JP2006220214A - 真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】引張り強度の強い繊維状物質を芯材に適用することで、大気圧で圧縮されても繊維の屈曲や破断が生じにくく、繊維集合体の耐圧縮性が改善され、より少ない繊維の接触点数で大気圧を保持することが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材を提供する。
【解決手段】繊維状物質からなる芯材２と、芯材２を外被材３で覆って内部を減圧してなる真空断熱材１であって、繊維状物質は、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維を含んでいるので、高性能化と芯材２の低コスト化を実現する真空断熱材１となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、芯材と外被材とからなり、芯材を外被材で覆って内部を減圧密閉した真空断熱材に関するものである。

真空断熱材に使用する芯材は、熱伝導率が小さく、ガス発生の少ない無機化合物が適している。特に、ガラス繊維の積層体を芯材とした真空断熱材は、優れた断熱性能を有していることが知られており、その真空断熱材を構成する芯材の一例として、図３に示すものがある。

図３は、無機質細径繊維３１ａがその長さ方向を伝熱方向と直角になるように、且つ、この直角な細径繊維３１ａの長さ方向が相互に交差するように、ランダムに積層されて相互に点接触とされ、積層された細径繊維３１ａに伝熱方向と平行に打込まれて、高密度の無機質細径繊維マット３を構成するペネトレーション繊維３ｂを備え、無機質細径繊維マット３を複数枚重ね合わすことで、芯材を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以上のように構成された従来真空断熱材は、無機質細径繊維３１ａが、伝熱方向に対して直角に、かつランダムに配置されているため、その繊維相互が点接触となることから、接触点での接触熱抵抗が大きく、芯材厚み方向の伝熱量は小さくなる。

しかし、伝熱方向と垂直に配置された繊維のみでは、伝熱方向に作用する大気圧に対する耐圧縮性が低下し、真空包装後に作用する大気圧により、芯材が圧縮され厚みの確保が困難になるため、部分的に、伝熱方向と平行に、ペネトレーション繊維３ｂを配置している。

しかしながら、ペネトレーション繊維３ｂにより、断熱性能が低下するため、無機質細径繊維マット３を複数枚重ね合わすことで芯材を形成し、ペネトレーション繊維３ｂによる伝熱量を低減するものである。
特公平７−１０３９５５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、無機質細径繊維マット３を複数枚重ね合わすことで芯材を形成し、ペネトレーション繊維３ｂによる伝熱量を低減したとしても、伝熱方向に平行に配置したペネトレーション繊維３ｂ、すなわちガラス繊維自身が熱を直接伝える熱橋として作用するため、伝熱量を低減することは不可能であった。

また、結果的には、伝熱方向に平行に配置した繊維は、ガラス材料に固有の熱伝導率で熱が伝導するため、伝熱量は伝熱方向に平行に配置した繊維数量に比例して増大する。よって、伝熱方向に平行に配置したガラス繊維の数量に比例して、真空断熱材の断熱性能が悪化するという課題があった。

一方、伝熱方向に対して略垂直に配置されたガラス繊維のみで構成された芯材では、次の理由から真空断熱材の断熱性能が悪化するという課題があった。

芯材を構成するガラス繊維に十分な強度を有していない場合には、大気圧により芯材を構成する繊維に屈曲や破断が生じる。繊維の屈曲が進行すると、繊維相互の絡みあいにより形成された芯材の空隙部分が押し潰され、繊維相互の接触点数が増大することから、伝熱経路数が増大すると共に、部分的には繊維が点接触から線接触で接触する等、接触面積が増大することから、接触熱抵抗が低下する。

また、大気圧により繊維が破断すると、繊維の屈曲が進行した場合と同様に、繊維相互の絡みあいにより形成された芯材の空隙部分が押し潰され、繊維相互の接触点数が増大すると共に、部分的には繊維が線接触で接触する箇所が生じる等、接触面積が増大することから接触熱抵抗が低下する。

