JP6030467B2 - 真空断熱パネルおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、真空断熱パネルおよびその製造方法に関する。
特許文献1には、第1および第2金属製薄板の間にスペーサを配設し、外周部に封止部を設けて空間部内を密封した真空断熱パネルが記載されている。しかし、この真空断熱パネルは、外周部に金属製薄板の縁が露出しているため、取り扱いに関する作業性が悪い。また、薄板状に形成された真空断熱パネルは、製造時および断熱対象物に配置した時の熱によって角部に反りが生じるため、断熱対象物に配置する際の作業性が悪い。
特開2002−130583号公報
本発明は、金属板材の縁の露出を防止するとともに、反りを実質的に無くすことが可能な真空断熱パネルおよびその製造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明の真空断熱パネルは、対向配置した多角形状の第1および第2金属板材の外周部に封止部を設け、密封した封止部内の空間部を真空排気した真空断熱パネルであって、前記金属板材の各辺に、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた辺部折返部を設けた構成としている。
この真空断熱パネルは、対向配置した多角形状の第1および第2金属板材の外周部に封止部を設けて空間部を密封した後、前記空間部内を真空排気して封止し、前記封止部の外側に折曲線が位置するように、前記金属板材の各辺を折り曲げて辺部折返部を形成することにより、製造される。
金属板材の各辺に折返部を設け、外周部に鋭い縁ではなく折返しによる湾曲部を位置させているため、取り扱いに関する作業性を向上できる。また、折返部を設けることにより外周部が補強されるため、剛性を高めることができ、反りが発生していても矯正して実質的に無くすことができる。さらに、折返部により延面距離を確保できるため、伝熱による温度低下を防止し、断熱性能を高めることができる。
前記金属板材の各角に、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた角部折返部を設けることが好ましい。この場合、前記金属板材の各角に、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた角部折返部を設けるとともに、前記金属板材の各辺に、前記角部折返部の折曲線との交差部が前記封止部の外側に位置するように前記金属板材を折り曲げた辺部折返部を設ける構成としてもよい。また、角部折返部は、前記辺部折返部を形成する前に、前記封止部の外側で前記金属板材の各角を折り曲げて形成する。
角部折返部と辺部折返部とを設ける場合、傾斜角度が異なる各折曲線が交差するため、その交差部が金属疲労等により破損して小孔が生じる。よって、交差部が空間部を構成する封止部内に位置する場合には、リークが発生して断熱性能が低下する。しかし、本発明の真空断熱パネルは、角部折返部および辺部折返部の各折曲線の交差部が封止部の外側に位置するため、破損が生じてもリークが生じることはない。よって、真空度が低下して断熱性能が低下することを確実に防止できる。
前記金属板材の各角部に、前記封止部の外側に位置するように面取部を設けることが好ましい。このようにすれば、辺部折返部の形成により隣接した辺部折返部が角部で交差することを防止できる。なお、面取部は、辺部折返部を形成した後の辺部折返部が形成されていない領域の縁が、5mm以下になる寸法の線縁部を有する。5mm以下の線縁部は、人体が擦れても裂傷が生じ難い。5mmより長い線縁部は、人体が擦れると裂傷が生じる可能性が高いため、辺部折返部を形成する辺に属する。そのため、面取部を形成する場合には、角部折返部は必ずしも形成する必要はない。また、面取部は、角面取り、しゃくり面取り、几帳面取り等の直線縁部からなる構成が好ましいが、円弧状の曲線縁部を有する丸面取りであってもよい。
前記辺部折返部は、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた第1辺部折返部と、前記封止部の内側で折り曲げた前記金属板材を第2辺部折返部と、を備える。このようにすれば、金属板材の縁を内部に折り込むことができる。即ち、真空断熱パネルの外周縁だけでなく、表面に露出することを防止できるため、更に取り扱いに関する作業性を向上できる。
また、前記空間部内に、前記辺部折返部の折曲線の外側にかけて外周部が延びて共に折り曲げられる第1コア材と、前記辺部折返部の前記折曲線の内側に外周部が位置し前記第1コア材上に配設される第2コア材と、を配設し、前記辺部折返部を前記第2コア材の側へ折り曲げることが好ましい。このようにすれば、辺部折返部内に第1コア材が位置するため、外周部での断熱性能を確保できる。また、第2コア材の側に辺部折返部を折り曲げるため、真空断熱パネルの外周部の肉厚が厚くなることを抑制できる。
