JPH11248344A - 冷蔵庫と冷凍庫の断熱箱体および断熱扉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は発泡剤としてＣＦＣ，ＨＣＦＣを全く
使用せず、その代替物としてシクロペンタンと水混合系
を用いて、高強度でウレタン充填量の低減および熱漏洩
量低減による省エネも可能な冷蔵庫と冷凍庫の断熱箱体
および断熱扉を提供することにある。 【解決手段】発泡剤として水およびシクロペンタン，ポ
リオールおよびイソシアネート成分としてシクロペンタ
ン溶解性の低い混合組成物を用い、触媒，整泡剤の存在
下において反応させて得られる硬質ポリウレタンフォー
ムを冷蔵庫と冷凍庫の断熱箱体および断熱扉体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷蔵庫，冷凍庫な
どに用いるシクロペンタンおよび水の混合発泡剤を用い
た硬質ポリウレタンフォームの断熱箱体および断熱扉の
製品に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、冷蔵庫および冷凍庫の断熱部
には外箱と内箱の空間および断熱扉部には外扉表鉄板と
内扉壁内空間に独立気泡を有する硬質ポリウレタンフォ
ームを充填する断熱材を用いている。硬質ポリウレタン
フォームは、ポリオール成分とイソシアネート成分を発
泡剤，触媒，整泡剤の存在下において反応させることに
より得られる。これまでの発泡剤としては、ガス熱伝導
率の低い難分解性のクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）
のトリクロロモノフルオロメタン（特開昭59−84913 号
公報）が冷蔵庫の断熱部に使用されてきたが、大気中に
放出されると成層圏のオゾン層破壊および温室効果によ
る地表の温度上昇が生じるとされ、代替品の選択が進め
られている。現在、代替発泡剤としてハイドロクロロフ
ルオロカーボン（ＨＣＦＣ）の１種である１，１−ジク
ロロ−１−モノフルオロエタン（特開平3−258823 号，
特開平7−25978号公報）が冷蔵庫の断熱材に用いられて
いるがオゾン層破壊係数がゼロでないため、２００３年
には規制の対象となり全廃の予定になっている。一方、
オゾン層破壊係数がゼロのノンフロン系発泡剤は、欧州
を中心に炭化水素系化合物（特開平3−152160 号公報）
への代替えが活発となり、それに伴い日本でもシクロペ
ンタン発泡剤が冷蔵庫の断熱分野に使用されてきた。し
かし、シクロペンタンはこれまでの発泡剤に比べ、ガス
の熱伝導率が高く断熱性能が大きく劣る問題がある。近
年では、シクロペンタン処方の硬質ポリウレタンフォー
ム材料について、エネルギー需要が増大する中、エネル
ギー需給バランスの確保，地球温暖化問題への対応から
省エネによる断熱性能の向上および地球環境保護の立場
からウレタン使用量低減の重要性は増大し、その観点か
らシクロペンタン発泡剤を用いた冷蔵庫および冷凍庫の
断熱材が全面的に拡大され、高性能化が要求されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】硬質ポリウレタンフォ
ーム材料は、主原料のポリオールとイソシアネートが化
学構造の制御，気泡を形成する発泡剤および水、界面現
象を調整する整泡剤が物理構造の制御，触媒が反応性の
制御を行う。反応はポリオールとイソシアネートの混合
時から始まり、ポリウレタン樹脂中に発泡剤の独立気泡
が分散したポリウレタンフォームが形成される。ポリウ
レタンフォームは、特に断熱性と共に強度が要求され
る。これらの物性は、ポリウレタン樹脂の化学構造，密
度，気泡を囲む樹脂骨格からなるセル径，大きさなどの
ポリウレタンフォームの物理構造によって決まると考え
られている。ポリウレタン樹脂の化学構造は、原料であ
るポリオール，イソシアネートの化学構造と共に発泡剤
の量，水の量，触媒によって制御される反応性に依存す
る。ポリウレタンフォームの物理構造は、原料の化学構
造，反応性と共に整泡剤によって制御される気泡の発
生，成長などの物理現象にも依存し、特に原料各素材の
相溶性，反応性，発泡過程での反応液の流動性が影響す
る。このため、ポリウレタンフォームを高性能化するに
は、各原料の化学構造および組成を最適化しなければな
らない。

