(57)【要約】【課題】容易に製造することができ、接触する部品に与える反力が小さく、かつ接触する部品の位置をより安定させる熱伝導シートを提供する。【解決手段】熱伝導シートは、非導電性ゴムから形成されており、平面と、平面の反対側にある反対面と、反対面から突出する板である複数の熱伝導突起と、反対面に形成されている複数の凹溝とを有する。各熱伝導突起は、先端部と、２つの表面を有する。各熱伝導突起の厚さは、先端部に向かうほど、小さく、２つの表面の各々と反対面がなす角度は、９０°以上である。各凹溝は、熱伝導突起の表面の１つと連なる円弧面を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性ゴムから形成されており、
平面と、
前記平面の反対側にある反対面と、
前記反対面から突出する板である複数の熱伝導突起と、
前記反対面に形成されている複数の凹溝とを有し、
前記熱伝導突起の各々は、先端部と、２つの表面を有し、
前記熱伝導突起の各々の厚さは、前記先端部に向かうほど、小さく、
前記２つの表面の各々と前記反対面がなす角度は、９０°以上であり、
各凹溝は、前記表面の１つと連なる円弧面を有することを特徴とする
熱伝導シート。
【請求項２】
各熱伝導突起の前記凹溝側の前記表面が前記反対面に垂直に交差し、
各熱伝導突起の前記凹溝と反対側の前記表面と前記反対面がなす角度は、鈍角である
ことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導シート。
【請求項３】
各凹溝の前記円弧面が、前記表面の１つと交差する角度は１８０°以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝導シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車に搭載される二次電池は、高温で使用すると劣化が促進されるため、適切な温度管理のもとで使用することが望ましい。二次電池の温度上昇を抑制する技術として、セルに対する電気的影響が少ない非導電性材料から形成された熱伝導シートが提案されている。
【０００３】
特許文献１は、セルとセルの間に非導電性ゴムまたは非導電性樹脂から形成された熱伝導シートが挟まれた蓄電モジュールおよびプレートとセルの間に熱伝導シートが挟まれた蓄電モジュールを開示する。この熱伝導シートは、片面に複数の凸部を有しており、凸部を介して熱が伝導される。熱伝導シートが部品の間で挟まれて圧縮させられる際に、複数の凸部は弾性変形するので、部品の寸法に誤差があっても、セルは安定して支持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９２５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱伝導シートは、容易に製造することができるのが望ましい。また、熱伝導シートが挟まれる物体に熱伝導シートから大きな反力が与えられないことが望ましい。さらに、製品内での部品の位置の安定性がより高いことが望ましい。
【０００６】
そこで、本発明は、容易に製造することができ、接触する部品に与える反力が小さく、かつ接触する部品の位置をより安定させる熱伝導シートを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様に係る熱伝導シートは、非導電性ゴムから形成されており、平面と、前記平面の反対側にある反対面と、前記反対面から突出する板である複数の熱伝導突起と、前記反対面に形成されている複数の凹溝とを有する。前記熱伝導突起の各々は、先端部と、２つの表面を有し、前記熱伝導突起の各々の厚さは、前記先端部に向かうほど、小さく、前記２つの表面の各々と前記反対面がなす角度は、９０°以上であり、各凹溝は、前記表面の１つと連なる円弧面を有する。
【０００８】
この態様においては、各熱伝導突起にアンダーカットとなる凹凸がないため、熱伝導シートの成形の後に、成形型から熱伝導シート、特に熱伝導突起を取り外しやすく、成形型からの取り外し時に熱伝導突起を損傷するおそれが低減する。したがって、熱伝導シートを容易に製造することができる。また、熱伝導突起の基部付近に凹溝が設けられているので、各熱伝導突起が圧縮力を受ける際に、各熱伝導突起は、凹溝側に倒れやすい。各熱伝導突起が倒れない場合には、熱伝導シートを圧縮させるために要する力が大きく、熱伝導シートから発熱体と他の物体（例えば、発熱体のケースの壁または他の吸熱体）に与えられる反力（すなわち負荷）も大きい。したがって、この態様では、発熱体と物体の間に熱伝導シートが挟まれた状態で、熱伝導シートが発熱体および物体に与える反力（すなわち負荷）が低減する。また、熱伝導シートに与えられる圧縮力に相対して、熱伝導シートの圧縮変形量が大きいため、発熱体の位置をより安定させることができる。
