JP2001523596A - 相互作用式断熱システム - Google Patents
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Abstract
Description
衣類構成のために適当なエネルギー吸収性、温度安定化性相変化物質を含む断熱
ファブリックシステムに関する。
主題事項及び1994年6月14日出願の米国特許出願第08/295,964
号に関連する主題を含み、これら両出願の名称は「FABRIC COATIN
G CONTAINING ENERGY ABSORBING PHASE
CHANGE MATERIAL AND METHOD OF MANUFA
CUTURING SAME」(エネルギー吸収相変化物質含有ファブリック被
覆及びその製造方法)であり、両者はここに参照のため編入される。
は遊戯、競技する人々を多量の体温損失に対して保護するようにデザインされる
。ここに図1を参照すると、そのような衣服が、典型的には外側殻11、バッテ
ィング(芯)、ダウン、その他の断熱材の断熱層12、及びライニング層14を
含むファブリックシステム(系)10から構成されることが解る。この形態で、
衣類の諸層を介しての身体からの熱損失は、断熱層12の空気間隙によって遅延
される。衣服の断熱は、主としてバッティング(芯)によって与えられ、そして
その中に捕捉された空気の容積に直接に関係するので、そのような衣服の断熱能
は、典型的には断熱層の厚みを増加させることにより増大される。
の欠点を有する。例えば、断熱層の厚さを増すと、寒冷気候用衣類が嵩張って、
仕事作業が着用者によって執り行なわれるべきときには、着用が非実用的なこと
となる。また、従来の寒冷気候衣類は、着用者が非活動的な時間と強活動的な時
間とに交互に関わるときには、不便となり得る。例えば、スキー場を滑り降りる
人が従来の冬ジャケットスキー服を着ていると、その人の代謝発熱率が大きく増
す。この熱は、快適さを維持するのに必要とされる程放出されない。なんとなれ
ば断熱層がそのような放出に対抗して機能するからである。その人は過熱しやす
く、汗をかくようになり得る。発汗はライナー層及び断熱層を湿らせることが有
り得る。次いで、スキーヤーが椅子リフトに座ってスキー場の上方部まで乗ると
きのように、その人がスキー滑走を止めたときには、そのジャケットの断熱能は
湿り気によって低減され、スキーヤーは椅子リフトに乗っている間に冷やされ てくる。基本的には、上記検討の従来の寒冷気候衣類は概して静的な応答を示し
、変化する着用条件に多様に応答することができない。
材料が開発されてきている。例えば、マイクロカプセル化相変化物質は、非常熱
移動及び貯蔵能が所望されるときの基体被覆のために適当な成分として発表され
ている。殊に、ここに参照のために編入されるコルヴィン等の米国特許第5,2
90,904号「Fabric with Reversible Enhan
ced Thermal Properties(可逆的な向上した熱的性質を
もつファブリック)」は、エネルギー吸収性相変化物質を充填された微小球体を
含有するバインダーで被覆された基体が長時間のまたは増強された熱保留性を呈
するのを可能とすることを教示している。マイクロカプセル化相変化物質を含有
するバインダーで被覆された基体は、ここでは、マイクロPCM−被覆基体と称
される。
望されるとき、繊維に含ませるための好ましい成分として発表されている。殊に
、ここに参照のために編入されるブライアント等の米国特許第4,756,95
8号「Fiber with Reverrsible Enhanced T
hermal Properties and Fabrics Made T
herefrom(可逆的な向上した熱的性質をもつ繊維及びそれから作られる
ファブリック)」は、相変化物質またはプラスチック結晶を充填された複合的微
小球体を有する繊維が予め定められた温度において向上した熱的性質を有するこ
とを教示している。この特許は、更に、そのような繊維は織られて、向上した熱
貯蔵性を有するファブリックとなり得ること、そしてそのものから製造物品が得
