(57)【要約】【課題】流体輸送用ホースにおいて、生産性を悪化させることなく、柔軟性および耐流体透過性を確保する。【解決手段】複数層１０〜１３が積層している流体輸送用ホースであって、複数層のうち内層１０、１１は高分子成分Ａおよび高分子成分Ｂを含んでおり、高分子成分Ａおよび高分子成分Ｂは共連続型の相分離構造を形成している。高分子成分Ａおよび高分子成分Ｂのうち少なくとも一方の高分子成分が他方の高分子成分が構成する連続相中に分散した分散相を形成することができる。分散相は粒子状あるいは繊維状とすることができる。高分子成分Ａとしては、ポリアミド樹脂又はポリプロピレン樹脂といった熱可塑性樹脂を用いることができる。高分子成分Ｂとしては、ポリイソブチレン構造を有するブロック共重合体といったエラストマ成分、又は架橋ゴムといったゴム成分を用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層（１０〜１３）が積層している流体輸送用ホースであって、
前記複数層のうち内層（１０、１１）は高分子成分Ａおよび前記高分子成分Ａとは異なる高分子成分Ｂを含んでおり、前記高分子成分Ａおよび前記高分子成分Ｂは共連続型の相分離構造を形成している流体輸送用ホース。
【請求項２】
前記高分子成分Ａおよび前記高分子成分Ｂのうち少なくとも一方の高分子成分が他方の高分子成分が構成する連続相中に分散した分散相を形成している請求項１に記載の流体輸送用ホース。
【請求項３】
前記分散相は粒子状である請求項２に記載の流体輸送用ホース。
【請求項４】
前記分散相は繊維状である請求項２に記載の流体輸送用ホース。
【請求項５】
前記高分子成分Ａは熱可塑性樹脂成分である請求項１ないし４のいずれか１つに記載の流体輸送用ホース。
【請求項６】
前記熱可塑性樹脂成分はポリアミド樹脂又はポリプロピレン樹脂のいずれかである請求項５に記載の流体輸送用ホース。
【請求項７】
前記高分子成分Ｂはエラストマ成分である請求項１ないし６のいずれか１つに記載の流体輸送用ホース。
【請求項８】
前記エラストマ成分はポリイソブチレン構造を有するブロック共重合体である請求項７に記載の流体輸送用ホース。
【請求項９】
前記高分子成分Ｂはゴム成分である請求項１ないし６のいずれか１つに記載の流体輸送用ホース。
【請求項１０】
前記ゴム成分は架橋ゴムである請求項９に記載の流体輸送用ホース。
【請求項１１】
前記内層は、前記高分子成分Ａおよび前記高分子成分Ｂの相溶性を高める高分子成分Ｃを含んでいる請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の流体輸送用ホース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒等の流体を輸送する流体輸送用ホースに関する。
【背景技術】
【０００２】
柔軟性および耐冷媒透過性が要求される流体輸送用ホースでは、内層及び外層としてゴム層を用い、内層と外層との間に補強層が設けられたホースが知られている（特許文献１参照）。さらに、ゴム層を用いた流体輸送用ホースにおいて、耐冷媒透過性を向上させるために最内層にポリアミド層を追加することが提案されている（特許文献２参照）。
【０００３】
また、ゴム層を用いない流体輸送用ホースとして、エラストマ層を用いることが提案されている（特許文献３〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２７２５号公報
【特許文献２】特開２００８−８４８６号公報
【特許文献３】特開平１１−８０４４２号公報
【特許文献４】特開２００１−１８２８６７号公報
【特許文献５】国際公開第９７／３１２１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ゴム層を用いたホースは、製造工程で混練、加硫、被覆などの特有工程が発生し、大がかりな製造装置が必要となる。このため、設備投資額や工数が増加し、生産性低下や製造コスト増加を招く。また、最内層にポリアミド層を追加した場合には、ホースの柔軟性が低下する。
【０００６】
また、エラストマ層を用いたホースは、柔軟性と耐冷媒透過性を両立させることが難しい。
【０００７】
また、ハイブリッド自動車や電気自動車で用いられる電動コンプレッサでは、流体輸送用ホース内への水の浸入を防ぐ必要がある。このため、流体輸送用ホースでは、耐冷媒透過性に加えて耐透水性を備えることが望まれる。
【０００８】
