WO2019244882A1 - 放熱構造体、放熱構造体の製造方法およびバッテリー - Google Patents

放熱構造体、放熱構造体の製造方法およびバッテリー Download PDF

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清水 隆男
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信越ポリマー株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation structure, a method of manufacturing the heat dissipation structure, and a battery.
  • the circuit board itself is made of a material with excellent heat dissipation, and a single heat sink or a means to drive the cooling fan is used singly or in combination. Is being done.
  • the method of forming the circuit board itself from a material having excellent heat dissipation properties, such as diamond, aluminum nitride, cubic boron nitride, etc. significantly increases the cost of the circuit board.
  • the arrangement of the cooling fan causes a problem that a rotating device such as a fan malfunctions, necessity of maintenance for preventing the malfunction, and difficulty in securing an installation space arise.
  • the radiation fin has a large surface area by forming a large number of columnar or flat protruding portions using a metal (for example, aluminum) having a high thermal conductivity, so that heat radiation can be further improved. Since it is a simple member, it is generally used as a heat dissipating component (see Patent Document 1).
  • the present invention provides a heat dissipation structure that is less dependent on unevenness of the surface of a heat source, has a high contact area with the heat source, can obtain high heat dissipation efficiency, and can reduce the weight of the heat dissipation structure. It is an object to provide a body, a manufacturing method thereof, and a battery including the heat dissipation structure.
  • a heat dissipation structure is a heat dissipation structure that conducts heat from a heat source to a cooling member to enable heat dissipation from the heat source.
  • a first sheet including at least one of ceramics and disposed between the heat source and the cooling member; and at least one of metal, carbon, and ceramics, and fixed to a surface of the first sheet on the heat source side;
  • a second sheet having a shape that repeats continuous irregularities in a predetermined direction, wherein the second sheet is provided such that a space is formed between the first sheet and the irregularities.
  • the second sheet includes one or more first cuts in a portion forming the space.
  • the heat dissipation structure preferably includes a first elastic member in the space.
  • the heat dissipation structure preferably includes a second elastic member between the unevenness of the second sheet and the heat source.
  • the heat dissipation structure preferably includes at least one of metal, carbon, and ceramics, and is fixed to a surface of the second sheet opposite to the first sheet. It has a seat.
  • the heat dissipation structure according to another embodiment is preferably provided on at least a surface of the first sheet and the third sheet on the side opposite to the second sheet of the third sheet.
  • One or more second cuts are provided in one or more directions.
  • the space has a shape that is long in one direction, and has a form of a cylinder open at both ends or a cup open at one end.
  • the method for manufacturing a heat dissipation structure includes a first gear that is rotatable, a second gear that rotates while meshing with the first gear, and a contact between the first gear and the second gear.
  • An adhesive application unit located on the downstream side in the rotation direction of the second gear from a position, and a sheet feeding unit located on the downstream side in the rotation direction of the second gear from the adhesive application unit.
  • a method of manufacturing any of the heat dissipation structures wherein a pre-sheet before forming the second sheet is inserted into the contact position from the side opposite to the adhesive application portion with respect to the contact position, Feeding the pre-sheet in the direction of travel of the second gear while shaping the pre-sheet into the tooth shape of the second gear; and contacting the part formed into the tooth shape with the adhesive application section to form a shaped part of the second sheet.
  • a rotatable first gear In the method for manufacturing a heat dissipation structure according to one embodiment, a rotatable first gear, a second gear that meshes with the first gear and rotates, and a contact between the first gear and the second gear.
  • An adhesive application unit located on the downstream side in the rotation direction of the second gear from a position, and a sheet feeding unit located on the downstream side in the rotation direction of the second gear from the adhesive application unit.
  • a method of manufacturing any of the heat dissipation structures wherein a pre-sheet before forming the second sheet is inserted into the contact position from the side opposite to the adhesive application portion with respect to the contact position, Feeding the pre-sheet in the traveling direction of the second gear while shaping the pre-sheet into the tooth shape of the second gear, applying an adhesive by bringing one surface of the first sheet into contact with the adhesive application section, Sent from the sheet feeder On one side of the first sheet came, including, contacting said second sheet molded the Pureshito.
  • a battery according to one embodiment is a battery including a battery cell as one or more heat sources in a housing that comes into contact with a cooling member, wherein any one of the heat radiating structures includes the battery cell. And the cooling member.
  • the contact area with the heat source is large, high heat dissipation efficiency can be obtained, and the heat dissipation structure can be reduced in weight.
  • FIG. 1A is a perspective view of a part of the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view showing a state where the heat dissipation structure according to the first embodiment is compressed in the thickness direction.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a positional relationship between the heat dissipation structure and the battery cells when the battery cells are used as a heat source.
  • FIG. 3A is a vertical cross-sectional view showing a situation where the battery according to the first embodiment is assembled.
  • FIG. 3B is a longitudinal sectional view showing a state after the battery according to the first embodiment is assembled.
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of the method for manufacturing the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows an example of an apparatus used in the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of a part of the heat dissipation structure according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a positional relationship between the heat radiating structure according to the third embodiment and the battery cells when the battery cells are used as a heat source.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a positional relationship between a heat dissipation structure and a battery cell according to the fourth embodiment when a battery cell is used as a heat source.
  • FIG. 9 shows a schematic flowchart of a method for manufacturing a heat dissipation structure according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 shows an example of an apparatus used in the manufacturing method of FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a schematic flowchart of a modification of the method of manufacturing the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 12 shows an example of an apparatus used in the manufacturing method of FIG.
  • FIG. 13A shows a modification of a part of the apparatus of FIG.
  • FIG. 13B shows a variation of part of the apparatus of FIG.
  • FIG. 1A is a perspective view of a part of the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a perspective view showing a state where the heat dissipation structure according to the first embodiment is compressed in the thickness direction.
  • the heat dissipating structure 1 is a heat dissipating structure that is located between the heat source and the cooling member 25 (see FIG. 3A) and conducts heat from the heat source to the cooling member 25 to enable heat radiation from the heat source.
  • a first sheet 2 that includes at least one of ceramics and can be disposed between the heat source and the cooling member 25; and a metal sheet that includes at least one of carbon, ceramics, and is fixed to a surface of the first sheet 2 on the heat source side.
  • a second sheet 3 having a shape that repeats continuous irregularities in a predetermined direction. The second sheet 3 is provided such that a space 4 is formed between the first sheet 2 and the unevenness.
  • the first sheet 2 is preferably a flat plate.
  • the first sheet 2 may be a wave-shaped plate that repeats peaks and valleys in one direction.
  • the second sheet 3 is a bellows-shaped sheet in which linear concave and convex portions are repeated in a wave shape rightward on the paper surface of FIG.
  • the second sheet 3 may have a shape that repeats continuous irregularities in a plurality of directions.
  • the spaces 4 are present by the number of the convex portions of the irregularities of the second sheet 3.
  • the space 4 may not be formed by the number of the protrusions of the second sheet 3 but may be formed by connecting two or more of the protrusions to be smaller than the number of the protrusions.
  • the space 4 has a shape that is long in one direction (a direction extending in the depth of the paper of FIG. 1A), and has a shape of a cylinder with both ends open.
  • the space 4 may have a form of a so-called one-end open cup in which only the surface on the front side of the paper surface of FIG. 1A is opened and the end surface in the depth direction of the paper surface is closed.
  • the space 4 may have a form in which both ends in the length direction are closed.
  • the heat dissipation structure 1 includes a first elastic member 6 in a space 4 formed between the unevenness of the second sheet 3 and the first sheet 2.
  • the first elastic member 6 is a long elastic member inserted into the space 4 in this embodiment.
  • the first elastic member 6 may have any shape according to the shape of the space 4.
  • the vertical cross-sectional shape (cross-sectional shape cut in the vertical direction in FIG. 1A) of the first elastic member 6 is not limited to a circle, and may be, for example, a polygon.
  • the second sheet 3 is connected to the first sheet 2 at the opening end of the projection (including the bottom of the recess).
  • the connection method may be any method such as adhesion, fitting, fusion and the like.
  • an adhesive having excellent heat resistance.
  • the adhesive preferably has excellent thermal conductivity, but may have low thermal conductivity.
  • the first sheet 2 and the second sheet 3 are made of a material having higher thermal conductivity than the first elastic member 6 irrespective of whether they are made of the same material or not.
  • the first sheet 2 and the second sheet 3 are preferably sheets containing carbon, metal, and / or ceramics or a single sheet of any of these.
  • the first sheet 2 and / or the second sheet 3 are more preferably a sheet containing carbon, and more preferably a sheet containing a carbon filler and a resin.
  • the term “carbon” includes any structure of carbon (element symbol: C) such as graphite, carbon black having lower crystallinity than graphite, expanded graphite, diamond, and diamond-like carbon having a structure close to diamond. Is interpreted in a broad sense.
  • the first sheet 2 and / or the second sheet 3 may be a thin sheet obtained by curing a material in which graphite fibers and carbon particles are mixed and dispersed in a resin. Further, the first sheet 2 and / or the second sheet 3 may be carbon fibers woven in a mesh shape, and may be blended or blended. Further, the second sheet 3 may include a plurality of one or more first cuts 9 in a portion (a left-right direction on the paper) orthogonal to the longitudinal direction of the first elastic member 6 in a portion forming the space 4. Good (see FIG. 1A). Further, the first elastic member 6 may also be provided with a cut at the same or near position as the first cut 9 in the length direction so as to make a half cut along the side surface.
  • the second sheet 3 may include a plurality of cuts along the longitudinal direction (the depth direction in the drawing) of the first elastic member 6. Further, the second sheet 3 may be provided with cuts in a lattice shape. By making cuts in the second sheet 3 and / or the first elastic member 6, the first sheet 2 and the second sheet 3 can be cut even if each surface on the heat source side and / or the cooling member side has irregularities. It becomes easier to contact the surface.
  • the above-mentioned cut may be any form of cut such as a line-shaped cut or a dot-shaped cut.
  • the resin may be more than 50% by mass or less than 50% by mass based on the total mass of the sheet. That is, it does not matter whether the first sheet 2 and / or the second sheet 3 are made of a resin as a main material as long as heat conduction is not largely hindered.
  • a thermoplastic resin can be suitably used.
  • the thermoplastic resin a resin having a high melting point that does not melt when conducting heat from a heat source is preferable.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PA polyamide
  • PAI polyamideimide
  • the resin is dispersed, for example, in the form of particles in the gaps between the carbon fillers before the first sheet 2 and / or the second sheet 3 are formed.
  • the first sheet 2 and / or the second sheet 3 may have dispersed therein AlN or diamond as a filler for further improving heat conduction, in addition to a carbon filler and a resin.
  • an elastomer that is more flexible than the resin may be used instead of the resin.
  • the first sheet 2 and / or the second sheet 3 may be a sheet containing metal and / or ceramic instead of or together with carbon as described above.
  • a metal having relatively high thermal conductivity such as aluminum, copper, or an alloy containing at least one of them can be selected.
  • the ceramics those having relatively high thermal conductivity such as AlN, cBN, and hBN can be selected.
  • first sheet 2 and / or the second sheet 3 are excellent in conductivity.
  • the thermal conductivity of the sheets 2 and 3 is preferably 10 W / mK or more.
