JP6851289B2 - 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー - Google Patents

Description

本発明は、放熱構造体およびそれを備えるバッテリーに関する。

自動車、航空機、船舶あるいは家庭用若しくは業務用電子機器の制御システムは、より高精度かつ複雑化してきており、それに伴って、回路基板上の小型電子部品の集積密度が増加の一途を辿っている。この結果、回路基板周辺の発熱による電子部品の故障や短寿命化を解決することが強く望まれている。

回路基板からの速やかな放熱を実現するには、従来から、回路基板自体を放熱性に優れた材料で構成し、ヒートシンクを取り付け、あるいは放熱ファンを駆動するといった手段を単一で若しくは複数組み合わせて行われている。これらの内、回路基板自体を放熱性に優れた材料、例えばダイヤモンド、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ｃＢＮなどから構成する方法は、回路基板のコストを極めて高くしてしまう。また、放熱ファンの配置は、ファンという回転機器の故障、故障防止のためのメンテナンスの必要性や設置スペースの確保が難しいという問題を生じる。これに対して、放熱フィンは、熱伝導性の高い金属（例えば、アルミニウム）を用いた柱状あるいは平板状の突出部位を数多く形成することによって表面積を大きくして放熱性をより高めることのできる簡易な部材であるため、放熱部品として汎用的に用いられている（特許文献１を参照）。

ところで、現在、世界中で、地球環境への負荷軽減を目的として、従来からのガソリン車あるいはディーゼル車を徐々に電気自動車に転換しょうとする動きが活発化している。特に、フランス、オランダ、ドイツをはじめとする欧州諸国の他、中国でも、２０４０年までにガソリン車とディーゼル車から完全に電気自動車に切り替えることを宣言している。電気自動車の普及には、高性能バッテリーの開発の他、多数の充電スタンドの設置などの課題がある。特に、リチウム系の自動車用バッテリーの充電及び発電機能を高めるための技術開発が大きな課題となっている。上記自動車バッテリーは、摂氏６０度以上の高温下では充電や発電の機能を十分に発揮できないことが良く知られている。このため、先に説明した回路基板と同様、バッテリーにおいても、放熱性を高めることが重要視されている。

バッテリーの速やかな放熱を実現するには、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製の筐体に水冷パイプを配置し、当該筐体にバッテリーセルを多数配置し、バッテリーセルと筐体の底面との間に密着性のゴムシートを挟んだ構造が採用されている。以下、図を参照して説明する。

図８は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。図８のバッテリー１００は、多数のバッテリーセル１０１をアルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る筐体１０２の内底面１０３上に配置される。筐体１０２の底部１０４には、冷却水を流すための水冷パイプ１０５が備えられている。バッテリーセル１０１は、底部１０４との間にゴムシート（例えば、室温硬化型シリコーンゴム製のシート）１０６を挟んで筐体１０２内に固定されている。このような構造のバッテリー１００では、バッテリーセル１０１は、ゴムシート１０６を通じて筐体１０２に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。

特開２００８−２４３９９９

しかし、図８に示すような従来のバッテリー１００の放熱構造には、次のような解決すべき課題がある。ゴムシート１０６は、アルミニウムやグラファイトと比べて熱伝導性が低いため、バッテリーセル１０１から筐体１０２に効率よく熱を移動させることが難しい。また、ゴムシート１０６に代えてグラファイト等のスペーサを挟む方法も考えられる。しかし、複数のバッテリーセル１０１の下面が平らではなく段差を有することから、バッテリーセル１０１とスペーサとの間に隙間が生じ、伝熱効率が低下する。これは、回路基板にスペーサを接触する場合にも同様である。

また、バッテリーセル１０１は、高温域のみならず、摂氏ゼロ度以下の低温域でも、充電や発電機能が低下することが知られている。このため、上記従来のような放熱構造のみでは、低温域での機能低下に対応できない。また、回路基板上の電子部品も低温域にて機能低下を生じる場合がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、放熱効率に優れると共に発熱機能をも備えた放熱構造体及びそれを備えたバッテリーを提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するための一実施形態に係る放熱構造体は、熱源と冷却部材との間にあって、熱源から冷却部材に熱を伝導させるための放熱構造体であって、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つにて成り、熱源と冷却部材との間にて湾曲若しくは屈曲して配置される熱伝導シートと、熱伝導シートの湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間内に少なくとも配置されるゴム状弾性体と、熱伝導シートと熱源とを密着固定するためのゴムシートと、熱伝導シート、ゴムシート若しくはゴム状弾性体を加熱するために給電可能な通電用電極と、を備える。本願でいう「湾曲」とは、孤を描くことを意味する。また、本願でいう「屈曲」とは、湾曲に比べて急激に折れ曲がることを意味する。

