放熱構造体
【課題】軽量、かつ、高い放熱性能を持った放熱構造体を実現すること。
【解決手段】発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２であることを特徴とする放熱構造体。
【解決手段】発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２であることを特徴とする放熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＥＬ素子等）、能動受光素子（ＣＣＤ等）、中央演算装置（ＣＰＵ）、画像演算装置（ＧＰＵ）、インバータ素子（ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等）、モーター類、ヒーター素子等、発熱を伴うデバイス類の実装された機器、器具等の放熱対策として用いられる放熱構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子／電気機器の中には発熱密度の高いデバイス（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＣＰＵ、ＭＰＵ等）が多数実装されており、これらデバイス駆動に高い信頼性を確保するための温度コントロール、すなわち放熱対策が極めて重要になってきている。
これらの放熱対策としては、熱伝導率の高い金属（銅、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）を押出成形法やダイキャスト成形法等を用いて成形してなる放熱構造体（フィン型ヒートシンク等）を発熱源近傍に配して、外界空気に効率的に熱放散する経路設計を行うことが一般的であった。（例えば特許文献１〜３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１５９０１２号公報
【特許文献２】特開平１０−０９２９８６号公報
【特許文献３】特開２００４−０７１５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら従来の放熱対策は、高い放熱性能を実現する上で、放熱面積確保のために外寸法及び容積が増大してしまったり、比重の大きい金属を使用しているために重量が増大してしまったりする課題がある。本発明はこれらの事情に鑑み、軽量、かつ、高い放熱性能を持った放熱構造体を実現することを課題として、為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２であることを特徴とする放熱構造体である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の放熱構造体は、軽量、かつ、高い放熱性能を実現することができ、重量制限のある機器類の放熱対策に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図２】本発明の放熱構造体と発熱体の接触部の一例（正面からみた断面図）
【図３】本発明の放熱構造体のＬＥＤ照明具への応用例（正面からみた断面図）
【図４】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図５】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図６】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図７】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図８】本発明の放熱構造体中の凹凸部形状の一例（正面図・上面・側面から見た断面図）
【図９】本発明の放熱構造体中の凹凸部形状の一例（正面図・上面・側面から見た断面図）
【図１０】本発明の放熱構造体中の凹凸部形状の一例（正面図・上面・側面から見た断面図）
【図１１】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１２】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・電気絶縁層部の断面図）
【図１３】本発明の放熱構造体中のフィン凹凸部の各部寸法に関する説明図（上面からみた断面図）
【図１４】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１５】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１６】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１７】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１８】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について順次詳述する。
［放熱構造体］
本発明の放熱構造体は少なくともその一部が発熱体近傍に配置され、その接触面から発熱体の熱が伝達された後、放熱構造体を通じて熱を輸送し、最終的に放熱構造体の表面から外部空気等に熱を放散する機能を有する構造体である。本発明の放熱構造体の好ましい態様であるＬＥＤ素子の放熱筐体として用いるケースで説明すると、ＬＥＤ実装基板側から一旦放熱筺体内部へ放熱された熱を、本発明の放熱構造体を通じて輸送し、その表面から外部空気等に熱を放散するものである。発熱体と放熱構造体の接触面積を増やすことにより、発熱体と放熱構造体の界面の伝熱性を高めることができ、また、放熱構造体と外気との接触面積を増やすことにより、放熱構造体と外気の界面の伝熱性を高めることができ、優れた放熱性能を示す。一方で、それらを実現するためには、接触面積確保のために外寸法及び容積が増大してしまうために、放熱構造体には比重の小さい材料を使用することが好ましい。
【０００９】
従って、本発明の放熱構造体は、発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２である。なお、ここでいう発熱量Ｑ［Ｗ］とは発熱デバイスの消費電力［Ｗ］の内、伝導熱に変換された熱量であり、予め発熱デバイス固有の変換率を調べておくことで、算出することができる。
【００１０】
本発明の放熱構造体は、比重が１．０以上２．０以下の熱伝導性樹脂組成物を材料とする。比重が１．０未満の場合は、実質的に後述する熱伝導性フィラーが熱伝導性樹脂組成物内に殆ど混合されていない状態であり、十分な放熱性を得ることができない。また、比重が２．０より大きい場合は、放熱構造体の重量が大きくなり過ぎて、軽量化の要求に応えることができない。比重は好ましくは１．２以上１．８以下、より好ましくは１．３以上１．７以下である。なお、熱伝導性樹脂組成物の詳細については後述する。
【００１１】
本発明の放熱構造体は、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２である。Ｓ１が１ｃｍ２未満の場合は、発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が小さく、接触面の熱抵抗が大きくなり過ぎるため、十分な放熱性を得ることができない。また、Ｓ１が１０ｃｍ２より大きい場合は、実質的に放熱構造体の重量が大きくなってしまうため、軽量化の要求に応えることができないことがある。発熱量１Ｗに対するＳ１は、好ましくは２ｃｍ２以上９ｃｍ２以下、より好ましくは３ｃｍ２以上８ｃｍ２以下である。
【００１２】
本発明の放熱構造体は、接触部が発熱体の少なくとも一部と接触するように配されているが、発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が本発明の範囲内であれば、接触部の形状は特に限定はなく、多種の形状が可能である。より具体的に幾つかの例を挙げると、図１、４、５はドーナツ型の接触部を持った放熱構造体、図６、７は円盤型の接触部を持った放熱構造体である。また、接触部の形状は接触面の熱抵抗をさらに小さくするために、平坦であることが好ましい。さらに、発熱体と放熱構造体は、熱放熱グリース、放熱シート等を介して、接触面の熱抵抗をさらに小さくすることも好ましい。なお、ＬＥＤ素子のように発熱量に対して小さいデバイス、すなわち、接触面積が小さいデバイスからの熱を放熱する場合には、ＬＥＤ素子をアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で形成された面積の大きい基板に実装することで、ＬＥＤ素子からの発熱を基板上で均一化することができるため、このＬＥＤ実装基板を発熱体とみなす。
【００１３】
本発明の放熱構造体は、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２である。Ｓ２が１０ｃｍ２未満の場合は、発熱量１Ｗに対する外気との接触面積Ｓ２が小さく、放熱構造体の表面と外気との間の熱抵抗が大きくなり過ぎるため、十分な放熱性を得ることができない。また、Ｓ２が５０ｃｍ２より大きい場合は、実質的に放熱構造体の重量が大きくなってしまうため、軽量化の要求に応えることができないことがある。発熱量１Ｗに対するＳ２は、好ましくは１５ｃｍ２以上４５ｃｍ２以下、より好ましくは２０ｃｍ２以上４０ｃｍ２以下である。
【００１４】
本発明の放熱構造体は、発熱量１Ｗに対するＳ２が放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が本発明の範囲内であれば、形状に特に制約はないが、外気との接触面積Ｓ２を確保するために、必要に応じフィン形状を付与することが好ましい。外気との接触面積の増加割合は、フィンの凹凸部の形状、サイズ、形成密度等によって決定される。すなわち、凹部の谷幅、凸部の山幅、凸部の高さ、凹凸部の曲率（全体もしくは部分的に曲面が配される場合）等が主な支配要因となる。
【００１５】