更には、繊維相互の絡みあいにより形成された芯材の空隙部分が、破断した繊維で充填され、芯材の空隙がより一層低下すると共に、より一層、繊維の接触点数が増加する。

このような理由から伝熱量が増大し、真空断熱材の断熱性能が低下すると共に、芯材の厚みが確保できず、芯材使用量を増大する必要があることから、材料コストが増大するという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、優れた断熱性能を有する繊維材料を芯材とする真空断熱材において、芯材を構成する繊維状物質の強度を増大することで、より一層断熱性能を改善すると共に、芯材の耐圧縮性を改善し、芯材にかかる材料コストを低減できる真空断熱材を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するため、本発明の真空断熱材は、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維状物質を含んだ芯材から構成されたものであり、前記芯材は、ウェブを積層した積層体からなり、前記ウェブ間はウェブを構成する繊維の交絡により結びつき積層体として形状を保持するものである。

このように、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維状物質を含んでいることから、大気圧により圧縮されても繊維の屈曲や破断が生じにくく、繊維の絡み合いにより形成される空隙が保持され耐圧縮性が改善できる。

これは言い換えると、より少ない繊維の接触点数で大気圧を保持することが可能となることを意味するものであり、芯材厚み方向の伝熱経路数が低下することになる。

その結果、芯材の厚み方向の伝熱量が低下することから、真空断熱材の断熱性能が改善する。更には、芯材の耐圧縮性が改善されることから、芯材の空隙率を高められ、芯材の低密度化が可能となる。その結果、芯材の低コスト化を実現する真空断熱材を提供することができる。

本発明の真空断熱材は、芯材の厚み方向の伝熱量が低下することから真空断熱材の断熱性能が改善する。更には、芯材の耐圧縮性が改善されることから芯材の空隙率が高められ、芯材の低密度化が可能となる。よって、高性能化と芯材の低コスト化を実現する真空断熱材を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、繊維状物質からなる芯材と、前記芯材を外被材で覆って内部を減圧してなる真空断熱材において、前記繊維状物質は、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維を含んでいる真空断熱材である。

繊維状物質とは、有機系、無機系に関わらず、アスペクト比の大きい線状形状の材料であり、その一例として、ガラス繊維を例に説明する。

一般に、ガラス組成物の破壊は、低温から常温において典型的な脆性破壊であり、臨界応力のもとで急激に破壊が生じる。このような脆性固体の破壊は、引張り応力によって原子間の結合が切られ、原子が分離することによって起こる。従って、繊維状物質の引張り強度を増大させることで、大気圧による繊維の破断が起こりにくくなる。

一方、芯材を構成する繊維状物質において、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維を有する場合において、真空断熱材の断熱性能が改善される。

これは、真空包装後、大気圧による芯材の圧縮により、芯材を構成する繊維に引張り応力が作用した場合にも、繊維が破断しにくく、繊維が絡み合って形成する芯材の空隙が保持されたためである。

これは、より少ない繊維の接触点数で大気圧を保持することが可能となることを意味するものであり、芯材厚み方向の伝熱経路数が低下することになる。

また、引張り強度が０．５ＧＰａ以上であるということは、フックの法則よりヤング率の増大も期待できる。その結果、大気圧による芯材圧縮時に、繊維が屈曲しにくくなることから、同様に繊維の絡み合いにより形成される空隙が保持される。

このように、強度の大きい繊維を芯材に適用することで、芯材の厚み方向の伝熱量が低下することから、真空断熱材の断熱性能が改善する。更には、芯材の耐圧縮性が改善されることから、芯材の空隙率を高められ、芯材の低密度化が可能となる。その結果、芯材の低コスト化を実現する真空断熱材を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、芯材がウェブを積層した積層体からなり、前記ウェブ間はウェブを構成する繊維の交絡により結びつき積層体として形状を保持している請求項１に記載の真空断熱材である。

繊維状物質をシート状にしたウェブを積層した積層体を芯材とすることで、芯材厚み方向の伝熱量は、繊維状物質の固有熱伝導率よりも、繊維相互の接触熱抵抗が支配的になる。これを、繊維状物質の一例として、ガラス繊維で説明する。

汎用的なガラス組成物の熱伝導率は１Ｗ／ｍＫ前後であるが、ガラス繊維を略垂直に積層して配置した積層体、すなわちウェブを積層した積層体を芯材とする真空断熱材の場合には、積層体の固体成分に関する熱伝導が、ガラス組成物自身の１００分の１以下となる場合が多い。

しかしながら、ポリエステル繊維、綿繊維等の強度の小さい繊維からなるウェブを積層して配置した積層体を、芯材とする場合には、繊維が絡み合って形成される空隙が大気圧により容易に押し潰され、空隙率が低下して芯材密度が増大する。

