JP2021018937A - 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、複数の放熱部材５を備える放熱構造体１であって、放熱部材５は、内側に空間部１０ａを有するクッション部材１０と、クッション部材１０の外側面を覆う熱伝導シート２０とを備え、クッション部材１０は、クッション部材１０の長さ方向に沿うスリットＳ１，Ｓ２を隔てて分離配置されている第１、第２クッション片１１，１２と、第１、第２クッション片１１，１２を連結する第３クッション片１３とを有し、熱伝導シート２０は、クッション部材１０の外側面の周の長さを超えて非接着状態で重なり合うことのできる余剰領域２０ａを備える放熱構造体１およびそれを備えるバッテリー５０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、複数の放熱部材を備える放熱構造体であって、前記放熱部材は、内側に空間部を有する長尺のクッション部材と、前記クッション部材の外側面を覆う熱伝導シートと、備え、前記クッション部材は、前記クッション部材の長さ方向に沿うスリットを隔てて分離配置されている第１クッション片及び第２クッション片と、前記第１クッション片の内側面と前記第２クッション片の内側面とを連結する第３クッション片とを有し、前記熱伝導シートは、前記クッション部材の前記スリットを含む外周の長さを超えて非接着状態で重なり合うことのできる余剰領域を有する。
（２）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記第１クッション片及び前記第２クッション片は、それぞれの長さ方向に直交する断面形状が円弧をなし、当該断面形状が円弧をなす前記第１クッション片の内周面と当該断面形状が円弧をなす前記第２クッション片の内周面とが対向配置されている。
（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、当該放熱部材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、前記空間部に糸が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を固定する枠体をさらに備え、複数の前記放熱部材は、前記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、前記余剰領域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。

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）、放熱構造体の一部の斜視図（２Ａ）から１本のクッション部材を取り出して拡大して示す斜視図（２Ｂ）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（２Ｃ）をそれぞれ示す。 図３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４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５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６は、図５の領域Ｂの拡大図を示す。 図７は、第２実施形態に係るバッテリーにおける図５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）、放熱構造体の一部の斜視図（２Ａ）から１本のクッション部材を取り出して拡大して示す斜視図（２Ｂ）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（２Ｃ）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を備える。複数の放熱部材５は、好ましくは、間をあけて連結されている。実施形態に係る放熱部材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、内側に空間部１０ａ（図２の（２Ｂ）参照）を有する長尺のクッション部材１０と、クッション部材１０の外側面を覆う熱伝導シート２０と、を備える。

クッション部材１０は、第１クッション片１１及び第２クッション片１２と、第１クッション片１１の内側面１１ａと第２クッション片１２の内側面１２ａ（図２の（２Ｃ）参照）とを連結する第３クッション片１３とを有する。すなわち、第１クッション片１１と第２クッション片１２とは、放熱部材５の隣り合う方向にて対向して配置されている。第３クッション片１３は、第１クッション片１１と第２クッション片１２とを接続している。第１クッション片１１及び第２クッション片１２は、クッション部材１０の長さ方向に沿うスリットＳ１，Ｓ２を隔てて分離配置されている。第１クッション片１１及び第２クッション片１２は、好ましくは、長尺の筒状体（この実施形態では円筒体とする）を長さ方向に沿って切断した形状をなし、同じ形状をなしている。

より具体的には、この実施形態における第１クッション片１１及び第２クッション片１２は、それぞれの長さ方向に直交する断面形状が同じ曲率を有する円弧をなしている。なお、当該円弧の長さ（円弧長という）は、それぞれ、円の円周の１／２（半円）に相当する円弧長を有するものであってもよく、また、円の円周の１／２よりもやや短い円弧長を有するものであってもよい。

