(57)【要約】【課題】高い断熱性能を得ることができ、既存の建築物等に設置することにより高断熱化を図り、優れた省エネルギー性を得ることができ、透明なガスバリアフィルムを用いることで高い光透過性を得ることができ、薄型化および軽量化も容易に行うことができ、安価に製造することができる真空断熱材およびその芯材を提供する。【解決手段】真空断熱材は、格子状の枠からなる芯材１０と、この芯材１０を真空封入したガスバリアフィルムとを有する。枠の各区画１２は開口１４を通じて互いに連通しており、芯材１０をガスバリアフィルムにより真空封入することで形成される真空層は各区画１２の間で繋がっている。枠は、真空断熱材の使用環境において、真空断熱材に外部から圧力が加わる状態において真空断熱材の真空層を保持することができる範囲内に枠の形状の変化を抑えることができ、それによって断熱性能を維持することができるように構成される。【選択図】図１
2019124327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する真空断熱材。
【請求項２】
上記ガスバリアフィルムは透明である請求項１記載の真空断熱材。
【請求項３】
上記枠の各区画は互いに連通している請求項１または２記載の真空断熱材。
【請求項４】
上記枠の各区画の各辺の枠材に上記枠の主面に沿う方向に延在するスリット状の開口が形成されている請求項３記載の真空断熱材。
【請求項５】
上記開口は上記枠の枠材の互いに隣接する二つの交差部の間に形成されている請求項４記載の真空断熱材。
【請求項６】
上記枠は全体として平板状または湾曲した板状の形状を有する請求項１〜５のいずれか一項記載の真空断熱材。
【請求項７】
上記枠の各区画の最長の辺の両端の枠材の交差部の中心間距離をＡとしたとき、上記真空断熱材の使用環境における上記最長の辺の最大たわみがＡの５％以内になるように上記枠が構成されている請求項１〜６のいずれか一項記載の真空断熱材。
【請求項８】
上記枠はプラスチック、繊維、金属、セラミックスおよびガラスからなる群より選択された少なくとも一種類の材料からなる請求項１〜７のいずれか一項記載の真空断熱材。
【請求項９】
上記枠は透明材料からなる請求項１〜７のいずれか一項記載の真空断熱材。
【請求項１０】
格子状の枠からなる真空断熱材用芯材。
【請求項１１】
内部に少なくとも一つの真空断熱材を有し、
上記真空断熱材が、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する建築物。
【請求項１２】
少なくとも一つの窓を有し、上記真空断熱材が上記窓の内側に設置されている請求項１１記載の建築物。
【請求項１３】
内部に少なくとも一つの真空断熱材を有し、
上記真空断熱材が、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する移動体。
【請求項１４】
少なくとも一つの窓を有し、上記真空断熱材が上記窓の内側に設置されている請求項１３記載の移動体。
【請求項１５】
内部に少なくとも一つの真空断熱材を有し、
上記真空断熱材が、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空断熱材、真空断熱材用芯材、建築物、移動体および電気機器に関し、例えば、住宅、ビル等の建築物や列車、飛行機、自動車等の移動体の窓の内側に設置し、あるいは冷蔵庫等の電気機器の内部に設置して好適な真空断熱材およびその芯材ならびにそのような真空断熱材を用いた建築物、移動体および電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空断熱材は従来より冷蔵庫、自動販売機、電気給湯機等の断熱材として使用されているが、近年、住宅等の建築物用の断熱材として注目され、開発が進められている。このうち、芯材をガスバリアフィルムにより真空封入することにより作製する真空断熱材については、芯材としてグラスウールやウレタンフォーム、粉末状シリカを用いるものがあり、ガスバリアフィルムとしてはアルミ蒸着フィルムを用いるのが一般的である。この場合、芯材やガスバリアフィルムの性質上、真空断熱材に光透過性を持たせることは不可能である。
【０００３】
光透過性を有する真空断熱材については、光透過性を有するシリカエアロゲルを透明なガスバリアフィルムにより真空封入することにより作製する真空断熱材（例えば、特許文献１参照。）や真空断熱ガラス（例えば、非特許文献１参照。）がある。しかしながら、特許文献１の技術については、シリカエアロゲルの材料費が非常に高価であり、非特許文献１の真空断熱ガラスについては、従来のガラス窓と施工性に大差がないことから、いずれの技術も、既存建築物の高断熱化に用いるメリットが小さいという課題がある。
【０００４】
