JP2017208505A - 構造体、その構造体を含む電子部品および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れる構造体を提供すること、特に高い遠赤外線放射率を有する構造体を提供すること、このような構造体を含む電子部品、かかる電子部品を含む電子機器の提供。
【解決手段】無機フィラーを含む水性塗料から構成される構造体であって、
前記無機フィラーは、第１フィラーと第２フィラーとを含み、
前記第１フィラーは、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物であって、前記第１フィラーの比表面積は、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であり、フィラー表面に疎水基を有し、
前記第２フィラーは、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものである、
構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱体の熱を熱放射により外部へと放熱することのできる構造体、かかる構造体を含む電子部品および電子機器に関する。

近年、パワーデバイスや半導体パッケージの小型化・高密度化に伴い、機器の発熱密度が高くなっている。そのため、機器内に搭載された電子部品において、動作保証温度を超えないように、それぞれの電子部品から発生する熱を効率良く放熱させる技術が必須になっている。

放熱手段として、一般的には、対流を利用したフィンや、熱伝導を利用した熱伝導シートなどが用いられている。しかしながら、放熱手段として、このような従来の熱対策部材だけでは機器に含まれる発熱デバイスなどの発熱体の動作保証温度以下にまで放熱することは困難となっている。近年、スペースを確保せずに放熱できる手段として、熱放射を利用した放熱塗料や放熱シートなどが注目されている。その中でも特に、水性塗料を用いた放熱塗料は、溶剤が水であるために、その塗工時の取り扱い性に優れる。また、放熱シートは、機器の金属筐体もしくは発熱デバイスに貼り付けるだけで放熱することができ、その取扱い性に優れる。

図６は、例えば特許文献１に記載される従来の方法により作製された放熱材１５を有する発熱体１６の断面図である。図６に示すように、放熱材１５は、ＩＣチップ等の発熱体１６に接触させて、発熱体１６の放熱を行うためのものであり、ジメチルシリコーン２０を基材として、熱放射率が大きい熱放射性材料としてのコージライト粉粒体２１と、熱伝導率が大きい熱伝導性材料としての銅粉２２とを混合させてなる混合圧縮成形体をシート状に成形したものである。

特開平７−１９０６７５号公報

しかしながら、従来の放熱材１５の作製方法は、以下の通りである。ジメチルシリコーン２０に対して、シート材料Ａ（１７）は、コージライト粉粒体２１のみを添加し、シート材料Ｂ（１８）は、コージライト粉粒体２１、銅粉２２の両方を添加し、シート材料Ｃ（１９）は、銅粉２２のみを添加したものである。そして、これら３種のシート材料が、Ａ−Ｂ−Ｃの順に重ね合わされたものを、圧縮ローラを用いて延伸する。結果、放熱材１５は、３層から構成されており、各層の界面では放熱に機能するコージライト粉粒体２１および銅粉２２の量が少なく、界面での熱伝達が不十分であると推測される。その結果、発熱体１６から放熱材１５の表面への熱の拡散が不十分となり、熱放射としての放熱が低減され得る場合がある。

そこで、本発明は、放熱性に優れる構造体を提供すること、特に高い遠赤外線放射率を有する構造体を提供すること、このような構造体を含む電子部品、かかる電子部品を含む電子機器の提供を課題とする。

上記目的を達成するために、本発明の構造体は、無機フィラーを含む水性塗料から構成され、前記無機フィラーは、第１フィラーと第２フィラーとを含み、
前記第１フィラーは、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物であって、前記第１フィラーの比表面積は、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であり、フィラー表面に疎水基を有し、
前記第２フィラーは、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものである、
ことを特徴とする。

また、本発明の構造体は、膜状の形状を有し、前記第１フィラーおよび前記第２フィラーが、それぞれ膜の厚さ方向に濃度の勾配を有し、本発明の構造体が傾斜構造を有することが好ましい。

前記第１フィラーの粒径は、０．６μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第２フィラーの粒径は、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、前記構造体における無機フィラーの含有量は、前記構造体の全体積を基準として、６６．３体積％以上８５．２体積％以下であることが好ましい。

