JP7174674B2 - 放熱構造体、放熱構造体の製造方法、放熱ユニット、放熱ユニットの製造方法およびバッテリー - Google Patents
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Description
(2)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記折り返し部は、前記クッション部材の外表面を巻いて前記熱伝導シートのシート面に固定されている。
(3)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記クッション部材は、長尺形状を有していて、前記クッション部材の内部に備えられていて長さ方向に長い中空部と、前記クッション部材の長さ方向に沿って、前記クッション部材の外側面から前記中空部に連通するスリットと、を備える。
(4)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。
(5)別の実施形態に係る放熱構造体において、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。
(6)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の製造方法は、上述のいずれかの放熱構造体を製造する方法であって、前記熱伝導シートに、その厚さ方向に貫通する切り込みを形成する切り込み形成工程と、前記熱伝導シートのシート面上において、前記切り込みの位置から前記折り返し部を巻くことのできる位置に前記クッション部材を配置するクッション部材配置工程と、前記折り返し部を前記クッション部材の外表面に巻く折り返し部巻回工程と、を含む。
(7)上記目的を達成するための一実施形態に係る放熱ユニットは、上述のいずれかの放熱構造体を2つ重ね合わせた放熱ユニットであって、2つの前記放熱構造体は、互いに、前記クッション部材に前記折り返し部を巻いた構造の突出部分を対向させて重ね合わせられており、1つの前記放熱構造体の前記開口部に、もう1つの前記放熱構造体の前記突出部分を挿入している。
(8)上記目的を達成するための一実施形態に係る放熱ユニットの製造方法は、上述の放熱ユニットを製造する方法であって、前記熱伝導シートに、その厚さ方向に貫通する切り込みを形成する切り込み形成工程と、前記熱伝導シートのシート面上において、前記切り込みの位置から前記折り返し部を巻くことのできる位置に前記クッション部材を配置するクッション部材配置工程と、前記折り返し部を前記クッション部材の外表面に巻く折り返し部巻回工程と、2つの前記放熱構造体の内、1つの前記放熱構造体の前記開口部に、もう1つの前記放熱構造体の前記突出部分を挿入して、前記クッション部材に前記折り返し部を巻いた構造の突出部分を対向させる向きで重ね合わせて合体させる合体工程と、を含む。
(9)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。
(10)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、上述の放熱ユニットを備える。
図1は、本発明に係る放熱構造体の斜視図を示す。図2は、本発明に係る放熱構造体の平面図(2A)、当該(2A)に示す放熱構造体を矢印A方向から見た側面図(2B)、および当該(2A)におけるB-B線断面図(2C)をそれぞれ示す。
この実施形態に係る放熱構造体1は、1または2以上のクッション部材12と、クッション部材12を載せるシートであって、熱源に接触させて当該熱源からの放熱を高めることのできる熱伝導シート10と、を備える。クッション部材12は、中実の形状(柱状形状ともいう)を有する。ただし、クッション部材12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柱状部材であっても良い。また、クッション部材12は、長尺の中空の形状を有する筒状の部材であっても良い。熱伝導シート10は、その厚さ方向に貫通する切り込み15からクッション部材12を巻くために折り返し可能な折り返し部10bを備える。折り返し部10bは、クッション部材12の外表面を巻いている部材であり、好ましくは、熱伝導シート10のシート面に固定されている。また、放熱構造体1は、クッション部材12の隣の位置であって折り返し部10bの折り返し後の位置に、熱伝導シート10の厚さ方向に貫通する開口部11を備える。図2では、放熱構造体1は、11本のクッション部材12を備えているが、1本以上であればクッション部材12の数を問わない。
熱伝導シート10は、枠体10aと、折り返し部10bと、から構成される。枠体10aは、熱伝導シート10のうち折り返し部10b以外の領域であり、クッション部材12を載置する領域と、およびクッション部材12および開口部11を囲む外周領域とを備える。折り返し部10bは、クッション部材12の外表面を巻回することによりクッション部材12を被覆するものである。折り返し部10bは、クッション部材12を被覆可能な大きさを有することが好ましい。すなわち、折り返し部10bは、その長さ方向(図2(2A)における上下方向)の長さ(折り返し部10bの長さとも称する)がクッション部材12の長さと同等であることが好ましい。また、折り返し部10bは、当該長さ方向に略直交する方向(図2(2A)における左右方向)の長さ(折り返し部10bの幅とも称する)がクッション部材12の外表面を巻回することが可能な長さを有していることが好ましい。なお、折り返し部10bの長さは、クッション部材12の長さと同等であることに限定されず、クッション部材12より長くても良いし、短くても良い。また、折り返し部10bの幅は、クッション部材12の外表面すべてを巻回可能な長さより短くても良い。
