真空断熱材用芯材、真空断熱材、および、これらの製造方法
【課題】従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能で、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材、その芯材を備えた真空断熱材、および、これらの製造方法を提供する。
【解決手段】真空断熱材用芯材は、複数の不織布１１０を積層することにより構成された真空断熱材用芯材である。不織布１１０は、連続フィラメント法によって製造された複数のガラス繊維１１１、１１２を少なくとも含む。不織布１１０においては、複数のガラス繊維のうち大半のガラス繊維１１１、１１２が不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在している。
【解決手段】真空断熱材用芯材は、複数の不織布１１０を積層することにより構成された真空断熱材用芯材である。不織布１１０は、連続フィラメント法によって製造された複数のガラス繊維１１１、１１２を少なくとも含む。不織布１１０においては、複数のガラス繊維のうち大半のガラス繊維１１１、１１２が不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空断熱材用芯材、真空断熱材、および、これらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種食品を加温、冷却、保温することを目的として使用される冷蔵庫、保冷箱、保温箱等には、従来から、種々の構造や性能を有する断熱材が使用されている。断熱材の中でも真空断熱材は断熱性能に優れているため、断熱を必要とする家庭用冷蔵庫等の機器に広く使用されている。真空断熱材は、一般的に、無機材料からなる芯材を外包材に充填した後、外包材を密閉し、外包材の内部を減圧状態に保持することによって得られる。このような真空断熱材の芯材は、無機材料の中でも、火炎法または遠心法によって製造されたガラス繊維からなるグラスウールを用いて形成される。
【０００３】
たとえば、特開２００５−２６５０３８号公報（特許文献１）に記載の真空断熱材は、無機繊維としてのガラス繊維からなるグラスウールを湿式抄造した無機繊維シートを複数枚積層したものを芯材として用いて構成され、無機繊維中の粒子径３０μｍ以上のショット含有率が０．１質量％以下であり、無機繊維中の平均繊維径が０．２〜６μｍであり、無機繊維がシート面に対して水平方向に配列されている。
【０００４】
また、特開２００６−１７１６９号公報（特許文献２）に記載の真空断熱材では、無機繊維積層材料としてのガラス繊維からなるグラスウールで構成されている芯材が外被材内に減圧密封されており、真空断熱材中の芯材の密度が２００〜２７０ｋｇ／ｍ３であり、外被材を開包した後の芯材が繊維長１００μｍ以上のガラス繊維を７５％以上含有している。
【特許文献１】特開２００５−２６５０３８号公報
【特許文献２】特開２００６−１７１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６は、従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。図７は従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）、図８は同様の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【０００６】
図６に示すように、グラスウール５００においては、種々の繊維長の多数本のガラス繊維５１０が様々な方向に延びてランダムに分布していることがわかる。また、図７と図８に示すように、火炎法または遠心法によって製造されたグラスウールにおいては、主体となる繊維に対して、繊維長が１ｍｍ以下の短い繊維や、繊維径が１μｍ以下の微細な繊維が混入された状態である。このような短い繊維や微細な繊維は、主体となる繊維の間を充填したり、主体となる繊維の間に絡みついたりして、繊維間に熱伝導が発生し、芯材の厚み方向に沿って熱伝導を引き起こすことによって、断熱性能を低下させているものと考えられる。また、このようなグラスウールにおいては、主体となる繊維も、折れ曲がったり、捩れたりした多数の繊維を含むことがわかる。
【０００７】
このようにグラスウールは構成されているので、特開２００５−２６５０３８号公報（特許文献１）に記載されているように、湿式抄造によってシートを形成する際にガラス繊維をシート面に対して水平方向に配列させようとしても、大半のガラス繊維を整列させることは非常に困難である。
【０００８】
また、特開２００６−１７１６９号公報（特許文献２）に記載されているように、繊維長１００μｍ以上のガラス繊維を７５％以上含有する芯材を、芯材の密度が２００〜２７０ｋｇ／ｍ３になるようにグラスウールを押圧しても、大半のガラス繊維を整列させることは非常に困難である。
【０００９】
したがって、上記のいずれの公報に記載の真空断熱材の芯材においても、繊維間の熱伝導の発生による断熱性能の低下を防止することは困難である。このため、得られた真空断熱材の熱伝導率は２ｍＷ／ｍ・Ｋ程度であり、従来の改善手法では真空断熱材の断熱性能の向上には限界があった。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能で、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材、その芯材を備えた真空断熱材、および、これらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、従来の真空断熱材に用いられてきた芯材の問題点を解決するために鋭意検討を重ねた結果、真空断熱材用芯材を構成する繊維に、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含ませることにより、上記の目的を達成できることを見出した。ここで、連続フィラメント法とは、溶融ガラスを、ブッシングノズルを通して、連続的に、流下、引伸し、繊維化する操作によって、連続したフィラメントを生成する繊維製法である。この知見に基づいて、本発明に従った真空断熱材用芯材は、次のような特徴を備えている。
【００１２】
この発明に従った真空断熱材用芯材は、複数の不織布を積層することにより構成された真空断熱材用芯材である。不織布は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含む。不織布においては、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在している。
【００１３】
連続フィラメント法によれば、繊維径のばらつきが極めて小さい多数本の繊維を大量生産することができる。また、連続フィラメント法によって製造された無機繊維は、各繊維の真直度が極めて高い。このため、連続フィラメント法によって製造された多数本の無機繊維をほぼ一定の長さに切断することによって、繊維径のばらつきが極めて小さい、ほぼ同じ長さの多数本の無機繊維を、真直度が極めて高い状態で得ることができる。
【００１４】
この発明の芯材を構成する不織布は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含むので、このような複数の無機繊維を用いて、不織布を形成する際に各無機繊維を不織布の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数の無機繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数の無機繊維は、不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材を構成する複数の無機繊維の間を充填するような無機繊維の存在を極力なくすことができ、また複数の無機繊維の間に絡みつくような無機繊維の存在を極力なくすことができるので、無機繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。このため、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材を得ることができる。
【００１５】
この発明の真空断熱材用芯材において、無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上１５μｍ以下、無機繊維の平均繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、芯材の熱伝導率を最も低下させることができ、最も優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材を得ることができる。
【００１６】
この発明の真空断熱材用芯材において、無機繊維はガラス繊維であることが好ましい。この場合、ガラス繊維は、他の無機繊維、たとえば、セラミック繊維よりも熱伝導率が小さいので、素材自体の熱伝導率を低下させることにより、芯材の断熱性能をより向上させることができる。
【００１７】
この発明に従った真空断熱材は、外包材と、外包材の内部に収容される芯材とを備える。外包材は、内部を減圧状態に保つことが可能であるように構成されている。芯材が、上述のいずれかの特徴を有する真空断熱材用芯材を含む。
【００１８】
この発明に従った真空断熱材用芯材の製造方法は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された不織布の表面とほぼ平行な方向に、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、複数の不織布を積層するステップを備える。
【００１９】
この発明の真空断熱材用芯材の製造方法では、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いる。このような複数の無機繊維を用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に各無機繊維を不織布の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数の無機繊維を容易に整列させることができる。
【００２０】
このとき、大半の複数の無機繊維は、不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散して整列する。これにより、芯材を構成するために複数の不織布を積層しても、複数の無機繊維の間を充填するような無機繊維を極力なくすことができ、また複数の無機繊維の間に絡みつくような無機繊維を極力なくすことができるので、不織布の表面とほぼ平行な方向に配列された無機繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。
【００２１】
このため、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを極力防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材を得ることができる。
【００２２】
この発明の一つの局面に従った真空断熱材の製造方法は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された不織布の表面とほぼ平行な方向に、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、複数の不織布を積層するステップと、積層された複数の不織布を外包材の内部に収容し、外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備える。
【００２３】
