JP5097092B2 - ウレタン発泡成形体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば吸音材や振動吸収材等として用いられるウレタン発泡成形体、およびその製造方法に関する。

ウレタン発泡成形体は、吸音材、振動吸収材等として、自動車等の様々な分野で用いられている（例えば特許文献１参照）。ウレタン発泡成形体は、内部に多数のセル（気泡）を有する。このため、ウレタン発泡成形体の熱伝導率は小さい。したがって、発熱を伴うエンジン、モーター等の周囲に配置した場合、ウレタン発泡成形体に熱が蓄積され、エンジン、モーター等の温度上昇を招くおそれがある。このような問題を解消するためには、ウレタン発泡成形体の放熱性を向上させる必要がある。例えば、特許文献２には、配向した磁性フィラーを有するウレタン発泡成形体からなる吸音材が開示されている。この吸音材によると、熱伝導率の大きな磁性フィラーを一方向に配向させて、放熱性を向上させている。
特開２００３−９７６４５号公報 特開２００７−２３０５４４号公報

特許文献２に開示されている吸音材のように、ポリウレタンフォームからなる基材中に磁性フィラーを配向させると、磁性フィラーの配向方向に熱の伝達経路が形成されて、吸音材の放熱性を向上させることができる。しかしながら、磁性フィラーを配向させただけでは、発熱源である吸音対象物の温度上昇を充分抑制できない場合がある。したがって、ウレタン発泡成形体からなる吸音材には、さらなる放熱性の向上が求められている。また、ウレタン発泡成形体は、ウレタン樹脂原料を発泡成形して製造される。このため、放熱性の向上を図るべく、磁性フィラーに加えて他の材料を配合する場合には、ウレタン樹脂原料の発泡反応を阻害しないよう考慮する必要がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、所望の吸音特性を有すると共に放熱性の高いウレタン発泡成形体、およびその製造方法を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のウレタン発泡成形体は、ポリウレタンフォームからなる基材と、該基材中に配合され互いに連接して配向している磁性フィラーと、該基材中に配合され融点が５０℃以上１５０℃以下の合金からなる低融点合金粉末と、を有することを特徴とする（請求項１に対応）。

本発明のウレタン発泡成形体は、磁性フィラーおよび低融点合金粉末の両方の作用により、放熱性に優れる。すなわち、第一に、磁性フィラーの熱伝導率は大きい。このため、本発明のウレタン発泡成形体の一端に加わった熱は、磁性フィラーを介して配向方向の他端に伝達され、他端から速やかに放出される。第二に、低融点合金粉末は、融点以上の温度に達すると融解する。融解する際、固相から液相への変化に必要な潜熱（融解熱）により、周囲の熱を吸収する。このような、磁性フィラーによる熱伝達経路の構築と、低融点合金粉末による吸熱作用と、により、本発明のウレタン発泡成形体は、伝達された熱を蓄積することなく、放出、消費することができる。その結果、本発明のウレタン発泡成形体に接触する部材の温度上昇を、抑制することができる。また、低融点合金粉末の融点を調整することにより、吸熱開始温度を適宜設定することができる。また、融点の異なる低融点合金粉末を混合して使用すれば、広い温度域において吸熱効果を発揮させることができる。

低融点合金粉末は、基材のポリウレタンフォームとなじみがよい。つまり、低融点合金粉末は、ウレタン骨格中に取り込まれ、固定されている。このため、低融点合金粉末は、融解しても外部に溶出しにくい。また、低融点合金粉末を構成する粒子の表面には、通常、酸化皮膜が形成されている。この酸化皮膜による保形効果も加わって、低融点合金粉末は、融解しても外部に溶出しにくい。

仮に、低融点合金粉末だけを基材に分散させた場合には、基材の断熱効果により、低融点合金粉末へ熱が充分に伝達されない。このため、ウレタン発泡成形体に熱が伝達されても、低融点合金粉末は融解しにくい。したがって、低融点合金粉末による吸熱効果を発揮させることが難しい。この点、本発明のウレタン発泡成形体によると、基材中に磁性フィラーが配向されている。磁性フィラーを介して、低融点合金粉末に熱が伝達されるため、低融点合金粉末を確実に融解させることができる。

本発明のウレタン発泡成形体において、基材中の磁性フィラーは、ある規則性を持って所定の方向に配置されていればよい。例えば、ウレタン発泡成形体の一端と他端（一端に対して１８０°対向した端部でなくてもよい）との間に直線状に配置されていても、曲線状に配置されていてもよい。また、中心から外周に向かって放射状に配置されていてもよい。また、これらの形状を組み合わせた形状に配置されていてもよい。

