JP6470004B2

JP6470004B2 - 車載制御装置

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Publication number: JP6470004B2
Application number: JP2014197750A
Authority: JP
Inventors: 真紀伊藤; 雄亮保田; 利昭石井; 河合　義夫; 義夫河合; 浅野　雅彦; 雅彦浅野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: EP3202625B1; WO2016051991A1; EP3202625A4; EP3202625A1; US20170215271A1; US10448498B2; CN106687336A; CN106687336B; JP2016068648A

Description

本発明は車載制御装置に関し、特に熱放射性コーティング膜を用いた放熱構造に関する。

従来、自動車に搭載される車載制御装置（電子モジュール）は、通常、半導体素子等の発熱素子を含む電子部品が実装された回路基板と、この回路基板が収容される筐体とを含んで構成され、筐体は、回路基板が固定されるベースと回路基板を覆うようにベースに組み付けられるカバーとからなるものが一般的である。

このような車載制御装置においては、近年、スペースの制約による小型化、多機能化に伴って発熱量が増加する傾向にあることから、例えば特許文献１に見られるように、電子部品（発熱素子）で発生した熱を筐体へと移動させ、筐体の外面から大気中へと放熱する目的で、筐体に表面処理を施す放熱構造技術が提案されている。

また、特許文献２にあるように、セラミックス粒子を含む塗料で放熱部材表面に塗膜を形成する放熱方法が知られている。

特開２００４−３０４２００号公報特開２０１３−１４４７４６号公報

近年、省資源の観点等よりエンジンルームを高密度化して小型化する社会的要請がある。車載制御装置においても、小型化が進められており、それに伴い基板面積の小型化や電子部品の集約化で発熱密度が増加するため、放熱性のより一層の向上が要望されている。

従来の提案技術のように、セラミックス粒子を含んだ塗料を放熱部材に塗布することで放熱性を向上することが可能であるが、上記要望を満たすためにはより一層の放熱性向上が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発熱体などの高温部から筺体へ効率よく放熱することが可能な熱放射性コーティング膜を備えた車載制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の車載制御装置は、熱放射性コーティング膜を備えた車載制御装置において、前記熱放射性コーティング膜が、基材と接する第一の界面を有する第一の領域と、前記熱放射性コーティング膜が空気と接する第二の界面を有する第二の領域を備え、前記第一の領域の熱伝導率が前記第二の領域の熱伝導率よりも高く、前記第二の領域の熱放射率が前記第一の領域の熱放射率よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、発熱体などの高温部から筺体へ効率よく放熱することが可能な熱放射性コーティング膜を備えた車載制御装置を提供することができる。

車載制御装置の基本構成の一例を示す分解斜視図。車載制御装置の断面図。本実施形態の熱放射性コーティング膜の概念図。実施例１の熱放射性コーティング膜の断面模式図。実施例２の熱放射性コーティング膜の断面模式図。実施例３，４の熱放射性コーティング膜の断面模式図。実施例５の熱放射性コーティング膜の断面模式図。実施例６の熱放射性コーティング膜の断面模式図。実施例７の熱放射性コーティング膜の断面模式図。比較例２の熱放射性コーティング膜の断面模式図。

以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。

図１は、車載制御装置の主要構成を示す分解斜視図の一例である。図２は図１における車載制御装置の断面図である。図１および図２に示すように、車載制御装置１はＩＣや半導体素子等の電子部品１１が半田により上下（表裏）両面に実装された回路基板１２と、この回路基板１２が収容される筐体１０とを含んで構成されている。筐体１０は、回路基板１２が固定されるベース１３と回路基板１２を覆うようにベース１３に組み付けられる下面が開口した箱状ないし蓋状のカバー１４とからなっている。

回路基板１２の長手方向一端側には、回路基板１２と外部とを電気的に接続するためのコネクタ１５が取着されている。コネクタ１５は、所要本数のピン端子１５ａと、ピン端子１５ａが圧入等により挿着される通し孔１５ｃが設けられたハウジング１５ｂとを備えている。このコネクタ１５においては、ピン端子１５ａをハウジング１５ｂの通し孔１５ｃに挿着した後、ピン端子１５ａの下端部（連結接合部１５ｆ）が回路基板１２に半田によりスポットフロー工程等で連結接合される。

ベース１３は、カバー１４の下面開口を閉鎖するように全体が概略矩形平板状とされている。詳しくは、ベース１３は、矩形板状部１３ａと、この矩形板状部１３ａ上に突設された矩形枠状部１３ｂと、この矩形枠状部１３ｂの四隅に設けられた、回路基板１２の座面となる台座部１３ｄと、矩形板状部１３ａの外周に延設された車両組付固定部１３ｅと、を備えている。車両組付固定部１３ｅは、車載制御装置１を車体ボディに組み付けるためのもので、例えば車体ボディの所定部位にボルト類を螺合させること等により固定されるようになっている。

