(57)【要約】【課題】構造体内に高圧水素ガスが供給される接合構造体において、溶接による接合部に水素ガスが接触しないようにして水素脆化の発生を防止することができる接合構造体を提供する。【解決手段】センサチューブ２の直管部２ａに筒状の接合管３を嵌着し、マニホールド４の上面側から取付孔７に挿入する。センサチューブ２と接合管３とを、ロウ付による接合部２１ａ〜２１ｄによって接合する。接合管３とマニホールド４とを、溶接による接合部２２ａ、２２ｂによって接合する。センサチューブ２に嵌合したシール部材２３を、マニホールド４の取付孔の側面とセンサチューブ２の外側面によって支持されるように配設する。これにより、水素ガスが流される流路と隔絶された空隙２５を形成することができ、溶接部２２ａ、２２ｂへの水素ガスの接触を防ぐことができる。空隙２５には水素ガス以外の流体を、水素ガスの圧力値よりも高い圧力値になるように充填する。【選択図】図２
2009115592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部に形成された取付孔に締結部材が挿入され、接合部材を介して溶接またはロウ接により前記本体部と前記締結部材とが接合され、前記本体部の取付孔内に水素ガスが流されるように構成されている接合構造体において、
前記取付孔に挿入された締結部材に嵌合してシール部材を前記取付孔と前記締結部材によって支持されるように設け、前記本体部と前記接合部材との溶接部と、前記シール部材との間に空隙を形成し、
該空隙に、前記水素以外の流体を充填したことを特徴とする接合構造体。
【請求項２】
前記充填された流体による空隙の圧力値は、前記水素ガスが流れる取付孔内の圧力値よりも高い値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
【請求項３】
前記シール部材は、ピストンによって構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２以上の部材が接合された接合構造体であって、その構造体内に流体が供給される接合構造体に関する。特に、流体が供給された管路を振動させて流体の物理量を測定する振動式測定装置に用いるのに適した接合構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接合構造体の一形態である振動式測定装置としては、例えば、コリオリ式質量流量計と振動式密度計がある。コリオリ式質量流量計は、被測定流体が通過する一対のセンサチューブを加振器により振動させ、流量に比例したコリオリ力によるセンサチューブの変位をピックアップ（振動センサ）により検出する構成となっている。振動式密度計は、コリオリ式質量流量計と同様の構成で、センサチューブが被測定流体の密度に応じた周波数で振動することを利用して、被測定流体の密度を検出するようになっている。
【０００３】
下記に示す特許文献１には、配管とこの配管に嵌合された接続部材とをロウ付によりすみ肉接合し、接続部材の嵌合された配管を継手部材の取付孔に差込んで接続部材と継手部材とを溶接によりすみ肉接合した配管構造体について開示されている。具体的には、コリオリ式質量流量計として構成された振動式測定装置が挙げられ、一対のセンサチューブ、筒状の接続部材、マニホールドが、それぞれ配管、接続部材、継手部材に相当している。そして、このように構成されたコリオリ式質量流量計のセンサチューブ内に被測定流体としての高圧水素が流される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９３４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された振動式測定装置の構造では、流される水素の圧力が高い為、マニホールドの取付孔と取付孔に差込んだ接続部材との間から水素ガスが漏れ出し、漏れ出した水素ガスが接続部材とマニホールドとの溶接部に接触して、溶接部が水素脆化を起こす虞があった。この不具合を防止する為に、特許文献１の発明では接続部材とマニホールドとの間にシール部材を配設しているが、このようにシール部材を設けた場合であっても、シール部材と接続部材あるいはマニホールドとの隙間に水素ガスが流れ込み、溶接部の水素脆化を防ぐことはできなかった。
【０００６】
自動車の新燃料として、水素を燃料とする燃料電池が注目されている。水素は、高圧ガスの形で自動車に搭載することが一般的であるが、高圧の水素ガスは、金属材料に対して水素環境脆化と呼ばれる損傷を引き起こすことが知られている。特に、溶接ビート部分については、素材部分に比べてその程度がより顕著であることが懸念されている。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、２以上の部材を溶接により接合した接合構造体で、その構造体内に流体（水素ガス）が供給される接合構造体において、溶接部に水素ガスが接触しないようにして水素脆化の発生を防止することができる接合構造体の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る接合構造体の発明は、本体部に形成された取付孔に締結部材が挿入され、接合部材を介して溶接またはロウ接により前記本体部と前記締結部材とが接合され、前記本体部の取付孔内に水素ガスが流されるように構成されている接合構造体において、前記取付孔に挿入された締結部材に嵌合してシール部材を前記取付孔と前記締結部材によって支持されるように設け、前記本体部と前記接合部材との溶接部と、前記シール部材との間に空隙を形成し、該空隙に、前記水素以外の流体を充填したことを特徴とするものである。