本発明の真空断熱パネルでは、金属板材の各辺に折返部を設け、外周部を折返しによる湾曲部としているため、取り扱いに関する作業性を向上できる。また、折返部により側部を補強できるため、反りが発生していても矯正して実質的に無くすことができる。さらに、折返部により伝熱による温度低下を防止し、断熱性能を高めることができる。
また、金属板材の角および辺の両方に折返部を設けることにより、取り扱いに関する作業性を向上できる。そのうえ、角部折返部および辺部折返部の各折曲線を封止部の外側で交差させ、リークが生じることを防止しているため、断熱性能の低下を防止できる。
本発明に係る第1実施形態の真空断熱パネルを示す平面図。 図1の中央横断面図。 第1金属板材の加工構成を示す平面図。 製造方法の第1工程を示す平面図。 製造方法の第2工程を示す平面図。 製造方法の第3工程を示す平面図。 製造方法の第4工程を示す平面図。 製造方法の第5工程を示す平面図。 製造方法の第6工程を示す平面図。 (A),(B)は取付治具の一例を示す平面図、(C)は取付具を用いた使用状態の一例を示す平面図。 第2実施形態の真空断熱パネルを示す断面図。 第3実施形態の真空断熱パネルを示す平面図。 第3実施形態の製造方法の一工程を示す平面図。
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
(第1実施形態)
図1および図2は、本発明の第1実施形態に係る真空断熱パネル10を示す。この真空断熱パネル10は、一対の金属板材11A,11Bを接合して形成された、平面視正方形状で肉厚が1〜20mm程度の薄型である。本実施形態では、外周部に折返部19,20を設けて、金属板材11A,11Bの縁の露出を防止するとともに、各角および各辺で生じる反りを実質的に無くしている。
真空断熱パネル10は、対向配置された第1および第2金属板材11A,11Bと、これらの間の空間部21に配設したコア材22A〜22Cとを備える。空間部21は、第1および第2金属板材11A,11Bの外周に封止部15を設けることにより密封されるとともに、真空排気されている。各角には角部折返部19が設けられ、四方の各辺には第1辺部折返部20Aと第2辺部折返部20Bとを有する辺部折返部20が設けられている。
各金属板材11A,11Bは、肉厚30μm〜1mmの薄いステンレス(SUS304)板により形成される。なお、金属板材11A,11Bはステンレスに限られず、鉄やチタン等の金属板であってもよく、必要とされる耐熱温度に応じて変更が可能である。しかも、第1金属板材11Aと第2金属板材11Bとで異なる金属材料のものを使用してもよい。以下に、金属板材11A,11Bの加工構成について、図3を参照して説明する。なお、図3は第1金属板材11Aを示し、第2金属板材11Bは、後述する排気孔14が形成されていない点でのみ相違する。
図3に示すように、接合前の金属板材11A,11Bは正方形状であり、接合による封止後に図中破線で示す切断線12a〜12dで切断される。これにより図4Cに示すように、直線状に切断した角面取り形状の面取部13が形成される。面取部13は、辺部折返部20を形成した後の辺部折返部20が形成されていない領域(後述する隙間S)の縁が、5mm以下になる寸法の線縁部を有する。また、面取部13は、角面取りの代わり、しゃくり面取り、几帳面取り等の直線縁部のみからなる構成としてもよいし、円弧状の曲線縁部を有する丸面取りとしてもよい。一角の切断線12aの外側には排気孔14が設けられる。この排気孔14は、第1金属板材11Aにのみ形成され、第2金属板材11Bには形成されない。
金属板材11A,11Bは、図3に一点鎖線で示す封止線15a〜15hに沿って封止(封止部15)される。封止線15a〜15dは切断線12a〜12dに対して所定間隔をあけて内側に位置し、封止線15e〜15hは各辺縁(直線縁部)に対して所定間隔をあけて内側に位置する。そのうち、封止線15e,15fは、互いの一端が交差するように排気孔14の外側まで直線的に延びている。封止線15e,15fの他端および封止線15g,15hの両端は、封止線15a〜15dの両端にかけて延びている。封止線15aを除く封止線15b〜15hは真空排気前に封止され、封止線15aは真空排気後に封止される。なお、封止は、シーム溶接等の圧着接合またはTIG溶接等の突き合わせ溶接、MIGブレージング等によって行われる。
