カーボングラファイトシート

【課題】酸素や水蒸気によって劣化して寸法安定性が変化したり抵抗値が不安定になったりすることを防止するようにした放熱シートあるいは面状発熱体を提供する。
【解決手段】グラファイトシート１６をそれぞれ液晶ポリマから成る上下一対の絶縁フィルム２１、２２によって包囲し、しかも歯付きリング２５と受金２７とによって所定の位置に端子を形成したものである。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカーボングラファイトシートに係り、とくに面状をなすカーボングラファイトから成り、表面に高分子フィルムを接合して成るカーボングラファイトシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【従来の技術】
炭素はダイヤモンド、グラファイト（黒鉛）、および無定形炭素の形態で安定に存在する。この内とくにグラファイトは黒色不透明であって六方晶系の結晶構造を有し、電気および熱の導体である。
【０００３】
このようなグラファイトは天然に存在する。そしてこのような天然のグラファイトを圧延することによってグラファイトシートが得られる。またアクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。シート状のグラファイトは柔軟性および圧縮弾性があり、しかも相手材となじみがよいために、ガスケットやパッキンの原料として広く利用されている。
【０００４】
またグラファイトシートは所定の抵抗値を有するシートである。従ってこのようなグラファイトシートの中に電流を流すとジュール熱が発生して発熱する。従ってこのようなジュール熱による発熱を利用した面状発熱体として用いることが可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところがカーボングラファイトは一般に酸素と反応し易く、これによって劣化を生じ、形状が変化したり寸法安定性が悪化したりする。そしてやがてぼろぼろになって破壊する。またカーボングラファイトシートは大気中に放置すると、大気中に含まれる水蒸気を含浸して抵抗値が変化する。すなわち大気と接触すると水分を吸収して抵抗値が不安定になる問題がある。
【０００６】
上記のような問題点に鑑みてカーボングラファイトシートを高分子フィルムで包囲することが考察される。ところが通常の高分子フィルムはガス、とくに酸素や水蒸気を透過する性質を有しており、このために必ずしも包囲されたカーボングラファイトシートの劣化を確実に防止することができない問題がある。またカーボングラファイトシートを高分子フィルムによって包囲すると、包囲フィルムが帯電して静電気を発生する問題がある。このような静電気を逃がすためには端子を設けなければならないが、従来は適当な端子手段がなかった。またカーボングラファイトシートを用いて面状発熱体とする場合には、給電用の端子を必要とする。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、高分子フィルムで包囲したときに内部のカーボングラファイトシートが劣化することが防止され、また包囲されたフィルムが帯電した場合に静電気を確実に逃がすことができ、あるいはまた面状発熱体として用いる場合における給電用端子を設けるようにしたカーボングラファイトシートを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の主要な発明は、面状をなすカーボングラファイトから成り、表面に高分子フィルムを接合して成るカーボングラファイトシートにおいて、
表面に接合される高分子フィルムが耐熱フィルムであることを特徴とするカーボングラファイトシートに関するものである。
【０００９】
ここで前記耐熱フィルムが液晶ポリマであることが好適である。また前記カーボングラファイトを貫通するように歯付きリングを取付け、該歯付きリングの歯を変形させて反対側の面に取付けられる受金の溝に係合させることが好適である。また放熱シートとして用いられるとともに、前記歯付きリングと前記受金とが静電気を逃がすための端子として用いられることが好ましい。また面状発熱体として用いられるとともに、前記歯付きリングと前記受金とが給電用端子として用いられることが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本願の発明を図示の実施の形態によって説明する。図１は本願の第１の実施の形態に係る放熱シート１４を示すものである。放熱シート１４はグラファイトシート１６の上下にそれぞれ絶縁フィルム２１、２２を接合し、これらのフィルム２１、２２によってグラファイトシート１６を包囲した形態をなしている。
【００１１】
