JP2010071449A - 断熱二重構造体の製造方法およびその断熱二重構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な剛性を確保できる真空二重構造体を製造し、希望の全長に容易に対応可能とする。
【解決手段】錐形筒状をなす内側部材２０の外面にコア材２９を配設した後、このコア材２９の外面に外側部材２４を配設し、または、錐形筒状をなす外側部材２４の内面にコア材２９を配設した後、このコア材２９の内面に内側部材２０を配設し、前記内側部材２０と外側部材２４の両端開口部を互いに密封状態で固着し、これらの間の密閉空間２８に前記コア材２９を圧縮状態で配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気ポットの内容器の外側に配設される真空二重ジャケットや、真空二重パイプなどの筒状をなす断熱二重構造体の製造方法およびその断熱二重構造体に関するものである。

近年の寒冷地では、水道管を川岸間に架設する場合、外気の影響を受けて内部の水が凍結しないように真空２重パイプが使用されている（特許文献１参照）。また、電気ポットでは、内容器内のお湯の保温性能を向上するために、内容器の外側に円筒状をなす真空二重ジャケットが配設されている（特許文献２参照）。

これらの断熱二重構造体は、円筒状をなす内側部材と外側部材とを備え、これらの両端開口部を密封状態に接合し、その接合部間に密閉空間を形成したものである。この断熱二重構造体は、内側部材内と外側部材外との断熱性能が極めて良好であるため、種々の分野で使用することができる。

しかし、この断熱二重構造体は、直径が３０ｃｍ未満の比較的小さいものである場合には、内側部材または外側部材の表面に周方向に延びるビード加工を施すことにより、剛性を確保することは可能であるが、３０ｃｍを越える大きいものを製造する場合には、剛性の確保が極めて困難である。

ここで、剛性を確保するための構成としては、内側部材および外側部材の肉厚を厚くすることが考えられる。しかし、この場合には、断熱二重構造体の重量が重くなるため、使途によっては採用できない。しかも、熱伝導度が増えるため、断熱性能が低下するという問題がある。

他の構成としては、内側部材と外側部材との間の密閉空間に、コア材を配設することが考えられる。しかし、内側部材と外側部材とはそれぞれ円筒状をなすため、これらの間にコア材を圧縮した状態で隙間なく配設することはできない。よって、十分な剛性や外観を確保することはできない。

特許２９１１０９４号公報 特許４０８３１５６号公報

本発明は、従来の問題に鑑みてなされたもので、十分な剛性を確保できる断熱二重構造体の製造方法を提供することを第１の課題とするものである。また、希望の全長に容易に対応可能な断熱二重構造体を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の断熱二重構造体の製造方法は、錐形筒状をなす内側部材の外面にコア材を配設した後、このコア材の外面に外側部材を配設し、または、錐形筒状をなす外側部材の内面にコア材を配設した後、このコア材の内面に内側部材を配設し、前記内側部材と外側部材の両端開口部を互いに密封状態で固着し、これらの間の密閉空間に前記コア材を圧縮状態で配設する構成としている。

この製造方法では、内側部材および外側部材が錐形筒状をなすため、内側部材の外面にコア材を配設した状態でコア材の外面に外側部材を配設することにより、または、外側部材の内面にコア材を配設した状態でコア材の内面に内側部材を配設することにより、これらの間にコア材を隙間なく圧縮して配設することができる。よって、十分な剛性および外観を確保することができる。その結果、筒状をなす大型の断熱二重構造体を確実に製造することができる。

そして、この方法により製造した断熱二重構造体は、一端に位置する第１内側開口部が他端に位置する第２内側開口部より開口面積が大きい錐形筒状の内側部材と、一端に位置する第１外側開口部が他端に位置する第２外側開口部より開口面積が大きい錐形筒状をなし、前記第１外側開口部が内側部材の第１内側開口部の外面に密封状態で固着されるとともに、前記第２外側開口部が内側部材の第２内側開口部の外面に密封状態で固着され、前記内側部材との両端開口部間に所定幅の密閉空間を形成する外側部材と、前記内側部材と外側部材との間の密閉空間に圧縮状態で配設したコア材と、からなるものである。

