JP2008008311A - 断熱材およびこれを用いた断熱箱体 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱層内に存在する芯材を排除し、薄型で形状自由度の高い高性能な断熱材を提供する。
【解決手段】磁力閉塞部材と反発しあう一対の磁石を備え、磁石の反発力で形成された空間を減圧する。 本構成によって、磁力を外部に漏洩させることがなくなり、外部への磁力障害を防止できるとともに、減圧層中にのみ磁力線を発生させることが出来るため、磁力による反発力を十分に確保することが可能となるだけでなく、減圧層には熱を伝達する物質が存在しないため熱伝導率の低い断熱材を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パソコン等の情報機器や電子機器、保温保冷機器、防寒具等の衣料用品、および住宅部材等に使用できる断熱材およびこれを用いた断熱箱体に関するものである。

多孔体の芯材を、ガスバリア層と熱溶着層とを有するプラスチックラミネートフィルム製の外被材で覆って減圧封止してなる断熱材は、その封止技術として、封止時の信頼性、および生産性の観点から、２枚のラミネートフィルムの接合面を加熱加圧することで封止する熱溶着法が一般的に使用されている。このようにして形成された断熱材は、予め、プラスチックラミネートフィルム製の外被材を芯材より大きめの袋状に成形し、この袋状の外被材に芯材を挿入し、減圧後、開口部を熱溶着により封止するものである。

そのため、このような構成の断熱材の外周部の四辺端部には、外被材の熱溶着部と、芯材を間に含まず密着しただけの外被材とから構成される周縁部が形成される。断熱材の適用にあたっては、熱伝導率を低下させるためにこの周縁部をできるだけ小さくするため、従来から種々の取り組みがなされている。

図７は従来の断熱材の製造過程を示す斜視図、図８は従来の断熱材を示す斜視図である。図７、図８において、断熱材６００は、フィルム状の薄体６０１の上にコア材６０２を置き、コア材６０２を包むように薄体６０１を折り返し、この状態で薄体６０１内部を真空引きされ、折り返すことで相互に接合された薄体６０１同士を、周囲三方にて熱溶着により接着して作製される。このとき、薄体６０１の折り返される部位をコア材６０２の一端面に密着させることで、断熱材６００の端面６０３には、熱融着による突起６０４が形成されないことが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

次に、従来の折り曲げ可能な断熱材について説明する。図９は従来の断熱材の平面図で、図１０は従来の断熱材を断熱箱体に設けた状態の断面図である。図９において、３つの長方形の芯材６１１をガスバリア性のフィルム６１２で覆いフィルム６１２の内部を減圧して成る。３つの芯材６１１は、一方向に互いに所定間隔離れて略同一面上に配置されており、３つの芯材６１１のそれぞれが独立した空間内に位置するように隣接する芯材６１１の間に位置するフィルムが熱溶着されており、隣接する芯材６１１の間に位置する熱溶着部６１３を折曲線６１４ａとして折り曲げ可能な断熱材６１４とするものであった（例えば、特許文献２参照）。

この断熱材６１４は、図１０に示すように、冷蔵庫などの断熱箱体の外箱６１５の内側に設けられるものである。外箱６１５は金属板６１６をコ字状に折り曲げたものであるが、断熱材６１４は、コ字状に折り曲げる前の状態の金属板６１６に、金属板６１６の折曲線に断熱材６１４の折曲線６１４ａが対応するように接着固定されており、外箱６１５の内面となる面に断熱材６１４が接着固定された金属板６１６をコ字状に折り曲げることにより、図１０に示す、内面に断熱材６１４を備えた外箱６１５が造られる。

従来の第２の折り曲げ可能な断熱材について説明する。図１１は従来の第２の断熱材の平面図、図１２は図１１の断面図である。図１１において、１６個の略正八角形に成形された粉体の圧縮成形体からなる厚さ３ｍｍの芯材７０１をガスバリア性のラミネートフィルムからなる外被材７０２で覆い外被材７０２の内部を減圧して成る。この１６個の芯材７０１は、格子状に、縦（横）方向に隣接する芯材７０１と横（縦）の辺が対向するように、かつ、互いに、略八角形の芯材７０１の一辺の長さに芯材７０１を覆う外被材７０２の厚みの４倍の大きさを加えた大きさより若干大きい所定間隔で隔離して配置しており、この１６個の芯材７０１のそれぞれが独立した空間内に位置するように芯材７０１の周囲に外被材７０２の熱溶着部７０３が設けられているものである。熱溶着部７０３は、略八角形の芯材７０１の周囲に沿うように外被材７０２に形成されているという構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

