(57)【要約】【課題】  熱源と電子装置の外面及び／又は電子装置の他の部品との間に位置付けられた電子装置用サーマルソリューションを提供する。【解決手段】  サーマルソリューションにより、熱源からの熱の放散を容易にするとともに、外面及び／又は第２部品を、熱源で発生した熱からシールドする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置用の熱放散・シールドシステムにおいて、
熱源を備えた第１部品を含む電子装置であって、前記第１部品が熱を当該電子装置の外面に伝達する電子装置と、
二つの主面を有し、前記第１部品とこの第１部品が熱を伝達する前記電子装置の前記外面との間に配置されるように、その一方の主面が前記第１部品と実効的に接触するように位置付けられたサーマルソリューションとを備え、
前記サーマルソリューションは少なくとも一つの可撓性グラファイトシートを含むことを特徴とする熱放散・シールドシステム。
【請求項２】
前記電子装置は、前記第１部品と直接的には隣接していない位置に位置付けられた放熱装置を更に含み、前記サーマルソリューション一方の主面が前記放熱装置と実効的に接触していることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記放熱装置は、ヒートシンク、ヒートパイプ、ヒートプレート又はこれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記サーマルソリューションは、その平面内熱伝導率が少なくとも約１４０Ｗ／ｍ°Ｋであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記サーマルソリューションは、その平面通過方向熱伝導率が約１２Ｗ／ｍ°Ｋ以下であることを特徴とする、請求項４に記載システム。
【請求項６】
前記サーマルソリューションは、その表面に設けられた保護コーティングをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記保護コーティングの熱伝導率は、前記少なくとも一つの可撓性グラファイトシートの平面通過方向熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記サーマルソリューションと前記第１部品との間に熱伝導性材料が位置付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記熱伝導性材料は、金属又はサーマルインターフェースを含むことを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電子装置はラップトップ型コンピュータであり、前記外面は前記ラップトップ型コンピュータのケースの一部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
電子装置用の熱放散・シールドシステムにおいて、
熱源を備えた第１部品と、この第１部品が熱を伝達する第２部品とを含む電子装置と、
二つの主面を有し、前記第１部品と前記第２部品との間に配置されるように、その一方の主面が前記第１部品と実効的に接触するように位置付けられたサーマルソリューションとを備え、
前記サーマルソリューションは少なくとも一つの可撓性グラファイトシートを含むことを特徴とする熱放散・シールドシステム。
【請求項１２】
前記電子装置は、前記第１部品と直接的には隣接していない位置に位置付けられた放熱装置を更に含み、前記サーマルソリューション一方の主面が前記放熱装置と実効的に接触していることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記放熱装置は、ヒートシンク、ヒートパイプ、ヒートプレート又はこれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記サーマルソリューションは、その平面内熱伝導率が少なくとも約１４０Ｗ／ｍ°Ｋであることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記サーマルソリューションは、その平面通過方向熱伝導率が約１２Ｗ／ｍ°Ｋ以下であることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記サーマルソリューションは、その表面に設けられた保護コーティングをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記保護コーティングの熱伝導率は、前記少なくとも一つの可撓性グラファイトシートの平面通過方向熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記サーマルソリューションと前記第１部品との間に熱伝導性材料が位置付けられていることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記熱伝導性材料は、金属又はサーマルインターフェースを含むことを特徴とする、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電子装置はラップトップ型コンピュータであり、前記第１部品は前記ラップトップ型コンピュータのハードドライブを含み、前記第２部品は前記ラップトップ型コンピュータのチップセットを含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置の部品等の熱源からの熱を放散するとともに、熱が装置の使用者及び装置の他の部品に及ぼす影響を軽減するように管理することができるサーマルソリューション（ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
演算処理速度を高めることができ、高周波数であり、小型でより複雑な電源を必要とし、他の技術上の発展を示す、電子部品及び電気部品内のマイクロプロセッサや集積回路等の装置、ハードドライブ等の高容量で高速応答の記憶部品、デジタル式投影器内や高出力光学装置等の他の装置内の電球等の電磁源を含む、より精密な電子装置が開発されるのに従って、かなり高い温度が発生するようになっている。しかしながら、マイクロプロセッサ、集積回路及び他の高度な電子装置は通常、所定の閾値温度範囲内にあるときにしか効率的に作動しない。これらの部品の作動中に発生する過剰な熱は、これらの部品それ自体の性能を損なうばかりでなく、システム全体の性能及び信頼性を損ない、場合によってはシステムを故障させてしまう。電子システムが作動することを期待される環境条件の範囲（極端な温度を含む）が広がるのに従って、過剰な熱による悪い影響がより悪化している。
【０００３】
マイクロ電子装置からの放熱に対する必要性が増大するのに従って、熱管理が、電子製品の設計のための益々重要な要素となってきている。電子機器の性能上の信頼性及び予想寿命の両方が、機器の部品の温度と逆の関連をなしている。例えば、代表的なシリコン半導体等の装置の作動温度が低下すると、これに対応して、装置の処理速度、信頼性及び予想寿命が向上する。従って、部品の寿命及び信頼性を最大にするためには、設計者が設定した限度内で装置の作動温度を制御することが極めて重要である。
【０００４】
更に、ラップトップ型コンピュータや携帯電話、デジタルカメラ、投影器等の小型でよりコンパクトな電子装置に対する希望が大きくなっており、このことは、熱源が装置の外面及び他の部品に隣接しているということを意味する。このようにして装置の外面が加熱されることは、使用者にとって不快であり、場合によっては危険である。更に、装置の一つの部品で発生した熱は、隣接した部品に悪影響を及ぼす。一つの解決策は熱源を断熱することであるが、これは、熱源で発生した熱を熱源に集中させ、これにより熱源を損傷する可能性があるので、満足のいく解決策ではない。
【０００５】
