JP2007285672A - 断熱箱体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】断熱箱体で、良好な外観状態を確保し且つ未充填ボイドが無く真空断熱パネルの断熱特性を発揮し、硬質ポリウレタンフォームの使用量を抑制すること。
【解決手段】断熱箱体７は、外箱１３及び内箱１４からなる箱体７Ａに形成される空間に真空断熱パネル１２が配置され、硬質ポリウレタンフォーム１１が充填されている。断熱箱体７は、シクロペンタンとの溶解性の低い成分を４０％以上有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．５〜１．８重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォームを用い、真空断熱パネル１２の面のウレタン流動厚みを真空断熱パネル厚みの２倍以上とし、注入口６から２０ｍｍ以上離れて真空断熱パネル１２を配置して硬質ポリウレタンフォーム１１が充填されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、断熱箱体及びその製造方法に係り、特に冷蔵庫、冷凍庫、冷蔵ショーケースおよび自動販売機などに用いる断熱箱体及びその製造方法に好適なものである。
近年、地球温暖化防止の観点から省エネルギーが強く望まれており、いずれの分野においても省エネルギー化は課題となっており、熱を効率的に利用するという観点から、優れた断熱性能を有する断熱箱体が求められている。
そこで、硬質ポリウレタンフォームと熱伝導率の低い真空断熱パネルとを併用して断熱層とする断熱箱体、例えば、特開２０００−２８３３８５号公報（特許文献１）、特開２００１−９９３９２号公報（特許文献２）、特開２００２−９００４８号公報（特許文献３）に示される断熱箱体が案出されている。
これらの断熱箱体は、外箱及び内箱からなる箱体を形成し、この箱体の外箱と内箱との間に形成される空間に真空断熱パネルを配置した状態で硬質ポリウレタンフォームを充填した断熱箱体である。
また、硬質ポリウレタンフォームに関しては、発泡剤のフロン規制に伴い、オゾン層破壊係数がゼロの炭化水素系化合物の中で、ガスの熱伝導率が低く、硬質ポリウレタンフォームの発泡に適した沸点を持つシクロペンタンが発泡剤として主流となっている。
特開２０００−２８３３８５号公報 特開２００１−９９３９２号公報 特開２００２−９００４８号公報
近年、原油価格の高騰や全世界におけるウレタン原料の需給アンバランスなどから、世界的なウレタン原料の逼迫やウレタン原料価格の高騰などの問題が生じている。
そこで、真空断熱パネルを厚くして、或いは真空断熱パネルに対応する空間を狭くして、硬質ポリウレタンフォームの充填容積を小さくすることにより、ウレタン原料を低減することが考えられる。しかし、このようにすると、真空断熱パネルが障害物となり、真空断熱パネルを除いた空間内を発泡流動する硬質ポリウレタンフォームにとっては厳しい条件となることが想定される。例えば、真空断熱パネルを搭載した部位の急激な硬質ポリウレタンフォームの断熱厚みの変化によって、硬質ポリウレタンフォームの収縮の発生及びそれに接着する外箱の局所歪み不良の発生、あるいは硬質ポリウレタンフォーム流動阻害による局所的な硬質ポリウレタンフォーム未充填部の発生及びそれに伴う断熱性能の低下、あるいは変則的な硬質ポリウレタンフォーム流動による表層ボイドの発生による外箱の局所歪み不良の発生等の問題が生ずることが想定される。
本発明の目的は、真空断熱パネル搭載の断熱箱体における良好な外観状態を確保し且つ未充填ボイドが無く真空断熱パネルの断熱特性を発揮することが可能で、しかも、硬質ポリウレタンフォームの使用量を抑制することが可能な断熱箱体及びその製造方法を提供することにある。
前述の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、外箱及び内箱からなる箱体の前記外箱と前記内箱との間に形成される空間に真空断熱パネルが配置された状態で硬質ポリウレタンフォームが充填された断熱箱体において、シクロペンタンとの溶解性の低い成分を４０％以上有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．２〜２．０重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォームを用い、前記外箱と前記内箱との間に形成される空間の前記真空断熱パネルが設置された面における前記硬質ポリウレタンフォームが流動する間隙として、前記真空断熱パネルの厚さの２倍以上の間隙を確保し、前記硬質ポリウレタンフォームを充填するための注入口に最も近い前記真空断熱パネルの端辺が当該注入口から２０ｍｍ以上離れるように前記真空断熱パネルを前記箱体内に配置され、前記硬質ポリウレタンフォームが充填されているものである。
