JP6667066B2

JP6667066B2 - 断熱シートの製造方法

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Publication number: JP6667066B2
Application number: JP2015236233A
Authority: JP
Inventors: 阿部　雄一; 雄一阿部; 和彦久保; 典裕河村
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2020-03-18
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: JP2017101764A

Description

本開示は、高い断熱性能と伸縮性能とを備えた断熱シートおよびその製造方法並びに、この断熱シートを用いた背もたれ付きシートに関する。

従来の断熱シートとしては特許文献１があげられる。特許文献１の断熱シートは繊維シートにシリカキセロゲルを担持することで形状を保持し高い断熱性能を備える。

特開２０１１−１３６８５９号公報

しかしながら上記の断熱シートはシリカキセロゲルの粒子同士の結合強度が低く、さらに伸縮性も低いため外部からの応力により破壊されやすい。

本開示の断熱シートは、内部に空間が設けられている基体と、空間に設けられているキセロゲルとを備える。キセロゲルは基体の面方向に点在されている第１、第２のキセロゲル領域を有し、第１のキセロゲル領域と第２のキセロゲル領域の間における基体の伸び率は、第１のキセロゲル領域と第２のキセロゲル領域の伸び率よりも大きい。

本開示の断熱シートは、断熱シートに応力がかかったときに第１のキセロゲル領域と第２のキセロゲル領域よりも、第１のキセロゲル領域と第２のキセロゲル領域の間における部分の方が伸やすいため、第１のキセロゲル領域と第２のキセロゲル領域にかかる応力を低減することができる。

実施の形態における断熱シートの（ａ）上面図および（ｂ）断面図。キセロゲル領域の拡大図。他実施の形態における断熱シートの断面図。断熱シートを用いた背もたれ付きシートの分解斜視図。断熱シートを用いた他実施の形態における背もたれ付きシートの分解斜視図。実施の形態における断熱シートの製造方法のフロー図。

［１．断熱シートの構成］
実施の形態における断熱シートについて図面を用いて説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、実施の形態における断熱シート４の上面図および断面図である。図２は、断熱シート４のキセロゲル領域における拡大図である。
断熱シート４は、内部に空間が設けられている基体１と、基体１の内部でかつ基体１の面方向に点在してキセロゲル３２が設けられている２つのキセロゲル領域２とを備える。

２つのキセロゲル領域２の間の領域（以下、非キセロゲル領域と記す。）はキセロゲルが設けられない部分である。

基体１としては、例えば厚さが０．５ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維を原料とした不織布を用いることができる。基体１として不織布を用いた場合は、不織布の繊維３１間が基体１における空間となり、この空間にキセロゲル３２が設けられる。

キセロゲル３２は、シリカ粒子間に微細な細孔を備える。細孔の大きさは、細孔で空気が対流しない程度に微細であるため気相による熱の伝導は極めて少ない。また、キセロゲル３２の全体積のうち約９０％程度は空気であるため固相による熱の伝導も極めて少ない。

以上より、キセロゲル領域２の熱伝導率は、０．０１８〜０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋ程度と断熱材料として有用である。

断熱シート４において、非キセロゲル領域３の伸び率は、キセロゲル領域２の伸び率よりも大きい。これはキセロゲル領域２の内部には伸縮性が低いキセロゲルが設けられているためである。非キセロゲル領域３の伸び率が、キセロゲル領域２の伸び率よりも大きいので、断熱シート４に応力がかかったときに、非キセロゲル領域３が優先的に伸び、機械強度が低く破壊されやすいキセロゲルが設けられたキセロゲル領域２にかかる応力を低減させることができる。

なお、本明細書で示す伸び率とは、引張応力をかけて伸ばした後の長さを、引張応力をかける前の長さで割った値を指す。伸び率の測定は、断熱シートにおけるキセロゲル領域２および非キセロゲル領域３を切り出して行う。

図１（ａ）に示すようにキセロゲル領域２の形状は、上面視で例えば円状からなる。他実施の形態におけるキセロゲル領域２の形状としては、上面視で楕円状があげられる。
キセロゲル領域２の形状は、上面視で円状や楕円状のように縁部がＲからなる方が好ましい。キセロゲル領域２の縁部に角があると外部からの応力が集中して破壊されやすくなる。