例えば、幾つかのラップトップ型コンピュータでは、大量の熱を発生するハードドライブがコンピュータのいわゆるパームレスト、即ちタイプ時に使用者の手が通常載せられることとなるキーボードと使用者との間の領域の一方の下に置かれる。薄型のラップトップ型コンピュータでは、ハードドライブで発生した熱は、ケースを通して使用者の手に伝達され、使用者に不快感を生じさせ、場合によっては苦痛を生じさせる。幾つかのラップトップ型コンピュータでは、パームレストの温度は４０℃以上であると計測されている。同様に、熱発生部品はラップトップ型コンピュータの底部を加熱し、コンピュータを膝に乗せた場合に使用者に不快感を生じさせ、場合によっては苦痛を生じさせる。これは、持ち運び性を向上するために装置の小型化の努力を続けているラップトップ型コンピュータ及び他のポータブル装置のメーカーにとって重要な問題である。
【０００６】
電子部品等の熱源からの放熱のために使用するのに適した比較的軽量の材料の一つの群は、グラファイトとして一般的に知られている材料、詳細には、天然グラファイトや以下に説明する可撓性グラファイトを基材としたグラファイトである。これらの材料は、異方性であり、専ら選択された方向に熱を伝達するように放熱装置を設計することができる。グラファイト材料は、銅やアルミニウムよりも遙かに軽量であり、このため、これらの材料を越える多くの利点が提供される。
【０００７】
グラファイトは、炭素原子の六角形配列即ちネットワークでできた層平面で形成されている。六角形に配置された炭素原子でできたこれらの層平面は、実質的に平らであり、互いに実質的に平行であり且つ等距離にあるように配向され、即ち並んでいる。実質的に平らで平行な等距離にある炭素原子シート又は層は、通常はグラフェーン層（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｌａｙｅｒｓ）又は底面（ｂａｓａｌ  ｐｌａｎｅ）と呼ばれ、互いにリンクし又は結合し、群をなして配置され、結晶を形成する。高度に揃った（ｈｉｇｈｌｙ  ｏｒｄｅｒｅｄ）グラファイトは、かなりの大きさの結晶を含み、これらの結晶は、互いに関して高度に整合し即ち配向されており、良好に揃った炭素層を有する。換言すると、高度に揃ったグラファイトは、高度の好ましい結晶配向性を有する。グラファイトは異方性構造を有し、このため、例えば熱伝導率、導電率及び流体拡散特性等の高度に指向性のある多くの性質を示すということに着目すべきである。
【０００８】
簡単に述べると、グラファイトは、炭素の積層構造であると特徴付けられる。即ち、炭素原子でできた重畳層からなる構造即ち積層体が互いに弱いファンデルワールス力で結合されているのである。グラファイトの構造を考えると、二つの軸線（方向）は、通常は、「ｃ」軸線（方向）、及び「ａ」軸線（方向）と呼ばれる。簡単にするため、「ｃ」軸線（方向）は、炭素層に対して垂直な方向と考えることができる。「ａ」軸線（方向）は、炭素層と平行な方向、即ち「ｃ」方向に対して垂直な方向と考えることができる。可撓性グラファイトシートの製造に適したグラファイトは、非常に高度の配向性を有する。
【０００９】
上述したように、平行な炭素原子層を互いに保持する結合力は弱いファンデルワールス力だけである。天然グラファイトは、層の重なった炭素層間の間隔を適当に開き、層に対して垂直方向に即ち「ｃ」方向に大きく膨張させ、そして炭素層の層状の特徴が実質的に保持された膨張させた即ち泡沸させたグラファイト構造を形成するように処理することができる。
【００１０】
大きく膨張させた、より詳細には、最終的な厚さ即ち「ｃ」方向寸法が元々の「ｃ」方向寸法の約８０倍又はそれ以上であるように膨張させたグラファイトフレークを、バインダーを使用せずに、膨張させたグラファイトでできた凝集性の即ち一体のシート、例えばウェブや紙、ストリップ、テープ、ホイル、マット等に形成することができる（これらは代表的には、「可撓性グラファイト」と呼ばれる）。最終的な厚さ即ち「ｃ」方向寸法が元々の「ｃ」方向寸法の約８０倍又はそれ以上であるように膨張させたグラファイト粒子を、結合材料を使用せずに、圧縮によって一体のグラファイトシートに形成することができると考えられのは、大きく膨張させたグラファイト粒子間の機械的な相互係止即ち凝集による。
【００１１】
シート材料は、以上に説明したように、可撓性に加えて、熱伝導率、導電率及び流体拡散特性に関し、天然グラファイト開始材料に匹敵する高度の異方性を持っていることが分かっている。これは、膨張させたグラファイト粒子及びグラファイト層が、ロールプレスのような非常に高度の圧縮によって、シートの両面と実質的に平行に配向されているためである。
【００１２】
簡単に述べると、可撓性無バインダー異方性グラファイトシート材料（例えばウェブや紙、ストリップ、テープ、ホイル、マット等）を製造するプロセスは、「ｃ」方向寸法が元々の粒子の「ｃ」方向寸法の約８０倍又はそれ以上である膨張させたグラファイト粒子を所定の荷重でバインダーなしで圧縮し、実質的に平らな可撓性の一体のグラファイトシートを形成する工程を含む。全体にワーム状の即ち蠕虫状の外観を持つ膨張させたグラファイト粒子は、ひとたび圧縮されると、圧縮された状態が固定され、シートの両主面と整合した状態を維持する。シート材料の密度及び厚さは、圧縮の程度を制御することによって変化させることができる。シート材料の密度は、約０．０４ｇ／ｃｍ３乃至約２．０ｇ／ｃｍ３の範囲内にあるとよい。可撓性グラファイトシート材料は、グラファイト粒子がシートの平行な両主面と平行に整合するため、かなりの程度の異方性を呈し、この異方性の程度は、シート材料をロールプレスして配向を高めると増大する。ロールプレスした異方性シート材料では、厚さ即ちシートの平行な両面に対して垂直な方向が「ｃ」方向を構成し、長さに沿った方向乃至幅に沿った方向の範囲の方向、即ち両主面に沿った即ち平行な方向が「ａ」方向を構成し、シートの熱伝導率、導電率及び流体拡散特性は、「ｃ」方向及び「ａ」方向に関して非常に異なる。
【００１３】
剥脱グラファイトの圧縮粒子（即ち可撓性グラファイト）でできたシートを、熱源で発生した熱を放散するためのサーマルスプレッダ、サーマルインターフェース又はヒートシンクの構成部品として使用することが提案されているが（例えば、特許文献１乃至４を参照されたい）、電子装置の外面が使用者にとって不快であったり使用者を危険に曝す程度まで加熱する「接触温度」の問題、及び、隣接した部品の加熱の問題に対しては適切な対処がなされていなかった。
【００１４】
従って、部品からの熱が、隣接した部品に影響を及ぼさないように、又は、装置の使用者を不快にしたり使用者を危険に曝したりしないように遮断するとともに放散する、ポータブル装置即ち小型装置の電子部品のためのサーマルソリューションの改善された設計が必要とされてきた。
【特許文献１】米国特許第６，２４５，４００号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４８２，５２０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５０３，６２６号明細書
【特許文献４】米国特許第６，５３８，８９２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、電子装置の部品から熱を放散するとともに、隣接した構造を熱からシールドする改良サーマルソリューションを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、熱を放散するとともに、熱が隣接した構造に伝達されないようにするのに十分に熱異方性比が高いサーマルソリューションを提供することである。
【００１７】
本発明の更に別の目的は、利用可能な空間が限られている環境下で熱の放散及び断熱の両方を行う、形態を一致させることができるサーマルソリューションを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、電子部品から熱を放散することができるとともに、部品で発生した熱の影響から使用者又は隣接した部品をシールドするサーマルソリューションを提供する。本発明のサーマルソリューションは、剥脱グラファイト（「可撓性グラファイト」ともいう）の圧縮粒子でできた異方性シートを含む。本明細書中で使用されるように、「可撓性グラファイト」という用語または、単一の又は積層体のいずれかをなした熱分解グラファイトでできたシートのことも指す。本発明のサーマルソリューションとして使用された可撓性グラファイトシートの平面内熱伝導率は、平面通過方向熱伝導率よりもかなり高い。換言すると、本発明のサーマルソリューションの熱異方性比は比較的高い（１０倍又はそれ以上である）。熱異方性比とは、平面内熱伝導率の平面通過方向熱伝導率に対する比である。
