JP2009126010A - 車両配管用鋼管 - Google Patents

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Abstract

【課題】ポリアミド被膜の密着力を従来のものに較べて格段に高めることができる車両配管用鋼管を提供する。
【解決手段】鋼管の表面に形成しためっき被膜と、前記めっき被膜を被覆する化成処理被膜と、前記化成処理被膜を被覆しエポキシ化合物を主体にアミド結合若しくはイミド結合を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物からなるプライマー被膜と、前記プライマー被膜を被覆するポリアミド樹脂被膜とから多層の被膜を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の燃料配管やブレーキ配管などの車輌配管に用いられる車両配管用鋼管に関する。
この種の車輌用鋼管には、耐食性や耐薬品性に関して高い性能が要求される。従来、この種の車輌用鋼管には、その表面に亜鉛めっきを施し、その上をクロメート化成皮膜で被覆し、耐食性の強化を図っている。
車輌配管は、車体の下側に引き回してエンジンまで延びるのが一般的であり、走行中に跳ねた小石などが当たってめっき被膜を毀損しないように耐チッピング性を高める必要がある。
図３は、従来の車両用鋼管の断面図である。従来の車輌用鋼管では、鋼管１の表面を１〜１００μｍの厚さの亜鉛めっき被膜２で被覆し、この亜鉛めっき被膜２の表面にクロメート化成処理層３を形成し、さらにその上をプライマー４を介して５０〜３００μｍの厚さの樹脂層５で被覆している。
従来の車輌用鋼管では、めっき被膜２によって十分な耐食性を有しているが、小石などが当たったときの衝撃に弱い。耐チッピング性が要求される車輌用鋼管の場合、最外層の樹脂層５をできるだけ厚くして、亜鉛めっき被膜２を保護する必要がある。樹脂層５には、フッ素樹脂が使われることが多い。従来は、クロメート化成処理層３の上にエポキシ系の樹脂からなるプライマーを塗布して焼き付けた後、樹脂層５を押出成形により形成している。
最近では、車両用鋼管の最外層の樹脂層には、高価なフッ素樹脂に替わって、比較的安価で強度の高いポリアミド系の樹脂が用いられるようになってきている。このポリアミド樹脂被膜にする場合には、プライマーとの接着性を高めるため、エポキシを主体とした三次元架橋構造の樹脂をプライマーに用いたり、ポリアミド樹脂に密着付与剤を混入させている。
最近は、地球環境問題に対する関心の高まりから、バイオマス燃料の普及が進んでいる。アルコールをガソリンに添加した燃料の普及に伴い、自動車燃料配管に用いる鋼管には、これまで気づかれなかった新たな課題が顕在化している。
上述したようなポリアミド系の樹脂被膜５を最外層に有する鋼管を燃料配管に用いた場合、燃料配管の端末にある相手方との締結部分では、燃料が樹脂層５に接触する。従来のようにガソリンのみの燃料であれば、ガソリンが樹脂層５に接触しても特に問題はなかった。
ところが、ガソリンにアルコールが混入している燃料では、アルコールとポリアミド被膜およびエポキシ系プライマーとの相性が悪く、ポリアミド樹脂被膜を接着させる力が低下する。この結果、締結不良により、燃料漏れに至る虞がある。
本発明者が調べたところ、メタノール３０％（体積％）以上のアルコール燃料が８０℃以上の温度条件で７２時間以上接触すると、プライマーは接着力を消失し、ポリアミド被膜が力を加えないでも剥がれてしまう状態、つまり密着力がゼロになることが判明した。
このような密着力ゼロの状態では、ポリアミド被膜と金属表面の間に燃料が浸透し、締結部分をシールしているＯリングを越えて外部に燃料が漏れる、いわゆるトンネルリーク現象を発現させてしまう可能性がある。
また、別の問題点として次のようなものがある。車輌用鋼管の場合、管の端末には、継手と接続するためにフレア加工やバルジ加工などの種々の端末加工をする必要がある。この端末加工には、苛酷な変形が求められる。このため、加工形状によっては、ポリアミド被膜の剥離が生じてしまうという問題がある。
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、ポリアミド被膜の密着力を従来のものに較べて格段に高めることができ、この濃度アルコール混合ガソリンに接触しても、ポリアミド被膜と金属表面との密着力が低下しないようにした車両配管用鋼管を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ポリアミド被膜の密着力を種々の端末加工でも剥離しないレベルに高めることにより、より苛酷な条件での端末加工に適用できるようにした車両配管用鋼管を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、めっき被膜を含む多層の被膜で鋼管を被覆してなる車両配管用鋼管において、前記多層の被膜が、鋼管の表面に形成しためっき被膜と、前記めっき被膜を被覆する化成処理被膜と、前記化成処理被膜を被覆しエポキシ化合物を主体にアミド結合若しくはイミド結合を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物からなるプライマー被膜と、前記プライマー被膜を被覆するポリアミド樹脂被膜と、からなることを特徴とするものである。
