(57)【要約】   【課題】  熱源で集中的に発生する熱を高効率にて外界に放熱することができる高効率放熱ヒートシンクを提供する。  【解決手段】  熱伝導率の高い金属材料からなり、一端において熱源に対接する受熱面を備え、熱源からの熱を伝導する熱伝導路を提供する熱伝導体１０と熱伝導率の高い金属材料からなり熱伝導体１０の他端において多数立設された放熱フィン３０とを備えたヒートシンクに対して、それぞれの放熱フィン３０の表面に、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした熱伝導・放熱性塗布膜２０を塗布し、熱源２００で集中的に発生した熱を放熱フィン３０の表面の熱伝導・放熱性塗布膜２０から外界に向けて高効率に熱を放射する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率の高い金属材料からなり、一端において熱源に対接する受熱面を備え、前記熱源からの熱を伝導する熱伝導路を提供する熱伝導体と、
熱伝導率の高い金属材料からなり、前記熱伝導体の他端において多数立設された放熱フィンとを備えたヒートシンクにおいて、
それぞれの前記放熱フィンの表面に高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ熱伝導・放熱性塗布膜を塗布し、
前記熱源で集中的に発生した熱を前記放熱フィンの表面の前記熱伝導・放熱性塗布膜から外界に向けて熱を放射する高効率放熱ヒートシンク。
【請求項２】
前記熱伝導・放熱性塗布膜が耐食性を備えたものとし、前記熱伝導・放熱性塗布膜に対して、前記放熱フィンの表面を腐食から保護するコーティング膜としての役割と、前記放熱フィンの表面から熱を伝導・放熱させる放熱膜としての役割を兼務せしめたことを特徴とする請求項１に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項３】
前記放熱フィンが板状またはシート状である請求項１または２に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項４】
前記放熱フィンがピン状である請求項１または２に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項５】
前記放熱フィンの形状が、その縦断面において、前記熱伝導体の前記受熱面に近い根元側が太く、前記熱伝導体の前記受熱面に遠い先端側が細くなった山型となっており、
隣接する前記放熱フィンの前記熱伝導・放熱性塗布膜が塗布された表面間で放熱と受熱という形で前記熱のキャッチボールを繰り返すうちに、前記外界に対向する前記放熱フィンの先端側に至り、前記放熱フィンの先端側から前記熱が前記外界に向けて放射される請求項１または２に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項６】
前記熱伝導・放熱性塗布膜が、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒を備えた塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性とを発揮せしめたものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項７】
前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項８】
前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーバインダーとして、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行うことを特徴とする請求項６または７に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項９】
前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料として、前記バインダーにおいて塗布前に液中で十分に分子成長を熟成せしめることにより、塗布環境に対して安定でかつ作業性の高い塗料を用いたものとした請求項６から８のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項１０】
前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料として、前記バインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えることにより常温乾燥を可能とせしめた塗料を用いたものとした請求項６から９のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項１１】
前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料を備えた請求項６から１０のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項１２】
前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における顔料が、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含む第２の顔料を備えた請求項１１に記載の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料。
【請求項１３】
前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における顔料が、着色顔料となる酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させるとともに、前記酸化チタン粒子または前記酸化亜鉛粒子の周囲に前記遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたことを特徴とする請求項６から１２のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項１４】
前記遠赤外線放射性物質を１００ｎｍ以下の粒径を有する顔料のみとし、塗布乾燥により形成される膜を透明としたことを特徴とする請求項６から１３のいずれか１項に記載の放熱膜用塗料。
【請求項１５】
前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における溶媒が、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、前記熱伝導・放熱性塗布膜形成の際に前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめることを特徴とする請求項６から１４のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンク。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンクを用いた産業機器。
【請求項１７】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンクを用いた電子機器。
【請求項１８】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンクを用いたコンピューター製品。
