JPWO2016072093A1 - 複合シートおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

複合シートは、繊維からなる繊維シート（１１）と、繊維間に担持されたキセロゲル（１２）と、を有する断熱シート（１３）と、断熱シート（１３）の表面（３１）に設けられている第１絶縁フィルム（１４）と、を備え、繊維シート（１１）と第１絶縁フィルム（１４）とは、第１面（３１）で融着している。

Description

本開示は、各種電子機器の断熱対策部材として用いられる複合シートおよびその製造方法に関する。
近年、電子機器の各種機能や処理能力等の急速な向上に伴い、半導体素子をはじめとする電子部品からの発熱量は増加する傾向にある。これら電子部品の発熱によって、例えばスマートフォンの筐体の一部が高温になり、使用している人に不快感を与えてしまう可能性がある。
これら電子部品の発熱による課題を解決するための方法としては、主として熱を熱伝導シートで拡散させる方法または熱を断熱シートで断熱する方法があげられる。
断熱シートとしては、例えば繊維の集合体からなるシートにシリカキセロゲルを担持した断熱シートがあげられる。
なお、上記の断熱シートに関連する技術は特許文献１に開示されている。
特開２０１１−１３６８５９号公報
本開示の複合シートは、繊維からなる繊維シートと、繊維間に担持されたキセロゲルとを有する断熱シートである。さらに、この断熱シートの第１面には第１絶縁フィルムとを備え、繊維シートと第１絶縁フィルムとは第１面で融着している。
図１Ａは、実施の形態１における複合シートの断面図である。 図１Ｂは、実施の形態１における複合シートの拡大図である。 図２は、実施の形態１における他の複合シートの断面図である。 図３は、実施の形態１の変形例における複合シートの断面図である。 図４Ａは、複合シートの製造方法を説明する図である。 図４Ｂは、複合シートの製造方法を説明する図である。 図４Ｃは、複合シートの製造方法を説明する図である。
特許文献１の断熱シートにおいて、シリカキセロゲルは粒子同士の接着強度が低いので、例えば接着剤等を用いてシリカキセロゲルに他の部材を貼り合わせるとシリカキセロゲルの粒子間から剥がれてしまう可能性がある。
以上のような問題点を解決する断熱シートについて、以下、図面を参照ながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、以下では、全ての図を通じて同一または相当する要素には同じ符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
［１．複合シートの構成］
図１Ａは本実施の形態における複合シート１５の断面図である。図１Ｂは、実施の形態１における複合シート１５の拡大図である。
図１Ａに示すように、複合シート１５は、互いに反対側の表面３１と表面３２とを有する断熱シート１３と、表面４１を有する絶縁フィルム１４とを有している。断熱シート１３の厚さは、例えば約０．５ｍｍであり、絶縁フィルム１４の厚さは、例えば約０．０３ｍｍである。
図１Ｂに示すように、断熱シート１３は、繊維１１ａからなる繊維シート１１と、繊維シート１１の繊維１１ａ間で担持されたシリカキセロゲル１２とを有する。繊維シート１１は、熱可塑性樹脂のポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと記す）の繊維１１ａで構成された不織布である。
シリカキセロゲル１２は、シリカ粒子の集合体からなる。シリカ粒子の一粒子あたりの大きさは数ｎｍ程度である。シリカキセロゲル１２は、シリカ粒子間に微細な細孔を備える。細孔の大きさは、細孔で空気が対流しない程度に微細であるため気相による熱の伝導は極めて少ない。また、シリカキセロゲル１２の全体積のうち約９０％程度は空気であるため固相による熱の伝導も極めて少ない。以上より、断熱シート１３の熱伝導率は、０．０１８〜０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋ程度と極めて低く断熱材料として有用である。
複合シート１５は、断熱シート１３を構成するとともに表面３１に露出した繊維シート１１の繊維１１ａと、絶縁フィルム１４の表面４１とが熱融着により貼り合わされた構成である。繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが熱融着することで一体化し繊維シート１１と絶縁フィルム１４が強固に貼り合わせられる。
繊維シート１１を構成する材料の溶融温度および硬化温度等の温度特性は、絶縁フィルム１４を構成する材料の温度特性に近いほど好ましい。繊維シート１１を構成する材料と絶縁フィルム１４を構成する材料との温度特性が近いほど繊維シート１１と絶縁フィルム１４とを熱融着しやすく、強固に貼り合わせることができる。以上より、繊維シート１１と絶縁フィルム１４は、同一の材料で構成することがより好ましい。
繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが熱融着している部分の厚さは、例えば約２０μｍである。ここで、繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが融着している部分とは、繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが互いに溶融して硬化した部分を指す。
繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが熱融着している部分の厚さは、繊維シート１１の繊維１１ａの平均線径以下にすることが好ましい。繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが熱融着している部分の厚さを、繊維シート１１の平均線径以下にすることで繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが、より強固に融着する。このため、繊維シート１１と絶縁フィルム１４との間で隙間が生じにくく断熱性能の劣化を抑えることができる。また、より好ましい繊維シート１１の繊維１１ａの平均線径は、２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲内である。繊維シート１１の繊維１１ａの平均線径を２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲内とすることで繊維シート１１と絶縁フィルム１４とを強固に融着させることができる。
