JP4861715B2

JP4861715B2 - 真空断熱材の製造方法

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Publication number: JP4861715B2
Application number: JP2006027859A
Authority: JP
Inventors: 務河野; 邦成荒木; 恒越後屋
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: KR20070080203A; CN100545502C; KR100781010B1; JP2007205530A; CN101016970A

Description

本発明は、内部のグラスファイバなどのコア材と外部の複合樹脂、Al蒸着膜などの外抱材から成る断熱性能が高い真空断熱材の立体成形を可能とする形状、およびその製造方法に関する。

真空断熱材は、従来冷蔵庫で用いられていたウレタン発泡材料よりも熱伝導率が一桁低いため、冷蔵庫、浴槽、魔法瓶などの断熱材として使用量が増加している。しかし、真空断熱材は、真空引きしたコア材と外包材から成る複合材料なので、任意の立体形状に曲げ加工することが困難な問題がある。この問題を解決するために、曲げ成形を行う前の真空断熱材の形状として、予め溝形状を加工し、この溝に沿って曲げ成形する事例が、特許文献１、特許文献２、および特許文献３にあげられる。しかし、これらの溝形状は１方向にしか加工されておらず、任意方向への曲げ成形ができない。また、溝形状の加工により、真空断熱材の肉厚が部分的に薄くなり、この部分から熱が逃げる問題がある。更に溝成形における真空断熱材の圧縮加工により、コア材の繊維が切れて断熱性能が低下する問題点がある。これらの問題点を解決するためには、肉厚の減少を少なくし、任意の方向に溝形状を加工する必要がある。

特開２００１−３３６６９号公報特開２００４−１１７５５号公報特開平７−１５１２９７号公報

冷蔵庫などの断熱機器の断熱性能を向上するためには、熱伝導率が低い真空断熱材の設置面積を広くする必要がある。しかし、真空断熱材は、コア材と外包材から成る複合材料なので、曲げ成形が困難である。曲げ成形を行うために、真空断熱材に一方向だけの溝形状を加工した従来技術を用いた曲げ成形を行うと、一方向だけしか曲げ成形が行えず、溝部分の肉厚が薄くなることにより、この肉厚が薄くなった部分からの熱が漏洩する問題がある。そこで、本発明では、真空断熱材に２方向以上の曲げ成形が可能で、肉厚が薄くなることを防止できる溝形状または凹凸形状を形成することにより、真空断熱材の立体形状の曲げ成形を実現することを目的とする。更に、真空断熱材を真空成形すると同時に前記の溝形状または凹凸形状を形成することにより、真空成形後の溝形成などの2次加工を省略できるので、生産性向上およびコスト低減を図ることができる。

真空断熱材の外抱材の表面上に複数の突起(凸部分)が形成され、及び前記各突起の裏側の外抱材表面上の相対位置に凹形状が形成されており、かつ前記複数の凹凸形状の組合わせが、前記外抱材の両面上で複数方向に配列されている真空断熱材を構成した。

さらに、前記真空断熱材の外抱材の表面上に形成された前記突起(凸部分)は、複数方向に連続した突起形状であり、それらに対応して、前記凹形状が、前記各突起の裏側の外抱材表面上の相対位置に溝形状として形成されるように真空断熱材を構成した。

また、前記真空断熱材の外抱材の表面上に形成された前記複数の突起(凸部分)は、前記外抱材の表面上の輪郭形状が円形、３角形、４角形、または任意の形状であり、それらに対応して、前記凹形状が、前記各突起の裏側の外抱材表面上の相対位置に、前記突起(凸部分)の輪郭形状に対応して輪郭が相似形状の凹形状として形成されるように真空断熱材を構成した。

