(57)【要約】【課題】取り扱い性、断熱性、耐クリープ性及び生産性に優れた真空断熱材及びこれを備えた断熱箱を提供する。【解決手段】ガスバリア性の外包材５内に芯材２を収容して密封し、外包材５内を減圧状態にした真空断熱材の芯材２を、連続した有機繊維をシート状に形成した１枚の有機繊維集合体で構成し、又はこの有機繊維集合体を積層して構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバリア性の外包材内に芯材を収容して密封し、該外包材内を減圧状態にした真空断熱材であって、
前記芯材を、連続した有機繊維をシート状に形成した１枚の有機繊維集合体で構成し、又は該有機繊維集合体を積層して構成したことを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
前記有機繊維集合体を収容した芯材の目付が９８ｇ／ｍ2以上であることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材。
【請求項３】
外箱と該外箱の内部に配設された内箱とを有し、前記外箱と内箱との間に形成された隙間内に請求項１又は２の真空断熱材を配置したことを特徴とする断熱箱。
【請求項４】
前記外箱と真空断熱材との間に非導電性のスペーサを介装したことを特徴とする請求項３記載の断熱箱。
【請求項５】
前記外箱と真空断熱材との間及び該真空断熱材と内箱との間の両者又はいずれか一方に断熱材を充填したことを特徴とする請求項３又は４記載の断熱箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材及びこれを備えた断熱箱に係り、特に、冷熱機器に適用して好適な真空断熱材及びこれを備えた断熱箱に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、断熱材として一般にウレタンが用いられていたが、昨今、ウレタンよりも断熱性能が優れた真空断熱材が、ウレタンと併用して使用されるようになった。このような真空断熱材は、冷蔵庫の他に、保温庫、車輌空調機、給湯器などの冷熱機器にも使用されている。
【０００３】
真空断熱材は、ガスバリア性（空気遮断性と同じ）のアルミニウム箔からなる外包材の中に、粉末、発泡体、繊維体などを芯材として挿入し、内部が数Ｐａの真空度に保たれているものである。
このような真空断熱材の断熱性能が低下する原因の一つとして、外部から侵入する空気・水の他に、芯材から発生するアウトガス、芯材そのものに存在する水分があるが、これらを吸着するために、外包材の中に吸着剤が挿入されている。
【０００４】
真空断熱材の芯材として、シリカなどの粉末、ウレタンなどの発泡体、ガラスなどの繊維体などがあるが、現状では断熱性の最も優れた繊維体が主流になっている。
繊維体には、大別して無機繊維と有機繊維の２種類があり、無機繊維には、ガラス繊維、炭素繊維などがある（例えば、特許文献１，８参照）。また有機繊維には、ポリスチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリ乳酸繊維、アラミド繊維、ＬＣＰ（液晶ポリマー）繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、セルローズ繊維などがある（例えば、特許文献２，７，９参照）。
【０００５】
また、繊維体の形状（形態）には、綿状のもの、シートを積層したものがあり（例えば、特許文献３，４参照）、また、シートを繊維の配向が交互になるように積層したものなどがある（例えば、特許文献５，６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−０２８７７６号公報（第２−３頁）
【特許文献２】特開２００２−１８８７９１号公報（第４−６頁、図１）
【特許文献３】特開２００５−３４４８３２号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献４】特開２００６−３０７９２４号公報（第５−６頁、図２）
【特許文献５】特開２００６−０１７１５１号公報（第３頁、図１）
【特許文献６】特公平７−１０３９５５号公報（第２頁、図２）
【特許文献７】特開２００６−２８３８１７号公報（第７−８頁）
【特許文献８】特開２００５−３４４８７０号公報（第７頁、図２）
