(57)【要約】  【課題】真空包装時に加わる大気圧による芯材の圧縮を抑制し、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得る。  【解決手段】ガラス繊維１からなる芯材３と外被材とを備え、芯材３のガラス繊維１の引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きくなっている。引張り破断強度または引張り弾性率が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。曲げ弾性率が大きくなっていることにより、繊維が曲がりにくくなり、繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。従って、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維からなる芯材と、ラミネートフィルムからなる外被材とを備え、前記芯材を前記ラミネートフィルムで覆い内部を減圧後に封止してなり、前記ガラス繊維は、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されているため、芯材が大気圧によって厚さ方向に圧縮されにくい真空断熱材。
【請求項２】
ガラス繊維が加圧により破断されにくい請求項１に記載の真空断熱材。
【請求項３】
ガラス繊維が急冷により強化されている請求項１または２に記載の真空断熱材。
【請求項４】
ガラス繊維がイオン交換により強化されている請求項１または２に記載の真空断熱材。
【請求項５】
ガラス繊維がフッ化水素酸処理により強化されている請求項１または２に記載の真空断熱材。
【請求項６】
真空断熱材の芯材部の密度が３００ｋg／ｍ3以上になるように前記真空断熱材を圧縮し、前記真空断熱材を解体して取り出した芯材の伝熱方向に対して垂直な方向の引張り破断強度が、前記真空断熱材圧縮時の芯材断面積から計算して７００ｋＰａ以上となる請求項１から５のいずれか一項に記載の真空断熱材。
【請求項７】
真空断熱材の芯材部の密度が３００ｋｇ／ｍ3以上かつ３５０ｋｇ／ｍ3以下になるように前記真空断熱材を圧縮し、前記真空断熱材を１３３Ｐａ以下の雰囲気に放置した後、前記真空断熱材を大気圧下に放置した芯材部の厚さが、圧縮後の芯材部の厚さに比較して１０％以上厚い請求項１から６のいずれか一項に記載の真空断熱材。
【請求項８】
芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、
前記芯材が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材。
【請求項９】
芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、
前記芯材が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材。
【請求項１０】
前記圧縮応力層が風冷強化法により形成された請求項９記載の真空断熱材。
【請求項１１】
前記圧縮応力層がイオン交換法により形成された請求項９記載の真空断熱材。
【請求項１２】
芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、
前記芯材が、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材。
【請求項１３】
前記ガラス繊維の表面の前記グリフィスクラックが、フッ化水素酸処理により除去された請求項１２記載の真空断熱材。
【請求項１４】
前記芯材が、結着材を含まない請求項８から１３のいずれか一項に記載の真空断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材に係わり、詳しくは芯材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空断熱材用の芯材には、熱伝導率が小さくガス発生が少ない無機物が用いられており、特にガラス繊維を積層して得られた芯材を用いた真空断熱材は、優れた断熱性能を有している（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来の真空断熱材の芯材の側視拡大図を示すものである。図７に示すように、無機繊維１が、伝熱方向と垂直方向および伝熱方向と平行方向に配置されている。
【０００４】
以上のように構成された従来の真空断熱材について、以下その動作を説明する。伝熱方向と垂直方向に配置された繊維同士は点で接触しているため、これらの繊維による固体成分の熱伝導は小さい。伝熱方向と垂直方向の繊維のみでは圧力に対して弱いため、真空包装時に働く大気圧により圧縮されてしまう。しかし、伝熱方向と平行方向の繊維により、真空包装時の大気圧に対する耐久性が確保されている。
【特許文献１】特開昭６０−２０８６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構成では、伝熱方向に平行な繊維は熱を伝えやすいため、固体成分の熱伝導が大きくなるという課題があった。
【０００６】
一方、伝熱方向に対して垂直方向の繊維のみで構成された芯材では、以下に示す要因により固体成分の熱伝導が増加する。
【０００７】
引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が弱い繊維は、引張り力により破断しやすく、横方向から働く力により屈曲しやすい。従って、大気圧による圧縮力により芯材内部に生じる力により破断や大きな屈曲が生ずる。
【０００８】