高い放熱性能を実現するためには、フィンが凹凸を有する場合の凹部の平均谷幅は１〜２０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは２〜１０ｍｍ、さらに好ましくは３〜５ｍｍである。凹部の平均谷幅が１ｍｍ未満では、外気との伝熱においては、凹部が狭すぎるために十分な空気の対流が起こらないために、放熱効率が悪くなる。逆に２０ｍｍを超える場合は、放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２が十分な大きさとならず、十分な放熱性を得ることができない。なお、後述するが、凹部の形状パターンは特に限定はなく、多種の形状が可能である。その際、例えば凹凸の断面形状が三角形や半円形の連続であり最下部に平坦部分がない場合など、凹部の谷幅が連続的に変化する場合は、その凹部の谷幅の平均値を平均谷幅とする。
【００１６】
フィンが凹凸を有する場合の凸部の平均山幅は０．５〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．８〜４ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍである。凸部の平均山幅が０．５ｍｍ未満では、凸部の先端まで十分に伝熱が為されず、十分な放熱性が得られない。逆に５ｍｍを超える場合は、放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２が十分な大きさとならず、十分な放熱性を得ることができない。
【００１７】
凸部の平均高さは凹部の平均谷幅の１〜１０倍であることが好ましく、好ましくは２〜８倍、さらに好ましくは３〜６倍である。凸部の平均高さが凹部平均谷幅の１倍未満では、放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２が十分な大きさとならず、十分な放熱性が得られない。逆に１０倍を超える場合は、凹部で十分な空気の対流が起こりにくいために、放熱効率が悪くなる。なお、後述するが、凸部の形状パターンは特に限定はなく、多種の形状が可能である。その際、例えば突起断面形状が三角形や半円形といった凸部の山幅が連続的に変化する場合は、その凸部の山幅の平均値を平均山幅とする。
【００１８】
なお、フィンの凹凸部の形状や配列パターンは特に限定はなく、多種の形状、配列が可能である。凹凸部は連続的に連なった形でも、単独突起状でも良い。前者の場合、その配列方向は放熱構造体表面のいずれの方向でもよく、直線状に配列しても、曲線状に配列しても構わない。後者の場合、円柱形状、半球形状、多角形状等の一定の規則性を持って配列しても良いし、また規則性を持たずランダムに配列されてもよい。さらに、凹凸部の高さ、山幅、谷幅の寸法は連続的に変化させてもよい。より具体的に幾つかの例を挙げると、図８、９は連続直線型、図１０は単独突起型である。
【００１９】
放熱構造体の成形方法は特に限定はなく、多種の方法での成形が可能であるが、発熱体との接触部の平坦度、生産効率を鑑みると、射出成形法による成形が好ましい。
また、放熱構造体の外層または内層には、図１１、１２に例示するように、必要に応じて、電気絶縁層を設けることもできる。外層または内層を電気絶縁性の高い材料（特に体積抵抗が１０１１ｃｍ・Ω以上の層、より好ましくは体積抵抗が１０１３ｃｍ・Ω以上の層）で形成することによって、放熱構造体の電気的安全性が高まる（絶縁耐圧や静電耐圧の増大、漏れ電流低減等）ので用途に応じて好ましく用いられる。また、電気絶縁層は、より好ましくは熱伝導率の高い層であることが好ましく、少なくとも層内の一方向に対する熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、より好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００２０】
［熱伝導性樹脂組成物］
本発明の放熱構造体を形成する熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含有し、少なくとも一方向における熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ未満では放熱構造体内の熱抵抗が大きくなってしまい、十分な放熱性が確保できないことがある。熱伝導率は好ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率の上限は実質４０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２１】
本発明の放熱構造体の成形に好適な熱伝導性樹脂組成物としては、マトリクス樹脂１００体積部に対し、熱伝導性フィラーの含有量が１０〜２００体積部である樹脂組成物が好ましい。熱伝導性フィラーの含有量が１０体積部未満だと高い熱伝導性が得られ難い。逆に熱伝導性フィラーの含有量が２００体積部を超えると、熱伝導性フィラーを樹脂に分散させ、均一な熱伝導性樹脂組成物を得るのが困難になりやすく、また樹脂の流動性が不十分となりやすい。熱伝導フィラーの含有量は好ましくは２０〜１００体積部である。
【００２２】
熱伝導性フィラーとマトリクス樹脂との混合は、単軸型の溶融混練装置、二軸型の溶融混練装置等の公知の溶融混練装置を用いて実施できる。
熱伝導性フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛などの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属酸窒化物、炭化珪素などの金属炭化物、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属もしくは金属合金、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、ダイヤモンドなどの炭素材料などが挙げられ、２種類以上併用することも可能である。
【００２３】
熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率を高めるにはピッチ系黒鉛化短繊維を用いるのが好ましく、その中でもメソフェーズピッチを出発材料とした黒鉛結晶構造の非常に発達したピッチ系黒鉛化短繊維を用いることが特に好ましい。すなわち熱伝導性フィラーとして、主として、メソフェーズピッチを原料としたピッチ系黒鉛化短繊維を用いる放熱構造体が本発明の好ましい態様である。ここで主としてとは、全熱伝導性フィラー中、メソフェーズピッチが６０〜１００体積％、より好ましくは８０〜１００体積％である。黒鉛化短繊維の熱伝導性は黒鉛結晶の格子構造を伝播するフォノン振動に主に由来するため、熱伝導性を高めるには黒鉛結晶の結晶性を高めること、すなわち黒鉛結晶の格子構造ができるだけ欠陥少なく、かつ大きく広がるようにすることが好ましい。
【００２４】
本発明に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維はいわゆるミルドファイバーに該当し、その平均繊維長Ｌ１は、より好ましくは２０〜５００μｍであることが好ましい。ここで、平均繊維長は個数平均繊維長とし、顕微鏡下で所定本数を測定し、その平均値から求めることができる。Ｌ１が２０μｍより小さい場合、当該短繊維同士が接触しにくくなり、高い熱伝導率を有する熱伝導性組成物を得にくくなることがある。逆にＬ１が５００μｍより大きくなる場合、マトリクス樹脂とピッチ系黒鉛化短繊維を混練する際の粘度が高くなり、ハンドリングが困難になることがある。より好ましくは、３０〜３００μｍの範囲である。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法として特に制限はないが、切断式、衝突式、衝撃式、気流式等の粉砕機が好適に用いられ、回転数、滞留時間、気流噴出圧、供給量等の条件を調節することにより平均繊維長を制御することができる。また、粉砕処理後のピッチ系炭素短繊維から、振動、スクリーン等による篩分け、遠心分離等の分級操作を行って、短い繊維長、または長い繊維長のピッチ系炭素短繊維を除去することにより、平均繊維長をさらに精密制御することができる。
【００２５】
本発明に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維は、黒鉛結晶からなり、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが少なくとも２０ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上である。結晶子サイズは六角網面の成長方向のいずれも、黒鉛化度（黒鉛結晶の結晶性）の高低に対応するものであり、熱物性を発現するためには、一定サイズ以上が必要である。六角網面の成長方向の結晶子サイズは、Ｘ線回折法で求めることができる。測定手法は集中法とし、解析手法としては学振法が好適に用いられる。六角網面の成長方向の結晶子サイズは、（１１０）面からの回折線を用いて求めることができる。
【００２６】
また黒鉛化度を示す他のパラメータとして、黒鉛結晶の層間隔があり、層間隔が小さいほど結晶性が高い。黒鉛結晶の層間隔は、例えばｄ００２のＸ線回折線に基づく計算値として、少なくとも０．３４２０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３３９５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３３７０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
またグラフェンシート端面構造は、黒鉛化の前に粉砕を実施するか、黒鉛化の後に粉砕を実施するかにより、大きく異なる。すなわち、黒鉛化後に粉砕処理を行った場合、黒鉛化で成長したグラフェンシートが切断破断され、グラフェンシート端面が開いた状態になり易い。一方、黒鉛化前に粉砕処理を行った場合、黒鉛の成長過程でグラフェンシート端面がＵ字上に湾曲し、湾曲部分がピッチ系黒鉛化短繊維端部に露出した構造になり易い。このため、グラフェンシート端面閉鎖率が８０％を超えるようなピッチ系黒鉛化短繊維を得るためには、粉砕を行った後に黒鉛化処理することが好ましい。
【００２８】