金属板材11A,11Bは、図3に二点鎖線で示す折曲線16a〜16d,17a〜17d,18a〜18dに沿って折り曲げられ、屈曲状態に塑性変形される。角用折曲線16a〜16dは、封止線15a〜15dに対して所定間隔をあけて外側に位置し、金属板材11A,11Bの各辺縁にかけて延びる。第1辺用折曲線17a〜17dは、封止線15e〜15hに対して所定間隔をあけて外側に位置し、角用折曲線16a〜16dにかけて延びる。第2辺用折曲線18a〜18dは、封止線15e〜15hに対して所定間隔をあけて内側に位置する。また、第2辺用折曲線18a〜18dは、互いに交差することなく、封止線15a〜15dを超えて角用折曲線16a〜16dにかけて延びる。
切断線12a〜12d、封止線15a〜15h、角用折曲線16a〜16d、第1辺用折曲線17a〜17dおよび第2辺用折曲線18a〜18dの位置や寸法等の情報は、加工設備の制御装置に入力されている。
角用折曲線16a〜16dに沿って折り曲げることにより、金属板材11A,11Bの各角には、封止線15a〜15dの外側で折り曲げられる角部折返部19が形成される。第1および第2辺用折曲線17a〜17d,18a〜18dに沿って折り曲げることにより、金属板材11A,11Bの各辺には、角用折曲線16a〜16dとの交差部が封止線15a〜15dの外側に位置するように折り曲げられる辺部折返部20が形成される。辺部折返部20は、封止線15e〜15hの外側で折り曲げられる第1辺部折返部20Aと、封止線15e〜15hの内側で折り曲げられる第2辺部折返部20Bとを備える。四方の各辺縁と第1辺用折曲線17a〜17dとの間の領域が、第1辺部折返部20Aを構成する。第1辺用折曲線17a〜17dと第2辺用折曲線18a〜18dとの間の領域が、第2辺部折返部20Bを構成する。
第1および第2金属板材11A,11Bの間において、封止線15a〜15hの内側には空間部21が形成される。この空間部21内には、コア材22A〜22Cと、輻射伝熱を防止するための金属箔(銅箔)23A,23Bと、封止後に発生したガスを吸引して真空度を維持するためのゲッター(図示せず)とが配設される。
コア材22A〜22Cは、各角を面取りした如き八角形状であり、ガラス繊維、セラミック繊維、カーボン繊維等の織布又は不織布、あるいは、マイカ板、セラミックウール、セラミックボード等が使用される。第1のコア材22Aの外周部は、第2辺用折曲線18a〜18dの外側、かつ、封止線15a〜15dの内側に位置する。即ち、第2辺用折曲線18a〜18dに沿って金属板材11A,11Bが折り曲げられると、共に折り曲げられる寸法設定である。第2のコア材22Bの外周部は、第2辺用折曲線18a〜18dの内側に位置する。即ち、各折曲線16a〜16d,17a〜17d,18a〜18dで折り曲げられても、折り曲げられることはない寸法設定である。第3のコア材22Cの外周部は、第2のコア材22Bの外周部より更に内側に位置する。そして、第1および第2の辺用折曲線17a〜17d,18a〜18dに沿って辺部折返部20A,20Bを折り曲げた状態で、その内側縁より内側に位置する寸法設定である。
図2に示すように、金属箔23Aはコア材22Bと同一寸法で形成され、金属箔23Bはコア材22Cと同一寸法で形成される。これら金属箔23A,23Bは、コア材22A〜22Cの間に挟み込んだ状態で配設される。具体的には、下方からコア材22A、金属箔23A、コア材22B、金属箔23B、コア材22Cの順番で積層する。そして、例えば治具を貫通させ、各コア材22A〜22Cの繊維を部分的に絡ませることにより一体化し、一体的に配置可能としている。
次に、真空断熱パネル10の製造方法について説明する。
図4Aに示すように、第2金属板材11Bを配置し、その上に一体化したコア材22A〜22C、金属箔23A,23Bおよびゲッターを配置する。ついで、図4Bに示すように、コア材22C上に第1金属板材11Aを配置した後、封止線15b〜15hに沿って金属板材11A,11Bを接合して空間部21を密封する。この状態で、排気孔14に周知の排気装置を接続し、空間部21を予め規定した真空度になるように真空排気する。規定の真空度に達し、リークが無いことを確認すると排気孔14を封止する。ついで、図4Cに示すように、封止線15aに沿って排気孔14の内側を接合して空間部21を封止した後、切断線12a〜12dに沿って金属板材11A,11Bの各角を切断(面取り)する。
ついで、図4Dに示すように、角用折曲線16a〜16dに沿って角部折返部19を折り曲げた後、図4Eに示すように、第1辺用折曲線17a〜17dに沿って第1辺部折返部20Aを折り曲げる。この際、各折返部19,20Aは、コア材22A〜22Cを配置した上側へ折り曲げる。また、上側に位置する第1金属板材11Aが折り重なる位置まで折り曲げる。最後に、図4Fに示すように、第2辺用折曲線18a〜18dに沿って第2辺部折返部20Bを上側に折り曲げる。この際、第2辺部折返部20Bの第2金属板材11Bと空間部21上の第1金属板材11Aとが平坦になる位置まで折り曲げる。これにより、図1および図2に示す真空断熱パネル10が形成される。
