JP2012026492A - 真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】不良率を低減した立体成形の真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】繊維集合体からなる芯材と、ガスバリア層を有する外被材とを備えた真空断熱材において、前記外被材は前記ガスバリア層が弾性体層に挟まれた積層フィルムであることを特徴とする。また、前記弾性体層は熱可塑性エラストマー樹脂であることを特徴とする。また、前記熱可塑性エラストマー樹脂は、耐透過性グレードから成ることを特徴とする。
【選択図】 図１ａ

Description

本発明は、真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００３−２６２２９６号公報（特許文献１），特開２００７−２３９７７１号公報（特許文献２）がある。

特許文献１には、真空断熱材の外被材のラミネート構成中のナイロンフィルムを２層以上にすることが記載されている。

特許文献２には、熱溶着層を有するガスバリア性フィルムよりなる袋体に、有機又は無機の繊維若しくは粉体のいずれか又はこれらを組み合わせたものからなる層の表，裏両面に連続気泡硬質プラスチック発泡体を設けた少なくとも３層構成の芯材を収納し、内部を減圧密封した真空断熱材の全体を、常圧下において前記熱溶着層の融点より５〜３５℃程度高い温度に加熱して前記芯材の形状に沿った前記フィルムの未溶着部分、及び、前記フィルムの熱溶着層と前記芯材の表面を熱溶着したことが記載されている。

特開２００３−２６２２９６号公報 特開２００７−２３９７７１号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、真空断熱材の曲げ加工において、不良が生じるおそれがあり、これにより断熱性能が低下するおそれがある。

そこで本発明は、不良率を低減した立体成形の真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、繊維集合体からなる芯材と、ガスバリア層を有する外被材とを備えた真空断熱材において、前記外被材は前記ガスバリア層が弾性体層に挟まれた積層フィルムであることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、不良率を低減した立体成形の真空断熱材及びこれを用いた冷蔵庫を提供することができる。

本発明の実施例に係る外被材の断面拡大図。 本発明の実施例に係る真空断熱材の断面図。 本発明の実施例を示す真空断熱材の曲げ加工図。 本発明による製品の組込例を示す冷蔵庫の上部断面図。 本発明による製品の組込例を示す冷蔵庫の下部断面図。

以下、本発明の実施形態について、図１ａ，図１ｂ及び図２を用いて説明する。図１ａは本実施例の外被材の積層フィルムの構成を示しており、図１ｂは本実施例の真空断熱材を示している。図２は本実施例の真空断熱材の曲げ加工を示している。

（実施例１）
図１ｂに示す真空断熱材１は、外被材２，内袋３，芯材４，吸着材５から構成されている。

外被材２は、図１ａに示すように、最外層６，エラストマー外層７ａ，ガスバリア層８，エラストマー内層７ｂ，熱融着層９の大きく５層で構成された積層フィルムを使用した。

具体的構成として、最外層６は内面に蒸着／金属箔層６ｂとして５００Åアルミ蒸着されたポリエチレンテレフタレート樹脂１２μｍ、エラストマー層７（エラストマー外層７ａ，エラストマー内層７ｂ）は低透過性ポリエステル系エラストマー１０μｍ、ガスバリア層８は蒸着／金属箔層８ｂとして５００Åアルミ蒸着されたエチレンビニルアルコール供重合体１２μｍ、熱融着層９は直鎖状低密度ポリエチレン５０μｍをそれぞれ使用した。

各要素は例えば、最外層樹脂６ａとしてポリアミド樹脂を、ガスバリア樹脂８ａとしてはポリアクリル酸樹脂を、蒸着／金属箔層８ｂには、シリカ等無機材料の蒸着膜が挙げられる。

熱融着層には、高密度ポリエチレンやポリプロピレン，ポリブチレンテレフタレート等の熱溶着可能な樹脂がそれぞれ適応可能である。各層は二液硬化型ウレタン接着剤を介してドライラミネート法によって貼り合わせられるが、溶融したポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂等のプラスチック材料を接着剤として用いることや、熱によりプラスチックフィルムを貼り合わせる熱ラミネート，生分解性の接着剤で貼り合わせる等、接着剤や貼り合わせ方法については特に限定するものではない。

内袋３については、真空断熱材１の芯材保持のために使用しており、材質としてはポリエチレン樹脂その他、ポリプロピレン樹脂，ポリエチレンテレフタレート樹脂，ポリブチレンテレフタレート樹脂等、熱溶着できるものであれば使用することができる。内袋３はなるべく吸湿性が低く、アウトガスが少ないものが好ましい。

芯材４については、極細繊維で平均繊維径が４.１μｍのグラスウール集合体（密度：２５０（kg／ｍ³））を使用した。

吸着剤５については、合成ゼオライト（モレキュラーシーブス１３Ｘ）を用いたが、水分やガスを吸着するものであればシリカゲルや活性炭等の物理吸着タイプや、酸化カルシウム，塩化カルシウム，酸化ストロンチウム等の化学反応型吸着タイプ等を用いることも可能である。

