WO2009130992A1 - 真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents

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WO2009130992A1
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heat insulating
filler
fiber array
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大 石田
光太郎 松本
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新日本石油株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum heat insulating material and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a configuration of a vacuum heat insulating material using a nonwoven fabric as a filler and a manufacturing method thereof.
  • Vacuum insulation is widely used in products that require heat insulation, such as refrigerators and vending machines.
  • the vacuum heat insulating material has a jacket material whose inside is evacuated, and a high heat insulating effect utilizing vacuum is obtained.
  • the vacuum heat insulating material it is necessary to prevent the outer shell material from being compressed and deformed by atmospheric pressure as much as possible, and a filler is placed inside the outer shell material.
  • the filler functions as a heat medium, even if the inside of the jacket material is evacuated, the heat insulation performance is reduced by heat transfer through the filler. For this reason, in the vacuum heat insulating material, the structure and filling method of the filler are important in determining the heat insulating performance.
  • Patent Document 1 discloses a vacuum heat insulating material using glass fibers as a filler.
  • the vacuum heat insulating material includes a filler in which glass fibers aligned in a predetermined direction and glass fibers aligned in a direction orthogonal to the glass fiber are alternately stacked. Both the two directions in which the glass fibers are aligned are orthogonal to the direction in which heat transfer should be prevented (hereinafter referred to as the heat insulation direction). As a result, heat is prevented from traveling in the direction of heat insulation along the inside of the glass fiber.
  • Patent Document 2 discloses a vacuum heat insulating material using a nonwoven fabric as a filler. Nonwoven fabrics made of plastic fibers are laminated so that the arrangement directions of the fibers intersect. For this reason, like the vacuum heat insulating material described in Patent Document 1, the contact between fibers can be suppressed, and the deterioration of the heat insulating performance due to the filler can be prevented.
  • Patent Document 2 uses plastic fibers, but the specific configuration of the fibers is not clear.
  • the arrangement direction of the fibers is not sufficiently uniform, and often has a partially curved or meandering shape, so that the crossing range (area) of the fibers tends to increase.
  • the fibers themselves are often short, and fiber scraps are likely to be generated in the process up to completion as a vacuum heat insulating material.
  • the fiber waste is sandwiched between the fibers to reduce the heat insulation performance.
  • the technique described in Patent Document 2 is also limited in improving the heat insulation performance.
  • an object of the present invention is to provide a vacuum heat insulating material excellent in heat insulating performance and a method for manufacturing the same.
  • the vacuum heat insulating material is formed by laminating two or more fiber array layers in which continuous long fibers made of a thermoplastic resin are stretched substantially linearly in one direction and arranged, It has a filler in which the long fibers of the fiber array layers adjacent to each other are aligned in a direction intersecting with each other, and a jacket material that surrounds the filler and is evacuated.
  • thermoplastic resin fibers have a lower thermal conductivity coefficient than the glass fiber, and thus it is easy to prevent heat transfer. Since the long fibers are drawn, the fibers are easily aligned in one direction, and are not easily formed into a curved shape or a meandering shape. For this reason, the range of the intersection part of a fiber can be suppressed to the minimum. These contribute to the improvement of heat insulation performance. Further, unlike glass fibers, thermoplastic resin fibers are flexible and are not easily broken, so that they can be handled easily during the manufacturing process.
  • the filler is composed of a plurality of fiber laminates each constituted by a plurality of adjacent fiber array layers, and each of the fiber laminates is a plurality of parallel arrays. It is preferable that at least one pair of adjacent fiber laminates having a concavo-convex shape provided with a groove is laminated so that the position of the groove is shifted with respect to each other in at least one cross section orthogonal to the fiber arrangement layer. At least in the cross section, it is difficult to form a contact between adjacent fiber laminates, and the range of crossing fibers can be further limited. In addition, a vacuum gap is easily formed between the fiber laminates. For these reasons, the heat insulation performance is further enhanced.
  • a method for producing a vacuum heat insulating material is obtained by folding a fiber while melting and extruding a fiber made of a thermoplastic resin so that continuous long fibers are arranged substantially linearly in one direction.
  • the step of forming the filler includes laminating two or more stretched fiber array layers so that the array directions of the long fibers of the adjacent fiber array layers intersect each other.
  • the step of forming the fiber laminate, the step of laminating the fiber laminates to form the filler, and the step of forming the filler include at least a part of the fiber laminate, Giving an uneven shape having a plurality of groove portions arranged in parallel to each other, and at least one pair of fiber laminates provided with the uneven shape in at least one cross section orthogonal to the fiber array layer, the position of the groove portion is And laminating so as to be offset relative to each other.
  • FIG. 2 is a partial detail view of the filler shown in FIG. 1. It is the schematic of the manufacturing apparatus used for preparation of a fiber arrangement
  • FIG. 10A It is a conceptual diagram of the apparatus which provides uneven
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a vacuum heat insulating material according to the first embodiment of the present invention.
  • the vacuum heat insulating material 1 includes a filler 2 and an outer jacket material 3 that surrounds the filler 2 and is evacuated.
  • the jacket material 3 is made of a laminate film having excellent deformability and sealing properties.
  • the heat insulating direction D is the vertical direction in the figure.
  • “Vacuum” includes not only the state in which no gas (air) is present in the jacket material 3 but also the state in which the interior of the jacket material 3 is depressurized with respect to atmospheric pressure.
  • the reason for making the vacuum is to prevent heat transfer in the heat insulation direction D due to gas. Therefore, the lower the internal pressure of the jacket material 3 is generally desirable, but it can be appropriately determined according to the heat insulation performance to be realized. .
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the filler.
  • the filler 2 is formed by laminating a plurality of fiber arrangement layers in which continuous long fibers made of a thermoplastic resin are arranged in a substantially straight line in one direction.
  • four fiber array layers 12A, 12B, 12C, and 12D are shown, but the number of stacked layers can be determined as appropriate, and several tens of layers may be stacked.
  • the fiber array layers 12 ⁇ / b> A, 12 ⁇ / b> B, 12 ⁇ / b> C, 12 ⁇ / b> D are pressed against each other by the atmospheric pressure outside the jacket material 3 to form one filler 2 as a whole.
  • FIG. 3 is an enlarged partial perspective view showing a part of the fiber array layer of the filler. Only the fiber array layers 12A and 12B are shown in the figure, but the other fiber array layers have the same configuration. As shown in the figure, the fiber array layer 12A is an aggregate of a large number of fibers 13A arranged in parallel and in a straight line. Similarly, the fiber array layer 12B is an aggregate of a large number of fibers 13B aligned in parallel and linearly with each other. The fibers 13A and 13B may be folded in the middle or laminated in two or more layers.
  • the fiber array layer 12A can be made from thermoplastic resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyvinyl chloride resin, polyurethane, fluorine resin, and modified resins thereof. Resins by wet or dry spinning means such as polyvinyl alcohol resins and polyacrylonitrile resins can also be used. The same applies to the fiber array layer 12B.
  • the diameter of each of the fibers 13A and 13B is preferably in the range of 1 to 20 ⁇ m, and in one embodiment is about 10 ⁇ m.
  • the fiber array layers 12A and 12B are laminated so that the stretching direction 15A of the fibers 13A of the fiber array layer 12A and the stretching direction 15B of the fibers 13B of the fiber array layer 12B are orthogonal to each other.
  • the stretching direction 15C of the fibers 13C of the fiber array layer 12C is orthogonal to the stretching direction 15B of the fibers 13B of the fiber array layer 12B.
  • the extending direction 15D of the fibers 13D of the fiber array layer 12D is orthogonal to the extending direction 15C of the fibers 13C of the fiber array layer 12C.
  • the fiber array layers do not need to be orthogonal to each other between adjacent fiber array layers, and may be sequentially laminated with a certain angle difference.
  • the contact range of fiber arrangement layers can be limited, and heat insulation performance can be improved.
  • the case where the long fibers of the fiber array layers adjacent to each other are aligned in a direction orthogonal to each other is most preferable because the contact range (area) between the fibers is minimized.
