(57)【要約】  金属粒子と樹脂とを含み、少なくとも一方の面側に前記金属粒子が偏在した構造を有する放熱材。
2020070863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子と樹脂とを含み、少なくとも一方の面側に前記金属粒子が偏在した構造を有する放熱材。
【請求項２】
前記少なくとも一方の面側に前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を有する、請求項１に記載の放熱材。
【請求項３】
発熱体に対向する面側に前記領域を有する、請求項２に記載の放熱材。
【請求項４】
発熱体に対向する面と逆の面側に前記領域を有する、請求項２又は請求項３に記載の放熱材。
【請求項５】
前記領域の厚みは０．１μｍ〜１００μｍの範囲内である、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の放熱材。
【請求項６】
前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合は０．０２％〜９９％の範囲内である、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の放熱材。
【請求項７】
金属粒子と樹脂とを含み、前記金属粒子は面方向に沿って配列した金属粒子を含む、放熱材。
【請求項８】
金属粒子と樹脂とを含み、前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する層を含む、放熱材。
【請求項９】
金属粒子と樹脂とを含み、下記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす領域１と領域２とを備える、放熱材。
（Ａ）領域１の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率  ＞  領域２の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率
（Ｂ）領域１の金属粒子占有率  ＞  領域２の金属粒子占有率
【請求項１０】
金属粒子及び樹脂を含有する組成物の層を形成する工程と、前記層中の金属粒子を沈降させる工程と、を備える放熱材の製造方法。
【請求項１１】
金属粒子を平面上に配置する工程と、前記金属粒子の上に樹脂層を形成する工程と、を備える放熱材の製造方法。
【請求項１２】
樹脂層を準備する工程と、前記樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、を備える放熱材の製造方法。
【請求項１３】
金属粒子と、樹脂と、を含有し、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の放熱材の製造に用いるための組成物。
【請求項１４】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の放熱材を備える、発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱材、放熱材の製造方法、組成物及び発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化と多機能化に伴い、単位面積当たりの発熱量が増加する傾向にある。その結果、電子機器内で局所的に熱が集中するヒートスポットが発生し、電子機器の故障、短寿命化、動作安定性の低下、信頼性の低下等の問題が生じている。このため、発熱体で生じた熱を外部に放散させてヒートスポットの発生を緩和することの重要性が増している。【０００３】
電子機器の放熱対策として、金属板、ヒートシンク等の放熱器を電子機器の発熱体近傍に取り付けて、発熱体で生じた熱を放熱器に伝導し、外部に放散させることが行われている。放熱器を電子機器に固定する手段として、熱伝導性の粘着性シート（放熱材）が用いられている。例えば、特許文献１には、発熱部品で生じた熱を効率よく放熱器に伝えるために、樹脂シート内に金属粒子を埋め込んだ状態の放熱材が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２９２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている放熱材は、樹脂シート内に金属粒子を埋め込むことで高熱伝導化しているが、熱の拡散範囲がシート内に限定されてしまうため、放熱性向上の観点から改善の余地がある。【０００６】
上記事情に鑑み、本発明の一態様は、発熱体で生じた熱を効率よく放射伝熱することが可能な放熱材及びその製造方法を提供することを目的とする。本発明の別の一態様は、この放熱材を形成するための組成物及びこの放熱材を備える発熱体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】
【０００７】
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞金属粒子と樹脂とを含み、少なくとも一方の面側に前記金属粒子が偏在した構造を有する放熱材。
＜２＞前記少なくとも一方の面側に前記金属粒子が相対的に高密度で存在する領域を有する、＜１＞に記載の放熱材。
＜３＞発熱体に対向する面側に前記領域を有する、＜２＞に記載の放熱材。
＜４＞発熱体に対向する面と逆の面側に前記領域を有する、＜２＞又は＜３＞に記載の放熱材。
＜５＞前記領域の厚みは０．１μｍ〜１００μｍの範囲内である、＜２＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜６＞前記放熱材全体の厚みに占める前記領域の厚みの割合は０．０２％〜９９％の範囲内である、＜２＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の放熱材。
