WO2017195329A1 - 真空断熱材およびその製造方法 - Google Patents

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WO2017195329A1
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WO
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fiber
material layer
fiber material
heat insulating
vacuum heat
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PCT/JP2016/064159
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English (en)
French (fr)
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俊雄 篠木
中津 哲史
丸山 等
慶和 矢次
俊圭 鈴木
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三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/02Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • F16L59/029Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials layered
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00Thermal insulation in general
    • F16L59/06Arrangements using an air layer or vacuum
    • F16L59/065Arrangements using an air layer or vacuum using vacuum

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum heat insulating material and a method for manufacturing a vacuum heat insulating material.
  • Vacuum insulation is known as an insulation that reduces heat transfer.
  • the vacuum heat insulating material generally has high heat insulating performance as compared with other heat insulating materials such as polystyrene foam. Therefore, the vacuum heat insulating material is applied to various cooling devices such as an air conditioner and a refrigerator.
  • a laminated body in which fiber materials are stacked in the thickness direction can be used as a core material.
  • a vacuum heat insulating material in which a plurality of fiber sheets obtained by bundling stacked glass fiber webs by needle punching are manufactured, and the plurality of manufactured fiber sheets are stacked to form a core material (Patent Document 1).
  • a vacuum heat insulating material having a core material in which a fiber laminated body in which short fiber glass wool is stacked and a face material arranged on the surface of the fiber laminated body are integrated by needle punching Patent Document 2.
  • a thick fiber can be formed in the thickness direction of the core material.
  • the formed thick fiber acts as a heat medium, there is a possibility that the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material is lowered due to heat transfer in the thickness direction.
  • the thick fibers are eliminated, it may be difficult to make a core material due to insufficient binding power of the fibers.
  • the present invention has been made in view of the circumstances as described above, and a vacuum heat insulating material that can suppress deterioration in heat insulating performance in the thickness direction of the vacuum heat insulating material while maintaining strength and ensuring reliability. It aims at providing the manufacturing method of such a vacuum heat insulating material.
  • the vacuum heat insulating material according to the present invention suppresses heat transfer in the thickness direction from the one surface side to the other surface side of the core material.
  • the core material includes a first fiber material layer and a second fiber material layer.
  • the first fiber material layer includes a plurality of short fibers laminated in the thickness direction.
  • the second fiber material layer includes a plurality of long fibers stacked in the thickness direction, and a plurality of thick fiber bundles that extend in the thickness direction and each bundle a plurality of long fibers.
  • the plurality of long fibers are longer in length than the plurality of short fibers.
  • the manufacturing method which concerns on this invention manufactures the vacuum heat insulating material which suppresses the heat transfer of the thickness direction which goes to the other surface side from the one surface side of a core material, and is integrated with a 1st preparatory process and a 2nd preparatory process.
  • a first fiber material layer including a plurality of short fibers laminated in the thickness direction is prepared.
  • stacked in the thickness direction and longer than several short fibers is prepared.
  • a plurality of thick fiber bundles extending in the thickness direction are formed into a second fiber material layer to bundle a plurality of long fibers.
  • the first fiber material layer including a plurality of short fibers stacked in the thickness direction, the plurality of long fibers stacked in the thickness direction, and the thickness extending in the thickness direction.
  • a core material is comprised using the 2nd fiber material layer containing a fiber bundle.
  • the first fiber material layer including a plurality of short fibers stacked in the thickness direction, the plurality of long fibers stacked in the thickness direction, and the thickness direction are extended.
  • a vacuum heat insulating material including a core material using the second fiber material layer including the thick fiber bundle is manufactured.
  • the plurality of short fibers and the plurality of long fibers laminated in the thickness direction can not only suppress the movement of heat in the thickness direction, but also the plurality of short fibers and the plurality of fibers by the plurality of thick fiber bundles extending in the thickness direction.
  • the long fibers can be bundled to maintain the strength. Therefore, it is possible to provide a vacuum heat insulating material that can suppress a decrease in heat insulating performance in the thickness direction of the vacuum heat insulating material and a method for manufacturing such a vacuum heat insulating material while maintaining strength while maintaining reliability. Become.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the vacuum heat insulating material 1 includes a core material 3 that greatly contributes to a heat insulating effect, and a jacket material 4 that covers the core material 3.
  • the core material 3 includes a plurality of fiber material layers 2 stacked. Each fiber material layer 2 includes a first fiber material layer 5 and a second fiber material layer 7 which will be described later.
  • the jacket material 4 includes two jacket material sheets 4 a and 4 b in which four sides are bonded so as to cover the core material 3.
  • a core material 3 in which a plurality of layers 2 are stacked is accommodated.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic cross-sectional view of the first fiber material layer 5 of the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the first fiber material layer 5 included in each fiber material layer 2 includes a plurality of short fibers 6 stacked. Each short fiber 6 has crimpability. Therefore, the first fiber material layer 5 has a web-like structure in which a plurality of short fibers 6 are appropriately entangled with each other. The web-like structure resulting from crimpability can contribute to maintaining the strength of the first fiber material layer 5.
  • stacking with respect to the some short fiber 6 means the state which the short fiber 6 spread
  • the first fiber material layer 5 is, for example, a laminated body of glass short fibers (glass wool) having a diameter of ⁇ 3 ⁇ m to ⁇ 6 ⁇ m obtained by fiberizing a molten glass material by a centrifugal method using a spinner.
  • Glass wool usually has a length of about several mm to several tens of mm. Specifically, the glass wool has a length of about 20 mm or less, and the fiber itself has crimpability.
  • the first fiber material layer 5 is produced by collecting glass wool discharged from the spinner with a conveyor or the like, compressing it with a roller or the like, and forming a sheet basically in a web shape.
  • the short fiber 6 may be produced by using a flame method in which a molten glass material is blown away with a gas burner to form fibers.
  • the flame method is used, the short fiber not only has crimpability like the short fiber 6 produced by the centrifugal method, but also has a very small diameter, for example, an average diameter of about ⁇ 1.0 ⁇ m or less. 6 can be produced.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of the second fiber material layer 7 of the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the second fiber material layer 7 included in each fiber material layer 2 has long fibers 8 extending in the layer length direction (the horizontal direction in FIG. 3), and the layer thickness direction (the vertical direction in FIG. 3).
  • Each long fiber 8 has high straightness, and there is no entanglement between fibers. Therefore, the second fiber material layer 7 has a laminated structure that is widely distributed over the entire surface including the plurality of laminated long fibers 8.
  • stacking with respect to the some long fiber 8 means the state in which the long fiber 8 spread
  • the second fiber material layer 7 further has a direction substantially perpendicular to the direction in which each long fiber 8 extends (the length direction of the layer, that is, the horizontal direction of the paper in FIG. 3) (the thickness direction of the layer, that is, the vertical direction of the paper in FIG. 3).
  • a plurality of thick fiber bundles 9 extending in the direction).
  • Each thick fiber bundle 9 extends in a direction substantially perpendicular to each long fiber 8 and has a function of binding a plurality of long fibers 8.
  • Each thick fiber bundle 9 includes fiber holes 10 that are open on one surface side of the second fiber material layer 7 in the thickness direction (the vertical direction in the drawing of FIG. 3).
  • the extension with respect to the thick fiber bundle 9 means a situation in which the axial length direction of the thick fiber bundle 9 is arranged along the thickness direction of the second fiber material layer 7.
  • the fiber hole 10 is formed, for example, by driving a needle into the second fiber material layer 7.
  • a plurality of fiber holes 10 are formed by driving a needle from one surface side to the other surface side of the second fiber material layer 7.
  • each thick fiber bundle 9 having a protruding portion protruding to the other surface side is formed. That is, when the needle is driven, a thick fiber bundle 9 having a protruding portion on one side and a fiber hole 10 opened on the other side is formed.
  • the opening size of the fiber hole 10 depends on the size of the driven needle.
  • Each fiber material layer 2 is formed by laminating the first fiber material layer 5 and one surface side of the second fiber material layer 7 in which a plurality of fiber bundles 9 including the fiber holes 10 and the convex portions are formed. .
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the arrangement of the thick fiber bundle 9 according to Embodiment 1 of the present invention. Specifically, it is a schematic plan view showing an arrangement example of a plurality of thick fiber bundles 9 provided on the plane of the second fiber material layer 7.
  • the lateral width R (the long side direction of the second fiber material layer 7, that is, the width in the vertical direction of the paper in FIG. 4) and the vertical width P (the short side direction of the second fiber material layer 7, that is, FIG. 4).
  • a plurality of thick fiber bundles 9 are juxtaposed at intervals of (width in the horizontal direction of the paper surface).
  • Each long fiber 8 of the second fiber material layer 7 is a glass fiber obtained by cutting a continuous fiber made of a molten glass material by a drawing method into a length exceeding about 20 mm (for example, about 50 mm). Each long fiber 8 is longer than each short fiber 6.
  • the fiber diameter of each long fiber 8 can be set relatively arbitrarily in the range of about ⁇ 6 ⁇ m to ⁇ 24 ⁇ m, and the second fiber material layer 7 has a laminated structure of a plurality of long fibers 8 having a uniform fiber diameter. Will be included.
  • the planar longitudinal direction of the second fiber material layer 7 (the direction of the longitudinal width P, the second) with respect to the laminated structure of the plurality of long fibers 8 that are spread and laminated in a planar shape.
  • the short side direction of the fiber material layer 7, that is, the horizontal direction in FIG. 4, and the horizontal direction of the second fiber material layer 7 (the direction of the width R, the long side direction of the second fiber material layer 7, that is, the paper surface in FIG. Bundling is performed by a plurality of thick fiber bundles 9 arranged in parallel at intervals in the vertical direction).
  • the core material 3 has a laminated structure in which a plurality of fiber material layers 2 in which the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 described above are stacked are stacked.
  • the core material 3 is vacuum-sealed inside the vacuum heat insulating material 1
  • the thickness of the first fiber material layer 5 is compressed to about 1/10 compared to before vacuum sealing.
  • the thickness of the 2nd fiber material layer 7 is compressed by about 1 / 2.6 compared with before vacuum sealing.
  • the jacket material 4 includes two jacket material sheets 4a and 4b, and is arranged so as to sandwich the core material 3 from both sides in the stacking direction. Both of the two jacket material sheets 4a and 4b are formed using a laminate film having a multilayer structure.
  • a laminate film for example, an aluminum laminate sheet in which stretched nylon (ONy), aluminum-deposited polyethylene terephthalate (AL-deposited PET), aluminum foil (AL foil), and unstretched polypropylene (CPP) are used may be used. good.
  • the laminate film is formed to have, for example, an ONy layer with a thickness of 25 ⁇ m, an AL-deposited PET layer with a thickness of 12 ⁇ m, an AL foil layer with a thickness of 7 ⁇ m, and a CPP layer with a thickness of 30 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the laminated first fiber material layer 5 and second fiber material layer 7 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged schematic diagram showing a laminated surface of the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 are in contact with each other on the laminated surface.
