(57)【要約】【課題】狭小空間内の非定常状態において、発熱部品から非発熱部品への過渡的な熱伝熱を有効に遅延させる、潜熱蓄熱材と断熱材の積層構造から構成される複合部材とその複合部材を用いた機器を提供すること。【解決手段】シリカエアロゲルと、１００℃〜４００℃の融点を有する潜熱蓄熱材と、不織布繊維と、を含む複合部材を用いる。また、保温または保冷構造体の一部として、あるいは、発熱を伴う部品と筐体との間に、上記複合部材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】
シリカエアロゲルと、
１００℃〜４００℃の融点を有する潜熱蓄熱材と、
不織布繊維と、を含む複合部材。
【請求項２】
前記潜熱蓄熱材は、１００℃〜４００℃の温度領域において、脱水もしくは融解に伴う潜熱が合計で３００ｋＪ／ｋｇ以上である請求項１記載の複合部材。
【請求項３】
前記潜熱蓄熱材は、１００℃〜４００℃の温度領域において、複数の吸熱ピークを有している請求項１または２記載の複合部材。
【請求項４】
前記潜熱蓄熱材は、ナトリウム塩を含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項５】
前記シリカエアロゲルと第１の前記不織布繊維とを含む断熱層と、
前記潜熱蓄熱材と第２の前記不織布繊維とを含む潜熱蓄熱層と、が積層された請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項６】
前記第１の不織布繊維と前記第２の不織布繊維とが同じ不織布繊維である請求項５記載の複合部材。
【請求項７】
前記断熱層と前記潜熱蓄熱層との間に接着材を有する請求項５記載の複合部材。
【請求項８】
シート状の前記不織布繊維中に前記シリカエアロゲルを有する断熱領域と前記潜熱蓄熱材を有する潜熱蓄熱領域とがあり、前記シート状の不織布繊維が折り曲げられ、前記断熱領域と前記潜熱蓄熱材とが積層された請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合部材。
【請求項９】
保温または保冷構造体の一部として、あるいは、発熱を伴う部品と筐体との間に、請求項１から８のいずれか１項に記載の複合部材を配置した機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合部材およびこれを用いた機器に関する。特に、潜熱蓄熱材と断熱材の積層構造から構成される複合部材およびその複合部材を用いた機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載・産業機器分野において、狭小空間における発熱部品からの熱流制御や安全性、類焼防止性を担保するため、熱拡散及び断熱性能に優れた熱対策シートが要求されている。ここで十分な空間があれば、熱伝導率が高い材料でも、厚みを稼ぐことである程度の断熱性を確保することは可能である。しかしながら、限られた空間しかない場合、なるべく熱伝導率が小さい材料を選ぶ必要がある。
【０００３】
熱伝導率が小さい物質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以下であるため静止空気の熱伝導率よりも低い。したがって優れた断熱材として注目されている。
【０００４】
しかしながら、シリカエアロゲルは圧縮、曲げ、せん断などの各種変形モードに対する強度が極めて低いことから、不織布繊維と複合化し機械的強度を改善した薄くて均質なシート状断熱材が考案されている（特許文献１）。
【０００５】
また、シリカエアロゲル粒子と相変化材料とバインダからなる複合材料により、熱伝達遅延効果の発現を試みた例が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０６４１４９号公報
【特許文献２】特願２００７−２７８７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、シリカエアロゲル粒子と相変化材料とバインダからなる複合材料では、相変化材料として石油／パラフィンワックスを選び、これをカプセル化した粒子をマトリクスに点在させているものの、相変化材料の熱容量が小さいことから熱伝達遅延効果は得られにくかった。また使用温度範囲が１００℃以下と低いため１００℃以下の温度範囲で定常的な使用をするには適しているが、１００℃以上の非定常状態で使用するには不適であった。
【０００８】
本願課題は、狭小空間内の非定常状態において、発熱部品から非発熱部品への過渡的な熱伝熱を有効に遅延させる複合部材およびこれを用いた機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、シリカエアロゲルと、１００℃〜４００℃の融点を有する潜熱蓄熱材と、不織布繊維と、を含む複合部材を用いる。