その結果、繊維相互の接触点数の増大、言い換えれば伝熱経路数の増大に伴い伝熱量が増大する。また、接触熱抵抗の観点から考察すると、繊維相互の接触面積が増大することで、接触熱抵抗が低下するため伝熱量が増大する。

以上の結果より、芯材の厚み方向に対して略垂直に繊維を積層して配置した積層体を、芯材とする場合には、繊維状物質の引張り強度に代表される繊維強度が非常に重要となり、引張り強度の大きい繊維を適用することで、真空断熱材の断熱性能は大幅に改善することができる。

請求項３に記載の発明は、繊維状物質がガラス組成物からなるガラス短繊維である請求項１または２に記載の真空断熱材である。

前述のように、芯材がウェブを積層した積層体からなり、前記ウェブ間は交絡により結合することで積層体として形状を保持している場合、言い換えれば、芯材の厚み方向に対して略垂直に繊維を積層して配置した積層体である場合には、繊維の強度が非常に重要になる。

特に、大気圧に対する耐圧縮性が重要であるが、繊維の強度の観点からガラス繊維が優れており、特に、繊維の適度な絡み合いから積層体が嵩高くなるガラス短繊維が、断熱性能とコストの点で最も優れている。

請求項４に記載の発明は、ガラス組成物がソーダ石灰ガラスであり、前記ソーダ石灰ガラスからなるガラス短繊維の真密度が２．５ｇ／ｃｍ³未満である請求項３に記載の真空断熱材である。

一般に、ガラス短繊維はソーダ石灰ガラスから形成される。この時、十分に徐冷が施されたガラス短繊維においては、その真密度が２．５ｇ／ｃｍ³を上回る。しかしながら、急冷ガラスとして形成されたガラス短繊維は、その真密度が２．５ｇ／ｃｍ³を下回り、その急冷の程度によって異なるが、概ね、２．４８０ｇ／ｃｍ³前後の真密度となる。

このように汎用的なガラス組成を有するソーダ石灰ガラスからなるガラス短繊維において、その真密度が２．５ｇ／ｃｍ³を下回る場合には、急冷ガラスからなるガラス短繊維であり、前記ガラス短繊維は繊維の引張り応力が増大する。

これは、急冷により、繊維の表面層の分子が密になることから、繊維表面層が高い圧縮応力を有する層となり、引張り強度が増大するものである。

よって、芯材に、真密度が２．５ｇ／ｃｍ³未満の急冷ガラスからなるガラス短繊維を適用することで、真空断熱材の断熱性能が改善できる。

請求項５に記載の発明は、ガラス組成物のヤング率が７０ＧＰａ以上である請求項３または４に記載の真空断熱材である。

一般に、ガラスの弾性係数は組成によって大きく変化するが、実用ガラスの大部分は、そのヤング率が、５０〜９０ＧＰａである。

この時、ヤング率が７０ＧＰａ未満のガラス組成物からなるガラス短繊維を、芯材とする場合は、真空断熱材の断熱性能が悪化する。

これは、ガラス組成物のヤング率の低下に伴い、ガラス繊維の強度が低下することが主要因であり、芯材用のガラス繊維は、ヤング率が７０ＧＰａ以上のガラス組成物であることが重要である。更に、ヤング率は７０ＧＰａより大きいほど望ましい。

また、ヤング率が７０ＧＰａより大きいほど、大気圧に対する耐圧縮性が改善されることから、芯材はより低密度化を実現することができる。

このように、真空断熱材の芯材として適用する繊維状物質は、その強度が大きいほど、真空断熱材の断熱性能を改善することができる。また、その強度が大きいほど、真空断熱材の低密度化が実現できる。

繊維状物質の強度に関する管理項目は、繊維の引張り強度が簡便で管理しやすく、引張り強度を０．５ＧＰａ以上とすることで、従来品よりも断熱性能を改善することができる。また、フックの法則からも判るように、繊維の弾性係数を増大することも有効であり、ガラス組成物のヤング率を７０ＧＰａ以上とすることが望ましい。

本発明で使用できる繊維状物質としては、無機繊維、有機繊維等、公知の繊維が使用できるが、繊維径が細く、素材の熱伝導率が小さいものが望ましく、更には、少なくとも引っ張り強度が０．５ＧＰａ以上であることが望ましい。