それに対して、透明なプラスチック板とスペーサー材料とを、透明なガスバリアフィルムにより真空封入することにより作製する、光透過性を有する真空断熱材の開発も行われている（非特許文献２参照。）。しかしながら、この真空断熱材は、真空断熱ガラスとの比較では厚さや軽さで優位性があるが、真空層を形成するためのプラスチック板が必要となり、更なる薄型化や軽量化は難しいという課題を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−３９８４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】［平成３０年１月１３日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://shinku-glass.jp/index＿super.html〉
【非特許文献２】２０１７年度日本冷凍空調学会年次大会講演論文集  Ａ１０１  薄型・光透過型真空断熱材の試作と断熱性能に関する考察
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、高い断熱性能を得ることができ、既存の建築物、移動体、電気機器等に設置することにより高断熱化を図ることができ、それによってＣＯ2 排出量の抑制を図ることができるとともに、優れた省エネルギー性を得ることができ、ガスバリアフィルムとして透明なものを用いることにより高い光透過性を得ることができ、薄型化および軽量化も容易に行うことができ、しかも安価に製造することができる真空断熱材および真空断熱材用芯材ならびにこのような優れた真空断熱材を用いた省エネルギー性に優れた建築物、移動体および電気機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、この発明は、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する真空断熱材である。
【０００９】
ここで、格子状の枠は、細長い枠材を互いに異なる二つの方向、典型的には互いに直交する二つの方向、すなわち縦横にそれぞれ複数本形成して区画化したものである。典型的には、これらの枠材は、互いに異なる二つの方向、典型的には縦横に互いに同一の間隔で形成される。この場合、各区画の平面形状は平行四辺形、長方形あるいは正方形となり、各区画の大きさは互いに同一となる。これらの枠材は、その一部または全部において、互いに異なる二つの方向、典型的には縦横に互いに異なる間隔で形成してもよい。この場合、各区画の平面形状は平行四辺形あるいは長方形となるが、各区画の大きさは互いに同一とならず、互いに大きさが異なる区画が存在することになる。更には、場合によっては、これらの枠材は、その一部または全部において、互いに異なる二つの方向に枠材が形成されて各区画が形成されるが、それらの方向が互いに異なる部分が存在してもよい。この場合、各区画の平面形状は四角形となるが、平面形状および大きさは互いに同一とならず、互いに平面形状および大きさが異なる区画が存在することになる。枠材の横断面形状は、典型的には長方形または正方形であるが、これに限定されるものではなく、必要に応じて選ばれる。枠材の横断面形状が長方形または正方形の場合、枠材の交差部は例えば直方体となる。
【００１０】
典型的には、枠の各区画は互いに連通しており、この場合、芯材をガスバリアフィルムにより真空封入することで形成される真空層は各区画の間で繋がっている。例えば、枠の各区画の各辺の枠材に枠の主面に沿う方向に延在する開口、典型的にはスリット状の開口が形成されていることにより、枠の各区画が互いに連通している。典型的には、これらの開口は、枠の枠材の互いに隣接する二つの交差部の間に形成される。典型的には、枠は全体として平板状または湾曲した板状の形状を有し、真空断熱材の用途等に応じてその形状が適宜選択される。枠の平面形状は真空断熱材の用途等に応じて適宜選択されるが、例えば、正方形、長方形、三角形、六角形等の多角形であり、典型的には、正方形または長方形である。
【００１１】
真空断熱材を構成する枠は、真空断熱材の使用環境（典型的には大気中）において、真空断熱材に外部から圧力（典型的には大気圧）が加わる状態において真空断熱材の真空層を保持することができる範囲内に枠の形状の変化を抑えることができ、それによって断熱性能を維持することができるように、好適には断熱性能を最大化することができるように構成される。すなわち、真空断熱材の真空層を保持することができるように、枠の材料、枠の各区画の大きさ（各区画の辺の両端の枠材の交差部の中心間距離）、枠材の幅（太さ）および厚さ等が選択される。好適には、枠の各区画の最長の辺の両端の枠材の交差部の中心間距離をＡとしたとき、真空断熱材の使用環境における上記の最長の辺の最大たわみが、予め決められた大きさ、例えばＡの５％以内になるように枠が構成される。真空断熱材を光透過性とする場合には、真空断熱材の真空層を保持することができる範囲内で、好適には、断熱性能および光透過性を最大化することができるように区画の大きさ、枠材の幅（太さ）および厚さ等が選択される。
【００１２】
