JP6550599B2 - Composite sheet - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a technique for dissipating heat from an electronic component that generates heat (hereinafter referred to as a heat generating component) in a housing such as an electronic device or a precision device.
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。 In recent years, the heat generation density from heat-generating components has rapidly increased with the advancement of the performance of electronic devices such as mobile phones and laptop computers, and the heat diffusion technology in these electronic devices has become essential. In particular, small mobile devices have many opportunities to directly touch the human body, and the temperature rise on the outer surface of the housing has become a serious problem.
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。 Low temperature burns are one of the problems caused by the temperature rise on the outer surface of the mobile device housing. Low temperature burns are a type of burn that occurs when a human body is exposed to a temperature higher than the body temperature for a long time. At 44 ° C., there is a report that a burn occurs in 6 hours, and every time it rises by 1 ° C., the time to reach a burn is halved.
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。 In comparison to ordinary burns, cold burns usually delay the onset of symptoms by the parties, and often the skin suffers severe damage when noticed. Recently, there are many cases of low-temperature burns when a small notebook computer is used on a knee for a long time. In the future, with the trend toward smaller and more mobile devices, it is the most important task to keep the temperature of the device surface as low as 1 ° C.
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。
As a method for preventing the temperature rise on the surface of the device, Patent Document 1 discloses that a sheet in which a graphite sheet and a heat insulating material are laminated is installed between a heat generating component and a housing. The
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。
A
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。
The heat generated in the component is spread by the
結果、筐体14を手で触っても、局所的な熱を感じない。
As a result, even if the
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。 However, in the structure of Patent Document 1, inorganic fiber glass wool or rock wool, natural wool heat insulating material, cellulose heat insulating material, or the like is used as the composite sheet, but sufficient heat insulating performance cannot be obtained. It was. In particular, as the heat insulating material is made thinner as the product becomes thinner, the heat insulating performance thereof is reduced, and heat is concentrated and transmitted to the housing.
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。 Therefore, we use as a composite sheet an airgel sheet in which an inorganic or organic fiber is impregnated with an airgel having an extremely low thermal conductivity of 0.012 to 0.022 W / mK while being non-vacuum, and The use of a graphite sheet having excellent thermal conductivity was considered.
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。 However, since the airgel is porous, there has been a problem that when the graphite sheet and the adhesive are bonded to each other, the adhesive layer penetrates into the airgel, so that the heat insulating property is lowered (the thermal conductivity is increased).
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。 Therefore, the subject of this application is providing the thin composite sheet excellent in the heat insulation performance.
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。 In order to solve the above problems, a graphite sheet disposed on the electronic component side, an airgel layer disposed on the housing side, a composite sheet in which the graphite layer and the airgel layer are fixed with an adhesive layer, and the area of the airgel layer is And a composite sheet which is smaller than the area of the graphite layer and located in a portion corresponding to the electronic component.
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。 Moreover, the mounting structure which provided the said composite sheet of the said description between the said electronic component and the said housing | casing is used. Further, an electronic device having the mounting structure inside is used.
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。 According to the present invention, there is provided a composite sheet capable of exhibiting a sufficient heat insulation effect even in a narrow space in a housing of an electronic device and effectively reducing heat transfer from a heat-generating component to the housing, and an electronic device including the same. can do.
(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。
Embodiment 1
FIG. 1A shows a cross-sectional view of the internal structure of an electronic device using the
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。
The electronic device comprises a
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。
The role of the
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。
In the
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。
Preferably, an
<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。
<
As the heat
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。 The graphite sheet is, for example, a thin sheet obtained by processing a polymer film having a thickness of 50 μm or less as a raw material at a high temperature of over 2500 ° C., pressurization, and reducing atmosphere. The composition is nearly 100% carbon. For this reason, this graphite sheet is a graphite plate laminated in parallel with a basal plane which is a plane constituted by a six-membered ring of carbon. The thickness of the graphite sheet is about 0.1 mm.
