(57)【要約】【課題】  長期に亘り高真空状態を維持し、断熱性能に優れた真空断熱材を提供すること。【解決手段】  少なくとも通気性を有する材料からなる芯材４と、芯材４を内包する内包材３と、ガスバリア性を有する外被材２とで構成され、芯材４及び内包材３を外被材２で被包してなる真空断熱材１において、吸着剤５として中空部を持つ炭素繊維体６を用い、それを内包材３または外被材２に炭素繊維体６の少なくとも一部分が表面に露出するように設ける。また、内包材３の少なくとも内包材３と芯材４とが接触する面、または外被材２の少なくとも外被材２と内包材３とが接触する表面に凹凸形状を設ける。【選択図】図１
2009079719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、該芯材を収納するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、
前記外被材と前記芯材との間に、前記芯材を覆うように、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置したことを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
芯材と、該芯材を内包する内包材と、該内包材を収納するガスバリア性を有するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、
前記内包材又は前記外包材には、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置したことを特徴とする真空断熱材。
【請求項３】
請求項２において、前記内包材の表面に凹凸形状部を設け、前記炭素繊維体が前記凹凸形状部に混入され、前記炭素繊維体の一部分が前記凹凸形状部の表面から露出していることを特徴とする真空断熱材。
【請求項４】
請求項３において、前記内包材は、前記芯材と接触する側の面に凹凸形状を設けたことを特徴とする真空断熱材。
【請求項５】
請求項２において、前記外被材の内側表面に凹凸形状部を設け、前記炭素繊維体が前記凹凸形状部に混入され、前記炭素繊維体の一部分が前記凹凸形状部の表面から露出していることを特徴とする真空断熱材。
【請求項６】
請求項１又は２において、前記前記外被材は、表面保護層，ガスバリア層及び熱溶着層を少なくとも有し、前記熱溶着層は表面が凹凸形状部が設けられ、前記炭素繊維体は前記凹凸形状部に混入され、前記炭素繊維体の一部分が前記凹凸形状部の表面から露出していることを特徴とする真空断熱材。
【請求項７】
請求項１又は２において、前記炭素繊維体の内径の平均が０.３〜２ｎｍであることを特徴とする真空断熱材。
【請求項８】
請求項３又は５において、前記炭素繊維体は、前記凹凸形状部に０.１〜３０ｗｔ％の配合比で含まれていることを特徴とする真空断熱材。
【請求項９】
芯材と、該芯材を収納するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、
前記外被材と前記芯材との間に、前記芯材を覆うように、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置した真空断熱材を用いたことを特徴とする冷蔵庫。
【請求項１０】
芯材と、該芯材を内包する内包材と、該内包材を収納するガスバリア性を有するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、
前記内包材又は前記外包材には、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置した真空断熱材を用いたことを特徴とする冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷蔵庫などの家電製品や業務用冷凍庫などの業務用電気製品において、断熱性能をより一層高めるために真空断熱材が適用され始め、消費電力量の低減に一役買っている。芯材をガスバリア性フィルムからなる外被材で覆って内部を減圧封止することで作製される真空断熱材は、従来の断熱材である発泡ポリウレタンや発泡ポリスチレンを凌駕する高い断熱性能と、断熱厚（断熱材の厚さ）を小さくできることが特徴的であり、冷蔵庫の省エネを推進するためには欠かせないアイテムの一つとなっている。
【０００３】
真空断熱材の性能は、固体分（芯材及び外被材），気体分，輻射分の熱伝導率に左右されるが、この中でも固体分と気体分の影響が大きい。特に気体分の熱伝導率の影響は大きく、芯材にガラス短繊維材を用いた場合、大気圧から１０Ｐａ以下に減圧することで真空断熱材の熱伝導率はガラス短繊維材を単独で用いた場合に対して１０分の１以下となる。したがって、真空断熱材の性能向上のためには、真空排気を強化すればよいが、その際に除去しきれなかった残存気体は、それを吸着して保持する吸着剤を用いて吸着除去することが一般的である。
【０００４】
