JPH0436555B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は居住者や商品に対して快適な温度を与
える居住用・商用建造物の断熱材に関する。この
断熱材は例えば外壁や屋階に施工するものであ
る。

［従来技術及びその問題点］ 建築の分野においては、よく知られているよう
に、３種類の断熱材のいずれかを使用している。
構造からみて、これら断熱材はカテゴリー上ルー
ズ・フイル（loose−fill）タイプ、硬質パネルタ
イプや、ロール状態で保管でき、また施工現場で
望む長さに切断できるように通常はブランケツト
材やバツト材の形で市販されている可とう性タイ
プに分けることができる。

最後に挙げた断熱バツト材は、住居用家屋や商
用建造物の壁や屋根の断熱に最もよく適用されて
いるものである。通常、断熱バツト材は表面に低
密度ガラス繊維層を接着したホイル材やクラフト
紙からなる。表面材は蒸気のバリヤ、輻射エネル
ギー反射材や建造物の構造部材に断熱材を取り付
けるために便利な手段になる。一般に“Ｒ値”と
して表される、材料の断熱特性の大半はガラス繊
維層が受け持つ。通常、Ｒ値は断熱材の深さ及
び／又はその密度に依存するものである。断熱材
が厚くなり、そして高密度化する程、断熱性が高
くなり、従つてＲ値が大きくなる。

これら３つの断熱方法を適用することによつ
て、建造物の全断熱性能を向上させる試みが数多
くあるが、欠点としては製品それ自体によるコス
トのかなりの増大、製品を使用するためにさらに
別な材料が必要であること、そして施工工程数が
増加するため建築費が高騰することなどがある。
断熱材の最も経済的な形態は断熱ブランケツト材
又はバツト材である。この材料の長所には取り扱
いの容易性、可とう性、耐火性、低コストがある
が、残念なことには、Ｒ値が低い。

本発明に近い関連を示す従来の断熱材は、複反
射性、低輻射率の断熱材である。この種の断熱材
は、過去その用途が温度の極めて高いか、あるい
は極めて低い（例えば、極低温物理学）分野にあ
り、極端な温度勾配により有効な断熱を与えるも
のである。さらに、この従来技術では、非常に多
くの、例を挙げると１インチ当たり100もの低輻
射率層を必要とする。更に、これら断熱システム
では、伝導・対流による伝熱を排除するために、
反射層間の間〓を排気する必要がある。また、各
反射層が相互接触し、“熱ブリツジ”を形成する
のを未然に防ぐために、各層間にしばしばスペー
サ材を挿入している。更にまた、これらシステム
では、輻射による伝熱防止を徹底するために、各
反射層間の排気間〓に輻射エネルギー吸収・反射
材を挿入している。この種の断熱システムは米国
特許第3124853号及び同第3151364号に開示されて
いる。しかし、当然ながら、これらシステムにお
ける各反射層間の排気という必要性は建造物にと
つて実際的ではない。

各反射層間に空隙を設けた多数の反射層を利用
した幾つかの製品が建造物に適用されている。と
ころが、これらシステムは輻射による伝熱を単に
遅延させるだけである。反射層間を空気分子が移
動することによつて、伝導・対流による伝熱は自
由に生じている。その小さいＲ−値が、特殊な建
設法と相まつて、これらシステムの建造物への広
範な適用を制限している。

さらに、フオームやガラス繊維などの低伝熱材
の両面に反射材を接着した単層からなる断熱製品
も利用されている。これら反射層は、隣接する空
隙と共に利用されるならば、断熱領域のＲ値を改
善するけれども、主に蒸気バリヤとして使用され
ている。

本発明の大きな特徴の一つは、その構成に一般
に利用されている建材を適用している点にある。
従来、一般のガラス繊維又はホイル材を使用する
多層化原理が建築用断熱材に適合することは全く
考えられていない。事実は、その逆である。即
ち、既に蒸気バリヤを含んでいる既存の断熱材に
断熱バツト材を追加適用した場合には、一般に
は、建材として使用する前に、追加バツト材の蒸
気バリヤを除去又は切り取る必要がある。

加えて、従来技術の教えるところによれば、多
層化ホイル断熱材を有効にするためには、各層間
に空隙を設け、そして空隙の性能を最適化するた
めには、空隙を排気する必要がある。

