JP2005214250A - 真空断熱材を用いた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】１５０℃付近の真空断熱材の高断熱化を図るため、輻射熱伝導の要因である赤外線波が、真空断熱材表面外被材に熱エネルギーとして吸収されることを抑制する。
【解決手段】真空断熱材１を配設したときに高温側となる外被材３表面と発熱源４との間に輻射熱伝導抑制手段５を、発熱源４と輻射熱伝導抑制手段５との間に空間６ができるように設けると、発熱源４からの赤外線が、直接に輻射熱抑制手段５へ到達し、輻射熱伝導抑制手段５が、赤外線を反射するため、優れた断熱性能を発現することができる。また、外被材３のラミネート構成に耐熱性及び難燃性を持たせることにより、１５０℃以上の高温領域においても長期間に渡って断熱性能を維持でき、かつ、製品安全性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、中高温領域における断熱性能に優れるとともに、比較的高温に耐えることができる真空断熱材の使用方法に関するものである。

近年、地球環境問題である温暖化を防止することの重要性から、省エネルギー化が望まれており、各分野において、省エネルギーの推進が行われている。

温冷熱を利用する一般的な機器や住宅関連部材等に関しては、熱を効率的に利用するという観点から、−３０℃から１５０℃未満の低中温領域で優れた断熱性能を有する断熱部材が求められている。

一方、コンピュータや印字印刷装置、複写機などの事務機器や、インバーターが組み込まれた蛍光灯などにおいても、本体内部に配設された発熱体から生じる熱を、熱に弱いトナーや内部精密部品に伝達させないために、１５０℃付近で使用可能な高性能な断熱部材が強く求められている。

およそ１５０℃付近の温度領域に使用できる一般的な断熱部材としては、グラスウールなどの無機繊維材料や無機発泡体などがある。更に、断熱性能を向上するために、無機粉体に繊維状補強材などを混合したものが報告されている。

また、より高性能な断熱部材を必要とする用途では、微細な空隙による空間を保持する芯材を、外気の侵入を遮断する外被材で覆い、その空間を減圧して構成される真空断熱材を適用する手段がある。

真空断熱材の外被材としては、金属を熱溶着した容器などが使用可能であるが、耐熱を必要としない低温領域では、比較的、折り曲げや湾曲が可能な、熱溶着層とガスバリア層と保護層とを有するプラスチック−金属のラミネートフィルムが使用されることが多い。

芯材としては、粉体材料、繊維材料、及び連通化した発泡体等があるが、近年では真空断熱材への要求が多岐にわたってきており、より一層高性能な真空断熱材が求められている。

そこで、輻射の影響を遮断して高断熱化することを目的に、芯材として輻射熱遮蔽材を含有したケイ酸カルシウム成形体を使用した真空断熱材が開示されている（特許文献１参照）。

また、同じく高断熱化を目的として、芯材としてグラスウールマットの面上に、輻射熱遮蔽部材であるマイカフレークなどを積層した複素体を用いた真空断熱材と、その真空断熱材を、冷蔵庫の外箱と内箱との間隙部に貼付し、ウレタンフォームを充填、保持した冷蔵庫が提案されている（特許文献２参照）。

また、同じく高断熱化を目的として、粉末断熱材中に金属蒸着面を形成した合成樹脂フィルムを適量混入させ、合成樹脂フィルムは可能な限り熱の透過方向と交叉し、且つこれに対面するように配置させる技術が開示されている（特許文献３参照）。
特開平１０−１６００９１号公報 特開平１０−２３８９３８号公報 特開昭６２−２５８２９３号公報

しかしながら、１５０℃付近の高断熱化のためには、輻射熱の抑制が必要であり、その輻射熱を十分に抑制するには、真空断熱材の芯材に輻射抑制手段を加えた特許文献１から特許文献３の構成では不十分である。

なぜならば、輻射熱の要因である赤外線は、まず真空断熱材表面の外被材に到達した段階で吸収されて熱エネルギーに変換され、後は固体熱伝導の状態になるため、芯材まで到達する赤外線は非常に少ないためである。

よって、赤外線による輻射熱伝導を抑制するためには、真空断熱材の最外層における赤外線吸収を抑制する手段を施すことが重要である。

また、真空断熱材の最外層における赤外線吸収を抑制する手段を施した場合であっても、その最外層に赤外線が到達しなければ、その効果は得られない。

特許文献２による、真空断熱材を冷蔵庫の外箱と内箱との間隙部に貼付し、ウレタンフォームを充填、保持する使用方法では、真空断熱材の最外層に赤外線吸収を抑制する手段を設けても、ウレタンフォームと赤外線吸収を抑制する手段とが直接に接するため、ウレタンフォームと赤外線吸収を抑制する手段との間で、固体熱伝導の状態で熱エネルギーが伝導されるため、輻射熱抑制の効果が発揮されない。

よって、赤外線による輻射熱伝導を抑制するためには、真空断熱材の最外層における赤外線吸収の抑制が可能となる適切な配設をすることが重要である。

また、外被材としてラミネートフィルムを用いた真空断熱材は、使用部位の温度が１００℃以下のときは、長期間に渡って充分に断熱性能を維持することができるが、例えば、電気湯沸かし器における貯湯容器の底面のヒーターが配設された部位や、複写機やレーザープリンタに用いられる定着装置のように、使用部位の温度が１５０℃程度になるときには、耐熱性が不足する部分から少しずつ真空度が低下し、長期間に渡って所定の断熱性能を維持することができなかった。

