(57)【要約】      （修正有）【課題】薄くするとともに、断熱性能も確保出来る複合シートを提供する。【解決手段】高温部に配置されるグラファイト層と、低温部に配置されるエアロゲル層３３と、グラファイト層とエアロゲル層とを接着層１５で固定した複合シート５０であり、接着層が、水系の接着剤である複合シート５０を用いる。また、その水系の接着層が、溶媒に水を使用するもの、または、原料に水を使用するものである複合シートを用いる。また、その水系の接着層が、内部に空隙２０を有する複合シートを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品側に配置されるグラファイト層と、
筐体側に配置されるエアロゲル層と、
前記グラファイト層と前記エアロゲル層とを接着層で固定した複合シートであり、
前記エアロゲル層の面積は、前記グラファイト層の面積より小さく、前記電子部品に相当する部分に位置する複合シート。
【請求項２】
前記エアロゲル層の側面が前記接着層で覆われている請求項１記載の複合シート。
【請求項３】
前記エアロゲル層は、前記接着層中に位置する請求項１記載の複合シート。
【請求項４】
前記エアロゲル層の側面は、前記接着層で覆われ、
前記エアロゲル層の上面は、前記接着層で覆われず、
前記エアロゲル層の下面は、前記接着層で覆われている請求項１記載の複合シート。
【請求項５】
前記エアロゲル層の側面は、前記接着層で覆われ、
前記エアロゲル層の上面は、前記接着層で覆われ、
前記エアロゲル層の下面は、前記接着層で覆われていない請求項１記載の複合シート。
【請求項６】
前記エアロゲル層の側面は、前記接着層で覆われ、
前記エアロゲル層の上面は、前記接着層で覆われず、
前記エアロゲル層の下面は、前記接着層で覆われている請求項１記載の複合シート。
【請求項７】
前記エアロゲル層の側面は、前記接着層で覆われ、
前記エアロゲル層の上面は、前記接着層で覆われず、
前記エアロゲル層の下面は、前記接着層で覆われていない請求項１記載の複合シート。
【請求項８】
前記エアロゲル層の側面は、前記接着層で覆われ、
前記エアロゲル層の上面は、前記エアロゲル層の下面より、面積が大きい請求項１記載の複合シート。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記複合シートを、前記電子部品と前記筐体との間に設けた実装構造体。
【請求項１０】
請求項９記載の実装構造体を内部に有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器や精密機器などの筐体内において発熱を伴う電子部品（以下、発熱部品と称す）からの熱を放散させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、携帯電話、ノートパソコンなどの電子機器の高性能化とともに発熱部品からの発熱密度が急激に増加しており、これらの電子機器における熱拡散技術が必須となってきている。特に、小型のモバイル機器は、人体に直接接する機会が多く、その筐体の外面の温度上昇が深刻な問題となってきている。
【０００３】
モバイル機器の筐体外面の温度上昇による問題の一つとして、低温火傷が挙げられる。低温火傷は人体が体温より高い温度に長時間さらされて起こる火傷の一種であり、４４℃では６時間で火傷が生じ、１℃上がる毎に火傷に至る時間が半分となるという報告がある。
【０００４】
普通の火傷に比べて低温火傷は当事者が症状の進行に気づくのが遅れる場合がほとんどで、気づいた時には皮膚が重度の損傷を負っていることも多い。最近では、小型ノートパソコンを膝上で長時間使用した際に低温火傷になる症例が多い。今後ますます機器の小型化やモバイル化が進んでいく状況において、機器表面の温度は１℃でも低く抑えることが最重要の課題である。
【０００５】
機器表面の温度上昇を防ぐ方法として、特許文献１に、グラファイトシートと断熱材とを積層したシートを、発熱部品と筐体の間に設置することが開示されている。図６にその複合シート５０を示す。
【０００６】
基板１０上に部品１１が実装されている。この部品１１上に熱伝導層１２と断熱層１３が積層されている。その上に筐体１４が位置する。
【０００７】
部品で発生した熱は、熱伝導層１２で広げられ、断熱層１３で筐体１４へ伝達されない。結果、熱伝導層１２全体に熱が伝達され、全体的に熱が筐体に伝わる。
【０００８】
結果、筐体１４を手で触っても、局所的な熱を感じない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１１１００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記特許文献１の構造においては、複合シートとして、無機繊維系のグラスウールやロックウール、天然系の羊毛断熱材やセルロース断熱材などが用いられているが、十分な断熱性能が得られなかった。特に、製品の薄型化にともない、断熱材を薄くすると、その断熱性能が低下し、熱が筐体に集中して伝達される。
【００１１】
そこで我々は、非真空でありながら熱伝導率が０．０１２〜０．０２２Ｗ／ｍ・Ｋと極めて低いエアロゲルを、無機あるいは有機の繊維に含浸させたエアロゲルシートを、複合シートとして用いること、かつ、熱伝導性に優れるグラファイトシートを用いることを考えた。
【００１２】
