WO2021070860A1 - 金属繊維シート、金属繊維シートの作製方法及び温調ユニット - Google Patents

金属繊維シート、金属繊維シートの作製方法及び温調ユニット Download PDF

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WO2021070860A1
WO2021070860A1 PCT/JP2020/037985 JP2020037985W WO2021070860A1 WO 2021070860 A1 WO2021070860 A1 WO 2021070860A1 JP 2020037985 W JP2020037985 W JP 2020037985W WO 2021070860 A1 WO2021070860 A1 WO 2021070860A1
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metal fiber
fibers
metal
fiber layer
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英輝 森内
一樹 石原
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株式会社巴川製紙所
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209—Inorganic fibres
    • D04H1/4234—Metal fibres
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B15/00—Removing liquids, gases or vapours from textile materials in association with treatment of the materials by liquids, gases or vapours
    • D06B15/02—Removing liquids, gases or vapours from textile materials in association with treatment of the materials by liquids, gases or vapours by squeezing rollers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00—Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36—Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/46—Non-siliceous fibres, e.g. from metal oxides
    • D21H13/48—Metal or metallised fibres
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon

Definitions

  • the present invention relates to a metal fiber sheet, a method for producing a metal fiber sheet, and a temperature control unit.
  • Patent Document 1 is made of a metal fiber for the purpose of excellent cooling effect, easy miniaturization and thinning, and enabling local cooling.
  • a cooling member having a metal fiber sheet and a cooling mechanism for cooling the metal fiber sheet is disclosed, and the surface of the metal fiber sheet may be flat or may have irregularities. Has been done.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 which are other examples of the prior art, disclose a non-woven metal fiber sheet.
  • the heat transfer ability between the metal fiber sheet and the temperature control target surface may be lowered depending on the shape of the metal fiber sheet. .. Further, even if the non-woven metal fiber sheet disclosed in Patent Document 2 or Patent Document 3 is applied to the cooling member disclosed in Patent Document 1, heat is transferred between the metal fiber sheet and the surface subject to temperature control. The ability may be reduced.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a metal fiber sheet having a higher heat transfer ability to and from a temperature-controlled surface than before.
  • the present invention which solves the above-mentioned problems and achieves the object, comprises an inner fiber layer formed by a porous body in which the shape of the fiber is maintained and having voids, and an outer fiber layer sandwiching the inner fiber layer.
  • Each of the plurality of fibers existing on the outermost surface of the outer fiber layer has a flat surface portion, and the flat surface portion of the plurality of fibers is a metal fiber sheet existing on substantially the same plane.
  • the smooth area ratio which is the ratio of the flat portions of the plurality of fibers existing on the outermost surface of the outer fiber layer to the outermost surface area, is 20% or more and less than 100%. Is preferable.
  • the method for producing the metal fiber sheet having the above structure is that a wet body sheet obtained by papermaking by a dry method or a wet papermaking method is dried by a dryer step to obtain a surface-untreated metal fiber sheet. It is preferable to include moving the surface-untreated metal fiber sheet between a plurality of rolling rolls narrowed in stages to perform a surface smoothing treatment.
  • the heat medium introduction port for introducing the heat medium from the outside
  • the temperature control mechanism through which the heat medium passes from the heat medium introduction port, and the heat medium being discharged to the outside from the temperature control mechanism.
  • the temperature control mechanism includes a heat medium discharge port
  • the temperature control mechanism is a temperature control unit including a metal fiber sheet having the above configuration and an accommodating body for accommodating the metal fiber sheet.
  • the present invention is a metal fiber sheet arranged between the temperature control body and the heat exchanger, and the internal fiber layer formed by the porous body having voids while maintaining the shape of the fibers.
  • Each of the plurality of fibers existing on the outermost surface of the first outer fiber layer has a first plane portion
  • each of the plurality of fibers existing on the outermost surface of the second outer fiber layer has a second plane portion.
  • the first flat surface portion of the plurality of fibers exists on substantially the same plane and is in contact with the heat exchanger, and the second flat surface portion of the plurality of fibers is substantially on the same plane. It is a metal fiber sheet that exists and is in contact with the temperature-controlled body.
  • FIG. 1 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing one main surface of the metal fiber sheet according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional SEM image substantially perpendicular to one main surface of the metal fiber sheet shown in FIG.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of the upper surface and the upper surface of the temperature control unit including the metal fiber sheet according to the embodiment in AA.
  • FIG. 4 is a diagram showing an application example of the metal fiber sheet according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing another application example of the metal fiber sheet according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 1 in the example.
  • FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 2 in the example.
  • FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 3 in the example.
  • FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 4 in the example.
  • FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 5 in the example.
  • FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 6 in the example.
  • FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 7 in the example.
  • FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 8 in the example.
  • FIG. 14 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 9 in the example.
  • FIG. 15 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 10 in the example.
  • FIG. 16 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 11 in the example.
  • FIG. 17 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of the sample 12 in the example.
  • Metal fiber refers to a fiber containing metal as a main component
  • copper fiber means a fiber containing copper as a main component.
  • the main component is a metal
  • the "average fiber diameter” is the same as the cross-sectional area obtained by calculating the cross-sectional area perpendicular to the longitudinal direction of the metal fiber based on the vertical cross-sections of the imaged metal fiber sheets at a plurality of locations in the microscopic image.
  • the additive average value of the area diameter derived by calculating the diameter of a perfect circle having an area.
  • the plurality of locations can be, for example, 20 locations.
  • the "average fiber length” refers to an arithmetic mean value obtained by measuring the length of a plurality of fibers randomly selected by a microscope in the longitudinal direction of the fibers. If the fiber is not straight, the length of the curve along the fiber is used.
  • the plurality of lines can be, for example, 20 lines.
  • the "space factor” refers to the ratio of the fiber portion to the volume of the fiber sheet, and is calculated from the basis weight, thickness and true density of the fiber by the following formula.
  • the space factor can be calculated by adopting a true density value that reflects the composition ratio of each fiber.
  • (Space factor (%)) (Fiber sheet basis weight) / ((Fiber sheet thickness) x (True density)) x 100.
  • the "sheet thickness” is a case where, for example, the measurement point of the metal fiber sheet is measured by a film thickness meter of the terminal drop type by air (for example, "Digimatic Indicator ID-C112X” manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.).
  • “Homogeneity” refers to a small amount of variation in the sheet having characteristics such as electrical characteristics, physical characteristics, and air permeability characteristics of the sheet composed of fibers.
  • the coefficient of variation (CV) of the basis weight specified in JIS Z8101 per cm 2 can be adopted.
  • the "porosity” refers to the ratio of the portion where the void exists to the volume of the fiber sheet, and is calculated by the following formula from the basis weight, the thickness, and the true density of the fiber of the fiber sheet.
  • the space factor can be calculated by adopting a true density value that reflects the composition ratio of each fiber.
  • the heat medium in the present invention may be a gas, a liquid, or the like, and the properties thereof are not limited. That is, the heat medium in the present invention may be a gas such as air, a liquid such as water or alcohol, or a fluorine-based compound such as hydrofluorocarbon or hydrofluoroether. You may.
  • FIG. 1 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing one main surface of the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional SEM image substantially perpendicular to one main surface of the metal fiber sheet 10 shown in FIG.
  • the surface of the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment has smoothness. Further, in the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the space between the plurality of adjacent fibers is partially lost. As a result, the surface glossiness of the metal fiber sheet 10 is increased.
  • the metal fiber sheet 10 has an outer fiber layer 11, an inner fiber layer 12, and an outer fiber layer 13.
  • the outer fiber layer 11 and the outer fiber layer 13 sandwich the inner fiber layer 12.
  • each of the plurality of fibers 14 and 15 existing on the outermost surface has a flat surface portion, and the flat surface portion of the plurality of fibers is a surface having one main surface. Is on the plane A shown by the dotted line in FIG. Further, the back surface, which is another main surface, exists on the plane B shown by the dotted line in FIG.