  • the fiber array layers 12A, 12B, 12C, and 12D are bonded to each other at a temperature lower than the melting point of the material resin.
  • the thermoplastic resin is a polyethylene terephthalate resin
  • the reason for adopting such a joining method is as follows. Generally, when fiber array layers are joined together, thermocompression bonding or embossing is used. In the former, the fiber array layers are melted or softened at a temperature equal to or higher than the melting point of the material resin, and the fiber array layers are fixed to each other at the contact position. The latter uses the entanglement of fibers caused by plastic deformation due to pressing force.
  • any of these joining methods has a large contact area, and accordingly, the amount of heat transfer in the heat insulation direction D increases, leading to a decrease in heat insulation performance.
  • embossing since a certain area is pressed, almost the entire area subjected to embossing may become a heat transfer path in the heat insulating direction D.
  • the material when heated at a temperature below the melting point, the material does not melt, but a part of the resin whose molecular weight has decreased during the spinning process appears as a paste on the surface of the fiber, and acts as an adhesive. Conceivable. Although this adhesive force is not large, the fiber array layer laminated in the subsequent process does not peel off and is sufficient to maintain the integrity.
  • the fiber array layers After the filling material 2 is sealed in the jacket material 3, the fiber array layers are brought into close contact with each other by the vacuum inside the jacket material 3. Rather, by taking such a joining method, the spread of the contact range between fibers can be prevented, and the heat transfer path in the heat insulation direction D can be suppressed.
  • the inventor compared the filler using the conventional thermocompression bonding with the filler using the present joining method, and confirmed that the filler using the present joining method exhibits better heat insulation performance. .
  • the fibers 13A, 13B, 13C, 13D of the fiber array layers 12A, 12B, 12C, 12D are stretched and arranged in the stretching directions 15A, 15B, 15C, 15D. For this reason, compared with the nonwoven fabric produced using the conventional melt blow method etc., the linearity and directionality (alignment degree) of a fiber are very high. As a result, since the fiber array layers are in contact with each other in an orthogonal direction at almost all intersections, the contact range can be further limited.
  • the filler of the present embodiment is composed of continuous long fibers, there is a low possibility that the fibers will fall off and be sandwiched between the fiber array layers, for example, when encapsulated in the jacket material 3. This further suppresses the movement of heat in the heat insulation direction, leading to further improvement in heat insulation performance.
  • the filler of the present embodiment is formed by stretching, it is inherently thin (thickness is small) compared to conventional fillers. Therefore, the completed vacuum heat insulating material can be thinner than the conventional vacuum heat insulating material. As a result, a further reduction in thickness and weight is achieved. This is a great merit when the vacuum heat insulating material is applied to a product such as an automobile in which weight reduction is particularly required. Furthermore, the feature of being bulky leads to ease of handling such as storage and transportation.
  • a conventional nonwoven fabric has a thickness of about 200 ⁇ m when the basis weight is about 30 g / m 2 , but the filler of this embodiment can be reduced to a thickness of about 100 ⁇ m when the basis weight is about 30 g / m 2 .
  • FIG. 4 shows a schematic view of a production apparatus used for producing a fiber array layer constituting the filler.
  • the fiber array layer manufacturing apparatus 21 includes a spinning unit 22 mainly composed of a meltblown rice 24 and a conveyor 25, and a stretching unit 23 composed of stretching cylinders 26a and 26b, take-up nip rollers 27a and 27b, and the like. ing.
  • the melt blown rice 24 has a large number of nozzles 28 arranged at the tip (lower end) in a direction perpendicular to the paper surface (only one is shown in the figure).
  • a large number of fibers 31 are formed by the molten resin 30 fed from a gear pump (not shown) being extruded from the nozzle 28.
  • Air reservoirs 32a and 32b are provided on both sides of each nozzle 28, respectively.
  • High-pressure heated air heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the resin is sent to the air reservoirs 32a and 32b, and is ejected from slits 33a and 33b communicating with the air reservoirs 32a and 32b and opening at the tip of the melt blown die 24.
  • a high-speed air flow substantially parallel to the extrusion direction of the fibers 31 extruded from the nozzle 28 is generated.
  • the fiber 31 extruded from the nozzle 28 is maintained in a meltable state that can be drafted by the high-speed airflow, and the fiber 31 is drafted by the frictional force of the high-speed airflow, thereby reducing the diameter of the fiber 31.
  • the temperature of the high-speed airflow is set to 80 ° C. or higher, desirably 120 ° C. or higher, than the spinning temperature of the fiber 31.
  • the temperature of the fiber 31 immediately after being extruded from the nozzle 28 can be made sufficiently higher than the melting point of the fiber 31 by increasing the temperature of the high-speed airflow. Therefore, the molecular orientation of the fiber 31 can be reduced.
  • it can be refined to a diameter of 10 to 23 ⁇ m by hot air during melt extrusion.
  • a conveyor 25 is disposed below the meltblown rice 24.
  • the conveyor 25 is wound around a conveyor roller 29 and other rollers that are rotated by a driving source (not shown), and the conveyor 25 is driven by the rotation of the conveyor roller 29, so that the fibers extruded from the nozzles 28. 31 is conveyed rightward in the drawing.
  • the fiber 31 flows along a high-speed airflow that is a flow in which high-pressure heated air ejected from the slits 33a and 33b on both sides of the nozzle 28 is merged.
  • the high-speed air current flows in a direction substantially perpendicular to the conveying surface of the conveyor 25 by the high-pressure heated air ejected from the slits 33a and 33b.
  • a spray nozzle 35 is provided between the meltblown rice 24 and the conveyor 25.
  • the spray nozzle 35 sprays mist-like water into a high-speed air stream, whereby the fibers 31 are cooled and rapidly solidified.
  • a plurality of spray nozzles 35 are actually installed, but only one is shown in FIG.
  • the fluid ejected from the spray nozzle 35 is not necessarily required to contain moisture or the like as long as the fiber 31 can be cooled, and may be cold air.
  • An elliptical columnar airflow vibration mechanism 34 is provided in a region where high-speed airflow is generated by the slits 33a and 33b in the vicinity of the melt blown rice 24.
  • the airflow vibration mechanism 34 rotates in the direction of the arrow A around an axis 34a that is substantially orthogonal to the conveyance direction d of the fibers 31 on the conveyor 25, that is, substantially parallel to the width direction of the fiber array layer to be manufactured. Be made.
  • the Coanda effect When a wall exists in the vicinity of a high-speed jet of gas or liquid, the jet tends to flow near the direction along the wall surface, which is called the Coanda effect.
  • the airflow vibration mechanism 34 changes the flow direction of the fibers 31 using this Coanda effect. In the case of FIG.
  • the fibers 31 collected on the conveyor 25 are transported in the transport direction d by the conveyor 25 and nipped between the stretching cylinder 26a and the pressing roller 36 heated to the stretching temperature. Thereafter, the fiber 31 is nipped between the stretching cylinder 26b and the pressing rubber roller 37 and is brought into close contact with the two stretching cylinders 26a and 26b. In this way, the fibers 31 are fed while being in close contact with the drawing cylinders 26a and 26b, so that the fibers 31 become a web in which adjacent fibers 31 are fused while being partially folded in the vertical direction. .
  • the web obtained by being fed while being in close contact with the stretching cylinders 26a and 26b is further taken up by take-up nip rollers 27a and 27b (the take-up nip roller 27b in the subsequent stage is made of rubber).
  • the peripheral speed of the take-up nip rollers 27 a and 27 b is larger than the peripheral speed of the stretching cylinders 26 a and 26 b, whereby the web is stretched in the longitudinal direction and becomes the longitudinally stretched fiber array layer 38.
  • the degree of fiber alignment can be further improved by stretching the spun web in the machine direction.
  • the fibers are stretched to a length of 3 to 10 times to reduce the fiber diameter to about 1 to 20 ⁇ m, and this stretching operation increases the degree of alignment of the fibers. Is possible.
  • the fiber 31 is sufficiently quenched, the fiber 31 having a small stretching stress and a high elongation is formed. This is realized by spraying mist-like water from the spray nozzle 35 as described above and including the mist-like liquid in the high-speed airflow.
