(57)【要約】【課題】立体的に発熱可能であって発熱温度のバラツキを抑制し得る発泡樹脂複合構造体の構成を提供する。【解決手段】独立気泡構造が形成された発泡ビーズ１ｃ間に空隙１ｄが形成されるとともに空隙１ｄ間が連通することにより表面１ａから裏面ｂに連通した連通孔１ｅが存在する母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）と、電圧の印加に応じて発熱する発熱材料が含有される充填材料４とを用意し、充填材料４を母材１の空隙１ｄおよび連通孔１ｅに充填して発泡樹脂複合構造体５を製造する。【選択図】図１０
2020193303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する発泡ビーズ同士が融着することにより独立気泡構造が形成されており、前記発泡ビーズ間に空隙が形成されているとともに、前記空隙間が連通することにより一の面から他の面に連通した連通孔が存在する母材の前記空隙および連通孔に充填材料を充填して成る発泡樹脂複合構造体であって、
前記母材には電極が設けられており、
前記充填材料には、電圧の印加に応じて発熱する発熱材料が含有されることを特徴とする発泡樹脂複合構造体。
【請求項２】
前記電極は、少なくとも一部が前記母材に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の発泡樹脂複合構造体。
【請求項３】
前記一の面の表面抵抗値が１．０×１０３Ω以下となる前記充填材料が採用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発泡樹脂複合構造体。
【請求項４】
前記充填材料には、前記発熱材料に加えて、所定の温度で気化することで所定の機能を発揮する機能性物質が含有されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発泡樹脂複合構造体。
【請求項５】
前記母材の外面のうち前記電極が露出する面を除いた面を覆う断熱材を備えることを特徴とする請求項４に記載の発泡樹脂複合構造体。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発泡樹脂複合構造体の製造方法であって、
前記母材の一の面に前記充填材料を配置する第１工程と、
前記母材の一の面および他の面間に差圧を発生させて前記一の面に配置された前記充填材料を前記母材の空隙および連通孔に充填する第２工程と、
前記母材の一の面および他の面間に差圧を発生させて前記一の面から気体を前記母材の連通孔に通す第３工程と、
を有することを特徴とする発泡樹脂複合構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発泡樹脂製の母材を利用した発熱性の充填材料を含有する発泡樹脂複合構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車分野、建築分野、製造分野等の様々な分野にて、暖房、凍結・氷結防止、加熱、加温、保温等の用途に、面状発熱体が広く利用されている。面状発熱体は、シート状の発熱面から熱を放射するものであり、例えば、下記特許文献１に開示されるものが知られている。この面状発熱体は、第１基材と、カーボン材料及びグラフェンからなる導電材料を含む導電性接着剤（発熱塗料）を第１基材の表面に塗布することで形成される発熱層と、発熱層を介して互いに離間するように第１基材に設けられる一対の電極とを備えるように構成されている。この面状発熱体は、両電極間に対する電圧の印加に応じて発熱層が全体的に発熱することを利用して、発熱部材として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−０７３４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、発熱体として、床暖房のように一面だけを加温する用途だけでなく、ペット用のケージ内、所定の容器内などの比較的狭い空間や浴室内、車室内などの比較的広い空間を立体的に加温する用途への採用が望まれている。しかしながら、上述のような面状発熱体は、一般的に発熱面にて発熱し、立体的（３次元的）に発熱することはない。このため、一面だけでなく多面にて発熱することで、立体的に周囲を加温するような発熱体を構成するためには、発熱体として機能させる基材の外面に発熱塗料を塗布する必要がある。しかしながら、基材の外面に発熱塗料を塗布する構成では、例えば、液ダレ等により水平面部と垂直面部とで塗布厚みが不均一となり易く、発熱温度にバラツキが生じてしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、立体的に発熱可能であって発熱温度のバラツキを抑制し得る発泡樹脂複合構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、
隣接する発泡ビーズ同士（１ｃ）が融着することにより独立気泡構造が形成されており、前記発泡ビーズ間に空隙（１ｄ）が形成されているとともに、前記空隙間が連通することにより一の面（１ａ）から他の面（１ｂ）に連通した連通孔（１ｅ）が存在する母材（１，１ｆ，１ｇ）の前記空隙および連通孔に充填材料（４）を充填して成る発泡樹脂複合構造体（５）であって、
前記母材には電極（７ａ，７ｂ）が設けられており、
前記充填材料には、電圧の印加に応じて発熱する発熱材料が含有されることを特徴とする。
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明では、電圧の印加に応じて発熱する発熱材料を含有する充填材料が母材の空隙および連通孔に充填されるため、母材に設けられる電極に印加する電圧に応じて、立体的に発熱可能であってその発熱温度のバラツキを抑制可能な発泡樹脂複合構造体を実現することができる。
【０００８】
請求項２の発明では、電極は、少なくとも一部が母材に埋め込まれるため、母材の表面に電極が設けられるために発熱面積が小さくなることもないので、発泡樹脂複合構造体の周囲をより均一に加温（加熱）することができる。
