(57)【要約】【課題】従来品の熱伝導率と同等の熱伝導率を維持しつつ、シリコーンゴムを用いないで済む、熱的異方性のない熱伝導材料の開発、及び、それを用いた熱伝導部材を提供する。【解決手段】この熱伝導部材は、ゴム、樹脂、塗料、セメントのいずれかである母材と当該母材に対して含有される、大豆皮、菜種粕、胡麻粕、綿実粕、コットンハル、大豆殻、大豆粕、カカオハスクのいずれかの植物焼成物とを備え、製造時に熱伝導部材本体の形状に応じた予備成形がなされており、黒鉛化された植物焼成物が母材に対して一様に分散された状態で含有されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造時に熱伝導部材本体の形状に応じた予備成形がなされており、黒鉛化された植物焼成物が母材に対して一様に分散された状態で含有されている熱伝導部材。
【請求項２】
前記母材に対する植物焼成物の含有率と当該植物焼成物の焼成温度との少なくとも一方を制御されている請求項１記載の熱伝導部材。
【請求項３】
前記植物焼成物は、大豆皮、菜種粕、胡麻粕、綿実粕、コットンハル、大豆殻、大豆粕、カカオハスクのいずれかの焼成物である請求項１記載の熱伝導部材。
【請求項４】
前記母材は、ゴム、樹脂、塗料、セメントのいずれかである請求項１記載の熱伝導部材。
【請求項５】
請求項１記載の熱伝導部材に含有されている植物焼成物を含む熱伝導材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導材料及びそれを用いた熱伝導部材に関し、特に、熱的異方性のない熱伝導材料及びそれを用いた熱伝導部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
非金属系の熱伝導部材として、特許文献１には、シリコーンゴムを含み、加硫後の成形体の熱伝導率が０．４Ｗ／ｍ・Ｋ以上、体積固有抵抗値が１０9 Ω・ｃｍ以上である熱伝導性・電気絶縁性シリコーンゴム組成物が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−０５３８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に示すような、シリコーンゴムを含む熱伝導部材は、スイッチ、リレーなどの接点障害を引き起こすシロキサンガスの発生が懸念されるなどの問題がある。このため、シリコーンゴムを用いることなく、従来品と同等以上の熱伝導率が得られる代替品が要求されている。
【０００５】
そこで、本発明は、従来品の熱伝導率と同等の熱伝導率を維持しつつ、シリコーンゴムを用いないで済むような非金属系の熱伝導材料の開発、及び、それを用いた熱伝導部材を提供することを課題とする。とりわけ、熱的異方性がなく、かつ、ゴム系材料としては極めて高い熱伝導率を有する熱伝導材料及びそれを用いた熱伝導部材を提供することを課題とする。
【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、本発明の熱伝導部材は、
製造時に熱伝導部材本体の形状に応じた予備成形がなされており、黒鉛化された植物焼成物が母材に対して一様に分散された状態で含有されている。
【０００７】
また、本発明の熱伝導材料は、上記植物焼成物を含む。
【０００８】
前記植物焼成物は、大豆皮、菜種粕、胡麻粕、綿実粕、コットンハル、大豆殻、大豆粕、カカオハスクなどの焼成物を用いることができる。母材には、エチレン・プロピレンジエンゴム、塗料、セメント、樹脂などを用いることができる。
【０００９】
本発明によれば、例えば、上記各植物の場合、母材に対して２００ｐｈｒの含有率とし、かつ、焼成温度を１５００℃以上として黒鉛化すれば、熱的異方性のない０．４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の熱伝導率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態の熱伝導部材の模式的な製造工程図である。
【図２】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材の熱伝導率の測定結果を示すグラフである。
【図３】図２のグラフを補充する測定結果を示すグラフである。
【図４】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＸ方向の断面におけるＳＥＭ写真である。
【図５】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＹ方向の断面におけるＳＥＭ写真である。
【図６】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＺ方向の断面におけるＳＥＭ写真である。
【図７】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＸ方向の断面におけるＳＥＭ写真である。
【図８】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＹ方向の断面におけるＳＥＭ写真である。
【図９】図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＺ方向の断面におけるＳＥＭ写真である。
【発明の実施の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明の実施形態では、熱伝導部材を構成する植物焼成物として、大豆皮を焼成によって黒鉛化した大豆皮焼成物を用いた場合を例に説明する。ただし、菜種粕、コットンハル、胡麻粕、綿実粕、大豆殻、大豆粕、カカオハスクなどの他の植物を焼成によって黒鉛化した植物焼成物についても、熱伝導部材を構成する植物焼成物に用いることができる。