一般に、吸音材を使用する場合には、吸音対象物から伝達された熱を放出しやすくするため、吸音材の放熱面に、熱伝導率の大きな金属製の放熱板を配置することが多い。本発明のウレタン発泡成形体は、熱伝達による放熱に加えて、吸熱により、接触して配置された部材の温度上昇を抑制する。このため、本発明のウレタン発泡成形体を吸音材として用いた場合には、積極的に放熱させる必要性が少なくなる。具体的には、例えば、放熱板の材質を、金属から熱伝導率の比較的小さな樹脂へ、変更することが可能となる。これにより、吸音装置全体のコストを削減し、軽量化を図ることができる。さらに、放熱板を不要にできる場合には、部品点数を減らすことができるため、より低コスト化、軽量化を図ることができる。

（２）また、本発明のウレタン発泡成形体の製造方法は、発泡ウレタン樹脂原料と、磁性フィラーと、融点が５０℃以上１５０℃以下の合金からなる低融点合金粉末と、を混合し混合材料を調製する混合材料調製工程と、該混合材料を発泡型のキャビティ内に注入し、磁束密度が略均一な磁場中で発泡成形する発泡成形工程と、を有することを特徴とする（請求項１０に対応）。

本発明の製造方法によると、発泡ウレタン樹脂原料および磁性フィラーに、低融点合金粉末を混合して混合材料とする。低融点合金粉末を構成する粒子は、発泡成形時においても、その形状を維持しながら基材中に分散する。つまり、発泡反応により、混合材料の温度が低融点合金粉末の融点以上に上昇しても、低融点合金粉末は、液状になり拡がることはない。これは、上述したウレタン骨格への固定化、および粒子表面に形成されている酸化皮膜による保形効果によると考えられる。したがって、低融点合金粉末を混合しても、発泡反応を阻害するおそれは少ない。

また、磁場を利用した従来の成形方法では、発泡型等のキャビティ内における磁力分布は考慮されていない。例えば、対向する磁石間で成形を行った場合には、磁石の外周に近いほど外側に逃げる磁力線が多くなる。このため、磁石の拡径方向に沿って磁束密度は小さくなる。また、磁石間の間隔が大きくなると、磁石との距離に応じて磁束密度に差が生じやすい。このように、キャビティ内の全体に、一様な磁場を作用させることは難しい。磁束密度が均一でなく、磁場勾配のある磁場中で発泡成形を行った場合には、混合材料中の磁性フィラーが磁力線に沿って不要な方向に移動して、所望の配向状態が得られない。このため、製造されたウレタン発泡成形体において、所望の熱伝達性、吸音特性等が得られない。

本発明の製造方法によると、発泡成形工程において、キャビティ内の磁束密度が略均一な磁場中で発泡成形を行う。このため、磁束密度の違いによる磁性フィラーの偏在を抑制することができ、所望の配向状態を得ることができる。また、磁性フィラーの配合量が比較的少量でも、磁性フィラーを略均一に分散させた状態で配向させることができる。このように、本発明の製造方法によると、上記本発明のウレタン発泡成形体を、簡便かつ低コストに製造することができる。

以下、本発明のウレタン発泡成形体およびその製造方法の実施形態について説明する。なお、本発明のウレタン発泡成形体およびその製造方法は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。

＜ウレタン発泡成形体＞
上述したように、本発明のウレタン発泡成形体は、ポリウレタンフォームからなる基材と、磁性フィラーと、低融点合金粉末と、を有する。ポリウレタンフォームは、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分等の発泡ウレタン樹脂原料から製造される。詳細は、後述する本発明のウレタン発泡成形体の製造方法において説明する。

磁性フィラーは、基材中に配合され、互いに連接して配向している。磁性フィラーには、いわゆる磁性材料を使用すればよい。例えば、鉄、ニッケル、コバルト、ガドリニウム、ステンレス鋼等の強磁性体、ＭｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＦｅＣｌ_２、ＭｎＡｓ等の反強磁性体、およびそれらを用いた合金類が好適である。なかでも、熱伝導率が大きく加工性に優れるという観点から、ステンレス鋼、銅鉄合金等が好適である。ここで、ステンレス鋼は、防錆性能に優れ、ポリウレタンフォームとの接合強度も高い。また、銅鉄合金は、銅および鉄の共晶合金であり、例えば特公平３−０６４５８３号公報に記載されているような半硬質磁性銅鉄合金が望ましい。このような銅鉄合金は、細かく粉砕しても銅と鉄の剥離を生じない。このため、銅が有する大きな熱伝導率と鉄が有する磁性との２つの特徴を合わせ持つ。よって、同じ含有量であっても他の磁性材料と比較して、より熱伝達性が向上する。

