JP7345147B2 - 複合部材、並びにそれを用いた発熱装置、建築部材及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合部材、並びにそれを用いた発熱装置、建築部材及び発光装置に関する。

従来より、セラミックスやガラスからなる無機部材に対して赤外線吸収能を付与し、赤外線の光エネルギーを熱エネルギーに変換することが行われている。

特許文献１は、熱制御層を含む可撓性シートである遮熱発熱性透光膜材を開示している。熱制御層は、サーモクロミック材料を含む合成樹脂と、近赤外線吸収性物質を含む合成樹脂との非相溶混合体からなる海島分散構造によって形成され、かつ、熱で遮熱発熱特性が変化する樹脂層である。特許文献１では、さらに、遮熱発熱性及び透光性を有し、遮熱発熱性透光膜材を屋根材とした膜屋根構造物を開示している。遮熱発熱性透光膜材により膜屋根構造物を構築することで、内部の結露を防止し、冬は屋根上の着雪状態を逐次コントロール可能で、夏は内部温度の上昇を抑制することが可能となる。

特許文献２は、ガラス基板である透明基板と、該透明基板の少なくとも一方の主面側に１以上の赤外線吸収層を有し、赤外線吸収層は、透明樹脂中に有機色素もしくは無機粒子を含む層、または無機粒子からなる層である赤外線遮蔽フィルタを開示している。そして、赤外線吸収層に含まれる有機色素としてはジイモニウム系化合物を開示し、無機粒子としてはＩＴＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３－ＳｎＯ_２系）、ＡＴＯ（Ｓｂ_２Ｏ_３－ＳｎＯ_２系）、ホウ化ランタン、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸ルビジウム、タングステン酸セシウム等の粒子を開示している。

特開２０１２－１４０７５３号公報 国際公開第２０１４／１６８１８９号

しかしながら、従来では、マトリックスである樹脂に赤外線吸収材を分散させているため、長期間の使用により樹脂が劣化してしまうという問題があった。さらに、赤外線吸収材が有機物質からなる場合、樹脂の劣化に起因して赤外線吸収材も劣化するため、赤外線吸収能が低下してしまうという問題があった。また、特許文献２のような無機粒子からなる赤外線吸収材は、毒性を有している場合があり、さらにレアメタル及び希土類元素を含むため、非常に高価であるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、有機系の赤外線吸収材を用いた場合でも赤外線吸収材の安定性を高め、赤外線吸収能を長期的に維持することが可能な複合部材、並びに当該複合部材を用いた発熱装置、建築部材及び発光装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る複合部材は、無機物質によって構成されるマトリックス部と、マトリックス部の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材とを含有し、マトリックス部の断面における気孔率が２０％以下である。

本発明の第二の態様に係る発熱装置は、第一の態様に係る複合部材と、複合部材に赤外線を照射する赤外線光源とを備える。

本発明の第三の態様に係る建築部材は、第一の態様に係る複合部材、又は第二の態様に係る発熱装置を備える。

本発明の第四の態様に係る発光装置は、第一の態様に係る複合部材、又は第二の態様に係る発熱装置を備える。

図１は、第一実施形態に係る複合部材の一例を概略的に示す断面図である。 図２（ａ）は、第一実施形態に係る複合部材の断面を拡大して示す概略図である。図２（ｂ）は、無機物質の粒子群の粒界近傍を概略的に示す断面図である。 図３は、第一実施形態に係る複合部材の他の例を概略的に示す断面図である。 図４は、第一実施形態に係る複合部材の他の例を概略的に示す断面図である。 図５は、第二実施形態に係る複合部材の一例を概略的に示す断面図である。 図６は、第二実施形態に係る複合部材の他の例を概略的に示す断面図である。 図７は、本実施形態に係る発熱装置の一例を概略的に示す図である。 図８は、実施例の試験サンプルにおいて、位置１の反射電子像を示す図である。 図９は、実施例の試験サンプルにおいて、位置２の反射電子像を示す図である。 図１０は、実施例の試験サンプルにおいて、位置３の反射電子像を示す図である。 図１１は、実施例の試験サンプルにおいて、位置１の反射電子像を二値化したデータを示す図である。 図１２は、実施例の試験サンプルにおいて、位置２の反射電子像を二値化したデータを示す図である。 図１３は、実施例の試験サンプルにおいて、位置３の反射電子像を二値化したデータを示す図である。 図１４は、参考例で用いた水硬性アルミナのＸ線回折パターン、並びにＩＣＳＤに登録されたベーマイト（ＡｌＯＯＨ）及びギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）_３）のパターンを示すグラフである。 図１５は、参考例の試験サンプルのＸ線回折パターン、並びにＩＣＳＤに登録されたベーマイト及びギブサイトのＸ線回折パターンを示すグラフである。

以下、図面を参照して本実施形態に係る複合部材、並びに当該複合部材を用いた発熱装置、建築部材及び発光装置について説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

［第一実施形態の複合部材］
本実施形態の複合部材１００は、図１に示すように、無機物質によって構成されるマトリックス部１０と、マトリックス部１０の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材２０とを有している。マトリックス部１０は、図２に示すように、無機物質からなる複数の粒子１１により構成されており、無機物質の粒子１１同士が互いに結合することにより、マトリックス部１０が形成されている。

マトリックス部１０を構成する無機物質は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有していることが好ましい。本明細書において、アルカリ土類金属は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムに加えて、ベリリウム及びマグネシウムを包含する。卑金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、カドミウム、インジウム、すず、水銀、タリウム、鉛、ビスマス及びポロニウムを包含する。半金属は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン及びテルルを包含する。この中でも、無機物質は、亜鉛、アルミニウム及びマグネシウムからなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有していることが好ましい。これらの金属元素を含有する無機物質は、後述するように、加圧加熱法により、無機物質に由来する連結部を容易に形成することが可能となる。

無機物質は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有することが好ましい。また、無機物質は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分として含有することがより好ましい。つまり、無機物質は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを５０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、８０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましい。なお、上述の金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物に加え、リン酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩及びホウ酸塩を包含している。無機物質は、上記金属元素の酸化物又は窒化物であることが好ましい。このような無機物質は、大気中の酸素及び水蒸気に対する安定性が高い。そのため、マトリックス部１０の内部に有機系赤外線吸収材２０を分散させることにより、有機系赤外線吸収材２０と酸素及び水蒸気との接触を抑制して、有機系赤外線吸収材２０の劣化を抑えることができる。

マトリックス部１０を構成する無機物質は、酸化物であることが特に好ましい。無機物質が上記金属元素の酸化物からなることにより、フッ化物及び窒化物と比べて、より耐久性の高い複合部材１００を得ることができる。なお、金属元素の酸化物は、金属元素に酸素のみが結合した化合物であることが好ましい。

