JP7146541B2 - 断熱部材およびそれを用いた内装部品 - Google Patents

Description

本発明は、車両などに用いられる内装部品およびそれに好適な断熱部材に関する。

自動車の環境対応、自動運転化の進展に伴い、従来のガソリン車に対し、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車といった電動車の比率が増加してきている。これらの車にはパワートレイン駆動用のバッテリが搭載されており、特に電力のみをエネルギー源として使用する電気自動車においては、電力消費率（電費）を向上させて、走行距離を延ばすことが求められる。現状では、電気自動車の電池エネルギーのうちの５０％程度が空調関連で失われており、電費向上には空調の熱損失が大きな課題である。例えば車室内を暖房した場合、熱エネルギーの多くは天井材、ドアトリムなどの内装部品を暖めるために使われてしまい熱損失が大きい。熱損失を低減するためには、内装部品の断熱性を向上させて熱エネルギーの消費を抑えることが有効である。

特開２０１３－７９０７３号公報 特表２０１５－５２８０７１号公報 特開２０１１－１６２９０２号公報 特開２０１４－２３７９１０号公報

自動車の内装部品には、断熱性、吸音性、意匠性などが要求される。所望の要求を満足するよう、内装部品の多くは樹脂製の基材に表皮材などが積層された積層構造を有する（例えば特許文献１参照）。積層構造の一つとして熱伝導率が小さい断熱層を配置すると、内装部品の断熱性を高めることができる。

シート状の断熱部材としては、特許文献２に、エアロゲル含有粒子およびバインダーの混合物が不織布に含浸されてなる可撓性絶縁体が記載されている。特許文献３には、シリカエアロゲルを担持した不織布の一部がアルミナからなるコーティング層で被覆された断熱材が記載されている。特許文献４には、繊維径が５０ｎｍ以下のナノファイバーが分散されたシリカエアロゲルを内部に含む繊維シートが記載されている。

これらの断熱部材に用いられているシリカエアロゲルは、シリカ微粒子が連結して骨格をなし、１０～５０ｎｍ程度の大きさの細孔構造を有する多孔質材料である。シリカエアロゲルは、熱伝導率が小さいため、部材の断熱性を高めるのに有用な材料である。しかし、シリカエアロゲルを製造するためには多くの工程、時間を要するため、製造コストが高いという課題がある。例えば、シリカエアロゲルを含む断熱層を形成する場合、その厚さを大きくすることにより断熱性を高めることができる。しかし、その分だけシリカエアロゲルの使用量が多くなり、断熱部材、ひいては内装部品が高価になってしまう。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、コストを抑制しつつ断熱性に優れた断熱部材を提供することを課題とする。また、当該断熱部材を用いて断熱性に優れた内装部品を提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明の断熱部材は、複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する二つの塗料層と、二つの該塗料層間に介在し、一方の該塗料層から他方の該塗料層に向かって連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、を備えることを特徴とする。

（２）上記課題を解決するため、本発明の内装部品は、基材と、該基材に積層される断熱部材と、を備える内装部品であって、該断熱部材は、複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する塗料層と、該塗料層に積層され積層方向に連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、を備えることを特徴とする。

（１）本発明の断熱部材を構成する二つの塗料層は、いずれも多孔質構造体を有する。多孔質構造体の骨格と骨格との間に形成される細孔の大きさは１０～５０ｎｍ程度であり、細孔の多くは、５０ｎｍ以下のいわゆるメソ孔である。メソ孔は、空気の平均自由行程よりも小さいため、熱の移動が阻害される。これにより、多孔質構造体は優れた断熱効果を発揮する。したがって、二つの塗料層は、断熱性に優れる。

二つの塗料層の間には、空隙含有層が配置される。空隙含有層は、一方の塗料層と他方の塗料層との間で連通する複数の空隙を有する。空隙含有層において、熱は、空隙以外の部分（固体）内の移動（伝導）と、空隙内の流体（空気）の移動（対流）と、の両方により伝達される。空隙含有層としては、不織布、連続気泡構造を有する発泡体などが挙げられる。不織布の場合、繊維同士が点接触しているため、伝導よりも対流による熱伝達が支配的になる。また、連続気泡構造の発泡体においても、伝導よりも対流による熱伝達が支配的になる。したがって、熱が一方の塗料層から空隙含有層に到達すると、熱の伝達方法は伝導から対流に変わる。この際、隣接する二層の界面において熱抵抗が発生する。その後、空隙含有層において熱は主に対流により伝達され、他方の塗料層に到達すると、熱の伝達方法は対流から伝導に変わる。この際にも、隣接する二層の界面において熱抵抗が発生する。このように、二つの塗料層間に空隙含有層を介在させると、空隙含有層の両側において界面熱抵抗が２回生じるため、熱の伝達が大幅に抑制される。これにより、例えばある厚さの塗料層を基準にした場合、当該塗料層の厚さを半分にして空隙含有層の両側に配置することにより、トータルの塗料層の厚さが同じでも、界面熱抵抗が増加する分だけ断熱性を向上させることができる。さらに、塗料層の反対側に空隙含有層を追加してもよい。空隙含有層の数を増やすことにより、塗料層との界面における熱抵抗が増加するため、より断熱性を向上させることができる。

以上より、本発明の断熱部材によると、多孔質構造体を有し断熱性の高い塗料層を用いつつ、空隙含有層との界面における熱抵抗を利用することにより、塗料層を厚くしなくても同等以上の断熱性能を実現することができる。換言すると、コストをかけずに断熱性を向上させることができる。また、空隙含有層においては、音響エネルギーが熱エネルギーに変換されやすい。このため、本発明の断熱部材は、吸音性にも優れる。

上記特許文献２に記載されている可撓性絶縁体は、エアロゲルを含んだ混合物（スラリー）を不織布の一面に塗布し、不織布の一面側から当該混合物を含浸させて製造される。よって、エアロゲル含有層は、不織布の一面側にしか形成されていない。また、特許文献２の請求項３に記載されているように、エアロゲルを含んだ混合物が不織布の厚さ方向全体に含浸されると、不織布内の空隙が消失するため、熱の伝達方法は対流ではなく熱伝導になる。この場合、エアロゲル含有層と不織布との界面における熱抵抗は生じにくい。したがって、熱抵抗による断熱性の向上効果は期待できない。

