熱伝導性成形体及びその製造方法
【課題】熱伝導性成形体及びその製造方法において、簡単な組成で金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽く、低コストである素材を製造できること。
【解決手段】切断工程（ａ）において炭素繊維が所定長さの短繊維２Ａに切断され、整列工程（ｂ）において短繊維２Ａがプレス金型１０内に整列させられ、流入工程（ｃ）において短繊維２Ａが整列したプレス金型１０内に液状エポキシ樹脂３Ａが流入させられ、プレス工程（ｄ）においてプレス金型１０，１２によって液状エポキシ樹脂３Ａが整列した短繊維２Ａとともに整列した方向と垂直な方向にプレスされ、短繊維の間及び単繊維の束である短繊維の中に入り込むとともに、圧縮されて液状エポキシ樹脂３Ａの占める体積が必要最小限となる。その後、硬化工程（ｅ）において液状エポキシ樹脂３Ａが硬化することによって、全体に表面硬度と強度とが付与されて、熱伝導性成形体１Ａが得られる。
【解決手段】切断工程（ａ）において炭素繊維が所定長さの短繊維２Ａに切断され、整列工程（ｂ）において短繊維２Ａがプレス金型１０内に整列させられ、流入工程（ｃ）において短繊維２Ａが整列したプレス金型１０内に液状エポキシ樹脂３Ａが流入させられ、プレス工程（ｄ）においてプレス金型１０，１２によって液状エポキシ樹脂３Ａが整列した短繊維２Ａとともに整列した方向と垂直な方向にプレスされ、短繊維の間及び単繊維の束である短繊維の中に入り込むとともに、圧縮されて液状エポキシ樹脂３Ａの占める体積が必要最小限となる。その後、硬化工程（ｅ）において液状エポキシ樹脂３Ａが硬化することによって、全体に表面硬度と強度とが付与されて、熱伝導性成形体１Ａが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂と同等程度に軽い熱伝導性成形体及びその製造方法に関するものである。なお、本明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書において、「繊維」とは、「単繊維」という用語を除いて、単繊維が束になって構成されている繊維を意味するものとする。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコン・携帯電話機・デジタルカメラ等の電子機器の分野における小型化・軽量化の進展は著しいものがあり、一方では中央処理装置（ＣＰＵ）を始めとする半導体素子等の高速化も目覚しく、これに伴って半導体素子等の発する熱量は増加の一途を辿っている。このため、電子機器内において発生した熱を、小型化・軽量化の要求を妨げることなく、より効率良く放出させる手段が必要とされている。
【０００３】
このためには、従来放熱体として用いられてきた、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属に代わる、有機合成樹脂と同じくらい軽量で、しかも銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属と同等以上の熱伝導率を有する素材を製造することが必要となる。
【０００４】
そこで、かかる要求に応えるために、特許文献１には、一方向に揃えられた炭素繊維が高分子マトリックス材料中に含有されており、更に高分子マトリックス材料中に熱伝導性充填剤が含有されている高熱伝導材料の発明が開示されている。これによって、金属並みの高い熱伝導率を持ちながら、高分子樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導部材を提供することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、実施例に示されるように、炭素繊維に高分子マトリックス材料としてのエポキシ樹脂を含浸したものを、オートクレーブ中で等方的に圧力を掛けながら加熱硬化させているために、炭素繊維の体積含有率が低く、熱伝導性充填剤としての酸化アルミニウム粉末を入れないものについては熱伝導率が不足しており、熱伝導性充填剤を使用しない簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造するのは困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係る熱伝導性成形体は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であって、前記熱伝導性繊維が同一方向に整列して、その間隙を前記有機合成樹脂が埋め、前記同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなるものである。
【０００９】
ここで、「熱伝導性繊維」としては、炭素繊維（特に石炭ピッチ系炭素繊維が好ましい）、金属繊維（特に銅繊維が好ましい）、合成繊維を炭素や金属等の高熱伝導性材料で被覆したもの、等を用いることができる。また、「有機合成樹脂」としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂（特に、ナイロン樹脂、中でもホットメルト用ナイロン樹脂が、流動性が高いため好ましい。）、アラミド樹脂、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００１０】
請求項２の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１の構成において、前記熱伝導性繊維の体積含有率が６４％〜９０％の範囲内、より好ましくは６５％〜７５％の範囲内であるものである。
【００１１】
請求項３の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１または請求項２の構成において、前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内、より好ましくは５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であるものである。
【００１２】
請求項４の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有するものである。ここで、天然繊維としては綿糸・麻・絹等があり、無機繊維としてはガラス繊維等があり、有機繊維としては種々の合成繊維を用いることができる。
【００１３】
請求項５の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、更に前記同一方向に対して垂直な表面及び裏面に熱伝導性シートを貼り付けたものである。ここで、熱伝導性シートとしては、例えば銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、等を用いることができる。また、熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤としては、銀ペーストを始めとする熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。
【００１４】
請求項６の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維を所定長さの短繊維に切断するか予め所定長さの短繊維に切断された前記熱伝導性繊維を入手する短繊維入手工程と、前記短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記有機合成樹脂を流動状態で前記プレス金型内に流入させる流入工程と、前記プレス金型によって前記有機合成樹脂を前記整列した短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程とを具備するものである。
【００１５】
請求項７の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維に前記有機合成樹脂を流動状態で含浸させる含浸工程と、前記有機合成樹脂を半流動状態に半硬化させる半硬化工程と、前記半硬化した有機合成樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの半硬化短繊維に切断する切断工程と、前記半硬化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記プレス金型によって前記半硬化した有機合成樹脂を前記整列した半硬化短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記半硬化した有機合成樹脂を硬化させる硬化工程とを具備するものである。
【００１６】
請求項８の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と熱可塑性樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維に前記熱可塑性樹脂を加熱して流動状態で含浸させる含浸工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させる固化工程と、固化した熱可塑性樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの固化短繊維に切断する切断工程と、前記固化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記プレス金型を加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融状態に再溶融または半流動状態に再軟化させる再溶融・再軟化工程と、前記プレス金型によって前記再溶融または再軟化した熱可塑性樹脂を前記短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記熱可塑性樹脂を再度完全に冷却固化させる再固化工程とを具備するものである。
【００１７】
請求項９の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項８のいずれか１つの構成において、前記プレス工程において、プレスするとともに余分な有機合成樹脂または余分な半硬化した有機合成樹脂を前記プレス金型から排出するものである。
【００１８】
請求項１０の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維を束ねながら整列させて金型内に通す整列工程と、前記整列工程と同時に前記有機合成樹脂を流動状態で前記金型内に流入させて前記熱伝導性繊維に含浸させながら押出成形する押出成形工程と、前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と、前記押出成形された成形体を前記整列した方向と垂直な方向に切断する切断工程とを具備するものである。
【００１９】
請求項１１の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項１０のいずれか１つの構成において、前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内、より好ましくは５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であるものである。
【００２０】
請求項１２の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項１１のいずれか１つの構成において、前記熱伝導性繊維及び前記有機合成樹脂以外に、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有するものである。ここで、天然繊維としては綿糸・麻・絹等があり、無機繊維としてはガラス繊維等があり、有機繊維としては種々の合成繊維を用いることができる。
【００２１】
請求項１３の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項１２のいずれか１つの構成において、前記硬化工程の後に、更に前記整列した方向と垂直な表面及び裏面を平面研磨する平面研磨工程と、前記平面研磨された表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シートを貼り付ける貼付け工程とを具備するものである。
【００２２】
ここで、熱伝導性シートとしては、例えば銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、等を用いることができる。また、熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤としては、銀ペーストを始めとする熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明に係る熱伝導性成形体は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であるため、組成が簡単であり、製造も容易で低コスト化することができる。また、熱伝導性繊維が同一方向に整列して間隙を有機合成樹脂が埋めているため、熱伝導性繊維が整列した方向については金属と同等の高い熱伝導率が得られ、有機合成樹脂並みの軽さとを両立できる。そして、同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることから、熱伝導性繊維の体積含有率が高くなり、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００２４】
このようにして、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体となる。
【００２５】
請求項２の発明に係る熱伝導性成形体においては、熱伝導性繊維の体積含有率が６４％〜９０％の範囲内であることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、確実に金属と同等以上の高い熱伝導率を持つものとなり、また有機合成樹脂を一定体積以上含むため、強度と軽さとを確保することができる。特に、熱伝導性繊維の体積含有率が６５％〜７５％の範囲内である場合には、より確実に金属と同等以上の高い熱伝導率を保持するとともに強度と軽さとを有するものとなるため、より好ましい。
【００２６】
請求項３の発明に係る熱伝導性成形体においては、熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることから、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加えて、熱伝導性繊維の体積含有率が高くても有機合成樹脂と同等の強度と軽さとを保持することができる。
【００２７】
ここで、熱伝導性繊維としての炭素繊維の熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、金属と同等以上の高い熱伝導率を確保することが困難となり、一方、炭素繊維の熱伝導率が９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えるものは価格が高くなるため、炭素繊維の熱伝導率は１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であることが好ましい。特に、炭素繊維の熱伝導率が５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であると、低コストと高い熱伝導率を確保することがより容易になるため、より好ましい。
【００２８】
請求項４の発明に係る熱伝導性成形体においては、熱伝導性繊維のみならず、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することから、熱伝導性繊維と天然繊維、無機繊維または有機繊維との混合比を調節することによって、目的とする熱伝導率を有する熱伝導性成形体を容易に製造することができるとともに、熱伝導性繊維の使用量を減らすことができるため、熱伝導性成形体をより低コストで製造することができる。
【００２９】
請求項５の発明に係る熱伝導性成形体においては、更に熱伝導性繊維の長手方向に対して垂直な表面及び裏面に熱伝導性シートを貼り付けたことから、熱伝導性成形体の熱伝導率を低下させることなく、構造上強度が小さくなり易い熱伝導性成形体の表面方向（熱伝導性繊維同士を引き離す方向）の強度を向上させることができ、熱伝導性成形体の厚さ方向の割れを防止することができる。ここで、熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤として、銀ペースト等の熱伝導性接着剤を用いることによって、熱伝導率の低下がより確実に防止されるため、より好ましい。
【００３０】
請求項６の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、まず短繊維入手工程において熱伝導性繊維が所定長さの短繊維に切断されるか予め所定長さの短繊維に切断された熱伝導性繊維が入手され、整列工程においてこれらの短繊維がプレス金型内に整列させられ、流入工程において短繊維が整列したプレス金型内に有機合成樹脂が流動状態で流入させられる。そして、プレス工程において、プレス金型によって有機合成樹脂が整列した短繊維とともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされる。
【００３１】
これによって、整列した短繊維の間及び単繊維の束である短繊維の中に有機合成樹脂が入り込むとともに、圧縮されて有機合成樹脂の占める体積が必要最小限となる。その後、硬化工程において有機合成樹脂が硬化することによって（すなわち、熱可塑性樹脂の場合は融点またはガラス転移点以下まで冷却され、熱硬化性樹脂の場合は硬化温度以上に加熱されることによって）、全体に表面硬度と強度とが付与されて、熱伝導性成形体が得られる。
【００３２】
