JP2015169108A - ステンレス製の自動車用燃料配管 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐食性の優れた銅ろう付け部を有するステンレス製の自動車用燃料配管の提供。
【解決手段】炉中ろう付け用銅ろう材として３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を用い、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のニッケル成分がステンレス母材に近い状態であることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】炉中ろう付け用銅ろう材として３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を用い、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のニッケル成分がステンレス母材に近い状態であることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、ガソリン直噴エンジンシステムにおける燃料をエンジンに供給する配管に係り、特に耐圧性、機密性及び耐食性等の諸性能を有するステンレス製の自動車用燃料配管に関するものである。
上記したガソリン直噴エンジンシステムに使用される燃料の供給配管（圧送配管）においては、耐圧性、機密性及び耐食性等の諸性能を有する仕様として、ステンレス系の材料に各種塑性加工（管末成形加工、曲げ加工等）や接合加工（ろう付け加工等）を施して製品とされたものが最も多く採用されている。このうち、ステンレス系の材料の接合加工にろう付け加工を施して製品とされたものとしては、例えばステンレス製の燃料圧送配管が知られている（特許文献１、２等参照）。従来、このステンレス製の燃料圧送配管等における部品の接合は、水素ガス及び窒素ガスをベースとした雰囲気炉又は水素ガス及び窒素ガスを用いた高周波加熱により銅（Ｃｕ）ろう付けされるのが一般的である。
上記したステンレス製の燃料圧送配管等における部品の接合は、前記したように水素ガス及び窒素ガスをベースとした雰囲気炉又は水素ガス及び窒素ガスを用いた高周波加熱による銅ろう付けにより行われるが、この水素ガス及び窒素ガスをベースとした雰囲気炉又は水素ガス及び窒素ガスを用いた高周波加熱で銅ろう付けを行う際には、加熱により銅ろうとステンレス母材の中間に銅とステンレスの相互拡散層（以下、説明の便宜上「拡散層」と称する）が生成される。この拡散層は、銅ろうの中にステンレス母材のニッケル成分が溶出（拡散）するため、ニッケル成分が不足する状況となり、耐食性が低下する傾向となる。これによりステンレス製の燃料配管においては、ステンレス母材と銅ろう材部分は腐食せず、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する前記拡散層のみに腐食が集中して起こり、ろう付け部の耐食性が低下するという問題がある。
本発明は、上記した従来技術の問題、即ち、ガソリン直噴エンジンシステムにおける燃料をエンジンに供給するステンレス製の配管の製造において、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のみに腐食が集中して起こり、ろう付け部の耐食性が低下し、ろう付け機能を損なうという問題を解決するためになされたもので、炉中ろう付けの際、ステンレス母材中のニッケルが銅ろう中に溶出することがなくニッケルの減少を防止できて、拡散層の耐食性を保持することができるステンレス製の自動車用燃料配管を提供しようとするものである。
本発明に係るステンレス製の自動車用燃料配管は、ガソリン直噴エンジンシステムにおける燃料をエンジンに供給するステンレス製の配管であって、炉中ろう付け用銅ろう材として３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を用い、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のニッケル成分がステンレス母材に近い状態であることを特徴とするものである。又、前記Ｃｕ−Ｎｉろう材としては、Ｃｕ−Ｎｉ合金線、もしくはＣｕペーストとＮｉペーストを混合させたＣｕ−Ｎｉペーストを用いることができる。
本発明は、ステンレス製の自動車用燃料配管の炉中ろう付け用銅ろう材として３〜１０％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を用い、銅ろう材中にニッケル成分を予め存在させることにより、ステンレス母材中のニッケルが銅ろう材中に溶出することがなくなり、ニッケル成分量の減少を防止することができるので、前記拡散層の耐食性低下を防止することができ、耐食性の優れた銅ろう付け部を有するステンレス製の自動車用燃料配管が得られると共に、ガソリン直噴エンジンシステムの信頼性が大きく高められるという優れた効果を奏する。
