生産技術の仕事をしている三浦です。
車載電装部品のメーカーで15年ほど、ECUのポッティングや放熱材の塗布工程を立ち上げてきました。
最近、工程改善の相談で「ギャップフィラーを塗る設備を入れたい」という話がよく出てきます。
この記事では、EVでギャップフィラーの出番が増えている理由と、現場でどんな工程が必要になるのかを整理します。
目次
ギャップフィラーは部品と冷却面のすき間を埋める放熱材
発熱する部品の熱は、金属の筐体や冷却器に逃がします。
ところが、部品の表面も冷却面も細かい凹凸があるので、そのまま重ねると点でしか触れません。
EE Times Japanが紹介している電子情報技術産業協会（JEITA）の実装技術ロードマップの解説記事でも、この接触の悪さが熱抵抗を高めると説明されています。
そのすき間を埋めて熱を通りやすくする材料が、TIM（熱界面材料）です。
ギャップフィラーはそのなかでも、ある程度の厚みのあるすき間を埋めるタイプを指します。
EVで使う場所が増えている2つの理由
エンジン車にはなかった、大きく発熱する電気の部品が増えたからです。
| 使う場所 | 熱の出どころ | ギャップフィラーの役割 |
|---|---|---|
| バッテリーパック | 充放電する電池セル・モジュール | 電池の熱を冷却器へ伝える |
| インバータなどの電力変換部品 | パワー半導体 | 半導体の熱を筐体やヒートシンクへ伝える |
バッテリーパックでは電池の熱を冷却器へ逃がす
日産自動車の技術者による自動車技術会の論文「電動車バッテリーパック向けGap Filler材の熱抵抗評価法確立」では、バッテリーの熱を冷却器へ伝える材料としてギャップフィラーが使われていると書かれています。
同じ論文は、面圧をかけずに使う材料なので、貼り付く面との間の熱抵抗を把握する必要があるとも指摘しています。
すき間の寸法が場所ごとに違う電池パックでは、液状の材料を流して形に沿わせるほうが収まりやすいと感じています。
インバータではパワー半導体の熱を受け止める
モーターを回すための電力変換では、パワー半導体が大きな熱を出します。
先ほどのJEITAのロードマップ解説でも、発熱部品にTIMを付けて筐体やヒートシンクへ熱を伝える構造が取り上げられています。
液状の2液タイプを使うなら混合吐出の工程が必要になる
液状のギャップフィラーには、主剤と硬化剤を混ぜて固める2液タイプがあります。
これを使うには、2つの液を決まった比率で量り、混ぜて、狙った量を吐き出す設備が欠かせません。
日本ゴム協会誌の総説「熱伝導性コンポジットの現状と将来」が整理しているように、樹脂の熱伝導率は、熱を通しやすいフィラー（充填材）をどう混ぜてつなげるかで高めていきます。
放熱材がドロッとした高粘度になりやすいのはそのためです。
現場で気をつけていたのは次の点でした。
- 主剤と硬化剤の比率がずれると、硬化不良につながる
- 高粘度の液は泡を抱き込みやすく、エア抜きに手間がかかる
- フィラーが多い液はポンプやミキサの摩耗が早い
- 吐出量がばらつくと、熱が逃げにくい場所ができる
設備のイメージをつかむなら、ディスペンサメーカーのナカリキッドコントロールが公開している放熱用2液ギャップフィラーの混合吐出デモがわかりやすいです。
協働ロボットが計量・混合・吐出を行う様子を紹介したページで、リンク先の製品ページでは微少量用2液型ディスペンサ「ν（ニュー）シリーズ」の仕様も確認できます。
仕様表の使用可能粘度（1～300,000mPa･s）や適応比率範囲（100:100～100:50）を、自社の材料と見比べると設備選びの目安になります。
まとめ
EVでギャップフィラーが増えているのは、電池やインバータという大きく発熱する部品が増え、その熱を冷却器や筐体へ逃がす必要があるからです。
液状の2液タイプを選ぶなら、比率どおりに混ぜて安定した量を吐き出す工程まで含めて考えておく必要があります。
導入を検討している方は、まず使う材料の粘度と混合比を手元にそろえるところから始めてみてください。
