JP2007144864A - 積層構造体およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば室内に設置された冷蔵庫などの冷凍装置の扉表面や外箱表面に光触媒層を形成しておけば付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるような光触媒層を形成した積層構造体およびその積層構造体を用いて扉表面や外箱表面の少なくとも１部に光触媒層を形成した冷蔵庫の提供。
【解決手段】基材１１表面の上あるいは基材１１表面に形成されたデザイン樹脂層２の上に所定量の可視光反応型光触媒４とバインダー樹脂５とを含む溶剤型塗料を用いて形成された光触媒層３が積層されている積層構造体１であって、光触媒層３中の可視光反応型光触媒４の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成されており、光触媒層３の厚さの５０％の外表面側領域に全可視光反応型光触媒４の量の８０質量％以上が存在する積層構造体により課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層構造体およびそれを用いた冷凍装置に関するものであり、さらに詳しくは可視光反応型光触媒を含む光触媒層が積層された積層構造体およびそれを用いた冷凍装置に関するものである。

油類や指紋などが冷蔵庫などの冷凍装置の扉や外箱表面に付着して汚くなるので、酸化チタンなどの光触媒の薄膜をこれらの表面に形成して、光触媒の作用により、有機物を分解して表面の汚染を防止する提案が多くなされている。

しかし、従来のアナターゼ型酸化チタンなどの光触媒は、紫外線領域の特定の波長（約３８０ｎｍよりも短波長）の光を吸収することにより優れた光触媒活性を示し、この光触媒作用に由来する強力な酸化作用により有機物などを酸化分解するなどの作用を発揮するものであるため、室内などでこの効果を利用する場合は、紫外線量が非常に少ないため、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源が必要であった。

図４に、光触媒を用いて最外層に光触媒層を形成した従来の積層構造体の断面の１例（例えば、特許文献１参照）を示す。
従来の積層構造体１０は、鋼板などの基材１１の表面に顔料や染料などを配合したり、文字や模様などを形成したデザイン樹脂層１２を密着して形成し、このデザイン樹脂層１２の上に光触媒の酸化作用により侵されない金属粒子や酸化物微粒子などのフィラー１３が添加された光触媒作用により侵されない材料の中間層１４が形成されており、そしてこの中間層１４の上に、無機系バインダーなどに光触媒微粒子を分散させた分散液をスプレーするなどしてコーテイングして光触媒層１５を形成して構成されている。

中間層１４は光触媒層１５に照射される紫外線を吸収することによって発揮される光触媒作用に由来する強力な酸化作用によりデザイン樹脂層１２の劣化を防止するためのものである。
しかし、中間層１４を形成するとデザイン樹脂層１２の劣化は防止できるものの、デザイン樹脂層１２が中間層１４で覆われてしまうため、デザイン樹脂層１２のデザイン性などの各種特性が失われる問題がある上、工数増加によりコストアップになる問題があった。

一方、可視光領域でも優れた光触媒活性を示す可視光反応型光触媒が提案されている。例えばＲＦスパッタリング法を用いた窒素ドープによるもの（特許文献２参照）、イオン注入を用いた二酸化チタンへの遷移金属元素（Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅなど）ドープによるもの（特許文献３参照）、表面から内部へと陽イオンを含有させた半導体を還元処理して得られるもの（特許文献４参照）、チタンアルコキシドと希土類元素化合物と、有機溶剤とを含む溶液を加水分解させ、得られたゾルを３００℃以上で熱処理して得られる、チタン酸化物に希土類元素がドープされたもの（特許文献５参照）などが提案されている。
特開２００１−１９９００１号公報 特開２００１−２０５０９４号公報 特開平９−２６２４８２号公報 特開２０００−２３７５９８号公報 特開２００５−７４３７６号公報

本発明の第１の目的は、従来の問題を解決し、従来のようにデザイン樹脂層１２を中間層１４で覆わなくてもよい上、紫外線量が非常に少ない室内などで使用しても優れた光触媒活性を示すので、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源を設置せずに、例えば室内に設置された冷蔵庫などの冷凍装置の扉表面や外箱表面に光触媒層を形成しておけば、付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるようなセルフクリーニング効果を有する光触媒層を積層した積層構造体であって、エアコン、洗濯機、電子レンジ、空気清浄機、クリーナ、冷蔵庫などの各種の２次製品を作れる安価な積層構造体を提供することであり、
本発明の第２の目的は、その積層構造体を用いて扉表面や外箱表面の少なくとも１部に光触媒層を形成した冷蔵庫などの安価な冷凍装置を提供することである。

