JPWO2012140927A1

JPWO2012140927A1 - ヒートフロースイッチ

Info

Publication number: JPWO2012140927A1
Application number: JP2013509807A
Authority: JP
Inventors: 知典高橋; 春男大塚; 美智子楠; 航乗松
Original assignee: Nagoya University NUC; NGK Insulators Ltd; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; NGK Insulators Ltd; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2014-07-28
Also published as: WO2012140927A1; EP2698591A4; EP2698591A1; US20140035715A1

Abstract

ヒートフロースイッチ１０は、第１部材２０と第２部材３０を有している。第１部材２０が、基材２２と、その基材２２の表面２２ａに形成されたカーボンナノチューブ層２４を有している。ヒートフロースイッチ１０は、第１部材２０のカーボンナノチューブ層２４が第２部材３０に接触する接続状態と、第１部材２０のカーボンナノチューブ層２４が第２部材３０に接触しない非接続状態とを切り換える。

Description

本出願は、２０１１年４月１２日に出願された日本国特許出願第２０１１−０８８５３５号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容はこの明細書中に参照により援用されている。

本明細書が開示する技術は、２つの部材を接触させた状態と、これらを接触させない状態とを切り換えることで、熱伝導率を変更可能なヒートフロースイッチに関する。

日本国公表特許公報２００９−５３１８２１号には、２つの部材を接触させた状態と、これらを接触させない状態とを切り換えるヒートフロースイッチが開示されている。２つの部材を接触させた状態（以下、接続状態という）では、これらの部材の間で熱が伝導する。２つの部材を接触させない状態では、これらの部材の間での熱伝導が遮られる。

ヒートフロースイッチは、接続状態における２つの部材の間の熱抵抗が低いことが好ましい（以下では、接続状態における２つの部材の間の熱抵抗を、ヒートフロースイッチの熱抵抗という。）。ヒートフロースイッチの熱抵抗を低くするためには、２つの部材の各接触面をなるべく平坦に形成する必要がある。各接触面に凹凸が存在すると、接続状態としたときに２つの部材の界面に隙間が生じ、これらの間の熱抵抗が高くなるためである。しかしながら、各接触面を平坦に加工したとしても、各接触面にナノメートルオーダーの凹凸が残ってしまう。この凹凸がヒートフロースイッチの熱抵抗を高める要因の一つとなっている。このため、ヒートフロースイッチの熱抵抗のさらなる低減が望まれている。したがって、本明細書では、熱抵抗がより低いヒートフロースイッチを提供する。

本明細書が開示するヒートフロースイッチは、第１部材と第２部材を有している。第１部材は、基材と、その基材の表面に形成されたカーボンナノチューブ層を有している。ヒートフロースイッチは、第１部材のカーボンナノチューブ層が第２部材に接触する接続状態と、第１部材のカーボンナノチューブ層が第２部材に接触しない非接続状態とを切り換える。

なお、接続状態と非接続状態の切り換えは、電気的に行われてもよいし、他の方法により行われてもよい。例えば、電気的に制御されるアクチュエータによって第１部材と第２部材の少なくとも一方を移動させることで、接続状態と非接続状態を切り換えてもよい。また、第１部材と第２部材の熱膨張、熱収縮を利用して、接続状態と非接続状態を切り換えてもよい。

このヒートフロースイッチでは、第１部材がカーボンナノチューブ層を有している。カーボンナノチューブは極めて高い熱伝導率を有している。また、カーボンナノチューブは弾性が高い。したがって、カーボンナノチューブ層は弾性的に変形することができる。このため、第２部材の接触面（接続状態においてカーボンナノチューブ層と接触する面）に微小な凹凸が存在していても、カーボンナノチューブ層が第２部材と接触する際に、カーボンナノチューブ層が第２部材の凹凸に合わせて変形することができる。したがって、このヒートフロースイッチでは、接続状態において、第１部材と第２部材の界面に隙間が生じ難い。すなわち、カーボンナノチューブ層は、第２部材の接触面に対して密着することができる。このように、このヒートフロースイッチでは、極めて高い熱伝導率を有するカーボンナノチューブ層が第２部材と密着する。したがって、このヒートフロースイッチは熱抵抗（接続状態における第１の部材と第２の部材の間の熱抵抗）が低い。