（２）別の実施形態に係る放熱構造体では、さらに、熱伝導シートは、Ｕ字状の湾曲部若しくはＶ字状の屈曲部を１以上有する形態を持つのが好ましい。

（３）別の実施形態に係る放熱構造体では、また、ゴム状弾性体は、内方空間の厚さ方向にて分割されており、熱伝導シートの湾曲若しくは屈曲を開放して平らにした際に追従可能であるのが好ましい。

（４）別の実施形態に係る放熱構造体では、また、熱伝導シートを炭素製のシートとし、通電用電極を熱伝導シート上に形成される銀薄膜とするのが好ましい。

（５）別の実施形態に係る放熱構造体では、また、炭素製のシートは、炭素繊維と樹脂とを含むシートであるのが好ましい。

（６）別の実施形態に係る放熱構造体では、また、ゴムシートは、シリコーンゴム製のシートであるのが好ましい。

（７）一実施形態に係るバッテリーは、上述の放熱構造体を、熱源としてのバッテリーセルと当該バッテリーセルを配置している冷却部材としての筐体との間に配置している。

本発明によれば、放熱効率に優れると共に発熱機能をも備えた放熱構造体及びそれを備えたバッテリーを提供できる。

図１は、第１実施形態に係る放熱構造体の一部透過平面図（１Ａ）、該一部透過平面図におけるＡ−Ａ線断面図と一部Ｐの拡大図（１Ｂ）および該一部透過平面図におけるＢ−Ｂ線断面図と一部Ｑの拡大図（１Ｃ）をそれぞれ示す。 図２は、図１の放熱構造体を備える第１実施形態に係るバッテリーの概略断面図（２Ａ）、該概略断面図における一部Ｃのバッテリーセル固定前の断面図（２Ｂ）および該概略断面図における一部Ｃの拡大図（２Ｃ）をそれぞれ示す。 図３は、第１実施形態に係る放熱構造体を回路基板とヒートシンクとの間に配置した電子機器の一部の断面図を示す。 図４は、第３実施形態に係る放熱構造体の湾曲変形前後の各断面図（４Ａ）およびその変形例の同視各断面図（４Ｂ）をそれぞれ示す。 図５は、第４実施形態に係る放熱構造体の（１Ｃ）と同視の断面図を示す。 図６は、第４実施形態に係る放熱構造体の変形例の湾曲変形前後の各断面図を示す。 図７は、第５実施形態に係る放熱構造体の（１Ｃ）と同視の断面図（７Ａ）および該断面図におけるバッテリーセル固定前後の各断面図（７Ｂ）をそれぞれ示す。 図８は、従来のバッテリーの概略断面図を示す。

次に、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放熱構造体の一部透過平面図（１Ａ）、該一部透過平面図におけるＡ−Ａ線断面図と一部Ｐの拡大図（１Ｂ）および該一部透過平面図におけるＢ−Ｂ線断面図と一部Ｑの拡大図（１Ｃ）をそれぞれ示す。

第１実施形態に係る放熱構造体１は、熱源と冷却部材との間にあって、熱源から冷却部材に熱を伝導させるための放熱構造体である。放熱構造体１は、熱伝導シート１１と、ゴム状弾性体１２と、ゴムシート１３，１３と、通電用電極１４，１４とを備える。熱伝導シート１１は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つにて成り、熱源と冷却部材との間にて湾曲若しくは屈曲して配置されるシートである。ゴム状弾性体１２は、熱伝導シート１１の湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間内に少なくとも配置される弾性体である。ゴムシート１３，１３は、熱伝導シート１１と熱源とを密着固定するためのシートである。通電用電極１４，１４は、熱伝導シート１１に通電して、熱伝導シート１１自体を加熱するために熱伝導シート１１上に互いに離間形成される２つ一組の電極である。ただし、通電用電極１４，１４は、熱伝導シート１１ではなく、ゴムシート１３，１３若しくはゴム状弾性体１２を加熱するために給電可能な電極であっても良く、そのような場合に、一方の通電用電極１４から供給される電流は、ゴムシート１３，１３若しくはゴム状弾性体１２を経由して他方の通電用電極１４に流れ込んでも、あるいは通電用電極１４，１４同士を接続するヒータをゴムシート１３，１３若しくはゴム状弾性体１２に形成しておき、電流が当該ヒータを流れるようにしても良い。本願でいう「炭素」は、グラファイト、グラファイトより結晶性の低いカーボンブラック、ダイヤモンド、ダイヤモンドに近い構造を持つダイヤモンドライクカーボン等の炭素（元素記号：Ｃ）から成る各種結晶構造のものを含むように広義に解釈される。