（２）本発明の内装部品は、基材と、塗料層と空隙含有層とを有する断熱部材と、を備える。上述したように、断熱部材の隣接する二層の界面には、熱の伝達方法の違いにより熱抵抗が発生する。これにより、基材に塗料層のみを配置した場合と比較して、熱の伝達が抑制される。以下、模式図を用いて、空隙含有層の有無による熱抵抗の違いを説明する。図１に、本発明の内装部品の一形態の断面模式図を示す。図２に、基材に塗料層のみが配置された内装部品の断面模式図を示す。図１、図２においては、説明の便宜上、部材のハッチングを省略する。

まず、本発明の内装部品について説明する。図１に示すように、内装部品１は、基材１０と断熱部材２０とを備えている。基材１０は、表皮層１１と発泡体層１２との積層体である。表皮層１１はファブリック素材からなり、発泡体層１２はポリウレタン発泡体からなる。断熱部材２０は、塗料層２１と空隙含有層２２との積層体である。塗料層２１は、多孔質シリカ構造体およびウレタン樹脂を有している。空隙含有層２２は、不織布からなる。

図１中、白抜き矢印で示すように、熱は表皮層１１から塗料層２１方向に伝達されるものとする。表皮層１１側の空気温度をＴ１とし、各部材を通過する際の温度勾配を、太線で模式的に示す。熱の伝達において、まず、空気と表皮層１１との界面において熱抵抗Ｒ１が発生する。次に、熱は表皮層１１および発泡体層１２を伝導する。本形態においては、表皮層１１および発泡体層１２の熱伝導率は同じ値であるため、これらを伝導する際の熱抵抗をＲ２とする。そして、熱が空隙含有層２２に到達すると、発泡体層１２と空隙含有層２２との界面において熱抵抗Ｒ３が発生する。続く空隙含有層２２においては、熱は主に対流により伝達される。この際の熱抵抗をＲ４とする。そして、熱が塗料層２１に到達すると、空隙含有層２２と塗料層２１との界面において熱抵抗Ｒ５が発生する。続いて、熱は塗料層２１を伝導し、この際の熱抵抗をＲ６とする。最後に、熱が塗料層２１から外部に放出される際に、塗料層２１と空気との界面において熱抵抗Ｒ７が発生する。このようにして、熱は基材１０および断熱部材２０を通って伝達され、塗料層２１側の空気温度はＴ２になる。

次に、塗料層のみが配置された内装部品について説明する。図２に示すように、内装部品９は、基材９０と塗料層９３とを備えている。内装部品９の構成は、空隙含有層が配置されていない点以外は、先に示した本発明の内装部品１の構成と同じである。基材９０は、表皮層９１と発泡体層９２との積層体である。塗料層９３は、多孔質シリカ構造体およびウレタン樹脂を有している。

図２中、白抜き矢印で示すように、熱は表皮層９１から塗料層９３方向に伝達されるものとする。表皮層９１側の空気温度をＴ１とし、各部材を通過する際の温度勾配を、太線で模式的に示す。熱の伝達において、まず、空気と表皮層９１との界面において熱抵抗Ｒ１が発生する。次に、熱は表皮層９１および発泡体層９２を伝導し、この際の熱抵抗をＲ２とする。続いて、熱は塗料層９３を伝導し、この際の熱抵抗をＲ６とする。最後に、熱が塗料層９３から外部に放出される際に、塗料層９３と空気との界面において熱抵抗Ｒ７が発生する。このようにして、熱は基材９０および塗料層９３を通って伝達され、塗料層９３側の空気温度はＴ３になる。

空隙含有層を有する内装部品１の熱抵抗は、七つの熱抵抗の合計値（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７）になる。これに対して、空隙含有層を有しない内装部品９の熱抵抗は、四つの熱抵抗の合計値（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ６＋Ｒ７）になる。つまり、内装部品１の方が、熱抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５が加わる分だけ、全体の熱抵抗が大きくなる。換言すると、内装部品１の方が、熱が伝達されにくい。

このように、本発明の内装部品によると、多孔質構造体を有し断熱性の高い塗料層を用いつつ、塗料層に空隙含有層を積層させることにより、二層の界面における熱抵抗を利用して、高い断熱性を実現することができる。また、空隙含有層においては、音響エネルギーが熱エネルギーに変換されやすい。このため、本発明の内装部品は、吸音性にも優れる。

本発明の内装部品の一形態における熱抵抗を説明するための断面模式図である。 基材に塗料層のみが配置された内装部品における熱抵抗を説明するための断面模式図である。 第一実施形態の天井材の一部断面図である。 第二実施形態の天井材の一部断面図である。 第三実施形態の天井材の一部断面図である。 第四実施形態の天井材の一部断面図である。 実施例２のサンプルを構成する断熱部材の断面顕微鏡写真である。 断熱性を評価した実験装置の概略図である。 断熱性評価実験における温度の測定結果を示すグラフである。 吸音率の測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の断熱部材および内装部品の実施の形態について説明する。実施の形態において、本発明の内装部品は、自動車の天井材として具現化されている。

＜第一実施形態＞
［構成］
まず、本実施形態の天井材の構成を説明する。図３に、本実施形態の天井材の一部断面図を示す。図３中、前出図１と対応する部材については同じ符号で示す。以下の図３～図６においては、部材の積層方向を表裏方向と定義する。図３に示すように、天井材３１は、基材１０と断熱部材２０とを備えている。

