(57)【要約】      （修正有）【課題】金属並みの高い熱伝導率を持ちながら、高分子樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導部材を提供する。【解決手段】一方向に揃えられた炭素繊維２ａが高分子マトリックス材料４中に含浸されており、さらに高分子マトリックス材料中に熱伝導性充填剤３が含有されている高熱伝導材料１。炭素繊維は熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であり、熱伝導性充填剤は平均粒径１−３５μｍの球状酸化アルミニウム粉末であることが望ましい。【選択図】図１
2005213459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に揃えられた炭素繊維が高分子マトリックス材料中に含有されており、さらに高分子マトリックス材料中に熱伝導性充填剤が含有されていることを特徴とする高熱伝導材料。
【請求項２】
前記炭素繊維は、熱伝導率が３００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１に記載の高熱伝導材料。
【請求項３】
前記熱伝導性充填剤は、平均粒径１〜３５μｍの酸化アルミニウム粉末であることを特徴とする請求項１または２記載の高熱伝導材料。
【請求項４】
前記熱伝導性充填剤の形状は、球状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高熱伝導材料。
【請求項５】
成形用中間材料または成形された複合材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高熱伝導材料。
【請求項６】
一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維にある一定の角度を有して別の一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維を交互に重ね合わせて多層成型したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高熱伝導材料。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の成形された複合材料である高熱伝導材料中の一方向に揃えられた炭素繊維の一方の端、ないし請求項６に記載の多層成型された複合材料である高熱伝導材料中の一方向に揃えられたある一層の炭素繊維の一方の端が、機器内で発熱する電子部品側に配向されていることを特徴とする電子機器。
【請求項８】
前記高熱伝導材料が、電子機器内の放熱・熱伝導用材料および／または電子機器の筐体用材料として使用されてなることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維のもつ高熱伝導性を活かした複合材料であって、電子機器内の放熱・熱伝導用材料および電子機器の筐体用材料等として使用できる、軽量で強度的にも優れた高熱伝導性炭素繊維複合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ＣＰＵに代表されるように、半導体素子の高速化が進み、それに伴い電子部品自らが発する熱は増加の一途をたどっている。一方電子部品を内蔵する電子機器、特にモバイルないしユビキタスに適したノートパソコンや携帯電話や情報携帯端末等の電子機器では小型化高密度実装が進んでいる。そのため、従来に比べ機器内に発生した熱を、機器の寸法・重量を大きくすることなくいかに除熱するかが大きな問題になっている。
【０００３】
