JP3793113B2 - 真空断熱材及びその製造方法、並びに真空断熱材を用いた断熱箱体 - Google Patents
真空断熱材及びその製造方法、並びに真空断熱材を用いた断熱箱体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱容器や家電製品、自動販売機、車両、及び住宅等の断熱材として使用可能な真空断熱材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空断熱材は外被材の内部が減圧され、表面全体に大気圧が付加されているため非常に硬直であり、折り曲げや凹部及び溝を形成するなど、後から成形しようとすると薄いフィルムからなる外被材に損傷を与えやすいため、ほとんどの適用例において平板のまま使用され、適用箇所の形状によっては分割して複数枚使用されている。
【０００３】
そこで真空断熱材の適用範囲をより広くするために、真空断熱材を成形する方法が特公平６−１０５１５２号公報で開示されている。その内容は、真空断熱材を真空容器中に入れ周囲雰囲気を減圧し、フィルム表面に付加されている大気圧を除去し、真空断熱材を柔軟にした後成形し、更にその形状を保持したまま周囲雰囲気を常圧に戻すことによって成形された真空断熱材を得るようにしたもので、フィルムに損傷を与えることなく容易に成形できるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法で真空断熱材を成形するには、成形のたびに真空容器中を真空にし、成形後常圧に戻す必要があり、生産性が悪いという問題がある。また、真空容器中に成形金型を設けなくてはならないため、装置が複雑になりコストが掛かるという問題があった。
【０００５】
また、芯材を柔らかくする、或いは外被材を強化するなどの対応をして、凹部や溝の成形を、真空断熱材の作製後に外被材の上からするとしても、加圧により外被材が引っ張られて真空断熱材が成形面側に反ってしまうという問題がある。
【０００６】
また、この外被材の張力が凹部や溝の開口端の形状を不確定なものとし、それが成形部を中心に真空断熱材の厚みを薄くしてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、幅のある底面を有する凹部の場合、うら面の相対位置にひけが発生するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するもので、通常の装置で外被材の上から凹部などを成形できる真空断熱材を提供するとともに、生産性を向上し、通常の装置でコストが掛からない真空断熱材及び製造方法を提供し、また、真空断熱材を用いた熱損失が少ない断熱箱体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による真空断熱材は、表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形してなる芯材と、前記芯材を覆い内部を減圧して封止した外被材とを備え、平板状のおもて面に略平面形状で所定の幅の底面を有する凹部を形成し、うら面に一つ以上の溝を形成したことを特徴とするものであり、おもて面の凹部に対応してうら面にも外被材の張力に対抗する溝を形成して反りを防止するものである。また、外被材に損傷を与えない範囲で表皮層に適度の剛性を持たせることで、外被材の上から加圧することにより凹部の成形を可能とするとともに、成形後の反りを防止するものである。
【００１２】
また本発明は、真空断熱材のおもて面の凹部開口端に相対するうら面の位置近傍に溝を形成するもので、反りを防止するとともに、凹部及び凹部開口端の成形と同時にうら面の相対位置にも加圧して溝を成形することにより、凹部を所定の形状に成形するものである。
【００１３】
また本発明は、うら面の溝の凹部に近い側の開口端が、凹部開口端のうら面の相対位置に対して、このうら面の溝の開口幅以上に離れないようにするもので、うら面からの加圧が効果的に作用し、凹部開口端の所定の形状が確実に得られるものである。
【００１４】
また本発明による真空断熱材の製造方法は、繊維材料を表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形した芯材を、外被材で覆って内部を減圧して封止したのち、外被材の上から加圧成形によりおもて面の凹部及びうら面の溝を形成するものであり、芯材の内側の層が柔軟なため、真空断熱材作製後でも金型のプレス圧を小さくして外被材の上から真空断熱材の表面に溝を形成することができ、外被材への傷付きを抑制し、破れやピンホール等の損傷を与えることがない。すなわち、大気中で通常の装置を使用して溝の成形ができるものであり、生産性が向上するとともにコストを抑えることができる。
【００１５】
本発明の真空断熱材を用いた断熱箱体は、外箱と内箱とにより形成された空間に本発明の真空断熱材を備えるものであり、この真空断熱材に空間の内部に存在する補強部や配管及び配線などの突起部に合わせて凹部を形成することにより、従来適用できなかった箇所での使用が可能となるとともに、従来は突起部を避けて複数枚の真空断熱材を使用し、その継ぎ目などから発生していた熱損失を防止することが可能となることにより、断熱箱体の断熱性能を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による真空断熱材の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による真空断熱材の断面模式図である。また、図２は図１に示す真空断熱材の平面図である。
【００１８】
図１及び図２において、真空断熱材１は芯材２とガスバリア性フィルムからなる外被材３とから構成され、内部が減圧されている。真空断熱材１のおもて面Ａには凹部４が形成され、うら面Ｂには２本の溝５ａ，５ｂが成形されている。真空断熱材１の周囲には、減圧し、熱融着して余った外被材３のひれ部３ａが周囲に存在する。
【００１９】
なお、おもて面Ａ及びうら面Ｂについてはそれぞれが相対する面であることを示すものであり、それ以上の限定をするものではない。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態１による真空断熱材の芯材の断面模式図で、芯材２は繊維材料をバインダー６を用いて成形したもので、バインダー６の濃度は芯材２の表皮層２ａが最も高く、中間層２ｂ、更には中心層２ｃと内側の層ほど低くなっている。
【００２１】
芯材２と外被材３について詳細に説明する。
【００２２】
芯材２は、まず、平均繊維径５μｍのグラスウールを所定量積層して繊維積層体を成形する。バインダー６は、グラスウール１００重量部に対し、ホウ酸３重量部を水９７重量部に溶解してホウ酸水溶液１００重量部としたものを用意する。このホウ酸水溶液を噴霧装置にて繊維積層体の表面に噴霧し、それを一度常温でプレスして浸透させた後、３５０℃の熱風循環炉の中で２０分間プレスし、厚さが１５ｍｍ、密度が２３０ｋｇ／ｍ3の成形体を得、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍに切断して芯材２とした。
【００２３】
ホウ酸水溶液を繊維積層体に噴霧後プレスしても、内側の層へは完全に浸透していないため、内側の層には加熱圧縮時の蒸気により水溶液が拡散する。これにより、芯材２の内側の層はわずかなバインダー６により結着して柔らかく、表皮層２ａに向けてバインダー量が増大した成形体となる。分析の結果、芯材２のおもて面とうら面各１ｍｍの表皮層２ａにそれぞれ全体の約２８％のバインダー６が存在し、その内側各４ｍｍの中間層２ｂにそれぞれ約１８％、残り５ｍｍの中心層２ｃに８％が存在した。
