JP2010223534A - 断熱体および冷凍冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】環境負荷が小さく、外観性に優れた断熱体を提供する。
【解決手段】外面材１０２と内面材１０３との閉空間に発泡ポリウレタン１０４が充填され、外面材１０２は光沢性を有し、発泡ポリウレタン１０４の原料に予め二酸化炭素を混合したものである。これにより、フロス発泡が可能となり、流動抵抗が大きい場合においても、良好に充填することができる。また、二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用されるフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体１０１を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発泡ポリウレタンを断熱材として用いた断熱体と、それを扉として用いた冷凍冷蔵庫に関するものである。

近年、家庭用の電気冷凍冷蔵庫は、保鮮性や省エネなどの基本機能に加えて、外観性やインテリア性などの付加価値に対するニーズが高まっている。特に、正面のドア（扉）面材には、意匠性の高い材料を使用される場合が多く、高級感や清潔感を感じさせるヘアライン加工を施したステンレス面材は高い支持を得ている。この表面に光沢性塗料を塗布することにより、さらに付加価値は高くなる。

一方、製造者にとっては、付加価値を高めながらも、製造コストを削減するべく、面材の薄肉化に注力している。しかしながら、ドアは外面材と内面材の閉空間に発泡ポリウレタンを注入して製造するために、薄肉化の限界を超えると、発泡ポリウレタンの発泡不足、過充填、あるいは収縮などにより、凹みや膨れなどの外観不良の原因となる。特に、光沢性が高い場合は、凹みや膨れがさらに目立ち易くなる。

発泡ポリウレタンは、主原料であるポリオール成分とポリイソシアネート成分の化学反応するときに、その場に共存する発泡剤が気化、膨張することにより製造される。つまり、発泡剤の気化温度（沸点）が発泡プロセスに大きく影響する。現在、発泡剤として一般的に使用されるものとして、水、炭化水素、フッ素化炭化水素などがある。

水は予めポリオール成分に混合され、ポリイソシアネート成分と反応することにより二酸化炭素を生成し、この二酸化炭素が発泡剤として機能する。

また、炭化水素の代表例として、家庭用電気冷凍冷蔵庫で用いられるシクロペンタンがある。シクロペンタンは、沸点が４９℃付近であり、約２５℃以下で保管されるポリオール成分やポリイソシアネート成分に混合されても、蒸気圧以上にはならず、発泡しない。しかし、ポリオール成分とイソシアネート成分が反応し、その反応熱によって温度上昇するので、シクロペンタンは気化できる。

また、フッ化炭化水素としては、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパン（ＨＦＣ−２４５ｆａ）や１，１，１，２−テトラフルオロエタン（ＨＦＣ−１３４ａ）がある。これらは沸点が２０℃以下であり、容易に気化できる。つまり、ポリオール成分とポリイソシアネート成分の反応初期から泡化が開始される。この発泡方法は、一般にフロス発泡と呼ばれ、発泡圧力が小さく、充填性が向上できる。

フロス発泡に用いる発泡剤は容易に気化する反面、ボイドの発生が問題となる。このため、発泡剤とポリオール成分の相溶性を向上することが重要であり、具体的な方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１によれば、１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンの溶解性が高いポリオール成分として、水酸基価が４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上７０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であり、水酸基数が２．８〜５．２であり、オキシエチレン基を５〜４０質量％含むポリオキシアルキレンポリオールを０．３〜３０質量％含むものを用いている。このような発泡剤と相溶性の高いポリオール成分を用いることによって、ボイドを低減し、外観性に優れた発泡ポリウレタンを製造できる。
特開２００８−２０８３８２号公報

しかしながら、上記従来の発明では、発泡剤として１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素を用いており、シクロペンタンや二酸化炭素などと比較して、相対的に地球温暖化係数が高い。このため、使用時や廃棄時に大気中に拡散した場合、地球温暖化を加速されることになる。特に、家庭用冷蔵庫は高い外観性を要求されており、そのためにフロス発泡は有効であるが、過去に冷媒として使用していたフッ化炭化水素であっても、より地球温暖化係数の低い炭化水素冷媒が主流となっている現在は、社会的に使用できないという課題がある。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、環境負荷が小さく、外観性に優れた断熱体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、本発明の断熱体は、外面材と内面材とで形成された閉空間に発泡ポリウレタンが充填され、前記外面材の表面は光沢性を有し、前記発泡ポリウレタンは、ポリオール成分とポリイソシアネート成分の少なくとも一つに二酸化炭素を混合した原料を用いたものである。