本発明に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維は走査型電子顕微鏡での側面の観察表面が実質的に平坦であることが好ましい。ここで、実質的に平坦であるとは、フィブリル構造のような激しい凹凸をピッチ系黒鉛化短繊維に有しないことを意味する。ピッチ系黒鉛化短繊維の表面に激しい凹凸のような欠陥が存在する場合には、マトリクスとの混練に際して表面積の増大に伴う粘度の増大を引き起こし、成形性を悪化させる。よって、表面凹凸のような欠陥はできるだけ小さい状態が望ましい。より具体的には、走査型電子顕微鏡において１０００倍で観察した像での観察視野に、凹凸のような欠陥が１０箇所以下であることとする。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法としては、粉砕処理を行った後に黒鉛化処理を実施することによって、好ましく得ることができる。
【００２９】
熱伝導性樹脂組成物には、熱伝導性フィラー以外に、さらに、成形性、機械物性、難燃性、その他の特性をより高めるために、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼化アルミニウムウィスカ、窒化ホウ素ウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、アスベスト繊維、石膏繊維、金属繊維などの繊維状フィラー、ならびに、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどの珪酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、ガラスビーズ、ガラスフレーク及びセラミックビーズ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの非繊維状フィラーも必要に応じて適宜添加することが可能である。これらは中空のものであってもよく、さらにはこれらを２種類以上併用することも可能である。ただ、上記化合物は、密度がピッチ系黒鉛化短繊維より大きなものが多く、軽量化を目的とするときには、添加量や添加比率に気を配る必要がある。
【００３０】
マトリクスとする樹脂については、例えばポリエステル類及びその共重合体（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート）、ポリスチレン類（ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンなど）及びその共重合体（スチレン−アクリロニトリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂など）、ポリメチルメタクリレート類及びその共重合体（特にシクロ環およびその誘導体からなる構造を含むもの）、ポリ乳酸樹脂およびその共重合体、ポリアクリロニトリル類及びその共重合体、環状ポリオレフィン類およびその共重合体（特にシクロ環を含む樹脂、例えばＪＳＲ製 登録商標「アートン」、三井化学製 登録商標「アペル」、日本ゼオン製 登録商標「ゼオネックス」等）、ポリメチルペンテン類およびその共重合体（例えば三井化学製 登録商標「ＴＰＸ」等）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）類及びその共重合体（変性ＰＰＥ樹脂なども含む）、脂肪族ポリアミド類及びその共重合体、ポリイミド類及びその共重合体、ポリアミドイミド類及びその共重合体、ポリカーボネート類及びその共重合体、ポリフェニレンスルフィド類及びその共重合体、ポリサルホン類及びその共重合体、ポリエーテルサルホン類及びその共重合体、ポリエーテルニトリル類及びその共重合体、ポリエーテルケトン類及びその共重合体、ポリエーテルエーテルケトン類及びその共重合体、ポリケトン類及びその共重合体、エラストマー、液晶性ポリエステル類などの液晶性ポリマー等が挙げられる。これらから一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いても良い。
【００３１】
また熱伝導樹脂組成物には必要に応じ、輻射率（赤外線放射率）を向上する添加剤や、各種着色剤、難燃剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、酸化防止剤等の添加物を添加しても良い。
【００３２】
なお、放熱構造体を前述の熱伝導性炭素繊維（特にピッチ系黒鉛化短繊維）を含む熱伝導樹脂組成物を用いて射出成形する場合には、樹脂射出金型におけるゲート部を、放熱の対象となる発熱体（発熱デバイス等）近傍に配置することが好ましい。すなわち熱伝導性炭素繊維の配向方向は熱伝導樹脂組成物の流動方向と一致する為、発熱体近傍にゲートを設けることで、発熱体の放熱方向と熱伝導性炭素繊維の配向方向（熱伝導樹脂の熱伝導率が最大となる方向）をほぼ一致させることができ、より効率的な放熱が可能となる場合がある。
【００３３】
［放熱構造体の応用用途］
本発明の放熱構造体の具体的用途として、図３にＬＥＤ照明具への応用例を例示した。なお、放熱構造体の用途はこれら例示以外のシステム、構造を有するＬＥＤ照明具にも応用可能であるし、またＬＥＤ照明具のみに限定されるものではなく、発熱体、発熱デバイス類の放熱を必要とする機器、器具において広く応用できるものである。
【００３４】
ＬＥＤ素子の実装されたＬＥＤ実装基板は熱伝導接着層もしくは放熱シート等を介して、放熱構造体の一部に接着固定されており、この接触面でＬＥＤ実装基板から放熱構造体への伝熱が行われ、その後、放熱構造体の中を熱が移動していき、放熱構造体の表面から外部空気に放熱される。また、電源部を内部に持つＬＥＤ照明具においては、ＬＥＤ素子だけではなく、電源部も発熱体となり、放熱構造体を介して、外部空気へ放熱されることとなる。本発明では、ＬＥＤ素子から直接の放熱構造体への熱輸送、及び、放熱構造体から外気への熱輸送を効率的に実施することが特徴である。
【００３５】
一方で、ＬＥＤ照明具の全体寸法、形状は各用途での要求に従い、おのずと制約がある為、放熱構造体にはできるだけサイズが小さくコンパクトなもの、そしてできるだけ軽量なものが求められ、本発明では、比重が１．０以上２．０以下の熱伝導性樹脂組成物から成ることを特徴としている。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は、ＪＩＳ Ｒ７６０７に準じ、光学顕微鏡下でスケールを用いて６０本測定し、その平均値から求めた。
（２）ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維長は、粒度・形状測定器（株式会社セイシン企業製ＰＩＴＡ−１）を用いて１５００本測定し、その平均値から求めた。
（３）ピッチ系黒鉛化短繊維の成長方向の結晶子サイズは、Ｘ線回折に現れる（１１０）面からの反射を測定し、学振法にて求めた。
（４）ピッチ系黒鉛化短繊維の端面は、透過型電子顕微鏡で１００万倍の倍率で観察し、４００万倍に写真上で拡大し、グラフェンシートを確認した。
（５）ピッチ系黒鉛化短繊維の表面は走査型電子顕微鏡で１０００倍の倍率で観察し、凹凸を確認した。
（６）熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率は、４ｍｍ厚の熱伝導性樹脂組成物の成形体から３ｍｍ×１０ｍｍの短冊状にサンプルを切り出し、横に並べて一体化させ、ネッチ製ＬＦＡ−４４７を用いて面内方向の熱伝導率を求めた。
（７）熱伝導性樹脂組成物の比重は、４ｍｍ厚の熱伝導性樹脂組成物の成形体から３ｍｍ×１０ｍｍの短冊状にサンプルを切り出し、横に並べて一体化させ、電子比重計を用いて確認した。
（８）発熱量［Ｗ］は、本実施例で用いたＬＥＤ素子の消費電力［Ｗ］と伝導熱変換率７０％の積より算出した。
【００３７】
［参考例１］メソフェーズ系ピッチ黒鉛化短繊維の製造
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８３℃であった。直径０．２ｍｍの孔を持つ口金を使用し、孔の両横のスリットから加熱空気を毎分５５００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１１．１μｍのピッチ系短繊維を作製した。この時の紡糸温度は３２８℃であり、溶融粘度は１３．５Ｐａ・ｓであった。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付３５０ｇ／ｍ２のピッチ系炭素繊維前駆体からなるピッチ系炭素繊維前駆体ウェブとした。
このピッチ系炭素繊維前駆体ウェブを空気中で１７０℃から３００℃まで平均昇温速度５℃／分で昇温して不融化処理し、さらに８００℃で焼成処理を行った。このピッチ系炭素繊維ウェブを一軸回転式粉砕機で粉砕し、３０００℃で黒鉛化処理を施した。
得られたピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は８．２μｍであった。六角網面の積層厚み方向に由来する結晶子サイズは７０ｎｍ、平均繊維長は１４０μｍであった。また、ピッチ系黒鉛化短繊維の端面は透過型顕微鏡の観察によりグラフェンシートが閉じていることを確認した。さらに、表面は走査型電子顕微鏡の観察により、凹凸は１個であり実質的に平坦であった。
【００３８】
［参考例２］熱伝導性樹脂組成物
参考例１で得たピッチ系黒鉛化短繊維５０体積部、ポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会社製パンライト（登録商標）Ｌ−１２５０ＷＰ）１００体積部を二軸混練装置を用いて溶融混練し、熱伝導性樹脂のペレットを得た。このペレットを用いて射出成形機（東芝機械製ＥＣ４０ＮII）を用いて厚み４ｍｍの熱伝導性成形品を得た。熱伝導性成形品の熱伝導率は１５．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、熱伝導性成形品の比重は１．５１であった。
【００３９】
［参考例３］熱伝導性樹脂組成物