図３は、他実施の形態における断熱シートの断面図である。

断熱シート６は、図１に示す断熱シート４の両主面に保護シート５が設けられている。

保護シート５は、外部からの応力によって破壊されやすいキセロゲルを保護するために設けられる。よって、保護シート５は少なくともキセロゲル領域２が露出する面に設けられていればよい。

保護シート５の他実施の形態としては、キセロゲル領域２の片面にのみ設ける構成および基体１の片面の全体にのみ設ける構成としてもよい。

保護シート５は高い断熱性能と柔軟性能を備えるものが好ましく、例えば低密度ポリエチレン樹脂等があげられる。

他実施の形態における基体１について説明する。

基体１としては、多数の孔を有する多孔体を用いることができる。基体として多孔体を用いた場合、多数の孔が基体１における内部の空間となる。多数の孔は、キセロゲル３２が所定の部分にかつ細部まで充填されるように、孔同士が連通されているものが好ましい。多孔体としては高い断熱性能と柔軟性能を備えるものが好ましく、例えばスポンジ状のポリウレタン等があげられる。

［２．背もたれ付きシートの構成］
上記で説明した断熱シートは、例えば着座するシートに有用である。自動車のシートを例にして以下に説明する。
寒冷地で自動車を使用する際に、冷えたシートに座ると身体の熱が奪われ不快に感じる。また、シートを暖めるための発熱部を内蔵したシートが提案されているが、発熱部からの熱をあらゆる方向へ拡散させることなく、より多くの熱を身体へ伝達させることが好ましい。

また、自動車のシートには運転中に常時荷重がかかる。さらには自動車のシートの着座部に膝立ち等をすることで特定の箇所に大きな荷重がかかる。

以上、自動車のシートにおける課題を鑑みて、実施の形態の断熱シートを用いた背もたれ付きシートについて説明する。

図４は、実施の形態の断熱シート４を用いた背もたれ付きシートの分解斜視図である。背もたれ付きシート１２は、着座面１０ａを有するシート部１０と、背もたれ面１１ａを有するシート部１１とを備える。シート部１０とシート部１１のそれぞれの内部には断熱シート７が設けられている。断熱シート７は、例えば１２箇所のキセロゲル領域２を有する。背もたれ付きシート１２に断熱シート７を設けることで、背もたれ付きシート１２に着座したときに身体から奪われる熱量を低減させることができる。また、断熱シート７の非キセロゲル領域３の伸び率は、キセロゲル領域２の伸び率よりも大きいので、背もたれ付きシート１２のシート部１０とシート部１１に荷重がかかったとしてもキセロゲル領域２よりも非キセロゲル領域３が優先的に伸びキセロゲル領域２にかかる応力が低減されることから断熱シート７は破壊されにくくなる。

図５は、発熱部を設けた他実施の形態の背もたれ付きシートの分解斜視図である。背もたれ付きシート１４は、断熱シート７と、着座面１０ａおよび背もたれ面１１ａとのそれぞれの間に発熱部１３を備える。背もたれ付きシート１４が発熱部１３を備えることで、断熱シート７の方向へ拡散される熱を断熱シート７が遮り、より多くの熱を身体の方向へ伝達させることができる。

［３．断熱シートの製造方法］
次に実施の形態における断熱シート４の製造方法について図６を用いて説明する。

図６は、断熱シート４に２つのキセロゲル領域２を設けるまでの製造ステップを示すブロック図である。

まず、図４に示すように第１のステップでは、内部に空間を有する基体１を準備する。基体１として不織布を用いた場合は、基体１自身が繊維３１の集合体となるため、繊維３１間で形成される空間は基体１の全体に設けられている。

第２のステップでは、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を作製する。このゾル溶液を第１のステップで準備した基体１のうち、キセロゲルを形成して２つのキセロゲル領域２を構成する２つの部分の空間にのみ含浸させる。ゾル溶液を２つの部分の空間に含浸させる方法としては、例えば、２つの部分にゾル溶液を滴下する方法があげられる。ゾル溶液を滴下することで上面視で円状のキセロゲル領域２を容易に得ることができる。