これまでにも、生石灰（酸化カルシウム）や合成ゼオライト等が真空断熱材の吸着剤として用いられてきたが、近年これに代わる吸着剤として、カーボンナノ構造体を使用した真空断熱材の例が特開２００６−４３６０３号公報（特許文献１）に示されている。これは、メソ多孔構造を有する芯材とカーボンナノ構造体を含む気体吸着材を外被材で覆い、内部を減圧して形成した断熱体であり、カーボンナノ構造体によって真空排気しきれない水素を吸着し、断熱体の性能向上を図ったものである。
【０００５】
また、モレキュラーシーブス（合成ゼオライトの商品名）のような従来の吸着剤をプラスチックフィルム中に練りこむことで、外被材や芯材を内包する内袋にガス成分や水分の吸着性能を持たせた例が特開２００６−３３６７２２号公報（特許文献２）に示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−４３６０３号公報
【特許文献２】特開２００６−３３６７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の真空断熱材では様々な吸着剤を一ヶ所に集約しているが、カーボンナノ構造体は凝集力が強いが、一箇所に集中して配置するだけでは芯材全体の吸着性能を十分に発揮することができなかった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の真空断熱材では、プラスチックの内部に埋まっている吸着剤の割合が多くなるので、プラスチック内部に存在する吸着剤の吸着については、ガス分子がプラスチックを透過する分、吸着速度が遅くなるため、真空断熱材における熱伝導率の経時劣化はある程度抑えられるが、初期においては断熱性能が安定に得られにくいという問題があった。
【０００９】
本発明は断熱性能に優れた真空断熱材を提供することを目的とする。また、冷蔵庫等の製品に適用することによって、製品の断熱性能が上がり、消費電力量の低減等による省エネ効果を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、芯材と、該芯材を収納するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、前記外被材と前記芯材との間に、前記芯材を覆うように、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置したことを特徴とする真空断熱材である。
【００１１】
また、芯材と、該芯材を内包する内包材と、該内包材を収納するガスバリア性を有するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、前記内包材又は前記外包材には、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置したことを特徴とする真空断熱材である。
【００１２】
また、前記内包材の表面に凹凸形状部を設け、前記炭素繊維体が前記凹凸形状部に混入され、前記炭素繊維体の一部分が前記凹凸形状部の表面から露出していることを特徴とする真空断熱材である。
【００１３】
また、前記内包材は、前記芯材と接触する側の面に凹凸形状を設けたことを特徴とする真空断熱材である。
【００１４】
また、前記外被材の内側表面に凹凸形状部を設け、前記炭素繊維体が前記凹凸形状部に混入され、前記炭素繊維体の一部分が前記凹凸形状部の表面から露出していることを特徴とする真空断熱材である。
【００１５】
また、前記前記外被材は、表面保護層，ガスバリア層及び熱溶着層を少なくとも有し、前記熱溶着層は表面が凹凸形状部が設けられ、前記炭素繊維体は前記凹凸形状部に混入され、前記炭素繊維体の一部分が前記凹凸形状部の表面から露出していることを特徴とする真空断熱材である。
【００１６】
また、前記炭素繊維体の内径の平均が０.３〜２ｎｍであることを特徴とする。
【００１７】
また、前記炭素繊維体は、前記凹凸形状部に０.１〜３０ｗｔ％の配合比で含まれていることを特徴とする真空断熱材である。
【００１８】
また、芯材と、該芯材を収納するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、前記外被材と前記芯材との間に、前記芯材を覆うように、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置した真空断熱材を用いたことを特徴とする冷蔵庫である。
【００１９】
