(57)【要約】【課題】生産性が高くかつ断熱性能の高い繊維シートおよび真空断熱材を得ることを目的としている。【解決手段】熱可塑性繊維でシート状に形成した繊維シートが、離散的に配置され、貫通方向に熱可塑性繊維が熱融着された貫通熱融着部と、離散的に配置され、表面に平行な方向に表面の熱可塑性繊維が熱融着された表面熱融着部とを備えており、真空断熱材は、この繊維シートを積層した芯材とこの芯材を減圧密閉する外被材とを備えたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性繊維でシート状に形成された繊維シートにおいて、
離散的に配置され、貫通方向に前記熱可塑性繊維が熱融着された貫通熱融着部と、
離散的に配置され、表面に平行な方向に前記表面の前記熱可塑性繊維が熱融着された表面熱融着部と
を備えたことを特徴する繊維シート。
【請求項２】
離散的に配置された最近接の貫通熱融着部の間隔が３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の繊維シート。
【請求項３】
請求項１の繊維シートが積層された芯材と、
この芯材を減圧密閉する外被材と
を備えたことを特徴する真空断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、繊維シートを積層して構成された芯材を、ガスバリア性を有する外被材で覆い、内部を減圧して密閉した真空断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の真空断熱材においては、ポリエステル樹脂などの繊維からなる繊維シートを所定の厚みになるように積層して芯材を形成している。熱伝導率の低い素材を繊維シートとすることによって芯材の空隙率を高めるとともに、積層方向に対して直角方向に繊維を並行配置して繊維同士を点接触にすることによって伝熱抵抗を上げ、高い断熱性能を実現している。
【０００３】
このような繊維シートを積層した真空断熱材においては、繊維シート同士の接触面は、真空断熱材の厚さ方向（伝熱方向）に対して垂直方向になり、この接触面は厚さ方向に対する伝熱経路が少ないので、良好な断熱面となる。したがって、真空断熱材の厚みが一定であれば、積層する繊維シートの枚数が多いほうが断熱特性は向上する。
【０００４】
繊維シートは不織布と同じ製造方法などで作製されている。繊維シートにはある程度の引っ張り強度が必要であり、繊維シートの引っ張り強度が弱い場合、繊維シートをロール状に巻き取るときに繊維シートが切断されたり伸びたりして巻き取ることができない、あるいは巻き取る速度を速くできないという問題や、繊維シートの切断加工時に繊維シートが伸びて寸法精度が低下するという問題などが生じ、生産性を低下させる原因となる。
【０００５】
そこで、繊維シートに引っ張り強度を持たせるために、ニードルパンチ方式によって、フックの付いた多数の針をシートの平面に対して垂直に突き刺したり引き上げたりすることを繰り返し、繊維シート中の繊維同士をお互いに絡ませている。これにより、繊維シートに引っ張り強度を与えて生産時における取扱い性を改善している(例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−５７７９３号公報（４頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ニードルパンチ方式によって繊維シートに引っ張り強度を与えていた従来方法においては、芯材を構成する繊維シートの繊維の配向に対して垂直に繊維を絡ませるため、繊維径の細い繊維を用いて厚みの薄い繊維シートを作製する場合には繊維同士を絡めることが難しくなるという問題があった。そのため、生産性のために必要となる繊維シートの引っ張り強度を確保するためには、ある程度の厚みの繊維シートにするか、薄い繊維シートの場合は、ニードルパンチによって繊維同士を絡ませる箇所を多くする必要があった。
【０００８】