【００１９】
サーマルソリューションは二つの主面を有し、これらの一方が、ハードドライブやデジタル式投影器の光源のケーシング等の熱源の表面と実効的に（作動的に）接触する。サーマルソリューションの面積は、サーマルソリューションの熱源との接触面積よりも大きく、サーマルソリューションの平面内熱伝導率が、熱を熱源から放散するように作用する。最も有利には、サーマルソリューションの一方の主面（必ずしも熱源と接触しているのと同じ主面でなくてもよい）が、更に、ヒートシンク等の放熱装置と実効的に接触しているとよい。この場合、サーマルソリューションの平面内熱伝導率が比較的高いので、熱源で発生した熱は、サーマルソリューションを通して拡がり、ヒートシンクに導かれ、ここで放散される。
【００２０】
厚さ方向での熱伝導率が比較的低い（別の言い方をすると熱異方性比が高い）ので、熱源で発生した熱は、容易にはサーマルソリューションを通して伝達されない。かくして、熱源とこの熱源が配置された装置の外面との間に、又は、熱源とこの熱源が配置された装置内の別の部品との間にサーマルソリューションを位置付けたとき、熱源から外面又は他の部品への熱の流れが、サーマルソリューションにより、減少するか或いはなくなる。本発明のサーマルソリューションは形態を一致させることができるので、空間が限られた用途でも使用することができる。
【００２１】
更に、可撓性グラファイト材料を本発明のサーマルソリューションとして使用することの別の利点は、電磁障害及び無線周波障害（ＥＭＩ／ＲＦ）を遮断するグラファイト材料の性能にある。本発明のサーマルソリューションは、主な目的である熱放散／シールド機能の他に、サーマルソリューションが位置付けられた装置の部品をＥＭＩ／ＲＦ障害からシールドするように機能する。
【００２２】
本発明の別の実施の形態では、サーマルソリューションは、サーマルソリューションの取り扱い性及び機械的頑丈さを改善するため、及び、サーマルソリューションの熱伝導率特性及びＥＭＩ／ＲＦシールド特性を変化させるため、サーマルソリューションと熱源の表面との間に配置されるように積層又はコーティングされたアルミニウム又は銅等の他の等方性導体の層を備えていてもよい。同様に、サーマルグリス即ちグラファイトを基材としたサーマルインターフェース等のサーマルインターフェース材料をサーマルソリューションと熱源との間に配置し、熱源と本発明のサーマルソリューションとの間の熱伝達を容易にすることができる。これらのサーマルインターフェースは、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／４０２３８号明細書に記載されており、また、オハイオ州レークウッドのアドバンスト・エナジー・テクノロジー社からグラフハイサーム（Ｇｒａｆ  Ｈｉ−Ｔｈｅｒｍ（登録商標））ライン製品として商業的に入手することができる。
【００２３】
更に、サーマルソリューションの機械的頑丈さ及び取り扱い性を改善するため、及び、熱が熱源から装置の外面又は装置の他の部品へ伝達されないように遮断し即ちシールドするため、マイラー（Ｍｙｌａｒ（登録商標））材料のようなプラスチックや、他の樹脂等の材料等の、比較的非熱伝導性の材料の層をサーマルソリューションに重ねてもよい。
【００２４】
アルミニウムやプラスチック等の層をサーマルソリューションの主面の一方又は両方で使用することにより、追加の利点が得られる。十分な根拠があるわけではないが、グラファイト部品を電子装置内で使用すると、グラファイト粒子がグラファイト部品から剥脱することにより問題を生じるというおそれがあると言われている。アルミニウムやプラスチック等は、グラファイト製のサーマルソリューションを閉じ込めるように機能し即ち協働し、かくして、グラファイトの剥脱の可能性を実際上なくす。
【００２５】
これらの目的、及び以下の説明を読むことによって当業者に明らかな他の目的は、電子装置（ラップトップ型コンピュータ等）用の熱放散・シールドシステムを提供することにより達成できる。このシステムは、熱源を備えた第１部品（ハードドライブ等）を有する電子装置を含む。熱源は、熱を電子部品（ラップトップケース等）の外面及び／又は装置の第２部品（ラップトップチップセット等）に伝達する。システムは、二つの主面を有するサーマルソリューションを更に含む。このサーマルソリューションは、その一方の主面が第１部品と実効的に接触するように位置付けられ、第１部品と、この第１部品が熱を伝達する電子部品の外面及び／又は第２部品との間に配置される。サーマルソリューションの平面内熱伝導率は、好ましくは、少なくとも約１４０Ｗ／ｍ°Ｋであり、更に好ましくは少なくとも約２００Ｗ／ｍ°Ｋであり、平面通過方向熱伝導率は、約１２Ｗ／ｍ°Ｋ以下、更に好ましくは約１０Ｗ／ｍ°Ｋ以下である。
【００２６】
有利には、本発明のシステムは、ヒートシンク、ヒートパイプ、ヒートプレート又はこれらの組み合わせ等の放熱装置を更に含む。このような放熱装置は、第１部品と直接隣接した位置になく、サーマルソリューションの一方の主面が実効的に接触している。
【００２７】
本発明の別の実施の形態では、サーマルソリューションは、プラスチック製コーティング等の保護コーティングを含んでいてもよい。最も好ましくは、保護コーティングの熱伝導率は、少なくとも一つの可撓性グラファイトシートの平面通過方向熱伝導率よりも小さい。金属やサーマルインターフェース等の熱伝導性材料をサーマルソリューションと第１部品との間に位置付けてもよい。
【００２８】
以上の概括的な説明及び以下の詳細な説明は、両方とも、本発明の現在の実施の形態の説明であり、特許請求の範囲に記載した本発明の性質及び特徴を理解する上での基礎を提供しようとするためのものであるということは理解されるべきである。添付図面は、本発明を更に良く理解するためのものであり、本明細書に組み込まれてその一部を構成する。添付図面は、本明細書の様々な実施の形態を例示し、本明細書中の説明とともに、本発明の原理及び作用を説明するのに役立つものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
上述したように、本発明のサーマルソリューションは、一般的に可撓性グラファイトとして知られている剥脱グラファイトの圧縮粒子でできたシートから形成される。グラファイトは、炭素の結晶形態であり、平らな層をなした平面の形態で共有結合された原子でできており、平面間の結合が弱い。天然グラファイトフレーク等のグラファイト粒子を、例えば硫酸又は硝酸等の介在物質（ｉｎｔｅｒｃａｌａｎｔ）で処理することによって、グラファイトの結晶構造が反応し、グラファイト及び介在物質の化合物が形成される。そのような処理を施したグラファイト粒子を、以下では「介在物質処理グラファイト粒子」と呼ぶ。高温に露呈すると、グラファイト内の介在物質が分解し、揮発し、これにより、介在物質処理がなされたグラファイトの粒子の寸法が、その元の容積の約８０倍又はそれ以上、「ｃ」方向に即ちグラファイトの結晶平面に対して垂直方向に、アコーディオン状に膨張する。剥脱したグラファイト粒子は外観が蠕虫様であり、このため、一般的にワーム（ｗｏｒｍｓ）と呼ばれる。これらのワームを互いに圧縮して可撓性シートにすることができる。このシートは、元々のグラファイトフレークとは異なり、様々な形状に形成したり切断したりすることができる。
【００３０】
本発明で使用するのに適したグラファイト開始材料には、高度にグラファイト状の炭質材料が含まれ、この材料は、有機酸及び無機酸やハロゲンで介在物質処理することができ、次いで熱に露呈したときに膨張する。これらの高度にグラファイト状の炭質材料は、最も好ましくは、グラファイト化度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｇｒａｐｈｉｔｉｚａｔｉｏｎ）が約１．０である。本説明で使用されるように、「グラファイト化度」とは、以下の式による値ｇである。
ｇ＝〔３．４５−ｄ（００２）〕／０．０９５