また、本発明では、凹凸形状を形成した上金型と、前記上金型と対向して配置されて、その表面上に前記上金型に形成された凸形状の相対位置に凹形状が、および前記上金型に形成された凹形状の相対位置に凸形状が形成された下金型とにより、真空断熱材を所定の間隔まで挟み込んで加圧して、前記真空断熱材の表裏面に、前記上金型と前記下金型それぞれに形成されている凹凸形状を前記真空断熱材に転写することを特徴とする真空断熱材の製造方法を提供する。

本発明では、真空断熱材に２方向以上の曲げ成形が可能で、肉厚が薄くなることを防止できる溝形状または凹凸形状を形成することにより、真空断熱材の立体形状の曲げ成形を実現する。更に、真空断熱材を真空成形すると同時に前記の溝形状または凹凸形状を形成することにより、真空成形後の溝形成などの2次加工を省略できるので、生産性向上およびコスト低減を図ることができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。

まず、本実施の形態に係る真空断熱材の構造を図１に示す。これは、内部のグラスファイバのコア材１と外部の複合樹脂フィルムの外包材２から成る真空断熱材３の断面を示している。この真空断熱材３の３点曲げ試験内容を図２に示す。ここで、真空断熱材３を治具４上に置き、曲げ工具５により、曲げ加工を行う。このとき、曲げ部分の最外層６における歪を歪ゲージで測定すると同時に、曲げ加工前後の肉厚の増減を測定した。

曲げ試験の条件は、クロスヘッドスピード4.5mm／min、曲げスパン100mm、治具４、曲げ工具５の先端Rは10mmであり、曲げ試験片の形状は150×100×10mmである。曲げ試験の結果を表１に示す。このように、真空断熱材の曲げ試験における問題点は、最外層における複合樹脂フィルムの歪および肉厚の減少であることが分る。ここで、外包材２に歪が発生すると、真空度がリークする問題があり、肉厚の減少率が大きいと、熱が漏洩しやすくなる問題がある。

ここで、図３に示すように、真空断熱材上部の任意場所に任意形状の突起(凸形状)７を形成し、その突起の裏面に凹形状８を形成すれば、溝形状の形成に伴う肉厚の減少を少なくできる。この形状を用いると、曲げ成形する複合樹脂フィルム最外層の表面積が大きくなり、最外層の複合樹脂フィルムは曲げ成形で凹部分が伸ばされて成形され、曲げ応力が分散されるので、歪が発生しにくい。

この凹凸形状を２方向以上に形成した構造を図４に示す。ここに示すように、図４の凹凸形状を用いると、複数(任意)方向の断面にも凹凸形状が形成されているので、複数(任意)の方向に曲げ成形しても最外層の歪を防止できる。図４では、凹凸の方向が等しく、凹凸の断面寸法が等しい例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、凹凸の向きおよび断面寸法が一枚の真空断熱材で異なっていても良いものとする。

また、真空断熱材の任意場所に任意形状の独立した突起(凸形状)９を２つ以上形成し、その突起の裏面に凹形状１０が形成されている構造を図５に示す。ここに示すように、図５の凹凸形状を用いると、任意方向の断面に凹凸形状が形成されているので、任意の方向の曲げ成形しても最外層の歪発生を防止できる構造である。

また、図５の凹凸形状にテーパをつけて形成することにより、複数の凹凸形状を有する真空断熱材を、凹凸部分で重ねて製品に設置することができる。この形状を図６に示す。このように、凹凸形状を有する真空断熱材を重ねて配置することにより、部分的に断熱性能を高めたい場所に複数枚の真空断熱材を重ねて配置することができる。

複数の凹凸形状を有する真空断熱材を、凹凸部分で重ねて設置した一例を図７に示す。これは、大寸法の真空断熱材１１のある特定の場所だけに小寸法の真空断熱材１２を設置した構造である。このように、高い断熱性能が要求される場所だけに、小寸法の真空断熱材３を設置することにより、必要最低限の真空断熱材３で断熱性能を向上することができる。