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。
Further, the front and back surfaces of the graphite sheet are substantially parallel to the surface (basal surface) formed by the six-membered ring of carbon. The thermal conductivity of the parallel graphite sheet is 1000 W / mk or more, the thermal conductivity of the graphite sheet in the vertical direction is 5 W / mk or less, the specific gravity is 2.25 g / cm 3 or less, and the electrical conductivity. And Young's modulus are 10 6 S / m or more and 750 GPa or more, respectively.
<Method of producing graphite>
An aromatic polyimide sheet material having a thickness of 25 μm to 75 μm was prepared as a starting material. First, 1 kg of sheet material was weighed and filled in a carbon crucible. Next, the crucible filled with the sheet material was placed in a heating electric furnace, and the air in the electric furnace was replaced with nitrogen gas. After substituting with nitrogen gas, it was heated at a heating rate of 100 ° C./h and held at the maximum temperature for 1 hour, and then naturally cooled to room temperature. In addition, in the case of heating, it heated, flowing nitrogen gas.
ここで、加熱の際の最高温度は1500℃から2500℃にした。 Here, the maximum temperature during heating was 1500 ° C. to 2500 ° C.
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。 As such a polymeric material, aromatic polyimide, polyamide imide, polyamide, polyoxadiazole, polybenzimidazole and the like can be mentioned.
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。 Among these, it is desirable to use aromatic polyimide as the polymer material. The thermal conductivity of the resulting graphite is better than when other materials are used.
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。 In addition to the graphite sheet, a rubber sheet containing graphite may be used. The rubber sheet containing graphite contains a resin having a rubber component in addition to carbon. The graphite used is a powder of the above graphite sheet. This powder, graphite filler, about 40% by weight, EPDM (Esprene, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), about 60% by weight, peroxide cross-linking agent, and stearic acid are mixed, and an 8-inch two-roll The mixture was thoroughly kneaded by a kneader to prepare a mixture, and the graphite filler powder in the mixture was oriented in the surface direction. C. for 10 minutes to proceed the vulcanization. It has thermal conductivity and high thermal conductivity in the planar direction.
<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。
<
It is preferable to use an airgel containing fibers as the
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。 The airgel 33 is a foam containing approximately 85 to 95 Vol% of air, and the size of the hole of the foam is smaller than 68 nm, which is considered as the mean free path of air, so that low heat conduction is achieved.
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。 Moreover, the airgel 33 is a foam with very little silica as solid content. Therefore, the skeleton has a fragile nature, and once broken, it will reduce its volume significantly.
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。
The
<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。
<Composition>
It is preferable that the airgel 33 (silica xerogel or silica airgel) containing the nanofibers 32 is supported at a ratio of 50 to 98% with respect to the air layer in the fiber sheet 31 with respect to the volume of the air layer. 80 to 98% is more preferable, and 90 to 98% is particularly preferable.
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。
In this state, the
<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。
<Fiber sheet 31>
The form of the fiber sheet 31 of the substrate may be any resin fiber such as glass wool, rock wool, polyester, or a composite fiber containing a plurality of these, and can be selected based on the heat-resistant temperature and incombustibility during use. However, since cellulose and pulp fibers are decomposed by a process using an acid during hydrophobization, it is necessary to hydrophobize with alkoxysilane or hexamethyldisilazane.
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。 When the airgel 33 is in a sol state, when the fiber sheet 31 is combined, the fiber sheet 31 having high affinity with the sol such as glass wool or cellulose fiber has good wettability, and the fiber sheet 31 and xerogel are combined. It is easy to make it.
<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。
<Nanofiber 32>
As the nanofiber 32, a nanofiber having a hydroxyl group on the surface, such as cellulose nanofiber or silica nanofiber, having a fiber diameter of 30 nm or less is used.
