真空断熱材の製造方法
【課題】 表面の平坦度が高く且つ断熱性に優れた真空断熱材を製造し得る真空断熱材の製造方法を提供することにある。
【解決手段】 真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバーと、該チャンバーに前記粉末を搬送する搬送機構とを有する真空断熱材製造装置を用い、減圧状態にされた前記チャンバー内に前記搬送中に減圧状態にさせた前記粉末を導入させ該チャンバー内において前記粉末を前記包装材に収容させて密封する真空断熱材の製造方法であって、前記粉末として、フュームドシリカ粉末を用いることを特徴とする真空断熱材の製造方法を提供する。
【解決手段】 真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバーと、該チャンバーに前記粉末を搬送する搬送機構とを有する真空断熱材製造装置を用い、減圧状態にされた前記チャンバー内に前記搬送中に減圧状態にさせた前記粉末を導入させ該チャンバー内において前記粉末を前記包装材に収容させて密封する真空断熱材の製造方法であって、前記粉末として、フュームドシリカ粉末を用いることを特徴とする真空断熱材の製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス非透過性の包装材中に減圧状態で粉末が密封されている真空断熱材を製造するための真空断熱材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、家庭用電化製品についても省エネルギー化は緊急の課題となっている。
特に、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機等の保温保冷用機器では熱を効率的に利用するという観点や、建築物では内部の温度を所定温度に保つという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められており、従来の発泡ポリスチレンボードやガラスファイバーなどの断熱材に代えて、ガス非透過性の包装材を外装材とし、該包装材の内部に芯材を封入してある程度の空間を設けさせ且つ内部を減圧（真空）状態にさせた真空断熱材の利用が検討されている。
【０００３】
このような真空断熱材は、その芯材として、繊維系、粉末系、発泡樹脂系などの種々のものが検討されているが、繊維系や発泡樹脂系の芯材を用いると芯材を通じての熱伝導が生じ易いことから芯材としては粉末を利用することが断熱性を向上させる上においては有利である。
一方で、粉末は、繊維や発泡樹脂に比べて飛散しやすいために取り扱い難く、粉末を芯材に用いて真空断熱材を製造するのに際しては、繊維系、発泡樹脂系の芯材を用いる場合に比べて慎重な作業が要求されるおそれを有する。
【０００４】
このようなことから、粉末の通過を抑制しつつ気体を通過させ得る通気性のシートなどで中袋を形成させ、該中袋に粉末を封入して芯材とし、該粉末が封入された中袋を包装材に収容させた後で該包装材の内部を減圧状態にさせることが検討されている。
しかし、該粉末が封入された中袋を包装材に収容させた後で該包装材の内部を減圧させて中袋内の気体を中袋外に排出する際に、中袋の中側から外側に排出される気体の流れによって粉末が中袋内で流動し偏在してしまい、その結果、得られる真空断熱材は、表面の平坦度が低いものとなるおそれがある。真空断熱材は、例えば、住宅建材として用いられて他の住宅建材と接着剤を介して接着されるが、表面の平坦度が低い真空断熱材を用いた場合には、該真空断熱材と他の住宅建材との接触面積が小さいものとなり、接着剤による接着力が弱いものとなるおそれがある。
【０００５】
このようなことから、上記のようにチャンバー内で真空断熱材を作製した後、チャンバー内を大気圧に戻す前に、チャンバー内で該真空断熱材を、表面が平らな２つの押圧部材で挟み押圧して、該真空断熱材の表面の平坦度を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、前記押圧部材による押圧だけでは、中袋内で偏った粉末を中袋内に均等にならすことが難しく、真空断熱材の表面の平坦度を十分に高めることができないという問題がある。
【０００６】
また、中袋を用いずに真空断熱材の芯材となる粉末を予め減圧状態にした後で包装材に収容させて密封することも提案されている（例えば、特許文献２）。下記特許文献２に記載の真空断熱材の製造方法は、具体的には、減圧状態に保たれたチャンバー内に包装材を収容させ、該チャンバーに粉末を搬送するための搬送機構として複数段のホッパーを採用し、該ホッパーを通じてチャンバーに粉末を搬送する間に粉末を減圧状態にさせ、該粉末を前記包装材に収容させて密封する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−６８５９２号公報
【特許文献２】特公平７−９８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、中袋を用いない態様に於いても、表面の平坦度が十分に高い真空断熱材が得られない場合がある。
【０００９】
本発明は上記のような問題点を解決することを課題としており、表面の平坦度が高く且つ断熱性に優れた真空断熱材を製造し得る真空断熱材の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らが鋭意研究したところ、芯材にフュームドシリカ粉末を用いることにより、得られる真空断熱材が、表面の平坦度が高いものとなることを見出し、本発明の完成を想到するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る真空断熱材の製造方法は、真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバーと、該チャンバーに前記粉末を搬送する搬送機構とを有する真空断熱材製造装置を用い、減圧状態にされた前記チャンバー内に前記搬送中に減圧状態にさせた前記粉末を導入させ該チャンバー内において前記粉末を前記包装材に収容させて密封する真空断熱材の製造方法であって、前記粉末として、フュームドシリカ粉末を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、芯材に粉末を用いることから、得られる真空断熱材が断熱性に優れたものとなる。また、該粉末としてフュームドシリカ粉末を用いることから、得られる真空断熱材が、表面の平坦度が高いものとなる。この真空断熱材は、例えば、住宅建材として用いられて他の住宅建材と接着剤を介して接着された場合には、表面の平坦度が高いことから、該真空断熱材と他の住宅建材との接触面積が大きいものとなり、表面の平坦度が低い場合に比べて接着剤による接着力が強いものとなる。
すなわち、本発明によれば、表面の平坦度が高く且つ断熱性に優れた真空断熱材を製造し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】真空断熱材の製造に利用する真空断熱材製造装置の一例を示した装置構成図（（ａ）：概略全体図、（ｂ）：チャンバー拡大断面図）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
本実施形態に係る製造方法によって製造される真空断熱材は、外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させて密封させたもので、内部を減圧（真空）状態にさせたものである。
【００１５】
本実施形態における真空断熱材の製造方法において用いられるガス非透過性の前記包装材は、所定量の粉末を収容可能な内容積を有しており、ガスバリア性に優れ、しかも、ヒートシールによる接着が可能な２枚のラミネートシートによって袋状に形成されたものであり、該袋状の包装材（以下「包装袋」ともいう）は、２枚の矩形状のラミネートシートが３方シールされて前記矩形の１辺に相当する部分を開口させたものである。
【００１６】
前記ラミネートシートとしては、前記芯材（粉末）の密封状態（真空状態）を長期にわたって保持させ得るように、少なくとも表面側から順に、表面保護層、ガスバリア層を有し、最も内側（芯材側）に熱融着層を有するものを採用することが好ましい。
例えば、前記ガスバリア層としては、アルミニウムなどの金属の圧延箔や蒸着膜で形成されたものが挙げられ、通常、ラミネートシートには、１μｍ〜１００μｍの厚みで備えさせることができる。
このガスバリア層を蒸着膜で形成させる場合には、表面保護層を形成する部材又は熱融着層を形成する部材のいずれに対して蒸着を行ってもよい。
なお、気体分子は、ポリマー内に拡散することができ、ポリマーのみによって形成されたフィルムでは十分なガスバリア性の確保が困難であるが、この金属によって形成されたガスバリア層を有するラミネートシートを採用することで、シート厚み方向に気体分子が通過することが防止され、包装袋内部の真空度が低下することが抑制される。
【００１７】
