(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-10
(45)【発行日】2023-07-19
(54)【発明の名称】空調ダクト
(51)【国際特許分類】
B60H 1/00 20060101AFI20230711BHJP
C09J 123/02 20060101ALI20230711BHJP
【FI】
B60H1/00 102L
B60H1/00 102R
C09J123/02
(21)【出願番号】P 2020058933
(22)【出願日】2020-03-27
【審査請求日】2022-02-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000241463
【氏名又は名称】豊田合成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100096116
【氏名又は名称】松原 等
(72)【発明者】
【氏名】新美 泰史
(72)【発明者】
【氏名】近藤 秀明
(72)【発明者】
【氏名】政次 美徳
【審査官】奈須 リサ
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-120735(JP,A)
【文献】実開平05-052645(JP,U)
【文献】特開2015-081344(JP,A)
【文献】特開2009-126991(JP,A)
【文献】特開2001-139911(JP,A)
【文献】特開2015-137301(JP,A)
【文献】特開2002-205528(JP,A)
【文献】実開昭61-024245(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60H 1/00-3/06
F24F 1/00-13/32
C09J 1/00-201/10
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ダクト周方向に複数に分かれた複数のダクト部材が、ダクト部材間に介された接着剤層により接着されてなる空調ダクトにおいて、
複数のダクト部材は、ポリオレフィン系樹脂からなり、
接着剤層は、オレフィン系ホットメルト接着剤からなり、
オレフィン系ホットメルト接着剤のオープンタイムが5~60秒であり、
JIS K7198に準拠して、直径10mm、厚さ1~2mmの円板状の試験片とした硬化後のオレフィン系ホットメルト接着剤について、ジオメトリーとしてφ10mmパラレルプレートを用いて、試験温度20~180℃、歪率2%、周波数50Hz、昇温速度5℃/分にて動的粘弾性試験を行い測定した、80℃における貯蔵弾性率(G’)が40kPa以上であり、
接着剤層によるダクト部材間の80℃におけるせん断接着強度(JIS K6850)が0.05MPa以上であることを特徴とする空調ダクト。
【請求項2】
前記せん断接着強度が0.09MPa以上である請求項1記載の空調ダクト。
【請求項3】
複数のダクト部材は、板状のダクト部材と、チャンネル形状のダクト部材との組み合わせである請求項1又は2記載の空調ダクト。
【請求項4】
複数のダクト部材は、チャンネル形状のダクト部材と、チャンネル形状のダクト部材との組み合わせである請求項1又は2記載の空調ダクト。
【請求項5】
空調ダクトは、自動車における空調装置の空気加熱部から道程2m以内の部位に配設される自動車用空調ダクトである請求項1~4のいずれか一項に記載の空調ダクト。
【請求項6】
前記部位が、自動車のダッシュボート又はセンターコンソールである請求項5記載の空調ダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、乗物(自動車、電車、飛行機、船等)や建物等に設けられる空調装置の通風管である空調ダクトに関するものである。
【背景技術】
【0002】
空調ダクトは、樹脂の押出成形により形成された継ぎ目のない管が多いが、ダクト周方向に複数に分かれた複数のダクト部材がダクト部材間で接合されてなる継ぎ目のある管もある。後者の一例として、特許文献1には、自動車の成形天井の板状基材の裏面の一部と、断面コ字状のダクト部材の両縁面との間を、接着剤で接着してなる空調ダクト(ルーフダクト)が記載されている。板状基材の一部を、ダクトの周方向の一部をなすダクト部材の一つとして兼用するため、設置スペースや材料を削減できる。
