JP2016169823A - 断熱材、コア材、冷蔵庫、断熱材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細い繊維径の繊維材によりコア材を構成する場合であっても、コア材の強度不足を補い、断熱性能の低下を抑える断熱材および、コア材強度を補強する補強手段を備える断熱材の製造方法を提供する。
【解決手段】断熱材１０は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材１３により構成されるコア材１１と、コア材１１の強度を補強する補強手段と、を備える。コア材１１の強度を補強する補強手段を備える行程を含む断熱材の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、断熱材、この断熱材を構成するコア材、この断熱材を備える冷蔵庫、並びに、この断熱材の製造方法に関する。

従来より、断熱機能を有するコア材を外包材内に収容することで構成される断熱材が考えられている（例えば、特許文献１参照）。近年では、この種の断熱材のコア材を、繊維材により構成することが考えられている。そして、コア材を構成する繊維材の繊維径を小さくすることにより、繊維材同士が接触する接触面積が減り、断熱性能の向上を図ることができる。そのため、コア材を構成する繊維材の繊維径を小さくする試みがなされている。しかし、コア材を構成する繊維材の繊維径を小さくすると、繊維材自体の強度が不足し、ひいては、コア材の強度が不足する。そのため、例えばコア材が収容された外包材内を減圧する際に、繊維材が圧縮されて、断熱材の厚みが低下すると同時に、繊維材同士の接触面積が増加し、断熱性能が低下する。

特開２００６−１０５２８６号公報

本実施形態は、細い繊維径の繊維材によりコア材を構成する場合であっても、コア材の強度不足を補うことができ、断熱性能の低下を抑えることができる断熱材、この断熱材を備える冷蔵庫、並びに、この断熱材の製造方法を提供する。

本実施形態に係る断熱材は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材と、前記コア材の強度を補強する補強手段と、を備える。
本実施形態に係る断熱材の製造方法は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材に、当該コア材の強度を補強する補強手段を備える行程を含む。

本実施形態に係る断熱材の構成例を示す断面図 繊維材の一部を拡大して示す図 繊維材の構成例を示す図（その１） 繊維材の構成例を示す図（その２） 断熱材の製造方法の一例を示すフローチャート（その１） 断熱材の製造方法の一例を示すフローチャート（その２） 冷蔵庫の本体部の構成例を示す縦断側面図 冷蔵庫の本体部の構成例を示す縦断正面図

以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示する断熱材１０は、その主体部を構成するコア材１１を外包材１２内に収容した構成である。コア材１１は、繊維材１３により構成されている。外包材１２は、断熱材１０の表面部を構成する。外包材１２は、例えば１層または２層以上の樹脂フィルムに金属または金属酸化物を蒸着させたいわゆるラミネート材であり、気体の透過性が低く、高い気密性を有する。この場合、外包材１２は、コア材１１を収容可能な袋状に構成されている。コア材１１を収容した外包材１２は、内部が真空に近い圧力まで減圧された後、密封される。これにより、コア材１１を収容した外包材１２は、真空断熱材１０として形成される。

繊維材１３は、ランダムに絡み合った樹脂繊維材で形成されている。この場合、繊維材１３は、エレクトロスピニング法で成形されている。エレクトロスピニング法で生成された繊維材１３は、その繊維径が０．１ｎｍ〜１０μｍ程度となる細い繊維となり、且つ、長さが外径の例えば１０００倍以上となる長い繊維となる。また、エレクトロスピニング法で生成された繊維材１３は、全体的に直線状ではなく、ランダムに湾曲した縮れ形状をなす。これにより、図２に例示するように、繊維材１３は、それぞれ、同じ繊維同士で接触する箇所Ｃを少なくとも１箇所有する構成となる。そのため、繊維材１３は、繊維同士の絡み合いが多くなる。

この場合、繊維材１３は、ガラスよりも密度の小さな有機系のポリマーで形成されている。繊維材１３をガラスよりも密度の小さなポリマーで形成することにより繊維材１３の軽量化を図ることができる。繊維材１３は、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリサルファン、ポリエーテルサルファン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、変性ポリフェニレンエーテル、シンジオタクチックポリスチレン、液晶ポリマー、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル、ポリフェノール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂やこれらを含む共重合体などから選択される１種類、または２種類以上のポリマーの混紡によって形成することができる。

繊維材１３をエレクトロスピニング法で形成する場合、上記ポリマーを溶液化する。溶媒としては、例えば、イソプロパノール、エチレングリコール、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、アセトン、酢酸エチル、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ヘキサン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、酢酸ブチル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンなどの揮発性の有機溶剤や水を用いることができる。また、溶媒としては上記溶媒より選ばれる一種でもよく、また、複数種類が混在しても構わない。本願発明は、上記溶媒に限定されるものではなく、上記は例示である。

