(57)【要約】【課題】グラフェン及び黒鉛粒子を含む複合体からなる炭素質材料のプレートと金属製の鋳造成型体とが強く密着し、熱を効率良く伝導することが可能な複合伝熱部材、及び、複合伝熱部材の製造方法を提供する。【解決手段】プレート１０と、このプレート１０の表面を被覆する金属の鋳造成型体２０と、を有し、プレート１０は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料で構成されている。前記炭素質材料は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体をバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされていることが好ましい。【選択図】図１
2020188235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートと、このプレートの表面を被覆する金属の鋳造成型体と、を有し、
前記プレートは、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料で構成されていることを特徴とする複合伝熱部材。
【請求項２】
前記炭素質材料は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体がバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされていることを特徴とする請求項１に記載の複合伝熱部材。
【請求項３】
前記プレートには貫通孔が設けられ、前記鋳造成型体の一部が前記貫通孔に充填されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合伝熱部材。
【請求項４】
前記プレートが金属製のトレイに収容されており、前記鋳造成型体が、少なくとも前記プレートの露出面を被覆していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の複合伝熱部材。
【請求項５】
前記プレートには貫通孔が設けられ、前記トレイには、前記プレートの前記貫通孔と連通する開口部が設けられ、
前記鋳造成型体の一部が、前記開口部及び前記貫通孔に充填されていることを特徴とする請求項４に記載の複合伝熱部材。
【請求項６】
前記トレイと前記鋳造成型体とが、同じ金属で構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の複合伝熱部材。
【請求項７】
前記鋳造成型体にフィンが設けられたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の複合伝熱部材。
【請求項８】
前記鋳造成型体が、純マグネシウム、マグネシウム合金、純アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の複合伝熱部材。
【請求項９】
前記プレートを構成する前記炭素質材料は、前記プレートの厚さ方向に対して直交する方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造とされていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の複合伝熱部材。
【請求項１０】
前記プレートは、前記プレートの厚さ方向に対して直交する第１の方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第１の積層体と、前記プレートの厚さ方向に平行な第２の方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第２の積層体と、を有し、
前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向において、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが互いに接していることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の複合伝熱部材。
【請求項１１】
前記第３の方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第３の積層体を有し、前記鋳造成型体は、前記第３の積層体の表面を被覆し、前記第３の積層体は、前記第１の積層体に接するとともに、前記第１の積層体から前記第２の方向に立ち上がることを特徴とする請求項１０に記載の複合伝熱部材。
【請求項１２】
鋳型のキャビティ内に、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料で構成されたプレートを配置する工程と、
前記キャビティ内に溶融状態又は半溶融状態の金属を供給することにより、前記金属の鋳造成型体を形成して、該鋳造成型体で前記プレートの表面を被覆する工程と、
を有することを特徴とする複合伝熱部材の製造方法。
【請求項１３】
前記炭素質材料は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体をバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされていることを特徴とする請求項１２に記載の複合伝熱部材の製造方法。
【請求項１４】
前記キャビティ内に前記プレートを配置する工程では、金属のトレイに前記プレートを収容した状態で前記プレートを前記キャビティ内に配置し、
