JP2010276171A - 真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に芯材が収容された真空断熱材において、外袋材を密封する部分の余剰範囲を低減し、真空断熱材の生産性を向上すること。
【解決手段】繊維集合体からなる芯材５１と、芯材５１を収納する内袋材５３と、内袋材５３を収納する外袋材５４とを含み、外袋材５４の内部が減圧された断熱材であって、内袋材５３は、芯材５１が収容される収容部と、減圧の際に内袋材５３の内部の空気を排出する開口部５６と、収容部と開口部５６との間を閉じる溶着部５７とを含むもの。閉鎖部は、収容部と開口部５６との間を閉じ、芯材５１を収容部に収容する方向と垂直な方向の両端部に連通部５８が設けられるもの。また、閉鎖部５７と連通部５８とが交互に設けられているもの。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空断熱材及びその製造方法に係わり、真空吸引したときに真空断熱材表面にシワを発生させず且つ真空吸引のために必要な耳部を少なくする技術に関する。

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、冷凍庫では熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱材が求められている。そこで、高性能な断熱材として真空断熱材が用いられている。真空断熱材はガスバリヤ性を有する外袋材に芯材が収容されて構成される。芯材としては、グラスウール等の繊維質材が用いられている。

しかし、グラスウール等を真空断熱材の芯材として用いる場合、大気中での体積が大きいため、外袋材内に芯材を収納するのが困難である。また、真空断熱材としたときに、芯材が大気圧で圧縮され収縮が大きいため、収納しても外袋材が芯材よりも大きくなり、特に最終シール部においては外袋材の耳部が大きく発生してしまう。そのため、グラスウール等の繊維材質をバインダーで固め成形したものを用いた芯材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のように、バインダーを用いてグラスウール等の繊維質材を固めた芯材を用いる場合、外袋材内にその芯材を収納する時に芯材の持つバリ等で外袋材を損傷する可能性がある。そこで、グラスウール等の繊維質材を内袋に収納し、その内袋を圧縮し、減圧前に開口部を設ける真空断熱材が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−１３８０５８号公報 特開平４−３３７１９５号公報

特許文献１に開示されているようなバインダーを用いた芯材は、繊維積層体にバインダーを含ませこれをプレス等でボード状に固め、定寸に切断加工することにより生成される。そのため、形状の安定性があり、大気中での厚みは、外袋材に収納して減圧したときの厚みとほぼ変わらない形状にすることができるため、外袋材の最終シール部にシワを発生することなく、外袋材の寸法を芯材に近く小さくすることができる。

しかしながら、上述したように、バインダーで芯材を固める場合、プレス切断時等にバリが発生し、外袋材収納時に外袋材が損傷してしまう可能性がある。これに対して、上述したように、特許文献２に開示されているような、バインダーを用いない方法を適用すると、芯材を内袋で収納して圧縮することで、外袋材に収納することができる。この場合、真空包装前に内袋内部から空気を出す開口部を設ける必要があるが、この開口部により内袋に空気が入ることでグラスウール等の繊維質材が大気中での体積へと戻ってしまう。これにより外袋材の最終シール部にシワが発生してしまう。シワを発生させないために外袋材を大きくして寸法に余裕をもたせることが考えられるが、この場合、外袋材内部を真空減圧した後に耳部となる部分、即ち、余剰部分が多くなり、外袋材の材料が余分に必要となるため、コストが増大して生産性が低下する。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、内部に芯材が収容された真空断熱材において、シワを発生させず、外袋材を密封する部分の余剰範囲を低減し、真空断熱材の生産性を向上することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。