また、表面保護層は、その一つの目的として、前記ガスバリア層を腐食や傷付きなどから保護する機能をラミネートシートに付与すべく設けられたものであり、通常、５μｍ〜２００μｍの厚みとなるように形成され、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルムの延伸加工品などによって形成され得る。
さらに、表面保護層は、単層に限定されず、上記延伸加工がされたフィルムの外側にポリアミドフィルムなどを設けることでラミネートシートの耐折り曲げ性などの機械的特性の向上を図ることができる。
【００１８】
前記熱融着層は、包装袋に減圧状態の粉末を収容させた後に、ヒートシールによるラミネートシートどうしの接着を行って、前記粉末を減圧状態で密封させ得るように設けられたものであり、例えば、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムなどによって形成させ得る。
この熱融着層は、その厚みが薄過ぎる場合には、シール不良を発生させるおそれがある一方で、熱融着層の厚みが厚過ぎる場合には、シール部において、ガスバリア層の間に外袋の内外にわたる厚いポリマー層が当該熱融着層によって形成され易くなり、このポリマー層を通じての気体分子の流入が生じやすくなる。
すなわち、熱融着層の厚みが厚過ぎる場合には、真空断熱材製造後に、その内部の真空度の低下を早めてしまうおそれを有する。
このような観点から熱融着層の厚みは、２０μｍ〜１００μｍとされることが好ましい。
【００１９】
前記真空断熱材の芯材に用いる粉末としては、フュームドシリカ粉末を用いる。フュームドシリカは、火炎加水分解法により製造される非晶質シリカであり、煙霧シリカともよばれる。フュームドシリカは、例えば、四塩化ケイ素を酸水素炎中で高温加水分解させることで、液相を経ることなく製造することができる。フュームドシリカは、透過型電子顕微鏡で測定した任意の１００粒の平均１次粒径が５〜１００ｎｍ程度である。
前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いることが好ましい。通常、粉末には水分が含有されているので、粉末を収容した包装材内を減圧させる際に、粉末に含まれる水分が粉末から揮発する分、所望の圧力までに減圧するのに時間がかかるおそれがあり、また、粉末に含まれていた水分が粉末から水蒸気として揮発して包装材内から包装材外に排出されるときに、この水蒸気の流れによって粉末が包装材内で偏在してしまい、その結果、得られる真空断熱材は、表面の平坦度が低いものとなるおそれもある。しかし、前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いれば、フュームドシリカ粉末は減圧下で前記搬送機構で搬送されることで、前記チャンバーに導入されるフュームドシリカ粉末の水分量が減少されることから、前記チャンバーに導入されるフュームドシリカ粉末の水分量は１質量％未満となり、上記水蒸気による弊害を抑制することができる。即ち、前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いることにより、表面の平坦度が高い真空断熱材を短時間で作製することができるという利点がある。
なお、粉末の水分量は、ＪＩＳ Ｋ００６８：２００１（化学製品の水分測定方法）記載の方法に準じて測定する。具体的には、秤量した粉末試料２０〜１００ｍｇを水分測定用容器に収容し、（株）三菱化学アナリテック社製のカールフィッシャー水分測定装置ＣＡ−２００及び水分気化装置ＶＡ−２３６Ｓに前記容器をセットして水分量を測定する。なお、測定時の陽極液、陰極液にはそれぞれ（株）エーピーアイ コーポレーション製アクアミクロンＡＸ、アクアミクロンＣＸＵを使用し、測定温度は２００℃、キャリアガスはＮ2 を使用し、流量は２５０ｍｌ／ｍｉｎにして水分量の測定を行う。試料の試験回数は３回で、水分測定用容器に含まれる水分も含めた各試料の水分量から、同時に測定したブランク容器としての水分測定用容器の水分量（試験回数２回の算術平均値）を減算し、その値を粉末試料中に含まれる水分量とする。最終結果としては３回の試料中水分量（質量％）を算術平均する。また、乾燥後の粉末試料の水分量の測定は、所定の温度のオーブンで粉末試料を３時間加熱した後、オーブン内の空気をＮ2で置換し、室温までオーブン内で冷却した後、すばやく粉末試料自体の質量を計量し、上記の方法で水分量を測定する。
また、得られる真空断熱材に含まれる粉末は、密度が１００〜２５０ｋｇ／ｍ3 であることが好ましい。本実施形態の真空断熱材の製造方法は、該粉末の密度が２５０ｋｇ／ｍ3 以下であることにより、単位体積あたりの熱伝導率が小さくなり、得られる真空断熱材の断熱性が優れるという利点があり、また、得られる真空断熱材を住宅建材等として用いる場合には、軽量性に優れるという利点もある。また、本実施形態の真空断熱材の製造方法は、該粉末の密度が１００ｋｇ／ｍ3 以上であることにより、得られる真空断熱材の放射伝熱が抑制され熱伝導率が小さくなるので、得られる真空断熱材の断熱性が優れるという利点がある。
【００２０】
なお、前記粉末には、空隙の形成以外にも、ガス非透過性材料で作られた包装袋などから発生されるアウトガスなどの吸着に有効な成分を含有させることができ、水分吸着剤やガス吸着剤として、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイトなどの物理吸着剤粒子、および、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物および水酸化物などの化学吸着剤粒子を含有させることができる。
【００２１】
次いで、図１を参照しつつ本発明の真空断熱材の製造方法を実施するにあたって用いるのに好適な真空断熱材製造装置の一例を説明する。
図１は真空断熱材製造装置の装置構成を示す図であり、（ａ）は概略全体図であり、（ｂ）は、チャンバー１の内部構造を示す図である。
図１に示しているように本実施形態において用いられる真空断熱材製造装置は、真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバー１と、該チャンバー１に前記粉末を搬送する搬送機構２とを有している。
【００２２】
前記チャンバー１は、その内部に袋状の包装材３（包装袋３）を収容しており、しかも、この包装袋３を減圧条件下収容させ得るように構成され、該減圧条件下において予め減圧状態にさせた粉末を前記包装袋３に収容させて密封させるべく形成されている。
【００２３】
より具体的には、本実施形態における前記チャンバー１は、該チャンバー１内にガス非透過性材料からなる包装袋３を外部から導入させるための入庫室１１と、前記包装袋３に減圧状態で前記粉末を収容させるための充填室１２と、該充填室１２で粉末が収容された包装袋３’を密封するためのシール室１３とが横並びに設けられており、前記入庫室１１と前記充填室１２との間が開閉可能な仕切材１４で仕切られているとともに前記充填室１２と前記シール室１３との間も開閉可能な仕切材１５で仕切られている。
即ち、前記チャンバー１は、前記仕切材１４，１５を開けることによって前記入庫室１１から前記シール室１３までの間を包装袋３が往来可能な状態になり、且つ、前記仕切材１４，１５を閉じることによって各室を個別に減圧可能な状態になるように形成されている。
また、前記チャンバー１は、前記入庫室１１に包装袋３を収容させるための扉１７と、前記シール室１３から真空断熱材を取り出すための扉１８とを有している。
【００２４】
本実施形態においては、前記の通りヒートシール可能なガス非透過性の矩形状のフィルムが２枚貼り合せられて前記矩形の１辺に相当する部分を開口させた袋体が前記包装袋３として用いられており、前記充填室１２には、該包装袋３を上方に向けて大きく開口させた状態で保持するための保持具１２ａと、前記包装袋３が載置され該包装袋３に粉末を収容させる際にその収容量を計量するための質量計１２ｂと、該質量計１２ｂごと前記包装袋３を充填室内で上下に移動させることができる昇降機構（図示せず）とが備えられている。
【００２５】
また、前記シール室１３には、所定量の粉末を収容させた包装袋３の開口をヒートシールして当該包装袋３を密封するためのヒートシーラ１３ａが備えられている。
【００２６】
なお、前記チャンバー１は、前記入庫室１１から前記シール室１３までの間を包装袋３が治具１６に固定された状態で当該治具１６ごと移動するように構成されており、該治具１６には、真空断熱材を全体的に均一な厚みに仕上げるための２枚の成形板１６ａが備えられている。
該成形板１６ａは、治具１６に包装袋３を固定した際に、該包装袋３を前後から挟む形となるように備えられており、しかも、互いの距離を調整し得るようにして備えられている。
即ち、例えば、包装袋左右両端のそれぞれ一箇所を把持しただけで粉末を収容させたりすると、粉末の重みで包装袋の底部が大きく膨らんでしまい、底部に比べて上部の厚みが薄い真空断熱材が形成されることになる。