なお、図５〜６で示した突起(凸形状)９および突起の裏面に凹形状１０は円形状の例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、３角形、４角形など任意の形状を用いることができる。更に、突起(凸形状)９および突起の裏面に凹形状１０のサイズも一つの真空断熱材３で変化させることもできる。例えば、細かい加工が必要な場所は、小さな突起(凸形状)９を、細かい加工が必要ない場所は、大きな突起９を設置するか、もしくは突起９をなくすることもできる。また、図５では凹凸の方向が等しく、凹凸の断面寸法が等しい例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、凹凸の向きおよび断面寸法が一枚の真空断熱材で異なっていても良いものとする。また、図４と５で示した形状を一枚の真空断熱材に同時に形成することもできる。

ここで、図３〜６で示した凹凸形状を形成した真空断熱材の加工方法について示す。先ず、図９に断面図を示すように、２枚の４角形の外包材２同士が、３辺溶着してあり、１辺の開放部分21からコア材１を挿入した、真空引き加工する前の真空断熱材３を用いる。この真空引き加工する前の真空断熱材３を真空引きしながら凹凸形状を加工するための金型を図８に示す。ここで、予め凹凸形状を形成した上下金型１５，１６の合せ部分は、シリコン製のシール材１８を設置している。

図８のA-A断面における加工プロセスを図９に示す。ここで、上下金型１５，１６の間に、真空引き加工する前の真空断熱材３を設置し、上下金型１５，１６にてクランプする。クランプにより、シール材１８を上下金型１５，１６で挟み込むことにより、金型内部をシールし、真空引き部分１３から真空ポンプにより、金型内を真空に引く。このとき、上下金型１５，１６の凹凸形状を真空断熱材に転写した後、下金型１６に設置した過熱プレート１４を上方向にスライドさせて、外包材２の開放部分21を熱溶着することにより、凹凸形状を有する真空断熱材の加工が可能となる。

また、図９に示す金型は、凹凸を有する形状だけではなく、図１０に示すように、任意の曲面形状を有する金型により、任意形状の真空断熱材３を形成することができるものとする。

また、図９では、金型内を真空引きして、凹凸形状を有する真空断熱材３を形成する例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、図１１に示すように、真空チャンバ内２０で凹凸形状を有する上下金型１５，１６を用いて凹凸形状を有する真空断熱材を加工することもできる。

以上では、真空引き成形すると同時に凹凸形状を有する真空断熱材３を形成する製造方法を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、板状に形成した真空断熱材３を、予め凹凸形状を形成した上下金型１５，１６でクランプする２次加工で、凹凸形状を有する真空断熱材３を形成することもできる。

また、以上では、上下の金型でクランプする例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、図１２に示すように、予め凹凸形状を形成した２つのロール金型１９間に真空断熱材を挟み込むことにより、凹凸形状を有する真空断熱材３を形成することもできる。

このロール金型１９を用いた製造方法として、図１３に示すように2枚以上の真空引き成形した真空断熱材のコア材１が挿入されていないフィルム部分２を接合した状態で、図１２に示す予め凹凸形状を形成した２つのロール金型１９間に真空断熱材を挟み込むことにより、凹凸形状を有する真空断熱材を連続して形成することもできる。

また、図１４に示すように、２枚のフィルム２間にコア材１を挿入した後、真空チャンバ２０内で真空引きおよびフィルムのシールまでを連続して行い、図１２に示す予め凹凸形状を形成した２つのロール金型１９間に真空断熱材を挟み込むことにより、凹凸形状を有する真空断熱材を連続して形成することもできる。なお、本工程では、ロール金型１９を用いずに、凹凸形状を形成しない真空断熱パネルの連続した製造を行うこともでき、ロール金型１９には凹凸形状が形成されておらず、真空断熱パネルを平滑にすることを目的に使用することもできる。