また、従来の真空断熱材の外被材はナイロンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムのような非難燃性フィルムにより構成されて難燃の性質をもたないが、電子機器等への適用においては他の部品同様、真空断熱材にも難燃性が求められていた。特にノート型パソコン内部のような小スペースに配設する場合には、厚みを抑えた真空断熱材でもパソコン内部の精密部品と近接するため、難燃性が必要であった。

本発明は、従来の課題を解決するものであり、真空断熱材の最外層に赤外線の吸収を抑制する手段を有し、その適切な使用方法を提案することにより、１５０℃程度の温度領域において、優れた断熱性能を発現することのできる真空断熱材の使用方法を提供するものである。

本発明は、芯材と、前記芯材を覆う外被材とからなり、前記外被材の内部を減圧してなる真空断熱材の使用方法であって、前記真空断熱材を配設したときに高温側となる外被材表面と発熱源との間に輻射熱伝導抑制手段を、前記発熱源と前記輻射熱伝導抑制手段との間に空間ができるように設けるのである。

これにより、熱源からの赤外線が、別の固体に阻害されることなく直接に輻射熱抑制手段へ到達するので、別の固体から輻射熱伝導抑制手段へ固体熱伝導により熱エネルギーが伝導するすることなく、輻射熱抑制手段が、直接に到達した赤外線を、熱として吸収することなく、反射するため、断熱材へ伝わる固体熱伝導および輻射熱伝導が抑制される作用により、優れた断熱性能が得られる。

本発明の真空断熱材の使用方法によれば、熱源からの赤外線が、別の固体に阻害されることなく直接に輻射熱抑制手段へ到達することにより、別の固体から輻射熱伝導抑制手段へ固体熱伝導により伝導する熱伝導率の増大を抑制し、また、赤外線が輻射熱として吸収される前に、外被材表面の輻射熱抑制手段により反射されるため、断熱材へ伝わる固体熱伝導および輻射熱伝導が抑制され、優れた断熱性能が得られる。

本発明の請求項１に記載の真空断熱材の使用方法は、芯材と、前記芯材を覆う外被材とからなり、前記外被材の内部を減圧してなる真空断熱材の使用方法であって、前記真空断熱材を配設したときに高温側となる外被材表面と発熱源との間に輻射熱伝導抑制手段を、前記発熱源と前記輻射熱伝導抑制手段との間に空間ができるように設けるものである。

一般に、輻射熱伝導は、固体が、主に波長２〜２５μｍの赤外線を吸収することにより生じるものである。よって、固体の最表面において、赤外線及び遠赤外線を抑制する機能を有することが重要である。しかしながら、発熱源と、固体の最表面の赤外線吸収を抑制する輻射熱抑制手段とが直接に接触していると、熱エネルギーは、固体熱伝導により固体内を伝導し、輻射熱抑制効果を発揮することができない。

そこで、本発明は、発熱源と、輻射熱伝導抑制手段を有する高温側外被材表面との間に空間を有するため、熱源からの赤外線が、別の固体に阻害されることなく直接に輻射熱抑制手段へ到達することができる。その結果、別の固体から輻射熱伝導抑制手段へ固体熱伝導により熱エネルギーが伝導するすることなく、外被材表面の輻射熱抑制手段が、直接に到達した赤外線を、熱として吸収することなく、反射するため、断熱材へ伝わる固体熱伝導および輻射熱伝導が抑制される作用により、優れた断熱性能が得られるものである。

なお、本発明における空間とは、わずかでも赤外線波の伝播する空間が保たれていれば効果があり、発熱源の温度と、外被材の耐熱性との関係で、適宜選択が可能である。

また、その空間は、空気層のみを指すものではなく、アルゴン、窒素、二酸化炭素など各種気体が存在していても、真空であってもよい。

また、本発明の発熱源とは、電気やガスなどによるヒーターのみを指すものではなく、真空断熱材を配設した際の低温側表面に対する高温側表面に寄与する温度勾配の要因となる熱源を指し、真空断熱材の適用形態によっては、例えば、低温側表面より外気温が高い場合、外気温も発熱源として含まれるものである。

本発明の請求項２に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１に記載の発明における輻射熱伝導抑制手段として、金属箔を用いるものである。

一般に金属箔は、赤外線反射率が高く、赤外線を反射して輻射熱の吸収を阻害するため、断熱材表面へ伝わる輻射熱が効果的に抑制され、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項３に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項２に記載の発明における金属箔として、アルミ箔を用いるものである。

一般にアルミ箔は、金属箔の中でも特に赤外線反射率が高く、赤外線を効果的に反射して、輻射熱の吸収を阻害するため、断熱材表面へ伝わる輻射熱が大幅に抑制され、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項４に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項２に記載の発明における金属箔として、ニッケル箔を用いるものである。

一般にニッケル箔は、赤外線反射率が高く、かつ、優れた耐食性を有しているため、長期間にわたって、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項５に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１に記載の発明における輻射熱伝導抑制手段として、樹脂基材に施される金属蒸着膜を用いるものである。

一般に金属蒸着膜は、赤外線反射率が高く、金属箔より柔軟性に優れ、取り扱い性が容易であるため、生産性に優れ、かつ、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項６に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項５に記載の発明における金属蒸着膜として、アルミ蒸着膜を用いるものである。

一般にアルミ蒸着膜は、金属蒸着膜の中でも特に赤外線反射率が高く、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項７に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項５に記載の発明における金属蒸着膜として、ニッケル蒸着膜を用いるものである。

一般にニッケル蒸着膜は、赤外線反射率が高く、かつ、優れた耐食性を有しているため、長期間にわたって、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項８に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項５から請求項７のうちいずれか一項記載の発明における樹脂基材として、融点が２００℃以上の樹脂フィルムを用いるものである。