  • the second sheet 3 may be a metal sheet.
  • the preferred second sheet 3 is a sheet made of aluminum, aluminum alloy, copper or stainless steel.
  • the second sheet 3 is preferably a sheet that easily bends (or bends), and its thickness is not limited, but is preferably 0.05 to 5 mm, more preferably 0.065 to 0.5 mm.
  • the first elastic member 6 is a cylindrical elastic member provided with a through passage 61.
  • the first elastic member 6 improves the contact between the second sheet 3 and the lower end even when the lower ends of the plurality of heat sources have irregularities. Further, the through passage 61 contributes to facilitate the deformation of the first elastic member 6 and has a function of increasing the contact between the second sheet 3 and the lower end of the heat source.
  • the first elastic member 6 has a function as a cushion between the heat source and the bottom portion 22 and also has a function as a protection member for preventing the second sheet 3 from being damaged by a load applied to the second sheet 3. Have.
  • the first elastic member 6 is a member having lower thermal conductivity than the first sheet 2 and / or the second sheet 3.
  • the first elastic member 6 is preferably a thermosetting elastomer such as silicone rubber, urethane rubber, isoprene rubber, ethylene propylene rubber, natural rubber, ethylene propylene diene rubber, nitrile rubber (NBR) or styrene butadiene rubber (SBR); It is configured to include a thermoplastic elastomer such as urethane, ester, styrene, olefin, butadiene, and fluorine, or a composite thereof.
  • the first elastic member 6 is preferably made of a material having high heat resistance enough to maintain its form without being melted or decomposed by heat transmitted through the first sheet 2 and the second sheet 3.
  • the first elastic member 6 is more preferably made of urethane-based elastomer impregnated with silicone or silicone rubber.
  • the first elastic member 6 may be formed by dispersing a filler typified by AlN, cBN, hBN, diamond particles or the like in rubber in order to increase the thermal conductivity as much as possible.
  • the first elastic member 6 may not only include air bubbles therein but also may not include air bubbles.
  • “elastic member” means a member that is rich in flexibility and can elastically repeat compression and expansion, and can be read as “rubber-like elastic body” in this sense.
  • the heat radiation structure 1 receives a compressive force in the thickness direction from the second sheet 3 to the first sheet 2, the state shown in FIG. 1B is obtained. That is, the uneven structure of the second sheet 3 is crushed, and the first elastic member 6 in the space 4 becomes flat.
  • the second sheet 3 has a shape that repeats irregularities, and can be deformed such that the convex portion falls down to the adjacent concave portion side.
  • the first sheet 2 is in contact only at the opening end of the second sheet 3.
  • the first sheet 2 comes into contact with portions other than the opening end of the second sheet 3. Thereby, the thermal conductivity between the first sheet 2 and the second sheet 3 becomes higher.
  • the first elastic member 6 in the space 4 has a role of making the heat source easily contact the first sheet 2 and the second sheet 3 even if the surface of the heat source has irregularities.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a positional relationship between the heat radiating structure and the battery cells when the battery cells are used as a heat source.
  • the first sheet 2 of the heat radiation structure 1 is in contact with the bottom of the housing in which the battery cells 10 as an example of the heat source are arranged.
  • the second sheet 3 contacts the lower ends of the plurality of battery cells 10 located on the opposite side to the electrodes 11 and 12.
  • the heat dissipation structure 1 is compressed to a state shown in FIG. 1B.
  • FIG. 2 only eight battery cells 10 are shown in order to avoid complication of the drawing.
  • the number of battery cells 10 can be greater than eight, depending on the specifications of the battery and the required power.
  • the size of the heat radiation structure 1 can also be arbitrarily changed according to the number of the battery cells 10.
  • FIG. 3A is a longitudinal sectional view showing a situation where the battery according to the first embodiment is assembled.
  • FIG. 3B is a longitudinal sectional view of a state after assembling the battery according to the first embodiment.
  • the “section” or “longitudinal section” means a section in the direction perpendicular to the bottom opening 22 from the upper opening surface in the inside 24 of the housing 21 of the battery 20.
  • the battery 20 is, for example, a battery for an electric vehicle, and includes a large number of battery cells 10.
  • the battery 20 includes a bottomed housing 21 that opens on one side.
  • the housing 21 is preferably made of aluminum or an aluminum-based alloy.
  • the battery cell 10 is arranged inside 24 of the housing 21.
  • the plurality of battery cells 10 are preferably provided with a force in the direction of compression using screws or the like from both sides in the housing 21 so as to be in close contact with each other (not shown).
  • One or a plurality of water cooling pipes 26 are provided on the bottom portion 22 of the housing 21 for flowing cooling water, which is an example of the cooling member 25.
  • the battery cell 10 is arranged in the housing 21 so as to sandwich the heat dissipation structure 1 between the battery cell 10 and the bottom 22.
  • the battery 20 includes the battery cell 10 as one or more heat sources in a housing 21 having a structure in which the cooling member 25 flows.
  • the heat dissipation structure 1 is interposed between the battery cell 10 and the cooling member 25.
  • the heat radiation structure 1 is preferably arranged such that the first sheet 2 faces the cooling member 25 and the second sheet 3 faces the battery cell 10.
  • the battery cells 10 transfer heat to the housing 21 through the heat dissipation structure 1 and are effectively removed by water cooling.
  • the cooling member 25 is not limited to the cooling water, but is interpreted to include an organic solvent such as liquid nitrogen and ethanol.
  • the cooling member 25 is not limited to a liquid under a condition used for cooling, and may be a gas or a solid.
  • the heat dissipation structure 1 When the battery cell 10 is set in the housing 21 (see FIG. 3B), the heat dissipation structure 1 has a thickness of the heat dissipation structure 1 between the battery cell 10 and the bottom 22 having the water cooling pipe 26. (See FIG. 1B).
  • the second sheet 3 comes into contact with the first sheet 2 in a form in which the space 4 having the first elastic member 6 is laid down or the space 4 is crushed.
  • heat from the battery cell 10 is easily transmitted to the second sheet 3, the first sheet 2, the bottom 22, the water cooling pipe 26, and the cooling member 25.
  • the first elastic member 6 contributes to making the battery cells 10 easily contact the second sheet 3 and the first sheet 2 even when there is a step between the battery cells 10.
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of the method for manufacturing the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows an example of an apparatus used in the manufacturing method of FIG.
  • the method for manufacturing the heat radiation structure 1 according to the first embodiment includes a pre-sheet insertion step (S100), a pre-sheet molding step (S110), an adhesive application step (S120), a first sheet 2 and a second sheet 3, and Are performed in the order of the contact step (S130).
  • a pre-sheet insertion step S100
  • a pre-sheet molding step S110
  • an adhesive application step S120
  • a first sheet 2 and a second sheet 3 and Are performed in the order of the contact step (S130).
  • various devices can be adopted as the device 30 used in the manufacturing method, it is preferable to use a single facer. More specifically, the device 30 includes a first rotatable gear 31, a second gear 32 that rotates while meshing with the first gear 31, and a second position from a contact position 36 between the first gear 31 and the second gear 32.
  • An adhesive application section 33 is located downstream of the gear 32 in the rotation direction, and a sheet feed section 34 is located downstream of the adhesive application section 33 in the rotation direction of the second gear 32.
  • downstream means a rotation direction of the second gear 32 at the contact position 36 and a downstream side in a direction in which the pre-sheet 3a is fed.
  • the sheet feeding unit 34 is a unit that conveys the first sheet 2 along the surface thereof.
  • the sheet feeding section 34 is, for example, a belt conveying section having a belt for driving the first sheet 2 in the direction of the dotted arrow, or the first sheet 2 is rotated by the rotation of the second gear 32 without any driving means.
  • a non-driving transport unit that moves in the direction of the arrow may be used.
  • the sheet feeding unit 34 may be a unit that conveys the first sheet 2 by a roller.
  • the insertion step is a step of inserting the pre-sheet 3a before forming the second sheet 3 into the contact position 36 from the side opposite to the adhesive application section 33 with respect to the contact position 36 (inserted in the direction of arrow A).
  • the first gear 31 is rotated by driving means such as a motor (rotated in the direction of the solid arrow in the first gear 31).
  • the second gear 32 meshes with the first gear 31 and is driven by the first gear 31 (driven by the direction of the solid arrow in the second gear 32).
  • the forming step is a step of feeding the pre-sheet 3a in the traveling direction of the second gear 32 while forming the pre-sheet 3a into the tooth shape of the second gear 32. More specifically, the pre-sheet 3 a is formed by being sandwiched between the first gear 31 and the second gear 32, and heads toward the adhesive application section 33 while attaching to the surface of the second gear 32. The pre-sheet 3a is formed so as to transfer the tooth profile of the second gear 32 at the contact position 36 before the adhesive application section 33. As a result, the pre-sheet 3a is formed into the second sheet 3.
  • the application step is a step of applying the adhesive to the molded part of the second sheet 3 by bringing the tooth-shaped part of the second sheet 3 into contact with the adhesive application part 33.
  • the adhesive application section 33 preferably has the shape of a roller, and rotates by a driving unit such as a motor, or is driven by another rotating member such as the second gear 32 (in the adhesive application section 33). Rotation in the direction of the solid arrow).
  • the adhesive application section 33 preferably includes an adhesive holding section 35 having an adhesive held on its surface.
  • the gap 37 between the second gear 32 and the adhesive application section 33 has a width that allows the formed second sheet 3 to pass with the adhesive applied.
  • the adhesive application section 33 is not limited to a member having the shape of a roller, and may be, for example, a flat plate holding the adhesive, a container storing the adhesive, or a brush holding the adhesive.
  • the contacting step between the first sheet and the second sheet is performed by bonding the first sheet 2 (conveyed in the direction of arrow B) sent from the sheet feeding section 34 to the adhesive of the second sheet 3 on which the pre-sheet 3a is formed. This is a step of contacting a portion coated with. “Contact” may be read as bonding or bonding. The same applies to the subsequent “contact”.
  • the first sheet 2 is conveyed along the front surface 38 of the sheet feeding section 34 (conveyed in the direction of the dotted arrow near the front surface 38).
  • the sheet feeding portion 34 is arranged with a gap 39 between the front surface 38 and the second gear 32.
  • the front surface 38 is a surface on which the first sheet 2 can be smoothly conveyed.
  • the gap 39 has a width that allows the second sheet 3 to pass therethrough in a state where the second sheet 3 is adhered to the first sheet 2.
  • the pre-radiation structure 1a sandwiched between the sheet feed portion 34 and the second gear 32 and conveyed downstream does not include the first elastic member 6 and does not include the first notch 9. ,
  • the first elastic member 6 is arranged in the space 4, and the first cut 9 is made so as to make a half cut along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first elastic member 6 (the left-right direction on the paper surface). Body 1 is completed.
  • the adhesive application section 33 may be arranged near the sheet feeding section 34.
  • the adhesive is applied to one surface of the first sheet 2.
  • the step of applying the adhesive (S120) is a step in which one side of the first sheet 2 is brought into contact with the adhesive application section 33 to apply the adhesive.
  • a pre-sheet is formed on one side of the first sheet 2 sent from the sheet feeding unit 34 (that is, the side to which the adhesive is applied). This is the step of contacting the second sheet.
