真空断熱材、その製造装置および製造方法
【課題】糸同士がどのような方向を向いて積層し合って繊維構造体を形成している場合であっても、糸同士の密着および接触部分を低減することができ、より高性能な真空断熱材を得ることができるとともに、断熱性能がほぼ一定した真空断熱材を得る。
【解決手段】この発明に係る真空断熱材は、繊維シートと、該繊維シートが複数枚積層されてなる芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備えた真空断熱材において、前記繊維シートは、少なくとも一種類の複数の突起形状を有する異形断面繊維と、略円形の断面を有する円形断面繊維とを混合して形成されている。
【解決手段】この発明に係る真空断熱材は、繊維シートと、該繊維シートが複数枚積層されてなる芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備えた真空断熱材において、前記繊維シートは、少なくとも一種類の複数の突起形状を有する異形断面繊維と、略円形の断面を有する円形断面繊維とを混合して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空断熱材、その製造装置および製造方法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、既に内部空間を保持していることから、減圧空間を細分化しやすく、また同一太さの普通糸と比較すると、曲げおよびねじり剛性率が高いことから、その減圧空間を維持、保持することができるとの理由から中空繊維を使用するか、または、糸同士の密着、接触が少なくなり、空間を細分化しやすく、剛直性も向上するので、安定に空間を維持、保持することができるとの理由から、例えば糸断面がＴ型、Ｙ型、三つ葉型、四葉型または五葉型の断面を有する異形断面糸を使用し、繊維構造体の素材としている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５８６０４号公報（第４貢）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の異形断面糸を使用した繊維構造体では、糸同士が交差しながら積層し合って繊維構造体を形成すれば糸同士の密着および接触が低減されるが、糸同士が同じ方向を向いた状態で積層し合って繊維構造体を形成すれば、異形断面糸の凹凸部が噛みあってむしろ接触面積が大きくなり、十分な断熱性能が得られないという欠点があった。また、交差する割合と同じ方向を向く割合が一定ではなく、これらの割合に応じて断熱性能が大きく左右されるという欠点があった。
【０００５】
また、中空繊維を使用した繊維構造体では、繊維自体の強度が弱くなるため真空圧力下における繊維同士が接触する部分での接触歪が大きく、逆に接触表面積が大きくなってしまう。この結果、繊維間接触部からの固体熱伝導が大きくなり、十分な断熱性能が得られないという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、糸同士がどのような方向を向いて積層し合って繊維構造体を形成している場合であっても、糸同士の密着および接触部分を低減することができ、より高性能な真空断熱材を得ることができるとともに、断熱性能がほぼ一定した真空断熱材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る真空断熱材は、繊維シートと、該繊維シートが複数枚積層されてなる芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備えた真空断熱材において、前記繊維シートは、少なくとも一種類の複数の突起形状を有する異形断面繊維と、略円形の断面を有する円形断面繊維とを混合して形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る真空断熱材においては、繊維シートを異形断面繊維と円形断面繊維とで構成しているので、糸同士がどのような方向を向いて、積層し合って繊維シートを形成している場合であっても、繊維同士が互いに面で接触することがほとんどなく、点もしくは線接触となる。このため、繊維同士の接触熱伝導を抑制することでき、真空断熱材の断熱性能の向上を図ることができるとともに、断熱性能がほぼ一定した真空断熱材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における真空断熱材の構造を模式的に示した断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する複数の突起形状を有する異形断面繊維を模式的に示した断面図である。
【図４】円形断面繊維の繊維径と熱伝導率との関係、及び異形断面繊維の突起径と熱伝導率との関係をシミュレートした結果を示した特性図である。
【図５】従来の発明における３突起異形断面繊維だけで繊維シートを構成した場合の繊維を模式的に示した断面図である。
【図６】この実施の形態１に係る繊維シートの製造に用いられる溶融紡糸用ダイのノズル配置を示した図である。
【図７】この発明の実施の形態２による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における真空断熱材の構造を模式的に示した断面図である。図１において、この実施の形態１における真空断熱材は、複数の突起形状を有する異形断面繊維と略円形の断面を有する円形断面繊維とからなる繊維シート３と、該繊維シート３を積層して構成された芯材４と、該芯材４を覆って密閉する外被材５とを有している。
【００１１】
図２はこの発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。図２において、円形部１０の外周上に複数の突起形状からなる突起部１１を有する異形断面繊維１（例えば、ここで示されている異形断面繊維１は６個の突起部１１を有する６突起異形断面繊維６である）と略円形の断面を有する円形断面繊維２とは繊維同士が互いに面で接触することがほとんどなく、点もしくは線で接触した状態で混在している。
【００１２】
図３はこの発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する複数の突起形状を有する異形断面繊維を模式的に示した断面図である。図３において、この実施の形態１の異形断面繊維１（例えば、ここで示されている異形断面繊維１は５個の突起部１１を有する５突起異形断面繊維１２である）は、突起高さｈｋ７と、突起先端幅ｄｋ８とからなる突起部１１と、基準円直径ｄｓ９である円形部１０とから構成されている。
【００１３】
