(57)【要約】  温度によって伝熱性能を変化させることができる簡易な構造の熱スイッチ、それを備えた温度調整構造、及びバッテリーパックを提供する。熱スイッチ１は、第１保護層２と、第１保護層２と対になるよう配置された第２保護層３と、第１保護層２の、第２保護層３と対向する側に接合された、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材４と、を備え、熱膨張部材４と第２保護層３とは、常温時に接触することなく間隙５を有した状態で対向しており、熱膨張部材４と第２保護層３とが、熱膨張部材４の熱膨張によって接触し熱伝導可能となるよう、間隙５の大きさが定められている。
2014156991.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１保護層と、
前記第１保護層と対になるよう配置された第２保護層と、
前記第１保護層の、前記第２保護層と対向する側に接合された、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材と、を備え、
前記熱膨張部材と前記第２保護層とは、常温時に接触することなく間隙を有した状態で対向しており、
前記熱膨張部材と前記第２保護層とが、前記熱膨張部材の熱膨張によって接触し熱伝導可能となるよう、前記間隙の大きさが定められた熱スイッチ。
【請求項２】
前記熱膨張部材の前記第２保護層に対向する側と、前記第２保護層の前記熱膨張部材に対向する側との最短距離が、０．１〜１００μｍの範囲となるよう、前記間隙の大きさが定められた請求項１に記載の熱スイッチ。
【請求項３】
第１保護層と、
前記第１保護層と対になるよう配置された第２保護層と、
温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材と、を備え、
前記熱膨張部材として、
前記第１保護層の前記第２保護層と対向する側に接合された第１熱膨張部材と、
前記第２保護層の前記第１保護層と対向する側に接合された第２熱膨張部材とを含み、
前記第１熱膨張部材と前記第２熱膨張部材とは、常温時に互いに接触することなく間隙を有した状態で対向しており、
前記第１熱膨張部材と前記第２熱膨張部材とが、前記第１熱膨張部材及び前記第２熱膨張部材の熱膨張によって互いに接触し熱伝導可能となるよう、前記間隙の大きさが定められた熱スイッチ。
【請求項４】
前記第１熱膨張部材と、前記第１熱膨張部材と隣接する前記第２熱膨張部材との最短距離が、０．１〜１００μｍの範囲となるよう、前記間隙の大きさが定められた請求項３に記載の熱スイッチ。
【請求項５】
前記熱膨張部材は、少なくともその一部として、互いに独立する複数の凸状熱膨張部材を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項６】
前記熱膨張部材は、任意の温度Ｔ℃からＴ±１００℃に温度変化した場合に、その寸法が０．１％以上増加又は減少する材料から形成された請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項７】
前記熱膨張部材は、４０℃から４００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が、５×１０−６〜５×１０−４／Ｋの範囲である請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項８】
前記熱膨張部材は、その体積が温度変化に応じて漸増又は漸減する材料によって形成された請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項９】
前記熱膨張部材は、４０℃から８００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が、７×１０−６〜１×１０−４／Ｋの範囲である請求項８に記載の熱スイッチ。
【請求項１０】
前記熱膨張部材は、ジルコニア、アルミナ、スピネル、マグネシア、カルシア、チタニア、イットリア、フォルステライト、エンスタタイトからなる群より選択されるいずれかによって形成された請求項８又は９に記載の熱スイッチ。
【請求項１１】
前記熱膨張部材を形成する材料は、前記材料固有の温度を境に、相転移を伴ってその熱膨張率が急激に変化する材料である請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項１２】
前記熱膨張部材を形成する前記材料は、前記材料固有の温度を境に、相転移を伴ってその寸法が０．１％以上増加又は減少する材料である請求項１１に記載の熱スイッチ。
【請求項１３】
前記熱膨張部材は、ＳｉＯ２（クリストバライト）、Ｂａ，Ｓｒヘキサセルシアン（（ＢａＯｘＳｒ１−ｘ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（０＜ｘ＜１））、Ｃａ，Ｓｒヘキサセルシアン（（ＣａＯｘＳｒ１−ｘ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（０＜ｘ＜１））、ＡｕＣｕ合金からなる群より選択されるいずれかによって形成された請求項１１又は１２に記載の熱スイッチ。