真空断熱材の製作方法として、芯材４のグラスウール集合体の水分除去（約３００℃／１ｈ乾燥）を行い、内袋３に処理をした芯材４を入れて所定の厚みまで圧縮させた。次いでガスバリア性の外被材２に残存ガス吸着用の吸着剤５と共に入れ、真空包装機のロータリーポンプで１０分、拡散ポンプで１０分、真空チャンバー内に入れ、チャンバーの内部圧力が１.３Ｐａになるまで排気後、外被材２の端部をヒートシールして真空封止により真空断熱材１（大きさ：５００mm×５００mm×１０mm）を作製した。

本実施形態では、ガスバリア層をエラストマー層でサンドイッチ構造として、積極的にハイバリア層にかかる応力を緩和させて、ハイバリア層の応力的劣化を防ぎガスバリア性の劣化を最大限に抑えることを特徴とする。

ガスバリア層は、ポリアクリル酸樹脂，ポリビニルアルコール樹脂，エチレンビニルアルコール供重合体樹脂等の耐透過性に優れた樹脂層にアルミニウム，シリカ等を蒸着したもしくはアルミニウム等の金属箔を組み合わせた物が用いられる。一般的に耐透過性に優れた樹脂は力学的特性に劣る場合が多い。また、蒸着層及び金属箔は樹脂と比較して小さな伸び特性を示す。従って積層フィルム全体で見た場合、低荷重においてもガスバリア層の劣化が起こることとなる。例えば、積層フィルム自体の破断伸び率は５０％以上であるが、蒸着層の破損はおおよそ１０％以下で発生する。

最外層は、力学的特性、特に引張強度，じん性，耐摩耗性，耐突き抜き性に優れたポリエチレンテレフタレート樹脂やナイロン樹脂により内部構造が保護される。更に耐透過性を向上させるため、内面にガスバリア性を付加するため例えばアルミニウム，シリカ等を蒸着させる。もしくはアルミニウム等の金属箔でもよい。

最内面は、ポリエチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂等の低融点によって溶剤類を用いず真空断熱材の内部真空の劣化を起こしにくい熱融着により積層フィルム相互が固着される。熱融着層の耐透過性特に耐湿性はあまり優れていないので熱融着層の厚さは融着に必要な最小限度が望ましい。

応力緩和を担うエラストマー層には、ポリオレフィン系，ポリスチレン系，ポリウレタン系，ポリエステル系，ポリアミド系の各エラストマーが候補に挙げられる。このうちポリオレフィン系及びポリスチレン系エラストマーは熱融着層の樹脂と融点が近いため、融着時に共に融解する恐れがある。従ってポリウレタン系，ポリエステル系，ポリアミド系のエラストマーが望ましい。エラストマー系統の特性として分子構造上、耐透過性は非常に劣るため、分子内二重結合が少なく、耐透過性グレードを使用するのが好ましい。更には透過量を抑えるためにエラストマー層の厚さは必要最小限度が望まれる。

応力緩和のためには、エラストマーでなくゴムの利用も考えられるが、ゴムに含まれている配合剤から発するアウトガスが真空断熱材の真空度を悪化させる要因となる。またゴム自体の経年劣化はエラストマーと比較してかなり大きなものであるため、真空断熱材の寿命を縮めることとなる。

積層フィルムの構成としては、最外層，エラストマー外層，ガスバリア層，エラストマー内層，最内層の五層構造が望ましい。ガスバリア層は蒸着層及び金属箔層は外層側にして、ガスバリア樹脂層の外気による劣化を押さえるようにする。更に最外層内面に蒸着層を設けると外気による劣化をより抑えることができる。

（比較例１）
比較例１では従来品の構成として、最外層６，ガスバリア層（防湿層）８′，ガスバリア層８，熱融着層９の四層で構成された積層フィルムを用いた。具体的には、最外層６としては吸湿性が低い延伸ポリプロピレン樹脂３０μｍを用い、ガスバリア層（防湿層）８′として５００Åアルミ蒸着されたポリエチレンテレフタレート樹脂１２μｍを用い、ガスバリア層８は５００Åアルミ蒸着されたエチレンビニルアルコール共重合体樹脂１２μｍを用い、ガスバリア層（防湿層）８′とガスバリア層８は互いのアルミ蒸着層が向かい合うように貼り合わせた。熱融着層９には汎用性の高い直鎖状低密度ポリエチレン樹脂５０μｍを用いた。真空断熱材の製作方法は実施例１と同一である。

（比較例２）
比較例２は、実施例１に対して、積層フィルムの構成についてエラストマー層７の厚さを１０μｍから２０μｍへ増加させたものを検討した。他の事項は実施例１と同一である。

（実施例と比較例の検討）
実施例，比較例１，比較例２のそれぞれにおいて、曲げ加工時の表面状態，ガス透過特性，外被材延伸後のガス透過特性を比較検討した。

曲げ加工として、図２に示すように、製造現場で使われている曲げ治具１０を用いて、曲げ角度４５度，９０度の二種類の角度を振って表面状態を比較した。耐透過特性として、水蒸気透過特性をカップ法にて比較した。また、外被材延伸後の耐透過特性として、引張試験機にて外被材を所定の伸び率５％，７.５％，１０％，１５％で延伸し、水蒸気透過特性をカップ法にて比較して、劣化が起こる伸び率を確認した。