さらに、本発明は、上述の構造体を含む電子部品、当該電子部品を含む電子機器をも提供することがきる。

本発明の構造体は、以下にて詳細に説明する第１、第２フィラーを含むこと、特に本発明の構造体が膜状の形状を有し、第１、第２フィラーが、それぞれ膜の厚さ方向に濃度の勾配を有することによって、当該構造体が傾斜構造を有し、高い放熱特性を提供することができる。このような構造体を発熱デバイスに設けることによって、発熱デバイスから発生した熱を効率よく、空気中に放射することができる。そのため、発熱デバイスの熱エネルギーを低減し、発熱デバイスの温度上昇を抑制することが可能となる。また、このような構造体によって、フィンやヒートシンクを設置することなく、優れた昇温抑制効果を得ることができる。さらに、本発明の構造体は、一液塗料から構成することができるため、その作製方法は非常に簡便である。

本発明の実施の形態における構造体１、かかる構造体１を含む電子部品２を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における構造体１を評価する際に用いる放熱性評価素子７を概略的に示す断面図である。 本発明の実施例および比較例で使用する放熱性評価ジグを概略的に示す断面図である。 比較例１で使用する放熱性評価ジグを概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態における電子機器を示す概略図である。 従来の電子部品の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。まず、図１を参照しながら、本発明の実施の形態における構造体１および電子部品２について詳しく説明する。

(実施の形態)
・構造体
図１に構造体１および電子部品２の断面図を示す。構造体１は、第１フィラーと第２フィラーとを混合物として含む無機フィラーを配合した水性塗料から構成され得るものである。以下にて詳しく説明する通り、第１フィラーは、熱放射性に優れ、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物であって、その比表面積は、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であり、フィラー表面に疎水基を有するものであればよい。第２フィラーは、熱伝導性に優れ、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものであればよい。構造体１は、好ましくは膜状の形状を有し、第１、第２のフィラーは、それぞれ膜の厚さ方向に濃度の勾配を有していて、構造体１が傾斜構造を有していることが好ましい。

また、本発明の実施の形態における電子部品２は、構造体１と発熱デバイス６とを含むことが好ましい。

傾斜構造として、例えば図１に示す通り、熱放射性に優れる第１フィラー４は、発熱デバイス６に近づくにつれて、その濃度が連続して小さくなることが好ましく、熱伝導性に優れる第２フィラー５は、発熱デバイス６に近づくにつれて、その濃度が連続して大きくなることが好ましい。この場合、第１フィラー４は、水性塗料３に対して浮きやすく、第２フィラー５は、水性塗料３に対して沈みやすいように設計しておくことが好ましい。「水性塗料３」、「第１フィラー４」、「第２フィラー５」については、それぞれ以下にて詳しく説明する。

［水性塗料３］
本発明の実施の形態において使用することのできる水性塗料３は、溶剤が主に水であり、以下にて詳細に説明する第１フィラー４、第２フィラー５を配合することができるものであれば特に制限はない。水性塗料３は、その硬化物として塗膜を形成することのできる樹脂（成分または組成物）を含み、好ましくは金属との密着性を提供することのできる樹脂を含む。水性塗料３により形成され得る塗膜に含まれる樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリシロキサン系樹脂、ウレタン系樹脂などが挙げられる。水性塗料３により形成され得る塗膜は、上記の樹脂を１種または複数含んでいてもよい。

＜水性塗料３、無機フィラーの含有量＞
以下の実施例において具体的に説明するが、構造体１における水性塗料３の硬化後の含有量は、構造体１の全体積を基準として、例えば１４．８体積％以上３３．７体積％以下、好ましくは１６．１体積％以上３０．４体積％以下の範囲内である。このとき、無機フィラーの含有量は、構造体１の全体積を基準として、例えば６６．３体積％以上８５．２体積％以下、好ましくは６９．６体積％以上８３．９体積％以下の範囲内となる。

構造体１において、硬化後の水性塗料３の量と、無機フィラーの量との合計を１００体積％とした場合、水性塗料３の量が１４．８体積％よりも小さくなると、無機フィラーの量は８５．２体積％よりも大きくなり、水性塗料３と発熱デバイス６とが密着する面積が小さくなり、発熱デバイス６に対する構造体１の密着性が悪くなる場合がある。一方、水性塗料３の量が３３．７体積％よりも大きい場合には、無機フィラーの量が６６．３体積％よりも小さくなり、フィラー同士が接触して存在することができず、塗膜内での熱伝達率が小さくなり、構造体１の表面での熱放射の効率が不十分となる場合がある。

