(57)【要約】【課題】コルゲート部を大径化することなく、高い柔軟性と耐久性とを確保することが可能な金属製コルゲートパイプを提供する。【解決手段】金属製コルゲートパイプ２９は、側壁１３の肉厚が０．１５ｍｍであり、山部１１での外径が１１．５ｍｍとなり、かつ、谷部１９での内径が８．５０ｍｍとなっているコルゲート部２７を有している。コルゲート部２７のピッチを０．５０ｍｍに調整し、山部１１の内側及び谷部１９の外側が、実質的に鋭角的に折れ曲がっているようにしておく。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
山部及び谷部が形成されて蛇腹状に構成されたコルゲート部を有し、流体移送用の配管に用いられる金属製コルゲートパイプであって、
前記山部及び前記谷部は、鋭角的に折れ曲がっている、ことを特徴とする金属製コルゲートパイプ。
【請求項２】
前記コルゲート部の前記山部の内側及び前記谷部の外側は、実質的にＲが形成されていない状態で鋭角的に折れ曲がっている、ことを特徴とする請求項１記載の金属製コルゲートパイプ。
【請求項３】
前記コルゲート部のピッチは、前記コルゲート部の側壁肉厚の２、５倍以上で６．０倍以下に設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２記載の金属製コルゲートパイプ。
【請求項４】
山部及び谷部が形成されて蛇腹状に構成されたコルゲート部を有し、流体移送用の配管に用いられる金属製コルゲートパイプの製造方法であって、
単純なパイプ状の金属管から、比較的緩やかなうねりの蛇腹状部を有する金属蛇腹管を形成する工程と、
前記金属蛇腹管に軸方向圧縮力を加え、前記蛇腹状部の隣り合う各側壁同士が圧接するまで、前記蛇腹状部を軸方向に押し潰す工程と、
前記蛇腹状部が軸方向に押し潰された前記金属蛇腹管に軸方向引っ張り力を加え、前記蛇腹状部のピッチを拡大することにより、前記山部及び前記谷部が鋭角的に折れ曲がっている前記コルゲート部を形成する工程と、を備えている、ことを特徴とする金属製コルゲートパイプの製造方法。
【請求項５】
前記隣り合う各側壁同士は、前記蛇腹状部の山部の内側及び谷部の外側に実質的に隙間が形成されない状態で圧接している、ことを特徴とする請求項４記載の金属製コルゲートパイプの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の燃料配管に用いられる金属製コルゲートパイプ及びこの金属製コルゲートパイプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の自動車用配管では、地球環境保全の観点から、ガソリン燃料等の内部流体が大気中に飛散しないような対処を施すことが要求されているが、装置の高出力化にともなう内部流体の高温化及び高圧化や、水素のような非常に分子量の小さい流体を移送する必要があることなどによって、より高い内部流体不透過構造の採用が期待されている。
【０００３】
従来、自動車用配管には、振動吸収性や組み付け性に優れたゴムホースが多用されていて、材料を適当に選択することにより、例えばフッ素ゴム（ＦＫＭ）を有効に用いることにより、このゴムホースに十分な内部流体不透過性を付与することができてきたわけであるが、さらなる不透過性の要求を、ゴムホースの材料を選択することにより満足させることは困難になってきている。したがって、ゴムと樹脂との複合化ホースが用いられるようになってきているし、金属との複合化技術も進展を見せはじめている。
【０００４】
