JP2016173148A - 真空断熱パネル、コア材、冷蔵庫、真空断熱パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真空断熱パネルを、より容易に製造することができる真空断熱パネル、この真空断熱パネルを構成するコア材、この真空断熱パネルを備える冷蔵庫、並びに、この真空断熱パネルの製造方法を提供する。【解決手段】真空断熱パネル１０は、不織布状に成膜された樹脂繊維１３からなるコア材１１を、外包材１２内に収容した真空断熱パネルであって、樹脂繊維は、エレクトロスピニング法で形成されて、外包材の内面に直接成膜されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、真空断熱パネル、この真空断熱パネルを構成するコア材、この真空断熱パネルを備える冷蔵庫、並びに、この真空断熱パネルの製造方法に関する。

従来より、断熱機能を有するコア材を外包材内に収容することで構成される断熱材が考えられている（例えば、特許文献１参照）。そして、この種の断熱材に係る技術分野において、近年では、繊維材により不織布を形成し、その不織布を多数積層することによりコア材を構成することが考えられている。しかし、多数の不織布を積層する作業は、手間がかかり、また、このように多数の不織布が積層されたコア材を外包材に収容する作業、いわゆる袋詰め作業も、手間がかかる。

特開２００６−１０５２８６号公報

本実施形態は、より容易に製造することができる真空断熱パネル、この真空断熱パネルを構成するコア材、この真空断熱パネルを備える冷蔵庫、並びに、この真空断熱パネルの製造方法を提供する。

本実施形態に係る真空断熱パネルは、樹脂繊維からなるコア材を外包材内に収容した真空断熱パネルであって、前記樹脂繊維は、前記外包材の内面に直接成膜されている。
本実施形態に係る真空断熱パネルの製造方法は、樹脂繊維からなるコア材を外包材内に収容した真空断熱パネルを製造する方法であって、前記外包材を形成するシート材に前記樹脂繊維からなる樹脂繊維層を成膜する行程と、前記樹脂繊維層が成膜された前記シート材により前記外包材を形成する行程と、を含む。

実施形態による真空断熱パネルを示す模式的な断面図 外包材を構成するシート材を示す模式的な断面図 真空断熱パネルの製造方法の一例を示す図（その１） 真空断熱パネルの製造方法の一例を示す図（その２） 冷蔵庫の断熱箱体を示す模式的な斜視図 冷蔵庫の真空断熱パネル組を示す模式的な斜視図 真空断熱パネルの変形例を示す模式的な断面図

以下、一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に例示する真空断熱パネル１０は、その主体部を構成するコア材１１を外包材１２内に備える。コア材１１は、樹脂繊維１３により構成されている。外包材１２は、真空断熱パネル１０の表面部を構成する。コア材１１を内蔵する外包材１２は、その内部が真空に近い圧力まで減圧された後、密封される。これにより、コア材１１を内蔵する外包材１２は、内部が真空化された真空断熱パネル１０として形成される。

コア材１１は、外包材１２の内面に不織布状に成膜された樹脂繊維層１４が複数層、この場合２層積層された状態となっている。樹脂繊維層１４は、外包材１２の内面に直接成膜されている。この樹脂繊維層１４は、ランダムに絡み合った樹脂繊維１３で形成されている。樹脂繊維１３は、エレクトロスピニング法で形成されている。エレクトロスピニング法で形成された樹脂繊維１３は、その平均繊維径が約１μｍ程度の細繊維であり、長さが外径の１０００倍以上の長繊維である。また、この樹脂繊維１３は、全体的に直線状ではなく、ランダムに湾曲した縮れ状である。そのため、樹脂繊維１３は、互いに絡み合いやすく、容易に不織布状の樹脂繊維層１４を形成する。エレクトロスピニング法を利用することにより、樹脂繊維１３の紡糸と、樹脂繊維層１４の形成とを同時に行なうことができる。その結果、コア材１１は、短い工数で容易に形成することができる。