（１）熱伝導シート
熱伝導シート１１は、この実施形態では、Ｕ字状の湾曲部を１つ備える。ただし、熱伝導シート１１は、Ｕ字状の湾曲部に代えて、Ｖ字状の屈曲部を１つ備えても良い。熱伝導シート１１は、好ましくは炭素製のシートであり、さらに好ましくは炭素繊維と樹脂とを含むシートである。熱伝導シート１１は、本願の各実施形態では、樹脂にグラファイト繊維やカーボン粒子を配合分散した材料を硬化させた薄いシートである。樹脂が熱伝導シート１１の全質量に対して５０質量％を超えていても、あるいはグラファイト繊維やカーボン粒子が樹脂の全質量に対して５０質量％を超えていても良い。すなわち、熱伝導シート１１は、熱伝導に大きな支障が無い限り、樹脂を主材とし、あるいはグラファイト繊維やカーボン粒子を主材としても良い。樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂を好適に使用できる。熱可塑性樹脂としては、熱源からの熱を伝導する際に溶融しない程度の高融点を備える樹脂が好ましく、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等を好適に挙げることができる。樹脂は、熱伝導シート１１の成形前の状態において、グラファイト繊維の隙間に、例えば粒子状に分散している。熱伝導シート１１は、グラファイト繊維、樹脂の他、熱伝導をより高めるためのフィラーとして、窒化アルミニウムあるいはダイヤモンドを分散していても良い。

熱伝導シート１１は、後述のゴム状弾性体１２よりも熱伝導性に優れているのが好ましく、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート１１の熱伝導率は、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ以上である。この実施形態では、通電用電極１４，１４を用いて熱伝導シート１１自体に電流が流れるようにして、熱伝導シート１１を発熱させるようにしている。このため、熱伝導シート１１に炭素繊維（好ましくはグラファイト繊維）やカーボン粒子を含ませて、熱伝導シート１１中に電流が流れやすいネットワークを形成するようにしている。通電用電極１４，１４間を流れる電流がゴムシート１３，１３、ゴム状弾性体１２あるいは別の電気回路（当該回路はヒータとして機能）を流れる場合には、熱伝導シート１１は、導電性に優れている必要はなく、熱伝導性を有するだけでも良い。その場合、熱伝導シート１１を、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、ダイヤモンドカーボン（グラファイトより導電性は低い）などを含むシートとしても良い。熱伝導シート１１は、湾曲性（若しくは屈曲性）のあるシートであれば、その厚さに制約はないが、０．３〜５ｍｍが好ましく、０．３〜１ｍｍがより好ましい。ただし、熱伝導シート１１の熱伝導率は、その厚さが増加するほど低下するため、シートの強度、可撓性および熱伝導性を総合的に考慮して、その厚さを決定するのが好ましい。

（２）ゴム状弾性体
ゴム状弾性体１２は、湾曲若しくは屈曲させた熱伝導シート１１の内側の空間に配置される弾性体であって、熱源と冷却部材との間にあってクッション性を発揮させる機能と、熱伝導シート１１に加わる荷重によって熱伝導シート１１が破損等しないようにする保護部材としての機能とを有する。ゴム状弾性体１２は、熱伝導シート１１に比べて低熱伝導性の部材である。このため、熱源からの熱は、ゴムシート１３を経た後、主に、湾曲若しくは屈曲している熱伝導シート１１中を伝わって、ゴムシート１３を経て、冷却部材へと伝わる。

ゴム状弾性体１２は、好ましくは、シリコーンゴム、ウレタンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）あるいはスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の熱硬化性エラストマー； ウレタン系、エステル系、スチレン系、オレフィン系、ブタジエン系、フッ素系等の熱可塑性エラストマー、あるいはそれらの複合物等を含むように構成される。ゴム状弾性体１２は、熱伝導シート１１を伝わる熱によって溶融あるいは分解等せずにその形態を維持できる程度の耐熱性の高い材料から構成されるのが好ましい。この実施形態では、ゴム状弾性体１２は、より好ましくは、ウレタン系エラストマー中にシリコーンを含浸したもの、あるいはシリコーンゴムにより構成される。ゴム状弾性体１２は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中に窒化アルミニウム、ｃＢＮ、ダイヤモンドの粒子等に代表されるフィラーを分散して構成されていても良い。

