JP6886543B1 - 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簡易で長期間使用可能な構造を有す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、熱源から冷却部材に熱を伝導させて熱源からの放熱を可能とする放熱構造体１であって、熱源と冷却部材との間に配置され、所定方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有する熱伝導部材１０と、熱伝導部材１０を保持する機能を有する弾性部材２０と、を備え、熱伝導部材１０は、弾性部材２０をその厚さ方向に貫通して凹凸を繰り返すよう配置され、弾性部材２０は、熱源および冷却部材とそれぞれ対向する２つの面２１，２２において、所定間隔を空けて熱伝導部材１０が露出するよう熱伝導部材１０を保持することを特徴とする放熱構造体１およびそれを備えるバッテリーに関する。【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）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。また、現在、バッテリーの高速かつ非接触での充電を実現する試験が進行しており、バッテリーの寿命を損なわないように、バッテリーの過充電に伴う発熱への対処も必要になる。このような事情から、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、放熱構造体の軽量化による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放熱構造体の復元特性、および放熱構造体を簡易で長期間使用可能な構造にすること、も望まれている。上記の要望は、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簡易で長期間使用可能な構造を有す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、熱源から冷却部材に熱を伝導させて前記熱源からの放熱を可能とする放熱構造体であって、前記熱源と前記冷却部材との間に配置され、所定方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有する熱伝導部材と、前記熱伝導部材を保持する機能を有する弾性部材と、を備え、前記熱伝導部材は、前記弾性部材をその厚さ方向に貫通して前記凹凸を繰り返すよう配置され、前記弾性部材は、前記熱源および前記冷却部材とそれぞれ対向する２つの面において、所定間隔を空けて前記熱伝導部材が露出するよう前記熱伝導部材を保持する。
（２）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導部材は、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、可撓性を有するシート状部材であっても良い。
（３）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記弾性部材は、前記所定方向と直交する方向に沿って延び、かつ前記厚さ方向に貫通する切り込みが、前記所定方向に複数形成されており、前記熱伝導部材は、前記切り込みを通って前記凹凸を繰り返すよう配置されても良い。
（４）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記熱伝導部材は、糸状部材であり、前記弾性部材を前記厚さ方向に貫通しながら前記所定方向に沿って縫うことにより前記弾性部材に保持されても良い。
（５）別の実施形態に係る放熱構造体では、好ましくは、前記弾性部材は、前記所定方向と直交する方向に沿って、複数の前記熱伝導部材を保持しても良い。
（６）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しても良い。
（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、を含んでも良い。
（８）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。

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簡易で長期間使用可能な構造を有す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ことができる。

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におけるＡ−Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図をそれぞれ示す。 図３は、第２実施形態に係る放熱構造体の図２と同視の断面図およびその一部Ｃの拡大図をそれぞれ示す。 図４は、第３実施形態に係る放熱構造体の平面図およびその一部Ｄの拡大図をそれぞれ示す。 図５は、図４におけるＥ−Ｅ線断面図およびその一部Ｆの拡大図をそれぞれ示す。 図６は、第１実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を平面視および図２と同様の視野にてそれぞれ示す。 図７は、第１実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を平面視および図２と同様の視野にてそれぞれ示す。 図８は、第１実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を平面視および図２と同様の視野にてそれぞれ示す。 図９は、第２実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を図３と同様の視野にて示す。 図１０は、第１実施形態に係る放熱構造体の製造方法の変形例の主な工程を平面視および図２と同様の視野にてそれぞれ示す。 図１１は、第３実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を平面視にて示す。 図１２は、放熱構造体を備えるバッテリーの縦断面図を示す。 図１３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にしたときの断面図、その一部拡大図および充放電時にバッテリーセルが膨張した際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。