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。 The particle diameter of the fine particles desorbed by the aerogel 33 is 7 to 9.5% of 0.1 to 10 μm (average particle diameter is 0.1 to 10 μm), and the fiber diameter of the nanofiber 32 is 30 nm or less By using (the average fiber diameter is also 30 nm or less), it becomes easy to suppress the detachment of fine particles of 0.1 μm or more when the three-dimensional network of the nanofibers 32 is formed.
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。 If the fiber diameter of the nanofiber 32 is 30 nm or less and the nanofiber content is 1 to 10 wt% with respect to the volume of the airgel 33, the nanofiber 32 is combined with the airgel 33. The gap size of is approximately 5 to 70 nm in size.
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。 Therefore, it is considered that the airgel 33 fine particles of 0.1 μm or more are difficult to be detached from the gaps of the nanofibers 32. This is assumed considering that when the airgel 33 has a secondary particle diameter of 20 to 30 nm and a continuous structure of the particles uniformly forms a three-dimensional structure, pores having a size of 5 to 67 nm are formed. It is a structure.
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。 Moreover, the thing of a fiber diameter size of 5-100 nm is good. When the thickness is smaller than 5 nm, desorption of the airgel 33 fine particles can be prevented. If it is thicker than 100 nm, the thermal conductivity is greatly affected. If the thickness is 5 to 50 nm, the airgel 33 can be prevented from being detached, and the thermal conductivity is less affected. The thickness of 5 to 30 nm is more preferable because the airgel 33 can be prevented from being detached and the thermal conductivity is hardly affected.
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。
Further, in the first embodiment, the use of nanofibers 32 of 30 nm or less in particular has the effect of minimizing the thermal conductivity of the nanofibers 32 and not increasing the thermal conductivity of the
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。
When 1 to 10 wt% of nanofibers 32 is added, the heat conduction of
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。 In general fibers, among the three components of thermal conductivity, the solid thermal conductivity component, the convective component, and the radiation component, the solid thermal conductivity component is very small, and generally, the total of the thermal conductivity of the fiber is three components. Among about 0.03 to 0.08 W / mK, the solid thermal conductivity component is about 0.001 to 0.003 W / mK.
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。
It is considered that the addition of the nanofiber 32 increases the solid heat conduction component and the radiation component. However, the radiation component can be almost neglected unless the temperature is high, such as 100 ° C. or higher, and it can be regarded as only an increase in solid heat conduction component. Therefore, the total thermal conductivity of the
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。 These nanofibers 32 are contained in an amount of 1 to 10% by weight with respect to the airgel 33, and a network of nanofibers 32 having a mesh size smaller than that of the airgel 33 having a particle size of about 0.1 to 10 μm is formed. Suppresses detachment of fine particles. Further, the hydroxyl group on the surface of the nanofiber 32 and the airgel 33 can be chemically and firmly bonded by dehydration condensation.
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。
Further, when the nanofiber 32 is added up to 50 weight percent, contact heat resistance between the nanofibers 32 and contact heat resistance between the airgel 33 and the nanofiber 32 are generated, so that the heat insulation performance of the
<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。
<Aerogel 33>
In addition, the airgel 33 has an average pore size of 10 to 67 nm, a pore volume of 3.5 to 8 cc / g, and a specific surface area of 500 to 900 m 2 / g. It has pores smaller than the average free path of air 68 nm.
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。
The average pore is preferably 10 to 50 nm, more preferably 10 to 30 nm. The pore volume is preferably 5 to 8 cc / g, more preferably 6 to 8 cc / g. Bulk density 90~250kg / m 3, the bulk density is preferably 120~180kg / m 3, 140~150kg / m 3 and more preferably. In order to ensure heat insulation, the thermal conductivity is required to be 0.025 W / mK or less.
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。 If the average pore size, the specific surface area and the bulk density of the airgel 33 are in the above-mentioned ranges, the heat insulation is excellent, so that the composite sheet is suitable.
