JP6072716B2 - 断熱扉 - Google Patents

Description

この発明は、発泡ポリウレタン樹脂と真空断熱体を有する冷凍庫または冷蔵庫の断熱扉に関するものである。

従来の冷蔵庫または冷凍庫の断熱扉として、発泡ポリウレタンの中に存在するガス層の減圧による扉内板の凹み現象を防止するために、扉内板の内面に離型剤を塗布し、扉内板と発泡ポリウレタンとを非密着性にし、発泡ポリウレタンの収縮によって生じる扉内板の凹みを無くすようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

実開昭６２−２２４９０号公報（第１頁、図１〜４）

上記のような冷蔵庫または冷凍庫の断熱扉にあっては、扉内板の凹みを無くすようにしたものであるが板面に対して発泡ポリウレタンが完全に剥離するわけではないため、剥離していない箇所と剥離している箇所で凹凸が生じることがあった。また、金属製の外板に対向される樹脂製の内板の中央部に外板の方向に突出する凸部を形成し、その凸部の頂面に真空断熱材を配設した断熱扉においては、外板の表面に発泡ポリウレタンの収縮による凹凸が生じ、離型剤の適用による解消は困難であるという課題があった。

この発明は、上記のよう従来技術の課題を解消するためになされたものであり、断熱材として真空断熱材と発泡ポリウレタンを用いたときの外板表面に生じる凹凸を抑制した断熱扉を得ることを目的としている。

この発明に係る断熱扉は、金属製の外板と、樹脂製で前記外板との間に空間ができるように成形され、かつ前記外板との対向面の中央部分に前記外板の方向に突出する凸部が形成された内板と、真空引きされた外封材の内部に断熱性を有する板状の芯材が封入され、その芯材の端部位置から延びる前記外封材の端部に形成された真空封止部が前記芯材を覆う前記外封材の表裏一対の外表面の内、一方の外表面の端部に重ねられた折曲部を有し、前記凸部の頂面に固定された真空断熱材と、前記空間に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタンと、を備え、前記真空断熱材は、前記発泡ポリウレタンに対する接着力が前記一対の外表面の内、他方の外表面と同等以上である外表面を前記外板に向けて配設するようにしたものであって、前記真空断熱材は、前記外封材の折曲部が接着テープによって前記外封材の外表面に固定され、かつ、その接着テープによる固定部分を有する外表面が前記内板の方向を向くように配設されている。
また、この発明に係る断熱扉は、金属製の外板と、樹脂製で前記外板との間に空間ができるように成形され、かつ前記外板との対向面の中央部分に前記外板の方向に突出する凸部が形成された内板と、真空引きされた外封材の内部に断熱性を有する板状の芯材が封入され、その芯材の端部位置から延びる前記外封材の端部に形成された真空封止部が前記芯材を覆う前記外封材の表裏一対の外表面の内、一方の外表面の端部に重ねられた折曲部を有し、前記凸部の頂面に固定された真空断熱材と、前記空間に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタンと、を備え、前記真空断熱材は、前記発泡ポリウレタンに対する接着力が前記一対の外表面の内、他方の外表面と同等以上である外表面を前記外板に向けて配設するようにしたものであって、前記真空断熱材は、前記外封材の折曲部がポリウレタンに対して接着性を有する自背面接着テープによって前記外封材の外表面に固定され、かつ、その自背面接着テープによる固定部分を有する面が前記外板の方向を向くように配設されている。
さらに、この発明に係る断熱扉は、金属製の外板と、樹脂製で前記外板との間に空間ができるように成形され、かつ前記外板との対向面の中央部分に前記外板の方向に突出する凸部が形成された内板と、真空引きされた外封材の内部に断熱性を有する板状の芯材が封入され、その芯材の端部位置から延びる前記外封材の端部に形成された真空封止部が前記芯材を覆う前記外封材の表裏一対の外表面の内、一方の外表面の端部に重ねられた折曲部を有し、前記凸部の頂面に固定された真空断熱材と、前記空間に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタンと、を備え、前記真空断熱材は、前記発泡ポリウレタンに対する接着力が前記一対の外表面の内、他方の外表面と同等以上である外表面を前記外板に向けて配設するようにしたものであって、前記真空断熱材は、前記外板に対向させる面にホットメルト接着材を設けることによって前記発泡ポリウレタンに対する接着力を具備するようにした。