このように製造した真空断熱パネル10は、金属板材11A,11Bの各角および各辺に折返部19,20A,20Bを設けているため、外周部には鋭い縁ではなく折返しによる湾曲部が位置する。そのため、鋭い縁で作業者が裂傷を負うことはなく、取り扱いに関する作業性を向上できる。また、折返部19,20を設けることにより側部が補強されるため、剛性を高めることができる。そして、真空排気時の熱で、反りが発生していても、矯正して実質的に無くすことができる。さらに、折返部19,20により外周部での延面距離を確保できるため、伝熱による温度低下を防止し、断熱性能を高めることができる。
また、金属板材11A,11Bの角部に面取部13および角部折返部19を形成しているため、隣接した辺部折返部20,20が角部で交差することを防止できる。さらに、真空断熱パネル10は、角部折返部19および辺部折返部20Bの各折曲線16a〜16d,18a〜18dの交差部が封止線15a〜15hの外側に位置する。そのため、加工による金属疲労破損等が生じてもリークが生じることはない。よって、真空度が低下して断熱性能が低下することを確実に防止できる。
さらに、辺部折返部20を第1辺用折曲線17a〜17dの外側で折り曲げた第1辺部折返部20Aと、第2辺用折曲線18a〜18dの内側で折り曲げた第2辺部折返部20Bとで構成している。よって、金属板材11A,11Bの縁は、真空断熱パネル10の外周部だけでなく、表面に露出することを防止できるため、更に取り扱いに関する作業性を向上できる。
そして、コア材22A〜22Cは、第1のコア材22Aが辺部折返部20内に位置するため、外周部での断熱性能を確保できる。また、第2のコア材22Bは第2辺用折曲線18a〜18dより内側に位置するため、真空断熱パネル10の外周部の肉厚が厚くなることを抑制できる。また、第3のコア材22Cは、折り曲げた辺部折返部20より内側に位置する寸法設定であるため、略平坦な仕上がり状態とすることができる。
本実施形態の真空断熱パネル10の角部には、例えば角用折曲線16aと第2辺用折曲線18a,18dとの交差部間に相当する隙間Sが形成される。そのため、この隙間S(面取部13)を利用した取付治具30A,30Bにより、所定の断熱対象物の壁面に装着することができる。
具体的には、図5(A),(B)に示すように、取付治具30A,30Bは、多数の真空断熱パネル10を並べて配置した際に、角部で囲まれた空隙内に配置される固定部31を備える。言い換えれば、固定部31に必要な大きさを考慮して、真空断熱パネル10の面取部13および隙間Sを調整する。固定部31には、ネジ等を挿通するための挿通孔32が形成されている。また、固定部31には、隙間Sから第2辺部折返部20B内に配置される連結部33が一体的に設けられている。図5(A)に示す取付治具30Aは4個の連結部33が設けられ、4枚の真空断熱パネル10を位置決めして配設する。図5(B)に示す取付治具30Bは2個の連結部33が設けられ、2枚の真空断熱パネル10を位置決めして配設する。これら取付治具30A,30Bを用いることにより、薄板状の真空断熱パネル10を図5(C)に示すように整列して配設することができる。
(第2実施形態)
図6は第2実施形態の真空断熱パネル10を示す。この第2実施形態では、第2辺用折曲線18a〜18dに沿って辺部折返部20を折り曲げる際に、第2金属板材11Bに対して下方から上方へ内向きに傾斜させる構成としている。このようにした真空断熱パネル10は、辺部折返部20を折り曲げた側を断熱対象物の側に配置し、平坦な側(第2金属板材11B側)を大気側に配置することで、断熱対象物との間に断熱空間を形成することができる。そのため、更に断熱性能の向上を図ることができる。
(第3実施形態)
図7Aおよび図7Bは第3実施形態の真空断熱パネル10を示す。この第3実施形態では、各実施形態と同様に封止部15の外側に位置するように面取部13が形成されるが、角部折返部19は設けない構成とした点で、各実施形態と相違する。また、辺部折返部20は、封止部15の外側で折り曲げる第1辺部折返部20のみで構成した点で、各実施形態と相違する。
面取部13は、第1実施形態と同様に、辺部折返部20が形成されていない領域(隙間S)の切断縁が、5mm以下になる寸法の線縁部を有する。5mm以下の線縁部は、人体が擦れても裂傷が生じ難く、5mmより長い線縁部は、人体が擦れると裂傷が生じる可能性が高い。そのため、5mmより長い線縁部(面取部13)は、辺部折返部20を形成する多角形状の辺に属する。即ち、金属板材11A,11Bの角部に面取部13を形成する場合には、角部折返部19は形成しない構成とすることができる。また、辺部折返部20を形成するための辺用折曲線17a〜17d(図7Bでは17cは図示せず)は、封止部15の外側に位置し、両側の面取部13にかけて延びるように設けられている。
