(57)【要約】【課題】異なった金属からなる２つの管の流体封止接続を確実にする接続構造を接続部の間に配置される接着剤層を用いてより簡単化する。【解決手段】それぞれ熱膨張率の相違する異なった金属からなる２つの金属管の接続端部を流体密封接続するための異種金属管接続構造。両接続端部１、２は重なり合い領域３を形成するため互いに入れ子式に嵌入され、重なり合い領域３における両接続端部１、２の間に接着剤層４が形成され、両接続端部１、２は、約２０℃にて互いに径方向にプレストレスされるように入れ子式に嵌入されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ熱膨張率の相違する異なった金属からなる２つの金属管の接続端部を流体密封接続するための異種金属管接続構造において、
両接続端部（１、２）は重なり合い領域（３）を形成するため互いに入れ子式に嵌入され、前記重なり合い領域（３）における両接続端部（１、２）の間に接着剤層（４）が形成され、
前記両接続端部（１、２）は、約２０℃にて互いに径方向にプレストレスされるように入れ子式に嵌入されていることを特徴とする異種金属管接続構造。
【請求項２】
前記接続端部（１、２）が、少なくとも約−１０℃から約１１０℃までの温度範囲にわたってプレストレスが存在するように、互いに径方向にプレストレスされていることを特徴とする請求項１に記載の異種金属管接続構造。
【請求項３】
前記接着剤層（４）が高張力接着剤によるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属管接続構造。
【請求項４】
前記接続端部（１、２）の少なくとも一方がその端面（７）に向かって肉厚が減少する断面を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項５】
前記接続端部の少なくとも一方（１）が、前記重なり合い領域（３）において他方の接続端部（２）の表面に噛み込む突起部（５）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項６】
前記突起部（５）が前記接続端部（１）の端面（７）から離間するほど高くなる傾斜面をもつように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の異種金属管接続構造。
【請求項７】
前記接続端部（１、２）の前記重なり合い領域（３）の箇所にねじ（８）が形成され、互いに螺合していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項８】
前記接続端部の少なくとも一方（１）は前記重なり合い領域（３）においてローレット加工が施されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項９】
前記接続端部（１、２）の前記重なり合い領域（３）が円筒形とは異なる断面を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項１０】
前記接続端部の一方（１）が端面に環状溝（１１）を設け、前記環状溝に他方の接続端部（２）が挿し込まれることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項１１】
前記重なり合い領域（３）内または前記重なり合い領域に隣接して、前記接続端部（１、２）の間に補助的な弾性リングシール（９）が挿設されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【請求項１２】
前記接続端部の少なくとも一方（１）が金属製波形管または金属製蛇腹管に材料融着によって接合された接続管の一部であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の異種金属管接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ熱膨張率の相違する異なった金属からなる２つの金属管の接続端部を流体密封接続するための異種金属管接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体または気体を供給または排出するためのユニットへの、通常リング体蛇腹式またはコイル体蛇腹式の特殊金属管として形成された金属管の流体封止接続は、少なくとも流体が、加圧下で、場合により脈動圧力下でかつ激しい温度変動下で貫流させられる場合に問題が生じる。上記ユニットは通常コスト上の理由から高級特殊鋼製ではないために、上記ユニットないしユニット接続口に材料融着によって金属管を結合することは問題とならない。そこで、本発明が取り組むテーマは、熱膨張率の相違する異なった金属、特に特殊鋼とアルミニウムからなる２つの異種金属管の接続端部を流体封止可能に作り出すことである。
【０００３】
