JP2009138889A

JP2009138889A - 真空断熱材の製造方法

Info

Publication number: JP2009138889A
Application number: JP2007318151A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kojima; 真弥小島; Hiroaki Katsumura; 浩昭勝村; Kazuhiro Kawanishi; 一浩川西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-25

Abstract

【課題】長期にわたって断熱効果を維持することができる真空断熱材を提供する。
【解決手段】熱溶着層１２を有するガスバリア性の外被材９からなる袋内に対向する二つの伝熱面を有する板状の芯材５を挿入し、袋内が減圧状態となるよう、袋の開口部付近に位置する熱溶着層１２同士を熱溶着することで、対向する熱溶着層１２同士を未溶着の状態で密着させたのち、常圧下で芯材５の各伝熱面と接するそれぞれの外被材９への投入熱量が異なるように外被材９の未溶着部８を熱溶着するものである。これにより、真空断熱材１の周縁を芯材５側へ折り返した時に発生する亀裂の面積が小さくなることで亀裂から浸入するガスや水蒸気の透過量を抑制し、未溶着部８が熱溶着部１９として大気中のガスや水蒸気の浸入を妨げるため、真空断熱材１の内部真空度を長期にわたって維持することが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、長期にわたって断熱効果が維持可能な真空断熱材の製造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の対策として住宅の省エネルギーを推進する動きが活発となっており、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。

住宅用断熱材として現在では、グラスウールやウレタンボードが主流となっているが、さらなる省エネルギー化を進める為には優れた断熱性能を有する真空断熱材の適用が望ましい。

従来の真空断熱材は熱溶着層を有する外被材からなる袋体に、多孔体からなる芯材を収納し、減圧下で袋体の開口部または開口部付近の熱溶着層を熱溶着して製造されるものである。

この製造方法では、芯材を袋体へ挿入するために、袋体の芯材収納空間は芯材の体積よりも大きくしなければならない。このため、従来の真空断熱材の芯材の周縁には、本質機能である断熱に寄与しない箇所が生じる。一つは袋状に加工された外被材の熱溶着層同士が熱溶着された熱溶着部であり、もう一つは、袋状に加工された外被材の熱溶着層同士が熱溶着されずに大気圧で密着した非溶着部である。

このため、熱溶着部および非熱溶着部で構成される真空断熱材の周縁部は、前述の通り断熱に寄与しないため、真空断熱材の使用時には周縁部を折り曲げることが予想される。

しかしながら、周縁部の折り曲げを繰り返すと外被材に亀裂が生じ、亀裂部よりガスや水蒸気が浸入するため、真空断熱材の内部真空度を長期にわたり維持することが困難であった。

この課題を解決するために、熱溶着層を有するガスバリア性フィルムからなる袋体に芯材を収納し、袋体内部を減圧状態で密封した真空断熱材を、その全体又は未溶着部を常圧下で加熱し、袋体の未溶着部を熱溶着した真空断熱材が報告されている（例えば、特許文献１参照）。

図９は、特許文献１に記載された従来の真空断熱材の平面図であり、図１０は、特許文献１に記載された従来の真空断熱材の断面図である。

この真空断熱材１は、熱溶着層２を有するガスバリア性フィルム３よりなる外装体４に芯材５を収納し、外装体４の内部を減圧状態にして外装体４の開口部を密封した真空断熱材１を、熱溶着層の融点より５〜３５℃高い温度で設定した乾燥器（図示せず）や熱風発生器（図示せず）を用いて真空断熱材１の全体もしくは一部を加熱して未溶着部８を熱溶着するものである。

これにより、外装体４を芯材５側へ折り込んだ時に亀裂が生じてもガスや水蒸気の浸入による内部真空度の低下が起こらないとされている。
特開２００６−３２９４１９号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、真空断熱材１を乾燥器中で全体加熱を行うと外装体４を構成するプラスチックフィルムや接着剤が必要以上に硬化するため、真空断熱材１の周縁を芯材５側へ折り返したときに発生する亀裂の面積が、全体加熱を施さない真空断熱材に比べて非常に大きくなる。このため、真空断熱材全体を加熱することで未溶着部８が熱溶着部となり、真空断熱材１の周縁から浸入するガスや水蒸気を妨げる効果は期待できるものの、芯材５の角部周辺における外装体４の折り返しにより生じた亀裂を通じて浸入する大気中のガスや水蒸気の透過の影響が大きく、内部真空度の低下が起こらないとは言い難い。

また、真空断熱材の一部を加熱して未溶着部分を熱溶着する方法では、未溶着部分を加熱する際に投入された熱が外装体を通じて芯材に伝わるため、芯材を冷却しない限り加熱により芯材から発生するガスを最小限にすることができるとは言い難い。