＜水性塗料３の密度＞
水性塗料３の密度は、例えば１．０ｇ／ｍｌ〜１．１ｇ／ｍｌ、好ましくは１．０ｇ／ｍｌ〜１．０４ｇ／ｍｌである。構造体１において傾斜構造を形成するために、水性塗料の密度は、以下にて詳細に説明する通り、第１フィラー４の密度よりも大きく、第２フィラー５の密度よりも小さいことが好ましい。

［第１フィラー４］
第１フィラー４は、以下の実施例において、さらに具体的に説明するが、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物であって、第１フィラーの比表面積が、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であり、フィラー表面に疎水基を有する粒子である。第１フィラーとして、粒径が０．６μｍ以上１０μｍ以下の粒子を用いることが好ましい。さらに、第１フィラーとして、遠赤外線放射率が０．８以上であるものが好ましい。以下、第１フィラー４について、さらに詳しく説明する。

＜第１フィラー４の遠赤外線放射率＞
遠赤外線放射率とは、もっとも理想状態に近い黒体放射の値を１とした場合、この理想状態に対する値を０〜１の範囲内で示した割合である。

遠赤外線放射率は、構造体１の表面近くに存在し得る第１フィラー４だけでなく、水性塗料３にも影響を受ける可能性がある。一般に、樹脂の遠赤外線放射率は、０．６以上０．８以下である。したがって、第１フィラー４の遠赤外線放射率は、水性塗料３の値よりも大きく、０．８以上であることが好ましく、０．９以上であることがより好ましい。０．８よりも小さい場合、水性塗料３の遠赤外線放射率の影響を受ける場合もあるため、構造体１の遠赤外線放射率は０．９よりも小さくなる場合があり、熱放射の効率が不十分となる場合がある。

＜第１フィラー４の種類＞
構造体１の遠赤外線放射率を好ましくは０．９以上、より好ましくは０．９５以上にすることを目的として、本発明では、第１フィラー４として、基本的には、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物を用いる。第１フィラー４は、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素のうち少なくとも２つの成分を含むことで、これらの成分に起因する遠赤外線放射率のピークが重なり得る。そのため、電子部品の熱移動に寄与する波長域である５μｍ〜２０μｍの遠赤外線放射率の平均値が０．９以上となり得る。

好ましくは、マグネシウムケイ酸塩であるタルクやコージェライト、マグネシウム−アルミニウム系炭酸塩であるハイドロタルサイト、アルミノケイ酸塩であるゼオライトやベントナイトなどを使用することが望ましい。

＜第１フィラー４の密度＞
第１フィラー４の密度は、例えば０．０９ｇ／ｍｌ〜０．３０ｇ／ｍｌ、好ましくは０．２５ｇ／ｍｌ〜０．３０ｇ／ｍｌである。ここで、第１フィラー４の密度とは、第１フィラー４を構成する物質内部の細孔の体積も含めた密度、すなわち「かさ密度」を示す。
構造体１が傾斜構造を有するためには、第１フィラー４の密度は、水性塗料３の密度よりも小さくすることが好ましい。このようにすることで、第１フィラー４は、構造体１の表面に存在しやすくなり（図１）、構造体１の表面からの熱放射による放熱が可能となる。

＜第１フィラー４の粒径＞
第１フィラー４の粒径は、例えば０．６μｍ以上１０μｍ以下の範囲内であり、好ましくは８μｍ以上１０μｍ以下の範囲内である。第１フィラー４の粒径が０．６μｍよりも小さい場合、第１フィラーが、第２フィラー５の粒子と粒子との間に存在するようになり、構造体１は、傾斜構造をとることができず、熱放射の効率が不十分となる場合がある。一方、第１フィラー４の粒径が１０μｍよりも大きい場合、第１フィラー４と第２フィラー５との間での粒径の差が小さくなり、構造体１の表面にも第２フィラーが存在するようになり、構造体１において傾斜構造を簡便に形成することが難しくなり、熱放射の効率が不十分となる場合がある。

