(57)【要約】  断熱シートは、内部に空間を有する繊維シートと、繊維シートの空間に担持されたシリカキセロゲルとを備える。断熱シートは、厚領域と、厚領域より薄い低圧縮領域とを有する。低圧縮領域に０．７ＭＰａの圧力を加えたときの低圧縮領域の圧縮率が５％以下である。この断熱シートは絶縁性、断熱性に優れ、両側から圧力が加わっても、所定の距離を確保することができ、機器の信頼性を向上させることができる。
2019176216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空間を有する繊維シートと、
前記繊維シートの前記空間に担持されたシリカキセロゲルと、
を備えた断熱シートであって、
前記断熱シートは、厚領域と、前記厚領域より薄い低圧縮領域とを有し、
前記低圧縮領域に０．７ＭＰａの圧力を加えたときの前記低圧縮領域の圧縮率が５％以下である、断熱シート。
【請求項２】
前記厚領域に０．７ＭＰａの圧力を加えたときの前記厚領域の圧縮率が１０％以上３０％以下である、請求項１に記載の断熱シート。
【請求項３】
前記低圧縮領域は前記断熱シートの中央部分に設けられている、請求項１に記載の断熱シート。
【請求項４】
前記低圧縮領域は前記断熱シートの周辺部分と前記中央部分とに設けられている、請求項３に記載の断熱シート。
【請求項５】
前記低圧縮領域の前記繊維シートに占める面積の割合は５％以上で３０％以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の断熱シート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の断熱シートと、
前記断熱シート接合するセパレータと、
を備え、
前記断熱シートは前記低圧縮領域で形成された凹部を有し、
前記セパレータは前記断熱シートの前記凹部内に位置する突出部を有する、断熱体。
【請求項７】
内部に空間を有する繊維シートを準備するステップと、
前記繊維シートをゾル溶液に浸漬し、前記繊維シートの空間にキセロゲルを含浸させて断熱シートを得るステップと、
前記断熱シートの一部に所定の圧力を加えて圧縮することにより、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの圧縮率が５％以下である低圧縮領域を形成するステップと、
を含む、断熱シートの製造方法。
【請求項８】
前記低圧縮領域を形成するステップは、前記断熱シートの前記一部に前記所定の圧力を加えて圧縮することにより、前記断熱シートが、前記低圧縮領域と、前記低圧縮領域より厚い厚領域とを有するように前記低圧縮領域を形成するステップを含む、請求項７に記載の断熱シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱対策として用いられる断熱シートおよびこれを用いた断熱体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年各種機器のエネルギー効率のために断熱対策が求められることが多くなってきている。このため各種断熱材が用いられている。その代表として、ガラスウール、ウレタンフォーム、あるいは不織布にシリカキセロゲルを担持した断熱シート等があげられる。【０００３】
例えば、特許文献１は従来の断熱シートを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３６８５９号公報
【発明の概要】
【０００５】
断熱シートは、内部に空間を有する繊維シートと、繊維シートの空間に担持されたシリカキセロゲルとを備える。断熱シートは、厚領域と、厚領域より薄い低圧縮領域とを有する。低圧縮領域に０．７ＭＰａの圧力を加えたときの低圧縮領域の圧縮率が５％以下である。
【０００６】
この断熱シートは絶縁性、断熱性に優れ、両側から圧力が加わっても、所定の距離を確保することができ、機器の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は実施の形態における断熱シートの断面図である。
【図２】図２は実施の形態における断熱シートの平面図である。
【図３】図３は実施の形態における断熱シートのシリカキセロゲルの模式図である。
【図４】図４は実施の形態における断熱体の断面図である。
【図５】図５は実施の形態における断熱体を用いた機器の断面図である。
【図６】図６は実施の形態における別の断熱シートの断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは実施の形態におけるさらに別の断熱シートの平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは実施の形態におけるさらに別の断熱シートの平面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは実施の形態におけるさらに別の断熱シートの平面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは実施の形態におけるさらに別の断熱シートの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１と図２はそれぞれ実施の形態における断熱シート１１の断面図と平面図である。図１は図２に示す断熱シート１１の線１−１における断面を示す。