しかしながらエアロゲルは多孔質であるため、グラファイトシートと接着剤を用いて張り合わせした際、接着剤層がエアロゲルに浸入することによって、断熱性が低下（熱伝導率が上がる）しまうという課題があった。
【００１３】
よって、本願の課題は、断熱性能に優れた薄型の複合シートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、電子部品側に配置されるグラファイト層と、筐体側に配置されるエアロゲル層と、グラファイト層とエアロゲル層とを接着層で固定した複合シートであり、エアロゲル層の面積は、グラファイト層の面積より小さく、電子部品に相当する部分に位置する複合シートを用いる。
【００１５】
また、上記記載の前記複合シートを、上記電子部品と上記筐体との間に設けた実装構造体を用いる。さらに、上記実装構造体を内部に有する電子機器を用いる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電子機器の筐体内の狭いスペースにおいても十分に断熱効果を発揮し、発熱部品から筐体への伝熱を効果的に低減し得る複合シートおよびそれを含む電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）実施の形態１の断熱構造の断面図、（ｂ）（ａ）の部分拡大図、（ｃ）断熱体の部分拡大断面図、（ｄ）評価方法を説明する図
【図２】（ａ）〜（ｂ）実施の形態２の断熱構造の断面図
【図３】実施の形態３の断熱構造の断面図
【図４】（ａ）〜（ｄ）実施の形態４の断熱構造の断面図
【図５】（ａ）〜（ｂ）実施の形態５の断熱構造の断面図
【図６】従来の断熱構造を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
図１（ａ）に実施の形態１の複合シート５０を用いた電子機器の内部構造の断面図を示す。図１（ｂ）に、実施の形態１の複合シート５０の接着層１５部分の拡大断面図を示す。図１（ｃ）に、断熱層１３の拡大断面図を示す。
【００１９】
電子機器は、筐体１４と、複合シート５０と、部品１１と、基板１０とからなる。複合シート５０は、断熱層１３と、接着層１５と、熱伝導層１２とからなる。説明をしないものは従来と同じ構成部材である。接着層１５には空隙２０があった方が好ましい。後で説明する。
【００２０】
複合シート５０の役割は、部品１１（高温部）で発生した熱を熱伝導層１２で水平方向へ広げ、かつ、断熱層１３により、その熱を筐体１４（低温部）へ伝達させないことである。
【００２１】
図１（ｃ）の断熱層１３では、繊維シート３１中の繊維２１の間に、ナノファイバー３２とエアロゲル３３とが混合され保持されている。なお、繊維２１は必須でなく、あれば形状が維持されやすい。ナノファイバー３２も必須でなく、あればエアロゲル３３がかけた粉が離脱されにくい。
【００２２】
筐体１４と断熱層１３との間に接着層１５があるのが好ましい。断熱層１３をしっかりと固定でき、断熱層１３の欠け、破損など防止できる。
【００２３】
＜熱伝導層１２＞
熱伝導層１２としては、金属板など用いることができるが、中でもグラファイトシート、または、グラファイトとゴムからなるグラファイト入りゴムシートが好ましい。つまり、グラファイト層とすることがよい。このシートは、水平方向への熱伝導率がよく、熱を広げることができる。また、水平方向／垂直方向との熱伝導率の比が、大きく、熱を主に、水平方向へ広げることができる。
【００２４】
グラファイトシートは、たとえば、厚み５０μ以下の高分子フィルムを原料として、２５００℃超の高温、加圧、還元雰囲気下で処理されることにより得た薄板シートである。炭素がほぼ１００％に近い組成である。このため、このグラファイトシートは、炭素の６員環が構成する面であるベーサル面を平行にして積層されたグラファイト板である。グラファイトシートの厚みは、約０．１ｍｍである。
【００２５】
また、このグラファイトシートの表面、裏面は、炭素の６員環が構成する面（ベーサル面）と概略平行である。この平行方向のグラファイトシートの熱伝導率は、１０００Ｗ／ｍｋ以上、グラファイトシートの垂直方向の熱伝導率は、５Ｗ／ｍｋ以下であり、比重は、２．２５ｇ／ｃｍ３以下、かつ、導電率とヤング率は、それぞれ１０６Ｓ／ｍ以上、７５０ＧＰａ以上である。
＜グラファイトの製造方法＞
出発原料として、厚さ２５μｍから７５μｍの芳香族ポリイミドシート材料を準備した。まず、シート材料を１ｋｇ計量し、カーボン製るつぼの中に充填した。次に、加熱を行う電気炉の中に、シート材料を充填したるつぼを設置し、電気炉内の空気を窒素ガスで置換した。窒素ガスに置換した後に、昇温速度１００℃／ｈで加熱し、最高温度で１時間保持した後に、自然冷却を行い室温まで冷却した。なお、加熱の際には窒素ガスを流しながら加熱した。
【００２６】
ここで、加熱の際の最高温度は１５００℃から２５００℃にした。
【００２７】
このような高分子材料としては、芳香族ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリオキサジアゾール、ポリベンズイミダゾールなどが挙げられる。
【００２８】
これらの中でも特に、高分子材料として芳香族ポリイミドを用いることが望ましい。できたグラファイトの熱伝導性が他の材料を用いた場合よりよい。
【００２９】
