JP4365736B2

JP4365736B2 - 真空断熱体の製造方法

Info

Publication number: JP4365736B2
Application number: JP2004193231A
Authority: JP
Inventors: 収一澁木
Original assignee: 株式会社セブン・セブン
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP2006017165A

Description

本発明は、真空断熱体の製造方法に関するものである。

従来から、水筒やポットなどの断熱容体の周壁構造として、外壁と内壁との間に真空層を形成した真空二重断熱構造が一般的とされているが、この外壁と内壁との間を真空にすることで生じる大気圧の影響を考慮して、これらの真空二重断熱構造の周壁を有する容体は専ら円筒状とされている。

なぜなら、図16に図示したように円筒状の容体20とした場合には、大気圧（図16中の矢印Ｐ）を容体20を構成する周壁全体で支持することができる為、外壁21が凹んで内壁22とくっついてしまうようなことはないが、図17に図示したように角筒状の容体30とした場合には、大気圧（図17中の矢印Ｐ）を容体30を構成する各周壁が単独で支持することになる為、この各周壁を構成する外壁31の中央部が内側に凹んで内壁32とくっついてしまい（大気圧を平面で支持する為、凹み易い。）、見た目が悪くて商品としての価値がなくなるのは勿論、断熱構造としては致命的となるからである。

ところが、角筒状の容体は、円筒状の容体に比して容積効率（容体自体を他の収納空間へ収納する際の収納効率及び容体内に液体などを収納する際の収納効率）が良いという面があり、よって、真空二重断熱構造の壁部を具備した角筒状の容体を得たいという要望もある。

そこで、本出願人は、特願２００３−４００７０１のように、真空二重断熱構造の壁部を具備した角筒状の容体を実現し得る板状の真空断熱材（以下、先行例）を提案している。

これは、外板体と内板体とで構成され、両者の間に真空加熱処理により作出される真空層が設けられた板状のものであり、外板体と内板体とで形成される空間に耐熱性介在物を配設したものである。

従って、外板体と内板体との空間に耐熱性介在物が配設されているため、該空間を真空加熱処理により真空にしても外板体と内板体とが大気圧によって内側へ凹むことが阻止され、よって、大気圧によって変形しない極めて断熱性に秀れた板状の真空断熱材が得られることになり、この板状の真空断熱材を複数枚接合することで角筒状の容体を製造することができる。

尚、前述した板状の真空断熱材の他にも、ガラスウール（断熱材）を気体を通さないラミネートフィルムで挟み込み、内部を真空とした断熱パネルが提案されているが、その素材の性質上、耐熱性及び強度性に問題がある（ぶつかり衝撃や引掛けにより破損し易い。）。

本出願人は、この板状の真空断熱材について更なる実験・研究を重ね、その結果、製造効率が良好な真空断熱体の製造方法を開発した。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

外板体１と内板体２とで構成され、両者の間に真空加熱処理により作出される真空層３が設けられた薄い直方体形状の真空断熱体の製造方法であって、前記外板体１と前記内板体２とで形成される空間Ｓに真空加熱処理の加熱に耐え得る耐熱性介在物４を配設せしめるとともに、前記外板体１の周縁部に形成される鍔部１ｂと前記内板体２の周縁部に形成される鍔部２ｂとを重合して溶接することで接合し、その後、前記空間Ｓを真空加熱処理により真空にして真空断熱材５を形成し、この真空断熱材５の端部に形成される肉薄部に断熱性を有するセラミックで構成されたカバー体15を被嵌して薄い直方体形状にすることを特徴とする真空断熱体の製造方法に係るものである。

また、請求項１記載の真空断熱体の製造方法において、前記外板体１の周縁部と前記内板体２の周縁部とをアルゴン溶接，シーム溶接，レーザ溶接若しくは電子ビーム溶接により接合することを特徴とする真空断熱体の製造方法に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記外板体１と前記内板体２とで形成される空間Ｓを約５００℃以上の高温化で真空加熱処理して真空にすることを特徴とする真空断熱体の製造方法に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記耐熱性介在物４としてセラミックから成る耐熱性介在物４を採用したことを特徴とする真空断熱体の製造方法に係るものである。

