(57)【要約】【課題】二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に使用可能なように、要求される高温高圧環境下での使用に十分耐え、かつ密封装置からの二酸化炭素の透過量を低く抑えることのできるシール材を提供すること。【解決手段】二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に用いられるシール材として、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂を主成分として含むシール材を用いる。このシール材は、バックアップリングに用いても優れた密封性が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に用いられるシール材であって、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂を主成分として含むシール材。
【請求項２】
二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置のバックアップリングに適応される請求項１に記載のシール材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に使用されるフッ素系樹脂を主成分とするシール材に関し、特に、二酸化炭素を冷媒として用いた冷凍空調システムにおける冷媒の漏れを防止するガスケット、パッキン、Ｏリング、オイルシールなどの密封装置に使用されるシール材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーエアコンなどの冷凍空調機においては、オゾン層破壊といった環境問題の観点から主としてフロン系冷媒ＨＦＣ−１３４ａが冷媒として用いられている。ところが、近年、ＨＦＣ−１３４a に対しても地球温暖化への影響が指摘され、使用が制限される方向にある。これに代わるものとして、地球温暖化係数が小さく、かつ自然冷媒でもある二酸化炭素冷媒が代替候補となっている。
【０００３】
二酸化炭素冷媒を使用した冷凍空調システムでは、従来のフロンガス系冷媒と比較し、圧力約４〜１１ＭＰａ、温度１２０℃以上の高温高圧条件下での使用となる。また、二酸化炭素冷媒が、密封装置に使用されるシール材に対し与える影響もフロン系冷媒とは異なっている。
【０００４】
このことから、二酸化炭素冷媒用の密封装置に適用できるシール材につき種々の検討が行われている。例えば、特許文献１には、有機過酸化物で架橋された水素化ニトリルゴムを主体とするシール材が記載されている。しかし、水素化ニトリルゴムを主体としたシール材では、密封装置からの二酸化炭素の漏れ量を低減するにはなお不十分であることが判明した。また、特許文献２には、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とするフッ素系樹脂シール材が記載されている。しかし、ポリテトラフルオロエチレンを使用した場合でも、二酸化炭素の透過係数が大きいという樹脂特性により十分な漏れ防止効果を得るには至っていない。
【特許文献１】特開２００２−１４６３４２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０８１０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に使用可能なように、要求される高温高圧環境下での使用に十分耐え、かつ密封装置からの二酸化炭素の漏れ量を低く抑えることのできるシール材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明者らは、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂を主成分とするシール材を密封装置に使用すると、１０ＭＰａ、１２０℃以上の高温高圧条件下での使用に耐え、かつ、従来の水素化ニトリルゴムやポリテトラフルオロエチレンを用いた場合よりも二酸化炭素の透過量を低減できることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に用いられるシール材であって、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂を主成分として含むシール材。
（２）二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置のバックアップリングに適応される（１）に記載のシール材。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による二酸化炭素又は二酸化炭素を含む流体を密封対象とする密封装置に用いられるシール材では、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂を主成分として配合することによって、高温高圧条件（１０MPa 、１２０℃以上）下でも使用可能で、かつ、二酸化炭素の透過性が抑制されて密封性能が向上した。また、本発明によるシール材をガスケット等のバックアップリングに用いることによっても、優れた耐二酸化炭素透過性を得ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ゴム組成物においては、そのガラス転移点が室温以下にあることとゴム弾性を有することから、分子運動性が大きい傾向にあり、気体の耐透過性については樹脂系素材に比べ不利である。一方、ポリテトラフルオロエチレン樹脂は、その耐熱性、耐液体性などが優れることから厳しい環境下にて広く使用されている。しかし、ポリテトラフルオロエチレン樹脂は、二酸化炭素の透過係数が大きく、特に、高圧環境の使用条件に適するように樹脂に充填剤を含有させ硬さを上げるとこの傾向がより顕著となる。これは、樹脂マトリックスと含有する充填剤との間に生じる空隙によるものである。これに対し、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂は、樹脂硬さがポリテトラフルオロエチレン樹脂よりも高く、二酸化炭素の透過性も低い樹脂である。また、フッ素系樹脂であることから、高温高圧になる二酸化炭素冷媒の冷凍空調システムに対しても十分使用に耐えることができる。
【００１０】
本発明に用いられるクロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂は、クロロトリフルオロエチレンを単量体とする重合体又は共重合体であり、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体などが挙げられる。
クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体の場合には、クロロトリフルオロエチレンのモル比が２０％以上であるのが好ましい。
