(57)【要約】      （修正有）【課題】強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い断熱材を提供するとともに、上記断熱材を簡便に作製する方法および強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い発熱構造体を提供する。【解決手段】多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とする断熱材Ａ、および多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とする断熱材Ａの製造方法、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材Ａと発熱体Ｂとを有し、前記発熱体Ｂが前記断熱材Ａに保持されてなることを特徴とする発熱構造体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とする断熱材。
【請求項２】
６００℃における熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
曲げ強度が０．４ＭＰａ以上である請求項１または請求項２に記載の断熱材。
【請求項４】
多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とする断熱材の製造方法。
【請求項５】
前記ゲル化処理が、超臨界乾燥法、フリーズドライ法、真空乾燥法、高周波乾燥法から選ばれる少なくとも１つの方法により行われる請求項４に記載の断熱材の製造方法。
【請求項６】
多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材と発熱体とを有し、前記発熱体が前記断熱材に保持されてなることを特徴とする発熱構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱材、断熱材の製造方法および発熱構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体等の製造工程において電子部品を焼成するための発熱構造体として、円筒状のヒーターやパネルヒーターが使用されている。
上記発熱構造体を製造する方法としては、例えば、耐熱性に優れるアルミノシリケート繊維等のセラミック繊維と無機バインダーを含むスラリーを調製し、当該スラリー中にコイル状電熱線（以下、電熱コイルと言う）を組み込んだ成形型を浸漬し、吸引脱水して作製する方法、あるいは予め吸引脱水により板状に成形した断熱材を得、次いで該断熱材を加工して支持部を形成し、該支持部に螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込む方法などが知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、このような従来型の発熱構造体は、十分な強度および耐熱性を得難く、通電または非通電による電熱コイルの膨張収縮により、電熱コイルと接触する部分の断熱材が損傷して粉塵を生じたり、ヒータサイズの設計自由度を制限したりする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９０３１３１号公報
【特許文献２】特許第２６５２２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明は、強度や耐熱性に優れ設計自由度の高い断熱材および該断熱材を簡便に製造する方法を提供するとともに、強度や耐熱性に優れ設計自由度の高い発熱構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明者等が鋭意検討を行った結果、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することにより作製されてなる、上記基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材により、上記目的を達成し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とする断熱材、
（２）６００℃における熱伝導率が０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下である上記（１）に記載の断熱材、
（３）曲げ強度が０．４ＭＰａ以上である上記（１）または（２）に記載の断熱材、
（４）多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とする断熱材の製造方法、
（５）前記ゲル化処理が、超臨界乾燥法、フリーズドライ法、真空乾燥法および高周波乾燥法から選ばれる少なくとも１つの方法により行われる上記（４）に記載の断熱材の製造方法、および
（６）多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材と発熱体とを有し、前記発熱体が前記断熱材に保持されてなることを特徴とする発熱構造体、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、多孔質成形体からなる基材の孔中にエアロゲルを固着形成することにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い断熱材を提供することができるとともに、上記基材に対してエアロゲル前駆体を含浸しゲル化処理することによって、上記断熱材を簡便に作製する方法を提供することができる。