なお、日本国公開特許公報２００９−２５３１２３号には、半導体素子とヒートシンクの間の熱抵抗を低減させるために、カーボンナノチューブ層を介して半導体素子とヒートシンクを接続する技術が開示されている。しかしながら、この技術では、ヒートシンクは半導体素子に固定される（すなわち、常に接続された状態となる）のであり、接続状態と非接続状態とを切り換えるヒートフロースイッチに関する本明細書の技術とは異なる。本明細書が開示するヒートフロースイッチでは接続状態と非接続状態との切り換えが繰り返されるので、カーボンナノチューブ層に繰り返し圧力が加わる。つまり、本明細書に開示の技術は、繰り返し加わる圧力に対してカーボンナノチューブが実用的な耐久性を有することを見出し、この耐久性を利用して、実用レベルの耐久性を有し、かつ、熱抵抗が低いヒートフロースイッチを実現するものである。

上述したヒートフロースイッチは、第２部材が、基材と、その基材の表面に形成されたカーボンナノチューブ層を有しており、接続状態において、第１部材のカーボンナノチューブ層が、第２部材のカーボンナノチューブ層に接触することが好ましい。

このように、第２部材の接触面にもカーボンナノチューブ層が形成されていると、接続状態において、第１部材と第２部材の両方のカーボンナノチューブ層が弾性的に変形することができる。このため、第１部材が第２部材に対してより密着することができる。したがって、この構成によれば、ヒートフロースイッチの熱抵抗をより低減させることができる。

上述したヒートフロースイッチは、第１部材のカーボンナノチューブ層に含まれるカーボンナノチューブの３０％以上が、基材の表面に対して６０°以上の角度で立設されていることが好ましい。なお、上記の角度は、０°がカーボンナノチューブと基材の表面が平行であることを意味し、９０°がカーボンナノチューブと基材の表面が垂直であることを意味する。

このように、第１部材のカーボンナノチューブ層に含まれるカーボンナノチューブの多くが基材の表面に対して垂直に近い角度で立設されていると、カーボンナノチューブの多くがその先端で第２部材と接触する。したがって、カーボンナノチューブ層が第２部材に密着し易くなる。

上述したヒートフロースイッチは、第１部材のカーボンナノチューブ層に樹脂が含浸されていることが好ましい。

このように、カーボンナノチューブ層内のカーボンナノチューブ同士の間の隙間に樹脂が含浸されているとカーボンナノチューブ層の熱伝導率がより高くなるので、ヒートフロースイッチの熱抵抗をより低減させることができる。

上述したヒートフロースイッチは、第１部材のカーボンナノチューブ層の厚さが０．５μｍ以上であることが好ましい。

カーボンナノチューブ層が０．５μｍ以上の厚さを有すれば、カーボンナノチューブ層が第２部材の接触面の形状に合わせて好適に変形することができる。

上述したヒートフロースイッチは、第１部材の基材が、ＳｉＣにより構成されていることが好ましい。

ＳｉＣの基材を用いると、カーボンナノチューブと基材との接続強度が高くなり易い。したがって、上記の構成によれば、ヒートフロースイッチの耐久性を向上させることができる。なお、ＳｉＣの基材を用いる場合には、ＳｉＣの基材を減圧雰囲気中で加熱して基材表面のＳｉ原子を酸化除去させることで、基材表面にカーボンナノチューブ層を形成することが好ましい。このようにカーボンナノチューブ層を形成すると、カーボンナノチューブと基材の接続強度をより向上させることができる。

