JP2020135952A - 放熱構造体およびそれを備えるバッテリー - Google Patents

Abstract

【課題】熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量で、弾性変形性に富み、放熱効率に優れ、かつ複数の熱源各々における放熱性の均一化を高めることが可能な放熱構造体、および当該放熱構造体を備えるバッテリーを提供する。【解決手段】本発明は、熱源２０からの放熱を高めるための複数本の放熱部材２８を放熱部材２８の幅方向に並べて連結した放熱構造体２５であって、放熱部材２８は、熱源２０からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０の裏面に備えられ、熱伝導シート３０に比べて熱源２０の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材３１と、を備え、高さの異なる複数種の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを備える放熱構造体２５、およびそれを備えるバッテリー１に関する。【選択図】図１

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、あるいは冷却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）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）等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、冷却ファンの配置は、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よ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、電気自動車の普及が進んでいる。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が必要となる。特に、リチウム系の自動車用バッテリーの充放電機能を高めるための技術開発が重要である。上記自動車バッテリーは、摂氏６０度以上の高温下では充放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。このような構造のバッテリーでは、バッテリーセルは、ゴムシートを通じて筐体に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。

特開２００８−２４３９９９

しかし、上述のような従来のバッテリーにおいて、ゴムシートは、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、バッテリーセルから筐体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が、複数のバッテリーセルの下面が平らではなく段差を有することから、バッテリーセルとスペーサとの間に隙間が生じ、伝熱効率が低下する。かかる一例にもみられるように、バッテリーセルは種々の形態（段差等の凹凸あるいは非平滑の表面状態を含む）をとり得ることから、バッテリーセルの種々の形態に順応可能であって高い伝熱効率を実現することの要望が高まっている。また、高い伝熱効率を実現するためには、多数のバッテリーセルの温度が均一となるように、多数のバッテリーセル各々から均一に放熱させることが望ましい。さらには、バッテリーセルの容器の材質をより軽量で弾性変形することが要望されており、バッテリーセルの軽量化やバッテリーセルを除去したときに元の形状に近い形状に戻る放熱構造体が望まれている。これは、バッテリーセルのみならず、回路基板、電子部品あるいは電子機器本体のような他の熱源にも通じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱源の表面形態に順応可能であって、軽量で、弾性変形性に富み、放熱効率に優れ、かつ複数の熱源各々における放熱性の均一化を高めることが可能な放熱構造体、および当該放熱構造体を備える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、熱源からの放熱を高めるための複数本の放熱部材を前記放熱部材の幅方向に並べて連結した放熱構造体であって、前記放熱部材は、前記熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、前記熱伝導シートの裏面に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材とを備え、高さの異なる複数種の前記放熱部材を備える。
（２）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記放熱部材に、前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路を、さらに備える。
（３）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記クッション部材は、前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している。
（４））別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である。
（５）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、複数本の前記放熱部材を前記幅方向に並べた状態で連結する連結部材を備え、前記連結部材は糸で構成される。
（６）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記連結部材は、前記放熱部材同士の間に、撚りが加えられた撚り部を備える。
（７）別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する熱源から当該表面への熱伝導性を高めるための熱伝導性オイルを有する。
（８）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。
（９）また、一実施形態に係るバッテリーは、冷却機能を有する筐体内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、上述のいずれかの放熱構造体を備え、前記バッテリーセルと前記筐体との隙間の高さに対応して、高さの異なる複数種の前記放熱部材を配置している。
（１０）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、前記放熱構造体は、高さの揃った同種の前記放熱部材を複数本集合させて連結しており、その隣に、より高さの大きな別の種類の前記放熱部材を複数本集合させて連結している。

本発明によれば、熱源の表面形態に順応可能であって、軽量で、弾性変形性に富み、放熱効率に優れ、かつ複数の熱源各々における放熱性の均一化を高めることが可能な放熱構造体、および当該放熱構造体を備える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の斜視図を示す。 図２は、図１の放熱構造体の一部の平面図を示す。 図３は、図２の放熱構造体の一部のＡ−Ａ線断面図、当該断面図中の領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄの各拡大図をそれぞれ示す。 図４は、図１の放熱構造体の製造方法の一部を説明するための図を示す。 図５は、この実施形態に係るバッテリーを、放熱構造体の高さ方向（Ｚ方向）に切断した断面図および当該断面図中の領域Ｅの拡大図をそれぞれ示す。 図６は、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体を構成する放熱部材の製造方法の一部を示す。 図７は、放熱構造体の上にバッテリーセルの側面を接触させるように横置きする状況および横置き後にバッテリーセルを充電若しくは放電したときの状況の一部断面図をそれぞれ示す。

