開発ストーリー

ホーム開発ストーリー熱対策への新たなアプローチ ポリマー設計技術で実現した熱を吸収するシート

熱対策への新たなアプローチ
ポリマー設計技術で実現した熱を吸収するシート

熱緩衝シート(蓄熱材)

開発のきっかけ

近年、エレクトロニクス機器は急速に高性能化し、これに伴って機器から発生する熱の課題がますます深刻になっている。特にスマートフォンは人が携帯して使用するので、伝熱部品や材料を用いて内部の構造を最適化することで、機器自身の発熱を抑える対策が行われてきた。しかし機器の高機能・多機能化により、部品実装数が増加する。発熱量も増加し、これ以上の放熱先を確保することが困難となっている。従来の「熱を伝える」だけでは熱対策が難しくなっているのだ。
ここで注目される材料が、ある特定の温度範囲に維持する機能をもつ潜熱蓄熱材だ。これは物質が固体から液体へ状態変化する際に大きな熱量を吸収するため温度上昇を抑制できるという特徴をもつ※1。この吸熱性を生かし、限界に迫っていたエレクトロニクス機器等の放熱構造の新たな設計を可能にできると期待している。
そこで日立化成はある特徴をもった蓄熱シートを開発した。一般的な潜熱蓄熱材は、特定の温度以上になると液状化するため、ケースやパックに封入しなければ特定の温度以上では溶けてしまって使うことができない。日立化成の蓄熱シートは、加熱しても液状化しないという特徴を持っていた。これによって従来の蓄熱材では利用が考えられていなかったエレクトロニクス用途への展開を期待する多くのお客さまからご興味いただくことができた。しかし、肝心の蓄熱性能が低く、お客さまに満足頂くことができなかった。
開発担当者は、「液状化しない蓄熱材というコンセプトは、熱対策へのソリューションとして有効なはず。蓄熱性能を高め、再チャレンジしたい」と考え、材料をイチから設計し直し、「熱緩衝シート」の開発を再スタートさせた。

※1 液体から固体の場合は温度変化を伴わずに放熱する

技術の壁

蓄熱シートの性能が低い原因はシートの液状化を抑えるため、蓄熱性能をもたない素材をバインダーとして複合したことだった。そこで開発担当者は、性能を下げるバインダーは使わず、シート素材自身をポリマー化し蓄熱性能の高い構成が実現すれば、シート全体として蓄熱性能は向上できると考えた。そこで蓄熱性能をもつ部分と、液状化を抑え形状を維持する性能をもつ部分、この二つの機能を併せ持つポリマー構造を分子設計のコンセプトとし、シートを試作した。
しかし期待に反して蓄熱性能の課題が依然として解決しないことに加え、新たな問題が発生した。シートの放熱性が悪く、吸熱後に温度が下がりにくい状態になった。これでは元の熱を吸う状態に戻りづらく、実用性に欠けてしまう。
どうすれば蓄熱性能が高く、加熱しても液状化しないシートを作ることができるのか、苦難の日々が続いた。

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