車載制御装置１の筺体１０を構成するベース１３とカバー１４は、コネクタ１５が取着された回路基板１２を挟み込んで組み立てられている。より詳しくは、回路基板１２は、ベース１３の四隅に設けられた台座部１３ｄとカバー１４との間に挟持されつつ、締結部材の一例としての止めねじ１７で固定されている。

ベース１３とカバー１４は、金属材料もしくは樹脂材料を用いた鋳造、プレス又は切削加工などにより製造される。より詳しくは、アルミニウム、マグネシウム、鉄などを主成分とする合金もしくはポリブチレンテレフタレートなどの樹脂材料を用いた鋳造、プレス又は切削加工などにより作製されている。

なお、カバー１４には、コネクタ１５を介して回路基板１２が外部から給電、もしくは外部装置との入、出力信号の授受が行えるようにコネクタ用窓１４ａが形成されている。

回路基板１２には、例えば４個の電子部品１１（上面側に３個、下面側に１個）が実装されており、回路基板１２に設けられた回路配線は、各電子部品１１に接続されるとともに、コネクタ１５のピン端子１５ａにも接続されている。

また、回路基板１２における電子部品１１が実装されている部分にはサーマルビア（スルーホール）１９が設けられている。

回路基板１２の上面側に実装された３個の電子部品１１のうちの中央に位置する電子部品１１の下側には、サーマルビア１９が設けられるとともに、ベース１３における、サーマルビア１９の真下に位置する部位には矩形凸部２１が突設されており、回路基板１２の下面とベース１３の矩形凸部２１上面との間には、両者に接触するように高熱伝導層２０が介在せしめられている。高熱伝導層２０としては、ここでは、接着剤、グリース、放熱シートなどが用いられている。

また、回路基板１２の上面側に実装された３個の電子部品１１のうちの右端に位置する電子部品１１（の本体部分）は、回路基板１２の上面から浮かせられて取り付けられており、この電子部品１１と回路基板１２との間には隙間が形成されている。

以上の構成の車載制御装置１では、電子部品１１で発生した熱は、サーマルビア１９及び高熱伝導層２０を介して、ベース１３へと伝熱され、筺体１０から大気中へと放熱される。

本実施形態の車載制御装置１においては、回路基板、カバー、ベースやコネクタピンの内側などの特定の部位に熱放射性コーティング膜（３１、３２、３３、３４）が形成されている。

この場合、回路基板１２には、電子部品１１及びコネクタ１５が実装された後に、その一方の面及び／又は他方の面に熱放射性コーティング膜３１が形成（塗布）され、また、ベース１３及びカバー１４には、それらが所定寸法形状に作製された後に、それらの内面及び／又は外面に熱放射性コーティング膜３２、３３が形成（塗布）され、また、コネクタ１５のピン端子１５ａには、回路基板１２側の連結接合部１５ｆからコネクタハウジング１５ｂまでの間の部分に熱放射性コーティング膜３４が形成（塗布）される。

塗布方法としては、ハケ塗布、吹付塗装、侵漬塗装等での塗布が好ましいが、塗布する対象物により、静電塗装、カーテン塗装、電着塗装等でもよい。材料塗布後、乾燥させ塗膜化する方法において、好ましくは自然乾燥、焼付等の方法を用いる。この際、熱放射性コーティング膜は、各基材に直接コーティングされていることが好ましい。例えば回路基板において、防湿材等の表面処理した後に熱放射性コーティング膜を備えると、回路基板表面と熱放射性コーティング膜の間の距離が増加することで、熱移動量が減少し、放熱性が低下する。

なお、図２では熱放射性コーティング膜３１、３２、３３、３４がすべて形成された例を示している。放熱性を向上する観点からは上記した複数の面に熱放射性コーティング膜を設けることが好ましいが、熱放射性コーティング膜は回路基板、カバー、ベースやコネクタピンの内側の少なくとも一面に設けられていれば良い。特に、回路基板の少なくとも片面に第一の熱放射性コーティング膜が形成されるとともに、第一の熱放射性コーティング膜に対向した前記ベース及び／又はカバーの内面側に第二の熱放射性コーティング層が形成されていることが好ましい。少なくとも二つの熱放射性コーティング膜が形成されることにより、高熱放射面積が増大せしめられるとともに、発熱素子を含んだ電子部品から発生した熱及び回路基板に伝導した熱を一つの熱放射性コーティング膜で熱放射し、この熱放射性コーティング膜に対向して形成されたもう一つの熱放射性コーティング膜が熱吸収するので、電子部品及び回路基板から筐体への熱移動量を増大させることができる。そのため、車載制御装置の放熱性を向上させることができ、これによって、電子部品（発熱素子）をはじめとする箱型車載制御装置の筐体内の温度を低く抑えることができ、装置の信頼性が向上できる。

