(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアロゲルと第１繊維とを含む第１基材層と、
前記第１基材層に積層され、エアロゲルと第２繊維とを含む第２基材層と、を含み、
前記第１基材層中のエアロゲル密度は、前記第２基材層中のエアロゲル密度より高く、
前記第２基材のうち前記第１基材層と積層されない面のエアロゲルは、前記第２基材層の前記第１基材層と積層される面のエアロゲルより少ない断熱材であり、
前記第２基材層中の前記エアロゲル密度は、３０体積％以下であり、
前記第１繊維のかさ密度は、０．０４ｇ／ｃｍ３以下であり、
前記第２繊維のかさ密度は、０．１ｇ／ｃｍ３以上である断熱材。
【請求項２】
前記第２基材層のエアロゲルの分布は、前記第１基材層と積層される面側から、前記第１基材と積層されない面側へ向けて、含有量が少なくなる請求項１記載の断熱材。
【請求項３】
前記第１繊維は、前記第２繊維より撥水性が低い請求項１または２記載の断熱材。
【請求項４】
前記第１基材層が、２つの前記第２基材層で挟まれた請求項１〜３のいずれか１項に記載の断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱材とその製造法に関する。特に、多層構造の断熱材とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどの電子機器の高機能化と共に
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断熱技術が必須となってきている。
【０００３】
特に、小型のモバイル機器は、直接人体に接する機会が多く、その筐体外側の温度上昇
が深刻な問題となってきている。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、低温やけどが挙げられる。低温やけどは人体が体温より高い温度に長時間さらされ
て起こるやけどの一種であり、４４℃では６時間でやけどが生じ、１℃上がる毎にやけど
に至る時間が半分となるという報告がある。普通のやけどに比べて低温やけどは当事者が
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
うことも多い。
【０００４】
また、モバイル機器の表示素子には、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイが使用
されているが、これらの表示素子は熱に弱く、発熱部品からの発熱がこれら表示素子に伝
わると、ディスプレイの輝度ムラや寿命低下の要因となるため、モバイル機器の高性能化
と小型・薄型化を両立させるためには、表示素子への伝熱を効果的に低減させる必要があ
る。
【０００５】
さらに最近では、小型ノートパソコンを膝上で長時間使用した際に低温やけどになる症
例が多い。今後益々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極めて重要である。
【０００６】
その他電化製品として、テレビ、レコーダー、オーディオ機器をはじめとしたＡＶ機器、エアコン、洗濯機をはじめとした白物家電、電動ドライバーをはじめとする電気工具においても、小型化、薄型化、高機能化が進んでおり、これらにおいても人体に触れる機会があるため、筐体外部への熱伝導を抑える必要性が高まっている。
【０００７】
更には、住宅建材においては、室内空間の拡張に伴う壁の薄型化や、配管経路の狭小化の要望が高まっている。壁が薄くとも部屋の断熱性能を維持しなければならず、外部の冷気や暖気を防止する必要がる。配管についても、結露防止や、熱湯が流れることもあり、熱防止策を実施する必要がる。
【０００８】
これらの問題に対して、熱を遮断する方法としては、電子機器、家電製品においては、
機器の筐体内部の発熱部品からの熱を筐体に伝えないように断熱部材を使用することが考えられる。また、住宅建材分野においても、熱を遮断する為に断熱部材を使用することが考えられる。さらにこれらの要望を満たす為には、厚みの薄い、柔軟性のある断熱部材への要求が高まっている。
【０００９】
この要求を満たす断熱部材として、断熱性の高いエアロゲルを不織布等の基材に含有した、シート状の断熱材がある。しかし、このエアロゲルによる断熱シートを断熱材として使用する場合、シート表面にはエアロゲルが付着しており、使用したい場所へ接着させることができない。そのため、図８の断面図で示す構造がある（特許文献１）。エアロゲル層１０１の表面を被覆層１０２で覆う構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２９９８９３号公報