繊維集合体からなる芯材と、前記芯材を収納する内袋材と、前記内袋材を収納する外袋材とを含み、前記外袋材の内部が減圧された断熱材であって、前記内袋材は、前記芯材が収容される収容部と、前記減圧の際に前記内袋材内部の空気を排出する開口部と、前記収容部と前記開口部との間を閉じる閉鎖部とを含む構成とする。さらに、前記閉鎖部は、前記収容部と前記開口部とが連通する連通部が設けられるように前記収容部と前記開口部との間を閉じる構成とする。さらに、前記閉鎖部は、前記内袋材の内側の対向する面を合わせることにより平面を構成するように前記収容部と前記開口部との間を閉じ、前記平面において前記芯材を前記収容部に収容する方向と垂直な方向の端部に前記連通部が設けられる構成とする。さらに、前記閉鎖部は、前記平面において前記芯材を前記収容部に収容する方向と垂直な方向の両端部に前記連通部が設けられる構成とする。さらに、複数の前記閉鎖部及び前記連通部が設けられている構成とする。さらに、前記閉鎖部と前記連通部とが交互に設けられている構成とする。さらに、前記閉鎖部は、前記減圧の際に前記収容部と開口部との間が連通するように前記収容部と前記開口部との間を閉じる構成とする。さらに、前記閉鎖部は前記有機樹脂を溶融させることによって前記収容部と前記開口部との間を閉じる構成とする。さらに、前記閉鎖部は前記内袋材を溶融させることによって前記収容部と前記開口部との間を閉じるように構成され、前記内袋材を溶融させる温度が前記内袋材を構成する素材のガラス転位点付近の温度であるように構成する。

また、繊維集合体からなる芯材と、前記芯材を収納する内袋材と、前記内袋材を収納する外袋材とを含み、前記外袋材の内部が減圧された断熱材の製造方法であって、前記芯材を収容した内袋材を圧縮包装し、前記圧縮包装された内袋材において前記芯材が収容されている収容部の外側の部分を密着させて前記内袋材を閉じる閉鎖部を形成し、減圧装置内において、前記閉鎖部が形成された内袋材における前記閉鎖部よりも更に外側に前記収容部と前記内袋材の外部とを連通させる連通部を形成し、前記外袋材に前記連通部が形成された内袋材を収容して前記真空チャンバーにより減圧し、前記減圧した外袋材の開口部を密封するように構成する。

本発明によれば、内部に芯材が収容された真空断熱材において、シワを発生させず、外袋材を密封する部分の余剰範囲を低減し、真空断熱材の生産性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る真空断熱材の構成を示す断面図である。 本実施形態に係る真空断熱材における内袋の構成例１を示す平面図である。 本実施形態に係る真空断熱材における内袋の構成例２を示す平面図である。 本実施形態に係る真空断熱材における内袋の構成例３を示す平面図である。 本実施形態に係る真空断熱材における内袋の構成例４を示す平面図である。 本実施形態に係る真空断熱材における内袋の構成例５を示す平面図である。 本実施形態に係る真空断熱材の製造方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係る真空断熱材について、図１から図６を用いて以下詳細に説明する。図１は本実施形態に係る真空断熱材５０の構成例を示す図である。図１に示すように、真空断熱材５０は、芯材５１及び吸着剤５２が内袋材５３で包まれ、その内袋材５３がガスバリヤ性を有する外袋材５４で真空包装された構成である。本実施形態に係る内袋材５３の素材は、ポリエチレンフィルムである。この他、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム等、吸湿性が低く熱溶着でき、アウトガスが少ないものを内袋材５３の素材として用いることもできる。

また、本実施形態に係る吸着剤５２の素材は、物理吸着タイプの合成ゼオライトである。この他、水分やガスを吸着するものであれば良く、シリカゲルや酸化カルシウム、塩化カルシウム、酸化ストロンチウム等の化学反応型吸着剤を吸着剤５２の素材として用いることもできる。

なお、本発明の実施形態に係る真空断熱材の製造方法については、後述する図７のフローチャートで説明するので、これを参照することで本実施形態の技術把握が容易且つ速やかに可能となる。

