JP6312540B2 - 複合断熱材及びそれを備えた保温タンク並びに複合断熱材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空断熱材と発泡断熱材とを一体成形した複合断熱材及びそれを備えた保温タンク並びに複合断熱材の製造方法に関する。

真空断熱材は、従来からのグラスウール断熱材などと比べて、熱伝導率を大幅に小さくできるため、省エネルギー意識の向上とともに断熱材として広く使われるようになってきた。しかし、真空断熱材は形状的な自由度が制限されることから、真空断熱材と発泡系断熱材とを組み合わせて形状的な自由度を高めた複合断熱材に関する技術が知られている。

例えば、特許文献１（段落［００１４］〜［００１７］、図３）に記載された自動販売機の仕切板は、２枚の板部及び周壁部を有する枠体と、一方の板部に密着し他方の板部から離れた状態で枠体の内部空間に収容された真空断熱体と、枠体の内部空間に充填された発泡ポリウレタンと、を備えている。

また、特許文献２（段落［００１２］〜［００２３］、図１〜図３）に記載された複合断熱材は、表面にホットメルト系接着剤を塗布した真空断熱材を配置した金型内で発泡性ポリスチレン粒子を少なくとも片面に発泡成形して得られるものであり、真空断熱材と発泡ポリスチレンとがホットメルト系接着剤によって接着されたものである。

特開平１１−１６７６７０号公報 特開２００８−８４３１号公報

しかしながら、取扱いが容易でかつ低コストで製造可能なビーズ法発泡断熱材は、真空断熱材の表面層との密着性が悪い。このため、複合断熱材における真空断熱材とビーズ法発泡断熱材とは、互いの境界面で簡単に剥離してしまうという問題点があった。また、真空断熱材と発泡ポリスチレンとを接着剤を用いて一体化させる手法では、製造工程及び材料が余分に必要になることから、コストが上昇してしまうという問題点があった。また、複合断熱材の厚み方向においてビーズ法発泡断熱材のみが存在する部分が真空断熱材の周囲に多く設けられると、複合断熱材の断熱性能が悪化してしまうという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点の少なくとも１つを解決するためになされたものであり、真空断熱材とビーズ法発泡断熱材とを低コストで一体成形でき、互いに剥離してしまうのを防止でき、かつ断熱性能を向上できる複合断熱材及びそれを備えた保温タンク並びに複合断熱材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る複合断熱材は、繊維が積層された積層体構造を有する芯材、及び前記芯材を覆って真空密閉された外被材を有する真空断熱材と、前記真空断熱材と一体成形されたビーズ法発泡断熱材と、を備え、前記真空断熱材は、前記外被材の外周端と前記芯材の外周端との間に形成された耳部を備え、前記耳部のうち少なくとも一部は、前記芯材の積層方向と同じ向きになるように折り曲げられており、折り曲げられた前記耳部の端部は、前記外被材の前記芯材を覆う部分の表面よりもさらに前記芯材の積層方向に延伸しており、延伸した前記耳部は、前記ビーズ法発泡断熱材で両面から挟持され、前記真空断熱材は、折り曲げられた前記耳部の折曲げ方向側の表面および前記表面とは反対側の他面のうちの一方が前記ビーズ法発泡断熱材に覆われ、前記表面および前記他面のうちの他方が露出していることを特徴とするものである。

また、本発明に係る保温タンクは、タンク本体と、前記タンク本体の外周面の少なくとも一部を覆う本発明に係る複合断熱材と、を有することを特徴とするものである。
また、本発明に係る複合断熱材の製造方法は、繊維が積層された積層体構造を有する芯材、及び前記芯材を覆って真空密閉された外被材を有し、前記外被材の外周端と前記芯材の外周端との間に耳部が形成された真空断熱材を準備し、準備した前記真空断熱材が有する前記耳部のうち少なくとも一部を前記芯材の積層方向と同じ向きになるように折り曲げ、前記真空断熱材を金型内に設置し、前記耳部が折り曲げられ前記真空断熱材が設置された前記金型内に発泡粒子を充填して前記金型を密閉し、密閉した前記金型内で前記発泡粒子を発泡させてビーズ法発泡断熱材を形成し、形成した前記ビーズ法発泡断熱材で前記耳部を両面から挟持して複合断熱材を製造することを特徴とするものである。

本発明によれば、真空断熱材の耳部がビーズ法発泡断熱材により両面から挟持されるため、接着剤を用いずに、又は接着剤の使用量を少なくしても、真空断熱材とビーズ法発泡断熱材とを一体成形することができる。このため、真空断熱材とビーズ法発泡断熱材とを低コストで一体成形できるとともに、真空断熱材とビーズ法発泡断熱材とが互いに剥離してしまうのを防止できる。また、真空断熱材の耳部は芯材の積層方向と同じ向きになるように折り曲げられ、当該積層方向に延伸しているため、複合断熱材の厚み方向において真空断熱材が存在せずビーズ法発泡断熱材のみが存在する部分を少なくすることができる。このため、複合断熱材の断熱性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る複合断熱材に適用される真空断熱材の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態１に係る複合断熱材の構成を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態２に係る複合断熱材の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る複合断熱材の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態４に係る複合断熱材の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態４に係る複合断熱材を備えた保温タンクの構成の例を示す模式的な横断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例に係る複合断熱材の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態５に係る複合断熱材の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の実施の形態６に係る複合断熱材の構成を示す模式的な断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る複合断熱材及びそれを備えた保温タンクを図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下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．
本発明の実施の形態１に係る複合断熱材について説明する。図１は、本実施の形態に係る複合断熱材に適用される真空断熱材の構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態では、長方形平板形状の真空断熱材１を例示している。図１に示すように、真空断熱材１は、芯材３と、芯材３を覆って真空密閉された外被材４と、を有している。