この断熱二重構造体は錐形状をなすため、その外周面の傾斜角度を調整して製造することにより、大径の開口部に他の断熱二重構造体の小径の開口部を差し込んで接続することができる。その結果、断熱二重構造体の製造時に、軸方向の寸法を小さくしても、接続により希望の全長を得ることができる。しかも、コア材により十分な剛性が得られるため、内側部材および外側部材の肉厚をできる限り薄くすることが可能である。その結果、全体の軽量化を図ることが可能である。また、熱伝導度を低減できるため、断熱性能を向上できる。

この断熱二重構造体では、前記内側部材の第１内側開口部に段状をなす接続部を設けるとともに、前記外側部材の第２外側開口部に前記接続部を接続可能な被接続部を設けることが好ましい。このようにすれば、２以上の断熱二重構造体を容易かつ確実に接続することができる。

この場合、前記接続部および被接続部は、第１内側開口部および第２外側開口部の開口端から前記密閉空間の形成領域にかけて階段状に設けることが好ましい。このようにすれば、第１の断熱二重構造体のコア材と、第２の断熱二重構造体のコア材とを内外に重畳させることができる。これにより、接続状態で全長にかけてコア材が存在しない部分が形成されることを防止できる。その結果、断熱性能が低下することを防止できる。

また、前記密閉空間内は、前記内側部材または外側部材に設けた排気孔から真空排気され、この排気孔が封止されたものであることが好ましい。このようにすれば、内側部材内と外側部材外の断熱性能を更に向上できる。

本発明の断熱二重構造体の製造方法では、錐形状をなす内側部材と外側部材との間にコア材を隙間なく圧縮して配設することができる。よって、十分な剛性および外観を確保することができる。その結果、筒状をなす開口面積が大きい大型の断熱二重構造体を確実に製造することができる。

そして、このように製造した断熱二重構造体は、その外周面の傾斜角度を調整して製造することにより、大径の開口部に他の断熱二重構造体の小径の開口部を差し込んで接続することができる。その結果、断熱二重構造体の製造時に、軸方向の寸法を小さくしても、接続により希望の全長を得ることができる。そして、製造時には全長が短い断熱二重構造体を製造することにより、その製造作業性および精度を向上できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る断熱二重構造体である筒状断熱部材１０を示す。この筒状断熱部材１０は、下端に位置する第１開口部１１の開口面積が、上端に位置する第２開口部１２の開口面積より大きい円錐筒形状のものである。この筒状断熱部材１０は、図２に示すように、第１の筒状断熱部材１０Ａの第１開口部１１から、同一形状をなす他の第２の筒状断熱部材１０の第２開口部１２を差し込むことにより。互いの側壁部１３，１３を内外に重畳させて接続可能としている。

この筒状断熱部材１０は、内周壁を構成する内側部材２０と、外周壁を構成する外側部材２４と、これらの内部に配設したコア材２９とを備えている。

前記内側部材２０は、肉厚が０．２〜１ｍｍのステンレス鋼板からなり、下端に位置する第１内側開口部２１が上端に位置する第２内側開口部２２より開口面積が大きい円錐形筒状のものである。そして、本実施形態の内側部材２０には、下端部に外向きに屈曲した拡径部２３が設けられている。この拡径部２３は、直交方向外向きに屈曲した屈曲部２３ａと、他の部分と平行に延びる接合部２３ｂとからなる。

