JP2012042011A - 真空断熱材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工数を削減できる真空断熱材を提供する。
【解決手段】芯材２を収納した外包材３の内部を減圧し、外包材３の端部が溶着部３ａで熱溶着される真空断熱材１において、芯材２がシート状の芯材形成体２０を積層し、一または複数の芯材形成体２０を折曲して形成されるとともに、少なくとも一の芯材形成体２０の表面に散布された粒子状の吸着材４が折曲された芯材形成体２０の内側に配されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、外包材の内部に芯材及び吸着材を備えた真空断熱材及びその製造方法に関する。

冷蔵庫等の機器において熱を効率的に利用するために断熱材として真空断熱材が用いられる。図１３は従来の真空断熱材の側面断面図を示している。真空断熱材１はスペーサとなる芯材２を外包材３で覆って形成される。外包材３は一端を開口して周囲を溶着部３ｂで熱溶着した袋状に形成される。芯材２は発泡樹脂の積層体等により形成される。外包材３の開口部から芯材２を挿入し、減圧状態で開口部が溶着部３ａで熱溶着される。これにより、外包材３の内部を真空に維持した真空断熱材１が得られる。

また、外包材３の内部には多孔質シリカ等から成る吸着材４が配される。吸着材４は不織布等の外装材４ａにより覆われ、芯材２に設けられる凹部２ａ内に配される。吸着材４によって芯材２から発生するガス、外包材３の表面を透過するガス、溶着部３ａ、３ｂを介して侵入するガスが吸着される。これにより、真空断熱材１の真空度の経時劣化を防止することができる。

また、特許文献１にはシート状に形成された吸着材を積層体から成る芯材とともに積層した真空断熱材が開示される。特許文献２には芯材に吸着材を挿入する多数の孔を形成した真空断熱材が開示される。

特開平８−１０５５９２号公報（第３頁−第６頁、第１図） 特開２００６−３１２９４７号公報（第５頁−第１０頁、第２図）

しかしながら、図１３に示す従来の真空断熱材１によると、吸着材４を収納する凹部２ａを芯材２に形成する必要がある。また、上記特許文献１に開示された真空断熱材によると、吸着材をシート状に形成する必要がある。また、上記特許文献２に開示された真空断熱材によると、吸着材を挿入する孔を芯材に形成する必要がある。これらのため、真空断熱材１の製造工数が大きくなる問題があった。

本発明は、製造工数を削減できる真空断熱材及びその製造方法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は、芯材を収納した外包材の内部を減圧し、前記外包材の端部が溶着部で熱溶着される真空断熱材において、前記芯材がシート状の芯材形成体を積層し、一または複数の前記芯材形成体を折曲して形成されるとともに、少なくとも一の前記芯材形成体の表面に散布された粒子状の吸着材が折曲された前記芯材形成体の内側に配されることを特徴としている。

この構成によると、シート状の芯材形成体が積層され、芯材形成体の表面に粒子状の吸着材が散布される。少なくとも一の芯材形成体は吸着材を内側に配して折曲され、芯材が形成される。芯材は減圧された外包材の内部に収容され、外包材の開口部が熱溶着される。

また本発明は、上記構成の真空断熱材において、折曲された前記芯材形成体の折曲部が前記溶着部に面して配置されることを特徴としている。この構成によると、外包材の開口部を熱溶着した溶着部に面して芯材形成体の折曲部が配置される。

また本発明は、上記構成の真空断熱材において、前記芯材の最外層に配される前記芯材形成体が折曲されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の真空断熱材において、前記芯材の最内層に配される前記芯材形成体が折曲されることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の真空断熱材において、複数の前記芯材形成体を折曲し、各前記折曲部が周方向の異なる面に配されることを特徴としている。