次に、この実施の形態１における真空断熱材の製造方法について説明する。まず、繊維シート３の作製方法について説明する。例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴ樹脂と記載）のペレットを融点まで加熱しながら溶解し、得られた液状（またはゲル状）ＰＥＴ樹脂をギアポンプで送出する。液状ＰＥＴ樹脂は、複数のノズルから吐出され、冷却されることにより紡糸を形成する。このように形成された紡糸をさらにスパンボンド方式やメルトブロー方式により、１０μｍ程度の径まで延伸させ繊維を得る。この延伸され得られた繊維をコンベア上に吐出してシートを形成する。このコンベアの後段では、必要に応じてフラットもしくはエンボス加工したロールを用いて、繊維を一部熱融着させて繊維の引張強度を増加させるとともにシート表面部の繊維の毛羽立ちを抑制する。これによりシートのロール巻きおよびロール巻き戻しを容易にすることができる。
【００１４】
次に、このロール化されたシート（以下、シートロールと記載）から必要なサイズのシートを引き出して裁断することで繊維シート３を得る。この繊維シート３を複数枚重ね芯材４が得られる。この後、芯材４を２枚または１枚を折り返した外被材５で覆い、真空チャンバ内に配置し減圧することで外被材５に覆われた空間を真空状態にする。外被材５で覆われた空間が所定の圧力、例えば０．１〜３Ｐａ程度の真空圧になっている状態で外被材５の外周部を密閉し、真空チャンバ内の圧力を大気圧状態にまで戻す。以上、この発明の実施の形態１における真空断熱材が完成する。この真空断熱材の内部空間は真空状態に保持され、外被材５および芯材４は外部との圧力差による圧縮力を受けている。
【００１５】
なお、長期真空下に置くことにより、芯材４または外被材５等からガスが発生する場合とか、外部から気体が混入する場合とか、水分が混入する場合などが想定される場合には、必要に応じて外被材５で覆われた空間に適切なガス吸着剤を挿入する場合もある。
【００１６】
なお、繊維シート３に含有される水分については、裁断前後などに繊維シート３を加熱しながら減圧するような工程を設けてこの水分を除去してもよい。また、外被材５で覆われた芯材４が真空チャンバ内において減圧された状態で、真空チャンバ内を加熱するような機構を設けて、繊維シート３に熱収縮や熱分解などの熱負荷がかからない温度で、かつ真空放電などを誘発しない圧力に設定するなど、適切な条件にて繊維シート３の水分を除去してもよい。
【００１７】
ここで、この実施の形態１の真空断熱材において、複数の突起形状を有する異形断面繊維１と略円形の断面を有する円形断面繊維２とからなる繊維シート３を芯材４とする真空断熱材は、異形断面繊維１と円形断面繊維２のそれぞれの繊維径が小さいほど繊維と繊維の接触面積を小さくすることができ、接触熱抵抗を大きくすることができる。その結果、固体熱伝導が低下し性能が向上する。しかし、溶融紡糸法にて樹脂素材で繊維シート３を製造する場合、円形断面繊維２を糸切れせずに連続的に製造するには繊維径をある程度大きくする必要がある。例えばＰＥＴ樹脂のペレット素材を用い、スパンボンド方式の溶融紡糸法で円形断面繊維２を用いた繊維シート３を試作したところ、繊維径が約１０μｍまでは連続的な製造が可能であったが、それ未満になると糸切れが発生し安定的に製造することができなかった。
【００１８】
上記のようなことを踏まえ、円形断面繊維２の繊維径と熱伝導率との関係、及び異形断面繊維１の突起径と熱伝導率との関係をシミュレートした。ここで、異形断面繊維１としてＹ形となる３個の突起を有する異形断面繊維１を想定し、これが円形断面繊維２と理想的に接触する状態、つまり繊維同士が交差するように積層された状態であるものとする。図４は、このシミュレート結果を示した特性図である。図４において、熱伝導率は真空断熱材の厚さ方向の熱伝導率を計算したものであり、縦軸には円形断面繊維２の繊維径がφ１０μｍのときの真空断熱材の熱伝導率を基準値として、その基準値との熱伝導率の差を取った。また、異形断面繊維１は、繊維径を基準円直径ｄｓ９とし、基準円直径ｄｓ９からなる円形部１０と、突起高さｈｋ７で突起先端幅ｄｋ８からなる突起部１１が組み合わさった形状と仮定した。
【００１９】
この結果からも明らかなように、円形断面繊維２の繊維径を小さくすることで熱伝導率を下げることが期待できるが、製造上円形断面繊維２の繊維径を小さくできなくても、突起先端幅ｄｋ８を小さくした異形断面繊維１と組み合わせて芯材４を形成することで、異形断面繊維の凹部に円形断面繊維が入り込まないような幾何学形状で構成され、熱伝導率を下げることが期待できることがわかる。一方で、突起先端幅ｄｋ８を小さくしすぎると突起部１１への応力集中により歪が大きくなり、その結果接触面積が増し、かえって効果が滅殺されることが分かった。したがって、突起先端幅ｄｋ８は約３μｍ〜約８μｍの大きさの範囲にすることが望ましい。
【００２０】
なお、従来例との効果の差異を明確にするために、従来の発明における３突起異形断面繊維１３だけで繊維シート３を作製し、断熱性能の評価を試みた。図５は、従来の発明における３突起異形断面繊維１３だけで繊維シート３を構成した場合の繊維を模式的に示した断面図である。図５における３突起異形断面繊維１３はＰＥＴ樹脂のペレットを素材とし、スパンボンド方式の溶融紡糸法で３突起異形断面繊維１３のみを用いた繊維シート３を試作し、これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００２１】
ここで、吸着剤は、外被材５のシール部やアルミラミネートシート自体の欠陥などを通じて内部に侵入してくる水分や外部気体もしくは芯材４から発生するアウトガスなどを吸着して真空度を保持するためのもので、ＣａＯ系、活性炭系、ゼオライト系や、さらにこれらにＬｉやＢａを混合させたものなどである。
【００２２】
この従来例により製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、繊維径がφ１０μｍ程度の円形断面繊維２のみで繊維シート３を構成した場合と同等もしくは数ポイントだけ高い値となった。この原因を調べるために、真空状態を模擬した芯材４の断面を観察したところ、基準円直径ｄｓ９は約１０μｍ、突起先端幅ｄｋ８は約４μｍと概ね仕様に合致した断面形状（ここでは詳細な説明は省略するが、設計目標を定めて製造する場合であってもスパンボンド方式による延伸工程や芯材の乾燥工程などを経ることで素材の膨張、伸縮が発生するため、設計値から多少のずれが生じることがある。）であったが、繊維同士の配置については、図５で示す状態、すなわち３突起異形断面繊維１３の突起部１１間の凹部１４と隣接する３突起異形断面繊維１３の突起部１１が噛み合わさり、繊維同士の接触部１５が広く面接触している箇所が多数見られた。つまり、３突起異形断面繊維１３のみの構成で繊維シート３を作製した場合には、期待した性能が得られない場合がありうるのみならず、性能の大きなバラツキを発生させる可能性があることが容易に想起される。
【００２３】
