JP2007239905A - 真空断熱箱体 - Google Patents

Abstract

【課題】インサート成形により金属箔と樹脂材料を複合化してなる箱体材料をエア溜りなく作製し、高信頼性を有する真空断熱箱体を提供する。
【解決手段】真空断熱箱体１は、少なくともガスバリア性材料からなる外箱３及び内箱６と、外箱３と内箱６とにより構成される空間７に減圧密封される芯材９と気体吸着剤９と水分吸着剤１０とからなる真空断熱構造を有する真空断熱箱体１であって、ガスバリア性材料が樹脂材と金属箔８をインサート成形により複層化した複合材料を含み、金属箔８に穿孔がある。
【選択図】図２

Description

本発明は、断熱を必要とするもの、例えば冷蔵庫、保温保冷容器、自動販売機、電気湯沸かし器、車両住宅等の真空断熱体として使用可能な真空断熱箱体に関するものである。

近年、地球環境問題である温暖化を防止することの重要性から、省エネルギー化が望まれており、民生用機器に対しても省エネルギーの推進が行われている。冷蔵庫などでは熱の進入を遮断し、冷凍システムの稼働率を下げることで、省エネルギーに寄与し、自動車のエンジンの循環系に組み込まれる保温貯液容器では、昇温冷却水を保温し、有効活用することで、エンジン動作初期からの燃焼効率を確保できる。以上のような観点から、断熱箱体の断熱性能向上が求められている。

空気が介在して熱伝導が行われる場合、断熱性能に影響を及ぼす物性として気体の平均自由行程がある。気体の平均自由行程とは、空気を構成する分子の一つが別の分子と衝突するまでに進む距離のことであり、平均自由行程よりも形成されている空隙が大きい場合は空隙内において分子同士が衝突し、気体による熱伝導が生じるため、熱伝導率は大きくなる。

真空断熱体の断熱原理は、熱を伝える空気をできる限り排除し、気体による熱伝導を低減することである。一方、平均自由行程よりも空隙が小さい場合は、熱伝導率は小さくなる。これは空気の衝突による熱伝導がほとんどなくなるためである。

このような課題を解決する一手段として、空間を保持する芯材と、空間と外気を遮断する外被材によって構成される真空断熱体がある。その芯材として、一般に、粉体材料、繊維材料、連通化した発泡体などが用いられているが、近年では、真空断熱体への要求が多岐にわたってきており、一層高性能な真空断熱体が求められている。真空断熱体は、主として真空断熱パネルとしての用途が多いが、形態の多様化により、容器状の真空断熱材である真空断熱箱体も求められている。

例えば、軽量化のため食器やコップなどの保温に用いられる樹脂製の真空二重容器の断熱構造においては、ガスバリア性を高めるために、内部空間に接する面に電気メッキや無電解メッキ、蒸着により、金属被膜を形成している。また、形状自由度を出すためにブロー成形やインジェクション成形を行い、内箱と外箱を溶着後、メッキを行っている（特許文献１参照）。

また、真空断熱パネルの外被材をインサート成形で樹脂材料と金属箔を複合化する工法として、インジェクション成形もしくはブロー成形により樹脂を成形し、その際、金属箔を金型に設置することで樹脂材の一部と複合化し、外被材としている（特許文献２参照）。
特開平６−１１３９６３号公報 特許第３１４１５３５号公報

特許文献１の構成では、成形性、重量、ガスバリア性に問題はないが、成形後、蒸着膜を形成するため、工数が増え、生産性が悪くなる。また複雑な形状の場合、蒸着膜を形成できない部位も生じるため形状上の制限がある。電解メッキにおいても、樹脂は電気伝導性がないため、導電性を付与するする必要があり、工数が増え、やはり生産性が悪い。また、無電解メッキにおいては、工程が増えるとともに、還元剤にホルムアルデヒド等の環境負荷物質を用いる問題がある。さらに電解メッキ法、無電解メッキ法ともに液体中で行うため、メッキ膜作製後、洗浄および乾燥工程が必要になり、乾燥が不十分だと真空度が悪化し、断熱性能も悪化する。さらに、樹脂材は金属材に比べ強度が低く、減圧すると、大気による圧縮力が加わり、樹脂材にクラックや変形が生じる問題がある。