このように、本発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、原料として熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみを用いるため、組成が簡単であり、製造も容易で低コスト化することができる。また、熱伝導性繊維が同一方向に整列して間隙を有機合成樹脂が埋めているため、熱伝導性繊維が整列した方向については金属と同等の高い熱伝導率が得られ、有機合成樹脂並みの軽さとを両立できる。そして、同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることから、熱伝導性繊維の体積含有率が高くなり、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００３３】
このようにして、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体の製造方法となる。
【００３４】
請求項７の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、まず含浸工程において熱伝導性繊維に有機合成樹脂が流動状態で含浸され、含浸された有機合成樹脂が半硬化工程において半流動状態に半硬化される。それから、切断工程において半硬化した有機合成樹脂が含浸した熱伝導性繊維が所定長さの半硬化短繊維に切断されるため、原料となる熱伝導性繊維が脆いものであっても、十分な強度が得られ、取り扱いが容易になる。したがって、半硬化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程も、容易に実施できる。
【００３５】
そして、プレス工程において、プレス金型内に整列した半硬化短繊維が、プレス金型によって整列した方向と垂直な方向にプレスされ、整列した短繊維の間及び単繊維の束である短繊維の中に更に有機合成樹脂が入り込むとともに、圧縮されて有機合成樹脂の占める体積が必要最小限となる。その後、硬化工程において有機合成樹脂が硬化することによって（すなわち、熱可塑性樹脂の場合は融点またはガラス転移点以下まで冷却され、熱硬化性樹脂の場合は硬化温度以上に加熱されることによって）、全体に表面硬度と強度とが付与されて、熱伝導性成形体が得られる。
【００３６】
このように、本発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、原料として熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみを用いるため、組成が簡単であり、製造も容易で低コスト化することができる。また、熱伝導性繊維が同一方向に整列して間隙を有機合成樹脂が埋めているため、熱伝導性繊維が整列した方向については金属と同等の高い熱伝導率が得られ、有機合成樹脂並みの軽さとを両立できる。そして、同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることから、熱伝導性繊維の体積含有率が高くなり、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００３７】
請求項８の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させた後に切断して固化短繊維とし、この固化短繊維をプレス金型内に整列させる方法であることから、含浸された熱可塑性樹脂が固化した状態においては、より強度が高く扱い易く壊れにくいため、切断装置や整列用ロボットによって各工程を自動化することがより容易であり、不良品発生率の少ない大量生産方法となる。
【００３８】
請求項９の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法では、プレス工程において、プレスするとともに余分な有機合成樹脂または余分な半硬化した有機合成樹脂をプレス金型から排出することによって、請求項６乃至請求項８のいずれか１つに係る発明の効果に加えて、熱伝導性繊維の体積含有率がより一層高くなり、有機合成樹脂の体積含有率がより確実に必要最小限に抑えられて、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００３９】
請求項１０の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維を束ねながら整列させて金型内に通すと同時に、有機合成樹脂を流動状態で金型内に流入させて熱伝導性繊維に含浸させながら押出成形して、押出成形体を切断する製造方法であることから、連続的な製造が可能な大量生産方法であり、これによって高熱伝導率と軽量性を兼ね備えた熱伝導性成形体を、より一層低コストで製造することができる。
【００４０】
請求項１１の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることから、請求項６乃至請求項１０のいずれか１つに係る発明の効果に加えて、熱伝導性繊維の体積含有率が高くても有機合成樹脂と同等の強度と軽さとを保持することができる。
【００４１】
ここで、熱伝導性繊維としての炭素繊維の熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、金属と同等以上の高い熱伝導率を確保することが困難となり、一方、炭素繊維の熱伝導率が９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えるものは価格が高くなるため、炭素繊維の熱伝導率は１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であることが好ましい。特に、炭素繊維の熱伝導率が５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であると、低コストと高い熱伝導率を確保することがより容易になるため、より好ましい。
【００４２】
請求項１２の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、熱伝導性繊維及び有機合成樹脂以外に、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することから、熱伝導性繊維と天然繊維、無機繊維または有機繊維との混合比を調節することによって、目的とする熱伝導率を有する熱伝導性成形体を容易に製造することができるとともに、熱伝導性繊維の使用量を減らすことができるため、熱伝導性成形体をより低コストで製造することができる。
【００４３】
請求項１３の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、硬化工程の後に、更に整列した方向と垂直な表面及び裏面を平面研磨する平面研磨工程と、平面研磨された表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シートを貼り付ける貼付け工程とを具備することから、熱伝導性シートが貼り付けられたことによって、構造上強度が小さくなり易い熱伝導性成形体の表面方向（熱伝導性繊維同士を引き離す方向）の強度を向上させることができ、熱伝導性成形体の熱伝導率を低下させることなく、熱伝導性成形体の厚さ方向の割れを防止することができる。
【００４４】
ここで、貼付け工程において熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤として、銀ペースト等の熱伝導性接着剤を用いることによって、熱伝導性成形体の熱伝導率の低下がより確実に防止されるため、より好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の全体構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の測定方法を示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明の実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の推定値と測定値の関係を示す図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３の変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図９】図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４７】
実施の形態１
まず、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態１について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の全体構成を模式的に示す斜視図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の測定方法を示す模式図である。
【００４８】
図１に示されるように、本実施の形態１に係る熱伝導性成形体１は、熱伝導性繊維２と有機合成樹脂３とからなり、熱伝導性繊維２が同一方向に整列して、その間隙を有機合成樹脂３が埋めたものである。そして、図１に矢印で示されるように、熱伝導性繊維２が整列した方向に対して垂直な方向（Ａ方向及び／またはＢ方向）に圧縮されている。これによって、有機合成樹脂３が圧縮されて有機合成樹脂３の占める体積が必要最小限となり、熱伝導性繊維２の整列した方向について、熱伝導性繊維２の有する高い熱伝導率と殆ど変わらない高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体１となる。
【００４９】
次に、このような熱伝導性成形体１の具体的な製造方法について、図２を参照して説明する。本実施の形態１においては、熱伝導性繊維２として、石炭ピッチ系の炭素繊維２Ａを用いており、より具体的には、三菱樹脂（株）（三菱化学産資（株））製の石炭ピッチ系炭素繊維Ｋ６３７１２（熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもの）、及び三菱樹脂（株）（三菱化学産資（株））製の石炭ピッチ系炭素繊維Ｋ２２３ＨＧ（熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもの）を用いている。また、有機合成樹脂３としては、熱硬化性樹脂である液状エポキシ樹脂３Ａを用いており、より具体的には、ストルアス社製のエポフィックス（二成分型液体エポキシ系冷間埋め込み樹脂）を用いている。
【００５０】
まず、図２（ａ）に示されるように、切断工程において、炭素繊維が所定長さの短繊維２Ａに切断され、図２（ｂ）に示されるように、整列工程において、短繊維２Ａがプレス金型１０内に同一方向（図２（ｂ）において紙面と垂直な方向）に整列した状態で充填される。次に、図２（ｃ）に示されるように、流入工程において、短繊維２Ａが整列したプレス金型１０内に、液状エポキシ樹脂３Ａが硬化剤とともに流し込まれる。
【００５１】
続いて、図２（ｄ）に示されるように、プレス工程において、プレス金型１０，１２によって、液状エポキシ樹脂３Ａが整列した短繊維２Ａとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされる。これによって、液状エポキシ樹脂３Ａが、短繊維２Ａの間及び単繊維の束である短繊維２Ａの中に入り込むとともに、余分な液状エポキシ樹脂３Ａがプレス金型１０から搾り出されつつ圧縮されて、液状エポキシ樹脂３Ａの占める体積が必要最小限となる。
【００５２】
ここで、図２（ｄ）に示されるように、本実施の形態１に係る熱伝導性成形体の製造方法の実施例１として、熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス前の初期高さ２８ｍｍからプレス後の高さ１５ｍｍまで圧縮した。また、実施例２として、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス前の初期高さ２８ｍｍからプレス後の高さ１４ｍｍまで圧縮した。
【００５３】
その後、図２（ｅ）に示されるように、硬化工程において、室温でプレス状態のまま８時間以上保持されることによって、予め硬化剤が添加された液状エポキシ樹脂３Ａが硬化して、全体に表面硬度と強度とが付与されて、図２（ｆ）に示されるように、炭素繊維２Ａ及びエポキシ樹脂３Ａからなる熱伝導性成形体１Ａが得られる。
【００５４】
このようにして製造された本実施の形態１に係る熱伝導性成形体１Ａ（実施例１，２）の熱伝導率を、レーザフラッシュ法（ＪＩＳ−Ｒ１６１１）によって測定した。なお、比較のために、比較例１として、実施例１と同様に熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス工程を実施せずに熱伝導性成形体を製造し、同様にレーザフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。
【００５５】
レーザフラッシュ法による熱伝導率測定の概略について、図３を参照して説明する。図３（ａ）に示されるように、レーザフラッシュ法は、円板形状（１０ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）の試料の表面にレーザ光源からレーザ光を照射し、試料の裏面の温度を熱電対で測定するものである。
【００５６】
これによって、図３（ｂ）に示されるように、試料の表面に加えた熱量と試料の裏面の温度上昇、及び試料の重量から試料の比熱Ｃｐが求められ、レーザ照射から試料の裏面に熱が伝達されるまでの時間と試料の厚みから試料の熱拡散率αが求められ、これらの比熱Ｃｐ及び熱拡散率αと、別に測定した試料の密度ρとから、λ＝α・Ｃｐ・ρの関係式によって、試料の熱伝導率λが算出される。
【００５７】
図２（ｆ）に示される熱伝導性成形体１Ａから、厚み方向が炭素繊維２Ａの整列した方向になるように、円板形状（１０ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）の試料を切り出して、レーザフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。レーザフラッシュ法による測定装置としては、京都電子工業（株）製の熱物性測定装置・ＬＦＡ−５０２を使用した。その結果、本実施の形態１の実施例１に係る熱伝導性成形体の熱伝導率は３６１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、実施例２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率は１０９．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。これらの測定結果を、表１にまとめて示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１に示されるように、熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維（ＣＦ）を用いた実施例１の熱伝導性成形体１Ａは、エポキシ樹脂の樹脂密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．２０ｇ／ｃｍ3 、熱伝導性成形体１Ａ全体のかさ密度が１．８７ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は６８．６％となる。この実施例１の熱伝導性成形体１Ａは、２４℃における熱伝導率が、比熱×熱拡散率×密度＝８５５×０．０００２２６×１８７０＝３６１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、原料の炭素繊維と比較した熱伝導率の低下率は７０．２％であった。
【００６０】
また、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維（ＣＦ）を用いた実施例２の熱伝導性成形体１Ａは、エポキシ樹脂の樹脂密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．１２ｇ／ｃｍ3 、熱伝導性成形体１Ａ全体のかさ密度が１．７８ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は６４．９％となる。この実施例２の熱伝導性成形体１Ａは、２４℃における熱伝導率が比熱×熱拡散率×密度＝７８１×０．００００７８９×１７８０＝１０９．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、原料の炭素繊維と比較した熱伝導率の低下率は７８．３％であった。
【００６１】
これに対して、表１に示されるように、熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いているが、プレス工程（圧縮）を実施せずに製造された比較例１の成形体は、エポキシ樹脂の樹脂密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．２０ｇ／ｃｍ3 、成形体全体のかさ密度が１．５６ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は３９．０％となる。
【００６２】
このように、実施例１及び実施例２と比較して炭素繊維の体積含有率が低い比較例１の成形体は、表１に示されるように、レーザフラッシュ法による測定において、比熱と密度は求めることができたが、エポキシ樹脂の部分をレーザ光が通過してしまうため熱拡散率を測定することができず、したがって熱伝導率を求めることができなかった。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態１の実施例１及び実施例２に係る熱伝導性成形体１Ａは、熱伝導率がそれぞれ３６１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）及び１０９．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と金属並みに高く、炭素繊維の体積含有率もそれぞれ６８．６％及び６４．９％と高く、一方かさ密度はそれぞれ１．８７ｇ／ｃｍ3及び１．７８ｇ／ｃｍ3と、有機合成樹脂並みに小さいものであった。
【００６４】
このようにして、本実施の形態１に係る熱伝導性成形体１Ａ及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ａを得ることができる。
