JP2016173143A - 断熱材、冷蔵庫、断熱材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】断熱材全体の形状を自由に設計できるようにする。【解決手段】本実施形態の断熱材は、繊維により構成されるコア材と、前記コア材を構成するものであって、前記コア材の形状を維持する支持材と、を備え、前記支持材は、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。【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）。しかし、従来の断熱材は、比較的硬くて自由な成形が困難なコア材を外包材内に収容するものである。そのため、平板状の断熱材は容易に得ることができるが、複雑な形状、例えば三次元的な形状を有する断熱材を得ることは困難である。

特開２００６−１０５２８６号公報

本実施形態は、全体の形状を自由に設計す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、全体の形状を自由に設計することができる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、繊維により構成されるコア材と、前記コア材を構成するものであって、前記コア材の形状を維持する支持材と、を備える。前記支持材は、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。

本実施形態に係る断熱材の製造方法は、繊維により構成されるコア材を備える断熱材を製造する方法であって、前記外包材内に前記コア材を構成する支持材を収容する支持材収容行程を含む。前記支持材は、前記コア材の形状を維持するものであって、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。

本実施形態に係る断熱材の構成例を示す断面図（その１） 本実施形態に係る断熱材の構成例を示す断面図（その２） 支持材の構成例を示す断面図（その１） 支持材の構成例を示す断面図（その２） 繊維の構成例を示す断面図（その１） 繊維の構成例を示す斜視図 繊維の構成例を示す断面図（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） 冷蔵庫用の支持材の構成例を示す斜視図 冷蔵庫用の断熱材の構成例を示す断面図 冷蔵庫の構成例を示す断面図 支持材の変形例を示す断面図

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１３と支持材１４を備える。コア材１１は、断熱面１１ａを有する。この断熱面１１ａは、断熱材１０が取り付けられる対象物、例えば冷蔵庫の内部あるいは外部に対面する面部であり、取付対象物の内部と外部との間で断熱機能を発揮する面部である。また、図２に例示する断熱材２０は、その主体部を構成するコア材２１を外包材２２内に収容した構成である。コア材２１は、繊維２３と支持材２４を備える。コア材２１は、断熱面２１ａを有する。この断熱面２１ａは、断熱材２０が取り付けられる対象物の内部あるいは外部に対面する面部であり、取付対象物の内部と外部との間で断熱機能を発揮する面部である。外包材１２，２２は、断熱材１０，２０の表面部を構成する。外包材１２，２２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、気体の透過性を無くした気密性を有する。この場合、外包材１２，２２は、コア材１１，２１を収容可能な袋状に構成されている。

コア材１１，２１を収容した外包材１２，２２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１１，２１を収容した外包材１２，２２は、真空断熱材１０，２０として形成される。また、このように構成される断熱材１０，２０において、支持材１４，２４は繊維１３，２３により覆われる。また、断熱材１０，２０においては、外包材１２，２２と支持材１４，２４との間に繊維１３，２３が介在している。よって、支持材１４，２４は、外包材１２，２２の内面に接していない。

繊維１３，２３は、ランダムに絡み合った樹脂繊維で形成されている。この場合、繊維１３，２３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１３，２３は、外径が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１３，２３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。そのため、繊維同士の絡み合いが多くなる。

この場合、繊維１３，２３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１３，２３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１３，２３の軽量化を図ることができる。繊維１３，２３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１３，２３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よい。なお、本実施形態に適用可能な溶媒は、上記溶媒に限定されるものではない。上記溶媒は、あくまでも例示である。

繊維１３，２３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１３，２３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。

なお、絡み合った繊維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。また、繊維１３，２３を多数の空隙を有する構造とすることで、軽量化を図ることもできる。そのため、繊維１３，２３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１３，２３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１３，２３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が考えられる。

支持材１４は、例えばアクリル系の樹脂材料で構成されるものであり、真空に耐え得る強度を有し、断熱材１０のコア材１１の形状を維持する機能を有する。また、支持材１４は、多数の空隙を有する構成となっており、断熱性を備えた構成となっている。この場合、支持材１４は、２つの直方体状の部位を各部位の端部にて連結したような形状となっており、従って、断面がＬ字状をなす。

