JP2005114013A - 真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の真空断熱材は、使用雰囲気が１００℃以下のときは経時的に断熱性能を維持することができたが、使用雰囲気がそれ以上に高くなると断熱性能を維持することができなかった。また、精密機器内部などで使用するときに、真空断熱材に難燃性の性質が求められていた。
【解決手段】外被材の熱溶着層が融点１５０℃以上２００℃以下のフィルム、前記外被材の最外層が融点２００℃以上の自己消火フィルム性であり、一方のガスバリヤー層が金属箔、他方のガスバリヤー層が蒸着した樹脂フィルムである真空断熱材において、前記真空断熱材周囲のヒレ部を、熱源よりも反対側の方向に向け、更に金属箔側の外被材を熱源側に配置することにより、高温雰囲気においても、バリア性の低下を少なく抑えることができ、長期間、断熱性能を維持すると共に真空断熱材としての難燃性を確保することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、真空断熱材に関するものである。

近年、地球環境保護が大きく叫ばれる中、家電製品の省エネルギー化は緊急に取り組むべき重要な課題となってきている。これら解決方法の一つとして、無駄な熱の授受を防ぐ目的での高性能断熱材つまり真空断熱材の適用がある。真空断熱材は、発泡樹脂や繊維材等を芯材として外被材内に入れた断熱材で、断熱材内部を真空にすることにより気体の熱伝導率を著しく低下させたものである。その断熱性能を長期に渡って維持するために、断熱材内部を真空に保ち続けている。

真空断熱材を家電製品である冷蔵庫に適用した例として、鉄板製の外箱と、ＡＢＳ樹脂からなる内箱と、前記外箱と前記内箱によって形成される空間に充填された発泡断熱材とからなる断熱壁において、断熱壁内面に、あらかじめ真空断熱材を貼り付け、発泡断熱材と共に一体構造体とする方法があり、真空断熱材を冷凍室の両側と背面側に配設することにより、消費電力量を効率的に低減できるというものである（例えば、特許文献１参照）。

また、家電製品である電気湯沸かし器に適用した例として、真空断熱材を貯水容器外周に設け、真空断熱材の積層するフィルム中のガスバリア層の金属箔層を高温側に、蒸着層を低温側に用いる。これにより、高温側では100℃程度の温度においてガスバリア性が良好で真空状態を保持することができ、断熱性が長期間保つことができる。また、低温側では蒸着層を用いることにより金属箔を伝って流れ込む熱を抑えることができ、真空断熱材全体の断熱性能を向上させることができている（例えば、特許文献２参照）。

また、蒸着層側からのガス侵入が多いという課題に対しては、蒸着層の更に外層にシール部にはかからない大きさのアルミニウム箔を積層して、経時信頼性を更に向上させた真空断熱材を提供している例もある（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０−２０５９９５号公報 特開２００１−８８２８号公報 特開２００１−３２９９２号公報

しかしながら、従来の真空断熱材は、冷蔵庫や電気湯沸かし器のように使用雰囲気が１００℃以下のときは、経時的に充分に断熱性能を維持することができたが、コピー機やプリンターのような印刷装置の加熱ヒーターから発生する熱を断熱する場合等、使用雰囲気が１５０℃程度になる場合には経時的に断熱性能を維持することができなかった。

また、外被材最外層に、ナイロンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムのような燃焼しやすいフィルム、熱溶着層に高密度ポリエチレン、無延伸ポリプロピレンのような燃焼しやすいフィルムを用いた従来の真空断熱材を精密機器内部で利用する場合には、真空断熱材は難燃性の性質をもたないが、精密機器内部の他の部品は、難燃性の性質をもつため、真空断熱材にも難燃性が求められていた。特にノート型パーソナルコンピータ内部の小スペースに、厚み２ｍｍ以下の極薄真空断熱材を装着する場合、パソコン内部の精密部品と真空断熱材が密着するため、真空断熱材にも他の精密部品同様、難燃性の性質が強く求められていた。

