JP2008223958A - 袋体および真空断熱材 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたりガスおよび水蒸気の浸入を抑制した真空断熱材を提供する。
【解決手段】外被材１０４は、樹脂フィルム１０５と金属フィルム１０６とを積層してなり最内層が金属フィルム１０６である多層フィルムからなり、多層フィルム（外被材１０４）の金属フィルム１０６端部同士が真空状態で所定の荷重を加えられたことによる常温拡散接合により接合されている。そのため、接合面は同一金属あるいは合金化された状態となるため、ガスバリア性は向上し、さらに接合強度も増大する。また、金属フィルム１０６の外側の樹脂フィルム１０５は、外被材１０４の突刺し強度を確保する保護層となるため、突起物等によるピンホールの発生を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂フィルムと金属フィルムとを積層した多層フィルムからなる袋体と、それを用いて製作した真空断熱材に関するものである。

近年、真空断熱材は、冷蔵庫、自動販売機などの冷凍冷蔵機器やジャーポットなどの温熱機器に多く用いられ、これらの機器の消費エネルギーを格段に削減し、省エネ効果を大幅に向上した。

一般に、このような用途で用いられる真空断熱材は、真空断熱材の強度を確保するための芯材と、ガスバリア性を有し、芯材を覆う外被材と、外被材内部の余分な水分を吸着する水分吸着剤で構成される。

なお、芯材は、グラスウール、ロックウール、セラミックファイバーなどの繊維系や、非結晶珪素、シリカなどの粉末系が一般的に用いられる。

外被材としては、外部から真空断熱材内部へのガス浸入を抑制するように、樹脂フィルム、蒸着フィルム、金属箔フィルムなどのガスバリア性に優れたフィルム材料を用いる。

さらに、外被材を外層と内層を積層させた多層フィルムとし、この内層と外層との間に非接着部（空気層）を設けることで、外被材を通じての熱リークを抑制した真空断熱材がある（例えば、特許文献１参照）。

図３は、真空断熱材用外被材を構成する多層シートの層構成を示す側断面図である。図３に示すように、合成樹脂材料の基材層１からなる外層Ａと、部分的な接着剤層２を介して、合成樹脂材料からなる支持体層３上に、ガスバリア層４、シーラント層５を順次積層してなる内層Ｂとを接着して多層シートＣが構成される。

支持体層３に使用する材料は、加工適正などを考慮して、単体フィルム及び各種の積層フィルムを使用することができる。通常、耐熱性、強度、コストなどの面から、二軸方向に任意に延伸されたポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴ）を使用することが好ましい。

また、ガスバリア層４としては、アルミニウム箔層、アルミニウム蒸着層、無機酸化物の蒸着層などで構成され、とくに酸化アルミニウムや酸化珪素などの蒸着層は、ガスバリア性が高く、断熱効果も良好であり、さらに生産性、物性面からも好ましい。

シーラント層５は、ポリオレフィン系樹脂である低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（Ｌ−ＬＤＰＥ）、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、アイオノマー、環状ポリオレフィンなどを使用することができる。

外層Ａの基材層１としては、突刺し強度が優れている二軸延伸のナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド（ＰＡ）を使用することが好ましい。以上のような外層Ａと外層Ｂとを部分的な接着剤層２を介して多層シートＣを作製する。

接着剤層２は、外層Ａの全面ではなく周縁部のみに形成され、外層Ａと内層Ｂの間には非接触部（空気層）６を設けている。このように非接触部（空気層）６を設けた多層シートＣは、非接触部（空気層）６が断熱効果をもたらし、接着剤層２が外層Ａ全面にあるものと比較して、熱の移動がない非常に断熱効果に優れている。

なお、真空断熱材の性能は、芯材材料の固体熱伝導率、内部に残存するガスの熱伝導率および対流に起因する熱伝導率、輻射伝達による熱伝導率の和で決定される。また、真空断熱材作製時の初期性能は、芯材と外被材に用いた材料物性と、作製条件により決定される。
特開２００５−３５１４０５号公報

