JP4631518B2 - 真空断熱材の製造方法と、その製造方法で製造された真空断熱材を適用した保温機器および事務機器 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱材の製造方法と、その製造方法で製造された真空断熱材を適用した機器に関するものである。

真空断熱材の断熱性能を長期に渡って維持するためには、外被材にガスバリア性に優れたフィルムを使用することによって外部からのガス侵入を防ぎ、真空断熱材内部の真空度を維持する必要がある。このため、従来は、外被材には金属箔を含むフィルムが広く使用されて来た。

しかし、金属箔を含むフィルムを真空断熱材に使用すると、金属箔を通しての熱の回り込み（ヒートリーク）が発生するため、本来の断熱性能が得られないという課題があった。

そこで、金属箔を使用せずにガスバリア性を確保した真空断熱材として、基材フィルム上に有機物膜層と無機物膜層を有する積層フィルムを構成中に含む外被材を使用した真空断熱材がある（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の真空断熱材の外被材の断面図である。図８に示すように、外被材１は基材フィルム２上に有機物膜３と無機物膜４を有し、無機物膜４と熱溶着層５がラミネートされている。

従来の構成は、基材フィルム２上に設けた有機物膜３が、基材フィルム２表面の凹凸を平滑にする、無機物膜４のクラックや欠陥の伝播を遮断する、無機物膜４中の内部応力を緩和する、無機物膜４を保護するなどの役目を果たす。また、有機物膜３と無機物膜４の積層により、ガスバリア性や折り曲げ性を向上できた。

また、基材フィルム、蒸着薄膜層、水溶性高分子を含む中間被膜層、蒸着薄膜層を順次積層した積層フィルムを構成中に含む外被材を使用した真空断熱材がある（例えば、特許文献２参照）。

図９は、特許文献２に記載された従来の真空断熱材の外被材の断面図である。図９に示すように、外被材６は基材フィルム７と蒸着薄膜層８と中間被膜層９と蒸着薄膜層１０を有し、蒸着薄膜層１０と熱溶着層１１がラミネートされている。

従来の構成は、前記積層構造により、高いガスバリア性を発現するものである。
特開２００３−１７２４９３号公報 特開２００４−１３０６５４号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、ガスバリア性の湿度依存性が大きいために、湿度が高くなるほどガスバリア性の悪化が顕著であった。すなわち、通常、真空断熱材の使用環境は絶乾状態ではないために、湿度の影響により外被材のガスバリア性が悪化し、断熱性能の悪化が生じるという課題があった。

また、上記特許文献２のように蒸着を二層設ける構成は、蒸着層が一層の場合に比べてガスバリア性や水蒸気バリア性が向上するものの、フィルムに熱がかかる回数や、テンションがかかる回数が増えるためにフィルムが劣化するためか、ガスバリア性や水蒸気バリア性が、期待通りには改善しないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するもので、真空断熱材を高湿雰囲気下で使用した場合にも外被材のガスバリア性を維持でき、これによって、真空断熱材の断熱性能を長期に渡って維持できるように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、少なくとも第一の蒸着層と第二の蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層と熱溶着層とを有するラミネートフィルムからなる外被材で芯材を被覆して前記外被材の内部を減圧密封した真空断熱材の製造方法であって、前記第一の蒸着層用の基材フィルムの片面に前記第一の蒸着層を形成し、前記第二の蒸着層用の基材フィルムの片面に前記第二の蒸着層を形成し、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとの混合物溶液を、前記第一の蒸着層の上に流延し、乾燥して皮膜を形成し、得られた乾燥皮膜を１００℃以上の温度で熱処理することにより、前記ポリアクリル酸系樹脂層を前記第一の蒸着層の上に隣接して形成し、前記ポリアクリル酸系樹脂層が前記第一の蒸着層よりも内側に位置し且つ前記ポリアクリル酸系樹脂層と前記熱溶着層とが隣接し、前記第一の蒸着層用の基材フィルムの外側に前記第二の蒸着層が位置するようにラミネートするのである。

ポリアクリル酸系樹脂層を第一の蒸着層の上にコーティングにより形成すると、蒸着層の表面酸化層とポリアクリル酸系樹脂との間に強い水素結合反応が発現し、蒸着層とポリアクリル酸系樹脂とが強固に結びつき、蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層との境界面に、蒸着層よりもポリアクリル酸系樹脂層よりもガスバリア性に優れたガスバリア層ができ、また、蒸着層の欠損箇所をポリアクリル酸系樹脂で穴埋めでき、ポリアクリル酸系樹脂層が第一の蒸着層を保護する働きをするため、それぞれのガスバリア性積層による理論計算値よりもバリア性が向上する。

ところで、ポリアクリル酸系樹脂は、使用環境の湿度が高くなるほどガスバリア性が悪化してしまうという特性がある。通常、真空断熱材の使用環境は絶乾状態ではないため、湿度の影響を受けることによって、絶乾状態に比べてガスバリア性が悪化してしまう。

