WO2019168037A1 - 異方熱伝導性樹脂ファイバ、異方熱伝導性樹脂部材及びそれらの製造方法 - Google Patents

異方熱伝導性樹脂ファイバ、異方熱伝導性樹脂部材及びそれらの製造方法 Download PDF

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竹澤　由高
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Definitions

  • the present invention relates to an anisotropic heat conductive resin fiber, an anisotropic heat conductive resin member, and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a heat conductive sheet including a heat conductive filler, a fiber, and a resin, where the fibers are entangled in a planar shape, and the entangled fibers include a heat conductive filler. There is disclosed a heat conductive sheet that is supported to form a base sheet, and the base sheet is filled with resin.
  • an object of the present invention is to provide a resin fiber and a resin member that can conduct heat anisotropically, and a manufacturing method thereof.
  • One aspect of the present invention is an anisotropic thermally conductive resin fiber including a drawn fiber of thermoplastic resin and a heat insulating material covering the drawn fiber.
  • Another aspect of the present invention is an anisotropic thermally conductive resin member comprising a plurality of bundled resin fibers, the resin fibers having a drawn fiber of thermoplastic resin and a heat insulating material covering the drawn fiber. It is.
  • the drawn fiber is a fiber having high orientation, it has a pseudo crystal structure despite being formed of a thermoplastic resin having low crystallinity. It becomes easier to confine phonons in the drawn fiber. Even so, in this resin fiber and resin member, the drawn fiber is covered with a heat insulating material in order to suppress the radiant heat leaking from the circumference of the drawn fiber. Thereby, in this resin fiber and resin member, heat is conducted with anisotropy (directivity) in the extending direction of the resin fiber. Furthermore, in this resin member, since a plurality of resin fibers are bundled, the cross-sectional area of the heat conduction path (stretched fiber) is increased, so that efficient heat conduction is possible.
  • the resin member may include a first region and a second region including a plurality of resin fibers, and the plurality of resin fibers in the first region and the plurality of resin fibers in the second region are different from each other. It may extend in the direction. In this case, heat can be conducted anisotropically in two directions: the extending direction of the resin fiber in the first region and the extending direction of the resin fiber in the second region.
  • the plurality of resin fibers in the first region and the plurality of resin fibers in the second region may extend in directions substantially orthogonal to each other.
  • heat can be conducted anisotropically in two directions substantially orthogonal to each other.
  • the resin member may include a first region, a second region, and a third region including a plurality of resin fibers, and a plurality of resin fibers in the first region and a plurality of resins in the second region.
  • the fiber and the plurality of resin fibers in the third region may extend in different directions. In this case, heat is anisotropically applied in three directions: the extending direction of the resin fiber in the first region, the extending direction of the resin fiber in the second region, and the extending direction of the resin fiber in the third region. Can be conducted.
  • the plurality of resin fibers in the first region, the plurality of resin fibers in the second region, and the plurality of resin fibers in the third region may extend in directions substantially orthogonal to each other. In this case, heat can be conducted anisotropically in three directions substantially orthogonal to each other.
  • Another aspect of the present invention is a method for producing an anisotropic thermally conductive resin fiber, comprising: a step of drawing a thermoplastic resin to produce a drawn fiber; and a step of coating the drawn fiber with a heat insulating material. .
  • Another aspect of the present invention includes a step of drawing a thermoplastic resin to produce a drawn fiber, a step of producing a resin fiber by coating the drawn fiber with a heat insulating material, and a step of bundling a plurality of resin fibers. And a method for producing an anisotropic heat conductive resin member.
  • a fiber having a high orientation is produced by stretching, so that it becomes a state having a pseudo crystal structure in spite of being formed of a thermoplastic resin having low crystallinity. It is possible to obtain a drawn fiber that can be easily confined in the fiber. Nevertheless, in order to suppress the radiant heat leaking from the periphery of the drawn fiber, in these manufacturing methods, the drawn fiber is covered with a heat insulating material. Thereby, in these manufacturing methods, the resin fiber and the resin member which conduct heat with anisotropy (directivity) in the extending direction of the resin fiber are obtained. Furthermore, in the above resin member manufacturing method, a plurality of resin fibers are bundled to increase the cross-sectional area of the heat conduction path (drawn fiber), so that the resin member is capable of efficient heat conduction. Is obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a resin member according to an embodiment.
  • the resin member 1 includes a plurality of bundled resin fibers (also called fiber strands) 2 and is formed in a fiber shape.
  • the plurality of resin fibers 2 are bundled (bundled) so as to extend in substantially the same direction by, for example, a bonding material 3 for bonding the resin fibers 2 to each other.
  • the plurality of resin fibers 2 may be regularly arranged when viewed in cross section, or may be irregularly arranged.
  • the binder 3 is not particularly limited, and may be made of, for example, polyurethane, acrylic polymer, epoxy resin, or the like, and preferably made of a heat insulating material such as airgel or nanobubble.
  • the binding material 3 is made of a material that can be cured without relaxing the stretched orientation state of the resin fiber 2. Specifically, the binding material 3 is made of, for example, a material that can be cured below the stretching temperature of the resin fiber 2. In one embodiment, the binding material 3 is obtained by curing a material having a viscosity characteristic that can be impregnated into the gaps of the resin fibers 2 when being cured by heating.
  • each of the resin fibers 2 includes a drawn fiber 4 and a heat insulating material 5 that covers the drawn fiber 4.
  • the cross-sectional shape of the resin fiber 2 may be a substantially perfect circle as shown in FIG. 1, for example, an elliptical shape, a polygonal shape, or an indefinite shape.