繊維材１３をエレクトロスピニング法で形成する場合、繊維同士の絡み合いを多くすることができるから、紡糸すると同時に、不織布状の繊維シートを形成することが可能である。また、繊維材１３をエレクトロスピニング法で形成することによりマイクロオーダからナノオーダの繊維径を得ることができるから、１枚あたりの繊維シートの厚みを非常に薄くすることが可能である。断熱材１０は、このように不織布状の繊維シートにした繊維材１３を積層することでコア材１１を構成している。

なお、絡み合った繊維材の間の空隙の体積を小さくすることで空隙の数が増加し断熱性がより良くなる。そのため、繊維材１３の繊維径は約５μｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは１μｍ以下、つまりナノオーダの繊維径とすることが好ましい。また、繊維材１３には、例えばケイ素酸化物、金属の水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩など各種の無機フィラーを添加してもよい。繊維材１３に無機フィラーを添加することにより、断熱性を維持しつつ強度の向上を図ることができる。添加する無機フィラーとしては、例えば、ウォラスナイト、チタン酸カリウム、ゾノトライト、石膏繊維、アルミニウムポレート、ＭＯＳ（塩基性硫酸マグネシウム）、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、マイカ、ガラスフレークなどから１種類もしくは２種類以上を添加してもよい。

次に、断熱材１０のうち特に繊維材１３に係る構成例について説明する。図３に例示する構成例では、繊維材１３は、シート状の複数の繊維層を構成している。繊維材１３は、例えば数百層から数千層以上の繊維層を積層するとよい。この場合、繊維材１３は、細径繊維層１３Ａおよび太径繊維層１３Ｂを構成している。細径繊維層１３Ａは、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されたシート状の繊維層である。太径繊維層１３Ｂは、細径繊維材よりも太い太径繊維材により構成されたシート状の繊維層である。この場合、太径繊維材は、少なくとも、細径繊維材の２〜３倍の繊維径を有する。

細径繊維材は、上記溶媒に例えばポリアミドイミドを溶解させた溶液を、例えば、１０〜４０ｗｔパーセントで作成し、図示しないエレクトロスピニング装置により電界の力によって紡糸することにより得ることができる。そして、この紡糸と同時に細径繊維層１３Ａを得ることができる。また、太径繊維材は、上記溶媒に例えばポリアミドイミドを溶解させた溶液を、例えば、１０〜４０ｗｔパーセントで作成し、図示しないエレクトロスピニング装置により電界の力によって紡糸することにより得ることができる。そして、この紡糸と同時に太径繊維層１３Ｂを得ることができる。なお、細径繊維材および太径繊維材、並びに、細径繊維層１３Ａおよび太径繊維層１３Ｂの製法は、これに限られるものではなく、種々の製法を採用することができる。

そして、この場合、断熱材１０は、細径繊維層１３Ａと太径繊維層１３Ｂが１枚ずつ交互に積層された構成となっている。このとき、細径繊維層１３Ａおよび太径繊維層１３Ｂの積層枚数は、合計で、少なくとも１００枚以上とするとよい。太径繊維層１３Ｂは、細径繊維層１３Ａを構成する細径繊維材よりも太い太径繊維材で構成されていることから、細径繊維層１３Ａよりも剛性、強度が高くなっている。従って、この太径繊維層１３Ｂは、細径繊維層１３Ａ、ひいてはコア材１１の剛性、強度を補強する。そして、このようにコア材１１の剛性、強度が補強されることにより、断熱材１０全体としての剛性、強度も高くなる。そのため、例えばコア材１１が収容された外包材１２内を減圧する際に、繊維材１３が圧縮されにくくなる。従って、繊維材１３同士の接触面積の増加を抑えることができ、ひいては、断熱性能を向上させることができる。

この断熱材１０は、断熱性能の向上を図るべく、基本的には細径繊維層１３Ａによりコア材１１を構成する構成態様において、さらに太径繊維層１３Ｂを備える。そして、この太径繊維層１３Ｂは、細径繊維材よりも太い太径繊維材により構成されており、コア材１１の強度を補強する補強手段としての機能を備える。この構成によれば、細い繊維径の繊維材によりコア材１１を構成する場合であっても、コア材１１の強度不足を補うことができる。そのため、例えば外包材１２内を減圧したとしても、繊維材１３が圧縮されにくく、従って、断熱性能を向上させることができる。