このような問題に関しては、通常放熱器、放熱板や放熱シートを用いて対策が行われており、その放熱器、放熱板、放熱シートを構成する材料を高熱伝導化するための方法が提案されてきた。中でも炭素繊維および黒鉛化炭素は、金属、高分子の高熱伝導化に有用であることが各種開示されている。例えば、特許文献１においては高熱伝導性炭素繊維とエポキシ樹脂の放熱複合材料が開示されている。しかし、この例では炭素繊維単体では６２０Ｗ／ｍＫという金属を上回る熱伝導率をもちながら、放熱複合材料としては２２０Ｗ／ｍＫとアルミニウム並みの熱伝導率しか実現できていない。また特許文献２においては、炭素繊維、黒鉛化炭素繊維、炭化珪素を各種金属に含浸した放熱材が提案されている。この例では、炭素繊維をアルミニウムに含浸した場合で２６５Ｗ／ｍＫ、黒鉛化炭素繊維をアルミニウム、無酸素銅に含浸した場合でそれぞれ５１０Ｗ／ｍＫ、５２５Ｗ／ｍＫを得ている。しかしながら、炭素繊維を用いた場合、アルミニウム単体での熱伝導率２３０Ｗ／ｍＫに比べ、たかだか３５Ｗ／ｍＫ増加したに過ぎない。また黒鉛化炭素繊維を用いた場合は、銅（３９０Ｗ／ｍＫ）を超える熱伝導率を実現しているが、黒鉛化炭素繊維は高コストであり、これを用いた放熱材料も高コストにならざるをえない。またいずれの例においても、マトリックスに金属を用いているため、電子機器の軽量化という要求を満たすことはできない。また、特許文献３においては、黒鉛化炭素繊維を高分子中に磁場配向させた熱伝導シートが示されている。この例では、高コストになる黒鉛化炭素繊維に加えて酸化アルミニウムおよび水酸化アルミニウム粉末が添加されているにもかかわらず、熱伝導率は２．５６Ｗ／ｍＫに過ぎない。これは炭素繊維として短繊維を用いているためであり、放熱シートとしては使えても、放熱器その他熱伝導材料としては熱伝導率が低過ぎて使えない。また、特許文献４においては、熱伝導性に加え機械的強度に優れた熱交換器用伝熱管などの成形品として、一方向に引き揃えた炭素繊維に黒鉛粉末を含む熱硬化性樹脂が含浸されている熱伝導性成形品が提案されている。しかしながら、この例でも、熱伝導率は２．４〜９．９Ｗ／ｍＫに過ぎない。よって、熱交換器用伝熱管などの成形品としては使えても、電子機器の放熱器その他熱伝導材料としては熱伝導率が低過ぎて使えない。
【特許文献１】特開２０００−１２４３６９号公報
【特許文献２】特開２００３−３０９２３２号公報
【特許文献３】特開２００３−２００４３７号公報
【特許文献４】特開平５−１７５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、金属並みの高い熱伝導率を持ちながら、高分子樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導部材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】
【０００５】
上述した従来技術の課題を解決するため、本発明は、高い熱伝導率をもつ炭素繊維の長繊維束を高分子樹脂のマトリックスに含浸すると共に、熱伝導性充填剤を添加して加工した高熱伝導複合材料である。
【０００６】
すなわち、本発明は、一方向に揃えられた炭素繊維が高分子マトリックス材料中に含有されており、さらに高分子マトリックス材料中に熱伝導性充填剤が含有されていることを特徴とする高熱伝導材料により達成されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属並みの高熱伝導性、樹脂並みの軽さを併せもつ高熱伝導複合材料を低コストで提供することが可能となる。また本発明の高熱伝導複合材料は、高熱伝導性に優れ低コストであり、軽量で強度的にも優れているため、電子機器内の放熱・熱伝導用材料や電子機器の筐体用材料等に幅広く利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の高熱伝導（複合）材料は、一方向に揃えられた炭素繊維が高分子マトリックス材料中に含有されており、さらに高分子マトリックス材料中に熱伝導性充填剤が含有されていることを特徴とするものである。
【０００９】
以下に本発明を図面を参照して具体的に説明する。
【００１０】
図１に本発明による高熱伝導複合材料の構造の一実施形態を模式的に表した断面概略図を示す。図１（ａ）は、一方向に揃えられた炭素繊維の方向に垂直な面で、図１（ｂ）は該炭素繊維方向に平行な面で、それぞれ切断した断面を示す概略図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）中の一方向に揃えられた炭素繊維１本の拡大断面図である。
