JP2016205597A - ガスケットとそのガスケットを用いた断熱箱 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱箱への熱侵入量を長期間、低減するガスケットと、そのガスケットを用いた断熱箱を提供すること。
【解決手段】粒状の断熱材１を保持する第１袋部３４と、中空である第２袋部３５と、を有するガスケット３０を用いる。上記断熱材１は、断熱ビーズと、磁性粉とを含む上記ガスケット３０を用いる。上記断熱材１は、上記ビーズが主成分であり、上記磁性粉の割合は、１〜３０体積％である上記ガスケット３０を用いる。また、本体部１０と扉部２０との間に、上記ガスケット３０を有する断熱箱を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスケットとそのガスケットを用いた断熱箱に関する。特に、低温を保つ断熱箱とそれに用いられるガスケットに関するものである。

従来の断熱箱は、断熱箱の庫内側縁面に、その周囲を取り囲むようにガスケットが取り付けられている。この結果、扉を閉めた時に、ガスケットで、扉と断熱箱との間が密閉され、庫内の密閉状態を良好に維持できる。また、庫内の空気が庫外に漏れることや、暖かな庫外の空気が庫内に流入（あるいは、暖かな庫内の空気が庫外へ流出）することがない。

このように、ガスケットを介して温度差のある空気が存在する場合、高温側から低温側へ熱交換が発生する。以下、断熱箱を冷蔵庫として、具体的に説明する。冷蔵庫であるので、庫内側が低温である。

従来の冷蔵庫扉用のガスケットとしては、塩化ビニル系の押出成形品で構成されている。ガスケットは、ガスケット内部に設置された磁石帯により冷蔵庫本体と密着させている（特許文献１）。また、ガスケット内部に断熱材（エアロゲルと繊維構造物の複合断熱材）を挿入したものがある（特許文献２）。

図４は、特許文献１に記載された従来の扉を用いた冷蔵庫の斜視図であり、図５は、特許文献１に記載された従来の扉のガスケット部近傍の拡大断面図である。

図４に示すように、冷蔵庫本体１０は、その前面開口部に回転式の扉５１、引き出し式の凍結ルーム５２ａ、冷凍室５２ｂ、野菜室５３が設けてある。これら室の構造は、寸法を除いて基本構造は同じであるから、扉５１を例にして、図５の従来の扉のガスケット部近傍の拡大断面図を用いて詳細に説明する。

扉５１は、外板７２と、ＡＢＳ樹脂やＰＳ樹脂で成形された内板７３と、外板７２に挿入された押出成形から成るガスケット取付用サッシュ５６と、外板７２の上下辺に挿入した合成樹脂から成る射出成形品のハンドル（図示せず）およびキャップ（図示せず）とで枠組みされている。さらに、押出成形されたガスケット取付用サッシュ５６のフランジ５７に固定されている補強板５８がある。また、扉裏板５９の間に発泡断熱材６０が注入されている。さらに押出成形から成るガスケット取付用サッシュ５６と、ガスケット取付溝７４にガスケット７５が嵌め込まれている。

＜ガスケット＞
ガスケット７５は、一般に軟質ポリ塩化ビニルで押出成形されている。ガスケット取付溝７４に挿入される挿入部７６は厚肉である。また、ガスケット７５は、塩素化ポリオレフィン系のゴムとフェライト系の磁性粉とを混合して押し出し成形した磁石帯３２と、磁石帯３２を収納するための第一袋部７７（磁石帯室）と、クッションのための第二の袋部６５ｂと、中空袋部６６と、ヒレ部分６７とを有する。ガスケット７５は、断熱のために空気室を持つ中空構造となっている。空気室の部分の軟質ポリ塩化ビニルは薄肉となっている。

また、ガスケット７５が密着する冷蔵庫本体１０の鉄板製の本体外板１１には、曲げ加工によって内向きのフランジ形状を形成されている。このフランジは、ＡＢＳ樹脂やＰＳ樹脂で成形されたスポンジ７１により、本体内板１２に密着するように留められている。また、この本体外板１１と本体内板１２の間には、扉５１と同じように発泡断熱材６０が注入されている。