  • the drawn fiber 4 is a fiber formed by drawing a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin may be, for example, acrylic polymer, methacrylic polymer, polyamide, polyethylene terephthalate, polyarylate, polysulfone, polyether ether ketone, and the like.
  • the diameter (maximum diameter) of the drawn fiber 4 is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, and still more preferably 100 ⁇ m or more, from the viewpoint of achieving both phonon confinement and phonon incidence.
  • the diameter (maximum diameter) of the drawn fiber 4 is preferably 1000 ⁇ m or less, more preferably 500 ⁇ m or less, and even more preferably 200 ⁇ m or less, from the viewpoint of handling properties when bundled.
  • the heat insulating material 5 may be, for example, an airgel, nanobubble or the like.
  • the thermal conductivity of the heat insulating material 5 is, for example, 0.1 W / (m ⁇ K) or less from the viewpoint of further suppressing radiant heat from leaking out of the resin fiber 2.
  • the heat insulating material 5 covers, for example, 50% or more of the surface area of the drawn fiber 4 from the viewpoint of further suppressing leakage of radiant heat to the outside of the resin fiber 2, and preferably, substantially the entire surface of the drawn fiber 4. Is covered.
  • the thickness in particular of the heat insulating material 5 is not restrict
  • the drawn fiber 4 is a fiber having high orientation, it is in a state of having a pseudo crystal structure despite being formed of a thermoplastic resin having low crystallinity. It becomes easy to confine phonons in the drawn fiber 4. Nevertheless, in this resin member 1, the drawn fiber 4 is covered with a heat insulating material 5 in order to suppress the radiant heat leaking from the circumference of the drawn fiber 4. Thereby, in the resin member 1, heat is conducted with anisotropy (directivity) in the extending direction of the resin fiber 2. Specifically, the thermal conductivity in the longitudinal direction of the resin fiber 2 / the thermal conductivity in the short direction of the resin fiber 2 is, for example, 5000/1 to 100/1.
  • the resin fiber 2 and the resin member 1 have anisotropic heat conductivity that can conduct heat anisotropically in one direction in which the resin fiber 2 extends. Furthermore, in this resin member 1, since a plurality of resin fibers 2 are bundled, the cross-sectional area of the heat conduction path (drawn fiber 4) is increased, so that efficient heat conduction is possible. .
  • Such a resin member 1 is preferably used as, for example, a heat transfer member that thermally connects a heating element to a heat storage body. Specifically, for example, one end side of the resin member 11 is thermally connected to the heating element, and the other end side is thermally connected to the heating element. Since escape can be suppressed, the heat generated by the heating element can be efficiently transferred to the heat storage body.
  • Drawing 2 is a mimetic diagram showing the manufacturing method of the resin fiber concerning one embodiment.
  • the resin fiber manufacturing method includes a resin fiber manufacturing step.
  • thermoplastic resin is drawn to produce a drawn fiber (drawn fiber production process).
  • the thermoplastic resin 6 is heated in the heating furnace 7 and is wound (pulled) by the winding portion 8 to be stretched in the winding direction (tensile direction).
  • the thermoplastic resin 6 formed into a rod shape having a diameter of 5 to 50 mm is put into the heating furnace 7.
  • the thermoplastic resin 6 is heated in the heating furnace 7 and stretched by being wound (pulled) by a winding portion 8 installed at the tip of the heating furnace 7.
  • the temperature of the heating furnace 7 is appropriately set according to the softening temperature of the thermoplastic resin 6, and from the viewpoint of suitably imparting orientation during stretching of the thermoplastic resin 6, the melting point is preferably equal to or higher than the thermal deformation temperature of the thermoplastic resin. Less than the temperature.
  • the stretching of the thermoplastic resin 6 is performed, for example, under conditions such that the stretching ratio is 10 to 1000 times.
  • the drawn fiber 4 coming out of the heating furnace 7 is formed in a thin wire shape having a smaller diameter than the diameter (rod diameter) of the thermoplastic resin 6 before being introduced into the heating furnace 7.
  • the drawn fiber 4 is put into the heat insulating material supply unit 9 and covered with the heat insulating material 5 (heat insulating material coating step).
  • the heat insulating material supply unit 9 for example, the heat insulating material 5 is supplied in a heated and molten state, and the surface of the drawn fiber 4 is immersed in the molten heat insulating material 5 (dip coating) so that the surface of the drawn fiber 4 becomes the heat insulating material 5. Covered with.
  • the resin fiber 2 having the drawn fiber 4 and the heat insulating material 5 covering the drawn fiber 4 is obtained.
  • the resin fiber 2 is wound around the winding unit 8 along a roll 10 that is appropriately provided between the heat insulating material supply unit 9 and the winding unit 8.
  • the manufacturing method of the resin member 1 includes the above-described resin fiber manufacturing step and a bundling step of bundling a plurality of resin fibers 2.
  • a bundling step subsequent to the resin fiber manufacturing process a plurality of resin fibers 2 are prepared, and the plurality of resin fibers 2 are bundled using the bonding material 3.
  • the bundling method may be a known method. Thereby, the resin member 1 is obtained.
  • a step of processing the resin member 1 into a desired shape may be further performed following the bundling step.
  • the process in this step may be, for example, a slicing process in which the resin member 1 is cut in a direction perpendicular to the extending direction of the resin fiber 2.
  • the slicing process is preferably performed at a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the thermoplastic resin constituting the stretched fiber 4 from the viewpoint of suppressing the thermal conductivity anisotropy of the resin fiber 2 from being impaired.
  • the drawn fiber 4 having a high orientation is produced by drawing, so that the pseudo fiber is formed in spite of being formed of a thermoplastic resin having low crystallinity.
  • the drawn fiber 4 is covered with a heat insulating material 5.
