JP2020112181A - 真空断熱材及びこの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続フィラメント法等により製造されたガラス繊維を用いた真空断熱材において、断熱性能が高く寸法精度の良い真空断熱材を提供する。【解決手段】真空引き前の厚みがそれぞれ０．５ｍｍ以上のガラス長繊維のマットが４０枚未満重ねられて形成された芯材を有する真空断熱材。【選択図】 図６

Description

本発明は、真空断熱材及びこの製造方法に関する。

ガラス繊維等を主成分とする芯材を含んだ真空断熱材が知られている。ガラス繊維としては、連続フィラメント法やチョップドストランド法で製造される長繊維と、遠心法やバーナー法で製造される短繊維に分類できるが、安全性の観点等から長繊維を採用する動きが活発になってきている。

長繊維を利用すると、短繊維に比して、いわゆる乾式による製造時でも薄いウェブ（マット）を形成することが容易となる。ウェブを用いて芯材を形成すると重なり枚数を多くできるため、厚み方向に延在する、いわゆる縦繊維を抑制できる。

特許文献１は、連続フィラメント法で製造されたガラス繊維にニードルパンチ加工をしないウェブを４０枚以上重ねた芯材を利用した真空断熱材を開示する。また、ウェブの成形後に、３００℃〜７５０℃に加熱して収束材を除去している（００２２）。

特許文献２は、連続フィラメント法で製造されたガラス繊維をニードルパンチ加工したニードルマットを少なくとも６枚以上積層した真空断熱材を開示する（００１６）。

特開２０１５−１３７６８９号公報 特開２０１５−１３７６８８号公報

特許文献１，２とも、重なり枚数を多くしようとするものである。しかし、重なり枚数が増加すると、積層時や圧縮熱成形加工時、真空引き時の位置ずれが生じやすくなる。

特許文献１はウェブを加熱しているが、本発明者らの検討の結果、加熱する際にはウェブの厚みに留意する必要があり、具体的には後述するように、薄いウェブを加熱すると熱溶着が生じてしまうという課題が見出された。

特許文献１は、連続フィラメント法で製造されたガラス繊維をニードルパンチ加工を用いず、また、バインダも含まずに芯材としていることから、芯材はやわらかく取扱いが困難である。そのため、積層枚数を多くするほどに、芯材を外被材に挿入する時に層ずれや収縮が発生し、真空断熱材としたときに寸法精度に課題がある。

特許文献２は、６枚以上積層することで縦繊維が連続しにくくなるとしている（００１４）。しかし、ニードルマットの積層枚数が増すと積層ずれが生じやすいところ、積層枚数を減少させると性能が急激に悪化するとしている。

上記事情に鑑みてなされた第１の本発明は、
真空引き前の厚みがそれぞれ０．５ｍｍ以上のガラス長繊維のマットが４０枚未満重ねられて形成された芯材を有する真空断熱材である。

上記事情に鑑みてなされた第２の本発明は、
ガラス長繊維のマットを複数枚ニードルパンチ加工してまとめたニードルマットを５層以下積層した芯材を有する真空断熱材である。

実施形態における冷蔵庫の正面図 実施形態における冷蔵庫の縦断面図（図１のＡ−Ａ断面） 実施形態における冷蔵庫の庫内矢視図(図２のＢ−Ｂ矢視) 実施形態における真空断熱材の説明図 本発明の実施例１の真空断熱材の断面図 本発明の実施例２の真空断熱材の断面図

本発明の実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。

（実施形態）
図１は本発明の実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫の外観を示す正面図である。図２は実施形態に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫の縦断面図であり、図１のＡ−Ａ線の切断図である。図３は実施形態１に係る真空断熱材を備えた冷蔵庫のＢ−Ｂ野視図である。

冷蔵庫１は、上から冷蔵室２、貯氷室３ａと上段冷凍室３ｂ、冷凍室４、野菜室５を有している。ヒンジ１０等を中心に回動する冷蔵室扉６ａ、６ｂ、冷蔵室扉６ａ、６ｂ以外は全て引き出し式の扉であり、貯氷室扉７ａと上段冷凍室扉７ｂ、下段冷凍室扉８、野菜室扉９を配置する。