また本発明の真空断熱材の製造方法は、
シート状の芯材形成体を積層する積層工程と、
少なくとも一の前記芯材形成体の表面に粒子状の吸着材を散布する吸着材散布工程と、
一または複数の前記芯材形成体を折曲し、折曲された前記芯材形成体の内側に前記吸着材が配された芯材を形成する折曲工程と、
開口部を開口した袋状の外包材に前記開口部から前記芯材を挿入する芯材収容工程と、
前記開口部を介して前記外包材の内部を減圧した状態で前記開口部を熱溶着する減圧溶着工程と、
を備えたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の真空断熱材の製造方法において、前記芯材収容工程において、前記芯材形成体の折曲部を前記外包材内で前記開口部に面して配置したことを特徴としている。

本発明によると、芯材がシート状の芯材形成体を積層し、折曲した芯材形成体の内側に吸着材が配される。これにより、吸着材を収容する収容部や孔を芯材に形成する必要がなく、吸着材をシート状に形成する必要もない。また、吸着材の有効表面積が大きくなり、吸着材の応答性を良くすることができる。従って、真空断熱材の真空度の経時劣化を抑制するとともに、真空断熱材の製造工数を削減することができる。

本発明の第１実施形態の真空断熱材を示す側面断面図 本発明の第１実施形態の真空断熱材の製造工程を示す工程図 本発明の第１実施形態の真空断熱材の積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図 本発明の第１実施形態の真空断熱材の芯材収容工程を示す側面断面図 本発明の第１実施形態の真空断熱材の加速試験の結果を示す図 本発明の第２実施形態の真空断熱材を示す側面断面図 本発明の第２実施形態の真空断熱材の積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図 本発明の第３実施形態の真空断熱材を示す側面断面図 本発明の第３実施形態の真空断熱材の積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図 本発明の第４実施形態の真空断熱材を示す側面断面図 本発明の第４実施形態の真空断熱材の積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図 本発明の第４実施形態の真空断熱材の折曲工程を示す斜視図 従来の真空断熱材を示す側面断面図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の真空断熱材を示す側面断面図である。説明の便宜上、前述の図１３に示す従来例と同様の部分は同一の符号を付している。真空断熱材１はスペーサとなる芯材２を外包材３で覆って形成される。

外包材３は熱溶着層、バリア層及び保護層を積層した積層フィルムの周縁を溶着部３ａ、３ｂで熱溶着して形成され、内部が真空状態に減圧される。熱溶着層として低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、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等を用いることができる。

バリア層は水蒸気等のガスの透過を遮断し、アルミニウム箔やアルミニウムの蒸着膜等を用いることができる。保護層は外力による傷等を防止し、ポリアミドやＰＥＴ等を用いることができる。

芯材２はシート状の芯材形成体２０（以下、複数の芯材形成体の総称を「芯材形成体２０」という場合がある）を積層した後、二つ折りに折曲して形成される。芯材形成体２０の折曲部２０ａは一の溶着部３ａに面して配置される。本実施形態では３層の芯材形成体２１、２２、２３を折曲した６層の芯材２が形成される。芯材形成体２０は発泡樹脂、粉体、無機繊維、多孔質体、薄膜積層体等を用いることができる。具体的には、連通ウレタン、シリカ粉体、グラスファイバー等をシート状に形成した芯材形成体２０が用いられる。

折曲によって最内層に配される芯材形成体２３の内面には粒子状の吸着材４が設けられる。吸着材４は酸化カルシウム、シリカゲル、ゼオライト、活性炭、多孔質シリカ等から成る。吸着材４によって芯材２から発生するガス、外包材３の表面を透過するガス、溶着部３ａ、３ｂを介して侵入するガスが吸着される。これにより、真空断熱材１の真空度の経時劣化を防止する。

芯材２としてグラスファイバーを用いると、減圧による圧縮状態の芯材２の空隙径は１０μｍ〜２０μｍとなる。このため、芯材２の圧縮前の空隙を減圧時に吸着材４が通過することを防止するため、吸着材４の粒子径を１００μｍ以上にすると望ましい。