クッション部材12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12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12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。
開口部11は、熱伝導シート10の折り返し部10bの折り返し後の位置に、熱伝導シート10の厚さ方向に貫通する。すなわち、開口部11は、クッション部材12に隣接して設けられている。クッション部材12は、熱源等からの押圧を受けて上下方向、すなわち熱源から冷却部位に向かう方向に圧縮された際に、左右方向に潰れて変形する。隣り合うクッション部材12同士が近接している場合には、熱源等からの押圧を受けて潰れる際に、当該クッション部材12同士が接触してしまい、クッション部材12はほとんど潰れず、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。しかしながら、放熱構造体1は、隣り合うクッション部材12の間に開口部11が設けられているため、熱源等からの押圧を受けて潰れる際に、クッション部材12は、開口部11側に突出して変形することができ、熱伝導シート10と熱源等との密着性が高めることができる。
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。
次に、本発明に係る放熱構造体の製造方法について説明する。
切り込み形成工程は、熱伝導シート10に、その厚さ方向に貫通する切り込み15を形成する工程である(図4の上図参照)。切り込み15の形成方法としては、特に制約されず、例えば、打ち抜き刃、カッター等を用いることができる。切り込み形成工程において形成される切り込み15は、図4の上図に示すように、略U字形状に形成されるものであり、後述のクッション部材配置工程(S300)にてクッション部材12を配置する位置に隣接する位置に形成される。切り込み15は、その長さ方向(図4における上下方向)の長さがクッション部材12の長さと同等であることが好ましい。また、切り込み15は、当該長さ方向に略直交する方向(図4における左右方向)の長さがクッション部材12の外表面を巻回することが可能な長さを有していることが好ましい。また、切り込み15は、1のクッション部材12に対して、当該クッション部材12に隣接して1つ形成される。熱伝導シート10は、少なくともクッション部材12の幅分だけ離間して、熱伝導シート10に配置されるクッション部材12と同数の切り込み15が形成されている。
接着剤塗布工程は、切り込み15を形成した熱伝導シート10に接着剤14を塗布する工程である(図4の下図参照)。より具体的には、接着剤塗布工程は、図4の下図に示すように、切り込み15の内側および隣り合う切り込み15の間の位置に、接着剤14を塗布する。接着剤14の塗布方法としては、特に制約されず、例えば、スクリーン印刷等を用いることができる。接着剤14は、少なくとも熱源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、接着剤14は、熱伝導性に優れている方が好ましいが、熱伝導性の低いものでも良い。
クッション部材配置工程は、熱伝導シート10のシート面上において、切り込み15の位置から折り返し部10bを巻くことのできる位置にクッション部材12を配置する工程である(図5の上図参照)。より具体的には、クッション部材配置工程は、図5の上図に示すように、接着剤14が塗布された領域のうち、隣り合う切り込み15同士の間に、クッション部材12を配置する。
折り返し部巻回工程は、折り返し部10bをクッション部材12の外表面に巻く工程である(図5の下図参照)。折り返し部巻回工程について、図6を参照して詳細に説明する。まず、クッション部材配置工程(S300)によりクッション部材12が配置された熱伝導シート10(図6の上図参照)において、切り込み15から折り返し部10bを矢印C方向(図6の中図参照)に持ち上げる。そして、持ち上げた折り返し部10bを、矢印D方向(図6の下図参照)に移動させ、クッション部材12の外表面を被膜するように巻回する。このように折り返し部10bをクッション部材12に巻回することにより、接着剤塗布工程(S200)により接着剤14を塗布した面がクッション部材12に接触し、折り返し部10bとクッション部材12とを接着させることができる。また、このように折り返し部10bをクッション部材12に巻回することにより、折り返し部10bの折り返し後の位置に、熱伝導シート10の厚さ方向(図6の上下方向)に貫通する開口部11を形成することができる。
図7は、本発明に係る放熱構造体の変形例1(7A)および変形例2(7B)を、平面図および図2(2B)と同様の視野にてそれぞれ示す。図8は、本発明に係る放熱構造体の変形例3を平面図および図2(2B)と同様の視野にて示す。
次に、本発明に係る放熱ユニットの好適な実施形態について説明する。
本発明に係る放熱ユニットの製造方法について説明する。
