良い。

【0039】

また、連結部５０および連結エレメント５１，５２は、熱伝導構造体１の平面図において共に略Ｔ字形状の空隙部である。すなわち、連結部５０および連結エレメント５１，５２は、ハンマーヘッドのような形状の凹部である。連結エレメント５１は、ネック部５１ａと、ネック部５１ａよりも大きな体積のヘッド部５１ｂとを連接している。同様に、連結エレメント５２は、ネック部５２ａと、ネック部５２ａよりも大きな体積のヘッド部５２ｂとを連接している。ネック部５１ａとネック部５２ａとの合体によって形成されるネック部と、ヘッド部５１ｂとヘッド部５２ｂとの合体によって形成されるヘッド部とは、同じ厚さ（＝Ｌ１＋Ｌ２）である。なお、連結部５０の形態は、上記ハンマーヘッドの形態に限定されず、例えば、ネック部のみの形態でも良い。

【0040】

（変形例１）
次に、変形例１に係る熱伝導構造体について説明する。先に説明した各実施形態と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

【0041】

図６は、変形例１に係る熱伝導構造体の個別部材に熱伝導部材の端部を挿入する状況と、当該状況の後に図４と同様にＤ－Ｄ線で切断した際の断面図を示す。図６では、熱伝導部材の端部から延出する部分を点線にしている。

【0042】

変形例１に係る熱伝導構造体１は、個別部材３０の凹部２５の形状を直方体にして、熱伝導部材１０の円筒状の端部を直方体に変形させて凹部２５に挿入している点を除き、先に説明した第２実施形態に係る熱伝導構造体１と共通する。円筒形の熱伝導部材１０の端部を、矢印Ｅの方向に、直方体形状の凹部２５内部に押し込むと、当該端部は凹部２５の形状に合わせて変形する（矢印Ｆで示す断面図を参照）。この結果、熱伝導部材１０の形態は、個別部材３０に挿入された端部を直方体にし、それ以外の部分を円筒形状とした形態となる。このように、固定部材３０の凹部２５は、熱伝導部材１０の端部を圧縮変形させた状態で固定していても良い。なお、凹部２５は、熱伝導部材１０の長さ方向に個別部材３０を貫通する貫通孔でも良い。距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３については、第２実施形態に係る熱伝導構造体１における距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と同様である。なお、直方体形状の凹部２５は、第１実施形態における固定部材２０に用いても良い。

【0043】

（変形例２）
次に、変形例２に係る熱伝導構造体について説明する。先に説明した各実施形態および変形例１と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

【0044】

図７は、変形例２に係る熱伝導構造体に備えられる熱伝導部材の製造工程を段階的に示す。

【0045】

変形例２に係る熱伝導構造体１は、熱伝導部材１０ａを、長尺状のクッション部材１１の外側面を熱伝導シート１３ａにて筒状に覆った部材とする点を除き、先に説明した各実施形態および変形例１に係る熱伝導構造体１と共通する。すなわち、熱伝導シート１３ａは、略長方形のシートであり、クッション部材１１の外側面をスパイラル状に巻回するのではなく、筒状に覆っている。以下、熱伝導部材１０ａの例示的な製造工程について説明する。

【0046】

まず、長尺状で貫通孔１２を有するクッション部材１１を用意し、その外側面に、長方形の熱伝導シート１３ａを筒状に巻く。クッション部材１１の外側面あるいは熱伝導シート１３ａの裏面（貼り付け面）の内の少なくともいずれか一方の面に、接着剤が塗布されているのが好ましい。以上の工程にて、クッション部材１１の外側面に熱伝導シート１３ａを筒状に巻いた形態の熱伝導部材１０ａが完成する。

【0047】

（変形例３）
次に、変形例３に係る熱伝導構造体について説明する。先に説明した各実施形態および各変形例と共通する部分については同じ符号を付して重複した説明を省略する。

【0048】

図８は、変形例３に係る熱伝導構造体１に備えられる熱伝導部材の製造工程を示す。

【0049】

変形例３に係る熱伝導構造体１は、熱伝導部材１０ｂを、熱伝導シート１３の裏側に、シート状のクッション部材６１を積層した積層体６０をスパイラル状に巻いた形態を有する点を除き、先に説明した各実施形態および各変形例に係る熱伝導構造体１と共通する。熱伝導部材１０ｂにおけるクッション部材６１は、熱伝導シート１３の裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である。以下、熱伝導部材１０ｂの例示的な製造工程について説明する。

