JP2005502805A - アルミニウムバリヤ層をもつ、透過性の低いナイロン配管 - Google Patents

アルミニウムバリヤ層をもつ、透過性の低いナイロン配管 Download PDF

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Abstract

【課題】燃料蒸気透過性を改善した燃料配管を得る。
【解決手段】導電性ナイロン内側管層（１２、２２）の外周面にアルミニウムバリヤ層（１４、２４）を配設し、このアルミニウムバリヤ層の外周面に非導電性ナイロン層（１６、２６）を配設する。このような燃料配管の製造方法も提供される。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は配管の分野、特に燃料透過性および蒸気透過性の低い、自動車用燃料配管および蒸気配管に関する。さらに具体的には、本発明は、導電性ナイロン内側管と非導電性ナイロン外側管との間に薄いアルミニウムバリヤ層を配設した多層ナイロン燃料配管、およびこの燃料配管を使用して、自動車から大気中に排出される燃料蒸気の量を抑えることに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、自動車や燃料輸送産業に対する環境規制が厳しくなり、自動車の燃料系や燃料を輸送する燃料輸送ホースから漏れる燃料蒸気の量に対して厳しい制限が求められている。例えば、このような規制が現在課せられている各地で販売される新車の場合、いずれも、非運転時の自動車からの排ガス、即ち燃料蒸気を測定する自動車透過試験であるＳ．Ｈ．Ｅ．Ｄ ＴＥＳＴに合格しなければならない。この規制によれば、２４時間基準の許容最大蒸気透過量は２グラムである。このような透過量は、燃料ホースおよび燃料供給系の他の部分からの透過量である。
【０００３】
典型例を挙げれば、従来、燃料配管は、天然ゴム材料や、ブタジエン−アクリロニトリルゴムなどの合成ゴム材料で構成されている。また、他のホースについては、その内壁表面層をフッ素エラストマー、そしてその外側層を他の材料で構成している。このようなホースの場合、燃料蒸気に対する透過性が高い。燃料蒸気に対する透過性を抑えた燃料配管を製造する試みがあり、一例として、ポリアミドおよびフッ素樹脂の波形熱可塑性配管を利用する試みがあるが、現在、いずれの構成も、燃料蒸気に対する透過性抑制効果はごくわずかに過ぎず、コストは比較的高い。
【０００４】
また、燃料蒸気に対する透過性を抑制した燃料ホースを製造する試みもあり、この場合ライナー材料としてテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデンターポリマーライナーを使用し、配管内側の導電性部分としてヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体やその他の適当なエラストマーからなる厚い層を利用している。例えば、このような燃料ホースは杉本を発明者とするＵＳＰ４，６０６，９５２およびＡｌｂｉｎｏなどを発明者とするＵＳＰ５，４３０，６０３に開示されているが、このような構成のホースの場合、成形マンドレルまたはピンの内外周方向にしわが発生する傾向があり、望ましくない、目に見える欠陥部分になり、ホースの弱い領域になる傾向がある。
【０００５】
各種物質の透過性を抑制するために各種の金属層を利用したホースは、多くの特許公報に開示されている。例えば、Ｆｌｅｔｃｈｅｒを発明者とするＵＳＰ３１８，４５８には、弾性ゴムからなり、スズ箔でライナーを構成した多層配管構造が開示されている。また、各種配管の流体および／またはガスに対する透過性を抑制する同様な方法は、Ｈａｎｅなどを発明者とするＵＳＰ４，５５９，７９３、Ｃａｍｐｂｅｌｌなどを発明者とするＵＳＰ４，７５８，４５５、Ｄａｖｉｓを発明者とするＵＳＰ５，１８２，１４７、吉川などを発明者とするＵＳＰ５，２７１，９７７、Ｌｉｎｄｓｔｒｏｍを発明者とするＵＳＰ５，３６０，０３７やＳｐｕｒｇａｔを発明者とするＵＳＰ５，３９８，７２９に開示されている。