１．放熱構造体
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におけるＡ−Ａ線断面図およびその一部Ｂの拡大図をそれぞれ示す。なお、この実施形態において、熱源は、図２の紙面上方に配置され、冷却部材は、図２の紙面下方に配置されるものとする。以後の実施形態においても同様である。また、放熱構造体１において、熱伝導部材１０の凹凸の数は特に限定されない。以後の実施形態においても同様である。

（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、熱源から冷却部材に熱を伝導させて熱源からの放熱を可能とする部材である。放熱構造体１は、熱源と冷却部材との間に配置され、所定方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有する熱伝導部材１０と、熱伝導部材１０を保持する機能を有する弾性部材２０と、を備える。熱伝導部材１０は、弾性部材２０をその厚さ方向（図２の上下方向）に貫通して凹凸を繰り返すよう配置される。弾性部材２０は、熱源および冷却部材とそれぞれ対向する２つの面２１，２２において、所定間隔を空けて熱伝導部材１０が露出するよう熱伝導部材１０を保持する。熱伝導部材１０は、「放熱部材」または「伝熱部材」と称しても良い。

（２）熱伝導部材
熱伝導部材１０は、好ましくは、所定方向に向かって連続した矩形状の凹凸を繰り返す形状を有する部材である。この実施形態において、熱伝導部材１０は、図２の左右方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有する。ただし、熱伝導部材１０は、図２の左右方向に限定されず、紙面奥行方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状であっても良いし、複数の方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状であっても良い。熱伝導部材１０は、好ましくは、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも１つを含み、可撓性を有するシート状部材である。熱伝導部材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、熱伝導部材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、熱伝導部材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。熱伝導部材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。熱伝導部材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。また、熱伝導部材１０は、「熱伝導シート」と称しても良い。

熱伝導部材１０を炭素と樹脂とを備えるシートとする場合には、当該樹脂が熱伝導部材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、熱伝導部材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、熱伝導部材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。熱伝導部材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、Ａｌ_２Ｏ_３、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。熱伝導部材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。

熱伝導部材１０は、導電性に優れるか否かは問わない。熱伝導部材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、熱伝導部材１０は、好ましくは、グラファイト製のフィルムであり、熱伝導性と導電性に優れる材料から成る。熱伝導部材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、熱伝導部材１０の熱伝導率は、その厚さが増加するほど厚さ方向で低下するが、熱伝送量は厚い方が多くなるため、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）弾性部材
弾性部材２０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、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、弾性部材２０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。

弾性部材２０は、好ましくは、熱伝導部材１０を保持する機能を有するシート状部材である。弾性部材２０は、好ましくは、その厚さ方向に熱伝導部材１０を貫通させて矩形状の凹凸を繰り返すよう配置させることにより、熱伝導部材１０を保持する。すなわち、弾性部材２０は、熱源と対向する面２１および冷却部材と対向する面２２において、所定間隔を空けて熱伝導部材１０が露出するよう熱伝導部材１０を保持する（図１，２を参照）。弾性部材２０は、好ましくは、熱伝導部材１０が連続した凹凸を繰り返す方向（以後、「所定方向」または「凹凸方向」とも称する。）と直交する方向（図２の紙面奥行方向）に沿って延び、かつ厚さ方向（図２の上下方向）に貫通する切り込み２５が、凹凸方向（図２の左右方向）に複数形成されている。切り込み２５は、好ましくは、凹凸方向に沿う短辺および凹凸方向と直交する方向に沿う長辺からなる矩形状の切り込みであって、厚さ方向に平行に貫通する切り込みである（後述の図６を参照）。なお、弾性部材２０は、切り込み２５に代えて、凹凸方向と直交する方向に沿う直線状の切り込み２５ｂを備えていても良い（後述の図１０を参照）。熱伝導部材１０は、好ましくは、切り込み２５，２５ｂを通って凹凸を繰り返すよう配置される。切り込み２５，２５ｂの構成および熱伝導部材１０の配置方法については、詳細を後述する。