磁性フィラーの形状、大きさ等は、特に限定されるものではない。例えば、繊維状、柱状、薄板状、球状、楕円球状、長円球状（一対の対向する半球を円柱で連結した形状）等の種々の形状を採用することができる。また、磁性フィラーの大きさ（最大長さ）は、分散性、配向性、製造するウレタン発泡成形体の大きさ等を考慮して決定すればよい。例えば、最大長さが０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下のものが、入手しやすく好適である。

磁性フィラーが球以外の形状をなす場合には、配向した磁性フィラー同士が、点ではなく、線および面の少なくとも一方で接触する。このため、点で接触する場合と比較して、磁性フィラー同士の接触面積が大きくなる。これにより、熱の伝達経路が確保されやすくなると共に、伝達される熱量も大きくなる。また、球状の磁性フィラーを同量配合した場合と比較して、配向方向に嵩高くなる。よって、磁性フィラーの配合量が少量であっても、熱伝達性を向上させやすい。例えば、製造コスト、製造の容易さ等の観点から、繊維状の磁性フィラーが好適である。

球以外の形状をなす磁性フィラーを採用する場合、磁性フィラー同士の接触面積をより大きくすると共に、ポリウレタンフォームとの相溶性を良好にするという観点から、磁性フィラーのアスペクト比は２以上であることが望ましい。本明細書では、アスペクト比を次式（１）により定義する。
アスペクト比＝ｂ^２／（ａ・ａ’）・・・式（１）
式（１）において、ｂは磁性フィラーの最大長さ、ａは軸直方向断面横辺の長さ、ａ’は軸直方向断面縦辺の長さを示す。ここで、「軸直方向断面横辺の長さ」、「軸直方向断面縦辺の長さ」は次のようにして決定される。すなわち、磁性フィラーの最大長さｂを軸として、当該軸と垂直な方向（軸直方向）の断面形状が内接する四角形を定め、この四角形を平面視した時の横方向の長さを「軸直方向断面横辺の長さａ」とし、縦方向の長さを「軸直方向断面縦辺の長さａ’」とする。以下、具体的な形状を挙げて、説明する。

図１に、磁性フィラーの各形状における最大長さ、軸直方向断面横辺の長さ、軸直方向断面縦辺の長さを示す。図１において（ａ）は円柱状の場合を、（ｂ）は薄板状の場合を、（ｃ）は繊維状の場合を、各々示す。なお、図１（ａ）〜（ｃ）に示した形状は例示にすぎず、磁性フィラーはこれらの形状に限定されるものではない。まず、（ａ）に示す円柱状の場合には、軸方向の長さが最大長さｂとなる。軸直方向断面形状は円となる。当該円が内接する四角形の横方向の長さが「軸直方向断面横辺の長さａ」となり、縦方向の長さが「軸直方向断面縦辺の長さａ’」となる。次に、（ｂ）に示す薄板状の場合には、長手方向が軸方向となり、長手方向の長さが最大長さｂとなる。軸直方向断面形状は長方形となるため、この長方形の横方向の長さが「軸直方向断面横辺の長さａ」となり、縦方向の長さ（厚さに相当）が「軸直方向断面縦辺の長さａ’」となる。次に（ｃ）に示す繊維状の場合には、軸方向の長さが最大長さｂとなる。軸直方向断面形状は略楕円となる。しかしながら、（ｃ）の繊維状の場合、長手方向中央部が大きく両端部が小さい「細長い樽」のような形状を呈している。このため、長手方向全長において、軸直方向断面の大きさが一定ではない。すなわち、位置αと位置βと位置γとでは、楕円の断面積が異なる。この場合は、断面積が最大となる位置βの楕円が内接する四角形の横方向の長さが「軸直方向断面横辺の長さａ」となり、縦方向の長さが「軸直方向断面縦辺の長さａ’」となる。

低融点合金粉末としては、取扱い性や、ポリウレタンフォームの耐熱性等を考慮して、融点が５０℃以上１５０℃以下の合金の粉末を使用する。なかでも、融点が１００℃以下の合金を使用すると、吸熱開始温度が低くなり、初期の温度上昇を効果的に抑制できる。低融点合金粉末は、機械的粉砕方法、アトマイズ法等の公知の方法により製造すればよい。特に、融点が低い合金の場合には、水アトマイズ法が好適である。