【請求項１４】
前記第１保護層及び前記第２保護層は、１〜５００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料によって形成された請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項１５】
前記第１保護層及び前記第２保護層は、金属、又は、酸化物、窒化物、若しくは炭化物からなるセラミックスからなる群より選択されるいずれかによって形成された請求項１〜１４のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項１６】
前記第１保護層と前記第２保護層とが、断熱性を有する連結手段によって互いに連結された請求項１〜１５のいずれか１項に記載の熱スイッチ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の熱スイッチを、熱を発生する熱発生源の周囲に備え、
第１温度と前記第１温度よりも高温の第２温度との間で放熱状態を変化させることにより、前記熱発生源の熱に起因する温度の調整を行う温度調整構造。
【請求項１８】
請求項１７に記載の温度調整構造を有するバッテリーパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度によって伝熱性能が変化する熱スイッチ、それを備えた温度調整構造、及びバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２の排出規制、エネルギー問題などから熱エネルギーの有効利用が求められている。熱発生源を搭載した装置等において、熱は必要とされる場合と不要とされる場合がある。例えば、ＥＶに搭載されるバッテリーパックでは、温度が低くなると抵抗が高くなるため、低温時には断熱性が求められ、温度が高くなりすぎると電解液の分解による発火が懸念されるため、高温時には放熱性が求められる。従って、熱の流れを制御する技術が、熱の有効利用に繋がるとして求められている。【０００３】
このような技術としては、電極に挟まれた転移体にエネルギー（磁場、電場、光など）を印加することにより熱伝導状態を切り替える素子（特許文献１）、基材１とカーボンナノチューブ層を有した基材２とが、接触する接続状態及び接触しない非接続状態を切り替えるスイッチ（特許文献２）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００４／０６８６０４号
【特許文献２】国際公開第２０１２／１４０９２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、エネルギーを印加してスイッチの切り替えを行うため電極や配線等が必要である。また、特許文献２では、スイッチの接続状態を変化させるためにアクチュエータ等が必要である。従って、いずれの発明においても、スイッチそのものの他にスイッチを作動させるための付加部材が必須であり、スイッチ全体が大型化したり、付加部材の耐熱性等の観点から搭載場所が制限されたりする、といった問題があった。【０００６】
本発明の課題は、温度変化に応じて自ら伝熱性能を変化させることができる簡易な構造の熱スイッチ、それを備えた温度調整構造、及びバッテリーパックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材を有する構造の熱スイッチとすることにより、上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の熱スイッチ、それを備えた温度調整構造、及びバッテリーパックが提供される。【０００８】
［１］  第１保護層と、前記第１保護層と対になるよう配置された第２保護層と、前記第１保護層の、前記第２保護層と対向する側に接合された、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材と、を備え、前記熱膨張部材と前記第２保護層とは、常温時に接触することなく間隙を有した状態で対向しており、前記熱膨張部材と前記第２保護層とが、前記熱膨張部材の熱膨張によって接触し熱伝導可能となるよう、前記間隙の大きさが定められた熱スイッチ。【０００９】
［２］  前記熱膨張部材の前記第２保護層に対向する側と、前記第２保護層の前記熱膨張部材に対向する側との最短距離が、０．１〜１００μｍの範囲となるよう、前記間隙の大きさが定められた前記［１］に記載の熱スイッチ。【００１０】
