JP2006194560A

JP2006194560A - 冷凍システム用シール材

Info

Publication number: JP2006194560A
Application number: JP2005009076A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Uejima; 博光上島; Rie Machida; 利依町田; Masahiko Kano; 雅彦加野; Misato Fujinuma; 美里藤沼
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2006-07-27
Also published as: US20060160959A1

Abstract

【課題】シール材の材質としてＥＰＤＭを採用し、作業性、シール性、耐発泡性、耐熱性、及び耐久性に優れ、さらにその上、ＮＢＲ系ゴム材料と比較して安価となる冷凍システム用シール材を提供する。
【解決手段】過酸化物加硫されたＥＰＤＭを主体とするゴム成形物を有し、ポリマー分が６０％以上であることにより、安定した作業性、シール性、耐発泡性、耐熱性、及び耐久性を確保することができ、また、発泡割れの発生を低減することが可能となった。さらにその上、ＥＰＤＭを採用することにより、ＮＢＲ系ゴム材料と比較して安価な冷凍システム用シール材。
【選択図】なし

Description

本発明は、車両用空調装置等の冷凍システムの圧縮機、熱交換器、配管等の接続部からの冷媒の漏れを防止する冷凍システム用シール材に関し、特に近年、代替フロンとして注目されているＨＦＣ−１５２ａを冷媒とする冷凍システムに用いて最適な冷凍システム用シール材に関する。

従来より、車両用空調装置等の冷凍システムには、圧縮機、熱交換器、配管等の接続部からの冷媒漏れ防止を目的とした様々なシール材が用いられている。このような冷凍システム用シール材のゴム材料として、一般にアクリロニトリル・ブタジエン・ラバー（以下、ＮＢＲという）又は水素化ＮＢＲ等のＮＢＲ系ゴム材料やエチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体（以下、ＥＰＤＭという）等のオレフィン系ゴム材料が知られている。このようなゴム材料を冷凍システムのシール材に適用するには、機械的特性に優れ、シール材に要求される低圧縮永久歪みや接触媒体との適合性を備えており、さらに、冷媒による発泡割れ（ブリスタ）を起こさないことが要求される。

冷凍システムのシール材に適用可能なゴム材料の一例として、ＮＢＲ系ゴム材料が挙げられる。このＮＢＲ系ゴム材料は耐熱性、耐油性等の物理的特性に優れるため、従来からＯリング、ガスケットやシャフト等のシール材として用いられてきた（例えば、特許文献１）。また、ＥＰＤＭは、耐寒性、耐候性等の物理的特性に優れるため、種々のゴム成形品のゴム材料として用いられてきた（例えば、特許文献２及び特許文献３）。

また、近年オゾン層の破壊を防止するために、従来より冷媒として使用されていたＣＦＣ（クロロフルオロカーボン）に代えて、分子中に塩素を含まないＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン）を代替フロンとして用いるようになってきた。このＨＦＣ類に区分される代替フロンとしては、例えばＨＦＣ−１３４ａ（ＣＨ₂ＦＣＦ₃）やＨＦＣ−１５２ａ（ＣＨ₃ＣＨＦ₂）等がある。
特開２００３−１１９３２０号公報特開２０００−２９１５４７号公報特開２００２−２１２３６２号公報

しかしながら、近年の冷凍システムの小型化と高速化等に伴い、圧縮機の運転環境は苛酷になってきている。これにより、シール材として適しているＮＢＲ系ゴム材料であっても耐熱性に問題を生じることがあった。特に水素化ＮＢＲは高価である上に特殊な製法で加工するため、設置コストが上昇してしまうという問題があった。

また、冷媒であるＨＦＣ−１５２ａとＨＦＣ−１３４ａの各分子量を比較すると、ＨＦＣ−１５２ａ≒６６，ＨＦＣ−１３４ａ≒１０２であり、同一重量の場合にはＨＦＣ−１５２ａの方が体積が大きくなる。即ち、従来のＮＢＲ系ゴム材料やＥＰＤＭをシール材として用いた冷凍システムにおいて、冷媒がＨＦＣ−１５２ａである場合には、冷媒がＨＦＣ−１３４ａである場合と比べて、圧縮機の熱で蒸発したＨＦＣ−１５２ａがゴム材料の分子の隙間に入り込んだ際にＨＦＣ−１５２ａの体積の影響からシール材に発泡割れが生じ易くなるという問題があった。

