JP3233325U - エアロゲル入り保温衣服 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の材料よりも軽量・薄型であり、洗濯しやすく、保温性に優れたなどの利点を有するエアロゲル複合材料を衣服の分野に適用する。複数種の機能層を選択することにより、複雑な条件の寒冷環境下での着用に適した衣服を実現し、防風・防雨・保温が可能であり、且つ軽量で便利であるという特徴を有する、エアロゲル入り保温衣服を提供する。【解決手段】保温衣服の複合材料は、熱反射生地と遠赤外線発熱生地のうちの１種又は両方の組み合わせを用い、衣服の最内層に位置する蓄熱層１と、化学繊維綿又はバイオ繊維フロックである詰め物を用い、熱緩衝層と力緩衝層の両方として機能する緩衝層３と、エアロゲルと発泡材料で製造された複合材料を用いた保温層４と、化学繊維織物又は不織布を用い、緩衝層と保温層を固定することに用いられる固定層２と、防風・防水・透湿生地を用い、保温衣服の最外層に位置する保護層５とを含む。【選択図】図１

Description

本考案は保温衣服に関し、特にエアロゲル入り保温衣服の複合生地及びその使用方法に関し、衣服の技術分野に属する。

温度の低い季節には、羽毛や化学繊維綿などを詰め物や中間層としたコートや、動物の毛皮やフェイクファーで製造されたコートを保温衣服として着るのが一般的であり、これらの衣服は基本的に人々の日常の保温を満足させることができる。羽毛を詰め物とする服飾はより軽く、しかも保温性が概ね良いが、湿った環境で保温性が大幅に低下しつつ、着ぶくれし、羽毛が抜けやすく、洗濯しにくく、カビが生えやすいなどの問題があり、着心地や使用寿命に悪影響を与える。一方、動物の毛皮やフェイクファーを用いた保温衣服は、保温性が概ね良いが、分厚く、動きにくく、メンテナンスが難しいなどの問題がある。

これまで、エアロゲルは最も密度が小さく、断熱性が最も良い固体材料であるため、航空宇宙や工業保温分野で広く応用されている。エアロゲルは、非常に壊れやすくて粉塵が発生し、発生した粉塵が非常にこぼれやすいことがエアロゲルの衣服への適用が制限される重要な原因となって、衣服への適用が少ない。一般的にエアロゲル粉末を他の基材に複合するが、エアロゲル粉末をエアロゲルブランケットとして複合することが多く、これはエアロゲル粉末のこぼれの問題をある程度解決しているが、加工や裁断の過程及びその後の使用過程において、エアロゲル粉末のこぼれの問題が依然として存在する。さらに、エアロゲルブランケットは重量が重く、通気性や柔軟性が比較的劣るため、衣服の着用時の快適性が大幅に低下する。

当業者は、新しいエアロゲル複合材料を研究し、複雑な寒冷環境下で使用される衣服に応用することに取り組んでいる。

本考案が解決しようとする技術的課題は、複雑な寒冷環境では従来の保温衣服の着用性が悪いという状況である。

上記技術的課題を解決するために、本考案は、エアロゲル入り保温衣服を提供し、保温衣服の複合生地は、
熱反射生地と遠赤外線発熱生地のうちの１種又は両方の組み合わせを用いた蓄熱層と、
化学繊維綿又はバイオ繊維フロックである詰め物を用い、熱緩衝層と力緩衝層の両方として機能する緩衝層と、
エアロゲルと発泡材料で製造された複合材料を用いた保温層と、
化学繊維織物又は不織布を用い、緩衝層と保温層を固定することに用いられる固定層と、
防風・防水・透湿生地を用い、前記保温衣服の最外層に位置する保護層と、を含み、
そのうち、前記蓄熱層は衣服の最内層に位置し、前記緩衝層と前記保温層は前記固定層と前記固定層との間に位置する。

