JP2013221580A

JP2013221580A - 過給機システム用配管の締結構造

Info

Publication number: JP2013221580A
Application number: JP2012093841A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyasu Kawahara; 光泰川原; Hiroshi Kumagai; 宏熊谷; Rie Fujimitsu; 理恵藤満; Tomohiko Saito; 智彦齊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-28
Also published as: WO2013157296A1

Abstract

【課題】従来の耐熱性ホースでは、過給機、インタークーラ間の配管連結部にて、配管とターボホースとのずれを起因とする最内層ゴム層の亀裂発生を解決することができなかった。
【解決手段】過給機システムを構成するターボチャージャ、インタークーラ及び管継手等のシステム構成機器間に用いる配管の締結構造であって、システム構成機器Ｍのバルジ付配管連結部Ｐに、クランプＣ若しくはクイックコネクターによってターボホースＨを嵌合した構造を有し、ターボホースＨが、フッ素化合物系ゴムから成る最内層１とその外側の外皮層２とを備えており、最内層１の破断伸度が、２３０℃の環境下で１００％以上である過給機システム用配管の締結構造としたことで、配管連結部ＰとターボホースＨとのずれを起因とする最内層１の亀裂発生を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機システムを構成する機器間を接続するのに用いられる過給機システム用配管の締結構造に関するものである。

従来において、過給機システムに用いる配管としては、特許文献１に記載された耐熱性ホース（ターボホース）がある。特許文献１の耐熱性ホースは、内側から、第１内面ゴム層と、第２内面ゴム層と、補強糸層と、外面ゴム層を備えている。第１内面ゴム層は、フッ素化合物系ゴム製である。また、第２内面ゴム層及び外面ゴム層は、シリコーンゴム製である。さらに、補強糸層は、アラミド系樹脂等の補強糸で形成してある。そして、耐熱性ホースは、第２内面ゴム層及び外面ゴム層を形成するシリコーンゴムの性状や、補強糸層における補強糸の打ち込み数を規定することで、耐疲労性を高めたものである。

特開２００８−２４８９４３号公報

ところで、過給機システムに用いる配管の締結構造では、ターボホースは、過給機、インタークーラ及び管継手等の機器におけるバルジ付の配管連結部に嵌合され、その嵌合部分をクランプもしくはクイックコネクターで止着するのが一般的である。このような締結構造では、ガス圧による脈動やエンジンの振動を受けた際に、配管連結部とターボホースとの間に離脱方向のずれが発生することがあり、この際、従来の耐熱性ホースをターボホースに用いた場合にはバルジとクランプの端部との間でターボホース最内層に大きな歪が発生して同最内層に亀裂が生じる虞がある。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、過給機システムを構成する機器のバルジ付配管連結部に、クランプもしくはクイックコネクターを用いてターボホースを締結する構造であって、配管連結部とターボホースとのずれを起因とする最内層の亀裂発生を防ぐことができる過給機システム用配管の締結構造を提供することを目的としている。

本発明は、過給機システムを構成するターボチャージャ、インタークーラ及び管継手等のシステム構成機器間に用いる配管の締結構造であって、システム構成機器のバルジ付配管連結部に、クランプ若しくはクイックコネクターによってターボホースを嵌合した構造を有している。そして、過給機システム用配管の締結構造は、ターボホースが、フッ素化合物系ゴムから成る最内層とその外側の外皮層とを備えており、最内層の破断伸度が、２３０℃の環境下で１００％以上である構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明に係る過給機システム用配管の締結構造によれば、過給機システムを構成する機器のバルジ付配管連結部に、クランプを用いてターボホースを締結する構造において、配管連結部とターボホースとのずれを起因とする最内層の亀裂発生を防ぐことができる。

本発明に係る過給機システム用配管の締結構造の一実施形態を説明する断面図である。図１に示すターボホースの軸線に直交する断面図である。図１に示すターボホースの軸線に沿う断面図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係る過給機システム用配管の締結構造の一実施形態を説明する。
図１に示す締結構造は、過給機システムを構成する機器Ｍのバルジ（Ｂ）付配管連結部ＰにターボホースＨを嵌合し、その嵌合部分の外周にクランプＣを止着して成るものである。

過給機システムを構成する機器Ｍとしては、ターボチャージャ、インタークーラ及び管継手などが挙げられる。バルジＢは、配管連結部Ｐの先端などに一体形成した抜け止め用の膨出部である。クランプＣは、バンド部と連結部を有する周知の配管用クランプであり、配管連結部Ｐに対しては、バルジＢよりも基端側の位置でターボホースＨを緊締する。なお、クランプに代えてクイックコネクタを用いることもある。