また、請求項１〜４いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記耐熱性介在物４を板状若しくは塊状としたことを特徴とする真空断熱体の製造方法に係るものである。

また、請求項１〜５いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記外板体１の内面及び前記内板体２の内面のいずれか一方若しくは双方に、銅，アルミ，銀，ニッケルなどの熱輻射材から成る熱輻射層６が形成されていることを特徴とする真空断熱体の製造方法に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、真空加熱処理により得られた高断熱性を具備した板状の真空断熱材が簡易且つ確実に得られることになるなど従来にない作用効果を発揮する画期的な真空断熱体の製造方法となる。

好適と考える本発明の最良の形態を、図面に基づいて本発明の作用効果を示して簡単に説明する。

本発明は、外板体１と内板体２とで形成される空間Ｓに真空加熱処理の加熱に耐え得る耐熱性介在物４を配設せしめるとともに、外板体１の周縁部と内板体２の周縁部とを溶接して接合し、当該空間Ｓを真空加熱処理により真空にすることになる。

従って、外板体１の周縁部と内板体２の周縁部との接合が真空加熱処理よりも前に溶接により簡易且つ確実に行なわれることになり、よって、板状の真空断熱材の製造がコスト安にして量産性に秀れることになり、しかも、溶接を行なった後に真空加熱処理により加熱することになるから溶接部分の仕上がりがより一層良好となり板状の真空断熱体の商品価値をより一層向上することができることになる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、内部に真空層３を有する板状の真空断熱体（真空断熱材５）の製造方法である。

具体的には、この板状の真空断熱材５は、外板体１と内板体２とで構成され、この外板体１と内板体２との間には耐熱性介在物４が配設され、更に、この外板体１と耐熱性介在物４との間及び内板体２と耐熱性介在物４との間には熱輻射層６が形成されている。尚、この熱輻射層６を形成しない場合もある。

外板体１と内板体２は、夫々図１に図示したように適宜な金属製（ステンレス製）の部材を方形板状に形成した略同構造のものである。

外板体１及び内板体２を構成する材質としてはステンレスの他、例えばステンレスに比して熱伝導率及び熱膨張率の低いチタン、コバール、ニッケル、ニッケル合金（ニッケル含有量が３６％の時に最も熱膨張率が低くなることを確認している。）などでも良く、また、外板体１と内板体２とを条件等に合わせて異種金属としても良い（異種金属同士の溶接には後述するレーザ溶接や電子ビーム溶接が有効である。）。

また、外板体１及び内板体２を構成する素材として、適宜な素材を採用し、この外板体１及び内板体２の両面に熱伝導率及び熱膨張率の低い素材を設けても良いし、加熱面若しくは冷却面となる片面のみに熱伝導率及び熱膨張率の低い素材を設けても良い。熱伝導率の低い素材を採用することで伝熱を防止することができ、熱膨張率の低い素材を採用することで反りなどの変形を可及的に防止することができる。

尚、外板体１及び内板体２を構成する素材としては前述したもの以外の材質のものでも本実施例の特性を発揮するものであれば適宜採用し得るものである。

外板体１と内板体２は、その周縁部に傾斜状にテーパー部１ａ，２ａと、該テーパー部１ａ，２ａの先端部に水平方向に突出する鍔部１ｂ，２ｂとが形成されており、この鍔部１ｂ，２ｂ同士は重合することができ、溶接により接合する部位として構成されている。

よって、外板体１と内板体２の鍔部１ｂ，２ｂ同士を重合させることで外板体１と内板体２との間には空間Ｓが形成されることになる。尚、外板体１若しくは内板体２のいずれか一方にテーパー部及び鍔部を設けるようにしても良く、また、図８に図示したように単に外板体１と内板体２夫々の湾曲させた端部同士を溶接する構成でも良い。