【０００９】
請求項３の発明では、一の面の表面抵抗値が１．０×１０３Ω以下となる充填材料が採用されるため、立体的に発熱する発泡樹脂複合構造体において、有効な発熱性を得ることができる。
【００１０】
請求項４の発明では、充填材料には、発熱材料に加えて、所定の温度で気化することで所定の機能を発揮する機能性物質が含有される。これにより、印加電圧に応じて発熱材料が発熱して機能性物質が気化することで、上記所定の機能を発揮可能な発泡樹脂複合構造体を実現することができる。特に、印加電圧に応じて加熱温度や加熱タイミング、加熱時間等を調整することで、機能性物質の気化タイミングや気化量、すなわち、上記所定の機能を発揮させるタイミングや効果の程度を制御することができる。
【００１１】
請求項５の発明では、母材の外面のうち電極が露出する面を除いた面を覆う断熱材を備える。これにより、母材の外面からの放熱が抑制されるため、より低い電圧で機能性物質が気化するので、上記所定の機能の発揮に関して省エネ化を図ることができる。
【００１２】
請求項６の発明では、発熱材料が含有された充填材料を母材の空隙および連通孔に充填した後に、母材の一の面から気体を母材の連通孔に通すため、充填された充填材料を母材から排出することができるので、充填材料（発熱材料）の充填率を調節することができる。また、充填ムラを軽減して充填の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】母材の説明図であり、図１（ａ）は母材の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す領域Ｓの拡大図である。
【図２】図１（ｂ）に示す領域Ｓのさらなる拡大図であり、図２（ａ）は充填材料が空隙に充填されていない状態を示す拡大図、図２（ｂ）は充填材料が空隙に充填された状態を示す拡大図である。
【図３】図１に示す母材に形成された連通孔の模式図であり、図３（ａ）は充填材料が連通孔に充填された状態を示す模式図、図３（ｂ）は充填材料による膜が母材の表面に形成された状態を示す模式図である。
【図４】装置に母材および充填材料がセットされた状態を示す縦断面図である。
【図５】実験１で用いた試験体のそれぞれの表面抵抗値を示す図表である。
【図６】実験１の結果を示す図表である。
【図７】実験２で用いた試験体の概略形状を説明する説明図である。
【図８】実験３で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図８（ａ）は上面図、図８（ｂ）は正面図である。
【図９】実験４で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は正面図である。
【図１０】実験４の結果を示す図表である。
【図１１】実験５で用いた母材等の種別を示す図表である。
【図１２】実験５で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は正面図である。
【図１３】実験５の結果を示す図表である。
【図１４】実験６で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１４（ａ）は上面図、図１４（ｂ）は正面図である。
【図１５】実験６の結果を示す図表である。
【図１６】実験７で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１６（ａ）は上面図、図１６（ｂ）は正面図である。
【図１７】実験７の結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る発泡樹脂複合構造体およびその製造方法を具現化した実施形態について、図面を参照して説明する。
［母材の構造］
まず、立体的に発熱する発泡樹脂複合構造体５を製造するための母材１の構造について説明する。
図１は、母材１の説明図であり、（ａ）は母材１の斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す領域Ｓの拡大図である。図２は、図１（ｂ）に示す領域Ｓのさらなる拡大図であり、（ａ）は充填材料が空隙１ｄに充填されていない状態を示す拡大図、（ｂ）は充填材料４が空隙１ｄに充填された状態を示す拡大図である。図３は、図１に示す母材１に形成された連通孔１ｅの模式図であり、（ａ）は充填材料４が連通孔１ｅに充填された状態を示す模式図、（ｂ）は充填材料４の膜が母材１の表面１ａに形成された状態を示す模式図である。
【００１５】
図１（ｂ）に示すように、母材１は、ビーズ法発泡樹脂、具体的には、ビーズ法ポリスチレンフォーム (以下、略してＥＰＳ(Expanded Polystyrene)という)により形成されており、相互に融着した多数の発泡ビーズ１ｃにより構成されている。隣接する発泡ビーズ１ｃ同士が融着することにより独立気泡構造が形成されており、発泡ビーズ１ｃ間に空隙１ｄが形成されている。
【００１６】
また、一部の空隙１ｄ同士は連通しており、それにより、図３（ａ）に示すように、母材１には、表面（一の面）１ａから裏面（他の面）１ｂに連通した連通孔１ｅが多数形成されている。連通孔１ｅは、母材１の表面１ａおよび裏面１ｂ間に存在するだけでなく、表面および側面間または裏面および側面間または側面および側面間にも存在する。
【００１７】
［実験］