マトリックス部１０を構成する無機物質は多結晶体であることが好ましい。つまり、無機物質の粒子１１は結晶質の粒子であり、マトリックス部１０は多数の粒子１１が凝集してなるものであることが好ましい。マトリックス部１０を構成する無機物質が多結晶体であることにより、無機物質がアモルファスからなる場合と比べて、耐久性の高い複合部材１００を得ることができる。なお、無機物質の粒子１１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する結晶質の粒子であることがより好ましい。また、無機物質の粒子１１は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有する結晶質の粒子であることが好ましい。無機物質の粒子１１は、上記金属元素の酸化物、窒化物、水酸化物、硫化物、ホウ化物、炭化物及びハロゲン化物からなる群より選ばれる少なくとも一つを主成分とする結晶質の粒子であることがより好ましい。

マトリックス部１０を構成する無機物質は、ベーマイトであることも好ましい。ベーマイトは、ＡｌＯＯＨの組成式で示されるアルミニウム酸化水酸化物である。ベーマイトは、水に不溶であり、酸及びアルカリにも常温下では殆ど反応しないことから化学的安定性が高く、さらに脱水温度が５００℃前後と高いことから耐熱性にも優れるという特性を有する。また、ベーマイトは、比重が３．０７程度であるため、マトリックス部１０がベーマイトからなる場合には、軽量であり、かつ、化学的安定性に優れる複合部材１００を得ることができる。

マトリックス部１０を構成する無機物質がベーマイトである場合、粒子１１は、ベーマイト相のみからなる粒子であってもよく、ベーマイトと、ベーマイト以外の酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムとの混合相からなる粒子であってもよい。例えば、粒子１１は、ベーマイトからなる相と、ギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）_３）からなる相が混合した粒子であってもよい。

マトリックス部１０を構成する無機物質の粒子１１の平均粒子径は特に限定されないが、３００ｎｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましく、３００ｎｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましく、３００ｎｍ以上５μｍ以下であることが特に好ましい。無機物質の粒子１１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、粒子１１同士が強固に結合し、マトリックス部１０の強度を高めることができる。また、無機物質の粒子１１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、後述するように、マトリックス部１０の内部に存在する気孔の割合が２０％以下となることから、有機系赤外線吸収材２０の劣化を抑制することが可能となる。なお、本明細書において、「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数～数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用する。

無機物質の粒子１１の形状は特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、粒子１１は、ウィスカー状（針状）の粒子、又は鱗片状の粒子であってもよい。ウィスカー状粒子又は鱗片状粒子は、球状粒子と比べて他の粒子との接触性が高まり、マトリックス部１０の強度が向上しやすい。そのため、粒子１１としてこのような形状の粒子を用いることにより、複合部材１００全体の強度を高めることが可能となる。なお、ウィスカー状の粒子１１としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有する粒子を用いることができる。また、鱗片状の粒子１１としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する粒子を用いることができる。

マトリックス部１０を構成する無機物質は、透光性を有することが好ましい。具体的には、無機物質は赤外線を透過することが好ましい。無機物質が透光性を有することにより、有機系赤外線吸収材２０は赤外光を吸収しやすくなることから、有機系赤外線吸収材２０により光エネルギーを熱エネルギーに変換しやすい複合部材１００となる。

ここで、マトリックス部１０を構成する無機物質は、実質的に水和物を含まないことが好ましい。本明細書において、「無機物質は、実質的に水和物を含有しない」とは、無機物質に故意に水和物を含有させたものではないことを意味する。そのため、無機物質に水和物が不可避不純物として混入した場合は、「無機物質は、実質的に水和物を含有しない」という条件を満たす。なお、ベーマイトは金属酸化水酸化物であることから、本明細書においては水和物に包含されない。

なお、マトリックス部１０を構成する無機物質は、カルシウム化合物の水和物を含まないことが好ましい。ここでいうカルシウム化合物は、ケイ酸三カルシウム（エーライト、３ＣａＯ・ＳｉＯ_２）、ケイ酸二カルシウム（ビーライト、２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）、カルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）、カルシウムアルミノフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ_４・２Ｈ_２Ｏ）である。マトリックス部１０を構成する無機物質が上記カルシウム化合物の水和物を含む場合、得られる複合部材は、マトリックス部の断面における気孔率が２０％を超える可能性がある。そのため、無機物質は、上記カルシウム化合物の水和物を含まないことが好ましい。また、マトリックス部１０を構成する無機物質は、リン酸セメント、リン酸亜鉛セメント、及びリン酸カルシウムセメントも含まないことが好ましい。無機物質がこれらのセメントを含まないことにより、得られる複合部材の気孔率を２０％以下にすることが可能となる。

マトリックス部１０の内部に分散する有機系赤外線吸収材２０は、有機化合物からなり、７８０ｎｍ～１５００μｍの範囲内に最大吸収波長を有する色素であることが好ましい。また、有機系赤外線吸収材２０は、７８０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲内に最大吸収波長を有する色素であることがより好ましい。このような有機系赤外線吸収材２０は、吸収した赤外光の光エネルギーを熱エネルギーに変換する。

有機系赤外線吸収材２０は、上述のような特性を示すならば特に限定されない。ただ、有機系赤外線吸収材２０は、アゾ系金属錯体、トリフェニルアミン系アゾ色素、シアニン系色素、スクアリリウム系色素、フタロシアニン系色素、ジチオラート錯体系色素、及びジインモニウム塩系色素からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。

複合部材１００において、マトリックス部１０は、無機物質の粒子群により構成されていることが好ましい。つまり、マトリックス部１０は、無機物質からなる複数の粒子１１により構成されており、無機物質の粒子１１同士が互いに結合することにより、マトリックス部１０が形成されていることが好ましい。この際、粒子１１同士は、点接触の状態であってもよく、粒子１１の粒子面同士が接触した面接触の状態であってもよい。そして、有機系赤外線吸収材２０は、マトリックス部１０の内部で略均一に分散した状態で存在することが好ましい。ただ、有機系赤外線吸収材２０は、無機物質の粒子１１の粒界に存在することが好ましい。図２に示すように、有機系赤外線吸収材２０が隣接する無機物質の粒子１１の間に偏在することにより、有機系赤外線吸収材２０が着色効果を兼ねる場合、略均一に分散した状態と比べて色の見え方が異なる複合部材１００を得ることが可能となる。

複合部材１００において、マトリックス部１０が無機物質の粒子群により構成されている場合、隣接する無機物質の粒子１１の間には、有機系赤外線吸収材２０が存在していてもよい。ただ、図２に示すように、隣接する無機物質の粒子１１の間には、有機系赤外線吸収材２０以外に、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部３０が存在していてもよい。アモルファス部３０が存在することにより、隣接する無機物質の粒子１１同士がアモルファス部３０を介して結合するため、マトリックス部１０の強度をより高めることが可能となる。なお、アモルファス部３０は、少なくとも無機物質の粒子１１の表面に接触するように存在することが好ましい。また、アモルファス部３０は、隣接する無機物質の粒子１１の間に加えて、無機物質の粒子１１と有機系赤外線吸収材２０との間、及び、隣接する有機系赤外線吸収材２０の間に存在していてもよい。

アモルファス部３０は、非晶質の無機化合物を含むことが好ましい。具体的には、アモルファス部３０は、非晶質の無機化合物のみからなる部位であってもよく、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在してなる部位であってもよい。また、アモルファス部３０は、非晶質の無機化合物の内部に結晶質の無機化合物が分散した部位であってもよい。非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在している場合、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とは、同じ化学組成を有していてもよく、互いに異なる化学組成を有していてもよい。