しかしながら、上記従来の真空断熱材は、多層シートＣを２枚用い、内層Ｂを内側として袋体を作製し、その袋体内部に芯材を充填、真空排気後にシーラント層５を熱溶着することにより、真空断熱材を製作するものであり、真空断熱材を長期間使用すると熱伝導率が増大し、断熱性能が劣化するという課題があった。

これは、多層シートＣで作製された外被材をガスまたは水蒸気が透過し、真空断熱材内部に浸入するためである。この主たる浸入経路は、シーラント層５であり、通常、このガスまたは水蒸気の真空断熱材内部への浸入量を低減するためには、シーラント層５の厚みを薄くして、透過断面積を小さくする。

しかしながら、シーラント層５は一般に熱溶着が容易な樹脂材料を用いるため、ガスまたは水蒸気の透過量を抑制することには限界がある。このため、真空断熱材を長期間使用すると、内部に侵入したガスまたは水蒸気量の積算値は増大し、真空断熱材の熱伝導率増大の原因となる。

また、真空断熱材の外被材は薄いフィルムのため、真空断熱材内部に突起部を有する異物が多く存在すると、突刺しピンホールが発生し、そこからガスまたは水蒸気が流入するという課題があった。

本発明は、多層フィルムを用いて袋体を作製し、その接合部からのガスまたは水蒸気浸入量を抑制し、内圧上昇に伴う熱伝導率増大を抑制した真空断熱材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、一方の面に金属フィルムが露出する多層フィルムの前記金属フィルム端部同士を常温拡散接合により接合して袋体とし、その袋体を真空断熱材の外被材とするのである。

真空状態の下、最内層の金属フィルム同士が接触するように重ね合わせた多層フィルムの端部に所定の荷重を加えると、最内層の金属フィルム表面の金属原子が互いに拡散することにより多層フィルム同士が常温拡散接合される。そうして開口部を有する袋体（外被材）を作製し、この袋体（外被材）の内部に粉体または発泡体の芯材を挿入し、真空排気後に開口部の端部に再度荷重を加えて常温拡散接合し、真空断熱材を作製する。

これにより、真空断熱材の外被材接合部からのガスまたは水蒸気の浸入量を低減し、真空断熱材内部の圧力上昇に伴う熱伝導率増大を抑制できる。とくに、真空断熱材を長期間使用する場合の経年劣化を抑制することが可能となる。

本発明によれば、真空断熱材の外被材接合部からのガスまたは水蒸気の浸入量を低減し、真空断熱材内部の圧力上昇に伴う熱伝導率増大を抑制できる。とくに、真空断熱材を長期間使用する場合の経年劣化を抑制することが可能となる。

本発明の請求項１に記載の袋体の発明は、樹脂フィルムと金属フィルムとを積層してなり一方の面に前記金属フィルムが露出する多層フィルムからなり、前記一方の面に露出した前記多層フィルムの前記金属フィルム端部同士を常温拡散接合により接合したことを特徴とするものであり、金属フィルム同士が接触するように重ね合わせた多層フィルムの端部では真空状態で所定の荷重を加えられたことにより最内層の金属フィルムが互いに拡散し合い接合されて、接合面は同一金属あるいは合金化された状態となるため、ガスバリア性は向上し、さらに接合強度も増大する。また、金属フィルムの外側の樹脂フィルムは、袋体（外被材）の突刺し強度を確保する保護層となるため、突起物等によるピンホールの発生を抑制する。これらのことから、袋体（外被材）の内部に透過するガスや水蒸気を抑制することが可能となる。

また、請求項２に記載の真空断熱材の発明は、芯材を外被材で覆って前記外被材内を減圧密封してなり、前記外被材は、樹脂フィルムと金属フィルムとを積層してなり最内層が前記金属フィルムである多層フィルムからなり、前記多層フィルムの前記金属フィルム端部同士が常温拡散接合により接合されていることを特徴とするものであり、最内層の金属フィルム同士が接触するように重ね合わせた多層フィルムの端部では、真空状態で所定の荷重を加えられたことにより最内層の金属フィルムが互いに拡散し合い接合されて、接合面は同一金属あるいは合金化された状態となるため、ガスバリア性は向上し、さらに接合強度も増大する。また、金属フィルムの外側の樹脂フィルムは、外被材の突刺し強度を確保する保護層となるため、突起物等によるピンホールの発生を抑制する。これらのことから、真空断熱材の内部に透過するガスや水蒸気を抑制し、性能を長期間維持することが可能となる。

