JP5165738B2 - 紙シートの放熱器 - Google Patents

Description

本発明は、放熱面積を大きくしている放熱フィンを有する放熱器に関する。

コンピューターのＣＰＵ等の電子部品やＬＥＤ、液晶、ＰＤＰ、ＥＬ、携帯電話等の発光素子等の電子部品の小型化、高集積化により、各部品からの発熱による装置の寿命低下、誤作動が問題となってきており、電子部品の放熱対策への要求は、年々高まってきている。電子部品の放熱対策として、ファン等を用いた強制冷却の他、金属性の放熱フィンからなる放熱用部品が使用されている。放熱フィンは放熱面積を大きくして放熱特性を向上できる。このことから、金属板を折曲加工して放熱面積を大きくしている放熱フィンは開発されている。（特許文献１参照）

この放熱フィンは、熱源に熱結合される熱伝導部に放熱フィンを固定している。放熱フィンは、薄い金属板を、熱伝導部に接触するように形成された谷部と、谷部から起立姿勢を成すように形成された立ち上がり部と、立ち上がり部の頂部において折り返すように折曲されて形成された山部とを設けている。立ち上がり部は、対向する金属薄板同士を密着させる構造としている。

特開２００７−２７５４４号公報

以上の放熱フィンは、折曲加工して放熱面積を大きくできる特徴はあるが、金属板を使用するので重くなる欠点がある。とくに、山部のピッチを狭く、立ち上がり部の上下幅を広くして放熱面積を大きくすると重くなる欠点がある。また、広い面積の金属板を使用することからコストも高くなる欠点がある。重い放熱フィンは、固定のために大きな強度が要求されて、取り付け部のコストも高くなる。さらに、軽量化が特に大切な用途、たとえば電球に代わって使用される複数のＬＥＤの電球タイプの光源等は、軽い電球に代わって使用されるので、その重量を電球に近くすることが要求される。ＬＥＤの温度上昇を少なくするために、従来の金属板の放熱フィンを固定すると、放熱フィンが重くなって光源を軽くできないなどの弊害が発生する。また、回路基板に固定されるパワートランジスタやパワーＦＥＴ等の半導体素子にも放熱フィンが固定されるが、この放熱フィンは、回路基板で半導体素子を支持するので、軽くて優れた放熱特性が要求される。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、放熱フィンの放熱面積を大きくして優れた放熱特性を実現しながら、極めて軽くできる紙シートの放熱器を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、安価に多量生産できる紙シートの放熱器を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の発明にかかる紙シートの放熱器は、放熱フィン１を熱伝導部２に固定している。放熱フィン１は、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シート３で構成している。紙シートは、叩解パルプと、非叩解繊維と、バインダー繊維と、熱伝導粉末が添加されてなる湿式抄紙されてなる紙を、加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工されたものである。紙シート３は、折曲ライン４で折曲して、折曲ライン４を境界として放熱フィン１と固定紙シート部６とに区画している。放熱器は、紙シート３の固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定して、熱伝導部２の熱を固定紙シート部６から放熱フィン１に熱伝導して放熱している。

以上の紙シートの放熱器は、放熱フィンの放熱面積を大きくして優れた放熱特性を実現しながら、極めて軽くできる特徴がある。それは、放熱フィンを湿式抄紙された紙製とするからである。湿式抄紙された紙シートは、その表面方向に極めて優れた熱伝導率を示すことから、熱伝導部の発熱を速やかに広い面積に伝導して効率よく放熱する。また、表面に無数の微細な凹凸があって実質的な表面積が大きく、放熱面積が大きくなって表面から効率よく放熱する。ちなみに、アルミニウムの放熱器を設けているＬＥＤ光源は、外気温度を２０℃とする状態で連続して点灯して、ＬＥＤの温度が６１℃まで上昇して安定したのに対し、同じＬＥＤ光源に、本発明の紙シートの放熱器を固定することで、ＬＥＤの温度を５５℃ないし６２℃と重いアルミニウムの放熱器に勝るとも劣らない低い温度に放熱できる。放熱フィンを紙シートとする放熱器の重量は、軽いものでわずかに約１００ｇであるから、種々のタイプの光源を軽くしながら、ＬＥＤの発熱を効果的に放熱して温度上昇を少なくできる。ＬＥＤのみでなく、半導体素子は温度上昇によって効率が低下する特性がある。たとえば、ＬＥＤは、温度が上昇するにしたがって発光効率が低下し、反対に温度が６０℃から３０℃に降下すると、発光効率は約５０％も向上する。さらに困ったことに、半導体素子は、温度が上昇して効率が低下すると電力ロスが大きくなって発熱量が増加する。このため、半導体素子は、効率よく放熱することで温度を低くできるが、放熱が十分でないと温度が上昇し、また、温度が上昇して発熱量がさらに増加して温度がますます高くなって効率を低下させる悪循環を起こす。本発明の紙シートの放熱器は、軽くて優れた放熱特性を実現するので、電球タイプのＬＥＤ光源に固定して、全体を軽くしながら、温度上昇を少なくして、発光効率を高くできる理想的な特徴を実現する。さらに、以上の紙シートの放熱器は、放熱フィンを金属板から紙シートとするので、軽いことに加えて、安価に多量生産できる特徴も実現する。