【００１０】
また、保温または保冷構造体の一部として、あるいは、発熱を伴う部品と筐体との間に、上記複合部材を配置した機器を用いる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の複合部材によれば、狭小空間内部の非定常状態（偶発的に発生する急激な温度上昇）において、層状潜熱蓄熱材が吸熱、融解することで発熱部品から非発熱部品への過渡的な熱伝熱を有効に遅延させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）〜（ｃ）実施の形態の潜熱蓄熱型複合断熱材の断面構造図
【図２】実施の形態の潜熱蓄熱材：（＋）−酒石酸ナトリウム二水和物のＤＳＣを示す図
【図３】実施の形態の潜熱蓄熱材：クエン酸三ナトリウム二水和物のＤＳＣを示す図
【図４】実施の形態の潜熱蓄熱材：リン酸二水素ナトリウム二水和物のＤＳＣを示す図
【図５】実施の形態の潜熱蓄熱材：酢酸ナトリウム三水和物のＤＳＣを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
＜潜熱蓄熱型複合断熱材の構造の例示＞
実施の形態の潜熱蓄熱型複合断熱材を図１（ａ）〜図１（ｃ）に断面図で示す。
【００１４】
図１（ａ）の潜熱蓄熱型複合断熱材は、同一の不織布繊維１０３内にシリカエアロゲル材料１０１と潜熱蓄熱材１０２が担持された断熱材である。不織布繊維１０３とシリカエアロゲル材料１０１からなる断熱層１０４と、潜熱蓄熱材１０２と不織布繊維１０３からなる潜熱蓄熱層１０５とを形成し、これらが層状構造をなしている。
【００１５】
同一の不織布内にそれぞれが積層する形態で担持されているため、粘着材を用いてそれらを接合する必要がない。この場合、粘着材を用いずに断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５を積層するため、粘着材による潜熱蓄熱層１０５から断熱層１０４への熱伝達を無くすことができ、結果として複合断熱材の断熱性を維持することが可能となる。
【００１６】
図１（ｂ）の潜熱蓄熱型複合断熱材は、シリカエアロゲル材料１０１が担持された不織布繊維１０３と潜熱蓄熱材１０２が担持された不織布繊維１０３からなり、粘着材１０６を介して断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５が積層された構造をなしている。この構造は、粘着材１０６を介して、任意の厚みでつくられた断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５を貼り合せてつくるため、断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５の厚みが異なる様々な組合せパターンから成る複合断熱材を、図１（ａ）よりも極めて簡単につくることができる。
【００１７】
図１（ｃ）の潜熱蓄熱型複合断熱材は、断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５が面で接触するように、ある支点で折り曲げられて粘着材１０６を介して積層された構造をなしている。この構造では、熱伝達遅延効果としては、図１（ｂ）と変わらないが、断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５の厚みが同一の複合断熱材の場合をつくるときに生産上、有効である。すなわち、同一不織布内のある領域Ａに断熱層１０４を形成し、別の領域Ｂに潜熱蓄熱層１０５を形成したのちに、領域Ａ−Ｂの界面を支点として折り曲げて粘着材を介して貼り合せることで実現できる。
【００１８】
このように、同一の不織布繊維１０３の内に断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５を設けるか、別々の不織布繊維１０３内に断熱層１０４および潜熱蓄熱層１０５を担持・積層させるかといった違いはあるものの、いずれの構造においても、潜熱蓄熱材１０２は相転移に必要な熱量を発熱源から吸収し、温度上昇を過渡的に遅延させる役割を担っている。
【００１９】
また、シリカエアロゲル材料１０１は、潜熱蓄熱型複合断熱材の主構成要素であり、断熱性能を決定する材料である。また潜熱蓄熱層は潜熱蓄熱型複合断熱材の潜熱蓄熱性能を担う材料であり、熱伝達遅延効果を発揮するために必要な材料である。
【００２０】