本発明は、1５０℃以上のような高温領域においても、経時的に断熱性能を維持することができる真空断熱材を提供することを目的とする。また、ラミネート構造を有する外被材に難燃性の性質を付与して、精密機器内部においても、真空断熱材が使用できるようにすることを目的とし、そのような真空断熱材をコピー機やプリンターのような印刷装置やノート型パーソナルコンピータ内部において使用し、印刷装置のトナーの保護や、ノート型パーソナルコンピータ表面の熱が、利用者に不快感を与えることを防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、芯材と、ラミネート構造を有する外被材とを備え、ガスバリヤー層が金属箔あるいは蒸着した樹脂フィルム、前記外被材の熱溶着層が融点１５０℃以上２００℃以下のフィルム、前記外被材の最外層が融点２００℃以上の自己消火性フィルムを設けた真空断熱材であり、この真空断熱材の外被材の最外層は難燃性であるため、難燃性を付与することができる。

本発明の真空断熱座材によれば、芯材と、ラミネート構造を有する外被材とを備え、ガスバリヤー層が金属箔あるいは蒸着した樹脂フィルム、前記外被材の熱溶着層が融点１５０℃以上２００℃以下のフィルム、前記外被材の最外層が融点２００℃以上の自己消火性フィルムを設けた真空断熱材であり、この真空断熱材の外被材の最外層は難燃性であるため、難燃性を付与することができる。

請求項1に記載の発明は、芯材と、ラミネート構造を有する外被材とを備え、ガスバリヤー層が金属箔あるいは蒸着した樹脂フィルム、前記外被材の熱溶着層が融点１５０℃以上２００℃以下のフィルム、前記外被材の最外層が融点２００℃以上の自己消火性フィルムを設けた真空断熱材であり、この真空断熱材の外被材の最外層は難燃性であるため、難燃性を付与することができる効果が得られる。

請求項２に記載の発明は、外被材の熱溶着層が無延伸ポリプロピレンフィルムである真空断熱材であり、この真空断熱材の熱溶着には融点が最も高いもので１６０℃ある無延伸ポリプロピレンフィルムを使用しているため、その融点は高密度ポリエチレンフィルム、低密度ポリエチレンフィルムよりも約３０℃以上高いため、真空断熱材として難燃性を付与できると共に高密度ポリエチレンフィルム、低密度ポリエチレンフィルムを使用した場合に比較し高い温度まで使用しても信頼性を保持することができる効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、外被材の最外層がフッ素系フィルム、イミド系フィルムである真空断熱材であり、これらのフィルムは難燃性であり、また融点が高いかあるいは存在しないため、これらのフィルムを用いた真空断熱材は難燃性の効果が得られと共に適用できる温度範囲が広くなる効果が得られる。また、真空断熱材を作製した時に生じるヒレ部を折り曲げて高温で使用してもこれらのフィルムは屈曲性に優れているため、前記ヒレ折り曲げ部のフィルムにクラックが発生しそれが引き金となり真空断熱材の外被材にピンホールが発生することを防止できる効果が得られる。

請求項４に記載の発明は、外被材の最外層の内側となる第２層のフィルムはＵＬ９４ ＶＴＭ−２準拠以上のフィルムであり、これの外被材を用いた真空断熱材において外被材の高価な最外層の厚みはそのままで外被材の総厚みを増やすことができ、これにより外被材のピンホールの発生を防止できる効果が得られる。
また、第２層のフィルムはＵＬ９４ ＶＴＭ−２準拠以上のフィルムであり熱溶着時に融けて層を形成することがない失敗を生じさせない。また、第２層を構成することにより、高価な最外層の厚みを減らし第２層の厚みを増やすことにより性能とコストが両立した合理的な外被材を設計することができる効果が得られる。