【０００９】
このように構成した接合構造体においては、取付孔に挿入された締結部材を本体部に接合したことにより、取付孔を通過して本体部の外へ漏れ出す水素ガスをなくすことができ、また、締結部材に嵌合したシール部材を設けたことにより、取付孔に挿入した締結部材の挿入方向に対して挿入先側の空隙（第１の空隙）と挿入後側の空隙（第２の空隙）とに取付孔内を分離することができる。シール部材は、その外側を取付孔の側面により、また、その内側を締結部材の側面により支持されるように配設されているので、第１の空隙から第２の空隙への水素ガスの流入を抑えることができる。第２の空隙は、本体部と接合部材との溶接部と、シール部材との間に形成されており、その空隙内には水素ガス以外の流体が充填されるため、充填された流体の圧力によりシール部材は第１の空隙の方向に付勢されるので、第１の空隙から第２の空隙への水素ガスの流入をより確実に抑えることができる。ここで、本体部の取付孔に挿入される締結部材は、取付孔をふさぐことができる部材であれば良く、例えば、取付孔に嵌入されるボルトのような部材であっても、また、水素ガスの流路となる配管のような部材（振動式測定装置に用いられるセンサチューブ等）であってもよい。また、溶接により接合される本体部と接合部材の材料には、接合強度の大きさによる溶接不具合（溶接部分の割れ）を生じる虞のない同種の材料を使用することが望ましい。
【００１０】
また、請求項２に係る接合構造体の発明は、請求項１に記載の発明において、前記充填された流体による空隙の圧力値は、前記水素ガスが流れる取付孔内の圧力値よりも高い値に設定されていることを特徴とするものである。このような圧力値の設定により、空隙内への水素ガスの流入をより確実に防ぐことができる。
【００１１】
また、請求項３に係る接合構造体の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記シール部材は、ピストンによって構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る接合構造体によれば、本体部と接合部材との溶接部と、締結部材に嵌合したシール部材との間に、上記溶接部に接触している空隙を形成し、その空隙に水素以外の流体を充填したことにより、構造体内に流される水素ガスの上記空隙内への流入を防ぐことができ、水素ガス接触による溶接部の水素脆化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る接合構造体の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１及び図２は、本発明に係る接合構造体を備えた振動式測定装置を示したものである。図１は、振動式測定装置の概略斜視図であり、図２は、図１の接合構造部を示す一部断面図である。この形態の振動式測定装置は、コリオリ式質量流量計として用いる場合を示している。
【００１４】
コリオリ式質量流量計Ｓは、振動する一対の配管（締結部材）１、２をセンサチューブとして使用しており、このセンサチューブ１、２がマニホールド（本体部）４に接合される構成を有している。センサチューブ１、２内には、被側流体として８４MPａ以上に圧縮された水素ガスが流されるが、正確な質量流量を測定するためにはチューブの肉厚を極力薄くすることが求められる。しかし、薄肉としたセンサチューブ１、２をマニホールド４と接合する場合、直接、溶接により接合する接合方法では、薄肉部分の材質の変化および変形により、耐圧を維持することが困難になる。このため、センサチューブ１、２は、接合管（接合部材）３と称する継手材を介してマニホールド４に接合されている。
【００１５】
センサチューブ１、２は、それぞれの両端側の直管部を１ａ,１ｂ、２ａ,２ｂとすれば、１ａと１ｂ間、２ａと２ｂ間にそれぞれ３つのＵ字曲げを組合せた異形の曲げ部１ｃ、２ｃを有している。また、センサチューブ１、２の各直管部１ａ,１ｂ、２ａ,２ｂは、マニホールド４に近接する位置で相互に固定板９により拘束され、さらに、センサチューブ１、２の曲げ部１ｃ、２ｃは相互に補強板１０により補強されている。
【００１６】
