JP7621682B2 - 自動車用熱伝導材料、熱伝導接着剤、熱伝導ペーストおよび熱伝導シート - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用熱伝導材料に関し、更に詳しくは、熱伝導接着剤、熱伝導ペーストおよび伝導シートを調製するための自動車用熱伝導材料に関する。
電気自動車の勃興と発展により、電気自動車の設計において放熱問題が重要な議題となっている。電気自動車内には、バッテリーパック、車載用スマートシステム及び電源接続が必要な各種電子制御素子が搭載されており、屋外の高温環境で運転するときは、様々な放熱工程が必要となっていた。さもなくば、温度が高くなりすぎ、自動車用バッテリーモジュール、電子素子、及び各種スマートシステムの動作及び寿命に影響が及ぼす虞があった。
従来の電気自動車の電子素子と放熱素子との間の接合は、主に厚みを弾力的に調整可能であり、熱伝導性能が優れ、施工が簡単である等の理由から市場に流通しているシリコン成分を含んだ「熱伝導シリコンシート」に頼っている。しかしながら、シリコンを含んだ放熱ガスケットは使用中に高温の熱を受けると、小分子のシリコンオイル（或いは、有機ケイ素小分子揮発物）が放出され、使用面や機材に「オイル滲み現象」が発生することがあった。小分子のシリコンオイルが滲み出すと、コネクタの接点の回路がショートする。また、小分子のシリコンオイルは光学装置を汚染し、光学装置（例えば自動車のライトカバー、ガラス）の光透過率を低下させ、曇り問題を引き起こし、光学センサーの判断エラーに繋がっていた。また、周囲の異物や粒子が小分子のシリコンオイルに吸着し、機器装置の動作及び寿命に影響が及ぼす虞があった。
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、融点が５５℃未満である如何なる有機物も含まない組成の自動車用熱伝導材料を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の一態様である自動車用熱伝導材料の組成は、５～１８重量部のノンシリコン弾性体樹脂と、４０～７０重量部の第１熱伝導性パウダーと、２～５０重量部の第２熱伝導性パウダーと、を含む。前記第１熱伝導性パウダーの形状は実質的に粒径５０～２５０μｍの球体であり、前記第２熱伝導性パウダーの形状は実質的に粒径１～３０μｍの球体である。
本発明の一実施形態によれば、前記ノンシリコン弾性体樹脂は、熱可塑性ポリウレタン（thermoplastic polyurethanes、TPU）、熱可塑性ポリオレフィン（thermoplastic polyolefins、TPO）、熱可塑性スチレンブロック共重合体（thermoplastic styrene block copolymers、TPS）、熱可塑性ポリエーテルエステル（thermoplastic polyether ester elastomer、TPEE）、或いは熱可塑性ポリアミド（thermoplastic polyamides、TPA）を含む。
本発明の他の実施形態によれば、前記第１熱伝導性パウダー及び前記第２熱伝導性パウダーの材料は、銀、銅、鉄、アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト、或いは前述の任意の組み合わせをそれぞれ独立的に含む。
本発明のさらに他の実施形態によれば、前記第１熱伝導性パウダーは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、またはグラファイトを含む。
本発明のさらなる他の実施形態によれば、前記第２熱伝導性パウダーは、窒化ホウ素と、窒化アルミニウムと、酸化マグネシウムと、酸化亜鉛と、酸化アルミニウムと、炭化ケイ素と、グラファイトと、を含む。
本発明のさらなる他の実施形態によれば、前記第１熱伝導性パウダー及び前記第２熱伝導性パウダーの球状化率は９０～９５％である。
本発明のさらなる他の実施形態によれば、前記自動車用熱伝導材料の熱伝導率は１５～２５Ｗ／ｍＫである。
また、本発明の別の態様である熱伝導接着剤または熱伝導ペーストは、上述の自動車用熱伝導材料を含む。本発明の一実施形態によれば、前記熱伝導接着剤はポッティング剤である。
また、本発明のさらに別の態様である熱伝導シートは、上述の自動車用熱伝導材料を含む。