なお、真空状態を模擬して芯材４の断面観察する方法とは、真空チャンバ内に入れる前の真空断熱材を両面から１気圧相当の圧力で圧縮し、これを樹脂で固めたのちに断面を電子顕微鏡等で観察する方法である。
【００２４】
図４の結果からも明らかなように、繊維径が細い、つまり繊維断面積が小さいほど、断熱性能が向上する。したがって、基準円直径ｄｓ９が同じ径であれば、突起高さｈｋ７が小さい方がより断熱性能が向上することは容易に予想できる。そこで、突起先端幅ｄｋ８の影響も考慮して、異形断面繊維１の突起部１１間の凹部１４に円形断面繊維２が入り込まない幾何学形状となるような条件の検討を行った。その結果、繊維径が１０μｍの円形断面繊維２と組み合わせる６突起異形断面繊維６は、例えば基準円直径ｄｓ９が１０μｍ、突起高さｈｋ７が２．５μｍとした場合に、異形断面繊維の凹部に円形断面繊維が入り込まないような幾何学形状で構成され、比較的良好な特性が得られることが判明した。
【００２５】
一方、円形断面繊維２を中空繊維にした場合も別途検討したが、真空環境における大気からの圧力により中空繊維が圧縮変形し接触面積が増加した結果、熱伝導率の低減効果がほとんど得られないことが判明した。
【００２６】
ここで、この実施の形態１に係る繊維シート３の試作を行うために、溶融紡糸用ダイ１５を作製した。図６はこの実施の形態１に係る繊維シートの製造に用いられる溶融紡糸用ダイ１５のノズル配置を示した図である。図６において、隣接する繊維が異形断面繊維１と円形断面繊維２となるように、異形断面繊維１に対応するノズルである異形断面ノズル１６と円形断面繊維２に対応するノズルである円形断面ノズル１７のそれぞれノズル配置を互いに１つおきに同じ形状のノズルとなるよう相互配置としたものである。
【００２７】
図６に示す溶融紡糸用ダイ１５を用いて前記３突起異形断面繊維１３の試作手順と同様の手順で繊維シート３を作製した。その結果、繊維径が１０μｍの円形断面繊維２と、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約４μｍ、突起高さｈｋ７が約２．５μｍの６個の突起部１１を有する６突起異形断面繊維６とで厚さ約０．５ｍｍの繊維シート３を作製した。これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００２８】
このように製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、従来の繊維シートを芯材とした真空断熱材は、熱伝導率が０．００１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であったのに対し、図６に示す溶融紡糸用ダイ１５を用いたこの実施の形態１に係る真空断熱材は、熱伝導率が０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となり断熱効果が約２０％改善された。また、繊維シート３の断面を観察したところ、それぞれの繊維接触部での突起同士の面接触及び噛み合わせはほとんど見られなかった。したがってこの発明における真空断熱材は、繊維同士が重なり合う接触面積を低減させ、熱伝導率を下げることでより高い断熱効果が得られる。
【００２９】
また同様にして、異形断面繊維１として６個の突起部１１を有する６突起異形断面繊維６とし、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約２μｍになるようにして繊維シート３を試作したところ、熱伝導率は約３０％上昇、すなわち断熱効果が約３０％悪化した。この原因は突起高さｈｋ７が低いために突起部１１間の凹部１４に円断面が接しているためであることが断面観察の結果認められた。このことから６突起異形断面繊維６では突起高さが２μｍ以上であることが望ましい。
【００３０】
なお、図６は異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７のそれぞれノズル配置を互いに１つおきに同じ形状のノズルとなるよう相互配置しているが、特にこの配置にする必要はない。このような相互配置を取った場合、製造された繊維シート３において隣接する繊維が異形断面繊維１と円形断面繊維２となる確率が高く、良好な特性を持つ繊維シート３を製造できることは容易に想像できる。しかし、このような相互配置としない場合、例えば、異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７がランダムに配置された場合においても、繊維シート３の断熱特性を向上させるという効果を達成できることは自明である。
【００３１】
また、図６は異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７のそれぞれの数が略同数の場合について示しているが、製造条件によっては異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７のそれぞれの数が異なるような配置をとった方がよい場合がある。このような配置としては、例えば周辺部に加工しやすい円形断面ノズル１７を配置し、中心部に相互配置となるように配置する場合等が考えられる。
【００３２】
さらに、図６は異形断面ノズル１６について、断面形状が同一である単一種類のノズルを示しているが、製造条件によっては断面形状が異なる複数種類の異形断面ノズル１６を組み合わせて、さらに円形断面ノズル１７と組み合わせることで、より良好な特性を持つ繊維シート３が得られる場合が考えられる。
【００３３】
なお、製造条件によっては断面形状が異なる複数種類の異形断面ノズル１６のみを組み合わせることで、より良好な特性を持つ繊維シート３が得られる可能性も考えられるが、この場合には、前記従来の発明における３突起異形断面繊維１３だけで繊維シート３を作製したときに説明したように、異形断面繊維１の突起部１１間の凹部１４に他の異形断面繊維１の突起部１１が噛み合わさり、繊維同士の接触部１５が広く面接触している箇所が多数発生し、良好な特性が得られないようなことがないように、組み合わせる異なる断面形状を有する異形断面繊維１について、基準円直径ｄｓ９、突起先端幅ｄｋ８及び突起高さｈｋ７を十分検討する必要がある。
【００３４】
以上述べたように、図６で示したこの実施の形態１に係る繊維シートの溶融紡糸用ダイ１５のノズル配置は一例を示したものであり、これに限定されるものではない。隣接するノズル形状が異なるような配列条件を満たしていれば、一般的な製造条件ではよりよい特性を得やすいが、全てのノズル配置においてこの配置条件を満たしていない場合であっても、製造条件によってはよりよい効果が得られる場合も容易に想定できる。すなわち、一部のノズル配置においてでもこの配置条件を満たすことで、この発明の実施の形態１に係る繊維シートが得られることは自明である。