［３］  第１保護層と、前記第１保護層と対になるよう配置された第２保護層と、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材と、を備え、前記熱膨張部材として、前記第１保護層の前記第２保護層と対向する側に接合された第１熱膨張部材と、前記第２保護層の前記第１保護層と対向する側に接合された第２熱膨張部材とを含み、前記第１熱膨張部材と前記第２熱膨張部材とは、常温時に互いに接触することなく間隙を有した状態で対向しており、前記第１熱膨張部材と前記第２熱膨張部材とが、前記第１熱膨張部材及び前記第２熱膨張部材の熱膨張によって互いに接触し熱伝導可能となるよう、前記間隙の大きさが定められた熱スイッチ。【００１１】
［４］  前記第１熱膨張部材と、前記第１熱膨張部材と隣接する前記第２熱膨張部材との最短距離が、０．１〜１００μｍの範囲となるよう、前記間隙の大きさが定められた前記［３］に記載の熱スイッチ。【００１２】
［５］  前記熱膨張部材は、少なくともその一部として、互いに独立する複数の凸状熱膨張部材を含む前記［１］〜［４］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００１３】
［６］  前記熱膨張部材は、任意の温度Ｔ℃からＴ±１００℃に温度変化した場合に、その寸法が０．１％以上増加又は減少する材料から形成された前記［１］〜［５］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００１４】
［７］  前記熱膨張部材は、４０℃から４００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が、５×１０−６〜５×１０−４／Ｋの範囲である前記［１］〜［６］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００１５】
［８］  前記熱膨張部材は、その体積が温度変化に応じて漸増又は漸減する材料によって形成された前記［１］〜［７］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００１６】
［９］  前記熱膨張部材は、４０℃から８００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が、７×１０−６〜１×１０−４／Ｋの範囲である前記［８］に記載の熱スイッチ。【００１７】
［１０］  前記熱膨張部材は、ジルコニア、アルミナ、スピネル、マグネシア、カルシア、チタニア、イットリア、フォルステライト、エンスタタイトからなる群より選択されるいずれかによって形成された前記［８］又は［９］に記載の熱スイッチ。【００１８】
［１１］  前記熱膨張部材を形成する材料は、前記材料固有の温度を境に、相転移を伴ってその熱膨張率が急激に変化する材料である前記［１］〜［７］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００１９】
［１２］  前記熱膨張部材を形成する前記材料は、前記材料固有の温度を境に、相転移を伴ってその寸法が０．１％以上増加又は減少する材料である前記［１１］に記載の熱スイッチ。【００２０】
［１３］  前記熱膨張部材は、ＳｉＯ２（クリストバライト）、Ｂａ，Ｓｒヘキサセルシアン（（ＢａＯｘＳｒ１−ｘ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（０＜ｘ＜１））、Ｃａ，Ｓｒヘキサセルシアン（（ＣａＯｘＳｒ１−ｘ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（０＜ｘ＜１））、ＡｕＣｕ合金からなる群より選択されるいずれかによって形成された前記［１１］又は［１２］に記載の熱スイッチ。【００２１】
［１４］  前記第１保護層及び前記第２保護層は、１〜５００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料によって形成された前記［１］〜［１３］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００２２】
［１５］  前記第１保護層及び前記第２保護層は、金属、又は、酸化物、窒化物、若しくは炭化物からなるセラミックスからなる群より選択されるいずれかによって形成された前記［１］〜［１４］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００２３】
［１６］  前記第１保護層と前記第２保護層とが、断熱性を有する連結手段によって互いに連結された前記［１］〜［１５］のいずれかに記載の熱スイッチ。【００２４】
［１７］  前記［１］〜［１６］のいずれかに記載の熱スイッチを、熱を発生する熱発生源の周囲に備え、第１温度と前記第１温度よりも高温の第２温度との間で放熱状態を変化させることにより、前記熱発生源の熱に起因する温度の調整を行う温度調整構造。【００２５】
