JP5603113B2 - 自動車燃料用インタンクチューブおよびその製法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料タンク内に配設され、燃料タンクの変位および燃料ポンプの振動等を吸収するための蛇腹構造を備えた自動車燃料用インタンクチューブ(以下、適宜「インタンクチューブ」と略する。)およびその製法に関するものである。
一般に、自動車の燃料配管系においては、エンジンを稼働させる際に必要となる燃料〔ガソリン、アルコール添加ガソリン(ガソホール)等〕を、随時、燃料タンク内から吸い上げて供給する機構となっている。このとき、上記燃料の吸い上げは、燃料タンク内に常設されているポンプ(燃料ポンプという)により行われる。そして、上記燃料タンク内で、燃料ポンプと連結されているホースを、インタンクチューブといい、このホースも、上記燃料ポンプと同様に、燃料タンク内に常設されている。ここで、図1は、上記燃料タンク内部の様子を模式的に示したものであり、1がインタンクチューブ(1′は、ディーゼル車の場合に通常設けられるリターン側のインタンクチューブであり、インタンクチューブ1と同等のものである)、2が燃料タンク、3が燃料、4がフィルター、5が燃料ポンプ、6がジェットポンプ、7がポリオキシメチレン(POM)製のハウジング、8がバネである。すなわち、燃料タンク2内の燃料3は、フィルター4を通過し、燃料ポンプ5によってインタンクチューブ1内に送り込まれ、そのまま、エンジン等の外部燃料回路に送られる。そして、上記インタンクチューブ1等を擁するハウジング7は、燃料タンク2の熱膨張による変形に対応すべく、バネ8が設けられている。また、上記インタンクチューブ1も、燃料タンク2の膨張による変形やポンプの振動吸収に対応すべく、通常、図示のように蛇腹構造となっている。なお、リターン側の燃料3は、ジェットポンプ6のベンチュリー効果によりハウジング7内に戻される。
ところで、上記インタンクチューブ1は、上述のような状態で設けられているのであるが、その使用態様に起因し、上記燃料3が酸化されて生成するサワーガソリンに対する耐性(耐サワーガソリン性)が、ホースの内周面はもとより、ホースの外周面に対しても求められる。そのため、従来では、ホース全体を、ポリアミド11(PA11)、ポリアミド12(PA12)等のような、耐サワーガソリン性等に優れた材料で形成することにより、これらの要求に応えるよう対処してきた(例えば、特許文献1参照)。
特開平7−118349号公報
ところで、上記図1に示したインタンクチューブ1と、燃料ポンプ5とは、通常、図2に示すようなコネクタ10で連結されている。コネクタ10の圧入部11は、インタンクチューブ1の端部に圧入することによりインタンクチューブ1と連結され、コネクタ10の係合部12は、燃料ポンプ5の被係合部と係合することにより連結されている。ところで、近年、アルコール添加ガソリンが使用される傾向にあり、ガソリンの熱量不足が生じており、その燃料不足を補うために、インタンクチューブを大口径化し、アルコール添加ガソリンの流量をアップさせる傾向にある。しかしながら、インタンクチューブの大口径化による耐圧性能の低下や、燃料ポンプの圧力等によって、インタンクチューブ1の端部がコネクタ10の圧入部11から抜ける等の大きな問題が生じている。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐圧性能に優れたインタンクチューブおよびその製法の提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、燃料タンク内に配設され、燃料タンクの変位および燃料ポンプの振動を吸収する構成を備えた単層構造の自動車燃料用インタンクチューブであって、上記自動車燃料用インタンクチューブが、脂肪族ポリアミド樹脂を主成分とする樹脂材料からなるとともに、電子線照射および上記脂肪族ポリアミド樹脂のガラス転移温度(Tg)以上、融点未満の温度で熱処理された単層構造に形成され、かつ、下記の耐圧特性(X)を備える自動車燃料用インタンクチューブを第1の要旨とする。