なお、熱放射性コーティング膜は、各基材面の全面に限らず、一部、特に発熱部品とその周囲にのみコーティングする構成にしてもよい。これにより、コーティングするための塗料使用量の低減を図ることができる。

次に、本実施形態の熱放射性コーティング膜の具体的な構成について説明する。図３は熱放射性コーティング膜の構造を示す概念図である。回路基板、カバー、ベースやコネクタピンなどの基材301の表面に熱放射性コーティング膜302が形成されている。熱放射性コーティング膜302は、基材301と接する第一の界面305を有する第一の領域302aと、熱放射性コーティング膜が空気と接する第二の界面306を有する第二の領域302bとを有する。本実施形態の熱放射性コーティング膜では、第一の領域302aが第二の領域302bの熱伝導率よりも高く、第二の領域302bが第一の領域302aの熱放射率よりも高くなるように構成されていることを特徴とする。熱放射性コーティング膜をこのような構成とすることで、基材301の熱を熱伝導性に優れる第一の領域を介して熱放射性コーティング膜の表面に移動させることができる。そして、熱放射性に優れる第二の領域で効果的に熱放射性コーティング膜の表面から大気中へ熱を放熱することができる。このように本実施形態の熱放射性コーティング膜では、熱の移動方向に対して熱伝導を担う領域と、熱放射を担う領域とに機能を分けることで、従来よりも発熱体などの高温部から筺体へ効率よく放熱することを可能としている。

熱放射性コーティング膜を形成する材料は、熱放射性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、有機樹脂と、有機樹脂よりも熱伝導率や熱放射率に優れる粒子からなる複合材料が最も好ましい。図３に示したように第一の領域302a及び第二の領域302bで特性の異なる熱放射性コーティング膜を形成する方法としては、第一の領域302aを形成する熱放射材料を基材上に塗布したのち、第二の領域302bを形成する熱放射材料を塗布して製膜する方法の他、主に熱放射性に寄与する粒子と、主に熱伝導性に寄与する粒子を含む１液タイプの熱放射材料を用いて一括で塗布、製膜する方法などが挙げられる。

以下、二層塗布タイプの熱放射材料と、１液タイプの熱放射材料の具体例を説明する。

（二層塗布タイプ）
熱放射性コーティング膜を形成する二層塗布タイプの熱放射材料は、基材と接する第一の層を形成する高熱伝導材料と、第一の層上にコーティングされる第二の層を形成する高熱放射材料の二種類から構成されることを特徴とする。

第一の層（第一の領域）を形成する高熱伝導材料は、熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂をバインダーとし、バインダー樹脂よりも高熱伝導率を有する粒子を有することを特徴とする。高熱伝導率を有する粒子としては従来公知のものが使用でき、特に限定されないが窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化リチウム、酸化チタン、二酸化珪素等のセラミックス粉末や、銅、ニッケル、鉄、銀等の金属粉体や、炭素材料等が挙げられ、これらから少なくとも一種を配合することが好適である。車載制御装置の電子部品が実装された回路基板等の塗布対象物に絶縁性が必要な場合には、熱放射性コーティング膜に絶縁性が求められる。そのため、熱放射性コーティング膜を形成する熱放射材料にはセラミックス粉末等の絶縁性を有する材料を配合することが好適である。高熱伝導率を有する粒子の平均粒径は、特に限定されないが、０．０１〜２００μｍである。高熱伝導率を有する粒子の平均粒径が２００μｍを超えると塗布膜の膜厚が厚くなり熱放射性の低下を招くとともに、塗布膜の強度や被塗装体との接着強度及び密着力が低下する恐れがある。また、平均粒子径が０．０１μｍ未満であると、粒子とバインダーとの界面が増加し、熱伝導性能が低下する恐れがある。高熱伝導を有する粒子形状は、従来公知のものが使用でき、特に限定されないが、球状、フレーク状、針状、直方体、立方体、四面体、六面体、多面体、筒状、チューブ状、核部から異なる４軸方向に伸びた三次元針状構造等が挙げられる。また、第一の層を形成する高熱伝導材料としては、第一の層を構成する樹脂の熱伝導率が第二の層の熱伝導率よりも高い場合には、粒子を含まない樹脂単体であってもよい。