【００１３】
大豆皮焼成物は、例えば約１５００［℃］〜３０００［℃］の温度で、静置炉、ロータリーキルンなどの炭化装置を用いて、選択的に、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下或いは真空中で大豆皮等を到達温度で約３時間程度焼成することによって黒鉛化したものである。ここで、この焼成温度、焼成時間は、大豆皮焼成物等に対して焙煎を超えて黒鉛化するために必要な条件とすればよい。したがって、炭化装置の種別、炭化処理時の大豆皮の処理量などによって多少相違する点に留意されたい。
【００１４】
また、研究・実験を重ねた結果、大豆皮焼成物は、熱伝導部材の用途に応じて、粉砕して用いると良い場合と粉砕しないで用いると良い場合とがあることが分かった。ここでいう、「粉砕しないで用いる」とは、大豆皮焼成物に対して粉砕処理を施していないことのみならず、大豆を原材料として食用油等を製造する際に発生する大豆皮自体に対しても粉砕処理を施していない、つまり、いわゆる素焼きの状態のものを用いるという意味である。
【００１５】
粉砕しない大豆皮焼成物について、嵩密度及び充填密度を計測してみた。嵩密度及び充填密度の経時変化の有無も調査すべく、２００８年１０月に製造した大豆皮焼成物、２００９年３月に製造した大豆皮焼成物、２０１０年９月に製造した大豆皮焼成物の各々の乾燥品を計測対象とした。なお、いずれの大豆皮焼成物も、焼成温度は約９００℃とした。また、嵩密度及び充填密度の計測手法は、ＪＩＳ  Ｋ  １４７４規格に基づく。
【００１６】
２００８年１０月に製造した大豆皮焼成物の場合、嵩密度は０．０９２［ｇ／ｍｌ］で、充填密度は０．２０３［ｇ／ｍｌ］であった。
【００１７】
２００９年３月に製造した大豆皮焼成物の場合、嵩密度は０．０８９５［ｇ／ｍｌ］で、充填密度は０．１８２８［ｇ／ｍｌ］であった。
【００１８】
２０１０年９月に製造した大豆皮焼成物の場合、嵩密度は０．０８８［ｇ／ｍｌ］で、充填密度は０．１８７［ｇ／ｍｌ］であった。
【００１９】
以上の計測結果から、大豆皮焼成物の嵩密度及び充填密度の経時変化はないといえる。また、嵩密度は、概ね０．０８［ｇ／ｍｌ］〜０．１［ｇ／ｍｌ］の範囲内と考えられ、充填密度は、概ね０．１８［ｇ／ｍｌ］〜０．２５［ｇ／ｍｌ］の範囲内であると考えられる。
【００２０】
本実施形態では、この大豆皮焼成物を、母材であるところのエチレン・プロピレンジエンゴム、シリコンゴム、低密度ポリエチレン、イソプレン、ウレタン、ガラスウール、ポリ塩化ビニル樹脂などに対して配合する。母材は、耐熱性、成形性に優れたものが好ましい。なお、以下、特に断りがない限り、母材としては、エチレン・プロピレンジエンゴムを用いた場合を例に説明する。
【００２１】
つぎに、大豆皮焼成物を、エチレン・プロピレンジエンゴムに対して、例えば約１００［ｐｈｒ］〜約４００［ｐｈｒ］（per hundred resin（rubber））の量で配合する。その後、当該ゴムを加硫及び成形すれば、最終製品である熱伝導部材が得られる。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態の熱伝導部材の模式的な製造工程図である。まず、食用油等の製造時に発生する生大豆皮に対して、選択的に、レゾール型フェノール樹脂等のフェノール樹脂を含有させてから、それを炭化装置にセットして、窒素ガス雰囲気下で１分当たり約２［℃］ずつ温度を上昇させ、６００［℃］〜３０００［℃］（例えば９００［℃］）といった所定の温度まで到達させる。それから、到達温度で例えば数時間〜数週間程度、炭化焼成処理・黒鉛化処理を施す。
【００２３】
なお、ここでいう黒鉛化処理は、例えば１５００［℃］という焼成温度で相対的に長時間焼成することによって黒鉛化することのみならず、例えば３０００［℃］という焼成温度で相対的に短時間焼成することによって黒鉛化することも含む。また、例えば９００［℃］という焼成温度で一次焼成することによって炭素化し、それを別途、例えば３０００［℃］という焼成温度で焼成することによって黒鉛化することも含む。
【００２４】
レゾール型フェノール樹脂等を混合すると、大豆皮焼成物の強度、炭素量の向上を図ることができる。もっとも、当該混合自体は、本実施形態の熱伝導部材の製造上、必ずしも必要ではない点に留意されたい。
【００２５】
つぎに、焼成した大豆皮を粉砕してから篩分処理を経て、メディアン径が例えば約２０μｍ〜約６０μｍの大豆皮焼成物を得る。こうして、まずは、熱伝導材料が製造される。
【００２６】
つぎに、大豆皮焼成物とエチレン・プロピレンジエンゴムとに対して、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル、パラフィン系プロセスオイルなどの各種添加剤を混合してから、混練機にセットして混練処理する。大豆皮焼成物は、当該混練処理により、母材であるエチレン・プロピレンジエンゴムに対して一様に分散された状態となる。ここでいう一様に分散とは、エチレン・プロピレンジエンゴムに対して、形状特異性のない大豆皮焼成物が方向性を持たずに、かつ、３次元的に偏りなく散在することである。つぎに、熱伝導部材を成形するための成形機のサイズに対応する予備成形を行う。
【００２７】
ここで、熱伝導部材として大判のものを製造しようとした場合、混練物を成形機でプレスするだけでは、混練物が所望のサイズまで展延されない、角部がうまく形成されない、熱伝導部材に十分な強度及び耐久性を付与できない、又は、熱伝導部材に破れ或いは穴などが生じ易いという問題がある。特に、熱伝導材料をエチレン・プロピレンジエンゴムに対して多量に混練する場合（例えば、２５０ｐｈｒ以上）、混練物の粘度が高くなることから、この問題に拍車がかかる。