【００３５】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。図７において、繊維シート３は円形断面繊維２と、異形断面繊維１として７個の突起部１１を有する７突起異形断面繊維１８とが混在する形で構成されている。
【００３６】
基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約２μｍである７突起異形断面繊維１８を用いて、厚さ約０．５ｍｍの繊維シート３を構成している。その他の構成ならびに製造方法は前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００３７】
このように製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、この発明の実施の形態２に係る真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の熱伝導率０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が得られた。また、繊維シート３の断面を観察したところ、それぞれの繊維接触部での突起部１１同士の面接触及び噛み合わせはほとんど見られなかった。したがってこの発明の実施の形態２における真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の断熱効果が得られる。
【００３８】
また同様にして、異形断面繊維１として７個の突起部１１を有する７突起異形断面繊維１８とし、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約１．５μｍになるようにして繊維シート３を試作したところ、熱伝導率は約３０％上昇、すなわち断熱効果が約３０％悪化した。この原因は突起高さｈｋ７が低いために突起部１１間の凹部１４に円断面が接しているためであることが断面観察の結果認められた。このことから７突起異形断面繊維１８では突起高さが１．５μｍ以上であることが望ましい。
【００３９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。図８において、繊維シート３は円形断面繊維２と、異形断面繊維１として８個の突起部１１を有する８突起異形断面繊維１９とが混在する形で構成されている。
【００４０】
基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約１．５μｍである８突起異形断面繊維１９を用いて、厚さ約０．５ｍｍの繊維シート３を構成している。その他の構成ならびに製造方法は前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００４１】
このように製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、この発明の実施の形態３に係る真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の熱伝導率０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が得られた。また、繊維シート３の断面を観察したところ、それぞれの繊維接触部での突起部１１同士の面接触及び噛み合わせはほとんど見られなかった。したがってこの発明の実施の形態３における真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の断熱効果が得られる。
【００４２】
また同様にして、異形断面繊維１として８個の突起部１１を有する８突起異形断面繊維１９とし、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約１．０μｍ になるようにして繊維シート３を試作したところ、熱伝導率は約４０％上昇、すなわち断熱効果が約４０％悪化した。この原因は突起高さｈｋ７が低いために突起部１１間の凹部１４に円断面が接しているためであることが断面観察の結果認められた。このことから８突起異形断面繊維１９では突起高さが１．０μｍ以上であることが望ましい。
【００４３】
なお、前記実施の形態において、繊維材料としてポリエチレンテレフタレート繊維を用いたが、ポリエステル系やそれ以外の有機繊維、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、またはポリエチレンなどの有機繊維を用いてもよい。また、円形断面繊維２と異形断面繊維１を別個の材料としても同様な効果が得られる。
【００４４】
また、前記実施の形態において、繊維シート３を作製する方法として、溶融紡糸法を用いたが、これに限定されるものではなく、繊維シート３を形成できるのであればその他の方法、例えば乾式紡糸法および湿式紡糸法ならびに湿式製法等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 異形断面繊維、２ 円形断面繊維、３ 繊維シート、４ 芯材、５ 外被材、６ ６突起異形断面繊維、７ 突起高さｈｋ、８ 突起先端幅ｄｋ、９ 基準円直径ｄｓ、１０ 円形部、１１ 突起部、１２ ５突起異形断面繊維、１３ ３突起異形断面繊維、１４ 凹部、１５ 溶融紡糸用ダイ、１６ 異形断面ノズル、１７ 円形断面ノズル、１８ ７突起異形断面繊維、１９ ８突起異形断面繊維
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空断熱材、その製造装置および製造方法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、既に内部空間を保持していることから、減圧空間を細分化しやすく、また同一太さの普通糸と比較すると、曲げおよびねじり剛性率が高いことから、その減圧空間を維持、保持することができるとの理由から中空繊維を使用するか、または、糸同士の密着、接触が少なくなり、空間を細分化しやすく、剛直性も向上するので、安定に空間を維持、保持することができるとの理由から、例えば糸断面がＴ型、Ｙ型、三つ葉型、四葉型または五葉型の断面を有する異形断面糸を使用し、繊維構造体の素材としている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５８６０４号公報（第４貢）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の異形断面糸を使用した繊維構造体では、糸同士が交差しながら積層し合って繊維構造体を形成すれば糸同士の密着および接触が低減されるが、糸同士が同じ方向を向いた状態で積層し合って繊維構造体を形成すれば、異形断面糸の凹凸部が噛みあってむしろ接触面積が大きくなり、十分な断熱性能が得られないという欠点があった。また、交差する割合と同じ方向を向く割合が一定ではなく、これらの割合に応じて断熱性能が大きく左右されるという欠点があった。
