JP6917870B2

JP6917870B2 - 真空断熱材及び真空断熱材の製造方法

Info

Publication number: JP6917870B2
Application number: JP2017223000A
Authority: JP
Inventors: 英司品川
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: JP2019094946A; CN109813034A; CN209605471U

Description

本発明の実施形態は、真空断熱材及び真空断熱材の製造方法に関するものである。

近年、断熱箱体の断熱材として真空断熱材を採用するとともに、冷凍サイクルの一部を構成する放熱パイプを、断熱箱体を構成する断熱壁の内部に配置した冷蔵庫がある。真空断熱材は、例えば、グラスウールなどの無機繊維などの積層材を圧縮硬化させた芯材を、ガスバリア性能を有するポリエチレンなどの合成樹脂フィルムを袋状に成形した外被材に収納した後に、内部を真空排気して減圧密封して構成したものである。

真空断熱材は、放熱パイプ等を収容する凹溝を有していることがある。この凹溝は、真空排気して減圧密封した平板状の真空断熱材を、型などで部分的に圧縮することで形成されるが、その圧縮の際に外被材が破れやすく、断熱性能が悪化しやすい。

そこで、芯材は、第一の材料に切り欠き部を設け、該第一の材料よりも密度が低く厚み方向の変形率が大きい第二の材料を前記第一の材料の上に重ねて、前記第二の材料は凹部を形成するように前記切り欠き部側に湾曲した芯材を備えた真空断熱材が提案されている。しかし、このような真空断熱材では芯材の構造が複雑となり製造コストがかかる。

特開２０１６−１０２６１８号公報

そこで、外被材への負荷を低減することができ長期に亘って断熱性能を確保でき、しかも、簡便に製造することができる真空断熱材及びその製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態の真空断熱材は、芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧状態で保持する外被材と、厚さ方向へ窪んだ凹溝とを備えた真空断熱材において、前記芯材は、表面に所定方向に沿って延びる切れ込み部を備え、前記凹溝は、前記切れ込み部と重ならないように前記切れ込み部に沿って前記芯材及び外被材を圧縮して形成されているものである。

本実施形態の真空断熱材の製造方法は、芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧状態で保持する外被材と、厚さ方向へ窪んだ凹溝とを備えた真空断熱材の製造方法において、前記芯材の表面に所定方向に沿って延びる切れ込み部を形成し、前記芯材を前記外被材に収納し、前記芯材を収納した前記外被材の内部を減圧した状態で前記外被材を封止し、前記切れ込み部と重ならないように前記切れ込み部に沿って前記芯材及び外被材を圧縮して前記凹溝を形成する方法である。

第１実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫の断面図。第１実施形態に係る真空断熱材の平面図。図２のＡ−Ａ断面図。図３の要部拡大図。第２実施形態に係る真空断熱材の要部拡大断面図。

（第１実施形態）
以下、図面に基づいて本発明の第１実施形態について説明する。

本実施形態の真空断熱材１０は、内部に貯蔵室７が形成された断熱箱体からなる冷蔵庫本体１に用いられる断熱材である。

具体的には、図１に示すように、冷蔵庫本体１は、冷蔵庫の筐体を構成するもので、鋼板製の外箱２と合成樹脂製の内箱３との間に形成された断熱空間４を備える。

外箱２の断熱空間４側には、真空断熱材１０が放熱用の放熱パイプＰを挟んで貼り付けられており、外箱２と内箱３との間隙にポリウレタンフォームからなる発泡断熱材５の原液を注入し発泡充填することで、外箱２の断熱空間４側に放熱パイプＰが配設され、放熱パイプＰの庫内側に真空断熱材１０が配設された状態で、外箱２及び内箱３が一体化される。

真空断熱材１０は、図２に示すように、外箱２の左右側面の形状に合わせて、冷蔵庫本体１の上下方向に相当する辺部が長い矩形板状に成形されている。真空断熱材１０は、図３及び図４に示すように、芯材１２と、芯材１２を収納して内部を減圧状態で保持する外被材１４と、芯材１２の厚さ方向へ窪んだ凹溝２０、２２とを備える。

芯材１２は、例えば、バインダー等で接着や結着していない柔軟性を有する無機繊維の積層体であり、例えば、繊維径が数μｍ程度のガラス繊維（グラスウール）を用いることができる。なお、芯材１２は、セラミック繊維やロックウール等の各種無機繊維や、ポリスチレンやポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンからなる繊維径が１〜３０μｍ程度の有機系樹脂繊維等を用いることもできる。