また、冷蔵室２と製氷室３ａ及び上段冷凍室３ｂとの間を区画断熱するために仕切断熱壁１２を配置している。この仕切断熱壁１２は厚さ３０〜５０mm程度の断熱壁で、スチロフォーム、発泡断熱材（ウレタンフォーム）、真空断熱材等、それぞれを単独使用又は複数の断熱材を組み合わせて作られている。

箱体２０は、外箱２１と内箱２２とを備え、外箱２１と内箱２２とによって形成される空間に断熱部を設けて箱体２０内の各貯蔵室と外部とを断熱している。この外箱２１側または内箱２２側のいずれかに真空断熱材１５０を配置し、真空断熱材１５０以外の空間には硬質ウレタンフォーム等の発泡断熱材２３を充填してある。真空断熱材１５０の説明については後述する。

本実施形態においては凹部４０の裏面に真空断熱材１５０を配置して断熱性能を確保している。実施例１では、真空断熱材１５０を前述の庫内灯４５のケース４５ａと電気部品４１に跨るように略Ｚ形状に成形した１枚の真空断熱材１５０とした。

また、箱体２０の背面下部に配置された圧縮機３０や凝縮機３１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２２側への投影面に真空断熱材１５０を配置している。

また、野菜室５の底面部の内箱２２外面(断熱材２３側)にも真空断熱材１５０を配置している。天井部は前述の通り真空断熱材１５０を、両側面部については外箱２３の内面に、冷蔵室２と冷凍室３ａ、３ｂ、４及び野菜室５に跨って真空断熱材１５０が配置し、冷蔵室扉６ａ、６ｂ、冷凍室扉８、野菜室扉９についても外箱２２(本実施例ではガラス板)内面に真空断熱材１５０を配置している。その他、各仕切り断熱１２と１４にも真空断熱材１５０を配置している。尚、真空断熱材１５０の配置や使用数については特に限定するものではない。

次に真空断熱材について説明する。図４は真空断熱材５０の一例を示したものであり、芯材５１と該芯材５１を一時的に圧縮状態に保持するための内包材５２、内包材５２で圧縮状態に保持した芯材５１を被覆するガスバリヤ層を有する外被材５３及び吸着剤５４とから構成してある。外被材５３は真空断熱材５０の両面に配置され、同じ大きさのラミネートフィルムを向い合せ、各辺の端部から一定の幅部分を熱溶着した袋状で構成されている。

芯材５１については、無機系繊維材料の積層体を使用するとアウトガスが少なくなるため、断熱性能的に有利であるが、特にこれに限定するものではなく、例えば無機系繊維を加熱成形したものやバインダ成形したもの、或いはセラミック繊維やロックウール、グラスウール以外のガラス繊維等の無機繊維、及び有機繊維を用いてもよく、特に限定するものではない。芯材５１の種類によっては内包材５２は使用しない場合もある。

外被材５３のラミネート構成についてはガスバリヤ性を有し、熱溶着可能であれば特に限定するものではないが、表面層、第一のガスバリヤ層、第二のガスバリヤ層、熱溶着層の４層構成からなるラミネートフィルムとし、表面層は吸湿性の低い樹脂フィルム、第一のガスバリヤ層は金属蒸着層を設けた樹脂フィルム、第二のガスバリヤ層は酸素バリヤ性の高い樹脂フィルムに金属蒸着層を設け、第一と第二のガスバリヤ層については金属蒸着層同士が向かい合うように貼り合わせている。熱溶着層については表面層と同様に吸湿性の低いフィルムを用いた。具体的には、表面層を二軸延伸ポリプロピレン、第一のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きのポリエチレンテレフタレート、第二のガスバリヤ層をアルミニウム蒸着付きの二軸延伸エチレンビニルアルコール共重合体樹脂フィルムとし、熱溶着層を直鎖状低密度ポリエチレンフィルムとした。外被材５３については特にこの構成に限定するものではない。表面層はポリアミド(ナイロン)やポリエチレンテレフタレート等でもよく、第一及び第二のガスバリヤ層についても金属箔や樹脂系フィルムに無機層状化合物や樹脂系ガスバリヤコート材等のガスバリヤ膜を設けたものでもよい。熱溶着層には例えば酸素バリヤ性の高いポリブチレンテレフタレートフィルムや、汎用性の高いポリプロピレンフィルム、高密度、中密度、低密度等のポリエチレンフィルムを用いても良い。また、真空断熱材５０のそれぞれの外箱側と内箱側の面でフィルム構成が違っていてもよい。例えば、第二のガスバリヤ層として、一方の面がアルミ蒸着フィルム、別の面がアルミ箔という組み合わせであっても何ら問題ない。尚、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、接着剤、貼り合わせ方法には特にこれに限定するものではない。