本実施例では、鍔部１ｂ，２ｂ同士を接合する溶接として一般的なアルゴン溶接（アルゴンアーク溶接），シーム溶接，レーザ溶接，電子ビーム溶接が採用される。異種金属同士の溶接にはレーザ溶接及び電子ビーム溶接は有効である。

アルゴン溶接は、アルゴンガス雰囲気中で裸の金属電棒と被溶接物との間に発生させたアークで加熱して行なう溶接である。

シーム溶接は、図２，３に図示したように溶接しようとする部位を電極をなす一対の電圧ローラ11，12により挟持し、該電圧ローラ11，12の回転によって順次連続的に溶接する方法である。本実施例のような板材同士の周縁部同士を重合して接合するにはシーム溶接は特に有効である。

レーザ溶接は、被溶接部分に効率の高い連続波レーザを照射して行なう溶接であり、電子ビーム溶接は、真空中で発生させた高速の電子ビームを被溶接部分に当て、その衝撃発熱を利用して行なう溶接である。

また、内板体２は、その表面に平面視円形状の凹部13が形成されており、この凹部の底面中心部には貫通孔13ａが形成されている。

この貫通孔13ａは、真空加熱処理を行う際の空気抜き部として機能する。

具体的には、凹部13の底面にして貫通孔13ａの周囲にロウ材９を配し、このロウ材９の上に凹部13に嵌合する封止板14を載置し、真空加熱処理を行なうと、貫通孔13，凹部13と封止板14との間及びロウ材９同士間から空間Ｓ内の空気が抜けることになり、これと共に加熱処理を行い、ロウ材９が溶融することで封止板14は貫通孔13ａを封止して凹部13に固着することになる。

耐熱性介在物４は、図１に図示したようにセラミックを方形板状に形成したものである。

本実施例では、セラミックとしてイソライト工業（株）製の「イソウール（商標）１２６０ブランケット若しくは１２６０エースペーパー，１５００エースペーパー」を採用しており、これは１２６０℃までの耐熱性を有し、本実施例で使用する真空加熱炉での高温化（約１１００℃までの高温状態にできる。）に耐え得るものであり、秀れた断熱性を有するとともに、セラミック繊維の為、軽量で柔軟であり、取り扱い性が非常に秀れている（「イソウール（商標）１２６０ブランケット若しくは１２６０エースペーパー，１５００エースペーパー」は真空加熱炉を構成する壁面の断熱構造にも使用されるなど、秀れた断熱性を有するものである。）。

また、耐熱性介在物４の厚さは、該耐熱性介在物４を外板体１と内板体２との間の空間Ｓに配設した際、外板体１，内板体２夫々の内面に当接若しくは近接した状態となる厚さに設定される。

従って、この耐熱性介在物４を外板体１と内板体２との間の空間Ｓに配設することで、該空間Ｓを真空状態とした際、大気圧によって発生し得る外板体１と内板体２との当接を可及的に防止することができ、しかも、この耐熱性介在物４が断熱性を有する素材故により一層良好な断熱構造となる。

また、本出願人は、このセラミックの耐熱性介在物４が真空環境におかれ、該耐熱性介在物４が収縮して適宜なかさ比重（かさ密度）に調整されることで熱伝導率が極めて低く抑えられることを確認している（図９参照）。従って、低い熱伝導性が要求される本実施例に係る耐熱性介在物５としてセラミックを選択することは非常に有効であると言える。

熱輻射層６は、図１に図示したように熱輻射材としての銅を方形シート状（箔状）に形成し、この銅箔６を、外板体１と耐熱性介在物４との間及び内板体２と耐熱性介在物４との間に配設するようにして構成されている。尚、熱輻射層６を形成する熱輻射材としては銅に限らず、例えば金、アルミ、銀、ニッケルでも良く、そして、これらの外板体１の内面と内板体２の内面に熱輻射材をメッキ処理することによって熱輻射層６を形成するようにしても良い。