基材１０は、表側（車室内側）から順に、表皮層１１、表側ガラスクロス１３ａ、発泡体層１２、および裏側ガラスクロス１３ｂを有している。表皮層１１は、天井材３１の最表層として配置されており、表皮層１１の表面は、車室内に表出する意匠面である。表皮層１１は、ファブリック素材からなる。表皮層１１の厚さは１ｍｍである。発泡体層１２は、ポリウレタン発泡体からなり、表側ガラスクロス１３ａを挟んで表皮層１１に積層されている。発泡体層１２の裏面には、裏側ガラスクロス１３ｂが積層されている。発泡体層１２の厚さは４ｍｍであり、表側ガラスクロス１３ａおよび裏側ガラスクロス１３ｂの厚さは０．２ｍｍである。

断熱部材２０は、塗料層２１と空隙含有層２２とを有している。塗料層２１は、多孔質シリカ構造体と、水溶性バインダーとしてのウレタン樹脂と、を有している。塗料層２１の厚さは１ｍｍである。空隙含有層２２は、塗料層２１と基材１０の裏側ガラスクロス１３ｂとの間に介装されている。空隙含有層２２は、不織布からなる。空隙含有層２２は、塗料層２１と裏側ガラスクロス１３ｂとの間で連通する複数の空隙を有している。空隙含有層２２の厚さは２．０ｍｍである。塗料層２１の一部は空隙含有層２２の裏面近傍に含浸している。空隙含有層２２における塗料層２１の含浸深さは０．５ｍｍである。空隙含有層２２と裏側ガラスクロス１３ｂとは全面接着されていない。すなわち、空隙含有層２２の周縁部のみが枠状に、接着剤により裏側ガラスクロス１３ｂに接着されている。これにより、天井材３１は、空隙含有層２２と裏側ガラスクロス１３ｂとが接着される接着部と、接着されない非接着部とを有しており、非接着部には空気層が介在している。

［作用効果］
次に、本実施形態の天井材の作用効果について説明する。天井材３１の断熱部材２０は、塗料層２１と空隙含有層２２とを有している。塗料層２１は、多孔質シリカ構造体を含むため、高い断熱性を有する。加えて、塗料層２１には空隙含有層２２が積層されている。空隙含有層２２は、不織布からなる。不織布は、細い繊維同士が点接触して形成されており、厚さ方向に連通する複数の空隙を有している。このため、空隙含有層２２においては主に対流により熱が伝達される。他方、基材１０および塗料層２１においては、伝導により熱が伝達される。したがって、空隙含有層２２との界面において、熱の伝達方法が伝導から対流、または対流から伝導に変化する。これにより、界面熱抵抗が発生し、基材１０に塗料層２１のみを配置した場合と比較して、熱の伝達を抑制することができる。したがって、天井材３１によると、塗料層を厚くすることなく、換言するとコストを抑制しつつ、断熱性を向上させることができる。

天井材３１における熱抵抗を、先の図１に示した断面模式図に基づいて算出した結果を以下に示す。天井材３１は、図１における内装部品１に対応する。算出式中、Ａは各部材共通の面積（積層方向に垂直な面積）［ｍ^２］、ｈは空気の熱伝達率［Ｗ／ｍ^２Ｋ］、δは部材の厚さ［ｍ］、λは部材の熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］である。なお、図１中、Ｒ４の計算においては、空隙含有層の厚さδとして、塗料層が含浸していない部分の厚さ（１．５ｍｍ）を使用した。表側ガラスクロス１３ａおよび裏側ガラスクロス１３ｂについては、厚さが極めて薄いため、熱抵抗は無いものとした。表１に、Ａ、ｈ、δ、λの値をまとめて示す。

Ｒ１＝１／Ａｈ＝１／（０．０２９４×２０）＝１．７［Ｋ／Ｗ］
Ｒ２＝δ／Ａλ＝０．００５／（０．０２９４×０．０３５）＝４．８５［Ｋ／Ｗ］
Ｒ３＝１／Ａｈ＝１／（０．０２９４×２０）＝１．７［Ｋ／Ｗ］
Ｒ４＝δ／Ａλ＝０．００１５／（０．０２９４×０．０３５）＝１．４６［Ｋ／Ｗ］
Ｒ５＝１／Ａｈ＝１／（０．０２９４×２０）＝１．７［Ｋ／Ｗ］
Ｒ６＝δ／Ａλ＝０．００１／（０．０２９４×０．０２２）＝１．５５［Ｋ／Ｗ］
Ｒ７＝１／Ａｈ＝１／（０．０２９４×２０）＝１．７［Ｋ／Ｗ］
Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４＋Ｒ５＋Ｒ６＋Ｒ７＝１４．６５［Ｋ／Ｗ］
比較のため、基材１０に塗料層２１のみが配置された天井材における熱抵抗を、先の図２に示した断面模式図に基づいて算出した結果を以下に示す。当該天井材は、図２における内装部品９に対応する。算出式中、Ａ、ｈ、δ、λの値は、先の表１に示したとおりである。
Ｒ１＝１／Ａｈ＝１／（０．０２９４×２０）＝１．７［Ｋ／Ｗ］
Ｒ２＝δ／Ａλ＝０．００５／（０．０２９４×０．０３５）＝４．８５［Ｋ／Ｗ］
Ｒ６＝δ／Ａλ＝０．００１／（０．０２９４×０．０２２）＝１．５５［Ｋ／Ｗ］
Ｒ７＝１／Ａｈ＝１／（０．０２９４×２０）＝１．７［Ｋ／Ｗ］
Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ６＋Ｒ７＝９．８０［Ｋ／Ｗ］
天井材３１の熱抵抗の合計値は、１４．６５［Ｋ／Ｗ］になる。これに対して、基材１０に塗料層２１のみが配置された天井材の熱抵抗の合計値は、９．８０［Ｋ／Ｗ］になる。このように、断熱部材２０として空隙含有層２２を配置すると、熱抵抗が大きくなることがわかる。また、基材１０のみの熱抵抗は、Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ７＝８．２５［Ｋ／Ｗ］である。これを基準にすると、断熱部材２０を配置することによる流出熱量の削減率は、次式（ｉ）により４３．６９％となる。
流出熱量の削減率（％）＝（１４．６５－８．２５）／１４．６５×１００ ・・・（ｉ）
本実施形態によると、塗料層２１は空隙含有層２２の裏面近傍、すなわち塗料層２１に接する表層のみに含浸している。よって、空隙含有層２２の空隙の多くは、塗料層２１の材料で埋められることなく残存し、対流による熱伝達が確保される。また、空隙含有層２２と裏側ガラスクロス１３ｂとは全面接着されておらず、非接着部には空気層が介在している。よって、非接着部による断熱効果も期待できる。また、空隙含有層２２においては、音響エネルギーが熱エネルギーに変換されやすい。このため、天井材３１は、吸音性にも優れる。