そして、ガスケット７５の磁石帯３２は、扉５１が閉じられる時に内向きに曲げられた本体外板１１に吸着する。このことによって、冷蔵庫本体１０と共に密閉構造を形成する。結果、冷蔵庫の中からの冷気の漏れ（熱の侵入）を防ぐ。断熱箱の構成や扉枚数等により異なるが、扉と断熱箱のシール部分であるガスケット７５からの熱の侵入は、断熱箱全体の２０〜３０％を占めている
図６は、特許文献２に記載された従来の扉のガスケット部近傍の拡大断面図である。ここで、特許文献１に記載の部材と同等の役割をする部材については、同じ符号をつけ、その説明を省略する。なお、特許文献２に記載された扉５１には、特許文献１で説明したようなガスケット取付用サッシュ５６（図５）などはなく、より簡素化された構成である。

図６に示すように、ガスケット７５の第二袋部７８には、複合断熱材Ａが挿入されている。複合断熱材Ａはエアロゲルと繊維構造物を複合したものである。繊維構造物は、エアロゲルを支持するための補強材である。

特開平７−２５３２６９号公報 特開２００４−３４０４２０号公報

しかしながら、特許文献１（図４、図５）に記載の従来の扉では、ガスケット７５に熱伝導性がある。そのため、多扉化に伴ってガスケット７５を通じて外気からの熱の侵入量が増加し、保温・保冷性能が低下する。そのため、冷蔵庫のようにエネルギーを消費する断熱箱では、電気エネルギーの使用量が増大し、地球温暖化を促進する。

また、特許文献２（図６）に記載の従来の扉では、ガスケット７５内部に、エアロゲルと繊維構造物とからなる複合断熱材Ａを用いるので、断熱性はよい。しかし、複合断熱材Ａを第二袋部７８の形に整え、挿入した場合、扉の動作により、ガスケット７５内の矩形のコーナー部に隙間３７が発生する。隙間３７が発生すると、隙間３７内の空気が対流する。このため、特許文献２の様な空気よりも熱伝導率の低い複合断熱材Ａを用いる場合には、断熱性能の低下に繋がる。

ここで、エアロゲル単体の熱伝導率は０．０１０〜０．０１２Ｗ／ｍ・Ｋであり、空気の熱伝導率（０．０２６〜０．０２８Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも優れた断熱性能を有する。しかし、繊維構造物の材質は、ポリエステル繊維やガラス繊維を用いている。これら繊維の熱伝導率は、０．０４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。以上の理由から、複合断熱材Ａ全体としての熱伝導率は、複合するエアロゲルと繊維構造物の比率にもよるが、０．０２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上になると計算できる。結果、複合断熱材Ａは、十分な断熱性能ではない。さらに、ガスケット７５内に設置された磁石帯３２と密着する冷蔵庫本体１０の本体外板１１は、冷蔵庫内の冷気に暴露（図６のＢ部）されており、この部分からの熱侵入量は特に大きくなると推定される。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、断熱箱への熱侵入量を長期間、低減するガスケットと、そのガスケットを用いた断熱箱を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、粒状の断熱材を保持する第１袋部と、中空である第２袋部と、を有するガスケットを用いる。また、本体部と扉部との間に、上記ガスケットを有する断熱箱を用いる。

本発明によれば、ガスケットの断熱性能を向上させることができる。そのガスケットを用いた断熱箱では、上記ガスケットにより、熱侵入量を低減し、保温・保冷効果を向上させることができる。