ここで真空断熱材が使用できる周囲温度を樹脂基材の融点に対して５０Ｋ低い温度とすると、融点２００℃以上のフィルムであれば１５０℃程度の高温雰囲気においても樹脂基材が溶け出すことがなく、長期間にわたって、高い輻射熱抑制効果を発揮し、高温雰囲気に曝される製品部位等への使用においても長期間にわたって真空断熱材の断熱性能を維持することができる。

本発明の請求項９に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項８に記載の発明における樹脂フィルムとして、ＰＰＳフィルムを用いるものである。

一般にＰＰＳフィルムは、融点が２８５℃であり、非常に優れた耐熱作用を有するため、１５０℃付近の条件であってもフィルムの軟化及び収縮が発生することなく、長期間にわたって高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。また、汎用のエンジニアリングプラスチック樹脂基材として、金属蒸着の実績が多く、比較的コストも安価であり、外観性にも優れる。

本発明の請求項１０に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項８に記載の発明における樹脂フィルムとして、フッ素系樹脂フィルムを用いるものである。

一般にフッ素系樹脂フィルムは、他の樹脂に比較して、熱線である赤外線波長領域である２μｍ〜２５μｍの吸収が少なく、塗膜の樹脂成分による熱吸収を抑制する作用を有するため、金属蒸着の樹脂基材として使用することにより断熱性能が向上するものである。

また、フッ素系樹脂フィルムは、耐熱性とともに耐食性、耐薬品性に優れるため、使用条件が多湿など過酷な場合であっても、長期間にわたって高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項１１に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１に記載の発明における輻射熱伝導抑制手段として、赤外線反射性塗膜を用いるものである。

一般に赤外線反射性塗膜は、赤外線を効果的に反射するとともに、異形状表面への設置も容易であるため、生産性に優れ、かつ、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

本発明の請求項１２に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１１に記載の発明における赤外線反射性塗膜として、金属粉体を含むものを用いるものである。

一般に金属粉体は、輻射率が低く、赤外線を反射して輻射熱の吸収を阻害するため、断熱材表面へ伝わる輻射熱が効果的に抑制され、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。特に、輻射率の低い銀、アルミニウム等が有効である。

本発明の請求項１３に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１１に記載の発明における赤外線反射性塗膜として、無機粉体を含むものを用いるものである。

一般に無機粉体は、赤外線を反射するため、断熱材表面へ伝わる輻射熱が効果的に抑制され、かつ、金属粉体よりも比較的固体熱伝導率も比較的小さいため、優れた断熱性能を有する真空断熱材の使用方法を提供できる。

特に、チッ化珪素、チッ化ホウ素などのチッ化物、炭化珪素、炭化ホウ素などの炭化物、酸化チタン、酸化錫、アンチモンドープ錫酸化物、錫ドープインジウム酸化物などの金属酸化物が有効である。

本発明の請求項１４に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１１から請求項１３のうちいずれか一項記載の発明における赤外線反射性塗膜として、融点が２００℃以上の樹脂成分が含まれるものを用いるものである。

ここで真空断熱材が使用できる周囲温度を樹脂成分の融点に対して５０Ｋ低い温度とすると、融点２００℃以上の樹脂成分であれば、１５０℃程度の高温雰囲気においても樹脂成分が溶け出すことがなく、長期間にわたって、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能が得られるものである。

本発明の請求項１５に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１４に記載の発明における樹脂成分として、フッ素系樹脂を用いるものである。

一般にフッ素系樹脂は、他の樹脂に比較して、熱線である赤外線波長領域である２μｍ〜２５μｍの吸収が少なく、塗膜の樹脂成分による熱吸収を抑制する作用を有するため、断熱性能が向上する。

また、耐熱性とともに耐食性、耐薬品性に優れるという作用を有するため、使用条件が多湿など過酷な場合であっても、長期間にわたって高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能が得られるものである。

本発明の請求項１６に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１から請求項１５のうちいずれか一項記載の発明における外被材が、熱溶着層とガスバリア層と保護層とを有するラミネート構造であって、前記熱溶着層は融点２００℃以上の樹脂フィルムからなり、前記ガスバリア層及び前記保護層の樹脂フィルムの融点が、前記熱溶着層の樹脂フィルムの融点よりも高いことを特徴とするものである。

ここで真空断熱材が使用できる周囲温度を熱溶着層のフィルムの融点に対して５０Ｋ低い温度とすると、融点２００℃以上のフィルムであれば１５０℃程度の高温雰囲気においても熱溶着層のフィルムが溶け出すことがなく、ガスバリア性の低下を抑制可能であり、高温雰囲気に曝される製品部位等への使用においても長期間真空断熱材の断熱性能を維持することができる。

また、ガスバリア層や保護層に熱溶着層のフィルムよりも融点が高いフィルムを使用しているため、外被材を熱溶着するときにもガスバリア層や保護層に用いるフィルムが溶け出すことがなく、信頼性の高い真空断熱材を作製することができる。

本発明の請求項１７に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１６に記載の発明における外被材の熱溶着層と、ガスバリア層と、保護層とに難燃性フィルムを用いるものである。

これにより、ラミネート構造を有する外被材を難燃性とし、更には真空断熱材としても難燃性を付与することができる。従って、真空断熱材使用時の安全性を向上することができる。

本発明の請求項１８に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１６又は請求項１７に記載の発明における熱溶着層として、フッ素系樹脂フィルムを用いるもので、これらのフィルムは融点がかなり高く、難燃性も有している。

本発明の請求項１９に記載の真空断熱材の使用方法は、請求項１８記載の発明における熱溶着層として、ポリクロロ３フッ化エチレンフィルムを用いるものであり、ポリクロロ３フッ化エチレンフィルムは、フッ素系樹脂フィルムの中でも融点が低いため使いやすく経済的である。

