(57)【要約】【課題】圧縮負荷による剥離が生じ難い積層構造を有する熱伝導積層体と、それを用いた放熱構造を適用する。【解決手段】所定の伝熱面１４４ｃを有し、複数のグラファイトシート１４４ａが粘着剤１４４ｂを介して並行に積層され、グラファイトシート１４４ａは、伝熱面１４４ｃに対して、傾いて設けられる。また、粘着剤１４４ｂは、グラファイトシート１４４ａよりも柔軟性の高い合成樹脂材が適用され、グラファイトシート１４４ａよりも厚く積層される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の伝熱面を有し、複数のグラファイトシートが粘着剤を介して並行に積層された熱伝導積層体であって、
前記グラファイトシートは、前記伝熱面に対して、傾いて設けられる
ことを特徴とする熱伝導積層体。
【請求項２】
前記粘着剤は、前記グラファイトシートよりも柔軟性の高い合成樹脂材が適用され、前記グラファイトシートよりも厚く積層される
ことを特徴とする請求項１に記載の熱伝導積層体。
【請求項３】
回路基板に実装される発熱部品と、
前記回路基板の前記発熱部品実装面の反対面側に設けられるヒートシンクと、
前記回路基板の前記実装面に設けられる貫通孔を介して前記発熱部品と前記ヒートシンクとに接触する請求項１に記載の熱伝導積層体と、を備えた
ことを特徴とする熱伝導積層体を用いた放熱構造。
【請求項４】
前記熱伝導積層体は、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間において、圧縮変形した状態で保持される
ことを特徴とする請求項３に記載の熱伝導積層体を用いた放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導積層体と、それを用いた放熱構造に関し、例えば、電子部品など局所的な発熱を吸収する構造として好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子部品の処理速度や動作速度の向上や、高出力化に伴って、電子部品から発せられる熱量も増大してきている。電子部品は、許容される温度範囲が設定されており、耐熱温度を超える場合には、動作が不安定になってしまい想定した処理ができなくなる。
【０００３】
このため、発熱量が多い電子部品にあっては、発熱体から熱を強制的に吸収し、発熱部から遠い部位へ速やかに拡散させる方法があり、例えば、ファンによって、熱を帯びた空気を排気したり、発熱体にヒートシンク、ヒートパイプ、放熱シート等を接触させて発熱体から離れた部位へ伝熱し放散したりする、などの方法がある。
【０００４】
また、発熱電子部品と放熱体との間の接触熱抵抗を低減するため、サーマルグリースや放熱ゴム、グラファイトシートなどを用いた熱伝導積層体を間に介在させる構造があり、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０３２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示す熱伝導積層体は、グラファイトシートと粘着剤層とを交互に積層し、主にグラファイトシートを伝熱させて熱移動を計ることができる。
【０００７】
この熱伝導積層体を、発熱電子部品とヒートシンクとの間に設ける際には、できる限り隙間が生じないように熱伝導積層体を圧縮させながら、発熱電子部品またはヒートシンクに面接触させる必要が生じることがある。
【０００８】
しかしながら、熱伝導積層体を圧縮させた場合には、グラファイトシートの撓みが粘着剤から剥がれる方向に作用することで、グラファイトシートと粘着剤層とが剥離し、熱伝導積層体が断裂してしまう虞れがあった。断裂した場合には、熱伝導積層体の伝熱効果が低下してしまう。
【０００９】
そこで本発明の目的とするところは、上述課題に着目し、圧縮負荷による剥離が生じ難い積層構造を有する熱伝導積層体と、それを用いた放熱構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の熱伝導積層体は、
所定の伝熱面を有し、複数のグラファイトシートが粘着剤を介して並行に積層された熱伝導積層体であって、
前記グラファイトシートは、前記伝熱面に対して、傾いて設けられる
ことを特徴とする。
【００１１】
また、前記粘着剤は、前記グラファイトシートよりも柔軟性の高い合成樹脂材が適用され、前記グラファイトシートよりも厚く積層される
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の熱伝導積層体を用いた放熱構造は、
回路基板に実装される発熱部品と、
前記回路基板の前記発熱部品実装面の反対面側に設けられるヒートシンクと、