【０００４】しかし、シクロペンタン処方の冷蔵庫と冷
凍庫の箱体および扉の断熱材は、従来のＣＦＣ，ＨＣＦ
Ｃ発泡剤に比べ断熱性能が大きく劣ると共に高密度で流
動性が劣るため、ウレタン充填量を多く使用しなければ
断熱性能および強度の確保が十分できない問題がある。
更に、冷蔵庫および冷凍庫の省スペース化などの要求に
より、キャビネット壁内空間の狭隙間化および複雑形状
の箱体や駆動配線数の増加に伴い壁内部はウレタンフォ
ームが流動しにくい状況にある。このことから、フォー
ムが一様に伸びにくく、冷蔵庫の天井部，底部，背面
部，ハンドル部，ヒンジ部でスキン層の全体密度とコア
層密度が大きく異なり均一なフォームになりにくく、最
終充填部付近の気泡の樹脂化（ダブルスキン），ボイド
発生なども起こり易くなる。また、扉部の方も流動しに
くいため、発泡圧を高めてウレタン使用量を多く充填し
ウレタンフォームの液もれ等が発生する問題もある。そ
の課題に対応するには、シクロペンタン処方でも低密度
と高流動性および高強度の特性が両立できる新たなウレ
タン材料を開発する必要がある。即ち、低密度で高強度
のシクロペンタン処方のウレタン材料を冷蔵庫に充填す
る結果として、断熱材の使用量低減に伴い低コストや軽
量化が図れ、高流動性から熱漏洩量の低減による省エネ
化も可能となり、地球温暖化，地球環境保護の立場から
シクロペンタン発泡剤を用いた高品質の冷蔵庫などの製
品が達成される。しかし、シクロペンタン発泡剤を用い
たポリウレタンフォームは、飽和蒸気圧が従来の発泡剤
に比べ小さくなるため、気泡セル内の圧力も低下し収縮
も発生し易くなり強度などが低下すると言う大きな課題
がある。即ち、フォーム密度と圧縮強度は、一般的に比
例関係にあり密度が高くなると圧縮強度が高くなる傾向
を示す。これは、フォーム密度が高い程ポリウレタン樹
脂の割合が高くなりフォームの圧縮強度も高くなるもの
である。例えば、圧縮強度を０.１MPa以上にするにはス
キン層全体密度が通常３８kg／ｍ³ 以上必要であり、現
状のシクロペンタン処方のウレタン材料では、低密度と
高強度の両立が困難になってきている。従って、現状の
シクロペンタン処方の硬質ポリウレタンフォームは強度
を主に確保するため、密度が３８kg／ｍ³ 以上と高いウ
レタンを使用しキャビネット壁内空間に多量の材料を充
填して、断熱材の作製を行っている。このことから、高
性能のシクロペンタン処方ウレタンは、低密度で高流動
性および圧縮強度や寸法安定性も優れる両立可能な材料
を発泡充填することにより、ウレタンを大幅に低減する
ことができる断熱材が地球環境保護の立場から強く望ま
れている。

【０００５】本発明の目的は、冷蔵庫および冷凍庫に使
用する断熱箱体および扉が発泡充填する硬質ポリウレタ
ンフォームにおいて、低密度および高強度の特性が両立
できるシクロペンタン処方のウレタン断熱材を充填する
ことにより、充填量の低減による低コスト化や軽量化お
よび圧縮強度，寸法安定性も優れ、更に高流動性のた
め、熱漏洩量低減による省エネ対応の製品を安定的に歩
留まり良く高性能な断熱箱体を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、冷蔵庫又
は冷凍庫に使用する箱体および扉に最適な硬質ポリウレ
タンフォームを開発するため、シクロペンタン処方で要
求される低密度と高流動性およびウレタン樹脂骨格（セ
ル）強度の向上を両立させる具体策として、剛直で溶解
性の低いポリオールおよびイソシアネートの選定により
発泡剤をセル中に完全封止が可能となるシクロペンタン
発泡剤のセルに対する溶剤可塑化効果の低減、またシク
ロペンタン発泡剤に併用する水配合量を多く使用して、
セル内ガス中の炭酸ガス分圧を増やしセル内圧力を高め
る方法などを鋭意検討した結果、以下の知見が得られ本
発明を完成するに至った。

【０００７】即ち、第１及び第２の発明は、冷蔵庫又は
冷凍庫の外箱と内箱のキャビネット壁内空間および外扉
表鉄板と内扉壁内空間に、シクロペンタンと水の混合発
泡剤を用いた硬質ポリウレタンフォームを充填してなる
断熱箱体および断熱扉において、断熱箱体がウレタン注
入口から少なくとも５００mm以上離れたフォームおよび
断熱扉がウレタン充填部分の外側面から少なくとも５０
mm以上離れたフォームのスキン層全体密度が３４.５〜
３７.５kg／ｍ³、コア層密度が３２.５〜３４.５kg／ｍ
³ および圧縮強度が０.１５〜０.２MPa 、曲げ強度が
０.４〜０.５MPa を有する硬質ポリウレタンフォームの
断熱材で構成する。

【０００８】第３及び第４の発明は、硬質ポリウレタン
フォームのイソシアネート成分が、ジフェニルメタンジ
イソシアネート系の多核体に２５重量％以下のトリレン
ジイソシアネート系を含有する混合物と、ポリオール成
分がトリレンジアミン，グリセリン，シュークローズ，
ビスフェノールＡ、トリエタノールアミンの中から選ば
れる少なくとも１種にエチレンオキシドおよび／または
プロピレンオキシドを付加した混合物とを触媒，整泡
剤，水，シクロペンタンを組み合せた混合発泡体からな
り、断熱箱体がウレタン注入口から少なくとも５００mm
以上離れたフォーム部分から厚みが約２０〜２５mmのコ
ア層断熱材の熱伝導率および断熱扉がウレタン充填部分
の外側面から少なくとも５０mm以上離れたフォーム部分
から厚みが約２０〜２５mmのコア層断熱材の熱伝導率が
平均温度１０℃で１７.５〜１８.５ｍＷ／ｍ・Ｋを示
し、且つ空気中で７０℃と−２０℃の温度で２４時間劣
化放置した時の寸法変化率が２％以下および樹脂当たり
フォーム伸び量が２.６mm／ｇ 以上の流動性を有する硬
質ポリウレタンフォームの断熱材で構成する。

