(57)【要約】【課題】簡易に製造でき、表面積が極めて大きく、熱伝導性、導電性及び耐久性に優れるウィスカー形成体、ヒートシンク、電極、電気化学キャパシター及びウィスカー形成体の製造方法を提供すること。【解決手段】合金やセラミックスから成る基体表面に、基体が有する金属元素を含む頭部と、アルミニウムを主成分とする幹部から構成されるウィスカーを備えるウィスカー形成体である。  ウィスカー形成体を用い、基体は吸熱部として機能し、ウィスカーは放熱部として機能するヒートシンクである。  ウィスカー形成体を用い、基体が、Ｍｎ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｎｄ、Ｓｃ、Ｃｏ、Ｔｉ及びＭｏから選択した２種の金属を含む電極である。  合金やセラミックスから成る基体を不活性ガス雰囲気で加熱処理し、表面にアルミニウムを主成分とするウィスカーを成長させウィスカー形成体を得る。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体表面にウィスカーを備えて成るウィスカー形成体であって、
上記基体は、合金及び／又はセラミックスから構成され、
上記ウィスカーは、頭部と幹部から構成され、該頭部は上記基体が有する金属元素を含み、該幹部はアルミニウムを主成分とすることを特徴とするウィスカー形成体。
【請求項２】
請求項１に記載のウィスカー形成体を用いて成るヒートシンクであって、
上記基体は吸熱部として機能し、上記ウィスカーは放熱部として機能することを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
請求項１に記載のウィスカー形成体を用いて成る電極であって、
上記基体が、マンガン、バナジウム、鉄、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、錫、亜鉛、インジウム、ネオジウム、スカンジウム、コバルト、チタン及びモリブデンから成る群より選ばれた少なくとも２種の金属を含むことを特徴とする電極。
【請求項４】
請求項１に記載のウィスカー形成体を用いて成るアルミニウムコンデンサ電極であって、
上記基体がアルミニウムであることを特徴とするアルミニウムコンデンサ電極。
【請求項５】
請求項１に記載のウィスカー形成体を用いて成る電気二重層キャパシター電極であって、
上記基体が導電性金属であることを特徴とする電気二重層キャパシター電極。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の電極を用いて成る電気化学キャパシターであって、
上記電極の少なくとも一方が電気二重層キャパシター電極であり、非水系電解液を用いることを特徴とする電気化学キャパシター。
【請求項７】
上記電気二重層キャパシター電極に金属酸化物又は金属水酸化物を担持させたことを特徴とする請求項６に記載の電気化学キャパシター。
【請求項８】
請求項１に記載のウィスカー形成体を製造するに当たり、
合金及び／又はセラミックスから成る基体を不活性ガス雰囲気で加熱処理し、表面にアルミニウムを主成分とするウィスカーを成長させることを特徴とするウィスカー形成体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウィスカー形成体、ヒートシンク、電極、電気化学キャパシター及びウィスカー形成体の製造方法に係り、更に詳細には、熱伝導性、導電性及び耐久性に優れるウィスカー形成体、ヒートシンク、電極、電気化学キャパシター及びウィスカー形成体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、微細なアルミニウムを使ったヒートシンクが知られており、例えば、鋳ぐるみを用いたアルミニウム製ヒートシンクの製造方法が提案されている（例えば「特許文献１」参照。）。
しかし、かかる製造方法では、ピンホールのない、均一で平行なフィンを得ることはできるが、プレート状なので表面積に限界がある。即ち、０．１ｍｍ程度まで薄く且つ表面積の大きいフィンを得ることは困難である。
【特許文献１】特開平１０−６５０７３号公報
【０００３】
また、放熱フィンピッチの微小化により、放熱効率を向上させることが提案されている（例えば「特許文献２」参照。）。
しかし、かかる技術では、細かいフィンを形成することはできるが、一定値以上の微細化、即ち０．１ｍｍ以下の微細化は難しい。
【特許文献２】特開平８−３１６３７８号公報
【０００４】
一方、アルミニウムを用いた非水系二次電池電極用集電体が提案されている（例えば「特許文献３」参照。）。
この集電体は、正極材料をバインダーなどとともに多孔質アルミニウムに一体成型し、加熱・乾燥・圧縮して得られるが、多孔質アルミニウムの細孔径が正極材料の粉末サイズより小さいときは接触面積が増加しない。
