(57)【要約】【課題】表面性や端部の輪郭形状の精度が高く、成形性も良好な真空断熱材およびこれを用いた冷蔵庫を提供する。【解決手段】ガラス繊維のシートを複数枚積層した芯材と、前記芯材を収納する外包材と、を備えた真空断熱材において、曲げ加工する箇所の各前記シートに予め変形抑制部が形成する。この変形抑制部は、例えば、凹凸形状により形成する、硫酸を滴下することで形成する、または、異なるシート間でガラス繊維を絡み合わせることで形成する。そして、このような真空断熱材を冷蔵庫に用いる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス繊維のシートを複数枚積層した芯材と、前記芯材を収納する外包材と、を備えた真空断熱材において、曲げ加工する箇所の各前記シートに予め変形抑制部が形成されていることを特徴とする真空断熱材。
【請求項２】
前記変形抑制部は、凹凸形状により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
【請求項３】
前記変形抑制部は、硫酸を滴下することで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
【請求項４】
前記変形抑制部は、異なる前記シート間で前記ガラス繊維が絡み合うことで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空断熱材。
【請求項５】
前記変形抑制部が、前記真空断熱材に曲げ加工を施した際に生じる稜線に対して略垂直方向になるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の真空断熱材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の真空断熱材を用いた冷蔵庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空断熱材およびこれを用いた冷蔵庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空断熱材の使用は、冷蔵庫の省エネ性能の向上においては拡大される傾向にあり、その壁面のカバー率や板厚を増加させるというように、極力真空断熱材の割合を増やすことが目標とされている。その中で、冷蔵庫の壁面に沿った形状を曲げやその他の手法で形成することや、狭くなった範囲にまで配置可能なようにするための形状の確かさや平面性といったことが重要な要素となっている。
【０００３】
このような要素に関する技術としては、芯材をバインダーや加熱および圧縮による処理で固着させずに曲げ性能を高めることを図った特許文献１や、取扱性および平面性の向上を図った特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２８９１７号公報
【特許文献２】特開２０１４−８１０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成においては、芯材の表面が固着されておらず、自由な状態で真空引きされる結果、芯材の素材の密度差が反映されて凹凸が生じてしまうという課題がある。また、芯材を複数枚の積層によって構成する場合、層間のズレが発生しうるため、作業工程や曲げ加工時において各層のズレの集積によって、輪郭形状が乱れる恐れがあった。これは、例えば不織布やシート状といった芯材を構成する素材が薄く、層数が増加するに従って、大きな影響となる。
【０００６】
また、特許文献２の構成では、対向する面を貫通する糸とその両側の表面に存在する大径部による、芯材を厚み方向に圧縮する応力を利用して芯材を構成する繊維集合体に剛性を付与することによる取扱性の向上や、平面性の確保を図っている。しかし、大径部の間隔が十分に小さくないと真空引き時の芯材圧縮によって糸が余ることになり、これは糸自体の存在による平面性の悪化を招く恐れがある。反面、大径部の間隔を小さくし過ぎると繊維集合体または糸を損傷する恐れがある。特に、取り扱いの際に糸が引っ張られる、繊維集合体を厚み方向に広げる様な場合に前述の懸念があり、これは取扱性を落としてしまう方向に作用する恐れもあった。さらには、糸という芯材よりも熱伝導率の大きなものが断熱方向に貫通した状態で存在することによる真空断熱材としての熱伝導率の悪化という問題も考えられる。
【０００７】
