JP2008025750A - 光透過性真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】 断熱性能に優れ、かつ、光透過性を確保でき、窓用に適した光透過性真空断熱材を提供する。
【解決手段】 本発明の光透過性真空断熱材１０は、透明乃至半透明の保護層１１ａ，１１ｂと、該保護層に形成された透明乃至半透明のガスバリア層１１ｃと、該ガスバリア層１１ｃに形成された透明乃至半透明の熱溶着層１１ｄと、を有するガスバリア性の外皮材１１を、前記熱溶着層１１ｄが相対向するように配置して中間に透明乃至半透明の芯材１２を配置し、減圧密封された真空断熱材であって、該芯材１２の周囲の前記外皮材１１の熱溶着層１１ｄ同士を全て加熱溶着した。この真空断熱材は、透明乃至半透明であり、窓ガラスに貼付することで、窓用の断熱材として使用すると、冷暖房の負荷を軽減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は断熱材に関し、特に、窓などに使用することができる光透過性真空断熱材に関する。

建物と外気との間に熱の出入りは、壁を通して行われる部分もあるが、多くは、窓のガラスを通して行われる。このような事情から、窓ガラスに断熱機能を持たせるようにしたものが多く知られている。

最も古くから行われてきた方法は、二重窓である。しかし、二重窓は、厚さが必要であり、取り付けられる部位が限定されてしまう。また、ガラスとガラスの間に空気があり、これが対流することによって、かなりの熱が伝わってしまう。

この欠点を解消するものとして、特許文献１（特開２００３−８２９４６）では、断熱性向上のために二重窓の中空部にアルゴンガスを封入する方法を提案している。しかし、パッキング部分での漏れを防ぐことは困難であり、経時的にガス置換が起こり、断熱性能が低下する。そのため、特許文献１では、二重窓に封入したアルゴンガスなどの断熱ガスが、漏れて濃度が低くなったとき、充填できるようにしているが、構成が複雑になり、かつ、ランニングコストも高くなる。

特許文献２（特開２００４−６６６３８）では、光透過率が７０％以上で、熱伝動率が０．２Ｗ／ｍ・ｋ以下の透明な発泡樹脂を窓に貼りつけ断熱する方法を提案している。良好な透視性を有するために、平均空孔径が５０ｎｍ以下になるようにし、かつ、空孔率が１０〜９５体積％の範囲としている。しかし、この方法は、断熱材を通して熱が伝導するので、十分な断熱効果を得られない。また、結露する可能性がある。

特許文献３（特開２００２−６１４６４）では、透明な板の間にハニカム構造の隔壁材を挟み、周縁を密封した窓用断熱材を提案している。また、特許文献４（特開平７−４２４５６）では、透明合成樹脂シートの間に網目状スペーサを備えた窓断熱用シートを提案している。しかし、この方法は、ハニカム構造や網目構造により接触面積は小さくできるが、ハニカムや網目の空間に空気があり、この空気の対流によりかなりの熱が伝わってしまう。
特開２００３−８２９４６ 特開２００４−６６６３８ 特開２００２−６１４６４ 特開平７−４２４５６

本発明は、このような事実から考えられたもので、断熱性能に優れ、かつ、光透過性を確保でき、窓用に適した光透過性真空断熱材を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の光透過性真空断熱材は、透明乃至半透明の保護層と、該保護層に形成された透明乃至半透明のガスバリア層と、該ガスバリア層又は前記保護層のいずれかに形成された透明乃至半透明の熱溶着層と、を有するガスバリア性の外皮材を、前記熱溶着層が相対向するように配置して中間に透明乃至半透明の芯材を配置し、減圧密封された真空断熱材であって該芯材の周囲の前記外皮材の熱溶着層同士を全て熱溶着したことを特徴としている。

前記ガスバリア層が、金属酸化物、酸化珪素、アルミナのいずれかの蒸着層である構成としたり、前記ガスバリア性の外皮材を、熱溶着層が相対向するように配置して中間に前記芯材を配置して袋体とし、該袋体の内部を減圧状態で密封し、常圧下で無圧加熱して前記熱溶着層同士が芯材形状に沿うようにして熱溶着された構成としたり、前記芯材が、網目構造である構成としたり、前記芯材が薄肉中空の円筒若しくは多角形の筒であり、前記筒の中心軸を断熱方向に対し垂直に配列した構成としたり、前記芯材と前記ガスバリア性の外皮材との間に硬質フィルムを設けた構成としたり、前記外皮材が、ガス吸着材を有する構成としたり、前記光透過性真空断熱材の厚さが５ｍｍ以下である構成としたりすることができる。

本発明の光透過性真空断熱材は、透明乃至半透明の素材より構成されるので、窓ガラスに貼りつけて使用した場合、ある程度の透過性を確保して、優れた断熱効果を得ることができる。したがって、冷暖房の負荷を軽減することができる。

