JP6518018B2

JP6518018B2 - 断熱容器

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Publication number: JP6518018B2
Application number: JP2018540971A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　義治; 義治佐藤; 秀斗大澤
Original assignee: Zojirushi Corp
Current assignee: Zojirushi Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: JPWO2018056096A1; WO2018056096A1

Description

本発明は、断熱容器に関し、特に、ガラス製の断熱容器に関する。

従来、ガラス製の容器を用いた断熱容器がある。この断熱容器は、例えば外装ケース内に組み込まれると共に、開口部を蓋部材にて閉じる構造で、お湯等の内容物の温度を長時間所望の温度に保つ製品に使用されている（例えば、特許文献１）。

また、特許文献２には、ガラス製の内容器と外容器との空間を真空排気して真空断熱層とし、内容器と外容器の間にはパッド（スペーサ）が配置されたガラス製真空断熱容器が開示されている。
スペーサは、熱伝導率の低い材料が好ましいことは当然である。またこれに加えて、スペーサは、緩衝性が必要であると考えられてきた。つまりスペーサは、使用時においては、ユーザによる製品落下等の衝撃に対する容器の破損を防止する緩衝性を有している必要があった。

日本国特開２０００−２０１８３４号公報日本国特開２００２−５８６０５号公報

そのようなスペーサを改良するため、本発明者らはスペーサについて詳細に検討を重ねた。すなわちスペーサは、断熱容器の使用時の緩衝性を必要とするなど、ある程度柔らかい素材が良いと考えられていた。したがって、建築材料としては従前より知られるケイ酸カルシウム系材料は、熱伝導率が低いため、断熱容器への適用の可能性があった。ところが、ケイ酸カルシウム系材料は、従来のスペーサと比較すると硬いという理由から、断熱容器のスペーサへの適用には好ましくないとされてきた。
しかしながら、発明者らの鋭意検討の結果、上記課題を解決できることを見出し本発明を完成するに至った。
本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであり、衝撃強度に優れたガラス製の断熱容器を提供することを目的とする。

上記課題は下記手段により達成することができる。すなわち、本発明は下記の通りである。
〔１〕
ガラス製の内容器と、
前記内容器に対して外側を囲むと共に開口部で接続されたガラス製の外容器と、
前記内容器と前記外容器との間に両容器に接するように配置されたスペーサと、
を備え、前記内容器と前記外容器とにより画成された空間が真空にされた断熱容器であって、
前記スペーサは、ケイ酸カルシウム系材料からなると共に前記内容器及び前記外容器と接する接触面が平滑化処理された、
断熱容器である。
〔２〕〔１〕に記載の断熱容器において、
前記スペーサは、前記接触面の表面粗さが算術平均高さＳａで２０〜５０μｍである。
〔３〕
〔１〕又は〔２〕に記載の断熱容器において、
前記スペーサは、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．５ｍｍ圧縮するのに必要な荷重が１５００Ｎ以上である。
〔４〕
〔１〕〜〔３〕の何れか１項に記載の断熱容器において、
前記ケイ酸カルシウム系材料が、下記（Ａ）〜（Ｄ）の均一混合物からなるスラリーを脱水成形し、得られた成形物を６ｋｇ/ｃｍ^２以上の加圧水蒸気で蒸熱処理してケイ酸原料と石灰原料とを反応させた後、大気圧下３３０℃以上に加熱して成形物より離脱する水を除去することにより得られたものである。
（Ａ）ＣａＯ/ＳｉＯ_２モル比が０．６〜１．２である石灰原料及びケイ酸原料の混合物１００重量部
（Ｂ）水熱合成により得られたゾノトライト５０〜１７０重量部
（Ｃ）繊維状ウオラストナイト１５〜１５０重量部
（Ｄ）水全固形物の２〜８倍量