【００６５】
実施の形態２
次に、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態２について、図４及び図５を参照して説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明の実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図５は本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の推定値と測定値の関係を示す図である。
【００６６】
本実施の形態２に係る熱伝導性成形体の具体的な製造方法について、図４を参照して説明する。本実施の形態２においては、熱伝導性繊維２として、石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｂａを用いており、より具体的には、三菱樹脂（株）（三菱化学産資（株））製の石炭ピッチ系炭素繊維Ｋ１３Ｄ２Ｕ（熱伝導率が実施の形態１よりも高い７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもの）を用いている。また、有機合成樹脂３としては、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂３Ｂを用いている。
【００６７】
まず、図４（ａ）に示されるように、含浸工程において、炭素繊維２Ｂａが容器に入れられた液状のフェノール樹脂３Ｂ中に浸されて、フェノール樹脂３Ｂの含浸が行なわれる。続いて、図４（ｂ）に示されるように、半硬化工程において、フェノール樹脂３Ｂが含浸された炭素繊維２Ｂａが８０℃で１５分間加熱され、フェノール樹脂３Ｂが半流動状態に半硬化した半硬化炭素繊維２Ｂｂとされる。
【００６８】
次に、図４（ｃ）に示されるように、切断工程において、半硬化炭素繊維２Ｂｂが所定長さ（１０ｍｍ）の半硬化短繊維２Ｂｃに切断され、図４（ｄ）に示されるように、整列工程において、半硬化短繊維２Ｂｃがプレス金型１０内に同一方向（図４（ｄ）において紙面に垂直な方向）に整列した状態で充填される。そして、図４（ｅ）に示されるように、プレス工程において、プレス金型１０，１２によって、半硬化したフェノール樹脂３Ｂが整列した半硬化短繊維２Ｂｃとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされる。
【００６９】
これによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｂがプレス金型１０から搾り出されつつ圧縮されて、半硬化したフェノール樹脂３Ｂの占める体積が必要最小限となる。ここで、図４（ｅ）に示されるように、本実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法の実施例３として、熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス前の初期高さ２８ｍｍからプレス後の高さ１４ｍｍまで圧縮した。
【００７０】
その後、図４（ｆ）に示されるように、硬化工程において、プレス状態のまま１５０℃で３０分間加熱されることによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｂが完全硬化して、全体に表面硬度と強度とが付与されて、図４（ｇ）に示されるように、炭素繊維２Ｂ及びフェノール樹脂３Ｂからなる熱伝導性成形体１Ｂが得られる。
【００７１】
このような製造方法を採用した理由は、熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いピッチ系の炭素繊維２Ｂａは、上記実施の形態１に係る熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）及び１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のピッチ系の炭素繊維２Ａと比べて脆いため、上記実施の形態１に係る図２に示されるような製造方法を採ると、切断した炭素繊維をプレス金型内に充填する際に炭素繊維が崩れてしまう。したがって、図４に示されるように、予め樹脂を含浸して半硬化させてから、切断してプレス金型内に充填することとしたものである。
【００７２】
このようにして製造された本実施の形態２に係る熱伝導性成形体１Ｂ（実施例３）の熱伝導率を、実施の形態１の場合と同様に、レーザフラッシュ法（ＪＩＳ−Ｒ１６１１）によって測定した。すなわち、図４（ｇ）に示される熱伝導性成形体１Ｂから、厚み方向が炭素繊維２Ｂの整列した方向になるように、円板形状（１０ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）の試料を切り出して、レーザフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。レーザフラッシュ法による測定装置としては、京都電子工業（株）製の熱物性測定装置・ＬＦＡ−５０２を使用した。その結果、本実施の形態２の実施例３に係る熱伝導性成形体の熱伝導率は２１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。製造方法、物性データ及び測定結果を、表２に示す。
【００７３】
【表２】
【００７４】
表２に示されるように、熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維（ＣＦ）を用いた実施例３の熱伝導性成形体１Ｂは、フェノール樹脂の樹脂密度が１．２６ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．２１ｇ／ｃｍ3 、熱伝導性成形体１Ｂ全体のかさ密度が１．６６ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は４２．１％となる。この実施例２の熱伝導性成形体１Ｂは、２４℃における熱伝導率が、比熱×熱拡散率×密度＝８０５×０．０００１６３×１６６０＝２１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、原料の炭素繊維と比較した熱伝導率の低下率は２８．３％であった。
【００７５】
このように、実施例３の熱伝導性成形体１Ｂは、実施例１及び実施例２と比較して炭素繊維の体積含有率が低く、熱伝導率の低下率も大きいが、原料であるピッチ系の炭素繊維２Ｂａの熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いため、金属と同等以上の２１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い熱伝導率を示し、一方かさ密度は１．６６ｇ／ｃｍ3と、有機合成樹脂並みに小さいものであった。
【００７６】
このようにして、本実施の形態２に係る熱伝導性成形体１Ｂ及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ｂを得ることができる。
【００７７】
以上説明した上記実施の形態１及び本実施の形態２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率を、原料である炭素繊維の熱伝導率に対してプロットした図を、図５に示す。記号□で示されるのが推定値であり、記号■で示されるのが測定値である。推定値は、表１，表２に示される（炭素繊維の）体積含有率に、元の炭素繊維の熱伝導率を乗じて算出したものである。
【００７８】
図５に示されるように、上記実施の形態１に係る実施例１及び実施例２については、推定値と測定値はかなり良く一致しているが、本実施の形態２に係る実施例３については、測定値は推定値よりもずっと小さくなっている。したがって、この原因を解明することによって、本実施の形態２に係る製造方法によって得られる熱伝導性成形体１Ｂの熱伝導率を、より一層向上させることが可能であると考えられる。
【００７９】
実施の形態３
次に、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態３について、図６及び図７を参照して説明する。図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３の変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【００８０】
本実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図６を参照して説明する。本実施の形態３（及びその変形例）に係る熱伝導性成形体の製造方法は、上記実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法を改良して、より量産性を有する製造方法としたものである。本実施の形態３においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｃａを用いており、有機合成樹脂３としては熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂３Ｃを用いている。
【００８１】
図６（ａ）に示されるように、プルトルージョン装置１３において、まず石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｃａをロービング（２０００本〜１２０００本の炭素繊維フィラメント（単繊維）を集束したストランドを数十本合糸して円筒状に巻き取ったもの）１４Ｃから引き出し、容器１５内に満たされた液状のフェノール樹脂３Ｃの中を通過させて、フェノール樹脂３Ｃを炭素繊維２Ｃａに含浸させる（含浸工程）。そして、フェノール樹脂３Ｃが含浸した炭素繊維２Ｃａを、ローラー１６で巻き取りながら半硬化炉１７の中へ導入し、加熱してフェノール樹脂３Ｃを半硬化させ、半硬化炭素繊維２Ｃｂとする（半硬化工程）。
【００８２】
次に、図６（ｂ）に示されるように、この半硬化炭素繊維２Ｃｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して半硬化短繊維２Ｃｃとし（切断工程）、得られた半硬化短繊維２Ｃｃを、図示しないロボットによってプレス金型１０内に同一方向に整列させて充填する（整列工程）。そして、図６（ｃ）に示されるように、加圧機構１１を作動させてプレス金型１２をプレス金型１０内に押し込むことによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｃが整列した半硬化短繊維２Ｃｃとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされつつ、余分な半硬化したフェノール樹脂３Ｃが図示しない貫通孔から搾り出される（プレス工程）。
【００８３】
そして、図６（ｃ）に示される状態でより高温に加熱することによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｃが完全硬化して（硬化工程）、図６（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｃ及び有機合成樹脂としてのフェノール樹脂３Ｃからなる、本実施の形態３に係る熱伝導性成形体１Ｃが得られる。このように、図６に示される本実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、ローラー１６，半硬化炉１７，図示しない切断装置及び図示しないロボット，加圧機構１１を備えたプレス金型１０，１２等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【００８４】
次に、本実施の形態３の変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図７を参照して説明する。本実施の形態３の変形例においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｄａを用いており、有機合成樹脂３としては熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂３Ｄを用いている。
【００８５】
図７（ａ）に示されるように、まずプルトルージョン装置１３において、石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｄａをロービング１４Ｄから引き出し、容器１５内に満たされた液状のフェノール樹脂３Ｄの中を通過させて、フェノール樹脂３Ｄを炭素繊維２Ｄａに含浸させる（含浸工程）。そして、フェノール樹脂３Ｄが含浸した炭素繊維２Ｄａを、ローラー１６で巻き取りながら半硬化炉１７の中へ導入し、加熱してフェノール樹脂３Ｄを半硬化させ、半硬化炭素繊維２Ｄｂとする（半硬化工程）。
【００８６】
続いて、この半硬化炭素繊維２Ｄｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して半硬化短繊維２Ｄｃとし（切断工程）、図７（ｂ）に示されるように、得られた半硬化短繊維２Ｄｃを、図示しないロボットによって、加圧部材１８及び半加熱整列部材１９からなるリボン化装置に送り込んで、半硬化短繊維２Ｄｃ同士を融着させてリボン状シート４にするとともに、リボン状シート４を巻き取ってシートロール５とする。
【００８７】
図７（ｃ）に示されるように、このシートロール５をプレス金型２０内にセットすることによって、半硬化短繊維２Ｄｃがプレス金型２０内に同一方向に整列させて充填される（整列工程）。そして、図７（ｃ）に示されるように、このシートロール５をプレス金型２０によってプレスして（プレス工程）、更により高温で加熱することによって半硬化したフェノール樹脂３Ｂが完全硬化して（硬化工程）、全体に表面硬度と強度とが付与されて、図７（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｄ及び有機合成樹脂としてのフェノール樹脂３Ｄからなる、本実施の形態３の変形例に係る六角柱形状の熱伝導性成形体１Ｄが得られる。
【００８８】
このように、図７に示される本実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、ローラー１６，半硬化炉１７，図示しない切断装置及び図示しないロボット，加圧部材１８及び半加熱整列部材１９からなるリボン化装置，プレス金型２０等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【００８９】
このようにして、本実施の形態３に係る熱伝導性成形体及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ｃ，１Ｄを得ることができる。
【００９０】
実施の形態４
次に、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態４について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【００９１】
本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図８を参照して説明する。本実施の形態４（並びにその第１変形例及び第２変形例）に係る熱伝導性成形体の製造方法は、有機合成樹脂として熱可塑性樹脂を用いることを特徴とするとともに、量産性に優れた製造方法である。
【００９２】
図８に示されるように、本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｅａを用いており、有機合成樹脂３としては熱可塑性樹脂であるホットメルト用ナイロン樹脂３Ｅを用いている。
【００９３】
図８（ａ）に示されるように、本実施の形態４においては、多数のロービング１４Ｅから各１本ずつの石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｅａを引き出し、多数本を束ねて一度に押出成形機２１の口金本体２１ｃの中へ通しながら、同時に押出成形機２１の樹脂可塑化シリンダ２１ａにホッパー２１ｂからホットメルト用ナイロン樹脂３Ｅを投入して、押出成形機２１の樹脂可塑化シリンダ２１ａの中でスクリューによって加熱溶融させて、口金本体２１ｃの中へ押出して炭素繊維２Ｅａに含浸して一体化させ、ブロック状の押出成形体６として押出成形する。
【００９４】
この押出成形体６を、ホットメルト用ナイロン樹脂３Ｅがまだ軟らかい状態において、または押出成形体６が十分に冷却されてナイロン樹脂３Ｅが硬化した後に、切断装置で所定の厚さに切断することによって、図８（ｂ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｅ及び有機合成樹脂としてのナイロン樹脂３Ｅからなる、本実施の形態４に係る直方体形状の熱伝導性成形体１Ｅを、短時間で大量に製造することができる。
【００９５】
このように、本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法は、連続的な製造が可能な、大量生産方法であり、これによって高熱伝導率と軽量性を兼ね備えた熱伝導性成形体１Ｅを、より一層低コストで製造することができる。なお、押出成形機２１の口金２１ｄの形状を変えることによって、押出成形体６の断面形状（すなわち熱伝導性成形体１Ｅの形状）は自由に変えることができる。
【００９６】
したがって、図８に示される本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維を長繊維のまま多数本を束ねて押出成形機の中へ導く導入工程と、該導入工程と同時に、または前記導入工程に続いて、前記押出成形機の中へ有機合成樹脂を投入して加熱溶融させる溶融工程と、前記長繊維のまま多数本が束ねられた熱伝導性繊維に前記加熱溶融した有機合成樹脂を含浸させながら連続的なブロックとして押出す押出し工程と、前記ブロックを所定長さに切断する切断工程とを具備するものである。
【００９７】