窒化ホウ素（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製ＰＴ−１１０）２５体積部、ポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会社製パンライト（登録商標）Ｌ−１２５０ＷＰ）１００体積部を二軸混練装置を用いて溶融混練し、熱伝導性樹脂のペレットを得た。このペレットを用いて射出成形機（東芝機械製ＥＣ４０ＮII）を用いて厚み４ｍｍの熱伝導性成形品を得た。熱伝導性成形品の熱伝導率は１．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、熱伝導性成形品の比重は１．４０であった。
【００４０】
［実施例１］
参考例２の熱伝導性樹脂組成物（熱伝導率１５．３Ｗ／ｍ・Ｋ、比重１．５１）を用いて射出成形を行い、図１に図示する放熱構造体を作製した。放熱構造体の重量は６７ｇであった。
次にこの放熱構造体をＬＥＤ素子の放熱用部品として組み込んだＬＥＤ照明具を作製した。すなわち図３に図示する要領で、ＬＥＤ素子（記号７）としては伝導熱変換率が７０％のものを４素子使用し、投入電力は２．０Ｗ／素子（４素子で計８Ｗ）とした。またＬＥＤ実装基板（記号６）としては厚み約１ｍｍ、直径６０ｍｍのＡＬベース基板を用いた。
ＬＥＤ素子を実装したＡＬベース基板は市販の熱伝導シーリング剤（記号４、信越化学工業製、縮合型ＲＴＶシリコーンゴム ＫＥ−３４６６、熱伝導率１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）を平均約５０μｍの厚みで塗布し、前記放熱構造体に接触固定した。そのときのＬＥＤ実装基板と放熱構造体の接触面積は２５ｃｍ２であり、発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２であった。また、放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積は２００ｃｍ２であり、発熱量１Ｗに対する放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
光透過性カバー（記号８）はアクリル樹脂をブロー成形することにより作製し、口金にはＪＩＳ規格のＥ２６口金を用いた。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約７２℃であった。
【００４１】
［実施例２］
放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積が２７０ｃｍ２となるようにフィンの凸部の高さ（記号１７）を１．５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１４）。そのときの放熱構造体の重量は８９ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱量１Ｗに対する放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２は４８．２ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６９℃であった。
【００４２】
［実施例３］
発熱体と放熱構造体の接触面積が５０ｃｍ２となるように接触部の直径を１．３５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１５）。そのときの放熱構造体の重量は９１ｇであった。また、発熱体と放熱構造体の接触面積が５０ｃｍ２となるように、直径８０ｍｍのＡＬベース基板を用いた以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は９．８ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６７℃であった。
【００４３】
［実施例４］
参考例３の熱伝導性樹脂組成物を用いること以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した。そのときの放熱構造体の重量は６２ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約９３℃であった。
【００４４】
［比較例１］
放熱構造体の形成材料にアルミダイキャストＡＤＣ１２（熱伝導率９６Ｗ／ｍ・Ｋ、比重２．７）を用いること以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した。そのときの放熱構造体の重量は１２０ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６７℃であった。なおこのＬＥＤ照明具は重量制限のために既存汎用取付具に取付けができない場合があった。
【００４５】
［比較例２］
放熱構造体の形成材料にポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会社製パンライト（登録商標）Ｌ−１２５０ＷＰ）（熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、比重１．２）を用いること以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した。そのときの放熱構造体の重量は５３ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定しようとしたが、温度がＬＥＤ素子の耐熱温度を超えたため、測定を中止した。
【００４６】
［比較例３］
放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積が５５ｃｍ２となるようにフィン部を無くすように変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図４）。そのときの放熱構造体の重量は５７ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は９．８ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約１０１℃であった。
【００４７】
［比較例４］
放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積が３５０ｃｍ２となるようにフィンの凸部の高さ（記号１７）を１．５倍に、フィンの枚数を１．５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１６）。そのときの放熱構造体の重量は１１４ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱量１Ｗに対する放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２は６２．５ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６６℃であった。なお、このＬＥＤ照明具は重量制限のために既存汎用取付具に取付けができない場合があった。
【００４８】
［比較例５］
発熱体と放熱構造体の接触面積が５ｃｍ２となるように接触部の直径を０．５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１７）。そのときの放熱構造体の重量は６３ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は０．９ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約９６℃であった。
【００４９】
［比較例６］
発熱体と放熱構造体の接触面積が７５ｃｍ２となるように接触部の直径を１．６７倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１８）。そのときの放熱構造体の重量は１１５ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は１３．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６５℃であった。なお、このＬＥＤ照明具は重量制限のために既存汎用取付具に取付けができない場合があった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の放熱構造体は、発光素子（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＥＬ素子等）、能動受光素子（ＣＣＤ等）、中央演算装置（ＣＰＵ）、画像演算装置（ＧＰＵ）、インバータ素子（ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等）、モーター類、ヒーター素子等、発熱を伴うデバイス類の実装された機器、器具等の放熱対策として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 接触部
２ ベース部
３ フィン部
４ 熱伝導接着層
５ 発熱体（ＬＥＤ素子実装基板等）
６ ＬＥＤ実装基板
７ ＬＥＤ素子
８ 光透過性カバー
９ 電源基板
１０ 電気絶縁ケース
１１ 口金（電源ソケット接続用）
１２ 電気絶縁層
１３ 凸部
１４ 凹部
１５ 凸部の山幅
１６ 凹部の谷幅
１７ 凸部の高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＥＬ素子等）、能動受光素子（ＣＣＤ等）、中央演算装置（ＣＰＵ）、画像演算装置（ＧＰＵ）、インバータ素子（ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等）、モーター類、ヒーター素子等、発熱を伴うデバイス類の実装された機器、器具等の放熱対策として用いられる放熱構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子／電気機器の中には発熱密度の高いデバイス（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＣＰＵ、ＭＰＵ等）が多数実装されており、これらデバイス駆動に高い信頼性を確保するための温度コントロール、すなわち放熱対策が極めて重要になってきている。