  • the resin fiber 2 and the resin member 1 which conduct heat with anisotropy (directivity) in the extending direction of the resin fiber 2 are obtained.
  • the cross-sectional area of the heat conduction path (drawn fiber 4) is increased by bundling a plurality of resin fibers 2, efficient heat conduction is possible.
  • the resin member 1 is obtained.
  • one resin fiber 2 includes one stretched fiber 4 and a heat insulating material 5 that covers the one stretched fiber 4, but in another embodiment, one resin fiber 2 includes one stretched fiber 4.
  • the resin fiber may include a plurality of drawn fibers and a heat insulating material that covers the plurality of drawn fibers together.
  • the resin fiber according to this embodiment also has anisotropic heat conductivity that can conduct heat anisotropically in one direction in the extending direction of the resin fiber, as in the above embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a resin member according to another embodiment.
  • the resin member 11 according to another embodiment includes a plurality of resin fibers 2 and is formed in a sheet shape.
  • the plurality of resin fibers 2 are bundled via the bonding material 3 so as to extend in substantially the same direction (the thickness direction (Z direction) of the resin member 11).
  • this resin member 11 heat incident on each resin fiber 2 from one surface (XY plane) of the resin member 11 is conducted in the extending direction (Z direction) of the resin fiber 2, while the other direction. Difficult to escape to the outside of the resin fiber 2.
  • this resin member 11 has anisotropic heat conductivity capable of conducting heat anisotropically in one direction of the extending direction of the resin fiber 2 (the thickness direction of the sheet-like resin member 11). Yes.
  • Such a resin member 11 is suitably used as a member (heat conduction sheet) provided between an electronic component serving as a heat source and a heat sink in an electronic device. Since this resin member 11 can conduct heat only in the direction in which heat generated from the electronic component should be conducted (direction toward the heat sink), other electronic components in the electronic device (particularly, electronic components that are vulnerable to heat). ) Can be prevented from conducting heat in the direction in which it is disposed. Therefore, this resin member 11 can suppress that the reliability of an electronic device is impaired by heat.
  • such a resin member 11 is suitably used as a thermal switch.
  • the resin member 11 is provided on the roof of an automobile.
  • the resin member 11 is disposed so that the surface perpendicular to the extending direction of the resin fiber 2 (XY plane) faces the sun.
  • radiant heat enters each resin fiber 2 is efficiently conducted in one direction in which the resin fiber 2 extends, and is suitably taken into the vehicle.
  • the resin member 11 is arranged so that the plane parallel to the extending direction of the resin fiber 2 (XZ plane or YZ plane) faces the sun. Thereby, radiant heat does not enter the resin fiber 2 and is blocked by the resin member 11.
  • the resin member 11 is obtained, for example, by cutting out a desired thickness in a direction perpendicular to the extending direction of the resin fiber 2 after the bundling step of the manufacturing method described above.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a resin member according to another embodiment.
  • the resin member 21 according to another embodiment may be configured by a plurality of regions each formed in a sheet shape. Each region includes a plurality of bundled resin fibers 2 and a bonding material 3 for bonding the resin fibers 2 to each other.
  • the resin member 21 is configured by a first region R1 including a plurality of resin fibers 2 and a second region R2 including a plurality of resin fibers 2, and the first region R1 in the first region R1.
  • the plurality of resin fibers 2 and the plurality of resin fibers 2 in the second region R2 extend in a direction substantially orthogonal to each other.
  • the first region R1, the second region R2, the second region R2, and the first region R1 may be laminated in this order.
  • the plurality of resin fibers 2 in the first region R1 and the plurality of resin fibers 2 in the second region R2 are both flat surfaces (X direction) in the stacking direction (Z direction) of each region. -Y plane).
  • the plurality of resin fibers 2 are bundled via the binding material 3 so that the first region R1 and the second region R2 extend in different directions (X direction and Y direction). It has become. Therefore, the heat incident on each resin fiber 2 from the surface (XZ plane) perpendicular to the extending direction of the resin fiber 2 in the first region R1 of the resin member 21 is transmitted to the resin fiber 2 in the first region R1. While conducting in the extending direction, it diffuses in other directions and is difficult to escape to the outside of the resin fiber 2. Similarly, the heat incident on each resin fiber 2 from the plane (YZ plane) perpendicular to the extending direction of the resin fiber 2 in the second region R2 of the resin member 21 is the resin fiber 2 in the second region R2. While it is conducted in the extending direction, it is difficult to escape to the outside of the resin fiber 2 by diffusing in the other direction.
  • the resin member 21 can conduct heat anisotropically in two directions, ie, the extending direction of the resin fiber 2 in the first region R1 and the extending direction of the resin fiber 2 in the second region R2. Has anisotropic thermal conductivity.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a resin member according to another embodiment.
  • the resin member 31 according to another embodiment includes a third region R3 in addition to the first region R1 and the second region R2 in the resin member 21 shown in FIG. 4. You may have.
  • the third region also includes a plurality of bundled resin fibers 2 and a bonding material 3 for bonding the resin fibers 2 to each other.
  • the plurality of resin fibers 2 in the third region R3 extend in a direction (Z direction) substantially orthogonal to the plurality of resin fibers 2 in the first region R1 and the plurality of resin fibers 2 in the second region R2.
  • the plurality of resin fibers 2 extend in different directions (X direction, Y direction, and X direction) in the first region R1, the second region R2, and the third region. They are bundled via a binding material 3. Therefore, in addition to the first region R1 and the second region R2, the third region R3 also enters each resin fiber 2 from a plane (XY plane) perpendicular to the extending direction of the resin fiber 2. While heat is conducted in the extending direction of the resin fiber 2 in the third region R3, it is difficult to escape to the outside of the resin fiber 2 by diffusing in other directions.