請求項５に記載の発明は、真空断熱材周囲のヒレ部に外被材の断面を覆うようにＵＬ５１０ ＦＲ準拠の難燃性の粘着テープを設けた真空断熱材であり、ヒレ部に外被材の断面を覆うようにＵＬ５１０ ＦＲ準拠の難燃性の粘着テープを設けているため、ヒレ部を折らないで使用する場合でも外被材の断面に熱溶着層等の非難燃性フィルムが露出しないためヒレ部の難燃性を確保することができる効果が得られる。

請求項６に記載の発明は、真空断熱材周囲のヒレ部に外被材の断面を覆うように難燃性シーラーを塗布した真空断熱材であり、ヒレ部に外被材の断面を覆うように難燃性シーラーを塗布しているため、ヒレ部を折らないで使用する場合でも外被材の断面に熱溶着層等の非難燃性フィルムが露出しないため難燃性を確保することができる効果が得られる。また、前記難燃性シーラーを塗布しているため、難燃性テープを使用する場合はテープの位置決め、貼り付け後のテープの押さえ、テープのカットを行う必要があるが、これに比較しその作業が簡単になる効果が得られる。

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。なお、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図、図２は真空断熱材の要部断面図である。

真空断熱材１は、芯材２を外被材３に入れ真空引きを行うことにより作製されている。外被材３の最外層フィルム４には、自己消火性を有するフッ素系フィルムまたはポリイミドフィルムまたはポリエーテルイミドフィルムを選定している。

フッ素系フィルムの具体例としては、融点２１０℃のＣＴＦＥ（クロロトリフルオロエチレン）、融点２６０℃のＥＴＦＥ（４フッ化エチレンとエチレンの共重合体）、融点２７０℃のＦＥＰ（４フッ化エチレンと６フッ化プロピレンの共重合体）、融点が３１０℃のPFA（４フッ化エチレンとパーフロロアルコキシエチレンの共重合体）、融点が３３０℃のTFE（テトラフルオロエチレン）が使用でき、他にも融点が２００℃以上のフッ素系フィルムであれば、特に指定するものではない。

外被材３の熱溶着層５には、融点１６０℃の無延伸ポリプロピレンフィルムを選定している。

ガスバリヤー層６は、金属箔、または、金属、シリカ、セラミック等の蒸着を施した樹脂フィルムであり、特に一方を指定するものではない。具体的には金属箔としてアルミニウム箔がよく使用され、他にも真空断熱材周囲の金属箔を伝って流れ込む熱量が少ない金属として、鉄、ニッケル、プラチナ、スズ、チタン、ステンレス、炭素鋼が使用できる。

これらの外被材３及び芯材２を用いて真空断熱材１を作製すると以下の効果が得られる。外被材３の最外層フィルム４は、２００℃以上の融点で難燃性を有するフッ素系フィルムまたはポリイミドフィルムまたはポリエーテルイミドフィルムで構成されているため、真空断熱材１の難燃化を図ることができると共にこれらの最外層フィルム４の連続最高使用温度は１２０℃以上であるため、真空断熱材を１２０℃以上の熱源に向かって配置し使用することができる効果が得られる。また、これらのフィルムは屈曲性に優れているため、真空断熱材１のヒレを折り曲げて使用しても最外層フィルム４にクラックが発生しそれが引き金となって真空断熱材１の外被材３にピンホールが発生することを防止できる効果が得られる。

尚、外被材３の袋形状は、四方シール袋、ガゼット袋、三方シール袋、ピロー袋、センターテープシール袋等があるが、特に指定するものではない。

芯材２は、ポリスチレンやポリウレタンなどのポリマー材料の連通気泡体や、無機および有機の粉末、無機および有機の繊維材料などが利用できる。高温での使用においては、凝集シリカ粉末，発泡パーライト粉砕粉末，珪藻土粉末，珪酸カルシウム粉末，炭酸カルシウム粉末，クレーおよびタルクなどの無機粉末や、グラスウール，セラミックファイバーなどの無機繊維が好ましく、その中でも二次凝集粒子径が２０μｍ以下の無機粉末が望ましい。これら粉末は粒子が非常に細かいため、粒子間の接触熱抵抗が増加し、固体熱伝導率が小さくなり、更に１０Ｔｏｒｒ以下の圧力下では、圧力に関係せずに非常に小さな熱伝導率を示すものである。このため、空気分子の運動の大きい高温条件での使用に最適な材料である。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における真空断熱材の要部断面図である。

