JP2012184794A - 組み付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続対象部材側が配管部材側よりも低硬度な材料を用いたとしても、安定したメタルシールを確保することが可能な組み付け方法を提供すること。
【解決手段】この組み付け方法は、接続対象部材の配管部材と接合される接合部において、配管部材と当接する当接面の硬度が、配管部材の硬度よりも低い場合に、当接面に予ひずみを生じさせ、当接面の硬度を配管部材の硬度よりも引き上げる第一工程と、配管部材を接合部に接合することで、配管部材と接続対象部材とを組み付ける第二工程と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、配管部材と、配管部材によって搬送される流体を受け入れ及び／又は送り出す接続対象部材との組み付け方法に関する。

配管部材と、配管部材によって搬送される流体を受け入れ及び／又は送り出す接続対象部材とを組み付ける態様は、燃料噴射装置に適用されている。その一例として、燃料タンクから汲み上げた燃料をポンプで加圧してノズルから例えばディーゼルエンジン等の内燃機関の気筒毎の燃焼室内に噴射供給する内燃機関の燃料供給装置として、燃料供給ポンプより吐出された高圧燃料を蓄圧するコモンレールを備え、このコモンレールの蓄圧室内に蓄圧された高圧燃料を、内燃機関の気筒毎に搭載された複数のインジェクタに分配供給し、各インジェクタの軸線方向の先端側に形成された噴射孔から内燃機関の気筒毎の燃焼室内に燃料噴射する蓄圧式燃料噴射装置が知られている（下記特許文献１参照）。

下記特許文献１の図２に示されるように、接続対象部材の一部である円筒部の外周には、配管締結ナットの内周に形成される内周ネジ部（雌ネジ部）にネジ結合される外周ネジ部（雄ネジ部）が形成されている。そして、配管締結ナットは、配管締結ナットの係止部が配管部材の接続頭部の段差部を係止した状態で、配管締結ナットの内周ネジ部と円筒部の外周ネジ部とを嵌合させて、円筒部の外周ネジ部にねじ込まれている。このことで、配管の接続頭部の外周に形成される円錐台形状のシート面が、接続対象部材の一部である配管継ぎ手の開口端の内径面（円錐台形状の受圧座面）に押し付けられて、配管の接続頭部と配管継ぎ手との間が液密的に密閉化（メタルシール）される。

特開２００７−１９２１５９号公報

上記従来の技術では、配管部材側には低炭素鋼といった低硬度材料が用いられる一方で、接続対象部材側にはクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４３５）といった高硬度材料が用いられている。このように、配管部材側を低硬度材料とし、接続対象部材側を高硬度材料として、上述したようなメタルシールを行うと、配管部材側が変形して密閉化される。配管部材と接続対象部材とを組み付けた後、分解して再度組み付けを行う場合には、配管部材側の変形によって十分なシール性が得られない恐れがあるため、配管部材側を交換して対応している。

ところで、配管部材及び接続対象部材からなる構造を燃料電池車両に適用する場合、接続対象部材は高圧水素ガスタンクとなり、配管部材は高圧水素ガスタンク同士を繋いだり、高圧水素ガスタンクと燃料電池とを繋いだりするように用いられる。従って、配管部材及び高圧水素ガスタンクの双方において、水素脆化しない材料が用いられる。

配管部材及び高圧水素ガスタンクの双方を水素脆化しない材料で形成する場合、高耐食性ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）といった耐食性の高い材料が用いられる。このように同種の材料によって配管部材も高圧水素タンクも形成したとしても、実際には配管部材側がプレス成形といった端末加工によって加工硬化する場合がある。このように配管部材側が高硬度材料となり、接続対象部材側が低硬度材料となった状態でメタルシールを行うと、接続対象部材側が変形して密閉化される。

配管部材と接続対象部材とを組み付けた後、分解して再度組み付けを行う場合には、接続対象部材側の変形によって十分なシール性が得られない恐れがあるため、接続対象部材側を交換して対応することになる。上述したように、配管部材側を交換して対応する場合には、大きなコストアップ要因とはならないが、接続対象部材側を交換して対応する場合には、高圧水素ガスタンク側を全て交換しようとすれば当然ながらコストアップの要因となる。