芯材３は、複数の繊維シート２が積層された積層体構造を有している。体積比で繊維シート２の約９０％は空間であり、残りはガラス繊維で構成されている。繊維シート２の厚み方向における断熱性能を向上させるため、ガラス繊維自体は極力、繊維シート２のシート面（厚み方向と垂直な面）と平行になるように配置されている。すなわち、繊維シート２のそれぞれは、シート面と平行に配向した繊維（本例では、ガラス繊維）が厚み方向に積層された積層体構造を有している。したがって、繊維シート２が積層された芯材３も、繊維が厚み方向に積層された積層体構造を有している。以下、芯材３における繊維の積層方向を「芯材３の積層方向」という場合がある。

外被材４は、芯材３を積層方向の両側から挟み込んだ２枚の外被材シート４ａ、４ｂで構成されている。外被材シート４ａ、４ｂのそれぞれは、多層構造をなすラミネートフィルムである。外被材シート４ａ、４ｂは、それぞれ最内層にシール層４ａ１、４ｂ１を有している。シール層４ａ１、４ｂ１は、外被材シート４ａ、４ｂ同士の接合部となる。なお、以下の説明では、便宜上、複合断熱材から露出する外被材シートを外被材シート４ｂとし、ビーズ法発泡断熱材６で覆われる外被材シートを外被材シート４ａとしている。

真空断熱材１の外周部であって外被材４の外周端と芯材３の外周端の間には、外被材シート４ａ、４ｂ同士（シール層４ａ１、４ｂ１同士）が密着した耳部５が形成されている。耳部５では、当該真空断熱材１の厚み方向（芯材３の積層方向）において芯材３が存在していない。本例の真空断熱材１は長方形平板形状であるため、耳部５は真空断熱材１の外周の４辺に形成されている。

図２は、本実施の形態に係る複合断熱材９ａの構成を示す斜視図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式的な断面図である。図２及び図３に示すように、複合断熱材９ａは、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とが一体化した構成を有している。複合断熱材９ａの一方の表面（図２では手前側の表面。図３では下側の表面）は、少なくとも一部で真空断熱材１（外被材シート４ｂ側の面８）が露出するように構成されている。複合断熱材９ａの他方の表面（図２では奥側の表面。図３では上側の表面）は、全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６のみで構成されている。言い換えれば、真空断熱材１の一方の面８は外部に露出しており、真空断熱材１の他方の面７は全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われている。また、例えば真空断熱材１の外周の４辺に形成された端面も、全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われている。

真空断熱材１の外周に形成された耳部５のうち、互いに対向する２辺に形成された耳部５（図２中の左側及び右側の耳部５）は、芯材３の外周に沿って芯材３の積層方向（複合断熱材９ａの他方の表面側、すなわちビーズ法発泡断熱材６側）に折り曲げられている。折り曲げられた耳部５は、芯材３を覆う外被材シート４ａ（面７）よりもさらに芯材３の積層方向に延伸している。延伸した耳部５の端部は、ビーズ法発泡断熱材６によって両面から挟持されている。

ビーズ法発泡断熱材６としては、ビーズ法発泡ポリスチレンやビーズ法発泡ポリプロピレンなどが用いられる。

次に、本実施の形態における真空断熱材１の製造方法について説明する。

まず、抄紙法を用いた繊維シート２の形成方法について説明する。始めに、連続フィラメント製法で製造された直径４〜１３μｍのガラス繊維を長さ２〜１５ｍｍに切断したチョップド繊維と、火炎法で製造された直径１μｍ程度の細径繊維と、を液体中に分散させる。次に、その液体を用いて自動送り式抄紙機などで抄紙した後に乾燥させ、厚さ０．５ｍｍ程度の繊維シート原反を作製する。続いて、この繊維シート原反を、必要とする真空断熱材１の面積程度のサイズに裁断し、複数の繊維シート２を形成する。抄紙法を用いて形成された繊維シート２の繊維は、その多くが繊維シート２の厚み方向と概ね垂直な方向（シート面と平行な方向）に配向している。

次に、芯材３を形成する方法について説明する。所定のサイズに裁断された複数の繊維シート２を、大気圧と真空との圧力差による圧力歪を想定して所望の厚さとなるように積層し、芯材３を形成する。形成された芯材３は、繊維が厚み方向に積層された積層体構造を有する。