【請求項１９】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の高効率放熱ヒートシンクを用いた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源からの熱を伝導する熱伝導路を提供する熱伝導体に立設された多数の放熱フィンを持ち、放熱フィンを介して熱源の熱を効率よく系外に放熱するヒートシンクに関する。また、本発明は、ヒートシンクを搭載する機器・製品であれば特に限定されず、多様な機器や製品に適用できる技術に関する。また、本発明は高効率放熱ヒートシンクを用いた産業機器、電子機器、コンピューター製品および自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の電気製品における大きな課題は放熱対策である。電気製品の高性能化に伴い、電子素子部品において電気エネルギーの一部が熱エネルギーに変換され、発熱する現象が見られる。半導体素子などの電子素子部品は熱に弱く、誤動作を防ぐためには放熱対策は重要な課題となっている。放熱対策としては、電子素子部品で集中的に発生する熱を如何に素早く拡散させた上で系外に放出すれば良い。
【０００３】
従来技術では、熱源となるものに対して熱伝導性の高いヒートパイプの受熱面を対接させ、前記熱源からの熱をヒートシンクまで伝導させ、ヒートシンクから熱を系外に拡散させている。
ヒートシンクは、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウムやステンレスにより形成し、基本的には多数の放熱フィンをベースに立設した構造となっており、その表面積が大きくなるように工夫して放熱フィンが系外の空気と触れる面積を大きくし、放熱フィンと系外の空気との間の熱交換効率を向上させるものである。
【０００４】
従来技術の室外熱交換器および室内熱交換器の放熱フィンとして汎用的に用いられているものは、１枚１枚がアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属を薄く延ばした板状の形状をしており、それら板状の放熱フィンを所定間隔（例えば２ｍｍから３ｍｍ）を開けて多数枚を並べた構造をしている。
【０００５】
しかしながら、半導体等の電子部品では、更なる高速化の進展等によって益々発熱が大きくなる傾向にあり、従来の構成の冷却装置を用いた場合では、十分な冷却等を行うことができにくくなってきている。特にＭＰＵなどの高発熱電子部品では、その性能を十分に発揮することができなかったり、あるいは熱暴走などを起こし、電子機器に異常が生じる等の問題が生じている。また発熱量の増加に伴ってヒートシンクそのものを相対的に大きくして冷却能力を高める方法も考えられるが、電子機器自体の大きさから、自ずとヒートシンクの大きさや重さに制限を受けるという状況もある。
そこで、従来技術において、ヒートシンクの大きさを大型化することなく放熱フィンの熱交換効率の向上を図る技術として以下のものがある。
【０００６】
例えば、特開２００１−３２６３０７号公報には、発熱体に対接する受熱面を有し、前記受熱面と反対側に突出する支柱を設け、前記支柱が前記受熱面に平行な面で長手方向と短手方向を有し、前記支柱の側面にピン状フィンを有するヒートシンクであって、前記支柱の前記受熱面に対する垂直断面の形状が前記支柱の前記長手方向の各断面において同一形状であることを特徴とするヒートシンクが開示されている。つまり、特開２００１−３２６３０７号公報に開示されたヒートシンクは、熱の拡散が球面上に拡がって行く性質に注目し、ヒートシンクの支柱の形状を工夫したものである。
【０００７】
また、例えば、特開平０６−１５１６５９号公報には、多数の円柱状の放熱ピンを有し、ＬＳＩチップを実装するＬＳＩパッケージにおいて、円柱状の放熱ピンの長さを、一方側から他方側に向けて徐々に長くしてあるヒートシンクが開示されている。つまり、特開平０６−１５１６５９号公報に開示された技術は、ファンによる空冷で放熱を助け、ファンの風下の部分においても外部から吹いてくる風を直接受けることが可能となるように、放熱ピンの高さを一方から他方に向けて徐々に高くしてゆくことにより放熱特性を改善する技術である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３２６３０７号公報
【特許文献２】特開平０６−１５１６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来技術においてはまだ熱交換器の熱交換効率を向上する余地がある。
例えば、特開２００１−３２６３０７号公報に開示された技術では、熱の拡散が球面状に拡がって行くという前提のもとベースの形状を工夫するものであり全体形状は立体的に形成されている。このようなタワー型ヒートシンクでは全体としての形状が大きくなってしまい、ヒートシンクを取り付ける空間がうまく確保できなかったり、機器全体の筐体の大きさが大きくなってしまったりするおそれがある。
【００１０】
また、特開平０６−１５１６５９号公報に開示された技術では、ファンの風下の部分においても外部から吹いてくる風を直接受けることが可能となるように円柱状の放熱フィンの高さを工夫するが、ファンの風下にある円柱状の放熱フィンの高さが高くなり、ヒートシンク全体としては立体的になって全体としての形状が大きくなってしまい、ヒートシンクを取り付ける空間がうまく確保できなかったり、機器全体の筐体の大きさが大きくなってしまったりするおそれがある。
【００１１】
上記問題点に鑑み、本発明は、機器の熱源に対して最適な位置にヒートパイプの受熱面を設け、機器の筐体に適した形状を持つヒートシンクを用いつつ、ヒートシンクの大きさを大きくすることなく、熱源で発生した熱を高効率に放熱することができる高効率放熱ヒートシンク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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第１の高効率放熱ヒートシンクは、
熱伝導率の高い金属材料からなり、一端において熱源に対接する受熱面を備え、前記熱源からの熱を伝導する熱伝導路を提供する熱伝導体と、
熱伝導率の高い金属材料からなり、前記熱伝導体の他端において多数立設された放熱フィンとを備えたヒートシンクにおいて、
それぞれの前記放熱フィンの表面に、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ熱伝導・放熱性塗布膜を塗布し、前記熱源で集中的に発生した熱を前記放熱フィンの表面の前記熱伝導・放熱性塗布膜から外界に向けて熱を放射するものである。
【００１３】
上記構成により、ヒートシンクの形状などはそのままとし、放熱フィン表面の放熱効率を一気に向上させることができ、系外に放熱することができる。このように放熱フィンに高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした熱伝導・放熱性塗布膜を塗布して放熱フィンの放熱効率を向上させるという概念は従来技術にはない画期的な技術である。
【００１４】
なお、本発明のヒートシンクの放熱フィンの形状は特に制限されず、多様な形状のものが可能である。
例えば、放熱フィンを板状のものまたはシート状のものとするとすることが可能であり、また、放熱フィンをピン状のものとすることも可能である。
【００１５】
本発明では、ヒートシンクの放熱フィンの表面には熱伝導・放熱性塗布膜が塗布されており、熱線輻射があるので、ヒートシンクの熱放射が系外に向かいやすいように以下の工夫を施すことも可能である。
ヒートシンクの放熱フィンの形状が、その縦断面において、前記熱伝導体の前記受熱面に近い根元側が太く、前記熱伝導体の前記受熱面に遠い先端側が細くなった山型となっている。
上記構成により、隣接する前記放熱フィンの前記熱伝導・放熱性塗布膜が塗布された表面間で放熱と受熱という形で前記熱のキャッチボールを繰り返すうちに、前記外界に対向する前記放熱フィンの先端側に至り、前記放熱フィンの先端側から前記熱が前記外界に向けて放射され、放熱効率が向上する。
【００１６】
ここで、前記熱伝導・放熱性塗布膜は、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーと、遠赤外線放射性物質の顔料と、溶媒を備えた塗料を塗布・乾燥することにより形成された塗布膜であって、前記アルコキシド化合物の加水分解後、シラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により前記熱伝導性と前記放熱性とを発揮せしめたものであることが好ましい。