  • the pre-sheet 3a may be a sheet in which the first cuts 9 along the left-right direction of the paper of FIG. 5 are provided at predetermined intervals in the left-right direction of the paper and the depth direction of the paper.
  • the pre-radiation structure 1a manufactured by the device 30 has the same form as the radiation structure 1 except that the first elastic member 6 is not provided. After that, when the first elastic member 6 is arranged in the space 4, the heat dissipation structure 1 is completed.
  • FIG. 6 is a perspective view of a part of the heat dissipation structure according to the second embodiment.
  • the heat dissipation structure 41 according to the second embodiment differs from the heat dissipation structure 1 according to the first embodiment in that the space 4 does not include the first elastic member 6 and does not include the first cut 9. Different, other things are common.
  • the heat dissipation structure 41 is disposed between the battery cell 10 and the bottom 22 having the water cooling pipe 26. It is compressed in the thickness direction (see FIG. 3B).
  • the second sheet 3 comes into contact with the first sheet 2 in a form in which the space 4 is turned down or the space 4 is crushed.
  • heat from the battery cell 10 is easily transmitted to the second sheet 3, the first sheet 2, the bottom 22, the water cooling pipe 26, and the cooling member 25. Since the heat dissipation structure 41 according to the second embodiment does not include the first elastic member 6, it is possible to further reduce the weight of the heat dissipation structure.
  • the heat radiation structure 41 according to the second embodiment can sufficiently absorb the surface irregularities of the heat source. For this reason, the contact area with the heat source is increased, a high heat dissipation efficiency is obtained, and the weight of the heat dissipation structure can be reduced.
  • the second sheet 3 may include a plurality of cuts along the left-right direction of the drawing or the depth direction of the drawing, as in the first embodiment (see FIG. 1A). Further, the second sheet 3 may be provided with cuts in a lattice shape.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a positional relationship between the heat radiating structure according to the third embodiment and the battery cells when the battery cells are used as a heat source.
  • the heat dissipating structure 51 according to the third embodiment includes a point that the space 4 does not include the first elastic member 6, a point that the concave portion 5 of the second sheet 3 includes the second elastic member 7, and that the second sheet 3 includes The point that the first notch 9 is not provided is different from the heat dissipation structure 1 according to the first embodiment.
  • the heat dissipation structure 51 includes the second elastic member 7 in the concave portion 5 of the second sheet 3.
  • the second elastic member 7 is a cylindrical elastic member provided with a through passage 71.
  • the heat dissipation structure 51 includes, as in the first embodiment, a first sheet 2 in contact with the bottom of a housing in which the battery cells 10 are arranged, and a second sheet 3 including a plurality of batteries. It contacts the lower end of the cell 10 opposite to the electrodes 11 and 12.
  • the recess 5 is a space formed between the unevenness of the second sheet 3 and the battery cell 10.
  • the second elastic member 7 is an elastic member configured similarly to the first elastic member 6.
  • the uneven structure of the second sheet 3 is crushed and the second elastic member is formed. 7 becomes flat.
  • the second sheet 3 has a shape that repeats irregularities, and can be deformed such that the convex portion falls down to the adjacent concave portion 5 side.
  • the first sheet 2 is in contact only at the opening end of the second sheet 3.
  • the first sheet 2 comes into contact with portions other than the opening end of the second sheet 3. Thereby, the thermal conductivity between the first sheet 2 and the second sheet 3 becomes higher.
  • the second elastic member 7 in the concave portion 5 has a role of making the heat source easily contact the first sheet 2 and the second sheet 3 even if the surface of the heat source has irregularities.
  • the pre-radiation structure 1a (see FIGS. 4 and 5) is manufactured in the same manner as in the first embodiment, and the concave portion 5 of the second sheet 3 of the pre-radiation structure 1a is manufactured. This is completed by arranging the second elastic member 7 in the first position.
  • the second sheet 3 may include a plurality of cuts along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the second elastic member 7 (lateral direction in the drawing), as in the first embodiment. Further, the second elastic member 7 may also be provided with a cut in the same direction as or near the cut of the second sheet 3 in the length direction so as to make a half cut along the side surface. Further, the second sheet 3 may include a plurality of cuts along the longitudinal direction (the depth direction in the drawing) of the second elastic member 7. Further, the second sheet 3 may be provided with cuts in a lattice shape.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a positional relationship between the heat radiating structure according to the fourth embodiment and the battery cell when the battery cell is used as a heat source.
  • the heat radiation structure 61 according to the fourth embodiment has a point that the first elastic member 6 is not provided in the space 4 and a third sheet fixed to the surface of the second sheet 3 opposite to the first sheet 2. 8 is different from the heat dissipation structure 1 according to the first embodiment in that the other components are common.
  • the third sheet 8 is a sheet that is configured in the same manner as the first sheet 2 and / or the second sheet 3 and that includes at least one of metal, carbon, and ceramics.
  • the heat dissipation structure 61 has the first sheet 2 in contact with the bottom of the housing in which the battery cells 10 are arranged, and the third sheet 8 includes a plurality of batteries, as in the first embodiment. It contacts the lower end of the cell 10 opposite to the electrodes 11 and 12.
  • the third sheet 8 preferably includes one or more second cuts 9 a in one or more directions in the surface on the surface opposite to the second sheet 3. In FIG.
  • the second cut 9a is provided so as to be half-cut in a lattice shape (solid line portion in FIG. 8).
  • the third sheet 8 may have one or a plurality of cuts so as to make a half cut along the horizontal direction of the paper surface or the depth direction of the paper surface. By making a cut in the third sheet 8, even if each surface on the heat source side and / or the cooling member side has irregularities, the first sheet 2, the second sheet 3, and the third sheet 8 It becomes easier to contact the surface.
  • the second sheet 3 may include a plurality of first cuts 9 along the left-right direction of the drawing or the depth direction of the drawing, as in the first embodiment (see FIG. 1A). Further, the second sheet 3 may be provided with cuts in a lattice shape.
  • the second sheet 9 may be provided with a second notch 9a on the surface of the first sheet 2 opposite to the second sheet 3 (the lower surface in FIG. 8), like the third sheet 8.
  • the third sheet 8 is provided with the second cut 9a with priority over the first sheet 2. This is because, in the heat dissipation structure 61, increasing the contact area with the heat source is given priority over increasing the contact area with the cooling member.
  • the above-mentioned cut may be any form of cut such as a line-shaped cut or a dot-shaped cut.
  • the uneven structure of the second sheet 3 is crushed.
  • the second sheet 3 has a shape that repeats irregularities, and can be deformed such that the convex portion falls down to the adjacent concave portion 5 side.
  • the heat dissipation structure 61 is provided between the battery cell 10 and the bottom 22 having the water cooling pipe 26. It is compressed in the thickness direction (see FIG. 3B).
  • the second sheet 3 comes into contact with the first sheet 2 and the third sheet 8 in a form in which the space 4 is turned down or the space 4 is crushed.
  • heat from the battery cells 10 is easily transmitted to the third sheet 8, the second sheet 3, the first sheet 2, the bottom 22, the water cooling pipe 26, and the cooling member 25.
  • FIG. 9 is a schematic flowchart of a method for manufacturing a heat dissipation structure according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 shows an example of an apparatus used in the manufacturing method of FIG.
  • the method for manufacturing the heat radiation structure 61 according to the fourth embodiment includes a pre-sheet insertion step (S100), a pre-sheet forming step (S110), an adhesive application step (S120), and a first sheet 2 and a second sheet 3.
  • the device 80 used in the manufacturing method includes, in addition to the components of the device 30 shown in FIG. 5, an adhesive in the downstream direction of the pre-radiation structure 1 a conveyed from between the sheet feeding portion 34 and the second gear 32.
  • the device includes an agent application section 33 and a spring plate 83 facing the adhesive application section 33.
  • the device 80 is provided with a gap between the structure feeding section 84 and the structure feeding section 84 in a downstream direction of the pre-radiation structure 1a conveyed from between the adhesive application section 33 and the spring plate 83. And a hot plate 86 facing the same.
  • the device 80 includes a third sheet feeder 88 in the downstream direction of the pre-radiation structure 1a conveyed from between the sheet feeder 34 and the second gear 32.
  • the structure feeding section 84 is means for conveying the pre-radiation structure 1a having the adhesive applied to the surface on the second sheet 3 side while applying pressure.
  • the structure feeding unit 84 may be, for example, a belt conveyance unit having a belt that drives the pre-radiation structure 1a in the direction of the dotted arrow.
  • the structure feeding section 84 may be a means for conveying the pre-radiation structure 1a by a roller.
  • the hot platen 86 is a member that is supplied with high-temperature steam and maintained at a high temperature.
  • the third sheet feeder 88 is means for conveying the third sheet 8 to the structure feeder 84.
  • the third sheet feeder 88 preferably has the shape of a roller, and is rotated by driving means such as a motor or driven by another rotating member such as a gear (solid line in the third sheet feeder 88). Rotation in the direction of the arrow).
  • driving means such as a motor or driven by another rotating member such as a gear (solid line in the third sheet feeder 88). Rotation in the direction of the arrow).
  • the step of applying the adhesive to the pre-radiation structure 1a includes bringing the surface of the pre-radiation structure 1a on the second sheet 3 side into contact with the adhesive application section 33 and applying the adhesive to the surface of the second sheet 3 side.
  • the configuration of the adhesive application section 33 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the device 80 includes a spring plate 83 facing the adhesive application unit 33.
  • the spring plate 83 presses the pre-radiation structure 1a conveyed to the adhesive application section 33 from above.
  • the pre-heat dissipating structure 1a can reliably apply the adhesive to the surface on the second sheet 3 side by contacting the adhesive application section 33 while being pressed by the spring plate 83.
  • the method of applying the adhesive adopts a method of applying using a flat plate holding the adhesive, a container storing the adhesive, or a brush holding the adhesive instead of the member having the shape of the roller. Is also good.
  • the contacting step (S150) between the pre-radiation structure 1a and the third sheet 8 is performed by applying an adhesive to one surface of the third sheet 8 (conveyed in the direction of arrow C) sent from the third sheet feeding section 88.
  • This is a step of contacting the surface of the pre-heat dissipating structure 1a on the second sheet 3 side.
  • the pre-radiation structure 1a and the third sheet 8 to which the adhesive has been applied are bonded to each other by being heated while being pressed by the structure feeding section 84 and the hot platen 86.
  • the heat dissipation structure 61 according to the fourth embodiment is completed.
  • a step of applying an adhesive to the third sheet 8 may be performed instead of the step of applying an adhesive to the pre-radiation structure 1a (S140).
  • a step of applying an adhesive to the third sheet 8 may be performed instead of the step of applying an adhesive to the pre-radiation structure 1a (S140).
  • the contacting step (S150) between the pre-radiation structure 1a and the third sheet 8 is performed by attaching the surface of the pre-radiation structure 1a on the second sheet 3 side to one surface of the third sheet 8 to which the adhesive is applied. This is the step of contact.
  • the heat dissipation structures 1, 41, 51, and 61 are located between the battery cell 10 and the cooling member 25, and conduct heat from the battery cell 10 to the cooling member 25 to enable heat dissipation from the battery cell 10.