【０００９】
好ましくは、各熱伝導突起の前記凹溝側の前記表面が前記反対面に垂直に交差し、各熱伝導突起の前記凹溝と反対側の前記表面と前記反対面がなす角度は、鈍角である。この場合には、各熱伝導突起が圧縮力を受ける際に、各熱伝導突起は、反対面に鈍角で交差する表面側よりも、反対面に垂直に交差する表面の側に倒れやすい。したがって、発熱体と物体の間に熱伝導シートが挟まれた状態で、熱伝導シートが発熱体および物体に与える反力（すなわち負荷）がより低減する。また、熱伝導シートに与えられる圧縮力に相対して、熱伝導シートの圧縮変形量が大きいため、発熱体の位置をより安定させることができる。
【００１０】
好ましくは、各凹溝の前記円弧面が、前記表面の１つと交差する角度は１８０°以下である。この場合には、凹溝にアンダーカットがないため、熱伝導シートの成形の後に、成形型から熱伝導シート、特に熱伝導突起を取り外しやすく、成形型からの取り外し時に熱伝導突起を損傷するおそれが低減する。
【００１１】
本発明に係る電気機器は、発熱体と、前記熱伝導シートと、前記発熱体が配置されるケースとを有し、前記ケースの壁と前記発熱体との間に前記熱伝導シートが挟まれている。ケース以外の他の吸熱体と前記発熱体との間に前記熱伝導シートが挟まれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る熱伝導シートが使用される二次電池の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る熱伝導シートが使用される二次電池の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る熱伝導シートを示す斜視図である。
【図４】上記熱伝導シートの断面図である。
【図５】使用時の上記熱伝導シートの断面図である。
【図６】比較例の熱伝導シートの断面図である。
【図７】変形例に係る熱伝導シートの断面図である。
【図８】実施形態の実験結果を示す表である。
【図９】他の変形例に係る熱伝導シートの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施の形態を説明する。図面において縮尺は、必ずしも実施形態の製品を正確に表してはおらず、一部の寸法を誇張して表現している場合もある。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る熱伝導シートは、二次電池１に使用される。二次電池１は、セル２と、セル２が配置されるケース４を有する。セル２の上面とケース４の上壁４Ａとの間に、熱伝導シート６Ａが挟まれており、セル２の下面とケース４の下壁４Ｂとの間に、熱伝導シート６Ｂが挟まれている。
【００１５】
熱伝導シート６Ａは、セル２の上面とケース４の上壁４Ａに接触させられ、発熱体であるセル２の熱を上壁４Ａ（吸熱体）に伝導する。熱伝導シート６Ｂは、セル２の下面とケース４の下壁４Ｂに接触させられ、発熱体であるセル２の熱を下壁４Ｂ（吸熱体）に伝導する。また、熱伝導シート６Ａ，６Ｂは、セル２とケース４の間で圧縮させられるので、セル２の厚さおよび／またはケース４の上壁４Ａと下壁４Ｂの間隔に誤差があっても、ケース４内でセル２は安定して支持される。
【００１６】
本発明の実施形態に係る熱伝導シートは、図２に示す二次電池１Ａに使用されてもよい。二次電池１Ａは、複数のセル２と、セル２が配置されるケース４を有する。上方のセル２の上面とケース４の上壁４Ａとの間に、熱伝導シート６Ａが挟まれており、下方のセル２の下面とケース４の下壁４Ｂとの間に、熱伝導シート６Ｂが挟まれている。また、セル２同士の間に、セル２とは間隔をおいて中間吸熱体７が配置されている。中間吸熱体７は、ヒートパイプでもよいし、熱伝導率が高い材料(例えば金属）で形成された板であってもよい。上方のセル２の下面と中間吸熱体７との間に、熱伝導シート６Ｃが挟まれており、下方のセル２の上面と中間吸熱体７との間に、熱伝導シート６Ｄが挟まれている。
【００１７】
熱伝導シート６Ａは、上方のセル２の上面とケース４の上壁４Ａに接触させられ、上方のセル２の熱を上壁４Ａに伝導する。熱伝導シート６Ｂは、下方のセル２の下面とケース４の下壁４Ｂに接触させられ、発熱体であるセル２の熱を下壁４Ｂに伝導する。熱伝導シート６Ｃは、上方のセル２の下面と中間吸熱体７に接触させられ、上方のセル２の熱を中間吸熱体７に伝導する。熱伝導シート６Ｄは、下方のセル２の上面と中間吸熱体７に接触させられ、下方のセル２の熱を中間吸熱体７に伝導する。また、熱伝導シート６Ａ，６Ｂの各々は、セル２とケース４の間で圧縮させられ、熱伝導シート６Ｃ，６Ｄの各々はセル２と中間吸熱体７の間で圧縮させられるので、セル２の厚さおよび／またはケース４の上壁４Ａと下壁４Ｂの間隔に誤差があっても、ケース４内でセル２は安定して支持される。