係る本発明の第１の態様のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記硬質ポリウレタンフォームの注入口から少なくとも５００ｍｍ以上離れた硬質ポリウレタンフォームのスキン層の全体密度が３０〜３３ｋｇ／ｍ３で、圧縮強度が０．１ＭＰａ以上で、空気中に７０℃と−２０℃の温度で２４時間放置時後の寸法変化率が１．０％以下となる前記硬質ポリウレタンフォームを用いたこと。
（２）前記真空断熱パネルとして、バインダーを含まない無機繊維重合体を単体或いはプラスチックフィルムからなる内袋内に収納した芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材とを備えた真空断熱パネルを用いたこと。
前述の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、外箱及び内箱からなる箱体を形成し、この箱体の前記外箱と前記内箱との間に形成される空間に真空断熱パネルを配置した状態で硬質ポリウレタンフォームを充填して断熱箱体を形成する断熱箱体の製造方法において、シクロペンタンとの溶解性の低い成分を４０％以上有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．２〜２．０重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォームを用い、前記外箱と前記内箱との間に形成される空間の前記真空断熱パネルが設置された面における前記硬質ポリウレタンフォームが流動する間隙として、前記真空断熱パネルの厚さの２倍以上の間隙を確保し、前記硬質ポリウレタンフォームを充填するための注入口に最も近い前記真空断熱パネルの端辺が当該注入口から２０ｍｍ以上離れるように前記真空断熱パネルを前記箱体内に配置し、この状態で前記硬質ポリウレタンフォームを充填することにある。
係る本発明の第２の態様のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記硬質ポリウレタンフォームの注入口から少なくとも５００ｍｍ以上離れた硬質ポリウレタンフォームのスキン層の全体密度が３０〜３３ｋｇ／ｍ３で、圧縮強度が０．１ＭＰａ以上で、空気中に７０℃と−２０℃の温度で２４時間放置時後の寸法変化率が１．０％以下となる前記硬質ポリウレタンフォームを用いること。
（２）前記真空断熱パネルとして、バインダーを含まない無機繊維重合体を単体或いはプラスチックフィルムからなる内袋内に収納した芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材とを備えた真空断熱パネルを用いること。
本発明によれば、真空断熱パネル搭載の断熱箱体における良好な外観状態を確保し且つ未充填ボイドが無く真空断熱パネルの断熱特性を発揮することが可能で、しかも、硬質ポリウレタンフォームの使用量を抑制することが可能な断熱箱体及びその製造方法を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る断熱箱体及びその製造方法について、図１から図４を用いて説明する。本実施形態の断熱箱体は冷蔵庫用断熱箱体の例である。
本実施形態の断熱箱体は、外箱１３及び内箱１４からなる箱体７Ａを形成し、この箱体７Ａの外箱１３と内箱１４との間に形成される空間に真空断熱パネル１２を配置した状態で硬質ポリウレタンフォーム１１を充填したものである。
そして、本実施形態では、シクロペンタンとの溶解性の低い成分を４０％以上有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．５〜１．８重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォームを用いる。また、本実施形態では、箱体７Ａの外箱１３と内箱１４との間に形成される空間の真空断熱パネル１２が設置された面における硬質ポリウレタンフォーム１１が流動する間隙（ウレタン流動厚み）Ｔとして、真空断熱パネル１２の厚さｔの２倍以上の間隙を確保している。さらに、本実施形態では、硬質ポリウレタンフォーム１１を充填するための注入口６に最も近い真空断熱パネル１２の辺の位置が当該硬質ポリウレタンフォーム注入口６から２０ｍｍ以上離れるように真空断熱パネル１２を箱体７Ａ内に配置し、この状態で硬質ポリウレタンフォーム１１を充填するようにしている。