また、図８に示される本実施の形態４に係る熱伝導性成形体１Ｅは、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であって、前記熱伝導性繊維を長繊維のまま多数本を束ねて押出成形機の中へ導入し、前記押出成形機の中へ有機合成樹脂を投入して加熱溶融させて前記熱伝導性繊維に含浸させながら連続的なブロックとして押出した後、前記ブロックを所定長さに切断してなるものである。
【００９８】
次に、本実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図９を参照して説明する。本実施の形態４の第１変形例においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｆａを用いており、有機合成樹脂３としては熱可塑性樹脂であるホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆを用いている。
【００９９】
図９（ａ）に示されるように、本実施の形態４の第１変形例においては、ロービング１４Ｆから石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｆａを引き出して、押出し機２２に連通した金型２３内に導入し、同時に押出し機２２にホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆを投入して加熱溶融させて液状とし、炭素繊維２Ｆａに含浸させながら金型２３から引き出して（含浸工程）、その後冷却して固化させる（固化工程）。
【０１００】
図９（ｂ）に示されるように、この樹脂含浸炭素繊維２Ｆｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して、樹脂含浸短繊維２Ｆｃとする（切断工程）。そして、図示しないロボットによって、樹脂含浸短繊維２Ｆｃをプレス金型１０内に同一方向に整列させて充填する（整列工程）。
【０１０１】
そして、図９（ｃ）に示されるように、加圧機構１１を作動させてプレス金型１２をプレス金型１０内に押し込むことによって、ホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆが整列した樹脂含浸短繊維２Ｆｃとともに、整列した方向と垂直な方向に加熱プレスされつつ、ホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆが図示しない貫通孔から搾り出される（プレス工程）。
【０１０２】
後は、プレス金型１０を冷却してホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆを完全に冷却固化させることによって、図９（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｆ及び有機合成樹脂としてのナイロン樹脂３Ｆからなる、本実施の形態４の第１変形例に係る直方体形状の熱伝導性成形体１Ｆを、製造することができる。
【０１０３】
このように、図９に示される本実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、押出し機２２，図示しない切断装置及び図示しないロボット，加圧機構１１を備えたプレス金型１０，１２等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【０１０４】
すなわち、この熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と熱可塑性樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維に前記熱可塑性樹脂を加熱して流動状態で含浸させる含浸工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させる固化工程と、固化した熱可塑性樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの固化短繊維に切断する切断工程と、前記固化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記プレス金型を加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融状態に再溶融または半流動状態に再軟化させる再溶融・再軟化工程と、前記プレス金型によって前記再溶融または再軟化した熱可塑性樹脂を前記短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記熱可塑性樹脂を再度完全に冷却固化させる再固化工程とを具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法である。
【０１０５】
この熱伝導性成形体の製造方法においては、熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させた後に切断して固化短繊維とし、この固化短繊維をプレス金型内に整列させる方法であることから、含浸された熱可塑性樹脂が固化した状態においては、より強度が高く扱い易く壊れにくいため、切断装置や整列用ロボットによって各工程を自動化することがより容易であり、不良品発生率の少ない大量生産方法となるという作用効果が得られる。
【０１０６】
次に、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図１０を参照して説明する。本実施の形態４の第２変形例においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｇａを用いており、有機合成樹脂３としては熱可塑性樹脂であるホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇを用いている。
【０１０７】
図１０（ａ）に示されるように、本実施の形態４の第２変形例においては、ロービング１４Ｇから石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｇａを引き出して、押出し機２２に連通した金型２３内に導入し、同時に押出し機２２にホットメルト用ナイロン樹脂を投入して加熱溶融させて液状とし、炭素繊維２Ｇａに含浸させながら金型２３から引き出して（含浸工程）、完全に固化させる（硬化工程）。
【０１０８】
この硬化炭素繊維２Ｇｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して、硬化短繊維２Ｇｃとする（切断工程）。一方、ガラス繊維（ＧＦ）を用いて、含浸工程・硬化工程・切断工程を同様にして実施して、ガラス繊維からなる硬化短繊維２Ｈｃを製造する。そして、図１０（ｂ）に示されるように、図示しないロボットによって、硬化短繊維２Ｇｃと硬化短繊維２Ｈｃを、目的とする熱伝導率が得られる割合で混合して、図示しないプレス金型内に同一方向に整列させて充填する（整列工程）。
【０１０９】
そして、図１０（ｃ）に示されるように、図示しないプレス金型によって矢印で示されるように加熱圧縮することによって、硬化したホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇが整列した硬化短繊維２Ｇｃ，２Ｈｃとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされつつ、余分なホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇが図示しない貫通孔から搾り出される（プレス工程）。
【０１１０】
次に、図示しないプレス金型を冷却してホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇを完全に冷却固化させることによって、図１０（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｇ、充填剤（補強材）としてのガラス繊維２Ｈ及び有機合成樹脂としてのナイロン樹脂３Ｇからなる、直方体形状（長方形の表面を有する薄板形状）の熱伝導性成形体１Ｇａが得られる。
【０１１１】
続いて、この熱伝導性成形体１Ｇａの表面及び裏面を平面研磨することによって、板厚を目的とする厚さに調節するとともに表面及び裏面の平滑性を向上させ、図１０（ｅ）に示される研磨済み熱伝導性成形体１Ｇｂとして、図１０（ｅ）に示されるように、表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シート８を、熱伝導性接着剤によって貼り付ける。このようにして、図１０（ｆ）に示されるように、本実施の形態４の第２変形例に係る直方体形状の熱伝導性成形体１Ｇを、製造することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態４の第２変形例においては、熱伝導性シート８として銅箔を用いており、また熱伝導性接着剤として銀ペーストを用いた。熱伝導性シート８としては、銅箔に限られるものではなく、アルミニウム箔やステンレス箔等を用いても良いし、熱伝導性接着剤としても、銀ペースト以外に種々の熱伝導性の高い接着剤を用いることができる。
【０１１３】
このように、図１０に示される本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、押出し機２２，図示しない切断装置及び図示しないロボット，図示しない加圧機構を備えたプレス金型等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【０１１４】
また、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体１Ｇ及びその製造方法においては、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｇのみならず、更に補強材としてのガラス繊維２Ｈをも用いているために、炭素繊維２Ｇとガラス繊維２Ｈの混合比を調節することによって、目的とする熱伝導率を有する熱伝導性成形体１Ｇを容易に製造することができるとともに、炭素繊維２Ｇの使用量を減らすことができることから、熱伝導性成形体１Ｇをより低コストで製造することができる。
【０１１５】
更に、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体１Ｇ及びその製造方法においては、熱伝導性成形体１Ｇａの表面及び裏面を平面研磨することによって、板厚を目的とする厚さに調節するとともに表面及び裏面の平滑性を向上させ、表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シート８を貼り付けていることから、熱伝導性成形体１Ｇの熱伝導率を低下させることなく熱伝導性成形体１Ｇの表面方向の強度を向上させることができ、熱伝導性成形体１Ｇの厚さ方向の割れを防止することができる。
【０１１６】
また、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体１Ｇ及びその製造方法においては、研磨済み熱伝導性成形体１Ｇｂの表面及び裏面に、熱伝導性シート８を熱伝導性接着剤としての銀ペーストを用いて貼り付けているため、熱伝導性成形体１Ｇの熱伝導率を低下させる恐れがない。
【０１１７】
以上説明したように、本実施の形態４に係る熱伝導性成形体及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ｅ，１Ｆ，１Ｇを得ることができる。
【０１１８】
上記各実施の形態においては、熱伝導性繊維として石炭ピッチ系炭素繊維を使用した場合のみについて説明したが、熱伝導性繊維としてはこれに限られるものではなく、他の炭素繊維でも良く、その他にも金属繊維（特に、銅繊維が好ましい）や、合成繊維を炭素や金属等の高熱伝導性材料で被覆したもの、等を用いることができる。
【０１１９】
また、上記各実施の形態においては、有機合成樹脂として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂及びフェノール樹脂並びに熱可塑性樹脂であるポリアミド系樹脂の一種のホットメルト用ナイロン樹脂を使用した場合について説明したが、有機合成樹脂としては、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の、その他の熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【０１２０】
更に、有機合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂、アラミド樹脂、ＡＢＳ樹脂等の、その他の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
【０１２１】
本発明を実施するに際しては、熱伝導性成形体のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係、製造方法等についても、熱伝導性成形体の製造方法のその他の工程についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 熱伝導性成形体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ 熱伝導性繊維
２Ｂｃ，２Ｃｃ，２Ｄｃ，２Ｆｃ 半硬化短繊維
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ 有機合成樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂と同等程度に軽い熱伝導性成形体及びその製造方法に関するものである。なお、本明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書において、「繊維」とは、「単繊維」という用語を除いて、単繊維が束になって構成されている繊維を意味するものとする。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコン・携帯電話機・デジタルカメラ等の電子機器の分野における小型化・軽量化の進展は著しいものがあり、一方では中央処理装置（ＣＰＵ）を始めとする半導体素子等の高速化も目覚しく、これに伴って半導体素子等の発する熱量は増加の一途を辿っている。このため、電子機器内において発生した熱を、小型化・軽量化の要求を妨げることなく、より効率良く放出させる手段が必要とされている。
【０００３】
このためには、従来放熱体として用いられてきた、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の熱伝導率の高い金属に代わる、有機合成樹脂と同じくらい軽量で、しかも銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属と同等以上の熱伝導率を有する素材を製造することが必要となる。
【０００４】
そこで、かかる要求に応えるために、特許文献１には、一方向に揃えられた炭素繊維が高分子マトリックス材料中に含有されており、更に高分子マトリックス材料中に熱伝導性充填剤が含有されている高熱伝導材料の発明が開示されている。これによって、金属並みの高い熱伝導率を持ちながら、高分子樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導部材を提供することができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、実施例に示されるように、炭素繊維に高分子マトリックス材料としてのエポキシ樹脂を含浸したものを、オートクレーブ中で等方的に圧力を掛けながら加熱硬化させているために、炭素繊維の体積含有率が低く、熱伝導性充填剤としての酸化アルミニウム粉末を入れないものについては熱伝導率が不足しており、熱伝導性充填剤を使用しない簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造するのは困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係る熱伝導性成形体は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であって、前記熱伝導性繊維が同一方向に整列して、その間隙を前記有機合成樹脂が埋め、前記同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなるものである。
【０００９】
ここで、「熱伝導性繊維」としては、炭素繊維（特に石炭ピッチ系炭素繊維が好ましい）、金属繊維（特に銅繊維が好ましい）、合成繊維を炭素や金属等の高熱伝導性材料で被覆したもの、等を用いることができる。また、「有機合成樹脂」としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂（特に、ナイロン樹脂、中でもホットメルト用ナイロン樹脂が、流動性が高いため好ましい。）、アラミド樹脂、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００１０】
請求項２の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１の構成において、前記熱伝導性繊維の体積含有率が６４％〜９０％の範囲内、より好ましくは６５％〜７５％の範囲内であるものである。
【００１１】
請求項３の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１または請求項２の構成において、前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内、より好ましくは５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であるものである。
【００１２】
請求項４の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有するものである。ここで、天然繊維としては綿糸・麻・絹等があり、無機繊維としてはガラス繊維等があり、有機繊維としては種々の合成繊維を用いることができる。
【００１３】