本発明は上記点に鑑み、流体輸送用ホースにおいて、生産性を低下させることなく、柔軟性および耐流体透過性を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、複数層（１０〜１３）が積層している流体輸送用ホースであって、複数層のうち内層（１０、１１）は高分子成分Ａおよび高分子成分Ａとは異なる高分子成分Ｂを含んでおり、高分子成分Ａおよび高分子成分Ｂは共連続型の相分離構造を形成していることを特徴としている。
【００１０】
本発明によれば、内層が高分子成分Ａと高分子成分Ｂとの共連続型の相分離構造を形成することで、ゴム層を用いることなく、耐流体透過性と柔軟性の両方を確保することができる。また、本発明の流体輸送用ホースでは、ゴム層を用いる場合に特有の加硫工程などが不要となり、生産性を低下させることがない。
【００１１】
なお、上記各構成要素の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る流体輸送用ホースの断面図である。
【図２】実施例および比較例の組成物の材料、相分離構造、特性を示す図表である。
【図３】実施例および比較例の引張弾性率および冷媒透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。本実施形態では、流体輸送用ホースを電動コンプレッサを備えた車両用冷凍サイクルの冷媒を輸送する冷媒輸送用ホースとして用いている。冷媒としては、Ｒ１３４ａ等のＨＦＣ系冷媒やＲ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等のＨＦＯ系冷媒を用いることができる。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の流体輸送用ホース１は複数層から構成されており、内側から第１内層１０、第２内層１１、補強層１２、外層１３の順に積層されている。第１内層１０の内側には、冷媒が流れる内部空間が形成されている。
【００１５】
内層１０、１１は、高分子成分Ａと高分子成分Ｂを含むエラストマ組成物によって構成されている。内層１０、１１を構成するエラストマ組成物については、後述する。
【００１６】
補強層１２は、補強糸をスパイラル状やブレード状に編み組みした公知の補強層を用いることができる。補強糸としては、例えばポリエステル、ポリアミド（ナイロン）、ポリビニルアルコール（ビニロン）、レーヨン、アラミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等を用いることができる。
【００１７】
外層１３は、耐候性を備える任意のエラストマ成分を用いることができる。外層１３としては、例えばオレフィン系エラストマを用いることができる。
【００１８】
上記構成の流体輸送用ホース１は、公知の方法によって製造することができる。まず、マンドレル上に内層１０、１１を構成するエラストマ組成物を所定の厚さに押出成形し、積層する。次に、内層１０、１１の上に補強糸を編み組みして補強層１２を形成し、その上に外層１３を構成するエラストマ組成物を所定の厚さに押し出して積層する。これにより、流体輸送用ホース１を得ることができる。
【００１９】
ここで、内層１０、１１を構成するエラストマ組成物について説明する。エラストマ組成物は、高分子成分Ａと、高分子成分Ａとは異なる高分子成分Ｂを含んでいる。これらの高分子成分Ａと高分子成分Ｂは相分離しており、高分子成分Ａと高分子成分Ｂは相互が３次元的に連続した連続相となっている。つまり、エラストマ組成物では、高分子成分Ａと高分子成分Ｂが共連続型の相分離構造を形成している。
【００２０】
高分子成分Ａ、Ｂの共連続型の相分離構造には、連続相中に分散相が形成されていない態様と、連続相中に分散相が形成されている態様が含まれる。分散相は、高分子成分Ａ、Ｂの一方の高分子成分からなる連続相中に他方の高分子成分が分散することで形成される。高分子成分Ａ、Ｂのそれぞれが分散相を形成することが通常であるが、高分子成分Ａ、Ｂのいずれか一方のみが分散相を形成する場合もある。
【００２１】
分散相には、分散相を構成する高分子成分が粒子状になっている粒子状分散相と、分散相を構成する高分子成分が繊維状になっている繊維状分散相が含まれる。繊維状分散相は、粒子状分散相に比べて、分散している高分子成分が細長形状となっている。
【００２２】
このため、連続相中に分散している分散相の短軸寸法に対する長軸寸法の比であるアスペクト比によって、粒子状分散相と繊維状分散相を区別することができる。本実施形態では、エラストマ組成物の連続相中に分散相が形成されている場合において、分散相のアスペクト比が１．５以上である場合を繊維状分散相とし、分散相のアスペクト比が１．５未満の場合を粒子状分散相としている。
【００２３】