【００２４】
外被材２は、２枚のラミネートフィルムの熱融着面を重ね合わせて三方を熱融着により製袋したものである。
【００２５】
この２枚のラミネートフィルムのうち、１枚は熱融着層として厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（以下ＬＬＤＰＥと称す）、ガスバリア層として厚さ１５μｍのエチレン−ポリビニルアルコール共重合体フィルム（以下ＥＶＯＨと称す）に膜厚５００Åのアルミ蒸着を形成したフィルムと、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（以下ＰＥＴと称す）に５００Åのアルミ蒸着を形成したフィルムをアルミ蒸着面同士貼り合わせたフィルムとして、熱融着層のＬＬＤＰＥとガスバリア層のＥＶＯＨをドライラミネートして構成したものである。
【００２６】
また他の１枚は、熱融着層として厚さ５０μｍのＬＬＤＰＥ、その上にガスバリア層として厚さ６μｍのアルミ箔、その上に保護層として厚さ１２μｍのナイロン、更に最外層として厚さ１２μｍのナイロンにより構成したものである。
【００２７】
次に、真空断熱材１の製造方法について説明する。
【００２８】
芯材２としては、内側の層のバインダー濃度を表皮層よりも低くして内部を柔らかくした芯材２を用い、芯材２を１４０℃で１時間乾燥後、袋状の外被材３の中に挿入したものを、真空チャンバーに入れて内部を減圧し、その状態で開口部を熱融着により密封し、真空チャンバーから取り出すことにより作製した。
【００２９】
以上のような真空断熱材１の熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【００３０】
その後、金型を使用してプレス成形により真空断熱材１を挟圧し、おもて面Ａの凹部４とうら面Ｂの溝５ａ，５ｂを同時に成形した。
【００３１】
凹部４はほぼ平面形状の底面４Ｙを有するもので、寸法は、開口幅Ｗ４０ｍｍ×底面幅Ｙ２０ｍｍ×深さＤ５ｍｍで、真空断熱材１のほぼ中央を全幅にわたって形成した。なお、外被材３に圧接する金型については、凹部４の底面を成形する角部分はＲ形状（１０Ｒ）を施すなど、損傷が発生しないよう配慮している。
【００３２】
溝５ａ，５ｂの寸法は、開口幅Ｖ４ｍｍ×深さＵ２ｍｍで、それぞれ凹部開口端４ａ，４ｂに相対するうら面Ｂの位置付近に溝５ａ，５ｂの頂部Ｐａ，Ｐｂがくるように形成した。この位置については、頂部Ｐａ，Ｐｂが凹部開口端４ａ，４ｂに相対する位置の近傍ならばうら面Ｂからの加圧効果が充分得られるが、うら面Ｂの溝５ａ，５ｂの凹部４に近い側の開口端５ｃ，５ｄが、凹部開口端４ａ，４ｂのうら面Ｂの相対位置に対して、溝５ａ，５ｂの開口幅Ｖ以上外側に離れてしまうと充分な効果が得られなくなる。
【００３３】
このように形成された凹部４及び溝５ａ，５ｂにおいて、外被材３にピンホールや破れ等の損傷はなかった。また、凹部４による真空断熱材１の反り、及び凹部４に相対するうら面Ｂのひけもなく、凹部開口端４ａ，４ｂも所定の形状に成形できた。
【００３４】
また、真空断熱材１の熱伝導率も、凹部４及び溝５ａ，５ｂの部分を除いて変化はなかった。更に、経時信頼性を確認するため加速試験による断熱材の劣化を評価したが、１０年経過条件での熱伝導率は平均温度２４℃にて０．０１４Ｗ／ｍＫで、真空断熱材の作製後に成形を加えないものとの差はなかった。
【００３５】
すなわち、芯材の内側の層のバインダー濃度が低く、内部が柔軟なため、真空断熱材作製後に加圧成形により凹部や溝を形成することに問題はなく、大気中で通常の装置を使用して比較的小さな加圧で凹部や溝の成形ができるものであり、生産性が向上するとともにコストを抑制できる。
【００３６】
なお、真空断熱材の材料や構成については、上記に限るものではない。
【００３７】
繊維材料は公知のものを使用できるが、加熱圧縮時の耐熱性の点から、好ましくは無機繊維がよい。無機繊維は、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化ケイ素繊維等を使用できる。
【００３８】
また、その繊維径は特に指定するものではないが、０．１μｍ〜１０μｍが断熱性能面、原綿の生産性の点から好ましい。
【００３９】
バインダーとしては、ホウ酸系化合物として、ホウ酸、メタホウ酸、酸化ホウ素、四ホウ酸ナトリウムの各水和物あるいは無水物等のホウ酸ナトリウム類、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸リチウム類、ホウ酸マグネシウム類、ホウ酸カルシウム類、ホウ酸アルミニウム類、ホウ酸亜鉛類、過ホウ酸塩類、アルキルホウ酸、ボロキシン誘導体等がある。
【００４０】
また、リン酸系化合物としては、リン酸、五酸化二リン等の酸化リン、あるいはリン酸塩として第一リン酸塩、第二リン酸塩、第三リン酸塩、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩、メタリン酸塩等であり、それらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等がある。
【００４１】
これらのうち、好ましくはガラス形成物、あるいは水溶性物質であり、例えばホウ酸、メタホウ酸、酸化ホウ素、ホウ砂、あるいはリン酸、第一リン酸アルミニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等である。
【００４２】
以上のようなものを１種、あるいは２種以上混合、あるいはその他のバインダーを混合、あるいはそれらを希釈して成形体のバインダーとして用いる。
【００４３】
次に、バインダー付着方法を説明する。
【００４４】
特に指定するものではないが、バインダーまたはその希釈液を塗布または噴霧したり、あるいはバインダーまたはその希釈液中に芯材を浸漬したり、あるいは抄造法を用いたりすることにより、バインダーを付着させる。
【００４５】
具体的には、上記のようにある程度成形したものに噴霧する方法の他、繊維であればその繊維化時にバインダーやその希釈液を噴霧し、例えば芯材となる表皮層にはバインダー濃度が高い繊維を、内側の層にはバインダー濃度が低い繊維を、更に中心層にはバインダーのない繊維を配置し、その繊維積層体を圧縮加熱等により固形化させることにより、成形体の厚み方向に対しバインダー濃度の異なる平板を得ることも可能である。
【００４６】
バインダー濃度は、芯材に対しバインダーの固形分が０．５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下となるようにバインダーを付着させることが望ましい。バインダー量が多くなると、バインダーからの発生ガスの増加や固体熱伝導率の増加が懸念され、真空断熱材の断熱性能に悪影響を及ぼすことが考えられるからである。
【００４７】
バインダー濃度は、芯材の厚み方向において、少なくともある部分とある部分の濃度が異なっていればよく、バインダー濃度が低い部分に芯材硬度を低減させ柔らかくする効果をもたせ、高い部分に平板の剛性を付与するという効果をそれぞれもたせることを目的とするものである。
【００４８】
なお、芯材の表皮層のバインダー濃度が高いということは、真空断熱材にしたときに表面の平面性を良くすることができる。