図３に例示するように、支持材１４は、コア材１１に形成される断熱面１１ａに対応する断熱面対応部１４ａを有する。この断熱面対応部１４ａは、繊維１３を介してコア材１１の断熱面１１ａに内側から対向する。そして、支持材１４は、この断熱面対応部１４ａのうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。この場合、断熱面対応部１４ａは、２つの面部１４ａ１，１４ａ２からなる。この場合、２つの面部１４ａ１，１４ａ２が相互に直角となるように接続されることで、Ｌ字状の１つの断熱面対応部１４ａが形成されている。そして、この断熱面対応部１４ａが対向する断熱面１１ａもＬ字状となる。そして、断熱面対応部１４ａは、一方の面部１４ａ１の法線方向Ｎ１と他方の面部１４ａ２の法線方向Ｎ２とが相互に交わる構成となっている。

一方、支持材２４は、例えばアクリル系の樹脂材料で構成されるものであり、真空に耐え得る強度を有し、断熱材２０のコア材２１の形状を維持する機能を有する。また、支持材２４は、多数の空隙を有する構成となっており、断熱性を備えた構成となっている。この場合、支持材２４は、断面が円弧状をなす。

図４に例示するように、支持材２４は、コア材２１に形成される断熱面２１ａに対応する断熱面対応部２４ａを有する。この断熱面対応部２４ａは、繊維２３を介してコア材２１の断熱面２１ａに内側から対向する。そして、支持材２４は、この断熱面対応部２４ａのうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。この場合、断熱面対応部２４ａは、曲面２４ａ１を有する。そして、断熱面対応部２４ａは、この曲面２４ａ１のうち少なくとも２箇所における法線方向Ｎ１，Ｎ２が相互に交わる構成となっている。

また、支持材１４，２４の角部は、丸みを帯びた形状となっている。そのため、例えば、支持材１４，２４を外包材１２，２２内に挿入する際や、支持材１４，２４を収容した外包材１２，２２内を減圧する際に、外包材１２，２２のうち支持材１４，２４の角部に対向する部分に応力が集中してしまうことを防止することができる。よって、外包材１２，２２の破れや破損を回避することができる。また、外包材１２，２２内において支持材１４，２４の角部の周辺部分をより多くの繊維１３，２３で覆うことにより、同じく、外包材１２，２２の破れや破損を回避することができる。

本実施形態に係る断熱材１０，２０によれば、コア材１１，２１の一部を構成し当該コア材１１，２１の形状を維持する支持材１４，２４は、断熱面１１ａ，２１ａに対応する断熱面対応部１４ａ，２４ａのうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。即ち、支持材１４，２４は、平板状ではなく三次元的な形状を有する。この構成によれば、三次元的な形状を有する支持材１４，２４によりコア材１１，２１の形状が支持されるので、断熱材１０，２０全体としての形状を三次元的な形状で維持することができる。従って、支持材１４，２４の形状を適宜設計することにより、断熱材１０，２０全体の形状を、断熱材１０，２０の取付対象に応じて自由に設計することができる。

次に、上述した断熱材１０，２０における繊維１３，２３の具体的な構成例について説明する。図５に例示する断熱材１０，２０は、繊維１３，２３が複数の繊維シート１３ａ，２３ａを構成しており、これら複数の繊維シート１３ａ，２３ａが支持材１４，２４の周囲に積層された構成である。このとき、繊維シート１３ａ，２３ａの積層枚数は、少なくとも数百枚以上あるいは数千枚以上とするとよい。また、図６に例示する断熱材１０，２０は、繊維１３，２３が長尺な繊維シート１３ｃ，２３ｃを構成しており、その繊維シート１３ｃ，２３ｃが支持材１４，２４の周囲に巻き付けられた構成である。このとき、繊維シート１３ｃ，２３ｃの巻回数は、少なくとも１００巻き以上とするとよい。また、図７に例示する断熱材１０，２０は、繊維１３，２３が、支持材１４，２４に直接成膜された繊維膜１３ｄ，２３ｄとして備えられている構成である。このとき、繊維膜１３ｄの膜厚は、少なくとも繊維シート１３ａ，２３ａの１００枚分あるいは繊維シート１３ｃ，２３ｃの１００巻き分に相当する厚さとするとよい。このように、繊維１３，２３の具体的な構成としては、種々の構成を採用することができる。要は、支持材１４，２４が全体的にあるいは部分的に繊維１３，２３により覆われる構成であれば、種々の構成を採用することができる。