一方で、本実施形態のごとくチャンバー１内を前記治具１６に固定して包装袋３を移動させるようにした際には、粉末の収容時に成形板１６ａによって包装袋３の膨らみが規制されることから全体的に均一な厚みを有する真空断熱材を得られ易くなる。
【００２７】
また、前記治具１６は、粉末が収容された包装袋３’を前記充填室１２から前記シール室１３まで移動する際に、前記包装袋３’を振動させながら移動するように構成されている。粉末は、通常、凝集してかたまりとなり易く、その結果、包装袋３’内で粉末のかたまりどうしの間に隙間が生じて包装袋３’内で粉末の偏りが生じ得るが、前記治具１６は、包装袋３’内の粉末を振動させるように構成されていることにより、前記包装袋３’内の粉末をならすことができ、包装袋３’内で粉末の偏りを生じ難くすることができるという利点がある。
【００２８】
このチャンバー１に粉末を搬送するための前記搬送機構２は、３台の第１、第２及び第３ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、並びに、粉末を圧縮する圧縮機２４を備え、３台の該ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、及び圧縮機２４が上流側から順に直列に接続されている。
前記第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃには、第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃ内の空間の気体を真空引きして減圧状態にさせる第１及び第２真空ポンプ２２ａ、２２ｂがそれぞれ備えられている。該真空ポンプ２２ａ、２２ｂとしては、メカニカルブースターポンプ、油回転ポンプ、水封ポンプなどを採用することができる。
前記圧縮機２４は、粉末を圧縮して前記包装袋３に粉末を供給させやすくするためのもので、具体的には、粉末が流通され且つ内部空間が円柱状となる管体と、該管体内に設けられ、且つ、該内部空間の中心に沿って延びる回転軸周りに回転可能で、且つ、前記回転軸周りに螺旋状に配されたフライトを有するスクリューとで構成させることができる。また、前記圧縮機２４は、前記管体と、単に後押しさせて粉末を圧縮させるピストンとで構成させることもできる。
該ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、及び圧縮機２４には、上部に粉末を取り入れるための粉末供給部がそれぞれ形成され、下部に粉末を排出させるための粉末排出経路がそれぞれ形成されている。
そして、第１ホッパー２１ａの粉末排出経路が第２ホッパー２１ｂの粉末供給部に接続され、第２ホッパー２１ｂの粉末排出経路が第３ホッパー２１ｃの粉末供給部に接続され、第３ホッパー２１ｃの粉末排出経路が圧縮機２４に接続されており、本実施形態においては、粉末を第１ホッパー２１ａ内を通過させた後で、連続して第２ホッパー２１ｂ内を通過させ、さらに連続して第３ホッパー２１ｃ内を通過させ、そして、圧縮機２４で圧縮し得るように前記搬送機構２が構成されている。
前記搬送機構２は、前記第１、第２、及び、第３ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの粉末供給部に、第１、第２、及び、第３バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃをそれぞれ備え、該バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃによりそれぞれの粉末排出経路が開閉されるように構成されている。該バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとしては、例えば、ロータリーバルブなどが挙げられる。
前記圧縮機２４は、下部に設けられた粉末排出経路を前記チャンバー１の充填室１２に上方から突入させており、該粉末排出経路に取り付けられた供給ノズル２４ａを通じて前記包装袋３内に粉末を吐出させ得るように配置されている。
【００２９】
次いで、このような真空断熱材製造装置を用いた真空断熱材の製造方法について説明する。
まず、前記チャンバー１側では、前記包装袋３を治具１６に固定したものを用意し、入庫室１１と充填室１２との間を仕切材１４で閉じるとともに前記充填室１２とシール室１３との間も仕切材１５で閉じた状態にし、充填室１２とシール室１３との減圧を真空ポンプ１９を用いて開始させる。
一方で入庫室１１の扉１７を開けて、治具１６に固定した包装袋３を入庫室１１に収容させ、この入庫室１１の扉１７を閉じて入庫室１１の減圧を開始させる。
なお、治具１６と包装袋３とは、１組のみならず複数組入庫室１１に収容させても良い。
その後、少なくとも、入庫室１１と充填室１２とが所望の真空度に到達した時点で仕切材１４を開けて治具１６に固定したままの状態で包装袋３を入庫室１１から充填室１２に移動させ、質量計１２ｂの上に載せ、前記昇降機構によって治具１６を載置した質量計１２ｂを上方に移動させ、圧縮機２４の下部に取り付けられた供給ノズル２４ａの先端が包装袋３の上部開口から侵入した時点で昇降機構による移動を停止させる。
【００３０】
これとともに、前記搬送機構２側では、前記バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃにより前記ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの粉末排出経路を閉状態とし、そして、前記第１ホッパー２１ａに芯材として使用する粉末を収容させる。
次いで、第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃそれぞれに備えられた第１及び第２真空ポンプ２２ａ、２２ｂを運転させ、第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃの内部を減圧状態にさせる。
そして、前記第１バルブ２３ａにより前記第１ホッパー２１ａの粉末排出経路を開状態にすることで、第１ホッパー２１ａ内の粉末が自然落下によって第２ホッパー２１ｂに供給される。
次いで、所望の量の粉末が第２ホッパー２１ｂに供給された時点で、第１バルブ２３ａにより前記第１ホッパー２１ａの粉末排出経路を閉状態にし、前記第１真空ポンプ２２ａを継続して駆動させることによって、第１ホッパー２１ａから第２ホッパー２１ｂに供給された粉末中の気体を第２ホッパー２１ｂの外部空間に排出させ粉末を減圧状態にさせる。
そして、前記第２バルブ２３ｂにより前記第２ホッパー２１ｂの粉末排出経路を開状態にすることで、第２ホッパー２１ｂ内の粉末を自然落下によって第３ホッパー２１ｃに供給させる。
次いで、所望の量の粉末が第３ホッパー２１ｃに供給された時点で、第２バルブ２３ｂにより前記第２ホッパー２１ｂの粉末排出経路を閉状態にし、前記第２真空ポンプ２２ｂを継続して駆動させることによって、第２ホッパー２１ｂから第３ホッパー２１ｃに供給された粉末中の気体を第３ホッパー２１ｃの外部空間に排出させることで、粉末をさらに減圧させる。
そして、前記第３バルブ２３ｃにより前記第３ホッパー２１ｃの粉末排出経路を開状態にすることで、第３ホッパー２１ｃ内の減圧状態（例えば、１０Ｐａ以下）となった粉末を自然落下によって圧縮機２４に供給させる。
次いで、所望の量の粉末が圧縮機２４に供給された時点で、第３バルブ２３ｃにより前記第３ホッパー２１ｃの粉末排出経路を閉状態にし、粉末を圧縮機２４で圧縮する。
その後、供給ノズル２４ａを通じて圧縮機２４から圧縮された粉末を包装袋３に収容させることになるが、前記質量計１２ｂによって観測される包装袋３の質量増加、即ち、粉末の収容量が所望の値に到達した時点で供給ノズル２４ａから包装袋３への粉末の供給を停止させ、それ以上粉末が包装袋３内に収容させないようにする。
そして、昇降機構によって包装袋３を降下させ、シール室１３との間の仕切材１５を開けて粉末を収容した包装袋３’を充填室１２からシール室１３に移動させる。
【００３１】
なお、この時点で、入庫室１１に新たな包装袋３が減圧状態で待機されているようであれば、粉末を収容した包装袋３’のシール室１３への移動に併せて、入庫室１１との間の仕切材１４を開けて入庫室１１から充填室１２に新たな包装袋３を導入させるようにしてもよい。
この新たな包装袋３を昇降機構によって上昇させ、供給ノズル２４ａを上部開口から侵入させて粉末を所定量収容させる工程については、先の説明と同様に実施することができる。
【００３２】
一方で、粉末を収容した包装袋３’を充填室１２からシール室１３まで移動させる際に、前記治具１６により前記包装袋３’を振動させながら移動させる。これにより、圧縮によって粉末が凝集されて形成された凝集塊を振動により解砕して、前記包装袋３’内の粉末をならすことができ、包装袋３’内で粉末の偏りを生じ難くすることができる。
【００３３】
シール室１３に移動させた包装袋３’は、上部開口をヒートシーラ１３ａでヒートシールして収容させた粉末を密封させ真空断熱材とすることができる。