ガラス繊維には外被材を介して圧縮力が加えられる。芯材内部の繊維は絡み合っているため、周囲の繊維による圧縮力で複数の点が固定され、それらの点が離れる方向に力が加わると引張り力となる。この引張り力が繊維の引張り破断強度を上回ると繊維が破断する。
【０００９】
繊維が破断すると、この繊維の存在により保持されていた空間が無くなり、接触していなかった繊維同士が接触することにより熱が伝わりやすくなる。さらに、繊維の破断部が付近の繊維と接触することによっても熱が伝わりやすくなる。
【００１０】
また、圧縮力により繊維の長さ方向の垂直方向に力が働くと屈曲し、曲げ弾性率が小さいために屈曲が大きい。繊維同士が離れている場合は、屈曲することにより近くなり、屈曲が大きい場合は接触するため熱が伝わりやすくなる。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、伝熱方向と平行方向の繊維が要因となる固体成分の熱伝導を抑制し、さらに、大気圧により圧縮されにくい真空断熱材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記従来の課題を解決するため、本発明の真空断熱材は、ガラス繊維の引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きい繊維を伝熱方向と垂直方向に積層することにより作製された芯材を真空包装することにより作製したものである。
【００１３】
引張り破断強度または引張り弾性率が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。曲げ弾性率が大きくなっていることにより、繊維が曲がりにくくなり、繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。従って、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の真空断熱材は、同一の熱伝導率を有するガラスを用いて作製された芯材を用いて作製した真空断熱材に比較して、より優れた断熱性能を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、ガラス繊維からなる芯材と、ラミネートフィルムからなる外被材を備え、前記芯材を前記ラミネートフィルムで覆い内部を減圧後に封止してなり、前記ガラス繊維は、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されているため、芯材が大気圧によって圧縮されにくい真空断熱材である。
【００１６】
ガラス繊維の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維の距離が小さくても接触しにくくなる。
【００１７】
従って、ガラス繊維が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材が圧縮されにくく、芯材中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００１８】
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。
【００１９】
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。ガラス表面に圧縮応力を付与するためには、主に焼き入れする方法とイオン交換による方法がある。焼き入れする方法は、加熱されたガラスに空気を吹き付けることによりなされる。イオン交換はガラス中のＮａイオンをＫイオンで交換することにより行われる。
【００２０】
ガラス繊維も同様の方法で強化することができる。ガラス繊維の焼入れは、溶融状態で繊維化装置からと出され、冷却前の繊維に冷却エアーを吹き付けることにより急冷することが有効である。
【００２１】
表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなるため、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによっても強度を大きくすることができる。
【００２２】
ガラス繊維の機械的強度を大きくする方法は以上に挙げたものに限定するものではない。
【００２３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ガラス繊維が加圧により破断されにくい真空断熱材である。
【００２４】
ガラス繊維が加圧により破断されにくいということは、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているということになり、繊維長が長いと、繊維付近の空間が保持されることにより、芯材全体の熱伝導率が小さくなる。従って、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ガラス繊維が急冷により強化されている真空断熱材である。
【００２６】
ガラス繊維の急冷は溶融状態で繊維化直後のガラスに冷却気体を吹き付けることにより容易になされるため、繊維の引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きな芯材が得られ、低コストで固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００２７】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明においてガラス繊維がイオン交換により強化されている真空断熱材である。
【００２８】