前記回路基板の前記実装面に設けられる貫通孔を介して前記発熱部品と前記ヒートシンクとに接触する請求項１に記載の熱伝導積層体と、を備えた
ことを特徴とする。
【００１３】
また、前記熱伝導積層体は、前記発熱部品と前記ヒートシンクとの間において、圧縮変形した状態で保持される
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮負荷による剥離が生じ難い積層構造を有する熱伝導積層体と、それを用いた放熱構造となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示す概観図。
【図２】同上実施形態の表示装置の断面図。
【図３】同上実施形態の第１ユニットの断面図。
【図４】同上実施形態の光源部の断面図。
【図５】同上実施形態の表示器の断面図。
【図６】同上実施形態の熱伝導部材を示す図。
【図７】図６の熱伝導部材の製造過程を示す図。
【図８】図７の熱伝導部材を切断加工した後の図。
【図９】図５のヒートシンク取り付け前の表示器の断面図。
【図１０】（ａ），（ｂ），（ｃ）同上実施形態の熱伝導部材の別例をそれぞれ示す図。
【図１１】（ａ），（ｂ）同上実施形態の熱伝導部材の別例をそれぞれ示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る熱伝導積層体と、それを用いた放熱構造について、ヘッドアップディスプレイ装置に実装した実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボード１に設けられた表示装置２が投射する表示光Ｌをフロントガラス３によって車両運転者４側に反射させ、虚像Ｖを表示する。車両運転者４は、虚像Ｖを風景と重畳させて視認できる。表示装置２は、第１ユニットＡ１及び第２ユニットＢ１を備えている。
【００１８】
第１ユニットＡ１は、プロジェクタ１０，平面鏡２１，透過型スクリーン２６，ヒートシンク３１，ハウジング４１等から構成されている。第２ユニットＢ１は、反射器５０，６０，ハウジング７１等から構成されている。
【００１９】
プロジェクタ１０は、フィールドシーケンシャル方式によって、透過型スクリーン２６に画像を表示させる。プロジェクタ１０は、光源部１１，ミラー部１２，プリズム１３，表示器１４，投射レンズ部材１５を有しており、ヒートシンク３１に固定されている。
【００２０】
プロジェクタ１０の光源部１１は、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃ，レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，反射ミラー１１ｇ，ダイクロイックミラー１１ｈ，１１ｉ，回路基板１１ｋを有する。レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，反射ミラー１１ｇ，ダイクロイックミラー１１ｈ，１１ｉは、フレーム部材１１ｍの保持部１１ｖで保持されている。
【００２１】
青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃは、トップビュー型ＬＥＤからなるものであり、夫々、青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇを発する。青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃは回路基板１１ｋに搭載されている。青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが搭載された回路基板１１ｋは、図示しないボルトによってヒートシンク３１に固定されている。回路基板１１ｋはヒートシンク３１に接しており、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが発した熱は、回路基板１１ｋを介して、ヒートシンク３１によって放散される。
【００２２】
レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆは、夫々、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが発した青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇを集光させる。反射ミラー１１ｇは、青色発光ダイオード１１ａが発してレンズ部材１１ｄで集光された青色光Ｂを反射させる。ダイクロイックミラー１１ｈは、赤色発光ダイオード１１ｂが発してレンズ部材１１ｅで集光された赤色光Ｒを反射させると共に、反射ミラー１１ｇで反射された青色光Ｂを透過させる。ダイクロイックミラー１１ｉは、緑色発光ダイオード１１ｃが発してレンズ部材１１ｆで集光された緑色光Ｇを反射させると共に、反射ミラー１１ｇやダイクロイックミラー１１ｈで透過または反射された青色光Ｂ，赤色光Ｒを透過させる。
