JPH07331573A - 鉄道車両用断熱材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮反発力および厚み方向の引張り強度が高
く、低密度で軽量な断熱材を鉄道車両に用い、振動耐久
性、施工性、断熱性を高める。 【構成】 捲縮繊維を含み、かつ繊維全体の５０〜１０
０重量％が炭素質繊維で構成された綿状繊維シートを、
水平方向に複数層に折畳み、得られた積層体の少なくと
も各層間を熱硬化性樹脂などの結合剤で接合して一体化
し、嵩密度５〜２０ｋｇ／ｍ³ 、厚み方向の引張り強度
５〜２０ｇ／ｃｍ² の鉄道車両用断熱材を得る。前記炭
素質繊維には、炭化されたピッチ系炭素繊維などが使用
でき、綿状繊維シートは５層以上積層できる。結合剤の
含有量は、断熱材全体に対して５〜２０重量％である。
前記断熱材は、（１）積層体に結合剤を含浸させ、加熱
成形する方法により得てもよく、（２）綿状繊維シート
１の両面に、ノズル１５から樹脂液を噴霧しながら綿状
繊維シート１を折畳み、得られた積層体７を加熱成形す
る方法により得てもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量で、不燃又は難燃
性を備えた鉄道車両用断熱材に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両には、断熱材として、ガラス繊
維を用いた吸音断熱材が広く使用されている。しかし、
ガラス繊維の比重が大きいため、同じ断熱性能を確保す
るためには、多量のガラス繊維を使用する必要がある。
そのため、断熱材の重量が大きく、軽量化が困難であ
る。また、ガラス繊維を断熱材の表面に露呈させておく
と、チクチクする痛感を与え現場での施工性を低下させ
るので、アルミニウム箔などで断熱材の表面および端面
を覆う必要がある。さらに、万一、火災が発生するとガ
ラス繊維が溶融するため、断熱材としての機能を維持で
きなくなる。

【０００３】このような課題を解決するため、ガラス繊
維に代えて、炭素質繊維を使用することが提案されてい
る。例えば、特公平３−１３３４９号公報および特公平
３−１７９４６号公報には、コイル状又は伸ばし得る非
線状の非グラファイト質炭素繊維のバッティング（打ち
延べ綿状物）により構成された防音断熱材が開示されて
いる。この防音断熱材は、バッティングで構成されてい
るため、未だ圧縮反発力や厚み方向の復元性が十分でな
いだけでなく、厚み方向の引張り強度（剥離強度）が小
さい。そのため、断熱材を鉄道車両の被断熱部位に介在
又は介装させると、振動や外力などにより断熱材の位置
ずれや偏り、著しい場合には脱落が生じ、高い断熱性能
を維持できなくなる。また、前記コイル状又は非線状の
非グラファイト質の炭素繊維は、ポリアクリロニトリル
繊維を、一旦、布に編んで加熱して熱セットして、再
度、布を編みほぐすことにより調製する必要がある。

【０００４】特開平３−２７９４５４号公報には、層間
剥離の虞が少なく、面方向の圧縮性および可撓性を高め
るため、炭素繊維などの無機質短繊維を集積したシート
状断熱吸音素材を、水平面方向に対して上下方向（厚み
方向）にジグザグに折畳み、結合剤により繊維同士を結
合し、全体として一体に形成された断熱吸音材が開示さ
れている。しかし、このような断熱吸音材を断熱材とし
て利用すると、断熱材の配設状態において、熱の流れ方
向に対してシート状断熱吸音素材の折畳み方向及び繊維
の配向方向が平行になるため、熱伝導率が２〜３倍大き
くなり断熱性能が低下する。また、形状を保持するた
め、多くの結合剤を必要とするとともに、シート状断熱
吸音素材を断熱材の厚み方向に折り畳んでいる。そのた
め、薄くかつ低密度で軽量な断熱材を得ることが困難で
あり、軽量化が要望される鉄道車両の断熱材としての利
用が損われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、復元性、圧縮反発力、厚み方向の引張り強度が高
く、振動耐久性に優れるとともに、低密度で軽量な鉄道
車両用断熱材を提供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、不燃又は難燃性で、
施工性、耐熱性に優れるとともに、断熱性の高い鉄道車
両用断熱材を提供することにある。

【０００７】本発明のさらに他の目的は、軽量性が要求
される鉄道車両の吸音断熱材として有用な断熱材を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するため鋭意検討の結果、捲縮繊維を含み、かつ繊
維全体の特定量が炭素質繊維で構成された綿状繊維シー
トを揺動させながら上下方向に積層し、熱硬化性樹脂で
一体化すると、復元性、圧縮反発力、厚み方向の引張り
強度および振動耐久性が高く、低密度で軽量な積層体が
得られること、前記積層体を断熱部位に配設すると、伝
熱方向に対して略直交する方向（遮蔽方向）に綿状繊維
シートが配向し、断熱性を高めることができることを見
いだし本発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明の鉄道車両用断熱材は、
捲縮繊維を含み、かつ繊維全体の５０〜１００重量％が
炭素質繊維で構成された綿状繊維シートが厚み方向に複
数層に積層された積層体と、この積層体の少なくとも各
層間を接合するための結合剤とで構成されており、嵩密
度が５〜２０ｋｇ／ｍ³ であり、厚み方向の引張り強度
が５〜２０ｇ／ｃｍ² である。前記綿状繊維シートは、
捲縮された炭素質繊維単独で構成してもよく、他の繊維
を併用してもよい。綿状繊維シートは、炭化された炭素
繊維を５０重量％以上含む場合が多い。綿状繊維シート
の厚みは０．１〜２０ｍｍ程度、折畳み数は５層以上で
ある場合が多い。また、結合剤としては熱硬化性樹脂を
使用できる。

