JP5664297B2 - 真空断熱材および断熱箱 - Google Patents
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Description
さらに、真空断熱材の断熱性能の低下要因となる真空度劣化を抑制するために、ガスや水分を吸着する吸着剤が外包材の中に配置されている。
これにより、ガラス繊維を芯材とした場合の熱伝導率は0.002[W/mK]程度、ポリエステル繊維を芯材をとした場合の熱伝導率は0.003[W/mK]程度の断熱性能を実現している。
特に、数百枚以上の積層枚数が必要とする有機繊維を積層した繊維集合体を芯材とした真空断熱材では、厚さの異なる部分を形成する繊維集合体の位置ずれや積層の崩れが大きく製作実現が困難であるという課題があった。
この課題は、真空断熱材を冷蔵庫以外のショーケースなどの業務用機器に適用する場合、住宅や倉庫などの設備に適用する場合も同様であり、貯蔵室毎に要求される断熱性能が異なり、厚さの異なる部分を有する真空断熱材の使用によって組立作業が簡単となる場合もあるが、その真空断熱材の製造に課題があった。
図1は実施の形態1に係る真空断熱材の全体を表す斜視図であって、図2は図1の真空断熱材を分解した分解図、図3は図2の芯材の詳細を表す斜視図、図4は図3の芯材を構成する繊維集合体を表した図である。
図1の真空断熱材1は、図2のように、空気遮断性を有するガスバリア性容器(以下、「外包材」と称す)2と、外包材2の内部に封入された芯材3および吸着剤4と、を有している。吸着剤4は水分吸着剤やガス吸着剤であり、断熱性能低下の原因となる外包材2内部の水分やガスを吸着する。外包材2の四辺のうち開口部2a以外の三辺2b、2c、2dは予めヒートシールにて閉じられており、芯材3を外包材2の開口部2aから、すなわち矢印アの方向から外包材2に挿入し、外包材2に芯材3が封入された状態にて外包材2の内部を所定の真空度に減圧した後、開口部2aはヒートシールにて閉じることによって真空断熱材1は作成されている。
なお、芯材3は厚さがほぼ均一な一枚の平板状のものであり、外包材2に封入するとほぼ平板状の真空断熱材が得られる。これに対し、封入する芯材を芯材30のように厚さの異なる30aの部分と30bの部分とを有した芯材で構成することにより、図1の真空断熱材1のように厚さの異なる1aの部分と1bの部分と有する1枚の真空断熱材を得ることができる。なお、図2のように外包材2に挿入する方向も厚みのある30bの方向すなわち、矢印イの方向から外包材2に挿入することにより、30aの部分と30bの部分とによって生じる段差の部分が開口部2aに引っかからず、スムーズに挿入でき、芯材3のとき同様、外包材2に芯材30が封入された状態で外包材2の内部を所定の真空度に減圧減圧した後、開口部2aはヒートシールにて閉じることで真空断熱材1は作成することができる。
図3(a)は図2の芯材3の詳細を表す斜視図であり、芯材3は積層体5からなり、シート状の繊維集合体6を内周から外周に向かって連続して巻き付け数百枚程度積層し、得られるほぼ円筒状の積層体を巻き付け方向に引っ張り、折りたたみ、上下に押し潰した形状のものである。よって、積層体5は、折りたたんだとき平板状とした上面側平板部5c、下面側平板部5dと、上面側平板部5cと下面側平板部5dとがつながる部分を折り曲げた折り曲げ部すなわち積層体の巻き付け方向の端部となる折れ曲がり端部5a、5bとから構成された一枚の平板状の積層体である。この積層体5を芯材3とすることによって、厚さがほぼ均一な一枚の平板状の真空断熱材が作成されている。
これに対し、図3(b)は、厚さの異なる部分を有する芯材の場合は、図3(a)の積層体5を素体とし、折り曲げ端部5bを折り曲げ線5eを中心に折り曲げ端部5a側の上面側平板部5c上に折り曲げ重ねられたものである。すなわち、折り曲げ線5eから折り曲げ端部5aまでの積層部8aの部分に、折り曲げ線5eから折り曲げ端部5bまでの積層部8bの部分を折り曲げ重ねることによって、積層体の厚さの異なる30aと30bの積層部を形成している。そして、この折り曲げられた積層体を芯材30とすることにより、厚さの異なる一枚の芯材にて真空断熱材が作成されている。なお、図3(b)の方法で形成された積層体は、積層体を重ねて形成された30bの厚さが重ねられていない30aの厚さの2倍とすることができる。また、折り曲げ線5eから折り曲げることにより、新たな折り曲げ端部5fが形成される。なお、この折り曲げ端部5f側から外包材2に挿入することによって、薄い部分30aと厚い部分30bとによって生じる段差が外包材2の開口部2aに引っかからずにスムーズな挿入が可能である。
なお、下部積層部8a、上部積層部8bの長さ方向の長さは折り曲げ線5eの位置で調整でき、芯材30の薄い部分30aと厚い部分30bの大きさは変更調整可能である。また、図3(b)の積層体5の折り曲げ方およびできあがった厚さの異なる芯材30は、本実施の形態の一例であり、厚さの異なる部分は、折り曲げ方、折り重ね方によって、任意の位置に任意の厚さに作成でき、その構成と方法は(繊維集合体の積層方法、芯材の製造方法)にて説明する。