また、芯材と、該芯材を内包する内包材と、該内包材を収納するガスバリア性を有するガスバリア性を有する外被材を有し、該外被材中を排気してなる真空断熱材において、前記内包材又は前記外包材には、中空部を有する炭素繊維体からなるガス吸着部材を配置した真空断熱材を用いたことを特徴とする冷蔵庫である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、断熱性能に優れた真空断熱材を得ることができる。本発明の真空断熱材を冷蔵庫等の製品に適用することによって、製品の断熱効果が上がり、消費電力量の低減等による省エネ効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施例を図１から図６を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施例を示す真空断熱材の断面図である。図２及び図３は本発明の一実施例を示す炭素繊維体の模式図である。図４は本発明の一実施例を示す真空断熱材の拡大断面図である。図５は炭素繊維体におけるガス分子の吸着密度とチューブ表面からの距離の関係図である。図６は本発明の一実施例を示す真空断熱材の熱伝導率と加速試験日数との関係図である。
【００２３】
図１で示す真空断熱材を形成する手順の一例を以下に記述する。
【００２４】
まず、芯材４となるガラス繊維材やポリエステル繊維等の繊維系材料を内包材３に収納し、芯材４を圧縮しながら、内包材３の開口部を熱溶着や接着等により封止することで芯材４を圧縮保持する。続いて、三方が熱溶着等で接合された袋状の外被材２へ芯材４を収納して真空排気し、外被材２の開口部を熱溶着等によって封止することで、真空断熱材１が作製される。真空排気時はその直前に、内包材３の封止部をカットしておき、減圧を効率よく行えるようにする。
【００２５】
内包材３の内部には、吸着剤５となるカーボンナノチューブ，カーボンナノファイバーに代表される中空部を持った炭素繊維体６が存在し、内包材３の表面に吸着剤５である炭素繊維体６の一部分が露出しており、内包材３において少なくとも芯材４が接触する表面に凹凸形状が設けられている。また、内包材３における芯材４が接触しない面に凹凸形状が設けられていてもよい。
【００２６】
炭素繊維体の一種であるカーボンナノチューブは炭素原子のみで構成され、主に６員環構造が連続している筒状の構造体であり、常温（３００Ｋ）では、合成ゼオライトであるモレキュラーシーブ１３Ｘ（商品名）に対し、容積当りで換算して約２倍の吸湿能力を持つ。また、水以外のガス分子の吸着も可能であって、図２（ａ）で示すように、筒内部の中空部分にガス分子７を保持できる。また、カーボンナノチューブ間のスペースにガス分子７を吸着することもできるが、吸着保持能力は筒内部の中空部分に対して弱い。したがって、ガス分子７がチューブ内部に進入できるように、カーボンナノチューブを空気中で３５０〜４５０℃に加熱するなどして、先端や側壁に穴を開けることは有効である。また、カーボンナノチューブをはじめとした炭素繊維体は凝集力が非常に強いため、図３で示すように、凝集した炭素繊維体６が別の炭素繊維体６のガス進入口を塞いでしまうことで、吸着保持の強いチューブ内部での吸着よりも吸着保持の弱い炭素繊維体６の間における吸着が多くなってしまうことが考えられる。そこで、炭素繊維体６の凝集を解消して内包材３の内部で固定し、内包材３の表面に炭素繊維体６の一部分を露出することで、炭素繊維体６の間における吸着を減少させ、チューブ内部への吸着効率を高めることができ、真空断熱材１における断熱性能の向上を図ることができる。なお、内包材３は芯材４の全体を覆っているため、芯材４に付着している水蒸気や外部から進入するガスと接触しやすくなり、吸着効率が高まることは言うまでもない。
【００２７】
しかも、元々粉末状である炭素繊維体６を内包材３中に固定しているので、真空排気の際に気体と一緒に排気されるといったことがなく、その対策のための包装材やバインダも必要ない上、真空断熱材１の生産時における粉塵による危険性が低下し、取扱性も良好である。
【００２８】
また、内包材３中に固定された炭素繊維体６の内、内包材３の表面付近で固定されているものは初期段階においてガス吸着をしやすくなっているため、高い初期性能を発揮できると考えられる。一方、時間がある程度経過した際には、徐々に浸透してきたガス分子７を内包材３の内部に固定されている炭素繊維体６によっても補足することが可能と考えられるため、長期に亘って真空断熱材１の高い断熱性能を維持可能である。
【００２９】
また、適用するカーボンナノチューブは単層のものでも、２層以上の多層のものでもよく、更には図２（ｂ）で示すような多孔質のものであってもよい。多層のものを用いると、チューブ層間への吸着が可能となるため、さらに吸着能力を向上できる。
【００３０】
また、カーボンナノチューブの直径は特に限定されるわけではないが、図５で示すように、チューブの内径を２ｎｍ以下のミクロ孔にすると、空気（主に酸素及び窒素）の場合のガス分子７がカーボンナノチューブの内部へ進入した際におけるガス分子７とチューブ側壁との分子間相互作用が大きくなることからガス分子７の吸着量が増加し、ガス分子７を吸着保持しやすくなる。一方、チューブ内径が２ｎｍを越えるメソ孔の場合は、ガス分子７とチューブ側壁との分子間相互作用が一部に限定されてしまい、吸着保持能力はミクロ孔に対して弱まる。
【００３１】
また、地球上に存在するガス分子の内、最も直径が小さいのは水素ガスやヘリウムガスであり、これらの直径は０.２３〜０.２８ｎｍであるため、チューブの内径はこれより大きいサイズでなければならないのは明白である。したがって、チューブの内径は０.３ｎｍ以上，２ｎｍ以下とするのが望ましい。