本発明は、以上の様な課題を踏まえ、表面性や端部の輪郭形状の精度が高く、成形性も良好な真空断熱材およびこれを用いた冷蔵庫を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的のために、本発明は、ガラス繊維のシートを複数枚積層した芯材と、前記芯材を収納する外包材と、を備えた真空断熱材において、曲げ加工する箇所の各前記シートに予め変形抑制部を形成した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、表面性や端部の輪郭形状の精度が高く、成形性も良好な真空断熱材およびこれを用いた冷蔵庫を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１における凹凸形成部を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における凹凸形成部で重ね合わせたシート積層を示す図である。
【図３】本発明の実施例１における局所的な位置決め形状形成部を示す図である。
【図４】本発明の実施例１における凹凸形成部（複数方向）を示す図である。
【図５】本発明の実施例２における折り曲げ用凹凸形成部を示す図である。
【図６】本発明の実施例２における折り曲げ後の真空断熱材概形を示す図である。
【図７】本発明の実施例２におけるその他の折り曲げ形状と凹凸位置の例を示す図である。
【図８】本発明の実施例４における芯材を貫通する絡み合いの場合と糸で縫う場合とを比較した図である。
【図９】本発明の実施例４における積層の接触部付近のみに絡み合い処理をした場合を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５における直線的な立体成形と処理箇所の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６における曲線的な立体成形と処理箇所の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施例６における曲げ部拡大図である。
【図１３】評価用シートカット法を示す図である。
【図１４】ｐＨ−目付量標準偏差グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下でその実施の形態について述べる。
【実施例１】
【００１２】
本実施例では以下の材料構成および条件によってシート及び真空断熱材を作製している。
まず、芯材材料としてガラス繊維を用いる。ガラス繊維の繊維径分布は３〜５μｍ、平均繊維長は３０ｍｍ程度である。そしてガラス繊維シートは、湿式抄造方式によって得る。前記ガラス繊維をほぐして分散させるための離解用の薬液としては硫酸水溶液を用いる。硫酸水溶液の量は芯材１ｇに対して約１〜５Ｌの比率で、ＰＨを２〜４の範囲に調整した硫酸水溶液にガラス繊維を投入し、これを分散液とする。ここで、硫酸水溶液のＰＨは、調整が可能であれば２未満であっても良い。本実施例では、前記のガラス繊維を含む分散液を撹拌してガラス繊維を離解させた。すなわち、中心軸の箇所に撹拌羽を設置した円筒容器内に分散液を投入し、約２０００ｒｐｍで撹拌させることで繊維の絡みやまとまりをほぐして、分散液中にガラス繊維が均等に分布した状態まで離解させた。
【００１３】
次に、前記撹拌後の分散剤を目開き０.１ｍｍのメッシュ上にガラス繊維を集合させてシート状にした。この時、メッシュ状にガラス繊維が不均一に分布するとシートの厚さが周囲よりも厚い箇所や逆に薄い箇所、穴が生じる恐れがある。そうした問題発生の抑制のため、絡み合い、まとまった状態のガラス繊維を十分に離解させることが重要である。それには、ガラス繊維間に作用する静電気的な引力がなるべく弱い状態で攪拌することが、ガラス繊維を損傷させずに離解可能になるという点で望ましい。本実施例では、硫酸水溶液中にガラス繊維を投入することで、Ｈ＋（Ｈ3Ｏ＋）の作用でガラス繊維の表面に分布する基における電位発生が抑制された状態、等電点に近い状態での攪拌を行っている。
【００１４】
今回は、真空断熱材の芯材に用いる場合に、真空引き後の真空断熱材の厚さやシート１枚の厚さの仕様に応じて、シートをおおよそ１０〜４０枚積層して用いることを想定している。積層して用いる場合、個別のシート内におけるガラス繊維分布のばらつきが多少存在しても、厚い箇所と薄い箇所の分布がランダムであればある程度相殺されるのに加え、真空断熱材の開口部封止後にローラ等で加圧することで表面を整形しうるため、真空断熱材の外形としての、面内での極端な厚さのばらつきや輪郭の乱れは発生しにくくなる。しかし、装置や製法の仕様から特定の厚くなりやすいまたは薄くなりやすい範囲が存在した場合、シートを積層して芯材とした真空断熱材を作る際に、トリムや積層の寸法や位置決め基準が各シートで共通となって前記の範囲が重なっていく可能性がある。その様に積層された場合、シート内の厚さの差が相殺されず蓄積していくことになる。この時、厚さの差とガラス繊維がその箇所に存在する量の差には相関があると考えられ、ガラス繊維の密度の差が生じることになる。シートを積層して真空断熱材とした時に、芯材の密度が大きい箇所は固体の熱伝導の影響が大きく現れるために周囲に比べて断熱性能が低くなり、また、表面をならすために加圧を行った場合には周囲よりもより押されることになるので、ガラス繊維がよりダメージを受け易いという点でも望ましくない。