この発明のもう一つの局面に従った真空断熱材の製造方法は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された不織布の表面とほぼ平行な方向に、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、複数の不織布を積層するステップと、積層された複数の不織布に含まれたバインダーを除去するステップと、バインダーが除去された複数の不織布を外包材の内部に収容し、外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備える。
【００２４】
この発明の真空断熱材の製造方法では、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いる。このような複数の無機繊維を用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に各無機繊維を不織布の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数の無機繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数の無機繊維は、不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材を構成するために複数の不織布を積層しても、複数の無機繊維の間を充填するような無機繊維の存在を極力なくすことができ、また複数の無機繊維の間に絡みつくような無機繊維の存在を極力なくすことができるので、無機繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。そして、積層された複数の不織布を外包材の内部に収容し、外包材の内部を減圧状態に保つことにより、真空断熱材を製造することができる。このようにして、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、この発明によれば、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いることによって芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材と、その芯材を備えた真空断熱材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、この発明の一つの実施の形態として、真空断熱材の構成を模式的に示す断面図である。図１の（Ａ）は、外包材の内部を減圧する前の状態、図１の（Ｂ）は、外包材の内部が減圧されている場合の状態を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、真空断熱材１においては、袋状に形成されたガスバリヤ性の外包材２００の内部に芯材１００が収容されている。
【００２９】
図１の（Ａ）に示すように、芯材１００は、複数の不織布１１０が積層されて構成されている。それぞれの不織布１１０は、無機繊維の一例であるガラス繊維と、少量の有機バインダーを用いて、抄紙法によって作製されている。バインダーについては無機バインダーを使用することも可能であるが、無機バインダーを用いると、繊維集合体、すなわち、不織布１１０の折り曲げの柔軟性が劣ること、また製品として使用する場合のコストが有機バインダーを用いる場合に比べ高価となるため、有機バインダーを使用することが好ましい。また、バインダーの量は、極力、大きくならないように抑える。
【００３０】
図１の（Ｂ）に示すように、外包材２００の内部が減圧されると、外包材２００の外部の大気圧によって芯材１００が圧縮されて、芯材１００を構成する不織布１１０同士が押し付けられるように接触する。外包材２００の内部を減圧した状態での芯材１００の密度は、１００〜４００ｋｇ／ｍ３の範囲内に含まれる。
【００３１】
以上のように不織布を構成し、不織布を積層して芯材を構成し、芯材を外包材の内部に配置して減圧して真空断熱材を構成する。
【００３２】
図２は、この発明の一つの実施の形態として、芯材と外包材の配置（Ａ）と、外包材の内部を減圧したときの真空断熱材の内部の様子（Ｂ）を模式的に示す斜視図である。各不織布、芯材、外包材は、それぞれ、一部のみが示されている。
【００３３】
図２の（Ａ）に示すように、不織布１１０を複数枚積層して、芯材１００を形成する。芯材１００は、外包材２００に覆われている。外包材２００はガスバリヤ性で、袋状に形成されており、芯材１００の全体を覆う。
【００３４】
図２の（Ｂ）に示すように、袋状の外包材２００の内部を減圧すると、芯材１００が圧縮される。芯材１００が圧縮されると、不織布１１０同士が互いに押し付けられるようにして接触する。
【００３５】
本発明者らは、上述のようにして構成される真空断熱材の断熱性能を向上させるために、鋭意検討を行った結果、特定条件の無機繊維を含むように構成される不織布を芯材として使用することによって、真空断熱材の断熱性能が著しく向上することを見出し、本発明に到達した。
【００３６】
そこで、図１に示すように本発明の真空断熱材１に用いられる芯材１００を構成する不織布１１０が、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含むように構成される。
【００３７】
また、図１に示すように、本発明の真空断熱材１は、外包材２００と、外包材２００の内部に収容される芯材１００とを備え、外包材２００は、内部を減圧状態に保つことが可能であるように構成され、芯材１００が不織布１１０を積層することにより構成される。不織布１１０は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含む。
【００３８】
無機繊維としてはガラス繊維、セラミック繊維、ロックウール繊維等が挙げられるが、本発明の芯材を構成するために必要な細径の繊維が大量生産により比較的低価格で流通している点、素材自体の熱伝導率が小さい点から、無機繊維としてガラス繊維を使用するのが好ましい。
【００３９】
本発明の一つの実施の形態では、一定の長さに切断したガラス繊維を用いて、湿式抄紙法によって製造した不織布を真空断熱材の芯材として使用する。ここで、一定の長さに切断したガラス繊維とは、連続フィラメント法によって溶融ガラスを多数のノズルから引き出すことによって成形された、太さが均一な糸状の連続フィラメントであるガラス繊維を数百〜数千本束ねて巻き取ってストランドとし、このストランドをギロチンカッター等により所定の長さに定寸切断したものをいう。このようにしてガラス繊維のストランドを定寸切断したものを、ガラスチョップドストランドという。
【００４０】
このようにして得られたガラス繊維は、連続フィラメントを一定の寸法で切断して所定の長さにしたものであるので、真直度が極めて高く、剛性が高い繊維であって、ほぼ均一な繊維径を有し、ほぼ円形の断面を有する。すなわち、連続フィラメント法によれば、繊維径のばらつきが極めて小さい多数本の繊維を大量生産することができる。また、連続フィラメント法によって製造された無機繊維は、各繊維の真直度が極めて高い。このため、連続フィラメント法によって製造された多数本の無機繊維をほぼ一定の長さに切断することによって、繊維径のばらつきが極めて小さい、ほぼ同じ長さの多数本の無機繊維を、真直度が極めて高い状態で得ることができる。
【００４１】
このため、このガラス繊維を用いて湿式抄紙法によって不織布を製造した場合、繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列された不織布を得ることができる。
【００４２】
図３は、本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。図３では、２層のガラス繊維層からなる不織布が示されている。図４は本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）、図５は同様の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【００４３】
図３に示すように、上層を形成する複数のガラス繊維１１１と下層を形成するガラス繊維１１２は、不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布１１０の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列している。また、図４と図５に示すように、各繊維の真直度が極めて高いことがわかる。また、大半の繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列していることがわかる。
【００４４】
このように本発明の芯材を構成する不織布１１０は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維の一例であるガラス繊維を少なくとも含むので、このような複数のガラス繊維を用いて、不織布１１０を形成する際に各ガラス繊維を不織布１１０の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半のガラス繊維１１１、１１２が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数のガラス繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数のガラス繊維１１１、１１２は、不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布１１０の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材を構成する複数のガラス繊維の間を充填するようなガラス繊維の存在を極力なくすことができ、また複数のガラス繊維の間に絡みつくようなガラス繊維の存在を極力なくすことができるので、ガラス繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。このため、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材とその芯材を備えた真空断熱材を得ることができる。
【００４５】
ガラス繊維の組成としては特に限定せず、Ｃガラス、Ｄガラス、Ｅガラス等が使用できるが、入手の容易さからＥガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）を採用するのが好ましい。
【００４６】
上述したように、本発明の芯材として不織布を形成する無機繊維は、連続フィラメントを定寸切断して所定の長さとしたガラス繊維であり、真直度が極めて高く、かつ、ほぼ円形の断面を有している。このため、ランダムな方向を向いて分散した複数のガラス繊維が平行に整列して並ばない限り、ガラス繊維同士は点で接触するので、ガラス繊維間の熱伝導が著しく抑制される。
【００４７】
ガラス繊維の代わりに他の素材を用いることも考えられるが、一般に、アルミナ繊維を使用したアルミナチョップドストランド等の無機繊維材は、ガラス繊維よりも高価であり、かつ熱伝導率が高いために好ましくない。
【００４８】
また、有機材料は、一般に無機材料よりも熱伝導率は低いが、剛性を有しない。このため、有機繊維材は、繊維が交差する箇所で外圧によって繊維が変形し、繊維同士の面接触や真空空間比率の減少を引き起こす。その結果、有機繊維を芯材に用いた真空断熱材は、熱伝導率が高くなるので、好ましくない。
【００４９】