【００３２】
カーボンナノチューブの長さについては特に限定されないが、内包材３の厚さよりも長くすると、内包材３の表面にカーボンナノチューブの一部分を露出するように設ける際に、内包材３の表面が荒れて成形性が悪くなることがあるので、チューブの長さは内包材３の厚さよりも短くするのが望ましい。
【００３３】
内部に中空部を持つ炭素繊維体としては、カーボンナノチューブの他にも例えば、カーボンナノホーン，カーボンナノファイバー，グラファイトナノファイバー等があるが、これらに限定されることは無い。
【００３４】
カーボンナノホーンやカーボンナノファイバー等の他の炭素繊維体であっても、炭素原子で構成される中空の筒状構造体であれば、カーボンナノチューブと同様に取り扱うことができる。また、これらの炭素繊維体は表面に機能性分子が修飾された複合材料であっても良い。例えば、機能性分子が親水性のものであれば吸湿性能を向上できる。これらの炭素繊維体は不純物を除けば、主に炭素で構成されるので環境にもやさしく、取り扱いやすい。
【００３５】
また、カーボンナノチューブやカーボンナノホーン等の炭素繊維体は弾性率や引っ張り強度等の力学的特性が高いものが多いので、中空部が潰れにくく、真空断熱材１に適用しても高い吸着性能を発揮できると考えられる。
【００３６】
また、内包材３において、少なくとも芯材４が接触する面に凹凸形状を設けることで、内包材３の表面積が大きくなるため、吸着剤５における吸着効率をより高めることができるだけでなく、内包材３の内部に埋まっている吸着剤を表面化することができ、安定した初期性能が得られるという利点がある。さらに、内包材３と芯材４の接触面積が小さくなるため、固体熱伝導を低減できる効果が得られる。
【００３７】
表面に凹凸形状を設ける手法としては、例えば所望の形状をした金型を用いて、樹脂を加熱圧縮する方法がある。図４（ａ）で示すように、内包材３の表面に凹凸形状を付加することによって、吸着剤５が固定された内包材３の表面積を大きくでき、さらに内包材３の内部に閉じ込められていた吸着剤５が露出するため、吸着剤５と被吸着ガス分子７との接触確率が高くなり、ガス分子７をより吸着しやすくなる。したがって、真空断熱材１における断熱性能を向上させることができる。また、表面に凹凸を形成することによって、内包材３と芯材４の接触面積が少なくなるため、固体分の熱伝導が低減されるので、真空断熱材１における断熱性能が向上する。そのための凹凸の溝深さは大気圧からの圧縮による溝部の変形等を考慮に入れると３０μｍ以上とし、さらには５０μｍ以上とするのが望ましいが、凹凸の溝のアスペクト比（幅に対する高さの比）や溝形状，パターンについては特に限定されない。
【００３８】
また、ここで挙げた凹凸加工の方法は一例であり、所望の凹凸形状を付加することができれば特に限定されるものではない。表面に凹凸形状を付加する方法としては、ナノプリント加工やコロナ処理等が挙げられる。
【００３９】
ナノプリント加工とは、ナノメートルサイズの微細な凹凸，溝等の形状パターンを持った金型（ナノ金型）に樹脂を押し当てることで樹脂表面にその微細なパターンを転写する加工技術である。正確なパターンを一括して高速に転写できるため、加工性にも優れる。
【００４０】
また、外被材２の内部に吸着剤５となるカーボンナノチューブ，カーボンナノファイバーに代表される中空部を持った炭素繊維体６を固定してもよい。外被材２は表面保護層，ガスバリア層，熱溶着層で構成されているが、この内最も内側の熱溶着層に炭素繊維体６を固定する。これにより、ガスバリア層やフィルム端面を透過する僅かなガス分子７を吸着保持するため、長期に亘って高い断熱性能を維持することが可能となる。また、図４（ｂ）で示すように、外被材２において少なくとも内包材３が接触する面に凹凸形状を付加して表面積を大きくすることは内包材３の場合と同様有効である。
【００４１】
さらに、外被材２と内包材３の両方に炭素繊維体６を固定して、それらを組み合わせてもよい。その際には、外被材２と内包材３とで同じ炭素繊維体を固定させてもよく、また、違う炭素繊維体を用いてもよい。
【００４２】
真空断熱材１の作製後、必要に応じて芯材４が含まれない外被材２の余剰部分を折り曲げて固定しても良い（耳折り）。その際、外被材２の余剰部分が真空断熱材１のどちら側の面に折り曲げられるかは特に限定されない。
【００４３】
外被材２の余剰部分はテープ，両面テープ，接着剤などで固定することができる。また、マジックテープ（（株）クラレの登録商標）に代表される面ファスナーやボタンのような着脱可能な固定手段を用いたり、ゴムバンドやＰＰバンド等で固定してもよいが、止め具は真空断熱材１を破損させないために、突起物のないものが推奨される。
【００４４】