イオン交換によるガラスの強化を行うと、急冷により強化を行ったガラスより引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが大きなガラス繊維が得られる。従って、この繊維を芯材に用いることにより、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明においてガラス繊維がフッ化水素酸により処理されることにより強化されている真空断熱材である。
【００３０】
ガラス繊維がフッ化水素酸で強化されると表面のグリフィスクラックが除去されるため、理論強度に近い強度を有するガラス繊維を得ることができる。従って、この繊維を芯材に用いることにより、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００３１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５に記載の発明において、真空断熱材の芯材部の密度が３００ｋg／ｍ3以上になるように前記真空断熱材を圧縮し、前記真空断熱材を解体して取り出した芯材の伝熱方向に対して垂直な方向の引張り破断強度が、前記真空断熱材圧縮時の芯材断面積から計算して７００ｋＰａ以上となるものである。
【００３２】
芯材の引張り破断強度はガラス繊維の引張り破断強度に起因している。芯材の引張り破断強度が７００ｋＰａ以上の芯材では芯材中の空間が保持され、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００３３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から５に記載の発明において真空断熱材の芯材部の密度が３００ｋｇ／ｍ3以上かつ３５０ｋｇ／ｍ3以下になるように前記真空断熱材を圧縮し、前記真空断熱材を１３３Ｐａ以下の雰囲気に放置した後、前記真空断熱材を大気圧下に放置した芯材部の厚さが、圧縮後の芯材部の厚さに比較して１０％以上厚いものである。
【００３４】
圧縮された芯材に加わる圧力が除去されると密度が低減する。従って、一旦真空断熱材として作製されたものを解体し、再利用を行っても固体成分の熱伝導に与える影響が少なく、芯材の再利用を行っても固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００３５】
請求項８に記載の発明は、芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、前記芯材が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材である。
【００３６】
ガラス繊維の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維の距離が小さくても接触しにくくなる。
【００３７】
従って、ガラス繊維が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材が圧縮されにくく、芯材中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材を得ることができる。
【００３８】
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。
【００３９】
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。ガラス表面に圧縮応力を付与するためには、主に焼き入れする方法（加熱急冷法または風冷強化法と呼ばれる）とイオン交換による方法（イオン交換法または化学強化法と呼ばれる）がある。焼き入れする方法は、加熱されたガラスに空気を吹き付けることによりなされる。イオン交換はガラス中のＮａイオンをＫイオンで交換することにより行われる。
【００４０】
ガラス繊維も同様の方法で強化することができる。ガラス繊維の焼入れは、溶融状態で繊維化装置からと出され、冷却前の繊維に冷却エアーを吹き付けることにより急冷することが有効である。
【００４１】
表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなるため、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによっても強度を大きくすることができる。
【００４２】
ガラス繊維の機械的強度を大きくする方法は以上に挙げたものに限定するものではない。
【００４３】
請求項９に記載の発明は、芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、前記芯材が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材である。
【００４４】
表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維は、表面に圧縮応力層が形成されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が強化されており、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
【００４５】
したがって、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材は、表面に圧縮応力層が形成されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材の空隙率が高く、ガラス繊維を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