実施例１のヒートフロースイッチの側面図（非接続状態）。実施例１のヒートフロースイッチの側面図（接続状態）。実施例１のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（非接続状態）。実施例１のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（接続状態）。従来のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（接続状態）。異物を挟み込んだときの、従来のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図。異物を挟み込んだときの、実施例１のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図。実施例２のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（非接続状態）。実施例２のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（接続状態）。各実験例のヒートフロースイッチの熱抵抗の評価結果を示す表。変形例のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（非接続状態）。変形例のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図（接続状態）。カーボンナノチューブの立設角度の説明図。

（実施例１）
図１に示すように、実施例１のヒートフロースイッチ１０は、熱伝導部材２０と、熱伝導部材３０と、ガイド４０と、アクチュエータ５０を備えている。熱伝導部材２０は接触面２０ａを有している。熱伝導部材３０は接触面３０ａを有している。熱伝導部材２０と熱伝導部材３０は、接触面２０ａと接触面３０ａとが互いに対向する位置に配置されている。熱伝導部材２０は、ガイド４０に固定されている。熱伝導部材３０は、ガイド４０に規制されることによって、熱伝導部材２０に対して横方向（接触面２０ａに平行な方向）に移動不可能とされている。また、熱伝導部材３０は、ガイド４０に案内されることによって、熱伝導部材２０に対して進退動可能とされている。アクチュエータ５０は、熱伝導部材３０に接続されており、熱伝導部材３０を熱伝導部材２０に対して進退動させる。アクチュエータ５０が熱伝導部材３０を移動させることで、図１に示すように熱伝導部材２０が熱伝導部材３０に対して非接触となっている状態（以下、非接続状態という）と、熱伝導部材２０が熱伝導部材３０に対して接触している状態（以下、接続状態という）が切り換えられる。アクチュエータ５０の動作は、図示しない制御回路によって電気的に制御される。

ガイド４０は、断熱材により構成されている。後に詳述するが、熱伝導部材２０は主にＳｉＣにより構成されており、熱伝導部材２０の熱伝導率は高い。また、熱伝導部材３０はＣｕにより構成されており、熱伝導部材３０の熱伝導率は高い。熱伝導部材２０は図示しない高温の部材に接続されており、熱伝導部材３０は図示しない低温の部材に接続されている。したがって、接続状態においては熱伝導部材２０から熱伝導部材３０に向かって熱が伝導し、非接続状態においては熱伝導部材２０から熱伝導部材３０への熱伝導が遮られる。すなわち、ヒートフロースイッチ１０によって、熱伝導を制御することができる。

図３は、接触面２０ａ及び３０ａの近傍のヒートフロースイッチ１０の拡大側面図を示している。図３に示すように、熱伝導部材２０は、基材２２と、カーボンナノチューブ層２４を有している。基材２２は、ＳｉＣにより構成されている。基材２２の熱伝導部材３０側の表面２２ａ上には、多数のカーボンナノチューブ２６が立設されている。これらのカーボンナノチューブ２６によって、カーボンナノチューブ層２４が形成されている。各カーボンナノチューブ２６の先端によって、上述した接触面２０ａが形成されている。

図３に示すように、熱伝導部材３０の接触面３０ａには、凹凸が形成されている。この凹凸は、深さがナノメートルオーダーの凹凸であり、接触面３０ａを平坦化加工しても除去することができない凹凸である。

図４に示すように、ヒートフロースイッチ１０を接続状態にすると、熱伝導部材２０のカーボンナノチューブ層２４が、熱伝導部材３０の接触面３０ａと接触する。このとき、大部分のカーボンナノチューブ２６が、その先端部分で接触面３０ａと接触する。各カーボンナノチューブ２６は、先端が接触面３０ａと接触して軸方向（長手方向）に加圧される。これによって、各カーボンナノチューブ２６が撓む。このため、カーボンナノチューブ層２４は全体として接触面３０ａの凹凸形状に合わせて弾性的に変形する。

一方、図５は、従来のヒートフロースイッチの接触面近傍の拡大側面図を示している。従来のヒートフロースイッチでは、接触面３２０ａ、３３０ａの何れにもカーボンナノチューブ層が形成されていない。また、接触面３２０ａ、３３０ａには、ナノメートルオーダーの凹凸が存在している。したがって、接続状態において、熱伝導部材３２０と熱伝導部材３３０の境界に隙間３５０が形成されてしまう。

