(57)【要約】  断熱部材（１６）は、対象物に挟まれた場合に一方の対象物に対向する第１主面（１６１）と、第１主面（１６１）とは反対側に位置し、他の対象物に対向する第２主面（１６２）とを備える。断熱部材（１６）は、気孔を有するセラミックの多孔質構造を有し、ＺｒＯ２粒子、および、ＺｒＯ２粒子の表面に存在する異種材料が、多孔質構造の骨格を形成する。異種材料は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選択された少なくとも１つを含む。異種材料がＺｒＯ２粒子の表面、特に、粒子間の接続部に存在することにより、断熱部材（１６）の機械的強度を高く維持しつつ、優れた断熱性能が得られる。
2018037707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象物と第２対象物との間に直接的または間接的に挟まれることにより、前記第１対象物と前記第２対象物との間における伝熱を抑制または遮断する断熱部材であって、
前記第１対象物に対向する第１主面と、
前記第１主面とは反対側に位置し、前記第２対象物に対向する第２主面と、
を備え、
気孔を有するセラミックの多孔質構造を有し、
ＺｒＯ２粒子、および、前記ＺｒＯ２粒子の表面に存在する異種材料が、前記多孔質構造の骨格を形成し、
前記異種材料が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選択された少なくとも１つを含む。
【請求項２】
請求項１に記載の断熱部材であって、
前記ＺｒＯ２粒子に対する前記異種材料の量が、０．１体積％以上３０体積％以下である。
【請求項３】
請求項１または２に記載の断熱部材であって、
前記骨格において、ＺｒＯ２の粒子同士の接続部における最小幅の平均が、前記ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の４０％以上１００％以下である。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の断熱部材であって、
前記第１対象物および前記第２対象物に挟まれた場合に、前記第１対象物および前記第２対象物から圧縮力が作用する。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の断熱部材であって、
圧縮強度が、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の断熱部材であって、
ヤング率が、２ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の断熱部材であって、
熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍＫ以上１．５Ｗ／ｍＫ以下である。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の断熱部材であって、
熱容量が、５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以上２０００ｋＪ／ｍ３Ｋ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の間に挟まれる断熱部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多孔質材料を断熱膜として利用する技術が提案されている。例えば、国際公開第２０１５／０８００６５号（文献１）には、マトリックス中に多孔質材料がフィラーとして分散された断熱膜が開示されている。文献１に開示される多孔質材料は網目構造を有する。網目構造では、ＺｒＯ２粒子が骨格を構成し、ＺｒＯ２粒子の表面に異種材料が存在する。【０００３】
ところで、断熱を行う部材は、熱伝導を低減するために、例えば、繊維構造や発泡構造等の柔らかい構造を有する。しかし、このような構造の場合、環境によっては、対象物と対象物との間にて断熱部材を安定して保持できない虞がある。また、対象物間に互いに近づく方向に力が加わる場合、断熱部材は大きく変形し、断熱性能が低下する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、断熱部材に向けられている。
【０００５】
本発明に係る断熱部材は、第１対象物と第２対象物との間に直接的または間接的に挟まれることにより、前記第１対象物と前記第２対象物との間における伝熱を抑制または遮断する。前記断熱部材は、前記第１対象物に対向する第１主面と、前記第１主面とは反対側に位置し、前記第２対象物に対向する第２主面とを備える。前記断熱部材は、気孔を有するセラミックの多孔質構造を有し、ＺｒＯ２粒子、および、前記ＺｒＯ２粒子の表面に存在する異種材料が、前記多孔質構造の骨格を形成する。前記異種材料は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選択された少なくとも１つを含む。
【０００６】
本発明によれば、対象物間に挟まれて使用される高い機械的強度を有し、かつ、対象物間の断熱性能に優れた断熱部材を提供することができる。
【０００７】
好ましくは、前記断熱部材において、前記ＺｒＯ２粒子に対する前記異種材料の量は、０．１体積％以上３０体積％以下である。
【０００８】
好ましくは、前記骨格において、ＺｒＯ２の粒子同士の接続部における最小幅の平均は、前記ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の４０％以上１００％以下である。
【０００９】
前記断熱部材の好ましい使用例では、前記第１対象物および前記第２対象物に挟まれた場合に、前記第１対象物および前記第２対象物から前記断熱部材に圧縮力が作用する。
【００１０】
前記断熱部材の圧縮強度は、好ましくは、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。前記断熱部材のヤング率は、好ましくは、２ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である。前記断熱部材の熱伝導率は、好ましくは、０．１Ｗ／ｍＫ以上１．５Ｗ／ｍＫ以下である。前記断熱部材の熱容量は、好ましくは、５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以上２０００ｋＪ／ｍ３Ｋ以下である。