図4は図3の積層体5を構成するシート状の繊維集合体6を拡大した図であり、図4(b)は図4(a)の繊維集合体6の斜視図のA−A’の部分で切断した断面図である。繊維集合体6は繊維7にて構成されているが、繊維集合体6はそのままでは繊維同士がつながっていないため、繊維集合体6を持ち上げただけでばらばらとなり、崩れてしまう。すなわち、シートが構成できない。これを防止するため、繊維集合体6がシート状に構成された後、熱エンボス加工によって繊維同士を溶着させ、繊維がばらけないようにする。9はその熱エンボス加工によって繊維同士を溶着させた熱エンボス加工部であり、熱エンボス加工部9以外は、繊維7の状態である。シート全体に対する熱エンボス加工部9の割合を調整することにより、繊維7の持つ断熱性能を損なうことなく、繊維集合体6をシートとして取り扱うことができるようにしている。
真空断熱材1の芯材を形成する繊維には有機繊維を用いており、ポリエステル繊維や、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ポリ乳酸繊維、アラミド繊維、LCP(液晶ポリマー)繊維、ポリフェニレンスルファイド(以下、PPS)繊維、などを用いることができる。また、有機繊維にLCP繊維やPPS繊維など耐熱性のある樹脂を使用すれば芯材3の耐熱性を向上させることができる。また、繊維径の大きな樹脂を使用すれば圧縮クリープ特性を向上させることができる。また、その両方の特性を得たい場合には、耐熱性のある樹脂と繊維径の大きな樹脂を混合させて使用すれば圧縮クリープ特性の優れ耐熱性が高く断熱性の高い真空断熱材1が得られる。また、ポリスチレン繊維は、固体熱伝導率が小さく断熱材の断熱性能の向上が期待でき、しかも安価に製造できる。
なお、以下では、ポリエステル繊維の一種であるポリエチレンテレフタレート(以下、PET)繊維を使用した例にて説明する。
PET樹脂のホモポリマーを加熱溶融紡糸してPET繊維を得て、さらにシート状の繊維集合体とするまでの工程について説明する。
まず、樹脂ペレットは乾燥の前に、軟化溶融によるペレット同士の融着を防ぐため、攪拌しながら100〜130℃で加熱処理を施して予備結晶化させる。続いて除湿乾燥機で140〜150℃で3〜5hr乾燥を行った後、除湿エアで押出機に搬送する。押出機で280〜310℃に加熱・混練溶融されたPET樹脂は、異物除去のためのポリマーフィルターを通した後、ギアポンプで、直径0.2〜0.6mmの多数の孔の開いたノズルから連続的に押出される。押出されたPET樹脂は、冷風で冷却しながら、圧縮エアで2000m/min〜6000m/minの糸速度で延伸された所望の繊維径の連続繊維として、メッシュコンベアの上に捕集される。
以上のように樹脂ペレットから加熱溶融紡糸しコンベア上で捕集された繊維7は、繊維のかたまりである繊維ウェブとして捕集されている。ただし、繊維ウェブの状態では繊維7がそのままの状態でばらばらであり、外包材2に収める作業において芯材3として取り扱いづらい。よって、まず、シート状の繊維集合体すなわち不織布としてまとめる。繊維7のばらけを防止するために、50〜200℃に加熱されたローラーで押えた後190℃〜240℃の加熱ローラーで熱エンボス加工を施して繊維同士を熱溶着し図4のようなシート状の繊維集合体6に加工される。図4において8の凹部が熱エンボス加工を行った熱エンボス加工部であるが、最小限の面積かつほぼ等間隔で熱溶着させ繊維がばらばらになることを防止している。熱エンボス加工を施したシート状の繊維集合体6をロール状に巻き取り、原反ロールを得る。
次に、エンボス加工による熱溶着を施した繊維集合体すなわち不織布の重量目付け(単位面積あたりの繊維の重量)の断熱性能への影響を説明する。
繊維集合体6は、押出機で溶融させて紡糸ノズルから押出した連続繊維を、コンベア上に捕集し、コンベアを任意の速度で送り、熱ローラーで例えばピンポイント状の熱溶着部をつける熱エンボス加工を行うことで、シートを構成する繊維がばらけたり繊維がはがれたりしにくくなるためシート状の繊維集合体6すなわち不織布の取り扱い性が向上し、取り扱い強度を確保しながら巻き取り可能な長繊維不織布が得られる。
なお、平均繊維径の測定は、マイクロスコープを用いて数箇所〜数百箇所(例えば十箇所)測定し、平均値を使用する。また、重量目付け(例えば1m2あたりの繊維の重量(g))は、シート1枚の面積と重量を測定して、シート1枚の単位面積あたりの重量とする。
図5において、縦軸は熱伝導率[W/mK]、横軸は重量目付け[g/m2]である。通常、目付けは、1m2あたりの繊維の重量[g]を示す重量目付け[g/m2]で表される。なお、繊維の材質が比重の異なるその他の材質でも比較できるように、1m2あたりの繊維の占める体積[cm3]を体積目付け[cm3/m2](あるいは[cc/m2])で表してもよい。繊維の体積は、重量を測定して体積目付けと比重(たとえばPETの場合は自重は1.34)より換算する。
また、重量目付けを低くしても従来以上の断熱性能が得られることによって、熱エンボス加工によって得られる不織布も薄くなり、この不織布を積層して得られる芯材も薄くできることから、この芯材を利用する真空断熱材も薄くでき、この真空断熱材を用いた断熱箱や断熱壁の厚みも薄くすることができる。よって、従来の断熱箱と比べ、外形寸法が同じであれば、内容積を大きくすることができ、内容積が同じであれば、外形を小さくすることができる。