芯材とガスバリア性の外皮材との間に硬質フィルムを挿入する構成とすることで、外皮材に凹みができるのを防止し、真空部分の体積の確保と、外皮材の損傷の防止を図ることができる。蒸着層を金属酸化物、酸化珪素、アルミナのいずれかで蒸着することで、透明ないし半透明な蒸着層を得ることができる。

芯材を網目状にすることで、芯材自身が不透明であっても、網目の貫通孔により光透過性をある程度確保することができる。芯材にガス吸着性を持たせることによって、長期間の真空度を保持することができ、窓用の断熱材として長期間の使用が可能となる。

断熱材の厚さが５ｍｍ以下であれば、従来の窓ガラスに何らの改変を加えることなく貼りつけることができ、開閉にも支障がない。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の光透過性真空断熱材１０の分解斜視図である。本発明の光透過性真空断熱材１０は、上下の外皮材１１，１１の間に、格子状やハニカム状などの芯材１２を挟み、芯材１２の上下に硬質フィルム１３，１３を介在させた構成となっている。

図２は、ガスバリア性の外皮材１１の構成を示す拡大断面図である。外皮材１１は、この実施例では、外側の保護層１１ａと、内側の保護層１１ｂの二重の保護層と、ガスバリア層１１ｃと、熱溶着層１１ｄの４層が積層された構造となっている。

実施例では、外側の保護層１１ａは、透明又は半透明なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムで、内側の保護層１１ｂは、同じく透明又は半透明なナイロンを使用しているが、内外の素材を逆にしてもよく、透明性と柔軟性とが確保でき、後述する蒸着が可能であれば、他の素材を使用してもよい。また、遮光性を上げるために顔料・塗料等で着色したものや、紫外線吸収剤を配合してもよい。

熱溶着層１１ｄは、透明乃至半透明のもので、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、及び無延伸のポリプロピレンのフィルムが使用される。

ガスバリア層１１ｃは、従来はアルミ箔層或いはアルミニウム蒸着層であった。アルミニウム蒸着とは、アルミニウムを高真空状態で電子ビームや高周波誘導などによって加熱蒸発させ、その蒸気をフィルム表面に付着させたもので、美しい金属光沢を持ち、ガス遮断性、防湿性などのバリヤー性能に優れている。しかしながら、不透明なので、本発明の光透過性真空断熱材１０には不向きである。

本発明では、ガスバリア層１１ｃとして、透明蒸着層を使用している。透明蒸着とは、アルミニウムを蒸着する代わりにガラスと同じ成分のＳｉＯｘ（酸化珪素）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）、その他の金属酸化物を蒸着したものである。これらの素材を、アルミニウムの場合と同じように、真空で気化させ、フィルムの表面に付着させることで形成される。アルミ蒸着の金属光沢とは違って、透明な蒸着フィルムが得られる。ＳｉＯｘ蒸着（セラミック蒸着、シリカ蒸着などともいう）はわずかに褐色であるが、Ａｌ_２Ｏ_３蒸着層は全くの透明で、蒸着しているかどうか外観上は判別できない。

本発明の実施例では、外皮材１１は４層構造であるが、特に、この４層構造に限定されるものではない。

芯材１２は、格子状、ハニカム状のものや、丸孔や三角孔等の貫通孔が網目状に多数穿設されたものや、硬質のスポンジ状のものなど、多様なものを使用することができる。貫通した多数の孔のある場合は、これらの孔によって、透明乃至半透明程度の光透過性を確保できることから、芯材１２自身は、必ずしも透明でなくてもよい。芯材１２の素材としては、ポリオレフィン、ナイロン等のプラスチック樹脂や、硬質発泡体を使用することができる。

硬質フィルム１３は、芯材１２の中空部が真空になったとき、外皮材１１が中空部内に凹むのを防止するためのものである。したがって、透明であるだけでなく、ある程度の固さが必要である。また、芯材１２の外側に突出する部分のない形状と大きさである。材質はポリプロピレン、塩化ビニル、ＰＥＴ、アクリルなどを使用することができる。

次に、光透過性真空断熱材１０の製造方法を説明する。図１に示すように、下側の外皮材１１の上に硬質フィルム１３、芯材１２、硬質フィルム１３の順に重ね、一番上に上側の外皮材１１を重ねる。そして、図３に示すように、四角形の外皮材１１の３辺を加熱・加圧して熱溶着層１１ｄ同士を溶着させる。外皮材１１の袋体ができ、その中に硬質フィルム１３にサンドイッチにされた芯材１２が収容された状態になる。

