JP2022014514A

JP2022014514A - 表皮材、及び内装材

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Publication number: JP2022014514A
Application number: JP2020116856A
Authority: JP
Inventors: 泰弘上田; Yasuhiro Ueda; 健司宮崎; Kenji Miyazaki
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2040-07-07

Abstract

【課題】優れた近赤外線の反射性能を確保しつつ、軽量化した表皮材を提供する。【解決手段】シート状の繊維集合体３を備えた表皮材１である。繊維集合体３は、カーボンブラックを含まず、かつ単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維５を含む。単繊維５は、近赤外線反射性を有する平面部６を備える。繊維集合体３には、単繊維５が並んで構成される単繊維層７が厚み方向に複数積層されている箇所が存在している。【選択図】図１

Description

本開示は、表皮材、及び内装材に関する。

特許文献１では、遮熱機能の優れた表皮材が開示されている。具体的には、繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の繊維が含まれ、この数μｍ程度の繊維径の繊維が占有する体積率が３％以上２０％以下であり、かつＺ軸方向の配向テンソルが０．４２以下である表皮材は、優れた近赤外線の反射性能を有することが開示されている。

国際公開第２０１９／２２５３０４号

この文献の技術は、繊維径を１μｍより大きく５μｍ以下の極細領域とすれば、繊維形状を問わずに、優れた近赤外線の反射性能を確保できるというものである。
しかし、この技術を、軽量で実用的な表皮材の量産品に適用することは、例えば以下の理由から困難であった。すなわち、特許文献１の体積率の要件の制御等が困難であった。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、体積率に依存せずに、優れた近赤外線の反射性能を確保しつつ、軽量化することを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

〔１〕シート状の繊維集合体を備えた表皮材であって、
前記繊維集合体は、カーボンブラックを含まず、かつ単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維を含み、
前記単繊維は、近赤外線反射性を有する平面部を備え、
前記繊維集合体には、前記単繊維が並んで構成される単繊維層が厚み方向に複数積層されている箇所が存在している、表皮材。

本開示の表皮材は、シート状の繊維集合体を備える。繊維集合体は、カーボンブラックを含まず、かつ単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維を含む。単繊維は、近赤外線反射性を有する平面部を備える。そして、単繊維は列をなすように配置されて単繊維層を形成しており、繊維集合体には、単繊維層が厚み方向に複数積層されている箇所が存在している。この構成の表皮材では、光線が透過しにくく、近赤外線の反射率が高くなる。よって、従来よりも軽量であっても、反射性能の高い表皮材を提供できる。

本開示について、本開示による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明する。
実施形態の一例の表皮材（繊維集合体）の断面図である。単繊維の斜視図である。実施形態の一例の表皮材（繊維集合体）の断面図である。単繊維層の一例の断面図である。実施形態の一例の表皮材（繊維集合体）の平面図である。実施形態の一例の内装材の断面図である。シミュレーション方法を説明する説明図である。シミュレーション結果を示す図である。シミュレーション結果を示す図である。シミュレーション結果を示す図である。単繊維層の層数と光線透過率の関係を示すグラフである。

ここで、本開示の望ましい例を示す。
〔２〕前記単繊維の繊維横断面の外形が略三角形である、〔１〕に記載の表皮材。
本表皮材では、単繊維に３つの平面部が存在するから、反射性能が良好である。

〔３〕前記繊維集合体は、編物、織物、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、及びニードルパンチ不織布からなる群より選択される少なくとも１種である、〔１〕又は〔２〕に記載の表皮材。
本表皮材は、既存の製造設備で製造できるから、実用性が高い。

〔４〕前記単繊維は、合成繊維である、〔１〕から〔３〕のいずれか一項に記載の表皮材。
１μｍより大きく５μｍ以下の繊維が合成繊維であると製造しやすいので、表皮材を作りやすい。

〔５〕〔１〕から〔４〕のいずれか一項に記載の表皮材を備える、内装材。
本内装材は、近赤外線の反射効率が高いから、遮熱機能に優れる。

ここで示される事項は例示的なものおよび本開示の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本開示の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本開示の根本的な理解のために必要である程度以上に本開示の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本開示の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

以下、本開示の実施形態を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。なお、本開示における図面は、物を概念的に示したものであり、それらの構成を正確に示したものではない。