枠の材料は必要に応じて選ばれるが、真空断熱材の真空層を保持することができる機械的強度を有する材料が用いられる。これらの材料としては、例えば、プラスチック、繊維、金属（単体金属または合金）、セラミックスおよびガラスからなる群より選択された少なくとも一種類の材料が挙げられるが、これに限定されるものではない。プラスチック材料としては、取り分け、構造材として使用可能な機械的強度を有する硬質のプラスチック材料が用いられ、具体的には、塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタラート、ポリスチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフッ化ビニリデン、アセチルセルロース、ブロム化フェノキシ等が挙げられる。これらの硬質のプラスチックは、塩化ビニルを除いて、可視光に対して透明である。プラスチック材料には、プラスチックにガラス繊維や炭素繊維等を混合して強度を向上させた複合材料である繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）も含まれる。プラスチック材料は一般に熱伝導率が低いため、枠材の交差部を通しての熱伝導を抑えることができ、真空断熱材の断熱性能を高くすることができる。繊維材料としては、炭素繊維等が挙げられる。金属材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄鋼材料（ステンレス鋼等）等が挙げられる。セラミックス材料は、特に限定されず、基本的にはどのようなものであってもよい。ガラス材料も、特に限定されず、基本的にはどのようなものであってもよい。枠の材料として熱伝導率がある程度高い繊維材料、金属材料、セラミックス材料およびガラス材料を用いる場合には、枠材の交差部を通しての熱伝導を抑えるために、枠の全体、取り分け枠材の交差部の外周面に熱伝導率が低い材料、例えばプラスチック材料をコーティングするようにしてもよく、こうすることで真空断熱材の断熱性能を高くすることができる。真空断熱材の断熱性能の向上のために、必要に応じて、枠の一方の主面あるいは両方の主面に低放射フィルムが設けられる。
【００１３】
ガスバリアフィルムは、ガスバリアフィルムにより芯材を真空封入した状態において真空断熱材内部に真空層を保持することができる程度の強度を有するものである限り、特に限定されず、必要に応じて選ばれる。真空断熱材に光透過性を持たせるためには、ガスバリアフィルムとして透明なものを用いる。このように真空断熱材に光透過性を持たせる場合、枠の一方の主面あるいは両方の主面に設ける低放射フィルムとしては透明なものが用いられる。枠材の各区画は開口部であり、ガスバリアフィルムに真空封入された状態における枠材の各区画の内部は、光に対して透明な真空層となり、少なくとも各区画を通して光が透過可能であるため、真空断熱材は光透過性を有し、真空断熱材の面積に占める枠材の面積の割合をより小さくすることにより、光透過性をより高くすることができる。枠材の材料として透明材料、例えばプラスチック材料やガラス材料等を用いることにより、枠も透明とすることができるため、真空断熱材全体を透明に構成することができ、光透過性を最大化することができる。
【００１４】
また、この発明は、
格子状の枠からなる真空断熱材用芯材である。
【００１５】
また、この発明は、
内部に少なくとも一つの真空断熱材を有し、
上記真空断熱材が、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する建築物である。
【００１６】
建築物は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、ビルディング、マンション、戸建住宅、アパート、駅舎、校舎、庁舎、競技場、球場、病院、教会、工場、倉庫、小屋等が挙げられる。これらの建築物への真空断熱材の設置箇所は特に限定されず、必要に応じて選ばれる。設置箇所の例を挙げると、これらの建築物の窓や採光部等であり、その場合、真空断熱材はこれらの窓や採光部の内側に、典型的には建築物に対して固定された状態で設置される。一般的には、建築物は、少なくとも一つの窓を有し、その場合、真空断熱材はこの窓の内側に設置される。真空断熱材は、建築物の内部の壁に固定した状態で設置したり、パーティションのような形で建築物の内部に固定したり床面に立てた状態で設置してもよい。真空断熱材は、移動式の黒板あるいはホワイトボードのような形で設置してもよい。
【００１７】
また、この発明は、
少なくとも一つの真空断熱材を有し、
上記真空断熱材が、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する移動体である。
【００１８】
移動体は、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体例を挙げると、自動車、航空機、ロケット、宇宙船、船舶等である。自動車としては、乗用車、トラック、救急車、冷凍車等が挙げられる。これらの移動体への真空断熱材の設置箇所は特に限定されず、必要に応じて選ばれる。設置箇所の例を挙げると、これらの移動体の窓や採光部等であり、その場合、真空断熱材はこれらの窓や採光部の内側に、典型的には移動体に対して固定された状態で設置される。一般的には、移動体は、少なくとも一つの窓を有し、その場合、真空断熱材はこの窓の内側に設置される。真空断熱材は、移動体の内部の壁に固定した状態で設置したり、パーティションのような形で移動体の内部に固定したり床面に立てた状態で設置してもよい。
【００１９】
また、この発明は、
少なくとも一つの真空断熱材を有し、
上記真空断熱材が、