この発明によれば、真空断熱材は、前記外封材の折曲部が接着テープによって前記外封材の外表面に固定され、かつ、その接着テープによる固定部分を有する外表面が前記内板の方向を向くように配設されていることにより、真空断熱材に対して発泡ポリウレタンの剥離が抑制されるため、発泡ポリウレタンの収縮による外板の凹凸を抑制できる。
また、この発明によれば、真空断熱材は、前記外封材の折曲部がポリウレタンに対して接着性を有する自背面接着テープによって前記外封材の外表面に固定されていることにより、真空断熱材の向きにかかわらず真空断熱材に対して発泡ポリウレタンの剥離が抑制されるため、発泡ポリウレタンの収縮による外板の凹凸を抑制できる。
さらに、この発明によれば、真空断熱材は、前記外板に対向させる面にホットメルト接着材を設けることによって前記発泡ポリウレタンに対する接着力を具備するようにしたので、粘着剤であるホットメルト接着材により温度変化による位置ずれにも追従して真空断熱材に対する発泡ポリウレタンの剥離が抑制されるため、発泡ポリウレタンの収縮による外板の凹凸を抑制できる。

本発明の実施の形態１による断熱扉を概念的に示す断面図である。 図１に示された真空断熱材の製造工程を示す図である。 ポリウレタンが発泡している様子を概念的に示す参考図である。 図３に示された真空断熱材がポリウレタンの発泡圧で内板側に変形する様子を説明する要部断面図である。 真空断熱材上のポリウレタンが剥離した場合にポリウレタンの収縮力が部分的に解放されることにより、パネルに凹凸が生じる様子を説明する参考図である。 本発明の実施の形態３による断熱扉に用いる真空断熱材を概念的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４による断熱扉のパネルを概念的に示す断面図である。 本発明の実施の形態５による断熱扉のパネルを概念的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６による断熱扉のポリウレタンの発泡前の状態を概念的に示す断面図である。 図９に示された断熱扉のポリウレタンの発泡後の状態を概念的に示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による断熱扉を概念的に示す断面図、図２は図１に示された真空断熱材の製造工程を示す図である。図３から図５は参考図であり、図３はポリウレタンが発泡している様子を概念的に示す図、図４は図３に示された真空断熱材がポリウレタンの発泡圧で内板側に変形する様子を説明する要部断面図、図５は真空断熱材上のポリウレタンが剥離した場合にポリウレタンの収縮力が部分的に解放されることにより、パネルに凹凸が生じる様子を説明する図である。図において、断熱扉９は、主に鋼板などを用いた金属製の外板であるパネル１と、樹脂製でパネル１との間に断熱材を収容する空間ができるように成形され、かつパネル１との対向面の中央部分にパネル１の方向に突出する凸部２ａが形成された内板２と、凸部２ａのパネル１に対向された面に固定された真空断熱材３と、空間部分に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタン４と、を備えている。

パネル１は断熱扉９の外側に位置し、常に人の目に触れる部分であるため、意匠面として重要な部品である。内板２は、一般的な材料としてＡＢＳ樹脂が用いられており、通常、真空成形によって製造される。内板２の左右両端部には図示省略している冷蔵庫の庫内に取り付けるための一対のレール５が取り付けられている。冷蔵庫や冷凍庫は、庫内の内容積を極力大きくするために、断熱扉９を所要の断熱性を確保しつつ極力薄くすることが望まれている。そのため、内板２はレール５との取り付け部である左右の両端部が庫内側に突出しており、幅方向の主要部を構成する中央部の凸部２ａの背面側がパネル１側に凹んで形成されている。なお、図では中央部の左右方向の幅を縮小して表示している。また、内板２は人の目に触れにくいため、見栄えなど意匠面として配慮すべき問題は少ない。