また、従来の断熱材の構成として、外部容器と内部容器の間の空間を磁石の反発力によって形成し、吸気装置で隙間の空気を排気して真空断熱する断熱保冷器具の構造が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平７−２６９７８１号公報 特開平７−９８０９０号公報 特開２００５−２０１４５８号公報 特開２００４−２６９０３９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、減圧空間の圧力を低下させて性能を向上させていくことで、断熱材内部の気体による熱伝導が低下するため、断熱材の熱伝導は断熱材中の空間を形成する芯材の熱伝導率が支配的になり、芯材の熱伝導以下の断熱性能を得ることが難しい。また、断熱層の形成は、大気と断熱層の圧力差のため芯材の強度が弱いと、大気圧によって断熱層が圧迫され、断熱層の形成が困難となるため、薄型の断熱材の形成は困難となる（特許文献３に開示）。さらに、表面追従性についての工夫が特許文献３に開示されているが、断熱空間確保の芯材は平面を維持するため、曲面を形成するなど、自由度に課題を残していた。また、特許文献４に開示された構成では、断熱能力はきわめて高いことが予測されるが、形状の自由度が確保できないだけでなく、保冷器具の外部に磁束が漏洩し、外部機器に磁力障害を与えるとともに保冷器具の内部に保存する物を取り出すたびに真空断熱層が破壊され、繰り返し開閉する用途には使用できないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、断熱層内に存在する芯材を排除し薄型で形状自由度の高い高性能な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、本発明の第１の断熱材は、一対の磁力閉塞部材の互いに対向する面側に、反発しあう一対の磁石を対向して備え、前記磁力閉塞部材と前記磁石を外皮部材で封止し、前記磁石の反発力で形成された空間を減圧することで得られる。本構成によって、磁力を外部に漏洩させることがなくなり、外部への磁力障害を防止できるとともに、減圧層中にのみ磁力線を発生させることが出来るため、磁力による反発力を十分に確保することが可能となるだけでなく、減圧層には熱を伝達する物質が存在しないため熱伝導率の低い断熱材を得ることができる。

さらに、本発明の第２の断熱材は、減圧層の圧力を保持する外皮部材に、樹脂を主成分としたフィルムを用いる。本構成により、樹脂フィルムを融着させることで、減圧層を形成することが可能となるだけでなる。

また、本発明の第３の断熱材は、上記断熱材の厚さを５ｍｍ以下で構成することを特徴とする。本構成により、上記磁力閉塞部材の割断と相俟って、断熱材の平面追従度を向上させることができる。

また、本発明の第４の断熱材は、反発しあう一対の磁石を対向して備え、前記一対の磁石が外皮部材で封止された構成の断熱部材を積層させ、積層方向に沿った両端部に位置する断熱部材の外側部の外皮部材と磁石の間に磁力閉塞部材を配置したことを特徴とする。本構成によれば、積層することにより、隣接する減圧層の圧力差分だけを磁石により反発させればよく、弱い磁力で断熱層を確保することが可能となる。また、積層数を増加させることにより、最外層部分が破壊しても内部には減圧空間を確保することが出来るため、信頼性の高い断熱材を得ることが出来る。

本発明の第５の断熱材は、磁石の磁力に分布を持たせ、磁石面の外周部における磁力を中心部における磁力より強くしたことを特徴とする。本構成によれば、面内で比較的たわみの大きい部分に強い磁力を与え、たわみの少ない部分に弱い磁力を選択的に与えることが可能となるため、磁力により確保した空間を略平面に確保することが出来るため、断熱材全域での断熱性能を均一化することが可能となる。また、内部の磁力を与えたフィルムに磁力閉塞部材を与えなくとも、最外層のフィルムで磁力を閉塞することが可能となるため、より軽量な断熱材を得ることが可能となる。

本発明の第１の断熱箱体は、断熱材を箱体内部に配置し、前記箱体を構成する面に磁性体を配置したことを特徴とする。本構成によれば、箱体の磁性体が磁気閉塞部材として作用させることが出来るとともに、断熱材の軽量化と箱体の断熱性能の向上が可能となる。