本発明によれば、衝撃強度に優れた断熱容器を提供することができる。

本発明の実施形態の断熱容器の要部断面図である。図１に示すスペーサの斜視図である。図２に示すＡ−Ａ線に沿った部分の断面拡大模式図である。スペーサの表面粗さの測定領域を示す図である。スペーサの表面粗さの測定領域を示す図である。スペーサ（１）の３Ｄ画像及び輪郭曲線の測定データである。スペーサ（１）の３Ｄ画像及び輪郭曲線の測定データである。スペーサ（７）の３Ｄ画像及び輪郭曲線の測定データである。スペーサ（７）の３Ｄ画像及び輪郭曲線の測定データである。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は、断熱容器を軸心（中心軸）ＣＬに対して１２０度の角度で垂直（軸心方向）に切断した要部の垂直断面図、図２は、スペーサの斜視図である、また、図３は、スペーサの表面を模式的に示す拡大断面図である。

図１に示すように、断熱容器１は、ガラス製の内容器２と、この内容器２に対して外側を囲むと共に開口部１ｈで接続されたガラス製の外容器３と、内容器２と外容器３との間に両容器に接するように配置されたスペーサ１０と、を備えている。そして、内容器２と外容器３とにより画成された空間４が真空にされている。

断熱容器１は、その製造において、ガラス製の内容器２と外容器３とを接続して両容器間の空間４ができるように成形される。その後、両容器間の空間４を外容器３の底側に設けられた排気部３ｅから排気し、該排気部３ｅを閉じて真空にする。

ここで、両容器２，３を重ね合せるに先立って、内容器２の底部１ａの外表面に接着剤を介してスペーサ１０が接着される。スペーサ１０は、内容器２の軸心ＣＬを均等間隔で囲むように３つが配置され、外容器３と内容器２との空間４を形成する。そして、外容器３が内容器２を覆うようにして配置した後、適宜加熱しながら内容器２に沿う態様で絞り込むようにして成型する。その後、排気部３ｅから排気し、排気部３ｅを加熱溶着して空間４の真空を維持する。このようにして製造された断熱容器１は、一般的には、適宜外装ケース２０に組み込まれた状態で使用される。
スペーサ１０の数は、断熱容器のサイズに合わせて適宜変更でき、２個以上が好ましく、３〜１０個がより好ましく、更に好ましくは３〜５個である。特に好ましくは３個であり、内容器２と外容器３との相対的な位置の安定性が高い一方で、熱伝導が生じる箇所をできるだけ少なくできるためである。

このスペーサ１０は、図２に示すように、所定の厚みｄ２を有しており、表裏に円形の接触面１０ｓを備えた円柱状の部材として構成されている。そして、この接触面１０ｓが内容器２と外容器３に当接するように配置される。接触面１０ｓには、上述のとおりその一方面或いは両面に接着剤が塗着されて内容器２に接着され、外容器３の底部１ｂとの間に配置される。

スペーサ１０は、ケイ酸カルシウム系材料からなり、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．１ｍｍ圧縮するのに必要な荷重が１７５Ｎ以下である。スペーサ１０の圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．１ｍｍ圧縮するのに必要な荷重は、１０Ｎ以上１７５Ｎ以下であることが好ましく、４５Ｎ以上１７５Ｎ以下であることがより好ましく、４５Ｎ以上１２０Ｎ以下であることが更に好ましい。
本発明におけるケイ酸カルシウム系材料とは、ケイ酸カルシウムを含有する材料であり、酸化カルシウム（ＣａＯ）とケイ酸（ＳｉＯ_２）が結合した化合物の水和物を含有する材料である。ケイ酸カルシウムは、例えば、ゾノトライト、トバモライト、ウオラストナイト、他のケイ酸カルシウム水和物及びそれらの混合物を含有する。