真空断熱材７は、芯材２を外被材８に入れ真空引きを行うことにより作製されている。外被材３の最外層フィルム４には、フッ素系フィルムまたはポリイミドフィルムまたはポリエーテルイミドフィルムを選定している。

外被材８の最外層の内側には第２層フィルム９を有し、この第２層フィルム９は熱溶着層５より融点が高いフィルムである。具体的には、融点２６０℃のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、融点２７０℃のＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、融点２７０℃のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等のフィルムが候補として挙げられる。

これらの外被材８及び芯材２を用いて真空断熱材７を作製すると以下の効果が得られる。

外被材８の最外層フィルム４であるフッ素系フィルムまたはポリイミドフィルムまたはポリエーテルイミドフィルムはポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド等のフィルムに比較し高価である。このため、ピンホールへの対応の１つの案である最外層フィルム４の厚みアップに対しては大幅なコストアップになるが、その代わりに第２層フィルム９の厚みをアップすることにより性能とコストが両立した合理的な外被材を設計することができる効果が得られる。更には、第２層フィルム９の更なる厚みアップにより最外層フィルム４の厚みを低減できる効果も得られる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３における真空断熱材の断面図である。図５は実施の形態３における真空断熱材の要部断面図、図６は熱源への真空断熱材の設置図である。

図４において、１０は真空断熱材であり、１１は芯材２と直接接触している外被材１２の一部分、ヒートシール部１３と密着部１４は芯材と直接接触していない外被材１２の一部分で、ヒートシール部１３と密着部１４を併せてヒレ部１５と称する。

図５において、外被材１２の熱溶着層１６には融点１６０℃の無延伸ポリプロピレンフィルムを選定している。ヒートシール部１３は外被材１２の最内層である熱溶着層１６を熱溶着することにより、外部から真空断熱材１０の内部へ侵入する空気及び水蒸気を防いでいる。ガスバリヤー層１７は、金属箔、または金属、シリカ、セラミックの蒸着を施した樹脂フィルムであり、特に一方を指定するものではない。

また、最外層フィルム１８は、２００℃以上の融点で難燃性を有するフッ素系フィルムまたはポリイミドフィルムまたはポリエーテルイミドフィルムである。これにより、真空断熱材１０の難燃化を図ることができる。また、これらのフィルムは屈曲性に優れているため、真空断熱材１０のヒレを折り曲げて使用しても最外層フィルム１８にクラックが発生しそれが引き金となって真空断熱材１０の外被材１２にピンホールが発生することを防止できる効果が得られる。

図６は真空断熱材１０を熱源２０に設置した断面図である。この時、真空断熱材１０の少なくとも一方のガスバリヤー層１７は金属箔１９であり、この金属箔１９のガスバリヤー１７が熱源２０に向かい設置されている。また、ヒレ部１５は熱源２０に対し反対側を向くように設置されている。

この様な構成で真空断熱材１０が設置された場合、ヒレ部１５は熱源２０に対し反対側を向くように設置されているため、熱源２０よりもその温度が大幅に低下するため、例えば熱源２０が１５０℃の温度であってもヒレ部１５の温度は１００℃程度となり融点１６０℃の無延伸ポリプロピレンフィルムが適用できる効果が得られ、またヒレ部２６を折る必要がない。また、更にヒートシール部１３の温度が下がるため前記無延伸ポリプロピレンフィルムを通し真空断熱材１０に侵入する空気量を低減することにより真空断熱材の性能を長期間に渡って保証できる効果が得られる。