この状態で、袋体の内部を真空になるように減圧する。そして、減圧されたら、残りの１辺もヒートシールして袋を閉じた状態にする。そして、これを温風乾燥器または遠赤外線乾燥器などの加熱炉に入れ、熱溶着層１１ｄの融点より５〜３５℃高い温度で全体加熱する。袋体内は真空状態なので、芯材１２の周囲に上下の外皮材１１，１１が密着した状態になっている。そして、芯材１２の無い部分では、上下の外皮材１１の熱溶着層１１ｄ同士は、圧接した状態である。ここに、加熱炉による熱が加わり、熱溶着層１１ｄが溶融し、上下の外皮材１１，１１は溶着する。以上により光透過性真空断熱材１０が完成することになる。

上記した外被材の密着した部分の加熱溶着は、全体ではなく芯材周縁部など必要な一部分の外被材のみを、ドライヤー等の温風器を用いて、あるいは温風乾燥機内で温風を必要な部分のみに導くことにより加熱して溶着させることも可能である。

この場合、真空断熱材全体ではなく外被材の一部分のみを加熱するので、加熱されたことにより発生する芯材あるいは外被材からのガス発生を少なくすることが可能となり、加熱することで起きる断熱性能の悪化を全体加熱に比べて低くすることが出来る。

図４は、光透過性真空断熱材１０の平面図である。同図において、一番外側はヒートシールにより接着されたヒートシール部１０ａである。その内側に大気圧により外被材同士が密着した部分を加熱して溶着を行った溶着部１０ｂがあり、最も内側に芯材１２の部分１０ｃができる。図示しないが、ヒートシール部１０ａや溶着部１０ｂには、貫通孔を形成することも可能である。

この溶着部１０ｂは、芯材近傍まで切り取ることが可能であり、通常芯材端部から３〜１５ｍｍ残す場合が多い。貫通孔の場合も同様である。芯材周縁近傍部まで外被材を切断した結果、窓に貼り付けることの出来る真空断熱材の面積が広くなるので、断熱効果を十分発揮することが出来る。

この真空断熱材１０は、透明又は半透明な外皮材１１及び芯材１２等から構成されるので、曇りガラスと透明ガラスの中間程度の透明度を備えたものとなる。

この真空断熱材１０を窓ガラスと同じ形状にする。このとき、真空断熱材１０を切断したり切り欠いたりするが、切断や切り欠く位置は、芯材１２から少なくとも、数ミリ程度離れた、熱溶着層１１ｄ同士が溶着したヒートシール部１０ａ又は溶着部１０ｂの部分で行う。芯材１２で切断すると、真空が破れて断熱効果を失うからである。また、芯材１２の端部近くで切断すると、上下のガスバリア性フィルムの接着部が剥がれ易くなると共に溶着部１０ｂの幅が狭くなるため、真空度が悪化するおそれが生じる。

本発明の光透過性真空断熱材１０は、芯材１２の入った位置での厚さを０．１〜５ｍｍ程度の薄さにすることができる。また、合成樹脂を主体とした構造であり、軽量で、取り扱いが容易で、従来の窓に何らの加工をすることなく、窓ガラスに張り付けるだけでよく、窓の開閉にも何ら支障を生じない。そのため、安価に取り付けることができる。従来の断熱方法に比べて真空を利用することから、断熱性能が格段に向上し、省エネ効果も大きくなる。また、曇りガラスと透明ガラスとの中間の透明度を確保することができ、室内の明るさも確保でき、ブラインドとしての効果も得ることができる。また、窓ガラスの補強にもなり、ガラスが割れにくくなり防犯効果も奏する。さらに、割れてもガラスの飛散を防止することができる。

図５は、光透過性真空断熱材１０の芯材１２部分の拡大断面図で、（ａ）は、芯材１２の上下に硬質フィルム１３，１３を設けた場合で、（ｂ）は硬質フィルム１３を両側に挿入しなかった場合である。芯材１２の貫通孔１２ａ内が真空になるので、硬質フィルム１３，１３が無いと、上下の外皮材１１は、芯材１２の貫通孔１２ａ内に入り込み、凹みが形成される。凹みが形成されると、それだけ芯材１２の中空部の体積が減少し、真空断熱材の断熱機能が低下する。また、外皮材１１にも多数の凹凸ができることになり、窓に貼り付ける際に密着性が悪くなり、窓との間に生じる空間で空気の対流が起きてしまい断熱性能が悪化する。さらにピンホールや亀裂などができやすくなる。硬質フィルム１３を使用することで、これらの問題を解決することができる。ただし、硬質フィルム１３は必須ではなく、外皮材１１の素材や厚さを変えることで、凹みを無くしたり、小さくすることができる。

上記の実施例では、芯材１２及び光透過性真空断熱材１０の形状を正方形にしたが、この形状に限定されるものではなく、四角以外の多角形や、円形にしてもよい。また、芯材１２は、複数の芯材１２に分割して離間して配置したり、小さな芯材１２を間隔をおいて碁盤目状に配置したりしてもよい。