また、70[g/m2]を超える重量目付けでは、繊維の配向方向が断熱方向である厚さ方向に向きやすいことと、エンボス加工の熱溶着部9が厚さ方向への伝熱経路となることによって断熱性能が低下すると考えられる。
したがって、重量目付けの上限を70[g/m2]とすると、ポリエステル繊維の綿状芯材と比べても有機繊維集合体の不織布は断熱性能が損なわれず、製造容易でリサイクル性に優れた真空断熱材が得られる。
ロールに巻き取った繊維集合体の原反ロールを用いた積層体すなわち芯材の製造方法について説明する。
図6は真空断熱材を形成する芯材の積層装置の原反ロールと巻枠について模式的に示す説明図である。図6において、図6(a)〜(h)は、真空断熱材1の芯材製造工程を表している。図6(a)は巻き始めステップであり、繊維集合体の製造の工程にて、熱エンボス加工が施された連続したシート状の繊維集合体6が複数回巻きつけられて形成された所定の幅の原反ロール101と、原反ロール101に巻き付けられたシート状の繊維集合体6を巻き取る所定幅の巻枠111と、を備え、原反ロール101、巻枠111を回転させることにより原反ロール101に巻き付けられている繊維集合体6を巻枠111に巻き取り始める。このとき、原反ロール101から引き出した繊維集合体の端部を、巻枠111のクランプ機構でクランプし、繊維集合体が、巻取り途中で切断したり、伸びきって幅が縮んだりしないような所定の張力で巻き取る。図では原反ロールと巻枠は接触しているが、距離を取っても良い。
図6(b)は巻き終わりステップであり、巻き始めステップにて原反ロール101より巻枠111に繊維集合体6が巻きつけられていき、所定の厚さに相当する所定回数分巻き付けられると、原反ロール101、巻枠111の回転を停止させ、繊維集合体6の巻き取りを終了する。巻枠111に巻きつけられる所定回数すなわち積層する枚数は、繊維集合体の減圧パック時の厚さと、製造したい真空断熱材の厚さを元に任意に設定する。
図6(c)は切断ステップであり、巻き終わりステップにて繊維集合体6が巻枠111に所定回数分巻き付けられ、原反ロール101、巻枠111の回転を停止させた後、繊維集合体6を原反ロール101と巻枠111との間の所定の切断箇所において、所定の切断箇所の前後をクランプした状態で切断して、原反ロール101を巻枠111から切り離す。
図6(d)は芯材固定ステップであり、切断ステップにて繊維集合体6が切断された後、巻枠111に設けられたクランプ部材設置部112a、112bにクランプ部材113a、113bを挿入し巻枠111に巻き付けられたほぼ円筒状の繊維集合体6をクランプする。
図6(e)は巻枠変形ステップであり、芯材固定ステップにて繊維集合体6がクランプ部材113a、113bによってクランプされた後、巻枠111の円周部材保持軸114a、114bを半径方向中心側に向かって縮む方向に可動させ、円周部材保持軸114a、114bに接続された円周部材115a、115bを半径方向中心側に向かって縮む方向に可動させる。すなわち、巻枠111を変形させ、巻枠111に巻き付けられたほぼ円筒状の繊維集合体6の巻き付け張力をゆるめる。
図6(f)は巻枠分離ステップであり、張力がゆるめられたほぼ円筒状の繊維集合体6を巻枠111から回転軸116の軸心方向に抜き取る。
図6(g)は芯材成形ステップであり、巻枠111から2つのクランプ部材113a、113bにてクランプされた状態で抜き取られたほぼ円筒状の繊維集合体6を、2つのクランプ部材113a、113bを巻き付け方向のほぼ直線方向反対側にそれぞれ引っ張ることでほぼ円筒状の繊維集合体6がクランプ部材113a、113bのクランプ位置で折りたたまれるので、巻き付け方向に折り曲げ端部(折りたたみ部)5a、5bと上面側平板部5c、下面側平板部5dを有する平板状(シート状)の繊維集合体6の積層体5すなわち平板状(シート状)の芯材3が成形される。平板状に成形された積層体5から構成される芯材3は、クランプ部材113a、113bで折り曲げ端部(折りたたみ部)5a、5bをクランプされた状態でコンベア上に移された後、クランプ部材113a、113bが取り除かれることで図6(h)のような芯材3として成形される。なお、10は、巻枠111を引き抜いた巻き付け中心部であり、上面側平板部5cを形成する積層体と下面側平板部5dを形成する積層体とを分けている。巻き付け中心部10はクランプ部材113a、113bを取り除くことにより閉じられる。
以上により、繊維集合体6が内側から外側に向かって連続的に巻きつけられた構造となり、ばらけることが少なく、取り扱い性に優れた積層体5を得ることができる。通常は、この積層体5を芯材3として、乾燥・包装材に挿入し、必要に応じて吸着剤を入れて、減圧パックを行って平板状の真空断熱材とする。
