JP7294751B2 - 制限された伝導の熱反射材料 - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
（関連出願の相互参照）
[0001]本出願は、参照により本明細書にその全体が組み込まれる、より早い出願日の２０１７年１０月１６日出願の米国特許仮出願第６２／５７３，１５４号の優先権の権利を主張する。
（技術分野）
[0002]実施形態は、熱反射材料に関し、特に、通気性を妥協することなく向上した熱反射特性を提供し、熱伝導を制限する材料に関する。
（背景）
[0003]身体の熱を着用者の身体の表面の方に向けて反射することにより向上した断熱を提供する材料は、しばしば、透湿性を犠牲にし、結果的に低い通気性になる。そのような透湿性の低減は、布を湿らせ、不快感を引き起こし、熱伝導による熱損失を加速させることがある。加えて、熱反射材料と皮膚との間の接触は、好ましくないことに、熱反射材料が身体の熱を皮膚から遠ざかるように導くことを可能にし、したがって、意図せずに熱損失を加速させる。
[0004]実施形態は、添付の図面とあわせて以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。実施形態は、添付の図面の図に限定としてではなく例として示される。
様々な実施形態による断熱材料の一例の上面図である。 様々な実施形態による、図１の断熱材料の側面図である。 様々な実施形態による、図１の断熱材料の斜視図である。 様々な実施形態による、断熱材料の第２の例の斜視図である。 様々な実施形態による、断熱材料の第３の例のデジタル画像である。 様々な実施形態による、断熱材料の第４の例のデジタル画像である。 様々な実施形態による、垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素を含むベース布の、赤外線（ＩＲ）熱画像化カメラ（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｃａｍｅｒａ）により測定された熱逃げマップ（ｈｅａｔ ｅｓｃａｐｅ ｍａｐ）である。 様々な実施形態による、ベース布単独の、赤外線（ＩＲ）熱画像化カメラにより測定された熱逃げマップである。 様々な実施形態による、熱反射要素を含むベース布の、赤外線（ＩＲ）熱画像化カメラにより測定された熱逃げマップである。 様々な実施形態による、熱反射要素とＶＯＦ要素とを含むベース布の、赤外線（ＩＲ）熱画像化カメラにより測定された熱逃げマップである。
（開示の実施形態の詳細な説明）
[0012]以下の詳細な説明では、参照が本明細書の一部を形成し、実施され得る実施形態が例示として図示される添付図面に行われる。他の実施形態が利用され、構造的又は論理的な変更は、範囲から逸脱することなく行われ得ると理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味にとられず、実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される。
[0013]様々な操作は、実施形態を理解する上で役立つと思われる方法で、複数の個別の操作として順に記述されるが、説明の順番は、これらの動作が順番に依存していることを意味すると解釈すべきではない。
[0014]説明は、上／下、後／前及び頂／底などの観点に基づく記述を使用することができる。そのような説明は、単に議論を容易にするために使用され、開示の実施形態の適用を制限する意図はない。
[0015]用語「結合された」及び「連結された」は、その派生語と共に使用され得る。これらの用語は、互いに対する同義語として意図されないと理解されたい。むしろ、特定の実施形態では、「連結された」は、２つ以上の要素が互いに物理的に直接接触していることを示すことに使用され得る。「結合された」は、２つ以上の要素が物理的に直接接触していることを意味することができる。しかしながら、「結合された」は、さらに、２つ以上の要素が互いに直接接触していないが、依然として互いに協働又は相互作用していることを意味することができる。
[0016]説明の目的のために、「Ａ／Ｂ」形態又は「Ａ及び／又はＢ」形態のフレーズは、（Ａ）、（Ｂ）、又は（Ａ及びＢ）を意味する。説明の目的のために、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」の形態のフレーズは、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ａ及びＢ）、（Ａ及びＣ）、（Ｂ及びＣ）、又は（Ａ、Ｂ及びＣ）を意味する。説明の目的のために、「（Ａ）Ｂ」形態のフレーズは、（Ｂ）又は（ＡＢ）を意味し、すなわち、Ａは、任意選択的な要素であることを意味する。
[0017]記述は、それぞれが同じ又は異なる実施形態のうちの１つ又は複数を指してもよい、用語「実施形態」又は「複数の実施形態」を使用してもよい。さらに、実施形態に関して使用される用語「備える」、「含む」、及び「有する」などは同義である。