本発明では、上記従来の課題を解決するものであり、真空断熱材の外装体を芯材側へ折り曲げても亀裂が生じにくい真空断熱材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の真空断熱材の製造方法は、内面に熱溶着層を有するガスバリア性の外被材からなる袋内に、対向する二つの伝熱面を有する板状の芯材を挿入し、減圧空間内で前記袋の開口部または前記開口部付近の対向する前記熱溶着層同士を熱溶着して前記芯材を袋内に減圧密封した後に減圧空間を常圧に戻すことで、未溶着の状態の対向する熱溶着層同士を密着させ、常圧下で、前記芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けるが前記芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けないように前記芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着するものである。

本発明では、芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の熱溶着層は融けるが芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の熱溶着層は融けないように芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着することによって、外被材を構成するプラスチックフィルムや接着剤の硬化が抑制され、真空断熱材の周縁を芯材側へ折り返した時に発生する亀裂の面積が小さくなる。

これにより、亀裂から浸入するガスや水蒸気の透過量が少なくなるとともに、未溶着部が熱溶着部として大気中のガスや水蒸気の浸入を妨げるため、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持することが可能となる。

本発明の真空断熱材の製造方法は、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持する作用を有するため、長期にわたって断熱効果が維持可能な真空断熱材が提供可能となる。

請求項１に記載の発明は、内面に熱溶着層を有するガスバリア性の外被材からなる袋内に、対向する二つの伝熱面を有する板状の芯材を挿入し、減圧空間内で前記袋の開口部または前記開口部付近の対向する前記熱溶着層同士を熱溶着して前記芯材を袋内に減圧密封した後に減圧空間を常圧に戻すことで、未溶着の状態の対向する熱溶着層同士を密着させ、常圧下で、前記芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けるが前記芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けないように前記芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法である。

これにより、亀裂から浸入するガスや水蒸気の透過量が少なくなるとともに、未溶着部が熱溶着部として大気中のガスや水蒸気の浸入を妨げるため、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持することが可能となる。この作用により、長期にわたって断熱効果が維持可能な真空断熱材が提供可能となる。

さらに、一方の伝熱面と接する外被材へ投入する熱量を熱溶着層の融点未満とすることで、一方の外被材を構成する熱溶着層と芯材との結合が抑制されるため、真空断熱材が被断熱物の形状に追従しやすくなる。これにより、外被材に発生する外被材の亀裂を抑制することが可能となり、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持することができる。この作用により、長期にわたって断熱効果が維持可能な真空断熱材が提供可能となる。

また、外被材と芯材との結合が無いことから、真空断熱材の周囲を減圧可能状態にすることで真空断熱材の膨らみ量から真空断熱材の内部真空度を確認する検査方法が利用可能となる。

なお、ここで伝熱面とは、板状の芯材で形成される平面のうち、最大の面積を有する面とその対向する面のことを指す。

また、ここで外被材への熱量の投入方法に関しては、特に指定するものではないが、ヒートシール方式やインパルス方式、高周波シール方式、超音波シール方式などの熱伝導や、加熱気体による熱伝達や、赤外線による輻射熱伝導など従来公知技術による熱量の投入方法が考えられる。なお、一方の外被材のみを上記従来公知技術により熱量を投入する方法でも同様の効果が得られる。

次に真空断熱材の構成材料について説明する。

外被材に使用するラミネートフィルムは、最内層を熱溶着層とし、中間層にはガスバリア層として金属箔あるいは金属蒸着層を有し、最外層には表面保護層を設けたものが適用できる。

なお、熱溶着層としては特に指定するものではないが、低密度ポリエチレンフィルム、直鎖低密度ポリエチレンフィルム、中密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム等の熱可塑性樹脂或いはそれらの混合体が使用できる。

また、ガスバリア層としては、アルミニウム箔や銅箔などの金属箔や、ポリエチレンテレフタレートフィルムやエチレン−ビニルアルコール共重合体へアルミニウムや銅等の金属原子または酸化珪素や酸化アルミニウム金属酸化物を蒸着したフィルムや、金属原子や金属酸化物を蒸着した表面にコーティングを施したフィルム等が使用できる。

また、表面保護層としては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルム等従来公知の材料が使用できる。

芯材の種類について特に指定するものではないが、気層比率９０％前後の多孔体をシート状または板状に加工したものであり、ウレタンフォーム、スチレンフォーム、フェノールフォームなどの連続気泡体や、グラスウールやロックウール、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維などの繊維体、パーライトや湿式シリカ、乾式シリカなどの粉体など、従来公知の芯材が利用できるが、常圧下で芯材を含め外被材全体を加熱することから、芯材は有機ガスの発生が少ない無機繊維または無機粉体が望ましい。

また、芯材の形状は断熱を必要とする箇所に応じて三角形、四角形、多角形、円形、Ｌ型あるいはそれらの組み合わせからなる任意形状が使用できる。

請求項２に記載の発明は、片面に熱溶着層を有するガスバリア性の外被材の前記熱溶着層同士を対向させた間に、対向する二つの伝熱面を有する板状の芯材が互いに離間するように複数配置し、減圧空間内で前記外被材の周縁付近に位置する前記熱溶着層同士を熱溶着して前記芯材を前記外被材内に減圧密封した後に、減圧空間を常圧に戻すことで、未溶着の状態の対向する熱溶着層同士を密着させ、常圧下で、前記芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けるが前記芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けないように前記芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法である。