また、樹脂繊維層１４を構成する樹脂繊維１３は、エレクトロスピニング法を利用することにより、ナノメートルからマイクロメートルの極細い平均繊維径が容易に確保される。そのため、樹脂繊維層１４は１枚あたりの厚さが非常に薄くなり、コア材１１の厚さも薄くなる。従来のガラス繊維の場合、繊維長が短く、繊維同士の絡み合いが少ない。そのため、ガラス繊維を用いると、不織布状の繊維層の維持が困難となる。また、ガラス繊維の場合、ガラス繊維の紡糸と不織布状の繊維層の形成とを同時に行なうことは一般に困難である。

このように、本実施形態の場合、コア材１１は、２層の樹脂繊維層１４が積層された構成となる。樹脂繊維層１４を形成する樹脂繊維１３は、断面がほぼ均一な円形または楕円形に形成されている。樹脂繊維層１４を形成する樹脂繊維１３は、ガラスよりも密度の小さな有機系のポリマーで形成されている。樹脂繊維１３をガラスよりも密度の小さなポリマーで形成することにより、樹脂繊維１３の軽量化を図ることができる。樹脂繊維層１４は、２種類以上の樹脂繊維１３を混紡してもよい。

混紡によって形成される樹脂繊維層１４の一例として、ポリスチレンの繊維と芳香族ポリアミド系樹脂（登録商標：ケプラー）などが用いられる。他にも樹脂繊維層１４は、上記に加え、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリフェノール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂やこれらを含む共重合体などから選択される１種類、または２種類以上のポリマーの混紡によって形成することができる。

樹脂繊維１３をエレクトロスピニング法で形成する場合、上記ポリマーを溶液化する。溶媒としては、例えば、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンなどの揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在してもよい。なお、本実施形態に適用可能な溶媒は、上記溶媒に限定されるものではない。上記溶媒は、あくまでも例示である。

この場合、混紡される樹脂繊維１３は、いずれも外径ｄがｄ＜１μｍとなるように設定されている。このように複数種類の樹脂繊維１３を混紡することにより、樹脂繊維層１４の断熱性と軽量化および強度の向上を図ることができる。樹脂繊維層１４は、絡み合った樹脂繊維１３の相互間に形成される空隙の体積が小さくなると、これに反してその空隙の数が増加する。樹脂繊維１３の相互間の空隙の数は、多くなるほど断熱性の向上が図られる。そこで、樹脂繊維層１４は、これを構成する樹脂繊維１３の繊維の外径ｄをｄ＜１μｍとナノメートルオーダーに小径化することが好ましい。このように樹脂繊維１３の外径ｄを小径化することにより、樹脂繊維１３の相互間に形成される空隙の体積が小さくなりつつ数が増加する。このように小径化することにより、絡み合った樹脂繊維１３の相互間に形成される空隙の体積がより小さくなりその数がより増加し、樹脂繊維層１４の断熱性の向上が図られる。

樹脂繊維１３は、例えばケイ素酸化物、金属の水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩など各種の無機フィラーを添加してもよい。このように樹脂繊維１３に無機フィラーを添加することにより、樹脂繊維層１４の断熱性を維持しつつ強度の向上を図ることができる。具体的には、添加する無機フィラーとしては、ウォラスナイト、チタン酸カリウム、ゾノトライト、石膏繊維、アルミニウムポレート、ＭＯＳ（塩基性硫酸マグネシウム）、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、マイカ、ガラスフレークなども用いることができる。