本願発明者らは、図２（ｂ）に示すように、母材１に形成された空隙１ｄに発熱材料等が含有された充填材料４を充填するとともに、図３（ａ）に示すように、この充填材料４を連通孔１ｅにも充填することで、立体的に発熱する発泡樹脂複合構造体５を製造した。そして、充填材料４に含有させる発熱材料と発泡樹脂複合構造体５の発熱効果との関係を求めるための実験を各種行った。図４は、充填装置１０に母材１および充填材料４がセットされた状態を示す縦断面図である。図５は、実験１で用いた試験体のそれぞれの表面抵抗値を示す図表であり、図６は、実験１の結果を示す図表である。図７は、実験２で用いた試験体の概略形状を説明する説明図である。図８は、実験３で用いた試験体の概略形状を説明する説明図である。図９は、実験４で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１０は、実験４の結果を示す図表である。図１１は、実験５で用いた母材等の種別を示す図表であり、図１２は、実験５で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１３は、実験５の結果を示す図表である。図１４は、実験６で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１５は、実験６の結果を示す図表である。図１６は、実験７で用いた試験体の概略形状を説明する説明図であり、図１７は、実験７の結果を示す図表である。
【００１８】
（製造装置）
この実験において母材１の空隙１ｄおよび連通孔１ｅに充填材料４を充填するために用いた充填装置１０について図を参照して説明する。
【００１９】
図４に示す充填装置１０は、母材１および充填材料４を収容するための容器２と、母材１の表面１ａと裏面１ｂとの間に差圧を発生させるための減圧装置３とを備える。容器２の上面は開口しており、その内部は中仕切り２ａによって上下二つの空間に分かれている。上部空間２ｂは、母材１および充填材料４を収容する空間に形成されており、下部空間２ｃは、減圧室２ｄに形成されている。
【００２０】
中仕切り２ａには、上部空間２ｂから減圧室２ｄに連通する通気口２ｅが複数箇所に貫通形成されている。減圧室２ｄは、減圧室２ｄの側壁に貫通形成された排気口２ｆに連通しており、排気口２ｆは、管３ａを介して減圧装置３と接続されている。この実験では、減圧装置３として、減圧室２ｄの圧力を調整可能な真空ポンプを使用した。
【００２１】
（実験方法）
以下の各実験では、上記の充填装置１０を用いた。また、複数種類の母材を用いた実験６を除いて、母材１として空隙率が３％であって３０ｇ／ＬのＥＰＳ製の母材１ｆと、母材１として空隙率が２５％であって１１ｇ／ＬのＥＰＳ製の母材１ｇとを用いた。そして、以下の各工程によって母材１ｆには充填材料４として後述する充填材料４ｂ、４ｃ、４ｄを、母材１ｇには充填材料４として後述する充填材料４ａを充填することで、それぞれ評価用の発泡樹脂複合構造体５として、試験体６を製造した。
【００２２】
その製造方法としては、まず、母材１（母材１ｆ，１ｇ）を充填装置１０の中仕切り２ａの上に配置し、その母材１の表面１ａに後述する発熱材料等が含有された充填材料４を配置する（第１工程）。次に、減圧装置（真空ポンプ）３を作動させ、母材１の表面１ａおよび裏面１ｂ間に差圧を発生させて充填材料４を母材１の空隙１ｄおよび連通孔１ｅに充填する（第２工程）。次に、母材１の表面１ａから充填材料４が消失した後も減圧装置３を作動させて母材１の表面１ａから空気を吸引し、充填材料４の母材１の空隙１ｄおよび連通孔１ｅに対する充填率を制御するとともに充填ムラを軽減して充填の安定化を図る（第３工程）。また、充填材料４に混合する水量を調節することにより、充填材料４の母材１の空隙１ｄおよび連通孔１ｅに対する充填率を調節した。
【００２３】
なお、充填材料４（４ｂ、４ｃ、４ｄ）の母材１ｆの空隙１ｄおよび連通孔１ｅに対する充填率は、母材１ｆに充填した充填材料４の重量（ｇ）をＡ、充填材料４の比重をＢ、母材１ｆの体積をＣとして、充填率（ｖｏｌ％）＝（Ａ／Ｂ）／（０．０３×Ｃ）という式を用いて算出することができる。上記式中の「０．０３」は本試験で用いた母材１ｆのＥＰＳの空隙率が３％であることからの数値である。また、充填材料４（４ａ）の母材１ｇの空隙１ｄおよび連通孔１ｅに対する充填率は、母材１ｇに充填した充填材料４の重量（ｇ）をＡ、充填材料４の比重をＢ、母材１ｇの体積をＣとして、充填率（ｖｏｌ％）＝（Ａ／Ｂ）／（０．２５×Ｃ）という式を用いて算出することができる。上記式中の「０．２５」は本試験で用いた母材１ｇのＥＰＳの空隙率が２５％であることからの数値である。
【００２４】
〈実験１．発熱の確認〉
実験１では、以下の４種類の発熱性を有する充填材料４ａ〜４ｄを用意して、それぞれ上記の充填装置１０を用いて、直方体状（縦Ｈ＝１２０ｍｍ、横Ｗ＝１２０ｍｍ、厚さＤ＝２５ｍｍ）の母材１に充填（含浸）して試験体６を製造し、各試験体６の発熱性を評価した。充填材料４ａは、カーボンが主原料でウレタン樹脂を含有した水性発熱塗料であって、具体的には、例えば、市販品のメーカー名「Future Carbon」、商品名「Carbo e-Therm PUR70-305.01」を採用することができる。充填材料４ｂは、水系カーボンナノチューブ塗工液である。充填材料４ｃは、自社配合品であり、カーボンブラック分散液（メーカー：ライオンスペシャリティケミカルズ（株）、商品名：ライオンペーストW-311N）と樹脂エマルジョン（メーカー：BASFジャパン  商品名：アクロナール 2720D）を１：１（重量比率）で混合したものである。充填材料４ｄは、自社配合品であり、カーボンブラック分散液（メーカー：ライオンスペシャリティケミカルズ（株）、商品名：ライオンペーストW-311N）と樹脂エマルジョン（メーカー：BASFジャパン  商品名：アクロナール 2720D）を１：２（重量比率）で混合したものである。
【００２５】
実験１では、充填材料４ａ〜４ｄのそれぞれについて「Ｎｏ．１」と「Ｎｏ．２」の２つの試験体６を製造した。そして、各試験体６について、母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）の表面１ａに電極を貼り付け、この表面１ａの表面抵抗値を測定するとともに、電極に印加する電圧を変化させて、この表面中央部の温度を測定する実験を行った。具体的には、環境温度２０〜２２℃において、表面１ａの中央に設けた熱電対を利用して、安定した温度（５分間変動しない温度）を表面中央部の温度として測定した。なお、母材１の耐熱性等を考慮して、６０℃までの測定とした。
【００２６】
