(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属絶縁体転移を起こす化合物と、
外部から熱を取り込む熱取込手段と、
外部へ熱を放出する熱放出手段と、
１価又は２価の元素を前記化合物にインターカレーションすることで、前記化合物の前記金属絶縁体転移を可逆的に起こさせる制御手段と、を備え、
前記化合物は、酸化タングステンであり、
前記化合物の前記金属絶縁体転移を前記制御手段により可逆的に起こさせて前記化合物の熱伝導率を変化させ、外部から前記熱取込手段に取り込まれた熱が前記化合物を介して前記熱放出手段へ伝導する際の熱の挙動を制御することを特徴とする熱伝導率可変デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載した熱伝導率可変デバイスにおいて、
前記化合物は、イオンの挿入・脱離により金属絶縁体転移を起こすエレクトロクロミック材料の性質を有することを特徴とする熱伝導率可変デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱伝導率可変デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に各種製品に用いられている材料は固有の熱伝導率を有しており、その熱伝導率に応じて材料の使い分けがなされている。例えば自動車のエンジンを構成する部品の１つであるピストンでは、エンジン内の温度が高くなり過ぎると強度が低下するという事情から、エンジン内で発生した熱を効率良く放出させるために軽量で且つ熱伝導率に優れたＡｌ（アルミニウム）合金等が用いられている。上記したピストンのような温度が変動する条件下で使用される部品の中には、温度により熱伝導率が変化する方が望ましい場合がある。例えばディーゼルエンジンの場合では、エンジン始動時ではエンジン燃焼室の壁面の温度が低いために煤が発生し易く、その煤の発生を低減するためにエンジン燃焼室の壁面の温度を煤が発生し難い所定温度まで速やかに昇温させる必要がある。このような事情から、ピストンにおいては、エンジン始動時ではエンジン燃焼室の壁面の温度が所定温度に達するまでは煤の発生を抑えるために熱伝導率が比較的低い方が望ましく、一方、通常運転時ではエンジン内で発生した熱を効率良く放出させるために熱伝導率が比較的高い方が望ましい。
【０００３】
熱伝導率を変化させる点に関し、特許文献１には、母相の中に分散粒子を分散させると共に、気孔を母相の中や分散粒子の中に配置し、温度変化により母相又は分散粒子を体積変化させ、気孔の分散形態を変化させることで、熱伝導率を変化させる構成が開示されている。又、特許文献２には、空隙が分散されている弾性材料からなり、磁場や電場を印加する印加状態と、印加を抑制する非印加状態とを切り換え、弾性材料の空隙率を変化させることで、熱伝導率を変化させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２３６６３６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１５６５６３号公報
【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の構成では、熱伝導率の変化が周囲温度に依存するという問題がある。又、特許文献２の構成では、空隙が分散されている弾性材料を用意する必要がある。このような事情から、簡単な構成でありながらも周囲温度に依存せずに熱伝導率を自在に変化させることができるデバイスが要望されている。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でありながらも周囲温度に依存せずに熱伝導率を自在に変化させることができる熱伝導率可変デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した発明は、金属絶縁体転移を起こす化合物と、外部から熱を取り込む熱取込手段と、外部へ熱を放出する熱放出手段と、１価又は２価の元素を前記化合物にインターカレーションすることで、前記化合物の前記金属絶縁体転移を可逆的に起こさせる制御手段と、を備え、前記化合物は、酸化タングステンであり、前記化合物の前記金属絶縁体転移を前記制御手段により可逆的に起こさせて前記化合物の熱伝導率を変化させ、外部から前記熱取込手段に取り込まれた熱が前記化合物を介して前記熱放出手段へ伝導する際の熱の挙動を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載した発明によれば、金属絶縁体転移を起こす化合物を用い、化合物の金属絶縁体転移を可逆的に起こさせて金属特性と絶縁体特性とを切り換え、化合物の熱伝導率を変化させるようにした。