また、内部にＸｅ等の不活性低熱伝導ガスを封入する手法もあるが、真空に比し、気体熱伝導率が上昇し、断熱性能は劣る。また、樹脂材の厚さを厚くすることで、強度を向上させることはできるが、厚さが増すため、ヒートリーク量が増えるとともに、材料コストも高く、さらに、壁材のスペースが増えるため、容積効率が悪くなる。

また、特許文献２の構成では、金属箔を一部分にのみ複合化し、金属箔のヒートリーク低減を図っているが、ブロー成形でインサート成形を行うと、樹脂パリソンと金属箔の間に空気が存在するため、空気が残存したエア溜りが発生しやすい。エア溜りがあると、エア溜り内の空気が樹脂層を通し、真空断熱箱体内部に侵入したり、金属箔が浮き上がった状態になっているため金属箔が破損しやすく、金属箔によるガスバリア性向上効果が低減する。さらに、空気溜り内の空気が圧縮されることで金属箔が剥離したり、空気溜り同士がつながって、外気との通気溝を形成し、そこから空気が浸入しガスバリア性が低下することがあった。また、成形装置全体を減圧雰囲気に設置すればエア溜りは減少するが、設備が大掛かりになり、かつ、生産性も劣る。

本発明の目的は、高い断熱性能を有する真空断熱箱体であって、高ガスバリア性を有し、異型性に優れ、信頼性が高く、かつ、軽量で、容積効率に優れた真空断熱箱体を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の真空断熱箱体は、少なくともガスバリア性材料からなる外箱及び内箱と、前記外箱と前記内箱とにより構成される空間に減圧密封される芯材とからなる真空断熱構造を有する真空断熱箱体であって、前記ガスバリア性材料が樹脂材と金属箔をインサート成形により複層化した複合材料を含み、前記金属箔に穿孔があることを特徴とするものである。

上記構成において、金属箔に穿孔を設けることで、樹脂材料と金属箔の間の空気が穿孔から排出されるため樹脂材料と金属箔はエア溜りなく複合化することが可能となる。

また、インサート成型で複層化することで、蒸着法やメッキ法のように、設備、工程の負荷を大きくすることなく、成形と同時に複層化できるという簡便な手法で複層化が可能である。あらかじめ、金属箔を複層化した樹脂シートを成形すると、樹脂と金属の伸び率や収縮率が異なるため、変形しなかったり、シートが破れたり、しわが生じたりするため箱体への成形が困難である。

また、本発明の真空断熱箱体は、前記穿孔が金属箔に均一に複数個形成されていることを特徴とするものである。

エア溜りができる箇所は成形体の形状や成形条件により異なるため、前記穿孔は均一に複数個設ける方が確実に除去できる。

また、本発明の真空断熱箱体は、前記芯材の減圧前後の体積変化率が５０％以内であることを特徴とするものである。

芯材の体積変化率とは、例えばラミネートフィルムの袋等のガスバリア性が高い袋に芯材を封入し、減圧することにより大気圧縮され減少した芯材体積が、減圧する前の芯材体積に対して減少した芯材体積の変化率のことである。

芯材の体積変化率が５０％以内であることにより、減圧による大気圧縮によって箱体が圧縮されても、芯材の体積変化が小さいため、箱体の変形も抑制でき、変形およびクラックの抑制といった信頼性を向上させることができる。

特に、箱体を構成する材料が薄く、強度が弱いものであれば、その効果は高く、また、箱体材料を薄くできるので、容積効率も向上する。特に金属箔と樹脂材を複層化した箱体では、箱体材料を薄くした場合、金属材料などと比べ、強度が低いため、芯材による変形量の低減効果は大きく、真空断熱箱体の信頼性を高めることができる。

