JPH10155667A - 低熱伝導率ガス封入断熱器材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でなおかつコンパクト性、軽量性、円筒
容器以外の異形状のデザイン性に優れる低熱伝導率ガス
封入断熱器材の提供。 【解決手段】 二重壁構造を有し、内壁２と外壁１との
間に空気より熱伝導率の低い低熱伝導率ガスを封入して
断熱空間層３を設けてなる断熱器材において、前記断熱
空間層の厚さを、前記内壁と外壁との間を真空に、外壁
外部を大気圧に保った際に、内壁と外壁が復元可能な弾
性変形範囲内で接触するように設定したことを特徴とす
る低熱伝導率ガス封入断熱器材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、魔法瓶や保温弁
当箱、保温食器およびその蓋、断熱パネルなどとして使
用される低熱伝導率ガス封入断熱器材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から提案されている合成樹脂製断熱
容器の一形態として、合成樹脂製の内容器と外容器とで
構成された二重壁容器の両壁間の隙間に、キセノン、ク
リプトン、アルゴンなどの低熱伝導率ガスを封入して断
熱空間層を形成した構造のものがある。この種の合成樹
脂製断熱容器を作製するには、予め断熱容器の一部に設
けておいたガス封入孔から、二重壁容器の両壁間の隙間
に存在していた空気を真空ポンプ等により排気し、その
後ガス封入孔から低熱伝導率ガスを充填し、封入孔を封
止することが必要である。上記真空排気の際、両壁には
大気圧が加わり、隙間側に押圧される。従って、これら
の壁材の強度が弱いと、容器が座屈し、破損してしまう
ことになるため、二重壁容器の器材には、大気圧荷重に
十分耐え得るような肉厚にしたり、曲面形状にしたり、
リブで補強するなどの補強対策を講じていた。このこと
は特に角形、平面形状、楕円形状などで代表される非円
筒、非球形状の場合、つまり製品を構成する内容器と外
容器の表面に対して垂直方向の強度が不足している製品
の製作上、特に考慮すべきであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の観念的な対策はいずれも断熱容器のコンパクト性の低
下、重量増加、さらには材料費を含めた製造コストの増
加など、商品価値を損なう結果になっていた。これらの
ことは容器形状に限らず、パネル形状の断熱材でも同様
である上に、金属材料を用いた断熱容器の場合にも生じ
る。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、安価でなおかつコンパクト性、軽量性、円筒容器以
外の異形状のデザイン性に優れる低熱伝導率ガス封入断
熱器材の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、二重壁構造を有し、内壁と外壁との間に空気よ
り熱伝導率の低い低熱伝導率ガスを封入して断熱空間層
を設けてなる断熱器材において、前記断熱空間層の厚さ
を、前記内壁と外壁との間を真空に、外壁外部を大気圧
に保った際に、内壁と外壁が復元可能な弾性変形範囲内
で接触するように設定したことを特徴とする低熱伝導率
ガス封入断熱器材である。請求項２に係る発明は、前記
内壁と外壁との少なくとも一方に、前記断熱空間層の内
圧が大気圧とほぼ等しい時に離間する接合保護部を形成
したことを特徴とする請求項１記載の低熱伝導率ガス封
入断熱器材である。請求項３に係る発明は、前記接合保
護部が内壁と外壁との接合部近傍の少なくとも一方に形
成されたことを特徴とする請求項２記載の低熱伝導率ガ
ス封入断熱器材である。請求項４に係る発明は、前記内
壁と外壁がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボ
ネート、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリエステル、ポリア
ミド、ポリイミド、ポリケトン、ポリエチレンビニルア
ルコール、ポリビニルアルコール、ポリサルフォンから
なる群から選択される１種または２種以上を混合した樹
脂材料で形成したことを特徴とする請求項１から３のい
ずれか１項記載の低熱伝導率ガス封入断熱器材である。
請求項５に係る発明は、前記内壁が有底筒状の内容器で
あり、前記外壁が該内容器よりも大きい有底筒状の外容
器であり、前記断熱器材は、これら内外容器の口元部を
接合一体化してなる二重壁容器であることを特徴とする
請求項１から４のいずれか１項記載の低熱伝導率ガス封
入断熱器材である。請求項６に係る発明は、前記外容器
の底部に排気孔が穿設され、該排気孔の周縁に封止板を
接合してなる封止構造を備えたことを特徴とする請求項
５記載の低熱伝導率ガス封入断熱器材である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の断熱器材は、金属材料、
合成樹脂材料等を使用して、空間部を有する二重壁構造
を有し、その空間部に空気よりも熱伝導率の低い低熱伝
導率ガスを封入して断熱空間層を形成してなるものであ
る。そして本発明の低熱伝導率ガス封入断熱器材は、内
壁と外壁との間を真空に、外壁外部を大気圧に保った際
に、内壁と外壁が復元可能な弾性変形範囲内で接触する
ように設定したことを特徴としている。これは空気排出
の際に、断熱空間層の内外で大気圧により１ｋｇ／ｃｍ
²の圧力差が生じ、内外壁が断熱空間層に向けて変形す
る際に、復元不可能な変形を起こす前に内外壁面を接触
させ、内外壁の大気圧荷重による変形を内外壁材の弾性
変形内に止めるためである。このように断熱空間層の厚
さを設定することにより、真空排気の際の座屈破損を防
止することが可能となる。また、続いて低熱伝導率ガス
を封入すると、断熱空間層と外気との圧力差が無くなる
ので、接触していた内外壁面は最初の真空排気前の位置
に復帰されるので、製品自体が損傷することなく、製造
することが可能となる。