本実施形態の表皮材１は、シート状の繊維集合体３を備える。繊維集合体３は、カーボンブラックを含まず、かつ単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維５を含む。
表皮材１は、繊維集合体３からなるものであってもよい（図１，３参照）。表皮材１は、繊維集合体３の他に、他の構成要素を備えていてもよい。他の構成要素としては、繊維集合体３の表面に設けられる表面層、繊維集合体３の裏面に設けられる裏面層が例示される。裏面層は、例えば、バッキング層やウレタンフォーム層が好適に挙げられる。バッキング層は、表皮材１を補強するため、及び／又は接着剤の含侵を防ぐためのコーティング層である。

１．単繊維５について
（１）カーボンブラック
本実施形態の繊維集合体３に含まれる単繊維５には、カーボンブラックが含まれていない。カーボンブラックが含まれると、繊維集合体３の反射性能が低下するからである。

（２）単繊維５の単繊維径
繊維集合体３に含まれる単繊維５の単繊維径は、１μｍより大きく５μｍ以下であり、好ましくは２μｍ以上５μｍ以下である。単繊維径がこの範囲内であると、表皮材１の近赤外線に対する反射性能が優れる。よって、表皮材１により覆われた各種物品の温度上昇を抑制できる。
単繊維径がこの範囲内となると反射性能が優れる理由は定かではないが、単繊維径がこの範囲内となると、単繊維径が近赤外線波長と同等から数倍の領域内となり、ミー散乱と呼ばれる光の散乱現象が起きるためであると推測される。
単繊維５の断面形状は異形断面であり、断面形状の外接円の直径を単繊維径とする。なお、単繊維径は、走査型電子顕微鏡で単繊維５の横断面を撮影することにより測定が可能である。

（３）単繊維５の形状
単繊維５は、平面部６を有した形状とされている。図２には、平面部６を有する単繊維５の一例が示されている。
単繊維５の単糸断面形状は、平面部６が存在する単繊維５の断面形状である限り、特に限定されない。単糸断面形状として、丸断面以外の異形断面が例示される。異形断面の形状としては、略三角断面、略四角断面、略五角断面等が好適に例示される。つまり、単繊維５の繊維横断面の外形は、略三角形、略四角形、略五角形が好ましい。これらの形状とすると、近赤外線を反射する面が複数存在することになり、近赤外線の反射性能が優れる。略三角形には、角が丸まった三角形、辺が緩やかな曲線を有する三角形等が含まれる。略四角形には、角が丸まった四角形、辺が緩やかな曲線を有する四角形等が含まれる。略五角形には、角が丸まった五角形、辺が緩やかな曲線を有する五角形等が含まれる。これらの形状の中でも、繊維を密に配置して反射面を増す、あるいは反射角の均一性を増す観点から、略三角形であることが好ましい。また、略三角形の中でも、３つの辺の長さが略同一の略正三角形が好ましい。略正三角形とすることで、３つの側面の幅を、近赤外線の反射効率が高くなる寸法に揃えることができ、３つの側面を近赤外線の反射面として機能させることができる。
異形断面の単繊維５を得る方法は、特に限定されない。例えば、溶融紡糸時に用いる口金の形状を異形にする方法が例示される。

（４）単繊維５以外の繊維
繊維集合体３には、単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下でない繊維、すなわち、単繊維径が１μｍ以下の繊維や、単繊維径が５μｍよりも大きい繊維を含んでいてもよい。但し、繊維集合体３に含まれる繊維の全量を１００質量部とした場合に、単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維５が５質量部以上含まれていることが好ましく、１０質量部以上含まれていることがより好ましく、１５重量部以上含まれていることが更に好ましい。単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維５の量がこの範囲内であると、繊維集合体３の反射性能が特に優れるからである。単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維５は、１００質量部であってもよい。

