JP2020187885A - 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、確実な熱伝導によって高い放熱効率を実現でき、かつ熱源からの押圧による復元特性と破損抑制に優れる放熱構造体、およびそれを備えるバッテリーを提供する。【解決手段】本発明は、放熱部材５には、熱源からの熱を伝えるための筒形状の熱伝導シート１０と、熱伝導シート１０の筒内部に備えられるクッション部材１１とを備え、熱伝導シート１０は、クッション部材１１の長さ方向に沿う第１隙間１０ａであって熱伝導シート１０の厚さ分の第１隙間１０ａを有する状態でクッション部材１１を覆っていて、第１隙間１０ａは、複数の放熱部材５を連結する方向以外の方向に形成されていて、クッション部材１１は、熱伝導シート１０に比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易であって中空部１２を有する放熱構造体１、およびそれを備えるバッテリー４０に関する。【選択図】図２

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）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、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行してきている。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は重要である。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。さらには、バッテリー全体の軽量化、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復元特性、およびバッテリーセルからの押圧による放熱構造体の破損を抑制することが望まれている。加えて、バッテリーセルのような熱源と冷却部材との間で、確実な熱伝導を実現する必要もある。上記要請は、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要請である。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量で、確実な熱伝導によって高い放熱効率を実現でき、かつ熱源からの押圧による復元特性と破損抑制に優れる放熱構造体、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、複数の放熱部材が間をあけて連結される放熱構造体であって、前記放熱部材は、その長さ方向に中空部を備える長尺の中空形状を有し、熱源からの熱を伝えるための筒形状の熱伝導シートと、前記熱伝導シートの筒内部に備えられるクッション部材と、を備え、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に沿う第１隙間であって前記熱伝導シートの厚さ分の前記第１隙間を有する状態で前記クッション部材を覆っていて、前記第１隙間は、複数の前記放熱部材を連結する方向以外の方向に形成されていて、前記クッション部材は、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であって前記中空部を有する。
（２）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第１隙間の位置に、前記中空部につながる第２隙間を有する。
（３）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、複数の前記放熱部材は、その長さ方向と直交する方向にて糸で連結されている。
（４）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、複数の前記放熱部材は、前記中空部に前記糸を到達するように縫って連結されている。
（５）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、複数の前記放熱部材は、枠体の開口部を橋渡しする状態で、前記枠体に固定されている。
（６）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する前記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。
（７）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。
（８）上記目的を達成するための一実施形態に係るバッテリーは、冷却部材を流す構造を持つ筐体内に、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る。
（９）別の実施形態に係るバッテリーでは、好ましくは、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に沿う第１隙間を備え、前記熱伝導シートにおける前記第１隙間の両側が前記バッテリーセル若しくは前記筐体のいずれかに接触するように、前記放熱構造体は前記バッテリーセルと前記筐体との間に備えられている。

本発明によれば、熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量で、確実な熱伝導によって高い放熱効率を実現でき、かつ熱源からの押圧による復元特性と破損抑制に優れる放熱構造体、およびそれ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平面図を示す。 図２は、図１の放熱構造体の一部の斜視図（２Ａ）および図１の領域Ａの拡大図であって放熱構造体を圧縮する前後の形態の変化（２Ｂ）をそれぞれ示す。 図３は、図１の放熱構造体の変形例を、図２（２Ｂ）と同様の視野にて示す。 図４は、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。 図５は、本発明の第３実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。 図６は、本発明の第１実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。 図７は、図６の領域Ｂの拡大図を示す。 図８は、第２実施形態に係るバッテリーにおける図６の領域Ｂと同様の領域の拡大図を示す。

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。

１．放熱構造体
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。図２は、図１の放熱構造体の一部の斜視図（２Ａ）および図１の領域Ａの拡大図であって放熱構造体を圧縮する前後の形態の変化（２Ｂ）をそれぞれ示す。

（１）放熱構造体の概略構成
この実施形態に係る放熱構造体１は、複数の放熱部材５が間をあけて連結されている。放熱部材５は、略円筒形状を有する。ただし、放熱部材５は、その長さ方向の端面形状を、楕円形状、三角以上の多角形状とする筒状部材であっても良い。放熱部材５は、その長さ方向に中空部１２を備える長尺の中空形状を有する。放熱部材５は、熱源からの熱を伝えるための筒形状の熱伝導シート１０と、熱伝導シート１０の筒内部に備えられるクッション部材１１と、を備える。