請求項５の発明に係る熱伝導性成形体は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、更に前記同一方向に対して垂直な表面及び裏面に熱伝導性シートを貼り付けたものである。ここで、熱伝導性シートとしては、例えば銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、等を用いることができる。また、熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤としては、銀ペーストを始めとする熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。
【００１４】
請求項６の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維を所定長さの短繊維に切断するか予め所定長さの短繊維に切断された前記熱伝導性繊維を入手する短繊維入手工程と、前記短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記有機合成樹脂を流動状態で前記プレス金型内に流入させる流入工程と、前記プレス金型によって前記有機合成樹脂を前記整列した短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程とを具備するものである。
【００１５】
請求項７の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維に前記有機合成樹脂を流動状態で含浸させる含浸工程と、前記有機合成樹脂を半流動状態に半硬化させる半硬化工程と、前記半硬化した有機合成樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの半硬化短繊維に切断する切断工程と、前記半硬化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記プレス金型によって前記半硬化した有機合成樹脂を前記整列した半硬化短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記半硬化した有機合成樹脂を硬化させる硬化工程とを具備するものである。
【００１６】
請求項８の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と熱可塑性樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維に前記熱可塑性樹脂を加熱して流動状態で含浸させる含浸工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させる固化工程と、固化した熱可塑性樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの固化短繊維に切断する切断工程と、前記固化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記プレス金型を加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融状態に再溶融または半流動状態に再軟化させる再溶融・再軟化工程と、前記プレス金型によって前記再溶融または再軟化した熱可塑性樹脂を前記短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記熱可塑性樹脂を再度完全に冷却固化させる再固化工程とを具備するものである。
【００１７】
請求項９の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項８のいずれか１つの構成において、前記プレス工程において、プレスするとともに余分な有機合成樹脂または余分な半硬化した有機合成樹脂を前記プレス金型から排出するものである。
【００１８】
請求項１０の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維を束ねながら整列させて金型内に通す整列工程と、前記整列工程と同時に前記有機合成樹脂を流動状態で前記金型内に流入させて前記熱伝導性繊維に含浸させながら押出成形する押出成形工程と、前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と、前記押出成形された成形体を前記整列した方向と垂直な方向に切断する切断工程とを具備するものである。
【００１９】
請求項１１の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項１０のいずれか１つの構成において、前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内、より好ましくは５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であるものである。
【００２０】
請求項１２の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項１１のいずれか１つの構成において、前記熱伝導性繊維及び前記有機合成樹脂以外に、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有するものである。ここで、天然繊維としては綿糸・麻・絹等があり、無機繊維としてはガラス繊維等があり、有機繊維としては種々の合成繊維を用いることができる。
【００２１】
請求項１３の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、請求項６乃至請求項１２のいずれか１つの構成において、前記硬化工程の後に、更に前記整列した方向と垂直な表面及び裏面を平面研磨する平面研磨工程と、前記平面研磨された表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シートを貼り付ける貼付け工程とを具備するものである。
【００２２】
ここで、熱伝導性シートとしては、例えば銅箔、アルミニウム箔、ステンレス箔、等を用いることができる。また、熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤としては、銀ペーストを始めとする熱伝導性接着剤を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１の発明に係る熱伝導性成形体は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であるため、組成が簡単であり、製造も容易で低コスト化することができる。また、熱伝導性繊維が同一方向に整列して間隙を有機合成樹脂が埋めているため、熱伝導性繊維が整列した方向については金属と同等の高い熱伝導率が得られ、有機合成樹脂並みの軽さとを両立できる。そして、同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることから、熱伝導性繊維の体積含有率が高くなり、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００２４】
このようにして、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体となる。
【００２５】
請求項２の発明に係る熱伝導性成形体においては、熱伝導性繊維の体積含有率が６４％〜９０％の範囲内であることから、請求項１に係る発明の効果に加えて、確実に金属と同等以上の高い熱伝導率を持つものとなり、また有機合成樹脂を一定体積以上含むため、強度と軽さとを確保することができる。特に、熱伝導性繊維の体積含有率が６５％〜７５％の範囲内である場合には、より確実に金属と同等以上の高い熱伝導率を保持するとともに強度と軽さとを有するものとなるため、より好ましい。
【００２６】
請求項３の発明に係る熱伝導性成形体においては、熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることから、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加えて、熱伝導性繊維の体積含有率が高くても有機合成樹脂と同等の強度と軽さとを保持することができる。
【００２７】
ここで、熱伝導性繊維としての炭素繊維の熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、金属と同等以上の高い熱伝導率を確保することが困難となり、一方、炭素繊維の熱伝導率が９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えるものは価格が高くなるため、炭素繊維の熱伝導率は１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であることが好ましい。特に、炭素繊維の熱伝導率が５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であると、低コストと高い熱伝導率を確保することがより容易になるため、より好ましい。
【００２８】
請求項４の発明に係る熱伝導性成形体においては、熱伝導性繊維のみならず、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することから、熱伝導性繊維と天然繊維、無機繊維または有機繊維との混合比を調節することによって、目的とする熱伝導率を有する熱伝導性成形体を容易に製造することができるとともに、熱伝導性繊維の使用量を減らすことができるため、熱伝導性成形体をより低コストで製造することができる。
【００２９】
請求項５の発明に係る熱伝導性成形体においては、更に熱伝導性繊維の長手方向に対して垂直な表面及び裏面に熱伝導性シートを貼り付けたことから、熱伝導性成形体の熱伝導率を低下させることなく、構造上強度が小さくなり易い熱伝導性成形体の表面方向（熱伝導性繊維同士を引き離す方向）の強度を向上させることができ、熱伝導性成形体の厚さ方向の割れを防止することができる。ここで、熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤として、銀ペースト等の熱伝導性接着剤を用いることによって、熱伝導率の低下がより確実に防止されるため、より好ましい。
【００３０】
請求項６の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、まず短繊維入手工程において熱伝導性繊維が所定長さの短繊維に切断されるか予め所定長さの短繊維に切断された熱伝導性繊維が入手され、整列工程においてこれらの短繊維がプレス金型内に整列させられ、流入工程において短繊維が整列したプレス金型内に有機合成樹脂が流動状態で流入させられる。そして、プレス工程において、プレス金型によって有機合成樹脂が整列した短繊維とともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされる。
【００３１】
これによって、整列した短繊維の間及び単繊維の束である短繊維の中に有機合成樹脂が入り込むとともに、圧縮されて有機合成樹脂の占める体積が必要最小限となる。その後、硬化工程において有機合成樹脂が硬化することによって（すなわち、熱可塑性樹脂の場合は融点またはガラス転移点以下まで冷却され、熱硬化性樹脂の場合は硬化温度以上に加熱されることによって）、全体に表面硬度と強度とが付与されて、熱伝導性成形体が得られる。
【００３２】
このように、本発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、原料として熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみを用いるため、組成が簡単であり、製造も容易で低コスト化することができる。また、熱伝導性繊維が同一方向に整列して間隙を有機合成樹脂が埋めているため、熱伝導性繊維が整列した方向については金属と同等の高い熱伝導率が得られ、有機合成樹脂並みの軽さとを両立できる。そして、同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることから、熱伝導性繊維の体積含有率が高くなり、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００３３】
このようにして、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体の製造方法となる。
【００３４】
請求項７の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、まず含浸工程において熱伝導性繊維に有機合成樹脂が流動状態で含浸され、含浸された有機合成樹脂が半硬化工程において半流動状態に半硬化される。それから、切断工程において半硬化した有機合成樹脂が含浸した熱伝導性繊維が所定長さの半硬化短繊維に切断されるため、原料となる熱伝導性繊維が脆いものであっても、十分な強度が得られ、取り扱いが容易になる。したがって、半硬化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程も、容易に実施できる。
【００３５】
そして、プレス工程において、プレス金型内に整列した半硬化短繊維が、プレス金型によって整列した方向と垂直な方向にプレスされ、整列した短繊維の間及び単繊維の束である短繊維の中に更に有機合成樹脂が入り込むとともに、圧縮されて有機合成樹脂の占める体積が必要最小限となる。その後、硬化工程において有機合成樹脂が硬化することによって（すなわち、熱可塑性樹脂の場合は融点またはガラス転移点以下まで冷却され、熱硬化性樹脂の場合は硬化温度以上に加熱されることによって）、全体に表面硬度と強度とが付与されて、熱伝導性成形体が得られる。
【００３６】
このように、本発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、原料として熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみを用いるため、組成が簡単であり、製造も容易で低コスト化することができる。また、熱伝導性繊維が同一方向に整列して間隙を有機合成樹脂が埋めているため、熱伝導性繊維が整列した方向については金属と同等の高い熱伝導率が得られ、有機合成樹脂並みの軽さとを両立できる。そして、同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることから、熱伝導性繊維の体積含有率が高くなり、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００３７】
請求項８の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させた後に切断して固化短繊維とし、この固化短繊維をプレス金型内に整列させる方法であることから、含浸された熱可塑性樹脂が固化した状態においては、より強度が高く扱い易く壊れにくいため、切断装置や整列用ロボットによって各工程を自動化することがより容易であり、不良品発生率の少ない大量生産方法となる。
【００３８】
請求項９の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法では、プレス工程において、プレスするとともに余分な有機合成樹脂または余分な半硬化した有機合成樹脂をプレス金型から排出することによって、請求項６乃至請求項８のいずれか１つに係る発明の効果に加えて、熱伝導性繊維の体積含有率がより一層高くなり、有機合成樹脂の体積含有率がより確実に必要最小限に抑えられて、熱伝導性繊維と有機合成樹脂のみで高い熱伝導率を確保することができる。
【００３９】
請求項１０の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維を束ねながら整列させて金型内に通すと同時に、有機合成樹脂を流動状態で金型内に流入させて熱伝導性繊維に含浸させながら押出成形して、押出成形体を切断する製造方法であることから、連続的な製造が可能な大量生産方法であり、これによって高熱伝導率と軽量性を兼ね備えた熱伝導性成形体を、より一層低コストで製造することができる。
【００４０】
請求項１１の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることから、請求項６乃至請求項１０のいずれか１つに係る発明の効果に加えて、熱伝導性繊維の体積含有率が高くても有機合成樹脂と同等の強度と軽さとを保持することができる。
【００４１】
ここで、熱伝導性繊維としての炭素繊維の熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であると、金属と同等以上の高い熱伝導率を確保することが困難となり、一方、炭素繊維の熱伝導率が９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えるものは価格が高くなるため、炭素繊維の熱伝導率は１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であることが好ましい。特に、炭素繊維の熱伝導率が５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜８００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内であると、低コストと高い熱伝導率を確保することがより容易になるため、より好ましい。
【００４２】
請求項１２の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、熱伝導性繊維及び有機合成樹脂以外に、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することから、熱伝導性繊維と天然繊維、無機繊維または有機繊維との混合比を調節することによって、目的とする熱伝導率を有する熱伝導性成形体を容易に製造することができるとともに、熱伝導性繊維の使用量を減らすことができるため、熱伝導性成形体をより低コストで製造することができる。
【００４３】