かかる本実施形態によれば、真空断熱パネル１２搭載の断熱箱体７における良好な外観状態を確保し且つ未充填ボイド等が無く真空断熱パネル１２の断熱特性を発揮することが可能で、しかも、硬質ポリウレタンフォーム１１の使用量を抑制することが可能な断熱箱体及びその製造方法とすることができる。かかる効果が得られる具体的な理由について以下に説明する。
本実施形態の断熱箱体及びその製造方法では、図１に示すように、別々の容器に貯留したポリオール１とイソシアネート２の２液をミキシングヘッド３によって攪拌し、図２に示すように、攪拌したウレタン原液５を注入ヘッド９より対象とする箱体７Ａ内に注入する。
箱体７Ａにウレタン原液５を注入する場合、図２に示すように、箱体７Ａの背面８を上にした状態で、この背面８の角部４箇所に形成された注入口６を通して行われる。これらの注入口６に対応して注入ヘッド９が配置される。なお、外箱１３の裏側には、図３及び図４に示すように、予め、真空断熱パネル１２が接着またはテープなどにより貼着されている。
注入ヘッド９から箱体７Ａ内に注入されたウレタン原液５は、図２に示すように、重力に従い下方に落下した後、発泡により容積を増加させながら箱体７Ａ内で上方に立ち上がり、箱体７Ａ内全体へ流動して行き、図３に示すように、外箱１３または真空断熱パネル１２と内箱１４との間に硬質ポリウレタンフォーム１１となって充填される。
この発泡工程において、真空断熱パネル１２により硬質ポリウレタンフォーム１１が流動する空間が狭くなると、流動障害が生じて、硬質ポリウレタンフォーム１１が充填されていない空洞部分（未充填ボイド）が発生する。空洞部分が発生すると、製品が凹み意匠上の問題が発生すると同時に、この空洞部を通して冷蔵庫内の熱が外部に逃げることとなり、冷蔵庫の消費電力量が大きくなるという問題が発生する。
そこで、図２から図４に示す断熱箱体７のうち、最も広面積な真空断熱パネル１２を搭載し、且つ、使用時にその外観も目に付きやすいと考えられる断熱箱体７の側面部分について、真空断熱パネル１２の厚みと硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みとの関係で、硬質ポリウレタンフォーム１１の未充填ボイドの有無、熱伝導率、及び密度の３要素を複数の例で比較評価した。
その評価結果を表１に示す。ここで、図３に示すように、真空断熱パネル１２の厚さ寸法をｔとし、真空断熱パネル１２と冷蔵庫内箱１４とで形成される空間の厚さ寸法をＴとする。なお、この評価において使用した硬質ポリウレタンフォーム１１は、冷蔵庫の断熱性能の指標である熱伝導率を追求した処方のものを利用した。また、実験においては、断熱箱体７の側面部分の未充填ボイドの有無と、冷蔵庫実機の該当部から２００ｍｍ×２００ｍｍにサンプリングした硬質ポリウレタンフォーム１１のカットサンプル１０（図２参照）の熱伝導率と、冷蔵庫実機の該当部から５０ｍｍ×５０ｍｍにサンプリングした硬質ポリウレタンフォーム１１のカットサンプル１０（図２参照）の全体密度及びコア密度とを測定した。
Figure 2007285672
 （従来例１）
表１の従来例１は、真空断熱パネルを搭載せず、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを３５ｍｍに設定した例である。この従来例１では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは観察されず、熱伝導率は１０℃で１８．５ｍＷ／ｍ・Ｋであり、全体密度からコア密度を減じた数値は２．９であった。以上より、従来例１は、硬質ポリウレタンフォーム１１の状態はスキン層も薄く良好であると考えられ、熱伝導率も良好な数値となった。なお、従来例１は、真空断熱パネルを搭載していないため、真空断熱パネルを搭載したものと比較して、断熱箱体としての断熱性能は低いものである。
（比較例１）
表１の比較例１は、真空断熱パネル１２の厚みｔを５ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを８ｍｍに設定した例である（Ｔ＜２ｔ）。この比較例１では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍には未充填ボイドが発生し、熱伝導率は２０．２ｍＷ／ｍ・Ｋと良くなく、全体密度からコア密度を減じた数値は５．３と高い結果となった。これは、急激な硬質ポリウレタンフォーム１１の断熱厚みの変化によって、流動の際に発泡ガスを巻き込み、スキン層を形成し易く、フォームの状態は極めて悪くなり、また、局地的に密度も上昇し、熱伝導率が悪化したと考えられる。この熱伝導率の悪化は、冷蔵庫の消費電力量が大きくなるという問題を発生させる。
（実施例１）
