(57)【要約】  【課題】芯材の強度を高め、静的な外力が長期間にわたり真空断熱材に加わるような状況でも変形が少なく、性能を維持できる真空断熱材を用いた複合断熱材を提供する。  【解決手段】縦弾性係数が高いガラスによって、真空断熱材１０２の芯材１０５を形成することにより、芯材１０５の強度が高くなる。この高強度な芯材１０５を用いて真空断熱材１０２を作製することにより、大気圧や発泡樹脂による静的な外力を長期間にわたり受けても、変形することなく、性能を維持するので、発泡樹脂断熱材１０３内に真空断熱材１０２を埋設した複合断熱材１０１でも、性能劣化を抑制することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバリア性フィルムからなる外被材内にガラス繊維積層体である芯材を挿入して減圧密封した真空断熱材を、発泡樹脂断熱材内部に埋設して構成され、前記ガラス繊維は縦弾性係数が７５ＧＰａ以上のガラスを繊維化して得られることを特徴とする複合断熱材。
【請求項２】
ガスバリア性フィルムからなる外被材内にガラス繊維積層体である芯材を挿入して減圧密封した真空断熱材を、発泡樹脂断熱材内部に埋設して構成され、前記ガラス繊維は縦弾性係数が７５〜８５ＧＰａのガラスを繊維化して得られることを特徴とする複合断熱材。
【請求項３】
芯材を構成するガラス繊維の直径は１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の複合断熱材。
【請求項４】
芯材を構成するガラス繊維の直径は３〜５μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の複合断熱材。
【請求項５】
真空断熱材は、発泡樹脂断熱材内で前記発泡樹脂断熱材の厚み方向に対して偏って配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の複合断熱材。
【請求項６】
１つの発泡樹脂断熱内に真空断熱材を２つ以上埋設することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の複合断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設した複合断熱材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、真空断熱材は、冷蔵庫、自動販売機などの冷凍冷蔵機器やジャーポットなどの温熱機器に多く用いられ、これらの機器の消費エネルギーを格段に削減し、省エネ効果を大幅に向上した。
【０００３】
一般に、このような用途で用いられる真空断熱材は、真空断熱材の強度を確保するための芯材と、ガスバリア性を有し、芯材を覆う外被材と、外被材内部の余分な水分を吸着する水分吸着剤で構成される。なお、芯材は、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーなどの繊維系や、非結晶珪素、シリカなどの粉末系が一般的に用いられる。
【０００４】
また、真空断熱材の新たな用途として、コンテナや輸送車両の壁面への使用が注目されている。従来、このような用途に対しては、ウレタンフォームを壁面内に充填することにより、断熱性能を確保していたが、ウレタンフォームのみで性能向上を図る場合には、壁厚を厚くする必要があり、箱体内容積が減少することが懸念される。そこで、ウレタンフォームと比較して、断熱性能が数倍から数十倍も高い真空断熱材を併用すると、壁厚がほぼ同等でありながら、断熱性能を確保するために効果的である。
【０００５】
たとえば、箱体の内壁材と外壁材の間に、複合芯材を有する真空断熱材を配設すると共に、隙間にポリウレタンフォームを注入発泡させて充填する真空断熱材を用いた断熱箱体がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図３は、コンテナに適用した断熱箱体の側壁の内部構造を示す平断面図である。図３に示すように、断熱箱体を適用したコンテナＣは、側壁１、側壁２、側壁３で構成され、これらの側壁は、それぞれ金属製の薄板である内壁材１ａ，２ａ，３ａと外壁材１ｂ，２ｂ，３ｂで作られている。
【０００７】
真空断熱材Ｔは、内壁材１ａ，２ａ，３ａと外壁材１ｂ，２ｂ，３ｂの間の空間に配設されており、ガスバリア性フィルムの袋体に、芯材として連続気泡硬質プラスチック発泡体５と無機物６の積層体を収納し、その内部を減圧して密封したものである。無機物６にはガラス繊維や無機粉体などがよく用いられる。真空断熱材Ｔは、高温環境下におかれるのがコンテナＣの内側か外側かにより定められ、高温側に無機物６を積層した側を配置する。
