(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、
前記芯材を密封する外装と、
を具備し、
前記芯材は、多数の独立気泡を有する樹脂発泡体であり、
前記独立気泡の内部が減圧されており、
前記樹脂発泡体はポリエチレンテレフタレートの樹脂発泡粒子であり、
前記樹脂発泡粒子同士の間に隙間が形成されており、
前記独立気泡が減圧された状態で、前記樹脂発泡粒子同士の間の前記空隙を有したまま、前記隙間が減圧されていることを特徴とする断熱部材。
【請求項２】
前記芯材の発泡倍率が２０倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の断熱部材。
【請求項３】
前記外装は、前記芯材の外周にめっき、または蒸着で形成された金属膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の断熱部材。
【請求項４】
前記外装は、外側部材と内側部材からなり、前記外側部材と前記内側部材の一部を重ねあわせて接合して、前記外側部材と前記内側部材とで形成された空間内に、前記芯材が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の断熱部材。
【請求項５】
前記外装は、外側部材、内側部材および蓋部材からなり、前記蓋部材の一部を、前記外側部材と前記内側部材と接合して、前記外側部材と前記内側部材と前記蓋部材とで形成された空間内に、前記芯材が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の断熱部材。
【請求項６】
樹脂を発泡させて樹脂発泡体を成形する工程と、
前記樹脂発泡体を、減圧下で加熱する工程と、
前記樹脂発泡体の外周に外装を設けて、前記樹脂発泡体を密封する工程と、
を具備し、
前記樹脂発泡体はポリエチレンテレフタレートの樹脂発泡粒子であり、
前記樹脂発泡粒子同士の間に隙間が形成されており、
前記樹脂発泡体内に独立気泡が形成されており、
前記樹脂発泡体を密封する工程においては、前記外装を施した後に、前記独立気泡が減圧された状態で、前記樹脂発泡粒子同士の間の前記空隙を有したまま、前記外装の内部を真空引きすることにより、前記発泡体を密封し、前記隙間と前記独立気泡の内部を減圧することを特徴とする断熱部材の製造方法。
【請求項７】
前記外装は、乾式めっきで形成することを特徴とする請求項６記載の断熱部材の製造方法。
【請求項８】
前記外装は、真空蒸着で形成することを特徴とする請求項６記載の断熱部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断熱性能が優れる断熱部材等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や家電、建造物など、様々な分野で断熱部材が用いられている。例えば、内部を真空にした真空断熱部材がある。真空断熱部材は、空気などの気体を介した熱伝導を抑制することができるため、高い断熱性能を有する。
【０００３】
このような真空断熱部材としては、例えば、外箱及び内箱とにより構成される空間に、減圧密封される芯材を具備し、芯材の減圧前後の体積変化率が５０％以下であり、かつ少なくとも窒素を吸着可能な気体吸着材を空間に配設した真空断熱箱体がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような構造では、箱体内部を減圧にする際、芯材と箱体との間の排気抵抗が大きくなるため、一般的な真空ポンプでの排気だけでは長時間の真空排気が必要である。また、気体吸着材を封入するため、製造コストが増大する。
【０００６】
また、体積変化率が大きい場合、真空排気によって空孔が潰れると、空孔率が下がり、熱伝導率が大きくなるため、断熱部材としての性能を悪化させてしまう。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、低コストで、断熱性能が優れる断熱部材等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】
【０００８】
前述した目的を達するために第１の発明は、芯材と、前記芯材を密封する外装と、を具備し、前記芯材は、多数の独立気泡を有する樹脂発泡体であり、前記独立気泡の内部が減圧されており、前記樹脂発泡体はポリエチレンテレフタレートの樹脂発泡粒子であり、前記樹脂発泡粒子同士の間に隙間が形成されており、前記独立気泡が減圧された状態で、前記樹脂発泡粒子同士の間の前記空隙を有したまま、前記隙間が減圧されていることを特徴とする断熱部材である。