【００１１】
図１に示すように、本発明の高熱伝導複合材料１は、一方向に揃えられた高熱伝導性炭素繊維２が高分子マトリックス材料４で含浸され、その高分子マトリックス材料４には、熱伝導性充填剤３が含有されている。なお、図１（ｃ）に示すように、１本の炭素繊維は、一方向に揃えられた炭素繊維の長繊維束から構成されている。この長繊維束は複数本の炭素繊維フィラメント２ａが束ねられている。さらに、該長繊維束内の各炭素繊維フィラメント２ａ間にも高分子マトリックス材料４が含浸されていてもよい。
【００１２】
次に本発明における高熱伝導複合材料において、どのように熱が伝導するか、その熱伝導経路の例を図２に示す。
【００１３】
図２に示す例では、高熱伝導複合材料１が、電子機器内の電子部品等の発熱体５より受けた熱は、以下の各経路を伝導する（図中、熱伝導経路は矢印で示す）。
【００１４】
図中の（１）で示す経路；高熱伝導性炭素繊維２中を繊維方向に伝導する。
【００１５】
図中の（２）で示す経路；高分子マトリックス材料４の中を熱伝導性充填剤３を介して伝導する。
【００１６】
図中の（３）から（２）を経由する経路；高熱伝導炭素繊維２中を繊維方向に伝導した後、高分子マトリックス材料４に伝導し、熱伝導性充填剤３を介して、高分子マトリックス材料４の中を伝導する。
【００１７】
図中の（３）から（４）を経由する経路；高熱伝導炭素繊維２中を繊維方向に伝導した後、高分子マトリックス材料４、熱伝導性充填剤３を経て隣接した高熱伝導炭素繊維２中を繊維方向に伝導する。
【００１８】
図中の（２）から（４）を経由する経路；高分子マトリックス材料４の中を熱伝導性充填剤３を介して伝導した後、高熱伝導炭素繊維２に伝導し繊維方向に伝導する。
【００１９】
上述のように、高分子マトリックス材料４中への熱伝導性充填剤３の添加により、本来熱伝導率があまり高くない高分子マトリックス材料４中の熱伝導が増加するだけでなく、本来繊維方向に比べて低い繊維に垂直な方向への熱伝導も促進される。その結果、繊維方向の熱伝導率は、単に高熱伝導炭素繊維を高分子マトリックス材料に含浸した場合に比べ大きく向上する。なお、熱伝導の経路としては、炭素繊維の繊維方向に垂直な方向に伝導され、最終的に放射されるものがあるが、その熱伝導率は繊維方向に比べて格段に小さいため図示していない。
【００２０】
本発明による高熱伝導複合材料を構成する素材について説明する。
【００２１】
（ａ）一方向に揃えられた炭素繊維
炭素繊維としては、特に限定されるものではなく、ＰＡＮ系（ＰＡＮ：ポリアクリロニトリル）、ピッチ系等公知の炭素繊維から熱伝導が高いものを適宜選択して用いることができる。特に熱伝導性に優れるピッチ系炭素繊維（熱伝導率＞３００Ｗ／ｍＫ）を用いることが好ましい。
【００２２】
かかる観点から、上記炭素繊維の熱伝導率としては、３００Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、より好ましくは５００Ｗ／ｍＫ以上である。尚、上限値に関しては特に制限されるものではないが、６００Ｗ／ｍＫ程度のものが開発されており、こうしたものも用いることができる。但し、炭素繊維の熱伝導率は、使用用途によっては、２００Ｗ／ｍＫ程度あれば利用可能である。すなわち、本発明では、後述する表１に示すように、炭素繊維の持つ高熱伝導率を極力損なうことなく、複合材料として優れた熱伝導率を発現できるようにしたものであり、幅広い用途に適用できるためである。
【００２３】
炭素繊維の繊維径としては、特に制限されるものではなく、使用目的などに応じて、要求される強度等を勘案して決定すればよく、目的に応じて任意の太さの繊維を使用することができる。好ましくは５〜１０μｍ程度のものが使用される。
【００２４】
炭素繊維の配合量は、使用する炭素繊維単体の熱伝導率と熱伝導複合材料として目指す熱伝導率に応じて適宜選択すればよいが、体積含有率で４０％〜７０％、好ましくは５５〜６５％である。炭素繊維の配合量が、体積含有率で４０％未満の場合には低熱伝導の樹脂部分（高分子マトリックス材料）が多いため、材料全体の熱伝導率が下がり、充分に放熱することが出来ない恐れがある。一方、炭素繊維の配合量が、体積含有率で７０％を超える場合には成形体が出来ず、物理的あるいは機械的強度が低下し、割れたり破損したりするおそれがある。