弾性部材２０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。弾性部材２０は、熱伝導部材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、弾性部材２０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。弾性部材２０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。弾性部材２０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、「弾性部材」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「クッション部材」、「弾性シート」或いは「ゴム状弾性体」と読み替えることもできる。また、弾性部材２０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）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。熱伝導部材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、熱伝導部材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、熱伝導部材１０の表面、少なくとも熱源と熱伝導部材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、熱源から熱伝導部材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、熱伝導部材１０の表面に塗布して、熱源と熱伝導部材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、熱源と熱伝導部材１０との間に介在する他、熱伝導部材１０と後述のバッテリーの筐体との間に介在する方が好ましい。熱伝導性オイルは、熱伝導部材１０の全面に塗布されていても、熱伝導部材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部材１０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部材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あるいは後述のバッテリー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、以後の実施形態においても同様である。

放熱構造体１は、熱源と冷却部材との間に配置され、所定方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有する熱伝導部材１０と、熱伝導部材１０を保持する機能を有する弾性部材２０と、を備えるため、熱源の種々の形態に順応可能であって、軽量で、かつ熱源からの押圧による復元特性を実現することができる。また、熱伝導部材１０は、弾性部材２０をその厚さ方向に貫通して凹凸を繰り返すよう配置される。また、弾性部材２０は、熱源および冷却部材とそれぞれ対向する２つの面２１，２２において、所定間隔を空けて熱伝導部材１０が露出するよう熱伝導部材１０を保持する。このため、放熱構造体１は、簡易で長期間使用可能な構造を有し、かつ確実な熱伝導によって高い放熱効率を実現できる。

（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、第２実施形態に係る放熱構造体の図２と同視の断面図およびその一部Ｃの拡大図をそれぞれ示す。

第２実施形態に係る放熱構造体１ａは、第１実施形態に係る放熱構造体１と類似の構造を有するが、矩形状の凹凸形状を有する熱伝導部材１０に代えて、波形状の凹凸形状を有する熱伝導部材１０ａを備える点において、第１実施形態に係る放熱構造体１と異なる。

放熱構造体１ａは、好ましくは、熱源と冷却部材との間に配置され、所定方向に向かって連続した波形状の凹凸を繰り返す形状を有する熱伝導部材１０ａと、熱伝導部材１０ａを保持する機能を有する弾性部材２０ａと、を備える。この実施形態において、熱伝導部材１０ａは、図３の左右方向に向かって連続した波形状の凹凸を繰り返す形状を有する。ただし、熱伝導部材１０ａは、図３の左右方向に限定されず、紙面奥行方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状であっても良いし、複数の方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状であっても良い。また、熱伝導部材１０ａは、波形状の凹凸形状に限定されず、例えば、連続して鋭角に屈曲された蛇腹状の凹凸形状であっても良い。なお、熱伝導部材１０ａは、その形状以外の構成は第１実施形態の熱伝導部材１０と同様のため、詳細な説明を省略する。

弾性部材２０ａは、好ましくは、その厚さ方向に熱伝導部材１０ａを貫通させて波形状の凹凸を繰り返すよう配置させることにより、熱伝導部材１０ａを保持する。すなわち、弾性部材２０ａは、熱源と対向する面２１ａおよび冷却部材と対向する面２２ａにおいて、少なくとも熱伝導部材１０ａの波形状の頂部が所定間隔を空けて露出するよう熱伝導部材１０ａを保持する（図３を参照）。弾性部材２０ａは、好ましくは、凹凸方向と直交する方向（図３の紙面奥行方向）に沿って延び、かつ厚さ方向（図３の上下方向）に貫通する切り込み２５ａが、凹凸方向（図３の左右方向）に複数形成されている。切り込み２５ａは、好ましくは、凹凸方向に沿う短辺および凹凸方向と直交する方向に沿う長辺からなる矩形状の切り込みであって、熱源と対向する面２１ａから冷却部材と対向する面２２ａに進むにつれて凹凸方向の長さが短くなるよう斜めに貫通する切り込みである（後述の図９を参照）。なお、弾性部材２０ａは、平面視矩形状の切り込み２５ａに代えて、凹凸方向と直交する方向に沿う直線状の切り込みを備えていても良い。このような切り込みは、厚さ方向に対して斜めに貫通するよう形成されることが好ましい。また、熱伝導部材１０ａは、好ましくは、切り込み２５ａを通って凹凸を繰り返すよう配置される。切り込み２５ａの構成および熱伝導部材１０ａの配置方法については、詳細を後述する。なお、弾性部材２０ａは、切り込み２５ａ以外の構成は、第１実施形態の弾性部材２０と同様のため、詳細な説明を省略する。このように構成された放熱構造体１ａにおいても、上述の放熱構造体１と同様の効果を奏する。

