JP7241919B2

JP7241919B2 - 真空断熱材及び断熱箱

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Publication number: JP7241919B2
Application number: JP2021565291A
Authority: JP
Inventors: 夕貴大森; 一正藤村; 貴祥向山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2023-03-17
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Description

本発明は、断熱性能の維持を図った真空断熱材、及び該真空断熱材を備えた断熱箱に関するものである。

冷蔵庫等の断熱材として用いられている従来の真空断熱材は、真空空間を保持する芯材と、該芯材を被覆している外包材とを備え、外包材の内部が減圧状態となっている。外包材の内部を真空状態とすることで、真空断熱材の熱伝導率を低くすることができる。このような真空断熱材は、外周部の少なくとも一部に、２枚の外包材が重ねられた封止部を備えている。具体的には、外包材は、熱溶着層を備えている。封止部は、２枚の外包材が熱溶着層を対向させて重ねられ、これらの外包材が熱溶着層で熱溶着されている箇所である。

長期間にわたって真空断熱材の熱伝導率を低く維持するためには、外包材の外部から外包材の内部に、水蒸気及び空気等のガスが侵入することを低減する必要がある。このため、断熱性能の維持を図った従来の真空断熱材には、封止部を通って外包材の内部にガスが侵入することを抑制するため、封止部に、該封止部の長手方向に延びる凹部を形成するものが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０－１７３７００号公報

上述のように、封止部は、２枚の外包材が熱溶着層を対向させて重ねられ、これらの外包材が熱溶着層で熱溶着されることで形成される。ここで、従来、封止部を形成する際、封止部を構成することとなる２枚の外包材は、封止部の形成位置において、封止部の長手方向の長さが異なる場合がある。以下、封止部を構成する２枚の外包材のうち、封止部の形成位置において封止部の長手方向の長さが長い側の外包材を、長寸法側外包材と称する。また、封止部を構成する２枚の外包材のうち、封止部の形成位置において封止部の長手方向の長さが短い側の外包材を、短寸法側外包材と称する。

長寸法側外包材と短寸法側外包材とを重ね合わせて封止部を形成する際、長寸法側外包材と短寸法側外包材との封止部の長手方向の長さの差分だけ、封止部において長寸法側外包材に余剰部分が発生する。そして、長寸法側外包材のこの余剰部分は、封止部において重なりあってしまう場合がある。また、長寸法側外包材の余剰部分が重なり合った際、当該位置に、長寸法側外包材の熱溶着層と短寸法側外包材の熱溶着層とが熱溶着されていない未溶着部が形成されてしまう場合がある。このように封止部に未溶着部が形成されると、この未溶着部を通って外包材の内部にガスが侵入するため、長期間にわたって真空断熱材の熱伝導率を低く維持することができなくなり、真空断熱材の断熱性能が低下してしまう。

特許文献１に記載の真空断熱材を含む従来の真空断熱材は、長寸法側外包材の余剰部分の重なりに起因して発生する上述の断熱性能の低下に対して、何らの対策も講じられていない。このため、封止部を構成することとなる２枚の外包材が封止部の形成位置において封止部の長手方向に長さが異なる場合、従来の真空断熱材は、長期間にわたって真空断熱材の熱伝導率を低く維持することができない場合があるという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、封止部を構成することとなる２枚の外包材が封止部の形成位置において封止部の長手方向に長さが異なる場合でも、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することが可能な真空断熱材を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、このような真空断熱材を備えた断熱箱を提供することを第２の目的とする。

本発明に係る真空断熱材は、芯材と、前記芯材を被覆している外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧状態となっている真空断熱材であって、前記外包材は、熱溶着層を備え、当該真空断熱材は、外周部の少なくとも一部に封止部を備え、前記封止部は、２枚の前記外包材が前記熱溶着層を対向させて重ねられ、これらの前記外包材が前記熱溶着層で熱溶着されている箇所であり、前記封止部を構成する２枚の前記外包材のうちの一方を第１外包材とし、前記封止部を構成する２枚の前記外包材のうちの他方を第２外包材とした場合、前記封止部において前記第１外包材の表面の少なくとも一部は、前記封止部の短手方向の一端から前記封止部の前記短手方向の他端に向かって前記封止部の前記短手方向に直線的に延びる凹部及び凸部が前記封止部の長手方向に交互に並んで形成され、前記第２外包材の表面の凹凸よりも大きな凹凸の波形形状となっている。

また、本発明に係る断熱箱は、外箱と、前記外箱の内部に配置された内箱と、前記外箱と前記内箱との間に配置された本発明に係る真空断熱材と、を備えている。

本発明に係る真空断熱材においては、第１外包材の表面を上述のように波形形状とすることにより、封止部の長手方向に配置される第１外包材の長さを封止部の長手方向に配置される第２外包材の長さよりも長くすることができる。このため、上述の長寸法側外包材を第１外包材として本発明に係る真空断熱材を構成することにより、長寸法側外包材の余剰部分が重なって未溶着部が形成されることを従来よりも抑制できる。このため、本発明に係る真空断熱材は、封止部を構成することとなる２枚の外包材が封止部の形成位置において封止部の長手方向に長さが異なる場合でも、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することができる。