【００２５】
また、一方向に揃えられた炭素繊維の一部は一方向に引き揃えられずに、他の方向に配向していてもよい。一部を繊維方向以外（例えば、幅方向）に延びるようにしても、図２に示す熱を分散させる経路に支障はないためである。好ましくは、炭素繊維全体が一方向に揃えられているのが、熱伝導度を高めることができる点で望ましい。すなわち、炭素繊維を一方向に揃えると、図２に示すように、炭素繊維の引き揃えた方向に熱は伝導され、それに直交する方向への熱伝導は小さいものとなる。そのため、本発明の高熱伝導材料の一方向に揃えられた炭素繊維は、該材料の両端に亘って連続し、図２にあるように、その一端の端面が電子機器の電子部品のような発熱体に対峙する位置となるように配設するのが望ましい。本発明では、一方向に揃えられた炭素繊維を、熱伝導性充填剤を含有させた高分子マトリックス材料中に含浸させてプリプレグとしてもよいし、さらに含浸後に所望の形状に成形、硬化して成形材料としても良いし、さらに必要があれば、これを炭素繊維の繊維方向と直交する方向に切断して、炭素繊維の端部が切口に露出した状態としてもよい。本発明では、成形材料の端部の強度や接着性の向上などを目的として、適当な被覆材料（適当な接着材料など）をコーティングして薄膜を形成させるなどしてもよく、こうした部位を含むことを排除するものではない。
【００２６】
（ｂ）高分子マトリックス材料
高分子マトリックス材料としては、通常公知の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を使用用途に応じて適宜選択して用いることができる。このうち、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、尿素樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。また熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等が挙げられる。機械的特性のほか炭素繊維への含浸性、成形性、耐熱性、繊維との接着性等から、好ましくはエポキシ樹脂である。
【００２７】
尚、高熱伝導材料では、一方向に揃えられた炭素繊維をエポキシ樹脂などの高分子マトリックス材料中に予備含浸させたプリプレグと呼ばれるものを使用することもできる。プリプレグとはあらかじめ含浸しておくという意味であり、本発明においては、一方向に揃えられた炭素繊維に樹脂（高分子マトリックス材料）を含浸した成形用中間材料である。一般には、このプリプレグを積層・ワインデングなどしたものを加熱硬化して複合材料が得られる。さらに、熱可塑性樹脂を用いた熱可塑性樹脂製のプリプレグを使用することもできる。
【００２８】
本発明の高熱伝導材料には、電子機器内の放熱・熱伝導用材料や電子機器の筐体用材料などの成形された複合材料（単に、成形材料ないし高熱伝導複合材料ともいう）として使用できる、軽量で強度的にも優れた高熱伝導複合材料のほか、これら電子機器内の放熱・熱伝導用材料や電子機器の筐体用材料などの成形材料に用いられる上記プリプレグのような成形用中間材料も含まれるものである。
【００２９】
上記高分子マトリックス材料の配合量は、２２〜４５体積％、好ましくは２６〜３４体積％である。高分子マトリックス材料の配合量が２２体積％未満の場合には物理的あるいは機械的強度が低下し、割れたり破損したりする恐れがあり、４５体積％を超える場合には熱伝導性が低下し、所望の熱伝導性が得られない恐れがある。
【００３０】
（ｃ）熱伝導性充填剤
本発明では、上記高分子マトリックス材料中に新たに熱伝導性充填剤を含有していることを特徴とするものである。この熱伝導性充填剤については、通常熱伝導性に優れている酸化アルミニウム、窒化硼素、窒化珪素、炭化珪素等の他、炭素短繊維、黒鉛化炭素等が挙げられるが、特に酸化アルミニウムの粉末が好ましい。