なお、要すれば、充填室１２との間の仕切材１５を閉じてシール室１３の減圧状態を解除し、隣の充填室１２で包装袋３への粉末の収容を実施しつつ出来上がった真空断熱材をチャンバー１から取り出すこともできる。
【００３４】
ところで、真空断熱材は、大気圧下におかれた時点で包装袋３が大気圧に相当する圧力で内部に収容された粉末に押し付けられる事になる。
従って、粉末の収容状態に偏りがあると包装袋３表面に前記偏りによる凹凸が形成されやすい事になるが、本実施形態においては、粉末にフュームドシリカ粉末が用いられているために、得られる真空断熱材の包装袋３内部における流動性に優れた状態にすることが出来、凹凸が形成され難いものとすることが出来る。これは、フュームドシリカ自体の圧縮復元力により、フュームドシリカが、一度真空中で圧縮されたとしても、圧縮前の流動性が良い状態に保たれやすいからである。
すなわち、大気圧におかれる前に粉末の収容状態に偏りが生じていたとしても、大気圧下におかれて包装袋３による圧力が加えられた時点で粉末が平坦にならされて、真空断熱材表面に凹凸が形成される事を抑制させ得る。
【００３５】
なお、シール室１３におけるヒートシールにおいて、例えば、シール箇所に粉末が付着していたりするとシール性が損なわれ、良好にヒートシールされたものに比べて真空断熱材中に空気を侵入させやすくなる。
この点において、本実施形態に示した真空断熱材製造装置では、上部開口させた包装袋に上方から粉末を収容させるため、包装袋を横向きに寝かせ、側方から供給ノズル２４ａを差し入れるような態様で粉末を収容させる場合に比べて包装袋の開口付近に粉末が付着し難く良好なるシール性を得られ易い。
【００３６】
また、上部開口させた包装袋に上方から粉末を収容させる場合であっても収容時に粉末を舞い上がらせてしまうと包装袋の開口付近に粉末を付着させるおそれを有するが、本実施形態に係る真空断熱材の製造方法は、例示したように圧縮機２４で粉末を圧縮させ、この圧縮された粉末を前記供給ノズル２４ａから圧縮させた状態で排出させることから、粉末の舞い上がりが抑制されるという利点がある。
このような点において、本実施形態に示した真空断熱材の製造方法は、短時間に断熱性能が低下してしまうような不良品の発生を抑制することができ、真空断熱材の歩留り向上に有効な方法であるといえる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、包装袋３に導入された粉末の量を前記質量計１２ｂで測定しているが、本実施形態に例示の方法に代えて、圧縮機２４で圧縮された粉末を一旦計量用容器で計量し（マス計量）、この計量された粉末を包装袋３に導入してもよい。計量されて包装袋３に導入される粉末は減圧されたものであるので、包装袋３に導入される際に飛散し難く、ほぼ計量どおりの量の粉末を導入することができる。
また、一の包装袋３に導入するのに必要な量に小分けした粉末を前記ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃを通じて減圧しつつチャンバー１まで搬送して（パケット式供給）、包装袋３に供給してもよい。
さらに、本実施形態においては、真空断熱材製造装置が、包装袋３に導入する圧縮機２４を備えているが、本発明においては、真空断熱材製造装置が、該圧縮機２４を備えない態様であってもよく、この場合には、前記第３バルブ２３ｃがロータリーバルブであり、該ロータリーバルブがローターと該ローターを収容するケースとを備え、該ケース内が減圧されるように構成され、真空断熱材製造装置が、ケース内を減圧しつつ、ローターを回転することで減圧された粉末を充填室に供給しうるように構成されていることが好ましい。
なお、前記ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの代わりに、小分けした粉末をスクリューやピストンを用いて搬送してもよい。スクリューやピストンを用いるほうが、ホッパーを用いる場合に比べて、搬送機構２自体を小型化しやすいという利点がある。
【００３８】
さらには、本実施形態においては、真空断熱材を効率よく製造し得る点において、個別に減圧することができる３室（入庫室、充填室、及び、シール室）に内部が区分けされたチャンバーを利用する態様を例示しているが、本発明の真空断熱材の製造方法は、このような態様に限定されるものでもない。
【実施例】
【００３９】
次に真空断熱材の製造の実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
まず、図１に例示のものと同様に構成されている真空断熱材製造装置を用い、粉末としての疎水性フュームドシリカ粒子(商品名「Ａｅｒｏｓｉｌ Ｒ９７２」、日本アエロジル社製、平均粒径１６ｎｍ、水分量０．２１質量％)をすばやく第１ホッパーへ投入し、第１ホッパーの上部を蓋で塞いだ後で、搬送機構の真空ポンプを作動させ、次いで、チャンバーの真空ポンプを作動させた。
チャンバーの充填室が１００Ｐａの減圧状態に到達したとき、圧縮機内部の圧力は２０Ｐａとなった。
ガス非透過性材料で作られた包装袋(外幅２５０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、シール幅１０ｍｍ)を治具に固定して入庫室へ入れ、該入庫室を真空引きして圧力が１００Ｐａとなるまで減圧した。
なお、このときのガス非透過性材料としては、表面保護層が４０μｍのポリアミド樹脂フィルム、ガスバリア層が６μｍのアルミニウム箔、ヒートシール層が５０μｍのポリエチレン樹脂フィルムからなるラミネートフィルム(昭和電工パッケージング製)を使用した。
入庫室と充填室との圧力を略同じにさせた後、仕切材を開けて、包装袋を固定させた治具を入庫室から充填室に移動させ、当該充填室において下向きに開口している供給ノズルの真下で停止させ、昇降機構によって包装袋を治具ごと上昇させた。
次に、第２、第３ホッパー内で粉末を減圧状態にし、圧縮機で圧縮させた後、圧縮された粉末を包装袋内へ充填し、所定量の粉末を包装袋に収容させた後、粉末を収容させた包装袋を昇降機構によって下降させた。
予め充填室と同じ圧力に調整させたシール室へ粉末を収容させた包装袋を移動させるべく充填室とシール室との間の仕切材を開け、前記包装袋を治具ごとシール室へ移動させヒートシーラによって前記包装袋の開口部をヒートシールし、且つ、充填室との間の仕切材を閉じた後、該シール室を大気開放し、中袋等を用いていない真空断熱体を製造した。得られた真空断熱材を確認すると、表面が平坦なものであった。
また、同様の操作を繰り返し、真空断熱体を連続的に製造することができた。
この間の作業は簡便であり、また、製造された真空断熱材は断熱性能に優れ、且つ、時間が経過しても実質的な断熱性能の低下が見られない優れたものであった。
【００４１】
（実施例２）
粉末として、フュームドシリカ（商品名「Ａｅｒｏｓｉｌ ＲＸ−３００−５」、日本アエロジル社製、平均粒径７ｎｍ、水分量０．３３質量％）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして真空断熱材を作製した。得られた真空断熱材を確認すると、表面が平坦なものであった。
また、同様の操作を繰り返し、真空断熱体を連続的に製造することができた。
この間の作業は簡便であり、また、製造された真空断熱材は断熱性能に優れ、且つ、時間が経過しても実質的な断熱性能の低下が見られない優れたものであった。
【００４２】
（比較例１）
粉末として、多孔質球状シリカ（商品名「ゴッドボール Ｂ−２５Ｃ」、鈴木油脂社製、平均粒子径５μｍ、水分量４．７８質量％）を１５０℃に加熱したもの（水分量０．２３質量％）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして真空断熱材を作製した。
得られた真空断熱材は、表面が凸凹し平坦度が十分高いものではなかった。
【符号の説明】
【００４３】
１：チャンバー、２：搬送機構、３：包装材（包装袋）３’：包装材（包装袋）、１１：入庫室、１２：充填室、１２ａ：保持具、１２ｂ：質量計、１３：シール室、１３ａ：ヒートシーラ、１４：仕切材、１５：仕切材、１６：治具、１６ａ：成形板、１７：扉、１８：扉、１９：真空ポンプ、２１ａ：第１ホッパー、２１ｂ：第２ホッパー、２１ｃ：第３ホッパー、２２ａ：第１真空ポンプ、２２ｂ：第２真空ポンプ、２３ａ：第１バルブ、２３ｂ：第２バルブ、２３ｃ：第３バルブ、２４：圧縮機、２４ａ：供給ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス非透過性の包装材中に減圧状態で粉末が密封されている真空断熱材を製造するための真空断熱材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、家庭用電化製品についても省エネルギー化は緊急の課題となっている。