＜７＞金属粒子と樹脂とを含み、前記金属粒子は面方向に沿って配列した金属粒子を含む、放熱材。
＜８＞金属粒子と樹脂とを含み、前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する層を含む、放熱材。
＜９＞金属粒子と樹脂とを含み、下記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす領域１と領域２とを備える、放熱材。
（Ａ）領域１の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率  ＞  領域２の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率
（Ｂ）領域１の金属粒子占有率  ＞  領域２の金属粒子占有率
＜１０＞金属粒子及び樹脂を含有する組成物の層を形成する工程と、前記層中の金属粒子を沈降させる工程と、を備える放熱材の製造方法。
＜１１＞金属粒子を平面上に配置する工程と、前記金属粒子の上に樹脂層を形成する工程と、を備える放熱材の製造方法。
＜１２＞樹脂層を準備する工程と、前記樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、を備える放熱材の製造方法。
＜１３＞金属粒子と、樹脂と、を含有し、＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の放熱材の製造に用いるための組成物。
＜１４＞＜１＞〜＜９＞のいずれか１項に記載の放熱材を備える、発熱体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、発熱体で生じた熱を効率よく放射伝熱することが可能な放熱材及びその製造方法が提供される。本発明の別の一態様によれば、この放熱材を形成するための組成物及びこの放熱材を備える発熱体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１で作製したサンプルの断面模式図である。
【図２】実施例１で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。
【図３】実施例２で作製したサンプルの断面模式図である。
【図４】実施例２で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。
【図５】実施例３で作製したサンプルの断面模式図である。
【図６】実施例３で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。
【図７】実施例４で作製したサンプルの断面模式図である。
【図８】比較例１で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。
【図９】比較例２で作製したサンプルの吸収波長スペクトルである。
【図１０】比較例３で作製したサンプルの断面模式図である。
【図１１】実施例７で作製した電子機器の断面模式図である。
【図１２】実施例８で作製した電子機器の断面模式図である。
【図１３】実施例９で作製したヒートパイプの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。
【００１１】
本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
【００１２】
＜放熱材（第１実施形態）＞
本実施形態の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、少なくとも一方の面側に前記金属粒子が偏在した構造を有する放熱材である。
【００１３】
上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。
【００１４】
上記放熱材に含まれる金属粒子は、少なくとも一方の面側に前記金属粒子が偏在した構造を有するため、少なくとも一方の面側に金属粒子が相対的に高密度で存在する領域（以下、金属粒子層ともいう）が形成されている。金属粒子層は、表面に金属粒子の形状に起因する微細な凹凸構造を有しており、金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、放熱材に含まれる樹脂が吸収しない波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
【００１５】
本実施形態の放熱材では、少なくとも一方の面側に金属粒子層を形成することで、表面プラズモン共鳴を生じさせている。このため、例えば、金属板の表面を加工して微細な凹凸構造を形成して表面プラズモン共鳴を生じさせる等の手法に比べ、簡易な手法で表面プラズモン共鳴を生じさせることができる。
【００１６】
金属粒子層の形態は、表面プラズモン共鳴を生じうる状態であれば特に制限されない。たとえば、金属粒子層と他の領域との間に明確な境界が形成されていても、形成されていなくてもよい。また、金属粒子層は放熱材中に連続的に存在していても、非連続的（パターン状を含む）に存在していてもよい。金属粒子層に含まれる金属粒子は、隣り合う粒子と接触していても、接触していなくてもよい。
【００１７】
金属粒子層の厚み（厚みが一定でない場合は、厚みが最小となる部分の厚さ）は、特に制限されない。例えば、０．１μｍ〜１００μｍの範囲内であってもよい。金属粒子層の厚みは、例えば、金属粒子層に含まれる金属粒子の量、金属粒子の大きさ等によって調節することができる。
【００１８】