そこで、ポリアクリル酸系樹脂の外側に、第一の蒸着層と、その第一の蒸着層が形成された基材フィルムと、第二の蒸着層と、その第二の蒸着層が形成された基材フィルムとを配置することによって、ポリアクリル酸系樹脂層にまで到達する水蒸気量を抑制し、ポリアクリル酸系樹脂を水蒸気から保護することで、真空断熱材の使用環境が高湿になってもガスバリア性を維持する。

また、第一の蒸着層の上に隣接して形成されたポリアクリル酸系樹脂層が、熱溶着層と隣接しているので、外被材の端面のガス侵入面積が減り、端面からのガス侵入も抑制できる。

本発明の真空断熱材の製造方法で製造された真空断熱材は、外被材が優れたガスバリア性を有するために、真空断熱材を高湿雰囲気で使用した場合にも長期に渡って断熱性能を維持できる。

請求項１に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、少なくとも第一の蒸着層と第二の蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層と熱溶着層とを有するラミネートフィルムからなる外被材で芯材を被覆して前記外被材の内部を減圧密封した真空断熱材の製造方法であって、前記第一の蒸着層用の基材フィルムの片面に前記第一の蒸着層を形成し、前記第二の蒸着層用の基材フィルムの片面に前記第二の蒸着層を形成し、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとの混合物溶液を、前記第一の蒸着層の上に流延し、乾燥して皮膜を形成し、得られた乾燥皮膜を１００℃以上の温度で熱処理することにより、前記ポリアクリル酸系樹脂層を前記第一の蒸着層の上に隣接して形成し、前記ポリアクリル酸系樹脂層が前記第一の蒸着層よりも内側に位置し且つ前記ポリアクリル酸系樹脂層と前記熱溶着層とが隣接し、前記第一の蒸着層用の基材フィルムの外側に前記第二の蒸着層が位置するようにラミネートするのである。

ポリアクリル酸系樹脂層を第一の蒸着層の上にコーティングにより形成すると、蒸着層の表面酸化層とポリアクリル酸系樹脂との間に強い水素結合反応が発現し、蒸着層とポリアクリル酸系樹脂とが強固に結びつき、蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層との境界面に、蒸着層よりもポリアクリル酸系樹脂層よりもガスバリア性に優れたガスバリア層ができ、また、蒸着層の欠損箇所をポリアクリル酸系樹脂で穴埋めでき、ポリアクリル酸系樹脂層が第一の蒸着層を保護する働きをするため、それぞれのガスバリア性積層による理論計算値よりもバリア性が向上する。

ところで、ポリアクリル酸系樹脂は、使用環境の湿度が高くなるほどガスバリア性が悪化してしまうという特性がある。通常、真空断熱材の使用環境は絶乾状態ではないため、湿度の影響を受けることによって、絶乾状態に比べてガスバリア性が悪化してしまう。

そこで、ポリアクリル酸系樹脂の外側に、第一の蒸着層と、その第一の蒸着層が形成された基材フィルムと、第二の蒸着層と、その第二の蒸着層が形成された基材フィルムとを配置することによって、ポリアクリル酸系樹脂層にまで到達する水蒸気量を抑制し、ポリアクリル酸系樹脂を水蒸気から保護することで、ポリアクリル酸系樹脂への水蒸気の影響を低減し、ガスバリア性を確保しやすくし、真空断熱材の使用環境が高湿になってもガスバリア性を維持する。

蒸着層を有するフィルムは蒸着層を有しないフィルムに比べ水蒸気バリア性が高いため、フィルムの積層数が少なくても効果が大きい。

また、第一の蒸着層の上に隣接して形成されたポリアクリル酸系樹脂層が、熱溶着層と隣接しているので、外被材の端面のガス侵入面積が減り、端面からのガス侵入も抑制できるため、さらに真空断熱材の断熱性能を維持しやすくなる。

ポリアクリル酸系樹脂層は、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとの混合物溶液を、蒸着層の上に流延し、乾燥して皮膜を形成し、得られた乾燥皮膜を１００℃以上の温度で熱処理することにより形成する。熱処理によりポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとの間が、エステル結合により架橋される。これによって、耐水性が付与できるだけでなく、ガスバリア性が向上する。

ここで、エステル結合の程度は、エステル化度によって表すことができる。エステル化度とは、全ての炭素・酸素二重結合に対する架橋された炭素・酸素二重結合のモル比であり、ガスバリア性の観点から０．０１〜０．５の範囲内にあることが望ましい。よって、架橋されないポリアルコール系ポリマーやポリアクリル酸系ポリマーも残存する。

熱処理の後、金属イオンが含まれている水中に浸漬することで、金属イオンがポリアクリル酸系樹脂層に浸透し、エステル結合されなかったポリアクリル酸系ポリマーの遊離カルボン酸同士が、多価金属イオンによりイオン架橋されるため、よりガスバリア性が向上する。ポリアクリル酸系樹脂層を、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとから形成することは、上記２種類の架橋を形成するため、優れたガスバリア性を発現するのである。

ここでイオン架橋の程度は、イオン化度によって表すことができる。イオン化度とは、全ての炭素・酸素二重結合に対するカルボン酸陰イオンを構成する炭素・酸素二重結合のモル比であり、０．０１〜０．９の範囲であることが望ましい。