特に、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機等の保温保冷用機器では熱を効率的に利用するという観点や、建築物では内部の温度を所定温度に保つという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められており、従来の発泡ポリスチレンボードやガラスファイバーなどの断熱材に代えて、ガス非透過性の包装材を外装材とし、該包装材の内部に芯材を封入してある程度の空間を設けさせ且つ内部を減圧（真空）状態にさせた真空断熱材の利用が検討されている。
【０００３】
このような真空断熱材は、その芯材として、繊維系、粉末系、発泡樹脂系などの種々のものが検討されているが、繊維系や発泡樹脂系の芯材を用いると芯材を通じての熱伝導が生じ易いことから芯材としては粉末を利用することが断熱性を向上させる上においては有利である。
一方で、粉末は、繊維や発泡樹脂に比べて飛散しやすいために取り扱い難く、粉末を芯材に用いて真空断熱材を製造するのに際しては、繊維系、発泡樹脂系の芯材を用いる場合に比べて慎重な作業が要求されるおそれを有する。
【０００４】
このようなことから、粉末の通過を抑制しつつ気体を通過させ得る通気性のシートなどで中袋を形成させ、該中袋に粉末を封入して芯材とし、該粉末が封入された中袋を包装材に収容させた後で該包装材の内部を減圧状態にさせることが検討されている。
しかし、該粉末が封入された中袋を包装材に収容させた後で該包装材の内部を減圧させて中袋内の気体を中袋外に排出する際に、中袋の中側から外側に排出される気体の流れによって粉末が中袋内で流動し偏在してしまい、その結果、得られる真空断熱材は、表面の平坦度が低いものとなるおそれがある。真空断熱材は、例えば、住宅建材として用いられて他の住宅建材と接着剤を介して接着されるが、表面の平坦度が低い真空断熱材を用いた場合には、該真空断熱材と他の住宅建材との接触面積が小さいものとなり、接着剤による接着力が弱いものとなるおそれがある。
【０００５】
このようなことから、上記のようにチャンバー内で真空断熱材を作製した後、チャンバー内を大気圧に戻す前に、チャンバー内で該真空断熱材を、表面が平らな２つの押圧部材で挟み押圧して、該真空断熱材の表面の平坦度を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
しかし、前記押圧部材による押圧だけでは、中袋内で偏った粉末を中袋内に均等にならすことが難しく、真空断熱材の表面の平坦度を十分に高めることができないという問題がある。
【０００６】
また、中袋を用いずに真空断熱材の芯材となる粉末を予め減圧状態にした後で包装材に収容させて密封することも提案されている（例えば、特許文献２）。下記特許文献２に記載の真空断熱材の製造方法は、具体的には、減圧状態に保たれたチャンバー内に包装材を収容させ、該チャンバーに粉末を搬送するための搬送機構として複数段のホッパーを採用し、該ホッパーを通じてチャンバーに粉末を搬送する間に粉末を減圧状態にさせ、該粉末を前記包装材に収容させて密封する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−６８５９２号公報
【特許文献２】特公平７−９８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、中袋を用いない態様に於いても、表面の平坦度が十分に高い真空断熱材が得られない場合がある。
【０００９】
本発明は上記のような問題点を解決することを課題としており、表面の平坦度が高く且つ断熱性に優れた真空断熱材を製造し得る真空断熱材の製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らが鋭意研究したところ、芯材にフュームドシリカ粉末を用いることにより、得られる真空断熱材が、表面の平坦度が高いものとなることを見出し、本発明の完成を想到するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る真空断熱材の製造方法は、真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバーと、該チャンバーに前記粉末を搬送する搬送機構とを有する真空断熱材製造装置を用い、減圧状態にされた前記チャンバー内に前記搬送中に減圧状態にさせた前記粉末を導入させ該チャンバー内において前記粉末を前記包装材に収容させて密封する真空断熱材の製造方法であって、前記粉末として、フュームドシリカ粉末を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、芯材に粉末を用いることから、得られる真空断熱材が断熱性に優れたものとなる。また、該粉末としてフュームドシリカ粉末を用いることから、得られる真空断熱材が、表面の平坦度が高いものとなる。この真空断熱材は、例えば、住宅建材として用いられて他の住宅建材と接着剤を介して接着された場合には、表面の平坦度が高いことから、該真空断熱材と他の住宅建材との接触面積が大きいものとなり、表面の平坦度が低い場合に比べて接着剤による接着力が強いものとなる。
すなわち、本発明によれば、表面の平坦度が高く且つ断熱性に優れた真空断熱材を製造し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】真空断熱材の製造に利用する真空断熱材製造装置の一例を示した装置構成図（（ａ）：概略全体図、（ｂ）：チャンバー拡大断面図）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
本実施形態に係る製造方法によって製造される真空断熱材は、外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させて密封させたもので、内部を減圧（真空）状態にさせたものである。
【００１５】
本実施形態における真空断熱材の製造方法において用いられるガス非透過性の前記包装材は、所定量の粉末を収容可能な内容積を有しており、ガスバリア性に優れ、しかも、ヒートシールによる接着が可能な２枚のラミネートシートによって袋状に形成されたものであり、該袋状の包装材（以下「包装袋」ともいう）は、２枚の矩形状のラミネートシートが３方シールされて前記矩形の１辺に相当する部分を開口させたものである。
【００１６】
前記ラミネートシートとしては、前記芯材（粉末）の密封状態（真空状態）を長期にわたって保持させ得るように、少なくとも表面側から順に、表面保護層、ガスバリア層を有し、最も内側（芯材側）に熱融着層を有するものを採用することが好ましい。
例えば、前記ガスバリア層としては、アルミニウムなどの金属の圧延箔や蒸着膜で形成されたものが挙げられ、通常、ラミネートシートには、１μｍ〜１００μｍの厚みで備えさせることができる。
このガスバリア層を蒸着膜で形成させる場合には、表面保護層を形成する部材又は熱融着層を形成する部材のいずれに対して蒸着を行ってもよい。
なお、気体分子は、ポリマー内に拡散することができ、ポリマーのみによって形成されたフィルムでは十分なガスバリア性の確保が困難であるが、この金属によって形成されたガスバリア層を有するラミネートシートを採用することで、シート厚み方向に気体分子が通過することが防止され、包装袋内部の真空度が低下することが抑制される。
【００１７】
また、表面保護層は、その一つの目的として、前記ガスバリア層を腐食や傷付きなどから保護する機能をラミネートシートに付与すべく設けられたものであり、通常、５μｍ〜２００μｍの厚みとなるように形成され、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルムの延伸加工品などによって形成され得る。
さらに、表面保護層は、単層に限定されず、上記延伸加工がされたフィルムの外側にポリアミドフィルムなどを設けることでラミネートシートの耐折り曲げ性などの機械的特性の向上を図ることができる。
【００１８】
前記熱融着層は、包装袋に減圧状態の粉末を収容させた後に、ヒートシールによるラミネートシートどうしの接着を行って、前記粉末を減圧状態で密封させ得るように設けられたものであり、例えば、低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムなどによって形成させ得る。
この熱融着層は、その厚みが薄過ぎる場合には、シール不良を発生させるおそれがある一方で、熱融着層の厚みが厚過ぎる場合には、シール部において、ガスバリア層の間に外袋の内外にわたる厚いポリマー層が当該熱融着層によって形成され易くなり、このポリマー層を通じての気体分子の流入が生じやすくなる。
すなわち、熱融着層の厚みが厚過ぎる場合には、真空断熱材製造後に、その内部の真空度の低下を早めてしまうおそれを有する。
このような観点から熱融着層の厚みは、２０μｍ〜１００μｍとされることが好ましい。
【００１９】
前記真空断熱材の芯材に用いる粉末としては、フュームドシリカ粉末を用いる。フュームドシリカは、火炎加水分解法により製造される非晶質シリカであり、煙霧シリカともよばれる。フュームドシリカは、例えば、四塩化ケイ素を酸水素炎中で高温加水分解させることで、液相を経ることなく製造することができる。フュームドシリカは、透過型電子顕微鏡で測定した任意の１００粒の平均１次粒径が５〜１００ｎｍ程度である。