  • continuous long fibers are arrayed substantially linearly in one direction.
  • the fiber arrangement layers thus manufactured are sequentially laminated so that the fiber directions are orthogonal to each other. Thereafter, as described above, the fiber array layer is bonded by applying a temperature equal to or lower than the melting point of the material resin. Thereby, the filler 2 mentioned above is completed.
  • the filler 2 created as described above is surrounded by the jacket material 3, the inside of the jacket material is evacuated, and then the jacket material 3 is sealed to complete the vacuum heat insulating material 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a vacuum heat insulating material 1 ′ according to the second embodiment of the present invention.
  • the filler 2 ' is formed by laminating a plurality of fiber laminates (fiber laminates 11A to 11J) in which two or more fiber array layers (described later) are laminated.
  • the number of fiber laminates is not limited to the number shown, and several tens of fiber laminates may be laminated in order to obtain sufficient heat insulation.
  • FIG. 6 is a partially exploded perspective view of the filler shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the fiber laminate viewed in the direction orthogonal to the plane of FIG.
  • each of the fiber laminates 11A and 11B has four fiber array layers.
  • both of the fiber laminates 11A and 11B have two fiber array layers 12A. 12B and only two fiber array layers 12C and 12D are shown.
  • the number of fiber array layers included in each fiber laminate is arbitrary.
  • the number of fiber array layers constituting the fiber laminate may be different for each fiber laminate.
  • the fiber array layers 12A, 12B, 12C, and 12D are pressed against each other by the atmospheric pressure outside the covering material 3 ', and form part of the filler 2' as a whole.
  • FIG. 8 is a partial perspective view showing an enlarged part of the fiber array layer of the filler. Only the fiber array layers 12A and 12B are shown in the figure, but the other fiber array layers have the same configuration. As shown in the figure, the fiber array layer 12A is an aggregate of a large number of fibers 13A arranged in parallel and in a straight line. Similarly, the fiber array layer 12B is an aggregate of a large number of fibers 13B aligned in parallel and linearly with each other. The fibers 13A and 13B may be folded in the middle or laminated in two or more layers.
  • the material of the fiber array layers 12A and 12B is the same as that of the first embodiment.
  • the diameter of each of the fibers 13A and 13B is preferably in the range of 1 to 20 ⁇ m, and in one embodiment is about 10 ⁇ m.
  • each of the fiber array layers 12A to 12D is formed such that continuous long fibers 13A to 13D made of a thermoplastic resin are arranged in a substantially straight line in one direction.
  • Adjacent fiber arrangement layers 12A and 12B and fiber arrangement layers 12C and 12D are laminated so that the arrangement directions of long fibers are orthogonal to each other.
  • the fiber array layers do not have to be perpendicular to each other between adjacent fiber array layers, and may be sequentially laminated with a certain angle difference.
  • the long fibers of the fiber array layers adjacent to each other need only be aligned in the intersecting direction.
  • the contact range of fiber arrangement layers can be limited, and heat insulation performance can be improved.
  • it is most preferable that the long fibers of the fiber array layers adjacent to each other are aligned in a direction orthogonal to each other because the contact range (area) of the fibers is minimized.
  • the fiber laminate 11A has a concavo-convex shape 17 having a plurality of groove portions 16x and 16y arranged in parallel to each other.
  • the number of grooves is not limited to two.
  • the fiber laminate 11B has a concavo-convex shape 17 'having a plurality of grooves 16x' and 16y 'arranged in parallel to each other.
  • the groove portions 16x and 16y of the fiber laminate 11A and the groove portions 16x 'and 16y' of the fiber laminate 11B are displaced from each other.
  • the groove portions 16x, 16y, 16x ′, and 16y ′ are all arranged parallel to each other in the extending directions 15A and 15C (see FIG.
  • FIG. 9 shows a partial cross-sectional view of the filler according to the first embodiment using a fiber array layer that does not have an uneven shape. When the uneven shape is not provided, almost all the fibers are in contact with the fibers of the adjacent fiber array layer, regardless of the relative positional relationship of the fiber array layers 11A 'and 11B'. In contrast, in the configuration of FIG.
  • the fibers of the fiber array layer 12B of the fiber laminate 11A and the fibers of the fiber array layer 12C of the fiber laminate 11B are in a non-contact state over a wide range, and the heat transfer path is Limited. Further, the gap G is in a vacuum. Due to these factors, the configuration of FIG. 7 can obtain higher heat insulation performance than the configuration of FIG. Furthermore, as shown in FIG. 6, in this embodiment, the fibers of the fiber array layers 12B and 12C are orthogonal to each other, and the contact range of the fibers between the fiber laminates 11A and 11B is minimized.
  • a large heat insulating performance can be obtained by further limiting the contact range between the fiber laminates. Therefore, in order to improve the heat insulation performance, it is effective to increase the number of fiber laminates.
  • the magnitude of the deviation of the fiber array layer is not limited to a distance corresponding to almost half the width of the groove as shown in FIG. 10A and 10B are partial cross-sectional views of the filler when the magnitude of the shift is changed.
  • the size of the deviation is slightly smaller than the case of FIG. 7 as shown in FIG. 10A
  • the contact range between the fibers is equivalent to the case of FIG. 7, and the size of the gap G1 is not much different from the case of FIG. .
  • FIG. 10B when the displacement size s decreases, the contact range between the fibers increases and the size of the gap G2 decreases. However, the contact range between the fibers is still smaller than that in FIG. Thus, even if the magnitude of the shift is not set so strictly, it is possible to sufficiently limit the contact range between the fibers, which is not a great limitation in the manufacturing process.
  • all adjacent fiber laminates have such a concavo-convex structure, but this is not always necessary.
  • the other adjacent fiber laminates have the configuration shown in FIG. 7 or FIGS. 10A and 10B. If it has, the effect of this embodiment can be exhibited.
  • the laminated body should just be laminated
  • the fiber laminates 11A and 11B are bonded to each other at a temperature equal to or lower than the melting point of the material resin.
  • the temperature is desirably 90 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. The reason for adopting such a joining method is the same as in the first embodiment.
  • the vacuum heat insulating material 1 ′ of this embodiment can be manufactured as follows. First, each fiber array layer is manufactured in the same manner as in the first embodiment. Next, this fiber array layer is sequentially laminated so that the directions of the fibers are orthogonal to each other, and thermocompression-bonded to form a fiber laminate. Thereafter, as described above, the fiber laminate is joined by applying a temperature equal to or lower than the melting point of the material resin. Under the present circumstances, the above-mentioned uneven
  • At least a pair of fiber laminates provided with uneven shapes are arranged such that the groove portions of one fiber laminate and the groove portions of the other fiber laminate are arranged in parallel with an interval between each other. Laminate.
  • the filler 2 'described above is completed.
  • it can also join by applying the temperature below melting
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a mechanism for imparting an uneven shape to the fiber laminate.
  • the flat fiber laminate 11 is passed between a pair of stationary forming gears 52 and 53 having a space corresponding to the irregular shape formed therebetween. As a result, the fiber laminate passing through the gap can be plastically deformed to obtain a desired uneven shape.
  • the filler 2 ′ prepared as described above is surrounded by the jacket material 3 ′, and after the inside of the jacket material is evacuated, the jacket material 3 ′ is sealed, whereby the vacuum heat insulating material 1 ′. Is completed.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a third embodiment of the present invention.
  • the filler 2 ′′ is composed of a large number of fiber laminates (only the fiber laminates 11A and 11B are shown).
  • Each fiber laminate 11A and 11B is composed of the fiber laminates 11A and 11A of the first and second embodiments, respectively.
  • the fiber arrangement layers 12A to 12D have the same configuration as 11B, and are formed such that continuous long fibers made of a thermoplastic resin are arranged in a substantially straight line in one direction.
  • the fiber array layers 12A and 12B are laminated so that the stretching direction 15A of the fibers 13A of the fiber array layer 12A and the stretching direction 15B of the fibers 13B of the fiber array layer 12B are orthogonal to each other. Similarly, the extending direction 15D of the fibers 13D of the fiber array layer 12D is orthogonal to the extending direction 15C of the fibers 13C of the fiber array layer 12C.