【００１１】
本発明のシール材によって作られる密封装置は、二酸化炭素又は二酸化炭素を含んだ流体を密封対象としたものであり、例えば、二酸化炭素を冷媒としたカーエアコン等の冷凍空調機や冷凍冷蔵庫等において用いられるガスケット、パッキン、Ｏリング、オイルシール、メカニカルシールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明のシール材はガスケット又はパッキン用のバックアップリングに用いることもでき、密封性能を高められる。また、バックアップリングにバイアスカットが設けられていても、高温高圧の使用条件下にてカット（スリット）部が融着するので優れた密封機能を発揮する。
【００１２】
その他、本発明の目的を損なわない範囲で、着色剤、充填剤等の添加剤を適宜配合して用いることができる。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明を実施例１〜３及び比較例１〜４を用いて説明する。なお、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００１４】
実施例１：
実施例１は、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂を主成分として含むシール材を用いた実施例である。
本実施例では、フッ素系樹脂シール材として、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂（ダイキン工業製、商品名：ネオフロンＰＣＴＦＥ）を使用し、内径４０．０ｍｍ、外径４３．２ｍｍ、高さ２．０ｍｍのシールリングを成型した。シールリングの作製は、ネオフロンＰＴＣＦＥのペレットを、一般に公知の圧縮成型法により溶融加圧してビュレットの成型を行い、その後規定寸法に切削して行った。本シールリングを試料として、下記の二酸化炭素透過量測定法により透過量（漏れ量）を求めた。測定結果を表１及び図１に示す。取付け例を図２に示す。
【００１５】
実施例２：
実施例２は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングとクロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂製のバックアップリングとを併用した実施例である。
本実施例における水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングは、主原料の水素化ニトリルゴム（Ｚｅｔｐｏｌ  ００２０、日本ゼオン株式会社製、結合アクリロニトリル量４９重量％）１００重量部に対して、架橋剤の有機過酸化物として１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン４重量部、充填剤としてＨＡＦカーボンブラック１５重量部、ＦＥＦカーボンブラック６５重量部、可塑剤としてトリメリット酸トリメリテート１０重量部、架橋助剤としてＮ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミド５重量部、老化防止剤としてアルキル化ジフェニルアミン１．５重量部、金属酸化物として酸化亜鉛3 重量部、滑剤としてステアリン酸１重量部、ポリエチレンワックス０．３重量部、合計で２０４．８重量部を用い、公知の混合法で混練してゴム組成物とし、１８０℃、６分の成型条件で加圧成型し、その後オーブンにて１５０℃、４時間のポストキュアーを行って作製した。形状は、線径φ２ｍｍ、内径４０．０ｍｍとした。
また、本実施例のバックアップリングは、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）製であり、実施例１と同様の方法により作製した。形状も実施例１と同様に内径４０．０ｍｍ、外径４３．２ｍｍ、高さ２．０ｍｍとした。取付け例を図３に示す。
【００１６】
実施例３：
実施例３は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングとクロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂製のバックアップリングとを併用し、かつ、バックアップリングにリングの装着性を考慮したバイアスカット（スリット）を施した実施例である。バイアスカットの形状の概略例を図５に示す。
本実施例における水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングは、実施例２と同様の方法により作製した。また、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）製バックアップリング（内径４０．０ｍｍ、外径４３．２ｍｍ、高さ２．０ｍｍ）は、バイアスカット部を設けた以外は実施例２のバックアップリングと同じである。取付け例を図３に示す。
【００１７】
比較例１：
比較例１は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製のＯリングを使用した例である。この水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングは、実施例２と同様の方法により作製した。本比較例では、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングのみを使用している。取付け例を図４に示す。
【００１８】
比較例２：
比較例２は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製バックアップリングとを併用した例である。この水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングは、実施例２と同様の方法により作製した。また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製バックアップリングは、ダイキン工業製ポリフロンＭ１２（商品名）を用い、公知の方法で圧縮成型および焼成したビュレットから切削により作製した。形状は、内径４０．０ｍｍ、外径４３．２ｍｍ、高さ２．０ｍｍである。取付け例を図３に示す。  
【００１９】
比較例３：
比較例３は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングとポリアミド（ＰＡ）製バックアップリングとを併用した例である。この水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングは、実施例２と同様の方法により作製した。また、ポリアミド（ＰＡ）製バックアップリングは、日本ポリペンコ株式会社製ポリペンコ６６Ｎ（商品名）を用い切削加工により作製した。形状は、内径４０．０ｍｍ、外径４３．２ｍｍ、高さ２．０ｍｍである。取付け例を図３に示す。
