特許 7598887 熱放射シート及びこれを用いた放熱装置

(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】2024-12-04

(45)【発行日】2024-12-12

(54)【発明の名称】熱放射シート及びこれを用いた放熱装置

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20241205BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20241205BHJP

   D21H 13/10 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 F

H01L23/36 D

D21H13/10

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2021575585

(86)(22)【出願日】2020-02-07

(86)【国際出願番号】 JP2020004992

(87)【国際公開番号】W WO2021157091

(87)【国際公開日】2021-08-12

【審査請求日】2023-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000116404

【氏名又は名称】阿波製紙株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003225

【氏名又は名称】弁理士法人豊栖特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 徹

(72)【発明者】

【氏名】豊川 裕也

【審査官】太田 義典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３０６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／１１２２１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１８８６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４９４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６２９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５０２８１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｄ２１Ｈ １３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱体と放熱板との間に介在させるための紙製の熱放射シートであって、
前記熱放射シートは、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記熱放射シートの密度が０．５～５．０ｇ／ｃｍ³であり、
前記熱放射シートの温度２００℃における放射率が、波長λ≦７．５μｍの赤外線に対して０．５以上であり、
前記熱放射シートの表面粗さが、算術平均で０．４～０．８μｍであり、
圧縮復元試験における復元率が９９．６％～９９．８％であり、
前記発熱体又は前記放熱板が接合界面で熱膨張又は熱収縮を生じても、変形分を前記熱放射シートで吸収して、前記発熱体と前記放熱板との熱結合状態を維持可能とした熱放射シート。

【請求項2】

請求項１に記載の熱放射シートであって、
前記熱放射シートの圧縮弾性率が、１３．３ＭＰａ～１４．５ＭＰａである熱放射シート。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の熱放射シートであって、
前記熱放射シートの耐熱温度が、４００℃以上である熱放射シート。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、
前記熱放射シートの厚さが、０．０５ｍｍ～０．５ｍｍである熱放射シート。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、
前記熱放射シートが、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シートで構成されてなる熱放射シート。

【請求項6】

請求項５に記載の熱放射シートであって、
前記紙シートの繊維が、熱で溶融されるバインダー繊維の非叩解繊維であり、
前記紙シートが、湿式抄紙された前記バインダー繊維を加熱プレスにより溶融してシート状としてなる熱放射シート。

【請求項7】

請求項５又は６に記載の熱放射シートであって、
前記紙シートの繊維が、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維の少なくともいずれかである熱放射シート。

【請求項8】

請求項５～７のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、さらに、
合成樹脂を含む熱放射シート。

【請求項9】

請求項８に記載の熱放射シートであって、
前記合成樹脂が、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリロニトリルブタジエンゴム樹脂、スチレンブタジエンゴム樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂のいずれかを含む熱可塑性樹脂、又はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂のいずれかを含む熱硬化性樹脂のいずれかである熱放射シート。

【請求項10】

請求項５～９のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、
前記熱伝導粉末が、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金、酸化亜鉛、亜鉛の粉末のいずれかである熱放射シート。

【請求項11】

請求項５～１０のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、
前記熱伝導粉末の平均粒径が、０．１μｍ～５００μｍである熱放射シート。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、
前記熱放射シートは、黒鉛、アラミドパルプ、熱可塑性繊維を含有してなる熱放射シート。

【請求項13】

請求項５に記載の熱放射シートであって、
前記紙シートの繊維が、
叩解して表面に無数の微細繊維を設けてなる叩解パルプと、
叩解されない非叩解繊維とを含む熱放射シート。

【請求項14】

請求項１３に記載の熱放射シートであって、
前記叩解パルプが、合成繊維からなる叩解パルプと天然パルプのいずれかを、単独で、あるいは複数種混合して含んでなる熱放射シート。

【請求項15】

請求項１４に記載の熱放射シートであって、
前記合成繊維からなる叩解パルプが、アラミドパルプ、アクリル繊維、ポリアクリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、レーヨン繊維、ポリスルホン系繊維のいずれかである熱放射シート。

【請求項16】

請求項１４に記載の熱放射シートであって、
前記天然パルプが、木材パルプ、非木材パルプのいずれかである熱放射シート。

【請求項17】

請求項１３～１６のいずれか一項に記載の熱放射シートであって、
前記紙シートの非叩解繊維が、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維のいずれかである熱放射シート。

【請求項18】

請求項１～１７のいずれか一項に記載の熱放射シートと、
前記熱放射シートと熱的に結合された発熱体と、
を備える放熱装置。

【請求項19】

請求項１８に記載の放熱装置であって、さらに、
金属製の放熱板を備え、
前記熱放射シートは、前記発熱体と前記放熱板との間で狭持されてなる放熱装置。

【請求項20】

請求項１９に記載の放熱装置であって、
前記放熱板が、放熱フィンを備えてなる放熱装置。

【請求項21】

請求項１８～２０のいずれか一項に記載の放熱装置であって、
前記発熱体が、一以上の二次電池セルである放熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱放射シート及びこれを用いた放熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