本発明では、芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の熱溶着層は融けるが芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の熱溶着層は融けないように芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着することによって、外被材を構成するプラスチックフィルムや接着剤の硬化を抑制し、真空断熱材の芯材と芯材との間に位置する熱溶着部が屈曲する際に発生する亀裂の面積が小さくなる。

さらに、請求項１の発明に比べて、芯材の周囲長さに対する外被材の周囲長さの割合が少ないため、外被材の端部から浸入するガスや水蒸気が減少し、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持することが可能となる。この作用により、長期にわたって断熱効果が維持可能な真空断熱材が提供可能となる。

なお、ここで独立した空間とは、各空間が熱溶着部を介して離間された状態のことを指す。また、外被材への熱量の投入方法に関しては特に指定するものではないが、ヒートシール方式やインパルス方式、高周波シール方式、超音波シール方式などの熱伝導や、加熱気体による熱伝達や、赤外線による輻射熱伝導など従来公知技術による熱量の投入方法が考えられる。なお、一方の外被材のみを上記従来公知技術により熱量を投入する方法でも同様の効果が得られる。

次に真空断熱材の構成材料について説明する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、外被材に芯材の伝熱面と平行な張力を加えた状態で、減圧空間内で、前記外被材の周縁付近に位置する熱溶着層同士を熱溶着するものである。

外被材に芯材の伝熱面と水平な張力を加えた状態で外被材の周縁付近に位置する熱溶着層同士を熱溶着した後に減圧空間を常圧に戻すことによって、真空断熱材の芯材上に発生する外被材のしわを抑えることができ、また、大気導入時に芯材の角部へ発生するしわを抑制することができるため、真空断熱材に曲げや折り曲げ加工を施す際や、真空断熱材の周縁部を芯材側へ折り返す際や、芯材と芯材との間に位置する熱溶着部を折り曲げる際に発生する亀裂の面積が小さくなる。

なお、ここで張力の付与方法としては特に指定するものではないが、外被材の周縁や、外被材からなる袋の端部を、空気圧や油圧を用いて外被材の周縁や袋の端部を掴みながら張力を付与する方法や、磁石や他の部材からの押圧力を利用して張力を付与する方法など従来公知の張力の付与方法が利用できる。また張力の付与方向は、外被材のＭＤ、ＴＤへ均等に張力が付与されるよう配置することが望ましい。

また、外被材へ張力を付与するタイミングは、芯材を減圧状態にする直前もしくは減圧中または、外被材からなる袋の開口部付近に位置する熱溶着層や外被材の周縁に位置する熱溶着層を熱溶着する直前が考えられる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、輻射熱または対流熱のうち少なくとも一つを用いて加熱するものである。

輻射熱や対流熱のように外被材の熱溶着層を非接触で加熱する方法は、外被材を構成する熱溶着層の融点付近に温度調整した弾性体によって、外被材の未溶着部分を熱溶着する方法よりも外被材にかかる負荷が軽減されるため、芯材が外被材に突き刺さることで発生するピンホールを緩和することが可能となり、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持することができる。この作用により、長期にわたって断熱効果が維持可能な真空断熱材が提供可能となる。

なお、輻射熱を用いて真空断熱材の熱溶着層を加熱する方法においては、輻射熱の赤外波長を効率よく吸収できるポリエチレンテレフタレートフィルムやナイロンフィルム、ポリプロピレンフィルムなど、プラスチックフィルムを外被材の表面に積層することが望ましい。逆にフッ素を含有するフィルムのように輻射熱の赤外波長を透過しやすいプラスチックフィルムは加熱効率が低下する為あまり望ましくはない。また、接着剤に関しても輻射熱の赤外波長を効率よく吸収できるウレタン系接着剤が望ましい。また、接着剤の塗布方法に関しては、接着するプラスチックフィルム同士の間に未接着部が存在しないよう塗布することが望ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、外被材へ投入する熱源または真空断熱材のうち少なくとも一方を動かしながら外被材を加熱するものである。

外被材へ投入する熱源または真空断熱材のうち少なくとも一方を動かしながら外被材を加熱することで、局所的な外被材の加熱を防止することが可能となり、外被材を構成するプラスチックフィルムや接着剤の硬化状態がほぼ一様に分布する。これにより、局所的な外被材の硬化を防止することが可能となり、外被材の周縁部の折り返しにより発生する亀裂を緩和することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、投入熱量が少ない方の外被材の表面温度を検知しながら外被材を加熱するものである。

外被材の表面温度を常に把握することで、加熱工程終了時の熱溶着品質を直ちに確認することが可能であることから熱溶着品質の工程内管理が可能となる。また、外被材の表面温度を加熱装置へフィードバックさせることで外被材の過剰な硬化を抑制することが可能となるため、真空断熱材の周縁を芯材側へ折り返した時に発生する亀裂の面積が小さくなる。