【０００７】この際、ガスの封入圧力は常温（２０〜３
０℃）で大気圧程度が望ましい。以上のように作製した
断熱器材は通常使用される外的温度条件として、低温側
では冬の寒冷地で−３０℃、高温側では夏の車内で８０
℃が推測されるが、その際の断熱空間内の圧力変化はボ
イル・シャルルの法則により０．８〜１．２ｋｇ／ｃｍ
²であり、圧力差は±０．２ｋｇ／ｃｍ²程度であり、真
空排気時の圧力差１ｋｇ／ｃｍ²よりも小さいことは明
白であるために、十分実使用に耐え得るものを作製する
ことが可能である。さらに注目すべきことは、この断熱
器材が合成樹脂材料から構成される場合には、二重壁容
器等を作製する際に口元などの接合部に接着もしくは溶
着を用いるので、実用上はその接合部強度が本来の材料
強度よりも低下することは避けにくい。そこで本発明で
は、真空排気における二重壁面の弾性変形の際に、接合
部分に剪断応力がかからないように、接合部と弾性変形
部の間に、その弾性変形の際に接触するような段差を設
ける構成を採用した。即ち、本発明では、内壁と外壁と
の少なくとも一方に、前記断熱空間層の内圧が大気圧と
ほぼ等しい時には離間する接合保護部を形成する構成を
採用した。この接合保護部のクリアランスを極力小さく
した方が接合部が割れる方向の応力がかかり難いので補
強効果が大きい。また、接合保護部を形成することによ
って、例えば本発明を断熱容器に適用させた場合、断熱
容器の口元接合部近傍に接合保護部を形成するために、
その接合部近傍の内容器口部を拡径するか、或いは外容
器口部を縮径すれば、その容器開口に蓋をするときに非
常に都合が良い上に、蓋との嵌合距離が長くとれるため
に蓋の密着性が良好となり、断熱容器の断熱性能を向上
させることができる。さらには、その内容器口部の拡径
又は外容器口部を縮径したことによって、内外容器のそ
れぞれの口部を接着或いは溶着する場合に位置決めの役
目を果すことにもなる。接合強度を更に高める場合に
は、接合保護部を他面側に接着若しくは溶着することも
可能であるが、工程上困難となり、製造コスト上昇を招
くおそれがある。

【０００８】図１ないし図４に本発明による低熱伝導率
ガス封入断熱器材の一形態として、薄型断熱容器を示
す。この断熱容器１は、図１および図２に示すように、
合成樹脂製の有底筒状に成形された内容器２と、それよ
りも寸法の大きな外容器１とをそれぞれの口部で接合一
体化し、両容器１，２間に隙間をもたせた二重壁容器を
備え、かつ両容器１，２の隙間に空気より熱伝導率の低
いガス、好ましくはキセノン、クリプトン、アルゴンか
らなる群より選択される少なくとも１種の低熱伝導率ガ
スを封入して断熱空間層３を形成して構成されている。
また、内容器２の外面には、輻射伝熱を防ぐ金属箔、金
属メッキ層などからなる輻射防止材６が設けられてい
る。なお、この輻射防止材６は、内容器２外面、あるい
は内容器２外面と外容器１内面の両方に形成しても良
い。外容器１の底部には、排気孔７が穿設され、この排
気孔７の周縁には外容器１と同種の合成樹脂板材からな
る封止板８が接着または溶着によって接合され、排気孔
７が封止されている。外容器１、内容器２及び封止板８
の材料としては限定されないが、好ましくはポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、ＡＢＳ、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、
ポリケトン、ポリエチレンビニルアルコール、ポリビニ
ルアルコール、ポリサルフォンからなる群から選択され
る１種または２種以上を混合した樹脂材料を用いて作製
される。