（３）ゴムシート
ゴムシート１３，１３は、この実施形態では、熱源と熱伝導シート１１との間、および冷却部材と熱伝導シート１１との間に配置されるシートである。ゴムシート１３，１３は、Ｕ字形状に湾曲した熱伝導シート１１の両端から略水平を保持している領域に分離して固定されている。ただし、後述の実施形態にも示すように、Ｕ字形状に湾曲した熱伝導シート１１に、その外側をＵ字状に覆う１つのゴムシート１３を備えるようにしても良い。

ゴムシート１３は、上述のゴム状弾性体１２と同様の様々な種類の弾性体にて形成可能であるが、熱源からの熱を速やかに熱伝導シート１１に伝える必要から、熱伝導性に優れたシリコーンゴムを含むシートであるのが好ましい。ゴムシート１３をシリコーンゴムにて主に構成する場合、窒化アルニウム、アルミニウム等の高熱伝導性のフィラーをシリコーンゴム中に分散させるのが好ましい。また、シリコーンゴム製のゴムシート１３としては、粘着性を高めるために、二官能性のシリコーン生ゴムにシリコーンレジンを組み合わせたシリコーンゴムを例示できる。当該シリコーンレジンは、好適には、ＭＱレジンを例示できる。ＭＱレジンとは、Ｓｉの４本の結合手に酸素原子を結合させた構造の４方分岐型のＱユニットだけを架橋させ、末端の反応性を止めるために、Ｓｉの１本の結合手に酸素原子を結合させた構造の一方分岐型のＭユニットを加えたレジンである。また、シリコーンレジンとしては、水酸基を多く結合するものを使用した方が、シリコーンゴムの粘着性を高めることができるので好ましい。

ゴムシート１３は、凹凸のある熱源と熱伝導シート１１との密着性を高める機能を持つ。ゴムシート１３は、耐熱性および粘着性があれば特に硬度を問わないが、特にシリコーンゴムを主材とするシートであれば、ショア００基準にて６０度以下、好ましくは４０度以下、さらに好ましくは１０度以下である。ゴムシート１３が低硬度であるほど、熱源の凹凸を吸収しやすいからである。また、ゴムシート１３の厚さは、好ましくは０．３〜５ｍｍ、より好ましくは０．７〜３ｍｍ、さらにより好ましくは１〜２．５ｍｍである。ただし、ゴムシート１３の厚さは、熱源の凹凸あるいはゴム硬度等の条件に応じて決定するのが好ましい。

（４）通電用電極
通電用電極１４，１４は、一方を給電ラインに、他方をグランドラインにそれぞれ接続する電極である。この実施形態では、通電用電極１４，１４は、熱伝導シート１１の表面に、金属フィラーを含有するペーストを塗布することで形成される薄膜である。金属フィラーを含有するペーストとしては、銀のフィラーを含有するペースト（銀ペースト）を好適に例示できる。その場合には、上記薄膜は銀薄膜となる。ただし、銀以外でも、比較的導電性に優れた金属材料を含有するペーストを塗布して通電用電極１４，１４を作製しても良い。また、通電用電極１４，１４の形成方法としては、特に制約はなく、例えば、刷毛塗りや、印刷を採用できる。この実施形態では、通電用電極１４，１４は、図１（１Ｂ）に示すように、熱伝導シート１１とゴムシート１３との間に形成されている。ただし、通電用電極１４，１４は、ゴムシート１３を貫通して形成されても良い。また、ゴムシート１３を形成した箇所以外に、通電用電極１４，１４を形成しても良い。通電用電極１４，１４に接続される給電用の引き出し線は、放熱構造体１に含めても、あるいは含めなくとも良い。さらに、当該引き出し線に接続される給電手段も、放熱構造体１に含めても、あるいは含めなくても良い。これは、後述の実施形態でも同様である。

（５）好適な製造方法
（ａ）ＰＰＳ等に代表される樹脂製のファイバー、グラファイト繊維（若しくは粒子）およびカーボン粒子を水の中で撹拌して紙漉きの要領でフェルト状シートを作製する。
（ｂ）続いて、フェルト状シートを金型内にセットして、金型内のフェルト状シート上に硬化性シリコーンゴム組成物に代表される未硬化状態のゴム状弾性体組成物を供して、加熱加圧下で成形を行う。この結果、熱伝導シート１１とゴム状弾性体１２とが積層された湾曲あるいは屈曲変形可能なシートが完成する。
（ｃ）次に、熱伝導シート１１側の端部に、銀ペーストを印刷して、乾燥後に通電用電極１４，１４を形成する。
（ｄ）熱源および冷却部材の接する面（通電用電極１４，１４の位置と重ならない領域）に熱伝導性シリコーンテープを貼り付け、熱伝導シート１１上にゴムシート１３，１３を形成する。
（ｅ）最後に、通電用電極１４，１４に引き出し線を接続する。