【００１８】
本明細書では、図を基準にして、「上」と「下」を用いるが、二次電池１の向きを図示の向きに限定する意図ではない。例えば、二次電池１は、長手方向が鉛直になるよう向けられてもよく、この場合、上壁４Ａ，４Ｂは側壁である。
【００１９】
熱伝導シート６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは、非導電性ゴムから形成されており、ゴムの弾性のために、接触する物体に与える反力が小さく、ケース４内でのセル２の位置を安定させる。また、ゴムの弾性のために、セル２は、衝撃から保護される。また、熱伝導シート６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは、非導電性であるので、セル２に対する電気的影響が少ない。さらに、熱伝導シート６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは、ゴムから形成されているため、ゲルまたはグリースに比べて、劣化による性能低下が少ない。熱伝導シート６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは、熱伝導率が高い材料から形成されていることが好ましい。
【００２０】
熱伝導シート６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは同じタイプであり、図３および図４を参照する以下の説明では熱伝導シート８と呼ぶ。
【００２１】
好ましくは、各熱伝導シート８の少なくとも一部は、熱伝導性高分子組成物から形成されている。熱伝導性高分子組成物は、高分子マトリックスと、その内部に分散されて保持された熱伝導性充填材とを含有する。高分子マトリックスとして、好ましくは、ゴムおよび熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【００２２】
ゴムとして、例えば天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレン共重合ゴム、塩素化ポリエチレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ポリイソブチレンゴム、およびアクリルゴムが挙げられる。熱可塑性エラストマーとして、例えばスチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、およびポリウレタン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。これらの具体例のうちの一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００２３】
高分子マトリックスとして熱硬化性の高分子材料が用いられる場合、熱伝導シート８の成形の際に架橋剤が組成物に添加されて、組成物の硬化を促進しもよい。熱伝導シート８が接触する物体の形状への熱伝導シート８の追従性を高めるとともに、当該物体と熱伝導シート８との密着性を高めるために、前記具体例の中からシリコーン系、ポリイソブチレン系、およびアクリル系のゴムから少なくとも一種が選択されるのが好ましい。
【００２４】
熱伝導性充填材は、熱伝導シート８の熱伝導率を高める。熱伝導性充填材として、例えば金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、または金属水酸化物の粉末が挙げられる。具体的には、熱伝導性充填材としては、例えば酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、または石英の粉末が挙げられる。これらの具体例のうちの一種のみが単独で用いられてもよいし、二種以上が組み合わされて用いられてもよい。
【００２５】
図３および図４に示すように、熱伝導シート８は、平面８ａと、平面８ａの反対側にある反対面８ｂと、反対面８ｂから突出する複数の熱伝導突起１０と、反対面８ｂに形成されている複数の凹溝１２とを有する。各熱伝導突起１０は、薄い板であって、真っ直ぐ延びている。複数の熱伝導突起１０は、互いに平行に配置されており、複数の凹溝１２は熱伝導突起１０に平行に配置されている。複数の熱伝導突起１０は、互いに等間隔に配置されているが、不等間隔に配置されてもよい。
【００２６】
図１から図４を合わせて参照することで理解されるように、平面８ａは、発熱体であるセル２または中間吸熱体７に面接触させられる。他方、反対面８ｂに形成された熱伝導突起１０の先端部は、セル２と対向する上壁４Ａ，下壁４Ｂ、またはセル２の表面に接触させられる。但し、図１および図２に示すように、すべての熱伝導突起１０が上壁４Ａ，下壁４Ｂまたはセル２に接触させられなくてもよい。図２における熱伝導シート６Ａ，６Ｂと熱伝導シート６Ｃ，６Ｄを対比すると明らかなように、平面８ａは発熱体と吸熱体のいずれに面接触させられてもよく、熱伝導突起１０の先端部も吸熱体と発熱体のいずれに接触させられてもよい。