例えば、このような従来のホースの場合、金属ストリップの両側に、例えば、エチレンの共重合体および反応性カルボキシル基を有する単量体からなる接着剤が使用することができる接着剤を塗布被覆して構成されている。また、いずれも譲渡されている、Ｌｉｔｔｌｅなどを発明者とするＵＳＰ６，０７４，７１７、およびＣｈｉｌｅｓなどを発明者とするＵＳＰ４，７７９，６７３および同５，４８８，９７５には、家庭用、商業用の放射ヒーティングシステムにおいて流体を循環させるために使用される合成ゴムホースが開示されている。Ｃｈｉｌｅｓを発明者とするＵＳＰ５，４８８，９７５には、アルミニウムで構成することができる酸素バリヤ層をもつ可撓性ヒーティングシステム用ホースが開示されている。吉川などを発明者とするＵＳＰ５，４７６，１２１には、湿式メッキや乾式メッキをイオンプレーティングまたはスパッタリングと併用することによって銀または銀合金のバリヤ層を形成した透過性の低いゴムホースが開示されている。しかし、これら公報のいずれにも、アルミニウムバリヤ層を導電性の内側ＮＢＲ管に接合するとともに、カバーとして作用することもある弾性接着層に接合し、剥離を防ぐためにゴム層を加硫処理した可撓性燃料ホースは開示されていない。
【０００６】
注油ホースや注油ネックホースなどの燃料ホースを構成するさいに、最適な組み合わせの材料を選択することがますます困難になってきている。従って、特に自動車産業や燃料産業などにおいて、製造コストを許容できるレベルに抑えた状態で、燃料および蒸気の透過を抑え、かつ長期間にわたるストレス下で発生する剥離を抑制する燃料ホースの開発が早急に望まれている。
【特許文献１】
ＵＳＰ４，６０６，９５２
【特許文献２】
ＵＳＰ５，４３０，６０３
【特許文献３】
ＵＳＰ３１８，４５８
【特許文献４】
ＵＳＰ４，５５９，７９３
【特許文献５】
ＵＳＰ４，７５８，４５５
【特許文献６】
ＵＳＰ５，１８２，１４７
【特許文献７】
ＵＳＰ５，２７１，９７７
【特許文献８】
ＵＳＰ５，３６０，０３７
【特許文献９】
ＵＳＰ５，３９８，７２９
【特許文献１０】
ＵＳＰ６，０７４，７１７
【特許文献１１】
ＵＳＰ４，７７９，６７３
【特許文献１２】
ＵＳＰ５，４８８，９７５
【特許文献１３】
ＵＳＰ５，４７６，１２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、燃料蒸気の環境中への放出および長期間にわたってストレスを受ける結果生じる剥離を防止するように構成した、燃料系を対象とする燃料配管を提供するものである。本発明によれば、導電性ナイロン内側管構造と、燃料ホースのカバーとしても働く非導電性ナイロン外側管構造との間にアルミニウムの層を配設して燃料ホースを構成する。
【０００８】
ここで、ナイロンは、一般にアミド基−ＣＯＮＨの存在を特徴とするポリアミド族の包括的な名称である。なお、すべてのナイロンがポリアミド樹脂とは限らず、またすべてのポリアミド樹脂がナイロンとは限らない。代表例を挙げれば、ナイロン類は従来ジカルボン酸とジアミンとの縮合によって製造されている。例えば、ナイロン６６の場合は、炭素原子数が６のジカルボン酸であるアジピン酸と炭素原子数が６のジアミンであるヘキサメチレンジアミンとの縮合反応によって製造されている。また、ナイロン６１０の場合は、炭素原子数が１０のジカルボン酸であるセバシン酸とヘキサメチレンジアミンとの縮合反応によって製造されている。ナイロン４、ナイロン６やナイロン９などの他のナイロン類の場合は、それぞれブチロラクタム、カプロラクタムおよび９−アミノノナン酸の重合によって製造されている。ナイロン類は、一般的に電気抵抗はよいが、静電電荷を蓄積しがちである。
【０００９】
本発明で使用することができるナイロンは、ナイロン４、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン９、ナイロン１１、ナイロン１２などである。また、ナイロンを使用して、導電性内側管構造および非導電性外側管構造を構成する場合、同じナイロンを使用してもよく、あるいは異なるナイロンを使用してもよい。本発明の場合、ナイロン１２を使用して、導電性内側管構造および非導電性外側管構造を構成するのが好ましい。導電性内側管構造を製造するために使用するナイロンには、ナイロンに導電性を付与する導電性付与剤を配合する。導電性付与剤の代表例は、カーボンブラックであるが、ゴム材料やプラスチック材料に導電性を付与できることが認められている導電性付与剤ならば他のものも使用でき、またこれらの混合物を使用することができる。この導電性付与剤を例示すれば、元素炭素、銅、銀、金、ニッケルやこれら金属の合金がある。普通、カーボンブラックと呼ばれている元素炭素を導電性付与剤として使用するのが好ましい。