ここで、多価金属イオンは、特に指定するものではないが、アルカリ土類金属、銅、コバルト、ニッケル、などの２価イオンとなる金属や、アルミニウムなどの３価イオンとなる金属が望ましい。これらの金属は、ハロゲン化物、水酸化物、酸化物、炭酸塩、次亜塩素酸塩、リン酸塩、亜リン酸塩、次亜リン酸塩、酢酸塩、アクリル酸塩などの形で用い、これらを水に溶解することで、金属イオン水溶液を得る。これらの金属塩は単独で使用しても２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

請求項２に記載の真空断熱材の発明は、請求項１に記載の発明における第二の蒸着層を、前記第二の蒸着層が形成された基材フィルムよりも内側にしたものであり、第二の蒸着層が、第二の蒸着層が形成された基材フィルムにより保護されて、第二の蒸着層の劣化が起こりにくい。このため、よりポリアクリル酸系樹脂を保護しやすくなり、ガスバリア性を確保しやすくなる。

請求項３に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、芯材の両面が同一構成の外被材で被覆されるものであり、外被材のガスバリア性が高いために、経時断熱性能が優れるだけでなく、ガスバリア性を高めるための金属箔を必要としない構成であるためにヒートリークも抑制できる。この構成は、真空断熱材のサイズが小さくなるほど、効果的である。

また、このとき、外被材を一枚のラミネートフィルムから製袋すると、熱溶着層断面を一辺減らすことが可能となり、熱溶着層端面からのガス侵入が抑制できる。また、真空断熱材の形状が長方形であるなら、長辺側の断面を一辺減らすような製袋方法をとれば、より経時断熱性能の維持がしやすくなる。ここで、外被材の形状は、一枚のラミネートフィルムから製袋されたものであれば、特に指定するものではなく、三方シール袋やピローシール袋、ガゼット袋などの形状が可能である。

請求項４に記載の真空断熱材の製造方法の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明における芯材が、繊維体であるものである。

繊維系芯材は、粉末系芯材に比べて、初期性能に優れているが、圧力依存性に劣るため、高い断熱性能を維持するためには、真空断熱材内部の真空度を維持し続けなければならない。しかし、本発明における外被材の構成は、ガスバリア性に優れているため、繊維系の芯材を使用した場合でも、長期に渡って断熱性能を維持できる。

請求項５に記載の保温機器の発明は、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で製造された真空断熱材を適用したものであり、優れた省エネルギー効果を示す。また、保温機器のように使用温度が比較的高い場合でも、外被材の構成がガスバリア性に優れているために、優れた断熱性能を長期に渡って維持することができ、保温効果も長期に渡って維持できる。

請求項６に記載の事務機器の発明は、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で製造された真空断熱材を適用したものであり、熱害対策や省エネルギー化が可能となる。また、真空断熱材の適用スペースが限られた用途用に薄くて小さい真空断熱材を作製する場合、吸着剤を使用することが困難になってしまうが、外被材の構成がガ
スバリア性に優れているために、吸着剤を使用したり、真空断熱材の外被材の表裏両面に金属箔を含む構成にしたりしなくても、断熱性能を維持できる。また、金属箔を使用しないことによって、ヒートリークを抑制することもできる。

以下に、さらに本発明の詳細を説明する。

第一の蒸着層における蒸着の材料としては特に指定するものではなく、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、シリカ、アルミナ、シリカとアルミナの混合体、ダイヤモンドライクカーボンなどが使用可能である。

また、第一の蒸着層の厚さも特に指定するものではないが、薄すぎるとムラになる、ガスバリア性が低下するなどの問題が生じ、厚すぎるとクラックが発生する、基材フィルムから剥離しやすくなる、フィルムへのダメージが大きくなる、また、蒸着の材料が金属の場合はヒートリークが大きくなるなどの問題が生じるため、１０〜１５０ｎｍの範囲であることが望ましい。また、蒸着の方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法など特に指定するものではない。

また、ポリアクリル酸系樹脂層は、基材フィルムの上に蒸着層を形成してから、その上に形成するものであるが、汎用の蒸着層を有するフィルムの蒸着層の上に形成することも可能である。この場合、工程数を減らすことができるので、コストダウンが可能になる。

ポリアクリル酸系樹脂層の厚さも、特に指定するものではないが、薄すぎるとムラになる、ガスバリア性が低下するなどの問題が生じ、厚すぎるとひび割れが生じる、剥離しやすくなる、柔軟性が低下するなどの問題が生じるため、０．１〜１５μｍの範囲であることが望ましい。

また、基材フィルムも特に指定するものではなく、ポリエチレンテレフタレート（以下ＰＥＴと略す）、ポリエチレンナフタレート（以下ＰＥＮと略す）、ポリプロピレン（以下ＯＰＰと略す）、ポリエチレン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂などが使用可能であるが、アクリル酸系樹脂層を形成する際の熱処理工程を考慮すると、融点が２００℃以上の樹脂や寸法変形の少ない樹脂を選択することが望ましい。

次に、ポリアクリル酸系樹脂層を形成するポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーについて説明する。

