JP5981329B2

JP5981329B2 - 冷却装置

Info

Publication number: JP5981329B2
Application number: JP2012272195A
Authority: JP
Inventors: 大作長田; 中野　立貴; 立貴中野; 森田　亮; 亮森田
Original assignee: Denso Corp; Gomuno Inaki Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Gomuno Inaki Co Ltd
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP2014118982A

Description

本発明は、フロンＲ１３４ａに対して用いられるシール用ゴム成形体を用いた冷却装置に関する。

フロンＲ１３４ａは、例えばフロンＲ１２のように塩素を含んでいないため、オゾン層を破壊することがなく、地球温暖化に及ぼす影響が小さい。そのため、フロンＲ１３４ａは、エアコン、冷蔵庫、冷凍機などの冷却装置における冷媒ガスとして有用である。しかし、フロンＲ１３４ａを冷媒ガスとして用いた冷却装置においても、冷媒ガスの流出を防止することは重要である。そのため、冷却装置においては、例えば冷媒ガスが流れる冷媒管の接合部などに冷媒ガスの漏れを防止するためのシール材が用いられている。

シール材としては、例えばアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）や水添ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）等からなるものが用いられている。ＮＢＲは、アクリロニトリルとブタジエンとの共重合ゴムであり、耐熱性、耐油性、耐摩耗性などに優れているため、冷媒ガスのシール材として有用である。具体的には、例えばアクリロニトリル量を制御したシール材が開発されている（特許文献１参照）。また、Ｈ−ＮＢＲは、ＮＢＲにおける不安定な不飽和結合を飽和結合に変化させたゴムであり、耐熱性等の特性がＮＢＲよりも向上する。

特開２００６−３１６１２６号公報

しかしながら、従来のシール材には未だ改良の余地がある。例えばＨ−ＮＢＲからなるゴム成形体は、その製法上、コストが高くなるという問題がある。一方、ＮＢＲは、Ｈ−ＮＢＲに比べて低コスト化を実現できるが、従来のＮＢＲからなるシール材は、フロンＲ１３４ａからなる冷媒ガスに対する冷媒透過量が充分に低いとは言えず、冷媒ガスに対する耐透過性に更なる改良が望まれている。また、従来のＮＢＲからなるシール材は、圧縮永久歪も充分に低いとは言えず、耐久性に更なる改良が望まれている。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであって、フロンＲ１３４ａに対する耐透過性及び耐久性に優れ、フロンＲ１３４ａを含む冷媒ガスに対するシール材として好適なシール用ゴム成形体を用いた冷却装置を提供しようとするものである。

参考発明は、フロンＲ１３４ａに対して用いられるシール用ゴム成形体において、
結合アクリロニトリル量が３７〜４３質量％のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム１００質量部と、ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａに準拠する粒子径が２２ｎｍ以上のカーボンブラック３４〜１２０質量部と、有機過酸化物からなる加硫剤１．５質量部以上とを含有するゴム組成物を加硫成形してなることを特徴とするシール用ゴム成形体にある。

本発明の一態様は、コンプレッサ、コンデンサ、エキスパンションバルブ、及びエバポレータを備える冷却装置において、
上記コンプレッサと上記エバポレータとの間を連結し、冷媒として少なくともフロンＲ１３４ａが流れる冷媒管を備え、該冷媒管の接合部に、結合アクリロニトリル量が３７〜４３質量％のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム１００質量部と、ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａに準拠する粒子径が２２ｎｍ以上のカーボンブラック３４〜１２０質量部と、有機過酸化物からなる加硫剤１．５質量部以上とを含有するゴム組成物を加硫成形してなるシール用ゴム成形体が使用されていることを特徴とする冷却装置にある。

上記シール用ゴム成形品は、上記特定の結合アクリロニトリル量のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム（ＮＢＲ）に対して、上記特定の粒子径のカーボンブラック、及び上記加硫剤を特定量含有するゴム組成物を加硫成形してなる。そのため、上記シール用ゴム成形品は、圧縮永久歪、及びフロンＲ１３４ａからなる冷媒ガスの透過量（以下、適宜、「フロンＲ１３４ａからなる冷媒ガスの透過量」を単に「冷媒透過量」という）のいずれもが充分に低くなる。即ち、上記シール用ゴム成形品は、耐久性及び冷媒ガスに対する耐透過性という二つの特性を高いレベルで兼備する。そのため、上記シール用ゴム成形体は、フロンＲ１３４ａに対するシール材として好適である。