図7(a)は積層体を折り曲げる前のもので、図6(h)にて作成された積層体5である。この積層体5を素体として、図7(b)のように積層体を折り曲げ重ねたものすなわち図3(b)の芯材30を作成する方法について説明する。図7(a)の(a−1)は巻き付け方向の長さを全長とし、全長l、幅h、積層方向の厚さtの積層体5を上面から見た図で、(a−2)は(a−1)の積層体5を繊維集合体6が内側から外側に向かって連続的に巻きつけられた積層断面が見える側面から見た図である。図7(b)の(b−1)も折り曲げ重ねた積層体を上面から見た図で、(b−2)は(b−1)の積層体の積層断面が見える側面から見た図である。図7(a)において、積層体5を折り曲げるため、折り曲げ端部5bから積層体5上の長さbの箇所に、折り曲げ端部5a、5bと平行に折り曲げ線5eが設けられている。設けられた折り曲げ線5eを中心に、図中ウの矢印ように折り曲げ端部5bを折り曲げ線5eより折れ曲がり端部5a側に移動させ、折り曲げ線5eを巻き込むように積層体5を折り曲げ、折りたたむ。これによって、積層体5の一端すなわち折り曲げ端部5b側に積層部が重ねられ一端の厚さが他端の厚さより厚い積層体ができる。すなわち、折り曲げ線5eから折り曲げ端部5bまでの積層部8bを、折り曲げ線5eから折り曲げ端部5aまでの積層部8aの上に重ね、図7(b)のような全長a、折り重ね部分の長さが長さb’である一端の厚さが他端の厚さより厚い一つの積層体が得られる。なお、折り曲げ線5eの折り曲げの厚さすなわち折り曲げ端部5fの積層体5の厚さt分だけ、上部積層部8bは長さが長くなり長さb’(=b+t)となるが、折り曲げ端部5fの折り曲げの厚さは全長に対してわずかなため、長さbと長さb’とはほぼ同じ長さである。真空断熱材の使用状況から、例えば、折りたたんだ後の全長aは1.5m以上とすると、折り重ね部分の長さb’は、0.1〜1.5m程度であることに対して、積層体の厚さは1〜3cm程度と1/100前後であり、長さbと長さb’に大きな長さの違いは生じない。
なお、部分的に厚さの異なる積層体としているが、図8のように長さaと長さb’すなわち下部積層部8aと上部積層部8bとが同じ長さ、すなわち長さaと長さbが一致するように折り重ねても支障はない。すなわち、折り曲げ端部5a、5bを一致するように折り重ねても支障はない。この場合は、元の積層体5の2倍の厚さの積層体を得ることができる。また、これを何度も折り重ねを繰り返すことにより、積層体5の厚さに対して、4倍、8倍、16倍、すなわち、折り重ね回数×2倍の厚さの積層体を得ることもできる。
また、下部積層部8aと上部積層部8bとを折り重ねた部分30bの長さb’は積層体の全長lの1/2以下となっている。下部積層部8aと上部積層部8bとを折り重ねた部分30bの長さb’を積層体の全長lの1/2未満の場合には、部分的に厚さの異なり厚さの厚い部分と薄い部分にて段差を有するような積層体すなわち図7(b)のような芯材30が成形できる。30bの長さb’を積層体の全長lの1/2とした場合には、元の積層体に対して全体の厚さが厚く平板状の積層体すなわち図8のような芯材が成形できる。なお、30bの長さb’が積層体の全長lの1/2を超える場合は、図7(b)の芯材が上下逆になった形態になるだけなので、芯材30の機能・構成となんら変わらない。
なお、折り曲げたことによって、積層体5の折り曲げ線5eの位置に下部積層部8aと上部積層部8bをつなげる新たな折り曲げ端部5fが形成される。
また、折り曲げ端部5fがしっかり成形でき、後の工程の運搬や乾燥のための送風によって、折り重ねた部分の位置がずれたり、折り曲げ部分が復元したりしなければ、仮固定のための接着も必要がない。
なお、折り重ね部分に吸着剤4を挟んで配置する場合は、クランプ部材113bを上面側平板部5cに移動させる前に吸着剤4を配置しておく。また、積層体5を折りたたむと同時に重ね合わせる上層積層部8bを下部積層部8aに固定するため、予め、接着位置11aに接着剤を塗布あるいはシール材を貼り付けておく。これにより、折りたたむと同時に、上層積層部8bは下部積層部8aに仮固定することができ、クランプ材113a、113b、117aを取り除いたとき、上層積層部8bと下部積層部8aとの位置ずれは起きず、図7(b)の状態の積層体すなわち芯材30が成形される。
接着部分はクランプ材113aの押し当てる力では、うまく接着しない場合は、上層積層部8bを上から再度プレスして接着を促すことを行っても構わない。
図10(a)は図7(a)同様、積層体を折り曲げ折り重ねる前のもので、図6(h)にて作成された積層体5である。また、図10(a)の(a−1)は積層体5の上面図で、(a−2)は(a−1)の積層体の側面図である。図10(b)の(b−1)は折り曲げ折り重ねた積層体の上面図で、(b−2)は(b−1)の積層体の側面図である。図10(a)において、積層体5を折り曲げるため、折り曲げ端部5bから積層体5上の長さbの箇所に、折り曲げ端部5a、5bと平行に折り曲げ線5hが設けられている。同様に折り曲げ端部5aから積層体5上の長さcの箇所に、折り曲げ端部5a、5bと平行に折り曲げ線5gが設けられている。まず、折り曲げ線5hを中心に、図中エの矢印ように折り曲げ端部5bを折り曲げ線5hより折り曲げ端部5a側に移動させ、折り曲げ線5hを巻き込むように積層体5を折り曲げ、折りたたむ。さらに、折り曲げ線5gを中心に、図中オの矢印ように折り曲げ端部5a側を折り曲げ線5gより折り曲げ端部5b側に移動させ、折り曲げ線5gを巻き込むように積層体5を折り曲げ、折りたたむ。