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の斜視図を示す。図２は、図１の放熱構造体の一部の平面図を示す。図３は、図２の放熱構造体の一部のＡ−Ａ線断面図、当該断面図中の領域Ｂ，領域Ｃ，領域Ｄの各拡大図をそれぞれ示す。

１．放熱構造体
放熱構造体２５は、熱源からの放熱を高めるための複数本の放熱部材２８を、放熱部材２８の幅方向（図１のＸ方向）に並べて連結した構造体である。各放熱部材２８は、熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０の裏面に備えられ、熱伝導シート３０に比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材３１と、を備える。ここで、「裏面」とは、熱伝導シート３０を巻回したときの裏面を意味する。放熱部材２８は、高さ（図１のＺ方向の長さ）の異なる３種の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを備える。放熱部材２８ａは、放熱部材２８の中で最も高さの大きな部材である。放熱部材２８ｂは、放熱部材２８の中で、放熱部材２８ａの次に高さの大きな部材である。放熱部材２８ｃは、放熱部材２８の中で最も高さの小さな部材である。この実施形態では、各放熱部材２８は、略円筒形状の部材である。このため、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの高さと、幅（図１のＸ方向の長さ）とは等しい。放熱部材２８ａの長さ方向の端面の直径をＤ１、放熱部材２８ｂの長さ方向の端面の直径をＤ２、放熱部材２８ｃの長さ方向の端面の直径をＤ３とする。この場合、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３の関係が成り立つ（図２を参照）。

放熱構造体２５は、好ましくは、放熱部材２８に、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向（図１のＹ方向）に貫通する貫通路３２を、さらに備える。貫通路３２は、放熱構造体２５をその厚さ方向（図１のＺ方向）から圧縮した際に、放熱部材２８の変形を容易にするのに寄与する。ただし、貫通路３２は、必須ではなく、クッション部材３１に備えていなくとも良い。放熱構造体２５は、好ましくは、複数本の放熱部材２８を幅方向に並べた状態で連結する連結部材３５を備える。連結部材３５は、好ましくは、糸で構成される。この実施形態では、連結部材３５は、好ましくは、放熱部材２８同士の間に、撚りが加えられた撚り部３７を備える。

放熱部材２８ａ同士の隙間Ｗ１は、放熱部材２８ａがＺ方向に圧縮を受けた際に幅方向（Ｘ方向）に突出変形できるような大きさである。放熱部材２８ｂ同士の隙間Ｗ２も、放熱部材２８ｂがＺ方向に圧縮を受けた際に幅方向（Ｘ方向）に突出変形できるような大きさである。同様に、放熱部材２８ｃ同士の隙間Ｗ３も、放熱部材２８ｃがＺ方向に圧縮を受けた際に幅方向（Ｘ方向）に突出変形できるような大きさである。このため、好ましくは、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３が成立する。以下、放熱構造体２５を構成する熱伝導シート３０、クッション部材３１、連結部材３５、その他について詳述する。

（１）熱伝導シート
熱伝導シート３０は、好ましくは炭素を含む、より好ましくは炭素を９０質量％以上含むシートであり、さらにより好ましくは炭素フィラーと樹脂とを含むシートである。樹脂を合成繊維とすることもでき、その場合には、好適に、アラミド繊維を用いることもできる。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、膨張黒鉛、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）から成る如何なる構造のものも含むように広義に解釈される。熱伝導シート３０は、この実施形態では、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とすることができる。熱伝導シート３０は、メッシュ状に編んだカーボンファイバーであっても良く、さらには混紡してあっても混編みしてあっても良い。なお、グラファイト繊維、カーボン粒子あるいはカーボンファイバーといった各種フィラーも、すべて、炭素フィラーの概念に含まれる。

熱伝導シート３０に樹脂を含む場合には、当該樹脂が熱伝導シート３０の全質量に対して５０質量％を超えていても、あるいは５０質量％以下であっても良い。すなわち、熱伝導シート３０は、熱伝導に大きな支障が無い限り、樹脂を主材とするか否かを問わない。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）、芳香族ポリアミド（アラミド繊維）等を好適に挙げることができる。樹脂は、熱伝導シート３０の成形前の状態において、炭素フィラーの隙間に、例えば粒子状あるいは繊維状に分散している。熱伝導シート３０は、炭素フィラー、樹脂の他、熱伝導をより高めるためのフィラーとして、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３あるいはダイヤモンドを分散していても良い。また、樹脂に代えて、樹脂よりも柔軟なエラストマーを用いても良い。熱伝導シート３０は、また、上述のような炭素に代えて若しくは炭素と共に、金属および／またはセラミックスを含むシートとすることができる。金属としては、アルミニウム、銅、それらの内の少なくとも１つを含む合金などの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。また、セラミックスとしては、ＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３などの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。