【００１０】
前記芯材の発泡倍率が２０倍以上であってもよい。
【００１１】
前記外装は、前記芯材の外周にめっき、または蒸着で形成された金属膜であってもよい。
【００１２】
前記外装は、外側部材と内側部材からなり、前記外側部材と前記内側部材の一部を重ねあわせて接合して、前記外側部材と前記内側部材とで形成された空間内に、前記芯材が配置されてもよい。
【００１３】
前記外装は、外側部材、内側部材および蓋部材からなり、前記蓋部材の一部を、前記外側部材と前記内側部材とに重ねあわせて接合して、前記外側部材と前記内側部材と前記蓋部材とで形成された空間内に、前記芯材が配置されてもよい。
【００１４】
第１の発明によれば、独立気泡を有する樹脂発泡体を用いるため、芯材がつぶれにくく、さらに、独立気泡内部が減圧されているため、気体吸着材を用いなくとも断熱効率が高い。
【００１５】
また、樹脂発泡体がポリエチレンテレフタレート製の樹脂発泡粒子からなれば、他の部材と比較して高温でも使用することができる。また、ポリエチレンテレフタレートは窒素の透過率が低いため、製造時において独立気泡内部へ空気が浸入することを抑制することができる。
【００１６】
この場合、芯材の発泡倍率を２０倍以上とすることで、１２０°程度の高温時において、例えばポリプロピレン製やポリスチレン製では達成することのできない熱伝導率（断熱性）を達成することができる。
【００１７】
また、外装を金属膜とすることができ、特に金属膜を真空蒸着で形成することで、芯材の外部に外装を形成する際に、独立気泡内部への空気の浸入を防止することができる。
【００１８】
なお、外装としては、外側部材と内側部材とを用いて、内部に芯材を配置してもよく、さらに蓋材を用いて、内部に芯材を配置してもよい。
【００１９】
第２の発明は、樹脂を発泡させて樹脂発泡体を成形する工程と、前記樹脂発泡体を、減圧下で加熱する工程と、前記樹脂発泡体の外周に外装を設けて、前記樹脂発泡体を密封する工程と、を具備し、前記樹脂発泡体はポリエチレンテレフタレートの樹脂発泡粒子であり、前記樹脂発泡粒子同士の間に隙間が形成されており、前記樹脂発泡体内に独立気泡が形成されており、前記樹脂発泡体を密封する工程においては、前記外装を施した後に、前記独立気泡が減圧された状態で、前記樹脂発泡粒子同士の間の前記空隙を有したまま、前記外装の内部を真空引きすることにより、前記発泡体を密封し、前記隙間と前記独立気泡の内部を減圧することを特徴とする断熱部材の製造方法である。
【００２０】
前記外装は、乾式めっきで形成してもよい。
【００２１】
前記外装は、真空蒸着で形成してもよい。
【００２２】
第２の発明によれば、樹脂発泡体を減圧下で加熱することで、独立気泡内部を減圧することができる。
【００２３】
また、外装をめっきや真空蒸着による金属膜で形成することで、構造が簡易である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、低コストで、断熱性能が優れる断熱部材等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は断熱部材１を示す断面図、（ｂ）は樹脂発泡体７の概念図、（ｃ）は独立気泡９を示す概念図。
【図２】（ａ）は、成形型１１に樹脂粒子１３を入れた状態を示す概念図、（ｂ）は樹脂粒子を発泡させた状態を示す概念図、（ｃ）は、加熱炉内に樹脂発泡体７を配置した状態を示す概念図、（ｄ）は樹脂発泡体７を外装３で覆う状態示す概念図。
【図３】材質による発泡倍率と１０％圧縮応力の関係を示す図。
【図４】（ａ）は常温における、材質による発泡倍率と熱伝導率の関係を示す図、（ｂ）は１２０℃における、材質による発泡倍率と熱伝導率の関係を示す図。
【図５】断熱部材１ａを示す断面図。
【図６】断熱部材１ｂを示す断面図。
【図７】断熱部材１ｃを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は、断熱部材１を示す断面図である。断熱部材１は、外装３、芯材５等から構成される。外装３の内部には芯材５が配置される。また、外装３の内部は減圧されている。
【００２７】
外装３は、ガスバリア性の材質であればよく、例えば金属製である。なお、外装３は、金属と樹脂とのラミネートフィルムのように可撓性を有する材質であってもよく、金属板などの剛性を有する材質であってもよい。また、詳細は後述するが、芯材５の外周面に形成された金属膜であってもよい。このように、外装３は、芯材５を密封することができれば、材質や形態は問わない。
【００２８】