（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、第３実施形態に係る放熱構造体の平面図およびその一部Ｄの拡大図をそれぞれ示す。図５は、図４におけるＥ−Ｅ線断面図およびその一部Ｆの拡大図をそれぞれ示す。

第３実施形態に係る放熱構造体１ｂは、第１実施形態に係る放熱構造体１と類似の構造を有するが、シート状の熱伝導部材１０に代えて、糸状の熱伝導部材１０ｂを備える点において、第１実施形態に係る放熱構造体１と異なる。

放熱構造体１ｂは、熱伝導部材１０ｂと、弾性部材２０ｂと、を備える。熱伝導部材１０ｂは、糸状部材であり、好ましくは、熱源からの放熱による温度上昇に耐え得る糸である。より具体的には、熱伝導部材１０ｂ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。熱伝導部材１０ｂは、好ましくは、弾性部材１０ｂを厚さ方向（図５の上下方向）に貫通しながら凹凸方向（図５の左右方向）に沿って縫うことにより弾性部材１０ｂに保持される。この実施形態において、熱伝導部材１０ｂは、ミシン等を用いて弾性部材２０ｂを縫い付けることが好ましい。熱伝導部材１０ｂ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。

弾性部材２０ｂは、好ましくは、熱伝導部材１０ｂを保持する機能を有するシート状部材である。弾性部材２０ｂは、好ましくは、凹凸方向と直交する方向（図４の上下方向）に沿って、複数の熱伝導部材１０ｂを保持する。すなわち、放熱構造体１ｂは、凹凸方向に沿って弾性部材２０ｂを縫う熱伝導部材１０ｂが、凹凸方向と直交する方向に沿って複数本配置される。これにより、弾性部材２０ｂは、熱源と対向する面２１ｂおよび冷却部材と対向する面２２ｂにおいて、所定間隔を空けて熱伝導部材１０ｂの集合体１２が露出するよう複数の熱伝導部材１０ｂを保持する（図４および図５を参照）。熱伝導部材１０ｂの集合体１２は、複数の熱伝導部材１０ｂの縫い目が凹凸方向と直交する方向に沿って並んで形成される集合体である（図４の一部Ｄの拡大図を参照）。放熱構造体１ｂは、少なくとも１本以上の熱伝導部材１０ｂを備えていれば熱伝導部材１０ｂの本数に制約はないが、熱伝導部材１０ｂの本数が多いほど熱伝導部材１０ｂの集合体１２の面積が大きくなるため、熱伝導性を高めることができる。なお、弾性部材２０ｂの材料は、第１実施形態の弾性部材２０と同様のため、詳細な説明を省略する。このように構成された放熱構造体１ｂにおいても、上述の放熱構造体１と同様の効果を奏する。

２．放熱構造体の製造方法
次に、本発明の各実施形態に係る放熱構造体の好適な製造方法の一例を説明する。

（放熱構造体１の製造方法）
第１実施形態に係る放熱構造体１の製造方法の一例について説明する。

図６、図７、および図８は、第１実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を平面視および図２と同様の視野にてそれぞれ示す。