本発明の真空断熱材用芯材１００の製造方法の一つの実施の形態では、まず、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維の一例であるガラス繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布１１０を製造する。これにより、製造された不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に、複数のガラス繊維のうち大半のガラス繊維１１１、１１２を延在させる。さらに、複数の不織布１１０を積層する。
【００５０】
また、本発明の真空断熱材１の製造方法の一つの実施の形態では、まず、連続フィラメント法によって製造された複数のガラス繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布１１０を製造する。これにより、製造された不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に、複数のガラス繊維のうち大半のガラス繊維１１１、１１２を延在させる。さらに、複数の不織布１１０を積層する。その後、積層された複数の不織布１１０を外包材２００の内部に収容し、外包材２００の内部を減圧状態に保つ。
【００５１】
この発明の真空断熱材の製造方法の一つの実施の形態では、連続フィラメント法によって製造された複数のガラス繊維を少なくとも用いる。このような複数のガラス繊維を用いて、湿式抄紙法によって不織布１１０を製造する際に各ガラス繊維を不織布１１０の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半のガラス繊維１１１、１１２が不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数のガラス繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数のガラス繊維１１１、１１２は、不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布１１０の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材１００を構成するために複数の不織布１１０を積層しても、複数のガラス繊維の間を充填するようなガラス繊維の存在を極力なくすことができ、また複数のガラス繊維の間に絡みつくようなガラス繊維の存在を極力なくすことができるので、ガラス繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。そして、積層された複数の不織布１１０を外包材２００の内部に収容し、外包材２００の内部を減圧状態に保つことにより、真空断熱材１を製造することができる。このようにして、芯材１００の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材１００の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する芯材１００とその芯材１００を備えた真空断熱材１を得ることができる。
【００５２】
本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０は、湿式抄紙法によって製造される。湿式抄紙法では、適切な分散剤を添加することによって、ガラス繊維を一定の長さに切断したガラスチョップドストランドがモノフィラメント化して層状に分散配置され、結束の非常に少ないガラス繊維からなる不織布１１０を得ることができる。このため、平行して並んだガラス繊維の数が非常に少なく、大半のガラス繊維１１１、１１２は隣り合う繊維の間では点で接触する。このようにして、厚み方向において、高い圧縮強度を有しながら熱伝導率が極めて低い不織布１１０を製造することができるので、このような不織布１１０は真空断熱材１の芯材１００として好適である。
【００５３】
本発明の製造方法で採用される湿式抄紙法による不織布１１０の抄造は、長網抄紙機、短網抄紙機、傾斜ワイヤー型抄紙機等、既知の抄紙機を用いることによって可能である。
【００５４】
通常、ガラス繊維からなる不織布は、耐熱性を有する断熱材、耐火性を有する断熱材、または、電気絶縁体として用いられる。このため、不織布には引き裂きや突き破りなどに耐える布強度が求められ、繊維同士の絡み合いが必要とされることが多い。このような用途に使用されるガラス繊維からなる不織布は、長網抄紙機、短網抄紙機を使用した抄紙法によって製造されることが多い。
【００５５】
これに対して、本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０は、芯材１００として外包材２００内に収容されるので、布としての強度はさほど要求されない。また、繊維方向が揃いやすい抄紙法は、繊維同士の接触面積を増加させるので、本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０を製造するには好ましくない。一方、厚み方向の断熱性能を高めるためには、繊維同士の絡み合いは少ない方が望ましい。
【００５６】
そのため、本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０を抄造する抄紙機としては、低いインレット濃度で抄紙することができる傾斜ワイヤー型抄紙機が適しているが、これに限定されるものではない。
【００５７】
本発明に用いられる無機繊維の一例であるガラスチョップドストランドは、繊維径３〜１５μｍ、繊維長３〜１５ｍｍのガラス繊維の構成比率が９９％以上であることが好ましい。
【００５８】
繊維径が３μｍ未満または繊維長が３ｍｍ未満のガラスチョップドストランドは、以下に述べるように、本発明の真空断熱材用芯材１００を構成する不織布１１０に使用するのには適さないと予測される。
【００５９】
繊維径が３μｍ未満のガラス繊維は、繊維の剛性が低いため、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に、繊維が湾曲して、繊維同士の絡み合いが発生し、繊維同士の接触面積が増加する。これにより、熱伝導が大きくなり、芯材の断熱性能を劣化させることから、繊維径が３μｍ未満のガラス繊維は好ましくない。
【００６０】
繊維長が３ｍｍ未満のガラス繊維は、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に、既に分散している下層に位置する繊維の上に上層に位置する繊維を分散させたとき、上層の繊維が下層の繊維を橋渡しすることができず、上層の繊維が下層の繊維の上で一点で支持される可能性が高くなり、たとえば、上層の繊維の一端が下層に垂下して、他方が厚み方向に突出するような形態で位置づけられることが予想される。このように、ある繊維が複数の繊維の間で厚み方向に橋渡しをするような形態になった場合、繊維の長さ方向への熱伝導が発生し、繊維同士の接触面積が増加する。これにより、熱伝導が大きくなり、芯材の断熱性能を劣化させることから、繊維長が３ｍｍ未満のガラス繊維は好ましくない。
【００６１】
繊維径が１５μｍ以上のガラス繊維を用いて、不織布を構成し、複数の不織布を積層して芯材を形成すると、芯材の厚み方向の繊維層の数が減少し、厚み方向の熱伝達経路が短くなり、かつ、不織布の形成時に空孔径が大きくなる。これにより、気体の熱伝導率による影響を受け、芯材の断熱性能を低下させることから、繊維径が１５μｍ以上のガラス繊維は好ましくない。
【００６２】
繊維長が１５ｍｍ以上のガラス繊維を用いると、繊維径に対して繊維長が大きくなることから、繊維の剛性が低下して撓みやすくなり、繊維同士の絡み合いが発生し、繊維同士の接触面積が増加する。これにより、熱伝導が大きくなり、芯材の断熱性能を劣化させることから、繊維長が１５ｍｍ以上のガラス繊維は好ましくない。
【００６３】
本発明の真空断熱材用芯材として用いられるガラス繊維からなる不織布には、繊維同士の結合力が存在しない。このため、不織布の製造工程におけるガラス繊維の脱落を防止するとともに、後工程の加工工程における型くずれを防止するために、抄紙工程において有機バインダーを使用する必要がある。しかし、不織布は最終的に真空断熱材の芯材として外包材に内包されるため、有機バインダーの使用量は最低限にとどめる必要がある。ガラス繊維からなる不織布におけるバインダー含有量は１５質量％以下であるのが好ましい。
【００６４】
有機バインダーとしては、樹脂エマルジョン、樹脂水溶液等の液状バインダーをスプレーなどにより噴霧し、ガラス繊維に添加することが一般的である。本発明の製造方法では粒状または繊維状の有機バインダーをガラスチョップドストランドと混合して湿式抄紙法によって不織布を製造することが好ましく、特に粒状バインダーを使用することがより好ましい。
【００６５】
繊維状の有機バインダーとしては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）繊維、未硬化もしくは半硬化のフェノール樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を繊維化した繊維状物、または、ポリエステル、未延伸ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアルコールなどの熱可塑性樹脂を繊維化したもの、あるいはこれら熱可塑性樹脂を用いた芯鞘構造繊維と呼ばれる、内部（芯）と外部（鞘）に融点の異なる成分を有し、外部(鞘)の融点が低い繊維などが挙げられる。
【００６６】
また、粒状の有機バインダーとしては、粒状ＰＶＡ、上記の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の粉末等を挙げることができる。
【００６７】
なお、液状の有機バインダーは、表面張力によって、複数のガラス繊維が交差する箇所の周辺に集まりやすい。このため、隣り合うガラス繊維同士が点で接触している状態であっても、その接触部の周りをバインダーが覆う可能性がある。これにより、バインダーを介した熱伝導が発生するものと予想されるので、液状の有機バインダーは好ましくない。
【００６８】
一方、有機バインダーとして粒状バインダーや繊維状バインダーを使用し、ガラスチョップドストランドに、これらの有機バインダーを分散混合して湿式抄紙法によって不織布を製造した場合、バインダーの多くは繊維の接触点以外で繊維間を有機バインダーによって橋渡しすることが考えられる。しかし、このような橋渡しは極めて繊細であり、熱伝導を発生させる可能性が極めて少ない。これにより、芯材の優れた断熱特性を維持できるので、有機バインダーとして粒状バインダーや繊維状バインダーを使用することは好ましい。
【００６９】
本発明の真空断熱材用芯材として用いられるガラス繊維からなる不織布の米坪は３０〜６００ｇ／ｍ２であることが好ましい。不織布の米坪が３０ｇ／ｍ２未満では、不織布内に存在する空隙の径が大きくなることによって気体の熱伝導率の影響が大きくなる。これにより、芯材の断熱性能が低下し、また、芯材の強度が弱くなるため、不織布の米坪が３０ｇ／ｍ２未満では好ましくない。一方、不織布の米坪が６００ｇ／ｍ２を超えると、ガラス繊維から不織布を製造する際の乾燥効率が低下し、生産性が低下するので、好ましくない。
【００７０】
ここで、米坪とは、一般に、紙の厚みの計量単位であって、平方メートルあたりの紙の質量を表し、メートル坪量ともいう。ここでは、湿式抄紙法で製造したガラス繊維からなる不織布の厚みを計量する単位として米坪を使用している。
【００７１】