【００２７】
図４に示すように、各熱伝導突起１０は、２つの平坦な表面１０ａ，１０ｂと、表面１０ａ，１０ｂを接続する円弧状の先端部１０ｃを有する。各熱伝導突起１０は、テーパ形状を有する。すなわち、各熱伝導突起１０の厚さは、先端部１０ｃに向かうほど、小さい。
【００２８】
表面１０ａと反対面８ｂがなす角度αは９０°以上であり、表面１０ｂと反対面８ｂがなす角度βも９０°以上である。したがって、熱伝導突起１０はアンダーカットとなる凹凸を有しない。好ましくは、角度αは９０°であり、角度βは９０°より大きい（鈍角である）。表面１０ａと表面１０ｂがなす角度θは、限定されないが、例えば２０°である。
【００２９】
各凹溝１２は、近傍の熱伝導突起１０の表面１０ａと連なる円弧面を有する。
【００３０】
熱伝導突起１０の高さを含む熱伝導シート８の厚さＴは、限定されないが、例えば４ｍｍである。熱伝導突起１０の高さを含まない熱伝導シート８の厚さｔは、限定されないが、例えば０．５ｍｍである。凹溝１２の深さＤは、限定されないが、例えば０．２ｍｍである。
【００３１】
熱伝導シート８は、成形型を用いたプレス成形または射出成形によって製造することができる。この実施形態においては、各熱伝導突起１０は、テーパ形状を有し、平坦な表面１０ａと反対面８ｂがなす角度αは９０°以上であり、平坦な表面１０ｂと反対面８ｂがなす角度βも９０°以上である。このように、各熱伝導突起１０には、成形型を用いた製造分野におけるアンダーカットとなる凹凸がない。したがって、熱伝導シート８の成形の後に、成形型から熱伝導シート８、特に熱伝導突起１０を取り外しやすく、成形型からの取り外し時に熱伝導突起１０を損傷するおそれが低減する。したがって、熱伝導シート８を容易に製造することができる。
【００３２】
図５は、使用時の熱伝導シート８の断面図である。上記の通り、使用時には熱伝導シート８は、物体１３（例えば、セル２または中間吸熱体７）と他の物体１４（例えば、ケース４またはセル２）の間で圧縮させられる。使用時に変形した熱伝導シート８の輪郭が実線で示され、元の熱伝導シート８の輪郭が仮想線で示されている。
【００３３】
この実施形態では、熱伝導突起１０の基部付近に熱伝導突起１０の表面１０ａと連なる円弧面を有する凹溝１２が設けられているので、各熱伝導突起１０が圧縮力を受ける際に、各熱伝導突起１０は、表面１０ａ側すなわち凹溝１２側に倒れやすい。各熱伝導突起１０が倒れない場合には、熱伝導シート８を圧縮させるために要する力が大きく、熱伝導シート８から物体１３と他の物体１４に与えられる反力（すなわち負荷）も大きい。したがって、この実施形態では、物体１３と他の物体１４の間に熱伝導シート８が挟まれた状態で、熱伝導シート８が物体１３と他の物体１４に与える反力（すなわち負荷）が低減する。また、熱伝導シート８に与えられる圧縮力に相対して、熱伝導シート８の圧縮変形量が大きいため、セル２の位置をより安定させることができる。
【００３４】
好ましくは、熱伝導突起１０の凹溝１２側の表面１０ａと反対面８ｂがなす角度αは９０°であり、熱伝導突起１０の凹溝１２と反対側の表面１０ｂと反対面８ｂがなす角度βは９０°より大きい（鈍角である）。この場合には、各熱伝導突起１０が圧縮力を受ける際に、各熱伝導突起１０は、反対面８ｂに鈍角で交差する表面１０ｂ側よりも、反対面８ｂに垂直に交差する表面１０ａの側に倒れやすい。したがって、物体１３と他の物体１４の間に熱伝導シート８が挟まれた状態で、熱伝導シート８が物体１３と他の物体１４に与える反力（すなわち負荷）が低減する。また、熱伝導シート８に与えられる圧縮力に相対して、熱伝導シート８の圧縮変形量が大きいため、セル２の位置をより安定させることができる。
【００３５】
図４に示すように、各凹溝１２の円弧面が表面１０ａと交差する角度γは、１８０°以下である。したがって、凹溝１２はアンダーカットとなる凹凸を有しない。この実施形態では、角度γが１８０°であり、各凹溝１２の円弧面の延長線上に表面１０ａが配置されている。すなわち、凹溝１２の表面１０ａ側の端部での凹溝１２の円弧面への接平面は、表面１０ａに一致する。
【００３６】
この実施形態では、各凹溝１２の円弧面が表面１０ａと交差する角度γは、１８０°以下であり、凹溝１２はアンダーカットとなる凹凸を有しないので、熱伝導シート８の成形の後に、成形型から熱伝導シート８、特に熱伝導突起１０を取り外しやすく、成形型からの取り外し時に熱伝導突起１０を損傷するおそれが低減する。
【００３７】