本発明の紙シートの放熱器は、紙シート３をＬ字状に折曲加工して放熱フィン１と固定紙シート部６とに区画し、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定することができる。
以上の放熱器は、固定紙シート部を広い面積で熱伝導部に熱結合して、熱伝導部の発熱を効率よく固定紙シート部に伝導し、表面方向に優れた熱伝導特性によって固定紙シート部から放熱フィンに速やかに熱伝導して外部に効率よく放熱する。

本発明の紙シートの放熱器は、紙シート３を、折曲ライン４を残して特定の形状に切り抜いて、複数の切り抜き部３ｃと固定紙シート部６とに区画し、切り抜き部３ｃを固定紙シート部６に対して所定の角度となるように折曲ライン４で折曲し、切り抜き部３ｃを放熱フィン１として、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定することができる。
以上の放熱器は、一枚の紙シートで複数の放熱フィンを固定紙シート部に連結する構造が実現できると共に、固定紙シート部を広い面積にできる。このため、熱伝導部の発熱を、広い面積で熱結合状態にある固定紙シート部に効率よく熱伝導し、さらに表面方向に優れた熱伝導率によって、固定紙シート部から複数の放熱フィンにも効率よく熱伝導して、熱伝導部の発熱を効率よく放熱できる。

本発明の紙シートの放熱器は、紙シート３を、外周縁から離れた位置を折曲ライン４として、この折曲ライン４の両端に連結して折曲ライン４から外周縁まで裁断して、切り起こし部３ｂと固定紙シート部６とに区画し、この切り起こし部３ｂを固定紙シート部６に対して所定の角度となる状態に折曲ライン４で折曲し、切り起こし部３ｂを放熱フィン１として、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定することができる。
以上の放熱器も、一枚の紙シートで複数の放熱フィンを固定紙シート部に連結する構造が実現できると共に、固定紙シート部を広い面積にできる。このため、熱伝導部の発熱を、広い面積で熱結合状態にある固定紙シート部に効率よく熱伝導し、さらに表面方向に優れた熱伝導率によって、固定紙シート部から複数の放熱フィンにも効率よく熱伝導して、熱伝導部の発熱を効率よく放熱できる。

本発明の紙シートの放熱器は、固定紙シート部６を挟着して熱伝導部２に固定する固定プレート７を有して、この固定プレート７と熱伝導部２とで固定紙シート部６を挟着して、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定することができる。
以上の放熱器は、簡単かつ容易に、しかも好ましい状態で固定紙シート部を熱伝導部に熱結合状態に固定でき、熱伝導部の発熱を速やかに固定紙シート部に伝導して、固定紙シート部から放熱フィンに熱伝導して効率よく放熱できる。この構造は接着剤を使用することなく紙シートを熱伝導部に固定できるので、接着剤を使用しない状態にあっては、全体を軽くできる。

本発明の紙シートの放熱器は、紙シート３を、互いに平行に配設してなる複数列の固定紙シート部６の間に、山形に突出する放熱フィン１を有する形状に折曲加工すると共に、固定プレート７が、固定紙シート部６を熱伝導部２に挟着する挟着部７Ｂと、山形に突出する放熱フィン１を突出させる貫通孔７Ｃを有し、この固定プレート７が、貫通孔７Ｃに放熱フィン１を挿入して、挟着部７Ｂを熱伝導部２に固定することができる。
以上の放熱器は、固定紙シート部を好ましい状態で熱伝導部に固定できると共に、放熱フィンの両側に固定紙シート部を設けて、各々の放熱フィンを理想的な状態で固定紙シート部を介して熱伝導部に熱結合状態に連結できる。このため、熱伝導部の発熱を速やかに固定紙シート部に伝導し、固定紙シート部から放熱フィンに熱伝導して効率よく放熱できる。

本発明の紙シートの放熱器は、固定プレート７の貫通孔７Ｃを四角形とし、紙シート３の放熱フィン１を四角形の貫通孔７Ｃから突出する垂直断面形状を三角形とする山形とすることができる。
以上の放熱器は、放熱フィンを安定して自立できる状態としながら、熱伝導部の発熱を効率よく固定紙シート部から放熱フィンに伝導して、放熱効率をよくできる。また、固定プレート７の貫通孔７Ｃは、スリット形状とすることができる。スリットの貫通孔は、２つ折りした放熱フィンを突出させる。

本発明の紙シートの放熱器は、固定プレート７を金属プレート、硬質のプラスチック板、フィラーを充填している硬質のプラスチック板、繊維強化のプラスチック板のいずれかとすることができる。
固定プレートを金属プレートとする構造にあっては、固定紙シート部を確実に熱伝導部に密着させて、好ましい熱結合状態を実現し、さらに、金属プレートの固定プレートからも放熱して、放熱特性を改善できる。固定プレートをプラスチック板とする構造にあっては、軽くしながら固定紙シート部を熱伝導部に確実に熱結合状態に固定できる。