ところで、たとえば、特開２００６−１７１６９号公報（特許文献２）には、真空断熱材の芯材を構成するグラスウール等の無機繊維の平均径は１〜５μｍであることが好ましいと記載されている。そして、その無機繊維の平均径が５μｍを超えると、最終的に得られる真空断熱材自体の断熱性能が低下すると記載されている。確かに真空断熱材の断熱性能は、芯材を構成する無機繊維の径が小さい方が高まる。一方、細い無機繊維は、価格が高く、また、湿式抄紙法によって不織布を製造する際には脱水効率を低下させ、生産性を低下させるという欠点を有する。これに対して、本発明では、無機繊維の繊維径、繊維長などの繊維パラメータおよび繊維間の接着状況について、断熱性能を向上させるための最適条件を選定することによって、無機繊維の一例として、比較的繊維径の大きいガラスチョップドストランドを使用しても、従来の真空断熱材よりもはるかに高い断熱性能が得られる真空断熱材を実現することができる。
【００７２】
また、繊維径が６μｍより細いガラスチョップドストランドを使用しても、最終的に得られる真空断熱材の断熱性能の向上幅は、繊維径が１０μｍのガラスチョップドストランドを使用した場合に比べて、ほとんど無視可能な程度である。従って、生産性・価格・性能の面を考慮するならば、好適なガラスチョップドストランドの繊維径は６〜１５μｍである。この範囲のガラス繊維を使用した場合には、従来の真空断熱材よりも高い断熱性能を有する真空断熱材を、適切な製造コストで得ることができる。
【００７３】
本発明の真空断熱材は、上述した特徴を備えた芯材を用いて、既知の方法にて製造することができる。代表的な方法として、図１に示される真空断熱材１の構成において、袋状に形成されたガスバリヤ性の外包材２００の内部に芯材１００を収容する。芯材１００を減圧状態で格納する外包材２００としては、高いガスバリヤ性を有するとともに、熱融着層、キズ等に対する保護層を有し、長期にわたり外包材２００内を減圧状態に保つことが可能なものを使用する。また、このような特性を持つフィルムを複数枚積層して、外包材２００としてもよい。
【００７４】
具体的な外包材２００の構成の例としては、最外層をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂とし、中間層には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用い、最内層に高密度ポリエチレン樹脂を用いるガスバリヤフィルムや、最外層にナイロンを用い、中間層にアルミニウム蒸着ＰＥＴ樹脂とアルミニウム箔の２層を用い、最内層に高密度ポリエチレン樹脂を用いるガスバリヤフィルム等が挙げられる。
【００７５】
また、真空断熱材の初期断熱性能及び経時断熱性能を保持するために、真空断熱材内にガス吸着剤、水分吸着剤等のゲッター剤を使用することが好ましい。
【００７６】
本発明では、上記の真空密封前に芯材の有機バインダーを除去または低減することにより、さらに断熱性能を向上させることができる。バインダーにアクリル樹脂等の熱硬化性樹脂バインダーを使用した場合は、熱分解による方法を用いることによってバインダーを除去することができる。
【００７７】
すなわち、芯材を外包材に封入する前に、バインダーの熱分解温度より高く、かつガラス繊維の融点より低い温度で処理することにより、バインダーのみを熱分解により除去することができる。また、バインダーにＰＶＡ等の水溶性樹脂バインダーを用いた場合は、上記の方法のほかに、温水等で洗浄することによりバインダーを除去または低減することができる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明のいくつかの実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７９】
（実施例１）
表１に示す平均繊維径と平均繊維長を有するガラスチョップドストランド（オーウェンス・コーニング社（Ｏｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製）をその濃度が０．５質量％となるように水中に投入し、分散剤としてエマノーン（登録商標）３１９９（花王株式会社製）をガラスチョップドストランド１００質量部に対して１質量部となるように添加して、攪拌することにより、ガラスチョップドストランドスラリーを作製した。
【００８０】
得られたガラスチョップドストランドスラリーを用いて湿式抄紙法にて抄造し、ウエブを作製した。得られたウエブに対して、アクリルエマルジョン（大日本インキ化学工業株式会社製 ＧＭ−４）をその固形分濃度が３．０質量％となるように水で希釈した液を含浸させ、ウエブ水分質量がガラス繊維質量に対して２００質量％となるように水分を吸引して調整した。その後、ウエブを乾燥させることによって、真空断熱材用芯材に用いられる不織布を作製した。得られた真空断熱材用芯材に用いられる不織布は、米坪が１００ｇ／ｍ２、バインダー含有率が５．７質量％であった。
【００８１】
（実施例２〜８）
表１に示す平均繊維径と平均繊維長を有するガラスチョップドストランド（いずれもオーウェンス・コーニング社製）をその濃度が０．５質量％となるように水中に投入し、分散剤としてエマノーン（登録商標）３１９９（花王株式会社製）をガラスチョップドストランド１００質量部に対して１質量部となるように添加して、攪拌することにより、ガラスチョップドストランドスラリーを得た。
【００８２】
一方、表１に示す粒状ＰＶＡ（ユニチカ株式会社製 ＯＶ−Ｎ）または繊維状ＰＶＡ（株式会社クラレ製 ＶＰＢ１０５−２）をその固形分濃度が１０質量％濃度となるように水中に投入し、攪拌することにより、粒状または繊維状のバインダースラリーを作製した。
【００８３】
ガラス繊維に対するバインダー含有率が表１に示すとおりになるように、得られたガラスチョップドストランドスラリーに粒状または繊維状のバインダースラリーを添加し、攪拌混合することによって得られたスラリーを用いて湿式抄紙法にて抄造し、ウエブを作製した。その後、得られたウエブを乾燥させることによって、真空断熱材用芯材に用いられる不織布を作製した。得られた真空断熱材用芯材に用いられる不織布の米坪とバインダー含有率を表１に示す。
【００８４】
（実施例９）
実施例２と同様の方法で作製した真空断熱材用芯材に用いられる不織布を１０枚積層し、電気炉内で温度５５０℃にて１時間加熱することにより、バインダー含有率を０質量％にした。
【００８５】
（比較例１）
従来の真空断熱材に用いる芯材として、表１に示す平均繊維径を有するグラスウールからなるシート状繊維集合体としての不織布を準備した。
【００８６】
なお、表１に示すバインダー含有率は、真空断熱材用芯材に用いられる不織布を温度６００℃で３０分間加熱することによって有機成分を除去し、加熱前後の質量差から下式によって求めた。
【００８７】
バインダー含有率（質量％）＝［｛（加熱前の質量）−（加熱後の質量）｝／（加熱前の質量）］×１００
以上の実施例１〜９によって製造された不織布を、表１の「不織布積層枚数」の欄に示された枚数だけ積層させて芯材とした。得られた積層体からなる各芯材の上下面に、それぞれスペーサを介して、厚み方向に１ｋｇｆ／ｃｍ２（約９８ｋＰａ）の圧縮力を加えた状態で、真空度が０．０１Ｔｏｒｒ（約１．３Ｐａ）の真空状態を保持した。この保持された真空の定常状態の各芯材において、積層体からなる各芯材の上下面部の温度と、各芯材を流れる熱流とを測定することによって、熱伝導率を算出した。得られた熱伝導率の測定結果を表１の「熱伝導率」の欄に示す。なお、比較例１については、従来のグラスウールからなる不織布の熱伝導率を表１の「熱伝導率」の欄に示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
表１に示す結果から、本発明の実施例による真空断熱材は、熱伝導率が１．１０ｍＷ／ｍ・Ｋ以下であり、比較例である従来の真空断熱材に比べてかなり小さい値を示し、従来の断熱性能の改善限界を超える優れた断熱性能を有することがわかる。
【００９０】
したがって、本発明による真空断熱材を使用することによって、断熱性能及び省エネルギーに優れた冷蔵庫等の機器を提供することが可能になる。
【００９１】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】この発明の一つの実施の形態として、芯材と外包材の配置（Ａ）と、外包材の内部を減圧したときの真空断熱材の内部の様子（Ｂ）を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態として、芯材と外包材の配置（Ａ）と、外包材の内部を減圧したときの真空断熱材の内部の様子（Ｂ）を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図５】本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図６】従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。
【図７】従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図８】従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【符号の説明】
【００９３】
１：真空断熱材、１００：芯材、２００：外包材、１１０：不織布、１１１，１１２：ガラス繊維。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空断熱材用芯材、真空断熱材、および、これらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種食品を加温、冷却、保温することを目的として使用される冷蔵庫、保冷箱、保温箱等には、従来から、種々の構造や性能を有する断熱材が使用されている。断熱材の中でも真空断熱材は断熱性能に優れているため、断熱を必要とする家庭用冷蔵庫等の機器に広く使用されている。真空断熱材は、一般的に、無機材料からなる芯材を外包材に充填した後、外包材を密閉し、外包材の内部を減圧状態に保持することによって得られる。このような真空断熱材の芯材は、無機材料の中でも、火炎法または遠心法によって製造されたガラス繊維からなるグラスウールを用いて形成される。
【０００３】
たとえば、特開２００５−２６５０３８号公報（特許文献１）に記載の真空断熱材は、無機繊維としてのガラス繊維からなるグラスウールを湿式抄造した無機繊維シートを複数枚積層したものを芯材として用いて構成され、無機繊維中の粒子径３０μｍ以上のショット含有率が０．１質量％以下であり、無機繊維中の平均繊維径が０．２〜６μｍであり、無機繊維がシート面に対して水平方向に配列されている。
【０００４】
また、特開２００６−１７１６９号公報（特許文献２）に記載の真空断熱材では、無機繊維積層材料としてのガラス繊維からなるグラスウールで構成されている芯材が外被材内に減圧密封されており、真空断熱材中の芯材の密度が２００〜２７０ｋｇ／ｍ３であり、外被材を開包した後の芯材が繊維長１００μｍ以上のガラス繊維を７５％以上含有している。
【特許文献１】特開２００５−２６５０３８号公報
【特許文献２】特開２００６−１７１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図６は、従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。図７は従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）、図８は同様の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【０００６】
図６に示すように、グラスウール５００においては、種々の繊維長の多数本のガラス繊維５１０が様々な方向に延びてランダムに分布していることがわかる。また、図７と図８に示すように、火炎法または遠心法によって製造されたグラスウールにおいては、主体となる繊維に対して、繊維長が１ｍｍ以下の短い繊維や、繊維径が１μｍ以下の微細な繊維が混入された状態である。このような短い繊維や微細な繊維は、主体となる繊維の間を充填したり、主体となる繊維の間に絡みついたりして、繊維間に熱伝導が発生し、芯材の厚み方向に沿って熱伝導を引き起こすことによって、断熱性能を低下させているものと考えられる。また、このようなグラスウールにおいては、主体となる繊維も、折れ曲がったり、捩れたりした多数の繊維を含むことがわかる。