熱伝導シート３０は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート３０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、熱伝導シート３０は、好ましくは、グラファイト、アルミニウム、アルミニウム合金、銅あるいはステンレススチールの帯状の板であり、熱伝導性と導電性に優れる材料から成る。熱伝導シート３０は、湾曲性（若しくは屈曲性）に優れるシートであるのが好ましく、その厚さに制約はないが、０．０２〜３ｍｍが好ましく、０．０３〜０．５ｍｍがより好ましい。ただし、熱伝導シート３０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）クッション部材
クッション部材３１の重要な機能は、変形容易性と回復力である。回復力は、弾性変形性による。変形容易性は、放熱部材２８と接する熱源の形状に追従するために必要な特性であり、特にリチウムイオンバッテリーなどの半固形物、液体的性状も持つ内容物などを変形しやすいパッケージに収めてあるようなバッテリーセルの場合には、設計寸法的にも不定形または寸法精度があげられない場合が多い。このため、クッション部材３１の変形容易性や追従力を保持するための回復力の保持は重要である。

クッション部材３１は、この実施形態では貫通路３２を備える筒状クッション部材である。クッション部材３１は、熱源の下端部が平坦でない場合でも、熱伝導シート３０と当該下端部との接触を良好にする。さらに、貫通路３２は、クッション部材３１の変形を容易にし、加えて放熱構造体２５の軽量化に寄与し、また、熱伝導シート３０と熱源の下端部との接触を高める機能を有する。クッション部材３１は、放熱構造体２５の高さ方向両側の部材の間にあってクッション性を発揮させる機能の他に、熱伝導シート３０に加わる荷重によって熱伝導シート３０が破損等しないようにする保護部材としての機能も有する。この実施形態では、クッション部材３１は、熱伝導シート３０に比べて低熱伝導性の部材である。なお、この実施形態では、貫通路３２は、断面円形状に形成されているが、貫通路３２の断面形状は円に限定されず、例えば、多角形、楕円形、半円形、頂点が丸みを帯びた略多角形等であっても良い。また、貫通路３２は、例えば、断面円形状が上下または左右に２つに分割された２つの断面半円形状の貫通路等、複数の貫通路から構成されていても良い。

クッション部材３１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。クッション部材３１は、熱伝導シート３０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、クッション部材３１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。クッション部材３１は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中にＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、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。クッション部材３１は、その内部に気泡を含むものの他、気泡を含まないものでも良い。例えば、クッション部材３１は、多孔を有するスポンジ状のもの、あるいは孔を含まないソリッド状のものでも良い。「クッション部材」は、柔軟性に富み、熱源の表面に密着可能に弾性変形可能な部材を意味し、かかる意味では「ゴム状弾性体」と読み替えることもできる。さらに、クッション部材３１の変形例としては、上記ゴム状弾性体ではなく、金属を用いて構成することもできる。例えば、クッション部材は、バネ鋼で構成することも可能である。さらに、クッション部材として、コイルバネを配置することも可能である。また、スパイラル状に巻いた金属をバネ鋼にしてクッション部材として熱伝導シート３０の裏面に配置しても良い。

（３）連結部材
連結部材３５は、例えば、糸やゴム等、少なくとも複数の放熱部材２８の間に位置する部分が変形自在な材料で構成された部材である。本実施形態において、連結部材３５は、糸で構成されることが好ましく、熱源からの放熱による温度上昇に耐え得る糸であることがより好ましい。より具体的には、連結部材３５は、１２０℃程度の高温に耐え得る糸であって、天然繊維、合成繊維、カーボン繊維、金属繊維等の繊維からなる撚糸で構成されることが好ましい。また、連結部材３５は、好ましくは、複数の放熱部材２８の間に、撚りが加えられた撚り部３７を備える（図２を参照）。放熱構造体２５は、放熱部材２８が熱源により圧縮され扁平した形態となっても、放熱部材２８の変形に追従して連結部材３５が撓むため、熱源の表面に追従・密着することができる。また、放熱構造体２５は、複数の放熱部材２８の間に撚り部３７を備えることにより、熱源の表面への追従・密着性をより高めることができる。放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、撚り部３７で挟まれた空間内にて移動あるいは変形が可能である。なお、連結部材３５は、必ずしも、撚り部３７を有していなくても良い。

（４）その他
熱伝導性オイル
熱伝導シート３０は、好ましくは、その表面、少なくとも熱源と接触する面に、熱伝導性オイルを備える。本願において、熱伝導性オイルの「オイル」は、非水溶性の常温（２０〜２５℃の範囲の任意の温度）で液状若しくは半固形状の可燃物質をいう。「オイル」という文言に代え、「グリース」あるいは「ワックス」を用いることもできる。熱伝導性オイルは、熱源から熱伝導シート３０に熱を伝える際に熱伝導の障害にならない性質のオイルである。熱伝導性オイルには、炭化水素系のオイル、シリコーンオイルを用いることができる。熱伝導性オイルは、好ましくは、シリコーンオイルと、シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。熱伝導シート３０は、微視的に、隙間（孔あるいは凹部）を有する。通常、当該隙間には空気が存在し、熱伝導性に悪影響を及ぼす可能性が有る。熱伝導性オイルは、その隙間を埋めて、空気に代わって存在することになり、熱伝導シート３０の熱伝導性を向上させる機能を有する。

