JPWO2020152854A1

JPWO2020152854A1 - 真空断熱材及び断熱箱

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Publication number: JPWO2020152854A1
Application number: JP2020567336A
Authority: JP
Inventors: 一正藤村; 貴祥向山; 夕貴大森; 浩明高井; 努小高; 福田　真一; 真一福田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2039-01-25
Also published as: JP7154316B2; WO2020152854A1

Abstract

本発明に係る真空断熱材は、芯材と、前記芯材を包む外包材とを備え、前記外包材で覆われた内部空間が減圧状態となっている板状の真空断熱材であって、前記芯材は、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材と、ガラス短繊維で形成された第２芯材とを備え、前記第１芯材と前記第２芯材とが当該真空断熱材の厚み方向に積層された構成であり、前記外包材と前記厚み方向に対向して該外包材と接する前記芯材の２面のうちの少なくとも１面は、前記第１芯材で構成されている。

Description

本発明は、芯材としてガラス繊維を用いた真空断熱材、及び該真空断熱材を備えた断熱箱に関する。

冷蔵庫等の断熱箱に用いられている断熱材として、真空断熱材が知られている。真空断熱材は、芯材と該芯材を包む外包材とを備え、外包材で覆われた内部空間が減圧状態となっている。従来の真空断熱材としては、ガラス短繊維（ｇｌａｓｓｗｏｏｌ）で芯材が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ガラス短繊維は、溶融ガラスを高速回転スピナにより遠心力で飛ばすことによりガラスを繊維化する遠心法によって、形成される。あるいは、ガラス短繊維は、ガラス棒の先端部を火炎で溶融しながら吹き飛ばすことによりガラスを繊維化する火炎法によって、形成される。ガラス短繊維は、ガラスウールとも呼ばれる。

また、従来の真空断熱材としては、芯材としてガラスチョップドストランド（ｇｌａｓｓｃｈｏｐｐｅｄｓｔｒａｎｄ）を用いたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。ガラスチョップドストランドは、ガラスストランドを規定の長さに切断することにより形成される。また、ガラスストランドは、連続フィラメント法で紡糸ノズルから引き出した複数のガラス繊維を、直接引きそろえて集束したものである。具体的には、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材では、ガラスチョップドストランドがモノフィラメント化した不織布を湿式抄紙法によって形成し、該不織布を複数枚積層して芯材を形成している。芯材としてガラスチョップドストランドを用いることにより、ガラス短繊維で形成された芯材を用いる場合と比べ、真空断熱材の断熱性能を向上させることができる。

特許第３５８０３１５号公報特許第４７１３５６６号公報

ガラス短繊維を製造する際、未延伸ガラス粒子の塊であるショットが発生する。そして、ショットはガラス短繊維内に含まれる。このため、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材においては、ショットによって外包材に貫通孔が形成されてしまう場合があった。そして、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材においては、ショットによって外包材に形成された貫通孔から真空断熱材の内部に空気が侵入する場合があった。すなわち、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材においては、ショットによって外包材に形成された貫通孔により、真空漏れ不良に至り、真空断熱材の断熱性能が低下してしまうという課題があった。

一方、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材には、芯材にショットが含まれない。このため、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、外包材に形成された貫通孔によって真空漏れ不良に至ることはまれである。しかしながら、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、剛性が低くなる。このため、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、製造時に曲がりやすく、製造後においても曲がりやすい。したがって、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、取り扱いが困難であるという課題があった。また、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、約１．２倍から約１．６倍、質量が重くなる。この点においても、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、取り扱いが困難である。

なお、ガラスチョップドストランドを用いた従来の芯材に有機バインダー等の結合剤を用い、結合剤によってガラス繊維同士を結合させることにより、ガラスチョップドストランドを用いた従来の芯材の剛性を高めることは可能である。すなわち、結合剤によってガラス繊維同士を結合させると、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材の取り扱いが容易となる。しかしながら、結合剤によってガラス繊維同士を結合させると、ガラス繊維同士の結合部を介して、ガラス繊維間の熱移動が容易となる。このため、真空断熱材の断熱性能が低下してしまう。また、結合剤によってガラス繊維同士を結合させると、結合剤に含まれる低分子成分が真空断熱材内部で揮発することにより、真空断熱材内部の真空度が低下し、断熱性能が低下してしまう。すなわち、結合剤によってガラス繊維同士を結合させると、ガラス短繊維で形成された芯材を用いる場合と比べて真空断熱材の断熱性能が向上するという、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材が有する効果が低減してしまう。