前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いることが好ましい。通常、粉末には水分が含有されているので、粉末を収容した包装材内を減圧させる際に、粉末に含まれる水分が粉末から揮発する分、所望の圧力までに減圧するのに時間がかかるおそれがあり、また、粉末に含まれていた水分が粉末から水蒸気として揮発して包装材内から包装材外に排出されるときに、この水蒸気の流れによって粉末が包装材内で偏在してしまい、その結果、得られる真空断熱材は、表面の平坦度が低いものとなるおそれもある。しかし、前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いれば、フュームドシリカ粉末は減圧下で前記搬送機構で搬送されることで、前記チャンバーに導入されるフュームドシリカ粉末の水分量が減少されることから、前記チャンバーに導入されるフュームドシリカ粉末の水分量は１質量％未満となり、上記水蒸気による弊害を抑制することができる。即ち、前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いることにより、表面の平坦度が高い真空断熱材を短時間で作製することができるという利点がある。
なお、粉末の水分量は、ＪＩＳ Ｋ００６８：２００１（化学製品の水分測定方法）記載の方法に準じて測定する。具体的には、秤量した粉末試料２０〜１００ｍｇを水分測定用容器に収容し、（株）三菱化学アナリテック社製のカールフィッシャー水分測定装置ＣＡ−２００及び水分気化装置ＶＡ−２３６Ｓに前記容器をセットして水分量を測定する。なお、測定時の陽極液、陰極液にはそれぞれ（株）エーピーアイ コーポレーション製アクアミクロンＡＸ、アクアミクロンＣＸＵを使用し、測定温度は２００℃、キャリアガスはＮ2 を使用し、流量は２５０ｍｌ／ｍｉｎにして水分量の測定を行う。試料の試験回数は３回で、水分測定用容器に含まれる水分も含めた各試料の水分量から、同時に測定したブランク容器としての水分測定用容器の水分量（試験回数２回の算術平均値）を減算し、その値を粉末試料中に含まれる水分量とする。最終結果としては３回の試料中水分量（質量％）を算術平均する。また、乾燥後の粉末試料の水分量の測定は、所定の温度のオーブンで粉末試料を３時間加熱した後、オーブン内の空気をＮ2で置換し、室温までオーブン内で冷却した後、すばやく粉末試料自体の質量を計量し、上記の方法で水分量を測定する。
また、得られる真空断熱材に含まれる粉末は、密度が１００〜２５０ｋｇ／ｍ3 であることが好ましい。本実施形態の真空断熱材の製造方法は、該粉末の密度が２５０ｋｇ／ｍ3 以下であることにより、単位体積あたりの熱伝導率が小さくなり、得られる真空断熱材の断熱性が優れるという利点があり、また、得られる真空断熱材を住宅建材等として用いる場合には、軽量性に優れるという利点もある。また、本実施形態の真空断熱材の製造方法は、該粉末の密度が１００ｋｇ／ｍ3 以上であることにより、得られる真空断熱材の放射伝熱が抑制され熱伝導率が小さくなるので、得られる真空断熱材の断熱性が優れるという利点がある。
【００２０】
なお、前記粉末には、空隙の形成以外にも、ガス非透過性材料で作られた包装袋などから発生されるアウトガスなどの吸着に有効な成分を含有させることができ、水分吸着剤やガス吸着剤として、合成ゼオライト、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、ドーソナイト、ハイドロタルサイトなどの物理吸着剤粒子、および、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物および水酸化物などの化学吸着剤粒子を含有させることができる。
【００２１】
次いで、図１を参照しつつ本発明の真空断熱材の製造方法を実施するにあたって用いるのに好適な真空断熱材製造装置の一例を説明する。
図１は真空断熱材製造装置の装置構成を示す図であり、（ａ）は概略全体図であり、（ｂ）は、チャンバー１の内部構造を示す図である。
図１に示しているように本実施形態において用いられる真空断熱材製造装置は、真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバー１と、該チャンバー１に前記粉末を搬送する搬送機構２とを有している。
【００２２】
前記チャンバー１は、その内部に袋状の包装材３（包装袋３）を収容しており、しかも、この包装袋３を減圧条件下収容させ得るように構成され、該減圧条件下において予め減圧状態にさせた粉末を前記包装袋３に収容させて密封させるべく形成されている。
【００２３】
より具体的には、本実施形態における前記チャンバー１は、該チャンバー１内にガス非透過性材料からなる包装袋３を外部から導入させるための入庫室１１と、前記包装袋３に減圧状態で前記粉末を収容させるための充填室１２と、該充填室１２で粉末が収容された包装袋３’を密封するためのシール室１３とが横並びに設けられており、前記入庫室１１と前記充填室１２との間が開閉可能な仕切材１４で仕切られているとともに前記充填室１２と前記シール室１３との間も開閉可能な仕切材１５で仕切られている。
即ち、前記チャンバー１は、前記仕切材１４，１５を開けることによって前記入庫室１１から前記シール室１３までの間を包装袋３が往来可能な状態になり、且つ、前記仕切材１４，１５を閉じることによって各室を個別に減圧可能な状態になるように形成されている。
また、前記チャンバー１は、前記入庫室１１に包装袋３を収容させるための扉１７と、前記シール室１３から真空断熱材を取り出すための扉１８とを有している。
【００２４】
本実施形態においては、前記の通りヒートシール可能なガス非透過性の矩形状のフィルムが２枚貼り合せられて前記矩形の１辺に相当する部分を開口させた袋体が前記包装袋３として用いられており、前記充填室１２には、該包装袋３を上方に向けて大きく開口させた状態で保持するための保持具１２ａと、前記包装袋３が載置され該包装袋３に粉末を収容させる際にその収容量を計量するための質量計１２ｂと、該質量計１２ｂごと前記包装袋３を充填室内で上下に移動させることができる昇降機構（図示せず）とが備えられている。
【００２５】
また、前記シール室１３には、所定量の粉末を収容させた包装袋３の開口をヒートシールして当該包装袋３を密封するためのヒートシーラ１３ａが備えられている。
【００２６】
なお、前記チャンバー１は、前記入庫室１１から前記シール室１３までの間を包装袋３が治具１６に固定された状態で当該治具１６ごと移動するように構成されており、該治具１６には、真空断熱材を全体的に均一な厚みに仕上げるための２枚の成形板１６ａが備えられている。
該成形板１６ａは、治具１６に包装袋３を固定した際に、該包装袋３を前後から挟む形となるように備えられており、しかも、互いの距離を調整し得るようにして備えられている。
即ち、例えば、包装袋左右両端のそれぞれ一箇所を把持しただけで粉末を収容させたりすると、粉末の重みで包装袋の底部が大きく膨らんでしまい、底部に比べて上部の厚みが薄い真空断熱材が形成されることになる。
一方で、本実施形態のごとくチャンバー１内を前記治具１６に固定して包装袋３を移動させるようにした際には、粉末の収容時に成形板１６ａによって包装袋３の膨らみが規制されることから全体的に均一な厚みを有する真空断熱材を得られ易くなる。
【００２７】
また、前記治具１６は、粉末が収容された包装袋３’を前記充填室１２から前記シール室１３まで移動する際に、前記包装袋３’を振動させながら移動するように構成されている。粉末は、通常、凝集してかたまりとなり易く、その結果、包装袋３’内で粉末のかたまりどうしの間に隙間が生じて包装袋３’内で粉末の偏りが生じ得るが、前記治具１６は、包装袋３’内の粉末を振動させるように構成されていることにより、前記包装袋３’内の粉末をならすことができ、包装袋３’内で粉末の偏りを生じ難くすることができるという利点がある。
【００２８】
このチャンバー１に粉末を搬送するための前記搬送機構２は、３台の第１、第２及び第３ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、並びに、粉末を圧縮する圧縮機２４を備え、３台の該ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、及び圧縮機２４が上流側から順に直列に接続されている。
前記第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃには、第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃ内の空間の気体を真空引きして減圧状態にさせる第１及び第２真空ポンプ２２ａ、２２ｂがそれぞれ備えられている。該真空ポンプ２２ａ、２２ｂとしては、メカニカルブースターポンプ、油回転ポンプ、水封ポンプなどを採用することができる。