  • the fiber laminate 11A is provided with a concavo-convex structure 117 having grooves 116x and 116y arranged in parallel with the stretching direction 15A.
  • the fiber laminate 11B is provided with a concavo-convex structure 117 'having grooves 116x' and 116y 'arranged in parallel with the stretching direction 15D.
  • the groove portions 116x and 116y and the groove portions 116x 'and 116y' are arranged in a direction orthogonal to each other, but may intersect at an angle other than 90 degrees.
  • the fiber laminate 11A and the fiber laminate 11B have a configuration in which the positions of the groove portions are shifted from each other.
  • the ridges 118x and 118y of the fiber laminate 11A and the grooves 116x ′ and 116y ′ of the fiber laminate 11B are in contact with each other, and gaps (not shown) are provided between the fiber laminates 11A and 11B in other portions. Is formed.
  • the joining range between adjacent fiber laminates 11 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> B is reduced to a quarter or less.
  • the vacuum heat insulating material according to the present embodiment is a second method except that the fiber laminates are laminated so that the groove portions of one fiber laminate and the groove portions of the other fiber laminate are arranged to cross each other. It can be manufactured in the same procedure as the vacuum heat insulating material of the embodiment.
  • the concave and convex shape of the fiber laminate is a shape in which a groove portion having a flat surface and a ridge portion having a flat surface are periodically repeated in the above embodiment, but as shown in FIGS. 13A to 13C, a sawtooth shape is used.
  • FIGS. 13A to 13C a sawtooth shape is used.
  • FIG. 13A a wave type (FIG. 13B), a sine wave type (FIG. 13C), or the like may be used.
  • a rotating forming gear can be used instead of the stationary forming gear shown in FIG. In that case, it is preferable to let the fiber laminate pass through at a pressing speed larger than the peripheral speed of the formed gear.
  • the aspect of the groove is not limited to the above-described embodiment.
  • the arrangement direction of the grooves may not be parallel to each other.
  • the arrangement direction of the fibers (stretching direction) and the arrangement direction of the grooves need not be in a parallel or orthogonal relationship.
  • the shape of the groove may be not only periodic but also irregular.

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Abstract

　断熱性能にすぐれた真空断熱材、及びその製造方法を提供する。 　真空断熱材１は、熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維が一方向に略直線状に延伸されて配列した繊維配列層が２層以上積層されて形成され、互いに隣接する繊維配列層の長繊維が互いに交差する方向に整列している充填材２と、充填材２を包囲し、内部が真空にされた外被材３と、を有している。

Description

真空断熱材及びその製造方法
　本発明は、真空断熱材及びその製造方法に関し、特に、不織布を充填材として用いた真空断熱材の構成とその製造方法に関する。
　真空断熱材は、冷蔵庫、自動販売機など断熱性が要求される製品に広範に用いられている。真空断熱材は内部が真空にされた外被材を有しており、真空を利用した高い断熱効果が得られる。真空断熱材では、大気圧による外被材の圧縮変形をできるだけ防止する必要があり、外被材の内部には充填材が入れられている。しかし、充填材は熱の媒体として機能するため、外被材の内部を真空にしても、充填材を介した熱移動により断熱性能が低下する。このため、真空断熱材においては、充填材の構成や充填方法が、断熱性能を左右する上で重要となる。
　特開２００６－３０７９２１号公報（以下、特許文献１という。）には、ガラス繊維を充填材として利用した真空断熱材が開示されている。この真空断熱材は、所定方向に整列したガラス繊維と、当該ガラス繊維と直交する方向に整列したガラス繊維とが交互に積層された充填材を備えている。ガラス繊維の整列する２つの方向はともに、熱移動を防止すべき方向（以下、断熱方向という。）と直交している。この結果、熱がガラス繊維の内部を辿って断熱方向に伝わることが防止される。一方、外被材の内部は真空にされているため、断熱方向において隣接するガラス繊維は大気圧によって相互に押し付けられ、交差部では接触した状態となる。このため、交差部を介した断熱方向への熱の移動が生じるが、交差部における熱移動量は限られているため、断熱性能の低下を防止することができる。
　特開２００６－１７１５１号公報（以下、特許文献２という。）には、不織布を充填材として利用した真空断熱材が開示されている。プラスチック繊維からなる不織布は繊維の配列方向が交差するように積層されている。このため、特許文献１に記載した真空断熱材と同様、繊維同士の接触が抑えられ、充填材による断熱性能の低下を防止することができる。
　特許文献１に記載の技術では、ガラス繊維が高い熱伝導率を有しているだけでなく、ガラス繊維が容易に折損し、折損した破片が断熱方向に隣接するガラス繊維同士の間に挟まるため、断熱方向への熱の移動が生じやすい。このため、特許文献１に記載の技術は、断熱性能の向上に限界がある。また、ガラス繊維は柔軟性に劣り、ハンドリングに難があるという課題もある。