表１の実施例１は、真空断熱パネル１２の厚みｔを５ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを１０ｍｍに設定した例である（Ｔ＝２ｔ）。この実施例１では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは発生せず、熱伝導率は１８．７ｍＷ／ｍ・Ｋ、全体密度からコア密度を減じた数値は３．２となり、硬質ポリウレタンフォーム１１そのものとしては従来例１と大差無い数値となっている。これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動がスムーズに行われて、硬質ポリウレタンフォーム１１が持つ実力通りの物性が得られているものと考えられる。
（実施例２）
表１の実施例２は、真空断熱パネル１２の厚みｔを５ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを１５ｍｍに設定した例である（Ｔ＞２ｔ）。この実施例２では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは発生せず、熱伝導率は１８．５ｍＷ／ｍ・Ｋ、全体密度からコア密度を減じた数値は３．４となり、従来例１と大差無い数値となっている。これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動がスムーズに行われて、実際の硬質ポリウレタンフォーム１１が持つ実力通りの物性が得られているものと考えられる。
（比較例２）
表１の比較例２は、真空断熱パネル１２の厚みｔを１０ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを１５ｍｍに設定した例である（Ｔ＜２ｔ）。比較例２では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍には未充填ボイドが発生し、熱伝導率は１９．６ｍＷ／ｍ・Ｋと良くなく、全体密度からコア密度を減じた数値は５．１と高い結果となった。これは、急激な硬質ポリウレタンフォーム１１の断熱厚みの変化によって、流動の際に発泡ガスを巻き込み、スキン層を形成し易く、フォームの状態は極めて悪くなり、また、局地的に密度も上昇し、熱伝導率が悪化したと考えられる。
（実施例３）
表１の実施例３は、真空断熱パネル１２の厚みｔを１０ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを２０ｍｍに設定した例である（Ｔ＝２ｔ）。この実施例３では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは発生せず、熱伝導率は１８．６ｍＷ／ｍ・Ｋ、全体密度からコア密度を減じた数値は３．５となり、硬質ポリウレタンフォーム１１そのものとしては従来例１と大差無い数値となっている。これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動がスムーズに行われて、硬質ポリウレタンフォーム１１が持つ実力通りの物性が得られているものと考えられる。
（実施例４）
表１の実施例４は、真空断熱パネル１２の厚みｔを１０ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを２５ｍｍに設定した例である（Ｔ＞２ｔ）。この実施例４では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは発生せず、熱伝導率は１８．５ｍＷ／ｍ・Ｋ、全体密度からコア密度を減じた数値は３．３となり、やや差異はあるが従来例と大差無い数値となっている。これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動がスムーズに行われて、硬質ポリウレタンフォーム１１が持つ実力通りの物性が得られているものと考えられる。
（比較例３）
表１の比較例３は、真空断熱パネル１２の厚みｔを１５ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを１０ｍｍに設定した例である（Ｔ＜２ｔ）。この比較例３では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍には未充填ボイドが発生し、熱伝導率は１９．４ｍＷ／ｍ・Ｋと良くなく、全体密度からコア密度を減じた数値は５．１と高い結果となった。これは、急激な硬質ポリウレタンフォーム１１の断熱厚みの変化によって、流動の際に発泡ガスを巻き込み、スキン層を形成し易く、フォームの状態は極めて悪くなり、また、局地的に密度も上昇し、熱伝導率が悪化したと考えられる。
（実施例５）