前記外側部材２４は、肉厚が０．２〜１ｍｍのステンレス鋼板からなり、内側部材２０と同様に、下端に位置する第１外側開口部２５が上端に位置する第２外側開口部２６より開口面積が大きい錐形筒状のものである。この外側部材２４を側面から見た状態では、壁面の傾斜角度が内側部材２０の壁面の傾斜角度と同一になるように形成されている。そして、本実施形態の外側部材２４には、上端部に内向きに屈曲した縮径部２７が設けられている。この縮径部２７は、直交方向内向きに屈曲した屈曲部２７ａと、他の部分と平行に延びる接合部２７ｂとからなる。

そのうち、内側部材２０の第１内側開口部２１の外径、即ち拡径部２３の外径と、外側部材２４の第１外側開口部２５の内径とは、同一に形成されている。また、内側部材２０の第２内側開口部２２の外径と、外側部材２４の第２外側開口部２６の内径、即ち縮径部２７の内径とは、同一に形成されている。そして、これら内側部材２０の第１内側開口部２１と外側部材２４の第１外側開口部２５、および、内側部材２０の第２内側開口部２２と外側部材２４の第２外側開口部２６は、それぞれシーム溶接により密閉状態で固着（接合）されている。これにより、これらの両端開口部２１，２５，２２，２６間には、内側部材２０の中間部分、拡径部２３の屈曲部２３ａ、外側部材２４の中間部分、および、縮径部２７の屈曲部２７ａで囲繞された所定幅の密閉空間２８が形成されている。

前記コア材２９は、グラスウールやセラミックウールなどの圧縮性を有するもので、内側部材２０と外側部材２４との間の密閉空間２８に圧縮状態で配設されている。本実施形態のコア材２９は、円錐筒形状をなす密閉空間２８に収まるように切断した扇形状の板体により構成されている。そして、図４に示すように、このコア材２９の一面から対向する他面にかけた肉厚Ｔは、密閉空間２８の隙間、即ち、内側部材２０と外側部材２４との間の寸法Ｓより厚く形成されている。また、最も小さい先端の外径Ｄ１は、外側部材２４の第１外側開口部２５の内径Ｄ２より小さく形成されている。

また、本実施形態の筒状断熱部材１０には、密閉空間２８の内部に位置するように、この密閉空間２８内で発生したガスを吸着することにより所望の真空度を維持するためのゲッター（図示せず）が配設されている。さらに、外側部材２４の壁面には、下端寄りの所定位置に排気孔３１が形成されている。この排気孔３１の周囲にはチップ管３２が配設され、溶接により接合されている。このチップ管３２は、密閉空間２８を排気して真空にした後に封じ切られ、金属製のチップカバー３３が被着されている。

このように構成した筒状断熱部材１０は、図２に示すように、第１の筒状断熱部材１０Ａの開口面積が大きい第１開口部１１内に、他の第２の筒状部材Ｂを開口面積が小さい第２開口部１２の側から差し込むことにより接続することができる。そして、これらの重畳代は、側壁部１３の傾斜角度の調整により、設定（変更）することができる。即ち、高い断熱性能を得るには、各筒状断熱部材１０Ａ，１０Ｂの傾斜角度を大きくすることにより重畳代を多くする。一方、容易に長い全長を得るには、傾斜角度を小さくすることにより重畳代を少なくする。

次に、本実施形態の筒状断熱部材１０の製造方法について説明する。

まず、内側部材２０は、扇型形状に打ち抜いたステンレス鋼板を円錐筒状に巻いて、軸方向に沿って突き合わせた端縁をＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接によって接合する。ついで、開口面積が大きい第１内側開口部２１の側の端部に拡管加工を施して、外径が外側部材２４の内径より僅かに小さい拡径部２３を設けることにより形成される。

同様に、外側部材２４は、内側部材２０より大きい曲率の扇型形状に打ち抜いたステンレス鋼板を円錐筒状に巻いて、軸方向に沿って突き合わせた端縁をＴＩＧ溶接によって接合する。ついで、開口面積が小さい第２外側開口部２６の側の端部に縮管加工を施して、外径が内側部材２０の外径より僅かに大きい縮径部２７を設ける。さらに、外周部の一部に打抜加工を施して排気孔３１を形成し、この排気孔３１の周囲にチップ管３２を接合することにより形成される。

