JP7352012B2

JP7352012B2 - 温調ユニット

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Publication number: JP7352012B2
Application number: JP2022509367A
Authority: JP
Inventors: 英輝森内; 一樹石原; 一翔西浦
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2023-09-27
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: US20230105760A1; EP4130368C0; TW202135955A; CN115315546A; TWI823058B; KR102842698B1; CN115315546B; KR20220134034A; US12669299B2; WO2021192669A1; EP4130368B1; EP4130368A1; EP4130368A4; JPWO2021192669A1

Description

本発明は、金属短繊維から成形される金属繊維成形体を備えた温調ユニットに関する。

従来から、電気機器、電子機器および半導体機器等において、発熱に弱い回路等を保護するために温調ユニットが用いられている。より詳細には、電気機器等が使用する電力が大きくなると発熱量も多くなるため、発生した熱を温調ユニットによって冷却することにより電気機器等の内部の温度を調整していた。このような温調ユニットにおいて、金属繊維から成形される金属繊維成形体が用いられる場合がある。

金属繊維成形体の製造方法として、例えば特開平６－２７９８０９号公報（ＪＰＨ０６－２７９８０９Ａ）等に開示されるものが従来から知られている。特開平６－２７９８０９号公報（ＪＰＨ０６－２７９８０９Ａ）に開示される金属繊維成形体の製造方法では、まず、金属繊維を含む分散液中に成形用の型を浸漬し、この型の吸引面に金属繊維を吸着させる。次に、型の吸引面に金属繊維を吸着させながらこの型を分散液中から引き上げる。分散液中から型を引き上げた後もこの型の吸引面に金属繊維を吸着させるようにする。このような動作を何度も繰り返すことにより、所望の厚さの金属繊維が型の吸引面に吸着される。その後、型の吸引面に吸着されている金属繊維を、金属繊維の融点を超えない温度で焼結する。このことにより、金属繊維成形体が生成される。

また、温調ユニットにおいて、金属繊維成形体ではなく金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクが用いられる場合もある。

特開平６－２７９８０９号公報（ＪＰＨ０６－２７９８０９Ａ）に開示される製造方法により製造された金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向しているため、このような金属繊維成形体を有する温調ユニットでは、金属繊維が配向している面に沿った熱伝導性は優れるものの、金属繊維が配向している面と直交する方向における熱伝導性が劣るという問題がある。一方、金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクを有する温調ユニットでは、金属繊維成形体と比較して温度が変化したときの伸縮性が劣るため、温調ユニットが取り付けられた被伝熱物が伸縮したときにこの被伝熱物の伸縮に温調ユニットが追随することができず、温調ユニットが被伝熱物から外れたり破壊されたりするという問題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、どの方向でも熱伝導性が優れるとともに温度が変化したときの伸縮性に優れた金属繊維成形体を備えた温調ユニットを提供することを目的とする。

本発明の金属繊維成形体は、第１の断面における金属繊維の存在率に対する、前記第１の断面に直交する第２の断面における金属繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさであるものである。

本発明の金属繊維成形体は、受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより生成されたものである。

本発明の温調ユニットは、受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより生成された金属繊維成形体と、前記金属繊維成形体を支持する支持体と、を備えたものである、

本発明の金属繊維成形体の製造方法は、複数の金属短繊維を受け部上に集積させる工程と、前記受け部上に集積された複数の前記金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する工程と、を備えている。

複数の金属短繊維に物理的な衝撃を与えるカッターミルの構成を示す側面図である。図１Ａに示すカッターミルのＭ－Ｍ矢視による断面図である。受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する動作を示す図である。図２に引き続く、受け部上に集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を生成する動作を示す図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の一例を示す断面図である。図４に示す温調ユニットのＡ－Ａ矢視による断面図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の他の例を示す断面図である。図６に示す温調ユニットのＢ－Ｂ矢視による断面図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。図８に示す温調ユニットのＣ－Ｃ矢視による断面図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。図１０に示す温調ユニットのＤ－Ｄ矢視による断面図である。図１０に示す温調ユニットのＥ－Ｅ矢視による断面図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。図１３に示す温調ユニットのＦ－Ｆ矢視による断面図である。図１３に示す温調ユニットのＧ－Ｇ矢視による断面図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの構成の更に他の例を示す断面図である。本発明の実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの製造方法の変形例を示す図である。金属繊維成形体や金属成形体の切断面を示すための説明図である。第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第１比較例に係る従来の金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第１比較例に係る従来の金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第２比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第２比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第３比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面を示す写真である。第３比較例に係る従来の金属成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面を示す写真である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、複数の金属短繊維に物理的な衝撃を与えるカッターミルの構成を示す図である。また、図２および図３は、本実施の形態による金属繊維成形体の製造方法を示す図である。また、図４乃至図１６は、本実施の形態による金属繊維成形体の温調ユニットの様々な構成例を示す図である。また、図１７は、本実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットの製造方法の変形例を示す図である。また、図１８は、金属繊維成形体や金属成形体の切断面を示すための説明図であり、図１９乃至図２８は、実施例や比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体の断面図である。