本発明の実施の形態１の扉のガスケット部近傍の拡大断面図 本発明の実施の形態１の扉のガスケット部近傍の拡大断面図 （ａ）本発明の実施の形態１のガスケットの断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１の粒状の断熱材の模式図、（ｃ）本発明の実施の形態１の断熱ビーズの模式図、（ｄ）本発明の実施の形態１の断熱ビーズの二次粒子の模式図 特許文献１の扉を使った冷蔵庫の外観斜視図 特許文献１の扉のガスケット部近傍の拡大断面図 特許文献２の扉のガスケット部近傍の拡大断面図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における扉のガスケット部近傍の拡大断面図であり、扉が開いた状態を示す。図２は、本発明の実施の形態１における扉のガスケット部近傍の拡大断面図であり、扉が完全に閉じた状態を示す。

＜冷蔵庫本体１０の構成＞
図１において、冷蔵庫本体１０は、本体外板１１と本体内板１２とを枠組みされ、枠組みによってできた空洞部に、発泡断熱材６０が充填されている。本体外板１１は、鉄板製で曲げ加工によって成形されている。本体内板１２は、ＡＢＳ樹脂やＰＳ樹脂でシート成形によって成形されている。

＜扉２０の構成＞
扉２０は、冷蔵庫本体１０と同様に、外板２１と内板２２とを枠組みされ、枠組みによってできた空洞部に、発泡断熱材６０が充填されている。材質においても、冷蔵庫本体１０と同様に、外板２１は鉄板製、内板２２はＡＢＳ樹脂やＰＳ樹脂で成形されている。内板２２には、ガスケット３０取り付け用の溝２３が設けてあり、ガスケット３０が挿入されている。その際、ガスケット３０は、内板２２が持つ傾斜面２４に沿うように配置される。

＜ガスケット３０の構成＞
ガスケット３０は、軟質ポリ塩化ビニルで押出成形されている。ガスケット取り付け用の溝２３に挿入される挿入部３１は、他の部分より厚肉である。また、ガスケット３０は、塩素化ポリオレフィン系のゴムとフェライト系の磁性粉とを混合して押出成形した磁石帯３２（磁石）と、磁石帯３２を収納するための磁石帯室３３とを有する。また、ガスケット３０は、断熱のために設けた第一袋部３４と、ガスケット３０の変形を容易にするために設けた第二袋部３５とを有する。

磁石帯３２は、磁石帯室３３に挿入されている。また、磁石帯３２と磁石帯室３３の相対する一つのコーナ部には、傾斜面３６を有する。磁石帯３２の形状としてコーナ部に傾斜を設けると、傾斜面３６が安定して形成できる。

挿入部３１以外の部分の軟質ポリ塩化ビニルは、挿入部３１の部分より薄肉である。
または、磁石帯３２の周囲、第二袋部３５の周囲、冷蔵庫内側に面した部分の軟質ポリ塩化ビニルは、他の部分より、薄い。ガスケット３０が縮じむ時、上記薄い部分が変形し、ガスケット３０が縮じみやすい。

また、第一袋部３４内部に粒状の断熱材１が封入されている。

＜粒状の断熱材１の構成＞
図３（ａ）は、実施の形態１におけるガスケット３０の断面図であり、ガスケット３０へ粒状の断熱材１を充填させた状態である。図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１における粒状の断熱材１の模式図であり、粒状の断熱材１は、断熱ビーズ４に磁性粉５を分散させて成る。図３（ｃ）は、本発明の実施の形態１における断熱ビーズ４の模式図であり、二次粒子３が三次元ネットワークを形成した状態である。図３（ｄ）は、本発明の実施の形態１における断熱ビーズ４の二次粒子３の模式図であり、さらに細かい一次粒子２の集合体である。

図３（ａ）〜図３（ｄ）において、微小な一次粒子２の集合体として成る二次粒子３が、三次元ネットワーク骨格を形成し、断熱ビーズ４と成り、この断熱ビーズ４に磁性粉５を分散させることで、粒状の断熱材１を得る。断熱ビーズ４の体積の９０％以上は空隙（細孔）を成している。それぞれの粒子径（直径）は、一次粒子２が、１ｎｍ前後、０．５〜５ｎｍであり、二次粒子３が１０ｎｍ前後であり、断熱ビーズ４が２０〜２００μｍである。磁性粉５の粒子径は、１〜１０μｍであり、好ましくは、４〜６μｍである。すべて直径で規定し、平均径である。