【００４６】
請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記圧縮応力層が、風冷強化法により形成されたものであり、焼き入れする方法（加熱急冷法または風冷強化法）、すなわち、溶融状態で繊維化直後のガラス繊維に冷却気体を吹き付けて急冷して、表面層と内部で密度差をつけることにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維を得ることができる。
【００４７】
請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の発明における前記圧縮応力層が、イオン交換法により形成されたものであり、イオン交換による方法（イオン交換法または化学強化法）、すなわち、Ｎａイオンを含有したガラス繊維を、Ｋイオンを含有した水溶液に浸けて、ガラス繊維中のＮａイオンを、Ｎａイオンより大きいＫイオンで交換することにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維を得ることができる。
【００４８】
請求項１２に記載の発明は、芯材をガスバリア性の外被材で覆い、前記外被材の内部を減圧密封してなる真空断熱材であって、前記芯材が、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材である。
【００４９】
通常のガラス繊維は、表面にグリフィスクラックが存在する。そのため、ガラス繊維に力が加わると、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中して、グリフィスクラックを起点として破断しやすい。
【００５０】
ガラス繊維の表面のグリフィスクラックは、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって除去することが可能であり、ガラス繊維の表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなり、理論強度に近い強度を有するガラス繊維を得ることができる。
【００５１】
表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維は、表面のグリフィスクラックが除去されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
【００５２】
したがって、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材は、表面のグリフィスクラックが除去されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材の空隙率が高く、ガラス繊維を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
【００５３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２記載の発明における前記ガラス繊維の表面の前記グリフィスクラックが、フッ化水素酸処理により除去されたものであり、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって、表面のグリフィスクラックが除去され、機械的強度が大きくなったガラス繊維を得ることができる。
【００５４】
請求項１４に記載の発明は、請求項８から１３のいずれか一項に記載の発明における前記芯材が、結着材を含まないものである。
【００５５】
ガラス繊維は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
【００５６】
したがって、請求項８から１３のいずれか一項に記載の発明において、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
【００５７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態で説明する熱伝導の機構は、芯材を構成する繊維を熱が伝わる過程を模式的に示したものである。なお、こ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。
【００５８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図である。図２は同実施の形態における真空断熱材の芯材の断面を示す模式図である。図３は同実施の形態における真空断熱材の真空包装後の芯材の断面を示す模式図である。図４は同実施の形態における引張り強度測定試験片の断面を示す模式図である。
【００５９】
図１において、真空断熱材２は、芯材３と外被材４と吸着剤５から構成されている。図２から図３において、芯材３は、芯材断面に略平行に配置したガラス繊維１ａと、芯材断面に略垂直に配置したガラス繊維１ｂとからなる。図４は、試験片断面に略平行に配置したガラス繊維１ａと、試験片断面に略垂直に配置したガラス繊維１ｂを示している。
【００６０】
なお、以降の説明において、配置方向を特定しないガラス繊維については、ガラス繊維に符号１を付けて説明する。
【００６１】
芯材３は、ガラス繊維１を成形し板状にしたものであり、外被材４は、シーラント層として直鎖型低密度ポリエチレン、金属箔にアルミニウム、最外層にナイロンを用いて構成されているラミネートフィルムである。吸着剤５は酸化カルシウムである。
【００６２】