【００１１】
上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】断熱部材集合体を示す斜視図である。
【図２】多孔質構造の骨格の概略を示す図である。
【図３】骨格の一部を拡大して示す図である。
【図４】断熱部材集合体が第１対象物と第２対象物との間に配置された様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る断熱部材集合体１４を示す斜視図である。断熱部材集合体１４は、剥離可能なシート１２上に固定される。以下、シート１２上に断熱部材集合体１４が固定された構成を、「集合体シート１０」と呼ぶ。断熱部材集合体１４は、集合体シート１０の状態で、保管、輸送等が行われ、所望の位置に配置された後またはその直前に、シート１２は断熱部材集合体１４から剥離される。
【００１４】
断熱部材集合体１４は、例えば、シート１２の粘着力によりシート１２上に固定される。シート１２は、例えば、粘着力を有する樹脂製シートまたは樹脂製フィルムである。シート１２の粘着力（ＪＩＳ  Ｚ０２３７）は、好ましくは、１．０Ｎ／１０ｍｍ以上である。これにより、断熱部材集合体１４をシート１２に強固に固定することができる。断熱部材集合体１４は、貼着界面で一時的にシート１２に強固に固定されていてもよい。断熱部材集合体１４は、粘着剤等を介してシート１２に固定されてもよい。
【００１５】
シート１２の粘着力は、例えば、熱、水、溶剤、電気、光（紫外光を含む。）、マイクロ波もしくは外力等をシート１２に付与することにより、または、経時変化等により低下する。これにより、断熱部材集合体１４のシート１２に対する固定状態を容易に解除し、断熱部材集合体１４をシート１２から剥離させることができる。断熱部材集合体１４の剥離時におけるシート１２の粘着力は、好ましくは、０．１Ｎ／１０ｍｍ以下である。これにより、断熱部材集合体１４をシート１２から容易に剥離させることができる。
【００１６】
断熱部材集合体１４は、複数の断熱部材１６を含む。各断熱部材１６は板状である。  「板状の断熱部材」には、平板状（平らで湾曲していない板）のみならず、湾曲した板状のものや、厚さ（最小長）が一定ではない板状のものも含まれる。断熱部材集合体１４に含まれる断熱部材１６の数は、図１に示す例には限定されない。断熱部材集合体１４の全体の輪郭も図１に示すものには限定されない。図１に示す例では、各断熱部材１６は同じ形状を有するが、複数の断熱部材１６の平面視における形状、すなわち、平面形状は互いに異なってもよい。多数の断熱部材１６をシート１２上に固定された状態で扱うことにより、断熱部材１６を所望の位置に容易に配置することができる。
【００１７】
図１の状態において、各断熱部材１６の上側の広い面１６１（側面に対して相対的に広い面であり、以下、「第１主面」という。）は、後述するように使用時に対象物に対向する。各断熱部材１６の下側の広い面１６２（側面に対して相対的に広い面であり、以下、「第２主面」という。）は、使用時に他の対象物に対向する。図１では、１つの断熱部材１６についてのみ、破線にて背後の面を示している。断熱部材１６は、対象物に挟まれて使用され、対象物間の伝熱を抑制または遮断する。
【００１８】
断熱部材１６は、気孔を有するセラミックの多孔質構造を有する。多孔質構造は、微粒子が三次元に繋がった網目構造の骨格を有し、骨格以外の空隙が気孔になっている。当該微粒子を、以下、「骨格粒子」とも呼ぶ。図２は、骨格粒子であるＺｒＯ２粒子２１により形成される骨格２０の概略を示す図である。ＺｒＯ２粒子２１の粒子径は、好ましくは、１０ｎｍ以上５μｍ以下であり、さらに好ましくは、３０ｎｍ以上１μｍ以下である。これにより、熱伝導の主因である格子振動（フォノン）の発生が好適に阻害され、断熱部材１６の熱伝導率が低くなる。ＺｒＯ２粒子２１は、１つの結晶粒からなる粒子（すなわち、単結晶粒子）であってもよく、多数の結晶粒からなる粒子（すなわち、多結晶粒子）であってもよい。
【００１９】
ＺｒＯ２粒子２１の粒子径は、例えば、骨格を構成する骨格粒子群に含まれる１つの微粒子の大きさ（例えば、微粒子が球状であれば直径、球状でなければ最大径）を、電子顕微鏡観察の画像等から計測したものである。ＺｒＯ２粒子２１の粒子径は、例えば、次のようにして取得される。図３に示すように、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた観察によって得た微構造の画像において、あるＺｒＯ２粒子２１に注目する。ＺｒＯ２粒子２１の像はほぼ円形であるが、粒子像を一組の平行線で挟み込んだ場合の最大となる平行線間の距離２２を最大直径として取得する。
【００２０】
ＺｒＯ２粒子の径を平均粒子径で捉えた場合、平均粒子径は１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが特に好ましい。ＺｒＯ２粒子２１の平均粒子径は、例えば、まず、上述の手法にてＴＥＭの画像から１０個以上のＺｒＯ２粒子の最大直径を粒子径として取得する。次に、得られた最大直径の平均値をＺｒＯ２粒子の平均粒子径として取得する。ＺｒＯ２粒子には他の元素（例えば、Ｍｇ，Ｃａ，Ｙ，Ｃｅ，Ｙｂ，Ｓｃなど）が固溶していてもよく、部分安定化ジルコニアや完全安定化ジルコニアであってもよい。
【００２１】
多孔質構造の骨格は、ＺｒＯ２粒子、および、当該ＺｒＯ２粒子の表面に存在する異種材料により形成される。異種材料は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選択された少なくとも１つを含む。好ましくは、異種材料は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選択された少なくとも１つである。このような多孔質構造は、断熱性能に優れる。断熱部材１６では、異種材料がＺｒＯ２粒子の表面に存在することにより、ＺｒＯ２粒子と異種材料の粒界におけるフォノン散乱が増えるため、熱伝導率を低くすることができる。図３では、異種材料が存在する領域２３を、平行斜線を付して概念的に示している。
【００２２】