これにより、簡単な構成でありながらも周囲温度に依存せずに熱伝導率を自在に変化させることができる。そして、化合物の熱伝導率を変化させることを利用し、外部から熱取込手段に取り込まれた熱が化合物を介して熱放出手段へ伝導する際の熱の挙動を制御することで、熱伝導のオンオフ（熱伝導率の高低）を切り換える熱スイッチとして幅広い分野での用途を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態を示し、デバイスの構成を模式的に示す図
【図２】ＷＯ３中のＨの比率と電気伝導率との関係を示す図
【図３】ＷＯ３薄膜の作製方法を模式的に示す図
【図４】水素イオンの挿入を模式的に示す図
【図５】水素イオンの脱離を模式的に示す図
【図６】光交流法による熱伝導率の評価方法を模式的に示す図
【図７】Ｘ線回折法による結晶構造の評価方法を模式的に示す図
【図８】結晶構造の評価結果を示す図
【図９】四探針法による電気伝導率の評価方法を模式的に示す図
【図１０】電子熱伝導率の評価結果を示す図
【図１１】熱伝導率の評価結果を示す図
【図１２】ＷＯ３中のＮａの比率と抵抗率との関係を示す図
【図１３】デバイスの構成を模式的に示す図（その１）
【図１４】デバイスの構成を模式的に示す図（その２）
【図１５】デバイスの構成を模式的に示す図（その３）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１はエレクトロクロミック（ＥＣ：Electro Chromic）材料を用いたデバイス１の構成を模式的に示している。ＥＣ材料とは、電気的に引き起こされる可逆的な酸化還元反応により着色したり消えたりする材料である。デバイス１は、１対の導電膜２，３の間に対極電極４と電解質層５とＥＣ電極６とが介在されて構成されている。電解質層５はＨ（水素）を含む。ＥＣ電極６はＥＣ材料の特性を有する化合物を含む電極であり、本実施形態では化合物としてＷＯ３（酸化タングステン）を含む電極である。
【００１１】
デバイス１において、切換スイッチ７を接点７ａ−７ｂの接続状態（図１で一点鎖線にて示す接続状態）とし、直流電源８により正電圧を導電膜２に印加すると共に負電圧を導電膜３に印加すると、正電圧が印加された導電膜２に接する電解質層５ではＨ＋（水素イオン）が発生し、負電圧が印加された導電膜３ではｅ−（電子）が流れる。そして、Ｈ＋が電解質層５からＥＣ電極６へ流れ込み（Ｈ＋挿入）、ｅ−が導電膜３からＥＣ電極６へ流れ込むと、ＥＣ電極６では以下の反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＨ＋＋ｅ−→ＨｘＷＯ３
その後、切換スイッチ７を接点７ａ−７ｄの接続状態（図１で二点鎖線にて示す接続状態）とし、直流電源９により負電圧を導電膜２に印加すると共に正電圧を導電膜３に印加すると、Ｈ＋がＥＣ電極６から電解質層５へ流れ出し（Ｈ＋脱離）、ｅ−がＥＣ電極６から導電膜３へ流れ出し、ＥＣ電極６では以下の反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＨ＋＋ｅ−←ＨｘＷＯ３
即ち、電圧の印加を制御することで、ＥＣ電極６では以下の可逆的な酸化還元反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＨ＋＋ｅ−←→ＨｘＷＯ３（←→は可逆であることを示す）
尚、切換スイッチ７を接点７ａ−７ｃの接続状態とすることで、接点７ａ−７ｃの接続状態とする前の状態を保持する。即ち、切換スイッチ７を接点７ａ−７ｂの接続状態から接点７ａ−７ｃの接続状態に切り換えると、その切り換えた時点からある程度の時間が経過するまではＥＣ電極６をＨｘＷＯ３の状態で保持する。但し、ＨｘＷＯ３は長時間放置されているとＨ＋が徐々に脱離していくので、ＨｘＷＯ３からＷＯ３へと変化していく。一方、切換スイッチ７を接点７ａ−７ｄの接続状態から接点７ａ−７ｃの接続状態へと切り換えると、ＥＣ電極６をＷＯ３の状態で保持する。
【００１２】
図２はＷＯ３中のＨの比率（ＨｘＷＯ３のｘ）と電気伝導率との関係を示している。図２は、以下の参照文献１から引用している。
参照文献１：Crandall, Richard S., and Brian W. Faughnan. "Electronic Transport in Amorphous HxWO3." Physical Review Letters 39.4(1977):232.