【００１０】前記のような特性を有する鉄道車両用断熱
材は、（１）前記綿状繊維シートを横方向に折畳みなが
ら複数層に積層し、得られた積層体に結合剤を含浸さ
せ、成形する方法、（２）前記綿状繊維シートの両面に
結合剤を噴霧しつつ、前記綿状繊維シートを横方向に折
畳みながら複数層に積層し、得られた積層体を成形する
方法により製造することができる。

【００１１】以下に、本発明をより詳細に説明する。

【００１２】前記綿状繊維シートは、復元性、圧縮反発
力、厚み方向の引張り強度（剥離強度）および振動耐久
性を高めるとともに、低密度で軽量な断熱材を得るた
め、少なくとも捲縮繊維を含んでいる。捲縮繊維は、炭
素質繊維であってもよく、非炭素質繊維であってもよ
い。このような捲縮繊維を含むと、綿状繊維シートは三
次元網目構造となり、低嵩密度となる。なお、捲縮繊維
は慣用の方法で製造でき、炭素質の捲縮繊維は、例え
ば、渦流法（特公昭５８−０５７３７４号公報など）な
どを利用して紡糸することにより製造できる。

【００１３】綿状繊維シートは、繊維全体の５０〜１０
０重量％が炭素質繊維で構成されている。炭素質繊維
は、捲縮繊維であってもよく、直線状の非捲縮繊維であ
ってもよい。炭素質繊維には、例えば、ポリアクリロニ
トリル、フェノール樹脂、レーヨンなどの高分子、石炭
ピッチ、石油ピッチなどのピッチを原料とし、炭化又は
黒鉛化された炭素繊維が含まれる。なお、炭化とは、特
に言及しない限り、例えば４５０〜１５００℃程度の温
度で焼成処理することを言う。また、「黒鉛化」とは、
特に言及しない限り、例えば、１５００〜３０００℃程
度の温度で焼成処理することを言い、結晶構造が黒鉛構
造でないときも黒鉛化の概念に含める。

【００１４】炭素質繊維は、黒鉛化繊維（例えば、１５
００〜３０００℃程度で焼成された炭素繊維）であって
もよいが、折畳み加工性などの点から炭化繊維であるの
が好ましい。炭化繊維は、焼成温度４５０〜１５００℃
（例えば、５００〜１３００℃）、好ましくは６００〜
１２００℃、さらに好ましくは７００〜９００℃で焼成
された炭素繊維であるのが好ましい。焼成温度が４５０
℃未満では、ポリアクリロニトリル系炭素繊維の場合、
火災などによる加熱時に有毒なＨＣＮガス及びＮＨ₃ ガ
スが発生する虞があるとともに、他の繊維（例えば、ピ
ッチ系炭素繊維）においても綿状繊維シートへの加工性
などの繊維加工性が低下し易い。一方、１５００℃を越
えると、コスト高になると共に、焼成収率が低下するた
め経済的でないばかりか、加工性においても繊維が脆く
なり低下し易い。なお、ピッチ系炭素繊維を用いると、
耐炎化したポリアクリロニトリル繊維と異なり、加熱に
よりＨＣＮガス及びＮＨ₃ ガスが生成することがなく、
安全性を高めることができる。

【００１５】前記綿状繊維シートは、捲縮繊維を含み、
かつ繊維全体の特定量が炭素質繊維で構成されていれば
よい。捲縮繊維が炭素質繊維である場合、前記綿状繊維
シートは、前記捲縮された炭素質繊維単独で構成しても
よいが、他の繊維（捲縮された他の繊維、非捲縮の炭素
質繊維又は非捲縮の非炭素質繊維）と組合せて使用する
こともできる。他の繊維としては、不燃性又は難燃性の
種々の繊維、例えば、無機繊維（例えば、ガラス繊維；
アルミニウムシリケート質繊維、アルミナ質繊維、炭化
ケイ素繊維などのセラミックス繊維；アスベスト、ロッ
クウールなどの鉱物系繊維；ステンレスなどの金属繊
維；前記炭素繊維と同様な材料を原料とした非捲縮炭素
質繊維など）、有機繊維（例えば、ビスコースレーヨ
ン、キュプラなどのレーヨン繊維、アセテート繊維、熱
硬化性樹脂の繊維（例えば、ノボロイド繊維などのフェ
ノール樹脂繊維）、ナイロン繊維、難燃性ポリエステル
繊維、ポリビニルアルコール系合成繊維（ビニロン繊
維）、ポリエーテルスルホン繊維、芳香族ポリアミド繊
維（アラミド繊維など）などの高分子繊維など）が挙げ
られる。これらの繊維は少なくとも一種使用できる。

【００１６】断熱材の嵩密度を小さくするため、好まし
い不燃性又は難燃性繊維には、有機繊維が含まれる。な
お、嵩密度の増加を抑制するため、セラミックス繊維、
鉱物系繊維、金属繊維などの無機繊維を用いる場合、無
機繊維の使用量は少量である場合が多い。前記他の繊維
は捲縮繊維であってもよく直線状の非捲縮繊維であって
もよい。