グラファイトシート以外に、グラファイト入りゴムシートでもよい。グラファイト入りゴムシートは、炭素以外にゴム成分を有する樹脂を含む。グラファイトは、上記グラファイトシートを粉にしたものを用いる。この粉、グラファイトフィラーを約４０重量％と、ＥＰＤＭ（住友化学工業（株）製、エスプレン）約６０重量％と、過酸化物架橋剤と、ステアリン酸とを混合し、８インチの２本ロール混練機により十分に混練し、混合物を調製するとともに、混合物中のグラファイトフィラー粉を面方向に配向させた。更に１７０℃で１０分間加熱して加硫を進行させた。熱伝導性があり、平面方向への熱伝導率が高い。
【００３０】
＜断熱層１３＞
断熱層１３として、エアロゲルに繊維を含有させたものを用いるのが好ましい。つまり、エアロゲル層とすることがよい。エアロゲルは熱伝導率が空気の熱伝導率０．０２８Ｗ／ｍＫよりも小さい性質を持ち、おおよそ０．０１３Ｗ／ｍＫから０．０２５Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率を有している。
【００３１】
このエアロゲル３３はおおよそ８５Ｖｏｌ％から９５Ｖｏｌ％の空気を含んだ発泡体であり、発泡体の穴のサイズが空気の平均自由工程とされる６８ｎｍよりも小さいため、低い熱伝導を達成している。
【００３２】
また、エアロゲル３３は、固形分としてのシリカが非常に少ない発泡体である。そのため、骨格がもろい性質を持つとともに、いったん砕けたあとは、大幅に体積を減少させることになる。
【００３３】
この断熱層１３は、基材となる繊維シート３１と、ナノファイバー３２を含むエアロゲル３３と、から構成される。
【００３４】
＜組成＞
ナノファイバー３２を含むエアロゲル３３（シリカキセロゲルまたはシリカエアロゲル）が、繊維シート３１中の空気層に対して、空気層の体積に対して５０〜９８％の割合で担持されていることが好ましい。８０〜９８％がより好ましく、９０〜９８％が特に好ましい。
【００３５】
この状態であれば取扱性が良く、断熱性能に優れた複合シート５０となる。体積分率が５０％未満であると、対流が十分抑制できずに熱伝導率が高くなる場合がある。一方、体積分率が９８％を越えると、繊維状複合シートの可撓性が不十分となり、取扱性が低下してしまう。
【００３６】
＜繊維シート３１＞
基材の繊維シート３１の形態としてはグラスウールやロックウール、ポリエステル等の樹脂繊維、およびこれらの複数を含有した複合繊維などであればよく、使用時の耐熱温度や不燃性をふまえて選定できる。しかし、セルロース、パルプ繊維は疎水化時に酸を使用するプロセスでは分解されてしまうため、アルコキシシランもしくはヘキサメチルジシラザンなどで疎水化する必要がある。
【００３７】
エアロゲル３３がゾルの状態の際に、繊維シート３１へ複合化させる場合には、グラスウールやセルロースファイバーなどのゾルと親和性の高い繊維シート３１では、濡れ性が良く、繊維シート３１とキセロゲルを複合化させ易い。
【００３８】
＜ナノファイバー３２＞
ナノファイバー３２は、セルロースナノファイバーもしくはシリカナノファイバー等の表面に水酸基を有するナノファイバーで繊維径が３０ｎｍ以下のものを使用する。
【００３９】
エアロゲル３３で脱離する微粒子の粒子径は０．１〜１０μｍサイズのものが７〜９．５割であり（平均粒子径も０．１〜１０μｍ）、ナノファイバー３２の繊維径が３０ｎｍ以下もの（平均繊維径も３０ｎｍ以下）を使用することで、ナノファイバー３２の三次元網目を形成した時に０．１μｍ以上の微粒子の脱離が抑制し易くなった。
【００４０】
ナノファイバー３２の繊維径が３０ｎｍ以下で、かつ、エアロゲル３３の体積に対して１〜１０ｗｔ％のナノファイバー含有量であれば、エアロゲル３３にナノファイバー３２を複合化させたときに、ナノファイバー３２の間隙サイズは、およそ５〜７０ｎｍサイズになる。
【００４１】
よって、０．１μｍ以上のエアロゲル３３の微粒子は、このナノファイバー３２の間隙から脱離し難くなると考えられる。これは、エアロゲル３３の二次粒子径が２０〜３０ｎｍで、その粒子の連続構造が均一に三次元構造を作ったときに、５〜６７ｎｍサイズの細孔が形成されることを考えれば想定される構造である。
【００４２】
また、５〜１００ｎｍの繊維径サイズのものがよい。５ｎｍより細いと、エアロゲル３３微粒子の脱離を防止できる。１００ｎｍより太いと、熱伝導率に影響が大きくでる。５〜５０ｎｍのものなら、エアロゲル３３の脱離を防止でき、熱伝導率に影響が小さい。５〜３０ｎｍのものなら、エアロゲル３３の脱離を防止でき、熱伝導率に影響がほとんどないので、より好ましい。
【００４３】
また、実施の形態１では、特に３０ｎｍ以下のナノファイバー３２を用いることで、ナノファイバー３２の熱伝導率を最小限に抑えて複合シート５０の熱伝導率を増加させない効果
もある。
【００４４】
ナノファイバー３２を１〜１０ｗｔ％添加した場合、一般的な繊維シート３１の固体熱伝導成分は約０．００１〜０．００３Ｗ／ｍＫ程度であるので、実施の形態１における複合シート５０の熱伝導率約０．０２５Ｗ／ｍＫの４〜１２％程度は増加する。
【００４５】
一般的な繊維においては、熱伝導率の３成分である固体熱伝導成分、対流成分、輻射成分のうち固体熱伝導成分は非常に小さく、一般的には繊維の熱伝導率の３成分合計が０．０３〜０．０８Ｗ／ｍＫ程度のうち、固体熱伝導率成分は０．００１〜０．００３Ｗ／ｍＫ程度である。
【００４６】