外被材１４は、複数のフィルムを積層したガスバリア性を有する積層フィルムからなる袋状の部材である。外被材１４は、例えば、外側から内側に向かって表面保護層とガスバリア層と熱溶着層とが順に積層された３層構造の積層フィルムからなる。表面保護層としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの比較的熱に強い合成樹脂で形成することができる。ガスバリア層は、例えば、金属蒸着物（例えばアルミを樹脂フィルム上に蒸着したアルミ蒸着物）、または金属箔（例えばアルミ箔）で形成することができる。熱溶着層としては、例えば、高密度ポリエチレン等の熱溶着性を有する合成樹脂で形成することができる。なお、外被材１４を構成する積層フィルムの構成は、ガスバリア性を有し、熱溶着可能であれば特に限定されない。なお、外被材１４の厚みは、芯材１２の厚みや凹溝２０，２２の深さ寸法に比べて薄いものであるが、説明を分かりやすくするため、図中において外被材１４の厚みを拡大して示している。

凹溝２０、２２は、真空断熱材１０の少なくとも一方の表面に設けられている。凹溝２０は、真空断熱材１０の長辺方向に沿って延びる真空断熱材１０の厚さ方向へ窪んだ凹部であり、本実施形態では、左右方向に間隔をあけて２本設けられている。図４に示すように、凹溝２０は、真空排気後の深さＤ１が放熱パイプＰの外径より大きく、外箱２との間で放熱パイプＰを配置する空間を形成する。凹溝２２は、真空断熱材１０の周縁に沿って延びる凹部であり、真空断熱材１０の外方に開口する断面Ｌ字状をなしている。凹溝２２の真空排気後の深さＤ２は、凹溝２０と同じ深さＤ１と同じに設定されている。

また、本実施形態の真空断熱材１０では、芯材１２に設けられた切れ込み部１６、１７と、外被材１４に設けられた筋１８とを備える。

切れ込み部１６、１７は、芯材１２を厚さ方向に向かって部分的に切断することで形成された切れ目である。切れ込み部１６、１７は、芯材１２に設けられた凹溝２０、２２の外側、つまり、凹溝２０，２２に対して隆起する陸部２４に凹溝２０，２２の縁に沿って設けられている。凹溝２０、２２から切れ込み部１６，１７までの距離X１，Ｘ２は、凹溝２０，２２の開口部における溝幅Ｗ１，Ｗ２の１／２以下であることが好ましく、溝幅Ｗ１，Ｗ２の１／４以下とすることがより好ましい。このように距離X１，Ｘ２を溝幅Ｗ１，Ｗ２の１／２以下に設定し、凹溝２０，２２の縁に近接させて切れ込み部１６，１７を設けることで、凹溝２０、２２と陸部２４とを区画している凹溝２０、２２の溝側壁２０ａ，２２ａが、凹溝２０、２２の底部から略垂直に立ち上がった形状になりやすくなり、陸部２４のエッジ部分の芯材厚みを確保して断熱性能を向上させることができ、距離Ｘ１，Ｘ２を溝幅Ｗ１，Ｗ２の１／４以下に設定することで、その作用がより顕著となる。

本実施形態では、切れ込み部１６は、凹溝２０の両側の縁に沿って設けられており、１つの凹溝２０に対して２本設けられている。この切れ込み部１６の深さｄ１は、この切れ込み部１６に対応する凹溝２０の深さＤ１より小さく設けることが好ましい。また、切れ込み部１６の深さｄ１は、凹溝２０に配設する放熱パイプＰの外径より小さく設けることが好ましい。このように切れ込み部１６の深さｄ１を、凹溝２０の深さＤ１や放熱パイプＰの外径より小さく設けることで、凹溝２０に位置する芯材１２に適度なスプリングバック（復元力）が発生し、これにより凹溝２０に配設された放熱パイプＰを外箱２側へ押し付けることができる。

また、切れ込み部１７は、凹溝２２の一方側の縁に沿って設けられており、１つの凹溝２２に対して１本設けられている。この切れ込み部１７の深さｄ２は、この切れ込み部１７に対応する凹溝２２の深さＤ２より小さく設けることが好ましい。

筋１８は、外被材１４が芯材１２の外表面に密着することで切れ込み部１６，１７と重なる位置に外被材１４の外表面に表れた小さな溝である。

次に、上記した真空断熱材１０の製造方法について説明する。

まず、真空断熱材１０の形状に応じた所定の平板状に無機繊維の積層体を成形して芯材１２を作製する。

次いで、得られた芯材１２において凹溝２０、２１を形成する位置の外側に切れ込み部１６、１７を設ける。本実施形態では、凹溝２０を形成する位置の両側に沿って切れ込み部１６を設け、凹溝２２を形成する位置の一方側に沿って切れ込み部１７を設ける。

なお、後述するように芯材１２が外被材１４の内部に減圧状態で封止されると、芯材１２が圧縮されるため、芯材１２に形成する切れ込み部１６、１７の深さは、外被材１４の内部に減圧状態で封止された時に所望の深さｄ１、ｄ２になるように、深さｄ１、ｄ２より大きく設ける。

