JP2005003110A

JP2005003110A - シール部材の接合構造

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Publication number: JP2005003110A
Application number: JP2003167759A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Inagaki; 伸一稲垣; Masayuki Takeuchi; 雅之竹内; Arata Iida; 新飯田
Original assignee: Denso Corp; Gomuno Inaki Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Gomuno Inaki Co Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4342845B2; DE102004028029A1; DE102004028029B4

Abstract

【課題】冷媒ガスのＯリングからの界面漏れを防止できるシール部材の接合構造を提供すること。
【解決手段】内管部材２と外管部材３との接合部において、内管部材２には、第１のＯリング１１と第２のＯリング１２を装着するシール溝２１を形成する。第１のＯリング１１は耐ブリスタ性に優れた材料で形成して冷媒通路１側に配置し、第２のＯリングは耐ガスバリヤ性に優れるとともに塑性変形しやすい材料で形成して大気側に配置する。内管部材２には、シール溝２１付近に凸部堰２２を形成するとともに、大気側付近に凹部堰２３を形成する。高圧の冷媒によって、塑性変形した第２のＯリング１２は粘状の塑性変形部１２ａを凸部堰２２又は凹部堰２３側に吹出して、凹部堰２３で堰止めする。これによって、塑性変形部１２ａが隙間Ｈ、Ｈ２を埋めて冷媒ガスの外部流出を防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、次世代冷媒（特に炭酸ガスやそれに類するもの）が高圧で使用される配管継手におけるシール部材の接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、フロン規制により、エアコンディショナーや冷蔵庫等の冷凍機の代替冷媒として、フロンに替わる次世代冷媒、例えば、炭酸ガスやそれに類するガスが注目されるようになってきた。これらの次世代冷媒における冷凍サイクルでは、高圧部の圧力が冷媒の臨界圧力を超えて運転される冷凍サイクルとなっていることから、流体の漏洩防止のために装着されるシール材・構造体も耐圧を有して構成される必要が生じるとともに、透過性が高いという特徴を有する次世代冷媒に対して、冷媒の大気への放出を防止する対策が検討されてきた。
【０００３】
従来におけるこの対策のひとつには、特許文献１に示されるように、一つのジョイント溝内に２つのＯリング（又はガスケット）を用いて構成したものが提供されている。
【０００４】
この公報によれば、図５に示すように、溝３１内に配置される２つのＯリングのうち、冷媒側に配置されるＯリング３２は、耐ブリスタ性に優れかつ耐ガスバリヤ性に劣るものを使用し、大気側に配置されるＯリング３３は、耐ガスバリヤ性に優れかつ耐ブリスタ性に劣るものを使用していた。これによって、冷凍機器のシール部３０における耐ガス透過性を向上できることから、冷凍機器のシール部３０と２つのＯリング３２・３３との界面からの冷媒の大気への流出を防止できることとなっていた。
【０００５】
又、別の対策のひとつは、円筒シール構造にかかわるものであって、特許文献２に示されている。これによると、図６に示すように、一方の部材３６のシール溝３６ａにＯリング３５を装着して、他方の部材３７との間に形成される直径隙間３８間に樹脂材３９を塗布して冷媒の大気への放出を防止している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−４２５１公報（第３−５頁、図３）
【特許文献２】
特開２００１−３４９４３２公報（第３−４頁、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のシール構造のうち、前者の場合、大気側に配置される耐ガスバリヤ性に優れたＯリング３３は、Ｏリング３３自体を透過する冷媒ガスを防止することはできるものの、Ｏリング３３が巻装される溝の面粗度には限界があることから、Ｏリング３３との接触面、つまり冷媒ガスの界面漏れが発生して、冷媒ガスが大気に放出されることとなっていた。
【０００８】
後者の場合では、メンテナンス時における再分解が不能であったり、樹脂材３９がシール面に付着して残ったりして、Ｏリング３５の交換に当たってシール性能を低下させる原因となっていた。