断熱ビーズ４の粒子径を規定するのは、ガスケット３０内部における断熱ビーズ４の配列状態によるものが主たる理由である。ほぼ球形を成す断熱ビーズ４は、ガスケット３０の第一袋部３４において、方向性なく均等に配列状に堆積する。隣接する球形の断熱ビーズ４同士は点接触しており、接触していない部分には空隙が発生する。断熱材１が断熱材として機能するにはこの空隙が少ないほど好ましく、この空隙に磁性粉５を配置することで、無駄な空隙を有効に活用できる。断熱ビーズ４の粒子径が大きいほど空隙は増え、粒子径が小さいほど空隙は少ない。

断熱ビーズ４の粒子径が２００μｍより大きいと、空隙の割合が大きすぎて、断熱材として働かない。

断熱ビーズ４の粒子径が小さいほど断熱材として高性能でありそうだが、粒子径が小さ過ぎる（２０μｍより小さい）と、断熱ビーズ４を分級させる段階での収率が低下するため、産業上の利用効率が低下する。

断熱ビーズ４に分散させる磁性粉５は、全体積に対して３０％以下の割合である。磁性粉５は、断熱ビーズ４の粒子間に介在している。つまり、断熱ビーズ４が球状であるとすると、密に詰まった場合に、その隙間に磁性粉５が位置する関係である。

断熱ビーズ４の粒子間に介在する磁性粉５は、ガスケット３０に挿入された磁石帯３２の磁力により、磁石帯３２へ引き寄せられる力が作用する。これは、扉２０にガスケット３０を組込んだ際に、重力による粒子の偏りを抑えるものである。

磁性粉５が全体積に対して１％より小さくなると、もはや粒子の偏りを抑えることができない。

磁性粉５の材質としては、Ｆｅ系、Ｎｉ系などの無機系粉体を用いることができる。磁性粉５の分散比率を３０体積％以下としたのは、多過ぎると断熱性能が悪化するだけでなく、扉２０が開閉する際の粒状の断熱材１の流れを阻害し、ガスケット３０の外皮材の変形を阻害するためである。

また、断熱ビーズ４の材質としては、断熱性能に優れることから二酸化ケイ素からなるシリカ粉体が望ましい。ウレタンビーズなどを用いても良い。

ここで、断熱ビーズ４の細孔のサイズは６８ｎｍ以下であることが望ましい。

この理由を以下で説明する。空気が介在して熱伝導が行われる場合、断熱性能に影響を及ぼす物性として気体の平均自由行程が知られている。気体の平均自由行程とは、空気を構成する分子の一つが別の分子と衝突するまでに進む距離のことであり、６８ｎｍである。

平均自由行程の６８ｎｍより大きく、空隙が形成されている場合は、空隙内において分子同士が衝突し、気体による熱伝導が生じるため、熱伝導率は大きくなる。

一方、平均自由行程の６８ｎｍ以下の場合は、熱伝導率は小さくなり断熱性が高い。これは空気の衝突による熱伝導がほとんどなくなるためである。微細な細孔で構成される断熱体の断熱原理は、熱を伝える空気をできる限り排除し、気体による熱伝導を低減することである。

＜磁性粉５の混合方法＞
断熱ビーズ４と磁性粉５の混合方法としては撹拌羽根を有する混合容器を用いることが望ましい。さらに、混合容器が自ら回転する、あるいは、底部にローターを有することにより、粒状の断熱材１（断熱ビーズ４と磁性粉５の混合物）を回転混合することが望ましい。これは撹拌羽根を有する混合容器を使用することにより、比重が大きく異なる粉体同士を三次元的に混合するためである。シリカ粉体と磁性粉体は、均一に分散されるため、部分的な分散度の低下による断熱性能の悪化を抑制できる。