  • planar portions of the plurality of fibers 14 existing on the outermost surface are present on substantially the same plane, and the planar portions of the plurality of fibers 15 existing on the outermost surface are present on substantially the same plane.
  • the surface roughness of the surface of the metal fiber sheet 10 is reduced, and high smoothness is realized.
  • the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment is a porous body having voids in which the shape of the fiber is maintained. As a result, it is possible to secure a flow path for the heat medium inside the metal fiber sheet 10.
  • smoothing is the ratio of the flat portion of the plurality of fibers 14 and the fibers 15 existing on the outermost surface of the outer fiber layer 11 and the outer fiber layer 13 to the area of each outermost surface.
  • area ratio is 20% or more and less than 100%, it is preferable because the thermal conductivity can be practically useful.
  • the size of the metal fiber sheet 10 is about 1 mm square to 15 mm square when applied to a temperature control unit of a small electronic component, and about 20 mm ⁇ 100 mm when mounted on a substrate, and is a large bus bar or When it is used for joining parts, it may be about 500 mm square, but the size is not limited to these, and the practitioner can appropriately determine the size according to the application.
  • the cross-section of the metal fiber sheet 10 is exposed by a cutting method that suppresses deformation.
  • a cutting method that suppresses deformation a method of cutting by bringing a diamond wire saw close to the metal fiber sheet 10 from one main surface side while suppressing a load, and a method of irradiating the metal fiber sheet 10 with an electron beam to perform sputtering.
  • a method of cutting by generating can be exemplified.
  • a cross-section polisher registered trademark
  • the metal fiber sheet 10 is a non-woven fabric, it can be produced by a method of making paper by a wet papermaking method.
  • wet papermaking method wet papermaking is performed with a paper machine using a slurry in which metal fibers and the like are dispersed in an aqueous medium.
  • the slurry may contain additives such as fillers, dispersants, thickeners, defoamers, paper strength enhancers, sizing agents, coagulants, colorants and fixing agents.
  • the wet body sheet obtained by the wet papermaking method may be subjected to a fiber entanglement treatment step in which a plurality of metal fibers are entangled with each other.
  • a fiber entanglement treatment step a step of injecting a high-pressure jet water stream onto one main surface of the wet body sheet can be exemplified.
  • metal fibers or fibers containing metal fibers can be entangled over the entire wet body sheet.
  • This wet body sheet undergoes a dryer step by hot air drying after the fiber entanglement treatment step.
  • This dryer step is preferably performed in an inert gas atmosphere using a vacuum sintering furnace. The sheet that has undergone the dryer process is cooled to room temperature and then wound up.
  • the sheet obtained through the fiber entanglement treatment step and the dryer step is subjected to surface smoothing treatment before binding a plurality of metal fibers or after binding a plurality of metal fibers.
  • This surface smoothing treatment may be performed by a rolling method or a calendering method.
  • the calendar method is a kind of rolling method, and refers to a processing method in which an object to be processed is arranged between a plurality of heated calendar roll gaps and rolled.
  • a sheet obtained through a fiber entanglement treatment step and a dryer step is arranged between rolling rolls or calender roll gaps in which the gap is gradually narrowed, and the fiber structure of the sheet is formed.
  • the progress speed at this time may be adjusted and determined according to the basis weight of the sheet, the space factor, and the like. In this way, when the surface smoothing treatment is performed, the surface is smoothed, but the fibers inside the metal fiber sheet 10 are retracted into the internal voids during the surface smoothing treatment, so that the shape is maintained. Further, by performing such a surface smoothing treatment, it is possible to adjust the thickness of the metal fiber sheet 10 to make it thinner.
  • the bonded portion between the plurality of metal fibers is sintered by the sintering step.
  • the sintering step the binding between the plurality of metal fibers can be reliably performed, the plurality of metal fibers are fixed, the CV value of the basis weight of the metal fiber sheet 10 is stable, and the metal fiber sheet 10 is used. Stable homogeneity and thermal conductivity.
  • a dry method may be used as the manufacturing method.
  • a web mainly composed of metal fibers is produced by a card method, an airlaid method, or the like, and the web is compression-molded.
  • a binder may be impregnated into a plurality of metal fibers to bond the plurality of metal fibers.
  • examples of the binder include an organic binder such as an acrylic adhesive and an inorganic binder such as colloidal silica. Even when the dry method is used, the surface smoothing treatment is performed in the same manner as when the paper is made by the wet papermaking method.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of the upper surface and the upper surface of the temperature control unit 1 including the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment in AA.
  • the temperature control unit 1 shown in FIG. 3 has a heat medium introduction port 2, a temperature control mechanism 3, and a heat medium discharge port 4.
  • the heat medium introduction port 2 is a port for introducing a heat medium into the temperature control mechanism 3 from the outside.
  • the heat medium discharge port 4 is a port for discharging the heat medium in the temperature control mechanism 3 to the outside. It is preferable that the heat medium introduction port 2 is provided with a static mixer in order to diffuse the heat medium to be introduced. If the heat medium introduction port 2 is provided with a static mixer, turbulence is generated in the heat medium to be introduced, and the amount of heat conduction can be increased.
  • the temperature control mechanism 3 includes a metal fiber sheet 10 composed of metal fibers, an accommodating body 5 for accommodating the metal fiber sheet 10, and one main surface exposed to the outside of the temperature control mechanism 3.
  • a sealing member that seals between the heat exchange plate 6 that exchanges heat between the metal fiber sheet 10 and the outside by providing the back surface of the metal fiber sheet 10 in contact with the metal fiber sheet 10, and the housing body 5 and the heat exchange plate 6. 7 and.
  • the heat medium introduced from the heat medium introduction port 2 passes through the temperature control mechanism 3 and is discharged from the heat medium discharge port 4.
  • the metal fiber sheet 10 may be composed of the metal fiber alone, or may be composed of a component other than the metal fiber.
  • the metal component of the metal fiber include copper, stainless steel, iron, aluminum, nickel, chromium, and noble metals. Of these, copper, stainless steel, and aluminum are preferable, and copper is particularly preferable. This is because copper fibers have an excellent balance between rigidity and plastic deformability.
  • precious metals include gold, platinum, silver, palladium, rhodium, iridium, ruthenium and osmium.
  • the components other than the metal fibers contained in the metal fiber sheet 10 include polyethylene terephthalate (PET: Poly-Ethylene Terephthalate), polyvinyl alcohol (PVA: Poly-Vinyl Alcohol), polyolefin, and polyvinyl chloride (PVC: Poly-). Vinyl Chloride), polyamide and acrylic, and organic substances that impart binding and supportability to fibrous materials can be exemplified.
  • PET Poly-Ethylene Terephthalate
  • PVA Poly-Vinyl Alcohol
  • PVC Poly-). Vinyl Chloride
  • polyamide and acrylic polyamide and acrylic
  • organic substances that impart binding and supportability to fibrous materials can be exemplified.
  • the metal fiber sheet 10 is a non-woven fabric in which a plurality of metal fibers are randomly entangled, by containing any one or more of these organic substances, the shape retention and function at the time of producing the metal fiber sheet 10 are maintained. It can assist or improve sexuality.
  • the metal fiber sheet 10 it is preferable that a plurality of adjacent metal fibers are bonded to each other. That is, in the metal fiber sheet 10, it is preferable that the plurality of metal fibers are physically fixed and a binding portion is formed between the plurality of metal fibers. In the metal fiber sheet 10, a plurality of metal fibers may be directly fixed at a binding portion or indirectly, but between the plurality of metal fibers constituting the metal fiber sheet 10. It is preferable that at least a part of the void is formed. This is because when such voids are formed in the metal fiber sheet 10, the heat medium described later is easily introduced into the metal fiber sheet 10.
  • the plurality of metal fibers are sintered in the binding portion because the thermal conductivity and homogeneity of the metal fiber sheet 10 are stable.