一方、芯材の体積変化率が５０％より大きいと、箱体の変形も大きくなり、外観が著しく損なわれるとともに、外箱、内箱にクラック、へこみ、ゆがみ等が生じ、外気が流入することで、断熱効果は失われる。クラック等の劣化は減圧時に生じるものだけではなく、長期間応力が加わることで、変形、クラックを生じる現象も含む。

本発明の真空断熱箱体は、ガスバリア性に優れ、信頼性が高く、減圧による大気圧縮による箱体の変形やクラックがなく、異型性に優れ、容易に成形できる真空断熱箱体を提供することができる。

請求項１に記載の真空断熱箱体の発明は、少なくともガスバリア性材料からなる外箱及び内箱と、前記外箱と前記内箱とにより構成される空間に減圧密封される芯材とからなる真空断熱構造を有する真空断熱箱体であって、前記ガスバリア性材料が樹脂材と金属箔をインサート成形により複層化した複合材料を含み、前記金属箔に穿孔があるものであり、これにより、樹脂材料と金属箔の間の空気が穿孔から排出されるため樹脂材料と金属箔はエア溜りなく複合化することが可能となり、エア溜り内の空気の侵入や、金属箔の膨れが破れたり、広がったりすることによるガスバリア性の低下を防ぎ、信頼性の高い真空断熱箱体を構成することができる。

また、金属箔に穿孔を設けることで樹脂材料と金属箔の間の空気が穿孔から排出されるため樹脂材料と金属箔はエア溜りなく複合化することが可能となる。

さらに、穿孔の大きさ、数も成形条件や成形体の形状により最適値が異なるため、特に限定されるものではないが、穿孔の合計面積はできるだけ小さいほうが良い。

また穿孔の形状は特に指定する必要はなく、円形や方形、線状でも問題はない。

また、金属箔の被覆率は、エア溜り除去のための穿孔により、被覆率は低下する。被覆率が小さすぎるとガスバリア性向上の効果は低減し、真空断熱箱体としての信頼性を損なう。樹脂材料、必要性能により最低必要な被覆率は異なる。

また、インサート成型で複層化することで、蒸着法やメッキ法のように、設備、工程の負荷を大きくすることなく、成形と同時に複層化できるという簡便な手法で複層化が可能である。あらかじめ、金属箔を複層化した樹脂シートを成形すると、樹脂と金属の伸び率や収縮率が異なるため、変形しなかったり、シートが破れたり、しわが生じたりするため箱体への成形が困難である。

請求項２に記載の真空断熱箱体の発明は、請求項１に記載の発明における穿孔が、金属箔に均一に複数個形成されているものであり、エア溜りができる箇所は成形体の形状や成形条件により異なるため、穿孔は均一に複数個設ける方が確実に除去できる。

請求項３に記載の真空断熱箱体の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明における樹脂材が、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンフルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミドからなる群から少なくとも一つを用いるものであり、高ガスバリア性を有する樹脂材料を用いることで、さらにガスバリア性を向上させることができる。

請求項４に記載の真空断熱箱体の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、芯材の減圧前後の体積変化率が５０％以内であるものであり、減圧による大気圧縮によって箱体が圧縮されても、芯材の体積変化が小さいため、箱体の変形も抑制でき、変形およびクラックの抑制といった信頼性を向上させることができる。

特に、金属箔をインサート成形し、ガスバリア性を補強した真空断熱箱体では、容積効率を向上させるために箱体を構成する材料を薄くすることができるが、箱体材料を薄くした場合、金属材料などと比べ、強度が低いため、芯材による変形量の低減効果は大きく、真空断熱箱体の信頼性を高めることができる。

また、体積変形率は小さいほど、外箱および内箱の厚さを薄くしたり、伸び性や強度が劣る材料でも使用することができ、省スペース、材料削減の効果が得られる。また、より長期の信頼性を維持するためには、体積変化率は望ましくは２０％以内がよい。