【0003】
また、特許文献1では、樹脂製基材用の原反シートを成形した時の余熱で接着剤を加熱軟化させることを特徴としており、その接着剤として、ホットメルト接着剤、熱硬化型接着剤、一液反応型接着剤、二液反応型接着剤等を使用できるとしている。
これらのうち、熱硬化型・一液反応型・二液反応型の接着剤は、化学反応のみにより硬化するため、硬化時間が長く、半硬化状態では部材脱落の可能性があって製品をハンドリングすることができないため、作業性及び製造効率が良くない。
これに対して、ホットメルト接着剤は、冷却すると硬化するため、熱硬化型・一液反応型・二液反応型の接着剤よりも硬化時間が短く、速やかに製品をハンドリングすることができるようになるため、作業性及び製造効率が良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
空調ダクトには暖房時に暖気が流れる。一方、ホットメルト接着剤は熱可塑性であるから熱に弱い。しかし、これまで空調ダクトにホットメルト接着剤を使用する際に、熱は問題視されていない。暖気程度の温度でホットメルト接着剤が軟化又は溶融することはない、と考えられていたものと推定される。
【0006】
しかし、本発明者らの検討によると、例えば自動車の空調ダクトの場合、空調装置の空気加熱部(例えばヒーターコア)に近いダッシュボードないしセンターコンソールに配された部分は、空気加熱部から遠いルーフに配された部分に比べて、より高温の空気が流れるため、ホットメルト接着剤が軟化又は溶融して接着力が低下する可能性があることが分かってきた。接着力の低下はその程度によってはダクト部材間の剥離につながるため、対策する必要がある。
【0007】
そこで、本発明の目的は、高温の空気が流れても接着剤層が軟化又は溶融せず、ダクト部材間が剥離しない空調ダクトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
[1]空調ダクト
ダクト周方向に複数に分かれた複数のダクト部材が、ダクト部材間に介された接着剤層により接着されてなる空調ダクトにおいて、
複数のダクト部材は、ポリオレフィン系樹脂からなり、
接着剤層は、オレフィン系ホットメルト接着剤からなり、
オレフィン系ホットメルト接着剤のオープンタイムが5~60秒であり、
JIS K7198に準拠して、直径10mm、厚さ1~2mmの円板状の試験片とした硬化後のオレフィン系ホットメルト接着剤について、ジオメトリーとしてφ10mmパラレルプレートを用いて、試験温度20~180℃、歪率2%、周波数50Hz、昇温速度5℃/分にて動的粘弾性試験を行い測定した、80℃における貯蔵弾性率(G’)が40kPa以上であり、
接着剤層によるダクト部材間の80℃におけるせん断接着強度(JIS K6850)が0.05MPa以上であることを特徴とする空調ダクト。
【0009】
ここで、前記せん断接着強度が0.09MPa以上であることが好ましい。
【0010】
空調ダクトは、自動車における空調装置の空気加熱部から道程2m以内の部位に配設される自動車用空調ダクトであることが好ましい。同部位は、空気加熱部を通って熱せられたばかりの高温の空気が流れるため、高温での接着性に優れた本発明が特に適するからである。空気加熱部としては、ヒーターコア、ヒートポンプの熱交換器、正温度係数(PTC)ヒーター、燃料式ヒーター等を例示できる。同部位としては、ダッシュボード又はセンターコンソールを例示できる。
【0011】
<作用>
オレフィン系ホットメルト接着剤は、冷却により硬化するため、熱硬化型・一液反応型・二液反応型の接着剤よりも硬化時間が短い。そのうえ本発明では、オープンタイム60秒以下のホットメルト接着剤を用いるため、硬化時間が特に短い。そのため、サイクルタイムを短縮でき、仕掛品が少なくなるため、効率的な生産が可能となる。
【0012】
さらに、本発明者らは鋭意検討により、次の事項(a)~(d)を見出した。
(a)同ホットメルト接着剤のオープンタイムが5秒以上であることにより、接着剤をビード状(ひも状)に塗布するときの糸引きを防止できる。