【００２８】
また、熱伝導部材は、大判でなくとも、数ｍｍ或いは数μｍのように非常に薄い熱伝導シートを製造しようとした場合にも、上記と同様に、混練物が所望のサイズまで展延されにくいなどの問題がある。
【００２９】
これを回避するためには、一般的には、例えば、混練物を所要のノズルから押し出すといったインジェクション方式を採用することによって、成形機にセットすることも考えられる。
【００３０】
しかし、インジェクション方式を採用すると、押し出し時に生じる混練物の流動によりエチレン・プロピレンジエンゴムに混練されている大豆皮焼成物が配向することによって、その形状に応じた方向性が生じることがあり得る。そうすると、完成品である熱伝導部材は、後述する熱的異方性が起こり得る。
【００３１】
また、そもそも、混練物の粘度があまり高いと、インジェクション方式の採用は困難である。粘度が高すぎるとノズルの目詰まりが生じかねないし、そうでなくとも、エチレン・プロピレンジエンゴムに混練されている大豆皮焼成物に方向性が生じてしまうからである。
【００３２】
そこで、本実施形態では、例えば、１５０ｍｍ角×２．５ｍｍの熱伝導部材を製造しようとする場合には、基本的にはエチレン・プロピレンジエンゴムに対する大豆皮焼成物の含有量に拘わらず、熱伝導部材を単に成形機に対してセットするのではなく、熱伝導部材を、例えば、１２０ｍｍ角〜１５０ｍｍ角×略４．５ｍｍ〜２．５ｍｍのサイズに予備成形し、その後、成形機にセットするようにしている。
【００３３】
その後、混練物に対して成形処理を施してから、加硫処理を行えば、熱伝導部材の製造が完了する。
【００３４】
ここで、本実施形態の熱伝導部材は、たとえ、エチレン・プロピレンジエンゴムに対する大豆皮焼成物の含有量が多くても、予備成形を条件に、所要の形状の金型等の成形機を用いて成形することができる。このため、仮に、電子機器などに搭載されている、熱伝導部材が必要な電子基板の形状が平面的でないものであったとしても、電子基板の形状に応じた熱伝導部材の製造が可能となる。
【００３５】
もっとも、本実施形態の熱伝導部材は、切断する、曲げる等の加工の自由度もある。この点も、熱伝導部材を製造する上での利点となる。
【００３６】
ここで、近年の電子機器の小型化に伴う、電子機器の筐体内の省スペース化によって、熱伝導部材を用いることが困難であったり、熱伝導部材の配置スペースを考慮した電子機器のレイアウトが必要であったりという課題がある。本実施形態の熱伝導部材は、電子機器内のスペースの形状に対応する形状とすることができるので、熱伝導部材の配置スペースを考慮した製品レイアウトを行うなどの必要がなくなるといった副次的な効果を奏することにもなる。
【００３７】
本実施形態の熱伝導部材は、電子機器、電子機器の検査装置、建材などに好適に用いることができる。すなわち、例えば、本実施形態の熱伝導部材は、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの通信端末本体に備えたり、通信端末本体に搭載されている電子基板に取り付けたり、各種家電、自動車、パーソナルコンピュータの中央演算装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、各種センサー、ＬＥＤ照明器具、モータ周辺部分、いわゆるシールドボックスに備えたり、屋根材、床材又は壁材などに備えたり、導電性もあることから静電気帯電防止体として作業靴、作業服に用いたりすることもできる。
【００３８】
ところで、エチレン・プロピレンジエンゴムへの混練対象を、大豆皮焼成物に代えてカーボンナノチューブを含む炭素系材料とした場合には、その熱伝導部材には熱的異方性が生じると考えられるから（特開２０１０−２１２５２０号公報、特開２０１０−１８９２７２等参照）、本実施形態の熱伝導部材は、熱的異方性がないという点で特異である。
【００３９】
また、本実施形態に係る大豆皮焼成物について、以下のような実験、測定を行った。なお、ここでは、大豆皮焼成物のメディアン径を約３０μｍのもの、約６０μｍのものを用いて何回かの実験、測定を行ったが、この範囲のメディアン径の相違による実験結果、測定結果の違いは見られなかった。
【００４０】
（１）本実施形態に係る大豆皮焼成物について、嵩比重、ＢＥＴ比表面積、結晶子サイズといった物性値を測定した。
【００４１】
（２）本実施形態に係る大豆皮焼成物について、エチレン・プロピレンジエンゴム以外の母材に対する配合の可否、及び、配合が可能である場合のゴムに対する当該焼成物含有率を測定した。
【００４２】
まず、物性値については、以下のような測定結果が得られた。
嵩比重：約０．２ｇ／ｍｌ〜約０．６ｇ／ｍｌ（最多帯約０．４ｇ／ｍｌ）
ＢＥＴ比表面積：約４．７ｍ２／ｇ〜約３９０ｍ２／ｇ
結晶子サイズ（Ｌｃ［００２］）：約１ｎｍ〜約１００ｎｍ
【００４３】
なお、９００［℃］、１５００［℃］、３０００［℃］の各焼成温度で焼成したものを比較すると、焼成温度によりＢＥＴ比表面積が変化することも分かる。
【００４４】
つぎに、本実施形態の熱伝導部材の熱伝導率の測定結果について説明する。後述する各試料に対して、２５℃の温度下で熱伝導率測定を行った。熱伝導率の測定方法は、熱線法とし、ＪＩＳ規格Ｒ２６１６に準拠して行った。
【００４５】
なお、試料の熱伝導率の測定は、長さ１００ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍのサイズの熱伝導部材を８枚積層させた状態で行った（試料Ａの測定と、試料Ｄに係る１５０ｐｈｒの測定のみ、厚さ２．０ｍｍ×１０枚積層とした）。また、測定装置には、迅速熱伝導率計ＱＴＭ−５００（京都電子工業製）を用いた。そして、熱伝導率の測定は、後述する標準試料の熱伝導率規格値±５％以内の数値が得られる精度条件で行った。