次いで、切れ込み部１６，１７を設けた芯材１２を袋状の外被材１４の内部に収納する。そして、減圧ポンプ等によって外被材１４の内部を真空排気して減圧し、減圧状態を維持したまま外被材１４を熱溶着などによって封止する。

これにより、凹溝２０，２２が形成されていない平板状の真空断熱材１０が得られる。また、外被材１４の内部を減圧状態にすると、外被材１４が芯材１２を圧縮しながらその外表面に密着するため、得られた真空断熱材１０には、外被材１４の切れ込み部１６，１７と重なる位置に筋１８が形成される。

次いで、内部を減圧した状態で封止した真空断熱材１０を外被材１４の外表面から不図示のプレス装置によって圧縮することで、凹溝２０，２２を備えた真空断熱材１０を得る。具体的には、芯材１２に設けた一対の切れ込み部１６で挟まれた領域を、切れ込み部１６と重ならないように切れ込み部１６に沿って芯材１２及び外被材１４を圧縮することで凹溝２０を形成する。また、芯材１２に設けた切れ込み部１７の外側（つまり、真空断熱材１０の周縁側）を、切れ込み部１７と重ならないように切れ込み部１７に沿って芯材１２及び外被材１４を圧縮することで凹溝２２を形成する。

その際、圧縮前の真空断熱材１０の外表面には、切れ込み部１６，１７の位置に筋１８が表れているため、芯材１２に設けた切れ込み部１６，１７が外被材１４に覆われていても、簡単にその位置を認識することができる。

なお、凹溝２０、２２は、上記のようなプレス装置による圧縮以外にも、例えば、押圧ローラによって真空断熱材１０を圧縮して凹溝２０、２２を備える真空断熱材１０を製造してもよい。

以上のような本実施形態の真空断熱材１０では、芯材１２に凹溝２０，２２の縁に沿って設けられた切れ込み部１６、１７を備えるため、切れ込み部１６，１７に沿って芯材１２及び外被材１４を圧縮して凹溝２０，２２を形成する際に外被材１４を損傷しにくく、断熱性能が悪化しにくい。

すなわち、切れ込み部１６、１７がない場合、芯材１２を構成する繊維が凹溝２０，２２の内側と外側とで繋がっているため、芯材１２及び外被材１４を圧縮して凹溝２０，２２を形成すると、局所的に芯材１２を構成する繊維を切断しながら芯材１２を圧縮することとなる。このとき、芯材１２の凹溝２０,２２部分には凹溝寸法を確保するために大きな圧縮力がかかることから、成形後のスプリングバックの発生量が大きく、圧縮後の外被材１４への負荷が大きくなる。また、芯材１２を構成する繊維が切断された箇所は、圧縮変形しやすく圧縮時の応力が集中しやすいため、その箇所にある外被材１４が破損しやすくなる。

一方、本実施形態の真空断熱材１０では、凹溝２０，２２の縁に沿って設けられた切れ込み部１６、１７によって、芯材１２を構成する繊維が凹溝２０，２２の内側と外側とで切断されている。これにより、切れ込み部１６，１７に沿って芯材１２及び外被材１４を圧縮すると芯材１２は凹溝２０，２２を形成する箇所全体が容易に圧縮変形されるため、成形後のスプリングバックの発生量も小さく、圧縮時の応力が外被材１４に対して局所的に作用することがなく、圧縮箇所全体にほぼ均一に作用する。その結果、本実施形態の真空断熱材１０では、切れ込み部１６，１７に沿って芯材１２及び外被材１４を圧縮して凹溝２０，２２を形成する際に外被材１４を損傷しにくく、断熱性能が悪化しにくい。

また、本実施形態では、切れ込み部１６が、凹溝２０の両縁に沿って設けられたり、凹溝２０の外側に設けられたりしているため、凹溝２０を形成する箇所全体が、より一層圧縮変形されやすくなり、圧縮箇所全体にほぼ均一に圧縮力が作用することとなり、外被材１４の損傷を抑え、断熱性能の悪化を抑えることができる。

また、本実施形態では、切れ込み部１６，１７の深さｄ１、ｄ２が凹溝２０、２２の深さＤ１，Ｄ２より小さく設けられているため、必要以上に芯材１２を構成する繊維を切断することがなく、断熱性能の低下を抑えることができるとともに、凹溝２０に位置する芯材１２に適度なスプリングバックが発生し、これにより凹溝２０に配設された放熱パイプＰを外箱２側へ押し付けることができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態について、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一の構成のものについては同一の符号を付し、その構成の説明を省略する。