以下、本発明による真空断熱材の使用方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１から図３は、本発明の実施の形態１、及び、実施の形態２、実施の形態３による真空断熱材の断面図である。

図１において、真空断熱材１は、２枚の外被材３を向かい合わせて芯材２を覆い、内部を真空まで減圧して周囲を熱溶着により封止したものである。また、真空断熱材１を配設したときに高温側となる外被材３表面と発熱源４との間に、輻射熱伝導抑制手段５を有し、さらに、発熱源４と、前記輻射熱伝導抑制手段５との間には、赤外線が通過しうる空間６を有するものである。

なお、輻射熱抑制手段５の配設は、特に限定するものではなく、高温側となる外被材３表面と発熱源４との間に配設されていれば、図１のように外被材３表面とが完全に接触している配設であってもよく、また図２のように外被材表面と接触していない配設でもよく、また図３のように一部が接触した配設も可能である。

図３のように、一部を接触した配設とするために、輻射熱伝導抑制手段５自体に凹凸を形成して設置してもよく、また、各種有機接着剤及び無機接着剤、ホットメルトや、両面テープなど貼付のためのいかなる接着の方策を使用しても良い。

また、空間６は、わずかでも赤外線波の伝播する空間が保たれていれば効果があり、発熱源４の温度と、外被材３の耐熱性との関係で、適宜選択が可能である。また、その空間は、空気層のみを指すものではなく、アルゴン、窒素、二酸化炭素など各種気体が存在していても、真空であってもよい。

また、本発明の発熱源４とは、電気やガスなどによるヒーターのみを指すものではなく、真空断熱材１を配設した際の低温側表面に対する高温側表面に寄与する温度勾配の要因となる熱源を指し、例えば、真空断熱材１の適用形態によっては、外気温なども発熱源４として含まれるものである。

図４は、真空断熱材１の外被材ヒレ部の要部断面図である。外被材３のラミネート構造は、内側から熱溶着層７、ガスバリア層８、第一の保護層９、及び第二の保護層１０により構成されているものである。

（実施の形態１）
実施の形態１においては、輻射熱伝導抑制手段５として、金属箔を設置し、金属箔の種類を替えて確認した結果を実施例１から実施例３で示す。芯材２として、乾式ヒュームドシリカであるアエロジル３００にカーボンブラックを５ｗｔ％添加して均一に混合した粉体を、通気性の不織布袋に封入したものを用いて真空断熱材１を作製した。

外被材３は、熱溶着層７に融点が２１０℃のポリクロロ３フッ化エチレン（厚さ５０μｍ）、ガスバリア層８には厚さ６μｍのアルミ箔、第一の保護層９には融点２７０℃のポリエチレンナフタレート（厚さ１２μｍ）、第二の保護層１０には融点２６０℃の４フッ化エチレン−エチレン共重合体（厚さ２５μｍ）を使用した。

断熱性能評価は、輻射熱伝導抑制手段を施していない真空断熱材の高温側表面に１５０℃の熱を与えるハロゲンヒーターの条件にて、輻射熱抑制手段を設置した際の真空断熱材低温側表面温度の測定にて行った。

（実施例１）
輻射熱伝導抑制手段５として、金属箔である銅箔を用いた場合、真空断熱材１の低温側表面温度は４５℃であった。本実施例１と同様の構成で、輻射熱伝導抑制手段５を設置していない真空断熱材では８０℃であった（後述の比較例１）のに対して３５℃の低減ができ、断熱性能が大きく向上していることを確認した。

本発明の真空断熱材１の輻射熱伝導抑制手段５に用いる金属箔としては、金属を延伸し、赤外線反射機能を有する箔としたものが使用できる。断熱効果の向上の点では、特に２μｍ〜２５μｍの波長領域における赤外線反射率が２０％以上、好ましくは５０％以上であることが望ましい。

また、金属箔の厚さは、１μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。箔厚が１μｍ未満では強度が不十分であることから取り扱いが困難であり、１００μｍ以上では赤外線反射効果がほぼ飽和に達するためある。また、箔厚１００μｍ以上では、真空断熱材に接触する設置の場合に限っては、固体熱伝導率の増大を生じることがある。

（実施例２）
輻射熱伝導抑制手段５として、金属箔であるアルミ箔を用いた場合、真空断熱材１の低温側表面温度は４０℃であった。実施例１の銅箔と比較して、５℃の改善が得られ、断熱性能が向上した。これは、アルミ箔の赤外線反射率が０．７５であり、銅箔の０．５５よりも優れているためである。

（実施例３）
輻射熱伝導抑制手段５をとして、金属箔であるニッケル箔を用いた場合、真空断熱材１の低温側表面温度は４２℃であった。実施例１の銅箔と比較して、３℃の改善が得られ、断熱性能が向上した。これは、ニッケル箔の赤外線反射率が０．６５であり、銅箔の０．５５よりも優れているためである。また、耐食性において、アルミや銅よりも優れた性能を示し、長期間にわたって、安定した輻射熱伝導抑制効果を発現できるものである。

本発明による芯材２は、グラスウールやロックウールなどの繊維材料や、湿式シリカや乾式シリカ、ゼオライトなどの粉体材料、及び、連通化した発泡体等、真空断熱材１の芯材２として空間を保持しうる材料が利用可能であるが、高温での使用を考慮して、より空隙の微細な粉体材料が適している。

本実施の形態にて使用した、乾式ヒュームドシリカであるアエロジル３００にカーボンブラックを添加して均一に混合した粉体は、粉体径が微細であることから固体熱伝導率が低く、また、空隙が非常に微細であることから気体熱伝導率の低い、高温仕様に非常に適した芯材であるといえる。