  • the plurality of thick fiber bundles 9 included in the second fiber material layer 7 are provided in a direction substantially perpendicular to the plurality of long fibers 8 (stacking direction, that is, a right-angle direction perpendicular to the fiber layer plane). That is, the plurality of thick fiber bundles 9 are substantially parallel to the thickness direction of the second fiber material layer 7 (the vertical direction of the paper in FIGS. 5 and 6). Therefore, the plurality of thick fiber bundles 9 can bind the plurality of long fibers 8 that are straight and have the main structure of the second fiber material layer 7.
  • the plurality of thick fiber bundles 9 are, for example, in a right angle direction perpendicular to the fiber layer plane of the second fiber material layer 7 (thickness direction of the second fiber material layer 7, that is, the vertical direction in FIG. 5 and FIG. 6). It is formed by a needle punching process in which a needle is driven toward.
  • the core material 3 includes at least one fiber material layer 2 having a first fiber material layer 5 in which the thick fiber bundle 9 is not formed and a second fiber material layer 7 in which the thick fiber bundle 9 is formed. Therefore, the length of the thick fiber bundle 9 formed in the second fiber material layer 7 is shorter than the thickness of the core material 3 in the thickness direction of the core material 3. Therefore, the thick fiber bundle 9 is not extended from the one surface side to the other surface side of the core material 3, and the heat transfer from the one surface side to the other surface side of the core material 3 can be suppressed.
  • each thick fiber bundle 9 has a plurality of fiber holes 10 on one plane side of the second fiber material layer 7.
  • each fiber material layer 2 has a plurality of fiber holes 10 on the laminated surface side of the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7.
  • a part of the short fibers 6 constituting the first fiber material layer 5 sinks into the fiber holes 10 of the second fiber material layer 7. It is the structure inserted so that it may be inserted.
  • the short fibers 6 having crimping properties enter the fiber holes 10, relative movement between the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 in each fiber material layer 2 is suppressed. Therefore, in the direction in which the long fibers 8 extend (the length direction of the layer, the horizontal direction of the paper in FIGS. 5 and 6, the direction of the lateral width R, the long side direction of the second fiber material layer 7, that is, the vertical direction of the paper in FIG. 4).
  • the tensile strength with respect to the fiber material layer 2 can be increased.
  • the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 are laminated together with a process of pulling in the lateral width direction which is the long side direction, Although a large tensile stress can act in the lateral width direction that is the long side direction, the tensile stress that can act in the longitudinal width direction that is the short side direction is relatively small. Therefore, when the interval of the vertical width P and the interval of the horizontal width R in a plurality of adjacent thick fiber bundles 9 are compared, the interval of the vertical width P can be made wider than the interval of the horizontal width R. That is, in the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 1, the number of thick fiber bundles 9 per unit area in the vertical width direction can be reduced.
  • the binding force with respect to the plurality of long fibers 8 increases, and the strength of each fiber material layer 2 increases.
  • the thick fiber bundle 9 that is substantially perpendicular to the direction in which the long fibers 8 extend promotes heat transfer between the one surface side and the other surface side of the fiber material layer 2 (heat transfer in the thickness direction of the fiber material layer 2). obtain. Therefore, when the number of the thick fiber bundles 9 increases in each fiber material layer 2, there is a possibility that the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material 1 may deteriorate. If the number of thick fiber bundles 9 is simply reduced, the binding force to the plurality of long fibers 8 is weakened, so that the strength of each fiber material layer 2 cannot be maintained, and the manufacturing process of the vacuum heat insulating material 1 may be difficult. There is.
  • the number of thick fiber bundles 9 per unit area in the longitudinal width P direction can be reduced. Therefore, in Embodiment 1, the heat transfer between the one surface side and the other surface side of the fiber material layer 2 is maintained while maintaining the strength by maintaining the binding force for the plurality of long fibers 8 (see FIG. Heat transfer in the thickness direction of the fiber material layer 2) can be prevented as much as possible, and deterioration of the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material 1 can be suppressed.
  • the first fiber material layer 5 includes a plurality of short fibers 6.
  • the first fiber material layer 5 composed of a plurality of short fibers 6 more fibers are used because heat moves through a predetermined distance compared to the second fiber material layer 7 composed of a plurality of long fibers 8. Need to move between. Therefore, in the 1st fiber material layer 5 comprised from the some short fiber 6, compared with the 2nd fiber material layer 7 comprised from the some long fiber 8, it thinks that the inhibitory effect of a heat transfer is comparatively high. It is done.
  • the 1st fiber material layer 5 comprised from the some short fiber 6 is employ
  • adopted there exists a possibility that a part of short fiber 6 may be arrange
  • the number of short fibers 6 arranged in the thickness direction in the fiber layer increases, as in the case of the thick fiber bundle 9 described above, heat transfer between the one surface side and the other surface side of the fiber material layer 2 ( There is a possibility that the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material 1 is deteriorated by promoting the heat transfer in the thickness direction of the fiber material layer 2.
  • the first fiber material layer 5 having a web-like structure in which a plurality of short fibers 6 are appropriately entangled with each other is formed in the length direction of the layers (FIG. 5 and FIG. 6 is pressed by the fiber material layer 2 having a plurality of straight long fibers 8 extending in the horizontal direction in FIG. 6, the width R direction, the long side direction of the second fiber material layer 7, that is, the vertical direction in FIG. Therefore, the plurality of short fibers 6 in the first fiber material layer 5 are made as long as possible in the length direction of the layers (the horizontal direction of the paper in FIGS. 5 and 6, the direction of the width R, the length of the second fiber material layer 7). They are arranged along the side direction (that is, the vertical direction in FIG. 4). Therefore, the heat transfer suppression effect in the thickness direction in the first fiber material layer is improved, and the heat insulating performance of the vacuum heat insulating material 1 can be further improved.
  • the thick fiber bundle 9 is formed by driving a needle into the long fiber 8 in the second fiber material layer 7 .
  • the present invention is not limited to this example.
  • the thick fiber bundle 9 may be sewn using fibers different from the long fibers 8 as sewed by a sewing machine. Even in the case of sewing in this way, the fiber hole 10 can be formed in the driving portion of the thick fiber bundle 9.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the vacuum heat insulating material according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a first fiber material layer 5 having a web-like structure including a plurality of short fibers 6 and a second fiber material layer 7 in which a plurality of long fibers 8 are laminated are prepared (step S1). That is, the manufacturing method of the vacuum heat insulating material 1 in Embodiment 1 includes the first preparation step of preparing the first fiber material layer 5 including the plurality of short fibers 6 laminated in the thickness direction of the core material 3 and the core material 3. A second preparation step of preparing a second fiber material layer 7 including a plurality of long fibers 8 laminated in the thickness direction.
  • step S2 While moving the prepared second fibrous material layer 7 in the lateral width direction (direction shown in the lateral width R), needle processing is performed in which a needle is driven from one surface side to the other surface side of the second fibrous material layer 7, A plurality of thick fiber bundles 9 are formed so that the interval of the vertical width P is wider than the horizontal width R of the fiber material layer 7 (step S2). Specifically, through the above-described steps, a sheet material in a state in which the second fiber material layer 7 in which the thickness fiber bundle 9 is formed is continuous is produced, and the produced sheet material is cut at a desired lateral width to obtain a thickness. A plurality of second fiber material layers 7 formed with the fiber bundle 9 are manufactured.
  • the formed thick fiber bundle 9 has a fiber hole 10 on one surface side of the second fiber material layer 7 and a convex portion on the other surface side of the second fiber material layer 7.
  • a plurality of long fibers 8 in the second fiber material layer 7 are bound. That is, in the manufacturing method of the vacuum heat insulating material 1 in the first embodiment, the plurality of thick fiber bundles 9 extending in the thickness direction of the core material 3 are formed into the second fiber material layer 7 to bind the plurality of long fibers 8 together. Includes integration process.
  • the vacuum heat insulating material 1 in Embodiment 1 includes a plurality of thick fiber bundles 9 arranged so that the interval of the lateral width R is narrower than the longitudinal width P. Therefore, it is possible to reduce the total number of the thick fiber bundles 9 while having an appropriate strength against a tensile stress in the lateral width direction that is larger than the longitudinal width direction.
  • the manufacturing method of the vacuum heat insulating material 1 in Embodiment 1 includes a plurality of thick fiber bundles with a longitudinal parallel arrangement interval in the longitudinal direction and the lateral direction of the core material 3 different from the thickness direction.
  • step S3 A plurality of fiber material layers 2 in which the second fiber material layer 7 and the first fiber material layer 5 are laminated are produced, and the produced fiber material layers 2 are further laminated to form the core material 3 (step S4).
  • the formed core material 3 is sandwiched between separately prepared jacket materials 4 and vacuum-sealed in the jacket material 4 to produce the vacuum heat insulating material 1 (step S5).
  • the vacuum heat insulating material 1 is manufactured by the core material 3 and the jacket material 4.
  • the core material 3 is produced by laminating a plurality of fiber material layers 2 produced as described above so as to have a desired thickness, and cutting the laminated fiber material layers 2.
  • a plurality of fiber material layers 2 are cut so that the core material 3 has a desired dimension in consideration of a strain caused by a pressure difference between atmospheric pressure and vacuum depending on vacuum sealing. It is desirable to do. This is because distortion may occur after vacuum sealing, which may hinder obtaining desired heat insulation performance in the vacuum heat insulating material 1.
  • the manufacturing method of the vacuum heat insulating material 1 mentioned above after forming the thickness fiber bundle 9 while moving the prepared 2nd fiber material layer 7 to a width direction, the 2nd fiber material layer 7, the 1st fiber material layer 5, An example of stacking the layers has been described. However, immediately after forming the thick fiber bundle 9 on the prepared second fiber material layer 7, a laminate is constructed by laminating the prepared second fiber material layer 7 and the first fiber material layer 5 together. Also good. While performing a needle process in which a needle is driven from one side of the second fiber material layer 7 to the other side, a laminate is continuously constructed, and the laminate is moved in the lateral width direction.
  • the plurality of thick fiber bundles 9 may be formed so that the interval of the vertical width P is wider than the horizontal width R of the second fiber material layer 7.
  • the laminated first fiber material layer 5 can serve as an auxiliary member against the tensile stress in the longitudinal direction of the second fiber material layer 7, so that it is easy to ensure further strength and reliability of the core material 3. obtain.
  • a roll-shaped jacket material sheet is cut to a desired width to produce two jacket material sheets 4 a and 4 b, and the produced two jacket material sheets 4 a and 4 b. Overlapping.
  • the envelope material 4 made into a bag is prepared.
  • the envelope material 4 made into a bag is in an unjoined state on the other side in the longitudinal direction opposite to the one side in the longitudinal direction that has been heat-sealed.
  • the core material 3 When vacuum-sealing, the core material 3 is inserted into the jacket material 4 and placed in the vacuum chamber. A vacuum process is performed on the vacuum chamber in which the jacket material 4 having the inserted core material 3 is disposed. In the depressurization process, the depressurization is performed so that the vacuum pressure is, for example, about 0.1 to 3 Pa.