【０００９】第５及び第６の発明は、硬質ポリウレタン
フォームのイソシアネート成分がジフェニルメタンジイ
ソシアネート系の多核体に２５重量％以下のトリレンジ
イソシアネート系を含有する混合物と、ポリオール成分
がトリレンジアミンにエチレンオキシドおよびプロピレ
ンオキシドを付加して得られるＯＨ価３８０〜４８０の
ポリオール４０〜５０重量％，トリエタノールアミンに
エチレンオキシドおよびプロピレンオキシドを付加して
得られるＯＨ価３００〜４００のポリオール１０〜２０
重量％，グリセリンにプロピレンオキシドを付加して得
られるＯＨ価４５０〜５００のポリオール１５〜２５重
量％，シュークローズにプロピレンオキシドを付加して
得られるＯＨ価４００〜４５０のポリオール５〜１０重
量％，ビスフェノールＡにエチレンオキシドを付加して
得られるＯＨ価２００〜３００のポリオール５〜１５重
量％を含む平均ＯＨ価が３５０〜４５０である該ポリオ
ールとを触媒，整泡剤，ポリオール混合物１００重量部
に対して２.０〜２.５重量部の水および１０〜１４重量
部のシクロペンタンを組み合せた硬質ポリウレタンフォ
ームの断熱材で構成する。

【００１０】混合ポリオール組成物の平均ＯＨ価が３５
０を下回ると圧縮強度や寸法安定性が低下し、４５０を
越えるとフォームがもろくなる傾向を示し、平均ＯＨ価
は３５０〜４５０が安定した硬質ポリウレタンフォーム
を製造するうえで好ましい。ここでＯＨ価とは、試料１
ｇから得られるアセチル化物に結合している酢酸を中和
するのに必要な水酸化カリウムのmg数（mgKOH／ｇ）で
ある。

【００１１】本発明の硬質ポリウレタンフォームは、ポ
リオール成分を基本原料としてシクロペンタンと水，整
泡剤，反応触媒の存在下で、イソシアネートを反応させ
て得られるものである。シクロペンタン処方における低
密度化，高流動性および高強度を両立可能な要因が余り
明らかでないため、種々ポリオールにおけるシクロペン
タン発泡剤の溶解性および圧縮強度，寸法安定性などの
関係を調べた。その結果、ポリオールおよびイソシアネ
ートは発泡剤のシクロペンタンに対する溶解性が高いも
のより溶解性の低い化合物の方が、ウレタンフォームの
圧縮強度や寸法安定性が優れることがわかってきた。ポ
リオールは付加するアルキレンオキサイドによってもシ
クロペンタンの溶解性が異なり、エチレンオキシドより
もプロピレンオキシド付加の方が溶解性は高くなる性質
を示す。プレミックス安定性からは、シクロペンタンに
対する溶解性の高い系が望ましく、逆にセル骨格強度の
向上からは溶解性の低い系が好ましい傾向が見られる。
即ち、シクロペンタン発泡剤への相溶性およびフォーム
強度のバランスを両立することが、ポリオールおよびイ
ソシアネート混合組成物の選定に重要な要因であること
がわかってきた。

【００１２】本発明の硬質ポリウレタンフォームは、シ
クロペンタンに対する溶解性が高いポリオール系よりも
逆に低いポリオール系を使用し気泡セルの樹脂骨格強度
を高め、更にプレミックス安定性を向上するには最適な
整泡剤を選定してバランスを得るようにした。その際、
混合ポリオールは溶解性の低いポリオールおよびイソシ
アネートが、６０重量部の配合量を下回ると圧縮強度お
よび寸法安定性が低下する傾向が見られる。この理由
は、溶解性の低い剛直なポリオールおよびイソシアネー
トの方がシクロペンタンに対しウレタン樹脂壁が強くな
り、発泡剤が気泡内に十分封止されてシクロペンタンに
対する溶剤可塑化がより小さくなった影響と考えられ
る。ここで、シクロペンタン溶解性の低いポリオール成
分とは、ポリオール中にシクロペンタンを１０重量％混
合した際、不透明状態になるポリオール混合系をシクロ
ペンタン溶解性の低いポリオール成分と言う。

【００１３】また、冷蔵庫および冷凍庫の熱漏洩量を低
減するにはフォームの熱伝導率を低減すると共に、フォ
ームのスキン層およびコア層の表面状態の差が少ない断
熱材が優れることもわかってきた。その理由は、低密度
で高流動性ウレタン材料の方がコア層部と同様にスキン
層部にも樹脂化（ダブルスキン）などが生じにくくな
り、また冷蔵庫キャビネット壁内の形状が複雑に屈曲し
ているため、低密度で高流動性の性質を示すウレタン材
料の方がスキン層とコア層の密度差，気泡セル径分布差
も小さい均一フォームの形成によるものと考えられる。