なお、芯材２から長期的に発生したり、外被材３から浸入したりする防ぎようがないわずかなガスを吸着するために、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイトなどの物理吸着剤、及び、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物などの化学吸着剤などの、水分吸着剤やガス吸着剤等を使用することにより、より長期的に信頼性を確保することも可能である。

さらに、実施の形態１の構成において、外被材３の効果による熱伝導率の長期経時変化、及び難燃性を評価した。

本構成の真空断熱材１の熱伝導率を測定したところ、０．００４Ｗ／ｍＫであった。この真空断熱材１を１５０℃の雰囲気に５年間放置したと見込まれる加速試験を行った後の熱伝導率を測定したところ、０．０１０Ｗ／ｍＫであり、５年後であっても優れた断熱性能を維持していることが確認できた。

また、ＵＬ９４安全規格にある機器の部品用プラスチック材料の燃焼試験に準拠して燃焼性を確認したところ、ヒレ部端面においてもＶ−０相当の結果が得られた。

このように、熱溶着層５の融点が２００℃以上の材料を選定しているため１５０℃の高温雰囲気においても溶着済みの熱溶着層５が溶け出すことがなく、熱溶着層５のガスバリア性の低下を少なく抑えることができるため熱伝導率の劣化は小さく、長期間真空断熱材の断熱性能を維持することができる。

また、ガスバリア層６、第一の保護層７、及び第二の保護層８の融点が熱溶着層５の融点よりも高い材料を選定しているので、真空断熱材１の製作過程において、熱溶着層５の溶着時にこれら材料が溶け出して真空断熱材１としての信頼性を損ねることがなく、特に高温雰囲気で使用される製品部位等に適用する真空断熱材１として安定した品質を保証することができる。

また、ラミネート構造を有する外被材３として、更には真空断熱材１としても難燃性を付与することができ、真空断熱材１使用時の安全性を向上することができる。

なお、熱溶着層５に使用する樹脂フィルムは融点が２００℃以上で、熱溶着できる樹脂フィルムであれば特に指定するものではない。例えば、融点２７０℃のポリエチレンナフタレートやフッ素系樹脂フィルムである融点２１０℃のポリクロロ３フッ化エチレン、融点２６０℃の４フッ化エチレン−エチレン共重合体、融点２８５℃の４フッ化エチレン−６フッ化ポリプロピレン共重合体などが望ましい。

ガスバリア層６は、熱溶着層５で使用したフィルムよりも融点が高い、金属箔や金属蒸着又は無機酸化物蒸着を施したフィルム、又は樹脂フィルムでもガスバリア性の高いものであれば特に指定するものではない。

例えば、金属箔としてはアルミニウム箔がよく使用され、他にも真空断熱材周囲の金属箔を伝って流れ込む熱量が少ない金属として、鉄，ニッケル，プラチナ，スズ，チタン，ステンレス及び炭素鋼が使用できる。また、金属蒸着の材料は、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、或いはそれらの混合物等が使用でき、無機酸化物蒸着の材料は、シリカ、アルミナ等が使用できる。蒸着を施す樹脂フィルムにはポリエチレンナフタレートのほか、ポリイミドフィルムなどが使用できる。

また、保護層７，８は、熱溶着層５で使用したフィルムよりも融点が高いフィルムであれば良く、具体的には、熱溶着層５に融点が２６０℃の４フッ化エチレン−エチレン共重合体を使用した場合は、融点が３１０℃の４フッ化エチレン−パーフロロアルコキシエチレン共重合体、融点が３３０℃の４フッ化エチレン、融点が３３０℃のポリエーテルケトンなどが使用でき、他にもポリサルフォンやポリエーテルイミドなどが使用できる。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、輻射熱伝導抑制手段５を、樹脂基材へ金属蒸着を施した膜を設置することとし、樹脂基材及び金属蒸着の種類を替えて確認した結果を実施例４から実施例７で示す。芯材２及び外被材３は実施の形態１と同様のものを用いた。断熱性能評価も、実施の形態１と同様に行った。

（実施例４）
金属蒸着膜として、樹脂基材にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを使用し、アルミ蒸着を施したものを設置した。この際の低温側表面温度は４４℃であった。本実施例４と同様の構成で、輻射熱伝導抑制手段５を設置していない真空断熱材では８０℃であった（後述の比較例１）のに対して３６℃の低減ができ、断熱性能が大きく向上していることを確認した。

また、樹脂基材の融点が２００℃以上であるために、１５０℃程度の高温雰囲気においても樹脂基材が溶け出すことがなく、長期間にわたって、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能が得られた。

また、金属蒸着膜であるアルミ蒸着ＰＥＴフィルムは、金属箔より柔軟性に優れるため、比較的取り扱い性が容易で、設置のための作業性が向上した。

しかし、１５０℃照射条件において、ＰＥＴフィルムの連続使用認定温度（ＵＬ ７４６Ｂ）である１０５℃を超えたため、照射面において若干の軟化収縮が確認された。

本発明の蒸着金属としては、アルミニウム、ニッケル、銅、金、銀など、蒸着が可能な金属が利用可能であるが、断熱効果の向上の点では、特に２μｍ〜２５μｍの波長領域における赤外線反射率が２０％以上、好ましくは５０％以上であることが望ましい。

また、樹脂基材としては、金属蒸着プロセスでの温度、諸条件に耐えうる基材であれば使用でき、特に指定するものではないが、ＰＥＴフィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、各種フッ素系フィルムなどが利用できる。