　特許文献２に記載の技術は、プラスチック繊維を用いているが、繊維の具体的な構成については明らかでない。しかし、一般に不織布においては繊維の配列方向は十分に揃っているわけではなく、部分的に湾曲ないし蛇行した形状となっていることが多いため、繊維の交差範囲(面積）が増加しやすい。また、繊維自体も短いことが多く、真空断熱材として完成させるまでの工程で繊維屑が発生しやすい。この繊維屑は、ガラス繊維の場合と同様に、繊維同士の間に挟まって断熱性能を低下させる。以上により、特許文献２に記載の技術も断熱性能の向上には限界がある。
　本発明は、上記の課題に照らし、断熱性能にすぐれた真空断熱材、及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の一実施態様によれば、真空断熱材は、熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維が一方向に略直線状に延伸されて配列した繊維配列層が２層以上積層されて形成され、互いに隣接する繊維配列層の長繊維が互いに交差する方向に整列している充填材と、充填材を包囲し、内部が真空にされた外被材と、を有している。
　このように構成された真空断熱材では、熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維を用いているので、真空断熱材として完成させるまでの工程で繊維屑が発生しにくく、隣接する繊維配列層同士の間に繊維屑が挟まれる現象が生じにくい。熱可塑性樹脂の繊維はガラス繊維と比較して熱伝導係数が低いため、熱移動を防止しやすい。長繊維は延伸されているため、繊維が一方向に整列しやすく、湾曲した形状や蛇行した形状になりにくい。このため、繊維の交差部の範囲を最小限に抑えることができる。これらは、断熱性能の向上に寄与する。また、ガラス繊維と異なり熱可塑性樹脂の繊維は柔軟性に富み折損しにくいため、製造工程中のハンドリングも容易である。
　本発明の一実施態様によれば、充填材は、隣接する複数の繊維配列層によって各々が構成される複数の繊維積層体からなり、繊維積層体の各々は、互いに平行に配列された複数の溝部を備えた凹凸形状を有し、隣接する少なくとも一対の繊維積層体は、繊維配列層と直交する少なくとも一つの断面で、溝部の位置が互いに対してずれるように積層されていることが好ましい。少なくとも上記断面においては、隣接する繊維積層体間に接点が形成されにくくなり、繊維の交差範囲をさらに限定することができる。また、繊維積層体の間に真空の空隙が形成されやすくなる。これらの理由により、断熱性能が一層高まる。
　本発明の別の一実施態様によれば、真空断熱材の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる繊維を溶融押出しながら、繊維を折り畳んで、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層を形成する工程と、繊維配列層を長繊維の配列方向に延伸する工程と、延伸された２つ以上の繊維配列層を、互いに隣接する繊維配列層の長繊維が互いに交差する方向に整列するように積層して、充填材を形成する工程と、充填材を外被材で包囲し、外被材の内部を真空にした後、外被材を密封する工程と、を有している。
　本発明の別の一実施態様によれば、充填材を形成する工程は、延伸された２つ以上の繊維配列層を、互いに隣接する繊維配列層の長繊維の配列方向が交差するように積層して、繊維積層体を形成する工程と、繊維積層体同士を積層して充填材を形成する工程と、有し、充填材を形成する工程は、少なくとも一部の繊維積層体の各々に、互いに平行に配列された複数の溝部を有する凹凸形状を付与することと、凹凸形状が付与された少なくとも一対の繊維積層体同士を、繊維配列層と直交する少なくとも一つの断面で、溝部の位置が互いに対してずれるように積層することと、を含んでいることが望ましい。
　以上説明したように、本発明によれば、断熱性能にすぐれた真空断熱材、及びその製造方法を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係る真空断熱材の断面図である。 図１に示す充填材の分解斜視図である。 図１に示す充填材の部分詳細図である。 繊維配列層の作成に用いられる製造装置の概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る真空断熱材の断面図である。 図５に示す充填材の分解斜視図である。 図５に示す充填材の部分断面図である。 図５に示す充填材の部分詳細図である。 第１の実施形態に係る充填材の部分断面図である。 凹凸形状のずれの大きさが図７よりも小さい充填材の部分断面図である。 凹凸形状のずれの大きさが図１０Ａよりも小さい充填材の部分断面図である。 繊維積層体に凹凸形状を付与する装置の概念図である。 本発明の第３の実施形態に係る真空断熱材に用いられる充填材の分解斜視図である。 凹凸形状の変形例を示す充填材の部分断面図である。 凹凸形状の変形例を示す充填材の部分断面図である。 凹凸形状の変形例を示す充填材の部分断面図である。
　（第１の実施形態）以下、本発明の真空断熱材の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る真空断熱材の断面図である。真空断熱材１は、充填材２と、充填材２を包囲し、内部が真空にされた外被材３と、を有している。外被材３は変形性と密封性に優れたラミネートフィルムからなる。図示の真空断熱材１では、断熱方向Ｄは図の上下方向である。実際の製品に組み込まれた際には、面Ｍ１と面Ｍ２の一方が高温側、他方が低温側を向くよう設置される。「真空」とは、外被材３の内部に気体（空気）が全く存在しない状態のほか、外被材３の内部が大気圧に対して減圧された状態も含んでいる。真空にする理由は気体による断熱方向Ｄの熱移動を防止することにあるため、外被材３の内部圧力は一般的には低いほど望ましいが、実現すべき断熱性能に応じ適宜定めることができる。
　図２は、充填材の分解斜視図である。充填材２は、熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維が一方向に略直線状に延伸されて配列した繊維配列層を複数枚積層して構成されている。図では４枚の繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを示しているが、積層する枚数は適宜定めることができ、数十枚が積層されていてもよい。繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは、外被材３の外部の大気圧によって互いに押し付けられ密着しており、全体として一つの充填材２を形成している。
　図３は、充填材の繊維配列層の一部を拡大して示す部分斜視図である。同図には繊維配列層１２Ａ，１２Ｂだけが示されているが、他の繊維配列層も同様の構成となっている。図示するように、繊維配列層１２Ａは、互いに平行にかつ直線状に整列した多数の繊維１３Ａの集合体である。同様に、繊維配列層１２Ｂは、互いに平行にかつ直線状に整列した多数の繊維１３Ｂの集合体である。繊維１３Ａ，１３Ｂは途中で折り畳まれたり、２層以上積層されたりしている場合もある。
　繊維配列層１２Ａは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリウレタン、フッ素系樹脂等の熱可塑性樹脂およびこれらの変性樹脂から作成することができる。ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリルニトリル系樹脂等の湿式または乾式の紡糸手段による樹脂も使用することができる。繊維配列層１２Ｂも同様である。各繊維１３Ａ，１３Ｂの直径は１～２０μｍの範囲が好適であり、一実施例では１０μｍ程度である。
　繊維配列層１２Ａ，１２Ｂは、繊維配列層１２Ａの繊維１３Ａの延伸方向１５Ａと繊維配列層１２Ｂの繊維１３Ｂの延伸方向１５Ｂとが互いに直交するように積層されている。繊維配列層１２Ｃの繊維１３Ｃの延伸方向１５Ｃは繊維配列層１２Ｂの繊維１３Ｂの延伸方向１５Ｂと直交している。同様に、繊維配列層１２Ｄの繊維１３Ｄの延伸方向１５Ｄは繊維配列層１２Ｃの繊維１３Ｃの延伸方向１５Ｃと直交している。
　繊維配列層は、繊維の延伸方向が隣接する繊維配列層同士で互いに直交している必要はなく、一定の角度差で順次積層されていてもよい。要するに、本実施形態においては、互いに隣接する繊維配列層の長繊維が互いに交差する方向に整列していればよい。このような構成をとることによって、繊維配列層同士の接触範囲を限定することができ、断熱性能を向上させることができる。しかし、互いに隣接する繊維配列層の長繊維が互いに直交する方向に整列している場合が、繊維同士の接触範囲（面積）が最小になるため、最も好ましい。
　繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは、材料樹脂の融点以下の温度で相互に接合されている。熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレート樹脂である場合、この温度は９０度以上、１６０度以下であることが望ましい。このような接合方法を取る理由は以下のとおりである。一般に繊維配列層同士を接合する場合、熱圧着やエンボス加工が用いられる。前者は、材料樹脂の融点以上の温度で繊維配列層を融解または軟化させて、繊維配列層同士を接触位置において固着させるものである。後者は押し付け力による塑性変形から生じる繊維同士の絡みを利用するものである。しかし、これらの接合方法はいずれも接触面積が大きくなり、その分、断熱方向Ｄにおける熱移動量が増加し、断熱性能の低下につながる。特にエンボス加工の場合、一定の面積を押し付けるため、エンボス加工を受ける範囲のほぼ全域が断熱方向Ｄにおける熱移動経路となってしまう可能性がある。
　これに対して融点以下の温度で加熱した場合、材料の溶融は生じないが、紡糸過程において分子量の低下した一部の樹脂が繊維の表面に糊状となって現れ、接着の作用を奏すると考えられる。この接着力は大きなものではないが、後工程において積層された繊維配列層が剥離せず、一体性を維持するには十分なものである。充填材２の外被材３への封入後は、繊維配列層同士は外被材３内部の真空によって互いに密着するので、この程度の接着力でも問題はない。むしろ、このような接合方式をとることによって、繊維同士の接触範囲の広がりが防止され、断熱方向Ｄにおける熱移動経路を抑制することができる。発明者は従来の熱圧着を用いた充填材と、本接合方式を用いた充填材とを比較し、本接合方式を用いた充填材の方が優れた断熱性能を示すことを確認している。
　各繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの繊維１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは延伸方向１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄに延伸されて配列している。このため、従来のメルトブロー法等を用いて作成した不織布と比べて、繊維の直線性と方向性（整列度）が極めて高い。この結果、繊維配列層同士はほぼすべての交差部において直交する向きで接触するため、接触範囲を一層限定することができる。
　本実施形態の充填材は、連続した長繊維からなるため、例えば外被材３への封入時などに、繊維が脱落して、繊維配列層の間に挟まれる可能性が低い。これによって、断熱方向への熱の移動がさらに抑制され、断熱性能の一層の向上につながる。
　本実施形態の充填材は延伸して形成されているため、従来の充填材と比べて本来的に嵩薄い（厚さが小さい。）。従って、完成した真空断熱材は従来の真空断熱材よりも薄くてすむ。これによって、一層の薄肉化と軽量化が達成される。このことは、軽量化が特に要求される自動車等の製品に真空断熱材が適用される場合、大きなメリットとなる。さらに、嵩薄いという特徴は、保管、運搬等のハンドリングのしやすさにもつながる。一般に従来の不織布では３０ｇ／ｍ２程度の目付の場合、２００μｍ程度の厚みであるが、本実施形態の充填材では３０ｇ／ｍ２程度の目付の場合、１００μｍ程度の厚みに低減できる。
　次に、以上説明した充填材２の製造方法について説明する。図４は、充填材を構成する繊維配列層の作成に用いられる製造装置の概略図を示す。繊維配列層製造装置２１は、主にメルトブローンダイス２４とコンベア２５とで構成される紡糸ユニット２２と、延伸シリンダ２６ａ，２６ｂ、引取ニップローラ２７ａ，２７ｂ等で構成される延伸ユニット２３と、を有している。メルトブローンダイス２４は、先端（下端）に、紙面に対して垂直な方向に並べられた多数のノズル２８を有している（図では１つのみ表示している。）。ギアポンプ（図示せず）から送入された溶融樹脂３０がノズル２８から押出されることで、多数の繊維３１が形成される。各ノズル２８の両側にはそれぞれエアー溜３２ａ，３２ｂが設けられている。樹脂の融点以上に加熱された高圧加熱エアーは、これらエアー溜３２ａ，３２ｂに送入され、エアー溜３２ａ，３２ｂと連通してメルトブローンダイス２４の先端に開口するスリット３３ａ，３３ｂから噴出される。これにより、ノズル２８から押出される繊維３１の押出し方向とほぼ平行な高速気流が生じる。この高速気流により、ノズル２８から押出された繊維３１はドラフト可能な溶融状態に維持され、高速気流の摩擦力により繊維３１にドラフトが与えられ、繊維３１が細径化される。高速気流の温度は、繊維３１の紡糸温度よりも８０℃以上、望ましくは１２０℃以上高くする。メルトブローンダイス２４を用いて繊維３１を形成する方法では、高速気流の温度を高くすることにより、ノズル２８から押出された直後の繊維３１の温度を繊維３１の融点よりも十分に高くすることができるため、繊維３１の分子配向を小さくすることができる。ポリエチレンテレフタレート樹脂の連続繊維を作成する場合は、溶融押出しするときに熱風により１０～２３μｍの直径に細化することができる。
　メルトブローンダイス２４の下方にはコンベア２５が配置されている。コンベア２５は、駆動源（図示せず）により回転されるコンベアローラ２９やその他のローラに掛け回されており、コンベアローラ２９の回転によりコンベア２５を駆動することで、ノズル２８から押出された繊維３１は図示右方向へ搬送される。
　繊維３１は、ノズル２８の両側のスリット３３ａ，３３ｂから噴出された高圧加熱エアーが合流した流れである高速気流に沿って流れる。高速気流は、スリット３３ａ，３３ｂから噴出された高圧加熱エアーが合流して、コンベア２５の搬送面とほぼ垂直な方向に流れる。
　メルトブローンダイス２４とコンベア２５との間には、スプレーノズル３５が設けられている。スプレーノズル３５は、高速気流中へ霧状の水を噴霧するもので、これにより繊維３１が冷却され、急速に凝固される。スプレーノズル３５は実際には複数個設置されるが、図４では１個のみを示している。スプレーノズル３５から噴射される流体は、繊維３１を冷却することができるものであれば必ずしも水分等を含む必要はなく、冷エアーであってもよい。
　メルトブローンダイス２４の近傍の、スリット３３ａ，３３ｂによる高速気流が発生している領域には、楕円柱状の気流振動機構３４が設けられている。気流振動機構３４は、コンベア２５上での繊維３１の搬送方向ｄとほぼ直交した、すなわち製造すべき繊維配列層の幅方向とほぼ平行に配置された軸３４ａの周りを、矢印Ａ方向に回転させられる。一般に、気体や液体の高速噴流近傍に壁が存在しているとき、噴流は壁面に沿った方向の近くを流れる傾向があり、これはコアンダ効果といわれる。気流振動機構３４は、このコアンダ効果を利用して繊維３１の流れの向きを変える。図４の場合、気流振動機構３４の楕円形の長軸が高速気流の向き（図面の上下方向）に一致するとき、繊維３１はコンベア２５に向けてほぼ鉛直に落下する。気流振動機構３４が軸３４ａの周りを９０度回転し、気流振動機構３４の楕円形の長軸が高速気流の向きと直交するとき、繊維３１はコンベア２５の搬送方向ｄ（図中右側）に偏位し、偏位量はこのときが最大となる。さらに気流振動機構３４が軸３４ａの周りを回転すると、繊維３１のコンベア２５への落下位置は搬送方向ｄに対して前後方向に周期運動する。すなわち、凝固した繊維３１は、縦方向に振られながらコンベア２５上に集積し、縦方向に部分的に折り畳まれて連続的に捕集され、連続長繊維が形成される。
　コンベア２５上に捕集された繊維３１は、コンベア２５により搬送方向ｄに搬送され、延伸温度に加熱された延伸シリンダ２６ａと押えローラ３６とにニップされる。その後、繊維３１は、延伸シリンダ２６ｂと押えゴムローラ３７とにニップされ、２つの延伸シリンダ２６ａ，２６ｂに密着させられる。このように繊維３１が延伸シリンダ２６ａ，２６ｂに密着させられながら送られることで、繊維３１は、縦方向に部分的に折り畳まれた状態のまま、隣接する繊維３１同士が融着したウェブとなる。
　延伸シリンダ２６ａ，２６ｂに密着させられながら送られることにより得られたウェブは、さらに、引取ニップローラ２７ａ，２７ｂ（後段の引取ニップローラ２７ｂはゴム製）で引き取られる。引取ニップローラ２７ａ，２７ｂの周速は延伸シリンダ２６ａ，２６ｂの周速よりも大きく、これによりウェブは縦方向に延伸され、縦延伸繊維配列層３８となる。このように、紡糸したウェブを縦方向に延伸することにより、繊維の整列度をさらに向上することができる。ポリエチレンテレフタレート樹脂の連続繊維を作成する場合は、３～１０倍の長さに繊維を延伸することで、繊維の直径を１～２０μｍ程度まで細化し、この延伸操作によって繊維の整列度を増すことが可能となる。繊維３１が十分に急冷されることによって、延伸応力が小さく伸度が大きい繊維３１が形成される。これは、上述したようにスプレーノズル３５から霧状の水を噴霧し、高速気流に霧状の液体を含ませることによって実現される。以上述べた方法で形成された繊維配列層は、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列されている。