クッション部材１０は、好ましくは、第１クッション片１１の長さ方向に沿った一方の端辺１１ｂと第２クッション片１２の長さ方向に沿った一方の端辺１２ｂとの間にスリット（スリットＳ１とする）を有する。また、第１クッション片１１の長さ方向に沿った他方の端辺１１ｃと第２クッション片１２の長さ方向に沿った他方の端辺１２ｃとの間にもスリット（スリットＳ２とする）が形成されるように、第１クッション片１１及び第２クッション片１２は対向配置されている。なお、スリットＳ１の幅（端辺１１ｂと端辺１２ｂとの間隔）Ｗ１及びスリットＳ２の幅（端辺１１ｃと端辺１２ｃとの間隔）Ｗ２は、この実施形態では、同一であるが（Ｗ１＝Ｗ２）、異なっていてもよい。

このように、断面形状が円弧をなす第１クッション片１１の内側面１１ａと断面形状が円弧をなす第２クッション片１２の内側面１２ａとが対向配置され、当該第１クッション片１１の内側面１１ａと当該第２クッション片１２の内側面１２ａとが第３クッション片１３によって連結されている。なお、第１クッション片１１、第２クッション片１２及び第３クッション片１３は、例えば金型を用いて、一体成型によって製造することができる。

第３クッション片１３は、この実施形態では、平板状をなしており、クッション部材１０の長さ方向の一方の端面から他方の端面までの間に連続して設けられている。ただし、第３クッション片１３は、平板状のものに限定されず、例えば、波板形状あるいは網状であってもよく、また、クッション部材１０の長さ方向（長さ方向）に沿って所定間隔をおいて断続的に設けられてもよい。

クッション部材１０は、外観的には、ほぼ円筒形状をなし、内部には空間部１０ａを有する。なお、空間部１０ａは、第３クッション片１３によって仕切られている。また、当該空間部１０ａは、クッション部材１０の長さ方向に貫通する貫通路となっている。

熱伝導シート２０は、クッション部材１０のスリットＳ１，Ｓ２を含む外周の長さを超えて非接着状態で重なり合うことのできる余剰領域２０ａを有する。「余剰領域」は、「重複領域」、あるいは「舌片部位」と言い換えても良い。

熱伝導シート２０は、クッション部材１０の外側面を一周してさらに余剰領域２０ａを重複させてクッション部材１０を巻回する。余剰領域２０ａは、熱伝導シート２０同士を接着していない領域である。熱伝導シート２０は、クッション部材１０の外側面に固定されてはいるが、クッション部材１０を被覆する両端辺同士を固定していない。熱伝導シート２０は、好ましくは、クッション部材１０の外側面と接触する部分にて、接着剤を介在させて、クッション部材１０と固定されている。ただし、接着剤を介在させずに、熱伝導シート２０をクッション部材１０に固定しても良い。クッション部材１０は、熱伝導シート２０に比べて熱源の表面形状に合わせて変形容易である。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３０で連結されている。糸３０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３０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３１が設けられている。規制部３１は、糸３０の結び目、あるいは糸３０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２０の余剰領域２０ａは、放熱部材５が熱源と冷却部位との間で圧縮されて扁平になっても、クッション部材１０の周方向にて熱伝導シート２０同士を接触可能にするのに十分な長さを有する。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確実に左右両方向に形成できる。

熱伝導シート２０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２０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２０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２０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２０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２０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２０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２０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２０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２０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２０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２０は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導シート２０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２０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２０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２０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。また、熱伝導シート２０は、当該熱伝導シート２０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。この熱伝導性オイルについては後述する。

（３）クッション部材
クッション部材１０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１０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１０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。

この実施形態では、クッション部材１０の構成要素の一部である第１クッション片１１及び第２クッション片１２は、好ましくは、長さ方向に直交する断面形状がそれぞれ円弧をなし、かつ、第１クッション片１１の長さ方向に沿った一方の端辺１１ｂと第２クッション片の長さ方向に沿った一方の端辺１２ｂとの間にスリットＳ１を有する。また、第１クッション片１１の長さ方向に沿った他方の端辺１１ｃと第２クッション片１２の長さ方向に沿った他方の端辺１２ｃとの間にも、好ましくはスリットＳ２が形成されている。このため、熱源等から大きな荷重が加わっても、クッション部材１０は、破損しにくくなり、かつ弾性変形し易くなる。この結果、クッション部材１０は、熱伝導シート２０に亀裂が生じる事態を抑制することができる。