なお、「ＺｒＯ２粒子の表面に異種材料が存在する」とは、異種材料がＺｒＯ２粒子間に介在している状態を含む概念である。また、ＺｒＯ２粒子同士が小さな接点で接続しつつ、その接続部の周辺、すなわち、接続するＺｒＯ２粒子同士が作るネック部（くびれた部分）の周辺に異種材料が存在する状態を含む概念である。また、異種材料は他の材料と反応した状態で存在してもよい。例えば、異種材料がＳｉＯ２であれば、ＳｉＯ２の形態のみならず、ＺｒＯ２と反応したＺｒＳｉＯ４や、他の異種材料と反応した複合酸化物、あるいは、非晶質相として存在してもよい。
【００２３】
異種材料は、ＺｒＯ２粒子間に存在していることが好ましい。つまり、異種材料がＺｒＯ２粒子間に介在していること（換言すれば、異種材料は、ＺｒＯ２粒子の粒界に存在していること）が好ましい。異種材料がＺｒＯ２粒子間に存在することにより、ＺｒＯ２粒子の粒界におけるフォノン散乱がさらに増えるため、熱伝導率をさらに低くすることができる。
【００２４】
異種材料は、ＺｒＯ２粒子内に固溶していることも好ましい。ＺｒＯ２粒子内に異種材料が固溶すると、さらに熱伝導率を低くすることができる。「ＺｒＯ２粒子内に異種材料が固溶する」とは、ＺｒＯ２粒子内に異種材料を構成する元素の一部がＺｒＯ２粒子の結晶構造内に存在している状態であることを意味する。例えば、ＺｒＯ２粒子の結晶構造中のＺｒのサイトに、異種材料の金属原子が置換することを意味する。このような状態であることは、ＴＥＭを用いた元素分析と共に、Ｘ線回折による結晶構造解析をすることで確認することができる。
【００２５】
骨格において、ＺｒＯ２の粒子同士の接続部における最小幅、すなわち、ネック部の幅の平均は、ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の４０％以上１００％以下であることが好ましい。これにより、断熱部材１６の強度を確保することができる。また、このような強度確保は、後述するように、断熱部材１６に圧縮力が作用する場合に特に適している。ネック部はＺｒＯ２粒子のみにより形成されてもよく、異種材料を含んでいてもよい。
【００２６】
図３を参照して、ネック部の幅の取得例について説明する。まず、ＴＥＭを用いた観察によって得た微構造の画像において、あるＺｒＯ２粒子２１（図３において符号２１Ａを付す。）と、この粒子に接するＺｒＯ２粒子２１（符号２１Ｂを付す。）に注目する。これらの粒子としては、視線方向に対してほぼ垂直な方向に並ぶものが選択される。ＺｒＯ２粒子２１Ａ，２１Ｂの像はほぼ円形であるため、外接円の中心としてこれらの粒子の中心が取得可能である。２つの中心を結ぶ直線に平行な一組の平行線であって、ＺｒＯ２粒子２１Ａ，２１Ｂの間のネック部２４に接するものを取得し、平行線間の距離２５をネック部２４の幅として取得する。同様の処理を１０カ所以上のＺｒＯ２粒子２１間のネック部２４で行い、平均値をネック部２４の幅の平均として取得する。
【００２７】
ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、０．１体積％以上３０体積％以下であることが好ましく、０．５体積％以上２０体積％以下であることがさらに好ましく、１体積％以上１８体積％以下であることが特に好ましい。上記範囲内であることにより、骨格構造を維持しつつネック部を適切な幅とすることができ、断熱部材１６の機械的強度を維持しつつ熱伝導率を低く抑えることができる。
【００２８】
多孔質構造を構成するＺｒＯ２粒子の確認、および、ＺｒＯ２粒子上の異種材料の種類の確認は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または電界放出型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いる元素分析により可能である。また、これらの装置を用いてＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量も求めることができる。
【００２９】
異種材料が２種類である場合、これらの体積比の値は、１／９以上９以下であることが好ましい。上記比の値が上記範囲外であると、両者を共に添加する効果が低くなる場合がある。
【００３０】
異種材料の原料段階での粒子の平均粒子径は、原料段階でのＺｒＯ２粒子の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。これにより、ＺｒＯ２の特性が維持し易くなる。異種材料の原料段階での平均粒子径は、製造コストや、耐熱性や強度等の材料特性において有利となるように、２ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましく、２ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが特に好ましい。「異種材料の平均粒子径」は、上述したＺｒＯ２粒子の平均粒子径と同様にして測定した値である。
【００３１】
断熱部材１６の原料は、ＺｒＯ２粒子および異種材料粒子以外に、他の粒子を含有していてもよい。他の粒子を含有する場合、ＺｒＯ２粒子および異種材料粒子の合計の含有割合は、耐熱性や強度等の材料特性において有利となるように、９０体積％以上であることが好ましい。
【００３２】
多孔質構造では、平均気孔径は、製造コストや熱伝導率において有利となるように、０．５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることがさらに好ましく、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが特に好ましい。本明細書において「平均気孔径」は、水銀ポロシメータ（水銀圧入法）を用いて測定した値である。平均気孔径が１０ｎｍ以下の場合は、ガス吸着法にて測定が行われる。
【００３３】
気孔径の分布は、断熱部材１６全体に亘って同じである必要はなく、位置によって異なってもよい。すなわち、異なる部位における一定範囲内の平均気孔径は異なってもよい。
【００３４】
多孔質構造の気孔率は、熱伝導率や強度で有利となるように、２０％以上８０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは２０％以上７０％以下である。気孔率は、より好ましくは４０％以上７０％以下であり、特に好ましくは５０％以上７０％以下である。ここで、本明細書において「気孔率」は、水銀ポロシメータ（水銀圧入法）で測定した値である。気孔には、閉気孔が含まれてもよい。気孔の形状は特に限定されず、様々である。