このナノファイバー３２の添加によって増加するのは固体熱伝導成分と輻射成分であると考えられる。しかし、１００℃以上のような高温でなければ輻射成分はほぼ無視でき、固体熱伝導成分の増加のみとみなせる。よって、ナノファイバー３２を添加しても０．００１〜０．００３Ｗ／ｍＫの微小な熱伝導率の増加はあるが、複合シート５０の総熱伝導率は、ナノファイバー３２の添加によって著しく増大することはない。
【００４７】
これらのナノファイバー３２をエアロゲル３３に対して１〜１０重量％含有させ、０．１〜１０μｍ程度の粒サイズのエアロゲル３３よりも小さい網目のナノファイバー３２のネットワークを作り、物理的にエアロゲル３３の微粒子の脱離を抑制する。また、ナノファイバー３２の表面の水酸基とエアロゲル３３を脱水縮合させることで化学的に強固に結合できる。
【００４８】
また、ナノファイバー３２を、５０重量パーセントまで添加した場合、ナノファイバー３２同士の接触熱抵抗や、エアロゲル３３とナノファイバー３２との接触熱抵抗が生じるため、複合シート５０の断熱性能を悪くする様な影響はない。
【００４９】
＜エアロゲル３３＞
また、エアロゲル３３は、平均細孔が１０〜６７ｎｍ、細孔容積３．５〜８ｃｃ／ｇ、５００〜９００ｍ２／ｇの比表面積を有する。空気の平均自由行程６８ｎｍよりも小さな細孔を有する。
【００５０】
平均細孔は、１０〜５０ｎｍが好ましく、１０〜３０ｎｍがより好ましい。細孔容積は、５〜８ｃｃ／ｇが好ましく、６〜８ｃｃ／ｇがより好ましい。嵩密度は９０〜２５０ｋｇ／ｍ３、嵩密度は、１２０〜１８０ｋｇ／ｍ３が好ましく、１４０〜１５０ｋｇ／ｍ３が
より好ましい。断熱性を確保するため、熱伝導率は、０．０２５Ｗ／ｍＫ以下が必要である。
【００５１】
エアロゲル３３の平均細孔径、比表面積及び嵩密度が上記範囲であれば、断熱性に優れるので複合シートとして好適である。
【００５２】
エアロゲル３３を製造する際の出発原料として、水ガラス（珪酸ソーダ水溶液）を用い、調製は水ガラスの珪酸濃度、またゲル化時に使用する酸の種類と濃度、ゲル化条件（温度、時間、ｐＨ）を調整することで制御できる。また疎水化条件としてシリル化剤の量、溶媒の量、温度、時間を調整することで制御できる。乾燥条件は、乾燥温度、時間などを調整することで制御できる。
【００５３】
このエアロゲル３３の原料の水ガラスにおいては、シリカ重量がゾル総重量に対して５〜２０重量％になるように調製すればよく、１０〜２０重量％であると好ましく、１５〜２０重量％であるとより好ましい。
【００５４】
珪酸濃度が、６重量％以下であると、珪酸濃度が薄いため湿潤ゲル骨格の強度が不十分になる場合がある。また、珪酸濃度が２０％を越えると、ゾル溶液のゲル化時間が急激に早くなり制御できなくなる場合がある。
【００５５】
シリカエアロゲルでも、上記のエアロゲル３３と同様の構造のものならよい。常圧乾燥で作製したものがよいが、超臨界乾燥で作製したものでもよい。
【００５６】
＜断熱層１３の製造方法＞
断熱層１３の製造方法について説明する。製造方法は、以下の工程からなる。エアロゲル３３の原料となる水ガラス中のナトリウムを除去する。その後、ゲル化するｐＨに調整するゾル調製工程をする。ゾルがゲル化前にナノファイバー３２と基材の繊維シート３１に含浸させる含浸工程をする。溶媒乾燥時にゲルの内壁にかかる毛管力に耐えうるシリカの強固な骨格を得るための養生工程をする。ゲルの内壁に存在する水酸基同士が乾燥時に脱水縮合し、収縮するのを防ぐためにエアロゲル３３の表面をシリル化剤や機能性シランで疎水化させる疎水化工程をする。繊維状複合シート中に存在する溶媒を除去するための乾燥工程をする。
【００５７】
ここで、機能性シランは、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザンで構成される一群の珪素化合物で、シリル化剤でもある。特にこの場合、溶媒であるアルコール類、ケトン類、直鎖脂肪族炭化水素類との相性からアルコキシシランがよい。シリル化剤は、有機化合物中の活性水素をＳｉ原子で置き換えることができる有機ケイ素化合物である。活性水素をＳｉ原子で置き換えるものである。
【００５８】
＜ゾル調製工程＞
実施の形態１で使用する水ガラス水溶液は、５〜２０重量％になるように調製すればよく、１０〜２０重量％であると好ましく、１５〜２０重量％であるとより好ましい。水溶液の珪酸濃度が５％未満の場合、珪酸濃度が薄いため湿潤ゲル骨格の強度が不十分になる場合がある。また、珪酸濃度が２０％を越えると、ゾル溶液のゲル化時間が急激に早くなり制御できなくなる場合がある。
【００５９】
水ガラスは、エアロゲル３３の製造時に水ガラス中に含まれるナトリウムを除去して使用する。使用する水ガラスは１号水ガラス（シリカ濃度３５〜３８重量％）、２号水ガラス（シリカ濃度３４〜３６％）、３号水ガラス（シリカ濃度２８〜３０％）（日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ１４０８））のいずれでもよい。しかし、シリカの三次元ネットワークを緻密かつ均一に形成するためには、シリカ濃度の高い１号水ガラスを用いることが好ましい。
【００６０】