図１、図２は直噴式エンジン用燃料供給装置において高圧燃料ポンプと燃料レール間、及び燃料レールとインジェクター間を接続する高圧燃料通路に使用する燃料配管を例示したもので、ステンレスパイプ１の端末部に、相手配管部品（図面省略）に当接させる接続頭部を構成する端末部品（ニップル）２をろう付けして構成したもので、３はステンレスパイプ１の外面と端末部品２の開口端部のろう付け部、４はステンレスパイプ１の末端部と端末部品２の内面のろう付け部をそれぞれ示す。本発明では、このステンレス製の燃料配管におけるステンレスパイプ１と端末部品２を接合するために用いる銅ろう材として、３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を使用する。
本発明において、上記ステンレス製の燃料配管の炉中ろう付け用銅ろう材として３〜１０％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を用いることとしたのは、以下に記載する理由による。
即ち、Ｎｉを含まない通常の銅ろう材の場合は、前記したように炉中ろう付けの際に銅ろうの中にステンレス母材中のニッケルが溶出するため、銅ろうとステンレス母材の中間に生成される銅とステンレスの拡散層のニッケル成分が不足する状況となり、耐食性が低下する傾向となる。これによりステンレス製の燃料配管においては、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する前記拡散層が優先的に腐食されてしまい、ろう付け部の耐食性が低下する。本発明はかかる問題を解決するため、ステンレス母材から銅ろう材中へのニッケルの溶出を防止する方法として、予め銅ろう材中にニッケルを混合させておくという手段をこうじたのである。
このようにステンレス製の燃料配管の炉中ろう付け用銅ろう材としてＮｉを含有する銅ろう材を用いることにより、当該Ｃｕ−Ｎｉろう材が炉中ろう付け炉にて加熱されて接合部に溶出した時に、すでにろう材中には予め含有させたニッケルが溶出して存在しているため、ステンレス母材中のニッケルが銅ろう材中に溶出しなくなり、ステンレス母材中のニッケル減少が防止される結果、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する前記拡散層の耐食性低下を防止することができる。
ここで、本発明の炉中ろう付け用Ｃｕ−Ｎｉろう材のニッケル含有量を３〜１０重量％と限定したのは、３重量％未満ではステンレス母材から銅ろう材中へのニッケルの溶出を十分に防止する作用が得られず、他方、１０重量％を超えると、ろう材の融点が１１４０℃以上となり、連続炉での作業が困難となるためである。
なお、ステンレス鋼用のろう付け用ろう材としては、Ｃｕ、Ｎｉ以外にＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、ホウ素（Ｂ）等を含むものが知られているが、これらのろう材は、本発明のステンレス製燃料配管の炉中ろう付け用銅ろう材（３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材）と別異のものであることはいうまでもない。
即ち、Ｎｉを含まない通常の銅ろう材の場合は、前記したように炉中ろう付けの際に銅ろうの中にステンレス母材中のニッケルが溶出するため、銅ろうとステンレス母材の中間に生成される銅とステンレスの拡散層のニッケル成分が不足する状況となり、耐食性が低下する傾向となる。これによりステンレス製の燃料配管においては、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する前記拡散層が優先的に腐食されてしまい、ろう付け部の耐食性が低下する。本発明はかかる問題を解決するため、ステンレス母材から銅ろう材中へのニッケルの溶出を防止する方法として、予め銅ろう材中にニッケルを混合させておくという手段をこうじたのである。
このようにステンレス製の燃料配管の炉中ろう付け用銅ろう材としてＮｉを含有する銅ろう材を用いることにより、当該Ｃｕ−Ｎｉろう材が炉中ろう付け炉にて加熱されて接合部に溶出した時に、すでにろう材中には予め含有させたニッケルが溶出して存在しているため、ステンレス母材中のニッケルが銅ろう材中に溶出しなくなり、ステンレス母材中のニッケル減少が防止される結果、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する前記拡散層の耐食性低下を防止することができる。
ここで、本発明の炉中ろう付け用Ｃｕ−Ｎｉろう材のニッケル含有量を３〜１０重量％と限定したのは、３重量％未満ではステンレス母材から銅ろう材中へのニッケルの溶出を十分に防止する作用が得られず、他方、１０重量％を超えると、ろう材の融点が１１４０℃以上となり、連続炉での作業が困難となるためである。