  • the other one side in the longitudinal width P direction which is in an unbonded state, is heat-sealed to the outer cover material 4 that has been subjected to the decompression process. After the other side is heat-sealed, the inside of the vacuum chamber is returned to atmospheric pressure, and the envelope material 4 inserted with the core material 3 and sealed in vacuum is taken out of the vacuum chamber and used as the vacuum heat insulating material 1.
  • an adsorbent (a simple substance or a composite such as calcium oxide, zeolite, barium lithium alloy) may be inserted as necessary. This is because the adsorbent can adsorb moisture and air to improve the vacuum state.
  • the vacuum heat insulating material 1 manufactured using the manufacturing method described above glass fibers are present in a volume ratio of about 10% of the core material 3, and the remaining volume ratio of about 90% is secured as a vacuum space. Since about 90% of the volume ratio is ensured as a vacuum space, the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 1 can exhibit high heat insulating performance.
  • the vacuum heat insulating material 1 manufactured using the manufacturing method described above not only the long fibers 8 of the second fiber material layer 7 included in the core material 3 but also the short fibers 6 of the first fiber material layer 5 are vacuum heat insulating materials.
  • the layers are laminated in the direction perpendicular to the thickness direction of 1. Due to the oriented lamination characteristics of the short fibers 6 and the long fibers 8, the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 1 exhibits high heat insulating performance.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the second fiber material layer 7 has fiber protrusions 11 formed on the surface opposite to the surface where the fiber holes 10 are formed.
  • it is laminated
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • a reverse U is formed on the surface opposite to the driving surface of the thick fiber bundle 9 by adjusting the driving length of the needle.
  • a fiber-shaped protrusion 11 having a letter shape can be formed. That is, the thickness of the fiber bundle 9 (the length from the surface having the fiber hole 10 to the tip of the fiber protrusion 11) is higher than the thickness of the second fiber material layer 7.
  • the thickness fiber bundle 9 entered the first fiber material layer 5 by laminating so that the surface of the second fiber material layer 7 on which the fiber protrusions 11 were formed and the first fiber material layer 5 were in contact with each other.
  • a state can be formed. Therefore, the 1st fiber material layer 5 and the 2nd fiber material layer 7 will be restrained by a part of lamination surface.
  • the thickness of the fiber bundle 9 (the length from the surface having the fiber hole 10 to the tip of the fiber protrusion 11) is higher than the thickness of the second fiber material layer 7.
  • the configuration was adopted.
  • the thickness of the fiber bundle 9 (the length from the surface having the fiber holes 10 to the tip of the fiber protrusion 11) may be lower than the thickness of the second fiber material layer 7.
  • the fiber material layer 2 is separately inserted into the inner bag in advance and subjected to preliminary vacuum sealing, and the second fiber material layer 7 is Compress.
  • the thickness of the second fibrous material layer 7 having a porosity of 95% or more becomes half or less.
  • the height of the thick fiber bundle 9 is preferably at least 1/2 times the thickness of the second fiber material layer 7.
  • the height of the thick fiber bundle 9 is preferably one or more times the thickness of the second fiber material layer 7.
  • the vacuum heat insulating material 1 In the vacuum heat insulating material 1 according to the second embodiment, at least a part of the thick fiber bundle 9 constituting the second fiber material layer 7 projects into the first fiber material layer 5.
  • the second fiber material layer 7 is constrained when the second fiber material layer 7 protrudes into the first fiber material layer 5. Therefore, the tensile strength of the fiber material layer 2 can be increased. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to widen the interval in the longitudinal width P direction of the thick fiber bundle 9, reducing the number of thick fiber bundles 9 per unit area, and the thickness direction of the vacuum heat insulating material 1. It is possible to suppress the heat transfer at.
  • the straight long fiber 8 which comprises the 2nd fiber material layer 7 presses the surface of the 1st fiber material layer 5
  • the plurality of short fibers 6 are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction, and heat transfer between the first fiber material layer and the second fiber material layer 7 can be suppressed. Therefore, the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material 1 can be improved.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • One fiber material layer 5b is laminated in this order.
  • the first fiber material layer 5a and the other first fiber material layer 5b are laminated so as to sandwich the second fiber material layer 7a and the other second fiber material layer 7b.
  • the lower fiber material layer 2a composed of the first fiber material layer 5a and the second fiber material layer 7a is in contact with the first fiber material layer 5a and the one surface side where the fiber holes 10 of the second fiber material layer 7a are formed.
  • the structure is the same as that of the fiber material layer 2 shown in the first embodiment.
  • the upper fiber material layer 2b composed of the other first fiber material layer 5b and the other second fiber material layer 7b includes the one surface side on which the fiber protrusion 11 of the other second fiber material layer 7b is formed and the other fiber material layer 7b.
  • the first fiber material layer 5b is laminated so as to be in contact therewith, and has the same structure as the fiber material layer 2 shown in the second embodiment.
  • the lower fiber material layer 2a and the upper fiber material 2b which were comprised in this way were laminated
  • Lamination is performed so that the one surface side is in contact with the one surface side where the fiber holes 10 of the other second fiber material layer 7b are formed. Therefore, at least a part of the thickness fiber bundle 9 of the second fiber material layer 7a is configured to protrude into the fiber hole 10 of the other second fiber material layer 7b.
  • the fiber protrusions 11 of the lower fiber material layer 2a enter the other second fiber material layer 7b in the upper fiber material layer 2b. Therefore, the other second fiber material layer 7b in the upper fiber material layer 2b is restrained, and the tensile strength of the core material 3 including the lower fiber material layer 2a and the upper fiber material layer 2b can be increased. Therefore, as in the first and second embodiments, it is possible to widen the interval in the longitudinal width P direction of the thick fiber bundles 9 and reduce the number of thick fiber bundles 9 per unit area, thereby vacuum insulation. Heat transfer in the thickness direction of the material 1 can be suppressed.
  • the straight long fibers 8 constituting the second fiber material layer 7a press the surface of the first fiber material layer 5a
  • the plurality of short fibers 6 are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction, and it becomes possible to suppress heat transfer between the first fiber material layer 5a and the second fiber material layer 7a, and the other first fiber material layers 5b.
  • On the laminated surface of the second fiber material layer 7b and the straight long fibers 8 constituting the other second fiber material layer 7b press the surface of the other first fiber material layer 5b.
  • the short fibers 6 are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction, and heat transfer between the first fiber material layer b and the second fiber material layer 7b can be suppressed. Therefore, the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material 1 can be improved.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a separate second fiber material layer 7c is inserted between the second fiber material layer 7a and the other second fiber material layer 7b of the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 3 shown in FIG.
  • the other structure of the vacuum heat insulating material 1 which concerns on Embodiment 4 of this invention is the same as that of the structure of the vacuum heat insulating material 1 which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the first fiber material layer 5 and the second fiber material layer 7 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a separate second fiber material layer 7c is inserted between the second fiber material layer 7a and the other second fiber material layer 7b of the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 3 shown in FIG.
  • the other structure of the vacuum heat insulating material 1 which concerns on Embodiment 4 of this invention is
  • the inserted separate second fiber material layer 7c at least a part of the thick fiber bundle 9 enters the other second fiber material layer 7b. Moreover, in the inserted separate 2nd fiber material layer 7c, at least one part of the thickness fiber bundle 9 of the 2nd fiber material layer 7a has entered the inside. With such a configuration, the tensile strength of the core material 3 can be increased. It is possible to widen the interval in the longitudinal width P direction of the thick fiber bundles 9, reduce the number of thick fiber bundles 9 per unit area, and suppress heat transfer in the thickness direction of the vacuum heat insulating material 1. .
  • FIG. 11 is a lamination
  • the core material 3 of the vacuum heat insulating material 1 includes a fiber material layer 2 composed of two first fiber material layers 5c and one second fiber material layer 7d sandwiched between the two first fiber material layers 5c.
  • the second fiber material layer 7d includes a plurality of fiber holes 10 and a plurality of fiber protrusions 11 on both sides.
  • the first fiber material layer 5c is adjacent to both sides of the second fiber material layer 7d.
  • the thickness fiber bundle 9 is similarly formed from both sides of the planar shape of the second fiber material layer 7d, and a plurality of fiber holes 10 and a plurality of fiber protrusions are formed on both sides of the second fiber material layer 7d. 11 exists. Therefore, at least a part of the thick fiber bundle 9 on the one surface side of the second fiber material layer 7d protrudes into the first fiber material layer 5c and the fiber hole 10 on the other surface side of the second fiber material layer 7d.
  • the short fiber 6 of the other first fiber material layer 5c enters a part of the first fiber material layer 5c, and at least a part of the thick fiber bundle 9 on the other surface side of the second fiber material layer 7d is the other first fiber.
  • the short fiber 6 of one of the first fiber material layers 5c protrudes into the material layer 5c and enters a part of the fiber hole 10 on the one surface side of the second fiber material layer 7d.
  • the second fiber material layer 7d can be strongly restrained by the action of the thick fiber bundles 9 existing on both sides of the second fiber material layer 7d. Therefore, the tensile strength of the core material 3 can be increased. Therefore, as in the first to fourth embodiments, it is possible to widen the interval in the longitudinal width P direction of the thick fiber bundle 9, and the number of thick fiber bundles 9 per unit area can be reduced, so that the vacuum heat insulating material 1 Heat transfer in the thickness direction can be suppressed.
  • the plurality of short fibers 6 are oriented in a direction perpendicular to the stacking direction, and between the two first fiber material layers 5c and the second fiber material layer 7d. It is possible to suppress heat transfer. Accordingly, the heat insulation performance of the vacuum heat insulating material 1 can be further improved.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing the arrangement of the thick fiber bundle 9 of the second fiber material layer 7 according to Embodiment 6 of the present invention. Specifically, it is a distribution diagram showing the planar distribution of the fiber holes 10 of the second fiber material layer 7. As shown in FIG. 12, the second fiber material layer 7 includes a plurality of fiber holes 10 arranged in a staggered pattern.
  • the other structure with which the vacuum heat insulating material 1 which concerns on Embodiment 6 is provided is the same as that of the vacuum heat insulating material 1 which concerns on Embodiment 1 which has the 2nd fiber material layer 7 shown in FIG.
  • the arrangement of the fiber holes 10, that is, the arrangement of the thick fiber bundles 9 is staggered.
  • the vacuum heat insulating material 1 according to the sixth embodiment has a zigzag shape after increasing the interval in the vertical width P direction compared to the interval in the horizontal width R direction of the thick fiber bundle 9.
  • a plurality of thick fiber bundles 9 are provided. Therefore, the fiber strength can be increased not only in the longitudinal direction or the lateral direction in the plane of the fiber material layer 2 but also in the tensile stress from the oblique direction. Therefore, it is possible not only to improve the heat insulating performance by reducing the number of thick fiber bundles, but also to provide a highly reliable vacuum heat insulating material with increased strength.
  • Embodiment 6 has described an example in which a plurality of fiber holes 10 arranged in a staggered pattern are provided on one surface side of the second fiber material layer 7.
  • the present invention is not limited to this example.