本発明は、上述の課題を背景になされたものであり、外包材に形成された貫通孔によって真空漏れ不良に至ることを抑制でき、結合剤を用いなくとも取り扱いが容易となる真空断熱材を得ることを第１の目的とする。また、本発明は、このような真空断熱材を備えた断熱箱を得ることを第２の目的とする。

また、本発明に係る断熱箱は、外箱と、前記外箱の内部に配置された内箱と、本発明に係る真空断熱材と、を備えている。

本発明に係る真空断熱材においては、外包材と真空断熱材の厚み方向に対向して該外包材と接する芯材の２面のうちの少なくとも１面が、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材となっている。このため、本発明に係る真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材に比べ、外包材に形成された貫通孔によって真空漏れ不良に至ることを抑制できる。

また、本発明に係る真空断熱材の芯材は、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材とガラス短繊維で形成された第２芯材とが積層されて構成されている。このため、本発明に係る真空断熱材は、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材と比べ、剛性が向上し、質量も軽くなる。また、本発明に係る真空断熱材の芯材は、結合剤を用いなくとも製造することができる。したがって、本発明に係る真空断熱材は、結合剤を用いなくとも、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材と比べ、取り扱いが容易となる。

本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の別の一例の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る断熱箱の概略構成を示す断面図である。

以下、実施の形態１において、本発明に係る真空断熱材の一例について説明する。また、実施の形態２において、本発明に係る断熱箱の一例について説明する。なお、以下の各図面では、各構成部材の大きさの関係が本発明を実施した実物とは異なる場合がある。各構成部材の具体的な寸法等は、以下の説明を参酌した上で判断すべきものである。また、以下の実施の形態で用いられているガラス繊維に関する用語は、注記がされていない場合、日本工業規格ＪＩＳＲ３４１０：２００６「ガラス繊維用語」の定義に従うこととする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の概略構成を示す断面図である。真空断熱材１は、内部を真空に維持することで低い熱伝導率を実現する断熱材である。図１に示すように、この真空断熱材１は、芯材２０と、この芯材２０を包む外包材３とを備えている。後述のように、外包材３で規定される真空空間は、一部が開口した袋形状の外包材３の内部を減圧した状態で、開口部をヒートシール等により熱融着することにより、形成される。つまり、外包材３で覆われた内部空間が減圧状態となっている。真空断熱材１は、該真空断熱材１の厚み方向に観察した際、換言すると図１の紙面上下方向に観察した際、全体として概略長方形の板状に形成されている。なお、本実施の形態１においては、真空断熱材１は、外包材３で覆われた内部空間に、少なくとも水分を吸着する吸着剤４も備えている。つまり、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、芯材２０及び吸着剤４が、外包材３によって包まれている。

芯材２０は、真空空間を保持する目的で使用される。本実施の形態１に係る芯材２０は、ガラスチョップドストランド（ｇｌａｓｓｃｈｏｐｐｅｄｓｔｒａｎｄ）のニードルマットである第１芯材２１と、ガラス短繊維（ｇｌａｓｓｗｏｏｌ）で形成された第２芯材２２とを備えている。そして、芯材２０は、第１芯材２１と第２芯材２２とが真空断熱材１の厚み方向に積層された構成となっている。

