(57)【要約】【課題】断熱性を有する芯材とその周囲を覆う２枚の外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部がシーム溶接法で封止された耐久性に優れた真空断熱パネルを製造する際、真空中でのシーム溶接長さを減らし溶接不良を回避して溶接接合する。【解決手段】二枚の外包金属板周縁部の内の１辺を除く他辺を交差するように溶接し、残された１辺の開口部は辺の両側を先に溶接された両側の溶接ラインと交差し且つ開口部が残るように溶接し、その後真空中で残された１辺の開口部をシーム溶接により最終封止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱性を有する芯材と、前記芯材を内包する二枚の外包金属板からなり、
前記二枚の外包金属板の周縁部が溶接により封止されて、前記二枚の外包金属板の内部が真空状態とされている真空断熱パネルを製造する方法であって、
前記二枚の外包金属板が前記芯材を内包するように重ね合わせる工程と、
重ね合わされた前記二枚の外包金属板周縁部の一部に開口部を設けるように大気中で溶接して封止する工程と、
続いて、真空チャンバー内で前記開口部より前記二枚の外包金属板の内部を真空排気した後、前記開口部をシーム溶接により最終封止する工程と、
からなる真空断熱パネルの製造方法。
【請求項２】
真空断熱パネルは矩形であり、大気中で行った溶接の溶接線は複数の直線が互いに交差したものであり、開口部のある辺の両端の溶接ラインの交差角度θが、７０°≦θ＜９０°または９０°＜θ≦１１０°の範囲で溶接された請求項１に記載の真空断熱パネルの製造方法。
【請求項３】
真空断熱パネルは矩形であり、開口部の長さは、外包金属板の各辺の長さのうち最小の長さよりもさらに小さいことを特徴とする請求項１に記載の真空断熱パネルの製造方法。
【請求項４】
大気中で行う開口部のある辺の溶接は、どちらか片側のみ溶接することを特徴とする請求項２または３に記載の真空断熱パネルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば冷蔵庫や保冷庫、或いは保温庫や住宅等の断熱壁等に好適に用いられる真空断熱パネルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、電力不足などの影響によりあらゆる産業で省エネ製品や省エネ技術の開発が進められている。真空断熱パネルも省エネ対策の１つとして開発された商品であり、現在では冷蔵庫や自動販売機などの断熱材として、断熱性能を高めて消費電力を抑えるために広く採用されている。
また、住宅用の断熱材としての適用検討も進められているが、現行の真空断熱パネルは、例えば図１の左図に示すように、グラスウール等の芯材をアルミラミネートフィルムでヒートシールした構造のものが一般的である。
【０００３】
アルミラミネートフィルムでヒートシールした構造の真空断熱パネルでは、ヒートシール部から水分が透過して真空度が低下するため、活性炭やゼオライト等の吸着剤を封入しているが、それでも７〜８年で断熱性能が半減するといった問題がある。
このため、長期に亘って断熱性を維持できる真空断熱パネルの開発が望まれている。
そこで、例えば図１の右図に示すように、グラスウール等の芯材をステンレス鋼などの薄金属板で包み、真空引きした後、端部を溶接接合して真空断熱パネルを製造することが各種試みられている。そして、真空引き方法として各種方法が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、芯材を包む金属外包材の一方に空気を案内して排出するための溝と溝に接続された排気口を設けて真空引き行う方法が提案されている。この方法では、予め真空引きを行う前にシーム溶接やプラズマ溶接などで溝および排気口周辺の予備封止を行い、予備封止後に溝部を通して排気口より真空引きを行い、真空引き完了後、溝部周辺をプレスなどにより平らにした後に先と同じ溶接方法により平らになった溝部上を溶接し完全封止して、封止完了後、余分な材料をカットして真空断熱パネルを製造している。
【０００５】
また特許文献２では、外周部が溶接接合された上下包材によって形成される略平板状の空間内に厚肉領域と薄肉領域を兼ね備えたスペーサー（断熱材）を挿入し、真空引き時は厚肉領域と薄肉領域で発生する段差を利用して上下包材の内面が接触することを防止するとともに、排気通路を確保しながら排気口より真空引きを行った後、排気口を封止し、排気口手前を溶接接合し、その後に溶接箇所の外側をカットして真空断熱パネルを製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９‐２２８８０３号公報