【００３５】
断熱部材１６の熱伝導率は、好ましくは１．５Ｗ／ｍＫ以下であり、下限は制限されないが、通常は０．１Ｗ／ｍＫ以上である。さらに好ましくは０．１Ｗ／ｍＫ以上１Ｗ／ｍＫ以下である。これにより、断熱効果を良好に得ることができる。「熱伝導率」は、以下のようにして算出される値である。まず、水銀ポロシメータで断熱部材の密度を測定する。次に、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて断熱部材の比熱を測定する。次に、光交流法で断熱部材の熱拡散率を測定する。その後、熱拡散率×比熱×密度＝熱伝導率の関係式から、断熱部材の熱伝導率を算出する。
【００３６】
断熱部材１６の熱容量は、好ましくは５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以上２０００ｋＪ／ｍ３Ｋ以下であり、さらに好ましくは５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以上１５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以下である。
【００３７】
各断熱部材１６のアスペクト比は、好ましくは３以上であり、さらに好ましくは５以上であり、より好ましくは７以上である。断熱部材１６のアスペクト比とは、厚さに対する一の主面における最大長の割合である。当該一の主面は、断熱部材１６の表面を構成する複数の面のうち最も広い面である。主面の最大長は、主面の外周を挟む平行な１組の直線の間の距離のうち、最大の距離である。断熱部材１６の厚さは、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、上限は制限されないが、例えば、１０ｍｍ以下である。さらに好ましくは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００３８】
断熱部材１６を平面視した場合の形状が矩形である場合、１辺の長さは、０．１ｍｍ以上であり、上限は制限されないが、例えば、１０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。通常、断熱部材１６は板状またはタイル状であるが、大きなブロック状であってもよい。断熱部材１６をタイル状とすることにより、複数の断熱部材１６を曲面上に配置することが可能となる。
【００３９】
次に、断熱部材集合体１４の製造方法の例としてテープ成形を利用する手法について説明する。まず、断熱部材１６の構成材料の粉末に、造孔材、バインダ、可塑剤、溶剤等を加えて混合することにより、成形用スラリーが調製される。
【００４０】
造孔材は、後の焼成において消失して複数の気孔を形成するものであれば特に制限はない。造孔材としては、例えば、カーボンブラック、ラテックス粒子、メラミン樹脂粒子、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）粒子、ポリエチレン粒子、ポリスチレン粒子、発泡樹脂、吸水性樹脂等を挙げることができる。これらの中でも、粒子サイズが小さく、多孔質材料に小さな気孔を形成しやすいカーボンブラックが好ましい。
【００４１】
バインダとしては、ポリビニルブチラール樹脂（ＰＶＢ）、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリアクリル樹脂等を挙げることができる。可塑剤としては、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）等を挙げることができる。溶剤としては、キシレン、１−ブタノール等を挙げることができる。
【００４２】
スラリー中のＺｒＯ２粒子の含有割合は、５体積％以上２０体積％以下であることが好ましい。スラリー中の異種材料の含有割合は、０．１体積％以上５体積％以下であることが好ましい。スラリー中の造孔材の含有割合は、０体積％以上２０体積％以下であることが好ましい。スラリー中の他の成分の含有割合は、７０体積％以上９０体積％以下であることが好ましい。
【００４３】
続いて、成形用スラリーに真空脱泡処理を施すことにより粘度調整が行われる。スラリーの粘度は、０．１Ｐａ・ｓ以上１０Ｐａ・ｓ以下が好ましい。
【００４４】
テープ成形では、例えば、ポリエステルフィルム上に成形用スラリーが載置され、焼成後の厚さが所望の厚さとなるように、ドクターブレード等を用いて成形体が作製される。成形体はポリエステルフィルムから剥離されて回収される。
【００４５】
回収された成形体を焼成することにより、板状の焼結体が形成される。焼成は、８００℃以上２０００℃以下で０．５時間以上２０時間以下行われることが好ましく、８００℃以上１８００℃以下で０．５時間以上１５時間以下行われることがさらに好ましく、８００℃以上１３００℃以下で０．５時間以上１０時間以下行われることが特に好ましい。
【００４６】
次に、板状の焼成体の一主面を鏡面加工し、表面粗さＲａを１μｍとし、鏡面をシート１２の表面に対向させた状態で、焼成体がシート１２上に貼着される。シート１２上に粘着剤が塗布される場合は、鏡面とは反対側の面がシート１２上に貼着されてもよい。鏡面加工は行われなくてもよい。その後、焼結体をシート１２上において分割することにより、シート１２上に複数の断熱部材１６（すなわち、断熱部材集合体１４）が貼着された状態で得られる。焼結体はシート１２に強固に貼着されているため、焼結体の分割時に断熱部材１６がシート１２から剥離することが防止される。
【００４７】
焼結体の分割、すなわち、解砕は、様々な方法により行われてよい。例えば、焼結体に刃物を押し当てて切る（または、割る）ことにより、複数の断熱部材１６が形成される。あるいは、焼結体に、手で刃物を繰り返し押し当てて溝を形成したり、プレス機や圧延機で格子状の刃を押し当てて溝を形成したり、レーザ加工機により溝を形成し、溝に沿って焼結体が割られてもよい。焼結体の解砕は、手で行われもよく、機械で行われてもよい。溝は、焼成前の任意の段階で上記手法と同様の手法により形成されてもよい。溝を設けることなく、焼結体が解砕されてもよい。
【００４８】