また、表面変形をほぼ完全に防ぎ、外観をより美しくするためには、体積変化率は５％以内にすることがより好ましい。

一方、体積変化率が５０％より大きく、箱体の変形が大きくなると、外観が著しく損なわれるとともに、外箱、内箱にクラック、へこみ、ゆがみ等が生じ、外気が流入することで、断熱効果は失われる。クラック等の劣化は減圧時に生じるものだけではなく、長期間応力が加わることで、変形、クラックを生じる現象も含む。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における真空断熱箱体の外観図であり、図２は実施の形態１における真空断熱箱体の縦断面図であり、図３は実施の形態１における金属箔の外略図であり、図４は実施の形態１における金属箔インサート成形の製造略図であり、図５は実施の形態１における真空断熱箱体の中空二重壁構造の作製略図である。

図１を用いて本実施の形態１における真空断熱箱体の構成について説明する。

内部にお湯や水を溜められる貯湯容器構造をした真空断熱箱体１は、上部に内部へ水等を貯蔵するための注水口２を有し、外側はガスバリア性材料からなる外箱３で、空間７を減圧にするための排気口４と芯材を封入するための注入口５がある。

次に、図２を用いて、本実施の形態１における真空断熱箱体の断面構成について説明する。図１と同じ構成の部品については詳細な説明は省略する。

真空断熱箱体１は外箱３と内箱６とからなり、外箱３と内箱６の間には空間７が存在する。外箱３の内側と内箱６の外側には、金属箔８が成形されており、空間７の内部は芯材９で満たされており、気体吸着材１０と水分吸着材１１を有している。

空間７は排気口４から排気され、減圧空間となり、その後、排気口４を封止することで密封する。また、金属箔８は図３に示すように均一に穿孔１２が設けられている。

次に、図４を用いて、本実施の形態１における真空断熱箱体の作製方法について説明する。図１、図２と同じ構成部品については詳細な説明は省略する。

図４（ａ）において、ブロー成形用の金型１３と、樹脂材料を押し出す押し出し機１４と、押し出し機１４により押し出された筒状のパリソン１５からなり、金型１３の内側には穿孔１２を設けた金属箔８が設けられている。

図４（ｂ）では金型１３を閉じ、筒状のパリソン１５を金型内に封止する。そして、パリソン１５内に空気を封入し、パリソン１５を膨らませることで成形する。この際、パリソン１５と金型８の間に存在する空気が、パリソン１５と金型８の間にとじこめられるが、穿孔１２から空気が抜ける。

図４（ｃ）において、エア溜りのない高ガスバリア性を有したインサート成型品１６が成形される。

また、中空二重壁構造にするためにはいくつかの手法があるが、図５（ａ）にあるように、ブロー成形等で成形した内箱６を、外箱３は外箱３ａ，３ｂの二つ作製し、内箱６を挟みこんで溶接する。

または、図５（ｂ）にあるように内箱６も内箱６ａ，６ｂの二つずつ作製し、溶接することで真空二重壁構造とする。

または、図５（ｃ）にあるようように、ブロー成形で中空二重壁容器１７を中空二重壁容器１７ａ，１１ｂの二つずつ作製し、それぞれ溶接する。中空二重壁容器１７は図５（ｄ）にあるように、ブロー成形により中空体となっている。

次に芯材９の封入であるが、注入口５から封入し、真空引きは排気口４から行い、減圧後、注入口５、排気口４とも溶接し、封止するそして、中空部を成形後に芯材９を封入、あるいは先に芯材９を封入し、溶接することにより、断熱箱体を作製し、その後、空間７を減圧することで真空断熱箱体１を形成する。

高ガスバリア性材料とは、空気透過速度が１０［ｃｍ³・１０μｍ／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下であり、好ましくは１［ｃｍ³・１０μｍ／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下、より好ましくは０．１［ｃｍ³・１０μｍ／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］以下であることが望ましい。これは空気透過速度が１０［ｃｍ³・１０μｍ／ｍ²・ｄａｙ・ａｔｍ］より大きくなると、外部からの空気浸入量が増大し、長期信頼性が劣る。また、吸着材による空気吸着で対応しても、吸着材の必要量が増大し、吸着材の固体熱伝導率が増加し、断熱性能が低下する。