以上のように、本発明の構造によれば、断熱能力が高く、薄型で形状追従性の高い断熱材を得ることができ、これを搭載することによりデザイン性および断熱性能に優れた断熱箱体を得ることが出来る。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における断熱材１の断面図である。図１において、減圧断熱層１０１は磁石の反発力を利用して形成された空間であり、磁力閉塞部材１０２と磁石１０３、１０４を使用して磁気回路を形成し、空間外部への漏洩磁束を閉塞した構造としている。磁力閉塞部材１０２と磁石１０３、１０４を樹脂フィルム１０５で覆い、樹脂フィルム１０５が封止された構成で断熱材１が完成する。本実施の形態で使用する磁石１０３、１０４は、そのエネルギー積が２０ＭＧＯｅで、厚さ４００μｍの磁石を使用している。減圧断熱層１０１内部の圧力は０．１気圧に設定した構成を実現している。

次に本実施の形態における断熱材の製造手順を説明する。図２は、本実施の形態における断熱材の製造手順を示したフローチャートである。

まず磁性体を板状に加工し（手順２０１）、これに所望の磁力を与えるために着磁し、磁石を形成する（手順２０２）。

次に予め所望の寸法に形成した、磁力閉塞部材の役割を担う板状の磁性体を準備し（手順２０３）、この磁性体の一面に着磁した磁石を配置する（手順２０４）。

続いて樹脂フィルムを準備し（手順２０５）、磁力閉塞部材上に配置された磁石を、気体の侵入を防止する樹脂フィルム上の所望の位置に貼り付ける（手順２０６）。

さらに前記フィルムと磁力閉塞部材、磁石の組をもう一組用意し、夫々の磁石の同極が対向するように樹脂フィルムを貼り合わせる（手順２０７）。

樹脂フィルム同士を貼り合わせる際には、予め一辺を加熱により融着し、樹脂フィルムに張力を与えながら磁石が対向するように位置あわせを行い、残り２辺を融着する。

この状態のままでは磁石の反発力と樹脂の可撓性により磁石の位置ずれが発生するため、板状あるいは箱状であり、内部に磁性体を持つジグを樹脂フィルムの内部に挿入し、ジグへ磁石をその磁力により接着し、樹脂フィルムに張力を与えることで位置ずれを防止することが望ましい。しかる後にフィルムの２辺を融着する。その後、開放している一辺からジグ内部に存在する磁性体を予めジグより取り出し、磁力の反発力を発生させる。この段階では、フィルムの３辺が接着されているため、フィルムの張力によって位置が規制されることになるので、位置ズレを起こすことはない。

位置ズレを防止した状態の樹脂フィルム、磁力閉塞部材、磁石の組をチャンバー内に挿入し、チャンバー内部を減圧状態にし（手順２０８）、フィルムに張力を与えた状態で、チャンバー内部を所望の減圧状態とし、しかる後に位置ズレ防止ジグを取り除き、樹脂フィルムの残り一辺を減圧したチャンバー内部で熱により融着する（手順２０９）。

かかる断熱材の構成および断熱材の製造手順によれば、従来技術で製造された断熱材の芯材に相当する断熱層内部の芯材をなくすことが可能となり、芯材の熱伝導率を考慮する必要のない断熱構造を形成することができる。本構造によれば、原理的には断熱材の厚さ方向には減圧された断熱層が存在し、この部分の真空度を１０Ｐａ程度まで低下させることで、２ｍＷ／ｍｋ以下の断熱材を実現することができる。

なお、本実施の形態の断熱材においては、１５０μｍの気体侵入防止の複合樹脂フィルムを用い、磁力閉塞部材に５０μｍのＳＵＳ４３０を用い、２０ＭＧＯｅの磁石を用いることで、総厚５ｍｍの断熱材を得ることができた。この断熱材は、真空度を０．１気圧程度に低下させただけなので、３２ｍＷ／ｍＫの断熱性能であったが、さらに高エネルギー積の磁石を用いることで断熱層の圧力を低下させることができ、断熱性能の向上と断熱材の薄型化が可能となる。

次に、本実施の形態における断熱材に折り曲げ可能な機能を付与する場合の断熱材の概略図を図３に示す。図３（ａ）は、断熱材３の断面図を示し、図３（ｂ）は、断熱材３の上面図を示し、図３（ｂ）の斜線部は減圧断熱層のない、可撓性を付与する部分（可撓部と呼ぶ）３０１である。