  • the resin member 31 includes the extending direction of the resin fiber 2 in the first region R1, the extending direction of the resin fiber 2 in the second region R2, and the extending direction of the resin fiber 2 in the third region R3. It has anisotropic thermal conductivity that can conduct heat anisotropically in three directions.
  • the resin member may be an embodiment other than the embodiment described above.
  • the resin member may have a shape other than a fiber shape and a sheet shape.
  • each resin fiber 2 extends in the thickness direction of the resin member 11, but each resin fiber extends in a direction along the main surface (XY plane) of the resin member ( (X direction or Y direction) may be extended.
  • the resin fibers 2 in the plurality of regions R1, R2, and R3 extend in directions substantially orthogonal to each other, but the resin fibers in the plurality of regions are in different directions. And may extend in any direction depending on the desired thermal conductivity anisotropy.
  • the resin member 4 and 5 includes two or three regions R1, R2, and R3, but the resin member includes N regions (N is an integer of 4 or more). May be.
  • N is an integer of 4 or more. May be.
  • the resin fibers in the N regions extend in different directions, and the resin member is anisotropically capable of conducting heat anisotropically in the N direction of the resin fiber extending direction in each region. It has thermal conductivity.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • the drawn fiber was obtained by drawing to obtain a drawn fiber.
  • the diameter of the obtained drawn fiber was 100 ⁇ m.
  • the thermal conductivity in the extending (stretching) direction of the drawn fiber was 150 W / (m ⁇ K).
  • the entire surface of the drawn fiber was coated with a heat insulating airgel (dip coating) to obtain a resin fiber, and then recovered with a winding drum.
  • This resin fiber was bundled to obtain a resin member (anisotropic heat conductive resin fiber) having a diameter of 10 cm.
  • the ratio of heat radiant intensity in the drawing direction of the drawn fiber before and after coating with the heat insulating material was 1000: 1.
  • the heat radiation intensity ratio was measured with a Perkin Elmer spectroradiometer in accordance with JIS R1801-2002.

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Abstract

本発明の一側面は、熱可塑性樹脂の延伸ファイバと、延伸ファイバを被覆する断熱材と、を備える、異方熱伝導性樹脂ファイバである。

Description

異方熱伝導性樹脂ファイバ、異方熱伝導性樹脂部材及びそれらの製造方法
　本発明は、異方熱伝導性樹脂ファイバ、異方熱伝導性樹脂部材及びそれらの製造方法に関する。
　近年、電子デバイスにおいては、電子部品の高集積化、小型化、薄型化等に伴って、電子部品から発生する熱がその内部に蓄積され、電子デバイスの誤作動、寿命の低下等の信頼性の問題が生じやすくなっている。したがって、電子部品から発生する熱を効率的に外部へ逃がすことが重要となる。