次に、上述した断熱材１０，２０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。
（収容行程→被覆行程型の製造方法）
図８に例示するように、この製造方法では、まず、外包材１２，２２内に支持材１４，２４を収容する（Ａ１）。そして、この支持材収容行程の後に、外包材１２，２２内に収容された支持材１４，２４を繊維１３，２３により覆う（Ａ２）。即ち、この製造方法では、外包材１２，２２内においてコア材１１，２１を形成する。この場合、外包材１２，２２内に収容された支持材１４，２４に、繊維シート１３ｃ，２３ｃを巻き付けること、繊維膜１３ｄ，２３ｄを直接成膜すること、は困難である。

そのため、被覆行程では、外包材１２，２２と支持材１４，２４との間の隙間に複数の繊維シート１３ａ，２３ａを積層させることで、支持材１４，２４を繊維１３，２３により覆うことが好ましい。なお、繊維シート１３ａ，２３ａは、外包材１２，２２内に１枚ずつ挿入してもよいし、２枚以上の複数枚を同時に挿入してもよい。また、断熱材１０，２０を真空断熱材として製造するのであれば、被覆行程の後に、外包材１２，２２内を真空化する真空化行程が行われる。

（被覆行程→収容行程型の製造方法）
図９に例示するように、この製造方法では、まず、支持材１４，２４を繊維１３，２３により覆う（Ｂ１）。そして、この被覆行程の後に、繊維１３，２３により被覆された支持材１４，２４、つまりコア材１１，２１を外包材１２，２２内に収容する（Ｂ２）。即ち、この製造方法では、外包材１２，２２外においてコア材１１，２１を形成し、その後、そのコア材１１，２１を外包材１２，２２内に収容する。この場合、外包材１２，２２内に収容されていない支持材１４，２４に、繊維シート１３ｃ，２３ｃを巻き付けること、繊維膜１３ｄ，２３ｄを直接成膜すること、は容易である。

そのため、被覆行程では、繊維シート１３ｃ，２３ｃを支持材１４，２４の周囲に巻き付ける手法、あるいは、支持材１４，２４に繊維膜１３ｄ，２３ｄを直接成膜する手法を採用することが可能である。また、支持材１４，２４に繊維シート１３ａ，２３ａを積層させることも可能である。よって、支持材１４，２４に繊維シート１３ａ，２３ａを積層する手法に、繊維シート１３ｃ，２３ｃを支持材１４，２４の周囲に巻き付ける手法または支持材１４，２４に繊維膜１３ｄ，２３ｄを直接成膜する手法、あるいは、その双方の手法を組み合わせることも可能である。また、断熱材１０，２０を真空断熱材として製造するのであれば、支持材収容行程の後に、外包材１２，２２内を真空化する真空化行程が行われる。

以上は、断熱材１０，２０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１０に例示するように、冷蔵庫用の支持材３４は、一面が開放したほぼ矩形の容器状をなす。この支持材３４は、複数の板状の断熱材を組み合わせたものではなく、１つの分離不能な部品として構成されたものである。

そして、図１１に例示するように、袋状の外包材３２内に、繊維３３および支持材３４からなるコア材３１を収容あるいは形成し、内部を真空に近い圧力まで減圧して密封する。これにより、一面が開放したほぼ矩形の容器状をなす断熱材３０を形成する。そして、図１２に例示するように、この断熱材３０の外側に例えば金属製の外板４０を取り付け、また、断熱材３０の内側に例えば樹脂製の内板４１を取り付ける。これにより、冷蔵庫の本体部を構成する断熱箱体４０を形成する。そして、この断熱箱体４０に、図示しない仕切り板や扉などを取り付けることにより、冷蔵庫が製造される。この冷蔵庫によれば、複数の断熱パネルを組み合わせることにより断熱材３０を構成するのではなく、断熱材３０を分離不能な１つの部材として構成した。従って、熱のリークが発生しにくく、極めて断熱性能の良い冷蔵庫を得ることができる。

なお、ここでは、断熱材３０を分離不能な１つの部材として構成することにより、断熱箱体４０の全体を一括で断熱する構成例を説明した。しかし、本実施形態に係る冷蔵庫は、三次元的な形状の断熱材を部分的に用いる構成としてもよい。即ち、例えば冷蔵庫の角部や図示しない機械室の周辺部分などは、三次元的な形状を有する複雑な構成となっている。そのため、このような複雑な形状となっている部位については、その形状に合わせた三次元的な形状の断熱材を個別に形成し、これにより、断熱する構成としてもよい。従来の真空断熱パネルでは、平板状に形成することは容易であるものの、形状を三次元的に加工することは困難であった。そのため、従来の平板状の真空断熱パネルにより三次元的な形状の部位を断熱することは困難であった。本実施形態によれば、三次元的な複雑な形状を有する部位に対しても、その形状に合った断熱材を備えることができる。また、本実施形態に係る断熱材を用いれば、軽量化を図ることもできる。