また、蒸着の方法は、金属を蒸着に適した原子状態になるよう加熱する手段を用いて、減圧下、あるいは、常圧において行う。加熱手段としては、特に指定するものではないが、高周波印加法やエレクトロンビーム法、レーザー法などが利用できる。

（実施例５）
金属蒸着膜として、樹脂基材にＰＰＳフィルムを使用し、アルミ蒸着を施したものを設置した。この際の低温側表面温度は４４℃であった。実施例４と低温側表面温度は同等であったが、１５０℃照射においても、照射面における軟化収縮が見られず、外観性が改善された。これは、ＰＰＳフィルムの融点が２８５℃、連続使用認定温度（ＵＬ ７４６Ｂ）が１６０℃であるために、優れた耐熱作用を有するためである。

（実施例６）
金属蒸着膜として、樹脂基材にフッ素系樹脂フィルムである４フッ化エチレン−エチレン共重合体フィルムを使用し、アルミ蒸着を施したものを設置した。この際の低温側表面温度は４２℃であり、実施例４と比較すると、２℃の改善が見られた。

これは、樹脂成分として赤外線領域における吸収波長が比較的少ない４フッ化エチレン−エチレン共重合体フィルムを用いたために、塗膜に含まれる樹脂成分の熱線吸収による固体熱伝導の増大が抑制されたためであると考える。

また、１５０℃照射においても、照射面における軟化収縮が見られず、外観性が改善された。これは、４フッ化エチレン−エチレン共重合体の融点が２６０℃、連続使用認定温度（ＵＬ ７４６Ｂ）が１５０℃であり、優れた耐熱作用を有するためである。

また、フッ素系樹脂フィルムは、耐熱性とともに耐食性、耐薬品性に優れるため、使用条件が多湿など過酷な場合であっても、長期間にわたって高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能が得られる。

（実施例７）
金属蒸着膜として、樹脂基材にフッ素系樹脂フィルムである４フッ化エチレン−エチレン共重合体フィルムを使用し、ニッケル蒸着を施したものを設置した。この際の低温側表面温度は４４℃であり、実施例４とほぼ同等の性能が得られた。また、耐食性において、アルミ蒸着よりも優れた性能を示し、長期間にわたって、安定した輻射熱伝導抑制効果を発現できるものである。

（実施の形態３）
実施の形態３においては、輻射熱伝導抑制手段５を、赤外線反射性塗膜を設置することとし、塗膜成分の種類及び樹脂成分を替えて確認した結果を実施例８から実施例１０で示す。芯材２及び外被材３は実施の形態１と同様のものを用いた。断熱性能評価も、実施の形態１と同様に行った。

（実施例８）
赤外線反射性塗膜は、金属粉体であるリーフィリングアルミニウムフレーク顔料を含み、樹脂成分としてエポキシ系樹脂を含む構成とした。

この際の低温側表面温度は５０℃であった。本実施例８と同様の構成で、輻射熱伝導抑制手段５を設置していない真空断熱材では８０℃であった（後述の比較例１）のに対して３０℃の低減ができ、断熱性能が大きく向上していることを確認した。

また、塗膜であるため、真空断熱材表面が異形状であったり、凹凸がある場合であっても、容易に、均一に輻射熱抑制手段を付与でき、生産性に優れ、かつ、優れた輻射熱抑制効果を発揮できるものである。

本発明の真空断熱材１の輻射熱伝導抑制手段５に用いる赤外線反射塗料とは、赤外線を正反射及び拡散する塗膜を形成する塗料物質が使用できる。断熱効果の向上の点では、特に２μｍ〜２５μｍの波長領域における赤外線正反射率及び拡散による反射率が２０％以上、好ましくは５０％以上であることが望ましい。

また、塗膜の厚さは、１μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましく、さらに好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。塗膜厚が１μｍ未満では効果が不十分であり、１００μｍを越えると塗膜剥離などの問題を生じることがある。

また、塗膜の形成に際して、プライマー層、上塗り層が形成されても良い。

また、赤外線反射成分を含むものであれば、従来公知の塗料組成物をともに含むことに何ら問題はない。

本発明の赤外線反射性塗膜に用いる金属粉体としては、赤外線正反射及び拡散機能を有するものであれば材料は問わないが、断熱効果の向上の点では、特に２μｍ〜２５μｍの波長領域における光線反射率が２０％以上、好ましくは５０％以上であることが望ましい。

また、鱗片状のアルミニウム粉末や、同様の銀粉末、銅粉末など輻射率の小さい材料ほど赤外線反射効果が大きく望ましい。

（実施例９）
赤外線反射性塗膜は、金属粉体であるリーフィリングアルミニウムフレーク顔料を含み、樹脂成分として融点が２１０℃のフッ素系樹脂であるポリクロロ３フッ化エチレンを含む構成とした。

この際の低温側表面温度は４８℃であり、実施例８と比較すると２℃の低減が見られた。これは、樹脂成分として赤外線領域における吸収波長が比較的少ないフッ素系樹脂を用いたために、塗膜に含まれる樹脂成分の熱線吸収による固体熱伝導の増大が抑制されたためであると考える。

また、融点が２００℃以上であるために、１５０℃程度の高温雰囲気においても樹脂成分が溶け出すことがなく、長期間にわたって、高い輻射熱抑制効果を発揮し、優れた断熱性能が得られた。

本発明の融点２００℃以上の樹脂としては、例えば、融点２７０℃のポリエチレンナフタレートやフッ素系樹脂フィルムである融点２１０℃のポリクロロ３フッ化エチレン、融点２６０℃の４フッ化エチレン−エチレン共重合体、融点２８５℃の４フッ化エチレン−６フッ化ポリプロピレン共重合体などが使用できる。