放熱材全体に占める金属粒子層の割合は、特に制限されない。例えば、放熱材全体の厚みに占める金属粒子層の厚みの割合は、０．０２％〜９９％の範囲内であってもよい。
【００１９】
金属粒子層における金属粒子の密度は、表面プラズモン共鳴を生じうる状態であれば特に制限されない。例えば、金属粒子層を正面から観察したときに、観察面に占める金属粒子の割合が面積基準で８％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましく、７５％以上であることがさらに好ましく、９０％であることが特に好ましい。
上記割合は、例えば、電子顕微鏡画像から画像処理ソフトウェアを用いて計算することができる。
【００２０】
放熱材における金属粒子層の位置は、放熱材の少なくとも一方の面側であれば、特に制限されない。例えば、放熱材の少なくとも一方の面の最表面に位置していても、最表面に位置していなくてもよい。また、放熱材が発熱体と対向する面側に位置していても、放熱材が発熱体と対向する面と逆の面側に位置していてもよい。
【００２１】
本開示において「金属粒子」とは、表面の少なくとも一部が金属である粒子を意味し、粒子の内部は金属であっても、金属でなくてもよい。熱伝導による放熱性を向上させる観点からは、粒子の内部は金属であることが好ましい。
金属粒子の表面の少なくとも一部が金属である場合には、外部からの電磁波が金属粒子の表面に到達することが可能であれば、樹脂、金属酸化物等の金属以外の物質が金属粒子の周囲に存在している場合も含まれる。
【００２２】
金属粒子に含まれる金属としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、金、錫、チタン、クロム、パラジウム等が挙げられる。金属粒子に含まれる金属は、１種のみであっても２種以上であってもよい。また、単体であっても合金の状態であってもよい。
【００２３】
金属粒子の形状は、金属粒子層の表面に所望の凹凸構造を形成できるものであれば特に制限されない。金属粒子の形状として具体的には、球状、フレーク状、針状、直方体、立方体、四面体、六面体、多面体、筒状、中空体、核部から異なる４軸方向に伸びた三次元針状構造等が挙げられる。これらの中でも、球状又は球状に近い形状が好ましい。
【００２４】
金属粒子の大きさは、特に制限されない。例えば、金属粒子の体積平均粒子径は、０．１μｍ〜３０μｍの範囲内であることが好ましい。金属粒子の体積平均粒子径が３０μｍ以下であると、放熱に寄与する赤外光が充分に放射される傾向にある。金属粒子の体積平均粒子径が３０μｍ以下であると、放熱性の向上に寄与する電磁波（比較的低波長の赤外光）が充分に放射される傾向にある。金属粒子の体積平均粒子径が０．１μｍ以上であると、金属粒子の凝集力が抑制され、均等に配列しやすくなる傾向にある。
【００２５】
金属粒子の体積平均粒子径は、放熱材に使用される金属粒子以外の材料の種類を考慮して設定してもよい。例えば、金属粒子の体積平均粒子径が小さいほど、金属粒子層の表面に形成される凹凸構造の周期が小さくなり、金属粒子層で生じる表面プラズモン共鳴が最大となる波長が短くなる。金属粒子層による電磁波の吸収率は、表面プラズモン共鳴が最大となる波長において最大となる。したがって、金属粒子層で生じる表面プラズモン共鳴が最大となる波長が短くなると、金属粒子層による電磁波の吸収率が最大となる波長が短くなり、キルヒホッフの法則に従い、当該波長における電磁波の放射率が増大する傾向にある。このため、金属粒子の体積平均粒子径を適切に選択することで、金属粒子層の放射波長を放熱材料に含まれる樹脂が吸収しにくい波長域に変換でき、放熱性がより向上する傾向にある。
【００２６】
金属粒子層に含まれる金属粒子の体積平均粒子径は、１０μｍ以下であってもよく、５μｍ以下であってもよく、３μｍ以下であってもよい。金属粒子の体積平均粒子径が上記範囲であると、放射する電磁波の波長域を樹脂が吸収しにくい低波長域（例えば、６μｍ以下）に変換することができる。これにより、樹脂による蓄熱を抑制し、放熱性をより向上することができる。
【００２７】
本開示において金属粒子の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により得られる体積基準の粒度分布曲線において小径側からの積算が５０％になるときの粒子径（Ｄ５０）である。
【００２８】
金属粒子層による電磁波の吸収又は放射波長を効果的に制御する観点からは、金属粒子層に含まれる金属粒子の粒子径のばらつきは小さいことが好ましい。金属粒子の粒子径のばらつきを抑えることで、金属粒子層の表面に周期性を有する凹凸構造を形成しやすくなり、表面プラズモン共鳴が生じやすくなる傾向にある。
【００２９】
金属粒子の粒子径のばらつきは、例えば、体積基準の粒度分布曲線において小径側からの積算が１０％になるときの粒子径（Ｄ１０）をＡ（μｍ）、小径側からの積算が９０％になるときの粒子径（Ｄ９０）をＢ（μｍ）としたとき、Ａ／Ｂの値が０．３以上となる程度であることが好ましく、０．４以上となる程度であることがより好ましく、０．６以上となる程度であることがさらに好ましい。
【００３０】
放熱材に含まれる樹脂の種類は特に制限されず、公知の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂等から選択できる。具体的には、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、メラミン尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの中でも耐熱性、入手性等の観点からは、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等が好ましい。金属粒子層に含まれる樹脂は、１種のみであっても２種以上であってもよい。