無機物質の粒子１１及びアモルファス部３０は同じ金属元素を含有し、当該金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。つまり、粒子１１を構成する無機化合物と、アモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物は、少なくとも同じ金属元素を含有していることが好ましい。また、粒子１１を構成する無機化合物と、アモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物は化学組成が同じであってもよく、化学組成が異なっていてもよい。具体的には、金属元素が亜鉛である場合、粒子１１を構成する無機化合物とアモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物は、両方とも酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。または、粒子１１を構成する無機化合物はＺｎＯであるが、アモルファス部３０を構成する非晶質の無機化合物はＺｎＯ以外の亜鉛含有酸化物であってもよい。

複合部材１００において、粒子１１及びアモルファス部３０は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素の酸化物を含有することが好ましい。このような金属元素の酸化物は耐久性が高いことから、有機系赤外線吸収材２０と酸素及び水蒸気との接触を長期間に亘って抑制して、有機系赤外線吸収材２０の劣化を抑えることができる。

粒子１１及びアモルファス部３０の両方に含まれる金属元素の酸化物は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、並びに酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの複合体からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。後述するように、これらの金属元素の酸化物を用いることにより、簡易な方法でアモルファス部３０を形成することが可能となる。

複合部材１００において、粒子１１及びアモルファス部３０は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素の窒化物を含有していてもよい。このような金属元素の窒化物も耐久性が高いことから、有機系赤外線吸収材２０と酸素及び水蒸気との接触を長期間に亘って抑制して、有機系赤外線吸収材２０の劣化を抑えることができる。なお、粒子１１及びアモルファス部３０の両方に含まれる金属元素の窒化物としては、窒化ホウ素（ＢＮ）を挙げることができる。

上述のように、マトリックス部１０を構成する無機物質は、ベーマイトであってもよい。この場合、マトリックス部１０の粒子１１は、ベーマイト相のみからなる粒子であってもよく、ベーマイトと、ベーマイト以外の酸化アルミニウム又は水酸化アルミニウムとの混合相からなる粒子であってもよい。そして、この場合、隣接する粒子１１は、アルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一方を介して結合していることが好ましい。つまり、粒子１１は、有機化合物からなる有機バインダーで結合しておらず、アルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物以外の無機化合物からなる無機バインダーでも結合していないことが好ましい。なお、隣接する粒子１１がアルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一方を介して結合している場合、当該アルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物は結晶質であってもよく、また、非晶質であってもよい。

なお、マトリックス部１０がベーマイトからなる場合、ベーマイト相の存在割合が５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましく、７０質量％以上であることがさらに好ましい。ベーマイト相の割合が増加することにより、軽量であり、かつ、化学的安定性及び耐熱性に優れたマトリックス部１０を得ることができる。なお、マトリックス部１０におけるベーマイト相の割合は、Ｘ線回折法によりマトリックス部１０のＸ線回折パターンを測定した後、リートベルト解析を行うことにより、求めることができる。

複合部材１００において、マトリックス部１０の断面における気孔率は２０％以下であることが好ましい。つまり、マトリックス部１０の断面を観察した場合、単位面積あたりの気孔の割合の平均値が２０％以下であることが好ましい。気孔率が２０％以下の場合には、緻密な無機物質の内部に、有機系赤外線吸収材２０を封止することができる。そのため、複合部材１００の外部からの酸素及び水蒸気と、有機系赤外線吸収材２０との接触率が減少することから、有機系赤外線吸収材２０の酸化分解を抑制し、長期間に亘って有機系赤外線吸収材２０の赤外線吸収能を維持することが可能となる。なお、マトリックス部１０の断面における気孔率は１５％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることがさらに好ましい。マトリックス部１０の断面における気孔率が小さいほど、有機系赤外線吸収材２０と酸素及び水蒸気との接触が抑制されるため、有機系赤外線吸収材２０の劣化を防ぐことが可能となる。

本明細書において、気孔率は次のように求めることができる。まず、マトリックス部１０の断面を観察し、マトリックス部１０、有機系赤外線吸収材２０及び気孔を判別する。そして、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積とを測定し、単位面積あたりの気孔の割合を求める。このような単位面積あたりの気孔の割合を複数箇所で求めた後、単位面積あたりの気孔の割合の平均値を、気孔率とする。なお、マトリックス部１０の断面を観察する際には、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いることができる。また、単位面積と当該単位面積中の気孔の面積は、顕微鏡で観察した画像を二値化することにより測定してもよい。

複合部材１００の形状は特に限定されないが、例えば板状とすることができる。また、複合部材１００（マトリックス部１０）の厚みｔは特に限定されないが、例えば１００μｍ以上とすることができる。本実施形態の複合部材１００は、後述するように、加圧加熱法により形成している。そのため、厚みの大きな複合部材１００を容易に得ることができる。なお、複合部材１００（マトリックス部１０）の厚みｔは０．５ｍｍ以上とすることができ、１ｃｍ以上とすることもできる。複合部材１００（マトリックス部１０）の厚みｔの上限は特に限定されないが、例えば５０ｃｍとすることができる。

複合部材１００において、有機系赤外線吸収材２０は、マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連続的に存在せず、かつ、マトリックス部１０の表面１０ａに膜状に存在していないことが好ましい。具体的には、有機系赤外線吸収材２０は、マトリックス部１０の内部に分散した状態で存在していることが好ましい。また、有機系赤外線吸収材２０の一部は、マトリックス部１０の内部で偏析してもよい。ただ、図３に示すように、偏析した有機系赤外線吸収材２０ａがマトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連続的に存在していないことが好ましい。マトリックス部１０の表面１０ａに存在する有機系赤外線吸収材２０ａは、大気中の酸素及び水蒸気に接触して劣化する可能性がある。マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連続的に存在している有機系赤外線吸収材２０ａも、表面１０ａに存在する有機系赤外線吸収材２０ａの酸化劣化に起因して劣化する可能性がある。そのため、有機系赤外線吸収材２０の劣化を抑制する観点から、有機系赤外線吸収材２０は、マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連続的に存在していないことが好ましい。

また、マトリックス部１０の内部に分散している有機系赤外線吸収材２０に関し、有機系赤外線吸収材２０の一部がマトリックス部１０の表面１０ａに膜状に存在していないことが好ましい。この場合、膜状の有機系赤外線吸収材２０は、大気中の酸素及び水蒸気に晒されることから、酸化劣化する可能性がある。

複合部材１００において、マトリックス部１０は、マトリックス部１０の表面１０ａから内部にかけて連通する空隙１０ｂを有しないことが好ましい。マトリックス部１０の内部の有機系赤外線吸収材２０は、無機物質の粒子１１により覆われているため、酸化劣化し難い。ただ、図４に示すように、マトリックス部１０に空隙１０ｂが存在する場合、空隙１０ｂを通じてマトリックス部１０の内部に酸素及び水蒸気が到達してしまい、マトリックス部１０の内部の有機系赤外線吸収材２０と接触する可能性がある。そのため、有機系赤外線吸収材２０の酸化劣化を抑制する観点から、マトリックス部１０は、表面１０ａから内部にかけて連通する空隙１０ｂを有しないことが好ましい。