られることも教示している。そのような繊維から製造されるファブリックは、こ
こでは、マイクロPCM−含有ファブリックと称される。
熱移動を低減ないし排除するために熱エネルギーを吸収または放出する能力を有
する。相変化物質は、相変化物質が熱を吸収または放出している際、典型的には
その物質の相変化中には被服を介しての熱エネルギーの流れを抑制または停止さ
せる。この作用は過渡的で、すなわち、加熱過程または冷却過程中に温度安定化
物質の全潜熱が吸収または放出されるまでその作用は熱エネルギーに対するバリ
ヤーとして効果的である。熱エネルギーは、相変化物質に貯蔵されまたはそれか
ら除去され、そして熱源または冷源によって効果的にリチャージされ得る。適切
な相変化物質を選択することにより、温度の安定か所望される特定の用途で使用
するために基体に相変化物質導入被覆を付けることができ、あるいは相変化物質
を導入したファブリックを製造できる。
質を表Iに示す、これらの物質内の炭素原子数はそれぞれの融点及び結晶点に直
接相関している。
に好ましく微小球体に成形され、あるいはゼラチン、その他の物質の単層または
多層殻内にカプセル化されるかを教示しいている。1ないし100ミクロンのカ
プセル化微小球体直径が好ましく、最も好ましくは10ないし60ミクロンであ
る。微小球体は、サブ−ミクロン(ミクロン未満)の直径のシリカマトリックス
に接合されてもよい。
され始めている。しかし、特に種々の活動レベルまたは天候条件が生じ得る低温
条件下で優れた熱的応答を与えるようにされた構成は、未だ得られていない。従
って、ダイナミックな熱的応答を与え得る材料に対してはなお引き続き必要性が
ある。
ナミックな熱調整システムを提供することは本発明の主要な目的である。
ムを提供することは、本発明の別の目的である。
は、本発明の別の目的である。
のために低減された構成の厚さを示すダイナミック熱調整システムを提供するこ
とである。
ことができる構成の熱調整システムを提供することである。
、相変化物質を含有する複数の微小球体を分散させたポリマーバインダーで被覆
された基体からなる。第2層は、個々の繊維が相変化物質を含有する複数の微小
球体をそれらの中に分散させて含む低密度繊維メッシュである。第3層は、軟質
基体である。その繊維メッシュは被覆付き層と第3層との間にサンドイッチされ
ている。それらの層は、規則的な間隔でステッチにより、ラミネーションにより
、あるいはその他の接続方法で一緒に接合されている。最も好ましくは、微小球
体中に含まれる相変化物質は、パラフィン系炭化水素を包含する。
好ましい態様において、被覆付きの第1層は衣類のライニング材を構成し、第1
層の無被覆側を着用者の身体に隣接せしめる。外側の層は、衣類の外皮部をなす
。被覆されたライニングの微小球体中にカプセル封入された相変化物質は平均皮
膚温度よりも僅かに高い平均融点、すなわち、92°Fないし96°Fの範囲内
、92°Fないし94°Fの好ましい範囲、そして90°Fないし98°Fの許
容し得る範囲の平均融点を有する。この相変化物質の最も好ましい平均結晶点は
86°F以下であり、好ましい範囲は84°Fないし88°Fで、許容し得る範
囲は80°Fないし89°Fである。好ましくは、寒冷気候衣類のためには、繊
維質第2層中に分散された微小球体内にカプセル封入された相変化物質の平均融
点は、被覆層中の相変化物質の平均融点よりも低い。第2層の繊維中の微小球体
に含まれる相変化物質の好ましい平均融点は、84°Fないし88°Fでありこ
の物質についての好ましい結晶点は76°Fないし84°Fの範囲内である。
ステム20は、第1の層21、第2の層22及び第3の層23を含む。第1層2
1は、相変化物質34を含有する微小球体33が分散されている被覆32でしょ
りされた軟質基体31である。第2層22は、繊維42の繊維質マットであり、
その中には相変化物質44を含有する微小球体が分散されている。第3層23は
、軟質基体である。第1、第2及び第3層は、規則的な間隔でステッチにより一
体に結合されている。
ムの好ましい態様において、被覆付き層21は衣類のライニングをなす。第1層