さらに、蓄熱層は、背中の部分の領域に熱反射機能を有する銀色反射点模様付き生地を選択し、反射点の材質が衣服着用者の体を向き、蓄熱層は、衣服の前身頃の領域に遠赤外線発熱生地を用いる。銀色反射点付き生地の目付が１５０ｇ／ｍ^２未満であり、遠赤外線発熱生地の目付が８０ｇ／ｍ^２未満である。

さらに、緩衝層は主に目付が２０−５０ｇ／ｍ^２の化学繊維綿を選択して詰め物とし、好ましくは２０〜５０ｇ／ｍ^２とし、また、天然の木棉繊維、ポリ乳酸繊維、デュポン製Ｓｏｒｏｎａ繊維などのバイオ繊維などで製造された目付が３０−６０ｇ／ｍ^２のフロックを選択してもよい。

さらに、保温層の密度が０．４ｇ／ｃｍ^３未満であり、保温層の熱伝導率が０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満である。保温層の厚さ範囲は０．１〜５ｍｍである。好ましくは、保温層の厚さ範囲は０．３〜３ｍｍである。

さらに、固定層は、目付が２０〜８０ｇ／ｍ^２のポリエステル織物を用い、緩衝層と保温層の材料を固定することに用いられ、衣服の裁断加工時の位置固定を容易にするとともに、衣服が着用や洗濯中にずれないように保つ。

さらに、保護層は、通気度が５Ｌ／ｍ^２／ｍｉｎ未満であり、撥水等級が４級よりも高く、耐水圧が１００００ｍｍＨ_２０よりも大きく、透湿量が７０００ｇ／ｍ^２／２４ｈよりも大きい。

本考案の有益な効果は以下のとおりである。
（１）従来の材料よりも軽量・薄型であり、洗濯しやすく、保温性に優れたなどの利点を有するエアロゲル複合材料を衣服の分野に適用する。
（２）複数種の機能層を選択することにより、複雑な条件の寒冷環境下での着用に適した衣服を実現し、このような衣服は、防風・防雨・保温が可能であり、且つ軽量で便利であるという特徴を有する。

本考案の１つの好適例におけるエアロゲル入り保温衣服の複合生地の構造模式図である。 本考案におけるエアロゲル複合材料の顕微鏡写真である。 本考案における緩衝層に使用される木棉繊維の顕微鏡写真である。

以下では、本考案の目的、特徴及び効果を十分に理解するために、図面を参照しながら、本考案の構想、具体的な構造及び生じる技術的効果についてさらに説明する。

本考案は、軽量・薄型で柔らかく且つ粉落ちしないエアロゲル複合材料を保温層として用い、複数種の機能層と衣服デザインを組み合わせることにより、複雑な条件の寒冷環境でも着心地が良好な軽量・薄型保温衣服を実現する。本考案におけるエアロゲル入り保温衣服は複合材料で製造され、複合材料の構造の一例は、図１に示すように、蓄熱層１、固定層２、緩衝層３、保温層４、及び保護層５を含む。

蓄熱層は衣服の使用者の体に近い裏地であり、体から放出された熱の一部と熱放射を反射させ、体と衣服の間に熱を閉じ込め、熱の流失を減らすことができる。蓄熱層は、熱反射又は遠赤外線発熱機能を有する生地を用いるものであり、地域に応じて異なる生地を用いることにより、衣服全体の品質を確保しながら、衣服の着用時の快適性を向上させるという利点がある。

好ましくは、背中の部分領域は、熱反射機能を有する銀色反射点付き生地を使用する。例えば、目付が１５０ｇ／ｍ^２未満の銀色反射点が印刷されたポリエステルバーズアイ編地を用いる。反射点が印刷された面は体を向いている。衣服を着用する際には、背中の部分が前身頃部よりも体にフィットし、熱反射効果が高く、且つ背中の部分が重量を明らかに感じられないため、目付の大きい熱反射生地を採用する。