【特許文献２】特表２００１−５０９０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、被覆層１０２により熱伝導率が高くなり、断熱材として好ましくないという課題を有している。
【００１２】
本願発明は、上記従来の課題を解決するもので、断熱シートの表面にエアロゲルが付着しておらず、接着材、粘着材を貼り付けることの出来る断熱シートとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、エアロゲルと第１繊維とを含む第１基材層と、上記第１基材層に積層され、エアロゲルと第２繊維とを含む第２基材層と、を含み、上記第１基材層中のエアロゲル密度は、上記第２基材層中のエアロゲル密度より高く、上記第２基材層のうち上記第１基材層と積層されない面のエアロゲルは、上記第２基材層の上記第１基材層と積層される面のエアロゲルより少ない断熱材を用いる。
【００１４】
また、第１繊維を含む第１基材層と第２繊維を含む第２基材層とが積層された積層体の上記第１基材層のみにエアロゲル溶液を供給する供給工程と、上記積層体を乾燥する乾燥工程と、を含む断熱材の製造方法を用いる。
【００１５】
さらに、第１繊維を含む第１基材層にエアロゲル溶液を供給する供給工程と、上記第１基材層と第２繊維を含む第２基材層とを積層する積層工程と、上記積層された積層体を乾燥する乾燥工程と、を含む断熱材の製造方法を用いる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の断熱材によれば、特別な加工を必要とせずに接着剤、粘着材を使用し、あらゆる場所へ簡易的に貼り付けできる断熱シートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における２層断熱シートの構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における２層断熱シートの含浸方法１を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における２層断熱シートの含浸方法２を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における２層断熱シートの製造例を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における３層断熱シートの構成を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における３層断熱シートの含浸方法１を示す図
【図７】本発明の実施の形態２における２層断熱シートの製造例を示す図
【図８】特許文献１におけるにおける断熱材の構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における断熱材の構成を示す図である。
【００２０】
図１において、断熱シート２００は、第１基材層２０１と第２基材層２０２との積層体である。
【００２１】
図１において、第１基材層２０１は、繊維にエアロゲルを完全に含浸された層である。完全に含浸された状態とは、基材である繊維中に含まれていた空気が、エアロゲルに置き換わった状態であり、断熱材として使用する場合、その割合が、全体積の９０％以上であることが望ましい。ただし、それ以下でも断熱性能は低く、断熱材として利用できる。繊維にエアロゲルを含有する割合により、第１基材層９０１の断熱性能は決定される。
【００２２】
第２基材層２０２は、エアロゲルが完全に含浸されていない層である。
完全に含浸されていない状態とは、基材にエアロゲルが入り込めず、空気が残っている状態であり、エアロゲルの割合が、３０体積％以下が望ましい。エアロゲルの割合が３０体積％より高くなると、第２基材層２０２の下面（表面）にエアロゲルが付着する割合が高くなり、接着性能が損なわれるためである。
【００２３】
第２基材層２０２の下側、つまり第１基材層２０１に面していない面において、エアロゲルが付着している面積の割合は、接着性から５％以下が望ましい。それより大きいの場合でも接着性はあるが、５％以下が好ましい。第１基材層２０１中において、エアロゲルの分布は、第１基材層２０１との界面部分が最も多く、逆側の面に進むにつれてその割合が低くした分布とする。第２基材層２０２全体でのエアロゲル含有率が３０％以下、下面のエアロゲルの面積の割合は、５％以下が望ましい。