【特許文献９】特開２００６−１５３１９９号公報（第３−４頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の真空断熱材は、一般にガラス繊維やポリエステル繊維が芯材として用いられているが、ガラス繊維は硬くて脆いため、真空断熱材の製造時に粉塵が飛び散って、作業者の皮膚や粘膜などに付着すると刺激を受けるおそれがあり、その取扱性、作業性が問題になっている。また、リサイクルの場面を考えた場合、例えば、冷蔵庫ではリサイクル工場で製品ごとに粉砕され、ガラス繊維はウレタン屑などに混ざってサーマルリサイクルに供されるが、燃焼効率が低下したり、残渣となったりするなど、リサイクル性が良くないという問題があった。
【０００８】
一方、ポリエステルなどの有機繊維は、取り扱い性、リサイクル性に優れているものの、断熱性能を表す指標である熱伝導率が０．００３０Ｗ／ｍＫ（特許文献７参照）であるのに対し、ガラス繊維は０．００１３Ｗ／ｍＫ（特許文献８参照）となっており、断熱性に劣るという問題があった。この場合、有機繊維の層を薄くして積層し、繊維の配向を伝熱方向と垂直にすることにより断熱性能を向上させることができるが、積層枚数が数百枚以上になるため、生産性が悪くなる。
【０００９】
また、真空断熱材の芯材としてポリエステルなどの有機繊維を用いると、経時的に大気圧を受けるためよりクリープし易くなる。そのため、冷蔵庫などに用いられることを想定すると、意匠面の凹凸や庫内の棚落ちなどの問題があるため、クリープの発生は好ましくない。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、取り扱い性、断熱性、耐クリープ性及び生産性に優れた真空断熱材及びこの真空断熱材を備えた断熱箱を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ガスバリア性の外包材内に芯材を収容して密封し、該外包材内を減圧状態にした真空断熱材であって、前記芯材を、連続した有機繊維をシート状に形成した１枚の有機繊維集合体で構成し、又は該有機繊維集合体を積層して構成したものである。
【００１２】
また、本発明に係る断熱箱は、外箱と該外箱の内部に配設された内箱とを有し、前記外箱と内箱との間に形成された隙間内に上記の真空断熱材を配置したものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、芯材を連続した有機繊維をシート状に形成した１枚の繊維集合体又はこの繊維集合体を積層して構成したので、断熱性、耐クリープ性及び生産性に優れた真空断熱材を得ることができる。
また、上記の真空断熱材を備えたので、リサイクル性に優れた断熱箱を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る真空断熱材の外観斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】図２の芯材の積層状態を示す説明図である。
【図４】真空断熱材の目付と断熱性能との相関図である。
【図５】長繊維の芯材と短繊維の芯材とからなる真空断熱材の目付と断熱性能との相関図である。
【図６】真空断熱材の目付と圧縮ひずみとの相関図である。
【図７】真空断熱材の断熱性能と圧縮ひずみとの相関図である。
【図８】真空断熱材の目付と繊維集合体の積層枚数との相関図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る断熱箱の模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る真空断熱材を示す図１及びこれを分解した図２において、真空断熱材１は、ポリエステルからなる連続した有機繊維（長繊維）をシート状に形成した集合体３（以下、繊維集合体という）からなる芯材２を、空気遮断性を有するガスバリア性容器５（以下、外包材という）内に収容し、外包材５を密封して内部を所定の真空度に減圧したものである。なお、芯材２は、１枚のシート状の繊維集合体３で構成してもよく、あるいは、図３に示すように、複数枚のシート状の繊維集合体３を積層して構成してもよい。４は芯材２内に配置又は埋設されて、ガスや水分を吸着するガス吸着剤である。
【００１６】
芯材２を構成する長繊維の繊維集合体３は、製造したい幅に対応して一列に並んだノズルから加熱溶融したポリエステル樹脂をコンベア上に吐出落下させ、コンベアを任意の速度で動かしながら巻き取って製造する。この場合、繊維集合体３の嵩密度を溶融樹脂の吐出量とコンベアの速度によって調整することにより、厚みの異なるシート状の繊維集合体３を得ることができる。