【００１０】
外側の非導電性熱可塑性層については、ナイロン；塩素化ポリエチレン；クロロスルフォン化ポリエチレン；スチレン−ブタジエンゴム；ブタジエン−ニトリルゴム；ニトリル−ポリ塩化ビニル；ＥＰＤＭ；ネオプレン；ビニルエチレン−アクリルゴム；アクリルゴム；エピクロロヒドリンゴム；エピクロロヒドリン−エチレンオキシド共重合体；ポリクロロプレンゴム；ポリ塩化ビニル；エチレン−プロピレン共重合体；超高分子量ポリエチレン；高密度ポリエチレン；クロロブチルゴム；およびこれらの配合物などのゴムまたは熱可塑性材料から構成する。外側の非導電性熱可塑性層の場合は、ナイロン、特にナイロン１２から構成するのが好ましい。
【００１１】
導電性ナイロンの内側管、アルミニウム層および非導電性ナイロンの外側管に加えて、本発明のホースには、導電性ナイロンの内側管構造とアルミニウムバリヤ層との間に第１接合層およびアルミニウム層と外側の非導電性層との間に第２接合層を配設し、層間剥離を防止することも可能である。これら接合層としては、ナイロン導電性層およびアルミニウムバリヤ層に対して非導電性層を形成するために使用するナイロンその他の材料に接着する、従来公知の接合層ならば任意の接合層を使用することができる。接合層が必要なのは、あるいはこの接合層が望ましい場合は、内側ナイロン層および外側ナイロン層または熱可塑性層のアルミニウムバリヤ層からの剥離を防止する場合である。
【００１２】
本発明は、現在の低透過性基準を満足するだけでなく、長期間にわたって使用する場合に生じる剥離に対してすぐれた耐性を示す燃料配管を提供するものである。本発明に従って製造した燃料配管を図１および図２に示す。この燃料配管１０は、導電性ナイロンからなる内側管構造１２と、この導電性ナイロン管１２の最外周面を取り囲むアルミニウムバリヤ層１４と、このアルミニウムバリヤ層１４の最外周面に隣接してこれを取り囲む非導電性ナイロンの外側管構造１６とで構成する。
【００１３】
なお、本発明のホースは、燃料蒸気の透過を大幅に低下させるだけでなく、アルミニウムの層１４を導電性ナイロンから構成した内側管構造と非導電性ナイロンから構成した外側管構造１６との間に配設したユニークな組み合わせおよび管構造のために、長寿命を実現するホースである。導電性ナイロンの内側管構造１２の場合、壁の肉厚を０．２〜２ｍｍに設定するが、好ましい肉厚は約０．２〜１．５ｍｍであり、最適な肉厚は約０．５〜１．２５ｍｍである。導電性ナイロンの内側管構造１２のナイロン成分は、限定的なものではなく、本発明では他のナイロンも使用可能であるが、ナイロン１２が好ましい。
【００１４】
導電性ナイロンの内側管１２を導電性化するには、例えば、内側管構造１２を構成する前に、導電性付与剤をナイロン材料に導入すればよい。導電性付与剤１８としては、従来公知の導電性付与剤のうち任意のものを使用することができ、例えばナイロン内側管１２に必要な導電性特性を付与する元素炭素、銅、銀、金、ニッケル、これら金属の合金、あるいは導電性付与剤の任意の組み合わせを使用することができる。本発明の好適な実施態様では、導電性付与剤１８として、普通カーボンブラックと呼ばれている元素炭素を使用する。ナイロンの内側管１２を構成するために使用するナイロン材料中の導電性付与剤１８の量は、有効な導電性を付与できるのに十分な量であればよく、過剰量の場合には、ナイロンの成形が難しくなるため、約２０重量％以下に設定するが、導電性付与剤１８の最も有効な量は、添加する具体的な導電性付与剤１８に応じて決まるものである。本発明の具体的な実施態様では、カーボンブラックを約２〜２０重量％の量で使用すると、本発明を特に良好に実施することができる。
【００１５】