表面層と熱溶着層に吸湿性の低い樹脂を配置する目的は、酸素バリヤ性の高い上記のガスバリヤ層フィルムは吸湿によりガスバリヤ性が悪化するため、表面層と熱溶着層で挟むことで、ラミネートフィルム全体の吸湿量を抑制するものである。これにより、真空断熱材５０の真空排気工程においても、外被材５３が持ち込む水分量が小さいため、真空排気効率が大幅に向上し、高性能化につながっている。

また、内包材５２については熱溶着可能なポリエチレンフィルム、吸着剤５４については物理吸着タイプの合成ゼオライトを用いたが、いずれもこれらの材料に限定するものではない。内包材５２についてはポリプロピレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリブチレンテレフタレートフィルム等、吸湿性が低く熱溶着でき、アウトガスが少ないものであれば良く、吸着剤５４については水分（水や水蒸気）を吸着するもので、物理吸着、化学反応型吸着のどちらでも良い。

（実施例１）
図５に示す実施例１の真空断熱材１５０は、芯材となるガラス繊維に連続フィラメント法又はチョップドストランド法により得られる長繊維を用いている。公知の長繊維製造法で製造されたガラス繊維に集束剤を利用して集束させつつ、例えば５０ｍｍ程度ごとに切断する。集束剤としては、例えばウレタン樹脂、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテル系高分子、界面活性剤、カップリング剤、潤滑剤、帯電防止剤等のうちいずれか１つ又は複数を含んだものが用いられる。

次に、この切断されたガラス繊維を開繊してマット状に成型する。本実施例では、平均繊維径７〜９μｍの長繊維が薄く集束されたマット（ウェブ）を作成する。

マットを複数枚重ねてからニードルパンチ加工を行い、ニードルマットとしてまとめる。これによりマット数を多くしつつも芯材嵩を小さくすることができる。そのため、内包材５２を用いる必要性を低減でき、外被材５３に挿入しやすくすることができる。この際、マットそれぞれの厚みは特に制限されないが、ニードルマット１層の真空引き前の厚みは、真空引き時や芯材の規定寸法へのカット時の位置ずれの抑制の観点から、１ｍｍ以上、好ましくは３ｍｍ以上が好ましい。ただし、芯材の厚みが厚くなるほどニードルパンチ加工時の針抵抗が大きくなり、加工がしにくくなることから３０ｍｍ以下が好ましい。また、芯材１層の厚みが厚いほど、ニードルパンチ加工により繊維が断熱方向に向き繊維による固体熱伝導が高くなってしまうことからも、芯材１層の厚みは小さいことが好ましい。

また、積層ずれを低減するには、ニードルマット５１の積層数が５層以下であることが好ましい。本実施例の芯材は幅６００ｍｍ、長さ６００ｍｍのニードルマット１層の厚み５ｍｍ、ニードルマット５１の積層数５層とした。真空引きして真空断熱材を作製したときに厚み１８ｍｍとなり、また、真空断熱材としたときの寸法ずれを３ｍｍ以下とすることができた。

また、芯材を５５０℃〜７５０℃で圧縮熱成形加工をすることで長繊維の歪が除去され、また、集束剤を揮発させることができる。なお、ニードルパンチ加工を行うためバインダの必要性を低減できるとともに、仮に使用しても圧縮熱成形加工で揮発する。

（実施例２）
ニードルパンチ加工を行うと、柔らかく取り扱いが比較的困難なマットをまとめることができるものの、縦方向（厚み方向）に連続する繊維が発生するため、好ましくはニードルパンチ加工せずに芯材を形成したい。

