(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ポリプロピレン樹脂２０〜８８．５重量％と（Ｂ）繊維径が５〜１５μｍであるガラス繊維１０〜５０重量％と（Ｃ）炭酸カルシウム０．５〜２０重量％と（Ｄ）無水マレイン酸をグラフトして変性したポリプロピレン１〜１０重量％を合計量１００重量％となるように配合してなるガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂よりなることを特徴とする温水洗浄便座用熱交換タンク。
【請求項２】
タンク外面に補強用リブを有し、該リブの付け根のＲが０．５mm以上である請求項１記載の温水洗浄便座用熱交換タンク。
【請求項３】
タンクの外面に内側に凸となる曲面を有し、該曲面のＲが５mm以上である請求項１又は２記載の温水洗浄便座用熱交換タンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐温水性、繰り返し耐圧性及び破壊強度に優れた温水洗浄便座用熱交換タンク（以下、単に「熱交換タンク」ともいう。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱交換タンク用材料は、ガラス繊維強化ナイロン樹脂が使用されていた。ガラス繊維強化ナイロン樹脂製熱交換タンクは、部材としての強度は優れているが、吸水率が大きいため、製品組み立て時の寸法精度に劣り、長期にわたる温水との接触により強度が低下するという問題がある。かかる問題に対してガラス繊維強化ナイロン樹脂より吸水率が小さい材料としてポリプロピレン樹脂にガラス繊維を充填材として配合したガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を熱交換タンクの材料として使用することが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の組成のガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂は、優れた耐温水性を有するものの、部材としての強度が充分で無く、又、リブ構造部のように肉厚が極端に変化する部分（偏厚部）にボイドが生じ易いという問題を有する。一方、熱交換タンクは、水道水の入水口、温水の出水口等の機能部品を形成するために、又、タンク自体の耐圧性を向上せしめるために、その外面に多数のリブ構造を有している。そのため、上記ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を上記熱交換タンクに使用した場合、該リブ構造部を中心にボイドが発生し易い。そして、該熱交換タンクにおいて、ボイドの発生した部分は、水の供給・排出を数万回にわたって繰り返すことによって該部分が亀裂を起こし、漏水するという問題があることが本発明者らの試験によって解明された。
【０００４】
従って、本発明の目的は、耐温水性、上記水の供給・排出に耐え得る、繰り返し耐圧性に優れ、しかも、高い破壊強度を有する温水洗浄便座用熱交換タンクを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、熱交換タンクの原料として使用されるガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂、更には熱交換タンクの構造について鋭意研究した結果、特定の組成を有するガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を熱交換タンクの材料として使用することにより、ポリプロピレン樹脂が元来有する耐温水性を維持しながら、繰り返し耐圧性に優れ、しかも、高い破壊強度を有する熱交換タンクが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、（Ａ）ポリプロピレン樹脂２０〜８８．５重量％、（Ｂ）繊維径が５〜１５μｍであるガラス繊維１０〜５０重量％、（Ｃ）炭酸カルシウム０．５〜２０重量％及び（Ｄ）無水マレイン酸をグラフトして変性したポリプロピレン１〜１０重量％を合計量で１００重量％となるように配合してなるガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂よりなることを特徴とする熱交換タンクである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において使用される（Ａ）〜（Ｄ）成分について説明する。本発明において（Ａ）成分として使用されるポリプロピレン樹脂は、結晶性プロピレン単独重合体及びプロピレンを主成分とするエチレンもしくは他のα−オレフィン例えばブテン−１、ヘキサン−１、ヘプテン−１、オクテン−１等の１種類以上との結晶性共重合体等公知のポリプロピレン樹脂を使用できる。
【０００８】
上記ポリプロピレン樹脂は、後記の諸特性である繰り返し耐圧性や破壊強度等の製品強度を充分に発揮しうるために沸騰ヘプタン不溶部のアイソタクチックペンタッド分率が０．９７以上で且つ分子量分布が５以上であることが好ましい。特に、これら製品強度を考慮すると結晶性プロピレン単独重合体が好ましい。