次に、図３および図４に示すように、扇形形状に打ち抜いたコア材２９を内側部材２０の外面に巻き付けた後、このコア材２９の外面に外側部材２４を被せる。この際、圧縮可能なコア材２９にゲッターを位置決めすることにより、コア材２９と内側部材２０との間、または、コア材２９と外側部材２４との間にゲッターを配設する。なお、コア材２９は、内側部材２０に巻き付けた状態で、その外面を針金などによって位置決めしてもよい。

その後、内側部材２０の内側開口部２１，２２と、外側部材２４の外側開口部２５，２６とが揃うように外側部材２４を内側部材２０に向けて押圧する。これにより、密閉空間２８の寸法Ｓより肉厚Ｔが厚いコア材２９は、内側部材２０と外側部材２４との間に所定圧力で圧縮された状態で、密閉空間２８に収容される。この際、本実施形態では、内側部材２０の下端に位置する第１内側開口部２１に、外向きに突出する拡径部２３を設けているため、この拡径部２３の屈曲部２３ａ上にコア材２９が係止した状態をなす。そのため、外側部材２４の押圧作業時には、コア材２９が装着位置から脱落することはない。

このようにして内側部材２０の内側開口部２１，２２と外側部材２４の外側開口部２５，２６とを揃えると、これらを互いにシーム溶接により密封状態で接合する。そして、外方に突出したチップ管３２に排気装置を接続し、内側部材２０と外側部材２４とで閉じられた空間内を所定圧力まで真空引きしながら、ゲッターが活性化する温度まで加熱する。その後、チップ管を封じ切ってチップカバー３３を取り付ける。なお、真空排気時には、排気孔３１の周囲にコア材２９が存在するが、本実施形態のコア材２９は、グラスウールやセラミックウールからなるため、排気効率を阻害することなく、各繊維間の隙間から効率的に排気を行うことができる。

このように、本発明の製造方法によって製造した筒状断熱部材１０は、内側部材２０および外側部材２４を錐形筒状としているため、内側部材２０の外面にコア材２９を配設した状態でコア材２９の外面に外側部材２４を配設することにより、これらの間にコア材２９を隙間なく圧縮して配設することができる。そのため、直径が３０ｃｍを越える大型の筒状断熱部材１０を製造する場合でも、内側部材２０および外側部材２４の肉厚を厚くすることなく、全体の剛性および外観を十分に確保することができる。

また、この筒状断熱部材１０は、円錐筒状をなすため、前述のように直径が大きい第１開口部１１に直径が小さい第２開口部１２の側を差し込むことにより接続し、希望の全長を得ることができる。即ち、筒状断熱部材１０を製造する際には、筒状断熱部材１０単体の全長は、必ずしも長くする必要はない。そして、製造時には、軸方向の寸法を小さく形成することにより、製造作業性を大幅に向上できるとともに、製造ロスの可能性を低減できる。その結果、生産性を大幅に向上できる。

さらに、本実施形態の筒状断熱部材１０は、コア材２９により十分な剛性が得られるため、内側部材２０および外側部材２４の肉厚をできる限り薄くすることが可能である。その結果、筒状断熱部材１０全体の軽量化を図ることが可能である。また、熱伝導度を低減できるため、断熱性能を向上できる。しかも、本実施形態では、密閉空間２８内を真空排気した真空二重構造体としているため、内側部材２０内と外側部材２４外の断熱性能を更に向上できる。

そして、この筒状断熱部材１０は、特許文献１のように水道管として使用したり、特許文献２のように電気ポットの内容器の断熱部材として使用することができる。しかも、直径が大きく、かつ、接続により希望に応じて全長を調整できるため、小型の炉の断熱壁として使用することも可能であり、その使用可能な範囲を大幅に広げることができる。