バーズアイ生地は吸湿・汗排出の特徴があり、バーズアイ生地と呼ばれるのは、生地の表面に多数の鳥目状の穴が形成されているためであり、これらの穴が汗排出を良くするために存在している。プリントプロセスにより反射点が穴からずれてバーズアイ生地の基布に印刷される。バーズアイ生地を基布にすることで、人体が代謝した湿気をできるだけ早く体表から体の外に伝導することができ、衣服の着用時の快適性を向上させることができる。

好ましくは、前身頃には、遠赤外線発熱機能を有する裏地が使用され、このような裏地は、目付が８０ｇ／ｍ^２未満であり、機能性ポリエステル、ナイロン又は銅アンモニアレーヨンを成分とする。わずかに前傾しているような人体の脊柱の構造のため、衣服を着用する際には、前身頃が体からわずかに垂れ下がっており、数千年以上にわたって人間はこれに慣れてきた。目付の大きい生地を用いると、生地は重力の作用で体により近くなり、体に圧力を感じさせることになる。そのため、前身頃に目付の軽い生地を用いるのは快適性を考慮した結果である。

銅アンモニアレーヨンは、再生セルロース繊維であり、コットンリンターなどの天然セルロース原料を水酸化銅又はアルカリ銅塩の濃アンモニア溶液に溶解して紡糸液をとする。凝固浴中で銅アンモニアレーヨンセルロース分子化学物質を分解してセルロースを再生し、生成した水和セルロースを後加工することにより銅アンモニアレーヨンが得られる。繊維は細くて柔らかくて、光沢が適切なので、高級な絹生地や編地としてよく用いられる。それは、着用性が優れて、吸湿性が高く、ドレープ感があり、着用性がシルクに近く、環境にやさしい服飾のトレンドに符合する。

緩衝層は、固定層と保温層との間に位置する。緩衝層の役割は、設置場所によって若干異なる。以下詳述する。

緩衝層は、蓄熱層と保温層の間に位置すると、熱学的な観点から、主に人体の熱の外部への放出を遮断する。緩衝層は、ふわふわした詰め物を使用したものであり、多くの空気を内部に含め、人体が外部に熱を放散するための第２層の熱障壁層として、第３層の保温層の負荷を軽減する。力学的な観点から、ふわふわした緩衝層は非常に柔らかく快適であり、より人体に近い蓄熱層が軽くて薄いので、人体は緩衝層の柔らかさと快適さを容易に感じることができる。さらに、人体の骨、関節などは平らではなく、緩衝層をなくすると、人体の運働によって関節が直接保温層に作用し、保温層が破損しやすくなり、保温衣服の寿命が短くなる。それに対して、緩衝層自体は繊維状のふわふわした詰め物であり、破損の心配は全くない。

緩衝層は、保温層と保護層の間に位置すると、熱学的な観点から、主に外部の冷空気の人体への侵入を遮断する。冷空気は速度と圧力を持っており、冬の強風の天気では、冷空気のこの速度は非常に高い。冷空気が緩衝層を通過する際に、緩衝層のふわふわした繊維状構造により、冷空気の侵入速度が大幅に低下し、単位時間当たりに保温層の表面に到達する冷空気量が減少する。このため、熱緩衝層として、緩衝層自体は外部からの冷空気量の一部を遮断し、さらに重要なことに、侵入する冷空気全体の速度と圧力を遮断する。力学的な観点から、保護層は非常に薄く、保温層に対する物理的な保護が制限されている。緩衝層による緩衝により、保温層に作用する外力が減少し、これは力緩衝層の作用である。