なお、繊維シート原反を切断せずにとぐろ状に巻き込んで積層体にしてもよい。また、繊維シート原反の作製に抄紙法を用いる場合を例に挙げたが、これに限定されることはない。例えば、遠心法を用いた乾式製造方法であってもよい。この場合、積層体構造を有する芯材３は、グラスウールを作製する過程でガラス繊維を積層することによって作製される。乾式製造方法で作製された繊維シートは、そもそも繊維の積層体になっており、必要な厚みに対して１枚又は数枚で構成される。このため、芯材３は、図１又は図３で示したような複数の繊維シート２の積層体構造にはならない場合がある。

次に、芯材３を外被材４に挿入して真空断熱材１を製造する方法について説明する。まず、２枚の外被材シートの３辺を接合して製袋した外被材４を予め作製しておき、前述の方法などにより形成した芯材３を乾燥させてから外被材４に挿入し、真空チャンバ内に配置する。次に、真空チャンバ内を減圧して、所定の圧力、例えば０．１〜３Ｐａ程度の真空圧にする。この状態で、外被材４の残り１辺に形成された開口部をヒートシールにより密閉する。真空チャンバ内を大気圧に戻し、真空チャンバ内から取り出すことで、真空断熱材１が得られる。芯材３の厚みは真空封止したときに減少するため、芯材３の周囲部には耳部５が形成される。

なお、２枚の外被材シート４ａ、４ｂによって芯材３を挟み込むようにして真空チャンバ内に配置し、真空チャンバ内を減圧した後に、２枚の外被材シート４ａ、４ｂの周囲をヒートシールにより密閉するようにしてもよい。また、必要に応じて、外被材４で覆われた空間にガス吸着剤を挿入してもよい。

上記のようにして製造された真空断熱材１の内部空間は、真空に保持されている。

その後、製造された真空断熱材１の少なくとも一部の耳部５は、芯材３の積層方向と概ね同じ向きになるように折り曲げられる（詳細は後述）。

続いて、複合断熱材９ａを作製する方法について説明する。ここでは、ビーズ法発泡断熱材６として、ビーズ法発泡ポリスチレンを用いた場合を例に挙げる。まず、原料粒子（発泡剤が含有されたポリスチレン粒子）を加熱して予備発泡させ、発泡ポリスチレン粒子を作製する。次に、真空断熱材１を金型内に設置し、さらに発泡ポリスチレン粒子を金型内に充填した上で、密閉する。そして、密閉した金型を蒸気加熱することによって、発泡ポリスチレン粒子を発泡させて発泡スチロール（発泡ポリスチレン）とし、ビーズ法発泡断熱材６を形成する。最後に、冷却した後、一体化した真空断熱材１及びビーズ法発泡断熱材６を金型から脱型することで、複合断熱材９ａが作製される。一般的に、量産品では、金型は水平方向に移動する構造にすると、離型させ易い。

従来の複合断熱材として、例えば特許文献２には、真空断熱材の耳部を芯材部に沿うように折り曲げて真空断熱材表面と密着させた上で、真空断熱材の一方の面を発泡断熱材に埋め込み、他方の面を露出させた構造が記載されている。実際に、一方の面を厚み１０ｍｍの真空断熱材とし、他方の面をビーズ法発泡ポリスチレンとした複合断熱材を作製したところ、成形後に真空断熱材とビーズ法発泡ポリスチレンとの境界面で剥離が起こり、うまく一体成形ができなかった。解体してみたところ、真空断熱材と接した発泡粒子がほとんど発泡しておらず、真空断熱材とビーズ法発泡ポリスチレンとの間の接合作用がほとんどないことが分かった。

また、例えば特許文献１には、真空断熱材の耳部をそのままの形状として発泡断熱材に埋め込む構造が記載されている。一般的な真空断熱材の厚みは８〜１８ｍｍ程度であるので、耳部と真空断熱材の表面が露出している平面との距離は、４〜９ｍｍ程度となる。厚み１５ｍｍの真空断熱材を作製し、特許文献１に記載されたような複合断熱材を試作してみたところ、真空断熱材の耳部と発泡断熱材とが密着せず、離型時に分離してしまった。その要因を詳細に検討したところ、耳部と真空断熱材の露出面との平均距離は７ｍｍ程度であったが、実際には２ｍｍ〜１２ｍｍ程度の範囲でばらついていた。これにより、発泡粒子が十分に入り込まないこと、さらに入り込んだ発泡粒子が発泡しきれていないことが分かった。

以上のように、真空断熱材とビーズ法発泡断熱材との一体成形を試みた上記の２例とも、真空断熱材とビーズ法発泡断熱材とが剥離してしまい、うまく複合化することができなかった。

次に、本実施の形態に係る複合断熱材９ａの試作結果について説明する。真空断熱材１の芯材３としては、平均繊維直径が６μｍで長さが約１２ｍｍのチョップドガラス繊維と、火炎法で製造された約０．８μｍのマイクロガラスファイバ繊維と、を抄紙して作製した厚さ約０．５ｍｍの繊維シート２を３０枚積層したものを用いた。芯材３の平面的な寸法は３００ｍｍ×３００ｍｍとした。また、外被材シート４ａ、４ｂとしては、アルミラミネートシート［２５μｍ−ＯＮｙ（延伸ナイロン）／１２μｍ−ＡＬ蒸着ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／７μｍ−ＡＬ箔／３０μｍ−ＥＶＯＨ（無延伸エチレンビニルアルコール共重合体）］を用いた。ここで、ＥＶＯＨフィルムは、最内層のシール層４ａ１、４ｂ１に該当する。外被材シート４ａ、４ｂの平面的な寸法は、３５０ｍｍ×４５０ｍｍとした。