図５に示すように、充填材料４ａを充填した試験体６の表面抵抗値の平均値は、６．４×１００Ω程度であった。また、充填材料４ｂを充填した試験体６の表面抵抗値の平均値は、１．６×１０２Ω程度であった。また、充填材料４ｃを充填した試験体６の表面抵抗値の平均値は、２．５×１０３Ω程度であった。また、充填材料４ｄを充填した試験体６の表面抵抗値の平均値は、３．５×１０４Ω程度であった。
【００２７】
実験の結果、図６に示すように、充填材料４ａを充填した試験体６では、２つとも印加電圧が７Ｖで６０℃程度となり、良好な発熱性が得られた。また、充填材料４ｂを充填した試験体６では、２つとも印加電圧が４０Ｖで６０℃程度となり、充填材料４ａを充填した試験体６ほどではないものの、有効な発熱性が得られた。また、充填材料４ｃを充填した試験体６では、２つとも印加電圧が８０Ｖで３０℃を超え、充填材料４ｂを充填した試験体６ほどではないものの、僅かな発熱性が得られた。一方、充填材料４ｄを充填した試験体６では、２つとも印加電圧が８０Ｖとなっても発熱性が得られなかった。
【００２８】
この実験結果より、表面抵抗値が１×１０４Ω程度以上では発熱性は得られず、１．０×１０３Ω以下で有効な発熱性が得られ、さらに、１．０×１０２Ω以下では良好な発熱性を得られることが分かった。
【００２９】
〈実験２．含浸製法による発熱性の再確認〉
実験１にて使用した母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）の表面１ａには充填材料４の膜が形成されることから、母材１の内部に充填された充填材料４が発熱性に寄与していないことも考えられる。そこで、実験２では、母材１の内部に充填（含浸）された充填材料４のみによる発熱性を確認するため、母材１の表面１ａに付着した充填材料を除去した試験体６を製造して、その試験体６の発熱性（含浸製法による発熱性）を評価した。具体的には、上述した充填材料４ｂを充填してから母材１の全面の表皮を除去した後に、図７に示すように、母材１の表面１ａと裏面１ｂとに電極７ａ，７ｂを貼り付けた試験体６を、電極間の距離Ｌが２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍと異なるように、３種類製造して、試験体表面の中央部の温度を測定する実験を行った。
【００３０】
実験の結果、電極間の距離Ｌが２０ｍｍ、３０ｍｍの２種類の試験体６では、印加電圧が４０Ｖ以上で５℃以上の発熱が確認された。また、電極間の距離Ｌが５０ｍｍの試験体６では、印加電圧が５０Ｖ以上で５℃以上の発熱が確認された。
【００３１】
この実験結果より、母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）の内部にて立体網目状に連なる充填材料４のみでも、発熱のための導電ネットワークとして機能し発熱することが分かった。
【００３２】
〈実験３．内部電極を利用した発熱性の確認〉
次に、充填材料４を充填した直方体状（縦Ｈ＝６０ｍｍ、横Ｗ＝１５０ｍｍ、厚さＤ＝２５ｍｍ）の母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）に対して一対の木ネジ（長さ６０ｍｍ、ステンレス製）を電極７ａ，７ｂとして埋め込んだ試験体６を製造し、その試験体６の発熱性を評価した。具体的には、上述した充填材料４ａを充填した試験体６と充填材料４ｂを充填した試験体６とのそれぞれに対して、図８に示すように、電極間の距離Ｌが１２０ｍｍとなるように電極７ａ，７ｂを埋め込んで、内部中央（図８の符号Ｐ１１参照）と表面中央（図８の符号Ｐ１２参照）との温度を測定する実験を行った。
【００３３】
実験の結果、充填材料４ａを充填した試験体６では、印加電圧が１０Ｖ以上で表面中央部と内部中央部がともに５℃以上の発熱が確認された。また、充填材料４ｂを充填した試験体６では、印加電圧が３０Ｖ以上で表面中央部と内部中央部がともに５℃以上の発熱が確認された。
【００３４】
この実験結果より、発熱材料を含有する充填材料４を充填させた発泡樹脂複合構造体５は、母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）に埋設させた電極７ａ，７ｂに電圧を印加することで発熱することが分かった。また、試験体６の内部でも発熱が確認されたことにより、充填材料４に含まれる発熱材料の発熱に関する有効性が再確認された。
【００３５】
〈実験４．長期発熱観測〉
次に、発泡樹脂複合構造体５の発熱挙動を長期間観測することで、熱の篭りによる内部温度上昇や発熱材料の劣化による発熱性の変化を観測する。具体的には、図９に示すように、直方体状（縦Ｈ＝７０ｍｍ、横Ｗ＝８０ｍｍ、厚さＤ＝５０ｍｍ）の母材１ｇに上記の充填装置１０を用いて充填材料４ａを充填した試験体６を製造し、電極間の距離Ｌが６０ｍｍとなるように電極７ａ，７ｂを埋め込む。そして、２４時間、３Ｖの電圧を印加した場合の、内部中央（図９の符号Ｐ２１参照）、内部正極側（図９の符号Ｐ２２参照）、内部負極側（図９の符号Ｐ２３参照）、表面中央（図９の符号Ｐ２４参照）、表面正極側（図９の符号Ｐ２５参照）、表面負極側（図９の符号Ｐ２６参照）の温度を、熱電対を利用して、環境温度Ｔとともに測定する実験を行った。
【００３６】
実験の結果、図１０に示すように、各測定点において、熱の篭りによる長期的な温度上昇は見られず、一定の発熱温度が持続し、発熱性の低下も見られないことが確認された。なお、１週間に測定時間を長くしても同様の結果が得られた。
【００３７】
この実験結果より、発熱材料を含有する充填材料４を充填させた発泡樹脂複合構造体５は、印加電圧に応じた発熱構造に関して最低限の安全性及び耐久性があり、上記実験１〜３の結果も踏まえて、発熱性を有する発泡樹脂複合構造体５の実現性は高いと判断することができる。
【００３８】
〈実験５．含浸製法による発熱温度のバラツキの確認〉