【００１７】捲縮繊維における捲縮度は、断熱材の復元
性、反発性、振動耐久性などを損わない範囲であればよ
く、例えば、１０ｍｍ当り０．５〜５回程度である。捲
縮繊維および非捲縮繊維の繊維径は、例えば、４〜３０
μｍ程度であり、７〜２０μｍ程度である場合が多い。

【００１８】捲縮繊維および非捲縮繊維は短繊維として
使用される場合が多く、その繊維長は、非伸長状態で、
例えば、０．１〜１０ｃｍ、好ましくは０．５〜８ｃｍ
程度であり、繊維長１〜５ｃｍ程度である場合が多い。
繊維長が０．１ｃｍ未満では綿状繊維シートの三次元網
目構造を維持できず、低密度の断熱材を得ることが困難
であり、繊維長が１０ｃｍを越えると三次元網目構造が
不足し、嵩を高くすることが困難である。

【００１９】捲縮繊維と非捲縮繊維との割合は、断熱材
の特性を低下させない限り、広い範囲で選択でき、例え
ば、捲縮繊維５０〜１００重量％（好ましくは６０〜１
００重量％）および非捲縮繊維０〜５０重量％（好まし
くは０〜４０重量％）程度である。なお、捲縮繊維の含
有量が５０重量％未満では、三次元網目構造の繊維シー
トを形成するのが困難である場合が多いだけでなく、折
り畳みによる嵩高さが低下し、断熱材の反発性、厚み方
向の引張り強度、振動耐久性が低下する場合が多い。

【００２０】また、炭素質繊維と非炭素質繊維との割合
も、断熱材特性を低下させない限り広い範囲で選択で
き、例えば、炭素質繊維５０〜１００重量（好ましくは
６０〜１００重量％）および非炭素質繊維０〜５０重量
％（好しくは０〜４０重量％）程度である。炭素質繊維
の含有量が５０重量％未満では、ガラス繊維や有機繊維
が仮に溶融又は消失した場合、断熱材としての形状を保
持するのが困難となる。

【００２１】このような混紡繊維で綿状繊維シートを構
成すると、ガラス繊維や有機繊維が仮に溶融又は消失し
たとしても、主成分として含まれている炭素質繊維が形
状を維持しつつ残存するため、断熱材の形状を保持でき
る。なお、断熱材の嵩密度を低減し、かつ圧縮反発性、
振動耐久性、形状保持性などを高めるため、好ましい綿
状繊維シートにおいて、前記炭素質繊維は、捲縮された
炭素質繊維で構成されている。

【００２２】綿状繊維シートの厚みは、折畳み回数、成
形断熱材の厚みなどに応じて選択でき、例えば、０．１
〜２０ｍｍ、好ましくは０．５〜１５ｍｍ、さらに好ま
しくは１〜１０ｍｍ程度である。また、綿状繊維シート
の嵩密度は、断熱材の復元性、圧縮反発性などを損わな
い範囲で選択でき、例えば、０．１〜１５ｋｇ／ｍ³、
好ましくは０．５〜１０ｋｇ／ｍ³ 程度であり、嵩密度
１〜７ｋｇ／ｍ³ 程度である場合が多い。

【００２３】前記綿状繊維シートは、折畳みにより断熱
材の厚み方向（面方向に対して水平方向）に複数層に積
層され、積層体を形成する。すなわち、綿状繊維シート
を上下方向に折重ねて積層することにより、積層体が形
成されている。綿状繊維シートの折畳み数（積層数）
は、断熱材の断熱性、復元性、反発性などに応じて選択
でき、例えば、５層以上、好ましくは７〜１００層、よ
り好ましくは７〜７０層程度であり、１０〜５０層程度
である場合が多い。綿状繊維シートの積層数が５層未満
であると、施工時の反発性、振動耐久性などが低下し、
被断熱部位との密着性が低下し、隙間が生じる場合があ
る。なお、前記折畳みにより繊維が積層面に対して直交
する方向に配向し、加熱硬化後も配向方向が維持される
ためか、施工時の圧縮反発性、厚み方向の引張り強度お
よび振動耐久性の高い断熱材が得られる。

【００２４】前記積層体の少なくとも各層間（すなわ
ち、前記綿状繊維シートの折重ね面間）は、結合剤によ
り接合されている。結合剤としては、無機結合剤又は無
機接着剤を用いることもできるが、有機結合剤（有機接
着剤）を用いる場合が多い。有機結合剤としては、エポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、熱硬化性アクリル樹脂、ポリウレ
タン樹脂、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂；ポリ酢酸ビ
ニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アクリル系接着
剤、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタールなどの
熱可塑性樹脂；ブチルゴム、シリコーンゴムなどのゴム
系接着剤が例示される。上記樹脂は一種または二種以上
使用される。

【００２５】好ましい有機結合剤には、耐熱性の高い熱
硬化性樹脂、特にエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、
フェノール樹脂などが含まれる。熱硬化性樹脂を使用す
る場合、樹脂の種類に応じた硬化剤が使用できる。

【００２６】前記積層体において、少なくとも各層間が
前記結合剤で接合されていればよく、各層の表面近傍の
結合剤又は各層全体に含浸した結合剤により、各層が接
合している場合が多い。積層体の各層間が、前記綿状繊
維シートに含浸した結合剤により接合していてもよい。
結合剤の含有量は、断熱材の一体性、厚み方向の引張り
強度を損わない範囲で、断熱材の嵩密度などに応じて適
当に選択でき、例えば、断熱材全体に対して５〜２０重
量％、好ましくは７〜１８重量％、さらに好ましくは８
〜１５重量％程度である。なお、積層体において隣接す
る上下方向の各層は、加圧加熱成形などの所定形状への
成形過程で圧縮され、密着している場合が多い。