また、本発明によれば、上記断熱材を有することにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い発熱構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】円筒状ヒーターの構造例を示す外観図（斜視図）である。
【図２】円筒状ヒーターの構造例を示す斜視断面図である。
【図３】電熱コイル開放型パネルヒータの構造例を示す外観図（斜視図）である。
【図４】電熱コイル開放型パネルヒーターの製造工程における組み付け方法を一部を破断して示す側面図である。
【図５】電熱コイル開放型パネルヒーターの一部を破断して示す平面図（下面図）である。
【図６】電熱コイル埋設型パネルヒータの側面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
先ず、本発明の断熱材について説明する。
本発明の断熱材は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の断熱材において、基材となる多孔質成形体は、空隙率が６０〜９９％であるとともに曲げ強度が０．４ＭＰａ以上であるものか、または嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であるものが挙げられる。
【００１２】
また、基材となる多孔質成形体の空隙率は、７０〜９８％であってもよく、８０〜９６％であってもよい。
本出願書類において、上記空隙率は、微細な微小空隙の体積とそれよりも大径の気孔群の体積とを合計した体積の、多孔質成形体の体積に対する比率であって、次式で算出される値である。
空隙率（％）＝〔１−嵩比重／真比重〕×１００
【００１３】
また、基材となる多孔質成形体の曲げ強度は、０．７ＭＰａ以上であってもよく、１．０ＭＰａ以上であってもよい。
上記曲げ強度は、ＪＩＳ Ａ ９５１０に準じて測定することができる。
【００１４】
また、基材となる多孔質成形体の嵩密度は０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３であってもよく、０．３〜１．０ｇ／ｃｍ３であってもよい。
【００１５】
このような多孔質成形体として、具体的には、多孔質セラミックス成形体や有機多孔質成形体を挙げることができ、得られる断熱材の耐熱性を考慮した場合、多孔質成形体は、多孔質セラミックス成形体であることが好ましい。
【００１６】
本発明の断熱材において、基材として用いられる多孔質セラミックス成形体としては、無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物およびケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物を挙げることができる。
【００１７】
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物において、無機質バインダーは、焼成工程において自らセラミックス成分となり、かつ任意成分として含まれる耐熱性無機質材料を相互に固結する材料である。
【００１８】
無機質バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、ガラスフリット、コロイダルシリカ、アルミナゾル、シリカゾル、珪酸ソーダ、チタニアゾル、珪酸リチウム、水ガラスなどが挙げられる。これらの無機質バインダーは、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１９】
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物において、耐熱性無機質材料としては、繊維状物と粒子状物を挙げることができる。
【００２０】
繊維状の耐熱性無機質材料としては、例えば、アルミナシリカ繊維、アルミナ繊維、カーボンファイバー、ガラス繊維、スラグウール、シリカ繊維、ジルコニア繊維、石膏ウイスカー、炭化珪素繊維、チタン酸カリウムウイスカー、ホウ酸アルミニウムウイスカー、高珪酸ファイバー、溶融シリカファイバーおよびロックウールなどが挙げられる。なお、これらの繊維状の耐熱性無機質材料は、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２１】
粒子状の耐熱性無機質材料としては、クレー粒子、炭酸カルシウム粒子、タルク粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、酸化マグネシウム粒子、酸化カルシウム粒子、ジルコニア粒子、チタニア粒子、セピオライト粒子、カオリン粒子、ゼオライト粒子、窒化珪素粒子、窒化アルミニウム粒子、アルミノボロシリケート粒子、アルミノシリケート粒子および多孔質炭素粒子等が挙げられる。
【００２２】
また、粒子状の耐熱性無機質材料として、中空セラミックス粒子、ガラスバルーン粒子等の中空材料からなる粒子を使用することもできる。なお、これらの粒子状の耐熱性無機質材料は、１種単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２３】
上記耐熱性無機質材料は任意成分であるが、耐熱性および強度向上の観点から使用することが好ましい。
耐熱性無機質材料の使用量は、無機質バインダー１００質量部に対して０〜５００質量部であることが好ましく、無機質バインダー１００質量部に対して１００〜３００質量部であることがより好ましい。耐熱性無機質材料の使用量が無機質バインダー１００質量部に対して５００質量部を超えると、十分な強度を有する断熱材が得難くなる。