【特許文献２】特開２００１‐３１１４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先述した特許文献はいずれも真空チャンバーを必要とせず、大気中で直接真空ポンプにより真空引きを行いシーム溶接などで真空断熱パネルを製造する方法であるが、これらの方法では１０Ｐａ以下の高真空の真空断熱パネルを製造することは難しい。真空断熱パネルは内部真空度が高いほど断熱性能が向上することは一般的に知られており、断熱性能の優れた真空断熱パネルを製造するためには内部真空度が重要となってくる。しかしながら、先述した方法では封止の際にパネル内部に大気が侵入し内部真空度が悪化する可能性がある。
また、溶接封止部に欠陥がありリークした場合、ポンプが大気を直接吸引する可能性があるため、ターボポンプのような高真空領域から使用する高性能な真空ポンプは破損の危険性があり使えない。このため、直接大気圧から吸引可能で到達真空度もそれほど高くない真空ポンプが採用されるケースが多く、真空度の高い真空断熱パネルを製造することは難しい。
【０００８】
こうした理由などもあり、大気中で真空断熱パネル製造するのではなく真空チャンバー内で真空断熱パネルを製造する方法も検討されている。
真空中での封止により、大気侵入による内部真空度悪化の心配がなく、例えリークした場合でも周囲が高真空領域のために大気を直接吸引する可能性がなく、高性能な真空ポンプを使用できる利点が挙げられる。このため、高性能な真空ポンプを使ってパネル内部を高真空にした上で封止することにより、大気中で製造した真空断熱パネルよりも高真空・高性能な真空断熱パネルが得られることになる。
【０００９】
しかしながら、問題点もある。気密性が必要とされる燃料タンクや容器などの溶接にはシーム溶接が広く採用されているが、このシーム溶接を使って真空チャンバー内で真空断熱パネルを製造する場合、所定の真空度まで真空引きをした後にパネルの周縁部全てをシーム溶接により封止する事になる。しかし、真空中でシーム溶接を行うと、溶接により発生した熱が電極に蓄積され、電極が損耗し溶接不良が発生しやすくなるといった欠点がある。この現象は溶接する長さ・時間が長いほど発生しやすく、真空中でシーム溶接によりパネルの周縁部全てを溶接不良なく安定して溶接することは難しい。また、真空チャンバー内でシーム溶接により真空断熱パネルを製造する場合、真空チャンバー内にシーム溶接機だけでなく、パネルを固定するための治具やテーブル、更にはパネル形状に沿ってシーム溶接ヘッド若しくは固定テーブルが移動するための移動装置も別途必要となる。このため、設備構成が複雑となり真空チャンバーが大型になりやすくコスト高となる。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維等からなる断熱性に優れた芯材と、その周囲を覆うガス不透過性に優れた外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部で溶接封止された、高性能で耐久性に優れた真空断熱パネルを真空チャンバー内でシーム溶接により製造する際、真空チャンバー内で封止する長さを極力短くする事により大がかりな真空チャンバーを用いることなく、溶接不良を回避して安定して真空断熱パネルを製造できる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の真空断熱パネルの製造方法は、その目的を達成するため、断熱性を有する芯材と、その周囲を覆う二枚の外包金属板からなり、前記芯材を内包する前記二枚の外包金属板の内部が真空状態とされて前記外包金属板周縁部がシーム溶接法で最終封止された多角形の真空断熱パネルを製造する方法であって、二枚の外包金属板の内の少なくとも片方の外包金属板中央に多角形の膨出部が設けられた二枚の外包金属板を重ね合わせ、大気中で重ね合わされた二枚の外包金属板周縁部の内の１辺を除く他辺を交差するように溶接し、残された１辺の開口部は辺の両側を先に溶接された両側の溶接ラインと交差し且つ開口部が残るように溶接し、続いて真空チャンバー内で狭くした開口部を経由してパネル内部を高真空にした後、前記開口部をシーム溶接により最終封止することを特徴とする。