また、金属箔８は種類を限定するものではないが、Ａｌ、Ｆｅ，Ｃｕが一般的で、特に、Ａｌは安価で、用いやすい。また、金属箔８は金属単体でも構わないが、密着性を上げるために、樹脂材料側に、密着する樹脂との接合性に優れる樹脂材料をコーティング等で複層化することが望ましい。また、被覆箇所は凹凸の少ない部分の方が密着性が良く、望ましい。

また、芯材９は材料系を特に限定するものではなく、有機あるいは無機繊維、粉末を固形化したもの、発泡樹脂など、特に限定するものではない。

例えば繊維を用いた芯材９では、グラスウール、グラスファイバー、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維、シリカ繊維、ロックウール、炭化ケイ素繊維等の無機繊維、あるいは木綿等の天然繊維、ポリエステル、ナイロン等の合成繊維等の有機繊維など、公知の材料を使用することができる。

また、繊維状の芯材９で、より高性能な断熱性能を出すためには、芯材９が平均繊維径０．１μｍ以上１０μｍ以下の無機繊維からなり、かつ芯材９の密度が１００ｋｇ／ｍ³以上４００ｋｇ／ｍ³以下であることが望ましい。さらに、無機繊維はグラスウールであることが望ましい。

芯材９は繊維状にすることで、芯材同士が点接触し、接触面積が減少することで、芯材９を伝わる固体熱伝導率が減少する。また、芯材９は、十分乾燥させて、水分等の吸着ガスを除去し、使用することが望ましいが、有機繊維は、無機繊維よりも水分等の吸着ガスが発生しやすく、また、材料や温度によっては分解ガスも発生するため、断熱性能が低下するため、無機繊維が望ましい。

また、芯材繊維の平均繊維径が０．１μｍ未満であれば工業的生産は困難であり実用上不向きである。さらに、１０μｍより大きいと繊維間の空隙が大きくなり、初期性能に優れた真空断熱箱体を得ることができない。

また、密度を１００ｋｇ／ｍ³以上４００ｋｇ／ｍ³以下にすることにより繊維間の空隙径を減少させ、上記繊維径に対し初期性能、信頼性の面から最適な空隙径を保持した芯材を得ることができ、断熱性能に優れ、長期信頼性を確保した真空断熱箱体を作製することができる。

一方、粉末を用いた芯材９ではシリカ、パーライト、カーボンブラック等の無機粉末、あるいは合成樹脂粉末等の有機粉末などを、繊維バインダーあるいは無機や有機の液状バインダーにて固形化する等、公知の材料を使用することができる。

また、発泡樹脂ではウレタンフォーム、フェノールフォーム、スチレンフォーム等、公知の材料を使用することができる。

また、粉末状の芯材９で、より高性能な断熱性能を出すためには、平均一次粒子径が１００μｍ以下の乾式シリカと、平均繊維径１０μｍ以下の無機繊維材料０．５〜４０ｗｔ％とを均一に混合、加圧成形し、密度が５０ｋｇ／ｍ³以上４００ｋｇ／ｍ³以下であることが望ましい。

平均一次粒子径１００ｎｍ以下の乾式シリカと平均繊維径１０μｍ以下の無機繊維材料を用いて成形体とすることで、乾式シリカの固形化を図れ、さらに真空断熱特性に優れ、気相率高く、体積変化率が大きい乾式シリカの体積変化率を減少させるとともに、乾式シリカの粒子径が１００ｎｍ以下と非常に小さいため、粒子間の空隙間距離が小さく、気体熱伝導の影響が小さくなり、高断熱性能を有する真空断熱材を得ることができる。

固形化する要因としては、粒子径の小さい粉末同士であるため分子間力が働き粉末同士が付着する、あるいは乾式であるため表面官能基が少なく相互反発が少ないため粉末同士が付着しやすい、あるいはシリカと無機繊維という親和性のよい組合せであるため相互に付着しやすい、さらに無機繊維の繊維径が小さいため比表面積が大きくなるすなわち表面エネルギーが大きくなり粉末と結びつきやすくなる、あるいはそれらの相互作用によること等が考えられる。