【０００８】
発泡ポリウレタン樹脂Ｕは、各側壁１，２，３内に配設した真空断熱材Ｔを固定するために内壁材１ａ，２ａ，３ａと真空断熱材Ｔとの間に注入して発泡させて充填したものである。
【０００９】
このようにして構成された断熱箱体は、大きな真空断熱材を箱体の側壁や底壁、あるいは開閉扉内部に配設し、それをポリウレタンフォームを注入発泡させて充填し固定することができるので、小さな真空断熱材を複数使用した断熱箱体と比較して、ボイドの発生やヒートブリッジの影響が少なく、断熱性能、作業性を向上させるという効果が得られる。
【特許文献１】特開２００６−１９４５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成では、芯材として連続気泡硬質プラスチック５発泡体と無機物６の積層体を用い、この積層体が真空断熱材Ｔの強度を確保することになる。真空断熱材Ｔは、その内部が真空状態ということから、大気中では大気圧と真空断熱材Ｔの表面積の積から得られる外力が、真空断熱材Ｔ表面に負荷されることになる。
【００１１】
さらに、真空断熱材Ｔをポリウレタン樹脂Ｕ内に埋設して使用する場合には、ポリウレタン樹脂Ｕによる圧力が付加されることになる。このように、真空断熱材Ｔには恒常的に静的な外力が負荷されることになるため、芯材にはそれに耐えうる強度が要求される。
【００１２】
無機物６は無機粉体やガラス繊維が用いられ、取扱いを容易にして生産性を向上させるべく固形化するが、前者は固形化前に取り扱う際には、飛散を抑制する必要があるため、通常、後者の方が取り扱いは容易である。しかしながら、後者は延性に乏しく、さらに微小な表面欠陥などの影響から、大きな加重や長期間の静的な荷重により破断しやすく、真空断熱材Ｔが変形することや、芯材の密度が増加して性能が低下するという課題がある。また、強度を確保するために、繊維径を太くすることは、真空断熱材Ｔ内部の伝熱経路を拡大することにつながり、性能が悪化するという課題がある。
【００１３】
本発明は、芯材の強度を高め、静的な外力が長期間にわたり真空断熱材に加わるような状況でも変形が少なく、性能を維持できる真空断熱材を用いた複合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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、ガスバリア性フィルムからなる外被材内にガラス繊維積層体である芯材を挿入して減圧密封した真空断熱材を、発泡樹脂断熱材内部に埋設させて複合断熱材を構成し、前記ガラス繊維には縦弾性係数が７５〜８５ＧＰａのガラスを繊維化して得られるものを使用するのである。
【００１５】
これにより、発泡樹脂断熱材内に埋設された真空断熱材は、発泡樹脂断熱材から加わる静的な外力により圧縮されることに対して、高強度な芯材により変形を抑制することができる。このことから、真空断熱材の断熱性能が低下することも抑制できる。このような外力に対して高強度を有する真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、長期間性能維持が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来例（特許文献１）と比べると、縦弾性係数が高いガラスによって真空断熱材の芯材を形成することにより、芯材の強度が高くなる。この高強度な芯材を用いて真空断熱材を作製することにより、大気圧や発泡樹脂による静的な外力を長期間にわたり受けても、変形することなく、性能を維持するので、発泡樹脂断熱材内に真空断熱材を埋設した複合断熱材でも、性能劣化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の複合断熱材の発明は、ガスバリア性フィルムからなる外被材内にガラス繊維積層体である芯材を挿入して減圧密封した真空断熱材を、発泡樹脂断熱材内部に埋設して構成され、前記ガラス繊維は縦弾性係数が７５ＧＰａ以上のガラスを繊維化して得られることを特徴とするものであり、発泡樹脂断熱材内に埋設された真空断熱材は、発泡樹脂断熱材から加わる静的な外力により圧縮されることに対して、高強度な芯材により変形を抑制することができる。このことから、真空断熱材の断熱性能が低下することも抑制できる。