また、上記冷却装置においては、上記冷媒管の接合部に、上述のように耐久性及び冷媒ガスに対する耐透過性に優れた上記シール用ゴム成形体が使用されている。そのため、上記冷却装置は、耐久性に優れ、冷媒ガスの漏出を充分に防止することができる。

参考例１における、シール用ゴム成形体の正面図。参考例１における、シール用ゴム成形体の断面図（図１のII−II線断面矢視図）。参考例１における、圧縮永久歪試験器の断面構成を示す説明図。参考例１における、冷媒封入治具の断面構成を示す説明図。参考例１における、冷媒が充填された冷媒封入治具の断面構成を示す説明図。実施例１における、冷却装置の構成を示す概略図。実施例１における、冷却装置の接合部の断面構成を示す説明図。

次に、上記シール用ゴム成形体の好ましい実施形態について説明する。
上記シール用ゴム成形体は、ＮＢＲと、カーボンブラックと、有機過酸化物からなる加硫剤とを含有するゴム組成物を加硫成形してなる。
ＮＢＲ中の結合アクリロニトリル量は、３７〜４３質量％であることが好ましい。結合アクリロニトル量が３７質量％未満の場合には、上記シール用ゴム成形体の冷媒透過量を充分に低くすることができなくなり、フロンＲ１３４ａの透過を充分に抑制することができなくなるおそれがある。より好ましくは結合アクリロニトリル量は３９質量％以上がよい。
一方、結合アクリロニトリル量が４３質量％を超える場合には、圧縮永久歪を充分に低くすることができなくなるおそれがある。より好ましくは、結合アクリロニトリル量は４２質量％以下がよい。

また、カーボンブラックとしては、ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａに準拠する粒子径が２２ｎｍ以上のものを用いることが好ましい。
カーボンブラックの粒子径が２２ｎｍ未満の場合には、上記シール用ゴム成形体の冷媒透過量が大きくなり、フロンＲ１３４ａの透過を充分に抑制することができなくなるおそれがある。より好ましくはカーボンブラックの粒子径は３０ｎｍ以上がよい。また、入手が困難であるという観点から、カーボンブラックの粒子径は５００ｎｍ以下であることが好ましく、１５０ｎｍ以下がより好ましく、１２０ｎｍ以下がさらに好ましい。

また、ＮＢＲ１００質量部に対するカーボンブラックの含有量は、３４〜１２０質量部であることが好ましい。
カーボンブラックの含有量が３４質量部未満の場合には、上記シール用ゴム成形体の冷媒透過量が大きくなり、フロンＲ１３４ａの透過を充分に抑制することができなくなるおそれがある。カーボンブラックの含有量は、より好ましくは５０質量部以上がよい。
一方、カーボンブラックの含有量が１２０質量部を超える場合には、圧縮永久歪が大きくなり過ぎるおそれがある。カーボンブラックの含有量は、より好ましくは９０質量部以下がよい。

また、ＮＢＲ１００質量部に対する加硫剤の含有量は、１．５質量部以上であることが好ましい。
加硫剤の含有量が１．５質量部未満の場合には、圧縮永久歪が大きくなりすぎるおそれがある。また、この場合には冷媒透過量も大きくなり、フロンＲ１３４ａの透過を充分に抑制することができなくなるおそれがある。加硫剤の含有量は３質量部以上であることがより好ましい。
一方、加硫の速度が大きくなり、成形性が悪くなるため、所望形状に成形することが困難になるという観点から、加硫剤の含有量は８質量部以下であることが好ましい。同様の観点から加硫剤の含有量は、より好ましくは６質量部以下がよく、さらに好ましくは４質量部以下がよい。

また、ＮＢＲとカーボンブラックと加硫剤とを含有するゴム組成物には、必要に応じて、アミン系の老化防止剤、ポリエーテルエステル系の可塑剤、チラウム系のリターダー等を添加することができる。
老化防止剤の配合割合は、ＮＢＲ１００質量部に対して５質量部以下が好ましく、３質量部以下がより好ましい。
可塑剤の配合割合は、ＮＢＲ１００質量部に対して１５質量部以下が好ましく、８質量部以下がより好ましい。
リターダーの配合割合は、ＮＢＲ１００質量部に対して５質量部以下が好ましく、３質量部以下がより好ましい。