まず、図１Ａ、図１Ｂ、図２および図３を用いて本実施の形態による金属繊維成形体の製造方法について説明する。本実施の形態による金属繊維成形体の製造方法では、水等の媒体を使用せずに金属短繊維を均一に集積させ、集積された複数の金属短繊維を焼結させることにより金属繊維成形体を形成している。

より詳細に説明すると、最初に、カッターミル１０の内部に複数の金属短繊維３０を投入する。カッターミル１０の構成について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａおよび図２Ｂに示すように、カッターミル１０の内部には、複数（例えば、４つ）の回転刃１２が取り付けられたロータ１４が設けられており、ロータ１４は軸１４ａを中心として回転するようになっている。また、ロータ１４の周囲には固定刃１６が位置固定で設けられている。また、ロータ１４の下方にはスクリーン１８が設けられている。

カッターミル１０の上部開口１１からカッターミル１０の内部に投入された複数の金属短繊維３０は、軸１４ａを中心として回転しているロータ１４に取り付けられた各回転刃１２と固定刃１６との間で剪断されることにより破砕される。また、ロータ１４が回転することにより、カッターミル１０の内部で複数の金属短繊維３０同士が衝突したり、金属短繊維３０と固定刃１６または回転刃１２とが衝突したりすることにより、金属短繊維３０が摩耗および変形する。具体的には、金属短繊維３０は曲げられたり折られたりすることにより金属短繊維３０の表面が滑らかなものとなる。また、このような動作により金属短繊維３０の表面のバリを取ることができる。このようにして剪断、摩耗、変形した金属短繊維３０はスクリーン１８の見開きから下方に落下する。そして、スクリーン１８の見開きから下方に落下した金属短繊維３０が回収される。

カッターミル１０以外にも金属短繊維３０に物理的な衝撃を与えることにより変形させることができる装置であればいずれのものも用いることができる。このような装置としては、例えば、石臼状粉砕機（マスコロイダー）、ボールミル等が挙げられる。

カッターミル１０の内部に投入される金属短繊維３０は、銅繊維、ステンレス繊維、ニッケル繊維、アルミニウム繊維およびこれらの合金繊維のうち少なくとも１種の繊維である。とりわけ、金属短繊維３０として銅繊維を用いることが好ましい。銅繊維は、剛直性、塑性変形性、伝熱性とコストとのバランスに優れるからである。また、物理的に衝撃が与えられた金属短繊維３０の長さは０．０１～１．００ｍｍの範囲内の大きさであることが好ましく、０．０５～０．５０ｍｍの範囲内の大きさであることがより好ましく、０．１０～０．４０ｍｍの範囲内の大きさであることが更に好ましい。金属短繊維３０の長さは、金属繊維成形体４０の写真（ＳＥＭ、光学顕微鏡等）観察により実測することで確認することができる。金属短繊維３０の長さが０．０１～１．００ｍｍであると、受け部への金属短繊維３０の集積が容易となり、金属繊維成形体４０の第１の断面における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属繊維の存在率の割合を０．８５～１．１５の範囲内としやすくなる。

その後、物理的な衝撃が与えられることにより変形させられた複数の金属短繊維３０がカッターミル１０のスクリーン１８の目開きから下方に落下する。そして、このスクリーン１８の目開きから下方に落下した複数の金属短繊維３０をグラファイト板２０上に集積させる（図２参照）。より詳細には、グラファイト板２０に予め複数の貫通穴が形成されている型枠２２が載せられ、この型枠２２の貫通穴に複数の金属短繊維３０が入れられる。このことにより、型枠２２の貫通穴の内部で複数の金属短繊維３０がグラファイト板２０上に集積される。その後、図２に示すような状態で複数の金属短繊維３０を焼結させ、焼結後にプレスする。そして、図３に示すようにグラファイト板２０から型枠２２を取り外すと、グラファイト板２０上に金属繊維成形体４０が形成される。