【０００５】
また、中空繊維を使用した繊維構造体では、繊維自体の強度が弱くなるため真空圧力下における繊維同士が接触する部分での接触歪が大きく、逆に接触表面積が大きくなってしまう。この結果、繊維間接触部からの固体熱伝導が大きくなり、十分な断熱性能が得られないという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、糸同士がどのような方向を向いて積層し合って繊維構造体を形成している場合であっても、糸同士の密着および接触部分を低減することができ、より高性能な真空断熱材を得ることができるとともに、断熱性能がほぼ一定した真空断熱材を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る真空断熱材は、繊維シートと、該繊維シートが複数枚積層されてなる芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備えた真空断熱材において、前記繊維シートは、少なくとも一種類の複数の突起形状を有する異形断面繊維と、略円形の断面を有する円形断面繊維とを混合して形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る真空断熱材においては、繊維シートを異形断面繊維と円形断面繊維とで構成しているので、糸同士がどのような方向を向いて、積層し合って繊維シートを形成している場合であっても、繊維同士が互いに面で接触することがほとんどなく、点もしくは線接触となる。このため、繊維同士の接触熱伝導を抑制することでき、真空断熱材の断熱性能の向上を図ることができるとともに、断熱性能がほぼ一定した真空断熱材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における真空断熱材の構造を模式的に示した断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する複数の突起形状を有する異形断面繊維を模式的に示した断面図である。
【図４】円形断面繊維の繊維径と熱伝導率との関係、及び異形断面繊維の突起径と熱伝導率との関係をシミュレートした結果を示した特性図である。
【図５】従来の発明における３突起異形断面繊維だけで繊維シートを構成した場合の繊維を模式的に示した断面図である。
【図６】この実施の形態１に係る繊維シートの製造に用いられる溶融紡糸用ダイのノズル配置を示した図である。
【図７】この発明の実施の形態２による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における真空断熱材の構造を模式的に示した断面図である。図１において、この実施の形態１における真空断熱材は、複数の突起形状を有する異形断面繊維と略円形の断面を有する円形断面繊維とからなる繊維シート３と、該繊維シート３を積層して構成された芯材４と、該芯材４を覆って密閉する外被材５とを有している。
【００１１】
図２はこの発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。図２において、円形部１０の外周上に複数の突起形状からなる突起部１１を有する異形断面繊維１（例えば、ここで示されている異形断面繊維１は６個の突起部１１を有する６突起異形断面繊維６である）と略円形の断面を有する円形断面繊維２とは繊維同士が互いに面で接触することがほとんどなく、点もしくは線で接触した状態で混在している。
【００１２】
図３はこの発明の実施の形態１における真空断熱材の繊維シートを構成する複数の突起形状を有する異形断面繊維を模式的に示した断面図である。図３において、この実施の形態１の異形断面繊維１（例えば、ここで示されている異形断面繊維１は５個の突起部１１を有する５突起異形断面繊維１２である）は、突起高さｈｋ７と、突起先端幅ｄｋ８とからなる突起部１１と、基準円直径ｄｓ９である円形部１０とから構成されている。
【００１３】
次に、この実施の形態１における真空断熱材の製造方法について説明する。まず、繊維シート３の作製方法について説明する。例えばポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、ＰＥＴ樹脂と記載）のペレットを融点まで加熱しながら溶解し、得られた液状（またはゲル状）ＰＥＴ樹脂をギアポンプで送出する。液状ＰＥＴ樹脂は、複数のノズルから吐出され、冷却されることにより紡糸を形成する。このように形成された紡糸をさらにスパンボンド方式やメルトブロー方式により、１０μｍ程度の径まで延伸させ繊維を得る。この延伸され得られた繊維をコンベア上に吐出してシートを形成する。このコンベアの後段では、必要に応じてフラットもしくはエンボス加工したロールを用いて、繊維を一部熱融着させて繊維の引張強度を増加させるとともにシート表面部の繊維の毛羽立ちを抑制する。これによりシートのロール巻きおよびロール巻き戻しを容易にすることができる。
【００１４】
次に、このロール化されたシート（以下、シートロールと記載）から必要なサイズのシートを引き出して裁断することで繊維シート３を得る。この繊維シート３を複数枚重ね芯材４が得られる。この後、芯材４を２枚または１枚を折り返した外被材５で覆い、真空チャンバ内に配置し減圧することで外被材５に覆われた空間を真空状態にする。外被材５で覆われた空間が所定の圧力、例えば０．１〜３Ｐａ程度の真空圧になっている状態で外被材５の外周部を密閉し、真空チャンバ内の圧力を大気圧状態にまで戻す。以上、この発明の実施の形態１における真空断熱材が完成する。この真空断熱材の内部空間は真空状態に保持され、外被材５および芯材４は外部との圧力差による圧縮力を受けている。
【００１５】
なお、長期真空下に置くことにより、芯材４または外被材５等からガスが発生する場合とか、外部から気体が混入する場合とか、水分が混入する場合などが想定される場合には、必要に応じて外被材５で覆われた空間に適切なガス吸着剤を挿入する場合もある。
【００１６】
なお、繊維シート３に含有される水分については、裁断前後などに繊維シート３を加熱しながら減圧するような工程を設けてこの水分を除去してもよい。また、外被材５で覆われた芯材４が真空チャンバ内において減圧された状態で、真空チャンバ内を加熱するような機構を設けて、繊維シート３に熱収縮や熱分解などの熱負荷がかからない温度で、かつ真空放電などを誘発しない圧力に設定するなど、適切な条件にて繊維シート３の水分を除去してもよい。
【００１７】
ここで、この実施の形態１の真空断熱材において、複数の突起形状を有する異形断面繊維１と略円形の断面を有する円形断面繊維２とからなる繊維シート３を芯材４とする真空断熱材は、異形断面繊維１と円形断面繊維２のそれぞれの繊維径が小さいほど繊維と繊維の接触面積を小さくすることができ、接触熱抵抗を大きくすることができる。その結果、固体熱伝導が低下し性能が向上する。しかし、溶融紡糸法にて樹脂素材で繊維シート３を製造する場合、円形断面繊維２を糸切れせずに連続的に製造するには繊維径をある程度大きくする必要がある。例えばＰＥＴ樹脂のペレット素材を用い、スパンボンド方式の溶融紡糸法で円形断面繊維２を用いた繊維シート３を試作したところ、繊維径が約１０μｍまでは連続的な製造が可能であったが、それ未満になると糸切れが発生し安定的に製造することができなかった。