好ましくは、固定層と保温層との間に緩衝層を設けることは、熱対流による熱損失を遅延させ、人体への外部冷空気の侵入を遮断し、また、衣服の柔らかさと着用時の快適性を向上させることを主な役割とする。さらに、衣服の嵩高性と着用時の保温性とを向上させる。実験により、緩衝層と保温層の組み合わせは、全体の熱抵抗が両者の熱抵抗の単純な結合よりも大幅に優れていることが証明された。例えば、実験データの１つにより証明されるように、２０ｇ／ｍ^２の化学繊維綿緩衝層の熱抵抗は０．０２１４ｍ^２・Ｋ／Ｗであり、１ｍｍ厚さのエアロゲル複合材保温層単独の熱抵抗は０．０４９７ｍ^２・Ｋ／Ｗであるのに対し、両者を組み合わせた後、全体の熱抵抗は０．０９３６ｍ^２・Ｋ／Ｗであり、両者の組み合わせには増強効果があり、熱抵抗の増強は３０％以上に達した。衣服の軽量・薄型を維持するために、緩衝層は、詰め物として目付の低い化学繊維綿を主に用い、好ましくは２０−５０ｇ／ｍ^２、より好ましくは２０ｇ／ｍ^２とする。

化学繊維綿は繊維綿とも呼ばれ、外観が綿と同じように見えるが、実際には特殊な極細ポリエステル化学繊維材料である。ポリエステル繊維の切片を高倍率顕微鏡で観察すると、その繊維断面の気孔の数は通常、４穴、７穴、９穴、１０穴などと呼ばれる。市販のいわゆる４穴中綿、７穴中綿、９穴中綿、１０穴中綿は、呼称が違うが、このような繊維綿である。繊維は、気孔数が多ければ多いほど、通気性、保温性、嵩高性が高くなり、柔らかく見える。気孔内には空気が貯蔵されているので、気孔数が多いほど、空気量が多くなる。空気は、遮断層の条件では含有量が十分であればあるほど、通気性、保温性が高くなる。また、気孔中に空気が充満すればするほど、圧縮とリバウンドの通路が多くなり、嵩高性が増し、軟らかくなる。

化学繊維綿のような他の詰め物は、バイオ繊維であってもよく、例えば木綿、ポリ乳酸繊維、デュポン製Ｓｏｒｏｎａ繊維を混紡して作製された繊維フロックは緩衝層としてもよい。

好ましくは、バイオ繊維として木綿繊維、ポリ乳酸繊維、及びデュポン製Ｓｏｒｏｎａ繊維を選択し、一定の割合で均一に混合し、特殊に改造されたカード機でカード化した後、マルチレイヤウェビング、熱溶融、乾燥などのプロセスで、天然で環境にやさしい保温性バイオ繊維フロックを製造する。木綿繊維６０％、ポリ乳酸繊維２０％、及びＳｏｒｏｎａ繊維２０％を混合して製造されたバイオ繊維フロックが好ましい。衣服の軽量・薄型と保温性を併せ持つために、緩衝層は、詰め物として、目付で適度で、好ましくは３０−６０ｇ／ｍ^２、より好ましくは３０ｇ／ｍ^２のバイオフロックを主に選択する。

木綿繊維は、世界で最も軽量な紡織用天然植物繊維として知られており、繊維断面が円形又は楕円形の大きな中空薄肉管壁であり、中空度が８５％以上と高く、また、優れた抗菌・防ダニ機能を備えている。木綿繊維は、特殊の大きな中空構造のため、吸湿と放湿の能力が他の天然植物繊維をはるかに超えている。このような調湿機能により、それは湿った環境と乾燥した環境の両方でも常に最適な肌なじみや快適性を維持することができ、衣服に詰められた保温材として好適である。

ポリ乳酸繊維はトウモロコシ、小麦、テンサイなどのデンプン含有農産物を原料とし、発酵して乳酸を生成した後、重縮合と溶融紡糸により製造されるものである。ポリ乳酸繊維は原料が栽培でき、栽培しやすく、廃棄物が自然界で自然に分解できる合成繊維である。土壌や海水中で微生物の作用により二酸化炭素と水に分解され、燃焼時に有毒ガスを放出せず、汚染を引き起こすこともなく、持続可能なエコ繊維である。詰め物とすると、滑らかな手触り、低着火性及び天然抗菌性を有している。