シリコーンオイルは、好ましくは、シロキサン結合が２０００以下の直鎖構造の分子から成る。シリコーンオイルは、ストレートシリコーンオイルと、変性シリコーンオイルとに大別される。ストレートシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイルを例示できる。変性シリコーンオイルとしては、反応性シリコーンオイル、非反応性シリコーンオイルを例示できる。反応性シリコーンオイルは、例えば、アミノ変性タイプ、エポキシ変性タイプ、カルボキシ変性タイプ、カルビノール変性タイプ、メタクリル変性タイプ、メルカプト変性タイプ、フェノール変性タイプ等の各種シリコーンオイルを含む。非反応性シリコーンオイルは、ポリエーテル変性タイプ、メチルスチリル変性タイプ、アルキル変性タイプ、高級脂肪酸エステル変性タイプ、親水性特殊変性タイプ、高級脂肪酸含有タイプ、フッ素変性タイプ等の各種シリコーンオイルを含む。シリコーンオイルは、耐熱性、耐寒性、粘度安定性、熱伝導性に優れたオイルであるため、熱伝導シート３０の表面に塗布して、熱源と熱伝導シート３０との間に介在させる熱伝導性オイルとして特に好適である。

熱伝導性オイルは、好ましくは、油分以外に、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーを含む。金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ベリリウム、タングステンなどを例示できる。セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、キュービック窒化ホウ素、ヘキサゴナル窒化ホウ素などを例示できる。炭素としては、ダイヤモンド、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、アモルファスカーボン、カーボンナノチューブなどを例示できる。

熱伝導性オイルは、より好ましくは、熱伝導シート３０の外表面全体に存在する。ただし、熱伝導性オイルは、熱伝導シート３０の一部分に塗布されていても良い。熱伝導性オイルを熱伝導シート３０に存在させる方法は、特に制約はなく、スプレーを用いた噴霧、刷毛等を用いた塗布、熱伝導性オイル中への熱伝導シート３０の浸漬など、如何なる方法によるものでも良い。なお、熱伝導性オイルは、放熱構造体２５にとって必須の構成ではなく、好適に備えることのできる追加的な構成である。これは、第２実施形態以降でも同様である。

２．放熱構造体の製造方法

図４は、図１の放熱構造体の製造方法の一部を説明するための図を示す。

まず、クッション部材３１を成形する。次に、帯状の熱伝導シート３０をクッション部材３１の外側面にスパイラル状に巻く。このとき、好ましくは、クッション部材３１が完全には硬化していない未硬化状態で、熱伝導シート３０をクッション部材３１の外側面に巻き、その後、加温によりクッション部材３１を完全に硬化させる。次に、帯状の熱伝導シート３０のクッション部材３１の両端からはみ出した部分があればカットする。最後に、熱伝導シート３０の表面に、熱伝導性オイルを塗布する。放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを、このような方法にて製造することにより、熱伝導シート３０の隙間に未硬化状態のクッション部材３１が入り込んだ状態で硬化されるため、接着剤等を使用しなくともクッション部材３１と熱伝導シート３０とを強固に固定することができる。なお、図４では、熱伝導シート３０同士の隙間を大きくして、見やすさを優先しているが、隙間を限りなく小さくして熱伝導シート３０をスパイラル状に巻いても良い。

こうして出来上がった放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、クッション部材３１の外側面よりも熱伝導シート３０の厚さ分だけ突出した形態を有する。ただし、熱伝導シート３０とクッション部材３１とは、面一であっても良い。また、熱伝導性オイルは、熱伝導シート３０のうち少なくともバッテリーセル２０と接触する面に塗布されれば良い。熱伝導シート３０のクッション部材３１の両端からはみ出した部分をカットする工程および熱伝導性オイルを塗布する工程は、上述のタイミングで行うことに限定されず、少なくともクッション部材３１に熱伝導シート３０を巻いた後であれば、いつ行ってもよい。また、熱伝導シート３０は、クッション部材３１を完全に硬化させた状態で、その外側面に巻いてもよい。この場合、クッション部材３１の外側面が粘着性を有していなければ、接着剤等を使用して熱伝導シート３０をクッション部材３１に固定してもよい。