図４と図５を比較することで明らかなように、実施例１のヒートフロースイッチ１０では、接続状態において、熱伝導部材２０と熱伝導部材３０との境界部に隙間が形成され難い。すなわち、ヒートフロースイッチ１０では、カーボンナノチューブ層２４が接触面３０ａに密着する。また、カーボンナノチューブ２６は、熱伝導率が高い。特に、カーボンナノチューブ２６は、その長手方向において極めて高い熱伝導率を有する（約３０００Ｗ／ｍＫ）。また、基材２２はＳｉＣにより構成されているため、基材２２の熱伝導率も高い（約１５０Ｗ／ｍＫ）。また、カーボンナノチューブ２６は、ＳｉＣからなる基材２２上に立設されている。このような構成では、カーボンナノチューブ２６と基材２２との接続部分（カーボンナノチューブ層２４と基材２２の境界）における熱伝導率も高い。したがって、接続状態における熱伝導部材２０と熱伝導部材３０の間の熱抵抗は低い。すなわち、実施例１のヒートフロースイッチ１０は、従来のヒートフロースイッチに比べて熱抵抗が低い。

また、実施例１のヒートフロースイッチ１０では、カーボンナノチューブ層２４が容易に変形する。このため、接続状態において、熱伝導部材３０を熱伝導部材２０に向かって加圧する力が小さくても、カーボンナノチューブ層２４を熱伝導部材３０に密着させることができる。すなわち、ヒートフロースイッチ１０では、小さい加圧力でも、低い熱抵抗が得られる。したがって、加圧能力が小さいアクチュエータ５０を使用することができる。これによって、ヒートフロースイッチ１０の小型化を図ることができる。

また、ヒートフロースイッチ１０は接続状態と非接続状態との切り換えを繰り返し行う。このため、カーボンナノチューブ２６は、熱伝導部材３０によって繰り返し加圧される。しかしながら、カーボンナノチューブ２６は繰り返される加圧に対して高い耐久性を有している。したがって、実施例１のヒートフロースイッチ１０は、十分な耐久性を有している。

なお、上述したカーボンナノチューブ２６は、減圧雰囲気中においてＳｉＣの基材２２を１４００℃以上（例えば、１６００℃）に加熱することによって形成されている。このように基材を加熱すると、ＳｉＣ（ｓｏｌｉｄ）＋Ｏ（ｇａｓ）→ＳｉＯ（ｇａｓ）＋Ｃ（ｓｏｌｉｄ）の反応式により、基材２２の表面側のＳｉＣが分解される。すなわち、ＳｉＣ結晶中のＳｉ原子が選択的に酸化除去され、表面に残ったＣ原子がカーボンナノチューブを自己構築する。この方法によれば、ＳｉＣの基材２２に対して略垂直にカーボンナノチューブ２６が成長する。また、この方法でカーボンナノチューブ２６を成長させると、カーボンナノチューブ２６とＳｉＣの接続部分で共有結合性が維持されると考えられる。このため、カーボンナノチューブ２６と基材２２との接続部分で高い強度が得られるとともに、その接続部分で高い熱伝導率が得られる。このように、カーボンナノチューブ２６は、基材２２との接続部分の強度が高いので、繰り返される加圧に対してより高い耐久性を有している。これによって、実施例１のヒートフロースイッチ１０の耐久性がより向上されている。

また、ヒートフロースイッチが接続状態となるときに、ヒートフロースイッチに微小な異物が挟み込まれることがある。図６は、従来のヒートフロースイッチの２つの熱伝導部材３２０、３３０の間に、微小な異物３６０が挟まれた状態を示している。このように異物３６０が挟まれると、熱伝導部材３２０と熱伝導部材３３０とが全面で接触することができず、ヒートフロースイッチの熱抵抗が大幅に高くなる。これに対し、実施例１のヒートフロースイッチ１０では、図７に示すように、熱伝導部材２０と熱伝導部材３０の間に異物６０が挟まれると、異物６０と接触する領域のカーボンナノチューブ２６が圧縮され、異物６０と接触しない領域のカーボンナノチューブ２６は熱伝導部材３０と接触する。このように、異物６０が存在する領域を除けば、カーボンナノチューブ２６が熱伝導部材３０と接触できるので、ヒートフロースイッチ１０では異物６０を挟み込んだ場合でも熱抵抗が上昇し難い。このため、ヒートフロースイッチ１０は、よりクリーン度が低い環境でも使用することができる。