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。 Water glass (sodium silicate aqueous solution) is used as a starting material for producing the airgel 33, and the preparation is made of the silica concentration of the water glass, the type and concentration of the acid used during gelation, and the gelation conditions (temperature, time, pH). It can control by adjusting). Moreover, it can control by adjusting the quantity of a silylating agent, the quantity of a solvent, temperature, and time as hydrophobization conditions. The drying conditions can be controlled by adjusting the drying temperature, time, and the like.
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。 In the water glass as the raw material of the airgel 33, the silica weight may be adjusted to 5 to 20% by weight with respect to the total weight of the sol, preferably 10 to 20% by weight, and 15 to 20% by weight. More preferably.
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。 If the concentration of silica is 6% by weight or less, the strength of the wet gel skeleton may be insufficient because the concentration of silica is low. Also, if the concentration of silica exceeds 20%, the gelation time of the sol solution may be rapidly accelerated and it may become impossible to control.
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。 The same structure as the above-mentioned airgel 33 may be used for the silica airgel. What was produced by atmospheric pressure drying is preferable, but may be produced by supercritical drying.
<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。
<Method of Manufacturing
The manufacturing method of the
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。 Here, the functional silane is a group of silicon compounds composed of chlorosilanes, alkoxysilanes and silazanes, and is also a silylating agent. In this case, alkoxysilane is particularly preferable in view of compatibility with solvents such as alcohols, ketones and straight-chain aliphatic hydrocarbons. The silylating agent is an organosilicon compound capable of replacing active hydrogen in an organic compound with a Si atom. The active hydrogen is replaced with Si atoms.
<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。
<Sol preparation process>
The water glass aqueous solution used in Embodiment 1 may be prepared to be 5 to 20% by weight, preferably 10 to 20% by weight, and more preferably 15 to 20% by weight. When the concentration of silica in the aqueous solution is less than 5%, the strength of the wet gel skeleton may be insufficient because the concentration of silica is low. On the other hand, if the concentration of silicic acid exceeds 20%, the gelation time of the sol solution may be rapidly increased and may not be controlled.
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。 The water glass is used after removing sodium contained in the water glass when the airgel 33 is manufactured. The water glass used is No. 1 water glass (silica concentration 35 to 38% by weight), No. 2 water glass (silica concentration 34 to 36%), No. 3 water glass (silica concentration 28 to 30%) (Japanese Industrial Standard (JIS Any of K1408)) may be used. However, in order to form a three-dimensional network of silica densely and uniformly, it is preferable to use No. 1 water glass having a high silica concentration.
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。 In order to remove sodium in the water glass aqueous solution, sodium contained in the water glass is removed using an acid ion exchanger. The water glass is mixed with a proton ion exchange resin, and the aqueous glass solution is stirred until the pH reaches 1 to 3 to remove sodium. Thereafter, a base is added to adjust the gelable pH = 5 to 8. The base is generally ammonia, ammonium hydroxide, sodium hydroxide or aluminum hydroxide, with preference given to ammonia for ease of preparation.
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。 Alternatively, a sol may be prepared by forming sodium as a salt using an acid and then washing the formed hydrogel to remove the salt. At that time, an acid of 10 to 30% by weight of the water glass is added, and the gel is washed until the electrolyte disappears after curing.
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。 At this time, the acid used is hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, sulfurous acid, phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, chloric acid, chlorous acid, hypochlorous acid or other inorganic acids, acidic aluminum phosphate And acidic phosphates such as acidic magnesium phosphate and acidic zinc phosphate, and organic acids such as acetic acid, propionic acid, oxalic acid, succinic acid, citric acid, malic acid and adipic acid. Hydrochloric acid is preferred from the viewpoint of the gel skeleton strength of the resulting silica xerogel.
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。 As a solution used for washing, a water-soluble solvent such as pure water, methanol, ethanol, or propanol may be used.