　このようにして製造した繊維配列層を、繊維の方向が互いに直交するように順次積層する。その後、上述したように、材料樹脂の融点以下の温度をかけて繊維配列層を接合する。これによって、上述した充填材２が完成する。
　さらに、以上のようにして作成した充填材２を外被材３で包囲し、外被材の内部を真空にした後、外被材３を密封することによって、真空断熱材１が完成する。
　（第２の実施形態）以下、本発明の真空断熱材の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る真空断熱材１’の断面図である。充填材２’は、繊維配列層（後述）が２層以上積層されてなる繊維積層体が複数枚（繊維積層体１１Ａ～１１Ｊ）積層されて形成されている。繊維積層体の数は図示の数に限定されず、十分な断熱性を得るために、数十枚の繊維積層体が積層されていてもよい。
　図６は、図５に示す充填材の部分分解斜視図である。図７は、図５の紙面直交方向に見た繊維積層体の断面図である。これらの図では、繊維積層体１１Ａ，１１Ｂだけを示しているが、他の繊維積層体も同様の構成となっている。また、図７に示すように、繊維積層体１１Ａ，１１Ｂは各々、４枚の繊維配列層を有しているが、図６では、繊維積層体１１Ａ，１１Ｂとも、２枚の繊維配列層１２Ａ，１２Ｂと、２枚の繊維配列層１２Ｃ，１２Ｄだけを示している。各繊維積層体が有する繊維配列層の数は任意である。充填材２’の繊維配列層の総数を一定とした場合、繊維積層体当たりの繊維配列層が多いと（すなわち、繊維積層体の数が少ないと）製作性が向上し、繊維配列層が少ないと（すなわち、繊維積層体の数が多いと）、後述の理由によって断熱性能が向上する。繊維積層体を構成する繊維配列層の数は、繊維積層体毎に異なっていてもよい。繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは、外被材３’の外部の大気圧によって互いに押し付けられており、全体として充填材２’の一部を形成している。
　図８は、充填材の繊維配列層の一部を拡大して示す部分斜視図である。同図には繊維配列層１２Ａ，１２Ｂだけが示されているが、他の繊維配列層も同様の構成となっている。図示するように、繊維配列層１２Ａは、互いに平行にかつ直線状に整列した多数の繊維１３Ａの集合体である。同様に、繊維配列層１２Ｂは、互いに平行にかつ直線状に整列した多数の繊維１３Ｂの集合体である。繊維１３Ａ，１３Ｂは途中で折り畳まれたり、２層以上積層されたりしている場合もある。
　繊維配列層１２Ａ，１２Ｂの材料は第１の実施形態と同様である。各繊維１３Ａ，１３Ｂの直径は１～２０μｍの範囲が好適であり、一実施例では１０μｍ程度である。
　図６からわかるように、各繊維配列層１２Ａ～１２Ｄは、熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維１３Ａ～１３Ｄが一方向に略直線状に延伸されて配列するように形成されている。隣接する繊維配列層１２Ａ，１２Ｂ同士、及び繊維配列層１２Ｃ，１２Ｄ同士では、長繊維の配列方向が直交するように積層されている。しかし、繊維配列層は、繊維の延伸方向が隣接する繊維配列層同士で互いに直交している必要はなく、一定の角度差で順次積層されていてもよい。要するに、各繊維積層体内においては、互いに隣接する繊維配列層の長繊維は交差する方向に整列していればよい。このような構成をとることによって、繊維配列層同士の接触範囲を限定することができ、断熱性能を向上させることができる。しかし、互いに隣接する繊維配列層の長繊維が互いに直交する方向に整列している場合が、繊維同士の接触範囲（面積）が最小となるため、最も好ましい。
　図６，７を参照すると、繊維積層体１１Ａは、互いに平行に配列された複数の溝部１６ｘ，１６ｙを備えた凹凸形状１７を有している。溝部の数は２つに限定されない。同様に、繊維積層体１１Ｂは、互いに平行に配列された複数の溝部１６ｘ’，１６ｙ’を備えた凹凸形状１７’を有している。繊維積層体１１Ａの溝部１６ｘ，１６ｙと、繊維積層体１１Ｂの溝部１６ｘ’，１６ｙ’とは、溝部の位置が互いに対してずれている。具体的には、溝部１６ｘ，１６ｙ，１６ｘ’，１６ｙ’はいずれも延伸方向１５Ａ，１５Ｃの方向に互いに平行に配列されているが（図６参照）、溝部１６ｘ，１６ｙの中心線１８ｘ，１８ｙは、溝部１６ｘ’，１６ｙ’の中心線１８ｘ’,１８ｙ’に対して、図示の例では溝部の幅のほぼ半値に相当する距離ｓだけずれている（図７参照）。
　溝部１６ｘ，１６ｙと溝部１６ｘ’，１６ｙ’とが互いにずれている結果、隣接する繊維配列層１２Ｂ，１２Ｃでは、一部の繊維だけが互いに接触し、残りの繊維は接触していない。繊維が接触していない部分では、繊維積層体１１Ａ，１１Ｂの間に空隙Ｇが形成されている。図９は比較のために、凹凸形状を設けない繊維配列層を用いた、第１の実施形態に係る充填材の部分断面図を示している。凹凸形状を設けない場合は、繊維配列層１１Ａ’，１１Ｂ’をどのような相対位置関係で積層しても、ほぼ全ての繊維が隣接する繊維配列層の繊維と接触する。これに対して、図７の構成では、繊維積層体１１Ａの繊維配列層１２Ｂと，繊維積層体１１Ｂの繊維配列層１２Ｃの繊維同士が広範囲で非接触な状態となっており、熱移動経路が限定されている。また、空隙Ｇは真空となっている。これらの要因によって、図７の構成は図９の構成よりも高い断熱性能を得ることができる。さらに、図６に示すように、本実施形態では繊維配列層１２Ｂ，１２Ｃの繊維同士が直交しており、繊維積層体１１Ａ，１１Ｂ間の繊維の接触範囲が最小化されている。
　このように、本実施形態では繊維積層体同士の接触範囲を一層限定することで大きな断熱性能を得ることができる。従って、断熱性能を向上させるためには繊維積層体の数を増やすことが効果的である。
　なお、充填材２’を外被材３に封入し真空引きする際に、繊維配列層が変形し、図７で示す状態よりも空隙Ｇが減少し、繊維同士の接触範囲も増加することが考えられるが、その場合でも、全ての繊維が隣接する繊維積層体の繊維と接触することはない。従って、繊維配列層の変形を考慮しても、図９に示す構成よりも良好な断熱性能が得られる。
　繊維配列層のずれの大きさは、図７に示すような、溝部の幅のほぼ半値に相当する距離に限定されない。図１０Ａ，１０Ｂは、ずれの大きさが変化した場合の充填材の部分断面図を示している。ずれの大きさが、図１０Ａに示すように図７の場合よりも若干小さい場合は繊維同士の接触範囲は図７の場合と同等であり、空隙Ｇ１の大きさも図７の場合と大差はない。図１０Ｂに示すように、ずれの大きさｓが小さくなると、繊維同士の接触範囲は増加し、空隙Ｇ２の大きさは縮小するが、依然として図９と比べると繊維同士の接触範囲は小さい。このようにずれの大きさをさほど厳密に設定しなくても繊維同士の接触範囲を十分に限定することは可能であり、製造工程上大きな制約とはならない。
　本実施形態では、すべての隣接する繊維積層体がこのような凹凸構造を備えているが、必ずしもその必要はない。例えば、互いに隣接する一部の繊維積層体が、図９に示すように凹凸構造を備えていない構成であっても、他の隣接する繊維積層体が図７または図１０Ａ，１０Ｂに示す構成を有していれば、本実施形態の効果を奏することができる。積層体は、少なくとも一対の繊維積層体が、溝部の位置が互いに対してずれるように積層されていればよい。
　繊維積層体１１Ａ，１１Ｂは、材料樹脂の融点以下の温度で相互に接合されている。熱可塑性樹脂がポリエチレンテレフタレート樹脂である場合、この温度は９０℃以上、１６０℃以下であることが望ましい。このような接合方法を取る理由は第１の実施形態と同様である。
　本実施形態により得られるメリットは第１の実施形態と同様であるが、上述した凹凸構造によって、繊維配列層同士の接触範囲をさらに限定することができる。
　本実施形態の真空断熱材１’は、以下のようにして製造できる。まず、第１の実施形態と同様にして各繊維配列層を製造する。次にこの繊維配列層を、繊維の方向が互いに直交するように順次積層し、熱圧着することによって繊維積層体を形成する。その後、上述したように、材料樹脂の融点以下の温度をかけて繊維積層体を接合する。この際、少なくとも一部の繊維積層体の各々にあらかじめ上述の凹凸形状を付与し、凹凸形状が付与された少なくとも一対の繊維積層体同士を、溝部の位置が互いに対してずれるように積層する。具体的には、凹凸形状が付与された少なくとも一対の繊維積層体同士を、一方の繊維積層体の溝部と、他方の繊維積層体の溝部とが互いに間隔をおいて平行に配列されたように積層する。これによって、上述した充填材２’が完成する。なお、各繊維積層体を作成する際には、複数の繊維配列層を熱圧着によって接合する代わりに、材料樹脂の融点以下の温度をかけて接合することもできる。