【０００９】この断熱容器１の特徴は、図４に示すよう
に、断熱空間層３の厚さを、内容器２と外容器１との間
を真空に、外容器１外部を大気圧に保った際に、内容器
２と外容器１が復元可能な弾性変形範囲内で接触するよ
うに設定したことである。さらに好ましくは、断熱空間
層３の厚さは２〜７ｍｍ程度とされる。断熱空間層３の
厚さが７ｍｍよりも大きいと、内容器２と外容器１が復
元可能な弾性変形範囲内で接触させることに困難が生じ
たり、封入された低熱伝導率ガスによって対流伝熱が生
じ易くなるので好ましくない。また断熱空間層３の厚さ
が２ｍｍよりも小さいと、外温の急激な上昇などによっ
て断熱空間層６内圧が大気圧よりも低くなった場合に、
内容器２と外容器１とが接触し易くなるので好ましくな
い。

【００１０】この断熱容器１の更なる特徴は、内容器２
と外容器１との少なくとも一方に、断熱空間層の内圧が
大気圧とほぼ等しい時には離間する接合保護部５を形成
したことである。図３に示すように接合保護部５の内容
器２外面と外容器１内面とのクリアランスは０．１〜
１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜０．５ｍｍ、垂直方向
高さが５ｍｍ程度になるように形成される。なお、本形
態においては、内容器２として、口部上端に径方向外方
に向けてフランジ部を形成し、かつその直下に外容器１
内壁に近接する拡径部を形成し、この拡径部を接合保護
部５としたが、この例示に代えて、外容器１の上端部を
縮径して内容器２外壁に近接する接合保護部５を形成し
た構成としても良い。

【００１１】この接合保護部５は、それぞれの口部を接
着または溶着によって気密に接合し、かつその二重壁容
器の底部に設けられた排気孔から内外容器間を真空排気
した際に、図４に示すように両容器１，２に大気圧荷重
が加わって、両容器１，２が弾性変形して接触した際
に、接合保護部５に前記クリアランスがあるので、接合
保護部５が他面（外容器内壁面）に接するか接しないか
のすれすれの状態を保つことができ、接合保護部５が外
容器内壁面に接する場合は両容器の変形応力が直接接合
部４に作用するのを防ぎ、接合部４を保護するようにな
っている。なお、両容器１，２の口元接合部４は、例え
ばエポキシ系接着剤などを用いた接着、振動溶着などの
加熱溶着によって、気密に接合される。

【００１２】この断熱容器を製造する場合における上記
各特徴部分の作用効果について説明する。まず、所望の
合成樹脂材料を用い、射出成形法などの成形法によっ
て、内容器２と外容器１を作製する。また、合成樹脂か
らなる封止板８も別途準備しておく。ここで、内容器２
の上部開口部には、図３に示すようにフランジ部とその
直下の拡径部分、すなわち接合保護部５を形成してお
く。また、外容器１底部には排気孔７を穿設しておく。
次に、内容器２の外面にアルミ箔などの輻射防止材６を
設ける。輻射防止材として金属箔等を用いる場合には、
接着剤や両面テープなどを用い、内容器２外面に貼着す
れば良い。次に、外容器１内に、輻射防止材６を取り付
けた内容器２を挿入し、それぞれの口部に形成されたフ
ランジ部を重ね合せ、外容器１と内容器２とのそれぞれ
のフランジ部を接着剤による接合、或いは溶着により接
合して、両容器１，２が隙間をおいて一体に接合された
二重壁容器を作製する。この接合部４の形成において、
内容器２の開口部に設けた接合保護部５によって内容器
２の位置合わせが容易にかつ正確に実施可能となる。

【００１３】次に、上記二重壁容器の底部に、図示しな
いガス置換装置を圧接し、両容器１，２間を真空排気し
た後、この隙間にキセノンなどの低熱伝導率ガスを大気
圧程度まで充填する。このガス置換装置としては、真空
ポンプに接続された真空排気系とキセノンなどの低熱伝
導率ガスボンベに接続されたガス供給系とを切換え可能
に備え、上記二重壁容器の排気口７から両容器１，２間
を真空排気し、その後低熱伝導率ガスを供給可能な各種
の装置を使用して良い。