(b)同ホットメルト接着剤のオープンタイムが60秒以下であることにより、高温での接着性要求を満たす。その理由は、オープンタイムの短い接着剤は、可塑剤の配合量が少ないと推定されるため、高温で柔らかくなりにくいことによるものと考えられる。
(c)同ホットメルト接着剤の80℃における貯蔵弾性率が40kPa以上であることにより、高温での接着性要求を満たす。その理由は、高温評価温度(使用時の温度想定)では、接着剤の凝集力が必要なため、硬い必要があるからであると考えられる。
(d)上記(b)(c)により、接着剤層によるダクト部材間の80℃におけるせん断接着強度(JIS K6850)が0.05MPa以上であることを実現できることから、空調ダクトは、高温の空気が流れても軟化及び溶融せず、複数のダクト部材間が剥離することもない。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、高温の空気が流れても接着剤層が軟化又は溶融せず、ダクト部材間が剥離しない空調ダクトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【
図1】
図1は実施例と比較例に用いた接着剤(硬化後)の試験温度20~180℃における貯蔵弾性率を示すグラフ図である。
【
図2】
図2は実施例と比較例のせん断接着強度を測定するための両部材接着試験片の斜視図である。
【
図3】
図3は測定した同せん断接着強度と接着剤のオープンタイムとの関係を示すグラフ図である。
【
図4】
図4は実施例の空調ダクトとその製造方法を示す断面図である。
【
図5】
図5は自動車のセンターコンソールに配設した実施例の空調ダクトを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
1.ダクト部材
複数のダクト部材としては、特に限定されないが、次の態様(ア)(イ)を例示できる。
(ア)複数のダクト部材は、板状のダクト部材と、断面コ字状、U字状、C字状、V字状等のチャンネル形状のダクト部材との組み合わせである態様
板状のダクト部材は、ダクト専用品の部材に限定されず、別機能品の板状部材(例えば基材)の一部であってもよい。当該板状部材としては、自動車のセンターコンソールの板状基材や、成形天井の板状基材等を例示できる。
(イ)複数のダクト部材は、チャンネル形状のダクト部材と、チャンネル形状のダクト部材との組み合わせ
【0016】
ダクト部材のポリオレフィン系樹脂としては、特に限定されないが、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)、ポリメチルペンテン(TPX)等を例示できる。複数のダクト部材は、同一のポリオレフィン系樹脂からなるものでもよいし、異なるポリオレフィン系樹脂からなるものでもよい。
【0017】
2.接着剤層
接着剤層の形態としては、特に限定されないが、面状、ビード状等を例示できる。
接着剤層の厚さとしては、特に限定されないが、0.1~1mmを例示できる。
【実施例】
【0018】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例の各部の構造、材料、形状及び寸法は例示であり、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。
【0019】
後述する空調ダクトの第1ダクト部材に使用するPP材料からなる板状の第1部材と、第2ダクト部材に使用するPE材料からなる板状の第2部材とを作製した。これらの第1部材と第2部材とを、次の表1に示す各種接着剤により接着して、空調ダクトの接着部位に相当する実施例1~5及び比較例1~5の各試験片を作製し、せん断接着強度を測定した。また、各接着剤について、オープンタイム、貯蔵弾性率等を測定した。以下、順に詳述する。
【0020】
【0021】
[第1部材]
PPにより厚さ3mmのソリッド板状の第1部材を成形した。
PPとしては、TSOP5(プライムポリマー社製の商品名「プライムポリプロLA880G」)を用いた。同PPの配合は、樹脂(エチレン・プロピレン共重合体)74質量%、ゴム(エチレン・α-オレフィン共重合体)5質量%、タルク(粉末)20質量%、その他(添加剤等)0.5質量%である。
【0022】
[第2部材]
発泡PEにより厚さ3mmの独立気泡発泡板状の第2部材を成形した。