このとき、折り曲げ端部5aと5bが対向するように折り曲げることによって、積層体5の両端部すなわち折り曲げ端部5a、5b側に積層部がそれぞれ折り重ねられた両端の厚さが中央部の厚さより厚い積層体ができる。すなわち、折り曲げ線5hから折り曲げ端部5bまでの積層部8cと折り曲げ線5gから折り曲げ端部5aまでの積層部8eとを、折り曲げ線5hと5gとの間の積層部8dの上に重ね、図10(b)のような全長a、折り重ね部分の長さが長さb’およびc’の両端の厚さが中央部の厚さより厚い一つの積層体が得られる。なお、折り曲げ線5hの折り曲げの厚さすなわち折り曲げ端部5kの積層体5の厚さt分だけ、上部積層部8dは長さが長くなり長さb’(=b+t)となり、折り曲げ線5gの折り曲げの厚さすなわち折り曲げ端部5jの積層体5の厚さt分だけ、上部積層部8eは長さが長くなり長さc’(=c+t)となるが、折り曲げ端部5k、5jの折り曲げの厚さは全長に対してわずかなため、長さbと長さb’とほぼ同じ長さ、長さcと長さc’とはほぼ同じ長さである。
なお、両端の折り重ねられる積層部8d、8eは折り曲げ端部5a、5bが対向するように折り重ねられているため、積層部8d、8eが重ねられていない中央部の厚さが両端部の厚さより薄い積層体ができるが、積層部8d、8eをお互い重ね合わせても構わない。図11は、積層部8eが積層部8dの上に所定の長さ分折り重ねられたものである。このようにすれば、中央部の厚さが両端部の厚さより厚い積層体も作成可能である。
また、中央部が折り重ねられた図11の場合は、両端部の、下部積層部8cと上部積層部8dとを折り重ね一つの積層体とした31bの部分と、下部積層部8cと上部積層部8eとを折り重ね一つの積層体とした31cの部分とは31aの部分の2倍の厚さの厚さ2×tとなり、下部積層部8cと上部積層部8dと上部積層部8eとを折り重ね一つの積層体とした31dの部分は31aの部分すなわち元の積層体5の3倍の厚さの厚さ3×tとなる。このように中央部を厚くしたり薄くしたりすることは自在に可能である。なお、厚さの異なる31bの部分と31dの部分、31cの部分と31dの部分には段差が生じる。
なお、折り重ね部すなわち上部積層部8dと上部積層部8eを折り重ねた部分すなわち31bの長さb’と31cの長さc’の和が、積層体の全長lの1/2未満であれば図10(b)のように下部積層部8cで構成される31aの部分が形成され、積層体の全長lの1/2を超えると図11のように上部積層部8dと上部積層部8eとが折り重なる31dの部分が形成される。積層体の全長lの1/2のときは、上部積層部8d、上部積層部8eの端部である、折り曲げ端部5aと5bが接した状態になり、全体の厚さが均一で平板状の積層体となる。
また、下部積層部8cと上部積層部8dと上部積層部8eとが同じ長さすなわち一致するように折り重ね一つの積層体としても構わない。その場合は全体が元の積層体5の3倍の厚さの厚さ3×tとなる。なお、図11は同じ方向に折り曲げられているが、図12のように一方の端部を折り曲げた平板部側と反対側の平板部側に他方の端部を折り曲げても構わない。すなわち、下部積層部8cの上面側平板部5c側に上部積層部8dを折り重ね、下部積層部8cの下面側平板部5d側に積層部8nを折り重ねても、同じである。その場合は、折り重ねられる3つの積層部8c、8d、8nは積層体の全長lの1/3となる。
なお、折り曲げたことによって、積層体5の折り曲げ線5hの位置に下部積層部8cと上部積層部8dをつなげる新たな折り曲げ端部5kが形成され、積層体5の折り曲げ線5gの位置に下部積層部8cと上部積層部8eをつなげる新たな折り曲げ端部5jが形成される。
また、芯材30同様、吸着剤4を利用して上部積層部8dと下部積層部8cあるいは上部積層部8eと下部積層部8cあるいはその両方の接着を行っても構わない。また、そのために上部積層部8dと下部積層部8cあるいは上部積層部8eと下部積層部8cの両方に吸着剤4を配置しても構わない。これにより、折り曲げ重ねた時点で、仮固定が容易にできる。
なお、図10(b)では上部積層部8dと下部積層部8cとの折り重ね部分に配置したが、上部積層部8eと下部積層部8cとの折り重ね部分に配置しても構わないし、その両方に配置しても構わない。
なお、クランプ部材113a、113bを移動させる工程は同時であっても、順次移動させても、積層体の成形には支障はない。
また、折り重ね部分に吸着剤4を挟んで配置する場合は、クランプ部材113aあるいは113bを上面側平板部5cに移動させる前に吸着剤4を配置しておく。また、積層体5を折りたたむと同時に折り重ねる上部積層部8dを下部積層部8cに、上部積層部8eを下部積層部8cに固定するため、予め、接着位置11bおよび11cに接着剤を塗布あるいはシール材を貼り付けておく。これにより、折りたたむと同時に、上部積層部8d、8eを下部積層部8cに仮固定することができ、クランプ材113a、113b、117b、117cを取り除いたとき、上層積層部8d、8eと下部積層部8cとの位置ずれが起きず、図10(b)の状態の積層体すなわち芯材31が成形される。
接着部分がクランプ材113a、113bでうまく接着しない場合は、上層積層部8d、8eを上から再度プレスして接着を促すことを行っても構わない。