汎用的な工業材料としては、ガラス短繊維が好適である。より望ましくは、ガラス短繊維のウェブの積層体からなり、前記ウェブ間は積層体の一体性が保持できる必要最低限の繊維の交絡により結合され、厚み方向に均質に積層配列された繊維集合体が好適である。

また、繊維径は、特に指定するものではないが、繊維径が微細なものは、より優れた断熱性能が得られる。しかし、経済性の観点からは、平均繊維径が３〜５μｍのものを使用するのが望ましい。

しかしながら、汎用的なガラス短繊維では、ガラスの理論強度から１〜２オーダー低い強度となっており、引張り強度が０．５ＧＰａ未満である場合が多い。

この理由は、ガラス組成物の破壊は、引張り応力によって原子間の結合が切られ、原子が分離することによって起こるため、本来、ガラスの機械強度は非常に大きいものである。

しかし、実際にはガラス表面や内部には、グリフィスフローと呼ばれる微細な傷が多数存在することから、負荷応力がグリフィスクフローに集中し、この部分で破壊されるため必要な強度が得られない。

従って、本発明に適用できるガラス短繊維としては、ガラス組成の適正化や製造プロセスの適正化により、ガラス短繊維の強度を強化することが望ましい。

このうち、製造プロセスの適正化により、ガラス短繊維の強度を増大する方法としては、化学強化法またはイオン交換法と呼ばれる方法や、加熱急冷法または風冷強化法と呼ばれる方法がある。

化学強化法は、フッ化水素酸等でガラス表面を浸食する方法であり、これにより、ガラス表面に存在するグリフィスクフローを除去することができるため、ガラス繊維の強度を改善できる。

また、イオン交換法は、ガラス表面のナトリウムイオンを、分子径の大きいカリウムイオンで置換することで、予めガラスの表面に高い圧縮応力層を付与する方法であり、同様に、ガラス強度を改善できる。

しかしながら、工業的に最もよく利用されるのは加熱急冷法である。これは、加熱されたガラスに、低温の空気を吹き付けることで処理され、予めガラスの表面に高い圧縮応力層を付与することにより、引張り応力に対する耐久性を向上させるものである。

この方法は、ガラス繊維についても同様に実施することができ、繊維化直後の高温の繊維に対し冷却エアーを吹き付けることで、ガラス繊維が強化されるため、効率的に処理できる。

以上、工業的に利用されるガラス強化方法を示したが、ガラス繊維の機械強度を強化する方法は、前述したものに限定するものではなく、公知の方法が適用できる。

一方、本発明で使用できる外被材を形成するラミネートフィルムは、高いガスバリア性を付与するために、金属箔層、或いは蒸着層の少なくともいずれかを有するプラスチック製フィルムにて構成することがより望ましい。この時、金属箔層、及び蒸着層は公知の材料が利用でき、特に指定するものではない。

また、ラミネートフィルムの成形方法は、ドライラミネーション用の接着剤を用いて行う、ドライラミネーション方式がより望ましいが、ラミネートフィルムの一部にオレフィン系樹脂を用いて溶融押し出しする、エクストルージョンラミネーション方式を適用してもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面模式図を示すものである。

図１において、真空断熱材１は、芯材２と吸着剤４とを外被材３に挿入し、内部を減圧して構成している。この時、真空断熱材１は、厚みが１０ｍｍとなるように、芯材２の密度を調整している。

真空断熱材１の作製は、芯材２を、１４０℃の乾燥炉で２０分間乾燥した後、ラミネートフィルムの三方を熱溶着によりシールして袋状に成形した外被材３に挿入し、減圧チャンバー内で外被材３の内部が１０Ｐａ以下になるように減圧し、外被材３の開口部を熱溶着により密閉封止している。

一方、芯材２に適用している繊維状物質は、ガラス短繊維である平均繊維径３．５μｍのグラスウールである。但し、ガラス短繊維であるグラスウールは、汎用的なソーダ石灰ガラス組成物を適用しているが、繊維化直後に、冷却空気を吹き付ける事で急冷して繊維を強化している。そのため、ガラス繊維の引張り強度は、無作為に抽出した１５本で平均が０．７ＧＰａであった。

なお、ガラス繊維の引張り強度の測定は、ＪＩＳ Ｌ １０１５に従い実施している。

芯材２の作製は、ガラス短繊維であるグラスウールでウェブを形成し、そのウェブを所定厚みになるまで積層し、ウェブ間が交絡により結合されたガラス繊維の積層体を形成する。その後、ガラス繊維の積層体を、ガラスの歪点よりも低い４５０℃で５分間加熱プレスすることで、芯材として形状を保持させている。

