JP5443400B2 - 真空断熱材、断熱箱、および真空断熱材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、真空断熱材、断熱箱及び真空断熱材の製造方法に関するものである。

従来の真空断熱材として、ポリエステル繊維等の有機繊維集合体を芯材とし、この芯材を減圧状態で外包材に収容したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２８３８１７号公報

上記のような真空断熱材は例えば冷蔵庫に適用されており、冷蔵庫は使用済みとなった場合、リサイクル工場において破砕機によって破砕されてリサイクルされる。ところが、真空断熱材の芯材に用いられている有機繊維は破断伸度が大きく脆性破壊が生じにくい性質を有するので、破砕しようとしても芯材が伸びてしまい破砕することが困難であるという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、破砕性の良い真空断熱材およびその製造方法を得ることを目的とする。

この発明の真空断熱材は、熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、外包材の内部を減圧密封した真空断熱材であって、樹脂繊維は、この樹脂繊維よりも破断伸度が小さい充填材を内包したものである。充填材は、無機材料であり、無機材料は、ガラスである。

また、この発明の真空断熱材の製造方法は、熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、外包材の内部を減圧密封した真空断熱材の製造方法であって、熱可塑性の樹脂を加熱溶融する工程と、加熱溶融した熱可塑性の樹脂と樹脂繊維よりも破断伸度が小さいガラスである充填材とを混練する工程と、充填材を内包した樹脂繊維を紡糸して樹脂繊維集合体を形成する工程とを備えたものである。

この発明に係る真空断熱材によれば、樹脂繊維集合体を形成する樹脂繊維が、この樹脂繊維よりも破断伸度が小さい充填材を内包しているので、樹脂繊維集合体の破断伸度が低下し、真空断熱材の破砕性を向上させることができる。

また、この発明に係る真空断熱材の製造方法によれば、樹脂繊維の原料である熱可塑性の樹脂を加熱溶融し、樹脂繊維の原料と充填材とを混練し、充填材を内包した樹脂繊維を紡糸して樹脂繊維集合体を形成したので、破断性が良い真空断熱材を製造することができる。

実施の形態１に係る真空断熱材を示す断面図である。 実施の形態１に係る真空断熱材の樹脂繊維集合体の一部を示す模式図である。 実施の形態１に係る真空断熱材の製造方法における樹脂繊維集合体を製造する工程を示す概略図である。 実施の形態２に係る真空断熱材の樹脂繊維集合体の一部を示す模式図である。 実施の形態５に係る真空断熱材の製造方法における樹脂繊維集合体を製造する工程を示す模式図である。 実施の形態６に係る断熱箱を示す模式図である。

実施の形態１．
図１および２は、実施の形態１に係る真空断熱材を示すものであって、図１は真空断熱材の断面図、図２は真空断熱材の樹脂繊維集合体の一部を示す模式図である。また、図３は実施の形態１に係る真空断熱材の製造方法における樹脂繊維集合体を製造する工程を示す概略図である。

図１において、真空断熱材１０ａは、複数枚のシート状の樹脂繊維集合体１を有する芯材２と、この芯材２を被覆するガスバリア性の外包材４と、外包材４の内部の水分を吸着して経時劣化を抑制する水分吸着剤３とを備えている。そして、外包材４の内部は１〜３Ｐａ（パスカル）の真空度に減圧されており、外包材４の開口部はヒートシールにより密封されている。

外包材４は、最内層にポリエチレン層が形成されており、その外側に約６μｍのアルミ箔層が形成されている。そして、アルミ箔層の外側にポリエチレンテレフタレート層が形成され、最外層に延伸ナイロン層が形成されて構成されている。水分吸着剤３は、通気性の良い袋に挿入されたＣａＯ（酸化カルシウム）である。

芯材２は、複数枚のシート状の樹脂繊維集合体１が積層されて構成され、大気圧下で真空断熱材１０ａの形状を保持している。樹脂繊維集合体１は、熱可塑性の樹脂繊維１１をシート状に形成した集合体であり、図２に示すように、樹脂繊維１１の内部に、樹脂繊維１１よりも破断伸度が小さい充填材１２が内包されて構成されている。

樹脂繊維１１は、直径が１５μｍの連続したポリエステル繊維であり、その破断伸度は約５０％である。ここで、破断伸度とは、元の長さに対して何パーセント伸びたときに破断するかを表す。なお、実施の形態１では樹脂繊維１１としてポリエステル繊維を示しているが、樹脂繊維１１は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維、ＰＳ（ポリスチレン）繊維またはＰＰ（ポリプロピレン）繊維などの熱可塑性の樹脂繊維により構成することができる。表１に各種樹脂繊維の破断伸度を示す。