【００３１】
上記酸化アルミニウム粉末の形状は、非球状ではマトリックス材料中への分散性が悪いため、球状であることが好ましい。また、他の熱伝導性充填剤の形状に関しても、非球状ではマトリックス材料中への分散性が悪いため、球状であることが好ましい。ここで、球状とはその粉末を形成する粒子の平均円形度が０．４以上のものを指し、より好ましくは、０．８以上のものを言う。ここで円形度とは、例えば東亜医用電子株式会社製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００にて定義されているように、当該粒子投影像で２値化された粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さを（Ａ）、相当円の周囲長を（Ｂ）とした場合、（Ｂ）／（Ａ）にて表される。
【００３２】
球状の熱伝導性充填剤の平均球径は１〜３５μｍであることが好ましく、３〜１０μｍであることがより好ましい。１μｍ未満もしくは３５μｍを超える場合にはマトリックス材料中への分散性が悪く、１μｍ未満では、コストも高くなる。
【００３３】
上記熱伝導性充填剤の配合量は、７〜１５体積％、好ましくは９〜１１体積％％である。熱伝導性充填剤の配合量が７体積％未満の場合には熱伝導率があまり向上せず、１５体積％を超える場合にはマトリックス材料中への充填剤の分散性が悪くなる。
【００３４】
本発明の高熱伝導材料には、上記（ａ）〜（ｃ）の必須成分のほか、本発明の作用効果に影響を及ぼさない範囲内であれば、他の成分を適宜適量含んでいても良い。また、本発明の高熱伝導材料の構成成分の配合量の合計は、１００体積％である。
【００３５】
次に、本発明の高熱伝導材料の用途につき、図面を用いて以下に説明する。
【００３６】
図３は、本発明における高熱伝導複合材料を電子機器の放熱・熱伝導用材料ないし筐体用材料として使用した際の、高熱伝導複合材料中の炭素繊維の配向の様子の１例を模式的に表した断面概略図である。図４は、本発明における高熱伝導複合材料をシート状に成形し、かかる高熱伝導複合シート材料中の炭素繊維の繊維方向が交差するように、順次重ね合わせる（積層して）成型することにより高熱伝導複合シート積層材料とした際の、高熱伝導複合シート積層材料及び各高熱伝導複合シート材料中の各炭素繊維の配向の様子の１例を模式的に表した概略図である。
【００３７】
本発明の高熱伝導材料は、図２に示すように、電子機器内の放熱・熱伝導用材料や電子機器の筐体用材料として、一方向に揃えられた炭素繊維の一端側１ａを、電子機器内の電子部品等の発熱体５近傍になるように配置する（更に好ましくは該炭素繊維の他端側１ｂを電気機器の外部６に面するように配置する）ことによって、発熱体５に発生した熱を電子機器の外部６まで図２に示す熱伝導経路に沿って伝導し、効率よく放熱することができる。
【００３８】
そのため、例えば、電子機器内の放熱・熱伝導用材料や電子機器の筐体用材料などに利用する場合には、図３に示すように、高熱伝導材料３３中の炭素繊維の繊維方向（図中、高熱伝導材料３３内に実線３３ａで表示した）を、電子機器内のプリント基板３１上に実装された電子部品等（例えば、ＣＰＵ等）の発熱体３２から電子機器の筐体３４を通じて電子機器の外部３５まで斜めに配向させるのが、熱伝導性と機械的強度の双方を高める上で望ましいといえる。ここでいう高熱伝導材料３３中の炭素繊維の繊維方向が斜めに配向させるというのは、発熱体３２から電子機器の外部３５までの全経路の一部または全部を斜めにするものであればよい。なお、こうした電子機器では、小型軽量化の観点から、プリント基板上に電子部品が高密度実装されている場合が多い。こうした場合、電子機器内に高熱伝導材料を収容するには、限られた隙間に詰め込むことができるような柔軟性を有するフィルム形状のものにするのが好ましい。こうした場合であっても、先の図２で説明したように、発熱体から機器の筐体（ひいては外部）に至るまでの熱伝導経路（図２に示す５つの経路）を形成することができるように、一方向に引き揃えられた炭素繊維が発熱体から機器の筐体（ひいては外部）まで連続していればよいといえる。