これらの放熱対策としては、熱伝導率の高い金属（銅、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金等）を押出成形法やダイキャスト成形法等を用いて成形してなる放熱構造体（フィン型ヒートシンク等）を発熱源近傍に配して、外界空気に効率的に熱放散する経路設計を行うことが一般的であった。（例えば特許文献１〜３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１５９０１２号公報
【特許文献２】特開平１０−０９２９８６号公報
【特許文献３】特開２００４−０７１５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら従来の放熱対策は、高い放熱性能を実現する上で、放熱面積確保のために外寸法及び容積が増大してしまったり、比重の大きい金属を使用しているために重量が増大してしまったりする課題がある。本発明はこれらの事情に鑑み、軽量、かつ、高い放熱性能を持った放熱構造体を実現することを課題として、為されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２であることを特徴とする放熱構造体である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の放熱構造体は、軽量、かつ、高い放熱性能を実現することができ、重量制限のある機器類の放熱対策に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図２】本発明の放熱構造体と発熱体の接触部の一例（正面からみた断面図）
【図３】本発明の放熱構造体のＬＥＤ照明具への応用例（正面からみた断面図）
【図４】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図５】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図６】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図７】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図）
【図８】本発明の放熱構造体中の凹凸部形状の一例（正面図・上面・側面から見た断面図）
【図９】本発明の放熱構造体中の凹凸部形状の一例（正面図・上面・側面から見た断面図）
【図１０】本発明の放熱構造体中の凹凸部形状の一例（正面図・上面・側面から見た断面図）
【図１１】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１２】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・電気絶縁層部の断面図）
【図１３】本発明の放熱構造体中のフィン凹凸部の各部寸法に関する説明図（上面からみた断面図）
【図１４】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１５】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１６】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１７】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【図１８】本発明の放熱構造体の一例（上面図・正面から見た断面図・フィン部の断面図）
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について順次詳述する。
［放熱構造体］
本発明の放熱構造体は少なくともその一部が発熱体近傍に配置され、その接触面から発熱体の熱が伝達された後、放熱構造体を通じて熱を輸送し、最終的に放熱構造体の表面から外部空気等に熱を放散する機能を有する構造体である。本発明の放熱構造体の好ましい態様であるＬＥＤ素子の放熱筐体として用いるケースで説明すると、ＬＥＤ実装基板側から一旦放熱筺体内部へ放熱された熱を、本発明の放熱構造体を通じて輸送し、その表面から外部空気等に熱を放散するものである。発熱体と放熱構造体の接触面積を増やすことにより、発熱体と放熱構造体の界面の伝熱性を高めることができ、また、放熱構造体と外気との接触面積を増やすことにより、放熱構造体と外気の界面の伝熱性を高めることができ、優れた放熱性能を示す。一方で、それらを実現するためには、接触面積確保のために外寸法及び容積が増大してしまうために、放熱構造体には比重の小さい材料を使用することが好ましい。
【０００９】
従って、本発明の放熱構造体は、発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２である。なお、ここでいう発熱量Ｑ［Ｗ］とは発熱デバイスの消費電力［Ｗ］の内、伝導熱に変換された熱量であり、予め発熱デバイス固有の変換率を調べておくことで、算出することができる。
【００１０】
本発明の放熱構造体は、比重が１．０以上２．０以下の熱伝導性樹脂組成物を材料とする。比重が１．０未満の場合は、実質的に後述する熱伝導性フィラーが熱伝導性樹脂組成物内に殆ど混合されていない状態であり、十分な放熱性を得ることができない。また、比重が２．０より大きい場合は、放熱構造体の重量が大きくなり過ぎて、軽量化の要求に応えることができない。比重は好ましくは１．２以上１．８以下、より好ましくは１．３以上１．７以下である。なお、熱伝導性樹脂組成物の詳細については後述する。
【００１１】
本発明の放熱構造体は、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２である。Ｓ１が１ｃｍ２未満の場合は、発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が小さく、接触面の熱抵抗が大きくなり過ぎるため、十分な放熱性を得ることができない。また、Ｓ１が１０ｃｍ２より大きい場合は、実質的に放熱構造体の重量が大きくなってしまうため、軽量化の要求に応えることができないことがある。発熱量１Ｗに対するＳ１は、好ましくは２ｃｍ２以上９ｃｍ２以下、より好ましくは３ｃｍ２以上８ｃｍ２以下である。
【００１２】
本発明の放熱構造体は、接触部が発熱体の少なくとも一部と接触するように配されているが、発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が本発明の範囲内であれば、接触部の形状は特に限定はなく、多種の形状が可能である。より具体的に幾つかの例を挙げると、図１、４、５はドーナツ型の接触部を持った放熱構造体、図６、７は円盤型の接触部を持った放熱構造体である。また、接触部の形状は接触面の熱抵抗をさらに小さくするために、平坦であることが好ましい。さらに、発熱体と放熱構造体は、熱放熱グリース、放熱シート等を介して、接触面の熱抵抗をさらに小さくすることも好ましい。なお、ＬＥＤ素子のように発熱量に対して小さいデバイス、すなわち、接触面積が小さいデバイスからの熱を放熱する場合には、ＬＥＤ素子をアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で形成された面積の大きい基板に実装することで、ＬＥＤ素子からの発熱を基板上で均一化することができるため、このＬＥＤ実装基板を発熱体とみなす。
【００１３】
本発明の放熱構造体は、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２である。Ｓ２が１０ｃｍ２未満の場合は、発熱量１Ｗに対する外気との接触面積Ｓ２が小さく、放熱構造体の表面と外気との間の熱抵抗が大きくなり過ぎるため、十分な放熱性を得ることができない。また、Ｓ２が５０ｃｍ２より大きい場合は、実質的に放熱構造体の重量が大きくなってしまうため、軽量化の要求に応えることができないことがある。発熱量１Ｗに対するＳ２は、好ましくは１５ｃｍ２以上４５ｃｍ２以下、より好ましくは２０ｃｍ２以上４０ｃｍ２以下である。
【００１４】
本発明の放熱構造体は、発熱量１Ｗに対するＳ２が放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が本発明の範囲内であれば、形状に特に制約はないが、外気との接触面積Ｓ２を確保するために、必要に応じフィン形状を付与することが好ましい。外気との接触面積の増加割合は、フィンの凹凸部の形状、サイズ、形成密度等によって決定される。すなわち、凹部の谷幅、凸部の山幅、凸部の高さ、凹凸部の曲率（全体もしくは部分的に曲面が配される場合）等が主な支配要因となる。
【００１５】
高い放熱性能を実現するためには、フィンが凹凸を有する場合の凹部の平均谷幅は１〜２０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは２〜１０ｍｍ、さらに好ましくは３〜５ｍｍである。凹部の平均谷幅が１ｍｍ未満では、外気との伝熱においては、凹部が狭すぎるために十分な空気の対流が起こらないために、放熱効率が悪くなる。逆に２０ｍｍを超える場合は、放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２が十分な大きさとならず、十分な放熱性を得ることができない。なお、後述するが、凹部の形状パターンは特に限定はなく、多種の形状が可能である。その際、例えば凹凸の断面形状が三角形や半円形の連続であり最下部に平坦部分がない場合など、凹部の谷幅が連続的に変化する場合は、その凹部の谷幅の平均値を平均谷幅とする。
【００１６】
フィンが凹凸を有する場合の凸部の平均山幅は０．５〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．８〜４ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍである。凸部の平均山幅が０．５ｍｍ未満では、凸部の先端まで十分に伝熱が為されず、十分な放熱性が得られない。逆に５ｍｍを超える場合は、放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２が十分な大きさとならず、十分な放熱性を得ることができない。
【００１７】