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が、従来例または先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの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製造方法に関する真空排気工程を表す模式図であり、図２は図１の真空断熱材の製造方法に関する真空排気工程によって得られた真空断熱材の断面図である。また、図３は、真空断熱材の製造方法に関する未溶着部の熱溶着工程を表す模式図であり、図４は真空断熱材の製造方法に関する未溶着部の熱溶着工程によって得られた真空断熱材の断面図である。

図１、図２において、内側から順に熱溶着層１２とガスバリア層１８と保護層１７を有するガスバリア性の外被材９からなる袋１０内に、芯材５を挿入したものを、真空チャンバー１１内にセットし、真空チャンバー１１内を真空ポンプ１６で真空排気することで、袋１０内を減圧状態に保持した状態で、袋１０の開口部周縁に位置する外被材９の熱溶着層１２をインパルスシーラー１３にて熱溶着して熱溶着部１９を形成する工程である。

図３において、図２の真空断熱材１を常圧下でダクト２０内に配置し、芯材５の各伝熱面と接するそれぞれの外被材９への投入熱量が異なるよう、一方の伝熱面と接する外被材９へ熱溶着層１２の融点以上に保った温風を供給し、外被材９の未溶着部８を熱溶着する工程である。

（実施例１）
厚み２５μｍのナイロンフィルムと厚み１２μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムと、厚さ６μｍのアルミニウム箔と厚さ５０μｍの高密度ポリエチレンとをそれぞれ接着剤により複層することで得た外被材を２２５ｍｍ×３６０ｍｍの寸法に２枚切り出し、高密度ポリエチレンが対向するよう外被材を重ね、外被材の周縁に位置する高密度ポリエチレン同士を熱溶着することで袋状の外被材を手に入れた。

この袋の中に、１７５ｍｍ×２８０ｍｍの寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体と、酸化カルシウムからなる重さ４．９８８ｇの水分吸着剤とを挿入し、芯材および水分吸着剤を挿入した袋を真空チャンバー内へセットした。次に、袋内が８Ｐａとなるよう真空チャンバー内を減圧した後、減圧下にて袋の開口部に位置する高密度ポリエチレン同士を熱溶着し、真空チャンバーを常圧に戻すことで真空断熱材の半完成品を手に入れた。

この真空断熱材は、外被材の周縁を除き、対向する高密度ポリエチレン同士が、未溶着の状態で密着したものであるため、最後に、常圧下にてこの真空断熱材の一方の伝熱面と接する外被材の温度が１５０℃±１０℃となるように熱風を供給し、また、他方の伝熱面と接する外被材の温度が５０℃±５℃となるように熱風を供給することで、高密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着した部分を熱溶着させ、真空断熱材を手に入れた。この真空断熱材の初期熱伝導率は、熱伝導率測定装置（英弘精機製ＨＣ−０７３）を用いて測定すると０．００２０Ｗ／ｍＫであった。

次に、この真空断熱材の周縁に位置する外被材をすべて芯材側へ１０回ずつ折り返すことで芯材の角部に位置する外被材に亀裂を発生させ、この真空断熱材を７０℃９５％ＲＨの恒温恒湿槽内で１００時間エージングを行った。エージング後の真空断熱材の熱伝導率は０．００２５Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測すると５．００３ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、０．０１５ｍｍ^２であった。

（比較例１）
実施例１と同一構成かつ同一寸法の外被材を袋状に成形し、この袋の中に、実施例１と同一の寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体と、酸化カルシウムからなる重さ５．２１３ｇの水分吸着剤とを挿入し、芯材および水分吸着剤を挿入した袋を真空チャンバー内へセットした。次に、実施例１と同様の真空排気工程を経て真空断熱材を手に入れた。この真空断熱材の初期熱伝導率は、熱伝導率測定装置（英弘精機製ＨＣ−０７３）を用いて測定すると０．００２４Ｗ／ｍＫであった。

次に、この真空断熱材の周縁に位置する外被材をすべて芯材側へ１０回ずつ折り返すことで芯材の角部に位置する外被材に亀裂を発生させ、この真空断熱材を７０℃９５％ＲＨの恒温恒湿槽内で１００時間エージングを行った。エージング後の真空断熱材の熱伝導率は０．００２７Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測すると５．２２６ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、０．０１０ｍｍ^２であった。

（比較例２）
実施例１と同一構成かつ同一寸法の外被材を袋状に成形し、この袋の中に、実施例１と同一の寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体と、酸化カルシウムからなる重さ５．１０２ｇの水分吸着剤とを挿入し、芯材および水分吸着剤を挿入した袋を真空チャンバー内へセットした。次に、実施例１と同様の真空排気工程を経て得た真空断熱材を、常圧下にてこの真空断熱材の各伝熱面と接する外被材へ１４０℃±１℃の熱風を供給することで、高密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着した部分を熱溶着させ、真空断熱材を手に入れた。この真空断熱材の初期熱伝導率は、熱伝導率測定装置（英弘精機製ＨＣ−０７３）を用いて測定すると０．００２２Ｗ／ｍＫであった。