一方、耐発泡割れ性を高めるために極端にゴム硬度を高めたり無機充填剤料の含有量を高めると、機器等への装着性が低下したり、圧縮永久歪み特性が悪化し、シール性、耐久性が低下するおそれがある。また、カーボン系無機充填剤料を添加すると耐発泡割れ性は改善されるが、ゴムの混練性が悪化するため、ゴムの成形性が低下してしまう。そして、ゴムの成形性向上のためにステアリン酸亜鉛等の加工剤を多用すると、冷媒の抽出により生じたシール材の空隙に液冷媒が侵入し易くなり、逆に耐発泡割れ性が低下してしまうといった問題が生じてしまっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シール材の材質としてＥＰＤＭを採用し、作業性、シール性、耐発泡性、耐熱性、及び耐久性に優れ、さらにその上、ＮＢＲ系ゴム材料と比較して安価となる冷凍システム用シール材を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の冷凍システム用シール材は、冷媒としてＨＦＣ−１５２ａを用いた冷凍システムからの冷媒漏れを防止する冷凍システム用シール材であって、過酸化物加硫されたＥＰＤＭを主体とするゴム成形物からなり、ゴム成形物のポリマー分が６０％以上である構成となっている。

また、請求項２は、請求項１記載の冷凍システム用シール材を冷凍システムのうちの冷凍機用圧縮機に用いた構成となっている。

また、請求項３は、請求項１又は請求項２記載の冷凍システム用シール材において、ゴム成形物は、ＥＰＤＭ１００重量部に対し、非カーボン系充填剤を１０重量部〜６５重量部含有する構成となっている。

さらに、請求項４は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の冷凍システム用シール材において、ゴム成形物のデュロメータ硬さは、６０〜９０である構成となっている。

本発明によれば、冷凍システム用シール材が過酸化物加硫されたＥＰＤＭを主体とするゴム成形物を有し、ポリマー分が６０％以上であることにより、安定した作業性、シール性、耐発泡性、耐熱性、及び耐久性を確保することができ、また、発泡割れの発生を低減することが可能となった。さらに、ＥＰＤＭを採用することにより、ＮＢＲ系ゴム材料と比較して安価な冷凍システム用シール材を提供することができる。

本発明の冷凍システム用シール材であるゴム成形物は、過酸化物加硫により製造されたＥＰＤＭを主成分とする。このＥＰＤＭは、作業性、シール性、耐発泡性、耐熱性、及び耐久性等の諸特性を損なうことのない範囲内において、同種材質や例えばクロロプレンゴム、塩素化ポリエチレン、水素化ＮＢＲ等の他の成分を混合させた物質も含んでいても良い。尚、ＥＰＤＭを主成分としたゴム成形物は、他の成分が混合される割合が高まると、シール材と冷媒との溶解性定数が近接していくので化学的親和性が高まり、膨潤の増大や耐発泡性の悪化を招くおそれがある。

また、本発明の冷凍システム用シール材であるゴム成形物は、ＥＰＤＭ１００部に対して１０重量部〜６５重量部の非カーボン系充填剤を配合しても良い。この非カーボン系充填剤としては、シリカ系のほか、ゴム補強効果のある例えば酸化亜鉛等であっても良い。尚、上記非カーボン系充填剤が１０重量部未満の場合には、ＨＦＣ−１５２ａに対する耐発泡性が低下してシール性に劣るという問題が生じる。また、上記非カーボン系充填剤が６５重量部を超える場合には、ゴム成形物の圧縮永久歪みが大きくなり、シール耐久性に劣るという問題が生じる。また、本発明の冷凍システム用シール材であるゴム成形物に配合される充填剤としてカーボンブラックを用いると、ＨＦＣ−１５２ａ用の冷凍機油、例えばポリアルキレングリコールに対する体積変化率がマイナス傾向となり、シール部材としての機能上の問題が発生し易くなってしまう。

本発明の冷凍システム用シール材であるゴム成形物のデュロメータ硬さは、ＪＩＳＫ６２５３に準拠して測定される。このデュロメータ硬さは、６０〜９０が好ましく、より好ましくは６５〜８５である。デュロメータ硬さが６０未満の場合には、機械的強度に劣るため、特に高圧下において変形が発生してシール性が低下したり、また、冷媒であるＨＦＣ−１５２ａの接触による発泡割れが生じ易くなり冷媒ガス漏洩を起こす原因となる。一方、デュロメータ硬さが９０を超える場合には、弾力が低下するため、製品への装着性やシール性の面で不都合が生じる。尚、ゴム成形物のデュロメータ硬さは、使用するゴムの分子量や架橋密度、充填剤の量等を操作することにより適宜調整することができる。

さらに、ゴム成形物のポリマー分は、６０％以上であることが好ましく、より好ましくは６０％〜８５％である。ゴム成形物のポリマー分を６０％以上に設定することにより、冷凍システム用シール材は安定した作業性、シール性、耐発泡性、耐熱性、及び耐久性を確保することができ、また、発泡割れの発生を低減することが可能となる。尚、ポリマー分が６０％未満の場合は、ゴム弾性が低下するとともに圧縮永久歪が高くなるために、冷凍システム用シール材の耐久性に悪影響を与えるおそれがある。また、ポリマー分が８５％を超えると、素材強度の向上が図り難くなったり、冷媒の影響を受け易い成分が増大するので耐発泡性が低下してしまうおそれがある。