凸部の平均高さは凹部の平均谷幅の１〜１０倍であることが好ましく、好ましくは２〜８倍、さらに好ましくは３〜６倍である。凸部の平均高さが凹部平均谷幅の１倍未満では、放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２が十分な大きさとならず、十分な放熱性が得られない。逆に１０倍を超える場合は、凹部で十分な空気の対流が起こりにくいために、放熱効率が悪くなる。なお、後述するが、凸部の形状パターンは特に限定はなく、多種の形状が可能である。その際、例えば突起断面形状が三角形や半円形といった凸部の山幅が連続的に変化する場合は、その凸部の山幅の平均値を平均山幅とする。
【００１８】
なお、フィンの凹凸部の形状や配列パターンは特に限定はなく、多種の形状、配列が可能である。凹凸部は連続的に連なった形でも、単独突起状でも良い。前者の場合、その配列方向は放熱構造体表面のいずれの方向でもよく、直線状に配列しても、曲線状に配列しても構わない。後者の場合、円柱形状、半球形状、多角形状等の一定の規則性を持って配列しても良いし、また規則性を持たずランダムに配列されてもよい。さらに、凹凸部の高さ、山幅、谷幅の寸法は連続的に変化させてもよい。より具体的に幾つかの例を挙げると、図８、９は連続直線型、図１０は単独突起型である。
【００１９】
放熱構造体の成形方法は特に限定はなく、多種の方法での成形が可能であるが、発熱体との接触部の平坦度、生産効率を鑑みると、射出成形法による成形が好ましい。
また、放熱構造体の外層または内層には、図１１、１２に例示するように、必要に応じて、電気絶縁層を設けることもできる。外層または内層を電気絶縁性の高い材料（特に体積抵抗が１０１１ｃｍ・Ω以上の層、より好ましくは体積抵抗が１０１３ｃｍ・Ω以上の層）で形成することによって、放熱構造体の電気的安全性が高まる（絶縁耐圧や静電耐圧の増大、漏れ電流低減等）ので用途に応じて好ましく用いられる。また、電気絶縁層は、より好ましくは熱伝導率の高い層であることが好ましく、少なくとも層内の一方向に対する熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、より好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００２０】
［熱伝導性樹脂組成物］
本発明の放熱構造体を形成する熱伝導性樹脂組成物は、熱伝導性フィラーを含有し、少なくとも一方向における熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ未満では放熱構造体内の熱抵抗が大きくなってしまい、十分な放熱性が確保できないことがある。熱伝導率は好ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率の上限は実質４０Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２１】
本発明の放熱構造体の成形に好適な熱伝導性樹脂組成物としては、マトリクス樹脂１００体積部に対し、熱伝導性フィラーの含有量が１０〜２００体積部である樹脂組成物が好ましい。熱伝導性フィラーの含有量が１０体積部未満だと高い熱伝導性が得られ難い。逆に熱伝導性フィラーの含有量が２００体積部を超えると、熱伝導性フィラーを樹脂に分散させ、均一な熱伝導性樹脂組成物を得るのが困難になりやすく、また樹脂の流動性が不十分となりやすい。熱伝導フィラーの含有量は好ましくは２０〜１００体積部である。
【００２２】
熱伝導性フィラーとマトリクス樹脂との混合は、単軸型の溶融混練装置、二軸型の溶融混練装置等の公知の溶融混練装置を用いて実施できる。
熱伝導性フィラーとしては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化亜鉛などの金属酸化物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、酸化窒化アルミニウムなどの金属酸窒化物、炭化珪素などの金属炭化物、金、銀、銅、アルミニウムなどの金属もしくは金属合金、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、ダイヤモンドなどの炭素材料などが挙げられ、２種類以上併用することも可能である。
【００２３】
熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率を高めるにはピッチ系黒鉛化短繊維を用いるのが好ましく、その中でもメソフェーズピッチを出発材料とした黒鉛結晶構造の非常に発達したピッチ系黒鉛化短繊維を用いることが特に好ましい。すなわち熱伝導性フィラーとして、主として、メソフェーズピッチを原料としたピッチ系黒鉛化短繊維を用いる放熱構造体が本発明の好ましい態様である。ここで主としてとは、全熱伝導性フィラー中、メソフェーズピッチが６０〜１００体積％、より好ましくは８０〜１００体積％である。黒鉛化短繊維の熱伝導性は黒鉛結晶の格子構造を伝播するフォノン振動に主に由来するため、熱伝導性を高めるには黒鉛結晶の結晶性を高めること、すなわち黒鉛結晶の格子構造ができるだけ欠陥少なく、かつ大きく広がるようにすることが好ましい。
【００２４】
本発明に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維はいわゆるミルドファイバーに該当し、その平均繊維長Ｌ１は、より好ましくは２０〜５００μｍであることが好ましい。ここで、平均繊維長は個数平均繊維長とし、顕微鏡下で所定本数を測定し、その平均値から求めることができる。Ｌ１が２０μｍより小さい場合、当該短繊維同士が接触しにくくなり、高い熱伝導率を有する熱伝導性組成物を得にくくなることがある。逆にＬ１が５００μｍより大きくなる場合、マトリクス樹脂とピッチ系黒鉛化短繊維を混練する際の粘度が高くなり、ハンドリングが困難になることがある。より好ましくは、３０〜３００μｍの範囲である。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法として特に制限はないが、切断式、衝突式、衝撃式、気流式等の粉砕機が好適に用いられ、回転数、滞留時間、気流噴出圧、供給量等の条件を調節することにより平均繊維長を制御することができる。また、粉砕処理後のピッチ系炭素短繊維から、振動、スクリーン等による篩分け、遠心分離等の分級操作を行って、短い繊維長、または長い繊維長のピッチ系炭素短繊維を除去することにより、平均繊維長をさらに精密制御することができる。
【００２５】
本発明に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維は、黒鉛結晶からなり、六角網面の成長方向に由来する結晶子サイズが少なくとも２０ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上である。結晶子サイズは六角網面の成長方向のいずれも、黒鉛化度（黒鉛結晶の結晶性）の高低に対応するものであり、熱物性を発現するためには、一定サイズ以上が必要である。六角網面の成長方向の結晶子サイズは、Ｘ線回折法で求めることができる。測定手法は集中法とし、解析手法としては学振法が好適に用いられる。六角網面の成長方向の結晶子サイズは、（１１０）面からの回折線を用いて求めることができる。
【００２６】
また黒鉛化度を示す他のパラメータとして、黒鉛結晶の層間隔があり、層間隔が小さいほど結晶性が高い。黒鉛結晶の層間隔は、例えばｄ００２のＸ線回折線に基づく計算値として、少なくとも０．３４２０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．３３９５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３３７０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
またグラフェンシート端面構造は、黒鉛化の前に粉砕を実施するか、黒鉛化の後に粉砕を実施するかにより、大きく異なる。すなわち、黒鉛化後に粉砕処理を行った場合、黒鉛化で成長したグラフェンシートが切断破断され、グラフェンシート端面が開いた状態になり易い。一方、黒鉛化前に粉砕処理を行った場合、黒鉛の成長過程でグラフェンシート端面がＵ字上に湾曲し、湾曲部分がピッチ系黒鉛化短繊維端部に露出した構造になり易い。このため、グラフェンシート端面閉鎖率が８０％を超えるようなピッチ系黒鉛化短繊維を得るためには、粉砕を行った後に黒鉛化処理することが好ましい。
【００２８】
本発明に用いられるピッチ系黒鉛化短繊維は走査型電子顕微鏡での側面の観察表面が実質的に平坦であることが好ましい。ここで、実質的に平坦であるとは、フィブリル構造のような激しい凹凸をピッチ系黒鉛化短繊維に有しないことを意味する。ピッチ系黒鉛化短繊維の表面に激しい凹凸のような欠陥が存在する場合には、マトリクスとの混練に際して表面積の増大に伴う粘度の増大を引き起こし、成形性を悪化させる。よって、表面凹凸のような欠陥はできるだけ小さい状態が望ましい。より具体的には、走査型電子顕微鏡において１０００倍で観察した像での観察視野に、凹凸のような欠陥が１０箇所以下であることとする。この様なピッチ系黒鉛化短繊維を得る手法としては、粉砕処理を行った後に黒鉛化処理を実施することによって、好ましく得ることができる。
【００２９】
熱伝導性樹脂組成物には、熱伝導性フィラー以外に、さらに、成形性、機械物性、難燃性、その他の特性をより高めるために、ガラス繊維、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼化アルミニウムウィスカ、窒化ホウ素ウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、アスベスト繊維、石膏繊維、金属繊維などの繊維状フィラー、ならびに、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、タルク、アルミナシリケートなどの珪酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、ガラスビーズ、ガラスフレーク及びセラミックビーズ、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの非繊維状フィラーも必要に応じて適宜添加することが可能である。これらは中空のものであってもよく、さらにはこれらを２種類以上併用することも可能である。ただ、上記化合物は、密度がピッチ系黒鉛化短繊維より大きなものが多く、軽量化を目的とするときには、添加量や添加比率に気を配る必要がある。