【００１４】本発明の目的である低密度で高流動性およ
び高強度のウレタン材料を達成するには、発泡剤のシク
ロペンタンと補助発泡剤の水配合量も大きく影響する。
これまでの知見からは、シクロペンタンおよび水配合量
ともに多く使用すればフォーム密度が容易に低減するこ
とが知られている。従来発泡剤では気泡セル内の骨格強
度が比較的高いため、フロン，代替フロンなどの発泡剤
配合量を多く用いて、熱伝導率に悪影響を与える水配合
量を少量使用することにより、低密度，高流動性および
高強度の特性が比較的容易に両立可能であった。しか
し、地球環境に優しいシクロペンタン処方の場合は従来
発泡剤と異なり、フォーム密度が低くなると飽和蒸気圧
が低いため、気泡セル内の骨格強度も弱くなりフォーム
収縮や圧縮強度および寸法安定が劣る問題がある。そこ
で、シクロペンタン処方の飽和蒸気圧を高める手段とし
て、従来発泡剤時とは逆にシクロペンタン発泡剤の配合
量を低減し、熱伝導率に悪影響する水配合量を増加する
ことにより、セル内の炭酸ガス分圧を増やし気泡セル内
の圧力を向上させて低密度と高強度を両立する検討を行
った。その際、シクロペンタンに混合する水配合量は、
溶解性が限界値に近い場合にはプレミックス時に層分離
を引きおこしたり、熱伝導率を悪化する要因ともなる。
しかし、シクロペンタン処方は従来発泡剤に比べ、熱伝
導率に対する水の影響が小さいことがわかってきた。水
およびシクロペンタンの最適配合比は、水１重量部に対
しシクロペンタンが７重量部以下が好ましい。即ち、ポ
リオール成分１００重量部に対して２.０〜２.５重量部
の水および１０〜１４重量部のシクロペンタンを使用す
ることがより好ましい。ポリオール成分１００重量部に
対し水配合量が下回ると圧縮強度や寸法安定性が劣り、
水配合量が上回ると熱伝導率が著しく悪化する傾向が見
られる。また、シクロペンタン発泡剤も配合量が上回る
と圧縮強度や寸法安定性が劣ってくる。

【００１５】本発明に用いられるその他ポリオールとし
て、ポリエステルポリオールがある。例えば、多価アル
コールと多価カルボン酸縮合系および環状エステル開環
重合体系のポリオールも使用できる。多価アルコールと
してはエチレングリコール，グリセリン，トリメチロー
ルプロパン、糖類としてはシュークローズ，ソルビトー
ル、アルカノールアミンとしてはジエタノールアミン，
トリエタノールアミン、ポリアミンとしてはエチレンジ
アミン，トリレンジアミン、フェノールとしてはビスフ
ェノールＡなど、多価カルボン酸としてはアジピン酸，
フタル酸，多価カルボン酸などが使用できる。ポリエス
テルポリオールの量は、５〜２０重量部の混合系が好ま
しい。

【００１６】また、反応触媒としては例えばテトラメチ
ルヘキサメチレンジアミン，トリメチルアミノエチルピ
ペラジン，ペンタメチルジエチレントリアミン，トリエ
チレンジアミンなどの第３級アミンおよびトリメチルア
ミノエチルピペラジンの蟻酸塩、ジプロピレングリコー
ル併用などの遅効性触媒など反応性が合致すれば従来公
知の触媒全てが使用することができる。反応触媒の量
は、ポリオール成分100重量部あたり３〜５重量部が好
ましい。

【００１７】更に、整泡剤としては例えば信越化学
（株）製のＸ−２０−１５４８，Ｘ−２０−１６１４，
Ｘ−２０−１６３４などプレミックス相溶性の安定性か
らＳｉ分子量が１８００〜３０００およびＳｉ含有率が
２５〜３０の比較的低い乳化作用に適したものがより好
ましい。即ち、アルキレンオキサイド変性ポリジメチル
シロキサンで末端にＯＨ基またはアルコキシ基などを有
する有機シリコーン系化合物，フッ素系化合物などの使
用も可能である。整泡剤の量は、ポリオール成分１００
重量部あたり１〜４重量部が好ましい。

