JP2009019770A - Dissimilar metal pipes connecting structure - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a dissimilar metal pipe connection structure for fluid-tightly connecting connection ends of two metal pipes made of different metals having different coefficients of thermal expansion.
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。 A fluid-tight connection of a metal tube, usually formed as a ring metal bellows type or coiled bellows type special metal tube, to a unit for supplying or discharging liquid or gas, if at least the fluid is under pressure Causes problems when it is allowed to flow under pulsating pressure and under severe temperature fluctuations. Since the unit is not usually made of high-grade special steel for cost reasons, it is not a problem to bond a metal tube to the unit or unit connection port by material fusion. Therefore, the theme addressed by the present invention is to create a fluid sealable connection end portion of two different metal pipes made of different metals having different coefficients of thermal expansion, in particular, special steel and aluminum.
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。 A typical application field of such a fluid-sealed dissimilar metal pipe connection structure is a compressor or other device of an automobile air conditioner in which a refrigerant is allowed to flow not only under a pulsating high pressure but also over a wide range of temperature fluctuations. A pipe connection to the part.
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。 In the above application field, International Publication No. 2007/007917 (Patent Document 1) connects a stainless metal bellows tube to a stainless steel nipple by material fusion, and inserts the stainless steel nipple into an expanded aluminum tube. A method of applying an epoxy resin layer as an adhesive layer between both joints in the overlapping region has been proposed. Since the epoxy resin elastically fills the annular gap, the sealing of the connecting portion is ensured. On the other hand, the force acting between both connecting ends, in particular, the tensile force, torsional force and shearing force, is reduced between the stainless steel nipple and the aluminum tube. Further, it is absorbed by the engagement with a sleeve additionally mounted on the outer periphery of the aluminum tube. The reinforcement part enclosed in the bellows tube provides a further seal of the transition between the bellows tube and the stainless steel nipple, but in this case a further fastening collar is required to ensure this seal. However, on the one hand, there are a large number of components that are indispensable for guaranteeing the mechanical strength of the connection structure and on the other hand ensuring fluid sealing under given temperature and pressure conditions. The connection structure according to is not necessarily optimal for all use cases.
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。 Therefore, an object of the present invention is to further simplify the connection structure that ensures fluid-sealed connection between two pipes made of different metals by using an adhesive layer disposed between the connection portions.
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。 In the dissimilar metal pipe connection structure for fluid-tightly connecting the connection ends of two metal pipes each having a different coefficient of thermal expansion, in order to achieve the above object, in the present invention, both connection ends are In order to form an overlap region, they are telescopically inserted into each other, an adhesive layer is formed between both connection ends in the overlap region, and both the connection ends are prestressed in the radial direction at about 20 ° C. It is inserted so as to be nested.
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。 Therefore, according to the present invention, both connecting ends are telescoped together and pre-stressed in the radial direction at about 20 ° C. This can be realized, for example, by press fitting or by heat treatment before or during the mutual insertion.
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。 The present invention recognizes that at its starting point there is a contradiction in the adhesive bonding of two metal tubes, each material having a different coefficient of thermal expansion. On the one hand, the adhesive forming the adhesive layer is a high-tensile adhesive that mechanically very stabilizes the connection of both connection ends. However, since these adhesives lose almost elasticity after curing, if a gap is formed due to the difference in coefficient of thermal expansion between both connection ends, the adhesive joint can even become brittle or broken, At least the sealing effect of the adhesive is impaired. On the other hand, the gap in the overlapping region between the two connection ends, which changes due to the difference in the expansion coefficient of the two metals, for example as used in the prior art described at the beginning, is filled in any case. There are durable elastic adhesives that guarantee the sealing effect as well as the persistence of the adhesive splice. However, such durable elastic adhesives are too soft to guarantee a practical connection fixing of both connection ends that resist tensile and torsional loads. Therefore, the prior art described at the beginning uses a number of geometrically complementary engagement members to reduce tension, torsion and shear forces on the adhesive layer functioning as a seal. ing.
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。 Such a contradiction is that in the present invention, the connecting ends are telescoped together and pre-stressed radially at about 20 ° C., and in a preferred field of application, the pre-stress is preferably at least about −10 ° C. To about 110 ° C., in particular at least about −40 ° C. to at least about 180 ° C., so that no gaps or annular voids can occur in the overlapping regions of both connection ends within these temperature ranges. It is solved by doing so. Therefore, in a preferred embodiment, it is possible to use as the adhesive a high-tension adhesive that provides a tensile and shear strength of, for example, 20 N / mm 2 and higher in the case of special steel. Such a high-tensile bond with such an adhesive is sufficient to ensure that both connecting ends are securely connected to each other under the loads that occur in the field of use. At the same time, the fact that the high-tensile adhesive has little elasticity in the cured state is not a disadvantage because such elasticity is not required. In addition, even when the temperature of the fluid flowing through fluctuates, there is no gap in the overlapping region between the connecting end portions, so that the adhesive changes the volume to maintain the adhesive joint mechanically and the surface sealing. There is no need to guarantee the stopping.