本発明の実施例の真空断熱材では、内包材３または外被材２の表面に水やガスの吸着性能に優れたカーボンナノチューブ，カーボンナノファイバーに代表される中空部を持った炭素繊維体６の少なくとも一部分を露出するように設けることで、真空排気後に残留、または外部から浸入してくる水分，ガスを効率よく吸着保持することができ、また、内包材３において少なくとも芯材４が接触する面、または外被材２において少なくとも内包材３が接触する面に凹凸形状が施されていることで、内包材３または外被材２の表面積が大きくなり、さらに炭素繊維体６の露出部分が多くなるため、ガス分子７をさらに吸着しやすくなるので、気体分の熱伝導を低減でき、真空断熱材１の断熱性能を向上できる。
【００４５】
次に、本実施例の真空断熱材１に関してさらに具体的に説明する。尚、以下の記載は本発明における一実施例であり、本発明がこれに限定されるものではない。
【００４６】
真空断熱材１は、外被材２と、内包材３と、芯材４と、吸着剤５から構成されていて、吸着剤５は内包材３または外被材２の表面に炭素繊維体６の一部分が露出するように設けられており、この内包材３及び芯材４を収納し且つガスバリア性フィルムからなる外被材２とを備えて構成されている。この真空断熱材１は、吸着剤５を含む内包材３に包まれた芯材４を外被材２に挿入した状態で、外被材２の内部を減圧し、外被材２の周縁部を熱溶着して封止することによって作製される。真空断熱材１の形状は、特に限定されず、適用される箇所と作業性に応じて各種形状及び厚さのものが適用可能である。
【００４７】
芯材４は、ガラス短繊維材，有機繊維の積層体等の通気性材料を適当なサイズ，形状にカットして用い、これを内包材３に収納し、圧縮プレスしながら内包材３の周縁部を熱溶着して封止する。この処理により、芯材４を外被材２にスムーズに挿入することができ、作業性が向上する。
【００４８】
芯材４の脱水，脱ガスを目的として、外被材２への挿入前に芯材４の乾燥（エージング）を施すことは有効である。このときの加熱温度は最低限表面に付着した水分の除去が可能であるということから、１１０℃以上であることが望ましく、特にガラス短繊維材の場合は芯材の含水率を極力減少させるために１８０℃以上でエージングするのがより好ましい。
【００４９】
ガラス短繊維材は平均繊維径により熱伝導率特性及びコストに大きく影響する。例えばグラスウールを例にとると、平均繊維径が大きくなったとき、繊維の接触面積が大きくなって接触熱抵抗が小さくなるので、熱伝導率が大きく劣る。一方、平均繊維径が小さい場合（２μｍ未満）では、繊維の接触が小さくなることで接触熱抵抗は大きくなるが、１枚当たりの厚みが薄く断熱性能が劣るため、シート状の無機繊維集合体を重ねて厚みを稼ぐことで熱伝導率を低減しなければならず、生産性が劣ると共にコストも高騰する。したがって、真空断熱材１に用いるガラス短繊維材としては平均繊維径が３〜５μｍであることが好ましい。
【００５０】
ガラス短繊維材及び有機繊維の繊維方向については、真空断熱材の厚み方向に対し水平方向に並んで配列するものが断熱性能の点で好ましい。
【００５１】
有機繊維積層体としては、ポリエチレン繊維，ポリプロピレン繊維，ポリアミド繊維，ポリエチレンテレフタレート繊維，ポリエステル繊維等の断熱性と加工性を両立できるものであれば何でもよく、特に限定されるものではない。
【００５２】
内包材３としては、熱溶着や接着剤等による接着が可能で、かつ、成形が可能であり、アウトガスが発生しない袋状または容器状のものであればよい。材質は特に限定されるわけではないが、例えば、シール性や耐ケミカルアタック性に優れたポリエチレン樹脂（高密度，中密度，低密度）や、ポリプロピレン樹脂をはじめ、ポリスチレン樹脂，ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン樹脂），ポリエチレンテレフタレート樹脂，ポリブチレンテレフタレート樹脂，ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂，ポリウレタン等の熱硬化性樹脂，メタクリル系共重合体等の光硬化性樹脂が挙げられる。用いる樹脂は無延伸であっても延伸されていてもよい。内包材３の厚さは芯材４を圧縮保持できる厚みとすればよく、特に限定されない（適切な厚さは内包材３の材質により異なる）。内包材３は芯材４の内部を減圧するため、真空排気する直前にカットする。
【００５３】
外被材２は、外層より耐傷付き性向上のための表面保護層としてポリアミドフィルム、アルミニウムを蒸着したポリエチレンテレフタレートフィルム、ガスバリア層としてアルミニウムを蒸着したエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂フィルム、熱溶着層として高密度ポリエチレンフィルムを用いたラミネートフィルムにより構成されている。このとき、表面保護層とガスバリア層における互いのアルミニウム蒸着面を貼り合わせると、ガスバリア性がより高くなる。また、各層を接着するための接着剤としては２液硬化型ウレタン系接着剤が用いられるが、特にこれに限定されるわけではない。例えば、代わりにアクリル系接着剤，ポリエステル系接着剤，エポキシ系接着剤，シリコン系接着剤等を用いてもよい。そして、この外被材２は熱溶着層同士を貼り合わせた袋として使用される。