４．２Ｋ及び３００Ｋの何れの条件でもＷＯ３中のＨの比率が一定値（ｘ＝約０．３）以上になると、電気伝導率が急激に上昇しており、金属絶縁体転移（絶縁体特性から金属特性への変化）が起きている。ここで、電気伝導率と熱伝導率との関係について説明する。ウィーデマン−フランツ則では、電子熱伝導率と電気伝導率の比が温度に比例することを示している。即ち、電子熱伝導率をλｅｌｅｃｔｒｏｎ［Ｗ／ｍＫ］、電気伝導率をσ［（Ωｃｍ）−１］、温度をＴ［Ｋ］とすると、
λｅｌｅｃｔｒｏｎ＝ＬＴσ
の関係が成立する。
Ｌはローレンツ定数であり、
Ｌ＝（π２／３）（ｋＢ／ｅ）２＝２．４５×１０−８［ＷΩ／Ｋ２］
である。ｋＢはボルツマン定数であり、ｅは電気素量である。
【００１３】
ウィーデマン−フランツ則は、温度が一定の条件下では電気伝導率が上昇すると、電子熱伝導率も上昇することを示す。又、金属では電気伝導と熱伝導との両方に自由電子の移動が寄与するので、電気伝導率が上昇すると、熱伝導率も上昇する。即ち、上記した金属絶縁体転移を起こすＷＯ３では、ＷＯ３中のＨの比率が一定値以上になると、電気伝導率が急激に上昇するのみならず、熱伝導率も急激に上昇する。熱伝導率は、電子熱伝導率の他に格子熱伝導率にも依存し、電子熱伝導率と格子熱伝導率との和に依存する。即ち、熱伝導率をλ、格子熱伝導率をλｌａｔｔｉｃｅとすると、
λ＝λｌａｔｔｉｃｅ＋λｅｌｅｃｔｒｏｎ
の関係が成立する。この点に着目し、格子熱伝導率及び電子熱伝導率がそれぞれ熱伝導率に対してどの程度寄与するかを調査した。
【００１４】
図３は測定に用いる試料（サンプル）であるＷＯ３薄膜の作製方法を模式的に示している。図３に示すように、導電膜１１が接合されているガラス１２を上側に配置し、Ｗ（タングステン）のターゲット１３を下側に配置し、Ａｒ（アルゴン）及びＯ２（酸素）の雰囲気で導電膜１１上にＷＯ３をスパッタ蒸着させ、ＷＯ３薄膜１４を作製する。尚、導電膜１１としては例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を用いる。又、作製条件は、例えば全圧を４．０［Ｐａ］とし、ＡｒとＯ２との比は１０：１．５とし、基板温度を室温とし、蒸着時間を１時間とする。又、後述する熱伝導率測定を考慮し、ＷＯ３を導電膜１１の全体ではなく一部にスパッタ蒸着させる。
【００１５】
次に、酸化還元反応によりＨをＷＯ３薄膜にインターカレーション（挿入・脱離）する。具体的には、図４及び図５に示すように、ＷＯ３薄膜１４と導電膜１１とガラス１２の部分を１ＭのＨ２ＳＯ４（硫酸）溶液１５に浸すと共に、Ｐｔ（白金）電極１６をＨ２ＳＯ４溶液１５に浸す。この状態から切換スイッチ１７を接点１７ａ−１７ｂの接続状態（図４に示す接続状態）とし、直流電源１８により正電圧をＰｔ電極１６に印加すると共に負電圧を導電膜１１に印加すると、Ｈ２ＳＯ４溶液１５ではＨ＋（水素イオン）が発生し、導電膜１１ではｅ−（電子）が流れる。そして、Ｈ＋がＨ２ＳＯ４溶液１５からＷＯ３薄膜１４へ流れ込み（Ｈ＋挿入）、ｅ−が導電膜１１からＷＯ３薄膜１４へ流れ込むことで、ＷＯ３薄膜１４では以下の反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＨ＋＋ｅ−→ＨｘＷＯ３
