(57)【要約】【課題】効果的に騒音を遮断できる高い吸音性と、保温保冷および熱流制御機能を発揮する高い断熱性とを併せ持った複合材料およびその複合材料を使用した機器を提供すること。【解決手段】片面側に凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、断熱材と、が積層された複合材料を用いる。片面側に有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、断熱材と、が積層された複合材料を用いる。熱源と筐体との間に、上記いずれかの複合材料を配置した機器を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、
断熱材と、が積層された複合材料。
【請求項２】
凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、
凹凸構造を有さないフォーム状の吸音材と、
断熱材と、が積層された複合材料。
【請求項３】
第１凹凸構造を有するフォーム状の第１の吸音材と、
第２凹凸構造を有するフォーム状の第２の吸音材と、
前記第１の吸音材と前記第２の吸音材との間に位置する断熱材と、
を含み、前記第１凹凸と前記第２凹凸が、前記断熱材と異なる側に形成されている複合材料。
【請求項４】
有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、
断熱材と、が積層された複合材料。
【請求項５】
有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、
有孔構造を有さないフォーム状の吸音材と、
断熱材と、が積層された複合材料。
【請求項６】
凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、
有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、
断熱材と、が積層された複合材料。
【請求項７】
前記吸音材は、ポリプロピレンフォーム、ポリカーボネートフォーム、メラミンフォーム、フェノールフォームのいずれかからなる請求項１から６のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項８】
前記断熱材は、シリカエアロゲルを含む請求項１から７のいずれか１項に記載の複合材料。
【請求項９】
前期断熱材は、前記シリカエアロゲルと繊維とを含む請求８記載の複合材料。
【請求項１０】
熱源と筐体との間に、請求項１〜９のいずれか１項に記載の複合材料を配置した機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料およびその複合材料を用いた機器に関する。特に、効果的な吸音構造を有する吸音材と高性能断熱材からなる複合材料およびそれを用いた機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や産業機器分野において、限られた狭い空間において保温・保冷性と吸音性を同時に確立する必要がある。スペースに制限がなければ、熱伝導率が高くとも厚みを稼ぐことで、一定の断熱性を確保することができる。
【０００３】
また、吸音性を満足するように、フォームの厚みを増やしていくことで吸音性も確保することができる。しかしながら、十分な空間がない場合は、厚みを増やしていくというやり方は物理的な限界があり通用しなかった。そこで、理想的には断熱性と吸音性の双方をなるべく高いレベルで具備する材料を選ぶことが望ましい。ところが、薄さに加えて、断熱性および吸音性を兼備する材料はこれまで存在しなかった。このため、薄くても効果的に熱を遮ることができる優れた断熱性と、防音性とを併せ持つような従来にない複合材料が要求されている。
【０００４】
ここで、断熱性の高い材料としてシリカエアロゲルが知られている。シリカリカエアロゲルは、数１０ｎｍオーダーのシリカ粒子が点接触で繋がったネットワーク構造からなり、平均細孔径が空気の平均自由工程６８ｎｍ以下である。このため静止空気の熱伝導率よりも低い。特許文献１では、エアロゲル粒子とエアロゲル粒子を結合する結合剤と柔軟性構造体とを含み、断熱性と防音性とを有する複合材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１４−７７１９５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、特許文献１では、断熱性は優れるが、吸音性が十分でなかった。このように優れた吸音性と断熱性を同時に併せ持つ材料が存在しないという課題があった。
【０００７】
よって、本願課題は、吸音性と断熱性を同時に併せ持つ複合材料およびその複合材料を用いた機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、断熱材と、が積層された複合材料を用いる。
【０００９】