【００１８】硬質ポリウレタンフォーム用混合組成物と
しては、必要に応じて通常用いられる充填剤，難燃剤，
強化繊維，着色剤などの添加剤も含むことができる。

【００１９】また、イソシアネートとしては公知のもの
であれば全て使用できるが、最も一般的にはトリレンジ
イソシアネート（ＴＤＩ）およびジフェニルメタンジイ
ソシアネート（ＭＤＩ）である。ＴＤＩは異性体の混合
物、即ち２，４−体１００％、２，４−体／２，６−体
＝８０／２０，６５／３５（重量比）はもちろん商品名
三井コスモネート（株）ＴＲＣ、武田薬品（株）のタケ
ネート４０４０など多官能性のタールを含有する粗ＴＤ
Ｉも使用できる。また、ＭＤＩとしては、４，４′−ジ
フェニルメタンジイソシアネートを主成分とする純品の
他に、３核体以上の多角体を含有する商品名三井コスモ
ネート（株）Ｍ−２００、武田薬品(株）のミリオネー
トＭＲなどのポリメリックＭＤＩが使用できる。その
他、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート，トルイ
ジンイソシアネート，キシリレンジイソシアネートなど
を代表とする芳香族系あるいは脂肪族系の多官能イソシ
アネート，ウレタン変成トリレンジイソシアネート，カ
ルボジイミド変成ジフェニルメタンジイソシアネートな
どプレポリマ化のイソシアネートも使用することができ
る。特に、上記の中でポリメチレンポリフェニルジイソ
シアネート（ＮＣＯ％＝３１）８０部および変性トリレ
ンジイソシアネート系の２，４−体、２，６−体、多官
能性プレポリマー化の混合系を２５部以下が最適であ
る。２５部以上の変性トリレンジイソシアネート系を使
用すると接着性が大幅に低下する問題が発生する。

【００２０】本発明の硬質ポリウレタンフォームの発泡
は、当業界で用いられている通常の発泡機で形成され、
例えばプロマート社製ＰＵ−３０型発泡機が用いられ
る。発泡条件は発泡機の種類によって多少異なるが通常
は液温１８〜３０℃，吐出圧力８０〜１５０ｋｇ／c
m² ，吐出量１５〜３０kg／min ，型箱の温度は３５〜
４５℃が好ましい。更に好ましくは、液温２０℃，吐出
圧力１００kg／cm² ，吐出量２５kg／min 、型箱の温度
は４５℃付近である。

【００２１】このようにして得られた冷蔵庫および冷凍
庫に発泡充填する硬質ポリウレタンフォームは、低密度
で高流動性および高強度の特性が両立できるウレタン材
料を充填することにより、発泡充填量の低減効果による
低コスト化および軽量化が可能となる。また、フォーム
の圧縮強度や寸法安定性も優れ、高流動性も図れること
から熱漏洩量も低減し省エネ化が達成される。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を比較例と対比し
ながら、更に詳細に説明する。なお、実施例の説明の中
で部および％は重量部を示す。

【００２３】（実施例１〜６） （比較例１〜３）平均水酸（ＯＨ）基価が３８０〜４８
０のプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドで付加
したトリレンジアミン系ポリエーテルポリオール（以下
ポリオールＡと称す）、平均水酸基価が３００〜４００
のプロピレンオキシドおよびエチレンオキシドで付加し
たトリエタノールアミン系ポリエーテルポリオール（以
下ポリオールＢと称す）、平均水酸基価が４５０〜５０
０のプロピレンオキシドで付加したグリセリン系ポリエ
ーテルポリオール（以下ポリオールＣと称す）、平均水
酸基価が４００〜４５０のプロピレンオキシドで付加し
たシュークローズ系ポリエーテルポリオール（以下ポリ
オールＤと称す）、平均水酸基価が２００〜３００のエ
チレンオキシドで付加したビスフェノールＡ系ポリエー
テルポリオール（以下ポリオールＥと称す）、平均水酸
基価が４００〜７５０のプロピレンオキシドで付加した
トリメチロールプロパン系ポリエーテルポリオール（以
下ポリオールＦと称す）、平均水酸基価が２５０〜４５
０のエチレンオキシドで付加したトリレンジアミン系ポ
リエステルポリオール（以下ポリオールＧと称す）の混
合ポリオール成分（平均水酸基価が３５０〜４５０）１
００部を用いて、発泡剤として水２.０ 部およびシクロ
ペンタン（日本ゼオン（株）製）１３部、反応触媒とし
てトリメチルアミノエチルピペラジン（花王（株）製）
１.６ 部とトリメチルアミノエチルピペラジン（東ソー
（株）製）２.４ 部、トリエチレンジアミンのジプロピ
レングリコール液（東ソー（株）製）０.４ 部、整泡剤
として有機シリコーン化合物（Ｘ−２０−１５４８，信
越化学（株）製）２部、イソシアネート成分としてポリ
メチレンポリフェニルジイソシアネート（ＮＣＯ％＝３
１）８０部および変性トリレンジイソシアネート系は、
２，４−体、２，６−体、多官能性プレポリマー化の混
合系を２０部を使用し、充填発泡して硬質ポリウレタン
フォームを作製した。まず、図１に示す断熱箱体の４点
注入および図２に示す断熱扉の硬質ポリウレタンフォー
ムを充填した断熱材の物性・特性結果を表１に示す。な
お、表１の各物性・特性は下記にて測定した。