【００５４】
外被材２において、表面保護層は耐衝撃性に対応するためのものであり、ガスバリア層はガスバリア性を確保するためのものであり、熱溶着層は熱溶着によって真空断熱材１の内部を密閉するためのものである。したがって、これらの目的に適うものであれば、全ての公知材料が使用可能である。また、更に改善する手段として、例えば、表面保護層に金属または無機酸化物を蒸着することで耐衝撃性の他にガスバリア性を付加したり、ガスバリア層に金属蒸着または無機酸化物蒸着を有するフィルムを２層以上設けたり、あるいは金属箔を用いてもよい。用いる金属としては、アルミニウムやステンレス等が挙げられ、無機酸化物としては、シリカ蒸着等が挙げられる。熱溶着層としては、ポリプロピレン樹脂やポリアクリルニトリル樹脂などを用いてもよい。
【００５５】
外被材２について、さらに具体的に説明する。外被材とは、内部に気密部を設けるために芯材を覆うものであり、構成材料としては特に限定されるものではない。例えば、表面保護層にポリアミド樹脂、アルミニウム蒸着を有するポリエチレンテレフタレート樹脂、ガスバリア層にアルミニウム箔、熱溶着層に高密度ポリエチレン樹脂からなるプラスチックラミネートフィルムや、表面保護層にポリアミド樹脂、アルミニウム蒸着を有するポリエチレンテレフタレート樹脂、ガスバリア層にアルミニウム蒸着を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂（エバール、（株）クラレの登録商標）、熱溶着層に高密度ポリエチレン樹脂からなるプラスチックラミネートフィルムとを袋状にしたものなどが例示される。
【００５６】
さらに改善する手段として、表面保護層であるポリアミド樹脂にアルミニウム蒸着してガスバリア性を向上させたり、ガスバリア層にアルミニウム蒸着層を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂を２層設けてもよい。熱溶着層としては、シール性や耐ケミカルアタック性などから高密度ポリエチレン樹脂が好ましいが、この他に、低密度ポリエチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂やポリアクリルニトリル樹脂などを用いてもよい。外被材の材料の具体的構成としては、例えば、外層より第１層目にポリアミド樹脂、第２層目にアルミニウム蒸着を有するポリエチレンテレフタレート樹脂、第３層目にアルミニウム箔、第４層目に高密度ポリエチレン樹脂からなるアルミラミネートフィルムである。
【００５７】
外被材２の残存有機溶剤等の脱ガスを目的として、芯材４の挿入前に外被材２のエージングを施すことは有効である。このときの条件は、各種有機溶剤の除去が可能であるということから、７０℃以上及び３時間以上の真空乾燥を行うことが望ましい。
【００５８】
吸着剤５は、カーボンナノチューブ，カーボンナノホーン，カーボンナノファイバー，グラファイトナノファイバー等の炭素繊維体６を用いる。これによって、芯材４から放出される水蒸気及び外被材２を通して外部より進入するガスを吸着し、真空断熱材１の経時劣化を低く抑えることができる。炭素繊維体６の配合比率はコストや樹脂の成形性，吸着性能を考えると、樹脂に対して０.１ｗｔ％以上，３０ｗｔ％以下とするのがよい。これは、配合比率を０.１ｗｔ％未満とすると、十分な吸着を行えなくなるためであり、３０ｗｔ％を超えると、コストが高騰するだけでなく、樹脂の成形性が悪くなってしまうためである。
【００５９】
以上によって、真空断熱材１における作製時の取扱性及び作業性を悪化させることなく、さらに吸着剤５のガス吸着性能を大きく発揮することが可能となり、その結果、長期に亘り断熱性能に優れた真空断熱材を提供することができる。また、これを適用した製品の省エネ性能を向上することができる。
【００６０】
以下、本発明における実施の形態について説明する。
【００６１】
（実施の形態１）
以下、図４（ａ）を参照して説明する。真空断熱材１は内包材３と、芯材４と、吸着剤５とからなり、吸着剤５を含んだ内包材３及び芯材４を収納し、且つガスバリア性フィルムからなる外被材２とを備えて構成される。この真空断熱材１は、内包材３に包まれた芯材４を外被材２に挿入した状態で、外被材２の内部を減圧し、外被材２の周縁部を熱溶着して封止することによって作製される。
【００６２】
内包材３は高密度ポリエチレン樹脂（厚さ７０μｍ）を、芯材４はガラス短繊維材（平均繊維径４μｍ）を、吸着剤５はカーボンナノチューブ（平均内径１.５ｎｍ、単層）を、外被材２は表面保護層，ガスバリア層、及び熱溶着層で構成され、各層間が２液硬化型エステル型ウレタン系接着剤で接着されたラミネートフィルムを用いている。
【００６３】
外被材２のラミネート構成は、外層より表面保護層としてポリアミドフィルム（１５μｍ）、アルミニウム蒸着を有するポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、ガスバリア層としてアルミニウム蒸着を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂フィルム（１２μｍ）、熱溶着層として高密度ポリエチレンフィルム（５０μｍ）とする。