デュポン製のＳｏｒｏｎａポリマーは、１，３―プロパンジオール（ＰＤＯ）とＰＴＡ（又はＤＭＴ）の２つの主原料から製造され、このうち、ＰＤＯ原料は天然再生可能資源から得られ、全原料に占める割合が３７％である。Ｓｏｒｏｎａ繊維は、立体的な三次元捲縮構造を有するので、嵩高性と回復性を大幅に向上させ、より多くの静止空気を保存し、人体の熱損失を低減するとともに、透湿性に影響を与えず、人体を温かくさらさらとした快適感に保つことができる。

固定層は、化学繊維編地又は不織布裏地を用い、緩衝層と保温層を固定することに用いられる。

好ましくは、目付が２０−８０ｇ／ｍ^２、より好ましくは６０ｇ／ｍ^２のポリエステル織物を用い、超音波加工中、ポリエステル生地が熱せられて溶融して接着の役割を果たすことを活用して、緩衝層と保温層の材料を固定することに用いられ、衣服の裁断加工時の位置固定を容易にするとともに、衣服が着用や洗濯中にずれないように保つ。

保温層は、保温衣服において優れた保温効果を維持するために最も重要な層であり、柔らかくて断熱性に非常に優れたエアロゲル複合材料を採用しており、このエアロゲル複合材料は、主にエアロゲル粉末と有機発泡材料を組み合わせたものであり、密度が０．４ｇ／ｃｍ^３未満であり、熱伝導率が空気に対して０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であり、厚さが０．１ｍｍ−５ｍｍ、好ましくは０．５−３ｍｍである。実験から明らかなように、中国南方地区の冬季には、エアロゲル複合材料は０．５ｍｍの厚さを選択すればよく、北京など華北地区の冬季には、１ｍｍの厚さを用いる。室外では氷点下３０度以下になる場合が多い東北地区の冬季にも、この寒さを防ぐためには３ｍｍの厚さのエアロゲル複合材料だけで十分である。

エアロゲル複合材料中のエアロゲルは、カーボンエアロゲルであってもよく、シリカエアロゲルであってもよく、他の材料で作製されたエアロゲルであってもよい。発泡材料は、ポリイミドであってもよく、ポリウレタン、ニトリルゴム、又は他の発泡材料及びそれらの混合発泡材料であってもよい。シリカエアロゲル粉末とポリイミドを主成分とした発泡材料は、エアロゲルの低密度の特徴を最大限に保持し、非常に柔らかいため、好ましい。また、ポリイミドは優れた機械的特性と耐高温、耐低温の特性を有し、毒性もない。現在、中国国内ではこのようなエアロゲル複合材料は少なく、その発泡材料の横断面の走査電子顕微鏡写真（図２）から分かるように、エアロゲルは発泡材料の泡壁に分布しており、容易に溢れず、自由に洗濯することができ、粉落ちし、手触りが硬く、洗濯しにくいなど、従来の衣服用エアロゲル複合材料のさまざまな問題を解決する。

保護層は、保温衣服の最外層にあり、外部と直接接触し、冷空気や雨水が人体に直接接触するのを遮断するために使用される。生地の通気度を５Ｌ／ｍ^２／ｍｉｎ以下に制御し、機能後仕上げに撥水助剤を用い、撥水等級を４級以上（ＧＢ／Ｔ ４７４５−２０１２試験方法）とする。撥水助剤は、フッ素含有樹脂分散液やフッ素フリー撥水剤であってもよく、より環境にやさしくフルオロカーボンを含まないフッ素フリー撥水剤撥水剤を選択することが好ましい。