熱伝導シート１０は、クッション部材１１の長さ方向に沿う第１隙間１０ａであって熱伝導シート１０の厚さ分の第１隙間１０ａを有する状態で、クッション部材１１を覆っている。第１隙間１０ａは、複数の放熱部材１０を連結する方向（図１では左右方向）以外の方向に形成されている。より好ましくは、第１隙間１０ａは、熱伝導シート１０において、放熱部材１０同士の連結方向と略直角方向（図１では、紙面表方向）に形成されている。第１隙間１０ａは、放熱部材５の外側面において放熱部材５の長さ方向に沿って形成されている。第１隙間は、「切れ目」と称しても良く、クッション部材１１の外側面を完全に被覆しない部分である。この実施形態では、第１隙間１０ａは、クッション部材１１の外側面の一部を露出する長尺状の窓である。第１隙間１０ａは、放熱部材５の外から圧縮力が与えられた際に、熱伝導シート１０の変形を容易にして、割れるのを抑制する機能を有する。クッション部材１１は、熱伝導シート１０に比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易であって中空部１２を有する。図１では、放熱構造体１は、１８本の放熱部材５を備えているが、２本以上であれば放熱部材５の数を問わない。

複数の放熱部材５は、放熱部材５の長さ方向の１か所若しくは２か所以上を、放熱部材５の長さ方向と直交する方向にて糸１５で連結されている。糸１５は、放熱部材５同士を自由に動かないように規制する連結部材の一例である。糸１５は、放熱部材５の本数に対応する数の輪を備えている。放熱部材５は、当該輪の中に挿入されている。複数の輪の連結部分には、輪の拡がりを規制する規制部１７が設けられている。規制部１７は、糸１５の結び目、あるいは糸１５とは別体の樹脂、金属、セラミックスあるいは木材等から成る部材でも良い。

次に、放熱構造体１の各構成要素について説明する。

（２）熱伝導シート

熱伝導シート１０に形成されている第１隙間１０ａの幅は、放熱部材５の長さ方向の端面側から見て、熱伝導シート１０の周の長さの半分未満である。このように、第１隙間１０ａの幅を構成すると、熱伝導シート１０が、熱源、あるいは熱源から放熱する先にある冷却部位（以後、「熱源等」という。）と接触した際に、第１隙間１０ａの両側部分が熱源等に接触できる。この結果、熱源から冷却部位への熱の移動ルートを、放熱部材５の長さ方向端面から見て、第１隙間１０ａから左右両方向に形成できる。

熱伝導シート１０は、好ましくは炭素を含むシートであり、さらに好ましくは９０質量％以上を炭素から構成されるシートである。例えば、熱伝導シート１０に、樹脂を焼成して成るグラファイト製のフィルムを用いることもできる。ただし、熱伝導シート１０は、炭素と樹脂とを含むシートであっても良い。その場合、樹脂は、合成繊維でも良く、その場合には、樹脂として好適にはアラミド繊維を用いることができる。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、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１０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１０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１０を炭素と樹脂とを備えるシートとする場合には、当該樹脂が熱伝導シート１０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１０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１０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１０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１０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、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ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１０は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート１０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１０は、好ましくは、グラファイトの帯状の板であり、熱伝導性と導電性に優れる材料から成る。熱伝導シート１０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１０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。

（３）クッション部材
クッション部材１１の重要な機能は、変形容易性と回復力である。回復力は、クッション部材１１の弾性変形性に依る。変形容易性は、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１１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１１は、熱伝導シート１０の筒内に備えられる筒状部材である。クッション部材１１の長さ方向には、中空部１２が形成されている。中空部１２は、この実施形態では、クッション部材１１の長さ方向に貫通する貫通路である。ただし、中空部１２は、その長さ方向の両端の少なくとも一方を閉塞されていても良い。また、中空部１２は、この実施形態では、熱伝導シート１０に形成されている第１隙間１０ａとは繋がっていない。

クッション部材１１は、放熱部材５に接触する熱源が平坦でない場合でも、熱伝導シート１０と熱源との接触を良好にする機能を有する。さらに、中空部１２は、クッション部材１１の変形を容易にし、加えて放熱構造体１の軽量化に寄与する。クッション部材１１は、熱源等からの熱伝導シート１０に加わる荷重によって熱伝導シート１０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。クッション部材１１は、熱伝導シート１０に比べて弾性変形しやすく、熱源等からの押圧及びその開放による変形に起因して、割れや亀裂が入りにくい。このため、クッション部材１１は、熱伝導シート１０に亀裂が生じる事態を抑制することができる。なお、この実施形態では、クッション部材１１は、熱伝導シート１０に比べて低熱伝導性の部材である。