次に、発熱塗料の問題点である発熱温度のバラツキに関して、ＥＰＳ製の母材１ｇの空隙率や発泡倍率を変えた３種類の試験体（含浸試験体）６を含浸製法により製造して、比較例として発熱塗料を塗布した塗布試験体とともに、発熱バラツキを検証した。具体的には、図１１及び図１２に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３の３種類のＥＰＳ製の直方体状（縦Ｈ＝７０ｍｍ、横Ｗ＝８０ｍｍ、厚さＤ＝２５ｍｍ）の母材１ｇを用意して、上記の充填装置１０を用いて充填材料４ａをそれぞれ充填した含浸試験体を製造した。また、Ｎｏ．２の母材１ｇの表面１ａに充填材料４ａを塗布して、この塗布した面を垂直にした状態にて乾燥させて塗布試験体を製造した。上記各含浸試験体は、塗布試験体と同様の養生姿勢（垂直姿勢）にて乾燥させた。そして、各含浸試験体における、表面部上方（図１２の符号Ｐ３１参照）、表面部中央（図１２の符号Ｐ３２参照）、表面部下方（図１２の符号Ｐ３３参照）、内部上方（図１２の符号Ｐ３４参照）、内部中央（図１２の符号Ｐ３５参照）、内部下方（図１２の符号Ｐ３６参照）の発熱温度（測定温度−環境温度）を、熱電対を利用して測定する実験を行った。この実験では、印加電圧は、各含浸試験体にて十分な発熱結果が得られた２Ｖを採用した。また、塗布試験体における、表面部上方（図１２の符号Ｐ３１参照）、表面部中央（図１２の符号Ｐ３２参照）、表面部下方（図１２の符号Ｐ３３参照）の発熱温度を、熱電対を利用して測定する実験Ｎｏ．４ａ〜Ｎｏ．４ｃを行った。Ｎｏ．４ａでは、各含浸試験体にて採用された２Ｖを印加電圧として採用し、Ｎｏ．４ｂでは、各含浸試験体の表面温度と同等の発熱が得られた５Ｖを印加電圧として採用し、Ｎｏ．４ｃでは、各含浸試験体の内部温度と同等の発熱が得られた６Ｖ印加電圧として採用した。また、発熱温度は、各電圧で温度が平衡状態となった１０分間の平均値から算出した。
【００３９】
実験の結果、図１３に示すように、各表面部（図１２の符号Ｐ３１〜Ｐ３３参照）の発熱温度を同等した場合、各含浸試験体の発熱温度のバラツキは２℃以下程度であるのに対し、塗布試験体の発熱温度（Ｎｏ．４ｂ）のバラツキは４℃程度となった。各含浸試験体については、母材１ｇの空隙率や発泡倍率が大きく異なっても、同等の発熱温度が測定され、均一な発熱を得られた。
【００４０】
この実験結果より、２Ｖが印加された各含浸試験体の発熱温度に対して、同等の発熱温度を発現させるために必要な塗布試験体に印加する電圧は５Ｖとなり、含浸試験体に印加する電圧よりも高くなることが分かった。塗膜の厚さが厚くなるほど発熱温度が高くなるとともに抵抗値が下がると考えられるため、塗布試験体は膜厚にバラツキがあるだけでなく、含浸試験体よりも薄い塗膜であることが分かった。その一方で、含浸試験体は、発熱材料の含浸製法によって発熱性を発現させるために十分な膜厚が１度の含浸処理で連通孔内に形成されたことが分かった。すなわち、発泡樹脂内部の連通孔内に発熱材料を充填する本発明の含浸製法では、表面１ａに発熱塗料を塗布する従来製法とは異なり、液ダレや塗工方法等による塗布厚みのバラツキが発生せず、容易に均一、かつ、発熱を発現するために必要な膜厚が内部に形成される。このため、立体的に発熱可能であって発熱温度のバラツキを抑制し得る発泡樹脂複合構造体を製造することができる。また、空隙率は、発泡樹脂製品の成型における発泡面圧の調整に応じて制御できるため、充填材料（発熱材料）の粒径、粘度等に適した空隙率を有する発泡樹脂を用意することができる。
【００４１】
〈実験６．各種発泡樹脂を母材とする試験体の発熱性の確認〉
次に、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）と異なるビーズ法発泡樹脂にて製造した複数種類の母材１のそれぞれに対して充填材料４ｂを充填（含浸）して試験体６を製造し、各試験体６の発熱性を評価した。具体的には、発泡倍率１５倍の発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）と発泡倍率４０倍のアクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）とにより、図１４に示すように、直方体状（縦Ｈ＝７０ｍｍ、横Ｗ＝８０ｍｍ、厚さＤ＝２５ｍｍ）の母材１を製造して、この母材１に上記の充填装置１０を用いて充填材料４ｂを充填して試験体６を製造した。また、比較検体として、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）により同形状の母材１を製造して、この母材１に上記の充填装置１０を用いて充填材料４ｂを充填して試験体６を製造した。そして、埋設した電極７ａ，７ｂに対して印加する電圧を変化させて、各試験体６における、内部中央（図１４の符号Ｐ４１参照）、表面中央（図１４の符号Ｐ４２参照）の発熱温度（測定温度−環境温度）を、熱電対を利用して測定する実験を行った。
【００４２】
実験の結果、図１５に示すように、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）と異なるビーズ法発泡樹脂であっても、１０Ｖ以上の印加電圧にて内部で発熱が確認された。
【００４３】
この実験結果より、発熱温度に関しては、ビーズ法発泡樹脂の種別による特異性はみられず同等の発熱性が得られることが分かった。このことから、上記の充填装置１０を用いた発泡樹脂複合構造体の製造方法であれば、どの種別のビーズ法発泡樹脂であっても発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）と同様に内部に発熱のための導電ネットワークが形成されて、同様の発熱効果が得られることが分かった。
【００４４】
〈実験７．積層構造による発熱温度の確認〉
上記各実験により、発泡樹脂複合構造体５内に充填（含浸）される発熱材料の発熱により、発泡樹脂複合構造体５が立体的にて良好に発熱することが分かった。このため、周囲温度よりも高い所定の温度で気化（ガス化、活性化、溶出）することで所定の機能を発揮する機能性物質を、発熱材料に加えて充填材料４に含有させることで、印加電圧に応じて発熱材料が発熱して機能性物質が気化するため、上記所定の機能を発揮可能な発泡樹脂複合構造体５を製造することができる。特に、印加電圧に応じて加熱温度や加熱タイミング、加熱時間等を調整することで、機能性物質の気化タイミングや気化量、すなわち、上記所定の機能を発揮させるタイミングや効果の程度を制御することができる。このため、例えば、常温外である４０℃〜５０℃で気化（揮発）する芳香剤を上記機能性物質として発熱材料とともに充填材料４に含有させて充填させた発泡樹脂複合構造体５であれば、印加電圧に応じて、芳香させたいタイミングや放出量を制御することができる。