前記ターボホースＨは、図２及び図３に示すように、フッ素化合物系ゴムから成る最内層１と、その外側の外皮層２を有している。外皮層２は、層間に補強糸層３を有し、補強糸層３の内側を中間層２Ａとし、補強糸層３の外側を最外層２Ｂとしている。

そして、ターボホースＨは、最内層１の破断伸度が、２３０℃の環境下で１００％以上であると共に、ターボホース締結状態での最内層１の圧縮率が、２０〜５０％の範囲であるものとしている。

上記構成を備えた締結構造では、ガス圧による脈動やエンジンの振動を受けた際に、締結部パイプ表面に付着したオイルによりさらに助長されて、配管連結部ＰとターボホースＨとの間に離脱方向のずれが発生することがあり、図１において、バルジＢの頂点とクランプＣの端部（右端部）との間でターボホースＨが強く挟まれる状態となる。

ここで、上記の如き離脱方向のずれが発生すると、バルジＢの頂点とクランプＣの端部との間の距離が小さくなる。このときにターボホースＨの最内層１に発生する歪をマイクロスコープで測定したところ、最内層１に約７０％の歪が発生していることが判明した。このように、バルジＢとクランプＣの端部との間で最内層１に大きな歪が発生すると、最内層１に亀裂が生じる虞がある。

これに対して、上記の締結構造では、最内層１の破断伸度を２３０℃の環境下で１００％以上であるため、ホースずれが発生した状態においても、配管連結部ＰとターボホースＨとのずれを起因とする最内層１の亀裂発生を防ぐことができる。

なお、ターボホース締結状態での最内層１の破断伸度は、２３０℃の環境下で１００％以上とする。なぜならば、ターボホースＨの最内層１に発生する歪みは、下記の２つの要因による。
１．ターボホースＨをクランプＣにて締結した初期状態では、最内層１の圧縮率は２０％から５０％、すなわち２０％から５０％の歪みが発生する。
２．配管表面へのオイル溜まり、及びターボホースＨの揺動（揺動量：最小±５ｍｍから最大±４０ｍｍ）、繰り返し過給（最小：０．１ＭＰａから最大０．４ＭＰａ）により、ターボホースＨに初期の締結状態からずれが発生し、配管連結部ＰのバルジＢとクランプＣ端部で挟まれる。すると、過給、揺動によりターボホースＨが抜けようとする力が、バルジＢのバックアングルとクランプ端部間に集中し、ターボホースＨをさらに圧縮変形させるために、５０〜７０％の歪みが発生する。

なお、ターボホース締結状態での最内層１の初期圧縮率は、２０〜５０%にすることで、過給時のホース抜け及びエア漏れの発生を抑制することができる。また、初期圧縮率が５０％を超えるものにすると、クランプの破損が発生する虞がある。したがって、最内層１の圧縮率を２０〜５０％の範囲とすることで、最内層１の亀裂発生を確実に防止することができる。

さらに、本発明の締結構造は、より望ましい実施形態として、最内層１を形成するフッ素化合物系ゴムが、パーオキサイド加硫系であって、ショア硬度が６５〜８０であると共に、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）中にて４０℃で７０時間浸漬した際の体積膨潤率が４００〜７００％の範囲であるものとしている。最内層１を形成するフッ素化合物系ゴムとしては、２元（ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンのコーポリマー）、３元（ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンのターポリマー）、及びテトラフルオロエチレンとプロピレンのコーポリマーのいずれかをポリマーとして使用することができる。

上記構成の締結構造では、最内層１をパーオキサイド加硫系のフッ素化合物系ゴムで形成することで、インタークーラの配管環境で生じる酸に対する高耐性を得ることができる。なお、最内層１を形成するフッ素化合物系ゴムは、ショア硬度を６５から８０の範囲にすることで、過給、揺動によるホース抜け防止、エアシール性およびパイプ挿入時の作業性の夫々を両立することが可能となる。

また、最内層１のＭＥＫ体積膨潤率を４００％から７００％とすることで、フッ素ゴムの高伸特性とゴム強度を両立することが可能となる。したがって、フッ素化合物系ゴムのショア硬度を６５〜８０とし、且つＭＥＫ体積膨潤率を４００〜７００％の範囲とすることで、先述したホース抜け防止、エアシール性といったターボホースＨとしての機能と、高伸特性と強度とのバランスを良好に得ることができる。