ポリアルコール系ポリマーとは、分子内に２個以上の水酸機を有するアルコール系重合体であり、具体的には、ポリビニルアルコール（以下ＰＶＡと略す）や糖類を含むものである。これらを単独で使用しても２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

中でも、ＰＶＡを使用すると、高いガスバリア性を発現するため、ガスバリア性を重視する場合はＰＶＡを使用することが望ましい。なお、ＰＶＡはけん化度が９５％以上であり、平均重合度が３００〜１５００であることが望ましい。糖類は、単糖類、オリゴ糖類、糖アルコール類、多糖類などがあり、ガスバリア性の面からソルビトール、デキストリン、水溶性澱粉などが望ましい。

また、ポリアクリル酸系ポリマーとは、アクリル酸重合体またはその部分中和物、メタクリル酸重合体またはその部分中和物、アクリル酸とメタクリル酸共重合体またはその部分中和物、あるいはこれらの混合物などである。

ここで、部分中和物は、ポリアクリル酸のカルボキシル基を水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどのアルカリで部分的に中和することにより得られるものであり、部分中和物の中和度は、ガスバリア性の観点から０〜２０％の範囲であることが望ましい。中でも、アクリル酸またはメタクリル酸のホモポリマーや両者の共重合体が望ましく、特にアクリル酸のホモポリマーやアクリル酸が優位量となるメタクリル酸との共重合体を使用すると、ガスバリア性が向上するため望ましい。ポリアクリル酸系ポリマーの平均分子量は特に限定するものではないが、２０００〜２５００００の範囲が望ましい。

また、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーの混合比は、重量比で、高湿度条件下でも優れたガスバリア性を有するという観点から、ポリアルコール系ポリマーとしてＰＶＡを使用する場合には、９０：１０〜１０：９０の範囲が、ポリアルコール系ポリマーとして糖類を使用する場合には、９０：１０〜２０：８０の範囲が望ましい。

また、熱処理条件は、熱処理温度は通常１００〜２５０℃の範囲、熱処理時間は１秒〜３０分間の範囲であり、熱処理温度が低い場合には長時間、熱処理温度が高い場合には短時間で行う。

また、第二の蒸着層における蒸着の材料としては特に指定するものではなく、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、シリカ、アルミナ、シリカとアルミナの混合体、ダイヤモンドライクカーボンなどが使用可能である。

また、第二の蒸着層の厚さも特に指定するものではないが、薄すぎるとムラになる、ガスバリア性が低下するなどの問題が生じ、厚すぎるとクラックが発生する、基材フィルムから剥離しやすくなる、フィルムへのダメージが大きくなる、また、蒸着の材料が金属の場合はヒートリークが大きくなるなどの問題が生じるため、１０〜１５０ｎｍの範囲であることが望ましい。また、蒸着の方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法など特に指定するものではない。

また、基材フィルムも特に指定するものではなく、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＯＰＰ、ポリエチレン、ナイロン、エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂などが使用可能である。

また、熱溶着層も特に指定するものではなく、ポリエチレン、無延伸ポリプロピレン（以下ＣＰＰと略す）、ポリアクリロニトリル（以下ＰＡＮと略す）、無延伸ＰＥＴ、無延伸ナイロン、無延伸エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂などが使用可能である。また、熱溶着層に吸着剤を含有させてもよい。

また、耐ピンホール性や耐摩耗性の向上、難燃性の付与などを目的としてさらに外層や中間層にフィルムを設けることも可能である。

ここで、外層や中間層に設けるフィルムの種類や積層数は、特に指定するものではなく、ナイロン、エチレン・４フッ化エチレン共重合体樹脂（以下ＥＴＦＥと略す）、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＯＰＰ、エチレン−ポリビニルアルコール共重合体樹脂、ポリエチレンなどが使用可能であるが、複合フィルムの外側に設けるフィルムの透湿度が低いほど、ポリアクリル酸系樹脂層が水蒸気の影響を受けにくくなり、ガスバリア性が向上するために、できるだけ透湿度の低いフィルムを選択することが望ましく、中でもポリエチレン、ＯＰＰ、ＰＥＴやＰＥＮなどの延伸フィルムや蒸着層を有するフィルムがより望ましい。

また、芯材は、繊維、粉末、発泡樹脂、多孔質体、薄膜積層体など、特に指定するものではない。例えば繊維系では、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化ケイ素繊維などが使用可能であり、粉末系ではシリカ、パーライト、カーボンブラック、発泡樹脂ではウレタンフォーム、フェノールフォーム、スチレンフォームなどが使用可能である。

また、これらの混合体や成形体を使用することも可能である。初期断熱性能を要求する場合は、繊維を伝熱方向に対して垂直に積層した繊維またはその成形体を、経時断熱性能を要求する場合は粉末や粉末の成形体を使用するとよい。

また、真空断熱材の初期断熱性能や経時断熱性能をより一層向上させるために、水分吸着剤やガス吸着剤を使用することも可能である。使用する吸着剤の種類は、特に指定するものでなく、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化バリウム、ゼオライト、シリカゲル、ハイドロタルサイトなどが使用可能であり、これらを単独で使用しても、２種類以上組み合わせて使用してもよい。