  • the voids formed between the plurality of metal fibers may be formed by the entanglement of the metal fibers.
  • the porosity of the metal fiber sheet 10 is preferably 30% or more and 80% or less, preferably 30% or more and 60% or less, and more preferably 30% or more and 40% or less.
  • the thermal conductivity of the metal fiber sheet 10 is preferably 2 W / (m ⁇ K) or more, preferably 5 W / (m ⁇ K) or more, and more preferably 10 W / (m ⁇ K) or more. Yes, most preferably 20 W / (m ⁇ K) or more.
  • the metal fiber sheet 10 may be a sheet-like non-woven fabric in which a plurality of metal fibers are randomly entangled.
  • the basis weight of the metal fiber sheet 10 is preferably 10 g / m 2 or more and 1000 g / m 2 or less.
  • the basis weight of the metal fiber sheet 10 is 10 g / m 2 or more, the cooling or heating effect can be enhanced, and when the basis weight of the metal fiber sheet 10 is 1000 g / m 2 or less, the weight of the metal fiber sheet 10 is reduced. be able to.
  • the average fiber diameter of the metal fibers of the metal fiber sheet 10 is preferably 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, and particularly preferably 2 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the metal fiber sheet 10 is a non-woven fabric in which a plurality of metal fibers are randomly entangled
  • the average fiber length of the metal fibers of the metal fiber sheet 10 stabilizes the thermal conductivity and homogeneity of the metal fiber sheet 10.
  • it is preferably 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the aspect ratio of the metal fibers of the metal fiber sheet 10 is less than 33, the metal fibers are less likely to be entangled. On the other hand, if the aspect ratio of the metal fibers of the metal fiber sheet 10 exceeds 10,000, the homogeneity of the metal fiber sheet 10 is lowered. Therefore, the aspect ratio of the metal fiber is preferably 33 or more and 10000 or less.
  • the space factor of the metal fiber sheet 10 is preferably 2% or more, more preferably 4% or more, particularly preferably 5% or more, preferably 65% or less, and more preferably 60% or less.
  • the CV value which is the coefficient of variation of the basis weight specified in JIS Z8101 per 1 cm 2 of the metal fiber sheet 10, is preferably 10% or less.
  • the housing body 5 is a heat-insulated structure that houses the metal fiber sheet 10.
  • the material of the housing 5 include metal, ceramic and resin.
  • the metal material stainless steel, copper and aluminum can be exemplified.
  • a ceramic material alumina, zirconia, barium titanate, silicon carbide, silicon nitride and aluminum nitride can be exemplified.
  • the resin material include fluororesins such as polyacrylic acid resin, polyvinylpyrrolidone resin, polyester resin, polypropylene resin, and polytetrafluoroethylene, polyimide resin, polyamide resin, and polyparaphenylene benzobisoxazole resin. .. After being formed of the above materials, the housing 5 is insulated with rock wool or the like.
  • the heat exchange plate 6 includes a temperature control target surface on one main surface, and is in contact with the metal fiber sheet 10 on the back surface of the temperature control target surface to exchange heat between the temperature control target surface and the metal fiber sheet 10. It is a member.
  • the material of the heat exchange plate 6 it is preferable to use a material having high thermal conductivity, and examples of the material having high thermal conductivity include stainless steel, copper and aluminum.
  • the metal fiber sheet 10 is in contact with the heat exchange plate 6 and the sintering step is performed, the metal fiber sheet 10 and the heat exchange plate 6 are bonded to each other, which is preferable. This is because when the metal fiber sheet 10 and the heat exchange plate 6 are bound to each other, heat is easily conducted between the metal fiber sheet 10 and the heat exchange plate 6.
  • the sintering step is preferably carried out in an inert gas atmosphere using a vacuum sintering furnace.
  • the metal fiber sheet 10 has high surface smoothness, it is possible to increase the heat transfer ability between the metal fiber sheet 10 and the heat exchange plate 6.
  • the sealing member 7 is a member formed of a joining material that joins the housing body 5 and the heat exchange plate 6.
  • a metal bonding material or an organic bonding material can be used.
  • the metal bonding material include silver brazing, phosphor copper brazing, solder and copper foil.
  • the metal bonding material preferably has a thermal conductivity of 50 W / (m ⁇ K) or more and a thickness of 100 ⁇ m or less.
  • the organic bonding material include thermosetting epoxy, urethane, and silicone. Since the organic bonding material has a low thermal conductivity of less than 1 W / (m ⁇ K), it is preferable to make it thin from the viewpoint of thermal conductivity, and the thickness thereof is preferably 20 ⁇ m or less.
  • the sealing member 7 is, for example, a heat exchange plate 6 and a heat exchange plate 5 by sintering or a thermosetting reaction in a state where the housing body 5 is placed on a member in which the metal fiber sheet 10 and the heat exchange plate 6 are bonded. It is preferable to join.
  • the metal fiber sheet 10 having a higher heat transfer capacity than the conventional one it is possible to obtain the temperature control unit 1 having a high heat exchange force.
  • FIG. 4 is a diagram showing an application example of the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 shows the temperature control body 8, the heat exchanger 9, and the metal fiber sheet 10.
  • the metal fiber sheet 10 is arranged on the heat exchanger 9, and is covered on the metal fiber sheet 10.
  • the temperature controller 8 is arranged.
  • an IC (Integrated Circuit) chip can be exemplified.
  • the heat exchanger 9 is not limited to a specific configuration, and may be a heat sink or a member having thermal conductivity.
  • a member having thermal conductivity a substrate on which an IC chip is mounted can be exemplified.
  • the metal fiber sheet 10 is arranged between the temperature control body 8 and the heat exchanger 9.
  • the metal fiber sheet 10 is as described with reference to FIG. 2, but the outer fiber layer 11 is used as the first outer fiber layer and the outer fiber layer 13 is used as the second outer fiber layer. That is, the metal fiber sheet 10 includes an inner fiber layer 12 formed of a porous body in which the shape of the fiber is maintained and having voids, and an outer fiber layer 11 which is a first outer fiber layer in contact with the inner fiber layer 12.
  • the outer fiber layer 13 is a second outer fiber layer in contact with the inner fiber layer 12 provided on the side opposite to the outer fiber layer 11 with the inner fiber layer 12 as a reference.
  • the flat surface portion formed by the plurality of fibers 14 is defined as the first flat surface portion (plane A shown in FIG. 2), and the flat surface portion formed by the plurality of fibers 15 is the second flat surface portion (plane B shown in FIG. 2). And. Further, each of the plurality of fibers 14 existing on the outermost surface of the outer fiber layer 11 has a flat surface portion, and each of the plurality of fibers 15 existing on the outermost surface of the outer fiber layer 13 has a flat surface portion.
  • the first plane portion exists on substantially the same plane and is in contact with the temperature control body 8, and the second plane portion is present on substantially the same plane and is in contact with the heat exchanger 9.
  • the metal fiber sheet 10 is arranged between the temperature control body 8 and the heat exchanger 9, so that the temperature control body 8 and the metal fiber sheet 10 and the heat exchanger 9 are arranged.
  • the adhesion between the metal fiber sheet 10 and the metal fiber sheet 10 is improved, the heat transfer ability between the temperature control body 8 and the heat exchanger 9 is enhanced, and the internal fiber layer 12 exchanges heat with the temperature control body 8. It is possible to absorb the difference in thermal expansion from the vessel 9.
  • FIG. 5 is a diagram showing another application example of the metal fiber sheet 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 5 shows a temperature control body 8, a heat exchanger 9, and a metal fiber sheet 10.
  • the metal fiber sheet 10 is arranged on the temperature control body 8 and is placed on the metal fiber sheet 10.
  • a heat exchanger 9 is arranged.
  • a motor can be exemplified.
  • the heat exchanger 9 is not limited to a specific configuration, and may be a heat sink or a member having thermal conductivity.
  • a housing for accommodating a motor can be exemplified.
  • FIG. 5 as in FIG.