充填材１２は、直径が１３μｍ球状のシリカであり、樹脂繊維１１中に０．０１ｖｏｌ％で内包されている。このとき、各充填材１２同士は５ｍｍ程度の間隔で配置される。表２に直径１５μｍの樹脂繊維中１１に直径１３μｍの充填材１２を内包させたときの充填率と充填材の間隔とを示す。

また、充填材１２であるシリカの破断伸度はほぼ０％であり、樹脂繊維１１であるポリエステルの破断伸度と比較して小さい。ここで、シリカは粒径の制御が可能であり、比較的均一な粒径を有するので、粒径の誤差により発生する真空断熱材の性能のバラつきを小さくすることができる。

なお、実施の形態１では、充填材１２としてシリカを示しているが、充填材１２は、ガラス、炭酸カルシウムまたはタルク等の無機材料で構成することもできる。これら無機材料は、いずれも破断伸度が上記樹脂繊維よりも小さい。ここで、特にガラスは安価であるので、真空断熱材を安価に製造することができる。樹脂繊維１１および充填材１２の材料の組み合わせは、樹脂繊維１１を構成する材料よりも充填材１２を構成する材料の破断伸度が小さければ、上記に限定されない。

また、実施の形態１の真空断熱材１０ａの芯材２は、複数の樹脂繊維集合体１が積層して構成されているものを示したが、これは１枚のシート状の樹脂繊維集合体１で構成してもよい。

次に、実施の形態１の真空断熱材１０ａの製造方法における樹脂繊維集合体１の製造工程を図３に基づいて説明する。

まず、樹脂繊維１１の原料として、熱可塑性の樹脂であるポリエステルを、紡糸装置６の樹脂繊維紡糸装置６ａ中で加熱して溶融させる。また、樹脂繊維１１よりも破断伸度が小さい充填材１２である球状のシリカを、紡糸装置６の充填材供給装置６ｂ中に投入しておく。次に、樹脂繊維紡糸装置６ａと充填材供給装置６ｂとをつなぐ通路６ｃから、充填材１２を樹脂繊維紡糸装置６ａに供給し、充填材１２と樹脂繊維１１の原料とを混練する。これを紡糸装置６から吐出落下させることにより紡糸し、コンベア５上に捕集することにより、充填材１２を樹脂繊維１１中に内包する樹脂繊維集合体１が連続的に得られる。このとき、充填材１２が球状であるので、紡糸装置６の吐出口が目詰まりすることを防止することができる。

次に、樹脂繊維集合体１は、エンボス熱ローラ７に向かって図中矢印Ａ方向に任意の速度で搬送される。

エンボス熱ローラ７は、２つのローラ７ａ、７ｂを有しており、一方のローラ７ａが図中矢印Ｂ方向に回転しており、他方のローラ７ｂが図中矢印Ｃ方向に回転している。また、エンボス熱ローラ７の温度は、樹脂繊維集合体１を熱融着させることができる温度、例えば１２０℃に設定されている。

エンボス熱ローラ７のローラ７ａとローラ７ｂとの間を通過した樹脂繊維集合体１は熱融着されてシート状に形成される。

次に、樹脂繊維集合体１は、図中矢印Ｄ方向に回転する巻き取りローラ８によって巻き取られる。最後に、巻き取りローラ８によって巻き取られた樹脂繊維集合体１が任意の大きさに切り取られる。

次に、実施の形態１の作用について説明する。
実施の形態１の真空断熱材１０ａが、冷蔵庫に適用された場合を考える。冷蔵庫は使用済みとなった場合に、リサイクル工場において破砕機によって破砕される。このとき破砕機によって、樹脂繊維集合体１には、樹脂繊維１１の平行方向に引張る力と、樹脂繊維１１の直交方向への力が加えられる。

樹脂繊維１１を引張る力によって、破断伸度が５０％のポリエステル繊維である樹脂繊維１１には伸びが生じるが、破断伸度がほぼ０％である充填材１２には伸びが生じない。樹脂繊維１１は次第に伸びていくが、充填材１２の径よりも細くならないため、樹脂繊維１１の径が充填材１２の径である１３μｍまで小さくなると破断する。したがって、樹脂繊維集合体１の破断伸度が低下し、破砕性が向上する。

これに対して、従来の、充填材を内包していない直径１５μｍのポリエステル繊維では、破断伸度は５０％であり破断時の繊維径は１２．２μｍである。

したがって、直径１５．０μｍのポリエステル繊維で形成された樹脂繊維１１では、破断繊維径である１２．２μｍよりも大きな径の充填材１２を内包させることにより破断伸度を低下させることができる。なお、直径１５μｍのポリエステル繊維で形成された樹脂繊維１１に充填材１２を内包したときの破断繊維径および破断伸度は表３に示すとおりである。