このように、本実施形態の複合部材１００は、無機物質によって構成されるマトリックス部１０と、マトリックス部１０の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材２０とを含有し、マトリックス部１０の断面における気孔率が２０％以下である。複合部材１００は有機系赤外線吸収材を用いていることから、無機系の赤外線吸収材で生じる毒性及び価格の問題を解決することができる。さらに、有機系赤外線吸収材２０がマトリックス部１０の内部に高分散していることから、複合部材１００全体が赤外線を吸収して発熱する。そのため、複合部材１００を加工しても、複合部材１００の赤外線吸収能を維持することができる。これに対し、特許文献２のように、透明基板の表面に赤外線吸収層を設けた場合、表面を加工すると赤外線吸収層が除去されてしまうため、表面加工ができないという問題がある。

また、複合部材１００は、断面における気孔率が２０％以下である。そのため、酸素及び水蒸気と有機系赤外線吸収材２０との接触率が減少することから、有機系赤外線吸収材２０の酸化分解を抑制し、長期間に亘って複合部材１００の赤外線吸収能を維持することが可能となる。さらに、マトリックス部１０は、内部の気孔が少なく、無機物質が緻密となっていることから、複合部材１００は高い強度を有するセラミックス部材となる。

上述のように、特許文献１の遮熱発熱性透光膜材は熱制御層を有しており、熱制御層は、サーモクロミック材料を含む合成樹脂と、近赤外線吸収性物質を含む合成樹脂との非相溶混合体からなる。特許文献２の赤外線遮蔽フィルタは赤外線吸収層を有しており、赤外線吸収層は、透明樹脂中に有機色素もしくは無機粒子を含む層である。特許文献１及び２のように、マトリックスである樹脂に赤外線吸収材を分散させた場合、赤外線吸収材は赤外線を吸収して熱エネルギーに変換する。しかし、樹脂は一般的に熱伝導性が低いことから、生成した熱エネルギーを有効に活用できない場合がある。これに対して、複合部材１００のマトリックス部１０は、無機物質によって構成されるため、熱伝導性が高い。そのため、生成した熱エネルギーをマトリックス部１０の表面１０ａまで効率的に伝導して有効に活用することが可能となる。

特許文献２の赤外線遮蔽フィルタは、ガラス基板である透明基板の表面に、透明樹脂をマトリックスとした赤外線吸収層を備えている。そのため、透明基板と赤外線吸収層との熱膨張率の差により、赤外線吸収層が剥離してしまう可能性がある。しかしながら、複合部材１００では、有機系赤外線吸収材２０がマトリックス部１０の内部に高分散していることから、剥離の問題が生じず、長期間に亘って高い安定性を保つことができる。

次に、本実施形態に係る複合部材１００の製造方法について説明する。複合部材１００は、無機物質の粒子と有機系赤外線吸収材との混合物を、溶媒を含んだ状態で加圧して加熱することにより製造することができる。このような加圧加熱法を用いることにより、無機物質の一部が溶出して無機物質同士が互いに結合するため、有機系赤外線吸収材２０が内部に分散したマトリックス部１０を形成することができる。

具体的には、まず、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末を混合して混合粉末を調製する。無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末の混合方法は特に限定されず、乾式又は湿式で行うことができる。また、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末は空気中で混合してもよく、不活性雰囲気下で混合してもよい。

次に、混合粉末に溶媒を添加する。溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、混合粉末を加圧及び加熱した際に、無機物質の一部を溶解することが可能なものを用いることができる。また、溶媒としては、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成することが可能なものを用いることができる。このような溶媒としては、酸性水溶液、アルカリ性水溶液、水、アルコール、ケトン及びエステルからなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。酸性水溶液としては、ｐＨ１～３の水溶液を用いることができる。アルカリ性水溶液としては、ｐＨ１０～１４の水溶液を用いることができる。酸性水溶液としては、有機酸の水溶液を用いることが好ましい。また、アルコールとしては、炭素数が１～１２のアルコールを用いることが好ましい。

無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物は、上述のように、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末を混合した後、溶媒を添加する方法で調製することができる。ただ、無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物の調製方法は、このような方法に限定されない。当該混合物の調製方法としては、まず、有機系赤外線吸収材と溶媒とを混合する。この際、有機系赤外線吸収材は溶媒に溶解させてもよく、溶解させなくてもよい。そして、有機系赤外線吸収材と溶媒との混合物に、無機物質の粉末を添加することにより、無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物を調製してもよい。

次いで、無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物を、金型の内部に充填する。当該混合物を金型に充填した後、必要に応じて金型を加熱してもよい。そして、金型の内部の混合物に圧力を加えることにより、金型の内部が高圧状態となる。この際、無機物質及び有機系赤外線吸収材が緻密化すると同時に、無機物質の粒子同士が互いに結合する。

ここで、溶媒として、無機物質の一部を溶解するものを用いた場合、高圧状態では、無機物質を構成する無機化合物が溶媒に溶解する。溶解した無機化合物は、無機物質と有機系赤外線吸収材との間の空隙、無機物質の間の空隙、及び有機系赤外線吸収材の間の空隙に浸入する。そして、この状態で混合物中の溶媒を除去することにより、無機物質と有機系赤外線吸収材との間、無機物質の間及び有機系赤外線吸収材の間に、無機物質に由来する連結部が形成される。また、溶媒として、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成するものを用いた場合、高圧状態では、無機物質を構成する無機化合物が溶媒と反応する。そして、反応により生成した他の無機物質が、無機物質と有機系赤外線吸収材との間の空隙、無機物質の間の空隙、及び有機系赤外線吸収材の間の空隙に充填され、他の無機物質に由来する連結部が形成される。

無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物の加熱加圧条件は、溶媒として、無機物質の一部を溶解するものを用いた場合、無機物質の表面の溶解が進行するような条件であれば特に限定されない。また、当該混合物の加熱加圧条件は、溶媒として、無機物質と反応して、当該無機物質とは異なる無機物質を生成するものを用いた場合、無機物質と溶媒との反応が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物を、５０～３００℃に加熱した後、１０～６００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。なお、無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物を加熱する際の温度は、８０～２５０℃であることがより好ましく、１００～２００℃であることがさらに好ましい。また、無機物質と有機系赤外線吸収材と溶媒とを含む混合物を加圧する際の圧力は、５０～４００ＭＰａであることがより好ましく、５０～２００ＭＰａであることがさらに好ましい。

そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、複合部材１００を得ることができる。なお、無機物質と有機系赤外線吸収材との間、無機物質の間及び有機系赤外線吸収材の間に形成された、無機物質に由来の連結部は、上述のアモルファス部３０であることが好ましい。