【００４９】
また別の方法として、バインダーを使用せずに水の作用によりバインダーの代わりとなる成分を溶出させる方法もあるが、この場合の繊維材料は、無機繊維の中でもシリカを成分とするものが好ましく、その中でもグラスウールが最も好ましい。
【００５０】
更に、芯材の密度は１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3となるように加圧することが望ましく、また芯材内部で密度が異なっていてもよい。
【００５１】
密度が１００ｋｇ／ｍ3より小さいと成形体としての形状を保持しにくくなり、４００ｋｇ／ｍ3より大きくなると固くなり過ぎ、溝が成形しにくくなる。
【００５２】
次に、外被材について説明する。
【００５３】
外被材は、少なくともガスバリア層及び熱融着層を有するものであり、必要に応じて表面保護層等を設けてもよい。
【００５４】
ガスバリア層としては、金属箔、無機酸化物、あるいはダイヤモンドライクカーボン蒸着をしたプラスチックフィルム等を用いることができるが、気体透過を低減する目的で用いるものであれば、特に指定するものではない。
【００５５】
金属箔としては、アルミニウム、ステンレス及び鉄等の箔を用いることができる。
【００５６】
また、金属等の蒸着を行う基材となるプラスチックフィルムの材料は特に指定するものではないが、ポリエチレンテレフタレート、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリイミドなどが好ましい。
【００５７】
プラスチックフィルム上への金属蒸着の材料は、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、あるいはそれらの混合物等特に指定するものではない。
【００５８】
また、プラスチックフィルム上への無機酸化物蒸着の材料としては、シリカ、アルミナ等がある。
【００５９】
また、熱融着層としては、低密度ポリエチレンフィルム、鎖状低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム、あるいはそれらの混合体等を用いることができるが、特に指定するものではない。
【００６０】
表面保護層としては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルムの延伸加工品などが利用でき、さらに外側にナイロンフィルムなどを設けると可とう性が向上し、耐折り曲げ性などが向上する。
【００６１】
以上のようなフィルムをラミネートして、外被材として用いることができる。
【００６２】
（実施の形態２）
真空断熱材に形成する凹部や溝の他の実施例について説明する。
【００６３】
図４及び図５は、いずれも本発明の他の実施例による真空断熱材の断面模式図である。
【００６４】
図４において、おもて面の凹部４４に相対して、うら面に浅く、かつ底面４５Ｙの幅が広い溝４５を形成した。これにより、真空断熱材４１の反りの発生はなく、凹部開口端４４ａ，４４ｂも所定の形状が得られた。ただし、真空断熱材４１の凹部４４の厚みが薄いため、ごく僅かの断熱性能の低下が認められた。
【００６５】
図５において、おもて面に２箇所の凹部５４，５５を近接して形成し、うら面の複数の溝５６，５７，５８を形成した。ここで、溝５７を２箇所の凹部開口端５４ｂ，５５ｂに相対して兼用して形成したもので、凹部開口端５４ｂ，５５ｂの間隔ＬＡは、溝５７の開口幅ＶＬと、溝の開口端５７ａ，５７ｂと２箇所の相対位置との間隔ＬＢａ，ＬＢｂとの和であり、この間隔ＬＢａ，ＬＢｂはいずれも溝５７の開口幅ＶＬより小さいものである。
【００６６】
これにより、真空断熱材５１の反りの発生はなく、凹部開口端５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂも所定の形状が得られるとともに、凹部５４，５５に相対するうら面にひけの発生は見られなかった。
【００６７】
図６は本発明の他の実施例による真空断熱材の平面図である。
【００６８】
図６において、実施の形態１の図２と比較して、おもて面の凹部６４が真空断熱材６１の全幅にわたらないものである。この様な場合、うら面の溝６５は環状に形成した。
【００６９】
これにより、真空断熱材６１の反りの発生はなく、凹部開口端６４ａも所定の形状が得られるとともに、凹部６４に相対するうら面にひけの発生は見られなかった。
【００７０】
以上示した実施の形態は、それぞれを組み合わせた形でも適用できるものである。
【００７１】
（実施の形態３）
本発明による真空断熱材について、芯材２をグラスウールに水を用いて成形したものにより製作する方法について説明する。
【００７２】
遠心法にて製造した平均繊維径が約４μｍ〜６μｍのグラスウールの原綿を、所定の大きさに切断して所定量集綿積層する。ｐＨ値が６以上８以下の中性付近のイオン交換水を、この集綿積層体の表面にほぼ均一に付着するよう噴霧する。噴霧量は前記集綿積層体の重量に対して１．５倍〜２．０倍とした。
【００７３】
イオン交換水を噴霧した集綿積層体を常温下で圧縮して集綿積層体内部に水を拡散浸透させ、３８０℃に加熱した金属製の冶具内にこの拡散浸透させた積層体を戴置して金属製の押さえ板を上から置き、加熱プレスにて高温圧縮して１０分間以上保持して乾燥させ、厚さ１５ｍｍの芯材２を作製した。
【００７４】
得られた芯材２は、圧縮を繰り返すことでガラス繊維が伝熱方向に対して垂直に配向され、積層方向に対して裂けにくくなり、信頼性が高いものとなる。
【００７５】
更に、作製した厚さ１５ｍｍの芯材２を、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍに切断して芯材２とする。芯材２は、１５０℃の乾燥炉で約６０分乾燥して成形後も残留していた水分を除去する。
【００７６】
乾燥炉から乾燥した芯材２を取り出して、あらかじめ芯材２に形成した凹部に吸着剤をすばやく収納し、吸着剤を収納した芯材２を外被材３内に挿入して真空チャンバ内に載置する。真空チャンバー内を１．３３Ｐａ以下の真空度となるように減圧排気したのち、そのまま真空チャンバー内で外被材３の開口を熱融着により密閉する。できあがったものを真空チャンバから取り出し、真空断熱材１を得た。
【００７７】
なお、集綿積層体に噴霧する水についてはイオン交換水を用いているが、特に限定するものではなく、蒸留水、アルカリイオン水、ミネラルウォーター、ろ過浄水、又は水道水でも差し支えない。
【００７８】
また、水の特性値として、硬度、総アルカリ度、残留塩素濃度、亜硝酸性、硝酸性、アンモニ性といった塩基性窒素、リン酸、銅、鉄といったイオン濃度等も特に限定するものではない。ただ、断熱性能面ではイオン交換水が好ましい。
【００７９】
以降、真空断熱材１に凹部や溝を形成する方法については実施の形態１と同様であるが、水を使用して成形した場合はバインダーを使用した場合より柔軟な芯材が得られ、より外被材の損傷が少ない。また、バインダーを含まないため、グラスウールの再生や再利用が容易であり、環境にかける負荷が少ない。
【００８０】
（実施の形態４）
本発明の真空断熱材を用いた断熱箱体として、冷蔵庫に適用した一例を説明する。
【００８１】
図７は実施の形態３による冷蔵庫の側面断面模式図、図８は実施の形態３による冷蔵庫の要部分解斜視図である。
【００８２】