角形や円筒型の二次電池セルを複数積層した電源装置が、電気自動車やハイブリッド自動車、電動バス、電車等の電動車両の駆動用電源として、あるいは工場や基地局のバックアップ電源用、さらには家庭用の蓄電池として用いられている。近年は電源装置の軽量化、及び高容量化が求められており、二次電池セルにはリチウムイオン二次電池等の高容量のタイプが用いられている。このような二次電池セルの高容量化に伴い、発熱量も大きくなる傾向にある。

【0003】

またコンピュータのＣＰＵ等の電子部品やＬＥＤ、ＥＬ、ＰＤＰ等の発光素子等を備えるスマートフォンやタブレット、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の電子機器の小型化、高集積化により、各部品からの発熱による電子機器の寿命低下、誤作動が問題となってきており、電子部品の放熱対策への要求も高い。

【0004】

このような二次電池セルや電子部品等の発熱体を備える電源装置や電子機器を保護するため、従来はアルミニウム等の金属製の放熱フィンや放熱板などの放熱部材が用いられてきた（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００５－１０１０２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、金属製の放熱フィンや放熱板は、重量が嵩むため、燃費向上のため軽量化が求められる車載用の電源装置や、携行性のため軽量化が求められる携帯型電子機器には不適であった。

【0007】

また、金属製の放熱フィン等は硬質のため加工が面倒で圧縮変形し難く、発熱体への密着性に劣るという問題もあった。例えば電子部品の凹凸により、放熱フィン等が発熱体の表面に上手く追従せず、放熱フィンとの間に隙間が生じると、空気層の存在によって熱伝導性が著しく低下する。また、二次電池セルは充放電によって金属製の外装缶が膨張、収縮するため、このような二次電池セルの外装缶の変形によって、放熱板との間の密着性が低下し信頼性が損なわれるという懸念があった。

【0008】

加えて、金属製の放熱フィン等は熱放射性が低いため、熱放射を利用した放熱に不適であった。

【0009】

本発明の目的の一は、より軽量化を図ると共に、変形に対する追随性を高め、さらに熱放射性を高めた熱放射シート及びこれを用いた放熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び発明の効果】

【0010】

本発明の第１の側面に係る熱放射シートによれば、発熱体と放熱板との間に介在させるための紙製の熱放射シートであって、前記熱放射シートは、熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、前記熱放射シートの密度を０．５～５．０ｇ／ｃｍ³であり、前記熱放射シートの温度２００℃における放射率が、波長λ≦７．５μｍの赤外線に対して０．５以上であり、前記熱放射シートの表面粗さを、算術平均で０．４～０．８μｍであり、圧縮復元試験における復元率が９９．６％～９９．８％であり、前記発熱体又は前記放熱板が接合界面で熱膨張又は熱収縮を生じても、変形分を前記熱放射シートで吸収して、前記発熱体と前記放熱板との熱結合状態を維持可能とすることができる。上記構成により、従来の金属製のフィン等と比べ、大幅な軽量化が図られる。この結果、車載用の電源装置や携帯用電子機器等の放熱部材として好適に利用できる利点が得られる。

【0011】

また上記構成により、従来の金属製のフィン等と比べ熱放射性を高めることで、放熱特性を改善できる利点が得られる。

【0012】

さらに上記構成により、熱放射性を高めた熱放射シートを構成できる。

【0013】

また、本発明の第２の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートの圧縮弾性率を、１３．３ＭＰａ～１４．５ＭＰａとすることができる。上記構成により、発熱体が熱により膨張したり収縮する等変形する場合に、弾性率が低い断熱シートを二次電池セル間に介在させたことで、変形に対して追随性を発揮し、元の形状に復元し易い特長がある。

【0014】

さらにまた、本発明の他の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートの圧縮復元率を、１．０～５．０％とすることができる。

【0015】

さらに、本発明の第３の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートの耐熱温度を、４００℃以上とすることができる。このように熱放射シートを溶融し難い材質とすることで、発熱体が高温になる場合でも熱伝導性能を継続的に発揮させることが可能となる。

【0016】

さらにまた、本発明の第４の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートの厚さを、０．０５ｍｍ～０．５ｍｍとすることができる。

【0017】

さらにまた、本発明の第５の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートを、繊維に熱伝導粉末を添加した湿式抄紙の紙シートで構成することができる。

【0018】

さらにまた、本発明の第６の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記紙シートの繊維が、熱で溶融されるバインダー繊維の非叩解繊維であり、前記紙シートが、湿式抄紙された前記バインダー繊維を加熱プレスにより溶融してシート状としている。

【0019】

さらにまた、本発明の第７の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記紙シートの繊維を、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維の少なくともいずれかとすることができる。

【0020】

さらにまた、本発明の第８の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、さらに合成樹脂を含むことができる。