まず、弾性部材２０に、凹凸方向と直交する方向に沿って延び、かつ厚さ方向に貫通する矩形状の切り込み２５が、凹凸方向に沿って複数形成される（図６のａを参照）。切り込み２５は、好ましくは、凹凸方向に沿う短辺および凹凸方向と直交する方向に沿う長辺からなる矩形状の切り込みであって、厚さ方向に平行に貫通する切り込みである。この実施形態において、切り込み２５は、当該長辺の長さが弾性部材２０の凹凸方向と直交する方向の長さより短くなるよう形成される。すなわち、切り込み２５は、弾性部材２０の凹凸方向と直交する方向の両端部を貫通しないよう形成される。そして、切り込み２５に囲まれた切り取り部２８が、切り込み２５に沿って弾性部材２０から切り取られることにより、複数の開口部２７が形成される（図６のｂを参照）。なお、複数の切り込み２５および複数の開口部２７は、その全てが同じ大きさであっても良いし、少なくとも一部が異なる大きさであっても良い。また、複数の切り込み２５および複数の開口部２７は、その全てが同一形状であっても良いし、少なくとも一部が異なる形状であっても良い。

次に、開口部２７が形成された弾性部材２０の熱源と対向する面２１上に、熱伝導部材１０が載置される（図７のｃを参照）。熱伝導部材１０は、凹凸方向と直交する方向の長さが、開口部２７の凹凸方向と直交する方向の長さ以下であることが好ましい。また、熱伝導部材１０は、凹凸方向の長さが、弾性部材２０より長く形成された部材であることが好ましい。そして、複数の切り取り部２８が複数の開口部２７それぞれに配置されるように、複数の切り取り部２８が熱伝導部材１０の上方から開口部２７へ一方向、一つずつ順に押し込まれる（図７のｄを参照）。以後の製造方法における切り取り部の開口部への押し込みについても同様である。これにより、熱伝導部材１０が切り取り部２８とともに開口部２７に押し込まれるため、熱伝導部材１０は、開口部２７（切り込み２５）を通って弾性部材２０の厚さ方向に貫通して、矩形状の凹凸を繰り返すよう配置される（図８のｅを参照）。そして、凹凸を繰り返すよう配置された熱伝導部材１０のうち、弾性部材２０から凹凸方向の両側にはみ出た領域が切断されることにより、放熱構造体１が製造される（図８のｅおよび図８のｆを参照）。

放熱構造体１は、弾性部材２０に切り込み２５を形成して熱伝導部材１０を載置し、熱伝導部材１０の上方から切り取り部２８を押し込むという簡易な方法で製造可能であり、生産性を高めることができる。なお、熱伝導部材１０は、開口部２７が形成された弾性部材２０の冷却部材と対向する面２２上に載置されても良い。この場合、複数の切り取り部２８は、冷却部材と対向する面２２側から開口部２７へ押し込まれることが好ましい。

（放熱構造体１ａの製造方法）
第２実施形態に係る放熱構造体１ａの製造方法の一例について説明する。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９は、第２実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を図３と同様の視野にて示す。

第２実施形態に係る放熱構造体１ａは、上述の放熱構造体１の製造方法と類似の方法により製造可能であるが、切り込み２５に代えて切り込み２５ａを形成する点で、放熱構造体１の製造方法と異なる。

まず、弾性部材２０ａに、凹凸方向と直交する方向（図９の紙面奥行方向）に沿って延び、かつ厚さ方向（図９の上下方向）に貫通する矩形状の切り込み２５ａが、凹凸方向（図９の左右方向）に沿って複数形成される（図９のｇを参照）。切り込み２５ａは、好ましくは、凹凸方向に沿う短辺および凹凸方向と直交する方向に沿う長辺からなる矩形状の切り込みであって、熱源と対向する面２１ａから冷却部材と対向する面２２ａに進むにつれて凹凸方向の長さが短くなるよう斜めに貫通する切り込みである（図９のｇを参照）。そして、切り込み２５ａに囲まれた切り取り部２８ａが、切り込み２５に沿って弾性部材２０から切り取られることにより、複数の開口部２７ａが形成される（図９のｈを参照）。