以上の構成から成る板状の真空断熱材５の製造方法について説明する。

まず、図１に図示したように外板体１と内板体２夫々の内面に銅箔６を配した状態で、この外板体１と内板体２との空間Ｓに耐熱性介在物４を挟み込み状態で配設する。この際、真空加熱処理時に外板体１及び内板体２夫々から発生するガスを吸収するガス吸収剤８（板状若しくは粉状のゲッター材：チタンやジリコニウム等）も配設しており、このガス吸収剤８としては約５００℃以上の高温化になるとその機能を発揮するガス吸収剤８を採用している。

続いて、図２，３に図示したように外板体１の鍔部１ｂと内板体２の鍔部２ｂとを前述したシーム溶接をして接合する。

続いて、図４，５に図示したように内板体２に設けた凹部13の底面にして貫通孔13ａの周囲にロウ材９を配設すると共に、このロウ材９の上に封止板14を載置する。本実施例では約９００℃で溶融するロウ材９を採用している。従って、この貫通孔13，凹部13と封止板14との間及びロウ材９同士間が脱気孔として機能する。

続いて、真空加熱炉によって真空加熱処理を行う。

具体的には、真空加熱炉内の温度を上昇させて約５００℃に達した時点においてガス吸収剤８が作用して外板体１及び内板体２から発生するガスを吸収し、更に、空気を抜きながら温度を上昇させ、約９００℃に達した時点でロウ材９は溶融し、この溶融したロウ材９は封止板14を貫通孔13ａを塞ぎ、凹部13に固着することになる（図６，７参照）。

その後、温度を低下させてロウ材９を固化させることで貫通孔13が密閉され真空層３を有する真空断熱材５となる。尚、貫通孔13ａの封止方法としては封止板14を使用する方法に限られるものではなく、例えば溶融させたロウ材９で貫通孔13ａを直接塞ぐようにして封止するなど、本実施例の特性を発揮する構成であれば適宜採用するものである。

前述した真空加熱炉を使用して真空度合いの高い真空加熱処理を行った際、大気圧の影響から外板体１と内板体２とが変形しようとするが、外板体１と内板体２とで形成される空間Ｓには真空加熱処理の加熱に耐え得る耐熱性介在物４が介在する為、外板体１と内板体２の変形が防止され、当然外板体１と内板体２とが当接することも確実に防止されることになる。尚、このように真空処理されて得られた板状の真空断熱材５は、真空処理する前に比して厚さは圧縮されるため若干薄くなる。

以上のようにして得られた板状の真空断熱材５は、複数連設することで（例えば溶接することで）、角型のジャグラーや水筒やポット、その他にもレンジ周りの断熱ボード（通常、油等の飛散による汚れ防止と耐火の為、レンジ周りにはステンレス製の薄板材を立設されているが、時間が経つにつれて炭化（劣化）して火災の原因となっている。）や冷蔵庫など、壁部に断熱構造が要求される真空二重断熱容体を作出することができ、この真空断熱材５の空間Ｓが真空になる為、秀れた断熱効果が得られるのは勿論、耐熱性介在物４自体が耐熱性を有するセラミックであるから、特に高温化での使用に適したものとなる。

また、図10に図示したように板状の真空断熱材５の端部に形成される肉薄部（鍔部）を利用してその一部若しくは全周に断熱性を有する素材（前述したセラミック）で構成されたカバー体15を被嵌すると、真空断熱材５の表裏いずれか一方の面が加熱された際、この繋ぎ目から加熱されていない面への伝熱が可及的に防止されることになり、また、角ができることで体裁が良く組み立て易いプレートとなる。