第二の層（第二の領域）を形成する高熱放射材料は、第一の層よりも高熱放射率を有する粒子を含むことを特徴とする。高熱放射材料は、熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂をバインダーとして含んでもよい。高熱放射率を有する粒子としては、従来公知のものが使用でき、特に限定されていないが窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化リチウム、酸化チタン、二酸化珪素等のセラミックス粉末や、炭素材料等が挙げられ、これらから少なくとも一種を配合することが好適である。高熱放射率を有する粒子が二種類以上配合されている場合は、１２００〜５００ｃｍ^-1の赤外吸収領域おいて吸光度０．５以上で重複していない組み合わせが好ましい。広領域の波長で電磁波を放出でき、熱放射性能が向上する。高熱放射率を有する粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、０．１〜３００μｍが好適である。平均粒子径が３００μｍを超えると熱放射性コーティング膜から粒子が脱落し、熱放射性能が低下する恐れがある。また平均粒子径０．１μｍ未満であると、粒子がバインダー樹脂に覆われてしまい、熱放射性能が低下する恐れがある。高熱放射率を有する粒子形状は、従来公知のものを使用でき、特に限定されないが、球状、フレーク状、針状、直方体、立方体、四面体、六面体、多面体、筒状、チューブ状、核部から異なる４軸方向に伸びた形状等が挙げられる。

第二の層を形成する高熱放射材料は、樹脂を含まず、高熱放射率を有する粒子のみをコーティングしてもよい。または、溶媒に高熱放射率を有する粒子を配合した材料をコーティングしてもよい。若しくはバインダー樹脂を溶媒で希釈した材料に高熱放射率を有する粒子を配合した材料をコーティングしてもよい。上記のような材料をコーティングすることにより、硬化した後、第一の層上に粒子がコーティング膜表面に露出し、表面積の増加と熱放射率の増加により、放熱性が向上する。

熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂としては、従来公知のものが使用でき、特に限定されないが、一例として、合成樹脂や水系エマルション樹脂が挙げられる。合成樹脂としては、フェノール樹脂、アルキド樹脂、メラミン尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂であり、好ましくは安価であるアクリル樹脂である。また水系エマルションとしては、シリコンアクリルエマルション、ウレタンエマルション、アクリルエマルション等がある。二層塗布タイプの熱放射材料において、第一の層を形成する高熱伝導材料と、第二の層を形成する高熱放射材料の樹脂系は同一でなくてもよいが、同一であると、層間の接着強度及び密着性が向上する。

二層塗布タイプの熱放射材料は、第一の層を形成する高熱伝導材料が硬化する前に、第二の層を形成する高熱放射材料をコーティングすることが好ましい。第一の層を形成する材料が硬化してから、第二の層を形成する材料をコーティングすると、第一の層と第二の層の接着強度及び密着性が低下する恐れがあるためである。

また、二層塗布タイプの熱放射材料は、第一の層を形成する材料と第二の層を形成する材料が混合する中間層が存在してもよい。中間層が存在することにより、接着強度及び密着性が向上し、熱伝導性も向上する。

熱放射材料は、上記成分の他に必要に応じて、さらに成分を加えてもよい。成分としては、溶媒、造膜助剤、可塑剤、顔料、シランカップリング剤、粘度調整剤等が挙げられる。上記成分としては、従来のものが使用でき、特に限定されない。

（１液タイプ）
本実施形態の熱放射性コーティング膜を形成する１液タイプの熱放射材料は、熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂をバインダーとし、バインダー樹脂よりも高熱伝導率を有する粒子と高熱放射率を有する粒子の二種類以上の粒子を含むことを特徴とする。

１液タイプの熱放射材料としては、塗布・製膜後に第一の領域に主に高熱伝導率を有する粒子、第二の領域に主に高熱放射率を有する粒子を分散させる必要がある。これに対して、本実施形態では、高熱放射率を有する粒子の密度をバインダーである樹脂成分の密度よりも小さくすることで、密度の小さい粒子が塗膜表面に浮き上がることを利用して第二の領域に主に高熱放射率を有する粒子が分散させるようにしている。

高熱伝導率を有する粒子の密度は、高熱放射率を有する粒子の密度よりも大きく、好ましくはバインダーである樹脂成分と同等かそれよりも大きくすることが望ましい。高熱伝導率を有する粒子としては、上記条件を満たすものであればよく、二層塗布タイプで説明した材料を適用することができる。

