JP7310679B2 - 空調ダクト - Google Patents

Description

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。

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。

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。

特開２００７－０３８５３１号公報

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

＜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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

［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。

［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。

［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。

［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。

（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。

［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。

［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２５０ｍｍ² （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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (6)

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。
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。
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。
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。
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。
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。

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