  • a first sheet 2 including at least one of metal, carbon, and ceramics and capable of being disposed between the battery cell 10 and the cooling member 25; and at least one of metal, carbon, and ceramics.
  • a second sheet 3 fixed to the surface of the first sheet 2 on the battery cell 10 side and having a shape that repeats continuous irregularities in a predetermined direction. The second sheet 3 is provided such that a space 4 is formed between the first sheet 2 and the unevenness.
  • the weight of the heat dissipation structure can be reduced as compared with a conventional metal heat dissipation fin or the like.
  • the heat dissipation structures 1, 41, 51, 61 are compressed between the battery cell 10 and the cooling member 25, so that the second sheet 3 collapses the space 4 or crushes the space 4. Since the contact is made with the surface of the battery cell, the contact area with the heat source is small, and high heat radiation efficiency can be obtained.
  • the second sheet 3 is provided with one or more first cuts 9 in a portion forming the space 4, so that the second sheet 3 is less dependent on the unevenness of the surface of the battery cell, and high heat radiation efficiency can be obtained. .
  • the heat dissipation structure 1 includes the first elastic member 6 in the space 4, the heat dissipation structure 1 is less dependent on the unevenness of the surface of the battery cell, and high heat dissipation efficiency can be obtained.
  • the heat dissipation structure 51 includes the second elastic member 7 between the concave portion 5 of the second sheet 3, that is, the unevenness of the second sheet 3 and the battery cell 10. Thereby, the heat radiation structure 51 becomes less dependent on the unevenness of the surface of the battery cell, and high heat radiation efficiency can be obtained.
  • the heat radiation structure 61 is provided on at least one surface of the first sheet 2 and the third sheet 8 opposite to the second sheet 3 of the third sheet 8 in one or more directions in the plane.
  • the space 4 has a shape that is long in one direction and has a form of an open-ended cylinder or an open-ended cup, the deformability of the space 4 is enhanced, and the unevenness of the surface of the plurality of battery cells 10 is improved. , And high heat dissipation efficiency can be obtained. Further, the heat dissipation structures 1, 41, 51, 61 are lighter due to the space 4.
  • FIG. 11 is a schematic flowchart of a modification of the method of manufacturing the heat dissipation structure according to the first embodiment.
  • FIG. 12 shows an example of an apparatus used in the manufacturing method of FIG.
  • the first elastic member 6 is disposed in the space 4, and the first cut 9 is formed therein. 1 has been completed, but the step of loading the first elastic member (S125) is performed between the step of applying the adhesive (S120) and the step of contacting the first sheet and the second sheet (S130), so that the heat dissipation structure is achieved.
  • the body 1 may be manufactured (see FIG. 11).
  • the device 90 used here includes, in addition to the components of the device 30 in FIG. 5, an elastic member loading unit 91 located downstream of the adhesive application unit 33 in the rotation direction of the second gear 32.
  • the first elastic member loading step (S125) is a step of loading the first elastic member 6 into the depression of the second sheet 3 to which the adhesive has been applied in the adhesive applying step (S120).
  • the elastic member loading section 91 includes an elastic member supply section 92 and an elastic member arrangement section 93.
  • the elastic member supply section 92 is a member for supplying the first elastic member 6 to the elastic member arrangement section 93, and is preferably a tubular metal member having plasticity.
  • the elastic member arranging portion 93 preferably includes a roller 94 that can take the first elastic member 6 into the groove 96 and a sprocket 95 that can engage with the roller 94.
  • the roller 94 is rotated by driving means such as a motor or driven by another rotating member such as a gear (rotated in the direction of a solid arrow on the roller 94).
  • the sprocket 95 rotates following the rotation of the roller 94.
  • the first elastic member 6 supplied by the elastic member supply unit 92 rotates while being taken into the groove 96 of the roller 94, moves to an engagement position with the sprocket 95, and falls into the notch of the sprocket 95. . Then, the first elastic member 6 that has fallen into the notch of the sprocket 95 is loaded into the depression of the second sheet 3 conveyed by the second gear 32 according to the rotation of the sprocket 95.
  • the step of loading the first elastic member (S125) may be a step performed after the step of contacting the first sheet with the second sheet (S130). In that case, the first elastic member 6 is preferably inserted from the opening side of the already configured space 4.
  • the pre-radiation structure 1b sandwiched between the sheet feed portion 34 and the second gear 32 and conveyed downstream has a half-cut along a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first elastic member 6 (left-right direction on the paper surface).
  • the first cut 9 is made, the heat dissipation structure 1 is completed.
  • the pre-sheet 3a may be a sheet provided with the first cuts 9 along the left-right direction of the paper of FIG. 12 at predetermined intervals in the left-right direction of the paper and the depth direction of the paper.
  • the first elastic member 6 may also be provided with a cut at the same or near position as the first cut 9 in the length direction so as to make a half cut along the side surface. In such a case, the heat dissipation structure 1 is completed by sequentially performing the steps (S100 to S130) of the manufacturing method of FIG.
  • FIGS. 13A and 13B show a modification of a part of the apparatus of FIG.
  • the device 90 may include an elastic member loading section 91a shown in FIG. 13A instead of the elastic member loading section 91 shown in FIG.
  • the elastic member loading section 91a preferably has the shape of a roller, and rotates by driving means such as a motor, or is driven by another rotating member such as a gear (see the solid line arrow in the elastic member loading section 91a). Rotation in the direction).
  • the elastic member loading section 91a has a mechanism for sucking and discharging air. With this mechanism, the first elastic member 6 can be adsorbed on the roller surface or dropped from the roller surface. is there.
  • the first elastic member loading step (S125) is performed while the second sheet 3 to which the adhesive has been applied in the adhesive applying step (S120) is conveyed to the sheet feeding unit 34 while the first elastic member is being loaded.
  • the device 90 may include an elastic member loading section 91b as shown in FIG. 13B instead of the elastic member loading section 91 shown in FIG.
  • the elastic member loading section 91b does not have the elastic member arrangement section 93, and provides the elastic member supply section 92b above the second sheet 3.
  • the elastic member supply portion 92b is a cylindrical metal member filled with the plurality of first elastic members 6, and includes a partition plate 98 that does not allow the first elastic members 6 to drop.
  • the partition plate 98 is a metal plate that can be slid in the left-right direction on the paper by driving means such as a motor.
  • the loading step (S125) of the first elastic member is performed by separating the partition plate every predetermined time while transporting the second sheet 3 to which the adhesive has been applied in the adhesive applying step (S120) to the sheet feeding unit 34.
  • the step of driving the opening and closing of the first elastic member 6 to load the first elastic member 6 into the depression of the second sheet 3 is performed.
  • the heat dissipation structure 51 according to the third embodiment may include the first elastic member 6 in the space 4 as in the first embodiment. That is, the heat dissipation structure 51 according to the third embodiment may include the first elastic member 6 in the space 4 and the second elastic member 7 between the unevenness of the second sheet 3 and the battery cell 10. . With this configuration, it is difficult to depend on the unevenness of the surface of the heat source, and the contact area with the heat source is large, so that high heat radiation efficiency can be obtained.
  • the heat dissipation structure 61 according to the fourth embodiment is not limited to the manufacturing method of FIG. 9.
  • the adhesive is applied to both surfaces of the second sheet 3 formed into a tooth shape. Step.
  • one surface of the first sheet 2 is brought into contact with one surface of the second sheet 3 having the adhesive applied on both surfaces, and the other of the second sheet 3
  • One surface of the third sheet 8 may be brought into contact with the surface.
  • the heat dissipation structure 61 may include the first elastic member 6 in the space 4 as in the first embodiment. Further, the heat dissipation structure 61 may include the second elastic member 7 in the concave portion 5 as in the third embodiment. Further, the heat dissipation structure 61 may include the first elastic member 6 in the space 4 and the second elastic member 7 in the concave portion 5. The first elastic member 6 and / or the second elastic member 7 provide the first sheet 2, the second sheet 3, and the third sheet 8 with a heat source even if the surface of the heat source such as the battery cell 10 has irregularities. Contributes to easy contact.
  • the first elastic member is disposed between the applying step (S120) of the adhesive and the contacting step (S130) between the first sheet and the second sheet or after the contacting step (S130).
  • a loading step (S125) may be performed (see FIG. 11).
  • the second elastic member 7 is removed. The recess 5 may be loaded.
  • the first elastic member 6 and the second elastic member 7 may be bar-shaped elastic members having a depression in the length direction instead of the through paths 61 and 71.
  • the greater the depression in the length direction the more easily the first elastic member 6 and the second elastic member 7 can be deformed. For this reason, it is more preferable that the first elastic member 6 and the second elastic member 7 have a depression that closes one opening of the through passages 61 and 71.
  • the heat source includes not only the battery cell 10 but also all heat-generating objects such as a circuit board and an electronic device body.
  • the heat source may be an electronic component such as a capacitor and an IC chip.
  • the cooling member 25 may be not only water for cooling but also an organic solvent, liquid nitrogen, or a gas for cooling.
  • the heat radiation structures 1, 41, 51, 61 may be arranged in a structure other than the battery 20, for example, an electronic device, a home appliance, a power generation device, or the like.
  • the heat dissipation structure according to the present invention can be used, for example, in various electronic devices such as automobiles, industrial robots, power generators, PCs, and household appliances, in addition to automobile batteries.
  • the battery according to the present invention can be used as a battery for home use and a battery for electronic devices such as a PC, in addition to a battery for an automobile.