外被材シート４ａ、４ｂの３辺を予め密着させて製袋化した外被材４に、芯材３を挿入して真空密閉した。真空密閉した後の真空断熱材１の厚みは、約１０ｍｍとなった。耳部５の幅（芯材３の外周端と外被材４の外周端との距離）は、予め密着させた３辺ではそれぞれ約２０ｍｍであり、最後に真空密閉した１辺では約１２０ｍｍであった。

次に、予め密着させた３辺のうち互いに平行な２辺の耳部５、つまり、いずれも幅２０ｍｍの２つの耳部５を、芯材３の積層方向と概ね同じ向きになるように同方向に折り曲げた。このとき、折り曲げた２つの耳部５の端部は、芯材３を覆う部分の外被材４の表面よりもさらに芯材３の積層方向に延伸するようにした。また、本例の外被材４（外被材シート４ａ、４ｂ）は、アルミニウム（ＡＬ）箔を有していることから比較的硬い。このため、折曲げ時には圧力を加えて変形させることにより外被材４を容易に塑性変形させることができ、折り曲げた耳部５の形状を維持させることができた。仮に、外被材４が比較的柔軟な場合には、局部的にテープで留めたり、又は、後に形成するビーズ法発泡断熱材と同一材料からなる治具などで部分的に固定したりすることによって、耳部５の形状を維持するようにしてもよい。

次に、２つの耳部５を折り曲げた真空断熱材１を金型内に設置し、さらに、予備発泡させた発泡粒子を金型内に充填し、発泡粒子を発泡させた。折り曲げた２つの耳部５の端部は、金型内に形成されたビーズ法発泡断熱材６により囲繞され、両面から挟持されるようになった。これにより、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とが互いに剥離することなく一体的に成形された複合断熱材９ａを作製できた。

なお、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６との境界面における密着性をより高めるために、真空断熱材１の表面には少量の接着剤を塗布しておいてもよい。

ここで、耳部５（少なくとも、折り曲げられた耳部５）の幅は、２０ｍｍ程度以上、つまり真空断熱材１の厚みの約２倍以上にすることが望ましい。しかしながら、折り曲げられた耳部５の幅が広くなると、外被材４の表面からの熱移動を複合断熱材９ａの厚み方向で促進することになってしまうため、複合断熱材９ａの断熱性能が低下する場合がある。したがって、耳部５の幅は、真空断熱材１の厚みの２倍〜４倍程度が好ましい。

本例では、折り曲げられた耳部５のうち、少なくとも外被材シート４ａ、４ｂ同士の接合部となるシール層４ａ１、４ｂ１の端部は、ビーズ法発泡断熱材６で囲繞されている。このため、外被材４を移動する熱をビーズ法発泡断熱材６で閉じ込めることができるため、折り曲げられた耳部５からの放熱を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、一方の面から真空断熱材１を露出させ、他方の面の全面をビーズ法発泡断熱材６とした複合断熱材９ａを、接着剤を用いずに、又は接着剤の使用量を少なくしても、一体成形することができる。したがって、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とを低コストで一体成形できるとともに、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とが互いに剥離してしまうのを防止できる。

また、本実施の形態によれば、一方の面からのみ真空断熱材１を露出させた複合断熱材９ａを作製することができるため、他方の面（ビーズ法発泡断熱材６側の面）が高温側となるように複合断熱材９ａを設置することによって、真空断熱材１では耐熱温度が厳しい高温部位にも、断熱性能の高い複合断熱材９ａを用いることができる。

さらに、本実施の形態では、少なくとも一部の耳部５が芯材３の積層方向と同じ向きに折り曲げられているため、複合断熱材９ａの厚み方向において真空断熱材１が存在せずビーズ法発泡断熱材６のみが存在する部分Ａ１、Ａ２（図３参照）を小さくすることができる。したがって、真空断熱材１の被覆率を高めることができるため、複合断熱材９ａの断熱性能を向上でき、複合断熱材９ａの保温対象となる機器の熱効率を向上できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る複合断熱材について説明する。図４は、本実施の形態に係る複合断熱材９ｂの構成を示す斜視図である。図４に示すように、真空断熱材１の耳部５のうち互いに平行な２辺の耳部５（図４中の左側及び右側の耳部５）は、実施の形態１と同様に、芯材３の積層方向と同じ向きに折り曲げられている。

一方、他の２辺の耳部５（図４中の上端及び下端の耳部５）は、上記の耳部５の折曲げ方向とは反対の方向に芯材３に沿って折り返されており、外被材４のうち芯材３を覆う部分の表面に密着している。折り返された２辺の耳部５は、外被材４の芯材３を覆う部分の表面に、テープ又は接着剤によって固定されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