【００４６】
図２は、本実施形態の熱伝導部材、すなわち、図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材の熱伝導率の測定結果を示すグラフである。図２には、以下説明する各種試料と比較例として市場に流通している任意の２種類のカーボンブラック（ＣＢ１，２）とを母材（エチレン・プロピレンジエンゴム）に所定量含有させた場合の熱伝導率を示している。なお、図２には、参考のため、標準試料として、発砲ポリエチレン（ＰＥ）、シリコンゴム、石英ガラスの各熱伝導率も示している。また、ＣＢ２については、厚さ２．０ｍｍ×１０枚積層とした。
【００４７】
まず、標準試料の熱伝導率は、発砲ポリエチレン（ＰＥ）が０．０３６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、シリコンゴムが０．２３８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、石英ガラスが１．４２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００４８】
カーボンブラック（ＣＢ１，２）の熱伝導率は、それぞれ、０．３７７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４１８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。なお、母材に対するカーボンブラック（ＣＢ１，２）の含有量は、各々、１００ｐｈｒとした。また、母材自体の熱伝導率は、僅かに、０．２１１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００４９】
試料Ａは、大豆皮を約９００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３０μｍである。試料Ａを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３４２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４４６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．６５１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５０】
試料Ｂは、大豆皮を約９００℃の温度で焼成し、微粉砕して製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約５μｍである。試料Ｂを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、１５０ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、３００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３３４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．３９１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４３６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．５１８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．５８７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５１】
試料Ｃは、大豆皮を約１５００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３０μｍである。試料Ｃを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、３００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．４９８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．７６９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、１．０３０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５２】
試料Ｄは、大豆皮を約３０００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３０μｍである。試料Ｄを母材に対して、それぞれ、１５０ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、１．１００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、３．６１０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５３】
試料Ｎは、菜種粕を約９００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約４８μｍである。試料Ｎを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３４４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４６０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．６５４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５４】