また、凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、凹凸構造を有さないフォーム状の吸音材と、断熱材と、が積層された複合材料を用いる。
【００１０】
また、第１凹凸構造を有するフォーム状の第１の吸音材と、第２凹凸構造を有するフォーム状の第２の吸音材と、上記第１の吸音材と上記第２の吸音材との間に位置する断熱材と、を含み、上記第１凹凸と上記第２凹凸が、上記断熱材と異なる側に形成されている複合材料を用いる。
【００１１】
また、有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、断熱材と、が積層された複合材料。
有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、有孔構造を有さないフォーム状の吸音材と、
断熱材と、が積層された複合材料を用いる。
【００１２】
また、凹凸構造を有するフォーム状の吸音材と、有孔構造を有するフォーム状の吸音材と、断熱材と、が積層された複合材料を用いる。
【００１３】
また、熱源と筐体との間に、上記いずれかの複合材料を配置した機器を用いる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の複合材によれば、優れた吸音性および断熱性を有することから、騒音低減のみならず保温あるいは熱流制御といった熱対策が同時に求められる用途において著しく効果的な作用を提供する。優れた吸音性が吸音構造を有する吸音材、断熱性はエアロゲルに基づいており、これらの利点が相殺されないように両者は複合化されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１の複合部材の断面図
【図２】実施の形態２の複合部材の断面図
【図３】実施の形態３の複合部材の断面図
【図４】実施の形態４の複合部材の断面図
【図５】実施の形態５の複合部材の断面図
【図６】実施の形態６の複合部材の断面図
【図７】実施の形態７の複合部材の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に好ましい発明の一実施の形態を挙げて本実施の形態を説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
実施の形態１の複合部材１０３を、図１の断面図で示す。
複合部材１０３は、表面に凹凸構造を有する吸音材１０１と、断熱材１０２とを含む。吸音材１０１が断熱材１０２を挟み込むようなかたちで積層された３層構造からなる。
【００１８】
この構造は、上下面に位置する吸音材１０１の表面が、凹凸構造を有している。このため、効果的に音響を多重反射し、また、透過する音波を効率的に熱エネルギーへと変換できる。このことから、図１の複合部材１０３は、周波数に依存せず音圧レベルが高く、尚且つ断熱が必要とされる部位に好適に用いられる。
【００１９】
各層の役割について説明する。
【００２０】
吸音材１０１は、複合部材１０３の主層であり一番厚い。この層は、フォーム形状（樹脂発泡体）が主構成要素であり、複合部材１０３の吸音性能を決定する層である。フォーム形状とは、樹脂などが発泡した後の形状である。
【００２１】
断熱材１０２は、複合部材１０３の断熱性能を決定する層である。断熱材１０２は吸音材１０１よりも厚みは薄い。
【００２２】
＜吸音材１０１の表面凹凸構造＞
吸音材１０１は表面で音響を多重反射させるために凹凸構造を有している。凹凸構造としては、円錐形状、四面体形状、円柱形状、三角錐形状、稜線形状などの突起形状が表面に付与されていればよい。これらの突起形状は並列配列、交互配列どちらでもよいが、全面にあることが好ましく、１０ｃｍ四方あたり２５個を下限として、４００個を上限とする範囲で付与されていることが好ましい。すなわち、ひとつあたりの突起形状の大きさは、０．５ｃｍ四方から２ｃｍ四方の大きさである。
【００２３】
＜吸音材１０１の材質＞
吸音材１０１は、１００℃の耐熱性を有するという観点から材質としては、熱可塑性樹脂の場合、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＶＤＣ、熱硬化性樹脂の場合は、メラミン（ＭＦ）、フェノール（ＰＦ）が好ましい。なお、以下の吸音材１０４、１０７も同様である。
【００２４】
＜吸音材１０１の骨格構造＞
吸音材１０１は、音響を効果的に減衰させて熱エネルギーに変換させるため、いずれも樹脂の発泡体である。その骨格構造としては、５０ｎｍから３μｍ範囲内の細孔分布を有することが好ましい。なお、以下の吸音材１０４、１０７も同様である。
【００２５】
＜吸音材１０１の厚み＞
吸音材１０１の厚みは、内部に積層される断熱材１０２の厚みにもよるが、断熱材１０２よりも厚いことが好ましく、３ｍｍ〜５０ｍｍが用いられる。なお、以下の吸音材１０４、１０７も同様である。
【００２６】
＜断熱材１０２の材質および熱伝導率＞