【0050】

まず、略同等の幅を持つ熱伝導シート１３およびクッション部材６１の二層からなる積層体６０を製造する。積層体６０は、細長く、かつ厚さの薄いベルト形状の部材である。次に、積層体６０をスパイラル状（コイル状と称しても良い）に、一方向に進行するように巻回する。こうして、積層体６０をスパイラル状に巻回した細長い形状の熱伝導部材１０ｂが完成する。熱伝導部材１０ｂは、その長さ方向に貫通する貫通路１２を有する。変形例３においても、クッション部材６１は、その長さ方向に貫通する貫通路１２を備えることになる。

【0051】

２．バッテリー
次に、一実施形態に係るバッテリーについて説明する。

【0052】

図９は、一実施形態に係るバッテリー内部の平面図および矢印Ｇの方向から見た左側面図を示す。なお、図９では、バッテリーの筐体は省略されている。図１０は、図９のバッテリー内部を含めたバッテリー全体のＨ－Ｈ線断面図および一部Ｊのセル搭載前後の変化を拡大して示す。

【0053】

この実施形態に係るバッテリー９０は、冷却剤８５を流す構造を持つ筐体８０内に、複数のセル７０を備えたバッテリーである。セル７０と筐体８０との間には、上述のいずれかの熱伝導構造体１を備える。バッテリー９０は、例えば、電気自動車用のバッテリーである。バッテリー９０は、一方に開口する有底型の筐体８０を備える。筐体８０は、好ましくは、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る。セル７０は、筐体８０の内部８１に配置される。セル７０の上方には、電極７１が突出している。複数のセル７０は、好ましくは、筐体１１内において、その両側からネジ等を利用して圧縮する方向に力を与えられている（不図示）。セル７０の数は、この実施形態では、９個である。しかし、セル７０の数は、２～８個または１０個以上でも良い。

【0054】

筐体８０の底部８２には、冷却剤８５の一例である冷却水を流すために、１または複数の水冷パイプ８３が備えられている。「冷却剤」は、「冷却媒体」と称しても良い。セル７０は、底部８２との間に、熱伝導構造体１を挟むようにして、筐体８０の内部８１に配置されている。このような構造のバッテリー９０では、セル７０は、熱伝導構造体１を通じて筐体８０に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。なお、冷却剤８５は、冷却水に限定されず、液体窒素、エタノール等の有機溶剤も含むように解釈される。冷却剤８５は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体あるいは固体でも良い。

【0055】

熱伝導構造体１の複数の熱伝導部材１０上から複数のセル７０を載せると、熱伝導部材１０は、矢印Ｉで示すように筐体８０の底部８２に向かって撓み、底部８２に接触する。熱伝導部材１０が確実に底部８２に接触するには、熱伝導部材１０と底部８２との隙間（前述のＴ３に相当）はゼロ、または限りなくゼロに近い方が良い。これによって、セル７０の熱は、熱伝導部材１０の熱伝導シート１３、底部８２を経由して、冷却剤８５へと伝わる。この結果、セル７０は速やかに除熱される。ただし、固定部材２０の熱伝導率が熱伝導部材１０の熱伝導率に近い場合、例えば、固定部材２０がグラファイト、グラファイトと樹脂の複合体、アルミニウム等の高熱伝導性の金属、あるいは当該金属フィラー、炭素フィラー、セラミックスフィラーを分散させた樹脂から成る場合には、上記隙間は、熱伝導部材１０が底部８２に接触しない距離であっても許容される。

【0056】

熱伝導構造体１を構成する複数の熱伝導部材１０の上から複数のセル７０を載せると、熱伝導部材１０は、その厚さ（＝ｄ）をｋｄ（０＜ｋ＜１）に減少するように圧縮される。隣り合う熱伝導部材１０の間の距離（＝Ｔ）は、ｔ（＜Ｔ）に減少する。ｔは、隣り合う熱伝導部材１０が圧縮されても、互いに接触しないような距離であるのが望ましい。ただし、ｔは、隣り合う熱伝導部材１０が圧縮された際に互いに接触可能な距離であっても良い。また、元々の熱伝導部材１０の幅（＝ｄ）は、Ｄ（＞ｄ）に増大する。この実施形態では、熱伝導部材１０は、円筒形状であるため、厚さと幅は同一若しくは同一に近い部材である。しかし、熱伝導部材１０は、三角以上の角を有する多角形の端面をもつ筒状体でも良い。また、熱伝導部材１０は、楕円形の端面をもつ筒状体でも良い。そのような場合、熱伝導部材１０の厚さと幅は、同一でなくとも良い。