真空断熱材の作製方法も、特に指定するものではなく、ラミネートフィルムから外被材を製袋してから、外被材中に芯材を挿入し、内部を減圧し封止して得てもよく、また、真空チャンバー内に芯材と外被材を設置し、外被材を芯材に沿わした状態で、芯材を含有する部分ごと熱溶着して得てもよい。

ここで、後者の作製方法の場合は、外被材全面に熱がかかることによるフィルムの劣化が考えられるため、熱溶着層に使用する樹脂の融点に対して、熱溶着層以外に使用する樹脂の融点を４０℃以上高いものに設定することが望ましい。

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断面図である。図１において、真空断熱材１２は、外被材１３で芯材１４を被覆し、外被材１３の内部を減圧密封したものである。

まず、真空断熱材１２の作製方法を説明する。

まず、同じ大きさの長方形に切った２枚のラミネートフィルムの熱溶着同士を向かい合わせて三辺を熱溶着し、袋状の外被材１３を作製する。

次に、外被材１３の開口部から１４０℃の乾燥炉にて１時間程度乾燥させた芯材１４と吸着剤１５を挿入する。これをチャンバー内に設置し、内部を１０Ｐａ以下まで減圧した後、開口部を熱溶着して真空断熱材１２を得る。

次に、真空断熱材１２の構成を説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図である。図２に示すように、外被材１３は、真空断熱材１２の表面と裏面で同じ構成のラミネートフィルムを使用した。

外被材１３は、熱溶着層１６がＣＰＰ、その外側にフィルムＡ１７、その外側にフィルムＢ１８、最外層にナイロン１９を設けた構成である。

フィルムＡ１７の向きは、内側より、ポリアクリル酸系樹脂層２０、第一の蒸着層２１、基材フィルム２２の順であり、ポリアクリル酸系樹脂層２０は、ＰＶＡとポリアクリル酸の部分中和物を３０：７０で混合した水溶液から形成しており、第一の蒸着層２１はアルミ、基材フィルム２２はＰＥＴである。

また、フィルムＢ１８の向きは、内側より、第二の蒸着層２３、基材フィルム２４であり、第二の蒸着層２３はアルミ、基材フィルム２４はＰＥＴである。また、芯材１４は、ガラス繊維から構成される成形体である。

本実施の形態における真空断熱材１２は、芯材１４と、吸着剤１５と、芯材１４と吸着剤１５とを被覆する二枚の外被材１３とからなり、内部を減圧密封した真空断熱材１２であって、外被材１３が少なくとも第一の蒸着層２１と第二の蒸着層２３とポリアクリル酸系樹脂層２０と熱溶着層１６とを有するラミネートフィルムであり、ポリアクリル酸系樹脂層２０は第一の蒸着層２１の上に隣接して形成されたものであり、ポリアクリル酸系樹脂層２０が第一の蒸着層２１よりも内側にあり且つ熱溶着層１６と隣接しているものであり、第二の蒸着層２３が、第二の蒸着層２３が形成された基材フィルム２４よりも内側にあるものであり、芯材１４の両面が同一構成の外被材１３で被覆されるものである。

すなわち、芯材１４を覆う二枚の外被材１３が、内側から順に、熱溶着層１６、ポリアクリル酸系樹脂層２０、第一の蒸着層２１、第一の蒸着層２１が形成された基材フィルム２２、第二の蒸着層２３、第二の蒸着層２３が形成された基材フィルム２４、ナイロン１９で構成されたラミネートフィルムである。

ポリアクリル酸系樹脂層２０を、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとから形成することによって、緻密な架橋構造を形成するために、ガスバリア性が向上し、また、ポリアクリル酸系樹脂層２０が第一の蒸着層２１と隣接していることにより、第一の蒸着層２１を保護し、優れたガスバリア性となる。

このため、芯材１４が圧力依存性に優れない繊維系芯材でも断熱性能を維持することができる。さらに、フィルムＡ１７の外層にフィルムＢ１８を設けているため、高湿雰囲気下で使用した場合でも、ポリアクリル酸系樹脂２０への水蒸気影響が低減され、真空断熱材１２の断熱性能が維持できる。

なお、本実施の形態では、真空断熱材１２の表面と裏面で同じ構成のラミネートフィルムを使用したが、異なる構成のラミネートフィルムを使用してもよい。また、本実施の形態では２枚のラミネートフィルムを使用して、外被材１３の形状を四方シール袋としたが、１枚のラミネートフィルムを使用して外被材１３の形状を三方シール袋としてもよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における真空断熱材の断面図、図４は実施の形態２における真空断熱材の平面図である。

図３において、真空断熱材２５は、外被材２６で芯材２７を被覆し、外被材２６の内部を減圧密封したものである。

まず、真空断熱材２５の作製方法について説明する。

まず、熱溶着層側を上に向けた外被材２６の上に芯材２７を置き、これをもう１枚の外被材２６で熱溶着層同士が向き合うように覆い、これをチャンバー内に設置する。さらに、チャンバー内を真空状態にした後、シリコンゴム製の熱板で、外被材２６の全面を加熱加圧して熱溶着を行い、図４のような真空断熱材２５を得る。最後に外被材２６のみから構成される熱溶着部にある切り取り線２８で切り取り、真空断熱材２５を得る。なお、真空断熱材２５のサイズは名刺サイズである。