図２は真空断熱材１の製造工程を示す工程図である。真空断熱材１は乾燥工程、積層工程、吸着材散布工程、折曲工程、芯材収容工程、減圧溶着工程及び検査工程により作成される。乾燥工程は芯材形成体２０を乾燥させる。具体的には、グラスファイバーから成る芯材形成体２０を２００℃の雰囲気に２０分配置して乾燥させる。

図３は積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図である。積層工程では芯材形成体２０が積層される。この時、各芯材形成体２１、２２、２３は異なる長さに形成され、一端を揃えて配置される。例えば、下層の芯材形成体２１は長さ９２０ｍｍ、幅５００ｍｍに形成される。中間層の芯材形成体２２は長さ９１０ｍｍ、幅５００ｍｍに形成される。上層の芯材形成体２３は長さ９００ｍｍ、幅５００ｍｍに形成される。

吸着材散布工程では上層の芯材形成体２３の表面に吸着材４が散布される。具体的には、酸化カルシウム及びメソポーラスシリカの混合物により吸着材４を構成し、１０ｇの吸着材４が均等に散布される。

次に、折曲工程で矢印Ａに示すように芯材形成体２１、２２、２３が二つ折りに折曲される。これにより、折曲部２０ａで折曲された長さ約４５０ｍｍ、幅５００ｍｍの芯材２が得られる。この時、吸着材４は折曲された芯材形成体２１、２２、２３の内側に配される。

図４は芯材収容工程を示す側面断面図である。外包材３は周縁を溶着部３ｂで溶着された袋状に形成され、一辺に開口部３ｃが開口する。芯材２は開口部３ｃから外包材３の内部に挿入して収容される。この時、芯材２の折曲部２０ａが開口部３ｃに面して配置される。

減圧溶着工程では芯材２を収容した外包材３がチャンバー内に配され、チャンバー内を例えば、０．０１５Ｔｏｒｒまで減圧する。これにより、外包材３の内部が開口部３ｃを介して減圧される。この時、折曲部２０ａが開口部３ｃに面しているため、折曲部２０ａによって吸着材４の流出を防止することができる。そして、シリコンヒータ等により外包材３の開口部３ｃを熱溶着し、溶着部３ａ（図１参照）が形成される。

尚、芯材形成体２０の折曲により吸着材４が挟持される場合や、繊維状等の芯材形成体２０によって吸着材４が担持される場合には、吸着材４の挟持や担持によって減圧による流出を防止できる。このため、折曲部２０ａを開口部３ｃに面して配置しなくてもよいが、開口部３ｃに面して配置するとより確実に吸着材４の流出を防止できる。

検査工程では密封不良や傷等が検査される。これにより、前述の図１に示す真空断熱材１が得られる。

図５は本実施形態の真空断熱材１の加速試験の結果を示す図である。縦軸は熱伝導率（単位：ｍＷ／ｍ・Ｋ）であり、横軸は相当経過年数（単位：年）である。熱伝導率は英弘精機株式会社製の熱伝導率測定装置ＨＣ−０７４／６００を用い、平板熱流計法により測定している。相当経過年数は外包材３の透過係数に基づいて、７０℃、５０日を１０年相当としている。

また、比較例として前述の図１３に示す従来の真空断熱材の結果を並記している。比較例の吸着材４としてメソポーラスシリカ（太陽化学株式会社製 ＴＭＰＳ−４）を用い、吸着材４の外装材４ａとして不織布を用いている。

同図によると、本実施形態の真空断熱材１は相当経過年数が１０年まで熱伝導率の経時変化が従来と同等であり、真空度の経時劣化を大きくしない。

本実施形態によると、芯材２がシート状の芯材形成体２１、２２、２３を積層し、折曲した芯材形成体２１、２２、２３の内側に粒子状の吸着材４が配される。これにより、従来例のように吸着材４を収容する凹部や孔を芯材２に形成する必要がなく、吸着材４をシート状に形成する必要もない。また、吸着材４の有効表面積が大きくなり、吸着材４の応答性を良くすることができる。従って、真空断熱材１の真空度の経時劣化を抑制するとともに、真空断熱材１の製造工数を削減することができる。