請求項１３の発明に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、硬化工程の後に、更に整列した方向と垂直な表面及び裏面を平面研磨する平面研磨工程と、平面研磨された表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シートを貼り付ける貼付け工程とを具備することから、熱伝導性シートが貼り付けられたことによって、構造上強度が小さくなり易い熱伝導性成形体の表面方向（熱伝導性繊維同士を引き離す方向）の強度を向上させることができ、熱伝導性成形体の熱伝導率を低下させることなく、熱伝導性成形体の厚さ方向の割れを防止することができる。
【００４４】
ここで、貼付け工程において熱伝導性シートを貼り付けるための接着剤として、銀ペースト等の熱伝導性接着剤を用いることによって、熱伝導性成形体の熱伝導率の低下がより確実に防止されるため、より好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の全体構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の測定方法を示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明の実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の推定値と測定値の関係を示す図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３の変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図９】図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【図１０】図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００４７】
実施の形態１
まず、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態１について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の全体構成を模式的に示す斜視図である。図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の測定方法を示す模式図である。
【００４８】
図１に示されるように、本実施の形態１に係る熱伝導性成形体１は、熱伝導性繊維２と有機合成樹脂３とからなり、熱伝導性繊維２が同一方向に整列して、その間隙を有機合成樹脂３が埋めたものである。そして、図１に矢印で示されるように、熱伝導性繊維２が整列した方向に対して垂直な方向（Ａ方向及び／またはＢ方向）に圧縮されている。これによって、有機合成樹脂３が圧縮されて有機合成樹脂３の占める体積が必要最小限となり、熱伝導性繊維２の整列した方向について、熱伝導性繊維２の有する高い熱伝導率と殆ど変わらない高い熱伝導性を有する熱伝導性成形体１となる。
【００４９】
次に、このような熱伝導性成形体１の具体的な製造方法について、図２を参照して説明する。本実施の形態１においては、熱伝導性繊維２として、石炭ピッチ系の炭素繊維２Ａを用いており、より具体的には、三菱樹脂（株）（三菱化学産資（株））製の石炭ピッチ系炭素繊維Ｋ６３７１２（熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもの）、及び三菱樹脂（株）（三菱化学産資（株））製の石炭ピッチ系炭素繊維Ｋ２２３ＨＧ（熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもの）を用いている。また、有機合成樹脂３としては、熱硬化性樹脂である液状エポキシ樹脂３Ａを用いており、より具体的には、ストルアス社製のエポフィックス（二成分型液体エポキシ系冷間埋め込み樹脂）を用いている。
【００５０】
まず、図２（ａ）に示されるように、切断工程において、炭素繊維が所定長さの短繊維２Ａに切断され、図２（ｂ）に示されるように、整列工程において、短繊維２Ａがプレス金型１０内に同一方向（図２（ｂ）において紙面と垂直な方向）に整列した状態で充填される。次に、図２（ｃ）に示されるように、流入工程において、短繊維２Ａが整列したプレス金型１０内に、液状エポキシ樹脂３Ａが硬化剤とともに流し込まれる。
【００５１】
続いて、図２（ｄ）に示されるように、プレス工程において、プレス金型１０，１２によって、液状エポキシ樹脂３Ａが整列した短繊維２Ａとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされる。これによって、液状エポキシ樹脂３Ａが、短繊維２Ａの間及び単繊維の束である短繊維２Ａの中に入り込むとともに、余分な液状エポキシ樹脂３Ａがプレス金型１０から搾り出されつつ圧縮されて、液状エポキシ樹脂３Ａの占める体積が必要最小限となる。
【００５２】
ここで、図２（ｄ）に示されるように、本実施の形態１に係る熱伝導性成形体の製造方法の実施例１として、熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス前の初期高さ２８ｍｍからプレス後の高さ１５ｍｍまで圧縮した。また、実施例２として、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス前の初期高さ２８ｍｍからプレス後の高さ１４ｍｍまで圧縮した。
【００５３】
その後、図２（ｅ）に示されるように、硬化工程において、室温でプレス状態のまま８時間以上保持されることによって、予め硬化剤が添加された液状エポキシ樹脂３Ａが硬化して、全体に表面硬度と強度とが付与されて、図２（ｆ）に示されるように、炭素繊維２Ａ及びエポキシ樹脂３Ａからなる熱伝導性成形体１Ａが得られる。
【００５４】
このようにして製造された本実施の形態１に係る熱伝導性成形体１Ａ（実施例１，２）の熱伝導率を、レーザフラッシュ法（ＪＩＳ−Ｒ１６１１）によって測定した。なお、比較のために、比較例１として、実施例１と同様に熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス工程を実施せずに熱伝導性成形体を製造し、同様にレーザフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。
【００５５】
レーザフラッシュ法による熱伝導率測定の概略について、図３を参照して説明する。図３（ａ）に示されるように、レーザフラッシュ法は、円板形状（１０ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）の試料の表面にレーザ光源からレーザ光を照射し、試料の裏面の温度を熱電対で測定するものである。
【００５６】
これによって、図３（ｂ）に示されるように、試料の表面に加えた熱量と試料の裏面の温度上昇、及び試料の重量から試料の比熱Ｃｐが求められ、レーザ照射から試料の裏面に熱が伝達されるまでの時間と試料の厚みから試料の熱拡散率αが求められ、これらの比熱Ｃｐ及び熱拡散率αと、別に測定した試料の密度ρとから、λ＝α・Ｃｐ・ρの関係式によって、試料の熱伝導率λが算出される。
【００５７】
図２（ｆ）に示される熱伝導性成形体１Ａから、厚み方向が炭素繊維２Ａの整列した方向になるように、円板形状（１０ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）の試料を切り出して、レーザフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。レーザフラッシュ法による測定装置としては、京都電子工業（株）製の熱物性測定装置・ＬＦＡ−５０２を使用した。その結果、本実施の形態１の実施例１に係る熱伝導性成形体の熱伝導率は３６１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、実施例２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率は１０９．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。これらの測定結果を、表１にまとめて示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１に示されるように、熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維（ＣＦ）を用いた実施例１の熱伝導性成形体１Ａは、エポキシ樹脂の樹脂密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．２０ｇ／ｃｍ3 、熱伝導性成形体１Ａ全体のかさ密度が１．８７ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は６８．６％となる。この実施例１の熱伝導性成形体１Ａは、２４℃における熱伝導率が、比熱×熱拡散率×密度＝８５５×０．０００２２６×１８７０＝３６１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、原料の炭素繊維と比較した熱伝導率の低下率は７０．２％であった。
【００６０】
また、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維（ＣＦ）を用いた実施例２の熱伝導性成形体１Ａは、エポキシ樹脂の樹脂密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．１２ｇ／ｃｍ3 、熱伝導性成形体１Ａ全体のかさ密度が１．７８ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は６４．９％となる。この実施例２の熱伝導性成形体１Ａは、２４℃における熱伝導率が比熱×熱拡散率×密度＝７８１×０．００００７８９×１７８０＝１０９．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、原料の炭素繊維と比較した熱伝導率の低下率は７８．３％であった。
【００６１】
これに対して、表１に示されるように、熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いているが、プレス工程（圧縮）を実施せずに製造された比較例１の成形体は、エポキシ樹脂の樹脂密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．２０ｇ／ｃｍ3 、成形体全体のかさ密度が１．５６ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は３９．０％となる。
【００６２】
このように、実施例１及び実施例２と比較して炭素繊維の体積含有率が低い比較例１の成形体は、表１に示されるように、レーザフラッシュ法による測定において、比熱と密度は求めることができたが、エポキシ樹脂の部分をレーザ光が通過してしまうため熱拡散率を測定することができず、したがって熱伝導率を求めることができなかった。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態１の実施例１及び実施例２に係る熱伝導性成形体１Ａは、熱伝導率がそれぞれ３６１．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）及び１０９．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と金属並みに高く、炭素繊維の体積含有率もそれぞれ６８．６％及び６４．９％と高く、一方かさ密度はそれぞれ１．８７ｇ／ｃｍ3及び１．７８ｇ／ｃｍ3と、有機合成樹脂並みに小さいものであった。
【００６４】
このようにして、本実施の形態１に係る熱伝導性成形体１Ａ及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ａを得ることができる。
【００６５】
実施の形態２
次に、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態２について、図４及び図５を参照して説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）は本発明の実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図５は本発明の実施の形態１及び実施の形態２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率の推定値と測定値の関係を示す図である。
【００６６】
本実施の形態２に係る熱伝導性成形体の具体的な製造方法について、図４を参照して説明する。本実施の形態２においては、熱伝導性繊維２として、石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｂａを用いており、より具体的には、三菱樹脂（株）（三菱化学産資（株））製の石炭ピッチ系炭素繊維Ｋ１３Ｄ２Ｕ（熱伝導率が実施の形態１よりも高い７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のもの）を用いている。また、有機合成樹脂３としては、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂３Ｂを用いている。
【００６７】
まず、図４（ａ）に示されるように、含浸工程において、炭素繊維２Ｂａが容器に入れられた液状のフェノール樹脂３Ｂ中に浸されて、フェノール樹脂３Ｂの含浸が行なわれる。続いて、図４（ｂ）に示されるように、半硬化工程において、フェノール樹脂３Ｂが含浸された炭素繊維２Ｂａが８０℃で１５分間加熱され、フェノール樹脂３Ｂが半流動状態に半硬化した半硬化炭素繊維２Ｂｂとされる。
【００６８】
次に、図４（ｃ）に示されるように、切断工程において、半硬化炭素繊維２Ｂｂが所定長さ（１０ｍｍ）の半硬化短繊維２Ｂｃに切断され、図４（ｄ）に示されるように、整列工程において、半硬化短繊維２Ｂｃがプレス金型１０内に同一方向（図４（ｄ）において紙面に垂直な方向）に整列した状態で充填される。そして、図４（ｅ）に示されるように、プレス工程において、プレス金型１０，１２によって、半硬化したフェノール樹脂３Ｂが整列した半硬化短繊維２Ｂｃとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされる。
【００６９】
これによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｂがプレス金型１０から搾り出されつつ圧縮されて、半硬化したフェノール樹脂３Ｂの占める体積が必要最小限となる。ここで、図４（ｅ）に示されるように、本実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法の実施例３として、熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維を用いて、プレス前の初期高さ２８ｍｍからプレス後の高さ１４ｍｍまで圧縮した。
【００７０】
その後、図４（ｆ）に示されるように、硬化工程において、プレス状態のまま１５０℃で３０分間加熱されることによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｂが完全硬化して、全体に表面硬度と強度とが付与されて、図４（ｇ）に示されるように、炭素繊維２Ｂ及びフェノール樹脂３Ｂからなる熱伝導性成形体１Ｂが得られる。
【００７１】
このような製造方法を採用した理由は、熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いピッチ系の炭素繊維２Ｂａは、上記実施の形態１に係る熱伝導率が５１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）及び１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のピッチ系の炭素繊維２Ａと比べて脆いため、上記実施の形態１に係る図２に示されるような製造方法を採ると、切断した炭素繊維をプレス金型内に充填する際に炭素繊維が崩れてしまう。したがって、図４に示されるように、予め樹脂を含浸して半硬化させてから、切断してプレス金型内に充填することとしたものである。
【００７２】
このようにして製造された本実施の形態２に係る熱伝導性成形体１Ｂ（実施例３）の熱伝導率を、実施の形態１の場合と同様に、レーザフラッシュ法（ＪＩＳ−Ｒ１６１１）によって測定した。すなわち、図４（ｇ）に示される熱伝導性成形体１Ｂから、厚み方向が炭素繊維２Ｂの整列した方向になるように、円板形状（１０ｍｍφ，厚さ２ｍｍ）の試料を切り出して、レーザフラッシュ法によって熱伝導率を測定した。レーザフラッシュ法による測定装置としては、京都電子工業（株）製の熱物性測定装置・ＬＦＡ−５０２を使用した。その結果、本実施の形態２の実施例３に係る熱伝導性成形体の熱伝導率は２１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。製造方法、物性データ及び測定結果を、表２に示す。
【００７３】
【表２】
【００７４】
表２に示されるように、熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系の炭素繊維（ＣＦ）を用いた実施例３の熱伝導性成形体１Ｂは、フェノール樹脂の樹脂密度が１．２６ｇ／ｃｍ3 、炭素繊維（ＣＦ）の密度が２．２１ｇ／ｃｍ3 、熱伝導性成形体１Ｂ全体のかさ密度が１．６６ｇ／ｃｍ3 であることから、炭素繊維の体積含有率は４２．１％となる。この実施例２の熱伝導性成形体１Ｂは、２４℃における熱伝導率が、比熱×熱拡散率×密度＝８０５×０．０００１６３×１６６０＝２１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、原料の炭素繊維と比較した熱伝導率の低下率は２８．３％であった。
【００７５】
このように、実施例３の熱伝導性成形体１Ｂは、実施例１及び実施例２と比較して炭素繊維の体積含有率が低く、熱伝導率の低下率も大きいが、原料であるピッチ系の炭素繊維２Ｂａの熱伝導率が７７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高いため、金属と同等以上の２１７．８Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い熱伝導率を示し、一方かさ密度は１．６６ｇ／ｃｍ3と、有機合成樹脂並みに小さいものであった。