  • a double-sided configuration in which a plurality of fiber holes 10 arranged in a staggered manner are provided on both the one side and the other side of the second fiber material layer 7 may be adopted.
  • the short fibers 6 of one of the first fiber material layers 5c enter into a part of the fiber holes 10 on the one surface side of the second fiber material layer 7d, but also fiber holes on the other surface side of the second fiber material layer 7d. This is because when the short fibers 6 of the other first fiber material layer 5c enter part of 10, the second fiber material layer 7 can be strongly restrained, and the tensile strength of the core material 3 can be further increased.
  • the first row is provided on the one surface side of the second fiber material layer 7
  • the second row is provided on the other surface side of the second fiber material layer 7
  • the third row is the first row.
  • Two fiber material layers 7 may be provided on one surface side and this style may be repeated.
  • the first row and the second row are provided on one side
  • the third row and the fourth row are provided on the other side
  • the fifth row and the sixth row are provided on the first side. This style may be repeated.
  • the first row is provided on the one surface side of the second fiber material layer 7, the second row is provided on the other surface side of the second fiber material layer 7, and the third row is the second fiber. It may be provided on one side of the material layer 7 and this style may be repeated. The first row and the second row are provided on one side, the third row and the fourth row are provided on the other side, and the fifth row and the sixth row are provided on the one side. This style may be repeated. By such a change, desired tensile strength for the core material 3 can be flexibly realized.
  • FIG. 13 is a cross-sectional schematic diagram of the vacuum heat insulating material 1 which carried out the bending molding which concerns on Embodiment 7 of this invention.
  • FIG. 14 is an explanatory view for explaining the fiber hole 10 interval of the core material 3 of the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 7 of the present invention. Specifically, it is a laminated cross-sectional view of a vacuum heat insulating material 1 which is provided with a core material 3 including a first fiber material layer 5 and a second fiber material layer 7 and is bent.
  • the core material 3 has an arc shape in which arcs in the short axis direction are continuous in the long axis direction.
  • a lower second fiber material layer 7 and an upper first fiber material layer 5 are laminated.
  • the vacuum heat insulating material 1 is formed in an arc shape so that the lower side where the second fiber material layer 7 is located is the inner peripheral side and the upper side where the first fiber material layer 5 is located is the outer peripheral side. That is, the first fiber material layer 5 is located on the outer peripheral side of the arc shape, and the second fiber material layer 7 is located on the inner peripheral side of the arc shape.
  • Other configurations of the vacuum heat insulating material 1 according to the seventh embodiment are the same as those of the vacuum heat insulating material 1 according to the second embodiment.
  • the vacuum heat insulating material When the vacuum heat insulating material is formed into an arc shape, a circumferential length difference occurs between the outer side (outer peripheral side) and the inner side (inner peripheral side) of the vacuum heat insulating material 1. In order to absorb this circumferential length difference, tensile stress acts on the outer peripheral side, and compressive stress acts on the inner peripheral side. On the outer peripheral side, a first fiber material layer composed of crimped short fibers 6 is disposed. For this reason, it is possible to reduce the crimpability of the single fiber by acting in the direction in which the short fiber 6 is stretched using the generated tensile stress. On the other hand, on the inner peripheral side, the second fiber material layer 7 including the thick fiber bundle 9 extending in the radial direction of the arc shape is disposed. Therefore, the core material 3 can be easily bent by causing the generated compressive stress to act in the circumferential direction with the thick fiber bundle 9 as a base point.
  • a large number of short fibers 6 may be directed in the thickness direction of the vacuum heat insulating material 1.
  • heat is easily transferred to the thickness direction of the vacuum heat insulating material 1 through the large number of short fibers 6 directed in the thickness direction.
  • the heat insulation performance of the heat insulating material 1 may be lowered.
  • the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 7 it is possible to provide the vacuum heat insulating material 1 having high heat insulating performance and reliability even for molding such as bending.
  • a plurality of fiber holes 10 are arranged so that the interval of the vertical width P is wider than the horizontal width R of the arc shape. Moreover, it arrange
  • interval may follow the circular arc-shaped circumferential direction. That is, more thick fiber bundles 9 are arranged in the circumferential direction as compared with the arc-shaped axial length direction. Therefore, in the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 7, even when the radius of curvature of the arc shape is reduced, many thick fiber bundles 9 can function as bending base points.
  • Embodiment 8 FIG.
  • the vacuum heat insulating material 1 which concerns on Embodiment 8 of this invention is demonstrated. More specifically, a method for manufacturing the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 8 will be described.
  • the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 8 has the second fiber material layer 7 shown in FIG. 5, and as shown in FIG. Pmm. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing the second fiber material layer 7 of the vacuum heat insulating material 1 according to the eighth embodiment.
  • the second fiber material layer 7 is subjected to a process such as a bundling process of the second fiber material layer 7 using, for example, continuous equipment by the conveyor 12.
  • MD indicates the conveyor traveling direction
  • TD indicates the conveyor traveling direction.
  • the double-headed arrows with MD indicate the spacing R (mm) of the thick fiber bundles 9 in the conveyor traveling direction