断熱材１０２は少なくとも１種類のシリカエアロゲルを有し、効果的に断熱するために熱伝導率は０．０２４Ｗ／ｍＫ以下が好ましい。材料形態としては、バルク、ビーズ、パウダー、シート、ブランケットなどが用いられる。
【００２７】
断熱材１０２は少なくとも１種類のエアロゲルを有しており、単体でもエアロゲルと不織布繊維との複合体でもいいです。
【００２８】
＜断熱材１０２の厚さ＞
断熱材１０２の厚みは、複合部材として要求される断熱性能もしくは厚みにもよるが、吸音材１０１よりも薄いことが好ましく、０．５〜１０ｍｍが用いられる。
【００２９】
＜複合部材１０３の製造方法＞
吸音材１０１は、表面に凹凸構造を有する金型にて、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を発砲させる。すなわち、熱可塑性樹脂の場合は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＶＤＣであり、熱硬化性樹脂の場合は、メラミン（ＭＦ）、フェノール（ＰＦ）を発泡成型させる。有孔構造とは、表面に孔が空いた構造であり、孔形状としては、円形、四角形、六角形、三角形、台形などの構造を指す。これらの孔形状は並列配列、交互配列どちらでもよいが、全面にあることが好ましく、１０ｃｍ四方あたり２５個を下限として、４００個を上限とする範囲で付与されていることが好ましい。すなわち、ひとつあたりの孔形状の大きさは、０．５ｃｍ四方から２ｃｍ四方の大きさである。
【００３０】
断熱材１０２は、吸音材１０１で挟み込むように積層させた後、吸音材１０１の端を熱プレスして溶着させることで接合する。繊維が一部溶けて接着できる。断熱材１０２は、基本的には公知の製造方法であれば何でもよく、シリカエアロゲルであれば、アルコキシシラン、水ガラスを原料としたゾルゲル反応にてヒドロゲルを合成した後、ヘキサメチルジシラザンやトリメチルクロロシランなどで疎水化を行い、超臨界乾燥あるいは常圧乾燥で製造される。シリカエアロゲルに不織布繊維を複合化させる場合は、シリカエアロゲルのパウダーおよびビーズをバインダーと混合し不織布繊維に塗布して乾燥させてもよいし、原料を不織繊維に含浸させてからゾルゲル反応を進行させ、疎水化、乾燥を行ってもよい。
【００３１】
以下の複合部材１０５、１０８、１０９の製造方法も同様である。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２の複合部材１０５の断面図である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
【００３３】
複合部材１０５は、表面に凹凸構造を有する吸音材１０１と、断熱材１０２と、平滑な表面を有する吸音材１０４とからなる。
【００３４】
この構造は、断熱材１０２の上下面に吸音材１０１が積層されているものの、一方のみが表面凹凸構造を有しているため、音圧レベルが実施の形態１よりも低い。しかし、表面凹凸が無い分、断熱材１０２が厚くでき、より断熱特性が高くなる。例えば、自動車のエンジンルーム周辺などに使用される。一方のみ平坦であることの利点は、接着剤などで平滑面に接合させやすい点にある。
【００３５】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３の複合部材１０６の断面図である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
【００３６】
複合部材１０６は、表面に凹凸構造を有する吸音材１０１と、断熱材１０２とからなる。この構造は、図１，２とは異なり１つの吸音材１０１と、１つの断熱材１０２のみからなる。音圧レベルが図１、図２よりも低く、尚且つ断熱が必要とされる広範な部位に好適に用いられる。吸音材１０１が片方に無い分、断熱材１０２が厚くでき、断熱特性が高くなる。
【００３７】
＜複合部材１０６の製造方法＞
吸音材１０１は、表面に凹凸構造もしくは有効構造を形成させるため金型にて、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を発砲させる。すなわち、熱可塑性樹脂の場合は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＶＤＣであり、熱硬化性樹脂の場合は、メラミン（ＭＦ）、フェノール（ＰＦ）を発泡成型させる。
【００３８】
断熱材１０２は、繊維とシリカエアロゲルとの複合体を用いることができる。断熱材１０２は、基本的には公知の製造方法であれば何でもよく、シリカエアロゲルであれば、アルコキシシラン、水ガラスを原料としたゾルゲル反応にてヒドロゲルを合成した後、ヘキサメチルジシラザンやトリメチルクロロシランなどで疎水化を行い、超臨界乾燥あるいは常圧乾燥で製造される。シリカエアロゲルに不織布繊維を複合化させる場合は、シリカエアロゲルのパウダーおよびビーズをバインダーと混合し不織布繊維に塗布して乾燥させてもよいし、原料を不織繊維に含浸させてからゾルゲル反応を進行させ、疎水化、乾燥を行ってもよい。
【００３９】