試料Ｍは、綿実粕を約９００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３６μｍである。試料Ｎを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３４８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４８２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．６８３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５５】
試料Ｇは、胡麻粕を約９００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約６１μｍである。試料Ｎを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３４５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４７１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．６６５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５６】
試料ＣＴは、コットンハルを約９００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３４μｍである。試料ＣＴを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３６１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４９５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．７０５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５７】
試料ＣＡは、カカオハスクを約９００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３９μｍである。試料ＣＡを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、それぞれ、０．３５５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．４８３［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、０．６９２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００５８】
まず、母材の熱伝導率と各試料の熱伝導率とを対比すると、各試料の熱伝導率が高いことが分かる。したがって、母材のみを熱伝導部材として用いるよりも、ここに本実施形態の熱伝導材料を含有させた方が熱伝導率の点で優れていることが分かる。
【００５９】
試料Ａを母材に対して１００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、比較例の各々のものと大差がない。これは、母材に対する炭素含有量が近いことに起因していると思われる。また、試料Ａを母材に対して２００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、比較例の各々のものよりも若干良いと評価できるものの、際立った増加は確認できない。これに対して、試料Ａを母材に対して４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、比較例の各々のものの１．５倍以上に増加した。
【００６０】
つぎに、試料Ａと試料Ｎ，Ｍ，Ｇ，ＣＴ，ＣＡとの熱伝導率を対比すると、総じて、同様の傾向がみられることが分かった。すなわち、これらの試料は、いずれも、母材に対する熱伝導材料の含有量が同様の場合には、同様の熱伝導率となることが分かる。そして、これらの試料のいずれも、母材に対する熱伝導材料の含有量が増加するにつれて、熱伝導率も増加していることが分かる。
【００６１】
つぎに、試料Ａと試料Ｂとを対比すると、メディアン径が小さい熱伝導材料を用いている試料Ｂの方が熱伝導率の増加傾向に若干ではあるが陰りがある。したがって、熱伝導率を増加させたい場合には、「微粉砕」工程を省く方が良いと考察される。
【００６２】
つぎに、試料Ａと試料Ｃとを対比すると、熱伝導材料を製造する際の焼成温度を増加させるにつれて、熱伝導率が増加していることがわかる。試料Ｃの場合には、母材に対して僅かに１００ｐｈｒの熱伝導材料を含有させただけでも、略０．５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の熱伝導率が確認できる。
【００６３】
同様に、試料Ａと試料Ｄとを対比しても、熱伝導材料を製造する際の焼成温度を増加させるにつれて、熱伝導率が増加していることがわかる。試料Ｄの場合には、母材に対して僅かに１５０ｐｈｒの熱伝導材料を含有させただけでも、略１．１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の熱伝導率が確認できる。さらに、驚くべきことに、試料Ｄの場合には、母材に対して４００ｐｈｒの熱伝導材料を含有させた場合には、母材の熱伝導率の約１７倍もの熱伝導率が得られる。