高圧水素ガスタンク全てを交換しないまでも、配管部材と接合される部分を交換可能なように接合部品として構成する必要があり、高圧水素ガスタンク本体と接合部品との密接性の確保など新たな課題が生じる。接続対象部材側が変形しないように、配管部材と接合される部分の当接面に表面窒化処理を行うことも考えられるが、耐食性低下の懸念やコストアップ要因の懸念が新たに発生する。また、ゴム製のＯリングを用いてシールする方式も考えられるが、高圧水素のシール性能に関して高い信頼性を確保するためには、材料も加工も特殊なものとなり、コストアップ要因の懸念がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、配管部材と、配管部材によって搬送される流体を受け入れ及び／又は送り出す接続対象部材との組み付け方法であって、接続対象部材側が配管部材側よりも低硬度な材料を用いたとしても、安定したメタルシールを確保することが可能な組み付け方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る組み付け方法は、配管部材と、配管部材によって搬送される流体を受け入れ及び／又は送り出す接続対象部材との組み付け方法であって、接続対象部材の配管部材と接合される接合部において、配管部材と当接する当接面の硬度が、配管部材の硬度よりも低い場合に、当接面に予ひずみを生じさせ、当接面の硬度を配管部材の硬度よりも引き上げる第一工程と、配管部材を接合部に接合することで、配管部材と接続対象部材とを組み付ける第二工程と、を備える。

本発明では、第一工程において、接続対象部材側の当接面に予ひずみを生じさせることで、当接面の硬度を配管部材側の硬度よりも引き上げるので、予ひずみによる変形量を調整することが可能となり、安定して当接面の硬度を引き上げることができる。このように予め当接面の硬度を引き上げた接続対象部材を用いることで、第二工程で接続対象部材と配管部材とを組み付けてメタルシールを行っても、この組み付けの際の締付力や締付トルクが当接面の変形に寄与しない。従って、十分なシール性を確保することができ、接続対象部材側を再利用することも可能になる。

また本発明に係る組み付け方法では、第一工程において、配管部材を接合部に組み付ける部材を所定のトルクで回し、配管部材を当接面に押し付けることで、当接面に予ひずみを生じさせることも好ましい。

この好ましい態様では、組み付け用の締付部材を所定のトルクで回し、配管部材を当接面に押し付けることで予ひずみを生じさせている。従って、生じさせる予ひずみによる変形量を、締付部材の締付トルクで管理することができるので、組み付け時に十分なシール性を確保することができるような当接面の調整が可能となる。

また本発明に係る組み付け方法では、第一工程において、接続対象部材に対する配管部材の着脱を所定回数行うことで、当接面に予ひずみを生じさせることも好ましい。

この好ましい態様では、接続対象部材に対する配管部材の着脱を所定回数行うことで、予ひずみを生じさせている。従って、生じさせる予ひずみによる変形量を、接続対象部材に対する配管部材の着脱回数で管理することができるので、組み付け時に十分なシール性を確保することができるような当接面の調整が可能となる。

また本発明に係る組み付け方法では、第一工程において、当接面に所定の圧力を付与することで、当接面に予ひずみを生じさせることも好ましい。

この好ましい態様では、当接面に所定の圧力を付与することで、予ひずみを生じさせている。従って、生じさせる予ひずみによる変形量を、当接面に付与する圧力で管理することができるので、組み付け時に十分なシール性を確保することができるような当接面の調整が可能となる。

また本発明に係る組み付け方法では、第一工程は、組み付け工程である第二工程よりも前に異なる工程として行われる耐圧試験工程において行われることも好ましい。

この好ましい態様では、組み付け工程である第二工程よりも前に必ず行われ、配管部材と高圧ガスタンクといった接続対象部材とを組み付けて行われる耐圧試験工程において、当接面に予ひずみを生じさせているので、組み付け工程の前に新たな工程を追加することなく当接面の調整が可能となる。

また本発明に係る組み付け方法では、当接面に、第一工程において予ひずみを生じさせる際の変形量に相当する量の余肉部を突出させることも好ましい。

この好ましい態様では、予ひずみを生じさせる際の変形量に相当する量の余肉部を、当接面から突出させるので、この余肉部を変形させることで当接面の調整が可能となる。従って、配管部材との密接性をより確保することが可能となり、組み付け時に十分なシール性を確保することができるような当接面の調整が可能となる。

本発明によれば、接続対象部材側が配管部材側よりも低硬度な材料を用いたとしても、安定したメタルシールを確保することが可能な組み付け方法を提供することができる。

本発明の実施形態である組み付け方法を用いて組み付けられる配管部材と高圧ガスタンクとの接合部分を拡大して示す部分断面図である。 締付トルクと当接面の硬さとの関係を示す図である。 締付トルクと面圧との関係を示す図である。 当接面に余肉部を設けた例を示す部分断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本発明の実施形態である組み付け方法について説明する。本実施形態によって組みつけられる一対の高圧ガスタンクは、水素ガスを封入し保持するための高圧ガスタンクである。これらの高圧ガスタンクは、例えば、燃料電池自動車等の燃料ガスタンクとして用いられるものである。