本実施の形態１に係る真空断熱材の縦断面図である。本実施の形態１に係る真空断熱材の平面図である。図１のＡ矢視図である。本実施の形態１に係る真空断熱材の封止部の形成工程を説明するための図であり、真空断熱材の外周部近傍の縦断面図である。図４のＢ－Ｂ断面図である。熱溶着部に発生する熱溶着不良の様子を示す要部拡大図である。実施例１に係るシールバーを示す図である。比較例１に係るシールバーを示す図である。実施例２に係るシールバーを示す図である。実施例３に係るシールバーを示す図である。本実施の形態２に係る断熱箱の概略構成を示す断面図である。

以下の実施の形態１において、本発明に係る真空断熱材の一例を説明する。なお、実施の形態１で用いられる図面では、本発明に係る真空断熱材の各構成の寸法及び形状等が、本発明を用いて実際に製造された真空断熱材の各構成の寸法及び形状等とは異なる場合がある。本発明を用いて実際に製造される真空断熱材の各構成の寸法及び形状等は、以下の説明を参酌した上で適宜決定されればよい。また、以下の実施の形態２において、本発明に係る断熱箱の一例を説明する。なお、実施の形態２で用いられる図面では、本発明に係る断熱箱の各構成の寸法及び形状等が、本発明を用いて実際に製造された断熱箱の各構成の寸法及び形状等とは異なる場合がある。本発明を用いて実際に製造される断熱箱の各構成の寸法及び形状等は、以下の説明を参酌した上で適宜決定されればよい。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る真空断熱材の縦断面図である。図２は、本実施の形態１に係る真空断熱材の平面図である。図３は、図１のＡ矢視図である。なお、図２では、凹部２３の谷部を、一点鎖線で示している。また、図２では、凸部２４の頂部を細い実線で示している。

真空断熱材１は、内部を真空に維持することで低い熱伝導率を実現する断熱材である。本実施の形態１では、真空断熱材１は、平面視概略長方形で平板状の形状を有している。この真空断熱材１は、芯材２と、この芯材２を被覆している外包材１０とを備えている。本実施の形態１では、図１において真空断熱材１の上面部を構成する平面視概略長方形の外包材１０と、図１において真空断熱材１の下面部を構成する平面視概略長方形の外包材１０とで、芯材２を被覆している。また、これら２枚の外包材１０は、外周部が熱溶着されている。これにより、芯材２は、これら２枚の外包材１０によって密封されている。

２枚の外包材１０の外周部が熱溶着されている構成を具体的に説明すると、外包材１０のそれぞれは、後述のように熱溶着層１３を備えている。また、これら２枚の外包材１０は、熱溶着層１３を対向させて重ねられ、熱溶着層１３で熱溶着されている。以下、２枚の外包材１０が熱溶着層１３で熱溶着されている箇所を、封止部２０と称する。本実施の形態１では、真空断熱材１の外周部の全てに、封止部２０が設けられている構成となっている。なお、以下では、封止部２０を構成する２枚の外包材１０を区別して示す場合、封止部２０を構成する２枚の外包材１０のうちの一方を第１外包材２１とし、封止部２０を構成する２枚の外包材１０のうちの他方を第２外包材２２と称する。具体的には、封止部２０を構成する２枚の外包材１０のうち、該封止部２０の長手方向において長さが長くなる方の外包材１０を、第１外包材２１とする。また、封止部２０を構成する２枚の外包材１０のうち、該封止部２０の長手方向において長さが短くなる方の外包材１０を、第２外包材２２とする。本実施の形態１では、図１において真空断熱材１の上面部を構成する外包材１０が、第１外包材２１となっている。また、図１において真空断熱材１の下面部を構成する外包材１０が、第２外包材２２となっている。

また、真空断熱材１の製造工程の詳細は後述するが、２枚の外包材１０で覆われる空間は、換言すると芯材２が設けられる空間は、次のように形成される。なお、芯材２が設けられる空間を説明するにあたり、図２に示すように、真空断熱材１の外周部に形成される封止部２０のうちの一部を、封止部２０ａとする。まず、２枚の外包材１０を重ね合わせ、図２に封止部２０ａとして示す箇所以外の外周部に、封止部２０を形成する。これにより、封止部２０ａとなる箇所が開口した袋形状の外包材１０が形成される。そして、封止部２０ａとなる箇所が開口した袋形状の外包材１０の内部を減圧した状態で、開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成することにより、２枚の外包材１０で覆われる空間が形成される。つまり、外包材１０の内部は、減圧状態となっている。換言すると、外包材１０の内部は、真空状態となっている。

なお、本実施の形態１においては、真空断熱材１は、水分を吸着する吸着剤３も備えている。つまり、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、芯材２及び吸着剤３が、外包材１０で被覆されている。

芯材２は、真空空間を保持する目的で使用される。芯材２を構成する材料は特に限定されず、従来の芯材に用いられている種々の材料で芯材２を構成することができる。例えば、芯材２として、グラスウール等の繊維集合体を用いることができる。また、芯材２を構成する繊維集合体は、加熱加圧成形をしたものであってもよく、内包材を用いて密封封止したものであってもよく、結合剤により結着したものであってもよい。