【００１７】
上記のようにして得られた繊維集合体３は、例えばＡ４サイズに裁断されて芯材２が構成される。この場合、１枚のシート状の繊維集合体３で芯材２を構成するか、複数枚のシート状の繊維集合体３を積層して芯材２を構成するかは、得られた繊維集合体３の厚みと、製造する真空断熱材１の厚みとを勘案して任意に設定すればよい。
【００１８】
上記の説明では、芯材２を構成する繊維集合体３の素材にポリエステルを用いた場合を示したが、これに限定するものではなく、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、アラミド、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などを用いてもよい。
ポリスチレンは剛性が高いので、外包材５により真空包装されて大気圧を受けたときの形状保持性がよく、空隙率を高めることができ、また、固体熱伝導が小さいので、真空断熱材の断熱性能を向上することができる。
【００１９】
ポリプロピレンは吸湿性が低いため、乾燥時間や真空引き時間を短縮できるため生産性を向上することができ、また、固体熱伝導が小さいので真空断熱材の断熱性の向上が期待できる。
また、ポリ乳酸は生分解性があるので、製品の使用後に解体、分別された芯材２は埋め立て処理を行うことができる。
また、アラミドやＬＣＰは剛性が高いので、真空包装されて大気圧を受けたときの形状保持性がよく、空隙率を高めることができるので断熱性能を向上させることができる。
【００２０】
真空断熱材１を構成する外包材５には、ナイロン（１５μｍ）、アルミ蒸着ＰＥＴ（１２μｍ）、アルミ箔（６μｍ）、高密度ポリエチレン（５０μｍ）で構成されるガスバリア性を有するプラスチックラミネートフィルムを使用した。その他にも、ポリプロピレン、ポリビニルアルコール、ポリプロピレンの構成などのアルミ箔を含まないラミネートフィルムを用いると、ヒートブリッジによる断熱性能の低下を抑制することができる。なお、重ね合わせた２枚のプラスチックラミネートフィルムの４辺のうち、３辺はシール包装機によってあらかじめヒートシールされて袋状に形成されている。
【００２１】
上記のような袋状の外包材５に開口部から芯材２を挿入し、残りの一辺の開口部を閉まらないように固定して、恒温槽により１００℃の温度下で半日（約１２時間）乾燥したのち、真空包装後の残存ガスや経時的に放出される芯材２からのアウトガス、外包材５のシール層を通して侵入する透過ガスを吸着するための、ガス吸着剤４を外包材５内に挿入し、柏木式真空包装機（ＮＰＣ社製、ＫＴ−６５０）により真空引きを行った。
真空引きは、チャンバー内真空度が１〜１０Ｐａ程度になるまで行い、そのままチャンバー内で外包材５の開口部をヒートシールして、板状の真空断熱材１を得た。
【００２２】
本実施の形態に係るシート状の繊維集合体３を芯材２とした真空断熱材１の仕様を表１に示す。表１において、実施例１，２及び比較例１〜３は、いずれもポリエステルを素材とする平均繊維径１３μｍの長繊維からなる厚みの異なる１枚の繊維集合体３をそれぞれ外包材５内に収容して真空断熱材１を構成したものである。
【００２３】
そして、平均繊維径はマイクロスコープを用いて測定した長繊維の１０か所の測定値の平均値とし、目付は１枚のシート状の繊維集合体３を外包材５内に収容して構成した真空断熱材１の単位面積当りの重量でそれぞれ計算した。なお、実施例では、平均繊維径が１３μｍのものを使用したが、断熱性能は繊維径が細い方がよく、理論的には、繊維径は１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
〈断熱性能〉
次に、本実施の形態に係る真空断熱材１の断熱性能について考察する。
先ず、表１の真空断熱材１のそれぞれにつき、熱伝導率計「ＡＵＴＯΛＨＣ−０７３（英弘精機（株）製）」を用いて、上温度３７．７℃、下温度１０．０℃の温度差における熱伝導率を測定した。なお、測定は、真空引き工程から１日経過後に行った。
【００２６】
図４は表１の真空断熱材１の目付と断熱性能との相関図である。
図４の縦軸の断熱性能比は、表１の実施例２に係る真空断熱材１の熱伝導率を、実施例１，２及び比較例１〜３の真空断熱材１の熱伝導率でそれぞれ除した数値（実施例１，２及び比較例１〜３の真空断熱材１の熱伝導率を、実施例２の真空断熱材１の熱伝導率を除した数値の逆数と同じ）で表わしたものである。