【００１７】
上記構成により、膜自体にはＳｉ−Ｏネットワークが全体を全通しているのでＳｉ−Ｏネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。さらに、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が落ちることはない。基板が熱伝導率の良い素材であれば、熱が素早く基板全体に拡散し、高効率放熱ヒートシンク全体から熱を系外に放出することができる。
【００１８】
なお、熱伝導・放熱性塗布膜の成分は以下のものとすることができる。
まず、前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーの第１の構成として、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合で配合することにより、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものが好ましい。
【００１９】
次に、前記アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーの第２の構成として、テトラアルコキシシランに対してトリアルコキシシランとジアルコキシシランを、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合で配合し、前記アルコキシド化合物の加水分解後のシラノール脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものが好ましい。
【００２０】
上記の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料により、塗料中に存在する強靭なＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成とシラノール基の残存量を制御することができ、放熱性、耐熱性、基材への強い付着性、靭性を同時に得ることができる。また、Ｓｉ−Ｏネットワーク素材をある程度まで形成しておくことにより膜が形成される過程における収縮率が小さくなり残留応力が小さくなり基材への付着力が向上する。
【００２１】
ここで、高効率放熱ヒートシンクの熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダーにおいて塗布前に液中で十分に分子成長を熟成せしめたものを用いることが好ましい。
上記構成により、塗布環境に対して安定でかつ作業性の高いものとすることができ、高効率放熱ヒートシンクのそれぞれの放熱フィンにおいて安定した熱伝導・放熱性塗布膜を得ることができる。
【００２２】
さらに、高効率放熱ヒートシンクの熱伝導・放熱塗布膜用塗料のバインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えることが好ましい。
上記構成により、高効率放熱ヒートシンクのそれぞれの放熱フィンの熱伝導・放熱性塗布膜を常温乾燥にて得ることができ、製作の作業性が向上する。
【００２３】
ここで、反応性変性オルガノシロキサンの例として、アミノ基（アミノエチル-アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン）、エポキシ基（グリドキシプロピルトリメトキシシラン、グリドキシプロピルトリエトキシシラン、グリドキシプロピルメチルメトキシシラン、グリドキシプロピルメチルエトキシシラン）、アクリル基（メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルエトキシシラン）などがある。
【００２４】
次に、前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における顔料の第１の構成として、シリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含むものとすることが好ましい。
【００２５】
また、前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における顔料の第２の構成として、前記第１の顔料に加え、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含むものとすることが好ましい。
上記熱伝導・放熱性塗布膜用塗料により、これら顔料により遠赤外線放射波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換を得ることができる。
【００２６】
また、前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における顔料の構成として、着色顔料となる酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させるとともに、前記酸化チタン粒子または前記酸化亜鉛粒子の周囲に前記遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたものとすることが好ましい。
【００２７】
酸化チタンまたは酸化亜鉛を含有させれば白色に発色するが、熱伝導・放熱性塗布膜の表面積に酸化チタンが表出するので表面積に占める遠赤外線放射顔料が表出する割合が減少することとなり、放射率が低下する。しかし、上記構成により酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射顔料の化合物によりコーティングしておくことにより白色の着色を確保するとともに放射率を低下させることがなくなる。
【００２８】
次に、前記熱伝導・放熱性塗布膜を形成する塗料における溶媒は、沸点が常温より高い温度のアルコール類であり、前記熱伝導・放熱性塗布膜形成の際に前記溶媒を揮発させることによりポーラス構造を形成せしめるものとすることが好ましい。
【００２９】
上記のように膜中にポーラス構造を作り込むことにより膜全体としてさらに優れた靭性を得ることができる。
【００３０】
なお、本発明の高効率放熱ヒートシンクは多様な製品に適用することができる。
例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用した産業機器を提供することができる。
また、例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用した電子機器を提供することができる。
また、例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用したコンピューター製品を提供することができる。
また、例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用した自動車を提供することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の高効率放熱ヒートシンクによれば、従来のヒートシンクの形状などはそのままとし、放熱フィン表面に熱伝導・放熱性塗布膜を形成することによりその放熱効率を一気に向上させることができ、系外に放熱することができる。つまり、放熱ヒートシンクの形状を問わず適用することができ、かつ、熱伝導・放熱性塗布膜を介してその放熱ヒートシンクの熱伝導効率、放熱効率を向上することができる。
本発明は多様なヒートシンクに用いることができ、産業機器用ヒートシンク、電子機器用ヒートシンク、コンピューター製品向けヒートシンク、自動車向けヒートシンクなど形状や用途に制限はない。
【００３２】