【００２４】
第２基材層２０２において、エアロゲルの付着が少ない下面については、接着剤、粘着材、テープといった、接着するために使用する材料の貼り付けが可能となる。これにより、断熱性に優れたエアロゲルを含有した断熱シート２００が、容易に必要な場所へ、適用が可能となる。
【００２５】
第１基材層２０１と、第２基材層２０２の繊維は同じ種類でも、異なってもよい。ただし、以下のように形状、密度などは異なる。
【００２６】
第１基材層２０１と第２基材層２０２との特性の違いを記載した特性表の例を表１に示す。目付け量は、基材に使用している繊維の目付け量を示している。
【００２７】
【表１】
0006634595.tif 000002
【００２８】
第１基材層２０１の繊維基材に、より多くのエアロゲルを含んだほうが、断熱性能が高くなる。つまり、同じ厚みの繊維基材を比較した場合、目付け量の少ない繊維基材がエアロゲルを多く含むことができる為、断熱性能が高くなる。ただし、繊維基材の厚みが変わると目付け量も変わる為、単位厚みあたりの目付け量を算出することが考えられる。目付け量［ｇ／ｍ２］／厚み［ｍｍ］で算出されるかさ密度を求めた場合、０．０４ｇ／ｃｍ３位下のものが第１基材層２０１には好ましい。かさ密度が０．０４ｇ／ｃｍ３以下であれば、断熱性能を表す熱伝導率で比較した場合、空気の熱伝導率２６ｍＷ／ｍＫよりも熱伝導率が低くなり、断熱性能が確保できる為である。
【００２９】
かさ密度の下限値は、強度的に、０．０１ｇ／ｃｍ３以上が好ましい。
【００３０】
一方、第２基材層２０２においては、第１基材層２０１とは特性が違う。第２基材層２０２の繊維は、目付け量が多く、かさ密度が高い繊維基材が好ましい。目付け量が多いと、繊維中に含まれる空気の量が少なく、エアロゲルが第２基材層２０２に浸入できなくなるためである。断熱シート２００全体での断熱性能を考慮すると、エアロゲルの含有量が少ない第２基材層２０２の厚みは、薄いものほど断熱シート２００全体としての断熱性能が高いため好ましく、厚さ０．１ｍｍ以下が、空気より断熱性能が高くなるため好ましい。
【００３１】
しかし、それ以上でも問題はない。単位厚みあたりの目付け量であるかさ密度は０．１ｇ／ｃｍ３以上のものが好ましい。かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上であれば、第１基材層２０１中に入り込むエアロゲルの量が３０％を下回る為、第２基材層２０２の下面に付着するゲルを５％以下に抑えることが可能である。
【００３２】
かさ密度の上限値は、エアロゲルの入れ込み、熱伝導性の点から０．１２ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。
【００３３】
また、第２基材層２０２には目付け量とは異なる特性として、撥水性を付与することもよい。ＵＶ洗浄、プラズマ洗浄等により撥水性を付与する。この撥水処理を実施した場合、エアロゲルが第２基材層２０２の内部に浸入することを防止することができる。このため目付け量を低く設定しても、エアロゲルが撥水処理により浸入できない為、かさ密度０．１ｇ／ｃｍ３より小さくとも使用可能である。このとき、第１基材層２０１は撥水性を付与しない。撥水性を付与した場合、第１基材層２０１にエアロゲルが浸入できなくなり、断熱材としての用途をなさないためである。
【００３４】
少なくとも第１基材層２０１の繊維は、第２基材層２０２の繊維より、撥水性は低い。
【００３５】
撥水性の付与は、第１基材層２０１と第２基材層２０２に使用する２種類の繊維基材を貼り合わせる前に、第２基材層２０２に付与する。撥水性付与は、第２基材層２０２全体に実施する。特に表面は均質に付与することが好ましい。その後、第１基材層２０１に使用する繊維基材と、第２基材層２０２に使用する繊維基材を、不織布を貼り合わせる製法であるニードルパンチ法等により貼り合わすことにより、複合体の生成が可能である。
【００３６】
＜第１製法＞
エアロゲルは、以下で作製される。水ガラスやテトラメトキシシランのような金属アルコキシドのゲル原料と、水やアルコールなどの溶媒と、必要に応じて触媒とを混合する。このことで、溶媒中でゲル原料から湿潤ゲルを作製する。その後、内部の溶媒を乾燥させエアロゲルを作製する。このため、原料の状態では液体である。