外包材１２は、例えば１層または２層以上の樹脂フィルムに金属または金属酸化物を蒸着させることにより、気体の透過性を無くした気密性のシート材からなる。図２に示すように、外包材１２を構成するシート材１２ｓは、複数の層が積層された構造となっている。この場合、シート材１２ｓは、少なくとも４つの層１２ｓ１〜１２ｓ４を有する。層１２ｓ１は、シート材１２ｓにより外包材１２を形成した状態で、当該外包材１２の内面を構成する。この層１２ｓ１は、例えばポリエチレンで構成され、熱シール性を有する。なお、この層１２ｓ１を構成する材料はポリエチレンに限られず、例えばポリプロピレンで構成してもよい。層１２ｓ２は、例えばエチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）で構成され、シート材１２ｓに柔軟性を持たせる。層１２ｓ３は、例えばアルミ箔やアルミ蒸着層で構成される金属層であり、空気の流れを遮断する機能を有する。層１２ｓ４は、シート材１２ｓにより外包材１２を形成した状態で、当該外包材１２の外面を構成する。この層１２ｓ４は、例えばポリエチレンテレフタレートやポリアミドなどで構成され、シート材１２ｓの剛性や強度を向上する機能を有する。

次に、上記の真空断熱パネル１０の製造方法について説明する。図３に示すように、真空断熱パネル１０の製造装置は、ノズル１０１と対極板１０２を備える。ノズル１０１と対極板１０２は、相互に対向している。ノズル１０１と対極板１０２との間には、例えば数ｋＶ以上の高電圧が印加される。即ち、ノズル１０１と対極板１０２との間には、印加される高電圧により電場が形成される。そして、製造装置は、ノズル１０１と対極板１０２との間に載置部１０３を備える。この載置部１０３には、シート材１２ｓが載置される。なお、載置部１０３は、例えば搬送ベルトにより構成してもよい。

樹脂繊維１３の原料となる樹脂は、その樹脂に対し相溶性を有する溶媒、例えばトルエンなどに溶解され、ノズル１０１に供給される。ノズル１０１へ供給された樹脂の溶液は、高圧でノズル１０１からシート材１２ｓに向けて噴射される。このとき、上述のようにノズル１０１と対極板１０２との間には、高電圧による電場が形成されている。ノズル１０１から噴射された樹脂の溶液は、高電圧の印加によって微細化し、また電荷を帯びていることから、ゆらぎを含みながらランダムにノズル１０１から対極板１０２へ静電的な作用によって引き付けられる。また、高圧で噴射された樹脂の溶液は、ノズル１０１から噴射されると、溶媒が気化する。そのため、微細な繊維状となってランダムな形状でシート材１２ｓに付着する。その結果、シート材１２ｓのノズル１０１側の面には、微細な繊維がランダムに絡み合った樹脂繊維層１４が形成される。

また、樹脂繊維１３は、ランダムかつ乱雑、つまり不規則な状態でノズル１０１から噴射される。そのため、樹脂繊維１３は、ノズル１０１から噴射されると不規則に転回し、全体的にストレート状でないランダムな縮れ状に形成される。その結果、樹脂繊維１３は、互いに不規則かつ強固に絡み合って樹脂繊維層１４を構成する。また、樹脂繊維１３は、ノズル１０１から噴射された際に渦巻き形状を呈する場合がある。この渦巻き形状の樹脂繊維１３は、他の樹脂繊維１３と強固に絡み合い、樹脂繊維層１４の強度の向上に寄与する。さらに、樹脂繊維１３は、ノズル１０１から連続して噴射される。そのため、形成される樹脂繊維１３は、ノズル１０１からの噴射が終了するまでほぼ連続した一本の繊維となる。その結果、樹脂繊維１３は、繊維の外径に対する繊維長が１０００倍以上と非常に大きな長繊維となる。

エレクトロスピニング法で樹脂繊維１３を形成すると、繊維が途切れることなく連続した十分な長さを有する。そのため、エレクトロスピニング法による樹脂繊維１３は、その長さおよび形成時の転回による不規則な形状によって、他の繊維との絡み合いだけでなく、自身が連続して絡み合う。その結果、エレクトロスピニング法による樹脂繊維１３は、一本の繊維自身の強固な絡み合いによっても樹脂繊維層１４を形成する。これにより、より安定した形状の樹脂繊維層１４を形成することができる。