Abstract

【課題】 熱源の表面の凹凸に依存しにくく、熱源との接触面積が高くて高い放熱効率を得られ、かつ放熱構造体の軽量化を図ることのできる放熱構造体、その製造方法、および当該放熱構造体を備えたバッテリー提供する。 【解決手段】 本発明は、熱源10から冷却部材25に熱を伝導させて熱源10からの放熱を可能とする放熱構造体1であって、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、熱源10と冷却部材25との間に配置される第1シート2と、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、第1シート2の熱源10側の面に固定され、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第2シート3と、を備え、第2シート3は、第1シート2と凹凸との間に空間4が形成されるように設けられる。

Description

放熱構造体、放熱構造体の製造方法およびバッテリー クロスリファレンス
 本出願は、2018年6月20日に日本国において出願された特願2018-117108に基づき優先権を主張し、当該出願に記載された内容は、本明細書に援用する。また、本願において引用した特許、特許出願及び文献に記載された内容は、本明細書に援用する。
 本発明は、放熱構造体、放熱構造体の製造方法および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、立方晶窒化ホウ素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、電気自動車が近年普及してきている。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の課題がある。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が必要である。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。このため、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。
特開2008-243999
 熱源からの放熱効率をより高めるには、熱源の表面の凹凸に依存しにくく、熱源との接触面積が高くなるような放熱構造体が求められている。また、放熱構造体の軽量化も重要なファクタとなる。
 本発明は、上記課題を解決するべく、熱源の表面の凹凸に依存しにくく、熱源との接触面積が高くて高い放熱効率を得られ、かつ放熱構造体の軽量化を図ることのできる放熱構造体、その製造方法、および当該放熱構造体を備えたバッテリー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、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、前記熱源と前記冷却部材との間に配置される第1シートと、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、前記第1シートの前記熱源側の面に固定され、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第2シートと、を備え、前記第2シートは、前記第1シートと前記凹凸との間に空間が形成されるように設けられることを特徴とする放熱構造体。
(2)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記第2シートは、前記空間を形成している部分に1以上の第1切り込みを備える。
(3)別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記空間に第1弾性部材を備える。
(4)別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記第2シートの前記凹凸と前記熱源との間に第2弾性部材を備える。
(5)別の実施形態に係る放熱構造体は、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、前記第2シートのうち前記第1シートと反対側の面に固定される第3シートを備える。
(6)別の実施形態に係る放熱構造体は、好ましくは、前記第1シートおよび前記第3シートのうちの少なくとも前記第3シートの前記第2シートと反対側の面に、その面内の一方向若しくは複数の方向に1以上の第2切り込みを備える。
(7)別の実施形態に係る放熱構造体において、好ましくは、前記空間は、一方向に長い形状であって、両端開放型の筒あるいは一端開放型のカップの形態を有する。
(8)一実施形態に係る放熱構造体の製造方法は、回転可能な第1歯車と、前記第1歯車と噛み合って回転する第2歯車と、前記第1歯車と前記第2歯車との接触位置より前記第2歯車の回転方向下流側に位置する接着剤塗布部と、前記接着剤塗布部より前記第2歯車の回転方向下流側に位置するシート送り部と、を備える装置を用いて前記いずれかの放熱構造体を製造する方法であって、前記第2シートを成形する前のプレシートを、前記接触位置に対して前記接着剤塗布部の反対側から前記接触位置に挿入するステップと、前記プレシートを前記第2歯車の歯形に成形しながら前記第2歯車の進行方向に送るステップと、前記歯形に成形された部分を前記接着剤塗布部に接触させて、前記第2シートの成形部分に接着剤を塗布するステップと、前記シート送り部から送られてきた第1シートの片面に、前記プレシートを成形した前記第2シートの前記接着剤を塗布した部分を接触させるステップと、を含む。
(9)一実施形態に係る放熱構造体の製造方法は、回転可能な第1歯車と、前記第1歯車と噛み合って回転する第2歯車と、前記第1歯車と前記第2歯車との接触位置より前記第2歯車の回転方向下流側に位置する接着剤塗布部と、前記接着剤塗布部より前記第2歯車の回転方向下流側に位置するシート送り部と、を備える装置を用いて前記いずれかの放熱構造体を製造する方法であって、前記第2シートを成形する前のプレシートを、前記接触位置に対して前記接着剤塗布部の反対側から前記接触位置に挿入するステップと、前記プレシートを前記第2歯車の歯形に成形しながら前記第2歯車の進行方向に送るステップと、前記第1シートの片面を前記接着剤塗布部に接触させて接着剤を塗布するステップと、前記シート送り部から送られてきた第1シートの片面に、前記プレシートを成形した前記第2シートを接触させるステップと、を含む。
(10)一実施形態に係るバッテリーは、冷却部材を接触させる筐体内に、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、前記いずれかの放熱構造体が、前記バッテリーセルと前記冷却部材との間に介在する。
 本発明によれば、熱源の表面の凹凸に依存しにくく、熱源との接触面積が高くて高い放熱効率を得られ、かつ放熱構造体の軽量化を図ることができる。
図1Aは、第1実施形態に係る放熱構造体の一部の斜視図を示す。 図1Bは、第1実施形態に係る放熱構造体を厚さ方向に圧縮した状態の斜視図を示す。 図2は、熱源としてバッテリーセルを用いた場合の放熱構造体とバッテリーセルとの位置関係を斜視図にて示す。 図3Aは、第1実施形態に係るバッテリーを組み立てる状況の縦断面図を示す。 図3Bは、第1実施形態に係るバッテリーを組み立てた後の状態の縦断面図を示す。 図4は、第1実施形態に係る放熱構造体の製造方法の概略フロー図を示す。 図5は、図4の製造方法に用いる装置の一例を示す。 図6は、第2実施形態に係る放熱構造体の一部の斜視図を示す。 図7は、熱源としてバッテリーセルを用いた場合における第3実施形態に係る放熱構造体とバッテリーセルとの位置関係を斜視図にて示す。 図8は、熱源としてバッテリーセルを用いた場合における第4実施形態に係る放熱構造体とバッテリーセルとの位置関係を斜視図にて示す。 図9は、第4実施形態に係る放熱構造体の製造方法の概略フロー図を示す。 図10は、図9の製造方法に用いる装置の一例を示す。 図11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概略フロー図を示す。 図12は、図11の製造方法に用いる装置の一例を示す。 図13Aは、図12の装置の一部の変形例を示す。 図13Bは、図12の装置の一部の変形例を示す。
1,41,51,61・・・放熱構造体、2・・・第1シート、3・・・第2シート、3a・・・プレシート、4・・・空間、6・・・第1弾性部材、7・・・第2弾性部材、8・・・第3シート、9・・・第1切り込み、9a・・・第2切り込み、10・・・バッテリーセル(熱源)、20・・・バッテリー、21・・・筐体、25・・・冷却部材、30,80,90・・・装置、31・・・第1歯車、32・・・第2歯車、33・・・接着剤塗布部、34・・・シート送り部、36・・・接触位置。
 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。
(第1実施形態)
 図1Aは、第1実施形態に係る放熱構造体の一部の斜視図を示す。図1Bは、第1実施形態に係る放熱構造体を厚さ方向に圧縮した状態の斜視図を示す。
 放熱構造体1は、熱源と冷却部材25(図3A参照)との間にあって熱源から冷却部材25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であって、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、熱源と冷却部材25との間に配置可能な第1シート2と、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、第1シート2の熱源側の面に固定され、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第2シート3と、を備える。また、第2シート3は、第1シート2と凹凸との間に空間4が形成されるように設けられる。第1シート2は、この実施形態では、好ましくは、平板である。ただし、第1シート2は、一方向に峰と谷を繰り返す波形状の板であっても良い。第2シート3は、図1の紙面右方向に波形状に、線状の凹部と凸部を繰り返す蛇腹状のシートである。ただし、第2シート3は、複数の方向に向かって連続した凹凸を繰り返す形状を有していても良い。空間4は、この実施形態では、第2シート3の凹凸の凸部の数だけ存在する。ただし、空間4は、第2シート3の凸部の数だけ存在させるのではなく、凸部の2以上を連通させて凸部の数より少なく形成されていても良い。
 空間4は、一方向(図1Aの紙面奥に延びる方向)に長い形状であって、両端開放型の筒の形態を有する。ただし、空間4は、図1Aの紙面表側の面だけを開口し、紙面奥方向の端面を塞いだ、いわゆる一端開放型のカップの形態を有していても良い。さらには、空間4は、その長さ方向の両端を塞いだ形態を有していても良い。
 放熱構造体1は、第2シート3の凹凸と第1シート2との間に形成される空間4に第1弾性部材6を備える。第1弾性部材6は、この実施形態では、空間4内に挿入されている長尺状弾性部材である。ただし、第1弾性部材6は、空間4の形状に合わせて如何なる形状を有していても良い。また、第1弾性部材6の縦断面形状(図1Aの上下方向に切断した断面形状)は円に限定されず、例えば、多角形であっても良い。
 第2シート3は、凸部の開口端部(凹部の底部も含む)にて第1シート2と接続されている。接続方式は、接着、嵌め込み、融着等の如何なる方式でも良い。接着剤を用いて第2シート3を第1シート2に接続する場合には、耐熱性に優れた接着剤を用いるのが好ましい。接着剤は、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。
 第1シート2および第2シート3は、同一の材料から成るか否かを問わず、第1弾性部材6より熱伝導性の高い材料から構成されている。第1シート2および第2シート3は、好ましくは、炭素、金属および/またはセラミックスを含む若しくはこれらのいずれかの単体から成るシートである。第1シート2および/または第2シート3は、より好ましい形態としては、好ましくは炭素を含むシートであり、さらに好ましくは炭素フィラーと樹脂とを含むシートである。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、膨張黒鉛、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。第1シート2および/または第2シート3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。また、第1シート2および/または第2シート3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。また、第2シート3は、空間4を形成している部分に、第1弾性部材6の長手方向と直交する方向(紙面左右方向)に沿った1以上の第1切り込み9を複数備えても良い(図1A参照)。さらに、第1弾性部材6も、その長さ方向において第1切り込み9と同一若しくは近い位置に、その側面に沿ってハーフカットするように切り込みを備えても良い。また、第2シート3は、第1弾性部材6の長手方向(紙面奥行き方向)に沿った切り込みを複数備えても良い。また、第2シート3は、格子状に切り込みを備えても良い。第2シート3および/または第1弾性部材6に切り込みを入れることにより、熱源側および/または冷却部材側の各表面が凹凸を有していても第1シート2および第2シート3が当該各表面に対して、より接触しやすくなる。なお、上記の切り込みは、ライン状の切り込み、ドット状の切り込みといった如何なる形態の切り込みでも良い。