センサチューブ１、２の上部には、被側流体の流入側直管部１ａ、２ａと、流出側直管部１ｂ、２ｂとの間に介在して、各センサチューブ１、２をそれぞれ振動させる一対の加振器１１、１２が配設されている。各加振器１１、１２は、円筒形状のコイルとこのコイルに挿入された棒状のマグネットとから構成されており、それらの配置は、一対のセンサチューブ１、２間で逆向きとなっている。また、センサチューブ１、２の流入側直管部１ａと２ａとの間、および流出側直管部１ｂと２ｂとの間に介在して、センサチューブ１、２の振動を検出する一対のピックアップ（振動センサ）１３、１４が配設されている。ピックアップ１３、１４は、板状をなすコイルとこのコイルを受入れる凹部を有するコ字形のマグネットとから構成されている。
【００１７】
各加振器１１、１２のコイルには、センサチューブ１、２の固有振動数にほぼ等しい振動数の交番的な電流が供給され、この電流供給によりマグネットに対して吸引力および反発力が作用し、両者の電磁的な相互作用によって一対のセンサチューブ１、２が固定板９を支点に振動する。一方、各ピックアップ１３、１４は、コイルとマグネットとの間に相対変位が生じると、コイルに電磁誘導電流が流れ、一対のセンサチューブ１、２の振幅に応じた大きさの検出信号を出力する。
【００１８】
センサチューブ１、２には、上述したように８４ＭＰａ以上の圧縮された水素ガスが流される為、その材料としては、少なくともニッケル２４〜２７重量部、クロム１３〜１６重量部、モリブデン１.０〜１.５重量部、チタン１.９〜２.４重量部、炭素含有量０.０８重量部以下であって、オーステナイト組織を持つ鉄基合金の継目無し管を使用する。この組成を有する材料としては、例えば、ＳＵＨ６６０相当のＡ−２８６材等が挙げられる。また、接合管３の材料としては、オーストナイト系のステンレス材であって、特に、モリブデンを含有し、炭素含有量の低いものを使用する。例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ材等を挙げることができる。また、マニホールド４の材料としては、上記接合管３の材料と同様に、オーストナイト系のステンレス材であって、特に、モリブデンを含有し、炭素含有量の低いものを使用する。例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ材等を挙げることができる。
【００１９】
マニホールド４には、図１の破線で示されるように、その上面側から下面側まで貫通する孔が形成されており、その孔の上面側部がセンサチューブ取付孔７、８（以下、単に“取付孔”という）となっている。取付孔は、挿入されて接合されるセンサチューブの数と同じ数だけ形成されており、センサチューブ１の両端部が挿入される取付孔２個とセンサチューブ２の両端部が挿入される取付孔２個の合計４個が形成されている。センサチューブ１、２は、それぞれの直管部１ａ,１ｂ、２ａ,２ｂに筒状の接合管３が嵌着され、マニホールド４の上面側から取付孔７、８に挿入されて、接合管３を介して取付孔の上面口付近でマニホールド４に接合されている。この接合によって取付孔７、８の上面口側はふさがれ、取付孔は、挿入されたセンサチューブと連通される。
【００２０】
取付孔７、８の下面口は、被側流体である水素ガスの流入口５、流出口６として設けられており、流入口５から注入された水素ガスは、取付孔を流れ、さらに連通するセンサチューブへと流れる。このように、センサチューブが接合された後の取付孔（挿入されたセンサチューブの端部から流入口（または流出口）までの間の取付孔部分）は、水素ガスの流路として使用される。また、取付孔（以下、流路ともいう）は、概略、Y字状を有しており、分岐した２つの流路は、センサチューブ１、２それぞれの一端部に連通する。
【００２１】
取付孔７、８に挿入された一対のセンサチューブ１、２は、接合管３を介して流入口５側の取付孔７と流出口６側の取付孔８とに差込んだ状態で対称的にマニホールド４に支持されている。図２は、図１に示された流入口５からの流路に連通する取付孔７であって、センサチューブ２の直管部２ａが接合された状態を表わす一部断面図である。尚、センサチューブ１、２の他の接合部も同様の構造となっている。
図２に示されるように、センサチューブ２と接合管３とは、センサチューブの外周面と、センサチューブに嵌着された筒状の接合管３の内周面側の上下端面との間を、すみ肉接合してなる接合部２１ａ〜２１ｄによって一体化されている。また、接合管３とマニホールド４とは、接合管３の外周面と、マニホールド４の取付孔７の上面口部分との間を、すみ肉接合してなる接合部２２ａ、２２ｂによって一体化されている。
【００２２】
ここで、センサチューブ２と接合管３とのすみ肉接合にはロウ付が、接続部材３とマニホールド４とのすみ肉接合には溶接（アーク溶接）がそれぞれ採用されている。ロウ付を採用することにより異種材料からなるセンサチューブ２と接合管３との相互間に材料の溶込みが起こらず、したがって薄肉のセンサチューブ２の材質は維持され、接合部２１ａ〜２１ｄに割れが生じることはない。また、ロウ付に伴う入熱も小さいので、薄肉のセンサチューブ２に変形が生じることもない。一方、溶接の採用により接合管３とマニホールド４との相互間には材料の溶込みが起こるが、両者は同一材料から形成されているので、材質変化を起こすことはなく、接合部２２ａ、２２ｂに割れ（溶接割れ）が生じることもない。また、溶接に伴う入熱はロウ付の熱に比べてかなり大きくなるが、接合管３とマニホールド４は厚肉構造となっているので、変形を生じることもない。これらの接合によって取付孔７の上面口はふさがれる。