また、本発明のフッ素系樹脂としては、比較的赤外吸収波長の少ないものが利用できる。例えば、ポリクロロ３フッ化エチレン、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、４フッ化エチレン−６フッ化ポリプロピレン共重合体などである。

（実施例１０）
赤外線反射性塗膜は、無機粉体である酸化チタン粉体を含み、樹脂成分として融点が２１０℃のフッ素系樹脂であるポリクロロ３フッ化エチレンを含む構成とした。

本実施例３の真空断熱材１の低温側表面温度は４６℃であった。実施例９に比較すると、さらに２℃の低減が見られた。これは、酸化チタン粉体の赤外線反射効果に加え、固体熱伝導率が比較的小さいためであると考える。

本発明による無機粉体としては、赤外線反射機能を有する無機粉体であれば、公知のものを使用可能であり、ガラスビーズやチッ化ホウ素、チッ化チタン等のチッ化物、水酸化鉄、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物、硫化銅、硫化亜鉛などの硫化物、酸化鉄、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、チタン酸バリウム、クロム酸鉄、アンチモンドープ錫酸化物、錫ドープインジウム酸化物などの金属酸化物粉体などである。これらの中でも固体熱伝導率の低いものがより好ましい。

また、用途により、金属粉体及び無機粉体の２種以上の混合物を適切に混合しても利用できるものである。

（実施の形態４）
次に、本発明の真空断熱材１の使用方法として、配設したときに高温側となる外被材３表面と発熱源４との間に、輻射熱伝導抑制手段５を有し、さらに、発熱源４と、前記輻射熱伝導抑制手段５との間に空間６を有する使用方法の一例として、印刷装置について説明する。

図５は、本発明の実施の形態４による印刷装置の断面模式図である。

図５において、定着装置１１を有する印刷装置１２における記録紙１３への印刷は、感光ドラム１４の表面に静電荷画像を形成し、そこにトナー収容部１５からトナーを吸着させた後、転写ドラム１６を介して記録紙１３に転写する。このトナー像が転写された記録紙１３を定着装置１１に搬入し、高温に保たれた熱定着ローラー１７と加圧ローラー１８の間に記録紙１３を通過させることによりトナーを溶融定着させる。

熱定着ローラー１７と加圧ローラー１８の周囲には、所定の高い温度を保つために近接して設置できるよう、実施の形態１の実施例２で示した真空断熱材１Ａを切れ目のある筒状に成形して、アルミ箔を設置した面が高温側となり、発熱源である熱定着ローラー１７と加圧ローラー１８との間に空間６を保持できるよう配設した。これにより、印字品質が向上するとともに、起動及び再起動の時間が短縮され、消費電力の低減にもなった。

また、定着装置１１の外枠には、周囲に熱影響を与えないように遮断用の真空断熱材１Ｂを、アルミ箔を設置した面を高温側に向け、側面全体及び上面に、発熱源４とである熱定着ローラー１７と加圧ローラー１８との間に空間６を保持できるよう配設した。遮断用には真空断熱材１Ｃのように配設してもよい。

これにより、印字品質が向上するとともに、制御装置（図示せず）やトナー収容部１５及び感光ドラム１６等の転写装置は、トナーに悪影響が及ばない４５℃以下に長期間維持することができた。

なお、印刷装置である複写機やレーザープリンタの定着装置以外にも、本発明による真空断熱材は１５０℃以下の発熱体を断熱したり、保温したりする必要がある製品においても、同様に使用することができる。

（実施の形態５）
次に、同様に使用方法の一例として、電気湯沸かし器について説明する。

図６は、本発明の実施の形態５による電気湯沸かし器の断面図である。

図６において、電気湯沸かし器１９は本体の内部に湯を沸かすとともに貯湯する貯湯容器２０を有し、上部を開閉可能な上蓋２１で覆っている。

貯湯容器２０の底面にはドーナツ状のヒーター２２が密接して装着されており、湯温は制御装置２３が温度検知器２４からの信号を取り込み、ヒーター２２を制御して所定の温度を保つ。また、同じく底面に設けた吸込口２５からモーター２６により駆動されるポンプ２７を経て、お湯の出口である吐出口２８までが出湯管２９により連通しており、出湯は押しボタン３０を押してモーター２６を起動することにより行う。

更に、貯湯容器２０の側面には貯湯容器側に実施の形態１の実施例２でしめした真空断熱材１が、アルミ箔を設置した面を高温側に向け巻かれており、同じく底面のヒーター２２の外側にも、発熱源であるヒーター２２側にアルミ箔を向けた真空断熱材１が配設され、貯湯容器２０の熱が逃げて湯温が低下することを抑えている。貯湯容器とアルミ箔の間、及び、ヒーターとアルミ箔との間には、いずれもわずかな空間６が確保されているものである。

従来、高温となるために断熱部材を配設できなかった底面を断熱し、かつ、熱源から放射される赤外線を有効に反射することにより、約５％の消費電力量の低減が図れ、その性能を長期間維持することができた。また、本体底面においても空間を設けて断熱する必要がなくなり、貯湯容器２０より下部の体積を小さくすることができ、電気湯沸かし器１９を小型化することができた。

なお、本発明は、動作温度帯である−３０℃から１５０℃付近までの範囲で断熱や保温を必要とする保温保冷機器への使用が可能であり、例えば、炊飯器、食器洗浄乾燥器、電気湯沸かし器、自動販売機、トースター、ホームベーカリー、ＩＨクッキングヒーターなど、同等の温度領域で発熱が生じる機器への適用も有用である。更には、電気機器に限らず、ガスコンロなどのガス機器にも有用である。