［発明の要約］ 十分には解明されていないが、反射性ホイルシ
ートで分離した、バツト材の幾つかの薄層を単に
積層した構成は、厚み及び密度が全く同じである
同じような材料に比べて、遥かに大きいＲ値を示
す。さらに、そして同様にまだ理解されていない
のだが、この層化法を単バツト材の断熱材に適用
すると、主に低密度断熱材の場合においてだが、
著しい改善を示す。重量比3lb.の領域により高い
密度で断熱材を使用しても、この層化構造は良化
しない。本発明は一体的なバツト断熱材にホイル
シート層とガラス繊維層を交互に多層化したもの
である。このため、添付のグラフその他の図から
十分に理解できるように、特に0.6〜1.5lb.の密度
範囲でガラス繊維断熱材と共に使用した場合に、
予期しない、驚くべき結果が得られる。以下、添
付図面について本発明の好適な実施態様を説明し
ていくことにする。

第１図は、本発明の多層構造を示す等角投影図
であり、 第２図は、断熱材の積層構造を示す、第１図断
面図であり、 第３図は、Ｒ値と、所定寸法の断熱空間内の低
輻射率層間の間〓距離との関係を示すグラフであ
り、 第４図は、所定寸法の断熱中空部内に異なる間
〓を使用して作図した、Ｒ値への効果を示すグラ
フであり、 第５図は、Ｘ軸がOwens Corning社製の、標
準的な3.5インチ壁断熱材の試験Ｒ値を示したグ
ラフであり（棒グラフは、本発明の試験サンプル
に使用した3lb.ガラス繊維及び1lb.ガラス繊維を
用いて計算したＲ値における改善と共に、本発明
の試験サンプルのＲ値における改善を示す）、 第６図は、適当なコスト／ft²と共に、試験サ
ンプルにおける周囲温度以上の温度上昇の低下率
を示すグラフであり、 第７図は、本発明の多層断熱材の試験結果と標
準バツト材のそれとを比較したチヤートであり、
そして 第８図は、共通シートに並列に設けた３つの別
なバツト材を利用した本発明の一つの実施態様を
示す正面図である。

［発明の好適な実施態様の説明］ 本発明によるひとつの発見は、複数の反射シー
トに隣接する空隙は、伝熱性の低い材料で置き換
えることができ、しかも輻射熱流れに対して優れ
た抵抗性を示すことである。また同時に伝導・対
流の抑制による熱流れを制限できるのも本システ
ムの利点である。

第１図に示した本発明の好適な実施態様は、居
住用家屋や商用建造物の間柱材間に通常挿入され
る、同一寸法の３インチ断熱バツト材から構成さ
れる。これら寸法には、鉄筋製の商用建造物にお
ける48インチという標準幅や住居用建造物におけ
る15.5インチという標準幅が含まれる。各断熱バ
ツト材は少なくとも３つの部分からなり、各部分
は少なくとも１面にアルミニウムホイルシート２
を設けたガラス繊維層１を含む。好適な実施態様
に用いるガラス繊維断熱材は密度がほぼ1.0lb.で
ある。各部分を接着し、後述する特別な積層法を
利用して、一体的な断熱バツト材を形成する。

本発明に使用する反射材料は、反射面の輻射率
比が0.2以下程度の金属ホイル、ホイル積層体、
金属蒸着プラスチツクフイルム、金属蒸着紙、金
属蒸着基体などの各種材料から選択すればよい。
金属としては、金、銀、錫、亜鉛、カドミウム、
マグネシウム、クロム、アンチモン、白金、銅、
パラジウム、ニツケル及びアルミニウムがある。
現在、これら金属はすべて真空蒸着及び鍍金に用
いられ、ホイルの形で得ることができる。しか
し、コスト／性能の面からみて、基体にホイルと
して形成でき、また真空蒸着できる好ましい金属
はアルミニウムである。なお、輻射率比が0.03〜
0.05の好ましい範囲にあるアルミニウムホイル又
は真空蒸着アルミニウムホイルは容易に得ること
ができる。以下の理由から、本発明で使用する反
射性金属には、積層前に酸化防止コーテイングを
適用しておくのが好ましい。