【００３１】
放熱材は、樹脂及び金属粒子以外の材料を含んでもよい。例えば、セラミックス粒子、添加剤等を含んでもよい。
【００３２】
放熱材がセラミックス粒子を含むことで、例えば、放熱材の放熱効果をより高めることができる。セラミックス粒子として具体的には、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化リチウム、二酸化ケイ素等の粒子が挙げられる。金属粒子層に含まれるセラミックス粒子は、１種のみであっても２種以上であってもよい。また、表面が樹脂、酸化物等で構成される皮膜で覆われていてもよい。
【００３３】
セラミックス粒子の大きさ及び形状は、特に制限されない。例えば、上述した金属粒子の大きさ及び形状の好ましい態様として記載したものと同様であってもよい。
【００３４】
放熱材が添加剤を含むことで、放熱材又は放熱材を形成するための材料に所望の機能を付与することができる。添加剤として具体的には、分散剤、造膜助剤、可塑剤、顔料、シランカップリング剤、粘度調整剤等が挙げられる。
【００３５】
放熱材の形状は特に制限されず、用途等に応じて選択できる。例えば、シート状、フィルム状、板状等が挙げられる。あるいは、発熱体に放熱材の材料を塗布して形成された層の状態であってもよい。
【００３６】
放熱材の厚み（厚みが一定でない場合は、厚みが最小となる部分の厚さ）は、特に制限されない。例えば、１μｍ〜５００μｍの範囲内であることが好ましく、１０μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。放熱材の厚みが５００μｍ以下であると、放熱材が断熱層となりにくく良好な放熱性が維持される傾向にある。放熱材の厚みが１μｍ以上であると、放熱材の機能が充分に得られる傾向にある。
【００３７】
放熱材が吸収又は放射する電磁波の波長領域は特に制限されないが、熱放射性の観点からは、２μｍ〜２０μｍにおける各波長に対する吸収率又は放射率が０．８以上であることが好ましく、１.０に近いほどさらに好ましい。
【００３８】
電磁波の吸収率は、フーリエ変換赤外分光光度計により測定することができる。キルヒホッフの法則により、電磁波の吸収率と放射率は等しいと考えることができる。
放熱材が吸収する電磁波の波長領域は、フーリエ変換赤外分光光度計で測定することができる。具体的には、各波長の透過率と反射率を測定し、下記式にて計算することができる。
吸収率（放射率）＝１−透過率−反射率
【００３９】
放熱材の用途は、特に制限されない。例えば、電子機器の発熱体に相当する箇所に取り付けて、発熱体で生じた熱を放散させるために用いてもよい。また、発熱体で生じた熱を金属板、ヒートシンク等の放熱器に伝えるために用いてもよい。
【００４０】
＜放熱材（第２実施形態）＞
本実施形態の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、前記金属粒子は面方向に沿って配列した金属粒子を含む、放熱材である。
【００４１】
上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。
上記構成を有する放熱材は、面方向（厚み方向に垂直な方向）に沿って配列した金属粒子を含む。これらの金属粒子は、微細な凹凸構造を有する層（金属粒子層）を放熱材の面方向に沿って形成し、発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、放熱材に含まれる樹脂が吸収しない波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
【００４２】
＜放熱材（第３実施形態）＞
本実施形態の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、前記金属粒子に由来する凹凸構造を表面に有する層を含む、放熱材である。
【００４３】
上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。
上記構成を有する放熱材は、金属粒子の形状に起因する凹凸構造を表面に有する層（金属粒子層）を含む。この金属粒子層に発熱体から熱が伝わると表面プラズモン共鳴が生じて、放射される電磁波の波長域が変化すると考えられる。その結果、例えば、放熱材に含まれる樹脂が吸収しない波長域の電磁波の放射率が相対的に増大し、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
【００４４】
＜放熱材（第４実施形態）＞
本実施形態の放熱材は、金属粒子と樹脂とを含み、下記（Ａ）及び（Ｂ）を満たす領域１と領域２とを備える、放熱材である。
（Ａ）領域１の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率  ＞  領域２の波長２μｍ〜６μｍにおける電磁波の吸収率
（Ｂ）領域１の金属粒子占有率  ＞  領域２の金属粒子占有率
【００４５】
上記構成を有する放熱材は、これを発熱体に取り付けた場合、優れた放熱効果を発揮する。その理由は必ずしも明らかではないが、下記のように考えられる。
樹脂は一般に、短波長の赤外光を吸収しにくく、長波長の赤外光を吸収しやすい性質を有する。このため、樹脂が吸収しにくい２μｍ〜６μｍの波長域における電磁波の吸収率を高める（すなわち、放射率を高める）ことで、樹脂による蓄熱が抑制されて、放熱性が向上すると考えられる。
上記構成を有する放熱材は、２μｍ〜６μｍの波長域における電磁波の吸収率が領域２のそれよりも高い領域１を備えることで、上記の課題を解決している。
【００４６】