【０００９】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、冷媒の界面漏れによる大気側への流出を極小にして冷媒漏洩防止を図るとともに、シール部材の交換にあたって再分解してもシール性能を低下することのないシール部材の接合構造を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るシール部材の接合構造は、上記の課題を解決するために、以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の発明では、二部材の接合部において、冷媒側に配置する第１シール部材と大気側に配置する第２シール部材とを備えて冷媒の漏洩を防止するシール部材の接合構造であって、
前記第１シール部材は、耐ブリスタ性に優れた材料で形成され、前記第２シール部材は、冷媒の圧力によって塑性変形を起こしやすい材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
二部材の接合部においては、高圧の冷媒ガスが、管内を通ることによって第１シール部材・第２シール部材に圧力を掛けることとなる。接合部が第１シール部材・第２シール部材によってシールされていることから、第１シール部材・第２シール部材の冷媒側において透過されずに滞留されることとなる。内圧が掛けられた第１シール部材は耐ブリスタ性を有して形成されていることから、第１シール部材に発生する気泡や亀裂を防止することができる。
【００１２】
一方、冷媒ガスの内圧によって、第２シール部材は塑性変形を起こすことになり、塑性変形を起こした第２シール部材の一部は二部材間に形成される直径隙間に吹出すように流れ出て隙間を埋めることになる。この第２シール部材の塑性変形による吹出しによって二部材間の隙間を埋めることが、冷媒ガスの界面漏れによる大気への放出を防止することになる。
【００１３】
従って、この発明では、高圧の冷媒ガスが流れていても、第１シール部材の気泡や亀裂の発生を防止するとともに、冷媒ガスの界面漏れによる大気への微小漏れを防止できることとなる。
【００１４】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明による構成であって、前記接合部の大気側には、塑性変形された前記第２シール部材が前記二部材間の隙間内に吹出して吹出し部を形成するための吹出し部形成手段、及び塑性変形された前記第２シール部材の外部へのはみ出しを防止するはみ出し防止手段が設けられている。
【００１５】
請求項１の発明の構成によって、塑性変形を起こした第２シール部材の直径隙間への吹出しは、ニ部材間の大気側に通じる隙間内に配置された吹出し形成手段によって、吹出された第２シール部材の塑性変形部を貯留することとなって隙間を埋めることとなりシール性を向上するとともに、シール部材にかかる内圧の程度によって吹出し形成手段からはみ出す塑性変形部の量を制御することができる。
【００１６】
また、接合部の大気側に形成されたはみ出し防止手段によって大気側に流れようとする第２シール部材の変形延設部を隙間内に貯留することとなって、接合部の外部へのはみ出しを防止でき、外部にはみ出さないことによって外観の見栄えを低下させないこととなる。
【００１７】
また、請求項３記載の発明では、前記第２シール部材が、ショアーＡ型３０〜９０の剛性を有する粘弾性体であって、素材のｔａｎ−δが０．１５以上に構成することから、冷媒通路内の内圧によって、容易に積極的に塑性変形を起こすことができる。そのために第２シール部材は、二部材間の接合部において直径隙間内を埋めることができ、冷媒ガスの大気への微小漏れを防止できるとともに、適度な硬さを有することによって、過剰な塑性変形や塑性変形不足にならず、シール部材を交換する際に、埋め込まれた第２シール部材のはみ出し部の除去を容易に行えることとなって、メンテナンスを容易に行なえるとともにシール性の低下を防止できる。
【００１８】
さらに、請求項４記載の発明では、前記第２シール部材を形成する可塑性エラストマーのソフトセグメントが、完全架橋又は部分架橋タイプで構成されていることから、完全架橋又は部分架橋タイプに構成された熱可塑性エラストマーが冷媒通路内の内圧により容易に流動性を発揮できることとなって、請求項３記載の発明と同様の効果を達成することができる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明では、前記第２シール部材が、ソフトセグメントにＩＩＲ系を含む熱可塑性エラストマーであることから、ＩＩＲ系ソフトセグメントを有する熱可塑性エラストマーが、イソブチレン成分の持つ流動性特性により、圧力発生時の塑性変形を容易に期待でき、やはり、請求項３記載の発明と同様の効果を達成することができる。
【００２０】