上記ゴム組成物は、ニーダ等の密閉型混練機又はオープンロール等の開放型混練機を用いて調整することができる。また、密閉型混練機による混練と、開放型混練機による混練とを組み合わせて上記ゴム組成物を調整することもできる。
上記ゴム組成物の加硫成形は、例えば温度１６０〜２００℃、３〜６０分間という加硫条件で行うことができる。また、必要に応じて加硫を２段階（一次加硫及び二次加硫）で行うこともできる。この場合には、一次加硫を例えば１６０〜２００℃、３〜６０分間という条件で行い、次いで二次加硫を例えば８０〜１８０℃、０．５〜２４時間という条件で行うことができる。

上記シール用ゴム成形体は、例えばＯリング、ガスケット、パッキン、オイルシール、リップシール等の各種シール材に用いることができる。
上記シール用ゴム成形体は、冷媒ガスとして少なくともフロンＲ１３４ａが流れる冷媒管の接合部に用いられることが好ましい。
この場合には、上記シール用ゴム成形体は、フロンＲ１３４ａガスに対する上述の優れた耐透過性を充分に発揮することができ、上記冷媒管の接合部から冷媒ガスが漏れ出すことを充分に防止することができる。

上記シール用ゴム成形体は、例えばエアコン、冷蔵庫、冷凍機等の冷却装置に用いることができる。具体的には、冷媒として少なくともフロンＲ１３４ａが流れる冷媒管を備えた冷却装置において、上記冷媒管の接合部に上記シール用ゴム成形体を用いることができる。

好ましくは、上記冷却装置は、乗物搭載用のエアコンであることがよい。
外気と接触しつつ移動する乗物搭載用のエアコンにおいては環境問題の観点から、冷媒ガスに対する耐透過性及び耐久性への要求性能が特に高い。したがって、上記シール用ゴム成形体を乗物搭載用のエアコンに用いることにより、これらの要求特性を高いレベルで実現することができる。そのため、上記シール用ゴム成形体は、乗物搭載用のエアコンに特に好適である。

（参考例１）
次に、シール用ゴム成形体の参考実施例及び参考比較例について説明する。
図１及び図２に示すごとく、本例のシール用ゴム成形体１は、フロンＲ１３４ａに対して用いられるＯリングである。シール用ゴム成形体１は、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムと、カーボンブラックと、有機過酸化物からなる加硫剤とを含有するゴム組成物を加硫成形してなる。
本例においては、ＮＢＲ中の結合アクリロニトリル量を変更して複数のシール用ゴム成形体１を作製し、その特性を比較する。

具体的には、まず、結合アクリロニトリル量が４１質量％で、ムーニー粘度ＭＬ₁₊₄（１００℃）が５６のＮＢＲ１００質量部と、ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａ準拠する平均粒径が６６ｎｍのカーボンブラック７５質量部、加硫剤（ジクミルパーオキサイド）３．８質量部、ポリエーテルエステル系の可塑剤５質量部、チラウム系のリターダー１質量部、及びアミン系の老化防止剤１質量部をニーダ及びオープンロールで混練した。次いで、混練物（ゴム組成物）に対して、温度１７０℃、１０分間のプレス加硫（一次加硫）を行った後、温度１２０℃、３時間のオーブン加硫（二次加硫）を行うことにより、加硫成形を行った。これにより、線径φ２．４ｍｍ、内径１３．４ｍｍのＯリング形状のシール用ゴム成形体１を得た（図１及び図２参照）。これを試料５とする。

また、試料５とは、結合アクリロニトリル量が異なる複数のＮＢＲを用い、その他は試料５と同様にして複数のシール用ゴム成形体（試料１〜４、試料６、及び試料７）を作製した。各試料１〜７の作製に用いたＮＢＲ中の結合アクリロニトリル量（結合ＡＮ量）を後述の表１に示す。