  • the adhesion between the temperature control body 8 and the metal fiber sheet 10 and between the heat exchanger 9 and the metal fiber sheet 10 is improved, and the temperature control body 8 and the heat are improved.
  • the heat transfer capacity between the exchanger 9 and the heat exchanger 9 is enhanced, and the internal fiber layer 12 can absorb the difference in thermal expansion between the temperature control body 8 and the heat exchanger 9.
  • Sample 1 was prepared without going through a press step, and has a weighing of 303 g / m 2 , a thickness of 1019 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 7.2%.
  • Sample 2 was prepared through a flat press step, and has a weighing of 151 g / m 2 , a thickness of 90 ⁇ m, and a smooth area ratio of 5.7%.
  • Sample 3 was prepared through a flat press step, and has a weighing of 304 g / m 2 , a thickness of 90 ⁇ m, and a smooth area ratio of 5.7%.
  • Sample 4 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a rolling method, and has a weighing capacity of 154 g / m 2 , a thickness of 46 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 40.4%.
  • Sample 5 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a rolling method, and has a weighing of 306 g / m 2 , a thickness of 52 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 69.4%.
  • Sample 6 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a rolling method, and has a weighing of 176 g / m 2 , a thickness of 23 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 62.9%.
  • Sample 7 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a rolling method, and has a weighing of 310 g / m 2 , a thickness of 66 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 29.6%.
  • Sample 8 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a rolling method, and has a weighing of 152 g / m 2 , a thickness of 42 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 78.6%.
  • Sample 9 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a rolling method, and has a weighing of 303 g / m 2 , a thickness of 70 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 63.3%.
  • Sample 10 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a calendar method, and has a weighing of 301 g / m 2 , a thickness of 108 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 30.0%.
  • Sample 11 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a calendar method, and has a weighing of 302 g / m 2 , a thickness of 110 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 30.2%.
  • Sample 12 was prepared by undergoing a surface smoothing treatment by a calendar method, and has a weighing capacity of 603 g / m 2 , a thickness of 127 ⁇ m, and a smoothing area ratio of 22.9%.
  • Samples 1 to 3 are reference examples, and samples 4 to 12 are examples.
  • the metal fibers applied to the metal fiber sheet are copper fibers, the average fiber diameter thereof is 20 ⁇ m, and the average fiber length is 5 mm.
  • the copper fiber is formed of pure copper, which is more specifically tough pitch copper of copper alloy number C1100.
  • the practically useful thermal conductivity is 20 W / (m ⁇ K) or more.
  • the thermal conductivity has a correlation with the smooth area ratio, and in order to have a thermal conductivity of 20 W / (m ⁇ K) or more, the smooth area ratio is set to 20% or more.
  • the samples 1 to 3 of the reference example have a smooth area ratio of less than 20%
  • the samples 4 to 12 of the examples have a smooth area ratio of 20% or more.
  • the smooth area ratio is represented by the ratio of the flat surface portion of the plurality of fibers existing on the outermost surface of the outer fiber layer to the area of the outermost surface.
  • the thermal conductivity can be set to be practically useful.
  • the thermal diffusivity was first measured.
  • the thermal diffusivity was measured by a periodic heating method using ai-Phase Mobile 1u, a thermal diffusivity measuring device for ultrasensitive thin films manufactured by iPhase.
  • a metal fiber sheet to be measured was sandwiched between the microheater and the temperature sensor, and the metal fiber sheet was heated at regular intervals to generate a temperature wave. Focusing on the temperature wave that passed in the thickness direction of the metal fiber sheet, the amplitude of the temperature was attenuated, and the phase shift ⁇ occurred in the sine wave of the temperature while the period remained constant. The phase shift ⁇ decreases when the thermal diffusivity of the metal fiber sheet to be measured is high, and increases when the thermal diffusivity is low, and the following equation (1) holds.