第１芯材２１であるガラスチョップドストランドのニードルマットは、規定の長さのガラスチョップドストランドを無方向に均一な厚さに積み重ね、針打ちによってマット状にまとめたものである。ガラスチョップドストランドは、ガラスストランドを規定の長さに切断することにより形成される。また、ガラスストランドは、連続フィラメント法で紡糸ノズルから引き出した複数のガラス繊維を、直接引きそろえて集束したものである。このように構成されている第１芯材２１は、結合剤を含まずに製造することができる。なお、日本工業規格ＪＩＳＲ３４１０：２００６「ガラス繊維用語」では、ニードルマットは、長さ約５０ｍｍのガラスチョップドストランドを用いることとなっている。しかしながら、ガラスチョップドストランドのこの長さは一例であり、種々の長さのガラスチョップドストランドでニードルマットを形成することができる。本実施の形態１では、約１００ｍｍのガラスチョップドストランドで、ニードルマットを形成している。

第１芯材２１であるガラスチョップドストランドのニードルマットは、真空断熱材１の厚み方向である断熱方向に対して略垂直に、ガラスチョップドストランドが延びている。また、真空断熱材１の厚み方向である断熱方向に、ガラスチョップドストランドが積層される。このため、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１を用いた真空断熱材１は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材に比べ、断熱性能が向上する。また、第１芯材２１は、針打ちによりガラスチョップドストランド同士が絡み合っている。このため、第１芯材２１を製造する際、有機バインダー等の結合剤を用いる必要がない。したがって、第１芯材２１は、結合剤によってガラス繊維同士が結合した結合部を介して熱移動することを防止できる。また、第１芯材２１は、結合剤に含まれる低分子成分の揮発による真空断熱材１の断熱性能の低下も防止できる。

第２芯材２２を構成するガラス短繊維は、溶融ガラスを高速回転スピナにより遠心力で飛ばすことによりガラスを繊維化する遠心法によって、形成される。なお、第２芯材２２を構成するガラス短繊維は、ガラス棒の先端部を火炎で溶融しながら吹き飛ばすことによりガラスを繊維化する火炎法によって、形成されてもよい。ガラス短繊維は、ガラスウールとも呼ばれる。

ところで、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、剛性が低くなる。このため、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、製造時に曲がりやすく、製造後においても曲がりやすい。したがって、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、取り扱いが困難である。また、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、約１．２倍から約１．６倍、質量が重くなる。この点においても、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材と比べ、取り扱いが困難である。一方、本実施の形態１では、上述のように、芯材２０は、第１芯材２１と第２芯材２２とが真空断熱材１の厚み方向に積層された構成となっている。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、ガラスチョップドストランドを用いた従来の芯材と比べ、剛性が向上し、質量も軽くなる。したがって、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、ガラスチョップドストランドを用いた従来の芯材と比べ、取り扱いが容易となる。

ここで、外包材３と真空断熱材１の厚み方向に対向して該外包材３と接する芯材２０の２面のうちの一方を、第１面２３とする。また、外包材３と真空断熱材１の厚み方向に対向して該外包材３と接する芯材２０の２面のうちの他方を、第２面２４とする。このように第１面２３及び第２面２４を定義した場合、図１に示すように、芯材２０の第１面２３は、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成されている。すなわち、外包材３と芯材２０の第１面２３とが接触する範囲では、外包材３とガラスチョップドストランドのニードルマットとが接触することとなる。

なお、芯材２０の第２面２４を、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成してもよい。この場合、外包材３と芯材２０の第２面２４とが接触する範囲では、外包材３とガラスチョップドストランドのニードルマットとが接触することとなる。また、以下の図２のように芯材２０を構成してもよい。

図２は、本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の別の一例の概略構成を示す断面図である。
図２に示す様に、芯材２０は、第１面２３及び第２面２４の両面がガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成されていてもよい。すなわち、本実施の形態１に係る芯材２０は、第１面２３及び第２面２４のうちの少なくとも一面が第１芯材２１で構成されていればよい。