次に、真空断熱材２５の構成を説明する。

図５は実施の形態２における真空断熱材の断面図である。図５に示すように、外被材２６は、真空断熱材２５の表面と裏面で異なる構成のラミネートフィルムを使用した。

表面は、熱溶着層２９がＰＡＮ、その外側にフィルムＡ３０、その外側にフィルムＢ３１、最外層にＥＴＦＥ３２を設けた構成である。フィルムＡ３０の向きは、内側より、ポリアクリル酸系樹脂層３３、第一の蒸着層３４、基材フィルム３５の順であり、ポリアクリル酸系樹脂層３３の構成は実施の形態１と同様であり、第一の蒸着層３４はアルミ、基材フィルム３５はＰＥＮである。また、フィルムＢ３１の向きは内側より、第二の蒸着層３６、基材フィルム３７であり、第二の蒸着層３６はアルミ、基材フィルム３７はＰＥＮである。

また、裏面は熱溶着層２９がＰＡＮ、その外側にアルミ箔３８、その外層にＰＥＮ３９、最外層にＥＴＦＥ３２を設けた構成である。また、芯材２７は不織布に入った乾式シリカとカーボンブラックの混合粉末である。

本実施の形態における真空断熱材２５は、芯材２７と、芯材２７を被覆する二枚の外被材２６とからなり、内部を減圧密封した真空断熱材２５であって、表側の外被材２６が少なくとも第一の蒸着層３４と第二の蒸着層３６とポリアクリル酸系樹脂層３３と熱溶着層２９とを有するラミネートフィルムであり、ポリアクリル酸系樹脂層３３は第一の蒸着層３４の上に隣接して形成されたものであり、ポリアクリル酸系樹脂層３３が第一の蒸着層３４よりも内側にあり且つ熱溶着層２９と隣接しているものであり、第二の蒸着層３６が、第二の蒸着層３６が形成された基材フィルム３７よりも内側にあるものである。

すなわち、芯材２７を覆う二枚の外被材２６のうち表側の外被材２６が、内側から順に、熱溶着層２９、ポリアクリル酸系樹脂層３３、第一の蒸着層３４、第一の蒸着層３４が形成された基材フィルム３５、第二の蒸着層３６、第二の蒸着層３６が形成された基材フィルム３７、ＥＴＦＥ３２で構成されたラミネートフィルムである。

ポリアクリル酸系樹脂層３３を、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとの混合物から形成することによって、緻密な架橋構造を形成するためにガスバリア性が向上し、またポリアクリル酸系樹脂層３３が第一の蒸着層３４と隣接していることにより、第一の蒸着層３４を保護し、優れたガスバリア性となる。

また、フィルムＡ３０の外層にフィルムＢ３１を設けているため、真空断熱材２５のサイズが小さく、吸着剤を使用することができない場合でも、断熱性能を維持することができる。ポリアクリル酸系樹脂層３３が熱溶着層２９に隣接していることによって、端面からのガス侵入量が減る。

また、フィルムＡ３０におけるポリアクリル酸系樹脂層３３および基材フィルム３５の耐熱性が高いため、外被材２６全体に熱がかかるような真空断熱材２５の作製方法でもフィルムが劣化することなく、ガスバリア性を維持することができる。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３における真空断熱材を適用した保温機器としての電気湯沸し器の断面図である。

図６に示すように、電気湯沸し器４０は、外容器４１と、貯水用容器４２と、ヒーター４３と、蓋４４と、実施の形態１の真空断熱材１２とから構成されている。

貯水用容器４２の中は、ヒーター４３により加温・保温され、保温中は、真空断熱材１２により貯水用容器４２の側面からの放熱を抑制している。

真空断熱材１２を適用することによって、優れた省エネルギー効果を示す。消費電力量を測定したところ、真空断熱材を適用しない場合に比べ１０％程度の低減が確認できた。また、真空断熱材１２の外被材に金属箔を使用していないため、ヒートリークの発生も抑制できた。また、電気湯沸し器４０の使用環境は時に湿度が高くなることがあるが、金属箔を使用していなくても外被材が優れたガスバリア性を有するために経時断熱性能を維持でき、保温効果も長期に渡って維持できる。

なお、本実施の形態では、電気湯沸し器４０の貯水用容器４２の側面の断熱に真空断熱材１２を適用したが、蓋に適用することも可能である。

また、本発明における保温機器とは、電気湯沸し器に限るものではなく、炊飯器や保温調理器、給湯器などの保温を目的とする機器に使用可能である。

（実施の形態４）
図７は、実施の形態４におけるノート型コンピューターの断面図であり、図７に示すように、ノート型コンピューター４５は、装置内部のメインボード４６上の発熱部４７と装置ケース４８底部との間を遮断する、実施の形態２の真空断熱材２５と、放熱板４９とを具備し、真空断熱材２５が装置ケース４８底部に密着している。