外包金属板としては、ステンレス鋼板を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、二枚の外包金属板の内の少なくとも片方の外包金属板中央に多角形の膨出部が設けられた二枚の外包金属板を重ね合わせ、重ね合わされた二枚の外包金属板周縁部の内の１辺を除く他辺を大気中で互いに交差するように溶接し、残された１辺は辺の両側を先に溶接された両側の溶接ラインと交差し且つ開口部が残るように溶接し、続いて真空チャンバー内で残された１辺の開口部よりパネル内部を真空引きした後、前記開口部をシーム溶接により最終封止している。
【００１３】
このため、真空チャンバー内で溶接する箇所は狭くなった開口部のみの１辺となり、真空チャンバー内で全辺をシーム溶接する場合と比較して設備が簡素化でき溶接する長さも短くする事ができる。このため、先述したような電極の温度上昇に伴い発生する溶接不良を回避することが可能となり、高性能で耐久性に優れた真空断熱パネルを安定して提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】真空断熱パネルの構造を説明する概略図
【図２】本発明の真空断熱パネルの製造方法を説明する概略図
【図３】本発明で交差角度の影響を説明する図
【図４】レーザー溶接とプラズマ溶接での第一工程の溶接方法を説明する図
【図５】本発明の実施例を説明する図
【図６】実施例に記載した真空断熱パネルの作製に使用した装置の概略構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
前記した通り、真空チャンバー内で金属板周縁部全てをシーム溶接により封止して真空断熱パネルを製造する場合、シーム溶接機だけでなくパネルを固定するためのテーブルや移動装置などの周辺設備も同時に真空チャンバー内に設置し機能させる必要がある。このため、真空チャンバーは大型になりやすくシステムも複雑となり設備投資が大きくなる。また、真空中でシーム溶接を行うと溶接により発生した熱が電極に蓄積され、電極が損耗し溶接不良が発生しやすくなるといった欠点もある。この現象は溶接する箇所が多いほど又溶接長さが長いほど発生しやすく製品サイズが拡大すれば増長される。このため、真空チャンバー内でシーム溶接を使って真空断熱パネルを製造する場合は、溶接箇所をできるだけ少なくし、溶接長さも短く抑える必要がある。
そこで、本発明者らは、真空チャンバー内で封止する溶接箇所を極力減らし設備も簡素化でき溶接不良のない真空断熱パネルを安定して製造できる方法について検討を重ね、本発明に到達した。
以下にその詳細を説明する。
【００１６】
少なくとも片方に芯材を収納する多角形の膨出部を有する上下２枚の外包金属板と、この外包金属板の前記膨出部に収納する、ガラス繊維やロックウール等の無機繊維や、合成繊維や天然繊維等の有機繊維等からなる芯材を準備する。用いる金属板としては、アルミニウム合金板等でも良いが、耐変形性や長期に亘っての外観維持の観点から、強度及び耐食性に優れたステンレス鋼板を用いることが好ましい。外包金属板膨出部の形状は五角形や六角形などの形状でもよいが、加工面・溶接面の観点から一般的な矩形が好ましい。
【００１７】
真空断熱パネルを製造する工程は、先述したとおり、大気中で溶接する第一工程と真空チャンバー内で最終封止する第二工程からなる。  例えば矩形の真空断熱パネルを製造する場合、第一工程では図２（ａ）に示したように、３辺の外包金属板周縁部を大気中でシーム溶接し、残された１辺は両側を先に溶接した両側の溶接ラインとθの角度で交差し且つ開口部が残るように溶接する。この際、交差する角度θは９０°で交差するよりも７０°≦θ＜９０°、９０°＜θ≦１１０°の範囲で交差する方が好ましい。これは９０°で交差していると、後で行う第二工程での最終封止の際、図３（ａ）に示すように最終封止ラインと重ねる事が難しくなり、封止ミスが発生しやすくなるためである。また、図３（ｂ）に示す交差角度θが１１０°を超えると、先述したような封止ミスは回避しやすくなるが懐寸法が広くなり、最終封止する溶接ラインが長くなるばかりでなく、熱橋部も広くなることから真空断熱パネルの断熱性能が低下する原因になる。また、交差角度θが７０°未満でも先ほどと同じ理由で、懐寸法が広くなり熱橋部も広くなるため真空断熱パネルの断熱性能が低下する原因となる。このため、開口部がある辺の両端の溶接の交差角度θは先述したような範囲とする事が好ましい。
【００１８】
第一工程の溶接はシーム溶接に限定されずレーザー溶接やプラズマ溶接などを使用してもよい。また、レーザー溶接やプラズマ溶接を使用する際にはシーム溶接のように全ての溶接ラインが交差するのでは無く、図４に示したように一つの溶接ラインで開口部を残すように溶接し、前記開口部のある辺の両端の溶接ラインの交差角度が先述した角度θの範囲で納まるように溶接する。
【００１９】