なお、カーボンナノチューブ層２４には、樹脂が含浸されていてもよい。カーボンナノチューブ層２４に樹脂を含浸すると、各カーボンナノチューブ２６の間に樹脂が入り込む。これによって、カーボンナノチューブ層２４の熱伝導率をより高くすることができる。なお、含浸する樹脂は、カーボンナノチューブ２６の変形を阻害しない程度に柔らかいことが好ましく、ゲル状の樹脂（例えば、ゲル状の熱伝導グリス）が好ましい。

（実施例２）
実施例２のヒートフロースイッチ１１０は、熱伝導部材３０以外については、実施例１のヒートフロースイッチ１０と同じ構成を有している。図８に示すように、実施例２のヒートフロースイッチ１１０では、熱伝導部材３０が、基材３２とカーボンナノチューブ層３４を有している。基材３２は、ＳｉＣにより構成されている。基材３２の熱伝導部材２０側の表面３２ａ上には、多数のカーボンナノチューブ３６が立設されている。これらのカーボンナノチューブ３６によって、カーボンナノチューブ層３４が形成されている。各カーボンナノチューブ３６の先端によって、熱伝導部材３０の接触面３０ａが構成されている。

実施例２のヒートフロースイッチ１１０では、熱伝導部材２０の接触面２０ａと熱伝導部材３０の接触面３０ａの両方がカーボンナノチューブ層により形成されている。したがって、図９に示すようにヒートフロースイッチ１１０を接続状態とすると、カーボンナノチューブ層２４とカーボンナノチューブ層３４の両方が弾性的に変形する。したがって、熱伝導部材２０と熱伝導部材３０の境界に隙間がより形成され難い。このため、ヒートフロースイッチ１１０は、熱抵抗が低い。

なお、実施例２のヒートフロースイッチ１１０においても、カーボンナノチューブ層２４、３４に樹脂が含浸されていてもよい。

図１０は、上述した実施例１、２の構成を有するヒートフロースイッチの熱抵抗（図１０に示す熱伝導部材１と熱伝導部材２の間の界面熱抵抗）をシミュレーションにより評価した結果を示している。

実験例１〜４では、実施例１の構成を有するヒートフロースイッチについて評価した。すなわち、熱伝導部材１としてＳｉＣにより構成された基材上にカーボンナノチューブ層が形成されたものを用い、熱伝導部材２としてＣｕにより構成された部材（カーボンナノチューブ層なし）を用いた構成について評価を行った。また、実験例１〜４では、カーボンナノチューブ層の厚さを、０．５μｍ〜４μｍの間で変化させて評価を行った。実験例１〜４に示すように、カーボンナノチューブ層が厚くなるほど、熱抵抗が小さくなるという結果が得られた。

実験例５、６では、実施例２の構成を有するヒートフロースイッチについて評価した。すなわち、熱伝導部材１と熱伝導部材２の両方に、カーボンナノチューブ層が形成されている熱伝導部材を採用したものについて評価を行った。実験例５では、熱伝導部材１、２のそれぞれのカーボンナノチューブ層の厚さを４μｍとした。この場合には、実験例４よりもさらに熱抵抗が低下するという結果が得られた。また、実験例６では、実験例５の各カーボンナノチューブ層にシリコングリスを含浸した構成について評価を行った。この場合には、実験例５よりもさらに熱抵抗が低下するという結果が得られた。