格子状の枠からなる芯材と、
上記芯材を真空封入したガスバリアフィルムとを有する電気機器である。
【００２０】
ここで、電気機器は、基本的にはどのようなものであってもよく、据え置き型のものと携帯型のものとの双方を含むが、具体例を挙げると、冷蔵庫、自動販売機、電気給湯機等である。これらの電気機器への真空断熱材の設置箇所は特に限定されず、必要に応じて選ばれる。電気機器が少なくとも一つの窓を有する場合、真空断熱材はこの窓の内側に設置される。
【００２１】
上記の真空断熱材用芯材、建築物、移動体および電気機器の各発明においては、その性質に反しない限り、上記の真空断熱材の発明に関連して説明したことが成立する。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、真空断熱材の芯材が格子状の枠からなるため、真空断熱材全体の体積に占める真空層の体積の割合を大きくすることができ、それによって高い断熱性能を得ることができるとともに、真空断熱材の面積に占める開口部の面積の割合を大きくすることができ、ガスバリアフィルムとして透明なものを用いることにより高い光透過性を得ることができる。また、この真空断熱材は、格子状の枠からなる芯材をガスバリアフィルムにより真空封入するだけで容易に製造することができるため、安価に製造することができる。このため、実用上十分に高い断熱性能、更には高い光透過性も備えた安価な真空断熱材を実現することができる。また、このような高い断熱性能、更には高い光透過性も備えた安価な真空断熱材を窓等に用いることにより、ＣＯ2 排出量の抑制を図ることができ、省エネルギー性に優れた建築物、移動体および電気機器を安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材を示す斜視図である。
【図２】図１の２−２線に沿っての断面図である。
【図３】図１の３−３線に沿っての断面図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の製造方法の一例を示す断面図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の芯材の構造計算モデルを説明するための略線図である。
【図６】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の芯材の構造計算モデルを説明するための略線図である。
【図７】図５および図６に示す構造計算モデルを用いて芯材の構造計算を行った結果を示す略線図である。
【図８】図５および図６に示す構造計算モデルを用いて芯材の構造計算を行った結果を示す略線図である。
【図９】図５および図６に示す構造計算モデルを用いて行った芯材の３次元有限要素解析に用いたメッシュを示す略線図である。
【図１０】図５および図６に示す構造計算モデルを用いて行った芯材の３次元有限要素解析により得られた芯材の全体の変形を示す略線図である。
【図１１】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の芯材を通しての熱移動を示す略線図である。
【図１２】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の芯材の熱伝導率および熱貫流率を六つのケースに対して計算した結果を示す略線図である。
【図１３】実施例で作製した真空断熱材の作製方法を示す平面図である。
【図１４】実施例で用いたガスバリアフィルムの断面構造を示す断面図である。
【図１５】実施例で作製した真空断熱材を示す図面代用写真である。
【図１６】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の芯材の断熱性能の評価を行う方法を示す略線図である。
【図１７】この発明の第１の実施の形態による真空断熱材の芯材の熱伝導率を伝熱計算モデルに基づく計算および実験により求めた結果を示す略線図である。
【図１８】実施例および比較例による真空断熱材の芯材の熱伝導率を示す略線図である。
【図１９】この発明の第２の実施の形態による建築物を示す略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という。）について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
〈第１の実施の形態〉
［真空断熱材］
図１〜図３は第１の実施の形態による真空断熱材を示し、図１は全体を示す斜視図、図２は図１の２−２線に沿っての断面図、図３は図１の３−３線に沿っての断面図である。図１〜図３に示すように、この真空断熱材は、全体として正方形または長方形の平板状の格子状の枠からなる芯材１０がガスバリアフィルム２０（図１においては図示せず）により真空封入されたものであり、全体として正方形または長方形の平板状の形状を有する。図１〜図３においては、一例として芯材１０および真空断熱材の平面形状が正方形の場合が示されている。ガスバリアフィルム２０は、芯材１０の両主面および四つの側面の全体を覆うように密着している。真空断熱材に光透過性を持たせる場合にはガスバリアフィルム２０として透明なものが用いられ、必要に応じてさらに芯材１０も透明に構成する。