ガラス短繊維を製造する際、未延伸ガラス粒子の塊であるショットが発生する。そして、ショットはガラス短繊維内に含まれる。このため、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材においては、ショットによって外包材に貫通孔が形成されてしまう場合があった。そして、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材においては、ショットによって外包材に形成された貫通孔から真空断熱材の内部に空気が侵入する場合があった。すなわち、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材においては、ショットによって外包材に形成された貫通孔により、真空漏れ不良に至り、真空断熱材の断熱性能が低下してしまうという場合があった。一方、ガラスチョップドストランドのニードルマットは、製造工程においてショットが発生しない。このため、本実施の形態１のように芯材２０を構成することにより、外包材３とガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１とが接触する範囲では、ショットによって外包材３に貫通孔が形成されてしまうことを防止できる。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材に比べ、外包材に形成された貫通孔によって真空漏れ不良に至ることを抑制できる。

外包材３は、ガスバリア性を有するものである。外包材３は、多層構造をなすラミネートフィルムである。本実施の形態１では、外包材３は、芯材２０側である内側から外側に向かって順に、ポリエチレン層、アルミ蒸着が施されたエチレン―ビニルアルコール層、アルミ蒸着が施されたポリエチレンテレフタレート層、及び、ナイロン層が積層された構成となっている。なお、外包材３の当該構成はあくまでも一例である。ガスバリア性を有するものであれば、既存の真空断熱材に使用されている種々の外包材を、外包材３として用いることができる。例えば、外包材３は、アルミナ蒸着が施された層を備えていてもよいし、シリカ蒸着が施された層を備えていてもよい。

吸着剤４は、真空断熱材１の内部のガス及び水蒸気を吸着し、真空度を保つことで熱伝導率の上昇つまり断熱性能の低下を抑制する目的で使用される。吸着剤４としては、酸化カルシウム（ＣａＯ）を用いることが一般的である。また、吸着剤４は、シリカゲル又はゼオライトであってもよい。また、吸着剤４は、酸化カルシウム、シリカゲル及びゼオライトのうちの少なくとも２つを組合せたものであってもよい。

続いて、本実施の形態１に係る真空断熱材１の製造工程について説明する。
まず、２枚の外包材３を重ね合わせ、外周部同士を、一部を除いてヒートシール等で融着する。これにより、外包材３は、外周部の一部が開口した袋形状となる。そして、第１芯材２１及び第２芯材２２を積層して芯材２０を形成し、袋形状に形成された外包材３の内部に挿入する。なお、積層された第１芯材２１及び第２芯材２２を２枚の外包材３で覆い、その後、外包材３の外周部同士を一部を除いて融着してもよい。

その後、袋形状に形成された外包材３の内部に芯材２０が挿入された状態で、１００℃で２時間程度加熱処理する。これにより、芯材２０及び外包材３から水分が除去される。次に、袋形状に形成された外包材３の内部に、吸着剤４が配置される。そして、外包材３の内部を１Ｐａ〜３Ｐａ程度の真空度に減圧し、その減圧状態で開口部をヒートシール等で融着して、外包材３の内部を減圧密封する。これにより、真空断熱材１が完成する。

なお、真空断熱材１が設けられる断熱箱の形状に沿わせる目的等で、減圧密封後の真空断熱材１の断熱面に、プレス型を用いて凹凸形状を形成する場合がある。この場合、第１面２３及び第２面２４のうちの第１芯材２１で構成されている面に、凹凸形状を形成するのが好ましい。プレス型と対向する範囲にショットが存在しないので、ショットによって外包材３に貫通孔が形成されることを防止でき、真空漏れ不良に至ることを抑制できる。

次に、本実施の形態１の真空断熱材１を実施例１〜実施例９として作製し、比較例１及び比較例２との間で、芯材の密度、熱伝導率及び曲げ弾性率の比較を行った。表１及び表２にその比較結果を示し、以下にその比較結果について説明する。

実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１では、芯材２０の第１芯材２１として、クロス質量が３２０ｇ／ｍ^２のガラスチョップドストランドのニードルマットを用いている。当該ニードルマットは、真空断熱材１完成後の芯材２０の幅が０．５ｍとなり、真空断熱材１完成後の芯材２０の長さが２．０ｍとなるように切断され、第１芯材２１として用いられている。また、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１では、芯材２０の第２芯材２２として、クロス質量が１２００ｇ／ｍ^２のガラス短繊維を用いている。当該ガラス短繊維は、真空断熱材１完成後の芯材２０の幅が０．５ｍとなり、真空断熱材１完成後の芯材２０の長さが２．０ｍとなるように切断され、第２芯材２２として用いられている。なお、クロス質量（ｍａｓｓｐｅｒｕｎｉｔａｒｅａ）とは、ガラスクロス１ｍ^２当たりの重さである。