なお、高効率熱伝導・放熱性塗布膜にはＳｉ−Ｏネットワークが全体を全通しているのでＳｉ−Ｏネットワークを伝わることにより熱が効率よく運搬され、高い熱伝導率が得られる。さらに、無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が落ちることはない。
【００３３】
また、アルコシキシドバインダーの組成を工夫することにより、塗料中に存在する強靭なＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成とシラノール基の残存量を制御することができ、放熱性、耐熱性、基材への強い付着性、靭性を同時に得ることができる。また、Ｓｉ−Ｏネットワーク素材をある程度まで形成しておくことにより膜が形成される過程における収縮率が小さくなり残留応力が小さくなり基材への付着力が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の高効率放熱ヒートシンクおよびその形成方法の実施例を説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施例に示した具体的な用途、形状、個数などには限定されないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００３５】
実施例１にかかる本発明の高効率放熱ヒートシンクの例を示す。
図１は、本発明の第１の高効率放熱ヒートシンクの構成例を示す図である。
図１は高効率放熱ヒートシンク１００の平面図および正面図を模式的に示す図である。
図１の構成例では、高効率放熱ヒートシンク１００は、熱伝導体１０、放熱フィン３０、熱伝導・放熱性塗布膜２０を備えている。なお、熱源２００は特に限定されないが、ここでは例えばコンピューターのマイクロプロセッサユニットとする。
【００３６】
熱伝導体１１は、熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニウムからなり、一端において熱源２００に対接する受熱面１１を備え、熱源２００からの熱を伝導する熱伝導路１２を提供する。
【００３７】
放熱フィン３０は、熱伝導率の高い金属材料、例えばアルミニウムからなり、熱伝導体１０の他端において多数立設されている。なお、放熱フィン３０の形状は特に限定されないが、例えば、板状やシート状のものがある。さらに放熱フィン３０の形状としてピン状のものもありえる。
【００３８】
放熱フィン３０の表面には、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした熱伝導・放熱性塗布膜２０が塗布されている。
この構成例では、放熱フィン３０の表面全体に熱伝導・放熱性塗布膜２０が形成されている。
この熱伝導・放熱性塗布膜２０の組成などについては詳しくは後述する。
【００３９】
実施例１にかかる本発明の第１の高効率放熱ヒートシンクは、熱源２００で集中的に発生した熱を熱伝導体１０の熱伝導路１２を介して放熱フィンの表面から外界に向けて熱を放射する仕組みとなっている。
【００４０】
上記構成の高効率放熱ヒートシンク１００では、熱源２００で発生した熱は以下のように放熱される。
熱源２００で発生した熱は熱伝導体１０の受熱面１１から熱伝導体１０に入り、熱伝導路１２を介して拡散し、放熱フィン３０に入る。放熱フィン３０の表面に塗布されている熱伝導・放熱性塗布膜２０に対して熱が伝導される。熱伝導・放熱性塗布膜２０の熱は素早く系外に熱が拡散してゆく。
【００４１】
熱伝導・放熱性塗布膜２０は後述するように高い放熱性を備えているので、熱伝導・放熱性塗布膜２０の表面全体から系外に放出される。
図１（ｃ）は、熱源２００からの熱伝導および熱伝導・放熱性塗布膜２０からの放熱の様子を模式的に示している。
このように、本発明の高効率放熱ヒートシンク１００は熱を効率よく系外に放出できる仕組みとなっている。
【００４２】
次に、熱伝導・放熱性塗布膜２０を詳しく説明する。
本発明の熱伝導・放熱性塗布膜２０用の塗料は、アルコキシド化合物の加水分解反応とシラノール脱水縮合反応により生成されるバインダーを用いる。バインダーはまずアルコキシド化合物の加水分解によりシラノール基が生成され、その後シラノール脱水縮合反応が進んでＳｉ−Ｏネットワークが形成されて行く。このシラノール脱水縮合の進展により形成されるＳｉ−Ｏネットワークおよび残存するシラノール基により構成される被膜により熱伝導性と放熱性とが発揮される。また、顔料が高効率熱放射性物質を含んでおり顔料による放熱性も発揮される。
【００４３】
アルコキシドの加水分解は速やかに促進された方が良いが、その後にシラノールの脱水縮合が進みすぎるおそれに注意する必要がある。塗料の状態でシラノールの脱水縮合が進みすぎると塗布前にＳｉ−Ｏネットワークが多数形成され、塗布後に乾燥して形成された塗布膜が脆くなったりクラックが入りやすくなったりして基材への付着力が小さくなってしまうという問題が発生するからである。
【００４４】
一方、シラノールの脱水縮合反応が十分ではない場合、つまり、塗料状態においてシラノールリッチの状態では、塗布後に膜が形成されてゆく過程で多くの脱水縮合が進んで行くこととなり、脱水縮合が進むと膜が収縮して行くこととなり収縮率が大きくなってしまい、塗布した膜が剥がれ落ちるという不具合が起こる。
【００４５】
以上から、熱伝導・放熱性塗布膜２０を形成する塗料は、アルコキシドの加水分解は完全に終了せしめ、シラノール脱水縮合反応は適切量進めた後に脱水縮合反応を抑止することにより、脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行ったものとすることが好ましい。これにより塗布前に適切量のＳｉ−Ｏネットワーク素材を形成しておき、塗布後に新たに脱水縮合により形成されるＳｉ−Ｏネットワーク量を少なくして収縮率が大きくなることを抑え、残存するＳｉ−ＯＨ基により基材との付着力を確保せしめる。
【００４６】
バインダーの組成の例について述べる。
第１の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダー組成は、アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。
その混合割合は、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合が好ましい。
第２の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダー組成は、アルコキシド化合物からなるバインダーとして、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを所定割合で混合したものとなっている。
その混合割合は、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合が好ましい。
【００４７】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ備えたテトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。
Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ備えたトリアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、トリメチルプロポキシシラン、トリエチルプロポキシシランなどが挙げられる。
Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ備えたジアルコキシシランとしては、ジチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシランなどが挙げられる。
【００４８】