吸音材１０１と断熱材１０２とを重ねて、熱プレスして溶着させることで接合させてもよい。また、シリカエアロゲルの原料のゲル液体を、吸音材１０１に部分的に含浸させた後、乾燥させ、エアロゲルの断熱材１０２としてもよい。
【００４０】
この場合、複合部材１０６は、吸音材１０１とシリカエアロゲルの断熱材１０２との一体化された複合体となる。なお、以下の複合部材１１０の製造方法も同様である。
【００４１】
（実施の形態４）
図４は、実施の形態４の複合部材１０８の断面図である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
【００４２】
複合部材１０８は、表面に有孔構造を有する吸音材１２０と、断熱材１０２からなり、吸音材１２０が断熱材１０２を挟み込むようなかたちで積層された３層構造からなる。
【００４３】
この構造は、上下面の吸音材１２０の表面が有孔構造を有しているため、効果的に音響を多重反射し、また透過する音波を効率的に熱エネルギーへと変換する。有孔構造とは、発泡材料と同様、大小の孔がある構造である。円柱形状、四面形状、円柱形状、三角錐形状などの孔形状で、孔の径は１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。
【００４４】
このことから、周波数に依存せず音圧レベルが高く、尚且つ断熱が必要とされる部位に好適に用いられる。用いる有孔構造にもよるが、基本的には凹凸構造と同等の音波の多重反射性能を有することから、凹凸構造、有孔構造のどちらを用いるかは、適用部位の形状やスペース、経済性や組み付け性などを鑑みて選択することが好ましい。
【００４５】
各層の役割について説明する。
【００４６】
吸音材１２０は、複合部材１０８の主層であり一番厚い。この層は、フォーム（樹脂発泡体）が主構成要素であり、複合部材１０８の吸音性能を決定する層である。
【００４７】
断熱材１０２は、複合部材１０８の断熱性能を決定する層である。断熱材１０２は吸音材１２０よりも厚みは薄い。
【００４８】
吸音材１２０の表面の有孔構造は音響を多重反射して透過率を低減するためにある。
【００４９】
（実施の形態５）
図５は、実施の形態５の複合部材１０９の断面図である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
【００５０】
複合部材１０９は、表面に有孔構造を有する吸音材１２０と、断熱材１０２と、平滑な表面を有する吸音材１０４からなる複合部材１０９である。
【００５１】
この構造は、上下面に吸音材１２０が積層されているものの、一方のみが表面有孔構造を有しているため、音圧レベルが図４よりも低く、尚且つ断熱が必要とされる部位に適用される。
【００５２】
（実施の形態６）
図６は、実施の形態６の複合部材１１０の断面図である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
【００５３】
複合部材１１０は、表面に有孔構造を有する吸音材１２０と、断熱材１０２とからなる２層構造の複合部材１１０である。
【００５４】
この構造は、図４，５とは異なり吸音材１２０と断熱材１０２のみからなる。音圧レベルが図４、図５よりも低く、尚且つ断熱が必要とされる広範な部位に好適に用いられる。吸音材１２０が少ない分、断熱材１０２を厚くできる。
【００５５】
（実施の形態７）
図７は、実施の形態７の複合部材１１１の断面図である。説明しない事項は実施の形態１と同様である。
【００５６】
複合部材１１１は、表面に凹凸構造を有する吸音材１０１と、断熱材１０２と、表面に有孔構造を有する吸音材１２０とからなる３層構造の複合部材１１１である。
【００５７】
上下面の吸音材は種類が異なるのでより広い範囲の音を吸音できる
（全体として）
上記実施の形態は組み合わせることができる。
【００５８】
電子機器などの機器において、熱源と筐体との間に、上記いずれかの複合材料を配置できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本実施の形態の断熱材は、電子機器、車載機器、産業機器内の狭いスペースにおいても十分に断熱および吸音効果を発揮し得ることから広く利用される。情報機器、携帯機器、ディスプレイ、電装品など、熱に関わる全ての製品へ応用される。
【符号の説明】
【００６０】
１０１  吸音材
１０２  断熱材
１０３  複合部材
１０４  吸音材
１０５  複合部材
１０６  複合部材
１０８  複合部材
１０９  複合部材
１１０  複合部材
１１１  複合部材
１２０  吸音材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018140553.tif 000007
【図６】
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【図７】
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