JP2023002965A - 蛇腹エアダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】燃料に対する耐液性、ガスバリア性、および屈曲耐久性の全てを備える蛇腹エアダンパーを提供すること。【解決手段】蛇腹エアダンパー（１００）は、軸方向に連続する山谷部を有する蛇腹エアダンパーであって、内側から外側へ向かって、内層（９）、第１接着層（１０）、中間層（１１）、第２接着層（１２）、および外層（１３）を備える。内層（９）、および中間層（１１）は、エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）で構成され、外層（１３）は、フッ素樹脂で構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の燃料供給系などに用いられる蛇腹エアダンパーに関する。

特許文献１に、自動車の燃料供給系に用いられるベローズが記載されている。このベローズは、燃料の脈動を抑制するために用いられる。特許文献１によると、ベローズの材料は、例えば、ポリアミド１２樹脂とのことである（特許文献１の段落００１７）。また、同段落００１７に、ポリアミド１２樹脂以外に、熱可塑性ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリオレフィン樹脂、熱可塑性フッ素樹脂、熱可塑性ポリエステル樹脂、熱可塑性ポリスルフィド樹脂、熱可塑性エラストマー、フッ素ゴム、ニトリルゴム、およびアクリルゴムから成る群より選ばれた材料を、ベローズの材料として用いることができると記載されている。

特許第５０５６８３８号公報

上記のように、自動車の燃料供給系に用いられるベローズの材料として、様々な樹脂材料、およびゴム材料が提案されている。しかしながら、本件出願人が検討したところ、燃料の脈動を抑制するために、燃料供給系に用いられるベローズにおいて必要とされる、（１）ガソリンなどの燃料に対する耐液性、（２）ガスバリア性、および（３）屈曲耐久性、の全ての性能を満足する材料は存在しなかった。なお、ガスバリア性とは、ベローズ内に封入されたガスがベローズ内から抜けてしまうことに対する耐性のことである。

例えば、ポリエチレン（ＰＥ）単層、ポリアミド１２（ＰＡ１２）単層、およびフッ素樹脂単層のベローズは、燃料に対する耐液性を備えているが、ガスバリア性において劣っている。一方、エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）単層のベローズは、ガスバリア性に優れているが、硬くて脆いため、屈曲耐久性において劣っている。このように、単層構造のベローズ、すなわち１つの材料からなるベローズは、自動車の燃料供給系に用いられるベローズとして適していない。

そこで、本件出願人は、単層構造ではなく、次のような複数の異なる材料の層から構成される３層構造のベローズを検討した。ベローズ内のガスに接する内層の材料として、ガスバリア性に優れるエチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）を用い、燃料に接する外層の材料として、耐液性に優れるフッ素樹脂を用いた。そして、内層と外層とを接着層（接着性を有する樹脂材料）にて接着することで、層間で剥離が生じないようにした。しかしながら、この３層構造のベローズは、耐液性、およびガスバリア性については満足できるものであったが、屈曲耐久性については満足できるものではなかった（詳しくは後述する）。

本発明の目的は、燃料に対する耐液性、ガスバリア性、および屈曲耐久性の全てを備える蛇腹エアダンパーを提供することである。

本願で開示する蛇腹エアダンパーは、軸方向に連続する山谷部を有する蛇腹エアダンパーであって、内側から外側へ向かって、内層、第１接着層、中間層、第２接着層、および外層を備え、前記内層、および前記中間層は、エチレン－ビニルアルコール共重合体で構成され、前記外層は、フッ素樹脂で構成されている。