【００２４】
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物として、耐熱性無機繊維質材料として上述した繊維状の無機繊維を主成分とする無機繊維質成形体が使用されてもよい。
上記無機繊維質成形体としては、例えば、繊維状の耐熱性無機質材料（無機繊維）５０〜９５質量％、好ましくは５０〜９０質量％と、無機質バインダー５〜３０質量％と、粒子状の耐熱性無機質材料（無機粉末）０〜３０質量％、好ましくは５〜３０質量部とを含むものが挙げられる。
【００２５】
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物は、嵩密度が、０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものが好ましく、０．２〜１．０ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものがより好ましい。
【００２６】
本発明の断熱材において、基材としてケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物を用いる場合、ケイ酸カルシウムとしては、ケイ酸質原料とカルシウム原料を水の存在下で水熱反応せしめて生成した化合物を挙げることができる。
【００２７】
ケイ酸カルシウムの結晶としては、例えばゾノトライト結晶、トバモライト結晶、不定形Ｃ−Ｓ−Ｈ結晶等が挙げられる。これらの結晶は、単独結晶または２つ以上が混在する結晶であってもよいが、単独結晶が好ましい。特にゾノトライト結晶からなる成形体は軽量で比強度が非常に大きく、耐熱性と断熱性に優れているため好ましい。ゾノトライト結晶は、集合し且つ結合して二次粒子を形成してなるものであり、このような結晶は、基材表面をＸ線回折することにより容易に特定することができる。
【００２８】
ゾノトライト結晶の二次粒子は、明確な球形状で、粒子表面には針状のゾノトライト結晶が栗のいが状に析出しており、内部が空洞またはそれに近い状態となっている。従って、この二次粒子を用いて基材を形成した場合、非常に嵩高く、熱伝導率および熱容量が低いものを得ることができる。また、この二次粒子の自己硬化性により、相互に結合しているため、軽量であっても優れた強度も有している。
【００２９】
ケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物は、嵩密度が、０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものが好ましく、０．２〜０．４ｇ／ｃｍ３であるセラミックスからなるものがより好ましい。
【００３０】
無機質バインダーを必須成分とし耐熱性無機質材料を任意成分として含むセラミックス成形物やケイ酸カルシウムを主成分として含むセラミックス成形物等の  多孔質セラミックス成形体は、これ等の成分を含むスラリーを調製し、成形型内に注入し、脱水成形することにより作製することができる。
【００３１】
スラリーを形成する液体媒体としては、特に制限されないが、水及び極性有機溶媒が挙げられ、極性有機溶媒としては、エタノール、プロパノール等の１価のアルコール類、エチレングリコール等の２価のアルコール類が挙げられる。これ等の液体媒体うち、作業環境や環境負荷を考慮すると、水が好ましい。また、水としては特に制限されず、蒸留水、イオン交換水、水道水、地下水、工業用水等が挙げられる。
【００３２】
スラリー中の固形分濃度は、０．１〜１０質量％が好ましく、０．３〜１０質量％がより好ましく、１〜８質量％がさらに好ましい。上記スラリー濃度が、０．１質量％未満であると脱水成形工程で除去する水の量が多くなり過ぎるので非効率であり、また、１０質量％を越えると、スラリー中に固形分が均一に分散し難くなる。
【００３３】
本出願書類において、スラリーは液体媒体として水以外の媒体を含む場合もあるが、本出願書類においては、水以外の液体媒体を除去する場合も脱水成形と称することとする。
【００３４】
脱水成形は、例えば、底部に網が設置された成形型中に該スラリーを流し込み、上記水等の液体媒体を吸引する吸引脱水成形法や、加圧脱水成形法、吸引加圧脱水法により行うことができる。
【００３５】
上記各方法を施すことにより得られる脱水成形物は、得ようとする基材に対応する形状を有するものが適当であり、例えば、円筒状、有底筒状、平板状のものを挙げることができる。
【００３６】
得られた脱水成形物は、乾燥機等を用いて乾燥させることが好ましい。乾燥温度は、４０〜１８０℃が好ましく、６０〜１５０℃がより好ましく、８０〜１２０℃がさらに好ましい。また、乾燥時間は、６〜４８時間が好ましく、８〜４０時間がより好ましく、１０〜３６時間がさらに好ましい。また、乾燥時の雰囲気は、空気雰囲気、酸素雰囲気、窒素雰囲気等を挙げることができる。
【００３７】
上記脱水成形物を乾燥処理した後、さらに焼成処理を施してもよい。
焼成温度は、６００〜１３００℃であることが好ましく、７００〜９００℃であることがより好ましい。また、焼成時の雰囲気は、特に制限されないが、空気雰囲気、酸素雰囲気または窒素雰囲気であることが好ましい。焼成時間は、０．５〜４時間が好ましい。
焼成処理を施すことによって、成形物の脱脂及び実使用時の収縮を防止することができる。
【００３８】