さらに、図１０に、従来のヒートフロースイッチの構成を有する比較例１、２の評価結果を示した。比較例１では、両方の熱伝導部材がＣｕ（カーボンナノチューブ層なし）により構成されている構成について評価した。また、比較例２では、比較例１の熱伝導部材の各接触面に、シリコングリスを塗布した構成について評価を行った。図１０から明らかな様に、実験例１〜６の構成では、比較例１及び２の何れの構成に対しても、圧倒的に低い熱抵抗が得られる。図１０の結果から、カーボンナノチューブ層の厚さが０．５μｍ以上であれば十分な熱抵抗の低減効果が得られることが分かった。特に、カーボンナノチューブ層の厚さが１．０μｍ以上であれば、熱抵抗をより効果的に低減できることが分かった。

さらに、従来のヒートフロースイッチは、２つの熱伝導部材が金属により構成されているため熱伝導部材の表面が熱抵抗の高い酸化皮膜で覆われることがあり、熱伝導部材間の熱抵抗が経時的に高くなってしまう場合がある。上述した実施例のヒートフロースイッチでは、少なくとも一方の熱伝導部材の接触面にカーボンナノチューブ層により構成されているため、その接触面に酸化被膜が形成されることが防止される。これによって、熱伝導部材の間の熱抵抗が高くなることを抑制することができる。さらに、従来のヒートフロースイッチでは、熱伝導部材が金属であるために、繰り返しの使用により接触面に磨耗が生じることがあった。上述した実施例のヒートスイッチでは、接触面を構成しているカーボンナノチューブ層の耐摩耗性が高いために、磨耗が生じることを抑制することもできる。また、従来のヒートフロースイッチでは、低い熱抵抗を得るために２つの熱伝導部材を大きな力で接続することから、金属により構成された２つの熱伝導部材が互いに癒着してしまうことがあった。上述した実施例のヒートフロースイッチでは、それほど大きな力を用いなくても低い熱抵抗が得られること、及び、金属同士を接触させるわけではないことから、癒着の問題が生じることを防止することができる。

なお、実施例１、２のヒートフロースイッチは、２つの熱伝導部材を有していたが、３つ以上の熱伝導部材を有するヒートフロースイッチに本明細書が開示する技術を適用することもできる。例えば、図１１、１２は、３つの熱伝導部材２２０、２３０、及び、２４０を有するヒートフロースイッチ２１０を示している。このヒートフロースイッチ２１０では、熱伝導部材２２０の接触面２２０ａがカーボンナノチューブ層２２４により構成されているので、接続状態において熱伝導部材２２０と熱伝導部材２３０の間の熱抵抗が小さくなる。また、熱伝導部材２４０の接触面２４０ａがカーボンナノチューブ層２４４により構成されているので、接続状態において熱伝導部材２４０と熱伝導部材２３０の間の熱抵抗が小さくなる。なお、図１１、１２のヒートフロースイッチ２１０においては、熱伝導部材２３０側の接触面にカーボンナノチューブ層が形成されていてもよい。

また、上述した実施例１、２では、一方の熱伝導部材を他方の熱伝導部材に対して平行移動させることで、非接続状態と接続状態とを切り換えた。しかしながら、非接続状態から接続状態へ切り替えるときに、一方の熱伝導部材にねじりや横滑りなどを加えることで、熱伝導部材間にせん断力が生じるようにしてもよい。このように接続すると、カーボンナノチューブ層が相手方の接触面に対してより密着し易くなり、熱抵抗をさらに低下させることができる。特に両方の熱伝導部材の接触面がカーボンナノチューブ層により構成されている場合には、両熱伝導部材のカーボンナノチューブがお互いに絡まるように接続されるため、結果として接触面積を大きくすることができる。このため、熱抵抗をさらに低下させることができる。