次に、繊維材１３の変形構成例について説明する。図４に例示する構成例では、繊維材１３は、シート状の複数の繊維層を構成している。この場合、繊維材１３は、混合繊維層１３Ｃを構成している。混合繊維層１３Ｃは、上述した細径繊維層１３Ａに太径繊維材を混合した繊維層である。そして、この場合、断熱材１０は、複数の混合繊維層１３Ｃが積層された構成となっている。このような混合繊維層１３Ｃは、例えば、細径繊維材形成用に調整した溶液と太径繊維材形成用に調整した溶液を、図示しないエレクトロスピニング装置が備える異なるノズルからそれぞれ同時に射出して紡糸することにより得ることができる。なお、混合繊維層１３Ｃの製法は、これに限るものではなく、種々の製法を採用することができる。

混合繊維層１３Ｃは、細径繊維層１３Ａに太径繊維材を含む構成であることから、単独の細径繊維層１３Ａよりも剛性、強度が高くなっている。従って、この混合繊維層１３Ｃは、その一部を構成する太径繊維材によりコア材１１の剛性、強度を補強する。そして、このようにコア材１１の剛性、強度が補強されることにより、断熱材１０全体としての剛性、強度も高くなる。

この断熱材１０によれば、断熱性能の向上を図るべく、基本的には細径繊維層１３Ａによりコア材１１を構成する構成態様において、その細径繊維層１３Ａに太径繊維材を混合することにより混合繊維層１３Ｃを構成している。そして、この混合繊維層１３Ｃは、細径繊維材よりも太い太径繊維材を含んでおり、コア材１１の強度を補強する補強手段としての機能を備える。従って、細い繊維径の繊維材によりコア材１１を構成する場合であっても、コア材１１の強度不足を補うことができる。そのため、例えば外包材１２内を減圧したとしても、繊維材１３が圧縮されにくく、従って、断熱性能を向上させることができる。

次に、上述した断熱材１０の製造方法の一例について説明する。ここでは、２つの製造方法を説明する。
（積層型断熱材の製造方法）
この製造方法は、細径繊維層１３Ａと太径繊維層１３Ｂを積層した積層型の断熱材１０の製造方法の一例である。図５に例示するように、まず、エレクトロスピニング法により複数枚の細径繊維層１３Ａおよび複数枚の太径繊維層１３Ｂを形成する（Ａ１）。そして、細径繊維層１３Ａおよび太径繊維層１３Ｂを交互に積層する（Ａ２）。これにより、細径繊維層１３Ａおよび太径繊維層１３Ｂが積層されたコア材１１が形成される。また、このように形成されるコア材１１は、補強手段としての機能を発揮するための太径繊維材を含んだものとなる。即ち、このステップＡ２は、コア材１１に補強手段を備える行程の一例である。次に、このように形成されたコア材１１を、袋状の外包材１２内に収容する（Ａ３）。そして、断熱材１０を真空断熱材として製造するのであれば、外包材１２内にコア材１１を収容した後に当該外包材１２内を減圧する真空化行程が行われる。

なお、細径繊維層１３Ａおよび太径繊維層１３Ｂは、１枚ずつ交互に積層してもよいし、複数枚ずつ交互に積層してもよい。また、細径繊維層１３Ａの積層枚数と太径繊維層１３Ｂの積層枚数を異ならせてもよい。また、コア材１１に図示しない支持材を備える場合には、その支持材の積層面に、まず、少なくとも１層以上の太径繊維層１３Ｂを積層し、その後、太径繊維層１３Ｂに細径繊維層１３Ａを積層してもよい。この構成によれば、補強手段としての機能を有する太径繊維層１３Ｂが支持材側に集中的に配置される構成となり、支持材をより強固に補強することができる。

（混合型断熱材の製造方法）
この製造方法は、混合繊維層１３Ｃを積層した混合型の断熱材１０の製造方法の一例である。図６に例示するように、まず、エレクトロスピニング法により混合繊維層１３Ｃを形成する（Ｂ１）。そして、複数枚の混合繊維層１３Ｃを積層する（Ｂ２）。これにより、混合繊維層１３Ｃが積層されたコア材１１が形成される。また、このように形成されるコア材１１は、補強手段としての機能を発揮するための太径繊維材を含んだものとなる。即ち、このステップＢ２は、コア材１１に補強手段を備える行程の一例である。次に、このように形成されたコア材１１を外包材１２内に収容する（Ｂ３）。そして、断熱材１０を真空断熱材として製造するのであれば、外包材１２内にコア材１１を収容した後に当該外包材１２内を減圧する真空化行程が行われる。

