JP2006234128A - 樹脂配管のフランジ部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内部を流通する流体に影響を受けることなく、長期に渡って高いシール性を確保して樹脂配管を接続でき、小型化が可能な樹脂配管のフランジ部構造を提供する。
【解決手段】樹脂配管１のＯリング６の外周に当接して接続端部２に外嵌される金属製の環状体３は、被接続体１２と強固に締結しても容易に変形せず、この環状体３およびつば部４が締結によって生じるＯリング６の軸方向および外周方向の反力を受けるとともに、この反力が作用し続ける樹脂部分の経時的なクリープによる変形を抑制するので、長期に渡って高いシール性を確保することができ、Ｏリング６の外周に樹脂が存在しないので小型化が可能であり、金属製の環状体３は樹脂配管１の管路１ａを流通する流体に接触しないので、流体による影響を受けることもない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂配管のフランジ部構造に関し、さらに詳しくは、内部を流通する流体に影響を受けることなく、長期に渡って高いシール性を確保して樹脂配管を接続でき、小型化が可能な樹脂配管のフランジ部構造に関するものである。

近年、軽量化を図るためにエンジンのインテークマニホールドに樹脂が使用されるようになり（例えば、特許文献１参照）、また、燃料電池に使用される配管やマニホールドには、軽量化や内部を流通する流体によって金属イオンの溶出を防ぐ等の目的で、樹脂が使用されるようになり、樹脂配管の用途が広がりつつある。

特許文献１では、接続端部に樹脂配管と一体化して拡径した樹脂フランジ部を有する樹脂配管のフランジ部構造が示されており、この樹脂フランジ部をアルミ製のフランジで覆い、このアルミ製のフランジと金属製のシリンダヘッドフランジとをボルトで締結して樹脂配管を接続している。

この樹脂配管のフランジ部構造では、拡径した樹脂フランジ部を設けるとともに、ボルトによる締結力等によって樹脂フランジ部が、容易に変形しないようにするため、樹脂フランジ部を大きく拡径させる必要があり、小型化するのは困難であった。また、Ｏリング等を使用せず、樹脂フランジ部と金属製のシリンダヘッドフランジとの当接によって接続されるので、高いシール性を確保できないことがあった。

他の従来の樹脂配管のフランジ部構造を図４に例示する。この樹脂配管１の接続端部２には、樹脂配管１の軸方向に貫通する貫通孔１０を有し、外側に拡径した樹脂フランジ部９が形成され、接続端部２の端面にはＯリング６が設けられている。貫通孔１０には金属カラー１１が嵌め込まれて、ワッシャ８を介して締結ボルト７が金属カラー１１を挿通して、被接続体１２のボルト穴１３に螺合して締結することによって、樹脂フランジ部９の変形を防止しつつ、Ｏリング６でシール性を保って樹脂配管１と被接続体１２とを接続している。

しかしながら、この構造では、締結する際のＯリング６の反力および管路１ａを流通する流体の圧力等によって樹脂フランジ部９が変形してシール性が確保できないという問題があり、この反力等によって生じる経時的な樹脂のクリープで樹脂フランジ部９が変形してシール性を長期的に確保できないという問題もあった。

また、Ｏリング６外周部分の樹脂の強度低下を防ぐために、Ｏリング６から所定の距離をあけて締結ボルト７が挿通する貫通孔１０を設ける必要があるので、樹脂フランジ部９が大径となり、フランジ部構造を小型化できないという問題があった。

特に、燃料電池のマニホールドのような樹脂配管では、内部を流通する流体に応じて使用できる樹脂が限定されるといった制約があり、高強度の樹脂が使用できない場合には、上記した問題がより深刻なものとなっていた。
特開２００３−２５４１８１号公報

本発明の目的は、内部を流通する流体に影響を受けることなく、長期に渡って高いシール性を確保して樹脂配管を接続でき、小型化が可能な樹脂配管のフランジ部構造を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の樹脂配管のフランジ部構造は、樹脂配管を被接続体に接続するための樹脂配管のフランジ部構造であって、前記樹脂配管の接続端部の端面に設けられるＯリングと、該Ｏリングの外周に当接して前記接続端部に外嵌され、前記被接続体と締結される剛性のある環状体とを備え、前記剛性のある環状体は、内周側に突出して前記樹脂配管の軸方向において前記Ｏリングと対向し、前記接続端部に係合するつば部を有することを特徴とするものである。