【００２７】このような積層断熱材は、低密度であると
ともに、繊維シートが厚み方向に積層されているにも拘
らず、厚み方向の引張り強度が高いという特色がある。
例えば、断熱材の嵩密度は、５〜２０ｋｇ／ｍ³ 、好ま
しくは８〜１８ｋｇ／ｍ³ 、さらに好ましくは１０〜１
６ｋｇ／ｍ³ 程度であり、８〜２０ｋｇ／ｍ³ 程度であ
る場合が多い。また、断熱材の厚み方向の引張り強度
は、５〜２０ｇ／ｃｍ²、好ましくは８〜１７ｇ／ｃｍ
² 、さらに好ましくは１０〜１５ｇ／ｃｍ² 程度であ
る。低密度でありながら、このような引張り強度を有す
るため、断熱材の一体性が高い。そのため、断熱材を鉄
道車両の被断熱部位に介在させると、前記高い復元性及
び圧縮反発性と相まって、被断熱部位からの位置ずれや
脱落を防止できる。なお、厚み方向の引張り強度は、断
熱材の厚み方向の両側面（繊維シート面）を接着剤で被
着部材と接合し、被着部材により断熱材に引張り方向の
外力を作用させたとき、断熱材が破壊する強度（引剥が
し強度）を意味する。

【００２８】このような断熱材は、低嵩密度であるた
め、軽量であるとともに、復元性およびクッション性に
よる圧縮反発性、厚み方向の引張り強度が高く、被断熱
部位に介在又は介装すると、被断熱部位に密着する。そ
のため、被断熱部位に断熱材を介在又は介装するだけで
被断熱部位に密着させることができ、現場での施工性を
高めることができるとともに、外部から振動などが作用
しても被断熱部位との高い密着性を維持でき、位置ずれ
や偏りを防止でき、振動耐久性が高い。また、断熱材を
被断熱部位に配設すると、厚み方向に前記綿状繊維シー
トが積層されているため、伝熱方向に対して各繊維シー
トが直交する方向に延びている。そのため、熱の遮蔽効
果及び断熱性が高い。さらに、不燃性又は難燃性、耐熱
性が高く、有毒ガスの発生も抑制でき、安全性も高い。

【００２９】本発明の断熱材は、種々の方法、例えば、
捲縮繊維を含む前記綿状繊維シートを横方向に折畳みな
がら複数層に積層する積層工程、得られた積層体を結合
剤により一体に成形する工程を経ることにより製造でき
る。

【００３０】より具体的には、前記断熱材の製造方法に
は、（１）捲縮繊維を含む綿状繊維シートを横方向に折
畳みながら複数層に積層する積層工程、得られた積層体
に結合剤を含浸させる含浸工程、結合剤を含浸した積層
体を成形する工程を含む方法が含まれる。

【００３１】なお、前記綿状繊維シートは、捲縮された
炭素質繊維などで構成された繊維を開繊機などの開繊手
段によりにより開繊し、カード機などのカーディング手
段によりシート状ウェブを形成することにより調製でき
る。シート状ウェブにおいて繊維の方向性は特に制限さ
れない。例えば、シート状ウェブは、前記カード機に限
らず、繊維を空気流で飛ばして、回転する有孔円筒上に
析出させることにより調製された、繊維の方向性がない
ランダムウェブであってもよい。

【００３２】前記積層工程では、綿状繊維シートを上方
から下方へ、載置台やコンベアなどへ連続的に供給する
過程で、厚み方向（横方向）に往復動させながら、折畳
むことにより前記繊維シートを連続的に積層できる。な
お、コンベア上で折畳む場合、コンベアの速度は、繊維
シートの供給速度よりも低速度である。

【００３３】積層体は、そのまま含浸工程に供してもよ
いが、通常、カッターにより所定形状に切断し、結合剤
を含む含浸剤を含浸する場合が多い。前記結合剤を含む
含浸剤は溶液又は分散液として使用される場合が多く、
このような含浸剤に前記積層体を浸漬することにより、
熱硬化性樹脂などの結合剤を含浸させることができる。
含浸剤は、前記結合剤を、水、有機溶媒などに溶解又は
分散することにより調製できる。含浸剤中の結合剤の含
有量は、例えば、５〜７５重量％、好ましくは１０〜６
０重量％程度である。なお、含浸量を調整するため、通
常、含浸した積層体を絞りローラなどの絞り手段に供
し、過剰の含浸剤を除去する場合が多い。

【００３４】含浸工程に供された積層体は、通常、乾燥
などにより含浸剤中の溶媒を除去した後、成形工程に供
される。この成形工程において、積層体は、通常、加熱
加圧成形され、断熱材が得られる。また、上記結合剤と
して熱硬化性樹脂を用いる場合には、成形工程での加熱
により結合剤が硬化し、積層体が一体化する。このよう
にして得られた断熱材は、必要に応じて、カッターなど
により所定の大きさに切断することができる。

【００３５】前記（１）の方法において、結合剤は、浸
漬などに限らず、塗布、噴霧などにより含浸させてもよ
い。また、予め結合剤を繊維シートに含浸させて積層し
てもよいが、繊維シートの機械的強度が小さいため、積
層過程で繊維シートが破断する虞がある。