【０００９】
ここで、上記沸騰ヘプタン不溶部のアイソタクチックペンタッド分率とは、ポリプロピレンの沸騰ヘプタン不溶部を、Ａ．Ｚａｍｂｅｌｌｉらによって発表された方法（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，１３，２６７（１９８０））に従って、ポリプロピレン分子中のペンタッド単位でプロピレンモノマー単位が５個連続してメソ結合した連鎖の中心にあるプロピレンモノマー単位の分率を測定した値をいい、ポリプロピレンの結晶性の指標として用いられる。
【００１０】
次に、分子量分布とは、一般にポリプロピレン等の合成高分子には、数千から数百万の分子量を有する分子鎖の集合体であり、分子量の異なる分子鎖の混合割合（重量割合）を示したものが分子量分布である。一般的にこの分子量分布を表わすには、重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（Ｍｎ）の比、即ち、Ｍｗ／Ｍｎの値を用いる。
【００１１】
本発明において使用される前記ポリプロピレン樹脂のメルトインデックス（ＪＩＳ Ｋ７２１０準拠）は、特に限定されないが、１０〜１００／１０分であることが、ポリプロピレン樹脂とガラス繊維等の複合による流動性の悪化を防止し、外観良好な熱交換タンクを得ることができ好ましい。
【００１２】
本発明において（Ｂ）成分として使用されるガラス繊維は、平均繊維径が５〜１５μｍであれば公知のガラス繊維を何ら限定することなく使用できる。一般に成形された熱交換タンクに含まれるガラス繊維の平均繊維長は、２００〜７００μｍであり、特に４００μｍ以上が製品強度の向上が図れ、好ましい。上記成形された熱交換タンクに含まれるガラス繊維の平均繊維長は、試料（ペレット、試験片）を６００℃で約１時間焼却し、ガラス繊維を取り出し、得られたガラス繊維をシャーレの上に広げ、顕微鏡で１０〜２５倍の写真を撮る。この写真からデジタイザー（ワコム（株）製）を用いて繊維長を測定し、（I）式によって算出して求める。
【００１３】
平均繊維長（μｍ）＝試験本数の合計長さ／試験本数        （I）
又、ガラス繊維の表面は、アミノシラン系、エポキシシラン系、ビニルシラン系、メタクリロシラン系等公知のカップリング剤で処理することが好ましい。
【００１４】
本発明において（Ｃ）成分として使用される炭酸カルシウムは、公知の炭酸カルシウムを使用できる。また、その平均粒径は、特に限定されないが、０．１〜１０μｍであることが好ましい。更に、上記炭酸カルシウムは、シランカップリング剤等の表面処理剤で処理して分散性等を改良したものも好適に使用できる。
【００１５】
本発明において（Ｄ）成分として無水マレイン酸をグラフトして変性ポリプロピレン（以下、変性ポリプロピレンという）が使用される。
【００１６】
この変性ポリプロピレンにおける無水マレイン酸のグラフト量は、特に制限されないが、通常ポリプロピレンに対して０．２〜２重量％である。又、変性ポリプロピレンのメルトインデックス（ＪＩＳＫ７２１０準拠）は、特に限定されないが、一般には０．５〜３００ｇ／１０分であることが好ましい。
【００１７】
上記変性ポリプロピレンの製造方法は、公知の方法を何ら限定することなく採用し得る。例えば、ポリプロピレン、無水マレイン酸及び後述する有機過酸化物を配合してヘンシェルミキサー等で充分混合し、ポリプロピレンの融点以上、一般に１７０〜２６０℃で０．２〜１５分間加熱溶融して行う。
【００１８】
この変性ポリプロピレンの製造方法において使用されるポリプロピレンとしては、例えば結晶性プロピレン単独重合体及びプロピレンを主成分とするプロピレンとエチレン若しくは他のα−オレフィン例えばブテン−１、ヘキサン−１、ヘプテン−１、オクテン−１等を４０重量％以下、好ましくは３０重量％以下含有するプロピレンとα−オレフィンとの二元以上のブロック又はランダムコポリマー等で共重合したものが挙げられる。
【００１９】
一方、変性ポリプロピレンの製造において使用される有機過酸化物としては、例えばベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルヒドロパーオキサイド等が挙げられる。
【００２０】
本発明における上記（Ａ）〜（Ｄ）成分の配合割合は、（Ａ）成分２０〜８８．５重量％、好ましくは３８〜７６重量％、（Ｂ）成分１０〜５０重量％、好ましくは２０〜４０重量％、（Ｃ）成分０．５〜２０重量％、好ましくは１〜１５重量％、及び（Ｄ）成分１〜１０重量％、好ましくは３〜７重量％とすることによって、目的とする優れた特性を有する熱交換タンクを得ることができる。
【００２１】
即ち、（Ｂ）成分が１０重量％未満の場合には、ガラス繊維による補強効果が充分でなく熱交換タンクの繰り返し耐圧性や破壊強度の特性が達成できない。一方、（Ｂ）成分が５０重量％を超えると製品の成形性及び外観が悪化することがある。
【００２２】