【0057】

隣り合う熱伝導部材１０の間の距離Ｔは、熱伝導構造体１において全て同一の距離であることを要しない。例えば、バッテリー９０は、複数のセル７０の内、温度のより高いセル７０に熱伝導部材１０を密集させていても良い。すなわち、温度のより高いセル７０に接触する複数の熱伝導部材１０の間の隙間Ｔは、他の隙間Ｔよりも小さくても良い。これによって、より温度の高いセル７０からの除熱を高めることができる。この実施形態では、熱伝導構造体１を構成する１８本の熱伝導部材１０の列の内、当該列の端から９本目および１０本目の熱伝導部材１０同士の隙間Ｔを、他の隙間Ｔより狭くするのが好ましい。また、当該列の端から８本目、９本目、１０本目、１１本目の熱伝導部材１０の各隙間Ｔを、他の隙間Ｔより狭くすることもできる。このように、熱伝導部材１０のならんでいる列のほぼ中央領域の隙間Ｔをより狭くすると、複数のセル７０のならんでいる列の中央領域が放熱性の乏しい状況下であっても、除熱しやすくなる。なお、熱伝導部材１０同士の最も狭い隙間Ｔは、上記中央領域に限定されず、上記中央領域以外の場所にあっても良い。

【0058】

３．その他の実施形態
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。

【0059】

クッション部材１１，６１は、熱伝導構造体１の使用に従って、弾性変形しにくくなる場合がある。本願では、その場合であっても、クッション部材１１，６１は、弾性的に元の形態に戻ろうとする性質を持っている限り、「弾性変形可能なクッション部材」に相当すると解釈される。固定部材２０，２０ａへの熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂの固定方法は、熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂを、凹部２５あるいは貫通孔に挿入し、接着固定し、圧縮保持する等のいかなる方法でも良い。熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂを自由に動かないように規制できれば良い。

【0060】

固定部材２０，２０ａは、熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂの少なくとも一端を固定できれば、両端を固定し、あるいは両端に加えて別の位置を固定する部材でも良い。また、熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂは、その長さ方向の一端を、２以上の固定部材２０で固定しても良い。個別部材３０は、２本以上の熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂを固定する部材でも良い。

【0061】

熱伝導部材１０ｂにおけるスパイラル状クッション部材６１は、熱伝導シート１３の幅と同一に限定されず、熱伝導シート１３の幅に対して大きくても、あるいは小さくても良い。熱伝導構造体１は、セル７０同士の隙間、および／またはセル７０と筐体８０の内部８１の内側面との隙間、に配置されていても良い。

【0062】

また、上述の各実施形態の複数の構成要素は、互いに組み合わせ不可能な場合を除いて、自由に組み合わせ可能である。例えば、変形例１～３の各構造は、第１実施形態または第２実施形態に係る熱伝導構造体１のいずれにも用いることができる。バッテリー９０は、第１実施形態および第２実施形態（変形例１～３の内の１つ若しくは２以上を用いた形態も含む）のいずれの形態の熱伝導構造体１を搭載していても良い。

【産業上の利用可能性】

【0063】

本発明に係る熱伝導構造体は、例えば、自動車用バッテリーの他、自動車、工業用ロボット、発電装置、ＰＣ、家庭用電化製品などの各種電子機器にも利用することができる。また、本発明に係るバッテリーは、自動車用のバッテリー以外に、家庭用の充放電可能なバッテリー、ＰＣ等の電子機器用のバッテリーにも利用できる。

【符号の説明】

【0064】

１・・・熱伝導構造体、１０，１０ａ，１０ｂ・・・熱伝導部材、１１・・・クッション部材、１２・・・貫通路、１３，１３ａ・・・熱伝導シート、２０，２０ａ・・・固定部材、２５・・・凹部、３０・・・個別部材、６１・・・クッション部材（スパイラル状クッション部材）、７０・・・セル（バッテリーセル）、８０・・・筐体、８５・・・冷却剤、９０・・・バッテリー、Ｔ・・・間隔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】