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。 Alternatively, a colloidal silica solution (pH = 10 to 11) which has already been grown may be used without using water glass containing sodium as a starting material, and the above acid may be added to the solution to adjust the gel. A uniform hydrogel can be produced in the same manner by adjusting to pH = 5-8. The amount of the acid catalyst added at that time depends on the pH value to be adjusted. In the case of hydrochloric acid, the amount of the 12N hydrochloric acid aqueous solution is preferably 0.5 to 5.0% with respect to 100% by weight of the hydrogel. -2.5% is more preferable.
<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。
<Impregnation process>
Next, 1 to 50% by weight of nanofibers 32 based on the weight of the sol is added to the prepared sol, and dispersed using a stirrer or the like. The nanofiber 32 having a large specific gravity may be precipitated at the bottom if left standing in a sol for a long time after stirring.
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。 The nanofibers 32 used are silica nanofibers 32 or cellulose nanofibers 32 having a hydroxyl group and having a fiber diameter of 50 nm or less. Moreover, you may add both these fibers.
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。 Next, in order to impregnate the sol in which the nanofibers 32 are dispersed into the fiber sheet 31, composite is formed by immersing the fiber sheet 31 in the sol containing 50 to 95 vol% of the nanofibers 32 with respect to the air layer of fibers. .
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。 The fiber sheet 31 to be used is a sheet having a fiber diameter of 1 to 50 μm and a ratio of air occupied in a unit volume of 80 to 99%, more preferably 90 to 99%.
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。 The form of the fiber sheet 31 may be glass fiber, rock wool, resin fibers such as polyester, and composite fibers containing a plurality of these, and can be selected in consideration of the heat resistance temperature and non-combustibility during use. In addition, since cellulose and pulp fibers are decomposed by a process using an acid during hydrophobization, it is necessary to hydrophobize with alkoxysilane or hexamethyldisilazane.
<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。
<Cure curing process>
After impregnating the fiber sheet 31 with the sol containing the nanofibers 32, the polycondensation of the silica colloid in the sol and the growth of secondary particles are promoted in order to make the strength sufficient to withstand the capillary force applied during drying. There is a need. After the sol in the impregnated fiber sheet 31 is gelled, the water in the sheet does not volatilize at 70 to 95 ° C., preferably 80 to 95 ° C., more preferably 90 to 95 ° C., and the weight of silica particles is increased. Promote condensation and growth of secondary particles.
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。 The curing time is 2 to 24 hours, preferably 6 to 24 hours, and more preferably 12 to 24 hours. Alternatively, the necessary curing time can be shortened by curing in high temperature and high pressure in order to shorten the curing time.
<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。
Hydrophobing process
The silylating agent used when the silica nanofibers 32 are added is represented by the general formula R1R2 2 SiCl or R1 n Si (OR 2 ) 4-n (wherein R1 and R2 are independent of each other) A straight-chain alkyl, cyclic alkyl or phenyl, alkoxysilane). Hexamethyldisiloxane (HMDSO) and hexamethyldisilazane (HMDS) are also suitable.
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。 Here, the silylating agent replaces active hydrogen such as hydroxyl group, amino group, carboxyl group, amide group, mercapto group, etc. in the organic compound with silicon.
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。 On the other hand, when using cellulose nanofibers 32, when hydrochloric acid is generated in the hydrophobization solution, the cellulose is decomposed. For this reason, R1 n Si (OR 2 ) 4-n (wherein R1 and R2 are independently C1-C6 linear alkyl, cyclic alkyl or phenyl) or hexamethyldisilazane (HMDS). Perform hydrophobization using.
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。 R1R22SiCl is preferably trimethylchlorosilane (TMCS), and R1nSi (OR 2 ) 4-n is preferably trimethylmethoxysilane.
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。 When HMDSO is used, HCl can be added in a molar ratio of 0.02 to 2.0 with respect to the amount of HMDSO charged to generate TMCS, which is an active species in the reaction system. In that case, the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution is preferably 1 to 12 N, and more preferably 10 to 12 N.