このように構成されたノート型コンピューター４５は、優れた断熱効果を有する真空断熱材２５が、底面への伝熱を効果的に遮断するために、装置表面の温度上昇を抑え、利用者に不快感を軽減できる。なお、底面の温度を測定したところ、真空断熱材を適用していない場合に比べて６℃の低下が確認できた。

本実施の形態のように、真空断熱材２５のサイズが小さく薄くなっても、外被材が優れたバリア性を有するために、経時断熱性能を維持することが可能であることから、ノート型コンピューターのような小型化や薄型化が要求され、かつ断熱材を適用する空間が限られている製品に対しても適用することができる。

なお、本発明における事務機器とは、ノート型コンピューターに限るものではなく、コピー機やプリンターなどの印刷装置内の発熱部分とトナーとの断熱や、液晶パネルを有するカーナビゲーションシステムの液晶部分とＣＰＵによる発熱部分の断熱など、断熱を必要とするその他の事務機器にも適用可能である。

以下、実施例、及び比較例を用いて、本発明の真空断熱材を構成する外被材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。

（実施例１）
実施の形態１に記載した構成の真空断熱材にて、温度加速試験と湿度加速試験を行った。なお、それぞれの試験条件は１００℃、４０℃９５％ＲＨである。

（実施例２）
実施例１のフィルムＢの向きを変更し、実施例１と同様の試験を行った。

なお、外被材の構成は、内側より、ＣＰＰ、フィルムＡ、フィルムＢ、ナイロンであり、フィルムＡの向きは実施例１と同様、フィルムＢの向きは内側より、基材フィルム、蒸着層である。

（実施例３）
実施例１のフィルムＡの向きを変更し、実施例１と同様の試験を行った。

なお、外被材の構成は、内側より、ＣＰＰ、フィルムＡ、フィルムＢ、ナイロンであり、フィルムＡの向きは、内側より、基材フィルム、蒸着層、アクリル酸系樹脂層であり、フィルムＢの向きは実施例１と同様である。

（実施例４）
実施の形態２に記載した真空断熱材の構成にて、実施例１と同様の試験を行った。

（実施例５）
実施の形態２の表面に使用したラミネートフィルムを両面に使用した真空断熱材を作製し、実施例１と同様の試験を行った。

（比較例１）
実施例１のポリアクリル酸系樹脂層をポリアクリル酸の重合体から形成し、実施例１と同様の試験を行った。

（比較例２）
実施例１のフィルムＢをＰＥＴに変更し、実施例１と同様の試験を行った。

（比較例３）
実施例１のラミネート順序を変更した外被材を使用して真空断熱材を作製し、実施例１と同様の試験を行った。

外被材の構成は、内側より、ＣＰＰ、フィルムＢ、フィルムＡ、ナイロンである。また、フィルムＢの向きは、内側より、蒸着層、基材フィルムであり、フィルムＡの向きは、内側より、アクリル酸系樹脂層、蒸着層、基材フィルムである。

（比較例４）
実施例１のラミネート順序を変更した外被材を使用して真空断熱材を作製し、実施例１と同様の試験を行った。

外被材の構成は、内側より、ＣＰＰ、フィルムＢ、フィルムＡ、ナイロンである。フィルムＢの向きは、内側より、基材フィルム、蒸着層であり、フィルムＡの向きは、内側より、アクリル酸系樹脂層、蒸着層、基材フィルムである。

（比較例５）
実施例１のラミネート順序を変更した外被材を使用して真空断熱材を作製し、実施例１と同様の試験を行った。

外被材の構成は、内側より、ＣＰＰ、フィルムＢ、フィルムＡ、ナイロンである。フィルムＢの向きは、内側より、基材フィルム、蒸着層であり、フィルムＡの向きは、内側より、基材フィルム、蒸着層、アクリル酸系樹脂層である。

（比較例６）
実施例３のフィルムＡのアクリル酸系樹脂層の上にアルミ蒸着層を一層を設けて基材フィルム、蒸着層、アクリル酸系樹脂層、蒸着層の構成のフィルム（フィルムＣ）とし、その代わりに、フィルムＢをＰＥＴに変更した外被材を使用して真空断熱材を作製し、実施例１と同様の試験を行った。

外被材の構成は、内側より、ＣＰＰ、フィルムＣ、ＰＥＴ、ナイロンである。フィルムＣは、内側より、基材フィルム、蒸着層、アクリル酸系樹脂層、蒸着層である。

（比較例７）
実施の形態２の裏面に使用したラミネートフィルムを両面に使用した真空断熱材を作製し、実施例１と同様の試験を行った。

以上、実施例１〜５と比較例１〜７における初期熱伝導率および、試験後の熱伝導率を（表１）に示す。

実施例１、比較例１を比較すると、ポリアクリル酸系樹脂層をポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとから形成した方が、断熱性能を維持できることがわかる。また、実施例１の外被材の構成はガスバリア性に優れているために、繊維系芯材を使用しても断熱性能の悪化が少なかった。

実施例１と比較例２を比較すると、フィルムＡの外側にフィルムＢを有する方が高湿条件で断熱性能を維持しやすいことがわかる。また、実施例１〜３と比較例３〜５は外被材を構成しているフィルムが同じであるのにも関わらず、フィルムＡの外側にフィルムＢがある方が高湿条件において断熱性能を維持しやすいことがわかる。