前記鋳造成型体で前記プレートの表面を被覆する工程では、前記鋳造成型体で前記プレートの上面と、前記トレイの外側面とを被覆することを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の複合伝熱部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、発熱体からの熱を効率良く伝達させることができ、熱伝導部材として特に適した複合伝熱部材、及び複合伝熱部材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電子機器から発生した熱を移動させるヒートスプレッダとして、銅プレートや、グラフェン及び黒鉛粒子を一方向に積層した炭素質材料（以下、炭素質材料を称す）が使用されている。
これらのうち、炭素質材料は、銅プレートよりも熱伝導率が高く、しかも比重が小さいので、小型化及び軽量化が可能であるという点でヒートスプレッダとして有用である。
【０００３】
ところで、上述の炭素質材料は、一般に脆いため、電子部品や電子機器のような熱源に接触させたり、他部材に取り付けたりする際の応力で破損するおそれがあった。
このため、例えば特許文献１，２に示すように、上述の炭素質材料を銅やアルミニウム等の金属で被覆して全体の強度を高めた複合伝熱部材が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２３６７０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の特許文献１，２においては、炭素質材料の表面に金属層を形成する際には、炭素質材料の表面にチタン層を形成し、このチタン層の上にニッケル層や銅層を形成している。すなわち、活性金属であるチタン層を介在させることによって、炭素質材料と金属との接合強度を確保しているのである。
しかしながら、チタンは、熱伝導率が１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と比較的低いため炭素質材料と金属層との間に介在するチタン層が熱抵抗となり、熱を効率良く厚さ方向に伝導させることができないおそれがあった。
【０００６】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、グラフェン及び黒鉛粒子を含む複合体からなる炭素質材料のプレートと金属製の鋳造成型体とが強く密着し、熱を効率良く伝導することが可能な複合伝熱部材、及び、複合伝熱部材の製造方法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】
【０００７】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の複合伝熱部材は、プレートと、このプレートの表面を被覆する金属の鋳造成型体と、を有し、前記プレートは、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料で構成されていることを特徴としている。
【０００８】
この構成の複合伝熱部材によれば、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料からなるプレートの表面が、金属の鋳造成型体で被覆されているので、鋳造成型体がプレートの表面に面接触するとともに、鋳造成型体形成時の鋳造成型体とプレートとの収縮量の違いによって鋳造成型体がプレートの表面を押圧する。
これにより、鋳造成型体がプレートの表面に強く密着する。このため、鋳造成型体とプレートとの接合界面における熱抵抗が低下して、複合伝熱部材の熱伝導率を向上させることができる。
【０００９】
ここで、本発明の複合伝熱部材においては、前記炭素質材料は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体がバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされていることが好ましい。
この場合、前記炭素質材料が、グラフェン集合体と黒鉛粒子とが上述のように積層した構造とされているので、黒鉛粒子のベーサル面が広がる方向における熱伝導率が高くなり、熱を効率的に伝達することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の複合伝熱部材においては、前記プレートには貫通孔が設けられ、前記鋳造成型体の一部が前記貫通孔に充填されていることが好ましい。
この場合、貫通孔に鋳造成型体の一部が充填させることにより、プレートと鋳造成型体とがさらに強固に接合させることになる。また、貫通孔に充填された鋳造成型体によって、プレートの厚さ方向へさらに効率良く熱を伝達することが可能となる。
【００１１】
さらに、本発明の複合伝熱部材においては、前記プレートが金属製のトレイに収容されており、前記鋳造成型体が、少なくとも前記プレートの露出面を被覆している構成としてもよい。
この場合、炭素質材料で構成されたプレートがトレイに収容されているので、取り扱い時に、比較的脆いプレートが破損することを抑制できる。また、少なくとも前記プレートの露出面を鋳造成型体が被覆しているので、鋳造成型体がプレートの表面に強く密着し、鋳造成型体とプレートとの接合界面における熱抵抗が低下して、複合伝熱部材の熱伝導率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の複合伝熱部材においては、前記プレートには貫通孔が設けられ、前記トレイには、前記プレートの前記貫通孔と連通する開口部が設けられ、前記鋳造成型体の一部が、前記開口部及び前記貫通孔に充填されていることが好ましい。
この場合、トレイの開口部及びプレートの貫通孔に鋳造成型体の一部が充填させることにより、トレイとプレートと鋳造成型体とをさらに強固に接合させることが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明の複合伝熱部材においては、前記トレイと前記鋳造成型体とが、同じ金属で構成されていてもよい。
この場合、トレイと鋳造成型体とが一体化し、炭素質材料で構成されたプレートを確実に被覆することができる。
【００１４】