さらに、粒子径の非常に細かい乾式シリカと繊維径の小さい無機繊維材料を用いることにより、粉立ちのほとんどない成形体を得られる。

この要因は、上記のように粒子径の小さい粉末同士の分子間力、表面官能基が少ないことによる粉末同士の付着、シリカと無機繊維との良好な親和性、細い繊維材料の大きな表面エネルギー等が考えられる。

また、上記組合せにより強固な成形体とともに、弾性も有しているため可撓性をも有する成形体を得ることができる。

この理由は、平均繊維径が１０μｍ以下の繊維を用いているため曲げ弾性が向上し、可とう性を有することができる等が考えられる。

また、密度を５０ｋｇ／ｍ³以上４００ｋｇ／ｍ³以下にすることにより粒子間の空隙径を減少させ、初期性能、信頼性の面から最適な空隙径を保持した芯材を得ることができ、断熱性能に優れ、長期信頼性を確保した真空断熱箱体を作製することができる。

また、前記乾式シリカに対して、カーボンブラック１〜３０ｗｔ％を混合することで、さらに断熱性能が向上する。このような乾式シリカに粉末状カーボン材料を混合した芯材を真空断熱箱体に用いることで、断熱性能が格段に向上する。

断熱性能向上のためにシリカに添加する粉末として、例えばカーボンブラックや酸化チタンなどは高温域で輻射防止材として働くことが知られているが、低温域でもカーボンブラック添加により大きな断熱性能向上が見られる。

この理由は定かではないが、シリカ粉末とカーボンブラックとの何らかの作用により固体熱伝導が低減されるためと考える。

また、乾式シリカとカーボンブラックと繊維材料を混合すると、断熱性能が高い成形体を形成することができる。

また、乾式シリカとカーボン材料を混合後、繊維材料を添加・混合しても、乾式シリカとカーボン材料と繊維材料とを同時に混合してもよいが、好ましくは前者の方がよい。これは、前者の方が乾式シリカとカーボン材料とが均一に分散しやすいためである。

乾式シリカと粉末状カーボンの混合方法としては、攪拌羽根を有する混合容器を用いることが望ましく、さらに、混合容器が自ら回転する、あるいは、底部にローターを有することにより、粉末を回転混合することが望ましい。

これは攪拌羽根を有する混合容器を使用することにより、原料中に存在するシリカの二次、あるいは、三次凝集体を解砕できるためである。その結果、シリカと粉末状カーボン材料は、均一に分散されるため、部分的な分散度の低下による断熱性能の悪化を抑制でき
る。

また、減圧前後の体積変化率が５０％以内であることが望ましい。芯材９の体積変化率とは、例えばラミネートフィルムの袋等のガスバリア性が高い袋に芯材９を封入し、減圧することにより大気圧縮され減少した芯材体積が、減圧する前の芯材体積に対して減少した芯材体積の変化率のことである。

体積変化率が５０％以内であることにより、減圧による大気圧縮によって箱体が圧縮されても、芯材９の体積変化が小さいため、箱体の変形も抑制でき、変形およびクラックの抑制といった信頼性を向上させることができる。特に、箱体を構成する材料が薄く、強度が弱いものであれば、その効果は高く、また、箱体材料を薄くできるので、容積効率も向上する。特に金属箔と樹脂材を複層化した箱体では、箱体材料を薄くした場合、金属材料などと比べ、強度が低いため、芯材９による変形量の低減効果は大きく、真空断熱箱体１の信頼性を高めることができる。

また、体積変形率は小さいほど、外箱３および内箱６の厚さを薄くしたり、伸び性や強度が劣る材料でも使用することができ、省スペース、材料削減の効果が得られる。また、より長期の信頼性を維持するためには、体積変化率は望ましくは２０％以内がよい。

また、表面変形をほぼ完全に防ぎ、外観をより美しくするためには、体積変化率は５％以内にすることがより好ましい。

一方、体積変化率が５０％より大きく、箱体の変形が大きくなると、外観が著しく損なわれるとともに、外箱３、内箱６にクラック、へこみ、ゆがみ等が生じ、外気が流入することで、断熱効果は失われる。クラック等の劣化は減圧時に生じるものだけではなく、長期間応力が加わることで、変形、クラックを生じる現象も含む。