また、例えば図11，12のように、両端に前記肉薄部（鍔部）を嵌合し得るカバー体15を採用すれば、板状の真空断熱材５同士の接続が簡易且つ良好に行なわれ、しかも、真空断熱材５の表裏いずれか一方の面が加熱された際、この繋ぎ目から加熱されていない面への伝熱が可及的に防止されるようにすることができる。

本実施例は上述のように構成したから、外板体１の周縁部と内板体２の周縁部との接合が真空加熱処理よりも前に溶接により簡易且つ確実に行なわれることになり、よって、板状の真空断熱材５の製造がコスト安にして量産性に秀れることになり、しかも、溶接を行なった後に真空加熱処理により加熱することになるから溶接部分の仕上がりがより一層良好となり板状の真空断熱材５の商品価値をより一層向上することができることになる。

また、本実施例は、真空度合いが非常に高い状態であるから、極めて秀れた高断熱性を具備する真空断熱材５となり、高断熱性が要求される他の製品へ広く適用できることになるなど、板状の真空断熱材５の商品価値を飛躍的に向上することができる。

この他の製品への適用例として、例えばオーブンレンジを構成する壁部に本発明で得られる真空断熱材５を適用することが好適と考えられる。

具体的には、従来から、オーブンレンジの壁部の厚みは、該壁部内に配設される断熱材の厚さで決定される為、小型軽量化等が極めて困難とされているが、本製造方法で得られる真空断熱材５は薄くても秀れた高断熱性を具備することになる為、このオーブンレンジの壁部を飛躍的に薄くして小型軽量化を達成することができるなど、他の製品に適用した場合において、断熱効果の他にも秀れた作用効果を発揮することになる。

また、本実施例は、外板体１と内板体２とで形成される空間Ｓを約５００℃以上の高温化で真空加熱処理して真空にするものであり、この約５００℃以上の高温化とは、高断熱性を達成し得る良好な真空度が得られる温度であって、約５００℃以上とすることでガス吸収剤８やロウ材９が作用する温度である。

また、本実施例は、耐熱性介在物４としてセラミックから成る耐熱性介在物４を採用したから、真空加熱処理が行えることになり秀れた高断熱性を具備した板状の真空断熱材５が確実に得られることになる。

また、本実施例は、前記耐熱性介在物４を板状としたから、真空処理を行うことで変形しようとする外板体１と内板体２とを確実に支持することができ、しかも、真空断熱材５全体にわたって秀れた高断熱性が発揮されることになる。

また、本実施例は、外板体１の内面及び内板体２の内面双方に熱輻射材から成る熱輻射層６を形成したから、より一層良好な高断熱性を具備せしめることができる。

また、本実施例に係る製法は断熱容体の製造方法としても有効であり、外板体１と内板体２とで構成され、両者の間に真空加熱処理により作出される真空層３が設けられた板状の真空断熱材５を複数組み合わせて形成される断熱容体の製造方法であったり、外板体１と内板体２とで構成され、両者の間に真空加熱処理により作出される真空層３が設けられた真空断熱構造の壁で構成される断熱容体の製造方法として応用できる。

具体的には、前者は図13に図示したように前述した製法で製造された真空断熱材５同士を組み合わせる（真空断熱材５同士の端部を溶接して接合する）ことで断熱容体を得る製造方法である。この製法により断熱容体を得る際には、真空断熱材５同士間に前述したカバー体15を介するようにしても良い。

後者は、図14，15に図示したように有底角筒状の外板体１と有底角筒状の内板体２とで構成され、両者の間に真空加熱処理により作出される真空層が設けられた真空断熱構造を有する別実施例に係る断熱容体の製造方法であって、前記外板体１の周縁部（上部開口周縁部）には立ち上がり片部１ａ及び鍔部１ｂが形成され、また、前記内板体２の周縁部（上部開口周縁部）にも立ち上がり片部２ａ及び鍔部２ｂが形成され、外板体１と内板体２とを鍔部１ｂ，２ｂ同士を重合させ、該外板体１に設けた凹部13にロウ材９を配設して真空加熱処理をし、外板体１と内板体２との間を真空にするとともに、溶融したロウ材９で凹部13に嵌合する封止板14を固着して該凹部13に設けた貫通孔13ａを閉塞する断熱容体の製造方法である。