ところで、金属パイプは、ゴムや樹脂といった有機材料製のホースと比較して、硬く、許容変位量が少ないため、自動車用配管に用いる場合には、特別なフレキシブル構造を備える必要がある。フレキシブル構造としては、肉厚を薄くするとともに、山部及び谷部を形成して、蛇腹状のコルゲート部を構成しておくのが一般的であり、コルゲート部の容易変形性により、金属パイプすなわち金属製コルゲートパイプは、柔軟性や伸縮性あるいは振動吸収性を確保することとなる。しかしながら、金属材料は、特定個所に歪みが集中すると、集中個所が比較的短期間で破壊されるといった属性を有し、とりわけ大変位に弱いので、特定個所に大きな歪みが集中した場合には、簡単に破壊されてしまうといったおそれを内包している。したがって、金属製コルゲートパイプでは、歪又は応力が集中しやすいコルゲート部の山部及び谷部を比較的大きな曲げＲで湾曲させ、例えばパイプ端部の山部や谷部に応力ができるだけ集中しないようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−２８２６０号公報（第３頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、コルゲート部の山部や谷部を比較的大きな曲げＲで湾曲させる構造の金属製コルゲートパイプでは、相対的にピッチが大きくなるので振動吸収性が乏しく、十分な耐久性を確保できていないのが現状である。したがって、継続的に大きな振動が加わる位置に金属製コルゲートパイプを配置する場合や、大きく曲がって金属製コルゲートパイプを配置する場合には、コルゲート部に早期に亀裂などの破壊が生じるおそれがある。このような不都合を避けるために、コルゲート部の側壁を厚肉に形成すると、金属製コルゲートパイプの柔軟性が損なわれてしまう。また、谷部から山部までの高さを大きくすれば、耐久性が向上するとともに、コルゲート部の柔軟性も高めることができるが、コルゲート部が大径化してしまい、狭い配管スペース内に配置すべき場合が多い流体移送用のパイプとしては不向きとなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、コルゲート部を大径化させることなく、高い柔軟性と耐久性とを確保することが可能な金属製コルゲートパイプ及びこのような金属製コルゲートパイプを簡単に製造できる金属製コルゲートパイプの製造方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明の金属製コルゲートパイプは、山部及び谷部が形成されて蛇腹状に構成されたコルゲート部を有し、流体移送用の配管に用いられる金属製コルゲートパイプであって、前記山部及び前記谷部は、鋭角的に折れ曲がっている、あるいは鋭角的に折れ曲がった断面形状を有しているものである。例えば、山部及び谷部は、鋭った状態の、あるいは三角形状の断面形状を有して折れ曲がっている。金属製コルゲートパイプには、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、チタン合金等のこれらの合金及びステンレスなどを材料として用いることができる。コルゲート部の側壁の肉厚は、０．０１ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下とすることができる。側壁の肉厚が０．０１ｍｍを下回ると、コルゲート部が内部流体圧に耐えられないおそれがあり、側壁の肉厚が０．５０ｍｍを上回ると、コルゲート部の柔軟性が損なわれる。特に、側壁の肉厚が０．１０ｍｍ以上であれば、高圧内部流体が流れる場合にもコルゲート部は十分な耐性を有することとなり、また、側壁の肉厚が０．３０ｍｍ以下であれば、金属製コルゲートパイプが大きく曲がって配置されても、過大な応力は生じない。本発明では、コルゲート部の山部及び谷部が鋭角的に折れ曲がっている。したがって、山部や谷部が比較的大きな曲げＲで湾曲している場合と比較して、隣り合う側壁間の間隔を狭くできるので、コルゲート部のピッチ、すなわち山部（山部の頂き部分）から隣り合う山部（山部の頂き部分）までの間隔、あるいは谷部（谷部の底部分）から隣り合う谷部（谷部の底部分）までの間隔を小さくできる。