[0018]本明細書の実施形態は、優れた透湿性を提供しつつ、向上した熱反射及び低減された熱伝導を提供する、例えば下着及びアウトドア用品用の断熱材料を提供する。
[0019]様々な実施形態では、断熱材料は、少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）、例えば少なくとも４０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）、少なくとも６０００ｇ／ｍ２／２４時、又は少なくとも８０００ｇ／ｍ２／２４時の透湿度（ＭＶＴＲ）を有する布などのベース材料を含むことができる。様々な実施形態では、ベース材料は、メッシュ、発泡体又は革とすることができる。本明細書に使用されるような用語「透湿度（ＭＶＴＲ）」は、布のような材料を通る水蒸気の通過の程度を指す。用語「通気性」は、本明細書では、２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）以上のＭＶＴＲを有する布を指すことに使用される。いくつかの実施形態では、通気性材料は、水蒸気の通過を可能にするが、液体の水は通過することができない。用語「通気性」は、しばしば、空気透過性も包含すると考えられるが、「通気性」の布は、必ずしも高い空気透過性を有する必要はない。ベース布の追加の望ましい特徴は、防水性、耐水性、ストレッチ、ドレープ及び柔軟性を含むことできる。実施形態では、ベース材料は、織若しくは不織の布、編地、発泡体、メッシュ、革、又は、下着及び／若しくはアウトドア用品の物品の構造に使用される他の材料とすることができる。
[0020]様々な実施形態では、複数の熱反射要素は、ベース材料の第１の面（例えば、ベース布又は他の材料が下着に組み込まれたときに使用者の身体の方に向く、材料の面）に結合され、各熱反射要素は、熱反射面を有することができ、使用者の身体などの熱源の方に向けて熱を反射するように位置決めされ得る。加えて、複数のスペーサ要素は、ベース材料の第１の面に結合され得る。様々な実施形態では、各スペーサ要素は、ベース材料の第１の面との間に、空気スペースのようなスペースを維持することができ、熱反射要素と、ベース層、衣服の中間層及び／若しくは使用者の皮膚のような、その下に位置する表面と、の間の接触を防ぐ又は減少させ、以てベース材料を介した熱伝導を減少させることができる。
[0021]様々な実施形態では、各スペーサ要素は、ベース材料の第１の面から少なくとも０．２～５．０ｍｍ、例えば約０．２～２．０ｍｍ突出していることができる。様々な実施形態では、スペーサは、いくつかの形態のうちのいずれかを取ることができ、いくつかの例では、織若しくは不織のポッド（ｐｏｄ）、編地、発泡要素、又は垂直配向繊維（ＶＯＦ）から作られ得る。いくつかの実施形態では、垂直配向繊維（例えば、ＶＯＦ要素）から作られたスペーサ要素は、ベース材料の表面に対して実質的に垂直に向けられた複数の繊維を含むことができる。様々な実施形態では、複数のスペーサ要素のうちの少なくともいくつかは、複数の熱反射要素のうちの少なくともいくつかに、少なくとも部分的にかぶさる（ｏｖｅｒｌａｙ）及び／又は重なり合うことができる。いくつかの実施形態では、スペーサ要素は、熱反射要素と完全に重なり合う、又は部分的に重なり合うことができる。特定の非限定的な例では、スペーサ要素は、熱反射要素の表面領域の約２～４０％、例えば約５～２５％を覆う、かぶさる又は重なり合うことができる。様々な実施形態では、各スペーサ要素は、約１～６ｍｍ、例えば約２～３ｍｍの最大寸法を有することができ、スペーサ要素の中心と中心の間隔は、約３～５ｍｍとすることができる。
[0022]様々な実施形態では、熱反射要素とスペーサ要素の両方の間隔及び配置は、隣り合う要素同士の間に覆われていないベース材料部分を残すことができ、ベース材料のこれらの覆われていない部分は、透湿性を提供することができ、結果的に通気性の布など、通気性材料になる。いくつかの実施形態では、ベース材料の少なくとも１５％、例えば約２０％、約３０％、約３５％又は約５０％が、熱反射要素とスペーサ要素のどちらにも覆われないままとなり得る。様々な実施形態では、熱反射要素は、身体の熱などの熱の所望の量を使用者の身体の方に向けて反射するのに十分なベース材料の表面領域、例えばベース材料の少なくとも３０％を覆うことができる。