表１の実施例５は、真空断熱パネル１２の厚みｔを１５ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを３０ｍｍに設定した例である（Ｔ＝２ｔ）。この実施例５では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは発生せず、熱伝導率は１８．５ｍＷ／ｍ・Ｋ、全体密度からコア密度を減じた数値は３．４となり、硬質ポリウレタンフォーム１１そのものとしては従来例１と大差無い数値となっている。これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動がスムーズに行われて、硬質ポリウレタンフォーム１１が持つ実力通りの物性が得られているものと考えられる。
（実施例６）
表１の実施例６は、真空断熱パネル１２の厚みｔを１５ｍｍ、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴを４０ｍｍに設定した例である（Ｔ＞２ｔ）。この実施例６では、硬質ポリウレタンフォーム１１を発泡した時、該当部近傍に未充填ボイドは発生せず、熱伝導率は１８．６ｍＷ／ｍ・Ｋ、全体密度からコア密度を減じた数値は３．４となり、硬質ポリウレタンフォーム１１そのものとしては従来例１と大差無い数値となっている。これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動がスムーズに行われて、硬質ポリウレタンフォーム１１が持つ実力通りの物性が得られているものと考えられる。
表１に示す評価結果から、外箱１３と内箱１４との間に形成される空間に真空断熱パネル１２を配置した状態で硬質ポリウレタンフォーム１１を充填して断熱箱体を形成する場合には、硬質ポリウレタンフォーム１１が流動する間隙として、真空断熱パネル１２の厚さの２倍以上の間隙を確保する必要があることが分かった。
また、図２から図４に示す断熱箱体７のうち、最も広面積な真空断熱パネル１２を搭載し、且つ、使用時にその外観も目に付きやすいと考えられる断熱箱体７の側面部分について、硬質ポリウレタンフォーム１１の注入口６とそれに近い側の真空断熱パネル１２の端面までの距離との関係で、外箱１３の側面の外観歪の状況、硬質ポリウレタンフォーム１１の未充填ボイドの有無、抵抗圧力の３要素を複数の例で比較評価した。
その評価結果を表２に示す。ここで、注入口６と真空断熱パネル１２の４辺のうち最もウレタン注入口側の端辺との距離をＬとする。なお、この評価において使用した硬質ポリウレタンフォーム１１は、冷蔵庫の断熱性能の指標である熱伝導率を追求した処方のものを利用した。また、実験においては、−１０℃に保持した低温室に８時間放置した際の冷蔵庫側面該当部の歪みの観察と、冷蔵庫実機の該当部の表層ボイドの有無の確認、硬質ポリウレタンフォーム１１の注入口６から３０ｍｍの距離における５０ｍｍ×５０ｍｍにサンプリングした硬質ポリウレタンフォーム１１の抗圧力を測定した。
Figure 2007285672
 （従来例２）
表２の従来例２は、真空断熱パネルを搭載せず、硬質ポリウレタンフォーム１１のみとした例である。従来例２では、注入口６の近傍における外観歪みは良好であり、目立った表層ボイドも見られず、硬質ポリウレタンフォーム１１の抗圧力は０．１５ＭＰaと良好な数値を示した。
（比較例４）
表２の比較例４は、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺との距離Ｌが０ｍｍの例である（Ｌ＝０）。この比較例４では、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺とが一致していため、注入口６の近傍においては、大きな歪みが観察され、表層ボイドも点在し、抗圧力は０．０７ＭＰaと小さくフォーム強度が劣る結果となった。
これは、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動厚みＴが真空断熱パネル１２によって局所的に薄くなり発泡開始で局所的に薄くなっているので、断熱厚みの段差において硬質ポリウレタンフォーム１１のセルが伸びることで収縮が起きやすく、外箱意匠面の歪みの発生要因となっていると考えられる。また、硬質ポリウレタンフォーム１１の注入口６付近においては、発泡ウレタン注入時の原液のハネや、外箱への発泡ウレタン原液の飛散などで、硬質ポリウレタンフォーム１１が荒れやすく、表層ボイドが発生しやすい。特に、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺とが重なると、表層ボイドが発生しやすくなると考えられる。この表層ボイドが発生すると、製品が凹み意匠上の問題が発生すると同時に、この空洞部から冷蔵庫内の熱が外部に逃げることとなり、冷蔵庫の消費電力量が大きくなるという問題が発生する。