また、（Ｃ）成分が０．５重量％未満の場合には、リブ構造部に発生するボイド低減の効果が充分でなく、熱交換タンクの繰り返し耐圧性が低下するため、本発明の目的を達成することができない。一方、（Ｃ）成分が２０重量％を超えるとボイド低減の効果の更なる向上が殆ど見られない。
【００２３】
更に、（Ｄ）成分が１重量％未満の場合には、ポリプロピレン樹脂とガラス繊維の接着性が不充分であるため熱交換タンクの強度及び剛性が向上せず、特に破壊強度が満足されず、本発明の目的を達成することができない。一方、（Ｄ）成分が１０重量％を超えると強度及び剛性の更なる向上が殆ど見られない。
【００２４】
本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂には、一般の熱可塑性樹脂に通常用いられる酸化防止剤、加工安定剤、滑剤、帯電防止剤、離型剤、銅害防止剤、光安定剤、発泡剤、核剤、有機過酸化物、充填剤、顔料等が使用し得る。
【００２５】
本発明における（Ａ）〜（Ｄ）成分の混合方法は、公知の方法を限定することなく採用し得る。例えば（Ａ）〜（Ｄ）成分をタンブラー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー等で混合後、押出機等で溶融混練する方法。また、（Ｂ）成分を除く上記成分をタンブラー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー等で混合後、押出機等で溶融混練し、（Ｂ）成分を押出機のベントから途中投入することによって得る方法等を採用しうる。以上に示した方法等により得られたガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂は、射出成形、押出成形等により熱交換タンクを成形される。特に本発明の熱交換タンクは、後記の複雑な形状を有するため、射出成形によって製造することが好ましい。
【００２６】
上記射出成形方法を具体的に例示すれば、熱交換タンクの上部フレームと下部フレームを個々に射出成形にて分割成形した後、接合する方法が挙げられる。又、上記分割成形された熱交換タンクの接合は、公知の接合方法が特に制限なく採用されるが、振動溶着による方法が生産性の面で好ましい。かかる振動溶着を実施する場合においても、本発明の前記ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を使用することにより、極めて良好な接合を行うことができる。
【００２７】
本発明におけて、熱交換タンクの構造は、公知の構造が特に制限なく採用される。例えば、図１は本発明の熱交換タンクの代表的な態様を示す斜視図であり、図２及び図３は代表的な断面図である。
【００２８】
即ち、本発明の熱交換タンクは、基本的に、水取入口１と温水排出口２とを有する密閉容器よりなれば、他の構造は、公知の熱交換タンクの構造が特に制限なく採用される。
【００２９】
また、射出成形によって製造される場合、図２及び図３に示すように、タンクは２分割された部材を接合することによって形成される。かかる接合部は、接合面に位置合わせのための契合部３をそれぞれ設け、これらを契合せしめた状態で振動溶着等の方法によって接合したものが好ましい。
【００３０】
本発明の熱交換タンク外面には、補強のため、格子状等の補強リブ４を設けることが好ましい。また、補強リブは、前記水取入口１や温水排出口２等のタンクの微細構造部における取付強度を高めるために、その周囲に形成させた構造も必要に応じて採用することができる。
【００３１】
本発明において、前記ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を使用した熱交換タンクは、上記構造に加えて、更に、特定の構造を採用することにより、上記繰り返し耐圧性及び破壊強度においてより効果の向上を図ることができる。
【００３２】
例えば、タンク外面において使用する際の内圧負荷時に発生する応力を外面全体で受け持つような構造とすることが好ましい。より具体的には、熱交換タンク外面を図２に示すような平面５若しくは図３に示すように滑らかな曲面６となるよう成形し、また、角部Ａにおいても滑らかな曲面となるように構成することが好ましい。該角部の拡大図である図４に示すように、かかるＲは１０mm以上、好ましくは、１０〜４０mmとなるように決定することが望ましい。
【００３３】
また、熱交換タンク外面に形成される補強リブの付け根及び先端の角もＲを持たせることが繰り返し耐圧性を向上せしめるために好ましい。該Ｒは、補強リブＢの拡大図を示すが、図５における補強リブの付け根のＲ1及び補強リブの先端の角のＲ2をそれぞれ０．５mm以上、好ましくは０．５〜１．５mmとすることが望ましい。
【００３４】
更に、熱交換タンクが前記曲面６のように、内側へ凸となる曲面である場合、該曲面のＲを図３に示されるＲ3で５mm以上、好ましくは５〜２０mmとなるように成形することは、屈曲部構造による応力集中を防ぐことができるため好ましい。
【００３５】