＜磁性粉５の注入方法＞
粒状の断熱材１のガスケット３０への注入方法は、細管ノズルを第一袋部３４に挿入し粉体を注入させながら後退させる方法が望ましい。さらには、粒状の断熱材１が静電気をおびて周囲への付着が発生するため、注入させるエアー背圧をイオナイザーなどで除電させることが望ましい。

また、予め磁石帯３２を接着した平板状のガスケット３０の外皮材の上に、粉体を注入し、ガスケット外皮材で磁石帯３２が所望の位置になるように、例えば、ロールフォーミングなどの成形工法を用いて、ガスケット３０の外皮材を曲げ込むように粉体と磁石帯３２を包み込んで、ガスケット外皮材を溶着・封止しても構わない。

＜扉２０閉時のガスケット３０の動作＞
図２において、ガスケット３０の磁石帯３２は、扉２０が閉じられ、冷蔵庫本体１０の本体外板１１に吸着することによって、冷蔵庫本体１０と扉２０は密閉構造を形成する。扉２０が閉じられる際に、ガスケット３０は冷蔵庫本体１０側からの圧縮加重を受け押し込まれる。第二袋部３５の袋厚みは薄肉であるため、圧縮加重を印加されると、ガスケット３０の庫外側の一面は外周方向へ突き出すように変形し、その近傍の粒状の断熱材１は庫内側へ押し流される。これに加え、磁石帯室３３と挿入部３１の間の粒状の断熱材１は、内板２２の傾斜面２４とガスケット３０の傾斜面３６とにアシストされ、扇形状に広がるように庫内側へ押し流され、ガスケット３０の庫内側は膨らむように変形する。

第二袋部３５と傾斜面３６とも、袋厚みが他より薄く、変形しやすいため、上記となる。また、傾斜面３６と傾斜面２４とが同じ方向へ傾斜しているのが好ましい。平行であるのが好ましい。

また、第二袋部３５は、粒状の断熱材１の移動を可能とする補助的な機構である。一方、第一袋部３４は、断熱の主体である粒状の断熱材１を有する。このため、第一袋部３４の容積は、第二袋部３５の容積より大きい。

＜扉２０開時のガスケット３０の動作＞
また、扉２０が閉状態（図２）から開状態（図１）へ移行する際には、磁石帯３２と本体外板１１の間に作用する吸着力の均衡が崩れる。本体外板１１からガスケット３０が離脱するまでの間は、圧縮されていた磁石帯室３３と挿入部３１の間を広げようとする力が作用する。この結果、磁石帯室３３と挿入部３１の間の体積は拡大する（図示せず）。それに伴い、ガスケット３０の庫内側の表皮を押し広げていた粒状の断熱材１が、磁石帯室３３と挿入部３１の間の方向へ戻る力が作用する（図示せず）。

また、膨らむように変形していたガスケット３０の表皮には、元の無負荷時の形状へ戻ろうとする力も作用し、この力も粒状の断熱材１を元の無負荷時の位置へ戻そうとする力として作用する（図示せず）。扉２０を開けようとする力が、磁石帯３２と本体外板１１の間に作用する吸着力を上回ると、扉２０は本体外板１１から離脱し、ガスケット３０は元の無負荷時の状態にもどる。

＜ガスケット３０の効果＞
扉の開閉時に、粒状の断熱材１は、封入された第一袋部３４内を流れるように移動する。図２に示すように、ガスケット３０の庫内側の表皮を膨らませるように変形させることで、ガスケット３０の庫内側の表皮は、隣接する本体内板１２と扉の内板２２に密着しながら変形した形を持続する。これにより、図６で示した隙間３７が生じない。結果、冷蔵庫内の冷気はガスケット３０によりカットされる。

さらに、粒状の断熱材１の断熱性能が空気断熱よりも優れており、ガスケット３０のみによる断熱効果よりも断熱性能が高く、冷蔵庫の中からの冷気の漏れを防ぎ、吸熱量の低減やガスケット３０への結露の防止を図ることができる。

