JP2015052337A - 真空断熱材、断熱箱、及び真空断熱材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に得ることができる真空断熱材、断熱箱、及び真空断熱材の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】繊維集合体からなる芯材１０を外包材２０、２１で被覆し、外包材２０、２１の内部を減圧する前に、芯材１０及び外包材２０、２１を外力で一体に圧縮して、芯材１０の厚みが圧縮前の１／１０以下となる圧縮状態とし、圧縮状態において、外包材２０、２１の周縁部のうち少なくとも相対する２辺に溶着シール部４０を形成し、溶着シール部４０を形成した後に、外包材２０、２１の内部を減圧して密封する。【選択図】図４

Description

本発明は、真空断熱材、断熱箱、及び真空断熱材の製造方法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としては、ガラス繊維の集合体からなる芯材を、ガスバリア性を有する外包材で被覆し、外包材の内部が減圧して密閉されたものがある（例えば、特許文献１参照）。この真空断熱材は、加熱プレスにより予めボード状に成形された芯材を袋状に成形された外包材に挿入し、外包材の内部を減圧し、開口部を熱溶着により密閉封止することにより作製される。

また、従来の真空断熱材としては、繊維質材を有機系バインダーを用いて固め成形した断熱材と、金属箔の層を積層してなるラミネートフィルムとを備え、ラミネートフィルムの縁部がシールされ内部が減圧されたものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、従来の真空断熱材としては、柔軟性を有する内袋に無機繊維重合体を収納した芯材と、芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材と、を備えたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特許第３５８０３１５号公報 特開平９−１３８０５８号公報 特開２００７−９９２８号公報

真空断熱材は、繊維集合体からなる芯材と、芯材を被覆する外包材とを備え、外包材の内部が減圧密封された構成を有している。芯材に用いられる繊維集合体は、外包材の内部が減圧密封される前後で体積が大きく変化する。このため、芯材を外包材に挿入する際には、外包材を芯材より大幅に大きくしておく必要がある。したがって、外包材の内部を減圧して密封した後には、芯材の存在しない余分な耳部が真空断熱材の周縁部に大きく残ってしまうものであった。この余分な耳部が残ってしまうことにより、外包材の材料費が増加してしまうとともに、真空断熱材を断熱箱に配設する際には、余分な耳部を折り曲げる耳折工程が必要となってしまう。このため、真空断熱材を安価に得ることができないという問題点があった。

外包材の内部が減圧密封される前後での芯材の体積変化を小さくするためには、特許文献１に記載されているように芯材を加熱プレスして予めボード状に成形する方法、特許文献２に記載されているように有機系バインダー等の結合剤を用いて繊維集合体を結着させる方法、及び、特許文献３に記載されているように内包材（内袋）等を用いて芯材を予備的に減圧密封する方法がある。しかしながら、これらの方法を用いた場合には、芯材を加熱するための動力費や、結合剤や内包材の材料費が増加してしまう。このため、真空断熱材を安価に得ることができないという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、安価に得ることができる真空断熱材、断熱箱、及び真空断熱材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る真空断熱材の製造方法は、繊維集合体からなる芯材を外包材で被覆し、前記外包材の内部を減圧する前に、前記芯材及び前記外包材を外力で一体に圧縮して、前記芯材の厚みが圧縮前の１／１０以下となる圧縮状態とし、前記圧縮状態において、前記外包材の周縁部のうち少なくとも相対する２辺に溶着シール部を形成し、前記溶着シール部を形成した後に、前記外包材の内部を減圧して密封することを特徴とするものである。

また、本発明に係る真空断熱材は、繊維集合体からなる芯材と、前記芯材を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧密封され、全体として１０ｍｍ以上の断熱材厚みを有する真空断熱材であって、前記外包材は、周縁部に溶着シール部を有しており、前記外包材の周縁部のうち少なくとも相対する２辺において、前記溶着シール部と前記芯材との距離が５ｍｍ以下であり、前記溶着シール部が、前記芯材形状に沿って固定されており、前記外包材の内部から前記芯材を取り出した場合における大気圧下での前記芯材の厚みは、前記断熱材厚みの１０倍以上であることを特徴とするものである。