なお、上記方法以外に、加熱プレス時にバインダーを適用することで、より強度の高い芯材を成形することができる。更には、加熱プレスなしで、ガラス繊維の積層体を芯材として適用することもできる。これらは、求められる真空断熱材の品質や生産性を考慮して決定することができる。

外被材３は、最外層にポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、中間層にアルミ箔（６μｍ）、熱溶着層に直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（５０μｍ）を適用したプラスチックラミネートフィルムから構成している。吸着剤４は、水分吸着剤として酸化カルシウムを適用している。

このようして作製した真空断熱材１について、その熱伝導率を英弘精機製のオートラムダにて測定した。

その結果、真空断熱材１の熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００１５Ｗ／ｍＫと優れた断熱性能を有しており、引張り強度が０．５ＧＰａ未満のガラス短繊維から芯材を形成した真空断熱材と比較して、熱伝導率は０．０００４Ｗ／ｍＫ低減することが判った。

また同様に、真空断熱材１を１０ｍｍ厚みとするために必要な芯材２密度は、従来、２５０ｋｇ／ｍ³であったものが、本実施の形態では２４０ｋｇ／ｍ³であった。

このような結果を得られた理由は、芯材２に引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維状物質を含んでいることから、大気圧により芯材２が圧縮されても繊維の屈曲や破断が生じにくく、繊維の絡み合いにより形成される空隙が保持され、より少ない繊維の接触点数で大気圧を保持することが可能となったためと考える。

その結果、芯材２の厚み方向の伝熱量が低下することから、真空断熱材１の断熱性能が改善する。更には、芯材２の耐圧縮性が改善されていることから、芯材２の空隙率を高められ、芯材２の低密度化が可能となる。本実施の形態では、グラスウールの使用量が４％低減可能となることから、原材料費の低減も実現できる。

なお、本実施の形態では、芯材２を形成する繊維状物質として、ガラス短繊維であるグラスウールを適用し、かつ、その引張り強度を０．５ＧＰａ以上になるよう加熱急冷法にて繊維を強化して適用している。

しかしながら、芯材２に適用できる繊維状物質は、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維状物質であれば特に問題なく、公知の材料が適用できる。また、繊維状物質としてガラス短繊維を適用する場合にも、ガラス繊維は公知の方法で強化することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面模式図を示すものである。

図２において、真空断熱材１１は、芯材１２と吸着剤１４とを外被材１３に挿入し、内部を減圧して構成している。この時、真空断熱材１１は、厚みが１０ｍｍとなるように、芯材１２の密度を調整している。

なお、本実施の形態２における真空断熱材１１は、芯材１２を形成する繊維状物質の材料構成と繊維状物質の製造方法が異なる以外は、実施の形態１における材料構成、及び作製方法と同様である。

芯材１２に適用している繊維状物質は、ガラス短繊維である平均繊維径３．５μｍのグラスウールであり、ガラス繊維の引張り強度は、無作為に抽出した１５本の平均が１．１ＧＰａであった。

この時、ガラス繊維は、ガラスをアルミノケイ酸塩ガラスに組成変更することで、ガラスのヤング率を高め、ガラス短繊維の引張り強度を強化している。アルミノケイ酸塩ガラスのヤング率は、超音波法により測定した結果、８４ＧＰａであった。

このようして作製した真空断熱材１１について、その熱伝導率を英弘精機製のオートラムダにて測定した。その結果、真空断熱材１１の熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００１４Ｗ／ｍＫと優れた断熱性能を有しており、引張り強度が０．５ＧＰａ未満のガラス短繊維から芯材を形成した真空断熱材と比較して、熱伝導率は０．０００５Ｗ／ｍＫ低減することが判った。

また同様に、真空断熱材１１を１０ｍｍ厚みとするために必要な芯材１２密度は、従来、２５０ｋｇ／ｍ³であったものが、本実施の形態では２３５ｋｇ／ｍ³であった。

このような結果を得られた理由は、芯材１２に、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維状物質を含んでいることから、大気圧により圧縮されても繊維の屈曲や破断が生じにくく、繊維の絡み合いにより形成される空隙が保持され、より少ない繊維の接触点数で大気圧を保持することが可能となったためと考える。