[0023]様々な実施形態では、スペーサ要素は、ベース材料単独と比べて向上した断熱を提供することができる。様々な実施形態では、スペーサ要素は、熱反射要素と、ベース層又は中間の布若しくは材料層の表面など、その下に位置する表面との間の接触を防ぐ又は減少させることができ、したがって熱反射要素による熱伝導を減少させることができる。加えて、様々な実施形態では、スペーサ要素は、熱反射要素と使用者の皮膚との間の接触を防ぐ又は減少させることができ、したがって、熱反射要素による熱伝導を減少させることができる。様々な実施形態では、スペーサ要素は、さらに、ベース材料と、ベース層又は中間の布若しくは材料層の表面など、その下に位置する表面との間のスペースを維持することができ、したがって、空気流及び／又は換気を促進し、通気性の感覚を向上させることができる。様々な実施形態では、スペーサ要素は、さらに、使用者の皮膚とベース材料との間のスペースを維持することができ、したがって、空気流及び／又は換気を促進し、通気性の感覚を向上させることができる。さらに、スペーサ要素と熱反射要素の重なり合う配置は、驚くべきことに熱反射要素によって反射される熱量を減少させない、又は反射される熱を予想されるほどは減少させない。いくつかの実施形態では、熱反射の任意の損失は、熱伝導の対応する減少による相殺よりも大きいことがある。実施形態では、開示の断熱材料は、例えば本明細書に記載されるような熱反射要素又はスペーサ要素を含まない材料である、それが構成されたベース材料より約５０％～約２３０％大きい断熱値（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ）など、それが構成されたベース材料より少なくとも５０％の断熱値の増加、例えば、それが構築されたベース材料の値より少なくとも７５％、少なくとも１００％、少なくとも１２５％、少なくとも１５０％、少なくとも１７５％、少なくとも２００％、少なくとも２２５％、又はさらに少なくとも２５０％大きい断熱値の増加を示す。
[0024]開示の材料の最も顕著な利点の１つは、熱反射要素と、垂直配向繊維要素などのスペーサ要素とを含むベース布などのベース材料が、ベース材料単独より驚くほど予想外のより大きな断熱量を提供することである。スペーサ要素と熱反射要素をベース材料に加えることによって、熱は、相乗的に、断熱材料によって閉じ込められ、及び／又は保持される。以下の例において実証され、表２に具体的に示されるように、スペーサ要素と熱反射要素の両方をベース布に含めることは、スペーサ要素及び熱反射要素の単独の効果の単純な直線加算から予想されるよりほぼ２倍の増加を有する。この相乗効果は、予想をはるかに超える断熱材料を提供する。
[0025]図１、２及び図３は、様々な実施形態による断熱材料の一例の、上面図（図１）、側面図（図２）及び斜視図（図３）である。図１、２及び図３を参照すると、断熱布１００は、下着の内側に水分が蓄積することを防ぐように、水蒸気が使用者の身体から遠ざかってベース材料を通過することを可能にすることができる、少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時のＭＶＴＲを有するベース布のようなベース材料１０２を含むことができる。加えて、ベース材料１０２は、その所期の使用に適合した１つ又は複数の追加の機能的特徴を有することができる。ベース材料１０２は、所望のセットの機能的特徴、手触り、重さ、厚さ、織り方、テクスチャ、及び／又は他の所望の特性を提供する任意の１つ又は複数の材料から作られ、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、綿、スパンデックス、羊毛、絹、又はそれらの混合を含むことができる。特定の非限定的な実施形態では、ベース材料は、高いＭＶＴＲ（例えば、少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時、ＪＩＳ１０９９ Ａ１）及びフレーザ装置（Ｆｒａｚｉｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）で約１０～３０ＣＦＭの空気透過性を有する、性能合成編地（ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｋｎｉｔ）又は織材料などの「性能」材料とすることができる。いくつかの実施形態では、ベース材料の第１の面は、熱反射要素及び／又はスペーサ要素のより簡単な適用のために平坦とすることができる。
[0026]図１、２及び図３を引き続き参照すると、断熱材料１００は、さらに、ベース材料１０２の第１の面に結合された複数の熱反射要素１０４を含むことができる。本明細書で使用されるような用語「第１の面」は、ベース材料１０２が下着に組み込まれたときに、その面が使用者の身体に接触するにせよ（断熱材料１００が下着の物品の最内層又は唯一の層として使用される場合など）、接触しないにせよ（断熱材料１００が中間層又は最外層として下着の物品に組み込まれる場合など）、使用者の身体の方に向くことが意図されるベース材料１０２の面を指す。様々な実施形態では、各熱反射要素１０４は、熱反射面を有することができ、使用者の身体の方に向けて熱を反射するように位置決めされ得る。