（比較例５）
表２の比較例５は、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺との距離Ｌが１０ｍｍの例である（Ｌ＝１０）。この比較例５では、注入口６の近傍においては、歪みが観察され、表層ボイドも点在し、抗圧力は０．１０ＭＰaでフォーム強度がやや劣る結果となった。
（比較例６）
表２の比較例６は、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺との距離Ｌが１５ｍｍの例である（Ｌ＝１５）。この比較例６では、注入口６の近傍においては、小さい歪みが観察され、表層ボイドも小さいものが幾らか存在する結果となった。一方、硬質ポリウレタンフォーム１１の抗圧力は、０．１３ＭＰaとなり、従来例２に近い値となった。
（実施例７）
表２の実施例７は、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺との距離Ｌが２０ｍｍの例である（Ｌ＝２０）。この実施例７では、真空断熱パネル部分は断熱厚が局所的に薄くなっているが、注入口６から流動距離が確保されているため、ウレタン増粘に大きな影響はなく、大きなボイドの発生も無かった。これよって、比較的良好な外観状態を確保し、且つ未充填ボイド等が無く、真空断熱パネルの断熱特性を発揮することが可能、つまり消費電力量の小さい冷蔵庫を提供することが可能と言える。また、硬質ポリウレタンフォーム１１の注入口６から３０ｍｍの距離において採取したウレタンフォーム１１の抗圧力を測定したところ、０．１５ＭＰaであり、真空断熱パネルを設置しない従来例２と同等の数値となった。
（実施例８）
表２の実施例８は、注入口６と真空断熱パネル１２の端辺との距離Ｌが２５ｍｍの例である（Ｌ＝２０）。この実施例８では、真空断熱パネル部分は断熱厚が局所的に薄くなっているが、注入口６から流動距離が確保されているため、ウレタン増粘に大きな影響はなく、大きなボイドの発生も無かった。これによって、比較的良好な外観状態を確保し、且つ未充填ボイド等が無く、真空断熱パネルの断熱特性を発揮することが可能、つまり消費電力量の小さい冷蔵庫を提供することが可能と言える。また、硬質ポリウレタンフォームの注入口から３０ｍｍの距離において採取したウレタンフォームの抗圧力を測定したところ、０．１５ＭＰaであり、真空断熱パネルを設置しない従来例２と同等の数値となった。
表２に示す評価結果から、外箱１３と内箱１４との間に形成される空間に真空断熱パネル１２を配置した状態で硬質ポリウレタンフォーム１１を充填して断熱箱体を形成する場合には、注入口６に最も近い真空断熱パネル１２の端辺が注入口から２０ｍｍ以上離れるように真空断熱パネル１２を箱体７Ａ内に配置し、この状態で硬質ポリウレタンフォーム１１を充填する必要があることが分かった。
さらに、硬質ポリウレタンフォーム１１の材料の組成配合について、全体密度、圧縮強度、低温寸法変化率、高温寸法変化率、熱伝導率、フォーム状態の６要素を複数の例で比較評価した。
その評価結果を表３に示す。ここで、プロピレンオキサイドで付加したｍ−トリレンジアミン系ポリエーテルポリオール（ポリオールＡと称す）、プロピレンオキサイドで付加したｏ−トリレンジアミン系ポリエーテルポリオール（ポリオールＢと称す）、プロピレンオキサイドで付加したトリエタノールアミン系ポリエーテルポリオール（ポリオールＣと称す）、プロピレンオキサイドで付加した蔗糖系ポリエーテルポリオール（ポリオールＤと称す）、ポリエステルポリオール（ポリオールＥと称す）の混合ポリオール成分１００重量部を用いて、発泡剤として水およびシクロペンタン、それに反応触媒ならびに整泡剤を加え、イソシアネート成分としてポリメチレンポリフェニルジイソシアネートを使用し、図２に示す４点注入により冷蔵庫実機に充填発泡し硬質ポリウレタンフォーム１１を作製した。
また、表３の各物性・特性は下記のようにして調べた。
全体密度：注入口６から少なくとも５００ｍｍ以上離れた部分から採取し、５０ｍｍ×５０ｍｍ×３５ｔｍｍのスキン層付きの硬質ポリウレタンフォーム１１の重量（Ａ）を測定する。ビーカ中に蒸留水および金属針で水没させた時の体積（Ｂ）を測定し、重量（Ａ）を体積（Ｂ）で除した値を全体密度として評価した。
圧縮強度：注入口６から少なくとも５００ｍｍ以上離れた部分から採取し、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２０〜２５ｔｍｍに切断した硬質ポリウレタンフォーム１１を、送り速度４ｍｍ／ｍｉｎで負荷し、１０％変形時の荷重を元の受圧面積で除した値を圧縮強度として評価した。