好ましくは、保護層の生地にＰＵ、ＴＰＵ、ＰＴＦＥのいずれかのフィルムを貼り付け、また、すべての継ぎ目を材料の裏面に防水テープを用いて貼り付けることによって、保護層が一定の水圧に耐えられるようにし、保護層の耐水圧は１００００ｍｍＨ_２Ｏ（ＪＩＳ Ｌ１０９２試験方法）より大きく、より大きな雨に耐えることができる。より好ましくは、ＰＴＦＥフィルムを貼り合わせることにより、保護層は優れた防水・透湿性も有し、耐水圧が１００００ｍｍＨ_２Ｏ（ＪＩＳ Ｌ１０９２試験方法）よりも大きく、透湿量が７０００ｇ／ｍ^２／２４ｈ（ＧＢ／Ｔ １２７０４―２００９試験方法）よりも大きい。

本考案は、風、雨、雪などの複雑な寒冷環境下でも優れた効果を発揮することができる、防風・防水・保温性を有する軽量・薄型衣服の技術案を実現する。また、衣服自体は従来の保温衣服よりも軽量・薄型であり、保温効果が高く、より洗濯しやすく、総合的性能に優れている。

以上、本考案の具体的な好適例を詳細に説明した。なお、当業者は、創造的な努力を必要とせずに、考案の構想に基づいて多くの修正や変更を行うことができる。したがって、当業者が本考案の構想に基づいて従来技術を基礎として論理分析、推理又は限られた実験を通じて得る技術案は、いずれも特許請求の範囲により決定された保護範囲内にあるものとする。

１−蓄熱層
２−固定層
３−緩衝層
４−保温層
５−保護層

Claims (10)

1. エアロゲル入り保温衣服であって、
   前記保温衣服の複合材料は、
   熱反射生地と遠赤外線発熱生地のうちの１種又は２種を用いて製造される蓄熱層と、
   化学繊維綿又はバイオ繊維フロックである詰め物を用いて製造される緩衝層と、
   エアロゲルと発泡材料を用いて製造される複合材料で製造される保温層と、
   化学繊維織物又は不織布裏地を用いて製造される固定層と、
   防風・防水・透湿生地を用いて製造される保護層と、を含み、
   前記蓄熱層は人体に近い最内層に位置し、前記緩衝層と前記保温層は前記固定層と前記固定層との間に位置する、ことを特徴とするエアロゲル入り保温衣服。
2. 前記蓄熱層は、背中の部分の領域に熱反射機能を有する銀色反射点模様付き生地を選択し、前記反射点の材質が衣服着用者の体を向き、前記蓄熱層は、衣服の前身頃の領域に前記遠赤外線発熱生地を用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のエアロゲル入り保温衣服。
3. 前記銀色反射点付き生地の目付が１５０ｇ／ｍ^２未満であり、前記遠赤外線発熱生地の目付が８０ｇ／ｍ^２未満である、ことを特徴とする請求項２に記載のエアロゲル入り保温衣服。
4. 前記緩衝層は化学繊維綿又はバイオ繊維フロックを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載のエアロゲル入り保温衣服。
5. 前記緩衝層は前記固定層と前記保温層との間に位置する、ことを特徴とする請求項４に記載のエアロゲル入り保温衣服。
6. 前記保温層の密度が０．４ｇ／ｃｍ^３未満であり、前記保温層の熱伝導率が０．０２６Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であり、前記保温層の厚さ範囲は０．１〜５ｍｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のエアロゲル入り保温衣服。
7. 前記保温層は前記固定層と前記緩衝層との間に位置する、ことを特徴とする請求項６に記載のエアロゲル入り保温衣服。
8. 前記固定層の生地の目付が８０ｇ／ｍ^２未満である、ことを特徴とする請求項１に記載のエアロゲル入り保温衣服。
9. 前記固定層は蓄熱層と保護層との間に位置し、緩衝層と保温層を固定することに用いられる、ことを特徴とする請求項８に記載のエアロゲル入り保温衣服。
10. 前記保護層は、通気度が５Ｌ／ｍ^２／ｍｉｎ未満であり、撥水等級が４級よりも高く、耐水圧が１００００ｍｍ Ｈ_２０よりも大きく、透湿量が７０００ｇ／ｍ^２／２４ｈよりも大きい、ことを特徴とする請求項１に記載のエアロゲル入り保温衣服。

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