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。 Other features, operations, and effects of the present invention can be further improved by various different embodiments described below.
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。 If the combination of at least one of the two connection end portions and the pair of materials is aluminum and special steel, the connection end portion preferably made of special steel is inclined toward the end surface (its thickness decreases). If the thickness of the tapered member is increased so as to have a tapered surface, the thickness of the tapered member starts from the end surface and gradually increases, so that the tapered surface of the member ends. The concentrated load applied during the bending motion in the terminal end region is limited.
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。 At least one of the two connection end portions may have a projection portion that engages with the overlapping region and the surface of the other connection end portion by, for example, pushing away the material of the surface to realize engagement. This results in an intermeshing connection between the elements that can act as an anti-detachment and torsion prevention and correspondingly reduce the mechanical load on adhesive bonding. In this case, the protruding portion is formed so as to be higher as it is separated from the end face of the connection end portion, whereby the tensile force transmitted to the other connection end portion by the protrusion portion is the length of the overlapping region. This is preferable because it is distributed as evenly as possible throughout.
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。 In the case where both connecting end portions are provided with protrusions on the surface facing the overlapping region, these protrusions may be preferably formed as threads. In this way, both screw threads are screwed together, which results in a screw joint between the two connecting ends, which of course has an adhesive intervening according to the present invention. In addition to the twist prevention function, it forms a sealing function. The screw connection further makes it possible to insert an auxiliary elastic ring seal in an easy way between both connection ends.
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。 Inserting an auxiliary elastic ring seal between the two connection ends adjacent to the overlap region or the overlap region zone may be carried out within the scope of the present invention irrespective of screw joints. Good.
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。 Needless to say, when at least one of the connection end portions is knurled in the overlapping region, the adhesive effect of the member by the adhesive is improved.
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。 Alternatively or additionally to the protrusions, at least partly in the overlap region, in order to create an interlocking fit with a tenon-like geometry that resists torsion of the two connection ends. It is also possible for the section to have a cross-section different from the cylindrical shape at both connection ends. This may be a polygonal cross section, but may also be an oval or other flat cross section.
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。 A special advantage is obtained by one embodiment of the invention in which one of the two connection ends is provided with an annular groove on its end face and the other connection end is inserted in the same place. In this case, the depth of insertion will create an overlapping region according to the present invention, and the adhesive is applied to at least one side between the annular groove wall and the inserted tube. In this case, the prestress according to the invention between the two interleaved connection ends does not have to act on the same groove wall of the annular groove over the entire temperature range, for example radially inward in the first temperature range And may act radially outward in the second temperature range. In this case, of course, there is no radial prestress in a uniquely oriented direction at temperatures between these two temperature ranges, but this is nevertheless an aspect within the scope of the present invention.
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。 As mentioned at the outset, the preferred field of application of the invention is to connect a metal corrugated tube to a unit or an aluminum tube piece manufactured, for example, as an extruded profile. In this case, it is advantageous if one of the connection end portions is part of a connection tube joined to the metal corrugated tube or metal bellows tube by material fusion. This connecting pipe is also made of special steel because corrugated pipes or metal bellows pipes are usually made of austenitic special steel, but may also be phylite special steel, preferably tube material or It may have a thicker wall thickness than the bellows tube material.
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。 Hereinafter, a plurality of embodiments of dissimilar metal pipe connection structures according to the present invention for connecting connection ends of two pipes will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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。
FIG. 1 shows a schematic partial sectional view of a connection structure formed according to the invention comprising a first connection end made of special steel and a second connection end made of aluminum. The
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。
The schematic partial cross-sectional view of FIG. 2 shows a
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。
FIG. 3 shows a diagram corresponding to FIGS. 1 and 2 of a further embodiment, in which the
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。
FIG. 4 shows a further embodiment of the system according to the invention, in which the
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。
The system shown in FIG. 5 is basically the same as the system shown in FIG. 2 except that, in this case, the overlapping
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。
FIG. 6 shows a view different from the other drawings, that is, a perspective view of the
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。
Finally, FIG. 7 shows the last embodiment of the present invention. In this case, a
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。 In addition, although the code | symbol is written in order to make contrast with drawing convenient for the term of a claim, this invention is not limited to the structure of an accompanying drawing by this entry.
1、2:接続端部
3:重なり合い領域
4:接着剤層
1, 2: Connection end portion 3: Overlapping region 4: Adhesive layer
Claims (12)
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。 In the dissimilar metal pipe connection structure for fluid-tightly connecting the connection ends of two metal pipes made of different metals having different coefficients of thermal expansion
Both connection ends (1, 2) are nested in each other to form an overlap region (3), and an adhesive layer (4) is provided between the connection ends (1, 2) in the overlap region (3). ) Is formed,
The dissimilar metal pipe connection structure is characterized in that the connection end portions (1, 2) are inserted in a nested manner so as to be prestressed in the radial direction at about 20 ° C.
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