前記圧縮機２４は、粉末を圧縮して前記包装袋３に粉末を供給させやすくするためのもので、具体的には、粉末が流通され且つ内部空間が円柱状となる管体と、該管体内に設けられ、且つ、該内部空間の中心に沿って延びる回転軸周りに回転可能で、且つ、前記回転軸周りに螺旋状に配されたフライトを有するスクリューとで構成させることができる。また、前記圧縮機２４は、前記管体と、単に後押しさせて粉末を圧縮させるピストンとで構成させることもできる。
該ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、及び圧縮機２４には、上部に粉末を取り入れるための粉末供給部がそれぞれ形成され、下部に粉末を排出させるための粉末排出経路がそれぞれ形成されている。
そして、第１ホッパー２１ａの粉末排出経路が第２ホッパー２１ｂの粉末供給部に接続され、第２ホッパー２１ｂの粉末排出経路が第３ホッパー２１ｃの粉末供給部に接続され、第３ホッパー２１ｃの粉末排出経路が圧縮機２４に接続されており、本実施形態においては、粉末を第１ホッパー２１ａ内を通過させた後で、連続して第２ホッパー２１ｂ内を通過させ、さらに連続して第３ホッパー２１ｃ内を通過させ、そして、圧縮機２４で圧縮し得るように前記搬送機構２が構成されている。
前記搬送機構２は、前記第１、第２、及び、第３ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの粉末供給部に、第１、第２、及び、第３バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃをそれぞれ備え、該バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃによりそれぞれの粉末排出経路が開閉されるように構成されている。該バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとしては、例えば、ロータリーバルブなどが挙げられる。
前記圧縮機２４は、下部に設けられた粉末排出経路を前記チャンバー１の充填室１２に上方から突入させており、該粉末排出経路に取り付けられた供給ノズル２４ａを通じて前記包装袋３内に粉末を吐出させ得るように配置されている。
【００２９】
次いで、このような真空断熱材製造装置を用いた真空断熱材の製造方法について説明する。
まず、前記チャンバー１側では、前記包装袋３を治具１６に固定したものを用意し、入庫室１１と充填室１２との間を仕切材１４で閉じるとともに前記充填室１２とシール室１３との間も仕切材１５で閉じた状態にし、充填室１２とシール室１３との減圧を真空ポンプ１９を用いて開始させる。
一方で入庫室１１の扉１７を開けて、治具１６に固定した包装袋３を入庫室１１に収容させ、この入庫室１１の扉１７を閉じて入庫室１１の減圧を開始させる。
なお、治具１６と包装袋３とは、１組のみならず複数組入庫室１１に収容させても良い。
その後、少なくとも、入庫室１１と充填室１２とが所望の真空度に到達した時点で仕切材１４を開けて治具１６に固定したままの状態で包装袋３を入庫室１１から充填室１２に移動させ、質量計１２ｂの上に載せ、前記昇降機構によって治具１６を載置した質量計１２ｂを上方に移動させ、圧縮機２４の下部に取り付けられた供給ノズル２４ａの先端が包装袋３の上部開口から侵入した時点で昇降機構による移動を停止させる。
【００３０】
これとともに、前記搬送機構２側では、前記バルブ２３ａ、２３ｂ、２３ｃにより前記ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの粉末排出経路を閉状態とし、そして、前記第１ホッパー２１ａに芯材として使用する粉末を収容させる。
次いで、第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃそれぞれに備えられた第１及び第２真空ポンプ２２ａ、２２ｂを運転させ、第２及び第３ホッパー２１ｂ、２１ｃの内部を減圧状態にさせる。
そして、前記第１バルブ２３ａにより前記第１ホッパー２１ａの粉末排出経路を開状態にすることで、第１ホッパー２１ａ内の粉末が自然落下によって第２ホッパー２１ｂに供給される。
次いで、所望の量の粉末が第２ホッパー２１ｂに供給された時点で、第１バルブ２３ａにより前記第１ホッパー２１ａの粉末排出経路を閉状態にし、前記第１真空ポンプ２２ａを継続して駆動させることによって、第１ホッパー２１ａから第２ホッパー２１ｂに供給された粉末中の気体を第２ホッパー２１ｂの外部空間に排出させ粉末を減圧状態にさせる。
そして、前記第２バルブ２３ｂにより前記第２ホッパー２１ｂの粉末排出経路を開状態にすることで、第２ホッパー２１ｂ内の粉末を自然落下によって第３ホッパー２１ｃに供給させる。
次いで、所望の量の粉末が第３ホッパー２１ｃに供給された時点で、第２バルブ２３ｂにより前記第２ホッパー２１ｂの粉末排出経路を閉状態にし、前記第２真空ポンプ２２ｂを継続して駆動させることによって、第２ホッパー２１ｂから第３ホッパー２１ｃに供給された粉末中の気体を第３ホッパー２１ｃの外部空間に排出させることで、粉末をさらに減圧させる。
そして、前記第３バルブ２３ｃにより前記第３ホッパー２１ｃの粉末排出経路を開状態にすることで、第３ホッパー２１ｃ内の減圧状態（例えば、１０Ｐａ以下）となった粉末を自然落下によって圧縮機２４に供給させる。
次いで、所望の量の粉末が圧縮機２４に供給された時点で、第３バルブ２３ｃにより前記第３ホッパー２１ｃの粉末排出経路を閉状態にし、粉末を圧縮機２４で圧縮する。
その後、供給ノズル２４ａを通じて圧縮機２４から圧縮された粉末を包装袋３に収容させることになるが、前記質量計１２ｂによって観測される包装袋３の質量増加、即ち、粉末の収容量が所望の値に到達した時点で供給ノズル２４ａから包装袋３への粉末の供給を停止させ、それ以上粉末が包装袋３内に収容させないようにする。
そして、昇降機構によって包装袋３を降下させ、シール室１３との間の仕切材１５を開けて粉末を収容した包装袋３’を充填室１２からシール室１３に移動させる。
【００３１】
なお、この時点で、入庫室１１に新たな包装袋３が減圧状態で待機されているようであれば、粉末を収容した包装袋３’のシール室１３への移動に併せて、入庫室１１との間の仕切材１４を開けて入庫室１１から充填室１２に新たな包装袋３を導入させるようにしてもよい。
この新たな包装袋３を昇降機構によって上昇させ、供給ノズル２４ａを上部開口から侵入させて粉末を所定量収容させる工程については、先の説明と同様に実施することができる。
【００３２】
一方で、粉末を収容した包装袋３’を充填室１２からシール室１３まで移動させる際に、前記治具１６により前記包装袋３’を振動させながら移動させる。これにより、圧縮によって粉末が凝集されて形成された凝集塊を振動により解砕して、前記包装袋３’内の粉末をならすことができ、包装袋３’内で粉末の偏りを生じ難くすることができる。
【００３３】
シール室１３に移動させた包装袋３’は、上部開口をヒートシーラ１３ａでヒートシールして収容させた粉末を密封させ真空断熱材とすることができる。
なお、要すれば、充填室１２との間の仕切材１５を閉じてシール室１３の減圧状態を解除し、隣の充填室１２で包装袋３への粉末の収容を実施しつつ出来上がった真空断熱材をチャンバー１から取り出すこともできる。
【００３４】
ところで、真空断熱材は、大気圧下におかれた時点で包装袋３が大気圧に相当する圧力で内部に収容された粉末に押し付けられる事になる。
従って、粉末の収容状態に偏りがあると包装袋３表面に前記偏りによる凹凸が形成されやすい事になるが、本実施形態においては、粉末にフュームドシリカ粉末が用いられているために、得られる真空断熱材の包装袋３内部における流動性に優れた状態にすることが出来、凹凸が形成され難いものとすることが出来る。これは、フュームドシリカ自体の圧縮復元力により、フュームドシリカが、一度真空中で圧縮されたとしても、圧縮前の流動性が良い状態に保たれやすいからである。
すなわち、大気圧におかれる前に粉末の収容状態に偏りが生じていたとしても、大気圧下におかれて包装袋３による圧力が加えられた時点で粉末が平坦にならされて、真空断熱材表面に凹凸が形成される事を抑制させ得る。
【００３５】
なお、シール室１３におけるヒートシールにおいて、例えば、シール箇所に粉末が付着していたりするとシール性が損なわれ、良好にヒートシールされたものに比べて真空断熱材中に空気を侵入させやすくなる。
この点において、本実施形態に示した真空断熱材製造装置では、上部開口させた包装袋に上方から粉末を収容させるため、包装袋を横向きに寝かせ、側方から供給ノズル２４ａを差し入れるような態様で粉末を収容させる場合に比べて包装袋の開口付近に粉末が付着し難く良好なるシール性を得られ易い。
【００３６】
また、上部開口させた包装袋に上方から粉末を収容させる場合であっても収容時に粉末を舞い上がらせてしまうと包装袋の開口付近に粉末を付着させるおそれを有するが、本実施形態に係る真空断熱材の製造方法は、例示したように圧縮機２４で粉末を圧縮させ、この圧縮された粉末を前記供給ノズル２４ａから圧縮させた状態で排出させることから、粉末の舞い上がりが抑制されるという利点がある。