本発明の紙シートの放熱器は、放熱フィン１を、折曲ライン４で折曲して折り畳み自在に固定紙シート部６に連結している。
以上の放熱器は、折り畳み状態で梱包し、また、運搬することで、この行程で極めてコンパクトにしながら、優れた放熱特性を実現する。さらに、この構造は輸送コストを低減できる。

本発明の紙シートの放熱器は、放熱フィン１を熱伝導部２に固定している。放熱フィン１は、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シート３で構成されている。さらに、放熱器は、放熱フィン１の紙シート３をループ状又はスパイラル状として、ループ又はスパイラルの外周面を熱伝導部２に熱結合状態で固定している。
以上の放熱器は、固定紙シート部と放熱フィンとの熱結合面積を広くし、さらに放熱面積も広くして、固定紙シート部から放熱フィンに速やかに熱伝導して、放熱フィンでもって熱伝導部の発熱を効率よく放熱できる。

本発明の紙シートの放熱器は、放熱フィン１の紙シート３の厚さを１ｍｍ以下であって、０．０５ｍｍ以上とすることができる。
この放熱器は、放熱フィンを十分な強度としながら、軽くて優れた放熱特性を実現できる。

本発明の紙シートの放熱器は、放熱フィン１である紙シート３の繊維を、叩解して表面に無数の微細繊維を設けてなる叩解パルプと、叩解されない非叩解繊維とし、叩解パルプと非叩解繊維とに熱伝導粉末を添加して湿式抄紙された紙シートを放熱フィンとするので、放熱フィンに使用する紙シートの耐折曲強度を向上し、折曲加工を簡単にしながら熱伝導率を高くできる、紙シートとして理想的な特性を実現する。また、放熱フィンに使用する紙シートの振動に対する強度を向上できる特徴も実現する。以上の紙シートは、耐折強度を約３０００回と極めて強くでき、また、熱伝導率も５４．２Ｗ／ｍ・Ｋとして、放熱フィンのすぐれた放熱特性を実現できる。

本発明の紙シートの放熱器は、放熱フィン１に使用する紙シート３の叩解パルプを、合成繊維からなる叩解パルプと天然パルプのいずれかを単独であるいは複数種混合して使用することができる。合成繊維の叩解パルプとして、アクリル繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、レーヨン繊維、ポリスルホン系繊維のいずれかを使用できる。また、天然パルプとしては、木材パルプ、非木材パルプのいずれかを使用することができる。

さらに、非叩解繊維には、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維のいずれかを使用することができる。

非叩解繊維として、熱で溶融するバインダー繊維を添加し、抄紙されたシートを加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工して紙シートとすることができる。バインダー繊維には、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維のいずれかを使用することができる。

放熱フィン１の紙シート３に添加している熱伝導粉末には、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金、酸化亜鉛、亜鉛の粉末のいずれかを使用することができる。また、熱伝導粉末の平均粒径は、０．１μｍないし５００μｍとすることができる。

さらに、放熱フィン１の紙シート３は、バインダーとして、合成樹脂を添加して繊維に結合して湿式抄紙して製造するものが使用できる。合成樹脂として、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）樹脂、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂のいずれかを含む熱可塑性樹脂、または、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂のいずれかを含む熱硬化性樹脂のいずれかを使用することができる。

さらにまた、放熱フィン１は、繊維に熱伝導粉末を添加してなるモールド抄紙で湿式抄紙されてなる紙シートとすることができる。

本発明の一実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 図８に示す紙シートの放熱器の分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 図１１に示す紙シートの放熱器の分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の使用例を示す斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる紙シートの放熱器の斜視図である。 熱伝導率の測定装置の概略断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための紙シートの放熱器を例示するものであって、本発明は紙シートの放熱器を以下の方法や条件に特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１ないし図１５に示す放熱器は、紙シート３を折曲ライン４で折曲して、折曲ライン４を境界として放熱フィン１と固定紙シート部６とに区画し、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定して、熱伝導部２の熱を固定紙シート部６から放熱フィン１に熱伝導して放熱するようにしている。

図１ないし図３の放熱器は、紙シート３をＬ字状に折曲加工して放熱フィン１と固定紙シート部６とに区画して、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定している。この放熱器は、放熱フィン１が互いに平行となる姿勢で、固定紙シート部６を熱伝導部２に接着して固定している。この放熱器は、各々の放熱フィン１の面積を大きく、熱伝導部２に固定するピッチを狭くして、放熱特性を向上できる。以上の放熱器は、放熱フィン１と固定紙シート部６との境界の折曲ライン４を折り畳みライン４ａとして折曲することで、放熱フィン１を折り畳み自在に固定紙シート部６に連結できる。このため、放熱器は運搬するときに、放熱フィン１を折り畳みしてコンパクトにできる特徴がある。

図２の放熱器は、放熱フィン１をジグザグ状に折曲加工して放熱面積をより広くしている。また、図３の放熱器は、放熱フィン１の横幅を狭くして、多数の放熱フィン１を熱伝導部２に接着して固定している。