また、請求項６記載の発明では、前記第１シール部材が、非極性系の加硫ゴム又は溶解度を極小に抑える処方を施すことによって、炭酸ガスを透過しにくいという特性を備えることにより、耐ブリスタ性を有することとなって、冷媒通路を通る高圧の冷媒ガスによって、第１シール部材に気泡を発生させたり、亀裂を発生させたりすることがない。
【００２１】
また、請求項７記載の発明では、前記吹出し部形成手段が、二部材の接合部における大気側の隙間に形成される突起部であることから、直径隙間に吹出した第２シール部材の塑性変形部が、突起部でその流れを止めることになって、吹出し部に第２シール部材の塑性変形部を貯留することができる。これによって吹出し部では二部材間の隙間を埋めることになって、冷媒の界面漏れを防止することができる。また、シール部材にかかる内圧の程度によって突起部からはみ出す塑性変形部の量を制御することができる。
【００２２】
さらに、請求項８記載の発明では、前記はみ出し防止手段が、二部材の接合部における大気側の隙間に形成される凹部であることから、例え、第２シール部材の塑性変形部が請求項７記載の発明による突起部を越えて二部材間の隙間内に流れ込んでも、二部材間の隙間内に変形して延設された第２シール部材の塑性変形部を隙間内で溜めることができ、溜めることによって、第２シール部材の外部へのはみ出しを防止するとともに、第２シール部材の塑性変形で二部材間の隙間を埋めることができることから、冷媒の大気への漏れを防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
実施形態のシール部材の接合構造は、例えば、自動車の冷凍サイクルを構成する配管継手に使用される。図１に示すように、この配管継手では、冷媒通路１を有する内管部材２と、内管部材２のシール溝２１に挿入する２種のシール部材（二重Ｏリング構成）１１・１２を介して嵌合する外管部材３とを有して構成されている。２種のシール部材１１・１２は、冷媒側に配置する第１のＯリング（図１中、上部）１１と、大気側に配置する第２のＯリング１２（図１中、下部）とが並設するように、内管部材２のシール溝２１に挿入されている。
【００２５】
第１のＯリング１１は、特に耐ブリスタ性に優れた材料で形成されている。耐ブリスタ性に優れた材料は、高圧の冷媒ガスが流通する際に、Ｏリングに亀裂を生じさせたり、気泡を生じさせたりすることに対して耐え得る材料であり、強度を有したゴム製の材料が使用される。耐ブリスタ性を有するものとしては、非極性系の加硫ゴム、例えば、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等の熱硬化性ゴム組成物で形成されるか、又は溶解度を極小に抑える処方を施した極性を有する加硫ゴム、例えば、フッ素ゴム、ニトリルゴム（水素添加ニトリルゴム）、クロロピレンゴム、クロロスルホン化ゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム等のゴム弾性を有する熱硬化性ゴム組成物、又は熱可塑性ゴム組成物、あるいはそれらをブレンドした組成物で形成され、特に好ましくは、炭酸ガスを透過しにくいブチルゴムやエチレンプロピレンゴム等の非極性の加硫ゴムを使用することが優れた特性を有することからよい効果が得られる。
【００２６】
又、第１のＯリング１１は、冷媒ガスが第１のＯリングを透過して外部に漏れないようにするためには、耐ガスバリヤ性も有していることが望ましい。
【００２７】
第２のＯリング１２は、耐ガスバリヤ性に優れるとともに、冷媒ガスの圧力によって塑性変形を起こしやすい材料、例えば、ソフトセグメントが完全架橋タイプ又は部分架橋タイプの熱可塑性エラストマー、例えば、オレフィン系エラストマー、ブチル系エラストマー、スチレン系エラストマー、又は、ＩＩＲ系ソフトセグメントを有する熱可塑性エラストマー、例えば、サントプレーン（商品名）、トレフシン（エーイーエスジャパン製）、住友ＴＰＥ（住友化学製）あるいは、半加硫ゴム（加硫度が６０％以下の状態）などが使用され、しかも、後述の表に示すように、ショアーＡ型３０〜９０の剛性を有する粘弾性体であって、素材のｔａｎ−δが０．１５以上（望ましくは０．３以上）であればよい。
【００２８】
粘弾性は、硬さと粘っこさとを含んだものであり、ゴム材料を含んだ高分子材料は両性質を共存しており、適度な硬さと適度な粘っこさを必要とする。硬さは硬度（ショアーＡ型）で示され、適度な硬さがないとブリスタ性に優れず、冷媒の圧力により亀裂や気泡の発生を起こすこととなり、又、粘性は、ｔａｎ−δで示され、粘っこさが少ないと塑性変形を起こしにくくなる。このｔａｎ−δは、複素弾性率の弾性体の大きさＥ′と粘性的大きさＥ″との比Ｅ″／Ｅ′で表され与えられた力の一部が熱に変わって失われることとなる。
【００２９】
硬度（ショアーＡ）と粘性（ｔａｎ−δ）との関係による第２のＯリング１２の塑性変形度（吹出し）や冷媒ガスの漏れ量は、各種の材料で実験したところ下記の表１に示す通りである。