このような方法で製造された金属繊維成形体４０は、第１の断面（例えば、図１８におけるＰ断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（例えば、図１８におけるＱ断面）における金属繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさとなる。すなわち、グラファイト板２０等の受け部上に複数の金属短繊維３０を集積させ、その後に焼結することにより、金属繊維は面方向だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、金属繊維成形体４０の厚み方向（図１８におけるＺ方向））にも配向する（図１９乃至図２２参照）。なお、従来技術のように、金属繊維を含む分散液中に成形用の型を浸漬し、この型の吸引面に金属繊維を吸着させることによって得られる金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向する（図２３および図２４参照）。このため、第１の断面（例えば、図１８におけるＰ断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（例えば、図１８におけるＱ断面）における金属繊維の存在率の割合は０．８５より小さくなるか１．１５よりも大きくなる。このように、本実施の形態に係る金属繊維成形体４０は、金属繊維は面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にも配向しているため、どの方向でも熱伝導性が優れたものとなる。このような金属繊維成形体４０の性質等については後述する。

次に、このような金属繊維成形体４０を備えた温調ユニットの様々な構成例について図４乃至図１６を用いて説明する。なお、本実施の形態による金属繊維成形体を備えた温調ユニットは、例えば発熱する電気部品や電子部品等の被伝熱物に取り付けられることにより、これらの被伝熱物から放熱を行うものである。

まず、温調ユニットの第１の構成例について図４および図５を用いて説明する。図４および図５に示す温調ユニット５０は、枠状の外装部品５２（支持体）と、外装部品５２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０とを有している。外装部品５２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品５２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図５に示すように各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。また、各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間５４が形成されている。このような空間５４に液体の冷媒が流されることにより、温調ユニット５０が取り付けられた電気部品や電子部品等の被伝熱物から放熱を行うことができる。また、温調ユニット５０の他の用途として、冷却されるべき高温の流体が空間５４に流されることにより、この空間５４を流れる流体から放熱が行われてもよい。

また、図４および図５に示す温調ユニット５０の外装部品５２の表面にめっき処理が例えば溶射により施されてもよい。あるいは、外装部品５２の表面の仕上げ研磨や研削が行われてもよい。あるいは、外装部品５２の表面が樹脂により包埋されてもよい。これらの処理が行われた場合には、外装部品５２の表面の保護が行われるようになるため外装部品５２の摩耗等を抑制することができるようになる。

次に、温調ユニットの第２の構成例について図６および図７を用いて説明する。図６および図７に示す温調ユニット６０は、枠状の外装部品６２（支持体）と、外装部品６２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０と、各金属繊維成形体４０の間の空間に配置される従来の金属繊維成形体６４とを有している。従来の金属繊維成形体６４は以下のような方法で製造される。まず、金属繊維等の繊維状物を水中分散等して抄造スラリーを作製する。抄造スラリーから水を濾して湿体シートを得る。湿体シートを更に脱水させる。脱水後のシートを乾燥させて乾燥シートを得る。その後、乾燥シートを金属繊維の融点を超えない温度で結着させる。このことにより、従来の金属繊維成形体６４が生成される。このような従来の金属繊維成形体６４は、後述する第１比較例に係る金属繊維成形体と略同一の性質を有したものとなる。

外装部品６２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品６２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０や従来の金属繊維成形体６４を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図７に示すように各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。また、各金属繊維成形体４０の間に従来の金属繊維成形体６４が配置されているため外装部品６２の内部には空間が存在しない。このような温調ユニット６０でも、電気部品や電子部品等の被伝熱物に取り付けられることにより被伝熱物から放熱を行うことができる。金属繊維成形体４０と金属繊維成形体６４の密度を変えることで、液体や気体などの媒体の通過しやすさを制御することもできる。好ましくは、金属繊維成形体４０の密度よりも金属繊維成形体６４の密度が低い態様である。