以上は、断熱材１０の構成の一例および製造方法の一例について説明した。次に、上述した本実施形態に係る思想を冷蔵庫に適用する場合の一実施形態ついて説明する。即ち、図７および図８に例示するように、冷蔵庫１００の外殻を構成する本体部１０１は、外板１０２と内板１０３とを組み合わせた構成であり、天井壁部１０４、底壁部１０５、背壁部１０６、左壁部１０７、右壁部１０８、機械室壁部１０９を備える。外板１０２は例えば金属製であり、内板１０３は例えば樹脂製である。

各壁部１０４〜１０９には、それぞれ断熱材１０が組み込まれている。この場合、断熱材１０は、外包材１２内が減圧された真空断熱パネルとなっている。天井壁部１０４、底壁部１０５、機械室壁部１０９は、外板１０２と内板１０３との間に、断熱材１０のほか、例えば発泡ウレタンなどからなる発泡断熱材１１０を備える。一方、背壁部１０６、左壁部１０７、右壁部１０８は、外板１０２と内板１０３との間に、断熱材１０のみを備える。機械室壁部１０９の背面側には、機械室１１１が形成され、この機械室１１１には、冷蔵庫１００の動作全般を制御する図示しない制御装置や、冷凍サイクルを構成する図示しない圧縮機などが配置される。冷蔵庫１００の庫内は、図示しない仕切壁により複数の貯蔵室に区画され、各貯蔵室には図示しない扉が取り付けられる。これにより、冷蔵庫１００が構成される。

本実施形態に係る断熱材は、マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材と、前記コア材の強度を補強する補強手段と、を備える。本実施形態によれば、細い繊維径の繊維材によりコア材を構成する場合であっても、コア材の強度不足を補うことができ、断熱性能を向上させることができる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲および要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、本実施形態に係る断熱材は、冷蔵庫以外にも適用可能である。また、繊維材は、樹脂繊維材ではなく、ガラス繊維材であってもよい。また、断熱材は、真空化していないものであってもよい。

図面中、１０は断熱材、１１はコア材、１３Ａは細径繊維層、１３Ｂは太径繊維層（補強手段）、１３Ｃは混合繊維層（補強手段）、１００は冷蔵庫を示す。

Claims (12)

1. マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材と、前記コア材の強度を補強する補強手段と、を備える断熱材。
2. 前記細径繊維材は、同じ繊維同士で接触する箇所を少なくとも１箇所有している請求項１に記載の断熱材。
3. 前記補強手段は、前記細径繊維材よりも繊維径が太い太径繊維材で構成されており、
   前記細径繊維材は、シート状の細径繊維層を構成し、
   前記太径繊維材は、シート状の太径繊維層を構成し、
   前記細径繊維層と前記太径繊維層が積層されている請求項１または２に記載の断熱材。
4. 前記補強手段は、前記細径繊維材よりも繊維径が太い太径繊維材で構成されており、
   前記細径繊維材は、シート状の細径繊維層を構成し、
   前記細径繊維層に前記太径繊維材が混合されている請求項１または２に記載の断熱材。
5. 前記細径繊維材の繊維径は、０．１ｎｍ〜１０μｍである請求項１から４の何れか１項に記載の断熱材。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の断熱材に備えられるコア材。
7. 請求項１から５の何れか１項に記載の断熱材を備える冷蔵庫。
8. マイクロオーダからナノオーダの繊維径を有する細径繊維材により構成されるコア材に、当該コア材の強度を補強する補強手段を備える行程を含む断熱材の製造方法。
9. 前記細径繊維材として、同じ繊維同士で接触する箇所を少なくとも１箇所有する繊維材を用いる請求項８に記載の断熱材の製造方法。
10. 前記補強手段を、前記細径繊維材よりも繊維径が太い太径繊維材で構成し、
    前記細径繊維材により、シート状の細径繊維層を構成し、
    前記太径繊維材により、シート状の太径繊維層を構成し、
    前記細径繊維層と前記太径繊維層を積層する請求項８または９に記載の断熱材の製造方法。
11. 前記補強手段を、前記細径繊維材よりも繊維径が太い太径繊維材で構成し、
    前記細径繊維材により、シート状の細径繊維層を構成し、
    前記細径繊維層に前記太径繊維材を混合する請求項８または９に記載の断熱材の製造方法。
12. 前記細径繊維材として、繊維径が０．１ｎｍ〜１０μｍである繊維材を用いる請求項８から１１の何れか１項に記載の断熱材の製造方法。

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