次に、本実施形態に係る内袋材５３の溶着構造について、図を参照して説明する。図２から図５は、本実施形態に係る真空断熱材５０の内袋溶着構造例を示す平面図である。図１及び図２〜図５に示されるように、本実施形態に係る芯材５１は平板状の形態を有する。それに伴い、本実施形態に係る内袋材５３は、平袋状の形態を有する。図２〜図５に共通するように、本実施形態においては、内袋材５３の内部に芯材５１が収納されて圧縮包装された状態において、芯材５１が収容されている部分（以下、収容部とする）と開口部５６との間で溶着部５７において溶着された構成となっている。これにより、圧縮包装された内袋材５３の圧縮状態が保たれるため、内袋材５３は、既に圧縮された状態、即ち、体積が収縮した状態において外袋材５４に挿入される。このため、外袋材５３は、収縮した状態の内袋材５３のサイズに合わせて構成することができる。ここで、符号５９は内袋材５３の最終シール部である。

換言すると、内袋材５３が予め圧縮包装されているため、この内袋材５３を被うサイズの外袋材５４を真空減圧しても、内袋材５３のサイズは大きくは変化しない。従って、外袋材５４におけるシワの発生を低減することができる。これに対して、圧縮状態ではない通常状態の芯材５１及び内袋材５３を収容した外袋材５４の内部を真空減圧する場合、通常状態の芯材５１等に応じた大きさの外袋材５３を用意する必要があるが、真空減圧に伴う体積の収縮によって、外袋材５４にはシワが発生してしまう。このシワを発生させないために外袋材５４のサイズを大きくすると大きな耳部が発生してしまう（耳部というのは、図１の例示で図面左右端の突起部分を云い、図２で開口部５６（一点鎖線）と芯材５１との間の部分を云う）。本実施形態においては、内袋材５３は予め圧縮包装されているため、外袋材５４の真空減圧によっても、体積が大きく変わらないため、上記耳部となる範囲を低減することができる。

図２の例は、芯材５１と内袋材５３の開口部５６との間に溶着部５７ａを設けたものである。溶着部５７ａにおいては、内袋材５３の内側の対向する面が合わされることにより内袋材５３が閉じられ、平面が構成される。図２の例における溶着部５７ａは、内袋材５３の開口部５６を完全に閉じるのではなく、両端部に空気穴５８ａを設けるように構成されている。ここで言う両端部とは、上述した溶着部５７ａの平面において、内袋材５３に芯材５１を収容する方向と垂直な方向の端部である（図２の例で上下の端部）。空気穴５８ａは、内袋材５３において芯材５１が収容される収容部と開口部５６とを連通する連通部として機能する。溶着部５７ａによって部分的に開口部５６が閉じられるため、芯材５１が大気圧の状態に戻る、即ち、圧縮された状態から通常の状態に戻る、ことを防ぐことができる。また、溶着部５７ａを設ける位置を、芯材５１のより近くにすることで、内袋材５３の耳部を少なくすることができ、外袋材５４の耳部も少なくすることができる。

また、内袋材５３において、溶着部５７ａと芯材５１との間隔が近ければ、芯材５１が大気圧の状態に戻った場合においても（真空吸引の直前に多少膨らんでも）、芯材５１が収容されている範囲を溶着部５７ａで拘束するため、圧縮したことによる減圧状態での芯材５１の体積を維持することができる。

また、空気穴５８から空気が進入した場合、進入した空気によって内袋材５３が膨らむことになる。この際、内袋材５３は袋状の部材であるため（図２で内袋材の上端又は下端部は膨らみようがない）、図２の上下方向の中心部分が膨張する。従って、空気穴５８から空気が侵入した場合の内袋材５３の膨らみを抑えるためには、空気穴５８が設けられているような端部ではなく、内袋材５３の中心部を保持することが好ましく、この点においても、図２に示すような溶着部５７ａの形成箇所の態様は好ましい。即ち、空気穴５８から空気が進入しても溶着部５７ａで保持することで芯材５１の減圧状態を保つことができる。