ここで、セラミックスからなる無機部材の製造方法としては、従来より焼結法が知られている。焼結法は、無機物質からなる固体粉末の集合体を融点よりも低い温度で加熱することにより、焼結体を得る方法である。ただ、焼結法では、例えば１０００℃以上に固体粉末を加熱する。そのため、焼結法を用いて無機物質と有機系赤外線吸収材からなる複合部材を得ようとしても、高温での加熱により有機系赤外線吸収材が炭化してしまうため、複合部材が得られない。しかしながら、本実施形態の複合部材１００の製造方法では、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末を混合してなる混合物を、３００℃以下という低温で加熱するため、有機系赤外線吸収材の炭化が起こり難い。そのため、無機物質からなるマトリックス部１０の内部に有機系赤外線吸収材２０を安定的に分散させることができる。

さらに、本実施形態の製造方法では、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末を混合してなる混合物を、加熱しながら加圧していることから、無機物質が凝集して緻密なマトリックス部１０となる。その結果、マトリックス部１０内部の気孔が少なくなることから、有機系赤外線吸収材２０の酸化劣化を抑制しつつも、高い強度を有する複合部材１００を得ることができる。

次に、マトリックス部１０を構成する無機物質がベーマイトである複合部材１００の製造方法について説明する。無機物質がベーマイトである複合部材は、水硬性アルミナと、有機系赤外線吸収材と、水を含む溶媒とを混合した後、加圧して加熱することにより製造することができる。水硬性アルミナは、水酸化アルミニウムを加熱処理して得られる酸化物であり、ρアルミナを含んでいる。このような水硬性アルミナは、水和反応によって結合及び硬化する性質を有する。そのため、加圧加熱法を用いることにより、水硬性アルミナの水和反応が進行して水硬性アルミナ同士が互いに結合しつつ、ベーマイトに結晶構造が変化することにより、マトリックス部１０を形成することができる。

具体的には、まず、水硬性アルミナの粉末と、有機系赤外線吸収材と、水を含む溶媒とを混合して混合物を調製する。水を含む溶媒は、純水又はイオン交換水であることが好ましい。ただ、水を含む溶媒は、水以外に、酸性物質又はアルカリ性物質が含まれていてもよい。また、水を含む溶媒は水が主成分であればよく、例えば有機溶媒（例えばアルコールなど）が含まれていてもよい。

水硬性アルミナに対する溶媒の添加量は、水硬性アルミナの水和反応が十分に進行する量であることが好ましい。溶媒の添加量は、水硬性アルミナに対して２０～２００質量％が好ましく、５０～１５０質量％がより好ましい。

次いで、水硬性アルミナと有機系赤外線吸収材と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を、金型の内部に充填する。当該混合物を金型に充填した後、必要に応じて金型を加熱してもよい。そして、金型の内部の混合物に圧力を加えることにより、金型の内部が高圧状態となる。この際、水硬性アルミナが高充填化し、水硬性アルミナの粒子同士が互いに結合することで、高密度化する。具体的には、水硬性アルミナに水を加えることにより、水硬性アルミナが水和反応し、水硬性アルミナ粒子の表面に、ベーマイトと水酸化アルミニウムが生成する。そして、金型内部で当該混合物を加熱しながら加圧することにより、生成したベーマイトと水酸化アルミニウムが隣接する水硬性アルミナ粒子の間を相互に拡散して、水硬性アルミナ粒子同士が徐々に結合する。その後、加熱により脱水反応が進行することで、水酸化アルミニウムからベーマイトに結晶構造が変化する。なお、このような水硬性アルミナの水和反応、水硬性アルミナ粒子間の相互拡散、及び脱水反応は、ほぼ同時に進行すると推測される。

そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、複数の粒子１１同士がアルミニウムの酸化物及び酸化水酸化物の少なくとも一方を介して結合し、さらに有機系赤外線吸収材が分散した複合部材を得ることができる。

なお、水硬性アルミナと有機系赤外線吸収材と水を含む溶媒とを混合してなる混合物の加熱加圧条件は、水硬性アルミナと当該溶媒との反応が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、水硬性アルミナと有機系赤外線吸収材と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を、５０～３００℃に加熱しつつ、１０～６００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。なお、水硬性アルミナと有機系赤外線吸収材と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を加熱する際の温度は、８０～２５０℃であることがより好ましく、１００～２００℃であることがさらに好ましい。また、水硬性アルミナと有機系赤外線吸収材と水を含む溶媒とを混合してなる混合物を加圧する際の圧力は、５０～６００ＭＰａであることがより好ましく、２００～６００ＭＰａであることがさらに好ましい。

このように、複合部材１００の製造方法は、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末を混合して混合物を得る工程と、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒を混合物に添加した後、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。または、複合部材の製造方法は、無機物質を溶解する溶媒又は無機物質と反応する溶媒に、有機系赤外線吸収材を混合する工程と、有機系赤外線吸収材を含んだ溶媒に無機物質の粉末を混合して混合物を得る工程と、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。そして、混合物の加熱加圧条件は、５０～３００℃の温度で、１０～６００ＭＰａの圧力とすることが好ましい。本実施形態の製造方法では、このような低温条件下で複合部材１００を成形することから、有機系赤外線吸収材２０の炭化を抑制して、赤外線吸収能に優れたセラミックス部材を得ることができる。

また、無機物質がベーマイトである複合部材１００の製造方法は、水硬性アルミナと有機系赤外線吸収材２０と水を含む溶媒とを混合して混合物を得る工程と、当該混合物を加圧及び加熱する工程とを有する。そして、混合物の加熱加圧条件は、５０～３００℃の温度で、１０～６００ＭＰａの圧力とすることが好ましい。この製造方法では、低温条件下で複合部材を成形することから、得られる部材はベーマイト相を主体とする。そのため、軽量であり、かつ、化学的安定性に優れた複合部材を簡易な方法で得ることができる。

［第二実施形態の複合部材］
次に、第二実施形態に係る複合部材について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の複合部材１００Ａは、第一実施形態と同様に、無機物質によって構成されるマトリックス部１０と、マトリックス部１０の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材２０とを有している。マトリックス部１０は、無機物質からなる複数の粒子１１により構成されており、無機物質の粒子１１同士が互いに結合することにより、マトリックス部１０が形成されている。そして、複合部材１００Ａは、マトリックス部１０の内部に存在する有機系サーモクロミック材料２２をさらに含有している。具体的には、図５に示すように、複合部材１００Ａは、有機系赤外線吸収材２０及び有機系サーモクロミック材料２２の両方が、マトリックス部１０の内部にそれぞれ分散した状態で存在している。

有機系サーモクロミック材料２２は、有機化合物からなり、特定の温度で色が変化する色素である。つまり、有機系サーモクロミック材料２２は、熱の作用により化学構造が変化する化合物であり、例えば無色であったものが加熱することにより有色となり、さらに冷却することにより無色に戻るという可逆的な変化を示す。なお、有機系サーモクロミック材料２２は、有色であったものが加熱することにより無色となり、さらに冷却することにより有色に戻るという可逆的な変化を示してもよい。また、有機系サーモクロミック材料２２は、高温時には赤外線を反射又は透過する特性を示し、低温時には赤外線を吸収する特性を示してもよい。なお、有機系サーモクロミック材料２２の光の吸収波長が赤外線領域のみである場合には、色の変化は伴わず、温度により赤外線の吸収強度のみが変化する。