放熱構造体２５は、上述の製造方法により製造された複数の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向（放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの長さ方向）と直交する方向に並べた状態で、連結部材３５で連結することにより製造される。放熱構造体２５は、複数の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを並べた状態で、手縫いで糸を縫い付けることにより連結されても良い。

連結部材３５は、ミシン等を用いて複数の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを縫い付ける部材でも良い。連結部材３５の縫い方は、特に限定されず、手縫い、本縫い、千鳥縫い、単環縫い、二重環縫い、縁かがり縫い、扁平縫い、安全縫い、オーバーロック等の如何なる縫い方でも良い。また、ＪＩＳ Ｌ ０１２０の規定する表示記号によれば、好適な縫い方として、「１０１」、「２０９」、「３０１」、「３０４」、「４０１」、「４０６」、「４０７」、「４１０」、「５０１」、「５０２」、「５０３」、「５０４」、「５０５」、「５０９」、「５１２」、「５１４」、「６０２」および「６０５」の各種縫い目を構成する縫い方を例示できる。

３．バッテリー
図５は、この実施形態に係るバッテリーを、放熱構造体の高さ方向（Ｚ方向）に切断した断面図および当該断面図中の領域Ｅの拡大図をそれぞれ示す。

本願では、特筆しない限り、「断面」あるいは「縦断面」とは、バッテリー１の筐体１１の内部１４における上方開口面から底部１２へと垂直に切断する方向の断面を意味する。また、「上」は筐体１１の開口面の方向を、「下」は筐体１１の底部１２の方向を、それぞれ意味する。

図５に示すように、バッテリー１は、冷却部材１５を接触させる筐体１１内に複数のバッテリーセル２０（熱源の一例）を備えた構造を有する。放熱構造体２５は、好ましくは、バッテリーセル２０の冷却部材１５に近い側の端部（下端部）と冷却部材１５に近い側の筐体１１の一部（底部１２）との間に備えられている。ここでは、放熱構造体２５は、７個のバッテリーセル２０を載置しているが、放熱構造体２５に載置するバッテリーセル２０の個数は７個に限定されない。また、バッテリー１に備えられる放熱構造体２５を構成する放熱部材２８の個数についても、特に限定されない。

次に、バッテリー１の構成について、より詳しく説明する。

この実施形態において、バッテリー１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（単に、セルと称しても良い。）２０を備える。バッテリー１は、一方に開口する有底型の筐体１１を備える。筐体１１の上方開口面は、閉鎖されていても良い。筐体１１は、好ましくは、アルミニウム若しくはアルミニウム基合金から成る。バッテリーセル２０は、筐体１１の内部１４に配置される。バッテリーセル２０の上方には、電極が突出して設けられている。複数のバッテリーセル２０は、好ましくは、筐体１１内において、その両側からネジ等を利用して圧縮する方向に力を与えられて、互いに密着するようになっている（不図示）。筐体１１の底部１２には、冷却部材１５の一例である冷却水を流すために、１または複数の水冷パイプ１３が備えられている。冷却部材は、冷却媒体あるいは冷却剤と称しても良い。バッテリーセル２０は、底部１２との間に、放熱構造体２５を挟むようにして筐体１１内に配置されている。このような構造のバッテリー１では、バッテリーセル２０は、放熱構造体２５を通じて筐体１１に伝熱して、水冷によって効果的に除熱される。なお、冷却部材１５は、冷却水に限定されず、液体窒素、エタノール等の有機溶剤も含むように解釈される。冷却部材１５は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体若しくは固体でも良い。

複数のバッテリーセル２０の下端面（すなわち、放熱構造体２５と接する側の面）は、完全な平面とは限らず、むしろ凹凸を有する面である。放熱構造体２５を構成している複数の放熱部材２８が同一の高さを有していると、バッテリーセル２０の下端面と放熱部材２８との密着性を確保することが難しい場合がある。このため、放熱部材２８は、バッテリーセル２０と底部１２との隙間の大きさに対応するように、複数種の高さ（この実施形態では「直径」を意味する）を有する放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃとしている。すなわち、バッテリー１は、冷却機能を有する筐体１１内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセル２０を備えたバッテリーであって、バッテリーセル２０と筐体１１との間に放熱構造体２５を備え、バッテリーセル２０と筐体１１との隙間の高さに対応して、高さの異なる３種の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを配置している。なお、放熱部材２８の種類は、３種類に限定されず、２種類あるいは４種類以上でも良い。