次に、各試料１〜７のシール用ゴム成形体について、圧縮永久歪及び冷媒透過量を次のようにして測定した。
＜圧縮永久歪＞
図３に示すごとく、圧縮永久歪は、圧縮永久歪試験器２の２枚の圧縮板２１、２２に各試料のシール用ゴム成形体１をそれぞれ狭持して圧縮することによって行う。
具体的には、まず、シール用ゴム成形体１の厚みＴ₀を測定した。そして、このシール用ゴム成形体１を一方の圧縮板２１に載置し、さらに規定の厚みＴ₁のスペーサ２３をシール用ゴム成形体１の外側に配置した。次いで、固定用ボルト２４に取り付けられた固定用ナット２５を回して他方の圧縮板２２がスペーサ２３に密着するまで一対の圧縮板２１、２２の間でシール用ゴム成形体１を圧縮させた。本例においては、シール用ゴム成形体１を厚み方向に２５％圧縮させた。次いで、規定の厚みまで圧縮されたシール用ゴム成形体１をその位置で固定し、試験器２と共に温度１２０℃の恒温槽中に２８０時間保持した。その後、シール用ゴム成形体１を圧縮永久歪試験器２から取り外し、圧縮状態から開放した。次いで、室温（２５℃）にて３０分間放置した後、シール用ゴム成形体１の厚みＴ₂を測定した。そして、圧縮永久歪Ｓ（％）を次の式（１）により算出した。その結果を後述の表１に示す。
Ｓ＝１００×（Ｔ₀−Ｔ₂）／（Ｔ₀−Ｔ₁）・・・（１）

＜冷媒透過量＞
冷媒透過量の測定は、図４に示すごとく、凸型継手３１、及びこれと嵌合する凹型継手３２を備える冷媒封入治具３を用いて行う。
同図に示すごとく、凸型継手３１は、円筒状の本体部３１０と、この本体部３１０から軸方向に突出し、本体部３１０よりも径の小さい円筒状の突出部３１１とを有する。円筒状の突出部３１１の外周面にはその周方向にシール用ゴム成形体１をはめるための窪み３１２が形成されている。また、本体部３１には、突出部３１１とは反対側に伸びる配管３１５が連結されている。
一方、凹型継手３２は、凸型継手３１の突出部３１２が挿入されて嵌合する穴（凹部）を有するコップ状の本体部３２１と、本体部３２１の底面３２２から延設された、本体部３１２よりも径の小さなコップ状の封入スペース３２３とを備える。
凸型継手３１の本体部３１０、突出部３１２、凹型継手３２の本体部３２１、及び封入スペース３２３は、これらを連通する連通孔３００を内部に有しており、連通孔３００は配管３１５の穴に連通している。

冷媒透過量の測定にあたっては、まず、図４に示すごとく、各試料のシール用ゴム成形体１を凸型継手３１の窪み３１２にはめ込み、凸型継手３１と凹型継手３２とを嵌合させた。次いで、図５に示すごとく、配管３１５の上流に設けたバルブ３９を開いて冷媒ガス４（フロンＲ１３４ａ）を配管３１５内に導入した。配管３１５内に導入された冷媒ガス４は、凸型継手３１及び凹型継手３２の連通孔３００を通って、封入スペース３２３まで到達し、連通孔３００全体に冷媒ガス４が充填される。冷媒ガス４が充填された状態でバルブ３９を閉めた。そして、冷媒ガス４を含んだ冷媒封入治具３の初期重量Ｗ₀を測定した。次いで、冷媒ガス４が充填された冷媒封入治具３を温度７０℃で１４日間放置した。その後、冷媒封入治具３の重量Ｗ₁を測定した。冷媒透過量Ｐ（ｇ／ｗｅｅｋ）は、下記の式（２）により算出した。その結果を後述の表１に示す。
Ｐ＝（Ｗ₀−Ｗ₁）×７／１４

（参考例２）
本例は、ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａに準拠する粒径の異なるカーボンブラックを用いて、複数のシール用ゴム成形体を作製し、その特性を比較する例である。本例においては、粒径の異なるカーボンブラックを用いた点を除いては、参考例１と同様にして複数のシール用ゴム成形体（試料８〜１２）を作製した。各試料の作製に用いたカーボンブラック（ＣＢ）の粒径を表２に示す。
そして、各試料について、参考例１と同様にして圧縮永久歪（％）及び冷媒透過量（ｇ／ｗｅｅｋ）を測定した。その結果を表２に示す。

（参考例３）
本例は、カーボンブラックの配合割合を変更して複数のシール用ゴム成形体を作製し、その特性を比較する例である。本例においては、カーボンブラックの配合割合を変更した点を除いては、参考例１と同様にして複数のシール用ゴム成形体（試料１３〜２２）を作製した。各試料の作製に用いた混練物中におけるカーボンブラック（ＣＢ）の含有量を表３に示す。表３に示すＣＢの含有量は、ＮＢＲ１００質量部に対する量である。また、本例においては、粒径の異なる２種類のＣＢを用いており、その粒径を表３に併記する。
そして、各試料について、参考例１と同様にして圧縮永久歪（％）及び冷媒透過量（ｇ／ｗｅｅｋ）を測定した。その結果を表３に示す。