水ガラス水溶液中のナトリウムを除去するために、酸イオン交換体を用いて水ガラスに含まれるナトリウムを除去する。この水ガラスをプロトン型イオン交換樹脂と混合し、水ガラス水溶液がｐＨ＝１〜３になるまで攪拌し、ナトリウムを除去する。その後、ゲル化可能なｐＨ＝５〜８に調整するために塩基を添加する。塩基は一般的に、アンモニア、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化アルミニウムが挙げられるが、調整のし易さの点からアンモニアが好ましい。
【００６１】
もしくは、酸を用いてナトリウムを塩として生成し、その後生成したヒドロゲルを洗浄し、塩を除去してゾル調製もよい。その際は水ガラス重量の１０〜３０重量％の酸を添加し、養生後に電解質が無くなるまでゲルを洗浄する。
【００６２】
この際、使用する酸は塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、亜硫酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、塩素酸、亜塩素酸、次亜塩素酸等の無機酸類、酸性リン酸アルミニウム、酸性リン酸マグネシウム、酸性リン酸亜鉛等の酸性リン酸塩類、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、アジピン酸等の有機酸等が挙げられる。得られるシリカキセロゲルのゲル骨格強度の観点から、塩酸が好ましい。
【００６３】
洗浄に使用する溶液は、純水、メタノール、エタノール、プロパノール等の水溶性の溶剤を使用するとよい。
【００６４】
あるいは、ナトリウムを含んだ水ガラスを出発原料とせず、既に粒成長させたコロイド状のシリカ溶液（ｐＨ＝１０〜１１）を使用してもよく、その調整に上記の酸を溶液に添加しゲル化可能なｐＨ＝５〜８に調整することで同様に均一なヒドロゲルを製造することができる。その際に添加する酸触媒の添加量は、調整するｐＨ値にもよるが、塩酸の場合は、ヒドロゲルの重量１００％に対して、１２Ｎ塩酸水溶液０．５〜５．０％が好ましく、１〜２．５％がより好ましい。
【００６５】
＜含浸工程＞
次に、調製の終わったゾルへ、ゾル重量に対し１〜５０重量％のナノファイバー３２を添加し、攪拌機などを用いて分散させる。ナノファイバー３２の比重が大きいものに関しては、撹拌後に長時間ゾル中で静置しておくと底へ沈殿してしまう可能性があるため、ゲル化する直前に入れることが好ましい。
【００６６】
使用するナノファイバー３２は、ヒドロキシル基が存在しているシリカのナノファイバー３２またはセルロースのナノファイバー３２で、繊維径が５０ｎｍ以下のものを用いる。また、これらの両繊維とも添加してもよい。
【００６７】
次に、ナノファイバー３２を分散させたゾルを繊維シート３１へ含浸させるため、繊維の空気層に対して５０〜９５ｖｏｌ％のナノファイバー３２の含有ゾルに繊維シート３１を浸漬することで複合化させる。
【００６８】
使用する繊維シート３１は、１〜５０μｍの繊維径で、単位体積中の空気の占める割合が８０〜９９％、より好ましくは９０〜９９％で構成されるシートである。
【００６９】
繊維シート３１の形態としてはグラスウールやロックウール、ポリエステル等の樹脂繊維、および、これらの複数を含有した複合繊維などであればよく、使用時の耐熱温度や不燃性をふまえて選定できる。また、セルロース、パルプ繊維は疎水化時に酸を使用するプロセスでは分解されてしまうため、アルコキシシランもしくはヘキサメチルジシラザンなどで疎水化する必要がある。
【００７０】
＜養生工程＞
ナノファイバー３２を含有するゾルを繊維シート３１に含浸した後、乾燥時にかかる毛管力に耐えうるだけの強度にする為に、ゾル中のシリカコロイドの重縮合、および、二次粒子の成長を促す必要がある。含浸の繊維シート３１中のゾルがゲル化した後、シート中の水が揮発しない７０〜９５℃で、好ましくは８０〜９５℃、より好ましくは９０〜９５℃で加熱養生し、シリカ粒子の重縮合と二次粒子の成長を促進させる。
【００７１】
養生時間は２〜２４時間施すが、６〜２４時間であればよく、１２〜２４時間であればより好ましい。もしくは、養生時間を短縮させるために高温高圧中で養生させることで必要養生時間は短縮可能である。
【００７２】
＜疎水化工程＞
シリカのナノファイバー３２を添加した場合に使用されるシリル化剤は、一般式Ｒ１Ｒ２２ＳｉＣｌ、または、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（式中、Ｒ１およびＲ２は互いに関係なくＣ１〜Ｃ６の直鎖状アルキル、環状アルキルまたはフェニルである、アルコキシシラン）で表されるシランである。ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）でも適する。
【００７３】
ここで、シリル化剤とは、有機化合物中の水酸基、アミノ基、カルボキシル基、アミド基、メルカプト基等の活性水素をケイ素に置換するものである。
【００７４】
一方、セルロースのナノファイバー３２を使用する場合、疎水化溶液中で塩酸が発生すると、セルロースが分解されてしまう。このため、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎ（式中、Ｒ１およびＲ２は互いに関係なくＣ１〜Ｃ６の直鎖状アルキル、環状アルキルまたはフェニルである）、もしくは、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を用いて疎水化を行う。
【００７５】