エラストマ組成物の高分子成分Ａとしては、熱可塑性樹脂成分を用いることができる。高分子成分Ａを構成する熱可塑性樹脂成分としては、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリニトリル樹脂、ポリビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂等を用いることができるが、耐久性や耐流体透過性のバランスの点からポリアミド樹脂を用いることが好ましい。
【００２４】
ポリアミド樹脂としては、ポリカプラミド（ポリアミド６）、ポリウンデカンアミド（ポリアミド１１）、ポリラウリンアミド（ポリアミド１２）、ポリヘキサメチレンアジポアミド（ポリアミド６６）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ポリアミド６１０）等の脂肪族ポリアミドを用いることもできるし、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド（ポリアミド６Ｔ）、ポリヘキサメチレンイソフタルアミド（ポリアミド６Ｉ）、ポリノナメチレンテレフタルアミド（ポリアミド９Ｔ）等の芳香族ポリアミドを用いることができるが、これらに限定されるものではない。これらのポリアミド樹脂は１種類であっても２種以上の樹脂の混合物であってもよい。
【００２５】
これらの中でも、ポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０が好ましく、これらのポリアミド樹脂を用いることで、相分離構造が制御しやすくなり、柔軟性や耐流体透過性を向上させやすい。また、耐久性の観点から、ポリアミド６、ポリアミド６１０が更に好ましく、耐冷媒透過性をより高めたい場合はポリアミド６を、耐透水性を高めたい場合はポリアミド６１０を用いることが最も好ましい。
【００２６】
本実施形態では、第１内層１０と第２内層１１とで、高分子成分Ａとして用いられる熱可塑性樹脂成分の種類を異ならせることで、透過を抑制する流体の種類を異ならせている。具体的には、第１内層１０では耐冷媒透過性を高めることができる熱可塑性樹脂成分を用い、第２内層１１では耐透水性を高めることができる熱可塑性樹脂成分を用いている。
【００２７】
第１内層１０では、熱可塑性樹脂成分として、ポリアミド樹脂あるいはポリエステル樹脂を用いている。第１内層１０は、流体輸送用ホース１の内部を流れる冷媒が外部に漏洩することを抑制する。第２内層１１では、熱可塑性樹脂成分としてポリプロピレン樹脂を用いている。第２内層１１は、外部の水分が流体輸送用ホース１の内部に侵入することを抑制する。
【００２８】
エラストマ組成物の高分子成分Ｂとして、エラストマ成分を用いることができる。高分子成分Ｂを構成するエラストマ成分は熱可塑性エラストマであり、例えばポリイソブチレン構造を有するブロック共重合体を用いることができる。ポリイソブチレン構造を有するブロック共重合体としては、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体を用いることができる。
【００２９】
エラストマ組成物の高分子成分Ｂとして、ゴム成分を用いることができる。高分子成分Ｂを構成するゴム成分は架橋ゴムであり、例えば天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ニトリルーブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）等を用いることができるが、耐透水性の観点からブチルゴムが好ましい。
【００３０】
本実施形態のエラストマ組成物は、高分子成分Ａおよび高分子成分Ｂを溶融混練することで製造することができる。エラストマ組成物の相分離構造は、高分子成分Ａ、Ｂの体積比率、高分子成分Ａ、Ｂの溶融粘度比、高分子成分Ａ、Ｂの相溶化処理などによる界面制御に依存する。
【００３１】
高分子成分Ａ、Ｂの体積比率は、高分子成分Ａ、Ｂの混合割合である。高分子成分Ａ、Ｂのそれぞれの混合割合が近い方が共連続構造になりやすく、高分子成分Ａ、Ｂのそれぞれの混合割合の差が大きい方が海島構造になりやすい。高分子成分Ａ、Ｂの重量比率を調整することで、高分子成分Ａ、Ｂの体積比率を調整できる。
【００３２】
高分子成分Ａ、Ｂの溶融粘度は、高分子成分Ａ、Ｂの溶融時における粘度である。高分子成分Ａ、Ｂの溶融粘度の差が大きいと、溶融粘度が低い成分は海相になりやすく、溶融粘度が高い成分は島相になりやすいため、海島構造になりやすい。高分子成分Ａ、Ｂの溶融粘度を調整することで、共連続構造にしやすくすることができる。高分子成分Ａ、Ｂの溶融粘度は溶融温度や溶融時のせん断力等に依存し、せん断力は成型方法や成形物の厚みに依存する。高分子成分Ｂとしてゴム成分を用いる場合は、架橋剤を用いて高分子成分Ｂを架橋させながら高分子成分Ａと溶融混練する動的架橋法を用いて、溶融粘度を調整することもできる。