例えば、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）等を適宜組み合わせて、所望の融点を持つよう製造された合金を使用すればよい。人体や環境に対する影響を考慮すると、Ｐｂ、Ｃｄを含有しない合金が望ましい。具体的には、Ｂｉ−Ｉｎ−Ｓｎ合金や、固相線温度が１５０℃以下の低温系はんだ合金（Ｓｎ−Ｂｉ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金等）が挙げられる。

低融点合金粉末を構成する粒子の大きさは、分散性、基材のウレタン骨格の大きさ、および発泡反応に対する影響等を考慮して決定すればよい。例えば、低融点合金粉末を、最大径が２００μｍ以下の粒子で構成することが望ましい。ここで、最大径とは、粒子の最大長さである。また、粒子の形状は、特に限定されるものではない。例えば、分散しやすく、基材への密着性が良好であるという観点から、球状（真球状および略真球状）の粒子を採用することが望ましい。低融点合金粉末を球状の粒子で構成する場合、当該粉末の平均粒子径は、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。本明細書において、平均粒子径とは、メジアン径（ｄ５０）である。

また、低融点合金粉末を構成する粒子の表面には、酸化皮膜が形成されていることが望ましい。融点以上に温度が上昇すると、低融点金属は融解し始める。融解により、低融点金属は液状になる。しかし、粒子の表面に酸化皮膜が形成されていると、酸化皮膜が殻となり、粒子形状を保持する役割を果たす。これにより、液体が外部に染み出しにくい。

磁性フィラー、低融点合金粉末の配合量は、発泡反応に対する影響と、熱伝達性の向上効果および吸熱効果と、のバランスを考慮して、決定すればよい。例えば、発泡反応を阻害せず、所望の吸音特性を満足するウレタン発泡成形体を得るためには、磁性フィラーおよび低融点合金粉末の合計配合量を、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の（以下、配合量において同じ）１０体積％以下とすることが望ましい。一方、磁性フィラーおよび低融点合金粉末による放熱性の向上効果を得るためには、磁性フィラーおよび低融点合金粉末の合計配合量を、１．２体積％以上とすることが望ましい。

ここで、ウレタン発泡成形体の熱伝導率を大きくするという観点では、磁性フィラーの配合量を、０．７体積％以上とすることが望ましい。さらには、１体積％以上とすると好適である。また、ウレタン発泡成形体の吸熱量を大きくするという観点では、低融点合金粉末の配合量を、０．５体積％以上とすることが望ましい。さらには、１体積％以上とすると好適である。なお、磁性フィラーと低融点合金粉末との配合量は、同じであっても、一方が他方よりも多くても構わない。

＜ウレタン発泡成形体の製造方法＞
本発明のウレタン発泡成形体の製造方法は、混合材料調製工程と発泡成形工程とを有する。以下、各工程について説明する。

（１）混合材料調製工程
本工程は、発泡ウレタン樹脂原料と、磁性フィラーと、融点が５０℃以上１５０℃以下の合金からなる低融点合金粉末と、を混合し混合材料を調製する工程である。磁性フィラーおよび低融点合金粉末については、上記本発明の発泡ウレタン成形体の説明において述べた通りである。よって、ここでは説明を省略する。

発泡ウレタン樹脂原料は、ポリイソシアネート成分およびポリオール成分等の既に公知の原料から調製すればよい。ポリイソシアネート成分としては、例えば、トリレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリフェニルメタントリイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、およびこれらの誘導体（例えばポリオール類との反応により得られるプレポリマー類、変成ポリイソシアネート類等）等の中から適宜選択すればよい。また、ポリオール成分としては、多価ヒドロキシ化合物、ポリエーテルポリオール類、ポリエステルポリオール類、ポリマーポリオール類、ポリエーテルポリアミン類、ポリエステルポリアミン類、アルキレンポリオール類、ウレア分散ポリオール類、メラミン変性ポリオール類、ポリカーボネートポリオール類、アクリルポリオール類、ポリブタジエンポリオール類、フェノール変性ポリオール類等の中から適宜選択すればよい。

さらに、触媒、発泡剤、整泡剤、架橋剤、難燃剤、帯電防止剤、減粘剤、安定剤、充填剤、着色剤等を適宜配合してもよい。例えば、触媒としては、テトラエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジメチルエタノールアミン等のアミン系触媒や、ラウリン酸錫、オクタン酸錫等の有機金属系触媒が挙げられる。また、発泡剤としては水が好適である。水以外には、塩化メチレン、フロン、ＣＯ_２ガス等が挙げられる。また、整泡剤としてはシリコーン系整泡剤が、架橋剤としてはトリエタノールアミン、ジエタノールアミン等が好適である。