繊維シートが厚い場合、所定の厚さの真空断熱材の芯材における繊維シートの積層枚数が減ることになるため、断熱性能には限界がある。また、薄い繊維シートを用いる場合、所定の厚さの真空断熱材の芯材における繊維シートの積層枚数は多くなるが、繊維シートのニードルパンチによって繊維同士を絡ませる箇所が多くなり、この絡まされた繊維の長手方向が伝熱方向と同じ方向であることから、絡まされた繊維が伝熱方向の伝熱経路となって、断熱性能を高くできないという問題がある。したがって、従来のニードルパンチ方式による繊維シートで構成された真空断熱材では、繊維シートの高引っ張り強度と高断熱性能との間にトレードオフの関係があり、生産性と良好な断熱特性との両立が困難であるという問題があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、生産性が高くかつ断熱性能の高い繊維シートおよび真空断熱材を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係わる繊維シートは、熱可塑性繊維でシート状に形成した繊維シートであって、離散的に配置され、貫通方向に熱可塑性繊維が熱融着された貫通熱融着部と、離散的に配置され、表面に平行な方向に表面の熱可塑性繊維が熱融着された表面熱融着部とを備えたものである。
【００１１】
また、この発明に係わる真空断熱材は、上記の貫通熱融着部と表面熱融着部とを備えた繊維シートを積層した芯材とこの芯材を減圧密閉する外被材とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、熱可塑性繊維でシート状に形成した繊維シートに、離散的に配置され、貫通方向に熱可塑性繊維が熱融着された貫通熱融着部と、離散的に配置され、表面に平行な方向に表面の熱可塑性繊維が熱融着された表面熱融着部とを備えることにより、生産性が高くかつ断熱性能の高い繊維シートおよび真空断熱材を得ることを目的としている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による繊維シートの模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１による真空断熱材の模式図である。
【図３】この発明の実施の形態２による繊維シートの特性図である。
【図４】この発明の実施の形態２による真空断熱材の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における繊維シートの斜視図である。図１において、繊維シート１は、例えば繊維径が約φ１０μｍの熱可塑性樹脂であるポリエステル製の繊維を重ね合わせてシート状にしたものである。この繊維シートの作製方法は、例えばスパンボンド法を用いることができる。このスパンボンド法では、ポリエステル樹脂であるポリエチレンテレフタレートを加熱溶融し、多数個のノズルを備えた紡糸金口より吐出して糸状にし、エジェクターで冷却しながら空気で延伸して、その下方で水平に移動するベルトコンベア面上で分散させながら繊維を重ね合わせて連続した不織布ウェブを形成する。その後、ベルトコンベア上の不織布ウェブを、加熱された突起形状を有するエンボスロールとこのエンボスロールに対して隙間を介して配置されたフラットロールとの間を通過させて、不織布ウェブの繊維を部分的に加熱融着によって結合させて繊維シート１を作製する。
【００１５】
繊維シート１を作製するためのエンボスロールは、交互に高さが異なる突起を備えている。高い突起は、不織布ウェブの上下面の繊維同士を熱融着させて、上下面の繊維を結合させた貫通熱融着部２を形成し、低い突起は、不織布ウェブの片側表面層のみの繊維同士を熱融着させて、表面層の繊維のみを結合させた表面熱融着部３を形成する。このようにして作製された繊維シート１には、図１に示すように、繊維シート１の上下面を貫通方向に結合させた貫通熱融着部２と片側の表面層のみを結合させた表面熱融着部３が形成される。この貫通熱融着部２は繊維シート１の他の部分より薄くなった窪み状であり、表面熱融着部３は繊維シート５とほぼ同じ厚みである。
【００１６】
図２は、本実施の形態における真空断熱材４の断面模式図である。芯材５は、繊維シート１を多数積層して構成されており、例えば、厚さ約０．１ｍｍの繊維シート１を百枚程度積層して、厚さ約１０ｍｍの積層体で構成されている。この芯材５はガスバリア性を有する外被材６で密閉されている。外被材６の内部は減圧密封されており、内部にガス吸着剤７が配置されている。
【００１７】
外被材６は、例えばアルミ箔を挟んだ多層構造のラミネートフィルムを用いることができる。このようなラミネートフィルムとして例えば、最外層からポリアミド系樹脂フィルム(厚さ約６μｍ)、ポリエチレンテレフタレートフィルム(厚さ約１０μｍ)、アルミ箔(厚さ約６μｍ)および高密度ポリエチレン(厚さ約５０μｍ)の４層構造のものがある。２枚のラミネートフィルムを重ね合わせて、４辺をヒートシールすることによって密閉構造を形成している。
【００１８】
ガス吸着剤７は、減圧密封後の時間経過とともに外部から進入してくる空気や水分の他に、芯材５から発生するアウトガスや芯材５から脱着される水分を吸着し、真空断熱材４の内部の真空を保つ役割をもつ。