図７及び図８において、７は冷蔵庫で外箱８と内箱９とにより箱体が構成され、その箱体の壁の内部の空間には複数の真空断熱材が使用され、残りの空間部にはシクロペンタンを発泡剤とした硬質ウレタンフォーム１０が充填されている。
【００８３】
冷蔵庫７は４つの部屋に区画されており、上段から５℃程度の冷蔵温度に維持される冷蔵室１１、その下段に乾燥を嫌う食品を収納するための野菜室１１ａが２段あり、最下段に−２０℃程度の凍結温度に冷却する冷凍室１１ｂがある。これら各室は、断熱仕切り板１２，１３で区画されている。
【００８４】
真空断熱材は、冷蔵庫７の天面、背面、左右の側面、底面、４枚のドア、及び断熱仕切り板１２，１３に配設している。天面、背面、及び左右の側面へ使用した真空断熱材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、外箱の内面に沿った直径４ｍｍの冷媒配管１４の形状に沿った配管溝１５を形成したもので、ホットメルトにより外箱の内面に貼り付けた。配管溝１５の形状は、実施の形態１における溝と同様である。また、各ドアへは溝がない通常の真空断熱材１を使用し、底面にはドレンパイプを貫通させるための孔１６を設けた真空断熱材１を使用した。
【００８５】
これらにより、真空断熱材の被覆率は冷蔵庫７の外箱表面積に対して７０％まで達している。
【００８６】
このようにして得られた冷蔵庫７の消費電力を測定したところ、真空断熱材の被覆率が３０％のものと比較して約２０％低下していることが確認できた。
【００８７】
すなわち、冷蔵庫の断熱壁内部に配管等の突起部が存在するような、従来は一枚の真空断熱材を使用することができなかった箇所でも、その形状に合わせて真空断熱材に溝を成形することにより使用でできるようになるとともに、１枚で適用できることで、真空断熱材の継ぎ目部からの熱損失を低減できるため、冷蔵庫の断熱性能を大幅に改善することができる。
【００８８】
尚、冷蔵庫における真空断熱材の適用箇所としては、庫内外の温度差が大きい箇所ほど効果があるが、外箱表面積に対しては５０％以上の被覆率が望ましい。被覆率が５０％以上となると、硬質ウレタンフォーム部からの熱損失の影響度が小さくなり、真空断熱材適用による断熱効果が支配的となるため効率的な断熱が可能となる。
【００８９】
このように、本発明の真空断熱材を適用することにより、省エネルギーに優れた冷蔵庫を提供することができる。
【００９０】
また、本発明の真空断熱材は、優れた断熱性能を有するため、断熱壁の薄型化が可能となるため、冷蔵庫の省スペース化、あるいは冷蔵庫の庫内容積向上が達成できる。
【００９１】
また、真空断熱材の芯材は無機繊維であることから不燃性であり、冷蔵庫安全性の面からも優れたものである。
【００９２】
以上、本発明の真空断熱材による断熱性能の向上は各種断熱箱体において確認できるものであり、給湯器や炊飯器、クーラーボックス等の各種保冷保温容器のほか、自動販売機、車両、或いは住宅設備等の断熱パネルとしても適用できるものである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による真空断熱材は、表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形してなる芯材と、この芯材を覆い内部を減圧して封止した外被材とを備え、平板状のおもて面に略平面形状で所定の幅の底面を有する凹部を形成し、うら面に一つ以上の溝を形成したことを特徴とするものであり、おもて面の凹部に対応してうら面にも外被材の張力に対抗する溝を形成して反りを防止することができる。また、外被材に損傷を与えない範囲で表皮層に適度の剛性を持たせることで、通常の装置で外被材の上から加圧することにより凹部の成形を可能として生産性を向上するとともに、成形後の反りを防止することができる。
【００９６】
また本発明は、真空断熱材のおもて面の凹部開口端に相対するうら面の位置近傍に溝を形成するもので、反りを防止するとともに、凹部及び凹部開口端の成形と同時にうら面の相対位置にも加圧して溝を成形することにより、凹部を所定の形状に成形することができる。
【００９７】
また本発明は、うら面の溝の凹部に近い側の開口端が、凹部開口端のうら面の相対位置に対して、このうら面の溝の開口幅以上に離れないようにするもので、うら面からの加圧が効果的に作用し、凹部開口端の所定の形状を確実に得ることができる。
【００９８】
また本発明による真空断熱材の製造方法は、繊維材料を表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形した芯材を、外被材で覆って内部を減圧して封止したのち、外被材の上から加圧成形によりおもて面の凹部及びうら面の溝を形成するものであり、芯材の内側の層が柔軟なため、真空断熱材作製後でも金型のプレス圧を小さくして外被材の上から真空断熱材の表面に溝を形成することができ、外被材への傷付きを抑制し、破れやピンホール等の損傷を与えることがない。すなわち、大気中で通常の装置を使用して溝の成形ができるものであり、生産性が向上するとともにコストを抑えることができる。
【００９９】
本発明の真空断熱材を用いた断熱箱体は、外箱と内箱とにより形成された空間に本発明の真空断熱材を備えるものである。この真空断熱材に空間の内部に存在する補強部や配管及び配線などの突起部に合わせて凹部や溝を形成することにより、従来適用できなかった箇所での使用が可能となるとともに、従来は突起部を避けて複数枚の真空断熱材を使用し、その継ぎ目などから発生していた熱損失を防止することが可能となることにより、断熱性能が大きく向上した断熱箱体を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による真空断熱材の断面模式図
【図２】図１に示す真空断熱材の平面図
【図３】本発明の実施の形態１による真空断熱材の芯材の断面模式図
【図４】本発明の他の実施例による真空断熱材の断面模式図
【図５】本発明の他の実施例による真空断熱材の断面模式図
【図６】本発明の他の実施例による真空断熱材の平面図
【図７】本発明の実施の形態４による冷蔵庫の側面断面模式図
【図８】本発明の実施の形態４による冷蔵庫の要部分解斜視図
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，４１，５１，６１ 真空断熱材
２ 芯材
２ａ 表皮層
３ 外被材
４，４４，５４，５５，６４ 凹部
４ａ，４ｂ，４４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，６４ａ 凹部開口端
４Ｙ 底面
５ａ，５ｂ，４５，５６，５７，５８，６５ 溝
５ｃ，５ｄ 開口端
７ 冷蔵庫
８ 外箱
９ 内箱
１５ 配管溝
Ａ おもて面
Ｂ うら面
Ｖ，ＶＬ 開口幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、断熱容器や家電製品、自動販売機、車両、及び住宅等の断熱材として使用可能な真空断熱材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
真空断熱材は外被材の内部が減圧され、表面全体に大気圧が付加されているため非常に硬直であり、折り曲げや凹部及び溝を形成するなど、後から成形しようとすると薄いフィルムからなる外被材に損傷を与えやすいため、ほとんどの適用例において平板のまま使用され、適用箇所の形状によっては分割して複数枚使用されている。
【０００３】