その後、切換スイッチ１７を接点１７ａ−１７ｄの接続状態（図５に示す接続状態）とし、直流電源１９により負電圧をＰｔ電極１６に印加すると共に正電圧を導電膜１１に印加すると、Ｈ＋がＷＯ３薄膜１４からＨ２ＳＯ４溶液１５へ流れ出し（Ｈ＋脱離）、ｅ−がＷＯ３薄膜１４から導電膜１１へ流れ出し、ＷＯ３薄膜１４では以下の反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＨ＋＋ｅ−←ＨｘＷＯ３
即ち、電圧の印加を制御することで、ＷＯ３薄膜１４では以下の可逆的な酸化還元反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＨ＋＋ｅ−←→ＨｘＷＯ３（←→は可逆であることを示す）
この場合、移動電荷量制御により、Ｈ＋がＨ２ＳＯ４溶液１５からＷＯ３薄膜１４へ流れ込む量（インターカレーションによる電荷量）を制御する。尚、切換スイッチ１７を接点１７ａ−１７ｃの接続状態とすることで、前述した場合と同様に、接点１７ａ−１７ｃの接続状態とする前の状態を保持する。
【００１６】
このようにして作成した試料について、（１）光交流法による熱伝導率の評価、（２）Ｘ線回折法による結晶構造の評価、（３）四探針法による電気伝導率の評価を行った。以下、それぞれの評価について説明する。
（１）光交流法による熱伝導率の評価
図６は光交流法による熱伝導率の評価方法を模式的に示している。試料において、ＷＯ３薄膜が蒸着されている部分と蒸着されていない部分にそれぞれＢｉ（ビスマス）薄膜（受光膜）を均一に形成し、レーザー光を試料全体に照射し、ＷＯ３薄膜が蒸着されている部分（ガラス、ＩＴＯ薄膜、ＷＯ３薄膜、Ｂｉ薄膜を含む４層部分）とＷＯ３薄膜が蒸着されていない部分（ガラス、ＩＴＯ薄膜、Ｂｉ薄膜を含む３層部分）の熱伝導率を同時に測定する。ＷＯ３薄膜の熱伝導率をλＷ［Ｗ／ｍＫ］とし、ＷＯ３薄膜、Ｂｉ薄膜、ＩＴＯ薄膜、３層部分、４層部分のそれぞれの熱伝導率をαＷ、αＢ、αＩ、α３、α４［ｍ２／ｓ］とし、ＷＯ３薄膜、ガラス、Ｂｉ薄膜、ＩＴＯ薄膜のそれぞれの体積あたりの熱容量をＣＷ、Ｃｇ、ＣＢ、ＣＩ［Ｊ／ｍ３Ｋ］とし、ＷＯ３薄膜、ガラス、Ｂｉ薄膜、ＩＴＯ薄膜のそれぞれの厚さをｄＷ、ｄｇ、ｄＢ、ｄＩ［ｍ］とすると、ＷＯ３薄膜の熱伝導率は以下の計算式に求めることができる。
【００１７】
λＷ＝αＷＣＷ
＝α３Ｃｇ［ＣＷ／Ｃｇ＋（ＣＷ／Ｃｇ＋ＣＢｄＢ／ＣｇｄＷ＋ｄｇ／ｄＷ＋ＣＩｄＩ／ＣｇｄＷ）（α４／α３−１）］
尚、
α３＝（αＢＣＢｄＢ＋αｇＣｇｄｇ＋αＩＣＩｄＩ）／（ＣＢｄＢ＋Ｃｇｄｇ＋ＣＩｄＩ）
α４＝（αＢＣＢｄＢ＋αｇＣｇｄｇ＋αＩＣＩｄＩ＋αｗＣｗｄｗ）／（ＣＢｄＢ＋Ｃｇｄｇ＋ＣＩｄＩ＋Ｃｗｄｗ）
である。ここで、
ＣＷ＝２．２２×１０６［Ｊ／ｍ３Ｋ］
Ｃｇ＝１．９８×１０６［Ｊ／ｍ３Ｋ］
ＣＢ＝１．３９×１０６［Ｊ／ｍ３Ｋ］
ＣＩ＝２．５８×１０６［Ｊ／ｍ３Ｋ］
ｄＷ＝１．１１［μｍ］
ｄｇ＝３０［μｍ］
ｄＢ＝５０［ｎｍ］
ｄＩ＝２１３［μｍ］
α３＝５．４１２×１０−７［ｍ２／ｓ］
α４＝５．２３８×１０−７［ｍ２／ｓ］
の条件下では、ＷＯ３薄膜の熱伝導率を
λＷ＝０．５８４［Ｗ／ｍＫ］と求めることができる。
【００１８】
（２）Ｘ線回折法による結晶構造の評価
