JP6917870B2 - 真空断熱材及び真空断熱材の製造方法 - Google Patents

真空断熱材及び真空断熱材の製造方法 Download PDF

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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 (7)

  1. 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。
  2. 前記切れ込み部は、前記凹溝の両に沿って設けられている請求項1の真空断熱材。
  3. 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。
  4. 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〜のいずれか1項に記載の真空断熱材。
  5. 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1〜のいずれか1項に記載の真空断熱材。
  6. 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。
  7. 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。
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