また、クッション部材１０は、第１クッション片１１の内側面１１ａと第２クッション片１２の内側面１２ａとが第３クッション片１３によって連結されているため、クッション部材１０が熱源などによる押圧及びその開放による変形を繰り返しても、クッション部材１０としての形状を長期間維持できる。

このように、クッション部材１０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２０と熱源との接触を良好にする機能を有する。さらに、空間部１０ａは、クッション部材１０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１０は、熱源等からの熱伝導シート２０に加わる荷重によって熱伝導シート２０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１０は、熱伝導シート２０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１０は、熱伝導シート２０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１０は、熱伝導シート２０に比べて低熱伝導性の部材である。クッション部材１０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２１は、また、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレナフタレート（ＰＢＮ）等に代表されるポリエステル； ポリカーボネート（ＰＣ）； ポリアミド（ＰＡ）； ポリイミド（ＰＩ）； ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等に代表されるポリオレフィン； エポキシ樹脂（ＥＰ）； ユリア樹脂（ＵＦ）； といった熱可塑性若しくは熱硬化性の樹脂の内の１種若しくは２種以上から構成されても良い。クッション部材１０は、熱伝導シート２０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１０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、シリコーンゴム、あるいはＰＥＴにより構成される。クッション部材１０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１０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１０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１０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３０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３０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３０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。なお、連結部材は、放熱構造体１にとって必須の部材ではない。

放熱部材５同士の隙間は、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２０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。上記隙間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、上記隙間が小さすぎると、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。上記隙間を放熱部材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、上記隙間を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２０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２０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２０の表面、少なくとも熱源等と熱伝導シート２０とが接触する面に備えられている。余剰領域２０ａの表裏両面に熱伝導性オイルを備えていても良い。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２０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２０の表面に塗布して、熱源等と熱伝導シート２０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２０との間に介在する他、熱伝導シート２０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２０の全面に塗布されていても、熱伝導シート２０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２０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２０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３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１ｂ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１ｂ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の空間部１０ａに糸３５が到達するように縫って連結されている。糸３５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４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１ｃは、複数の放熱部材５と、放熱部材５同士を連結する糸３５と、複数の放熱部材５を糸３５にて固定する枠体４０と、を備える。枠体４０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４１を有する。枠体４０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４０の開口部４１を橋渡しする状態で、枠体４０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４０の対向辺上に載せた状態で糸３５により固定されている。放熱構造体１ｃ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４１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５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５０は、冷却部材５５を流す構造を持つ筐体５１内に、１または２以上の熱源としてのバッテリーセル６０を備え、バッテリーセル６０と筐体５１との間に、放熱構造体１，１ｂ，１ｃ（以後、「放熱構造体１等」ともいう。）を備える。放熱構造体１等において、熱伝導シート２０は、余剰領域２０ａを備える。熱伝導シート２０における余剰領域２０ａがバッテリーセル６０若しくは筐体５１（具体的には、この実施形態では底部５２）のいずれかに接触するように、放熱構造体１等は、バッテリーセル６０と筐体５１との間に備えられている。以下、バッテリー５０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５０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。）６０を備える。バッテリー５０は、好ましくは一方に開口する有底型の筐体５１を備える。筐体５１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６０は、筐体５１の内部５４に配置される。バッテリーセル６０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６０は、好ましくは、筐体５１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５１の底部５２（冷却部位の一例）には、冷却部材５５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５３が備えられている。冷却部材５５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６０は、底部５２との間に、放熱構造体１等を挟むようにして筐体５１内に配置されている。このような構造のバッテリー５０では、バッテリーセル６０は、放熱構造体１等を通じて筐体５１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５５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５５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６は、図５の領域Ｂの拡大図を示す。なお、図６では、一部の放熱部材５を拡大して示す。