＜第１フィラー４の比表面積＞
第１フィラー４の比表面積は、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下の範囲内であり、好ましくは７ｍ^２／ｇ以上１０ｍ^２／ｇ以下の範囲内である。また、同じ粒径でも細孔が多く存在するフィラーであれば、比表面積は大きくなり、その密度は小さくなる。そのため、第１フィラーは、構造体１を形成する際に構造体１の表面に存在しやすくなる。

第１フィラー４の比表面積が７ｍ^２／ｇよりも小さい場合には、第１フィラー４と第２フィラー５との間での密度の差が小さくなり、構造体１を形成する際、構造体１の表面に第１フィラー４が存在する量が小さくなって、熱放射の効率が不十分となる場合がある。

第１フィラー４の比表面積が５０ｍ^２／ｇよりも大きい場合には、その密度が小さくなり、材料の混練時に第１フィラー４が水性塗料３の全体に分散し、構造体１において簡便に傾斜構造を形成することが難しくなり、熱放射の効率が不十分となる場合がある。

＜第１フィラー４の表面処理＞
第１フィラー４は、その表面に疎水基（疎水性のある官能基）を有する。第１フィラー４の表面が、かかる疎水基により疎水性を有することによって、構造体１の表面には、より多くの第１フィラー４を存在させることができる。ここで、第１フィラー４は、上述のアルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物を含むため、元々その表面には水酸基が存在して親水性である。そこで、このような水酸基を表面処理剤で処理することによって、第１フィラー４の表面に疎水基を形成し、第１フィラー４の表面を疎水性とすることができる。

表面処理剤としては、例えば、脂肪酸エステル型非イオン性界面活性剤やシランカップリング剤などが挙げられる。第１フィラーの表面に形成され得る疎水基としては、例えば、ステアリン酸などの脂肪酸に由来する炭素数１０〜３０の長鎖脂肪酸基を含む基や、ビニル基、グリシドキシプロピル基、メタクリロキシプロピル基などの炭素数２〜１０の有機官能基と、メトキシ基、エトキシ基などの炭素数１〜６のアルコキシ基との２つの官能基を含むものなどが挙げられる。

［第２フィラー５］
以下の実施例において、さらに詳しく説明するが、第２フィラー５は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものである。また、その粒径は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であり、１０μｍ〜２５μｍの範囲内であることが好ましい。

＜第２フィラー５の粒径＞
第２フィラー５の粒径が、１０μｍよりも小さい場合、第１フィラー４と第２フィラー４との間において粒径の差が小さくなり、構造体１の表面にも第２フィラーが存在し、傾斜構造をとることが難しくなり、熱放射の効率が不十分となる場合がある。一方、１００μｍよりも大きい場合、第２フィラー５の粒子間に隙間ができる恐れがあり、構造体１の塗膜内での熱伝導が不十分となる場合がある。

＜第２フィラー５の密度＞
構造体１が傾斜構造を有するためには、第２フィラー５の密度を水性塗料３の密度と比べて大きくすることが好ましい。そうすることで、第２フィラー５は、発熱デバイス６に近い構造体１の底面に存在しやすくなり（図１）、発熱デバイス６の熱を効率良く構造体１へと拡散することができる。ここで、第２フィラー５の密度は、例えば１．１g／ｍl〜３g／ｍl、好ましくは１．１g／ｍl〜２．６g／ｍlである。

＜第２フィラー５の熱伝導率＞
第２フィラー５の熱伝導率は、例えば３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、その上限に特に制限はない。第２フィラー５の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さい場合には、構造体１において、発熱デバイス６で発生した熱の拡散を効率良く行うことができない場合がある。

＜第２フィラー５の種類＞
第２フィラー５を構成する材料は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものであれば特に制限はないが、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などが挙げられる。

＜第１、第２フィラーの配合比＞
第１フィラーと第２フィラーとの配合比（第１フィラー：第２フィラー）に特に制限はなく、重量を基準として、例えば、１：１〜１：２．５、好ましくは１：１〜１：２である。また、体積を基準とすると、１：０．１１〜１：１、好ましくは１：０．１１〜１：０．７５である。配合比が上記の範囲内であると、上述の傾斜構造を簡便に形成することができる。