そこで真空断熱材の適用範囲をより広くするために、真空断熱材を成形する方法が特公平６−１０５１５２号公報で開示されている。その内容は、真空断熱材を真空容器中に入れ周囲雰囲気を減圧し、フィルム表面に付加されている大気圧を除去し、真空断熱材を柔軟にした後成形し、更にその形状を保持したまま周囲雰囲気を常圧に戻すことによって成形された真空断熱材を得るようにしたもので、フィルムに損傷を与えることなく容易に成形できるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法で真空断熱材を成形するには、成形のたびに真空容器中を真空にし、成形後常圧に戻す必要があり、生産性が悪いという問題がある。また、真空容器中に成形金型を設けなくてはならないため、装置が複雑になりコストが掛かるという問題があった。
【０００５】
また、芯材を柔らかくする、或いは外被材を強化するなどの対応をして、凹部や溝の成形を、真空断熱材の作製後に外被材の上からするとしても、加圧により外被材が引っ張られて真空断熱材が成形面側に反ってしまうという問題がある。
【０００６】
また、この外被材の張力が凹部や溝の開口端の形状を不確定なものとし、それが成形部を中心に真空断熱材の厚みを薄くしてしまうという問題がある。
【０００７】
更に、幅のある底面を有する凹部の場合、うら面の相対位置にひけが発生するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するもので、通常の装置で外被材の上から凹部などを成形できる真空断熱材を提供するとともに、生産性を向上し、通常の装置でコストが掛からない真空断熱材及び製造方法を提供し、また、真空断熱材を用いた熱損失が少ない断熱箱体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による真空断熱材は、表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形してなる芯材と、前記芯材を覆い内部を減圧して封止した外被材とを備え、平板状のおもて面に略平面形状で所定の幅の底面を有する凹部を形成し、うら面に一つ以上の溝を形成したことを特徴とするものであり、おもて面の凹部に対応してうら面にも外被材の張力に対抗する溝を形成して反りを防止するものである。また、外被材に損傷を与えない範囲で表皮層に適度の剛性を持たせることで、外被材の上から加圧することにより凹部の成形を可能とするとともに、成形後の反りを防止するものである。
【００１２】
また本発明は、真空断熱材のおもて面の凹部開口端に相対するうら面の位置近傍に溝を形成するもので、反りを防止するとともに、凹部及び凹部開口端の成形と同時にうら面の相対位置にも加圧して溝を成形することにより、凹部を所定の形状に成形するものである。
【００１３】
また本発明は、うら面の溝の凹部に近い側の開口端が、凹部開口端のうら面の相対位置に対して、このうら面の溝の開口幅以上に離れないようにするもので、うら面からの加圧が効果的に作用し、凹部開口端の所定の形状が確実に得られるものである。
【００１４】
また本発明による真空断熱材の製造方法は、繊維材料を表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形した芯材を、外被材で覆って内部を減圧して封止したのち、外被材の上から加圧成形によりおもて面の凹部及びうら面の溝を形成するものであり、芯材の内側の層が柔軟なため、真空断熱材作製後でも金型のプレス圧を小さくして外被材の上から真空断熱材の表面に溝を形成することができ、外被材への傷付きを抑制し、破れやピンホール等の損傷を与えることがない。すなわち、大気中で通常の装置を使用して溝の成形ができるものであり、生産性が向上するとともにコストを抑えることができる。
【００１５】
本発明の真空断熱材を用いた断熱箱体は、外箱と内箱とにより形成された空間に本発明の真空断熱材を備えるものであり、この真空断熱材に空間の内部に存在する補強部や配管及び配線などの突起部に合わせて凹部を形成することにより、従来適用できなかった箇所での使用が可能となるとともに、従来は突起部を避けて複数枚の真空断熱材を使用し、その継ぎ目などから発生していた熱損失を防止することが可能となることにより、断熱箱体の断熱性能を向上することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による真空断熱材の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による真空断熱材の断面模式図である。また、図２は図１に示す真空断熱材の平面図である。
【００１８】
図１及び図２において、真空断熱材１は芯材２とガスバリア性フィルムからなる外被材３とから構成され、内部が減圧されている。真空断熱材１のおもて面Ａには凹部４が形成され、うら面Ｂには２本の溝５ａ，５ｂが成形されている。真空断熱材１の周囲には、減圧し、熱融着して余った外被材３のひれ部３ａが周囲に存在する。
【００１９】
なお、おもて面Ａ及びうら面Ｂについてはそれぞれが相対する面であることを示すものであり、それ以上の限定をするものではない。
【００２０】
図３は本発明の実施の形態１による真空断熱材の芯材の断面模式図で、芯材２は繊維材料をバインダー６を用いて成形したもので、バインダー６の濃度は芯材２の表皮層２ａが最も高く、中間層２ｂ、更には中心層２ｃと内側の層ほど低くなっている。
【００２１】
芯材２と外被材３について詳細に説明する。
【００２２】
芯材２は、まず、平均繊維径５μｍのグラスウールを所定量積層して繊維積層体を成形する。バインダー６は、グラスウール１００重量部に対し、ホウ酸３重量部を水９７重量部に溶解してホウ酸水溶液１００重量部としたものを用意する。このホウ酸水溶液を噴霧装置にて繊維積層体の表面に噴霧し、それを一度常温でプレスして浸透させた後、３５０℃の熱風循環炉の中で２０分間プレスし、厚さが１５ｍｍ、密度が２３０ｋｇ／ｍ3の成形体を得、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍに切断して芯材２とした。
【００２３】
ホウ酸水溶液を繊維積層体に噴霧後プレスしても、内側の層へは完全に浸透していないため、内側の層には加熱圧縮時の蒸気により水溶液が拡散する。これにより、芯材２の内側の層はわずかなバインダー６により結着して柔らかく、表皮層２ａに向けてバインダー量が増大した成形体となる。分析の結果、芯材２のおもて面とうら面各１ｍｍの表皮層２ａにそれぞれ全体の約２８％のバインダー６が存在し、その内側各４ｍｍの中間層２ｂにそれぞれ約１８％、残り５ｍｍの中心層２ｃに８％が存在した。
【００２４】
外被材２は、２枚のラミネートフィルムの熱融着面を重ね合わせて三方を熱融着により製袋したものである。
【００２５】
この２枚のラミネートフィルムのうち、１枚は熱融着層として厚さ５０μｍの直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（以下ＬＬＤＰＥと称す）、ガスバリア層として厚さ１５μｍのエチレン−ポリビニルアルコール共重合体フィルム（以下ＥＶＯＨと称す）に膜厚５００Åのアルミ蒸着を形成したフィルムと、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（以下ＰＥＴと称す）に５００Åのアルミ蒸着を形成したフィルムをアルミ蒸着面同士貼り合わせたフィルムとして、熱融着層のＬＬＤＰＥとガスバリア層のＥＶＯＨをドライラミネートして構成したものである。
