JP2006258128A - 空調装置用エラストマ製ホース - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＯ₂冷媒の漏洩を著しく低減でき、柔軟性があり、機器類等から生じる振動を吸収し、その接合部分の緩み亀裂等の発生を防止することができる改善された空調装置用エラストマ製ホースを提供する。
【解決手段】 ホース１は、その最内層にＣＯ₂透過率が４０℃において、８．７５×１０^-14で、７０℃において、３．７５×１０^-13（cc・cm／cm²・sec・cmHg）以下の性能を有する樹脂バリア層２が設けられている。樹脂バリア層は、基材樹脂、例えばＰＥＴ，ＰＡ、に結晶化度が高い材料、例えばポリアクリル酸、の薄膜を施した高機能材料を使用する。樹脂バリア層の外周には中間ゴム層３、補強層４、外面ゴム層５が順に従来同様に設けられる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空調装置用エラストマ製ホースに関するものであり、特に冷媒として二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いる自動車用空調装置に用いるエラストマ製ホースに好適なものである。

従来、自動車用空調装置に用いる冷媒として、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）やハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）等のフロン系冷媒が使用されており、これらのフロン系冷媒を冷凍サイクル内を循環させるための配管系として、フロン系冷媒ガスの漏洩を防止するために、ニトリルゴム、ブチルゴム或いはポリアミド樹脂とゴムの混合物等、フロンガスバリア性の高い材料を含有しているガスバリア性内層を内管の内側に配置したホースが使用されている。

しかしながら、これらのフロン系冷媒はその構造中に塩素を含んでおり、冷媒使用中に少量、また冷媒廃棄に際しては大量に大気中に放出されて成層圏に到達して光分解を起こし、それにより生成する塩素原子が成層圏内のオゾン層を破壊して地球環境に悪影響を与えることが問題となっている。
そこで、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）が上記フロン系冷媒に対する代替冷媒として提案されており、この冷媒は塩素原子を含まないのでオゾン層を破壊することはない。

しかしながら、上記ＨＦＣ，ＣＦＣ，ＨＣＦＣはいずれも赤外線吸収能が極めて大きく、高い温室ガス効果を示し、その地球温暖化係数は二酸化炭素（ＣＯ₂）の数百〜数万倍の値を有し、これらフロン系冷媒の大気中への放出による地球温暖化が懸念されている。

このような事情から、近年では上記フロン系冷媒に代わる冷媒として、二酸化炭素、アンモニア、ＬＰＧ等の塩素を含まないためオゾン層を破壊することなく、かつ地球温暖化係数の著しく低いものが検討されている。これらのうち、引火性、爆発性が少なく、人体に無害で悪臭のない、化学的・物理的に安定で金属を侵さず油を劣化させることがないといった冷媒に要求される諸特性を兼ね備えるものとしては、二酸化炭素（ＣＯ₂）が最も適しているものである。

しかしながら、ＣＯ₂は樹脂・ゴムに対する溶解度が高く、ガス透過性も極めて高いため、上述したニトリルゴム、ブチルゴム、或いはポリアミド樹脂とゴムの混合物等からなるガスバリア性内層をもつ内管に用いた従来のホースを使用すると、ＣＯ₂の漏洩が大きく、冷媒を頻繁に補充しなければならず、実用に供しないという欠点があった。

また、このようなＣＯ₂の漏洩を防止するために、配管として金属管を使用することも検討されているが、これら金属管は、直接接続される圧縮機等の機器類或いはエンジン等の他の機器類から生じる振動によって、金属管と直接接続される機器類との接合部分に緩みや亀裂を生じ、これらの箇所から冷媒であるＣＯ₂が漏れ出すという問題が生じ、実用化に至っていない。

そこで、特許文献１に示された従来技術では、ガス不透過性材料として１００℃でのガス透過係数が２×１０^-10（cc・cm／cmHg・cm²・sec）以下の有機材料であって、その有機材料としてエチレン酢酸ビニル共重合体のケン化物、メタキシリレンジアミンとアジピン酸の共重合物、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン２，６ナフタレートから選ばれる一種以上のポリマーからなるもの等を利用してなるガス不透過性材料層を含有する内管を備えた冷媒輸送用エラストマ製ホースが示されている。

特開平１１−３２５３３０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された有機材料は、ガス透過係数が大きく、年間での洩れ量が、冷凍サイクルの低圧側ホース及び高圧側ホースを合わせて１３０ｇ以上となる可能性があり、到底実用化できるとは言い難いものであった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の材料に比べ、気体透過係数と弾性率に優れた材料を採用し、二酸化炭素冷媒の透過・漏洩を著しく低減すると共に、柔軟性があり、機器類等から生じる振動を吸収し、機器類等との接合部分に緩み、亀裂等の不具合が発生するのを防止することができる改善された空調装置用エラストマ製ホースを提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の空調装置用エラストマ製ホースを提供する。
請求項１に記載の空調装置用エラストマ製ホースは、最内層にガス透過率が４０℃において８．７５×１０^-14、７０℃において３．７５×１０^-13（cc・cm／cm²・sec・cmHg）以下のＣＯ₂透過係数の性能を有する樹脂バリア層が設けられているものであり、これにより、ＣＯ₂冷媒の透過・漏洩を著しく低減することができ、冷媒の外気への洩れを防止することができる。