【０００７】
このようにグラスウールは構成されているので、特開２００５−２６５０３８号公報（特許文献１）に記載されているように、湿式抄造によってシートを形成する際にガラス繊維をシート面に対して水平方向に配列させようとしても、大半のガラス繊維を整列させることは非常に困難である。
【０００８】
また、特開２００６−１７１６９号公報（特許文献２）に記載されているように、繊維長１００μｍ以上のガラス繊維を７５％以上含有する芯材を、芯材の密度が２００〜２７０ｋｇ／ｍ３になるようにグラスウールを押圧しても、大半のガラス繊維を整列させることは非常に困難である。
【０００９】
したがって、上記のいずれの公報に記載の真空断熱材の芯材においても、繊維間の熱伝導の発生による断熱性能の低下を防止することは困難である。このため、得られた真空断熱材の熱伝導率は２ｍＷ／ｍ・Ｋ程度であり、従来の改善手法では真空断熱材の断熱性能の向上には限界があった。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能で、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材、その芯材を備えた真空断熱材、および、これらの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、従来の真空断熱材に用いられてきた芯材の問題点を解決するために鋭意検討を重ねた結果、真空断熱材用芯材を構成する繊維に、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含ませることにより、上記の目的を達成できることを見出した。ここで、連続フィラメント法とは、溶融ガラスを、ブッシングノズルを通して、連続的に、流下、引伸し、繊維化する操作によって、連続したフィラメントを生成する繊維製法である。この知見に基づいて、本発明に従った真空断熱材用芯材は、次のような特徴を備えている。
【００１２】
この発明に従った真空断熱材用芯材は、複数の不織布を積層することにより構成された真空断熱材用芯材である。不織布は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含む。不織布においては、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在している。
【００１３】
連続フィラメント法によれば、繊維径のばらつきが極めて小さい多数本の繊維を大量生産することができる。また、連続フィラメント法によって製造された無機繊維は、各繊維の真直度が極めて高い。このため、連続フィラメント法によって製造された多数本の無機繊維をほぼ一定の長さに切断することによって、繊維径のばらつきが極めて小さい、ほぼ同じ長さの多数本の無機繊維を、真直度が極めて高い状態で得ることができる。
【００１４】
この発明の芯材を構成する不織布は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含むので、このような複数の無機繊維を用いて、不織布を形成する際に各無機繊維を不織布の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数の無機繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数の無機繊維は、不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材を構成する複数の無機繊維の間を充填するような無機繊維の存在を極力なくすことができ、また複数の無機繊維の間に絡みつくような無機繊維の存在を極力なくすことができるので、無機繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。このため、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材を得ることができる。
【００１５】
この発明の真空断熱材用芯材において、無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上１５μｍ以下、無機繊維の平均繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、芯材の熱伝導率を最も低下させることができ、最も優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材を得ることができる。
【００１６】
この発明の真空断熱材用芯材において、無機繊維はガラス繊維であることが好ましい。この場合、ガラス繊維は、他の無機繊維、たとえば、セラミック繊維よりも熱伝導率が小さいので、素材自体の熱伝導率を低下させることにより、芯材の断熱性能をより向上させることができる。
【００１７】
この発明に従った真空断熱材は、外包材と、外包材の内部に収容される芯材とを備える。外包材は、内部を減圧状態に保つことが可能であるように構成されている。芯材が、上述のいずれかの特徴を有する真空断熱材用芯材を含む。
【００１８】
この発明に従った真空断熱材用芯材の製造方法は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された不織布の表面とほぼ平行な方向に、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、複数の不織布を積層するステップを備える。
【００１９】
この発明の真空断熱材用芯材の製造方法では、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いる。このような複数の無機繊維を用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に各無機繊維を不織布の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数の無機繊維を容易に整列させることができる。
【００２０】
このとき、大半の複数の無機繊維は、不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散して整列する。これにより、芯材を構成するために複数の不織布を積層しても、複数の無機繊維の間を充填するような無機繊維を極力なくすことができ、また複数の無機繊維の間に絡みつくような無機繊維を極力なくすことができるので、不織布の表面とほぼ平行な方向に配列された無機繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。
【００２１】
このため、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを極力防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材を得ることができる。
【００２２】
この発明の一つの局面に従った真空断熱材の製造方法は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された不織布の表面とほぼ平行な方向に、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、複数の不織布を積層するステップと、積層された複数の不織布を外包材の内部に収容し、外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備える。
【００２３】
この発明のもう一つの局面に従った真空断熱材の製造方法は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された不織布の表面とほぼ平行な方向に、複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、複数の不織布を積層するステップと、積層された複数の不織布に含まれたバインダーを除去するステップと、バインダーが除去された複数の不織布を外包材の内部に収容し、外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備える。
【００２４】
この発明の真空断熱材の製造方法では、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いる。このような複数の無機繊維を用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に各無機繊維を不織布の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半の無機繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数の無機繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数の無機繊維は、不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材を構成するために複数の不織布を積層しても、複数の無機繊維の間を充填するような無機繊維の存在を極力なくすことができ、また複数の無機繊維の間に絡みつくような無機繊維の存在を極力なくすことができるので、無機繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。そして、積層された複数の不織布を外包材の内部に収容し、外包材の内部を減圧状態に保つことにより、真空断熱材を製造することができる。このようにして、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材を得ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、この発明によれば、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いることによって芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材と、その芯材を備えた真空断熱材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は、この発明の一つの実施の形態として、真空断熱材の構成を模式的に示す断面図である。図１の（Ａ）は、外包材の内部を減圧する前の状態、図１の（Ｂ）は、外包材の内部が減圧されている場合の状態を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、真空断熱材１においては、袋状に形成されたガスバリヤ性の外包材２００の内部に芯材１００が収容されている。
【００２９】
図１の（Ａ）に示すように、芯材１００は、複数の不織布１１０が積層されて構成されている。それぞれの不織布１１０は、無機繊維の一例であるガラス繊維と、少量の有機バインダーを用いて、抄紙法によって作製されている。バインダーについては無機バインダーを使用することも可能であるが、無機バインダーを用いると、繊維集合体、すなわち、不織布１１０の折り曲げの柔軟性が劣ること、また製品として使用する場合のコストが有機バインダーを用いる場合に比べ高価となるため、有機バインダーを使用することが好ましい。また、バインダーの量は、極力、大きくならないように抑える。
【００３０】