・電子部品
本発明の実施の形態において、電子部品２は、少なくとも上述の構造体１と、任意の発熱デバイス６（又は発熱体）とを含み、それらが互いに接触し得るものである。電子部品２の構造体１において、無機フィラーのうち、第２フィラー５が発熱デバイス６と接触していることが好ましい。発熱デバイス６は、発熱するものである限り、特に制限はないが、例えば、パワーモジュールやＬＥＤ素子などが挙げられる。

・電子機器
本発明の実施の形態において、電子機器とは、少なくとも上述の電子部品２を含むものであれば、特に制限はなく、例えば、スマートフォン、タブレット端末、照明機器、産業機器の制御ユニットなどが挙げられる。

例えば、図５は、構造体１と、発熱体１２と、基板１３と、タブレット筐体１４とから構成され得る本発明の実施の形態の電子機器を示す。このように、本発明では、ファンやヒートシンクを設置することができない小型で軽量で薄型の電子機器の放熱用途に適用することができる。

以下、実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜８および比較例１〜７）
実施例１〜８および比較例１〜７の構造体の作製において使用した水性塗料および無機フィラーの含有量などについての各種条件を以下の表１〜４に示す。また、表１〜４には、実施例、比較例で得られた構造体の放熱特性を示すが、かかる放熱特性については、以下にて詳細に説明する通りである。

表１〜４において、フィラーの含有量（重量％および体積％）は、水性塗料３を塗膜にした後の構造体１（乾燥／硬化後の構造体１）を基準とした値であり、これらは、塗膜を作製するための水性塗料３への配合量を示すものではない。

まず、構造体１の放熱特性を評価するために、表１〜４に示す条件に従って、図２に示す構造体１を含む放熱性評価素子７を作製した。放熱性評価素子７は、構造体１と金属基板８とから構成され得るものである。

＜構造体１＞
構造体１の製造方法を例示として実施例１で説明する。
第１フィラー４として、粒径８μｍ、比表面積７．０ｍ^２／ｇ、密度０．２５g／ｍlのタルク(日本タルク製、ＭＩＣＲＯ ＡＣＥ Ｋ−１)を使用し、第２フィラー５として、粒径１４μｍ、比表面積１．０ｍ^２／ｇ、密度１．１０ｇ／ｍlのアルミナ（アドマテックス製、Ａ９−Ｃ１）を使用し、水性塗料３として、密度１．０４ｇ／ｍlの水性シロキサン−アクリル樹脂セラネート（ＤＩＣ製、ＷＳＡ−１０７０）を使用した。
第１フィラー４のフィラー表面に表面改質剤（花王製、レオドールＳＰ−Ｏ３０Ｖ）をフィラーに対して０．５重量％の量で添加して乳鉢内で混練した。
水性塗料３を２９．８重量部、０．１重量部の表面改質剤で処理を行った第１フィラー４を１７．６重量部（第１フィラー４：１７．５重量部、表面改質剤：０．１重量部）、第２フィラー５を１７．５重量部の量で混合し、塗膜形成後のフィラーの含有量が７０重量％となるように混合液を作製した。このとき、水性塗料３のうち５０重量％に相当する１４．９重量部は、水性塗料３の溶剤である水で構成されており、かかる溶剤は、塗膜硬化工程で揮発する。
次に、メタルマスクとスキージを用いて、金属基板８（６０ｍｍ×６０ｍｍ×１ｍｍ）に上記の混合液を膜厚６０μｍで塗布し、８０℃２０分で硬化させて、構造体１を作製した。このとき、塗布後の構造体１の膜厚は、水性塗料３の溶剤である水が揮発して５０μｍとなる。このような手順によって、放熱性評価素子７を作製した。
第１フィラー４および第２フィラー５の濃度は、構造体１の厚さ方向に沿って徐々に変化したため、構造体１は傾斜構造を有し、構造体１の表面には第１フィラー４が多く存在し、第１フィラー４の一部は水性塗料３よりも突出していた。また、第２フィラー５は、金属基板８に近い部分に多く存在しており、第２フィラー５の一部は、金属基板８の表面に接していた。