次に、本実施の形態に係る複合断熱材９ｂの試作結果について説明する。実施の形態１と同様の真空断熱材１を作製し、互いに平行で一方が幅約２０ｍｍで他方が幅１２０ｍｍとなっている２辺の耳部５（図４中の上側及び下側の耳部５）を、芯材３に沿って折り返して密着させた。次に、残りの２辺の耳部５（図４中の左側及び右側の耳部５）を上記の耳部５の折り返し方向とは反対方向となる芯材３の積層方向に折り曲げた。このとき、折り曲げた２つの耳部５の端部は、外被材４の芯材３を覆う部分の表面よりもさらに芯材３の積層方向に延伸するようにした。

次に、この真空断熱材１を金型内に設置し、さらに、予備発泡させた発泡粒子を金型内に充填し、発泡粒子を発泡させた。折り曲げた２つの耳部５の端部は、金型内で発泡成形されたビーズ法発泡断熱材６により囲繞され、両面から挟持されるようになった。これにより、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とが互いに剥離することなく一体的に成形された複合断熱材９ｂを作製できた。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とを容易かつ低コストで一体成形できる複合断熱材９ｂを実現することができる。また、本実施の形態では、真空断熱材１の２辺の耳部５の折返し方向と、残りの２辺の耳部５の折曲げ方向とが反対方向であるため、折り返した耳部５は、外被材４の芯材３を覆う部分の表面に対して構造的に密着し易くなる。このため、２辺の耳部５の折返し方向と残りの２辺の折曲げ方向とを同方向にした構成と比較すると、折り返した耳部５を固定するためのテープ又は接着剤の量を削減することができ、場合によってはテープや接着剤が不要になる。また、構造上、折り曲げる耳部５も成形し易くなる。さらに、金型内で発泡粒子を充填するときに障害となるものが少なくなるため、発泡粒子の充填が容易になり、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とをより短時間で一体成形できる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る複合断熱材について説明する。図５は、本実施の形態に係る複合断熱材９ｂの構成を示す模式的な断面図である。図５に示すように、本実施の形態では、芯材３の積層方向と同じ向きに折り曲げられた耳部５において、２枚の外被材シート４ａ、４ｂを熱融着させた部分の少なくとも一部（例えば、折り曲げられたときに、外被材４の芯材３を覆う部分の表面よりもさらに芯材３の積層方向に延伸する部分）の表面には、当該耳部５の幅方向（すなわち、複合断熱材９ｂの厚み方向）に沿って波形状に成形された波形部５ａが形成されている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。

次に、本実施の形態に係る複合断熱材９ｂの試作結果について説明する。実施の形態２と同様の真空断熱材１を作製する際に、２枚の外被材シート４ａ、４ｂを製袋化する段階で、予め密着させる３辺のうち互いに平行な２辺の耳部５における熱融着部分に波形部５ａを形成した。この波形部５ａは、ヒートシール直後の冷却工程で使用する冷却板として、振幅が約０．５ｍｍの波形状の冷却板を用いることにより形成した。その後、実施の形態２と同様の手順で複合断熱材９ｂを作製した。その結果、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とを、互いに剥離することなく一体的に成形できた。

本実施の形態では、外被材４を作製するときの治具を変更するだけで済むので、実施の形態２と同等の低コストで複合断熱材９ｂを作製することができる。また、波形部５ａが形成されていることにより、真空断熱材１にビーズ法発泡断熱材６から離れる方向（すなわち、芯材３の積層方向）の力が加えられた場合にも、波形部５ａの凹凸形状がビーズ法発泡断熱材６に引っ掛かり、滑り抵抗が大きくなるため、耳部５がビーズ法発泡断熱材６から脱離しにくくなる。このため、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６との間に隙間が生じたり、互いに分離したりすることを抑制できる。したがって、本実施の形態によれば、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６との密着性をより向上させた複合断熱材９ｂを実現できる。また、本実施の形態の複合断熱材９ｂは、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６との密着性に優れることから、振動が生じる冷熱機器等に適用することも可能となる。

なお、本実施の形態では、耳部５の表面が波形状に成形された波形部５ａについて説明したが、耳部５の表面形状は、ビーズ法発泡断熱材６に対する滑り抵抗が平滑な平面よりも大きくなる曲面形状であれば波形状に限られない。例えば、エンボス成形によって凹凸形状とした構造であってもよい。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係る複合断熱材及びそれを備えた保温タンクについて説明する。図６は、本実施の形態に係る複合断熱材９ｃの構成を示す模式的な断面図である。図６に示すように、複合断熱材９ｃは、部分円筒状（例えば、半円筒状）の形状を有している。また、真空断熱材１は、複合断熱材９ｃと概ね同心の部分円筒状の形状を有している。複合断熱材９ｃの外周面は、少なくとも一部で真空断熱材１の外周面が露出するように構成されている。複合断熱材９ｃの内周面は、全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６のみで構成されている。言い換えれば、真空断熱材１の外周面（外被材シート４ｂ側の表面）は外部に露出しており、真空断熱材１の内周面（外被材シート４ａ側の表面）は全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われている。また、例えば真空断熱材１の周囲の端面（軸方向の端面及び周方向の端面）も、全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われている。