上記構成によれば、燃料に対する耐液性、ガスバリア性、および屈曲耐久性の全てを備える蛇腹エアダンパーとすることができる。

本発明の一実施形態に係る蛇腹エアダンパーの側断面図である。 図１に示す蛇腹エアダンパーのＡ部詳細図である。 図１に示す蛇腹エアダンパーのＢ部詳細図である。 図１に示す蛇腹エアダンパーのＣ部詳細図である。 ３層構造の蛇腹エアダンパーと、５層構造の蛇腹エアダンパーとの評価比較データを示す表である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、蛇腹エアダンパー１００は、ダンパー本体部１と、首部２と、固定部３とを備えている。ダンパー本体部１は、軸方向に連続する山谷部を有する略円筒形状の側面部４（蛇腹部分）と、側面部４の軸方向の端部に位置する底部５と、側面部４の軸方向の首部２側の端部に位置する天井部６とで構成される。ダンパー本体部１は、空気などのガスが内部に封入され、且つ軸方向に連続する山谷部を有することで、弾性変形（伸縮）可能とされている。

ダンパー本体部１を備える上記蛇腹エアダンパー１００は、例えば、燃料ポンプから吐出される燃料の脈動を抑制することを目的に、自動車の燃料供給系に用いられる。蛇腹エアダンパー１００は、具体的には、例えば、次のような設置方法で、自動車の燃料供給系に用いられる。燃料ポンプと、インジェクタと呼ばれる燃料噴射装置とは、燃料供給配管で接続されている。燃料供給配管の経路中には、配管接続に用いられるコネクタが要所に設けられる。このコネクタの内部に蛇腹エアダンパー１００が配置されて、燃料の圧力変動に対してダンパー本体部１が伸縮することで、燃料の脈動は抑制される。また、燃料供給配管には、パルセーションダンパーと呼ばれる、燃料の脈動を抑制するためのダンパーが接続される。コネクタの内部への配置とは別の使われ方として、上記パルセーションダンパーのような外付けタイプのダンパーの代わりに、蛇腹エアダンパー１００を外部に配置することが挙げられる。なお、蛇腹エアダンパー１００の設置方法は、これらの方法に限定されない。

なお、蛇腹エアダンパー１００の先端部に形成された上記固定部３は、上記コネクタの内部など、蛇腹エアダンパー１００を配置しようとする燃料供給系のいずれかの部分に、蛇腹エアダンパー１００を固定するためのものである。固定部３が無くてもダンパー本体部１を固定することができる場合には、首部２部分で固定部３を切断除去してもよい。この場合、ダンパー本体部１が蛇腹エアダンパーということになる。

蛇腹エアダンパー１００は、ブロー成形と呼ばれる公知の成形方法で製造される。ブロー成形とは、熱で柔らかくした樹脂をパイプ状に押し出し（パイプ状の樹脂をパリソンという）、樹脂が柔らかい状態でパリソン内に圧縮エアーを吹き込み、パリソンを金型に押し当てて冷却・固化させることで、樹脂を成形することをいう。

ここで、ブロー成形品である蛇腹エアダンパー１００（ダンパー本体部１）は、図２に示すように、内側から外側へ向かって、内層９、第１接着層１０、中間層１１、第２接着層１２、および外層１３からなる５層構造とされている。内層９は、ダンパー本体部１内のガスと接する層であり、外層１３は、ガソリンなどの燃料と接する層である。内層９、第１接着層１０、中間層１１、第２接着層１２、および外層１３の各厚さは、特に限定されない。

上記内層９、および中間層１１は、蛇腹エアダンパー１００に対してガスバリア性を付与するという観点から、それぞれ、エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）で構成される。また、上記外層１３は、蛇腹エアダンパー１００に対して、燃料に対する耐液性を付与するという観点から、フッ素樹脂で構成される。

上記フッ素樹脂として、例えば、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－エチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＥＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－ビニリデンフルオライド共重合体（ＴＨＶ）、テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン－ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、クロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）－テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）－テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）－ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、のうちから選択される材料が挙げられる。なお、これらの各フッ素樹脂の２種以上がブレンドされた材料を用いて外層１３が構成されてもよい。