＜放熱性評価ジグ＞
構造体１の放熱特性を評価するために、上記で作製した放熱性評価素子７を用いて、図３に示す放熱性評価ジグを作製した。図３は、放熱性評価ジグの断面図である。放熱性評価ジグは、放熱性評価素子７と、ヒーター９と、熱放射吸収部１０とからなる。放熱性評価素子７は、上記の方法に従って、金属基板８に構造体１を形成したものである。

金属基板８として、アルミニウム基板を用意した。放熱性評価素子７の裏面（構造体１が形成された面とは反対側の面）に、熱電対埋込式のヒーター９として、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１０ｍｍのヒーターをシリコーン放熱グリースにより接着させて搭載した。

一方、熱放射吸収部１０は、放熱性評価素子７と、水冷ヒートシンク１１とからなる。熱放射吸収部１０は、放熱性評価素子７の裏面（構造体１が形成された面とは反対側の面）に、６０ｍｍ×６０ｍｍ×１０ｍｍの水冷ヒートシンク１１をシリコーン放熱グリースにより接着させて作製した。水冷ヒートシンク１１にチラーを装着し、２５℃の水を循環させることにより、熱放射吸収部１０の温度は、常時、２５℃で一定とした。

（実施例１〜８）
上記で説明した手順および表１〜４に示す条件で、構造体１を含む放熱性評価素子７、放熱性評価ジグを作製した。

（比較例１）
比較例１については、構造体１を作製することなく、図４の断面図に示す放熱性評価ジグを作製した。従って、図４に示す放熱性評価ジグは、図３に示す放熱性評価ジグにおいて、構造体１を含まないものである。図４に示す放熱性評価ジグは、金属基板８と、ヒーター９と、水冷ヒートシンク１１とからなる。これらの部材は、図３に示す態様と同様の部材を使用した。

（比較例２）
比較例２については、第１フィラー４に関して、表面改質剤による表面処理は行わず、水性塗料３、第１フィラー４、第２フィラー５を表１の条件で混合し、その後、上記で説明した手順で、放熱性評価素子７、図３に示す放熱性評価ジグを作製した。

（比較例３〜７）
比較例３〜７に係る構造体１の作製は、実施例１と同じ工程で、上記の手順および表２〜４の条件で行い、図３に示す放熱性評価ジグを作製した。

実施例および比較例で作製した構造体を含む放熱性評価素子に関して、放熱特性として、熱放射性および昇温抑制性を評価するために、それぞれ遠赤外線放射率および昇温抑制温度変化の測定を行った。各評価方法は、以下の通りである。

＜遠赤外線放射率測定＞
比較例１を除いて、実施例および比較例で作製した構造体１を含む放熱性評価素子７に簡易型放射率測定装置（品番：ＴＳＳ−５Ｘ、ジャパンセンサー製）を用いて、各サンプルの遠赤外線放射率を測定した。ここで、遠赤外線放射率は、波長域２μｍ〜２２μｍでの分光遠赤外線放射率を平均化した値である。

サンプルの遠赤外線放射率が０．９以上を満たすものを○とし、満たさないものを×として判定し、結果を以下の表１〜４に示した。

＜昇温抑制温度変化測定＞
実施例および比較例で作製した構造体１を含む放熱性評価素子７を含む放熱性評価ジグを２５℃に保った恒温槽に設置し、無風状態で、ヒーター９に電流を流した。
電圧を上げていき、構造体１を含まない比較例１の放熱性評価ジグで測定されたヒーターの温度（１２７℃）と、実施例１〜８および比較例２〜７で作製した構造体１を含む放熱性評価ジグのヒーター９の温度との差ΔＴを、以下の式１で求めた。

ΔＴ＝［（１２７℃）−（ヒーター９の温度）］・・・・（式１）

例えば、実施例１において作製された構造体１を金属基板８に形成することで、実施例１において、温度差（ΔＴ）は、７℃となった（表１）。

ここで、昇温抑制率は、以下の式２で示すことができる。
昇温抑制率（％）＝ΔＴ／１２７×１００ ・・・・（式２）

一般に水性塗料を用いた放熱塗料の多くが昇温抑制率５％前後であることから、昇温抑制率が、３％より小さいものを×とし、３％以上５％未満のものを△とし、５％以上のものを○として判定した。