【００７６】
このようにして、本実施の形態２に係る熱伝導性成形体１Ｂ及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ｂを得ることができる。
【００７７】
以上説明した上記実施の形態１及び本実施の形態２に係る熱伝導性成形体の熱伝導率を、原料である炭素繊維の熱伝導率に対してプロットした図を、図５に示す。記号□で示されるのが推定値であり、記号■で示されるのが測定値である。推定値は、表１，表２に示される（炭素繊維の）体積含有率に、元の炭素繊維の熱伝導率を乗じて算出したものである。
【００７８】
図５に示されるように、上記実施の形態１に係る実施例１及び実施例２については、推定値と測定値はかなり良く一致しているが、本実施の形態２に係る実施例３については、測定値は推定値よりもずっと小さくなっている。したがって、この原因を解明することによって、本実施の形態２に係る製造方法によって得られる熱伝導性成形体１Ｂの熱伝導率を、より一層向上させることが可能であると考えられる。
【００７９】
実施の形態３
次に、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態３について、図６及び図７を参照して説明する。図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態３の変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【００８０】
本実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図６を参照して説明する。本実施の形態３（及びその変形例）に係る熱伝導性成形体の製造方法は、上記実施の形態２に係る熱伝導性成形体の製造方法を改良して、より量産性を有する製造方法としたものである。本実施の形態３においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｃａを用いており、有機合成樹脂３としては熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂３Ｃを用いている。
【００８１】
図６（ａ）に示されるように、プルトルージョン装置１３において、まず石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｃａをロービング（２０００本〜１２０００本の炭素繊維フィラメント（単繊維）を集束したストランドを数十本合糸して円筒状に巻き取ったもの）１４Ｃから引き出し、容器１５内に満たされた液状のフェノール樹脂３Ｃの中を通過させて、フェノール樹脂３Ｃを炭素繊維２Ｃａに含浸させる（含浸工程）。そして、フェノール樹脂３Ｃが含浸した炭素繊維２Ｃａを、ローラー１６で巻き取りながら半硬化炉１７の中へ導入し、加熱してフェノール樹脂３Ｃを半硬化させ、半硬化炭素繊維２Ｃｂとする（半硬化工程）。
【００８２】
次に、図６（ｂ）に示されるように、この半硬化炭素繊維２Ｃｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して半硬化短繊維２Ｃｃとし（切断工程）、得られた半硬化短繊維２Ｃｃを、図示しないロボットによってプレス金型１０内に同一方向に整列させて充填する（整列工程）。そして、図６（ｃ）に示されるように、加圧機構１１を作動させてプレス金型１２をプレス金型１０内に押し込むことによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｃが整列した半硬化短繊維２Ｃｃとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされつつ、余分な半硬化したフェノール樹脂３Ｃが図示しない貫通孔から搾り出される（プレス工程）。
【００８３】
そして、図６（ｃ）に示される状態でより高温に加熱することによって、半硬化したフェノール樹脂３Ｃが完全硬化して（硬化工程）、図６（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｃ及び有機合成樹脂としてのフェノール樹脂３Ｃからなる、本実施の形態３に係る熱伝導性成形体１Ｃが得られる。このように、図６に示される本実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、ローラー１６，半硬化炉１７，図示しない切断装置及び図示しないロボット，加圧機構１１を備えたプレス金型１０，１２等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【００８４】
次に、本実施の形態３の変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図７を参照して説明する。本実施の形態３の変形例においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｄａを用いており、有機合成樹脂３としては熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂３Ｄを用いている。
【００８５】
図７（ａ）に示されるように、まずプルトルージョン装置１３において、石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｄａをロービング１４Ｄから引き出し、容器１５内に満たされた液状のフェノール樹脂３Ｄの中を通過させて、フェノール樹脂３Ｄを炭素繊維２Ｄａに含浸させる（含浸工程）。そして、フェノール樹脂３Ｄが含浸した炭素繊維２Ｄａを、ローラー１６で巻き取りながら半硬化炉１７の中へ導入し、加熱してフェノール樹脂３Ｄを半硬化させ、半硬化炭素繊維２Ｄｂとする（半硬化工程）。
【００８６】
続いて、この半硬化炭素繊維２Ｄｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して半硬化短繊維２Ｄｃとし（切断工程）、図７（ｂ）に示されるように、得られた半硬化短繊維２Ｄｃを、図示しないロボットによって、加圧部材１８及び半加熱整列部材１９からなるリボン化装置に送り込んで、半硬化短繊維２Ｄｃ同士を融着させてリボン状シート４にするとともに、リボン状シート４を巻き取ってシートロール５とする。
【００８７】
図７（ｃ）に示されるように、このシートロール５をプレス金型２０内にセットすることによって、半硬化短繊維２Ｄｃがプレス金型２０内に同一方向に整列させて充填される（整列工程）。そして、図７（ｃ）に示されるように、このシートロール５をプレス金型２０によってプレスして（プレス工程）、更により高温で加熱することによって半硬化したフェノール樹脂３Ｂが完全硬化して（硬化工程）、全体に表面硬度と強度とが付与されて、図７（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｄ及び有機合成樹脂としてのフェノール樹脂３Ｄからなる、本実施の形態３の変形例に係る六角柱形状の熱伝導性成形体１Ｄが得られる。
【００８８】
このように、図７に示される本実施の形態３に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、ローラー１６，半硬化炉１７，図示しない切断装置及び図示しないロボット，加圧部材１８及び半加熱整列部材１９からなるリボン化装置，プレス金型２０等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【００８９】
このようにして、本実施の形態３に係る熱伝導性成形体及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ｃ，１Ｄを得ることができる。
【００９０】
実施の形態４
次に、本発明に係る熱伝導性成形体及びその製造方法の実施の形態４について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８（ａ），（ｂ）は本発明の実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図９（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ）は本発明の実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法を示す模式図である。
【００９１】
本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図８を参照して説明する。本実施の形態４（並びにその第１変形例及び第２変形例）に係る熱伝導性成形体の製造方法は、有機合成樹脂として熱可塑性樹脂を用いることを特徴とするとともに、量産性に優れた製造方法である。
【００９２】
図８に示されるように、本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｅａを用いており、有機合成樹脂３としては熱可塑性樹脂であるホットメルト用ナイロン樹脂３Ｅを用いている。
【００９３】
図８（ａ）に示されるように、本実施の形態４においては、多数のロービング１４Ｅから各１本ずつの石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｅａを引き出し、多数本を束ねて一度に押出成形機２１の口金本体２１ｃの中へ通しながら、同時に押出成形機２１の樹脂可塑化シリンダ２１ａにホッパー２１ｂからホットメルト用ナイロン樹脂３Ｅを投入して、押出成形機２１の樹脂可塑化シリンダ２１ａの中でスクリューによって加熱溶融させて、口金本体２１ｃの中へ押出して炭素繊維２Ｅａに含浸して一体化させ、ブロック状の押出成形体６として押出成形する。
【００９４】
この押出成形体６を、ホットメルト用ナイロン樹脂３Ｅがまだ軟らかい状態において、または押出成形体６が十分に冷却されてナイロン樹脂３Ｅが硬化した後に、切断装置で所定の厚さに切断することによって、図８（ｂ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｅ及び有機合成樹脂としてのナイロン樹脂３Ｅからなる、本実施の形態４に係る直方体形状の熱伝導性成形体１Ｅを、短時間で大量に製造することができる。
【００９５】
このように、本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法は、連続的な製造が可能な、大量生産方法であり、これによって高熱伝導率と軽量性を兼ね備えた熱伝導性成形体１Ｅを、より一層低コストで製造することができる。なお、押出成形機２１の口金２１ｄの形状を変えることによって、押出成形体６の断面形状（すなわち熱伝導性成形体１Ｅの形状）は自由に変えることができる。
【００９６】
したがって、図８に示される本実施の形態４に係る熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維を長繊維のまま多数本を束ねて押出成形機の中へ導く導入工程と、該導入工程と同時に、または前記導入工程に続いて、前記押出成形機の中へ有機合成樹脂を投入して加熱溶融させる溶融工程と、前記長繊維のまま多数本が束ねられた熱伝導性繊維に前記加熱溶融した有機合成樹脂を含浸させながら連続的なブロックとして押出す押出し工程と、前記ブロックを所定長さに切断する切断工程とを具備するものである。
【００９７】
また、図８に示される本実施の形態４に係る熱伝導性成形体１Ｅは、熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であって、前記熱伝導性繊維を長繊維のまま多数本を束ねて押出成形機の中へ導入し、前記押出成形機の中へ有機合成樹脂を投入して加熱溶融させて前記熱伝導性繊維に含浸させながら連続的なブロックとして押出した後、前記ブロックを所定長さに切断してなるものである。
【００９８】
次に、本実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図９を参照して説明する。本実施の形態４の第１変形例においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｆａを用いており、有機合成樹脂３としては熱可塑性樹脂であるホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆを用いている。
【００９９】
図９（ａ）に示されるように、本実施の形態４の第１変形例においては、ロービング１４Ｆから石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｆａを引き出して、押出し機２２に連通した金型２３内に導入し、同時に押出し機２２にホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆを投入して加熱溶融させて液状とし、炭素繊維２Ｆａに含浸させながら金型２３から引き出して（含浸工程）、その後冷却して固化させる（固化工程）。
【０１００】
図９（ｂ）に示されるように、この樹脂含浸炭素繊維２Ｆｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して、樹脂含浸短繊維２Ｆｃとする（切断工程）。そして、図示しないロボットによって、樹脂含浸短繊維２Ｆｃをプレス金型１０内に同一方向に整列させて充填する（整列工程）。
【０１０１】
そして、図９（ｃ）に示されるように、加圧機構１１を作動させてプレス金型１２をプレス金型１０内に押し込むことによって、ホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆが整列した樹脂含浸短繊維２Ｆｃとともに、整列した方向と垂直な方向に加熱プレスされつつ、ホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆが図示しない貫通孔から搾り出される（プレス工程）。
【０１０２】
後は、プレス金型１０を冷却してホットメルト用ナイロン樹脂３Ｆを完全に冷却固化させることによって、図９（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｆ及び有機合成樹脂としてのナイロン樹脂３Ｆからなる、本実施の形態４の第１変形例に係る直方体形状の熱伝導性成形体１Ｆを、製造することができる。
【０１０３】
このように、図９に示される本実施の形態４の第１変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、押出し機２２，図示しない切断装置及び図示しないロボット，加圧機構１１を備えたプレス金型１０，１２等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【０１０４】
すなわち、この熱伝導性成形体の製造方法は、熱伝導性繊維と熱可塑性樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、前記熱伝導性繊維に前記熱可塑性樹脂を加熱して流動状態で含浸させる含浸工程と、前記熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させる固化工程と、固化した熱可塑性樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの固化短繊維に切断する切断工程と、前記固化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、前記プレス金型を加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融状態に再溶融または半流動状態に再軟化させる再溶融・再軟化工程と、前記プレス金型によって前記再溶融または再軟化した熱可塑性樹脂を前記短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、前記熱可塑性樹脂を再度完全に冷却固化させる再固化工程とを具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法である。
【０１０５】
この熱伝導性成形体の製造方法においては、熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させた後に切断して固化短繊維とし、この固化短繊維をプレス金型内に整列させる方法であることから、含浸された熱可塑性樹脂が固化した状態においては、より強度が高く扱い易く壊れにくいため、切断装置や整列用ロボットによって各工程を自動化することがより容易であり、不良品発生率の少ない大量生産方法となるという作用効果が得られる。
【０１０６】
次に、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法について、図１０を参照して説明する。本実施の形態４の第２変形例においては、熱伝導性繊維２として石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｇａを用いており、有機合成樹脂３としては熱可塑性樹脂であるホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇを用いている。
【０１０７】
図１０（ａ）に示されるように、本実施の形態４の第２変形例においては、ロービング１４Ｇから石炭ピッチ系の炭素繊維２Ｇａを引き出して、押出し機２２に連通した金型２３内に導入し、同時に押出し機２２にホットメルト用ナイロン樹脂を投入して加熱溶融させて液状とし、炭素繊維２Ｇａに含浸させながら金型２３から引き出して（含浸工程）、完全に固化させる（硬化工程）。
【０１０８】
この硬化炭素繊維２Ｇｂを、図示しない切断装置によって所定の長さに切断して、硬化短繊維２Ｇｃとする（切断工程）。一方、ガラス繊維（ＧＦ）を用いて、含浸工程・硬化工程・切断工程を同様にして実施して、ガラス繊維からなる硬化短繊維２Ｈｃを製造する。そして、図１０（ｂ）に示されるように、図示しないロボットによって、硬化短繊維２Ｇｃと硬化短繊維２Ｈｃを、目的とする熱伝導率が得られる割合で混合して、図示しないプレス金型内に同一方向に整列させて充填する（整列工程）。