図１の（Ｂ）に示すように、外包材２００の内部が減圧されると、外包材２００の外部の大気圧によって芯材１００が圧縮されて、芯材１００を構成する不織布１１０同士が押し付けられるように接触する。外包材２００の内部を減圧した状態での芯材１００の密度は、１００〜４００ｋｇ／ｍ３の範囲内に含まれる。
【００３１】
以上のように不織布を構成し、不織布を積層して芯材を構成し、芯材を外包材の内部に配置して減圧して真空断熱材を構成する。
【００３２】
図２は、この発明の一つの実施の形態として、芯材と外包材の配置（Ａ）と、外包材の内部を減圧したときの真空断熱材の内部の様子（Ｂ）を模式的に示す斜視図である。各不織布、芯材、外包材は、それぞれ、一部のみが示されている。
【００３３】
図２の（Ａ）に示すように、不織布１１０を複数枚積層して、芯材１００を形成する。芯材１００は、外包材２００に覆われている。外包材２００はガスバリヤ性で、袋状に形成されており、芯材１００の全体を覆う。
【００３４】
図２の（Ｂ）に示すように、袋状の外包材２００の内部を減圧すると、芯材１００が圧縮される。芯材１００が圧縮されると、不織布１１０同士が互いに押し付けられるようにして接触する。
【００３５】
本発明者らは、上述のようにして構成される真空断熱材の断熱性能を向上させるために、鋭意検討を行った結果、特定条件の無機繊維を含むように構成される不織布を芯材として使用することによって、真空断熱材の断熱性能が著しく向上することを見出し、本発明に到達した。
【００３６】
そこで、図１に示すように本発明の真空断熱材１に用いられる芯材１００を構成する不織布１１０が、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含むように構成される。
【００３７】
また、図１に示すように、本発明の真空断熱材１は、外包材２００と、外包材２００の内部に収容される芯材１００とを備え、外包材２００は、内部を減圧状態に保つことが可能であるように構成され、芯材１００が不織布１１０を積層することにより構成される。不織布１１０は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含む。
【００３８】
無機繊維としてはガラス繊維、セラミック繊維、ロックウール繊維等が挙げられるが、本発明の芯材を構成するために必要な細径の繊維が大量生産により比較的低価格で流通している点、素材自体の熱伝導率が小さい点から、無機繊維としてガラス繊維を使用するのが好ましい。
【００３９】
本発明の一つの実施の形態では、一定の長さに切断したガラス繊維を用いて、湿式抄紙法によって製造した不織布を真空断熱材の芯材として使用する。ここで、一定の長さに切断したガラス繊維とは、連続フィラメント法によって溶融ガラスを多数のノズルから引き出すことによって成形された、太さが均一な糸状の連続フィラメントであるガラス繊維を数百〜数千本束ねて巻き取ってストランドとし、このストランドをギロチンカッター等により所定の長さに定寸切断したものをいう。このようにしてガラス繊維のストランドを定寸切断したものを、ガラスチョップドストランドという。
【００４０】
このようにして得られたガラス繊維は、連続フィラメントを一定の寸法で切断して所定の長さにしたものであるので、真直度が極めて高く、剛性が高い繊維であって、ほぼ均一な繊維径を有し、ほぼ円形の断面を有する。すなわち、連続フィラメント法によれば、繊維径のばらつきが極めて小さい多数本の繊維を大量生産することができる。また、連続フィラメント法によって製造された無機繊維は、各繊維の真直度が極めて高い。このため、連続フィラメント法によって製造された多数本の無機繊維をほぼ一定の長さに切断することによって、繊維径のばらつきが極めて小さい、ほぼ同じ長さの多数本の無機繊維を、真直度が極めて高い状態で得ることができる。
【００４１】
このため、このガラス繊維を用いて湿式抄紙法によって不織布を製造した場合、繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列された不織布を得ることができる。
【００４２】
図３は、本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。図３では、２層のガラス繊維層からなる不織布が示されている。図４は本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）、図５は同様の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【００４３】
図３に示すように、上層を形成する複数のガラス繊維１１１と下層を形成するガラス繊維１１２は、不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布１１０の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列している。また、図４と図５に示すように、各繊維の真直度が極めて高いことがわかる。また、大半の繊維が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するが、不織布の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列していることがわかる。
【００４４】
このように本発明の芯材を構成する不織布１１０は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維の一例であるガラス繊維を少なくとも含むので、このような複数のガラス繊維を用いて、不織布１１０を形成する際に各ガラス繊維を不織布１１０の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半のガラス繊維１１１、１１２が不織布の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数のガラス繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数のガラス繊維１１１、１１２は、不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布１１０の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材を構成する複数のガラス繊維の間を充填するようなガラス繊維の存在を極力なくすことができ、また複数のガラス繊維の間に絡みつくようなガラス繊維の存在を極力なくすことができるので、ガラス繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。このため、芯材の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する真空断熱材用芯材とその芯材を備えた真空断熱材を得ることができる。
【００４５】
ガラス繊維の組成としては特に限定せず、Ｃガラス、Ｄガラス、Ｅガラス等が使用できるが、入手の容易さからＥガラス（アルミノホウケイ酸ガラス）を採用するのが好ましい。
【００４６】
上述したように、本発明の芯材として不織布を形成する無機繊維は、連続フィラメントを定寸切断して所定の長さとしたガラス繊維であり、真直度が極めて高く、かつ、ほぼ円形の断面を有している。このため、ランダムな方向を向いて分散した複数のガラス繊維が平行に整列して並ばない限り、ガラス繊維同士は点で接触するので、ガラス繊維間の熱伝導が著しく抑制される。
【００４７】
ガラス繊維の代わりに他の素材を用いることも考えられるが、一般に、アルミナ繊維を使用したアルミナチョップドストランド等の無機繊維材は、ガラス繊維よりも高価であり、かつ熱伝導率が高いために好ましくない。
【００４８】
また、有機材料は、一般に無機材料よりも熱伝導率は低いが、剛性を有しない。このため、有機繊維材は、繊維が交差する箇所で外圧によって繊維が変形し、繊維同士の面接触や真空空間比率の減少を引き起こす。その結果、有機繊維を芯材に用いた真空断熱材は、熱伝導率が高くなるので、好ましくない。
【００４９】
本発明の真空断熱材用芯材１００の製造方法の一つの実施の形態では、まず、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維の一例であるガラス繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布１１０を製造する。これにより、製造された不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に、複数のガラス繊維のうち大半のガラス繊維１１１、１１２を延在させる。さらに、複数の不織布１１０を積層する。
【００５０】
また、本発明の真空断熱材１の製造方法の一つの実施の形態では、まず、連続フィラメント法によって製造された複数のガラス繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布１１０を製造する。これにより、製造された不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に、複数のガラス繊維のうち大半のガラス繊維１１１、１１２を延在させる。さらに、複数の不織布１１０を積層する。その後、積層された複数の不織布１１０を外包材２００の内部に収容し、外包材２００の内部を減圧状態に保つ。
【００５１】
この発明の真空断熱材の製造方法の一つの実施の形態では、連続フィラメント法によって製造された複数のガラス繊維を少なくとも用いる。このような複数のガラス繊維を用いて、湿式抄紙法によって不織布１１０を製造する際に各ガラス繊維を不織布１１０の表面に対して平行な方向に配列させようとすると、大半のガラス繊維１１１、１１２が不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するように複数のガラス繊維を容易に整列させることができる。このとき、大半の複数のガラス繊維１１１、１１２は、不織布１１０の表面とほぼ平行な方向に延在するが、互いに密着して平行な方向には整列せず、不織布１１０の表面を形成する平面内でランダムな方向を向いて分散するように整列する。これにより、芯材１００を構成するために複数の不織布１１０を積層しても、複数のガラス繊維の間を充填するようなガラス繊維の存在を極力なくすことができ、また複数のガラス繊維の間に絡みつくようなガラス繊維の存在を極力なくすことができるので、ガラス繊維間に熱伝導が発生するのを防止することができる。そして、積層された複数の不織布１１０を外包材２００の内部に収容し、外包材２００の内部を減圧状態に保つことにより、真空断熱材１を製造することができる。このようにして、芯材１００の厚み方向に沿って熱伝導が生じるのを防止することによって、芯材１００の熱伝導率を低下させることができ、従来の断熱性能の改善限界を超えることが可能となり、優れた断熱性能を有する芯材１００とその芯材１００を備えた真空断熱材１を得ることができる。
【００５２】
本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０は、湿式抄紙法によって製造される。湿式抄紙法では、適切な分散剤を添加することによって、ガラス繊維を一定の長さに切断したガラスチョップドストランドがモノフィラメント化して層状に分散配置され、結束の非常に少ないガラス繊維からなる不織布１１０を得ることができる。このため、平行して並んだガラス繊維の数が非常に少なく、大半のガラス繊維１１１、１１２は隣り合う繊維の間では点で接触する。このようにして、厚み方向において、高い圧縮強度を有しながら熱伝導率が極めて低い不織布１１０を製造することができるので、このような不織布１１０は真空断熱材１の芯材１００として好適である。
【００５３】
本発明の製造方法で採用される湿式抄紙法による不織布１１０の抄造は、長網抄紙機、短網抄紙機、傾斜ワイヤー型抄紙機等、既知の抄紙機を用いることによって可能である。