また、アルミニウムバリヤ層１４は、肉厚が約０．０２〜１．５ｍｍ、好ましくは約０．０２〜１ｍｍのアルミニウムの薄層である。本発明の好適な実施態様では、ナイロンの内側管構造１２をアルミニウム箔１４の層によって包むようにする。これは、螺旋状ラッピングまたは張力作用による放射状カーリングによって実現することができる。あるいは、アルミニウムの薄層４をナイロンの内側管構造１２の外周面に電着してもよい。
【００１６】
本発明では、アルミニウム層１４の外面を非導電性ナイロン管１６で被覆する。非導電性ナイロン管１６を形成するために使用するナイロン材料としては、導電性ナイロン管１２を形成するために使用したのと同じナイロン材料を使用してもよく、あるいは別なナイロン材料を使用してもよい。また、非導電性ナイロン管１６の肉厚は、約０．２５〜１．５ｍｍであればよく、好ましくは約０．４〜０．８ｍｍに設定する。
【００１７】
図３および図４に、本発明の別な実施態様を示す。図示のように、この態様によるホース２０の場合、導電性ナイロンの内側管２２およびアルミニウムバリヤ層２４を設け、導電性ナイロンの内側管２２とアルミニウムバリヤ層２４との間に第１接合層２３を設け、そしてアルミニウムバリヤ層２４と非導電性ナイロンの外側層２８との間に第２接合層２５を設けて構成する。最初の実施態様と同様に、第２実施態様の導電性ナイロンの内側管には、好ましくはカーボンブラックである導電性付与剤１８を配合する。第２実施態様の管部材およびアルミニウムバリヤ層の肉厚は、第１実施態様の管部材およびアルミニウムバリヤ層の肉厚とほぼ同じである。
【００１８】
図５〜図８に、本発明の別な実施態様を示す。図示のように、第１実施態様および第２実施態様の配管には、配管１０の非導電性ナイロンの管構造１６または２６に隣接してこれを取り囲む外側カバー２８を配設することができる。このカバー２８は、ナイロン；塩素化ポリエチレン；クロロスルフォン化ポリエチレン；スチレン−ブタジエンゴム；ブタジエン−ニトリルゴム；ニトリル−ポリ塩化ビニル；ＥＰＤＭ；ネオプレン；ビニルエチレン−アクリルゴム；アクリルゴム；エピクロロヒドリンゴム；エピクロロヒドリン−エチレンオキシド共重合体；ポリクロロプレンゴム；ポリ塩化ビニル；エチレン−プロピレン共重合体；超高分子量ポリエチレン；高密度ポリエチレン；クロロブチルゴム；およびこれらの配合物などのゴムまたは熱可塑性材料から構成する。このカバーについては、好ましくは、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）から構成する。なお、外側カバーとして選択する具体的な材料については、ホースを使用する環境条件に従って選択する必要がある。カバーの肉厚については、約０．２５〜１．２５ｍｍあれば十分である。
【００１９】
本発明に使用する具体的な接合層としては、ナイロン配管およびアルミニウム層に接着する、よく知られている接着性接合層ならば任意の接着接合層を使用することができる。本発明における有効な材料として、例えば、Ｄｕ Ｐｏｎｔ製のＢｙｎｅｌ（登録商標）や三井製のＡｄｍｅｒ（登録商標）などの無水物変性線状低密度ポリエチレンを使用することができる。
【００２０】
導電性ナイロンの内側管とアルミニウムバリヤ層との間に使用する接着性接合層については、非導電性ナイロンの外側管とアルミニウムバリヤ層との間に使用する接着接合層と異なる層を使用してもよい。一部の接着性接合層は炭化水素燃料に対して他の接着性接合層よりも安定性が高く、また接着性にすぐれている。従って、（他方の接着性接合層がナイロンおよびアルミニウムに対してすぐれた接着性を示す場合でも）導電性内側層とアルミニウムバリヤ層との間にすぐれた炭化水素燃料安定性をもつ接着性接合層を配設することが望ましいこともある。一方、すぐれた接着特性をもつが、炭化水素燃料に対する安定性が低い接着性接合層を選択して、非導電性の外側ナイロンをアルミニウムバリヤ層に接着することも可能である。というのは、この接着性接合層はアルミニウムバリヤ層の反対側にあるため、炭化水素燃料蒸気の作用を受けないからである。
【００２１】
本発明第１実施態様の燃料配管ホースを製造する方法は、
第１非導電性ナイロン管を形成する工程、