図２は、図１の放熱構造体を備える第１実施形態に係るバッテリーの概略断面図（２Ａ）、該概略断面図における一部Ｃのバッテリーセル固定前の断面図（２Ｂ）および該概略断面図における一部Ｃの拡大図（２Ｃ）をそれぞれ示す

図２（２Ａ）に示すバッテリー２０は、例えば、電気自動車用のバッテリーであって、多数のバッテリーセル２１を備える。バッテリーセル２１は、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る筐体２２の内底面２３上に配置される。筐体２２の底部２４には、冷却水を流すための水冷パイプ２５が備えられている。バッテリーセル２１は、底部２４との間に、図１の放熱構造体１を挟んで筐体２２内に固定されている。このような構造のバッテリー２０では、バッテリーセル２１は、放熱構造体１を通じて筐体２２に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。バッテリー２０内のバッテリーセル２１は、熱源の一例である。バッテリー２０の底部２４（水冷パイプ２５を設置）は、冷却部材の一例である。

図２（２Ｂ）および（２Ｃ）に示すように、内底面２３上に放熱構造体１を配置して、その上から多数のバッテリーセル２１を配置すると、放熱構造体１はその厚さ方向の荷重を受けて圧縮される。多数のバッテリーセル２１は、それらの底面が完全な平面ではなく、凹凸を有する。この実施形態では、図２（２Ｂ）に示すように、最長段差ｄの凹凸があるため、放熱構造体１のバッテリーセル２１側のゴムシート１３は、ｄ以上の厚さを要する。一般的には、ｄは１ｍｍ若しくはそれ以下であると考えられている。このため、上記ゴムシート１３の厚さは、１ｍｍ以上である方が好ましい。ゴムシート１３の圧縮のみならず、ゴム状弾性体１２も、また、多くのバッテリーセル２１からの荷重を受けて、厚さｔ０から厚さｔ１（＜ｔ０）に圧縮される。バッテリーセル２１の複数並列する方向は、放熱構造体１の熱伝導シート１１のＵ字の開放側から湾曲凸部側に向かう方向であっても良く、あるいはそれと直交する方向でも良い。これは、第３実施形態以降でも同様である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と共通する部分については、同じ符号を付して、重複した説明を省略する。第２実施形態は、第１実施形態と同一の放熱構造体を電子機器の回路基板に搭載した形態を示す。

図３は、第１実施形態に係る放熱構造体を回路基板とヒートシンクとの間に配置した電子機器の一部の断面図を示す。

電子機器３０は、筐体３１内にプリント回路基板（以後、「ＰＣＢ」若しくは単に「回路基板」という）３３を備えると共に、ＰＣＢ３３と所定距離を隔ててヒートシンク３２を備える。ヒートシンク３２は、この実施形態では、アルミニウム若しくはアルミニウム合金に代表される熱伝導性の高い金属材料から好適に構成されており、放熱を高めるための多数のフィンを備える。ヒートシンク３２は、フィンに代えてあるいはフィンと共にピンを備えても良い。

ＰＣＢ３３の表側の面（図３では上方の面）および裏側の面（図３では下方の面）に描かれた配線と電気的に接続された状態の若しくは非接続状態の多くの電子部品を備えている。電子部品は、特定の部品に限定されることはなく、この実施形態では、キャパシタ３４およびＩＣチップ３５を含む。この実施形態では、キャパシタ３４およびＩＣチップ３５は、ＰＣＢ１０の表裏両面に接続されている。ＰＣＢ３３は、裏側の面にキャパシタ３４およびＩＣチップ３５を搭載していると、ヒートシンク３２の表側の面と直接接続することは難しい。このため、ＰＣＢ３３とヒートシンク３２との隙間に放熱構造体１を配置して、回路基板３３から熱伝導シート１１を経てヒートシンク３２に熱を伝えて効率の良い放熱を実現するようにしている。この実施形態では、回路基板３３は熱源の一例である。ヒートシンク３２は冷却部材の一例である。この実施形態にも示すように、放熱構造体１は、第１実施形態のようなバッテリー２０のみならず、第２実施形態のような電子機器３０にも搭載できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、第１実施形態と共通する部分については、同じ符号を付して、重複した説明を省略する。第３実施形態は、第１実施形態の放熱構造体の変形例を示す。