有機系サーモクロミック材料２２は、上述のような特性を示すならば特に限定されない。有機系サーモクロミック材料２２は、ビアントロン系色素、スピロオキサジン系色素、スピロピラン系色素及びサリチルデンアニリン系色素からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。有機系サーモクロミック材料２２は、マイクロカプセルの形状であってもよい。有機系サーモクロミック材料２２は、発色剤と顕色剤を含有するマイクロカプセルであることも好ましい。その場合、発色剤としてはロイコ色素を用いることが好ましい。特に、ロイコ色素はラクトン環を有する化合物であることが好ましい。有機系サーモクロミック材料２２としては、例えば、株式会社サクラクレパス製の示温材であるＴＣ－ＰＮ２９を挙げることができる。この示温材は、室温（２０℃）で青色に変化し、２９℃以上で無色に変化する特性を有する。

本実施形態の複合部材１００Ａは、第一実施形態と同様に、有機系赤外線吸収材２０及び有機系サーモクロミック材料２２の両方が、マトリックス部１０の内部にそれぞれ分散した状態で存在している。そのため、酸素及び水蒸気と有機系赤外線吸収材２０及び有機系サーモクロミック材料２２との接触率が減少することから、有機系赤外線吸収材２０及び有機系サーモクロミック材料２２の酸化分解を抑制することができる。

複合部材１００Ａにおいて、有機系サーモクロミック材料２２は、室温（２０℃）のときには有色になって可視光線及び／又は赤外線を吸収する特性を示し、３０℃以上のときには無色になって可視光線及び／又は赤外線を反射する特性を示すことが好ましい。このような複合部材１００Ａを気温の高い夏場に使用した場合、有機系サーモクロミック材料２２は加熱されて、可視光線及び／又は赤外線を反射するため、有機系赤外線吸収材２０は赤外線を吸収し難くなる。そのため、有機系赤外線吸収材２０が光エネルギーを熱エネルギーに変換し難くなることから、複合部材１００Ａの更なる温度上昇を抑制することが可能となる。逆に、このような複合部材１００Ａを気温の低い冬場に使用した場合、有機系サーモクロミック材料２２は冷却されて、可視光線及び／又は赤外線を吸収する。この際、有機系赤外線吸収材２０も赤外線を吸収する。そのため、有機系赤外線吸収材２０が光エネルギーを熱エネルギーに変換することから、複合部材１００Ａの温度上昇を促進することが可能となる。

本実施形態の複合部材１００Ａは、図５に示すように、有機系赤外線吸収材２０及び有機系サーモクロミック材料２２がマトリックス部１０の内部にそれぞれ略均一に分散した状態で存在していてもよい。ただ、本実施形態はこのような態様に限定されず、例えば有機系サーモクロミック材料２２がマトリックス部１０の表面近傍に偏析していてもよい。具体的には、図６に示すように、マトリックス部１０の内部において、有機系サーモクロミック材料２２は、有機系赤外線吸収材２０よりも、マトリックス部１０における赤外線が照射される表面１０ａ側に偏在していてもよい。

図６に示す複合部材１００Ｂも、複合部材１００Ａと同様に、周囲の温度が高い場合には、有機系サーモクロミック材料２２は加熱されて可視光線及び／又は赤外線を反射するため、有機系赤外線吸収材２０は赤外線を吸収し難くなる。逆に、周囲の温度が低い場合には、有機系サーモクロミック材料２２は冷却されて可視光線及び／又は赤外線を吸収し、かつ、有機系赤外線吸収材２０も赤外線を吸収する。ただ、図６に示すように、有機系サーモクロミック材料２２がマトリックス部１０の表面１０ａの近傍に偏析している場合、周囲の温度が高いときには、有機系サーモクロミック材料２２は効率的に可視光線及び／又は赤外線を反射する。そのため、複合部材１００Ｂは、複合部材１００Ａに比べて、赤外線が有機系赤外線吸収材２０に到達し難くなることから、複合部材１００Ｂの温度上昇をさらに抑制することが可能となる。逆に、有機系サーモクロミック材料２２がマトリックス部１０の表面１０ａの近傍に偏析している場合、周囲の温度が低いときには、有機系サーモクロミック材料２２が可視光線及び／又は赤外線を吸収しつつ、有機系赤外線吸収材２０も赤外線を吸収する。そのため、複合部材１００Ｂは、複合部材１００Ａと同様に、温度上昇を促進することが可能となる。

このように、複合部材１００Ａ，１００Ｂは、無機物質によって構成されるマトリックス部１０と、マトリックス部の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材２０と、マトリックス部の内部に存在する有機系サーモクロミック材料２２とを含有する。そして、複合部材１００Ａ，１００Ｂは、マトリックス部１０の断面における気孔率が２０％以下である。複合部材１００Ａ，１００Ｂでは、マトリックス部１０の内部に有機系赤外線吸収材２０と有機系サーモクロミック材料２２とが共存している。その結果、複合部材１００Ａは、高温時と低温時で、光反射と光吸収を切り替えることができる。そのため、複合部材１００Ａは、周囲の温度が高い場合には、更なる温度上昇を抑制し、周囲の温度が低い場合には、温度上昇を促進する。したがって、複合部材１００Ａ，１００Ｂを、例えば家屋の外壁材に使用した場合、夏場は外壁材の温度上昇を抑制し、冬場は温度上昇を促進するため、冷暖房効率を高めることが可能となる。

次に、本実施形態に係る複合部材１００Ａの製造方法について説明する。複合部材１００Ａは、第一実施形態と同様に、無機物質の粒子と有機系赤外線吸収材と有機系サーモクロミック材料との混合物を、溶媒を含んだ状態で加圧して加熱することにより製造することができる。

具体的には、まず、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末と有機系サーモクロミック材料の粉末とを混合して混合粉末を調製する。これらの混合方法は特に限定されず、混合雰囲気も特に限定されない。

次いで、混合粉末に溶媒を添加する。溶媒は第一実施形態で説明したものを使用することができ、溶媒の添加方法も第一実施形態と同様にすることができる。次いで、無機物質と有機系赤外線吸収材と有機系サーモクロミック材料と溶媒とを含む混合物を、金型の内部に充填した後、加熱及び加圧する。当該混合物の加熱加圧条件は、第一実施形態と同様にすることができる。そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、複合部材１００Ａを得ることができる。

次に、本実施形態に係る複合部材１００Ｂの製造方法について説明する。複合部材１００Ｂは、まず、無機物質の粉末と有機系赤外線吸収材の粉末とを混合して第一の混合粉末を調製する。さらに、無機物質の粉末と有機系サーモクロミック材料の粉末とを混合して第二の混合粉末を調製する。

次いで、第一の混合粉末及び第二の混合粉末の両方に溶媒を添加する。そして、第一の混合粉末と溶媒とを含む第一の混合物を、金型の内部に充填した後に、第二の混合粉末と溶媒とを含む第二の混合物を金型の内部に充填する。これにより、金型の内部で、第一の混合物と第二の混合物が積層された状態となる。この状態で、第一の混合物と第二の混合物を同時に加熱及び加圧する。第一の混合物及び第二の混合物の加熱加圧条件は、第一実施形態と同様にすることができる。そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、複合部材１００Ｂを得ることができる。