このような外力に対して高強度を有する真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、長期間性能維持が可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の複合断熱材の発明は、ガスバリア性フィルムからなる外被材内にガラス繊維積層体である芯材を挿入して減圧密封した真空断熱材を、発泡樹脂断熱材内部に埋設して構成され、前記ガラス繊維は縦弾性係数が７５〜８５ＧＰａのガラスを繊維化して得られることを特徴とするものであり、発泡樹脂断熱材内に埋設された真空断熱材は、発泡樹脂断熱材から加わる静的な外力により圧縮されることに対して、さらに高強度な芯材により変形を抑制することができる。このことから、真空断熱材の断熱性能が低下することも抑制できる。このような外力に対して高強度を有する真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、さらに長期間性能維持が可能となる。
【００１９】
請求項３に記載の複合断熱材の発明は、請求項１または２に記載の発明において、芯材を構成するガラス繊維の直径が、１〜１０μｍであることを特徴とするものであり、芯材内におけるガラス繊維の空隙は微小で、残存気体の移動距離も短くなるため、気体による熱伝導を抑制できる。さらに、繊維同士の接点における接触面積も小さくできるため熱抵抗を大きくし、固体による熱伝導も抑制できるため、さらに高性能を長期間維持できる真空断熱材となる。このことから、このような真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、さらに高性能を長期間維持できる。
【００２０】
請求項４に記載の複合断熱材の発明は、請求項１または２に記載の発明において、芯材を構成するガラス繊維の直径は３〜５μｍであることを特徴とするものであり、芯材内におけるガラス繊維の空隙は微小で、残存気体の移動距離も短くなるため、気体による熱伝導を抑制できる。さらに、繊維同士の接点における接触面積も小さくできるため熱抵抗を大きくし、固体による熱伝導も抑制できるため、さらに高性能を長期間維持できる真空断熱材となる。このことから、このような真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、さらに高性能を長期間維持できる。
【００２１】
請求項５に記載の複合断熱材の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明における真空断熱材が、発泡樹脂断熱材内で前記発泡樹脂断熱材の厚み方向に対して偏って配置されていることを特徴とするものであり、発泡樹脂断熱材表面から真空断熱材までの厚みが偏向している。複合断熱材を他のものに貼付または挟み込み使用する場合、厚みが小さい側を凹凸や突起が少ない側に接するように配設することにより、真空断熱材の外被材の破袋を抑制することができ、さらに高性能を長期間維持できる真空断熱材となる。このことから、このような真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、さらに高性能を長期間維持できる。
【００２２】
請求項６に記載の複合断熱材の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、１つの発泡樹脂断熱内に真空断熱材を２つ以上埋設することを特徴とするものであり、突起物などが発泡樹脂断熱材を貫通し、真空断熱材の外被材を破袋したとしても、複合断熱材の一部の性能低下が生じるだけで、全体の性能低下は回避でき、さらに高性能を長期間維持できる真空断熱材となる。このことから、このような真空断熱材を発泡樹脂断熱材内に埋設して複合断熱材を製作することにより、さらに高性能を長期間維持できる。
【００２３】
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。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における複合断熱材の断面図である。図２は同実施の形態における複合断熱材の一部切り欠き斜視図である。
【００２５】
図１に示すように、複合断熱材１０１は、真空断熱材１０２を発泡樹脂断熱材１０３の内部に埋設して構成される。真空断熱材１０２および発泡樹脂断熱材１０３はともに板状であり、厚み方向における真空断熱材１０２の中心線１０４ａと、発泡樹脂断熱材１０３の中心線１０４ｂはほぼ平行となるが、一致することはなく偏って配設されている。
【００２６】
発泡樹脂断熱材１０３は、ポリウレタン、ポリスチレン、フェノールなどを発泡、硬化させたポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、フェノールフォームなどである。これらは、断熱性に優れた特性を有し、建築材や工業資材として広く用いられる。