［１８］  前記［１７］に記載の温度調整構造を有するバッテリーパック。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の熱スイッチは、常温時や低温時には非接続状態（オフ状態）となるため断熱効果を有し、高温時には熱膨張によって自ら伝熱可能な接続状態（オン状態）を生み出すため放熱効果を有するという、自立的な熱スイッチとして動作する。【００２７】
このように、本発明の熱スイッチは、周囲の温度変化に伴い自ら伝熱性能を変化させることが可能であるため、エネルギー印加手段や駆動手段などの付加部品を必要とせず、スイッチ全体を小型化することができる。また、搭載性が高く、形状の自由度も高い。本発明の熱スイッチを備えた温度調整構造は、特にバッテリーパック等の熱発生源において、内部の熱を有効利用し、熱発生源の機能を向上させるという点において顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の熱スイッチの実施形態１を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の熱スイッチの実施形態２を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の熱スイッチの実施形態３を示す模式的断面図である。
【図４】本発明の熱スイッチの実施形態４を示す模式的断面図である。
【図５Ａ】間隙の形成方法の一実施形態を示す模式図である。
【図５Ｂ】間隙の形成方法の他の実施形態を示す模式図である。
【図６】本発明のバッテリーパックの一実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００３０】
図１は、本発明の熱スイッチの実施形態１を示す模式的断面図である。図１の左側の図は非接続状態（オフ状態）にある熱スイッチ１（１ａ）を、図１の右側の図は接続状態（オン状態）にある熱スイッチ１（１ｂ）を示す。本発明の熱スイッチ１は、第１保護層２と、第１保護層２と対になるよう配置された第２保護層３と、第１保護層２の、第２保護層３と対向する側に接合された、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材４と、を備える。図１に示す通り、常温時においては、熱膨張部材４と第２保護層３とは、接触することなく間隙５を有した状態で対向している。この時、熱膨張部材４と第２保護層３との間では熱交換が行われ難く、スイッチ１（１ａ）は非接続状態（オフ状態）にある。一方で、周辺温度が上昇すると、熱膨張部材４が熱膨張することにより、熱膨張部材４と第２保護層３とが接触する。この時、熱膨張部材４と第２保護層３との間における伝熱率が急激に上昇し、スイッチ１（１ｂ）は接続状態（オン状態）となる。熱膨張部材４は、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する材料により形成されているため、周辺温度が再び低下した際には、その収縮により、第２保護層３との接触状態が解かれ、再度間隙５が生じる。この時、スイッチ１（１ａ）は再び非接続状態（オフ状態）となる。
【００３１】
間隙５の大きさは、熱膨張部材４と第２保護層３とが、熱膨張部材４の熱膨張によって接触し熱伝導可能となるよう、熱膨張部材４の材料特性と使用環境との関連に応じて定められている。上記の要件を満たす範囲である限り、間隙５の大きさは特に限定されるものでは無いが、熱膨張部材４の第２保護層３に対向する側と、第２保護層３の熱膨張部材４に対向する側との最短距離が０．１〜１００μｍの範囲であることが好ましく、１〜１００μｍの範囲であることが更に好ましい。上記の距離が０．１μｍを下回ると、接続状態（オン状態）において熱膨張部材４と第２保護層３とが過剰に接触し、両者に応力が発生して破損する場合があるため好ましくない。また、上記の距離が１００μｍを超えると、接続状態（オン状態）において熱膨張部材４と第２保護層３との接触状態が不十分となる場合があるため好ましくない。なお、間隙５は真空であることが好ましいが、空気などの気体で満たされていてもよい。
【００３２】
図２は、本発明の熱スイッチの実施形態２を示す模式的断面図である。図２の左側の図は非接続状態（オフ状態）にある熱スイッチ１１（１１ａ）を、図２の右側の図は接続状態（オン状態）にある熱スイッチ１１（１１ｂ）を示す。本発明の熱スイッチ１１は、第１保護層２と、第１保護層２と対になるよう配置された第２保護層３と、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する熱膨張部材４と、を備える。熱膨張部材４は、第１保護層２の第２保護層３と対向する側に接合された第１熱膨張部材４ａと、第２保護層３の第１保護層２と対向する側に接合された第２熱膨張部材４ｂとを含む。図２に示す通り、常温時においては、第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとは、互いに接触することなく間隙１５を有した状態で対向している。