また、空気穴５８ａは、外袋材５４を真空減圧する際に、内袋材５３内部の空気が好適に吸い出される程度の範囲で設けることが好ましい。これは、空気穴５８ａが狭いと、真空包装時に内袋材５３内部からの空気が抜けにくくなるため、真空包装時間の増加や真空断熱材５０としたときの真空度が低くなり熱伝導率が悪化するためである。空気穴５８ａの寸法としては、例えば、芯材５１の寸法（図２における上下方向）の１／３程度である。

図３から図６は本実施形態に関する内袋材の種々の構成例を示した図である。図３は芯材５１と開口部５６との間に溶着部５７ｂと空気穴５８ｂを複数設けたものである。図２よりも溶着部５７ｂと空気穴５８ｂを複数設けることで空気穴５８ｂを多くすることができ、真空包装時に内袋材５３内部からの空気を抜けやすくすることができる。

一方、図４と図５では空気穴５８ｃ若しくは５８ｄから空気が進入することを防ぐために複数の溶着部５７ｃ若しくは５７ｄと溶着部５８ｃ若しくは５８ｄを交互に並列させたものである。これにより真空包装時に内袋材５３内部からの空気が抜けにくくなり、より芯材５１を内袋材５３で包装した状態で長時間放置することができる。

図６は、芯材５１と開口部５６との間に空気穴を設けることなく溶着部５７ｅを設けたものである。これは溶着部５７ｅの溶着強度を弱くすることで、真空包装時に内袋材５３内部からの空気圧で溶着部５７ｅが剥がれ真空包装する構造である。本構成例においては内袋材５３にポリエチレンフィルムを用いており、ポリエチレンのガラス転移点である１２０℃前後で溶着する。この場合、溶着部５７ｅが完全に溶着した状態ではないため、真空包装時に内袋材５３内部からの空気圧で溶着部５７ｅが剥がれる構造とすることができる。

また、図６の溶着部５７ｅを図２から図５までの開口部５６とすることも可能である。これにより従来は開口部５６を設けるために内袋材５３を真空包装機に投入後カット作業を行っていたが、開口部５６を溶着部５７ｅとすることでカットすることなく、内袋材５３内部からの空気圧で溶着部５７ｅが剥がれ真空包装することができる。

次に、本実施形態に係る真空断熱材５０の製造方法について説明する。図７は、本実施形態に係る真空断熱材５０の製造方法を示すフローチャートである。なお、図７においては、内袋材５３として図２に示す態様を用いる場合を例とするが、図３〜図６の態様においても同様である。図７に示すように、まず、芯材５１を指定の寸法にカットする（Ｓ７０１）。そして、カットした芯材５１に吸着剤５２を投入し、内袋材５３に芯材５１、吸着剤５２を収納する（Ｓ７０２）。次に、芯材５１及び吸着剤５２を投入した内袋材５３を圧縮包装する（Ｓ７０３）。そして、圧縮包装された内袋材５３において、芯材５１と内袋材最終シール部５９との間に溶着部５７ａを設ける（Ｓ７０４）。

溶着部５７ａが設けられると、内袋材５３を外袋材５４に収納して真空包装機、即ち減圧装置の真空チャンバーに投入し、真空チャンバー内において外袋材５４を真空包装する前に内袋材５３に開口部５６を設ける（Ｓ７０５）。これにより、内袋材５３内部からの空気を抜くことができる。即ち、内袋材５３内部の空気は、空気穴５８ａ及び開口部５６を介して外部に排出される。その後、真空チャンバー内を減圧し（Ｓ７０６）、真空度が一定値に到達するまで減圧を行う（Ｓ７０７／ＮＯ）。真空度が一定値に到達すると（Ｓ７０７／ＹＥＳ）、外袋材５４に最終シールを行い（Ｓ７０８）、真空断熱材５０が完成する。