高熱放射率を有する粒子としては、バインダーである樹脂成分よりも高熱放射率を有し、かつ、バインダーである樹脂成分の密度よりも小さいものであれば良い。材質は特に限定されないが、二酸化珪素、酸化アルミニウム等の無機物系や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、炭素等の有機物系の粉末が挙げられ、これらから少なくとも一つを配合することが好適である。粒子が二種類以上配合されている場合は、１２００〜５００ｃｍ^-1の赤外吸収領域において吸光度０．５以上で重複していない組み合わせが好ましい。広領域の波長で電磁波を放出でき、熱放射性能が向上する。高放射性を有する粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、０．１〜３００μｍが好適である。平均粒子径が３００μｍを超えると熱放射性コーティング膜から粒子が脱落し、熱放射性能が低下する恐れがある。また平均粒子径０．１μｍ未満であると、粒子がバインダー樹脂に覆われてしまい、熱放射性能が低下する恐れがある。高熱放射率を有する粒子の形状は、従来公知のものを使用でき、特に限定されないが、球状、フレーク状、針状、直方体、立方体、四面体、六面体、多面体、筒状、チューブ状、核部から異なる4軸方向に伸びた形状等が挙げられる。特に、中空若しくは多孔質の粒子を用いることで密度を小さくできるため好ましい。また、樹脂粉末をセラミックコーティングした粒子としてもよい。

熱硬化性樹脂若しくは熱可塑性樹脂としては、従来公知のものが使用でき、特に限定されないが、一例として、合成樹脂や水系エマルション樹脂が挙げられる。合成樹脂としては、フェノール樹脂、アルキド樹脂、アミノアルキド樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂、メラミン尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、塩化ゴム系樹脂、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂であり、好ましくは安価であるアクリル樹脂である。また水系エマルションとしては、シリコンアクリルエマルション、ウレタンエマルション、アクリルエマルション等がある。

１液タイプの熱放射材料が形成する熱放射性コーティング膜は、基材と接する第一の界面を有する第一の領域と、前記熱放射性コーティング膜が空気と接する第二の界面を有する第二の領域に間に、中間領域が存在してもよい。中間領域とは、高熱伝導率を有する粒子と高放射性を有する粒子とが混合している領域である。

二層塗布タイプ及び１液タイプともに熱放射材料の塗布方法としては特に限定されず、通常に用いられる塗布方法から、目的に応じて選択することが出来る。具体的には、ハケ塗布、吹付塗装、ロールコータ塗布、侵漬塗布等を挙げることが出来る。熱放射材料塗布後、乾燥させコーティング膜化する方法において、自然乾燥、焼付等の方法を用いることができ、塗料性状等によって選択される。

また、熱放射性コーティング膜の平均膜厚は特に限定されず、目的に応じて選択されることができるが、２００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ〜２００μｍであることがより好ましい。コーティング膜が２００μｍ以上の場合、コーティング膜が断熱層となり、放熱性を低下する恐れがある。また、１μｍ以下の場合、放熱効果が十分に発揮されない恐れがある。より好ましい熱放射性コーティング膜の膜厚は２０μｍ〜４０μｍである。膜厚が４０μｍよりも厚すぎると吸収した熱を遮断し、２０μｍよりも薄すぎると熱放射性能が低下する。そのため発熱体などの高温部から筺体外への熱移動量が低減する。

また、熱放射性コーティング膜は、熱放射性の観点から、波長領域２．５μｍ〜２０μｍにおける各波長に対する熱放射率が０．８以上であることが好ましく、１に近いほどさらに好ましい。

以下、実施例を用いて詳細に説明する。しかし本発明は、以下の実施例に記載された内容に限定されるものではない。

実施例及び比較例で用いた熱放射材料を構成する成分材料は次の通りである。
（バインダー樹脂）
・コータックスLH-404：東レ・ファインケミカル株式会社製
（セラミックス粒子）
・S42XHS：住友スリーエム株式会社製、中空シリカ、真密度０．４２ｇ／ｃｍ³
・SIO07PB:株式会社高純度化学研究所製、二酸化珪素、粒径０．８μｍ
・WZ-501：株式会社アムテック製、酸化亜鉛単結晶パナテトラ、平均繊維長１０μｍ
試料作製は、粒子、樹脂及び溶剤を加えて粘度を調節した後に、ハイブリッドミキサーを用いて混合した。

実施例における熱伝導率、熱放射率、放熱評価の方法は次の通りである。

（熱伝導率）
熱伝導率測定方法は、調整した材料を２００μｍで成膜化し、温度波数分析法を用いて熱拡散率を求め、熱拡散率と比重と比熱の積で求めた。

なお、熱放射性コーティング膜の構成材料が不明な場合には、ＩＲ（赤外分光法）やＧＣＭＳ（ガスクロマトグラフ分析法）等の分析方法によりバインダー樹脂を特定し、熱放射性コーティング膜の断面をＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析法）等の元素分析により粒子を特定し、上記と同様の方法で熱放射性コーティング膜の熱伝導率を測定することができる。

（熱放射率）
放射率測定方法は、調合した材料を大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板にアプリコーターを用いて３０μｍ前後で塗布した後、硬化したサンプルを京都電子工業製D and S AERDを用いて、室温下で放射率を測定した。