（５）単繊維５の材質
単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維５は、合成繊維、再生繊維、半合成繊維、天然繊維のいずれであってもよい。
合成繊維としては、特に限定されない。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリ乳酸繊維等のポリエステル系繊維；ポリアミド６繊維、ポリアミド６６繊維等のポリアミド系繊維；ポリアクリル系繊維、ポリプロピレン繊維等のポリオレフィン系繊維等の各種の合成繊維を用いることができる。
これらの繊維のうちでは、汎用性が高いことから、ポリエステル系繊維（特にＰＥＴ繊維）、ポリプロピレン繊維、ポリアミド６繊維が好ましい。
単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の繊維として、単一種の繊維のみならず、２種類以上の繊維を混合して用いることもできる。
なお、合成繊維は、未延伸糸でもよく、半延伸糸でもよく、これらが混合されている混合糸でもよい。
再生繊維としては、特に限定されない。例えば、セルロース系のレーヨン、精製セルロース繊維系のリヨセル等を用いることができる。レーヨンには、ポリノジック、ビスコース、キュプラレーヨン等の種類がある。
半合成繊維としては、特に限定されない。例えば、セルロース系のアセテート、たんぱく質系のプロミックス等を用いることができる。
天然繊維としては、特に限定されない。例えば、綿、麻等の植物繊維や、絹、獣毛（例えば羊毛）等の動物繊維を用いることができる。

２．繊維集合体３について
（１）繊維集合体３の構成
繊維集合体３には、単繊維５が並んで構成される単繊維層７が厚み方向に複数積層されている箇所が存在している。図１には、単繊維５が一層に並んで構成される第１単繊維層７Ａ、第２単繊維層７Ｂが積層されている例が模式的に示されている。第１単繊維層７Ａ、第２単繊維層７Ｂは、それぞれ、単繊維５が図面の横方向（繊維集合体３の平面方向）に列をなすように配置されている。
図１では２層の単繊維層７が積層されている様子が示され、図３では１２層の単繊維層７が積層されている様子が示されている。
繊維集合体３の厚み方向に積み重ねられる単繊維層７の層数は特に限定されない。例えば、軽量化やコスト等の観点から、２層以上１００層以下が好ましく、５層以上７５層以下がより好ましく、１０層以上５０層以下が更に好ましい。
繊維集合体３では、少なくとも一部において、厚み方向に単繊維層７が複数積み重ねられていればよい。すなわち、繊維集合体３では、厚み方向に単繊維層７が複数積み重ねられていない箇所が存在していてもよい。また、繊維集合体３の全体において、単繊維層７が同一数積み重ねられている必要はない。単繊維層７の積み重ね数が異なる部分が存在していてもよい。

繊維集合体３では、特定方向の入射光に対する反射効率を高めるという観点から、単繊維層７における２以上の単繊維５の各平面部６が略同一方向を向いていることが好ましい（図４参照）。本開示において「平面部が略同一方向を向いている」とは、以下のように定義する。単繊維層７における各単繊維５の断面（横断面）が可能な限り直線に並ぶように、繊維集合体３を配置する。この状態で、対比する２つの平面部６における各法線ベクトルＶを求める。２つの法線ベクトルＶのなす角が０°以上１０°以下である場合を略同一方向を向いていると定義する。図４のように４本の単繊維５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが並んで配置している場合を例として説明する。単繊維５Ａ，５Ｂは、それぞれ平面部６Ａ，６Ｂを有する。平面部６Ａ，６Ｂのそれぞれ法線ベクトルを、法線ベクトルＶ１，Ｖ２とする。この際、単繊維５Ａの平面部６Ａの法線ベクトルＶ１と、単繊維５Ｂの平面部６Ｂの法線ベクトルＶ２とのなす角が０°以上１０°以下である場合を略同一方向を向いていると定義する。本開示の場合、少なくとも２本の単繊維５の平面部６がこのような関係にあることが好ましい。図４のように２本よりも多い例えば４本の単繊維５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄにおいて、平面部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが略同一方向を向いていてもよい。この場合には、平面部６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの法線ベクトルＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４から任意の２つを選択すると、２つの法線ベクトルのなす角が０°以上１０°以下となっている。
なお、図４では、単繊維層７における単繊維５の各平面部６が略同一方向を向いている場合を示したが、繊維集合体３では、単繊維層７における単繊維５の各平面部６の向く方向が揃っていなくてもよい。