【００３３】
高分子成分Ａ、Ｂの相溶化処理は、高分子成分Ａ、Ｂに相溶化成分である高分子成分Ｃを添加することで行うことができる。高分子成分Ａ、Ｂは、互いに相溶性が低い材料である。高分子成分Ａ、Ｂに必要に応じて相溶化成分である高分子成分Ｃを添加して高分子成分Ａ、Ｂの相溶性を調整することで、相分離構造を制御することができる。相溶化成分としての高分子成分Ｃは、例えばスチレン系ポリマー、アクリル系ポリマーを用いることできる。
【００３４】
また、エラストマ組成物の連続相中に形成される分散相の形状は、溶融時のせん断力が影響するため、成型方法や成形物の厚みに依存する。具体的には、せん断力が大きい方が分散相は粒子状よりも繊維状になりやすい。例えば、射出成形の方が押出成形よりもせん断力が大きく、成形物の厚みが薄い方がせん断力が大きくなり、分散相が繊維状になりやすい。
【００３５】
ここで、内層１０、１１で用いられるエラストマ組成物を実施例１〜５および比較例１〜４を用いて説明する。実施例１〜５および比較例１〜４では、高分子成分Ａ〜Ｃの種類および割合等を異ならせて押出シートを成形した。そして、実施例１〜５および比較例１〜４の押出シートを用いて、相分離構造を特定し、冷媒透過率と弾性率を測定した。
【００３６】
図２に示すように、実施例１〜５および比較例１〜４では、高分子成分Ａ（熱可塑性樹脂成分）としてａ−１、ａ−２を用い、高分子成分Ｂ（エラストマ成分・ゴム成分）としてｂ−１、ｂ−２を用い、高分子成分Ｃ（相溶化成分）としてｃ−１、ｃ−２を用いた。
【００３７】
ａ−１はポリアミド６（宇部興産株式会社製の商品名ＵＢＥ１０１３Ｂ）、ａ−２はポリアミド６（デュポン株式会社製の商品名Ｚｙｔｅｌ  ＳＴ８１１ＨＳ）である。ｂ−１はスチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体（株式会社カネカ製の商品名ＳＩＢＳＴＡＲ  １０２Ｔ）、ｂ−２はカルボキシル基含有アクリルゴム（ＯＭＮＯＶＡ製の商品名Ｓｕｎｉｇｕｍ  Ｐ９５）である。ｃ−１は無水マレイン酸変性スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体（クレイトンポリマージャパン株式会社製の商品名クレイトンＦＧ１９）、ｃ−２はスチレン・（メタ）アクリル酸エステル・（メタ）アクリル酸グリシジル共重合体（東亞合成株式会社製の商品名アルフォンＵＧ−４０４０）である。
【００３８】
まず、高分子成分Ａ〜Ｃを図２に示す組み合わせで溶融混練し、組成物のペレットを得た。溶融混練および押し出しは、二軸押出機（Ｌ／Ｄ＝４５．５）と水冷ストランドカット方式の造粒機とを備えた装置（日本製鋼株式会社）を使用した。スクリュウ回転数は１５０ｒｐｍとし、押出機出口温度は２５０℃とした。
【００３９】
次に、得られたペレットを押出装置（株式会社ジーエム三正製の型式ＧＭ５０−３０）に投入して押出成形し、水冷することで、図２に示す厚みの押出シートを得た。スクリュウ回転数は３０ｒｐｍとし、押出機出口温度は２３０℃とした。
【００４０】
以上の手順で得られた実施例１〜５および比較例１〜４の押出シートについて、相構造の評価を行った。
【００４１】
相構造特定のために、Ｌｅｉｃａ社製のウルトラミクロトームの型式ＵＣＴ１．１を用いてシート状試験片を液体窒素温度に冷却した状態で切断し、切断面を露出させた試料を作製した。この試料の切断面をリンタングステン酸に常温で２４時間浸漬することで染色処理を施すことにより、ポリアミド樹脂成分を染色した。その後、透過型電子顕微鏡を用い、相構造の観察と撮影を実施し、連続相および分散相の相分離構造を特定した。
【００４２】
さらに各画像を画像解析ソフト（ＮＩＨ製のＩｍａｇｅＪ）によって二値化処理し、連続相中に分散している他方成分の分散相のアスペクト比（長軸と短軸の比）を算出した。上述のように、アスペクト比が１．５未満のものを粒子状、１．５以上のものを繊維状と判定した。
【００４３】
相構造を評価した結果、実施例１〜５では共連続型の相分離構造が得られた。実施例２は粒子状分散相が形成されており、実施例１、３、４は繊維状分散相が形成されており、実施例５は分散相が形成されていなかった。また、比較例１〜４はすべて海島構造となっていた。
【００４４】
次に、実施例１〜５および比較例１〜４の押出シートについて、冷媒透過率および弾性率の評価を行った。