【００１４】この両容器１，２間の真空排気に際して、
この二重壁容器の内外容器１，２は、図４に示すよう
に、大気圧荷重により弾性変形し、接触する。内外容器
１，２の変形は弾性変形の範囲とされているので、割れ
や変形などの永久変形が生じることはなく、隙間内を大
気圧に戻せば内外容器１，２の変位は回復し、元に戻
る。また、接合保護部５の内容器２外面と外容器１内面
との間には０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．１〜
０．５ｍｍのクリアランスが設けられているので、内容
器２側の接合部４直下に設けた接合保護部５には外容器
１開口部の内壁面が当接するか、当接しないかのすれす
れの状態を保つことができ、接合保護部５が外容器内壁
面に接する場合は接合部４に内外容器１，２の変形応力
が及ばないようになっている。その結果、接合部４が破
損したり、気密不良を生じる不良が低減される。

【００１５】次に、ガス置換装置によって、内外容器
１，２の真空排気された隙間にキセノンガスなどの低熱
伝導率ガスを供給する。ガスの封入圧力は大気圧程度と
される。この低熱伝導率ガスの供給によって、大気圧荷
重を受けて接触状態となっていた内外容器１，２の壁部
は離間し、元の位置に復帰する。次に、外容器１底部の
排気孔７の周囲に、封止板８を接着または溶着によって
接合し、排気孔７を封止する。以上の工程により、図１
および図２に示す断熱容器１が作製される。

【００１６】なお、上記形態では、有底筒状の内容器２
と外容器１とを隙間を持たせた状態でそれぞれの口元部
で接合、一体化した断熱容器に適用した場合を例示した
が、本発明はこれに限定されることなく、二重壁構造を
有する断熱蓋、断熱パネルなどの種々の断熱器材に適用
することができる。また、内容器２と外容器１の材料は
合成樹脂に限定されることなく、内外容器の一方または
両方をステンレス鋼などの金属材料としたり、金属ラミ
ネート板を用いて構成しても良い。さらに、上記形態で
は、外容器１の底部に排気孔７を穿設し、その周縁に封
止板８を接合して封止したが、排気孔７に接着剤を注
入、固化させて排気孔７を封止しても良い。また金属製
断熱容器の場合には、従来周知のチップ管方式や、金属
ろう材を用いた封止技術を適用しても良い。

【００１７】

【実施例】図１に示す断熱容器を製造した。外容器１と
内容器２をそれぞれポリカーボネート／ポリエチレンテ
レフタレート混合樹脂を用いて射出成形により作製し
た。その際、代表肉厚を２．５ｍｍ、断熱空間層の厚さ
を５ｍｍに設定した。続いて、外容器１と内容器２を口
元接合部にてエポキシ接着剤で接合した。ここで特記す
べきは、口元接合部４と断熱空間層３（弾性変形部）の
間に、その弾性変形方向に対して垂直な面同志のクリア
ランスが０．１〜０．５ｍｍ、長さが５ｍｍとなる接合
保護部５を形成するために、予め内容器２の開口部に所
定の段差形状を設けておいたことである。これは結果と
して接着接合の際の位置決めの役割を果すことにもなっ
た。また、輻射対策としてアルミ箔６を内容器２の外面
に両面テープにより張り付けておいた。

【００１８】このように作製した薄型断熱容器の断熱空
間層３内に低熱伝導率ガスであるキセノンを封入するた
めに、外容器１底部に設けた封止孔７よりガス置換封入
装置により真空排気した。その時、大気圧荷重により外
容器１と内容器２は断熱空間層３内に変形して平面部の
ほぼ中央で接触したが、その後キセノンガスを室温で大
気圧まで封入した時点で最初の断熱空間層厚５．０ｍｍ
に回復し、特に損傷は起こらなかった。最後に排気孔７
を封止板８でシアノアクリレート系接着剤により封止し
て断熱容器を作製した。