【００３７】
図２はエアロゲルの原料３０２を塗布して含浸する第１方法を示した断面図である。塗布ヘッド３０１には原料３０２が充填されている。塗布ノズル３０３から吐出した原料３０２は、第１基材層２０１に含浸する。しかし、第２基材層２０２は目付け量が多い為、原料３０２は浸漬せず、第１基材層２０１に面した上面を中心に分布する。よって、第２基材層２０２の下面までは原料が到達しない。上記で示したエアロゲルの含浸量となる。
【００３８】
＜第２製法＞
図３はエアロゲルの原料３０２を、浸漬により含浸させる第２含浸方法を示した断面図である。浸漬槽４０１には原料３０２が充填する。浸漬させるのは第１基材層２０１のみを浸漬させるのが好ましい。第２基材層２０２は、表面にエアロゲルが少量でも付着するのを防ぐ為、原料３０２へ浸漬しないようにするのが好ましい。浸漬完了後、浸漬槽４０１より取り出しゲル化させるが、その後は第１基材層２０１と第２基材層２０２の位置関係は特に問題はない。
【００３９】
＜第３製法＞
図４はエアロゲルの原料３０２を第１基材層２０１へ含浸させた後に、第２基材層２０２と張り合わせて製造する第３方法を示している。塗布ヘッド３０１には原料３０２が充填されている。塗布ノズル３０３から吐出した原料３０２は、第１基材層２０１に含浸する。
【００４０】
その後、第２基材層２０２と重ね合わせて、貼り合わせローラー５０１によって張り合わせる。貼り合わせた後、そのままの状態でゲル化させることにより、第１基材層２０１と第２基材層２０２の接合された状態となる。実際には、第１基材層２０１よりはみ出した原料３０２が、第２基材層２０２の表層に付着した状態でゲル化するため、ゲルの結合力により、結合が可能となる。第１基材層２０１の原料３０２が、第２基材層２０２へも入り込む。
【００４１】
結果、断熱シート２００では、第２基材層２０２でのエアロゲルの分布は、第１基材層２０１と積層される面側から、第１基材層２０１と積層されない面側へ向けて、エアロゲルの含有量が少なくなる。このことで、上記第２基材層２０２の表面のエアロゲルの面積が５％以下となる。
【００４２】
（実施の形態２）
＜構造＞
図５に示す３層の断熱シート６０１は、第１基材層２０１を２つの第２基材層２０２で挟み込んだ３層構造である。この場合、３層の断熱シート６０１の両面が第２基材層２０２になるため、粘着材、接着剤、テープといった、接着するために使用する材料が３層の断熱シート６０１の両面に適用でき、更に適用できる範囲が広がる。
【００４３】
＜第４製法＞
図６はこの３層構造の３層の断熱シート６０１を製造する際の、エアロゲルの原料３０２の含浸方法を示した図である。原料を塗布する場合は、３層の中心の第１基材層２０１へ直接、原料３０２を含浸させる必要がある。この為、断熱シート６０１を鉛直方向に立てて、側面より原料３０２を塗布し、重力で含浸させることが好ましい。
【００４４】
＜第５製法＞
図７はエアロゲルの原料３０２を第１基材層２０１へ含浸させた後に、第２基材層２０２と張り合わせて製造する方法を示した図である。塗布ヘッド３０１には原料３０２が充填されている。塗布ノズル３０３から吐出した原料３０２は、第１基材層２０１に含浸する。その後、第２基材層２０２で挟み込むことで３層を重ね合わせ、貼り合わせローラー５０１によって張り合わせることにより製造が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の断熱シートは、接着剤や粘着材による貼り付けが可能な、断熱性に優れたエアロゲルの断熱材であり、断熱材が必要なあらゆる用途に適用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０１  エアロゲル層
１０２  被覆層
２００  断熱シート
２０１  第１基材層
２０２  第２基材層
３０１  塗布ヘッド
３０２  原料
３０３  塗布ノズル
４０１  浸漬槽
５０１  貼り合わせローラー
６０１  断熱シート
９０１  第１基材層
【図１】
0006634595.tif 000003
【図２】
0006634595.tif 000004
【図３】
0006634595.tif 000005
【図４】
0006634595.tif 000006
【図５】
0006634595.tif 000007
【図６】
0006634595.tif 000008
【図７】
0006634595.tif 000009
【図８】
0006634595.tif 000010