吸着剤３は、真空断熱材１の内部の水蒸気を吸着し、真空断熱材１の内部の真空度を保つことで、真空断熱材１の熱伝導率の上昇を抑制する。吸着剤３として用いられる材料は特に限定されず、従来の吸着剤に用いられている種々の材料を吸着剤３として用いることができる。例えば、吸着剤３として、酸化カルシウムを用いることができる。酸化カルシウムはＣａＯと略称されることもある。

外包材１０は、複数の層が積層された多層構造をなすラミネートフィルムである。本実施の形態１に係る外包材１０は、表面保護層１１、ガスバリア層１２及び熱溶着層１３が順次積層されて構成されている。上述のように、熱溶着層１３同士が対向するように２枚の外包材１０で芯材２及び吸着剤３を挟み込むように覆い、芯材２及び吸着剤３の外周側において封止部２０を形成することにより、外包材１０は芯材２及び吸着剤３を被覆している。この際、外包材１０の内部つまり２枚の外包材１０の間の空間は、１Ｐａ（パスカル）～３Ｐａ程度の真空度に減圧された状態となっている。

表面保護層１１は、真空断熱材１の表面を保護するものである。表面保護層１１を構成する材料としては、熱溶着層１３に用いられる材料の融点よりも融点が高くて耐傷付性に優れた材料であれば、従来の表面保護層として用いられている種々の材料を用いることができる。本実施の形態１では、熱溶着層１３に用いられる材料として、融点が１５０℃以下となる材料が想定されている。このため、本実施の形態１では、融点が１５０℃よりも高く、耐傷付性に優れた材料で構成することができる。例えば、表面保護層１１の材料として、延伸ナイロン等の延伸ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、及び延伸ポリプロピレン等を用いることができる。延伸ナイロンはＯＮＹと略称され、ポリエチレンテレフタレートはＰＥＴと略称され、延伸ポリプロピレンはＯＰＰと略称されることもある。なお、表面保護層１１の厚みは特に限定されないが、本実施の形態１では、表面保護層１１の厚みを２５μｍとしている。

ガスバリア層１２は、外包材１０の外部から外包材１０の内部に水蒸気及び空気等のガスが侵入することを低減するものである。つまり、ガスバリア層１２は、２枚の外包材１０の間の空間に水蒸気及び空気等のガスが侵入することを低減するものである。ガスバリア層１２を構成する材料としては、熱溶着層１３に用いられる材料の融点よりも融点が高くて水蒸気及び空気の遮断性に優れた材料であれば、従来のガスバリア層として用いられている種々の材料を用いることができる。ガスバリア層１２は、例えば、金属箔で構成することができる。また例えば、ガスバリア層１２は、熱可塑性樹脂に無機材料が蒸着されたフィルムで構成することもできる。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリエチレンテレフタレート及びエチレンビニルアルコール等を用いることができる。また、蒸着される無機材料は、例えば、アルミニウム、アルミナ、及びシリカ等である。熱可塑性樹脂に２種類以上の無機材料を蒸着させてもよい。また、ガスバリア層１２は、複数層で形成されていてもよい。例えば、１２μｍの厚みのフィルムを２枚重ねて、ガスバリア層１２としてもよい。エチレンビニルアルコールは、ＥＶＯＨと略称されることもある。

熱溶着層１３を構成する材料としては、表面保護層１１及びガスバリア層１２に用いられる材料の融点よりも融点が低い材料であれば、従来の熱溶着層として用いられている種々の材料を用いることができる。上述のように、本実施の形態１では、熱溶着層１３に用いられる材料として、融点が１５０℃以下となる材料を想定している。熱溶着層１３として、例えば、低密度ポリエチレン及び直鎖状低密度ポリエチレン等を用いることができる。熱溶着層１３を構成する材料は、弾性率が高くて水蒸気の遮断性に優れた高密度ポリエチレン及び無延伸ポリプロピレン等であれば更によい。低密度ポリエチレンはＬＤＰＥと略称され、直鎖状低密度ポリエチレンはＬＬＤＰＥと略称され、高密度ポリエチレンはＨＤＰＥと略称され、無延伸ポリプロピレンはＣＰＰと略称されることもある。

ここで、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、該真空断熱材１の外周部に設けられている封止部のうち、封止部２０ａは図２及び図３に示す形状となっている。なお、封止部２０ａは、図２において真空断熱材１の左辺となる部分に形成された封止部２０部分である。詳しくは、封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面には、封止部２０ａの短手方向Ｘに延びる凹部２３及び凸部２４が封止部２０ａの長手方向Ｙに交互に並んで形成されている。このため、図３に示すように、封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている。なお、封止部２０ａでは、第２外包材２２の表面は、平滑形状となっている。すなわち、封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、第２外包材２２の表面の凹凸よりも大きな凹凸の波形形状となっている。

