JP2017053415A - 真空断熱パネルの製造方法及び真空断熱パネル製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、住宅用の断熱材としての適用検討も進められているが、現行の真空断熱パネルは、グラスウール等の芯材をアルミラミネートフィルムでヒートシールした構造のものが一般的である。
このため、長期に亘って断熱性を維持できる真空断熱パネルの開発が望まれている。
そこで、グラスウール等の芯材をステンレス鋼等の薄金属板で包み、真空引きした後、端部を溶接接合して真空断熱パネルを製造することが各種試みられている。そして、真空引き方法として各種方法が提案されている。
また、溶接封止部に欠陥がありリークした場合、ポンプが大気を直接吸引する可能性があるため、ターボポンプのような高真空領域から使用する高性能な真空ポンプは破損の危険性があり使えない。このため、直接大気圧から吸引可能で到達真空度もそれほど高くない真空ポンプが採用されるケースが多く、真空度の高い真空断熱パネルを製造することは難しい。
真空中での封止により、大気侵入による内部真空度悪化の心配がなく、例えリークした場合でも、周囲が高真空領域のために大気を直接吸引する可能性がなく、高性能な真空ポンプを使用できる利点が挙げられる。このため、高性能な真空ポンプを使ってパネル内部を高真空にした上で封止することにより、大気中で製造した真空断熱パネルよりも高真空・高性能な真空断熱パネルが得られることになる。
しかし、真空中でシーム溶接を行うと、溶接により発生した熱が電極に蓄積され、電極が損耗し溶接不良が発生しやすくなるといった欠点がある。この現象は溶接する長さ・時間が長いほど発生しやすく、真空中でシーム溶接によりパネルの周縁部全てを溶接不良なく安定して溶接することは難しい。
本発明の真空断熱パネルの製造方法は、図1に示すように、断熱性を有する板状の芯材10と、この芯材10を挟むように配置される第1の金属板20及び第2の金属板30と、を備え、内部が真空状態となるように第1の金属板20及び第2の金属板30の周縁がシーム溶接により封止されて形成された真空断熱パネル1の製造方法である。
芯材10は、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維が所定の厚みを有するように積層されて構成される。本実施形態では、芯材10は、平面視矩形の板状に形成される。
本実施形態の真空断熱パネル1の製造方法は、重ね合わせ工程と、第1溶接工程と、真空引き工程と、第2溶接工程と、を備える。
以上の第2溶接工程により、第1の金属板20及び第2の金属板30の全周がシーム溶接され、芯材10が収容された内部が真空引きされた真空断熱パネル1が製造される。
真空断熱パネル1の製造方法を、重ね合わせた第1の金属板20及び第2の金属板30における対向する2つの辺L2以外の辺をシーム溶接する第1溶接工程と、第1溶接工程により溶接されなかった2つの辺L2から第1の金属板20及び第2の金属板30により挟まれた内部を真空引きする真空引き工程と、真空引き工程により内部が真空引きされた状態で、対向する2つの辺L2を同時にシーム溶接する第2溶接工程と、を含んで構成した。これにより、真空引き工程において、2つの辺L2(開口部40)から第1の金属板20と第2の金属板30との間の空間の真空引きを行えるので、第1の金属板20と第2の金属板30との間の空間の真空引きにかかる時間を短縮できる。また、第2溶接工程において、シーム溶接を行う2つの辺L2が対向して配置されているので、一方の辺をシーム溶接する電極と、他方の辺をシーム溶接する電極とを、互いに干渉することなく移動させて同時に2辺のシーム溶接を行える。よって、2つの開口部40を同時にシーム溶接できるので、真空引きにかかる時間を短縮するために開口部を多く確保した場合であっても、真空中でのシーム溶接時間を減らして溶接不良の発生を低減できる。
本実施形態の真空断熱パネル製造装置100は、図5に示すように、真空チャンバ110と、この真空チャンバ110の内部に配置されるシーム溶接装置120と、を備える。
上側電極支持部材150は、上側電極140を、下側電極130の延びる方向に回転可能に支持する。本実施形態では、上側電極支持部材150は、上側電極140の側方にそれぞれ配置され、上側電極140の回転中心に連結され水平方向に延びる軸部材151と、この軸部材151を回転可能に支持する本体部152と、を備える。
本実施形態では、上述の2つの下側電極130のうちの一方は、固定テーブル182の上面に固定され、他方は可動テーブル183の上面に固定される。また、2つの上側電極移動機構160及び第1電極間距離可変機構170のうちの一方は、支持フレーム190を介して固定テーブル182の上面に固定され、他方は支持フレーム190を介して可動テーブル183の上面に固定される。
可動テーブル183は、下側電極130の延びる方向に直交する方向Xにスライド移動する。これにより、2つの下側電極130の間の距離W及び2つの上側電極の間の距離Wを変更させられる。
真空断熱パネル製造装置100を用いた真空引き工程及び第2溶接工程について説明する。
この状態で、真空チャンバ110の開閉扉を閉めて真空引きを行い、第1の金属板20と第2の金属板30との間の空間を真空引きする(真空引き工程)。
これにより、第1の金属板20及び第2の金属板30の2つの辺L2が同時にシーム溶接される。
以下に示す実施例及び比較例の真空断熱パネルの製造方法によりそれぞれ真空断熱パネルを製造し、真空引き工程に要する時間を測定した。