＜第二実施形態＞
本実施形態の天井材と第一実施形態の天井材との相違点は、塗料層が基材側になるように断熱部材を配置した点である。ここでは、相違点を中心に説明する。図４に、本実施形態の天井材の一部断面図を示す。図４中、図３と対応する部材については同じ符号で示す。

図４に示すように、天井材３２は、基材１０と断熱部材２０とを備えている。断熱部材２０は、塗料層２１と空隙含有層２２とを有している。断熱部材２０において、塗料層２１は、基材１０側に配置されている。すなわち、塗料層２１は、空隙含有層２２と基材１０の裏側ガラスクロス１３ｂとの間に介装されている。塗料層２１の一部は空隙含有層２２の表面近傍に含浸している。塗料層２１と裏側ガラスクロス１３ｂとは全面接着されていない。すなわち、塗料層２１の周縁部のみが枠状に、接着剤により裏側ガラスクロス１３ｂに接着されている。これにより、天井材３２は、塗料層２１と裏側ガラスクロス１３ｂとが接着される接着部と、接着されない非接着部とを有しており、非接着部には空気層が介在している。

本実施形態の天井材は、構成が共通する部分については、第一実施形態の天井材と同様の作用効果を有する。天井材３２においては、塗料層２１が基材１０側に配置されている。この場合、仮に塗料層２１と裏側ガラスクロス１３ｂとが接着剤（固体）により全面接着されていれば、基材１０から塗料層２１を通過するまでの間、熱は伝導により伝達され、熱の伝達方法は変化しない。このため、隣接する層同士の界面で熱抵抗は発生しない。しかし、天井材３２によると、塗料層２１と裏側ガラスクロス１３ｂとは全面接着されておらず、非接着部には空気層が介在している。これにより、非接着部においては、対流による熱伝達が行われることになり、塗料層２１と裏側ガラスクロス１３ｂ（基材１０）との界面において、熱抵抗が発生する。このように、本実施形態においては、塗料層２１が基材１０側に配置されていても、塗料層２１と空隙含有層２２との界面だけでなく、塗料層２１と基材１０との界面においても熱抵抗が生じる。したがって、天井材３２は優れた断熱効果を発揮する。

＜第三実施形態＞
本実施形態の天井材と第一実施形態の天井材との相違点は、塗料層を空隙含有層の表裏両側に配置した点である。ここでは、相違点を中心に説明する。図５に、本実施形態の天井材の一部断面図を示す。図５中、図３と対応する部材については同じ符号で示す。

図５に示すように、天井材３３は、基材１０と断熱部材４０とを備えている。断熱部材４０は、第一塗料層２３と、第二塗料層２４と、空隙含有層２２とを有している。第一塗料層２３および第二塗料層２４は、いずれも多孔質シリカ構造体と、水溶性バインダーとしてのウレタン樹脂と、を有している。第一塗料層２３の厚さは０．５ｍｍ、第二塗料層２４の厚さは０．５ｍｍである。第一塗料層２３は、基材１０側に配置されている。

空隙含有層２２は、第一塗料層２３と第二塗料層２４との間に介装されている。空隙含有層２２は、厚さ２．０ｍｍの不織布からなる。第一塗料層２３の一部は空隙含有層２２の表面近傍に含浸している。第二塗料層２４の一部は空隙含有層２２の裏面近傍に含浸している。空隙含有層２２における第一塗料層２３、第二塗料層２４の含浸深さは、各々０．２５ｍｍである。第一塗料層２３と裏側ガラスクロス１３ｂとは全面接着されていない。すなわち、第一塗料層２３の周縁部のみが枠状に、接着剤により裏側ガラスクロス１３ｂに接着されている。これにより、天井材３３は、第一塗料層２３と裏側ガラスクロス１３ｂとが接着される接着部と、接着されない非接着部とを有しており、非接着部には空気層が介在している。断熱部材４０は、本発明の断熱部材の概念に含まれる。

本実施形態の天井材は、構成が共通する部分については、第一実施形態の天井材と同様の作用効果を有する。天井材３３は、二つの塗料層２３、２４の間に空隙含有層２２が介装された断熱部材４０を備えている。断熱部材４０においては、第一塗料層２３と空隙含有層２２との界面、および第二塗料層２４と空隙含有層２２との界面の二つの界面において、熱抵抗が発生する。したがって、塗料層２３、２４の個々の厚さが、第一実施形態の天井材の塗料層２１の半分の厚さであっても、界面熱抵抗が増加することにより、熱の伝達を効果的に抑制することができる。すなわち、断熱部材４０によると、第一実施形態の天井材３１における断熱部材２０と比較して、塗料層のトータルの厚さを変更することなく、断熱性能を向上させることができる。

断熱部材４０によると、第一塗料層２３は空隙含有層２２の表面近傍のみ、第二塗料層２４は空隙含有層２２の裏面近傍のみに含浸している。すなわち、二つの塗料層２３、２４は、各々、空隙含有層２２の表裏両側の表層のみに含浸している。よって、空隙含有層２２の空隙の多くは、塗料層２３、２４の材料で埋められることなく残存し、対流による熱伝達が確保される。また、天井材３３によると、第一塗料層２３と裏側ガラスクロス１３ｂとは全面接着されておらず、非接着部には空気層が介在している。これにより、非接着部においては、対流による熱伝達が行われることになり、第一塗料層２３と裏側ガラスクロス１３ｂ（基材１０）との界面において、熱抵抗が発生する。このように、本実施形態においては、第一塗料層２３が基材１０側に配置されていても、空隙含有層２２との界面だけでなく、第一塗料層２３と基材１０との界面においても熱抵抗が生じる。以上より、本実施形態の断熱部材４０および天井材３３によると、コストを抑制しつつ、断熱性能をより向上させることができる。