アルコキシド化合物としてこれらを組み合わせて用いる。組み合わせで好ましいのはジメチルメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン及びテトラメトキシシランの組合せ、またはジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン及びテトラエトキシシランの組合せである。
【００４９】
本発明では、アルコキシド化合物の加水分解後の脱水縮合により生じる塗料中に存在するＳｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御を行い、熱伝導・放熱性塗布膜２０の熱伝導性と放熱性を確保する。
次に、本発明の熱伝導・放熱性塗布膜２０が熱伝導性と放熱性を兼ね備えたものとなっていることを説明する。
【００５０】
Ｓｉ−Ｏネットワーク素材の形成進行の制御とシラノール基の残存量の制御の原理は以下の通りである。
アルコキシド化合物同士は加水分解によりシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ官能基）が生成され、Ｓｉ−ＯＨ官能基の脱水縮合によりＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行してゆく。Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ持つテトラアルコキシシランはＳｉ−ＯＨ官能基を多く持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成進行が速く、早期にゲル化する。テトラアルコキシシランのみでバインダーを形成するとほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費され、Ｓｉ−Ｏネットワークが形成される。Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ持つトリアルコキシシランもＳｉ−ＯＨ官能基を持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行し、ゲル化する。トリアルコキシシランのみでバインダーを形成すると粒子間のＳｉ−ＯＨ官能基の存在が均等になるので、ほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費された状態でＳｉ−Ｏネットワークが形成される。
【００５１】
Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ持つジアルコキシシランもＳｉ−ＯＨ官能基を持つので、脱水縮合を促進させればＳｉ−Ｏネットワークの形成が進行し、ゲル化する。ジアルコキシシランのみでバインダーを形成すると同様にほぼ完全にＳｉ−ＯＨ官能基が消費された状態でＳｉ−Ｏネットワークの形成が形成される。しかし、ジアルコキシシランはＳｉ−ＯＨ官能基が２つしかなく、脱水縮合によって直鎖状にＳｉ−Ｏネットワークが形成されてしまい、堅牢性が小さくなる。
【００５２】
本発明では、Ｓｉ−Ｏネットワークによる堅牢な膜形成を目指すだけではなく、Ｓｉ−Ｏネットワークの形成を進行させつつもＳｉ−ＯＨ官能基をすべては消費させずに残存させるように制御する。残存したＳｉ−ＯＨ官能基により金属プレートなどの基材のＯＨ基との間の結合エネルギーにより基材と強力な付着力をもたらす。
つまり、Ｓｉ−ＯＨ官能基を２つ持つアルコキシド化合物、Ｓｉ−ＯＨ官能基を３つ持つアルコキシド化合物、Ｓｉ−ＯＨ官能基を４つ持つアルコキシド化合物を、所定割合で混ぜ合わせると、アルコキシド分子間でＳｉ−ＯＨ官能基の数に不均衡があるため、反応する相手となるＳｉ−ＯＨ官能基がなく、いわば浮いてしまうＳｉ−ＯＨ官能基が多数出てくるので脱水縮合が一気には進まなくなる。
【００５３】
ただし、長期間放置していると、浮いているＳｉ−ＯＨ同士の脱水縮合反応が進んでくるので残存するＳｉ−ＯＨ官能基の量は漸減して行くが、上記のように２官能のアルコキシド化合物、３官能のアルコキシド化合物、４官能のアルコキシド化合物の割合を調整すれば、当初、脱水縮合は早期に進むもののＳｉ−ＯＨ官能基の数が不均衡状態に陥ってからは脱水縮合に急速にブレーキがかかることとなる。
【００５４】
後述するように、良好な付着性、熱伝導性、放熱性を備えた膜が形成される配合について実験を重ねて２官能のアルコキシド化合物、３官能のアルコキシド化合物、４官能のアルコキシド化合物の配合割合を見出した。
【００５５】
ここで、バインダーにおいて塗布前に液中でアルコキシドバインダーの加水分解後のシラノール反応による十分な分子成長を熟成せしめることが好ましい。十分に熟成させて適切量のＳｉ−Ｏネットワークを得ておくことで塗布環境に対して安定でかつ作業性の高いものとなり、一液性としてより安定した塗料となるからである。
【００５６】
次に、バインダーに対する他の工夫として、また、バインダーにアミノ基、エポキシ基、アクリル基などを備えた反応性変性オルガノシロキサンを加えておくことにより常温乾燥に適したものとする工夫がある。
たとえば、反応性変性オルガノシロキサンの例として、アミノ基（アミノエチル-アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルメトキシシラン、アミノエチル-アミノプロピルメチルエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン）、エポキシ基（グリドキシプロピルトリメトキシシラン、グリドキシプロピルトリエトキシシラン、グリドキシプロピルメチルメトキシシラン、グリドキシプロピルメチルエトキシシラン）、アクリル基（メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルメトキシシラン、メタクリロキシプロピルメチルエトキシシラン）などがある。
【００５７】
以上の成分に調整した熱伝導・放熱性塗布膜用の塗料を用いて形成した、熱伝導・放熱性塗布膜２０について、実際に塗料を形成し、種々の性能実験を行った。
まず、熱伝導・放熱性塗布膜２０の付着性試験を行い、熱伝導・放熱性塗布膜２０が安定して基板上に付着している条件について実験し、次に、熱伝導性試験、放熱性試験を行い、熱伝導・放熱性塗布膜２０が良好な熱伝導性、放熱性を備えていることを検証する。
【００５８】
［付着性実験］
付着性実験に用いた熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダー組成
実験に用いた熱伝導・放熱性塗布膜用塗料のバインダー組成は、４官能基を備えたテトラアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のテトラメトキシシランを用いた。また、３官能基を備えたバインダーのトリアルコキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のトリメチルメトキシシランを用いた。また、２官能基を備えたジメトキシシランとしてモメンティブマテリアル社製のジメチルメトキシシランを用いた。テトラメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ジメチルメトキシシランの配合を変えてそれぞれ製作した。
【００５９】
加水分解に用いた水の量は、アルコキシド化合物１モルに対して水０．８〜１．４モルとした。水が０．８モル以下ではＳｉ−ＯＨ基の発生が十分でなく膜の硬度が上がらず、１．４モル以上ではＳｉ−ＯＨ基が多くなり、シラノールの分子結合が大きくなり、ゲル化が進展し、クラックが生じやすくなるからである。触媒としての酸の量は有機酸、無機酸何れの場合も、加水分解を起こすのに十分な量を用いた。
サンプルのそれぞれに含まれるジメチルメトキシシラン（２官能）、トリメチルメトキシシラン（３官能）、テトラメトキシシラン（４官能）の配合を［表１］に示す。
【００６０】
【表１】
2009152537.tif 000003
【００６１】
−熱伝導・放熱性塗布膜を形成する基材
ブラスト処理を行ったアルミプレートを用いた。