［発熱装置］
次に、本実施形態に係る発熱装置について、図面に基づき詳細に説明する。なお、第一実施形態の複合部材及び第二実施形態の複合部材と同一構成には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の発熱装置２００は、図７に示すように、複合部材１００（１００Ａ，１００Ｂ）と、複合部材１００に赤外線を照射する赤外線光源１１０とを備える。複合部材１００は、上述のように、マトリックス部１０の内部に有機系赤外線吸収材２０が分散しており、有機系赤外線吸収材２０は、赤外光を吸収して光エネルギーを熱エネルギーに変換する。そして、マトリックス部１０は無機物質によって構成されることから、有機系赤外線吸収材２０で生成した熱エネルギーをマトリックス部１０の表面１０ａまで効率的に伝導することができる。

赤外線光源１１０は、赤外線を放射する。このような赤外線光源１１０は特に限定されないが、例えば、近赤外線を放射する発光ダイオードやレーザーダイオードを用いることができる。なお、赤外線光源１１０が放射する赤外光は、７８０ｎｍ～１５００ｎｍの波長領域内に強度最大値を有することが好ましい。これにより、有機系赤外線吸収材２０が効率よく赤外線を吸収して、発熱することが可能となる。

発熱装置２００では、図７に示すように、赤外線光源１１０から放射された赤外線が複合部材１００の表面１０ａに照射される。表面１０ａに照射された赤外線は、マトリックス部１０を透過して有機系赤外線吸収材２０に到達する。そして、有機系赤外線吸収材２０は赤外線を吸収して、発熱する。有機系赤外線吸収材２０で生じた熱エネルギーは、高熱伝導性のマトリックス部１０により、表面１０ａまで伝導する。なお、赤外線光源１１０による赤外線の照射を停止した場合には、有機系赤外線吸収材２０は発熱しなくなるため、複合部材１００は室温に戻る。

このように、本実施形態の発熱装置２００では、赤外線光源１１０を用いて赤外線を照射することにより複合部材１００が発熱し、赤外線の照射を停止することで複合部材１００が室温に戻る。そのため、複合部材１００の発熱を、赤外線の照射という簡易な方法で制御することが可能となる。また、複合部材１００中の有機系赤外線吸収材２０は耐久性が高いため、発熱装置２００は長期間に亘って発熱することができる。

［建築部材、発光装置］
次に、本実施形態の建築部材及び発光装置について説明する。

本実施形態の建築部材は、上述の複合部材１００を備えている。建築部材は建築用に製造された部材であり、本実施形態では少なくとも一部に複合部材１００が使用されている。複合部材１００は、上述のように、厚みの大きな板状とすることができ、さらに高い強度及び耐久性に加えて、耐傷性にも優れている。また、複合部材１００は、一般的なセラミックス部材と同様に切断することができると共に、表面加工しても、有機系赤外線吸収材２０に由来の赤外線吸収能を維持することができる。そのため、複合部材１００は、建築部材として好適に用いることができる。建築部材としては特に限定されないが、例えば、外壁材（サイディング）、屋根材などを挙げることができる。また、建築部材としては、道路用材料、外溝用材料も挙げることができる。

上述のように、複合部材１００は、赤外線を吸収して発熱する機能を有する。そのため、本実施形態の建築部材に赤外線を含む太陽光が照射された場合には、建築部材は、融雪を促進し、さらに凍結を抑制する効果を発揮することができる。さらに、当該建築部材は、赤外線を吸収することから、赤外線を遮蔽することができる。そのため、例えば建築部材を外壁材や屋根材に用いた場合、建物の内部の室温上昇を抑制することができる。

本実施形態の発光装置は、上述の複合部材１００を備えている。本実施形態の発光装置としては、屋外で使用する装置を挙げることができる。具体的には、発光装置としては、防犯灯や街路灯などの街灯、及び信号機を挙げることができる。

上述のように、複合部材１００は赤外線を吸収して発熱する機能を有する。そのため、本実施形態の発光装置に複合部材１００を用いることにより、発光装置に付着した雪の融解を促進し、さらに発光装置の凍結を抑制することが可能となる。また、複合部材１００は、高い強度を有しつつも加工が容易であるため、発光装置のカバーや支柱等に用いることができる。

本実施形態の建築部材は、第一実施形態の複合部材１００に限定されず、第二実施形態の複合部材１００Ａ，１００Ｂを備えてもよい。また、建築部材は、発熱装置２００を備えてもよい。同様に、本実施形態の発光装置は、第一実施形態の複合部材１００に限定されず、第二実施形態の複合部材１００Ａ，１００Ｂを備えてもよい。また、発光装置は、発熱装置２００を備えてもよい。

以下、実施例及び参考例により本実施形態の複合部材をさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらによって限定されるものではない。

［実施例及び比較例］
（試験サンプルの調製）
＜実施例＞
無機粒子として、平均粒子径Ｄ_５０が約１μｍである白色の酸化亜鉛粒子（株式会社高純度化学研究所製、純度９９．９９％）を用いた。また、有機系赤外線吸収材として、フタロシアニン系材料（株式会社日本触媒製、近赤外線吸収フタロシアニンＴＸ－ＨＡ－７２５０Ｐ）を用いた。次いで、酸化亜鉛粒子０．７５ｇ（９０体積％）と有機系赤外線吸収材０．０２５１５ｇ（１０体積％）とを、メノウ製の乳鉢と乳棒を用い、アセトンを加えて湿式混合することにより、混合粉末を得た。

次に、得られた混合粉末を、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に投入した。さらに、成形用金型の内部に充填した混合粉末に、１Ｍの酢酸を１５０μＬ添加した。そして、当該酢酸を含んだ混合粉末を、５０ＭＰａ、１５０℃、２０分の条件で加熱及び加圧することにより、本例の試験サンプルを得た。

＜比較例＞
有機系赤外線吸収材を添加しなかったこと以外は実施例と同様にして、本例の試験サンプルを得た。

（試験サンプルの評価）
＜表面観察＞
実施例の試験サンプルを目視で観察した結果、試験サンプルの表面は有機系赤外線吸収材に由来した黒色を呈していた。また、実施例の試験サンプルは、焼結体のような高い硬度を有していた。

比較例の試験サンプルを目視で観察した結果、試験サンプルの表面は酸化亜鉛に由来した白色を呈していた。また、比較例の試験サンプルも、焼結体のような高い硬度を有していた。

＜気孔率測定＞
まず、円柱状である実施例の試験サンプルの断面に、クロスセクションポリッシャー加工（ＣＰ加工）を施した。次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、試験サンプルの断面について、２００００倍の倍率で反射電子像を観察した。試験サンプルの断面の３か所（位置１～３）を観察することにより得られた反射電子像を、図８～図１０に示す。観察した反射電子像において、白色部が酸化亜鉛（無機物質の粒子１１）及び有機系赤外線吸収材２０であり、黒色部が気孔４０である。