真空断熱材３は断熱扉９の断熱性を高めるために設置されるもので、図２に示すように袋状ないしは筒状の外封材３１の内部に断熱性を有する板状の芯材３２が封入され、その芯材３２の端部位置Ａから外方に延びる外封材３１の端部に形成された真空封止部３１ａが、芯材３２の表面を覆う外封材３１の外表面に重ねられた折曲部３１ｂを有しており、ポリウレタンを充填する前に、内板２の凸部２ａの頂部に接着剤、もしくは両面テープ（図示省略）等で取り付けられる。芯材３２は例えばグラスウールなどの断熱性を有する材料が好ましく用いられ、その芯材３２を収納する外封材３１はガスバリア性を有するものが用いられる。

真空断熱材３は、図２（ａ）に示すように外封材３１に芯材３２を収納後、真空状態にし、その真空状態を保つために真空封止部３１ａを融着などによって、図２（ｂ）に示すようにシールすることで製造される。断熱扉９に使用する際には、真空封止部３１ａが断熱扉９の内部空間への収納を阻害するために、図２（ｃ）に示すように真空封止部３１ａを内側に折りたたみ、外封材３１の一方の外表面に重ねた折曲部３１ｂを、接着テープ３３で固定することでコンパクトに形成される。なお、便宜上、外封材３１の表裏一対の外表面の内、端部に折曲部３１ｂが重ねられている面を一方の外表面３１ｃ、その反対側の折曲部３１ｂが重ねられていない面を他方の外表面３１ｄと呼ぶこととする。

この実施の形態１では、折曲部３１ｂは接着テープ３３によって外封材３１の表裏一対の外表面の内、一方の外表面３１ｃに貼り付けられており、そのテープ貼付部を有する一方の外表面３１ｃが内板２側に来るように真空断熱材３を配置している。
外封材３１は、内部の真空状態を長期間保持するために、幾層もの部材でラミネートされており、最外側はアルミニウムの蒸着フィルムである。内部を真空状態にすることにより熱伝導率を極限までに低くすることができ、発泡ポリウレタンの熱伝導率が０．００２〜０．００３Ｗ／ｍＫであるのに対し、真空断熱材３の熱伝導率は０．０００２〜０．０００３Ｗ／ｍＫと、ポリウレタンの１／１０程度で断熱性が非常に高いという特長を有している。

発泡ポリウレタン４はポリオールとポリイソシアネートとシクロヘキサンと水を混合した配合液をパネル１に注ぎ入れ、パネル１との間を真空断熱材３を取り付けた内板２で封止し、発泡させることで製造される。ポリオールとポリイソシアネートが反応することでウレタン樹脂が形成され、さらにポリイソシアネートと水が反応することで、二酸化炭素が発生し、この二酸化炭素と発熱反応により気化したシクロヘキサンにより、ウレタン樹脂の内部に気孔を生じさせることができる。シクロヘキサンがなくても、発泡現象は生じるが、シクロヘキサンを入れると発泡ポリウレタンの熱伝導率が低下するため、断熱性が高まる。この理由は以下の通りである。

シクロヘキサンの沸点は５０℃程度であるため、発熱反応により気化した直後は気孔内に収まっているが、反応が完了し、内部が５０℃以下になると液化するため、反応直後は気孔内には二酸化炭素とシクロヘキサンが充満しているが、反応完了後、気孔内には二酸化炭素のみになるが、元々気孔内にはシクロヘキサンが充満していたために、二酸化炭素の濃度は低い。そのため、熱伝導率が低くなる。シクロヘキサンを混合することで上述のように断熱性が高まるが、シクロヘキサンの液化に伴い、発泡ポリウレタン４が収縮するという問題がある。この収縮力によりパネル１を内部に引き込む力が生じる。パネル１、内板２、真空断熱材３に発泡ポリウレタン４が剥離無く密着していたら問題はないが、剥離した場合にパネル１に凹凸が生じる。