実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、真空断熱材１完成後の芯材２０の厚さが５０ｍｍとなるように、第１芯材２１及び第２芯材２２が所定枚数ずつ重ねられ、芯材２０が形成されている。なお、第１芯材２１及び第２芯材２２の積層の仕方は、第１面２３及び第２面のうちの少なくとも一方が第１芯材２１で構成されていれば、特に限定されない。

また、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１のそれぞれは、第１芯材２１及び第２芯材２２の枚数が異なっている。具体的には、実施例１に係る真空断熱材１の芯材２０は、５枚の第１芯材２１と９枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１２４００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、１２．９質量％となっている。すなわち、第１芯材２１の質量を芯材２０全体の質量で割った値に１００をかけた数値が、１２．９となっている。また、実施例２に係る真空断熱材１の芯材２０は、１０枚の第１芯材２１と８枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１２８００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、２５．０質量％となっている。また、実施例３に係る真空断熱材１の芯材２０は、１５枚の第１芯材２１と７枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１３２００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、３６．４質量％となっている。

また、実施例４に係る真空断熱材１の芯材２０は、２０枚の第１芯材２１と６枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１３６００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、４７．１質量％となっている。また、実施例５に係る真空断熱材１の芯材２０は、２５枚の第１芯材２１と５枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１４０００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、５７．１質量％となっている。また、実施例６に係る真空断熱材１の芯材２０は、３０枚の第１芯材２１と４枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１４４００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、６６．７質量％となっている。

また、実施例７に係る真空断熱材１の芯材２０は、３５枚の第１芯材２１と３枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１４８００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、７５．７質量％となっている。また、実施例８に係る真空断熱材１の芯材２０は、４０枚の第１芯材２１と２枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１５２００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、８４．２質量％となっている。また、実施例９に係る真空断熱材１の芯材２０は、４５枚の第１芯材２１と１枚の第２芯材２２とが積層されている。芯材２０全体の質量は、１５６００ｇとなる。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、９２．３質量％となっている。

また、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１では、外包材３として、芯材２０側である内側から外側に向かって順にポリエチレン層、アルミ蒸着が施されたエチレン―ビニルアルコール層、アルミ蒸着が施されたポリエチレンテレフタレート層、及び、ナイロン層が積層されたラミネートフィルムを用いた。

そして、一部が開口した袋形状に形成された外包材３に上述のように構成された芯材２０を挿入し、１００℃で２時間加熱処理して、外包材３及び芯材２０から水分を除去した。次に、袋形状に形成された外包材３の内部に、５０ｇの酸化カルシウムで構成された吸着剤４を配置した。そして、外包材３の内部を１Ｐａの真空度に減圧し、その減圧状態で開口部をヒートシールで融着して、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１を作製した。

比較例１に係る真空断熱材は、真空断熱材完成後の芯材の厚さが５０ｍｍとなるように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第１芯材２１のみを積層して、芯材が形成されている。すなわち、比較例１に係る真空断熱材は、ガラスチョップドストランドのみで芯材が形成されている。比較例１に係る真空断熱材のその他の作製方法は、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１と同じである。比較例１に係る真空断熱材の芯材全体の質量は、１６０００ｇとなる。また、比較例１に係る真空断熱材は、芯材全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合が１００．０質量％となっている。

また、比較例２に係る真空断熱材は、真空断熱材完成後の芯材の厚さが５０ｍｍとなるように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第２芯材２２のみを積層して、芯材が形成されている。すなわち、比較例２に係る真空断熱材は、ガラス短繊維のみで芯材が形成されている。比較例２に係る真空断熱材のその他の作製方法は、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１と同じである。比較例２に係る真空断熱材の芯材全体の質量は、１２０００ｇとなる。また、比較例２に係る真空断熱材は、芯材全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合が０．０質量％となっている。