【００２０】
比較例４：
比較例４は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングとポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製バックアップリングとを併用し、かつ、バックアップリング中にバイアスカットを含む例である。この水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）製Ｏリングは、実施例２と同様の方法により作製した。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製バックアップリングは、バイアスカット部を含む以外は比較例２のバックアップリングと同じである。取付け例を図３に示す。
【００２１】
なお、本発明における二酸化炭素の透過量（漏れ量）および二酸化炭素の透過係数に対する評価試験は、次のようにして行った。
［二酸化炭素透過量測定］
容量３００ｍｌの本体と蓋体とからなる密封試験容器を使用し、上記各試料( Ｏリングおよびバックアップリング) を密封装置として本体と蓋体とを螺締め密封するとともに１５０℃において内部圧力が８ＭＰａとなるように二酸化炭素を充填し、試験容器全体を温度１５０℃の恒温槽中に放置した。そして、各試験容器について４００時間経過後に試験開始時の総重量との差を測定することにより、その減量分を各試料から透過した二酸化炭素の透過量として求めた。
［二酸化炭素気体透過係数］
試験片として９０ｍｍ×９０ｍｍ×厚み０．２ｍｍの樹脂シートまたは９０ｍｍ×９０ｍｍ×厚み２ｍｍのゴムシートを使用し、東洋精機株式会社製のガス透過試験機を用いて、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』  Ａ法の試験方法により温度２４℃、圧力０．１ＭＰａにて測定した。
【００２２】
実施例１〜３及び比較例１〜４についての二酸化炭素透過量の測定結果を表１及び図１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
シート材としてポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）及び水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）を用いた場合について、二酸化炭素透過係数とロックウェル硬さの測定結果を表２に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
以上の測定結果より、以下のことが確認できた。
（１）実施例１から分かるように、クロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂をシール材として使用した固定用密封装置では、比較例１に示す水素化ニトリルゴムを使用した場合と比較し、二酸化炭素の透過量を大幅に低減できることが判明した。これは、水素化ニトリルゴムに比べ、ＰＣＴＦＥ樹脂の二酸化炭素透過係数が小さいためである。
【００２７】
（２）実施例２から分かるように、固定用密封装置として水素化ニトリルゴム製Ｏリングを用い、そのバックアップリングとしてクロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂をシール材として適用した場合は、比較例１に示す水素化ニトリルゴム製Ｏリングのみを使用した場合と比較し、二酸化炭素の透過量を大幅に低減できることが判明した。また、比較例２に示す、バックアップリングとしてポリテトラフルオロエチレンを使用した場合と比較しても、やはり大幅な二酸化炭素の透過量低減が可能なことが判明した。
【００２８】
（３）比較例３においては、固定用密封装置として水素化ニトリルゴム製Ｏリングを用い、二酸化炭素の透過係数の小さいポリアミドをシール材として適用した例であるが、実施例２と比較し二酸化炭素の透過量低減効果が見られない。これは、ポリアミド樹脂の硬さが、ロックウエル硬さでＲ１２０と硬いためシール溝に対する変形が十分でなく隙間を十分シールできなかったためである。これに対し、実施例２で使用したＰＣＴＦＥ樹脂は、Ｒ８０と硬さがポリアミド樹脂に比べ低いため変形し易く、シール溝に対する充填性が良く、その素材の二酸化炭素に対する低透過性と相まって効果を発現したものである。
なお、比較例２において使用したポリテトラフルオロエチレンでは、そのロックウエル硬さは、Ｒ２０と低いが、素材としての二酸化炭素透過係数が水素化ニトリルゴムおよびＰＣＴＦＥ樹脂より劣ることから効果が得られないものと考える。
【００２９】
（４）実施例３に示すように、固定用密封装置として、水素化ニトリルゴム製Ｏリングおよびクロロトリフルオロエチレンの単独重合体又は共重合体からなるフッ素系樹脂をシール材としたバックアップリングで、かつバイアスカットを入れた場合においてさえ、比較例１および比較例２と比較して、二酸化炭素の透過量を大幅に低減できることが判明した。このことは、比較例４のバイアスカット入りのポリテトラフルオロエチレン製バックアップリングを適用した例と比較してもその効果の程は顕著である。ＰＣＴＦＥ樹脂では、その融点が２２０℃であり、ポリテトラフルオロエチレンの融点３２７℃よりも低いことから、使用環境である高温高圧条件が作用しバイアスカット部分の融着が生じるためである。このため、バイアスカットされたリングが一体の切れ目のないシールリングとして作用し、その二酸化炭素に対する低透過性と相まって効果を発現したものである。一方、比較例４におけるポリテトラフルオロエチレンでは、この様な融着現象は見られない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施例１〜３及び比較例１〜４について二酸化炭素漏れ量の測定結果を示すグラフである。
【図２】実施例１及び比較例１のシール部材が装着された溝部の断面図である。
【図３】実施例２、３及び比較例２〜４のＯリングとバックアップリングとが装着された溝部の断面図である。
【図４】比較例１のＯリングのみが装着された溝部の断面図である。
【図５】バックアップリングに設けられたバイアスカットの概略部分図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    シール部材
２    Ｏリング
３    バックアップリング
４    バイアスカット
【図１】
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【図２】
2005281434.tif 000006
【図３】
2005281434.tif 000007
【図４】
2005281434.tif 000008
【図５】
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