  • the frequency f is the frequency of the temperature wave
  • the thermal diffusivity ⁇ is the thermal diffusivity of the metal fiber sheet to be measured
  • the thickness d is the thickness of the metal fiber sheet to be measured.
  • FIGS. 6 to 17 is a diagram showing a cross-sectional SEM image of each of the samples 1 to 12 in this order.
  • each sample was evaluated as follows. First, a reference line connecting the first fiber existing on the outermost side of the metal fiber sheet and the second fiber existing on the outer side is drawn. Next, a first evaluation line parallel to the reference line is drawn from the reference line at a position 5 ⁇ m on the inner surface side of each metal fiber sheet, and a first evaluation line parallel to the reference line is drawn at a position 10 ⁇ m on the inner surface side of each metal fiber sheet from the reference line. Draw an evaluation line of 2. The ratio of fibers present on the first evaluation line and the ratio of fibers present on the second evaluation line are calculated as the fiber occupancy rate on the evaluation line.
  • Samples 1 to 3 as reference examples have a fiber occupancy of less than 20%
  • Samples 4 to 12 of Examples have a fiber occupancy of 20% or more. Even by such a method, it is possible to separate a reference example from an example to which the present invention is applied.
  • a metal fiber sheet having a thermal conductivity useful for practical use can be obtained.
  • Temperature control unit Heat medium introduction port 3 Temperature control mechanism 4 Heat medium discharge port 5 Accommodator 6 Heat exchange plate 7 Sealing member 8 Heat control body 9 Heat exchanger 10 Metal fiber sheet 11, 13 External fiber layer 12 Internal fiber Layers 14, 15 fibers

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Abstract

温調ユニットの温度調節対象面との間の熱の授受能力が従来よりも高い金属繊維シートを得ることを目的とし、繊維の形状が維持されて、空隙を有する多孔質体によって形成された内部繊維層（１２）と、内部繊維層（１２）を挟持する外部繊維層（１１，１３）と、を有し、外部繊維層（１１，１３）のうち最表面に存在する複数の繊維（１４，１５）の各々は平面部を有し、複数の繊維の平面部は、略同一平面上に存在する金属繊維シート（１０）とする。

Description

金属繊維シート、金属繊維シートの作製方法及び温調ユニット
　本発明は、金属繊維シート、金属繊維シートの作製方法及び温調ユニットに関する。
　一般に、電気機器の使用電力が増大すると、発熱量が増加して電気機器が高温となり、誤作動及び故障等の原因となる。
　そこで、電気機器には、発生した熱を冷却及び放熱するための冷却部材を備えることが多い。
　このような冷却部材の従来技術の一例として、特許文献１には、冷却効果に優れ、小型化及び薄型化しやすく、局所的な冷却を可能とすることを目的として、金属繊維で構成されている金属繊維シートと、該金属繊維シートを冷却する冷却機構と、を有する冷却部材が開示されており、該金属繊維シートの表面は、平らであってもよく、凹凸を有していてもよいとされている。
　また、従来技術の他の例である特許文献２及び特許文献３には、不織布の金属繊維シートが開示されている。
特開２０１９－９４３３号公報 国際公開第２０１８／０５６４０５号 国際公開第２０１８／１３１６５８号
　しかしながら、上記従来技術の一例である特許文献１に開示された冷却部材では、金属繊維シートの形状によっては、金属繊維シートと温度調節対象面との間の熱の授受能力が低くなることがある。
　また、特許文献２又は特許文献３に開示された不織布の金属繊維シートを特許文献１に開示された冷却部材に対して適用しても金属繊維シートと温度調節対象面との間の熱の授受能力が低くなることがある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、温度調節対象面との間の熱の授受能力が従来よりも高い金属繊維シートを得ることを目的とする。
　上述の課題を解決して目的を達成する本発明は、繊維の形状が維持されて、空隙を有する多孔質体によって形成された内部繊維層と、前記内部繊維層を挟持する外部繊維層と、を有し、前記外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の各々は平面部を有し、前記複数の繊維の前記平面部は、略同一平面上に存在する金属繊維シートである。
　上記構成の金属繊維シートにおいて、前記最表面の面積に対する、前記外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の平面部が占める割合である平滑面積比率が２０％以上１００％未満であることが好ましい。
　上記構成の金属繊維シートの作製方法は、乾式法、又は湿式抄造法により抄紙されることで得られた湿体シートをドライヤー工程により乾かすことで、表面未処理の金属繊維シートを得ることと、前記表面未処理の金属繊維シートを、段階的に狭められた複数の圧延ロール間で移動させて表面平滑化処理を行うことと、を含むことが好ましい。
　又は、本発明は、外部から熱媒体を導入する熱媒体導入口と、前記熱媒体導入口からの前記熱媒体が通過する温調機構と、前記温調機構から外部に前記熱媒体を排出する熱媒体排出口と、を有し、前記温調機構は、上記構成の金属繊維シートと、前記金属繊維シートを収容する収容体と、を備える温調ユニットである。
　又は、本発明は、被温度調節体と熱交換器との間に配置される金属繊維シートであって、繊維の形状が維持されて、空隙を有する多孔質体によって形成された内部繊維層と、前記内部繊維層に接する第１外部繊維層と、前記内部繊維層を基準として前記第１外部繊維層とは反対側に設けられた前記内部繊維層に接する第２外部繊維層と、を有し、前記第１外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の各々は第１平面部を有し、前記第２外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の各々は第２平面部を有し、前記複数の繊維の前記第１平面部は、略同一平面上に存在して前記熱交換器に接し、前記複数の繊維の前記第２平面部は、略同一平面上に存在して前記被温度調節体に接する金属繊維シートである。
　本発明によれば、温度調節対象面との間の熱の授受能力が従来よりも高い金属繊維シートを得ることができる。
図１は、実施形態に係る金属繊維シートの一主面を示すＳＥＭ（Scanning　Electron　Microscope）像である。 図２は、図１に示す金属繊維シートの一主面に略垂直な断面ＳＥＭ像である。 図３は、実施形態に係る金属繊維シートを備える温調ユニットの上面及び上面のＡ－Ａにおける断面を示す図である。 図４は、実施形態に係る金属繊維シートの適用例を示す図である。 図５は、実施形態に係る金属繊維シートの他の適用例を示す図である。 図６は、実施例における試料１の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図７は、実施例における試料２の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図８は、実施例における試料３の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図９は、実施例における試料４の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１０は、実施例における試料５の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１１は、実施例における試料６の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１２は、実施例における試料７の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１３は、実施例における試料８の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１４は、実施例における試料９の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１５は、実施例における試料１０の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１６は、実施例における試料１１の断面ＳＥＭ像を示す図である。 図１７は、実施例における試料１２の断面ＳＥＭ像を示す図である。