このように封止部２０ａを構成することにより、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第１外包材２１の長さを、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。なお、本実施の形態１に係る封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、封止部２０ａの長手方向Ｙの全域にわたって、波形形状となっている。しかしながら、第１外包材２１の表面は、封止部２０ａの長手方向Ｙの一部において、波形形状となっていてもよい。すなわち、封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、少なくとも一部が波形形状になっていればよい。このように封止部２０ａが構成されていても、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第１外包材２１の長さを、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。また、封止部２０ａでは、第２外包材２２の表面に凹凸が形成されていてもよい。封止部２０ａにおいて、第１外包材２１の表面に形成された波形形状の凹凸が第２外包材２２の表面の凹凸よりも大きくなっていれば、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第１外包材２１の長さを、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。

次に、本実施の形態１に係る真空断熱材１の製造工程について説明する。
なお、以下では、第１外包材２１と第２外包材２２とが異なる種類の外包材である真空断熱材１の製造工程について説明する。具体的には、第１外包材２１のガスバリア層１２は、金属箔である。また、第２外包材２２のガスバリア層１２は、熱可塑性樹脂に無機材料が蒸着されたフィルムである。換言すると、図１において真空断熱材１の上面部を構成する外包材１０のガスバリア層１２は、金属箔である。また、図１において真空断熱材１の下面部を構成する外包材１０のガスバリア層１２は、熱可塑性樹脂に無機材料が蒸着されたフィルムである。

本実施の形態１に係る真空断熱材１の製造工程においては、まず、２枚の外包材１０を重ね合わせ、図２に封止部２０ａとして示す箇所以外の外周部に、封止部２０を形成する。これにより、封止部２０ａとなる箇所が開口した袋形状の外包材１０が形成される。

その後、袋形状に形成された外包材１０の内部に芯材２を挿入し、芯材２及び外包材１０の乾燥が行われる。具体的には、芯材２及び外包材１０を加熱処理し、芯材２及び外包材１０から水分を除去する。芯材２及び外包材１０を加熱処理する際の温度は、芯材２及び外包材１０から水分を除去できれば、特に限定されない。本実施の形態１では、９０℃～１１０℃の範囲で、芯材２及び外包材１０を加熱処理している。

次に、袋形状に形成された外包材１０の内部に、吸着剤３を挿入する。その後、外包材１０の内部を１Ｐａ～３Ｐａ程度の真空度に減圧する。そして、この減圧状態で、後述する図４及び図５に示すように、袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成する。これにより、外包材１０の内部が減圧された状態で、芯材２及び吸着剤３を外包材１０で密封することができる。なお、芯材２及び外包材１０を加熱処理する前に、袋形状に形成された外包材１０の内部に吸着剤３を挿入してもよい。

図４は、本実施の形態１に係る真空断熱材の封止部の形成工程を説明するための図であり、真空断熱材の外周部近傍の縦断面図である。また、図５は、図４のＢ－Ｂ断面図である。
袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成する際、外包材１０の封止部２０ａとなる箇所を加熱し、外包材１０の封止部２０ａとなる箇所をシールバー５１とシールバー５２とで挟み込む。これにより、袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成する。

封止部２０ａを形成する際、シールバー５１は、第１外包材２１の封止部２０ａを構成する部分の表面をシールバー５２に向かって押圧する。また、シールバー５２は、第２外包材２２の封止部２０ａを構成する部分の表面をシールバー５１に向かって押圧する。上述のように、封止部２０ａにおいて第１外包材２１の表面は、封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている。このため、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、波形形状となっている。また、上述のように、封止部２０ａにおいて第２外包材２２の表面は、平滑形状となっている。このため、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、平滑形状となっている。すなわち、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、第１外包材２１の封止部２０ａを構成する部分の表面形状に対応する形状となっている。同様に、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、第２外包材２２の封止部２０ａを構成する部分の表面形状に対応する形状となっている。

ここで、上述のように、封止部２０は、第１外包材２１と第２外包材２２とが熱溶着層１３を対向させて重ねられ、第１外包材２１及び第２外包材２２が熱溶着層１３で熱溶着されることで形成される。ここで、封止部２０を形成する際、封止部２０を構成することとなる第１外包材２１及び第２外包材２２は、封止部２０の形成位置において、封止部２０の長手方向の長さが異なる場合がある。特に、第１外包材２１と第２外包材２２とが異なる種類の外包材である真空断熱材１の場合、封止部２０を構成することとなる第１外包材２１及び第２外包材２２は、封止部２０の形成位置において、封止部２０の長手方向の長さが異なりやすい。

例えば、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、上述のように、第１外包材２１のガスバリア層１２は金属箔となっており、第２外包材２２のガスバリア層１２は熱可塑性樹脂に無機材料が蒸着されたフィルムとなっている。第１外包材２１及び第２外包材２２がこのように構成されている場合、芯材２及び外包材１０の乾燥工程において第１外包材２１及び第２外包材２２が加熱処理された際、熱による収縮具合に差が生じ、封止部２０ａを構成することとなる第１外包材２１及び第２外包材２２は、封止部２０ａの形成位置において、封止部２０ａの長手方向Ｙの長さが異なってくる。