[0027]本明細書で使用されるような用語「熱反射要素」は、可視光より長い波長を有する（例えば、本開示の目的のため、７００ナノメートルの可視スペクトル（周波数４３０ＴＨｚ）の公称レッドエッジ（ｒｅｄ ｅｄｇｅ）から１ｍｍ（３００ＧＨｚ）まで延びる赤外線範囲の）電磁放射を反射する面を有する一体要素を指す。この範囲は、室温に近い物体によって発せられる熱放射の大部分を含む。様々な実施形態では、熱反射要素は、可視スペクトルなどのスペクトルの他の部分の電磁放射線を反射することもできる。様々な実施形態では、熱反射要素は、金属プラスチック、又は、アルミニウムが真空金属蒸着されたフィルムなどの箔から形成される。様々な実施形態は、薄いラッカーでコーティングされた、アルミニウムが真空金属蒸着されたフィルムを含むことができる。様々な実施形態では、薄いラッカーの保護膜は、可視範囲内の電磁放射線の反射を変えるために顔料又は染料を含有することができ、以て反射箔の色が変えられ、一方、熱ＩＲ範囲（５～３５ミクロン）内の電磁放射線の反射率は著しく減少することがない。例えば、着色された箔は、着色されていない箔より１％未満低い熱ＩＲ反射率、着色されていない箔より２％未満低い熱ＩＲ反射率、又は着色されていない箔より５％未満の熱ＩＲ反射率となり得る。一般的に、熱反射要素は、アルミニウム、銀若しくは任意の他の熱反射金属、又はより一般的に、低放射率の熱反射材料を含むことができる。特定の実施形態では、熱反射要素は、０．１以下、例えば０．０８以下、０．０６以下、又は０．０４以下の放射率を有することができる。
[0028]様々な実施形態では、熱反射要素は、ベース材料の３０～７０％（例えば、熱反射要素とベース材料との表面領域比率は、７：３～３：７とすることができる）、例えば４０～６０％（例えば、４：６～６：４の表面領域被覆率）を覆うことができる。様々な実施形態では、熱反射要素は、接着剤でベース材料に結合され得る。様々な実施形態では、熱反射要素及び／又はスペーサ要素は、グルー、又はウレタン若しくはアクリレート系接着剤などの接着剤でベース材料に結合され得る。いくつかの実施形態では、グルー又は接着剤は、例えば身体から水分を外に移動させる助けとなるように、吸着性又は吸収性とすることができる。
[0029]様々な実施形態では、熱反射要素は、パターン又は連続的若しくは非連続的な配列、例えば、分離した別個の要素（例えば、ドット、リング、線、ストライプ、ウエーブ、三角形、正方形、星形、楕円形若しくは他の幾何学的なパターン若しくは形状、又はロゴ、言葉、など）の繰り返し又は非繰り返しのパターン、或いは（格子などの）互いに連結された要素の繰り返し又は非繰り返しのパターンなどで、適用され得る。様々な実施形態では、熱反射要素のパターンは、対称的、規則的、ランダム、及び／又は非対称的とすることができる。さらに、熱反射要素のパターン、サイズ、形状又は間隔は、下着の物品の所期の使用に従って、下着の戦略的な位置において異なってもよい。
[0030]様々な実施形態では、熱反射要素のサイズは、身体の芯の領域においてそれらの領域での増大された熱反射のために最も大きくてもよく（又は、熱反射要素間の間隔が最も小さくてもよく）、熱反射要素のサイズは、身体の周辺領域において最も小さくてもよい（又は、熱反射要素間の間隔が最も大きくてもよい）。他の実施形態では、熱反射要素のサイズは、身体の芯の領域において最も小さくてもよく（又は、熱反射要素間の間隔が最も大きくてもよく）、熱反射要素のサイズは、身体の周辺領域においてそれらの領域での増大された熱反射のために最も大きくてもよい（又は、熱反射要素間の間隔が最も小さくてもよい）。いくつかの実施形態では、熱反射要素による被覆の程度は、局部的な熱管理の必要性に応じて衣類全体にわたって漸進的に変わってもよい。いくつかの実施形態では、個々の要素の面積を減少させるが、密度を増加させることが、熱反射とベース材料の機能性との間のより良好なバランスを提供することができる。いくつかの実施形態では、個々の熱反射要素の表面領域は、１ｃｍ２未満とすることができる。様々な実施形態では、各熱反射要素は、約１ｃｍ、例えば４ｍｍ又は１ｍｍ以下である最大寸法（直径、斜辺、長さ、幅、など）を有することができる。
[0031]図１、２及び図３を引き続き参照すると、ある特定の非限定的な例では、断熱材料は、さらに、ベース材料１０２の第１の面に結合された複数の垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素１０６を含むことができ、各ＶＯＦ要素１０６は、ベース材料の表面に対して実質的に垂直に向けられた複数の繊維を含むことができる。本明細書で使用されるような用語「ＶＯＦ要素」は、複数の実質的に垂直な繊維を有する一体要素を指す。様々な実施形態では、ＶＯＦ要素は、高デニールのかなり粗い繊維の少なくとも２００のＶＯＦ繊維など、高密度の垂直配向繊維を含む別個のポッドとすることができる。様々な実施形態では、繊維は、ナイロン、ポリプロピレン、又はポリエステルを含むことができる。様々な実施形態では、繊維は、ナイロン、レーヨン、ポリエステル及び／又は綿の繊維を含むことができる。いくつかの実施形態では、繊維は、ウィッキング繊維とすることができる。本明細書に定義されるような用語「ウィッキング」は、ＶＯＦ繊維の場合、ベース材料の平面に概ね垂直であることを意味する、流体のその長さに沿った輸送を可能にする繊維を指す。様々な実施形態では、ＶＯＦ要素及び／又は個々の繊維は、接着剤でベース材料に結合され得る。他の実施形態では、ＶＯＦ繊維は、材料に刺繍を施す、織り込む又は編み込むことによって組み込まれ得る。