【００３０】
マトリクスとする樹脂については、例えばポリエステル類及びその共重合体（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート）、ポリスチレン類（ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレンなど）及びその共重合体（スチレン−アクリロニトリル共重合体、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂など）、ポリメチルメタクリレート類及びその共重合体（特にシクロ環およびその誘導体からなる構造を含むもの）、ポリ乳酸樹脂およびその共重合体、ポリアクリロニトリル類及びその共重合体、環状ポリオレフィン類およびその共重合体（特にシクロ環を含む樹脂、例えばＪＳＲ製 登録商標「アートン」、三井化学製 登録商標「アペル」、日本ゼオン製 登録商標「ゼオネックス」等）、ポリメチルペンテン類およびその共重合体（例えば三井化学製 登録商標「ＴＰＸ」等）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）類及びその共重合体（変性ＰＰＥ樹脂なども含む）、脂肪族ポリアミド類及びその共重合体、ポリイミド類及びその共重合体、ポリアミドイミド類及びその共重合体、ポリカーボネート類及びその共重合体、ポリフェニレンスルフィド類及びその共重合体、ポリサルホン類及びその共重合体、ポリエーテルサルホン類及びその共重合体、ポリエーテルニトリル類及びその共重合体、ポリエーテルケトン類及びその共重合体、ポリエーテルエーテルケトン類及びその共重合体、ポリケトン類及びその共重合体、エラストマー、液晶性ポリエステル類などの液晶性ポリマー等が挙げられる。これらから一種を単独で用いても、二種以上を適宜組み合わせて用いても良い。
【００３１】
また熱伝導樹脂組成物には必要に応じ、輻射率（赤外線放射率）を向上する添加剤や、各種着色剤、難燃剤、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤、酸化防止剤等の添加物を添加しても良い。
【００３２】
なお、放熱構造体を前述の熱伝導性炭素繊維（特にピッチ系黒鉛化短繊維）を含む熱伝導樹脂組成物を用いて射出成形する場合には、樹脂射出金型におけるゲート部を、放熱の対象となる発熱体（発熱デバイス等）近傍に配置することが好ましい。すなわち熱伝導性炭素繊維の配向方向は熱伝導樹脂組成物の流動方向と一致する為、発熱体近傍にゲートを設けることで、発熱体の放熱方向と熱伝導性炭素繊維の配向方向（熱伝導樹脂の熱伝導率が最大となる方向）をほぼ一致させることができ、より効率的な放熱が可能となる場合がある。
【００３３】
［放熱構造体の応用用途］
本発明の放熱構造体の具体的用途として、図３にＬＥＤ照明具への応用例を例示した。なお、放熱構造体の用途はこれら例示以外のシステム、構造を有するＬＥＤ照明具にも応用可能であるし、またＬＥＤ照明具のみに限定されるものではなく、発熱体、発熱デバイス類の放熱を必要とする機器、器具において広く応用できるものである。
【００３４】
ＬＥＤ素子の実装されたＬＥＤ実装基板は熱伝導接着層もしくは放熱シート等を介して、放熱構造体の一部に接着固定されており、この接触面でＬＥＤ実装基板から放熱構造体への伝熱が行われ、その後、放熱構造体の中を熱が移動していき、放熱構造体の表面から外部空気に放熱される。また、電源部を内部に持つＬＥＤ照明具においては、ＬＥＤ素子だけではなく、電源部も発熱体となり、放熱構造体を介して、外部空気へ放熱されることとなる。本発明では、ＬＥＤ素子から直接の放熱構造体への熱輸送、及び、放熱構造体から外気への熱輸送を効率的に実施することが特徴である。
【００３５】
一方で、ＬＥＤ照明具の全体寸法、形状は各用途での要求に従い、おのずと制約がある為、放熱構造体にはできるだけサイズが小さくコンパクトなもの、そしてできるだけ軽量なものが求められ、本発明では、比重が１．０以上２．０以下の熱伝導性樹脂組成物から成ることを特徴としている。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
なお、本実施例における各値は、以下の方法に従って求めた。
（１）ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は、ＪＩＳ Ｒ７６０７に準じ、光学顕微鏡下でスケールを用いて６０本測定し、その平均値から求めた。
（２）ピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維長は、粒度・形状測定器（株式会社セイシン企業製ＰＩＴＡ−１）を用いて１５００本測定し、その平均値から求めた。
（３）ピッチ系黒鉛化短繊維の成長方向の結晶子サイズは、Ｘ線回折に現れる（１１０）面からの反射を測定し、学振法にて求めた。
（４）ピッチ系黒鉛化短繊維の端面は、透過型電子顕微鏡で１００万倍の倍率で観察し、４００万倍に写真上で拡大し、グラフェンシートを確認した。
（５）ピッチ系黒鉛化短繊維の表面は走査型電子顕微鏡で１０００倍の倍率で観察し、凹凸を確認した。
（６）熱伝導性樹脂組成物の熱伝導率は、４ｍｍ厚の熱伝導性樹脂組成物の成形体から３ｍｍ×１０ｍｍの短冊状にサンプルを切り出し、横に並べて一体化させ、ネッチ製ＬＦＡ−４４７を用いて面内方向の熱伝導率を求めた。
（７）熱伝導性樹脂組成物の比重は、４ｍｍ厚の熱伝導性樹脂組成物の成形体から３ｍｍ×１０ｍｍの短冊状にサンプルを切り出し、横に並べて一体化させ、電子比重計を用いて確認した。
（８）発熱量［Ｗ］は、本実施例で用いたＬＥＤ素子の消費電力［Ｗ］と伝導熱変換率７０％の積より算出した。
【００３７】
［参考例１］メソフェーズ系ピッチ黒鉛化短繊維の製造
縮合多環炭化水素化合物よりなるピッチを主原料とした。光学的異方性割合は１００％、軟化点が２８３℃であった。直径０．２ｍｍの孔を持つ口金を使用し、孔の両横のスリットから加熱空気を毎分５５００ｍの線速度で噴出させて、溶融ピッチを牽引して平均直径１１．１μｍのピッチ系短繊維を作製した。この時の紡糸温度は３２８℃であり、溶融粘度は１３．５Ｐａ・ｓであった。紡出された繊維をベルト上に捕集してマットとし、さらにクロスラッピングで目付３５０ｇ／ｍ２のピッチ系炭素繊維前駆体からなるピッチ系炭素繊維前駆体ウェブとした。
このピッチ系炭素繊維前駆体ウェブを空気中で１７０℃から３００℃まで平均昇温速度５℃／分で昇温して不融化処理し、さらに８００℃で焼成処理を行った。このピッチ系炭素繊維ウェブを一軸回転式粉砕機で粉砕し、３０００℃で黒鉛化処理を施した。
得られたピッチ系黒鉛化短繊維の平均繊維径は８．２μｍであった。六角網面の積層厚み方向に由来する結晶子サイズは７０ｎｍ、平均繊維長は１４０μｍであった。また、ピッチ系黒鉛化短繊維の端面は透過型顕微鏡の観察によりグラフェンシートが閉じていることを確認した。さらに、表面は走査型電子顕微鏡の観察により、凹凸は１個であり実質的に平坦であった。
【００３８】
［参考例２］熱伝導性樹脂組成物
参考例１で得たピッチ系黒鉛化短繊維５０体積部、ポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会社製パンライト（登録商標）Ｌ−１２５０ＷＰ）１００体積部を二軸混練装置を用いて溶融混練し、熱伝導性樹脂のペレットを得た。このペレットを用いて射出成形機（東芝機械製ＥＣ４０ＮII）を用いて厚み４ｍｍの熱伝導性成形品を得た。熱伝導性成形品の熱伝導率は１５．３Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、熱伝導性成形品の比重は１．５１であった。
【００３９】
［参考例３］熱伝導性樹脂組成物
窒化ホウ素（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製ＰＴ−１１０）２５体積部、ポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会社製パンライト（登録商標）Ｌ−１２５０ＷＰ）１００体積部を二軸混練装置を用いて溶融混練し、熱伝導性樹脂のペレットを得た。このペレットを用いて射出成形機（東芝機械製ＥＣ４０ＮII）を用いて厚み４ｍｍの熱伝導性成形品を得た。熱伝導性成形品の熱伝導率は１．９Ｗ／ｍ・Ｋであった。また、熱伝導性成形品の比重は１．４０であった。
【００４０】
［実施例１］
参考例２の熱伝導性樹脂組成物（熱伝導率１５．３Ｗ／ｍ・Ｋ、比重１．５１）を用いて射出成形を行い、図１に図示する放熱構造体を作製した。放熱構造体の重量は６７ｇであった。
次にこの放熱構造体をＬＥＤ素子の放熱用部品として組み込んだＬＥＤ照明具を作製した。すなわち図３に図示する要領で、ＬＥＤ素子（記号７）としては伝導熱変換率が７０％のものを４素子使用し、投入電力は２．０Ｗ／素子（４素子で計８Ｗ）とした。またＬＥＤ実装基板（記号６）としては厚み約１ｍｍ、直径６０ｍｍのＡＬベース基板を用いた。
ＬＥＤ素子を実装したＡＬベース基板は市販の熱伝導シーリング剤（記号４、信越化学工業製、縮合型ＲＴＶシリコーンゴム ＫＥ−３４６６、熱伝導率１．９Ｗ／ｍ・Ｋ）を平均約５０μｍの厚みで塗布し、前記放熱構造体に接触固定した。そのときのＬＥＤ実装基板と放熱構造体の接触面積は２５ｃｍ２であり、発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２であった。また、放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積は２００ｃｍ２であり、発熱量１Ｗに対する放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