また、芯材形成体２０の折曲部２０ａが外包材３の溶着部３ａに面して配置される。従って、折曲部２ａに面した溶着部３ａを外包材３に芯材２を挿入した後に形成し、折曲部２０ａによって減圧時の吸着材４の流出をより確実に防止することができる。

また、最外層に配される芯材形成体２３が折曲されるので、芯材２の周方向の一面のエッジ部分が折曲部２０ａによって曲面に形成される。これにより、芯材２の尖鋭なエッジ部分を少なくし、外包材３の損傷を低減して真空断熱材１の経時劣化をより抑制することができる。特に、芯材２としてグラスファイバーを用いると、グラスファイバーの針状の粒子が外包材３に突き刺さって形成されるピンホールによって経時劣化が生じやすい。このため、芯材２の尖鋭なエッジ部分を少なくすることにより、ピンホールの発生を低減することができる。

また、シート状の芯材形成体２０を積層する積層工程と、
芯材形成体２３の表面に粒子状の吸着材４を散布する吸着材散布工程と、
芯材形成体２１、２２、２３を折曲し、折曲された芯材形成体２１、２２、２３の内側に吸着材４が配された芯材２を形成する折曲工程と、
開口部３ｃを開口した袋状の外包材３に開口部３ｃから芯材２を挿入する芯材収容工程と、
開口部３ｃを介して外包材３の内部を減圧した状態で開口部３ｃを熱溶着する減圧溶着工程と、
を備えるので、真空断熱材１の真空度の経時劣化を抑制し、真空断熱材１の製造工数を削減することができる。

また、芯材収容工程で芯材形成体２０の折曲部２０ａを外包材３内で開口部３ｃに面して配置するので、折曲部２０ａによって減圧時の吸着材４の流出をより確実に防止することができる。

尚、本実施形態において、吸着材散布工程で吸着材４を芯材形成体２３の表面に散布しているが、芯材形成体２１、２２の表面に散布してもよい。

次に、図６は第２実施形態の真空断熱材１を示す側面断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は芯材２を形成する芯材形成体２０の構成が第１実施形態と異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。

芯材形成体２０は最外層の折曲された芯材形成体２４と、芯材形成体２４に対して一方向に短い複数の同一形状の芯材形成体２５とを有している。芯材形成体２４、２５を積層して芯材２が形成される。例えば、芯材形成体２４は長さ９１０ｍｍ、幅５００ｍｍに形成される。芯材形成体２５は長さ４５０ｍｍ、幅５００ｍｍに形成され、４層設けられる。

図７は積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図である。積層工程では芯材形成体２４上に芯材形成体２５が積層される。芯材形成体２５は所定の隙間Ｄ（例えば、１０ｍｍ）を介して長手方向に分散し、芯材形成体２４に端部を揃えて２層づつ積層される。吸着材散布工程では上層の芯材形成体２５上に吸着材４が散布される。

次に、折曲工程で矢印Ａに示すように芯材形成体２５が内側に配されるように芯材形成体２４が二つ折りに折曲される。これにより、前述の図６に示すように、長さ約４５０ｍｍ、幅５００ｍｍの芯材２が得られる。この時、吸着材４は折曲部２０ａで折曲された芯材形成体２４の内側に配される。

次に、第１実施形態と同様に、芯材収容工程で芯材２が開口部３ｃ（図４参照）から外包材３の内部に挿入して収容される。この時、芯材２の折曲部２０ａが開口部３ｃに面して配置される。そして、減圧溶着工程及び検査工程が行われる。

本実施形態によると、第１実施形態と同様に、芯材２がシート状の芯材形成体２４、２５を積層し、折曲した芯材形成体２４の内側に粒子状の吸着材４が配される。従って、真空断熱材１の真空度の経時劣化を抑制するとともに、真空断熱材１の製造工数を削減することができる。