詳しくは、ガスバリア層１２が熱可塑性樹脂に無機材料が蒸着されたフィルムとなっている第２外包材２２は、ガスバリア層１２が金属箔となっている第１外包材２１と比べ、熱によって収縮しやすい。このため、芯材２及び外包材１０の乾燥工程において第１外包材２１及び第２外包材２２が加熱処理された際、封止部２０ａの形成位置において、第２外包材２２における封止部２０ａの長手方向Ｙの長さは、第１外包材２１における封止部２０ａの長手方向Ｙの長さよりも短くなる。具体的には、第１外包材２１及び第２外包材２２を９０℃で加熱処理した際、第１外包材２１の収縮率と第２外包材２２の収縮率とは、約０．１５％異なった。また、第１外包材２１及び第２外包材２２を１００℃で加熱処理した際、第１外包材２１の収縮率と第２外包材２２の収縮率とは、約０．２％異なった。また、第１外包材２１及び第２外包材２２を１１０℃で加熱処理した際、第１外包材２１の収縮率と第２外包材２２の収縮率とは、約０．３％異なった。

封止部２０ａの長手方向Ｙにおいてこのように第１外包材２１及び第２外包材２２の長さが異なっている場合、従来の真空断熱材と同様の形状で封止部２０ａを形成しようとすると、次のような熱溶着不良が発生しやすい。

図６は、熱溶着部に発生する熱溶着不良の様子を示す要部拡大図である。この図６は、封止部２０ａの長手方向Ｙにおいて長さが異なる第１外包材２１及び第２外包材２２に対して、従来の真空断熱材と同様の形状で封止部２０ａを形成した際に発生した熱溶着不良を示す図となっている。図６は、封止部２０ａの短手方向Ｘに熱溶着不良の発生箇所を観察した図となっている。

従来の真空断熱材と同様の形状で封止部２０ａを形成する場合、第１外包材２１の表面及び第２外包材２２の表面の双方が、平滑形状となる。このような形状に封止部２０ａを形成する場合、第１外包材２１と第２外包材２２との封止部２０ａの長手方向Ｙの長さの差分だけ、封止部２０ａにおいて第１外包材２１に余剰部分が発生する。そして、図６に示すように、第１外包材２１のこの余剰部分は、封止部２０ａにおいて重なりあってしまう場合がある。また、図６に示すように、第１外包材２１の余剰部分が重なり合った際、当該位置に、第１外包材２１の熱溶着層１３と第２外包材２２の熱溶着層１３とが熱溶着されていない未溶着部２５が形成されてしまう場合がある。このように封止部２０ａに未溶着部２５が形成されると、この未溶着部２５を通って外包材１０の内部にガスが侵入する。このため、長期間にわたって真空断熱材１の熱伝導率を低く維持することができなくなり、真空断熱材１の断熱性能が低下してしまう。

しかしながら、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、上述のように、封止部２０ａを構成する第１外包材２１の表面は、封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている。また、封止部２０ａを構成する第１外包材２１の表面は、封止部２０ａを構成する第２外包材２２の表面の凹凸よりも大きな凹凸の波形形状となっている。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、上述のように、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第１外包材２１の長さを、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。したがって、本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、封止部２０ａを形成する際、第１外包材２１の余剰部分が重なって未溶着部２５が形成されることを従来よりも抑制できる。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、封止部２０ａの長手方向Ｙにおいてこのように第１外包材２１及び第２外包材２２の長さが異なっている場合でも、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することができる。

なお、第１外包材２１の熱溶着層１３の厚み及び第２外包材２２の熱溶着層１３の厚みについては特に言及しなかったが、これらの厚みが同じであっても異なっていてもよい。これらの厚みにかかわらず、封止部２０ａにおいて第１外包材２１の表面を上述の波形形状とすることで、未溶着部２５の形成を従来よりも抑制でき、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することができる。また、真空断熱材１の各構成部材の寸法誤差等によって、封止部２０ａ以外の封止部２０においても、長手方向において第１外包材２１及び第２外包材２２の長さが異なる場合がある。このため、封止部２０ａ以外の封止部２０の第１外包材２１の表面を、該封止部２０の長手方向に延びる上述のような波形形状としてもよい。すなわち、封止部２０を構成する第１外包材２１の表面の少なくとも一部を上述のような波形形状とすることで、未溶着部２５の形成を従来よりも抑制でき、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することができる。

また、本実施の形態１では、異なる種類の２枚の外包材１０で芯材２を被覆したが、同じ種類の２枚の外包材１０で芯材２を被覆してもよい。真空断熱材１の各構成部材の寸法誤差等によって、封止部２０において、該封止部２０の長手方向にこれらの外包材１０の長さが異なる場合がある。このような場合、封止部２０の長手方向において長さが長くなる方の外包材１０を第１外包材２１とし、第１外包材２１の表面の少なくとも一部を上述のような波形形状とすればよい。これにより、未溶着部２５の形成を従来よりも抑制でき、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することができる。

また、本実施の形態１では、２枚の外包材１０を重ね合わせて、外包材１０を袋形状とした。これに限らず、熱溶着層１３が内側に配置されるように一枚の外包材１０を折り曲げて、外包材１０を袋形状としてもよい。芯材２を被覆することができれば、外包材１０の枚数は限定されない。なお、一枚の外包材１０を折り曲げて芯材２を被覆する場合、外包材１０が折り曲げられた箇所には、封止部２０が形成されない。すなわち、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、外周部の少なくとも一部に封止部２０が形成されている構成となる。