Ｒ１Ｒ２２ＳｉＣｌとしては、トリメチルクロロシラン（ＴＭＣＳ）、Ｒ１ｎＳｉ（ＯＲ２）４−ｎとしては、トリメチルメトキシシランが好ましい。
【００７６】
ＨＭＤＳＯを用いる場合は、ＨＭＤＳＯの仕込量に対してＨＣｌをモル比で０．０２〜２．０となるように配合させて、反応系中で活性種であるＴＭＣＳを発生させることもできる。その場合、塩酸水溶液の濃度は１〜１２規定が好ましく、１０〜１２規定がさらに好ましい。
【００７７】
シリル化剤の仕込量は、ヒドロゲルの細孔容積に対して、１００〜８００％が好ましく、１００〜３００％がより好ましい。
【００７８】
疎水化反応は必要であれば溶媒中で行い、一般に２０〜１００℃、好ましくは３０〜６０℃において実施される。反応温度が２０℃未満の場合、シリル化剤の拡散が十分でなく疎水化が十分に行われない場合がある。
【００７９】
使用する溶媒は、メタノール、エタノール、２−プロパノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの直鎖脂肪族炭化水素類が好ましい。疎水化前のゲルが親水性であるのに対し、シリル化剤は疎水性溶剤であるため、活性種のシリル化剤を効率良くヒドロゲルと反応させるために両親媒性の溶媒であるアルコール類もしくはケトン類を用いるのが好ましい。
【００８０】
また、疎水化時間は２〜２４時間であれば好ましく、２〜１２時間であればより好ましい。
【００８１】
＜乾燥工程＞
次に、疎水化後の含浸シート中に含まれる溶媒を揮発させるために、１００〜１５０℃で２〜５ｈｒ乾燥させる。その際、基材の繊維シート３１が樹脂の耐熱温度が乾燥温度以下の場合、メタノール、エタノール、２−プロパノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、ペンタン、ヘキサン等に置換して、樹脂繊維の耐熱温度以下の沸点を持つ溶媒に置換して乾燥させるとよい。
【００８２】
上記各工程を経て得られる複合シート５０は、従来例の複合シートと違いエアロゲル３３の微粒子径よりも小さいナノファイバー３２の網目形成と、エアロゲル３３とナノファイバー３２の脱水縮合の効果により微粒子が脱離することを抑制しており、任意に裁断し使用する場合にも、その断面からエアロゲル３３の微粒子が脱離することを抑制し、半永久的に断熱性能を維持することを可能とする。
【００８３】
また、上記では、ナノファイバー３２、繊維シート３１を用いたがこれ以外の基材でもよいし、どちらか１方のみ使用する場合でもよい。
【００８４】
＜接着層１５＞
熱伝導層１２として、上記グラファイトシート、または、グラファイト入りゴムシートを用い、断熱層１３として、エアロゲル３３を用いる場合を考える。
【００８５】
＜水系接着剤＞
接着層１５は、水系の接着剤がよい。水を分散剤とした接着剤、または、水を溶媒とした接着剤、または、水を含む接着剤がよい。
【００８６】
なぜなら、断熱層１３のエアロゲル３３は撥水性であり、水系接着剤をはじき、接着剤がエアロゲル３３中へ進入しないためである。進入すると、断熱性能が落ちる。熱伝導層１２のグラファイトも、撥水性であり、同じことが言える。水ガラスなどを用いることができる。
【００８７】
グラファイトシートとエアロゲル３３は撥水性なので、ある程度、粘性を高めた水系の水ガラス（ケイ酸ナトリウムの濃い水溶液）を用いて、断熱層１３（エアロゲル３３）と熱伝導層１２（グラファイト）間に位置させ、１００度以上に熱を加えて、水を気化させることで、水ガラスの接着層１５が発泡し、シリカを主成分とする無機層となり固化させる。これによって、エアロゲル３３の穴に浸入させることなく、発泡層を形成することができ、グラファイトシートとエアロゲル３３との接着を可能にする。
【００８８】
１つの例を説明する。接着層１５を形成する水ガラスのペーストとして、シリカ粒子（平均粒子径２μｍの真球状粒子）と、珪酸ソーダ（二酸化珪素と酸化ナトリウムのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）が約２．５である溶液）、珪酸カリウム（二酸化珪素と酸化カリウムのモル比（ＳｉＯ２／Ｋ２Ｏ）が約２である水溶液）とを混合した。
【００８９】
珪酸ソーダの二酸化珪素と酸化ナトリウムのモル比（ＳｉＯ２／Ｎａ２Ｏ）は、塗布性に影響を及ぼすため、２〜４程度がよく、望ましくは２．５程度である。また、珪酸カリウムの二酸化珪素と酸化カリウムのモル比（ＳｉＯ２／Ｋ２Ｏ）も同様に塗布性と耐水性に影響を及ぼすため、１〜４程度がよく、望ましくは約２である。
【００９０】
ペーストの調整に際しては、自転・公転真空ミキサーにて１５００回転、３分間の攪拌を２回おこなった。
【００９１】
特に、断熱層１３がエアロゲル３３と同じ珪酸系原料からなる水ガラスが、接着性がよく、エアロゲル３３の断熱性を下げないのでよい。
＜発泡系接着剤＞
さらに、接着剤は、最終的に内部に空隙２０（図１（ｂ））が生じる接着剤がよい。発泡する接着剤などがよい。空隙２０が残ることで、熱伝導層１２から、断熱層１３への熱伝導が阻害される。また、部品１１と筐体１４との間の距離の変化に対して、その空隙２０が弾性的に働く。そのため、筐体１４と部品１１間の距離が変化しても追随でき、長期安定した断熱構造となる。
【００９２】