グラファイトシート１６は天然の黒鉛を圧延してシート状に構成したものである。なおグラファイトシート１６の表面には互いに平行に無数の筋が形成されることが好適である。筋は所定の方向、例えばこの放熱シート１４の長さ方向あるいは幅方向に形成される。これによって放熱シート１４の屈曲時におけるグラファイトシート１６の破断が防止される。
【００１２】
このようなグラファイトシート１６を包囲する上下の絶縁フィルム２１、２２は液晶ポリマから構成される。
【００１３】
液晶ポリマには、溶液中で液晶性を示すリオトロピック液晶ポリマと、溶融状態で液晶性を示すサーモトロピック液晶ポリマがある。構造的にはパラフェニレンがつながることにより、高い軸比（分子の長さと幅の比、アスペクト比）をもった剛直鎖を形成する主鎖型液晶ポリマと、ビニルポリマ等の主鎖に側鎖として棒状の分子がぶら下がった側鎖型液晶ポリマがある。
【００１４】
ポリ（Ｐ−フェニレンテレフタルアミド）に代表されるプラスチック用液晶ポリマとしてはＸｙｄａｒとＶｅｃｔｒａが知られている。これらはガラス充填ＰＥＰに匹敵する引張り強度をもち、しかも優れた電気特性を示し、加工が容易である特徴をもっている。また溶融粘度が低く、加工に使われる剪断速度は温度に依存しない。Ｖｅｃｔｒａでは従来の射出成形機が用いられるが、Ｘｙｄａｒでは融点が高いので、機械の改良が必要となる。Ｘｙｄａｒは高温での性能に優れている。マイクロ波を吸収せず、熱変形温度も高いので、Ｘｙｄａｒは電子レンジに使える食器として好適に用いられる。また電気特性がよく、成形収縮が小さいので、電気、電子部品への応用にも適したものである。耐化学薬品性が要求される蒸留塔用のパッキンとして、１種類のＶｅｃｔｒａで数種類の高価な金属部品を代替できるとされている。本実施の形態においては、ポリプラスチック株式会社製のＶｅｃｔｒａが上記絶縁フィルム２１、２２として用いられている。
【００１５】
絶縁フィルム２１、２２はその寸法が包囲するグラファイトシート１６よりも大きくなっており、このために図２に示すように、グラファイトシート１６の周縁部においては上下の絶縁フィルム２１、２２が直接接合され、これによってグラファイトシート１６を完全に包囲している。また必要に応じて一方の絶縁フィルム２２の下面に離型紙２３が接合される。これは絶縁フィルム２２を介して対象物の表面に接合する際の接着剤を保護するためのものであって、接着する際に離型紙２３を剥離するようになっている。
【００１６】
このようにグラファイトシート１６の上下の面をそれぞれ液晶ポリマから成る絶縁フィルム２１、２２によって包囲すると、グラファイトシート１６の完全な絶縁が図られるとともに、絶縁フィルム２１、２２が耐熱性を有するために、耐熱性を有する放熱シートが提供される。また絶縁フィルム２１、２２に接着層を形成することによって、所定の対象物に任意に接合することができる。
【００１７】
グラファイトシート１６を包囲している絶縁フィルム２１、２２は液晶ポリマから構成され、各種のガス、とくに酸素や水蒸気を透過しないために、包囲されたグラファイトシート１６が劣化を生ずることがなく、寸法安定性の高い放熱シート１４になる。また絶縁フィルム２１、２２が耐薬品性を有しているために、放熱シート１４も耐薬品性を生ずることになる。また耐熱フィルム２１、２２は絶縁性が良好であってしかも無毒であり、難燃性を有しているために、このような性質を具備する放熱シート１４が得られる。
【００１８】
このような放熱シート１４は各種の放熱手段として用いられる。例えば半導体デバイス等の電子部品の表面に接触させることによって、この半導体素子が発生する熱を奪って放熱させることが可能になる。
【００１９】
次にこのような放熱シート１４の表面に発生する静電気を逃がすための端子の構造について説明する。端子は図３に示す歯付きリング２５と図４に示す受金２７とから組立てられる。ここで歯付きリング２５はほぼリング状をなし、しかも内周側のエッジの部分に円周方向に沿って複数の、例えば５つのほぼ直角三角形状をなす歯２６を備えている。これに対して受金２７は中心部に貫通孔を有するとともに、外周側の部分に内側へ巻込まれた溝２８が形成されている。
【００２０】
図５および図６はこのような歯付きリング２５と受金２７とによってグラファイトシート１６を包囲した放熱シート１４に端子を形成する動作を示している。すなわち放熱シート１４に対してその両側に歯付きリング２５と受金２７とを配し、歯付きリング２５の歯２６を放熱シート１４を貫通させて受金２７の溝２８に図６に示すように係合させる。すなわち歯付きリング２５の歯２６を受金２７の溝２８の中に挿入するように変形させる。これによって歯付きリング２５の歯２６が放熱シート２６を貫通した状態で歯付きリング２５と受金２７とが放熱シート１６の両面において互いに結合される。