【0021】

さらにまた、本発明の第９の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記合成樹脂が、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリロニトリルブタジエンゴム樹脂、スチレンブタジエンゴム樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂のいずれかを含む熱可塑性樹脂、又はフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂のいずれかを含む熱硬化性樹脂のいずれかとすることができる。

【0022】

さらにまた、本発明の第１０の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱伝導粉末を、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金、酸化亜鉛、亜鉛の粉末のいずれかとすることができる。

【0023】

さらにまた、本発明の第１１の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱伝導粉末の平均粒径を、０．１μｍ～５００μｍとすることができる。

【0024】

さらにまた、本発明の第１２の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートに、黒鉛、アラミドパルプ、熱可塑性繊維を含有させることができる。

【0025】

さらにまた、本発明の他の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱放射シートに、黒鉛、アラミドパルプ、熱可塑性繊維を９０：４：６含有させることができる。

【0026】

さらにまた、本発明の他の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱可塑性繊維が、ポリフェニレンサルファイド系繊維を含むことができる。

【0027】

さらにまた、本発明の他の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記熱可塑性繊維が、ポリフェニレンサルファイド系繊維とポリエチレンテレフタレート系繊維を１：１含むことができる。

【0028】

さらにまた、本発明の第１３の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記紙シートの繊維が、叩解して表面に無数の微細繊維を設けてなる叩解パルプと、叩解されない非叩解繊維とを含むことができる。

【0029】

さらにまた、本発明の第１４の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記叩解パルプが、合成繊維からなる叩解パルプと天然パルプのいずれかを、単独で、あるいは複数種混合して含むことができる。

【0030】

さらにまた、本発明の第１５の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記合成繊維からなる叩解パルプが、アラミドパルプ、アクリル繊維、ポリアクリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、レーヨン繊維、ポリスルホン系繊維のいずれかである。

【0031】

さらにまた、本発明の第１６の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記天然パルプが、木材パルプ、非木材パルプのいずれかである。

【0032】

さらにまた、本発明の第１７の側面に係る熱放射シートによれば、上記何れかの構成に加えて、前記紙シートの非叩解繊維が、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維のいずれかである。

【0033】

さらにまた、本発明の第１８の側面に係る放熱装置によれば、上記何れかの熱放射シートと、前記熱放射シートと熱的に結合された発熱体とを備える。

【0034】

さらにまた、本発明の第１９の側面に係る放熱装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに金属製の放熱板を備え、前記熱放射シートを、前記発熱体と前記放熱板との間で狭持することができる。

【0035】

さらにまた、本発明の第２０の側面に係る放熱装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記放熱板が、放熱フィンを備えることができる。

【0036】

さらにまた、本発明の第２１の側面に係る放熱装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記発熱体を、一以上の二次電池セルとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明の実施形態１に係る電源装置を示す分解斜視図である。

【図2】本発明の一実施例に係る熱放射シートを製造する製造装置の概略構成図である。

【図3】本発明の実施形態２に係る放熱装置を示す垂直断面である。

【図4】本発明の実施形態３に係る電源装置を示す分解斜視図である。

【図5】本発明の実施形態４に係る電源装置を示す平面図である。

【図6】熱放射シートの片面に表面シートを設けた例を示す模式断面図である。

【図7】熱放射シートの両面に表面シートを設けた例を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［実施形態１］

【0039】

本発明に係る熱放射シートは、様々な発熱体の放熱部材として利用することができる。放熱体には、例えば二次電池セルやトランジスタ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体素子等が好適に挙げられる。ここでは、実施形態１として放熱シートを電源装置に適用した例を説明する。ここでは、発熱体である二次電池セルに熱放射シートを熱的に結合した放熱装置を構成している。

【0040】

実施形態１に係る電源装置を、図１の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル２０と、二次電池セル２０同士の間に介在されるスペーサ３２と、二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の下面に配置される放熱板４０と、電池積層体２５と放熱板４０の間に介在される熱放射シート１０とを備える。

【0041】

二次電池セル２０は、外装缶２１を有底筒状の角形としており、複数枚を主面同士が対向する姿勢で積層されている。積層は、例えば二次電池セル２０を積層した電池積層体２５の両端面を、それぞれ端面板３０で覆うと共に、端面板３０同士を締結部材で締結する。また電池積層体２５は、放熱板４０上に固定される。放熱板４０は、例えば内部に冷媒を循環させて冷却板として機能させることができる。また放熱板４０は、放熱フィンを設けてもよい。
（スペーサ３２）

【0042】

隣接する二次電池セル２０同士の間には、スペーサ３２が介在される。スペーサ３２は、セパレータ等とも呼ばれ、隣接する二次電池セル２０間を離間させる。好ましくはスペーサ３２は絶縁性を備える。これにより、隣接する二次電池セル２０同士の外装缶２１が短絡しないように絶縁できる。絶縁性を備えるスペーサは、樹脂等で構成される。
（熱放射シート１０）