さらに、接着層１５の表面の空隙２０は、断熱層１３中の空気のにげ空間ともなる。また、空隙２０は、接着層１５を貫通していてはいけない。断熱層１３と熱伝導層１２とが、貫通部分の空気を介して、熱の伝達をしてしまうためである。空隙２０は密閉された空間で空気の出入りができないものがよい。ただし、接着層１５表面の空隙２０は、密閉していなくともよい。空隙２０は、接着層１５に均質に分布しているのがよい、その大きさは、少なくとも、接着層１５の厚みの４分の１以下がよい。空隙２０同士がつながらず、貫通する穴が形成されない。熱の移動を無くする。好ましくは、８分の１以下がよい。空隙２０同士がくっつき大きな空隙２０になるのを防止できる。大きな空隙２０での熱伝導を阻害できる。
【００９３】
また、接着層１５として、水ガラスの変わりに、樹脂エラストマーを分散させた水系の接着剤を用いて、加熱し、水を発泡させてもよい。
【００９４】
さらに、空隙２０を設けるために、接着剤に水分を吸水させた接着層１５を用いてもよい。グラファイトとエアロゲル３３の間に水を吸収させたアクリル系粘着材を挿入し、１００度以上に加熱、加圧を行う。粘着層内で水が気化し、発泡することで、気泡を巻き込んだ接着層１５を形成することを可能とする。
【００９５】
＜組み立て＞
第１工程として、熱伝導層１２であるグラファイトに、接着層１５の水ガラスを塗布する。第２工程として、発泡させない温度８０度で加温し、増粘させる。第３工程として、熱伝導層１２と断熱層１３とを接着層１５を介して張り合わせる。第４工程として、１００℃以上に加熱し、発泡、硬化させることによって複合シート５０を作製する。
【００９６】
この製法で、断熱層１３と熱伝導層１２とが接着層１５で接着された複合シート５０ができる。この複合シート５０は、部品１１と筐体１４との間に、挟まれ使用される。
＜評価＞
図１（ｄ）の構成で、評価した。ホットプレート５３上に金属ブロック５２を設置し、その上に複合シート５０を設置した。複合シート５０の上面、金属ブロック５２の真上の温度を熱電対５１で測定した。また、金属ブロック５２の真上と熱伝導層１２との界面の温度を熱電対５１で測定した。部品１１を金属ブロック５２として、熱をホットプレート５３から与えた。
【００９７】
断熱層１３は、上記説明したエアロゲル３３、厚み１ｍｍを用いた。接着層１５は、エポキシ樹脂と水ガラスの２種類、厚み３０μｍ用いた。熱伝導層１２は、上記説明したグラファイトシート、厚み０．１ｍｍを用いた。エアロゲル３３は、熱伝導層１２であるグラファイトシートの５倍から２０倍の厚みがよい。さらに、７倍から１５倍が好ましい。
熱を広げ、断熱することを、限られた空間で効率的にできる比率である。
【００９８】
複合シート５０の面積は、５０×８０ｍｍ、断熱層１３、接着層１５、熱伝導層１２も同じである。
【００９９】
他の条件は同じで、接着層１５のみを変化させた２サンプルで評価した。その結果を表１に示す。接着層１５が、エポキシ樹脂（比較例）より水ガラス（実施例）の方が、熱が複合シート５０上へ伝達されていないことがわかる。約２度異なるだけであるが、筐体１４を手で長時間触る場合には、この差は大きい。
【０１００】
これは、エポキシ樹脂の場合は、エアロゲル３３へ樹脂が染み込み、エアロゲル３３の断熱性能が劣化するためである。水ガラスでは、エアロゲル３３へ水ガラスが染み込まず、エアロゲル３３の断熱性能が劣化しないためである。
【０１０１】
【表１】
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（実施の形態２）
図２（ａ）、図２（ｂ）にて、実施の形態２を説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）は、図１（ａ）に対応する図である。断熱構造の断面図である。実施の形態１との相違点は、熱伝導層１２の構造にある。その他は、実施の形態１と同じである。
【０１０２】
図２（ａ）は、熱伝導層として、第１熱伝導層１２１と第２熱伝導層１２２とが２枚積層されている。それぞれ接着層１５で接着されている。第１熱伝導層１２１は、十分広い範囲（部品上面の４倍以上）に、第２熱伝導層１２２は、部品上面と同じ面積から、一回り大きい面積（部品上面の２倍以内）である。部品１１の上部の熱が一番高く、かつ、熱が一番不均一である。このところに、もう１つの熱伝導層１２が配置されている。熱を効率よく広げることができる。断熱性能は実施の形態１よりよい。
【０１０３】
図２（ｂ）では、さらに、部品１１上に第３熱伝導層１２３を、第１熱伝導層１２１と第２熱伝導層１２２の間に接着層１５を介して、積層されている。各熱伝導層は、上部へ行くに従い広い面積としている。熱が広がりやすくしている。さらに、断熱性能が高くなる。
【０１０４】
接着層１５が複数あるが、それぞれで接着剤を変えることができる。第１熱伝導層１２１、第２熱伝導層１２２、第３熱伝導層１２３、接着層１５、断熱層１３は、実施の形態１の材料を使用することが好ましい。
【０１０５】
（実施の形態３）
図３にて、実施の形態３を説明する。図３は、図１（ａ）に対応する図である。断熱構造の断面図である。実施の形態１との相違点は、第１熱伝導層１２１と第４熱伝導層１２４の積層構造であることである。
【０１０６】
図３では、断熱層１３の上下に接着層１５を介して、第１熱伝導層１２１と第４熱伝導層１２４を設けている。この３層で熱を広げ、遮断することができ、断熱性能が上がる。ただし、層厚みを薄くするため、各層を薄くしてもよい。同じ厚みの場合でも、図１（ａ）の場合より、断熱性能がよい。