次に、開口部２７ａが形成された弾性部材２０ａの熱源と対向する面２１ａ上に、熱伝導部材１０ａが載置される（図９のｉを参照）。そして、複数の切り取り部２８ａが複数の開口部２７ａそれぞれに配置されるように、複数の切り取り部２８ａが熱伝導部材１０ａの上方から開口部２７ａへ押し込まれる（図９のｊを参照）。これにより、熱伝導部材１０ａが切り取り部２８ａとともに開口部２７ａに押し込まれるため、熱伝導部材１０ａは、開口部２７ａ（切り込み２５ａ）を通って弾性部材２０ａの厚さ方向に貫通して、波形状の凹凸を繰り返すよう配置される（図９のｋを参照）。そして、凹凸を繰り返すよう配置された熱伝導部材１０ａのうち、弾性部材２０ａから凹凸方向の両側にはみ出た領域が切断されることにより、放熱構造体１ａが製造される（図９のｋおよび図９のｌを参照）。放熱構造体１ａもまた、放熱構造体１と同様に、簡易な方法で製造可能であり、生産性を高めることができる。なお、熱伝導部材１０ａは、開口部２７ａが形成された弾性部材２０ａの冷却部材と対向する面２２ａ上に載置されても良い。この場合、複数の切り取り部２８ａは、冷却部材と対向する面２２ａ側から開口部２７ａへ押し込まれることが好ましい。

（放熱構造体１の製造方法の変形例）
第１実施形態に係る放熱構造体１の製造方法の変形例の一例について説明する。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１０は、第１実施形態に係る放熱構造体の製造方法の変形例の主な工程を平面視および図２と同様の視野にてそれぞれ示す。

この放熱構造体１の製造方法の変形例は、上述の放熱構造体１の製造方法と類似の方法であるが、切り込み２５に代えて切り込み２５ｂを形成する点で、上述の放熱構造体１の製造方法と異なる。

まず、弾性部材２０に、凹凸方向と直交する方向に沿って延び、かつ厚さ方向に貫通する直線状の切り込み２５ｂが、凹凸方向に沿って複数形成される（図１０のｍを参照）。切り込み２５ｂは、凹凸方向と直交する方向に沿って、かつ厚さ方向に平行に貫通する切り込みである。すなわち、切り込み２５ｂは、弾性部材２０を、熱源と対向する面２１から冷却部材と対向する面２２へ平行に貫通する直線状の切り込みである。そして、熱伝導部材１０が切り込み２５ｂを通って弾性部材２０の厚さ方向に貫通して、矩形状の凹凸を繰り返すよう配置される（図１０のｎを参照）。より詳細には、熱伝導部材１０は、例えば、熱源と対向する面２１から１の切り込み２５ｂを通って冷却部材と対向する面２２へ貫通された後、隣接する切り込み２５ｂを通って熱源と対向する面２１へ貫通されることにより、矩形状の凹凸を形成する。これを繰り返すことにより、熱伝導部材１０は、弾性部材２０の厚さ方向に貫通して矩形状の凹凸を繰り返すように配置される。そして、凹凸を繰り返すよう配置された熱伝導部材１０のうち、弾性部材２０から凹凸方向の両側にはみ出た領域が切断されることにより、放熱構造体１が製造される。放熱構造体１は、弾性部材２０に切り込み２５ｂを形成し、熱伝導部材１０を切り込み２５ｂを通って弾性部材２０の厚さ方向に貫通して、凹凸を繰り返すよう配置するという簡易な方法で製造可能であり、生産性を高めることができる。