芯材３を構成しているガラス繊維１は、ガラスを繊維化する工程において、繊維化装置からと出され、軟化点付近の温度である７００℃の状態の繊維を空気で急冷することによる焼き入れがなされている。
【００６３】
従って、曲げ弾性率と引張り破断強度が大きくなっている。このようにして作製した繊維を積層したグラスウールを芯材３作製の原綿とした。芯材３はガラス繊維を加熱しながら圧縮することにより成形し作製した。
【００６４】
このようにして作製した芯材３を、吸着剤５と共に、予め３方シールにより製袋した外被材４に挿入後、１３Ｐａまで減圧後封止し、真空断熱材２を作製した。図３に示されているように、断面に略平行を向いたガラス繊維１ａは、断面に略垂直を向いたガラス繊維１ｂのみを通して接触している。
【００６５】
外被材４に大気圧が加わるため、芯材３は外被材４より圧縮力を受けるため、断面に略平行を向いたガラス繊維１ａは、断面に略垂直を向いたガラス繊維１ｂにより距離が縮まる方向に屈曲する。ここで、ガラス繊維１の曲げ弾性率が大きいため屈曲が小さく、屈曲したガラス繊維１の他のガラス繊維１との接触が抑制される。
【００６６】
また、大気圧により、芯材３内部で絡み合った繊維に引張り力が生じる。引張り破断強度または引張り弾性率が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。
【００６７】
冷却を行う空気の温度を−１０℃として作製した真空断熱材の評価を行った。
【００６８】
熱伝導率は０．００１５Ｗ／ｍＫであった。これは、芯材３内部での繊維同士の接触が抑制されているため固体成分の熱伝導が小さくなっているためである。
【００６９】
芯材３の引張り破断強度は、８００ｋＰａであった。これは、ガラス繊維１の引張り破断強度が大きくなることにより、ガラス繊維１の集合体である芯材３の引張り破断強度が大きくなっているためである。
【００７０】
試験片の長辺方向に対して引張り力を加えるように、引張り試験装置に取り付け、試験片と試験装置の固定部の距離が大きくなるようにして測定した。
【００７１】
図４に示されているように、試験片には断面方向と略平行の繊維が存在し、これらが引っ張られることにより破断する力の総和が、芯材３の引張り破断強度となる。繊維の集合体である芯材３を引っ張ると繊維が破断することにより芯材３が破断する場合と、繊維が抜けることにより破断する場合がある。
【００７２】
繊維が抜けるための力は、繊維が破断するための力より小さい。このため、繊維が抜けることによる芯材３の破断に必要な力は、繊維が破断することによる芯材３の破断に必要な力より小さい。
【００７３】
従って、繊維が抜けることにより破断した場合は、芯材３の引張り破断強度を小さくも見積もることになる。芯材３の引張り強度を正確に測定するため、引張り試験装置と芯材３の固定条件を最適化して測定して得られた最大の値を芯材３の引張り破断強度とする。
【００７４】
芯材３作製前のグラスウールを構成している繊維の平均繊維長は５３ｍｍであった。これは、急冷を行っているため繊維の引張り破断強度が大きくなっているためである。
【００７５】
芯材３の圧縮後の復元率は２９．５％であった。これは、芯材３を構成するガラス繊維１の曲げ弾性率が大きいため、繊維の集合体である芯材３は圧縮されても復元しやすくなっているためである。圧縮率の測定は以下のように行った。
【００７６】
芯材３は圧縮を行った後、真空チャンバー内に設置し、チャンバー圧を１３Ｐａまで減少させ１分間放置した。チャンバー内圧が低いため、真空断熱材２の芯材３部は、真空断熱材２を解体した場合と同様に、圧力が加わっていない状態になる。従って、芯材３の繊維の曲げ弾性率により厚さが復元する。チャンバーを大気圧に戻した後に取り出した。取り出された真空断熱材２の芯材３は、チャンバーに設置前より厚くなっている。
【００７７】
本実施の形態の真空断熱材２は、芯材３をガスバリア性の外被材４で覆い、外被材４の内部を減圧密封してなる真空断熱材２であって、芯材３が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材２である。
【００７８】
ガラス繊維１の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材３中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維１に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維１が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維１の距離が小さくても接触しにくくなる。
【００７９】
従って、ガラス繊維１が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材３としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材３が圧縮されにくく、芯材３中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材２を得ることができる。
【００８０】
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。
【００８１】
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。
【００８２】
ガラス繊維１の焼入れは、溶融状態で繊維化装置からと出され、冷却前の繊維に冷却エアーを吹き付けることにより急冷することが有効である。
【００８３】