【００２７】
真空断熱材１０２は、ガラス繊維積層体である芯材１０５と水分吸着剤１０６を袋状の外被材１０７内に挿入し、内部を減圧した構成である。このとき、真空断熱材１０２は厚みが１０ｍｍとなるように芯材１０５の密度を２００から３００ｋｇ／ｍ３に調整している。
【００２８】
真空断熱材１０２の作製は、芯材１０５を１４０℃の乾燥炉で２０分間乾燥した後、ガスバリア性を有するラミネートフィルムの三方を熱溶着によりシールして袋状に成形した外被材１０７に挿入し、減圧チャンバー内で外被材１０７の内部が１０Ｐａ以下になるように減圧し、開口部を熱溶着により密閉封止している。
【００２９】
外被材１０７は、最外層にポリエチレンテレフタレートフィルム、中間層にアルミナ箔、熱溶着層に直鎖状低密度ポリエチレンフィルムを適用したプラスチックラミネートフィルムから構成している。
【００３０】
水分吸着剤１０６は、酸化カルシウムを適用している。
【００３１】
芯材１０５に用いるガラス繊維は、平均繊維径が１から１０μｍ、好ましくは約３．５μｍのグラスウールである。なお、汎用的なソーダ石灰ガラス組成物を用いているが、繊維化直後に、冷却空気を吹き付けて急冷することにより繊維強度を向上させている。
【００３２】
芯材１０５の作製は、ガラス繊維のウェブからなるグラスウールを所定厚みになるまで積層し、ウェブ間が交絡により結合された積層体を成形する。その後、ガラス繊維の積層体をガラスの歪点よりも低い４５０℃で５分間加熱プレスにて熱成形することでボード状の芯材を成形している。
【００３３】
なお、上記方法以外に、加熱プレス時にバインダーを適用することでより剛性の高いボード状の芯材を成形することができる。これらは、求められる真空断熱材１０２の品質や生産性を考慮して決定することができる。
【００３４】
このようにして作製した真空断熱材１０２は、大気中では大気圧の略０．１ＭＰａの静的負荷を受けることになる。さらに、複合断熱材１０１を製作する場合、発泡樹脂断熱材１０３内に埋設されると、発泡樹脂断熱材１０３の発泡に伴う圧力が付加される。
【００３５】
たとえば、ウレタン発泡による圧力は略０．０１ＭＰａであるので、真空断熱材１０２表面に静的に負荷される圧力は略０．１１ＭＰａとなる。
【００３６】
このような静的負荷に対する真空断熱材１０２の強度は、芯材１０５の強度に依存しており、芯材１０５を構成するガラス繊維の強度を向上されることが有効である。その手段の１つとして、ガラスの縦弾性係数を高くし、７５ＧＰａ以上、好ましくは７５〜８５ＧＰａとすると良い。
【００３７】
以上のことから、静的な外力に対して高強度を有する真空断熱材１０２を発泡樹脂断熱材内１０３に埋設して複合断熱材１０１を製作することにより、長期間性能維持が可能となる。
【００３８】
また、図２に示すように、複合断熱材１０１は、２つ以上の真空断熱材１０２を発泡樹脂断熱材１０３内に埋設することにより構成している。このことから、突起物などが発泡樹脂断熱材１０３を貫通して真空断熱材１０２のうち１つが破袋し性能低下したとしても、複合断熱材１０１全体の性能が極端に低下することは避けることができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例、及び比較例を用いて、本発明の複合断熱材と、複合断熱材を構成する真空断熱材および、それに用いるガラス繊維について具体的に説明するが、本発明は本実施例のみに限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
実施例１は、ガラスの縦弾性係数が７５ＧＰａで、繊維径が３〜５μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは１０．０ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００６２Ｗ／ｍＫであった。
【００４１】
（実施例２）
実施例２は、ガラスの縦弾性係数が８０ＧＰａで、繊維径が３〜５μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは１０．５ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００５２Ｗ／ｍＫであった。
【００４２】
（実施例３）
実施例３は、ガラスの縦弾性係数が８５ＧＰａで、繊維径が３〜５μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは１１．０ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００４８Ｗ／ｍＫであった。