＜実施の形態１の応用性＞
実施の形態１では、扉２０は観音開き式の扉を用いたが、片開き式の扉や両開き式、レールを用いた引き出し式の扉であっても、ガスケット３０周りの基本構造は変わらないため、同様の効果を有する。

＜実施の形態１の効果＞
実施の形態１は、冷蔵庫本体１０の庫内開口部に配置した扉２０と、扉２０の庫内側縁面に設けられ閉扉時に前記冷蔵庫本体１０の開口部前縁に位置する本体外板１１に密着するガスケット３０と、を備え、ガスケット３０内に、粒状の断熱材１を設けたものである。ガスケット３０内に粒状の断熱材１を封入することで、ガスケット３０部の断熱性能を大きく向上させ、冷蔵庫庫内と外部との熱の出入りを抑え、冷蔵庫本体１０の保温もしくは保冷性能を向上させるものである。

本発明のガスケットおよび扉は、従来品よりも、庫内側と外気側との断熱性能に優れ、特にガスケット部からの熱侵入を防ぐことができ、その結果、断熱箱の吸熱量の低減や、ガスケット部の結露を防止することができる。

冷凍冷蔵庫などをはじめとした温冷熱機器として利用できる。温冷熱機器のガスケットおよび扉に付属させることができる。

１ 断熱材
２ 一次粒子
３ 二次粒子
４ 断熱ビーズ
５ 磁性粉
Ａ 複合断熱材
１０ 冷蔵庫本体
１１ 本体外板
１２ 本体内板
２０ 扉
２１ 外板
２２ 内板
２３ 溝
２４ 傾斜面
３０ ガスケット
３１ 挿入部
３２ 磁石帯
３３ 磁石帯室
３４ 第一袋部
３５ 第二袋部
３６ 傾斜面
３７ 隙間
５１ 扉
５２ａ 凍結ルーム
５２ｂ 冷凍室
５３ 野菜室
５６ ガスケット取付用サッシュ
５７ フランジ
５８ 補強板
５９ 扉裏板
６０ 発泡断熱材
６５ｂ 第二の袋部
６６ 中空袋部
６７ ヒレ部分
７１ スポンジ
７２ 外板
７３ 内板
７４ ガスケット取付溝
７５ ガスケット
７６ 挿入部
７７ 第一袋部
７８ 第二袋部

Claims (11)

1. 粒状の断熱材を保持する第一袋部と、
   中空である第二袋部と、を有するガスケット。
2. 前記断熱材は、断熱ビーズと、磁性粉とを含む請求項１記載のガスケット。
3. 前記断熱材は、前記ビーズが主成分であり、前記磁性粉の割合は、１〜３０体積％である請求項１または２に記載のガスケット。
4. 前記ガスケットは、一方端に前記第二袋部を有し、他方端に前記第一袋部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスケット。
5. 前記第一袋部の容積は、前記第二袋部より大きい請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスケット。
6. 前記第一袋部は、傾斜部を有し、前記傾斜部の前記第一袋部の袋厚みは、他の前記第一袋部の袋厚みより薄い請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスケット。
7. 前記ガスケットの一方端に、前記第二袋部とともに、磁石が位置し、
   前記磁石と対向する、前記ガスケットの位置に、突起部がある請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスケット。
8. 前記傾斜部は、前記磁石のコーナ部分である請求項７に記載のガスケット。
9. 前記断熱ビーズの平均粒子径は、２０〜２００μｍ、前記磁性粉の粒子径は、１〜１０μｍである請求項２〜８のいずれか１項に記載のガスケット。
10. 前記断熱ビーズは、シリカであり、前記シリカの一次粒子の平均粒子径が０．５ｎｍ〜５ｎｍであり、前記一次粒子が集まったシリカの二次粒子の平均粒子径が１〜２０ｎｍである請求項２〜９のいずれか１項に記載のガスケット。
11. 本体部と扉部との間に、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガスケットを有する断熱箱。

Images