断熱部材集合体１４の製造方法の他の好ましい例として、押出成形を利用する手法を挙げることができる。成形体の厚さが大きい場合、押出成形は特に好ましい。まず、断熱部材１６の構成材料の粉末に、造孔材、バインダ、可塑剤、溶剤等を加えて混合することにより、成形用ペースト（坏土）が調製される。造孔材、バインダ、可塑剤、溶剤等としては、押出成形に適したものが採用される。
【００４９】
次に、細長い開口が形成された口金からペーストが押し出され、口金を支持板に沿って相対的に移動することにより、支持板上に連続的に成形体が成形される。成形体は、乾燥
後に支持板から取り外されて回収される。成形体を焼成することにより、板状の焼結体が形成される。焼成条件は原則としてテープ成形の場合と同様であるが、必要に応じて適宜調整される。その後、焼結体はシート１２上に貼着され、既述の手法にて焼結体の分割が行われる。なお、成形体の成形には、セラミックス製造における様々な他の手法も利用することができる。例えば、プレス成形、射出成形、鋳込み成形等も利用可能である。
【００５０】
図４は、断熱部材集合体１４が、第１対象物９１と、第２対象物９２との間に配置された様子を示す図である。第１対象物９１および第２対象物９２の一方は高温部であり、他方は相対的に低温部である。断熱部材集合体１４、すなわち、複数の断熱部材１６は、第１対象物９１と第２対象物９２との間に直接的に挟まれる。これにより、断熱部材１６は、第１対象物９１と第２対象物９２との間における伝熱を抑制または遮断する。断熱部材１６は、第１対象物９１と第２対象物９２との間に間接的に挟まれてもよい。例えば、断熱部材１６と第１対象物９１または第２対象物９２との間に、シート等の他の部材が介在してもよい。
【００５１】
図４に示す状態において、各断熱部材１６の下側の主面が図１の第１主面１６１であり、上側の主面が図１の第２主面１６２であるものとする。第１主面１６１は、第１対象物９１に対向する。第２主面１６２は、第２対象物９２に対向する。第１主面１６１と第２主面１６２とは、断熱部材１６において互いに反対側に位置するのであれば、上下に位置する必要はない。
【００５２】
第１対象物９１および第２対象物９２は、断熱部材１６を挟んだ状態で断熱部材１６を支持することができる剛性を有する物体である。第１対象物９１および第２対象物９２は、例えば、金属、樹脂、プラスチック、木材、セラミックス、セメント、コンクリート、陶磁器、ガラス等である。第１対象物９１および第２対象物９２は同じ材質であっても異なる材質であってもよい。
【００５３】
図４の例の場合、第１対象物９１と第２対象物９２とには、締結部材であるボルト９３により、互いに近づく方向に力が与えられる。図４では、ボルト９３は、中心線のみを示している。他の構造として、例えば、第１対象物９１と断熱部材１６とが接着剤により固定され、第２対象物９２と断熱部材１６とが接着剤により固定されてもよい。断熱部材１６は接着剤等を用いることなく単純に第１対象物９１および第２対象物９２により挟持されてもよい。第１対象物９１の断熱部材集合体１４に対向する面は平面には限定されず、曲面でもよい。第２対象物９２の断熱部材集合体１４に対向する面も平面には限定されず、曲面でもよい。
【００５４】
断熱部材１６の圧縮強度は高いため、断熱部材１６は、第１対象物９１および第２対象物９２に挟まれて第１対象物９１および第２対象物９２から圧縮力が作用する場合に使用されることが好ましい。好ましくは、断熱部材１６の圧縮強度は、１０ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは、５０ＭＰａ以上である。なお、断熱部材１６の圧縮強度に上限はないが、通常、１０００ＭＰａ以下である。
【００５５】
また、断熱部材１６が第１対象物９１および第２対象物９２から圧縮力を受ける場合、第１対象物９１と第２対象物９２との相対位置の変化は小さいことが望ましい。そのため、断熱部材１６のヤング率は、２ＧＰａ以上であることが好ましく、５ＧＰａ以上であることがさらに好ましい。断熱部材１６のヤング率に上限はないが、通常、３００ＧＰａ以下である。
【００５６】
断熱部材集合体１４が配置される際には、例えば、第１対象物９１上に、集合体シート１０がシート１２を上にして配置される。断熱部材集合体１４からシート１２が剥離され、さらに第２対象物９２が断熱部材集合体１４上に配置される。断熱部材集合体１４と第１対象物９１との間には、粘着剤や接着剤が介在してもよく、断熱部材集合体１４と第２対象物９２との間にも、粘着剤や接着剤が介在してもよい。断熱部材集合体１４からシート１２を剥離することなく、断熱部材集合体１４およびシート１２が、第１対象物９１と第２対象物９２との間に挟まれてもよい。
【００５７】
なお、断熱部材１６には必ずしも圧縮力が作用する必要はなく、圧縮力が作用することなく断熱部材１６が第１対象物９１および第２対象物９２に挟まれてもよい。このとき、断熱部材１６は、断熱機能のみならず、第１対象物９１に対して第２対象物９２を相対的に支持する構造部材としての機能を有してもよい。以下、断熱部材１６が間に配置される第１対象物９１または第２対象物９２を、単に、「対象物」とも表現する。
【００５８】
断熱部材１６では、異種材料がＺｒＯ２粒子の表面、特に、粒子同士の接続部に多く存在することにより、対象物間に挟まれて使用される高い機械的強度を有し、かつ、対象物間において優れた断熱性能を発揮することができる。
【００５９】
表１は、断熱部材の実施例を示す。表１における断熱性評価の欄の「Ａ」は「最も良い」、「Ｂ」は「非常に良い」、「Ｃ」は「良い」、「Ｄ」は「やや悪い」、「Ｅ」は「悪い」を示す。
【００６０】
【表１】
2018037707.tif 000003
【００６１】
実施例１では、異種材料として、ＴｉＯ２とＳｉＯ２とを用いた。これらの割合は同じ、すなわち、異種材料全体の５０％と５０％である。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、１０体積％である。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は８０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えても変化はなかった。断熱性の評価は最も良かった。
【００６２】