本発明におけるケイ酸カルシウム系材料としてより好ましくは、特開昭５５−１６７１６７号公報に記載のケイ酸カルシウム系材料であり、下記（Ａ）〜（Ｄ）の均一混合物からなるスラリーを脱水成形し、得られた成形物を６ｋｇ/ｃｍ^２以上の加圧水蒸気で蒸熱処理してケイ酸原料と石灰原料とを反応させた後、大気圧下３３０℃以上に加熱して成形物より離脱する水を除去することにより得られたものである。
（Ａ）ＣａＯ／ＳｉＯ_２モル比が０．６〜１．２である石灰原料及びケイ酸原料の混合物１００重量部
（Ｂ）水熱合成により得られたゾノトライト５０〜１７０重量部
（Ｃ）繊維状ウオラストナイト１５〜１５０重量部
（Ｄ）水全固形物の２〜８倍量

石灰原料、ケイ酸原料、ゾノトライト、及び繊維状ウオラストナイトは、特開昭５５−１６７１６７号公報号公報に記載されているものが挙げられ、好ましいものも同様である。ケイ酸カルシウム系材料は、特開昭５５−１６７１６７号公報の方法に準じて得ることができる。

ケイ酸カルシウム系材料は、更に強化繊維や添加剤等を含有してもよい。
スペーサ１０は、例えば、板状のケイ酸カルシウム系材料を、削り出し加工あるいは打ち抜き加工により所望の形状に成形することができる。板状のケイ酸カルシウム系材料としてはルミボード、エコラックス、ＮＡラックス、ハイラック、三菱ヒシタイカ、チヨダセラボード等がケイ酸カルシウム板として市販されている。

スペーサ１０の形状に特に制限はないが、本実施形態においてはスペーサ１０は円柱形状であり、直径は６．６〜７．０ｍｍであることが好ましく、６．７〜６．９ｍｍであることがより好ましい。また、スペーサ１０の厚み（高さ）は３．６〜４．２ｍｍであることが好ましく、３．７〜４．０ｍｍであることがより好ましい。こうすることにより、スペーサ１０が０．０５ｍｍ以上の圧縮に対する変位量を許容することができる。したがって、断熱容器の製造時において、たとえばアニール処理等の熱処理によって内容器２と外容器３との間の間隔が０．０５ｍｍ以上狭まるようなことがあっても、スペーサ１０が破壊されることなく、内容器２および／または外容器３の破損を抑制することができる。

スペーサ１０は、図３に示すように、内容器２と外容器３と接触する面のうち少なくとも一方の面の接触面１０ｓが平滑化処理されている（両接触面が平滑化処理されてもよい）。
ケイ酸カルシウム板を平滑化処理した後、削り出し加工または打ち抜き加工により平滑化処理されたスペーサ１０とすることができる。ケイ酸カルシウム板を削り出し加工または打ち抜き加工した後に平滑化処理してもよい。平滑化処理は、紙やすり（例えば１２０番、８０番、好ましくは３０番）等を用いた研磨処理により所望の粗さの平滑面とすることができる。この平滑化処理は、表面を削る研磨処理の他に、加圧ローラー等による加圧処理でも良い。

内容器２及び外容器３と接する接触面１０ｓが平滑化処理されると、図３に示すように、接触面１０ｓの凸部１１ｔが削り取られるか若しくは潰されて凹凸の高低差が小さくなる。また、接触面１０ｓの凹部１１ｂや細孔や溝１０ｇは、削り粉や潰れ粉の微粉１０ｐによって埋められる。
ケイ酸カルシウム系材料は多孔質であるため、スペーサ１０と、内容器２又は外容器３とを接着する際に接着剤が塗布されると、接着剤成分の一部が毛細管現象によりスペーサ１０の内部に浸透し接着力に影響を及ぼす。
平滑化処理された接触面１０ｓに接着剤が塗布されると、平滑化処理をしない場合に比べて接着剤のスペーサ１０の内部への接着剤成分の浸透が抑制され、接着剤が接着面１０ｓに均一に塗布される。この結果、接着力が強くなってスペーサ１０による容器を支持する強度が増し、衝撃強度に優れた断熱容器が得られる。