本実施形態に係る断熱材は、繊維により構成されるコア材と、前記コア材を構成するものであって、前記コア材の形状を維持する支持材と、を備える。前記支持材は、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。また、本実施形態に係る断熱材の製造方法は、繊維により構成されるコア材を備える断熱材を製造する方法であって、前記外包材内に前記コア材を構成する支持材を収容する支持材収容行程を含む。前記支持材は、前記コア材の形状を維持するものであって、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている。本実施形態によれば、三次元的な形状を有する支持材によりコア材の形状を維持することができ、従って、所望の形状をなす支持材を使用することで、断熱材全体の形状を自由に設計することができる。

また、本実施形態に係る冷蔵庫によれば、分離不能な１つの部材として構成された断熱材を用いている。従って、極めて断熱性能の高い冷蔵庫を提供することができる。
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、支持材の形状は適宜変更して実施することができる。例えば図１３に例示する支持材４４は、断熱面対応部４４ａのうち少なくとも３箇所における法線方向Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３が相互に交わる形状となっている。その他、本実施形態では、三次元的に複雑な形状を有する支持材を採用することができる。

また、支持材の材質は、適宜変更して実施することができる。また、支持材は、空隙を有さない中実の構成であってもよい。また、本実施形態に係る断熱材は、例えば、貯湯容器、建材、保温釜などといった冷蔵庫以外にも適用可能である。また、繊維は、樹脂繊維ではなく、ガラス繊維であってもよい。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、１０，２０は断熱材、１１，２１はコア材、１１ａ，２１ａは断熱面、１２，２２，３２は外包材、１３，２３，３３は繊維、１３ａ，２３ａ，１３ｃ，２３ｃは繊維シート、１３ｄ，２３ｄは繊維膜、１４，２４，３４，４４は支持材、１４ａ，２４ａ，４４ａは断熱面対応部、１４ａ１，１４ａ２は面部、２４ａ１は曲面を示す。

Claims (16)

1. 繊維により構成されるコア材と、
   前記コア材を構成するものであって、前記コア材の形状を維持する支持材と、を備え、
   前記支持材は、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている断熱材。
2. 前記断熱面対応部は、少なくとも２つの面部を有し、一方の面部の法線方向と他方の面部の法線方向とが相互に交わる請求項１に記載の断熱材。
3. 前記断熱面対応部は、曲面を有し、この曲面のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる請求項１に記載の断熱材。
4. 前記支持材は、前記繊維により覆われている請求項１から３の何れか１項に記載の断熱材。
5. 前記繊維は、複数の繊維シートを構成しており、
   前記支持材の周囲に複数の前記繊維シートが積層されている請求項４に記載の断熱材。
6. 前記繊維は、繊維シートを構成しており、
   前記支持材の周囲に前記繊維シートが巻き付けられている請求項４に記載の断熱材。
7. 前記繊維は、前記支持材に直接成膜された繊維膜として備えられている請求項４に記載の断熱材。
8. 前記支持材は、前記外包材に接していない請求項１から７の何れか１項に記載の断熱材。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の断熱材を備える冷蔵庫。
10. 繊維により構成されるコア材を備える断熱材を製造する方法であって、
    前記コア材を構成し当該コア材の形状を維持するものであって、前記コア材の断熱面に対応する断熱面対応部を有し、且つ、この断熱面対応部のうち少なくとも２箇所における法線方向が相互に交わる形状となっている支持材を、前記外包材内に収容する支持材収容行程を含む断熱材の製造方法。
11. 前記支持材を前記繊維により覆う被覆行程をさらに備える請求項１０に記載の断熱材の製造方法。
12. 前記被覆行程では、前記繊維により構成された複数の繊維シートを前記支持材の周囲に積層する請求項１１に記載の断熱材の製造方法。
13. 前記被覆行程では、前記繊維により構成された繊維シートを前記支持材の周囲に巻き付ける請求項１１に記載の断熱材の製造方法。
14. 前記被覆行程では、前記繊維からなる繊維膜を前記支持材に直接成膜する請求項１１に記載の断熱材の製造方法。
15. 前記支持材収容行程の後に前記被覆行程を行う請求項１１から１４の何れか１項に記載の断熱材の製造方法。
16. 前記支持材収容行程の前に前記被覆行程を行う請求項１１から１４の何れか１項に記載の断熱材の製造方法。

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