  • the double-headed arrows with TD indicate the thick fiber bundles in the direction perpendicular to the conveyor traveling direction.
  • An interval P (mm) of 9 is shown.
  • the thick fiber bundle 9 In providing the thick fiber bundle 9, in order to continuously move the second fiber material layer 7 using continuous equipment such as a conveyor, a sufficient tensile strength is required for the second fiber material layer 7 itself.
  • R ⁇ P In the vacuum heat insulating material 1 according to Embodiment 8, R ⁇ P. Therefore, the total number of thick fiber bundles 9 can be reduced as much as possible while ensuring the minimum tensile strength for continuous equipment such as a conveyor. Therefore, it becomes possible to reduce the quantity per unit area of the thick fiber bundle 9 which comprises a 2nd fiber material layer, and can attain high performance of a vacuum heat insulating material.
  • the vacuum heat insulating material 1 according to the present invention maintains the reliability of the vacuum heat insulating material 1 and the thickness fiber constituting the second fiber material layer. It is possible to reduce the quantity per unit area of the bundle 9. Therefore, high performance of the vacuum heat insulating material 1 can be achieved.
  • 1 vacuum insulation material 2 fiber material layer, 3 core material, 4 jacket material, 4a jacket material sheet, 4b jacket material sheet, 5 first fiber material layer, 5a first fiber material layer, 5b first fiber material Layer, 5c first fiber material layer, 6 short fibers, 7 second fiber material layer, 7a second fiber material layer, 7b second fiber material layer, 7c second fiber material layer, 7d second fiber material layer, 8 length Fiber, 9 thick fiber bundle, 10 fiber hole, 11 fiber protrusion

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Insulation (AREA)
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Abstract

 強度を確保しつつも、厚さ方向に対する断熱効果の低下を抑制できる真空断熱材を提供することを目的としている。真空断熱材は、芯材の一面側から他面側へ向かう厚さ方向の熱移動を抑制する。芯材は、第1繊維材層と第2繊維材層とを備える。第1繊維材層は、厚さ方向に積層した複数の短繊維を備える。第2繊維材層は、厚さ方向に積層した複数の長繊維と、厚さ方向に延設してあり、それぞれが複数の長繊維を束ねる複数の厚み繊維束とを備える。複数の長繊維は、複数の短繊維よりも長さが長い。

Description

真空断熱材およびその製造方法
 本発明は、真空断熱材および真空断熱材の製造方法に関する。
 熱の移動を減少させる断熱材として、真空断熱材が知られている。真空断熱材は、発泡スチロールなどのその他の断熱材と比較して、一般的に高い断熱性能を有する。そのため真空断熱材は、空気調和機、冷蔵庫等の各種冷熱機器に適用されている。
 真空断熱材は、芯材として、繊維材を厚さ方向に積み重ねた積層体が使用され得る。例えば、積み重ねたガラス繊維ウェブをニードルパンチ加工によって結束した繊維シートを複数作製し、作製した複数の繊維シートを積層して芯材とする真空断熱材が知られている(特許文献1)。また、短繊維のグラスウールを積み重ねた繊維積層体とその繊維積層体の表面に配置した面材とをニードルパンチ加工によって一体化した芯材を有する真空断熱材が知られている(特許文献2)。
特開2015-137688号公報 特開2010-60048号公報
 ニードルパンチ加工を使用した芯材を採用する上述したような真空断熱材においては、芯材の厚み方向に厚み繊維が形成され得る。形成された厚み繊維が熱媒体として作用した場合、厚み方向への熱移動によって真空断熱材の断熱性能が低下する虞がある。一方、厚み繊維を無くした場合には、繊維の結束力不足によって芯材化が困難となる虞がある。
 本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、強度を維持して信頼性を確保しつつも、真空断熱材の厚さ方向に対する断熱性能低下を抑制し得る真空断熱材およびそのような真空断熱材の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明に係る真空断熱材は、芯材の一面側から他面側へ向かう厚さ方向の熱移動を抑制する。芯材は、第1繊維材層と第2繊維材層とを備える。第1繊維材層は、厚さ方向に積層した複数の短繊維を備える。第2繊維材層は、厚さ方向に積層した複数の長繊維と、厚さ方向に延設してあり、それぞれが複数の長繊維を束ねる複数の厚み繊維束とを備える。複数の長繊維は、複数の短繊維よりも長さが長い。
 本発明に係る製造方法は、芯材の一面側から他面側へ向かう厚さ方向の熱移動を抑制する真空断熱材を製造するものであり、第1準備工程と第2準備工程と一体化工程とを備える。第1準備工程では、厚さ方向に積層した複数の短繊維を備える第1繊維材層を準備する。第2準備工程では、厚さ方向に積層してあり複数の短繊維よりも長い複数の長繊維を備える第2繊維材層を準備する。一体化工程では、厚さ方向に延びる複数の厚み繊維束を第2繊維材層に成形して複数の長繊維を束ねる。
 本発明に係る真空断熱材によれば、厚さ方向に積層した複数の短繊維を含む第1繊維材層と厚さ方向に積層した複数の長繊維および厚さ方向に延設してある厚み繊維束を含む第2繊維材層とを用いて芯材が構成される。また、本発明に係る製造方法によれば、厚さ方向に積層した複数の短繊維を含む第1繊維材層と厚さ方向に積層した複数の長繊維および厚さ方向に延設してある厚み繊維束を含む第2繊維材層とを用いた芯材を備える真空断熱材が製造される。厚さ方向に積層した複数の短繊維および複数の長繊維によって、厚み方向への熱の移動を抑制し得るだけでなく、厚さ方向に延びる複数の厚み繊維束によって、複数の短繊維および複数の長繊維を束ねて強度を維持し得る。そのため、強度を維持して信頼性を確保しつつも、真空断熱材の厚さ方向に対する断熱性能低下を抑制し得る真空断熱材およびそのような真空断熱材の製造方法を提供することが可能となる。
本発明の実施の形態1に係る真空断熱材を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る真空断熱材の第1繊維材層の拡大断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る真空断熱材の第2繊維材層の拡大断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る厚み繊維束の配置を示す模式図である。 本発明の実施の形態1に係る第1繊維材層と第2繊維材層との積層断面模式図である。 本発明の実施の形態1に係る第1繊維材層と第2繊維材層との積層面を示す拡大模式図である。 本発明の実施の形態1に係る真空断熱材の製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る第1繊維材層と第2繊維材層との積層断面模式図である。 本発明の実施の形態3に係る第1繊維材層と第2繊維材層との積層断面模式図である。 本発明の実施の形態4に係る第1繊維材層と第2繊維材層との積層断面模式図である。 本発明の実施の形態5に係る第1繊維材層と第2繊維材層との積層断面模式図である。 本発明の実施の形態6に係る第2繊維材層の厚み繊維束の配置を示す模式図である。 本発明の実施の形態7に係る曲げ成形した真空断熱材の断面模式図である。 本発明の実施の形態7に係る真空断熱材の芯材が有する繊維孔間隔を説明する説明図である。 実施の形態8に係る真空断熱材の第2繊維材層を製作する方法を説明する説明図である。
 以下、添付図面を参照して、本願が開示する真空断熱材の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本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に係る真空断熱材1を示す断面模式図である。図1に示すように、真空断熱材1は、断熱効果に大きく寄与する芯材3と、芯材3を覆う外被材4とを備える。芯材3は、積層された複数の繊維材層2を備える。各繊維材層2は、後述する第1繊維材層5と第2繊維材層7とを含む。外被材4は、芯材3を覆うように四辺を貼りあわせた2枚の外被材シート4a、4bを備える。つまり真空断熱材1では、2枚の外被材シート4a、4bの四辺を貼りあわせた外被材4の内部に、第1繊維材層5と第2繊維材層7とを含む繊維材層2を複数積層した芯材3が収納してある。
 図2は、本発明の実施の形態1に係る真空断熱材1の第1繊維材層5の拡大断面模式図である。各繊維材層2に含まれている第1繊維材層5は、積層された複数の短繊維6を含む。各短繊維6は捲縮性を有している。そのため第1繊維材層5は、複数の短繊維6が互いに適度に絡み合ったウェブ状構造を有している。捲縮性に起因するウェブ状構造は、第1繊維材層5の強度維持に貢献し得る。ここで、複数の短繊維6に対する積層とは、平面状に敷き詰めた短繊維6が層状に積み重なる状態を意味する。
 第1繊維材層5は、例えば、溶融されたガラス素材に対してスピナを用いた遠心法で繊維化した直径φ3μm~φ6μmのガラス短繊維(グラスウール)の積層体である。グラスウールは、通常数mm~十数mm程度の長さを有し、具体的には概ね長さが20mm程度以下の長さを有し、繊維自体に捲縮性を有する。第1繊維材層5は、スピナから排出されたグラスウールをコンベヤ等で集綿し、ローラ等で圧縮し、基本的にウェブ状のままシート化することによって作製される。
 上述した一例の第1繊維材層5では、遠心法によって作製されたグラスウールの短繊維6が使用してある。しかしながら、溶融したガラス素材をガスバーナーで引き延ばしながら吹き飛ばして繊維を形成する火炎法を用いて短繊維6を作製しても良い。火炎法を用いた場合、遠心法で作製した短繊維6と同様に捲縮性を有するだけでなく、更に非常に径の小さい、例えば、約φ1.0μmまたはそれ以下の平均径を有する短繊維6を作製することが可能となる。
 図3は、本発明の実施の形態1に係る真空断熱材1の第2繊維材層7の拡大断面模式図である。各繊維材層2に含まれている第2繊維材層7は、層の長さ方向(図3の紙面横方向)に延びる長繊維8が層の厚さ方向(図3の紙面縦方向)に複数積層された積層構造を備える。各長繊維8は、真直性が高く、繊維同士の絡み付きがない。そのため第2繊維材層7は、積層された複数の長繊維8を含んだ面全体に広く分布する積層構造を有する。ここで、複数の長繊維8に対する積層とは、平面状に敷き詰めた長繊維8が層状に積み重なる状態を意味する。
 第2繊維材層7は更に、各長繊維8が延びる方向(層の長さ方向、つまり図3の紙面横方向)に対して概ね直角方向(層の厚さ方向、つまり図3の紙面縦方向)に延びる複数の厚み繊維束9を備える。各厚み繊維束9は、各長繊維8に対して概ね直角方向に延設してあり、複数の長繊維8を結束させる機能を有する。各厚み繊維束9は、第2繊維材層7の厚さ方向(図3の紙面縦方向)の一面側に開口した繊維孔10を備える。ここで、厚み繊維束9に対する延設とは、厚み繊維束9の軸長方向を第2繊維材層7の厚さ方向に沿うように配置する状況を意味する。
 繊維孔10は、例えば、第2繊維材層7にニードルを打ち込むことによって形成される。具体的には、第2繊維材層7の一面側から他面側にニードルを打ち込むことによって複数の繊維孔10が形成される。第2繊維材層7の一面側から他面側にニードルを打ち込んだ場合、他面側に突出した凸部を有する各厚み繊維束9が形成される。つまり、ニードルを打ち込むことによって、一方が突出した凸部と他方が開口した繊維孔10とを有する厚み繊維束9が形成される。繊維孔10の開口サイズは、打ち込まれたニードルの大きさに依存する。
 繊維孔10と凸部とを含んだ厚み繊維束9が複数形成された第2繊維材層7の一面側と第1繊維材層5とを積層させることによって各繊維材層2が形成される。
 図4は、本発明の実施の形態1に係る厚み繊維束9の配置を示す模式図である。具体的には、第2繊維材層7の平面に設けられた複数の厚み繊維束9の配置例を示す平面模式図である。図4に示す一例では、横幅R(第2繊維材層7の長辺方向、つまり図4の紙面縦方向における幅)および縦幅P(第2繊維材層7の短辺方向、つまり図4の紙面横方向における幅)の間隔を空けて複数の厚み繊維束9が並設してある。