そして、コルゲート部のピッチが小さくなれば、単位長さ当りの山部及び谷部の個数が増加するので、応力又は歪が集中しやすい個所である山部や谷部、例えばパイプ端部の山部や谷部に曲げＲを設けておかなくても、コルゲート部の十分な耐久性を確保することが可能となる。特に、コルゲート部の山部の内側（内面）及び谷部の外側（外面）が、実質的にＲが形成されていない状態で鋭角的に折れ曲がっていれば、すなわち、断面形状で先端が実質的に鋭って、あるいは実質的に丸みをおびないで折れ曲がっていれば、隣り合う側壁間の間隔をより狭くすることができる。
【０００９】
コルゲート部のピッチは、コルゲート部の側壁肉厚の２、５倍以上で６．０倍以下に設定されていることが好ましい。コルゲート部のピッチが、側壁の肉厚の２．５倍を下回ると、許容収縮量が小さくなりすぎて柔軟性が低下するおそれがある。また、コルゲート部のピッチが、側壁の肉厚の６．０倍を上回ると、単位長さ当りの山部及び谷部の個数が少なくなりすぎてやはり柔軟性が低下するおそれがあるし、耐久性も低下する可能性がある。
【００１０】
また、本発明の金属製コルゲートパイプの製造方法は、山部及び谷部が形成されて蛇腹状に構成されたコルゲート部を有し、流体移送用の配管に用いられる金属製コルゲートパイプの製造方法であって、単純なパイプ状の金属管から、比較的緩やかなうねり（山部や谷部が比較的大きな曲げＲで湾曲している場合を含む）の蛇腹状部を有する金属蛇腹管を形成する工程と、必要に応じて、形成された金属蛇腹管に対し１０００℃以上、好ましくは１１００℃前後で焼鈍又は光輝焼鈍を行う工程と、前記金属蛇腹管に軸方向圧縮力を加え、前記蛇腹状部の隣り合う各側壁同士が圧接するまで、前記蛇腹状部を軸方向に押し潰す工程と、前記蛇腹状部が軸方向に押し潰された前記金属蛇腹管に軸方向引っ張り力を加え、前記蛇腹状部のピッチを拡大することにより、前記山部及び前記谷部が鋭角的に折れ曲がっている前記コルゲート部を形成する工程と、を備えているものである。比較的緩やかなうねりの蛇腹状部を有する金属蛇腹管は、単純なパイプ状の金属管に、外周側から絞り加工を施したり、内周側から例えば液圧により内圧を与えたりして、簡単に形成することができる。また、金属蛇腹管に軸方向圧縮力を加え、蛇腹状部の隣り合う各側壁同士が圧接するまで、蛇腹状部を軸方向に押し潰す作業も簡単に行うことができる。そして、蛇腹状部が軸方向に押し潰された金属蛇腹管に軸方向引っ張り力を加え、蛇腹状部のピッチを拡大すれば、山部及び谷部が鋭角的に折れ曲がっているコルゲート部を形成することができるが、このような作業も簡単に行うことができる。すなわち、本発明の金属製コルゲートパイプの製造方法では、多くの蛇腹部品を溶接してコルゲート部を形成しているわけではないので、コルゲート部を簡単に構成できる。また、本発明によればコルゲート部のピッチを１．００ｍｍ以下とすることも可能である。
【００１１】
ここで、隣り合う各側壁同士を、蛇腹状部の山部の内側及び谷部の外側に実質的に隙間が形成されない状態で圧接させれば、山部及び谷部がほぼ完全に潰されることとなり、この状態で軸方向引っ張り力を加えてピッチを拡大すると、山部の内側及び谷部の外側が、実質的にＲが形成されていない状態で鋭角的に折れ曲がっているコルゲート部を構成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る金属製コルゲートパイプの製造方法を説明するための概念図であり、蛇腹状部を押し潰す前までの工程を示す図、図２は本発明に係る金属製コルゲートパイプの製造方法を説明するための概念図であり、蛇腹状のコルゲート部を構成する工程を示す図、図３は押し潰された蛇腹状部の詳細を示すための図である。
【００１４】