クッション部材１１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１１は、熱伝導シート１０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１１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１１は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中にＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ｃＢＮ、ｈＢＮ、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１１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。また、「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１１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。クッション部材１１は、樹脂やゴム等から形成されたスポンジあるいはソリッド（スポンジのような多孔質ではない構造のもの）で構成することも可能である。

（４）連結部材
連結部材の一例である糸１５は、複数の放熱部材５を連結して、放熱部材５の自由な動きを規制する部材である。糸１５は、好ましくは、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。糸１５は、放熱部材５が熱源等の加重を受けて扁平形状になっても、それを許容するだけの柔軟性あるいは輪の空間領域を備えるのが好ましい。

放熱部材５同士の隙間Ｌ１は、放熱部材５が熱源等からの押圧を受けて潰れる際に、狭くなる。放熱部材５がほとんど潰れない場合には、熱伝導シート１０と熱源等との密着性が低くなる可能性がある。かかるリスクを低減するのに適切な放熱部材５の上下方向、すなわち熱源から冷却部位に向かう方向に圧縮されたときの厚みは、少なくとも、放熱部材５の管径（＝円換算直径：Ｄ）の８０％である。ここで、「円換算直径」とは、放熱部材５をその長さ方向と垂直に切断したときの管断面の面積と同じ面積の真円の直径を意味する。放熱部材５が真円の断面をもった円筒の場合には、その直径は円換算直径と同一である。放熱部材５は、上記の圧縮を受けると、熱源等と接する面を平面とし、放熱部材５間の隙間Ｌ１の方向を略円弧断面とするように変形するとみなすことができる（図２（２Ｂ）を参照）。放熱部材５が円換算直径Ｄの８０％に相当する０．８Ｄの厚さに潰れた場合、放熱部材５がどの程度、隙間Ｌ１の方向に拡がるかを計算する。図２（２Ｂ）に示すように、潰れた放熱部材５において、その左右方向に存在する半円弧の長さの総長は、０．８πＤである。また、熱源等に接する平面の長さは、放熱部材５の管円周から、上記の半円弧の長さの総長を差し引いた長さの半分であるから、（πＤ−０．８πＤ）／２＝０．３１４Ｄである。平面の左右方向に拡張した円弧部分の長さは、０．４Ｄ×２＝０．８Ｄである。したがって、潰れた放熱部材５が元の放熱部材５から隙間Ｌ１の方向に拡がった距離は、０．３１４Ｄ＋０．８Ｄ−Ｄ＝０．１１４Ｄとなる。隙間Ｌ１を十分に大きくすれば、放熱部材５は隣の放熱部材５と接触しない。逆に、隙間Ｌ１が小さすぎると、放熱部材５が上下方向に圧縮されても、隣の放熱部材５に接触して、それ以上に潰れなくなる可能性がある。隙間Ｌ１を放熱部材５の円換算直径Ｄの１１．４％以上にすれば、放熱部材５が円換算直径Ｄの８０％の厚さに圧縮されて変形する際に、放熱部材５同士が接触して、当該変形の障害となることを防止できる。なお、この実施形態では、隙間Ｌ１を０．６Ｄとしている。

（５）熱伝導性オイル
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１０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１０の熱伝導性を向上させる機能を有する。

熱伝導性オイルは、熱伝導シート１０の表面、少なくとも熱源等と熱伝導シート１０とが接触する面に備えられている。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１０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。

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１０の表面に塗布して、熱源等と熱伝導シート１０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、熱源と熱伝導シート１０との間に介在する他、熱伝導シート１０と冷却部位との間に介在する方が好ましい。熱伝導性オイルは、熱伝導シート１０の全面に塗布されていても、熱伝導シート１０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１０に存在させる方法は、特に制約されることなく、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１０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１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。

（第１実施形態の変形例）
図３は、図１の放熱構造体の変形例を、図２（２Ｂ）と同様の視野にて示す。

変形例に係る放熱構造体１ｂは、複数の放熱部材５ｂを連結して成る。放熱部材５ｂは、第１隙間１０ａを備える筒状の放熱シート１０の内部にクッション部材１１ｂを備える。クッション部材１１ｂは、熱伝導シート１０の第１隙間１０ａの位置に、中空部１２につながる第２隙間１０ｂを有する。第２隙間１０ｂは、クッション部材１１ｂの厚さ分を切れ込む開口部である。この結果、中空部１２は、第２隙間１０ｂおよび第１隙間１０ａを経て外界に通じている。このように、放熱構造体１ｂにおいて、クッション部材１１ｂは、熱伝導シート１０と同様に、外側面の一部を開口した筒形状を有する。このため、クッション部材１１ｂの変形容易性はより高まる。なお、第２隙間１０ｂは、第１隙間１０ａと連通していない開口部でも良い。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る放熱構造体について説明する。先の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。