次に、本実施の形態１の真空断熱材１を実施例１～実施例３として作製し、比較例１との比較を行った。以下にその比較結果について説明する。

［実施例１］
実施例１では、第１外包材２１及び第２外包材２２を以下のように構成した。第１外包材２１の表面保護層１１は、ナイロンで形成した。第１外包材２１のガスバリア層１２として、アルミ箔を用いた。第１外包材２１の熱溶着層１３は、無延伸ポリプロピレンで形成した。第２外包材２２の表面保護層１１は、ナイロンで形成した。第２外包材２２のガスバリア層１２は、ポリエチレンテレフタレートにアルミニウムが蒸着されたフィルムと、エチレンビニルアルコールにアルミニウムが蒸着されたフィルムとを重ねて形成した。第１外包材２１の熱溶着層１３は、無延伸ポリプロピレンで形成した。

このように構成された第１外包材２１及び第２外包材２２を重ね合わせて、封止部２０ａとなる箇所が開口した袋状の外包材１０を形成した。そして、袋形状に形成された外包材１０の内部に芯材２を挿入し、芯材２及び外包材１０を１００℃で加熱処理した。この加熱処理により、封止部２０ａの形成位置において、第２外包材２２における封止部２０ａの長手方向Ｙの長さは、第１外包材２１における封止部２０ａの長手方向Ｙの長さと比べ、約０．２％多く収縮した。より詳しくは、実施例１では、封止部２０ａの長手方向Ｙの幅Ｗを７００ｍｍとした。このため、封止部２０ａの形成位置において、第２外包材２２における封止部２０ａの長手方向Ｙの長さは、第１外包材２１における封止部２０ａの長手方向Ｙの長さと比べ、１．４ｍｍ短くなった。なお、幅Ｗについては、図２を参照されたい。

上述の加熱処理の後、封止部２０ａとなる箇所が開口した袋状の外包材１０に吸着剤３を挿入し、後述の図７に示すシールバー５１及びシールバー５２を用いて、袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成した。

図７は、実施例１に係るシールバーを示す図である。
図７に示すシールバー５１及びシールバー５２は、封止部２０ａを形成する際、紙面左右方向が封止部２０ａの長手方向Ｙに沿うように配置される。また、シールバー５１は、紙面において下面となる面が第１外包材２１の表面に接触し、第１外包材２１をシールバー５２に向かって押圧する。また、シールバー５２は、紙面において上面となる面が第２外包材２２の表面に接触し、第２外包材２２をシールバー５１に向かって押圧する。

図７に示すように、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、全域にわたって、封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている。このため、実施例１に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、全域にわたって、封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となる。また、図７に示すように、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、平滑形状となっている。このため、実施例１に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第２外包材２２の表面は、平滑形状となる。

実施例１に係る真空断熱材１を１０００枚作製したところ、７枚の真空断熱材１に図６に示す未溶着部２５が発生した。後述のように、比較例１に係る真空断熱材１を１０００枚作製したところ、２８枚の真空断熱材１に図６に示す未溶着部２５が発生した。このことから、実施例１に係る真空断熱材１は、比較例１に係る真空断熱材１に比べ、未溶着部２５の発生を抑制できることがわかる。

［比較例１］
比較例１と実施例１とで異なる点は、封止部２０ａを形成する際に用いられるシールバー５１及びシールバー５２の形状である。比較例１では、後述の図８に示すシールバー５１及びシールバー５２を用いて、袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成した。

図８は、比較例１に係るシールバーを示す図である。
図８に示すシールバー５１及びシールバー５２は、封止部２０ａを形成する際、紙面左右方向が封止部２０ａの長手方向Ｙに沿うように配置される。また、シールバー５１は、紙面において下面となる面が第１外包材２１の表面に接触し、第１外包材２１をシールバー５２に向かって押圧する。また、シールバー５２は、紙面において上面となる面が第２外包材２２の表面に接触し、第２外包材２２をシールバー５１に向かって押圧する。

図８に示すように、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、平滑形状となっている。このため、比較例１に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、平滑形状となる。また、図８に示すように、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、平滑形状となっている。このため、比較例１に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第２外包材２２の表面は、平滑形状となる。

比較例１に係る真空断熱材１を１０００枚作製したところ、封止部２０ａに、図６に示す第１外包材２１の余剰部分の重なりが散見された。そして、比較例１に係る真空断熱材１は、１０００枚のうちの２８枚に、図６に示す未溶着部２５が発生した。

［実施例２］
実施例２と実施例１とで異なる点は、封止部２０ａを形成する際に用いられるシールバー５１及びシールバー５２の形状である。実施例２では、後述の図９に示すシールバー５１及びシールバー５２を用いて、袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成した。