【００２３】
表示ユニット１９は、ミラー部１２，プリズム１３，表示器１４，投射レンズ部材１５をケース体１８に収容している。表示ユニット１９は、光源部１１とは直接的には接触していない。プリズム１３は、ミラー部１２からの光を透過させて表示器１４に照射させる。表示器１４によって生成された表示光Ｌは、プリズム１３の傾斜面１３ａによって、投射レンズ部材１５に向けて反射される。投射レンズ部材１５は、表示光Ｌを拡大し、平面鏡２１に投射する。投射レンズ部材１５は、１枚のレンズ部材で構成しても良いし、複数のレンズ部材で構成しても良い。
【００２４】
平面鏡２１は、保持部材２３に保持されており、プロジェクタ１０からの表示光Ｌを透過型スクリーン２６に反射させる。透過型スクリーン２６は保持部材２４に保持されており、プロジェクタ１０からの表示光Ｌが透過型スクリーン２６に結像される。ヒートシンク３１は、アルミニウム等の金属からなるものであり、複数の放熱フィン３１ａを有している。平面鏡２１及び透過型スクリーン２６は、保持部材２３，２４を介して、ヒートシンク３１に固定されている。ハウジング４１は、不透明な樹脂（例えばポリカーボネート）や金属を組み合わせてなるものであり、プロジェクタ１０，平面鏡２１，透過型スクリーン２６等を収容する。ハウジング４１には、表示光Ｌが出射する窓部４１ａが形成されている。
【００２５】
反射器５０は、平面鏡５１及び支持部材５２を有している。平面鏡５１は、第１ユニットＡ１からの表示光Ｌを凹面鏡６１に反射させる。支持部材５２は、ハウジング７１に固定されており、平面鏡３５を保持する。反射器６０は、凹面鏡６１，ミラーホルダー６２，ステッピングモータ６３，支持部材６４を有している。凹面鏡６１は、樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面６１ａを形成している。反射面６１ａは凹面となっており、平面鏡５１にて反射された表示光Ｌが拡大されて虚像Ｖが表示される。凹面鏡６１はミラーホルダー６２に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダー６２は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部６５及び軸部６６が一体に形成されている。
【００２６】
ステッピングモータ６３の回動軸には歯車６７が取付けられており、この歯車６７は、ミラーホルダー６２の歯車部６５と噛合されている。凹面鏡６１はミラーホルダー６２と共に回動可能な状態で支持されており、ステッピングモータ６３により凹面鏡６１を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整できる。車両運転者４は、押しボタンスイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像Ｖを視認できるように）凹面鏡６１の角度を調整する。
【００２７】
ハウジング７１は、不透明な樹脂（例えばポリプロピレン）からなり、反射器５０，６０が収容される。ハウジング７１には遮光壁７１ａが設けられており、太陽光等の外光が透過型スクリーン２６に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。遮光壁７１ａは平板形状になっており、ハウジング７１の上部から斜めに垂下するように形成されている。ハウジング７１の上面には、表示光Ｌが出射する開口部７１ｂが形成されており、この開口部７１ｂには、透光性カバー７２が貼着されている。透光性カバー７２は、ポリカーボネート等の透明樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。
【００２８】
次に、図５に基づいて、表示器１４について詳述する。
【００２９】
表示器１４は、反射型表示素子１４１と、回路基板１４２と、ヒートシンク１４３と、熱伝導積層体１４４と、スペーサ１４５とを備えている。
【００３０】
反射型表示素子１４１は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）１４１ａとソケット１４１ｂとからなるものであり、回路基板１４２に搭載されている。ＤＭＤ１４１ａは、多数の微小な鏡面を平面に配列したものであり、ソケット１４１ｂに保持されている。
【００３１】