【００１５】
前述のようにして得た、ガラス繊維が均等に分散した状態を保った分散液中でメッシュコンベアを進行させると、ガラス繊維が液中の存在比率に近い状態でメッシュ上に沈降し、シートが形成されていく。この時、メッシュ上に凹凸や曲げ部分を設けることで、形成されたシートが所定の位置に凹凸形状を有する図１の様な断面になるようにした。これは、図２に示す様に真空断熱材の芯材として用いるために積層する際に凹凸形状で組合せておくことで、折り曲げ加工時におけるシート間のズレを抑えることを主目的としたものであるが、外包材への投入やその他の取扱時、真空引き時の芯材変形といったタイミングでのシート間のズレも抑制する効果がある。
【００１６】
この時形成されたシート面内のガラス繊維の存在量の分布を以下の方法で評価した。
まず、基本となるシートサイズとして２５０ｍｍ×２５０ｍｍを切り出せるシートを用意し、図１３の様に５０ｍｍ×５０ｍｍサイズの合計２５枚（５列×５行）にカットして、それぞれの質量を測定して各部分の目付量（＝重量／面積）[単位：ｇ／ｍ２]を測定した。そして、目付量の標準偏差の分布を求めることにより、シート面内におけるガラス繊維の存在比率を評価した。硫酸水溶液のＰＨを変えた時の目付の測定結果（攪拌時間５分）を図１４に示す。
【００１７】
以上のようにして得られた、ガラス繊維（狙い：１８０ｇ／ｍ２）の目付量分布の標準偏差が３０〜５０[ｇ／ｍ２] の範囲内にあるシートを芯材として真空断熱材とした。
ここで、前記のシートを１６枚積層させて芯材とした真空断熱材を作製すると、芯材全体としての目付量（面積当り重量）の標準偏差は、最大で８００[ｇ／ｍ２]程度と考えられる。
【００１８】
本実施例における芯材は目付量１８０ｇ/ｍ2のシートを１６枚積層したものであり、積層の中間（８枚ずつの間）の面内に水分を物理吸着するための合成ゼオライトを散布した。
上記の芯材を、溶着層であるＰＥフィルム、水分や気体の進入を防止するバリア層としてのＥＶＯＨフィルム（アルミ蒸着処理品）、傷付き防止のための最外層のＯＰＰフィルムをラミネートして三方を溶着したラミネートフィルム製袋品の袋に投入した。
上記の外包材を投入した外包材の内部を真空引きして減圧し、減圧状態を維持したまま開口部を熱溶着し、封止することで真空断熱材とした。この時の真空断熱材の熱伝導率は約２ｍＷ/ｍ・Ｋ であった。
【００１９】
ここで、前記の図１では、両端付近に各１個の凹凸形状を有しているが、幅寸法や真空断熱材の形状等により、凹凸形状を増減させたり位置を変えたり、あるいは図３の様に幅方向や長さ方向に分布しない位置決め用の構造や図４の様に複数方向に延びる位置決め用の構造を設けたりでも構わない。また、凹凸形状が真空断熱材の表面性に与える影響の抑制を図るために、例えば凸形状の存在する位置に回避形状を設けたり、凹形状の存在する位置に穴埋めのためのシート小片やグラスウールといった他の種類の芯材を配置したりといったことをしても構わない。
【００２０】
これにより、芯材積層作業時のズレが抑えられ、積層したシートのズレによって真空断熱材の形状が乱れるのを防ぐための処置をしなくても良くなる。つまり、まず真空断熱材の芯材として必要なサイズよりも大きめにカットしたシートを積層した後で、真空断熱材の芯材としての所定のサイズにトリムカットする必要が無くなり、材料のロスやトリムおよび廃棄に伴う作業を省くことが可能となる。
【実施例２】
【００２１】
本実施例における芯材材料や分散液の仕様、物性、シート化の条件等の概要を以下に示す。
シート強度を高める目的で、実施例１よりも大きいガラス繊維を用い、繊維径分布が６〜8μｍ、平均繊維長が５０〜１００ｍｍで、離解用の薬液である硫酸水溶液の量を芯材１ｇに対して約１〜５Ｌの比率となるようにする。実施例１と比較するとガラス繊維１ｇ当たりの繊維表面積が小さく、作用させる必要のあるＨ＋（Ｈ3Ｏ＋）の量が減るため、硫酸水溶液のＰＨは２〜４の範囲に調整する。前記ガラス繊維を前記硫酸水溶液に投入し、攪拌を行い離解させる、この時、用いるガラス繊維の長さが長くなるに従い、攪拌羽の軸に絡む恐れがあるため、攪拌羽を軸が太い大寸法のものと交換したり、軸が攪拌対象の液中に存在しないパルセータタイプの攪拌機を用いたりし、攪拌機の構成や仕様に応じた回転数での攪拌を適宜行う。