【００１８】
上記のようなことを踏まえ、円形断面繊維２の繊維径と熱伝導率との関係、及び異形断面繊維１の突起径と熱伝導率との関係をシミュレートした。ここで、異形断面繊維１としてＹ形となる３個の突起を有する異形断面繊維１を想定し、これが円形断面繊維２と理想的に接触する状態、つまり繊維同士が交差するように積層された状態であるものとする。図４は、このシミュレート結果を示した特性図である。図４において、熱伝導率は真空断熱材の厚さ方向の熱伝導率を計算したものであり、縦軸には円形断面繊維２の繊維径がφ１０μｍのときの真空断熱材の熱伝導率を基準値として、その基準値との熱伝導率の差を取った。また、異形断面繊維１は、繊維径を基準円直径ｄｓ９とし、基準円直径ｄｓ９からなる円形部１０と、突起高さｈｋ７で突起先端幅ｄｋ８からなる突起部１１が組み合わさった形状と仮定した。
【００１９】
この結果からも明らかなように、円形断面繊維２の繊維径を小さくすることで熱伝導率を下げることが期待できるが、製造上円形断面繊維２の繊維径を小さくできなくても、突起先端幅ｄｋ８を小さくした異形断面繊維１と組み合わせて芯材４を形成することで、異形断面繊維の凹部に円形断面繊維が入り込まないような幾何学形状で構成され、熱伝導率を下げることが期待できることがわかる。一方で、突起先端幅ｄｋ８を小さくしすぎると突起部１１への応力集中により歪が大きくなり、その結果接触面積が増し、かえって効果が滅殺されることが分かった。したがって、突起先端幅ｄｋ８は約３μｍ〜約８μｍの大きさの範囲にすることが望ましい。
【００２０】
なお、従来例との効果の差異を明確にするために、従来の発明における３突起異形断面繊維１３だけで繊維シート３を作製し、断熱性能の評価を試みた。図５は、従来の発明における３突起異形断面繊維１３だけで繊維シート３を構成した場合の繊維を模式的に示した断面図である。図５における３突起異形断面繊維１３はＰＥＴ樹脂のペレットを素材とし、スパンボンド方式の溶融紡糸法で３突起異形断面繊維１３のみを用いた繊維シート３を試作し、これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００２１】
ここで、吸着剤は、外被材５のシール部やアルミラミネートシート自体の欠陥などを通じて内部に侵入してくる水分や外部気体もしくは芯材４から発生するアウトガスなどを吸着して真空度を保持するためのもので、ＣａＯ系、活性炭系、ゼオライト系や、さらにこれらにＬｉやＢａを混合させたものなどである。
【００２２】
この従来例により製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、繊維径がφ１０μｍ程度の円形断面繊維２のみで繊維シート３を構成した場合と同等もしくは数ポイントだけ高い値となった。この原因を調べるために、真空状態を模擬した芯材４の断面を観察したところ、基準円直径ｄｓ９は約１０μｍ、突起先端幅ｄｋ８は約４μｍと概ね仕様に合致した断面形状（ここでは詳細な説明は省略するが、設計目標を定めて製造する場合であってもスパンボンド方式による延伸工程や芯材の乾燥工程などを経ることで素材の膨張、伸縮が発生するため、設計値から多少のずれが生じることがある。）であったが、繊維同士の配置については、図５で示す状態、すなわち３突起異形断面繊維１３の突起部１１間の凹部１４と隣接する３突起異形断面繊維１３の突起部１１が噛み合わさり、繊維同士の接触部１５が広く面接触している箇所が多数見られた。つまり、３突起異形断面繊維１３のみの構成で繊維シート３を作製した場合には、期待した性能が得られない場合がありうるのみならず、性能の大きなバラツキを発生させる可能性があることが容易に想起される。
【００２３】
なお、真空状態を模擬して芯材４の断面観察する方法とは、真空チャンバ内に入れる前の真空断熱材を両面から１気圧相当の圧力で圧縮し、これを樹脂で固めたのちに断面を電子顕微鏡等で観察する方法である。
【００２４】
図４の結果からも明らかなように、繊維径が細い、つまり繊維断面積が小さいほど、断熱性能が向上する。したがって、基準円直径ｄｓ９が同じ径であれば、突起高さｈｋ７が小さい方がより断熱性能が向上することは容易に予想できる。そこで、突起先端幅ｄｋ８の影響も考慮して、異形断面繊維１の突起部１１間の凹部１４に円形断面繊維２が入り込まない幾何学形状となるような条件の検討を行った。その結果、繊維径が１０μｍの円形断面繊維２と組み合わせる６突起異形断面繊維６は、例えば基準円直径ｄｓ９が１０μｍ、突起高さｈｋ７が２．５μｍとした場合に、異形断面繊維の凹部に円形断面繊維が入り込まないような幾何学形状で構成され、比較的良好な特性が得られることが判明した。
【００２５】
一方、円形断面繊維２を中空繊維にした場合も別途検討したが、真空環境における大気からの圧力により中空繊維が圧縮変形し接触面積が増加した結果、熱伝導率の低減効果がほとんど得られないことが判明した。
【００２６】
ここで、この実施の形態１に係る繊維シート３の試作を行うために、溶融紡糸用ダイ１５を作製した。図６はこの実施の形態１に係る繊維シートの製造に用いられる溶融紡糸用ダイ１５のノズル配置を示した図である。図６において、隣接する繊維が異形断面繊維１と円形断面繊維２となるように、異形断面繊維１に対応するノズルである異形断面ノズル１６と円形断面繊維２に対応するノズルである円形断面ノズル１７のそれぞれノズル配置を互いに１つおきに同じ形状のノズルとなるよう相互配置としたものである。
【００２７】
図６に示す溶融紡糸用ダイ１５を用いて前記３突起異形断面繊維１３の試作手順と同様の手順で繊維シート３を作製した。その結果、繊維径が１０μｍの円形断面繊維２と、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約４μｍ、突起高さｈｋ７が約２．５μｍの６個の突起部１１を有する６突起異形断面繊維６とで厚さ約０．５ｍｍの繊維シート３を作製した。これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００２８】