【００２４】

【表１】

【００２５】スキン層全体密度：ウレタン注入口から少
なくとも５００mm以上離れたウレタン充填された断熱材
部分から、５０mm×５０mm×３５ｔmmのスキン付きフォ
ームの重量（Ａ）を測定する。ビ−カ中に蒸留水および
金属針に付着したフォームを天秤でゼロ点調整後、フォ
ームを金属針で水没させた時の体積（Ｂ）を測定し、重
量（Ａ）を体積（Ｂ）で除した値を評価した。

【００２６】コア層密度：ウレタン注入口から少なくと
も５００mm以上離れたウレタン充填された断熱材部分か
ら、２００mm×２００mm×２０〜２５(ｔ)mmのフォーム
を寸法および重量測定後、重量を体積で除した値で示し
た。

【００２７】低温寸法変化率：ウレタン注入口から少な
くとも５００mm以上離れたウレタン充填された断熱材部
分から、１５０mm×３００mm×２０〜２５(ｔ)mmのフォ
ームを−２０℃で２４時間放置した時の厚さ寸法変化率
で示した。

【００２８】高温寸法変化率：ウレタン注入口から少な
くとも５００mm以上離れたウレタン充填された断熱材部
分から、１５０mm×３００mm×２０〜２５(ｔ)mmのフォ
ームを７０℃で２４時間放置した時の厚さ寸法変化率で
示した。

【００２９】熱伝導率：ウレタン注入口から少なくとも
５００mm以上離れたウレタン充填された断熱材部分か
ら、２００mm×２００mm×２０〜２５(ｔ)mmのフォーム
を英弘精機社製ＨＣ−０７３型（熱流計法，平均温度１
０℃）で示した。

【００３０】圧縮強度：ウレタン注入口から少なくとも
５００mm以上離れたウレタン充填された断熱材部分か
ら、５０mm×５０mm×２０〜２５(ｔ)mmのフォームを送
り速度４mm／min で負荷し、１０％変形時の荷重を元の
受圧面積で除した値で示した。 曲げ強度：ウレタン注入口から少なくとも５００mm以上
離れたウレタン充填された断熱材部分から、８０mm×２
５０mm×２０〜２５(ｔ)mmのフォームを送り速度１０mm
／min で負荷し、フォーム折損時の荷重をフォームの幅
と厚さの２乗で除した値で示した。

【００３１】フォーム伸び量：５５０mm×５８０mm×３
５(ｔ)mmの逆Ｌパネルの中で発泡した時のウレタン充填
量当たりのフォーム伸びで示した。

【００３２】冷蔵庫および冷凍庫の外箱と内箱のキャビ
ネット壁内空間および外扉表鉄板と内扉壁内空間に、硬
質ポリウレタンフォームを充填する作製内容から、以下
本発明の実施例および比較例を説明する。図１には４点
注入により断熱箱体および図２には断熱扉体により硬質
ポリウレタンフォームが充填されフォームを採取，測定
サンプルの模式図を示す。まず、鉄製の外箱とプラスチ
ック製の内箱および鉄製の外扉とプラスチック製の内扉
とを組立て冷蔵庫に充填するウレタンフォーム発泡前の
箱体および扉を作製し、ウレタンフォーム発泡雇いにセ
ット後予備加熱を行って、硬質ポリウレタンフォームを
空隙部分(ポリオール混合物および水,シクロペンタン，
触媒，整泡剤をプレミックスした混合組成物とイソシア
ネート）に発泡充填する。その時にウレタンフォームの
ポリオールとイソシアネートが化学反応し、発泡圧力に
より加圧され、発泡ウレタンフォームが冷蔵庫のキャビ
ネット内および扉内に注入され断熱箱体が形成される。

【００３３】本実施例１〜６および比較例１〜３のウレ
タン材料をゼロパック（実機充填に必要な最低注入量と
称す）設定した後、パック率１１０％で注入した箱体の
冷蔵庫について、ウレタン注入口から少なくとも５００
mm以上離れたウレタン充填された断熱材部分から、フォ
ームサンプルを採取およびパック率１１５〜１２０％で
注入した扉体の冷蔵庫について、扉外側面から少なくと
も５０mm以上離れたウレタン充填された断熱材部分か
ら、フォームサンプルを採取し種々の物性および特性を
評価した。その際の注入時温度は約４５℃、ポリオール
液およびイソシアネート液の液温は約２０℃で行った。
その結果を表１に示す。表１から、本発明の実施例断熱
材は比較例の断熱材に比べ、スキン層密度およびコア層
密度も低くなり、低温寸法変化率，高温寸法変化率およ
び気泡セル径分布も小さく、また熱伝導率が低減し、圧
縮強度および曲げ強度も高くなり、フォーム伸び量が向
上することが明らかになった。