図９は、実施例２に係るシールバーを示す図である。
図９に示すシールバー５１及びシールバー５２は、封止部２０ａを形成する際、紙面左右方向が封止部２０ａの長手方向Ｙに沿うように配置される。また、シールバー５１は、紙面において下面となる面が第１外包材２１の表面に接触し、第１外包材２１をシールバー５２に向かって押圧する。また、シールバー５２は、紙面において上面となる面が第２外包材２２の表面に接触し、第２外包材２２をシールバー５１に向かって押圧する。

図９に示すように、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、一部が封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている。このため、実施例２に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、一部が封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となる。また、図９に示すように、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、平滑形状となっている。このため、実施例２に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第２外包材２２の表面は、平滑形状となる。

第１外包材２１の表面の一部のみが封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている場合でも、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第１外包材２１の長さを、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。このため、実施例２に係る真空断熱材１では、比較例１に係る真空断熱材１に比べ、第１外包材２１の余剰部分の重なりを抑制でき、図６に示す未溶着部２５の発生を抑制できた。具体的には、実施例２に係る真空断熱材１を１０００枚作製したところ、未溶着部２５が発生した真空断熱材１の枚数を９枚に抑制できた。

［実施例３］
実施例３と実施例１とで異なる点は、封止部２０ａを形成する際に用いられるシールバー５１及びシールバー５２の形状である。実施例３では、後述の図１０に示すシールバー５１及びシールバー５２を用いて、袋形状に形成された外包材１０の開口部を熱溶着して封止部２０ａを形成した。

図１０は、実施例３に係るシールバーを示す図である。
図１０に示すシールバー５１及びシールバー５２は、封止部２０ａを形成する際、紙面左右方向が封止部２０ａの長手方向Ｙに沿うように配置される。また、シールバー５１は、紙面において下面となる面が第１外包材２１の表面に接触し、第１外包材２１をシールバー５２に向かって押圧する。また、シールバー５２は、紙面において上面となる面が第２外包材２２の表面に接触し、第２外包材２２をシールバー５１に向かって押圧する。

図１０に示すように、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、全体的に、シールバー５２から離れる方向に凹む曲面形状となっている。また、シールバー５１における第１外包材２１の表面と接触する箇所は、一部が封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっている。このため、実施例３に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第１外包材２１の表面は、全体的にはシールバー５２から離れる方向に凹む曲面形状となっており、一部が封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となる。また、図１０に示すように、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、全体的に、シールバー５１に向かって凸となる曲面形状となっている。また、シールバー５２における第２外包材２２の表面と接触する箇所は、滑らかな表面となっている。このため、実施例３に係る真空断熱材１の封止部２０ａでは、第２外包材２２の表面は、全体的にはシールバー５１に向かって凸となる曲面形状となっており、滑らかな表面となる。

なお、本実施の形態１では、平坦で滑らかな表面の形状を、平滑形状と表現してきた。しかしながら、本実施の形態１では、全体的には曲面形状となっていても、局所的な凹凸が無く滑らかな表面となっている形状を、平滑形状と表現することとする。このため、本実施の形態１では、実施例３に係る真空断熱材１の封止部２０ａにおける第２外包材２２の表面も、平滑形状となる。

実施例３に係る真空断熱材１においても、第１外包材２１の表面の一部が封止部２０ａの長手方向Ｙに延びる波形形状となっていることにより、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第１外包材２１の長さを、封止部２０ａの長手方向Ｙに配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。このため、実施例３に係る真空断熱材１では、比較例１に係る真空断熱材１に比べ、第１外包材２１の余剰部分の重なりを抑制でき、図６に示す未溶着部２５の発生を抑制できた。具体的には、実施例３に係る真空断熱材１を１０００枚作製したところ、未溶着部２５が発生した真空断熱材１の枚数を８枚に抑制できた。

以上、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、芯材２と、芯材２を被覆している外包材１０とを備え、外包材１０の内部が減圧状態となっている真空断熱材である。外包材１０は、熱溶着層１３を備えている。真空断熱材１は、外周部の少なくとも一部に封止部２０を備えている。封止部２０は、２枚の外包材１０が熱溶着層１３を対向させて重ねられ、これらの外包材１０が熱溶着層１３で熱溶着されている箇所である。封止部２０を構成する２枚の外包材１０のうちの一方を第１外包材２１とし、封止部２０を構成する２枚の外包材１０のうちの他方を第２外包材２２とする。このように第１外包材２１及び第２外包材２２を定義した場合、封止部２０において第１外包材２１の表面の少なくとも一部は、封止部２０の短手方向に延びる凹部２３及び凸部２４が封止部２０の長手方向に交互に並んで形成され、第２外包材２２の表面の凹凸よりも大きな凹凸の波形形状となっている。