【００６２】
−付着性実験の手法
付着性実験は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−５−６の手法により碁盤目テストを行った。実験は３回行った。ブラスト処理を行ったアルミプレートに対する付着実験結果を［表２］に示す。
【００６３】
【表２】
2009152537.tif 000004
【００６４】
注１：その他のアルコキシドとしてエトキシ基、フェニル基もあるが、エトキシ基はメトキシ基と反応スピードの違いなので省略し、フェニルは硬度が劣るので省略し、メチル基のみでテストを実施した。
注２：反応はアルコキシド１モルに対して水２．５〜４．５モル、望ましくは３．３モル、酸の量を十分入れ、顔料比率７０％とし、膜厚を２５μ±３μにして実施。
注３：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注４：分散は０．７ｍｍのガラスビーズを使用した。分散後粒度はＤ５０で０．３５ミクロン。
注５：焼成条件は１８０℃で２０分。基板はアルコール脱脂のみのアルミ板を使用した。試験片は７．５ｍｍｗ×１５．０ｍｍｌ×１．０ｍｍｔを各３枚。（評価は全数クリアー）
注６：塗布方法はスプレーコート。
注７：膜厚は１５μ〜２０μ、測定方法はマイクロメーター。
【００６５】
上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランを混合したバインダーである配合１から配合３の実験結果より、混合割合は配合１から配合２の混合割合が良いことが実証できた。つまり、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシランが５対５から０対１０の割合が好ましい。
【００６６】
また、上記付着性実験から、テトラアルコキシシランとトリアルコキシシランとジアルコキシシランを混合したバインダーである配合４から配合９の実験結果より、混合割合は配合４から配合５の混合割合が良いことが実証できた。つまり配合６のように３官能基の割合が減ると付着性が劣り、また、配合７から配合９のように２官能基の割合が増えても付着性が劣る。つまり、テトラアルコキシシラン：トリアルコキシシラン：ジアルコキシシランが４.５対４.５対１から７.２対１.８対１の割合が好ましい。
【００６７】
以上、本発明の熱伝導・放熱性塗布膜２０用塗料のバインダーの組成を上記の割合となるように工夫すれば、熱伝導・放熱性塗布膜２０の付着性が大きくなるように、Ｓｉ−Ｏネットワークと残存するＳｉ−ＯＨ基の量を制御できる。
【００６８】
［熱伝導試験］
熱伝導・放熱性塗布膜２０において、高い熱伝導率が得られていることを確認した。
−熱伝導試験に用いた塗料のバインダー組成
熱伝導・放熱性塗布膜２０用塗料のバインダー組成は、付着性実験に用いた塗料のバインダー組成と同じものとした。
【００６９】
−熱伝導・放熱性塗布膜２０を形成する基板
アルミブラスト処理を行ったアルミプレート（１５０ｍｍ×７５ｍｍ×１．０ｍｍ）を用いた。
【００７０】
−熱伝導性試験の手法
アルミプレートの半分に熱伝導・放熱性塗布膜２０を形成し、残り半分は熱伝導・放熱性塗布膜２０は形成せずアルミプレートが剥き出しのままとする。アルミプレートの裏面から加熱し、アルミプレートの表面の温度分布を測定した。
【００７１】
本発明の熱伝導・放熱性塗布膜では、Ｓｉ−Ｏネットワークが膜全体を全通しているので熱伝導率が高く、ポーラス構造にかかわらずコージライト、アルミナ、シリカ、ジルコニアという無機鉱物である無機顔料が含まれて固化されているので熱伝導率が高い。実際に熱伝導・放熱性塗布膜２の試料片を用いて熱伝導率を計測したところ、２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率が得られていた。
【００７２】
［放熱性試験］
次に、放熱膜としての機能、つまり、発熱体から受けた熱エネルギーの遠赤外線エネルギーへの変換効率について検証する。本発明の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料において、含有されている顔料は形成した膜において遠赤外線放射機能を与えるものである。それゆえに顔料の配合が重要である。
高い熱放射率を実現するためには、熱線波長領域の全範囲にわたって、放射率が１００％に近く、さらに放射輝度が当該温度における黒体輻射に近い放射スペクトルを持つこと必要がある。
【００７３】
第１の顔料として、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含むものとする。これらは、熱拡散性が高く放熱性を有する上、熱膨張率が５×１０−６〜１０．５×１０−６であり、比較的大きいので、顔料として含有させてシート状に成形しても、膜も金属の挙動と同様な挙動をする。それゆえ、膜中に引っ張り応力が発生せず、高温域でも安定した放熱性が得られる。なお、カーボンを一定量以上入れることにより容易に導電性が得られる。特に４５０℃までの大気中、または高温真空炉、或いは不活性ガス等の雰囲気炉中で従来不可能とされていたカーボンの面状発熱体が使用可能となる。
【００７４】
上記の第１の顔料に対して、以下の第２の顔料を加える工夫も好ましい。第２の顔料は、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）またはそれらの化合物のいずれかを含むものである。
【００７５】
なお、顔料の粒度は、膜の平滑性や綴密性、強度を考慮して、顔料の粒度は溶媒分散後で平均粒度で０．５μ以下が望ましい。
アルコキシドと顔料の割合は、１５〜４５体積％が妥当である。１５％以下では膜の靭性が低下し堅牢さが失われる。４５％を超えると、脱水縮合による乾燥収縮量が多く、高温下でクラックが発生しやすく、所望の放熱性が得がたい。
【００７６】
膜の厚みは、基材や発熱体と膜が強固に付着し、且つ、両者の熱膨張差が非常に近い場合でも、膜が厚くなりすぎると、クラックが発生する。それは、Ｓｉ−ＯＨが脱水縮合するときに起こる収縮現象が原因である。膜厚は、バインダーの含有量にもよるが、３０μ以下が望ましい。特にアルコキシド化合物の脱水縮合物の全固形物（即ちＳｉ−ＯＨから生じるＳｉＯ２と混合したときの無機顔料成分の合計）にしめる割合が４５体積％の場合、８００℃でクラックの発生を防ぐ為には１０μ前後が好ましい。膜厚が３０μを超えると、膜が脆くなり、長時間の使用に耐えられなくなる。そのため、アルコキシド化合物の脱水縮合物の割合は３０体積％以下が望ましい。
【００７７】
サンプルとして顔料を［表３］のように配合した熱伝導・放熱性塗布膜用塗料２を作製し、遠赤外線放射実験を行った。
焼成条件は１８０℃で２０分間焼き付けた。
膜厚はマイクロメーターの測定により２０μ〜２６μのものが焼成できた。
測定は遠赤外線応用研究会によった。
測定温度は６０℃とした。
測定機種はＪＩＲ−Ｅ５００を用いた。
測定条件は、分解能１６ｃｍ−１、積算回数２００回
検知器はＭＣＴである。
【００７８】
【表３】
2009152537.tif 000005
【００７９】
本発明の第１の顔料である、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）のうち、熱伝導・放熱性塗布膜２ではシリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）とした。酸化チタンは着色顔料として配合し、塗料全体の色を白色に着色した。バインダーは３官能基を備えたトリメチルメトキシシランと４官能基を備えたテトラメトキシシランを配合した。
【００８０】
上記構成の組成を持つ熱伝導・放熱性塗布膜を用いて放射率と放射輝度測定を行った。
図２は熱伝導・放熱性塗布膜の放射率である。
図３は熱伝導・放熱性塗布膜の放射輝度スペクトルである。
放射輝度は、５４０.０６ｋｃａｌ／ｍ２・ｈｒであった。