なお、後述する本発明の発熱構造体を製造する方法の説明で述べるように、多孔質成形体の形成材料を含むスラリーを調製した後、発熱体を固定した成形型内に上記スラリーを注入し、脱水成形することによって、発熱体を固定しつつ多孔質成形体を形成してもよく、この場合、発熱構造体の製造過程で多孔質成形体も形成することになる。
【００３９】
本発明の断熱材において、基材として用いられる有機多孔質成形体としては、シリコーンゴム成形体や、連通気孔を有する有機多孔体を挙げることができる。
【００４０】
本発明の断熱材において、基材としてシリコーンゴム成形体を用いる場合、シリコーンゴムとしては、シリコーン樹脂（シリコーンを主成分とする合成樹脂）のうちゴム状のものであれば特に制限されず、公知のものを挙げることができ、スポンジ状のものが好ましい。
シリコーンゴムの嵩密度は、０．４〜１．０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００４１】
また、本発明の断熱材において、基材として連通気孔を有する有機多孔体を用いる場合、連通気孔を有する有機多孔体としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル等の多孔質樹脂や、多孔質フッ素樹脂等からなる成形体を挙げることができる。
【００４２】
本発明の断熱材は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着されてなるものである。
【００４３】
エアロゲルは、連続気泡を有するゲル構造物の孔内から格子間の可動溶媒相を除去してなる均一な超微細構造を有する光透過性の多孔質体である。
従って、エアロゲルは密度が低く、平均径２〜７ｎｍの球状の微粒子が融合したクラスター構造を有している。また、エアロゲルは平均径２〜７ｎｍの孔径を有する連続気泡構造体であり、大きな表面積を有する。
また、エアロゲルは、空気が格子状構造を越えて対流することができないため、対流による伝熱を効率的に抑制することができ、驚異的な断熱性を示す。気孔の平均的な大きさと密度は、製造時に制御することができる。
【００４４】
上記エアロゲルとしては、無機エアロゲルおよび有機エアロゲルが挙げられる。  
無機エアロゲルは、金属アルコキシドを原料として、加水分解、縮合反応させることにより製造されてなるものであり、適宜、シリカ、炭化物およびアルミナなどの材料を含んでなるものである。具体的には、シリカエアロゲル、アルミナエアロゲル、チタニアエアロゲル、ジルコニアエアロゲル等を挙げることができる。
また、有機エアロゲルとしては、炭素エアロゲルやポリイミド等の重合体エアロゲルを挙げることができる。
この中、シリカエアロゲルが多くの製造例があり、入手もし易い点で好ましい。エアロゲルの製造方法は例えば特表２００４−５１７２２２号公報に記載されている。
【００４５】
本発明の断熱材は、基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなるものであり、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向全体にわたってエアロゲルが固着形成されたものであってもよいし、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものであってもよい。
【００４６】
本発明の断熱材が、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものである場合、片側主表面から反対側主表面に至る全厚みの２０〜９９％までエアロゲルが固着形成されたものであることが好ましく、全厚みの３０〜９５％までエアロゲルが固着形成されたものであることがより好ましく、４０〜９０％までエアロゲルが固着形成されたものであることがさらに好ましい。
上記基材の全厚みに対するエアロゲルの厚みは、断熱材の断面を電子顕微鏡観察することにより測定することができる。
【００４７】
本発明の断熱材においては、このように、基材主表面の片面側にのみエアロゲルを固着形成することにより、基材本来の耐熱性を維持することができる。すなわち、エアロゲルはその材料の種類にもよるが、相当の高温に曝された場合に、上述したクラスター構造が損なわれ、所望の断熱性を維持できなくなってしまうことが懸念される。そこで、エアロゲルが固着形成されていない基材のみの層が存在していれば、基材本来の耐熱性を維持しつつエアロゲルによる断熱性も維持することができると考えられる。
より具体的には、基材としてアルミナ繊維やアルミナシリカ繊維を主体とする無機繊維質成形体を用い、エアロゲルとしてシリカエアロゲルを用いた場合、例えば９００℃といった温度でシリカエアロゲルは焼結してしまいクラスター構造が損なわれるとともに体積収縮が発生して断熱性が低下してしまうことが懸念される。しかしながら、シリカエアロゲルが固着形成されていない基材のみの層が存在するならば、その層は例えば１２００℃といった温度でも十分に耐熱性を発揮し、シリカエアロゲルが固着形成されている層の温度を９００℃未満に抑えることができる。
【００４８】
また、本発明の断熱材は、基材の主表面全面にエアロゲルが固着形成されたものであってもよいし、基材の主表面の一部にのみエアロゲルが固着形成されたものであってもよい。
【００４９】
また、断熱材中におけるエアロゲルの存在量は、所望する熱伝導率になるように適宜設定されればよく、特に制限はないが、例えば基材である多孔質成形体１００質量部に対して１〜１０００質量部であることが好ましく、５〜５００質量部であることがより好ましく、１０〜３００質量部であることがさらに好ましい。
【００５０】