また、芯材形成体２０の折曲部２０ａが外包材３の溶着部３ａに面して配置されるので、折曲部２０ａによって減圧時の吸着材４の流出をより確実に防止することができる。

また、最外層に配される芯材形成体２４が折曲されるので、芯材２の周方向の一面のエッジ部分が折曲部２０ａによって曲面に形成される。これにより、芯材２の尖鋭なエッジ部分を少なくし、外包材３の損傷を低減して真空断熱材１の経時劣化をより抑制することができる。

尚、本実施形態において、吸着材散布工程で吸着材４を上層の芯材形成体２５の表面に散布しているが、中間層の芯材形成体２５の表面に散布してもよく、芯材形成体２４の表面に散布してもよい。

次に、図８は第３実施形態の真空断熱材１を示す側面断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は芯材２を形成する芯材形成体２０の構成が第１実施形態と異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。

芯材形成体２０は最内層の折曲された芯材形成体２６と、芯材形成体２６に対して一方向に短い複数の同一形状の芯材形成体２７とを有している。芯材形成体２６、２７を積層して芯材２が形成される。例えば、芯材形成体２６は長さ９００ｍｍ、幅５００ｍｍに形成される。芯材形成体２７は長さ４５０ｍｍ、幅５００ｍｍに形成され、芯材形成体２６の上下に２層づつ設けられる。

図９は積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図である。積層工程では芯材形成体２７が長手方向に２層づつ分散し、端部を揃えて積層される。上層の芯材形成体２７上には芯材形成体２６が両端部を芯材形成体２７に揃えて積層される。吸着材散布工程では芯材形成体２６上に吸着材４が散布される。

次に、折曲工程で矢印Ａに示すように芯材形成体２７が外側に配されるように芯材形成体２６が二つ折りに折曲される。これにより、前述の図８に示すように、長さ約４５０ｍｍ、幅５００ｍｍの芯材２が得られる。この時、吸着材４は折曲部２０ａで折曲された芯材形成体２６の内側に配される。

次に、第１実施形態と同様に、芯材収容工程で芯材２が開口部３ｃ（図４参照）から外包材３の内部に挿入して収容される。この時、芯材２の折曲部２０ａが開口部３ｃに面して配置される。そして、減圧溶着工程及び検査工程が行われる。

本実施形態によると、第１実施形態と同様に、芯材２がシート状の芯材形成体２６、２７を積層し、折曲した芯材形成体２６の内側に粒子状の吸着材４が配される。従って、真空断熱材１の真空度の経時劣化を抑制するとともに、真空断熱材１の製造工数を削減することができる。

また、芯材形成体２０の折曲部２０ａが外包材３の溶着部３ａに面して配置されるので、折曲部２０ａによって減圧時の吸着材４の流出をより確実に防止することができる。

また、最内層に配される芯材形成体２６が折曲されるので、芯材２の周面の平面性を確保することができる。従って、真空断熱材１の取り付け時の位置決めを容易にすることができる。

次に、図１０は第４実施形態の真空断熱材１を示す側面断面図である。説明の便宜上、前述の図１〜図４に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付している。本実施形態は芯材２を形成する芯材形成体２０の構成が第１実施形態と異なっている。その他の部分は第１実施形態と同様である。

芯材形成体２０は同一形状の長方形の芯材形成体２８、２９、３０、３１から成り、芯材形成体２８、２９、３０、３１を積層して芯材２が形成される。例えば、芯材形成体２８、２９、３０、３１は長さ１０１０ｍｍ、幅５００ｍｍに形成される。各芯材形成体２８、２９、３０、３１はそれぞれ折曲され、８層に形成される。

図１１は積層工程及び吸着材散布工程を示す側面断面図である。積層工程では芯材形成体２８、２９、３０、３１が順に積層される。この時、芯材形成体２８、２９、３０、３１は一端を揃えて長手方向を９０゜づつ時計回りまたは反時計回りにずらして積層される。これにより、芯材形成体２８、２９、３０、３１が互いに重なる部分から四方に延びる。吸着材散布工程では上層の芯材形成体３１上に吸着材４が散布される。