図７はＸ線回折法による結晶構造の評価方法を模式的に示し、図８は結晶構造の評価結果を示す。図８において、ＷＯ３（１）はＷＯ３薄膜がＨｘＷＯ３薄膜に変化する前の状態を示し、ＷＯ３（２）はＷＯ３薄膜がＨｘＷＯ３薄膜に変化し更にＨｘＷＯ３薄膜がＷＯ３薄膜に戻った後の状態を示す（ｘ＝０〜０．５）。ＩＴＯ、ＷＯ３（１）、ＨｘＷＯ３、ＷＯ３（２）の全てで２４．６６°付近にブロードなピークがあることが確認されており、ＷＯ３薄膜がアモルファス（非晶質）であることが確認された。又、４つの波形の相違が殆どないことから、インターカレーションにより結晶構造が変化していないことが確認された。即ち、酸化還元反応が起きても結晶構造が変化せず、インターカレーションによる格子熱伝導率の変化が極めて小さく、格子熱伝導率が熱伝導率に対して寄与する程度が極めて小さいことが考えられる。
【００１９】
（３）四探針法による電気伝導率の評価
図９は四探針法による電気伝導率の評価方法を模式的に示し、図１０は電子熱伝導率の評価結果を示す。尚、図１０では前述したウィーデマン−フランツ則（電子熱伝導率と電気伝導率との関係）に基づいて電気伝導率を電子熱伝導率に換算して示している。ＷＯ３薄膜がＨｘＷＯ３薄膜に変化したことで電子熱伝導率が約０．０２６［Ｗ／ｍＫ］上昇し、ＨｘＷＯ３薄膜がＷＯ３薄膜に戻ったことで電子熱伝導率が約０．０２６［Ｗ／ｍＫ］低下した（ＷＯ３薄膜がＨｘＷＯ３薄膜に変化する前に復帰した）ことが確認された（ｘ＝約０．３３）。
【００２０】
図１１は熱伝導率の評価結果を示している。ＷＯ３薄膜がＨｘＷＯ３薄膜に変化したことで熱伝導率が上昇し（約０．５８４［Ｗ／ｍＫ］→約０．６６３［Ｗ／ｍＫ］）、ＨｘＷＯ３薄膜がＷＯ３薄膜に戻ったことで熱伝導率が低下した（ＷＯ３薄膜がＨｘＷＯ３薄膜に変化する前にほぼ復帰した、約０．６６３［Ｗ／ｍＫ］→約０．５６３［Ｗ／ｍＫ］）ことが確認され、熱伝導率に可逆性があることが確認された。図１０に示した電子熱伝導率の評価結果及び図１１に示した熱伝導率の評価結果により、熱伝導率の変化は電子熱伝導率の変化に依存することが確認された。即ち、Ｈ＋挿入により電子熱伝導率が約０．０２６［Ｗ／ｍＫ］上昇するときには熱伝導率が約０．５８４［Ｗ／ｍＫ］から約０．６６３［Ｗ／ｍＫ］まで約０．０７９［Ｗ／ｍＫ］上昇することが確認され、一方、Ｈ＋脱離により電子熱伝導率が約０．０２６［Ｗ／ｍＫ］低下するときには熱伝導率が約０．６６３［Ｗ／ｍＫ］から約０．５６３［Ｗ／ｍＫ］まで約０．１［Ｗ／ｍＫ］低下することが確認され、Ｈ＋挿入及びＨ＋脱離の何れのときでも電子熱伝導率の変化量のオーダー（桁数（１０のべき乗））と熱伝導率の変化量のオーダーとが同じであるか又は極めて近いので、上記したように熱伝導率の変化は電子熱伝導率の変化に依存することが確認された。
【００２１】
以上は、インターカレーションする元素をＨの場合を説明したが、インターカレーションする元素としてはＨ以外の元素も想定し得る。即ち、上記したように熱伝導率の変化は電子熱伝導率の変化に依存するので、電子熱伝導率の変化が大きい元素を用いることで、熱伝導率の大きな変化を期待することができる。例えばインターカレーションする元素としてＨと同じ１価のＮａ（ナトリウム）を選択した場合を考える。
図１２は、バルクＷＯ３中のＮａの比率（ＮａｘＷＯ３のｘ）と抵抗率との関係を示している。図１２は、以下の参照文献２から引用している。