上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の発明は、基材表面の上あるいは基材表面に形成されたデザイン樹脂層の上に、所定量の可視光反応型光触媒とバインダー樹脂とを含む溶剤型塗料を用いて形成された光触媒層が積層されている積層構造体であって、前記光触媒層中の可視光反応型光触媒の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成されており、前記光触媒層の厚さの５０％の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在することを特徴とする積層構造体である。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の積層構造体において、前記光触媒層中に前記可視光反応型光触媒を３〜４０質量％含むことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の積層構造体を用い光触媒層が可視光が供給される外部に面するように外箱および扉の少なくとも１部に形成されるように構成したことを特徴とする冷凍装置である。

本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載の冷凍装置において、前記光触媒層の厚さが５μｍ以下であることを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明は、基材表面の上あるいは基材表面に形成されたデザイン樹脂層の上に、所定量の可視光反応型光触媒とバインダー樹脂とを含む溶剤型塗料を用いて形成された光触媒層が積層されている積層構造体であって、前記光触媒層中の可視光反応型光触媒の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成されており、前記光触媒層の厚さの５０％の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在することを特徴とする積層構造体であり、
例えば可視光反応型光触媒の濃度の低いものから高いものまで複数の溶剤型塗料を用い、濃度の低いものから高いものを順次用いて複数回数、公知の塗装法により基材表面の上あるいは基材表面に形成されたデザイン樹脂層の上に、あるいは冷蔵庫などの各種の２次製品表面に塗装して、光触媒層中の可視光反応型光触媒の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成された光触媒層を形成することができ、使用する可視光反応型光触媒量の最小化を図れ、また従来のようにこのデザイン樹脂層を中間層で覆わなくてもよい上、形成された光触媒層は紫外線量が非常に少ない室内などで使用しても、可視光領域でも優れた光触媒活性を示すので、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源を設置せずに、例えば室内に設置された冷蔵庫などの冷凍装置の扉表面や外箱表面に光触媒層を形成しておけば、付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるセルフクリーニング効果を有する上、デザイン樹脂層が形成されている場合でもその劣化を防止、抑制できるのでデザイン性などの各種特性を維持できるという、顕著な効果を奏する。
この積層構造体を利用してエアコン、洗濯機、電子レンジ、空気清浄機、クリーナ、冷蔵庫などの各種の２次製品を作ったり、組み立てたりすることができ、しかも安価であるという、顕著な効果を奏する。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の積層構造体において、前記光触媒層中に前記可視光反応型光触媒を３〜４０質量％含むことを特徴とするものであり、
配合量を特定の範囲内としたので確実に優れた光触媒活性を発揮させて付着した油類や指紋などを確実に分解して汚染を防止できるという、さらなる顕著な効果を奏する。

本発明の請求項３記載の発明は、請求項１あるいは請求項２記載の積層構造体を用い光触媒層が可視光が供給される外部に面するように外箱および扉の少なくとも１部に形成されるように構成したことを特徴とする冷凍装置であり、
紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源を設置せずに、例え紫外線量が非常に少ない室内に設置されても、その表面に形成された光触媒層の優れた光触媒活性を利用して付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるセルフクリーニング効果を有する上、デザイン樹脂層が形成されている場合でもその劣化を防止、抑制できるのでデザイン性などの各種特性を維持でき、しかも安価であるという、顕著な効果を奏する。

本発明の請求項４記載の発明は、請求項３記載の冷凍装置において、前記光触媒層の厚さが５μｍ以下であることを特徴とするものであり、
光触媒層の厚さが５μｍ以下であっても、光触媒層中の可視光反応型光触媒の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成されており、しかも光触媒層の厚さの５０％の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在するので、可視光領域でも優れた光触媒活性を示すという、さらなる顕著な効果を奏する。

以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の積層構造体の１例の断面の形態を説明する説明図である。
図２は本発明の積層構造体の他の例の断面の形態を説明する説明図である。
図１に示したように、本発明の積層構造体１は、鋼板などの基材１１の表面に公知の方法を用いて顔料や染料などを配合したり、文字や模様などを形成したデザイン樹脂層２が密着して形成されており、そしてこのデザイン樹脂層２の上に所定量の可視光反応型光触媒４とバインダー樹脂５とを含む溶剤型塗料を用いて公知の方法により例えば前記のように複数回塗装、コーテイングした後、乾燥するなどして溶剤を除いて形成された光触媒層３が積層されて構成されている。