上記第１接着層１０、および第２接着層１２は、それぞれ、例えば、接着性ポリアミド樹脂で構成される。接着性ポリアミド樹脂とは、接着成分を含有するポリアミド樹脂のことである。内層９と中間層１１との間で剥離が生じないように、内層９と中間層１１との間に第１接着層１０が設けられる。同様に、中間層１１と外層１３との間で剥離が生じないように、中間層１１と外層１３との間に第２接着層１２が設けられる。接着性ポリアミド樹脂として、例えば、接着性ポリアミド６樹脂（ＰＡ６）、接着性ポリアミド１１樹脂（ＰＡ１１）、接着性ポリアミド１２樹脂（ＰＡ１２）、接着性ポリアミド６１０樹脂（ＰＡ６１０）、および接着性ポリアミド６１２樹脂（ＰＡ６１２）のうちから選択される材料が挙げられる。なお、各接着層１０、１２を構成する材料として、接着性ポリアミド樹脂以外に、接着性ポリエチレン樹脂、および接着性ポリプロピレン樹脂が選択されてもよい。

図３は、蛇腹エアダンパー１００のＢ部詳細図である。また、図４は、蛇腹エアダンパー１００のＣ部詳細図である。

蛇腹エアダンパー１００は、前記のとおり、ブロー成形にて製造される。図４に詳細断面を示す、蛇腹エアダンパー１００のＣ部は、エアー吹き込み部であった部分である。ブロー成形の工程において、パイプ状のパリソンが形成されるところ、このパリソンの形態のときに、パリソンの図示は省略するが、パリソンの内方側から外方側へ向かって、内層９、第１接着層１０、中間層１１、第２接着層１２、および外層１３がパリソンに形成される。すなわち、パリソンは、５層構造となる。

５層構造のパリソンの径方向の両側から１組の金型によってパリソンは型締めされ（挟み込まれ）、パリソン内に圧縮エアーが吹き込こまれる。圧縮エアーの吹き込みによって、パリソンは、膨らみ、そして金型に押し当たる。

上記の型締め、および圧縮エアーの吹き込みによって、ダンパー本体部１の底部５の中心部の断面は、図３に示すような層形状となる。ダンパー本体部１の底部５の中心部も、最内層がＥＶＯＨとなるので、底部５のガスバリア性が確保される。なお、底部５の中心部は、特に屈曲運動をしないため、割れに対する懸念はない。

最終工程において、樹脂が柔らかい状態で、金型内で、エアー吹き込み部をその両側から治具などで挟み込むことで、エアー吹き込み部は封止される。エアー吹き込み部であった部分は、詳細断面を図４に示すように封止される。その結果、ダンパー本体部１の天井部６の中心部も、最内層がＥＶＯＨとなるので、天井部６においてもガスバリア性が確保される。なお、首部２は、特に屈曲運動をしないため、割れに対する懸念はない。

図５は、３層構造の蛇腹エアダンパー（比較例）と、５層構造の蛇腹エアダンパー１００との評価比較データを示す表である。

本件出願人は、以下に示す３層構造の蛇腹エアダンパー（比較例）、および５層構造の蛇腹エアダンパー１００を製造し、製造した蛇腹エアダンパーの（１）ガソリンに対する耐液性、（２）ガスバリア性、および（３）屈曲耐久性について評価した。

（３層構造の蛇腹エアダンパー（比較例）の仕様）
１．各層の材料
内層：エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）
接着層：接着性ポリアミド樹脂（ＰＡ１２）
外層：フッ素樹脂（エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ））
２．厚さ
側面部の山谷部のうちの谷部の総厚さ：０．１０ｍｍ以上、且つ０．２０ｍｍ以下
上記谷部における内層の厚さ：０．０３ｍｍ以上、且つ０．０６ｍｍ以下
側面部の山谷部のうちの山部の総厚さ：０．０５ｍｍ以上、且つ０．１５ｍｍ以下
上記山部における内層の厚さ：０．０１ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下

（５層構造の蛇腹エアダンパー１００の仕様）
１．各層の材料
内層９：エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）
第１接着層１０：接着性ポリアミド樹脂（ＰＡ１２）
中間層１１：エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）
第２接着層１２：接着性ポリアミド樹脂（ＰＡ１２）
外層１３：フッ素樹脂（エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ））
２．厚さ
側面部４の山谷部のうちの谷部８の総厚さ：０．２０ｍｍ以上、且つ０．３０ｍｍ以下
上記谷部８における内層９の厚さ：０．０３ｍｍ以上、且つ０．０６ｍｍ以下
上記谷部８における中間層１１の厚さ：０．０２ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下
側面部４の山谷部のうちの山部７の総厚さ：０．１５ｍｍ以上、且つ０．２５ｍｍ以下
上記山部７における内層９の厚さ：０．０１ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下
上記山部７における中間層１１の厚さ：０．０１ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下