【００６４】
このような測定結果が得られた理由を考察してみる。まず、炭素自体は、伝熱性を有している。伝熱性を有している物質が相互に近接すると、ヒートブリッジが形成される。本実施形態の熱伝導材料は、炭素含有率が高いことから、ヒートブリッジが形成されやすいといえる。このため、本実施形態の熱伝導材料が含有された熱伝導部材は、熱伝導性が優れているものと考察される。
【００６５】
図３は、図２のグラフを補充する測定結果を示すグラフである。図３には、図２に示す試料Ｄと同条件で製造及び測定した試料Ｅの測定結果を示している。なお、ここでは、参考のため、標準試料として、図２の場合と同様に、発砲ポリエチレン（ＰＥ）、シリコンゴム、石英ガラスの各熱伝導率も示している。
【００６６】
ここで、試料Ｅは、その大豆皮の焼成物を、試料Ｄに係る大豆皮の焼成物と同様の工程で、試料Ｄに係る大豆皮の焼成物よりも１年以上経過後に製造したものである。つまり、試料Ｅは、試料Ｄと同様に、大豆皮を約３０００℃の温度で焼成し、微粉砕することなく製造した熱伝導部材である。この熱伝導部材に用いられている熱伝導材料のメディアン径は、約３０μｍである。
【００６７】
試料Ｅを母材に対して、それぞれ、１００ｐｈｒ、１５０ｐｈｒ、２００ｐｈｒ、３００ｐｈｒ、４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率を測定してみた。
【００６８】
試料Ｅを母材に対して１００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、０．７６５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。これは、試料Ｅを母材に対して１５０ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率よりも低いことがわかる。
【００６９】
また、試料Ｅを母材に対して１５０ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、試料Ｄを母材に対して１５０ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率と同値であり、１．１００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。また、試料Ｅを母材に対して４００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、３．７７０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００７０】
このことから、本実施形態の熱伝導部材は、熱伝導率に関して再現性が高いということがわかった。付言すると、試料Ｄに係る大豆皮の焼成物と試料Ｅに係る大豆皮の焼成物は、熱伝導率のみならず、物性、成分分析なども同様の結果であった。
【００７１】
また、試料Ｅを母材に対して、それぞれ、２００ｐｈｒ、３００ｐｈｒ含有させたときの熱伝導率は、１．６８０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、２．８６０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００７２】
また、図３からも明らかなように、母材に対する試料Ｅの含有量を線形的に増加させた結果、熱伝導率も線形的に増加することがわかった。したがって、本実施形態に係る植物焼成物は、母材に対する含有量を適宜選択することによって、熱伝導率を容易に制御することができるということが明白になった。換言すると、母材に対する植物焼成物の含有率の増減と熱伝導部材本体の熱伝導率の高低とに線形性があることが明白になった。
【００７３】
つぎに、本実施形態の熱伝導部材、すなわち、図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材の熱伝導率の熱的異方性について説明する。ここでは、熱伝導材料として約３０００℃で焼成した大豆皮焼成物を、母材であるところのエチレン・プロピレンジエンゴムに対して約４００ｐｈｒ含有させて、熱伝導部材を製造した。なお、この焼成温度とすることは必須ではなく、黒鉛化という要件を満たすものであればよい。
【００７４】
約１０ｍｍ厚の四角い平面状の熱伝導部材を製造し、その対角部分の約１０ｍｍ四方の立方体を切り出して、エメリー紙１５００番及び２０００番を用いて測定面の立方体形状の各試料のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向という３方向を相互に同程度に平滑化して、２つの試料を得た。
【００７５】
つぎに、上記の３方向に対して、熱物性テスターのプローブを点接触させることを複数回繰り返して熱伝導率を測定した。
【００７６】
なお、熱物性テスターの構成、及び、これを用いた熱伝導率の測定の概要は、引用により本願明細書に取り込まれたとする「Seikei-Lakou Vol.21 No.10 2009 P595-599」に掲載されている。
【００７７】