発泡ウレタン樹脂原料、磁性フィラー、および低融点合金粉末を、各々秤量し混合する。調製された混合材料は、速やかに次の発泡成形工程に供される。

（２）発泡成形工程
本工程は、先の混合材料調製工程にて調製した混合材料を発泡型のキャビティ内に注入し、磁束密度が略均一な磁場中で発泡成形する工程である。

磁場は、磁性フィラーを配向させる方向に形成すればよい。例えば、磁性フィラーを直線状に配向させる場合、発泡型のキャビティ内の磁力線が、キャビティの一端から他端に向かって略平行になるよう形成することが望ましい。この場合、例えば発泡型を挟むように、発泡型の一端および他端の両面近傍に磁石を配置すればよい。磁石には、永久磁石または電磁石を用いればよい。電磁石を用いると、磁場形成のオン、オフを瞬時に切り替えることができ、磁場の強さの制御が容易である。このため、発泡成形を制御しやすい。ここで、磁場を構成する磁力線は閉ループを形成していることが望ましい。こうすることで、磁力線の漏洩が抑制され、キャビティ内に安定した一様磁場を形成することができる。なお、発泡型の外部に配置した磁石により、発泡型の内部に磁場を形成させるため、発泡型としては透磁率の低い材質、つまり非磁性の材質のものを使用するとよい。例えば、通常ポリウレタンの発泡成形に使用されるアルミニウムやアルミニウム合金製の発泡型であれば問題ない。この場合、電磁石等の磁力源から発生する磁場、磁力線が影響を受けにくく、磁場状態のコントロールがしやすい。ただし、必要とする磁場、磁力線の状態に応じて適宜、磁性材料のものを使用してもよい。

本工程において、キャビティ内の磁束密度は略均一である。例えば、キャビティ内の磁束密度の差が、±１０％以内であるとよい。±５％以内、さらには±３％以内であるとより好適である。発泡型のキャビティ内に一様な磁場を形成することで、磁性フィラーの偏在を抑制することができ、所望の配向状態を得ることができる。また、発泡成形は、２００ｍＴ以上２５０ｍＴ以下の磁束密度で行うとよい。こうすることで、混合材料中の磁性フィラーを、確実に配向させることができる。

磁場は、発泡ウレタン樹脂原料の粘度が比較的低い間にかけられることが望ましい。発泡ウレタン樹脂原料が増粘し、発泡成形がある程度終了した時に磁場をかけると、磁性フィラーが配向しにくいため、所望の熱伝達性、吸音特性を得ることが難しい。なお、発泡成形を行う時間のすべてにおいて磁場をかける必要はない。

本工程にて発泡成形が終了した後、脱型して、本発明のウレタン発泡成形体を得る。この際、発泡成形の仕方により、ウレタン発泡成形体の一端および他端の少なくとも一方に、スキン層が形成される。当該スキン層は、用途に応じて切除してもよい（勿論切除しなくてもよい）。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜ウレタン発泡成形体の製造＞
［実施例］
まず、発泡ウレタン樹脂原料を以下のように調製した。ポリオール成分のポリエーテルポリオール（住化バイエルウレタン社製「Ｓ−０２４８」、平均分子量６０００、官能基数３、ＯＨ価２８ｍｇＫＯＨ／ｇ）１００重量部と、架橋剤のジエチレングリコール（三菱化学社製）２重量部と、発泡剤の水２重量部と、テトラエチレンジアミン系触媒（花王社製「Ｎｏ．３１」）１重量部と、シリコーン系整泡剤（日本ユニカ社製「ＳＺ−１３１３」）０．５重量部と、を配合し、プレミックスポリオールを調製した。調製したプレミックスポリオールに、ポリイソシアネート成分のジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）（ＢＡＳＦＩＮＯＡＣポリウレタン社製「ＮＥ１３２０Ｂ」、ＮＣＯ＝４４．８ｗｔ％）を加えて混合し、発泡ウレタン樹脂原料とした。ここで、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との配合比（ＰＯ：ＩＳＯ）は、両者の合計重量を１００％として、ＰＯ：ＩＳＯ＝７８．５：２１．５とした。