ＤＭＤ１４１ａは、可動式のミラー素子を複数備え、このミラー素子の下部に設けた電極を非常に短い時間で駆動することにより、各ミラー素子の鏡面を、ヒンジを支点に傾斜させる。例えば、ミラー素子がオンのときは、ヒンジを支点に＋１２度傾斜し、表示ユニット１９から出射された表示光Ｌを反射し、プリズム１３等を介してスクリーン２６へ届ける。オフのときは、ヒンジを支点に−１２度傾斜し、表示光Ｌはプリズム１３方向に反射しない。このように、表示画像を表す表示画像データに基づき各ミラー素子を個別に駆動することにより、表示光Ｌを選択的にスクリーン２６へ投射することで、所望の輝度、所望の色の表示画像を後述するスクリーン２６に生成する。また、電力を用いてミラー素子を高速に切り替えるために、発熱電子部品（発熱部品）となる。
【００３２】
回路基板１４２は、硬質配線基板を適用でき、ソケット１４１ｂを介してＤＭＤ１４１ａへの駆動信号を供給する配線パターンが形成される。回路基板１４２は、ＤＭＤ１４１ａの実装面側の一部がヒートシンク１４３側から臨めるように開口する貫通孔１４２ａを有する。
【００３３】
ヒートシンク１４３は、アルミニウム等の金属材が好適である。この場合、ヒートシンク１４３は、熱伝導積層体１４４に対向する面を平滑な面とし、この面の反対側には、大きな表面積によって空気中への放熱を計るフィン形状が形成されている。ヒートシンク１４３は、ハウジング４１と一体に設けることもでき、ハウジング４１の外側に前記フィン形状を形成することで、効率のよい放熱が期待できる。
【００３４】
熱伝導積層体１４４は、図６に示すように、複数のグラファイトシート１４４ａが粘着剤１４４ｂを介して並行に積層して形成される。また、熱伝導積層体１４４は、他の部材に接触する伝熱面１４４ｃを対向して一対有しており、一方を発熱部品、他方を放熱部品が接触するように用いられる。
【００３５】
グラファイトシート１４４ａは、熱伝導積層体１４４がＤＭＤ１４１ａとヒートシンク１４３に接する伝熱面１４４ｃ間を繋ぐように積層される。また、グラファイトシート１４４ａは、グラファイト結晶のａ−ｂ面方向ＡＢが、グラファイトシート１４４ａの面に沿って形成されており、この面方向での熱伝導を特に良好にしている。グラファイトシート１４４ａは、厚さが０．１ミリメートル以下で、グラファイト粒子が安定した人工グラファイトシートが好適である。
【００３６】
粘着剤１４４ｂは、比較的熱伝導率の高い硬化型の合成樹脂材が好適であり、この場合、シリコーンゴムに熱伝導を高めるフィラー材を混ぜたものをグラファイトシート１４４ａ面に塗布して層状にしている。粘着剤１４４ｂは、硬化した後でも、グラファイトシート１４４ａよりも柔軟性の高い材質が選定され、グラファイトシート１４４ａよりも厚くなるように積層される。粘着剤１４４ｂの厚み設定によって、熱伝導積層体１４４の柔軟性をコントロールできる。
【００３７】
なお、グラファイトシート１４４ａと粘着剤１４４ｂとの厚さの比率は、伝熱面１４４ｃ，１４４ｃ間の熱抵抗Ｒ１が所定の値になるように設定されるが、熱伝導積層体１４４の伝熱方向Ｘに垂直な断面積をＳ、厚さをＴ、伝熱方向の等価熱伝導率λとしたとき、「Ｒ１＝Ｔ／λＳ」で示される。
【００３８】
等価熱伝導率λは、グラファイトシート１４４ａの厚さや、結晶のａ−ｂ面方向ＡＢの熱伝導率、ｃ軸の熱伝導率、粘着剤１４４ｂの厚さなどによって、決定されるが、シミュレーションや経験的に求めることもできる。
【００３９】
熱伝導積層体１４４は、液状の粘着剤１４４ｂをスキージを用いて平らに延ばした上にグラファイトシート１４４ａを重ね、さらに粘着剤１４４ｂを重ねて延ばす工程を所定回数繰り返し、粘着剤１４４ｂが硬化させて、図７に示すように、グラファイトシート１４４ａが並行に設けられた積層母材１４４ｄを作製する。なお、図６乃至図８におけるＨは高さ、ＬとＷは、伝熱面１４４ｃの幅と奥行寸法を示す。
【００４０】
次に、この積層母材１４４ｄを図７の二点鎖線に示すように、積層面の垂直よりも少し傾斜した面で、ワイヤーソーを用いて切り分けられ、図８に示す断面の積層体１４４ｅが得られる。この積層体１４４ｅを、さらに高さＨ方向（二点鎖線）に沿って切り分けることによって、伝熱方向Ｘとなる高さ（厚さ）Ｈ方向において、グラファイトシート１４４ａのシート面、即ちグラファイト結晶のａ−ｂ面が傾斜状態で積層される熱伝導積層体１４４が得られる。
【００４１】
スペーサ１４５は、回路基板１４２とヒートシンク１４３との間の距離を設定するもので、熱変形量が少なく熱伝導率の高い部材が好適であり、例えば合成樹脂や金属を適用できる。スペーサ１４５は、図９に示すように、ＤＭＤ１４１ａの実装面からソケット１４１ｂ，回路基板１４２，スペーサ１４５のそれぞれの公差を含む寸法Ｄが、熱伝導積層体１４４の高さ寸法Ｈよりも若干小さくなるように該距離が設定される。
【００４２】