各実施例に係る真空断熱材１及び各比較例に係る真空断熱材の厚さ及び熱伝導率は、熱伝導率測定装置（英弘精機株式会社ＨＣ―０７４６００）を用いて測定した。各実施例に係る真空断熱材１及び各比較例に係る真空断熱材の曲げ弾性率は、熱伝導率測定後、万能試験機を用いて、試験速度１０ｍｍ／分の三点曲げにより測定した。各実施例に係る真空断熱材１及び各比較例に係る真空断熱材の芯材の密度は、芯材全体の質量を真空断熱材の体積で除することにより算出した。

表１及び表２に示すように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、ガラスチョップドストランドのみで芯材が形成されている比較例１に係る真空断熱材と比べ、曲げ弾性率が大きい。また、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、ガラスチョップドストランドのみで芯材が形成されている比較例１に係る真空断熱材と比べ、芯材の密度が小さい。すなわち、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、ガラスチョップドストランドのみで芯材が形成されている比較例１に係る真空断熱材と比べ、軽い。したがって、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、ガラスチョップドストランドのみで芯材が形成されている比較例１に係る真空断熱材と比べ、取り扱いが容易となる。また、表１及び表２に示すように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、ガラス短繊維のみで芯材が形成されている比較例２に係る真空断熱材と比べ、熱伝導率が小さい。このため、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、ガラス短繊維のみで芯材が形成されている比較例２に係る真空断熱材と比べ、断熱性能が向上している。このように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１は、断熱性能が向上し、取り扱いも容易な真空断熱材となっている。

ここで、曲げ弾性率が５０ＭＰａを超えると、自重によって真空断熱材１が折れ曲がることを防止でき、真空断熱材１の取り扱いがより容易となる。このため、芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、７５質量％以下であることが望ましい。芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合をさらに低下させることによって、真空断熱材１の芯材２０の密度もさらに低下する。このため、芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合をさらに低下させることによって、より軽量な真空断熱材１を得ることができ、真空断熱材１の取り扱いがさらに容易となる。翻って、芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合を低下させていくにつれて、真空断熱材１の熱伝導率も低下していく。このため、真空断熱材１の断熱性能の向上という観点からは、芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、２５質量％以上であることが望ましい。すなわち、真空断熱材１の断熱性能をより向上させ、真空断熱材１の取り扱いをより容易にしようとした場合、芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、２５質量％以上であり７５質量％以下であることが望ましい。また、真空断熱材１の断熱性能をさらに向上させ、真空断熱材１の取り扱いをさらに容易にしようとした場合、芯材２０全体の質量に対する第１芯材２１の質量の割合は、３６質量％以上であり６７質量％以下であることが望ましい。

次に、本実施の形態１の真空断熱材１を実施例１０及び実施例１１として作製し、比較例３との間で、真空漏れの発生率の比較を行った。表３にその比較結果を示し、以下にその比較結果について説明する。

実施例１０に係る真空断熱材１の芯材２０は、真空断熱材１完成後の芯材２０の厚さが５０ｍｍとなるように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第２芯材２２を６枚積層し、第２芯材２２の一方の側に実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第１芯材２１を２０枚積層して形成した。実施例１０に係る真空断熱材１のその他の作製方法は、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１と同じである。すなわち、実施例１０に係る真空断熱材１の芯材２０は、第１面２３又は第２面２４がガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成されている。

実施例１１に係る真空断熱材１の芯材２０は、真空断熱材１完成後の芯材２０の厚さが５０ｍｍとなるように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第２芯材２２を６枚積層し、第２芯材２２の一方の側に実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第１芯材２１を１０枚積層し、第２芯材２２の他方の側に実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第１芯材２１を１０枚積層して形成した。実施例１１に係る真空断熱材１のその他の作製方法は、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１と同じである。すなわち、実施例１１に係る真空断熱材１の芯材２０は、第１面２３及び第２面２４の両面がガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成されている。