【００２６】
また他の１枚は、熱融着層として厚さ５０μｍのＬＬＤＰＥ、その上にガスバリア層として厚さ６μｍのアルミ箔、その上に保護層として厚さ１２μｍのナイロン、更に最外層として厚さ１２μｍのナイロンにより構成したものである。
【００２７】
次に、真空断熱材１の製造方法について説明する。
【００２８】
芯材２としては、内側の層のバインダー濃度を表皮層よりも低くして内部を柔らかくした芯材２を用い、芯材２を１４０℃で１時間乾燥後、袋状の外被材３の中に挿入したものを、真空チャンバーに入れて内部を減圧し、その状態で開口部を熱融着により密封し、真空チャンバーから取り出すことにより作製した。
【００２９】
以上のような真空断熱材１の熱伝導率は、平均温度２４℃にて０．００２０Ｗ／ｍＫであった。
【００３０】
その後、金型を使用してプレス成形により真空断熱材１を挟圧し、おもて面Ａの凹部４とうら面Ｂの溝５ａ，５ｂを同時に成形した。
【００３１】
凹部４はほぼ平面形状の底面４Ｙを有するもので、寸法は、開口幅Ｗ４０ｍｍ×底面幅Ｙ２０ｍｍ×深さＤ５ｍｍで、真空断熱材１のほぼ中央を全幅にわたって形成した。なお、外被材３に圧接する金型については、凹部４の底面を成形する角部分はＲ形状（１０Ｒ）を施すなど、損傷が発生しないよう配慮している。
【００３２】
溝５ａ，５ｂの寸法は、開口幅Ｖ４ｍｍ×深さＵ２ｍｍで、それぞれ凹部開口端４ａ，４ｂに相対するうら面Ｂの位置付近に溝５ａ，５ｂの頂部Ｐａ，Ｐｂがくるように形成した。この位置については、頂部Ｐａ，Ｐｂが凹部開口端４ａ，４ｂに相対する位置の近傍ならばうら面Ｂからの加圧効果が充分得られるが、うら面Ｂの溝５ａ，５ｂの凹部４に近い側の開口端５ｃ，５ｄが、凹部開口端４ａ，４ｂのうら面Ｂの相対位置に対して、溝５ａ，５ｂの開口幅Ｖ以上外側に離れてしまうと充分な効果が得られなくなる。
【００３３】
このように形成された凹部４及び溝５ａ，５ｂにおいて、外被材３にピンホールや破れ等の損傷はなかった。また、凹部４による真空断熱材１の反り、及び凹部４に相対するうら面Ｂのひけもなく、凹部開口端４ａ，４ｂも所定の形状に成形できた。
【００３４】
また、真空断熱材１の熱伝導率も、凹部４及び溝５ａ，５ｂの部分を除いて変化はなかった。更に、経時信頼性を確認するため加速試験による断熱材の劣化を評価したが、１０年経過条件での熱伝導率は平均温度２４℃にて０．０１４Ｗ／ｍＫで、真空断熱材の作製後に成形を加えないものとの差はなかった。
【００３５】
すなわち、芯材の内側の層のバインダー濃度が低く、内部が柔軟なため、真空断熱材作製後に加圧成形により凹部や溝を形成することに問題はなく、大気中で通常の装置を使用して比較的小さな加圧で凹部や溝の成形ができるものであり、生産性が向上するとともにコストを抑制できる。
【００３６】
なお、真空断熱材の材料や構成については、上記に限るものではない。
【００３７】
繊維材料は公知のものを使用できるが、加熱圧縮時の耐熱性の点から、好ましくは無機繊維がよい。無機繊維は、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化ケイ素繊維等を使用できる。
【００３８】
また、その繊維径は特に指定するものではないが、０．１μｍ〜１０μｍが断熱性能面、原綿の生産性の点から好ましい。
【００３９】
バインダーとしては、ホウ酸系化合物として、ホウ酸、メタホウ酸、酸化ホウ素、四ホウ酸ナトリウムの各水和物あるいは無水物等のホウ酸ナトリウム類、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸リチウム類、ホウ酸マグネシウム類、ホウ酸カルシウム類、ホウ酸アルミニウム類、ホウ酸亜鉛類、過ホウ酸塩類、アルキルホウ酸、ボロキシン誘導体等がある。
【００４０】
また、リン酸系化合物としては、リン酸、五酸化二リン等の酸化リン、あるいはリン酸塩として第一リン酸塩、第二リン酸塩、第三リン酸塩、ピロリン酸塩、トリポリリン酸塩、メタリン酸塩等であり、それらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、マグネシウム塩、アルミニウム塩等がある。
【００４１】
これらのうち、好ましくはガラス形成物、あるいは水溶性物質であり、例えばホウ酸、メタホウ酸、酸化ホウ素、ホウ砂、あるいはリン酸、第一リン酸アルミニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等である。
【００４２】
以上のようなものを１種、あるいは２種以上混合、あるいはその他のバインダーを混合、あるいはそれらを希釈して成形体のバインダーとして用いる。
【００４３】
次に、バインダー付着方法を説明する。
【００４４】
特に指定するものではないが、バインダーまたはその希釈液を塗布または噴霧したり、あるいはバインダーまたはその希釈液中に芯材を浸漬したり、あるいは抄造法を用いたりすることにより、バインダーを付着させる。
【００４５】
具体的には、上記のようにある程度成形したものに噴霧する方法の他、繊維であればその繊維化時にバインダーやその希釈液を噴霧し、例えば芯材となる表皮層にはバインダー濃度が高い繊維を、内側の層にはバインダー濃度が低い繊維を、更に中心層にはバインダーのない繊維を配置し、その繊維積層体を圧縮加熱等により固形化させることにより、成形体の厚み方向に対しバインダー濃度の異なる平板を得ることも可能である。
【００４６】
バインダー濃度は、芯材に対しバインダーの固形分が０．５ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下となるようにバインダーを付着させることが望ましい。バインダー量が多くなると、バインダーからの発生ガスの増加や固体熱伝導率の増加が懸念され、真空断熱材の断熱性能に悪影響を及ぼすことが考えられるからである。
【００４７】
バインダー濃度は、芯材の厚み方向において、少なくともある部分とある部分の濃度が異なっていればよく、バインダー濃度が低い部分に芯材硬度を低減させ柔らかくする効果をもたせ、高い部分に平板の剛性を付与するという効果をそれぞれもたせることを目的とするものである。
【００４８】
なお、芯材の表皮層のバインダー濃度が高いということは、真空断熱材にしたときに表面の平面性を良くすることができる。
【００４９】
また別の方法として、バインダーを使用せずに水の作用によりバインダーの代わりとなる成分を溶出させる方法もあるが、この場合の繊維材料は、無機繊維の中でもシリカを成分とするものが好ましく、その中でもグラスウールが最も好ましい。
【００５０】
更に、芯材の密度は１００ｋｇ／ｍ3〜４００ｋｇ／ｍ3となるように加圧することが望ましく、また芯材内部で密度が異なっていてもよい。
【００５１】
密度が１００ｋｇ／ｍ3より小さいと成形体としての形状を保持しにくくなり、４００ｋｇ／ｍ3より大きくなると固くなり過ぎ、溝が成形しにくくなる。
【００５２】
次に、外被材について説明する。
【００５３】
外被材は、少なくともガスバリア層及び熱融着層を有するものであり、必要に応じて表面保護層等を設けてもよい。
【００５４】
ガスバリア層としては、金属箔、無機酸化物、あるいはダイヤモンドライクカーボン蒸着をしたプラスチックフィルム等を用いることができるが、気体透過を低減する目的で用いるものであれば、特に指定するものではない。
【００５５】
金属箔としては、アルミニウム、ステンレス及び鉄等の箔を用いることができる。
【００５６】