図４の放熱器は、一枚の細長い紙シート３を、水平部分３Ａと垂直部分３Ｂとができるように直角に折曲加工して、垂直部分３Ｂを放熱フィン１、水平部分３Ａを固定紙シート部６としている。垂直部分３Ｂは上端で折り返すように折曲加工されるので、２枚の垂直部分３Ｂが接着され、あるいは接着されることなく互いに接近して、放熱フィン１を構成する。とくに、接着しない状態にあっては、紙シートからなる２枚の垂直部分３Ｂは互いに密着することがなく、ここに隙間ができて、この隙間に空気が通過してより効率よく放熱できる特徴がある。水平部分３Ａは固定紙シート部６として、熱伝導部２に接着して固定される。以上の放熱器は、放熱フィン１を四角形とするが、図５に示すように、放熱フィン１を三角形とすることもできる。

以上の放熱器も、放熱フィン１と固定紙シート部６との境界の折曲ライン４を折り畳みライン４ａとして折曲することで、放熱フィン１を折り畳み自在に固定紙シート部６に連結できる。このため、放熱器は運搬するときに、放熱フィン１を折り畳みしてコンパクトにできる特徴がある。

図６の放熱器は、一枚の細長い紙シート３を、水平部分３Ａと上下方向に伸びる上下部分３Ｃとができるように折曲加工して、上下部分３Ｃを放熱フィン１、水平部分３Ａを固定紙シート部６としている。上下部分３Ｃが三角形の山形となるように、固定紙シート部６を互いに離して熱伝導部２に固定している。この放熱器は、２枚の上下部分３Ｃを三角形として自立でき、また三角形の内側に送風して効率よく放熱できる特徴がある。また、この放熱器は、上下部分３Ｃに折り畳みライン４ａを設けてここを折曲することで折り畳み自在に固定紙シート部６に連結して、運搬するときにコンパクトにできる特徴も実現する。

図７の放熱器は、山形の頂上部分に水平部３Ｄを設けている。この構造の放熱器は、全高を低くして、効率よく放熱できる特徴がある。また、この放熱器は、放熱フィン１に折り畳みラインを設けてここを折曲することで折り畳み自在に固定紙シート部６に連結して、運搬するときにコンパクトにできる特徴も実現する。

図８ないし図１２の放熱器は、固定紙シート部６を挟着して熱伝導部２に固定する固定プレート７を備える。固定プレート７と熱伝導部２とで固定紙シート部６を挟着して、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に固定している。固定プレート７は、ステンレス板やアルミニウム板、あるいは鉄合金などの金属プレート、あるいは硬質プラスチックプレート、フィラーを充填してる硬質プラスチックプレート、繊維強化プラスチックプレート等が使用できる。この放熱器は、接着剤を使用することなく、固定紙シート部６を長期間にわたって確実に安定して、熱伝導部２に熱結合状態に固定できる。ただし、固定紙シート部を接着して固定紙シート部で熱伝導部に固定することもできる。この放熱器も、放熱フィン１に折り畳みライン４ａを設けてここを折曲することで折り畳み自在に固定紙シート部６に連結して、運搬するときにコンパクトにできる特徴も実現する。

図８と図９に示す放熱器は、紙シート３を、互いに平行に配設してなる複数列の固定紙シート部６の間に、山形に突出する放熱フィン１を有する形状に折曲加工して、固定紙シート部６を固定プレート７で熱伝導部２に固定している。固定プレート７は、固定紙シート部６を熱伝導部２に挟着する挟着部７Ｂと、山形に突出する放熱フィン１を突出させる四角形の貫通孔７Ｃを設けている。この固定プレート７は、周囲の枠部７Ａを挟着部７Ｂで橋渡し状態に連結する形状としている。固定プレート７は、貫通孔７Ｃに放熱フィン１を挿入する状態で熱伝導部２に固定される。固定プレート７は、挟着部７Ｂや枠部７Ａを熱伝導部２に止ネジ８で固定する。図９の放熱器は、挟着部７Ｂを止ネジで熱伝導部２に固定して、固定プレート７を熱伝導部２に固定している。固定プレート７は、図１０に示すように、弾性的に挟着するクリップ状の挟着具９で熱伝導部２に固定することもできる。

図１１と図１２に示す放熱器は、スリット状の貫通孔７Ｃを設けて、この貫通孔７Ｃに板状の放熱フィン１を挿通している。この放熱器は、挟着部７Ｂの幅を広くできるので、固定紙シート部６を広い面積で理想的な熱結合状態に熱伝導部２に固定できる。また、固定プレート７で紙シート３を確実に熱伝導部２に固定しながら、折曲ライン４を折り畳みライン４ａとして、放熱フィン１を折り畳みできる特徴も実現する。

図１３の放熱器は、紙シート３の片側にスリット状に切り込み３ａを入れて切り込み３ａの間に放熱フィン１を設けている。切り込み３ａのない部分を固定紙シート部６として、円形の熱伝導部２の表面に固定している。この放熱器は、図の鎖線で示すように、ＬＥＤ電球１０に、固定紙シート部６を巻き付けるように接着して固定し、放熱フィン１をＬＥＤ電球１０から離すように折曲してＬＥＤ電球１０などを効率よく放熱できる。また、ＬＥＤ電球を収納するときに、折曲ライン４を折り畳みライン４ａとして放熱フィン１をＬＥＤ電球に密着するように折り畳みしてコンパクトに収納できる特徴がある。