本実施形態の真空断熱材１１０は、その表面に凹溝１２０，１２２が設けられている。凹溝１２０、１２２の溝底面１２０ｂ，１２２ｂは、真空断熱材１１０の表面と平行な面を有しており、凹溝１２０，１２２の溝側壁１２０ａ，１２２ａは、溝底面１２０ｂ、１２２ｂに対して垂直に立ち上がる面、言い換えれば、真空断熱材１１０の厚さ方向に平行な面１２０ｃ、１２２ｃを有している。

本実施形態の真空断熱材１１０では、凹溝１２０、１２２の溝側壁１２０ａ，１２２ａが溝底面１２０ｂ、１２２ｂに対して略垂直に立ち上がる面１２０ｃ、１２２ｃを有しているため、陸部２４のエッジ部分の芯材厚みを確保して断熱性能を向上させることができる。

また、真空断熱材１１０を圧縮して凹溝１２０，１２２を形成すると、溝側壁１２０ａ，１２２ａと溝底面１２０ｂ，１２２ｂとからなる角部には、大きな圧縮力が作用することから、凹溝１２０，１２２の圧縮成型後、芯材１２のスプリングバックによって溝側壁１２０ａ，１２２ａと溝底面１２０ｂ，１２２ｂとからなる角部において外被材１４が強く押圧され損傷しやすくなるが、本実施形態では、凹溝１２０、１２２の外側に沿って切れ込み部１６，１７が設けられているため、芯材１２のスプリングバックの発生量を大幅に抑えることができ、外被材１４の損傷を抑えることができる。

つまり、本実施形態の真空断熱材１１０では、断熱性能の向上と外被材１４の損傷防止とを両立することができる。

なお、本実施形態では、凹溝１２０、１２２の溝側壁１２０ａ，１２２ａ全体が、溝底面１２０ｂ、１２２ｂに対して垂直に立ち上がる面（真空断熱材１１０の厚さ方向に平行な面）１２０ｃ、１２２ｃをなしている場合について説明したが、例えば、凹溝１１０、１１２の深さＤ１，Ｄ２より小さい曲率半径からなる円弧面によって溝側壁１２０ａ，１２２ａと溝底面１２０ｂ，１２２ｂとを連結し、当該円弧面から凹溝１２０，１２２の開口端へ向けて垂直に立ち上がる面１２０ｃ，１２２ｃを設けてもよい。

（他の実施形態）
上記した第１及び第２実施形態では、切れ込み部１６，１７を凹溝２０，２２の外側に設け、凹溝２０，２２が切れ込み部１６，１７と重ならないように設けたが、凹溝２０，２２と重なる位置に切れ込み部１６，１７を設けてもよい。このような場合であっても、芯材１２及び外被材１４を圧縮する際に切れ込み部１６，１７を起点として圧縮箇所全体が圧縮変形しやすくなるため、外被材１４を損傷しにくく、断熱性能が悪化しにくい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…冷蔵庫本体、２…外箱、３…内箱、４…断熱空間、５…発泡断熱材、１０…真空断熱材、１２…芯材、１４…外被材、１６…切れ込み部、１７…切れ込み部、１８…筋、２０…凹溝、２２…凹溝、２４…陸部、Ｐ…放熱パイプ

Claims

芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧状態で保持する外被材と、厚さ方向へ窪んだ凹溝とを備えた真空断熱材において、
前記芯材は、表面に所定方向に沿って延びる切れ込み部を備え、
前記凹溝は、前記切れ込み部と重ならないように前記切れ込み部に沿って前記芯材及び前記外被材を圧縮して形成されている真空断熱材。
前記切れ込み部は、前記凹溝の両側に沿って設けられている請求項１の真空断熱材。
前記凹溝の溝側壁が、前記凹溝の溝底面に対して垂直に立ち上がる面を有している請求項１又は２に記載の真空断熱材。
前記切れ込み部の深さは、前記凹部の深さより小さい請求項１〜３のいずれか１項に記載の真空断熱材。
前記外被材は前記切れ込み部と重なる位置に筋を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の真空断熱材。
芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧状態で保持する外被材と、厚さ方向へ窪んだ凹溝とを備えた真空断熱材の製造方法において、
前記芯材の表面に所定方向に沿って延びる切れ込み部を形成し、前記芯材を前記外被材に収納し、前記芯材を収納した前記外被材の内部を減圧した状態で前記外被材を封止し、前記切れ込み部と重ならないように前記切れ込み部に沿って前記芯材及び前記外被材を圧縮して前記凹溝を形成する真空断熱材の製造方法。
前記芯材の表面に所定方向に沿って延びる前記切れ込み部を２本形成し、２本の前記切れ込み部の間において前記芯材及び前記外被材を圧縮して前記凹溝を形成する請求項６に記載の真空断熱材の製造方法。