繊維集合体３の形態は、特に限定されない。繊維集合体３は、製造容易であるという観点から、織物、編物、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布（メルトブローン不織布）、及びニードルパンチ不織布からなる群より選択される少なくとも１種であることが望ましい。
織物の組織は特に限定されず、例えば、平織物、綾織物、朱子織物及びそれらの組み合わせ等の各種の織物とすることができる。
編物は、経編又は緯編のいずれであってもよい。緯編として、基本組織（平編、ゴム編、パール編）やその変化組織を例示できる。また、経編として、基本組織（デンビー編、コード編、アトラス編、鎖編）やその変化組織を例示できる。
スパンボンド不織布は、例えば、樹脂を溶融して繊維（糸）を作り、ネット上に開繊・堆積させてウェッブを形成した後、シート状に結合させて製造される。
メルトブロー不織布は、例えば、樹脂を溶融して紡糸ノズルの周囲から噴射する高温エアにより、繊維を細くしてシート状にして製造される。
ニードルパンチ不織布は、例えば、金属製等のニードルの往復運動により、繊維相互間を交絡して製造される。

（６）繊維集合体３の厚み
繊維集合体３の厚みは、単繊維５の単繊維径、積み重ねられる単繊維層７の層数などに応じて適宜設定される。繊維集合体の厚みは、製造コストを抑え、かつ反射率を高めるとの観点から、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下が更に好ましい。

（７）繊維集合体３の目付量
繊維集合体３の目付量は、単繊維５の単繊維径、積み重ねられる単繊維層７の数などに応じて適宜設定される。繊維集合体３の目付量は、製造コストを抑え、かつ反射率を高めるという観点から、１０ｇ／ｍ^２以上１５００ｇ／ｍ^２以下が好ましく、１５ｇ／ｍ^２以上１０００ｇ／ｍ^２以下がより好ましく、２０ｇ／ｍ^２以上５００ｇ／ｍ^２以下が更に好ましい。

３．表皮材１について
表皮材１には、繊維集合体３を用いる。図５に示すように、繊維集合体３をそのまま表皮材１として用いてもよい。また、繊維集合体３に他の部材を貼り合わせて表皮材１としてもよい。
表皮材１は、各種技術分野の物品（部品を含む）の表皮として幅広く用いられる。表皮材１が利用される技術分野は特に限定されない。例えば、自動車、鉄道車両等の車両、航空機、船舶、建築、アパレル等の各種産業において、表皮材１が拘わる技術分野に関して好適に利用される。
表皮材１は、太陽光により高温になり得る内装材１１、例えば、ドアトリム（特にアッパー部分）、パッケージトレイ、シートに好適に用いることができる。
表皮材１は、近赤外線を効率よく反射する。

４．内装材１１について
内装材１１には、表皮材１が備えられている。内装材１１は、例えば、図６に示すように、基材８に表皮材１が積層された構造を有する。内装材１１は、特に限定されない。内装材１１としては、ドアトリム、パッケージトレイ、シート等の車両用内装材等が挙げられる。
表皮材１を備えた内装材１１は、近赤外線を効率よく反射する。

１．シミュレーションによる検証
（１）概要
表皮材の近赤外線反射性能をシミュレーションにより検証した。評価面への光の透過量をシミュレートできるソフトウェアを選択し、繊維の形状と配置をパラメータとしたシミュレーションを実施した。光の屈折・反射のシミュレーションソフトとして、"照明ＳｉｍｕｌａｔｏｒＣＡＤ"（オプティカルソリューション社）を解析に使用した。
図７にシミュレーションの概略図を示す。光源２１から評価サンプル２５（表皮材）に対して光２３を照射する。光２３のうち評価サンプル２５を透過して評価面２７に到達した本数（透過本数）をカウントする。

（２）解析の条件
解析の条件は、以下の通りである。
想定する繊維の材質はＰＥＴ（カーボンブラックを含まない）とした。
ＰＥＴの光に対する物性は以下のとおりとした。
吸収率：０
透過率：１
反射率：０
屈折率：波長４００ｎｍ～７００ｎｍの範囲では、以下の資料を用いた。
https://www.filmetrics.com/refractive-index-database/PET/Estar-Melinex-Mylar
７００ｎｍより長波長の領域では、同資料のＰＥの波長の変化率を応用した。
計算したデータを元に、下記のような重回帰式を求め、実際の解析に使用した。