図３に見るように、低温の波長領域から高温の波長領域まで良好な放射輝度スペクトルが得られており、放熱性は、４μ〜２４μの波長域での放射率は８５％以上の放射率を有することが分かった。高い遠赤外線変換効率が得られていることが実証できた。
【００８１】
［耐熱性試験］
熱伝導・放熱性塗布膜を８００℃に熱し、水で急冷却するという処理を繰り返して、クラックが入るか否かを試験した。
加熱はバーナーで８００℃まで加熱した。冷却は冷水にて急速に冷却した。この加熱・冷却を５回繰り返した。
結果を［表４］に示す。
【００８２】
【表４】
2009152537.tif 000006
【００８３】
［表面硬度試験］
本発明の熱伝導・放熱性塗布膜の耐摩耗性を調べるために熱伝導・放熱性塗布膜を用いて表面硬度テストも行った。
硬度テストの方法は、ＪＩＳ−Ｋ−５−４に準じた。
実験にはアルミプレートに焼成したものを用いた。
表面硬度テストの結果を［表５］に示す。
【００８４】
【表５】
2009152537.tif 000007
【００８５】
なお、上記において、アルコキシド化合物と顔料の割合は、１５〜４５体積％が妥当であると指摘したが、実験にて実証した。バインダーであるアルコキシド化合物は熱伝導・放熱性塗布膜用塗料２と同様、トリメチルメトキシシランとテトラメトキシシランの混合とし、顔料の体積％を変えたサンプルを製作し、表面硬度テストを行うことにより妥当な割合を検証した。
【００８６】
【表６】
2009152537.tif 000008
【００８７】
注１：アルコキシド化合物は代表例としてトリメチルメトキシシラン６６．７重量％、テトラメトキシシラン３３．５重量％、ジメチルメトキシシラン４，８重量％でテスト。
注２：各反応条件、分散条件、縮合脱水条件、膜厚、基材は前記テストに準じる。
注３：使用顔料は平均１次粒子径０．１５μのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、平均１次粒子径０．５μのカオリン、１０〜２０ｎのシリカ（ＳｉＯ２）をそれぞれ３０体積％、６５体積％、５体積％配合したものを使用した。
注４：分散溶媒はエタノール、イソプロピルアルコールを配合した物を使用した。
注５：分散は０．７ミリ径のガラスビーズを用いたビーズミルで１時間実施した。その時の平均粒皮は０．３５μであった。
注６：○は硬度７Ｈ以上、曲げ２０Ｒ可、碁盤目テスト問題なし、△は硬度７Ｈまで、碁盤目テスト間題なし、Ｘは、膜が脆くクラック発生。
以上、アルコキシド化合物と顔料の割合は１５〜４５体積％が妥当であると実証できた。
【００８８】
［耐腐食性試験］
本発明の熱伝導・放熱性塗布膜の耐腐食性も調べるために熱伝導・放熱性塗布膜を用いて塩水噴霧試験と水浸試験も行った。
塩水噴霧試験の方法は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−７−１に準じた。
測定はステンレスプレートのものを用いた。
塩水噴霧の放置時間は５００時間とした。
塩水噴霧試験の結果を［表７］に示す。
【００８９】
【表７】
2009152537.tif 000009
【００９０】
水浸試験の方法は、ＪＩＳ−Ｋ５６００−６−２に準じた。
測定はアルミプレートのものを用いた。
水浸の放置時間は５００時間とした。
水浸試験の結果を［表８］に示す。
【００９１】
【表８】
2009152537.tif 000010
【００９２】
以上、塩水噴霧試験と水浸試験の結果から、本発明の熱伝導・放熱性塗布膜の耐腐食性が大きいことが実証できた。
【００９３】
以上、実施例１にかかる本発明の熱伝導・放熱性塗布膜および熱伝導・放熱性塗布膜により塗布・形成した熱伝導・放熱性塗布膜は、バインダーの付着力が大きく、顔料も遠赤外線放射効率が高く、表面硬度が大きく、耐腐食性、耐熱性に優れたものである。また、本発明の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料は１液性でありながらアルコキシド系バインダーの脱水縮合反応を制御することがき、ポットライフが長くかつ取り扱いが容易な１液性塗料として提供できる。
【実施例２】
【００９４】
放熱膜用塗料の顔料における着色の制御について述べる。
第１の工夫は、放熱率を低下させることなく着色を白色とするもので、着色顔料として酸化チタンを含有させるとともに、酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめたことを特徴とするものである。
【００９５】
熱伝導・放熱性塗布膜用塗料の顔料粒子は塗布膜の形成段階において、一部が表面上に表出する。遠赤外線放射性物質である顔料は熱源から受けた熱エネルギーを遠赤外線エネルギーに変換して放射する。
【００９６】
ここで、形成される熱伝導・放熱性塗布膜が製品の筐体など目に触れる箇所である場合などにおいては、塗料の色が見た目にきれいな色となるよう要求がある。そこで、塗料を綺麗に発色させるため着色用の顔料を混合させるニーズがある。この場合、着色用に配合された酸化チタンや酸化亜鉛などの顔料粒子が、遠赤外線への変換効率に寄与するものでなければ熱伝導・放熱性塗布膜の放熱機能を低下させる要因となりうる。
【００９７】
実施例１の遠赤外線放射実験で製作した熱伝導・放熱性塗布膜用塗料２に用いられている酸化チタン（石原産業製  Ａ−１００）は、特に表面に何もコーティングが施されていないものであった。図４は、熱伝導・放熱性塗布膜用塗料２を用いて形成した熱伝導・放熱性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。顔料粒子を模式的に大きく示している。図４に見るように、熱伝導・放熱性塗布膜の表面には遠赤外線放射性物質である顔料とともに酸化チタン粒子が表出している。この酸化チタン粒子が表出している部分は遠赤外線放射機能を発揮しないので遠赤外線放射効率が低下することとなる。実際、図２、図３に見るように、高温領域（５〜８μｍ）においてスペクトルが低下している部分が見られる。
【００９８】
実施例２にかかる本発明の熱伝導・放熱性塗布膜用塗料は、着色顔料として酸化チタンを含有させるとともに、酸化チタン粒子の周囲に遠赤外線放射性物質の顔料をコーティングせしめている。後述する熱伝導・放熱性塗布膜用塗料３に用いられている酸化チタン（石原産業製  Ｒ−９５）は、表面に粒度の細かいシリカがコーティングされているものである。
【００９９】
図５は、熱伝導・放熱性塗布膜用塗料３を用いて形成した熱伝導・放熱性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図である。熱伝導・放熱性塗布膜用塗料３においてその表面に酸化チタン粒子が表出している部分からもその酸化チタン粒子の表面にコーティングされた遠赤外線放射性顔料の働きにより遠赤外線放射機能が発揮されることとなる。なお、酸化チタン粒子の表面にコーティングするためにコーティングする遠赤外線放射性顔料は酸化チタンの粒度よりも十分に細かい粒度とする必要がある。つまり、着色用の顔料が酸化チタンのコーティング処理をしているか否か以外の諸条件は実施例１とまったく同じ条件にて実験した。
【０１００】
つまり、焼成条件は１８０℃で２０分間の焼き付け、膜厚は２０μ〜２６μ、測定温度は６０℃、測定機種はＪＩＲ−Ｅ５００、測定条件は、分解能１６ｃｍ−１、積算回数２００回、検知器はＭＣＴである。
サンプルとして顔料を［表９］のように配合した熱伝導・放熱性塗布膜用塗料３を作製し、遠赤外線放射実験を行った。
【０１０１】
【表９】
2009152537.tif 000011
【０１０２】
遠赤外線放射顔料としては、本発明の第１の顔料である、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む第１の顔料のうち、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ２）を顔料とした。
【０１０３】
着色用顔料としては、表面に粒度の細かいシリカがコーティングされている酸化チタン（石原産業製  Ｒ−９５）を用いている。