【0043】

熱放射シート１０は、電池積層体２５と放熱板４０との間に介在されて、これら電池積層体２５と放熱板４０とを熱的に接続する。この熱放射シート１０は、熱伝導率を５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましい。より好ましくは６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、さらにより好ましくは７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とする。

【0044】

また熱放射シート１０の密度は、０．５～５．０ｇ／ｃｍ³とすることが好ましい。より好ましくは、熱放射シート１０の密度を２．０～４．０ｇ／ｃｍ³とする。これにより、従来の金属製のフィン等と比べ、大幅な軽量化が図られる。この結果、熱放射シートを大型化することが可能となる。特に大面積で放熱を図る用途に好適に利用できる。
（放射率）

【0045】

熱放射シート１０の放射率は、０．５以上とする。このように、従来のアルミニウム等の金属の放射率である０．０３９～０．０５７と比べて、熱放射性を大幅に高めることで、熱放射による放熱特性を改善できる利点が得られる。

【0046】

放射率を高めるため、熱放射シート１０は表面を粗面とすることが好ましい。好適には、熱放射シート１０の表面粗さを算術平均で０．４～０．８μｍとする。より好ましくは、表面粗さを算術平均で０．４５～０．５５μｍ、さらに好ましくは０．５２μｍとする。特に熱放射シート１０を紙シートで構成することで、金属板のような平滑板と比べて粗面化が容易で、放射率を向上できる。
（弾性率）

【0047】

絶縁シートの圧縮弾性率は、４０００ｋＰａ～１０００００ｋＰａとしている。また熱放射シート１０の圧縮復元率は、１．０～５．０％とすることが好ましい。これにより、二次電池セル２０が熱膨張や収縮を生じた際にも、弾性率が低い熱放射シート１０を二次電池セル２０と放熱板４０との間に介在させたことで、変形に対して追随性を発揮し、元の形状に復元し易い特長がある。

【0048】

また熱放射シート１０は、耐熱性を備えることが望ましい。本明細書において耐熱温度とは、空気相中で熱分解が始まる温度を意味する。二次電池セル２０が高温になっても、変形や溶融し難い材質とすることで、断熱性能を維持することが可能となる。好ましくは、熱放射シート１０の溶融温度を４００℃以上とする。より好ましくは、６００℃以上とする。ここで溶融温度とは、シート全体が溶融する温度を意味するものとする。

【0049】

また熱放射シート１０の膜厚は、薄くすることが好ましい。薄膜化することで小型化、軽量化が図られる上、熱伝導性も向上する。ただ、圧縮復元率等は低下する。このため、要求される圧縮復元率等に応じて、膜厚を設定する。実施形態１に係る熱放射シート１０では、このような特性や材質の断熱性能を考慮して、その膜厚を０．０５ｍｍ～５ｍｍとしている。その理由は、０．０５ｍｍ未満であると、圧縮復元性が不足し、発熱体や放熱板の熱膨張や熱収縮を吸収できず放熱性能が低下するため、５ｍｍを超えるとスペース効率が悪くなり全体のサイズを大きくする必要が生じるため等である。
（紙シート９の繊維）

【0050】

熱放射シート１０は、繊維に熱伝導粉末を添加した湿式抄紙の紙シート９で構成される。ここで紙シート９の繊維は、熱で溶融されるバインダー繊維の非叩解繊維を含むことが好ましい。これにより、湿式抄紙されたバインダー繊維を加熱プレスにより溶融してシート状とした紙シート９を得ることができる。具体的な繊維として、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維の少なくともいずれかを利用できる。

【0051】

また熱放射シート１０には、さらに樹脂繊維を含めてもよい。特に合成樹脂等の樹脂バインダを添加することで、結合力を高めることができる。このような合成樹脂には、熱可塑性樹脂が好適に利用できる。熱可塑性樹脂には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、アクリロニトリルブタジエンゴム樹脂、スチレンブタジエンゴム樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂等が利用できる。

【0052】

また合成樹脂として、熱硬化性樹脂を利用することもできる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂等が利用できる。
（熱伝導粉末）

【0053】

熱伝導粉末には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金、酸化亜鉛、亜鉛の粉末が利用できる。特に黒鉛が好ましい。本実施形態においては、膨張黒鉛の粉末を利用している。また熱伝導粉末の平均粒径は、０．１μｍ～５００μｍとすることが好ましい。その理由は、バインダー繊維との混合時に最適な密度となりやすいためである。