なお、樹脂繊維層１４の形成に際しては、樹脂繊維層１４を成膜する前に、シート材１２ｓの端部を、例えば、図示しないマスキングテープにより予めマスキングしておくとよい。これにより、シート材１２ｓの端部に樹脂繊維層１４が形成されてしまうことを回避することができる。シート材１２ｓの端部は、当該シート材１２ｓを外包材１２として形成する際に密封される部分である。そのため、この部分に樹脂繊維１３が存在すると、その密封度が損なわれ、真空断熱パネル１０の真空度を維持できないからである。また、シート材１２ｓは、導電性を有する金属層を含んでおり、電界の作用を受けやすくなっている。従って、シート材１２ｓの表面に、樹脂繊維層１４を効率良く形成することができる。

この場合、２つのシート材１２ｓに、それぞれ樹脂繊維層１４を形成する。そして、これらシート材１２ｓを、樹脂繊維層１４側を相互に対向させるようにして重ね合わせる。そして、シート材１２ｓの端部を溶着する。これにより、シート材１２ｓを袋状に形成する。なお、このとき、シート材１２ｓの一部は開放したままとする。この開放部から、袋状となったシート材１２ｓの内部を減圧するためである。そして、袋状となったシート材１２ｓの内部を減圧し、端部のうち開放している部分を溶着する。これにより、シート材１２ｓの全ての端部が溶着され、内部が真空化された真空断熱パネル１０が得られる。

なお、真空断熱パネル１０の製造方法は、上述したものに限られない。例えば図４に示す製造方法では、まず、１枚の長尺なシート材１２ｓの２箇所に、相互に所定の間隔をあけて樹脂繊維層１４を形成する。２つの樹脂繊維層１４により挟まれている部分は、真空断熱パネル１０の一端部を構成する部分である。そして、そのシート材１２ｓを、樹脂繊維層１４を相互に対向させるようにして折り畳む。そして、シート材１２ｓの端部を溶着し、袋状に形成する。なお、この場合も、シート材１２ｓの一部は開放したままとする。そして、袋状となったシート材１２ｓの内部を減圧し、開放している端部を溶着する。この製法によれば、真空断熱パネル１０の少なくとも１つの端部、つまりシート材１２ｓの中央部において２つの樹脂繊維層１４により挟まれている部分により形成される端部の気密性を高めることができる。よって、一層真空度の高い真空断熱パネル１０を製造することができる。

本実施形態に係る真空断熱パネル１０によれば、シート材１２ｓのうち外包材１２の内面となる部分に、樹脂繊維１３からなる樹脂繊維層１４を直接成膜する。そして、そのシート材１２ｓを袋状の外包材１２に成形することで真空断熱パネル１０を構成する。この構成によれば、多数の不織布を積層する作業や多数の不織布が積層されたコア材を外包材１２内に収容する作業を不要とすることができ、真空断熱パネル１０を、より容易に製造することができる。

なお、樹脂繊維１３は、例えば、溶融紡糸法により成形してもよい。溶融紡糸法は、樹脂繊維１３の原料を加熱溶融し、それをノズルから空気中あるいは水中に押し出して冷却することにより樹脂繊維１３を得る製法である。

次に、上記の真空断熱パネル１０を用いた冷蔵庫について図５および図６に基づいて説明する。
冷蔵庫４０は、図５に示すように前面が開口した断熱箱体４１を備えている。冷蔵庫４０は、この断熱箱体４１に図示しない冷凍サイクルが取り付けられている。また、冷蔵庫４０は、断熱箱体４１を複数の貯蔵室に仕切る図示しない仕切板、貯蔵室の前面を覆う図示しない断熱扉、および貯蔵室の内部を前後へ移動する図示しない引き出しなどを備えている。冷蔵庫４０の断熱箱体４１は、外箱４２、内箱４３、およびこれら外箱４２と内箱４３との間に挟まれた真空断熱パネル組５０を有している。外箱４２は鋼板で形成され、内箱４３は合成樹脂で形成されている。