図１４の放熱器は、四角形の紙シート３の対向する外周縁から離れた位置を折曲ライン４とし、この折曲ライン４の両端に連結して折曲ライン４から外周縁まで裁断して、切り起こし部３ｂと固定紙シート部６とに区画し、切り起こし部３ｂを固定紙シート部６に対して所定の角度となる状態に折曲ライン４で折曲して、切り起こし部３ｂを放熱フィン１としている。固定紙シート部６は、熱伝導部２に熱結合状態に固定される。図の放熱器は、紙シート３の両側に放熱フィン１を設けているが、片側に放熱フィンに設けることもできる。

図１５の放熱器は、紙シート３を、折曲ライン４を残して特定の形状に切り抜いて、複数の切り抜き部３ｃと固定紙シート部６とに区画して、切り抜き部３ｃを固定紙シート部６に対して所定の角度となるように折曲ライン４で折曲して、切り抜き部３ｃを放熱フィン１としている。固定紙シート部６は熱伝導部２に熱結合状態に固定される。

図１４と図１５の放熱器は、折曲ライン４を折り畳みライン４ａとして折り畳みすることで、コンパクトに収納して運搬できる。放熱フィン１は、使用する状態で直角に、あるいは傾斜する姿勢に折曲されて、固定紙シート部６の熱を放熱する。

図１６と図１７に示す放熱器は、放熱フィン１の紙シート３を、ループ状又はスパイラル状として、ループ又はスパイラルの外周面を熱伝導部２に熱結合状態で固定している。この放熱フィンは、紙シートに熱伝導部と平行に複数の折り畳みライン４ａを設けて折り畳みできる形状にできる。

図１６に示す放熱器は、細長い帯状の紙シート３の両端を連結してループ状に成形しており、このループの外周面を熱伝導部２に固定して放熱フィン１としている。図に示す放熱器は、ループ状の放熱フィンを楕円形状としている。放熱器は、複数のループを同一平面に位置させる姿勢で、下端の外周面を固定紙シート部６として熱伝導部２に接着している。さらに、図の放熱器は、複数の放熱フィン１を複数列に並べて、互いに接触する状態で熱伝導部２に接着している。隣接する複数列の放熱フィン１は、互いに接着位置が長手方向にずれるように配置して、ループ状の放熱フィン１を固定している。

図１７に示す放熱器は、紙シート３をスパイラル状に巻いてなる筒状のスパイラルの外周面を熱伝導部２に固定して放熱フィン１としている。図に示す放熱器は、スパイラルの巻き終わりの端部を固定紙シート部６として、この固定紙シート部６の外周面を熱伝導部２に接着している。放熱器は、複数のスパイラルを互いに平行な姿勢で並べて熱伝導部２に固定している。

以上の放熱器は、放熱フィン１を熱伝導部２に熱結合状態に固定している。放熱フィン１は、繊維に熱伝導粉末を添加している湿式抄紙して製造された紙シート３で構成している。放熱フィン１に使用する紙シート３は、繊維と熱伝導粉末とを水に懸濁して抄紙用スラリーとし、この抄紙用スラリーを湿式抄紙してシート状とし、これを乾燥して製造される。この紙シート３は、好ましくは、抄紙用スラリーに、叩解して表面に無数の微細繊維を設けてなる叩解パルプと、叩解されない非叩解繊維とを懸濁し、この叩解パルプと非叩解繊維とでもって、抄紙用スラリーに懸濁してなる熱伝導粉末を繊維に結合してシート状に抄紙して製造するものが使用される。以上の紙シート３は、優れた耐折曲強度を有するので、ジグザグ状に折曲加工しても折曲部が破損せず、また、使用状態においても折曲部が破損することがなく、種々の用途に好ましい状態で使用できる。

放熱フィン１に使用される紙シート３は、以下のように湿式抄紙して製造できる。
黒鉛１００重量部（平均粒子径１００μｍのものを５０重量部と平均粒径を４０μｍのものを５０重量部を添加）、
叩解パルプとしてのアクリルパルプ（カナディアンスタンダードフリーネス（ＣＳＦ）５０ｍｌ、平均繊維長１．４５ｍｍ）２１重量部、
非叩解繊維としてのポリエステル繊維（０．１ｄｔｅ×３ｍｍ）４重量部、
バインダー繊維としてのポリエステル繊維からなるバインダー繊維（１．２ｄｔｅ×５ｍｍ）１４重量部、
炭素繊維（直径７μｍ）２．９重量部からなる組成物を水中に混合分散し、固形分１％〜５％からなるスラリーを調製する。このスラリーを、すでに湿式の紙製造機として使用されている短網抄紙機で湿式抄紙して抄紙シート３とし、この抄紙シート３をプレスして乾燥させた後、２本の熱ロール間に通過させる熱圧処理によって高密度化された紙シート３とする。熱圧処理は、表面温度を１８０℃、外径を２５０ｍｍ、ロール間の圧力を１５０ｋｇ／ｃｍとする金属ロールの間に、５ｍ／ｍｉｎの速度で通過させる。