芯材５は、樹脂発泡体７で構成される。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図であり、樹脂発泡体７の概念図である。樹脂発泡体７は、複数の樹脂発泡粒子７ａが集合されて一体化された部材である。なお、樹脂発泡粒子７ａ同士の間には微小な隙間が形成されている。この隙間は、外装３内の減圧によって減圧された状態である。
【００２９】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ部拡大図であり、独立気泡９を示す概念図である。樹脂発泡粒子７ａの内部には、多数の微小な独立気泡９が形成される。本発明では、独立気泡９の内部が減圧されている。すなわち、外装３の内部を真空引きしたのみでは、前述した樹脂発泡粒子７ａ同士の隙間は減圧することができても、独立気泡９の内部を短時間で減圧することはできないが、本発明では、あらかじめ樹脂発泡体７を高温減圧の雰囲気中で所定時間放置して独立気泡９内を十分に減圧した後、常温常圧に戻してから外装３を施し、内部を真空引きして全体を減圧密封することで独立気泡９の内部が減圧されるようにしている。
【００３０】
なお、樹脂発泡粒子７ａ（樹脂発泡体７）の材質は問わないが、例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネートなどを適用可能である。ポリエチレンテレフタレートやポリカーボネートは、ポリプロピレンやポリスチレンなどと比較して、高温で使用することができ、かつ硬度が大きいため耐傷性に優れている
【００３１】
次に、断熱部材１の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、成形型１１内に、樹脂粒子１３を入れる。なお、樹脂粒子１３内には、あらかじめガスが浸透されている。この状態で、所定温度に加熱して、樹脂粒子１３を発泡させる。加熱温度は材質にもよるが、例えばポリエチレンテレフタレートの場合には、１６０℃〜１７０℃程度に加熱する。加熱することで、樹脂粒子１３が発泡し、発泡した樹脂発泡粒子７ａ同士の表面が互いに接合して一体化する。
【００３２】
この際、図２（ｂ）に示すように、樹脂粒子１３は、成形型１１のキャビティー形状に一体化される。すなわち、本発明では、成形型１１の形状によって、任意の３次元形状の樹脂発泡体７を成形することができる。
【００３３】
次に、得られた樹脂発泡体７を取り出し、加熱炉内に配置する。加熱炉内は減圧装置１５によって減圧することができる。加熱状態で加熱炉内を減圧することで、樹脂発泡体７の内部の独立気泡内を減圧することができる。
【００３４】
なお、加熱温度は、素材の軟化温度未満の温度であって、例えば６０〜７０℃程度とする。温度が低すぎると、独立気泡内の脱気が行えず、温度が高すぎると、樹脂発泡体７がつぶれる。なお、真空度は、例えば、約０．５Ｐａ（または、常圧−約１００ｋＰａ）程度とする。また、加熱減圧時間は２４時間程度とする。
【００３５】
次に、図２（ｄ）に示すように、樹脂発泡体７を常温にした後、常圧に戻し、外装３で密封する。すなわち、樹脂発泡体７を外装３内に配置し、真空に引きながら外装３を密封する。なお、真空度は、例えば、約０．５Ｐａ（または、常圧−約１００ｋＰａ）程度とする。
【００３６】
ここで、樹脂発泡体７を常温常圧に戻した状態を長時間維持すると、減圧された独立気泡中に空気が浸入するため、樹脂発泡体７を常温常圧に戻した後、外装３で密封する作業はできるだけ短時間で作業を行うことが望ましい。なお、樹脂発泡体７がポリエチレンテレフタレート製であれば、窒素の透過率が極めて低いため、独立気泡中への空気の浸入を抑制することができる。以上により、断熱部材１を製造することができる。
【００３７】
次に、樹脂発泡体７の発泡倍率について検討する。図３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）について、１０％圧縮応力と発泡倍率の関係を示す図である。ここで、発泡倍率とは発泡前の樹脂発泡粒子の密度を、発泡後の樹脂発泡体の密度で除した比である。図に示すように、発泡倍率が大きくなると、１０％圧縮応力が低下する。これは、発泡倍率の増加によって、気孔率が高くなり、強度が低くなるためである。ここで、１０％圧縮応力とは、発泡体の体積を１０％縮ませるために必要な力である。
【００３８】