実施例２では、異種材料として、ＴｉＯ２とＳｉＯ２とを用いた。これらの割合は同じである。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、２０体積％である。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は９０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えても変化はなかった。断熱性の評価は非常に良かった。
【００６３】
実施例３では、異種材料として、ＴｉＯ２とＳｉＯ２とを用いた。これらの割合は同じである。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、５体積％である。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は７０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えても変化はなかった。断熱性の評価は非常に良かった。
【００６４】
実施例４では、異種材料として、ＳｉＯ２を用いた。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、１０体積％である。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は７０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えても変化はなかった。断熱性の評価は非常に良かった。
【００６５】
実施例５では、異種材料として、ＴｉＯ２を用いた。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、１０体積％である。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は７０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えても変化はなかった。断熱性の評価は非常に良かった。
【００６６】
実施例６では、異種材料として、Ｌａ２Ｏ３を用いた。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、５体積％である。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は５０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えても変化はなかった。断熱性の評価は非常に良かった。
【００６７】
実施例７では、異種材料として、ＴｉＯ２を用いた。ＺｒＯ２粒子に対する異種材料の量は、０．１体積％である。ＺｒＯ２粒子の粒径に対するネック部幅は４０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えたところ、わずかに変形し、一部崩壊した。断熱性の評価は良かった。
【００６８】
比較例１では、ロックウール系断熱材を用いた。ロックウール系断熱材は剛性に乏しいため、所定の圧縮力を加えたところ、大きく変形した。変形により、断熱性の評価は悪かった。
【００６９】
比較例２では、実施例１ないし７と同様のＺｒＯ２粒子を用い、異種材料を加えることなく比較的低温で焼成を行った。ＺｒＯ２の平均粒子径に対するネック部の幅は２０％となった。断熱部材を対象物間に挟み、所定の圧縮力を加えたところ、崩壊した。断熱性の評価はやや悪かった。
【００７０】
上記実施例から、ネック部の幅の平均は、ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の４０％以上であることが好ましいことが判る。より好ましくは、ネック部の幅の平均は、ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の５０％以上である。ネック部の幅の平均は通常、ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の１００％以下である。上記実施例では、異種材料の量は、ＺｒＯ２粒子に対して０．１体積％から２０体積％の範囲で変化させているが、他の実験結果も参照した結果、既述のように、異種材料の量は、０．１体積％以上３０体積％以下であることが好ましいことが判っている。
【００７１】
実験を繰り返した結果、以下の傾向が判明した。
・異種材料の原料粒径が小さいほど、異種材料が均一に分散し、幅の大きいネック部が多く形成され易い。
・異種材料の量が多いほどネック部の幅は大きくなり易い。
・複数種類の異種材料を添加すると、ネック部の幅は大きくなり易い。
・異種材料の種類によってネック部の幅に差が生じ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３のうち、ＳｉＯ２の添加でネック部の幅が最も大きくなり、続いて、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３の順でネック部の幅が小さくなり、Ｌａ２Ｏ３とＹ２Ｏ３とではネック部の幅はほぼ同様である。
・焼成温度が高いほど、ＺｒＯ２の平均粒子径は大きくなり、ネック部の幅は大きくなる。
・焼成時間が長いほど、ＺｒＯ２の平均粒子径は大きくなり、ネック部の幅は大きくなる。
・ネック部の幅が大きいほど、対象物に挟まれたときに変形しないが、断熱性は悪くなる。すなわち、ネック部を熱が伝わり易くなる。
・ＺｒＯ２の原料粒子の平均粒子径が小さいほど、焼成後のＺｒＯ２粒子の平均粒子径は小さくなる。
【００７２】
図１に示す例では、各断熱部材１６を上面からみた平面形状は正方形である。既述のように、断熱部材１６の平面形状は、正方形には限定されず、好ましくは、多角形状である。各断熱部材１６の形状は、他の断熱部材１６の形状と異なってもよい。断熱部材集合体１４では、例えば、５つ以上の断熱部材１６がそれぞれ１つの頂点を対峙させて配置された部分を有してもよい。さらに、いずれかの断熱部材１６の平面形状の外周は、曲線を含んでもよい。断熱部材１６の平面形状が、隣接する断熱部材１６と嵌まり合う曲線または折れ線を含むことにより、これらの断熱部材１６の間の位置ずれが抑制される。これにより、断熱部材１６の第１対象物９１または第２対象物９２上への配置を容易に行うことができる。
【００７３】