なお、繊維シート１１を構成する材料としては、ＰＥＴの繊維の他に、ポリエステル繊維、ポリイミド繊維、アラミド繊維等があげられる。
次に、複合シート１５にグラファイトシート１６を貼り合わせる構成について説明する。
図２は、本実施の形態における複合シート１７の断面図である。図２に示すように、複合シート１７は、絶縁フィルム１４の表面４１の反対側の絶縁フィルム１４の表面４２にグラファイトシート１６を貼り合わせたものである。一方で、断熱シート１３の表面３２にはシリカキセロゲルが露出しているため、例えば接着剤を用いてグラファイトシート１６を貼り合わせてもシリカキセロゲルの粒子間で剥がれてしまう可能性がある。以上より、グラファイトシート１６は絶縁フィルム１４の表面４２に貼り合わせられる。グラファイトシート１６としては、ポリイミドフィルムを熱分解してなるグラファイトシート１６が好ましい。ポリイミドフィルムを熱分解してなるグラファイトシート１６は、面方向の熱伝導率が７００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
複合シート１７は、断熱シート１３にグラファイトシート１６を貼り合わせることで高い断熱性能と高い熱伝導性能を有する。なお、グラファイトシート１６は、筐体の一部分が熱くなることで発生するヒートスポットを抑制するのに有用である。
［２．複合シートの製造方法］
次に、実施の形態１における複合シート１５の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図４Ａ〜図４Ｃは、複合シート１５の製造方法を説明する図である。
複合シート１５の製造方法としては、まず、図４Ａのように、厚さが約０．５ｍｍの繊維シート１１と、厚さが約０．０３ｍｍの絶縁フィルム１４とを熱融着させて基材２１を得る。繊維シート１１と絶縁フィルム１４とが熱融着している部分の厚さは、約２０μｍである。繊維シート１１と絶縁フィルム１４とを熱融着する方法としては、熱した鏝を絶縁フィルム１４側に押し当てる方法あるいは赤外線照射等の方法があげられる。繊維シート１１と絶縁フィルム１４を構成する材料はいずれも熱可塑性樹脂のＰＥＴであり、繊維シート１１は、このＰＥＴを用いた不織布である。また、より好ましい繊維シート１１の厚さは、０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内である。繊維シート１１の厚さを、０．０３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とすることで、本開示における複合シート１５における効果を奏することができる。
次に、図４Ｂのように、基材２１をシリカキセロゲルの原料液２０に浸漬し、繊維シート１１の繊維１１ａ間にシリカキセロゲルの原料液２０を含浸させる。シリカキセロゲルの原料液２０とは、例えば、水ガラスあるいはケイ酸ナトリウム水溶液を出発原料としたゾルの溶液を指す。ゾルの溶液の溶媒としては水あるいはアルコールがあげられる。ゾルの溶液には必要に応じて触媒を添加してもよい。
次に、基材２１をゾルの溶液に浸漬させた状態で所定の温度および時間保持してゾルの溶液をゲル化する。
次に、ゲル化したゲルの溶液にシリル化剤を添加して、ゲルの溶液に含まれる有機化合物の水酸基、アミノ基、カルボキシル基、アミド基またはメルカプト基等の活性水素をケイ素に置換する。
次に、活性水素をケイ素に置換したゲルの溶液を所定の温度および時間保持して溶媒を揮発させる。これにより、図４Ｃに示すように繊維シート１１の繊維１１ａ間にシリカキセロゲルが担持された複合シート１５を得ることができる。
次に、図２に示した複合シート１７の製造方法について説明する。
基材２１をシリカキセロゲルの原料液２０に浸漬させると、絶縁フィルム１４の表面４２にシリカキセロゲル１２が付着する。しかしながら、表面４２に付着したシリカキセロゲル１２は容易に除去することができる。グラファイトシート１６は、表面４２に付着したシリカキセロゲル１２を除去した後、表面４２に貼り合わせられる。
また、断熱シート１３の表面３２にはシリカキセロゲル１２が露出しているためグラファイトシート１６を貼り合わせたとしてもシリカ粒子間で剥がれてしまう可能性がある。
また、繊維シート１１と絶縁フィルム１４とを熱融着で貼り合わせる方法以外に、両面テープあるいは接着剤等で貼り合せるという方法があげられる。しかしながら、シリカキセロゲルを生成するときに用いる塩酸等の酸性溶液で両面テープあるいは接着剤が劣化し接着力が失われてしまうため好ましくない。
また、絶縁フィルム１４の表面４１の表面粗さは、絶縁フィルム１４の表面４２の表面粗さよりも大きいほうが好ましい。表面４１の表面粗さを、表面４２の表面粗さよりも大きくすることで、より多くのシリカキセロゲルを表面４１に形成することができる。結果、複合シート１５の断熱特性が向上する。さらには表面４２にグラファイトシートを貼り合わせるのが容易になる。
（実施の形態１における変形例）
図３は、実施の形態１の変形例における複合シート１９の断面図である。
実施の形態１における複合シート１５と同様の構成については説明を省略する。本実施の形態における複合シート１９は、表面３２に露出した繊維シート１１の繊維１１ａと、絶縁フィルム１８の表面５１とが熱融着して貼り合わせられている。繊維シート１１と絶縁フィルム１８とが熱融着することで一体化し繊維シート１１と絶縁フィルム１８が強固に貼り合わせられる。
断熱シート１３の表面３１と表面３２の両面にそれぞれ設けられた絶縁フィルム１４と絶縁フィルム１８は、断熱シートを外部からの衝撃に対して保護することができる。
以上、本実施の形態によると、繊維シートと絶縁フィルムとが融着して貼り合わされるので繊維シートと絶縁フィルム間での剥がれが発生しにくく断熱性能が高い複合シートを実現することができる。
本開示の複合シートは、断熱性能が高いシリカキセロゲルを備え、繊維シートと絶縁フィルムとが融着して貼り合わされるので繊維シートと絶縁フィルム間での剥がれが発生にくく産業上有用である。
１１ 繊維シート
１２ シリカキセロゲル
１３ 断熱シート
１４ 絶縁フィルム
１５ 複合シート
１６ グラファイトシート
１７ 複合シート
１８ 絶縁フィルム
１９ 複合シート
２０ シリカキセロゲルの原料液
２１ 基材
３１ 表面
３２ 表面
４１ 表面
４２ 表面
５１ 表面