第２実施形態に係る放熱構造体１ａもまた、上述の変形例と同様の方法で製造可能である。この場合、放熱構造体１ａは、切り込み２５ｂに代えて、凹凸方向と直交する方向に沿って延び、かつ厚さ方向に対して斜めに貫通する直線状の切り込みを備えることが好ましい。より詳細には、放熱構造体１ａは、図９のｇに示すように、弾性部材２０ａの厚さ方向に対して斜めに貫通する直線状の切り込みが凹凸方向に沿って複数形成されることが好ましい。

（放熱構造体１ｂの製造方法）
第３実施形態に係る放熱構造体１ｂの製造方法の一例について説明する。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１１は、第３実施形態に係る放熱構造体の製造方法の主な工程を平面視にて示す。

弾性部材２０ｂは、熱伝導部材１０ｂにより、弾性部材２０ｂの厚さ方向に貫通しながら凹凸方向（図１１の左右方向）に沿って縫われる（図１１のｏを参照）。このように熱伝導部材１０ｂにより凹凸方向に沿って縫う動作は、弾性部材２０ｂの凹凸方向と直交する方向に沿って複数回繰り返される。これにより、弾性部材２０ｂは、熱源と対向する面２１ｂおよび冷却部材と対向する面２２ｂにおいて、所定間隔を空けて熱伝導部材１０ｂの集合体１２が露出するよう複数の熱伝導部材１０ｂを保持する。よって、凹凸方向に沿って弾性部材２０ｂを縫う熱伝導部材１０ｂが、凹凸方向と直交する方向に沿って複数本配置された放熱構造体１ｂが製造される（図１１のｐを参照）。放熱構造体１ｂは、弾性部材２０ｂを複数本の熱伝導部材１０ｂで凹凸方向に沿って縫うという簡易な方法で製造可能であり、生産性を高めることができる。

３．バッテリー
次に、本実施形態に係るバッテリーについて説明する。

図１２は、放熱構造体を備え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上方開口面から底部へと垂直に切断する図を意味する。

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５０を備える。バッテリー４０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。バッテリーセル５０は、底部４２との間に、放熱構造体１を挟むようにして筐体４１内に配置される。

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を備える。放熱構造体１は、バッテリーセル５０と冷却部材４５との間に介在する。バッテリー４０は、好ましくは、熱伝導部材１０の凹凸を繰り返す方向（凹凸方向）に沿って複数のバッテリーセル５０が並ぶように、バッテリーセル５０と冷却部材４５との間に放熱構造体１を介在させる。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、「冷却媒体」あるいは「冷却剤」と読み替えても良い。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。

バッテリーセル５０を筐体４１内にセットした状態では（図１２を参照）、放熱構造体１は、バッテリーセル５０と、水冷パイプ４３を備える底部４２との間において、放熱構造体１の厚さ方向に圧縮される。この結果、バッテリーセル５０からの熱は、熱伝導シート２１、底部４２、水冷パイプ４３、冷却部材４５へと伝わりやすくなる。また、放熱構造体１は弾性部材２０に熱伝導部材１０が保持されているため、作業者がバッテリー４０に放熱構造体１を容易に取り付けることができ、作業性が向上する。なお、バッテリー４０は、熱伝導部材１０の凹凸方向と直交する方向に沿って複数のバッテリーセル５０が並ぶように、バッテリーセル５０と冷却部材４５との間に放熱構造体１を介在させても良い。また、バッテリー４０は、放熱構造体１に代えて、先述の放熱構造体１ａ，１ｂを備えていても良い。

４．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１３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にしたときの断面図、その一部拡大図および充放電時にバッテリーセルが膨張した際の一部断面図をそれぞれ示す。