【０１０７】
この３層の層とも部品１１より十分広い面積である。４倍以上の面積がある。
【０１０８】
接着層１５が複数あるが、それぞれで接着剤を変えることができる。第１熱伝導層１２１、第４熱伝導層１２４、接着層１５、断熱層１３は、実施の形態１の材料を使用することが好ましい。
【０１０９】
（実施の形態４）
図４（ａ）〜図４（ｃ）にて、実施の形態４を説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１（ａ）に対応する図である。断熱構造の断面図である。実施の形態１との相違点は、断熱層１３が、全面にないことである。そのため、少なくとも断熱層１３の側面は、接着層１５で覆われる。
【０１１０】
図４（ａ）では、断熱層１３が接着層１５中の上方に位置する。断熱層１３と接着層１５の上面が同じ面となる。
【０１１１】
この構造により、断熱層１３が接着層１５で保護され、かつ、部品１１の熱が短距離で筐体１４へ伝達することを防止する。また、断熱層１３は粘着性ないので、筐体１４との間の密着性悪く、より熱を筐体１４へ伝えない。
【０１１２】
断熱層１３と接着層１５の上面が同じ面なので、１つのシート状の複合シート５０として、電子機器などに挿入しやすい。以下、図４、５も同様である。
【０１１３】
図４（ｂ）では、断熱層１３が接着層１５中の下方に位置する。断熱層１３と接着層１５の下面が同じ面となる。
【０１１４】
この構造により、断熱層１３が接着層１５で保護され、かつ、部品１１の熱が短距離で筐体１４へ伝達することを防止する。断熱層１３が、接着層１５と熱伝導層１２とで囲まれ保護される。
【０１１５】
図４（ｃ）、図４（ｄ）では、断熱層１３が接着層１５中の内部に位置する。断熱層１３は、接着層１５の上下面に現れない。
【０１１６】
この構造により、断熱層１３が完全に接着層１５で覆われ、断熱層１３が保護される。さらに、図４（ｄ）では、この構造により、断熱層１３の側面により、接着層１５を伝達して筐体１４へ伝達される熱が、阻止される。
【０１１７】
部品１１の熱は、熱伝導層１２により水平方向へ広げられる。この例では、一番、熱が多い、部品１１の上部部分のみ、熱の伝達を阻止した。他の部分は、接着層１５で断熱をした。
【０１１８】
特に、断熱層１３が上記で示したエアロゲルの場合には、粉などの発生を防ぐことができる。断熱層の破壊が保護される。さらに、熱伝導層１２より小さい領域であり、その使用量を抑えることができる。
【０１１９】
熱伝導層１２、接着層１５、断熱層１３は、実施の形態１の材料を使用することが好ましい。
【０１２０】
（実施の形態５）
図５（ａ）〜図５（ｂ）にて、実施の形態５を説明する。図５（ａ）〜図５（ｂ）は、図１（ａ）に対応する図である。断熱構造の断面図である。実施の形態１との相違点は、断熱層１３が、全面にないことである。そのため、少なくとも断熱層１３の側面は、接着層１５で覆われる。
【０１２１】
図５（ａ）、図５（ｂ）では、断熱層１３が接着層１５を貫通している。接着層１５の上下面に現れる。断熱層１３と接着層１５の上下面が同じ面となる。
【０１２２】
この構造により、部品１１の熱が、接着層１５を介して、筐体１４へ伝達される確率が減る。結果、部品１１の熱が、より筐体１４へ伝わらない。
【０１２３】
図５（ｂ）では、図５（ａ）でさらに、断熱層１３の形状が異なる。筐体１４側が大きく、部品１１側が小さい。
【０１２４】
この構造により、断熱層１３の側面により、接着層１５を伝達して筐体１４へ伝達される熱が阻止される。
【０１２５】
部品１１の熱は、熱伝導層１２により水平方向へ広げられる。この例では、一番、熱が多い、部品１１の上部部分のみ、熱の伝達を阻止した。他の部分は、接着層１５で断熱をした。
【０１２６】
断熱層１３が高価な場合や、粉などが発生しやすい場合や、強度的に弱い場合などにこの構造はよい。つまり、断熱層１３が接着層１５で保護されている。
【０１２７】
熱伝導層１２、接着層１５、断熱層１３は、実施の形態１の材料を使用することが好ましい。
（なお書き）
なお、上記実施の形態は、随時、組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上のように、本発明によれば、電子機器の筐体内の狭いスペースにおいても十分に断熱効果を発揮し、発熱を伴う部品から筐体外面への伝熱を効果的に低減し得る複合断熱体およびそれを含む電子機器を提供することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１０  基板
１１  部品
１２  熱伝導層
１３  断熱層
１４  筐体
１５  接着層
２０  空隙
２１  繊維
３１  繊維シート
３２  ナノファイバー
３３  エアロゲル
５０  複合シート
５１  熱電対
５２  金属ブロック
５３  ホットプレート
１２１  第１熱伝導層
１２２  第２熱伝導層
１２３  第３熱伝導層
１２４  第４熱伝導層
【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】
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【図６】
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