ここで、ｄ（００２）は、結晶構造内の炭素でできたグラファイト層間の、オングストロームの単位で計測した間隔である。グラファイト層間の間隔ｄは、標準的なＸ線回折技術によって計測される。回折のピークの位置は、（００２）、（００４）及び（００６）のミラー指数に対応する回折のピークの位置を計測し、最小２乗法を使用して３つのピークの全てについての全誤差を最小にする間隔を導く。高度にグラファイト状の炭質材料の例としては、様々な供給源から得られた天然グラファイトの他、化学蒸着、ポリマーの高温分解又は溶融金属溶液等による結晶化等によって形成されたグラファイト等の他の炭質材料が含まれる。天然グラファイトが最も好ましい。
【００３１】
本発明で使用されるグラファイト開始材料は、開始材料の結晶構造が所要のグラファイト化度を維持し、剥脱可能である限り、非グラファイト成分を含んでいてもよい。一般的には、結晶構造が所要のグラファイト化度を持っており、剥脱可能である任意の炭素含有材料は、本発明で使用するのに適している。このようなグラファイトの純度は、好ましくは、少なくとも約８０重量％である。更に好ましくは、本発明で使用されるグラファイトの純度は、少なくとも約９４％である。最も好ましい実施の形態では、使用されるグラファイトの純度は、少なくとも約９８％である。
【００３２】
グラファイトシートを製造するための一般的な方法は、シェーン等に付与された米国特許第３，４０４，０６１号明細書に記載されている。この特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。シェーン等の方法では、代表的には、天然グラファイトフレークを例えば硝酸及び硫酸の混合物を含有する溶液中に分散することによって介在物質処理する。有利には、グラファイトフレークを、１００重量部のグラファイトフレークに対して約２０重量部乃至約３００重量部のレベルの介在物質溶液中に分散する。介在物質処理溶液は、この技術分野で知られている酸化剤及び他の介在物質処理剤を含有する。例としては、硝酸、塩素酸カリウム、クロム酸、過マンガン酸カリウム、クロム酸カリウム、重クロム酸カリウム、過塩素酸等の酸化剤及び酸化混合物を含むもの、又は、例えば濃硝酸及び塩素酸塩、クロム酸及び燐酸、硫酸及び硝酸等の混合物、トリフルオロ酢酸等の強有機酸の混合物、及び、有機酸に溶解する強酸化剤が含まれる。別の態様では、グラファイトの酸化を行うのに電位を使用することができる。電解酸化を使用してグラファイト結晶に導入することができる化学種には、硫酸及び他の酸が含まれる。
【００３３】
好ましい実施の形態では、介在物質処理剤は、硫酸、又は硫酸と燐酸と酸化剤、即ち硝酸、過塩素酸、クロム酸、過マンガン酸カリウム、過酸化水素、沃素酸、過沃素酸等との混合物の溶液である。あまり好ましくはないけれども、介在物質処理溶液は、塩化鉄（ＩＩＩ）、及び硫酸と混合した塩化鉄（ＩＩＩ）等の金属ハロゲン化物を含有してもよく、又は、臭素等のハロゲン化物を、臭素及び硫酸の溶液として、又は有機溶液中の臭素として含有してもよい。
【００３４】
介在物質処理剤の量は、約２０ｐｐｈ乃至約３５０ｐｐｈの範囲内にあってもよく、更に代表的には約４０ｐｐｈ乃至約１６０ｐｐｈの範囲内にある。フレークを介在物質処理した後、余分の溶液をフレークから排出させ、フレークを水で洗浄する。別の態様では、米国特許第４，８９５，７１３号明細書に記載されているように、介在物質処理剤の量を約１０ｐｐｈ乃至約４０ｐｐｈに限定することにより、洗浄工程をなくすことができる。この特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００３５】
介在物質処理溶液で処理したグラファイトフレークの粒子は、随意であるが、２５℃乃至１２５℃の範囲の温度で酸化性介在物質処理溶液の表面膜と反応するアルコール、糖類、アルデヒド及びエステルから選択された還元性有機剤との間で、例えば混合によって接触させることができる。適当な特定の有機剤には、ヘキサデカノール、オクタデカノール、１−オクタノール、２−オクタノール、デシルアルコール、１，１０−デカンジオール、デシルアルデヒド、１−プロパノール、１，３−プロパンジオール、エチレングリコール、ポリプロピレングリコール、デキストローゼ、フラクトース、ラクトース、サクロース、ポテトスターチ、エチレングリコールモノステアレート、ジエチレングリコールジベンゾエート、プロピレングリコールモノステアレート、グリセロールモノステアレート、ジメチルオキシレート、ジエチルオキシレート、メチルホルメート、エチルホルメート、アスコルビン酸、及びナトリウムリグノスルフェート等のリグニン誘導体が含まれる。有機還元剤の量は、適当には、グラファイトフレークの粒子の約０．５重量％乃至４重量％である。
【００３６】
介在物質処理の処理前、処理中又は処理直後に適用される膨張補助剤により、更なる改良を提供することができる。これらの改良には、剥脱温度の低下及び膨張容積（「ワーム容積」とも呼ばれる）の増大が含まれる。ここでは、膨張補助剤は、有利には、膨張を改良するため、介在物質溶液に十分に溶解する有機材料である。更に詳細には、好ましくは、炭素、水素及び酸素を含むこの種の有機材料が専ら使用される。カルボン酸が特に効果的であると分かっている。膨張補助剤として有用な適当なカルボン酸は、芳香族の、脂肪族の、脂環式の、直鎖又は枝分かれ鎖の、飽和及び不飽和のモノカルボン酸、ジカルボン酸及びポリカルボン酸から選択することができる。これは炭素原子が少なくとも一つであり、好ましくは最大約１５個であり、剥脱に関しての一つ又はそれ以上の特徴の計測可能な改良をもたらす上で有効な量で介在物質溶液に溶解する。介在物質溶液での有機膨張補助剤の溶解性を改良するため、適当な有機溶剤を使用することができる。
【００３７】
脂肪族飽和カルボン酸の代表的な例は、化学式がＨ（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ等の酸である。ここで、ｎは０乃至５である。このような酸には、酢酸、プロピオン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸等が含まれる。カルボン酸の代わりに、アルキルエステル等の無水物即ち反応性カルボン酸誘導体を使用してもよい。アルキルエステルの代表例は、蟻酸メチル及び蟻酸エチルが含まれる。硫酸、硝酸及び他の知られた水性介在物質は、蟻酸を分解して最終的には水と二酸化炭素にする。このため、蟻酸及び他の分解し易い膨張補助剤は、有利にはグラファイトフレークを水性介在物質に浸漬する前にフレークと接触させる。ジカルボン酸の代表例は、炭素原子を２個乃至１２個含む脂肪酸、詳細には、蓚酸、フマル酸、マロン酸、マレイン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、１，５−ペンタンジカルボン酸、１，６−ヘキサンジカルボン酸、１，１０−デカンジカルボン酸、シクロヘキサン−１，４−ジカルボン酸、及び、フタル酸又はテレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸が含まれる。アルキルエステルの代表例は、ジメチルオキシレート及びジエチルオキシレートである。脂環式酸の代表例は、シクロヘキサンカルボン酸であり、芳香族カルボン酸の代表例は、安息香酸、ナフトエ酸、アントラニル酸、ｐ−アミノ安息香酸、サリチル酸、ｏ−、ｍ−及びｐ−のトリル酸、メトキシ安息香酸、エトキシ安息香酸、アセトアセトアミド安息香酸、アセトアミド安息香酸、フェニル酢酸及びナフトエ酸である。ヒドロキシ芳香族酸の代表例は、ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキ−１−シナフトエ酸、３−ヒドロキシ−２−シナフトエ酸、４−ヒドロキ−２−シナフトエ酸、５−ヒドロキ−２−シナフトエ酸、６−ヒドロキ−２−シナフトエ酸及び７−ヒドロキ−２−シナフトエ酸である。ポリカルボン酸のうちの優れたものは、クエン酸である。
【００３８】
介在物質溶液は水性であり、好ましくは、剥脱を高める上で有効な約１％乃至１０％の所定量の膨張補助剤を含む。水性介在物質溶液に浸漬する前又は後に、膨張補助剤がグラファイトフレークと接触する実施の形態では、膨張補助剤をＶ−混合器等の適当な手段によって、代表的にはグラファイトフレークの約０．２重量％乃至約１０重量％の量でグラファイトと混合するとよい。
【００３９】