なお、熱放射性コーティング膜の構成材料が不明な場合には、熱放射性は、ＩＲ（赤外分光法）やＧＣＭＳ（ガスクロマトグラフ分析法）等の分析方法によりバインダー樹脂を特定し、熱放射性コーティング膜の断面をＳＥＭ−ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析法）等の元素分析により粒子を特定し、上記と同様の方法で熱放射性コーティング膜の熱放射率を測定することができる。

（放熱評価）
面状発熱体ポリイミドヒーターＦＬ−ＨＥＡＴＮｏ.６（シンワ測定株式会社）をアルミ板（５０ｍｍ×８０ｍｍ、ｔ:２ｍｍ）で挟む。アルミ板の表面に熱電対をアルミ板用はんだで接着する。アルミ板表面に調合した試料を塗布し、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように塗布した。試料を２５℃に設定した恒温槽中央に静置し、ヒーターに６Ｗを印加し、アルミ板表面の温度変化を測定した。ヒーターは一定の熱量を発生しているので、熱放射材料の放熱効果が高いほど、ヒーターの温度もしくはアルミ板表面温度は低下する。すなわち、ヒーターの温度もしくはアルミ板表面温度が低くなるほど放熱効果が高いといえる。

コータックスLH-404：９０ｖｏｌ％、中空シリカ：５ｖｏｌ％、二酸化珪素：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記３成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、１液タイプの熱放射材料を作製した。この熱放射材料をアルミ板にハケ塗布でコーティングし、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように熱放射性コーティング膜を形成した。

図４に実施例１で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板401の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、樹脂（コータックスLH-404）406の内部に中空シリカ405と二酸化珪素404が分散した構成を備える。図中、点線枠で示した第一の領域402には主に高熱伝導率を有する二酸化珪素404が分散しており、第二の領域403には主に高熱放射性を有する中空シリカ405が分散した構成となっている。これは、中空シリカ405の密度が樹脂406の密度よりも小さいために熱放射材料を塗布した際に中空シリカ405が塗膜表面に浮き上がるためである。また、このような特性を有するために、熱放射性コーティング膜の熱放射面は中空シリカ405の形状に起因した凹凸を有している。

コータックスLH-404：９０ｖｏｌ％、中空シリカ：５ｖｏｌ％、酸化亜鉛単結晶パナテトラ：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記３成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器にいれ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、１液タイプの熱放射材料を作製した。この熱放射材料をアルミ板にハケ塗布でコーティングし、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように熱放射性コーティング膜を形成した。

図５に実施例２で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板501の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、樹脂（コータックスLH-404）506の内部に中空シリカ505と酸化亜鉛単結晶パナテトラ504が分散した構成を備える。図中、点線枠で示した第一の領域502には主に高熱伝導率を有する酸化亜鉛単結晶パナテトラ504が分散しており、第二の領域503には主に高熱放射率を有する中空シリカ505が分散した構成となっている。中空シリカ505が第二の領域503に集中する理由は実施例１と同様である。また、本実施例で用いた酸化亜鉛単結晶パナテトラ504は、核部から異なる４軸方向に伸びた３次元形状である。このように嵩高い形状であるために酸化亜鉛単結晶パナテトラ504が互いに絡み合って分散している。また、中空シリカとも絡み合うことで第二の領域内にも一部の酸化亜鉛単結晶パナテトラ504が存在している。本実施例の熱放射性コーティング膜の熱放射面は中空シリカ505及び酸化亜鉛単結晶パナテトラ504の形状に起因した凹凸を有している。

コータックスLH-404：９５ｖｏｌ％、酸化亜鉛単結晶パナテトラ：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れハイブレッドミキサーを用いて混合し、第一の熱放射材料を作製した。また、コータックスLH-404：９５ｖｏｌ％、中空シリカ：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れハイブレッドミキサーを用いて混合し、第二の熱放射材料を作製した。

第一の熱放射材料をアルミ板にハケ塗布でコーティングして第一の層を作成した。次に、第一の層の上から第二の熱放射材料をハケ塗布でコーティングして第二の層を作成した後、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように熱放射性コーティング膜を形成した。

図６に実施例３で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板601の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、樹脂（コータックスLH-404）606の内部に酸化亜鉛単結晶パナテトラ504が分散した第一の層（第一の領域）602と、樹脂606の内部に中空シリカ605が分散した第二の層（第二の領域）603で構成されている。第二の層において、中空シリカ605が塗膜表面に浮き上がるため、熱放射性コーティング膜の熱放射面は中空シリカ605の形状に起因した凹凸を有している。