本発明に係る金属製コルゲートパイプを製造するにはまず、図１に示すように、単純な直管パイプ状のＳＵＳ管１（金属管）を準備し、このＳＵＳ管１に外周側から絞り加工を施して、緩やかなうねりの蛇腹状部３を有するＳＵＳ蛇腹管５（金属蛇腹管）を絞り成形する。ＳＵＳ管１は、テープ状のＳＵＳ箔の側端同士を突き合わせて管状体を形成し、突き合わせ個所をＴＩＧ溶接して構成されている。次に、ＳＵＳ蛇腹管５に対し、酸化を防止するために還元ガス雰囲気で、あるいは無酸素雰囲気で、かつ、１０８０℃で光輝焼鈍処理７を行い、加工歪みを除去してから、図２に示すように、心棒（図示せず）を挿入してＳＵＳ蛇腹管５に軸方向圧縮力９を加え、蛇腹状部３を軸方向に押し潰す。蛇腹状部３の押し潰しは、山部１１を挟んで隣り合う側壁１３、１３の内面１５、１７同士が圧接し、かつ、谷部１９を挟んで隣り合う側壁１３、１３の外面２１、２３同士が圧接するまで行われる。この押し潰し状態では、蛇腹状部３の山部１１の内側及び谷部１９の外側に実質的に隙間は形成されていない。したがって、山部１１及び谷部１９は、ほぼ完全に潰され、山部１１を挟んで隣り合う側壁１３、１３の内面１５、１７同士はほぼ全体的に圧接し、かつ、谷部１９を挟んで隣り合う側壁１３、１３の外面２１、２３同士もほぼ全体的に圧接している。続いて、蛇腹状部３が軸方向に押し潰されているＳＵＳ蛇腹管５に軸方向引っ張り力２５を加え、押し潰されていた蛇腹状部３を軸方向に引き伸ばす。蛇腹状部３の引き伸ばしは、密着状態の山部１１、１１間、及び密着状態の谷部１９、１９間が、側壁１３の肉厚の２．５倍乃至６．０倍だけ開くように、すなわち、側壁１３の肉厚のほぼ２倍に等しかったピッチＬ１が、側壁１３の肉厚の２．５倍乃至６．０倍に拡大するまで行われる。蛇腹状部３の引き伸ばしは、スプリングバックを考慮して、若干過大に行われることとなる。ピッチＬ１の拡大は、山部１１及び谷部１９の開きをともなうが、山部１１及び谷部１９は、ほぼ完全に潰されていたので、山部１１の内側（山部１１をはさんで隣り合う側壁１３、１３の内面１５、１７の山部１１側）及び谷部１９の外側（谷部１９を挟んで隣り合う側壁１３、１３の外面２１、２３の谷部１９側）は鋭角的に折れ曲がった断面形状で開くこととなる。このようにして、十分な柔軟性と耐久性とを備えた蛇腹状のコルゲート部２７を有する金属製コルゲートパイプ２９が構成される。
【００１５】
図４は金属製コルゲートパイプ２９の実施例のコルゲート部２７を概念的に示す断面図、図５は第１比較例の金属製コルゲートパイプのコルゲート部を概念的に示す断面図、図６は第２比較例の金属製コルゲートパイプのコルゲート部を概念的に示す断面図である。
【００１６】
金属製コルゲートパイプ２９は、具体的には、板厚０．１５ｍｍで幅が約３５．０ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ箔を用いて形成されたＳＵＳ管１を素材とし、このＳＵＳ管１から絞り形成された、３．００ｍｍのピッチの蛇腹状部３を有するＳＵＳ蛇腹管５をさらに加工することにより構成されていて、側壁１３の肉厚が０．１５ｍｍであり、山部１１での外径が１１．５ｍｍに設定され、かつ、谷部１９での内径が８．５０ｍｍとなっているコルゲート部２７を有している。そして、このコルゲート部２７では、ピッチＬ２が０．５０ｍｍに調整されている。コルゲート部２７の山部１１内側及び谷部１９外側にはそれぞれ、若干の湾曲部３１、３３が形成されているが、この湾曲部３１、３３はそれぞれ、０．０５ｍｍほどの曲率半径を有するきわめて短いものなので、実質的にＲを構成していない。したがって、山部１１の内側及び谷部１９の外側は、実質的には鋭角的に折れ曲がった断面形状を有していて、山部１１を挟んで隣り合う側壁１３、１３の内面１５、１７の山部１１側及び谷部１９を挟んで隣り合う側壁１３、１３の外面２１、２３の谷部１９側は、先端が実質的に鋭った、あるいは三角形状の断面形状を呈している。
【００１７】