本実施の形態１に係る真空断熱材１においては、第１外包材２１の表面を上述のように波形形状とすることにより、封止部２０の長手方向に配置される第１外包材２１の長さを封止部の長手方向に配置される第２外包材２２の長さよりも長くすることができる。このため、封止部２０の形成位置において封止部２０の長手方向の長さが長くなる側の外包材１０を第１外包材２１とすることにより、第１外包材２１の余剰部分が重なって未溶着部２５が形成されることを従来よりも抑制できる。このため、本実施の形態１に係る真空断熱材１は、封止部２０を構成することとなる２枚の外包材１０が封止部２０の形成位置において封止部２０の長手方向に長さが異なる場合でも、従来よりも長期間にわたって熱伝導率を低く維持することができる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１に係る真空断熱材１を備えた断熱箱の一例について説明する。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１１は、本実施の形態２に係る断熱箱の概略構成を示す断面図である。断熱箱１００は、例えば、長期間にわたって高い断熱性能が求められる冷蔵庫等に用いられる。
図１１に示すように、断熱箱１００は、外箱１２０と、該外箱１２０の内部に配置された内箱１１０とを備える。そして、内箱１１０と外箱１２０との間には、実施の形態１で説明した真空断熱材１が配置されており、内箱１１０と外箱１２０の間で断熱を行う。

真空断熱材１が配置される位置は、内箱１１０と外箱１２０との間で断熱できる位置であれば、特に限定されない。例えば、内箱１１０における外箱１２０と対向する面に接するように、真空断熱材１を配置してもよい。また例えば、外箱１２０における内箱１１０と対向する面に接するように、真空断熱材１を配置してもよい。また例えば、内箱１１０又は外箱１２０と真空断熱材１との間にスペーサ等を設け、内箱１１０及び外箱１２０と真空断熱材１とが接触しないように、内箱１１０と外箱１２０との間の空間に真空断熱材を配置してもよい。

ここで、真空断熱材１は、発泡ウレタン断熱材１３０等と比較して高い断熱性能を有する。このため、真空断熱材１を備えた断熱箱１００は、発泡ウレタン断熱材１３０のみを用いた断熱箱よりも高い断熱性能を得られる。しかし、内箱１１０と外箱１２０との間の空間のうち、真空断熱材１以外の部分には発泡ウレタン断熱材１３０が充填されていてもよい。

なお、上記の説明において、一般的な冷蔵庫等に用いられている断熱箱と同等である部分については、図示及び説明を省略している。

以上、本実施の形態２に係る断熱箱１００は、熱伝導率の低い真空断熱材１が設けられている。これにより、内箱１１０と外箱１２０との間の熱伝導率が低い状態に維持されるため、断熱箱１００の断熱性能を高く維持することができる。例えば、断熱箱１００を備えた冷蔵庫等においては、消費電力を削減することができる。

なお、本実施の形態２では、冷熱源を備える冷蔵庫の断熱箱として断熱箱１００を用いる例について説明したが、断熱箱１００の用途は冷蔵庫用の断熱箱に限定されない。例えば、温熱源を備える保温庫の断熱箱として、断熱箱１００を用いてもよい。また例えば、冷熱源及び温熱源を備えない断熱箱として、断熱箱１００を用いてもよい。冷熱源及び温熱源を備えない断熱箱とは、クーラーボックス等である。また、真空断熱材１の形状も上記の平板形状に限定されるものではない。また例えば、変形自在な外袋及び内袋を備えた断熱袋に真空断熱材１を設けてもよい。

１真空断熱材、２芯材、３吸着剤、１０外包材、１１表面保護層、１２ガスバリア層、１３熱溶着層、２０封止部、２０ａ封止部、２１第１外包材、２２
第２外包材、２３凹部、２４凸部、２５未溶着部、５１シールバー、５２シールバー、１００断熱箱、１１０内箱、１２０外箱、１３０発泡ウレタン断熱材、Ｘ短手方向、Ｙ長手方向、Ｗ幅。

Claims

芯材と、前記芯材を被覆している外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧状態となっている真空断熱材であって、
前記外包材は、熱溶着層を備え、
当該真空断熱材は、外周部の少なくとも一部に封止部を備え、
前記封止部は、２枚の前記外包材が前記熱溶着層を対向させて重ねられ、これらの前記外包材が前記熱溶着層で熱溶着されている箇所であり、
前記封止部を構成する２枚の前記外包材のうちの一方を第１外包材とし、前記封止部を構成する２枚の前記外包材のうちの他方を第２外包材とした場合、
前記封止部において前記第１外包材の表面の少なくとも一部は、前記封止部の短手方向の一端から前記封止部の前記短手方向の他端に向かって前記封止部の前記短手方向に直線的に延びる凹部及び凸部が前記封止部の長手方向に交互に並んで形成され、前記第２外包材の表面の凹凸よりも大きな凹凸の波形形状となっている
真空断熱材。
前記封止部において前記第２外包材の表面は平滑形状となっている
請求項１に記載の真空断熱材。
前記第１外包材は、前記第２外包材とは異なる種類の外包材である
請求項１又は請求項２に記載の真空断熱材。
前記第１外包材及び前記第２外包材は、ガスバリア層を備え、
前記第１外包材の前記ガスバリア層は、金属箔であり、
前記第２外包材の前記ガスバリア層は、熱可塑性樹脂に無機材料が蒸着されたフィルムである
請求項３に記載の真空断熱材。
前記第１外包材は、前記第２外包材よりも、前記封止部の前記長手方向において長い
請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の真空断熱材。
外箱と、
前記外箱の内部に配置された内箱と、
前記外箱と前記内箱との間に配置された請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の真空断熱材と、
を備えた断熱箱。