[0032]様々な実施形態では、垂直配向繊維は、０．２～２．０ｍｍ、例えば約０．６ｍｍの平均長さを有し、０．９～２２ｄｔｅｘ、例えば１．７ｄｔｅｘの平均線密度を有することができる。様々な実施形態では、繊維は、繊維間の毛管力を最大にするように選択され、配置され得る。
[0033]ＶＯＦ要素は、パターン又は連続的若しくは非連続的な配列、例えば、分離した別個の要素（例えば、ドット、リング、線、ストライプ、ウエーブ、三角形、正方形、星形、楕円形若しくは他の幾何学的なパターン若しくは形状、又はロゴ、言葉、など）の繰り返し又は非繰り返しのパターン、或いは（格子などの）互いに連結された要素の繰り返し又は非繰り返しのパターンなどで、適用され得る。様々な実施形態では、ＶＯＦ要素のパターンは、対称的、規則的、ランダム、及び／又は非対称的とすることができる。さらに、ＶＯＦ要素のパターン、サイズ、形状又は間隔は、物品の所期の使用に従って、下着などの物品の戦略的な位置において異なってもよい。
[0034]様々な実施形態では、ベース材料の少なくとも一部分は、隣り合う熱反射要素同士の間、及び隣り合うＶＯＦ要素同士の間で覆われないままにされる。加えて、ベース材料の少なくとも一部分は、両方のタイプの要素の間で、例えば少なくとも１０～２５％覆われないままにされ得る。
[0035]様々な実施形態では、ＶＯＦ要素は、熱反射要素と、ベース層又は身体の表面など、その下に位置する表面との間の接触を防ぐ又は減少させることができる。様々な実施形態では、断熱材料（ベース材料、熱反射要素及びＶＯＦ要素を含む）は、少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）のＭＶＴＲを有することができる。断熱材料は、例えばコート、ジャケット、スカート、靴、ブーツ、スリッパ、ベース層、グローブ、ミトン、帽子、スカーフ、パンツ、靴下、テント、バックパック若しくは寝袋である、下着又はアウトドア用品として使用されるなど、任意の物品のすべて又は一部を形成することができる。いくつかの実施形態では、熱反射要素及びスペーサ要素は、物品の最内面、例えば、対象者の皮膚に面するベース層の最内面など、ベース層の最内面に位置決めされる。
[0036]図４は、断熱材料４００の第２の例の斜視図であり、断熱材料４００は、様々な実施形態による、ベース材料４０２と、複数の熱反射要素４０４と、複数のＶＯＦ要素４０６とを含む。図示のように、いくつかの実施形態では、ＶＯＦ要素４０６の少なくとも一部分は、熱反射要素４０４の少なくとも一部分と重なり合う、及び／又はかぶさっていてもよい。
[0037]図５は、断熱材料５００の第３の例のデジタル画像であり、断熱材料５００は、様々な実施形態による、ベース材料５０２と、複数の熱反射要素５０４と、複数のＶＯＦ要素５０６とを含み、図６は、断熱材料６００の第４の例のデジタル画像であり、断熱材料６００は、様々な実施形態による、ベース材料６０２と、複数の熱反射要素６０４と、複数のＶＯＦ要素６０６とを含む。いくつかの実施形態では、ＶＯＦ要素６０６は、染色された又は着色された繊維を含むことができる。
[0038]図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び図７Ｄは、様々な実施形態による、ＶＯＦ要素を含むベース材料（図７Ａ）、ベース材料単独（図７Ｂ）、熱反射要素を含むベース材料（図７Ｃ）、及び熱反射要素とＶＯＦ要素を含むベース材料（図７Ｄ）の、ＩＲ熱画像化カメラによって測定された熱逃げマップである。これらの画像は、ＦＬＩＲ ＳＣ８３０００ＨＤ ＳｅｒｉｅｓのハイスピードＭＷＩＲメガピクセル赤外線カメラを用いて断熱ホットプレートアセンブリ上に表を下にして置かれた円形材料サンプル（約６．９ｃｍ直径）で測定された。断熱ホットプレートアセンブリは、厚さ２”のコルク断熱材の上面にある、シリコーン抵抗発熱パッド（ＭｃＭａｓｔｅｒ－Ｃａｒｒ ｐ／ｎ ３５７６５Ｋ７０８）の上面に配置された、試験表面としての厚さ０．１２５”の６０６１アルミニウム合金プレートからなった。試験表面プレートは、試験表面に均一な温度を生成するように矩形形状に切り込まれたスロットを有した。試験表面は、さらに、皮膚の放射率に似せるためにつや消しの黒色に塗られた（εｓｋｉｎ＝０．９５≒εｂｌａｃｋ ｐａｉｎｔ（Ｐａｒｓｏｎｓ）＝０．９８）。可変変圧器は、定常状態の表面温度をもたらすように調節された。（例えば、Iｎｃｒｏｐｅｒａ，Ｆ．、ＤｅＷｉｔｔ，Ｄ．、Ｂｅｒｇｍａｎ，Ｔ．、及びＬａｖｉｎｅ，Ａ．、Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｈｅａｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、６ｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、２００７参照。）