図４は、本発明の第２実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。

第２実施形態に係る放熱構造体１ｃは、第１実施形態と同様の複数本の放熱部材５を連結した構造を有する。放熱構造体１ｃが放熱構造体１と異なる点は、放熱部材５を連結する方法である。具体的には、複数の放熱部材５は、放熱部材５の中空部１２に糸２５を到達するように縫って連結されている。糸２５によって放熱部材５を縫って連結するには、手で縫っても、あるいはソーイングマシンを使って縫っても良い。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る放熱構造体について説明する。先の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。

図５は、本発明の第３実施形態に係る放熱構造体の平面図を示す。

第３実施形態に係る放熱構造体１ｄは、複数の放熱部材５と、放熱部材５同士を連結する糸２５と、複数の放熱部材５を糸２５にて固定する枠体３０と、を備える。枠体３０は、好ましくは矩形の薄いシートであって、中央に、好ましくは矩形の開口部３１を有する。枠体３０は、熱源の温度に耐えられる材料であれば、熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂に代表される樹脂、金属、セラミックスあるいは木材で構成されていても良い。複数の放熱部材５は、枠体３０の開口部３１を橋渡しする状態で、枠体３０に固定されている。より具体的には、複数の放熱部材５は、その長さ方向の両端部を枠体３０の対向辺上に載せた状態で糸２５により固定されている。放熱構造体１ｄを熱源と冷却部位との間に挟むと、放熱部材５の中位領域（糸２５によって固定されている両端部の中間に位置する領域）は、熱源等の加重を受ける。この結果、当該中位領域は、上記両端部の固定側から開口部３１に向かって沈みこみ、当該固定側の反対側のシート面と同一若しくはそれ以上に突出する。したがって、放熱部材５は、熱源と冷却部位との両方に接触できる。

２．バッテリー
次に、本発明に係るバッテリーの好適な実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図６は、本発明の第１実施形態に係るバッテリーの縦断面図を示す。ここで、「縦断面図」は、バッテリーの筐体内部のバッテリーセルの長さ方向にバッテリーを切断する図を意味する。

この実施形態に係るバッテリー４０は、冷却部材４５を流す構造を持つ筐体４１内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセル５０を備え、バッテリーセル５０と筐体４１との間に、放熱構造体１，１ｃ，１ｄを備える。放熱構造体１，１ｃ，１ｄにおいて、熱伝導シート１０は、クッション部材１１の長さ方向に沿う第１隙間１０ａを備える。熱伝導シート１０における第１隙間１０ａの両側がバッテリーセル５０若しくは筐体４１（具体的には、この実施形態では底部４２）のいずれかに接触するように、放熱構造体１，１ｃ，１ｄは、バッテリーセル５０と筐体４１との間に備えられている。以下、バッテリー４０の構成について詳述する。

この実施形態において、バッテリー４０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（熱源の一例であって、単に、「セル」と称しても良い。）５０を備える。バッテリー４０は、好ましくは一方に開口する有底型の筐体４１を備える。筐体４１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５０は、筐体４１の内部４４に配置される。バッテリーセル５０の上方には、電極（不図示）が突出して設けられている。複数のバッテリーセル５０は、好ましくは、筐体４１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４１の底部４２（冷却部位の一例）には、冷却部材４５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４３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５０は、底部４２との間に、放熱構造体１，１ｃ，１ｄを挟むようにして筐体４１内に配置されている。このような構造のバッテリー４０では、バッテリーセル５０は、放熱構造体１，１ｃ，１ｄを通じて筐体４１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４５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４５は、冷却に用いられる状況下にて、液体であるとは限らず、気体あるいは固体でも良い。

図７は、図６の領域Ｂの拡大図を示す。なお、図７では、一部の放熱部材５を拡大して示す。

放熱構造体１，１ｃ，１ｄは、放熱部材５の第１隙間１０ａをバッテリーセル５０側に向けて、バッテリーセル５０と底部４２との間に挟持された状態で筐体４１内に備えられる。このため、バッテリーセル５０からの熱は、熱伝導シート５の第１隙間１０ａから両側の周に沿って底部４２へと伝わる（図中のＣ１およびＣ２のルートを参照）。したがって、第１隙間１０ａの片側部分だけをバッテリーセル５０に接触させる位置に第１隙間１０ａを形成している場合と比べて、熱の伝達ルートを増大させることができ、もって、バッテリーセル５０からの放熱性をより高めることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るバッテリーについて説明する。先の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。