真空断熱材１の周囲に形成された耳部５のうち、周方向の端面に形成された耳部５（図６中の左下部及び右下部の耳部５）は、芯材３の外周に沿って芯材３の積層方向（複合断熱材９ａの厚み方向）の内周側に折り曲げられている。折り曲げられた耳部５は、芯材３を覆う外被材シート４ａよりもさらに芯材３の積層方向（内周側）に延伸している。延伸した耳部５の端部は、ビーズ法発泡断熱材６によって両面から挟持されている。

次に、本実施の形態に係る複合断熱材９ｃの試作結果について説明する。まず、実施の形態１と同様の手順で平板状の真空断熱材１を作製した。真空断熱材１の芯材３の寸法は９００ｍｍ×７００ｍｍ×１０ｍｍとし、外被材４の寸法は９６０ｍｍ×８６０ｍｍとした。このとき、耳部５の幅は、予め密着させた３辺ではそれぞれ２５ｍｍとなり、最後に真空密閉した１辺では１２５ｍｍとなった。

次に、作製した真空断熱材１を、曲率半径（Ｒ）が約２２０ｍｍとなる部分円筒形状に成形した。この成形には、例えば、３軸ロールベンダを用いることができる。この成形の際には、幅の大きい耳部５（本例では、幅１２５ｍｍの耳部５）が部分円筒状の真空断熱材１の軸方向端面に配置されるようにした。

次に、真空断熱材１の軸方向端面に形成されて円弧状となった２つの耳部５（幅２５ｍｍ及び１２５ｍｍ）を、芯材３に沿って外周面側に折り返し、芯材３を覆う部分の外被材４（外被材シート４ｂ）の表面に密着させた。ここで、真空断熱材１の芯材３は部分円筒状に成形されているため、内外周差によって外周側の外被材４が引っ張られる。これにより、接着剤やテープ等を特に用いなくても、外周面側に折り返した耳部５を外被材４の表面に密着させることが可能である。

次に、真空断熱材１の周方向端面に形成されている２つの耳部５（いずれも幅２５ｍｍ）を、芯材３の積層方向（径方向内周側）に折り曲げた。このとき、折り曲げた２つの耳部５の端部は、芯材３を覆う部分の外被材４（外被材シート４ａ）の表面よりもさらに芯材３の積層方向（内周側）に延伸するようにした。

次に、この真空断熱材１を金型内に設置し、実施の形態２と同じ手順で複合断熱材９ｃを作製した。折り曲げた２つの耳部５の端部は、金型内に形成されたビーズ法発泡断熱材６により囲繞され、両面から挟持されるようになった。これにより、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とが互いに剥離することなく一体的に成形された複合断熱材９ｃを作製できた。

この結果、円筒形状の保温タンク等の断熱材として適用可能な複合断熱材９ｃを低コストで実現できる。図７は、本実施の形態に係る複合断熱材９ｃを備えた保温タンク２０の構成の例を示す模式的な横断面図である。図７に示すように、保温タンク２０は、円筒形状のタンク本体２１と、タンク本体２１の外周面の少なくとも一部（本例では全部）を覆うように取り付けられた複数の複合断熱材９ｃと、を備えている。図６に示したように、複合断熱材９ｃの内周部はビーズ法発泡断熱材６により構成されており、複合断熱材９ｃの外周部は主に真空断熱材１により構成されている。

ここで、ＣＯ_２冷媒を用いたヒートポンプ式給湯システムの貯湯タンクの場合、タンク内の温水の最高温度は９０℃程度となる。一方、複合断熱材９ｃのビーズ法発泡断熱材６として例えばポリプロピレンを用いることにより、複合断熱材９ｃの耐熱温度は１００℃以上となる。したがって、本実施の形態の複合断熱材９ｃは、ヒートポンプ式給湯システムの貯湯タンクに適用することができる。これにより、貯湯タンクからの放熱量を低減できるため、ヒートポンプ式給湯システムの高性能化及び省エネルギー化を実現できる。また、外被材４のシール層４ａ１、４ｂ１として用いられるＥＶＯＨは、高い耐熱特性を示すことから、耐熱性の必要な貯湯タンクに有効である。

図８は、本実施の形態の変形例に係る複合断熱材９ｄの構成を示す模式的な断面図である。図８に示すように、本変形例では、真空断熱材１の耳部５が、芯材３の積層方向の外周側、つまり図６に示した構成とは逆方向に折り曲げられている。ビーズ法発泡断熱材６には、折り曲げられた耳部５を囲繞するように、複合断熱材９ｄの周方向の両端部近傍で真空断熱材１の外周側に突出した突出部６ａが設けられている。すなわち、本変形例では、ビーズ法発泡断熱材６の一部が真空断熱材１より外周側にも設けられている。その他の構成は、図６に示した構成と同様である。