図４は、第３実施形態に係る放熱構造体の湾曲変形前後の各断面図（４Ａ）およびその変形例の同視各断面図（４Ｂ）をそれぞれ示す。

第３実施形態に係る放熱構造体１ａは、熱伝導シート１１を湾曲変形させたときの内方空間にゴム状弾性体１２ａを備える。ゴム状弾性体１２ａは、熱伝導シート１１のＵ字開放側から湾曲部に向かって切り込み４０を備える。切り込み４０の長さは、ゴム状弾性体１２ａを完全に分割しない長さである。この点以外の構成は、第１実施形態に係る放熱構造体１と共通する。

放熱構造体１ａは、図４（４Ａ）の下方に示すように、熱伝導シート１１を平板として、その一方の面にゴム状弾性体１２ａを積層させ、その反対側の面に、ゴムシート１３，１３を分離して積層した構成を有する。放熱構造体１ａをその長さ方向（図中の左右方向）略中央部分からゴム状弾性体１２ａ側に折り曲げるように湾曲変形させると、図４（４Ａ）の上方に示す形状となる。

図４（４Ｂ）に示す放熱構造体１ｂは、放熱構造体１ａの切り込み４０をさらに長くした切り込み４１を備える。切り込み４１は、ゴム状弾性体１２を、第１ゴム状弾性体１２ａと第２ゴム状弾性体１２ｂとに分割している。このような切り込み４１をゴム状弾性体１２に形成することによっても、放熱構造体１ｂは、放熱構造体１ａと同様に、放熱構造体１ｂをその長さ方向（図中の左右方向）略中央部分からゴム状弾性体１２側に折り曲げるように湾曲変形させることにより、熱伝導シート１１をＵ字状に変形させた形態の放熱構造体１ｂとなる。

このように、放熱構造体１ａ，１ｂは、ゴム状弾性体１２ａ，１２が熱伝導シート１１の湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間内の厚さ方向にて分割されており、熱伝導シート１１の湾曲若しくは屈曲を開放して平らにした際に追従可能である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、第１実施形態を含めた先の各実施形態と共通する部分については、同じ符号を付して、重複した説明を省略する。第４実施形態は、第１実施形態の放熱構造体の変形例を示す。

図５は、第４実施形態に係る放熱構造体の（１Ｃ）と同視の断面図を示す。図６は、第４実施形態に係る放熱構造体の変形例の湾曲変形前後の各断面図を示す。

第４実施形態に係る放熱構造体１ｃは、熱伝導シート１１を湾曲変形した際の外側の面に同シート１１の両端部に亘って１つのゴムシート１３ｃを備える。この構造は、第１実施形態に係る放熱構造体１のようにゴムシート１３，１３を分割して備える構造と異なる。放熱構造体１ｃにおけるゴムシート１３ｃの構成以外については、放熱構造体１と共通する。

また、図６に示す変形例に係る放熱構造体１ｄのように、ゴムシート１３ｃを熱伝導シート１１の一方の端部から他方の端部に亘って外側の面に形成するに加えて、ゴム状弾性体１２ａにその厚さ方向を分割する切り込み４０を形成することにより、ゴム状弾性体１２ａ、熱伝導シート１１、ゴムシート１３ｃの順に積層した平板状の放熱構造体１ｄを製造できる。放熱構造体１ｄは、その長さ方向（図中の左右方向）略中央部分からゴム状弾性体１２ａ側に折り曲げるように湾曲変形させることにより、熱伝導シート１１をＵ字状に変形させた形態の放熱構造体１ｄとなる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態では、第１実施形態を含めた先の各実施形態と共通する部分については、同じ符号を付して、重複した説明を省略する。第５実施形態は、第１実施形態の放熱構造体の変形例を示す。

図７は、第５実施形態に係る放熱構造体の（１Ｃ）と同視の断面図（７Ａ）および該断面図におけるバッテリーセル固定前後の各断面図（７Ｂ）をそれぞれ示す。

第５実施形態に係る放熱構造体１ｅは、Ｕ字状の湾曲部を２つ有する形態の熱伝導シート１１ｅを有する。熱伝導シート１１ｅは、（１Ｃ）と同視の断面において、略Ｓ字状の形態を有する。このように、熱伝導シートの端部から最初の湾曲部に向かう方向に切断したときの断面を略Ｓ字状の熱伝導シート１１ｅを用いることによっても、熱源と冷却部材との間のクッション材としての機能を発揮できる。この実施形態では、ゴム状弾性体１２は、熱伝導シート１１ｅの湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間ごとに１つずつ配置されている。しかし、熱伝導シート１１ｅの１つの内方空間内のみにゴム状弾性体１２配置するようにしても良い。ゴムシート１３，１３は、熱伝導シート１１ｅの両端における片面であってゴム状弾性体１２の配置面と異なる面に形成されている。この点は、第１実施形態と同様である。