【００１９】
このように構成された真空断熱材においては、シート上下面の繊維同士を結合する貫通熱融着部は、積層方向における繊維を結合することによって繊維の分離を抑制するとともに繊維シートに引っ張り強度を与える。また、貫通熱融着部は、積層方向における繊維を潰して結合するため伝熱経路を形成して断熱性能を低下するように作用するが、繊維シートを薄く作製することができるので、積層した繊維シート同士の接触面における互いの繊維同士の面接触あるいは線接触よりも繊維同士の点接触が増えて、断熱性能を高くできる。
【００２０】
さらに、貫通熱融着部は、繊維シートの他の部分より薄くなった窪み状の形状であるため、積層されたときに上下の繊維シートには接触しない。このため、貫通熱融着部の面積を少なくして、かつ間隔を広げることにより、貫通熱融着部を伝わる熱は伝熱距離が長くなるため伝熱抵抗が増大する。その結果、繊維シートの厚み方向の熱伝導率を低くすることができる。
【００２１】
一方、表面層の繊維同士を結合させた表面熱融着部は、繊維シートの中で厚み方向には熱融着層はつながっていないため、積層した繊維シート間における伝熱経路にはならず、繊維シートの引っ張り強度を増すことのみに作用する。すなわち、熱融着部の一部を繊維シートの片側の表面層のみに設けたことによって、繊維シートが薄くても引っ張り強度を増すことができるため生産性を高くすることができるともに、断熱性能を高くすることができる。
【００２２】
繊維シートに作用する荷重は、巻取り・切断時に作用する平面方向の引張りが主な荷重であり、繊維シートを厚み方向で分離させる引き裂き荷重は大きくない。したがって、繊維シートの上下面の繊維同士を結合させる貫通熱融着部の面積を減らし、表面層の繊維を結合する表面熱融着部の面積を増やすことによって、引張荷重を増すことができる。
【００２３】
さらに、表面層の繊維同士を結合させる表面熱融着部は真空断熱材の中で圧縮荷重を受けたときに繊維の動きを拘束するため、繊維シートが厚い場合には繊維シートの空隙率が高くなり、高い断熱性能を実現できる。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、交互に高さが異なる突起を備えたエンボスロールとフラットロールとの間を通過させて、不織布ウェブに貫通熱融着部と表面熱融着部とを形成していたが、エンボスロールとフラットロールとの対を２対とし、一方のエンボスロールは高さの高い突起のみとし他方のエンボスロールは高さの低い突起のみとして、エンボス加工を２段階で行なってもよい。エンボスロールとフラットロールとの隙間のクリアランス、エンボスロールの突起の形状、配列、配置などは適宜設定することができる。
【００２５】
また、本実施の形態においては、熱可塑性樹脂としてポリエステル樹脂であるポリエチレンテレフタレートを用いたが、他の熱可塑性樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレンや、ポリアミド系樹脂などを用いることもできる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態２は、ポリエチレンテレフタレート繊維を用いた繊維シートの目付け量と離散的に配置された最近接の貫通熱融着部の間隔とを変化させた場合の、繊維シートの引っ張り強度およびこの繊維シートを用いて作製された真空断熱材の断熱特性を評価したものである。なお、目付け量とは、繊維シート１平方メートルあたりの質量で定義されるものである。
【００２７】
目付け量が１８ｇ／ｍ２で厚みが約０．１ｍｍの不織布ウェブに実施の形態１と同様なエンボスロール加工を行い、貫通熱融着部および表面熱融着部を形成した。このとき、最近接の貫通熱融着部の間隔が、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．８ｍｍ、２．４ｍｍおよび３．４ｍｍとなる５種類の繊維シートを作製した。このとき、高さの高い突起は、高さが０．５ｍｍでφ０．５ｍｍの円筒形状であり、高さの低い方の突起は、高さが０．４５ｍｍでφ０．５ｍｍの円筒形状である。エンボスロールとフラットロールとのギャップは、高さ０．５ｍｍの突起がフラットロールと接触するように設定した。また、エンボスロールは約２００℃に設定した。貫通熱融着部の全面積と表面熱融着部の全面積との割合は、５０：５０になるように設定した。
【００２８】