図２に示したように、本発明の他の積層構造体１（Ａ）は、鋼板などの基材１１の表面に所定量の可視光反応型光触媒４とバインダー樹脂５とを含む溶剤型塗料を用いて公知の方法により例えば前記のように複数回塗装、コーテイングした後、乾燥するなどして溶剤を除いて形成された光触媒層３が積層されて構成されている。

いずれの光触媒層３の厚さの５０％（Ｘ−Ｘ）の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在するように構成されている。光触媒層３中の可視光反応型光触媒４の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成した光触媒層３の形成法は前記方法に限定されるものではなく、前記のように複数回塗装したりコーテイングしたりしないで、例えば、１回で塗装、コーテイングを行い、次いで乾燥するなどして溶剤を上方に揮発、蒸発させて除く際に、溶剤が揮発、蒸発するのに伴って可視光反応型光触媒４の微粒子が上方に移動するようにして光触媒層３中の可視光反応型光触媒４の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜させて光触媒層３を形成することも可能である。

光触媒層３の厚さの５０％（Ｘ−Ｘ）の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在すると、図１、２に示したように可視光反応型光触媒４が外表面側の浅い領域に非常に多く存在し、外表面から一部外部に突出するものもでてくるため、可視光領域で優れた光触媒活性を示す。

光触媒層３の厚さの５０％（Ｘ−Ｘ）の外表面側領域に存在する可視光反応型光触媒の量が全可視光反応型光触媒量の８０質量％未満であると、外表面側の浅い領域に存在する可視光反応型光触媒４が少なくなり、外表面から一部外部に突出するものも少なくなり、可視光領域で優れた光触媒活性を示さなくなる恐れがあり、好ましくない。

１回で塗装、コーテイングを行い、次いで乾燥するなどして溶剤を除いて光触媒層３中の可視光反応型光触媒４の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜させて光触媒層３を形成する場合は、例えばバインダー樹脂５の表面張力を小さくし、例えば表面張力３０ｄｙｎ／ｃｍ以下のフッ素系樹脂をバインダー樹脂として用いる。また、バインダー樹脂５の表面張力を考慮するとともに、可視光反応型光触媒４の粒度や見掛け比重も考慮して、溶剤が揮発、蒸発するのに伴って可視光反応型光触媒４の微粒子が上方に移動し易くなる条件を選定して行うことが好ましい。

本発明の積層構造体１、１（Ａ）は、光触媒層３中の可視光反応型光触媒４の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成されているので、使用する可視光反応型光触媒４の量の最小化を図れ、また、例え紫外線量が非常に少ない室内に設置されても、可視光領域でも優れた光触媒活性を示すので、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源を設置せずに表面に付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるセルフクリーニング効果を有する上、デザイン樹脂層２の劣化も防止、抑制でき、デザイン性などの各種特性を維持できる。
本発明の積層構造体１は、従来のようにデザイン樹脂層２を中間層で覆わなくてもデザイン樹脂層２の劣化が抑制、防止されるので、工数が増えず、安価である。
本発明の積層構造体１（Ａ）は、デザイン樹脂層２が設けられていないので、工数が増えず、より安価である。

図３は本発明の積層構造体１あるいは１（Ａ）を用い光触媒層３が可視光が供給される外部に面するように外箱の外表面および扉の外表面に形成された冷蔵庫の１例の断面の形態を説明する説明図である。
図３において２０は家庭用冷蔵庫である。この家庭用冷蔵庫２０は、上から冷蔵室Ｒ（冷蔵温度帯エリア）、野菜室冷蔵室Ｖ（冷蔵温度帯エリア）、冷凍室（冷凍温度帯エリア）Ｆの順で配置されている。この冷蔵庫２０は、少なくとも圧縮器、凝縮器、蒸発器からなる冷凍サイクルを有するものであり、蒸発器（エバ）を冷蔵温度帯エリア冷却用の冷蔵用の蒸発器２１と、冷凍温度帯エリア冷却用の冷凍用の蒸発器２２の２つを有し、２エバ・タイプと呼ばれるものである。