比較例３に係る真空断熱材の芯材は、真空断熱材完成後の芯材の厚さが５０ｍｍとなるように、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１で用いられた第２芯材２２を１０枚積層して形成した。比較例３に係る真空断熱材のその他の作製方法は、実施例１〜実施例９に係る真空断熱材１と同じである。すなわち、比較例３に係る真空断熱材の芯材は、ガラス短繊維のみで構成されている。

実施例１０，１１に係る真空断熱材１及び比較例３に係る真空断熱材のそれぞれを１０００枚作製し、室温環境下で４８時間放置した。その後に、実施例１０，１１に係る真空断熱材１及び比較例３に係る真空断熱材のそれぞれについて真空漏れの発生枚数を計測し、真空漏れの発生率を算出した。

表２に示すように、ガラス短繊維のみで芯材が形成されている比較例３に係る真空断熱材は、真空漏れ不良の発生率が５．１％であった。一方、芯材２０の第１面２３又は第２面２４がガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成されている実施例１０に係る真空断熱材１は、真空漏れ不良の発生率が２．２％に低減している。また、芯材２０の第１面２３及び第２面２４の両面がガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１で構成されている実施例１１に係る真空断熱材１は、真空漏れ不良の発生率がさらに低減し、真空漏れ不良の発生率が０．２％となっている。このように、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、ガラス短繊維のみで形成された芯材を用いた真空断熱材に比べ、真空漏れ不良に至ることを抑制できる。

なお、真空漏れ不良の原因となる、ガラス短繊維に含まれるショットの概形は、数十μｍから数百μｍである。一方、実施例１〜実施例１１で用いた第１芯材２１は、真空断熱材１完成後の厚さが約１ｍｍとなる。このため、ショットによって外包材３に貫通孔が形成されることによって起きる真空漏れ不良を抑制するためには、ガラス短繊維で形成された第２芯材２２の外側に、少なくとも１枚の第１芯材２１を設ければよい。換言すると、ショットによって外包材３に貫通孔が形成されることによって起きる真空漏れ不良を抑制するためには、ガラス短繊維で形成された第２芯材２２の外側に、第１芯材２１を少なくとも厚さ約１ｍｍ設ければよい。

以上、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、芯材２０と、芯材２０を包む外包材３とを備え、外包材３で覆われた内部空間が減圧状態となっている板状の真空断熱材である。また、芯材２０は、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１と、ガラス短繊維で形成された第２芯材２２とを備え、第１芯材２１と第２芯材２２とが真空断熱材１の厚み方向に積層された構成となっている。そして、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、外包材３と真空断熱材１の厚み方向に対向して該外包材３と接する芯材２０の２面のうちの少なくとも１面は、第１芯材２１で構成されている。

本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、外包材３と真空断熱材１の厚み方向に対向して該外包材３と接する芯材２０の２面のうちの少なくとも１面が、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１となっている。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材に比べ、外包材３に形成された貫通孔によって真空漏れ不良に至ることを抑制できる。

また、本実施の形態１に係る真空断熱材１の芯材２０は、ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材２１とガラス短繊維で形成された第２芯材２２とが積層されて構成されている。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材と比べ、剛性が向上し、質量も軽くなる。また、本実施の形態１に係る真空断熱材１の芯材２０は、結合剤を用いなくとも製造することができる。したがって、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、結合剤を用いなくとも、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材と比べ、取り扱いが容易となる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１に係る真空断熱材１を備えた断熱箱の一例について説明する。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図３は、本発明の実施の形態２に係る断熱箱の概略構成を示す断面図である。断熱箱１００は、例えば、高い断熱性能が求められる冷蔵庫等に用いられる。
図３に示すように、断熱箱１００は、外箱１２０と、該外箱１２０の内部に配置された内箱１１０とを備えている。そして、内箱１１０と外箱１２０との間には、実施の形態１において説明した真空断熱材１が配置されており、内箱１１０と外箱１２０の間で断熱を行う。