図８は、第２実施形態に係るバッテリーにおける図６の領域Ｂと同様の領域の拡大図を示す。なお、図８では、一部の放熱部材５を拡大して示す。

この実施形態では、放熱構造体１，１ｃ，１ｄは、放熱部材５の第１隙間１０ａが底部４２側を向くように、配置されている。このような配置形式であっても、バッテリーセル５０からの熱は、第１隙間１０ａの両側の周を伝って底部４２へと伝わる（図中のＣ１およびＣ２のルートを参照）。よって、第１実施形態と同様、バッテリーセル５０からの放熱性をより高めることができる。

３．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。

上述のバッテリーの各実施形態では、バッテリーセル５０の下端部と筐体４１の底部４２との間に放熱構造体１，１ｃ，１ｄが挟持されているが、バッテリーセル５０の側面と底部４２との間に放熱構造体１，１ｃ，１ｄが挟持されても良い。また、放熱構造体１ｂ（図３を参照）をバッテリー４０内に備えても良い。その場合、第１隙間１０ａと第２隙間１０ｂの連通する開口部を、バッテリーセル５０の下端部あるいは筐体４１の底部４２の方に向けて、放熱構造体１ｂを筐体４１内に配置することができる。

また、第１実施形態および第２実施形態に係るバッテリー４０では、全ての放熱部材５の第１隙間１０ａは、バッテリーセル５０の下端側若しくは筐体４１の底部４２側を向いている。しかし、一部の放熱部材５の第１隙間１０ａがバッテリーセル５０の下端側を向き、残りの放熱部材５の第１隙間１０ａが底部４２側を向いていても良い。これは、放熱構造体１ｂについても同様である。第１隙間１０ａおよび／または第２隙間１０ｂは、直線状の隙間に限定されず、例えば、波線状の隙間あるいはジグザグ状の隙間でも良い。

また、熱源は、バッテリーセル５０のみならず、回路基板や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４５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１，１ｂ，１ｃ，１ｄは、バッテリー４０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。

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３実施形態に係る放熱構造体１ｄの枠体３０は、放熱構造体１，１ｂに追加されても良い。第２隙間１０ｂは、放熱構造体１ｃ，１ｄに備えられていても良い。

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。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。

１，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・放熱構造体、５・・・放熱部材、１０・・・熱伝導シート、１０ａ・・・第１隙間、１０ｂ・・・第２隙間、１１，１１ｂ・・・クッション部材、１２・・・中空部、１５，２５・・・糸（連結部材の一例）、３０・・・枠体、３１・・・開口部、４０・・・バッテリー、４１・・・筐体、４５・・・冷却部材、５０・・・バッテリーセル（熱源の一例）。

Claims (9)

1. 複数の放熱部材が間をあけて連結される放熱構造体であって、
   前記放熱部材は、その長さ方向に中空部を備える長尺の中空形状を有し、
   熱源からの熱を伝えるための筒形状の熱伝導シートと、
   前記熱伝導シートの筒内部に備えられるクッション部材と、
   を備え、
   前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に沿う第１隙間であって前記熱伝導シートの厚さ分の前記第１隙間を有する状態で前記クッション部材を覆っていて、
   前記第１隙間は、複数の前記放熱部材を連結する方向以外の方向に形成されていて、
   前記クッション部材は、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であって前記中空部を有する放熱構造体。
2. 前記クッション部材は、前記熱伝導シートの前記第１隙間の位置に、前記中空部につながる第２隙間を有する請求項１に記載の放熱構造体。
3. 複数の前記放熱部材は、その長さ方向と直交する方向にて糸で連結されている請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 複数の前記放熱部材は、前記中空部に前記糸を到達するように縫って連結されている請求項３に記載の放熱構造体。
5. 複数の前記放熱部材は、枠体の開口部を橋渡しする状態で、前記枠体に固定されている請求項１から４のいずれか１項に記載の放熱構造体。
6. 前記熱伝導シートの表面に、当該表面に接触する前記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５のいずれか１項に記載の放熱構造体。
7. 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６に記載の放熱構造体。
8. 冷却部材を流す構造を持つ筐体内に、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７のいずれか１項に記載の放熱構造体を備えるバッテリー。
9. 前記熱伝導シートは、前記クッション部材の長さ方向に沿う第１隙間を備え、
   前記熱伝導シートにおける前記第１隙間の両側が前記バッテリーセル若しくは前記筐体のいずれかに接触するように、前記放熱構造体を前記バッテリーセルと前記筐体との間に備える請求項８に記載のバッテリー。