【００３６】本発明の他の方法には、（２）前記綿状繊
維シートの両面に結合剤を噴霧しつつ、前記綿状繊維シ
ートを横方向に折畳みながら複数層に積層する積層工
程、得られた積層体を成形する成形工程を経て断熱材を
製造する方法も含まれる。このような方法では、繊維シ
ートに結合剤を均一に付着できるとともに繊維シートが
破断することもない。また、少量の結合剤により各繊維
シートを接合でき、断熱材の密度を低減できる。

【００３７】図１は綿状繊維シートにより形成された積
層体の一例を示す概略斜視図、図２は折畳み機構を説明
するための概略側面図、図３は結合剤の噴霧装置を示す
概略斜視図、図４は図３に示す装置の概略平面図であ
る。

【００３８】カード機などのカーディング手段より紡出
された繊維シート１はコンベア２および一対のベルト３
により連続的に搬送され、ベルト３ａの上部から垂直型
クロスラッパー４内に導入される。クロスラッパー４で
は、一対のベルト３により挾持されながら繊維シート１
が上部から下方へ搬送される。また、繊維シート１の厚
み方向に揺動可能なスイング機構により前記繊維シート
は横方向に揺動しながら、クロスラッパー４の下部か
ら、昇降可能な載置台又は前進可能なコンベア６上に供
給される。繊維シート１は、コンベア６上で複数層に折
畳まれ、積層体７が形成される。前記スイング機構は、
前記繊維シート１の厚み方向に伸びで配設されたレール
５ａと、このレール上を左右に走行するローラ５ｂを備
えている。なお、ローラ５ｂの走行に伴なって、上部の
ベルト３ａとレール５ａとの間の距離が変動し、繊維シ
ート１に外力が作用する虞がある。そのため、上記装置
では、ローラ５ｂの走行に伴なって上部のベルト３ａの
傾斜角度を変化させることにより、前記距離を一定に保
ち、前記繊維シート１に外力が作用するのを抑制してい
る。

【００３９】上記積層工程において、繊維シート１に結
合剤を適用しながら折畳むため、前記スイング機構の下
部には、前記繊維シート１の両面側において、それぞ
れ、繊維シート１の幅方向に往復動可能な噴霧機構が取
付けられている。

【００４０】図３及び図４に示されるように、この噴霧
機構は、スイング機構の下部のうち、繊維シート１の幅
よりも外方側の両側部に取付けられた保持板１１と、こ
の保持板１１間に略平行に取付けられた一対のレール１
２と、各レール１２に沿って移動可能な滑車１３と、こ
れらの滑車１３が取付けられる取付け板１４と、この取
付け板１４に取付けられた中空アーム１５ａと、このア
ーム１５ａの先端部に取付けられたノズル１５とを備え
ている。なお、前記レール１２からの滑車１３の脱落を
防止するとともに、取付け板１４を円滑に移動させるた
め、各レール１２にはそれぞれ２つの滑車１３が配され
ているとともに、各滑車１３にはレール１２の幅に対応
して形成された環状凹部が形成されている。また、前記
アーム１５ａには、熱硬化性樹脂などの結合剤の溶液を
供給するための伸縮自在なチューブ又はホース１６が接
続されている。前記アーム１５ａの先端部は折曲又は湾
曲し、ノズル１５は、繊維シート１の面の方向に向いて
いる。また、ノズル１５は、回動可能なヒンジ機構１５
ｂにより、噴霧角度が可変である。

【００４１】前記保持板１１のプレート１７の両側部に
は、一対の歯車１８が回転可能に取付けられているとと
もに、これらの歯車１８間にはチェーン１９が掛渡され
ている。一方の歯車１８は、プーリ間に掛渡されたベル
ト２０を介して、モータ２１により回転駆動される。

【００４２】そして、前記ノズル１５を往復動させるた
め、前記取付け板１４は前記チェーン１９に連結されて
いる。また、プレート１７又は保持板１１のうち前記繊
維シート１の幅に対応する部位には、前記滑車１３の移
動を規制するとともに、滑車の到達を検出するためのス
トッパ２２が取付けられている。ストッパ２２による検
出信号は、モータ２１の回転方向を反転させるための反
転信号として利用できる。

【００４３】このような機構を採用すると、繊維シート
１の両面に、少量の結合剤（樹脂）を均一に付着させる
ことができる。すなわち、モータ２１の回転駆動による
チェーン１９の移動に伴なって、レール１２上を滑車１
３が円滑に移動するとともに、繊維シート１の幅方向に
移動するノズル１５により、結合剤の溶液を均一に噴霧
又は散布できる。また、一方の端部に移動した滑車１３
はストッパ２２により検出され、ストッパ２２による反
転信号に基づいて、モータ２１はチェーン１９を逆方向
に移動させる。従って、繊維シート１の幅に対応するス
トッパ２２の間で、滑車１３及びノズル１５を往復動さ
せながら、繊維シート１の両面に均一に結合剤の溶液を
噴霧又は散布できる。しかも、繊維シート１の表面に均
一に適用できるので、結合剤の溶液の使用量を低減でき
るだけでなく、得られた積層体７を少量の結合剤で一体
化でき、低嵩密度の積層断熱材を得る上で有用である。