【０００９】
断熱シート１１は、内部に空間１２Ａを有する繊維シート１２と、繊維シート１２の空間１２Ａに担持されたシリカキセロゲル２１とから構成されている。繊維シート１２は、平均繊維太さ約１０μｍのガラス繊維からなり、繊維シート１２の体積で空間１２Ａの体積の占める割合は約９０％である。繊維シート１２の内部の空間１２Ａにシリカキセロゲル２１が充填されている。シリカキセロゲル２１は内部に数ナノメートルの径を有するナノサイズの空間２１Ａを有しているので、断熱シート１１の熱伝導率は、０．０１８〜０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋと、空気の熱伝導率よりも小さい。シリカキセロゲルは、ゲルが乾燥した状態の広義のキセロゲルであり、通常の乾燥だけでなく、超臨界乾燥、凍結乾燥等の方法によって得られたものでもかまわない。すなわち、断熱シート１１に含有されているシリカキセロゲル２１は、乾燥した乾燥シリカキセロゲルである。
【００１０】
断熱シート１１は、厚領域２２と、厚領域２２に繋がる低圧縮領域１３とを有する。低圧縮領域１３は断熱シート１１の中央部に位置し、厚さ約２ｍｍとなっている。低圧縮領域１３は０．７ＭＰａの圧力を加えたときの低圧縮領域１３の圧縮率が５％以下である。
【００１１】
厚領域２２の厚さは約３ｍｍである。低圧縮領域１３は厚領域２２より薄い。
【００１２】
厚さｔ０のシートに圧力Ｐを加えた後でその圧力を取り除いた状態で厚さｔ１を有する。この場合、このシートの圧力Ｐにおける圧縮率Ｐｒは以下の式で得られる。実施の形態では圧力Ｐは０．７ＭＰａである。
【００１３】
Ｐｒ＝（ｔ０−ｔ１）／ｔ０
実施の形態では圧縮率Ｐｒの値をパーセントで表示する。
【００１４】
断熱シート１１は繊維シート１２の内部の空間１２Ａにナノサイズの多孔質構造を有するシリカキセロゲル２１を担持させたものである。図３はシリカキセロゲル２１の模式図である。シリカキセロゲル２１は、図３に示すように、１ｎｍ程度の径をもつシリカ１次粒子１２１が集合して形成された１０ｎｍ程度の径をもつシリカ２次粒子１２２が１０〜６０ｎｍ程度の粒子間距離の空隙１２２Ａをもつ網目構造を有する集合体である。この粒子間距離を空気の平均自由工程以下にすることにより、断熱性に優れた断熱シート１１を得ることができる。シリカ２次粒子１２２間にできる空隙１２２Ａは、微細な空隙５２２Ａとともに空隙５２２Ａよりも大きい比較的大きな空隙５２２Ｂを含む。シリカ１次粒子１２１間には微細な空隙１２１Ａが設けられる。シリカ１次粒子１２１間に設けられた微細な空隙１２１Ａおよびシリカ２次粒子１２２間にできる微細な空隙５２２Ａは、断熱シート１１に圧力が加わってもほとんど壊れることはないが、断熱シート１１に大きな圧力を加えるとシリカ２次粒子１２２間にできる比較的大きな空隙５２２Ｂがつぶされて圧縮され、断熱シート１１は塑性変形して薄くなる。断熱シート１１の断熱性は、主に微細な空隙１２２Ａ、５２２Ａによって発現するものであるため、比較的大きな空隙５２２Ｂがつぶされても熱伝導率はほとんど変化しない。このように、シリカキセロゲル２１に分散する図１に示す空隙２１Ａは空隙１２２Ａ、５２２Ａ、５２２Ｂにより構成されるが、主に微細な空隙１２２Ａ、５２２Ａにより構成される。
【００１５】
実施の形態における断熱シート１１では局部的に圧力を加えて塑性変形させることで局部的に薄い低圧縮領域１３が形成される。断熱シート１１は低圧縮領域１３で形成された凹部１３Ｃを有する。
【００１６】
圧力を加えて塑性変形させた断熱シート１１の低圧縮領域１３は、加えた圧力以下の圧力ではそれ以上には塑性変形しない。そのため断熱シート１１の一部を所定の圧力下での圧縮率を或る値以下にすることができる。
【００１７】
断熱シート１１の低圧縮領域１３以外の領域である厚領域２２の、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの厚領域２２の圧縮率は７０〜９０％である。このように断熱シート１１を構成することにより、軽く、断熱性に優れた断熱シート１１を得ることができる。低圧縮領域１３を形成する前に、厚領域２２を含めて断熱シート１１全体に圧力を加えて、厚領域２２の圧縮率を上記の範囲内に制限してもよい。
【００１８】
図４は実施の形態における断熱体１４の断面図である。断熱体１４は、断熱シート１１と、断熱シート１１に当接するセパレータ１７とを有する。セパレータ１７は、基板部１７Ａと、基板部１７Ａから突出する突出部１８とを有する。突出部１８は断熱シート１１の低圧縮領域１３に対応する位置に設けられており、これにより突出部１８は凹部１３Ｃ内に位置する。断熱シート１１とセパレータ１７とを組み合わせたときに、断熱体１４の両面はほぼ平面になる。断熱体１４を熱によって膨張するような部品の間に配置することにより、それらの部品が膨張しても低圧縮領域１３とセパレータ１７の突出部１８で支えとなって、断熱体１４全体が圧縮されることを防ぐことができ、それらの部品間の断熱性と絶縁性を保つことができる。