 第2繊維材層7の各長繊維8は、溶融したガラス素材を引き抜き法にて作製した連続繊維を概ね20mmを超える長さ(例えば、約50mm)に切断したグラスファイバーである。各長繊維8は、各短繊維6よりも長さが長い。各長繊維8の繊維直径は、φ6μm~φ24μm程度の範囲で比較的任意に設定することが可能であり、第2繊維材層7は均一な繊維直径を有する複数の長繊維8の積層構造を含むことになる。第2繊維材層7では、開繊して平面状に分散しながら積層した複数の長繊維8の積層構造に対し、第2繊維材層7の平面縦方向(縦幅Pの方向、第2繊維材層7の短辺方向、つまり図4の紙面横方向)および第2繊維材層7の平面横方向(横幅Rの方向、第2繊維材層7の長辺方向、つまり図4の紙面縦方向)に間隔を設けて並設した複数の厚み繊維束9による結束を施してある。
 芯材3は、上述した第1繊維材層5と上述した第2繊維材層7とを重ねた繊維材層2を複数枚積層した積層体構造を備える。芯材3が真空断熱材1の内部に真空封止された場合、第1繊維材層5の厚みは、真空封止前と比較し、約1/10に圧縮される。また芯材3が真空断熱材1の内部に真空封止された場合、第2繊維材層7の厚みは、真空封止前と比較し、約1/2.6に圧縮される。
 外被材4は、2枚の外被材シート4a、4bを含み、芯材3を積層方向の両側から挟み込むように配置してある。2枚の外被材シート4a、4bは共に、多層構造をなすラミネートフィルムを用いて構成してある。ラミネートフィルムとしては、例えば、延伸ナイロン(ONy)、アルミニウム蒸着ポリエチレンテレフタレート(AL蒸着PET)、アルミニウム箔(AL箔)、および、無延伸ポリプロピレン(CPP)を積層させたアルミラミネートシートを使用しても良い。ラミネートフィルムは、例えば、膜厚25μmのONy層、膜厚12μmのAL蒸着PET層、膜厚7μmのAL箔層、膜厚30μmのCPP層を有するように成膜してある。
 芯材3の構成について更に詳細に説明する。図5は、本発明の実施の形態1に係る第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層断面模式図である。図6は、本発明の実施の形態1に係る第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層面を示す拡大模式図である。芯材3に含まれる各繊維材層2では、第1繊維材層5と第2繊維材層7とが積層面で接している。第2繊維材層7に含まれる複数の厚み繊維束9は、複数の長繊維8と概ね直角の方向(積層方向、つまり繊維層平面と直角をなす直角方向)に向けて設けてある。つまり複数の厚み繊維束9は、第2繊維材層7の厚さ方向(図5および図6の紙面縦方向)に対して概ね平行となっている。そのため複数の厚み繊維束9は、真直性が高く第2繊維材層7の主構成となっている複数の長繊維8を結束することができる。
 複数の厚み繊維束9は、例えば、第2繊維材層7の繊維層平面と直角をなす直角方向(第2繊維材層7の厚さ方向、つまり図5および図6の紙面縦方向)に向けてニードルを打ち込むニードルパンチ加工によって形成される。
 芯材3は、厚み繊維束9が形成されていない第1繊維材層5と厚み繊維束9が形成されている第2繊維材層7とを有する繊維材層2を少なくとも1つ備える。そのため、芯材3の厚さ方向において、第2繊維材層7に形成された厚み繊維束9の長さは、芯材3の厚みよりも短い。したがって、厚み繊維束9が芯材3の一面側から他面側まで延設されることがなく、芯材3の一面側から他面側に向けた熱移動を抑制することが可能となる。
 図5および図6で示した一例の真空断熱材1において、各厚み繊維束9は、第2繊維材層7の一平面側に複数の繊維孔10を有する。具体的には、各繊維材層2における第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層面側に複数の繊維孔10を有する。
 実施の形態1における真空断熱材1においては、図6に例示してあるように、第1繊維材層5を構成する短繊維6の一部が第2繊維材層7の繊維孔10に潜り込み、挿入されるように挿設した構成になっている。捲縮性を有する短繊維6が繊維孔10に潜り込むことによって、各繊維材層2における第1繊維材層5と第2繊維材層7との相対移動が抑制される。そのため、長繊維8が延びる方向(層の長さ方向、図5および図6の紙面横方向、横幅Rの方向、第2繊維材層7の長辺方向、つまり図4の紙面縦方向)において、繊維材層2に対する引張強度を高めることができる。
 繊維材層2の作製において、第1繊維材層5と第2繊維材層7とを積層させた後に長辺方向となる横幅方向に引っ張る処理を伴う場合、第2繊維材層7には、長辺方向となる横幅方向に大きな引張応力が働き得るが、短辺方向となる縦幅方向に働き得る引張応力は比較的小さい。そのため、隣接する複数の厚み繊維束9における縦幅Pの間隔と横幅Rの間隔とを比較した場合、縦幅Pの間隔を横幅Rの間隔よりも広げることが可能になる。つまり、実施の形態1における真空断熱材1においては、縦幅方向の単位面積当たりの厚み繊維束9の数量を減少させることが可能となる。
 各繊維材層2において厚み繊維束9の数が増加した場合、複数の長繊維8に対する結束力が高まり、各繊維材層2の強度が増加する。しかしながら、長繊維8の延びる方向に概ね垂直な厚み繊維束9は、繊維材層2の一面側と他面側との間の熱移動(繊維材層2の厚み方向への熱移動)を促し得る。そのため、各繊維材層2において厚み繊維束9の数が増加した場合、真空断熱材1の断熱性能が低下する虞がある。単純に厚み繊維束9の数を減少させるだけでは、複数の長繊維8に対する結束力が弱まることから、各繊維材層2の強度が維持できなくなり、真空断熱材1の製造プロセス困難になる虞がある。
 上述した実施の形態1に係る真空断熱材1では、縦幅P方向の単位面積当たりの厚み繊維束9の数量を減少させ得る。そのため実施の形態1では、複数の長繊維8に対する結束力を維持することによって強度を維持して信頼を確保しつつも、繊維材層2の一面側と他面側との間の熱移動(繊維材層2の厚み方向への熱移動)を可及的に防ぎ、真空断熱材1の断熱性能低下を抑制することができる。
 実施の形態1における真空断熱材1においては、図2に例示してあるように、第1繊維材層5が複数の短繊維6を含む。複数の短繊維6から構成される第1繊維材層5においては、複数の長繊維8から構成される第2繊維材層7と比較し、所定の距離を熱が移動するためにより多くの繊維間を移動する必要がある。そのため、複数の短繊維6から構成される第1繊維材層5においては、複数の長繊維8から構成される第2繊維材層7と比較し、熱移動の抑制効果が比較的高いと考えられる。しかしながら、複数の短繊維6から構成される第1繊維材層5を採用した場合、繊維層内で短繊維6の一部が繊維層内の厚み方向に配置される虞がある。繊維層内の厚み方向に配置された短繊維6の数が増加した場合、上述した厚み繊維束9の場合と同様に、繊維材層2の一面側と他面側との間の熱移動(繊維材層2の厚み方向への熱移動)を促して、真空断熱材1の断熱性能が低下する虞がある。
 上述した実施の形態1に係る真空断熱材1では、複数の短繊維6が互いに適度に絡み合ったウェブ状構造を有している第1繊維材層5が、層の長さ方向(図5および図6の紙面横方向、横幅Rの方向、第2繊維材層7の長辺方向、つまり図4の紙面縦方向)に延びる真直な複数の長繊維8を有する繊維材層2によって押さえつけられる。そのため、第1繊維材層5中の複数の短繊維6は、可及的に層の長さ方向(図5および図6の紙面横方向、横幅Rの方向、第2繊維材層7の長辺方向、つまり図4の紙面縦方向)に沿って配列される。したがって、第1繊維材層における厚さ方向に向けた熱移動抑制効果が向上し、真空断熱材1の断熱性能の向上を更に図ることが可能となる。
 上述した実施の形態1に係る真空断熱材1では、第2繊維材層7において、長繊維8にニードルを打ち込むことによって厚み繊維束9を形成する一例を説明していた。しかしながら本発明は、この一例に限定されるものではない。例えば、ミシンで縫ったように、長繊維8とは異なる繊維を用いて厚み繊維束9を縫製してもよい。このように縫製する場合であっても、厚み繊維束9の打ち込み部分に繊維孔10を形成することができる。
 <真空断熱材1の製造方法>
 実施の形態1における真空断熱材1の製造方法について説明する。図7は、本発明の実施の形態1に係る真空断熱材の製造方法を説明するフローチャートである。
 複数の短繊維6を含んだウェブ状構造を有する第1繊維材層5と複数の長繊維8が積層された第2繊維材層7とを準備する(ステップS1)。つまり、実施の形態1における真空断熱材1の製造方法は、芯材3の厚さ方向に積層した複数の短繊維6を備える第1繊維材層5を準備する第1準備工程と芯材3の厚さ方向に積層した複数の長繊維8を備える第2繊維材層7を準備する第2準備工程とを含む。
 準備した第2繊維材層7を横幅方向(横幅Rで図示してある方向)に移動させつつ、第2繊維材層7の一面側から他面側にニードルを打ち込むニードル加工を行い、第2繊維材層7の横幅Rよりも縦幅Pの間隔が広くなるように複数の厚み繊維束9を成形する(ステップS2)。具体的には、上述した工程を介し、厚み繊維束9を成形した第2繊維材層7が連続した状態のシート材を作製し、作製したシート材を所望の横幅で切断することによって、厚み繊維束9を成形した第2繊維材層7を複数製造する。
 成形した厚み繊維束9は、第2繊維材層7の一面側に繊維孔10を有し、第2繊維材層7の他面側に凸部を有する。このような厚み繊維束9を複数成形することによって、第2繊維材層7にある複数の長繊維8が結束される。つまり、実施の形態1における真空断熱材1の製造方法は、芯材3の厚さ方向に延びる複数の厚み繊維束9を第2繊維材層7に成形して複数の長繊維8を結束する一体化工程を含む。
 上記の製造方法を用いる場合、第2繊維材層7の移動に伴い、第2繊維材層7の横幅方向に縦幅方向(縦幅Pで図示してある方向)よりも大きな引張応力が働き得る。しかしながら実施の形態1における真空断熱材1は、縦幅Pよりも横幅Rの間隔が狭くなるように配置してある複数の厚み繊維束9を備える。そのため、縦幅方向よりも大きな横幅方向の引張応力に対しても適度な強度を有しつつ、厚み繊維束9の全体数を減少させることが可能となる。
 複数の厚み繊維束9を成形する際、芯材3の縦方向に縦方向並設間隔を空けていくつかの厚み繊維束9を成形し、また芯材3の横方向に横方向並設間隔を空けていくつかの厚み繊維束9を成形する。縦方向並設間隔は、横方向並設間隔よりも小さい。つまり、実施の形態1における真空断熱材1の製造方法は、厚さ方向とは異なる芯材3の縦方向および横方向のうちの縦方向に縦方向並設間隔を空けて複数の厚み繊維束9の一部を成形する縦方向並設工程と、横方向に縦方向並設間隔よりも大きい横方向並設間隔を空けて複数の厚み繊維束のいくつかを成形する横方向並設工程とを備える。このような成形方法によって、芯材3の強度および信頼性を確保しつつも、厚み方向における断熱性能低下を抑制した真空断熱材1を提供することが可能となる。
 複数の短繊維6の一部を繊維孔10に潜り込ませるべく、複数の厚み繊維束9が形成された第2繊維材層7の一面側と準備した第1繊維材層5とが接触するように積層し、繊維材層2を作製する(ステップS3)。第2繊維材層7と第1繊維材層5とを積層した繊維材層2を複数作製し、作製した複数の繊維材層2を更に積層して芯材3を形成する(ステップS4)。形成した芯材3を別途準備した外被材4で挟み、外被材4内での真空封止を行い、真空断熱材1を作製する(ステップS5)。
 上述した真空断熱材1の製造方法においては、芯材3および外被材4によって真空断熱材1が製作される。芯材3は、上で述べたように作製された複数の繊維材層2を所望の厚さになる様に積層し、積層した複数の繊維材層2を裁断することによって作製される。芯材3を作製する場合、真空封止に依存した大気圧と真空との圧力差により生じる歪を考慮した上で、芯材3が所望の寸法になるように複数の繊維材層2を裁断することが望ましい。真空封止後に歪が生じることによって、真空断熱材1における所望の断熱性能獲得を妨げる虞があるからである。
 上述した真空断熱材1の製造方法においては、準備した第2繊維材層7を横幅方向に移動させつつ厚み繊維束9を形成した後、第2繊維材層7と第1繊維材層5とを積層する一例が説明されていた。しかしながら、準備した第2繊維材層7に厚み繊維束9を形成した直後に、準備した第2繊維材層7と第1繊維材層5とを積層とを積層して積層物を構築してもよい。第2繊維材層7の一面側から他面側にニードルを打ち込むニードル加工を行いながら、連続的に積層物を構築し、前記積層物を横幅方向に移動させる。このとき、第2繊維材層7の横幅Rよりも縦幅Pの間隔が広くなるように複数の厚み繊維束9を成形してもよい。この製造方法の場合、積層された第1繊維材層5が第2繊維材層7の縦幅方向引張応力に対する補助部材となり得るため、更なる芯材3の強度および信頼性の確保が容易となり得る。
 芯材3に対して真空封止を行う場合、芯材3は、真空封止直前まで乾燥させる方がよい。真空封止後の内部ガスによる真空度低下を抑制するためである。
 外被材4の準備に際しては、ロール状の外被材シートを所望の幅で切断して2枚の外被材シート4a、4bを作製し、作製した2枚の外被材シート4a、4bを重ね合せる。重ね合わせた2枚の外被材シート4a、4bの横幅R方向2辺をヒートシール接合し、さらに縦幅P方向の1辺をヒートシール接合して、所望の奥行寸法で切断することによって、製袋化された外被材4を準備する。つまり、製袋化された外被材4は、ヒートシール接合された縦幅方向の1辺に対向する縦幅方向の他の1辺が未接合状態となっている。
 真空封止に際しては、芯材3を外被材4に挿入し、真空チャンバ内に配置する。挿入された芯材3を有する外被材4が配置された真空チャンバに対して減圧処理を施す。減圧処理では、例えば0.1~3Pa程度の真空圧となるように減圧を行う。減圧処理が施されている外被材4に対し、未接合状態である縦幅P方向の他の1辺をヒートシール接合する。他の1辺をヒートシール接合後に真空チャンバ内を大気圧に戻し、芯材3が挿入されて真空封止された外被材4を真空チャンバ内から取り出し、真空断熱材1として使用する。減圧処理の際、必要に応じて吸着剤(酸化カルシウム、ゼオライト、バリウムリチウム合金などの単体もしくは複合物)を挿入してもよい。吸着剤が水分および空気を吸着することによって、真空状態を向上し得るからである。
 上述した製造方法を用いて製造された真空断熱材1は、芯材3の体積比約10%にガラス繊維が存在し、残りの体積比約90%が真空の空間として確保される。体積比約90%が真空の空間として確保されるため、実施の形態1に係る真空断熱材1は、高い断熱性能を示すことができる。
 上述した製造方法を用いて製造された真空断熱材1では、芯材3に含まれる第2繊維材層7の長繊維8だけでなく、第1繊維材層5の短繊維6も真空断熱材1の厚み方向と概ね直角な直角方向に配向して積層されることになる。このような短繊維6と長繊維8との配向積層特性によって、実施の形態1に係る真空断熱材1は、高い断熱性能を示す。
 実施の形態2.