【0054】

なお図１の例では、本実施形態に係る熱放射シートを、電池積層体２５と放熱板４０との間に介在させてこれら熱結合するために用いる例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、二次電池セル２０同士の間に介在されるスペーサ３２に適用してもよい。一般に二次電池セル同士の間に介在されるスペーサには万一の熱暴走時を考慮して断熱性能が求められるところ、用途によっては、敢えてスペーサでもって二次電池セル間を熱伝導させる構成とすることもできる。すなわち、二次電池セルの一が何らかの異常で熱暴走した場合の対策としてでなく、平常動作時の動作を重視し、熱によって特定の二次電池セルの劣化が進行することを防ぐために、全体に均等に熱伝導させる。この場合は、発生する熱量を分散させ、二次電池セルの積層体の全体で熱を吸収させる構成とすることで、各二次電池セルに均等に熱が行き渡る構成とすることで、一部の二次電池セルの劣化が進行して電源装置全体の性能が低下する事態を回避できる。
（抄紙用スラリー）

【0055】

紙シート９は、黒鉛とバインダー繊維とを分散液に懸濁して調整された抄紙用スラリーを湿式抄紙して抄造される。黒鉛とバインダー繊維とを懸濁する分散液には、例えば水が使用できる。

【0056】

抄紙用スラリーに混合される黒鉛には、膨張黒鉛の粉末が使用できる、この黒鉛粉末は、例えば、膨張黒鉛を粉砕して、平均粒径が５μｍ～５００μｍ、好ましくは１０μｍ～４００μｍ、さらに好ましくは５０μｍ～３００μｍとしたものが使用できる。ただ、黒鉛は、膨張黒鉛の粉末には特定しない。抄紙用スラリーには、黒鉛を繊維状としたものを混合することもできる。

【0057】

抄紙スラリーに混合されるバインダー繊維には、好ましくは耐熱性に優れた繊維が使用される。このような繊維として、アラミド繊維が好適である。アラミド繊維は、耐熱性に優れ、また優れた強度を有する特徴がある。このようなアラミド繊維として、パラ系アラミド繊維またはメタ系アラミド繊維を単独で、あるいはこれ等を混合して使用することができる。これ等のアラミド繊維は、パルプ状に成形されたものが使用される。さらに、バインダー繊維には、アラミド繊維に加えてＰＥＴ等の樹脂繊維を添加することもできる。

【0058】

以上の抄紙用スラリーは、黒鉛粉末とアラミド繊維を分散液中に均一に分散させて、その後、スクリーン（異物、塊等除去）等の工程を通り、最終の濃度を０．０１～０．５質量％に調整する。
（熱放射シート１０の製造方法）

【0059】

以上の熱放射シート１０は、黒鉛の粉末とアラミド繊維とを分散液に懸濁してなる抄紙用スラリーを湿式抄紙してシート状の紙シート９とする抄紙工程と、この抄紙工程で得られる紙シート９を熱プレスして所定の厚さとするプレス工程とで製造される。ここで、図２は、熱放射シート１０を製造する製造装置１０００の概略構成図を示している。図２に示す製造装置１０００は、抄紙用スラリーをシート状に抄造する抄紙機１と、この抄紙機１で抄造された紙シート９を乾燥させる乾燥機３と、乾燥された紙シート９を加熱プレスして所定の厚さとするプレス機２とを備えている。
（抄紙工程）

【0060】

抄紙工程は、黒鉛含有率の異なる複数の抄紙用スラリーを用意する原料調整工程と、原料調整工程で調整された複数の抄紙用スラリーを、黒鉛含有率の低い抄紙用スラリーが下層となり、黒鉛含有率の高い抄紙用スラリーが上層となるようにメッシュコンベア４の抄紙面４Ａに分散させるスラリー供給工程とで紙シート９を抄造する。
（原料調整工程）

【0061】

原料調整工程では、黒鉛含有率を調整した抄紙用スラリーを調整する。この抄紙用スラリーをメッシュコンベア４上に順に分散させて、抄紙する。
（スラリー供給工程）

【0062】

スラリー供給工程は、移動するメッシュコンベア４上に抄紙用スラリーを分散させて層を形成し、紙シート９を形成する。これにより、紙シート９が抄造される。

【0063】

以上の抄紙工程において、湿式法による抄紙シート９の製造には、湿式の抄紙機として、繊維の分散が良いこと、配向性の調整が容易であること等の点から、好ましくは傾斜姿勢で配置されるメッシュコンベアを使用する。
（乾燥工程）

【0064】

抄紙工程で抄造された紙シート９は、図２に示すように乾燥機３に移動されて乾燥される。図に示す乾燥機３は、ドラム型乾燥機で、ドラム７の外周に沿って移送される紙シート９を熱風により乾燥する。図に示す乾燥機３は、複数のドラム７を備えており、各ドラム７の外周面から放出される１２０～１３０℃の熱風を紙シート９に供給して、乾燥機３を通過する紙シート９を乾燥する構造としている。ただ、乾燥機は、ドラム型乾燥機には限定せず、紙シートを乾燥できる他の乾燥機も使用できる。
（プレス工程）