本発明によれば、動力費や材料費の増加を抑えつつ、真空断熱材の周縁部における耳部の幅を減少させることができる。したがって、外包材の材料費を削減することができるため、真空断熱材を安価に得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る真空断熱材１の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る真空断熱材１の製造工程を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る真空断熱材１の製造工程を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る真空断熱材１の製造工程を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る真空断熱材２の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る断熱箱３の概略構成を示す断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る真空断熱材及びその製造方法について説明する。図１は、本実施の形態に係る真空断熱材１の概略構成を示す断面図である。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。各構成部材の具体的な寸法等は、以下の説明を参酌した上で判断すべきものである。

図１に示すように、真空断熱材１は、繊維集合体からなる芯材１０と、ガスバリア性を有し、芯材１０の両面を被覆する２枚の外包材２０、２１と、外包材２０、２１の内部空間に挿入され、水分を吸着して芯材１０等の経時劣化を抑制する水分吸着剤３０と、を備えている。外包材２０、２１の内部空間は、１〜３Ｐａ程度の真空度に減圧された状態で開口部が密封されることにより減圧密封されている。開口部の密封は、ヒートシール等によって外包材２０、２１の周縁部を溶着し、溶着シール部４０を形成することにより行われる。真空断熱材１は、全体として概略長方形平板状の形状を有している。

外包材２０、２１は、既存の真空断熱材に使用されている外包材であり、多層構造をなすラミネートフィルムである。この多層構造は、例えば、内側（芯材１０側）から順にポリエチレン層、アルミ蒸着層、ポリエチレンテレフタレート層、及び最外層の延伸ナイロン層が積層された構成を有する。外包材２０、２１の構成は、上記構成には限定されず、アルミナ蒸着層、エチレン−ビニルアルコール層、ポリプロピレン層が含まれていてもよい。また、外包材２０、２１は、ガスバリア性を有するものであれば、特に構成が限定されるものではない。

水分吸着剤３０は、例えば、通気性の良い袋に挿入された酸化カルシウム（ＣａＯ）等により構成されている。水分吸着剤３０は、ＣａＯのみに限定されるものではなく、ゼオライトなどの水分吸着性を有するものを用いることができる。

芯材１０は、グラスウールなどの繊維集合体が積層された構成を有している。芯材１０は、完成後の真空断熱材１において、大気圧下で１０ｍｍ以上（例えば、５０ｍｍ以下）の厚みを有している。すなわち、真空断熱材１は、大気圧下で全体として１０ｍｍ以上の厚みを有している。仮に、外包材２０、２１の内部から芯材１０を取り出した場合、大気圧下での芯材１０の厚みは、真空断熱材１の厚みの１０倍以上（例えば、２０倍以下）となる。繊維集合体は、グラスウールであれば遠心法により製造され、樹脂繊維であればスパンボンド法により製造されることが一般的であるが、繊維集合体の製造方法は、特に限定されるものではない。本実施の形態では、芯材１０を構成する繊維集合体は、内袋等の内包材を介さずに外包材２０に直接被覆されている。すなわち、真空断熱材１において、芯材１０を構成する繊維集合体は外包材２０の内側表面に直接接触している。また、芯材１０は、繊維集合体を結着させる結合剤を含んでいない。

溶着シール部４０は、外包材２０、２１の周縁部（耳部）のうちの少なくとも３辺（例えば、４辺）に形成されている。溶着シール部４０は、外包材２０、２１の周縁部の全周に亘って切れ目なく形成されている。外包材２０、２１の周縁部のうち少なくとも相対する２辺において、溶着シール部４０と芯材１０との距離Ａが５ｍｍ以下（例えば、１ｍｍ以上）となっている。溶着シール部４０は、芯材１０の形状に沿って固定されている。