領域１として具体的には、金属粒子を相対的に多く含むことで金属粒子によって形成された微細な凹凸構造を有し、表面プラズモン共鳴効果が生じるように構成された金属粒子層が挙げられる。領域２として具体的には、樹脂を相対的に多く含む樹脂層が挙げられる。領域１と領域２は、一方が放熱材の発熱体に対向する側に配置され、もう一方が発熱体に対向する側と逆側に配置されてもよい。
上記構成において「金属粒子占有率」とは、当該領域に占める金属粒子の体積基準の割合を意味する。「電磁波の吸収率」は、上述した放熱材の電磁波の吸収率と同様にして測定できる。
【００４７】
上述した各実施形態の放熱材の具体的な構成、放熱材に含まれる金属粒子及び樹脂の詳細、好ましい態様等は、実施形態間で相互に応用できる。
【００４８】
＜放熱材の製造方法（第１実施形態）＞
本実施形態の放熱材の製造方法は、金属粒子及び樹脂を含有する組成物の層（組成物層）を形成する工程と、前記層中の金属粒子を沈降させる工程と、を備える。
【００４９】
上記方法によれば、上述した放熱材を製造することができる。
【００５０】
上記方法において、金属粒子及び樹脂を含有する組成物の層（組成物層）を形成する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、主面が水平になるように配置した基材の上に、組成物を所望の厚さになるように塗布してもよい。
【００５１】
組成物が塗布される基材は、放熱材の製造後、又は放熱材の使用前に除去されるものであっても、除去されないものであってもよい。後者の場合としては、組成物の塗布を、放熱材を取り付ける対象物（発熱体）に対して直接行う場合が挙げられる。組成物の塗布を行う方法は特に制限されず、ハケ塗布、吹付塗装、ロールコータ塗布、浸漬塗装等の公知の手法を採用してもよい。塗布する対象物により、静電塗装、カーテン塗装、電着塗装、粉体塗装等を採用してもよい。
【００５２】
上記方法において、組成物層中の金属粒子を沈降させる工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、主面が水平になるように配置した基材の上に形成した組成物層中の金属粒子が自然に沈降するまで放置してもよい。組成物層中の金属粒子の沈降を促進する観点からは、金属粒子の密度（単位体積あたり質量）をＡ、金属粒子以外の成分の密度をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすことが好ましい。
【００５３】
必要に応じ、上記方法において組成物層中の金属粒子を沈降させる工程の後に、樹脂の乾燥、焼付、硬化等の処理を行ってもよい。
【００５４】
組成物に含まれる金属粒子及び樹脂の種類は、特に制限されない。例えば、上述した放熱材に含まれる金属粒子及び樹脂から選択してもよい。また、上述した放熱材に含まれてもよい他の材料を含んでもよい。
【００５５】
必要に応じ、組成物は、溶媒を含んだ分散液（水系エマルション等）、ワニスなどの状態であってもよい。組成物に含まれる溶媒としては、水及び有機溶剤が挙げられ、組成物に含まれる金属粒子、樹脂等の他の材料との組み合せを考慮して選定することが好ましい。有機溶剤としては、ケトン系溶剤、アルコール系溶剤、芳香族系溶剤等の有機溶剤が挙げられる。より具体的には、メチルエチルケトン、シクロヘキセン、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。溶媒は１種のみを用いても、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
上記方法により製造される放熱材の詳細及び好ましい態様は、例えば、上述した放熱材の詳細及び好ましい態様と同様であってもよい。
【００５７】
＜放熱材の製造方法（第２実施形態）＞
本実施形態の放熱材の製造方法は、金属粒子を平面上に配置する工程と、前記金属粒子の上に樹脂層を形成する工程と、を備える。
【００５８】
上記方法によれば、上述した放熱材を製造することができる。
【００５９】
上記方法において、金属粒子を平面上に配置する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、主面が水平になるように配置した基材の上に金属粒子を敷き詰めることで行ってもよい。
【００６０】
上記方法において、金属粒子の上に樹脂層を形成する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、シート状に成形した樹脂を金属粒子の上に配置してもよく、流動性を有する樹脂を金属粒子の上に塗布してもよい。このとき、金属粒子の間に樹脂の一部が存在するように樹脂層を形成することが好ましい。
【００６１】
必要に応じ、金属粒子の上に樹脂層を形成する工程の後に、樹脂の乾燥、焼付、硬化等の処理を行ってもよい。
【００６２】
上記方法で使用する金属粒子及び樹脂の種類は、特に制限されない。例えば、上述した放熱材に含まれる金属粒子及び樹脂から選択してもよい。また、上述した放熱材に含まれてもよい他の材料を含んでもよい。さらに、第１実施形態の方法で使用する溶媒を含んでもよい。
【００６３】
上記方法により製造される放熱材の詳細及び好ましい態様は、例えば、上述した放熱材の詳細及び好ましい態様と同様であってもよい。
【００６４】
＜放熱材の製造方法（第３実施形態）＞
本実施形態の放熱材の製造方法は、樹脂層を準備する工程と、前記樹脂層の上に金属粒子を配置する工程と、を備える。
【００６５】
上記方法によれば、上述した放熱材を製造することができる。
【００６６】
上記方法において、樹脂層を準備する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、流動性を有する樹脂を基材の上に塗布して形成してもよく、シート状に成形した樹脂を用いてもよい。シート状に成形した樹脂を用いる場合、金属粒子と樹脂との間に隙間を生じさせないために真空に引きながらラミネート処理を行ってもよい。