＜第四実施形態＞
本実施形態の天井材と第三実施形態の天井材との相違点は、第一塗料層と基材との間に空隙含有層を追加した点である。ここでは、相違点を中心に説明する。図６に、本実施形態の天井材の一部断面図を示す。図６中、図５と対応する部材については同じ符号で示す。

図６に示すように、天井材３４は、基材１０と断熱部材４１とを備えている。断熱部材４１は、第一塗料層２３と、第二塗料層２４と、第一空隙含有層２５と、第二空隙含有層２６と、を有している。第一空隙含有層２５は、第一塗料層２３と裏側ガラスクロス１３ｂ（基材１０）との間に介装されている。第二空隙含有層２６は、第一塗料層２３と第二塗料層２４との間に介装されている。第一空隙含有層２５および第二空隙含有層２６は、いずれも厚さ２．０ｍｍの不織布からなる。第一塗料層２３の一部は、第一空隙含有層２５の裏面近傍および第二空隙含有層２６の表面近傍に含浸している。第二塗料層２４の一部は第二空隙含有層２６の裏面近傍に含浸している。第一空隙含有層２５における第一塗料層２３の含浸深さは０．２５ｍｍである。第二空隙含有層２６における第一塗料層２３、第二塗料層２４の含浸深さは、各々０．２５ｍｍである。第一空隙含有層２５と裏側ガラスクロス１３ｂとは接着剤により全面接着されている。断熱部材４１は、本発明の断熱部材の概念に含まれる。

本実施形態の天井材および断熱部材は、構成が共通する部分については、第三実施形態の天井材および断熱部材と同様の作用効果を有する。天井材３４は、塗料層２３、２４と空隙含有層２５、２６とが交互に配置された断熱部材４１を備えている。断熱部材４１においては、第一空隙含有層２５と第一塗料層２３との界面、第一塗料層２３と第二空隙含有層２６との界面、および第二空隙含有層２６と第二塗料層２４との界面の三つの界面において、熱抵抗が発生する。よって、断熱部材４１においては、界面熱抵抗が増加する分だけ、熱の伝達を抑制する効果が高くなる。また、空隙含有層が一層増えることにより、吸音性能も高くなる。

断熱部材４１によると、第一塗料層２３は第一空隙含有層２５の裏面近傍、および第二空隙含有層２６の表面近傍のみに含浸している。第二塗料層２４は第二空隙含有層２６の裏面近傍のみに含浸している。すなわち、塗料層２３、２４は、空隙含有層２５、２６の表層のみに含浸している。よって、空隙含有層２５、２６の空隙の多くは、塗料層２３、２４の材料で埋められることなく残存し、対流による熱伝達が確保される。

第三実施形態においては、第一塗料層２３および裏側ガラスクロス１３ｂの一部のみを接着し、両部材間に空気層を配置することにより、対流による熱伝達を確保した。しかし、本実施形態によると、第一塗料層２３と裏側ガラスクロス１３ｂとの間に第一空隙含有層２５を配置することにより、対流により熱伝達する層を安定して形成することができる。また、空気層を配置する必要がないため、第一空隙含有層２５と裏側ガラスクロス１３ｂとを全面接着することが可能になる。こうすることにより、断熱部材４１の位置ずれを抑制することができる。

＜その他の形態＞
以上、本発明の断熱部材および内装部品の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

［断熱部材］
本発明の断熱部材は、二つの塗料層と、その間に介装される空隙含有層と、を備える。塗料層は、疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する。多孔質構造体は、複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する固体材料である。骨格をなす粒子（一次粒子）の直径は２～５ｎｍ程度、骨格と骨格との間に形成される細孔の大きさは１０～５０ｎｍ程度であることが望ましい。細孔の多くは、５０ｎｍ以下のいわゆるメソ孔である。多孔質構造体の形状は、球状、異形状の塊状など特に限定されない。例えば、球状の場合には、最密充填しやすいため充填量を多くすることができ、断熱性を高める効果が大きくなる。また、表面積が小さくなるため、熱伝導率が比較的大きい水溶性バインダーの量を低減することができ、断熱性の向上につながる。

多孔質構造体の最大長さを粒子径とした場合、多孔質構造体の平均粒子径は１～２００μｍ程度が望ましい。多孔質構造体の粒子径が大きいほど、表面積が小さくなり細孔（空隙）容積が大きくなるため、断熱性を高める効果は大きくなる。例えば、平均粒子径が１０μｍ以上のものが好適である。一方、塗料の安定性や塗工のしやすさを考慮すると、平均粒子径が１００μｍ以下のものが好適である。また、粒子径が異なる二種類以上を併用すると、小径の多孔質構造体が大径の多孔質構造体間の隙間に入りこむため、充填量を多くすることができ、断熱性を高める効果が大きくなる。

多孔質構造体には、表面に親水基を有する親水性のものがある。しかし、親水性の多孔質構造体は、脆く崩れやすい。したがって、本発明の断熱部材においては、疎水性の多孔質構造体を採用する。

多孔質構造体の種類は特に限定されない。一次粒子として、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどが挙げられる。なかでも化学的安定性に優れるという観点から、一次粒子がシリカである多孔質シリカ構造体が望ましい。多孔質シリカ構造体として、市販のエアロゲル、キセロゲルなどを用いてもよい。

多孔質構造体の含有量は、塗料層の熱伝導率、硬さ、機械的強度などを考慮して適宜決定すればよい。例えば、熱伝導率を小さくするという観点では、多孔質構造体の含有量は、塗料層全体の質量を１００質量％とした場合の４０質量％以上であることが望ましい。５０質量％以上、６５質量％以上であるとより好適である。一方、多孔質構造体が多すぎると脱落しやすくなったり、塗料層が硬くなり機械的強度が低下するおそれがある。このため、多孔質構造体の含有量は、塗料層全体の質量を１００質量％とした場合の７５質量％以下であることが望ましい。