従って、有底角筒状の外板体１内に所定間隔を介した状態で有底角筒状の内板体２を配し、この空間に耐熱性介在物４を配設した状態で真空加熱処理を行うことで作出した、有底角筒状の真空二重断熱容体を簡易且つ良好に得ることができる。

また、仮に円筒状の真空二重断熱容体であっても大気圧の影響を受ける場合はあり、例えば大きな鍋（断熱調理鍋）やドラムカンなどの径の大きな容体の底部分は大気圧の影響を受け易く、従来においては、この底部分を構成する板材にはリブを形成するなどの対策を施していたが製造効率が悪く、そこで、この円筒状の容体の空間に耐熱性介在物４を配設した状態で真空加熱処理を行うことで良好な真空断熱構造を具備した円筒状の真空二重断熱容体も簡易且つ良好に得ることができる。

尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。

本実施例に係る真空断熱材の分解斜視図である。本実施例に係る要部を説明する断面図である。本実施例の説明正面図である。本実施例の説明斜視図である。本実施例の説明断面図である。本実施例の説明斜視図である。本実施例の説明断面図である。本実施例に係る真空断熱材の別タイプを説明する断面図である。熱伝導率とかさ比重との関係を示すグラフである。本実施例に係る真空断熱材の別タイプを説明する断面図である。本実施例に係る真空断熱材の別タイプを説明する断面図である。本実施例に係る真空断熱材の別タイプを説明する断面図である。本実施例に係る製造方法によって製造された断熱容体の説明図である。別実施例に係る製造方法によって製造された断熱容体の説明図である。別実施例に係る製造方法によって製造された断熱容体の説明断面図である。従来例を示す説明図である。従来例を示す説明図である。

Ｓ空間
１外容体
１ｂ鍔部
２内容体
２ｂ鍔部
３真空層
４耐熱性介在物
５真空断熱材
６熱輻射層
15 カバー体

Claims

外板体と内板体とで構成され、両者の間に真空加熱処理により作出される真空層が設けられた薄い直方体形状の真空断熱体の製造方法であって、前記外板体と前記内板体とで形成される空間に真空加熱処理の加熱に耐え得る耐熱性介在物を配設せしめるとともに、前記外板体の周縁部に形成される鍔部と前記内板体の周縁部に形成される鍔部とを重合して溶接することで接合し、その後、前記空間を真空加熱処理により真空にして真空断熱材を形成し、この真空断熱材の端部に形成される肉薄部に断熱性を有するセラミックで構成されたカバー体を被嵌して薄い直方体形状にすることを特徴とする真空断熱体の製造方法。
請求項１記載の真空断熱体の製造方法において、前記外板体の周縁部と前記内板体の周縁部とをアルゴン溶接，シーム溶接，レーザ溶接若しくは電子ビーム溶接により接合することを特徴とする真空断熱体の製造方法。
請求項１，２いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記外板体と前記内板体とで形成される空間を約５００℃以上の高温化で真空加熱処理して真空にすることを特徴とする真空断熱体の製造方法。
請求項１〜３いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記耐熱性介在物としてセラミックから成る耐熱性介在物を採用したことを特徴とする真空断熱体の製造方法。
請求項１〜４いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記耐熱性介在物を板状若しくは塊状としたことを特徴とする真空断熱体の製造方法。
請求項１〜５いずれか１項に記載の真空断熱体の製造方法において、前記外板体１の内面及び前記内板体の内面のいずれか一方若しくは双方に、銅，アルミ，銀，ニッケルなどの熱輻射材から成る熱輻射層が形成されていることを特徴とする真空断熱体の製造方法。