【特許文献３】特開２０００−２３１９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易に製造でき、表面積が極めて大きく、熱伝導性、導電性及び耐久性に優れるウィスカー形成体、ヒートシンク、電極、電気化学キャパシター及びウィスカー形成体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、基体表面に、頭部に基体の有する金属種、幹部にアルミニウムを含むウィスカーを形成することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明のウィスカー形成体は、基体表面にウィスカーを備えて成り、上記基体は、合金及び／又はセラミックスから構成され、上記ウィスカーは、頭部と幹部から構成され、該頭部は上記基体が有する金属元素を含み、該幹部はアルミニウムを主成分とすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のヒートシンクは、上記ウィスカー形成体を用いて成り、上記基体は吸熱部として機能し、上記ウィスカーは放熱部として機能することを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明の電極は、ウィスカー形成体を用いて成り、上記基体が、マンガン、バナジウム、鉄、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、錫、亜鉛、インジウム、ネオジウム、スカンジウム、コバルト、チタン及びモリブデンから成る群より選ばれた少なくとも２種の金属を含むことを特徴とする。
【００１０】
更にまた、本発明の電気化学キャパシターは、上記電極を用いて成り、上記電極の少なくとも一方が電気二重層キャパシター電極であり、非水系電解液を用いることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のウィスカー形成体の製造方法は、合金及び／又はセラミックスから成る基体を不活性ガス雰囲気で加熱処理し、表面にアルミニウムを主成分とするウィスカーを成長させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、簡易に製造でき、表面積が極めて大きく、熱伝導性、導電性及び耐久性に優れるウィスカー形成体、ヒートシンク、電極、電気化学キャパシター及びウィスカー形成体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明のウィスカー形成体について詳細に説明する。なお、本特許請求の範囲及び本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【００１４】
上述の如く、本発明のウィスカー形成体は、基体表面にウィスカーを備えて成る。
また、上記基体は、合金、セラミックスのいずれか一方又は双方から構成される。
更に、ウィスカーは、基体表面から突出した幹部とこの先端に位置する頭部とから構成される。また、該頭部は上記基体が有する金属元素を含み、該幹部はアルミニウムを主成分とする。
このような構成により、表面積が極めて大きくなり、導電性、熱伝導性及び耐久性が良好となる。
【００１５】
ここで、上記基体を構成する合金としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）又はモリブデン（Ｍｏ）、及びこれらを任意に組合わせた合金を使用できる。代表的には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ、Ｎｉ―Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏなどが挙げられる。
【００１６】
また、上記セラミックスとしては、例えば、窒化物、炭化物、酸化物、ホウ化物、珪化物などを使用できる。代表的には、窒化アルミニウム、酸化クロム、酸化アルミニウムなどが挙げられる。これらのセラミックスは必ずしもＡｌ２Ｏ３などの結晶構造をとる必要はなく、ガラス化や、窒素や酸素などの欠損によって低融点化が起こり、ウィスカー形成が促進される場合もある。
【００１７】
なお、本ウィスカー形成体はアルミニウムを主成分とするウィスカーを備えるが、上記基体には、必ずしもＡｌを含むことを要しない。即ち、基体上にＡｌ粉末を塗布するなど、製造の際に基体近傍にＡｌを存在させれば良い。
また、上記基体は、Ａｌを含む必要がないので材料が従来に比べて制限されなくなるため、種々の形状で使用できる。例えば、図１に示すように、多孔質金属及び金属メッシュ（織布、不織布）や、粉末などを基体として本ウィスカー形成体が得られる。
【００１８】
また、上記ウィスカーの大きさは、太さ１０μｍ以下、長さ１０００μｍ以下であり、例えば、図２に示すように、基体にインコネルを使用したウィスカー形成体では長さ５μｍ程度の幹部１の先端に、直径０．５μｍ程度の頭部２を備えるウィスカーを有する。
【００１９】