更にまた、図２及び図３にＣで示される接合部の付け根もＲを持たせることが好ましく、その拡大図を示す図６におけるＲ4が、０．５mm以上、好ましくは０．５〜１．５mmとなるように構成することが望ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を用いた熱交換タンクは、低吸水率及びボイド低減から耐温水性、繰り返し耐圧性、破壊強度に優れるため、長期安定性を有する熱交換タンクを得ることができる。
【００３７】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示すが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、諸特性の測定方法は次の通りである。
【００３８】
（１）耐温水性：ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を成形温度２５０℃、金型温度４０℃で射出成形法にて熱交換タンクを成形後、長さ１００mm以上、幅１０mm以上に切り出した試験片を２３℃、相対湿度５０％の恒温恒湿室に入れて４８時間放置し、オートグラフ等の測定装置にて引張試験を測定して初期引張強さを求めた。次いで、同引張試験片を９０℃の温水に２００日浸漬させ、上記測定装置にて温水処理後の引張強さを求め、（II）式による引張強さ保持率を算出した。
【００３９】
引張強さ保持率（％）＝温水処理後の引張強さ／初期引張強さ×１００  (II)（２）繰り返し耐圧性：ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂を成形温度２５０℃、金型温度４０℃で射出成形法にて熱交換タンクを成形した。この熱交換タンク成形品に所定の各部品を組み込み後、製品とし、この製品に上水道水圧を繰り返し負荷し、漏水に至る回数を求めた。
【００４０】
（３）破壊強度：上記方法で得られた熱交換タンク製品に水圧を徐々に加圧負荷し、破壊に至る水圧を求めた。
【００４１】
次いで、第一表の諸特性である耐温水性、繰り返し耐圧性、破壊強度について以下の如く示した。耐温水性は、引張強さ保持率が６０％以上であるものを「○」，６０％未満であるものを「×」とした。繰り返し耐圧性は、漏水に至る繰り返し回数が２００００回以上であるものを「○」，それ未満であるものを「×」とした。破壊強度は、破壊に至る水圧が７．５kg／cm2以上であるものを「○」，７．５kg／cm2未満であるものを「×」とした。
【００４２】
実施例１〜３
メルトインデックス（ＪＩＳＫ７２１０準拠）が、４５ｇ／１０分であるホモポリプロピレン（（株）トクヤマ製）、無水マレイン酸をグラフトして変性したポリプロピレン（（株）トクヤマ製、グラフト量、０．５６重量％）、繊維径が１０．５μｍであるガラス繊維（日本電気硝子（株）製、ＥＣＳ０３Ｔ−４８０Ｈ）、平均粒径が１．８μｍであ炭酸カルシウム（東洋ファインケミカル（株）製、ホワイトンＰ−３０）をタンブラーミキサー又はヘンシェルミキサー等で混合し、ガラス繊維強化ポリプロピレンを調整後、押出機において２３０℃で溶融混練し、ペレットを造粒した。
【００４３】
このペレットを用いて図１に示す熱交換タンク（図２に断面図を示す）を成形した。上記熱交換タンクの容量は１．０ｌであり、熱交換タンクの壁を構成する肉厚は４mm、熱交換タンクのそれぞれの角部のＲは１３〜１７の範囲に設定した。また、補強リブのＲ1及びＲ2はそれぞれ１．０mm、０．５mmとした。更に、接合部の付け根のＲ4は１．０mmとした。
【００４４】
成形は、熱交換タンクの接合部を挟んで分割された成形体を成形し、それぞれの成形部材を振動溶接によって接合した。
【００４５】
尚、このガラス繊維強化ポリプロピレンにおける各成分の配合割合は、表１に示した。
【００４６】
比較例１、２
実施例１において、ガラス繊維を表１に示すように変化させた以外は、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示した。
【００４７】
比較例３、４
実施例１において、炭酸カルシウムを表１に示すように変化させた以外は、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示した。
【００４８】
比較例５、６
実施例１において、変性ポリプロピレンの量を表１に示すように変化させた以外は、実施例１と同様の試験を行った。結果を表１に示した。
【００４９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な熱交換タンクの一態様を示す斜視図
【図２】本発明の代表的な熱交換タンクの一態様を示す断面図
【図３】本発明の代表的な熱交換タンクの他の一態様を示す断面図
【図４】図２のＡの拡大図
【図５】図２のＢの拡大図
【図６】図３のＣの拡大図
【符号の説明】
１  水取入口
２  温水排出口
３  補強リブ
４  契合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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