また、本発明の複合伝熱部材においては、前記鋳造成型体にフィンが設けられていてもよい。
この場合、プレートの表面に被覆された鋳造成型体にフィンを設けることで、放熱特性を向上させることが可能となる。
【００１５】
さらに、本発明の複合伝熱部材においては、前記鋳造成型体が、純マグネシウム、マグネシウム合金、純アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されていてもよい。
この場合、純マグネシウム、マグネシウム合金、純アルミニウムまたはアルミニウム合金は、比重が小さく、かつ、熱伝導性に優れているので、複合伝熱部材の軽量化及び熱伝導性の向上を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の複合伝熱部材においては、前記プレートを構成する前記炭素質材料は、前記プレートの厚さ方向に対して直交する方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造とされていてもよい。
この場合、プレートの厚さ方向への熱伝導性に特に優れており、プレートの一面から他面側へと熱を効率良く伝達することができる。
【００１７】
さらに、本発明の複合伝熱部材においては、前記プレートは、前記プレートの厚さ方向に対して直交する第１の方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第１の積層体と、前記プレートの厚さ方向に平行な第２の方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第２の積層体と、を有し、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向において、前記第１の積層体と前記第２の積層体とが互いに接している構成としてもよい。
この場合、第１の積層体と第２の積層体とで熱伝導率が高い方向が異なるため、面全体に熱を拡げることができ、放熱特性をさらに向上させることが可能となる。
【００１８】
また、本発明の複合伝熱部材においては、前記第３の方向に前記黒鉛粒子及び前記グラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第３の積層体を有し、前記鋳造成型体は、前記第３の積層体の表面を被覆し、前記第３の積層体は、前記第１の積層体に接するとともに、前記第１の積層体から前記第２の方向に立ち上がる構成とされていてもよい。
この場合、第３の積層体を介して、第１の積層体から第２の積層体へと熱を効率良く伝達することが可能となる。
【００１９】
本発明の複合伝熱部材の製造方法は、鋳型のキャビティ内に、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料で構成されたプレートを配置する工程と、前記キャビティ内に溶融状態又は半溶融状態の金属を供給することにより、前記金属の鋳造成型体を形成して、該鋳造成型体で前記プレートの表面を被覆する工程と、を有することを特徴としている。
【００２０】
この構成の複合伝熱部材の製造方法によれば、鋳造成型体がプレートの表面に面接触するとともに、鋳造成型体形成時の鋳造成型体とプレートとの収縮量の違いによって鋳造成型体がプレートの表面を押圧する。これにより、鋳造成型体がプレートの表面に強く密着する。このため、鋳造成型体とプレートとの接合界面における熱抵抗が低下して、複合伝熱部材の熱伝導率を向上させることができる。
【００２１】
ここで、本発明の複合伝熱部材の製造方法においては、前記炭素質材料は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体がバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされていることが好ましい。
この場合、前記炭素質材料が、グラフェン集合体と黒鉛粒子とが上述のように積層した構造とされているので、黒鉛粒子のベーサル面が広がる方向における熱伝導率が高くなり、熱を効率的に伝達することが可能となる。
【００２２】
また、本発明の複合伝熱部材の製造方法においては、前記キャビティ内に前記プレートを配置する工程では、金属のトレイに前記プレートを収容した状態で前記プレートを前記キャビティ内に配置し、前記鋳造成型体で前記プレートの表面を被覆する工程では、前記鋳造成型体で前記プレートの上面と、前記トレイの外側面とを被覆する構成としてもよい。
この場合、炭素質材料で構成されたプレートがトレイに収容されているので、製造時に、比較的脆いプレートが破損することを抑制できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、グラフェン及び黒鉛粒子を含む複合体からなる炭素質材料のプレートと金属製の鋳造成型体とが強く密着し、熱を効率良く伝導することが可能な複合伝熱部材、及び、複合伝熱部材の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態である複合伝熱部材の説明図である。（ａ）が斜視図、（ｂ）が断面図である。
【図２】図１に示す複合伝熱部材におけるプレートを構成する炭素質部材の拡大説明図である。
【図３】図１に示す複合伝熱部材の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態である複合伝熱部材の変形例を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態である複合伝熱部材の断面説明図である。
【図６】図５に示す複合伝熱部材におけるトレイの概略説明図である。
【図７】図５に示す複合伝熱部材の製造方法を示す説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態である複合伝熱部材の変形例を示す説明図である。