　このような問題に対して、熱伝導性に優れ、かつ電気絶縁性を有する樹脂製の部材を電子部品とヒートシンクとの間に設けることが行われている。このようなシートとして、例えば特許文献１には、熱伝導性フィラー、繊維及び樹脂を含む熱伝導シートであって、繊維は面状に交絡しており、交絡した繊維は、熱伝導性フィラーを坦持してベースシートを形成しており、樹脂がベースシートに充填されていることを特徴とする熱伝導シートが開示されている。
特開２０１７－８７４４６号公報
　しかし、熱は方向性なく等方的に伝導するため、特許文献１に記載されているような熱伝導性シートを用いた場合、熱を伝導させるべき方向（電子部品からヒートシンクへ向かう方向）のみならず、例えば電子デバイス中の他の電子部品の方向へも熱が伝導してしまう。この場合、熱に弱い電子部品が熱にさらされることになり、電子デバイスの信頼性が損なわれるおそれがある。しかし、樹脂は結晶構造のような規則的な構造をとりにくいため、樹脂製の部材において、熱伝導に異方性（指向性）を自在に与えることは難しい。
　そこで、本発明は、異方的に熱伝導させることが可能な樹脂ファイバ及び樹脂部材、並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面は、熱可塑性樹脂の延伸ファイバと、延伸ファイバを被覆する断熱材と、を備える、異方熱伝導性樹脂ファイバである。
　本発明の他の一側面は、バンドル化された複数の樹脂ファイバを備え、樹脂ファイバが、熱可塑性樹脂の延伸ファイバと、延伸ファイバを被覆する断熱材とを有する、異方熱伝導性樹脂部材である。
　この樹脂ファイバ及び樹脂部材では、延伸ファイバが、高い配向性を有するファイバであるため、結晶性の低い熱可塑性樹脂で形成されているにもかかわらず、疑似的に結晶構造を有するような状態となり、フォノンを延伸ファイバ内に閉じ込めやすくなる。それでもなお延伸ファイバ周囲から漏れ出す輻射熱を抑えこむために、この樹脂ファイバ及び樹脂部材では、延伸ファイバは断熱材で被覆されている。これにより、この樹脂ファイバ及び樹脂部材では、熱が樹脂ファイバの延在方向に異方性（指向性）をもって伝導する。さらに、この樹脂部材では、複数の樹脂ファイバがバンドル化されていることによって、熱伝導の経路（延伸ファイバ）の断面積が大きくなっているため、効率の良い熱伝導が可能となる。
　樹脂部材は、複数の樹脂ファイバを含む第１の領域及び第２の領域を備えていてよく、第１の領域における複数の樹脂ファイバと、第２の領域における複数の樹脂ファイバとが、互いに異なる方向に延在していてよい。この場合、第１の領域における樹脂ファイバの延在方向及び第２の領域における樹脂ファイバの延在方向の二方向に、異方的に熱を伝導させることができる。
　第１の領域における複数の樹脂ファイバと、第２の領域における複数の樹脂ファイバとは、互いに略直交する方向に延在していてよい。この場合、互いに略直交する二方向に、異方的に熱を伝導させることができる。
　樹脂部材は、複数の樹脂ファイバを含む、第１の領域、第２の領域及び第３の領域を備えていてよく、第１の領域における複数の樹脂ファイバと、第２の領域における複数の樹脂ファイバと、第３の領域における複数の樹脂ファイバとが、それぞれ互いに異なる方向に延在していてよい。この場合、第１の領域における樹脂ファイバの延在方向、第２の領域における樹脂ファイバの延在方向、及び第３の領域における樹脂ファイバの延在方向の三方向に、異方的に熱を伝導させることができる。
　第１の領域における複数の樹脂ファイバと、第２の領域における複数の樹脂ファイバと、第３の領域における複数の樹脂ファイバとが、それぞれ互いに略直交する方向に延在していてよい。この場合、互いに略直交する三方向に、異方的に熱を伝導させることができる。
　本発明の他の一側面は、熱可塑性樹脂を延伸して延伸ファイバを作製する工程と、延伸ファイバを断熱材で被覆する工程と、を備える、異方熱伝導性樹脂ファイバの製造方法である。
　本発明の他の一側面は、熱可塑性樹脂を延伸して延伸ファイバを作製する工程と、延伸ファイバを断熱材で被覆して樹脂ファイバを作製する工程と、複数の樹脂ファイバをバンドル化する工程と、を備える、異方熱伝導性樹脂部材の製造方法である。
　これらの製造方法では、延伸により高い配向性を有するファイバを作製することで、結晶性の低い熱可塑性樹脂で形成されているにもかかわらず、疑似的に結晶構造を有するような状態となり、フォノンをファイバ内に閉じ込めやすい延伸ファイバが得られる。それでもなお延伸ファイバ周囲から漏れ出す輻射熱を抑えこむために、これらの製造方法では、延伸ファイバを断熱材で被覆する。これにより、これらの製造方法では、樹脂ファイバの延在方向に異方性（指向性）をもって熱を伝導させる樹脂ファイバ及び樹脂部材が得られる。さらに、上記の樹脂部材の製造方法では、複数の樹脂ファイバをバンドル化することによって、熱伝導の経路（延伸ファイバ）の断面積を大きくしているため、効率の良い熱伝導が可能な樹脂部材が得られる。
　本発明によれば、異方的に熱伝導させることが可能な樹脂部材ファイバ及び樹脂部材、並びにそれらの製造方法を提供することができる。
一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。 一実施形態に係る樹脂ファイバの製造方法を示す模式図である。 他の一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。 他の一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。 他の一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。
　以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
　図１は、一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。図１に示すように、樹脂部材１は、バンドル化された複数の樹脂ファイバ（ファイバ素線とも呼ばれる）２を備え、ファイバ状に形成されている。
　複数の樹脂ファイバ２同士は、例えば樹脂ファイバ２同士を結合する結合材３によって、互いに略同一方向に延在するように束ねられている（バンドル化されている）。複数の樹脂ファイバ２は、断面でみたときに、規則的に配列されていてもよく、不規則に配置されていてもよい。