また、芯材１２にガス吸着剤を入れておくと、真空状態を長期間維持することができる。また、下側の外皮材１１の外側に粘着剤を塗布しておくことで、窓ガラスに貼付し易くすることができる。

図６は、芯材の別の実施例を示す斜視図である。図６（ａ）は、円筒２２ａを多数並べて芯材２２にしたものである。各円筒２２ａは、ポリプロピレン、塩化ビニル、ＰＥＴ、アクリルなどの透明又は半透明な素材からなる。図６に、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の相互に直交する軸を示すが、各円筒２２ａの中心軸ａは、ｘ軸に平行で、断熱方向ｚに対して垂直になっている。なお、ｙ軸方向は、円筒２２ａの並ぶ方向を指している。

図６（ｂ）は、円筒２２ａと同じ素材からなる四角形の筒３２ａをｙ軸方向に多数並べて芯材３２として使用した場合である。筒３２ａの中心軸ａは、同じくｘ軸に平行で、断熱方向ｚに対して垂直になっている。図６（ｃ）の芯材４２は、（ｂ）の筒３２ａと同じ素材からなる１つの四角形の筒から構成されている。この芯材４２の中心軸ａも、ｘ軸に平行で、断熱方向のｚ軸に対して垂直になっている。

図示しないが、図６の芯材２２，３２，４２は、図１に示す芯材１２と同様に上下から外皮材で挟み、三方を溶着して袋状にし、袋体の内部を減圧して密封し、常圧下で無加圧加熱して熱溶着層の全面を溶着させることで真空断熱材となる。このとき、芯材２２，３２を構成する円筒２２ａ同士や、筒３２ａ同士は、接着剤で接着してもよいが、接着しなくても大気圧に押圧されるので、結合した状態を保つことができる。接着剤を使用する場合は、真空状態を保つために、ガスの発生の少ないものを選ぶべきである。また、硬質フィルム１３は必要に応じて使用する。図６のように、芯材２２，３２，４２を、窓ガラスとほぼ同じ大きさにし、筒の中心軸ａが断熱方向に対し垂直になるように配列した構成にすると、真空断熱材の強度や透明度を上げることができる。

本発明の光透過性真空断熱材の分解斜視図である。 ガスバリア性の外皮材の構成を示す拡大断面図である。 四角形の外皮材の３辺を加熱・加圧して溶着し、袋状にした状態を示す斜視図である。 光透過性真空断熱材の平面図である。 光透過性真空断熱材の芯材部分の拡大断面図で、（ａ）は、芯材の上下に硬質フィルムを設けた場合で、（ｂ）は硬質フィルムを両側に挿入しなかった場合である。 芯材の他の実施例を示す斜視図で、（ａ）は円筒を多数並べた芯材、（ｂ）は四角形の筒を多数並べた芯材、（ｃ）は単一の四角形の芯材を示す。

符号の説明

１０ 光透過性真空断熱材
１１ 外皮材
１１ｃ ガスバリア層（蒸着層）
１１ｄ 熱溶着層
１２，２２，３２，４２ 芯材
１３ 硬質フィルム

Claims (8)

1. 透明乃至半透明の保護層と、該保護層に形成された透明乃至半透明のガスバリア層と、該ガスバリア層又は前記保護層のいずれかに形成された透明乃至半透明の熱溶着層と、を有するガスバリア性の外皮材を、前記熱溶着層が相対向するように配置して中間に透明乃至半透明の芯材を配置し、減圧密封された真空断熱材であって該芯材の周囲の前記外皮材の熱溶着層同士を全て熱溶着したことを特徴とする光透過性真空断熱材。
2. 前記ガスバリア層が、金属酸化物、酸化珪素、アルミナのいずれかの蒸着層であることを特徴とする請求項１記載の光透過性真空断熱材。
3. 前記ガスバリア性の外皮材を、熱溶着層が相対向するように配置して中間に前記芯材を配置して袋体とし、該袋体の内部を減圧状態で密封し、常圧下で無圧加熱して前記熱溶着層同士が芯材形状に沿うようにして熱溶着されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光透過性真空断熱材。
4. 前記芯材が、網目構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光透過性真空断熱材。
5. 前記芯材が薄肉中空の円筒若しくは多角形の筒であり、前記筒の中心軸を断熱方向に対し垂直に配列した構成であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光透過性真空断熱材。
6. 前記芯材と前記ガスバリア性の外皮材との間に硬質フィルムを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光透過性真空断熱材。
7. 前記外皮材が、ガス吸着材を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光透過性真空断熱材。
8. 前記光透過性真空断熱材の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光透過性真空断熱材。

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