【００２７】
図から明らかなように、これら実施例１，２及び比較例１〜３の真空断熱材１は、目付９８ｇ／ｍ2を境に、９８ｇ／ｍ2より低いほど、及び９８ｇ／ｍ2より高いほど、断熱性能が高いことがわかる。
本実施の形態に係る真空断熱材１においては、目付が大きいほど芯材２の厚みが厚くなる。目付が９８ｇ／ｍ2より大きくなるにしたがって断熱性能が高くなるのは、シート状の芯材２が折れ曲りにくくなり、伝熱方向と垂直な方向に繊維が配向しやすくなったものと思われる。また、これは、連続した長繊維を用いたためにより配向し易くなったものと考えられる。
【００２８】
また、目付が９８ｇ／ｍ2より小さくなるにしたがって断熱性能が向上するのは、上記の影響よりも、シート状の繊維集合体３の厚みが薄く、伝熱方向と垂直に繊維が配向して断熱性能が高くなったものと思われる。
【００２９】
〈長繊維の芯材と短繊維の芯材との比較〉
次に、上記のように長繊維からなる繊維集合体３を芯材２とした真空断熱材１において、目付が９８ｇ／ｍ2以上で断熱性能が高いことを立証するために、平均繊維径１３μｍのポリプロピレン繊維を、例えば長さ５〜１０ｍｍ程度に切断した短繊維を芯材とした、表２に示すような仕様の真空断熱材を製作して比較例４，５とし、表１の長繊維の芯材２からなる真空断熱材１と比較した。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
図５は長繊維の芯材と短繊維の芯材とからなる真空断熱材の目付と断熱性能との関係を示す相関図である。
図５において、縦軸の断熱性能比は、図４の相関図の縦軸に、表１の実施例２の真空断熱材１の熱伝導率を、表２の比較例４，５の真空断熱材の熱伝導率で除した数値（比較例４，５の真空断熱材の熱伝導率を、実施例２の真空断熱材１の熱伝導率で除した数値の逆数と同じ）を加えたものである。
【００３２】
図５から明らかなように、短繊維を芯材とした真空断熱材よりも、長繊維からなる繊維集合体３を芯材２とした真空断熱材１の方が、断熱性能が高いことがわかる。
これは、短繊維を芯材とした真空断熱材は、繊維長が短かく傾きやすいため、高目付になるにしたがって繊維が伝熱方向に配向して、伝熱性能が悪くなるためである。
【００３３】
これに対して、芯材２を構成する繊維集合体３の繊維が長い真空断熱材１の場合は、繊維が伝熱方向と直角方向である面方向に配向し易く、これにより、断熱方向への真空断熱材１内の固定伝熱のパスが長くなることになり、断熱性能が高くなる。また、目付が高いことで真空断熱材１が折れ曲りにくくなり、伝熱方向と垂直な方向に繊維が配向しやすくなって、断熱性能が向上するものと考えられる。
【００３４】
〈圧縮ひずみの比較〉
次に、本発明に係る真空断熱材１の圧縮ひずみについて考察する。
先ず、前述の要領で表１の真空断熱材１を製作し、その厚みを測定した。ついで、６０℃の恒温槽に入れて１１時間加熱したのち、再度厚みを測定した。
【００３５】
図６は目付と圧縮ひずみとの相関図である。
ここに、圧縮ひずみ（ｔB−ｔA）／ｔA
但し：ｔA：加熱する前の真空断熱材１の厚み
ｔB：６０℃で１１時間加熱したのちの真空断熱材１の厚み
【００３６】
図６において、圧縮ひずみは、目付が９８ｇ／ｍ2に近づくにしたがって急速に減少し、９８ｇ／ｍ2を超えるとほとんど変化しないことがわかる（圧縮ひずみの値は、低いほどよい）。
これは、目付が低い方が繊維集合体３が薄いので、剛性が保ちにくくなるためと思われる。逆に目付が９８ｇ／ｍ2を超えると、繊維集合体３が厚くなって剛性が高くなるためと考えられる。
【００３７】
図７は表１の実施例１，２と比較例１〜３の真空断熱材１のデータに基づいた断熱性能と圧縮ひずみとの相関図である。なお、図中の数字は目付を示す。
図から明らかなように、同じ圧縮性能で比較すると、目付が９８ｇ／ｍ2未満である比較例１〜３の真空断熱材１よりも、目付が９８ｇ／ｍ2以上である実施例１，２の真空断熱材１の方が、圧縮ひずみが低いことがわかる。
【００３８】
〈目付と繊維集合体の積層枚数〉
図８は表１の実施例１の真空断熱材１において、目付と繊維集合体３の積層枚数（真空断熱材１の厚みが１０ｍｍの場合）との相関図である。
図から明らかなように、目付が高いほど繊維集合体３の積層枚数が低くなっている。つまり、目付が高ければ繊維集合体３の積層枚数が少ないため、生産性に優れた真空断熱材１を得ることができるので、繊維の傾きが小さい目付が９８ｇ／ｍ2以上の厚い繊維集合体３であることが望ましい。なお、繊維集合体３の積層枚数の上限値については特に記載しないが、繊維集合体３が１枚で済むような目付の真空断熱材１が好ましい（生産中に積層工程を省略できるため）。