熱伝導率の測定結果は、両試料の最小値が９．６１０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、最大値が１２．８２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。一方、各試料のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向に着目すると、各々の測定値の平均は、試料１のＸ方向の場合には１１．２１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、試料１のＹ方向の場合には１１．０７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、試料１のＺ方向の場合には１０．５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、試料２のＸ方向の場合には１１．２５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、試料２のＹ方向の場合には１１．５６［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、試料２のＺ方向の場合には１０．３９［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００７８】
統計学における分散をそれぞれ調べてみると、試料１の各方向のものは、１．０１０、０．５４０、０．３２４であった。同様に、試料２の各方向のものは、０.５６９、１．３００、０．３７２であった。
【００７９】
なお、上記熱物性テスターを用いて、米国国立標準技術研究所（National Institute of Standards and Technology,：ＮＩＳＴ）等で標準試料として用いられる、熱的異方性のないＰＯＣＯ−ＡＸＭ−５Ｑ１グラファイトの熱伝導率測定値を測定したところ、最小値は１４．９０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、最大値は１６．４０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、平均値は１５．１０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であり、母材自体の熱伝導率測定値は、０．２１１［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であった。
【００８０】
標準試料の測定結果も踏まえて考察したところ、本実施形態の熱伝導部材それ自体に着目してみれば、これは熱的異方性のないものであると評価することができる。これは、本実施形態の熱伝導部材が、図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造されていることから、形状特異性のない大豆皮焼成物が母材内に分散しているため、巨視的にみて均質であるとみなせることを意味する。また、本実施形態の熱伝導部材が、有効熱伝導率をどの部位で測定しても、測定値が略一定値を示すことから、熱的に均質であるとみなせることを意味する。
【００８１】
ここで、一般的に言えば、熱伝導部材は、熱伝導率測定値が、０．５００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］〜２．０００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であれば低熱伝導クラス、３．０００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］程度であれば中熱伝導クラス、４．０００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］〜５．０００［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であれば高熱伝導クラスに属すると言われている。したがって、本実施形態の熱伝導部材は、熱的異方性がなく、しかも、高熱伝導クラスを凌ぐクラスに属するものとすることも可能であると言える。
【００８２】
図４〜図９は、図１を用いて説明した予備形成工程を経て製造された熱伝導部材のＸ，Ｙ，Ｚ方向の各断面におけるＳＥＭ写真である。これらのＳＥＭ写真は、日本電子製の走査型分析電子顕微鏡（ＪＳＭ−５６１０ＬＶ）を用いて撮影した。撮影条件は、加速電圧を１５ｋＶとし、倍率を２００倍又は１０００倍とした。
【００８３】
なお、測定対象の熱伝導部材は、鋭利な刃物で切断してから、写真撮影のために、約４℃の温度で約２％濃度の四酸化オスミウム溶液に浸漬させ、その後に、生成水で洗浄してから、約４０℃の温度で約２時間真空乾燥を行ったものとした。
【００８４】
図４〜図６には、２００倍で撮影したＸ，Ｙ，Ｚ方向の断面でのＳＥＭ写真を示している。各図における相対的に暗く見える部分が熱伝導材料であり、相対的に明るく見える部分が母材である。各図に示すように、熱伝導材料は、多少の大きさの差こそあれ、大半は数μｍ〜１００μｍオーダーの断面長であり、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の断面のいずれにおいても、一様に分散していることがわかる。
【００８５】
図７〜図９には、１０００倍で撮影したＸ，Ｙ，Ｚ方向の断面でのＳＥＭ写真を示している。各図における相対的に暗く見える部分が熱伝導材料であり、相対的に明るく見える部分が母材である。各図に示すように、熱伝導材料は、非常に多くの空隙部分が存在していることがわかる。換言すると、熱伝導材料は、多孔質構造であるという特性を有していることがわかる。
【００８６】
図４〜図９によれば、本実施形態の熱伝導部材は、多孔質構造の熱伝導材料が、３次元的に一様に分散しているということができる。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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