すなわち、途中、該高熱伝導材料シートないしフィルムが電子機器内の部品などにより湾曲していたり、捩じられていたりしても何ら問題なく、図２で説明した各種熱伝導経路を維持できるものであり、発熱体より受けた熱を伝熱し、効果的に電子機器外部に放熱することができるものである。なお、図３では、一方向に引き揃えられた一層又は複数層の炭素繊維を成形した複合材料の高熱伝導材料シートないしフィルムを表しているが、本発明では、かかる態様に何ら制限されるものではない。例えば、図４に示すような多層成型した複合材料の高熱伝導材料シートや多層化フィルムを用いても同様な効果が得られることは言うまでもない。これは、電子機器の筐体の上面や下面のほか、その側面部も有効に利用して放熱できるためである。例えば、携帯電話などでは、電話やメールの送受信機能の他に、メガピクセルのデジタルカメラ機能、動画機能、動画の送受信に対応可能な高速のインターネット接続機能、デジタルテレビ受信機能、ＧＰＳ機能に加え、小型ハードデスク内臓による高容量化等、数多くの機能等が詰め込まれるようになっている。そのため、こうした電子機器では、多層プリント基板化やプリント基板上への多層実装化などにより超高密度実装化が進められている。これに伴って発熱体となる部品点数（内臓電池やハードデスクなども連続使用により発熱体となり得る可能性もある）が増えたり、あるいは発熱体となる部品（例えば、ＣＰＵ）自体の超高性能化により発熱量が増加する傾向にある。こうした場合等に、上記効果を奏する高熱伝導材料シートや多層化フィルムを有効に利用することができるものである。
【００３９】
また、本発明では、電子機器の筐体用材料などのように、放熱面積が大きなものでは、これを利用してより効果的に放熱ができるように、図４に示すように高熱伝導複合材料をシート状（ないしフィルム状）に成形した高熱伝導複合シート材料（ないしフィルム材料）４１、４２につき、これらシート材料（ないしフィルム材料）４１、４２中の炭素繊維の繊維方向（シート材料４１、４２内に実線４１ａ、４２ａで表示した）がある一定の角度を有して交差するように（図４では９０度の角度を有して交差するようにした例を示す）、順次重ね合わせて（積層して）成型することにより、所望の高熱伝導複合シート積層材料４３としてもよい。あるいは予め一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維にある一定の角度を有して別の一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維を交互に重ね合わせて多層成型した高熱伝導材料を用いてもよい。この際にも、多層積層されたシート材料（ないしフィルム材料）中の炭素繊維の少なくとも１層が、発熱体から電子機器の外部まで図２、３に示すような熱伝導経路が形成されるように、引き揃えて配向させてもよい（図３参照のこと）。
【００４０】
さらに多層積層した高熱伝導複合シート積層材では、図２の（３）から（４）を経由する熱伝導経路に類似する新たな経路が形成される。例えば、図４に示す高熱伝導複合シート積層材料４３を用いて説明すれば、電子機器内の電子部品等の発熱体（図示せず；図２参照のこと）より受けた熱は、一端が発熱体に接続された高熱伝導複合シート材料４１（一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維）中の繊維方向４１ａに伝導した後、シート材料４１中の高分子マトリックス材料４１ｂ、熱伝導性充填剤（図示せず；図２参照のこと）を経て、隣接した高熱伝導複合シート材料４２（別の一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維）中を繊維方向４２ａに伝導する。かかる熱伝導により、シート材料の積層方向にも熱が順次伝播して新たな熱伝導経路が形成される。これにより、電子機器の筐体の上面や下面のほか、その側面部も有効に利用して放熱できる。同様に、図２の（２）から（４）を経由する経路熱伝導経路に類似する新たな経路が形成される。