次に、この真空断熱材の周縁に位置する外被材をすべて芯材側へ１０回ずつ折り返すことで芯材の角部に位置する外被材に亀裂を発生させ、この真空断熱材を７０℃９５％ＲＨの恒温恒湿槽内で１００時間エージングを行った。エージング後の真空断熱材の熱伝導率は０．００４０Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測すると５．１２７ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、０．１２ｍｍ^２であった。

以上のように、本実施の形態１における真空断熱材の製造方法に関して、真空断熱材の経時変化および水分吸着剤の重量変化について確認した結果（実施例１および比較例１、２）を（表１）に示す。

（表１）の結果から、実施例１と比較例１との比較において、真空断熱材の周縁に位置する外被材を折り曲げることによって発生する亀裂の面積はほぼ同等であり、また、亀裂部から浸入するガスや水蒸気による真空断熱材の熱伝導率の経時変化もほぼ同等であることを確認した。また、実施例１と比較例２との比較において、芯材の各伝熱面と接する外被材への投入熱量が異なるように外被材の未溶着部を熱溶着したことによる亀裂の発生面積や水分吸着剤の重量変化、真空断熱材の経時変化のすべてにおいて優位性を確認した。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における真空断熱材の製造方法に関する真空排気工程を表す模式図であり、図６は図５の真空断熱材の製造方法に関する真空排気工程によって得られた真空断熱材の断面図である。図７は、真空断熱材の製造方法に関する未溶着部の熱溶着工程を表す模式図であり、図８は真空断熱材の製造方法に関する未溶着部の熱溶着工程によって得られた真空断熱材の断面図である。

図５、図６においてガスバリア性を有する外被材９の熱溶着層同士を対向させた間に、複数の芯材５が互いに離間するよう真空チャンバー１１内に配置し、真空チャンバー１１内を減圧状態に保持した状態で、外被材９の周縁に位置する熱溶着層１２同士をインパルスシーラー１３にて熱溶着する工程である。

図７において、図６の真空断熱材１を常圧下で、芯材５の各伝熱面と接するそれぞれの外被材９への投入熱量が異なるよう、赤外線ヒーター２３を有する赤外線照射装置を用いて一方の伝熱面と接する外被材９へ熱溶着層１２の融点以上に保った熱量を供給し、外被材９の未溶着部８を熱溶着する工程である。

（実施例２）
厚み１５μｍのナイロンフィルムと厚み１５μｍのナイロンフィルムと、厚さ６μｍのアルミニウム箔と厚さ５０μｍの直鎖低密度ポリエチレンとをそれぞれ接着剤により複層することで得た外被材を１１００ｍｍ×１２００ｍｍの寸法と９４０ｍｍ×１２００ｍｍの寸法にそれぞれ１枚ずつ切り出し、直鎖低密度ポリエチレンが対向するよう外被材を真空チャンバーへセットした。直鎖低密度ポリエチレンが対向する間には３００ｍｍ×３００ｍｍの寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体が４枚、１０ｍｍの間隔を保つように配置されており、各成形体には酸化カルシウムからなる重さ５．１４８ｇ、５．２２３ｇ、５．１７４ｇ、５．３４２ｇの水分吸着剤をそれぞれ挟み込んである。次に、真空チャンバーへセットした外被材に芯材の伝熱面と水平な張力を加えながら、対向する外被材の間が８Ｐａとなるよう真空チャンバー内を減圧した後、減圧下にて外被材の周縁に位置する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着し、真空チャンバーを常圧に戻すことで真空断熱材の半完成品を手に入れた。

この真空断熱材は、外被材の周縁を除き、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着したものであるため、最後に、常圧下にてこの真空断熱材の一方の伝熱面と接する外被材へ赤外線を照射し、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着することで各芯材が独立した真空空間を形成する真空断熱材を手に入れた。なお、赤外線を照射する際、真空断熱材の他方の伝熱面と接する外被材への加熱は行わなかった。また、赤外線の照射出力は、対向する外被材が密着した箇所を真空断熱材の他方の伝熱面と接する外被材側より接触式温度センサーにて計測し、外被材の温度が１３４℃±８℃を５秒以上継続するよう調整した。

次にこの真空断熱材の外形寸法を６３０ｍｍ×６３０ｍｍとなるよう外被材の周囲を裁断し、真空断熱材の周縁に位置する熱溶着部をすべて１０ｍｍに整え、この真空断熱材の各芯材部に熱流束センサー（京都電子工業製ＴＲ−６Ｃ）を設置し、温度差と熱流束と真空断熱材の厚みより熱伝導率をそれぞれ算出すると、０．００２１Ｗ／ｍＫ、０．００２３Ｗ／ｍＫ、０．００２５Ｗ／ｍＫ、０．００１９Ｗ／ｍＫであった。