【００１９】
図５は実施の形態における断熱体１４を用いた機器２３の断面図である。
【００２０】
機器２３は、断熱体１４と、筐体１５と、発熱機器１６とを有する。発熱機器１６は例えばモータである。筐体１５の中に発熱機器１６が配置されている。発熱機器１６が動作することにより発熱するとともに膨張する。筐体１５と発熱機器１６との間に断熱体１４が配置されている。
【００２１】
実施の形態ではセパレータ１７はポリブチレンテレフタレートからなる。突出部１８での厚さは約２ｍｍであり、突出部１８以外の領域である基板部１７Ａの厚さは約１ｍｍである。そのため断熱シート１１とセパレータ１７とを合わせた断熱体１４は、ともに平坦な両面を有する厚さ約４ｍｍの板形状を有する。
【００２２】
発熱機器１６は動作状態では発熱機器１６の中央部が最も大きく膨れようとする。この膨れようとする部分に当接している低圧縮領域１３および突出部１８は膨れようとする圧力に対してほとんど圧縮されないので、発熱機器１６と筐体１５との間に所定の間隔を確保するとともに絶縁性を確保することができる。
【００２３】
低圧縮領域１３と厚領域２２は熱伝導率はほとんど同じであるが、低圧縮領域１３がより薄い分だけ断熱性が小さくなる。したがって、断熱シート１１の中で低圧縮領域１３が占める割合は小さい方が好ましい。但しその割合が小さくなりすぎると発熱機器１６の膨張に耐えにくくなる。そのため低圧縮領域１３の断熱シート１１に占める割合を、５％以上、３０％以下とすることが望ましい。
【００２４】
次に、実施の形態における断熱シート１１とそれを用いた断熱体１４と機器２３の製造方法について説明する。
【００２５】
まず厚さ約３ｍｍのガラス繊維からなる繊維シート１２を準備する。次にこの繊維シート１２を例えばケイ酸ナトリウム水溶液に塩酸を添加してなるゾル溶液に浸漬し、繊維シート１２の内部空間１２Ａの中にゾル溶液を含浸させる。繊維シート１２の内部空間１２Ａに入ったゾル溶液をゲル化させ、疎水化、乾燥することにより、繊維シート１２の内部空間１２Ａにシリカキセロゲル２１を充填させることにより断熱シート１１を得る。
【００２６】
次に断熱シート１１の一部に金型を用いて一部に圧力を加えて低圧縮領域１３を形成する。このとき、断熱シート１１の圧力が加わらない領域に厚領域２２が形成される。このように、厚領域２２と、厚領域２２より薄く、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの圧縮率が０．５％以下である低圧縮領域１３とを有する断熱シート１１を得ることができる。金型を用いて断熱シート１１に加えられる圧力は、０．７ＭＰａより大きい例えば１ＭＰａである。このように０．７ＭＰａより大きな圧力を断熱シート１１に加えることにより、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの断熱シート１１すなわち低圧縮領域１３の圧縮率を５％よりも小さくすることができる。
【００２７】
次に低圧縮領域１３に対応する部分に突出部１８を設けたセパレータ１７を樹脂成形により形成することで断熱体１４を形成する。断熱体１４を発熱機器１６と筐体１５との間に配置することで、機器２３を形成する。
【００２８】
断熱材を備えた機器の種類によっては断熱材に圧力が加わるものがある。断熱材に圧力が加わって圧縮されると断熱性能が劣化する場合がある。そのため圧力が加わっても所定の間隔を確保するとともに断熱性能が劣化しにくい断熱シートが求められている。
【００２９】
実施の形態における断熱シート１１は、前述のように、圧力が加わっても所定の間隔を確保するとともに断熱性能が劣化しにくい。
【００３０】
図６は実施の形態における別の断熱シート１１１の断面図である。図６において、図２に示す断熱シート１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図２に示す断熱シート１１はそのままの状態で用いてもかまわない。図６に示す断熱シート１１１は、繊維シート１２の両面に形成された保護層２５をさらに備える。保護層２５は、シリカキセロゲル２１が断熱シート１１から離脱することを防ぐ。保護層２５は、低圧縮領域１３を形成した後に形成されることが望ましい。
【００３１】
なお図２に示す断熱シート１１はその中央部分のみに低圧縮領域１３が設けられているが、他の位置に設けられていてもよい。図７Ａから図７Ｄはそれぞれ実施の形態における別の断熱シート１１Ａ〜１１Ｄの平面図である。図７Ａから図７Ｄにおいて、図１と図２に示す断熱シート１１と同じ部分には同じ参照番号を付す。図７Ａに示す断熱シート１１Ａでは、中央部分および周辺部分に低圧縮領域１３が設けられている。図７Ｂに示す断熱シート１１Ｂでは、低圧縮領域１３は環形状を有して厚領域２２を囲む。図７Ｃに示す断熱シート１１Ｃでは、低圧縮領域１３はクロス形状を有する。図７Ｄに示す断熱シート１１Ｄでは、互いに分離している複数の低圧縮領域１３が設けられている。