接触面１０ｓの表面粗さは、算術平均高さＳａで２０〜５０μｍであることがより好ましく、２０〜４５μｍであることが更に好ましい。
接触面１０ｓの表面粗さが算術平均高さＳａで上記の範囲であれば、断熱容器の製造時に内容器に接着したスペーサと、外容器とが接触する際に十分な緩衝機能が発揮される。
算術平均高さＳａとは、２次元の粗さパラメータである算術平均粗さＲａを３次元に拡張したものであり、３次元粗さパラメータ（３次元高さ方向パラメータ）である。算術平均高さは、レーザ顕微鏡等によって測定した表面形状のデータから、ＩＳＯ規格（ＩＳＯ２５１７８）に記載の方法で算出できる。

スペーサ１０において、内容器２または外容器３に接触する接触面１０ｓの少なくとも一方の表面粗さＲａは２０〜２００μｍであることが好ましく、２５〜５０μｍであることがより好ましい。
表面粗さＲａは、ＪＩＳＢ０６０１：２０１３に準拠して求められる算術平均粗さである。
また、最大高さＲｚは７０〜２５０μｍであることが好ましく、１３０〜２３０μｍであることがより好ましい。
最大山高さＲｐは３０〜２００μｍであることが好ましく、３５〜１５０μｍであることがより好ましく、４５〜１２０μｍであることがより好ましい。
最大谷深さＲｖは３０〜２００μｍであることが好ましく、３５〜１７０μｍであることがより好ましく、４０〜１５０μｍであることがより好ましい。
平均高さＲｔは６０〜３００μｍであることが好ましく、１００〜２５０μｍであることが好ましく、１３０〜２３０μｍであることがより好ましい。
十点平均粗さＲｚＪＩＳは５０〜１５０μｍであることが好ましく、６０〜１２０μｍであることがより好ましい。
最大高さＳｚは１５０〜３００μｍであることが好ましく、１７０〜３００μｍであることがより好ましい。
表面性状のアスペクト比Ｓｔｒは０．１〜０．３５であることが好ましく、０．１〜０．３であることがより好ましい。
山頂点の算術平均曲であるＳｐｃは４．０〜７．０（１／ｍｍ）であることが好ましく、５．０〜６．５（１/ｍｍ）であることがより好ましい。
界面の展開面積比Ｓｄｒは０．０１〜０．１であることが好ましく、０．０２〜０．０５であることがより好ましい。

最大高さＲｚ、最大山高さＲｐ、最大谷深さＲｖ、平均高さＲｔ、十点平均粗さＲｚＪＩＳはＪＩＳＢ０６０１：２０１３に準拠して求められる。また、最大高さＳｚ、表面性状のアスペクト比Ｓｔｒ、山頂点の算術平均曲であるＳｐｃ、及び界面の展開面積比Ｓｄｒは、ＩＳＯ２５１７８に準拠して求めることができる。

スペーサ１０は、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．５ｍｍ圧縮するのに必要な荷重が１５００Ｎ以上であることが好ましく、１８００Ｎ以上２２００Ｎ以下であることがより好ましい。圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．５ｍｍ圧縮するのに必要な荷重を１５００Ｎ以上にすることで、衝撃強度がより優れた断熱容器とすることができる。落下等の大きな衝撃が断熱容器に加わった際に、内容器２と外容器３の接続部に大きな変形を伴うことなく衝撃吸収ができ、この結果、例えば内容器２と外容器３の接続部６の破損防止効果が発揮される。

断熱容器が落下等の衝撃により破損する場合、内容器２の支持形態に起因すると推測できる。すなわち、断熱容器１の落下時等において、容器内（内容器２の内側）の内容物Ｗの質量は内容器２によって支えられ、また、内容器２は、外容器３との接続部６と該接続部６とは反対側の底部１ｂのスペーサ１０とで支えられているため、落下に伴う応力は内容器２の外容器３との接続部６に集中し易い。ここで、従来、スペーサ１０が硬いと、スペーサ１０と内容器２の接触箇所の破損が危惧され、比較的柔らかい材料が好ましいと考えられていた。しかしながら、スペーサ１０が柔らかい材料であると、落下時において弾性変形量が大きくなり、接続部６の応力集中を抑制できず、多くの場合、接続部６が破損すると思われる。本実施形態のスペーサ１０は特定数値以上の硬さを有していることで、接続部６の応力集中を抑制でき衝撃強度に優れた断熱容器とすることができる。