庫内には複数の棚２３を有して被冷却物を収納可能にしている。
２４は外箱、２５は内箱であり、２６はこの両者（２４、２５）間に発泡充填された断熱材である。

２７は家庭用冷蔵庫２０の前面に備えられた冷蔵室用の開閉自在な回転扉であり、片側に設けた回転軸を中心に開閉する。２８は野菜室冷蔵室Ｖの引出扉前面板であり、２９および３０は冷凍室Ｆの引出扉前面板である。３１は冷蔵庫内の空気を循環させる風路であり、３４は冷凍室内の空気を循環させる風路である。この風路３１中に冷蔵室用の蒸発器２１および冷蔵庫内の空気を循環させるファン３２が設置されており、風路３４中に冷凍室用の蒸発器２２および冷凍室内の空気を循環させるファン３３が設置されており、風路３１を通って蒸発器２１おで冷却された冷気をファン３２を介して冷蔵室へ吐出させ、風路３４を通って蒸発器２２で冷却された冷気をファン３３を介して冷凍室へ吐出させるようになっている。

そして本発明の家庭用冷蔵庫２０の外箱２４の天面および図示しない両側面、回転扉２７の外表面、野菜室冷蔵室Ｖの引出扉前面板２８の外表面、冷凍室Ｆの引出扉前面板２９および引出扉前面板３０の外表面には、図１に示した本発明の積層構造体１あるいは図２に示した本発明の積層構造体１（Ａ）を用いて光触媒層３が可視光が供給される外部に面するように形成されている。

本発明の家庭用冷蔵庫２０は、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源を設置せずに、例え紫外線量が非常に少ない室内に設置されても、外箱２４の天面および図示しない両側面、回転扉２７の外表面、野菜室冷蔵室Ｖの引出扉前面板２８の外表面、冷凍室Ｆの引出扉前面板２９および引出扉前面板３０の外表面に形成された光触媒層３の優れた光触媒活性を利用してこれらの表面に付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるセルフクリーンニング効果を有する上、図示しないデザイン樹脂層が劣化しないのでデザイン性などの各種特性を維持できる。

本発明で用いる可視光反応型光触媒としては、前記のような公知の可視光反応型光触媒を用いることができる。
可視光反応型光触媒の一部を活性炭、シリカゲル、ゼオライトなどから選ばれる１種と置き換えることも可能である。

本発明で用いるバインダー樹脂は熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもあるいはこれらの組み合わせでもよく、好ましくは光触媒層を形成した時、約４００〜８００ｎｍの領域の可視光の透過率が高く、例えば５０％以上と高く、可視光により光触媒層の光触媒が優れた光触媒活性を示すような樹脂である。
本発明で用いるバインダー樹脂としては、具体的には例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリル基含有ビニル共重合体、シリコン系樹脂、表面張力の小さいフッ素系樹脂などを挙げることができる。

本発明で用いる可視光反応型光触媒が前記光触媒層３中に３〜４０質量％含まれると、確実に優れた光触媒活性を発揮させ、付着した油類や指紋などを確実に分解して汚染を防止できるので好ましい。
３質量％未満では、確実に優れた光触媒活性を発揮できない恐れがあり、４０質量％を超えると光触媒活性が強過ぎてデザイン樹脂層２の劣化を抑制したり、防止したりできない恐れがあり、いずれも好ましくない。

本発明で用いる有機溶剤としては、具体的には、例えば、トルエン、キシレンなどの炭化水素系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、ブチルセルロースアセテートなどのエステル系溶剤、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロンなどのケトン系溶剤、メタノール、エタノール、ブタノールなどのアルコール系溶剤、ケトン類とブチルセルロースアセテートなどのソルベッソ類、これらの２種以上の組み合わせなどを挙げることができる。
有機溶剤の使用量は特に限定されないが、例えば有機溶剤５０〜７０質量部に対して前記透明性樹脂５０〜３０質量部をもちいる例を挙げることができる。

本発明の溶剤型塗料に、光触媒層の光触媒の光触媒活性を損なわない範囲で他の添加剤を配合することができる。他の添加剤としては、具体的には、例えば、表面調整剤、分散剤、増粘剤など通常塗料用添加剤として知られている添加剤を挙げることができる。