このようにしてエンボスロール加工を行った場合、厚みが約０．１ｍｍの不織布ウェブにおいて、高さの高い突起の接触した部分はほぼ完全に圧縮されて上下面の繊維同士が結合された貫通熱融着部となるが、高さの低い突起の接触した部分は約０．０５ｍｍの厚さを残して圧縮された表面熱融着部となる。この表面熱融着部は、エンボスロール加工後に厚さが回復し、繊維シートの圧縮されていない部分とほぼ同じ厚みとなる。
【００２９】
さらに、目付け量が３５ｇ／ｍ２で厚みが約０．２ｍｍの不織布ウェブ、目付け量が７０ｇ／ｍ２で厚みが約０．３ｍｍの不織布ウェブを用いて、上述の目付け量が１８ｇ／ｍ２で厚みが約０．１ｍｍの不織布ウェブと同様に、最近接の貫通熱融着部の間隔が、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．８ｍｍ、２．４ｍｍおよび３．４ｍｍとなる５種類の繊維シートをそれぞれ作製した。ここで、最近接の貫通熱融着部の間隔とは、実施の形態１の図１に両端矢印で示したように、最近接の貫通熱融着部の外周部同士の間隔（長さＬ）である。
【００３０】
このようにして作製した各目付け量に対して最近接の貫通熱融着部の間隔が異なる計１５種類の繊維シートについて、ＪＩＳ  Ｌ１０９６に規定されたストリップ法に基づいて引っ張り強度試験を行った。このとき、各繊維シートを幅２５ｍｍ、長さ２００ｍｍに切断した試験片を用いた。
【００３１】
図３は、本実施の形態における繊維シートの特性図である。図３の横軸は最近接の貫通熱融着部の間隔（ｍｍ）、縦軸は５％伸長時応力（Ｎ／２５ｍｍ）である。ここで、５％伸長時応力（Ｎ／２５ｍｍ）とは、上述の試験片の繊維シートを長さ方向に５％伸長させるときに必要な荷重である。図３から、繊維シートの目付け量が異なる繊維シートにおいて、上下面の繊維同士を結合する貫通熱融着部の間隔が長くなるにしたがって引っ張り強度が低下することがわかる。最近接の熱融着部の間隔が、３．５ｍｍより大きくなると繊維シートの引っ張り強度が不足し、ロールによる巻取りが困難になり、生産性が大幅に低下する。
【００３２】
次に、これら１５種類の繊維シートそれぞれを、Ａ４サイズに裁断した。これら各種類別に、繊維シートを実施の形態１の図２に示したように約１０ｍｍの厚みになるように１００枚程度積層し、ガス吸着剤と共にラミネートフィルムで袋状に加工された外被材の中に入れて、真空包装機内で真空引きを行い、約２Ｐａで外被材の開口部をヒートシールして真空断熱材を作製した。
【００３３】
このようにして作製した、繊維シートの目付け量と離散的に配置された最近接の貫通熱融着部の間隔とを変化させた真空断熱材の厚み方向の熱伝導率を測定した。熱伝導率は、熱伝導率測定装置（Ａｕｔｏ  ＨＣ−０７３：英弘精機（株）製）を用いて測定した。
【００３４】
図４は、本実施の形態における真空断熱材の特性図である。図４の横軸は最近接の貫通熱融着部の間隔（ｍｍ）、縦軸は熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。図３から、繊維シートの目付け量が異なる真空断熱材において、上下面の繊維同士を結合する貫通熱融着部の間隔が長くなるにしたがって熱伝導率は低下することがわかる。また、目付け量が増えるにしたがって熱伝導率は上昇することがわかる。
【００３５】
例えば、最近接の貫通熱融着部の間隔が１．５ｍｍの場合、目付け量１８ｇ／ｍ２の繊維シートを用いた真空断熱材に対して、目付量３５ｇ／ｍ２の繊維シートを用いた真空断熱材の熱伝導率は１．１倍、目付量７０ｇ／ｍ２の繊維シートを用いた真空断熱材の熱伝導率は１．４倍となる。一方、貫通熱融着部の間隔が１．５ｍｍで目付け量１８ｇ／ｍ２の繊維シートを用いた真空断熱材の熱伝導率と同じ熱伝導率を実現するためには、目付け量３５ｇ／ｍ２の繊維シートを用いた真空断熱材では、最近接の貫通熱融着部の間隔を２．５ｍｍ、目付け量７０ｇ／ｍ２の繊維シートを用いた真空断熱材では、最近接の貫通熱融着部の間隔を３．５ｍｍにする必要がある。
【００３６】
本実施の形態から、繊維シートの引っ張り強度とこの繊維シートを用いて作製した真空断熱材の熱伝導率とから、繊維シートの最近接の貫通熱融着部の間隔は、３．５ｍｍ以下であることが好ましい。
【符号の説明】
【００３７】
１  繊維シート
２  貫通熱融着部
３  表面熱融着部
４  真空断熱材
５  芯材
６  外被材
７  ガス吸着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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