なお、ステンレス鋼用のろう付け用ろう材としては、Ｃｕ、Ｎｉ以外にＣｒ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、ホウ素（Ｂ）等を含むものが知られているが、これらのろう材は、本発明のステンレス製燃料配管の炉中ろう付け用銅ろう材（３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材）と別異のものであることはいうまでもない。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で変更・実施することは、すべて本発明の技術的範囲に含まれる。
実施例では、図１、２に示す直噴式エンジン用燃料供給装置の高圧燃料ポンプと燃料レール間を接続するステンレス製燃料配管の、ステンレスパイプ１とニップル２を炉中ろう付けした際のＣｕ−Ｎｉろう材の示す効果について、ろう付け部の成分分析と、腐食性燃料に対する腐食性試験を行い、腐食状況（耐食性）を目視並びに顕微鏡で観察して判定した。
実施例では、図１、２に示す直噴式エンジン用燃料供給装置の高圧燃料ポンプと燃料レール間を接続するステンレス製燃料配管の、ステンレスパイプ１とニップル２を炉中ろう付けした際のＣｕ−Ｎｉろう材の示す効果について、ろう付け部の成分分析と、腐食性燃料に対する腐食性試験を行い、腐食状況（耐食性）を目視並びに顕微鏡で観察して判定した。
［実施例１〜４］
配管母材に外径８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのステンレス製管材（ＳＵＳ３０４）と当該８ｍｍ管用ニップル（ＳＵＳ３０４）を用いて、表１に示すＣｕ−Ｎｉろう材を使用し、炉壁からの輻射熱により加熱させる方式の連続式ろう付炉によりろう付けを実施してステンレス製燃料配管を作製した。本実施例におけるろう付時の炉内温度は１１０８〜１１４０℃、ワーク移動速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎであった。なお、本実施例では、ＣｕペーストにＮｉペーストを添加して作製したＣｕ−ＮｉペーストをＣｕ−Ｎｉろう材として用いた。
本実施例におけるステンレス製燃料配管のろう付け部（図１、図２に示す配管のろう付け部３）の腐食状況と拡散層のニッケル成分量を表２に示す。なお、ろう付け部の腐食状況は、ＣＣＴ試験（複合サイクル腐食試験）によりろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層の腐食状況を確認することによって判定した。又、拡散層のニッケル成分量は、ろう付け部の成分分析によって測定した。
表２に示す結果より明らかなように、３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を使用した実施例１〜４の本発明のステンレス製燃料配管は、いずれもろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層でニッケル濃度上昇が確認され、ろう付け部に腐食は確認されなかった。又、ステンレス母材からのニッケル成分の溶出量もほとんど確認されなかった。
配管母材に外径８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのステンレス製管材（ＳＵＳ３０４）と当該８ｍｍ管用ニップル（ＳＵＳ３０４）を用いて、表１に示すＣｕ−Ｎｉろう材を使用し、炉壁からの輻射熱により加熱させる方式の連続式ろう付炉によりろう付けを実施してステンレス製燃料配管を作製した。本実施例におけるろう付時の炉内温度は１１０８〜１１４０℃、ワーク移動速度は２５０ｍｍ／ｍｉｎであった。なお、本実施例では、ＣｕペーストにＮｉペーストを添加して作製したＣｕ−ＮｉペーストをＣｕ−Ｎｉろう材として用いた。
本実施例におけるステンレス製燃料配管のろう付け部（図１、図２に示す配管のろう付け部３）の腐食状況と拡散層のニッケル成分量を表２に示す。なお、ろう付け部の腐食状況は、ＣＣＴ試験（複合サイクル腐食試験）によりろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層の腐食状況を確認することによって判定した。又、拡散層のニッケル成分量は、ろう付け部の成分分析によって測定した。
表２に示す結果より明らかなように、３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を使用した実施例１〜４の本発明のステンレス製燃料配管は、いずれもろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層でニッケル濃度上昇が確認され、ろう付け部に腐食は確認されなかった。又、ステンレス母材からのニッケル成分の溶出量もほとんど確認されなかった。
［比較例１〜２］