まず磁性体を板状に加工し、これに所望の磁力を与えるために着磁し、磁石を形成する。次に予め所望の寸法に形成した、磁力閉塞部材の役割を担う板状の磁性体の一面に着磁した磁石を配置する。

続いて複数の磁力閉塞部材上に配置された磁石を、気体の侵入を防止する樹脂フィルム上の所望の位置に貼り付ける。さらに前記フィルムと磁力閉塞部材、磁石の組をもう一組用意し、磁石の同極同士が対向するように樹脂フィルムの一辺を貼り合わせる。

２枚の樹脂フィルムを同一面上に広げたまま、真空チャンバー内へ挿入し、磁石が対向するように樹脂フィルムを折り返しながら磁力閉塞部材のピッチごとに樹脂フィルムを熱融着することで、熱融着部分での折り曲げ可能な機能が発生し、所望の断熱材３を形成することが出来る。

本実施の形態のように構成することで、磁力閉塞部材の働きにより断熱材３の外部に対して磁石の影響を与えることがなくなるため、強度の大きな磁石を使用することが出来、断熱材３の真空度を上げることが可能となるため、断熱材３の断熱性能を向上させることが出来るとともに、外皮材に大気との圧力差に耐えうる強度を持たせる必要がないため、軽量で断熱性能に優れた断熱材３を得ることが出来る。

また、製造工程中で所望のピッチで樹脂フィルムを融着させることで折り曲げ可能な機能を発生させることが可能となるため断熱材３の使用範囲を広くすることが出来、たとえば曲面や箱体の角部への貼り付けが出来るため断熱材３の適応範囲を広くすることが出来る。

なお本実施の形態における図３において、断熱材３の可撓部３０１を四角形で標記しているが任意の形状でもかまわない。

また、本実施例における磁石と減圧空間の圧力の関係を夫々０．１気圧、２０ＭＧＯｅとしたが、本実施の形態を実現するためには、（減圧空間の圧力＋単位面積当たりの磁石の反発力）≧大気圧の関係を満足することが出来れば、前記断熱材１、３を得ることが出来る。

さらに、本実施の形態で記述した折り曲げ可能な断熱材３を使用すれば、断熱箱体の内箱と外箱の間に挿入し、内箱と外箱の間に減圧による断熱層を形成することができ、かつ容器部分と蓋部分の断熱材３を別々に形成することで、特許文献４に記された断熱保冷具の構造上の欠点であった内部の保存物を取り出すたびに真空断熱層を破壊する点を改善することができ、断熱能力の優れた断熱箱体を実現することが出来る。

なお、本実施の形態における断熱材１、３の樹脂フィルムは一般的に、熱溶着層、ガスバリア層、表面保護層として、熱溶着層には、低密度ポリエチレン・鎖状低密度ポリエチレン・高密度ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリアクリロニトリル・無延伸ポリエチレンテレフタレート・エチレンービニルアルコール共重合体・或いはこれらの混合体を用い、ガスバリア層には、金属箔・金属蒸着膜を用い、表面保護層には、ナイロン・ポリエチレンテレフタレート・延伸ポリプロピレンなどが用いられている。しかしながら、樹脂フィルムは、熱溶着が可能であり、減圧空間内への気体成分の侵入を防止できれば他の材料であってもかまわない。今回は樹脂フィルムとして低密度ポリエチレン、アルミ箔、ナイロンの３層構造を持つフィルムを使用した。

本実施の形態における断熱材１、３の構造によれば、断熱能力が高く、薄型で形状追従性の高い断熱材を得ることができるので、これを搭載することによりデザイン性および断熱性能に優れた断熱箱体を得ることが出来、パソコン等の情報機器や電子機器、保温保冷機器、防寒具等の衣料用品、および住宅部材等に使用できる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の断熱材４の断面図を示している。図４において、４０１は磁石、４０２は樹脂フィルムであり、４０３は磁力閉塞部材である。

図１と異なるのは磁石４０１と樹脂フィルム４０２で形成された断熱部材を積層して断熱層を形成している点と、４０３の磁力閉塞部材を最外層に位置する断熱部材の外皮部材と磁石の間にのみ配置し、内側に位置する断熱部材において磁力閉塞部材の配置を行っていない点である。

上記のように構成された断熱材４について、図５を用いて説明する。

図５は、断熱材４の内部の層における、製造工程中の断面図を示す。図５（ａ）において、樹脂フィルム４０２が融着されている近傍のフィルムの間隔と、融着されている部分の中間のフィルムの間隔は異なっており、これはフィルム同士が融着されることで発生するフィルムの張力の影響である。