なお、複合樹脂フィルムの外包材２は、高分子材料製のため、熱を加えると弾性率が下がる性質があるので、凹凸形状を形成しやすくするために、図８乃至図１１に示す金型、ロールを加熱した状態で加工することもできる。もしくは、金型ではなく、加工前に複合樹脂フィルムの外包材２を加熱した状態で加工することもできる。

以上、コア材１にグラスウールを用いて、外包材２に複合樹脂フィルムを用いた例を示したが、本発明はこれだけに限定されるものではなく、コア材１にウレタン材料を、外包材にAlフィルムなどの任意の材料を用いることができる。

真空断熱材の構造を示す図である。真空断熱材の３点曲げ試験内容を示す図である。凹凸形状を有する真空断熱材の構造を示す図である。凹凸形状を2方向以上に有する真空断熱材の構造を示す図である。独立した突起(凸以上)の裏面に凹形状を有する真空断熱材の構造を示す図である。テーパ形状の独立した突起(凸以上)および裏面の凹形状を有する真空断熱材の構造を示す図である。複数の凹凸形状を有する真空断熱材を、凹凸部分で重ねて設置した構造を示す図である。真空断熱材を真空引きしながら凹凸形状を加工する金型の構造を示す図である。真空引きしながら凹凸形状を有する真空断熱材を形成する製造方法を示す図である。真空引きしながら任意の曲面形状を有する真空断熱材を形成する製造方法を示す図である。真空チャンバ内で、凹凸形状を有する真空断熱材を形成する製造方法を示す図である。板状に形成した真空断熱材を、予め凹凸形状を形成した2つのロール金型でクランプする２次加工で、凹凸形状を有する真空断熱材の製造方法を示す図である。凹凸形状を有する複数枚の真空断熱材を連続して形成する製造方法を示す図である。真空引きおよびフィルムのシールまでを連続して行い、凹凸形状を有する複数枚の真空断熱材を連続して形成する製造方法を示す図である。

符号の説明

１…コア材、２…複合樹脂フィルムの外包材、３…真空断熱材、４…治具、５…曲げ工具、６…曲げ部分の最外層、７…突起(凸形状)、８…突起の裏面に凹形状、９…独立した突起(凸形状)、１０…独立した突起裏面の凹形状、１１…大寸法の真空断熱材、１２…小寸法の真空断熱材、
１３…真空引き部分、１４…過熱プレート、１５…上金型、１６…下金型、１７…上下金型１５、１６の凹凸形状、１８…シール材、
１９…凹凸形状を形成したロール金型、２０…真空チャンバ、２１…真空断熱材の開放部分。

Claims

２枚の４角形の外包材同士を３辺で溶着し、残りの１辺に配置された開放部分からコア材を挿入して前記真空断熱材を形成し、該真空断熱材の内部を真空引きするとともに予め凹凸形状を形成した上下金型の間に前記真空断熱材を設置してクランプすることで前記上下金型の凹凸形状を前記真空断熱材の表裏面に転写した後、前記開放部分を熱溶着することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
前記凹凸形状が曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材の製造方法。
コア材を２枚の外包材で内包して真空引き及び封止形成された板状の真空断熱材を、予め凹凸形状を金型表面に形成した２つのロール金型の間に挟み込むことで、前記ロール金型の凹凸形状を前記真空断熱材の表裏面に転写することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
前記真空断熱材は、前記コア材が挿入されていない外包材部分で、２つ以上の真空断熱材同士が接合されていることを特徴とする請求項３に記載の真空断熱材の製造方法。
２枚の外包材間にコア材を挿入した後、真空チャンバ内で前記コア材を内包するように前記外包材の周囲を封止して真空断熱材を形成し、該真空断熱材を予め凹凸形状を形成した２つのロール金型間に挟み込むことで、該ロール金型の凹凸形状を前記真空断熱材の表裏面に転写し、前記コア材挿入の工程から前記凹凸形状の転写工程まで連続的に行うことを特徴とする真空断熱材の製造方法。