上述したように、自動車用熱伝導材料、熱伝導接着剤、熱伝導ペースト、熱伝導シートには、高効率のノンシリコン自動車用熱伝導材料を提供し、従来のシリコン材料を含むことで起こり得るオイル滲み、光学装置の汚染等の問題を防止し、電気自動車の放熱効果の信頼性を高め、システムの動作を更に安定させる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、記述した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
以上述べた如く、本発明の幾つかの実施例に係る自動車用熱伝導材料の組成は、融点が５５℃未満である如何なる有機物も含まない。上述した自動車用熱伝導材料の組成は、５～１８重量部のノンシリコン弾性体樹脂と、４０～７０重量部の第１熱伝導性パウダーと、２～５０重量部の第２熱伝導性パウダーと、を含む。自動車用熱伝導材料の熱伝導率は１５～２５Ｗ／ｍＫである。
上述したノンシリコン弾性体樹脂は、例えば、熱可塑性ポリウレタン（thermoplastic polyurethanes、TPU）、熱可塑性ポリオレフィン（thermoplastic polyolefins、TPO）、熱可塑性スチレンブロック共重合体（thermoplastic styrene block copolymers、TPS）、熱可塑性ポリエーテルエステル（thermoplastic polyether ester elastomer、TPEE）、或いは熱可塑性ポリアミド（thermoplastic polyamides、TPA）を含む。
上述した第１熱伝導性パウダーの形状は実質的に粒径５０～２５０μｍの球体であり、第２熱伝導性パウダーの形状は実質的に粒径１～３０μｍの球体であり、第１熱伝導性パウダー及び第２熱伝導性パウダーの球状化率は９０～９５％である。第１熱伝導性パウダー及び第２熱伝導性パウダーの材料は、銀、銅、鉄、アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト、或いは前述の任意の組み合わせをそれぞれ独立的に含む。例えば、第１熱伝導性パウダーは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、またはグラファイトを含んでもよく、第２熱伝導性パウダーは、窒化ホウ素と、窒化アルミニウムと、酸化マグネシウムと、酸化亜鉛と、酸化アルミニウムと、炭化ケイ素と、グラファイトと、を含む。
本発明の他の幾つかの実施例では、上述した自動車用熱伝導材料を含む熱伝導接着剤、熱伝導ペースト、及び熱伝導シートを更に提供する。熱伝導接着剤は、例えば、ポッティング剤である。
以下、幾つかの実施例を挙げて上述した自動車用熱伝導材料の組成について説明する。
〔実施例１〕自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対する各種熱伝導性パウダーの影響
本実施形態において、自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対する各種熱伝導性パウダーの影響を探求する。自動車用熱伝導材料の各成分の含有量、熱伝導性パウダーの粒径、及び得られる自動車用熱伝導材料の熱伝導率を下記表１に示す。
本実施形態において、自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対する各種熱伝導性パウダーの影響を探求する。自動車用熱伝導材料の各成分の含有量、熱伝導性パウダーの粒径、及び得られる自動車用熱伝導材料の熱伝導率を下記表１に示す。
表１において、第１熱伝導性パウダーの粒径は第２熱伝導性パウダーの粒径よりも大きい。第１熱伝導性パウダーの粒径の上限が２５０μｍから３００μｍに上昇すると、自動車用熱伝導材料の熱伝導率が低下する。よって、第１熱伝導性パウダーの粒径は、好ましくは５０～２５０μｍの間の範囲である。
表１において、実験例７～１０を比較すると、第２熱伝導性パウダーがグラファイトである場合、自動車用熱伝導材料の熱伝導率が最高となり、窒化ホウ素が次に高く、最後は酸化亜鉛及び酸化マグネシウムとなる。
〔実施例２〕自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対する各種ノンシリコン弾性体樹脂の影響
本実施形態において、自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対する各種ノンシリコン弾性体樹脂の影響を探求する。自動車用熱伝導材料の各成分の含有量、熱伝導性パウダーの粒径、及び得られる自動車用熱伝導材料の熱伝導率を下記表２に示す。表２において、ノンシリコン弾性体樹脂の種類のみが変化した場合、自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対するノンシリコン弾性体樹脂の種類の影響が大きくないことが分かる。