コータックスLH-404：９５ｖｏｌ％、酸化亜鉛単結晶パナテトラ：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れハイブレッドミキサーを用いて混合し、第一の熱放射材料を作製した。また、コータックスLH-404：７０ｖｏｌ％、中空シリカ：３０ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れハイブレッドミキサーを用いて混合し、第二の熱放射材料を作製した。

実施例４で形成した熱放射性コーティング膜の基本構成は図６と同じであり、第二の熱放射材料における中空シリカの配合量が増加した分、第二の層に存在する中空シリカの量が増加し、実施例４よりも熱放射性コーティング膜の熱放射面の表面積が増加した。

コータックスLH-404：９５ｖｏｌ％、酸化亜鉛単結晶パナテトラ：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れハイブレッドミキサーを用いて混合し、第一の熱放射材料を作製した。

第一の熱放射材料をアルミ板にハケ塗布でコーティングした後、コーティング膜の上から第二の熱放射材料として中空シリカを塗布し、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように熱放射性コーティング膜を作成した。

図７に実施例５で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板701の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、樹脂（コータックスLH-404）706の内部に酸化亜鉛単結晶パナテトラ704が分散し、中空シリカ705の一部が樹脂706の表層部に埋まった構成となっている。図中、点線枠で示した第一の領域702には高熱伝導率を有する酸化亜鉛単結晶パナテトラ704が分散しており、第二の領域703には主に高熱放射率を有する中空シリカ705が分散した構成となっている。熱放射性コーティング膜の熱放射面は中空シリカ705の形状に起因した凹凸を有している。

コータックスLH-404：９５ｖｏｌ％、中空シリカ：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れ、ハイブリッドミキサーを用いて混合し、１液タイプの熱放射材料を作製した。この熱放射材料をアルミ板にハケ塗布でコーティングし、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように熱放射性コーティング膜を形成した。

図８に実施例６で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板801の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、樹脂（コータックスLH-404）806の内部に中空シリカ805が分散した構成を備える。図中、点線枠で示した第一の領域802には中空シリカ805は存在せずに樹脂806単体で構成されており、第二の領域803には高熱放射率を有する中空シリカ805が分散した構成となっている。このように、中空シリカ805は第一の領域802よりも第二の領域803に多く存在している。これは、中空シリカ405の密度が樹脂406の密度よりも小さいために熱放射材料を塗布した際に中空シリカ405が塗膜表面に浮き上がるためである。熱放射性コーティング膜の熱放射面は中空シリカ405の形状に起因した凹凸を有している。

溶剤として酢酸ブチル３０ｗｔ％を混合し、粘度を調整したコータックスLH-404を、アルミ板にハケ塗布でコーティングし、樹脂膜の上から中空シリカを塗布し、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が30μｍになるように熱放射性コーティング膜を形成した。

図９に実施例７で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板901の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、図中、点線枠で示した第一の領域902には中空シリカ905は存在せずに樹脂（コータックスLH-404）906単体で構成されており、第二の領域903には中空シリカ905の一部が樹脂906の表層部に埋まった構成となっている。

（比較例１）
溶剤として酢酸ブチル３０ｗｔ％を混合し、粘度を調整したコータックスLH-404をアルミ板にハケ塗布でコーティングし、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるようにコーティング膜を形成した。

比較例１のコーティング膜の特性を評価した結果を表１に示す。

（比較例２）
コータックスLH-404：９５ｖｏｌ％、二酸化珪素：５ｖｏｌ％と、溶剤として酢酸ブチル：上記２成分の合計１００ｗｔ％に対して３０ｗｔ％を容器に入れ、ハイブレッドミキサーを用いて混合し、１液タイプの熱放射材料を作製した。この熱放射材料をアルミ板にハケ塗布でコーティングし、６０℃、３０分で加熱乾燥させ、膜厚が３０μｍになるように熱放射性コーティング膜を形成した。

図１０に比較例２で形成した熱放射性コーティング膜の断面模式図を示す。アルミ板101の表面に形成された熱放射性コーティング膜は、樹脂（コータックスLH-404）106の内部に二酸化珪素104が分散した構成を備える。樹脂106内の二酸化珪素104の分散状態は、第一の領域、第二の領域で大きな偏りはなかった。また、熱放射性コーティング膜の放射面は粒子形状に起因した凹凸はなく平坦面であった。

実施例１〜７、及び、比較例１，２の熱放射材料の構成と、熱放射性コーティング膜の各種特性を評価した結果を表１、２に示す。なお、表中の数値の単位は、体積部であり、「−」は未配合であることを示す。