第１比較例の金属製コルゲートパイプ３５は、板厚０．１５ｍｍで幅が約３５．０ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ箔を用いて形成されたＳＵＳ管１を素材とし、このＳＵＳ管１から絞り形成された、３．００ｍｍのピッチの蛇腹状部３を有するＳＵＳ蛇腹管５に、必要な焼鈍処理を行ってから、軸方向圧縮力を加え、蛇腹状部３を軸方向に圧縮してコルゲート部３７とすることにより構成されている。そして、このコルゲート部３７では、側壁１３の肉厚が０．１５ｍｍであり、山部１１での外径が１１．５ｍｍに設定され、かつ、谷部１９での内径が８．５０ｍｍとなっていて、また、ピッチＬ３が１．００ｍｍに調整されている。コルゲート部３７の山部１１及び谷部１９はそれぞれ、比較的大きな曲げＲで湾曲していて、山部１１の内側の曲率半径は０．４３ｍｍ、谷部１９の外側の曲率半径は０．２８ｍｍとなっている。
【００１８】
第２比較例の金属製コルゲートパイプ３９は、板厚０．１５ｍｍで幅が約３５．０ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ箔を用いて形成されたＳＵＳ管１を素材とし、このＳＵＳ管１から絞り形成された、３．００ｍｍのピッチの蛇腹状部３を有するＳＵＳ蛇腹管５に、必要な焼鈍処理を行ってから、軸方向圧縮力を加え、蛇腹状部３を軸方向に圧縮してコルゲート部４１とすることにより構成されている。そして、このコルゲート部４１では、側壁１３の肉厚が０．１５ｍｍであり、山部１１での外径が１１．５ｍｍに設定され、かつ、谷部１９での内径が８．５０ｍｍとなっていて、また、ピッチＬ４が２．００ｍｍに調整されている。コルゲート部４１の山部１１及び谷部１９はそれぞれ、比較的大きな曲げＲで湾曲していて、山部１１の内側の曲率半径は０．５０ｍｍ、谷部１９の外側の曲率半径は０．３８ｍｍとなっている。
【００１９】
そして、実施例の金属製コルゲートパイプ２９、第１比較例の金属製コルゲートパイプ３５及び第２比較例の金属製コルゲートパイプ３９のそれぞれに、繰り返し伸張試験、繰り返し曲げ試験及び柔軟性試験を施した。また、各試験は常温で行なっている。
【００２０】
繰り返し伸張試験は、図７に示すように、少なくとも１００ｍｍの長さを有するコルゲート部２７、３７、４１のみから構成された金属製コルゲートパイプ２９、３５、３９の長さ方向一端を固定し、この長さ方向一端から１００ｍｍの長さ範囲部分を、３００回／分の速度で、所定の伸張率だけ伸張させる振動力を加えて（仮想線及び矢印参照）、１００ｍｍの長さ範囲部分に破壊（亀裂）が生じる回数（耐久回数）を観察することにより行われている。図８に示す試験結果から理解できるように、少なくとも伸張率がほぼ３％乃至９％の範囲では、金属製コルゲートパイプ２９は、金属製コルゲートパイプ３５、３９に対して優れた耐久性を有している。より具体的には、例えば４％の伸長率では、金属製コルゲートパイプ２９は、金属製コルゲートパイプ３５に対してほぼ３．５倍の伸張振動回数に耐え、金属製コルゲート管３９に対してほぼ４５倍の伸張振動回数に耐えている。
【００２１】
繰り返し曲げ試験は、図９に示すように、少なくとも５０ｍｍの長さを有するコルゲート部２７、３７、４１のみから構成された金属製コルゲートパイプ２９、３５、３９の長さ方向一端を固定し、この長さ方向一端から５０ｍｍの長さ範囲部分を、３００回／分の速度で、長さ方向一端を中心として所定の振幅量だけ揺動させる振動力を加えて（仮想線及び矢印参照）、５０ｍｍの長さ範囲部分に破壊（亀裂）が生じる回数（耐久回数）を観察することにより行われている。揺動回数は、一方側での揺動及び他方側での揺動をそれぞれ１回としてカウントする。図１０に示す試験結果から理解できるように、少なくとも振幅量（金属製コルゲートパイプ２９、３５、３９の長さ方向一端から長さ方向他方側に５０ｍｍ離れた個所の振幅量）がほぼ３ｍｍ乃至８ｍｍの範囲では、金属製コルゲートパイプ２９は、金属製コルゲートパイプ３５、３９に対して優れた耐久性を有している。より具体的には、例えば５．００ｍｍの振幅量では、金属製コルゲートパイプ２９は、金属製コルゲートパイプ３５に対してほぼ２．５倍の揺動振動回数に耐え、金属製コルゲートパイプ３９に対してほぼ２０倍の揺動振動回数に耐えている。