本発明の断熱材は、嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であるものが好ましく、０．２〜１．２ｇ／ｃｍ３であるものがより好ましく、０．３〜１．０ｇ／ｃｍ３であるものがさらに好ましい。
本発明の断熱材は、嵩密度が０．１〜１．５ｇ／ｃｍ３であることにより、容易に軽量化することができる。
【００５１】
また、本発明の断熱材は、６００℃における熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるものが好ましく、０．０７Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるものがより好ましく、０．０４Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるものがさらに好ましい。
本発明の断熱材において、熱伝導率が、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることにより、所望の断熱性を発揮することができる。
ここで、熱伝導率は、例えば熱伝導率測定装置（ＨＣ−１１０、英弘精機株式会社）を用い、所定の規格（ＪＩＳ−Ａ１４１２、ＡＳＴＭ−Ｃ５１８、ＩＳＯ８３０１）に準拠した熱流計法により測定すればよい。熱伝導率の測定には、各サンプルを直径６０ｍｍの円板状に成形した試験体を用いればよい。
【００５２】
本発明の断熱材は、１２００℃で８時間加熱した後の加熱収縮率が５％以下であるものが好ましく、３％以下であるものがより好ましく、１％以下であるものがさらに好ましい。
なお、本出願書類において、加熱収縮率は、 測定試料を電気炉中１２００℃で８時間加熱し、加熱前後の試料の長さを測定し、加熱前の試料の長さをＹ１ｍｍ、加熱後の長さをＹ２ｍｍとしたときに、次式により求める。
加熱線収縮率（％）＝｛（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１｝×１００
【００５３】
また、本発明の断熱材は、曲げ強度が０．４ＭＰａ以上であるものが好ましく、０．７ＭＰａ以上であるものがより好ましく、１．０ＭＰａ以上であるものがさらに好ましい。
本発明の断熱材において、曲げ強度が０．４ＭＰａ以上であることにより、所望の強度を発揮することができ、ハンドリング性に優れた断熱材を提供することができる。
【００５４】
本発明の断熱材は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中に格子状構造を有するエアロゲルが固着形成されてなるものであり、多孔質成形体とエアロゲルの複合構造を採るものであることから、高い強度と断熱性を発揮することができるとともに、高い設計自由度を発揮することができる。
本発明の断熱材は、特に発熱構造体用断熱材として有用である。
【００５５】
次に、本発明の断熱材の製造方法について説明する。
本発明の断熱材の製造方法は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸した後、ゲル化処理することを特徴とするものである。
【００５６】
本発明の断熱材の製造方法において、基材である多孔質成形体としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。
【００５７】
また、本発明の断熱材の製造方法において、エアロゲル前駆体としては、無機エアロゲルの前駆体と有機エアロゲルの前駆体とを挙げることができる。
【００５８】
無機エアロゲル前駆体としては、総炭素数が１〜１２である金属アルコキシドが好ましく、総炭素数が１〜８である金属アルコキシドがより好ましく、総炭素数が１〜６である金属アルコキシドがさらに好ましい。
【００５９】
具体的には、無機エアロゲルがシリカエアロゲルである場合、無機エアロゲルの前駆体としては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン等を挙げることができる。
【００６０】
また、無機エアロゲルがアルミナエアロゲルである場合には、無機エアロゲルの前駆体としては、アルミニウムイソプロポキシド等を挙げることができ、無機エアロゲルがチタニアエアロゲルである場合には、無機エアロゲルの前駆体としてはチタンイソプロポキシド等を挙げることができ、無機エアロゲルがジルコニアエアロゲルである場合には、無機エアロゲルの前駆体としてはジルコニアイソプロポキシド等を挙げることができる。
【００６１】
有機エアロゲルが炭素エアロゲルである場合、有機エアロゲルの前駆体としては、不織炭素繊維およびレゾルシノール−ホルムアルデヒドエアロゲル (ＲＦエアロゲル)等を挙げることができる。
【００６２】
本発明の断熱材の製造方法においては、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸する。
基材に対するエアロゲルの含浸方法としては、特に制限されず、上記多孔質成形体からなる基材を、エアロゲル前駆体を満たした容器中にディッピングすることによって含浸してもよいし、上記多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の表面に対してエアロゲル前駆体を塗布することによって含浸してもよい。
【００６３】
無機エアロゲル前駆体として、金属アルコキシドを用いる場合、水または水に対して親水性有機媒体を加えた媒体中に、金属アルコキシドを分散し、スラリー化した状態で基材に含浸することが適当である。この場合、親水性有機媒体としては、エタノール等の炭素数１〜６程度の低級アルコールや、アセトン、酢酸エチル等を挙げることができる。また、スラリー中の無機エアロゲル前駆体の濃度は適宜設定すればよい。また、上記スラリーは、無機エアロゲル前駆体を水中で撹拌し、金属アルコキシドを予備的に加水分解、縮合させたものであってもよい。