【００５４】
通常、ガラス繊維からなる不織布は、耐熱性を有する断熱材、耐火性を有する断熱材、または、電気絶縁体として用いられる。このため、不織布には引き裂きや突き破りなどに耐える布強度が求められ、繊維同士の絡み合いが必要とされることが多い。このような用途に使用されるガラス繊維からなる不織布は、長網抄紙機、短網抄紙機を使用した抄紙法によって製造されることが多い。
【００５５】
これに対して、本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０は、芯材１００として外包材２００内に収容されるので、布としての強度はさほど要求されない。また、繊維方向が揃いやすい抄紙法は、繊維同士の接触面積を増加させるので、本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０を製造するには好ましくない。一方、厚み方向の断熱性能を高めるためには、繊維同士の絡み合いは少ない方が望ましい。
【００５６】
そのため、本発明に用いられるガラス繊維からなる不織布１１０を抄造する抄紙機としては、低いインレット濃度で抄紙することができる傾斜ワイヤー型抄紙機が適しているが、これに限定されるものではない。
【００５７】
本発明に用いられる無機繊維の一例であるガラスチョップドストランドは、繊維径３〜１５μｍ、繊維長３〜１５ｍｍのガラス繊維の構成比率が９９％以上であることが好ましい。
【００５８】
繊維径が３μｍ未満または繊維長が３ｍｍ未満のガラスチョップドストランドは、以下に述べるように、本発明の真空断熱材用芯材１００を構成する不織布１１０に使用するのには適さないと予測される。
【００５９】
繊維径が３μｍ未満のガラス繊維は、繊維の剛性が低いため、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に、繊維が湾曲して、繊維同士の絡み合いが発生し、繊維同士の接触面積が増加する。これにより、熱伝導が大きくなり、芯材の断熱性能を劣化させることから、繊維径が３μｍ未満のガラス繊維は好ましくない。
【００６０】
繊維長が３ｍｍ未満のガラス繊維は、湿式抄紙法によって不織布を製造する際に、既に分散している下層に位置する繊維の上に上層に位置する繊維を分散させたとき、上層の繊維が下層の繊維を橋渡しすることができず、上層の繊維が下層の繊維の上で一点で支持される可能性が高くなり、たとえば、上層の繊維の一端が下層に垂下して、他方が厚み方向に突出するような形態で位置づけられることが予想される。このように、ある繊維が複数の繊維の間で厚み方向に橋渡しをするような形態になった場合、繊維の長さ方向への熱伝導が発生し、繊維同士の接触面積が増加する。これにより、熱伝導が大きくなり、芯材の断熱性能を劣化させることから、繊維長が３ｍｍ未満のガラス繊維は好ましくない。
【００６１】
繊維径が１５μｍ以上のガラス繊維を用いて、不織布を構成し、複数の不織布を積層して芯材を形成すると、芯材の厚み方向の繊維層の数が減少し、厚み方向の熱伝達経路が短くなり、かつ、不織布の形成時に空孔径が大きくなる。これにより、気体の熱伝導率による影響を受け、芯材の断熱性能を低下させることから、繊維径が１５μｍ以上のガラス繊維は好ましくない。
【００６２】
繊維長が１５ｍｍ以上のガラス繊維を用いると、繊維径に対して繊維長が大きくなることから、繊維の剛性が低下して撓みやすくなり、繊維同士の絡み合いが発生し、繊維同士の接触面積が増加する。これにより、熱伝導が大きくなり、芯材の断熱性能を劣化させることから、繊維長が１５ｍｍ以上のガラス繊維は好ましくない。
【００６３】
本発明の真空断熱材用芯材として用いられるガラス繊維からなる不織布には、繊維同士の結合力が存在しない。このため、不織布の製造工程におけるガラス繊維の脱落を防止するとともに、後工程の加工工程における型くずれを防止するために、抄紙工程において有機バインダーを使用する必要がある。しかし、不織布は最終的に真空断熱材の芯材として外包材に内包されるため、有機バインダーの使用量は最低限にとどめる必要がある。ガラス繊維からなる不織布におけるバインダー含有量は１５質量％以下であるのが好ましい。
【００６４】
有機バインダーとしては、樹脂エマルジョン、樹脂水溶液等の液状バインダーをスプレーなどにより噴霧し、ガラス繊維に添加することが一般的である。本発明の製造方法では粒状または繊維状の有機バインダーをガラスチョップドストランドと混合して湿式抄紙法によって不織布を製造することが好ましく、特に粒状バインダーを使用することがより好ましい。
【００６５】
繊維状の有機バインダーとしては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）繊維、未硬化もしくは半硬化のフェノール樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を繊維化した繊維状物、または、ポリエステル、未延伸ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンビニルアルコールなどの熱可塑性樹脂を繊維化したもの、あるいはこれら熱可塑性樹脂を用いた芯鞘構造繊維と呼ばれる、内部（芯）と外部（鞘）に融点の異なる成分を有し、外部(鞘)の融点が低い繊維などが挙げられる。
【００６６】
また、粒状の有機バインダーとしては、粒状ＰＶＡ、上記の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の粉末等を挙げることができる。
【００６７】
なお、液状の有機バインダーは、表面張力によって、複数のガラス繊維が交差する箇所の周辺に集まりやすい。このため、隣り合うガラス繊維同士が点で接触している状態であっても、その接触部の周りをバインダーが覆う可能性がある。これにより、バインダーを介した熱伝導が発生するものと予想されるので、液状の有機バインダーは好ましくない。
【００６８】
一方、有機バインダーとして粒状バインダーや繊維状バインダーを使用し、ガラスチョップドストランドに、これらの有機バインダーを分散混合して湿式抄紙法によって不織布を製造した場合、バインダーの多くは繊維の接触点以外で繊維間を有機バインダーによって橋渡しすることが考えられる。しかし、このような橋渡しは極めて繊細であり、熱伝導を発生させる可能性が極めて少ない。これにより、芯材の優れた断熱特性を維持できるので、有機バインダーとして粒状バインダーや繊維状バインダーを使用することは好ましい。
【００６９】
本発明の真空断熱材用芯材として用いられるガラス繊維からなる不織布の米坪は３０〜６００ｇ／ｍ２であることが好ましい。不織布の米坪が３０ｇ／ｍ２未満では、不織布内に存在する空隙の径が大きくなることによって気体の熱伝導率の影響が大きくなる。これにより、芯材の断熱性能が低下し、また、芯材の強度が弱くなるため、不織布の米坪が３０ｇ／ｍ２未満では好ましくない。一方、不織布の米坪が６００ｇ／ｍ２を超えると、ガラス繊維から不織布を製造する際の乾燥効率が低下し、生産性が低下するので、好ましくない。
【００７０】
ここで、米坪とは、一般に、紙の厚みの計量単位であって、平方メートルあたりの紙の質量を表し、メートル坪量ともいう。ここでは、湿式抄紙法で製造したガラス繊維からなる不織布の厚みを計量する単位として米坪を使用している。
【００７１】
ところで、たとえば、特開２００６−１７１６９号公報（特許文献２）には、真空断熱材の芯材を構成するグラスウール等の無機繊維の平均径は１〜５μｍであることが好ましいと記載されている。そして、その無機繊維の平均径が５μｍを超えると、最終的に得られる真空断熱材自体の断熱性能が低下すると記載されている。確かに真空断熱材の断熱性能は、芯材を構成する無機繊維の径が小さい方が高まる。一方、細い無機繊維は、価格が高く、また、湿式抄紙法によって不織布を製造する際には脱水効率を低下させ、生産性を低下させるという欠点を有する。これに対して、本発明では、無機繊維の繊維径、繊維長などの繊維パラメータおよび繊維間の接着状況について、断熱性能を向上させるための最適条件を選定することによって、無機繊維の一例として、比較的繊維径の大きいガラスチョップドストランドを使用しても、従来の真空断熱材よりもはるかに高い断熱性能が得られる真空断熱材を実現することができる。
【００７２】
また、繊維径が６μｍより細いガラスチョップドストランドを使用しても、最終的に得られる真空断熱材の断熱性能の向上幅は、繊維径が１０μｍのガラスチョップドストランドを使用した場合に比べて、ほとんど無視可能な程度である。従って、生産性・価格・性能の面を考慮するならば、好適なガラスチョップドストランドの繊維径は６〜１５μｍである。この範囲のガラス繊維を使用した場合には、従来の真空断熱材よりも高い断熱性能を有する真空断熱材を、適切な製造コストで得ることができる。
【００７３】
本発明の真空断熱材は、上述した特徴を備えた芯材を用いて、既知の方法にて製造することができる。代表的な方法として、図１に示される真空断熱材１の構成において、袋状に形成されたガスバリヤ性の外包材２００の内部に芯材１００を収容する。芯材１００を減圧状態で格納する外包材２００としては、高いガスバリヤ性を有するとともに、熱融着層、キズ等に対する保護層を有し、長期にわたり外包材２００内を減圧状態に保つことが可能なものを使用する。また、このような特性を持つフィルムを複数枚積層して、外包材２００としてもよい。
【００７４】
具体的な外包材２００の構成の例としては、最外層をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂とし、中間層には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用い、最内層に高密度ポリエチレン樹脂を用いるガスバリヤフィルムや、最外層にナイロンを用い、中間層にアルミニウム蒸着ＰＥＴ樹脂とアルミニウム箔の２層を用い、最内層に高密度ポリエチレン樹脂を用いるガスバリヤフィルム等が挙げられる。
【００７５】
また、真空断熱材の初期断熱性能及び経時断熱性能を保持するために、真空断熱材内にガス吸着剤、水分吸着剤等のゲッター剤を使用することが好ましい。
【００７６】
本発明では、上記の真空密封前に芯材の有機バインダーを除去または低減することにより、さらに断熱性能を向上させることができる。バインダーにアクリル樹脂等の熱硬化性樹脂バインダーを使用した場合は、熱分解による方法を用いることによってバインダーを除去することができる。
【００７７】
すなわち、芯材を外包材に封入する前に、バインダーの熱分解温度より高く、かつガラス繊維の融点より低い温度で処理することにより、バインダーのみを熱分解により除去することができる。また、バインダーにＰＶＡ等の水溶性樹脂バインダーを用いた場合は、上記の方法のほかに、温水等で洗浄することによりバインダーを除去または低減することができる。
【実施例】
【００７８】
以下、本発明のいくつかの実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７９】
（実施例１）
表１に示す平均繊維径と平均繊維長を有するガラスチョップドストランド（オーウェンス・コーニング社（Ｏｗｅｎｓ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製）をその濃度が０．５質量％となるように水中に投入し、分散剤としてエマノーン（登録商標）３１９９（花王株式会社製）をガラスチョップドストランド１００質量部に対して１質量部となるように添加して、攪拌することにより、ガラスチョップドストランドスラリーを作製した。
【００８０】