さらに、比較例６は、実施例１〜３や比較例３〜５と同じようにラミネート構成中に蒸着層を二層有しているのにも関わらず、温度加速試験後の断熱性能の悪化が大きい。これは蒸着層を二層設けるための工程数の増加により、フィルムに熱やテンションがかかる回数が増えることでフィルムのダメージが大きくなっていることが影響していると考える。

さらに、実施例１〜３を比較すると、温度加速による断熱性能の悪化は、フィルムＢにおける蒸着層の向きや、フィルムＡにおけるポリアクリル酸系樹脂層の向きに関わらず、ほぼ同等であるが、湿度加速における断熱性能の悪化については、フィルムＢにおける蒸着層の向きが内側であり、フィルムＡにおけるポリアクリル酸系樹脂層の向きが内側である方が断熱性能の悪化が小さく、効果が高いことがわかる。

さらに、実施例１〜３における外被材の構成はガスバリア性に優れているために、繊維系芯材を使用しても断熱性能の悪化が少なかった。

実施例４、５、比較例７を比較すると、真空断熱材のサイズが小さいために、ヒートリークの影響が大きくなり、金属箔を使用しないほうが初期熱伝導率を低減できることがわかる。

また、温度加速試験および湿度加速試験の結果から寿命シミュレーションを行ったところ、１０年後も実施例４、実施例５は比較例７に対して熱伝導率が低く、優位性があった。本実施の形態のように、真空断熱材のサイズが小さくなって吸着剤が使用できない場合でも、外被材が優れたガスバリア性を有するために、金属箔を両面に使用しなくても、経時断熱性能を維持することができた。

以上のように、本発明にかかる真空断熱材は、外被材のガスバリア性が優れているため、長期に渡って断熱性能を維持できる。このため、省エネルギー化が要求される保温機器に限らず、保温機器同様に省エネルギー化が要求される冷蔵庫などの保冷機器への適用も可能である。なお保冷機器に適用する場合、高温でのガスバリア性が優れていることから、コンプレッサー周辺やマリオンパイプに隣接する部分に使用するとより効果的である。また、機器に限らずコンテナボックスやクーラーボックスなどの保冷が必要な用途への適用も可能である。また、さらに、真空断熱材が小さく薄くなっても、断熱性能を維持できるため、事務機器に限らず、電子機器への適用や、防寒具や寝具などの保温が必要な用途への適用も可能である。

本発明の実施の形態１における真空断熱材の概略断面図 本発明の実施の形態１における真空断熱材の詳細断面図 本発明の実施の形態２における真空断熱材の概略断面図 本発明の実施の形態２における真空断熱材の平面図 本発明の実施の形態２における真空断熱材の詳細断面図 本発明の実施の形態３における電気湯沸し器の断面図 本発明の実施の形態４におけるノート型コンピューターの断面図 従来の真空断熱材の外被材の一例の断面図 従来の真空断熱材の外被材の別の例の断面図

符号の説明

１２ 真空断熱材
１３ 外被材
１４ 芯材
１６ 熱溶着層
２０ ポリアクリル酸系樹脂層
２１ 第一の蒸着層
２３ 第二の蒸着層
２４ 基材フィルム
２５ 真空断熱材
２６ 外被材
２７ 芯材
２９ 熱溶着層
３３ ポリアクリル酸系樹脂層
３４ 第一の蒸着層
３６ 第二の蒸着層
３７ 基材フィルム

Claims (6)

1. 少なくとも第一の蒸着層と第二の蒸着層とポリアクリル酸系樹脂層と熱溶着層とを有するラミネートフィルムからなる外被材で芯材を被覆して前記外被材の内部を減圧密封した真空断熱材の製造方法であって、前記第一の蒸着層用の基材フィルムの片面に前記第一の蒸着層を形成し、前記第二の蒸着層用の基材フィルムの片面に前記第二の蒸着層を形成し、ポリアルコール系ポリマーとポリアクリル酸系ポリマーとの混合物溶液を、前記第一の蒸着層の上に流延し、乾燥して皮膜を形成し、得られた乾燥皮膜を１００℃以上の温度で熱処理することにより、前記ポリアクリル酸系樹脂層を前記第一の蒸着層の上に隣接して形成し、前記ポリアクリル酸系樹脂層が前記第一の蒸着層よりも内側に位置し且つ前記ポリアクリル酸系樹脂層と前記熱溶着層とが隣接し、前記第一の蒸着層用の基材フィルムの外側に前記第二の蒸着層が位置するようにラミネートする真空断熱材の製造方法。
2. 第二の蒸着層を、前記第二の蒸着層が形成された基材フィルムよりも内側にした請求項１に記載の真空断熱材の製造方法。
3. 芯材の両面が同一構成の外被材で被覆される請求項１または２に記載の真空断熱材の製造方法。
4. 芯材が、繊維体である請求項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。
5. 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で製造された真空断熱材を適用した保温機器。
6. 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で製造された真空断熱材を適用した事務機器。

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