この時、第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとの間では熱交換が行われ難く、スイッチ１１（１１ａ）は非接続状態（オフ状態）にある。一方で、周辺温度が上昇すると、第１熱膨張部材４ａ及び第２熱膨張部材４ｂが熱膨張することにより、第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとが互いに接触する。この時、第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとの間における伝熱率が急激に上昇し、スイッチ１１（１１ｂ）は接続状態（オン状態）となる。熱膨張部材４は、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する材料により形成されているため、周辺温度が再び低下した際には、第１熱膨張部材４ａ及び第２熱膨張部材４ｂの収縮により、互いの接触状態が解かれ、再度間隙１５が生じる。この時、スイッチ１１（１１ａ）は再び非接続状態（オフ状態）となる。
【００３３】
間隙１５の大きさは、第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとが、熱膨張によって互いに接触し熱伝導可能となるよう、熱膨張部材４の材料特性と使用環境との関連に応じて定められている。このような要件を満たす範囲である限り、間隙１５の大きさは特に限定されるものでは無いが、第１熱膨張部材４ａと、第１熱膨張部材４ａと隣接する第２熱膨張部材４ｂとの最短距離は、０．１〜１００μｍの範囲であることが好ましく、１〜１００μｍの範囲であることが更に好ましい。上記の距離が０．１μｍを下回ると、接続状態（オン状態）において第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとが過剰に接触し、両者に応力が発生して破損する場合があるため好ましくない。また、上記の距離が１００μｍを超えると、接続状態（オン状態）において第１熱膨張部材４ａと第２熱膨張部材４ｂとの接触状態が不十分となる場合があるため好ましくない。なお、間隙１５は真空であることが好ましいが、空気などの気体で満たされていてもよい。
【００３４】
上記のように、本発明の熱スイッチ１，１１は、周囲の温度変化に応じて、自らオン／オフを切り替えることが可能であるため、エネルギー印加手段や駆動手段等、従来の熱スイッチでは必須であった付加部品を必要としない。従って、本発明の熱スイッチ１，１１は、従来のものと比べ、格段の小型化が可能であると共に、付加部品の耐熱性等を考慮する必要も無い。従って、本発明の熱スイッチ１，１１をエンジンやバッテリーパック等の熱発生源に用いる際にも、搭載性や形状の自由度を大幅に向上させることが可能となった。
【００３５】
本発明の熱スイッチ１，１１における熱膨張部材４は、少なくともその一部として、互いに独立する複数の凸状熱膨張部材を含んでいてもよい。凸状熱膨張部材の形状、個数、形成方法等は特に限定されるものではなく、温度変化に応じて確実にスイッチ機能をはたすものであればよい。図３は、本発明の熱スイッチの実施形態３を示す模式的断面図であり、本発明の熱スイッチ１において、熱膨張部材４が、互いに独立する複数の凸状熱膨張部材４ｃからなる例を示すものである。図４は、本発明の熱スイッチの実施形態４を示す模式的断面図であり、本発明の熱スイッチ１１において、第１熱膨張部材４ａ及び第２熱膨張部材４ｂのそれぞれが、互いに独立する複数の凸状熱膨張部材４ｃからなる例を示すものである。図４に示すような、凸状熱膨張部材４ｃが針状のものである場合には、複数の凸状熱膨張部材４ｃが第１保護層２及び第２保護層３に均等に接合され、且つ、凸状熱膨張部材４ｃ同士が、それぞれの伸長方向とは垂直な方向に、間隙１５を有しつつ重なり合うよう配置されることが好ましい。すなわちこの時、第１熱膨張部材４ａと、第１熱膨張部材４ａと隣接する第２熱膨張部材４ｂとの最短距離である間隙１５は、凸状熱膨張部材４ｃの伸長方向と垂直な方向に形成される。
【００３６】
熱膨張部材４は、温度変化に伴いその体積が可逆的に変化する材料であって、任意の温度Ｔ℃からＴ±１００℃に温度変化した場合に、その寸法が０．１％以上増加又は減少する材料から形成されることが好ましい。任意の温度Ｔ℃からＴ±１００℃に温度変化した場合の材料の寸法変化が０．１％未満であると、熱膨張部材４が実使用時にスイッチとして機能しない可能性があるため好ましくない。
【００３７】
熱膨張部材４は、４０℃から４００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が、５×１０−６〜５×１０−４／Ｋの範囲であることがより好ましい。４０℃から４００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が５×１０−６／Ｋ未満であると、熱膨張部材４の寸法変化が小さすぎて、実使用時にスイッチとして機能しない可能性があるため好ましくない。また、４０℃から４００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が５×１０−４／Ｋを超えると、熱膨張部材４の寸法変化が大きすぎて、熱膨張部材４の接合された保護層２，３を破損する可能性があるため好ましくない。