【００６４】
次に、内包材３の形成について以下に記載する。ペレット状またはビーズ状の高密度ポリエチレン樹脂に粉末状のカーボンナノチューブを混合し、攪拌等によって両者を均一にする。このとき両者を適当な溶媒に分散させたり、超音波を照射してさらに分散させるとよい。溶媒を減圧加熱等で十分に除いて乾燥した後、この混合物を圧縮成形，射出成形，ブロー成形等によってフィルム状に加工する。これに対して３辺を熱溶着するなどして袋状にしたものを内包材３とする。また、内包材３の表面に５０μｍの溝深さ、２０μｍの間隔で凹凸形状を付加する。凹凸形状は樹脂成形後に金型に樹脂を押し当ててパターンを転写することで行う。または、射出成形等の樹脂成形時に金型を用いて転写してもよい。これによって、芯材４のサイズが幅３００mm，長さ５００mmであるとき、内包材３の表面積が約２.５倍に増加し、吸着剤５における吸着効率を高めることができる。
【００６５】
以上のように構成される真空断熱材１の作製手順を以下に示す。まず、芯材４を内包材３に収納し、上下からプレスすることによって圧縮を行い、その状態で内包材３の開口部を熱溶着して封止することで芯材４を圧縮保持する。続いて、三方が熱溶着で溶着された袋状の外被材２へ立体形状に保持された芯材４を収納し、これを真空チャンバ内で真空排気して外被材２の内部を減圧した後、外被材２の開口部を熱溶着によって封止することで、吸着性能に優れた真空断熱材１が得られる。図４（ａ）に実施の形態１で得られる真空断熱材１の一例を示す。
【００６６】
以下、本発明における実施の形態１に基づいて行った実施例について説明する。図６は各実施例，比較例における加速試験日数と熱伝導率の関係を示している。
【００６７】
（実施例１）
実施の形態１で述べた材料構成，作製方法によって真空断熱材１を得た。真空排気条件は、真空包装機内の最終的な圧力が１.３Ｐａになるようにし、ロータリーポンプと油拡散ポンプを用いて真空排気を行った後、最終封止した。その結果、初期熱伝導率は０.００２４Ｗ／ｍ・Ｋであり、一定期間（１０年間相当）放置後の熱伝導率は後述する比較例１に対して約４０％改善した。また、本実施例１の真空断熱材１を両側面及び背面に適用した冷蔵庫（内容積約５６０Ｌ）における１０年相当経過後の消費電力量は、比較例１の真空断熱材１を同様に適用した場合と比較して約３％改善された。
【００６８】
（実施例２）
実施例１と同様にして真空断熱材１を得た。ただし、内包材３の表面に凹凸加工は施さなかった。その結果、初期熱伝導率は０.００２７Ｗ／ｍ・Ｋであり、一定期間（１０年間相当）放置後の熱伝導率は後述する比較例１に対して約３５％改善した。
【００６９】
（比較例１）
実施の形態１で述べた材料構成，作製方法に対し、吸着剤５を内包材３の表面に露出するように設ける代わりに芯材４の繊維層間に挿入し、さらに内包材３及び外被材２の表面に凹凸形状を設けない真空断熱材１を作製した。ロータリーポンプと油拡散ポンプを用いて真空排気を行い、真空包装機内の最終的な圧力が１.３Ｐａになるようにした後、最終封止した。その結果、初期熱伝導率は０.００２９Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００７０】
以上より、本発明による真空断熱材１によって、従来よりも吸着剤５の吸着効率が向上し、長期に亘り断熱性能の高い状態を維持することが可能となる。
【００７１】
本発明の実施例は本発明による真空断熱材の一例であり、上述の製法，形態に限ることは無く、さまざまな炭素繊維体を吸着剤に適用することができ、内包材３及び外被材２の表面への凹凸形状の付加についても、所望の溝深さ，溝形状，溝パターンに加工が可能である。
【００７２】
以上により、本発明によって生産性を損なうことなく、吸着剤５における吸着能力の向上によって、真空断熱材１を長期間高真空に保持することが可能となるので、高い断熱効果を得ることができる。したがって、本発明による真空断熱材が冷蔵庫等の断熱を必要とする製品に適用されることで、その省エネ効果をより一層高めることができるのである。
【００７３】
（実施の形態２）
以下、図４（ｂ）を参照して説明する。
【００７４】
真空断熱材１は内包材３と、芯材４と、吸着剤５とからなり、内包材３及び芯材４を収納し、且つガスバリア性フィルムからなり、吸着剤５を含んだ外被材２とを備えて構成される。この真空断熱材１は、内包材３に包まれた芯材４を外被材２に挿入した状態で、外被材２の内部を減圧し、外被材２の周縁部を熱溶着して封止することによって作製される。
【００７５】
内包材３は高密度ポリエチレン樹脂（厚さ２０μｍ）を、芯材４はガラス短繊維材（平均繊維径４μｍ）を、吸着剤５はカーボンナノチューブ（平均内径１.５ｎｍ、単層）を、外被材２は表面保護層，ガスバリア層、及び熱溶着層で構成され、各層間が２液硬化型エステル型ウレタン系接着剤で接着されたラミネートフィルムを用いている。