【0065】

乾燥工程で乾燥された紙シート９は、プレス機２に移送されて熱プレスされる。図に示すプレス機２は、水平姿勢で上下に配置された一対のローラー８を備えており、紙シート９を一対のローラー８の間に通過させて熱プレスする。一対のローラー８の間を通過する紙シート９は、所定の温度に加熱された状態で加圧されて、所定の厚さにプレスされる。図に示すプレス機２は、直径を３０～１００ｃｍとする一対のローラー８を平行な姿勢で対向して配置しており、ローラー８間を通過する紙シート９を１００～２５０℃の温度に加温しながら、１００～３００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレスする構造としている。このプレス工程において、紙シート９は、５０μｍ～５００μｍ、好ましくは５０μｍ～３００μｍ、さらに好ましくは７０μｍ～２３０μｍの厚さにプレスされて熱放射シート１０となる。連続する長いシート状に製造された熱放射シート１０は、ロール状に巻き取られて出荷される。

【0066】

図２に示す製造装置は、抄紙機１と乾燥機３とプレス機２とを直線状に配置しており、一つのラインで熱放射シート１０を製造するようにしている。ただ、製造装置は、乾燥機で乾燥された紙シートをロール状に巻き取った後、別ラインに設けたプレス機で熱プレスすることもできる。この方法は、抄紙工程と乾燥工程で製造される紙シートの製造ラインの移動速度と、別ラインのプレス機で熱プレスして製造される熱放射シートの製造ラインの移動速度とを異なる速さにできる。

【実施例1】

【0067】

本発明の実施例１に係る熱放射シート１０を以下に示す工程で製造する。
［抄紙工程］
（原料調整工程）

【0068】

黒鉛を粉砕して平均粒径を１００μｍとする黒鉛粉末と、バインダー繊維としてパルプ状のパラ系アラミド繊維（アラミドパルプ）とＰＥＴ繊維を所定の比率で混合する。混合された材料と、分散液として水をチェストに供給し、チェスト内において分散液中で懸濁して分散させて所定の濃度の抄紙用スラリーを調製する。この工程では、以下に示す混合比で黒鉛含有率が異なる抄紙用スラリーを調整する。
抄紙用スラリー：黒鉛粉末…………８５質量％
アラミド繊維………５質量％
ＰＥＴ繊維………１０質量％
スラリー濃度……１．０質量％

【0069】

これにより、黒鉛含有率を８５質量％とする抄紙用スラリーが調整される。なお、原料調整工程において調整される抄紙用スラリーは、スラリー濃度を共に１．０質量％としているが、これ等のスラリーは、次工程であるスラリー供給工程において、さらに、濃度調整がされる状態で吐出される。例えば、抄紙用スラリーは、抄紙槽５内において、水中に分散された状態で供給されるので、水を加えて全体の濃度が例えば０．１２質量％となるように調整された後、抄紙槽５に供給される。
（スラリー供給工程）

【0070】

抄紙用スラリーを、メッシュコンベア４に供給して湿式抄紙する。この実施例では、メッシュコンベア４上に抄紙用スラリーを分散させて、全体の厚さを２００μｍとする紙シート９を形成する。
［プレス工程］

【0071】

抄紙工程で抄造された紙シート９を乾燥工程で乾燥した後、プレス機で熱プレスして熱放射シート１０とする。乾燥工程では、抄紙工程で抄造された紙シート９を、乾燥機３に通過させて乾燥する。乾燥機は、例えば、９基のドラムによって１２０～１３０℃の熱風で紙シート９を乾燥する。プレス工程では、熱プレス装置として、直径を５０ｃｍとする一対のローラー８間に紙シート９を通過させて、１２０℃の温度に加温しながら、１５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で熱プレスする。これにより、厚さを約７０μｍとする熱放射シート１０を製造する。このようにして熱放射シート１０が得られる。

【0072】

なお図１の例では、二次電池セル２０を複数積層した電池積層体２５を、熱放射シート１０で底面から放熱する構成について説明した。ただ本発明は、この構成に限らず、例えば電池積層体の側面や端面に熱放射シートを配置してもよい。また電池積層体を構成する二次電池セルのセル数も、３枚に限定せず、４枚以上、あるいは２枚以下としてもよい。
（圧縮復元試験）

【0073】

次に、実施例２～４、６、参考例１に係る熱放射シートを作成し、比較例１に係る熱放射シートと圧縮率、復元率、圧縮弾性率をそれぞれ測定した。この結果を表１に示す。測定には、インストロン ジャパン カンパニィ リミテッド社製の測定機モデル５９８５型を用いた。なお、測定機器の安全のため、ある程度厚さが必要であったため、複数枚を重ねて測定している。

【0074】

この圧縮復元試験で用いた各サンプルは、実施例２～４、６、参考例１が株式会社阿波製紙製熱拡散シート７０～２３０μｍ品、比較例１がパナソニック社製２００μｍ厚の焼成グラファイトシートである。表１の結果から、同じ枚数で比較しても、実施例２～４、６、参考例１に係る熱放射シートは、比較例１に係る熱放射シートよりも圧縮弾性が高いためつぶれにくく、また復元率に関しては比較例１より大きい値となった。