水溶性バインダーは、ウレタン樹脂およびアクリル樹脂から選ばれる一種以上を含むことが望ましい。例えば、アクリル樹脂またはウレタン樹脂を単独で用いてもよく、アクリル樹脂とウレタン樹脂とを混合して用いてもよい。塗料層の機械的強度を高めて、断熱部材、ひいては内装部品の耐久性を向上させるという観点から、架橋剤などを配合して水溶性バインダーを架橋させてもよい。

空隙含有層は、自身を挟んで配置される一方の塗料層から他方の塗料層に向かって連通する複数の空隙を有する。空隙含有層としては、不織布、連続気泡構造を有する発泡体などが挙げられる。空隙含有層が不織布からなる場合、吸音性の観点から、その目付量は１５０ｇ／ｍ^２以下であることが望ましい。連続気泡構造を有する発泡体としては、スラブウレタンなどが挙げられる。

空隙含有層は、二つの塗料層間に配置する他、塗料層に積層してもよい。例えば、空隙含有層と塗料層とを交互に積層させてもよい。空隙含有層の数を増やすことにより、界面における熱抵抗が増加するため、断熱性が向上する。また、吸音性も向上する。

塗料層および空隙含有層の厚さは、所望の断熱性、吸音性、積層する数などに応じて、適宜決定すればよい。例えば吸音性の観点から、塗料層の厚さを１ｍｍ以下にすることが望ましい。塗料層の厚さが１ｍｍを超えると、塗料層による音の反射の影響が大きくなり吸音率が低下する。

塗料層は空隙含有層に積層して配置されるが、塗料層の一部が空隙含有層に含浸していてもよい。但し、空隙含有層の空隙を残存させて、層内の対流による熱伝達を確保する必要があるため、塗料層が空隙含有層の全体に含浸している態様は除かれる。塗料層は、空隙含有層の表層のみに含浸していることが望ましい。この場合、塗料層と空隙含有層との密着性を確保する観点から、塗料層の含侵深さは０．１ｍｍ以上であるとよい。

例えば、空隙含有層の厚さを１．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下、塗料層の厚さを１ｍｍ以下、空隙含有層における塗料層の含浸深さを０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とした場合、空隙含有層の厚さｔ１と、空隙含有層における塗料層の含浸深さｔ２と、の関係は次式（ａ）を満足することが望ましい。空隙含有層の両側に塗料層が含浸している場合、式（ａ）中の塗料層の含浸深さｔ２としては、各々の含浸深さ（ｔ２１、ｔ２２）の合計値（ｔ２１＋ｔ２２）を使用する。
１≦（ｔ１－ｔ２）≦１９．８ ・・・（ａ）
（ｔ１－ｔ２）＜１の場合、吸音性能が低下する。１９．８＜ｔ１－ｔ２の場合、施工時の取扱い性が低下し、設置スペースも制約される。一般に、自動車の天井から内部の鋼板までには２０ｍｍ程度の空間がある。例えば、本発明の断熱部材および内装部品を自動車の天井材として使用する場合、空隙含有層の厚さを最大の２０ｍｍとしても、天井から鋼板までの空間内に配置することができる。また、空隙含有層における塗料層の含浸深さｔ２を大きくするほど、塗料層と空隙含有層との接着面積が増加し、空隙含有層が不織布の場合には、含浸された塗料の多くが繊維に囲まれる。これにより、塗料層が剥がれにくくなり、強度が上がり、塗料層の粉落ちを低減することができる。

塗料層は、例えば次のようにして形成すればよい。まず、多孔質構造体、水溶性バインダー、必要に応じて添加剤などを水に分散させて塗料を調製する。次に、調製した塗料を、空隙含有層の表面に塗布する。そして、塗膜を８０～１２０℃下で数分～数十分程度保持して乾燥する。塗料を塗布するには、バーコーター、ダイコーター、コンマコーター（登録商標）、ロールコーターなどの塗工機や、スプレーなどを使用すればよい。塗料を空隙含有層の全体に含浸させないためには、塗料にはある程度の粘度が必要になる。また、塗布する際の圧力を調整することが望ましい。例えば、ブレードコート法によると、塗料が含浸しすぎず均一な厚さで塗布できるため好適である。

［内装部品］
本発明の内装部品は、基材と断熱部材とを備える。断熱部材は、疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する塗料層と、該塗料層に積層され積層方向に連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、を備える。上述したように、本発明の断熱部材は、空隙含有層を挟む二つの塗料層を備えるが、本発明の内装部品を構成する断熱部材においては、塗料層は一層でもよい。塗料層、空隙含有層、および塗料層の形成方法については、先に説明したとおりである。よって、ここでは説明を省略する。

本発明の内装部品は、車両の天井材の他、ドアトリム、インストルメントパネル、コンソールボックス、アームレストなどに好適である。基材の構成、材質、形状などは、内装部品の種類に応じて決定すればよく、特に限定されない。例えば、自動車の天井材として用いる場合には、発泡体層と表皮層との積層体が好適である。発泡体層としては、ポリウレタン発泡体などが挙げられる。

表皮層は内装部品の最表層として配置され、内装部品の意匠性や質感を与える役割を果たす。表皮層の構成は特に限定されない。例えば、オレフィン樹脂、ウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ファブリック、本革から選ばれる一種以上を含んで構成するとよい。表皮層は、樹脂などからなる単層の形態、一つまたは複数の樹脂層と基布とを貼り合わせなどにより一体化した形態、樹脂の一部を基布に含浸させて一体化した形態などでもよい。表皮層の表面（意匠面）には、シボ加工などの表面処理が施されていてもよい。

基材は、発泡体層および表皮層に加えて、他の層を有してもよい。例えば、発泡体層の強度を向上させるという観点から、ガラスクロスなどを積層することが望ましい。

基材と断熱部材とは、接着されていてもされていなくてもよい。接着される場合には、全面接着、部分接着を問わない。例えば、空隙含有層が基材側に配置される場合には、基材と断熱部材とを全面接着しても構わない。他方、塗料層が基材側に配置される場合には、空気層を配置し対流による熱伝達を確保するという観点から、基材と断熱部材とが接着されない非接着部を残す部分接着が望ましい。