【００４５】
このように、気化可能な機能性物質を充填材料４に含有させて充填した発泡樹脂複合構造体５では、母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）の周囲を断熱材で覆う積層構造とすることで、母材１の外面からの放熱が抑制されるため、より低い電圧で機能性物質が気化するので、上記所定の機能の発揮に関して省エネ化を図ることができる。そこで、実験７では、図１６に示すように、充填材料４を充填した直方体状（縦Ｈ＝７０ｍｍ、横Ｗ＝１８０ｍｍ、厚さＤ＝２５ｍｍ）の母材１の外面のうち電極７ａ，７ｂ（電極間の距離Ｌ＝６０ｍｍ）が埋め込まれる上面（電極７ａ，７ｂが露出する面）を除いた面を、断熱材８にて覆った試験体６を製造した。なお、断熱材８は、３０ｇ／ＬのＥＰＳであって、厚みが１５ｍｍとなるように製造した。そして、その試験体６における、表面部電極間（図１６の符号Ｐ５１参照）、表面部正極外（図１６の符号Ｐ５２参照）、表面部負極外（図１６の符号Ｐ５３参照）、内部電極間（図１６の符号Ｐ５４参照）、内部正極外（図１６の符号Ｐ５５参照）、内部負極外（図１６の符号Ｐ５６参照）、裏面部電極間（図１６の符号Ｐ５７参照）、裏面部正極外（図１６の符号Ｐ５８参照）、裏面部負極外（図１６の符号Ｐ５９参照）の発熱温度（測定温度−環境温度）を、熱電対を利用して測定する実験を行った。なお、上述した表面部正極外、内部正極外、裏面部正極外となる位置を、電極７ａから外側に距離Ｌａ＝３０ｍｍとなるように設定し、表面部負極外、内部負極外、裏面部負極外となる位置を、電極７ｂから外側に距離Ｌｂ＝３０ｍｍとなるように設定した。また、印加電圧には、１Ｖと１．５Ｖの２種類を採用した。また、発熱温度は、各電圧で温度が平衡状態となった１０分間の平均値から算出した。また、比較例として、上記断熱材８を取り外した試験体６においても、同様の実験を行った。
【００４６】
実験の結果、図１７に示すように、断熱材８で覆った試験体６では、電極間以外の測定点でも明らかな温度上昇が確認された。一方、断熱材８で覆っていない試験体６では、断熱材８で覆った試験体６と比較して温度上昇が低く、電極間以外の測定点での温度上昇は微少であることが確認された。
【００４７】
この実験結果より、断熱材８を利用した積層構造とすることで、母材１の外面からの放熱が抑制されるため、発熱材料にて発熱した熱が発泡樹脂複合構造体５の内部を伝達しやすくなることが分かった。このことから、断熱材８を利用した積層構造とすることにより、上記所定の機能の発揮に関して省エネ化が図られるだけでなく、電極外側でも機能物質を気化可能な発熱温度が確保されやすくなることから、機能性物質が気化する範囲が広がるため、効率良く上記所定の機能を発揮できることが分かった。
【００４８】
〈総括〉
前述した実験１ないし７の各実験結果を総括すると、この実施形態に係る発泡樹脂複合構造体の製造方法を実施すれば、以下の効果を奏することができることが明らかとなった。
【００４９】
（１）電圧の印加に応じて発熱する発熱材料が含有される充填材料４を母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）の空隙１ｄおよび連通孔１ｅに充填して発泡樹脂複合構造体５を製造する場合は、母材１に設けられる電極７ａ，７ｂに印加する電圧に応じて、立体的に発熱可能であってその発熱温度のバラツキを抑制可能な発泡樹脂複合構造体５を実現することができる。このため、上述のように製造される発泡樹脂複合構造体５を、ペット用のケージ内、所定の容器内などの比較的狭い空間や浴室内、車室内などの比較的広い空間を立体的に加温するための発熱体として採用することができる。特に、母材１自体がビーズ法発泡樹脂であることから断熱性（保温性）があるため、発泡樹脂複合構造体５を断熱すべきパイプ等のカバーに採用することで、周囲への放熱を抑制しつつ上記パイプ等を所望の温度にて加熱することや凍結防止ができる。さらに、例えば、風力発電用のブレード内に発泡樹脂複合構造体５を収容してブレードの外面全体を内部から加熱することで、ブレードの氷結防止を実現することもできる。
【００５０】
（２）電極７ａ，７ｂは、少なくとも一部が母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）に埋め込まれるため、母材１の表面１ａに電極が設けられるために発熱面積が小さくなることもないので、発泡樹脂複合構造体５の周囲をより均一に加温（加熱）することができる。
【００５１】
（３）上記充填装置１０を用いて母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）に充填したときの表面１ａの表面抵抗値が１．０×１０３Ω以下となる充填材料を採用することで、立体的に発熱する発泡樹脂複合構造体５において、有効な発熱性を得ることができる。特に、表面１ａの表面抵抗値が１．０×１０２Ω以下となる充填材料を採用することで、より良好な発熱性を得ることができる。
【００５２】
（４）充填材料４に上述した発熱材料及び機能性物質を含有させることで、印加電圧に応じて発熱材料が発熱して機能性物質が気化するため、上記所定の機能を発揮可能な発泡樹脂複合構造体５を実現することができる。特に、印加電圧に応じて加熱温度や加熱タイミング、加熱時間等を調整することで、機能性物質の気化タイミングや気化量、すなわち、上記所定の機能を発揮させるタイミングや効果の程度を制御することができる。
【００５３】