【００４４】なお、繊維シートの少なくとも一方の面側
において、ノズルは１つに限らず複数用いてもよい。ま
た、ノズルの往復動機構は、前記機構に限らず種々の機
構が採用でき、例えば、繊維シートの幅に対応する領域
に形成された、環状であってもよい摺動溝と、この摺動
溝に摺動自在に配され、かつノズルが取付けられた滑子
と、この滑子を往復動させるための駆動機構（例えばク
ランク機構など）とで構成してもよく、回転可能な円筒
状カムと、このカムの周面に形成されたループを形成す
る螺旋状溝と、この螺旋状溝に摺動自在に配され、かつ
ノズルが取付けられた滑子とで構成してもよい。

【００４５】なお、固定ノズルにより繊維シートの幅方
向に均一に樹脂液を噴霧するためには、通常、複数のノ
ズルにより多量の樹脂液を噴霧する必要があるため、断
熱材の嵩密度を低減させるには限度がある。これに対し
て、繊維シートの幅方向にノズルを往復動させると、少
量の樹脂液を均一に噴霧でき、断熱材の嵩密度が増大す
るの抑制できる。

【００４６】前記のようにして得られた積層体は、前記
（１）の方法と同様に、乾燥、硬化や成形工程に供され
る場合が多い。また、必要であれば、得られた積層体又
は断熱材の折曲げ端部を積層方向に切断加工し、鉄道車
両用断熱材を得てもよい。

【００４７】本発明の鉄道車両用断熱材は、軽量でかつ
不燃性、難燃性、耐熱性、安全性、施工時の反発性、振
動耐久性、引張り強度および現場施工性が高い。そのた
め、例えば、電車、汽車、新幹線などの種々の鉄道車両
において、側壁、床、屋根などの断熱材として利用でき
るだけでなく、吸音断熱材、防音材としても好適に利用
できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明の断熱材は、捲縮繊維を含み、特
定量の繊維が炭素質繊維で構成されているとともに、特
定の方向への積層された積層構造を有するので、低密度
で軽量であるとともに、復元性、反発力、厚み方向の引
張り強度および振動耐久性が高い。また、炭素質繊維を
含むので不燃又は難燃性、耐熱性および安全性が高く、
反発復元性により被断熱部位に介在させるだけで被断熱
部位に密着させることができるとともに、ガラス繊維の
ようなチクチクする痛感がないため、施工性、断熱性も
高い。そのため、軽量性が要求される鉄道車両の吸音断
熱材として有用である。

【００４９】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。

【００５０】実施例１ 渦流法により紡糸された嵩高の捲縮されたピッチ系汎用
炭素繊維（（株）ドナック製、ドナカーボ、平均繊維径
１３μｍ、平均繊維長７５ｍｍ）を開繊機およびメタリ
ックカード機（池上機械（株）製、６０−ＭＤＫ）に順
次供給し、平均７ｍｍ厚の綿状繊維シートを得た。この
繊維シートの嵩密度は５．７ｋｇ／ｍ³であった。噴霧
成形機（（株）岩本製作所製、垂直型クロスラッパー）
を用い、三次元網目構造を有する繊維シートの両側に配
された１つずつのノズルを綾振りさせながら、少量のフ
ェノール樹脂液をウェブの両面へ均一に噴霧しながら、
コンベアを０．６ｍ／分の速度で水平方向に前進させな
がら、繊維シートを幅１．２ｍで折り畳み、２０層の積
層連続体を得た。なお、樹脂液の噴霧に際しては、噴霧
装置（スプレイングシステムスジャパン製、型番ＴＧ
０．６、１流体フルコーンスプレーチップ）を用い、ス
プレー圧１．５ｋｇ／ｃｍ² （ゲージ圧）で行なった。
また、樹脂液としては、水溶性のフェノール樹脂（住友
デュレズ（株）製、スミライトレジン）２０重量部と水
８０重量部との混合液を用いた。

【００５１】スプレー噴霧により樹脂を付着させ、折り
畳まれた積層連続体を、ロータリーカッター（サプリナ
社製）を用いて、長さ２．２５ｍとなるように切断し、
１平方メートル当たりの重量９７３ｇの樹脂付着積層体
（１．２ｍ×２．２５ｍ）を得た。

【００５２】樹脂付着積層体を、複数の棚段構造で、か
つ厚み調整機能を有する熱風循環式硬化炉（キュアオー
ブン）に挿入し、厚み調整板の間隔５０ｍｍ、温度２３
０℃で３０分間加熱硬化することにより、鉄道車両用断
熱材（１．２ｍ×２．２５ｍ×厚み５０ｍｍ）を得た。
鉄道車両用断熱材の１平方メートル当たりの重量は６０
５ｇ（嵩密度１２．１ｋｇ／ｍ³ ）であり、樹脂の含有
量を計算したところ、断熱材全体の約１０重量％であっ
た。

【００５３】断熱性能を評価するため、平板比較法（Ｊ
ＩＳ Ａ１４１２）により断熱材の熱伝導率を測定した
ところ、０．０４６ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃（平均温度７
０℃条件）、０．０３９ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃（平均温
度４０℃条件）および０．０３６ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃
（平均温度２５℃条件）であった。さらに、鉄道車両用
材料燃焼試験（車両試験 ６５−５９９）を供したとこ
ろ、不燃材料に該当すること、鉄道車両部品の振動試験
法（ＪＩＳ Ｅ４０３１）に供したところ、異状のない
ことが確認された。また、振動耐久性の指標となる厚み
方向の引張り強度を測定したところ、１１．４ｇ／ｃｍ
² であった。さらに、厚み復元率を測定したところ、元
の厚みに復元し、厚み復元率＝略１００％であり、元の
厚みの１／２に圧縮したときの断熱材の反発力を測定し
たところ、１．２ｇ／ｃｍ² と反発性が高く、かつガラ
ス繊維のようなチクチクする痛感がなく、実際の車両の
施工においても好適に用いることができた。