本発明では、前記プライマー被膜の材料には、エポキシ硬化型樹脂をベースにアミド結合またはイミド結合を導入した樹脂を混入したエポキシ硬化型樹脂組成物や、エポキシ硬化型樹脂にアミド結合またはイミド結合の架橋構造を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物を用いることができる。
本発明によれば、ポリアミド被膜の密着力を従来のものに較べて格段に高めることができ、この濃度アルコール混合ガソリンに接触しても、その濃度や温度が上昇してもポリアミド被膜と金属表面との密着力が低下しないようにすることができる。
また、本発明によれば、ポリアミド被膜の密着力を種々の端末加工でも剥離しないレベルに高められるので、より苛酷な条件での端末加工を施すことができる。
以下、本発明による車両配管用鋼管の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態による車両配管用鋼管の横断面を示す図である。この図１において、参照番号１０は、鋼管を示している。この実施形態では、鋼管１０は、その外径が８mmであり、自動車の燃料配管やブレーキ配管などの車輌配管の素管に用いられる鋼管である。この実施形態以外にも、自動車配管では４〜４２mmのさまざまなサイズの配管に適用することができる。
鋼管１０の外周面は全長にわたってめっき被膜１２によって被覆されている。このめっき被膜１２は、好ましくは亜鉛めっき被膜であるが、めっき処理の方法は、電解めっき法でもよいし、溶融めっき法でもよい。
このめっき被膜１２の上に重ねるようにして、化成処理による化成処理被膜１４が形成されている。この化成処理被膜１４を形成する化成処理には、６価クロムなどのクロム化合物を含有しないクロムフリー化成処理溶液を用いた化成処理が用いられる。
本実施形態の車両配管用鋼管では、化成処理皮膜１４の表面は、樹脂被膜１８との接着性が高まるように、プライマー皮膜１６を介して、ポリアミド樹脂被膜１８で被覆されている。その樹脂材料としては、ＰＡ１１、ＰＡ１２が望ましい。
プライマー被膜１６の材料には、エポキシ化合物を主体にアミド結合若しくはイミド結合を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物が用いられる。このエポキシ硬化型樹脂組成物には、エポキシ硬化型樹脂をベースにアミド結合またはイミド結合を導入した樹脂を混入した樹脂組成物や、エポキシ硬化型樹脂にアミド結合またはイミド結合の架橋構造を導入した樹脂組成物が用いられる。
プライマー被膜１６は、上記の樹脂組成物（分子量Ｍｎ１０００００以下）を有機溶剤で溶解し、その溶液を乾燥した状態の膜厚が０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍになるように塗布してから、表面温度が２００℃以上になるようにして乾燥焼き付けを行って形成することができる。
最上層のポリアミド樹脂被膜１８は、押出成形により、膜厚が５０〜３００μｍの範囲でコーティングを施す。
以上のように構成される鋼管によれば、めっき被膜１２と、化成処理被膜１４と、エポキシ硬化型樹脂をベースにアミド結合またはイミド結合を導入した樹脂からなるプライマー被膜１６と、ポリアミド樹脂被膜１８という組み合わせの被膜構成をとることより、ポリアミド樹脂被膜１８と鋼管との接着強度が従来のようにエポキシ樹脂単独をプライマーに用いた場合に較べて格段に高まることがわかった。
これは、ポリアミドと化成処理被膜１４との界面密着性がアミド結合またはイミド結合を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物により高まるとともに、プライマー被膜１６自体の強度も大きくなるためと考えられる。
これに対して、プライマー被膜１６の材料に、エポキシ硬化型樹脂組成物の代わりに、アミド結合あるいはイミド結合を含む樹脂だけを用いた場合は、ポリアミド樹脂被膜１８の接着強度の増強は発現しないことが判明した。
本実施形態による車両配管用鋼管によれば、ポリアミド樹脂被膜１８の接着強度が格段に高まるので、自動車の燃料配管に利用した場合に、次のような効果が得られる。
燃料配管に利用するには、図２（ａ）に示すように、管の端末にスプール１９を形成する加工や、図２（ｂ）に示すように、フレア部２０を形成するなどの端末加工が施される。本実施形態の車両配管用鋼管によれば、この端末加工を行ったときでも、ポリアミド樹脂被膜１８が剥離する不良品の発生をなくすことができる。
また、従来、樹脂被膜が剥離することから、加工が困難とされていた絞り加工のような苛酷な加工、例えば、図２（ｃ）に示すように外径１０mmの管の端末を８mmに絞る加工も可能になる。
さらには、今後、普及が拡大すると思われる高濃度アルコール配合ガソリンに対して、いかなる混合比、いかなる温度条件であっても、ポリアミド樹脂被膜１８と鋼管とのの接着力がゼロにならないという、従来この取の配管では知られていない顕著な効果があることが見いだされた。これにより、樹脂被膜と鋼管との層間に燃料が浸透し、継手部のＯリングを越えて燃料が漏洩するトンネルリーク現象の発生を防止することができる。なお、この効果に関しては、実施例を挙げて後述する。
なお、ポリアミド樹脂被膜１８の接着強度が高まることから、燃料配管に小石などが当たった場合にも、傷が鋼管に表面に到達するような傷が付きにくく、耐チッピング性、耐食性も高まることになる。