また、上述した実施例１、２では、電気的に制御されるアクチュエータにより接続状態と非接続状態が切り換えられるヒートフロースイッチについて説明した。しかしながら、２つの熱伝導部材の熱変形によって接続状態と非接続状態が切り換えられるヒートフロースイッチに本明細書の技術を適用してもよい。例えば、ヒートフロースイッチの温度が低い場合には２つの熱伝導部材が互いに非接触となっており、少なくとも一方の熱伝導部材の温度が上昇するとその熱伝導部材が膨張して２つの熱伝導部材が接触するヒートフロースイッチに適用してもよい。または、ヒートフロースイッチの熱伝導部材とは別に熱膨張する部材を少なくとも一方の熱伝導部材に接続してもよい。このようなヒートフロースイッチにおいても、２つの熱伝導部材の接触面の何れかまたは両方にカーボンナノチューブ層を設けることで、このヒートフロースイッチの熱抵抗を低減することができる。なお、このようなヒートフロースイッチにおいては、各熱伝導部材の熱膨張係数が大きいことが好ましい。また、一方の熱伝導部材と他方の熱伝導部材とで、熱膨張係数が異なっていてもよいし、等しくてもよい。

なお、カーボンナノチューブ層内のカーボンナノチューブの密度が小さすぎると、カーボンナノチューブ層が相手方の熱伝導部材に対して接触する面積が少なくなる。また、カーボンナノチューブ層内のカーボンナノチューブの密度が高すぎると、各カーボンナノチューブが変形し難くなり、カーボンナノチューブ層の弾性が失われる。したがって、カーボンナノチューブが立設されている基材の表面において、カーボンナノチューブの密度（カーボンナノチューブと基材との接続部分の総面積を、カーボンナノチューブが立設されている基材の表面積で除算した値）は、２０％以上であり、かつ、９０％以下であることが好ましい。また、上述した実施例では、カーボンナノチューブの大部分がその先端で相手側の熱伝導部材と接触することを説明した。上記の通り、カーボンナノチューブはその長手方向において極めて高い熱伝導率を有するため、このようにカーボンナノチューブが先端で相手側と接触することが好ましい。このために、カーボンナノチューブが基材に対してなるべく垂直に立設されていることが好ましいが、例えば、カーボンナノチューブが基材の表面に対して４５°以上の角度で立設されていれば、その効果を発揮することができる。但し、カーボンナノチューブ層に含まれるカーボンナノチューブの３０％以上が、基材の表面に対して６０°以上の角度で立設されていれば、特に高い効果を得ることができる。なお、この角度は、図１３に示すように、カーボンナノチューブの中心軸Ｃ１と基材の表面Ｓ１との間の角度θ１を意味する。なお、基材の表面Ｓ１には微小な凹凸が存在していることがあるが、カーボンナノチューブが立設されている領域の基材の表面全体を平面近似して上記の角度を観測することができる。

また、上述した実施例では、基材がＳｉＣにより構成されていたが、基材が他の部材により構成されていてもよい。但し、基材であるＳｉＣを減圧雰囲気中で加熱してＳｉ原子を選択的に酸化除去させることによって、基材表面にカーボンナノチューブを形成する場合には、カーボンナノチューブの長さが４μｍ以下であることが好ましい。すなわち、カーボンナノチューブ層の厚さは４μｍ以下であることが好ましい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims

第１部材と第２部材を有しており、
第１部材が、基材と、その基材の表面に形成されたカーボンナノチューブ層を有しており、
第１部材のカーボンナノチューブ層が第２部材に接触する接続状態と、第１部材のカーボンナノチューブ層が第２部材に接触しない非接続状態とを切り換えるヒートフロースイッチ。
第２部材が、基材と、その基材の表面に形成されたカーボンナノチューブ層を有しており、
接続状態において、第１部材のカーボンナノチューブ層が、第２部材のカーボンナノチューブ層に接触することを特徴とする請求項１に記載のヒートフロースイッチ。
第１部材のカーボンナノチューブ層に含まれるカーボンナノチューブの３０％以上が、基材の表面に対して６０°以上の角度で立設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートフロースイッチ。
第１部材のカーボンナノチューブ層に樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のヒートフロースイッチ。
第１部材のカーボンナノチューブ層の厚さが０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のヒートフロースイッチ。
第１部材の基材が、ＳｉＣにより構成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のヒートフロースイッチ。