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

＜サンプルの製造＞
［実施例１］
まず、塗料層を形成するための塗料を調製した。水にウレタン樹脂バインダー溶液（三洋化成工業（株）製「パーマリン（登録商標）ＵＡ－３６８」、固形分５０質量％）を添加し、撹拌しながら疎水性の多孔質シリカ構造体（平均粒子径１０μｍ）を添加して、塗料を調製した。塗料における各成分の含有量は、水７７質量％、ウレタン樹脂バインダー１０質量％、多孔質シリカ構造体１３質量％である。

次に、調製した塗料を、不織布（目付量６５ｇ／ｍ^２、厚さ２．０ｍｍ）の表面にブレードコート法により塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ１ｍｍの塗料層を形成した。塗料層の一部は、不織布（空隙含有層）の表面近傍に含浸した。このようにして、塗料層／空隙含有層の二層構造の断熱部材を製造した。

続いて、表皮層、表側ガラスクロス、発泡体層、および裏側ガラスクロスがこの順に積層してなる基材を準備した。表皮層は、厚さ１ｍｍのファブリック素材からなる。発泡体層は、厚さ４ｍｍのポリウレタン発泡体からなる。表側ガラスクロス、裏側ガラスクロスの厚さは、いずれも０．２ｍｍである。裏側ガラスクロスの周縁部に、エポキシ樹脂系接着剤を塗布した後、裏側ガラスクロスの上に断熱部材を空隙含有層を下にして載置して、断熱部材の周縁部のみを裏側ガラスクロスに接着した。このようにして、基材と断熱部材とが積層してなる実施例１のサンプルを製造した。製造したサンプルの構成は、前出図３に示した第一実施形態の構成と同じである。製造したサンプルは、本発明の内装部品の概念に含まれる。

［実施例２］
まず、実施例１において調製した塗料を、不織布（同上）の表裏両面にブレードコート法により塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ０．５ｍｍの塗料層を形成した。塗料層の一部は、不織布（空隙含有層）の表裏両面近傍に含浸した。不織布における塗料層の含浸深さは、表面および裏面のいずれも０．２５ｍｍであり、空隙含有層の厚さｔ１と、空隙含有層における塗料層の含浸深さｔ２と、の関係は先の式（ａ）を満足した。このようにして、塗料層／空隙含有層／塗料層の三層構造の断熱部材を製造した。製造した断熱部材は、本発明の断熱部材の概念に含まれる。

図７に、製造した断熱部材の断面顕微鏡写真を示す。図７に示すように、断熱部材は、上下二つの塗料層間に空隙含有層が介装されてなる。上側の塗料層の一部は、空隙含有層の上面近傍に含浸している。下側の塗料層の一部は、空隙含有層の下面近傍に含浸している。

次に、実施例１と同様に、製造した断熱部材を基材の裏側ガラスクロスの上に載置して、断熱部材（塗料層）の周縁部のみを裏側ガラスクロスに接着した。このようにして、基材と断熱部材とが積層してなる実施例２のサンプルを製造した。製造したサンプルの構成は、前出図５に示した第三実施形態の構成と同じである。製造したサンプルは、本発明の内装部品の概念に含まれる。

［比較例１］
実施例１で使用した基材のみを比較例１のサンプルとした。

［参考例１］
実施例１において調製した塗料を、基材の裏側ガラスクロスの表面に直接ブレードコート法により塗布し、１００℃下で２０分間乾燥して、厚さ１ｍｍの塗料層を形成した。このようにして、基材と塗料層とが積層してなる参考例１のサンプルを製造した。参考例１のサンプルと実施例１のサンプルとは、空隙含有層を備えない点で相違する。参考例１のサンプルの構成は、前出図２の断面模式図で示した構成と同じである。

＜断熱性の評価＞
［実験装置および実験方法］
まず、実験装置の構成を説明する。図８に、実験装置の概略図を示す。図８に示すように、実験装置５は、断熱ボックス５０と、空気加熱用ヒーター５１と、第一熱電対５２、と、ヒーターコントローラー５３と、を備えている。断熱ボックス５０は、アルミフレームに、壁材として厚さ４０ｍｍのフェノールフォーム断熱材（旭化成建材（株）製「ネオマフォーム（登録商標）」）を取付けて作製されている。断熱ボックス５０の内寸は、縦２１５ｍｍ、横３５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍである。断熱ボックス５０の上蓋５００には、サンプル設置用の開口部５０１が形成されている。開口部５０１の大きさは、縦１４０ｍｍ、横２２０ｍｍである。断熱ボックス５０の内部には、空気加熱用ヒーター５１と第一熱電対５２とが配置されている。空気加熱用ヒーター５１は、断熱ボックス５０の外側に配置されているヒーターコントローラー５３に電気的に接続されている。

次に、実験方法を説明する。製造したサンプル５４を、表皮層を下側にして、上蓋５００の開口部５０１を塞ぐように配置した。サンプル５４の上面には、第二熱電対５５を取り付けた。外気温２４℃の環境にて、断熱ボックス５０の内部を空気加熱用ヒーター５１で加熱した。この際、ヒーターコントローラー５３により、断熱ボックス５０内の温度が５０℃になるように制御した。断熱ボックス５０内の温度は、第一熱電対５２により測定した。加熱開始時から、断熱ボックス５０内の温度が５０℃になり安定してから５０分経過後まで（トータル１００分間）、サンプル５４の上面温度を第二熱電対５５により測定した。