　凹凸形状の形成方法は公知の技術を用いることができる。図１１は、繊維積層体に凹凸形状を付与するための機構の一例を示す断面図である。凹凸形状を相当する空間が間に形成された一対の静止した成形歯車５２，５３の間を平坦な繊維積層体１１を通過させる。これによって、ギャップを通過した繊維積層体が塑性変形して所望の凹凸形状を得ることができる。
　さらに、以上のようにして作成した充填材２’を外被材３’で包囲し、外被材の内部を真空にした後、外被材３’を密封することによって、真空断熱材１’が完成する。
　（第３の実施形態）図１２は本発明の第３の実施形態を示す概念図である。充填材２”は、多数の繊維積層体（繊維積層体１１Ａ，１１Ｂのみ図示）からなっている。各繊維積層体１１Ａ，１１Ｂは各々、第１、第２の実施形態の繊維積層体１１Ａ，１１Ｂと同様の構成を有し、各繊維配列層１２Ａ～１２Ｄは、熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維が一方向に略直線状に延伸されて配列するように形成されている。
　繊維配列層１２Ａ，１２Ｂは、繊維配列層１２Ａの繊維１３Ａの延伸方向１５Ａと繊維配列層１２Ｂの繊維１３Ｂの延伸方向１５Ｂとが互いに直交するように積層されている。同様に、繊維配列層１２Ｄの繊維１３Ｄの延伸方向１５Ｄは繊維配列層１２Ｃの繊維１３Ｃの延伸方向１５Ｃと直交している。
　繊維積層体１１Ａには、延伸方向1５Ａと平行に配列された溝部１１６ｘ，１１６ｙを有する凹凸構造１１７が設けられている。繊維積層体１１Ｂには、延伸方向１５Ｄと平行に配列された溝部１１６ｘ’，１１６ｙ’を有する凹凸構造１１７’が設けられている。溝部１１６ｘ，１１６ｙと溝部１１６ｘ’，１１６ｙ’とは直交する方向に配列されているが、９０度以外の角度で交差していても構わない。
　本実施形態においても、第２の実施形態と同様、繊維積層体１１Ａと繊維積層体１１Ｂとで、溝部の位置が互いに対してずれる構成が得られる。本実施形態では繊維積層体１１Ａの峰部１１８ｘ，１１８ｙと繊維積層体１１Ｂの溝部１１６ｘ’，１１６ｙ’とが当接し、それ以外の部位では繊維積層体１１Ａ,１１Ｂ間に空隙（図示せず）が形成される。図９の構成と比較すると、本実施形態では隣接する繊維積層体１１Ａ，１２Ｂ間の接合範囲は四分の一以下に低減する。これは、上側繊維積層体の溝部と下側繊維積層体の峰部のだけしか当接しないためであり、実際には峰部と溝部を結ぶ斜部も当接しないため、接合範囲はさらに低下する。しかも繊維積層体１１Ａ，１２Ｂの間で一種のハニカム構造が構成されるため、真空引きしても空隙Ｇが維持されやすく、高真空の断熱材への適用に適している。
　本実施形態の真空断熱材は、繊維積層体同士を、一方の繊維積層体の溝部と、他方の繊維積層体の溝部とが交差して配列されるように積層する点を除き、第２の実施形態の真空断熱材と同様の手順で製作することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されないことは勿論である。例えば、繊維積層体の凹凸形状は、上記実施形態では平坦面を備える溝部と平坦面を備える峰部とが周期的に繰り返される形状であったが、図１３Ａ～１３Ｃに示すように、鋸歯型（図１３Ａ）、波型（図１３Ｂ）、正弦波型（図１３Ｃ）などであってもかまわない。これらの凹凸形状を成形する場合は、図１１に示す静止型の成形歯車の代わりに回転する成形歯車を用いることもできる。その場合は、成形歯車の周速度よりも大きな押込み速度で繊維積層体を通過させることが好ましい。
　上述の第２、第３の実施形態は、いずれも少なくとも一対の繊維積層体が、繊維配列層と直交する少なくとも一つの断面で、溝部の位置が互いに対してずれるように積層されていることを特徴としている。このような特徴が得られれば、溝部の態様は上述の実施形態に限定されない。例えば、各繊維積層体において、溝の配列方向は互いに平行でなくてもよい。繊維の配列方向（延伸方向）と溝の配列方向は、平行または直交の関係である必要はない。また、溝部の形状は、周期的なものだけでなく不規則的なものでも構わない。

Claims (16)

  1. 　熱可塑性樹脂からなる連続した長繊維が一方向に略直線状に延伸されて配列した繊維配列層が２層以上積層されて形成され、互いに隣接する前記繊維配列層の前記長繊維が互いに交差する方向に整列している充填材と、
    　前記充填材を包囲し、内部が真空にされた外被材と、
    　を有する、真空断熱材。
  2. 　互いに隣接する前記繊維配列層の前記長繊維は互いに直交する方向に整列している、請求項１に記載の真空断熱材。
  3. 　複数の前記繊維配列層は、前記熱可塑性樹脂の融点以下の温度で相互に接合されている、請求項１に記載の真空断熱材。
  4. 　前記充填材は、隣接する複数の前記繊維配列層によって各々が構成される複数の繊維積層体からなり、
    　前記繊維積層体の各々は、互いに平行に配列された複数の溝部を備えた凹凸形状を有し、
    　隣接する少なくとも一対の前記繊維積層体は、前記繊維配列層と直交する少なくとも一つの断面で、前記溝部の位置が互いに対してずれるように積層されている、
    　請求項１に記載の真空断熱材。
  5. 　隣接する少なくとも一対の前記繊維積層体は、一方の前記繊維積層体の前記溝部と、他方の前記繊維積層体の前記溝部とが互いに間隔をおいて平行に配列されている、請求項４に記載の真空断熱材。
  6. 　隣接する少なくとも一対の前記繊維積層体は、一方の前記繊維積層体の前記溝部と、他方の前記繊維積層体の前記溝部とが交差して配列されている、請求項４に記載の真空断熱材。
  7. 　前記溝部の位置が互いに対してずれるように積層されている前記一対の繊維積層体は、前記熱可塑性樹脂の融点以下の温度で相互に接合されている、請求項４に記載の真空断熱材。
  8. 　熱可塑性樹脂からなる繊維を溶融押出しながら、前記繊維を折り畳んで、連続した長繊維が一方向に略直線状に配列した繊維配列層を形成する工程と、
    　前記繊維配列層を前記長繊維の配列方向に延伸する工程と、
    　延伸された２つ以上の前記繊維配列層を、互いに隣接する前記繊維配列層の前記長繊維が互いに交差する方向に整列するように積層して、充填材を形成する工程と、
    　前記充填材を外被材で包囲し、該外被材の内部を真空にした後、該外被材を密封する工程と、
    　を有する、真空断熱材の製造方法。
  9. 　前記充填材を形成する工程は、互いに隣接する前記繊維配列層の前記長繊維が互いに直交する方向に整列するように前記繊維配列層を積層することを含む、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。
  10. 　前記充填材を形成する工程は、前記繊維配列層を前記熱可塑性樹脂の融点以下の温度で相互に接合することを含む、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。
  11. 　前記熱可塑性樹脂はポリエチレンテレフタレート樹脂であり、前記融点以下の温度は９０度以上、１６０度以下である、請求項１０に記載の真空断熱材の製造方法。
  12. 　前記充填材を形成する工程は、
    　延伸された２つ以上の前記繊維配列層を、互いに隣接する前記繊維配列層の前記長繊維の配列方向が交差するように積層して、繊維積層体を形成する工程と、
    　前記繊維積層体同士を積層して充填材を形成する工程と、
    を有し、
    　前記充填材を形成する工程は、少なくとも一部の前記繊維積層体の各々に、互いに平行に配列された複数の溝部を有する凹凸形状を付与することと、前記凹凸形状が付与された少なくとも一対の前記繊維積層体同士を、前記繊維配列層と直交する少なくとも一つの断面で、前記溝部の位置が互いに対してずれるように積層することと、を含んでいる、請求項８に記載の真空断熱材の製造方法。
  13. 　前記充填材を形成する工程は、前記凹凸形状が付与された少なくとも一対の前記繊維積層体同士を、一方の前記繊維積層体の前記溝部と、他方の前記繊維積層体の前記溝部とが互いに間隔をおいて平行に配列されるように積層することを含む、請求項１２に記載の真空断熱材の製造方法。
  14. 　前記充填材を形成する工程は、前記凹凸形状が付与された少なくとも一対の前記繊維積層体同士を、一方の前記繊維積層体の前記溝部と、他方の前記繊維積層体の前記溝部とが交差して配列されるように積層することを含む、請求項１２に記載の真空断熱材の製造方法。
  15. 　前記充填材を形成する工程は、前記溝部の位置が互いに対してずれるように積層された前記一対の繊維配列層を、前記熱可塑性樹脂の融点以下の温度で相互に接合することを含む、請求項１２に記載の真空断熱材の製造方法。
  16. 　前記熱可塑性樹脂はポリエチレンテレフタレート樹脂であり、前記融点以下の温度は９０℃以上、１６０℃以下である、請求項１５に記載の真空断熱材の製造方法。
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