発泡ポリウレタン４の密着性には部材の表面粗さと部材への押し付け圧力が関係している。真空断熱材３に使用する接着テープ３３として一般的にセロハンテープ、クラフトテープ、アルミテープなどがあるが、どれも表面がなめらかであるため、発泡ポリウレタン４との密着性は低い。内板２の中央部はパネル１側に凹んでいるため、接着テープ３３を貼り付けた折曲部３１ｂの位置は、内板２と真空断熱材３との接触面より外側に位置することになる。仮にこの折曲部３１ｂがパネル１側に来るように真空断熱材３を設置した場合の動作についての検討結果を、図３から図５を参照して説明する。

図３に示すように、発泡ポリウレタン４を形成する配合液はパネル１に注入後、発泡し膨張する。そして真空断熱材３に到達し、真空断熱材３と密着しようとする。しかし、真空断熱材３の芯材３２はガラスウールなどであるため、柔らかく、真空断熱材３に発泡ポリウレタン４の発泡圧がかかるが、図４に示すように、折曲部３１ｂを有する左右両端部は背面側に支えとなる凸部２ａが無く浮いた状態のため、矢印Ｂで示すように、内板側に変形し、圧力がかからない。そのため、接着テープ３３の表面部では元々密着性が低い上に、押し付け圧力が弱いため、上述の通りさらに密着力が弱くなってしまう。

ポリウレタンの発泡が完了し、内部が完全に冷却されると発泡ポリウレタン４は収縮する。この際、断熱扉９は図５（ａ）に矢印Ｃで示すように、発泡ポリウレタン４の収縮力によってパネル１が内板２側に引っ張られようとする。しかし、接着テープ３３の表面部の密着力が非常に弱いため、図５（ｂ）のＤ部で示すように、接着テープ３３の表面部で発泡ポリウレタン４が剥離する。この剥離により、接着テープ３３の表面部の直上にあるパネル１のみ発泡ポリウレタン４による引っ張り力がなくなるため、接着テープ３３の表面部の直上にあるパネル１は収縮力が解放されるため、図５（ｂ）に矢印Ｅで示すように、膨れが生じる。

これに対し、上述の実施の形態１は発泡ポリウレタン４が剥離しやすい部材をパネル１と真空断熱材３の間から除き、即ち、真空断熱材３は、発泡ポリウレタン４に対する接着力が外封材３１の表裏一対の外表面の内、折曲部３１ｂを固定するための接着テープ３３を設けていない他方の外表面３１ｄと同等以上である他方の外表面３１ｄを外板であるパネル１に向けて配設し、発泡ポリウレタン４との密着を高める方策を行ったものである。この実施の形態１によれば、この密着力が弱い接着テープ３３の表面部を有する一方の外表面３１ｃをパネル１とは反対側の内板２に対向させるようにしたことで、発泡ポリウレタン４とパネル１に対向された真空断熱材３との剥離が抑制され、意匠面が重要であるパネル１側の膨らみによる凹凸を抑制することができる。そのため、真空断熱材３のパネル１側の表面部に対して発泡ポリウレタン４が剥離しないため、発泡ポリウレタン４の収縮によるパネル１の凹凸を抑制することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２の構成は、図面の上では前述の実施の形態１と同様であるので、図１、図２を参照して説明する。前記実施の形態１においては、真空断熱材３の折曲部３１ｂを固定するための接着テープ３３として一般的な安価なセロハンテープ、クラフトテープ、アルミテープなどを用いた場合について説明したが、この実施の形態２は、接着テープ３３における接着剤を塗布していない背面側の性状が発泡ポリウレタン４との密着性が良好な自背面テープを使用するようにしたものである。該自背面テープの具体例としては、例えば市販のマスキングテープなどを好ましく用いることができる。