Claims (11)

  1. 繊維からなる繊維シートと、前記繊維間に担持されたキセロゲルと、を有して互いに反対側の第１面と第２面とを有する断熱シートと、
    前記断熱シートの前記第１面に融着している第１面を有する第１絶縁フィルムと、を備えた複合シート。
  2. 前記繊維を構成する材料は熱可塑性樹脂であり、前記繊維シートは不織布である、請求項１記載の複合シート。
  3. 前記断熱シートの前記第１面と前記第１絶縁フィルムの前記第１面とにおいて前記繊維シートと前記第１絶縁フィルムとが融着している部分の厚さは、前記繊維の平均線径以下である、請求項１記載の複合シート。
  4. 前記繊維シートを構成する材料と前記第１絶縁フィルムを構成する材料は同一である、請求項１記載の複合シート。
  5. 前記第１絶縁フィルムの前記第１面の反対側の前記第１絶縁フィルムの第２面に設けられたグラファイトシートをさらに備えた、請求項１記載の複合シート。
  6. 前記断熱シートの前記第２面に融着している第２絶縁フィルムをさらに備えた、請求項１に記載の複合シート。
  7. 繊維からなる繊維シートの表面に絶縁フィルムを融着して基材を形成するステップと、
    前記基材の少なくとも前記繊維シートの前記繊維間にキセロゲルの原料液を含浸させるステップと、を含む複合シートの製造方法。
  8. 前記基材を形成するステップは、繊維シートと絶縁フィルムとの少なくとも一方を加熱して互いに融着させるステップを含む、請求項７記載の複合シートの製造方法。
  9. 前記繊維を構成する材料は熱可塑性樹脂であり、前記繊維シートは不織布である、請求項７記載の複合シートの製造方法。
  10. 前記基材の少なくとも前記繊維シートの前記繊維間にキセロゲルの原料液を含浸させるステップは、前記基材の少なくとも前記繊維シートを前記原料液に浸漬させるステップを含む、請求項７記載の複合シートの製造方法。
  11. 前記基材の少なくとも前記繊維シートの前記繊維間にキセロゲルの原料液を含浸させるステップは、前記基材の少なくとも前記繊維シートに前記原料液を塗布するステップを含む、請求項７記載の複合シートの製造方法。
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