 本発明の実施の形態2に係る真空断熱材1について説明する。図8は、本発明の実施の形態2に係る第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層断面模式図である。第2繊維材層7には、繊維孔10の形成された面と反対側の面に繊維突起11が形成されている。実施の形態2に係る真空断熱材1では、第2繊維材層7における繊維突起11が形成された面と第1繊維材層5とが接する様に積層されている。その他の構成は、実施の形態1と同様である。
 実施の形態1で示した様に、ニードル等を打ち込んで厚み繊維束9を形成する場合、ニードルを打ち込む打ち込み長さ等の調整によって、厚み繊維束9の打ち込み面と反対側の面に逆U字形をした繊維突起11を形成することができる。つまり、第2繊維材層7の厚みよりも厚み繊維束9の高さ(繊維孔10のある面から繊維突起11先端までの長さ)が高い。このように繊維突起11が形成された第2繊維材層7の面と第1繊維材層5とが接する様に積層することによって、厚み繊維束9は、第1繊維材層5に入り込んだ状態を形成することができる。そのため、第1繊維材層5と第2繊維材層7とが積層面の一部で拘束されることになる。
 上述した実施の形態2に係る真空断熱材1では、第2繊維材層7の厚みよりも厚み繊維束9の高さ(繊維孔10のある面から繊維突起11先端までの長さ)が高い構成を採用していた。しかしながら、本発明はこの一例に限定されない。第2繊維材層7の厚みよりも厚み繊維束9の高さ(繊維孔10のある面から繊維突起11先端までの長さ)が低い構成であってもよい。この構成により、ニードルを打ち込む距離を短くできるため、ニードル加工の作業効率の向上が期待できる。
 第2繊維材層7の厚みよりも厚み繊維束9の高さが低い構成場合、事前に繊維材層2を別途内袋に挿入して予備真空封止を行い、第2繊維材層7を圧縮する。この圧縮処理によって、空隙率が95%以上ある第2繊維材層7の厚みが半分以下となる。圧縮処理に関する尤度を考慮した場合、厚み繊維束9の高さは、第2繊維材層7の厚さの1/2倍以上であることが好ましい。圧縮処理の作業手間を考慮した場合、厚み繊維束9の高さは、第2繊維材層7の厚さの1倍以上であることが好ましい。
 実施の形態2に係る真空断熱材1では、第2繊維材層7を構成する厚み繊維束9の少なくとも一部が第1繊維材層5の内部に突出する構成になっている。第1繊維材層5の中に、第2繊維材層7が突出して入り込むことによって、第2繊維材層7が拘束される。そのため、繊維材層2の引張強度を高めることができる。したがって、実施の形態1と同様、厚み繊維束9の縦幅P方向の間隔を広げることが可能になり、単位面積当たりの厚み繊維束9数量を減少させて、真空断熱材1の厚さ方向における熱移動を抑制可能となる。また、第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層面では、第2繊維材層7を構成する真直な長繊維8が、第1繊維材層5の表面を押さえつけることによって、複数の短繊維6が積層方向と直角方向に向き、第1繊維材層と第2繊維材層7との間の熱移動を抑制することが可能になる。これらよって、真空断熱材1の断熱性能の向上を図ることができる。
 実施の形態3.
 本発明の実施の形態3に係る真空断熱材1について説明する。図9は、本発明の実施の形態3に係る第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層断面模式図である。芯材3を構成する第1繊維材層5a、第2繊維材層7a、第2繊維材層7aとは異なる他の第2繊維材層7b、第1繊維材層5aとは異なる他の第1繊維材層5bがこの順番で積層してある。第1繊維材層5aと他の第1繊維材層5bとで第2繊維材層7aと他の第2繊維材層7bとを挟むように積層してある。
 第1繊維材層5aと第2繊維材層7aとからなる下側繊維材層2aは、第2繊維材層7aの繊維孔10が形成された一面側と第1繊維材層5aとが接するように積層してあり、実施の形態1で示した繊維材層2と同様の構造である。また、他の第1繊維材層5bと他の第2繊維材層7bとからなる上側繊維材層2bは、他の第2繊維材層7bの繊維突起11が形成された一面側と他の第1繊維材層5bとが接するように積層してあり、実施の形態2で示した繊維材層2と同様の構造である。実施の形態3に係る真空断熱材1では、このように構成された下側繊維材層2aと上側繊維材2bとが積層してあり、第2繊維材層7aの繊維突起11が形成された一面側と他の第2繊維材層7bの繊維孔10が形成された一面側とが接するように積層してある。そのため、第2繊維材層7aが有する厚み繊維束9の少なくとも一部が他の第2繊維材層7bの繊維孔10中に突出するように構成してある。また、他の第2繊維材層7bの一表面にある繊維孔10には、第1繊維材層5aを構成する短繊維6の一部も入り込むように構成してある。
 実施の形態3に係る真空断熱材1では、上述したように、下側繊維材層2aの繊維突起11が上側繊維材層2bにおける他の第2繊維材層7bに入り込む。そのため、上側繊維材層2bにおける他の第2繊維材層7bが拘束され、下側繊維材層2aと上側繊維材層2bとを含む芯材3の引張強度を高めることができる。したがって、実施の形態1および実施の形態2と同様に、厚み繊維束9の縦幅P方向の間隔を広げることが可能になり、単位面積当たりの厚み繊維束9数量を減少させて、真空断熱材1の厚さ方向における熱移動を抑制可能となる。また、第1繊維材層5aと第2繊維材層7aとの積層面では、第2繊維材層7aを構成する真直な長繊維8が、第1繊維材層5aの表面を押さえつけることによって、複数の短繊維6が積層方向と直角方向に向き、第1繊維材層5aと第2繊維材層7aとの間の熱移動を抑制することが可能になり、他の第1繊維材層5bと他の第2繊維材層7bとの積層面では、他の第2繊維材層7bを構成する真直な長繊維8が、他の第1繊維材層5bの表面を押さえつけることによって、複数の短繊維6が積層方向と直角方向に向き、第1繊維材層bと第2繊維材層7bとの間の熱移動を抑制することが可能になる。これらよって、真空断熱材1の断熱性能の向上を図ることができる。
 実施の形態4.
 本発明の実施の形態4に係る真空断熱材1について説明する。図10は、本発明の実施の形態4に係る第1繊維材層5と第2繊維材層7との積層断面模式図である。図8で示した実施の形態3に係る真空断熱材1の第2繊維材層7aと他の第2繊維材層7bとの間に、別個の第2繊維材層7cを挿入してある。本発明の実施の形態4に係る真空断熱材1のその他の構成は、実施の形態3に係る真空断熱材1の構成と同様である。
 挿入した別個の第2繊維材層7cでは、厚み繊維束9の少なくとも一部が他の第2繊維材層7bに入り込んでいる。また、挿入した別個の第2繊維材層7cでは、第2繊維材層7aの厚み繊維束9の少なくとも一部が内部に入り込んでいる。このような構成によって、芯材3の引張強度を高めることができる。厚み繊維束9の縦幅P方向の間隔を広げることが可能になり、単位面積当たりの厚み繊維束9数量を減少させて、真空断熱材1の厚さ方向における熱移動の抑制が可能となる。
 実施の形態5.
 本発明の実施の形態5に係る真空断熱材1について説明する。図11は、本発明の実施の形態5に係る第1繊維材層5cと第2繊維材層7dとの積層断面模式図である。真空断熱材1の芯材3は、2つの第1繊維材層5cとその2つの第1繊維材層5cに挟まれる1つの第2繊維材層7dとからなる繊維材層2を含む。第2繊維材層7dは、複数の繊維孔10と複数の繊維突起11とを両面側に備える。言い換えると、実施の形態5に係る真空断熱材1では、第2繊維材層7dの両側に第1繊維材層5cが隣接された構成になっている。
 実施の形態5では、第2繊維材層7dの平面形状の両側から同じように厚み繊維束9が形成してあり、第2繊維材層7dの両側に複数の繊維孔10と複数の繊維突起11とが存在する。そのため、第2繊維材層7dの一面側にある厚み繊維束9の少なくとも一部が一方の第1繊維材層5c内に突出され、第2繊維材層7dの他面側にある繊維孔10の一部に他方の第1繊維材層5cの短繊維6が入り込む構成になっており、第2繊維材層7dの他面側にある厚み繊維束9の少なくとも一部が他方の第1繊維材層5c内に突出され、第2繊維材層7dの一面側にある繊維孔10の一部に一方の第1繊維材層5cの短繊維6が入り込む構成になっている。このように、第2繊維材層7dの両面側に存在する厚み繊維束9が作用することによって、第2繊維材層7dが強く拘束できる。そのため、芯材3の引張強度を高めることができる。したがって、実施の形態1~4と同様に、厚み繊維束9の縦幅P方向の間隔を広げることが可能になり、単位面積当たりの厚み繊維束9数量を減少させて、真空断熱材1の厚さ方向における熱移動を抑制可能となる。また、2つの第1繊維材層5cとその2つの第1繊維材層5cに挟まれる1つの第2繊維材層7dとの積層面では、第2繊維材層7dを構成する真直な長繊維8が、2つの第1繊維材層5cの表面を押さえつけることによって、複数の短繊維6が積層方向と直角方向に向き、2つの第1繊維材層5cと第2繊維材層7dとの間の熱移動を抑制することが可能になる。これらよって、真空断熱材1の断熱性能の更なる向上を図ることができる。
 実施の形態6.
 本発明の実施の形態6に係る真空断熱材1について説明する。図12は、本発明の実施の形態6に係る第2繊維材層7の厚み繊維束9の配置を示す模式図である。具体的には、第2繊維材層7が有する繊維孔10の平面方向分布を示す分布図である。第2繊維材層7は、図12に示してあるように、千鳥状に配置された複数の繊維孔10を備える。実施の形態6に係る真空断熱材1が備えるその他の構成は、図4に示した第2繊維材層7を有する実施の形態1に係る真空断熱材1と同様である。
 実施の形態6に係る真空断熱材1では、繊維孔10の配置が、つまり厚み繊維束9の配置が千鳥形状としてある。実施の形態6に係る真空断熱材1は、実施の形態1~5と同様に、厚み繊維束9の横幅R方向の間隔と比較して縦幅P方向の間隔を広げた上で千鳥形状に配置された複数の厚み繊維束9を備える。そのため、繊維材層2平面における縦方向または横方向だけでなく、斜め方向からの引張応力に対しても、繊維強度を高めることができる。したがって、厚み繊維束数量の減少によって断熱性能が向上するだけでなく、高まった強度を備え信頼性の高い真空断熱材を提供することが可能になる。
 実施の形態6では、千鳥状に配置された複数の繊維孔10が第2繊維材層7の一面側に設けてある一例を説明した。しかしながら本発明は、この一例に限定されるものではない。千鳥状に配置された複数の繊維孔10が第2繊維材層7の一面側と他面側との両面側に設けてある両面構成を採用してもよい。第2繊維材層7dの一面側にある繊維孔10の一部に一方の第1繊維材層5cの短繊維6が入り込むだけでなく、第2繊維材層7dの他面側にある繊維孔10の一部に他方の第1繊維材層5cの短繊維6が入り込むことによって、第2繊維材層7を強く拘束でき、芯材3の引張強度を更に高めることができるからである。
 上述したような両面構成の場合、図10の繊維孔の半分を規則的な順序で入れ替える変更をおこなってもよい。また、一方または他方の表面側の繊維孔10と繊維突起11との比率を意図的に変更してもよい。例えば、複数の繊維孔10について、第1列目は第2繊維材層7の一面側に設け、第2列目は第2繊維材層7の他面側に設け、第3列目は第2繊維材層7の一面側に設け、この様式を繰り返しても良い。また、第1列目と第2列目とは一面側に設け、第3列目と第4列目とは他面側に設け、第5列目と第6列目とは一面側に設け、この様式を繰り返しても良い。また、複数の繊維孔10について、一行目は第2繊維材層7の一面側に設け、第2行目は第2繊維材層7の他面側に設け、第3行目は第2繊維材層7の一面側に設け、この様式を繰り返しても良い。また、第1行目と第2行目とは一面側に設け、第3行目と第4行目とは他面側に設け、第5行目と第6行目とは一面側に設け、この様式を繰り返しても良い。このような変更によって、芯材3に対する所望の引張強度を柔軟に実現できるようになる。
 実施の形態7.