また、ガスバリヤー層１７が金属箔１９側の外被材１２を熱源２０側に配置する仕様であり、金属箔１９のガス透過度は０であるため熱源２０側より侵入する空気量を抑えることができる。また、金属箔１９は耐熱性が非常に高いため、この熱源２０側に蒸着した樹脂フィルムを使用した場合に比較し、前記蒸着した樹脂フィルムの耐熱温度に関係なく真空断熱材１０としての使用温度を決定できる効果が得られる。

（実施の形態４）
図７は本発明の実施の形態４における真空断熱材の断面図である。

図７において、真空断熱材１０は実施の形態３と同様であり、ヒレ部１５には外被材１２の断面を覆う様にＵＬ５１０ ＦＲ準拠の難燃性の粘着テープ２１が設けられている。

ヒレ部１５に外被材１２の断面を覆うように難燃性の粘着テープ２１が設けられているため、ヒレ部１５を折らないで使用する場合でも外被材１２の断面に熱溶着層１６等の非難燃性フィルムが露出しないためヒレ部１５の難燃性を確保することができる効果が得られる。

なお、粘着テープ２１に替えて、難燃性のシーラー４２を塗布してもよい。この場合、粘着テープ２１を使用する場合はテープの位置決め、貼り付け後のテープの押さえ、テープのカットを行う必要があるが、これに比較し難燃性のシーラー４２では塗布するだけであり、その作業が簡略できる効果が得られる。

さらに、ヒレ部１５を熱源２０の反対側に折り曲げてヒレ部１５の端面全体が隠れるように粘着テープ２１で固定すれば、真空断熱材１０の面積が小さくなるとともに、ヒレ部１５の耐熱性も向上する。

以上のように、本発明にかかる真空断熱材は、外被材の最外層に難燃性を付与することができ、真空断熱材の信頼性向上が図れ、この真空断熱材を使用した印刷装置、ノート型パーソナルコンピータ等の製品分野においても有効に適用できる。

本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図 本発明の実施の形態１における真空断熱材の要部断面図 本発明の実施の形態２における真空断熱材の要部断面図 本発明の実施の形態３における真空断熱材の要部断面図 本発明の実施の形態３における真空断熱材の要部断面図 本発明の実施の形態３における真空断熱材の設置図 本発明の実施の形態４における真空断熱材の断面図

符号の説明

１ 真空断熱材
２ 芯材
３ 外被材
４ 最外層のフィルム
５ 熱溶着層
７ 真空断熱材
８ 外被材
９ 第２層のフィルム
１０ 真空断熱材
１２ 外被材
１３ ヒートシール部
１５ ヒレ部
１６ 熱溶着層
１７ ガスバリヤー層
１９ 金属箔
２０ 熱源
２１ 難燃性の粘着テープ

Claims (6)

1. 芯材と、ラミネート構造を有する外被材とを備え、前記外被材のガスバリヤー層が金属箔あるいは蒸着した樹脂フィルム、熱溶着層が融点１５０℃以上２００℃以下のフィルム、最外層が融点２００℃以上の自己消火性フィルムであることを特徴とする真空断熱材。
2. 前記外被材の熱溶着層が無延伸ポリプロピレンフィルムであることを特徴とする請求項１記載の真空断熱材。
3. 前記外被材の最外層がフッ素系フィルム、イミド系フィルムであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空断熱材。
4. 前記外被材の最外層の内側に第２層となるフィルムを有し、この第２層フィルムはＵＬ９４ＶＴＭ−２準拠以上のフィルムであることを特徴とする請求項１から請求項３記載の真空断熱材。
5. 真空断熱材周囲のヒレ部に外被材の断面を覆うようにＵＬ５１０ ＦＲ準拠の難燃性の粘着テープを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項記載の真空断熱材。
6. 真空断熱材周囲のヒレ部に外被材の断面を覆うように難燃性シーラーを塗布したことを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項記載の真空断熱材。

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