即ち、ヒートシンク１４３を組み付けることによって、前記寸法Ｄと高さ寸法Ｈとの差分だけ、ヒートシンク１４３とＤＭＤ１４１ａとが熱伝導積層体１４４を圧縮して挟み込むことができる。また、垂直に圧縮される伝熱面１４４ｃとグラファイトシート１４４ａ面とが垂直でないため、該圧縮によって熱伝導積層体１４４が変形し易くなる。さらに、この際、グラファイトシート１４４ａが圧縮される方向に対して同じ向きに傾いて配置されるため、撓み方向も一定になる。このため。グラファイトシート１４４ａ同士の間隔が変化し難くなるため、粘着剤１４４ｂとの剥離が生じ難くなる。
【００４３】
斯かる熱伝導積層体１４４は、所定の伝熱面１４４ｃを有し、複数のグラファイトシート１４４ａが粘着剤１４４ｂを介して並行に積層され、グラファイトシート１４４ａは、伝熱面１４４ｃに対して、傾いて設けられる。従って、圧縮負荷による剥離が生じ難い積層構造を有する熱伝導積層体となる。
【００４４】
また、粘着剤１４４ｂは、グラファイトシート１４４ａよりも柔軟性の高い合成樹脂材が適用され、グラファイトシート１４４ａよりも厚く積層されることによって、圧縮負荷により変形できる。このため、関連する部品の寸法公差や、経年変化や熱による変形により寸法が変化しても、熱伝導積層体１４４の弾性変形によって公差や寸法変化を吸収し、ヒートシンク１４３や発熱部品（反射型表示素子１４１）との接触状態を良好に維持できる。
【００４５】
また、回路基板１４２に実装される発熱部品（反射型表示素子１４１）と、回路基板１４２の前記発熱部品実装面の反対面側に設けられるヒートシンク１４３と、回路基板１４２の前記実装面に設けられる貫通孔１４２ａを介して前記発熱部品とヒートシンク１４３とに接触する。また、熱伝導積層体１４４は、前記発熱部品とヒートシンク１４３との間において、圧縮変形した状態で保持される。これにより、熱伝導積層体１４４が変形しながら伝熱のための接触状態を維持できる。また、圧縮負荷による剥離が生じ難い積層構造を有する熱伝導積層体を用いた放熱構造となる。
【００４６】
なお、本発明を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。例えば、上述実施の形態にあっては、グラファイトシート１４４ａが平板状に積層されるものを示したが、上述したように圧縮方向（伝熱方向Ｘ）に対して一部傾斜形状を有していれば作用を得ることができ、例えば、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示すように、予め湾曲、または屈曲形状としたグラファイトシート１４４１ａを粘着層１４４１ｂを介在させて積層することで形成するものであってもよい。これら熱伝導積層体１４４１〜１４４３が圧縮荷重を受けた際に、上述した実施形態と同様の作用を得ることができる。
【００４７】
また、熱伝導積層体は、図１１に示すように、その表面に、グラファイトシート、または熱伝導率の高い合成樹脂材にて覆う補強部１４４ｆ，１４４ｇを設けて熱伝導積層体１４４４，１４４５として適用することもでき、補強部１４４ｆ，１４４ｇに囲われて、束ねられたように内在するグラファイトシート１４４ａと粘着剤１４４ｂとがさらに剥離し難い構造となる。
【００４８】
また、発熱部品としてＤＭＤ１４１ａを適用した実施形態について説明したが、光源部１１や他の電子部品を発熱部品として適用し、この発熱部品の熱を離れた位置へ伝熱するために上述の熱伝導積層体１４４を用いることができ、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、熱伝導積層体と、熱伝導積層体を用いた放熱構造に関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載され、車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などを投影表示する車載ヘッドアップディスプレイとして好適である。
【符号の説明】
【００５０】
１１      光源部
２１      平面鏡
１４１    反射型表示素子
１４１ａ  ＤＭＤ（発熱部品）
１４２    回路基板
１４３    ヒートシンク
１４４    熱伝導積層体
１４４ａ  グラファイトシート
１４４ｂ  粘着剤
１４４ｃ  伝熱面
Ｌ        表示光
Ｘ        伝熱方向（圧縮方向）
【図１】
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【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】
2018086806.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018086806.tif 000011
【図１０】
2018086806.tif 000012
【図１１】
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