参照文献２：Lightsey, P. A., D. A. Lilienfeld, and D. F. Holcomb. "Transport properties of cubic NaxWO3 near the insulator-metal transition. "Physical Review B14.10(1976):4730.
電気伝導率と抵抗率との間には、抵抗率をρ［Ωｃｍ］とすると、
σ＝１／ρ
の関係が成立する。
【００２２】
ＮａｘＷＯ３はｘの増加に伴い、抵抗率が低下しており、電気伝導率が上昇している。即ち、ＷＯ３はＮａ＋が供給されることでもＨ＋が供給される場合と同様にして金属絶縁体転移を起こしている。図２と図１２とを比較すると、インターカレーションする元素をＮａとした場合では、インターカレーションする元素をＨとした場合よりも大きな電気伝導率の変化を期待することができ、即ち、大きな熱伝導率の変化を期待することができる。図１２からはｘ＝約０．８８（図１２でプロットしている点のうち最小の抵抗率に対応する点）のとき電子熱伝導率を約３６．８［Ｗ／ｍＫ］と推定することができ、インターカレーションする元素をＨとした場合と比較すると、極めて大きな熱伝導率の変化を期待することができる。
【００２３】
図１３は上記した原理を適用し、ＥＣ材料を熱伝導率可変材料として用いた熱伝導率可変デバイスの構成を模式的に示している。熱伝導率可変デバイス２１は、外部から熱を取り込む熱取込層２２（熱取込手段）と外部へ熱を放出する熱放出層２３（熱放出手段）とを有し、その他の構成については基本的に前述した図１に示したデバイス１と同等の構成である。即ち、熱伝導率可変デバイス２１は、１対の導電膜２４，２５の間に対極電極２６と電解質層２７とＥＣ電極２８とが介在され、これら導電膜２４，２５、対極電極２６、電解質層２７及びＥＣ電極２８の全体を挟むように熱取込層２２と熱放出層２３とが設けられている。尚、導電膜２４が対極電極として機能する構成であれば、対極電極２６が省略されても良い。熱取込層２２は、熱を取り込む効率を高めるように外気との接触面積が広い平板形状であり、その一方の面２２ａの全体が露出していると共に、その他方の面２２ｂの全体がＥＣ電極２８に接している。熱放出層２３は、熱を放出する効率を高めるように外気との接触面積が広い平板形状であり、その一方の面２３ａの全体が露出していると共に、その他方の面２３ｂの全体がＥＣ電極２８に接している。ＥＣ電極２８は、ＥＣ材料からなる電極であり、ＷＯ３を含む電極である。電解質層２７は、ＷＯ３と酸化還元反応する１価の元素Ｍ１（例えばＨ、Ｎａ等）を含む。電圧制御回路２９（制御手段）は、前述した図１に示した切換スイッチ７及び直流電源８，９と同等の構成を含み、導電膜２４，２５への正電圧及び負電圧の印加を制御する。
【００２４】
熱伝導率可変デバイス２１において、導電膜２４，２５への正電圧及び負電圧の印加を電圧制御回路２９により制御することで、前述した図１、図４及び図５と同様に、ＥＣ電極２８では以下の可逆的な酸化還元反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＭ１＋＋ｅ−←→Ｍ１ｘＷＯ３（←→は可逆であることを示す）