 第1シート2および/または第2シート3に樹脂を含む場合には、当該樹脂がシートの全質量に対して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、第1シート2および/または第2シート3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(PA)、ポリアミドイミド(PAI)等を好適に挙げることができる。樹脂は、第1シート2および/または第2シート3の成形前の状態において、炭素フィラーの隙間に、例えば粒子状に分散している。第1シート2および/または第2シート3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、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。
 第1シート2および/または第2シート3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、AlN、cBN、hBNなどの熱伝導性の比較的高いものを選択できる。
 第1シート2および/または第2シート3は、導電性に優れるか否かは問わない。当該シート2,3の熱伝導率は、好ましくは10W/mK以上である。第1シートを炭素含有シートとした場合、第2シート3は、金属製のシートとすることもできる。好ましい第2シート3は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅あるいはステンレススチール製のシートである。第2シート3は、湾曲(若しくは屈曲)しやすいシートであるのが好ましく、その厚さに制約はないが、0.05~5mmが好ましく、0.065~0.5mmがより好ましい。
 第1弾性部材6は、貫通路61を備える筒状弾性部材である。第1弾性部材6は、複数の熱源の下端部が凹凸を有していても、第2シート3と当該下端部との接触を良好にする。さらに、貫通路61は、第1弾性部材6の変形を容易にするのに寄与し、第2シート3と熱源の下端部との接触を高める機能を有する。第1弾性部材6は、熱源と底部22との間にあってクッション性を発揮させる機能の他に、第2シート3に加わる荷重によって第2シート3が破損等しないようにする保護部材としての機能も有する。この実施形態では、第1弾性部材6は、第1シート2および/または第2シート3に比べて低熱伝導性の部材である。
 第1弾性部材6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。第1弾性部材6は、第1シート2および第2シート3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、第1弾性部材6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。第1弾性部材6は、その熱伝導性を少しでも高めるために、ゴム中に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。第1弾性部材6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、弾性的に圧縮と伸張を繰り返すことのできる部材を意味し、かかる意味では「ゴム状弾性体」と読み替えることもできる。
 放熱構造体1は、第2シート3から第1シート2に至る厚さ方向に圧縮力を受けると、図1Bに示す状態になる。すなわち、第2シート3の凹凸構造が潰れて、空間4内の第1弾性部材6が扁平状になる。第2シート3は、凹凸を繰り返す形状を有し、凸部がその隣の凹部側に倒れるように変形できる。放熱構造体1の厚さ方向に圧縮力を加えられていないときには、第1シート2は、第2シート3の開口端部のみで接触している。しかし、当該圧縮力を受けると、第1シート2は、第2シート3の開口端部以外の部分にも接触する状態になる。これによって、第1シート2と第2シート3との間の熱伝導性がより高くなる。空間4内の第1弾性部材6は、熱源の表面が凹凸を有していても第1シート2および第2シート3に熱源を接触しやすいようにする役割を持つ。
 図2は、熱源としてバッテリーセルを用いた場合の放熱構造体とバッテリーセルとの位置関係を斜視図にて示す。
 図2に示すように、放熱構造体1の第1シート2は、熱源の一例としてのバッテリーセル10を配置する筐体の底部に接する。第2シート3は、複数個のバッテリーセル10の電極11,12と反対側に位置する下端部と接触する。放熱構造体1は、バッテリーセル10を第2シート3側に配置すると、圧縮されて、図1Bに示す状態になる。なお、図2では、図の複雑化を避けるため、バッテリーセル10は8個のみ図示されている。しかし、バッテリーの仕様や必要な電力に応じて、バッテリーセル10の数を8個より多くすることができる。放熱構造体1の大きさも、バッテリーセル10の個数に応じて、任意に変えることができる。
 図3Aは、第1実施形態に係るバッテリーを組み立てる状況の縦断面図を示す。図3Bは、第1実施形態に係るバッテリーを組み立てた後の状態の縦断面図示す。なお、本願では、「断面」あるいは「縦断面」とは、バッテリー20の筐体21の内部24における上方開口面から底部22へと垂直に切断する方向の断面を意味する。
 この実施形態において、バッテリー20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10を備える。バッテリー20は、一方に開口する有底型の筐体21を備える。筐体21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10は、筐体21の内部24に配置される。バッテリーセル10の上方には、電極が突出して設けられている。複数のバッテリーセル10は、好ましくは、筐体21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21の底部22には、冷却部材25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26が備えられている。バッテリーセル10は、底部22との間に、放熱構造体1を挟むようにして筐体21内に配置される。
 バッテリー20は、冷却部材25を流す構造を持つ筐体21内に、1または2以上の熱源としてのバッテリーセル10を備える。放熱構造体1は、バッテリーセル10と冷却部材25との間に介在する。放熱構造体1は、この実施形態では、好ましくは、第1シート2を冷却部材25側に、第2シート3をバッテリーセル10側にそれぞれ対向させて配置される。このような構造のバッテリー20では、バッテリーセル10は、放熱構造体1を通じて筐体21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25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25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10を筐体21内にセットした状態では(図3Bを参照)、放熱構造体1は、バッテリーセル10と、水冷パイプ26を備える底部22との間において、放熱構造体1の厚さ方向に圧縮される(図1Bを参照)。第2シート3は第1弾性部材6を有する空間4を倒し、若しくは空間4を潰す形態で第1シート2に接触する。この結果、バッテリーセル10からの熱は、第2シート3、第1シート2、底部22、水冷パイプ26、冷却部材25へと伝わりやすくなる。第1弾性部材6は、バッテリーセル10同士に段差があっても、バッテリーセル10が第2シート3および第1シート2に接触させやすくするのに寄与する。
 図4は、第1実施形態に係る放熱構造体の製造方法の概略フロー図を示す。図5は、図4の製造方法に用いる装置の一例を示す。
 第1実施形態に係る放熱構造体1の製造方法は、プレシートの挿入ステップ(S100)、プレシートの成形ステップ(S110)、接着剤の塗布ステップ(S120)、第1シート2と第2シート3との接触ステップ(S130)の順に工程を行う方法である。当該製造方法に用いられる装置30としては、種々の装置を採用可能であるが、シングルフェーサを用いることが好ましい。より詳細には、装置30は、回転可能な第1歯車31と、第1歯車31と噛み合って回転する第2歯車32と、第1歯車31と第2歯車32との接触位置36より第2歯車32の回転方向下流側に位置する接着剤塗布部33と、接着剤塗布部33より第2歯車32の回転方向下流側に位置するシート送り部34と、を備える。ここで、「下流」とは、接触位置36における第2歯車32の回転方向を意味すると共に、プレシート3aを送る方向の下流側を意味する。以後の「下流」も同様である。シート送り部34は、第1シート2をその表面に沿って搬送する手段である。シート送り部34は、例えば、第1シート2を点線矢印の方向に駆動するベルトを有するベルト搬送部、あるいは何らの駆動手段を有さずに第2歯車32の回転によって第1シート2を点線矢印の方向に移動させる無駆動搬送部であっても良い。また、シート送り部34は、ローラによって第1シート2を搬送する手段であっても良い。以下、各工程を、図5を参照しながら説明する。
(1)プレシートの挿入ステップ(S100)
 当該挿入ステップは、第2シート3を成形する前のプレシート3aを、接触位置36に対して接着剤塗布部33の反対側から接触位置36に挿入するステップである(矢印Aの方向に挿入)。第1歯車31はモータ等の駆動手段によって自転している(第1歯車31における実線矢印の方向に自転)。第2歯車32は、第1歯車31と噛み合って、第1歯車31に従動する(第2歯車32における実線矢印の方向に従動)。
(2)プレシートの成形ステップ(S110)
 当該成形ステップは、プレシート3aを第2歯車32の歯形に成形しながら第2歯車32の進行方向に送るステップである。より詳しくは、プレシート3aは、第1歯車31と第2歯車32とで挟まれて成形され、第2歯車32の表面に付着しながら接着剤塗布部33へと向かう。プレシート3aは、接着剤塗布部33の前段階で、接触位置36において第2歯車32の歯形を転写するように成形される。これによって、プレシート3aは、第2シート3に成形される。
(3)接着剤の塗布ステップ(S120)
 当該塗布ステップは、第2シート3における歯形に成形された部分を接着剤塗布部33に接触させて、第2シート3の成形部分に接着剤を塗布するステップである。接着剤塗布部33は、好ましくは、ローラの形状を有しており、モータ等の駆動手段によって自転するか、若しくは第2歯車32等の他の回転部材に従動する(接着剤塗布部33における実線矢印の方向に自転)。接着剤塗布部33は、好ましくは、その表面に接着剤を保持した接着剤保持部35を備える。第2歯車32と接着剤塗布部33との隙間37は、成形された第2シート3が接着剤を付着した状態で通過できる幅を有する。なお、接着剤塗布部33は、ローラの形状を有する部材に限定されず、例えば、接着剤を保持した平板、接着剤を蓄えた容器、あるいは接着剤を保持した刷毛であっても良い。
(4)第1シートと第2シートとの接触ステップ(S130)
 第1シートと第2シートとの接触ステップは、シート送り部34から送られてきた第1シート2(矢印Bの方向に搬送)の片面に、プレシート3aを成形した第2シート3の接着剤を塗布した部分を接触させるステップである。「接触」は、接合あるいは接着と読み替えても良い。以後の「接触」も同様である。第1シート2は、シート送り部34の表面38に沿って搬送される(表面38近傍の点線矢印の方向に搬送)。シート送り部34は、表面38と第2歯車32との間に隙間39を隔てて配置されている。表面38は、第1シート2を滑らかに搬送可能な面である。隙間39は、第1シート2に第2シート3を接着させた状態で通過可能な幅で形成されている。
 シート送り部34と第2歯車32とで挟持されて下流に搬送されたプレ放熱構造体1aは、第1弾性部材6を備えていない点、および、第1切り込み9を備えていない点を除き、放熱構造体1と同様の形態を備えている。その後、空間4内に第1弾性部材6を配置し、第1弾性部材6の長手方向と直交する方向(紙面左右方向)に沿ってハーフカットするように第1切り込み9を入れると、放熱構造体1が完成する。
 なお、接着剤塗布部33は、シート送り部34の近傍に配置されていても良い。この場合、接着剤は、第1シート2の片面に塗布される。その場合、接着剤の塗布ステップ(S120)は、第1シート2の片面を接着剤塗布部33に接触させて接着剤を塗布するステップとなる。また、第1シートと第2シートとの接触ステップ(S130)は、シート送り部34から送られてきた第1シート2の片面(すなわち、接着剤の塗布された面)に、プレシートを成形した第2シートを接触させるステップとなる。
 また、プレシート3aは、図5の紙面左右方向に沿った第1切り込み9が、紙面左右方向及び紙面奥行き方向にそれぞれ所定間隔離れて設けられたシートであっても良い。かかる場合、装置30で製造されたプレ放熱構造体1aは、第1弾性部材6を備えていない点を除き、放熱構造体1と同様の形態を備える。その後、空間4内に第1弾性部材6を配置すると、放熱構造体1が完成する。
(第2実施形態)
 次に、本発明の第2実施形態について説明する。第1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6は、第2実施形態に係る放熱構造体の一部の斜視図を示す。