なお、谷部８の総厚さなど、各部、各層の厚さは、デジタルマイクロスコープの測定機能を用いて（によって）蛇腹エアダンパーの中央断面（図１）を測定した結果である。すなわち、谷部８の総厚さなど、各部、各層の厚さは、デジタルマイクロスコープの測定機能によって特定することができる。

図５からわかるように、３層構造の蛇腹エアダンパーは、耐液性、およびガスバリア性については満足できるものであったが、屈曲耐久性が不足していた。一方、５層構造の蛇腹エアダンパー１００は、耐液性、ガスバリア性、および屈曲耐久性のいずれも満足できるものであった。５層構造の蛇腹エアダンパー１００では、３層構造の蛇腹エアダンパーと同じく、内層９（最内層）を構成するＥＶＯＨに割れが発生した。しかしながら、中間層１１を構成するＥＶＯＨには割れが発生しなかった。そのため、３層構造の蛇腹エアダンパーによると、伸縮を繰り返すことで内層に割れが発生し、これが原因でダンパー内部のガスが抜け、実使用時には燃料の圧力によって萎んでしまう。一方、５層構造の蛇腹エアダンパー１００によると、伸縮を繰り返すことで内層９に割れが発生することはあるが、中間層１１には割れが発生しないでダンパー内部のガスが抜けないので、実使用時には燃料の圧力によって萎んでしまうことはない。以上より、蛇腹エアダンパー１００は、ガソリンに対する耐液性、ガスバリア性、および屈曲耐久性の全てを備える。

中間層１１に割れが発生しない理由は、次のとおりである。中間層１１の内外に接着層（第１接着層１０、第２接着層１２）が設けられていることで、中間層１１への応力集中を緩和することができる。これにより、中間層１１における割れの発生を防止することができる。

ここで、外層１３を構成するフッ素樹脂は、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－エチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＥＦＥＰ）、およびテトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－ビニリデンフルオライド共重合体（ＴＨＶ）のうちから選択された材料とされ、且つ、第２接着層１２は、接着性ポリアミド樹脂で構成されることが好ましい。

エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－エチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＥＦＥＰ）、およびテトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－ビニリデンフルオライド共重合体（ＴＨＶ）の各融点と、第２接着層１２を構成する接着性ポリアミド樹脂の融点と、中間層１１を構成するエチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）の融点とは、同程度である。そのため、中間層１１を構成する樹脂が、エチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）の場合に、外層１３を構成するフッ素樹脂が、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン－エチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＥＦＥＰ）、およびテトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－ビニリデンフルオライド共重合体（ＴＨＶ）のうちから選択された材料とされ、且つ第２接着層１２が、接着性ポリアミド樹脂で構成されると、融点が近い材料を同時に押し出して積層体を成形することができ、中間層１１と第２接着層１２と外層１３との親和性が高くなり、接着性、および成形加工性が向上する。その結果、各層間における剥離発生を、より防止することができる。

また、第２接着層１２が、接着性ポリアミド樹脂で構成される場合には、第１接着層１０も同じく接着性ポリアミド樹脂で構成されることが好ましい。各接着層１０、１２を同じ種類の樹脂材料で構成することで、蛇腹エアダンパー１００の製造にあたって、樹脂材料の準備を行いやすい。

また、ダンパー本体部１の側面部４（蛇腹部分）に関し、山谷部のうちの谷部８の総厚さ（厚さ）は、０．２０ｍｍ以上、且つ０．３０ｍｍ以下とされ、山谷部のうちの山部７の総厚さ（厚さ）は、０．１５ｍｍ以上、且つ０．２５ｍｍ以下とされることが好ましい。