【００４３】
（実施例４）
実施例４は、ガラスの縦弾性係数が７５ＧＰａで、繊維径が１〜１０μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは１０．０ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００６５Ｗ／ｍＫであった。
【００４４】
（実施例５）
実施例５は、ガラスの縦弾性係数が８０ＧＰａで、繊維径が１〜１０μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは１０．５ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００５５Ｗ／ｍＫであった。
【００４５】
（実施例６）
実施例６は、ガラスの縦弾性係数が８５ＧＰａで、繊維径が１〜１０μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは１１．０ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００４９Ｗ／ｍＫであった。
【００４６】
（比較例１）
比較例１は、ガラスの縦弾性係数が７２ＧＰａで、繊維径が１〜１０μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは９．５ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００７３Ｗ／ｍＫであった。
【００４７】
（比較例２）
比較例２は、ガラスの縦弾性係数が７２ＧＰａで、繊維径が３〜５μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは９．５ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００７０Ｗ／ｍＫであった。
【００４８】
（比較例３）
比較例３は、ガラスの縦弾性係数が７２ＧＰａで、繊維径が１０〜１４μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封した真空断熱材で、その厚みは９．５ｍｍであった。さらに、この真空断熱材を発泡樹脂断熱材であるウレタン内に埋設し、厚みを４０ｍｍとした複合断熱材の熱伝導率は０．００７５Ｗ／ｍＫであった。
【００４９】
（比較例４）
比較例１は、ガラスの縦弾性係数が９０ＧＰａで、繊維径が３〜５μｍのガラス繊維積層体と、水分吸着剤である酸化カルシウムを、ガスバリア性を有する袋状のラミネートフィルムに挿入して減圧密封すると、外被材が破袋し真空断熱材を製作できなかった。
【００５０】
なお、実施例および比較例の結果を（表１）にまとめた。
【００５１】
【表１】
2008208845.tif 000003
【００５２】
以上のように、ガラスの縦弾性係数を７５〜８５ＧＰａにすると、大気圧のような静的負荷を受ける雰囲気で設計値の１０ｍｍ以上の厚みを確保することができ、複合断熱材の熱伝導率を低減し、断熱性能を向上することができる。さらに、９０ＧＰａとすると、ガラス繊維が外被材を突刺す力が過大になり、真空断熱材を製作することが困難となる。また、ガラス繊維径は１〜１０μｍより太くすると、複合断熱材の熱伝導率が増加し、性能が落ちる。一方、３〜５μｍとすると、複合断熱材の熱伝導率を低減し、性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明にかかる複合断熱材は、広く普及している発泡樹脂断熱材に真空断熱材を埋設し、同等の厚みで断熱能力を格段に改善することが可能となる。このため、従来発泡樹脂断熱材が使用されている各種保温、保冷機器や住宅などに利用でき、温度調節するためのエネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１における複合断熱材の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における複合断熱材の一部切り欠き斜視図
【図３】従来のコンテナに適用した断熱箱体の側壁の内部構造を示す平断面図
【符号の説明】
【００５５】
１０１  複合断熱材
１０２  真空断熱材
１０３  発泡樹脂断熱材
１０５  芯材（ガラス繊維）
１０７  外被材
【図１】
2008208845.tif 000004
【図２】
2008208845.tif 000005
【図３】
2008208845.tif 000006