その結果、芯材１２の厚み方向の伝熱量が低下することから、真空断熱材１１の断熱性能が改善する。更には、芯材１２の耐圧縮性が改善されていることから、芯材１２の空隙率を高められ、芯材１２の低密度化が可能となる。本実施の形態では、グラスウールの使用量が６％低減可能となることから、原材料費の低減も実現できる。

なお、本実施の形態では、ソーダ石灰ガラスに変えて、アルミノケイ酸塩ガラスを利用したが、これに限定されるものではない。

一般に、ヤング率を高めるには、ガラス組成物の原子間の結合強度を高め、原子の充填率を高めることが重要である。従って、イオン半径が小さく電荷の大きいイオン、すなわち電場強度の高いイオンで置換することが、高弾性率化に有効となる。

具体的には、アルカリ含有量を減らし非架橋酸素数を低減させる。更には、アルカリの種類を変えてイオンの電場強度を増大するなどが考えられ、アルカリをＬｉ＜Ｎａ＜Ｋと置換することでヤング率が増大する。

以下、実施例、及び比較例を用いて、本発明の真空断熱材の芯材を構成する繊維状物質の特性について具体的に説明するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではない。

（表１）に芯材に使用する繊維状物質のガラス組成、ガラス物性、及び繊維物性を種々変更した場合の真空断熱材の熱伝導率と密度について、実施例１〜６、及び比較例ＡまたはＢに示した。

真空断熱材は、基本的に、実施の形態１と同様の方法で作製しているが、真空断熱材１の芯材２を構成する繊維状物質の材料物性を各種変更して作製している。

また、ガラス組成は、Ａ〜Ｃの３組成で評価しており、Ａはソーダ石灰ガラス、Ｂはアルミノケイ酸塩ガラス、Ｃはソーダ石灰ガラスにおいて、アルカリ含有率を２倍にする共に、酸化バリウムを５ｍｏｌ％添加した。なお、Ｃはアルカリと酸化バリウムの増加量分だけ酸化ケイ素量を低減している。

更に、ソーダ石灰ガラスについては、加熱急冷法、フッ化水素酸処理、及びイオン交換法によりガラスを強化している。

一方、各種材料物性のうち、ヤング率については超音波法により、引張り強度については、ＪＩＳ Ｌ １０１５ 化学繊維ステープル試験方法に準拠し、無作為に抽出した１５本のガラス繊維の平均値として示している。また、真密度については、島津製作所製のヘリウムピクノメーターにて、熱伝導率については英弘精機製のオートラムダにて平均温度２４℃にて測定した。

（実施例１）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、ソーダ石灰ガラスを適用している。しかしながら、ガラス繊維を加熱急冷法にて強化しているため、繊維の引張り強度は平均で０．５ＧＰａであった。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００１６Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して０．０００３Ｗ／ｍＫ改善していた。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２４５ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して２％低減していた。

このような結果を得られた理由は、芯材に引張り強度が強い繊維状物質を含んでいることから、大気圧により圧縮された場合にも、繊維の屈曲や破断が生じにくく、繊維の絡み合いにより形成される空隙が保持され、より少ない繊維の接触点数で大気圧を保持することが可能となったためと考える。

その結果、芯材の厚み方向の伝熱量が低下することから、真空断熱材の断熱性能が改善する。更には、芯材の耐圧縮性が改善されていることから、芯材の空隙率を高められ、芯材の低密度化が可能となる。

（実施例２）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、ソーダ石灰ガラスを適用している。しかしながら、ガラス繊維を加熱急冷法にて強化しているため、繊維の引張り強度は平均で０．７ＧＰａであった。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００１５Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して０．０００４Ｗ／ｍＫ改善していた。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２４０ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して４％低減していた。

以上の結果は、実施例１と同様の作用により改善されたものと考える。

（実施例３）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、ソーダ石灰ガラスを適用している。しかしながら、ガラス繊維を加熱急冷法にて強化しているため、繊維の引張り強度は０．８ＧＰａであった。

この時、急冷時の空気温度を３０℃から１０℃まで低減したことにより、急冷による焼き入れが、より効果的に作用したためか、引張り強度が、空気温度３０℃と比較して、より増大した。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００１５Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して０．０００４Ｗ／ｍＫ改善していた。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２４０ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して４％低減していた。