２つの部分の内部の空間にゾル溶液を含浸させる方法について説明する。

この方法としては、予め２つの部分にプラズマを照射して親水化させておくことが好ましい。２つの部分を親水化させておくことでゾル溶液が空間に含浸しやすくなる。

また、ゾル溶液の粘度が低くかつ基体１の内部の空間が連通している場合、ゾル溶液は内部の空間に留まることなく流れ落ちてしまう可能性がある。この場合は、例えばＰＰフィルムの上面に基体１を設けた状態でゾル溶液を含浸させることでゾル溶液が流れ落ちることなく、ＰＰフィルムの上面で基体１の内部の空間にゾル溶液を溜まらせることができる。

その他、ゾル溶液を２つの部分の内部の空間に含浸させる方法としては、基体１の全体に表面改質材を塗布して基体１の全体を疎水化して、その後、プラズマを２つの部分に照射して２つの部分のみを親水化させる方法があげられる。基体１の全体を疎水化させてから２つの部分を親水化させることで、所望の部分に的確にゾル溶液を含浸させることができる。

なお、プラズマは、原料となるガスの種類によってその性質が異なる。原料ガスとして、例えばアルゴンガス、酸素ガス、窒素と酸素の混合ガス、および、窒素と水素の混合ガス等を用いた場合は親水化させることができ、水素を用いてプラズマ照射した場合は疎水化させることができる。また、表面改質材の種類として、疎水化する場合は、例えばフッ素系あるいはシリコン系の表面改質材があげられる。

その他、親水化もしくは疎水化させる方法としてはコロナ照射およびＵＶ照射等があげられ適宜選択することができる。

第３のステップでは、キセロゲル３２を形成させるための２つの部分に浸漬させたゾル溶液をゲル化させる。ゾル溶液のゲル化は、ゾル溶液を浸漬した２つの部分に塩酸を浸漬させることでゾル溶液のｐＨを中性に調整し、室温で約５分間放置する。

第４のステップでは、第３のステップで得たゲルを疎水化する。ゲルの疎水化は、シリル化剤を浸漬させることでゲルと反応させゲルの表面を疎水化しゲル粒子の凝集破壊を抑制する。

第５のステップでは、疎水化させたゲルを乾燥して基体の２つの部分にキセロゲル領域２をそれぞれ形成して、断熱シート４を得ることができる。

なお、上記で説明する実施の形態は、いずれも一具体例を示すものである。実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、全ての図を通じて同一または相当する要素には同じ符号を付して、その重複する説明は省略される。

本開示の断熱シートおよびその製造方法並びに、この断熱シートを用いた背もたれ付きシートは、外部からの応力に対して高い伸縮性と、高い断熱性能を有し産業上有用である。

１基体
２キセロゲル領域（第１のキセロゲル領域、第２のキセロゲル領域）
３非キセロゲル領域
４断熱シート
５保護シート
６断熱シート
７断熱シート
１０シート部
１０ａ着座面
１１シート部
１１ａ背もたれ面
１２背もたれ付きシート
１３発熱部
１４背もたれ付きシート
３１繊維
３２キセロゲル

Claims

内部に空間が設けられている基体を準備する第１ステップと、前記基体の面方向に点在する第１および第２の部分を親水化もしくは疎水化する第２ステップと、前記空間にケイ酸ナトリウム水溶液を出発原料とするゾル溶液を含浸する第３ステップと、前記第１の部分および前記第２の部分に含浸された前記ゾル溶液をゲル化する第４ステップと、前記ゲル化したゲルを疎水化する第５ステップと、前記疎水化したゲルを乾燥させてキセロゲルを生成する第６ステップと、を含む断熱シートの製造方法。
内部に空間が設けられている基体を準備する第１ステップと、前記基体を疎水化し、前記基体の面方向に点在する第１および第２の部分を親水化する第２ステップと、前記空間にケイ酸ナトリウム水溶液を出発原料とするゾル溶液を含浸する第３ステップと、前記第１の部分および前記第２の部分に含浸された前記ゾル溶液をゲル化する第４ステップと、前記ゲル化したゲルを疎水化する第５ステップと、前記疎水化したゲルを乾燥させてキセロゲルを生成する第６ステップと、を含む断熱シートの製造方法。
前記疎水化するステップおよび前記親水化するステップは、プラズマ照射、コロナ照射、ＵＶ照射、フッ素処理および表面改質材の塗布のいずれかで行われる、請求項１および２のいずれか一項に記載の断熱シートの製造方法。