【００７６】
外被材２のラミネート構成は、外層より表面保護層としてポリアミドフィルム（１５μｍ）、アルミニウム蒸着を有するポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、ガスバリア層としてアルミニウム蒸着を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂フィルム（１２μｍ）、熱溶着層として高密度ポリエチレンフィルム（８０μｍ）とする。
【００７７】
外被材２において、少なくとも吸着剤５の一部分が表面に露出するようにするには、実施の形態１で述べた内包材３の形成方法と同様に行うことができる。得られる高密度ポリエチレンフィルムを熱溶着層として、表面保護層やガスバリア層となるフィルムとラミネートすればよい。外被材２への凹凸形状の付加についても実施の形態１で述べた内包材３の場合と同様に行うことができる。
【００７８】
以上のように構成される真空断熱材１の作製手順を以下に示す。まず、芯材４を内包材３に収納し、上下からプレスすることによって圧縮を行い、その状態で内包材３の開口部を熱溶着して封止することで芯材４を圧縮保持する。続いて、三方が熱溶着で溶着された袋状の外被材２へ立体形状に保持された芯材４を収納し、これを真空チャンバ内で真空排気して外被材２の内部を減圧した後、外被材２の開口部を熱溶着によって封止することで、吸着性能に優れた真空断熱材１が得られる。図４（ｂ）に実施の形態２で得られる真空断熱材１の一例を示す。
【００７９】
（実施の形態３）
以下、図４（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８０】
真空断熱材１は内包材３と、芯材４と、吸着剤５とからなり、吸着剤５を含む内包材３及び芯材４を収納し、且つガスバリア性フィルムからなり、吸着剤５を含む外被材２とを備えて構成される。この真空断熱材１は、内包材３に包まれた芯材４を外被材２に挿入した状態で、外被材２の内部を減圧し、外被材２の周縁部を熱溶着して封止することによって作製される。
【００８１】
内包材３は高密度ポリエチレン樹脂（厚さ７０μｍ）を、芯材４はガラス短繊維材（平均繊維径４μｍ）を、吸着剤５はカーボンナノチューブ（平均内径１.５ｎｍ、単層）を、外被材２は表面保護層，ガスバリア層、及び熱溶着層で構成され、各層間が２液硬化型エステル型ウレタン系接着剤で接着されたラミネートフィルムを用いている。
【００８２】
外被材２のラミネート構成は、外層より表面保護層としてポリアミドフィルム（１５μｍ）、アルミニウム蒸着を有するポリエチレンテレフタレートフィルム（１２μｍ）、ガスバリア層としてアルミニウム蒸着を有するエチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂フィルム（１２μｍ）、熱溶着層として高密度ポリエチレンフィルム（８０μｍ）とする。
【００８３】
内包材３において、少なくとも吸着剤５の一部分が表面に露出するようにするには、実施の形態１で述べた方法と同様にすればよく、外被材２においても、実施の形態２で述べた方法と同様に行うことができる。
【００８４】
以上のように構成される真空断熱材１の作製手順を以下に示す。まず、芯材４を内包材３に収納し、上下からプレスすることによって圧縮を行い、その状態で内包材３の開口部を熱溶着して封止することで芯材４を圧縮保持する。続いて、三方が熱溶着で溶着された袋状の外被材２へ立体形状に保持された芯材４を収納し、これを真空チャンバ内で真空排気して外被材２の内部を減圧した後、外被材２の開口部を熱溶着によって封止することで、吸着性能に優れた真空断熱材１が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施例を示す真空断熱材の断面図である。
【図２】本発明の一実施例を示す炭素繊維体の模式図である。
【図３】本発明の一実施例を示す炭素繊維体の模式図である。
【図４】本発明の一実施例を示す真空断熱材の拡大断面図である。
【図５】炭素繊維体におけるガス分子の吸着密度とチューブ表面からの距離の関係図である。
【図６】本発明の一実施例を示す真空断熱材の熱伝導率と加速試験日数との関係図である。
【符号の説明】
【００８６】
１  真空断熱材
２  ガスバリア性フィルムからなる外被材
２ａ  外被材の表面保護層
２ｂ  外被材のガスバリア層
２ｃ  外被材の熱溶着層
３  内包材
４  芯材
５  吸着剤
６  炭素繊維体
７  ガス分子
【図１】
2009079719.tif 000003
【図２】
2009079719.tif 000004
【図３】
2009079719.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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