　結合材３は、特に制限されるものでなく、例えば、ポリウレタン、アクリルポリマー、エポキシ樹脂等で構成されていてよく、好ましくは、エアロゲル、ナノバブル等の断熱性を有する材料で構成されている。
　結合材３は、一実施形態において、樹脂ファイバ２の延伸配向状態を緩和させることなく硬化可能な材料で構成されている。結合材３は、具体的には、例えば、樹脂ファイバ２の延伸温度以下で硬化できる材料で構成されている。結合材３は、一実施形態において、加熱硬化させる際に樹脂ファイバ２の隙間に含浸できるような粘度特性を有する材料を硬化させたものである。
　樹脂ファイバ２のそれぞれは、図１に示すように、延伸ファイバ４と、延伸ファイバ４を被覆する断熱材５とを備えている。樹脂ファイバ２の断面形状は、例えば図１に示すように略真円状であってよく、楕円状、多角形状等の定形であってもよく、不定形であってもよい。
　延伸ファイバ４は、熱可塑性樹脂が延伸されてなるファイバである。熱可塑性樹脂は、例えば、アクリルポリマー、メタクリルポリマー、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン等であってよい。
　延伸ファイバ４の直径（最大径）は、フォノンの閉じ込めやすさとフォノンの入射の容易さとの両立の観点から、好ましくは０．１μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは１００μｍ以上である。延伸ファイバ４の直径（最大径）は、バンドル化するときのハンドリング性の観点から、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、更に好ましくは２００μｍ以下である。
　断熱材５は、例えば、エアロゲル、ナノバブル等であってよい。断熱材５の熱伝導率は、輻射熱が樹脂ファイバ２の外に漏れることを更に抑制する観点から、例えば０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である。断熱材５は、輻射熱が樹脂ファイバ２の外に漏れることを更に抑制する観点から、例えば、延伸ファイバ４の表面積の５０％以上を被覆しており、好ましくは、延伸ファイバ４の表面の略全面を被覆している。断熱材５の厚みは、特に制限されないが、例えば、０．０５μｍ以上であってよく、５００μｍ以下であってよい。
　この樹脂部材１では、延伸ファイバ４が、高い配向性を有するファイバであるため、結晶性の低い熱可塑性樹脂で形成されているにもかかわらず、疑似的に結晶構造を有するような状態となり、フォノンを延伸ファイバ４内に閉じ込めやすくなる。それでもなお延伸ファイバ４の周囲から漏れ出す輻射熱を抑えこむために、この樹脂部材１では、延伸ファイバ４が断熱材５で被覆されている。これにより、樹脂部材１では、熱が樹脂ファイバ２の延在方向に異方性（指向性）をもって伝導する。具体的には、樹脂ファイバ２の長手方向の熱伝導率／樹脂ファイバ２の短手方向の熱伝導率が、例えば、５０００／１～１００／１となっている。すなわち、この樹脂ファイバ２及び樹脂部材１は、樹脂ファイバ２の延在方向の一方向に異方的に熱を伝導可能な異方熱伝導性を有している。さらに、この樹脂部材１では、複数の樹脂ファイバ２がバンドル化されていることによって、熱伝導の経路（延伸ファイバ４）の断面積が大きくなっているため、効率の良い熱伝導が可能となる。
　このような樹脂部材１は、例えば、発熱体を蓄熱体に熱的に接続する熱移送部材として好適に用いられる。具体的には、例えば、樹脂部材１１の一端側を発熱体と熱的に接続し、他端側を発熱体と熱的に接続することによって、樹脂部材１１は、移送過程において熱が外部へ逃げることを抑制できるため、発熱体で発生した熱を効率良く蓄熱体に移送することができる。
　続いて、樹脂ファイバ２及び樹脂部材１の製造方法について説明する。図２は、一実施形態に係る樹脂ファイバの製造方法を示す模式図である。樹脂ファイバの製造方法は、図２に示すように、樹脂ファイバ作製工程を備えている。
　樹脂ファイバ作製工程では、まず、熱可塑性樹脂を延伸して延伸ファイバを作製する（延伸ファイバ作製工程）。延伸ファイバ作製工程では、図２に示すように、熱可塑性樹脂６を、加熱炉７で加熱すると共に巻取り部８で巻き取る（引っ張る）ことによって巻取り方向（引張り方向）に延伸する。具体的には、まず、例えば直径５～５０ｍｍのロッド状に成形された熱可塑性樹脂６を加熱炉７に投入する。熱可塑性樹脂６は、加熱炉７内で加熱されると共に、加熱炉７の先に設置された巻取り部８によって巻き取られる（引っ張られる）ことによって延伸される。
　加熱炉７の温度は、熱可塑性樹脂６の軟化温度に応じて適宜設定され、熱可塑性樹脂６の延伸時に配向性を好適に付与する観点から、好ましくは、熱可塑性樹脂の熱変形温度以上融点未満の温度である。熱可塑性樹脂６の延伸は、例えば、延伸倍率が１０～１０００倍となるような条件で行われる。
　このようにして加熱炉７から出てきた延伸ファイバ４は、加熱炉７に投入前の熱可塑性樹脂６の径（ロッドの直径）よりも小径の細線状に形成されている。次いで、この延伸ファイバ４を、図２に示すように、断熱材供給部９に投入し、断熱材５で被覆する（断熱材被覆工程）。断熱材供給部９では、例えば、断熱材５が加熱され溶融した状態で供給され、延伸ファイバ４を溶融した断熱材５に浸漬すること（ディップコーティング）により、延伸ファイバ４の表面が断熱材５で被覆される。
　これにより、延伸ファイバ４と、延伸ファイバ４を被覆する断熱材５とを有する樹脂ファイバ２が得られる。樹脂ファイバ２は、断熱材供給部９と巻取り部８との間に適宜設けられたロール１０に沿って、巻取り部８に巻き取られる。
　樹脂部材１の製造方法は、上述した樹脂ファイバ作製工程と、複数の樹脂ファイバ２をバンドル化するバンドル化工程とを備えている。樹脂ファイバ作製工程に続くバンドル化工程では、樹脂ファイバ２を複数用意し、これらの複数の樹脂ファイバ２を、結合材３を用いてバンドル化する。バンドル化する方法は、公知の方法であってよい。これにより、樹脂部材１が得られる。