【0075】

また、試験条件として、インストロンを使用し、ロードセルは５ｋＮ、圧子は５０ｍｍΦ、試験速度は１ｍｍ／ｍｉｎ、サンプルサイズは６０ｍｍ角、厚さ１．５ｍｍ以上になるように積層し、手動で圧子を近づけ荷重０．００１ｋＮ程度で試験を開始した。また実施例２～４、６、参考例１の熱拡散シートは、厚さがある程度必要であるため、複数枚積層した。この結果、積層枚数が増える程、圧縮弾性が小さくなった。また比較例１に係る熱拡散シートは、実施例２～４、６、参考例１と比べて圧縮弾性が１／１０程度と小さく、圧縮率も大きかった。ただし復元率は小さく、つぶれると元に戻らない形状となった。

【0076】

さらに、表面粗さについては、比較例１に係る熱放射シートでは、実施例２～４、６、参考例１の熱放射シートと比べると、かなり粗い結果となった。

【0077】

最後に放射率については、密度が大きく異なるため、密度１以上と１未満で分けて比較した。いずれも放射率は、実施例２～４、６の熱放射シートが比較例１に係る熱放射シートを上回る結果となることが確認された。

【0078】

【表1】

［実施形態２］

【0079】

以上の例では、熱放射シート１０で放熱する対象物を、電源装置１００の二次電池セル２０とした例を説明した。ただ本発明は、熱放射シートで放熱する対象物たる発熱体を二次電池セルやその積層体に限定するものでなく、他の発熱体、例えばパワートランジスタやＩＣ等の半導体素子の放熱に用いることもできる。一例として、トランジスタの放熱に適用する例を、実施形態２として図３に示す。この図に示す放熱装置２００は、トランジスタＴＲと放熱体４０Ｂとの間に、熱放射シート１０Ｂを介在させている。放熱体４０Ｂは、板状の表面から放熱フィン４２を複数枚、突出させている。放熱フィン４２は、放熱体の上下面にそれぞれ設ける他、片面のみに設けてもよいし、また全面に設ける他、端縁のみに設ける等、任意の位置に任意の数を設けることができる。この放熱体４０ＢとトランジスタＴＲとの間に、熱放射シート１０Ｂを挟んだ状態でねじなどで螺合している。このような比較的小型の発熱体に対しても、発熱体と放熱体４０Ｂとの接合界面に熱放射シート１０Ｂを介在させることで、これらの熱結合状態を維持することができる。

【0080】

以上の例では、放熱板と発熱体との間に熱放射シートを介在させる構成を説明した。熱放射シートは圧縮復元率を高めることで、発熱体や放熱板が接合界面で熱膨張や熱収縮しても、変形分を熱放射シートで吸収することができ、発熱体と放熱板との熱結合状態を安定的に維持することができ、放熱性能の信頼性を向上できる。特に実施形態１に係る熱放射シート１０は、熱伝導率を５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上としており、ゴムなどの弾性体では熱伝導性が低いため放熱効果が低いことと比べて高い熱伝導を発揮でき、発熱体の熱がゴムで遮られることなく効率良く放熱板側に伝導される。加えて、特に車載用の電源装置では振動や衝撃に晒されるところ、このような機械的な振動や衝撃に対しても熱放射シートの高い圧縮復元率でもって変形することにより、発熱体と放熱板との接合界面を保護できる。
［実施形態３］

【0081】

ただ本発明は、熱放射シートを放熱板と発熱体との間に介在させ、発熱体の熱を放熱板に熱伝導させて放熱板から放熱させる構成に限定するものでなく、熱放射シート自体で放熱させるように構成してもよい。このような例を実施形態３に係る放熱装置３００として、図４に示す。この図に示す放熱装置３００は、実施形態１と同様の電源装置を示しており、実施形態１と同様の部材については同じ符号を付して詳細説明を省略する。

【0082】

図４に示す電源装置は、電池積層体２５の下面に熱放射シート１０を接合させている。この電源装置は、電池積層体２５の下面に熱放射シート１０を貼付し、熱放射シート１０から放熱させるよう構成している。熱放射シート１０は、放射率を０．５以上としており、０．１程度の金属板などと比べて熱放射性に優れている。この結果、熱放射シート１０自体が高熱とならずに放熱できるので、閉鎖空間における電池積層体２５のような発熱体の放熱に好適である。加えて、金属板の放熱板と比べて大幅に軽量化と薄型化が図られるため、燃費向上にも資する。
［実施形態４］

【0083】

さらに、以上の例では一の電池積層体を熱放射シートで放熱する構成を説明したが、本発明はこれに限らず、複数の電池積層体を放熱する用途に利用することもできる。このような例を実施形態４に係る電源装置４００として、図５の平面図に示す。この図においても、上述した実施形態１等で示した部材と同じ部材については、同じ符号を付して詳細説明を省略する。