ＰＥＴは、他の材質と比較して同じ発泡倍率であれば強度が高い。例えば、外装３内に樹脂発泡体７を配置して、０．５ｋＰａ程度まで減圧するとすれば、常圧に対して１００ｋＰａ程度低くなる。このため、１０％圧縮応力が１００ｋＰａ（図中Ｃ）以上の強度を有すれば、外装３内部を減圧した際に、体積変化率を１０％以下とすることができる。例えば、ＰＥＴの場合には、発泡倍率が６０倍程度であれば、常圧に対して１００ｋＰａ程度低くした場合でも、体積変化率を１０％程度とすることができる。
【００３９】
図４（ａ）は、常温における、発泡倍率と熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）の関係を示す図である。熱伝導率を低くして断熱性能を向上させるためには、発泡倍率を大きくするだけではなく、真空時の圧縮率を小さく保つために、芯材の圧縮強度を大きくすることが求められる。これは、圧縮強度が小さいと、外装内を真空にしたときの負圧で芯材の気泡が潰れて空孔率が低下し、断熱性能が著しく低下するためである。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、常温での発泡倍率と熱伝導率の関係を見ると、ＰＥＴの樹脂発泡体であれば、他の材料と比較して、特に発泡倍率５０倍以上で他材料より熱伝導率を低くすることができる。
【００４１】
一方、図４（ｂ）は、１２０℃における、材質による発泡倍率と熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）の関係を示す図である。例えば、車のエンジンルーム内などにおける使用を考慮すると、１２０℃程度の温度における断熱性能が要求される。
【００４２】
１２０℃においては、ＰＥＴについては、常温時の強度とほとんど変わらないが、ＰＰ、ＰＳでは、強度が常温時と比較して大きく低下する。このため、最も熱伝導率の小さくなる発泡倍率が、常温と比較して小さくなる。この結果、ＰＥＴは、ＰＰやＰＳにおける最も低い熱伝導率（図中Ｄ）よりも、さらに低い熱伝導率を達成することができる。なお、ＰＥＴであれば、１５０℃でも使用することができる。
【００４３】
たとえば、図中ＤとＰＥＴの曲線とは、おおむね発泡倍率が２０倍で交差する。したがって、発泡倍率２０倍以上とすることで、１２０℃でＰＰやＰＳでは得ることのできない熱伝導率を得ることができる。このため、樹脂発泡体７の材質としてＰＥＴを選択した場合には、発泡倍率が２０倍以上とすることが望ましい。
【００４４】
なお、ＰＥＴであっても、発泡倍率を上げていくと、強度が低下して独立気泡が潰れやすくなり、熱伝導率が上昇する。すなわち、ＰＥＴの曲線は、発泡倍率が約１３０倍程度以上とすると、直線Ｄを超える。このため、ＰＥＴを用いた場合には、発泡倍率は２０倍から１３０倍の範囲（図中Ｅ）とすることで、ＰＰやＰＳでは得ることのできない断熱性能を得ることができる。なお、製造性などを考慮すると、発泡倍率の上限は１００倍以下であることが望ましい。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、樹脂発泡粒子７ａ同士の間に空隙を有し、この空隙が外装３内の排気時に空気の流路となりうるため、外装３と芯材５との間の排気抵抗の増加を抑制することができる。このため、短時間で真空引きを行うことができ、気体の吸収剤なども不要である。
【００４６】
また、独立気泡９の内部が減圧された状態となるため、従来の樹脂発泡体を用いた場合と比較しても、断熱特性が良好である。
【００４７】
また、樹脂発泡体７がＰＥＴ製であれば、高温でも使用が可能である。また、ＰＥＴは、窒素の透過率が極めて小さいため、製造時に独立気泡中への空気の浸入を抑制することができる。
【００４８】
また、ＰＥＴは、高温時においてＰＰやＰＳでは得ることのできない熱伝導率を得ることができる。特に、１２０℃においてはＰＰ、ＰＳともに強度が落ちるため、発泡倍率が２０倍以上で他材料よりも優位となる。また、他の材質と比較して発泡倍率を高くして尚且つ圧縮応力も保てるため高断熱性能を発揮することができるようになる。それと同時に軽量化をも達成することができ、材料コストを低減することができる。
【００４９】
次に、第２の実施形態について説明する。図５は、断熱部材１ａを示す断面図である。なお、以下の説明において、断熱部材１と同様の機能を奏する構成については、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５０】
断熱部材１ａは、断熱部材１とほぼ同様の構成であるが、外装３の形態が異なる。断熱部材１ａの外装３は、内側部材３ａと外側部材３ｂとからなる。内側部材３ａ、外側部材３ｂは、金属板によって構成され、例えば絞り加工で製造される。
【００５１】