【図９】本発明の他の実施形態である複合伝熱部材におけるプレートの説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態である複合伝熱部材の説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態である複合伝熱部材におけるプレートの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２６】
なお、本実施形態である複合伝熱部材は、サーバのＣＰＵ（Central Processing Unit）等の発熱部品用の銅製の水冷ジャケツト及び冷却水の配管や、パワーモジュール用のベース基板、アルミニウム製の自動車用ＬＥＤヘッドランプのヒートシンクや、携帯電話機基地局用のヒートシンク等に適用されるものである。
【００２７】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態である複合伝熱部材１について説明する。
本発明の実施形態である複合伝熱部材１は、図１に示すように、炭素質材料からなるプレート１０と、このプレート１０の表面を被覆する金属製の鋳造成型体２０と、を有している。
【００２８】
プレート１０を構成する炭素質材料は、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなるものとされている。本実施形態では、図２に示すように、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように、グラフェン集合体をバインダーとして積層された構造とされている。
【００２９】
扁平形状の黒鉛粒子は、炭素六角網面が現れるベーサル面と、炭素六角網面の端部が現れるエッジ面と、を有するものである。この扁平形状の黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛、薄片状黒鉛、キッシュグラファイト、熱分解黒鉛、高配向熱分解黒鉛等を用いることができる。
ここで、黒鉛粒子のベーサル面から見た平均粒径は、１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内であることが好ましく、５０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。黒鉛粒子の平均粒径を上述の範囲内とすることで、熱伝導性が向上する。
さらに、黒鉛粒子の厚さは、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内であることが好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。黒鉛粒子の厚さを上述の範囲内とすることで、黒鉛粒子の配向性が適度に調整される。
また、黒鉛粒子の厚みがベーサル面から見た粒径の１／１０００〜１／２の範囲内とすることによって、優れた熱伝導性と黒鉛粒子の配向性が適度に調整される。
【００３０】
グラフェン集合体は、単層又は多層のグラフェンが堆積したものであり、多層のグラフェンの積層数は、例えば１００層以下、好ましくは５０層以下とされている。このグラフェン集合体は、例えば、単層又は多層のグラフェンが低級アルコールや水を含む溶媒に分散されたグラフェン分散液を、ろ紙上に滴下し、溶媒を分離しながら堆積させることによって製造することが可能である。
ここで、グラフェン集合体の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下の範囲内であることが好ましい。グラフェン集合体の平均粒径を上述の範囲内とすることで、熱伝導性が向上する。
さらに、グラフェン集合体の厚さは、０．０５μｍ以上５０μｍ未満の範囲内であることが好ましい。グラフェン集合体の厚さを上述の範囲内とすることで、炭素質部材の強度が確保される。
【００３１】
ここで、本実施形態においては、プレート１０は、その厚さ方向（図１においてＺ方向）に対して直交する方向に黒鉛粒子及びグラフェン集合体が積層されており、積層された黒鉛粒子のベーサル面がプレート１０の厚さ方向に延在するように配置されている。このため、プレート１０の主面には、黒鉛粒子のエッジ面が向くことになる。
このように、プレート１０の主面に黒鉛粒子のエッジ面が向くことによって、プレート１０の主面には比較的大きな凹凸が形成されることになる。
また、上述のように、積層された黒鉛粒子のベーサル面がプレート１０の厚さ方向に延在するように配置されているので、厚さ方向への熱伝導性に優れている。
【００３２】
鋳造成型体２０は、後述するように、プレート１０の表面を金属で鋳包むことによって形成されるものである。
ここで、鋳造成型体２０を構成する金属は特に限定されないが、比重が小さく、かつ、熱伝導性に優れた純マグネシウム、マグシウム合金、純アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが好ましく、本実施形態では、マグネシウム合金で構成されている。
【００３３】
そして、本実施形態である複合伝熱部材１においては、図１（ｂ）に示すように、プレート１０の主面に形成された凹凸に、鋳造成型体が入り込むことによって、プレート１０と鋳造成型体２０とが強固に接合されることになる。
すなわち、鋳造成型体２０を構成するマグネシウム合金は、凝固温度から室温に温度が下がるときに収縮する。一方、プレート１０を構成する炭素質材料は、このときに殆ど収縮しないか、あるいは僅かに膨張する。
このように、熱膨張率の相違によって鋳造成型体２０とプレート１０との間に収縮量の違いが生じることにより、鋳造成型体２０がプレート１０の表面を押圧する。これにより、プレート１０と鋳造成型体２０とが強く密着することになる。
【００３４】