例えば、図４に示す高熱伝導複合シート積層材料４３を用いて説明すれば、電子機器内の電子部品等の発熱体（図示せず；図２参照のこと）より受けた熱は、一端が発熱体に接続された高熱伝導複合シート材料４１（一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維）中の高分子マトリックス材料４１ｂの中を熱伝導性充填剤（図示せず；図２参照のこと）を介して伝導した後、隣接した高熱伝導複合シート材料４２（別の一方向に揃えられた一層又は複数層の炭素繊維）に伝導し繊維方向４２ａに伝導する。かかる熱伝導によっても、シート材料の積層方向にも熱が順次伝播して新たな熱伝導経路が形成される。これによっても、電子機器の筐体の上面や下面のほか、その側面部も有効に利用して放熱できる。
【００４１】
これらの場合、シート材料の積層は、各々の層を形成してから接着剤等によって接合してもよいが、各シート材料にプリプレグを用い、これらを順次積層し（必要に応じて加圧下に）加熱硬化してもよい。こうすることで、各シート材料間の接合が強固となるので好ましい。
【００４２】
こうしたシート材料等の高熱伝導材料は、接着剤による接着、あるいは超音波を用いて融着することによって接合することができる。接着には、接着剤が用いられるが、アルミナ、カーボン、銀などを含む熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。なお、該高熱伝導材料を発熱体や筐体等に接続する場合にも、接着剤による接着、あるいは超音波を用いて融着することによって接合することができる。この場合にも接着には、接着剤が用いられるが、アルミナ、カーボン、銀などを含む熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。
【００４３】
なお、本発明の高熱伝導材料の用途に関しては、上記したように電子部品を内蔵する電子機器、特にモバイルないしユビキタスに適したノートパソコンや携帯電話や情報携帯端末等のほかに、ＤＶＤレコーダーやＤＶＤプレヤー等の電子機器内の放熱・熱伝導用材料（空冷システム材料を含む）や電子機器の筐体用材料、ＤＶＤレコーダーやプレヤー等のＤＶＤ光ピックアップベース材料や空冷ファン外枠材料等が挙げられる。
【実施例】
【００４４】
次に実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
【００４５】
実施例１〜３及び比較例１〜７
炭素繊維としては、熱伝導率の異なる高熱伝導性ピッチ系炭素繊維（例えば、日本グラファイトファイバー株式会社製）を２種類（３１０Ｗ／ｍＫ、５００Ｗ／ｍＫ）を使用した。熱伝導充填剤には、平均粒径３μｍの球状の酸化アルミニウム（例えば、株式会社マイクロン製）粉末を使用した。高分子マトリックス材料にはエポキシ樹脂を用いた。
【００４６】
まず、エポキシ樹脂に酸化アルミニウムを５０重量％添加する。これと一方向に揃えられた前記炭素繊維を用いてプリプレグを作製した。次に、得られたプリプレグを積層させ、オートクレーブにて圧力、温度を加え硬化させた。
【００４７】
得られた高熱伝導材料の各サンプル中の炭素繊維の配合量は、表１に示すように体積含有率で５５％（実施例１、２、比較例１、２）ないし６２％（実施例３）となるように調整した。
【００４８】
また、得られた高熱伝導材料の各サンプル中の高分子マトリックス材料（エポキシ樹脂）の配合量は、３４体積％（実施例１，２）、２８．５体積％（実施例３）、４５体積％（比較例１，２）、又、熱伝導充填剤（酸化アルミニウム粉末）の配合量は、１１体積％（実施例１，２）、９．５体積％（実施例３）、０体積％（比較例１、２）である。
【００４９】
この高熱伝導材料の各サンプルを用いて熱伝導率および比重を測定した結果を表１に示す。熱伝導率についてはレーザーフラッシュ法にて測定した。なお表中には、比較のために、比較例３〜７として、高熱伝導性金属３種類、酸化アルミニウム単体および高熱伝導性樹脂ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）の数値も掲載している。
【００５０】
【表１】