本発明の実施形態は以上説明したような構成を有するものであるから、次のような効果を有する。即ち、真空断熱材５０の芯材５１を内包する内袋材において、芯材５１と開口部５６との間に溶着部５７を設けることで、真空包装前に開口部を設けても芯材５１が大気圧の厚さに戻ることなく、真空包装でき外袋材最終シール部５５を狭くすることができる。

なお、上記実施形態においては、溶着部を設けることによって内袋材５３内部における芯材５１の位置を規定する場合を例として説明した。即ち、溶着によって内袋材５３を閉じる場合を例として説明した。この他、内袋材５３を閉じる方法は、溶着以外の方法であっても良く、少なくとも、芯材５１が内袋材５３から出ないように内袋材５３を閉じる閉鎖部を設ければ良い。

５０ 真空断熱材、
５１ 芯材、
５２ 吸着剤、
５３ 内袋材、
５４ 外包材、
５５ 外袋材最終シール部、
５６ 開口部、
５７ 溶着部、
５８ 空気穴、
５９ 内袋材最終シール部

Claims (10)

1. 繊維集合体からなる芯材と、前記芯材を収納する内袋材と、前記内袋材を収納する外袋材とを含み、前記外袋材の内部が減圧された断熱材であって、
   前記内袋材は、前記芯材が収容される収容部と、前記減圧の際に前記内袋材内部の空気を排出する開口部と、前記収容部と前記開口部との間を閉じる閉鎖部とを含む
   ことを特徴とする断熱材。
2. 請求項１において、
   前記閉鎖部は、前記収容部と前記開口部とが連通する連通部が設けられるように前記収容部と前記開口部との間を閉じることを特徴とする断熱材。
3. 請求項２において、
   前記閉鎖部は、前記内袋材の内側の対向する面を合わせることにより平面を構成するように前記収容部と前記開口部との間を閉じ、前記平面において前記芯材を前記収容部に収容する方向と垂直な方向の端部に前記連通部が設けられる
   ことを特徴とする断熱材。
4. 請求項３において、
   前記閉鎖部は、前記平面において前記芯材を前記収容部に収容する方向と垂直な方向の両端部に前記連通部が設けられることを特徴とする断熱材。
5. 請求項２において、
   複数の前記閉鎖部及び前記連通部が設けられていることを特徴とする断熱材。
6. 請求項５において、
   前記閉鎖部と前記連通部とが交互に設けられていることを特徴とする断熱材。
7. 請求項１において、
   前記閉鎖部は、前記減圧の際に前記収容部と開口部との間が解放されて連通するように前記収容部と前記開口部との間を閉じることを特徴とする断熱材。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７において、
   前記閉鎖部は前記内袋材を溶融させることによって前記収容部と前記開口部との間を閉じることを特徴とする断熱材。
9. 請求項７において、
   前記閉鎖部は前記内袋材を溶融させることによって前記収容部と前記開口部との間を閉じるように構成され、前記内袋材を溶融させる温度が前記内袋材を構成する素材のガラス転位点付近の温度であることを特徴とする断熱材。
10. 繊維集合体からなる芯材と、前記芯材を収納する内袋材と、前記内袋材を収納する外袋材とを含み、前記外袋材の内部が減圧された断熱材の製造方法であって、
    前記芯材を収容した内袋材を圧縮包装し、
    前記圧縮包装された内袋材において前記芯材が収容されている収容部の外側の部分を密着させて前記内袋材を閉じる閉鎖部を形成し、
    減圧装置内において、前記閉鎖部が形成された内袋材における前記閉鎖部よりも更に外側に前記収容部と前記内袋材の外部とを連通させる連通部を形成し、
    前記外袋材に前記連通部が形成された内袋材を収容して前記真空チャンバーにより減圧し、
    前記減圧した外袋材の開口部を密封する
    ことを特徴とする断熱材の製造方法。

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