バインダーは３官能基を備えたトリメチルメトキシシランと４官能基を備えたテトラメトキシシランを配合した。
【０１０４】
上記構成の組成を持つ熱伝導・放熱性塗布膜を用いて放射線測定を行った。
図６は熱伝導・放熱性塗布膜を用いた放射線測定結果である。
図７は熱伝導・放熱性塗布膜が発する放射スペクトルである。
図２、図３と、図６、図７を比べるとあきらかに、高温領域（５〜８μｍ）においてスペクトルが改善されている部分が見られる。
【０１０５】
このスペクトル改善は、酸化チタンの表面のシリカのコーティングの有無によりもたらされているので、着色用の顔料を配合する場合、当該着色用の顔料の表面に遠赤外線放射顔料をコーティングせしめることにより、熱伝導・放熱性塗布膜において遠赤外線放射機能が改善されることが実証できた。
【実施例３】
【０１０６】
放熱膜用塗料の顔料における着色の第２の工夫について述べる。
第２の着色の工夫は、顔料を遠赤外線放射性物質を１００ｎｍ以下の粒径を有する顔料のみとする工夫である。
バインダーは実施例１に示したものと同様で良い。ここで顔料が１００ｎｍ以下の粒径を有する顔料のみとなれば、バインダー、顔料とも光を遮ったり散乱したりする要素をなくすことができ、塗布乾燥により形成される膜が透明となる。
発明者は、実際に、顔料を１００ｎｍ以下の粒径を有する遠赤外線放射顔料のみとする塗料を製作し、塗布乾燥することにより実際に透明性の放熱膜を得ることに成功している。
透明性の放熱膜を得ることにより、例えば、熱反射率の高い金属基体と組み合わせることにより直射日光を反射・散乱することで温度上昇を抑制することができる。
【実施例４】
【０１０７】
実施例４にかかる熱伝導・放熱性塗布膜用の塗料は、遠赤外線放射顔料として、スペクトル波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換を得るため、低温領域にて放射能率が高い第１の遠赤外線顔料に加え、特に高温領域にて放射能率が高い第２の遠赤外線顔料を添加したものである。
【０１０８】
第１の顔料が、シリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ2）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）、コージライトとアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージライトとシリカ（ＳｉＯ２）およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の化合物のいずれかを含む顔料である。
第２の顔料が、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、三酸化コバルト（Ｃｏ２Ｏ３）、酸化銅（I）（Ｃｕ２Ｏ）、酸化銅（II）（ＣｕＯ）の少なくとも一つの単体またはそれらの化合物を含む顔料である。
【０１０９】
このように、低温領域にて放射能率が高い第１の遠赤外線顔料に加え、特に高温領域にて放射能率が高い第２の遠赤外線顔料を添加することにより、スペクトル波長領域において高温領域から低温領域まで効率良い変換効率を達成することができる。
【実施例５】
【０１１０】
実施例５の高効率放熱ヒートシンクは、放熱フィンの形状に工夫を加えたものである。放熱フィンの縦断面において、熱伝導体の受熱面に近い根元側が太く、熱伝導体の前記受熱面に遠い先端側が細くなった山型となっているものである。
このような放熱フィンの形状の工夫により、隣接する放熱フィンの熱伝導・放熱性塗布膜が塗布された表面間で放熱と受熱という形で熱のキャッチボールを繰り返すうちに、外界に対向する放熱フィンの先端側に至り、放熱フィンの先端側から熱が外界に向けて放射されるものである。
【０１１１】
図８は、実施例５にかかる高効率放熱ヒートシンクの構成例を模式的に示す図である。
図８（ａ）は高効率放熱ヒートシンクの構成例を模式的に示す正面図、側面図である。図中、上方に向かうほど厚さが細くなっている。
図８（ｂ）は放熱フィン３０の先端付近の拡大図である。
放熱フィン３０の表面には、実施例１と同様、高い熱伝導性と高い放熱性とを兼ね備えた性質を持つ高効率熱放射材料をベースとした熱伝導・放熱性塗布膜２０が塗布されている。この構成例では、放熱フィン３０の表面全体に熱伝導・放熱性塗布膜２０が形成されている。
この熱伝導・放熱性塗布膜２０の組成などについては実施例１と同様で良い。
【０１１２】
実施例５にかかる高効率放熱ヒートシンクは、熱源２００で集中的に発生した熱を熱伝導体１０の熱伝導路１２を介して放熱フィン３０に伝え、放熱フィン３０の先端付近から外界に向けて熱を放射する仕組みとなっている。
【０１１３】
上記構成の高効率放熱ヒートシンク１００では、熱源２００で発生した熱は以下のように放熱される。
熱源２００で発生した熱は熱伝導体１０の受熱面１１から熱伝導体１０に入り、熱伝導路１２を介して拡散し、放熱フィン３０に入る。放熱フィン３０の表面に塗布されている熱伝導・放熱性塗布膜２０に対して熱が伝導される。熱伝導・放熱性塗布膜２０の熱は素早く系外に熱が拡散してゆく。その中で、一部の熱は隣接し合う放熱フィン３０の表面の間をキャッチボールのように受け渡されつつ先端まで移動し、放熱フィン３０の先端付近から外界に向けて熱を放射する仕組みとなっている。
【０１１４】
図８（ｃ）は、熱源から伝わった熱が放熱フィン間をキャッチボールされながら先端付近から系外に放熱される様子を模式的に示している。
このように、本発明の高効率放熱ヒートシンク１００は熱を効率よく系外に放出できる仕組みとなっている。
【実施例６】
【０１１５】
本発明の高効率放熱ヒートシンクは多様なものに適用できる。
例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用した産業機器を提供することができる。
また、例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用した電子機器を提供することができる。
また、例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用したコンピューター製品を提供することができる。
また、例えば、本発明の高効率放熱ヒートシンクを適用した自動車を提供することができる。
【０１１６】
以上、本発明の好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明は、熱エネルギーを遠赤外線エネルギーに変換する放熱膜に広く適用することができる。
本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１の高効率放熱ヒートシンクの構成例を示す図
【図２】熱伝導・放熱性塗布膜を用いた放射線測定結果を示す図
【図３】熱伝導・放熱性塗布膜が発する放射スペクトルを示す図
【図４】熱伝導・放熱性塗布膜を用いて形成した熱伝導・放熱性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図
【図５】熱伝導・放熱性塗布膜を用いて形成した熱伝導・放熱性塗布膜の表面の様子を模式的に拡大して示した図
【図６】熱伝導・放熱性塗布膜を用いた放射線測定結果を示す図
【図７】熱伝導・放熱性塗布膜が発する放射スペクトルを示す図
【図８】本発明の実施例４の高効率放熱ヒートシンクの構成例を示す図
【符号の説明】
【０１１８】
１０  熱伝導体
２０  熱伝導・放熱性塗布膜
３０  放熱フィン
１００  高効率放熱ヒートシンク
２００  熱源
【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】
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【図８】
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