【００３０】
なお、粘性（ｔａｎ−δ）の測定方法としては、２枚の金属板の間に対象となる材料で形成されたゴム柱（Φ２９、１２．７Ｌ）に挿入し、一対の金属板で圧縮した後、下方の金属板に強制振動を付与して上方の金属板から加速度の振動非を出力することによって測定する。この測定条件としては、常温２３℃で強制振動の周波数は１０Ｈｚで行うものとする。
【００３１】
これによると、硬さ（ショアーＡ）が５０〜７０、粘性（ｔａｎ−δ）が０．５以上のＩＩＲエラストマーでは、吹出しや漏れ量は良好であることを示しており、第２のＯリング１２に好適に使用することができる。
【００３２】
なお、「吹出し」とはＯリングが塑性変形してシール溝２１から隙間Ｈ内に流れ込むことを言う。
【００３３】
【表１】

一方、内管部材２と外管部材３との対向する面には僅かな隙間Ｈが形成され、内管部材２には、図２に示すようにシール溝２１から大気側に配置する部位に円周方向に沿って僅かな隙間Ｈ内に突出する突起部（以下、凸部堰という）２２が形成されている。この凸部堰２２は、第２のＯリング１２が冷媒ガスの圧力で圧力変形した場合の、塑性変形部１２ａの大気側に流れる量を制御するとともに、第２のＯリング１２が変形して隙間Ｈ内に吹出して延設された塑性変形部１２ａを貯留して吹出し部Ｈ０を形成することによって、冷媒ガスの界面漏れを防止するものである。
【００３４】
外管部材３の角部には面取り部３ａが形成され、内管部材２との間に比較的大きな隙間Ｈ１が形成され、さらに、内管部材２と外管部材３との半径方向における接合部においては僅かな隙間Ｈ２が形成され、内管部材２側には円周方向に沿って凹状部（以下、凹部堰という）２３が形成されている。この凹部堰２３は、凸部堰２２で制御された第２のＯリングの塑性変形部１２ａを貯留して隙間Ｈ２を埋めることによって、塑性変形部１２ａの外部への流出及び冷媒ガスの外部への漏れを防止するようにしている。
【００３５】
上記のように、第２のＯリング１２を塑性変形しやすい材料で形成して、高圧の冷媒で塑性変形部１２ａを形成し、塑性変形部１２ａを内管部材２と外管部材３との隙間（Ｈ又はＨ２）内に吹出すようにして隙間（Ｈ又はＨ２）内を埋めることによって、表２で示すように冷媒ガスの外部漏れを少なくする効果を得ることになる。
【００３６】
【表２】

なお、「制御あり」とは、ゴムの吹出し部を形成するための凸部堰２２あるいはゴムの外部へのはみ出しを防止する凹部堰２３を形成している場合を言い、「○」は外観上はみ出しによる外部への漏れ量が、１ｗｅｅｋで０．０３ｇ以下である場合である。
【００３７】
次に、上記のように構成されたシール部材の接合構造における作用を図１〜３に基づいて説明する。
【００３８】
冷媒通路１に高圧の冷媒ガスが流れると、一部の冷媒ガスは内管部材２と外管部材３との間の隙間Ｈから大気側に流出しようとする。しかし、内管部材２のシール溝２１には、２種類のＯリング１１・１２が装着されていて大気側への流出は防止される。
【００３９】
この際、冷媒圧力に押圧されて第１のＯリング１１及び第２のＯリング１２が変形し、冷媒ガスは、第１のＯリング１１とシール溝２１との接合面、あるいは第１のＯリング１１と外管部材３との接合面における界面から第２のＯリング１２側に流れることになる。
【００４０】
一方、第２のＯリング１２は、粘性の比重が高く塑性変形しやすい材料で形成されていることから、冷媒ガスの圧力によって塑性変形を起こすことになる。塑性変形部１２ａは、図２に示すように、シール溝部２１から内管部材２と外管部材３との間に形成された隙間Ｈ内に流れ、凸部堰２２により隙間Ｈ内で吹出し部Ｈ０を形成して塑性変形部１２ａを貯留するとともに、その量を制御しながら大気側に流れる。冷媒ガスの圧力がそれほど大きくない場合には、塑性変形部１２ａは凸部席２２で堰き止められて隙間Ｈを埋めることになる。第２のＯリング１２は耐ガスバリヤ性に優れていることもあって、冷媒ガスの大気側への流出を防止することとなる。
【００４１】
冷媒ガスの圧力が大きいと、図３に示すように、第２のＯリング１２の塑性変形部１２ａは、粘状となって凸部堰２２を通り越してさらに大気側に流れる。そして隙間Ｈ１で溜まるとともにさらに流れて凹部堰２３で隙間Ｈ２を埋めることとなる。塑性変形部１２ａが凹部堰２３内に溜まることによって、その流れは停止することとなり、冷媒ガスの大気側への流出はほぼ防止することとなる。
【００４２】
なお、シール溝２１から隙間Ｈの吹出し部Ｈ０に吹出した第２のＯリング１２の塑性変形部１２ａは、塑性変形により吹出しているだけであるから、内管部材２及び外管部材３の接触する壁部には固着することはなく、例えば、第２のＯリング１２を交換する場合に、容易に除去交換することが可能である。
【００４３】