光透過性カバー（記号８）はアクリル樹脂をブロー成形することにより作製し、口金にはＪＩＳ規格のＥ２６口金を用いた。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約７２℃であった。
【００４１】
［実施例２］
放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積が２７０ｃｍ２となるようにフィンの凸部の高さ（記号１７）を１．５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１４）。そのときの放熱構造体の重量は８９ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱量１Ｗに対する放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２は４８．２ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６９℃であった。
【００４２】
［実施例３］
発熱体と放熱構造体の接触面積が５０ｃｍ２となるように接触部の直径を１．３５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１５）。そのときの放熱構造体の重量は９１ｇであった。また、発熱体と放熱構造体の接触面積が５０ｃｍ２となるように、直径８０ｍｍのＡＬベース基板を用いた以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は９．８ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６７℃であった。
【００４３】
［実施例４］
参考例３の熱伝導性樹脂組成物を用いること以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した。そのときの放熱構造体の重量は６２ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約９３℃であった。
【００４４】
［比較例１］
放熱構造体の形成材料にアルミダイキャストＡＤＣ１２（熱伝導率９６Ｗ／ｍ・Ｋ、比重２．７）を用いること以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した。そのときの放熱構造体の重量は１２０ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６７℃であった。なおこのＬＥＤ照明具は重量制限のために既存汎用取付具に取付けができない場合があった。
【００４５】
［比較例２］
放熱構造体の形成材料にポリカーボネート樹脂（帝人化成株式会社製パンライト（登録商標）Ｌ−１２５０ＷＰ）（熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、比重１．２）を用いること以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した。そのときの放熱構造体の重量は５３ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定しようとしたが、温度がＬＥＤ素子の耐熱温度を超えたため、測定を中止した。
【００４６】
［比較例３］
放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積が５５ｃｍ２となるようにフィン部を無くすように変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図４）。そのときの放熱構造体の重量は５７ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は９．８ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約１０１℃であった。
【００４７】
［比較例４］
放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積が３５０ｃｍ２となるようにフィンの凸部の高さ（記号１７）を１．５倍に、フィンの枚数を１．５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１６）。そのときの放熱構造体の重量は１１４ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は４．５ｃｍ２、発熱量１Ｗに対する放熱構造体と外気との接触面積Ｓ２は６２．５ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６６℃であった。なお、このＬＥＤ照明具は重量制限のために既存汎用取付具に取付けができない場合があった。
【００４８】
［比較例５］
発熱体と放熱構造体の接触面積が５ｃｍ２となるように接触部の直径を０．５倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１７）。そのときの放熱構造体の重量は６３ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は０．９ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約９６℃であった。
【００４９】
［比較例６］
発熱体と放熱構造体の接触面積が７５ｃｍ２となるように接触部の直径を１．６７倍に変更した以外は、実施例１と同様の放熱構造体を作製した（図１８）。そのときの放熱構造体の重量は１１５ｇであった。また、放熱構造体以外は実施例１と同様の方法でＬＥＤ照明具を作製した。発熱量１Ｗに対する接触面積Ｓ１は１３．５ｃｍ２、発熱体１Ｗに対する放熱構造体と外気の接触面積Ｓ２は３５．７ｃｍ２であった。
本ＬＥＤ照明具の点灯試験を周囲温度２５℃に調整された室内で行い、ＬＥＤ素子のカソード側ハンダ接合部の近傍にＫ型熱電対を固定し、ＬＥＤ素子の発熱状態を測定した。この結果、電力投入６０分後のＬＥＤ素子のカソード部温度は約６５℃であった。なお、このＬＥＤ照明具は重量制限のために既存汎用取付具に取付けができない場合があった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の放熱構造体は、発光素子（ＬＥＤ素子、レーザーダイオード、ＥＬ素子等）、能動受光素子（ＣＣＤ等）、中央演算装置（ＣＰＵ）、画像演算装置（ＧＰＵ）、インバータ素子（ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等）、モーター類、ヒーター素子等、発熱を伴うデバイス類の実装された機器、器具等の放熱対策として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ 接触部
２ ベース部
３ フィン部
４ 熱伝導接着層
５ 発熱体（ＬＥＤ素子実装基板等）
６ ＬＥＤ実装基板
７ ＬＥＤ素子
８ 光透過性カバー
９ 電源基板
１０ 電気絶縁ケース
１１ 口金（電源ソケット接続用）
１２ 電気絶縁層
１３ 凸部
１４ 凹部
１５ 凸部の山幅
１６ 凹部の谷幅
１７ 凸部の高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２であることを特徴とする放熱構造体。
【請求項２】
熱伝導性フィラーを含有し、少なくとも一方向における熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性樹脂組成物からなる請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項３】
熱伝導性樹脂組成物は、マトリクス樹脂１００体積部に対して１０〜２００体積部の熱伝導性フィラーを含有する請求項１または２に記載の放熱構造体。
【請求項４】
熱伝導性フィラーとして、主として、メソフェーズピッチを原料としたピッチ系黒鉛化短繊維を用いる請求項２または３に記載の放熱構造体。
【請求項５】
発熱体がＬＥＤ素子もしくはＬＥＤ実装基板である、請求項１〜４のいずれかに記載の放熱構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の放熱構造体をＬＥＤ素子の放熱部品に用いたＬＥＤ照明具。
【請求項１】
発熱体の少なくとも一部と接触するように配され、比重が１．０〜２．０の熱伝導性樹脂組成物から成る放熱構造体であって、発熱体からの発熱量１Ｗに対する発熱体と放熱構造体の接触面積Ｓ１が１〜１０ｃｍ２であり、かつ、発熱体からの発熱量１Ｗに対する放熱構造体の表面積のうち、外気との接触面積Ｓ２が１０〜５０ｃｍ２であることを特徴とする放熱構造体。
【請求項２】
熱伝導性フィラーを含有し、少なくとも一方向における熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性樹脂組成物からなる請求項１に記載の放熱構造体。
【請求項３】
熱伝導性樹脂組成物は、マトリクス樹脂１００体積部に対して１０〜２００体積部の熱伝導性フィラーを含有する請求項１または２に記載の放熱構造体。
【請求項４】
熱伝導性フィラーとして、主として、メソフェーズピッチを原料としたピッチ系黒鉛化短繊維を用いる請求項２または３に記載の放熱構造体。
【請求項５】
発熱体がＬＥＤ素子もしくはＬＥＤ実装基板である、請求項１〜４のいずれかに記載の放熱構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の放熱構造体をＬＥＤ素子の放熱部品に用いたＬＥＤ照明具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−７９７９４（Ｐ２０１２−７９７９４Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１３９６（Ｐ２０１０−２２１３９６）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００３００１）帝人株式会社 (1,209)
【Ｆターム（参考）】
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