次に、調製した発泡ウレタン樹脂原料に、磁性フィラーとしてステンレス鋼（ＳＵＳ４３０Ｆ）製のファイバー（虹技社製「ＫＣメタルファイバー ＳＵＳ４３０Ｆ」：直径約３０μｍ、長さ約２ｍｍ、アスペクト比４４４４）と、低融点合金粉末としてビスマス合金粉末（５７．５Ｂｉ−２５．２Ｉｎ−１７．３Ｓｎ合金、融点（固相線温度）７９℃、球状、平均粒子径約２５μｍ）と、を混合して、混合材料を調製した。磁性フィラーの配合量は、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。同様に、低融点合金粉末の配合量は、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。

次に、混合材料をアルミニウム製の発泡型（後述する図２、図３参照。キャビティは直径１００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの円筒形。）に注入し、密閉した。続いて、発泡型を磁場発生装置に設置して、発泡成形を行った。図２に、磁場発生装置の斜視図を示す。図３に、同磁場発生装置の断面図を示す。図２、図３に示すように、磁場発生装置１は、一対の電磁石部２Ｕ、２Ｄと、ヨーク部３と、を備えている。

電磁石部２Ｕは、芯部２０Ｕとコイル部２１Ｕとを備えている。芯部２０Ｕは、強磁性体製であって、上下方向に延びる円柱状を呈している。コイル部２１Ｕは、芯部２０Ｕの外周面に配置されている。コイル部２１Ｕは、芯部２０Ｕの外周面に巻装された導線２１０Ｕにより、形成されている。導線２１０Ｕは、電源（図略）に接続されている。

電磁石部２Ｄは、発泡型４を挟んで、上記電磁石部２Ｕの下方に配置されている。電磁石部２Ｄは、上記電磁石部２Ｕと同様の構成を備えている。すなわち、電磁石部２Ｄは、芯部２０Ｄとコイル部２１Ｄとを備えている。コイル部２１Ｄは、芯部２０Ｄの外周面に巻装された導線２１０Ｄにより、形成されている。導線２１０Ｄは、電源（図略）に接続されている。

ヨーク部３は、Ｃ字状を呈している。ヨーク部３のＣ字上端は、電磁石部２Ｕの芯部２０Ｕ上端に接続されている。一方、ヨーク部３のＣ字下端は、電磁石部２Ｄの芯部２０Ｄ下端に接続されている。

発泡型４は、上型４０Ｕと下型４０Ｄとを備えている。発泡型４は、電磁石部２Ｕの芯部２０Ｕと電磁石部２Ｄの芯部２０Ｄとの間に、介装されている。上型４０Ｕは、角柱状を呈している。上型４０Ｕの下面には、円筒状の凹部が形成されている。同様に、下型４０Ｄは、角柱状を呈している。下型４０Ｄの上面には、円筒状の凹部が形成されている。上型４０Ｕと下型４０Ｄとは、互いの凹部の開口同士が向き合うように配置されている。上型４０Ｕと下型４０Ｄとの間には、上記凹部同士が合体することにより、キャビティ４１が区画されている。キャビティ４１には、前述したように、混合材料が充填されている。

導線２１０Ｕに接続された電源および導線２１０Ｄに接続された電源を、共にオンにすると、上方の電磁石部２Ｕの芯部２０Ｕの上端がＳ極に、下端がＮ極に磁化される。このため、芯部２０Ｕに、上方から下方に向かって磁力線Ｌ（図３に点線で示す）が発生する。また、下方の電磁石部２Ｄの芯部２０Ｄの上端がＳ極に、下端がＮ極に磁化される。このため、芯部２０Ｄに、上方から下方に向かって磁力線Ｌが発生する。また、芯部２０Ｕ下端はＮ極であり、芯部２０Ｄ上端はＳ極である。このため、芯部２０Ｕと芯部２０Ｄとの間には、上方から下方に向かって磁力線Ｌが発生する。以上説明したように、電磁石部２Ｕ、２Ｄ間には、上方から下方に向かって磁力線Ｌが発生する。下方の電磁石部２Ｄの芯部２０Ｄ下端から放射された磁力線Ｌは、ヨーク部３を通って、上方の電磁石部２Ｕの芯部２０Ｕ上端に流入する。このように、磁力線Ｌは閉ループを構成するため、磁力線Ｌの漏洩を抑制することができる。

前述したように、発泡型４は、芯部２０Ｕと芯部２０Ｄとの間に介装されている。このため、発泡型４のキャビティ４１内には、上方から下方に向かって略平行な磁力線Ｌにより一様な磁場が形成されている。具体的には、キャビティ４１内の磁束密度は、約２００ｍＴであった。また、キャビティ４１内における磁束密度の差は、±３％以内であった。発泡型４を磁場発生装置１に設置した後、最初の約２分間は、磁場をかけながら発泡成形を行った。続く約５分間は、磁場をかけないで、発泡成形を行った。発泡成形が終了した後、脱型して、ウレタン発泡成形体を得た。得られたウレタン発泡成形体は、本発明の実施例である。