図７（７Ｂ）に示すように、放熱構造体１ｅは、その一方のゴムシート１３を冷却部材の一例であるバッテリー２０の底部２４に、他方のゴムシート１３を熱源の一例であるバッテリーセル２１にそれぞれ接触するように、バッテリー２０内に設置可能である。放熱構造体１ｅは、バッテリーセル２１の荷重を受けて圧縮される。また、バッテリーセル２１側のゴムシート１３は、バッテリーセル２１を埋設する。なお、この実施形態では、バッテリーセル２１は、図７（７Ｂ）の紙面表裏方向に向かって多数並んでいる。バッテリーセル２１側のゴムシート１３は、多数のバッテリーセル２１に段差があっても熱伝導シート１１ｅへの伝熱効率を低下させないように、バッテリーセル２１と熱伝導シート１１ｅ双方に密着している。

（各実施形態の作用・効果）
以上のように、放熱構造体１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ（以後、「放熱構造体１等」という。）は、バッテリーセル２１や回路基板３３のような熱源と、バッテリー２０の底部２４（筐体２２の一部）やヒートシンク３２のような冷却部材との間にあって、当該熱源から当該冷却部材に熱を伝導させるための放熱構造体であって、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つにて成り、上記熱源と上記冷却部材との間にて湾曲若しくは屈曲して配置される熱伝導シート１１，１１ｅと、熱伝導シート１１，１１ｅの湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間内に少なくとも配置されるゴム状弾性体１２，１２ａと、熱伝導シート１１，１１ｅと上記熱源とを密着固定するためのゴムシート１３，１３ｃと、熱伝導シート１１，１１ｅ、ゴムシート１３，１３ｃ若しくはゴム状弾性体１２，１２ａを加熱するために給電可能な通電用電極１４，１４と、を備える。

放熱構造体１等を上記のように構成すると、放熱効率に優れると共に発熱機能をも備えた放熱構造体１等及びそれを備えたバッテリー２０や電子機器３０を実現できる。環境温度が低下して、バッテリー２０の各バッテリーセル２１や電子機器３０の電子部品が正常に機能しない場合であっても、通電用電極１４，１４間に電流を流して熱伝導シート１１，１１ｅ、ゴムシート１３，１３ｃ若しくはゴム状弾性体１２，１２ａを加熱することにより、各バッテリーセル２１や電子部品の機能を正常に発揮できる。

熱伝導シート１１，１１ｅは、Ｕ字状の湾曲部若しくはＶ字状の屈曲部を１以上有する形態を持つので、放熱構造体１等の厚さ方向を避け、熱伝導シート１１，１１ｅに沿って熱を伝えやすい。熱伝導シート１１，１１ｅは、放熱構造体１等中に、熱源と冷却部材との隙間において、Ｕ字状若しくはＶ字状に曲がりくねって配置されている。このため、熱源からの荷重を受けて熱伝導シート１１，１１ｅが破損しにくい。また、ゴム状弾性体１２，１２ａは、放熱構造体１等のクッション性を高めるのに寄与している。

第３実施形態および第４実施形態におけるゴム状弾性体１２，１２ａは、前記内方空間の厚さ方向にて分割されており、熱伝導シート１１の湾曲若しくは屈曲を開放して平らにした際に追従可能である。このため、放熱構造体１等を平板状に製造しておき、その長さ方向略中央から折り曲げることによって、Ｕ字状の湾曲部若しくはＶ字状の屈曲部を１以上有する熱伝導シート１１を容易に形成できる。

熱伝導シート１１，１１ｅを炭素製のシートとすることによって、湾曲部若しくは屈曲部を１以上備える熱伝導シート１１，１１ｅを製造しやすくなる。特に、炭素製のシートを炭素繊維と樹脂とを含むシートとすることにより、可撓性に富み、湾曲あるいは屈曲させやすいシートを容易に形成できる。また、通電用電極１４，１４を熱伝導シート１１，１１ｅ上に形成される銀薄膜とすることで、通電用電極１４，１４の電気抵抗を低減でき、また、容易に電極を形成できる。

ゴムシート１３，１３は、特に、シリコーンゴム製のシートとすることにより、熱伝導性が高く、かつ低硬度で熱源の凹凸を吸収可能なシートを作製しやすくなる。また、熱源からの熱によってゴムシート１３，１３が溶融等することなく、損傷しにくい。