また、本実施の形態の真空断熱材２は、芯材３をガスバリア性の外被材４で覆い、外被材４の内部を減圧密封してなる真空断熱材２であって、芯材３が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材２である。
【００８４】
表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維１は、表面に圧縮応力層が形成されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が強化されており、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
【００８５】
したがって、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材３は、表面に圧縮応力層が形成されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材３の空隙率が高く、ガラス繊維１を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材３の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材２を提供できる。
【００８６】
また、本実施の形態は、圧縮応力層を、風冷強化法により形成している。焼き入れする方法（加熱急冷法または風冷強化法）、すなわち、溶融状態で繊維化直後のガラス繊維に冷却気体を吹き付けて急冷して、表面層と内部で密度差をつけることにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維１を得ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態の芯材３は結着材を含まない。ガラス繊維１は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
【００８８】
したがって、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材３を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
【００８９】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における真空断熱材２の芯材３の断面を示す模式図である。
【００９０】
ガラス繊維１はイオン交換により、引張り破断強度と引張り弾性率を強化したものである。イオン交換を行うと、ガラス繊維１表面に圧縮応力が付与されたため引張り破断強度が非常に大きくなる。引張り破断強度が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。
【００９１】
従って、熱が伝わりやすくならず、低い熱伝導率を実現することができる。
【００９２】
熱伝導率は０．００１６Ｗ／ｍＫ、引張り破断強度は９００ｋＰａ、平均繊維長は２０ｍｍ、芯材３の圧縮後の復元率は２３．３％であった。
【００９３】
原綿から芯材３を作製する方法、外被材４の製袋方法等、真空断熱材２の作製方法および、各物性の測定方法は実施の形態１と同様である。
【００９４】
本実施の形態の真空断熱材２は、芯材３をガスバリア性の外被材４で覆い、外被材４の内部を減圧密封してなる真空断熱材２であって、芯材３が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材２である。
【００９５】
ガラス繊維１の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材３中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維１に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維１が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維１の距離が小さくても接触しにくくなる。
【００９６】
従って、ガラス繊維１が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材３としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材３が圧縮されにくく、芯材３中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材２を得ることができる。
【００９７】
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。
【００９８】
このため、ガラスの強化は予めガラスの表面に圧縮応力を付与することにより、引張り力に対する耐久性を向上させることによりなされる。
【００９９】
また、本実施の形態の真空断熱材２は、芯材３をガスバリア性の外被材４で覆い、外被材４の内部を減圧密封してなる真空断熱材２であって、芯材３が、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材２である。
【０１００】
表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維１は、表面に圧縮応力層が形成されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率が強化されており、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