【００２６】
芯材１０を構成する格子状の枠は、直線状の細い枠材１１を縦横に複数本、縦方向および横方向に互いに異なる間隔でそれぞれ等間隔で形成するか、あるいは、縦方向および横方向とも同じ間隔で形成することにより形成されたものである。枠材１１の縦方向の間隔と横方向の間隔とが互いに異なる場合は、芯材１０の枠の各区画１２の平面形状はいずれも長方形となり、枠材１１を縦方向および横方向とも同じ間隔で形成する場合は、芯材１０の枠の各区画１２の平面形状はいずれも正方形となる。縦方向および横方向の枠材１１の本数、従って区画１２の数は必要に応じて選ばれる。
【００２７】
縦横に形成された枠材１１の交差部１３は直方体の形状を有し、支柱の役割を果たす。芯材１０を構成する枠の各区画１２は互いに連通している。すなわち、各区画１２の各辺の枠材１１には、互いに隣接する二つの交差部１３の間に枠１０の主面に沿う方向にスリット状の細長い開口１４が形成されており、この開口１４を通じて各区画１２は互いに連通し、かつ芯材１０の外周の四つの辺の枠材１１に形成された開口１４を通じて各区画１２は外部とも連通している。
【００２８】
芯材１０の材料、芯材１０を構成する枠の各区画１２の各辺の両端の枠材１１の交差部１３の中心間距離（間隔）、枠材１１の幅（太さ）および厚さは、芯材１０の内部の真空層の圧力およびこの真空断熱材の使用環境の圧力に応じて、この真空断熱材に加わる圧力に対して芯材１０が形状をほぼ維持することができ、それによって芯材１０の内部の真空層を保持することができ、かつ、好適には真空断熱材の断熱性能を最大化することができるように、更には真空断熱材に光透過性を持たせるためには、好適には光透過性を最大化することができるよう選択される。例えば、区画１２が長方形である場合には、各区画１２の最長の辺の両端の交差部１３の中心間距離、すなわち間隔をＡとしたとき、その最長の辺の最大たわみがＡの５％以内になるように芯材１０を構成する。区画１２が正方形である場合には、各区画１２の各辺の両端の交差部１３の間隔をａとしたとき、各辺の最大たわみがａの５％以内になるように芯材１０を構成する。Ａまたはａは必要に応じて選ばれるが、一般的には、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、枠材の太さは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００２９】
芯材１０の材料は、例えば、既に挙げた各種の材料（プラスチック、繊維、金属、セラミックス、ガラス等）の中から必要に応じて選ばれる。
【００３０】
［真空断熱材の製造方法］
真空断熱材の製造方法の一例を図４Ａ〜Ｄに従って説明する。
【００３１】
図４Ａに示すように、芯材１０に使用する材料に応じて、従来公知の技術により芯材１０を形成する。例えば、芯材１０に使用する材料がプラスチックである場合は、射出成型や３Ｄプリンターにより芯材１０を形成する。
【００３２】
次に、図４Ｂに示すように、ガスバリアフィルム２０により形成された一端が開放した長方形の封筒状の袋３０に芯材１０を挿入する。
【００３３】
次に、図４Ｃに示すように、袋３０の内部を真空引きしながら袋３０の開放端を熱溶着して封止する。こうして、芯材１０がガスバリアフィルム２０により真空封入される。
【００３４】
この後、必要に応じて、図４Ｄに示すように、ガスバリアフィルム２０の外周部を切除する。
【００３５】
以上により、目的とする真空断熱材が製造される。
【００３６】
［芯材１０の設計方法］
既に述べたように、この真空断熱材においては、この真空断熱材を使用する環境、例えば大気中において、真空封入を行った後に外部から圧力がかかる条件に対しても、芯材１０が変形して形状が変化することなく、真空断熱材の内部の真空層を保持することができる強度が必要となる。一方で、真空層を形成するために必要な、交差部１３の間隔が小さい、もしくは枠材１１の幅（太さ）が大きくなる場合には、熱橋による断熱性能の低下（真空断熱材の熱伝導率の増大) や光透過性の低下が発生する。従って、真空層を保持することできる範囲で真空断熱材の断熱性能や光透過性の最大化を行うことが求められる。
【００３７】
これに対して、本発明者らは、格子状の枠からなる芯材１０に対して大気圧がかかる条件における最大たわみを計算するモデルを構築し、真空層を保持することできる交差部１３の間隔や枠材１１の厚さおよび幅（太さ）等を設計することができるようにした。図５に芯材１０の構造計算モデルを示す。図５に示すように、芯材１０の枠材１１に大気圧（太い矢印で示す）がかかると想定し、交差部１３の間隔ａに対する最大たわみを計算する。この場合、支柱の役割を果たす交差部１３により両端が支持された枠材１１に、等分布荷重として大気圧がかかることとなり、二つの力によるたわみが発生する。一つは図６Ａに示すような大気圧によるたわみであり、互いに隣接する二つの交差部１３の間の枠材１１の中央部で最大（ω）となる。この場合、枠材１１の応力は中央部で最小応力σmin となり、交差部１３で最大応力σmax となる。もう一つは交差部１３からの反力Ｆによるたわみ（ω）であり、交差部１３の部分でたわみが最大（ω）となる。この場合、枠材１１の応力は中央部で最大応力σmax となり、交差部１３で最小応力σmin となる。どちらの最大たわみも以下の（１）式で計算することが可能である。