（５）さらに、母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）の外面のうち電極７ａ，７ｂが露出する上面を除いた面を覆う断熱材８を設けることで、母材１の外面からの放熱が抑制されるため、より低い電圧で機能性物質が気化するので、上記所定の機能の発揮に関して省エネ化を図ることができる。特に、断熱材８として、発熱材料及び機能性物質を充填材料４に含有させて充填した母材１よりも熱伝導率が低い断熱部材を採用することで、上記効果をより一層高めることができる。
【００５４】
［他の実施形態］
（１）充填材料４に含有させる発熱材料としては、カーボン材料を採用することに限らず、例えば、ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子や導電性の粉末等、電圧の印加に応じて発熱する材料を採用することができる。導電性の粉末としては、金、銀、銅、ニッケル、パラヂウム、白金、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛などの金属を粉末にしたもの、それら金属の合金を粉末にしたもの、酸化錫などの金属酸化物を粉末にしたもの、カーボンなどの導電性炭素同素体を粉末にしたも、ガラス、カーボン、マイカ、プラスチックなどの粒子の表面に導電の金属をコートしたものなどを用いることができる。
【００５５】
（２）充填材料４を充填させる母材１（母材１ｆ及び母材１ｇ）としては、発泡ポリスチレン（ＥＰＳ）や発泡ポリプロピレン（ＥＰＰ）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）を採用することに限らず、他の種別のビーズ法発泡樹脂を採用することができる。例えば、母材１として、熱可塑性物質を主材とし、気体もしくは液体を発泡剤として含浸させたもの、あるいは、熱分解性の発泡剤を含有するものを好適に用いるが、両者を含有するものでも良い。また、熱可塑性物質は架橋されていても良い。
【００５６】
熱可塑性物質を主材とし、気体もしくは液体を発泡剤として含浸させたものとしては、市販のポリスチレン発泡性ビーズ、ポリエチレン発泡性ビーズ、ポリプロピレン発泡性ビーズなどを用いても良いし、ブタン、ペンタン、フロン等の炭化水素、水、ＣＯ２、Ｎ２を含浸させたものでも良い。また、熱分解性の発泡剤を含有するものとしては、下記に示す熱分解性の発泡剤および熱可塑性物質から適宜調製して用いても良い。この熱分解性の発泡剤と熱可塑性物質は、発泡剤の分解温度が熱可塑性物質の可塑化温度よりも高いことが好ましく、発泡剤の分解温度と熱可塑性物質の可塑化温度がほぼ等しくなるように選ばれることが、発泡材料を綺麗に発泡できることから更に好ましい。
【００５７】
発泡材料の主材としては、加熱により軟化する物質である限り特に制限を受けず、熱可塑性樹脂として知られる一群の合成プラスチック材料が好適に用いられる。例えば、ポリ（スチレン）；ポリ（エチレン）、ポリ（プロピレン）等のオレフィン系樹脂；ポリ（塩化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニル）、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリ（フシ化ビニリデン）、ポリ（フッ化ビニル）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）体、フッ素化エチレンプロピレン共重合体、ポリ（テトラフルオロエチレン）、塩素化ポリ（塩化ビニル）、塩素化ポリ（エチレン）、塩素化ポリ（プロピレン）等のハロゲン化樹脂；ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０ 、ナイロン６１２ 、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン４６、Ｎ-メトキシメチル化ポリ（アミド）、アミノポリ（アクリルアミド）等のポリアミド；スチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体、スチレン-（エチレン-ブチレン）-スチレンブロック共重合体、ポリプロピレン-ＥＰＤＭ、ポリエチレン-ＥＰＤＭ、イソブチレン-無水レイン酸共重合体、アクリルニトリル-アクリレート-スチレン共重合体、アクリルニトリル-エチレン-スチレン共重合体、アクリルニトリル-スチレン共重合体、アクリルニトリル-ブタジエンースチレン共重合体、アクリルニトリル-塩化ビニル-スチレン共重合体、メチルメタクリレート-ブタジエン-スチレン共重合体、エチレン-塩化ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体等の共重合体；さらに、アイオノマー、ケトン樹脂、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリル酸エステル）、ポリ（メタクリル酸エステル）、ポリ（プロピオン酸ビニル）、ポリ（アセタール）、ポリ（アミドイミド）、ポリ（アリレート）、熱可塑性ポリ（イミド）、ポリ（エーテルイミド）、ポリ（エーテルエ-テルヶトン）、ポリ（エチレンテレフタレート）、ポリカーボネート、ポリ（酢酸ビニル）、ポリ（サルホン）、ポリ（エーテルサルホン）、ポリ（アミノサルホン）、ポリ（パラメチルスチレン）、ポリ（アリルアミン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（ビニルブチラール）、ポリ（フェニレンオキサイド）、ポリ（フェニレンサルファイド）、ポリ（ブタジエン）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ポリ（メチルペンテン）、ポリ（メチルメタクリレート）、液晶ポリマー、ポリ（ウレタン）等を挙げることができる。また、ポリ乳酸樹脂を用いることもできる。また、適宜、上記重合体の変成体、架橋体を用いても良いし、これらを組み合わせて成る共重合体を用いても良い。さらに、これらの熱可塑性樹脂は単独で用いても良いし、２種以上を併用しても良い。
【００５８】
発泡樹脂原料に混練する熱分解性の発泡剤としては、一般的に使用されている熱分解性発泡剤である限り特に限定されず、発泡樹脂原料の主材の可塑化温度に適合させて選ばれる。