このような点において、本実施形態に示した真空断熱材の製造方法は、短時間に断熱性能が低下してしまうような不良品の発生を抑制することができ、真空断熱材の歩留り向上に有効な方法であるといえる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、包装袋３に導入された粉末の量を前記質量計１２ｂで測定しているが、本実施形態に例示の方法に代えて、圧縮機２４で圧縮された粉末を一旦計量用容器で計量し（マス計量）、この計量された粉末を包装袋３に導入してもよい。計量されて包装袋３に導入される粉末は減圧されたものであるので、包装袋３に導入される際に飛散し難く、ほぼ計量どおりの量の粉末を導入することができる。
また、一の包装袋３に導入するのに必要な量に小分けした粉末を前記ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃを通じて減圧しつつチャンバー１まで搬送して（パケット式供給）、包装袋３に供給してもよい。
さらに、本実施形態においては、真空断熱材製造装置が、包装袋３に導入する圧縮機２４を備えているが、本発明においては、真空断熱材製造装置が、該圧縮機２４を備えない態様であってもよく、この場合には、前記第３バルブ２３ｃがロータリーバルブであり、該ロータリーバルブがローターと該ローターを収容するケースとを備え、該ケース内が減圧されるように構成され、真空断熱材製造装置が、ケース内を減圧しつつ、ローターを回転することで減圧された粉末を充填室に供給しうるように構成されていることが好ましい。
なお、前記ホッパー２１ａ、２１ｂ、２１ｃの代わりに、小分けした粉末をスクリューやピストンを用いて搬送してもよい。スクリューやピストンを用いるほうが、ホッパーを用いる場合に比べて、搬送機構２自体を小型化しやすいという利点がある。
【００３８】
さらには、本実施形態においては、真空断熱材を効率よく製造し得る点において、個別に減圧することができる３室（入庫室、充填室、及び、シール室）に内部が区分けされたチャンバーを利用する態様を例示しているが、本発明の真空断熱材の製造方法は、このような態様に限定されるものでもない。
【実施例】
【００３９】
次に真空断熱材の製造の実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
まず、図１に例示のものと同様に構成されている真空断熱材製造装置を用い、粉末としての疎水性フュームドシリカ粒子(商品名「Ａｅｒｏｓｉｌ Ｒ９７２」、日本アエロジル社製、平均粒径１６ｎｍ、水分量０．２１質量％)をすばやく第１ホッパーへ投入し、第１ホッパーの上部を蓋で塞いだ後で、搬送機構の真空ポンプを作動させ、次いで、チャンバーの真空ポンプを作動させた。
チャンバーの充填室が１００Ｐａの減圧状態に到達したとき、圧縮機内部の圧力は２０Ｐａとなった。
ガス非透過性材料で作られた包装袋(外幅２５０ｍｍ、長さ３７０ｍｍ、シール幅１０ｍｍ)を治具に固定して入庫室へ入れ、該入庫室を真空引きして圧力が１００Ｐａとなるまで減圧した。
なお、このときのガス非透過性材料としては、表面保護層が４０μｍのポリアミド樹脂フィルム、ガスバリア層が６μｍのアルミニウム箔、ヒートシール層が５０μｍのポリエチレン樹脂フィルムからなるラミネートフィルム(昭和電工パッケージング製)を使用した。
入庫室と充填室との圧力を略同じにさせた後、仕切材を開けて、包装袋を固定させた治具を入庫室から充填室に移動させ、当該充填室において下向きに開口している供給ノズルの真下で停止させ、昇降機構によって包装袋を治具ごと上昇させた。
次に、第２、第３ホッパー内で粉末を減圧状態にし、圧縮機で圧縮させた後、圧縮された粉末を包装袋内へ充填し、所定量の粉末を包装袋に収容させた後、粉末を収容させた包装袋を昇降機構によって下降させた。
予め充填室と同じ圧力に調整させたシール室へ粉末を収容させた包装袋を移動させるべく充填室とシール室との間の仕切材を開け、前記包装袋を治具ごとシール室へ移動させヒートシーラによって前記包装袋の開口部をヒートシールし、且つ、充填室との間の仕切材を閉じた後、該シール室を大気開放し、中袋等を用いていない真空断熱体を製造した。得られた真空断熱材を確認すると、表面が平坦なものであった。
また、同様の操作を繰り返し、真空断熱体を連続的に製造することができた。
この間の作業は簡便であり、また、製造された真空断熱材は断熱性能に優れ、且つ、時間が経過しても実質的な断熱性能の低下が見られない優れたものであった。
【００４１】
（実施例２）
粉末として、フュームドシリカ（商品名「Ａｅｒｏｓｉｌ ＲＸ−３００−５」、日本アエロジル社製、平均粒径７ｎｍ、水分量０．３３質量％）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして真空断熱材を作製した。得られた真空断熱材を確認すると、表面が平坦なものであった。
また、同様の操作を繰り返し、真空断熱体を連続的に製造することができた。
この間の作業は簡便であり、また、製造された真空断熱材は断熱性能に優れ、且つ、時間が経過しても実質的な断熱性能の低下が見られない優れたものであった。
【００４２】
（比較例１）
粉末として、多孔質球状シリカ（商品名「ゴッドボール Ｂ−２５Ｃ」、鈴木油脂社製、平均粒子径５μｍ、水分量４．７８質量％）を１５０℃に加熱したもの（水分量０．２３質量％）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして真空断熱材を作製した。
得られた真空断熱材は、表面が凸凹し平坦度が十分高いものではなかった。
【符号の説明】
【００４３】
１：チャンバー、２：搬送機構、３：包装材（包装袋）３’：包装材（包装袋）、１１：入庫室、１２：充填室、１２ａ：保持具、１２ｂ：質量計、１３：シール室、１３ａ：ヒートシーラ、１４：仕切材、１５：仕切材、１６：治具、１６ａ：成形板、１７：扉、１８：扉、１９：真空ポンプ、２１ａ：第１ホッパー、２１ｂ：第２ホッパー、２１ｃ：第３ホッパー、２２ａ：第１真空ポンプ、２２ｂ：第２真空ポンプ、２３ａ：第１バルブ、２３ｂ：第２バルブ、２３ｃ：第３バルブ、２４：圧縮機、２４ａ：供給ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバーと、該チャンバーに前記粉末を搬送する搬送機構とを有する真空断熱材製造装置を用い、減圧状態にされた前記チャンバー内に前記搬送中に減圧状態にさせた前記粉末を導入させ該チャンバー内において前記粉末を前記包装材に収容させて密封する真空断熱材の製造方法であって、
前記粉末として、フュームドシリカ粉末を用いることを特徴とする真空断熱材の製造方法。
【請求項２】
前記チャンバー内における前記包装材への粉末の前記収容後に、粉末を収容させた前記包装材を振動させ、該振動後に前記密封を実施する請求項１記載の真空断熱材の製造方法。
【請求項３】
前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いる請求項１又は２記載の真空断熱材の製造方法。
【請求項１】
真空断熱材の外装材となるガス非透過性の包装材に芯材に用いる粉末を収容させるためのチャンバーと、該チャンバーに前記粉末を搬送する搬送機構とを有する真空断熱材製造装置を用い、減圧状態にされた前記チャンバー内に前記搬送中に減圧状態にさせた前記粉末を導入させ該チャンバー内において前記粉末を前記包装材に収容させて密封する真空断熱材の製造方法であって、
前記粉末として、フュームドシリカ粉末を用いることを特徴とする真空断熱材の製造方法。
【請求項２】
前記チャンバー内における前記包装材への粉末の前記収容後に、粉末を収容させた前記包装材を振動させ、該振動後に前記密封を実施する請求項１記載の真空断熱材の製造方法。
【請求項３】
前記搬送機構に導入するフュームドシリカ粉末として、水分量が１質量％未満であるフュームドシリカ粉末を用いる請求項１又は２記載の真空断熱材の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１０４４９１（Ｐ２０１３−１０４４９１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８８５２（Ｐ２０１１−２４８８５２）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「マルチセラミックス膜新断熱材料」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２４４０）積水化成品工業株式会社 (1,335)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「マルチセラミックス膜新断熱材料」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２４４０）積水化成品工業株式会社 (1,335)
【Ｆターム（参考）】
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