[0039]さらに、様々な実施形態において開示されることは、断熱材料を作製する方法であり、方法は、全体的に、複数の熱反射要素を、少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）の透湿度（ＭＶＴＲ）を有するベース材料の第１の面に結合することを含み、ここで、各熱反射要素は、熱反射面を有し、方法は、複数の垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素を、複数のＶＯＦ要素のうちの少なくともいくつかが複数の熱反射要素のうちの少なくともいくつかに少なくとも部分的にかぶさるように、ベース材料の第１の面に結合することを含む。各ＶＯＦ要素は、ベース材料の表面に対して実質的に垂直に向けられた複数の繊維を含む。
[0040]様々な実施形態では、熱反射要素は、ＶＯＦ要素がベース材料に結合される前に、ベース材料に結合される。熱反射要素は、これらに限定されないが、積層、接着、熱処理、印刷、又は熱風、高周波若しくは超音波溶接による溶接を含む、様々な方法でベース材料に恒久的に結合され得る。
[0041]様々な実施形態では、複数のＶＯＦ要素は、次いで、接着剤をスクリーン印刷した後、短い繊維の静電堆積によって、ベース材料の第１の面に結合され得る。ＶＯＦ要素を加える他の方法は、縫取、製織及び編成を含む。例えば、いくつかの実施形態では、単一成分又は２成分の触媒添加接着剤（ｃａｔａｌｙｚｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅ）などの接着剤が、ＶＯＦ要素をベース材料に結合することに使用され得る。接着剤は、印刷プロセスを用いて所望のパターンでベース材料に適用され、次いで、繊維がそのベース材料上に静電気的に堆積され得る。次いで、接着されなかった繊維は、真空によってベース材料から除去され得る。
[0042]特定の非限定的な一例では、繊維は、ホッパから、繊維の向きを合わせ繊維をベース材料表面の方に向けて加速させることができる正極格子体を介して分配され得る。接地電極は、材料表面の下に位置決めされ、繊維は、接着剤がベース材料に適用された領域の接着剤に垂直に埋め込まれ、以て複数のＶＯＦ要素が作り出され得る。
[0043]非限定的な他の特定の例では、接着剤は、代わりに、転写膜に適用され、繊維は、その転写膜の接着剤に静電気的に埋め込まれ、以て複数のＶＯＦ要素が作り出され得る。次いで、転写膜は、ＶＯＦ要素をベース材料に適用することに使用され得る。
（実施例）
[0044]様々な実施形態では、本明細書に記載の断熱材料は、ＶＯＦ要素がない熱反射材料を含む材料を含む他の断熱材料と比べて優れた断熱特性を有することができる。以下の表１に示されるように、４つの異なるベース材料が、標準的なホットプレート試験を用いて試験された。３つの異なる構成である、熱反射要素又はＶＯＦ要素なし（「布」）、熱反射要素のみ（「布＋熱反射要素」）、熱反射要素とＶＯＦ要素両方（「布＋熱反射要素＋垂直配向繊維」）の構成にある４つの異なるベース材料のサンプルが試験された。熱流束（Ｗ）及び乾燥熱伝達率（Ｗ／ｍ２℃）が測定され、平均断熱値（ｃｌｏ＝０．１５５Ｋ・ｍ２・Ｗ－１）がそれぞれについて計算された。本明細書で使用されるような用語「熱」は、温度勾配により輸送される熱エネルギー（Ｊ又はＣａｌ）を指す。本明細書で使用されるような用語「発熱率」は、単位時間あたりに輸送される熱エネルギー（Ｊ／ｓ＝Ｗ）を指す。本明細書で使用されるような用語「熱流束」は、単位面積あたりの発熱率を指す。本明細書で使用されるような用語「熱伝達係数（ｔｈｅｒｍａｌ ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）」は、単位温度勾配あたりの熱流束（Ｗ／ｍ２・Ｋ）を指す。本明細書で使用されるような用語「熱抵抗」は、熱伝達係数の逆数（ｍ２・Ｋ／Ｗ）であり、０．１５５ｍ２・Ｋ／Ｗであるｃｌｏは、断熱値の測定の単位である。制限された伝導の熱反射材料の特定の例の試験結果は、以下の表１に示されている。
Figure 0007294751000001
１ベアプレートの熱抵抗、Ｒｃｂｐ（ｃｌｏ）＝０．３５３±０．００２
２ベアプレートの熱抵抗、Ｒｃｂｐ（ｃｌｏ）＝０．５１４（標準偏差提供なし）
[0045]乾燥熱輸送データは、概して、ＡＳＴＭ Ｆ１８６８、Ｐａｒｔ Ａ－熱抵抗（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）に従って測定された。試験は、４つの異なるベース布、熱反射要素を含む同じ布、及び熱反射要素と垂直配向繊維を含む同じ材料において行われた。その結果は、総熱抵抗Ｒｃｔ、及び布単独の熱抵抗Ｒｃｆとして表１に示されている。これらの値は、ｃｌｏ単位で与えられ、断熱値としても知られている。すべての場合において、断熱値は、同じベース布と比較すると、布＋熱反射要素の場合、より低い。しかしながら、スペーサ要素（この場合、垂直配向繊維要素）が加えられると、断熱値は、ベース布の場合及び布＋熱反射要素の場合より相当量大きかった。特定のベース材料に応じて、開示の断熱材料の断熱値は、典型的には、それらが構成されたベース材料より５０％～２３０％大きい断熱値を示す。