　本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。
　ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
　なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付すものとする。
　まず、以下の説明において用いる用語を定義する。
　「金属繊維」とは、金属を主成分とする繊維をいい、例えば「銅繊維」とは、銅を主成分とする繊維をいう。
　また、金属を主成分とする場合には、不可避的に含まれる不純物を含め、本発明の効果を妨げない限り、当該金属以外の成分を一定量含んでいてもよい。
　また、「平均繊維径」とは、顕微鏡像において、撮像された金属繊維シートの複数の箇所における垂直断面に基づいて、金属繊維の長手方向に垂直な断面積を算出し、当該断面積と同一面積を有する真円の直径を算出することにより導かれた面積径の相加平均値をいう。
　ここで、複数の箇所は、例えば、２０箇所とすることができる。
　また、「平均繊維長」とは、顕微鏡でランダムに選択した複数本の繊維について、繊維の長手方向の長さを測定した値の相加平均値をいう。
　なお、繊維が直線状でない場合には、繊維に沿った曲線の長さとする。
　ここで、複数本は、例えば、２０本とすることができる。
　また、「占積率」とは、繊維シートの体積に対する繊維部分の占める割合をいい、繊維シートの坪量、厚さ及び繊維の真密度から以下の式により算出される。
　ここで、繊維シートが複数の種類の繊維を含む場合には、各繊維の組成比率を反映した真密度値を採用することで占積率を算出することができる。
　（占積率（％））＝（繊維シートの坪量）／（（繊維シートの厚さ）×（真密度））×１００。
　ここで、「シートの厚さ」とは、空気による端子落下方式の膜厚計（例えば、ミツトヨ社製「デジマチックインジケータＩＤ－Ｃ１１２Ｘ」）により、例えば、金属繊維シートの測定点を測定した場合の相加平均値をいう。
　「均質性」とは、繊維で構成されるシートの電気特性、物理特性及び透気特性等のシートが有する特性のシート内におけるバラツキの少なさをいう。
　均質性の指標として、例えば、１ｃｍ２当たりのＪＩＳ　Ｚ８１０１に規定する坪量の変動係数（ＣＶ（Coefficient　of　Variation）値）を採用することができる。
　「空隙率」とは、繊維シートの体積に対して空隙が存在する部分の割合をいい、繊維シートの坪量、厚さ、及び繊維の真密度から以下の式により算出される。
　繊維シートが複数の種類の繊維を含む場合には、各繊維の組成比率を反映した真密度値を採用することで占積率を算出することができる。
（空隙率（％））＝（１－（繊維シートの坪量）／（（繊維シートの厚さ）×（真密度）））×１００。
　本発明における熱媒体は、気体であってもよいし、液体等であってもよく、その性状について限定されるものではない。
　すなわち、本発明における熱媒体は、空気のような気体であってもよいし、水又はアルコールのような液体であってもよいし、ハイドロフルオロカーボン又はハイドロフルオロエーテル等のフッ素系の化合物等であってもよい。
＜実施形態＞
　図１は、本実施形態に係る金属繊維シート１０の一主面を示すＳＥＭ（Scanning　Electron　Microscope）像である。
　図２は、図１に示す金属繊維シート１０の一主面に略垂直な断面ＳＥＭ像である。
　本実施形態に係る金属繊維シート１０は、図１及び図２に示すように、表面は平滑性を有する。
　また、本実施形態に係る金属繊維シート１０は、図１に示すように、隣接する複数の繊維の間が部分的に消失している。
　これにより、金属繊維シート１０では表面の光沢度が高くなる。
　また、本実施形態に係る金属繊維シート１０は、図２に示すように、外部繊維層１１と、内部繊維層１２と、外部繊維層１３と、を有する。
　外部繊維層１１と外部繊維層１３とは、内部繊維層１２を挟持している。
　外部繊維層１１及び外部繊維層１３においては、最表面に存在する複数の繊維１４及び繊維１５の各々が平面部を有しており、複数の繊維の該平面部は、一主面である表面においては図２に点線で示す平面Ａ上に存在する。
　また、他の一主面である裏面においては図２に点線で示す平面Ｂ上に存在する。
　すなわち、最表面に存在する複数の繊維１４の平面部は、略同一平面上に存在し、最表面に存在する複数の繊維１５の平面部は、略同一平面上に存在する。
　これにより、金属繊維シート１０の表面では表面粗さが小さくなり、高い平滑性が実現されている。
　また、本実施形態に係る金属繊維シート１０は、図２に示すように、内部では繊維の形状が維持された空隙を有する多孔質体である。
　これにより、金属繊維シート１０の内部には熱媒体の流路を確保可能である。
　なお、実施例において後述するように、各最表面の面積に対する、外部繊維層１１及び外部繊維層１３のうち各最表面に存在する複数の繊維１４及び繊維１５の平面部が占める割合である平滑面積比率は、２０％以上１００％未満であると、実用上有用な熱伝導率とすることができるため、好ましい。
　なお、金属繊維シート１０のサイズは、小型の電子部品の温調ユニットに適用される場合には約１ｍｍ角～１５ｍｍ角とし、基板に実装される場合には約２０ｍｍ×１００ｍｍとし、大型バスバー又は部品接合に用いられる場合には約５００ｍｍ角とすればよいが、これらに限定されるものではなく、その用途に応じて実施者が適宜サイズを決定することができる。
　また、図２に示す断面ＳＥＭ像を取得するに際し、金属繊維シート１０の断面は、変形を抑えた切断手法により露出される。
　ここで、変形を抑えた切断手法としては、荷重を抑えつつ一主面側から金属繊維シート１０にダイヤモンドワイヤソーを近付けることで切断する手法、及び金属繊維シート１０に電子ビームを照射してスパッタリングを生じさせることで切断する手法を例示することができる。
　ここで、電子ビームを照射する装置としては、クロスセクションポリッシャ（登録商標）を例示することができる。
　また、これらの切断手法により金属繊維シート１０を切断する前に、樹脂包埋により金属繊維シート１０を固定すると、金属繊維シート１０の切断面の変形を更に抑えることができるため、好ましい。
　次に、金属繊維シート１０の作製方法について説明する。
　金属繊維シート１０は不織布であるため、湿式抄造法で抄紙する方法により作製することができる。
　湿式抄造法では、金属繊維等が水性媒体に分散しているスラリーを用いて、抄紙機にて湿式抄造を行う。
　ここで、スラリーには、填料、分散剤、増粘剤、消泡剤、紙力増強剤、サイズ剤、凝集剤、着色剤及び定着剤等の添加剤が含まれていてもよい。
　そして、湿式抄造法により得られた湿体シートに対しては、複数の金属繊維を互いに交絡させる繊維交絡処理工程を行ってもよい。
　繊維交絡処理工程としては、湿体シートの一主面に高圧ジェット水流を噴射する工程を例示することができる。
　この方法によれば、湿体シート全体にわたって金属繊維又は金属繊維を含む繊維を交絡させることができる。
　この湿体シートは、繊維交絡処理工程後に、熱風乾燥によるドライヤー工程を経る。
　このドライヤー工程は、減圧焼結炉を用いて不活性ガス雰囲気下において行われることが好ましい。
　ドライヤー工程を経たシートは、常温まで冷却された後に巻き取られる。
　上述のように、繊維交絡処理工程とドライヤー工程とを経て得られたシートには、複数の金属繊維を結着させる前又は複数の金属繊維を結着させた後に表面平滑化処理を行う。
　この表面平滑化処理は、圧延法又はカレンダー法により行えばよい。
　なお、カレンダー法とは、圧延法の一種であって、加熱された複数のカレンダーロールギャップ間に加工対象物を配置して圧延する加工法をいう。
　ここで、具体的には、段階的に隙間が狭くなっていく圧延ロール又はカレンダーロールギャップ間に繊維交絡処理工程とドライヤー工程とを経て得られたシートを配して、当該シートの繊維構造が維持されつつ表面が平滑化される程度の進行速度でシートを徐々に進行させることが好ましい。
　このときの進行速度は、シートの坪量及び占積率等により調節して決定すればよい。
　このように、表面平滑化処理を行うと、表面は平滑化されるものの、金属繊維シート１０の内部の繊維は、表面平滑化処理時に内部の空隙に退避するため、その形状が維持される。
　また、このような表面平滑化処理を行うと、金属繊維シート１０の厚さを調節して、薄くすることも可能である。
　なお、複数の金属繊維間の結着部は焼結工程により焼結されることが好ましい。
　焼結工程によれば、複数の金属繊維間の結着を確実に行うことができ、複数の金属繊維間が固定されて金属繊維シート１０の坪量のＣＶ値が安定し、金属繊維シート１０の均質性及び熱伝導性が安定する。
　なお、金属繊維シート１０が不織布であるため、製造方法としては、乾式法を用いてもよい。
　乾式法では、カード法及びエアレイド法等により、金属繊維を主体とするウェブを作製し、このウェブを圧縮成形する。
　圧縮成形の際には、バインダを複数の金属繊維に含浸させて複数の金属繊維間を結合させてもよい。
　ここで、バインダとしては、アクリル系接着剤等の有機バインダ及びコロイダルシリカ等の無機バインダを例示することができる。
　なお、乾式法を用いる場合にも、湿式抄造法で抄紙する際と同様に、表面平滑化処理を行う。
　図３は、本実施形態に係る金属繊維シート１０を備える温調ユニット１の上面及び上面のＡ－Ａにおける断面を示す図である。
　図３に示す温調ユニット１は、熱媒体導入口２と、温調機構３と、熱媒体排出口４と、を有する。
　熱媒体導入口２は、温調機構３内に外部から熱媒体を導入するポートである。
　熱媒体排出口４は、温調機構３内の熱媒体を外部に排出するポートである。
　なお、熱媒体導入口２には、導入する熱媒体を拡散させるためにスタティックミキサーが設けられていることが好ましい。
　熱媒体導入口２にスタティックミキサーが設けられていると、導入される熱媒体に乱流が生じ、熱の伝導量を大きくすることができる。
　温調機構３は、金属繊維を含んで構成された金属繊維シート１０と、金属繊維シート１０を収容する収容体５と、一主面が温調機構３の外側に露出され、該一主面の裏面が金属繊維シート１０に接して設けられることで金属繊維シート１０と外部との間で熱交換を行う熱交換板６と、収容体５と熱交換板６との間をシールする密封部材７とを備える。