次に、温調ユニットの第３の構成例について図８および図９を用いて説明する。図８および図９に示す温調ユニット７０は、枠状の金属繊維成形体４０と、この枠状の金属繊維成形体４０の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０とを有している。枠状の金属繊維成形体４０の内部空間に配置される各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。上述したように、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間７２が形成されている。なお、枠状の金属繊維成形体４０には空隙が形成されており液体を透過させることができるため、空間７２に液体を流すと液漏れが生じるおそれがある。このため、空間７２を流れる流体は気体であることが望ましい。このような温調ユニット７０でも、電気部品や電子部品等の被伝熱物に取り付けられることにより被伝熱物から放熱を行うことができる。

次に、温調ユニットの第４の構成例について図１０乃至図１２を用いて説明する。図１０乃至図１２に示す温調ユニット８０は、枠状の外装部品８２（支持体）と、外装部品８２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０（図１１参照）と、各金属繊維成形体４０を接続するための平板状の金属繊維成形体４０（図１２参照）を有している。外装部品８２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品８２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図１１に示すように、外装部品８２の内部空間において互いに離間して配置される各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。また、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されている。また、各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間８４が形成されている。このような空間８４に液体の冷媒が流されることにより、温調ユニット８０が取り付けられた電気部品や電子部品等の被伝熱物から放熱を行うことができる。また、温調ユニット８０の他の用途として、冷却されるべき高温の流体が空間８４に流されることにより、この空間８４を流れる流体から放熱が行われてもよい。

次に、温調ユニットの第５の構成例について図１３乃至図１５を用いて説明する。図１３乃至図１５に示す温調ユニット９０は、枠状の外装部品９２（支持体）と、外装部品９２の内部空間において互いに離間して配置される複数の金属繊維成形体４０とを有している。外装部品９２は伝熱性を有する材料から形成されている。また、外装部品９２は液体や気体を透過させないような材料から形成されている。一方、金属繊維成形体４０を構成する金属繊維の間には空隙が形成されているため、液体や気体を透過させることができる。なお、図１３に示すように各金属繊維成形体４０として円柱形状のものが用いられる。なお、図１３乃至図１５に示す温調ユニット９０では、円柱形状の各金属繊維成形体４０は格子線の各交点上に配置されていない。また、各金属繊維成形体４０の間には、流体が通過する空間９４が形成されている。このような空間９４に液体の冷媒が流されることにより、温調ユニット９０が取り付けられた電気部品や電子部品等の被伝熱物から放熱を行うことができる。また、温調ユニット９０の他の用途として、冷却されるべき高温の流体が空間９４に流されることにより、この空間９４を流れる流体から放熱が行われてもよい。

次に、温調ユニットの第６の構成例について図１６を用いて説明する。図１６に示す温調ユニット１００は、被伝熱物として用いられる銅製のパイプ１０２の外周面に板状の金属繊維成形体４０（支持体）を湾曲させて巻き、さらにこの湾曲した板状の金属繊維成形体４０にフィン状の金属繊維成形体４０をロウ付けしたものである。この際に、金属繊維成形体４０は複数の金属短繊維３０を含むため柔軟性があり、パイプ１０２の外周面の曲面に沿って金属繊維成形体４０を曲げることができ、よって金属繊維成形体４０とパイプ１０２との間に隙間が生じることを抑制することができる。このため、十分な伝熱性を維持することができる。このような温調ユニット１００によれば、パイプ１０２の内部領域１０４を通過する高温の媒体を冷却することができる。また、パイプ１０２の内部領域１０４に冷媒を流した場合には、温調ユニット１００の周囲の環境から熱を奪って冷却することができる。

次に、フィン状の温調ユニットを製造する方法について図１７を用いて説明する。まず、カッターミル１０等によって物理的な衝撃が与えられることにより変形させられた複数の金属短繊維３０をグラファイト板１１０上に集積させる（図１７（ａ）参照）。より詳細には、グラファイト板１１０に予め複数の貫通穴が形成されている型枠１１４が載せられ、この型枠１１４の貫通穴に複数の金属短繊維３０が入れられる。このことにより、型枠１１４の貫通穴の内部で複数の金属短繊維３０がグラファイト板１１０上に集積される。その後、図１７（ａ）に示すような状態で複数の金属短繊維３０を焼結させ、焼結後にプレスする。このことにより、型枠１１４の貫通穴の内部に金属繊維成形体１１２が形成される。そして、グラファイト板１１０を取り外し、金属繊維成形体１１２の端部にナノ銀１１６を印刷する。その後、図１７（ｃ）に示すように、型枠１１４における、金属繊維成形体１１２にナノ銀１１６が印刷された側の面を基板１２０の表面に接触させる。そして、金属繊維成形体１１２が貫通穴の内部に形成されている型枠１１４に対してポストウェット処理（図１７（ｃ）に示す型枠１１４の上面にシンナをまんべんなく塗布する処理）を行い、その後に例えば３００℃で加熱焼結する。この際に基板１２０に対して型枠１１４を加圧する。このことにより、ナノ銀１１６によって各金属繊維成形体１１２が基板１２０に接着する。その後、図１７（ｄ）に示すように型枠１１４を取り外す。このことにより、フィン状の複数の金属繊維成形体１１２が取り付けられた基板１２０が得られるようになる。このような基板１２０およびフィン状の複数の金属繊維成形体１１２の組合せ体も温調ユニットとして用いられる。