請求項２の該ホースは、樹脂バリア層が基材樹脂に結晶化度が高い薄膜を施した高機能材料を使用するものであり、これにより、引張り耐久後においても性能低下を抑制することができる。
請求項３の該ホースは、樹脂バリア層の結晶化度が高い薄膜としてポリアクリル酸を使用したものである。

請求項４の該ホースは、樹脂バリア層よりも外層に、アラミド繊維のブレード編もしくはナイロン繊維のブレード編を二重に編組した補強糸層を設けたものであり、これにより、ホースの耐圧性を向上できると共に、その変形を防止することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の空調装置用エラストマ製ホースについて説明する。本発明の空調装置用エラストマ製ホース（以下、単に「ホース」という）は、ＣＯ₂を冷媒として用いる冷凍サイクルを利用している自動車用空調装置における機器間を接続する配管系に好適には使用される。図１は、本発明の実施の形態の空調装置用エラストマ製ホースの構造を説明する図である。ホース１は、その最内層に設けられた樹脂バリア層２と、その上に積層された中間ゴム層３と、更にその上に被覆された補強層４及び最外層である外面ゴム層５の４層から基本的に構成されている。

樹脂バリア層２は、ホース１内を通るＣＯ₂冷媒が透過し漏洩するのを防ぐために設けられるものであり、本実施形態では、４０℃において８．７５×１０^-14（cc・cm／cm²・sec・cmHg）、７０℃において３．７５×１０^-13（cc・cm／cm²・sec・cmHg）以下のＣＯ₂透過係数の性能を有する有機材料から構成されている。なお、このＣＯ₂透過係数は、ＪＩＳ Ｋ ７１２６「プラスチックフィルム及びシートの気体透過度試験方法」に準じて測定された値である。ＣＯ₂透過係数が上記数値を越えると、ホース１がＣＯ₂冷媒ガスの透過量が大きいものとなり、空調システム系外にＣＯ₂冷媒ガスを放出してしまい、性能の劣化を招くので、早期にＣＯ₂冷媒を補充する必要が生じ、実用に供しないものとなる。

また、樹脂バリア層２の有機材料としては、樹脂バリア層２での振動吸収性をも考慮して、ＣＯ₂透過係数と弾性率との関係が、弾性率５００MPaの時、ＣＯ₂透過係数（率）が５×１０^-14、弾性率５００MPaの時、ＣＯ₂透過係数１×１０^-14以下（図２（ａ）の実線以下）の範囲にある材料を選定している。

図２（ａ）は、各種材料におけるＣＯ₂透過係数（率）と弾性率との関係を示す図である。図において、縦軸はＣＯ₂透過率（係数）１０^-10（cc・cm／cm²・sec・cmHg）を表し、横軸は弾性率（MPa）を表している。また、黒菱形は、母材を、黒四角は母材に樹脂バリア層を設けた、耐久試験前のサンプルを、白四角は母材に樹脂バリア層を設けた、耐久試験後のサンプルをそれぞれ示している。サンプルの耐久試験は、図２（ｂ）に示すような試験方法により行っている。即ち、幅７cm、長さ１０cmのサンプルＳの両端をチャックＣし、室温で５％伸長する引張り応力を１０万回繰り返すことによって耐久試験を行った。

サンプルとしては、エチレンビニルアルコール共重合物（ＥＶＯＨ）、ポリビニールアルコール（ＰＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（ＳＴ８１１ＨＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等を使用している。なお、ＥＶＯＨ＋ＰＶＤとは、ＥＶＯＨをＰＶＤ法により表面処理したことを示している。

この実験の結果、ＣＯ₂透過係数と弾性率との関係が、図２（ａ）の実線以下となる材料にＥＶＯＨ＋ＰＶＤ，ＰＶＯＨ，ＰＶＯＨ＋ＰＶＤ等があるが、ＥＶＯＨ＋ＰＶＤ，ＰＶＯＨ＋ＰＶＤは引張り耐久試験後の性能が落ち、またＰＶＯＨは吸湿時に性能が大きく落ちる欠点がある。
そのため、樹脂バリア層２の材料としては、ＰＥＴ又はナイロンを基材として表面に結晶化度の高い薄膜、例えば変性ポリアクリル酸、を塗布すればよいことが分った。例として、ＰＥＴ、ポリアミド（ナイロン：ＰＡ）にポリアクリル酸を塗布したベセーラ（株式会社呉羽化学の商品名）は、材料として好適である。このベセーラはハイバリア性を有するため食品包装の分野において用いられ、さらにレトルト可能であることで広がりを見せている材料ではあるが、空調装置用エラストマ製ホース１の内面の樹脂バリア層２に用いることは、全く知られていないものである。
また、この樹脂バリア層２は、引張り繰返し耐久試験後においても、性能低下の少ない材料であることが必要である。