以上述べたように、本実施形態のスペーサ１０は、ケイ酸カルシウム系材料からなり、接触面１０ｓが平滑化処理されたことで、内容器、又は外容器とスペーサ１０との接着力が強固になり、スペーサ１０による容器支持強度が増し、衝撃強度に優れた断熱容器を提供できる。

以下に、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

〔表面粗さ〕
特開昭５５−１６７１６７号公報に記載の方法に準じて作成したケイ酸カルシウム板を、＃２４番手のヤスリで研磨後打ち抜き加工した図２に示す形状のケイ酸カルシウム系材料のスペーサ（１）を用意した。サイズは、直径６．８ｍｍ、厚さ３．８ｍｍとした。用意したケイ酸カルシウム系材料のスペーサ（１）のうち１０個（サンプル１−１〜１-１０）について表面粗さ（ＪＩＳＢ０６０１：２０１３、及びＩＳＯ２５１７８に準拠し、図４の２点の×印の間を結ぶ矢印の領域について、表面粗さＲａ、最大高さＲｚ、最大山高さＲｐ、最大谷深さＲｖ、平均高さＲｔ、十点平均粗さＲｚＪＩＳ；図５の領域１について、算術平均高さＳａ、最大高さＳｚ、表面性状のアスペクト比Ｓｔｒ、山頂点の算術平均曲であるＳｐｃ、及び界面の展開面積比Ｓｄｒ）を求め、表１に記載した。
測定には、非接触式３Ｄ測定機（キーエンス社製、ＶＲ−３０００）を用いた。
ケイ酸カルシウム板を研磨せずに加工した以外は上記と同様にケイ酸カルシウム系材料のスペーサ（７）を用意し、そのうち１０個（サンプル２−１〜２-１０）について表面粗さを求め表１に記載した。
また、各サンプルの３Ｄ画像、及び輪郭曲線の測定データを図６〜９に示す。

〔実施例１〕
ケイ酸カルシウム系材料のスペーサ（１）を用いてガラス製の断熱容器を製造した。
下記実施例に用いたスペーサ（１）は、特開昭５５−１６７１６７号公報の方法に準じて作成したケイ酸カルシウム板を＃２４番手のヤスリで研磨後打ち抜き加工した図２に示す形状のもので、サイズは、直径６．８ｍｍ、厚さ３．８ｍｍとした。
スペーサ（１）の圧縮弾性試験（試験条件１）の結果、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．１ｍｍ圧縮するのに必要な荷重は約１００Ｎであった。
（圧縮弾性試験装置及び試験条件１）
試験機：ミネベア(株)社製テクノグラフＴＧ−１０ｋＮ
圧縮速度：０．１ｍｍ／ｍｉｎ
圧縮距離：試験サンプル接触から０．２ｍｍまで圧縮
接触位置：試験サンプルに１Ｎのかかる位置から試験開始としている
試験治具：
ロードセル：５０００Ｎ
治具：直径１００ｍｍ×２５ｍｍ

また、スペーサ（１）の圧縮弾性試験（試験条件２）の結果、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．５ｍｍ圧縮するのに必要な荷重は１５００Ｎであった。
（圧縮弾性試験装置及び試験条件２）
試験機：ミネベア(株)社製テクノグラフＴＧ−１０ｋＮ
圧縮速度：０．１ｍｍ／ｍｉｎ
圧縮距離：試験サンプル接触から１．０ｍｍまで圧縮
接触位置：試験サンプルに１Ｎのかかる位置から試験開始としている
試験治具：
ロードセル：５０００Ｎ
治具：直径１００ｍｍ×２５ｍｍ