図５は第２実施形態の筒状断熱部材１０Ａ，１０Ｂを示す。この第２実施形態では、第１内側開口部２１に形成した拡径部２３、および、第２外側開口部２６に形成した縮径部２７を、互いに接続可能な接続部および被接続部として利用可能とした点で、第１実施形態と相違している。

即ち、第２実施形態では第１実施形態と同様に、内側部材２０には、下端の第１内側開口部２１に拡径部２３が設けられている。また、外側部材２４には、上端の第２外側開口部２６に縮径部２７が設けられている。そして、内側部材２０の拡径部２３の内径、具体的には屈曲部２３ａと接合部２３ｂとの屈曲位置間の内径寸法ｄ１と、外側部材２４の縮径部２７の外径、具体的には屈曲部２７ａの外側縁間の外径寸法ｄ２とは、略同一になるように形成されている。即ち、内側部材２０の拡径部２３の内径ｄ１と外側部材２４の縮径部２７の外径ｄ２とが略同一になるように、筒状断熱部材１０の側壁部１３の傾斜角度を設定している。

この第２実施形態では、第１実施形態と同様に、第１の筒状断熱部材１０Ａに第２の筒状断熱部材１０Ｂを接続する際には、第１の筒状断熱部材１０Ａの第１開口部１１に、第２の筒状断熱部材１０Ｂを第２開口部１２の側から差し込む。これにより、第１の筒状断熱部材１０Ａの接続部である拡径部２３に、第２の筒状断熱部材１０Ｂの被接続部である縮径部２７が嵌合する。そして、これら拡径部２３および縮径部２７はそれぞれ段状をなすため、第１の筒状断熱部材１０Ａの拡径部２３の接合部２３ｂが第２の筒状断熱部材１０Ｂの側壁部１３の外面に沿って延び、第２の筒状断熱部材１０Ｂの縮径部２７の接合部２７ｂが第１の筒状断熱部材１０Ａの側壁部１３の内面に沿って延びる。

そのため、この第２実施形態では、第１実施形態と同様の作用および効果を得ることができるうえ、複数の筒状断熱部材１０を容易かつ確実に接続することができる。

図６は第３実施形態の筒状断熱部材１０Ａ，１０Ｂを示す。この第３実施形態では、第２実施形態と同様に、拡径部２３および縮径部２７を接続部および被接続部として利用可能とし、更に、これら拡径部２３および縮径部２７を２段の階段状に形成することにより、断熱性能を向上できるようにした点で、第２実施形態と相違している。

即ち、第３実施形態では、第２実施形態と同様に、側壁部１３を、拡径部２３と縮径部２７とが係合可能な傾斜角度で形成している。そして、拡径部２３は、第１内側開口部２１の開口端から、密閉空間２８の形成領域にかけて階段状に設けられている。具体的には、拡径部２３は、直交方向外向きに屈曲した第１屈曲部２３ａ−１と、該第１屈曲部２３ａ−１に対して直交方向下向きに屈曲した第２屈曲部２３ａ−２と、該第２屈曲部２３ａ−２に対して直交方向外向きに屈曲した第３屈曲部２３ａ−３と、該第３屈曲部２３ａ−３に対して直交方向下向きに屈曲した接合部２３ｂとからなる。同様に、縮径部２７は、第２外側開口部２６の開口端から、密閉空間２８の形成領域にかけて階段状に設けられている。具体的には、縮径部２７は、直交方向内向きに屈曲した第１屈曲部２７ａ−１と、該第１屈曲部２７ａ−１に対して直交方向上向きに屈曲した第２屈曲部２７ａ−２と、該第２屈曲部２７ａ−２に対して直交方向内向きに屈曲した第３屈曲部２７ａ−３と、該第３屈曲部２７ａ−３に対して直交方向上向きに屈曲した接合部２７ｂとからなる。