接着テープ３３として、発泡ポリウレタン４との密着性が良好な自背面テープを用いるようにした場合には、発泡ポリウレタン４との密着性が良好であることにより、真空断熱材３の表裏一対の外表面３１ｃ、３１ｄの何れも発泡ポリウレタン４に対する接着力が同等となる。そのため、発泡ポリウレタン４は真空断熱材３の表裏一対の外表面３１ｃ、３１ｄの何れの側をパネル１側に向けて設置しても剥離することがない。そのため、図１では、折曲部３１ｂをセロハンテープなどの一般的な接着テープ３３で固定したため、テープ貼付部を内板２側に向ける必要があるが、本実施の形態２では、真空断熱材３の向きを気にすることなく設置できる。これにより、発泡ポリウレタン４の剥離を防止でき、パネル１の凹凸を抑制できる。また、真空断熱材３の表裏一対の外表面３１ｃ、３１ｄの向きを管理する必要がなくなるので生産も容易になる。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３による断熱扉に用いる真空断熱材を概念的に示す断面図である。図において、真空断熱材３の折曲部３１ｂは両面テープまたは接着剤などの接合材３４を使用して外封材３１の一方の外表面３１ｃに接合されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

図６のように構成された真空断熱材３は、発泡ポリウレタン４に対する密着力が弱くなる実施の形態１に示す一般的なテープを、発泡ポリウレタン４に触れる箇所に使用していないので、真空断熱材３の向きを気にすることなく設置できる。これにより、発泡ポリウレタン４の収縮力による剥離を防止でき、パネル１の凹凸の発生を抑制できる。また、図１に示す実施の形態１では、接着テープ３３で固定した折曲部３１ｂを内板２側に向ける必要があるが、本実施の形態３では、図１のように内板２側に向けても良いし、その反対のパネル１側に向けても良い。このため、実施の形態２と同様、生産を容易にできるという効果も得られる。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４による断熱扉のパネルを概念的に示す断面図である。図において、パネル１は、発泡ポリウレタン４（図１に図示）に接する内側（図における下側）の表面が、例えばエッチングやショットブラストなどの化学的または機械的な表面処理加工による微小な凹凸加工面１ａによって形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

前記のように構成された実施の形態４においては、パネル１の発泡ポリウレタン４に接する内面を表面処理加工によって微小な凹凸加工面１ａに形成したことで、パネル１の発泡ポリウレタン４に対する密着性を、表面処理加工が施されていない例えば実施の形態１よりも高めることができる。これにより、パネル１側の発泡ポリウレタン４の剥離防止効果が高められ、図１に示す真空断熱材３に対する発泡ポリウレタン４の剥離防止効果と合わせて、発泡ポリウレタン４の収縮力によるパネル１の凹凸の発生を抑制できる。

実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５による断熱扉のパネルを概念的に示す断面図である。図において、パネル１は、発泡ポリウレタン４（図１に図示）に接する内面側（図における下側）の表面に、金属製もしくは樹脂製の、例えば球形状のかえり部１１ａのある突起物１１を規則的またはランダムに貼り付けることで、発泡ポリウレタンに対する接着力を高めるための表面加工が施されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
前記のように構成された実施の形態５においては、かえり部１１ａのある突起物１１をパネル１に貼り付ける表面加工を施したことにより、かえり部１１ａが発泡ポリウレタン４の抜け止めの役割を果たし、発泡ポリウレタン４のパネル１の裏面からの剥離を一層効果的に防止でき、パネル１の凹凸の発生を抑制できる。

実施の形態６．
図９は本発明の実施の形態６による断熱扉のポリウレタンの発泡前の状態を概念的に示す断面図、図１０は図９に示された断熱扉のポリウレタンの発泡後の状態を概念的に示す断面図である。図９において、従来のものと同様の接着テープ３３によって折曲部３１ｂを固定した真空断熱材３は、外封材３１の外表面の内の折曲部３１ｂを設けた側の一方の外表面３１ｃがパネル１に対向するように設置され、さらに真空断熱材３とパネル１の対向面相互には、予めホットメルト６が複数の線状に塗布されている。なお、パネル１と内板２の間の空間部分に注入された液状のポリウレタンは図示を省略している。