昇温抑制率は、大きいほうが好ましいが、３％以上を合格とした。また、用途にもよるが、昇温抑制率が３％よりも小さい場合、ペースト塗布等のコストを考慮すると、有効な手段とはいえない。

＜放熱特性の総合判定＞
放熱特性の総合判定として、遠赤外線放射率および昇温抑制温度変化の測定において、両方が○である場合は◎と判定した。いずれか一方が×である場合は×と判定した。それ以外は○と判定した。

表１では、第１フィラー４の表面処理の有無（すなわち、疎水基の有無）について、評価を行った。

＜表１の考察＞
＜第１フィラー４の表面処理について＞
実施例１と、比較例２とを比較すると、実施例１では、第１フィラー４の表面を疎水性になるように処理することで、構造体１の塗膜内で、水性塗料３に対して、第１フィラー４は、疎水基を有することから浮きやすくなり、構造体１の表面に第１フィラー４が多く存在する構造を形成することができた。
結果、第１フィラー４を表面処理剤にて処理することが好ましいことがわかった。

＜第１フィラー４、第２フィラー５の密度について＞
実施例１において、水性塗料３の密度が１．０４ｇ／ｍｌであるのに対して、第１フィラー４の密度は、０．２５ｇ／ｍｌであり、第２フィラー５の密度は、１．１０ｇ／ｍｌであり、第１フィラー４は、水性塗料３に対して浮きやすく、第２フィラー５は、水性塗料３に対して沈みやすくなり、構造体１は、傾斜構造をとることができた。
結果、構造体１が傾斜構造を有するためには、水性塗料３に対して、第１フィラー４の密度を小さくし、第２フィラー５の密度を大きくすることが好ましいことがわかった。

表２では、第２フィラー５として、実施例１と同様に粒径が１４μｍのアルミナを使用した。第１フィラー４として、粒径、密度、比表面積が異なるタルクを用いて、放熱特性の評価を行った。なお、実施例２〜５および比較例３〜４では、それぞれ、第１フィラー４の表面が疎水性となるよう表面処理を行った。

＜表２の考察＞
＜第１フィラー４の粒径、密度および比表面積について＞
実施例２〜５と、比較例３とを比較する。比較例３で使用した第１フィラーのタルクでは、粒径が１５μｍであり、比表面積が４．０ｍ^２／ｇであり、密度が０．３５ｇ／ｍｌであった。比較例３において、第１フィラーの密度が大きくなることで構造体１の表面にも第２フィラーが存在するようになり、構造体１は傾斜構造をとることができず、熱放射性は低下した。

実施例２〜５と、比較例４とを比較する。比較例４で使用した第１フィラーのタルクでは、粒径が０．１μｍであり、比表面積が１００ｍ^２／ｇであり、密度が０．０５ｇ／ｍｌであった。比較例４では、第２フィラー５の粒子と粒子との間にも第１フィラー４の粒子が存在するようになり、構造体１は傾斜構造をとることができず、熱放射性は低下した。

また、実施例２〜５の結果から、第１フィラー４の粒径は０．６μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、比表面積が７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であることが好ましいことがわかった。

＜無機フィラーの含有量について＞
実施例２〜５と、比較例３を比較する。比較例３では、無機フィラーの含有量は、６３．４体積％であり、フィラー同士が接触して存在することができず、塗膜内での熱伝達率が小さくなり、構造体１の表面での熱放射性は低下した。

実施例２〜５と、比較例４を比較する。比較例４では無機フィラーの含有量は９１．０体積％であり、水性塗料の含有量が少なく、塗布する対象物との密着性が悪くなり、取扱い性が悪くなる。

また、実施例２〜５の結果から、フィラー含有量は、６６．３体積％以上８５．２体積％以下が好ましいことがわかった。

表３では、第１フィラー４として実施例１と同様に粒径が８μｍ、比表面積が７ｍ^２／ｇのタルクを使用した。第２フィラー５として、熱伝導率の異なるフィラーを使用して、放熱特性の評価を行った。

＜表３の考察＞
＜第２フィラー５の熱伝導率について＞
実施例１、６、７と、比較例５とを比較する。比較例５では、第２フィラー５として熱伝導率が５Ｗ／ｍ・Ｋである酸化亜鉛（ＺｎＯ）を使用した。比較例５では、構造体１の塗膜内で、金属基板８から発生した熱の拡散が効率良く行われず、熱放射性が低下した。
また、実施例１、６、７結果から、第２フィラー５の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましいことがわかった。