続く第二工程では、前記開口部を利用して真空チャンバー内で真空断熱パネル内部の真空引きを行う。真空引きが終わった後、図２（ｂ）に示したように前記開口部をシーム溶接で最終封止する。全ての溶接ラインは交差する状態で接合されているため、重ねミスは確実に回避でき、重ねミスに起因する封止ミスのない気密性の高い真空断熱パネルを製造することが可能になる。
また第二工程での真空チャンバー内でのシーム溶接箇所を一箇所にする事ができ溶接長さも短くすることができるので、先述したような溶接不良も回避でき生産性を高めることができる。
【実施例１】
【００２０】
真空断熱パネルは芯材と芯材を覆う上下包材から構成される。芯材を覆う上下包材として、寸法が２２０ｍｍ×２２０ｍｍ×０．１ｔｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を用いた。一方の包材に１９０ｍｍ×１９０ｍｍ×５．０ｍｍの芯材収容用の膨出部を張り出し成形により作製した。引き続いて、包材の膨出部形状に合わせて作製したグラスウール製芯材（寸法：１８０ｍｍ×１８０ｍｍ×５．０ｔｍｍ）を収容して上下包材を重ね合わせた。
【００２１】
上下包材を加圧保持した状態で、図５（ａ）に示すように先ず、第一工程として大気中で三辺の外包金属板周縁部を溶接ラインが互いに交差するようにシーム溶接した。その後、残った１辺については両端を先の溶接ラインと１００°で交差し、且つ開口部を約５０ｍｍ残してシーム溶接した。
【００２２】
続く第二工程では、図６に示したシーム溶接機を内蔵した真空チャンバーを用いて、最終封止を行った。先ず、真空チャンバー内で前記開口部を経由してパネル内部を１Ｐａ以下の高真空にし、その後前記開口部をシーム溶接により最終封止した。最後に、周縁部の余分な部分を切除し、ステンレス鋼板を包材とした四角形の真空断熱パネルを作製した。
【実施例２】
【００２３】
芯材を覆う上下包材として寸法が２２０ｍｍ×２２０ｍｍ×０．１ｔｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を用いた。一方の包材に１９０ｍｍ×１９０ｍｍ×５．０ｍｍの芯材収容用の膨出部を張り出し成形により作製した。引き続いて、包材の膨出部形状に合わせて作製したグラスウール製芯材（寸法：１８０ｍｍ×１８０ｍｍ×５．０ｔｍｍ）を収容して上下包材を重ね合わせた。
【００２４】
上下包材を加圧保持した状態で、図５（ｂ）に示すように先ず、第一工程として大気中で三辺の外包金属板周縁部を溶接ラインが互いに交差するようにシーム溶接した。その後、残った１辺については両端のどちらか一方を先の溶接ラインと１００°で交差し、且つ開口部の幅を約１００ｍｍ残してシーム溶接した。
【００２５】
続く第二工程では、図６に示したシーム溶接機を内蔵した真空チャンバーを用いて、最終封止を行った。先ず、真空チャンバー内で前記開口部を経由してパネル内部を１Ｐａ以下の高真空にし、その後前記開口部をシーム溶接により最終封止した。最後に、周縁部の余分な部分を切除し、ステンレス鋼板を包材とした四角形の真空断熱パネルを作製した。
【実施例３】
【００２６】
芯材を覆う上下包材として寸法が５００ｍｍ×５００ｍｍ×０．１５ｔｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板を用いた。一方の包材に４７０ｍｍ×４７０ｍｍ×２０．０ｍｍの芯材収容用の膨出部を絞り成形により作製した。引き続いて、包材の膨出部形状に合わせて作製したグラスウール製芯材（寸法：４６０ｍｍ×４６０ｍｍ×２０．０ｔｍｍ）を収容して上下包材を重ね合わせた。
【００２７】
上下包材を加圧保持した状態で、図５（ｃ）に示すように先ず、第一工程として大気中で外包金属板周縁部を一つの溶接ラインで一部に幅５０ｍｍ程度の開口部を残し、レーザー溶接する。この時、開口部のある辺の両端は後で行う最終封止ラインと重なりやすくするため、両隣の辺との溶接ラインの交角が８０°になるようにレーザー溶接した。
【００２８】
続く第二工程では図６に示したシーム溶接機を内蔵した真空チャンバーを用いて最終封止を行った。先ず、真空チャンバー内で前記開口部を経由してパネル内部を１Ｐａ以下の高真空にし、その後前記開口部をシーム溶接により最終封止した。引き続いて、余分な部分を切除し、ステンレス鋼板を包材とした四角形の真空断熱パネルを作製した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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