真空断熱パネルを構成する第1の金属板及び第2の金属板として、220mm×220mm×0.1mmのSUS304の鋼板を用いた。第1の金属板には、190mm×190mm×5.0mmの膨出部を張り出し成形により作製した。芯材は、約1200g/m2の目付のグラスウール製芯材を用いた。そして、第1の金属板の膨出部の内面側に芯材をすき間なく充填し、第1の金属板と第2の金属板とを重ね合わせた。
重ね合わせた第1の金属板、芯材及び第2の金属板の積層体を加圧保持した状態で、この積層体の対向する2辺をシーム溶接により接合した(図2参照)。この第1溶接工程は、大気中で行った。シーム溶接装置として、図5に示す真空断熱パネル製造装置のシーム溶接装置と同様のものを用いた。上側電極は、直径100mmで厚さ4mmの電極先端部がフラットの円盤状のものを用いた。下側電極は、厚さ4mm、高さ50mm、長さ250mmで電極先端部の曲率が20Rのブロック状のものを用いた。溶接条件は、加圧力150N、溶接速度1m/min、溶接電流1.6kA、通電時間のON/OFF比は、3ms/2msとした。第1溶接工程における2辺のシーム溶接は、電極間の距離が195mmとなるようにして行った。
第1溶接工程により対向する2辺がシーム溶接された積層体を、図5示す真空断熱パネル製造装置のシーム溶接装置にセットした、シーム溶接装置における2つの電極間の距離は、195mmとなるように調整した。この状態で、真空チャンバの開閉扉を閉め、真空チャンバの内部の圧力が1Pa以下になるまで真空引きを行った。真空チャンバの内部の圧力が1Pa以下になるまでに要した時間は、6分であった。
真空チャンバの内部の圧力が1Pa以下とされた状態で、第1溶接工程において溶接されなかった対向する2辺の溶接を行った。溶接条件は、第1溶接工程と同じ条件で行った。第2溶接工程においては、電極の損耗及び溶接不良は見られなかった。
〔第1溶接工程〕
比較例では、実施例と同様の芯材、第1の金属板及び第2の金属板を用い、4辺のうちの3辺のシーム溶接を行った。
第1溶接工程により3辺がシーム溶接された積層体を、図5示す真空断熱パネル製造装置のシーム溶接装置にセットし、実施例と同様に真空引きを行った。真空チャンバの内部の圧力が1Pa以下になるまでに要した時間は、10分であった。
真空チャンバの内部の圧力が1Pa以下とされた状態で、第1溶接工程において溶接されなかった1辺の溶接を行った。溶接条件は、第1溶接工程と同じ条件で行った。第2溶接工程においては、電極の損耗及び溶接不良は見られなかった。
例えば、本実施形態では、本発明を、平面視矩形の真空断熱パネル1の製造方法に適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、平面視五角形以上の多角形の真空断熱パネルの製造方法に適用してもよい。この場合、第1溶接工程において、対向する2辺を除く3辺以上の辺をシーム溶接することができる。
10 芯材
20 第1の金属板
21 膨出部
30 第2の金属板
40 開口部
100 真空断熱パネル製造装置
110 真空チャンバ
120 シーム溶接装置
130 下側電極
140 上側電極
150 上側電極支持部材
160 上側電極移動機構
170 第1電極間距離可変機構
180 第2電極間距離可変機構
Claims (7)
- 断熱性を有する芯材と、
前記芯材を挟むように配置される第1の金属板及び第2の金属板と、を備え、
内部が真空状態となるように前記第1の金属板及び前記第2の金属板の周縁がシーム溶接により封止された真空断熱パネルの製造方法であって、
前記芯材を挟むように前記第1の金属板及び前記第2の金属板を重ね合わせる重ね合わせ工程と、
重ね合わせた前記第1の金属板及び前記第2の金属板における対向する2つの辺以外の辺をシーム溶接する第1溶接工程と、
前記第1溶接工程により溶接されなかった前記2つの辺から前記第1の金属板及び前記第2の金属板により挟まれた内部を高真空となるように真空引きする真空引き工程と、
前記真空引き工程により内部が真空引きされた状態で、前記2つの辺を同時にシーム溶接する第2溶接工程と、を備える真空断熱パネルの製造方法。 - 前記第1の金属板及び前記第2の金属板は、矩形形状に形成され、
前記第1溶接工程において、対向する2つの辺を同時にシーム溶接する請求項1に記載の真空断熱パネルの製造方法。 - 前記第1の金属板には、内面側が前記芯材に対応する形状に凹んで外面側に膨出した膨出部が形成されている請求項1又は2に記載の真空断熱パネルの製造方法。
- 前記第1の金属板及び前記第2の金属板は、ステンレス鋼板である請求項1〜3のいずれかに記載の真空断熱パネルの製造方法。
- 真空チャンバと、前記真空チャンバの内部に配置されるシーム溶接装置と、を備える真空断熱パネル製造装置であって、
前記シーム溶接装置は、
前記真空チャンバの床面に配置され互いに並行して延びる複数の下側電極と、
複数の前記下側電極それぞれの上方に配置される複数の円盤状の上側電極と、
複数の前記上側電極を、複数の前記下側電極の延びる方向に回転移動可能に支持する上側電極支持部材と、
前記上側電極支持部材を前記下側電極の延びる方向に移動させる上側電極移動機構と、
前記下側電極と前記上側電極との間の距離を可変させる第1電極間距離可変機構と、
を備える真空断熱パネル製造装置。 - 前記下側電極と前記真空チャンバの底面との間に配置され、複数の前記下側電極の間の距離及び複数の前記上側電極の間の距離を可変させる第2電極間距離可変機構を更に備える請求項5に記載の真空断熱パネル製造装置。
- 前記複数の下側電極は、2つの下側電極からなり、互いに平行に配置される請求項5又は6に記載の真空断熱パネル製造装置。
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