次に、本実施形態の車両配管用鋼管を自動車のブレーキ配管に利用した場合には、端末加工に伴う剥離の問題は解決できる点は燃料配管と同様である。ブレーキ配管の場合は、高圧になるため、継手部をフレアナットなどで強く締め付ける必要があるところ、従来は、樹脂被膜が破れてしまうという問題があった。これに対して、本実施形態をブレーキ配管に適用した場合には、強く締め付けてもポリアミド樹脂被膜１８が破れにくくなるという利点がある。
次に、本発明の実施例について、表１を参照しながら説明する。
Figure 2009126010
実施例１乃至実施例３は、いずれも亜鉛めっきを施した外径８mmの鋼管にクロムフリー化成処理を施し、そのうちプライマーを乾燥被膜１〜１０μｍになるように塗布し、２００℃で約付けた後、押出成形により１５０ミクロンの膜厚のＰＡ１１の被膜を形成したチューブである。プライマーに用いた材料は、実施例毎に異なっている。
実施例１では、ビスフェノール型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名エピクロン７０５０）を１００としてポリイミド（宇部興産株式会社製、商品名Ｕワニス）を１０〜２０％含有したエポキシ硬化型樹脂組成物をプライマーの材料とした。
実施例２では、ビスフェノール型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名エピロン７０５０）を１００としてポリアミド（スリーボンド株式会社製、商品名２０１５）を１０〜２０％含有したエポキシ硬化型樹脂組成物をプライマーの材料とした。
実施例３では、ビスフェノール型エポキシ樹脂（大日本インキ化学工業株式会社製、商品名エピクロン７０５０）を１００としてポリアミドイミド（東洋紡績株式会社製、商品名バイロマックスＨＲ）を１０〜２０％含有したエポキシ硬化型樹脂組成物をプライマーの材料とした。
ピーリング密着力の測定は、次のようにして測定した。
アルコール配合ガソリンを、エタノールの濃度（体積％）で１０％（Ｅ１０と表記する）、３０％（Ｅ３０と表記する）、８５％（Ｅ８５と表記する）、１００％（Ｅ１００と表記する）の４種類を用意し、各アルコール配合ガソリンそれぞれ常温、６０℃、８０℃、１００℃の温度に保った状態で、実施例１乃至３を７２時間浸漬した。その後、ポリアミド樹脂被膜を約２mm幅でチューブ軸方向にナイフの刃を入れ、剥ぎ取るときにかかる力を測定し、これをもってピーリング密着力とした。
また比較例を用意し、同じ条件でピーリング密着力を測定した。なお、比較例１は、プライマーの材料にエポキシ樹脂単独のものを用いたもので、それ以外は実施例と同等品である。比較例２は、比較例と別の従来の同等品チューブである。
表１から明らかにわかるように、実施例１乃至３はいずれも密着力が初期状態において従来品に較べて勝るとともに、とりわけ、常温において、従来品に較べて高い密着力を有することをみてとれる。
また、比較例１、２は、燃料の温度が高くなると、ピーリング密着力がゼロになるのに対して、実施例１乃至３は、温度が高くなっても、密着力を維持することがわかる。しかも、実施例１乃至３は、燃料のエタノール濃度が変わっても、密着力を維持することができる。
本発明による車両配管用鋼管の一実施形態を示す横断面図である。 同車両配管用鋼管の端末加工の例を示す図。 従来の車両配管用鋼管の横断面図である。
符号の説明
１０ 鋼管
１２ めっき被膜
１４ 化成処理被膜
１６ プライマー被膜
１８ ポリアミド樹脂被膜

Claims (7)

  1. めっき被膜を含む多層の被膜で鋼管を被覆してなる車両配管用鋼管において、
    前記多層の被膜が、鋼管の表面に形成しためっき被膜と、前記めっき被膜を被覆する化成処理被膜と、前記化成処理被膜を被覆しエポキシ化合物を主体にアミド結合若しくはイミド結合を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物からなるプライマー被膜と、前記プライマー被膜を被覆するポリアミド樹脂被膜と、からなることを特徴とする車両配管用鋼管。
  2. 前記プライマー被膜は、エポキシ硬化型樹脂をベースにアミド結合またはイミド結合を導入した樹脂を混入したエポキシ硬化型樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１に記載の車両配管用鋼管。
  3. 前記プライマー被膜は、エポキシ硬化型樹脂にアミド結合またはイミド結合の架橋構造を導入したエポキシ硬化型樹脂組成物からなることを特徴とする請求項１に記載の車両配管用鋼管。
  4. 前記プライマー被膜の膜厚は、０．５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の車両配管用鋼管。
  5. 前記化成処理被膜は、クロム化合物を含有しないクロムフリー化成処理被膜からなることを特徴とする請求項１に記載の車両配管用鋼管。
  6. 前記めっき被膜は、電解めっき法若しくは溶融めっき法により形成した亜鉛めっき被膜からなることを特徴とする請求項１に記載の車両配管用鋼管。
  7. 鋼管は、端末加工が施された端末部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の車両配管用鋼管
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