内側部材３ａと外側部材３ｂは、ともに箱型の部材であり、上縁部が外側に向かって折り曲げられたフランジ部を有する。内側部材３ａは外側部材３ｂよりもサイズが小さい。このため、内側部材３ａのフランジ部の下面に外側部材３ｂのフランジ部を重ね合わせると、内側部材３ａと外側部材３ｂとの間に空間が形成される。
【００５２】
内側部材３ａと外側部材３ｂとの間の空間には、予め空間形状に成形され、真空加熱処理が施された芯材５が封入される。すなわち、芯材５は、箱型の形状に成形される。
【００５３】
なお、フランジ部同士は例えば溶接で接合される。この際、空間内を真空引きしながら溶接を行うことで、空間を真空に保持することができる。また、空間内を常圧−１００ｋＰａ程度まで減圧しても、例えば、ＰＥＴ製の芯材５の発泡倍率を６０倍程度以下とすることで、芯材５の変形率を１０％以下とすることができる。
【００５４】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、外装３を容器状とすることで、断熱容器を得ることができる。
【００５５】
次に、第３の実施形態について説明する。図６は、断熱部材１ｂを示す図である。断熱部材１ｂは、断熱部材１とほぼ同様の構成であるが、外装３の形態が異なる。断熱部材１ｂの外装３は、内側部材３ａと外側部材３ｂと蓋部材３ｃとからなる。内側部材３ａ、外側部材３ｂ、蓋部材３ｃは、金属板によって構成され、例えば絞り加工で製造される。
【００５６】
内側部材３ａと外側部材３ｂは、ともに上方が開口した箱型の部材であり、内側部材３ａは外側部材３ｂよりもサイズが小さい。このため、内側部材３ａを外側部材３ｂの内部に配置すると、内側部材３ａは外側部材３ｂとの間に空間が形成される。
【００５７】
内側部材３ａは外側部材３ｂとの間の空間には、予め空間形状に成形され、真空加熱処理が施された芯材５が封入される。すなわち、芯材５は、箱型の形状に成形される。
【００５８】
なお、内側部材３ａと外側部材３ｂとの間の開口部に蓋部材３ｃが配置されて、蓋部材３ｃの外縁部と外側部材３ｂとが接合され、蓋部材３ｃの内縁部と内側部材３ａとが接合される。この際、空間内を真空引きしながら溶接を行うことで、空間を真空に保持することができる。
【００５９】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、本発明では、外装３の形状は、限定されることはない。
【００６０】
次に、第４の実施形態について説明する。図７（ａ）は、断熱部材１ｃを示す断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＦ部拡大図である。断熱部材１ｃは、断熱部材１とほぼ同様の構成であるが、外装３の形態が異なる。断熱部材１ｃの外装３は、金属膜３ｄで構成される。
【００６１】
金属膜３ｄは、例えば乾式めっきや真空蒸着で形成することができる。この場合には、任意の形状（例えば箱型）に成形され、真空加熱処理を施した芯材５の外周面に、金属膜３ｄを形成すればよい。金属膜３ｄの厚みとしては、ガスバリア性能を有すればよく、アルミ箔では（７μｍで酸素透過度が０．０１ｃｃ／ｍ２・Ｄａｙ・ａｔｍ（２０℃）であるので）例えば１０μｍ程度であればよい。
【００６２】
なお、金属膜３ｄを真空蒸着で形成すれば、真空加熱処理後の芯材５を真空容器内で金属膜３ｄを形成することができるため、真空加熱処理後の芯材５に空気が浸透することを抑制することができる。
【００６３】
第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。このように、本発明では、外装３の態様は限定されることはない。
【００６４】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６５】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ………断熱部材
３………外装
３ａ………内側部材
３ｂ………外側部材
３ｃ………蓋部材
５………芯材
７………樹脂発泡体
７ａ……樹脂発泡粒子
９………独立気泡
１１………成形型
１３………樹脂粒子
１５………減圧装置
【図１】
0006605823.tif 000002
【図２】
0006605823.tif 000003
【図３】
0006605823.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006605823.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006605823.tif 000008