本発明で用いる基材の材質としては、具体的には、例えば、鋼、アルミニウム、ステンレス、チタン、各種合金などの金属、ガラス、セラミックスなどの無機質材料、各種木質材料、各種プラスチックなどを挙げることができる。基材の形状や形態は板状や波板状などでもよく、あるいは扉、外箱、引出扉前面板などの各種２次製品の形状や形態に合わせて成形されたものなどいずれでもよく、特に限定されるものではない。
鋼板の例としては、例えば、表面に酸洗い、リン酸処理、ブラスト処理などの下地処理が予め施された鋼板を挙げることができる。
これらは表面に必要に応じてポリエステル系、エポキシ系、ウレタン系などのプライマーを塗装し、硬化乾燥させた厚さ約０．５〜３０μｍ程度の塗膜を形成したおくこともできる。

基材表面あるいは基材表面に形成されたデザイン樹脂層の上に本発明の溶剤型塗料を用いて光触媒層を形成するには、例えば、ディップ塗装、ハケ塗装、ロール塗装、エアスプレー、エアレススプレー、静電スプレー、シャワーコートなど通常行われている公知の方法を用いることができる。

上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、あるいは範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

以下本発明を実施例および比較例により、具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
冷蔵庫の外箱の板厚み０．４５ｍｍの塗装済鋼板上にデザイン樹脂層を設け、その上に、下記組成の本発明の溶剤型塗料を用いて厚み４μｍの光触媒層を形成した。
組成： 質量部
透明樹脂；熱硬化型ポリエステル系樹脂 ２５
可視光反応型光触媒；窒素ドープ型光触媒 ５
揮発性有機溶剤；ブチルセルロースアセテート／イソポロン ２０／５０
分散剤；アミノ酸系分散剤 ０．０５
光触媒層の厚さの５０％（Ｘ−Ｘ）の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上を傾斜配置できた。
この冷蔵庫を室内に設置して長期に使用すると、外箱表面の光触媒層上に指紋や油が付着したが、光触媒活性により分解された。光触媒層中に均一に全可視光反応型光触媒を配置した場合に比較して、指紋や油の分解効果が２０質量％上昇した。しかし光触媒層の透明樹脂やデザイン樹脂層の樹脂にチョーキングなどの劣化は発生しなかった。

本発明の積層構造体は、光触媒層中の可視光反応型光触媒の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成された光触媒層が積層されており、光触媒層の厚さの５０％の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在するので、使用する可視光反応型光触媒量の最小化を図れ、また従来のようにこのデザイン樹脂層を中間層で覆わなくてもよい上、形成された光触媒層は紫外線量が非常に少ない室内などで使用しても、可視光領域でも優れた光触媒活性を示すので、紫外線ランプや紫外線ＬＥＤなどを用いた特別な光源を設置せずに、例えば室内に設置された冷蔵庫などの冷凍装置の扉表面や外箱表面に光触媒層を形成しておけば付着した油類や指紋などを容易に分解して汚染を防止できるセルフクリーニング効果を有する上、デザイン樹脂層が形成されている場合でもその劣化を防止、抑制できるのでデザイン性などの各種特性を維持できるという、顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。

本発明の積層構造体の１例の断面の形態を示す説明図である。 本発明の積層構造体の他の例の断面の形態を示す説明図である。 本発明の冷蔵庫の１例の断面の形態を示す説明図である。 従来の積層構造体の断面の形態を示す説明図である。

符号の説明

１、１（Ａ） 積層構造体
２ デザイン樹脂層
３ 光触媒層
４ 可視光反応型光触媒
５ バインダー樹脂
１１ 基材
２０ 家庭用冷蔵庫
２４ 外箱
２７ 回転扉
２８ 野菜室冷蔵室Ｖの引出扉前面板
２９、３０ 冷凍室冷蔵室Ｆの引出扉前面板

Claims (4)

1. 基材表面の上あるいは基材表面に形成されたデザイン樹脂層の上に、所定量の可視光反応型光触媒とバインダー樹脂とを含む溶剤型塗料を用いて形成された光触媒層が積層されている積層構造体であって、前記光触媒層中の可視光反応型光触媒の濃度が外表面に向かって多くなるように傾斜して構成されており、前記光触媒層の厚さの５０％の外表面側領域に全可視光反応型光触媒量の８０質量％以上が存在することを特徴とする積層構造体。
2. 前記光触媒層中に前記可視光反応型光触媒を３〜４０質量％含むことを特徴とする請求項１記載の積層構造体。
3. 請求項１あるいは請求項２記載の積層構造体を用い光触媒層が可視光が供給される外部に面するように外箱および扉の少なくとも１部に形成されるように構成したことを特徴とする冷凍装置。
4. 前記光触媒層の厚さが５μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の冷凍装置。

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