本発明の樹脂配管のフランジ部構造によれば、樹脂配管を被接続体に接続するための樹脂配管のフランジ部構造であって、樹脂配管の接続端部の端面に設けられるＯリングと、このＯリングの外周に当接して接続端部に外嵌され、被接続体と締結される剛性のある環状体とを備え、剛性のある環状体は、内周側に突出してＯリングと樹脂配管の軸方向において対向し、接続端部に係合するつば部を有する構造として、Ｏリングの一方の軸方向および外周方向を剛性のある環状体で囲むので、この環状体がＯリングからの外周方向および軸方向の反力を受けるとともに、被接続体と強固に締結しても剛性があるので容易に変形しないので、Ｏリングを強く密着させて高いシール性を確保して樹脂配管を被接続体に接続させることができる。また、締結力による反力が作用し続ける樹脂部分は、剛性のある環状体およびそのつば部で囲まれて、経時的なクリープによる変形が抑制されて、長期に渡って高いシール性を確保することができる。

さらに、Ｏリングの外周に樹脂が存在しないので、構造の小型化が可能となる。また、剛性のある環状体は樹脂配管を流通する流体に接触しないので、流体による影響を受けることもない。

以下、本発明の樹脂配管のフランジ部構造を図に示した実施形態に基づいて説明する。図１は実施形態の縦断面構造を示している。この樹脂配管１の接続端部２の端面にOリング６が装着され、接続端部２の外周には金属製の環状体３が嵌め込まれている。

この金属製の環状体３は、内周側に突出するつば部４を有しており、つば部４は、接続端部２の端面に装着されたOリング６と、樹脂配管１の軸方向において所定の距離をおいて対向する位置まで内周側へ延びており、樹脂配管１の接続端部２の外周に係合している。

金属製の環状体３には、軸方向に貫通する貫通孔５が所定数設けられていて、この貫通孔５を締結ボルト７がワッシャ８を介して挿通し、被接続体１２に設けられたボルト穴１３に螺合して締結されることによって、樹脂配管１と被接続体１２とが接続されている。

この金属製の環状体３は、樹脂配管１を成形する際に、金型にインサートされて樹脂配管１と一体成形されることによって、相互を強固に密着させて接合することができる。別途、樹脂配管１の接続端部２に金属製の環状体３を接合させることも可能である。

この接続状態では、Oリング６は内周側および軸方向一方側（図１では上側）を樹脂に、外周側を金属製の環状体３に、軸方向他方側（図１では下側）は被接続体１２に囲まれている。

金属製の環状体３は、締結ボルト７による締結力によって容易に変形しないので、強固に締結することができる。締結によって生じるOリング６からの反力は、Oリング６の外周にある金属製の環状体３および上方にあるつば部４が受けるので、Oリング６を強く被接続体１２に押し付けることができ、高いシール性を保って樹脂配管１と被接続体１２とを接続することが可能となる。

また、締結力によるOリング６の反力が作用し続ける樹脂部分は、金属製の環状体３およびそのつば部４で囲まれて、経時的なクリープによる変形が抑制されて、長期に渡って高いシール性を確保することができる。

さらに、Ｏリング６の外周に直接、金属製の環状体３が当接しており、樹脂部分が存在しないので、構造の小型化が可能となる。また、この構造ではＯリング６が樹脂配管１を流通する流体をシールするため、Ｏリング６の外周側には流体が洩れないので、金属製の環状体３は流体による影響を受けることもない。

この実施形態では、剛性のある環状体として金属製の環状体３を用いているが、金属製に限定されず、締結力および締結力によるOリング６の反力によって容易に変形しない金属と同等の剛性のある材質を用いることができ、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維等による複合強化材、セラミック等を使用することができる。