表１，２に示したように、実施例１〜７は第一の領域の熱伝導率が第二の領域の熱伝導率よりも高く、第二の領域の熱放射率が第一の領域の熱放射率よりも高い関係を満たしている。放熱評価の結果、比較例１，２と比較して実施例１〜７はいずれも最高温度が低くなっており、放熱性に優れることが分かった。また、高熱伝導率を有する粒子として酸化亜鉛単結晶パナテトラを用いた実施例２では、二酸化珪素を用いた実施例１よりも放熱性に優れることが分かった。これは、核部から異なる４軸方向に伸びた３次元形状の粒子が絡み合うことで熱伝導パスが形成されることでアルミ板から放射面への熱の移動が促進された結果、放熱性が向上したものと考えられる。また、実施例２は、成分と配合量が同じで２液塗布タイプとした実施例３よりも放熱性が優れる結果となった。これは、１液タイプの実施例２において、酸化亜鉛単結晶パナテトラの一部が表面部に存在することで熱放射性コーティング膜の表面積が増加した結果、放熱性が向上したものと考えられる。実施例３〜５を比較すると、実施例３よりも中空シリカの配合量を増やした実施例４の方が放熱性に優れ、更に１層目のコーティング層に対して中空シリカを塗布した実施例５が最も放熱性に優れる結果となった。これは、放射面の表面積が実施例３，４，５の順に大きくなっており、その結果、放熱性が向上したものと考えられる。実施例６と実施例７の比較でも同様の傾向が確認できた。

以上のように熱放射性コーティング膜の基材に接する界面を有する領域に高熱伝導領域（第一の領域）と、空気に接する界面を有する領域に高放射領域（第二の領域）を兼ね備えることで、発熱体から熱移動量が増加し、放熱性が向上する。発熱体や筺体などの高温部材に本実施形態の熱放射性コーティング膜を形成し、高熱放射面積を増大することで、低温部への熱移動量を高めることができ、車載制御装置の放熱性向上に寄与できる。

１車載制御装置
１０筐体
１１電子部品
１２回路基板
１３ベース
１４カバー
１５コネクタ
１５ａピン端子
１５ｂハウジング
１５ｃ通し孔
１９サーマルビア
２０高熱伝導層
３１第一の熱放射性コーティング層
３２第二の熱放射性コーティング層
３３第三の熱放射性コーティング層
３４第四の熱放射性コーティング層

Claims

熱放射性コーティング膜を備えた車載制御装置において、
前記熱放射性コーティング膜が、
基材と接する第一の界面を有する第一の領域と、前記熱放射性コーティング膜が空気と接する第二の界面を有する第二の領域を備え、
前記第一の領域の熱伝導率が前記第二の領域の熱伝導率よりも高く、
前記第二の領域の熱放射率が前記第一の領域の熱放射率よりも高く、
前記熱放射性コーティング膜が有機樹脂と、有機樹脂よりも高熱放射率の粒子と、有機樹脂よりも高熱伝導率の粒子と、を備え、
前記第一の領域には主に高熱伝導率の粒子が分散しており、前記第二の領域には高熱放射率の粒子が分散しており、
前記高熱放射率の粒子の密度が、前記有機樹脂の密度よりも小さいことを特徴とする車載制御装置。
請求項１に記載の車載制御装置において、
前記高熱放射率の粒子が前記第一の領域よりも前記第二の領域に多く存在していることを特徴とする車載制御装置。
請求項１に記載の車載制御装置において、
前記熱放射性コーティング膜の熱放射面が前記高熱放射率の粒子の形状に起因した凹凸を有していることを特徴とする車載制御装置。
請求項１に記載の車載制御装置において、
前記高熱放射率の粒子が中空または多孔質であることを特徴とする車載制御装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車載制御装置において、
電子部品が実装された回路基板と、該回路基板が固定されるベースと、前記回路基板を覆うように前記ベースに組み付けられるカバーと、を備え
前記回路基板の少なくとも片面に第一の熱放射性コーティング膜が形成されるとともに、第一の熱放射性コーティング膜に対向した前記ベース及び／又はカバーの内面側に第二の熱放射性コーティング膜が形成されていることを特徴とする車載制御装置。
熱放射性コーティング膜を備えた車載制御装置において、
前記熱放射性コーティング膜が複数の層から構成されており、少なくとも、基材と接する第一の層と、前記熱放射性コーティング膜の表層を構成する第二の層とを備え、
前記第一の層は前記第二の層よりも熱伝導率が高く、
前記第二の層は前記第一の層よりも熱放射率が高く、
前記熱放射性コーティング膜が有機樹脂と、有機樹脂よりも高熱放射率の粒子と、有機樹脂よりも高熱伝導率の粒子と、を備え、
前記第一の層には主に高熱伝導率の粒子が分散しており、前記第二の層には高熱放射率の粒子が分散しており、
前記高熱放射率の粒子の密度が、前記有機樹脂の密度よりも小さいことを特徴とする車載制御装置。