【００２５】
ＥＣ電極２８において可逆的な酸化還元反応が起きることで熱伝導率が変化し、外部から熱取込層２２に取り込まれた熱がＥＣ電極２８を介して熱放出層２３へ伝導する熱の挙動（熱の伝導速度）が変化する。即ち、ＥＣ電極２８の熱伝導率が比較的高ければ、外部から熱取込層２２に取り込まれた熱がＥＣ電極２８を介して熱放出層２３へ伝導する単位時間あたりの熱量が比較的多くなる。逆に、ＥＣ電極２８の熱伝導率が比較的低ければ、外部から熱取込層２２に取り込まれた熱がＥＣ電極２８を介して熱放出層２３へ伝導する単位時間あたりの熱量が比較的少なくなる。上記した熱伝導率可変デバイス２１では、導電膜２４，２５に印加する電圧を電圧制御回路２９により制御し、Ｍ１＋及びｅ−のＥＣ電極２８への供給量を制御することで、デバイス２１の熱伝導率の特性を自在に変化させることができる。これにより、熱伝導のオンオフを切り換える熱スイッチとして幅広い分野での用途を期待することができる。
【００２６】
図１４は熱伝導率可変デバイスの別の構成を模式的に示している。図１３に示した熱伝導率可変デバイス２１は、熱取込層２２と熱放出層２３とがＥＣ電極２８の長辺方向に沿って設けられているのに対し、図１４に示す熱伝導率可変デバイス３１は、熱取込層３２と熱放出層３３とがＥＣ電極３８の短辺方向に沿って設けられている。又、１対の導電膜３４，３５の間に対極電極３６と電解質層３７とＥＣ電極３８とが介在されている。熱伝導率可変デバイス３１においても、導電膜３４，３５への正電圧及び負電圧の印加を電圧制御回路３９により制御することで、ＥＣ電極３８では以下の可逆的な酸化還元反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＭ１＋＋ｅ−←→Ｍ１ｘＷＯ３（←→は可逆であることを示す）
【００２７】
図１５は熱伝導率可変デバイスの更に別の構成を模式的に示している。図１５に示す熱伝導率可変デバイス４１は、熱取込層４２と熱放出層４３との両方がＥＣ電極４８の長辺方向の一方の面（図１５では上面）に設けられている。又、１対の導電膜４４，４５の間に対極電極４６と電解質層４７とＥＣ電極４８とが介在されている。熱伝導率可変デバイス４１においても、導電膜４４，４５への正電圧及び負電圧の印加を電圧制御回路４９により制御することで、ＥＣ電極４８では以下の可逆的な酸化還元反応が起きる。
ＷＯ３＋ＸＭ１＋＋ｅ−←→Ｍ１ｘＷＯ３（←→は可逆であることを示す）
【００２８】
以上は、化合物としてＷＯ３を用いた場合を例示したが、イオンの挿入により金属酸化物ブロンズを形成する化合物を用いる場合でも同様の作用効果を期待することができる。尚、金属酸化物ブロンズとは、Ｍ１ｘＭ２Ｏｙ（Ｍ１はＨ、Ｎａ、Ｌｉ（リチウム）、Ｋ（カリウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｇ（銀）等の元素、Ｍ２はＷ、Ｖ（バナジウム）、Ｍｏ（モリブデン）等の元素）で表記される金属酸化物を意味する。又、インターカレーションする元素としてＨやＮａを用いた構成を例示したが、ＨやＮａ以外の１価の元素（例えばＬｉ、Ｋ、Ａｇ等）又は２価の元素（例えばＣｕ等）を用いた場合でも同様の作用効果を期待することができる。
【００２９】