【００５４】実施例２ 実施例１のピッチ系汎用炭素繊維を、実施例１と同様に
して、開繊機およびメタリックカード機に供給し、平均
７ｍｍ厚の綿状繊維シート（嵩密度５．７ｋｇ／ｍ³ ）
を得た。紡出されたウェブをウェブ成形機（池上機械
（株）製、水平型クロスレイヤー）に供給し、０．６ｍ
／分の速度で前進するコンベア上で幅１．２ｍにて折り
畳み、２０層の積層連続体を得た。

【００５５】折り畳まれた積層連続体を、ロータリーカ
ッター（サプリナ社製）を用いて長さ２．２５ｍとなる
ように切断し、積層体（１．２ｍ×２．２５ｍ、１平方
メートル当たりの重量５９５ｇ）を得た。

【００５６】積層体の両面を、目開きのガラスクロスで
挟み込み、含浸漕の中に浸漬し、樹脂液を積層体に浸透
させた。樹脂液としては水溶性フェノール樹脂（荒川化
学製、タマノール）１０重量部とメタノール９０重量部
との混合液を用いた。前記積層体の過剰な樹脂液を、絞
りロールを用いて絞り出し、ガラスクロスを取外した
後、室温にて自然乾燥することにより、樹脂含浸積層体
（１．２ｍ×２．２５ｍ、１平方メートル当たりの重量
１７３３ｇ）を得た。

【００５７】樹脂含浸積層体を、実施例１で用いた熱風
循環式硬化炉（キュアオーブン）に挿入し、厚み調整板
の間隔５０ｍｍ、温度１７０℃で６０分加熱硬化した。
加熱硬化後の成形断熱材の４辺を前記ロータリーカッタ
ーでトリミング（耳カット）し、鉄道車両用断熱材
（１．０５ｍ×２．１ｍ×厚み５０ｍｍ）を得た。断熱
材の重量は１平方メートル当たり６６５ｇであり（嵩密
度１３．３ｋｇ／ｍ³ ）、断熱材全体に対する樹脂含有
量は約１２重量％であった。

【００５８】実施例１と同様にして、成形体の熱伝導率
を測定したところ、０．０４４ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃
（平均温度７０℃条件）であった。また、鉄道車両用材
料燃焼試験では不燃材料に該当し、鉄道車両部品の振動
試験法では異状のないことが確認され、厚み復元率は略
１００％であった。また、振動耐久性の指標となる厚み
方向の引張り強度を測定したところ、１２．３ｇ／ｃｍ
² であった。さらに、元の厚みの１／２に圧縮したとき
の反発力は１．６ｇ／ｃｍ² であり、反発性が高いとと
もに、ガラス繊維のようなチクチクする痛感がなく、実
際の車両の施工においても好適に用いることができた。

【００５９】比較例１ ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維（耐炎化繊
維）７０重量部とポリエステル繊維３０重量部とを混紡
して作製した断熱材（厚み５０ｍｍ、嵩密度１４ｋｇ／
ｍ³ ）の特性を測定したところ、熱伝導率＝０．０４５
ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃（７０℃）、厚み復元率＝７０
％、厚み方向の引張り強度＝７．４ｇ／ｃｍ² であっ
た。１／２に圧縮したときの反発力＝０．２ｇ／ｃｍ²
であった。また上記断熱材を炎に晒したところ、ポリエ
ステル繊維が溶融するとともに、ＨＣＮガスおよびＮＨ
₃ ガスが生成した。

【００６０】比較例２ ガラス繊維を使用して作製したグラスウール断熱材（厚
み５０ｍｍ、嵩密度２０ｋｇ／ｍ³ ）の特性を測定した
ところ、熱伝導率＝０．０３９ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃
（平均温度４０℃）、１／２に圧縮したときの反発力＝
１．６ｇ／ｃｍ²であった。上記断熱材は、施工時に、
チクチクする痛感があり、炎に晒したところ溶融した。
また、実施例１の断熱材に比べて、同一の断熱性能を得
ようとすると、約１．７倍の重量を必要とした。

【００６１】実施例３ 実施例１で用いたピッチ系汎用炭素繊維７０重量部と難
燃性のポリエステル綿３０重量部とを、それぞれ開繊機
に供給した後混紡し、メタリックカード機に供給して薄
い綿状繊維シートを得た。この繊維シートを、実施例１
の噴霧成形機に供給し、繊維シートの両面にそれぞれ樹
脂液を噴霧しながら、０．６ｍ／分の速度で移動するコ
ンベア上で幅１．２ｍにて折り畳み、２０層の積層連続
体を得た。なお、樹脂液としては水溶性フェノール樹脂
（群栄化学製、レジトップ）５０重量部と水５０重量部
との混合液を用い、スプレー圧１．０ｋｇ／ｃｍ² （ゲ
ージ圧）で噴霧した。

【００６２】得られた積層連続体を、実施例１と同様に
してロータリーカッターを用いて切断し、１平方メート
ル当たりの重量が９２３ｇの樹脂付着積層体（１．２ｍ
×２．２５ｍ）を得た。