【数１】
2019124327.tif 000003
ここで、δは枠材１１を矩形の平板と考えたときに均一の負荷がかかる場合の係数、Ｐ0 は大気圧（＝１０１．３ｋＰａ）［Ｐａ］、ａは交差部１３の間隔［ｍ］である。Ｄは板の曲げ剛性［Ｎ／ｍ］で、以下の（２）式で計算することができる。
【数２】
2019124327.tif 000004
ここで、Ｅは枠材１１の弾性率［Ｐａ］、ｔは交差部１３で両端を支持された枠材１１の厚さ［ｍ］、μはポアソン比である。枠材１１の材料をポリカ―ボネートとし、それを用いた場合の物性値であるＥ＝２．３２ＧＰａ、μ＝０．３９と、ｔ＝１．０ｍｍを与え、大気圧のみを考えたδ1 ＝０．０１３８、反力のみを考えたδ2 ＝０．０６１１をそれぞれδに与え、間隔ａに対するωmax1とωmax2とをそれぞれ計算した。大気圧のみを考えたδ1 を与えて計算するωmax1と、反力のみを考えδ2 を与えて計算するωmax2とは互いに打消し合うため、枠材１１の最大たわみ合計値ωmax は結局、図７に示す通りとなる。真空層を保持することができる最大たわみの安全域(Safety margin) を間隔ａの５％と設定し、安全域と最大たわみの計算値 (合計値) とを比較すると、間隔ａが１４ｍｍ以上となると計算値は安全域を超えることが分かる。この結果より、間隔ａを例えば１０ｍｍとすれば、最大たわみの計算値は安全域よりもずっと小さく、確実に真空層を確保することができると考えられる。また、間隔ａと枠材１１の幅をそれぞれ変更して、最大たわみの計算を行った結果を図８に示す。この結果より、枠材１１の幅が１ｍｍであれば、間隔ａは１０ｍｍ以下とすることが望ましいが、枠材１１の幅を１．２ｍｍとすれば、間隔ａは１５ｍｍまで増やすことも可能となる。この場合、真空断熱材の断熱性能や光透過性を高めることが可能となる。
【００３８】
この計算モデルについては、図９に示すような、詳細な３次元有限要素法を用いた計算モデルとの比較により検証も行った。結果として、大気圧による歪みの分布を図１０に示す。図１０に示すように、歪みの最大値は０．２ｍｍ程度となっており、上記の最大たわみの計算値よりも小さくなっていることが分かる。この結果からも構造計算モデルによる設計の有効性が確認できた。
【００３９】
また、真空層を保持することができる範囲内において、断熱性能を検討することができる３次元熱移動計算モデルの構築を行った。計算モデルの概念図を図１１に示す。熱移動計算モデルでは、内部の自然対流は無視できるものとし、熱伝導と放射のみを考慮している。また、熱伝導は自由分子状態のもとで行われるものとしている。この場合、真空断熱材の熱貫流率Ｕは以下の（３）式で表すことができる。
【数３】
2019124327.tif 000005
ここで、ＲC 、ＲH はそれぞれ低温側、高温側の表面の熱抵抗である。また、ＣT は真空断熱材内部のコンダクタンスであり、以下の（４）式で表すことができる。
【数４】
2019124327.tif 000006
ここで、ＵV は真空層の熱貫流率、ｄf は枠材１１の表面と開口１４との間の幅、λf は枠材１１の熱伝導率である。ＵV は熱伝導と放射熱伝達とに分けることにより以下の（５）式で表すことができる。
【数５】
2019124327.tif 000007
ここで、Ｒvcは熱伝導による熱抵抗、Ｒvrは放射による熱抵抗である。真空層内の熱伝導は以下の３次元定常熱伝導の式を解くことにより求められる。ここで、Ｔは温度、ｘ、ｙ、ｚは３次元空間の座標である。
【数６】
2019124327.tif 000008
【００４０】
上記の（６）式を解くための、真空層内の熱伝導率λv は以下の（７）式により計算する。
【数７】
2019124327.tif 000009
ただし、
【数８】
2019124327.tif 000010
ここで、Ｌv は真空層の厚さ、γは比熱比、β0 は適応係数、Ｐは真空層内部の圧力、Ｍは分子量、Ｔ1 、Ｔ2 は真空層を形成する両側の部材の温度である。
【００４１】
次に、放射伝熱量は以下の（９）式および（１０）式により計算できる。
【数９】
2019124327.tif 000011
【数１０】
2019124327.tif 000012
ここで、σはステファンボルツマン定数であり、ε1 とε2 は内部表面の放射率である。Ｔm は放射が行われる内部表面２面の温度の平均値である。φ1,2 は２面間の形態係数であり、以下の（１１）式で計算できる。
【数１１】
2019124327.tif 000013
【００４２】
本計算モデルの計算例を以下に示す。真空層の厚さＬv 、内部の圧力Ｐ、内部表面の放射率ε1 とε2 、支柱となる交差部１３の間隔ａや枠材１１の幅（太さ）を変更して計算を行った。計算条件を表１に示す。表１には各条件の真空断熱材の全体の厚さも記載している。
【表１】
2019124327.tif 000014
【００４３】