【００６７】
上記方法において、樹脂層の上に金属粒子を配置する工程を実施する方法は、特に制限されない。例えば、樹脂層を主面が水平になるように配置した状態で、樹脂層の上に金属粒子を敷き詰めることで行ってもよい。このとき、金属粒子が樹脂層に埋め込まれるように配置することが好ましい。
【００６８】
必要に応じ、樹脂層の上に金属粒子を配置する工程の後に、樹脂の乾燥、焼付、硬化等の処理を行ってもよい。
【００６９】
上記方法で使用する金属粒子及び樹脂の種類は、特に制限されない。例えば、上述した放熱材に含まれる金属粒子及び樹脂から選択してもよい。また、上述した放熱材に含まれてもよい他の材料を含んでもよい。さらに、第１実施形態の方法で使用する溶媒を含んでもよい。
【００７０】
上記方法により製造される放熱材の詳細及び好ましい態様は、例えば、上述した放熱材の詳細及び好ましい態様と同様であってもよい。
【００７１】
＜組成物＞
本実施形態の組成物は、金属粒子と、樹脂と、を含有し、上述した放熱材の製造に用いるための組成物である。
【００７２】
上記組成物に含まれる金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様は、上述した放熱材及びその製造方法に記載した金属粒子、樹脂及びその他の成分の詳細及び好ましい態様と同様である。
【００７３】
組成物中の金属粒子と樹脂の割合は、特に制限されない。例えば、質量基準の割合（金属粒子：樹脂）が０．１：９９．９〜９９．９：０．１の範囲内であってもよく、１：９９〜５０：５０の範囲内であってもよい。
【００７４】
上記組成物を第１実施形態の放熱材の製造方法に用いる場合、組成物中の金属粒子の沈降を促進する観点から、金属粒子の密度（単位体積あたり質量）をＡ、金属粒子以外の成分の密度をＢとしたとき、Ａ＞Ｂの関係を満たすことが好ましい。
【００７５】
＜発熱体＞
本実施形態の発熱体は、上述した実施形態の放熱材を備える。
【００７６】
発熱体の種類は、特に制限されない。例えば、電子機器に含まれるＩＣ（集積回路）、半導体素子等の電子部品、ヒートパイプなどが挙げられる。
【００７７】
発熱体に放熱材が取り付けられる態様は、特に制限されない。例えば、粘着性を有する放熱材を直接取り付けても、接着材等を介して取り付けてもよい。また、発熱体に放熱材の材料を塗布して放熱材の層を形成してもよい。
【００７８】
発熱体に放熱材が取り付けられる際、放熱材の金属粒子層が位置する側が接するように発熱体を取り付けても、放熱材の金属粒子層が位置する側と逆側が接するように発熱体を取り付けてもよい。
【００７９】
必要に応じ、発熱体は、放熱器を備えてもよい。この場合、発熱体の本体と放熱器の間に放熱材が介在していることが好ましい。発熱体の本体と放熱器の間に放熱材が介在していることで、優れた放熱性が達成される。放熱器としては、アルミニウム、鉄、銅等の金属からなる板、ヒートシンクなどが挙げられる。
【００８０】
本体の放熱材が取り付けられる部分は、平面であっても、平面でなくてもよい。本体の放熱材が取り付けられる部分が平面でない場合は、可とう性を有する放熱材を用いて放熱材を取り付けてもよい。
【実施例】
【００８１】
以下、実施例を参照して本開示をさらに詳細に説明する。ただし本開示は、以下の実施例に記載された内容に限定されるものではない。【００８２】
＜実施例１＞
アクリル系樹脂９９.１３体積％と、銅粒子（体積平均粒子径２μｍ）０．８７体積％と、前記２成分の合計１００質量％に対して３０質量％の酢酸ブチルを容器に入れ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、組成物を調製した。この組成物を吹付塗装装置を用いて１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板の全面に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。【００８３】
作製したサンプルの断面模式図を、図１に示す。図１に示すように、サンプル１は、銅粒子１１と樹脂１２を含み、アルミニウム板１３側に銅粒子１１が集まって金属粒子層を形成した構造を有している。これは、組成物に含まれる銅粒子の密度が組成物中の銅粒子以外の成分の密度よりも大きいため、銅粒子が組成物層中で沈降するためである。【００８４】
沈降した銅粒子間の空間の距離を光学顕微鏡から得られた画像から測定したところ、平均距離（任意に選択した１００個の粒子について測定した距離の算術平均値）は１μｍであった。【００８５】
作製したサンプルの熱放射率を、放射率測定器（京都電子工業製、Ｄ  ａｎｄ  Ｓ  ＡＥＲＤ）を用いて、室温（２５℃）下で測定した（測定波長域：３μｍ〜３０μｍ）。実施例１のサンプルの放射率は、０．９であった。【００８６】
作製したサンプルの吸収波長スペクトルを、フーリエ変換赤外分光光度計により調べた。得られた吸収波長スペクトルを図２に示す。後述する比較例１のサンプル（金属粒子なし）のサンプルと比べ、特に１０μｍ以下の波長域における吸収効率が増加していることが確認できる。【００８７】
＜実施例２＞
アクリル系樹脂９６．５体積％と、銅粒子（体積平均粒子径８μｍ）３．５体積％と、前記２成分の合計１００質量％に対して３０質量％の酢酸ブチルを容器に入れ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、組成物を調製した。この組成物を、主面が水平になるように配置した基材の上に、アプリコーター（バーコーター）を用いて塗工し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。次いで、サンプルを基材から剥がし、基材を剥がした側と逆の面を１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板に貼り付けた。【００８８】