上述のいずれかの放熱構造体１等を、熱源としてのバッテリーセル２１と、バッテリーセル２１を配置している冷却部材としての筐体２２（上記実施形態では底部２４）との間に配置しているバッテリー２０を構成すると、バッテリーセル２１が高温（６０℃以上）あるいは低温（０℃以下）により発電や充電の各機能を低下させにくいバッテリー２０を実現できる。

（その他の実施形態）
上述のように、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々変形して実施可能である。

例えば、熱源は、バッテリーセル２１、回路基板３３のみならず、発熱する対象物を全て含む。熱源として、例えば、キャパシタ３４およびＩＣチップ３５等の電子部品を対象としても良い。同様に、冷却部材は、底部２４やヒートシンク３２のみならず、熱源からの熱を逃がす部材を全て含む。

ゴム状弾性体１２，１２ａは、上述の各実施形態では、熱伝導シート１１，１１ｅの湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間のみに配置されているが、当該内方空間のみならず、当該内方空間以外にも延出して形成されていても良い。例えば、ゴム状弾性体１２，１２ａは、ゴムシート１３，１３ｃ側にも回り込んで熱伝導シート１１，１１ｅに密着していても良い。

ゴムシート１３，１３ｃは、熱伝導シート１１，１１ｅと熱源との間に存在していれば、熱伝導シート１１，１１ｅと冷却部材との間に存在していなくとも良い。また、ゴムシート１３，１３ｃは、熱源や冷却部材に接着していなくて、接触若しくは密着していて、熱源や冷却部材から容易に着脱できても良い。熱伝導シートは、上記各実施形態における形態ではなく、断面Ｖ字状あるいは断面コの字状のものでも良い。

また、上述の各実施形態の複数の構成要素は、互いに組み合わせ不可能な場合を除いて、自由に組み合わせ可能である。例えば、第２実施形態において、電子機器２０に、第３実施形態、第４実施形態または第５実施形態に係る各放熱構造体１ａ，１ｂ，１ｃ．１ｄ，１ｅのいずれかを備えても良い。また、切り込み４０，４１は、第５実施形態に係る放熱構造体１ｅに採用しても良い。

本発明に係る放熱構造体は、例えば、自動車用バッテリーの他、自動車、工業用ロボット、発電装置、ＰＣ、家庭用電化製品などの各種電子機器にも利用することができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ・・・放熱構造体、１１，１１ｅ・・・熱伝導シート（炭素製のシート、炭素繊維と樹脂とを含むシート）、１２，１２ａ・・・ゴム状弾性体、１２ｂ・・・第１ゴム状弾性体、１２ｃ・・・第２ゴム状弾性体、１３，１３ｃ・・・ゴムシート（シリコーンゴム製のシート）、１４・・・通電用電極（銀薄膜）、２０・・・バッテリー、２１・・・バッテリーセル（熱源の一例）、２２・・・筐体（冷却部材を含む）、２３・・・内底面、２４・・・底部（冷却部材の一例）、３０・・・電子機器、３１・・・筐体、３２・・・ヒートシンク（冷却部材の一例）、３３・・・回路基板（熱源の一例）。

Claims (6)

1. 熱源と冷却部材との間にあって前記熱源から前記冷却部材に熱を伝導させるための放熱構造体であって、
   金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つにて成り、前記熱源と前記冷却部材との間にて湾曲若しくは屈曲して配置される熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートの湾曲若しくは屈曲にて形成される内方空間内に少なくとも配置されるゴム状弾性体と、
   前記熱伝導シートと前記熱源とを密着固定するためのゴムシートと、
   前記熱伝導シート、前記ゴムシート若しくは前記ゴム状弾性体を加熱するために給電可能な通電用電極と、
   を備え、
   前記ゴム状弾性体は、前記内方空間の厚さ方向にて分割されており、前記熱伝導シートの湾曲若しくは屈曲を開放して平らにした際に追従可能である放熱構造体。
2. 前記熱伝導シートは、Ｕ字状の湾曲部若しくはＶ字状の屈曲部を１以上有する形態を持つ請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記熱伝導シートを炭素製のシートとし、
   前記通電用電極を前記熱伝導シート上に形成される銀薄膜とする請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 前記炭素製のシートは、炭素繊維と樹脂とを含むシートである請求項３に記載の放熱構造体。
5. 前記ゴムシートは、シリコーンゴム製のシートである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の放熱構造体。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の放熱構造体を、熱源としてのバッテリーセルと当該バッテリーセルを配置している冷却部材としての筐体との間に配置しているバッテリー。

Images