次に本発明の真空断熱材に対する比較例を示す。

（比較例１）
実施の形態１と同様のヒュームドシリカに、カーボンブラックを５ｗｔ％添加し、均一に混合した粉体を、通気性の不織布袋に封入したものを芯材として、真空断熱材を作製し、断熱性能評価を行った。断熱性能評価は、比較例１と同様に行った。低温側表面温度は、７０℃であった。

（比較例２）
輻射熱遮蔽材として炭化ジルコニウムを含有したケイ酸カルシウム成形体を芯材とした真空断材を作製し、断熱性能評価を行った。断熱性能評価は、比較例１と同様に行ったところ、低温側表面温度は９０℃であり、本発明における真空断熱材のいずれの評価結果に較べても高い値であった。これは、輻射熱遮蔽材が芯材に混合する形態で使用されていることから、赤外線が外被材に吸収された後、熱へと変換されているためであると考える。

（比較例３）
芯材及び外被材構成を実施の形態１と同様とし、輻射熱伝導抑制手段として、金属箔であるアルミ箔を真空断熱材高温側表面へ設置し、発熱源として１５０℃に加温したホットプレートを用い、ホットプレートと高温側表面の間に空間を取らず、直接に接触するよう配設した。その結果、真空断熱材の低温側表面温度は８５℃であった。輻射熱伝導抑制の効果が見られなかったのは、発熱源と輻射熱抑制手段との間に空間を保持しなかったため、赤外線による輻射熱が、アルミ箔によって反射されることなく、固体熱伝導により伝導し、熱伝導率の増大が生じたためである。

以上のように、本発明によると、１５０℃付近の比較的高温条件で長期間断熱性能を維持しつつ使用できるとともに、しかも、優れた断熱性能を有しており、遮熱及び保温を必要とする産業用設備や事務機器の要所に具備することにより、省エネルギー化、及び、熱により悪影響を受け易い部品の保護、装置の小型化や、品質向上などに貢献できる。

本発明の実施の形態１による真空断熱材の断面図 本発明の実施の形態２による真空断熱材の断面図 本発明の実施の形態３による真空断熱材の断面図 本発明の実施の形態１から３による真空断熱材の外被材ヒレ部の要部断面図 本発明の実施の形態４による印刷装置の断面模式図 本発明の実施の形態５による電気湯沸かし器の断面図

符号の説明

１ 真空断熱材
２ 芯材
３ 外被材
４ 発熱源
５ 輻射熱伝導抑制手段
６ 空間
７ 熱溶着層
８ ガスバリア層
９ 第一の保護層
１０ 第二の保護層
１１ 定着装置
１２ 印刷装置
１７ 熱定着ローラー
１９ 電気湯沸かし器
２０ ヒーター

Claims (19)

1. 芯材と、前記芯材を覆う外被材とからなり、前記外被材の内部を減圧してなる真空断熱材の使用方法であって、前記真空断熱材を配設したときに高温側となる外被材表面と発熱源との間に輻射熱伝導抑制手段を、前記発熱源と前記輻射熱伝導抑制手段との間に空間ができるように設けることを特徴とする真空断熱材の使用方法。
2. 輻射熱伝導抑制手段が、金属箔であることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材の使用方法。
3. 金属箔が、アルミ箔であることを特徴とする請求項２記載の真空断熱材の使用方法。
4. 金属箔が、ニッケル箔であることを特徴とする請求項２記載の真空断熱材の使用方法。
5. 輻射熱伝導抑制手段が、樹脂基材に施される金属蒸着膜であることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材の使用方法。
6. 金属蒸着膜が、アルミ蒸着膜であることを特徴とする請求項５記載の真空断熱材の使用方法。
7. 金属蒸着膜が、ニッケル蒸着膜であることを特徴とする請求項５記載の真空断熱材の使用方法。
8. 樹脂基材が、融点が２００℃以上の樹脂フィルムであることを特徴とする請求項５から請求項７のうちいずれか一項記載の真空断熱材の使用方法。
9. 樹脂フィルムが、ＰＰＳフィルムであることを特徴とする請求項８記載の真空断熱材の使用方法。
10. 樹脂フィルムが、フッ素系樹脂フィルムであることを特徴とする請求項８記載の真空断熱材の使用方法。
11. 輻射熱伝導抑制手段が、赤外線反射性塗膜であることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材の使用方法。
12. 赤外線反射性塗膜が、金属粉体を含むものであることを特徴とする請求項１１記載の真空断熱材の使用方法。
13. 赤外線反射性塗膜が、無機粉体を含むものであることを特徴とする請求項１１記載の真空断熱材の使用方法。
14. 赤外線反射性塗膜に、融点が２００℃以上の樹脂成分が含まれることを特徴とする請求項１１から請求項１３のうちいずれか一項記載の真空断熱材の使用方法。
15. 樹脂成分が、フッ素系樹脂であることを特徴とする請求項１４記載の真空断熱材の使用方法。
16. 外被材が、熱溶着層とガスバリア層と保護層とを有するラミネート構造であって、前記熱溶着層は融点が２００℃以上の樹脂フィルムからなり、前記ガスバリア層及び前記保護層の樹脂フィルムの融点が、前記熱溶着層の樹脂フィルムの融点よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項１５のうちいずれか一項記載の真空断熱材の使用方法。
17. 外被材の熱溶着層と、ガスバリア層と、保護層とが難燃性フィルムであることを特徴とする請求項１６記載の真空断熱材の使用方法。
18. 熱溶着層をフッ素系樹脂フィルムとしたことを特徴とする請求項１６又は請求項１７記載の真空断熱材の使用方法。
19. 熱溶着層をポリクロロ３フッ化エチレンフィルムとしたことを特徴とする請求項１８記載の真空断熱材の使用方法。

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