以上の工程で製造された紙シート３は、厚さが０．２６ｍｍ、密度が１．１５５ｇ／ｃｍ^３、坪量が２９４ｇ／ｍ^２、耐折強度が約３０００回、熱伝導率が５４．２Ｗ／ｍ・Ｋとなる。

熱伝導率は、以下の方法で測定する。
７ｃｍ×９ｃｍに裁断した測定試料をグリセリンに浸漬し、真空状態にして試料を脱気処理したものを、２５℃で一定にしてある恒温室で温度が一定になるまで静置する。温度が一定になったら、恒温室内で温度を一定にした測定装置に試料の短片を上にして縦方向に挿入する。

測定装置の概略図を図１８に示す。この測定装置は、試料６１を両側からヒートシンク６２で挟着している。ヒートシンク６２は、中心部を空洞６３として、試料６１を加熱するヒーター６４を断熱できるようになっている。上部に試料６１を挿入する差込口６５があり、ヒートシンク６２で両側を固定して、上蓋（図示せず）を閉じて密閉するようになっている。試料６１の中心部からヒーター６４で加熱を行うと、中心部付近ではヒートシンク６２の断熱効果により試料６１にのみ熱が行き渡り、端まで熱が到達すると両側にあるヒートシンク６２により熱が吸収されるため、時間が経つと温度勾配は一定となる。この時の中心部から外側の温度勾配を測定する。
熱流φ（ヒーターから派生した）を測定することにより、サンプル温度の時間変化に対する微分値をΔＴ、サンプルの厚さをＨとすると、相対熱伝導率λは、下記の計算式となる。
λ＝φ／Ｈ・ΔＴ

耐折強度の測定は、ＪＩＳ Ｐ８１１５ 紙及び板紙−耐折強さ試験方法−ＭＩＴ試験機法に基づく方法で行う。この方法は、幅を１５ｍｍ、長さを１１０ｍｍ以上とする短冊状に切断した試験片を準備し、長辺方向の両端を試験装置に挟む。この試験片を破断するまで表裏に折り曲げて、破断するまでに折り曲げた回数を求める。

以上の紙シートは、優れた熱伝導特性を実現しながら、さらに優れた耐折曲強度を有するので、紙シートを折曲加工するのと同じ装置と方法で、簡単かつ容易に、しかも能率よくジグザグ状に折曲加工して安価に放熱フィン１を製造できる。

以上の紙シートは、叩解パルプにアクリルパルプを使用して、非叩解繊維にはポリエステル繊維を使用するが、叩解パルプには合成繊維からなる叩解パルプと、天然パルプのいずれかを単独であるいは複数種混合して使用することができる。また、合成繊維からなる叩解パルプには、アクリル繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンズオキサゾール）繊維、レーヨン繊維、ポリスルホン系繊維等が使用でき、天然パルプには、木材パルプ、非木材パルプなどが使用できる。また、非叩解繊維には、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリイミド繊維、ポリエチレン繊維、アクリル繊維、炭素繊維、ＰＢＯ繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、レーヨン繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、フッ素繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維などが使用できる。

また、以上の紙シートは、熱で溶融される非叩解繊維であるバインダー繊維を使用して、湿式抄紙されたシートを加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工しているが、バインダー繊維には、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリ酢酸ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、エチレンビニルアルコール繊維、ポリスルホン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維などを使用することができる。

さらに、以上の紙シートは、シートマシンを用いてスラリーをシート化して抄紙シートとして製作したが、シートマシンに代わって、モールド抄紙によって抄紙シートとして製作することもできる。

さらに放熱フィンに使用する紙シートは、バインダーの合成樹脂を含むことで、放熱フィンとして成形された状態における強度を向上できる。このバインダーの合成樹脂には、ポリアクリル酸エステル共重合体樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ＮＢＲ（アクリロニトリルブタジエンゴム）樹脂、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂のいずれかを含む熱可塑性樹脂、または、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂のいずれかを含む熱硬化性樹脂のいずれかが使用できる。

また、以上の紙シートは、熱伝導粉末に平均粒径を２０μｍとする炭化珪素を使用するが、熱伝導粉末には、炭化珪素に代わって、あるいは炭化珪素に加えて、窒化アルミニウム、マグネシア、アルミナシリケート、シリコン、鉄、炭化珪素、炭素、窒化硼素、アルミナ、シリカ、アルミニウム、銅、銀、金、酸化亜鉛、亜鉛の粉末等を使用することができ、また平均粒径も０．１μｍないし５００μｍとすることができる。熱伝導粉末は、平均粒径が小さすぎても大きすぎても、湿式抄紙する工程で繊維に付着する割合が少なくなって利用効率が悪くなるので、使用する繊維の種類などを考慮して最適な平均粒径のものを使用する。

さらに、紙シートは、難燃剤を添加して難燃特性を向上することができる。たとえば、紙シートは、難燃剤を含浸することで難燃特性を向上できる。たとえば、難燃剤にリン酸グアニジンを使用し、これを１０重量％の割合で含浸してなる紙シートは、ＵＬ９４ Ｖ−０程度の難燃効果を実現する。