【００６４】
本発明の断熱材断熱材の製造方法において、得ようとする断熱材が、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものである場合等は、多孔質成形体に対するエアロゲル前駆体の含浸量を調整することによりエアロゲルの厚みを調整することができる。      
【００６５】
また、エアロゲル前駆体の固形分含浸量は、所望する熱伝導率になるように適宜設定すればよく、特に制限はないが、例えば多孔質成形体１００質量部に対して１〜１０００質量部であることが好ましく、５〜５００質量部であることがより好ましく、１０〜３００質量部であることがさらに好ましい。
【００６６】
本発明の断熱材の製造方法においては、上記エアロゲル前駆体を含浸した含浸物をゲル化処理する。ゲル化処理方法としては乾燥法を挙げることができ、乾燥法としては、超臨界乾燥法や、フリーズドライ法や、真空乾燥法や高周波乾燥法から選ばれる少なくとも一つの方法を挙げることができる。
【００６７】
超臨界乾燥法は、被処理物を超臨界流体雰囲気と所定時間接触させることにより乾燥処理する方法である。
上記エアロゲル前駆体の含浸物を超臨界乾燥法により乾燥処理する場合、超臨界流体としては、二酸化炭素等を用いることができる。超臨界流体温度（雰囲気温度）、超臨界流体圧力（雰囲気圧力）、超臨界流体による乾燥処理時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。
【００６８】
フリーズドライ法は、被処理物を急速凍結処理した後、さらに減圧処理し真空状態で溶媒を昇華することにより乾燥処理する方法である。
上記エアロゲル前駆体の含浸物をフリーズドライ法により乾燥処理する場合、急速凍結処理時における最終温度、急速凍結時における冷却速度、急速凍結して最終温度に達した後保持する時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。また、減圧処理する際の雰囲気圧力、減圧処理時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。      
【００６９】
ゲル化処理を真空乾燥法により行う場合、絶対圧力、真空乾燥による乾燥時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。
【００７０】
ゲル化処理を高周波乾燥法により行う場合、高周波乾燥炉の出力、高周波乾燥による乾燥時間など、特に制限はなく、適宜設定すればよい。
【００７１】
上記ゲル化処理により、多孔質成形体からなる基材中に含浸したエアロゲル前駆体を基材の孔内でゲル化させて固着させることができる。
得られる断熱材の詳細は、上述したとおりである。本発明の方法は、特に発熱構造体用断熱材の作製に有用である。
【００７２】
このように、多孔質成形体からなる基材に対してエアロゲル前駆体を含浸しゲル化処理することによって、上記断熱材を簡便に作製することができる。
なお、後述する本発明の発熱構造体を製造する方法の説明で述べるように、発熱体を固定した多孔質基材に対してエアロゲル前駆体を含浸しゲル化処理することによって、発熱構造体の製造過程で断熱材を形成してもよい。
【００７３】
次に、本発明の発熱構造体について説明する。
本発明の発熱構造体は、多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の孔中にエアロゲルが固着形成されてなる断熱材と発熱体とを有し、前記発熱体が前記断熱材に保持されてなることを特徴とするものである。
【００７４】
本発明の発熱構造体を構成する断熱材は、本発明の断熱材と同様のものであり、その詳細については上述したとおりである。
【００７５】
本発明の発熱構造体において、発熱体の材質は特に制限されず、例えば鉄−クロム−アルミニウム系またはニッケル−クロム系金属等が挙げられる。また、発熱体の形態としては、コイル形状や波形状、線形状等が挙げられる。また、発熱体をシース（パイプ）に入れ、その間を絶縁物で充填したシーズヒータと呼ばれるもの等も使用することができる。
【００７６】
本発明の発熱構造体は、本発明の断熱材により発熱体が保持されてなるものであり、具体的には、本発明の断熱材の内部に電熱コイル等の発熱体が収容されてなるものや、本発明の断熱材の内部に電熱コイル等の発熱体が固定具等により固定されてなるものを挙げることができる。
【００７７】
本発明の発熱構造体としては、円筒状のヒーターやパネルヒーター等を挙げることができる。
【００７８】
図１は、本発明の発熱構造体が円筒状ヒーターである場合の構造例を示す外観図（斜視図）である。
図１に示す円筒状ヒーター１は、拡散炉の加熱装置等として用いられるものであり、同図において、円筒状ヒーター１は、断熱材Ａと発熱体としての電熱コイルＢとを有し、断熱材Ａが、電熱コイルＢを被覆しつつ内部に収容する保持部材（支持部材）として機能している。
【００７９】
図２は、図１に示す円筒状ヒーター１をより詳細に説明するための断面図であり、図２に示すように、断熱材Ａは、電熱コイルＢを被覆しつつ内部に収容する保持部材（支持部材）として機能している。
図１および図２に示す態様において、電熱コイルＢは、断熱材Ａに被覆されることによって保持されている（支持されている）が、円筒状ヒーターとしては、電熱線Ｂがステープルにより断熱材Ａの内側表面に固定され保持されているものであってもよい。