更に、上記頭部は、基体の金属成分（酸化物ではない）で形成される。上記幹部は、Ａｌを主成分とするが、具体的には５０〜１００％のＡｌを含んで成る。
更にまた、上記幹部は、直線状、湾曲状、枝分かれ状など、様々な形状に成長させることができる。
【００２０】
次に、本発明のヒートシンクについて詳細に説明する。
本発明のヒートシンクは、上述のウィスカー形成体を用いて成る。このとき、上記基体は吸熱部として機能し、上記ウィスカーは放熱部として機能する。
これにより、従来技術では放熱部（フィン）が０．１ｍｍ程度であり微細化が難しかったが、本ヒートシンクは放熱部を１μｍ以下まで微細化できるので、表面積が増大し、性能を落とさず小型に設計することができる。
また、図３に示すように、従来は冷却したい部位にヒートシンクを熱伝導の良い接着剤などにより取り付けていたが、本ヒートシンクは当該部位（例えば回路基板の裏面など）を基体として直接ヒートシンクを形成できるので、極めて薄くなるとともに、冷却性能がより向上する。
【００２１】
以下に、本ヒートシンクと従来のヒートシンクの一例について、表面積を具体的に比較する。
図４に、従来品としてアルミニウム製の放熱フィンを有するヒートシンクを示す。このヒートシンクのフィンは、フィンの太さが０．２ｍｍ、長さが１０ｍｍの直方体である。
よって、基体１ｍｍ２あたりの表面積は、
（０．２×１０×４（フィンの表面積））＋（１．２×１．２（基体の面積））／１．２×１．２＝６．７０ｍｍ２
で表される。つまり、基材面積に対して実際の表面積は約６．７倍である。
【００２２】
また、図５に、本ヒートシンクの一例を示す。このヒートシンクのフィンは、ウィスカーの太さが０．３μｍ、頭部の径が０．４μｍ、長さが５μｍで５μｍ□に３０本生えている（ＳＥＭ写真から平均値を採用）。
よって、基体１μｍ２あたりの表面積は、
（０．３×５×π（幹部の表面積））＋（４×（０．４）２×π（頭部の表面積））−（０．１５）２×π＋１／１＝７．６５μｍ２
で表される。つまり、基材面積に対して実際の表面積は７．６５倍である。
【００２３】
この比較から、両ヒートシンクの表面積比率の差は大きくないが、同じ表面積を得るためには、本ウィスカー形成体では５μｍの高さがあればよいのに対し、従来のヒートシンクでは１ｃｍの高さが必要なことがわかる。
従って、例えば回路や素子などに直接放熱フィンを形成させたい場合は、高さが低くてすむウィスカーが非常に有利である。
【００２４】
次に、本発明の電極について詳細に説明する。
本発明の電極は、上述のウィスカー形成体を用いて成る。このとき、上記基体としては、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）から２種以上の金属を任意に組合わせて成る合金を使用できる。
このように、ウィスカー形成体を使用することにより、平板に比べて表面積が増大する。また、導電性の合金を使用するため、活性炭電極と比べて内部抵抗が小さく応答性が良い。
【００２５】
また、特に上記基体がアルミニウムであるときは、表面積の大きなアルミニウムコンデンサ電極が得られる。
このとき、陰極に採用するときは、ウィスカー形成体をそのまま使用できるが、陽極に採用するときは、ウィスカー形成体の表面を公知の手法（陽極酸化処理など）により酸化させて使用する。
【００２６】
更に、上記基体に導電性に優れた金属を使用した電気二重層キャパシター電極を得ることができる。
このときは、内部抵抗が低く応答性の良いキャパシターが得られる。即ち、活性炭電極と違い、導電性金属で電極そのものを形成するので、電気抵抗（キャパシタの内部抵抗）が小さく、応答性が良好となる。また、平板電極と比較して表面積が大きい。
【００２７】
なお、導電性に優れた基体を使用したウィスカー形成体は、上述した各種電極と同様に、集電体として利用することもできる。
このときは、集電対象（例えば電池の正極・負極など）が表面に微細な凹凸を有していても、ウィスカーがその凹凸に引っかかるように接触するので、接触面積が増大し、集電効率が向上する。また、ウィスカーによる接触により相互の固定が容易になる（バインダー不要、接触抵抗の低減可能）。
【００２８】
次に、本発明の電気化学キャパシターについて詳細に説明する。
本発明の電気化学キャパシターは、上述の電極を用い、少なくとも一方の電極を電気二重層キャパシター電極とする。また、電解液として非水系電解液を用いる。
このように、非水系の電解液を使用することで、電極が劣化しにくくなり、電極の長寿命化が達成できる。
例えば、図６に示すような、電気化学キャパシターが挙げられる。
【００２９】
上記非水系電解液としては、例えば、テトラエチルアンモニウムテトラフロロボレーと（Ｅｔ４ＮＢＦ４）のプロピレンカーボネート溶液や、過塩素酸リチウム（ＫＣｌＯ４）、過塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ４）などのプロピレンカーボネート溶液などが挙げられる。
【００３０】
また、上記電気二重層キャパシター電極には、金属酸化物又は金属水酸化物を担持させることが好適である。