【００３８】
熱膨張部材４は、その体積が温度変化に応じて漸増又は漸減する材料によって形成されていてもよい。具体的には、熱膨張部材４は、４０℃から８００℃に温度変化した場合の平均線熱膨張率が、７×１０−６〜１×１０−４／Ｋの範囲であるとよい。このような熱膨張部材４の材料としては、ジルコニア、アルミナ、スピネル、マグネシア、カルシア、チタニア、イットリア、フォルステライト、エンスタタイト等が挙げられる。このような材料は、特定の温度領域を迎えると同時に急激に体積膨張が進む、といったことが無い。従って、熱膨張部材４としてこのような材料を用いた熱スイッチ１，１１においては、材料と間隙５，１５の大きさとを様々に組み合わせることによって、使用環境や使用目的に応じた熱スイッチ１，１１を得ることが可能である。
【００３９】
また、熱膨張部材４を形成する材料は、当該材料固有の温度を境に、相転移を伴ってその熱膨張率が急激に変化する材料であってもよい。具体的には、熱膨張部材４を形成する材料は、当該材料固有の温度を境に、相転移を伴ってその寸法が０．１％以上増加又は減少する材料であるとよい。このような熱膨張部材４の材料としては、ＳｉＯ２（クリストバライト）、Ｂａ，Ｓｒヘキサセルシアン（（ＢａＯｘＳｒ１−ｘ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（０＜ｘ＜１））、Ｃａ，Ｓｒヘキサセルシアン（（ＣａＯｘＳｒ１−ｘ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２（０＜ｘ＜１））、ＡｕＣｕ合金等が挙げられる。例えばＢａ，Ｓｒヘキサセルシアンは、約３００℃前後を境に熱膨張係数が急激に変化する材料である。熱膨張部材４としてこのような材料を用いた熱スイッチ１，１１においては、その材料固有の温度領域においてスイッチ１，１１のオン／オフが切り替わることとなる。従って、熱膨張部材４として用いる材料の種類や組成を選択することによって、使用環境や使用目的に応じた熱スイッチ１，１１を得ることが可能である。
【００４０】
本発明の熱スイッチ１，１１における第１保護層２及び第２保護層３は、物理的ダメージ、化学的ダメージから熱膨張部材４を保護する機能を有する。物理的ダメージとは、非定常な熱履歴がかかるところで使用する際の熱衝撃や、稼働部で使用する際の摺動によるダメージ等を指す。また、化学的なダメージとは、酸化性雰囲気で使用する際の腐食や劣化を指す。上記の要件を満たし、熱伝導性を有するものであれば、第１保護層２及び第２保護層３を形成する材料は特に限定されるものではないが、材料の熱伝導率は高いほうが好ましい。具体的には、第１保護層２及び第２保護層３は、１〜５００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する材料によって形成されることが好ましい。材料の熱伝導率が高いほど、スイッチのＯＦＦ時及びＯＮ時における見かけ上の熱伝導率の変化比が大きくなる。また、第１保護層２及び第２保護層３を形成する材料は、金属、又は、酸化物、窒化物、若しくは炭化物からなるセラミックスによって形成されることが好ましい。具体的には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ、Ａｕ、Ｐｔ、及びこれらの合金等の金属、並びに、炭化珪素、窒化アルミ、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、及びイットリア等のセラミックスが挙げられる。
【００４１】
本発明の熱スイッチ１，１１において、間隙５，１５を所定の大きさに設ける方法としては、オフ状態において断熱状態が維持される構造である限り特に限定されるものではない。図５Ａは、間隙の形成方法の一実施形態を示す模式図であり、図５Ｂは、間隙の形成方法の他の実施形態を示す模式図である。本発明の熱スイッチ１，１１における間隙５，１５の形成方法としては、例えば、図５Ａに示すように、断熱性を有する連結手段である断熱部材８を用いてスイッチ１全体を固定する方法、又は、図５Ｂに示すように、断熱部材８を用いて第１保護層２と第２保護層３とを固定する方法、などが挙げられる。
【００４２】