【００４５】
冷媒透過率は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２６−１：２００６に準拠した差圧法によるガス透過度試験で測定した。シート状試験片からφ５５ｍｍの円形試験片を切り出し、試験装置（ＧＴＲ−３０ＭＫＨ）に設置した。その後８０℃環境で、試験片の一方を試験ガス（ＨＦＣ−１３４ａ）により加圧し、もう一方を真空ポンプにより減圧することで、試験片に３００ｋＰａの差圧を与え、透過したガス量をガスクロマトグラフ分析により定量し、冷媒透過率を算出した。
【００４６】
弾性率は、ＪＩＳ  Ｋ  ６２５１：２０１０に準拠した引張試験で測定した。具体的には、打ち抜きによりシート状試験片からダンベル状５号試験片を作製した後、引張速度２００ｍｍ／分の条件で引張試験を行い、得られた応力−ひずみ曲線の初期勾配を求め、弾性率とした。
【００４７】
図３は、実施例１〜５および比較例１〜４で得られたシートの冷媒透過率および弾性率を示している。冷媒透過率が低いほど耐冷媒透過性が高く、弾性率が低いほど柔軟性が高い。つまり、図３では、下方から上方に向かって耐冷媒透過性が高く、右方から左方に向かって柔軟性が高くなっている。
【００４８】
図３に示すように、共連続型の相分離構造を備える実施例１〜５は、海島構造の比較例１〜４に比べて、耐冷媒透過性および柔軟性の両方を高い水準で確保できている。また、実施例１〜５では、分散相の有無、分散相の形状によって、耐冷媒透過性および柔軟性が異なっている。具体的には、分散相を有しない実施例５は、分散相を有する実施例１〜４よりも耐冷媒透過性が高くなっている。分散相を有する実施例１〜４は、分散相を有しない実施例５よりも柔軟性が高くなっている。粒子状分散相を有する実施例２は、繊維状分散相を有する実施例１、３、４よりも柔軟性が高くなっている。
【００４９】
高分子成分Ａのみからなる比較例１、２は、ある程度の耐冷媒透過性を確保できているものの、柔軟性が低くなっている。高分子成分Ａ、Ｂ、Ｃからなる比較例４は、比較例１、２よりも柔軟性が向上しているものの、耐冷媒透過性が低くなっている。高分子成分Ａ、Ｂからなる比較例３は、比較例４よりも柔軟性が向上しているものの、耐冷媒透過性が低くなっている。
【００５０】
以上説明した本実施形態では、流体輸送用ホース１の内層１０、１１として、高分子成分Ａと高分子成分Ｂとの共連続型の相分離構造を形成するエラストマ組成物を用いている。このようなエラストマ組成物を内層１０、１１に用いることで、ゴム層を用いることなく、流体輸送用ホース１に必要とされる耐流体透過性と柔軟性の両方を確保することができる。
【００５１】
また、本実施形態の流体輸送用ホース１ではゴム層を用いていないので、ゴム層を用いる場合に特有の加硫工程などが不要となり、生産性を低下させることがない。
【００５２】
また、共連続型の相分離構造を形成するエラストマ組成物は、分散相の有無、分散相の形状によって、耐冷媒透過性および柔軟性を異ならせることができる。
【００５３】
また、２つの内層１０、１１で高分子成分Ａとして用いられる熱可塑性樹脂を適切に選択することで、第１内層１０と第２内層１１で、それぞれ異なる流体の透過を抑制できる。具体的には、第１内層１０は耐冷媒透過性を向上させることで、流体輸送用ホース１の内部から冷媒が漏洩することを抑制できる。また、第２内層１１は耐透水性を向上させることで、外部の水が流体輸送用ホース１の内部に侵入することを抑制できる。
【００５４】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。また、上記各実施形態に開示された手段は、実施可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、本発明を複数の内層１０、１１を備える流体輸送用ホース１に適用した例について説明したが、これに限らず、本発明を１つの内層を備える流体輸送用ホースに適用してもよい。
【００５６】
また、本発明のエラストマ組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲において、必要に応じて高分子成分Ａ、高分子成分Ｂおよび高分子成分Ｃ以外の成分を含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１    流体輸送用ホース
１０  第１内層
１１  第２内層
１２  補強層
１３  外層
【図１】
2020012483.tif 000003
【図２】
2020012483.tif 000004
【図３】
2020012483.tif 000005