特に、ロツクウールやガラス繊維を始めとす
る、幾つかの種類や低伝熱材料は市販されてい
る。強度、耐伝熱性、耐損傷性、可とう性、耐火
性の理由から、そして各種幅、深さ及び密度をも
つものを容易に利用できるという理由から、本発
明に特に好適なものはガラス繊維ブランケツトで
ある。

本発明の主要目的の一つに、経済的な断熱材を
提供することがあるため、密度が3lb.のガラス繊
維は、密度が1lb.のそれに比較してＲ値がほぼ20
％優れているが、そのコストは一般に300％高い
ことを指摘しておくことは重要である。さらに、
実験によれば、密度が1lb.のガラス繊維を使用し
た本発明の断熱材は密度が3lb.のガラス繊維を使
用したものよりもＲ値が優れているだけでなく、
本発明に密度が3lb.のガラス繊維を使用してもＲ
値が殆ど大きくならないことが見いだされたが、
これは予期しなかつたことである（第６図）。従
つて、本発明はコストの最も低い材料を使用し
て、最適に実施できるので、コストを低く抑えな
がら、密度が3lb.のガラス繊維を使用した場合よ
りも優れたＲ値を得ることができる。実験結果か
ら、本発明に最適なガラス繊維密度は0.6lb.〜
1.5lb.の範囲にあることが判つた。低輻射率シー
ト間の間〓は極めて重要である。ここで言う“間
〓”とは、ガラス繊維の深さ、従つて断熱材施工
後に反射シートに隣接する間〓量を意味する。こ
の間〓は保管時と施工時とでは異なる。というの
は、施工中断熱材は圧縮され、これによつて間〓
が縮まることがあるからである。0.25インチとい
う小さな間〓を試験したところ、これで十分であ
ることが判つた。ただし、間〓が0.50インチ未満
のシステムの性能は大きく低下する。第３図参
照。最適な間〓は、所要の断熱孔の寸法やＲ値に
よつて変わつてくるが、0.75〜2.0インチの範囲
にある。同じように、使用する部分の数は非常に
重要である。既存の断熱製品に比べて、著しい向
上を得るためには、少なくとも３つの部分が必要
である。12という多数の部分について試験したと
ころ、最適な部分数は施工現場における特定条件
に応じて変わることが判つた。例えば、３インチ
の断熱中空部に使用できるように設計された本発
明の断熱材は、密度が1lb.で、１インチのガラス
繊維層３つと、低輻射率材シート４つとを交互に
使用することによつて最適化される。フイラデル
フイア、PAのDrexel University Center for
Insulation Technologyで、本発明の多層断熱シ
ステムの性能試験を行つた。この試験の結果を第
７図に示す。同一の試験条件下において多層断熱
システムと標準バツト断熱材を比較した。試験No.
１，２，４は本発明の３インチバツト材を使用し
て行つた。No.３は２インチの厚さに圧縮された本
発明の３インチバツト材を使用して行つた。No.３
は２インチの厚さに圧縮された本発明の３インチ
バツト材を使用して行つた。No.５は本発明の4.5
インチバツト材を使用して、そしてNo.６，７は比
較の目的から、Owens Corning社製の、標準的
な3.5インチ断熱バツト材を使用して行つた。図
中、“逆感度”は各試験における断熱中空部の寸
法を示す。試験した多層断熱材は、第２図に図示
した、４枚のアルミニウム蒸着シートで結合した
３層のガラス繊維層からなる。

第７図のデータを使用して、試験結果をまとめ
た棒グラフを第５図に示す。本発明の多層断熱シ
ステムは驚くべき性能を示し、３インチの断熱中
空部に適用した場合には、標準断熱材に比較して
性能が44.5％、そして５インチの断熱中空部に適
用した場合には、性能が標準断熱材に比べて72.2
％向上した。上記試験において比較のために使用
した標準断熱材は、（3.5インチにおける）密度が
0.78lb.／ft.³、そして厚みが3.5インチのOwens
Corning社製バツト材であつた。

“dip and rollーデイツプ・アンド・ロール”
積層機及び水系接着剤を用いる一般的に許容され
ている接着法を適用した場合には、各部分の剥離
が生じるので、本発明では特別な方法を適用する
ことが重要である。比較的コストのかからない有
効な方法は、連続した“unwind−nipper−
rewindーアンワインド・ニツパー・リワインド”
積層機及び連続したスプレーヘツドからの溶剤系
接着剤や感圧接着剤を用いる方法である。こうす
れば、本発明による方法のコストを許容できない
程上げる“ホツトメルト”接着剤や多段乾燥オー
ブンの使用を避けることができる。