一方、中間ゴム層３を形成する材料は、特に制限されるものではないが、外気からの水分混入を防止し、振動を減衰させ、柔軟性を損わないものが好適であり、各種樹脂、ゴムが使用可能である。例えば、ブチルゴムやアクリロニトリルブタジエンゴムなどのゴム、オレフィン系共重合体、オレフィン系、スチレン系、ポリアミド系、塩ビ系、フッ素系等の熱可塑性エラストマが好適である。

また、補強層４は、耐圧等のホース強度の保持及び加圧による変形を防止するホース形状の保持等のために設けられるものである。補強層４に使用される優れた耐圧性能を有する材料としては、アラミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の有機繊維が挙げられ、これらをブレード編等で編組したものを２重にして補強層４を形成する。

更に外面ゴム層５は、補強層４のばらけの防止及び接触等による補強層４の傷付き防止、また耐候性、耐熱性、耐液（耐油）性等、ホース１の設置場所により必要とされる耐環境性を高める目的で、補強層４の外側に設けられる。外面ゴム層５の材料としては、かかる目的に合致し、ホース全体の柔軟性を損わないものが好ましく、例えばスチレン−プロピレンゴム等の樹脂・ゴムや熱可塑性エラストマ等が挙げられる。

本実施形態のホース１は、例えば樹脂バリア層２をチューブ状に押し出して、必要に応じてチューブ表面に接着剤塗布を行い、次いでこの樹脂バリア層２の外側に中間ゴム層３を押し出し被覆して内層を形成した後、補強糸を編組して内層に巻回して補強層４とし、更にこの補強層４の外周に外面ゴム層５を押し出し被覆して外層を形成し、得られたチューブ状一体物をホース形状に整えて加硫することで容易に製造できるものである。

上記のように構成された本実施形態のホース１では、最内層の樹脂バリア層２として、ＣＯ₂ガス透過率が４０℃において、８．７５×１０^-14で、７０℃で３．７５×１０^-13（cc・cm／cm²・sec・cmHg）以下である、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ナイロン：ＰＡ）基材に結晶化度が高い薄膜（例えば、ポリアクリル酸）を塗布したものを使用しているので、従来、Ｒ１３４ａ冷媒で用いられていたＳＴ８１１ＨＳ（ナイロン）に比べガス透過率を非常に小さくすることができ、ＣＯ₂の洩れ量を少なくすることができる。また、ＳＴ８１１ＨＳに比べ弾性率が大きくなっても、樹脂バリア層２の厚さを薄くすることで振動減衰効率の低減を防止することができる。

また、現在ＣＯ₂冷媒を用いた自動車用空調装置においては、金属蛇腹ホースを使用しているが、本発明のエラストマ製ホースを使用することで、コストを大幅に低減することが可能となる。また、金属製ホースからエラストマ製ホースに代えることで、重量も減少することができる。

本発明の実施の形態の空調装置用エラストマ製ホースの構造を説明する図である。 （ａ）は、各サンプル材料のＣＯ₂透過率と弾性率との関係を示す図であり、（ｂ）は、サンプル材料の耐久試験方法を説明する図である。

符号の説明

１ 空調装置用エラストマ製ホース（ホース）
２ 樹脂バリア層
３ 中間ゴム層
４ 補強層
５ 外面ゴム層
Ｓ サンプル
Ｃ チャック

Claims (4)

1. 二酸化炭素を冷媒として使用する空調装置に適用される空調装置用エラストマ製ホースであって、最内層にガス透過率が４０℃において８．７５×１０^-14（cc・cm／cm²・sec・cmHg）、７０℃において３．７５×１０^-13（cc・cm／cm²・sec・cmHg）以下の二酸化炭素ガス透過係数の性能を有する樹脂バリア層を有することを特徴とする空調装置用エラストマ製ホース。
2. 前記樹脂バリア層が基材樹脂に結晶化度が高い薄膜を施した高機能材料を使用していることを特徴とする請求項１に記載の空調装置用エラストマ製ホース。
3. 前記樹脂バリア層の結晶化度が高い薄膜としてポリアクリル酸を使用していることを特徴とする請求項２に記載の空調装置用エラストマ製ホース。
4. 前記樹脂バリア層よりも外層に補強糸層を備えていて、前記補強糸層がアラミド繊維のブレード編もしくはナイロン繊維のブレード編を二重に編組したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空調装置用エラストマ製ホース。

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