また、樹脂繊維１１に直交する方向に力が働くと、充填材１２を内包する位置で応力集中が発生するため、充填材を内包していないものと比較して破砕性が良い。

なお、充填材１２の材料が、樹脂繊維１１の材料よりも大きな密度を有するものであれば、樹脂繊維集合体１の嵩密度が増加する。これにより、破砕時の繊維の飛散を抑制することができ、破砕時の回収性を高くすることができる。

実施の形態１の真空断熱材によれば、樹脂繊維集合体１を形成する樹脂繊維１１が、この樹脂繊維１１よりも破断伸度が小さい充填材１２を内包しているので、樹脂繊維集合体１の破断伸度が低下し、真空断熱材の破砕性が向上する。

また、充填材１２の材料に比較手均一な粒径を有するシリカを用いたので、粒径の誤差により発生する真空断熱材の性能のバラつきを小さくすることができる。

また、実施の形態１の真空断熱材の製造方法によれば、樹脂繊維１１の原料である熱可塑性の樹脂を加熱溶融し、樹脂繊維１１の原料と充填材１２とを混練し、充填材１２を内包した樹脂繊維１１を紡糸して樹脂繊維集合体１を形成したので、破断性が良い真空断熱材を製造することができる。

また、球状の充填材１２を用いたので、紡糸装置６の吐出口が目詰まりすることを防止することができる。

なお、実施の形態１の真空断熱材の製造方法においては、樹脂繊維集合体１の繊維結合加工として、エンボスローラの熱により結合させる「サーマルボンド法」を用いたが、接着剤により結合させる「ケミカルボンド法」、かえしのある針を突き刺して機械的に結合させる「ニードルパンチ法」、高圧水流により繊維を絡み合わせる「スパンレース法」、加熱蒸気により結合させる「スチームジェット法」等、繊維を結合させるものであれば限定されない。また、樹脂繊維集合体１の製造工程は、コンベア５と紡糸装置６とにより連続的に製造する方法に限定されず、繊維を紙のようにすいて樹脂繊維集合体１を製造し、製造した樹脂繊維集合体１を熱融着により一体化するなどのバッチ処理のような製造方法によっても製造可能である。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る真空断熱材１０ｂの樹脂繊維集合体の一部を示す図である。実施の形態１では、樹脂繊維１１に内包させる充填材として、球状であるものを用いたが、図４に示すように、凸部を有する形状の充填材１２ｂとしてもよい。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。このような構成とすることで、樹脂繊維１１に直交する方向の力が加えられた際に、充填材１２ｂの位置で大きな応力集中が発生する。これにより、真空断熱材の破砕性をさらに向上させることができる。

なお、凸部を有する形状としては、四面体あるいは六面体あるいは波消ブロックのような形状でもよいが、凸部を有し充填材を内包している位置において応力集中を発生させる効果のある形状であればよい。

実施の形態３．
実施の形態３は、繊維状の形状を有する充填材１２ｃを樹脂繊維１１に内包する真空断熱材１０ｃを示すものである。実施の形態１では、樹脂繊維１１に内包させる充填材として、球状であるものを用いたが、繊維状の形状を有する充填材１２ｃとしてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。

樹脂繊維１１は外から受ける熱によって収縮し熱性能が低下してしまう。この熱としては、たとえば樹脂繊維集合体１を熱融着させるためのエンボスローラによる熱や、冷蔵庫内に真空断熱材を固定する際に使用する発泡ウレタンを充填する際に発生する熱がある。繊維状の形状を有する充填材１２ｃとすることで、樹脂繊維１１が熱によって収縮しようとする際にその収縮を妨げる効果が得られ、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、真空断熱材の断熱性能の低下を抑えることができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、内部が中空である充填材１２ｄを樹脂繊維に内包する真空断熱材１０ｄを示すものである。実施の形態１では、樹脂繊維１１に内包させる充填材として、球状であるものを用いたが、この球の内部を中空とした充填材１２ｄとしてもよい。その他の構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。このような構成とすることで、充填材による固体熱伝導率を少なくすることができるため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、真空断熱材の断熱性能を向上させることができる。