図14(a)は図7(a)、図10(a)同様、積層体を折り曲げ重ねる前のもので、図6(h)にて作成された積層体5である。図14(a)の(a−1)は積層体5の上面図、(a−2)は(a−1)の積層体の側面図、図14(b)の(b−1)は折り曲げ重ねた積層体の上面図、(b−2)は(b−1)の積層体の側面図である。図14(a)において、積層体5を折り曲げるため、折り曲げ端部5aから積層体5上の長さaの箇所に、折り曲げ端部5a、5bと平行に折り曲げ線5m、5nが設けられている。図14の形態の場合、上面側平板部5cを形成する積層体と下面側平板部5dを形成する積層体をそれぞれ別方向に折り曲げるため、上面側平板部5c側に折り曲げ線5mが、下面側平板部5d側に折り曲げ線5nが、それぞれ設けられている。上面側平板部5cを折り曲げるため、折り曲げ線5mと折り曲げ端部5bとの中間点にクランプポイントが設定されている。すなわち、上面側平板部5cの表面側にクランプポイント12aが、上面側平板部5cと下面側平板部5dとを分ける積層体の巻き付け中心部10の上面側平板部5c側にクランプポイント12bが設定され、クランプポイント12aと12bとの間をクランプして上面側平板部5cを持ち上げ移動可能にする。折り曲げ線5mを中心に、図中カの矢印ようにクランプポイント12a、12bを折り曲げ線5mより折り曲げ端部5a側の上面側平板部5c上に移動させることで積層体5を折り曲げ、折りたたむ。同様に、下面側平板部5dを折り曲げるため、折り曲げ線5nと折り曲げ端部5bとの中間点の上面側平板部5dの表面側にクランプポイント12cが、積層体の巻き付け中心部10の下面側平板部5d側にクランプポイント12dが設定され、クランプポイント12cと12dとの間をクランプして下面側平板部5dを持ち上げ(図では持ち下げ)移動可能にする。折り曲げ線5mを中心に、図中キの矢印ようにクランプポイント12c、12dを折り曲げ線5nより折り曲げ端部5a側の下面側平板部5d上に移動させることで積層体5を折り曲げ、折りたたむ。これによって、積層体5の一端すなわち折り曲げ端部5b側の積層部がそれぞれ重ねられ一端の厚さが他端の厚さより厚い積層体ができる。すなわち、折り曲げ線5mから折り曲げ端部5bまでの上面側平板部5cで構成される積層部8gと折り曲げ線5nから折り曲げ端部5bまでの下面側平板部5dで構成される積層部8eとを、折り曲げ線5mおよび5nから折り曲げ端部5aまでの積層体で構成される積層部8fの上下に折り重ね、図14(b)のような全長a、折り重ね部分の長さが長さb’の一端の厚さが他端の厚さより厚い積層体が得られる。なお、折り曲げ線5m、5nと折り曲げ端部5bとの中間点から折り曲げ線5m、5nあるいは折り曲げ端部5bまでの長さをbとしている。さらに、折り曲げ線5m、5nの折り曲げの厚さすなわち折り曲げ端部5pの積層体5の厚さt分だけ、上部積層部8gおよび下部積層部8hは長さが長くなり長さb’(=b+t)となるが、折り曲げ端部5pの折り曲げの厚さは全長に対してわずかなため、長さbと長さb’とはほぼ同じ長さである。
なお、折り曲げたことによって、積層体5の折り曲げ支点5m、5nの位置に下部積層部8hと上部積層部8gをつなげる新たな折り曲げ端部5pが形成される。
また、芯材30、31同様、吸着剤4を利用して上部積層部8gと中間部積層部8fあるいは中間部積層部8fと下部積層部8hあるいはその両方の接着を行っても構わない。また、そのために上部積層部8gと中間部積層部8fあるいは中間部積層部8fと下部積層部8hの両方に吸着剤4を配置しても構わない。これにより、折り曲げ重ねた時点で、仮固定が容易にできる。
なお、図14(b)では上部積層部8gと中間部積層部8fとの重なり部分に配置したが、中間部積層部8fと下部積層部8hとの重なり部分に配置しても構わないし、その両方に配置しても構わない。
なお、折り重ね部分に吸着剤4を挟んで配置する場合は、クランプ部材118aを上面側平板部5cに移動あるいはクランプ部材118bを下面側平板部5dに移動させる前に吸着剤4を配置しておく。また、積層体5を折りたたむと同時に重ね合わせる上部積層部8gを中間部積層部8fに、中間部積層部8fを下部積層部8hに固定するため、予め、接着位置11dおよび11eに接着剤を塗布あるいはシール材を貼り付けておく。これにより、折りたたむと同時に、上部積層部8gと下部積層部8hとを中間部積層部8fに仮固定することができ、クランプ材113a、117d、118a、117bを取り除いたとき、上部積層部8gと下部積層部8hと中間部積層部8fとの位置ずれが起きず、図14(b)の状態の積層体すなわち芯材32が成形される。
接着部分がうまく接着しない場合は、接着部を上から再度プレスして接着を促すことを行っても構わない。