以下に、本実施形態である複合伝熱部材１の製造方法について、図３を用いて説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、プレート１０の両端部に固定具５５を取り付け、これらを鋳型５１のキャビティ５２内に設置する。
次に、図３（ｂ）に示すように、溶融又は半溶融した金属２０ａを、鋳型５１のキャビティ５２内に注ぎ込む。
続いて、図３（ｃ）に示すように、鋳造成型体２０を構成する金属の温度を室温程度まで下げて、固定具５５が取り付けられている部分以外のプレート１０の表面を被覆する鋳造成型体２０を形成する。
そして、機械加工等によって所定の寸法に仕上げることにより、本実施形態である複合伝熱部材１が製造されることになる。
【００３５】
以上のような構成とされた本実施形態である複合伝熱部材１及び複合伝熱部材１の製造方法によれば、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料で構成されたプレート１０の表面が、金属の鋳造成型体２０で被覆されているので、鋳造成型体２０がプレート１０の表面に面接触するとともに、鋳造成型体２０を構成する金属が凝固する際の鋳造成型体２０とプレート１０との収縮量の違いによって鋳造成型体２０がプレートの表面を押圧する。
これにより、鋳造成型体２０がプレート１０の表面に強く密着する。このため、鋳造成型体２０とプレート１０との接合界面における熱抵抗が低下して、複合伝熱部材１の熱伝導率を向上させることができる。
【００３６】
そして、本実施形態では、プレート１０を構成する炭素質部材が、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体がバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされているので、黒鉛粒子のベーサル面が広がる方向における熱伝導率が高くなり、熱を効率的に伝達することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態において、プレート１０を構成する炭素質材料が、プレート１０の厚さ方向に対して直交する方向に黒鉛粒子及びグラフェン集合体が積層された構造とされている場合には、プレート１０の厚さ方向への熱伝導性に特に優れており、プレート１０の一面から他面側へと熱を効率良く伝達することが可能となる。
さらに、本実施形態において、鋳造成型体２０が、純マグネシウム、マグネシウム合金、純アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている場合には、複合伝熱部材１の軽量化及び熱伝導性の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態である複合伝熱部材１においては、図４に示すように、プレート１０に貫通孔１５を設けて、鋳造成型体２０の一部がこの貫通孔１５に充填された構造としてもよい。
このような構成とすることで、プレート１０と鋳造成型体２０とをさらに強固に接合させることが可能となる。また、貫通孔１５に充填された鋳造成型体２０によってプレート１０の厚さ方向へ効率良く熱が伝達されることになる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同一の部材には、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
本発明の実施形態である複合伝熱部材１０１は、図５に示すように、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料のプレート１０と、このプレート１０を収容するトレイ３０と、プレート１０を収容したトレイ３０の表面を被覆する金属の鋳造成型体２０と、を有している。
なお、本実施形態では、プレート１０を構成する炭素質部材は、図２に示すように、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように、グラフェン集合体をバインダーとして積層された構造とされている。
【００４０】
トレイ３０は、図６に示すように、上面が開口した有底の金属製容器である。また、トレイ３０の外側面の下側には凹部３６が設けられている。
トレイ３０を構成する金属は特に限定されないが、純マグネシウム、マグネシウム合金、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を適用することができる。本実施形態では、トレイ３０は、アルミニウムと亜鉛とを含み、熱伝導率が５１〜１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）のマグネシウム合金で構成されたものとした。
【００４１】
ここで、鋳造成型体２０は、少なくともプレート１０の露出面を被覆するように構成されている。
本実施形態では、鋳造成型体２０は、プレート１０の露出面とトレイ３０の外側面を被覆するように構成されている。そして、図５に示すように、トレイ３０の外側面の下側に形成された凹部３６に、鋳造成型体２０の凸部２６が嵌合した構造とされている。
【００４２】
以下に、本実施形態である複合伝熱部材１０１の製造方法について、図７を用いて説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、プレート１０を収容したトレイ３０を、鋳造装置の金型６１のキャビティ６２内に配置する。
次に、図７（ｂ）に示すように、溶融又は半溶融させた金属２０ａを金型６１のキャビティ６２内に注ぎ込む。本実施形態では、チクソモールディング法によって金型６１のキャビティ６２内に金属を圧入する構成とされている。
続いて、図７（ｃ）に示すように、鋳造成型体２０を構成する金属の温度を室温程度まで下げて、プレート１０がトレイ３０に収容された状態で、プレート１０の露出面及びトレイ３０の外側面を被覆する鋳造成型体２０を形成する。
そして、機械加工等によって所定の寸法に仕上げることにより、本実施形態である複合伝熱部材１０１が製造されることになる。