次に、本実施の形態に係る真空断熱材の製造方法について説明する。図２〜図４は、真空断熱材１の製造工程を示す図である。また、図２〜図４は、製造工程で用いられる加工装置５０の構成も併せて示している。図２〜図４に示すように、加工装置５０は、圧縮機構５１と溶着機構５２ａ、５２ｂとを有している。圧縮機構５１は、芯材１０と芯材１０を被覆する外包材２０、２１とを一体で加圧圧縮するものである。溶着機構５２ａ、５２ｂは、圧縮機構５１により芯材１０及び外包材２０、２１が加圧圧縮された状態で、外包材２０、２１の周縁部のうちの相対する２辺に溶着シール部４０を形成するものである。溶着機構５２ａ、５２ｂは、圧縮機構５１を挟んで両側に配置されている。また、溶着機構５２ａ、５２ｂは、圧縮機構５１により芯材１０及び外包材２０、２１が圧縮された状態で、芯材１０に近接して溶着シール部４０を形成できるように、圧縮機構５１に近接して設けられている。例えば、溶着機構５２ａ、５２ｂは、溶着シール部４０と芯材１０との間の距離Ａが５ｍｍ以下となる溶着シール部４０を形成できるようになっている。

真空断熱材１の製造工程においては、まず、図２に示すように、芯材１０を真空断熱材１として必要な幅と長さに加工し、芯材１０の両面（上面及び下面）を２枚の外包材２０、２１で被覆した状態で加工装置５０（圧縮機構５１）に配置する。この工程は、大気圧雰囲気で行われる。このときの芯材１０の厚みＴ１は、完成後の真空断熱材１の厚み（又は芯材１０の厚み）と比較して１０倍以上となっている。

次に、図３に示すように、圧縮機構５１によって外包材２０、２１の両外側表面から芯材１０及び外包材２０、２１を一体で機械的に加圧圧縮する（加圧圧縮工程）。加圧圧縮工程は、大気圧雰囲気で行われる。圧縮するときの圧力は、大気圧相当の０．１０ＭＰａ以上であることが好ましく、０．１７ＭＰａ以上であればより好ましい。圧縮状態の芯材１０の厚みＴ２は、大気圧下にある圧縮前の芯材１０の厚みＴ１の１／１０以下（例えば、１／２０以上）となっている。また、圧縮状態における芯材１０及び外包材２０、２１の一体の厚みは、完成後の真空断熱材１の厚みとほぼ同じである。

次に、図４に示すように、圧縮機構５１によって芯材１０及び外包材２０、２１が一体で加圧圧縮されている圧縮状態において、溶着機構５２ａにより、外包材２０、２１の周縁部のうちの１辺に溶着シール部４０を形成する（溶着シール部形成工程）。また、この圧縮状態において、溶着機構５２ｂにより、外包材２０、２１の周縁部のうちの上記１辺に相対する他方の１辺に、溶着シール部４０を形成する。これらの溶着シール部４０は、同時に形成されるようにしてもよい。また、これらの溶着シール部４０は、例えば、いずれも芯材１０との距離Ａが５ｍｍ以下（例えば、１ｍｍ以上）となるように形成される。溶着シール部形成工程は、大気圧雰囲気で行われる。相対する２辺に溶着シール部４０が形成されることによって、芯材１０及び外包材２０、２１が一体化し、圧縮機構５１による加圧を解除しても芯材１０の圧縮状態が維持される。溶着シール部形成工程では、外包材２０、２１の周縁部の一部に開口部が確保されていれば、外包材２０、２１の３辺以上に溶着シール部４０を形成してもよい。

次に、圧縮機構５１による加圧を解除し、一体化した芯材１０及び外包材２０、２１を加工装置５０から取り出す。その後、芯材１０及び外包材２０、２１から水分を除去するための乾燥工程を行う。乾燥工程は、芯材１０及び外包材２０、２１の水分を除去できる条件（例えば、１００℃で２時間の加熱）で行われる。なお、乾燥工程の条件はこれに限定されず、芯材１０及び外包材２０、２１の水分を除去できる条件であればよい。

次に、外包材２０、２１の内部空間に水分吸着剤３０が挿入される（水分吸着剤挿入工程）。なお、水分吸着剤挿入工程は、乾燥工程の後に行われることに限定されず、乾燥工程の前や、加圧圧縮工程の前に行われてもよい。

次に、外包材２０、２１の内部を１〜３Ｐａ程度の真空度に減圧し、その減圧状態で開口部（例えば、既に溶着シール部４０が形成された２辺以外の辺）にヒートシール等により溶着シール部４０を形成し、外包材２０、２１の内部を減圧密封する（減圧密封工程）。減圧密封工程で形成される溶着シール部４０も、芯材１０との距離が５ｍｍ以下となるように形成してもよい。以上の工程を経て、真空断熱材１が得られる。