また、本実施の形態１ではブロー成形で成形を行ったが、成型方法も限定するものではないが、ブロー成形、射出成型、真空成型、圧空成型が最も一般的で成型しやすく、いずれの成型方法でも構わない。また、ブロー成形は容器上の形状を、射出成形は精密な形状の成形を、真空成型、圧空成型は大型品の成形コストが安いといったそれぞれの特長があるため、これらの成型方法を組み合わせても構わない。

成形法、溶接法には種々の組合せがあるが、特に限定するものではない。ただし、ガスバリア性や強度の観点から、溶接部分はどうしても他の部分より劣るため、できるだけ少なくすることが好ましい。

また、本実施の形態１では二つに分割する表記しかないが、三つ以上に分割しても工数や溶接箇所が増えるが、真空断熱体としての機能は損なわないため、問題はない。

また、溶接方法は特に限定するものではなく、工数、設備の差はあるが接合には十分であり、振動溶着、超音波溶着、レーザー溶着、ＩＲＡＭ、ＤＳＩ、溶接、ホットメルト、電磁誘導、熱風溶着、インパルス溶着、熱風溶着、近赤溶着、拡散結合等が用いられる。また、これらを複合しても構わない。また、溶接部はあらかじめフランジ部を設けていると溶接シロができるため、溶接が容易になる。

また、さらに真空断熱体の信頼性を向上させるために、気体吸着剤９や水分吸着剤１０等のゲッター物質を使用している。その吸着機構は、物理吸着，化学吸着，および吸蔵，収着等のいずれでもよいが、非蒸発型ゲッターとして作用する物質が良好である。

具体的には、合成ゼオライト，活性炭，活性アルミナ，シリカゲル，ドーソナイト，ハイドロタルサイト等の物理吸着剤である。

化学吸着剤としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物や、アルカリ金属やアルカリ土類金属の水酸化物等が利用でき、特に、酸化リチウム，水酸化リチウム，酸化カルシウム，水酸化カルシウム，酸グネシウム，水酸化マグネシウム，酸化バリウム，水酸化バリウムが効果的に作用する。

また、硫酸カルシウム，硫酸マグネシウム，硫酸ナトリウム，炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，塩化カルシウム，炭酸リチウム，不飽和脂肪酸，鉄化合物等も効果的に作用する。

また、バリウム，マグネシウム，カルシウム，ストロンチウム，チタン，ジルコニウム，バナジウム等の物質を単独、もしくは合金化したゲッター物質を適用するのがより効果的である。

さらには、このような前記ゲッター物質を少なくとも窒素，酸素，水分，二酸化炭素を吸着除去するため、種々混合して適用することも可能である。

芯材９には、平均一次粒子径７ｎｍの乾式シリカ８４．５ｗｔ％と、平均粒子径４２ｎｍのカーボンブラック５．５ｗｔ％を混合した粉末、および繊維材料として平均繊維径７μｍのグラスウール１０ｗｔ％とを混合して成形したものである。

粉末をカッターミルで混合した後、さらに繊維材料を加えて混合した。このようにして作製した芯材９を１１０℃の乾燥炉で１時間乾燥し、加圧成形に供する。

内箱６は厚さ０．５ｍｍのポリプロピレン２枚で厚さ１００μｍのエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を挟んだ構造からなる多層材料で、成形はブロー成形で行う。また、ポリプロピレンとＥＶＯＨは接合材（１０μｍ）で接合されている。そしてナイロン（１０μｍ）とアルミニウム箔（２０μｍ）とポリプロピレン（７μｍ）の複層材からなる金属箔を、ブロー成形時に金型内面の平面部に設置しておき、成型と同時に内箱６に一体化するインサート成型を行う。