[0046]
Figure 0007294751000002
[0047]図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ及び図７Ｂは、様々な実施形態による、ＶＯＦ要素を含むベース布（図７Ａ）、ベース布単独（図７Ｂ）、熱反射要素を含むベース布（図７Ｃ）、及び熱反射要素とＶＯＦ要素を含むベース布（図７Ｄ）についての、ＩＲ熱画像化カメラにより測定された熱逃げマップを示している。円形サンプルは、約３７℃に設定された断熱されたホットプレートアセンブリ上に表を下にして置かれた。各布サンプルの裏面の熱画像が撮られた。したがって、ＶＯＦを含む布サンプル、熱反射要素を含む布サンプル、又は両方を含む布サンプルについて、それらの特徴部は、ホットプレートの方に面し、したがって、赤外線カメラの方へのサンプル放射率に影響を及ぼすことができない。その結果、測定される信号は、各布の裏面の温度の正確な測定となり、布を通って逃げる熱の量を表すものとなる。
[0048]図７の熱逃げマップからの領域平均化温度は、表２に示されている。最も高い平均温度、及びホットプレートの温度に最も近い温度は、ベース布の場合の３３．４℃である。したがって、最も多くの熱がベース布を通って逃げ、測定された４つの布のうち最小の断熱である。次に最も高い平均温度は、ベース布＋垂直配向繊維（「ＶＯＦのみ」）の場合の３２．５℃であり、続いて、ベース布＋熱反射要素（「ＯＨＲのみ」）の場合の３２．３℃である。最も低い平均温度は、ベース布＋熱反射要素＋垂直配向繊維（「ＯＨ３Ｄ」）の場合の２９．７℃である。したがって、最も少ない量の熱がこの布を通って逃げ、測定された４つの布のうち最大の断熱である。
[0049]熱反射要素＋垂直配向繊維を含むベース布は、ベース布より驚くほど予想外のより多い断熱量であることが最も顕著である。垂直配向繊維をベース布に加えることによって、裏面の平均温度を０．９℃下げるのに十分な熱が閉じ込められる（表２参照）。熱反射要素をベース布に加えることによって、裏面の平均温度を１．１℃下げるのに十分な熱が閉じ込められる。両方の要素をベース布に加えることによって、組合せの効果が、約２℃（０．９℃＋１．１℃）、又は要素が重なり合うのでさらに下回るより低い温度を引き起こすことを予想することができる。しかしながら、組合せの効果は、この量の２倍近くになる。ＶＯＦと熱反射要素の組合せの効果は、裏面の平均温度を３．７℃下げるのに十分な熱を閉じ込める。
[0050]ある実施形態について本明細書で例示し記述してきたが、当業者なら、同じ目的を達成するように計算された多種多様な代替及び／又は均等な実施形態又は実現例を、範囲から逸脱することなく、図示され記述された実施形態の代わりに用いることができることが理解されよう。当業者なら、実施形態は、多種多様な方法で実現できることが容易に理解されよう。本出願は、本明細書で論じる実施形態の任意の適応例又は変形例を包含するものである。したがって、実施形態は、明らかに、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものとする。

Claims (23)

  1. 少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）の透湿度（ＭＶＴＲ）を有するベース材料と、
    前記ベース材料の第１の面に結合された複数の熱反射要素であって、各熱反射要素が、熱反射面を有し、熱をその下に位置する表面の方に向けて反射するように位置決めされている、複数の熱反射要素と、
    前記ベース材料の前記第１の面に結合された複数のスペーサ要素であって、各スペーサ要素が、前記熱反射要素とその下に位置する表面の接触を減少させるようなサイズ及び形状である、複数のスペーサ要素と
    を備え、
    前記スペーサ要素が、垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素を備える、断熱材料。
  2. 前記スペーサ要素が、前記ベース材料の前記第１の面から約０．２～２．０ｍｍ突出している、請求項１に記載の断熱材料。
  3. 各垂直配向繊維要素が、前記ベース材料の表面に対して実質的に垂直に向けられた複数の繊維を備え、前記複数の垂直配向繊維要素のうちの少なくともいくつかが、前記複数の熱反射要素のうちの少なくともいくつかに少なくとも部分的にかぶさっている、請求項１に記載の断熱材料。
  4. 前記繊維が、ナイロン又はポリエステル繊維を備える、請求項３に記載の断熱材料。
  5. 前記繊維が、ウィッキング繊維を備える、請求項３に記載の断熱材料。