上記のように、実施形態のシール部材の接合構造では、高圧の冷媒ガスが、管内を通ることによって第１のＯリング１１・第２のＯリング１２に圧力を掛けることになるが、第１のＯリング１１が、非極性系の加硫ゴム、例えば、ブチルゴムやエチレンプロピレンゴムの熱硬化性ゴム組成物で形成されるように炭酸ガスを透過しにくい耐ブリスタ性に優れたものを使用していることから、亀裂や気泡を発生させることはなく、冷媒ガスは第１のＯリング１１に接合するシール溝２１の壁や外管部材３の接合壁との間から界面漏れによって第２のＯリング１２側に流入する。
【００４４】
一方、第２のＯリング１２は、高圧の冷媒ガスによって塑性変形することから、第２のＯリング１２の塑性変形部１２ａがシール溝２１から隙間Ｈ側に吹出していくことになる。この吹出した塑性変形部１２ａは、凸部堰２２によって噴出し量が制御されて凹部堰２３で堰き止められる。凹部堰３で堰き止められた塑性変形部１２ａが隙間Ｈ２を埋めることとなって界面漏れによる大気への流出を防止することができるとともに、第２のＯリング１２が、オレフィン系エラストマー、ブチル系エラストマー、スチレン系エラストマー等の耐ガスバリヤ性で形成されていることから、第２のＯリング自体での透過を防止することになり、冷媒ガスの外部（大気側）への流出を防止することができる。
【００４５】
なお、このシール部材の接合構造では、上記に示す形態だけでなく、例えば、図４に示すように、内管部材２に形成されるシール溝２１内に、第１のＯリング１１と第２のＯリング１２とを仕切る仕切り壁２４を形成してもよい。内管部材２には、前述の形態と同様、凸部堰２２、凹部堰２３が形成されている。
【００４６】
シール溝２１に仕切り壁２４が設けられていても、第２のＯリング１２は高圧の冷媒ガスによって塑性変形することから、シール溝２１から凸部堰２２あるいは凹部堰２３側に向かって吹出すこととなる。
【００４７】
また、凸部堰あるいは凹部堰は、内管部材２でなく外管部材３に形成するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一形態によるシール部材の接合構造を示す断面図である。
【図２】図１における第２のＯリングの塑性変形を示す作用図である。
【図３】図１における第２のＯリングの塑性変形を示す作用図である。
【図４】別の形態によるシール部材の接合構造を示す一部断面部である。
【図５】従来のシール部材の接合構造を示す一部断面図である。
【図６】従来の別のシール部材の接合構造を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１冷媒通路
２内管部材
３外管部材
１１第１のＯリング
１２第２のＯリング
２１シール溝
２２凸部堰
２３凹部堰
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２隙間
Ｈ０吹出し部

Claims

二部材の接合部において、冷媒側に配置する第１シール部材と大気側に配置する第２シール部材とを備えて冷媒の漏洩を防止するシール部材の接合構造であって、
前記第１シール部材は、耐ブリスタ性に優れた材料で形成され、前記第２シール部材は、冷媒の圧力によって塑性変形を起こしやすい材料で形成されることを特徴とするシール部材の接合構造。
前記接合部の大気側には、塑性変形された前記第２シール部材が前記二部材間の隙間内に吹出して吹出し部を形成するための吹出し部形成手段及び塑性変形された前記第２シール部材の外部へのはみ出しを防止するはみ出し防止手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のシール部材の接合構造。
前記第２シール部材が、ショアーＡ型３０〜９０の剛性を有する粘弾性体であって、素材のｔａｎ−δが０．１５以上であることを特徴とする請求項１又は２記載のシール部材の接合構造。
前記第２シール部材が熱可塑性エラストマーであって、エラストマーのソフトセグメントが、完全架橋又は部分架橋タイプで形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載のシール部材の接合構造。
前記第２シール部材が、ソフトセグメントにＩＩＲ系を含む熱可塑性エラストマーであることを特徴とする請求項４記載のシール部材の接合構造。
前記第１シール部材が、非極性系の加硫ゴム又は溶解度を極小に抑える処方を施した極性を有する加硫ゴムを用いて構成されることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のシール部材の接合構造。
前記吹出し形成手段が、二部材の接合部における大気側の隙間に形成される突起部であることを特徴とする請求項２記載のシール部材の接合構造。
前記はみ出し防止手段が、二部材の接合部における大気側の隙間に形成される凹部であることを特徴とする請求項２記載のシール部材の接合構造。