尚、不織布繊維１０３は、シリカエアロゲル材料１０１および潜熱蓄熱材１０２を自立可能な構造体とするための支持体として機能する。
【００２１】
これらの構造では、断熱層１０４におけるシリカエアロゲル材料１０１の充填率を高めることで、より高い断熱性を確保できる。また、潜熱蓄熱層１０５における潜熱蓄熱材１０２の充填率を高めることでより高い潜熱蓄熱性を確保できる。
【００２２】
図１（ａ）のように断熱層１０４と潜熱蓄熱層１０５とを一体化積層することの効果は、前述の通り粘着材１０６を使わないため熱伝達遅延効果を維持できることにある。
【００２３】
＜潜熱蓄熱材１０２の種類＞
潜熱蓄熱材１０２は、一般に加熱により溶融し熱エネルギーを蓄熱する物質であり、代表的な潜熱蓄熱材として、水（０℃）、パラフィン、有機酸（２００〜２５０ｋＪ／ｋｇ）、糖アルコール（３００ｋＪ／ｋｇ程度）、無機塩水和物（２００〜３５０ｋＪ／ｋｇ）などが知られている。
【００２４】
こうした従来の潜熱蓄熱材は、主に１００℃以下の定常状態において繰り返し使うことを想定しており、融解・凝固の繰り返し性の悪いものや過冷却が大きい材料があるため、使用には注意が必要となる。したがって、化学的に安定なパラフィンを使用する場合が比較的多い。パラフィンは固体と液体のあいだで融解と凝固を繰り返すため、カプセル化する必要がある。
【００２５】
一方、実施の形態で使用する潜熱蓄熱材１０２は、４００℃までの非定常状態において、使うことを想定している。具体的には、潜熱蓄熱性が高く、カプセル化の必要がない、安価なナトリウム塩を用いる。
【００２６】
ナトリウム塩としては、４００℃までの温度範囲において、脱水もしくは融解に伴う潜熱蓄熱効果が３００ｋＪ／ｋｇ以上と著しく大きな水和物もしくは無水物を用いる。用いられるナトリウム塩としては、酒石酸ナトリウム二水和物、酢酸ナトリウム三水和物、クエン酸三ナトリウム二水和物、コハク酸二ナトリウム、アジピン酸二ナトリウム、Ｌ−乳酸ナトリウム、Ｌ−酒石酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、酪酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム、などが用いられる。
【００２７】
例えば、酒石酸ナトリウム二水和物は、５５℃、１４１℃、２６０℃付近に脱水、融解に伴う吸熱ピークが観測される（図２）。図２〜図５は、各物質のＤＳＣ曲線を示す。また、同時に、時間あたりの微分曲線（ＤＤＳＣ）も、合わせて表示している。
【００２８】
クエン酸三ナトリウム二水和物では、１６５℃、３１０℃付近に脱水、融解に伴う吸熱ピークが観測される（図３）。
【００２９】
リン酸二水素ナトリウム二水和物は、５０℃、１２５℃、２１０℃、３００℃付近にて脱水、融解に伴う吸熱ピークが観測される（図４）。
【００３０】
酢酸ナトリウム三水和物は、６０℃、１００℃、３３０℃付近に脱水、融解に伴う吸熱ピークが観測される（図５）。
【００３１】
一方、塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの融点が４００℃より高いものは潜熱蓄熱効果を見込める温度帯が高すぎるため、実施の形態のナトリウム塩には含まない。
【００３２】
特に、複数の吸熱ピークを有している塩の水和物を使えば、過渡的な温度上昇を効果的に抑制することが可能である。よって、吸熱ピークの数が多いほど好ましい。
【００３３】
＜潜熱蓄熱型複合断熱材の厚さ＞
潜熱蓄熱型複合断熱材の厚さは、０．０５ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあり、好ましくは０．１０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内にある。
【００３４】
このうち断熱層１０４の厚みの割合は３０〜７０％、潜熱蓄熱層１０５の厚みの割合は３０〜７０％が好ましい。
【００３５】
断熱層１０４の厚みの厚みが３０％未満の場合には厚さ方向の断熱効果が低下するので、熱伝導率が真空に近いレベルの非常に低い熱伝導率を実現しなければ、その一面から他面への厚さ方向の伝熱を良好に低減させ得ない。
【００３６】
また、潜熱蓄熱層１０５の厚みの割合は３０％未満の場合には潜熱蓄熱量が低下するので、熱伝達遅延効果が薄くなる。潜熱蓄熱型複合断熱材が、５．０ｍｍよりも厚ければ、近年薄型化・小型化が進む機器内への組み込みが難しくなる。
【００３７】
＜潜熱蓄熱型複合断熱材の断熱層１０４におけるシリカエアロゲルの含有率、および潜熱蓄熱層１０５における潜熱蓄熱材１０２の含有率＞