【０１０１】
したがって、表面に圧縮応力層が形成されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材３は、表面に圧縮応力層が形成されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材３の空隙率が高く、ガラス繊維１を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材３の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材２を提供できる。
【０１０２】
また、本実施の形態は、圧縮応力層を、イオン交換法により形成されたものであり、イオン交換による方法（イオン交換法または化学強化法）、すなわち、Ｎａイオンを含有したガラス繊維を、Ｋイオンを含有した水溶液に浸けて、ガラス繊維中のＮａイオンを、Ｎａイオンより大きいＫイオンで交換することにより、表面に圧縮応力層が形成されて機械的強度が大きくなったガラス繊維１を得ることができる。
【０１０３】
また、本実施の形態の芯材３は結着材を含まない。ガラス繊維１は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
【０１０４】
したがって、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材３を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
【０１０５】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における真空断熱材２の芯材３の断面を示す模式図である。
【０１０６】
ガラス繊維１はフッ化水素酸により処理し、表面のグリフィスクラックを除去することにより引張り破断強度を強化したものである。表面のグリフィスクラックが除去されているため、ガラス繊維１の引張り破断強度は非常に大きくなる。引張り破断強度が大きくなっていることにより、大気圧により圧縮されても繊維が破断せず周囲の空間が保持され、周囲の繊維同士が接触しにくく、固体成分の熱伝導の増大が抑制される。従って、熱が伝わりやすくならず、低い熱伝導率を実現することができる。
【０１０７】
熱伝導率は０．００１５／ｍＫ、引張り破断強度は１０００ｋＰａ、平均繊維長は２０ｍｍ、芯材の圧縮後の復元率は２２．６％であった。繊維の表面からグリフィスクラックを取り除いているため、引張り破断強度が大きくなっている。
【０１０８】
原綿から芯材３を作製する方法、外被材４の製袋方法等、真空断熱材２の作製方法および、各物性の測定方法は実施の形態１と同等である。
【０１０９】
本実施の形態の真空断熱材２は、芯材３をガスバリア性の外被材４で覆い、外被材４の内部を減圧密封してなる真空断熱材２であって、芯材３が、引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率のいずれかが強化されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材２である。
【０１１０】
ガラス繊維１の引張り破断強度または引張り弾性率が大きいと、大気圧により芯材３中で絡み合った繊維に引張り力が加わっても破断しにくく、この繊維の存在により空間が保持される。曲げ弾性率が大きいと、大気圧によりガラス繊維１に加わる長さ方向と垂直方向の力によりガラス繊維１が屈曲させられにくい。屈曲が小さいため、屈曲していない場合のガラス繊維１の距離が小さくても接触しにくくなる。
【０１１１】
従って、ガラス繊維１が屈曲することによって熱が伝わるようになることを抑制できる。芯材３としては、真空包装した際に加わる大気圧によって芯材３が圧縮されにくく、芯材３中の空間を維持することにより熱が伝わりにくく、固体成分の熱伝導を低く抑えた真空断熱材２を得ることができる。
【０１１２】
ガラスの機械的強度は、表面に働く引張り力が支配的であり、引張り力が限界を超えた場合に破断する。ガラスは本来、機械的強度が非常に大きいが、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中することにより容易に破断するため通常のガラスは脆くなっており、これが原因で、ガラスの破壊では引張り力が支配的となっている。
【０１１３】
また、本実施の形態の真空断熱材２は、芯材３をガスバリア性の外被材４で覆い、外被材４の内部を減圧密封してなる真空断熱材２であって、芯材３が、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる真空断熱材２である。
【０１１４】
通常のガラス繊維は、表面にグリフィスクラックが存在する。そのため、ガラス繊維に力が加わると、表面に存在するグリフィスクラックに応力が集中して、グリフィスクラックを起点として破断しやすい。
【０１１５】
ガラス繊維の表面のグリフィスクラックは、ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって除去することが可能であり、ガラス繊維の表面からグリフィスクラックを除去すると機械的強度が大きくなり、理論強度に近い強度を有するガラス繊維を得ることができる。
【０１１６】
表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維１は、表面のグリフィスクラックが除去されていないガラス繊維に較べて、機械的強度が大きく、繊維の長さ方向に垂直な方向から力が加えられても、曲がりにくく、且つ、破断しにくい特性を有する。