以上のような構成からなる、受け部（具体的には、グラファイト板２０）上に集積された複数の金属短繊維３０を焼結させることにより生成された、金属繊維成形体４０は、どの方向でも熱伝導性が優れるとともに温度が変化したときの伸縮性に優れている。より詳細には、従来技術のような、金属繊維を含む分散液中に成形用の型を浸漬し、この型の吸引面に金属繊維を吸着させることによって得られる金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向しているため、このような金属繊維成形体を有する温調ユニットでは、金属繊維が配向している面に沿った熱伝導性は優れるものの、金属繊維が配向している面と直交する方向における熱伝導性が劣ったものとなる。これに対し、本実施の形態の金属繊維成形体４０は、グラファイト板２０等の受け部上に複数の金属短繊維３０を集積させ、その後に焼結することにより、金属繊維は面方向だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、金属繊維成形体４０の厚み方向）にも配向する。このため、どの方向でも熱伝導性が優れるようになる。また、金属繊維成形体４０は金属繊維を含むため、金属繊維成形体４０の内部に隙間が形成される。このため、金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクと比較して、金属繊維成形体４０は伸縮性に優れたものとなる。

以下、本発明について実施例および比較例を用いてより詳細に説明する。

＜第１実施例＞
平均繊維長０．１１４ｍｍ、平均繊維径０．０２１ｍｍの銅短繊維１ｋｇをカッターミル（ホーライ社製：型式ＢＯ－３６０）に投入し、０．５ｍｍのスクリーンを用いて銅短繊維を処理した。次に、カッターミルから取り出した銅短繊維を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に銅短繊維を入れた。このことにより、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出し、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは４１５μｍ、坪量は３００ｇ／ｍ２であった。

第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図１９に示す写真となった。また、第１実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２０に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図１９および図２０において、白地の部分が金属繊維の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属繊維間の空隙を示している。図１９および図２０に示すように、第１実施例に係る金属繊維成形体は、金属繊維が面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にも配向している。ここで、図１９に示す断面において金属繊維の存在率は０．６７２であり、図２０に示す断面において金属繊維の存在率は０．６２６であった。このため、第１の断面（図１９に示す断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２０に示す断面）における金属繊維の存在率の割合は０．９３１であった。

＜第２実施例＞
平均繊維長０．０８５ｍｍ、平均繊維径０．０３７ｍｍの銅短繊維１ｋｇをカッターミル（ホーライ社製：型式ＢＯ－３６０）に投入し、０．５ｍｍのスクリーンを用いて銅短繊維を処理した。次に、カッターミルから取り出した銅短繊維を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に銅短繊維を入れた。このことにより、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で銅短繊維が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出し、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは２０４μｍ、坪量は１０００ｇ／ｍ２であった。第２実施例に係る金属繊維成形体は、第１実施例に係る金属繊維成形体よりも緻密なものである。

第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２１に示す写真となった。また、第２実施例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２２に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２１および図２２において、白地の部分が金属繊維の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属繊維間の空隙を示している。図２１および図２２に示すように、第２実施例に係る金属繊維成形体は、金属繊維が面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）だけではなく面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にも配向している。ここで、図２１に示す断面において金属繊維の存在率は０．６５１であり、図２２に示す断面において金属繊維の存在率は０．７３０であった。このため、第１の断面（図２１に示す断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２２に示す断面）における金属繊維の存在率の割合は１．１２１であった。