グラファイトフレークを介在物質処理した後で、且つ、介在物質でコーティングした介在物質処理済みのグラファイトフレークを有機還元剤と混合した後、混合物を２５℃乃至１２５℃の範囲の温度に露呈し、還元剤及び介在物質コーティングの反応を促す。加熱期間は、最大約２０時間であり、加熱期間が例えば少なくとも約１０分間と短い場合には、上述した温度範囲のうちの比較的高い方の温度に露呈される。３０分又はそれ以下の時間、例えば１０分乃至２５分程度の時間の場合も、比較的高い方の温度が使用される。
【００４０】
このような処理を施したグラファイト粒子は、「介在物質処理済みグラファイト粒子」と呼ばれる。高温、例えば少なくとも約１６０℃の温度、特に約７００℃乃至１０００℃の温度、及びこれ以上の温度に露呈されると、介在物質処理済みグラファイト粒子はその元の容積の約８０倍乃至１０００倍又はそれ以上に、「ｃ」方向即ち構成グラファイト粒子の結晶平面に対して垂直方向に、アコーディオン状に膨張する。膨張した即ち剥脱したグラファイト粒子は外観が蠕虫様であり、このため、一般的にワーム（ｗｏｒｍｓ）と呼ばれる。これらのワームを互いに圧縮して可撓性シートにすることができる。このシートは、元々のグラファイトフレークとは異なり、様々な形状に形成したり切断したりすることができる。
【００４１】
可撓性グラファイトシート及びホイルは緊密に結びついており（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）、良好な取り扱い強度を持っており、適当には、例えばロールプレスによって約０．０７５ｍｍ乃至３．７５ｍｍの厚さまで圧縮される。代表的な密度は、約０．１ｇ／ｃｍ３乃至１．５ｇ／ｃｍ３である。最終的なグラファイト製品での樹脂含浸量を高めるため、米国特許第５，９０２，７６２号明細書（この特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする）に記載されているように、約１．５重量％乃至３０重量％のセラミック添加剤を介在物質処理済みグラファイトフレークと混合してもよい。この添加剤は、長さが約０．１５ｍｍ乃至１．５ｍｍのセラミックファイバ粒子を含有する。粒子の幅は、適当には、約０．０４ｍｍ乃至０．００４ｍｍである。セラミックファイバ粒子は非反応性であり且つグラファイトに対して非付着性であり、最大約１１００℃の温度で、好ましくは約１４００℃又はそれ以上の温度で安定している。適当なセラミックファイバ粒子は、細断した石英ガラスファイバ、炭素又はグラファイトのファイバ、ジルコニア、窒化硼素、炭化珪素及びマグネシアのファイバの他、メタ珪酸カルシウムファイバ等の天然に産出する鉱物ファイバ、カルシウムアルミニウムシリケートファイバ、アルミニウム酸化物ファイバ等で形成されている。
【００４２】
グラファイトフレークを介在物質処理し剥脱するための、上述した方法は、有利には、グラファイトフレークをグラファイト化温度、即ち約３０００℃及びそれ以上の温度で予備処理することによって、及び、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／３９７４９号明細書に記載されているように潤滑性の添加剤で介在物質処理することによって、行うことができる。
【００４３】
グラファイトフレークの予備処理即ち焼鈍により、これに続いてフレークに介在物質処理及び剥脱を加えたときにかなり大幅に膨張する（即ち容積の膨張の増大は最大３００％又はそれ以上である）。望ましくは、膨張の増大は、焼鈍工程なしの同様のプロセスと比較して少なくとも約５０％である。焼鈍工程で使用される温度は、３０００℃よりも大幅に低くてはならない。これは、温度が１００℃低くても膨張がかなり減少するためである。
【００４４】
本発明の焼鈍は、介在物質処理及びこれに続いて行われる剥脱時に膨張度の高いフレークを形成するのに十分な期間に亘って行われる。代表的には、必要な時間は１時間又はそれ以上であり、好ましくは１時間乃至３時間であり、最も有利には不活性環境で行われる。最大の有利な結果を得るため、膨張度を高めるための、この技術分野で知られた他のプロセスが、焼鈍したグラファイトフレークに加えられる。このプロセスは、有機還元剤や有機酸等の介在物質処理補助剤が存在する状態で介在物質処理を行い、介在物質処理に続いて界面活性剤で洗浄するプロセスである。更に、最大の有利な結果を得るため、介在物質処理を繰り返してもよい。
【００４５】
本発明の焼鈍工程は、誘導炉又はグラファイト化の技術として知られ且つ評価されている装置で行うことができる。ここで使用した温度は、グラファイト化プロセスで用いられる範囲で最高の３０００℃程度である。
【００４６】
グラファイトに予備介在物質処理を加えることによって製造されたワームは、場合によっては互いに「クランプ」される。これは、面積・重量均一性に悪い影響を及ぼし、「自由流動」ワームの形成を補助する添加剤が必要になる。介在物質溶液に潤滑性添加剤を追加することにより、圧縮装置の床（グラファイトワームを圧縮（又は「カレンダー加工」）して可撓性グラファイトシートにするのに従来使用されていたカレンダーステーションの床）に亘ってワームを更に均等に分配するのを容易にする。従って、結果的に得られたシートは、面積・重量均等性が高く、引張強度が大きい。潤滑性添加剤は、好ましくは、長鎖炭化水素であり、更に好ましくは、炭素を少なくとも１０個含む炭化水素である。他の官能基が存在していても、長鎖炭化水素群を含む他の有機化合物を使用してもよい。
【００４７】
更に好ましくは、潤滑性添加剤はオイルであり、鉱油が最も好ましい。これは、腐敗して臭気が生じることが少ないためである。これは、長期に亘る保存に対する重要な配慮でもある。以上に詳細に説明した膨張補助剤には、潤滑性添加剤の定義をも満たすものがある。こうした材料を膨張補助剤として使用する場合、介在物質に別の潤滑補助剤を含める必要がない。
【００４８】
潤滑性添加剤は、介在物質中に少なくとも約１．４ｐｐｈの量で、更に好ましくは少なくとも約１．８ｐｐｈの量で存在する。含まれる潤滑性添加剤の上限は下限程は重要ではないけれども、約４ｐｐｈ以上のレベルで潤滑性添加剤を含んでもあまり意味がない。
【００４９】
このようにして処理したグラファイト粒子は、場合によっては、「介在物質処理済みグラファイト粒子」と呼ばれる。高温、例えば少なくとも約１６０℃の温度、特に約７００℃乃至１２００℃の温度、及びこれ以上の温度に露呈されたとき、介在物質処理されたグラファイトの粒子は、「ｃ」方向即ち構成グラファイト粒子の結晶平面に対して垂直方向に、その元の容積の８０倍乃至１０００倍又はそれ以上に、アコーディオン状に膨張する。膨張した即ち剥脱したグラファイト粒子は、蠕虫様の外観を有し、このため、一般にワームと呼ばれる。これらのワームを互いに圧縮して可撓性シートにすることができる。このシートは、元々のグラファイトフレークとは異なり、様々な形状に形成したり切断したりすることができ、以下に説明するように機械的な衝撃を加えて変形させることによって小さな横方向開口部を設けることができる。
【００５０】
可撓性グラファイトシート及びホイルは緊密に結びついており（ｃｏｈｅｒｅｎｔ）、取り扱い特性が良好であり、例えばロールプレスによって約０．０７５ｍｍ乃至３．７５ｍｍの厚さまで適当に圧縮される。代表的な密度は、約０．１ｇ／ｃｃ乃至１．５ｇ／ｃｃである。最終的な可撓性グラファイト製品での樹脂含浸量を高めるため、米国特許第５，９０２，７６２号明細書（この特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする）に記載されているように、約１．５重量％乃至３０重量％のセラミック添加剤を介在物質処理したグラファイトフレークと混合することができる。添加剤は、長さが約０．１５ｍｍ乃至１．５ｍｍのセラミックファイバ粒子を含む。粒子の幅は、適当には、約０．０４ｍｍ乃至０．００４ｍｍである。セラミックファイバ粒子はグラファイトに対して非反応性で且つ非付着性であり、最大約１１００℃の温度で、好ましくは約１４００℃又はそれ以上の温度で安定している。適当なセラミックファイバ粒子は、細断した石英ガラスファイバ、炭素又はグラファイトのファイバ、ジルコニア、窒化硼素、炭化珪素及びマグネシアのファイバの他、メタ珪酸カルシウムファイバ等の天然に産出する鉱物ファイバ、カルシウムアルミニウムシリケートファイバ、アルミニウム酸化物ファイバ等で形成されている。