本変形例によれば、図６に示した構成と同様の効果が得られることに加えて、複合断熱材９ｄの厚み方向（径方向）において真空断熱材１が存在しない部分Ａ１、Ａ２のビーズ法発泡断熱材６の厚みを厚くできる。これにより、例えば複数の複合断熱材９ｄを円筒状のタンク本体２１の外周面を覆うように取り付ける場合、複合断熱材９ｄの厚み方向において真空断熱材１が存在しない部分Ａ１、Ａ２での断熱性能を高めることができる。したがって、本変形例によれば、より断熱性能の高い複合断熱材９ｄを実現できる。また、本変形例の複合断熱材９ｄを用いることにより、より保温性能の高い保温タンクを実現することができる。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係る複合断熱材について説明する。図９は、本実施の形態に係る複合断熱材９ｅの構成を示す模式的な断面図である。図９に示すように、複合断熱材９ｅの内周面は、少なくとも一部で真空断熱材１の内周面が露出するように構成されている。複合断熱材９ｅの外周面は、全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６のみで構成されている。言い換えれば、真空断熱材１の内周面（外被材シート４ｂ側の表面）は外部に露出しており、真空断熱材１の外周面（外被材シート４ａ側の表面）は全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われている。また、例えば真空断熱材１の周囲の端面（軸方向の端面及び周方向の端面）も、全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われている。

真空断熱材１の周方向の端面に形成された耳部５は、芯材３の積層方向の外周側、つまり図８に示した構成と同じ方向に折り曲げられている。折り曲げられた耳部５は、芯材３を覆う外被材シート４ａよりもさらに芯材３の積層方向（外周側）に延伸している。延伸した耳部５の端部は、ビーズ法発泡断熱材６によって両面から挟持されている。その他の構成は、図８に示した構成と同様である。

本実施の形態では、真空断熱材１の外周面が全面に亘ってビーズ法発泡断熱材６により覆われているため、突き刺しや引っ掻きに弱い真空断熱材１の外被材４を保護することができる。したがって、複合断熱材９ｅを機器に設置する際及び設置した後において、当該機器の周囲での作業などによる真空断熱材１の破損を防止することができる。ただし、保温対象側となる複合断熱材９ｅの内周面側に真空断熱材１が露出する構成であるため、原則として、保温対象の温度が真空断熱材１の耐熱温度以下である必要がある。

実施の形態６．
本発明の実施の形態６に係る複合断熱材について説明する。図１０は、本実施の形態に係る複合断熱材９ｆの構成を示す模式的な断面図である。図１０に示すように、複合断熱材９ｆ（ビーズ法発泡断熱材６）の周方向端面には、嵌合段差１２が形成されている。例えば、円筒状のタンク本体２１の外周面を覆うように２つの複合断熱材９ｆを組み合わせる際には、嵌合段差１２同士が嵌まり合うようになっている。その他の構成は、図６に示した構成と同様である。

本実施の形態によれば、複数の複合断熱材９ｆを組み合わせて保温対象の機器に設置したときに、複合断熱材９ｆ同士の接合部分に隙間ができることを防止できるため、より断熱性能の高い複合断熱材９ｆを実現できる。また、複合断熱材９ｆの周方向端面に嵌合段差１２が設けられていることによって、仮に複合断熱材９ｆ同士の接合部分に隙間ができたとしても、この隙間は、複合断熱材９ｆの厚み方向において入り組んだ形状となる。これにより、ラビリンス効果によって隙間内での気体の動きが妨げられるため、断熱性能の低下を抑えることができる。したがって、大量生産によって複合断熱材９ｆの周方向寸法（あるいは、保温対象機器の周方向寸法）に製品毎のばらつきが生じ、複数の複合断熱材９ｆ間の隙間が広くなったとしても、断熱性能の低下を抑えることができる。

以上説明したように、上記実施の形態に係る複合断熱材は、繊維が積層された積層体構造を有する芯材３、及び芯材３を覆って真空密閉された外被材４を有する真空断熱材１と、真空断熱材１と一体成形されたビーズ法発泡断熱材６と、を備え、一方の表面の少なくとも一部に真空断熱材１が配置され、他方の表面にビーズ法発泡断熱材６が配置されており、外被材４の外周端と芯材３の外周端との間に形成された耳部５のうち少なくとも一部は、芯材３の積層方向と同じ向きになるように折り曲げられており、折り曲げられた耳部５の端部は、外被材４の芯材３を覆う部分の表面よりもさらに芯材３の積層方向に延伸しており、延伸した耳部５は、ビーズ法発泡断熱材６で両面から挟持されているものである。

この構成によれば、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とを保温対象の形状に合わせた形状に容易かつ低コストで一体成形できるとともに、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とが互いに剥離してしまうのを防止できる。また、少なくとも一部の耳部５が芯材３の積層方向と同じ向きに折り曲げられているため、複合断熱材９ａの厚み方向において真空断熱材１が存在せずビーズ法発泡断熱材６のみが存在する部分Ａ１、Ａ２を小さくすることができる。したがって、真空断熱材１の被覆率を高めることができるため、複合断熱材の断熱性能を向上できる。

また、上記実施の形態に係る複合断熱材は、折り曲げられなかった耳部５は、折り曲げられた耳部５の折曲げ方向とは反対方向に折り返され、外被材４の芯材３を覆う部分の表面に密着しているものである。

この構成によれば、接着剤やテープ等を用いずに、又は接着剤やテープ等の使用量を少なくしても、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６とをより安定して一体成形することができる。また、耳部５の折曲げ成形が容易になるとともに、発泡粒子の充填が容易になる。