以上に説明したように本実施形態によれば、次に示す作用効果を得ることができる。熱伝導率可変デバイス２１において、ＥＣ材料の特性を有するＷＯ３を化合物として用い、１価又は２価の元素を化合物にインターカレーションすることで、化合物の金属絶縁体転移を可逆的に起こさせて熱伝導率を変化させるようにした。これにより、簡単な構成でありながらも周囲温度に依存せずに熱伝導率を自在に変化させることができる。そして、このような金属絶縁体転移により熱伝導率が可逆的に変化する特性を用いることで、熱伝導のオンオフを切り換える熱スイッチとして幅広い分野での用途を期待することができる。
【００３０】
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
本実施形態では、導電膜としてＩＴＯを用いた構成を例示したが、ＮＥＳＡ（酸化スズ）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、酸化銀、酸化バナジウム、酸化モリブデン、金、銀、白金、銅、インジウム、クロム等の金属や金属酸化物、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系材料、カーボンブラック、グラファイト等の炭素材料等を用いても良い。又、電解質としてＨ２ＳＯ４溶液を用いた構成を例示したが、他の酸性溶液を用いても良い。又、ＬｉやＮａを挿入する際は電解質としてＬｉＣｌＯ４（過塩素酸リチウム）  ｉｎ  ＰＣ（プロピレンカーボネート）やＮａＣｌＯ４（過塩素酸ナトリウム）  ｉｎ  ＰＣ等の有機溶液を用いても良い。又、溶液の電解質ではなく固体の電解質を用いても良い。Ｈを挿入する際はＴａ２Ｏ５（五酸化タンタル）、ＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）、アンチモン酸、ウラニウムフォスフェイト、リン酸ジルコニウム、パラトルエンスルフォン酸／尿酸、ｐｏｌｙ−ＡＭＰＳ等を用いても良い。Ｎａを挿入する際はβ−Ａｌ２Ｏ３（ベータアルミナ）を用いても良い。Ｌｉを挿入する際はＤａａＲｆＳＯ３Ｌｉ，（ＣＨ２＝ＣＨ−ＣＨ２）２ＮＣＯ−ＣＦ（ＣＦ３）ＳＯ３Ｌｉから構成されるリチウムのポリマー等を用いても良い。
【００３１】
熱伝導率可変デバイス、熱取込層、熱放出層等の形状や接合位置は、それぞれ図１３から図１５に示した形状や接合位置以外のどのような形状や接合位置であっても良く、例えばサイズ上の制約や設置環境上の制約等により適宜決定すれば良い。熱取込層において、外気から熱を取り込む効率や取り込んだ熱をＥＣ電極へ伝導する効率を高めるために外気と接する面やＥＣ電極と接する面に凹凸が形成されていても良い。又、熱放出層において、ＥＣ電極から熱を導入する効率や熱を外気へ放出する効率を高めるためにＥＣ電極と接する面や外気と接する面に凹凸が形成されていても良い。
【符号の説明】
【００３２】
図面中、２１は熱伝導率可変デバイス、２２は熱取込層（熱取込手段）、２３は熱放出層（熱放出手段）、２９は電圧制御回路（制御手段）である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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