なお、曲げ治具１０は、固定板１０の上に真空断熱材１ａを置いて、その上に抑え板１０ｂを載せることで、真空断熱材１ａを位置規制する。そして、可動板１０ｃを起き上がらせる。このとき、固定板１０ａと抑え板１０ｂに挟まれていない真空断熱材１ａの一部は、可動板１０ｃによって折り曲げられる構成である。

その結果、曲げ加工時の表面状態は、実施例と比較例２においてはしわ等の発生が少なかったが、比較例１においてはしわ等の発生が多く見られ、充分にエラストマー層による応力緩和の効果が得られていた。

耐透過特性は、実施例１と比較例１がほぼ同等の耐透過特性であったが、比較例２は極めて悪い結果であった。これは、エラストマー層の透過特性の悪さが現れたことによる。

外被材延伸後の耐透過特性は、実施例１，比較例２共に１０％までは無延伸のものと同等であったが、１５％では特性の悪化が見られた。比較例１のものは５％までは無延伸のものと同等であったが、１０％では特性の悪化が見られた。１０％を越える歪み量は応力緩和の限度を超える物であると考えられる。

従って、実施例１は比較例の従来品の特性と比べると、ほぼ同等の耐透過性を持ち、現状の曲げ応力に対して充分な応力緩和特性を示しているといえる。

なお、曲げ加工された真空断熱材の冷蔵庫への組込例としては、図３において、天面用真空断熱材１ｂは天板１２ａの形状に近似した角度による二回の曲げ加工が行われる。箱体１１の天面後方部には冷蔵庫の運転を制御するための基板や電源基板等の電気部品１６を収納するための凹部１５が形成されており、電気部品１６を覆うカバー１７が設けられている。カバー１７の高さは外観意匠性と内容積確保を考慮して、外箱１２の天面１２ａとほぼ同じ高さになるように配置している。特に限定するものではないが、カバー１７の高さが外箱１２の天面１２ａよりも突き出る場合は１０mm以内の範囲に収めることが望ましい。

これに伴って、凹部１５は断熱材１４側に電気部品１６を収納する空間だけ窪んだ状態で配置されるため、断熱厚さを確保するため必然的に内容積が犠牲になってしまう。内容積をより大きくとると凹部１５と内箱１３間の断熱材１４の厚さが薄くなってしまう。このため、凹部１５の断熱材１４中に天面用真空断熱材１ｂを配置して断熱性能を確保、強化している。

本実施例では、天面用真空断熱材１ｂを庫内灯１８の庫内灯カバー１８ａと電気部品１６に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の天面用真空断熱材１ｂとしている。尚、カバー１７は耐熱性を考慮し鋼板製としている。

また、図４に示すように、箱体１１の後面下部に配置された圧縮機２１や凝縮機２０は発熱の大きい部品であるため、庫内への熱侵入を防止するため、内箱１３側への投影面に底面用真空断熱材１ｃを配置している。底面用真空断熱材１ｃは内箱１３の形状に近似した角度による二回の曲げ加工が行われている。

本実施形態の積層フィルムを使用した真空断熱材は、従来の曲げ加工された真空断熱材よりも更に冷蔵庫筐体の立体形状に沿った形状で加工することが可能である。

以上のように、本発明にかかる真空断熱材は、積層フィルム自体に応力緩和性を持たせることにより、従来と比較して、同等のＲでより大きな曲げ角度を得ることができるため、より冷蔵庫筐体の形状に合わせた加工が可能となり、断熱性能の良好な省エネルギー例倉庫を提供できる物である。また同程度の加工において、不良率が大幅に削減することによりコスト削減にも効果を発揮する。

１，１ａ 真空断熱材
１ｂ 天面用真空断熱材
１ｃ 底面用真空断熱材
２ 外被材
３ 内袋
４ 芯材
５ 吸着材
６ 最外層
６ａ 最外層樹脂
６ｂ，８ｂ 蒸着／金属箔層
７ エラストマー層
７ａ エラストマー外層
７ｂ エラストマー内層
８ ガスバリア層
８ａ ガスバリア樹脂
９ 熱融着層

Claims (4)

1. 繊維集合体からなる芯材と、ガスバリア層を有する外被材とを備えた真空断熱材において、前記外被材は前記ガスバリア層が弾性体層に挟まれた積層フィルムであることを特徴とする真空断熱材。
2. 前記弾性体層は熱可塑性エラストマー樹脂であることを特徴とする、請求項１記載の真空断熱材。
3. 前記熱可塑性エラストマー樹脂は、耐透過性グレードから成ることを特徴とする、請求項２記載の真空断熱材。
4. 請求項１乃至３のいずれかの真空断熱材を備えたことを特徴とする冷蔵庫。

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