【００２２】
今回は図５に示す様に変形抑制部として凹凸形状が設けてあり、それぞれ折り曲げ加工時の曲げ位置決定用および曲げ時の引っ張りによるシートのズレ防止用となっている。本真空断熱材を曲げた時の概形を図６に示す。また、角が無いような曲げの場合にも、図７に示す様な、曲げの生じる線に略垂直な方向に凹凸形状を設けておくことによって、この凹凸形状の近辺の曲げ変形が促進されるため、所望の形状に曲げ加工するのが容易となる。また、復元力や張力といった応力の掛かる方向へのシート芯材のズレも抑制できる。
【実施例３】
【００２３】
本実施例においては、実施例２と同様の凹凸形状を持つが、折り曲げ加工時のシート間の位置ズレを更に抑える目的で３つの位置決め構造の位置（図５の一点鎖線の位置に対応）に硫酸を滴下し、芯材を構成する異なるシート間のガラス繊維で絡み合いを発生させる。この絡み合いの効果により、シート間の折り曲げ加工時の位置ズレは抑制される。また、シート変形時に応力が発生した場合、この絡み合いによる位置決め部の周囲においては拘束が弱いため、位置決め部と位置決め部の間の領域に応力がある程度均等に分散される。このように、絡み合いが存在する箇所を利用することで、真空断熱材の外形を乱すようなシートのズレを防ぎつつ、芯材の損傷抑制や、周囲よりもズレの大きい箇所が生じ凹凸になることを抑えることが出来る。上記においては絡み合いを発生させる位置に凹凸形状部を選択したが、箇所は限定されない。繊維の絡み合いでの位置ズレを抑える箇所およびその間隔を考慮して、適宜配置して構わない。例えば、本実施例の折れ線に当る直線との距離が１０ｍｍである真空断熱材の面上に存在する平行線の位置で絡み合いの処理を行った場合、折り曲げ線近辺での変形の程度が小さく抑えられることになり、角部の形状精度が向上し、冷蔵庫のコーナーといった箇所への真空断熱材設置がし易くなる。
【実施例４】
【００２４】
本実施例では、絡み合いを生じさせる処理が、真空断熱材の一方の面から他方の面へと伝熱方向に沿って施されている。（図８） この際、特許文献２のように糸で縫った場合との違いとして、主に以下の２点がある。１つ目は、糸ならば両面の点線部に存在する余剰分が本実施例では存在しないことである。余剰分は、表面性の悪化や断熱性能の低下につながる恐れがある。
【００２５】
２つ目は、縫った場合は真空引きを行って芯材が圧縮された場合に、芯材の厚みが減った分だけ芯材内に埋没していた糸が表面に現れるため、前述した余剰分が増加する影響と、更には縫って固定していたのが緩み、拘束力を失うことである。そのため、真空引き後に折り曲げ等の加工を行う場合には、縫い目が拘束の役割を失っている可能性がある。また、縫い目の緩みを想定して両面との箇所に結び目等を設けて芯材の自由厚さよりも糸の埋没長さが短くなるようにして緩みへの対応を試みた場合、取扱時に糸が切れたり、芯材が破損したりというリスクが発生する。
【００２６】
本実施例では、芯材内の繊維自体が絡み合って糸の様な拘束状態を作り出すため、表面への余剰部分は存在せず、芯材の圧縮時にも糸に当る箇所が同様に圧縮されるため、悪影響が発生しない。
【００２７】
更には、芯材が複数層の積層で構成されており、各層の厚さが十分にある場合には、図９に示す様に層と層の接する箇所の一部だけを局所的に絡み合わせる処理を行うのでも構わない。
【実施例５】
【００２８】
本実施例では図１０に示すように、真空断熱材を折って直線的な立体形状を形成する場合に、成形後の状態において、絡み合い処理を行った箇所が、平行になるように、成形前に処理を行ってある。特に、成形後の多角形の各頂点に当たる位置を定めることによって、立体形状の精度向上と各面の平面性の向上が可能となる。
【実施例６】
【００２９】
本実施例では図１１および図１２に示すように、真空断熱材を曲げて曲線的な立体形状を形成する場合に、成形後の状態において、絡み合い処理を行った箇所の延長線上に曲げ部の曲率中心が存在するように、成形前に処理を行ってある。
【００３０】
特に、成形後の拘束される箇所に挟まれる、拘束されていない部分が均等になるようにすることで、形状の変化のムラを抑えて平面性の向上を図れる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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