　樹脂部材の製造方法では、バンドル化工程に続いて、樹脂部材１を所望の形状に加工する工程を更に実施してもよい。この工程における加工は、例えば、樹脂部材１を樹脂ファイバ２の延在方向と垂直な方向に切断するスライス加工であってよい。スライス加工は、樹脂ファイバ２の熱伝導異方性が損なわれることを抑制する観点から、好ましくは、延伸ファイバ４を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以下で実施される。
　以上説明した樹脂ファイバ２及び樹脂部材１の製造方法では、延伸により高い配向性を有する延伸ファイバ４を作製することで、結晶性の低い熱可塑性樹脂で形成されているにもかかわらず、疑似的に結晶構造を有するような状態となり、フォノンをファイバ内に閉じ込めやすい延伸ファイバ４が得られる。それでもなお延伸ファイバ４の周囲から漏れ出す輻射熱を抑えこむために、この製造方法では、延伸ファイバ４を断熱材５で被覆する。これにより、樹脂ファイバ２の延在方向に異方性（指向性）をもって熱を伝導させる樹脂ファイバ２及び樹脂部材１が得られる。さらに、この樹脂部材１の製造方法では、複数の樹脂ファイバ２をバンドル化することによって、熱伝導の経路（延伸ファイバ４）の断面積を大きくしているため、効率の良い熱伝導が可能な樹脂部材１が得られる。
　上記実施形態では、一本の樹脂ファイバ２は、一本の延伸ファイバ４と、当該一本の延伸ファイバ４を被覆する断熱材５とを備えているが、他の一実施形態では、一本の樹脂ファイバが、複数の延伸ファイバと、複数の延伸ファイバをまとめて被覆する断熱材とを備えていてもよい。この実施形態に係る樹脂ファイバも、上記実施形態と同様に、樹脂ファイバの延在方向の一方向に異方的に熱を伝導可能な異方熱伝導性を有している。
　樹脂部材も、上記実施形態以外の他の実施形態をとり得る。図３は、他の一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。図３に示すように、他の一実施形態に係る樹脂部材１１は、複数の樹脂ファイバ２を備え、シート状に形成されている。この樹脂部材１１では、複数の樹脂ファイバ２が、略同一方向（樹脂部材１１の厚み方向（Ｚ方向））に延在するように、結合材３を介してバンドル化されている。
　この樹脂部材１１では、樹脂部材１１の一方面（Ｘ－Ｙ面）から各樹脂ファイバ２に入射した熱が、樹脂ファイバ２の延在方向（Ｚ方向）に伝導する一方で、それ以外の方向へ拡散して樹脂ファイバ２の外部へ逃げづらくなっている。このように、この樹脂部材１１は、樹脂ファイバ２の延在方向（シート状の樹脂部材１１の厚み方向）の一方向に異方的に熱を伝導可能な異方熱伝導性を有している。
　このような樹脂部材１１は、電子デバイスにおいて、発熱源となっている電子部品とヒートシンクとの間に設けられる部材（熱伝導シート）として好適に用いられる。この樹脂部材１１は、電子部品から発生した熱を伝導させるべき方向（ヒートシンクへ向かう方向）のみに伝導することが可能であるため、電子デバイス中の他の電子部品（特に、熱に弱い電子部品）が配置されている方向への熱の伝導を抑制できる。したがって、この樹脂部材１１は、熱によって電子デバイスの信頼性が損なわれることを抑制できる。
　また、このような樹脂部材１１は、熱スイッチとして好適に用いられる。具体的には、例えば、樹脂部材１１は、自動車の屋根上に設けられる。そして、太陽からの輻射熱を車内に取り込みたい場合は、樹脂部材１１の樹脂ファイバ２の延在方向と垂直な面（Ｘ－Ｙ面）を太陽に向けるように配置する。これにより、輻射熱が各樹脂ファイバ２に入射し、樹脂ファイバ２の延在方向の一方向に効率良く伝導して、車内に好適に取り込まれる。一方、太陽からの輻射熱を遮断したい場合は、樹脂部材１１の樹脂ファイバ２の延在方向と平行な面（Ｘ－Ｚ面又はＹ－Ｚ面）を太陽に向けるように配置する。これにより、輻射熱が樹脂ファイバ２に入射することはなく、樹脂部材１１によって遮断される。
　この樹脂部材１１は、例えば、上述した製造方法のバンドル化工程の後に、樹脂ファイバ２の延在方向と垂直な方向に所望の厚みで切り出すことによって得られる。
　図４は、他の一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。図４に示すように、他の一実施形態に係る樹脂部材２１は、それぞれがシート状に形成された複数の領域で構成されていてもよい。各領域は、バンドル化された複数の樹脂ファイバ２と、樹脂ファイバ２同士を結合する結合材３とを含んでいる。
　より具体的には、樹脂部材２１は、複数の樹脂ファイバ２を含む第１の領域Ｒ１と、複数の樹脂ファイバ２を含む第２の領域Ｒ２とで構成されており、第１の領域Ｒ１における複数の樹脂ファイバ２と、第２の領域Ｒ２における複数の樹脂ファイバ２とは、互いに略直交する方向に延在している。樹脂部材２１では、例えば図４に示すように、第１の領域Ｒ１と、第２の領域Ｒ２と、第２の領域Ｒ２と、第１の領域Ｒ１とがこの順で積層されていてよい。この樹脂部材２１において、第１の領域Ｒ１における複数の樹脂ファイバ２、及び、第２の領域Ｒ２における複数の樹脂ファイバ２は、いずれも各領域の積層方向（Ｚ方向）に垂直な平面（Ｘ－Ｙ面）に沿って延在していてよい。
　この樹脂部材２１では、複数の樹脂ファイバ２が、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とで互いに異なる方向（Ｘ方向及びＹ方向）に延在するように、結合材３を介してバンドル化されている。そのため、樹脂部材２１の第１の領域Ｒ１における樹脂ファイバ２の延在方向と垂直な面（Ｘ－Ｚ面）から各樹脂ファイバ２に入射した熱は、第１の領域Ｒ１における樹脂ファイバ２の延在方向に伝導する一方で、それ以外の方向へ拡散して樹脂ファイバ２の外部へ逃げづらくなっている。同様に、樹脂部材２１の第２の領域Ｒ２における樹脂ファイバ２の延在方向と垂直な面（Ｙ－Ｚ面）から各樹脂ファイバ２に入射した熱は、第２の領域Ｒ２における樹脂ファイバ２の延在方向に伝導する一方で、それ以外の方向へ拡散して樹脂ファイバ２の外部へ逃げづらくなっている。
　このように、この樹脂部材２１は、第１の領域Ｒ１における樹脂ファイバ２の延在方向、及び第２の領域Ｒ２における樹脂ファイバ２の延在方向の二方向に異方的に熱を伝導可能な異方熱伝導性を有している。