【符号の説明】
【００３２】
１１    断熱シート
１２    繊維シート
１３    低圧縮領域
１４    断熱体
１５    筐体
１６    発熱機器
１７    セパレータ
１８    突出部
２１    シリカキセロゲル
２２    厚領域
【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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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2019176216.tif 000010
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2019176216.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月3日(2020.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
断熱シート１１の低圧縮領域１３以外の領域である厚領域２２の、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの厚領域２２の圧縮率は１０〜３０％である。このように断熱シート１１を構成することにより、軽く、断熱性に優れた断熱シート１１を得ることができる。低圧縮領域１３を形成する前に、厚領域２２を含めて断熱シート１１全体に圧力を加えて、厚領域２２の圧縮率を上記の範囲内に制限してもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
次に断熱シート１１の一部に金型を用いて一部に圧力を加えて低圧縮領域１３を形成する。このとき、断熱シート１１の圧力が加わらない領域に厚領域２２が形成される。このように、厚領域２２と、厚領域２２より薄く、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの圧縮率が５％以下である低圧縮領域１３とを有する断熱シート１１を得ることができる。金型を用いて断熱シート１１に加えられる圧力は、０．７ＭＰａより大きい例えば１ＭＰａである。このように０．７ＭＰａより大きな圧力を断熱シート１１に加えることにより、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの断熱シート１１すなわち低圧縮領域１３の圧縮率を５％よりも小さくすることができる。
【手続補正３】
【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】
内部に空間を有する繊維シートと、
前記繊維シートの前記空間に担持されたシリカキセロゲルと、
を備えた断熱シートであって、
前記断熱シートは、厚領域と、前記厚領域より薄い低圧縮領域とを有し、
前記低圧縮領域に０．７ＭＰａの圧力を加えたときの前記低圧縮領域の圧縮率が５％以下である、断熱シート。
【請求項２】
前記厚領域に０．７ＭＰａの圧力を加えたときの前記厚領域の圧縮率が１０％以上３０％以下である、請求項１に記載の断熱シート。
【請求項３】
前記低圧縮領域は前記断熱シートの中央部分に設けられている、請求項１に記載の断熱シート。
【請求項４】
前記低圧縮領域は前記断熱シートの周辺部分と前記中央部分とに設けられている、請求項３に記載の断熱シート。
【請求項５】
前記低圧縮領域の前記繊維シートに占める面積の割合は５％以上で３０％以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の断熱シート。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の断熱シートと、
前記断熱シートに当接するセパレータと、
を備え、
前記断熱シートは前記低圧縮領域で形成された凹部を有し、
前記セパレータは前記断熱シートの前記凹部内に位置する突出部を有する、断熱体。
【請求項７】
内部に空間を有する繊維シートを準備するステップと、
前記繊維シートをゾル溶液に浸漬し、前記繊維シートの空間にキセロゲルを含浸させて断熱シートを得るステップと、
前記断熱シートの一部に所定の圧力を加えて圧縮することにより、０．７ＭＰａの圧力を加えたときの圧縮率が５％以下である低圧縮領域を形成するステップと、
を含む、断熱シートの製造方法。
【請求項８】
前記低圧縮領域を形成するステップは、前記断熱シートの前記一部に前記所定の圧力を加えて圧縮することにより、前記断熱シートが、前記低圧縮領域と、前記低圧縮領域より厚い厚領域とを有するように前記低圧縮領域を形成するステップを含む、請求項７に記載の断熱シートの製造方法。
【国際調査報告】
2019176216.tif 000013
2019176216.tif 000014
2019176216.tif 000015
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