このように製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、従来の繊維シートを芯材とした真空断熱材は、熱伝導率が０．００１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であったのに対し、図６に示す溶融紡糸用ダイ１５を用いたこの実施の形態１に係る真空断熱材は、熱伝導率が０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となり断熱効果が約２０％改善された。また、繊維シート３の断面を観察したところ、それぞれの繊維接触部での突起同士の面接触及び噛み合わせはほとんど見られなかった。したがってこの発明における真空断熱材は、繊維同士が重なり合う接触面積を低減させ、熱伝導率を下げることでより高い断熱効果が得られる。
【００２９】
また同様にして、異形断面繊維１として６個の突起部１１を有する６突起異形断面繊維６とし、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約２μｍになるようにして繊維シート３を試作したところ、熱伝導率は約３０％上昇、すなわち断熱効果が約３０％悪化した。この原因は突起高さｈｋ７が低いために突起部１１間の凹部１４に円断面が接しているためであることが断面観察の結果認められた。このことから６突起異形断面繊維６では突起高さが２μｍ以上であることが望ましい。
【００３０】
なお、図６は異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７のそれぞれノズル配置を互いに１つおきに同じ形状のノズルとなるよう相互配置しているが、特にこの配置にする必要はない。このような相互配置を取った場合、製造された繊維シート３において隣接する繊維が異形断面繊維１と円形断面繊維２となる確率が高く、良好な特性を持つ繊維シート３を製造できることは容易に想像できる。しかし、このような相互配置としない場合、例えば、異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７がランダムに配置された場合においても、繊維シート３の断熱特性を向上させるという効果を達成できることは自明である。
【００３１】
また、図６は異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７のそれぞれの数が略同数の場合について示しているが、製造条件によっては異形断面ノズル１６と円形断面ノズル１７のそれぞれの数が異なるような配置をとった方がよい場合がある。このような配置としては、例えば周辺部に加工しやすい円形断面ノズル１７を配置し、中心部に相互配置となるように配置する場合等が考えられる。
【００３２】
さらに、図６は異形断面ノズル１６について、断面形状が同一である単一種類のノズルを示しているが、製造条件によっては断面形状が異なる複数種類の異形断面ノズル１６を組み合わせて、さらに円形断面ノズル１７と組み合わせることで、より良好な特性を持つ繊維シート３が得られる場合が考えられる。
【００３３】
なお、製造条件によっては断面形状が異なる複数種類の異形断面ノズル１６のみを組み合わせることで、より良好な特性を持つ繊維シート３が得られる可能性も考えられるが、この場合には、前記従来の発明における３突起異形断面繊維１３だけで繊維シート３を作製したときに説明したように、異形断面繊維１の突起部１１間の凹部１４に他の異形断面繊維１の突起部１１が噛み合わさり、繊維同士の接触部１５が広く面接触している箇所が多数発生し、良好な特性が得られないようなことがないように、組み合わせる異なる断面形状を有する異形断面繊維１について、基準円直径ｄｓ９、突起先端幅ｄｋ８及び突起高さｈｋ７を十分検討する必要がある。
【００３４】
以上述べたように、図６で示したこの実施の形態１に係る繊維シートの溶融紡糸用ダイ１５のノズル配置は一例を示したものであり、これに限定されるものではない。隣接するノズル形状が異なるような配列条件を満たしていれば、一般的な製造条件ではよりよい特性を得やすいが、全てのノズル配置においてこの配置条件を満たしていない場合であっても、製造条件によってはよりよい効果が得られる場合も容易に想定できる。すなわち、一部のノズル配置においてでもこの配置条件を満たすことで、この発明の実施の形態１に係る繊維シートが得られることは自明である。
【００３５】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。図７において、繊維シート３は円形断面繊維２と、異形断面繊維１として７個の突起部１１を有する７突起異形断面繊維１８とが混在する形で構成されている。
【００３６】
基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約２μｍである７突起異形断面繊維１８を用いて、厚さ約０．５ｍｍの繊維シート３を構成している。その他の構成ならびに製造方法は前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００３７】
このように製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、この発明の実施の形態２に係る真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の熱伝導率０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が得られた。また、繊維シート３の断面を観察したところ、それぞれの繊維接触部での突起部１１同士の面接触及び噛み合わせはほとんど見られなかった。したがってこの発明の実施の形態２における真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の断熱効果が得られる。
【００３８】
また同様にして、異形断面繊維１として７個の突起部１１を有する７突起異形断面繊維１８とし、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約１．５μｍになるようにして繊維シート３を試作したところ、熱伝導率は約３０％上昇、すなわち断熱効果が約３０％悪化した。この原因は突起高さｈｋ７が低いために突起部１１間の凹部１４に円断面が接しているためであることが断面観察の結果認められた。このことから７突起異形断面繊維１８では突起高さが１．５μｍ以上であることが望ましい。
【００３９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３による真空断熱材の繊維シートを構成する一組の繊維を模式的に示した断面図である。図８において、繊維シート３は円形断面繊維２と、異形断面繊維１として８個の突起部１１を有する８突起異形断面繊維１９とが混在する形で構成されている。
【００４０】
基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約１．５μｍである８突起異形断面繊維１９を用いて、厚さ約０．５ｍｍの繊維シート３を構成している。その他の構成ならびに製造方法は前記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。これを２５枚積層して芯材４を作製した。芯材４を外被材５であるアルミラミネートシート（ナイロン１５μｍ＋ポリエチレンテレフタレート１２μｍ＋アルミシート６μｍ＋ポリエチレン５０μｍ）に吸着剤とともに挿入して、真空チャンバ内で約１Ｐａまで減圧させて、外被材５の間口部を熱融着によって密閉し、真空断熱材を製造した。