この第３実施形態の筒状断熱部材１０Ａ，１０Ｂを接続する際には、第２実施形態と同様に容易かつ確実に接続することができる。しかも、この第３実施形態の接続状態では、接続部である拡径部２３および被接続部である縮径部２７が密閉空間２８にかけて延びる階段状をなすため、第１の筒状断熱部材１０Ａのコア材２９と、第２の筒状断熱部材１０Ｂのコア材２９とが、内外（径方向）に重なり合う領域を形成することができる。そのため、接続状態では、全長にかけてコア材２９が存在しない部分がない。その結果、断熱性能が低下することを防止できる。

なお、本発明の真空二重構造体およびその製造方法は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、内側部材２０の外面にコア材２９を配設し、その外面に外側部材２４を配設する製造工程としたが、外側部材２４の内面にコア材２９を配設し、その内面に内側部材２０を配設してもよい。

また、前記実施形態では、接続部を拡径部２３により構成し、被接続部を縮径部２７により構成したが、専用の接続部および被接続部を形成してもよいうえ、その形状は希望に応じて変更が可能である。

さらに、前記実施形態では、コア材２９を密閉空間２８全体にかけて配設するように構成したが、周方向に所定間隔をもって複数箇所に配設する構成としてもよい。

そして、前記実施形態では、筒状断熱部材１０を円錐筒状に形成したが、平面視円形状に限られず、楕円や多角形などの非円形状をなす錐形筒状としてもよい。

勿論、前記実施形態では、断熱二重構造体として密閉空間２８内を真空排気して断熱性能を高めた真空二重構造体としたが、密閉空間２８内を真空排気しないものであってもよい。

本発明の第１実施形態の筒状断熱部材を示す斜視図である。 図１の筒状断熱部材の接続状態を示す断面図である。 筒状断熱部材の製造方法を示す斜視図である。 図３の状態を示す断面図である。 第２実施形態の筒状断熱部材の接続状態を示す断面図である。 第３実施形態の筒状断熱部材の接続状態を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ…筒状断熱部材
２０…内側部材
２１…第１内側開口部
２２…第２内側開口部
２３…拡径部（接続部）
２４…外側部材
２５…第１外側開口部
２６…第２外側開口部
２７…縮径部（被接続部）
２８…密閉空間
２９…コア材

Claims (5)

1. 錐形筒状をなす内側部材の外面にコア材を配設した後、このコア材の外面に外側部材を配設し、または、錐形筒状をなす外側部材の内面にコア材を配設した後、このコア材の内面に内側部材を配設し、
   前記内側部材と外側部材の両端開口部を互いに密封状態で固着し、これらの間の密閉空間に前記コア材を圧縮状態で配設することを特徴とする断熱二重構造体の製造方法。
2. 一端に位置する第１内側開口部が他端に位置する第２内側開口部より開口面積が大きい錐形筒状の内側部材と、
   一端に位置する第１外側開口部が他端に位置する第２外側開口部より開口面積が大きい錐形筒状をなし、前記第１外側開口部が内側部材の第１内側開口部の外面に密封状態で固着されるとともに、前記第２外側開口部が内側部材の第２内側開口部の外面に密封状態で固着され、前記内側部材との両端開口部間に所定幅の密閉空間を形成する外側部材と、
   前記内側部材と外側部材との間の密閉空間に圧縮状態で配設したコア材と、
   からなることを特徴とする断熱二重構造体。
3. 前記内側部材の第１内側開口部に段状をなす接続部を設けるとともに、前記外側部材の第２外側開口部に前記接続部を接続可能な被接続部を設けたことを特徴とする請求項２に記載の断熱二重構造体。
4. 前記接続部および被接続部は、第１内側開口部および第２外側開口部の開口端から前記密閉空間の形成領域にかけて階段状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の断熱二重構造体。
5. 前記密閉空間内は、前記内側部材または外側部材に設けた排気孔から真空排気され、この排気孔が封止されたものであることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の断熱二重構造体。

Images