さらに、本発明の締結構造は、より望ましい実施形態として、外皮層２が、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン・アクリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロプレン、クロロスルホン化ゴム、エピクロルヒドリンゴム及び水素化ニトリルゴムのいずれか一つを素材としている。

上記構成の締結構造によれば、耐熱性の観点よりシリコーンゴム、アクリルゴム及びエチレン・アクリルゴムのいずれかを用いることがより望ましい。

さらに、本発明の締結構造は、より望ましい実施形態として、ターボホースの外皮層２の層間に配置される補強糸層３に関し、図３に示すように最内層１の厚さｔａと、最内層１から補強糸層３までの厚さｔｂとの関係が、０．５ｍｍ＜ｔａ＜ｔｂ＜３ｍｍとなるように配置する。

本発明の締結構造では、最内層１の厚さｔａ０．５ｍｍ以上とすることで、過給、揺動時のホースずれにより、最内層１に過度の歪みが発生することを抑制し、さらに補強糸層が最内層に露出する虞を抑制することが可能になる。また、最内層１から補強糸層３までの厚さｔｂを３ｍｍ以下とすることで、補強糸層３が過給時の最内層１の変形を抑制するので、ホースずれ時における最内層１の過度の歪みを抑制し得る。したがって、最内層１の厚さｔａと、最内層１から補強糸層３までの厚さｔｂとの関係を上記の如く設定することで、ホースずれ時に最内層１に生じる歪み量を抑制することができる。

さらに、本発明の締結構造は、より望ましい実施形態として、最内層１を形成するゴムの圧縮弾性率Ｅａが、外皮層２を構成する中間層２Ａ及び最外層２Ｂのゴムの圧縮弾性率Ｅｂよりも大きく（Ｅａ＞Ｅｂ）、最内層１のゴムの圧縮弾性率Ｅａが、２３０℃の環境下で１０〜２５ＭＰａの範囲であり、中間層2Ａ及び最外層２Ｂのゴムの圧縮弾性率Ebが、２３０℃の環境下で２〜９MPaであるものとしている。

本発明の締結構造では、最内層１のゴムの圧縮弾性率Ｅａを、２３０度でも１０ＭＰａ以上とすることで、ホースずれ発生時にも、著しい変形を示さないよう十分なゴム強度を保持することができ、２３０℃でも２５ＭＰａ以下とすることで、配管接続部Ｐに対するターボホースＨの挿入性についても問題なきものとすることができる。また、中間層２Ａおよび最外層２Ｂのゴムの圧縮弾性率を２から９ＭＰaとすれば、クランプ締結時に十分にゴムを圧縮した状態となるため、十分なシール性を確保することができる。

さらに、本発明の締結構造は、より望ましい実施形態として、補強糸層３を形成する補強糸が、スパイラル巻き、ブレート編み及びニッティング巻きのいずれかに形成した長繊維、又は素材中に混合させた短繊維であるものとしている。これにより、外皮層２並びにターボホースＨ全体の強度がより高いものとなる。

（実施例１）
［ホース作製］
図２に示す構造のホースを作製するにあたり、表１に示す配合に従った最内層１を形成する３元FKM（ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンのターポリマー）を用いた。また、中間層（２Ａ）及び最外層（２Ｂ）にはシリコンゴムを用い、補強糸層（３）にはポリメタフェニレンテレフタルアミドを用いた。

次に、各材料を準備し、ニーダーを用いて各材料を混練し、その後、架橋剤、共架橋剤を添加し、さらにロールを用いて混練することにより、ゴム組成物を調整した。

次に、上記のゴム組成物を用いてホース（ターボホースＨ）を作成した。
第一工程において、最内層１を、マンドレルの上に規定の厚さで押出し成形した。
第二工程において、最内層１の外周面に中間層２Ａを規定の厚さで押出し成形した。
第三工程において、ポリメタフェニレンテレフタルアミド繊維を上記積層体の外周にニッティング巻きにて編み掛けて、これを補強糸層とした。
第四工程において、上記積層体の外周に、最外層２Ｂが規定の厚さで押出し成形した。
上記の如く各層をマンドレルに成形後、１６５℃で１次加硫し、１８５℃で２次加硫を行った。
当該ホースの各層の厚さは、最内層（ＦＫＭ層）が０．７ｍｍ、中間層が１．８ｍｍ、最外層が２．５ｍｍ（最外層）である。ホースの外径は、６３．２ｍｍ、ホースの長さは３００ｍｍである。