磁石の磁力を面内で一定にすると図５（ａ）に示すような形状となり、このような形状で長期にわたって保持すると、反発力を発生させている磁石が減磁され、最終的には減圧層を形成できなくなる。このために、本実施の形態においては、磁石４０１に対して磁力の分布を与えている。

磁力の分布は樹脂フィルム４０２の融着部分に近いほど強く、中心部で弱くしている。

この磁力分布によって、図５（ｂ）に示すような減圧層を形成することが可能となり、減磁による性能劣化を防止することが可能であるとともに、断熱材の面内に渡って均一な断熱性能を確保することが可能となる。

また、断熱材４が図４に示す断熱部材の積層構造をとることで、各層間の圧力差に耐えうる磁力のみで構成することが可能となるため、１枚の磁石の磁力が弱くとも、差圧を小さくすることで減圧空間を確保することが出来るので安価な磁石を使用することが可能となり、断熱材４を低コストで作成することができる。また、内部の任意の層が破壊された場合でも破壊された層数分の圧力差を補うだけでよいので減圧層の圧力は低下するが断熱性能の劣化を最小限に抑えることが出来るため、信頼性の高い断熱材４を形成することができる。

（実施の形態３）
図６は、断熱材１を箱体５の内部に配置した図である。箱体５を構成する面に磁性体を配置したことで箱体５の磁性体が磁気閉塞部材として作用させることが出来るとともに、断熱材１の軽量化と箱体５の断熱性能の合理化が可能となる。

本発明の断熱材およびこれを利用した断熱箱体は、以上のように、本発明の構造によれば、断熱能力が高く、薄型で形状追従性の高い断熱材を得ることができ、これを搭載することによりデザイン性および断熱性能に優れた断熱箱体を得ることが出来、本発明は、パソコン等の情報機器や電子機器、保温保冷機器、防寒具等の衣料用品、および住宅部材等に使用できる、複雑な形状が可能な断熱材およびこれを用いた断熱箱体に関する用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における断熱材の断面図 本発明の実施の形態１における断熱材の製造工程のフローチャート （ａ）発明の実施の形態１における可撓性を示す断面図、（ｂ）発明の実施の形態１における可撓性を示す上面図 本発明の実施の形態２における断熱材の断面図 （ａ）本発明の実施の形態２における断熱部材の断面図、（ｂ）本発明の実施の形態２における断熱部材の断面図 断熱材を箱体の内部に配置した図 従来の断熱材の製造過程を示す斜視図 従来の断熱材を示す斜視図 従来の断熱材の平面図 従来の断熱材を外箱に設けた状態図 第２の従来の断熱材の断面図 第２の従来の断熱材の断面図

符号の説明

１、３、４ 断熱材
５ 箱体
１０１ 減圧断熱層
１０２ 磁力閉塞部材
１０３、１０４ 磁石
１０５ 樹脂フィルム
４０１ 磁石
４０２ 樹脂フィルム
４０３ 磁気閉塞部材
６００ 断熱材
６０１ 薄体
６０２ コア材
６０３ 端面
６０４ 突起
６１１ 芯材
６１２ フィルム
６１３ 熱溶着部
６１４ 断熱材
６１４ａ 折曲線
６１５ 外箱
６１６ 金属板
７０１ 芯材
７０２ 外被材
７０３ 熱溶着部

Claims (6)

1. 一対の磁力閉塞部材の互いに対向する面側に、反発しあう一対の磁石を対向して備え、
   前記磁力閉塞部材と前記磁石を外皮部材で封止し、前記磁石の反発力で形成された空間を減圧することで得られる断熱材。
2. 前記外皮部材は、樹脂を主成分としたフィルムであることを特徴とする請求項１記載の断熱材。
3. 厚さが、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の断熱材。
4. 反発しあう一対の磁石を対向して備え、前記一対の磁石が外皮部材で封止された構成の断熱部材を積層させ、積層方向に沿った両端部に位置する断熱部材の外側部の外皮部材と磁石の間に磁力閉塞部材を配置したことを特徴とする断熱材。
5. 磁石の磁力に分布を持たせ、磁石面の外周部における磁力を中心部における磁力より強くしたことを特徴とする請求項４に記載の断熱材。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の断熱材を箱体内部に配置し、前記箱体を構成する面に磁性体を配置したことを特徴とする断熱箱体。

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