次に、本実施の形態の効果について説明する。本実施の形態の製造方法では、外包材２０、２１の内部を減圧する前に、芯材１０及び外包材２０、２１を外力で一体に圧縮して、芯材１０の厚みが圧縮前の１／１０以下となる圧縮状態とし、当該圧縮状態において、外包材２０、２１の周縁部のうち少なくとも相対する２辺に溶着シール部４０を形成している。これにより、外包材２０、２１の周縁部のうち少なくとも相対する２辺において、溶着シール部４０と芯材１０との距離Ａを短くすることができる。例えば、距離Ａは５ｍｍ以下とすることができる。これにより、真空断熱材１の周縁部において芯材１０が存在しない耳部の幅を減少させることができるため、外包材２０、２１の材料費を削減することができる。また、耳部の幅を減少させることができるため、耳折工程を省略することができる場合がある。したがって、本実施の形態によれば、真空断熱材１を安価に得ることができる。

本実施の形態の真空断熱材１と、溶着シール部４０と芯材１０との距離が２０ｍｍ程度である一般的な真空断熱材との比較を考える。本実施の形態の真空断熱材１によれば、外包材２０、２１の周縁部のうち少なくとも相対する２辺において、溶着シール部４０と芯材１０との距離Ａを例えば５ｍｍ以下とすることができる。これにより、芯材１０が存在しない耳部の幅を一般的な真空断熱材よりも減少させることができるため、外包材２０、２１の使用量を削減することができ、外包材２０、２１の材料費を削減することができる。したがって、本実施の形態によれば、真空断熱材１を安価に得ることができる。

加えて、本実施の形態によれば、少なくとも相対する２辺において溶着シール部４０と芯材１０との距離Ａを短くすることができる（例えば、距離Ａを５ｍｍ以下にすることができる）ため、芯材１０が復元力によって膨らもうとする作用を外包材２０、２１及び溶着シール部４０によって抑えることができる。このため、製造段階において、加工装置５０から取り出した後（減圧密封前）の芯材１０及び外包材２０、２１の一体の厚みと、完成後（減圧密封後）の真空断熱材１の厚みとをほぼ一致させることができる。このことにより、芯材を加熱プレスして予めボード状に成形する方法や、結合剤を用いて繊維集合体を結着させる方法や、内包材等を用いて芯材を予備的に減圧密封する方法等を用いなくても、外包材２０、２１の内部を減圧密封する前後での芯材１０の体積変化を小さくすることができる。したがって、芯材を加熱するための動力費や、結合剤や内包材の材料費の増加を抑えることができる。これにより、本実施の形態によれば、真空断熱材１を安価に得ることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る真空断熱材及びその製造方法について説明する。図５は、本実施の形態に係る真空断熱材２の概略構成を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態の真空断熱材２は、溶着シール部４０（例えば、外包材２０、２１の周縁部の４辺に形成された全ての溶着シール部４０）の１辺における幅Ｂが５０ｍｍ以上（例えば、１００ｍｍ以下）である点に特徴を有している。すなわち、本実施の形態では、真空断熱材２の製造工程における溶着シール部形成工程又は減圧密封工程において、溶着シール部４０の幅Ｂが５０ｍｍ以上になるようにする。真空断熱材２のその他の部分の構成は、上記実施の形態１の真空断熱材１と同様である。

芯材１０として用いられる一般的な繊維集合体の繊維長は２０ｍｍ程度である。本実施の形態の真空断熱材２では、溶着シール部４０の幅Ｂを５０ｍｍ以上とすることにより、溶着シール部４０の幅Ｂを芯材１０の繊維長よりも十分に大きくすることができる。このため、溶着機構５２ｂ等を用いて溶着シール部４０を形成する際に、仮に芯材１０の繊維が溶着シール部４０に噛み込んだとしても、繊維の噛込み箇所から真空漏れが生じてしまうことを防ぐことができる。したがって、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができることに加えて、さらに信頼性の高い真空断熱材２を得ることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る断熱箱について説明する。上記の実施の形態１及び２では真空断熱材及びその製造方法について説明したが、上記実施の形態１又は２に係る真空断熱材１又は２を断熱箱に使用することで、安価でかつ断熱性能の高い断熱箱を得ることができる。図６は、本実施の形態に係る断熱箱３の概略構成を示す断面図である。本実施の形態では、冷蔵庫の断熱箱を例に挙げて説明する。