このような流体封止される異種金属管接続構造の代表的な適用分野は、脈動する高圧力下のみならず広い範囲にわたる温度変動下で冷媒が貫流させられる自動車空調装置のコンプレッサまたはその他の装置部分への管接続である。
【０００４】
上記の適用分野において、国際公開第２００７／００７９１７号（特許文献１）では、ステンレス金属蛇腹管を材料融着によってステンレスニップルに接続し、このステンレスニップルを拡径されたアルミ管に差込み、その際、重なり合い領域の双方の接合部の間に接着剤層としてのエポキシ樹脂層を配置すべく塗布する方法が提案されている。エポキシ樹脂は環状隙間を弾性充填するゆえに接続部の封止を保証し、他方、双方の接続端部の間に作用する力、特に引張り力、ねじり力およびせん断力は、ステンレスニップルとアルミ管とさらにアルミ管の外周に追加装着されたスリーブとの間の係合によって吸収される。蛇腹管に包囲装着された補強部は蛇腹管とステンレスニップルとの間の移行部のさらなる封止を実現するが、この場合、この封止を保証するためにさらなる締結カラーが必要である。しかしながら、一方で上記接続構造の機械的強度を保証すると共に、他方で所与の温度・圧力条件下での流体封止を保証するために不可欠な使用部材が多数に及ぶため、この従来の技術による接続構造は必ずしもすべての使用例にとって最適とはかぎらない。
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００７／００７９１７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の目的は、異なった金属からなる２つの管の流体封止接続を確実にする接続構造を接続部の間に配置される接着剤層を用いてより簡単化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
それぞれ熱膨張率の相違する異なった金属からなる２つの金属管の接続端部を流体密封接続するための異種金属管接続構造において、上記目的を達成するため、本発明では、両接続端部は重なり合い領域を形成するため互いに入れ子式に嵌入され、前記重なり合い領域における両接続端部の間に接着剤層が形成され、前記両接続端部は、約２０℃にて互いに径方向にプレストレスされるように入れ子式に嵌入されている。
【０００８】
従って、本発明によれば双方の接続端部は互いに入れ子式に嵌入されて、約２０℃にて互いに径方向にプレストレスされている。これはたとえば圧嵌めによるかまたは互いの嵌入前もしくは互いの嵌入時の熱処理によって実現できる。
【０００９】
本発明は、その出発点において、それぞれの材料が異なった熱膨張率を有する２つの金属管の接着接合には矛盾が存在することを認識している。一方では、接着剤層を形成する接着剤は双方の接続端部の接続を機械的に非常に安定化させる高張力接着剤である。ただし、こうした接着剤は硬化後にはほぼ弾性を喪失するため、双方の接続端部の間に熱膨張率の相違によって隙間が形成されると、接着継ぎは脆化もしくは破壊されることさえあり、少なくとも接着剤の封止効果は損なわれることになる。他方では、たとえば冒頭に述べた従来の技術に使用されるような、双方の金属の膨張率の相違によって変化する双方の接続端部の間の重なり合い領域の隙間をいかなる場合にも満たしてしまう、封止効果ならびに接着継ぎの存続を保証する耐久弾性接着剤が存在する。ただし、こうした耐久弾性接着剤は軟らかすぎて、引っ張り・ねじり荷重に抗する双方の接続端部の実用的な接続固定を単独で保証することはできない。それゆえ、冒頭に述べた従来の技術は多数の幾何形状的に補完し合うようにした係合部材を使用して、シールとして機能する接着剤層に加わる引張り、ねじれおよびせん断力の軽減を図っている。
【００１０】
こうした矛盾は、本発明では、前記接続端部が互いに入れ子式に嵌入されて、約２０℃にて互いに径方向にプレストレスされ、しかも、好ましい適用分野において好ましくはプレストレスが少なくとも約−１０℃から約１１０℃まで、特に少なくとも約−４０℃から少なくとも約１８０℃までの温度範囲にわたって保たれるため、これらの温度範囲内では双方の接続端部の重なり合い領域に隙間ないし環状空隙が生じ得ないようにすることによって解消されている。それゆえ、好適な実施形態において、接着剤として、たとえば特殊鋼の場合に２０Ｎ／ｍｍ２およびそれ以上の引っ張り・せん断強度を供する高張力接着剤を使用することが可能である。こうした接着剤によるこうした高張力接合は、当該使用分野において生ずる荷重下で双方の接続端部を互いに確実に接続固定するのに十分である。同時に、高張力接着剤が硬化状態においてほとんど弾性を有していないことも、その種の弾性が必要とされないがゆえに、なんら短所とはならない。また、貫流する流体の温度が変動する場合にも前記接続端部の間の重なり合い領域に隙間が生じないため、接着剤がその体積を変化させて接着接合を機械的に維持しかつ面状封止を保証するといった必要もない。
【００１１】
本発明によるその他の特徴及び作用・効果は、以下に述べる種々の異なる実施形態によってさらに改善することが可能である。