上記構成において、略常温常圧で気体である二酸化炭素が容易に気化するので、ポリウレタン原料は、注入初期から泡化したフロス発泡が可能となる。フロス発泡は、ポリウレタン原料の硬化初期において発泡が進行しているため、外面材と内面材が形成する閉空間の形状が複雑で流動抵抗が大きい場合においても、良好に充填することができる。

また、二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体を提供することができる。

本発明によれば、環境負荷の小さい二酸化炭素を用いたフロス発泡により、断熱体に従来は表面凹凸などの外観不良が目立ち易い高光沢な外面材を高品質で使用することができることから、断熱体やこの断熱体を外観部品として使用した商品の高級感や清潔感を高めることができ、付加価値を向上することができる。

本発明の請求項１に記載の断熱体の発明は、外面材と内面材とで形成された閉空間に発泡ポリウレタンが充填され、前記外面材の表面は光沢性を有し、前記発泡ポリウレタンは、ポリオール成分とポリイソシアネート成分の少なくとも一つに二酸化炭素を混合した原料を用いたものである。

上記構成において、略常温常圧で気体である二酸化炭素が容易に気化するので、ポリウレタン原料は、注入初期から泡化したフロス発泡が可能となる。フロス発泡は、ポリウレタン原料の硬化初期において発泡が進行しているため、外面材と内面材が形成する閉空間の形状が複雑で流動抵抗が大きい場合においても、良好に充填することができる。

また、二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体を提供することができる。

請求項２に記載の断熱体の発明は、請求項１に記載の発明において、外面材と内面材の少なくとも一つは平面でないものであり、外面材や内面材は湾曲部や凹凸部などの複雑な形状をしている。つまり、複雑形状の閉空間に注入された発泡ポリウレタン原料は、大きな流動抵抗を受ける。

非フロス発泡のように、硬化が進んだ発泡ポリウレタン原料の場合、その流動抵抗に対応できず、未充填部分が発生し易いが、フロス発泡は、ポリウレタン原料の硬化初期において発泡が進行しているため、外面材と内面材が形成する閉空間の形状がさらに複雑で流動抵抗が大きい場合においても、良好に充填することができる。

また、二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、さらに環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体を提供することができる。

請求項３に記載の断熱体の発明は、請求項１または２に記載の発明における外面材が、光沢性塗料を塗布されているものであり、断熱体の使用目的に応じた塗料を選択できるが、発泡ポリウレタンの充填状態によって外面材に凹みや歪みなどが生じた場合、塗料が亀裂したり、外面材から剥れたりして、不良原因となる。つまり、外面材と内面材が形成する閉空間が複雑な形状であっても、充填性が良好なフロス発泡で製造された発泡ポリウレタンは、これらの不良原因を抑制できる。

さらに、発泡剤として使用している二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、さらに環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体を提供することができる。

請求項４に記載の断熱体の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明における外面材の光沢度を、５０〜１００％としたものであり、外面材は非常に光沢性に優れている。

この高光沢な外面材によって、断熱体やこれを部品として使用されている商品は、外観的に高級感や清潔感を醸し出し、付加価値を向上できる。一方、高光沢な外面材の場合、凹みや歪みなども目立ち易くなるが、フロス発泡で製造された発泡ポリウレタンは、これらの不良原因を抑制できる。

さらに、発泡剤として使用している二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、さらに環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体を提供することができる。

請求項５に記載の冷蔵庫の発明は、請求項１から４に記載の発明の断熱体を扉として用いたものであり、冷蔵庫の正面に配置される扉の光沢性が向上し、高級感や清潔感に優れた付加価値の高い冷蔵庫となる。その反面、高光沢な扉は発泡ポリウレタンの充填状態によって生じる外面材の凹みや歪みが目立ち易くなるが、フロス発泡で製造された発泡ポリウレタンは、これらの不良原因を抑制できる。

さらに、発泡剤として使用している二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた冷蔵庫を提供することができる。