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【００５１】
この結果によれば、実施例２、３にあるように、熱伝導率５００Ｗ／ｍＫの炭素繊維を用い、更に熱伝導充填剤として酸化アルミニウム粉末を適量添加することにより、代表的高熱伝導金属であるアルミニウム（比較例４）の１．３〜１．４倍、代表的高熱伝導樹脂ＰＰＳ（比較例７）の７６０〜８５０倍の熱伝導率が得られた。一般的に２種類の材料より成る複合材料の熱伝導率は、λ＝Ｖ（１）λ（１）＋Ｖ（２）λ（２）という複合則に基づくことが知られている。ここで、λ：熱伝導率、Ｖ：体積分率であり、（  ）内の数字は複合材料を構成する材料を表す。熱伝導充填剤として酸化アルミニウム粉末を添加した表１の実施例１〜３において高分子マトリックス材料であるエポキシ樹脂の熱伝導率は０．２６Ｗ／ｍＫであり、炭素繊維および酸化アルミニウムに比べて極めて小さいため、熱伝導率としては２種類の材料よりなる複合材料と見なせる。
【００５２】
そこで本発明の高熱伝導複合材料の熱伝導率が前記複合則に従うとした場合、実施例１〜３の熱伝導率は、それぞれ１７９Ｗ／ｍＫ、２８３Ｗ／ｍＫ、３１８Ｗ／ｍＫとなる。しかし表１に示すように、実測値はそれを大きく上回っている。また酸化アルミニウムを添加しない比較例１〜２と比較すると、熱伝導率を５５Ｗ／ｍＫも改善することができた。これは酸化アルミニウム単体の熱伝導率（３６Ｗ／ｍＫ）をはるかに上回る値であり、酸化アルミニウムの存在が炭素繊維間の熱伝導ひいては炭素繊維の繊維方向の熱伝導を促進させ、前記複合則をはるかに上回るほどの熱伝導率を実現していることが分かる。一方、比重についてはアルミニウムの２／３と樹脂並みの軽さを維持できた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明による高熱伝導（複合）材料の構造の一実施形態を模式的に表した断面概略図である。図１（ａ）は、一方向に揃えられた炭素繊維の方向に垂直な面で、図１（ｂ）は該炭素繊維方向に平行な面で、それぞれ切断した断面を示す概略図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）中の一方向に揃えられた炭素繊維１本の拡大断面図である。
【図２】本発明における高熱伝導複合材料において、どのように熱が伝導するか、その熱伝導経路の例を模式的に表した断面概略図である。
【図３】本発明における高熱伝導複合材料を電子機器の放熱・熱伝導用材料ないし筐体用材料として使用した際の、高熱伝導複合材料中の炭素繊維の配向の様子の１例を模式的に表した断面概略図である。
【図４】本発明における高熱伝導複合材料をシート状に成形し、かかる高熱伝導複合シート材料中の炭素繊維の繊維方向が交差するように、順次重ね合わせる（積層して）成型することにより高熱伝導複合シート積層材料とした際の、高熱伝導複合シート積層材料及び各高熱伝導複合シート材料中の各炭素繊維の配向の様子の１例を模式的に表した概略図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    高熱伝導材料、
１ａ    一方向に揃えられた炭素繊維の一端側、
１ｂ    一方向に揃えられた炭素繊維の他端側、
２    高熱伝導性炭素繊維、
２ａ    炭素繊維フィラメント、
３    熱伝導性充填剤、
４    高分子マトリックス材料、
５    発熱体、
６    電子機器の外部、
３１    プリント基板、
３２    発熱体（ＣＰＵ等）、
３３    高熱伝導材料、
３３ａ    一方向に揃えられた炭素繊維の繊維方向、
３４    電子機器筐体、
３５    電子機器外部、
４１、４２    高熱伝導複合シート材料、
４１ａ、４２ａ    一方向に揃えられた炭素繊維の繊維方向、
４１ｂ    高分子マトリックス材料、
４３    高熱伝導複合シート積層材料。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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