放熱構造体１等は、放熱部材５の余剰領域２０ａをバッテリーセル６０側に向けて、バッテリーセル６０と底部５２との間に挟持された状態で筐体５１内に備えられる。このため、バッテリーセル６０からの熱は、熱伝導シート２０の余剰領域２０ａから両側の周に沿って底部５２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、熱の伝達ルートを確実に増大させることができ、もって、バッテリーセル６０からの放熱性をより高めることができる。加えて、余剰領域２０ａは、熱伝導シート２０同士を接続していない領域である。このため、放熱部材５が扁平に変形した際に、クッション部材１０の変形に追随して変形可能である。

（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７は、第２実施形態に係るバッテリーにおける図５の領域Ｂと同様の領域の拡大図を示す。なお、図７では、一部の放熱部材５を拡大して示す。

この実施形態では、放熱構造体１等は、余剰領域２０ａが底部５２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６０からの熱は、放熱部材５の周方向両側を伝って底部５２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６０からの放熱性をより高めることができる。また、熱伝導シート２０は、放熱部材５が扁平に変形した際に、クッション部材１０の変形に追随して変形可能である。したがって、熱伝導シート２０が破損するリスクを低減できる。

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。

上述の放熱構造体の各実施形態では、クッション部材１０の構成要素の一部である第１クッション片１１及び第２クッション片１２は、長尺の円筒体、すなわち、長さ方向に直交する断面形状が円形の筒状体を長さ方向に沿って切断した形状をなしている場合を例示したが、断面形状が円形の筒状体であることに限られるものではなく、例えば、断面形状が楕円形の筒状体、断面形状が三角形以上の多角形の筒状体などを長さ方向に沿って切断した形状をなすものであってもよい。

また、上述のバッテリーの各実施形態では、バッテリーセル６０の下端部と筐体５１の底部５２との間に放熱構造体１等が挟持されているが、バッテリーセル６０の側面と底部５２との間に放熱構造体１等が挟持されても良い。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５０では、全ての放熱部材５の余剰領域２０ａは、バッテリーセル６０の下端側若しくは筐体５１の底部５２側を向いている。しかし、一部の放熱部材５の余剰領域２０ａがバッテリーセル６０の下端側を向き、残りの放熱部材５の余剰領域２０ａが底部５２側を向いていても良い。

また、熱源は、バッテリーセル６０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５５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等は、バッテリー５０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。

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・・・放熱構造体、５・・・放熱部材、１０・・・クッション部材、１０ａ・・・空間部、１１・・・第１クッション片、１２・・・第２クッション片、１３・・・第３クッション片、１１ａ・・・第１クッション片１１の内側面、１２ａ・・・第２クッション片１２の内側面、２０・・・熱伝導シート、２０ａ・・・余剰領域、３０、３５・・・糸（連結部材の一例）、３１・・・規制部、４０・・・枠体、４１・・・開口部、５０・・・バッテリー、５１・・・筐体、５５・・・冷却部材、６０・・・バッテリーセル（熱源の一例）、Ｓ１，Ｓ２・・・スリット。

Claims (9)

1. 複数の放熱部材を備える放熱構造体であって、
   前記放熱部材は、
   内側に空間部を有する長尺のクッション部材と、
   前記クッション部材の外側面を覆う熱伝導シートと、
   を備え、
   前記クッション部材は、
   前記クッション部材の長さ方向に沿うスリットを隔てて分離配置されている第１クッション片及び第２クッション片と、
   前記第１クッション片の内側面と前記第２クッション片の内側面とを連結する第３クッション片とを有し、
   前記熱伝導シートは、前記クッション部材の前記スリットを含む外周の長さを超えて非接着状態で重なり合うことのできる余剰領域を有する放熱構造体。
2. 前記第１クッション片及び前記第２クッション片は、それぞれの長さ方向に直交する断面形状が円弧をなし、当該断面形状が円弧をなす前記第１クッション片の内周面と当該断面形状が円弧をなす前記第２クッション片の内周面とが対向配置されている請求項１に記載の放熱構造体。
3. 複数の前記放熱部材は、当該放熱部材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、前記空間部に糸が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を固定する枠体をさらに備え、
   複数の前記放熱部材は、前記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、前記余剰領域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。