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。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における断熱体（冷蔵庫用扉）の断面図である。図２は、同実施の形態の断熱体の製造に用いたウレタン発泡機の概略図である。

図１に示すように、断熱体１０１は、外面材１０２と内面材１０３とで形成された閉空間に充填された発泡ポリウレタン１０４とで構成されている。外面材１０２表面には、光沢性塗料１０５層が形成されており、光沢度として５０〜１００％を有している。

なお、光沢度とは、ＪＩＳ規格でガラス表面（屈折率１．５６７）において、６０°の入射角の反射率１０％、２０°の入射角の反射率５％であるときを１００％と規定されている。

外面材１０２は、金属板であり、鉄鋼板やステンレス鋼板などを用いることができる。特に、断熱体１０１が外観部品として使用される場合は、外面材１０２側に種々の色彩を有した塗装を施すことによって、外観性を向上できる。さらに、最外面には光沢性塗料１０５を塗布することによって、さらに外観性を向上できる。また、ステンレス鋼板は、基材そのものの色彩を活かしたり、表面をヘアライン加工した後、光沢性塗料１０５を塗布しても良い。

光沢性塗料１０５としてウレタン系塗料を用い、光沢度を５０〜１００％で調整したクリヤ塗装をすると、高級感や清潔感が向上する。また、外面材１０２は、デザイン性を向上させるために、表面形状に凹凸を付けたり、湾曲させても良い。一方、内面材１０３は、加工性が良好で、耐薬品性に優れたＡＢＳ樹脂を用いると良い。

このように、平面でない外面材１０２と内面材１０３で形成された閉空間に発泡ポリウレタン１０４の原料を注入し、発泡成形する。図２に示すように、発泡ポリウレタン１０４の原料は、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７であって、ポリオール成分１０６には予めシリコン系整泡剤、アミン触媒および水が含まれている。

そして、ポリオール成分１０６には、スタティックミキサー１０８によって二酸化炭素１０９が混合される。なお、ここでは二酸化炭素１０９は、ポリオール成分１０６に混合しているが、二酸化炭素１０９を溶質として、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７との溶解性の高い側に混合することが好ましい。

通常、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７は、ミキシングヘッド１１０を経由して、高圧循環回路１１１，１１２を形成している。高圧循環回路１１１，１１２内で、ポリオール成分１０６およびポリイソシアネート成分１０７は、７〜１５ＭＰａの高圧状態で流動し、注入時にはミキシングヘッド１１０で互いに混合され、略大気圧雰囲気へ吐出される。

また、二酸化炭素１０９は、高圧循環回路１１１内のポリオール成分１０６より、０．２〜１ＭＰａ程度高い圧力で、スタティックミキサー１０８に供給される。このような高圧状態では、二酸化炭素１０９は容易にポリオール成分１０６内に溶解できるが、注入時には略大気圧状態まで減圧されるので、二酸化炭素１０９は気化しようとする。すなわち、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７の混合液が泡化した状態であるフロス発泡が可能となる。

フロス発泡には、従来から１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素が用いられてきたが、これらは地球温暖化係数が９５０〜１３００と二酸化炭素１０９の１と比較して、著しく高いため、多量に使用することは地球温暖化にとって好ましくない。

フロス発泡は、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７の混合液が硬化する前の粘性の低い状態で、ある程度発泡しているので、複雑な形状であっても充填性が良好である。つまり、土手部１１３や凸部１１４などにも良好に発泡ポリウレタン１０４を充填できる。

断熱体１０１の周縁部に土手部１１３を設けたのは、冷蔵庫用扉（断熱体１０１）を閉じた状態において筐体との隙間を小さくして、内部からの冷気漏れを低減し、冷蔵庫の省エネ性を向上するためである。また、内面材１０３に複数の凸部１１２を設けることによって、冷蔵庫の使い勝手を向上できる。

なお、安定したフロス発泡を実現するためには、二酸化炭素１０９の混合量として、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７の合計に対して、２重量％以下が適している。これ以上になると、ポリオール成分１０６とポリイソシアネート成分１０７の混合液内で二酸化炭素１０９が局所的に高濃度になったりし、溶解性の許容度を超えた二酸化炭素１０９が一気に気化して、発泡ポリウレタン１０４内にボイドが多数発生し、品質が悪化することがある。