図６に示す実施例２の真空断熱材２５０は、実施例１と同様の長繊維を用いている。本実施例では、マット５１０の厚みそれぞれを０．５ｍｍ以上とし、これを複数枚（後述するが４０枚未満。）重ねて圧縮熱成形したものを、芯材とした。

繊維の積層方向に延在する、いわゆる縦繊維を抑制するには、同じガラス繊維の使用量だとマット数が多い方が好ましいが、検討の結果、単にマット数を増すだけだと却って性能が低下することが判明した。原因を追究したところ、薄いマットが混入すると圧縮熱成形時に繊維同士が溶着してしまうということが判明した。

詳細には、ニードルパンチ加工がされていない、厚みが０．５ｍｍ未満のマットに圧縮熱成形加工を行うと、圧縮熱成形加工時の熱が伝わりやすく、小さい熱量で軟化してしまい、広く繊維が溶けやすいことが判明した。

一方で、マットの重なり枚数が４０以上となると積層ずれや加熱圧縮時の位置ずれが顕著になってきてしまうとの知見を得た。

ここで、マットの管理としては目付量（単位面積当たりのガラス繊維質量。）によるものが知られているが、目付量による管理はマット毎のばらつきが大きくなりがちである。また、目付量はその定義通り、マットの質量（ガラス繊維密度）を管理するものの厚みについては何ら管理しない。本発明者らは、薄いマットが混入すると、圧縮熱成形時の温度を低くしたり乾燥時間を短くしても溶着部と未溶着部が発生しやすいことを見出した。溶着部が大きくなるほど芯材の固体熱伝導が大きくなってしまうことから、真空断熱材としたときの性能低下が発生してしまう。

このため本実施例では、それぞれ０．５ｍｍ以上の厚みのマット５１０を４０枚未満重ねて芯材にした。そうすることで、長繊維の集束剤を揮発させるべく５５０℃〜７５０℃で積層マット（芯材）を圧縮熱成形加工して乾燥させても、熱溶着の発生を抑制できた。

本実施例においては幅６００ｍｍ、長さ６００ｍｍのマット１枚の厚み０．７ｍｍとし、これを３９枚積層した。真空断熱材を作製したときに厚み１８ｍｍとなった。真空断熱材としたときの寸法ずれを２ｍｍ以下とすることができた。

なお、真空断熱材は、冷蔵庫、自動販売機、給湯機器等、断熱を必要とする製品分野での活用が期待できる。

１ 冷蔵庫、２ 冷蔵室、３ａ 貯氷室、３ｂ 上段冷凍室、
４ 下段冷凍室、５ 野菜室、６ａ 冷蔵室扉、６ｂ 冷蔵室扉、
７ａ 貯氷室扉、７ｂ 上段冷凍室扉、８ 下段冷凍室扉、
９ 野菜室扉、１０ 扉用ヒンジ、１１ パッキン、
１２，１４ 断熱仕切り、１３ 仕切り部材、
２０ 箱体、２１ 外箱、２２ 内箱、２３ 発泡断熱材、
２７ 送風機、２８ 冷却器、３０ 圧縮機、３１ 凝縮機、
３３ 発泡ポリスチレン、４０ 凹部、４１ 電気部品、
４２ カバー、４５ 庫内灯、４５ａ ケース、
５０ 真空断熱材、
５１ ニードルマット、
５１０ マット、
５２ 内袋、
５３ 外被材、
１５０，２５０ 真空断熱材。

Claims (5)

1. 真空引き前の厚みがそれぞれ０．５ｍｍ以上のガラス長繊維のマットが４０枚未満重ねられて形成された芯材を有する真空断熱材。
2. 請求項１に記載の真空断熱材の製造方法であって、
   前記芯材は、５５０℃〜７５０℃で加熱圧縮されたことを特徴とする製造方法。
3. ガラス長繊維のマットを複数枚ニードルパンチ加工してまとめたニードルマットを５層以下積層した芯材を有する真空断熱材。
4. 前記ニードルマットそれぞれの厚みは、真空引き前の状態で１ｍｍ以上であることを特徴とした請求項３に記載の真空断熱材。
5. 請求項３又は４に記載の真空断熱材の製造方法であって、
   前記芯材を５５０℃〜７５０℃で加熱圧縮されたことを特徴とする製造方法。

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