　熱媒体導入口２から導入された熱媒体は、温調機構３内を通過し、熱媒体排出口４から排出される。
　金属繊維シート１０は、金属繊維単独で構成されていてもよいが、金属繊維以外の成分を含んで構成されていてもよい。
　金属繊維の金属成分としては、銅、ステンレス、鉄、アルミニウム、ニッケル、クロム及び貴金属等を例示することができるが、これらのうち、銅、ステンレス及びアルミニウムが好ましく、特に銅が好ましい。
　銅繊維は、剛直性と塑性変形性とのバランスに優れているからである。
　なお、貴金属としては、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム及びオスミウムを例示することができる。
　また、金属繊維シート１０に含まれる金属繊維以外の成分としては、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：Poly-Ethylene　Terephthalate）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Poly-Vinyl　Alcohol）、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Poly-Vinyl　Chloride）、ポリアミド及びアクリル、並びに繊維状物に結着性及び担持性を付与する有機物を例示することができる。
　特に、金属繊維シート１０が、複数の金属繊維がランダムに交絡した不織布であるため、これらの有機物のいずれか一つ又は複数を含むことで、金属繊維シート１０の作製時における形態維持性及び機能性を補助し、又は向上させることができる。
　金属繊維シート１０において、隣接する複数の金属繊維間は、結着されていることが好ましい。
　すなわち、金属繊維シート１０において、複数の金属繊維は物理的に固定され、複数の金属繊維間に結着部を形成していることが好ましい。
　金属繊維シート１０は、複数の金属繊維が結着部で直接固定されていてもよいし、間接的に固定されていてもよいが、金属繊維シート１０を構成している複数の金属繊維間の少なくとも一部には空隙が形成されていることが好ましい。
　金属繊維シート１０内にこのような空隙が形成されると、後述の熱媒体が金属繊維シート１０内に導入されやすくなるからである。
　また、この結着部において、複数の金属繊維間が焼結されていると、金属繊維シート１０の熱伝導性及び均質性が安定するため好ましい。
　複数の金属繊維間に形成される空隙は、金属繊維が交絡することにより形成されていてもよい。
　なお、金属繊維シート１０の空隙率は、３０％以上８０％以下であるとよく、好ましくは３０％以上６０％以下であり、より好ましくは３０％以上４０％以下とする。
　また、金属繊維シート１０の熱伝導率は、２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるとよく、好ましくは５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、より好ましくは１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、最も好ましくは２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
　また、金属繊維シート１０は、複数の金属繊維がランダムに交絡したシート状の不織布であればよい。
　金属繊維シート１０の坪量は、１０ｇ／ｍ２以上１０００ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
　金属繊維シート１０の坪量を１０ｇ／ｍ２以上とすると、冷却又は加熱効果を高めることができ、金属繊維シート１０の坪量を１０００ｇ／ｍ２以下とすると、金属繊維シート１０を軽量化することができる。
　ところで、金属繊維シート１０の金属繊維の平均繊維径が１μｍ未満であると、金属繊維の剛直性が低下し、金属繊維シート１０の製造に際してダマが生じやすくなり、金属繊維シート１０の熱伝導性及び均質性が安定しにくくなる。
　他方で、金属繊維シート１０の金属繊維の平均繊維径が３０μｍを超過すると、金属繊維の剛直性が過度に高くなるため、交絡しにくくなる。
　そのため、金属繊維シート１０の金属繊維の平均繊維径は、好ましくは１μｍ以上３０μｍ以下とし、２μｍ以上２０μｍ以下とすることが特に好ましい。
　また、金属繊維シート１０が、複数の金属繊維がランダムに交絡した不織布である場合、金属繊維シート１０の金属繊維の平均繊維長は、金属繊維シート１０の熱伝導性及び均質性を安定させるために、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。
　また、金属繊維シート１０の金属繊維のアスペクト比が３３未満であると、金属繊維が交絡しにくくなる。
　他方で、金属繊維シート１０の金属繊維のアスペクト比が１００００を超過すると、金属繊維シート１０の均質性が低下する。
　そのため、金属繊維のアスペクト比は、３３以上１００００以下であることが好ましい。
　また、金属繊維シート１０の占積率が２％未満である場合には、熱媒体導入時の圧力損失が抑えられる一方で、繊維量が不足するため冷却又は加熱効果が低い。
　他方で、金属繊維シート１０の占積率が６５％を超える場合には、熱媒体導入時の圧力損失が高い。
　そのため、金属繊維シート１０の占積率は、２％以上が好ましく、４％以上がより好ましく、５％以上が特に好ましく、６５％以下が好ましく、６０％以下がより好ましい。
　また、金属繊維シート１０の均質性を高めるために、金属繊維シート１０の１ｃｍ２あたりのＪＩＳ　Ｚ８１０１に規定する坪量の変動係数であるＣＶ値は、１０％以下であることが好ましい。
　収容体５は、金属繊維シート１０を収容する、断熱された構造体である。
　収容体５の材料としては、金属、セラミック及び樹脂を例示することができる。
　ここで、金属材料としては、ステンレス、銅及びアルミニウムを例示することができる。
　また、セラミック材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、炭化珪素、窒化珪素及び窒化アルミニウムを例示することができる。
　また、樹脂材料としては、ポリアクリル酸樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール樹脂を例示することができる。
　収容体５は、上記の材料によって形成された後に、ロックウール等を用いて断熱される。
　熱交換板６は、一主面に温度調節対象面を含み、この温度調節対象面の裏面において金属繊維シート１０に接し、この温度調節対象面と金属繊維シート１０との間の熱交換を行う部材である。
　熱交換板６の材料としては熱伝導性が高い材料を用いることが好ましく、熱伝導性が高い材料としては、ステンレス、銅及びアルミニウムを例示することができる。
　また、熱交換板６上に金属繊維シート１０が接した状態で焼結工程を経ると、金属繊維シート１０と熱交換板６とが結着するため好ましい。
　金属繊維シート１０と熱交換板６とが結着すると、金属繊維シート１０と熱交換板６との間において熱が伝導しやすくなるからである。
　焼結工程は、減圧焼結炉を用いて不活性ガス雰囲気下において行われることが好ましい。
　また、金属繊維シート１０は表面平滑性が高いため、金属繊維シート１０と熱交換板６との間の熱の授受能力を高くすることができる。
　密封部材７は、収容体５と熱交換板６との間を接合する接合材により形成された部材である。
　このような接合材としては、金属接合材又は有機接合材を用いることができる。
　金属接合材としては、銀ロウ、リン銅ロウ、半田及び銅箔を例示することができる。
　金属接合材は、熱伝導率５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とし、厚さは１００μｍ以下とすることが好ましい。
　有機接合材としては、熱硬化性の、エポキシ、ウレタン及びシリコーン等を例示することができる。
　有機接合材は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満と低いため、熱伝導性の観点からは薄くすることが好ましく、その厚さは２０μｍ以下とすることが好ましい。
　密封部材７は、例えば、金属繊維シート１０と熱交換板６とが結着した部材上に収容体５が載置された状態で、焼結又は熱硬化反応によって熱交換板６と収容体５を接合することが好ましい。
　このように、熱の授受能力が従来よりも高い金属繊維シート１０を用いることで、熱交換力の高い温調ユニット１を得ることができる。
　以上説明したように、温調ユニットの温度調節対象面との間の熱の授受能力が従来よりも高い金属繊維シートを得ることができる。
　そのため、従来よりも熱交換力の高い温調ユニットを得ることができる。
　ただし、本実施形態に係る金属繊維シートは温調ユニットに備えられるものに限定されない。
　図４は、本実施形態に係る金属繊維シート１０の適用例を示す図である。
　図４には、被温度調節体８と、熱交換器９と、金属繊維シート１０とが示されており、熱交換器９上に金属繊維シート１０が配置され、金属繊維シート１０上に被温度調節体８が配置されている。
　図４に示す被温度調節体８としては、ＩＣ（Integrated　Circuit）チップを例示することができる。
　なお、熱交換器９は、特定の構成に限定されるものではなく、ヒートシンクであってもよいし、熱伝導性を有した部材であってもよい。
　ここで、熱伝導性を有した部材としては、ＩＣチップが実装される基板を例示することができる。
　金属繊維シート１０は、被温度調節体８と熱交換器９との間に配置されている。
　金属繊維シート１０は、図２を参照して説明した通りであるが、外部繊維層１１を第１外部繊維層とし、外部繊維層１３を第２外部繊維層とする。
　すなわち、金属繊維シート１０は、繊維の形状が維持されて、空隙を有する多孔質体によって形成された内部繊維層１２と、内部繊維層１２に接する第１外部繊維層である外部繊維層１１と、内部繊維層１２を基準として外部繊維層１１とは反対側に設けられた内部繊維層１２に接する第２外部繊維層である外部繊維層１３と、を有する。
　また、複数の繊維１４によって形成される平面部を第１平面部（図２に示す平面Ａ）とし、複数の繊維１５によって形成される平面部を第２平面部（図２に示す平面Ｂ）とする。
　また、外部繊維層１１のうち最表面に存在する複数の繊維１４の各々は平面部を有し、外部繊維層１３のうち最表面に存在する複数の繊維１５の各々は平面部を有する。