低温寸法変化率：注入口６から少なくとも５００ｍｍ以上離れた部分から採取し、１５０ｍｍ×３００ｍｍ×２０〜２５ｔｍｍに切断した硬質ポリウレタンフォームを−２０℃で２４時間放置した時の厚さ寸法変化率を評価した。
高温寸法変化率：注入口６から少なくとも５００ｍｍ以上離れた部分から採取し、１５０ｍｍ×３００ｍｍ×２０〜２５ｔｍｍに切断した硬質ポリウレタンフォームを７０℃で２４時間放置した時の厚さ寸法変化率を評価した。
熱伝導率：注入口６から少なくとも５００ｍｍ以上離れた部分から採取し、２００ｍｍ×２００ｍｍ×２０〜２５ｔｍｍに切断した硬質ポリウレタンフォーム１１を、英弘精機社製ＨＣ−０７１型（熱流計法、平均温度１０℃）を用いて評価した。
フォーム状態：注入口６から少なくとも５００ｍｍ以上離れた部分の状態を目視により判断した。
Figure 2007285672
 （比較例６）
表３の比較例６は、ポリオールＡを６０部、ポリオールＣを２０部、ポリオールＤを５部、ポリオールＥを１５部配合した混合ポリオールに、水部数を０．５部、発泡剤であるシクロペンタンを１８部加え、他の助剤とイソシアネート溶液とを反応させて発泡した例である。この配合は、炭酸ガス発生を抑制するために水部数を少なくし、シクロペンタン部数を多くして発泡効率を上げているものであり、熱伝導率改善に特化した組み合わせである。
その結果、全体密度が大きくなり、注入量が多くなっている。これは、水部数が少ないため、硬質ポリウレタンフォーム１１の流動性に乏しい結果となったと考えられる。また、寸法安定性は、高温寸法変化率が大きく、経時的なフォームの劣化が懸念される。
（比較例７）
表３の比較例７は、比較例６に対して、ポリオールＡを半減し、新規にポリオールＢを追加し、水部数も１．１部に増量し、シクロペンタンの部数を１６部とした例である。その結果、比較例７では、比較例６に対して、全体密度は低くなったが、低温寸法変化率が大きくなり、また、フォーム表面に表層ボイドが見受けられた。表層ボイドは冷蔵庫実機においては、外箱の凹みや歪に繋がる。
（比較例８）
表３の比較例８は、比較例７に対して、ポリオールＡを無くし、ポリオールＢを中心とする配合とし、水部数を１．４部と増量し、シクロペンタンを１４部に減じた例である。その結果、比較例８では、比較例６に対して、全体密度は低くなったが、低温寸法変化率が大きくなり、また、フォーム表面に表層ボイドが見受けられた。
以上より、ポリオールＢの配合により表層ボイドの発生が懸念されるため、実施例９〜１１ではポリオールＢを配合せず実施した。
（比較例９）
表３の比較例９は、比較例６に対して、ポリオールＡを若干減じて４０部とし、ポリオールＣおよびポリオールＤを増加し、水部数を１．２部とし、シクロペンタン量を１２部と減じた例である。
その結果、比較例９では、比較例６に対して、全体密度は低くなったが、熱伝導率が大きくなってしまった。熱伝導率が大きくなると、冷蔵庫実機での冷却能力の悪化に繋がる。
（実施例９）
表３の実施例９では、熱伝導率改善のために、シクロペンタン部数を１５部に増加した。また、ポリオールＥを増量しシクロペンタンとの相溶性が低いポリオール成分が、ポリオール成分全体の４０％を占めるように配合した。また、流動性を向上する狙いで水部数を増加して１．５部とした。
その結果、実施例９では、比較例９に対して、全体密度、圧縮強度、低温寸法変化率、高温寸法変化率、熱伝導率、フォーム状態の６要素で優れた性能が得られた。
（実施例１０）
表３の実施例１０では、実施例９に対して、水部数を１．８部とさらに増加し、それ以外の配合についてはそのままとした。その結果、注入量についてはさらなる低減を達成した。ただし、フォームの全体密度も小さくなっており、それに伴い圧縮強度も低下している。寸法安定性はさらに良好となった。
（実施例１１）
表３の実施例１１では、実施例１０に対して、シクロペンタンとの相溶性の低いポリオールＤの配合量を増加し、ポリオール全体に対して、シクロペンタンとの相溶性の低いポリオールの割合が５０％以上となるように配合した。その結果、注入量については大幅な低減を達成した。また、全体密度が小さくなっているが、圧縮強度は大幅に改善し比較例に近い数値となり寸法安定性も良好な結果となっている。これは、シクロペンタンとの相溶性の低いポリオールを加える方が、シクロペンタンに対して気泡セルが、より不溶となり、発泡剤であるシクロペンタンが気泡セル内に十分封止されて、シクロペンタンと気泡セル内の可塑化効果が、より小さくなるためと考えられる。また、フォームの状態、熱伝導率についても良好であった。
表３に示す評価結果から、外箱１３と内箱１４との間に形成される空間に真空断熱パネル１２を配置した状態で硬質ポリウレタンフォーム１１を充填して断熱箱体を形成する場合には、シクロペンタンとの溶解性の低い成分を有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．２〜２．０重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォーム１１を用いる必要があることが分かった。