21は、好ましくはほぼ0.1mm厚のナイロンのタフタであリ、このものはほ
ぼ0.1mm厚のポリウレタンコーティング32で被覆されている。被覆は1平
方メートル(m2)当たり2オンス(OZ)の10ミクロンの非バルーン化微小 球体33を含み、これによって1m2当たり約160gのファブリック密度がも たらされる。好ましい相変化物質34は、93°Fの平均融点を有するパラフィ
ン系炭化水素を包含する。第2層22は、好ましくは約12mmの厚さのアクリ
ル繊維のバティング(batting)であり、その全重量の約10%は86°
Fの平均融点を有するパラフィン系炭化水素を含む非バルーン性微小球体である
。第2層22は、約140g/m2の全体密度を有する。第3層23は0.2m m厚のナイロン織り外皮、140g/m2の平均密度を有する。本発明の相互作 用式断熱システム20の平均重量は約440g/m2である。
の基本断熱効果(BTR)及び相変化物質によるダイナミック断熱効果(DTR
)を測定した。各層21、22及び23についての、及びシステム20について
の総合熱調整効果(TTR)をBTR+DTRの加算によって得た。試験は、別
個の工程で両方の断熱効果を測定することにより実施した。まず、基体の基本断
熱を過渡熱測定法によって測定した。第2に、相変化物質のダイナミック断熱効
果を、熱放出を断熱値に換算する技法によって測定した。そのように測定されて
得られたデータは、clo及びm2*K/Wの単位の熱抵抗値で与えられた、ここ
に、1clo=0.156m2*K/Wであり、そして1m2*K/W=6.45c
loである。これらの試験から得られたデータを表IIに要約して示す。
緒に足し合わせれば0.798(0.795+0.003)の合計DTRとなる
個々の層21、22および23の各々の個別DTR値の合計より著しく大きかっ
た。層21、22及び23の個々のDTR値の合計を超えてのシステム20のD
TRの改善の度合いは予想外であった。
ックシステム10を、同様に試験した。これらの試験のデータを表IIIに要約
して示す。
いる。なんとなれば、このシステムには相変化物質が含まれていないからである
。しかし、本発明の相互作用断熱システム20の厚味がファブリックシステム1
0の厚味のほぼ1/2であるにも拘わらず、総合断熱効果は2倍近く大きいこと
に注目すべきである。寒冷気候用衣類に使用するための本発明の相互作用式断熱
システム20の好ましい具体例に関しては、微小球体33中にカプセル封入され
る相変化物質34の平均融点が平均皮膚温度であるか、またはそれよりも僅かに
高いこと、すなわち、92°Fから94°Fの範囲内にあることが最も好ましく
、92°Fから96°Fが好ましい範囲であり、90°Fから98°Fが許容し
得る範囲である。相変化物質34の最も好ましい平均結晶/凝固点は86°F以
下であり、84°Fから88°Fが好ましい範囲であり、80°Fから89°F
が許容し得る範囲である。寒冷気候衣料用について、好ましくは微小球体43中
にカプセル封入された相変化物質44の平均融点は、相変化物質34の平均融点
よりも低い。相変化物質44の平均融点の好ましい範囲は、84°Fから88°
Fであり、この物質についての好ましい結晶点は、76°Fから84°Fの範囲
内である。異なる融点及び凝固範囲を有する異なる2つの相変化物質を選択する
ことにより、高密度層が熱吸収を支持し、バッティングの低密度が熱放出を支持
することは了解されよう。 上記の寒冷気候衣料の構成において、着用者の体は、熱源として機能し、皮膚へ
最も近い衣服の層に隣接した領域に微小気候を創り出す。高密度被覆付き層21
は、ヒートポンプとして作用し、熱を効率的に吸収し、熱を低密度バッティング
層22へ伝導する。かくして高密度被覆付き層21は、着用者の皮膚に隣り合っ
た気候を迅速に安定化させるように作用する。低密度バッティング層22は、ヒ
ートシンクまたは熱貯蔵システムのように作用して、相変化物質44を溶融させ
るべく熱を吸収する。システム20は、着用者の代謝率が劇的に増大することが
ある活動の急激化に対応し得る。このようにして、相互作用式断熱能は、本発明
によって達成され、そしてシステム20を組み入れた寒冷気候衣服を着用してい