・単繊維の断面形状：正三角形（１辺の長さが２μｍ）
円形（繊維径１．５μｍ）
なお、正三角形と円形の断面積は同じとした。
・光の入射角：６５° 夏の昼の太陽高度を想定した。
・光源の寸法：２μｍの正三角形３個分の底辺全体に照射できる幅Ｌとした。
Ｌ＝２×３×ｃｏｓ（π×（１８０－６５）／１８０）
・入射光強度：波長によらず一定とした。

２．シミュレーション（その１）
（１）略三角断面の繊維の単繊維層が２層の場合の結果
光の入射角、入射光波長、及び入射光線数が以下の条件では、図８のようになり、光の透過率は１８．０％であった。
・光の入射角：６５°
・入射光波長：５５０ｎｍ
・入射光線数：１００万本
（２）略三角断面の繊維の単繊維層が１２層の場合の結果
光の入射角、入射光波長、及び入射光線数が以下の条件では、図９のようになり、光の透過率は０．０％であった。
・光の入射角：６５°
・入射光波長：５５０ｎｍ
・入射光線数：１００万本
（３）丸断面の繊維の単繊維層が１２層の場合の結果
光の入射角、入射光波長、及び入射光線数が以下の条件では、図１０のようになり、光の透過率は２１．５％であった。
・光の入射角：６５°
・入射光波長：５５０ｎｍ
・入射光線数：１００万本

３．シミュレーション（その２）
単繊維層の層数と透過率の関係を詳細に検討した。
単繊維の断面形状は、既述のシミュレーションと同様にした。すなわち、正三角形（１辺の長さが２μｍ）と、円形（繊維径１．５μｍ）の２種類とした。
光の入射角、入射光波長、及び入射光線数は、既述のシミュレーションと同様にした。すなわち、以下の条件とした。
・光の入射角：６５°
・入射光波長：５５０ｎｍ
・入射光線数：１００万本

結果を図１１に示す。カーボンブラックを含まない極細の反射平面を持つ単繊維（例えば、正三角形断面の単繊維）の単繊維層を２層以上配することで、光線透過率が減少することが確認された。言い換えれば、このような単繊維層を２層以上配することで、反射率が向上することが確認された。これは、極細の単繊維の単繊維層を積層することで、入射光の反射平面での反射回数が増え、その結果、表皮材を透過する光が減少するためであると推測される。

４．考察
以上のシミュレーション結果から、近赤外線反射性の平面部を備えた単繊維の単繊維層が複数積層された表皮材は、２層以上であれば、層数がそれほど多くなくても、近赤外線反射性が高いことが検証された。よって、本開示によれば、従来よりも軽量で反射性能の高い表皮材を実現できる。

前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本開示を限定するものと解釈されるものではない。本開示を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本開示の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的及び例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本開示の範囲又は本質から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本開示の詳述に特定の構造、材料及び実施例を参照したが、本開示をここにおける開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本開示は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。

１ …表皮材
３ …繊維集合体
５ …単繊維
５Ａ…単繊維
５Ｂ…単繊維
５Ｃ…単繊維
５Ｄ…単繊維
６ …平面部
６Ａ…平面部
６Ｂ…平面部
６Ｃ…平面部
６Ｄ…平面部
７ …単繊維層
７Ａ…第１単繊維層
７Ｂ…第２単繊維層
８ …基材
１１…内装材
２１…光源
２３…光
２５…評価サンプル
２７…評価面
Ｖ …法線ベクトル
Ｖ１…法線ベクトル
Ｖ２…法線ベクトル
Ｖ３…法線ベクトル
Ｖ４…法線ベクトル

Claims

シート状の繊維集合体を備えた表皮材であって、
前記繊維集合体は、カーボンブラックを含まず、かつ単繊維径が１μｍより大きく５μｍ以下の単繊維を含み、
前記単繊維は、近赤外線反射性を有する平面部を備え、
前記繊維集合体には、前記単繊維が並んで構成される単繊維層が厚み方向に複数積層されている箇所が存在している、表皮材。
前記単繊維の繊維横断面の外形が略三角形である、請求項１に記載の表皮材。
前記繊維集合体は、編物、織物、スパンボンド不織布、メルトブロー不織布、及びニードルパンチ不織布からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１又は請求項２に記載の表皮材。
前記単繊維は、合成繊維である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の表皮材。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の表皮材を備える、内装材。