以上の結果は、実施例１と同様の作用により改善されたものと考える。

（実施例４）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、ソーダ石灰ガラスを適用している。しかしながら、ガラス繊維をフッ化水素酸処理にて強化しているため、繊維の引張り強度は平均で１．１ＧＰａであった。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００１４Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して０．０００５Ｗ／ｍＫ改善していた。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２４０ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して４％低減していた。

以上の結果は、実施例１と同様の作用により改善されたものと考える。

（実施例５）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、ソーダ石灰ガラスを適用している。しかしながら、ガラス繊維をイオン交換処理にて強化しているため、繊維の引張り強度は平均で１．０ＧＰａであった。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００１４Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して０．０００５Ｗ／ｍＫ改善していた。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２４０ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して４％低減していた。

以上の結果は、実施例１と同様の作用により改善されたものと考える。

（実施例６）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、アルミノケイ酸塩ガラスを適用している。アルミノケイ酸塩ガラスは、ガラス組成物自体のヤング率がソーダ石灰ガラスと比較して約１０％大きい。その結果、繊維の引張り強度は、平均で１．１ＧＰａと大きくなっている。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００１４Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して０．０００５Ｗ／ｍＫ改善していた。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２３５ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して６％低減していた。

以上の結果は、実施例１と同様の作用により改善されたものと考える。

（比較例１）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物には、ガラス短繊維としては一般的なソーダ石灰ガラスを適用している。また、同様に、ガラス繊維に特別な処理を施していないことから、汎用的な材料物性を有するガラス短繊維である。

この時、ガラス繊維は脆く、ハンドリング時に簡単に破断してしまうため、ＪＩＳ Ｌ １０１５ 化学繊維ステープル試験方法に準拠した引張り試験では、引張り強度の測定ができなかった。

この時、真空断熱材の熱伝導率は０．００１９Ｗ／ｍＫ、真空断熱材の芯材密度は２５０ｋｇ／ｍ³と、ガラス短繊維の真密度は２．５０５ｇ／ｃｍ³であった。

（比較例２）
芯材に適用する繊維状物質のガラス短繊維を形成するガラス組成物は、ソーダ石灰ガラスにおいてアルカリ含有率を２倍にする共に、酸化バリウムを５ｍｏｌ％添加したものを適用している。なお、アルカリと酸化バリウムの増加量分だけ酸化ケイ素量を低減している。

また、ガラス繊維には特別な処理を施さず、一般的な方法で繊維化を実施した。

この時、ガラス繊維は脆く、ハンドリング時に簡単に破断してしまうため、ＪＩＳ Ｌ １０１５ 化学繊維ステープル試験方法に準拠した引張り試験では、引張り強度の測定ができなかった。

この時、真空断熱材の熱伝導率は、０．００２２Ｗ／ｍＫと、従来品と比較して、０．０００３Ｗ／ｍＫ悪化した。また、同様に、真空断熱材の芯材密度は２８０ｋｇ／ｍ³と、従来、２５０ｋｇ／ｍ³と比較して増大した。

本発明にかかる真空断熱材は、優れた断熱性能を有しているので、より薄い厚さで高い断熱性能が得られる。従って、冷蔵庫、クーラーボックスなどの用途に加えて、液晶プロジェクター、コピー機、ノートパソコン等のように、より狭い空間で高い断熱性能が必要とされる用途に適用可能である。

本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面模式図 本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面模式図 従来の真空断熱材の芯材断面図

符号の説明

１，１１ 真空断熱材
２，１２ 芯材
３，１３ 外被材

Claims (5)

1. 繊維状物質からなる芯材と、前記芯材を外被材で覆って内部を減圧してなる真空断熱材であって、前記繊維状物質は、引張り強度が０．５ＧＰａ以上の繊維を含んでいる真空断熱材。
2. 芯材がウェブを積層した積層体からなり、前記ウェブ間はウェブを構成する繊維の交絡により結びつき積層体として形状を保持している請求項１に記載の真空断熱材。
3. 繊維状物質が、ガラス組成物からなるガラス短繊維である請求項１または２に記載の真空断熱材。
4. ガラス組成物がソーダ石灰ガラスであり、前記ソーダ石灰ガラスからなるガラス短繊維の真密度が２．５ｇ／ｃｍ³未満である請求項３に記載の真空断熱材。
5. ガラス組成物のヤング率が７０ＧＰａ以上である請求項３または４に記載の真空断熱材。

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