表４では、第１フィラー４として、実施例１と同様に粒径が８μｍであり、比表面積が７ｍ^２／ｇであるタルクを使用した。第２フィラー５として、粒径の異なるアルミナを用いて放熱特性の評価を行った。

＜表４の考察＞
＜第２フィラー５の粒径について＞
実施例１、８と、比較例６を比較する。比較例６では、第２フィラー５として、粒径が５μｍであるアルミナを使用していたので、構造体１の表面にも第２フィラーが存在し、傾斜構造をとることができず、熱放射性は低下した。
実施例１、８と、比較例７とを比較する。比較例７では、第２フィラー５として、粒径３００μｍであるアルミナを使用していたので、第２フィラー５の粒子と粒子との間に隙間ができ、構造体１の塗膜内での熱伝導性が不十分となり、昇温抑制性は低下した。
なお、表３に示す実施例６および実施例７では、第２フィラー５として、それぞれ粒径が１０μｍである窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）を使用しており、熱放射性、昇温抑制性ともに優れていることを示す。
さらに表４に示す実施例１、８の結果から、第２フィラー５は、粒径が１０μｍ以上１００μｍ以下である粒子を使用することが好ましいこともわかった。

＜全体のまとめ＞
以上、説明したように、本発明の構造体は、水性塗料に無機フィラーを配合して構成され、無機フィラーが第１フィラーと第２フィラーとを含む。第１フィラーは、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物であって、第１フィラーの比表面積は、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であり、フィラー表面に疎水基を有するものである。また、第２フィラーは、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものである。本発明の構造体は、特に傾斜構造（例えば図１）を有することが好ましく、第１フィラーおよび第２フィラーは、それぞれ構造体の厚さ方向に濃度の勾配を有することを特徴とする。
このような傾斜構造により、優れた放熱特性、特に極めて高い遠赤外線放射率を有し得、かつ取り扱い性に優れた放熱性の構造体を提供することができる（実施例１〜８）。
また、本発明の構造体は、発熱体（又は発熱デバイス）からの熱を熱放射により外部へと効率よく放射することができ、温度上昇を抑制することができる。

本発明の構造体は、発熱体の放熱に利用することができ、特に発熱体を含む電子部品、かかる電子部品を含むスマートフォンやタブレット端末などの電子機器において有用である。

１ 構造体
２ 電子部品
３ 水性塗料
４ 第１フィラー
５ 第２フィラー
６ 発熱デバイス
７ 放熱性評価素子
８ 金属基板
９ ヒーター
１０ 熱放射吸収部
１１ 水冷ヒートシンク
１２ 発熱体
１３ 基板
１４ タブレット筐体
１５ 放熱材
１６ 発熱体
１７ シート材料Ａ
１８ シート材料Ｂ
１９ シート材料Ｃ
２０ ジメチルシリコーン
２１ コージライト粉粒体
２２ 銅粉

Claims (6)

1. 無機フィラーを含む水性塗料から構成される構造体であって、
   前記無機フィラーは、第１フィラーと第２フィラーとを含み、
   前記第１フィラーは、アルミニウム、マグネシウムおよびケイ素からなる群から選択される元素を少なくとも２つ含む酸化物であって、前記第１フィラーの比表面積は、７ｍ^２／ｇ以上５０ｍ^２／ｇ以下であり、フィラー表面に疎水基を有し、
   前記第２フィラーは、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものである、
   構造体。
2. 前記構造体は、膜状の形状を有し、前記第１フィラーおよび前記第２フィラーが、それぞれ膜の厚さ方向に濃度の勾配を有する、請求項１に記載の構造体。
3. 前記第１フィラーの粒径は、０．６μｍ以上１０μｍ以下であり、前記第２フィラーの粒径は、１０μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１または２に記載の構造体。
4. 前記構造体における前記無機フィラーの含有量は、前記構造体の全体積を基準として、６６．３体積％以上８５．２体積％以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造体を含む電子部品。
6. 請求項５に記載の電子部品を含む電子機器。

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