［比較例１］
上記発泡ウレタン樹脂原料に、磁性フィラー（同上）のみを混合し、混合材料を調製した。上記実施例と同様に、混合材料を磁場中で発泡成形し、ウレタン発泡成形体を製造した。磁性フィラーの配合量は、上記実施例と同様に、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。得られたウレタン発泡成形体を、比較例１のウレタン発泡成形体とした。

［比較例２］
上記発泡ウレタン樹脂原料に、錫合金粉末（Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ合金、融点（固相線温度）２１７℃、平均粒子径約３０μｍ）のみを混合し、混合材料を調製した。調製した混合材料を、磁場をかけずに発泡成形した。錫合金粉末の配合量は、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。得られたウレタン発泡成形体を、比較例２のウレタン発泡成形体とした。

［比較例３］
上記発泡ウレタン樹脂原料に、低融点合金粉末（同上）のみを混合し、混合材料を調製した。調製した混合材料を、磁場をかけずに発泡成形した。低融点合金粉末の配合量は、上記実施例と同様に、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。得られたウレタン発泡成形体を、比較例３のウレタン発泡成形体とした。

［比較例４］
上記発泡ウレタン樹脂原料に、磁性フィラー（同上）、および錫合金粉末（同上）を混合し、混合材料を調製した。上記実施例と同様に、混合材料を磁場中で発泡成形し、ウレタン発泡成形体を製造した。磁性フィラーの配合量は、上記実施例と同様に、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。また、錫合金粉末の配合量も、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１体積％とした。得られたウレタン発泡成形体を、比較例４のウレタン発泡成形体とした。

＜熱伝導率の測定＞
製造した実施例および比較例１〜４のウレタン発泡成形体の熱伝導率を測定した。熱伝導率の測定は、比較例１のウレタン発泡成形体については２３℃下で、それ以外のウレタン発泡成形体については、２３℃と１３０℃との二種類の設定温度下で行った。実施例および比較例１、４のウレタン発泡成形体については、ＡＳＴＭ Ｅ−１５３０に準拠した円板熱流計法により測定した。測定には、アンター社製「ユニサーモ２０２１型」を使用した。製造したウレタン発泡成形体から、直径５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円板を切り出して、試験片とした。また、比較例２、３のウレタン発泡成形体については、ＪＩＳ Ｒ２６１６（２００１）に準拠した熱線法（プローブ法）により測定した。測定には、京都電子工業（株）製「ＱＴＭ−Ｄ３」を使用した。製造したウレタン発泡成形体から、縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの平板を切り出して、試験片とした。熱伝導率の測定結果を、表１に示す。

表１に示すように、低融点合金粉末を含む実施例のウレタン発泡成形体では、設定温度の違いにより熱伝導率が変化した。すなわち、融点より高い温度（１３０℃）下で測定した場合に、熱伝導率は大きくなった。一方、融点の高い錫合金粉末を含む比較例４のウレタン発泡成形では、設定温度の違いによる熱伝導率の変化は見られなかった。これは、実施例のウレタン発泡成形体については、１３０℃下で低融点合金粉末が融解し、その際の吸熱反応が熱伝導率に影響を与えたためと考えられる。

また、比較例２、３のウレタン発泡成形体については、磁性フィラーを含まないため、他のウレタン発泡成形体と比較して、熱伝導率が極めて小さいことがわかる。このうち、比較例３のウレタン発泡成形体は、低融点合金粉末を含む。しかし、設定温度の違いによる熱伝導率の変化は見られなかった。これは、磁性フィラーを含まないため、低融点合金粉末へ熱が充分に伝達されなかったことが一因と考えられる。

＜昇温試験＞
実施例および比較例１〜４のウレタン発泡成形体を、ヒーターと接触するよう配置して、ヒーターを作動させた際の温度上昇を測定した。図４に、昇温試験装置の概略断面図を示す。図４に示すように、昇温試験装置５は、試料５０とラバーヒーター５１とを備えている。試料５０は、縦１３０ｍｍ、横１３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの矩形板状を呈する。試料５０は、実施例および比較例１〜４のウレタン発泡成形体の各々から作製される。ラバーヒーター５１は、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの矩形板状を呈する。試料５０とラバーヒーター５１とは、互いの表面が接触するように積層されている。電源（図略）から、ラバーヒーター５１に、電力密度０．３Ｗ／ｃｍ^２の熱量を供給し続け、ラバーヒーター５１の表面温度の経時変化を測定した。ここで、ラバーヒーター５１の表面温度とは、ラバーヒーター５１における試料５０との接触面（図４中、点Ａで示す）の温度である。

