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プロジェクトの基本情報

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2018年8月20日更新

熱伝導率の高い絶縁性および導電性新規高分子複合材料の開発により、界面の熱抵抗を大幅に改善できるなど、有機材料の特徴を生かした放熱部品を開発した

株式会社髙木化学研究所

プロジェクト名 新規高熱伝導性複合材料を用いる環境に優しいLED放熱部品の研究開発
対象となる川下分野 自動車、環境
川下企業におけるニーズの対応 高機能化(精度・性能の向上など)
高耐久性(耐熱性、耐食性、耐摩耗性の向上など)
質量低減(小型化、軽量化など)
環境配慮(不純物の除去や無害化、廃棄物削減、 CO2削減など)
信頼性・安全性(信頼性の高い検査技術の実現など)
上記ニーズに対する具体的な数値 熱伝導率20W/mK以上(ホットディスク法)
耐熱性200℃以上
軽量化:アルミニウムと比較して、同形状で重量が80%
レアアースの回収が容易
熱サイクルに対する安定性(金属、セラミックスに対する熱膨張係数制御、靭性付与)
事業実施年度 平成23年度~平成25年度
事業化状況 補完研究中(完成に向けて現在研究中)
対象としている素材 高熱伝導性高分子複合材料

プロジェクトの詳細

プロジェクトに至った背景・経緯
自動車用ヘッドランプ等は、高輝度・パワーLED化に伴った放熱の問題が大きな課題となっている。放熱部材には、セラミックス、高熱伝導性材、金属等の従来から存在する熱伝導性材が用いられているが、様々な課題が存在し、未だ、市場の要求を十分満足する性能が得られていない。このことから、新規素材の開発が切望されている。

研究開発のポイント
 従来から存在する熱伝導性材には、様々な課題が存在している。例えば、高熱伝導性セラミックスでは、複雑な形状への加工が難しく、寸法安定性が悪くて脆い。高熱伝導性材(充填剤)を用いた物では、材料が限定され、品質のバラツキが大きい。金属等では、電気伝導性、短絡の危惧や界面の接触、熱放射率の小ささ、レアメタルの回収に難がある。これらの課題に対して、熱伝導性パスを形成した新規高熱伝導性高分子複合材料を用いることによって、軽量化、複雑な形状付与、レアメタルリサイクルが容易なオール樹脂製の高輝度・パワーLEDランプの放熱部品を開発する。
研究開発の具体的な成果
新規高熱伝導性複合材料の開発により、異方性を有するが、ホットディスク法で、導電性で30W/mK以上、絶縁性で約20W/mKの高い熱伝導率を有する新規材料が出来た。高分子材料を用いている為、製品設計の自由度が高く、軽量化、加工性、成形性等に寄与できる。異種材料の一体成形が出来る為、異種材料界面での抵抗率を大幅に低減でき、かつネジ締め等が必要となくなる。部品間の熱融着も可能である為、デバイスのパッケージ化が期待できる。

利用イメージ、今後の活用が見込める分野・製品等
新規高熱伝導性高分子複合材料を用いる試作品ラインナップとして、絶縁性・導電性をそれぞれ有するブロック形状等の試作品を提供でき、また銅板や放熱フィンとを組み合わせた一体成形の放熱部品として、試作品展開が可能である。これらの試作品展開によって、LEDランプの分野においては、導電性を有する放熱フィンを、モーターやパワーモジュール分野においては、絶縁性を有するシート材料等の開発をターゲットとしている。

事業化への取り組み

知財・広報活動 知財:PCT国際出願、国内出願は登録済み。2016年特許第6034876号

広報活動:JRCMニュース(No.316)、TechBizEXPO2012、第62回高分子学会年次大会、第63回ネットワークポリマー討論会、TechBizEXPO2013、第22回高分子学会ポリマー材料フォーラム、第21回日本ポリイミド・芳香族系高分子会議、
今後の見通し 従来にはあまりない新規高熱伝導性複合材料のため、川下ユーザーによるサンプル評価を行う必要があるため、その検討に時間を要している。LED放熱部品については、安価なアルミ代替ということで、コストが課題となっており、現在、原料見直しによるコストダウンを図っている。また、川下ユーザーの動向として、従来部品の代替よりも次世代開発品への新規導入の傾向が強いため、それに向けた技術的課題の抽出および解決などの対応が必要である。まずは、試作品ビジネスで展開を図る。
当初の目標を踏まえた
上での達成度や
新たな課題
本研究開発によって、従来困難とされていた有機高分子材料(樹脂)の高熱伝導化を達成でき、その製造技術および評価技術、ならびに成形品の製造および評価技術を習得できた。樹脂を用いた高熱伝導化には、自動車関連の川下メーカーから、喫緊の課題解決のために、本材料に強い関心が持たれている。
これまでにユーザーからは、断面方向の熱伝導率および靭性(伸び)の向上へのニーズがあり、測定方法も含め、現在、検討を行っている。この改良には今までの検討結果が役立っているが、時間がかかっている。LED放熱部品については、価格競争力を求められているので、コストダウンを検討している。
川下産業からの引き合い状況
(件数等、内容)
川下企業からの引き合いについては、派生技術含めて引き合いがあり、サンプル評価を行っているところである。また、その一環から市場ニーズの抽出を行なっている。

研究開発の体制

事業管理機関 一般財団法人金属系材料研究開発センター
法認定事業者 株式会社髙木化学研究所
研究実施機関 株式会社髙木化学研究所、国立大学法人豊橋技術科学大学、あいち産業科学技術総合センター

PRコメント

 新規高熱伝導性複合材料の開発により、異方性を有するが、ホットディスク法で、導電性で30W/mK 以上、絶縁性で約20W/mKの 高い熱伝導率を有する新規材料ができた。高分子材料を用いているために、製品設計の自由度が高く、軽量化、加工性、成形性等に寄与できる。重量では同じ形状のアルミに比べ、約30%の軽量化が可能となる。異種材料の一体成形および熱融着ができるため、界面での熱抵抗を大幅に低減でき、かつ接着剤、熱伝導性グリース、ねじ締め等が必要となくなる。部品間の熱融着も可能であるためデバイスのパッケージ化が期待できる。本研究開発により、 LEDヘッドランプの放熱部品や、大型投光器およびパワーデバイスへの展開、さらに放熱・熱伝導を必要とする他の広範な分野への展開が期待できる。

企業情報

社名 株式会社髙木化学研究所
(法人番号:1180301001546)
所在地 〒444-3502 愛知県岡崎市大幡町字堀田21番地1
電話番号 0564-48-3016
社員数 128名 (男性  90名、女性  38名)
資本金 3,000万円
業種 化学工業
事業内容 プレス板金・表面処理加工、樹脂成形・加工、合成繊維製造
URL http://www.takagi-kagaku.co.jp/
生産拠点エリア 国内 所在地:愛知県岡崎市 
海外生産対応 不可
主要な取引先 各自工メーカー、輸送機器メーカー等
本プロジェクトに
関する問い合わせ先
部署名
片寄工場 技術開発課

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