また、金属等の蒸着を行う基材となるプラスチックフィルムの材料は特に指定するものではないが、ポリエチレンテレフタレート、エチレン−ビニルアルコール共重合体樹脂、ポリエチレンナフタレート、ナイロン、ポリアミド、ポリイミドなどが好ましい。
【００５７】
プラスチックフィルム上への金属蒸着の材料は、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、銅、銀、あるいはそれらの混合物等特に指定するものではない。
【００５８】
また、プラスチックフィルム上への無機酸化物蒸着の材料としては、シリカ、アルミナ等がある。
【００５９】
また、熱融着層としては、低密度ポリエチレンフィルム、鎖状低密度ポリエチレンフィルム、高密度ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、無延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、エチレン−ビニルアルコール共重合体フィルム、あるいはそれらの混合体等を用いることができるが、特に指定するものではない。
【００６０】
表面保護層としては、ナイロンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリプロピレンフィルムの延伸加工品などが利用でき、さらに外側にナイロンフィルムなどを設けると可とう性が向上し、耐折り曲げ性などが向上する。
【００６１】
以上のようなフィルムをラミネートして、外被材として用いることができる。
【００６２】
（実施の形態２）
真空断熱材に形成する凹部や溝の他の実施例について説明する。
【００６３】
図４及び図５は、いずれも本発明の他の実施例による真空断熱材の断面模式図である。
【００６４】
図４において、おもて面の凹部４４に相対して、うら面に浅く、かつ底面４５Ｙの幅が広い溝４５を形成した。これにより、真空断熱材４１の反りの発生はなく、凹部開口端４４ａ，４４ｂも所定の形状が得られた。ただし、真空断熱材４１の凹部４４の厚みが薄いため、ごく僅かの断熱性能の低下が認められた。
【００６５】
図５において、おもて面に２箇所の凹部５４，５５を近接して形成し、うら面の複数の溝５６，５７，５８を形成した。ここで、溝５７を２箇所の凹部開口端５４ｂ，５５ｂに相対して兼用して形成したもので、凹部開口端５４ｂ，５５ｂの間隔ＬＡは、溝５７の開口幅ＶＬと、溝の開口端５７ａ，５７ｂと２箇所の相対位置との間隔ＬＢａ，ＬＢｂとの和であり、この間隔ＬＢａ，ＬＢｂはいずれも溝５７の開口幅ＶＬより小さいものである。
【００６６】
これにより、真空断熱材５１の反りの発生はなく、凹部開口端５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂも所定の形状が得られるとともに、凹部５４，５５に相対するうら面にひけの発生は見られなかった。
【００６７】
図６は本発明の他の実施例による真空断熱材の平面図である。
【００６８】
図６において、実施の形態１の図２と比較して、おもて面の凹部６４が真空断熱材６１の全幅にわたらないものである。この様な場合、うら面の溝６５は環状に形成した。
【００６９】
これにより、真空断熱材６１の反りの発生はなく、凹部開口端６４ａも所定の形状が得られるとともに、凹部６４に相対するうら面にひけの発生は見られなかった。
【００７０】
以上示した実施の形態は、それぞれを組み合わせた形でも適用できるものである。
【００７１】
（実施の形態３）
本発明による真空断熱材について、芯材２をグラスウールに水を用いて成形したものにより製作する方法について説明する。
【００７２】
遠心法にて製造した平均繊維径が約４μｍ〜６μｍのグラスウールの原綿を、所定の大きさに切断して所定量集綿積層する。ｐＨ値が６以上８以下の中性付近のイオン交換水を、この集綿積層体の表面にほぼ均一に付着するよう噴霧する。噴霧量は前記集綿積層体の重量に対して１．５倍〜２．０倍とした。
【００７３】
イオン交換水を噴霧した集綿積層体を常温下で圧縮して集綿積層体内部に水を拡散浸透させ、３８０℃に加熱した金属製の冶具内にこの拡散浸透させた積層体を戴置して金属製の押さえ板を上から置き、加熱プレスにて高温圧縮して１０分間以上保持して乾燥させ、厚さ１５ｍｍの芯材２を作製した。
【００７４】
得られた芯材２は、圧縮を繰り返すことでガラス繊維が伝熱方向に対して垂直に配向され、積層方向に対して裂けにくくなり、信頼性が高いものとなる。
【００７５】
更に、作製した厚さ１５ｍｍの芯材２を、縦１８０ｍｍ×横１８０ｍｍに切断して芯材２とする。芯材２は、１５０℃の乾燥炉で約６０分乾燥して成形後も残留していた水分を除去する。
【００７６】
乾燥炉から乾燥した芯材２を取り出して、あらかじめ芯材２に形成した凹部に吸着剤をすばやく収納し、吸着剤を収納した芯材２を外被材３内に挿入して真空チャンバ内に載置する。真空チャンバー内を１．３３Ｐａ以下の真空度となるように減圧排気したのち、そのまま真空チャンバー内で外被材３の開口を熱融着により密閉する。できあがったものを真空チャンバから取り出し、真空断熱材１を得た。
【００７７】
なお、集綿積層体に噴霧する水についてはイオン交換水を用いているが、特に限定するものではなく、蒸留水、アルカリイオン水、ミネラルウォーター、ろ過浄水、又は水道水でも差し支えない。
【００７８】
また、水の特性値として、硬度、総アルカリ度、残留塩素濃度、亜硝酸性、硝酸性、アンモニ性といった塩基性窒素、リン酸、銅、鉄といったイオン濃度等も特に限定するものではない。ただ、断熱性能面ではイオン交換水が好ましい。
【００７９】
以降、真空断熱材１に凹部や溝を形成する方法については実施の形態１と同様であるが、水を使用して成形した場合はバインダーを使用した場合より柔軟な芯材が得られ、より外被材の損傷が少ない。また、バインダーを含まないため、グラスウールの再生や再利用が容易であり、環境にかける負荷が少ない。
【００８０】
（実施の形態４）
本発明の真空断熱材を用いた断熱箱体として、冷蔵庫に適用した一例を説明する。
【００８１】
図７は実施の形態３による冷蔵庫の側面断面模式図、図８は実施の形態３による冷蔵庫の要部分解斜視図である。
【００８２】
図７及び図８において、７は冷蔵庫で外箱８と内箱９とにより箱体が構成され、その箱体の壁の内部の空間には複数の真空断熱材が使用され、残りの空間部にはシクロペンタンを発泡剤とした硬質ウレタンフォーム１０が充填されている。
【００８３】
冷蔵庫７は４つの部屋に区画されており、上段から５℃程度の冷蔵温度に維持される冷蔵室１１、その下段に乾燥を嫌う食品を収納するための野菜室１１ａが２段あり、最下段に−２０℃程度の凍結温度に冷却する冷凍室１１ｂがある。これら各室は、断熱仕切り板１２，１３で区画されている。
【００８４】
真空断熱材は、冷蔵庫７の天面、背面、左右の側面、底面、４枚のドア、及び断熱仕切り板１２，１３に配設している。天面、背面、及び左右の側面へ使用した真空断熱材１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、外箱の内面に沿った直径４ｍｍの冷媒配管１４の形状に沿った配管溝１５を形成したもので、ホットメルトにより外箱の内面に貼り付けた。配管溝１５の形状は、実施の形態１における溝と同様である。また、各ドアへは溝がない通常の真空断熱材１を使用し、底面にはドレンパイプを貫通させるための孔１６を設けた真空断熱材１を使用した。
【００８５】