 本発明の実施の形態7に係る真空断熱材1について説明する。図13は、本発明の実施の形態7に係る曲げ成形した真空断熱材1の断面模式図である。図14は、本発明の実施の形態7に係る真空断熱材1の芯材3が有する繊維孔10間隔を説明する説明図である。具体的には、第1繊維材層5と第2繊維材層7とを含む芯材3を備え、曲げ成形された真空断熱材1の積層断面図である。曲げ成形によって、芯材3は、軸短方向の円弧が軸長方向に連なる円弧形状を有する。図13に示す一例では、下部側の第2繊維材層7と上部側の第1繊維材層5とが積層してある。第2繊維材層7が位置する下部側が内周側となり、第1繊維材層5が位置する上部側が外周側となる様に、真空断熱材1は円弧形状に成形されている。つまり、第1繊維材層5は円弧形状の外周側に位置し、第2繊維材層7は円弧形状の内周側に位置する。実施の形態7に係る真空断熱材1におけるその他の構成は、実施の形態2に係る真空断熱材1と同様である。
 真空断熱材を円弧形状に成形した場合、真空断熱材1の外側(外周側)と内側(内周側)との間に周長差が生じる。この周長差を吸収するために、外周側には引張応力が作用し、内周側には圧縮応力が作用する。外周側においては、捲縮性のある短繊維6で構成された第1繊維材層が配置してある。そのため、発生した引張応力を利用して短繊維6を引き延ばす方向に作用させ、単繊維の捲縮性を緩和させることができる。一方、内周側においては、円弧形状の径方向に延設された厚み繊維束9を備える第2繊維材層7が配置してある。そのため、発生した圧縮応力について厚み繊維束9を基点として周方向に作用させ、芯材3を曲げやすくすることができる。
 圧縮応力の作用によって芯材3に深いシワが発生した場合、多数の短繊維6が真空断熱材1の厚さ方向に向く虞がある。多数の短繊維6が真空断熱材1の厚さ方向に向いた場合、厚さ方向に向いた多数の短繊維6を介して熱が真空断熱材1の厚さ方向に伝達されやすくなり、真空断熱材1の断熱性能が低下し得る。実施の形態7に係る真空断熱材1では、外周側に第1繊維材層を設けて内周側に第2繊維材層を設けることによって、芯材3における深いシワ発生を抑制することができ、深いシワ発生に伴う断熱性能低下を回避することができる。また、繊維孔10が内周側に位置する構成となるため、繊維孔10を用いて圧縮応力を更に吸収することができる。したがって、実施の形態7に係る真空断熱材1では、曲げ加工等の成形に対しても、高い断熱性能と信頼性とを備えた真空断熱材1を提供することが可能となる。
 本発明の実施の形態7に係る真空断熱材1では、円弧形状の横幅Rよりも縦幅Pの間隔が広くなるように複数の繊維孔10が配置してある。また、間隔の狭い横幅Rの横幅方向が円弧形状の周方向に沿うように配置してある。つまり、円弧形状の軸長方向と比較し、周方向により多くの厚み繊維束9が配置してある。そのため、実施の形態7に係る真空断熱材1では、円弧形状の曲率半径を小さくした場合においても、多くの厚み繊維束9が曲げの基点として機能し得る。したがって、より多くの厚み繊維束9が円弧形状の軸長方向に配置してある真空断熱材と比較し、より曲線に近い円弧が実現できることから、曲げ成形が容易になる。さらに、加工精度が向上することから、より高い断熱性能が実現できる。
 実施の形態8.
 本発明の実施の形態8に係る真空断熱材1について説明する。より具体的には、実施の形態8に係る真空断熱材1の製造方法について説明する。実施の形態8に係る真空断熱材1は、図5に示した第2繊維材層7を有しており、図4で示すように厚み繊維束9の縦方向間隔をRmm、横方向間隔をPmmとしてある。その他の構成については、実施の形態1と同様である。
 図15は、実施の形態8に係る真空断熱材1の第2繊維材層7を製作する方法を説明する説明図である。第2繊維材層7は、例えばコンベヤ12による連続設備を用いて、第2繊維材層7の結束処理等の工程が施される。図15において、MDはコンベヤ進行方向を示しており、TDはコンベヤ進行直角方向を示している。また図15において、MDが付された両矢印は、コンベヤ進行方向における厚み繊維束9の間隔R(mm)を示しており、TDが付された両矢印は、コンベヤ進行直角方向における厚み繊維束9の間隔P(mm)を示している。
 厚み繊維束9を設けるに際して、コンベヤ等の連続設備を用い第2繊維材層7を連続的に移動させるためには、第2繊維材層7自体に十分な引張強度が求められる。実施の形態8に係る真空断熱材1では、R<Pとしてある。そのため、コンベヤ等の連続設備に対する最低限の引張強度を確保しつつ、厚み繊維束9の全体数を可及的に削減することができる。したがって、第2繊維材層を構成する厚み繊維束9の単位面積当たりの数量を減少させることが可能となり、真空断熱材の高性能化を図り得る。
<真空断熱材の解析および性能評価>
 厚み繊維束9が多い場合、厚み繊維束9を通じて伝熱が促進されることによって断熱性能が悪化する虞がある。そこで、実施の形態8に係る真空断熱材1を用い、厚み繊維束9と断熱性能との関係を考慮し、モデル解析によって真空断熱材の性能予測計算を試みた。MDの間隔はR=3mmとして、Pをパラメータとして調べ、第2繊維材層の厚みt(mm)との関係で整理した結果、P/t≧0.4とすることで、熱伝導率性能の悪化が半減し、0.7以上で厚み繊維束9による熱伝導率への悪化影響が5%程度と、殆ど見られなくなった。さらに、試作によって、繊維結束の範囲について確認試験を実施した結果、R/tが約3を超えた場合、繊維がバラバラになり、結束できなかった。モデル解析の結果を考慮した場合、第2繊維材層におけるR/tを0.4≦R/t≦3とする構成が好ましい。また、R/tを0.7≦R/t≦3とする構成が更に好ましい。
 上述したように、また、モデル解析および実験で示したように、本発明に係る真空断熱材1は、真空断熱材1の信頼性を維持しつつも、第2繊維材層を構成する厚み繊維束9の単位面積当たりの数量を減少させることが可能である。したがって、真空断熱材1の高性能化を図ることが可能となる。
 本発明は、以上のように説明し且つ記述した特定の詳細、および代表的な実施の形態に限定されるものではない。当業者によって容易に導き出すことのできる変形例、および効果も発明に含まれる。したがって、特許請求項の範囲、およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
 1 真空断熱材、2 繊維材層、3 芯材、4 外被材、4a 外被材シート、4b 外被材シート、5 第1繊維材層、5a 第1繊維材層、5b 第1繊維材層、5c 第1繊維材層、6 短繊維、7 第2繊維材層、7a 第2繊維材層、7b 第2繊維材層、7c 第2繊維材層、7d 第2繊維材層、8 長繊維、9 厚み繊維束、10 繊維孔、11 繊維突起

Claims (11)

  1.  芯材の一面側から他面側へ向かう厚さ方向の熱移動を抑制する真空断熱材において、
     前記芯材は、第1繊維材層と第2繊維材層とを備え、
     前記第1繊維材層は、前記厚さ方向に積層した複数の短繊維を備え、
     前記第2繊維材層は、
      前記厚さ方向に積層した複数の長繊維と、
      前記厚さ方向に延設してあり、それぞれが前記複数の長繊維を結束する複数の厚み繊維束とを備え、
     前記複数の長繊維は、前記複数の短繊維よりも長さが長い
     ことを特徴とする真空断熱材。
  2.  各厚み繊維束は、開口してある繊維孔を第2繊維材層の一面側または他面側に備える
     ことを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
  3.  前記第1繊維材層と前記第2繊維材層とは接触しており、
     前記複数の短繊維の一部が前記繊維孔に挿設してある
     ことを特徴とする請求項2に記載の真空断熱材。
  4.  各厚み繊維束は、前記第2繊維材層から突出する繊維突起を第2繊維材層の一面側または他面側に備える
     ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の真空断熱材。
  5.  前記繊維突起は、前記第1繊維材層の内部に突出する
     ことを特徴とする請求項4に記載の真空断熱材。
  6.  前記厚さ方向における各厚み繊維束の長さは、前記厚さ方向における前記芯材の長さよりも短い
     ことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の真空断熱材。
  7.  前記複数の厚み繊維束は、前記厚さ方向とは異なる前記芯材の縦方向および横方向に向けて並設してあり、
     前記複数の厚み繊維束における前記縦方向の並設間隔は、前記複数の厚み繊維束における前記横方向の並設間隔よりも小さい
     ことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の真空断熱材。
  8. 前記縦方向および前記横方向に向けて並設してある前記複数の厚み繊維束は、前記第2繊維材層において千鳥配置してある
     ことを特徴とする請求項7に記載の真空断熱材。
  9.  前記芯材は、軸短方向の円弧が軸長方向に連なる円弧形状を有し、
     前記第1繊維材層は、前記円弧形状の外周側に位置し、
     前記第2繊維材層は、前記円弧形状の前記芯材の内周側に位置する
     ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の真空断熱材。
  10.  芯材の一面側から他面側へ向かう厚さ方向の熱移動を抑制する真空断熱材を製造する製造方法において、
     前記厚さ方向に積層した複数の短繊維を備える第1繊維材層を準備する第1準備工程と、
     前記厚さ方向に積層してあり前記複数の短繊維よりも長さが長い複数の長繊維を備える第2繊維材層を準備する第2準備工程と、
     前記厚さ方向に延びる複数の厚み繊維束を前記第2繊維材層に成形して前記複数の長繊維を結束する一体化工程とを備える
     ことを特徴とする製造方法。
  11.  前記一体化工程は、
      前記厚さ方向とは異なる前記芯材の縦方向および横方向のうちの前記縦方向に縦方向並設間隔を空けて、前記複数の厚み繊維束の一部を成形する縦方向並設工程と、
      前記横方向に前記縦方向並設間隔よりも大きい横方向並設間隔を空けて前記複数の厚み繊維束のいくつかを成形する横方向並設工程とを備える
     ことを特徴とする請求項10に記載の製造方法。
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