各条件における計算結果として、真空断熱材の熱伝導率と熱貫流率を図１２に示す。低放射フィルムを用いることを想定したケース１、ケース３およびケース５については、熱伝導率は同程度となっているが、ケース１およびケース３よりケース５の方が厚さが大きいため、熱貫流率は小さくなる結果が得られた。
【００４４】
［実施例］
次のようにして真空断熱材を作製した。
【００４５】
まず、市販の熱抵抗型３Ｄプリンターによりポリカーボネート製の正方形平板状の格子状の枠からなる芯材１０を形成した。芯材１０の全体の厚さは３ｍｍ、一辺の長さは１５０ｍｍ、開口１４の高さ（幅）は１ｍｍ、開口１４の上下の枠材１１の高さはそれぞれ１ｍｍである。縦横に形成された枠材１１の交差部１３は一辺の長さが１ｍｍの立方体である。交差部１３の間隔ａは１０ｍｍである。区画１２の数は２５列２５行で合計６２５である。この芯材１０の一方の主面の全体に市販の透明な低放射フィルム（図示せず）を張り付けた。
【００４６】
図１３に示すように、透明なガスバリアフィルム２０を用いて芯材１０が入る大きさの長方形の袋３０を作製した。この袋の３辺の周辺部３１は熱溶着されており、残りの１辺の端部３２だけ開放している。使用したガスバリアフィルム２０の断面構造を図１４に示す。図１４に示すように、ガスバリアフィルム２０は、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製ベースフィルム上に厚さ１２μｍのシリカ蒸着ＰＥＴ膜、ポリアミド（ＰＡ）／エチレン−ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ）／ポリアミド（ＰＡ）からなる厚さ１２μｍの３層構造の膜および厚さ４０μｍのキャストポリプロピレン（ＣＰＰ）膜を順次形成したものである。この袋３０の端部３２からこの袋３０の内部の一番奥に酸化カルシウム製ゲッター材４０を挿入してから袋３０の内部に、低放射フィルムを張り付けた芯材１０を挿入した。次に、真空ポンプにより端部３２から袋３０を真空引きした後、端部３２を熱溶着した。こうして、ガスバリアフィルム２０により芯材１０を真空封入し、真空断熱材を作製した。作製された真空断熱材を図１５に示す。真空封入後のガスバリアフィルム２０は芯材１０の外周面に密着し、真空断熱材の内部の空間は真空層となっている。
【００４７】
［芯材の断熱性能の評価および伝熱計算モデルの検証］
上記のようにして作製した芯材１０について、図１６に示すような保護熱板法を用いて設定した圧力条件において熱伝導率を測定し、断熱性能を評価するとともに、伝熱計算モデルの検証を行った。真空チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ、１．０Ｐａに設定し、熱板表面を２７℃、冷却板表面を１７℃に保ち、熱板への加熱量をもとに熱伝導率の評価を行った。熱板および冷却板の表面温度の測定は測温抵抗体Ｐｔ−１００を用いて行った。また、本試験において得られる熱伝導率については、図１６に示すように３層の隙間が発生し、熱抵抗となることが想定される。そのため、伝熱計算モデルとの比較においては、以下の（１２）式により３層の隙間の熱抵抗（Ｒva1 、Ｒva2 、Ｒva3 ）を除いて評価を行った。
【数１２】
2019124327.tif 000015
また、伝熱計算モデルと比較する熱伝導率については、ＲVIP を用いて、以下の（１３）式により計算する。
【数１３】
2019124327.tif 000016
表２に、保護熱板法により測定された熱伝導率λm 、それにより得られる熱抵抗Ｒm 、各層の隙間の熱抵抗Ｒva、ＲVIP およびλVIP の値を示す。
【表２】
2019124327.tif 000017
【００４８】
上記の計算モデルとの比較結果を図１７に示す。図１７より、計算モデルは実験値より高い値となっているものの、概ね一致していることが分かり、このことからも計算モデルの再現性が確認できた。
【００４９】
更に、格子状の芯材を用いた実施例の真空断熱材と、芯材が異なる非特許文献１のCase１、Case２、Case３、Case４の真空断熱材（それぞれ比較例１、２、３、４とする）との性能の比較を行った。
【００５０】
実施例および比較例１〜４の真空断熱材について、熱流計法を用いて熱伝導率の測定を行った。測定結果を図１８に示す。図１８より、実施例の真空断熱材は、比較例１〜４の真空断熱材より高い断熱性能が得られることが分かった。また、実施例の真空断熱材と比較例１〜４の真空断熱材とを評価項目毎に比較した結果を表３に示す。表３より、実施例の真空断熱材は製造コスト、薄さ、真空断熱材の製作の容易さ等の点において、比較例１〜４の真空断熱材より優位性があると言える。
【表３】
2019124327.tif 000018
【００５１】