【００３４】更に、キャビネット壁内空間の内容積が約
１５０〜１８０Ｌの冷蔵庫断熱箱体を用いて、実施例
１，２および比較例１，２について、パック率１１０％
時のウレタン実充填量について評価した。その結果、機
種によっても異なるが約１８０Ｌの内容積を有する冷蔵
庫箱体において、比較例１，２が６.３５〜６.６０kgの
充填量が必要であるのに対し、実施例１，２のウレタン
材料では５.４５〜5.90kgの充填量で良い。また、内容
積が約１５０Ｌの冷蔵庫箱体において、比較例１，２の
ウレタン材料が５.３５〜５.６５kgに対し、実施例１，
２では４.６５〜５.００kg の充填量まで低減でき、約
１０〜１８％のウレタン材料が節約できることが確認で
きた。一方、扉壁内空間の内容積が約１２〜２０Ｌの冷
蔵庫扉を用いて、実施例１，２および比較例１，２につ
いて、パック率１１５〜１２０％時のウレタン実充填量
について評価した。その結果、機種によっても異なるが
約２０Ｌの内容積を有する冷蔵庫扉において、比較例
１，２が０.９０〜１.０５kgの充填量が必要であるのに
対し、実施例１，２のウレタン材料では０.７６〜０.８
２kg の充填量で良い。また、内容積が約１２Ｌの冷蔵
庫扉において、比較例１，２のウレタン材料が０.５９
〜０.６８kgに対し、実施例１，２では0.47〜０.５２kg
の充填量まで低減でき、約１０〜１８％のウレタン材
料が節約できることが確認できた。また、断熱材を形成
した冷蔵庫箱体に冷凍サイクル部品（圧縮機／コンデン
サ／エバポレータ）を組み替え扉体を装着して熱漏洩量
を測定した結果、比較例１，２より実施例１，２の方が
熱漏洩量で３〜６％低減し、消費電力量で約１〜２KWh
／月の省エネが可能である。このことから、本発明の硬
質ポリウレタンフォームは低密度で高流動性および高強
度の特性が両立されたため、ウレタン発泡充填量の低減
効果による低コスト化，軽量化，フォームの圧縮強度や
寸法安定性も優れ、且つ熱漏洩量の低減効果から省エネ
も達成された。

【００３５】表１は、硬質ウレタンフォームの物性・特
性（スキン層密度，コア層密度，寸法変化率，セル径分
布，熱伝導率，圧縮強度，曲げ強度，フォーム伸び量）
を示す。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、低密度で高流動性およ
び高強度の硬質ポリウレタンフォームを発泡充填した断
熱箱体および断熱扉において、ウレタン充填量の低減に
より低コスト化や軽量化が図れると共に圧縮強度や寸法
安定性も優れ、熱漏洩量の低減効果により省エネも可能
な高品質の冷蔵庫および冷凍庫の製品を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】断熱箱体により硬質ポリウレタンフォームを充
填する模式図である。