  6. 前記繊維が、０．９～２２ｄｔｅｘの平均線密度を有する、請求項３に記載の断熱材料。
  7. 前記熱反射要素が、金属、金属蒸着されたプラスチック、又は金属箔を備える、請求項１に記載の断熱材料。
  8. 熱反射要素とベース材料の表面領域比率が、７：３～３：７である、請求項１に記載の断熱材料。
  9. 熱反射要素とベース材料の表面領域比率が、６：４～４：６である、請求項１に記載の断熱材料。
  10. 前記ベース材料の少なくとも一部分が、隣り合う熱反射要素同士の間において覆われないままになっている、請求項１に記載の断熱材料。
  11. 前記ベース材料の少なくとも一部分が、隣り合うスペーサ要素同士の間において覆われないままになっている、請求項１に記載の断熱材料。
  12. 前記ベース材料の少なくとも一部分が、隣り合う熱反射要素同士の間及び隣り合うスペーサ要素同士の間において覆われないままになっている、請求項１に記載の断熱材料。
  13. 前記スペーサ要素が、前記熱反射要素とその下に位置する前記表面の間の接触を防ぐ、請求項１に記載の断熱材料。
  14. コート、ジャケット、靴、ブーツ、スリッパ、グローブ、ミトン、帽子、スカーフ、パンツ、靴下、テント、バックパック、寝袋、シャツ、プルオーバ、又は、ベース層の一部である、請求項１に記載の断熱材料。
  15. 前記熱反射要素が、約０．０４以下の放射率を有する、請求項１に記載の断熱材料。
  16. 前記熱反射要素が、０．１以下の放射率を有する、請求項１に記載の断熱材料。
  17. 前記ベース材料の前記第１の面が、前記ベース材料の最内面である、請求項１に記載の断熱材料。
  18. 少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）の透湿度（ＭＶＴＲ）を有するベース材料と、
    前記ベース材料の第１の面に結合された複数の熱反射要素であって、各熱反射要素が、熱反射面を有し熱をその下に位置する表面の方に向けて反射するように位置決めされている、複数の熱反射要素と、
    前記ベース材料の前記第１の面に結合された複数の垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素であって、各垂直配向繊維要素が、前記ベース材料の表面に対して実質的に垂直に向けられた複数の繊維を備える、複数の垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素と、
    を具備し、
    前記複数の垂直配向繊維要素のうちの少なくともいくつかが、前記複数の熱反射要素のうちの少なくともいくつかに少なくとも部分的にかぶさっており、
    前記繊維が、０．３～１．０ｍｍの平均長さ、及び５～１０ｄｔｅｘの平均直径を有するポリエステル繊維を備え、
    前記熱反射要素が、金属蒸着されたプラスチック又は金属箔を備え、
    前記ベース材料の少なくとも一部分が、隣り合う熱反射要素同士の間、及び隣り合う垂直配向繊維要素同士の間において覆われないままになっている、
    断熱材料。
  19. 複数の熱反射要素を、少なくとも２０００ｇ／ｍ２／２４時（ＪＩＳ １０９９ Ａ１）の透湿度（ＭＶＴＲ）を有するベース材料の第１の面に結合するステップであって、前記複数の熱反射要素のそれぞれが熱反射面を有する、ステップと、
    複数の垂直配向繊維（ＶＯＦ）要素を、前記複数の垂直配向繊維要素のうちの少なくともいくつかが前記複数の熱反射要素のうちの少なくともいくつかに少なくとも部分的にかぶさるように、前記ベース材料の前記第１の面に結合するステップであって、各垂直配向繊維要素が、前記ベース材料の表面に対して実質的に垂直に向けられた複数の繊維を備える、ステップと
    を含む、断熱材料を作製する方法。
  20. 前記熱反射要素が、前記垂直配向繊維要素が前記ベース材料に結合される前に、前記ベース材料に結合される、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記複数の垂直配向繊維要素をベース材料の前記第１の面に結合するステップが、前記繊維を前記ベース材料上に静電気的に堆積させることを含む、請求項１９に記載の方法。
  22. 前記複数の垂直配向繊維要素を前記ベース材料の前記第１の面に結合するステップが、
    接着剤を所望のパターンで前記ベース材料に適用することと、
    前記繊維を前記ベース材料上に静電気的に堆積させることと、
    接着されたかった繊維を前記ベース材料から除去することと
    を含む、請求項１９に記載の方法。
  23. 前記複数の垂直配向繊維要素を前記ベース材料の前記第１の面に結合するステップが、
    前記繊維を複数の転写要素に静電気的に結合することと、
    前記複数の転写要素を前記ベース材料に結合することと
    を含む、請求項１９に記載の方法。
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