以上のように、この第１の実施の形態によれば、真空断熱材の芯材１０が格子状の枠からなるため、真空断熱材全体の体積に占める真空層の体積の割合を大きくすることができ、それによって高い断熱性能を得ることができる。また、真空断熱材の面積に占める開口部の面積の割合を大きくすることができるので、ガスバリアフィルム２０として透明なものを用いることにより高い光透過性を得ることができ、芯材１０も透明に構成することにより一層高い光透過性を得ることができる。また、この真空断熱材は、格子状の枠からなる芯材１０をガスバリアフィルム２０により真空封入するだけで容易に製造することができるため、安価に製造することができる。このため、実用上十分に高い断熱性能、更にはガスバリアフィルム２０として透明なものを用いた場合には高い光透過性も備えた安価な真空断熱材を実現することができる。また、この真空断熱材は薄型化および軽量化を容易に行うことができる。このような高い断熱性能、更にはガスバリアフィルム２０として透明なものを用いた場合には高い光透過性も備えた安価で薄型化および軽量化も容易な真空断熱材は、例えば、既存の建築物、移動体等の窓等に容易に設置することができ、あるいは電気機器の断熱材として用いたりすることができ、それによって、ＣＯ2 排出量の抑制を図ることができ、省エネルギー性に優れた建築物、移動体および電気機器を安価に実現することができる。
【００５２】
〈第２の実施の形態〉
［建築物］
図１９は第２の実施の形態による建築物、特に窓が取り付けられた外壁の一部を示す。図１９に示すように、この建築物においては、外壁５０にアルミサッシ（図示せず）等に取り付けられたガラス製の窓６０が設けられている。窓６０の内側にはカーテン７０が取り付けられている。そして、このカーテン７０の内側に、第１の実施の形態による真空断熱材８０が設置されている。この真空断熱材８０は、透明なガスバリアフィルム２０が用いられており、光透過性を有するものであ。
【００５３】
この第２の実施の形態によれば、建築物の窓５０の内側に真空断熱材８０が設置されていることにより、窓６０の光透過性を損なうことなく高断熱化を行うことができ、省エネルギー性に優れた建築物を実現することができる。
【００５４】
〈第３の実施の形態〉
［移動体］
第３の実施の形態においては、自動車、列車（電車を含む）、飛行機、船舶等の移動体の窓の内側に、真空断熱材８０が設置されている。この真空断熱材８０は、透明なガスバリアフィルム２０が用いられており、光透過性を有するものである。移動体の窓は、例えば、自動車においてはリアウィンドウ、列車においては車両の側面の窓、飛行機においては胴体の側面の窓、船舶においては航行の安全に関係のない部位の窓等である。
【００５５】
この第３の実施の形態によれば、移動体の窓の内側に真空断熱材８０が設置されていることにより、窓の光透過性を損なうことなく高断熱化を行うことができ、省エネルギー性に優れた移動体を実現することができる。
【００５６】
〈第４の実施の形態〉
［電気機器］
第４の実施の形態においては、例えば、断熱材を用いる部位がある冷蔵庫等の電気機器の断熱材として、第１の実施の形態による真空断熱材が設置されている。この真空断熱材は、特に光透過性を持たせる必要がないため、ガスバリアフィルム２０は透明とする必要はないが、透明なものを用いてもよい。
【００５７】
この第４の実施の形態によれば、電気機器の断熱材として第１の実施の形態による真空断熱材が設置されていることにより、省エネルギー性に優れた電気機器を実現することができるとともに、真空断熱材の薄型化および軽量化を容易に行うことができるため電気機器の小型化および軽量化を行うことができる。
【００５８】
以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００５９】
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、材料、形状、配置等はあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、形状、配置等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０…芯材、２０…ガスバリアフィルム、３０…袋、５０…外壁、６０…窓、７０…カーテン、８０…真空断熱材
【図１】
2019124327.tif 000019
【図２】
2019124327.tif 000020
【図３】
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【図４】
2019124327.tif 000022
【図５】
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【図６】
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【図７】
2019124327.tif 000025
【図８】
2019124327.tif 000026
【図９】
2019124327.tif 000027
【図１０】
2019124327.tif 000028
【図１１】
2019124327.tif 000029
【図１２】
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【図１３】
2019124327.tif 000031
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2019124327.tif 000035
【図１８】
2019124327.tif 000036
【図１９】
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