本発明の断熱材を製造するさいの別な留意点
は、接着剤との化学的相互作用による低輻射率材
の金属面の酸化である。この酸化が生じると、シ
ートの有効輻射率が高くなり、これによつてシス
テムの有効性が大幅に低下する。この問題を避け
るためには、積層前に、反射材の表面に適当な酸
化防止剤を被覆しておけばよい。

なお、殆どの従来断熱材と同様に、本発明の断
熱材は、１インチ当たりのＲ値を直線状に計算し
て、それを求めるのには適当なものではない。加
えて、間〓の深さ、並びに最適化を達成するため
に必要な前記部分の数は、断熱中空部全体の寸法
に応じて変わつてくる。例えば、１インチの間〓
は３インチの断熱中空部に対して最適だからとい
つて、１インチの間〓が６インチの中空部に対し
て最適だとすることはできない。また同様に、３
つの部分が３インチの断熱中空部に対して最適だ
からといつて、３つの部分が６インチの断熱中空
部に対して最適だとすることはできない。本発明
は特定の用途に応じて個別に設計できるので非常
に有利である。

なお説明を続ければ、複合バツト材中の低輻射
率の中間シートは、蒸気バリヤとして機能するた
め、断熱に悪影響を与えない。従来技術の教える
ところとは逆に、最良の性能を得るためには、こ
れらシートを無孔状態にすると共に、断熱バツト
材の全長に渡つて連続状態にしておく必要があ
る。

さらに、上記実施態様の多くの変更を加えるこ
とができ、これらも本発明の範囲内にある。従つ
て、上記実施態様は、特許請求の範囲で規定され
た本発明の範囲に制限を加えるものではない。例
えば、３つの別なバツト材を共通のシートに並べ
て設けて、根太又は梁や間柱に間に３つ同時に施
工することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の多層構造を示す等角投影図
であり、第２図は、断熱材の積層構造を示す、第
１図断面図であり、第３図は、Ｒ値と、所定寸法
の断熱空間内の低輻射率層間の間〓距離との関係
を示すグラフであり、第４図は、所定寸法の断熱
中空部内に異なる間〓を使用して作図した、Ｒ値
への効果を示すグラフであり、第５図は、Ｘ軸が
Owens Corning社製の、標準的な3.5インチ壁断
熱材の試験Ｒ値を示したグラフであり（棒グラフ
は、本発明の試験サンプルに使用した3lb.ガラス
繊維及び1lb.ガラス繊維を用いて計算したＲ値に
おける改善と共に、本発明の試験サンプルのＲ値
における改善を示す）、第６図は、適当なコス
ト／ft²と共に、試験サンプルにおける周囲温度
以上の温度上昇の低下率を示すグラフであり、第
７図は、本発明の多層断熱材の試験結果と標準バ
ツト材のそれとを比較したチヤートであり、そし
て第８図は、共通シートに並列に設けた３つの別
なバツト材を利用した本発明の一つの実施態様を
示す正面図である。 図中、１はガラス繊維断熱層、そして２はアル
ミニウムホイルシートを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 建造物の壁、天井又は床などに施工する断熱
   材において、 一体的な複合断熱バツト材が複数部分からな
   り、該部分が一部中実の低伝熱材の層と、そして
   その少なくとも１面に設けた低輻射率材のシート
   とからなり、そして該複合バツト材が積層された
   ３以上で８以下の該部分を有し、該複合バツト材
   において低伝熱材の該層の深さが0.25〜2.0イン
   チ（6.35〜50.8mm）の範囲にあることを特徴とす
   る建材用多層断熱バツト材。 ２ 上記の低輻射率材が、輻射率比が0.2未満の
   金属ホイル又は金属蒸着基体である特許請求の範
   囲第１項に記載のバツト材。 ３ 上記の低伝熱材が、未圧縮密度が0.6〜
   1.5lb.／ft³のガラス繊維又はロツクウールである
   特許請求の範囲第２項に記載のバツト材。 ４ ３つの別なバツト材を最後の層に並列に設け
   て、標準根太や梁又は間柱の間に施工できるよう
   にした特許請求の範囲第３項に記載のバツト材。