【００６３】樹脂付着積層体を、実施例１で用いた熱風
循環式硬化炉（キュアオーブン）に挿入し、厚み調整板
の間隔５０ｍｍ、温度１７０℃で３０分加熱硬化した。
加熱硬化後の成形断熱材の４辺を前記ロータリーカッタ
ーでトリミング（耳カット）し、鉄道車両用断熱材
（１．０５ｍ×２．１ｍ×厚み５０ｍｍ）を得た。断熱
材の重量は１平方メートル当たり６９５ｇであり（嵩密
度１３．９ｋｇ／ｍ³ ）、断熱材全体に対する樹脂含有
量は、約１４重量％であった。

【００６４】実施例１と同様にして、成形体の熱伝導率
を測定したところ、０．０４３ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃
（平均温度７０℃条件）であった。また、鉄道車両用材
料燃焼試験では不燃材料に該当し、鉄道車両部品の振動
試験法では異状のないことが確認され、厚み復元率は略
１００％であった。また、振動耐久性の指標となる厚み
方向の引張り強度を測定したところ、１１．７ｇ／ｃｍ
² であった。さらに、元の厚みの１／２に圧縮したとき
の反発力は１．８ｇ／ｃｍ² であり、反発性が高いとと
もに、ガラス繊維のようなチクチクする痛感がなく、実
際の車両の施工においても好適に用いることができた。

【００６５】実施例４ 実施例１で用いたピッチ系汎用炭素繊維７０重量部とレ
ーヨン綿３０重量部とを用いる以外、実施例３と同様に
して、樹脂付着積層体を加熱硬化させて成形断熱材を得
た。成形断熱材の４辺を前記ロータリーカッターでトリ
ミング（耳カット）し、鉄道車両用断熱材（１．０５ｍ
×２．１ｍ×厚み５０ｍｍ）を得た。

【００６６】断熱材の重量は１平方メートル当たり６５
１ｇであった（嵩密度１３．０ｋｇ／ｍ³ ）。また、成
形体全体に対する樹脂含有量を算出したところ、約１２
重量％であった。

【００６７】実施例１と同様にして、成形体の熱伝導率
を測定したところ、０．０４４ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃
（平均温度７０℃条件）であった。また、鉄道車両用材
料燃焼試験では不燃材料に該当し、鉄道車両部品の振動
試験法では異状のないことが確認され、厚み復元率は略
１００％であった。また、振動耐久性の指標となる厚み
方向の引張り強度を測定したところ、１２．０ｇ／ｃｍ
² であった。さらに、元の厚みの１／２に圧縮したとき
の反発力は１．５ｇ／ｃｍ² であり、反発性が高いとと
もに、ガラス繊維のようなチクチクする痛感がなく、実
際の車両の施工においても好適に用いることができた。

【００６８】以下に、前記実施例及び比較例の結果を表
に示す。なお、振動耐久性、安全性、耐熱性及び施工性
を、優（○）、良（△）、不可（×）の基準で評価し
た。

【００６９】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は積層体の一例を示す概略斜視図である。

【図２】図２は折畳み機構を説明するための概略側面図
である。

【図３】図３は結合剤の噴霧装置を示す概略斜視図であ
る。

【図４】図４は図３に示す装置の概略平面図である。

【符号の説明】 １…綿状繊維シート ７…積層体 １２…レール １３…滑車 １５…ノズル １８…歯車 １９…チェーン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 捲縮繊維を含み、かつ繊維全体の５０〜
   １００重量％が炭素質繊維で構成された綿状繊維シート
   が、厚み方向に複数層に積層された積層体と、この積層
   体の少なくとも各層間を接合するための結合剤とで構成
   され、嵩密度が５〜２０ｋｇ／ｍ³ であり、厚み方向の
   引張り強度が５〜２０ｇ／ｃｍ² である鉄道車両用断熱
   材。
2. 【請求項２】 綿状繊維シートが、繊維長０．１〜１０
   ｃｍの捲縮された炭素質繊維５０〜１００重量％と、他
   の繊維０〜５０重量％とで構成されている請求項１記載
   の鉄道車両用断熱材。
3. 【請求項３】 捲縮された炭素質繊維がピッチ系炭素繊
   維である請求項１記載の鉄道車両用断熱材。
4. 【請求項４】 綿状繊維シートが、炭化された炭素繊維
   を５０重量％以上含む請求項１記載の鉄道車両用断熱
   材。
5. 【請求項５】 厚み０．１〜２０ｍｍの綿状繊維シート
   が５層以上折畳まれている請求項１記載の鉄道車両用断
   熱材。
6. 【請求項６】 結合剤が熱硬化性樹脂で構成され、熱硬
   化性樹脂の含有量が、断熱材全体に対して５〜２０重量
   ％である請求項１の鉄道車両用断熱材。
7. 【請求項７】 嵩密度が８〜１８ｋｇ／ｍ³ である請求
   項１記載の鉄道車両用断熱材。
8. 【請求項８】 繊維長０．５〜８ｃｍの捲縮されたピッ
   チ系炭素質繊維を全繊維中に５０〜１００重量％含む厚
   み０．５〜１５ｍｍの綿状繊維シートが、厚み方向に７
   〜５０層に積層された積層体と、この積層体の少なくと
   も各層を接合し、かつ積層体に対する割合が７〜１８重
   量％の熱硬化性樹脂とで構成され、厚み方向の引張り強
   度が８〜１７ｇ／ｃｍ² である鉄道車両用断熱材。