先述の実施形態では、バッテリーセル５０を縦にしてその下端に放熱構造体１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５０の配置形態は、これに限定されない。図１３に示すように、バッテリーセル５０の側面を放熱構造体１の熱伝導部材１０に接触させるように、バッテリーセル５０を配置しても良い。バッテリーセル５０は、充電および放電の際に温度上昇する。バッテリーセル５０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５０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１３に示すように、放熱構造体１がバッテリーセル５０の外面の形状に合わせて変形できるので、充放電時にも放熱性を高く維持できる。また、先述の第２実施形態および第３実施形態においても同様に、バッテリーセル５０の側面を放熱構造体１ａ，１ｂの熱伝導部材１０ａ，１０ｂに接触させるように、バッテリーセル５０を配置しても良い。

また、放熱構造体１，１ａは、熱伝導部材１０，１０ａと弾性部材２０，２０ａとの間に接着剤を介在させずに製造されていたが、熱伝導部材１０，１０ａと弾性部材２０，２０ａとの間に接着剤が介在していても良い。この場合、放熱構造体１，１ａは、弾性部材２０，２０ａに接着剤を塗布した状態で熱伝導部材１０，１０ａを配置しても良いし、接着剤を塗布した熱伝導シート１０，１０ａを弾性部材２０，２０ａに配置しても良い。接着剤は、その構成材料を問わないが、少なくともバッテリーセル５０からの放熱による温度上昇に耐え得るような耐熱性に優れた接着剤を用いることが好ましい。

また、放熱構造体１，１ａは、切り込み２５，２５ａ，２５ｂの凹凸方向と直交する方向に沿う長辺の長さが弾性部材２０，２０ａの凹凸方向と直交する方向の長さより短くなるよう形成されていたが、当該長辺の長さは、弾性部材２０，２０ａの凹凸方向と直交する方向の長さと同一であっても良い。すなわち、弾性部材２０，２０ａは、その凹凸方向と直交する方向に貫通する切り込み２５，２５ａ，２５ｂが形成されていても良い。

また、弾性部材２０，２０ａ，２０ｂは、その形状に特に制約はなく、少なくともバッテリーセル５０と対向する面２１，２１ａ，２１ｂおよび冷却部材４５と対向する面２２，２２ａ，２２ｂにおいて、所定間隔を空けて熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂが露出するように熱伝導部材１０，１０ａ，１０ｂを保持可能な形状であれば、例えば、楕円、台形、円、多角形状等であっても良い。

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、１ａ，１ｂ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、放熱構造体１ａは、バッテリー４０に備えられていても良い。

１，１ａ，１ｂ・・・放熱構造体、１０，１０ａ，１０ｂ・・・熱伝導部材、２０，２０ａ，２０ｂ・・・弾性部材、２１，２１ａ，２１ｂ・・・熱源と対向する面、２２，２２ａ，２２ｂ・・・冷却部材と対向する面、２５，２５ａ，２５ｂ・・・切り込み、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 (5)

1. 熱源から冷却部材に熱を伝導させて前記熱源からの放熱を可能とする放熱構造体であって、
   前記熱源と前記冷却部材との間に配置され、所定方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有する熱伝導部材と、
   前記熱伝導部材を保持する機能を有する弾性部材と、
   を備え、
   前記熱伝導部材は、前記弾性部材をその厚さ方向に貫通して前記凹凸を繰り返すよう配置され、
   前記弾性部材は、前記熱源および前記冷却部材とそれぞれ対向する２つの面において、所定間隔を空けて前記熱伝導部材が露出するよう前記熱伝導部材を保持し、
   前記熱伝導部材は、糸状部材であり、前記弾性部材を前記厚さ方向に貫通しながら前記所定方向に沿って縫うことにより前記弾性部材に保持されることを特徴とする放熱構造体。
2. 前記弾性部材は、前記所定方向と直交する方向に沿って、複数の前記熱伝導部材を保持することを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
3. 前記熱伝導部材の表面に、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とを特徴とする請求項１または２に記載の放熱構造体。
4. 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、を含むことを特徴とする請求項３に記載の放熱構造体。
5. 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４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。

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