図１に示すように、断熱部材集合体１４では、隣接する断熱部材１６間の隙間１６５は、好ましくは、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。これにより、複数の断熱部材１６を、対象物上に容易に配置することができる。上記隙間１６５は、隣接する断熱部材１６間の隙間のうち、最も狭い部分の間隔である。当該隙間１６５は、例えば、シート１２上に貼着された断熱部材集合体１４において、隣接する断熱部材１６間を光学顕微鏡等で測定したものである。
【００７４】
断熱部材集合体１４では、隣接する断熱部材１６の側面同士が平行に対向する場合、側面とシート１２の法線とのなす角は０度以上４５度以下であることが好ましい。これにより、断熱部材集合体１４を対象物上に配置する際に、断熱部材１６が欠けることを防止または抑制することができる。側面は平面には限定されず、側面とシート１２の法線とのなす角は一定である必要はない。
【００７５】
断熱部材集合体１４において断熱部材１６の形状が一定ではない場合、通常、断熱部材集合体１４内での断熱部材１６の個数密度も一定ではない。当該個数密度の最大値の最小値に対する割合（すなわち、最大個数密度／最小個数密度）は、好ましくは、１以上１．５以下である。個数密度のばらつきを抑えることにより、断熱部材集合体１４を対象物上に容易に配置することができる。
【００７６】
また、断熱部材集合体１４において断熱部材１６の形状が一定ではない場合は、断熱部材集合体１４内での断熱部材１６の平面形状の大きさも一定ではない。当該平面形状の大きさの最大値の最小値に対する割合（すなわち、最大面積／最小面積）は、好ましくは、１以上１．５以下である。断熱部材１６の面積のばらつきを抑えることにより、断熱部材集合体１４を対象物上に容易に配置することができる。
【００７７】
なお、対象物の表面が平坦でない部分を含む場合は、平坦な領域において断熱部材１６の個数密度を小さくして各断熱部材１６の平面形状を大きくし、平坦でない領域において断熱部材１６の個数密度を大きくして各断熱部材１６の平面形状を小さくすることにより、複数の断熱部材１６を対象物の表面に追従させて配置することができる。
【００７８】
上述の個数密度は、例えば、シート１２上に貼着された断熱部材集合体１４において、光学顕微鏡等により複数箇所の任意の視野を観察し、各視野に含まれる断熱部材１６の個数を、視野の面積で除算することにより求められる。
【００７９】
断熱部材集合体１４が固定されるシート１２の引張伸度（ＪＩＳ  Ｋ７１２７）は、好ましくは０．５％以上である。これにより、対象物の表面が曲面である場合であっても、シート１２上の複数の断熱部材１６を、対象物の表面に容易に、かつ、精度良く追従させて配置することができる。また、シート１２の厚さは、好ましくは、０ｍｍよりも大きく、５ｍｍ以下である。これにより、対象物の表面が曲面である場合であっても、シート１２上の複数の断熱部材１６を、対象物の表面に容易に、かつ、精度良く追従させて配置することができる。
【００８０】
図４に示す状態において、断熱部材１６の間や周囲に、断熱部材１６同士の接合および断熱部材１６の保護を目的として、マトリクスが存在してもよい。マトリックスは、セラミックス、ガラスおよび樹脂の少なくとも一種を含むことが好ましい。耐熱性が良好となるという観点から、マトリックスとしてはセラミックスまたはガラスがより好ましい。より具体的には、マトリックスとなる材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸炭化ケイ素、カルシウムシリケート、カルシウムアルミネート、カルシウムアルミノシリケート、リン酸アルミニウム、カリウムアルミノシリケート、ガラス等を挙げることができる。これらは熱伝導率が低くなるという観点から非晶質であることが好ましい。
【００８１】
マトリックスの材料がセラミックスの場合は、マトリックスは、粒子径が５００ｎｍ以下の微粒子の集合体であることが望ましい。粒子径が５００ｎｍ以下の微粒子の集合体をマトリックスとすることにより、熱伝導率を低く抑えることができる。また、マトリックスとなる材料が樹脂の場合、マトリックスとしては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。マトリックスの気孔率は、０％以上７０％以下であることが好ましい。
【００８２】
断熱部材集合体１４の好適な使用例の一つとして、自動車の排気ガスの浄化触媒担体を排気管に固定する構造を挙げることができる。従来より、浄化触媒担体であるハニカム状セラミックスは、繊維状のセラミックスからなるマットで包まれて排気管上の金属管に押し込まれて固定される。一方、ハニカム状セラミックスに担持した触媒を早期に暖めて、エンジンの始動直後から高効率にて排気ガスを浄化したいという要望が近年高まっている。そこで、ハニカム状セラミックスの外周と金属管との間に断熱部材集合体１４を挟み込むことにより、ハニカム状セラミックスから金属管を経由して熱が放出されることを抑制することができる。その結果、エンジンの始動後の早期の段階で触媒を暖めることが実現される。
【００８３】
自動車の振動によるハニカム状セラミックスの破損を防止するために、ハニカム状セラミックスは金属管内にて動かないように固定することが求められる。そのため、柔らかい断熱部材をハニカム状セラミックスと金属管との間に配置するには、断熱部材がつぶれた状態で配置される必要がある。この場合、断熱性能が低下してしまう。これに対し、断熱部材集合体１４の断熱部材１６は、機械的強度が高い多孔質構造を有するセラミックにて形成されるため、ハニカム状セラミックスと金属管との間に挟持されても断熱性能は低下しない。
【００８４】
上述の断熱部材集合体１４および断熱部材１６では、様々な変更が可能である。
【００８５】
断熱部材集合体１４が固定されるシート１２は、粘着力を有する樹脂製シートまたは樹脂製フィルムには限定されず、様々な構造を有していてもよい。例えば、シート１２は、基材（すなわち、支持部材）上に接着剤等が塗布されることにより形成されてもよい。対象物の表面が曲面である場合、シート１２の基材は、好ましくは、布、ゴムシートまたは発泡体等である。このように、比較的柔らかく伸縮性を有する基材を利用することにより、シート１２上の複数の断熱部材１６を、対象物の表面に容易に、かつ、精度良く追従させて配置することができる。また、対象物の表面が平坦である場合、シート１２の基材は、好ましくは、フィルム、金属箔または紙等である。このように、比較的硬い基材を利用することにより、複数の断熱部材１６を対象物の表面に転写する際に、シート１２に皺が生じて断熱部材１６の位置がずれることを防止または抑制することができる。