＜第３～第６実施例＞
表１に示す平均繊維長、平均繊維径の銅短繊維を用い、高純度アルミナ板の貫通穴の大きさを適宜変更したこと以外は、第１実施例と同様の方法により第３～第６実施例の金属繊維成形体を作製した。各物性値は表１に示す通りである。

＜第１比較例＞
平均繊維長２．８７５ｍｍ、繊維径０．０１９ｍｍの銅短繊維３ｇおよび水中溶解温度７０℃であるＰＶＡ繊維（商品名”フィブリボンドＶＰＢ１０５－１”、クラレ社製）１１ｇを２％濃度となるように水中に入れ、ノニオン系界面活性剤（商品名”デスグランＢ”、大和化学工業（株）製）０．３３ｇを加えて攪拌して分散した。この分散液を直径６０ｃｍ、容積１２０リットルの容器中に入れ、さらに製紙用ポリアクリルアミド系分散粘剤溶液（固形分濃度０．０８％、商品名”アクリパ－ズＰＭＰ”、ダイヤブロック社製）１．５リットルを加え、さらに水を加えて１００リットルとし攪拌・分散し、抄造スラリーを作製した。この抄造スラリーを１２０メッシュの金網を巻き付けた成形用型（直径５ｃｍ、長さ１５ｃｍ）に投入し、真空ポンプで吸引しながら、脱水して湿体シートを得た。その後湿体シートを、温度１００℃の乾燥機に入れ、１２０分間乾燥させた。乾燥後のシートを真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、焼結体を取り出し、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは１４５μｍ、坪量は２９９ｇ／ｍ２であった。

第１比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２３に示す写真となった。また、第１比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２４に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２３および図２４において、白地の部分が金属繊維の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属繊維間の空隙を示している。図２３および図２４に示すように、第１比較例に係る金属繊維成形体は、金属繊維が主に面方向（すなわち、図１８におけるＸ方向およびＹ方向）に配向しており、面方向に直交する方向（すなわち、図１８におけるＺ方向）にはあまり配向していない。ここで、図２３に示す断面において金属繊維の存在率は０．３６３であり、図２４に示す断面において金属繊維の存在率は０．２２５であった。このため、第１の断面（図２３に示す断面）における金属繊維の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２４に示す断面）における金属繊維の存在率の割合は０．６２０であった。

＜第２比較例＞
平均直径０．０４０ｍｍの球形の銅粉を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に銅粉を投入した。このことにより、型枠の貫通穴の内部で銅粉が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で銅粉が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出した。このようにして作製された銅製の金属成形体の厚さは４９４μｍ、坪量は３４０３ｇ／ｍ２であった。このことにより、銅製の金属成形体を製造した。

第２比較例に係る銅製の金属成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２５に示す写真となった。また、第２比較例に係る銅製の金属成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２６に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２５および図２６において、白地の部分が金属の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属間の空隙を示している。図２５に示す断面において金属の存在率は０．７５９であり、図２６に示す断面において金属の存在率は０．８０４であった。このため、第１の断面（図２５に示す断面）における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２６に示す断面）における金属の存在率の割合は１．０６０であった。

＜第３比較例＞
不定形の銅粉（三井金属製：ＭＡ－ＣＣ（平均粒子径４０μｍ））を高純度アルミナ板（京セラ社製）上に集積させた。より詳細には、高純度アルミナ板に予め複数の貫通穴（縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５００μｍ）が形成されている型枠が載せられ、この型枠の貫通穴に不定形銅粉を投入した。このことにより、型枠の貫通穴の内部で不定形銅粉が高純度アルミナ板上に集積された。その後、型枠の貫通穴の内部で不定形銅粉が集積された高純度アルミナ板を真空焼結炉（中外炉工業社製）に入れ、この真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、型枠から焼結体を取り出した。このようにして作製された銅製の金属成形体の厚さは３１５μｍ、坪量は２０６６ｇ／ｍ２であった。このことにより、銅製の金属成形体を製造した。

第３比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＰ断面で切断したときの切断面は図２７に示す写真となった。また、第３比較例に係る金属繊維成形体を図１８のＱ断面で切断したときの切断面は図２８に示す写真となった。なお、これらの写真は、ニコン社製の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影したものである。図２７および図２８において、白地の部分が金属の存在する箇所を示し、黒地の部分が金属間の空隙を示している。図２７に示す断面において金属の存在率は０．７２５であり、図２８に示す断面において金属の存在率は０．７５６であった。このため、第１の断面（図２７に示す断面）における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面（図２８に示す断面）における金属の存在率の割合は１．０４３であった。