図５に、昇温試験におけるラバーヒーター（以下単に「ヒーター」と称す）の表面温度の経時変化を示す。なお、図５には、試料としてポリウレタンフォームのみからなるウレタン発泡成形体を使用した結果（ブランク）と、試料を積層させないでヒーターのみを加熱した場合の結果と、を併せて示す。

図５に示すように、実施例および比較例１〜４の試料を各々配置した場合における、ヒーター表面の昇温速度を比較すると、比較例２→比較例３→比較例１→比較例４→実施例の順に遅くなった。すなわち、実施例のウレタン発泡成形体によると、接触して配置されたヒーターの温度上昇を、最も抑制できることが確認された。実施例のウレタン発泡成形体は、磁性フィラーおよび低融点合金粉末を含む。したがって、上記結果は、磁性フィラーによる熱伝達性の向上、および低融点合金粉末による吸熱という二つの効果が発揮されたためと考えられる。

本発明のウレタン発泡成形体は、自動車、電子機器、建築等の幅広い分野において用いることができる。例えば、路面の凹凸に起因する騒音を低減するための防音タイヤ、エンジンの騒音を低減するために車両のエンジンルームに配置されるエンジンカバーやサイドカバー、ＯＡ（Ｏｆｆｉｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器や家電製品のモーター用吸音材、パソコン等の電子機器の放熱性吸音材、家屋の内外壁用吸音材等に好適である。

磁性フィラーの各形状における最大長さ、軸直方向断面横辺の長さ、軸直方向断面縦辺の長さについての説明図である。 実施例において、ウレタン発泡成形体の製造に使用した磁場発生装置の斜視図である。 同磁場発生装置の断面図である。 昇温試験装置の概略断面図である。 昇温試験におけるヒーターの表面温度の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１：磁場発生装置
２Ｕ、２Ｄ：電磁石部 ２０Ｕ、２０Ｄ：芯部 ２１Ｕ、２１Ｄ：コイル部
２１０Ｕ、２１０Ｄ：導線 ３：ヨーク部 ４：発泡型 ４０Ｕ：上型 ４０Ｄ：下型
４１：キャビティ Ｌ：磁力線
５：昇温試験装置 ５０：試料（ウレタン発泡成形体） ５１：ラバーヒーター

Claims (12)

1. ポリウレタンフォームからなる基材と、該基材中に配合され互いに連接して配向している磁性フィラーと、該基材中に配合され融点が５０℃以上１５０℃以下の合金からなる低融点合金粉末と、を有することを特徴とするウレタン発泡成形体。
2. 前記磁性フィラーおよび前記低融点合金粉末の合計配合量は、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の１．２体積％以上１０体積％以下である請求項１に記載のウレタン発泡成形体。
3. 前記磁性フィラーの配合量は、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の０．７体積％以上である請求項２に記載のウレタン発泡成形体。
4. 前記低融点合金粉末の配合量は、ウレタン発泡成形体の体積を１００体積％とした場合の０．５体積％以上である請求項２または請求項３に記載のウレタン発泡成形体。
5. 前記低融点合金粉末を構成する粒子の最大径は、２００μｍ以下である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のウレタン発泡成形体。
6. 前記低融点合金粉末は、球状の粒子からなる請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のウレタン発泡成形体。
7. 前記低融点合金粉末の平均粒子径は、１０μｍ以上５０μｍ以下である請求項６に記載のウレタン発泡成形体。
8. 前記低融点合金粉末を構成する粒子の表面には、酸化皮膜が形成されている請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のウレタン発泡成形体。
9. 前記磁性フィラーのアスペクト比は、２以上である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のウレタン発泡成形体。
10. 発泡ウレタン樹脂原料と、磁性フィラーと、融点が５０℃以上１５０℃以下の合金からなる低融点合金粉末と、を混合し混合材料を調製する混合材料調製工程と、
    該混合材料を発泡型のキャビティ内に注入し、磁束密度が略均一な磁場中で発泡成形する発泡成形工程と、
    を有することを特徴とするウレタン発泡成形体の製造方法。
11. 前記キャビティ内における前記磁束密度の差は、±１０％以内である請求項１０に記載のウレタン発泡成形体の製造方法。
12. 発泡成形時の前記磁束密度は、２００ｍＴ以上２５０ｍＴ以下である請求項１０または請求項１１に記載のウレタン発泡成形体の製造方法。

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