【００１２】
前記双方の接続端部の少なくとも一方、対をなす材料の組み合わせがアルミニウムと特殊鋼であれば、好ましくは特殊鋼からなる接続端部が端面に向かって傾斜面（その肉厚が減少していくような傾斜面）を持つようにテーパを施された肉厚を有していれば、このテーパ加工された部材の厚さは端面から開始して漸増するため、当該部材のテーパ面が終了する接続端部末端領域において屈曲運動時にかかる集中荷重は限定されることになる。
【００１３】
前記双方の接続端部の少なくとも一方は前記重なり合い領域に、他方の接続端部の表面に、たとえば当該表面の材料を押しのけることによって食い込んで、係合を実現する突起部を有していてよい。これによって、抜脱防止ならびにねじれ防止の機能を果たし得ると共に接着接合にかかる機械荷重を相応に減少させる要素間の噛み合い結合が生ずる。この場合、前記突起部は接続端部の端面から離間していくほど高くなるように形成され、これにより、前記突起部によって他方の接続端部に伝達される引張り力が前記重なり合い領域の長さ全体にわたってできるだけ均等に分散することになり、好適である。
【００１４】
双方の接続端部がそれぞれ前記重なり合い領域に対向する面に突起部を備えている場合には、これらの突起部は好ましくはねじ山として形成されてもよい。こうして、双方のねじ山は互いに螺合し、これにより双方の接続端部間のねじ接合が生じ、このねじ接合には言うまでもなく本発明によって接着剤が介在しており、この接着剤が基本的にねじれ防止機能のほかに封止機能を形成する。ねじ接合はさらに、双方の接続端部の間に容易な方法で補助的な弾性リングシールを挿設することを可能にする。
【００１５】
前記重なり合い領域またはこの重なり合い領域ゾーンに隣接して前記双方の接続端部の間に補助的な弾性リングシールを挿設することは、本発明の範囲において、ねじ接合とは関係なく実施されてもよい。
【００１６】
前記双方の接続端部の少なくとも一方が前記重なり合い領域にローレット加工を施されていると、接着剤による当該部材の接着効果が向上することは言うまでもない。
【００１７】
前記双方の接続端部のねじれに抗する、ほぞ接合のような幾何学的形状によりかみ合い嵌合を生み出すために、別法としてまたは上記突起部にさらに加えて、前記重なり合い領域において、少なくとも一部区域につき、前記双方の接続端部の断面を円筒形とは異なる断面にすることも可能である。これは多角形断面であってよいが、ただし楕円形またはその他の扁平断面であってもよい。
【００１８】
前記双方の接続端部の一方がその端面に環状溝を備え、同所に他方の接続端部が挿し込まれるように構成した本発明の１つの実施形態により、特別な利点が得られる。この場合、挿し込み深さが本発明による重なり合い領域を作り出すことになり、接着剤は環状溝壁と挿し込まれた管との間の少なくとも片側に塗布されている。この場合、相互挿し込みされた双方の接続端部間の本発明によるプレストレスは温度範囲全体にわたって環状溝の同一の溝壁に作用する必要はなく、たとえば第１の温度範囲においては径方向内側に向かって作用し、第２の温度範囲においては径方向外側に向かって作用してよい。この場合、これら２つの温度範囲の間の温度時には言うまでもなく一義的な方向を向いた径方向プレストレスは存在しないが、ただしそれにもかかわらずこのことも本発明の範囲内の態様である。
【００１９】
冒頭に触れたように、本発明の好ましい適用分野は、ユニットないしたとえば押出し成形異形材として製造されたアルミニウム製の管片に金属製波形管を結合することである。この場合、双方の接続端部の一方は金属製波形管または金属製蛇腹管に材料融着によって接合された接続管の一部であれば有利である。この接続管は、波形管または金属蛇腹管が通例オーステナイト系特殊鋼から製造されているために、同じく特殊鋼製であるが、ただし、フィライト系特殊鋼であってもよく、好ましくはチューブ材料ないし蛇腹管材料よりも厚い肉厚を有していてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、２つの管の接続端部を結合するための本発明による異種金属管接続構造の複数の実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は特殊鋼からなる第１の接続端部とアルミニウムからなる第２の接続端部とを含んでなる本発明によって形成された接続構造の概略的な部分断面図を示しており、図中、第１の接続端部１はリング状蛇腹式金属チューブ（図示しない）に溶接接合された接続管であり、他方、第２の接続端部２はコンプレッサの接続口である。第１の接続端部１は第２の接続端部２に嵌入されており、これによって形成される重なり合い領域３には接着剤４として高張力接着剤が双方の接続端部１、２の間に全面にわたって被着されている。本実施形態の接続端部１、２は円筒状に形成されている。