フッ素ゴムの材料評価に際しては、ホースからフッ素ゴム層のみをシート形状にスライスし、下記物性評価を実施した。
［引張特性］
ゴムの破断伸度については、２３０℃の恒温層内で、ダンベル試験片にて引張試験を実施し、引張強度及び破断伸度を測定した。
［体積膨潤率］
１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．５ｍｍのフッ素ゴムをＭＥＫ（メチルエチルケトン）中に４０℃で７０時間浸漬し、その後の体積変化率を比重計により測定した。
［圧縮弾性率］
ゴムの圧縮弾性率については、フッ素ゴム、シリコンゴムの試験片（直径：２９ｍｍ、厚さ：１２．５ｍｍ）を２５％圧縮するまでの弾性率を室温にて測定した。

［ホース繰り返し加圧耐久評価］
上記の如く作成した実施例１のホースの一端部を、表面に薄くシリコンオイルを塗布したバルジ付アルミパイプに嵌合し、その嵌合部分にクランプを７Ｎｍで止着すると共に、ホースの他端部をめくら栓で閉塞し、アルミパイプを窒素ボンベに連結した。これを２３０℃の恒温槽内に３０分放置した後、０．３ＭＰａまで加圧した。
その結果、ホースがパイプから滑り、ホースがクランプとバルジ間に挟まれた状態になった。この圧力サイクル（０⇔０．３MＰａ）を１００回実施し、その後、ホース内面層の亀裂有無を確認した。実施例１のホースでは、フッ素ゴム層内面にも亀裂が発生することもなく、充分な強伸度を備えていることを確認した。

（実施例２）
フッ素ゴム中の加硫促進剤の配合量を０．９ｐｈｒとする以外は、実施例１と同様のホースを作製し、同様の試験を実施した。

（比較例１）
フッ素ゴム中のカーボンブラック（ＣＢ）、架橋剤、加硫促進剤の配合量を変えて、それ以外は、実施例１と同様のホースを作製し、同様の試験を実施した。

上記の実施例１，２及び比較例を以下の表１に示す。

表１から明らかなように、比較例１では、最内層１に、配管連結部とターボホースとのずれを起因とする亀裂が発生した。これに対して、実施例１及び２では、最内層１に亀裂が発生することがなく、充分な強伸度を備えていることや、十分なシール性を確保し得ることを確認した。

本発明の過給機システム用配管の締結構造は、その構成が上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の細部を適宜変更することが可能である。

Ｂバルジ
Ｃクランプ
Ｈターボホース
Ｐ配管連結部
Ｍ機器
１最内層
２外皮層
２Ａ中間層
２Ｂ最外層
３補強糸層

Claims

過給機システムを構成するターボチャージャ、インタークーラ及び管継手等のシステム構成機器間に用いる配管の締結構造であって、
システム構成機器のバルジ付配管連結部に、クランプ若しくはクイックコネクターによってターボホースを嵌合した構造を有し、
ターボホースが、フッ素化合物系ゴムから成る最内層とその外側の外皮層とを備えており、
最内層の破断伸度が、２３０℃の環境下で１００％以上であることを特徴とする過給機システム用配管の締結構造。
ターボホース最内層の初期圧縮率が、２０〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の過給機システム用配管の締結構造。
最内層を形成するフッ素化合物系ゴムが、パーオキサイド加硫系であって、ショア硬度が６５から８０であると共に、ＭＥＫ体積膨潤率が４００〜７００％の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機システム用配管の締結構造。
外皮層が、その層間に補強糸層を有し、
最内層の厚さｔａと最内層から補強糸層までの厚さｔｂとの関係が、０．５ｍｍ＜ｔａ＜ｔｂ＜３ｍｍとなるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給機システム用配管の締結構造。
最内層を形成するゴムの圧縮弾性率Ｅａが、外皮層を形成するゴムの圧縮弾性率Ｅｂよりも大きく、最内層のゴムの圧縮弾性率Ｅａが、２３０℃の環境下で１０〜２５ＭＰａの範囲であると共に、外皮層のゴムの圧縮弾性率Ｅｂが、２３０℃の環境下で２〜９ＭＰａの範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機システム用配管の締結構造。
外皮層が、シリコーンゴム、アクリルゴム、エチレン・アクリルゴム、エチレン・プロピレンゴム、クロロプレン、クロロスルホン化ゴム、エピクロルヒドリンゴム及び水素化ニトリルゴムのいずれか一つを素材としていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の過給機システム用配管の締結構造。
補強糸層を形成する補強糸が、スパイラル巻き、ブレート編み及びニッティング巻きのいずれかに形成した長繊維、又は素材中に混合させた短繊維であることを特徴とする請求項４〜６に記載の過給機システム用配管の締結構造。