 第2実施形態に係る放熱構造体41は、空間4に第1弾性部材6を備えていない点、および、第1切り込み9を備えていない点において、第1実施形態に係る放熱構造体1と異なり、それら以外を共通とする。
 第1実施形態と同様に、バッテリーセル10を筐体21内にセットした状態では、放熱構造体41は、バッテリーセル10と、水冷パイプ26を備える底部22との間において、放熱構造体41の厚さ方向に圧縮される(図3B)を参照)。第2シート3は空間4を倒し、若しくは空間4を潰す形態で第1シート2に接触する。この結果、バッテリーセル10からの熱は、第2シート3、第1シート2、底部22、水冷パイプ26、冷却部材25へと伝わりやすくなる。第2実施形態に係る放熱構造体41は、第1弾性部材6を有さないため、放熱構造体の更なる軽量化を実現することができる。表面の凹凸が比較的小さい熱源に対しては、第2実施形態に係る放熱構造体41により熱源の表面の凹凸を十分に吸収できる。このため、熱源との接触面積が高くなり、高い放熱効率を得られ、かつ放熱構造体の軽量化を図ることができる。
 また、第2実施形態において、第2シート3は、第1実施形態と同様に、紙面左右方向または紙面奥行き方向に沿った切り込みを複数備えても良い(図1A参照)。また、第2シート3は、格子状に切り込みを備えても良い。
(第3実施形態)
 次に、本発明の第3実施形態について説明する。第1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7は、熱源としてバッテリーセルを用いた場合における第3実施形態に係る放熱構造体とバッテリーセルとの位置関係を斜視図にて示す。
 第3実施形態に係る放熱構造体51は、空間4に第1弾性部材6を備えていない点、第2シート3の凹部5に第2弾性部材7を備える点、および、第2シート3に第1切り込み9を備えていない点において、第1実施形態に係る放熱構造体1と異なり、それら以外を共通とする。
 図7に示すように、放熱構造体51は、第2シート3の凹部5に第2弾性部材7を備える。第2弾性部材7は、貫通路71を備える筒状弾性部材である。熱源としてバッテリーセルを用いた場合、放熱構造体51は、第1実施形態と同様に、第1シート2がバッテリーセル10を配置する筐体の底部に接し、第2シート3が複数個のバッテリーセル10の電極11,12と反対側に位置する下端部と接触する。凹部5は、第2シート3の凹凸とバッテリーセル10との間に形成される空間である。第2弾性部材7は、第1弾性部材6と同様に構成される弾性部材である。
 放熱構造体51は、第2シート3から第1シート2に至る厚さ方向に圧縮力を受けると、第1実施形態と同様に、第2シート3の凹凸構造が潰れるとともに、第2弾性部材7が扁平状になる。第2シート3は、凹凸を繰り返す形状を有し、凸部がその隣の凹部5側に倒れるように変形できる。放熱構造体51の厚さ方向に圧縮力を加えられていないときには、第1シート2は、第2シート3の開口端部のみで接触している。しかし、当該圧縮力を受けると、第1シート2は、第2シート3の開口端部以外の部分にも接触する状態になる。これによって、第1シート2と第2シート3との間の熱伝導性がより高くなる。凹部5内の第2弾性部材7は、熱源の表面が凹凸を有していても第1シート2および第2シート3に熱源を接触しやすいようにする役割を持つ。
 第3実施形態に係る放熱構造体51は、第1実施形態と同様の方法でプレ放熱構造体1a(図4、5参照)を製造し、プレ放熱構造体1aの第2シート3の凹部5に第2弾性部材7を配置することにより完成する。
 また、第3実施形態において、第2シート3は、第1実施形態と同様に、第2弾性部材7の長手方向と直交する方向(紙面左右方向)に沿った切り込みを複数備えても良い。さらに、第2弾性部材7も、その長さ方向において第2シート3の切り込みと同一若しくは近い位置に、その側面に沿ってハーフカットするように切り込みを備えても良い。また、第2シート3は、第2弾性部材7の長手方向(紙面奥行き方向)に沿った切り込みを複数備えても良い。また、第2シート3は、格子状に切り込みを備えても良い。
(第4実施形態)
 次に、本発明の第4実施形態について説明する。第1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8は、熱源としてバッテリーセルを用いた場合における第4実施形態に係る放熱構造体とバッテリーセルとの位置関係を斜視図にて示す。
 第4実施形態に係る放熱構造体61は、空間4に第1弾性部材6を備えていない点、および、第2シート3のうち第1シート2と反対側の面に固定される第3シート8を備える点において、第1実施形態に係る放熱構造体1と異なり、それら以外を共通とする。
 第3シート8は、第1シート2および/または第2シート3と同様に構成された、金属、炭素若しくはセラミックスの少なくとも1つを含むシートである。熱源としてバッテリーセルを用いた場合、放熱構造体61は、第1実施形態と同様に、第1シート2がバッテリーセル10を配置する筐体の底部に接し、第3シート8が複数個のバッテリーセル10の電極11,12と反対側に位置する下端部と接触する。また、第3シート8は、好ましくは、第2シート3と反対側の面に、面内の一方向若しくは複数の方向に1以上の第2切り込み9aを備える。図8では、第2切り込み9aは、格子状にハーフカットするように備えられている(図8の実線部分)。また、第3シート8は、紙面左右方向または紙面奥行き方向に沿ってハーフカットするように1または複数の切り込みを備えても良い。第3シート8に切り込みを入れることにより、熱源側および/または冷却部材側の各表面が凹凸を有していても、第1シート2、第2シート3、および第3シート8は、当該各表面に対して、より接触しやすくなる。また、第2シート3は、第1実施形態と同様に、紙面左右方向または紙面奥行き方向に沿った第1切り込み9を複数備えても良い(図1A参照)。また、第2シート3は、格子状に切り込みを備えても良い。さらに、第1シート2のうち第2シート3と反対側の面(図8では下方の面)に、第3シート8と同様に、第2切り込み9aを備えても良い。ただし、第3シート8は、第1シート2より優先的に第2切り込み9aを備えられる。放熱構造体61は、熱源との接触面積を大きくする方が、冷却部材との接触面積を大きくするよりも優先されるからである。なお、上記の切り込みは、ライン状の切り込み、ドット状の切り込みといった如何なる形態の切り込みでも良い。
 放熱構造体61は、第1実施形態と同様に、第3シート8から第1シート2に至る厚さ方向に圧縮力を受けると、第2シート3の凹凸構造が潰れる。第2シート3は、凹凸を繰り返す形状を有し、凸部がその隣の凹部5側に倒れるように変形できる。放熱構造体61の厚さ方向に圧縮力を加えられていないときには、第1シート2および第3シート8は、それぞれ第2シート3の開口端部のみで接触している。しかし、当該圧縮力を受けると、第1シート2および第3シート8は、第2シート3の開口端部以外の部分にも接触する状態になる。これによって、第3シート8と第2シート3との間の熱伝導性、および、第1シート2と第2シート3との間の熱伝導性がより高くなる。
 第1実施形態と同様に、バッテリーセル10を筐体21内にセットした状態では、放熱構造体61は、バッテリーセル10と、水冷パイプ26を備える底部22との間において、放熱構造体1の厚さ方向に圧縮される(図3Bを参照)。第2シート3は空間4を倒し、若しくは空間4を潰す形態で第1シート2および第3シート8に接触する。この結果、バッテリーセル10からの熱は、第3シート8、第2シート3、第1シート2、底部22、水冷パイプ26、冷却部材25へと伝わりやすくなる。
 図9は、第4実施形態に係る放熱構造体の製造方法の概略フロー図を示す。図10は、図9の製造方法に用いる装置の一例を示す。
 第4実施形態に係る放熱構造体61の製造方法は、プレシートの挿入ステップ(S100)、プレシートの成形ステップ(S110)、接着剤の塗布ステップ(S120)、第1シート2と第2シート3との接触ステップ(S130)、プレ放熱構造体1aに対する接着剤の塗布ステップ(S140)、プレ放熱構造体1aと第3シート8との接触ステップ(S150)の順に工程を行う方法である。当該製造方法に用いられる装置80は、図5の装置30の各構成要素に加え、シート送り部34と第2歯車32との間から搬送されてきたプレ放熱構造体1aの下流方向に、接着剤塗布部33と、接着剤塗布部33と対向するバネ板83と、を備える。また、装置80は、接着剤塗布部33とバネ板83との間から搬送されてきたプレ放熱構造体1aの下流方向に、構造体送り部84と、構造体送り部84と隙間を隔てて対向する熱盤86と、を備える。また、装置80は、シート送り部34と第2歯車32との間から搬送されてきたプレ放熱構造体1aの下流方向に、第3シート送り部88を備える。構造体送り部84は、第2シート3側の面に接着剤が塗布されたプレ放熱構造体1aを加圧しながら搬送する手段である。構造体送り部84は、例えば、プレ放熱構造体1aを点線矢印の方向に駆動するベルトを有するベルト搬送部であっても良い。また、構造体送り部84は、ローラによってプレ放熱構造体1aを搬送する手段であっても良い。熱盤86は、内部に高温蒸気が供給されて高温に保持された部材である。第3シート送り部88は、第3シート8を構造体送り部84へ搬送する手段である。第3シート送り部88は、好ましくは、ローラの形状を有しており、モータ等の駆動手段によって自転するか、若しくは歯車等の他の回転部材に従動する(第3シート送り部88における実線矢印の方向に自転)。以下、各工程を、図10を参照しながら説明する。なお、プレ放熱構造体1aを製造する装置30および各ステップ(S100~S130)は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
 プレ放熱構造体1aに対する接着剤の塗布ステップ(S140)は、プレ放熱構造体1aの第2シート3側の面を接着剤塗布部33に接触させて、第2シート3側の面に接着剤を塗布するステップである。接着剤塗布部33の構成は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、装置80は、接着剤塗布部33に対向してバネ板83を備える。バネ板83は、接着剤塗布部33に搬送されたプレ放熱構造体1aを上から押さえつけるものである。プレ放熱構造体1aは、バネ板83により押さえつけられながら接着剤塗布部33に接触することにより、第2シート3側の面に確実に接着剤を塗布することができる。なお、接着剤の塗布方法は、ローラの形状を有する部材の代わりに、接着剤を保持した平板、接着剤を蓄えた容器、あるいは接着剤を保持した刷毛を用いて塗布する方法を採用しても良い。
 プレ放熱構造体1aと第3シート8との接触ステップ(S150)は、第3シート送り部88から送られてきた第3シート8(矢印Cの方向に搬送)の片面に、接着剤が塗布されたプレ放熱構造体1aの第2シート3側の面を接触させるステップである。接着剤が塗布されたプレ放熱構造体1a及び第3シート8は、構造体送り部84及び熱盤86で加圧されながら加熱されることにより、互いに貼り合わされる。これにより、第4実施形態に係る放熱構造体61が完成する。
 なお、プレ放熱構造体1aに対する接着剤の塗布ステップ(S140)に代えて、第3シート8に接着剤を塗布するステップとしても良い。かかる場合、プレ放熱構造体1aと第3シート8との接触ステップ(S150)は、接着剤が塗布された第3シート8の片面に、プレ放熱構造体1aの第2シート3側の面を接触させるステップとなる。
(各実施形態の作用・効果)
 以上説明したように、放熱構造体1,41,51,61は、バッテリーセル10と冷却部材25との間にあってバッテリーセル10から冷却部材25に熱を伝導させてバッテリーセル10からの放熱を可能とする放熱構造体であって、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、バッテリーセル10と冷却部材25との間に配置可能な第1シート2と、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、第1シート2のバッテリーセル10側の面に固定され、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第2シート3と、を備える。また、第2シート3は、第1シート2と凹凸との間に空間4が形成されるように設けられる。
 このため、従来のような金属性の放熱フィン等に比べて、放熱構造体の軽量化を図ることができる。また、放熱構造体1,41,51,61がバッテリーセル10と冷却部材25との間で圧縮されることにより、第2シート3が空間4を倒し、若しくは空間4を潰す形態で第1シート2に接触するため、バッテリーセルの表面の凹凸に依存しにくく、熱源との接触面積が高くて高い放熱効率を得ることができる。
 また、第2シート3は、空間4を形成している部分に1以上の第1切り込み9を備えることにより、バッテリーセルの表面の凹凸にさらに依存しにくくなり、高い放熱効率を得ることができる。
 また、放熱構造体1は、空間4に第1弾性部材6を備えることにより、バッテリーセルの表面の凹凸にさらに依存しにくくなり、高い放熱効率を得ることができる。
 また、放熱構造体51は、第2シート3の凹部5、すなわち、第2シート3の凹凸とバッテリーセル10との間に第2弾性部材7を備える。これにより、放熱構造体51は、バッテリーセルの表面の凹凸にさらに依存しにくくなり、高い放熱効率を得ることができる。