これらの接続端部は本発明により互いにプレストレスされており、しかも、温度範囲が−４０℃から１８０℃までに及んでもアルミニウムと特殊鋼との熱膨張率の差によって双方の接続端部１、２の間の重なり合い領域３に隙間が形成されないように互いにプレストレスされている。接着剤４の接着強度は重なり合い領域３における第１の接続端部１の外面ならびに第２の接続端部２の内面の粗度が共に高められていることにより最適化されている。さらに、結合強度は、特殊鋼製の第１の接続端部１の重なり合い領域３に、第２のアルミニウムの接続端部２に食い込んで引張り力およびねじり力に抗するかみ合い係合を形成する外側に向いた突起部５が設けられていることによって高められる。嵌合ゾーン６における第１の接続端部１の肉厚は端面７に向かって内側に漸減していることから、特殊鋼管の曲げ剛性はこの箇所で低下し、そのため端面７での第１の接続端部１の末端箇所でアルミニウム管にかかる集中荷重は低減される。
【００２２】
図２の概略的な部分断面図は、特殊鋼からなる第１の接続端部１と、アルミニウムからなる第２の接続端部２と、互いに入れ子式に嵌入された接続端部１、２の重なり合い領域３に面状に塗布されて円筒状の接着封止面を形成する接着剤４とを含んでいる、本発明による接続構造の最もシンプルな形態を示している。
【００２３】
図３はさらに別の実施例の、図１、２に相当する図を示しており、この場合、特殊鋼からなる第１の接続端部１は、接続端部１、２の間の重なり合い領域３にリング状に形成されて、アルミニウムからなる第２の接続端部２に食い込んで引っ張り荷重受けを形成する突起部５を有している。接着剤４はまたも円筒状の接着封止面を形成しており、この実施例において、引っ張り荷重は、前記実施例に比較して、リング状突起部５によって形成される引っ張り荷重受けによって低減される。
【００２４】
図４は本発明によるシステムのさらに別の実施形態を示しており、この場合、特殊鋼からなる第１の接続端部１ならびにアルミニウムからなる第２の接続端部２はいずれも重なり合い領域３にそれぞれねじ８を備えているため、双方の接続構造１、２は互いに嵌入されているのみならず互いに螺合されている。それにもかかわらず、重なり合い領域３、つまり螺合領域には、ねじ接続のゆるみを防止すると共に面状封止を実現するために本発明による接着剤４が塗布されている。さらに、この実施形態において、重なり合い領域３の端部にはどんな場合にも継手の封止を確実なものとするために弾性リングシール９が設けられている。
【００２５】
図５に示したシステムは図２に示したシステムと基本的に同じであるが、ただしこの場合、第１の接続端部（特殊鋼）の重なり合い領域３はローレット加工部１０として形成されている。これは接着剤４の接着力を高め、それによって接着効果を向上させる。
【００２６】
図６はその他の図面とは異なった図、つまり、（図示しない）第２の接続端部に嵌め込まれて一体結合される第１の接続端部１の斜視図を示している。この第１の接続端部１の端面７は多角形断面、この場合には、六角形断面として形成されているが、これにより、本発明による接続構造の、ねじれ荷重に対するかみ合い嵌合に基づくねじれ防止が達成される。
【００２７】
最後に、図７は本発明の最後の実施形態を示している。この場合、特殊鋼からなる第１の接続端部１の端面には周回溝１１が設けられており、同所にアルミニウムからなる第２の接続端部２が挿し込まれている。双方の接続端部１、２の重なり合い領域３には径方向外側ならびに径方向内側のいずれにも、双方の接続端部１、２を互いに固着して重なり合い領域３を面状封止する接着剤４が塗布されている。上記周回溝は環状溝であることから第２の接続端部２は径方向内外いずれにおいても第１の接続端部１によって包囲されているため、すでにこの点からして、熱膨張率が相違しても重なり合い領域３の径方向内側にも径方向外側にも第１の接続端部１と第２の接続端部２との間に接着層４が対処しきれないような隙間が生ずることはない。それどころか、熱膨張率の相違から、図示システムにおける双方の接続端部１、２の間に本発明による径方向プレストレスが生ずる。
【００２８】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によって形成されたシステムの部分断面図
【図２】図１と同じ、ただし別途実施例の部分断面図
【図３】図１と同じ、ただし別途実施例の部分断面図
【図４】図１と同じ、ただし別途実施例の部分断面図
【図５】図１と同じ、ただし別途実施例の部分断面図
【図６】本発明によるシステムに使用される接続端部の部分斜視図
【図７】図１と同じ、ただし別途実施例の部分断面図
【符号の説明】
【００３０】
１、２：接続端部
３：重なり合い領域
４：接着剤層
【図１】
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【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】
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