以上のようにして製造された紙シート３を使用して、以下に示す放熱器を製作し、その重量と放熱性能を比較した。
なお、以下の実施例に示す放熱器は、熱伝導部として、寸法を２１０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さを３ｍｍとするアルミニウム板を使用する。この熱伝導部の一方の面に、本発明の実施例と比較例にかかる放熱フィンを熱結合状態に固定した。さらに、放熱器は、熱伝導部の他方の面であって、放熱フィンを固定した面と反対側の面に、発熱体として１８個のＬＥＤを固定してなる回路基板を固定した。回路基板は、寸法を１７０ｍｍ×５０ｍｍとして、熱伝導部であるアルミニウム板の両端部を除く中央部に固定した。この回路基板は、チップタイプ、１Ｗ型のＬＥＤ１８個を表面に固定している。１８個のＬＥＤは直列に接続されて、供給電圧６８．３Ｖ、供給電流を０．３Ａとして約２０Ｗの電力が供給される。この回路基板に固定されたＬＥＤの温度を測定した。

［実施例１］
図４に示すように、一枚の細長い紙シート３を、水平部分３Ａと垂直部分３Ｂとができるように直角に折曲加工して、垂直部分３Ｂを放熱フィン１、水平部分３Ａを固定紙シート部６として、固定紙シート部６を熱伝導部２に熱結合状態に接着する。垂直部分３Ｂは内面を両面接着テープで接着して一枚の放熱フィンとしている。放熱フィン１は、高さと横幅を５ｃｍ、固定紙シート部６は長手方向の寸法を放熱フィン１の横幅と同じ５ｃｍ、幅を１ｃｍ、固定紙シート部６を隙間なく接着して、２１枚の放熱フィン１を１ｃｍ間隔で固定する。

［実施例２］
図８と図９に示すように、互いに平行に配設している複数列の固定紙シート部６の間に、山形に突出する放熱フィン１を設ける形状に紙シート３を折曲加工し、軟鋼の固定プレート７で固定紙シート部６を熱伝導部２に挟着して固定する。固定プレート７の軟鋼は、山形の放熱フィン１を突出させる四角形の貫通孔７Ｃを設けている。紙シート３の横幅は５０ｍｍ、山形に突出している放熱フィン１の横幅は５０ｍｍ、上方に突出している傾斜方向の長さを３０ｍｍとしている。固定プレート７の外形は熱伝導部２の外形に等しく、貫通孔７Ｃの内形は１１ｍｍ×５０ｍｍとして、貫通孔７Ｃの間に設けている固定紙シート部６を熱伝導部２に挟着する挟着部７Ｂの幅は２ｍｍ、周囲にある四角形の枠型部分の横幅を３ｍｍとしている。固定紙シート部６は、接着剤を使用することなく、固定プレート７に挟着されて熱伝導部２に固定している。

［実施例３］
図１６に示すように、紙シート３を１ｃｍ幅の帯状に裁断し、これを高さ方向となる長径が４０ｍｍ、幅方向となる短径を１５ｍｍとする楕円形のループ状の放熱フィン１とする。放熱フィン１は、ループを同一平面に位置させる姿勢で、５列に並べて、互いに接触する状態で熱伝導部２に接着する。隣接する５列の放熱フィン１は、互いに接着位置が長手方向にずれるように、すなわち、長手方向に７．５ｍｍずれる位置に接着して、１列に１４個と１５個のループ状の放熱フィン１を接着している。接着剤は実施例１と同じものを使用する。

［比較例１］
比較例１として、アルミニウム製の放熱器を製作する。この放熱器は、厚さを６ｍｍ、寸法を２１０ｍｍ×５０ｍｍとするプレート状の熱伝導部２の一方の面に、複数の放熱フィン１を一体成形して設ける。複数の放熱フィン１は、縦幅を５０ｍｍ、横幅を１５ｍｍ、厚さを２．５ｍｍとして、８ｍｍのピッチで互いに平行な姿勢で一体成形して設けた。さらに、放熱器は、熱伝導部２の他方の面であって、放熱フィン１を設けた面と反対側の面に、発熱体として複数のＬＥＤを固定してなる回路基板であって、実施例で使用した回路基板と同じ回路基板を固定した。回路基板は、寸法を１７０ｍｍ×５０ｍｍとして、プレート状の熱伝導部２の両端部を除く中央部に固定した。この回路基板に固定されたＬＥＤの温度を測定した。

以上の実施例１ないし３、及び比較例１の放熱器によって放熱されたＬＥＤの温度を表１に示す。

この表からも分かるように、本発明の実施例の紙シート３の放熱器は、ＬＥＤの温度を、５５℃ないし６３℃まで低下でき、比較例１のアルミニウム製の放熱器に匹敵する優れた放熱特性を有することが実証された。

本発明の紙シートの放熱器は、従来使用されているＬＥＤ等の照明器具、コンピューターのＣＰＵ、トランジスタ、ＦＥＴ等の電子部品、液晶、ＰＤＰ、ＥＬ等のパネル等の放熱に加えて、携帯電話の液晶の放熱や携帯型パソコンの電子基板や液晶の放熱、自動車内の電子部品、照明の放熱等の軽さが要求される箇所への使用も可能となり、様々な分野への使用に対して有用である。紙シートを放熱フィンとするので、現在、アルミニウムなどの金属を放熱フィンとする放熱器に代わって使用されて、電子部品の軽量化に貢献できる。