次にこの真空断熱材を、外被材の周縁をすべて芯材側へ１０回ずつ折り返し、また、芯材と芯材の間に位置する外被材は、一方の芯材を隣接する芯材側へ１０回ずつ折り返すことで各芯材の角部に位置する外被材に亀裂を発生させた。この真空断熱材を７０℃９５％ＲＨの恒温恒湿槽内で１００時間エージングを行った。

エージング後の真空断熱材の熱伝導率はそれぞれ、０．００２３Ｗ／ｍＫ、０．００２６Ｗ／ｍＫ、０，００２７Ｗ／ｍＫ、０，００２２Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測するとそれぞれ、５．１６０ｇ、５．２３６ｇ、５．１８５ｇ、５．３５６ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、それぞれ０．０１７ｍｍ^２、０．０２０ｍｍ^２、０．０１８ｍｍ^２、０．０２２ｍｍ^２であった。

（比較例３）
実施例２と同一構成かつ同一寸法の外被材を真空チャンバーへセットし、直鎖低密度ポリエチレンが対向する間へ、実施例２と同一の寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体が４枚、１０ｍｍの間隔を保つように配置した。なお、各成形体には酸化カルシウムからなる重さ６．０９９ｇ、５．５７７ｇ、６．０４２ｇ、６．２１２ｇの水分吸着剤をそれぞれ挟み込んである。次に、真空チャンバーへセットした外被材に芯材の伝熱面と水平な張力を加えずに、対向する外被材の間が８Ｐａとなるよう真空チャンバー内を減圧した後、減圧下にて外被材の周縁に位置する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着し、真空チャンバーを常圧に戻すことで真空断熱材の半完成品を手に入れた。

この真空断熱材は、外被材に芯材の伝熱面と水平な張力を加えなかったため、芯材の上に位置する外被材にしわが発生し、また、芯材の角部に外被材の折畳みしわが発生してしまった。また、この真空断熱材は、外被材の周縁を除き、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着したものであるため、最後に、常圧下にてこの真空断熱材の一方の伝熱面と接する外被材へ赤外線を照射し、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着することで各芯材が独立した真空空間を形成する真空断熱材を手に入れた。なお、赤外線を照射する際、真空断熱材の他方の伝熱面と接する外被材への加熱は行わなかった。また、赤外線の照射出力は、対向する外被材が密着した箇所を真空断熱材の他方の伝熱面と接する外被材側より接触式温度センサーにて計測し、外被材の温度が１３４℃±８℃を５秒以上継続するよう調整した。

次にこの真空断熱材の外形寸法を６３０ｍｍ×６３０ｍｍとなるよう外被材の周囲を裁断し、真空断熱材の周縁に位置する熱溶着部をすべて１０ｍｍに整え、この真空断熱材の各芯材部に熱流束センサー（京都電子工業製ＴＲ−６Ｃ）を設置し、温度差と熱流束と真空断熱材の厚みより熱伝導率をそれぞれ算出すると、０．００２３Ｗ／ｍＫ、０．００２６Ｗ／ｍＫ、０．００１７Ｗ／ｍＫ、０．００２０Ｗ／ｍＫであった。

エージング後の真空断熱材の熱伝導率はそれぞれ、０．００３２Ｗ／ｍＫ、０．００３４Ｗ／ｍＫ、０，００２３Ｗ／ｍＫ、０，００２６Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測するとそれぞれ、６．１１７ｇ、５．５９３ｇ、６．０５５ｇ、６．２３２ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、それぞれ０．０３５ｍｍ^２、０．０５２ｍｍ^２、０．０４１ｍｍ^２、０．０４８ｍｍ^２であった。

（比較例４）
実施例２と同一構成かつ同一寸法の外被材を真空チャンバーへセットし、直鎖低密度ポリエチレンが対向する間へ、実施例２と同一の寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体が４枚、１０ｍｍの間隔を保つように配置した。なお、各成形体には酸化カルシウムからなる重さ４．９７３ｇ、５．４２７ｇ、５．０１９ｇ、５．２２４ｇの水分吸着剤をそれぞれ挟み込んである。次に、実施例２と同一の真空排気条件にて真空断熱材の半完成品を手に入れた。

この真空断熱材も実施例２と同様に外被材の周縁を除き、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着したものであるため、最後に、常圧下にて、この真空断熱材の二つの伝熱面と接する外被材へ赤外線を照射し、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着することで各芯材が独立した真空空間を形成する真空断熱材を手に入れた。なお、赤外線の照射出力は、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士が密着した外被材のナイロンフィルムの表面にアルミテープを用いて固定した熱電対にて計測した温度を赤外線照射装置の出力へフィードバックさせることで外被材の温度が１３４℃±８℃を５秒以上継続するよう調整した。