潜熱蓄熱型複合断熱材の厚さは、０．０５ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲内にあり、好ましくは０．１０ｍｍ〜５．０ｍｍである。総重量に占めるシリカキセロゲルの重量の割合は、シリカエアロゲルの嵩密度、不織布繊維の目付け、嵩密度、厚みによって最適な範囲が異なる。
【００３８】
このため、シリカエアロゲルの嵩密度が最も小さい場合（０．１ｇ／ｃｍ３）を想定すると、少なくとも４重量％以上あればよい。４重量％未満の場合、熱伝達遅延効果が小さくなる。又、４０重量％以下であればよい。４０重量％より高い場合、熱伝導率は下がるものの、相対的に潜熱蓄熱材１０２の重量比が低下するため潜熱蓄熱効果が小さくなる。
【００３９】
これに対して、潜熱蓄熱材１０２は、シリカエアロゲルの嵩密度が最も小さい場合（０．１ｇ／ｃｍ３）を想定すると、少なくとも６０重量％以上あればよい。６０重量％未満の場合、熱伝達遅延効果が小さくなる。又、９６重量％以下であればよい。９６重量％より高い場合、相対的に断熱材の重量比が低下するため断熱効果が小さくなる。
【００４０】
＜不織布繊維１０３の目付＞
不織布繊維１０３の目付けとしては、５〜１０００ｇ／ｍ２を用いる。数値に関しては、以下の実施例でも説明する。なお、目付けとは、単位面積あたりの重さである。
【００４１】
＜不織布繊維１０３の嵩密度＞
不織布繊維１０３の嵩密度は、潜熱蓄熱型複合断熱材におけるシリカエアロゲルの含有率を高め、より熱伝導率を低減させるという観点から、１００〜１０００ｋｇ／ｍ３の範囲が好ましい。
【００４２】
連続体として機械的強度が伴った不織布を形成するためには、嵩密度は少なくとも１００ｋｇ／ｍ３必要である。また、不織布繊維１０３の嵩密度が１０００ｋｇ／ｍ３より大きい場合、不織布中の空間体積が少なくなるため、充填することができるシリカキセロゲルが相対的に減り、熱伝導率が高くなる。数値に関しては、以下の実施例でも説明する。
【００４３】
＜不織布繊維１０３の材質＞
不織布繊維１０３の材質としては、燃えにくさの観点から、限界酸素指数（ＬＯＩ）が２５以上のアラミド繊維、ポリイミド繊維、ノボロイド繊維、ガラス繊維、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）繊維、酸化アクリル繊維、黒鉛繊維、炭素繊維を少なくとも１種含有していることが好ましい。
【００４４】
＜粘着材１０６の種類＞
粘着材１０６としては、熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂を用いることができる。尚、尚、粘着剤の材料としては、フィルム状のものを用いることも可能であるし、ワニス状のものを用いることも可能である。
【００４５】
熱可塑性樹脂としては、ポリウレタン、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル、オリゴエステルアクリレート、ジアリルフタレート、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂が、材料選択の幅が広く、密着性が優れるために好ましい。
【００４６】
熱可塑性樹脂としては、アクリル、アイオノマー、ＡＡＳ（アクリルニトリル−アクリル−スチレン共重合体）、ＡＥＳ（アクリル−エチレン−スチレン共重合体）、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）、ＡＣＳ（アクリロニトリル−塩素化ポリエチレン−スチレン共重合体）、ＭＢＳ（メチルメタクリレートーブタジエン−スチレン共重合体）、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリビニルエーテル等が挙げられる。
【００４７】
（全体として）
機器において、保温または保冷構造体の一部として、あるいは、発熱を伴う部品と筐体との間に、上記いずれかの複合部材を配置すると、断熱性がよくなる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本実施の形態の断熱材は、車載・産業機器内の狭小空間においても十分な熱伝達遅延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】
【００４９】
１０１  シリカエアロゲル材料
１０２  潜熱蓄熱材
１０３  不織布繊維
１０４  断熱層
１０５  潜熱蓄熱層
１０６  粘着材
【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】
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