【００５１】
可撓性グラファイトシートは、場合によっては、樹脂で有利に処理することもでき、吸収された樹脂は、硬化後、可撓性グラファイトシートの形態特性を「固定」するばかりでなく、シートの耐水性を高め、取り扱い強度即ち剛性を高める。適当な樹脂含有量は、好ましくは、少なくとも約５重量％であり、更に好ましくは約１０重量％乃至３５重量％であり、適当には最大約６０重量％である。本発明を実施する上で特に有用であることが分かっている樹脂には、アクリルを基材とした樹脂システム、エポキシを基材とした樹脂システム、フェノールを基材とした樹脂システム、フルオロ基材ポリマー又はこれらの混合物が含まれる。適当なエポキシ樹脂システムには、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）を基材としたシステム及び他の多官能価樹脂システムが含まれ、使用できるフェノール樹脂には、レゾールフェノール樹脂、ノボラックフェノール樹脂が含まれる。随意であるが、可撓性グラファイトは、樹脂に加えて又は樹脂の代わりにファイバ及び／又は塩を含浸することができる。更に、性質（他着性、材料の流れ、疎水性等）を変化させるため、反応性又は非反応性の添加剤を樹脂システムとともに使用することができる。
【００５２】
別の態様では、本発明の可撓性グラファイトシートは、新たに膨張させたワームでなく、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／１６７３０号明細書に記載されているように、粉砕再生可撓性グラファイトシートの粒子を使用してもよい。シートは、新たに形成したシート、リサイクルシート材料、スクラップシート材料、又は任意の他の適当な供給源から得られた材料であってもよい。
【００５３】
本発明のプロセスは、新規材料及びリサイクル材料の混合物を使用してもよい。
【００５４】
リサイクル材料についての源材料（ｓｏｕｒｃｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）は、以上に説明したように、圧縮成形したシート又はその切除部分、又は、前置カレンダーロールで圧縮したが樹脂で含浸されていないシートであってもよい。更に、源材料は、樹脂で含浸してあるが硬化させていないシート又はその切除部分、又は、樹脂で含浸してあり且つ硬化させたシート又はその切除部分であってもよい。更に、源材料は、流れ場プレート（ｆｌｏｗ  ｆｉｅｌｄ  ｐｌａｔｅ）又は電極等のリサイクル可撓性グラファイト陽子交換膜（ＰＥＭ）燃料電池構成要素であってもよい。様々なグラファイト供給源のそれぞれは、そのまま、又は、天然グラファイトフレークと混合して使用することができる。
【００５５】
可撓性グラファイトシートの源材料が得られた後、知られたプロセス、又は、ジェットミルや空気ミル、ブレンダー等の装置によって、これを微粉砕して粒子を製造することができる。好ましくは、粒子の大部分は、２０Ｕ．Ｓ．メッシュを通過するような直径を持っており、更に好ましくは大部分（約２０％以上、最も好ましくは約５０％以上）が８０Ｕ．Ｓ．メッシュを通過しない。最も好ましくは、粒子の粒径は約２０メッシュ以下である。微粉砕プロセス中に樹脂システムが熱による損傷を被らないようにするため、微粉砕時に樹脂で含浸するときに可撓性グラファイトシートを冷却するのが望ましい。
【００５６】
微粉砕粒子の粒径は、所望の熱特性を持つグラファイト物品の機械加工性及び成形性のバランスがとれるように選択することができる。かくして、粒子が小さければ小さい程、機械加工及び／又は成形の容易なグラファイト物品が得られるのに対し、粒子が大きければ大きい程、グラファイト粒子の異方性が高くなり、このため、平面内の導電性及び熱伝導性が大きくなる。
【００５７】
源材料が樹脂で含浸してある場合、好ましくは、樹脂を粒子から除去する。樹脂除去の詳細を以下に詳細に説明する。
【００５８】
源材料を微粉砕し、樹脂を全て除去した後、再膨張させる。再膨張は、以上に説明した介在物質処理・剥脱プロセスによって行うことができる。このプロセスは、シェーン等に付与された米国特許第３，４０４，０６１号明細書及びグラインケ等に付与された米国特許第４，８９５，７１３号明細書に記載されている。
【００５９】
代表的には、介在物質処理した後、介在物質処理済み粒子を炉内で加熱することによって粒子を剥脱する。この剥脱工程中、介在物質処理済み天然グラファイトフレークをリサイクルされた介在物質処理済み粒子に加えてもよい。好ましくは、再膨張工程中、粒子を膨張させ、少なくとも約１００ｃｃ／ｇで最大約３５０ｃｃ／ｇ又はそれ以上の範囲の特定の容積を与える。最後に、再膨張工程後、以上に説明したように再膨張させた粒子を圧縮して可撓性シートにする。
【００６０】
開始材料が樹脂で含浸させてある場合、好ましくは樹脂を粒子から少なくとも部分的に除去しなければならない。この除去工程は、微粉砕工程と再膨張工程との間で行われなければならない。
【００６１】
一実施の形態では、除去工程は、粉砕再生粒子を含有する樹脂を裸火（ｏｐｅｎ  ｆｌａｍｅ）等で加熱する工程を含む。更に詳細には、含浸させた樹脂を少なくとも約２５０℃の温度まで加熱し、樹脂の除去を行う。この加熱工程中、樹脂分解製品が流出しないように注意を払わなければならない。これは、空気中で注意深く加熱することによって、又は、不活性雰囲気内で加熱することによって、行うことができる。好ましくは、加熱は、少なくとも約１０分間乃至最大約１５０分間又はそれ以上の範囲の時間に亘って約４００℃乃至約８００℃の範囲で行われなければならない。
【００６２】
更に、樹脂除去工程により、成形プロセスから製造された製品の引張強度が、樹脂を除去していない同様の方法と比較して向上する。樹脂除去工程は、樹脂が介在化学物質と混合されている場合、膨張工程（即ち介在物質処理及び剥脱）中に有毒な副生物を発生させることがあるため、更に有利である。
【００６３】
このようにして膨張工程前に樹脂を除去することによって、上述した強度特性等の性質が優れた製品が得られる。強度特性の向上は、部分的には、更に大きく膨張するためである。粒子に樹脂が存在する場合には、膨張が制限される。
【００６４】
強度特性及び環境に対する懸念に加えて、樹脂は、酸との連続的発熱反応を発生する場合があるという懸念に鑑み、介在物質処理の前に除去するのがよい。
【００６５】
以上に鑑み、好ましくは樹脂の大部分を除去する。更に好ましくは、樹脂の約７５％以上を除去する。最も好ましくは、樹脂の約９９％以上を除去する。
【００６６】
好ましい実施の形態では、可撓性グラファイトシートを微粉砕した後、これを所望の形状に形成し、次いで、硬化（樹脂が含浸してある場合）させる。別の態様では、微粉砕前にシートを硬化させることができるが、微粉砕後に硬化させるのが好ましい。
【００６７】
可撓性グラファイトシートは、場合によっては、樹脂で処理することもでき、吸収された樹脂は、硬化後、可撓性グラファイトシートの形態特性を「固定」するばかりでなく、シートの耐水性を高め、取り扱い強度即ち剛性を向上させる。適当な樹脂含有量は、好ましくは約６０重量％以下であり、更に好ましくは約３５重量％以下であり、最も好ましくは約４重量％乃至約１５重量％である。本発明を実施する上で特に有用であることが分かっている樹脂は、アクリルを基材とした樹脂システム、エポキシを基材とした樹脂システム、フェノールを基材とした樹脂システム又はこれらの混合物である。適当なエポキシ樹脂システムは、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）を基材としたシステム及び他の多官能価樹脂システムが含まれ、使用できるフェノール樹脂には、レゾールフェノール樹脂、ノボラックフェノール樹脂が含まれる。しかしながら、本発明の目的のため、樹脂の含浸及びこれによって提供される剛性は不利である。
【００６８】
随意であるが、本発明のサーマルソリューションの形成に使用される可撓性グラファイトシートは、層間に接着剤を含む又は含まない積層体として使用することができる。積層体の積み重ねに非グラファイト層が含まれていてもよいが、これは接着剤を使用することを必要とし、これは以上に説明したように不利である。このような非グラファイト層には、金属、プラスチック又はガラスファイバや、セラミックス等の他の非金属が含まれる。