（参考例４）
本例は、加硫剤の配合割合を変更して複数のシール用ゴム成形体を作製し、その特性を比較する例である。本例においては、加硫剤の配合割合を変更した点を除いては、参考例１と同様にして複数のシール用ゴム成形体（試料２３〜２８）を作製した。各試料の作製に用いた混練物中における加硫剤の含有量を表４に示す。表４に示す加硫剤の含有量は、ＮＢＲ１００質量部に対する量である。
そして、各試料について、参考例１と同様にして圧縮永久歪（％）及び冷媒透過量（ｇ／ｗｅｅｋ）を測定した。その結果を表４に示す。

表１〜４より知られるごとく、結合アクリロニトリル量が３７〜４３質量％のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム１００質量部と、粒子径が２２ｎｍ以上のカーボンブラック３４〜１２０質量部と、有機過酸化物からなる加硫剤１．５質量部以上とを含有するゴム組成物を加硫成形してなるシール用ゴム成形体は、圧縮永久歪が８０％以下という低い値を示し、さらに冷媒透過量が０．０８ｇ／ｗｅｅｋ以下という低い値を示した。このようなシール用ゴム成形体は、耐久性（耐熱性）及び冷媒ガスに対する耐透過性という二つの特性を高いレベルで兼備するため、フロンＲ１３４ａに対するシール材として好適である。なお、例えば自動車用のエアコンの用途においては、上述のように圧縮永久歪８０％以下、かつ冷媒透過量０．０８ｇ／ｗｅｅｋ以下のシール用ゴム成形体が好ましく、圧縮永久歪及び冷媒透過量はより小さくすることがより好ましい。したがって、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムの結合アクリロニトリル量、カーボンブラックの粒子径、カーボンブラックの含有量、加硫剤の含有量については、上述のようにより好ましい範囲が存在する。

（実施例１）
次に、シール用ゴム成形体が用いられた冷却装置の例について説明する。
図６及び図７に示すごとく、本例の冷却装置５は、冷媒として少なくともフロンＲ１３４ａが流れる冷媒管６を備え、その接合部７にシール用ゴム成形体１が使用されている。
本例の冷却装置５は、図６に示すごとく、カーエアコンシステムである。冷却装置５は、コンプレッサ５１、コンデンサ５２、エキスパンションバルブ５３、及びエバポレータ５４を主要な構成要素として備え、これらは冷媒管６により連結されている。同図においては、コンプレッサ５１、コンデンサ５２、エキスパンションバルブ５３、及びエバポレータ５４の詳細な構造は省略し、システム全体の概略を示している。冷媒管６内には、冷媒としてフロンＲ１３４ａが流れる。

図７に示すごとく、冷媒管６の接合部７は、上述の冷媒透過量の測定に用いた冷媒封入治具の凸型継手及び凹型継手と同様の構成の凸型継手７１と凹型継手７２により連結されている。接合部７は、凸型継手７１と凹型継手７２との間に配置されたシール用ゴム成形体１により高い気密性が保たれている。シール用ゴム成形体１としては、例えば実施例１の試料５を用いることができる。

本例の冷却装置５は、冷媒管６の接合部７に、上述のように耐久性及び冷媒ガスに対する耐透過性に優れたシール用ゴム成形体１が使用されている。そのため、冷却装置５は、耐久性に優れ、冷媒ガスの漏出を充分に防止することができる。

１シール用ゴム成形体
５冷却装置
６冷媒管
７接合部

Claims

コンプレッサ、コンデンサ、エキスパンションバルブ、及びエバポレータを備える冷却装置（５）において、
上記コンプレッサと上記エバポレータとの間を連結し、冷媒として少なくともフロンＲ１３４ａが流れる冷媒管（６）を備え、該冷媒管（６）の接合部（７）に、結合アクリロニトリル量が３７〜４３質量％のアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム１００質量部と、ＡＳＴＭＤ１７６５−９４ａに準拠する粒子径が２２ｎｍ以上のカーボンブラック３４〜１２０質量部と、有機過酸化物からなる加硫剤１．５質量部以上とを含有するゴム組成物を加硫成形してなるシール用ゴム成形体（１）が使用されていることを特徴とする冷却装置（５）。
請求項１に記載の冷却装置（５）は、乗物搭載用のエアコンであることを特徴とする冷却装置（５）。