発泡PEとしては、積水化学工業社製の商品名「ソフトロンNF」を用いた。同発泡PEの配合は、樹脂(オレフィン樹脂)90質量%以上、カーボンブラック2質量%以下である。
【0023】
[接着剤]
実施例及び比較例に使用した接着剤の商品名と主成分は、次のとおりである。
実施例1:MORESCO社製の商品名「RAC-60」(主成分:オレフィン樹脂)
実施例2:MORESCO社製の商品名「RAC-90」(主成分:オレフィン樹脂)
実施例3:旭化学合成社製の商品名「アサヒタックFR590」(主成分:α-オレフィン共重合体)
実施例4:積水フーラー社製の商品名「swifttherm2699」(主成分:オレフィン樹脂)
実施例5:積水フーラー社製の商品名「swifttherm2003」(主成分:オレフィン樹脂)
比較例1:セメダイン社製の商品名「SX-PPK1000」(主成分:アクリル変性シリコーン)
比較例2:セメダイン社製の商品名「PPX+PPX-3」(主成分:シアノアクリレート)
比較例3:スリーエム社製の商品名「Scotch-WeldDP-8010Blue」(主成分:アクリル樹脂)
比較例4:MORESCO社製の商品名「RAC-22Z」(主成分:オレフィン樹脂)
比較例5:旭化学合成社製の商品名「アサヒタックAB5415」(主成分:α-オレフィン共重合体)
ここで、実施例1~5及び比較例4,5に使用した接着剤はオレフィン系ホットメルト接着剤であり、比較例1に使用した接着剤は一液反応型接着剤(湿気硬化)であり、比較例2に使用した接着剤は一液反応型接着剤(瞬間型)であり、比較例3に使用した接着剤は二液反応型接着剤である。
【0024】
[接着剤の硬化前特性}
(1)オープンタイムの測定
JAI-7(日本接着剤工業会規格)「ホットメルト接着剤試験方法」に準拠して、各接着剤のオープンタイムを測定した。
詳しくは、KライナーBフルート(220g/m2 )の段ボールからなる接着試験片に、各接着剤を、室温23℃±2℃、塗布温度180±2℃、接着面積5000mm2 (接着幅50mm×接着奥行き100mm)、塗布量3±0.3g/mにて塗布してから、圧締圧力2kgf×圧締時間2秒にて圧締した後に開放し、80%以上の材料破壊が出るときの時間を測定した。その結果を表1に示す。
【0025】
(2)硬化時間
比較例1~3の各接着剤の商品情報として公開されている硬化時間を、表1に示す。ホットメルトは冷却すると固化するため、その硬化時間はオープンタイムとさほど変わらない。
【0026】
[接着剤の硬化後特性}
(3)貯蔵弾性率の測定
JIS K7198「動的粘弾性の温度依存性に関する試験方法」に準拠して、硬化後の各接着剤(直径10mm、厚さ1~2mmの円板状の試験片とした。)の貯蔵弾性率を測定した。
詳しくは、TA Instruments社製の「応力制御型レオメータAR2000ex」を用い、ジオメトリーとしてφ10mmアルミ製パラレルプレートを用いて、試験温度20~180℃、歪率2%、周波数50Hz、昇温速度5℃/分にて動的粘弾性試験を行い、貯蔵弾性率を測定した。その結果を
図1に示し、そのうち23℃と80℃における各貯蔵弾性率を表1に示す。
【0027】
[接着性能}
(4)両部材接着試験片のせん断接着強度の測定
JIS K6850「接着剤-剛性被着材の引張せん断接着強さ試験方法」に準拠して、実施例1~5及び比較例1~5の両部材接着試験片を作製し、接着面に平行な引張りせん断荷重によりせん断接着強度を測定した。
詳しくは、
図2に示すように、第1部材と第2部材を100mm×25mmの短冊状に切り出して、両部材の重ね合わせる端部間に、ITWダイナテック社製「ホットメルトアプリケータ ダイナメルトSR05」を用いて、各接着剤を、タンク温度180℃,ノズル温度180℃、接着面積250mm
2 (接着幅25mm×接着奥行き10mm)、接着厚み0.1~0.3mmにて塗布してから、該端部間を圧締力約2kg×圧締時間5~10秒にて圧締した後に開放し、20℃,50%Rhで24時間放置(養生)して、両部材接着試験片を作製した。そして、第1部材の端部チャック範囲と、第2部材の端部チャック範囲とを、チャック治具にて治具間距離112.5mm、接着部の端からチャック位置まで50mmとなるようにチャックして、引張り速度50mm/分で反対方向に引張り、せん断接着強度を測定した。その結果を