図16(a)は積層体を折り曲げ重ね前のものであり、図16(a)の(a−1)は積層体5の上面図、(a−2)は(a−1)の積層体の側面図、図16(b)の(b−1)は折り曲げ重ねた積層体の上面図、(b−2)は(b−1)の積層体の側面図である。図16(a)において、積層体5を折り曲げるため、折り曲げ端部5aから積層体5上の長さaの箇所に、折り曲げ端部5a、5bと平行に折り曲げ線5rが設けられている。芯材32同様、上面側平板部5cを折り曲げるため、折り曲げ線5rと折り曲げ端部5bとの長さの1/3の長さをbとし、折り曲げ線5rから折り曲げ端部5b側に向かって長さbの箇所の上面側平板部5cの表面側にクランプポイント12e、上面側平板部5cと下面側平板部5dとを分ける積層体の巻き付け中心部10の上面側平板部5c側にクランプポイント12fを設定し、クランプポイント12eと12fとの間をクランプして上面側平板部5cを持ち上げ移動可能にする。折り曲げ線5rを中心に、図中クの矢印ようにクランプポイント12e、12fを折り曲げ線5rより折り曲げ端部5a側の上面側平板部5c上に移動させることで積層体5を折り曲げ、折りたたむ。これによって、積層体5の一部が折り重ねられ積層体の中央部の厚さが両端の厚さより厚い積層体ができる。すなわち、折り曲げ線5rから折り曲げ端部5b側の上面側平板部5cで構成される上部積層部8kを、折り曲げ線5rから折り曲げ端部5aまでの積層体で構成される下部積層部8jの上に重ね、図16(b)のような全長a、折り重ね部分の長さeの中央部の厚さが両端の厚さより厚い積層体が得られる。なお、折り曲げ線5rの折り曲げ分だけ、上部積層部8kは長さが長さbから若干長くなり、長さeのようになるが、折り曲げ線5rの折り曲げの厚さは全長に対してわずかなため、長さbと長さeとはほぼ同じ長さである。また、下部積層部8jの上に折り重ねられなかった折り曲げ端部5b側の積層体は、そのまま、下部積層部8jとつながった下部積層部8mとなる。また、後に折り曲げ端部を成形するために、折り曲げ端部5bから折り曲げ線5rに向かって長さbの箇所の下面側平板部5dの表面側にクランプポイント12g、積層体の巻き付け中心部10の下面側平板部5d側にクランプポイント12hを設定し、クランプポイント12gと12hとの間をクランプして、積層体を引っ張り可能にしておいても構わない。
また、折り曲げたことによって、積層体の折り曲げ端部5aの反対側に新たな折り曲げ端部5sが形成される。
また、芯材30、31、32同様、吸着剤4を利用して上部積層部8kと下部積層部8jとの接着を行っても構わない。これにより、折り曲げ折り重ねた時点で、仮固定が容易にできる。
なお、折り重ね部分に吸着剤4を挟んで配置する場合は、クランプ部材118cを上面側平板部5cに移動させる前に吸着剤4を配置しておく。また、積層体5を折りたたむと同時に折り重ねる上部積層部8kを下部積層部8jに固定するため、予め、接着位置11fに接着剤を塗布あるいはシール材を貼り付けておく。これにより、折りたたむと同時に、上部積層部8kと下部積層部8jに固定することができ、クランプ材113a、117e、118c、118dを取り除いたとき、上部積層部8kと下部積層部8jとの位置ずれが起きず、図16(b)の状態の積層体すなわち芯材33が成形される。
接着部分がうまく接着しない場合は、接着部を上から再度プレスして接着を促すことを行っても構わない。
また、吸着剤を利用し、折り重ね部の固定も容易に可能であるので、工作性にも優れている。
真空断熱材1の外包材2には、厚さ5μm以上100μm以下のラミネートフィルムであって、例えば、ナイロン(15μm)、アルミ蒸着PET(ポリエチレンテレフタレート)(12μm)、アルミ箔(6μm)、高密度ポリエチレン(50μm)で構成されるガスバリア性のあるプラスチックラミネートフィルムを使用する。
なお、側面22c、22dが閉じられていないと、コンベアから芯材をスライド挿入したときに、芯材が幅方向の位置において配置が定まらず、外包材から飛び出す可能性がある。よって、側面22cまたは22dもヒートシールにて閉じておき、閉じられた側面22cまたは22dの方向に芯材を押して、外包材内の所定の位置に収納させるということを行っても構わない。
通常の真空断熱材1の製造は、先ず開口部2aを有する袋状である外包材2に、芯材製造工程にて作成された所定の大きさと厚さの芯材3を挿入し、開口部2aが閉じないように固定して恒温槽にて約60℃〜110℃の温度下で1〜4時間乾燥を行う。通常、熱風循環式の乾燥炉を使用するが、予め除湿された乾燥エアを用いる乾燥炉でも構わない。乾燥後、まだ残存する水分や真空包装後の残存ガス、経時的に放出される芯材3からのアウトガス、外包材2のシール層を通して進入する透過ガスを吸着するための吸着剤4(ガス吸着剤や水分吸着剤など)を外包材2内に挿入し、柏木式真空包装機にて真空引き(減圧処理)を行う。真空引きは、チャンバ内真空度が1〜10Pa程度になるまで行い、そのままチャンバ内で外包材開口部をヒートシールして真空断熱材を得ることができる。
なお、この工程・作業は部分的に厚さの異なる芯材を用いる場合でも、ほぼ均等な厚さの芯材を用いる場合でも、同じである。ただし、吸着剤4は、芯材の折り重ね部分にセットさせている場合もあので、この工程で外包材2には配置せず、外包材2の開口部2aが閉じないように固定して恒温槽にて約60℃〜110℃の温度下で1〜4時間乾燥を行い、真空包装機にて真空引き(減圧処理)を、チャンバ内真空度が1〜10Pa程度になるまで行い、そのままチャンバ内で外包材開口部をヒートシールして所定の部分の厚みが違う真空断熱材を得ることができる。