【0084】

図５に示す電源装置４００は、４つの電池積層体２５を備えている。４つの電池積層体２５は、２つの電池積層体２５を直列に接続した組を、２組並列に接続している。このような複数の電池積層体を放熱するため、従来は各電池積層体にそれぞれ放熱板を個別に設けていたところ、図５に示すように一枚の大きな熱放射シート１０Ｃに各電池積層体２５を貼付することで、熱放射シート１０Ｃを共通化できる。この利点として、放熱部材を共通化でき、仮に一の電池積層体の発熱量が多くなっても、他の電池積層体に伝熱して発熱を負担させることにより、一の電池積層体に発熱が集中して劣化する事態を抑制できる。また、熱放射シート１０Ｃを広い面積としたことで、全体として熱放射の作用を高められる効果も得られる。

【0085】

このように、大面積で放熱を図る用途において、従来の金属板を用いた放熱板では面積に比例して重量が重くなるため、大型化には限界があった。これに対して本実施形態に係る熱放射シートは、金属よりも軽いため、金属板と比べて大型化が容易であり、大面積化が可能である。特に平板状の熱放射シートの大面積化が容易であり、上述した電源装置の他、例えばパソコン用やタブレット用のポリマー電池のような、同一平面上に並べられる二次電池の放熱、あるいは大画面ディスプレイ用の直下型バックライトとして用いられる、マトリックス状に配列されたＬＥＤの放熱などの用途にも好適となる。
［実施形態５］

【0086】

さらに、本実施形態に係る熱放射シートは、リサイクル利用することもできる。例えば、使用済みの熱放射シートを、ミキサにかけるなどして細かく裁断し、水中に分散させることで再度熱放射シートを構成する。このようなリサイクルした熱放射シートも、リサイクル前の熱放射シートと同様に高い導電率を示すことが確認された。この結果を、実施形態５に係る熱放射シートして、表２に示す。この表に示す熱放射シートは、黒鉛の配合比を７５％とした。また坪量は３００ｇ／ｍ^２とした。さらに熱圧加工前の原紙を３０％、５０％、７０％の配合にてリサイクルしたものを、それぞれ実施例７、８、９の熱放射シートとして、測定方向を厚さ方向と面方向とする熱伝導率を測定した。また、加工後の紙を５０％の配合にてリサイクルしたものを、実施例１０とした。一方で、比較例２として、リサイクルせずに黒鉛を７５％配合したブランクを作成した。これらの結果から、原紙を用いた実施例７～９では、リサイクルでも同等の熱伝導率を達成した。一方で、加工紙を用いた場合は、熱伝導率が１割程度低下した。

【0087】

【表2】

【0088】

軽量化が求められる他の移動体用の電源装置の冷却を行う冷却装置としても利用できる。また電源装置の冷却に限らず、スマートフォンやタブレット、ノートパソコンのような、携行性が求められるモバイル機器の放熱用途においても、軽量で薄型という熱放射シートの利点が生かされる。

【0089】

なお、熱放射シートは導電性を備えるため、絶縁性が求められる用途においては、適宜絶縁部材を介在させる。例えば上述した図１において、熱放射シート１０としてでなくスペーサ２３として本発明を適用する場合が該当する。この場合は、例えば熱放射シートの表面に、絶縁性を有する紙製の表面シートを貼付し、絶縁性を持たせてもよい。絶縁性を有する表面シート１２は、図６に示すように、熱放射シート１０Ｄの片面にのみ貼付してもよいし、あるいは図７に示すように熱放射シート１０Ｅの両面に貼付してもよい。また、熱放射シートをシート化した後、別途作成した表面シート１２を接着材等で貼付する構成とする他、抄紙工程を経て熱プレスによりシート化された紙シートに、表面シートを熱プレス等で積層してもよい。あるいは図１や図３等で示した発熱体と放熱部材との間に熱放射シートを介在させる際、別部材の表面シートを熱放射シート１０の表面に重ねてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0090】

本発明に係る熱放射シート及びこれを用いた放熱装置は、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両用の電源装置を放熱する放熱装置、コンピューターに内蔵されるＣＰＵ等の電子部品やＬＥＤ、液晶、ＰＤＰ、ＥＬ、携帯電話等の発光素子等の電子部品からの発熱を放熱する熱放射シートとして好適に利用できる。

【符号の説明】

【0091】

１０００…熱放射シート製造装置
１００、４００…電源装置
２００、３００…放熱装置
１…抄紙機
２…プレス機
３…乾燥機
４…メッシュコンベア
４Ａ…抄紙面
５…抄紙槽
６…供給部
７…ドラム
８…ローラー
９…紙シート
１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…熱放射シート
１２…表面シート
２０…二次電池セル
２１…外装缶
２５…電池積層体
３０…端面板
３２…スペーサ
４０…放熱板；４０Ｂ…放熱体
４２…放熱フィン
ＴＲ…トランジスタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】