この際、アルミニウム箔を含む複層材には２０ｍｍ間隔で直径０．５ｍｍのパンチングを設けておくことで、エア溜りのないインサート成形を作製できる。アルミニウム箔のナイロンとアルミニウム、アルミニウムとポリプロピレンはそれぞれ接合材（５μｍ）で接合されている。また、金属箔はポリプロピレン側を内箱と接合させる。

外箱３は厚さ１ｍｍの高密度ポリエチレンと厚さ１００μｍのエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）からなる多層材料で、ブロー成形にて作製する。ポリエチレンには接合材を配合し、ＥＶＯＨとの密着性を上げる。金属箔８はナイロン（１０μｍ）とアルミニウム箔（２０μｍ）とポリエチレン（７μｍ）の複層材を用い、ブロー成型時に金型平面部に設置し、インサート成型する。

この際、アルミニウム箔を含む複層材には２０ｍｍ間隔で直径０．５ｍｍのパンチングを設けておくことで、エア溜りのないインサート成形を作製できる。金属箔８のナイロンとアルミニウム、アルミニウムとポリエチレンはそれぞれ接合材（５μｍ）で接合されている。また、金属箔８はポリエチレン側を外箱３と接合させる。外箱３はあらかじめ、中に内箱６を挿入し、接合できるように、成形後、二つに分割し、さらに接合部にフランジを設ける。

また、金属箔８による被覆率は全表面積の８０％であった。

さらに気体吸着材１０と水分吸着材１１を挿入する。気体吸着材１０はゼオライトを、水分吸着材１１は酸化カルシウムを用いた。外箱３と内箱６を溶着させ、さらに半分に切断した外箱３を切断部分で溶着した。

そして、箱体中空部を真空引きしながら、事前に準備した芯材９を注入口５から封入した。このとき１．２Ｎ／ｍｍ²にて加圧封入し成形体を作製した。

そして、箱体中空部を２５Ｐａまで減圧後、注入口５、排気口４とも封止した。以上のような真空断熱箱体１の熱伝導率は、０．００５７Ｗ／ｍＫであった。また、４０℃で３ヶ月放置したが、外観、性能、内圧の変化は見られなかった。

また、体積安定性を確認するため、成形体の厚みＶ１と、成形体をラミネートフィルムに封止し、真空断熱材作製後の体積Ｖ２を測定し、体積変化率ΔＶ＝（Ｖ２−Ｖ１）×１００／Ｖ１を求めた。結果、ΔＶ＝３％であった。

以上のように、本発明にかかる真空断熱箱体は、ガスバリア性に優れ、信頼性が高く、減圧による大気圧縮による箱体の変形やクラックがなく、異型性に優れ、容易に成形できる真空断熱箱体を構成でき、優れた断熱性能を発現可能なものであり、自動車用の蓄熱式暖気装置や冷凍冷蔵庫および冷凍機器をはじめとした温冷熱機器や、熱や寒さから保護したい物象などのあらゆる断熱用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における真空断熱箱体の外観斜視図 本発明の実施の形態１における真空断熱箱体の縦断面図 本発明の実施の形態１における真空断熱箱体に用いる金属箔の平面図 本発明の実施の形態１における真空断熱箱体の金属箔インサート成形の製造工程を示す説明図 本発明の実施の形態１における真空断熱箱体の中空二重壁構造の作製方法を示す説明図

符号の説明

１ 真空断熱箱体
３ 外箱
６ 内箱
７ 空間
８ 金属箔
９ 芯材
１２ 穿孔

Claims (4)

1. 少なくともガスバリア性材料からなる外箱及び内箱と、前記外箱と前記内箱とにより構成される空間に減圧密封される芯材とからなる真空断熱構造を有する真空断熱箱体であって、前記ガスバリア性材料が樹脂材と金属箔をインサート成形により複層化した複合材料を含み、前記金属箔に穿孔があることを特徴とする真空断熱箱体。
2. 前記穿孔が、金属箔に均一に複数個形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱箱体。
3. 前記樹脂材が、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンフルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミドからなる群から少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空断熱箱体。
4. 前記芯材の減圧前後の体積変化率が５０％以内であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の真空断熱箱体。

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