本発明の一実施形態に係る断熱箱体に用いるポリオールとイソシアネートの２液混合による硬質ポリウレタンフォームの生成原理を説明する図である。 本実施形態の断熱箱体における硬質ポリウレタンフォームの充填状態を説明する模式図である。 本実施形態で製造された断熱箱体の要部断面図である。 本実施形態に係る断熱箱体の透視模式図である。
符号の説明
１…ポリオール、２…イソシアネート、３…ミキシングヘッド、５…ウレタン原液、６…注入口、７…断熱箱体、７Ａ…箱体、８…冷蔵庫製品背面、９…注入ヘッド、１０…硬質ポリウレタンフォームのカットサンプル、１１…硬質ポリウレタンフォーム、１２…真空断熱パネル、１３…外箱、１４…内箱。

Claims (6)

  1. 外箱及び内箱からなる箱体の前記外箱と前記内箱との間に形成される空間に真空断熱パネルが配置された状態で硬質ポリウレタンフォームが充填された断熱箱体において、
    シクロペンタンとの溶解性の低い成分を４０％以上有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．２〜２．０重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォームを用い、
    前記外箱と前記内箱との間に形成される空間の前記真空断熱パネルが設置された面における前記硬質ポリウレタンフォームが流動する間隙として、前記真空断熱パネルの厚さの２倍以上の間隙を確保し、
    前記硬質ポリウレタンフォームを充填するための注入口に最も近い前記真空断熱パネルの端辺が当該注入口から２０ｍｍ以上離れるように前記真空断熱パネルを前記箱体内に配置され、前記硬質ポリウレタンフォームが充填されている
    ことを特徴とする断熱箱体。
  2. 請求項１において、前記硬質ポリウレタンフォームの注入口から少なくとも５００ｍｍ以上離れた硬質ポリウレタンフォームのスキン層の全体密度が３０〜３３ｋｇ／ｍ３で、圧縮強度が０．１ＭＰａ以上で、空気中に７０℃と−２０℃の温度で２４時間放置時後の寸法変化率が１．０％以下となる前記硬質ポリウレタンフォームを用いたことを特徴とする断熱箱体。
  3. 請求項１において、前記真空断熱パネルとして、バインダーを含まない無機繊維重合体を単体或いはプラスチックフィルムからなる内袋内に収納した芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材とを備えた真空断熱パネルを用いたことを特徴とする断熱箱体。
  4. 外箱及び内箱からなる箱体を形成し、この箱体の前記外箱と前記内箱との間に形成される空間に真空断熱パネルを配置した状態で硬質ポリウレタンフォームを充填して断熱箱体を形成する断熱箱体の製造方法において、
    シクロペンタンとの溶解性の低い成分を４０％以上有する混合物であるポリオール成分とイソシアネート成分とを、触媒、整泡剤、ポリオール混合物１００重量部に対して１．２〜２．０重量部の水、及び１３〜１５重量部のシクロペンタンを組み合わせた混合発泡剤の中で反応させる硬質ポリウレタンフォームを用い、
    前記外箱と前記内箱との間に形成される空間の前記真空断熱パネルが設置された面における前記硬質ポリウレタンフォームが流動する間隙として、前記真空断熱パネルの厚さの２倍以上の間隙を確保し、
    前記硬質ポリウレタンフォームを充填するための注入口に最も近い前記真空断熱パネルの端辺が当該注入口から２０ｍｍ以上離れるように前記真空断熱パネルを前記箱体内に配置し、この状態で前記硬質ポリウレタンフォームを充填する
    ことを特徴とする断熱箱体の製造方法。
  5. 請求項４において、前記硬質ポリウレタンフォームの注入口から少なくとも５００ｍｍ以上離れた硬質ポリウレタンフォームのスキン層の全体密度が３０〜３３ｋｇ／ｍ３で、圧縮強度が０．１ＭＰａ以上で、空気中に７０℃と−２０℃の温度で２４時間放置時後の寸法変化率が１．０％以下となる前記硬質ポリウレタンフォームを用いることを特徴とする断熱箱体の製造方法。
  6. 請求項４において、前記真空断熱パネルとして、バインダーを含まない無機繊維重合体を単体或いはプラスチックフィルムからなる内袋内に収納した芯材と、前記芯材を収納して内部を減圧し周縁部を溶着して封止したラミネートフィルムからなる外包材とを備えた真空断熱パネルを用いることを特徴とする断熱箱体の製造方法。
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