１…放熱フィン
２…熱伝導部
３…紙シート ３Ａ…水平部分
３Ｂ…垂直部分
３Ｃ…上下部分
３Ｄ…水平部
３ａ…切り込み
３ｂ…切り起こし部
３ｃ…切り抜き部
４…折曲ライン ４ａ…折り畳みライン
６…固定紙シート部
７…固定プレート ７Ａ…枠部
７Ｂ…挟着部
７Ｃ…貫通孔
８…止ネジ
９…挟着具
１０…ＬＥＤ電球
６１…試料
６２…ヒートシンク
６３…空洞
６４…ヒーター
６５…差込口

Claims (12)

1. 放熱フィンを熱伝導部に固定してなる放熱器であって、
   前記放熱フィンが、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シートで構成されると共に、
   前記紙シートが、叩解パルプと、非叩解繊維と、バインダー繊維と、熱伝導粉末が添加されてなる湿式抄紙されてなる紙を、加熱プレスしてバインダー繊維を溶融してシート状に加工されたもので、
   前記紙シートが折曲ラインで折曲されて、折曲ラインを境界として放熱フィンと固定紙シート部とに区画され、熱伝導部の熱を固定紙シート部から放熱フィンに熱伝導して放熱するように、固定紙シート部が熱伝導部に熱結合状態に固定され、かつ前記放熱フィンが、固定紙シート部の表面に平行な折り畳みラインを有し、この折り畳みラインを折曲して放熱フィンを折り畳み自在に固定紙シート部に連結してなることを特徴とする紙シートの放熱器。
2. 前記紙シートがＬ字状に折曲加工されて放熱フィンと固定紙シート部とに区画され、固定紙シート部を熱伝導部に熱結合状態に固定してなる請求項１に記載される紙シートの放熱器。
3. 前記紙シートが、折曲ラインを残して特定の形状に切り抜かれて、複数の切り抜き部と固定紙シート部とに区画され、切り抜き部が固定紙シート部に対して所定の角度となるように折曲ラインで折曲されて、切り抜き部を放熱フィンとしており、前記固定紙シート部を熱伝導部に熱結合状態に固定してなる請求項１に記載される紙シートの放熱器。
4. 前記紙シートが、外周縁から離れた位置を折曲ラインとして、この折曲ラインの両端に連結して折曲ラインから外周縁まで裁断されて、切り起こし部と固定紙シート部とに区画され、前記切り起こし部が固定紙シート部に対して所定の角度となる状態に折曲ラインで折曲されて、切り起こし部を放熱フィンとしており、前記固定紙シート部を熱伝導部に熱結合状態に固定してなる請求項１に記載される紙シートの放熱器。
5. 前記固定紙シート部を挟着して熱伝導部に固定する固定プレートを有し、この固定プレートと熱伝導部とで固定紙シート部を挟着して、固定紙シート部を熱伝導部に熱結合状態に固定してなる請求項１ないし４のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
6. 前記紙シートが、互いに平行に配設してなる複数列の固定紙シート部の間に、山形に突出する放熱フィンを有する形状に折曲加工されており、
   前記固定プレートは、固定紙シート部を熱伝導部に挟着する挟着部と、山形に突出する放熱フィンを突出させる貫通孔を有し、
   前記固定プレートが、前記貫通孔に放熱フィンを挿入して、挟着部を熱伝導部に固定してなる請求項５に記載される紙シートの放熱器。
7. 前記固定プレートの貫通孔が四角形、スリットのいずれかで、前記紙シートの放熱フィンが貫通孔から突出している請求項６に記載される紙シートの放熱器。
8. 前記固定プレートが金属プレート、硬質のプラスチック板、フィラーを充填してなる硬質のプラスチック板、繊維強化のプラスチック板のいずれかである請求項５ないし７のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
9. 前記折り畳みラインが折曲ラインである請求項１に記載される紙シートの放熱器。
10. 放熱フィンを熱伝導部に固定してなる放熱器であって、
    前記放熱フィンが、繊維に熱伝導粉末を添加してなる湿式抄紙の紙シートで構成され、かつ、
    前記放熱フィンの紙シートがループ状又はスパイラル状で、ループ又はスパイラルの外周面を熱伝導部に熱結合状態で固定しており、
    さらに、前記放熱フィンの紙シートに熱伝導部と平行に複数の折り畳みラインを設けて折り畳みできる形状としてなることを特徴とする紙シートの放熱器。
11. 前記放熱フィンの紙シートの厚さが１ｍｍ以下であって、０．０５ｍｍ以上である請求項１ないし１０のいずれかに記載される紙シートの放熱器。
12. 前記放熱フィンが、繊維に熱伝導粉末を添加してなるモールド抄紙で湿式抄紙されてなる紙シートである請求項１ないし１１のいずれかに記載される紙シートの放熱器。

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