【００８６】
断熱部材集合体１４に代えて、１つの断熱部材１６が第１対象物９１と第２対象物９２との間に挟まれてもよい。換言すれば、断熱部材集合体１４は、少なくとも１つの断熱部材１６により構成される。
【００８７】
既述のように、断熱部材１６の気孔の分布は一定でなくてもよい。例えば、第１対象物９１および第２対象物９２に対向する面近傍の領域において、内部よりも気孔率が小さくてもよく、さらには、これらの領域に閉気孔のみが存在してもよい。第１対象物９１および第２対象物９２に対向する面に改質処理が施されてもよい。
【００８８】
第１対象物９１および第２対象物９２の間において、２層以上の断熱部材集合体１４が挟まれてもよい。例えば、第１対象物９１上に断熱部材集合体１４が固定され、第２対象物９２上にも断熱部材集合体１４が固定され、第１対象物９１と第２対象物９２とが合わされることにより、第１対象物９１と第２対象物９２との間に２層の断熱部材集合体１４が配置される。
【００８９】
断熱部材集合体１４および断熱部材１６の製造方法は、上述のものには限定されず、様々に変更されてよい。
【００９０】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【００９１】
発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。
【符号の説明】
【００９２】
１６    断熱部材
２０    骨格
２１    ＺｒＯ２粒子
２４    ネック部（粒子同士の接続部）
９１    第１対象物
９２    第２対象物
１６１    第１主面
１６２    第２主面
【図１】
2018037707.tif 000004
【図２】
2018037707.tif 000005
【図３】
2018037707.tif 000006
【図４】
2018037707.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月30日(2018.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１対象物と第２対象物との間に直接的または間接的に挟まれることにより、前記第１対象物と前記第２対象物との間における伝熱を抑制または遮断する断熱部材であって、
前記第１対象物に対向する第１主面と、
前記第１主面とは反対側に位置し、前記第２対象物に対向する第２主面と、
を備え、
気孔を有するセラミックの多孔質構造を有し、
ＺｒＯ２粒子、および、前記ＺｒＯ２粒子の表面に存在する異種材料が、前記多孔質構造の骨格を形成し、
前記異種材料が、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３およびＹ２Ｏ３から選択された少なくとも１つを含む。
【請求項２】
請求項１に記載の断熱部材であって、
前記ＺｒＯ２粒子に対する前記異種材料の量が、０．１体積％以上３０体積％以下である。
【請求項３】
請求項１または２に記載の断熱部材であって、
前記骨格において、ＺｒＯ２の粒子同士の接続部における最小幅の平均が、前記ＺｒＯ２粒子の平均粒子径の４０％以上１００％以下である。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の断熱部材であって、
前記第１対象物および前記第２対象物に挟まれた場合に、前記第１対象物および前記第２対象物から圧縮力が作用する。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の断熱部材であって、
圧縮強度が、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の断熱部材であって、
ヤング率が、２ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の断熱部材であって、
熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍＫ以上１．５Ｗ／ｍＫ以下である。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の断熱部材であって、
熱容量が、５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以上２０００ｋＪ／ｍ３Ｋ以下である。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の断熱部材であって、
前記第１対象物の材質と前記第２対象物の材質とが同じである。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の断熱部材であって、
前記第１対象物の材質と前記第２対象物の材質とが異なる。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の断熱部材であって、
前記第１対象物または前記第２対象物が樹脂である。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の断熱部材であって、
前記第１対象物または前記第２対象物がガラスである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記断熱部材の圧縮強度は、好ましくは、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下である。前記断熱部材のヤング率は、好ましくは、２ＧＰａ以上２００ＧＰａ以下である。前記断熱部材の熱伝導率は、好ましくは、０．１Ｗ／ｍＫ以上１．５Ｗ／ｍＫ以下である。前記断熱部材の熱容量は、好ましくは、５００ｋＪ／ｍ３Ｋ以上２０００ｋＪ／ｍ３Ｋ以下である。
前記第１対象物の材質と前記第２対象物の材質とは同じであってもよく、異なってもよい。一例では、前記第１対象物または前記第２対象物は樹脂である。他の例では、前記第１対象物または前記第２対象物はガラスである。
【国際調査報告】
2018037707.tif 000008
2018037707.tif 000009
2018037707.tif 000010
2018037707.tif 000011