【０１１７】
したがって、表面のグリフィスクラックが除去されたガラス繊維１を、伝熱方向に対して垂直方向に配向させ且つ伝熱方向に隣接する繊維同士が同一方向を向かないように積層して加熱加圧成形してなる芯材３は、表面のグリフィスクラックが除去されていない従来のガラス繊維を同様に成形してなる芯材よりも、加圧で圧縮されにくく、且つ、加圧されても、繊維長が長いままのガラス繊維が多く残っているため、芯材３の空隙率が高く、ガラス繊維１を伝わって熱が移動する道筋が少なく、芯材３の固体成分の熱伝導が小さい。そのため断熱性能に優れた真空断熱材２を提供できる。
【０１１８】
本実施の形態は、ガラス繊維の表面のグリフィスクラックを、フッ化水素酸処理により除去している。ガラス繊維をフッ化水素酸で処理することによって、表面のグリフィスクラックが除去され、機械的強度が大きくなったガラス繊維１を得ることができる。
【０１１９】
また、本実施の形態の芯材３は結着材を含まない。ガラス繊維１は、所定の加熱加圧条件下では、結着材を使わなくても成形することが可能であり、また、結着材を使って成形した場合よりも、隣接する繊維間を伝わる熱伝導を小さくすることが可能である。
【０１２０】
したがって、結着材を使わすに加熱加圧成形した芯材３を使用することにより、さらに断熱性能に優れた真空断熱材を提供できる。
【０１２１】
実施の形態１から３において、芯材３は成形の際に結着材を用いずに成形したものであるが、芯材３の成形方法はこれに限定するものではなく、有機、無機種々の結着材を用いて成形したものであっても良い。ただし、結着材を用いて成形した芯材は、結着材を用いずに成形した芯材よりも、隣接する繊維同士の接点が大きく、場合によっては多くなるため、熱伝導率は結着材を用いずに成形した芯材よりも悪くなる。
【０１２２】
また、繊維は、空冷による焼き入れ、イオン交換、フッ化水素酸による表面処理によって引張り破断強度、引張り弾性率、曲げ弾性率を強化しているが、繊維を強化する方法はこれらに限定するものではない。
【実施例】
【０１２３】
実施の形態において、ガラス繊維１を強化する条件を変えてガラス繊維１を強化した。各条件で強化を行ったガラス繊維１を芯材３の構成要素として用いた真空断熱材２の熱伝導率及び繊維、芯材３の物性の関係を実施例１から６として、さらに、２００℃で冷却を行ったガラス繊維および、強化を行っていないガラス繊維を芯材の構成要素として用いた真空断熱材の熱伝導率及び繊維、芯材の物性の関係を比較例１及び２として（表１）に示す。
【０１２４】
【表１】
2006161972.tif 000003
（表１）に示されているように、冷却を行う空気の温度が低くなるに従って熱伝導率が小さくなっている。
【０１２５】
これは、繊維の冷却温度が低くなるに従って、繊維の曲げ弾性率が大きくなることにより、芯材に大気圧が加わっても繊維が屈曲しにくくなるため、繊維同士が接触しにくくなるためである。
【０１２６】
芯材３を圧縮した後の復元率は、繊維の冷却温度が低くなるに従って大きくなっており、この結果からも冷却温度を低くすると繊維の曲げ弾性率が大きくなることが判る。
【０１２７】
さらに、イオン交換により表面に圧縮応力を付与した繊維及び、フッ化水素酸によりグリフィスクラックを除去した繊維を芯材に用いて作製した真空断熱材２の熱伝導率は小さくなっている。
【０１２８】
これは、イオン交換及びフッ化水素酸処理で繊維の引張り破断強度が大きくなり、繊維が破断しにくくなり、空間が保持されることにより熱が伝わりにくくなるためである。
【０１２９】
２００℃で冷却を行った繊維を芯材の構成要素として用いた真空断熱材の熱伝導率は、より低い冷却温度で冷却した場合に比較して大きくなっている。
【０１３０】
また、強化を行っていないガラス繊維を芯材の構成要素として用いた真空断熱材の熱伝導率も繊維を強化された場合に比較して熱伝導率が大きくなっている。
【０１３１】
これらは、繊維の曲げ弾性率と引張り破断強度が小さいため、大気圧が加わると繊維が大きく屈曲したり、破断したりして芯材内部の空間が保てないためである。
【０１３２】
以上の結果から、繊維の強度が大きくなると、芯材が大気圧で圧縮されにくくなり、内部の空間が保持されることにより、熱伝導率が低減することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
以上のように、本発明にかかる真空断熱材は優れた断熱性能を有しているので、より薄い厚さで高い断熱性能が得られる。従って、冷蔵庫、クーラーボックスなどの用途に加えて、液晶プロジェクター、コピー機、ノートパソコン等のようにより狭い空間で高い断熱性能が必要とされる用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における芯材の模式図
【図３】本発明の実施の形態１における真空包装後の芯材断面の模式図
【図４】本発明の実施の形態１における引張り強度測定試験片断面の模式図
【図５】本発明の実施の形態２における芯材断面の模式図
【図６】本発明の実施の形態３における芯材断面の模式図
【図７】従来の真空断熱材の芯材断面の断面図
【符号の説明】
【０１３５】
１    ガラス繊維
２    真空断熱材
３    芯材
４    外被材
【図１】
2006161972.tif 000004
【図２】
2006161972.tif 000005
【図３】
2006161972.tif 000006
【図４】
2006161972.tif 000007
【図５】
2006161972.tif 000008
【図６】
2006161972.tif 000009
【図７】
2006161972.tif 000010