 また、放熱構造体61は、第1シート2および第3シート8のうち、少なくとも第3シート8の第2シート3と反対側の面に、その面内の一方向若しくは複数の方向に1以上の第2切り込み9aを備えることにより、バッテリーセルの表面の凹凸にさらに依存しにくくなり、高い放熱効率を得ることができる。
 また、空間4が一方向に長い形状であって、両端開放型の筒あるいは一端開放型のカップの形態を有することにより、空間4の変形容易性が高められ、複数のバッテリーセル10表面の凹凸にさらに依存しにくくなり、高い放熱効率を得ることができる。また、放熱構造体1,41,51,61は空間4に起因してより軽量となる。
(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11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概略フロー図を示す。図12は、図11の製造方法に用いる装置の一例を示す。
 第1実施形態において、上述の製造方法は、図4の製造方法によりプレ放熱構造体1aを製造した後、空間4に第1弾性部材6を配置し、第1切り込み9を入れて放熱構造体1を完成させたが、接着剤の塗布ステップ(S120)と第1シートと第2シートとの接触ステップ(S130)との間に第1弾性部材の装填ステップ(S125)を行うことにより放熱構造体1を製造しても良い(図11参照)。
 ここで用いられる装置90は、図5の装置30の各構成要素に加え、接着剤塗布部33より第2歯車32の回転方向下流側に位置する弾性部材装填部91を備える。第1弾性部材の装填ステップ(S125)は、接着剤の塗布ステップ(S120)により接着剤が塗布された第2シート3の窪みに第1弾性部材6を装填するステップである。弾性部材装填部91は、弾性部材供給部92と、弾性部材配置部93とを備える。弾性部材供給部92は、第1弾性部材6を弾性部材配置部93に供給するための部材であり、好ましくは、可塑性を有する筒状の金属部材である。弾性部材配置部93は、好ましくは、第1弾性部材6を溝96に取り込み可能なローラ94と、ローラ94と係合可能なスプロケット95とを備える。ローラ94は、モータ等の駆動手段によって自転するか、若しくは歯車等の他の回転部材に従動する(ローラ94における実線矢印の方向に自転)。また、スプロケット95は、ローラ94の回転に追従して回転する。弾性部材供給部92により供給された第1弾性部材6は、ローラ94の溝96に取り込まれた状態で回転してスプロケット95との係合位置まで移動し、スプロケット95の切り欠き部に脱落する。そして、スプロケット95の切り欠き部に脱落した第1弾性部材6は、スプロケット95の回転に応じて、第2歯車32により搬送される第2シート3の窪みに装填される。
 そして、第1シートと第2シートとの接触ステップ(S130)により、シート送り部34から送られてきた第1シート2の片面に、第1弾性部材6が装填された第2シート3の接着剤を塗布した部分を接触させ、プレ放熱構造体1bが完成する。なお、第1弾性部材の装填ステップ(S125)は、第1シートと第2シートとの接触ステップ(S130)の後に行うステップでも良い。その場合、第1弾性部材6は、好ましくは、既に構成されている空間4の開口側から挿入される。
 そして、シート送り部34と第2歯車32とで挟持されて下流に搬送されたプレ放熱構造体1bに、第1弾性部材6の長手方向と直交する方向(紙面左右方向)に沿ってハーフカットするように第1切り込み9を入れると、放熱構造体1が完成する。
 また、プレシート3aは、図12の紙面左右方向に沿った第1切り込み9を、紙面左右方向及び紙面奥行き方向にそれぞれ所定間隔離れて備えたシートであっても良い。また、第1弾性部材6も、その長さ方向において第1切り込み9と同一若しくは近い位置に、その側面に沿ってハーフカットするように切り込みを備えても良い。かかる場合、放熱構造体1は、装置90を用いて、図11の製造方法の各工程(S100~S130)を順に行うことにより完成される。
 図13Aおよび図13Bは、図12の装置の一部の変形例を示す。
 装置90は、図12に示す弾性部材装填部91の代わりに、図13Aに示す弾性部材装填部91aを備えても良い。弾性部材装填部91aは、好ましくは、ローラの形状を有しており、モータ等の駆動手段によって自転するか、若しくは歯車等の他の回転部材に従動する(弾性部材装填部91aにおける実線矢印の方向に自転)。また、弾性部材装填部91aは、空気を吸引および吐出する機構を有しており、この機構により、第1弾性部材6をローラ表面に吸着させたり、ローラ表面から脱落させたりすることが可能である。この場合、第1弾性部材の装填ステップ(S125)は、接着剤の塗布ステップ(S120)により接着剤が塗布された第2シート3をシート送り部34へ搬送しながら、弾性部材装填部51aの表面に吸着されている第1弾性部材7を所定間隔で脱落させることにより、第2シート3の窪みに第1弾性部材7を装填するステップとなる。
 また、装置90は、図12に示す弾性部材装填部91の代わりに、図13Bに示すような弾性部材装填部91bを備えても良い。弾性部材装填部91bは、弾性部材配置部93を有さず、弾性部材供給部92bを第2シート3の上方に設ける。弾性部材供給部92bは、複数の第1弾性部材6が充填された筒状の金属部材であり、第1弾性部材6を落下させない仕切り板98を備える。仕切り板98は、モータ等の駆動手段によって紙面左右方向に摺動可能な金属性の板である。この場合、第1弾性部材の装填ステップ(S125)は、接着剤の塗布ステップ(S120)により接着剤が塗布された第2シート3をシート送り部34へ搬送しながら、所定時間おきに仕切り板58を開閉駆動して、第2シート3の窪みに第1弾性部材6を装填するステップとなる。
 第3実施形態に係る放熱構造体51は、第1実施形態と同様に、空間4に第1弾性部材6を備えても良い。すなわち、第3実施形態に係る放熱構造体51は、空間4に第1弾性部材6を備え、第2シート3の凹凸とバッテリーセル10との間に第2弾性部材7を備えていても良い。この構成により、熱源の表面の凹凸により依存しにくく、熱源との接触面積が高くて高い放熱効率を得ることができる。
 第4実施形態に係る放熱構造体61は、図9の製造方法に限定されず、例えば、接着剤の塗布ステップ(S120)は、歯形に成形された第2シート3の両面に接着剤を塗布するステップとしてもよい。かかる場合、以降の各ステップ(S130~S150)に代えて、両面に接着剤が塗布された第2シート3の一方の面に第1シート2の片面を接触させ、第2シート3の他方の面に第3シート8の片面を接触させても良い。
 第4実施形態に係る放熱構造体61は、第1実施形態と同様に、空間4に第1弾性部材6を備えても良い。また、放熱構造体61は、第3実施形態と同様に、凹部5に第2弾性部材7を備えても良い。また、放熱構造体61は、空間4に第1弾性部材6を備えるとともに、凹部5に第2弾性部材7を備えても良い。第1弾性部材6および/または第2弾性部材7は、バッテリーセル10などの熱源の表面が凹凸を有していても、第1シート2、第2シート3、および、第3シート8に熱源を接触しやすくするのに寄与する。
 かかる場合、図9の製造方法を用いて放熱構造体61を製造した後に、空間4内への第1弾性部材6の配置、および/または、凹部5内への第2弾性部材7の配置を行えば良い。また、第1実施形態と同様に、接着剤の塗布ステップ(S120)と第1シートと第2シートとの接触ステップ(S130)との間若しくは当該接触ステップ(S130)の後に第1弾性部材の装填ステップ(S125)を行っても良い(図11参照)。また、プレ放熱構造体に対する接着剤の塗布ステップ(S140)とプレ放熱構造体と第3シートとの接触ステップ(S150)との間若しくは当該接触ステップ(S130)の後に、第2弾性部材7を凹部5に装填しても良い。
 第1弾性部材6および第2弾性部材7は、貫通路61,71に代えて、その長さ方向に窪みを有する棒状弾性部材としても良い。第1弾性部材6および第2弾性部材7は、その長さ方向における窪みが大きいほど、第1弾性部材6および第2弾性部材7の変形容易性が高められる。このため、第1弾性部材6および第2弾性部材7は、貫通路61,71の一方の開口部分を塞いだ窪みを有することがより好ましい。
 熱源は、バッテリーセル10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25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1,41,51,61は、バッテリー20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。
 本発明に係る放熱構造体は、例えば、自動車用バッテリーの他、自動車、工業用ロボット、発電装置、PC、家庭用電化製品などの各種電子機器にも利用することができる。また、本発明に係るバッテリーは、自動車用のバッテリー以外に、家庭用の充放電可能なバッテリー、PC等の電子機器用のバッテリーにも利用できる。

Claims (10)

  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、
     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、前記熱源と前記冷却部材との間に配置される第1シートと、
     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、前記第1シートの前記熱源側の面に固定され、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第2シートと、
    を備え、
     前記第2シートは、前記第1シートと前記凹凸との間に空間が形成されるように設けられることを特徴とする放熱構造体。
  2.  前記第2シートは、前記空間を形成している部分に1以上の第1切り込みを備える請求項1に記載の放熱構造体。
  3.  前記空間に第1弾性部材を備え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.  前記第2シートの前記凹凸と前記熱源との間に第2弾性部材を備えることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の放熱構造体。
  5.  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、前記第2シートのうち前記第1シートと反対側の面に固定される第3シートを備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の放熱構造体。
  6.  前記第1シートおよび前記第3シートのうちの少なくとも前記第3シートの前記第2シートと反対側の面に、その面内の一方向若しくは複数の方向に1以上の第2切り込みを備えることを特徴とする請求項5に記載の放熱構造体。
  7.  前記空間は、一方向に長い形状であって、両端開放型の筒あるいは一端開放型のカップの形態を有する請求項1から6のいずれか1項に記載の放熱構造体。
  8.  回転可能な第1歯車と、
     前記第1歯車と噛み合って回転する第2歯車と、
     前記第1歯車と前記第2歯車との接触位置より前記第2歯車の回転方向下流側に位置する接着剤塗布部と、
     前記接着剤塗布部より前記第2歯車の回転方向下流側に位置するシート送り部と、
    を備える装置を用いて請求項1から7のいずれか1項に記載の放熱構造体を製造する方法であって、
     前記第2シートを成形する前のプレシートを、前記接触位置に対して前記接着剤塗布部の反対側から前記接触位置に挿入するステップと、
     前記プレシートを前記第2歯車の歯形に成形しながら前記第2歯車の進行方向に送るステップと、
     前記歯形に成形された部分を前記接着剤塗布部に接触させて、前記第2シートの成形部分に接着剤を塗布するステップと、
     前記シート送り部から送られてきた第1シートの片面に、前記プレシートを成形した前記第2シートの前記接着剤を塗布した部分を接触させるステップと、
    を含む放熱構造体の製造方法。
  9.  回転可能な第1歯車と、
     前記第1歯車と噛み合って回転する第2歯車と、
     前記第1歯車と前記第2歯車との接触位置より前記第2歯車の回転方向下流側に位置する接着剤塗布部と、
     前記接着剤塗布部より前記第2歯車の回転方向下流側に位置するシート送り部と、
    を備える装置を用いて請求項1から7のいずれか1項に記載の放熱構造体を製造する方法であって、
     前記第2シートを成形する前のプレシートを、前記接触位置に対して前記接着剤塗布部の反対側から前記接触位置に挿入するステップと、
     前記プレシートを前記第2歯車の歯形に成形しながら前記第2歯車の進行方向に送るステップと、
     前記第1シートの片面を前記接着剤塗布部に接触させて接着剤を塗布するステップと、
     前記シート送り部から送られてきた第1シートの片面に、前記プレシートを成形した前記第2シートを接触させるステップと、
    を含む放熱構造体の製造方法。
  10.  冷却部材を接触させる筐体内に、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、
     請求項1から7のいずれか1項に記載の放熱構造体が、前記バッテリーセルと前記冷却部材との間に介在するバッテリー。
     

     
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