図６に示すように、断熱箱３は、内箱６０と外箱６１とを有している。内箱６０と外箱６１との間の空間には、真空断熱材１（又は真空断熱材２）が配置されている。真空断熱材１は、例えば内箱６０の外壁面に密着して配置されている。内箱６０と外箱６１との間の空間において真空断熱材１以外の部分には、発泡ウレタン断熱材６２が充填されている。断熱箱３のその他の部分は、一般的な冷蔵庫の断熱箱と同様であるため、図示及び説明を省略する。

本実施の形態では、安価に得ることができる真空断熱材１が用いられているため、断熱箱３を安価に得ることができる。また、本実施の形態では、発泡ウレタン断熱材６２等と比較して高い断熱性能を有する真空断熱材１が用いられているため、断熱材として発泡ウレタン断熱材のみが用いられた断熱箱と比較して、断熱性能の高い断熱箱３を得ることができる。したがって、断熱箱３を備えた冷蔵庫において消費電力を削減することができる。

なお、本実施の形態の断熱箱３では、真空断熱材１が内箱６０の外壁面に密着しているが、真空断熱材１は外箱６１の内壁面に密着していてもよい。また、真空断熱材１は、スペーサなどを用いることにより、内箱６０と外箱６１との間の空間に、内箱６０及び外箱６１のいずれにも密着しないように配置されていてもよい。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態３では、冷熱源を備える冷蔵庫の断熱箱３に真空断熱材１、２が用いられた構成を例に挙げたが、本発明はこれに限られない。真空断熱材１、２は、温熱源を備える保温庫の断熱箱や、冷熱源及び温熱源を備えない断熱箱（例えば、クーラーボックス等）に用いることもできる。

また、真空断熱材１、２は、断熱箱だけでなく、空調機、車両用空調機、給湯機などの冷熱機器又は温熱機器の断熱部材として用いることもできる。また、真空断熱材１、２は、断熱箱のように所定の形状を備えた箱体だけでなく、変形自在な外袋及び内袋を備えた断熱袋や、その他の断熱容器にも用いることができる。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１、２ 真空断熱材、３ 断熱箱、１０ 芯材、２０、２１ 外包材、３０ 水分吸着剤、４０ 溶着シール部、５０ 加工装置、５１ 圧縮機構、５２ａ、５２ｂ 溶着機構、６０ 内箱、６１ 外箱、６２ 発泡ウレタン断熱材。

Claims (8)

1. 繊維集合体からなる芯材を外包材で被覆し、
   前記外包材の内部を減圧する前に、前記芯材及び前記外包材を外力で一体に圧縮して、前記芯材の厚みが圧縮前の１／１０以下となる圧縮状態とし、
   前記圧縮状態において、前記外包材の周縁部のうち少なくとも相対する２辺に溶着シール部を形成し、
   前記溶着シール部を形成した後に、前記外包材の内部を減圧して密封することを特徴とする真空断熱材の製造方法。
2. 前記溶着シール部は、前記芯材との距離が５ｍｍ以下となるように形成す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。
3. 請求項１又は請求項２に記載の真空断熱材の製造方法により製造された真空断熱材を備えることを特徴とする断熱箱。
4. 繊維集合体からなる芯材と、前記芯材を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部が減圧密封され、全体として１０ｍｍ以上の断熱材厚みを有する真空断熱材であって、
   前記外包材は、周縁部に溶着シール部を有しており、
   前記外包材の周縁部のうち少なくとも相対する２辺において、前記溶着シール部と前記芯材との距離が５ｍｍ以下であり、
   前記溶着シール部が、前記芯材形状に沿って固定されており、
   前記外包材の内部から前記芯材を取り出した場合における大気圧下での前記芯材の厚みは、前記断熱材厚みの１０倍以上であることを特徴とする真空断熱材。
5. 前記繊維集合体はグラスウールであることを特徴とする請求項４に記載の真空断熱材。
6. 前記芯材は、前記繊維集合体を結着させる結合剤を含まないことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の真空断熱材。
7. 前記溶着シール部の幅が５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の真空断熱材。
8. 請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載の真空断熱材を備えることを特徴とする断熱箱。

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