【００８０】
また、図３〜図６は、本発明の発熱構造体がパネルヒーターである場合の構造例を示すものである。
図３は電熱コイル開放型パネルヒータの外観図（斜視図）であり、図４は同パネルヒーターの製造工程における組み付け方法を一部を破断して示す側面図、図５は同パネルヒーターの一部を破断して示す平面図（下面図）である。
また、図６は電熱コイル埋設型パネルヒータの側面の概略断面図である。
【００８１】
図３および図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０は、例えば特開２００１−２７３９７３号公報記載の電熱ヒータ構造で示されるものであり、本発明の断熱材Ａ１、Ａ２と、断熱材Ａ１の表面部４近傍に形成される溝孔２と、溝孔２内に配設される発熱体としての電熱コイルＢとを備えたものである。
図３および図５に示すように、溝孔２は、適宜のピッチで平行して多数併設されてなり、耐熱基材Ａ１の表面部４に熱を外部に放出する放熱溝部（開口部）を形成してなる開放溝である。
【００８２】
また、図６は、電熱コイル埋設型パネルヒータ側面の概略断面図であり、図６において、図３および図５と同一構成要素には同一符号を付して、その説明を省略し、異なる点について説明する。
すなわち、図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、図３および図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０と比較すると、本発明の断熱材Ａ３により形成される溝孔２の形状が相違しており、図６に示すように、溝孔２は放熱開口部を有さないものである。図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、表面部４ａの厚みｔは薄いほど放熱効率が高くなる。また、図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、表面部４ａが面状発熱体となるため、図３および図５に示す電熱コイル開放型パネルヒータに比べて昇温特性は低下するものの、昇温後の輻射効率は高くなる。
【００８３】
図３に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０や図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、溝部の形成位置である耐熱基材の表面部近傍とは、パネルヒータなどの発熱構造体としての機能を奏する位置であれば特に限定されず、従来の電熱コイル開放型パネルヒータや電熱コイル埋設型パネルヒータにおける電熱コイルの設置位置と同様にすることができる。
【００８４】
図３に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０において、本発明の断熱材Ａ１およびＡ２は同一の材質からなるものであってもよいし異なる材質からなるものであってもよい。また、図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、本発明の断熱材Ａ３およびＡ２は同一の材質からなるものであってもよいし異なる材質からなるものであってもよい。
【００８５】
また、図３に示す電熱コイル開放型パネルヒータ１０や図６に示す電熱コイル埋設型パネルヒータ１０ａにおいて、発熱体を断熱材に固定する形態は特に制限されず、後述するように、断熱材を構成する基材が多孔質セラミックス基材である場合に、基材形成用のスラリーを成形する際に成形型内で基材形成用のスラリーと発熱体とを一体に成形して一体化物として固定してもよいし、溝部を有する断熱材を作製した後、上記溝部に発熱体を嵌めこむことによって固定してもよいし、溝部を有する断熱材を作製した後、ステープル等の固定具で固定してもよい。
【００８６】
本発明の発熱構造体において、断熱材として、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものを採用する場合、エアロゲルが固着形成されていない主表面をヒータに面するように配置することが好ましい。
このように配置することにより、発熱体の熱が直接エアロゲルに伝わることを回避できる。したがって、発熱体の熱によるエアロゲルの劣化を防ぐことができ、エアロゲルの断熱性を維持することが期待できる。その結果、発熱構造体としての耐久性を向上させることができる。
【００８７】
本発明の発熱構造体は、上述した本発明の断熱材を有するものであることにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させることができる。
【００８８】
次に、本発明の発熱構造体を製造する方法について説明する。
本発明の発熱構造体を製造する方法としては、多孔質成形体からなる基材によって発熱体を保持し、固定した後、上記基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸し、ゲル化処理する方法を挙げることができる。
【００８９】
本発明の発熱構造体を製造する方法において、多孔質成形体からなる基材および発熱体としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。
【００９０】
本発明の発熱構造体を製造する方法において、多孔質成形体からなる基材に対して発熱体を保持し、固定する方法としては、基材の形態に応じ、種々の方法を挙げることができる。
【００９１】