図６は、比較例の熱伝導シートの断面図である。この比較例の熱伝導シートにおいては、各凹溝１２の円弧面が表面１０ａと交差する角度γは、１８０°より大きい。この場合には、凹溝１２が熱伝導突起１０の表面１０ａの一部に重なり、アンダーカットを有する。したがって、熱伝導シートの成形の後に、成形型から熱伝導シート、特に熱伝導突起１０を取り外しにくく、成形型からの取り外し時に熱伝導突起１０を損傷するおそれがある。また、形状変化の大きな部分があるので、応力集中が発生しやすい。
【００３８】
図７は、実施形態の変形例に係る熱伝導シートの断面図である。この変形例の熱伝導シート８では、各凹溝１２の円弧面が表面１０ａと交差する角度は、１８０°未満であり、凹溝１２はアンダーカットとなる凹凸を有しないので、熱伝導シート８の成形の後に、成形型から熱伝導シート８、特に熱伝導突起１０を取り外しやすく、成形型からの取り外し時に熱伝導突起１０を損傷するおそれが低減する。
【００３９】
但し、図４に示す実施形態では、角度γが１８０°であり、凹溝１２と表面１０ａとの間に急激な屈曲がないため、応力集中が発生しにくい。したがって、図４に示す実施形態は、図７に示す変形例よりも、熱伝導シート８の寿命の点で有利である。
【００４０】
実施形態に係る熱伝導シート８を製造し、熱伝導シート８全体としての熱伝導率と反力を調査した。この実験で使用した熱伝導シート８の材料のゴム硬度は、旧JIS K 6301（JIS K 6301 - 1995）のスプリング式A型で、３０Ｈｓであった。熱伝導シート８の材料の熱伝導率は、０．４２（W/(mk））であった。
【００４１】
熱伝導突起１０の高さを含む熱伝導シート８の厚さＴは、４ｍｍであった。熱伝導突起１０の高さを含まない熱伝導シート８の厚さｔは、０．５ｍｍであった。
【００４２】
表面１０ａと反対面８ｂがなす角度αは９０°であり、表面１０ｂと反対面８ｂがなす角度βは１１０°であり、表面１０ａと表面１０ｂがなす角度θは２０°であった。熱伝導突起１０の根元（基部）の厚さは１．５ｍｍであった。熱伝導突起１０の先端部１０ｃの円弧面の曲率半径は、０．５ｍｍであった。
【００４３】
凹溝１２の深さＤは、０．２ｍｍであった。凹溝１２の円弧面の曲率半径は、０．４ｍｍであった。
【００４４】
実験では、間隔Ｇ（図５参照）を隔てて離間した２つの板の間に熱伝導シート８を挟んで、熱伝導シート８全体としての熱伝導率と、反力を調査した。間隔Ｇは、２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍに変更した。熱伝導シート８全体としての熱伝導率とは、材料の伝導率ではなく、熱伝導シート８の形状と寸法に起因する実際の熱伝導の比率である。図８は、実験結果を示す。
【００４５】
また、比較例として、同じ材料で厚さが４ｍｍの平坦なシートを準備し、反力を調査した。比較例のシートでは、厚さを１０％圧縮すると、約１００ＭＰａの反力が発生した。これは、間隔Ｇが２．０ｍｍ（圧縮率５０％）の場合の実施形態の実験結果の約１０００倍である。したがって、実施形態の反力の低減効果が実証された。
【００４６】
変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
【００４７】
例えば、実施形態では、複数の熱伝導突起１０の向きは同じである（すべての熱伝導突起１０の表面１０ｂは互いに平行である）。しかし、図９に示すように、いくつかの熱伝導突起１０の向きは、他の熱伝導突起１０の向きと反対でもよい。
【００４８】
上記の実施の形態においては、熱伝導シートは、二次電池に使用されている。しかし、二次電池に限らず、発熱体を有する電気機器に、熱伝導シートを使用してもよい。すなわち、セルに限られない発熱体と、他の物体（例えば、発熱体のケースの壁）との間に、熱伝導シートは挟まれてよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，１Ａ  二次電池（電気機器）
２  セル（発熱体）
４  ケース
４Ａ  上壁
４Ｂ  下壁
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，８  熱伝導シート
８ａ  平面
８ｂ  反対面
１０  熱伝導突起
１０ａ  表面
１０ｂ  表面
１０ｃ  先端部
１２  凹溝
【図１】
2020009817.tif 000003
【図２】
2020009817.tif 000004
【図３】
2020009817.tif 000005
【図４】
2020009817.tif 000006
【図５】
2020009817.tif 000007
【図６】
2020009817.tif 000008
【図７】
2020009817.tif 000009
【図８】
2020009817.tif 000010
【図９】
2020009817.tif 000011