このような熱分解性発泡剤としては、例えば、アゾジカルボンアミド(ADCA)、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、アゾシクロヘキシルニトリル、ジアゾアミノベンゼン、アゾジカルボンアミドエステル等のアゾ化合物；ジニトロソベンタメチレンテトラミン(DPT)等のニトロソ化合物；ｐ-トルエンスルホニルヒドラジド(TSH)、ベンゼンスルホニルヒドラジド(BSH)、ｐ，ｐ´-オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド、ジフェニルスルホン-３，３´-ジスルホニルヒドラジド等のスルホニルヒドラジド化合物；４，４´-ジフェニルジスルホニルアジド、ｐ-トルエンスルホアジド等のアジド化合物；ｐ-トルエンスルホセミカルバジド、トリヒドラジノトリアジン、炭酸水素ナトリウム、炭酸アンモン、亜硝酸アンモン等を挙げることができる。さらに、これらの熱分解性発泡剤は単独で用いても良いし、２種以上を併用しても良い。
【００５９】
発泡樹脂原料には、これら発泡剤と共に、成形特性を改良する目的で各種の添加剤を配合してもよい。添加助剤として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの金属石鹸、亜鉛華硝酸亜鉛などの無機塩があげられる。
【００６０】
発泡助剤は、使用する樹脂、発泡剤、助剤の種類によって異なるが、通常熱可塑性樹脂１００重量部に対して０．１〜２．０重量部程度の割合で添加されることが好ましい。これは、添加量が０．１重量部以下では効果が小さく、２．０重量部以上では効果が飽和する傾向があるためである。
【００６１】
発泡性ビーズの大きさは、０．３ミリから５ミリが好適に用いられる。ここで発泡性ビーズの大きさとは、発泡性ビーズがほぼ球形の場合には平均直径とする。また、平らなものやストランド状のものの場合に発泡性ビーズの大きさといえば、最も幅が小さいサイズをさすものとし、以下、発泡性ビーズの大きさといえばこの例に倣うものとする。発泡性ビーズの大きさが０．３ミリから５ミリのものが好適に用いられるのは、発泡性ビーズの製造し易さと発泡性ビーズの表面積、そして伝熱遅れによる軟化ムラが出にくいということの兼ね合いの結果である。０．３ミリより小さいビーズの使用も可能であるが、しかしこの場合、ビーズの表面積の総和が大きくなるので最終的な発泡セルの接触する界面の面積が大きくなり、薄膜状剛性セル壁を構成する材料がずっと多く必要となる。したがって、圧縮強度は増すものの、軽量化の効果は小さくなる。
【００６２】
また、発泡性ビーズ内部からの発熱をひきおこす仕組みを併用すれば、直径５ミリより大きな発泡性ビーズを用いることもできる。発泡性ビーズ内部からの発熱をひき起こす仕組みとしては、例えば、発泡性ビーズに金属粉を混ぜ込み高周波電磁場環境下での電磁誘導を利用することができる。
均質な発泡セル構造を持つ発泡樹脂複合構造体を得るためには、発泡性ビーズの大きさは、概略揃っているのが望ましい。しかし、厳密に揃っている必要はない。また、あえて発泡性ビーズの大きさに分布を持たせることで、発泡セル膜に特異な３次元構造を持たせることができるので、異なる大きさの発泡性ビーズを混ぜて用いることもある。
【００６３】
さらに、発泡材料は、例えば予備発泡ビーズや発泡体の破砕品のような既に発泡している材料に高圧下でガスを含浸させたものでも良い。さらに、既に発泡成型されたチップ状、ストロー状などの形状の材料や発泡体の破砕品でも良く、その材料を凝縮して成型型内で加熱融着させて母材１を形成しても良い。
【００６４】
（３）充填材料４に含有させる機能性物質としては、芳香剤を採用することに限らず、例えば、防虫剤、生物忌避剤、抗菌剤、防カビ剤、消臭剤等も採用することができる。
【００６５】
また、機能性物質をマイクロカプセルに収容し、そのマイクロカプセルが多数集合してなる粉末を分散したものを充填材料４に含有させることもできる。例えば、マイクロカプセルの外殻を構成するシェル（壁材）として、所定温度を超えると亀裂の入る性質のシェルを使用し、そのシェルにホウ酸をコア（芯物質）として内包する。そして、そのマイクロカプセルを粉末として分散した流動性材料を母材に浸透させることにより、所定温度を超えると連通孔内のマイクロカプセルに亀裂が入り、ホウ酸の成分を外気中に放出することができる。例えば、その発泡樹脂複合構造体を建築物の断熱材などに使用すれば、シロアリやゴキブリなどの害虫を除虫または殺虫することができ、機能を発揮させるタイミングや効果の程度を制御することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１ｆ，１ｇ…母材
１ａ…表面（一の面）
１ｂ…裏面（他の面）
１ｃ…発泡ビーズ
１ｄ…空隙
１ｅ…連通孔
４…充填材料
５…発泡樹脂複合構造体
６…試験体
７ａ，７ｂ…電極
８…断熱材
１０…充填装置
【図１】
2020193303.tif 000003
【図２】
2020193303.tif 000004
【図３】
2020193303.tif 000005
【図４】
2020193303.tif 000006
【図５】
2020193303.tif 000007
【図６】
2020193303.tif 000008
【図７】
2020193303.tif 000009
【図８】
2020193303.tif 000010
【図９】
2020193303.tif 000011
【図１０】
2020193303.tif 000012
【図１１】
2020193303.tif 000013
【図１２】
2020193303.tif 000014
【図１３】
2020193303.tif 000015
【図１４】
2020193303.tif 000016
【図１５】
2020193303.tif 000017
【図１６】
2020193303.tif 000018
【図１７】
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