次いで、３視野のＳＥＭ像についてそれぞれ二値化することにより、気孔部分を明確にした。図８～図１０の反射電子像を二値化した画像を、それぞれ図１１～図１３に示す。そして、二値化した画像から気孔部分の面積割合を算出し、平均値を気孔率とした。具体的には、図１１より、位置１の気孔部分の面積割合は８．７％であった。図１２より、位置２の気孔部分の面積割合は７．３％であった。図１３より、位置３の気孔部分の面積割合は８．１％であった。そのため、今回作製した試験サンプルの気孔率は、位置１～３の気孔部分の面積割合の平均値である８．０％であった。

このように、実施例の試験サンプルは、有機系赤外線吸収材が酸化亜鉛粒子の内部に分散した状態で存在しているため、有機系赤外線吸収材に由来した黒色となった。また、図８～図１０より、有機系赤外線吸収材は、酸化亜鉛粒子の粒界に存在することが分かる。そして、試験サンプルの気孔率が１０％未満であることから、有機系赤外線吸収材は大気及び水蒸気との接触が抑制され、酸化劣化が抑えられることが分かる。

＜温度変化測定＞
実施例及び比較例の試験サンプルに、ＬＥＤライトを用いて、波長８４０ｎｍの赤外線をそれぞれ３分間照射した。そして、赤外線の照射前後における試験サンプルの表面温度を、熱電対で測定した。その結果、実施例の試験サンプルにおいて、赤外線の照射前後における温度上昇は３．０℃であった。これに対して、比較例の試験サンプルにおいて、赤外線の照射前後における温度上昇は１．７℃であった。

このように、実施例の試験サンプルでは、有機系赤外線吸収材が安定的に分散しており、赤外線を照射することで有機系赤外線吸収材が赤外線を吸収し、発熱できることが分かる。

［参考例］
（試験サンプルの調製）
無機粒子として、住友化学株式会社製、水硬性アルミナＢＫ－１１２を準備した。なお、当該水硬性アルミナは、中心粒径が１６μｍである。ここで、図１４では、上記水硬性アルミナ粉末のＸ線回折パターン、並びにＩＣＳＤに登録されたベーマイト（ＡｌＯＯＨ）及びギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）_３）のパターンを示している。図１４に示すように、水硬性アルミナは、ベーマイトとギブサイトとの混合物であることが分かる。なお、図１４には示されていないが、水硬性アルミナにはρアルミナも含まれている。

次いで、水硬性アルミナに対して８０質量％となるようにイオン交換水を秤量した後、水硬性アルミナとイオン交換水とを、メノウ製の乳鉢と乳棒を用いて混合することにより、混合物を得た。次に、得られた混合物を、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に投入した。そして、当該混合物を、５０ＭＰａ、１２０℃、２０分の条件で加熱及び加圧することにより、本例の試験サンプルを得た。なお、本例の試験サンプルは、焼結体のような高い硬度を有していた。

（試験サンプルの評価）
＜Ｘ線回折測定＞
参考例の試験サンプルについて、Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折パターンを測定した。図１５では、参考例の試験サンプルのＸ線回折パターン、並びにＩＣＳＤに登録されたベーマイト及びギブサイトのＸ線回折パターンを示す。図１５より、参考例の試験サンプルは、主としてベーマイトからなる構造体であることが分かる。そのため、図１４及び図１５に示すように、低温焼結法により、原料のギブサイト（水酸化アルミニウム）がベーマイトへ変化することが分かる。

このように、低温焼結法により、ベーマイトからなるマトリックス部１０が得られることが分かる。そのため、このマトリックス部１０に有機系赤外線吸収材２０を分散させることにより、軽量であり、かつ、化学的安定性に優れる複合部材１００を得ることができる。

以上、実施例及び参考例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

特願２０１９－０５９０９０号（出願日：２０１９年３月２６日）の全内容は、ここに援用される。

本開示によれば、有機系の赤外線吸収材を用いた場合でも赤外線吸収材の安定性を高め、赤外線吸収能を長期的に維持することが可能な複合部材、並びに当該複合部材を用いた発熱装置、建築部材及び発光装置を提供することができる。

１０ マトリックス部
１０ａ マトリックス部の表面
１０ｂ 空隙
１１ 無機物質の粒子
２０ 有機系赤外線吸収材
２２ 有機系サーモクロミック材料
１００，１００Ａ，１００Ｂ 複合部材
１１０ 赤外線光源
２００ 発熱装置

Claims (17)

1. 多結晶体である無機物質によって構成されるマトリックス部と、
   前記マトリックス部の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材と、
   を含有し、
   前記マトリックス部の断面における気孔率が２０％以下であり、
   前記有機系赤外線吸収材は、有機化合物からなり、７８０ｎｍ～１５００μｍの範囲内に最大吸収波長を有する色素である、複合部材。
2. 前記有機系赤外線吸収材は、前記マトリックス部の表面から内部にかけて連続的に存在せず、かつ、前記マトリックス部の表面に膜状に存在していない、請求項１に記載の複合部材。
3. 前記マトリックス部は、前記マトリックス部の表面から内部にかけて連通する空隙を有しない、請求項１又は２に記載の複合部材。
4. 前記マトリックス部の断面における気孔率が１０％以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合部材。
5. 前記無機物質は酸化物である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の複合部材。
6. 前記マトリックス部は、前記無機物質の粒子群により構成されており、
   前記有機系赤外線吸収材は、前記無機物質の粒子の粒界に存在する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の複合部材。
7. 前記無機物質は、前記有機系赤外線吸収材に吸収される赤外線を透過する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の複合部材。
8. 無機物質によって構成されるマトリックス部と、
   前記マトリックス部の内部に分散した状態で存在する有機系赤外線吸収材と、
   前記マトリックス部の内部に存在する有機系サーモクロミック材料と、
   を含有し、
   前記マトリックス部の断面における気孔率が２０％以下であり、
   前記有機系赤外線吸収材は、有機化合物からなり、７８０ｎｍ～１５００μｍの範囲内に最大吸収波長を有する色素である、複合部材。
9. 前記マトリックス部の内部において、前記有機系サーモクロミック材料は、前記有機系赤外線吸収材よりも、前記マトリックス部における赤外線が照射される表面側に偏在している、請求項８に記載の複合部材。
10. 前記マトリックス部は、前記無機物質からなる複数の粒子により構成され、さらに前記無機物質の粒子同士が互いに結合することにより形成されており、
    前記無機物質の粒子同士は、前記無機物質に由来する連結部を介して互いに結合している、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複合部材。
11. 前記連結部は、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部である、請求項１０に記載の複合部材。
12. 前記無機物質の粒子及び前記アモルファス部は同じ金属元素を含有する、請求項１１に記載の複合部材。
13. 前記無機物質は、カルシウム化合物の水和物を含まない、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の複合部材。
14. 前記マトリックス部の厚みが１００μｍ以上である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の複合部材。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の複合部材と、
    前記複合部材に赤外線を照射する赤外線光源と、
    を備える、発熱装置。
16. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の複合部材、又は請求項１５に記載の発熱装置を備える建築部材。
17. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の複合部材、又は請求項１５に記載の発熱装置を備える発光装置。

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