図９に示すように、パネル１の内側表面、及び真空断熱材３の折曲部３１ｂを設けた側の一方の外表面３１ｃに予めホットメルト６を塗布しておき、ポリウレタン（図示省略）を発泡させると、ホットメルト６は反応熱により軟化し、さらにポリウレタンの発泡圧がかかることにより、ホットメルト６は図１０に示すように流動して接着面に沿って延ばされる。そして、ポリウレタン硬化後に発泡ポリウレタン４とホットメルト６が密着する。発泡ポリウレタン４は固化するため、一度剥離すると密着性を完全に失うが、ホットメルト６は粘着剤であるため、温度変化による位置ずれにも追随する。それにより、発泡ポリウレタン４の密着性を持続できるため、発泡ポリウレタン４の剥離を防止でき、パネル１の凹凸を抑制できる。なお、ホットメルト６はパネル１の内面には必ずしも塗布しなくても良い。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ パネル、１ａ 凹凸加工面、１１ 突起物、１１ａ かえり部、２ 内板、
２ａ 凸部、３ 真空断熱材、３１ 外封材、３１ａ 真空封止部、３１ｂ 折曲部、
３１ｃ 一方の外表面、３１ｄ 他方の外表面、３２ 芯材、３３ 接着テープ、
３４ 接合材、４ 発泡ポリウレタン、５ レール、６ ホットメルト、９ 断熱扉、
Ａ 端部位置。

Claims (4)

1. 金属製の外板と、樹脂製で前記外板との間に空間ができるように成形され、かつ前記外板との対向面の中央部分に前記外板の方向に突出する凸部が形成された内板と、真空引きされた外封材の内部に断熱性を有する板状の芯材が封入され、その芯材の端部位置から延びる前記外封材の端部に形成された真空封止部が前記芯材を覆う前記外封材の表裏一対の外表面の内、一方の外表面の端部に重ねられた折曲部を有し、前記凸部の頂面に固定された真空断熱材と、前記空間に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタンと、を備え、前記真空断熱材は、前記発泡ポリウレタンに対する接着力が前記一対の外表面の内、他方の外表面と同等以上である外表面を前記外板に向けて配設したものであって、前記真空断熱材は、前記外封材の折曲部が接着テープによって前記外封材の外表面に固定され、かつ、その接着テープによる固定部分を有する外表面が前記内板の方向を向くように配設されていることを特徴とする断熱扉。
2. 金属製の外板と、樹脂製で前記外板との間に空間ができるように成形され、かつ前記外板との対向面の中央部分に前記外板の方向に突出する凸部が形成された内板と、真空引きされた外封材の内部に断熱性を有する板状の芯材が封入され、その芯材の端部位置から延びる前記外封材の端部に形成された真空封止部が前記芯材を覆う前記外封材の表裏一対の外表面の内、一方の外表面の端部に重ねられた折曲部を有し、前記凸部の頂面に固定された真空断熱材と、前記空間に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタンと、を備え、前記真空断熱材は、前記発泡ポリウレタンに対する接着力が前記一対の外表面の内、他方の外表面と同等以上である外表面を前記外板に向けて配設したものであって、前記真空断熱材は、前記外封材の折曲部がポリウレタンに対して接着性を有する自背面接着テープによって前記外封材の外表面に固定され、かつ、その自背面接着テープによる固定部分を有する面が前記外板の方向を向くように配設されていることを特徴とする断熱扉。
3. 金属製の外板と、樹脂製で前記外板との間に空間ができるように成形され、かつ前記外板との対向面の中央部分に前記外板の方向に突出する凸部が形成された内板と、真空引きされた外封材の内部に断熱性を有する板状の芯材が封入され、その芯材の端部位置から延びる前記外封材の端部に形成された真空封止部が前記芯材を覆う前記外封材の表裏一対の外表面の内、一方の外表面の端部に重ねられた折曲部を有し、前記凸部の頂面に固定された真空断熱材と、前記空間に充填されたシクロペンタンを含む発泡ポリウレタンと、を備え、前記真空断熱材は、前記発泡ポリウレタンに対する接着力が前記一対の外表面の内、他方の外表面と同等以上である外表面を前記外板に向けて配設したものであって、前記真空断熱材は、前記外板に対向させる面にホットメルト接着材を設けることによって前記発泡ポリウレタンに対する接着力を具備するようにしたことを特徴とする断熱扉。
4. 前記外板は、その内表面に、前記発泡ポリウレタンに対する接着力を高めるための表面加工が施されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の断熱扉。

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