実施例１〜４と同じ外径８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのステンレス製管材（ＳＵＳ３０４）とニップル（ＳＵＳ３０４）を用いて、Ｎｉ含有量が本願発明の規定値より外れたＣｕ−Ｎｉろう材を使用し、実施例１〜４と同じ連続式ろう付炉で炉内温度１０９０〜１０９８℃、ワーク移動速度２５０ｍｍ／ｍｉｎでろう付けを実施して作製したステンレス製燃料配管のろう付け部の腐食状況と拡散層のニッケル成分量を表２に併せて示す。なお、ろう付け部の腐食状況は実施例１〜４と同じ方法で判定した。又、拡散層のニッケル成分量についても同様である。
表２に示す結果より明らかなように、Ｎｉ含有量が本願発明の規定値より外れたＣｕ−Ｎｉろう材を使用してろう付けしたステンレス製燃料配管の場合は、いずれもろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層中のニッケル成分量が少ないことからろう付け部に腐食が確認され耐食性に劣るため、燃料配管としては採用し難い。
実施例１〜４と同じ外径８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのステンレス製管材（ＳＵＳ３０４）とニップル（ＳＵＳ３０４）を用いて、Ｎｉ含有量が本願発明の規定値より外れたＣｕ−Ｎｉろう材を使用し、実施例１〜４と同じ連続式ろう付炉で炉内温度１０９０〜１０９８℃、ワーク移動速度２５０ｍｍ／ｍｉｎでろう付けを実施して作製したステンレス製燃料配管のろう付け部の腐食状況と拡散層のニッケル成分量を表２に併せて示す。なお、ろう付け部の腐食状況は実施例１〜４と同じ方法で判定した。又、拡散層のニッケル成分量についても同様である。
表２に示す結果より明らかなように、Ｎｉ含有量が本願発明の規定値より外れたＣｕ−Ｎｉろう材を使用してろう付けしたステンレス製燃料配管の場合は、いずれもろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層中のニッケル成分量が少ないことからろう付け部に腐食が確認され耐食性に劣るため、燃料配管としては採用し難い。
［従来例］
実施例１〜４と同じ外径８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのステンレス製管材（ＳＵＳ３０４）とニップル（ＳＵＳ３０４）を用いて、Ｎｉを含まないＣｕろう材を使用し、実施例１〜４と同じ連続式ろう付炉により炉内温度１０８３℃、ワーク移動速度２５０ｍｍ／ｍｉｎでろう付けを実施して作製したステンレス製燃料配管のろう付け部３の腐食状況と拡散層のニッケル成分量を表２に併せて示す。なお、ろう付け部の腐食状況は実施例１〜４と同じ方法で判定した。又、拡散層のニッケル成分量についても同様である。
表２の結果より明らかなように、Ｎｉを含まないＣｕろう材を使用してろう付けしたステンレス製燃料配管の場合は、ステンレス母材と銅ろう材部分は腐食せず、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のみに腐食が集中して起こることが確認された。これは、銅ろうの中にステンレス母材のニッケル成分が溶出するために拡散層のニッケル成分が不足し、耐食性が低下することが要因と考えられる。
実施例１〜４と同じ外径８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのステンレス製管材（ＳＵＳ３０４）とニップル（ＳＵＳ３０４）を用いて、Ｎｉを含まないＣｕろう材を使用し、実施例１〜４と同じ連続式ろう付炉により炉内温度１０８３℃、ワーク移動速度２５０ｍｍ／ｍｉｎでろう付けを実施して作製したステンレス製燃料配管のろう付け部３の腐食状況と拡散層のニッケル成分量を表２に併せて示す。なお、ろう付け部の腐食状況は実施例１〜４と同じ方法で判定した。又、拡散層のニッケル成分量についても同様である。
表２の結果より明らかなように、Ｎｉを含まないＣｕろう材を使用してろう付けしたステンレス製燃料配管の場合は、ステンレス母材と銅ろう材部分は腐食せず、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のみに腐食が集中して起こることが確認された。これは、銅ろうの中にステンレス母材のニッケル成分が溶出するために拡散層のニッケル成分が不足し、耐食性が低下することが要因と考えられる。
１ ステンレスパイプ
２ 端末部品（ニップル）
３、４ ろう付け部
２ 端末部品（ニップル）
３、４ ろう付け部
Claims (2)
- ガソリン直噴エンジンシステムにおける燃料をエンジンに供給するステンレス製の配管であって、炉中ろう付け用銅ろう材として３〜１０重量％Ｎｉを含むＣｕ−Ｎｉろう材を用い、銅ろう付け部のステンレス母材と銅ろう材の中間に位置する拡散層のニッケル成分がステンレス母材に近い状態であることを特徴とするステンレス製の自動車用燃料配管。
- 前記Ｃｕ−Ｎｉろう材には、Ｃｕ−Ｎｉ合金線、もしくはＣｕペーストとＮｉペーストを混合させたＣｕ−Ｎｉペーストを用いることを特徴とする請求項１に記載のステンレス製の自動車用燃料配管。
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