より具体的には、放熱構造体２５は、高さの揃った同種の放熱部材２８ｃを５本集合させて連結しており、その隣に、より高さの大きな別の種類の放熱部材２８ｂを４本集合させ、さらに放熱部材２８ｃの放熱部材２８ｂと反対側には、さらに高さの大きな別の種類の放熱部材２８ａを３本集合させている。ただし、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃのそれぞれの数は、３本、４本および５本に限定されない。これらの数は、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの各幅方向の長さ（この実施形態では直径）や、バッテリーセル２０の幅方向の長さに依存する。バッテリーセル２０は、好ましくは、各下端面に、同種の放熱部材２８ａ（放熱部材２８ｂあるいは放熱部材２８ｃ）を配置する。放熱構造体２５は、予め、複数のバッテリーセル２０の凹凸状況に対応可能に、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの配置を決定されている。バッテリーセル２０は、同種であっても、その発熱レベルが異なる場合がある。そのような場合には、バッテリーセル２０の熱膨張の程度が予測可能である。放熱構造体２５中の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの配置および数は、バッテリーセル２０の熱膨張の予測あるいは過去の膨張記録などに応じて決定することもできる。一方、筐体１１内のバッテリーセル２０が異なる種類のものを含む場合には、バッテリーセル２０が最初から異なる大きさを有し、あるいは膨張の程度が異なる。そのような場合、放熱構造体２５中の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの配置および数は、バッテリーセル２０の大きさや熱膨張の程度に応じて決定することが容易である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る放熱構造体および当該放熱構造体を備えるバッテリーについて説明する。第２実施形態において第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実施形態に係る放熱構造体およびバッテリーは、放熱部材の構造を除き、第１実施形態に係る放熱構造体２５およびバッテリー１と共通する。以下、第２実施形態に係る放熱構造体を構成する放熱部材の構造および当該放熱部材の製造方法の一部を説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体を構成する放熱部材の製造方法の一部を示す。

放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃ（総称して、放熱部材２８ともいう）は、クッション部材３１を、筒状クッション部材とせずに、熱伝導シート３０の裏側に備えられる帯状のクッション部材であって熱伝導シート３０と共にスパイラル状に巻回されているスパイラル状のクッション部材とする。

上述のスパイラル状のクッション部材３１（「スパイラル状クッション部材」ともいう）を備える放熱構造体の製造方法の一例は、次の通りである。

まず、略同等の幅を持つ熱伝導シート３０およびクッション部材３１の二層からなる積層体４０を製造する。次に、熱伝導シート３０の表面に、熱伝導性オイルを塗布する。そして、熱伝導性オイルが塗布された積層体４０をスパイラル状（コイル状と称しても良い）に、一方向に進行するように巻回する。こうして、積層体４０をスパイラル状に巻回した細長い形状の放熱部材２８が完成する。なお、熱伝導性オイルは、積層体４０を製造する前に熱伝導シート３０上に塗布しても良いし、最後に熱伝導シート３０上に塗布しても良い。また、積層体４０は、好ましくは、クッション部材３１が完全には硬化していない未硬化状態で、熱伝導シート３０をクッション部材３１に積層し、その後、加温によりクッション部材３１を完全に硬化させて形成される。

放熱構造体２５は、複数の放熱部材２８を、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向（放熱部材２８の長さ方向）と直交する方向に並べた状態で、連結部材３５で連結することにより製造される。なお、複数の放熱部材２８を連結部材３５で連結する方法は、第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

放熱部材２８は、その長さ方向に貫通する貫通路３２を備えているが、第１実施形態に係る放熱部材２８と異なり、放熱部材２８の外側面方向にも貫通している。放熱部材２８は、スパイラル状であるため、第１実施形態の放熱部材２８に比べて、放熱部材２８の長さ方向（図６（６Ｂ）の白矢印方向）に伸縮容易である。

放熱構造体２５は、第１実施形態に係るバッテリー１と同様、バッテリーセル２０と筐体１１の底部１２との間に配置される。放熱部材２８は、バッテリーセル２０と底部１２との空間の高さの大小に応じて、異なる高さの放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを配置した構造を有する。このため、底部１２の表面が平滑で、複数のバッテリーセル２０によって形成される面に凹凸が生じる場合であっても、各バッテリーセル２０から放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを経由し、底部１２、冷却部材１５へと効果的に放熱可能である。なお、バッテリーセル２０と筐体１１の内側面との隙間、および／またはバッテリーセル２０同士の隙間にも、放熱構造体２５を配置することができる。

（各実施形態の作用・効果）
以上説明したように、放熱構造体２５は、バッテリーセル２０からの放熱を高めるための複数本の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの幅方向に並べて連結した放熱構造体である。放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、バッテリーセル２０からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シート３０と、熱伝導シート３０の環状裏面に備えられ、熱伝導シート３０に比べてバッテリーセル２０の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材３１と、を備える。放熱構造体２５は、高さの異なる複数種の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを備える。このような構造の放熱構造体２５は、その高さ方向両側から熱伝導可能な部材（上述の各実施形態ではバッテリーセル２０と底部１２）で挟む場合に、当該部材に凹凸があっても当該部材に密着容易となる。この結果、放熱構造体２５の熱伝導効果（放熱効果ともいう）をより高めることができる。