＜第４比較例＞
第４比較例に係る金属として厚さ１００４μｍの銅板を用いた。各物性値は表２に示す通りである。

＜第５比較例＞
表２に示す平均繊維長、平均繊維径の銅短繊維を用いたこと、高純度アルミナ板の貫通穴の大きさを適宜変更したこと以外は、第１比較例と同様の方法により第５比較例の金属繊維成形体を作製した。各物性値は表２に示す通りである。

＜第６比較例＞
表２に示す平均繊維長、平均繊維径の銅短繊維を用いたこと、高純度アルミナ板の貫通穴の大きさを適宜変更したこと、および分散液を作製する際に攪拌を実施しなかったこと以外は第１比較例と同様の方法により第６比較例の金属繊維成形体を作製した。各物性値は表２に示す通りである。

＜第７比較例＞
平均繊維長０．２１０ｍｍ、繊維径０．００３ｍｍの銅短繊維３ｇおよび水中溶解温度７０℃であるＰＶＡ繊維（商品名”フィブリボンドＶＰＢ１０５－１”、クラレ社製）１１ｇを２％濃度となるように水中に入れ、ノニオン系界面活性剤（商品名”デスグランＢ”、大和化学工業（株）製）０．３３ｇを加えて攪拌して分散した。この分散液を直径６０ｃｍ、容積１２０リットルの容器中に入れ、さらに製紙用ポリアクリルアミド系分散粘剤溶液（固形分濃度０．０８％、商品名”アクリパ－ズＰＭＰ”、ダイヤブロック社製）１．５リットルを加え、さらに水を加えて１００リットルとし攪拌・分散し、抄造スラリーを作製した。この抄造スラリーを１２０メッシュの金網を巻き付けた成形用型（直径５ｃｍ、長さ１５ｃｍ）に投入し、真空ポンプで吸引しながら、脱水して湿体シートを得た。その後湿体シートを、温度１００℃の乾燥機に入れ、１２０分間乾燥させて乾燥シートを得た。乾燥シートに酸化マグネシウム粒子が水に分散したスラリーを含侵し、温度１００℃の乾燥機に入れ、１２０分間乾燥させた。乾燥後のシートを真空焼結炉内で窒素ガス使用のもと、圧力１０Ｔｏｒｒ、焼結温度１０００℃の条件で２ｈｒ焼結した。その後、焼結体を取り出し、焼結体を希塩酸に浸漬させて酸化マグネシウム粒子を溶解除去した後に洗浄を実施した。その後、所望の厚みとなるようにスペーサーを設置した上で、圧力１００ｋＮでプレスした。このようにして作製された金属繊維成形体の厚さは２９６μｍ、坪量は１３０７ｇ／ｍ２であった。各物性値は表２に示す通りである。

＜評価＞
第１～第６実施例に係る金属繊維成形体、第１比較例および第５～第７比較例に係る金属繊維成形体、第２比較例および第３比較例に係る金属成形体（金属粉末焼結体）、ならびに第４比較例に係る金属体（金属バルク）について金属の存在率の比率、厚さ、占積率、熱伝導率、伸び率、ＣＴＥ緩和性および通気性を調査した。調査結果を以下の表１および表２に示す。

表１等において、金属の存在率の比率とは、実施例および比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体等において、第１の断面における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属の存在率の割合のことをいう。また、占積率は、実施例および比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体等の単位体積の、金属が占める割合のことをいう。また、熱伝導率は、金属繊維成形体や金属成形体等の厚み方向（図１８におけるＺ方向（上下方向））の熱伝導率を定常法熱伝導率測定装置（アドバンス理工社製）を用いて定常法によって測定した。また、伸び率は、金属繊維成形体や金属成形体等の面方向（図１８におけるＸ方向またはＹ方向）の伸び率をISO 6892-1:2009，Metallic materials-Tensile testing-Part 1: Method of test at room temperature（MODに準拠した方法でテンシロン万能材料試験機（エー・アンド・ディ社製）を用いて測定した。伸長量５００ｐｐｍ以上の伸長で試験片が破断したものを◎、伸長量５００ｐｐｍ未満～２００ｐｐｍ以上試験片が破断したものを○、伸長量２００ｐｐｍ未満で試験片が破断したもの×と判定した。