【００４１】
このように製造した真空断熱材の熱伝導率を測定した結果、この発明の実施の形態３に係る真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の熱伝導率０．００１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度が得られた。また、繊維シート３の断面を観察したところ、それぞれの繊維接触部での突起部１１同士の面接触及び噛み合わせはほとんど見られなかった。したがってこの発明の実施の形態３における真空断熱材は、前記実施の形態１と同等の断熱効果が得られる。
【００４２】
また同様にして、異形断面繊維１として８個の突起部１１を有する８突起異形断面繊維１９とし、基準円直径ｄｓ９が約８μｍ、突起先端幅ｄｋ８が約３μｍ、突起高さｈｋ７が約１．０μｍ になるようにして繊維シート３を試作したところ、熱伝導率は約４０％上昇、すなわち断熱効果が約４０％悪化した。この原因は突起高さｈｋ７が低いために突起部１１間の凹部１４に円断面が接しているためであることが断面観察の結果認められた。このことから８突起異形断面繊維１９では突起高さが１．０μｍ以上であることが望ましい。
【００４３】
なお、前記実施の形態において、繊維材料としてポリエチレンテレフタレート繊維を用いたが、ポリエステル系やそれ以外の有機繊維、例えばポリプロピレン、ポリスチレン、またはポリエチレンなどの有機繊維を用いてもよい。また、円形断面繊維２と異形断面繊維１を別個の材料としても同様な効果が得られる。
【００４４】
また、前記実施の形態において、繊維シート３を作製する方法として、溶融紡糸法を用いたが、これに限定されるものではなく、繊維シート３を形成できるのであればその他の方法、例えば乾式紡糸法および湿式紡糸法ならびに湿式製法等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１ 異形断面繊維、２ 円形断面繊維、３ 繊維シート、４ 芯材、５ 外被材、６ ６突起異形断面繊維、７ 突起高さｈｋ、８ 突起先端幅ｄｋ、９ 基準円直径ｄｓ、１０ 円形部、１１ 突起部、１２ ５突起異形断面繊維、１３ ３突起異形断面繊維、１４ 凹部、１５ 溶融紡糸用ダイ、１６ 異形断面ノズル、１７ 円形断面ノズル、１８ ７突起異形断面繊維、１９ ８突起異形断面繊維
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維シートが複数枚積層されてなる芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備えた真空断熱材において、前記繊維シートは、円形部と該円形部の円周上に配置された複数の突起部からなる異形断面繊維と、略円形の断面を有する円形断面繊維とを混合して形成されていることを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
前記異形断面繊維と前記円形断面繊維が隣接した平面幾何学配置において、前記突起部の少なくとも１つの先端部と前記円形断面繊維の円周の一部とが接触していることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材。
【請求項３】
前記突起部における先端部の幅が、前記円形断面繊維の直径より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空断熱材。
【請求項４】
前記突起部の突起数が６以上としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の真空断熱材。
【請求項５】
前記異形断面繊維を放出するノズルである異形断面ノズルと、前記円形断面繊維を放出するノズルである円形断面ノズルとを互いに１つおきに配置した紡糸用ダイを有することを特徴とする前記請求項１乃至前記請求項４のいずれか１つに記載の真空断熱材の製造装置。
【請求項６】
前記異形断面繊維を放出するノズルである異形断面ノズルと、前記円形断面繊維を放出するノズルである円形断面ノズルとを互いに１つおきに配置した紡糸用ダイを用いたことを特徴とする前記請求項１乃至前記請求項４のいずれか１つに記載の真空断熱材の製造方法。
【請求項１】
繊維シートが複数枚積層されてなる芯材と、該芯材を真空密閉して覆う外被材とを備えた真空断熱材において、前記繊維シートは、円形部と該円形部の円周上に配置された複数の突起部からなる異形断面繊維と、略円形の断面を有する円形断面繊維とを混合して形成されていることを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
前記異形断面繊維と前記円形断面繊維が隣接した平面幾何学配置において、前記突起部の少なくとも１つの先端部と前記円形断面繊維の円周の一部とが接触していることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材。
【請求項３】
前記突起部における先端部の幅が、前記円形断面繊維の直径より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空断熱材。
【請求項４】
前記突起部の突起数が６以上としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の真空断熱材。
【請求項５】
前記異形断面繊維を放出するノズルである異形断面ノズルと、前記円形断面繊維を放出するノズルである円形断面ノズルとを互いに１つおきに配置した紡糸用ダイを有することを特徴とする前記請求項１乃至前記請求項４のいずれか１つに記載の真空断熱材の製造装置。
【請求項６】
前記異形断面繊維を放出するノズルである異形断面ノズルと、前記円形断面繊維を放出するノズルである円形断面ノズルとを互いに１つおきに配置した紡糸用ダイを用いたことを特徴とする前記請求項１乃至前記請求項４のいずれか１つに記載の真空断熱材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１６９１４７（Ｐ２０１０−１６９１４７Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０８６０（Ｐ２００９−１０８６０）
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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