また、請求項３に記載の真空断熱材の発明は、請求項２に記載の発明における芯材が、粉体または発泡体であることを特徴とするものであり、芯材中には外被材を突刺してピンホールの原因となる突起物または針状物はほとんどない。このことから、さらにガスバリア性は向上する。このことから、真空断熱材の内部に透過するガスや水蒸気をさらに抑制し、性能を長期間維持することが可能となる。

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。また、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（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である。図２は本実施の形態１における外被材の断面図である。

図１に示すように、真空断熱材１０１は、粉体または発泡樹脂からなる芯材１０２と酸化カルシウムからなる水分吸着剤１０３とを袋状の外被材１０４内に挿入し、外被材１０４内部を１０Ｐａ以下に減圧密封した構成である。

芯材１０２としては、パーライト粉末、シリカ微粉末、珪藻土粉末、ケイ酸カルシウム粉末、炭酸マグネシウム粉末、炭酸カルシウム粉末などの粉体や、硬質ウレタンフォーム（連続気孔）、硬質塩ビフォーム（連続気孔）などの発泡樹脂体が用いられる。

また、ガラス繊維、セラミック繊維などの繊維積層体を用いる場合には、繊維製造時に混入する異物が外被材１０４を突刺しピンホール発生の原因になり易いので、これらの異物を取り除いた後、使用すると良い。

芯材１０２として粉体を用いる場合には、通気性のあるクラフト紙などに粉体を充填することで取扱いが容易になる。

外被材１０４は、図２に示すように最外層の樹脂フィルム１０５と最内層の金属フィルム１０６とを積層した多層フィルムからなり、多層フィルムの金属フィルム端部同士を常温拡散接合により接合した袋体である。

最外層の樹脂フィルム１０５は、多層フィルムである外被材１０４の強度を確保することを主目的としており、ナイロン−６、ナイロン−６６、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどを用いることができる。なお、これらの材料を単独で用いても構わないし、複数の材料を組み合わせて用いても良い。

最内層の金属フィルム１０６は、外被材１０４のガスバリア性を確保することを主目的としており、常温における酸素透過度、水蒸気透過度がほぼゼロであるアルミニウム箔を用いることができる。

外被材１０４の突刺しピンホール強度は、樹脂フィルム１０５と金属フィルム１０６の引張強さの和から凡その値を推定でき、例えば、樹脂フィルム１０５に厚み４０μｍのナイロン−６６（引張強度４０〜１７０ＭＰａ）、金属フィルム１０６に厚み６μｍのアルミニウム箔（引張強度１３８ＭＰａ）を用いた多層フィルムの場合、フィルム幅１５ｍｍあたりの引張強さは、樹脂フィルム１０５が２４〜１０２Ｎ、金属フィルム１０６が１３Ｎとなり、多層フィルムの引張強さは３７〜１１５Ｎとなる。つまり、外被材１０４の強度は、ほぼ樹脂フィルム１０５により決まる。

真空断熱材１０１の作製は、まず、外被材１０４を一方が開口した袋状に加工する。これは、一枚の多層フィルムを金属フィルム１０６が内側になるように折りたたみ、両横縁部を接合するか、２枚の多層フィルムを金属フィルム１０６同士が接触するように重ね合わせて三方縁部を接合する。

接合は真空状態で接合部に所定の荷重を加えると、アルミニウム箔の金属フィルム１０６表面のアルミニウム原子が互いに拡散し、新たな金属結合を形成することにより、２枚の多層フィルムが接合される。その結果、接合部は非常に強固で、さらにガス透過および水蒸気透過がない接合状態になる。

このようにして作製された外被材１０４内に、芯材１０２と水分吸着剤１０３を挿入し、再度真空状態にする。そして、外被材１０４の開口部の端部に再度荷重を加えることにより密封する。