　そして、第１平面部は、略同一平面上に存在して被温度調節体８に接し、第２平面部は、略同一平面上に存在して熱交換器９に接する。
　図４に示すように、金属繊維シート１０が被温度調節体８と熱交換器９との間に配置されることで、被温度調節体８と金属繊維シート１０との間及び熱交換器９と金属繊維シート１０との間の密着性が向上し、被温度調節体８と熱交換器９との間の熱の授受能力が高まるとともに、内部繊維層１２が被温度調節体８と熱交換器９との熱膨張差を吸収することができる。
　ただし、本実施形態に係る金属繊維シート１０の適用例は図４に示す形態に限定されない。
　図５は、本実施形態に係る金属繊維シート１０の他の適用例を示す図である。
　図５には、被温度調節体８と、熱交換器９と、金属繊維シート１０とが示されており、被温度調節体８上に金属繊維シート１０が配置され、金属繊維シート１０上に熱交換器９が配置されている。
　図５に示す被温度調節体８としては、モータを例示することができる。
　なお、熱交換器９は、特定の構成に限定されるものではなく、ヒートシンクであってもよいし、熱伝導性を有した部材であってもよい。
　ここで、熱伝導性を有した部材としては、モータを収納するハウジングを例示することができる。
　図５においても図４と同様に、被温度調節体８と金属繊維シート１０との間及び熱交換器９と金属繊維シート１０との間の密着性が向上し、被温度調節体８と熱交換器９との間の熱の授受能力が高まるとともに、内部繊維層１２が被温度調節体８と熱交換器９との熱膨張差を吸収することができる。
　本実施例では、上述の実施形態において説明した金属繊維シートと、参考例である金属繊維シートとを作製し、その特性を比較した結果について説明する。
　試料１は、プレス工程を経ることなく作製されたものであって、秤量３０３ｇ／ｍ２、厚さ１０１９μｍ、平滑面積比率７．２％である。
　試料２は、平判プレス工程を経て作製されたものであって、秤量１５１ｇ／ｍ２、厚さ９０μｍ、平滑面積比率５．７％である。
　試料３は、平判プレス工程を経て作製されたものであって、秤量３０４ｇ／ｍ２、厚さ９０μｍ、平滑面積比率５．７％である。
　試料４は、圧延法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量１５４ｇ／ｍ２、厚さ４６μｍ、平滑面積比率４０．４％である。
　試料５は、圧延法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量３０６ｇ／ｍ２、厚さ５２μｍ、平滑面積比率６９．４％である。
　試料６は、圧延法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量１７６ｇ／ｍ２、厚さ２３μｍ、平滑面積比率６２．９％である。
　試料７は、圧延法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量３１０ｇ／ｍ２、厚さ６６μｍ、平滑面積比率２９．６％である。
　試料８は、圧延法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量１５２ｇ／ｍ２、厚さ４２μｍ、平滑面積比率７８．６％である。
　試料９は、圧延法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量３０３ｇ／ｍ２、厚さ７０μｍ、平滑面積比率６３．３％である。
　試料１０は、カレンダー法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量３０１ｇ／ｍ２、厚さ１０８μｍ、平滑面積比率３０．０％である。
　試料１１は、カレンダー法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量３０２ｇ／ｍ２、厚さ１１０μｍ、平滑面積比率３０．２％である。
　試料１２は、カレンダー法による表面平滑化処理を経て作製されたものであって、秤量６０３ｇ／ｍ２、厚さ１２７μｍ、平滑面積比率２２．９％である。
　試料１～３は参考例であり、試料４～１２は実施例である。
　なお、試料１～１２のすべてにおいて、金属繊維シートに適用される金属繊維は、銅繊維であり、その平均繊維径は２０μｍであり、平均繊維長は５ｍｍである。
　ここで、銅繊維は純銅により形成されているが、この純銅は、より詳細には銅合金番号Ｃ１１００のタフピッチ銅である。
　ここで、実用上有用な熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
　熱伝導率は、平滑面積比率と相関があり、熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とするためには、平滑面積比率２０％以上とする。
　上述したように、参考例である試料１～３は、平滑面積比率２０％未満であり、実施例である試料４～１２は、平滑面積比率２０％以上である。
　なお、平滑面積比率は、最表面の面積に対する、外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の平面部が占める割合によって表される。
　このように、本発明を適用した実施例においては、実用上有用な熱伝導率とすることができる。
　ここで、本実施例における熱伝導率の算出方法について説明する。
　熱伝導率の算出に際しては、まず、熱拡散率の測定を行った。
　熱拡散率の測定は、アイフェイズ社製の超高感度薄膜用熱拡散率測定装置ａｉ－Ｐｈａｓｅ　Ｍｏｂｉｌｅ　１ｕを用いて周期加熱法によって行った。
　まず、マイクロヒーターと温度センサとの間に測定対象の金属繊維シートを挟み込み、一定の周期で金属繊維シートを加熱し、温度波を発生させた。
　金属繊維シートの厚さ方向に通過した温度波に着目すると、温度の振幅は減衰し、周期は一定のままで温度の正弦波に位相ズレΔθが生じた。
　位相ズレΔθは、測定対象である金属繊維シートの熱拡散率が高いと小さくなり、熱拡散率が低いと大きくなり、下記の式（１）が成立する。
　なお、ここで、周波数ｆは温度波の周波数であり、熱拡散率αは測定対象の金属繊維シートの熱拡散率であり、厚さｄは測定対象の金属繊維シートの厚さである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の式（１）より、温度波の位相ズレΔθと周波数ｆの平方根は直線関係にあり、Δθ－√ｆの傾き及び金属繊維シートの厚さにより、測定対象である金属繊維シートの熱拡散率が算出される。
　そして、算出された熱拡散率と、金属繊維シートの比熱と、金属繊維シートの密度との積から、熱伝導率＝熱拡散率×比熱×密度を算出した。
　また、他方では、本発明を適用した実施例の断面写真と参考例の断面写真とを比較すると両者の間には形状に差異がある。
　図６～１７の各々は、この順に、試料１～１２の各々の断面ＳＥＭ像を示す図である。
　ここで、図６～１７の各々について、各試料を次のように評価した。
　まず、金属繊維シートの最も外側に存在する第１の繊維と、次に外側に存在する第２の繊維とを結ぶ基準線を引く。
　次に、基準線から各金属繊維シートの内面側５μｍの位置に基準線と平行な第１の評価線を引き、基準線から各金属繊維シートの内面側１０μｍの位置に基準線と平行な第２の評価線を引く。
　第１の評価線上において繊維が存在する割合と、第２の評価線上において繊維が存在する割合とを評価線上の繊維占有率として算出する。
　このように算出した繊維占有率によって評価すると、参考例である試料１～３は、繊維占有率２０％未満であり、実施例である試料４～１２は、繊維占有率２０％以上である。
　このような手法によっても、参考例と本発明を適用した実施例とを切り分けることが可能である。
　以上、本実施例にて説明したように、本発明によれば、実用上有用な熱伝導率の金属繊維シートを得ることができる。
１　温調ユニット
２　熱媒体導入口
３　温調機構
４　熱媒体排出口
５　収容体
６　熱交換板
７　密封部材
８　被温度調節体
９　熱交換器
１０　金属繊維シート
１１，１３　外部繊維層
１２　内部繊維層
１４，１５　繊維

Claims (5)

  1. 　繊維の形状が維持されて、空隙を有する多孔質体によって形成された内部繊維層と、
    　前記内部繊維層を挟持する外部繊維層と、を有し、
    　前記外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の各々は平面部を有し、
    　前記複数の繊維の前記平面部は、略同一平面上に存在する金属繊維シート。
  2. 　前記最表面の面積に対する、前記外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の平面部が占める割合である平滑面積比率が２０％以上１００％未満である請求項１に記載の金属繊維シート。
  3. 　乾式法、又は湿式抄造法により抄紙されることで得られた湿体シートをドライヤー工程により乾かすことで、表面未処理の金属繊維シートを得ることと、
    　前記表面未処理の金属繊維シートを、段階的に狭められた複数の圧延ロール間で移動させて表面平滑化処理を行うことと、を含む請求項１又は請求項２に記載の金属繊維シートの作製方法。
  4. 　外部から熱媒体を導入する熱媒体導入口と、
    　前記熱媒体導入口からの前記熱媒体が通過する温調機構と、
    　前記温調機構から外部に前記熱媒体を排出する熱媒体排出口と、を有し、
    　前記温調機構は、
    　請求項１又は請求項２に記載の金属繊維シートと、
    　前記金属繊維シートを収容する収容体と、を備える温調ユニット。
  5. 　被温度調節体と熱交換器との間に配置される金属繊維シートであって、
    　繊維の形状が維持されて、空隙を有する多孔質体によって形成された内部繊維層と、
    　前記内部繊維層に接する第１外部繊維層と、
    　前記内部繊維層を基準として前記第１外部繊維層とは反対側に設けられた前記内部繊維層に接する第２外部繊維層と、を有し、
    　前記第１外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の各々は第１平面部を有し、
    　前記第２外部繊維層のうち最表面に存在する複数の繊維の各々は第２平面部を有し、
    　前記複数の繊維の前記第１平面部は、略同一平面上に存在して前記熱交換器に接し、
    　前記複数の繊維の前記第２平面部は、略同一平面上に存在して前記被温度調節体に接する金属繊維シート。
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