【００６９】
上述したように、このようにして形成された剥脱グラファイトの圧縮粒子でできたシートは異方性であり、即ちシートの熱伝導性が、平面内即ち「ａ」方向で、シートを通る方向即ち「ｃ」方向とは異なって大きい。このように、グラファイトシートが異方性であるので、熱は、サーマルソリューションの平面方向（即ちグラファイトシートに沿った「ａ」方向）に沿って差し向けられる。このようなシートの熱伝導率は、一般的には、平面内方向で少なくとも約１４０Ｗ／ｍ°Ｋであり、更に好ましくは少なくとも約２００Ｗ／ｍ°Ｋであり、最も好ましくは少なくとも約２５０Ｗ／ｍ°Ｋであり、平面通過方向では約１２Ｗ／ｍ°Ｋ以下、更に好ましくは約１０Ｗ／ｍ°Ｋ以下、最も好ましくは約６Ｗ／ｍ°Ｋ以下である。かくして、サーマルソリューションの熱異方性比（即ち平面内の熱伝導率の平面通過方向熱伝導率に対する比）は約１０以上である。
【００７０】
積層体における平面内熱伝導率及び平面通過方向熱伝導率の値は、サーマルソリューションの形成に使用された可撓性グラファイトシートの、積層体の形成に使用された場合に含まれるグラフェーン層（ｇｒａｐｈｅｎｅ  ｌａｙｅｒｓ）の方向整合（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を変化させることによって、又は、積層体自体のグラフェーン層の方向整合をその形成後に変化させることによって、操作することができる。このようにして、サーマルソリューションの平面内熱伝導率が増大し、サーマルソリューションの平面通過方向熱伝導率が減少することにより、熱異方性比が増大する。
【００７１】
グラフェーン層のこのような方向整合方法の一つは、シートにカレンダー加工を施す（即ち剪断力を加える）こと、又は、ダイプレス又は往復動プラテンプレスを行う（即ち圧縮力を加える）ことのいずれかによって、可撓性グラファイトシートの構成要素に圧力を加えることによって行うことができるが、方向整合を行う上でカレンダー加工の方が効果的である。例えば、シートを１．１ｇ／ｃｃでなく１．７ｇ／ｃｃの密度までカレンダー加工することにより、平面内熱伝導率が約２４０Ｗ／ｍ°Ｋ乃至約４５０Ｗ／ｍ°Ｋ又はそれ以上に上昇し、平面通過方向熱伝導率がこれに比例して低下し、これにより、個々のシート、及びそれから拡張的に形成される積層体の熱異方性比を増大する。
【００７２】
変形例では、積層体が形成される場合、積層体を全体として形成するグラフェーン層の方向整合を、圧力を加えること等によって増大させ、その結果、積層体を形成する可撓性グラファイトシートの構成要素の開始密度よりも高い密度が得られる。積層品の最終密度である、少なくとも約１．４ｇ／ｃｃの密度、更に好ましくは少なくとも約１．６ｇ／ｃｃの密度、最大約２．０ｇ／ｃｃの密度をこの方法で得ることができる。ダイプレス又はカレンダー加工等の従来の方法によって圧力を加えることができる。少なくとも約６０メガパスカル（ＭＰａ）の圧力が好ましく、２．０ｇ／ｃｃ程度の高い密度を得るためには少なくとも約５５０ＭＰａ、更に好ましくは少なくとも約７００ＭＰａの圧力が必要とされる。
【００７３】
驚くべきことに、グラフェーン層の方向整合が増大することにより、グラファイト積層体の平面内熱伝導率を、純銅の熱伝導率と等しいか或いはそれ以上の熱伝導率まで増大することができる。その際、密度は純銅の密度の数分の一のままである。更に、結果的に得られた積層体は、更に、非「整合」積層体と比較して強度が上昇する。
【００７４】
次に、添付図面のうち、特に図１を参照すると、本発明のサーマルソリューションの一実施の形態が示してある。サーマルソリューション（製品）には、その全体に参照番号１０が付してある。サーマルソリューション１０は、剥脱グラファイトの圧縮粒子でできたシートを含む。このシートは、参照番号１０ａ及び１０ｂを付した二つの主面を有する。サーマルソリューション１０の一方の主面１０ａ又は１０ｂは、参照番号１００を付した熱源（ラップトップ型コンピュータのハードドライブや携帯電話のチップセット等の電子部品等の熱源）で発生した熱がサーマルソリューション１０に放散されるように、この熱源１００と実効的に（作動的に）接触するように位置付けられるような大きさを持っている。これにより、熱源１００と接触した主面１０ａ又は１０ｂの面積は、サーマルソリューション１０により熱源１００からの熱が拡散されるよう、熱源１００との接触面積よりも大きい。
【００７５】
更に、サーマルソリューション１０の一方の主面１０ａ又は１０ｂは、ヒートシンク、ヒートパイプ又はヒートプレート等の放熱装置１１０と実効的に接触する。放熱装置１１０は、熱源１００と同じ主面１０ａ又は１０ｂのいずれかと接触させることができる。サーマルソリューション１０が異方性であるので、熱源１００からの熱は、これによって、放熱装置１１０まで拡散され、かくして、発生した熱が放散される。このようにして、サーマルソリューション１０は、熱源１００で発生した熱を拡散する熱拡散装置として作用する。熱の拡散には、熱を放熱装置１１０に拡散することが含まれる。
【００７６】
しかしながら、サーマルソリューション１０の熱異方性比が比較的高いので、熱源１００からの熱は、熱源１００と実効的に接触した一方の主面１０ａ又は１０ｂからサーマルソリューション１０の平面を通して他方の主面までは効果的に伝わらない。従って、熱は、熱源１００が配置された装置（ラップトップ型コンピュータ又は携帯電話等）の外面まで効果的には伝達されることがなく、サーマルソリューション１０が熱源１００と外面との間に配置されている場合、このような外面の温度を（１０℃程度又は場合によってはそれ以上）下げる。
【００７７】
同様に、熱源１００が配置された装置（ラップトップ型コンピュータ又は携帯電話等）内の別の部品に熱が効果的に伝達されることがなく、サーマルソリューション１０が熱源１００と別の部品との間に配置されている場合、このような別の部品が露呈される温度が低下する。
【００７８】
図２ａ及び図２ｂは、本発明の設計の有利な特徴を得るためのラップトップ型コンピュータ１２０におけるサーマルソリューション１０の位置を示す。図２ａから分かるように、ラップトップ型コンピュータ１２０の保護ケースの下には、参照番号１２２が付された一つ又はそれ以上の熱発生部品を含む多くの部品がある。更に、ラップトップ型コンピュータ１２０は、ヒートシンク１２４等の放熱装置を有する。空間に限りがあるため、ヒートシンク１２４を熱発生部品１２２と隣接して配置することは必ずしも可能ではない。
【００７９】
図２ｂでは、しかしながら、サーマルソリューション１０が熱発生部品１２２及びヒートシンク１２４の両方と重なるように位置付けられている。従って、熱は、放散のため、熱発生部品１２２からヒートシンク１２４に流れることができる。更に、サーマルソリューション１０の平面通過方向熱伝導率が比較的低いので、熱はサーマルソリューション１０を通って効率的に流れることがなく、サーマルソリューション１０によってシールドされた環境の過熱を防ぐ。これは、銅やアルミニウム等の比較的等方性の材料では不可能である。
【００８０】
サーマルソリューション１０が比較的可撓性の性質を持っているので、サーマルソリューション１０は、図２ｂに示すように、ラップトップ型コンピュータ１２０内の部品の輪郭に従うことができ、このため、非常に多くの追加の空間は必要としない。この場合も、銅やアルミニウム等の比較的剛性の材料はこれ程容易には輪郭に従うことができない。
【００８１】
所望であれば、サーマルソリューション１０の取り扱い性及び機械的頑丈さを改善するため、及び、グラファイト粒子がサーマルソリューション１０から剥脱等で分離することがないようにするため、図３に示すように、サーマルソリューション１０に保護コーティング２０を取り付けることができる。保護コーティング２０は、更に、有利には、電子装置内に導電体（グラファイト）が含まれることによって生じる電気障害をなくすため、サーマルインターフェース１０を効果的に絶縁する。更に、熱伝導率が比較的低い保護コーティング２０を使用することにより、サーマルソリューション１０の熱シールド効果を高める。