また、ＣＴＥ緩和性は、実施例および比較例に係る金属繊維成形体や金属成形体等を無機接着剤によりアルミナ板等の対象物に接着させ、熱を与えた時や冷却した時の対象物の膨張や収縮に金属繊維成形体や金属成形体等が追随するかを調べた。具体的には、金属繊維成形体や金属成形体等が接着されたアルミナ板等の対象物が膨張や収縮を行っても金属繊維成形体や金属成形体等が追随することにより反り、剥がれ、割れ等が生じなかった場合には、ＣＴＥ緩和性において「◎」、若干の反りは生じたものの、剥がれや割れ等が生じなかった場合には「○」の評価を行った。一方、金属繊維成形体や金属成形体等が接着されたアルミナ板等の対象物が膨張や収縮を行ったときに金属繊維成形体や金属成形体等に反り、剥がれ、割れ等が生じた場合には、ＣＴＥ緩和性において「△」「×」の評価を行った。また、通気性は、ガーレー式デンソメーター（東洋精機製作所製）の透気度試験機によりガーレー試験機法（ＩＳＯ５６３６－５）を用いて金属成形体等に対する空気１００ｃｃの通過時間を調べ、この通過時間に基づいて評価を行った。通過時間が１０秒未満であったものを◎、１０秒以上、２０秒未満であったものを○、２０秒以上、３０秒未満であったものを△、３０秒以上であったものを×とした。

第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、第１および第５～第７比較例に係る金属繊維成形体と比較して、厚み方向（図１８におけるＺ方向（上下方向））の熱伝導率が優れたものとなった。第１および第５～第７比較例に係る金属繊維成形体は、主として面方向に金属繊維が配向しているため、金属繊維が配向している面に沿った熱伝導性は優れるものの、金属繊維が配向している面と直交する方向（すなわち、厚み方向）における熱伝導性が劣ってしまう。これに対し、第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、第１の断面における金属の存在率に対する、第１の断面に直交する第２の断面における金属の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内にあり、金属繊維は面方向および厚み方向の両方向に配向するため、金属繊維が配向している面と直交する方向（すなわち、厚み方向）における熱伝導性が優れたものとなる。

また、第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、第２～第４比較例に係る金属成形体等と比較して、伸び率、ＣＴＥ緩和性および通気性が優れたものとなった。金属の粉末を焼結することにより生成される金属粉末焼結体や金属バルクは、金属繊維成形体と比較して温度が変化したときの伸縮性が劣る。このため、金属粉末焼結体や金属バルクを備えた温調ユニットが取り付けられた被伝熱物が伸縮したときにこの被伝熱物の伸縮に温調ユニットが追随することができず、温調ユニットが被伝熱物から外れたり破壊されたりするという問題がある。これに対し、第１～第６実施例に係る金属繊維成形体は、伸び率およびＣＴＥ緩和性が優れるため、このような問題が発生することを抑制することができる。

Claims

第１の断面における金属短繊維の存在率に対する、前記第１の断面に直交する第２の断面における金属短繊維の存在率の割合が０．８５～１．１５の範囲内の大きさであり、前記金属短繊維の長さは０．０１～１．００ｍｍの範囲内の大きさであり、前記金属短繊維は、銅繊維、ステンレス繊維、ニッケル繊維、アルミニウム繊維およびこれらの合金繊維のうち少なくとも１種の繊維であり、前記金属短繊維の占積率は４２．１～６８．４％の範囲内である、金属繊維成形体と、
前記金属繊維成形体を支持する支持体と、
を備えた、温調ユニット。
前記金属繊維成形体は受け部上に集積された複数の前記金属短繊維を焼結させることにより生成される、請求項１記載の温調ユニット。
前記金属繊維成形体は円柱形状であり、複数の前記金属繊維成形体が格子線の各交点上に配置されている、請求項１または２記載の温調ユニット。
複数の前記金属繊維成形体の間には空隙が形成されている、請求項１～３のいずれか１項記載の温調ユニット。
前記支持体はパイプを含み、前記パイプの外周面に板状の前記金属繊維成形体が湾曲した状態で巻かれ、湾曲した板状の前記金属繊維成形体にフィン状の前記金属繊維成形体が取り付けられている、請求項１～４のいずれか１項記載の温調ユニット。