例えば、基材が多孔質セラミックス成形体からなる場合には、上記成形体の形成材料を含むスラリーを調製した後、発熱体を固定した成形型内に上記スラリーを注入し、脱水成形することにより一体化して固定することができる。
上記スラリーを形成する液体媒体や、スラリー中の固形分濃度や、脱水成形方法や、脱水成形物形状や、脱水後に任意に行われる乾燥、焼成処理条件等は、上記本発明の断熱材を製造する際の条件と同様である。
【００９２】
また、多孔質成形体からなる基材が多孔質セラミックス成形体からなるものである場合、予め脱水成形法により筒状あるいは板状に成形した基材を作製し、次いで該基材を適宜加工して支持部を形成した後、該支持部に対して螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込むことにより固定してもよい。
具体的には、例えば、図３に示すように、本発明の断熱材として、多孔質成形体からなる基材Ａ１’、Ａ２’を別部材として作製した後、基材Ａ１’の裏面から溝孔２に電熱コイルＢを装着し、次いで基材Ａ２’を組み付けることにより固定化し、一体化することができる。
【００９３】
本発明の発熱構造体を製造する方法においては、上記発熱体を固定した多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部に対してエアロゲル前駆体を含浸する。
エアロゲル前駆体としては上述したものと同様のものを挙げることができる。
【００９４】
基材に対するエアロゲルの含浸方法としては、特に制限されず、上記発熱体を固定した多孔質成形体からなる基材を、エアロゲル前駆体を満たした容器中にディッピングすることによって含浸してもよいし、上記発熱体を固定した多孔質成形体からなる基材の少なくとも一部の表面に対してエアロゲル前駆体を塗布することによって含浸してもよい。
【００９５】
無機エアロゲル前駆体として、金属アルコキシドを用いる場合、無機エアロゲル前駆体を水中に分散したスラリーの状態で基材に含浸する。この場合、スラリー中の無機エアロゲル前駆体の濃度は適宜設定すればよい。また、上記スラリーは、無機エアロゲル前駆体を水中で撹拌し、金属アルコキシドを予備的に加水分解、縮合させたものであってもよい。
【００９６】
本発明の発熱構造体を製造する方法において、発熱構造値を形成する断熱材が、基材の片側主表面から反対側主表面に至る厚み方向の中途部分までエアロゲルが固着形成されたものである場合には、エアロゲル前駆体の含浸量を調整することにより、エアロゲルの厚みを調整することができる。
【００９７】
また、エアロゲル前駆体の固形分含浸量は、所望する熱伝導率になるように適宜設定されればよく、特に制限はないが、例えば多孔質成形体１００質量部に対して１〜１０００質量部であることが好ましく、５〜５００質量部であることがより好ましく、１０〜３００質量部であることがさらに好ましい。
【００９８】
本発明の発熱構造体の製造方法においては、上記エアロゲル前駆体を含浸した含浸物をゲル化処理する。ゲル化処理方法としては乾燥法が好ましく、乾燥法としては、超臨界乾燥法や、フリーズドライ法や、真空乾燥法や、高周波乾燥法等を挙げることができる。
上記ゲル化処理条件の詳細は、本発明の断熱材の製造方法で説明した内容と同様である。
【００９９】
上記乾燥処理により、多孔質成形体からなる基材中に含浸したエアロゲル前駆体を基材の孔内でゲル化させて固着させることができる。
【０１００】
このように、発熱体を固定した多孔質基材に対してエアロゲル前駆体を含浸し、ゲル化処理することによって、本発明の発熱構造体を簡便に製造することができる。
【０１０１】
また、本発明の発熱構造体を製造する方法としては、本発明の断熱材の製造方法により、予め電熱体の支持部を形成した筒状あるいは板状等の発熱構造体を作製し、上記支持部に対して螺旋状に巻いた電熱コイルを嵌め込むことにより、発熱構造体を製造することもできる。
この場合、具体的には、例えば、図４に示す多孔質成形体からなる基材Ａ１'、Ａ２’を別部材として作製することに代えて、基材Ａ１'、Ａ２’に対応する形状を有する断熱材を別部材としてそれぞれ作製した後、溝孔を設けた断熱材の裏面から電熱コイルＢを装着し、次いで他方の断熱材を組み付けることにより固定化し、一体化することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明によれば、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い断熱材を提供することができるとともに、上記断熱材を簡便に作製する方法を提供することができる。
また、本発明によれば、上記断熱材を有することにより、強度を高めつつ耐熱性を向上させた設計自由度の高い発熱構造体を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１                  円筒状ヒーター
２                  溝孔
４、４ａ            基材表面
１０                電熱コイル開放型パネルヒータ
１０ａ              電熱コイル埋設型パネルヒータ
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３   断熱材
Ｂ                 発熱体
Ａ１’ 、Ａ２’      多孔質成形体からなる基材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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