この第3実施形態の真空断熱パネル10は、金属板材11A,11Bの角部に面取部13を形成しているため、各実施形態と同様に、隣接する辺部折返部20,20が交差することを防止できる。また、5mmより長い線縁部からなる各辺には辺部折返部20を形成し、5mm以下の直線縁部からなる面取部13には折返部19,20を形成していない。そのため、取り扱い時に人体が擦れても裂傷が生じるこを防止したうえで、取り扱いに関する作業性を向上できる等、同様の作用および効果を得ることができる。
なお、本発明の真空断熱パネル10およびその製造方法は、前記実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、第1および第2実施形態のように角部折返部19を形成する場合、角部折返部19との交差部が封止部15の外側に位置するように辺部折返部20Bを設ければ、封止部15の外側で折り曲げる辺部折返部20Aは設けない構成としてもよい。
また、第1および第2実施形態では、第3実施形態と同様に、第1辺部折返部20だけで構成してもよい。さらに、第3実施形態では、第1辺部折返部20のみで構成したが、第1および第2実施形態と同様に、一対の第1および第2辺部折返部20A,20Bにより構成してもよい。そして、第1辺部折返部20のみを設ける場合、角部折返部19の後に形成する構成に限らず、先に形成する構成としてもよい。
また、前記実施形態の真空断熱パネル10は、正方形状に形成したが、三角形状や五角形状としてもよく、多角形状とすればよい。さらに、前記実施形態では、金属板材11A,11Bの角を切断して面取部13を形成して、角部折返部19を形成する構成としたが、面取部13を設けることなく角用折曲線16a〜16dに沿って折り曲げて角部折返部19を形成する構成としてもよい。
10…真空断熱パネル
11A,11B…第1および第2金属板材
12a〜12d…切断線
13…面取部
14…排気孔
15…封止部
15a〜15h…封止線
16a〜16d…角用折曲線
17a〜17d…第1辺用折曲線
18a〜18d…第2辺用折曲線
19…角部折返部
20…辺部折返部
20A,20B…第1および第2辺部折返部
21…空間部
22A〜22C…コア材
23A,23B…金属箔
30A,30B…取付治具
31…固定部
32…挿通孔
33…連結部

Claims (5)

  1. 対向配置した多角形状の第1および第2金属板材の外周部に封止部を設け、密封した封止部内の空間部を真空排気した真空断熱パネルであって、
    前記金属板材の各辺に、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた辺部折返部を設け
    前記金属板材の各角部に、前記封止部の外側に位置するように面取部を設けたことを特徴とする真空断熱パネル。
  2. 対向配置した多角形状の第1および第2金属板材の外周部に封止部を設け、密封した封止部内の空間部を真空排気した真空断熱パネルであって、
    前記金属板材の各角に、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた角部折返部を設けるとともに、
    前記金属板材の各辺に、前記角部折返部の折曲線との交差部が前記封止部の外側に位置するように前記金属板材を折り曲げた辺部折返部を設けた
    ことを特徴とする真空断熱パネル。
  3. 前記金属板材の各角部に、前記封止部の外側に位置するように面取部を設けたことを特徴とする請求項2に記載の真空断熱パネル。
  4. 前記辺部折返部は、前記封止部の外側で前記金属板材を折り曲げた第1辺部折返部と、前記封止部の内側で折り曲げた前記金属板材を第2辺部折返部と、を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の真空断熱パネル。
  5. 前記空間部内に、前記辺部折返部の折曲線の外側にかけて外周部が延びて共に折り曲げられる第1コア材と、前記辺部折返部の前記折曲線の内側に外周部が位置し前記第1コア材上に配設される第2コア材と、を配設し、
    前記辺部折返部を前記第2コア材の側へ折り曲げたことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の真空断熱パネル。
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