また、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、熱伝導シート３０の巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路３２を、さらに備えている。このため、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、貫通路３２を備えていない場合に比べて、容易に弾性変形可能となる。また、貫通路３２は、熱伝導シート３０の破損防止および放熱構造体２５の軽量化にも寄与する。

また、放熱構造体２５を構成するクッション部材３１は、その長さ方向に貫通路３２を有する筒状クッション部材である。熱伝導シート３０は、筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している。バッテリー１は、かかる放熱構造体２５をバッテリーセル２０に接触させて筐体１１に備える。熱伝導シート３０は、筒状クッション部材の外側面を部分的に覆っていて、かつスパイラル状に筒状クッション部材の長さ方向に巻回している。バッテリー１は、放熱構造体２５を、少なくともバッテリー２０と冷却部材１５との間に配置している。このため、放熱構造体２５は、バッテリーセル２０の表面の凹凸等に追従して、より容易に変形できる。

また、放熱構造体２５において、クッション部材３１は、熱伝導シート３０の環状裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である。バッテリー１は、放熱構造体２５を、少なくともバッテリー２０と冷却部材１５との間に配置している。放熱構造体２５は、その全体がスパイラル形状になっているので、バッテリーセル２０の種々のサイズに、より適応しやすい。より具体的には、次のとおりである。剛性の高い熱伝導シート３０を備える場合でも、低荷重で熱伝導シート３０を変形させ、バッテリーセル２０の表面に追従・密着させることができる。さらに、部分的に異なる量の変形量であっても、密着追従性が良くなる。また、クッション部材３１もスパイラル状に切れているので、１回転ずつのスパイラルが概略独立しているかのような変形を起こすことができる。したがって、放熱構造体２５は、局所的な変形の自由度を高くできる。加えて、放熱構造体２５は、貫通路３２のみならず、貫通路３２から側面にも貫通するスパイラル状の貫通溝を備えているので、より軽量になる。

また、放熱構造体２５は、複数本の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃをそれらの幅方向に並べた状態で連結する連結部材３５を備える。連結部材３５は、好ましくは、糸で構成されている。このため、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃが自由に移動できないようにできる。さらに、連結部材３５は、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの間に、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの自由な移動をさらに規制するための撚り部３７を備えている。このため、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの動きは、より制限される。この結果、バッテリーセル２０の下端面に接触する放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃの面積を一定に維持しやすい。

また、熱伝導シート３０の表面に、当該表面に接触するバッテリーセル２０から当該表面への熱伝導性を高めるための熱伝導性オイルを有する。熱伝導シート３０は、微視的に、隙間（孔あるいは凹部）を有する。通常、当該隙間には空気が存在し、熱伝導性に悪影響を及ぼす可能性が有る。熱伝導性オイルは、その隙間を埋めて、空気に代わって存在することになり、熱伝導シート３０の熱伝導性を向上させる機能を有する。

また、熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む。シリコーンオイルは、耐熱性、耐寒性、粘度安定性、熱伝導性に優れたオイルであるため、熱伝導シート３０の表面に塗布して、バッテリーセル２０と熱伝導シート３０との間に介在させる熱伝導性オイルとして特に好適である。また、熱伝導性オイルは、熱伝導性フィラーを含むため、熱伝導シート３０の熱伝導性を高めることができる。

バッテリー１は、冷却機能を有する筐体１１内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセル２０を備えたバッテリーである。バッテリーセル２０と筐体１１との間に、上述の放熱構造体２５が備えられている。バッテリー１は、バッテリーセル２０と筐体１１との隙間の高さに対応して、高さの異なる複数種の放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを配置している。このため、放熱構造体２５は、バッテリーセル２０の表面の凹凸等に追従して、より容易に変形できる。

放熱構造体２５は、高さの揃った同種の放熱部材２８ｃを複数本集合させて連結しており、その隣に、より高さの大きな別の種類の放熱部材２８ａ（または放熱部材２８ｂ）を複数本集合させて連結している。底部１２からの距離（高さ）の小さいバッテリーセル２０には、放熱部材２８ｃを接触させ、底部１２からの距離（高さ）の大きなバッテリーセル２０には、放熱部材２８ａ（または放熱部材２８ｂ）を接触させることができる。これによって、バッテリーセル２０の下端面から底部１２までの距離が異なる状況がある場合でも、その距離に対応した高さの放熱部材を複数組み合わせて、バッテリーセル２０の下端面と底部１２とに密着可能な放熱構造体２５を構築できる。

（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。

図７は、放熱構造体の上にバッテリーセルの側面を接触させるように横置きする状況および横置き後にバッテリーセルを充電若しくは放電したときの状況の一部断面図をそれぞれ示す。