次に、本発明の熱スイッチ１，１１を、熱を発生する熱発生源の周囲に備えた温度調整構造について説明する。本明細書において、温度調整構造とは、本発明の熱スイッチ１，１１を周囲に備えた熱発生源から熱を有効利用しつつ、その温度を調整することにより、当該熱発生源の機能を向上させることができる構造を指す。ここで熱発生源とは、熱を発生するもののことをいい、特に限定されるものではない。本発明の温度調整構造は、第１温度と第１温度よりも高温の第２温度とで、放熱状態を変化させることにより、熱発生源の熱による温度を調整し、当該温度調整構造を備えた装置の性能を向上させることができる。従って、本願発明の温度調整構造は、特に使用時に温度が不定常に高温となるような熱発生源において好適に用いられる。このような熱発生源の具体的な例としては、バッテリーパック、モーター、ＣＰＵ、制御回路、エンジン、ブレーキ、ギアボックス等が挙げられる。これらの熱発生源の周囲に熱スイッチ１，１１を備えた構造が、温度調整構造である。また、熱発生源を太陽光とした場合には、建材、窓、サッシ等に熱スイッチ１，１１を備えることにより、室内の温度を調整する温度調整構造とすることができる。
【００４３】
図６は、本発明のバッテリーパックの一実施形態を示す模式図である。バッテリーパック３０は、熱発生源である。図６に示す通り、本発明のバッテリーパック３０は、複数の電池を含み、それらを電気的に接続してケース３１内に収容している。また、バッテリーパック３０の周囲、すなわちケース３１には、熱スイッチ１，１１が備えられている。
【００４４】
バッテリーパック３０は、始動時には、低温であるため電池抵抗が高い。従って、バッテリーパック３０内部の熱をできるだけ放熱しないようにすることが好ましい。一方、暖機完了後は、バッテリーパック３０の内部の温度が高くなり電解液分解による発火の懸念があるため、バッテリーパック３０の内部の熱を積極的に放熱することが好ましい。本発明のバッテリーパック３０に備えた熱スイッチ１，１１は、バッテリーパック３０の始動時には非接続状態（オフ状態）であるため、バッテリーパック３０の内部の熱を放熱しにくく、熱を有効に用いることができる。一方、暖機完了後は、バッテリーパック３０の内部温度が上昇し、熱スイッチ１，１１が接続状態（オン状態）となり、伝熱効率が急激に上昇するため、バッテリーパック３０内部の熱を積極的に外部に放出することができる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。【００４６】
（実施例１）
板状のジルコニア（熱膨張部材４）の片側にコージェライト（第１保護層２）を接合し、もう片側に、３μｍの間隙５を設けつつ対になる別のコージェライト（第２保護層３）を配置した熱スイッチ１を作製した。部材全体（熱スイッチ１）としての熱の伝わり方を、熱流計を用いて評価した。具体的には、片方のコージェライト（第１保護層２）の温度を調節し、２５℃にした場合と９０℃にした場合とにおいて、もう片方のコージェライト（第２保護層３）に取り付けた熱流センサーを通過する熱流量を計測した。【００４７】
熱スイッチ１がオフの状態すなわち２５℃での熱流量を１００とすると、熱スイッチ１がオンの状態すなわち９０℃での熱流量は１２００となり、スイッチとして機能することが確認できた。【００４８】
（実施例２）
板状のコージェライト（第１保護層２）の片側に、複数の針状のジルコニア（第１熱膨張部材４ａ（凸状熱膨張部材４ｃ））を均等に接合した第１接合体と、同じく板状のコージェライト（第２保護層３）の片側に、複数の針状のジルコニア（第２熱膨張部材４ｂ（凸状熱膨張部材４ｃ））を均等に接合した第２接合体とを作製した。次に、第１接合体と第２接合体とを、ジルコニアの接合された面が互いに対向するよう配置し、第１接合体から伸びるジルコニア（第１熱膨張部材４ａ（凸状熱膨張部材４ｃ））と、第２接合体から伸びるジルコニア（第２熱膨張部材４ｂ（凸状熱膨張部材４ｃ））との間に３μｍの間隙１５を設けた熱スイッチ１１を作製した。部材全体（熱スイッチ１１）としての熱の伝わり方を、熱流計を用いて評価した。具体的には、片方のコージェライト（第１保護層２）の温度を調節し、２５℃にした場合と９０℃にした場合とにおいて、もう片側のコージェライト（第２保護層３）に取り付けた熱流センサーを通過する熱流量を計測した。【００４９】
熱スイッチ１１がオフの状態すなわち２５℃での熱流量を１００とすると、熱スイッチ１がオンの状態すなわち９０℃での熱流量は１２００となり、スイッチとして機能することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の熱スイッチは、温度によって伝熱性能が変化するスイッチとして利用することができる。例えば、本発明の熱スイッチを、バッテリーパック等の熱発生源に備えることにより、熱発生源の熱を有効に回収、又は放熱させることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１，１ａ，１ｂ，１１，１１ａ，１１ｂ：熱スイッチ、２：第１保護層、３：第２保護層、４：熱膨張部材、４ａ：第１熱膨張部材、４ｂ：第２熱膨張部材、４ｃ：凸状熱膨張部材、５，１５：間隙、８：断熱部材、３０：バッテリーパック、３１：ケース。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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