本実施形態において、自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対する各種ノンシリコン弾性体樹脂の影響を探求する。自動車用熱伝導材料の各成分の含有量、熱伝導性パウダーの粒径、及び得られる自動車用熱伝導材料の熱伝導率を下記表２に示す。表２において、ノンシリコン弾性体樹脂の種類のみが変化した場合、自動車用熱伝導材料の熱伝導率に対するノンシリコン弾性体樹脂の種類の影響が大きくないことが分かる。
上述の自動車用熱伝導材料は、下記利点を少なくとも有している。
１．オイル滲み現象を防止する：従来のシリコンを含む自動車用熱伝導材料は高温になると小分子のシリコンオイルをすぐに放出し、オイル滲み現象を引き起こし、回路のショートに繋がった。上述した自動車用熱伝導材料はこの問題を解決し、放熱素子の信頼性を確保している。
２．光学装置の汚染を防止する：従来の自動車用熱伝導材料が放出する小分子のシリコンオイルは、光学装置を汚染し、光透過率を低下させ、センサーの正確な動作に影響を与えた。上述した自動車用熱伝導材料を使用することでこのような汚染を防止し、車両の光学システムの正常な動作を確保している。
３．様々な応用方式：このような自動車用熱伝導材料は熱伝導接着剤または熱伝導ペーストとして製造可能であり、様々な電気自動車の放熱に適用でき、車両システム全体の安定性及び操作性能を確保している。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、自動車用熱伝導材料、熱伝導接着剤、熱伝導ペーストおよび熱伝導シートに利用できる。
Claims (10)
- 融点が５５℃未満である如何なる有機物も含まない組成の自動車用熱伝導材料であって、
前記自動車用熱伝導材料の組成は、
含有量が５～１８重量部のノンシリコン弾性体樹脂と、
形状が実質的に粒径５０～２５０μｍの球体である４０～７０重量部の第１熱伝導性パウダーと、
形状が実質的に粒径１～３０μｍの球体である２～５０重量部の第２熱伝導性パウダーと、を含むことを特徴とする自動車用熱伝導材料。 - 前記ノンシリコン弾性体樹脂は、熱可塑性ポリウレタン（TPU）、熱可塑性ポリオレフィン（TPO）、熱可塑性スチレンブロック共重合体（TPS）、熱可塑性ポリエーテルエステル（TPEE）、或いは熱可塑性ポリアミド（TPA）を含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車用熱伝導材料。
- 前記第１熱伝導性パウダー及び前記第２熱伝導性パウダーの材料は、銀、銅、鉄、アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、グラファイト、或いは前述の任意の組み合わせをそれぞれ独立的に含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車用熱伝導材料。
- 前記第１熱伝導性パウダーは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、或いはグラファイトを含むことを特徴とする請求項３に記載の自動車用熱伝導材料。
- 前記第２熱伝導性パウダーは、窒化ホウ素と、窒化アルミニウムと、酸化マグネシウムと、酸化亜鉛と、酸化アルミニウムと、炭化ケイ素と、グラファイトと、を含むことを特徴とする請求項３に記載の自動車用熱伝導材料。
- 前記第１熱伝導性パウダー及び前記第２熱伝導性パウダーの球状化率は９０～９５％であることを特徴とする請求項１に記載の自動車用熱伝導材料。
- 前記自動車用熱伝導材料の熱伝導率は１５～２５Ｗ／ｍＫであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用熱伝導材料。
- 請求項１乃至７の何れか１項に記載の自動車用熱伝導材料を含むことを特徴とする熱伝導接着剤または熱伝導ペースト。
- 前記熱伝導接着剤はポッティング剤であることを特徴とする請求項８に記載の熱伝導接着剤または熱伝導ペースト。
- 請求項１乃至７の何れか１項に記載の自動車用熱伝導材料を含むことを特徴とする熱伝導シート。
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