このナイロン管構造の外周面にアルミニウム箔の層を巻きつける工程、および
このアルミニウムバリヤ層の周囲に非導電性の外側管を形成する工程を有する。
【００２２】
例えば、導電性ナイロンの内側管および非導電性ナイロンの外側管については、公知の押し出し方法によって形成する。螺旋ラッピング、張力作用による放射状カーリング、またはアルミニウム箔をナイロン製管構造に配設できるその他の方法によって、アルミニウムバリヤ層を導電性の内側管に配設することができる。アルミニウムバリヤ層またはナイロン製管構造の別な配設方法は、電着である。
【００２３】
また、公知の押し出し方法によっても、非導電性ナイロン層をアルミニウム被覆ナイロン製管構造周囲に配設してもよい。
【００２４】
また、酸化防止剤、加工助剤などの他の添加剤も公知の量および方法に従って利用することができる。
【００２５】
以上、好適な実施態様に従って詳細に本発明を説明してきたが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲から逸脱しなくても、変更、改変が可能であることは理解できるはずである。
【００２６】
このように、本発明は、本明細書で説明し、図面に示した具体的な実施態様に制限されるものではなく、特許請求の範囲内で各種変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
添付図面は、本発明の特徴および作用効果を説明するものである。
【図１】アルミニウムバリヤ層を導電性ナイロン内側管と非導電性ナイロン外側管との間に配設した本発明燃料配管を示す斜視図である。
【図２】図１に示した燃料配管を示す端面図である。
【図３】本発明の別な実施態様を示す斜視図である。
【図４】図３に示した燃料配管を示す端面図である。
【図５】本発明のさらに別な実施態様を示す斜視図である。
【図６】図５に示した燃料配管を示す端面図である。
【図７】本発明のさらに別な実施態様を示す斜視図である。
【図８】図７に示した燃料配管を示す端面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：燃料配管
１２、２２：内側管構造、
１４、２４：アルミニウムバリヤ層、
１６、２６：外側管構造、
１８：導電性付与剤、
２３、２５：接合層、
２８：保護カバー層。

Claims (11)

  1. 燃料透過性を改善した燃料配管において、
    内周面および外周面をもつ導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）、
    内周面および外周面をもち、上記ナイロン内側管構造（１２、２２）の外周面に配設したアルミニウムバリヤ層（１４、２４）、そして
    内周面および外周面をもち、上記アルミニウムバリヤ層（１４、２４）の外周面に配設した非導電性熱可塑性管構造（１６、２６）を有することを特徴とする燃料配管。
  2. 上記導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）の肉厚が約０．２〜２ｍｍ、例えば約０．２〜１．５ｍｍ、上記アルミニウムバリヤ層（１４、２４）の肉厚が約０．０２〜１．５ｍｍ、そして上記非導電性熱可塑性管構造（１６、２６）の肉厚が約０．２５〜１．５ｍｍである請求項１記載の燃料配管。
  3. 上記導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）をナイロン４、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン９、ナイロン１１またはナイロン１２、特にナイロン１２から構成した請求項１記載の燃料配管。
  4. 上記導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）が、（ａ）カーボンブラックおよび（ｂ）銅、銀、金、ニッケルおよびこれらの合金からなる群から選択した金属などの導電性付与剤を約２〜２０重量％の量で含有する請求項１記載の燃料配管。