このときは、上記金属酸化物又は金属水酸化物がレドックス反応を発現するので、レドックス容量による擬似容量により、キャパシタの容量が大きくなり、応答性が良好となる。
また、金属酸化物又は金属水酸化物を、低抵抗なアルミニウムウィスカーに直接形成するので、活性炭への担持などに比べて内部抵抗も低減可能であり、応答性の良い電気化学キャパシターが得られる。
【００３１】
上記金属酸化物としては、例えば、酸化ルテニウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケルなどが挙げられる。
また、上記金属水酸化物としては、例えば、水酸化ルテニウム、水酸化チタン、水酸化バナジウム、水酸化マンガン、水酸化コバルト、水酸化ニッケルなどが挙げられる。
【００３２】
次に、本発明のウィスカー形成体の製造方法について詳細に説明する。
本発明の製造方法では、合金、セラミックスのいずれか一方又は双方から成る基体を不活性ガス雰囲気で加熱処理し、表面にアルミニウムを主成分とするウィスカーを成長させて、上述のウィスカー形成体を得る。
このように、不活性雰囲気（酸化性雰囲気ではない状態）で加熱処理することにより、微細な主に金属アルミニウムから成るウィスカーを基体表面に形成できる。
【００３３】
上記基体としては、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）及びモリブデン（Ｍｏ）から２種以上の金属を任意に組合わせて成る合金、又はこれら金属を含むセラミックスを使用できる。
【００３４】
但し、アルミニウムは、必ずしも基体中に含まれている必要はなく、基材表面にＡｌ粉末を塗したり、加熱炉内の基体近傍にＡｌ材料を設置することなどができる。
また、上記不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素などが使用できる。
【００３５】
更に、上記加熱処理は、使用する基体の大きさ、形状などにも依存するが、代表的には、不活性ガスを０．１〜５Ｌ／ｍｉｎで供給し、９００〜１１００℃で３０〜１０００分間加熱することができる。このときは、複雑な製造工程を経ずに、一段階で微細ウィスカーが得られる。
なお、加熱温度や不活性ガスの種類、流量等の条件は適宜選択でき、成長させるウィスカーを所望の形態や密度で形成できる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｒ系合金（三菱マテリアル社製、発泡ＭＡ６００）を基体とし、アルミナ粉末とともに密閉可能な炉に入れた。
０．５ＬＭのＡｒガスフロー中で、１２００℃／ｈで昇温させ、１２００℃で２ｈ保持後室温まで炉冷した。
基体表面に、太さ１０ｎｍ〜１μｍ、長さ２〜２０μｍのウィスカーが形成されたことを確認した。
【００３８】
得られたウィスカー形成体をＥＤＸにより分析したところ、頭部からはＮｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、幹部からはＡｌが検出された。このウィスカー形成体の拡大写真を図７及び図８に示す。
【００３９】
以上、本発明を若干の好適実施例により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
例えば、ウィスカー形成体は、防塵フィルターや集電体にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】基体形状の一例を示す概略図である。
【図２】ウィスカー形成体の一例を示す拡大写真である。
【図３】従来のヒートシンクと本発明のヒートシンクの一例を示す概略図である。
【図４】従来のヒートシンクの放熱フィンの一例を示す概略図である。
【図５】本発明のヒートシンクが有する微細ウィスカーの一例を示す概略図である。
【図６】キャパシタの構成例を示す概略図である。
【図７】実施例１で得られたウィスカー形成体の拡大写真である。
【図８】実施例１で得られたウィスカー形成体の拡大写真である。
【符号の説明】
【００４１】
１  幹部
２  頭部
３  負極・電解液（Ａｌウィスカー形成合金不織布、プロピレンカーボネート＋Ｅｔ４ＢＦ４）
４  セパレータ・電解液（高分子繊維不織布、プロピレンカーボネート＋Ｅｔ４ＢＦ４）
５  正極・電解液（Ａｌウィスカー形成合金不織布、プロピレンカーボネート＋Ｅｔ４ＢＦ４）
【図１】
2006222321.tif 000002
【図２】
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【図３】
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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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