合体工程は、2つの放熱構造体1の内、1つの放熱構造体1の開口部11に、もう1つの放熱構造体1の突出部分を挿入して、クッション部材12に折り返し部10bを巻いた構造の突出部分を対向させる向きで重ね合わせて合体させる工程である(図10参照)。このようにして製造された放熱ユニット1dは、放熱構造体1に比べ、熱伝導シート10(折り返し部10b)を巻いたクッション部材12がより密集して配置される。このため、放熱ユニット1dは、放熱構造体1に比べて熱抵抗が小さくなり、さらに高い放熱効率を実現することができる。また、放熱ユニット1dは、2つの放熱構造体1を重ね合わせるという簡易な方法により製造可能であり、生産性を高めることができる。
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。
図11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。
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。
以上説明したように、放熱構造体1,1a,1b,1c(放熱構造体1,1a,1b,1cを総称する場合には、「放熱構造体1等」とも称する)は、中空若しくは中実の形状を有する1または2以上のクッション部材12と、クッション部材12を載せるシートであって、熱源に接触させて当該熱源からの放熱を高めることのできる熱伝導シート10と、を備える。また、熱伝導シート10は、その厚さ方向に貫通する切り込み15からクッション部材12を巻くために折り返し可能な折り返し部10bを備える。折り返し部10bは、クッション部材12の外表面を巻いている。また、放熱構造体1等は、クッション部材12の隣の位置であって折り返し部10bの折り返し後の位置に、熱伝導シート10の厚さ方向に貫通する開口部11を備える。
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。
Claims (10)
- 中空若しくは中実の形状を有する1または2以上のクッション部材と、
前記クッション部材を載せるシートであって、熱源に接触させて当該熱源からの放熱を高めることのできる熱伝導シートと、
を備え、
前記熱伝導シートは、その厚さ方向に貫通する切り込みから前記クッション部材を巻くために折り返し可能な折り返し部を備え、
前記折り返し部は、前記クッション部材の外表面を巻いており、
前記クッション部材の隣の位置であって前記折り返し部の折り返し後の位置に、前記熱伝導シートの厚さ方向に貫通する開口部を備える放熱構造体。 - 前記折り返し部は、前記クッション部材の外表面を巻いて前記熱伝導シートのシート面に固定されている請求項1に記載の放熱構造体。
- 前記クッション部材は、長尺形状を有していて、
前記クッション部材の内部に備えられていて長さ方向に長い中空部と、
前記クッション部材の長さ方向に沿って、前記クッション部材の外側面から前記中空部に連通するスリットと、
を備える請求項1または2に記載の放熱構造体。 - 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3のいずれか1項に記載の放熱構造体。
- 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4に記載の放熱構造体。
- 請求項1から5のいずれかの放熱構造体を製造する方法であって、
前記熱伝導シートに、その厚さ方向に貫通する切り込みを形成する切り込み形成工程と、
前記熱伝導シートのシート面上において、前記切り込みの位置から前記折り返し部を巻くことのできる位置に前記クッション部材を配置するクッション部材配置工程と、
前記折り返し部を前記クッション部材の外表面に巻く折り返し部巻回工程と、
を含む放熱構造体の製造方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の放熱構造体を2つ重ね合わせた放熱ユニットであって、
2つの前記放熱構造体は、互いに、前記クッション部材に前記折り返し部を巻いた構造の突出部分を対向させて重ね合わせられており、
1つの前記放熱構造体の前記開口部に、もう1つの前記放熱構造体の前記突出部分を挿入している放熱ユニット。 - 請求項7に記載の放熱ユニットを製造する方法であって、
前記熱伝導シートに、その厚さ方向に貫通する切り込みを形成する切り込み形成工程と、
前記熱伝導シートのシート面上において、前記切り込みの位置から前記折り返し部を巻くことのできる位置に前記クッション部材を配置するクッション部材配置工程と、
前記折り返し部を前記クッション部材の外表面に巻く折り返し部巻回工程と、
2つの前記放熱構造体の内、1つの前記放熱構造体の前記開口部に、もう1つの前記放熱構造体の前記突出部分を挿入して、前記クッション部材に前記折り返し部を巻いた構造の突出部分を対向させる向きで重ね合わせて合体させる合体工程と、
を含む放熱ユニットの製造方法。 - 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5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。
- 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7に記載の放熱ユニットを備えるバッテリー。
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