  5. 螺旋ラッピングまたは張力作用による放射上カーリングによって上記導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）の上記外周面に上記アルミニウムバリヤ層（１４、２４）を配設した請求項１記載の燃料配管。
  6. 上記非導電性熱可塑性管構造をナイロン；塩素化ポリエチレン；クロロスルフォン化ポリエチレン；スチレン−ブタジエンゴム；ブタジエン−ニトリルゴム；ニトリル−ポリ塩化ビニル；ＥＰＤＭ；ネオプレン；ビニルエチレン−アクリルゴム；アクリルゴム；エピクロロヒドリンゴム；エピクロロヒドリン−エチレンオキシド共重合体；ポリクロロプレンゴム；ポリ塩化ビニル；エチレン−プロピレン共重合体；超高分子量ポリエチレン；高密度ポリエチレン；クロロブチルゴム；およびこれらの配合物、特にナイロン４、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン９、ナイロン１１またはナイロン１２より特定すればナイロン１２から構成した請求項１記載の燃料配管。
  7. 上記導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）の外周面と上記アルミニウムバリヤ層（１４、２４）の上記内周面との間に、および／または上記アルミニウムバリヤ層（１４、２４）の上記外周面と上記非導電性熱可塑性管構造（１６、２６）の上記内周面との間に無水物変性線状低密度ポリエチレンなどの接合層（２３、２５）を配設した請求項１記載の燃料配管。
  8. 上記燃料配管周囲を保護カバー層（２８）で被覆し、この保護カバー層がナイロン；塩素化ポリエチレン；クロロスルフォン化ポリエチレン；スチレン−ブタジエンゴム；ブタジエン−ニトリルゴム；ニトリル−ポリ塩化ビニル；ＥＰＤＭ；ネオプレン；ビニルエチレン−アクリルゴム；アクリルゴム；エピクロロヒドリンゴム；エピクロロヒドリン−エチレンオキシド共重合体；ポリクロロプレンゴム；ポリ塩化ビニル；エチレン−プロピレン共重合体；超高分子量ポリエチレン；高密度ポリエチレン；クロロブチルゴム；およびこれらの配合物からなる請求項１記載の燃料配管。
  9. 燃料蒸気透過性を改善した、可撓性燃料配管を製造する方法において、
    導電性内周面および外周面をもつ導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）を配設する工程、
    このナイロン内側管構造の外周面に、内周面および外周面をもつ薄いアルミニウムバリヤ層（１４、２４）を配設する工程、および
    このアルミニウムバリヤ層の外周面に非導電性熱可塑性層（１６、２６）を配設する工程を有することを特徴とする燃料配管の製造方法。
  10. カーボンブラックなどの導電性付与剤を添加することによって、上記導電性ナイロン内側管構造（１２、２２）を導電性化する請求項９記載の製造方法。
  11. 上記燃料配管周囲に保護カバー（２８）を配設する工程をさらに有し、この保護カバーの肉厚を約０．２５〜１．２５ｍｍに設定するとともに、この保護カバーを塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、ナイロン、ニトリル−ＰＶＣ、ＥＰＤＭ、ネオプレン、クロロブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ビニリデン−ニトリルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、ビニルエチレン−アクリルゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、エピクロロヒドリン−エチレンオキシド共重合体、ポリクロロプレンゴム、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エチレン−プロピレン共重合体、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、およびこれらの配合物から構成した請求項９記載の製造方法。
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