断熱容器は図１に示すもので、高さ寸法（Ｈ）は１８０ｍｍ、最大直径（Ｄ１）は１６０ｍｍ、開口部内径（Ｄ２）は４５ｍｍ、開口部外径（Ｄ３）６５ｍｍ、容器ガラス厚み（Ｄ４）は１．５ｍｍとし、１３１９個製造した。
スペーサ（１）のスペーサ３個を予め内容器の底面に接着して置き、該内容器を外容器の中に入れ、この状態で、開口部を加熱しながら接続と共に該開口部を絞り込むようにして成型し、排気部から排気し、該排気部を加熱溶着して断熱容器を製造した。
スペーサの固定には接着剤を使用し、スペーサの片面に０．０１５ｇずつ塗着した。
１３１９個製造した断熱容器のうち、破損したのは３個であった。

上記で製造した断熱容器５個を用いて下記の条件にて落下試験を行った。
外装ケースは、金属製とし、開口部を蓋で閉じた状態で、内容物として水を２．２リットル入れた状態で、０．５ｍの高さから完成品容器の底が床に当る向きで、コンクリートの床の上に敷いた厚さ３０ｍｍのラワン板上に落下させた。
本発明にかかる５個の断熱容器のうち、落下試験により破損したのは０個であった。

〔実施例２〜４、比較例１〜３〕
スペーサを表２に記載のものに変更した以外は実施例１と同様に実施例２〜４、比較例１〜３の断熱容器を製造し、落下試験を行った。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、適宜変更できる。スペーサは特定の硬さを有するものであれば、断熱性に影響を与えない限り、サイズや形状、設置の個数及び位置等に特に制限はない。例えば、前掲の実施形態においては、スペーサを円柱としたが、円柱でなくてもよい。また、断熱容器の形状においても、図１に示す形状に何ら制限されるものではない。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１６年９月２６日出願の日本特許出願（特願２０１６−１８７５１４）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１断熱容器
２内容器
３外容器
４空間
６接続部
１０スペーサ
１０ｇ溝
１０ｓ接触面
１０ｐ微粉
１１ｂ凹部
１１ｔ凸部
ＣＬ中心軸
Ｗ内容物

Claims

ガラス製の内容器と、
前記内容器に対して外側を囲むと共に開口部で接続されたガラス製の外容器と、
前記内容器と前記外容器との間に両容器に接するように配置されたスペーサと、
を備え、前記内容器と前記外容器とにより画成された空間が真空にされた断熱容器であって、
前記スペーサは、ケイ酸カルシウム系材料からなると共に前記内容器及び前記外容器と接する接触面が平滑化処理され、
前記スペーサの前記接触面の一方又は両方は、微粉によって埋められた凹部、細孔、溝を有するとともに、接着剤を介して前記内容器及び／又は前記外容器と接着している、断熱容器。
前記スペーサは、前記接触面の表面粗さが算術平均高さＳａで２０〜５０μｍである、請求項１に記載の断熱容器。
前記スペーサは、圧縮速度０．１ｍｍ／ｍｉｎで０．５ｍｍ圧縮するのに必要な荷重が１５００Ｎ以上である、請求項１又は２に記載の断熱容器。
前記ケイ酸カルシウム系材料が、下記（Ａ）〜（Ｄ）の均一混合物からなるスラリーを脱水成形し、得られた成形物を６ｋｇ/ｃｍ^２以上の加圧水蒸気で蒸熱処理してケイ酸原料と石灰原料とを反応させた後、大気圧下３３０°C以上に加熱して成形物より離脱する水を除去することにより得られたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の断熱容器。
（Ａ）ＣａＯ/ＳｉＯ２モル比が０．６〜１．２である石灰原料及びケイ酸原料の混合物１００重量部
（Ｂ）水熱合成により得られたゾノトライト５０〜１７０重量部
（Ｃ）繊維状ウオラストナイト１５〜１５０重量部
（Ｄ）水全固形物の２〜８倍量