次にこの真空断熱材の外形寸法を６３０ｍｍ×６３０ｍｍとなるよう外被材の周囲を裁断し、真空断熱材の周縁に位置する熱溶着部をすべて１０ｍｍに整え、この真空断熱材の各芯材部に熱流束センサー（京都電子工業製ＴＲ−６Ｃ）を設置し、温度差と熱流束と真空断熱材の厚みより熱伝導率をそれぞれ算出すると、０．００２６Ｗ／ｍＫ、０．００１８Ｗ／ｍＫ、０．００２４Ｗ／ｍＫ、０．００２２Ｗ／ｍＫであった。

エージング後の真空断熱材の熱伝導率はそれぞれ、０．００３９Ｗ／ｍＫ、０．００３０Ｗ／ｍＫ、０，００３３Ｗ／ｍＫ、０，００２９Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測するとそれぞれ、４．９９２ｇ、５．４５３ｇ、５．０４２ｇ、５．２４６ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、それぞれ０．１３９ｍｍ^２、０．１５２ｍｍ^２、０．０９８ｍｍ^２、０．１１３ｍｍ^２であった。

（比較例５）
実施例２と同一構成の外被材を３４０ｍｍ×３４０ｍｍの寸法に２枚切り出し、直鎖低密度ポリエチレンが対向するよう外被材を重ね、外被材の周縁に位置する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着することで袋状の外被材を手に入れた。この袋の中に、３００ｍｍ×３００ｍｍの寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体と、酸化カルシウムからなる重さ５．３２６ｇの水分吸着剤とを挿入し、芯材および水分吸着剤を挿入した袋を真空チャンバー内へセットした。次に、袋内が８Ｐａとなるよう真空チャンバー内を減圧した後、減圧下にて袋の開口部に位置する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着し、真空チャンバーを常圧に戻すことで真空断熱材の半完成品を手に入れた。

この真空断熱材は、外被材の周縁を除き、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士が、未溶着の状態で密着したものであるため、最後に、常圧下にてこの真空断熱材の一方の伝熱面と接する外被材へ赤外線を照射し、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着することで直鎖低密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着した部分を熱溶着させ、真空断熱材を手に入れた。なお、赤外線を照射する際、真空断熱材の他方の伝熱面と接する外被材への加熱は行わなかった。また、赤外線の照射出力は、対向する外被材が密着した箇所を真空断熱材の他方の伝熱面と接する外被材側より接触式温度センサーにて計測し、外被材の温度が１３４℃±８℃を５秒以上継続するよう調整した。

この真空断熱材の芯材部に熱流束センサー（京都電子工業製ＴＲ−６Ｃ）を設置し、温度差と熱流束と真空断熱材の厚みより熱伝導率を算出すると、０．００２０Ｗ／ｍＫであった。

次に、この真空断熱材の周縁に位置する外被材をすべて芯材側へ１０回ずつ折り返すことで芯材の角部に位置する外被材に亀裂を発生させ、この真空断熱材を７０℃９５％ＲＨの恒温恒湿槽内で１００時間エージングを行った。

エージング後の真空断熱材の熱伝導率は０．００２６Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測すると５．３３４ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、０．００９ｍｍ^２であった。

（比較例６）
実施例２と同一構成かつ同一寸法の外被材を真空チャンバーへセットし、直鎖低密度ポリエチレンが対向する間へ、実施例２と同一の寸法に切り出したグラスウールからなる厚み５ｍｍの成形体が４枚、１０ｍｍの間隔を保つように配置した。なお、各成形体には酸化カルシウムからなる重さ６．２８０ｇ、５．７６８ｇ、５．５４１ｇ、６．３２９ｇの水分吸着剤をそれぞれ挟み込んである。次に、実施例２と同一の真空排気条件にて真空断熱材の半完成品を手に入れた。

この真空断熱材も実施例２と同様に外被材の周縁を除き、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士が未溶着の状態で密着したものであるため、最後に、常圧下にて、１４０℃に加熱したシリコンゴムヒーターで真空断熱材全体を加熱加圧し、対向する直鎖低密度ポリエチレン同士を熱溶着することで各芯材が独立した真空空間を形成する真空断熱材を手に入れた。

次にこの真空断熱材の外形寸法を６３０ｍｍ×６３０ｍｍとなるよう外被材の周囲を裁断し、真空断熱材の周縁に位置する熱溶着部をすべて１０ｍｍに整え、この真空断熱材の各芯材部に熱流束センサー（京都電子工業製ＴＲ−６Ｃ）を設置し、温度差と熱流束と真空断熱材の厚みより熱伝導率をそれぞれ算出すると、０．００３０Ｗ／ｍＫ、０．００２１Ｗ／ｍＫ、０．００１８Ｗ／ｍＫ、０．００２５Ｗ／ｍＫであった。