実施例１〜２及び比較例１〜３により、本発明を具体的に説明する。なお、実施例１〜２及び比較例１〜３における物性試験は以下の方法で行った。
＜デュロメータ硬さ測定＞
ＪＩＳＫ６２５３に準拠して測定した。
＜引っ張り強さ・伸び測定＞
ＪＩＳＫ６２５１に準拠して測定した。
＜圧縮永久歪み率測定＞
ＪＩＳＫ６２６２に準拠した試験方法に基づき、１５０℃の温度で７２時間試験を行い測定した。
＜発泡割れ性＞
各加硫シートから２５ｍｍ×５０ｍｍの試料を採取し、この試料を耐圧容器に封入して密閉する。そして、試料が充分浸漬するだけのＨＦＣ−１５２ａ液冷媒を封入して、室温にて２４時間放置後、急速に冷媒を除去し直ちに試料を１５０℃の恒温槽に入れ、所定時間保持した後に発泡した数を計測した。

また、以下の実施例１，２及び比較例１〜３は、何れも冷凍システム用シール材に適用可能で、且つ、ＥＰＤＭ成形材料の一つである加硫シートを表１に示す組成によって作製し、上記の方法で物性試験を行ったものである。その結果を表１に示す。

［実施例１］
表１に示すように、ＥＰＤＭポリマーにシリカ系充填剤１２重量部、酸化亜鉛充填剤１８重量部、有機配合剤４１重量部を配合して製作したゴム硬化物（実施例１）は、デュロメータ硬さが６５と良好な取り扱い性を示した。また、引っ張り強度は１５ＭＰａ、圧縮永久歪みは１２％、発泡割れ数は０であった。

［実施例２］
表１に示すように、ＥＰＤＭポリマーに酸化亜鉛充填剤７重量部、有機配合剤４５重量部を配合して製作したゴム硬化物（実施例２）は、デュロメータ硬さが７０と良好な取り扱い性を示した。また、引っ張り強度は２０ＭＰａ、圧縮永久歪みは２７％、発泡割れ数は０であった。

［比較例１］
表１に示すように、ＥＰＤＭポリマーにカーボンブラック充填剤２３重量部、酸化亜鉛充填剤５重量部、有機配合剤３８重量部を配合して製作したゴム硬化物（比較例１）は、デュロメータ硬さが８０と良好な取り扱い性を示した。また、引っ張り強度は１８ＭＰａ、圧縮永久歪みは２４％、発泡割れ数は０であった。しかしながら、冷媒＋冷凍機油に７０℃で７２時間浸漬した後の体積変化率は−１．５％であり、体積収縮傾向を示した。

[比較例２］
表１に示すように、ＥＰＤＭポリマーにカーボンブラック充填剤２６重量部、酸化亜鉛充填剤１６重量部、有機配合剤３６重量部を配合して製作したゴム硬化物（比較例２）は、デュロメータ硬さが７９と良好な取り扱い性を示した。また、引っ張り強度は１８ＭＰａ、発泡割れ数は０であった。しかしながら、圧縮永久歪みは３６％と比較的大きく、冷媒＋冷凍機油に７０℃で７２時間浸漬後の体積変化率は−２．３％と体積収縮傾向を示した。

［比較例３］
表１に示すように、ＥＰＤＭポリマーにシリカ系充填剤２６重量部、酸化亜鉛充填剤１９重量部、有機配合剤４１重量部を配合して製作したゴム硬化物（比較例３）は、デュロメータ硬さが６５と良好な取り扱い性を示した。また、冷媒＋冷凍機油に７０℃で７２時間浸漬後の体積変化率は０％であり、全く体積変化は認められなかった。しかしながら、引っ張り強度は１０ＭＰａと初期特性に劣り、また圧縮永久歪みは３４％と比較的大きく、発泡割れ数は５であり、シール性に問題が認められた。

Claims

冷媒としてＨＦＣ−１５２ａを用いた冷凍システムからの冷媒漏れを防止する冷凍システム用シール材であって、
過酸化物加硫されたエチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体（以下、ＥＰＤＭという）を主体とするゴム成形物からなり、
該ゴム成形物のポリマー分が６０％以上である
ことを特徴とする冷凍システム用シール材。
前記冷凍システムのうちの冷凍機用圧縮機に用いた
ことを特徴とする請求項１記載の冷凍システム用シール材。
前記ゴム成形物は、前記ＥＰＤＭ１００重量部に対し、非カーボン系充填剤を１０重量部〜６５重量部含有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷凍システム用シール材。
前記ゴム成形物のデュロメータ硬さは、６０〜９０である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の冷凍システム用シール材。