作製したサンプルの断面模式図を、図３に示す。図３に示すように、サンプル１は、銅粒子１１と樹脂１２を含み、アルミニウム板１３と逆の面側に銅粒子１１が集まって金属粒子層を形成した構造を有している。これは、組成物層中で銅粒子が基材側に沈降した状態のサンプルの基材が張り付いていた側とは逆側をアルミニウム板に貼り付けたためである。沈降した銅粒子間の平均距離を実施例１と同様にして測定したところ、４μｍであった。【００８９】
実施例１と同様にして測定した実施例２のサンプルの放射率は、０．８６であった。
実施例１と同様にして得られた吸収波長スペクトルを図４に示す。後述する比較例１のサンプル（金属粒子なし）と比べ、特に２μｍ〜７μｍの波長域における吸収効率が増加していることが確認できる。【００９０】
＜実施例３＞
アクリル系樹脂９６．５体積％と、アルミニウム粒子（体積平均粒子径２μｍ）３．５体積％と、前記２成分の合計１００質量％に対して３０質量％の酢酸ブチルを容器に入れ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、組成物を調製した。この組成物を、主面が水平になるように配置した基材の上に、アプリコーター（バーコーター）を用いて塗工し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。次いで、サンプルを基材から剥がし、基材を剥がした側と逆の面を１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板に貼り付けた。【００９１】
作製したサンプルの断面模式図を、図５に示す。図５に示すように、サンプル１は、アルミニウム粒子１１と樹脂１２を含み、アルミニウム板１３と逆の面側にアルミニウム粒子１１が集まって金属粒子層を形成した構造を有している。
実施例３のサンプルは、実施例１よりも組成物中の金属粒子の量が多いため、金属粒子間の間隔が狭く、サンプルの厚さ方向にみて金属粒子が重なりあう部分がある。図５では金属粒子が３層になっている状態を模式的に示しているが、３層に限らず２層でも、それ以上多層に配列してもよい。【００９２】
実施例１と同様にして得られた吸収波長スペクトルを図６に示す。実施例２のサンプルと比べると、２μｍ〜８μｍの波長域において吸収効率が実施例２より高く、１０μｍ〜２０μｍの波長域において吸収効率が実施例２より低いことが確認できる。したがって、後述する比較例１のサンプル（金属粒子なし）と比べ、樹脂を透過する波長領域の赤外線を選択的に放射することが可能である。【００９３】
＜実施例４＞
アクリル系樹脂９９．１３体積％と、アルミニウム粒子（体積平均粒子径２μｍ）の周りに粒子の間隔を一定に調節するためのスペーサとして設けたアクリル系樹脂の皮膜（膜厚０.５μｍ）を有するもの０．８７体積％と、前記２成分の合計１００質量％に対して３０質量％の酢酸ブチルを容器に入れ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、組成物を調製した。この組成物を、吹付塗装装置を用いて１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。【００９４】
作製したサンプルの断面模式図を、図７に示す。図７に示すように、サンプル１は、周囲に樹脂膜１４を有するアルミニウム粒子１１と樹脂１２を含み、アルミニウム板１３側いアルミニウム粒子１１が集まって金属粒子層を形成した構造を有している。アルミニウム粒子１１（樹脂膜部分を除く）間の平均距離は、樹脂膜１４によって１μｍに調節されている。【００９５】
実施例１と同様にして測定した実施例４のサンプルの放射率は、０．９であった。
実施例４のサンプルの吸収波長スペクトルは、図２に示す吸収波長スペクトルと同様になる。【００９６】
＜実施例５＞
銅粒子を同量の銅粒子（体積平均粒子径１μｍ）に変更したこと以外は実施例１と同様にして、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。【００９７】
＜実施例６＞
実施例５と同じ組成物を用いて、膜厚が１００μｍのサンプルを作製した。【００９８】
＜比較例１＞
アクリル系樹脂１００質量％に対して３０質量％の酢酸ブチルを混合し、粘度を調整した組成物を調製した。この組成物を吹付塗装装置を用いて１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板の全面に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。【００９９】
実施例１と同様にして測定した比較例１のサンプルの放射率は、０．７であった。
実施例１と同様にして得られた吸収波長スペクトルを図８に示す。【０１００】
＜比較例２＞
比較例１と同じ組成物を吹付塗装装置を用いて１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板の全面に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が１００μｍのサンプルを作製した。【０１０１】
実施例１と同様にして測定した比較例２のサンプルの放射率は、０．９であった。
実施例１と同様にして得られた吸収波長スペクトルを図９に示す。比較例１のサンプルに比べ、サンプルの厚みが増したことで８μｍ以上の波長域での吸収効率が増加し、比較例１よりも放射率が高くなっていることがわかる。【０１０２】