エージング後の真空断熱材の熱伝導率はそれぞれ、０．００４１Ｗ／ｍＫ、０．００４０Ｗ／ｍＫ、０，００３２Ｗ／ｍＫ、０，００２５Ｗ／ｍＫであった。また、真空断熱材を解体し、酸化カルシウムの重量を計測するとそれぞれ、６．３０１ｇ、５．８００ｇ、５．５７０ｇ、６．３６９ｇであった。また、亀裂の大きさをマイクロスコープで観察すると芯材の角部に生じる亀裂の平均面積は、それぞれ０．０５９ｍｍ^２、０．１０９ｍｍ^２、０．０７８ｍｍ^２、０．１８２ｍｍ^２であった。

以上のように、本実施の形態２における真空断熱材の製造方法に関して、真空断熱材の経時変化および水分吸着剤の重量変化について確認した結果（実施例２および比較例３から６）を（表２）に示す。

（表２）の結果より、実施例２と比較例３との比較において、外被材に芯材の伝熱面と水平な張力を加えたままで外被材の周縁付近に位置する熱溶着層同士を熱溶着し、減圧空間を常圧に戻すことによる亀裂の発生面積や水分吸着剤の重量変化、真空断熱材の経時変化のすべてにおいて優位性を確認した。

また、実施例２と比較例４との比較において、芯材の各伝熱面と接する外被材への投入熱量が異なるように外被材の未溶着部を熱溶着したことによる亀裂の発生面積や水分吸着剤の重量変化、真空断熱材の経時変化のすべてにおいて優位性を確認した。

また、実施例２と比較例５との比較において、芯材の周囲長さに対する外被材の周囲長さの割合が減少したことによる効果が真空断熱材の経時変化にて確認できた。

また、実施例２と比較例６との比較において、対向する熱溶着層同士を輻射熱または対流熱のうち少なくとも一つを用いて熱溶着したことによる亀裂の発生面積や水分吸着剤の重量変化、真空断熱材の経時変化のすべてにおいて優位性を確認した。

本発明にかかる真空断熱材の製造方法によれば、外被材の硬化を抑制し、真空断熱材の周縁を芯材側へ折り返した時に発生する亀裂の面積が小さくなる。これにより、亀裂から浸入するガスや水蒸気の透過量が少なくなるとともに、未溶着部が熱溶着部として大気中のガスや水蒸気の浸入を妨げるため、真空断熱材の内部真空度を長期にわたって維持することが可能となることから、冷蔵庫用断熱材や、住宅用断熱材、保冷コンテナ用断熱壁、自動車用断熱材など、真空断熱材を必要とするあらゆる場所に適用することができる。

本発明の実施の形態１における真空断熱材の真空排気工程を表す模式図同実施の形態における真空排気工程によって得られた真空断熱材を表す断面図同実施の形態における真空断熱材の熱溶着工程を表す模式図同実施の形態における熱溶着工程によって得られた真空断熱材を表す断面図本発明の実施の形態２における真空断熱材の真空排気工程を表す模式図同実施の形態における真空排気工程によって得られた真空断熱材を表す断面図同実施の形態における真空断熱材の熱溶着工程を表す模式図同実施の形態における熱溶着工程によって得られた真空断熱材を表す断面図従来の真空断熱材の平面図同従来の真空断熱材の断面図

符号の説明

１真空断熱材
５芯材
８未溶着部
９外被材
１０袋
１１真空チャンバー
１２熱溶着層
１９熱溶着部

Claims

内面に熱溶着層を有するガスバリア性の外被材からなる袋内に、対向する二つの伝熱面を有する板状の芯材を挿入し、減圧空間内で前記袋の開口部または前記開口部付近の対向する前記熱溶着層同士を熱溶着して前記芯材を袋内に減圧密封した後に減圧空間を常圧に戻すことで、未溶着の状態の対向する熱溶着層同士を密着させ、常圧下で、前記芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けるが前記芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けないように前記芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法。
片面に熱溶着層を有するガスバリア性の外被材の前記熱溶着層同士を対向させた間に、対向する二つの伝熱面を有する板状の芯材が互いに離間するように複数配置し、減圧空間内で前記外被材の周縁付近に位置する前記熱溶着層同士を熱溶着して前記芯材を前記外被材内に減圧密封した後に、減圧空間を常圧に戻すことで、未溶着の状態の対向する熱溶着層同士を密着させ、常圧下で、前記芯材の一方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けるが前記芯材の他方の伝熱面と接している部分の外被材の前記熱溶着層は融けないように前記芯材の各伝熱面と接するそれぞれの外被材への投入熱量を変えて未溶着の状態で密着している熱溶着層同士を熱溶着する真空断熱材の製造方法。
外被材に芯材の伝熱面と平行な張力を加えた状態で、減圧空間内で、前記外被材の周縁付近に位置する熱溶着層同士を熱溶着する請求項１または２に記載の真空断熱材の製造方法。
輻射熱または対流熱のうち少なくとも一つを用いて加熱する請求項１から３のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法。
外被材へ投入する熱源または真空断熱材のうち少なくとも一方を動かしながら外被材を加熱する請求項１から４のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法。
投入熱量が少ない方の外被材の表面温度を検知しながら外被材を加熱する請求項１から５のいずれか一項に記載の真空断熱材の製造方法。