蛇腹エアダンパー１００の屈曲耐久性において、特に問題となる部分は、側面部４（蛇腹部分）である。また、側面部４を形成する山谷部のうちの谷部８は、山部７よりも内側に位置するため、ブロー成形において、通常、山部７よりも厚さが大きくなる部分である。山谷部の厚さが大きすぎると、屈曲耐久性が悪くなって、山谷部に割れが発生し易くなる。そのため、山谷部のうちの谷部８の総厚さ（厚さ）は、０．２０ｍｍ以上、且つ０．３０ｍｍ以下とされ、山谷部のうちの山部７の総厚さ（厚さ）は、０．１５ｍｍ以上、且つ０．２５ｍｍ以下とされることが好ましい。これにより、側面部４（蛇腹部分）に割れが発生することを、より抑制することができる。

また、上記谷部８における中間層１１の厚さは、０．０２ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下とされ、上記山部７における中間層１１の厚さは、０．０１ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下とされることが好ましい。中間層１１を構成するエチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）は、硬くて脆い樹脂であり、山谷部の厚さが大きすぎると、屈曲耐久性が悪くなって、山谷部に割れが発生し易くなる。そのため、上記の通り、山谷部における中間層１１の厚さを規定しておくことで、中間層１１に割れが発生することを、より抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、上記実施形態の要素を適宜組み合わせたり、上記実施形態に種々の変更を加えたりすることが可能である。

例えば、上記実施形態は、次のように変更可能である。

蛇腹エアダンパー１００（ダンパー本体部１）は、軸方向に連続する山谷部（蛇腹部）を有する略円筒形状とされている。これに代えて、軸方向に連続する山谷部（蛇腹部）を有する略四角筒形状の蛇腹エアダンパーなど、略多角筒形状の蛇腹エアダンパーとしてもよい。また、軸方向に連続する山谷部（蛇腹部）を有する略長円筒形状の蛇腹エアダンパーとしてもよい。

蛇腹エアダンパー１００（ダンパー本体部１）は、５層構造とされている。さらに層を加えて、６層以上の層を備える蛇腹エアダンパーとしてもよい。

蛇腹エアダンパー１００を構成する固定部３は、環状の鍔部３ａを有する形状とされているが、固定部３の形状は、特に限定されない。

７：山部
８：谷部
９： 内層
１０：第１接着層
１１：中間層
１２：第２接着層
１３：外層
１００：蛇腹エアダンパー

Claims (5)

1. 軸方向に連続する山谷部を有する蛇腹エアダンパーであって、
   内側から外側へ向かって、内層、第１接着層、中間層、第２接着層、および外層を備え、
   前記内層、および前記中間層は、エチレン－ビニルアルコール共重合体で構成され、
   前記外層は、フッ素樹脂で構成されている、
   蛇腹エアダンパー。
2. 請求項１に記載の蛇腹エアダンパーにおいて、
   前記フッ素樹脂は、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン－エチレン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、およびテトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－ビニリデンフルオライド共重合体のうちから選択された材料であり、
   前記第２接着層は、接着性ポリアミド樹脂で構成されている、
   蛇腹エアダンパー。
3. 請求項１または２に記載の蛇腹エアダンパーにおいて、
   前記第１接着層は、接着性ポリアミド樹脂で構成されている、
   蛇腹エアダンパー。
4. 請求項２または３に記載の蛇腹エアダンパーにおいて、
   前記山谷部のうちの谷部の厚さは、０．２０ｍｍ以上、且つ０．３０ｍｍ以下であり、
   前記山谷部のうちの山部の厚さは、０．１５ｍｍ以上、且つ０．２５ｍｍ以下である、
   蛇腹エアダンパー。
5. 請求項４に記載の蛇腹エアダンパーにおいて、
   前記谷部における前記中間層の厚さは、０．０２ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下であり、前記山部における前記中間層の厚さは、０．０１ｍｍ以上、且つ０．０５ｍｍ以下である、
   蛇腹エアダンパー。

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