以上のように作成された一枚の真空断熱材において厚さの異なる部分を有する真空断熱材は、複数の貯蔵室を有し、貯蔵庫毎に異なる保管温度が設定され、貯蔵庫毎に異なる断熱性能を要求されるような機器に対して有効であり、自動販売機、保冷庫、冷蔵庫、温水器、家庭用あるいは業務用の給湯装置(給湯機)、家庭用あるいは業務用の冷凍・空調装置、ショーケース、ジャーポットなどに適用できる。業務用としては、冷凍倉庫や住宅の壁・床・天井などの断熱材としても提供可能である。例えば、家庭用の冷蔵庫を例に適用方法を説明する。
また、扉にも同様に真空断熱材を含む断熱壁が備えられている。
また、冷蔵庫の箱体中に、上から順に冷蔵室、野菜室(冷蔵室)、冷凍室と並んでいる場合には、下部の貯蔵室に高い断熱性能の断熱壁を要求されるので、背面・側面に組み込む真空断熱材は、下端の所定の長さの部分を厚くした一枚の真空断熱材を組み込むことで、下の貯蔵室に対して高い断熱性能を付与できる。さらに、冷蔵室を冷凍室に切り替えて使う(例えば、冷蔵室内の分割された貯蔵室の内の一つを冷凍室に切り替える)場合には、上部と下部の貯蔵室に高い断熱性能の断熱壁を要求されるので、背面・側面に組み込む真空断熱材は、両端の所定の長さの部分を厚くした一枚の真空断熱材を組み込むことで、上下の貯蔵室に対して高い断熱性能を付与できる。このように、真空断熱材の厚さを部分的に変えたものを適用することによって、冷蔵庫に要求される様々なバリエーションの貯蔵室の配置を、内容量を減少させず、組立作業も容易に実現できる。
1a 真空断熱材の薄手部分
1b 真空断熱材の厚手部分
2 ガスバリア性容器(外包材)
2a 外包材の開口部
2b、2c、2d ヒートシール部
3 芯材
4 吸着剤
5 積層体
5a,5b 折り曲げ端部
5c 上面側平板部
5d 下面側平板部
5e,5g,5h,5m,5n,5r 折り曲げ線
5f,5j,5k,5p,5s 折り曲げ端部
6 繊維集合体(不織布)
7 繊維
8a 下部積層部
8b 上部積層部
8c 上部積層部
8d 下部積層部
8e 上部積層部
8f 中間部積層部
8g 上部積層部
8h 下部積層部
8j 下部積層部
8k 上部積層部
8m 下部積層部
8n 積層部
9 熱エンボス加工部
10 巻き付けの中心部
11a,11b,11c,11d,11e,11f 接着位置
12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12h クランプポイント
20 ガスバリア性容器(外包材)
20a 外包材の開口部
20b、20c、20d 外包材の開口部
20e 外包材の上面部
20f 外包材の下面部
21a、21b、21c ヒートシール部
22 ガスバリア性容器(外包材)
22a 外包材の開口部
22b 外包材の折り返し部
22c、22d 外包材の開口部(側面部)
22e 外包材の上面部
22f 外包材の下面部
23a、23b ヒートシール部
30,31,32,33 芯材
30a 積層部1
30b 積層部2
31a 積層部1
31b 積層部2
31c 積層部3
31d 積層部4
32a 積層部1
32b 積層部2
33a 積層部1
33b 積層部2
33c 積層部3
101 原反ロール
111 巻枠
112a,112b クランプ部材設置部
113a,113b クランプ部材
114a,114b 円周部材保持軸
115a,115b 円周部材
116 回転軸
117a,117b,117c,117d,117e クランプ部材
118a,118b,118c,118d クランプ部材
Claims (8)
- シート状の繊維集合体が内周から外周に向かって連続して巻き付けられ平板状に成形された積層体に、
前記積層体の巻き付け方向の2つの端部のうち一端を前記2つの端部のうち他端の側に折り曲げて重ねた前記積層体の厚さより厚い折り重ね部分を成形した芯材と、
前記芯材を内部に封入し減圧した外包材と、
を備えたことを特徴とする真空断熱材。 - 前記芯材は前記折り重ね部分の長さが前記積層体の巻き付け方向の長さの1/2以下であることを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記芯材は前記積層体の前記他端と前記一端とが対向するように前記他端が折り曲げられたことを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記芯材は前記積層体の前記他端が前記一端の側に折り曲げられ前記折り重ね部分に重ねられたことを特徴とする請求項1に記載の真空断熱材。
- 前記芯材は前記折り重ね部分の積層方向の間に吸着剤が配置されたことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の真空断熱材。
- 前記シート状の繊維集合体は、連続した有機繊維を加熱溶着にて形成した不織布であることを特徴とする請求項1から5のいずれか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を備え、前記外箱と内箱との間に請求項1から6のいずれかに記載の真空断熱材を配置したことを特徴とする断熱箱。
- 前記外箱と前記真空断熱材との間、および前記内箱と前記真空断熱材との間の両方またはいずれか一方に、断熱材が充填されたことを特徴とする請求項7記載の断熱箱。
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