得られたガラスチョップドストランドスラリーを用いて湿式抄紙法にて抄造し、ウエブを作製した。得られたウエブに対して、アクリルエマルジョン（大日本インキ化学工業株式会社製 ＧＭ−４）をその固形分濃度が３．０質量％となるように水で希釈した液を含浸させ、ウエブ水分質量がガラス繊維質量に対して２００質量％となるように水分を吸引して調整した。その後、ウエブを乾燥させることによって、真空断熱材用芯材に用いられる不織布を作製した。得られた真空断熱材用芯材に用いられる不織布は、米坪が１００ｇ／ｍ２、バインダー含有率が５．７質量％であった。
【００８１】
（実施例２〜８）
表１に示す平均繊維径と平均繊維長を有するガラスチョップドストランド（いずれもオーウェンス・コーニング社製）をその濃度が０．５質量％となるように水中に投入し、分散剤としてエマノーン（登録商標）３１９９（花王株式会社製）をガラスチョップドストランド１００質量部に対して１質量部となるように添加して、攪拌することにより、ガラスチョップドストランドスラリーを得た。
【００８２】
一方、表１に示す粒状ＰＶＡ（ユニチカ株式会社製 ＯＶ−Ｎ）または繊維状ＰＶＡ（株式会社クラレ製 ＶＰＢ１０５−２）をその固形分濃度が１０質量％濃度となるように水中に投入し、攪拌することにより、粒状または繊維状のバインダースラリーを作製した。
【００８３】
ガラス繊維に対するバインダー含有率が表１に示すとおりになるように、得られたガラスチョップドストランドスラリーに粒状または繊維状のバインダースラリーを添加し、攪拌混合することによって得られたスラリーを用いて湿式抄紙法にて抄造し、ウエブを作製した。その後、得られたウエブを乾燥させることによって、真空断熱材用芯材に用いられる不織布を作製した。得られた真空断熱材用芯材に用いられる不織布の米坪とバインダー含有率を表１に示す。
【００８４】
（実施例９）
実施例２と同様の方法で作製した真空断熱材用芯材に用いられる不織布を１０枚積層し、電気炉内で温度５５０℃にて１時間加熱することにより、バインダー含有率を０質量％にした。
【００８５】
（比較例１）
従来の真空断熱材に用いる芯材として、表１に示す平均繊維径を有するグラスウールからなるシート状繊維集合体としての不織布を準備した。
【００８６】
なお、表１に示すバインダー含有率は、真空断熱材用芯材に用いられる不織布を温度６００℃で３０分間加熱することによって有機成分を除去し、加熱前後の質量差から下式によって求めた。
【００８７】
バインダー含有率（質量％）＝［｛（加熱前の質量）−（加熱後の質量）｝／（加熱前の質量）］×１００
以上の実施例１〜９によって製造された不織布を、表１の「不織布積層枚数」の欄に示された枚数だけ積層させて芯材とした。得られた積層体からなる各芯材の上下面に、それぞれスペーサを介して、厚み方向に１ｋｇｆ／ｃｍ２（約９８ｋＰａ）の圧縮力を加えた状態で、真空度が０．０１Ｔｏｒｒ（約１．３Ｐａ）の真空状態を保持した。この保持された真空の定常状態の各芯材において、積層体からなる各芯材の上下面部の温度と、各芯材を流れる熱流とを測定することによって、熱伝導率を算出した。得られた熱伝導率の測定結果を表１の「熱伝導率」の欄に示す。なお、比較例１については、従来のグラスウールからなる不織布の熱伝導率を表１の「熱伝導率」の欄に示す。
【００８８】
【表１】
【００８９】
表１に示す結果から、本発明の実施例による真空断熱材は、熱伝導率が１．１０ｍＷ／ｍ・Ｋ以下であり、比較例である従来の真空断熱材に比べてかなり小さい値を示し、従来の断熱性能の改善限界を超える優れた断熱性能を有することがわかる。
【００９０】
したがって、本発明による真空断熱材を使用することによって、断熱性能及び省エネルギーに優れた冷蔵庫等の機器を提供することが可能になる。
【００９１】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】この発明の一つの実施の形態として、芯材と外包材の配置（Ａ）と、外包材の内部を減圧したときの真空断熱材の内部の様子（Ｂ）を模式的に示す断面図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態として、芯材と外包材の配置（Ａ）と、外包材の内部を減圧したときの真空断熱材の内部の様子（Ｂ）を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図５】本発明の一つの実施の形態として真空断熱材の芯材に用いられる不織布を構成するガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図６】従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の分布状態を模式的に示す平面図である。
【図７】従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す平面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図８】従来から真空断熱材の芯材として用いられてきたグラスウールにおけるガラス繊維の圧縮される前の分布状態を示す断面の電子顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【符号の説明】
【００９３】
１：真空断熱材、１００：芯材、２００：外包材、１１０：不織布、１１１，１１２：ガラス繊維。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の不織布を積層することにより構成された真空断熱材用芯材であって、
前記不織布は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含み、
前記不織布においては、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維が前記不織布の表面とほぼ平行な方向に延在している、真空断熱材用芯材。
【請求項２】
前記無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上１５μｍ以下、前記無機繊維の平均繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、請求項１に記載の真空断熱材用芯材。
【請求項３】
前記無機繊維はガラス繊維である、請求項１または請求項２に記載の真空断熱材用芯材。
【請求項４】
外包材と、
前記外包材の内部に収容される芯材とを備え、
前記外包材は、内部を減圧状態に保つことが可能であるように構成され、
前記芯材が、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の真空断熱材用芯材を含む、真空断熱材。
【請求項５】
連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された前記不織布の表面とほぼ平行な方向に、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、
複数の前記不織布を積層するステップを備えた、真空断熱材用芯材の製造方法。
【請求項６】
連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された前記不織布の表面とほぼ平行な方向に、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、
複数の前記不織布を積層するステップと、
積層された複数の前記不織布を外包材の内部に収容し、前記外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備えた、真空断熱材の製造方法。
【請求項７】
連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された前記不織布の表面とほぼ平行な方向に、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、
複数の前記不織布を積層するステップと、
積層された複数の前記不織布に含まれたバインダーを除去するステップと、
前記バインダーが除去された複数の前記不織布を外包材の内部に収容し、前記外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備えた、真空断熱材の製造方法。
【請求項１】
複数の不織布を積層することにより構成された真空断熱材用芯材であって、
前記不織布は、連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも含み、
前記不織布においては、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維が前記不織布の表面とほぼ平行な方向に延在している、真空断熱材用芯材。
【請求項２】
前記無機繊維の平均繊維径が３μｍ以上１５μｍ以下、前記無機繊維の平均繊維長が３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、請求項１に記載の真空断熱材用芯材。
【請求項３】
前記無機繊維はガラス繊維である、請求項１または請求項２に記載の真空断熱材用芯材。
【請求項４】
外包材と、
前記外包材の内部に収容される芯材とを備え、
前記外包材は、内部を減圧状態に保つことが可能であるように構成され、
前記芯材が、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の真空断熱材用芯材を含む、真空断熱材。
【請求項５】
連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された前記不織布の表面とほぼ平行な方向に、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、
複数の前記不織布を積層するステップを備えた、真空断熱材用芯材の製造方法。
【請求項６】
連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された前記不織布の表面とほぼ平行な方向に、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、
複数の前記不織布を積層するステップと、
積層された複数の前記不織布を外包材の内部に収容し、前記外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備えた、真空断熱材の製造方法。
【請求項７】
連続フィラメント法によって製造された複数の無機繊維を少なくとも用いて、湿式抄紙法によって不織布を製造するステップを備え、このステップにおいて、製造された前記不織布の表面とほぼ平行な方向に、前記複数の無機繊維のうち大半の無機繊維を延在させ、さらに、
複数の前記不織布を積層するステップと、
積層された複数の前記不織布に含まれたバインダーを除去するステップと、
前記バインダーが除去された複数の前記不織布を外包材の内部に収容し、前記外包材の内部を減圧状態に保つステップとを備えた、真空断熱材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１６２２６７（Ｐ２００９−１６２２６７Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４０２３８（Ｐ２００７−３４０２３８）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（０００１９１３２０）王子特殊紙株式会社 (79)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（０００１９１３２０）王子特殊紙株式会社 (79)
【Ｆターム（参考）】
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