【００８２】
保護コーティング２０は、グラファイト材料の剥脱を阻止し及び／又はグラファイトを電気的に絶縁するのに十分な、ポリエチレン、ポリエステル又はポリイミドのような熱可塑性材料等の任意の適当な材料でできているとよい。
【００８３】
その表面に保護コーティング２０が設けられたサーマルソリューション１０は、幾つかの異なるプロセスで製造することができる。例えば、可撓性グラファイトシートを所定の大きさ及び形状に合わせて切断してサーマルソリューション１０を形成した後、保護コーティング２０を形成する材料で個々のサーマルソリューション１０をコーティングし、図３に示すように、剥脱保護境界をサーマルソリューション１０の周囲に形成する。この目的のため、保護コーティング２０は、スプレーコーティング、ローラーコーティング及び高温積層プレス等の当業者に知られた様々なコーティング方法によって取り付けることができる。保護コーティング２０は、機械的マッピング及び積層によっても取り付けることができる。
【００８４】
一般的には、コーティングプロセスは、保護コーティング２０をサーマルソリューション１０に対して、多くの用途からみて十分な強度で付着させることができる。しかしながら、所望であれば、即ち、マイラー（Ｍｙｌａｒ（登録商標））ポリエステル材料及びカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）ポリイミド材料（これらは、両方とも、デラウェア州ウィルミントンのＥ．Ｉ．デュポン社から商業的に入手することができる）等の比較的非接着性の保護コーティングについて、接着剤層をサーマルソリューション１０と保護コーティング２０との間に適用してもよい。適当な接着剤は、サーマルソリューション１０への保護コーティング２０の付着を容易にすることができるアクリル系接着剤又はラテックス系接着剤であってもよい。
【００８５】
図３に示す別の実施の形態では、サーマルソリューション１０の取り扱い性及び機械的頑丈さを改善し、熱源１００とサーマルソリューション１０との間の熱伝達を容易にするための材料１３０を、サーマルソリューション１０と熱源１００との間に介在させることができる。このような材料の一つは、銅又はアルミニウムである。国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／４０２３８号明細書に記載されている材料等のその他のサーマルインターフェース材料を使用することもできる。
【００８６】
以上により、本発明を使用することによって、装置の「接触温度」及び隣接した部品への熱伝達を低下させるばかりでなく熱を放散するので、電子装置の部品で発生した熱を熱シールドし、熱拡散する。これらの機能は、銅やアルミニウム等の比較的従来の放熱材料では行うことができない。これは、これらの材料が等方性であり、接触温度又は隣接した部品への熱伝達の減少に寄与しないためである。接触温度又は隣接した部品への熱伝達の減少に使用することができる断熱材料は熱を放散せず、その結果、熱が熱源部品の周囲に蓄積する。
【００８７】
本明細書中で引用した、本願と関連した全ての特許、特許出願及び刊行物は、これらに触れたことにより、その開示内容は本明細書中に含まれたものとする。
【００８８】
かくして、本発明を説明したけれども、本発明は多くの方法又は態様でもって適宜変更することができるということは明らかである。このような変更は、本発明の精神及び範囲を逸脱するものとはみなされず、当業者に明らかな全てのこのような変更は特許請求の範囲内に含まれる。
【実施例】
【００８９】
実施例１
左側のパームレストの下方にシステムのハードディスクドライブを有する従来のノートブック型コンピュータを準備した。コンピュータのハードディスクドライブを、ＡＶＩファイルを作動することにより動作させ、これにより、左側のパームレスト、タッチパッド及び右側のパームレストにおけるケースの外部温度を赤外線カメラを使用してモニタリングし、その結果を記録した。コンピュータのケースを取り外し、２つの主面を有する可撓性グラファイトシートから形成されたサーマルソリューションを、そのシートの一方の主面がハードディスク・ドライバに実効的に接触するようにして、ハードディスクドライブとコンピュータのケースとの間に配置した。このサーマルソリューションは０．５ｍｍの厚さを持ち、Ｘ−Ｙ平面において２６０Ｗ／ｍ°Ｋの熱伝導率を持ち、且つ、各面に０．０１３ｍｍのポリエチレン・テレフタル酸塩のコーティングフィルムを持つものであった。次いで、このノートブック型コンピュータの試験を、上述した同じ態様で実施した。両者の結果を表１に示す。
【００９０】
【表１】
2005159313.tif 000003
【００９１】
上記表１から分かるように、本発明の新規なサーマルソリューションを使用することにより、左側のパームレストにおける温度が顕著に低下するとともに、左右のパームレストの温度差が顕著に改善されることが分かる。
【００９２】
実施例２
放熱板としてのカーボン複合材料からなるケースと、それと組み合わせられる本発明の新規なサーマルソリューションとにより、ノートブック型コンピュータのグラフィックプロセッサの冷却を行った。本実施例においては、２つの主面を有し、Ｘ−Ｙ平面における熱伝導率が２６０Ｗ／ｍ°Ｋの可撓性グラファイトシートから形成された厚さ０．２５ｍｍのサーマルソリューションを、ノートブック型コンピュータの下側ケースに接着した。グラフィックプロセッサとサーマルソリューションとの間の接触圧力を高めるとともに熱抵抗を最適化するように、圧縮性のパッドをサーマルソリューションの下方にプロセッサと整列して配置した。従って、プロセッサからの熱は効果的にサーマルソリューションに伝達され、これにより、熱が効果的に拡散されながらノートブック型コンピュータのカーボン製のケースに伝達される。その結果、グラフィックプロセッサのチップ動作温度が著しく低下するとともに、ケース上に小型の「ホットスポット」が発生することを回避することができる。本実施例において、プロセッサの熱はサーマルソリューションによって、カーボン製のケースに対して、チップの「フットプリント」（〜５ｃｍ２）より極めて大きい面積（〜７０ｃｍ２）に亘って伝達された。これは、他のヒートスプレッダ又はインターフェース材料には不可能であった。
【００９３】
実施例３
同様の方法で、インテル社のペンティアム（登録商標）Ｍの１ＧＨｚマイクロプロセッサを冷却した。本実施例においては、ＣＰＵで発生した熱は、キーパッド領域上のカーボン製ケースの上部に伝達された。２つの主面を有し、Ｘ−Ｙ平面における熱伝導率が２６０Ｗ／ｍ°Ｋの可撓性グラファイトシートから形成された厚さ０．２５ｍｍのサーマルソリューションを、ペンティアム（登録商標）Ｍの処理チップとしっかりと接触するようにケースに接着した。
その結果、スプレッダのような遮蔽物が使用されない場合にはチップ動作温度が７７℃を超えるのに対して、本実施例においては６０度までしか上がらなかった。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】熱源がヒートシンクに橋絡するように配置された、本発明のサーマルソリューションの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２ａ】上側プレートが取り除かれたラップトップ型コンピュータを示す斜視図である。
【図２ｂ】図２ａに示すラップトップ型コンピュータに位置付けられた、図１に示す実施の形態に係るサーマルソリューションを示す斜視図である。
【図３】プラスチック及びアルミニウム製のオーバーレイ（被覆物）を備えた、本発明の第２の実施の形態に係るサーマルソリューションを示す断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  サーマルソリューション
１０ａ、１０ｂ  主面
２０  保護コーティング
１００  熱源
１１０  放熱装置
１２０  ラップトップ型コンピュータ
１２２  熱発生部品
１２４  ヒートシンク
【図１】
2005159313.tif 000004
【図２ａ】
2005159313.tif 000005
【図２ｂ】
2005159313.tif 000006
【図３】
2005159313.tif 000007