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。 100-800% is preferable with respect to the pore volume of a hydrogel, and, as for the preparation amount of a silylating agent, 100-300% is more preferable.
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。 The hydrophobization reaction is performed in a solvent if necessary, and is generally performed at 20 to 100 ° C, preferably 30 to 60 ° C. When the reaction temperature is less than 20 ° C., the silylating agent may not be sufficiently diffused to be sufficiently hydrophobized.
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。 As the solvent to be used, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and linear aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and heptane are preferable. Since the gel before hydrophobization is hydrophilic while the silylating agent is a hydrophobic solvent, an alcohol which is an amphiphilic solvent or an amphiphilic solvent to efficiently react the silylating agent of the active species with the hydrogel It is preferred to use ketones.
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。 The hydrophobization time is preferably 2 to 24 hours, more preferably 2 to 12 hours.
<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。
<Drying process>
Next, in order to volatilize the solvent contained in the impregnated sheet after hydrophobization, it is dried at 100 to 150 ° C. for 2 to 5 hours. At that time, when the heat resistance temperature of the base fiber sheet 31 is lower than the drying temperature, alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, pentane and hexane are substituted, It is good to substitute by the solvent which has a boiling point below the heat-resistant temperature of resin fiber, and to make it dry.
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。
Unlike the composite sheet of the conventional example, the
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。 Moreover, in the above, although the nanofiber 32 and the fiber sheet 31 were used, the base materials other than this may be used, and only one of them may be used.
<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。
<
Consider the case where the graphite sheet or the rubber sheet containing graphite is used as the heat
<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。
<Water-based adhesive>
The
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。
This is because the airgel 33 of the
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。
Since the graphite sheet and the airgel 33 are water-repellent, they are positioned between the heat insulating layer 13 (aerogel 33) and the heat conductive layer 12 (graphite) using water-based water glass (a sodium silicate concentrated aqueous solution) having a certain degree of viscosity. Then, heat is applied to 100 ° C. or more to vaporize water, whereby the water
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。
One example will be described. As a water glass paste for forming the
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。 The molar ratio (SiO 2 / Na 2 O) of silicon dioxide and sodium oxide of sodium silicate is about 2 to 4 and preferably about 2.5 because it affects the coating properties. The molar ratio of silicon dioxide and potassium oxide potassium silicate (SiO 2 / K 2 O) for also affects the coatability and water-resistant as well, often about 1-4, preferably about 2.
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。 When adjusting the paste, stirring was performed twice at 1500 rpm for 3 minutes in a rotating / revolving vacuum mixer.
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。
In particular, water glass in which the
<Foam adhesive>
Further, the adhesive is preferably an adhesive that finally generates a void 20 (FIG. 1B). An adhesive that foams is preferable. Since the
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。
Further, the
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。
Further, instead of water glass, a water-based adhesive in which a resin elastomer is dispersed may be used as the
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。
Furthermore, in order to provide the void 20, the
<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。
<Assembly>
As a first step, water glass of the
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。
By this manufacturing method, the
<Evaluation>
It evaluated by the structure of FIG.1 (d). The
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。
The
It is a ratio that can spread heat and insulate heat efficiently in a limited space.
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。
The area of the
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。
The other conditions were the same, and evaluation was made with two samples in which only the
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。 This is because in the case of the epoxy resin, the resin penetrates into the airgel 33 and the heat insulation performance of the airgel 33 is degraded. In the case of water glass, the water glass does not soak into the airgel 33, and the heat insulation performance of the airgel 33 does not deteriorate.