実施の形態５．
図５は、実施の形態５に係る真空断熱材の製造方法における樹脂繊維集合体の製造工程を示す概略図である。実施の形態１の樹脂繊維集合体の製造工程では、加熱溶融された樹脂繊維１１の原料と充填材１２とを混練することにより、樹脂繊維１１に充填材１２を内包させるものを示したが、図６に示すように、充填材１２をあらかじめ内包した樹脂ペレットを加熱溶融して紡糸装置６から紡糸するようにして、樹脂繊維１１中に充填材１２を内包するようにしてもよい。その他は実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。このような製造工程でも樹脂繊維集合体１を製造することができる。

実施の形態６．
図６は実施の形態６に係る断熱箱を示す断面概略図で、冷蔵庫を模式的に示している。冷蔵庫２０は、図６に示すように、内箱２１と外箱２２とを有し、実施の形態１で示した真空断熱材１０が、内箱２１と外箱２２との間に配置されている。また、内箱２１と外箱２２との間の空間において、真空断熱材１０を除く部分の空間には発泡ウレタン断熱材２３充填されている。そして、内箱２１内に冷気を供給する冷凍ユニット（図示せず）が設けられており、また、内箱２１と外箱２２には共通する面にそれぞれ開口部が形成され、これら開口部には開閉扉が設けられている（共に図示せず）。

ところで、冷蔵庫は、使用済みとなった場合、リサイクル工場において破砕機によって破砕されてリサイクルされる。このとき、実施の形態６に係る冷蔵庫２０は、実施の形態１の真空断熱材１０を備えているので、破砕性が高く、真空断熱材１０を取り外すことなく破砕処理を行うことができる。これに対して、特許文献１に示すような従来の真空断熱材では、破砕しようとした際に真空断熱材の芯材が伸びてしまい破砕することが困難であるため、冷蔵庫から真空断熱材を取り外す必要があった。

実施の形態６によれば、実施の形態１の真空断熱材１０を用いたので、断熱箱の破砕性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、内箱２１に真空断熱材１０が密着しているものを示したが、外箱２２に真空断熱材１０が密着していてもよい。また、スペーサなどを用いて内箱２１と外箱２２との間に真空断熱材１０が配置されていてもよい。

また、ここでは、実施の形態１の真空断熱材１０ａを備えた冷蔵庫２０を示したが、これに代えて実施の形態２ないし４のいずれの真空断熱材も用いることができる。

なお、ここでは真空断熱材１０を冷蔵庫２０に用いた場合を示したが、これに限定するものでなく、例えば、保温庫、車輌空調機、給湯器などの冷熱機器又は温熱機器、さらには、所定の形状を備えた箱体に代えて、変形自在な外袋および内袋を備えた断熱袋（断熱容器）にも用いることができる。

また、上記の各実施の形態は適時組み合わせることができる。

１ 樹脂繊維集合体
４ 外包材
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 真空断熱材
１１ 樹脂繊維
１２、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 充填材
２０ 冷蔵庫（断熱箱）
２１ 内箱
２２ 外箱

Claims (7)

1. 熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部を減圧密封した真空断熱材であって、
   前記樹脂繊維は、この樹脂繊維よりも破断伸度が小さい充填材を内包し、
   前記充填材は、無機材料であり、
   前記無機材料は、ガラスであることを特徴とする真空断熱材。
2. 前記充填材の形状が球状であることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
3. 熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部を減圧密封した真空断熱材であって、
   前記樹脂繊維は、この樹脂繊維よりも破断伸度が小さい充填材を内包し、
   前記充填材が凸部を有する形状であることを特徴とする真空断熱材。
4. 熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部を減圧密封した真空断熱材であって、
   前記樹脂繊維は、この樹脂繊維よりも破断伸度が小さい充填材を内包し、
   前記充填材の形状が繊維状であることを特徴とする真空断熱材。
5. 熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部を減圧密封した真空断熱材であって、
   前記樹脂繊維は、この樹脂繊維よりも破断伸度が小さい充填材を内包し、
   前記充填材が中空であることを特徴とする真空断熱材。
6. 外箱と、
   この外箱の内部に配置された内箱と、
   前記外箱と前記内箱との隙間に配置された請求項１〜５のいずれかに一項に記載の真空断熱材と、を備えた断熱箱。
7. 熱可塑性の樹脂繊維で形成された樹脂繊維集合体とこの樹脂繊維集合体を被覆する外包材とを備え、前記外包材の内部を減圧密封した真空断熱材の製造方法であって、
   熱可塑性の樹脂を加熱溶融する工程と、
   加熱溶融した前記熱可塑性の樹脂と前記樹脂繊維よりも破断伸度が小さいガラスである充填材とを混練する工程と、
   前記充填材を内包した前記樹脂繊維を紡糸して前記樹脂繊維集合体を形成する工程と、を備えた真空断熱材の製造方法。

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