　図５は、他の一実施形態に係る樹脂部材を示す斜視図である。図５に示すように、他の一実施形態に係る樹脂部材３１は、図４に示した樹脂部材２１における第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に加えて、第３の領域Ｒ３を更に備えていてもよい。第３の領域も、バンドル化された複数の樹脂ファイバ２と、樹脂ファイバ２同士を結合する結合材３とを含んでいる。
　第３の領域Ｒ３における複数の樹脂ファイバ２は、第１の領域Ｒ１における複数の樹脂ファイバ２、及び、第２の領域Ｒ２における複数の樹脂ファイバ２と、略直交する方向（Ｚ方向）に延在している。
　この樹脂部材３１では、複数の樹脂ファイバ２が、第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域とで互いに異なる方向（Ｘ方向、Ｙ方向及びＸ方向）に延在するように、結合材３を介してバンドル化されている。そのため、第１の領域Ｒ１及び第２の領域Ｒ２に加えて、第３の領域Ｒ３においても、樹脂ファイバ２の延在方向と垂直な面（Ｘ－Ｙ面）から各樹脂ファイバ２に入射した熱は、第３の領域Ｒ３における樹脂ファイバ２の延在方向に伝導する一方で、それ以外の方向へ拡散して樹脂ファイバ２の外部へ逃げづらくなっている。
　このように、この樹脂部材３１は、第１の領域Ｒ１における樹脂ファイバ２の延在方向、第２の領域Ｒ２における樹脂ファイバ２の延在方向、及び第３の領域Ｒ３における樹脂ファイバ２の延在方向の三方向に異方的に熱を伝導可能な異方熱伝導性を有している。
　樹脂部材は、以上説明した実施形態以外の実施形態であってもよい。例えば、樹脂部材は、ファイバ状及びシート状以外の形状を有していてもよい。
　図３に示す樹脂部材１１では、各樹脂ファイバ２は、樹脂部材１１の厚み方向に延在しているが、各樹脂ファイバは、樹脂部材の主面（Ｘ－Ｙ面）に沿った方向（Ｘ方向又はＹ方向）に延在していてもよい。
　図４，５に示す樹脂部材２１，３１では、複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３における樹脂ファイバ２は互いに略直交する方向に延在しているが、複数の領域における樹脂ファイバは、互いに異なる方向に延在していればよく、所望の熱伝導の異方性に応じて、それぞれ任意の方向に延在していてよい。
　図４，５に示す樹脂部材２１，３１は、２個又は３個の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を備えているが、樹脂部材は、Ｎ個（Ｎは４以上の整数）の領域を備えていてもよい。この場合、Ｎ個の領域における各樹脂ファイバは互いに異なる方向に延在しており、樹脂部材は、各領域における樹脂ファイバの延在方向のＮ方向に異方的に熱を伝導可能な異方熱伝導性を有している。
　以下、実施例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
　ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のペレットを直径２５ｍｍのロッド状に成形し、そのロッドを２４０℃に加熱した加熱炉に投入する共に、その先端を巻取り機で引っ張ることにより、ロッドを延伸倍率が２５０倍となるように延伸加工して、延伸ファイバを得た。得られた延伸ファイバの直径は、１００μｍであった。この延伸ファイバの延在（延伸）方向の熱伝導率は、１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
　次いで、延伸ファイバの表面全面を断熱性のエアロゲルで被覆（ディップコーティング）して、樹脂ファイバを得た後、巻取用ドラムで回収した。この樹脂ファイバをバンドル化し、直径１０ｃｍの樹脂部材（異方熱伝導性樹脂ファイバ）を得た。断熱材で被覆する前後での延伸ファイバの延伸方向への熱の放射強度比（樹脂ファイバの熱の放射強度：延伸ファイバの熱の放射強度）は、１０００：１であった。なお、熱の放射強度比は、パーキンエルマー分光輻射率計でＪＩＳ　Ｒ１８０１－２００２に準拠して測定した。
　１，１１，２１，３１…樹脂部材、２…樹脂ファイバ、４…延伸ファイバ、５…断熱材、６…熱可塑性樹脂、Ｒ１…第１の領域、Ｒ２…第２の領域、Ｒ３…第３の領域。

Claims (8)

  1. 　熱可塑性樹脂の延伸ファイバと、
    　前記延伸ファイバを被覆する断熱材と、を備える、異方熱伝導性樹脂ファイバ。
  2. 　バンドル化された複数の樹脂ファイバを備え、
    　前記樹脂ファイバが、熱可塑性樹脂の延伸ファイバと、前記延伸ファイバを被覆する断熱材とを有する、異方熱伝導性樹脂部材。
  3. 　前記複数の樹脂ファイバを含む第１の領域及び第２の領域を備え、
    　前記第１の領域における前記複数の樹脂ファイバと、前記第２の領域における前記複数の樹脂ファイバとが、互いに異なる方向に延在している、請求項２に記載の樹脂部材。
  4. 　前記第１の領域における前記複数の樹脂ファイバと、前記第２の領域における前記複数の樹脂ファイバとが、互いに略直交する方向に延在している、請求項３に記載の樹脂部材。
  5. 　前記複数の樹脂ファイバを含む、第１の領域、第２の領域及び第３の領域を備え、
    　前記第１の領域における前記複数の樹脂ファイバと、前記第２の領域における前記複数の樹脂ファイバと、前記第３の領域における前記複数の樹脂ファイバとが、それぞれ互いに異なる方向に延在している、請求項２に記載の樹脂部材。
  6. 　前記第１の領域における前記複数の樹脂ファイバと、前記第２の領域における前記複数の樹脂ファイバと、前記第３の領域における前記複数の樹脂ファイバとが、それぞれ互いに略直交する方向に延在している、請求項５に記載の樹脂部材。
  7. 　熱可塑性樹脂を延伸して延伸ファイバを作製する工程と、
    　前記延伸ファイバを断熱材で被覆する工程と、を備える、異方熱伝導性樹脂ファイバの製造方法。
  8. 　熱可塑性樹脂を延伸して延伸ファイバを作製する工程と、
    　前記延伸ファイバを断熱材で被覆して樹脂ファイバを作製する工程と、
    　複数の前記樹脂ファイバをバンドル化する工程と、を備える、異方熱伝導性樹脂部材の製造方法。
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