先述の各実施形態では、バッテリーセル２０を縦にしてその下端に放熱構造体２５を接触せしめている状況について説明したが、バッテリーセル２０の配置形態は、これに限定されない。図７に示すように、バッテリーセル２０の側面を放熱構造体２５の各放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃに接触させるように、バッテリーセル２０を配置しても良い。バッテリーセル２０は、充電および放電の際に温度上昇する。バッテリーセル２０の容器自体が柔軟性に富む材料にて形成されていると、バッテリーセル２０の特に側面が膨らむ可能性がある。そのような場合でも、図７に示すように、放熱構造体２５を構成している各放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを、バッテリーセル２０が膨張した際の形態に合うように配置しておけば、放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃとバッテリーセル２０との密着性を高めることができる。この結果、バッテリーセル２０の充放電時に、バッテリーセル２０からの放熱を促進できる。

熱源は、バッテリーセル２０のみならず、回路基板、回路基板上の電子部品、電子機器本体などの熱を発する対象物を全て含む。例えば、熱源は、キャパシタおよびＩＣチップ等の電子部品であっても良い。同様に、冷却部材１５は、冷却用の水のみならず、有機溶剤、液体窒素、冷却用の気体であっても良い。また、放熱構造体２５は、バッテリー１以外の構造物、例えば、電子機器、家電、発電装置等に配置されていても良い。放熱構造体２５を、バッテリー１以外の構造物における不均一な幅の隙間に配置される場合、高さの異なる放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃを当該隙間の大きさに対応させて配置することによって、放熱性をより高めることができる。

放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、同じ長さを有していなくとも良い。放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、円筒形状若しくは円柱形状以外に、角柱形状若しくは楕円柱形状でも良い。また、放熱部材２８におけるスパイラル状のクッション部材３１は、熱伝導シート３０の幅と同一に限定されず、熱伝導シート３０の幅に対して大きくても、あるいは小さくても良い。放熱部材２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、糸以外の連結部材で連結されていても良い。

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。

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。また、本発明に係るバッテリーは、自動車用のバッテリー以外に、家庭用の充放電可能なバッテリー、ＰＣ等の電子機器用のバッテリーにも利用できる。

１・・・バッテリー、１１・・・筐体、１５・・・冷却部材、２０・・・バッテリーセル（熱源の一例）、２５・・・放熱構造体、２８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ・・・放熱部材、３０・・・熱伝導シート、３１・・・クッション部材、３２・・・貫通路、３５・・・連結部材、３７・・・撚り部。

Claims (10)

1. 熱源からの放熱を高めるための複数本の放熱部材を前記放熱部材の幅方向に並べて連結した放熱構造体であって、
   前記放熱部材は、
   前記熱源からの熱を伝えるためのスパイラル状に巻回しながら進行する形状の熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートの裏面に備えられ、前記熱伝導シートに比べて前記熱源の表面形状に合わせて変形容易なクッション部材と、
   を備え、
   高さの異なる複数種の前記放熱部材を備える放熱構造体。
2. 前記放熱部材に、前記熱伝導シートの巻回しながら進行する方向に貫通する貫通路を、さらに備える請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記クッション部材は、前記貫通路を有する筒状クッション部材であって、
   前記熱伝導シートは、前記筒状クッション部材の外側面をスパイラル状に巻回している請求項２に記載の放熱構造体。
4. 前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記裏面に沿ってスパイラル状に巻回しているスパイラル状クッション部材である請求項２に記載の放熱構造体。
5. 複数本の前記放熱部材を前記幅方向に並べた状態で連結する連結部材を備え、
   前記連結部材は、糸で構成される請求項１から４のいずれか１項に記載の放熱構造体。
6. 前記連結部材は、前記放熱部材同士の間に、撚りが加えられた撚り部を備える請求項５に記載の放熱構造体。
7. 前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する熱源から当該表面への熱伝導性を高めるための熱伝導性オイルを有する請求項１から６のいずれか１項に記載の放熱構造体。
8. 前記熱伝導性オイルは、シリコーンオイルと、前記シリコーンオイルより熱伝導性が高く、金属、セラミックスまたは炭素の１以上からなる熱伝導性フィラーとを含む請求項７に記載の放熱構造体。
9. 冷却機能を有する筐体内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセルを備えたバッテリーであって、前記バッテリーセルと前記筐体との間に、請求項１から８のいずれか１項に記載の放熱構造体を備え、
   前記バッテリーセルと前記筐体との隙間の高さに対応して、高さの異なる複数種の前記放熱部材を配置しているバッテリー。
10. 前記放熱構造体は、高さの揃った同種の前記放熱部材を複数本集合させて連結しており、その隣に、より高さの大きな別の種類の前記放熱部材を複数本集合させて連結している請求項９に記載のバッテリー。