真空断熱パネル組５０は、冷蔵庫４０の断熱箱体４１の各壁部に対応して分割されている。具体的には、真空断熱パネル組５０は、図６に示すように左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５に分割されている。これら左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５は、いずれも上述の真空断熱パネル１０で構成されている。左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５は、真空断熱パネル組５０として組み立てられ、外箱４２と内箱４３との間に挟み込まれる。外箱４２と内箱４３との間において真空断熱パネル組５０を構成する左壁パネル５１、右壁パネル５２、天井パネル５３、後壁パネル５４および底壁パネル５５の相互間に形成される隙間は、図示しない断熱性のシール部材で封止される。シール部材は、例えば発泡性の樹脂などで形成される。

このように、冷蔵庫４０は、断熱箱体４１を構成する真空断熱パネル組５０を有している。真空断熱パネル組５０は、上述の真空断熱パネル１０で構成されている。従って、厚みや重量をさらに軽減しつつ、高い断熱性能を確保することができる。

本実施形態に係る真空断熱パネルは、樹脂繊維からなるコア材を外包材内に収容した真空断熱パネルであって、前記樹脂繊維は、前記外包材の内面に直接成膜されている。また、本実施形態に係る真空断熱パネルの製造方法は、樹脂繊維からなるコア材を外包材内に収容した真空断熱パネルを製造する方法であって、前記外包材を形成するシート材に前記樹脂繊維からなる樹脂繊維層を成膜する行程と、前記樹脂繊維層が成膜された前記シート材により前記外包材を形成する行程と、を含む。本実施形態によれば、多数の不織布を積層する作業や多数の不織布が積層されたコア材を外包材内に収容する作業を不要とすることができ、真空断熱パネルを、より容易に製造することができる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば図７に示すように、真空断熱パネル１０は、外包材１２内において相互に対向する樹脂繊維層１４の厚さを異ならせてもよい。樹脂繊維層１４の厚さは、シート材１２ｓに樹脂繊維層１４を成膜する際に、例えば、ノズル１０１から噴射する樹脂溶液の噴射量や噴射時間を調整したり、ノズル１０１と対極板１０２との間との間に形成する電場の強さを調整することにより調整することができる。

図面中、１０は真空断熱パネル、１１はコア材、１２は外包材、１３は樹脂繊維、１４は樹脂繊維層、４０は冷蔵庫を示す。

Claims (11)

1. 樹脂繊維からなるコア材を外包材内に収容した真空断熱パネルであって、
   前記樹脂繊維は、前記外包材の内面に直接成膜されている真空断熱パネル。
2. 前記外包材の内面は、ポリエチレンまたはポリプロピレンで構成されている請求項１に記載の真空断熱パネル。
3. 前記外包材は、金属層を含む請求項１または２に記載の真空断熱パネル。
4. 前記樹脂繊維は、ポリスチレンからなる請求項１から３の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
5. 前記樹脂繊維の平均繊維径は、１μｍよりも小さい請求項１から４の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
6. 前記樹脂繊維は、エレクトロスピニング法により成形されている請求項１から５の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
7. 前記樹脂繊維は、溶融紡糸法により成形されている請求項１から５の何れか１項に記載の真空断熱パネル。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の真空断熱パネルに備えられるコア材。
9. 請求項１から７の何れか１項に記載の真空断熱パネルを備える冷蔵庫。
10. 樹脂繊維からなるコア材を外包材内に収容した真空断熱パネルを製造する方法であって、
    前記外包材を形成するシート材に前記樹脂繊維からなる樹脂繊維層を成膜し、
    前記樹脂繊維層が成膜された前記シート材により前記外包材を形成する真空断熱パネルの製造方法。
11. 前記樹脂繊維層を成膜する前に、前記シート材の縁部をマスキングする請求項１０に記載の真空断熱パネルの製造方法。

Images