る人の皮膚温度は、高度に改善された方式で安定化される。
である。しかし、マイクロカプセル封入されたPCMを含む他の低密度材料の形
態も意図されている。例えば、第2層22は、マイクロカプセル封入されたPC Mが全体にわたって分散されたフォーム(発泡体)でありうる。
み込まれるときに、そのような衣料はより長期にわたって快適に着用され得る。
殊に、改善された熱調整衣料が提供され、それは低温環境において使用するため
に特に適用される。寒冷気候衣類の厚さは、かくして低温環境中での着用者の動
きの大きな自由度を許容する。慣用衣類パターン及びスタイルが、本発明の新規
ファブリック構成で使用され得る。
明された。かかる説明は、好ましい例のためになされたものであること、及び本
発明は、特許請求の範囲によって定義されることが了解されるべきである。
開等角図である。
カバー層の展開等角図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 相変化物質を含有する第1の複数の微小球体を分散させたポ
リマーバインダーで被覆された基体からなる第1層; 繊維のファブリックからなり、上記第1層に隣接しそして付着された第2層で
あって、それらの繊維が相変化物質を含有する第2の複数の微小球体をそれらの
中に分散させて有する第2層;及び その第2層に隣接しそして付着された軟質第3層; を含む 断熱物品。 - 【請求項2】 第1及び第2の複数の微小球体に含まれる相変化物質がパラ
フィン系炭化水素からなる請求項1の物品。 - 【請求項3】 第1層が被覆された表面と反対側の被覆されていない表面と
を有し、その被覆された表面が第2層に隣接されている請求項2の物品。 - 【請求項4】 第1の複数の微小球体が90°Fと98°Fとの間の平均融
点を有するパラフィン系炭化水素を含み;第2の複数の微小球体が第1の複数の
微小球体の平均融点よりも低い平均融点を有するパラフィン系炭化水素を含み;
かつ該物品が特にヒトに着用される衣類で使用されるようにされており、第1層
の基体を軟質ファブリックとし、その第1層がヒトの皮膚に近接して配置される
ようにされ、そして第3層が第1及び第2層よりもヒトの皮膚から離れて配置さ
れるようにされる請求項3の物品。 - 【請求項5】 第1の複数の微小球体の平均融点が92°F及び96°Fの
あいだである請求項4の物品。 - 【請求項6】 第1の複数の微小球体の平均融点が92°F及び94°Fの
間である請求項4の物品。 - 【請求項7】 第1の複数の微小球体が約86°Fである平均結晶点を有す
るパラフィン系炭化水素を含み、そして第2の複数の微小球体が第1の複数の微
小球体の平均結晶点よりも低い平均結晶点を有するパラフィン系炭化水素を含む
請求項6の物品。 - 【請求項8】 第1の複数の微小球体が84°Fから88°Fの平均結晶点
を有するパラフィン系炭化水素を含む請求項5の物品。 - 【請求項9】 第1の複数の微小球体が80°Fから89°Fの平均結晶点
を有するパラフィン系炭化水素を含む請求項4の物品。 - 【請求項10】 第1層がある平均密度を有し、第2層がある平均密度を有
し、その第1層の密度が第2層の密度よりも大きい請求項4の物品。 - 【請求項11】 第1層がある平均密度を有し、第2層がある平均密度を有
し、その第1層の密度が第2層の密度よりも大きい請求項5の物品。 - 【請求項12】 第1層がある平均密度を有し、第2層がある平均密度を有
し、その第1層の密度が第2層の密度よりも大きい請求項6の物品。 - 【請求項13】 第1層がある平均密度を有し、第2層がある平均密度を有
し、その第1層の密度が第2層の密度よりも大きい請求項7の物品。 - 【請求項14】 第1層がある平均密度を有し、第2層がある平均密度を有
し、その第1層の密度が第2層の密度よりも大きい請求項8の物品。 - 【請求項15】 第1層がある平均密度を有し、第2層がある平均密度を有
し、その第1層の密度が第2層の密度よりも大きい請求項9の物品。
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