以上のように、本実施の形態の断熱体１０１は、外面材１０２と内面材１０３との閉空間に発泡ポリウレタン１０４が充填され、外面材１０２は光沢性を有し、発泡ポリウレタン１０４の原料に予め二酸化炭素を混合しものであって、略常温常圧で気体である二酸化炭素が容易に気化するので、ポリウレタン１０４原料は注入初期から泡化したフロス発泡が可能となる。

フロス発泡は、ポリウレタン１０４原料の硬化初期において発泡が進行しているため、外面材１０２と内面材１０３が形成する閉空間の形状が複雑で流動抵抗が大きい場合においても、良好に充填することができる。

また、二酸化炭素は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた断熱体１０１を提供することができる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における冷凍冷蔵庫の断面図である。なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。

図３において、断熱体１１５の基本構成は、実施の形態１における断熱体１０１と同じであるが、使用する場所によって、土手部１１３や凸部１１４の形状や大きさは異なる。

本実施の形態において、断熱体１１５は、冷凍冷蔵庫１１６の扉として利用する。冷凍冷蔵庫１１６は、筐体１１７の開口部に断熱体１１５を開閉可能なように備えている。さらに、圧縮機１１８と凝縮器１１９と蒸発器１２１が配管接続されて冷凍サイクル回路を形成している。

以上のように、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成の断熱体１１５を冷凍冷蔵庫１１６用扉として用いることにより、冷凍冷蔵庫１１６の正面に配置される扉の光沢性が向上し、高級感や清潔感に優れた付加価値の高い冷蔵庫１１６となる。その反面、高光沢な扉は、発泡ポリウレタン１０４の充填状態によって生じる外面材の凹みや歪みが目立ち易くなるが、フロス発泡で製造された発泡ポリウレタン１０４はこれらの不良原因を抑制できる。

さらに、発泡剤として使用している二酸化炭素１０９は、フロス発泡で広く使用される１，１，１，３，３−ペンタフルオロプロパンや１，１，１，２−テトラフルオロエタンなどフッ化炭化水素と比較して、地球温暖化係数が小さい。このことから、環境負荷が小さく、高光沢で外観性に優れた冷凍冷蔵庫１０６を提供することができる。

本発明にかかる断熱体の発明は、発泡ポリウレタンを地球温暖化係数の低い二酸化炭素を用いたフロス発泡が可能となるため、形状が複雑な冷凍冷蔵庫用扉のような断熱体に適用することで、発泡ポリウレタンを隅々まで良好に充填できる。このため、冷凍冷蔵庫用扉の表面の凹みや歪みを抑制できるので、高級感や清潔感を醸し出すために高光沢外面材を用いることができ、環境に負荷をかけることなく、魅力的な商品を提供でき、内部に発泡ポリウレタンを発泡充填した断熱扉を用いる製品に適用できる。

本発明の実施の形態１における断熱体（冷蔵庫用扉）の断面図 同実施の形態の断熱体の製造に用いたウレタン発泡機の概略図 本発明の実施の形態２における冷凍冷蔵庫の断面図

１０１ 断熱体（冷蔵庫用扉）
１０２ 外面材
１０３ 内面材
１０４ 発泡ポリウレタン
１０５ 光沢性塗料
１０６ ポリオール成分
１０７ ポリイソシアネート成分
１０９ 二酸化炭素
１１５ 断熱体（冷蔵庫用扉）
１１６ 冷凍冷蔵庫

Claims (5)

1. 外面材と内面材とで形成された閉空間に発泡ポリウレタンが充填され、前記外面材の表面は光沢性を有し、前記発泡ポリウレタンは、ポリオール成分とポリイソシアネート成分の少なくとも一つに二酸化炭素を混合した原料を用いたことを特徴とする断熱体。
2. 外面材と内面材の少なくとも一つは平面でないことを特徴とする請求項１に記載の断熱体。
3. 外面材の表面に、光沢性塗料が塗布されていることを特徴とする請求項１または２に記載の断熱体。
4. 外面材の光沢度が、５０〜１００％であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の断熱体。
5. 請求項１から４に記載の断熱体を扉として用いたことを特徴とする冷凍冷蔵庫。

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