一対の高圧ガスタンクは、配管部材によって繋がれており、その下流側には燃料電池が繋がれている。高圧ガスタンクと配管部材とは、接合部Ｔａｃ（図１参照）において接合されている。本実施形態では、水素脆化しないことを考慮し、高圧ガスタンク及び配管部材は、高耐食性ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）によって形成されている。

図１に、配管部材と高圧ガスタンクとの接合部Ｔａｃを拡大して示す部分断面図を示す。接合部Ｔａｃは、高圧ガスタンク側の接合部品１０と、配管部材側の高圧配管２０とを有する。

接合部品１０は、ガス流路１０１と、ガス流路１０１に繋がり、高圧配管２０側に拡径して形成される当接面１０２とを有する。ガス流路１０１は、高圧ガスタンクの内部に繋がる流路であって、水素ガスが流れる流路である。当接面１０２は、高圧配管２０が当接され、メタルシールが形成される面である。

高圧配管２０は、ガス流路２０１と、配管端部２０２とを有する。ガス流路２０１は、ガス流路１０１と連通し、水素ガスが流れる流路である。配管端部２０２は、その先端が当接面１０２と当接してメタルシールが形成される面である。配管端部２０２は、接合部品１０と同様に、高耐食性ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）によって形成されているけれども、加工硬化によってその硬度は高くなっている。

接合部品１０と高圧配管２０とは、締付部材３０によって接合されている。接続対象部材の一部である接合部品１０の外周には、締結部材３０の内周に形成される内周ネジ部にネジ結合される外周ネジ部が形成されている。そして、締結部材３０は、その係止部が高圧配管２０の配管端部２０２の段差部を係止した状態で、その内周ネジ部と接合部品１０の外周ネジ部とを嵌合させ、ねじ込まれている。高圧配管１０の配管端部２０２の外周に形成される円錐台形状のシート面が、接続対象部材の一部である接合部品１０の開口端の内径面である当接面１０２に押し付けられて、高圧配管２０の配管端部２０２と接合部品１０の当接面１０２との間が液密的にメタルシールされる。

上述したような構成により、配管端部２０２と当接面１０２とが当接する部分に、予ひずみを生じさせることが可能なものとなっている。本発明の組み付け方法はこの予ひずみを利用している。具体的には、当接面１０２に予ひずみを生じさせ、当接面１０２の硬度を配管端部２０２の硬度よりも引き上げる第一工程と、高圧配管２０を接合部品１０に接合することで、配管部材と高圧ガスタンクとを組み付ける第二工程と、を備える。

予ひずみによる変形量のコントロールのため、様々な態様が採用可能である。まず、第一工程において、高圧配管２０を接合部品１０に組み付ける締付部材３０を所定のトルクで回し、配管端部２０２を当接面１０２に押し付けることで、当接面１０２に予ひずみを生じさせる手法も採用可能である。

また、第一工程において、接合部品１０に対する高圧配管２０の着脱を所定回数行うことで、当接面１０２に予ひずみを生じさせる手法も採用可能である。また、第一工程において、当接面１０２に所定の圧力を付与することで、当接面１０２に予ひずみを生じさせる手法も採用可能である。

締付部材３０の締付トルクや締付回数と、硬さとの関係を図２に示す。図２では、予ひずみを生じさせないようにしたものを「初期品」とし、締付トルクＡ（２５Ｎ・ｍ）で締め付けた後、締付部材３０を取り外したものを「締付トルクＡ 脱着１回」としている。更に、締付トルクＡ（２５Ｎ・ｍ）で締め付けた後、締付部材３０を取り外し、更に取り付けて締付を繰り返すことを５回繰り返したものを「締付トルクＡ 脱着５回」とし、締付トルクＢ（５０Ｎ・ｍ）で締め付けた後、締付部材３０を取り外したものを「締付トルクＢ 脱着１回」としている。それぞれにおいて、３Ｄ寸法計測結果、硬さ計測結果（当接面１０２のビッカース硬さＨＶ）を示している。

「初期品」では、当接面１０２に予ひずみは発生しておらず、当接面１０２のビッカース硬さは、２４０ＨＶである。「締付トルクＡ 脱着１回」では、当接面１０２に予ひずみが発生し、外側に広がるように変形している。この場合、当接面１０２のビッカース硬さは、３００ＨＶである。

「締付トルクＡ 脱着５回」では、当接面１０２に発生している予ひずみはより大きくなり、「締付トルクＡ 脱着１回」よりも更に外側に広がるように変形している。この場合、当接面１０２のビッカース硬さは、４０１ＨＶである。

「締付トルクＢ 脱着１回」では、当接面１０２に発生している予ひずみはより大きくなり、「締付トルクＡ 脱着１回」よりも更に外側に広がるように変形している。この場合、当接面１０２のビッカース硬さは、４０１ＨＶである。