【００２３】
挿入・接合されたセンサチューブ２の先端部近傍には、上記接合部と、流路に流される水素ガスとを隔絶する為のシール部材２３が設けられている。注入される高圧の水素ガスは、金属材料に対して水素脆化による損傷を引き起こす。特に、溶接部分に対してはその程度が顕著である。このため、特に接合管３とマニホールド４との溶接部２２ａ、２２ｂを水素ガスに接触させないことが必要となる。シール部材２３は、略円筒形状を有しており、センサチューブ２に嵌合され、その外側面と内側面とをマニホールド４の取付孔の側面とセンサチューブ２の外側面によって支持されるように配設されている。具体的には、例えば、ピストンから成るシール部材を挙げることができる。また、シール部材２３とマニホールド４及びセンサチューブ２との隙間をなくす為、シール部材２３の外側面と内側面には封止手段２４ａ、２４ｂが設けられている。封止手段としては、例えば、ゴム製Ｏリング、リテーナ（バックアップリング）等を挙げることができる。
【００２４】
このようにマニホールドの取付孔の上面口を接合によりふさぎ、また接合部と水素ガスの流路とを隔絶するシール部材を設けることによって、挿入されたセンサチューブ２とマニホールド４と接合管３とシール部材２３と接合部とにより囲まれる空隙２５が形成される。空隙２５は、流入口５から通じる水素ガスの流路（これを第１の空隙とする）と隔絶された第２の空隙として形成される。マニホールド４の孔は、水素ガスの流路としての第１の空隙と、第１の空隙から隔絶された第２の空隙とに分離される。シール部材２３の図２において下側、すなわち、第１の空隙側には、シール部材２３の移動、つまり嵌合されているセンサチューブ２からの脱落を防止するためのストッパ２６が設けられている。ストッパ２６は、例えば、ネジ締結等によってマニホールド４に固定されている。
【００２５】
第２の空隙２５内には、水素以外の流体が充填される。充填された流体の圧力によってシール部材２３が図２において下側方向、すなわち第１の空隙方向に付勢される。このときシール部材２３の下側はストッパ２６によって支持されるため、シール部材２３の上下方向への移動は確実に規制される。第２の空隙２５には、流体を充填する為の流体導入孔２７が設けられている。流体は、例えば、図に示すようにマニホールド４の上面に導入口を設けて充填するようにしてもよい。尚、図１では、マニホールド４内の取付孔７、８を見易くするために流体導入孔の表示は省略している。
【００２６】
流体導入孔２７の導入口は、バルブ等の流体封止手段に接続され、流体導入孔２７を介して第２の空隙２５内に流体を導入することができる。流体封止手段としては、この他、図に示すようにボルトからなる流体封止手段２８であってもよい。また、コンプレッサに接続して流体を充填するようにしてもよい。非常に長い期間、コリオリ式質量流量計を使用した場合には、シール部材や金属素材を透過する気体分子の相互拡散により、第２の空隙２５内への水素ガスの混入が生じる。このため、一定基間の使用の後に第２の空隙２５内の流体は、適宜、必要に応じて交換可能とし、その効果を持続することができるようにした。充填される流体は、気体もしくは液体であって良いが、好ましくは、気体であって、さらに乾燥したヘリウム、アルゴン、窒素等のいわゆる不活性気体であることがより好ましい。
【００２７】
第２の空隙２５に充填された流体による空隙内の圧力値は、第２の空隙に流される高圧水素ガスによる圧力値よりも高い値に設定される。このような圧力値の設定により、水素ガスの圧力によってシールド部材２３が上側に押し上げられる力よりも、第２の空隙２５に充填された流体の圧力によってシールド部材２３が下側に押し下げられる力の方が大きい為、シールド部材２３は、その下側をストッパ２６に支持された状態の位置に保持され、上方に移動することもない。また、シール部材２３とセンサチューブ２あるいはマニホールド４との間に僅かな隙間が生じたとしても、第２の空隙２５内の流体の圧力の方が第１の空隙内の水素ガスの圧力よりも高い為、その隙間から水素ガスが第２の空隙２５側に流れ込むことはなく、水素ガスが第２の空隙２５内の接合部（特に溶接部）に接触することはないので、溶接部の水素脆化による損傷の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る接合構造体を適用したコリオリ式質量流量計の全体構造を示す斜視図である。
【図２】図１の、センサチューブの直管部がマニホールドに接合された状態を表わす一部断面図である
【符号の説明】
【００２９】
１、２  センサチューブ（締結部材）
１ａ，１ｂ、２ａ，２ｂ  直管部
３  接合管（接合部材）
４  マニホールド（本体部）
７、８  取付孔
２１ａ〜２１ｄ  接合部（ロウ付）
２２ａ、２２ｂ  接合部（溶接部）
２３  シール部材（ピストン）
２５  空隙
【図１】
2009115592.tif 000003
【図２】
2009115592.tif 000004