真空断熱材１が配置される位置は、内箱１１０と外箱１２０との間で断熱できる位置であれば、特に限定されない。例えば、内箱１１０における外箱１２０と対向する面に接するように、真空断熱材１を配置してもよい。また例えば、外箱１２０における内箱１１０と対向する面に接するように、真空断熱材１を配置してもよい。また例えば、内箱１１０又は外箱１２０と真空断熱材１との間にスペーサ等を設け、内箱１１０及び外箱１２０と真空断熱材１とが接触しないように、内箱１１０と外箱１２０との間の空間に真空断熱材を配置してもよい。

ここで、真空断熱材１は、発泡ウレタン断熱材１３０等と比較して高い断熱性能を有する。このため、真空断熱材１を備えた断熱箱１００は、発泡ウレタン断熱材１３０のみを用いた断熱箱よりも高い断熱性能を得られる。しかし、内箱１１０と外箱１２０との間の空間のうち、真空断熱材１以外の部分には発泡ウレタン断熱材１３０が充填されていてもよい。

なお、上記の説明において、一般的な冷蔵庫等に用いられている断熱箱と同等である部分については、図示及び説明を省略している。

以上、本実施の形態２に係る断熱箱１００は、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材よりも軽量な真空断熱材１が設けられている。このため、本実施の形態２に係る断熱箱１００は、芯材としてガラスチョップドストランドを用いた従来の真空断熱材が用いられている断熱箱と比べ、軽量化することができる。また、本実施の形態２に係る断熱箱１００は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材よりも真空漏れ不良を抑制できる真空断熱材１が設けられている。このため、本実施の形態２に係る断熱箱１００は、ガラス短繊維で形成された芯材を用いた従来の真空断熱材が用いられている断熱箱と比べ、断熱箱１００を製造する際の歩留まりが向上する。

なお、本実施の形態２では、冷熱源を備える冷蔵庫の断熱箱１００に真空断熱材１が用いられた構成を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。例えば、真空断熱材１は、温熱源を備える保温庫の断熱箱に用いることもできる。また例えば、真空断熱材１は、冷熱源及び温熱源を備えない断熱箱、例えば、クーラーボックス等に用いることもできる。また、真空断熱材１は、断熱箱だけでなく、空調機、車両用空調機及び給湯機等の冷熱機器又は温熱機器の断熱部材として用いてもよい。また、断熱容器等に真空断熱材１を用いてもよい。また、真空断熱材１の形状も上記の平板形状に限定されるものではない。例えば、図１において上側又は下側に凸となるような曲面形状に、真空断熱材１を形成してもよい。また例えば、変形自在な外袋及び内袋を備えた断熱袋に真空断熱材１を用いてもよい。

１真空断熱材、３外包材、４吸着剤、２０芯材、２１第１芯材、２２第２芯材、２３第１面、２４第２面、１００断熱箱、１１０内箱、１２０外箱、１３０発泡ウレタン断熱材。

Claims

芯材と、前記芯材を包む外包材とを備え、前記外包材で覆われた内部空間が減圧状態となっている板状の真空断熱材であって、
前記芯材は、
ガラスチョップドストランドのニードルマットである第１芯材と、ガラス短繊維で形成された第２芯材とを備え、
前記第１芯材と前記第２芯材とが当該真空断熱材の厚み方向に積層された構成であり、
前記外包材と前記厚み方向に対向して該外包材と接する前記芯材の２面のうちの少なくとも１面は、前記第１芯材で構成されている真空断熱材。
前記外包材と前記厚み方向に対向して該外包材と接する前記芯材の前記２面の両面が、前記第１芯材で構成されている請求項１に記載の真空断熱材。
前記芯材全体の質量に対する前記第１芯材の質量の割合が、２５質量％以上であり７５質量％以下である請求項１又は請求項２に記載の真空断熱材。
前記第１芯材に結合剤が用いられていない請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の真空断熱材。
外箱と、
前記外箱の内部に配置された内箱と、
前記外箱と前記内箱との間に配置された請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の真空断熱材と、
を備えた断熱箱。