図3に示し、そのうち23℃と80℃における各せん断接着強度を表1に示す。
【0028】
[評価]
表1に示すように、比較例1(一液反応型接着剤を使用),比較例3(二液反応型接着剤を使用)は、80℃におけるせん断接着強度は高いが、硬化時間が3,600~10,800秒又は86,400秒と長いため、生産に用いると効率が悪い。
また、比較例2(一液反応型接着剤(瞬間型)を使用)は、80℃におけるせん断接着強度は高いが、オープンタイムが2~3秒と短い。
【0029】
また、比較例4,5(ホットメルト接着剤を使用)は、オープンタイムが180秒と長く、80℃における貯蔵弾性率が15又は14kPaと低く、80℃におけるせん断接着強度が0.03又は0.02Mpaと低かった。ホットメルト接着剤であっても、オープンタイムが長いものは可塑剤量が多いと推定され、また、高温での貯蔵弾性率が低いものは該高温で柔らかいため、高温での接着性要求を満たさないと考えられる。
これに対して、実施例1~5(ホットメルトを使用)は、オープンタイムが5~60秒の範囲内にあり、80℃における貯蔵弾性率が40kPa以上であり、80℃におけるせん断接着強度が0.05Mpa以上(特に実施例1~4では0.09Mpa以上)であった。
【0030】
この結果に基づき、オープンタイムが5~60秒の範囲内を○(良)、同範囲外を×(不可)と評価する。80℃における貯蔵弾性率が40kPa以上を○(良)、40kPa未満を×(不可)と評価する。そして、80℃におけるせん断接着強度が0.05MPa以上を○(良)、0.09MPa以上を◎(最良)、0.05MPa未満を×(不可)と評価する。総合判定は、1つでも×の項目があれば×(不可)、×の項目がなく且つ◎がなければ○(良)、全ての項目が○以上且つ◎があれば◎(最良)とする。
【0031】
[空調ダクト]
実施例1~5の構成を用いて、
図4及び
図5に示すような、実施例の空調ダクトを製造することができる。
この空調ダクト1は、自動車における空調装置のダッシュボード下部にある空気加熱部(例えばヒーターコア)から道程2m以内の部位であるセンターコンソール10に配設され、吹出口5からシート11に着座した乗員12の太腿13に向けて空調空気14を吹き出すためのものである。
【0032】
空調ダクト1は、ダクト周方向に二つに分かれた、板状の第1ダクト部材2と、断面コ字状のチャンネル形状の第2ダクト部材3が、ダクト部材2,3間に介された接着剤層4により接着されてなる、四角筒状のものである。板状の第1ダクト部材2は、ダクト専用品ではなく、センターコンソール10の側部を構成する板状基材の一部である。該板状基材の一部を、ダクトの周方向の一部をなすダクト部材の一つとして兼用するため、設置スペースや材料を削減できる。吹出口5は第1ダクト部材2に形成されている。
【0033】
第1ダクト部材2は実施例1~5と同じPPからなり、第2ダクト部材3は実施例1~5と同じ発泡PEからなり、接着剤層4は、実施例1~5のオレフィン系ホットメルト接着剤を適宜選択して用いたものである。
従って、オレフィン系ホットメルト接着剤のオープンタイムが5~60秒であり、接着剤層4の80℃における貯蔵弾性率(G’)が40kPa以上であり、接着剤層4によるダクト部材2,3間の80℃におけるせん断接着強度(JIS K6850)が0.05MPa以上である。
【0034】
この空調ダクト1の製造方法の一例を説明する。
図4に示すように、第1ダクト部材2の接合面にオレフィン系ホットメルト接着剤を塗布して、接着剤層4を形成する。加熱軟化させたPEシートを金型21を用いてチャンネル形状に賦形して、第2ダクト部材3を成形する。該第2ダクト部材3の接合端面を第1ダクト部材2に押し当てて貼り付ける。第2ダクト部材3の余熱により第1ダクト部材2上の該接着剤層4が軟化し、室温で冷やされて硬化することで、両ダクト部材2,3間が接着剤層4により接着される。
【0035】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
【符号の説明】
【0036】
1 空調ダクト
2 第1ダクト部材
3 第2ダクト部材
4 接着剤層
5 吹出口
10 センターコンソール
11 シート
12 乗員
13 太腿
14 空調空気
21 金型
22 金型