＜比較例３＞
アクリル系樹脂９５体積％と、二酸化ケイ素粒子（体積平均粒子径２μｍ）５体積％を含む市販の熱放射性塗料を、吹付塗装装置を用いて１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板に吹付塗装し、組成物層を形成した。この組成物層を自然乾燥させ、６０℃、３０分で加熱硬化させて、膜厚が３０μｍのサンプルを作製した。【０１０３】
作製したサンプルの断面模式図を、図１０に示す。図１０に示すように、サンプル１は、二酸化ケイ素粒子１１と樹脂１２を含み、二酸化ケイ素粒子１１がアルミニウム板１３側に集まらずに樹脂１２中に分散した構造を有している。【０１０４】
実施例１と同様にして測定した比較例３のサンプルの放射率は、０．８１であった。【０１０５】
実施例及び比較例で調製した組成物を用いて、下記の手法により放熱性の評価を行った。結果を表１に示す。【０１０６】
市販の面状発熱体（ポリイミドヒーター）をアルミニウム板（５０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍ）で挟む。アルミニウム板の表面に、Ｋ熱電対をアルミニウム用はんだで接着する。一方のアルミニウム板の両面の表面全体に組成物を塗布し、自然乾燥させ、厚さが３０μｍのサンプルを作製する。サンプルが形成されたアルミニウム板を、２５℃に設定した恒温槽中央に静置し、アルミニウム板表面の温度変化を測定する。この際、ヒーターの出力は、サンプルが形成されていない状態のアルミニウム板の表面温度が１００℃になるように設定する。ヒーターは一定の熱量を発生しているので、サンプルの放熱効果が高いほど、アルミニウム板表面の温度は低下する。すなわち、アルミニウム板の表面温度が低くなるほど放熱効果が高いといえる。測定したアルミニウム板の表面温度（最高温度）を表１に示す。【０１０７】
【表１】
2020070863.tif 000003
【０１０８】
表１に示すように、サンプルを取り付けていないアルミニウム板の表面温度１００℃に比べ、樹脂のみからなるサンプルを取り付けた比較例１及び比較例２では、アルミニウム板の表面温度が８５℃、８０℃に低減したが、実施例に比べるとその低減効果は小さい。これは、サンプルが金属粒子層を含まないために熱放射伝熱による放熱効果が実施例に比べて小さいためと考えられる。【０１０９】
樹脂中に二酸化ケイ素粒子が分散した構造のサンプルを取り付けた比較例３では、アルミニウム板の表面温度が７８℃に低減したが、実施例に比べるとその低減効果は小さい。これは、二酸化ケイ素粒子が樹脂中に分散しているために表面プラズモン共鳴による放熱性の増幅効果が充分に得られていないためと考えられる。【０１１０】
＜実施例７＞
図１１に示すような電子機器の電子部品（発熱体）に、実施例２で作製したサンプルを取り付けて、温度低減効果を調べた。
図１１に示す電子機器１００は、電子部品１０１と、これらが実装された回路基板１０２を含んでいる。電子部品１０１の上部には、実施例２で作製したサンプル１０３を基材から剥がし、基材を剥がした側と逆の面が取り付けられている。この電子機器を作動したところ、電子部品１０１の温度が１２５℃（サンプルなし）から９５℃に低下した。【０１１１】
＜実施例８＞
図１２に示すような電子機器の電子部品（発熱体）に、実施例３で作製したサンプルを取り付けて、温度低減効果を調べた。
図１２に示す電子機器１００は、電子部品１０１と、これらが実装された回路基板１０２を含んでいる。さらに、電子部品１０１の周囲が樹脂１０４で封止されている。電子部品１０１の上部には、実施例３で作製したサンプル１０３を基材から剥がし、基材を剥がした側と逆の面が取り付けられている。この電子機器を作動したところ、電子部品１０１の温度が１５５℃（サンプルなし）から１１５℃に低下した。【０１１２】
＜実施例９＞
図１３に示すようなヒートパイプ（発熱体）に、実施例１で作製したサンプルを取り付けて、温度低減効果を調べた。
図１３に示すヒートパイプ２２はステンレス鋼の管（直径３２ｍｍ）であり、周囲に取り付けられたサンプル１は、銅粒子１１と樹脂１２を含み、銅粒子１１がヒートパイプ２２に接する側と逆側に金属粒子層が集まって金属粒子層を形成した構造を有している。このヒートパイプの内部に９０℃の水を流したところ、表面温度が８５℃（サンプルなし）から６８℃に低下した。【０１１３】
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に援用されて取り込まれる。
【図１】
2020070863.tif 000004
【図２】
2020070863.tif 000005
【図３】
2020070863.tif 000006
【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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【図９】
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【図１０】
2020070863.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2020070863.tif 000015
【図１３】
2020070863.tif 000016
【国際調査報告】
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2020070863.tif 000019
2020070863.tif 000020
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