次に、矢印Ａに示すように折曲工程で下層から順に芯材形成体２８、２９、３０、３１が二つ折りに折曲される。図１２はこの時の状態を示す斜視図である。これにより、前述の図１０に示すように、長さ約５００ｍｍ、幅約５００ｍｍの芯材２が得られる。この時、芯材形成体２０の折曲部２０ａは四方に面して周方向の異なる面にそれぞれ形成され、吸着材４は折曲部２０ａで折曲された芯材形成体２８、２９、３０、３１の内側に配される。

次に、第１実施形態と同様に、芯材収容工程で芯材２が開口部３ｃ（図４参照）から外包材３の内部に挿入して収容される。この時、芯材２のいずれかの折曲部２０ａが開口部３ｃに面して配置される。尚、開口部３ｃを複数の辺に設けてもよい。そして、減圧溶着工程及び検査工程が行われる。

本実施形態によると、第１実施形態と同様に、芯材２がシート状の芯材形成体２８〜３１を積層し、折曲した芯材形成体２８〜３１の内側に粒子状の吸着材４が配される。従って、真空断熱材１の真空度の経時劣化を抑制するとともに、真空断熱材１の製造工数を削減することができる。

また、芯材形成体２０の折曲部２０ａが外包材３の溶着部３ａに面して配置されるので、折曲部２０ａによって減圧時の吸着材４の流出をより確実に防止することができる。

また、芯材形成体２８〜３１の各折曲部２０ａが周方向の異なる面に配されるので、芯材２の周面のエッジ部分がそれぞれ折曲部２０ａによって曲面に形成される。これにより、芯材２の尖鋭なエッジ部分を少なくし、外包材３の損傷を低減して真空断熱材１の経時劣化をより抑制することができる。

尚、本実施形態において、吸着材散布工程で吸着材４を上層の芯材形成体３１の表面に散布しているが、芯材形成体２８、２９、３０の表面に散布してもよい。

本発明によると、外包材の内部に芯材及び吸着材を備えた真空断熱材に利用することができる。

１ 真空断熱材
２ 芯材
３ 外包材
３ａ、３ｂ 溶着部
３ｃ 開口部
４ 吸着材
２０〜３１ 芯材形成体
２０ａ 折曲部

Claims (7)

1. 芯材を収納した外包材の内部を減圧し、前記外包材の少なくとも一端部が溶着部で熱溶着される真空断熱材において、前記芯材がシート状の芯材形成体を積層し、一または複数の前記芯材形成体を折曲して形成されるとともに、少なくとも一の前記芯材形成体の表面に散布された粒子状の吸着材が折曲された前記芯材形成体の内側に配されることを特徴とする真空断熱材。
2. 折曲された前記芯材形成体の折曲部が前記溶着部に面して配置されることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 前記芯材の最外層に配される前記芯材形成体が折曲されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材。
4. 前記芯材の最内層に配される前記芯材形成体が折曲されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材。
5. 複数の前記芯材形成体を折曲し、各前記折曲部が周方向の異なる面に配されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱材。
6. シート状の芯材形成体を積層する積層工程と、
   少なくとも一の前記芯材形成体の表面に粒子状の吸着材を散布する吸着材散布工程と、
   一または複数の前記芯材形成体を折曲し、折曲された前記芯材形成体の内側に前記吸着材が配された芯材を形成する折曲工程と、
   開口部を開口した袋状の外包材に前記開口部から前記芯材を挿入する芯材収容工程と、
   前記開口部を介して前記外包材の内部を減圧した状態で前記開口部を熱溶着する減圧溶着工程と、
   を備えたことを特徴とする真空断熱材の製造方法。
7. 前記芯材収容工程において、前記芯材形成体の折曲部を前記外包材内で前記開口部に面して配置したことを特徴とする請求項６に記載の真空断熱材の製造方法。

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