従って、「締付トルクＡ 脱着５回」と、「締付トルクＢ 脱着１回」では、発生する予ひずみによる変形量はほぼ同等なものとなっていると共に、当接面１０２のビッカース硬さもほぼ同等なものとなっている。このように、予ひずみによる変形量及び硬度の上昇量の調整は、締付トルクによって行っても、締め付けたり取り外したりの脱着回数によって行ってもよいものである。いずれにしても、製造工程において、高圧配管２０と接合部品１０との脱着を、締付部材３０の締付トルク管理の下で実施することで、予ひずみによる変形量及び上昇量を調整し、当接面１０２の硬度を適切な値まで上昇させることができる。

締付部材３０の締付トルクと当接面１０２に発生する面圧との関係を図３に示す。図３に示すように、締付トルクが２５Ｎ・ｍの場合、発生する面圧は６５０ＭＰａである。また、締付トルクが５０Ｎ・ｍの場合、発生する面圧は１３００ＭＰａである。このように締付部材３０の締付トルクと当接面１０２に発生する面圧とは比例関係にあるので、締付トルクによって予ひずみによる変形量及び硬度の上昇量を調整したように、面圧によって変形量及び硬度の上昇量を調整することも可能である。従って、高圧配管２０と接合部品１０との脱着を行う代わりに、所定の面圧を再現するプレス加工を行ってもよいものである。

上述したような当接面１０２に予ひずみを発生させて硬度を引き上げる第一工程は、組み付け工程である第二工程よりも前に異なる工程として行われる耐圧試験工程において行われることも好ましいものである。組み付け工程である第二工程よりも前に必ず行われ、配管部材と高圧ガスタンクとを組み付けて行われる耐圧試験工程において、当接面１０２に予ひずみを生じさせるので、組み付け工程の前に新たな工程を追加することなく当接面１０２の調整が可能となる。

上述したように、当接面１０２に予ひずみを発生させて硬度を引き上げる場合、当接面１０２は外側に変形する（図２参照）。そこで、予ひずみ発生させた後の外側への飛び出しを抑制するため、図４に示すような余肉部を設けることも好ましいものである。

図４に示すように、接合部品１０ａは、ガス流路１０１ａと、ガス流路１０１ａに繋がり外側に拡径する当接面１０２ａとを有している。当接面１０２ａの配管端部２０２（図１参照）が当接する部分には、余肉部１０２ａが形成されている。余肉部１０２ａは、予ひずみ発生させた後の外側への飛び出し量に相当するように、内側に突出する部分である。余肉部１０２ａは、周方向に沿って均等に内側に突出するように形成されている。

配管端部２０２がこの余肉部１０２ａに当接することで、この余肉部１０２ａが形成されている部分に予ひずみを発生させ変形させる。従って、円錐台状の当接面１０２（図１参照）よりも、余肉部１０２ａを有する当接面１０２ａの方が、予ひずみ付与後の外側への変形を抑制することができる。従って、当接面１０３と配管端部２０２との間の面圧が安定し、ロバスト性を確保することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

Ｔａｃ：接合部
１０：接合部品
１０１：ガス流路
１０２：当接面
２０：高圧配管
２０１：ガス流路
２０２：配管端部
３０：締付部材
１０ａ：接合部品
１０１ａ：ガス流路
１０２ａ：当接面
１０３ａ：余肉部

Claims (6)

1. 配管部材と、前記配管部材によって搬送される流体を受け入れ及び／又は送り出す接続対象部材との組み付け方法であって、
   前記接続対象部材の前記配管部材と接合される接合部において、前記配管部材と当接する当接面の硬度が、前記配管部材の硬度よりも低い場合に、
   前記当接面に予ひずみを生じさせ、前記当接面の硬度を前記配管部材の硬度よりも引き上げる第一工程と、
   前記配管部材を前記接合部に接合することで、前記配管部材と前記接続対象部材とを組み付ける第二工程と、を備えることを特徴とする組み付け方法。
2. 前記第一工程において、前記配管部材を前記接合部に組み付ける締付部材を所定のトルクで回し、前記配管部材を前記当接面に押し付けることで、前記当接面に予ひずみを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の組み付け方法。
3. 前記第一工程において、前記接続対象部材に対する前記配管部材の着脱を所定回数行うことで、前記当接面に予ひずみを生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の組み付け方法。
4. 前記第一工程において、前記当接面に所定の圧力を付与することで、前記当接面に予ひずみを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の組み付け方法。
5. 前記第一工程は、組み付け工程である前記第二工程よりも前に異なる工程として行われる耐圧試験工程において行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組み付け方法。
6. 前記当接面に、前記第一工程において予ひずみを生じさせる際の変形量に相当する量の余肉部を突出させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の組み付け方法。