以上のように、本実施の形態の真空断熱材における外被材１０４（袋体）は、樹脂フィルム１０５と金属フィルム１０６とを積層してなり一方の面に金属フィルム１０６が露出する多層フィルムからなり、一方の面に露出した多層フィルム（外被材１０４）の金属フィルム１０６端部同士を常温拡散接合により接合したことを特徴とするものであり、金属フィルム１０６同士が接触するように重ね合わせた多層フィルムの端部では真空状態で所定の荷重を加えられたことにより最内層の金属フィルム１０６が互いに拡散し合い接合されて、接合面は同一金属あるいは合金化された状態となるため、ガスバリア性は向上し、さらに接合強度も増大する。

また、金属フィルム１０６の外側の樹脂フィルム１０５は、袋体（外被材１０４）の突刺し強度を確保する保護層となるため、突起物等によるピンホールの発生を抑制する。これらのことから、袋体（外被材１０４）の内部に透過するガスや水蒸気を抑制することが可能となる。

また、本実施の形態の真空断熱材１０１は、芯材１０２を外被材１０４で覆って外被材１０４内を減圧密封してなり、外被材１０４は、樹脂フィルム１０５と金属フィルム１０６とを積層してなり最内層が金属フィルム１０６である多層フィルムからなり、多層フィルム（外被材１０４）の金属フィルム１０６端部同士が常温拡散接合により接合されていることを特徴とするものであり、最内層の金属フィルム１０６同士が接触するように重ね合わせた多層フィルム（外被材１０４）の端部では、真空状態で所定の荷重を加えられたことにより最内層の金属フィルム１０６が互いに拡散し合い接合されて、接合面は同一金属あるいは合金化された状態となるため、ガスバリア性は向上し、さらに接合強度も増大する。

また、金属フィルム１０６の外側の樹脂フィルム１０５は、外被材１０４の突刺し強度を確保する保護層となるため、突起物等によるピンホールの発生を抑制する。これらのことから、真空断熱材１０１の内部に透過するガスや水蒸気を抑制し、真空断熱材１０１の内部は長期間にわたり初期の圧力状態を維持することができ、内圧上昇に伴う熱伝導率増大を抑制でき、性能を長期間維持することが可能となる。

また、粉体または発泡体を芯材１０２に用いる場合は、芯材１０２中には外被材１０４を突刺してピンホールの原因となる突起物または針状物はほとんどないため、さらにガスバリア性は向上する。このことから、真空断熱材１０１の内部に透過するガスや水蒸気をさらに抑制し、突刺しピンホールによるガスおよび水蒸気の浸入もほとんどなく、内圧上昇に伴う熱伝導率増大をさらに抑制でき、性能を長期間維持することが可能となる。

本発明の袋体は、ガスおよび水蒸気の浸入がほとんどないため、真空断熱材に限らず、各種レトルト食品、農産物、調味料、各種ソース、タレ、香辛料、ジャム、味噌、スープなどの包装材料に適用できる。

本発明の実施の形態１における真空断熱材の断面図 同実施の形態の真空断熱材に用いた外被材の断面図 従来の真空断熱材用外被材の断面図

符号の説明

１０１ 真空断熱材
１０２ 芯材
１０４ 外被材
１０５ 樹脂フィルム
１０６ 金属フィルム

Claims (3)

1. 樹脂フィルムと金属フィルムとを積層してなり一方の面に前記金属フィルムが露出する多層フィルムからなり、前記一方の面に露出した前記多層フィルムの前記金属フィルム端部同士を常温拡散接合により接合したことを特徴とする袋体。
2. 芯材を外被材で覆って前記外被材内を減圧密封してなり、前記外被材は、樹脂フィルムと金属フィルムとを積層してなり最内層が前記金属フィルムである多層フィルムからなり、前記多層フィルムの前記金属フィルム端部同士が常温拡散接合により接合されていることを特徴とする真空断熱材。
3. 芯材は、粉体または発泡体であることを特徴とする請求項２に記載の真空断熱材。

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