また、上記実施の形態に係る複合断熱材は、折り曲げられた耳部５の少なくとも一部は、ビーズ法発泡断熱材６に対する滑り抵抗が大きくなる曲面形状（例えば、波形状、凹凸形状など）を有しているものである。

この構成によれば、真空断熱材１とビーズ法発泡断熱材６との接合性をより高めることができるため、一体成形の信頼性向上を図ることができる。

また、上記実施の形態に係る複合断熱材は、外被材４の接合部（例えば、シール層４ａ１、４ｂ１の端部）の一部又は全部は、ビーズ法発泡断熱材６で囲繞されているものである。

この構成によれば、外被材４を移動する熱をビーズ法発泡断熱材６で閉じ込めることができるため、耳部５からの放熱を抑制することができる。

また、上記実施の形態に係る複合断熱材は、外被材４は、最内層にシール層４ａ１、４ｂ１を備えたラミネートフィルムであり、シール層４ａ１、４ｂ１は、エチレンビニルアルコール共重合体フィルムで構成されているものである。

この構成によれば、複合断熱材の耐熱性が向上し、使用温度範囲を拡大できるため、複合断熱材の適用範囲を広げることができる。

また、上記実施の形態に係る複合断熱材は、真空断熱材１が部分円筒形状に成形されているものである。

この構成によれば、複合断熱材を円筒形状のタンクや機器に設置することができる。

また、上記実施の形態に係る保温タンクは、タンク本体２１と、タンク本体２１の外周面の少なくとも一部を覆う上記実施の形態に係る複合断熱材と、を有するものである。

この構成によれば、保温タンクの保温性能を向上させることができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、シール層４ａ１、４ｂ１の材質としてＥＶＯＨを例に挙げたが、複合断熱材をより温度の低い部位に適用する場合には、より安価なＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）やＬＬＤＰＥ（リニア低密度ポリエチレン）などを用いてもよい。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１ 真空断熱材、２ 繊維シート、３ 芯材、４ 外被材、４ａ、４ｂ 外被材シート、４ａ１、４ｂ１ シール層、５ 耳部、５ａ 波形部、６ ビーズ法発泡断熱材、６ａ 突出部、７、８ 面、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ 複合断熱材、１２ 嵌合段差、２０ 保温タンク、２１ タンク本体。

Claims (9)

1. 繊維が積層された積層体構造を有する芯材、及び前記芯材を覆って真空密閉された外被材を有する真空断熱材と、
   前記真空断熱材と一体成形されたビーズ法発泡断熱材と、を備え、
   前記真空断熱材は、前記外被材の外周端と前記芯材の外周端との間に形成された耳部を備え、
   前記耳部のうち少なくとも一部は、前記芯材の積層方向と同じ向きになるように折り曲げられており、
   折り曲げられた前記耳部の端部は、前記外被材の前記芯材を覆う部分の表面よりもさらに前記芯材の積層方向に延伸しており、
   延伸した前記耳部は、前記ビーズ法発泡断熱材で両面から挟持され、
   前記真空断熱材は、折り曲げられた前記耳部の折曲げ方向側の表面および前記表面とは反対側の他面のうちの一方が前記ビーズ法発泡断熱材に覆われ、前記表面および前記他面のうちの他方が露出していることを特徴とする複合断熱材。
2. 折り曲げられなかった前記耳部は、折り曲げられた前記耳部の折曲げ方向とは反対方向に折り返され、前記外被材の前記芯材を覆う部分の表面に密着していることを特徴とする請求項１に記載の複合断熱材。
3. 折り曲げられた前記耳部の少なくとも一部は、前記ビーズ法発泡断熱材に対する滑り抵抗が大きくなる曲面形状を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の複合断熱材。
4. 前記外被材の接合部の一部又は全部は、前記ビーズ法発泡断熱材で囲繞されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の複合断熱材。
5. 前記外被材は、最内層にシール層を備えたラミネートフィルムであり、
   前記シール層は、エチレンビニルアルコール共重合体フィルムで構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の複合断熱材。
6. 前記真空断熱材は、部分円筒形状に成形されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の複合断熱材。
7. タンク本体と、前記タンク本体の外周面の少なくとも一部を覆う請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の複合断熱材と、を有することを特徴とする保温タンク。
8. 前記外被材は、アルミニウム箔を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合断熱材。
9. 繊維が積層された積層体構造を有する芯材、及び前記芯材を覆って真空密閉された外被材を有し、前記外被材の外周端と前記芯材の外周端との間に耳部が形成された真空断熱材を準備し、
   準備した前記真空断熱材が有する前記耳部のうち少なくとも一部を前記芯材の積層方向と同じ向きになるように折り曲げ、
   前記真空断熱材を金型内に設置し、
   前記耳部が折り曲げられ前記真空断熱材が設置された前記金型内に発泡粒子を充填して前記金型を密閉し、
   密閉した前記金型内で前記発泡粒子を発泡させてビーズ法発泡断熱材を形成し、形成した前記ビーズ法発泡断熱材で前記耳部を両面から挟持して複合断熱材を製造することを特徴とする複合断熱材の製造方法。

Images