これらにより、真空断熱材の被覆率は冷蔵庫７の外箱表面積に対して７０％まで達している。
【００８６】
このようにして得られた冷蔵庫７の消費電力を測定したところ、真空断熱材の被覆率が３０％のものと比較して約２０％低下していることが確認できた。
【００８７】
すなわち、冷蔵庫の断熱壁内部に配管等の突起部が存在するような、従来は一枚の真空断熱材を使用することができなかった箇所でも、その形状に合わせて真空断熱材に溝を成形することにより使用でできるようになるとともに、１枚で適用できることで、真空断熱材の継ぎ目部からの熱損失を低減できるため、冷蔵庫の断熱性能を大幅に改善することができる。
【００８８】
尚、冷蔵庫における真空断熱材の適用箇所としては、庫内外の温度差が大きい箇所ほど効果があるが、外箱表面積に対しては５０％以上の被覆率が望ましい。被覆率が５０％以上となると、硬質ウレタンフォーム部からの熱損失の影響度が小さくなり、真空断熱材適用による断熱効果が支配的となるため効率的な断熱が可能となる。
【００８９】
このように、本発明の真空断熱材を適用することにより、省エネルギーに優れた冷蔵庫を提供することができる。
【００９０】
また、本発明の真空断熱材は、優れた断熱性能を有するため、断熱壁の薄型化が可能となるため、冷蔵庫の省スペース化、あるいは冷蔵庫の庫内容積向上が達成できる。
【００９１】
また、真空断熱材の芯材は無機繊維であることから不燃性であり、冷蔵庫安全性の面からも優れたものである。
【００９２】
以上、本発明の真空断熱材による断熱性能の向上は各種断熱箱体において確認できるものであり、給湯器や炊飯器、クーラーボックス等の各種保冷保温容器のほか、自動販売機、車両、或いは住宅設備等の断熱パネルとしても適用できるものである。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による真空断熱材は、表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形してなる芯材と、この芯材を覆い内部を減圧して封止した外被材とを備え、平板状のおもて面に略平面形状で所定の幅の底面を有する凹部を形成し、うら面に一つ以上の溝を形成したことを特徴とするものであり、おもて面の凹部に対応してうら面にも外被材の張力に対抗する溝を形成して反りを防止することができる。また、外被材に損傷を与えない範囲で表皮層に適度の剛性を持たせることで、通常の装置で外被材の上から加圧することにより凹部の成形を可能として生産性を向上するとともに、成形後の反りを防止することができる。
【００９６】
また本発明は、真空断熱材のおもて面の凹部開口端に相対するうら面の位置近傍に溝を形成するもので、反りを防止するとともに、凹部及び凹部開口端の成形と同時にうら面の相対位置にも加圧して溝を成形することにより、凹部を所定の形状に成形することができる。
【００９７】
また本発明は、うら面の溝の凹部に近い側の開口端が、凹部開口端のうら面の相対位置に対して、このうら面の溝の開口幅以上に離れないようにするもので、うら面からの加圧が効果的に作用し、凹部開口端の所定の形状を確実に得ることができる。
【００９８】
また本発明による真空断熱材の製造方法は、繊維材料を表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形した芯材を、外被材で覆って内部を減圧して封止したのち、外被材の上から加圧成形によりおもて面の凹部及びうら面の溝を形成するものであり、芯材の内側の層が柔軟なため、真空断熱材作製後でも金型のプレス圧を小さくして外被材の上から真空断熱材の表面に溝を形成することができ、外被材への傷付きを抑制し、破れやピンホール等の損傷を与えることがない。すなわち、大気中で通常の装置を使用して溝の成形ができるものであり、生産性が向上するとともにコストを抑えることができる。
【００９９】
本発明の真空断熱材を用いた断熱箱体は、外箱と内箱とにより形成された空間に本発明の真空断熱材を備えるものである。この真空断熱材に空間の内部に存在する補強部や配管及び配線などの突起部に合わせて凹部や溝を形成することにより、従来適用できなかった箇所での使用が可能となるとともに、従来は突起部を避けて複数枚の真空断熱材を使用し、その継ぎ目などから発生していた熱損失を防止することが可能となることにより、断熱性能が大きく向上した断熱箱体を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による真空断熱材の断面模式図
【図２】図１に示す真空断熱材の平面図
【図３】本発明の実施の形態１による真空断熱材の芯材の断面模式図
【図４】本発明の他の実施例による真空断熱材の断面模式図
【図５】本発明の他の実施例による真空断熱材の断面模式図
【図６】本発明の他の実施例による真空断熱材の平面図
【図７】本発明の実施の形態４による冷蔵庫の側面断面模式図
【図８】本発明の実施の形態４による冷蔵庫の要部分解斜視図
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，４１，５１，６１ 真空断熱材
２ 芯材
２ａ 表皮層
３ 外被材
４，４４，５４，５５，６４ 凹部
４ａ，４ｂ，４４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ，６４ａ 凹部開口端
４Ｙ 底面
５ａ，５ｂ，４５，５６，５７，５８，６５ 溝
５ｃ，５ｄ 開口端
７ 冷蔵庫
８ 外箱
９ 内箱
１５ 配管溝
Ａ おもて面
Ｂ うら面
Ｖ，ＶＬ 開口幅
Claims (7)
- 表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形してなる芯材と、前記芯材を覆い内部を減圧して封止した外被材とを備え、平板状のおもて面に略平面形状で所定の幅の底面を有する凹部を形成し、うら面に一つ以上の溝を形成したことを特徴とする真空断熱材。
- 芯材と、前記芯材を覆い内部を減圧して封止した外被材とを備え、平板状のおもて面に略平面形状で所定の幅の底面を有する凹部を形成し、前記おもて面の前記凹部開口端に相対するうら面の位置近傍に溝を形成したことを特徴とする真空断熱材。
- うら面の溝の凹部に近い側の開口端が、凹部開口端のうら面の相対位置に対して、前記溝の開口幅以上外側に離れないことを特徴とする請求項２記載の真空断熱材。
- 芯材が、表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形してなることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の真空断熱材。
- 芯材が繊維材料を成形してなることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項記載の真空断熱材。
- 繊維材料を表皮層より内側の層が柔軟な平板状に成形した芯材を、外被材で覆って内部を減圧して封止したのち、前記外被材の上から加圧成形によりおもて面の凹部及びうら面の溝を形成することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
- 外箱と、内箱と、前記外箱と内箱とにより形成された空間に配設された真空断熱材とを備え、前記真空断熱材が請求項１から請求項５のうちいずれか一項記載のものであることを特徴とする真空断熱材を用いた断熱箱体。
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