図２に他の実施形態を縦断面図で示す。この実施形態では金属製の環状体３が、上端部および軸方向中途にそれぞれ、つば部４ａ、４ｂを有している。この構造では、軸方向のOリング６の反力は軸方向中途に突設されたつば部４ｂが受けることになる。つば部４ａ、４ｂの縦断面形状は、矩形に限らず、テーパ状や半円等種々の形状とすることができる。このように、少なくとも１つのつば部４が樹脂配管１の軸方向においてOリング６に対向する位置まで内周側に突出していれば、つば部４の数、位置、形状を適宜、決定することができる。

本発明のフランジ部構造は、例えば、図３に示すような燃料電池自動車に搭載される燃料電池スタック１４に接続されるマニホールド１８に適用することができる。

この燃料電池スタック１４は、複数の積層されたセル１５の両側をテンションプレート１７で保持されたエンドプレート１６で挟みこむ構造をしている。この一方のエンドプレート１６には樹脂配管１からなるマニホールド１８が、樹脂配管１に外嵌された金属製の環状体３と締結ボルト７よって接続されている。

このマニホールド１８によって燃料電池スタック１４に燃料ガス、酸化ガス、冷媒等の流体が供給、排出される。

燃料電池自動車に搭載される燃料電池スタック１４に流体を供給または排出するマニホールド１８に使用する樹脂には、軽量化が求められるとともに狭いスペースに収まるように複雑な形状に成形容易で、内部を流通する流体によって耐食性、耐熱性、耐酸等の性能を満すことが求められ、使用可能な樹脂が限定されて制約が多くなる。

このように使用可能な樹脂に制約があり、剛性の低い樹脂によって樹脂配管１が形成される場合でも、本発明のフランジ構造であれば、樹脂配管１を長期に渡り、高いシール性を保って、被接続体となるエンドプレート１６に接続することができる。フランジ部構造の小型化も可能となるので、隣接する樹脂配管等との間隔を小さくすることができ、燃料電池スタック１４の小型化も容易となる。

また、金属製の環状体３は、マニホールド１８を流通する流体に接触しないので、金属イオンの溶出等、この流体から影響を受けることがない。

本発明の樹脂配管のフランジ部構造を一例を示す縦断面図である。 本発明の樹脂配管のフランジ部構造の他の例を示す縦断面図である。 本発明の樹脂配管のフランジ部構造が燃料電池のマニホールドに適用される一例を示す斜視図である。 従来の樹脂配管のフランジ部構造を例示する縦断面図である。

符号の説明

１ 樹脂配管
２ 接続端部
３ 金属製の環状体
４、４ａ、４ｂ つば部
５ 貫通孔
６ Ｏリング
７ 締結ボルト
８ ワッシャ
９ 樹脂フランジ部
１０ 貫通孔
１１ 金属製のカラー
１２ 被取付け体
１３ ボルト穴
１４ 燃料電池スタック
１５ セル
１６ エンドプレート
１７ テンションプレート
１８ マニホールド

Claims (5)

1. 樹脂配管を被接続体に接続するための樹脂配管のフランジ部構造であって、前記樹脂配管の接続端部の端面に設けられるＯリングと、該Ｏリングの外周に当接して前記接続端部に外嵌され、前記被接続体と締結される剛性のある環状体とを備え、前記剛性のある環状体は、内周側に突出して前記樹脂配管の軸方向において前記Ｏリングと対向し、前記接続端部に係合するつば部を有することを特徴とする樹脂配管のフランジ部構造。
2. 前記剛性のある環状体が、金属製である請求項１に記載の樹脂配管のフランジ部構造。
3. 前記剛性のある環状体が、インサート成形によって前記樹脂配管と一体化されている請求項１または２に記載の樹脂配管のフランジ部構造。
4. 前記剛性のある環状体が、前記被接続体と締結するための締結ボルトが挿通可能な貫通孔を有する請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂配管のフランジ部構造。
5. 前記樹脂配管が燃料電池自動車に搭載される燃料電池のマニホールドであるとともに、前記被接続体が燃料電池スタックのエンドプレートである請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂配管のフランジ部構造。

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