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。
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). 2A and 2B correspond to FIG. 1A. It is sectional drawing of a heat insulation structure. The difference from the first embodiment is the structure of the heat
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。
In FIG. 2A, two first heat
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。
In FIG. 2B, the third heat
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。
Although there are a plurality of
(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。
Third Embodiment
A third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. It is sectional drawing of a heat insulation structure. The difference from the first embodiment is that the first heat
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。
In FIG. 3, the first thermally
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。
Each of the three layers has a sufficiently larger area than the
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。
Although there are a plurality of
(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。
Embodiment 4
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c). FIG. 4A to FIG. 4C are diagrams corresponding to FIG. It is sectional drawing of a heat insulation structure. The difference from Embodiment 1 is that there is no
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。
In FIG. 4A, the
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。
By this structure, the
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。
Since the top surfaces of the
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。
In FIG. 4 (b), the
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。
By this structure, the
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。
In FIG. 4C and FIG. 4D, the
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。
With this structure, the
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。
The heat of the
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。
In particular, in the case where the
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。
It is preferable to use the material of Embodiment 1 for the heat
(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。
Fifth Embodiment
The fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (b). FIG. 5A to FIG. 5B are diagrams corresponding to FIG. It is sectional drawing of a heat insulation structure. The difference from Embodiment 1 is that there is no
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。
In FIG. 5A and FIG. 5B, the
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。
This structure reduces the probability of the heat of the
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。
In FIG. 5B, the shape of the
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。
With this structure, the heat transmitted to the
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。
The heat of the
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。
This structure is good when the
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。
It is preferable to use the material of Embodiment 1 for the heat
(Note)
The above embodiments can be combined as needed.
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。 As described above, according to the present invention, composite heat insulation can be sufficiently exhibited even in a narrow space in the housing of the electronic device, and heat transfer from parts accompanied with heat generation to the outer surface of the housing can be effectively reduced. A body and an electronic device including the body can be provided.
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
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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し、
前記エアロゲル層の全側面が前記接着層で覆われている複合シート。 A graphite layer disposed on the electronic component side,
An airgel layer disposed on the housing side,
A composite sheet in which the graphite layer and the airgel layer are fixed by an adhesive layer,
The area of the airgel layer is smaller than the area of the graphite layer, located in a portion corresponding to the electronic component ,
A composite sheet in which all side surfaces of the airgel layer are covered with the adhesive layer.
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。 The upper surface of the airgel layer is not covered with the adhesive layer,
The lower surface of the airgel layer is double if sheet according to claim 1, wherein that covered by the adhesive layer.
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。 The upper surface of the airgel layer is not covered with the adhesive layer,
The composite sheet according to claim 1, wherein a lower surface of the airgel layer is not covered with the adhesive layer.
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し、
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複合シート。 A graphite layer disposed on the electronic component side,
An airgel layer disposed on the housing side,
A composite sheet in which the graphite layer and the airgel layer are fixed with an adhesive layer,
The area of the airgel layer is smaller than the area of the graphite layer, located in a portion corresponding to the electronic component,
The side surface of the airgel layer is covered with the adhesive layer,
The upper surface of the airgel layer is covered with the adhesive layer,
Lower surface, Ifuku if sheet such covered by the adhesive layer of the airgel layer.
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し、
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る請求項1記載の複合シート。 A graphite layer disposed on the electronic component side,
An airgel layer disposed on the housing side,
A composite sheet in which the graphite layer and the airgel layer are fixed by an adhesive layer,
The area of the airgel layer is smaller than the area of the graphite layer, located in a portion corresponding to the electronic component,
The side surface of the airgel layer is covered with the adhesive layer,
The upper surface of the airgel layer is covered with the adhesive layer ,
The composite sheet according to claim 1, wherein a lower surface of the airgel layer is covered with the adhesive layer.
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し、
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、面積が大きい複合シート。 A graphite layer disposed on the electronic component side,
An airgel layer disposed on the housing side,
A composite sheet in which the graphite layer and the airgel layer are fixed with an adhesive layer,
The area of the airgel layer is smaller than the area of the graphite layer, located in a portion corresponding to the electronic component,
The side surface of the airgel layer is covered with the adhesive layer,
The upper surface of the airgel layer is a bottom than the area size Ifuku case sheet of the airgel layer.
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