【００２１】
このような歯付きリング２５と受金２７とから成る端子によって図７および図８に示すようにしてアースをとることができる。すなわち上記歯付きリング２５と受金２７の中心部を貫通するようにビス４８を挿通させる。そしてこのビス４８をプリント基板３２を貫通させるとともに、このプリント基板３２の反対側からナット４９を螺着する。これによって上記歯付きリング２５はワッシャ４７、ビス４８、ナット４９を介してプリント基板３２の導体配線３３に電気的に接続される。従ってこのことから、放熱シート１４の絶縁フィルム２１、２２で発生した静電気がワッシャ４７、ビス４８、ナット４９、プリント基板３２の導体配線３３を通してアース側に流れることになり、これによって放熱シート１４に発生した静電気を放電することが可能になる。また端子を構成する歯付きリング２５の歯が放熱シート１４を貫通して噛込んでいるので、端子が回転したり外れたりすることがない。
【００２２】
図９および図１０は上述のようなビス４８やナット４９を用いることなく、これに代えて端子板３４によってアースをとるようにしたものである。すなわち放熱シート１４の上面に歯付きリング２５を、下面に受金２７をそれぞれ配し、このような状態で歯付きリング２５の歯２６を放熱シート１４を貫通させ、下側の受金２７の溝２８に係合させる。そしてこの後に上記歯付きリング２５および受金２７の中心部を貫通するように端子板３４の筒状接続部３５を放熱シート１４を貫通させる。筒状接続部３５はその先端側の部分が開いて上記受金２７の下面に圧着されるために、これによって端子板３４が受金２７に電気的に接続される。
【００２３】
従ってリード線３７を半田３８によって端子板３４に半田付けすればよい。これによって放熱シート１４の絶縁フィルム２１、２２の表面に生ずる静電気が歯付きリング２５、受金２７、端子板３４およびリード線３７を介して放電されるようになる。
【００２４】
図１１および図１２は突部４１を中心部に備える受金２７を用いてアースをとるようにした構造を示している。ここでは歯付きリング２５の歯２６を受金２７の溝２８に圧入するようにして変形させる。そしてこの後に上記歯付きリング２５とプリント基板３２の導体配線３３とを半田付けすることによって、受金２７および歯付きリング２５を介して放熱シート１４の絶縁フィルム２１、２２で発生した静電気をプリント基板３２の導体配線３３を通してアースに落すことが可能になる。
【００２５】
次に面状発熱体に適用した実施の形態を図１３〜図１５によって説明する。この実施の形態は所定の形状に打抜かれたグラファイトシート１６を上下の液晶ポリマから成る絶縁フィルム２１、２２によって挟着して面状発熱体としたものである。ここで屈曲するように打抜かれたグラファイトシート１６の一方の端部には銅箔等の導体金属シート１７が接合される。そしてグラファイトシート１６の端部と導体金属シート１７の端部とにはそれぞれ電極が設けられる。
【００２６】
これらの電極が歯付きリング２５と受金２７とによって構成されてよい。すなわちグラファイトシート１６を上下の絶縁フィルム２１、２２によって挟んで成る面状発熱体１５の端部であってその所定の位置に歯付きリング２５と受金２７とから成る端子が形成され、この端子にリード線３７を接続する。従ってこの場合には、上記の端子を通してリード線２７によってこの面状発熱体１５のグラファイトシート１６に通電が行なわれ、ジュール熱によって発熱する。すなわちここでは面状発熱体１５それ自体が発熱手段として用いられる。なおここで上記歯付きリング２５および受金２７の構成は上記放熱シート１４におけるそれらと同様の構成であってよい。
【００２７】
図１６および図１７は別の実施の形態の面状発熱体を示している。すなわちほぼ正方形をなすグラファイトシート１６を所定の形状に打抜くとともに、その上下にそれぞれグラファイトシート１６よりも一回り大きな絶縁フィルム２１を接合して面状発熱体１５としたものである。ここでは一方の、例えば上側の絶縁フィルム２１を取外して内部を示している。ここで図１６に示すように、グラファイトシート１６の互いに対向する両端にそれぞれ上記歯付きリング２５と受金２７とから成る端子が設けられ、これらの端子を通してグラファイトシート１６に対して通電が行なわれる。従ってここではグラファイトシート１６の全体が発熱する。
【００２８】