【００４３】
以上のような構成とされた本実施形態である複合伝熱部材１０１及び複合伝熱部材１０１の製造方法によれば、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と黒鉛粒子とを含む複合体からなる炭素質材料のプレート１０が、金属製のトレイ３０に収容され、プレート１０の露出面とトレイ３０の側面が金属製の鋳造成型体２０で被覆されているので、鋳造成型体２０がプレート１０の表面に面接触するとともに、鋳造成型体２０を構成する金属が凝固する際の鋳造成型体２０とプレート１０との収縮量の違いによって鋳造成型体２０がプレートの表面を押圧する。
これにより、鋳造成型体２０がプレート１０の表面に強く密着することになり、鋳造成型体２０とプレート１０との接合界面における熱抵抗が低下して、複合伝熱部材１０１の熱伝導率を向上させることができる。
【００４４】
そして、本実施形態では、プレート１０を構成する炭素質部材が、単層又は多層のグラフェンが堆積してなるグラフェン集合体と扁平形状の黒鉛粒子とを含み、扁平形状の前記黒鉛粒子が、そのベーサル面が折り重なるように前記グラフェン集合体がバインダーとして積層され、扁平形状の前記黒鉛粒子のベーサル面が一方向に向けて配向した構造とされているので、黒鉛粒子のベーサル面が広がる方向における熱伝導率が高くなり、熱を効率的に伝達することが可能となる。
【００４５】
また、本実施形態においては、炭素質材料で構成されたプレート１０が金属製のトレイ３０に収容されているので、取り扱い時に、比較的脆いプレート１０が破損することを抑制できる。よって、本実施形態である複合伝熱部材１０１を安定して製造することができる。
さらに、本実施形態では、トレイ３０の凹部３６と鋳造成型体２０の凸部２６が嵌合しているので、鋳造成型体２０がトレイ３０から外れることを抑制できる。
【００４６】
なお、本実施形態である複合伝熱部材においては、図８に示すように、プレート１０に貫通孔１５を設けるとともに、トレイ３０にプレート１０の貫通孔１５と連通する開口部３５を設け、鋳造成型体２０の一部が貫通孔１５及び開口部３５に充填された構造としてもよい。
このような構成とすることで、プレート１０及びトレイ３０と鋳造成型体２０とをさらに強固に接合させることが可能となる。また、貫通孔１５及び開口部３５に充填された鋳造成型体２０によってプレート１０の厚さ方向へ効率良く熱が伝達されることになる。
なお、図８に示すように、トレイ３０の開口部３５の開口面積をプレート１０の貫通孔１５の面積よりも大きくすることが好ましい。また、貫通孔１５の裏面側はアンダーカット形状（抜け止め形状）になっていることが好ましい。この場合、貫通孔１５の周辺に鋳造成型体２０が充填されることになり、鋳造成型体２０とプレート１０との密着性がさらに向上することになる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４８】
本実施形態で説明したプレートの代わりに、黒鉛粒子及びグラフェンの積層方向が異なる領域を有するプレートを用いてもよい。例えば、図９に示すプレート２１０は、プレート２１０の厚さ方向に対して直交する第１の方向に黒鉛粒子及びグラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第１の積層体２１１と、プレートの厚さ方向に平行な第２の方向に黒鉛粒子及びグラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第２の積層体２１２と、を有しており、第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向において、第１の積層体２１１と第２の積層体２１２とが互いに接した構造とされている。
このプレート２１０においては、図９に示すように、第１の積層体２１１で構成された領域でＸ方向に熱が効率良く伝達され、第２の積層体２１２で構成された領域でＹ方向に熱が効率良く伝達されることになる。これにより、複合伝熱部材に載置された発熱体からの熱の伝達方向を制御することが可能となる。
【００４９】
また、図１０に示す複合伝熱部材３０１のように、鋳造成型体２０にフィン２７を設けてもよい。この場合、プレートの表面に被覆された鋳造成型体２０にフィン２７を設けることで、放熱特性を向上させることが可能となる。
なお、図１１に示すように、プレート２１０として、上述の第１の積層体２１１及び第２の積層体２１２を有するとともに、第３の方向に黒鉛粒子及びグラフェン集合体が積層された構造の炭素質材料からなる第３の積層体２１３を有し、鋳造成型体２０が、第３の積層体２１３の表面を被覆し、第３の積層体２１３は、第１の積層体２１１に接するとともに第１の積層体２１１から立ち上がる構成とし、この第３の積層体２１３をフィン２７の内部構造として利用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１，１０１  複合熱伝導部材
１０，２１０  プレート
１５  貫通孔
２０  鋳造成型体
２６  凸部
２７  フィン
３０  トレイ
３５  開口部
３６  凹部
２１１  第１の積層体
２１２  第２の積層体
２１３  第３の積層体
【図１】
2020188235.tif 000003
【図２】
2020188235.tif 000004
【図３】
2020188235.tif 000005
【図４】
2020188235.tif 000006
【図５】
2020188235.tif 000007
【図６】
2020188235.tif 000008
【図７】
2020188235.tif 000009
【図８】
2020188235.tif 000010
【図９】
2020188235.tif 000011
【図１０】
2020188235.tif 000012
【図１１】
2020188235.tif 000013