【図２】断熱扉体により硬質ポリウレタンフォームを充
填する模式図である。

【符号の説明】

１…断熱箱体、２…ウレタン注入ヘッド、３…ウレタン
の流れ、４…ウレタン注入口、５…サンプル採取位置、
６…測定サンプル、７…断熱扉体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 克美 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部栃木本部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷蔵庫の外箱と内箱のキャビネット壁内空
   間および外扉表鉄板と内扉壁内空間に、シクロペンタン
   と水の混合発泡剤を用いた硬質ポリウレタンフォームを
   充填してなる冷蔵庫の断熱箱体および断熱扉において、
   前記断熱箱体がウレタン注入口から少なくとも５００mm
   以上離れたフォームおよび断熱扉がウレタン充填部分の
   外側面から少なくとも５０mm以上離れたフォームのスキ
   ン層全体密度が34.5〜３７.５kg／ｍ³、コア層密度が３
   ２.５〜３４.５kg／ｍ³および圧縮強度が0.15〜０.２MP
   a、曲げ強度が０.４〜０.５MPa を有する硬質ポリウレ
   タンフォームの断熱材で構成することを特徴とする冷蔵
   庫の断熱箱体および断熱扉。
2. 【請求項２】冷凍庫の外箱と内箱のキャビネット壁内空
   間および外扉表鉄板と内扉壁内空間に、シクロペンタン
   と水の混合発泡剤を用いた硬質ポリウレタンフォームを
   充填してなる冷凍庫の断熱箱体および断熱扉において、
   前記断熱箱体がウレタン注入口から少なくとも５００mm
   以上離れたフォームおよび断熱扉がウレタン充填部分の
   外側面から少なくとも５０mm以上離れたフォームのスキ
   ン層全体密度が34.5〜３７.５kg／ｍ³、コア層密度が３
   ２.５〜３４.５kg／ｍ³および圧縮強度が0.15〜０.２MP
   a、曲げ強度が０.４〜０.５MPa を有する硬質ポリウレ
   タンフォームの断熱材で構成することを特徴とする冷凍
   庫の断熱箱体および断熱扉。
3. 【請求項３】硬質ポリウレタンフォームのイソシアネー
   ト成分が、ジフェニルメタンジイソシアネート系の多核
   体に２５重量％以下のトリレンジイソシアネート系を含
   有する混合物と、ポリオール成分がトリレンジアミン，
   グリセリン，シュークローズ，ビスフェノールＡ，トリ
   エタノールアミンの中から選ばれる少なくとも１種にエ
   チレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドを付
   加した混合物とを触媒，整泡剤，水，シクロペンタンと
   組み合せた混合発泡体からなり、断熱箱体がウレタン注
   入口から少なくとも５００mm以上離れたフォーム部分か
   ら厚みが約２０〜２５mmのコア層断熱材の熱伝導率およ
   び断熱扉がウレタン充填部分の外側面から少なくとも５
   ０mm以上離れたフォーム部分から厚みが約２０〜２５mm
   のコア層断熱材の熱伝導率が平均温度１０℃で１７.５
   〜１８.５ｍＷ／ｍ・Ｋを示し、且つ空気中で７０℃と
   −２０℃の温度で２４時間劣化放置した時の寸法変化率
   が２％以下および樹脂当たりフォーム伸び量が２.６mm
   ／ｇ 以上の流動性を有する硬質ポリウレタンフォーム
   の断熱材で構成することを特徴とする冷蔵庫の断熱箱体
   および断熱扉。
4. 【請求項４】硬質ポリウレタンフォームのイソシアネー
   ト成分が、ジフェニルメタンジイソシアネート系の多核
   体に２５重量％以下のトリレンジイソシアネート系を含
   有する混合物と、ポリオール成分がトリレンジアミン，
   グリセリン，シュークローズ，ビスフェノールＡ，トリ
   エタノールアミンの中から選ばれる少なくとも１種にエ
   チレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドを付
   加した混合物とを触媒，整泡剤，水，シクロペンタンと
   組み合せた混合発泡体からなり、断熱箱体がウレタン注
   入口から少なくとも５００mm以上離れたフォーム部分か
   ら厚みが約２０〜２５mmのコア層断熱材の熱伝導率およ
   び断熱扉がウレタン充填部分の外側面から少なくとも５
   ０mm以上離れたフォーム部分から厚みが約２０〜２５mm
   のコア層断熱材の熱伝導率が平均温度１０℃で１７.５
   〜１８.５ｍＷ／ｍ・Ｋを示し、且つ空気中で７０℃と
   −２０℃の温度で２４時間劣化放置した時の寸法変化率
   が２％以下および樹脂当たりフォーム伸び量が２.６mm
   ／ｇ 以上の流動性を有する硬質ポリウレタンフォーム
   の断熱材で構成することを特徴とする冷凍庫の断熱箱体
   および断熱扉。
5. 【請求項５】硬質ポリウレタンフォームのイソシアネー
   ト成分がジフェニルメタンジイソシアネート系の多核体
   に２５重量％以下のトリレンジイソシアネート系を含有
   する混合物と、ポリオール成分がトリレンジアミンにエ
   チレンオキシドおよびプロピレンオキシドを付加して得
   られるＯＨ価３８０〜４８０のポリオール４０〜５０重
   量％，トリエタノールアミンにエチレンオキシドおよび
   プロピレンオキシドを付加して得られるＯＨ価３００〜
   ４００のポリオール１０〜２０重量％，グリセリンにプ
   ロピレンオキシドを付加して得られるＯＨ価４５０〜５
   ００のポリオール１５〜２５重量％，シュークローズに
   プロピレンオキシドを付加して得られるＯＨ価４００〜
   ４５０のポリオール５〜１０重量％，ビスフェノールＡ
   にエチレンオキシドを付加して得られるＯＨ価２００〜
   ３００のポリオール５〜１５重量％を含む平均ＯＨ価が
   ３５０〜４５０である該ポリオールとを触媒，整泡剤，
   ポリオール混合物１００重量部に対して２.０〜２.５重
   量部の水および１０〜１４重量部のシクロペンタンを組
   み合せた硬質ポリウレタンフォームの断熱材で構成する
   ことを特徴とする冷蔵庫の断熱箱体および断熱扉。
6. 【請求項６】硬質ポリウレタンフォームのイソシアネー
   ト成分がジフェニルメタンジイソシアネート系の多核体
   に２５重量％以下のトリレンジイソシアネート系を含有
   する混合物と、ポリオール成分がトリレンジアミンにエ
   チレンオキシドおよびプロピレンオキシドを付加して得
   られるＯＨ価３８０〜４８０のポリオール４０〜５０重
   量％，トリエタノールアミンにエチレンオキシドおよび
   プロピレンオキシドを付加して得られるＯＨ価３００〜
   ４００のポリオール１０〜２０重量％，グリセリンにプ
   ロピレンオキシドを付加して得られるＯＨ価４５０〜５
   ００のポリオール１５〜２５重量％，シュークローズに
   プロピレンオキシドを付加して得られるＯＨ価４００〜
   ４５０のポリオール５〜１０重量％，ビスフェノールＡ
   にエチレンオキシドを付加して得られるＯＨ価２００〜
   ３００のポリオール５〜１５重量％を含む平均ＯＨ価が
   ３５０〜４５０である該ポリオールとを触媒，整泡剤，
   ポリオール混合物１００重量部に対して２.０〜２.５重
   量部の水および１０〜１４重量部のシクロペンタンを組
   み合せた硬質ポリウレタンフォームの断熱材で構成する
   ことを特徴とする冷凍庫の断熱箱体および断熱扉。