【００２２】
柔軟性試験は、図１１に示すように、少なくとも５０ｍｍの長さを有するコルゲート部２７、３７、４１のみから構成される金属製コルゲートパイプ２９、３５、３９の長さ方向一端を固定し、この長さ方向一端から長さ方向他方側に５０ｍｍ離れた個所を、押圧治具４３で１０．０ｍｍだけ長さ方向と直交する方向に押し込んだ時（仮想線及び矢印参照）の発生応力を、試験機（ストログラフＶ−１０Ｂ：東洋精機社製）で押圧治具４３が受ける反力を測定して観察することにより行われている。反力は、金属製コルゲートパイプ２９では０．３６ｋｇｆ、金属製コルゲートパイプ３５では０．９５ｋｇｆ、そして金属製コルゲートパイプ３９では１．８０ｋｇｆであった。この試験結果から、金属製コルゲートパイプ２９が最も曲げやすく、柔軟性に優れていることが理解できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高い柔軟性と耐久性とを有し、しかも、狭い配管スペース内に配置できるように構成することが可能な金属製コルゲートパイプを提供できる。
【００２４】
また、本発明の金属製コルゲートパイプの製造方法を用いれば、高い柔軟性と耐久性とを有する金属製コルゲートパイプを、狭い配管スペース内に配置できるように簡単に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属製コルゲートパイプの製造方法を説明するための概念図であり、蛇腹状部を押し潰す前までの工程を示す図である。
【図２】本発明に係る金属製コルゲートパイプの製造方法を説明するための概念図であり、蛇腹状のコルゲート部を構成する工程を示す図である。
【図３】押し潰された蛇腹状部の詳細を示すための図である。
【図４】金属製コルゲートパイプの実施例のコルゲート部を概念的に示す断面図である。
【図５】第１比較例の金属製コルゲートパイプのコルゲート部を概念的に示す断面図である。
【図６】第２比較例の金属製コルゲートパイプのコルゲート部を概念的に示す断面図である。
【図７】繰り返し伸張試験の実施態様を説明する図である。
【図８】繰り返し伸張試験の試験結果を示す図である。
【図９】繰り返し曲げ試験の実施態様を説明する図である。
【図１０】繰り返し曲げ試験の試験結果を示す図である。
【図１１】柔軟性試験の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
１１                                山部
１９                                谷部
２７                                コルゲート部
２９                                金属製コルゲートパイプ
【図１】
2004301192.tif 000003
【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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【図７】
2004301192.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004301192.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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