【０１０９】
そして、図１０（ｃ）に示されるように、図示しないプレス金型によって矢印で示されるように加熱圧縮することによって、硬化したホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇが整列した硬化短繊維２Ｇｃ，２Ｈｃとともに、整列した方向と垂直な方向にプレスされつつ、余分なホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇが図示しない貫通孔から搾り出される（プレス工程）。
【０１１０】
次に、図示しないプレス金型を冷却してホットメルト用ナイロン樹脂３Ｇを完全に冷却固化させることによって、図１０（ｄ）に示されるように、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｇ、充填剤（補強材）としてのガラス繊維２Ｈ及び有機合成樹脂としてのナイロン樹脂３Ｇからなる、直方体形状（長方形の表面を有する薄板形状）の熱伝導性成形体１Ｇａが得られる。
【０１１１】
続いて、この熱伝導性成形体１Ｇａの表面及び裏面を平面研磨することによって、板厚を目的とする厚さに調節するとともに表面及び裏面の平滑性を向上させ、図１０（ｅ）に示される研磨済み熱伝導性成形体１Ｇｂとして、図１０（ｅ）に示されるように、表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シート８を、熱伝導性接着剤によって貼り付ける。このようにして、図１０（ｆ）に示されるように、本実施の形態４の第２変形例に係る直方体形状の熱伝導性成形体１Ｇを、製造することができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態４の第２変形例においては、熱伝導性シート８として銅箔を用いており、また熱伝導性接着剤として銀ペーストを用いた。熱伝導性シート８としては、銅箔に限られるものではなく、アルミニウム箔やステンレス箔等を用いても良いし、熱伝導性接着剤としても、銀ペースト以外に種々の熱伝導性の高い接着剤を用いることができる。
【０１１３】
このように、図１０に示される本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体の製造方法においては、押出し機２２，図示しない切断装置及び図示しないロボット，図示しない加圧機構を備えたプレス金型等を用いているために、容易に自動化することができ、より量産性に優れた熱伝導性成形体の製造方法となる。したがって、一層の低コスト化を実現することができる。
【０１１４】
また、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体１Ｇ及びその製造方法においては、熱伝導性繊維としての炭素繊維２Ｇのみならず、更に補強材としてのガラス繊維２Ｈをも用いているために、炭素繊維２Ｇとガラス繊維２Ｈの混合比を調節することによって、目的とする熱伝導率を有する熱伝導性成形体１Ｇを容易に製造することができるとともに、炭素繊維２Ｇの使用量を減らすことができることから、熱伝導性成形体１Ｇをより低コストで製造することができる。
【０１１５】
更に、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体１Ｇ及びその製造方法においては、熱伝導性成形体１Ｇａの表面及び裏面を平面研磨することによって、板厚を目的とする厚さに調節するとともに表面及び裏面の平滑性を向上させ、表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シート８を貼り付けていることから、熱伝導性成形体１Ｇの熱伝導率を低下させることなく熱伝導性成形体１Ｇの表面方向の強度を向上させることができ、熱伝導性成形体１Ｇの厚さ方向の割れを防止することができる。
【０１１６】
また、本実施の形態４の第２変形例に係る熱伝導性成形体１Ｇ及びその製造方法においては、研磨済み熱伝導性成形体１Ｇｂの表面及び裏面に、熱伝導性シート８を熱伝導性接着剤としての銀ペーストを用いて貼り付けているため、熱伝導性成形体１Ｇの熱伝導率を低下させる恐れがない。
【０１１７】
以上説明したように、本実施の形態４に係る熱伝導性成形体及びその製造方法においては、簡単な組成で高い熱伝導率を有する素材を製造することができ、金属と同等以上の高い熱伝導率を持ちながら有機合成樹脂並みに軽い、低コストの熱伝導性成形体１Ｅ，１Ｆ，１Ｇを得ることができる。
【０１１８】
上記各実施の形態においては、熱伝導性繊維として石炭ピッチ系炭素繊維を使用した場合のみについて説明したが、熱伝導性繊維としてはこれに限られるものではなく、他の炭素繊維でも良く、その他にも金属繊維（特に、銅繊維が好ましい）や、合成繊維を炭素や金属等の高熱伝導性材料で被覆したもの、等を用いることができる。
【０１１９】
また、上記各実施の形態においては、有機合成樹脂として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂及びフェノール樹脂並びに熱可塑性樹脂であるポリアミド系樹脂の一種のホットメルト用ナイロン樹脂を使用した場合について説明したが、有機合成樹脂としては、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等の、その他の熱硬化性樹脂を用いることもできる。
【０１２０】
更に、有機合成樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド系樹脂、アラミド樹脂、ＡＢＳ樹脂等の、その他の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
【０１２１】
本発明を実施するに際しては、熱伝導性成形体のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係、製造方法等についても、熱伝導性成形体の製造方法のその他の工程についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 熱伝導性成形体
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ 熱伝導性繊維
２Ｂｃ，２Ｃｃ，２Ｄｃ，２Ｆｃ 半硬化短繊維
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ 有機合成樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であって、
前記熱伝導性繊維が同一方向に整列して、その間隙を前記有機合成樹脂が埋め、前記同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることを特徴とする熱伝導性成形体。
【請求項２】
前記熱伝導性繊維の体積含有率が６４％〜９０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性成形体。
【請求項３】
前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱伝導性成形体。
【請求項４】
更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体。
【請求項５】
更に前記同一方向に対して垂直な表面及び裏面に熱伝導性シートを貼り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体。
【請求項６】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維を所定長さの短繊維に切断する工程と、
前記短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、
前記有機合成樹脂を流動状態で前記プレス金型内に流入させる流入工程と、
前記プレス金型によって前記有機合成樹脂を前記整列した短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、
前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項７】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維に前記有機合成樹脂を流動状態で含浸させる含浸工程と、
前記有機合成樹脂を半流動状態に半硬化させる半硬化工程と、
前記半硬化した有機合成樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの半硬化短繊維に切断する切断工程と、
前記半硬化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、
前記プレス金型によって前記半硬化した有機合成樹脂を前記整列した半硬化短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、
前記半硬化した有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項８】
熱伝導性繊維と熱可塑性樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維に前記熱可塑性樹脂を加熱して流動状態で含浸させる含浸工程と、
前記熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させる固化工程と、
固化した熱可塑性樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの固化短繊維に切断する切断工程と、
前記固化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、
前記プレス金型を加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融状態に再溶融または半流動状態に再軟化させる再溶融・再軟化工程と、
前記プレス金型によって前記再溶融または再軟化した熱可塑性樹脂を前記短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、
前記熱可塑性樹脂を再度完全に冷却固化させる再固化工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項９】
前記プレス工程において、プレスするとともに余分な有機合成樹脂または余分な半硬化した有機合成樹脂を前記プレス金型から排出することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１０】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維を束ねながら整列させて金型内に通す整列工程と、
前記整列工程と同時に前記有機合成樹脂を流動状態で前記金型内に流入させて前記熱伝導性繊維に含浸させながら押出成形する押出成形工程と、
前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と、
前記押出成形された成形体を前記整列した方向と垂直な方向に切断する切断工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記熱伝導性繊維及び前記有機合成樹脂以外に、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することを特徴とする請求項６乃至請求項１１のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記硬化工程の後に、更に前記整列した方向と垂直な表面及び裏面を平面研磨する平面研磨工程と、前記平面研磨された表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シートを貼り付ける貼付け工程とを具備することを特徴とする請求項６乃至請求項１２のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体であって、
前記熱伝導性繊維が同一方向に整列して、その間隙を前記有機合成樹脂が埋め、前記同一方向に対して垂直な方向に圧縮されてなることを特徴とする熱伝導性成形体。
【請求項２】
前記熱伝導性繊維の体積含有率が６４％〜９０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性成形体。
【請求項３】
前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱伝導性成形体。
【請求項４】
更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体。
【請求項５】
更に前記同一方向に対して垂直な表面及び裏面に熱伝導性シートを貼り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体。
【請求項６】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維を所定長さの短繊維に切断する工程と、
前記短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、
前記有機合成樹脂を流動状態で前記プレス金型内に流入させる流入工程と、
前記プレス金型によって前記有機合成樹脂を前記整列した短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、
前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項７】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維に前記有機合成樹脂を流動状態で含浸させる含浸工程と、
前記有機合成樹脂を半流動状態に半硬化させる半硬化工程と、
前記半硬化した有機合成樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの半硬化短繊維に切断する切断工程と、
前記半硬化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、
前記プレス金型によって前記半硬化した有機合成樹脂を前記整列した半硬化短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、
前記半硬化した有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項８】
熱伝導性繊維と熱可塑性樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維に前記熱可塑性樹脂を加熱して流動状態で含浸させる含浸工程と、
前記熱可塑性樹脂を冷却して一旦固化させる固化工程と、
固化した熱可塑性樹脂が含浸した熱伝導性繊維を所定長さの固化短繊維に切断する切断工程と、
前記固化短繊維をプレス金型内に整列させる整列工程と、
前記プレス金型を加熱して前記熱可塑性樹脂を溶融状態に再溶融または半流動状態に再軟化させる再溶融・再軟化工程と、
前記プレス金型によって前記再溶融または再軟化した熱可塑性樹脂を前記短繊維とともに前記整列した方向と垂直な方向にプレスするプレス工程と、
前記熱可塑性樹脂を再度完全に冷却固化させる再固化工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項９】
前記プレス工程において、プレスするとともに余分な有機合成樹脂または余分な半硬化した有機合成樹脂を前記プレス金型から排出することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１０】
熱伝導性繊維と有機合成樹脂とからなる熱伝導性成形体の製造方法であって、
前記熱伝導性繊維を束ねながら整列させて金型内に通す整列工程と、
前記整列工程と同時に前記有機合成樹脂を流動状態で前記金型内に流入させて前記熱伝導性繊維に含浸させながら押出成形する押出成形工程と、
前記有機合成樹脂を硬化させる硬化工程と、
前記押出成形された成形体を前記整列した方向と垂直な方向に切断する切断工程と
を具備することを特徴とする熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記熱伝導性繊維は、熱伝導率が１４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）〜９００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲内の炭素繊維であることを特徴とする請求項６乃至請求項１０のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記熱伝導性繊維及び前記有機合成樹脂以外に、更に補強材としての天然繊維、無機繊維または有機繊維を含有することを特徴とする請求項６乃至請求項１１のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記硬化工程の後に、更に前記整列した方向と垂直な表面及び裏面を平面研磨する平面研磨工程と、前記平面研磨された表面及び裏面にそれぞれ熱伝導性シートを貼り付ける貼付け工程とを具備することを特徴とする請求項６乃至請求項１２のいずれか１つに記載の熱伝導性成形体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１７９５５８（Ｐ２０１０−１７９５５８Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４７２８（Ｐ２００９−２４７２８）
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（０００１００７８０）アイシン化工株式会社 (171)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【出願人】（０００１００７８０）アイシン化工株式会社 (171)
【Ｆターム（参考）】
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