［実験結果］
図９に、各サンプルの上面温度および断熱ボックス内の温度の経時変化をグラフで示す。図９に示されるボックス内温度、上面温度のグラフは、いずれも上から比較例１、参考例１、実施例１、実施例２を示す。ここでは、以下の方法で算出した各サンプルの上面温度の変化量に基づいて、断熱性を評価した。まず、断熱ボックス内の温度が５０℃になり安定してからの５０分間（具体的には実験開始後５０分～１００分まで）におけるサンプルの上面温度の平均値を算出した。次に、同５０分間の室温の平均値を算出し、サンプルの上面温度の平均値から室温の平均値を差し引いて、サンプルの上面温度の変化量とした。そして、比較例１（基材のみ）のサンプルの上面温度の変化量を基準にして、比較例１に対する各サンプルの上面温度の変化量の差から、流出熱量の削減率を次式（ｉｉ）により算出した。
流出熱量の削減率（％）＝（ΔＴ_０－ΔＴ）／ΔＴ_０×１００ ・・・（ｉｉ）
［式中、ΔＴ_０：比較例１のサンプルの上面温度の変化量、ΔＴ：各サンプルの上面温度の変化量］
流出熱量の削減率は、参考例１のサンプルでは１１．９％であったのに対して、実施例１のサンプルでは２５．８％、実施例２のサンプルでは３７．５％となった。このように、本発明の内装部品によると、流出熱量を大幅に削減できることが確認された。すなわち、本発明の内装部品は、断熱性に優れることが確認された。特に本発明の断熱部材を備える内装部品（実施例２のサンプル）において、流出熱量の削減率がより大きくなった。

＜吸音性の評価＞
製造したサンプルについて、ＪＩＳ Ａ１４０９：１９９８に準拠して残響時間を測定し、吸音率（α_ｓ）を算出した。図１０に、各サンプルの吸音率をグラフで示す。グラフ中、矢印で示された周波数領域（１０００～２０００Ｈｚ）は、車室内での会話に影響を及ぼす領域である。実施例１、２のサンプルは、当該領域において高い吸音率を示した。以上より、本発明の内装部品は吸音性に優れることが確認された。

１：内装部品、１０:基材、１１：表皮層、１２：発泡体層、１３ａ：表側ガラスクロス、１３ｂ：裏側ガラスクロス、２０、４０、４１：断熱部材、２１：塗料層、２２：空隙含有層、２３：第一塗料層、２４：第二塗料層、２５：第一空隙含有層、２６：第二空隙含有層、３１、３２、３３、３４:天井材（内装部品）、５：実験装置、５０：断熱ボックス、５１：空気加熱用ヒーター、５２：第一熱電対、５３：ヒーターコントローラー、５４：サンプル、５５：第二熱電対、５００：上蓋、５０１：開口部。

Claims (10)

1. 複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する二つの塗料層と、
   二つの該塗料層間に介在し、一方の該塗料層から他方の該塗料層に向かって連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、
   を備え、
   該空隙含有層の厚さは１．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、二つの該塗料層の厚さは各々１ｍｍ以下であり、
   二つの該塗料層は、各々、該塗料層に接する該空隙含有層の表層のみに含浸し、その含浸深さは各々０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、
   該空隙含有層の厚さｔ１と、該空隙含有層における二つの該塗料層の含浸深さの合計ｔ２と、の関係は次式（ａ）を満足することを特徴とする断熱部材。
   １≦（ｔ１－ｔ２）≦１９．８ ・・・（ａ）
2. さらに、少なくとも一方の前記塗料層に積層され、積層方向に連通する複数の空隙を有する空隙含有層を備える請求項１に記載の断熱部材。
3. 前記空隙含有層は、不織布、または連続気泡構造を有する発泡体である請求項１または請求項２に記載の断熱部材。
4. 基材と、該基材に積層される断熱部材と、を備える内装部品であって、
   該断熱部材は、
   複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する塗料層と、
   該塗料層に積層され積層方向に連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、
   を備え、
   該塗料層は該基材側に配置され、該塗料層と該基材とが接着される接着部と、該塗料層と該基材とが接着されない非接着部とを有し、該非接着部には空気層が介在していることを特徴とする内装部品。
5. 前記塗料層は、該塗料層に接する前記空隙含有層の表層のみに含浸している請求項４に記載の内装部品。
6. 基材と、該基材に積層される断熱部材と、を備える内装部品であって、
   該断熱部材は、
   複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する塗料層と、
   該塗料層に積層され積層方向に連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、
   を備え、
   該塗料層は、該基材側から順に配置される第一塗料層と第二塗料層とを有し、該空隙含有層は、該第一塗料層と該第二塗料層との間に配置され、
   該第一塗料層と該基材とが接着される接着部と、該第一塗料層と該基材とが接着されない非接着部とを有し、該非接着部には空気層が介在していることを特徴とする内装部品。
7. 基材と、該基材に積層される断熱部材と、を備える内装部品であって、
   該断熱部材は、
   複数の粒子が連結して骨格をなし内部に細孔を有する疎水性の多孔質構造体と水溶性バインダーとを有する塗料層と、
   該塗料層に積層され積層方向に連通する複数の空隙を有する空隙含有層と、
   を備え、
   該塗料層は、該基材側から順に配置される第一塗料層と第二塗料層とを有し、該空隙含有層は、該第一塗料層と該第二塗料層との間に配置され、
   該空隙含有層の厚さは１．２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、該第一塗料層および該第二塗料層の厚さは各々１ｍｍ以下であり、
   該第一塗料層および該第二塗料層は、該空隙含有層の表層のみに含浸し、その含浸深さは各々０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、
   該空隙含有層の厚さｔ１と、該空隙含有層における該第一塗料層および該第二塗料層の含浸深さの合計ｔ２と、の関係は次式（ａ）を満足することを特徴とする内装部品。
   １≦（ｔ１－ｔ２）≦１９．８ ・・・（ａ）
8. 前記第一塗料層と前記基材とが接着される接着部と、該第一塗料層と該基材とが接着されない非接着部とを有し、
   該非接着部には空気層が介在している請求項７に記載の内装部品。
9. 前記空隙含有層は、不織布または連続気泡構造を有する発泡体である請求項４ないし請求項８のいずれかに記載の内装部品。
10. 前記基材は、前記断熱部材側から順に積層される、裏側ガラスクロス、発泡体層、表側ガラスクロス、および表皮層を有する請求項４ないし請求項９のいずれかに記載の内装部品。

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