【００１９】上記断熱容器の製造に従って、断熱空間層
の厚みと、内容器２の開口部近傍の接合保護部の有無と
の条件を代えた各種のテスト品で製造を試みた。 テスト品１：断熱空間層の厚みを３ｍｍとし、接合保護
部が有る場合 平面部；破損なし 口元部；破損なし テスト品２：断熱空間層の厚みを３ｍｍとし、接合保護
部が無い場合 平面部；破損なし 口元部；破損なし テスト品３：断熱空間層の厚みを７ｍｍとし、接合保護
部が有る場合 平面部；破損なし 口元部；破損なし テスト品４：断熱空間層の厚みを７ｍｍとし、接合保護
部が無い場合 平面部；破損なし 口元部；割れ発生 テスト品５：断熱空間層の厚みを１０ｍｍとし、接合保
護部が有る場合 平面部；変形、白化 口元部；破損なし テスト品６：断熱空間層の厚みを１０ｍｍとし、接合保
護部が無い場合 平面部；変形、白化 口元部；割れ発生

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の低熱伝導
率ガス封入断熱器材によれば以下の効果を得ることがで
きる。低熱伝導率ガスを置換封入する際に、圧力差を生
じないような特別な装置を必要とせずに容易に実施でき
るので、製造コストが安価となる。壁材の弾性変形を許
容できるので、内外壁材の薄肉化が可能となり、軽量
化、コンパクト化が可能となる。平面状や角形形状等が
可能となるので、器材のコンパクト性が向上し、商品の
バリエーションを広げることができる。接合部を保護す
るために接合保護部を形成したことにより、内外壁間の
空気を真空排気する際に、壁部の弾性変形応力が接合部
にかかるのを防ぎ、真空排気時に口元部が破損する不良
を低減することができる。この接合保護部を内壁と外壁
の開口部の少なくとも一方に形成することにより、断熱
容器に適用した場合に、その接合保護部を利用して蓋の
取付位置とすることができる。さらに、このように構成
すると、容器と蓋との嵌合しろを長くとれるので、その
部分の伝熱ロスを小さくすることができ、結果として断
熱性能を向上させることができる。また、接合保護部は
内外壁の口元接合の際の位置決めとして利用することが
でき、内外壁材の接合を容易かつ正確に行うことができ
る。低熱伝導率ガスを置換封入した時点で、内外壁材は
接触しておらず、断熱性能を劣化させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の低熱伝導率ガス封入断熱器材の一形
態を示す一部断面視した正面図。

【図２】 同じ断熱器材の一部断面視した側面図。

【図３】 同じ断熱器材の要部拡大断面図。

【図４】 同じ断熱器材の真空排気時の両容器の挙動を
説明する断面図。

【符号の説明】

１……外容器、２……内容器、３……断熱空間層、４…
…接合部、５……接合保護部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古山 憲輔 新潟県西蒲原郡吉田町大字下中野1435 日 本酸素株式会社内 (72)発明者 田中 篤彦 新潟県西蒲原郡吉田町大字下中野1435 日 本酸素株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二重壁構造を有し、内壁と外壁との間に
   空気より熱伝導率の低い低熱伝導率ガスを封入して断熱
   空間層を設けてなる断熱器材において、 前記断熱空間層の厚さを、前記内壁と外壁との間を真空
   に、外壁外部を大気圧に保った際に、内壁と外壁が復元
   可能な弾性変形範囲内で接触するように設定したことを
   特徴とする低熱伝導率ガス封入断熱器材。
2. 【請求項２】 前記内壁と外壁との少なくとも一方に、
   前記断熱空間層の内圧が大気圧とほぼ等しい時に離間す
   る接合保護部を形成したことを特徴とする請求項１記載
   の低熱伝導率ガス封入断熱器材。
3. 【請求項３】 前記接合保護部が内壁と外壁との接合部
   近傍の少なくとも一方に形成されたことを特徴とする請
   求項２記載の低熱伝導率ガス封入断熱器材。
4. 【請求項４】 前記内壁と外壁がポリエチレン、ポリプ
   ロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＡＢＳ、
   ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリケトン、
   ポリエチレンビニルアルコール、ポリビニルアルコー
   ル、ポリサルフォンからなる群から選択される１種また
   は２種以上を混合した樹脂材料で形成したことを特徴と
   する請求項１から３のいずれか１項記載の低熱伝導率ガ
   ス封入断熱器材。
5. 【請求項５】 前記内壁が有底筒状の内容器であり、前
   記外壁が該内容器よりも大きい有底筒状の外容器であ
   り、前記断熱器材は、これら内外容器の口元部を接合一
   体化してなる二重壁容器であることを特徴とする請求項
   １から４のいずれか１項記載の低熱伝導率ガス封入断熱
   器材。
6. 【請求項６】 前記外容器の底部に排気孔が穿設され、
   該排気孔の周縁に封止板を接合してなる封止構造を備え
   たことを特徴とする請求項５記載の低熱伝導率ガス封入
   断熱器材。