図１７はグラファイトシート１６の所定の位置にスリット４５を形成し、これによって電流の流れが所定の流れとなるようにしており、その右端であってスリット４５を挟むように一対の端子を歯付きリング２５と受金２７とによって設けるようにしている。このような構造においても、上下の絶縁フィルム２１、２２によって挟着されたグラファイトシート１６それ自体が発熱し、これによって面状発熱体が構成される。ここでもグラファイトシート１６は上下の液晶ポリマから成る絶縁フィルム２１、２２によって包囲されるために、グラファイトシート１６が劣化して寸法安定性が悪化することがない。また水分を吸収して抵抗値が不安定になる不具合が防止される。これによって安定的に発熱が行なわれるようにした面状発熱体が提供される。
【００２９】
以上本願に含まれる発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願に含まれる発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願に含まれる発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態における放熱シート１４あるいは面状発熱体１５の外皮を構成する絶縁フィルム２１、２２は液晶ポリマから構成されているが、液晶ポリマに代えて耐熱性ポリエステル、その他各種の耐熱性樹脂フィルムを用いることが可能である。また上記実施の形態における放熱シート１４あるいは面状発熱体１５の本体部を構成するグラファイトシート１６の打抜き形状については各種の形状に変更可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本願の主要な発明は、面状をなすカーボングラファイトから成り、表面に高分子フィルムを接合して成るカーボングラファイトシートにおいて、表面に接合される高分子フィルムを耐熱フィルムとしたものである。
【００３１】
従ってこのようなカーボングラファイトによれば、とくに耐熱フィルムによってカーボングラファイトシートに耐熱性が付与される。そして耐熱フィルムとしてとくに液晶ポリマを用いると、酸素や水分を透過しなくなるためにカーボングラファイトの劣化が防止されて寸法安定性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】放熱シートの分解斜視図である。
【図２】同組立てた状態の縦断面図である。
【図３】端子を構成する歯付きリングの斜視図および平面図である。
【図４】端子を構成する受金の斜視図および平面図である。
【図５】端子の形成を示す要部斜視図である。
【図６】形成された端子の構造を示す縦断面図である。
【図７】端子が取付けられた放熱シートの要部斜視図である。
【図８】端子によってプリント基板に固定した状態の縦断面図である。
【図９】端子板と組合わせた端子の取付けを示す要部斜視図である。
【図１０】同組立てた状態の縦断面図である。
【図１１】端子の取付けを示す要部斜視図である。
【図１２】端子の取付けを示す要部縦断面図である。
【図１３】面状発熱体の分解斜視図である。
【図１４】上側の絶縁フィルムを取除いた面状発熱体の平面図である。
【図１５】面状発熱体の縦断面図である。
【図１６】別の実施の形態の面状発熱体の上側の絶縁フィルムを除いた状態の平面図である。
【図１７】変形例に係る面状発熱体の上側の絶縁フィルムを除いた状態の平面図である。
【符号の説明】
１４　放熱シート
１５　面状発熱体
１６　グラファイトシート
１７　導体金属シート
２１、２２　絶縁フィルム
２３　離型紙
２５　歯付きリング
２６　歯
２７　受金
２８　溝
３２　プリント基板
３３　導体配線
３４　端子板
３５　筒状接続部
３６　長円形の穴
３７　リード線
３８　半田
４１　突部
４５　スリット
４７　ワッシャ
４８　ビス
４９　ナット

【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状をなすカーボングラファイトから成り、表面に高分子フィルムを接合して成るカーボングラファイトシートにおいて、
表面に接合される高分子フィルムが耐熱フィルムであることを特徴とするカーボングラファイトシート。
【請求項２】
前記耐熱フィルムが液晶ポリマであることを特徴とする請求項１に記載のカーボングラファイトシート。
【請求項３】
前記カーボングラファイトを貫通するように歯付きリングを取付け、該歯付きリングの歯を変形させて反対側の面に取付けられる受金の溝に係合させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカーボングラファイトシート。
【請求項４】
放熱シートとして用いられるとともに、前記歯付きリングと前記受金とが静電気を逃がすための端子として用いられることを特徴とする請求項３に記載のカーボングラファイトシート。
【請求項５】
面状発熱体として用いられるとともに、前記歯付きリングと前記受金とが給電用端子として用いられることを特徴とする請求項３に記載のカーボングラファイトシート。

【図１】