【００３９】
以上の結果、本発明に係る真空断熱材１は、断熱性、耐クリープ性（ひずみが小さい）、生産性の観点から、芯材２として、目付が９８ｇ／ｍ2以上の繊維集合体３を用いることが望ましいことがわかった。
よって、本発明によれば、断熱性、耐クリープ性及び生産性に優れた真空断熱材１を得ることができる。
【００４０】
［実施の形態２］
図９は本発明の実施の形態２に係る断熱箱の説明図で、冷蔵庫を模式的に示してある。
冷蔵庫１０は塗装鋼板からなる外箱１１と、外箱１１の内側に隙間を隔てて設置された樹脂成形品からなる内箱１２とを有し、外箱１１と内箱１２との間に形成された隙間内には後述の断熱壁１３が設けられている。そして、内箱１２内には冷気を供給する冷凍ユニット（図示せず）が設けられており、また、外箱１１と内箱１２には、共通する面にそれぞれ開口部が形成され、これら開口部には開閉扉が設けられている（共に図示せず）。
【００４１】
冷蔵庫１０の外箱１１と内箱１２との間の隙間には、実施の形態１に係る真空断熱材１（誇張して示してある）が配設されてポリウレタンフォーム１５が充填され、断熱壁１３を形成するようになっている。しかしながら、真空断熱材１の外包材５はアルミ箔を含んでいるため、外箱１１との間にこのアルミ箔を通って熱が回り込むヒートブリッジを生じるおそれがある。
【００４２】
そこで、このようなヒートブリッジの発生を防止するために、真空断熱材１は、非導電性である樹脂成形品のスペーサ１４を用いて、外箱１１から離して配設されている。なお、スペーサ１４は、後工程で外箱１１と内箱１２との間の隙間に注入されるポリウレタンフォーム１５にボイドが残らないように、流動を阻害しないための孔が適宜設けられている。
【００４３】
このように、本実施の形態に係る冷蔵庫１０は、外箱１１と内箱１２との間に、実施の形態１に係る真空断熱材１、スペーサ１４及びポリウレタンフォーム１５からなる断熱壁１３が形成されている。なお、断熱壁１３が設けられる範囲は限定するものではなく、外箱１１と内箱１２との間に形成された隙間の全範囲、あるいはその一部であってもよい。さらに、外箱１１と真空断熱材１との間及び内箱１２と真空断熱材１との間の両者又はいずれか一方に設けてもよい。また、開口部の開閉扉内に設けてもよい。
【００４４】
ところで、冷蔵庫は、使用済みとなった場合、家電リサイクル法に基づき、各地のリサイクルセンターで解体され、リサイクルされる。このとき、本発明に係る冷蔵庫１０は、繊維集合体３からなる芯材２を内蔵する真空断熱材１を有するため、真空断熱材１を取り外すことなく破砕処理を行うことができ、サーマルサイクルに際して燃焼効率を下げたり、残渣となったりすることがないので、リサイクル性がよい。
【００４５】
これに対して、断熱壁に真空断熱材を配設した冷蔵庫において、前述のようにその芯材が無機粉末の場合は、リサイクルの際に無機粉末が飛散してしまうため箱体のままでは破砕処理が行えないので、大変な手間をかけて冷蔵庫から真空断熱材を取り外さなければならなかった。
また、芯材がガラス繊維である真空断熱材の場合は、箱体のままで破砕処理を行えるものの、破砕後のガラス繊維がポリウレタンフォームに混ってサーマルサイクルに供されるため、燃焼効率を低下させたり燃焼後の残渣になったりするので、リサイクル性に問題があった。
【００４６】
上記の説明では、本発明に係る真空断熱材１を断熱箱の一例として冷蔵庫に用いた場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、保温庫、車輌空調機、給湯器などの冷熱機器又は温熱機器、さらには、所定の形状を備えた箱体に代えて、変形自在な外袋及び内袋を備えた断熱袋（断熱容器）にも、本発明に係る真空断熱材１を用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  真空断熱材、２  芯材、３  繊維集合体、５  外包材、１０  冷蔵庫（断熱箱）、１１  外箱、１２  内箱、１３  断熱壁、１４  スペーサ、１５  ポリウレタンフォーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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