(X)試験液〔Fuel C:メタノール=85:15(容量基準)〕中に80℃で168時間浸漬したインタンクチューブ内に、加圧媒体としてシリコンオイルを充填し、インタンクチューブの両端を試験用パイプで塞ぎ、昇圧速度1.0MPa/minで、室温にて耐圧試験を行い、インタンクチューブが破裂するか、もしくは試験用パイプが抜けた時の圧力(破壊圧力)が2.8MPa以上である。
また、本発明は、燃料タンク内に配設され、燃料タンクの変位および燃料ポンプの振動を吸収する構成を備えた単層構造の自動車燃料用インタンクチューブの製法であって、脂肪族ポリアミド樹脂を主成分とする樹脂材料をチューブ形状に押し出す工程と、チューブを電子線照射する工程と、電子線照射されたチューブに対して,上記脂肪族ポリアミド樹脂のガラス転移温度(Tg)以上、融点未満の温度で熱処理する工程とを備える自動車燃料用インタンクチューブの製法を第2の要旨とする。
すなわち、本発明者らは、耐圧性能に優れたインタンクチューブを得るため、鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、インタンクチューブの形成材料として、脂肪族ポリアミドを用い、これを電子線照射により架橋して用いることを想起したが、電子線照射のみでは充分な架橋効果が得られなかった。そこで、さらに実験を重ねた結果、電子線照射後に熱処理を行うと、架橋が充分に進み、耐圧性能に優れたインタンクチューブが得られることを見いだし、本発明に到達した。その理由は、以下のように考えられる。すなわち、脂肪族ポリアミドに対して電子線照射を行うと、電子線のエネルギーによりラジカルが発生し、架橋が進み、強度がアップし、耐熱性も向上する。このポリマーラジカルは寿命が長いため、先の電子線照射だけでは、未反応ラジカルが多く残存している。このため、加熱することにより、ラジカルが自由に動きまわれる非晶部(ガラス状部)において、架橋が促進し、インタンクチューブ全体の強度や耐圧性が高くなる。しかし、融点以上の温度で熱処理すると、結晶部でも架橋が起こり、この生成架橋物の存在により、結晶部の結晶状態が乱され、その結晶化度が下がるため、逆に耐圧性能等が低下してしまうのである。
以上のように、本発明のインタンクチューブは、電子線照射後に、所定温度での熱処理を行うことにより得られたものである。すなわち、本発明のインタンクチューブは、脂肪族ポリアミドを主成分とする樹脂材料からなり、かつ、所定の耐圧特性(X)を備えているため、大口径にしても、インタンクチューブのコネクタからの抜け等を防止することができる。また、本発明では、電子線照射および熱処理により架橋された脂肪族ポリアミドを使用しているため、アルコールの影響を受けにくく、アルコール添加ガソリンに対する耐性(耐アルコールガソリン性)に優れるとともに、将来的に普及が予想されるバイオアルコール燃料にも適している。また、本発明では、熱処理により、未反応ラジカルが消費されることから、脂肪族ポリアミドの主鎖を切断する分解反応が抑制され、経時変化が起こり難くなる。そのため、インタンクチューブの即時出荷が可能となり、自動車部品として、自動車に装着した直後から、必要な機能を発揮することができる。さらに、肪族ポリアミド樹脂に対して、電子線照射および熱処理を行わないと、オリゴマーが多く残るが、本発明では、電子線照射および熱処理を行っているため、オリゴマーが架橋して高分子量化され、液中に抽出され難くなるため、インジェクターの詰まりを防止することができる。
また、上記脂肪族ポリアミド樹脂が、ポリアミド6、ポリアミド6/12共重合体、ポリアミド11、ポリアミド610およびポリアミド1010からなる群から選ばれた少なくとも一つであると、柔軟性と耐圧性能とのバランスがよく、目的とする特性が得られやすい。
そして、上記電子線照射工程における、電子線照射の線量が、50〜300kGyの範囲であると、耐圧性能がさらに向上する。
自動車の燃料タンク内部の様子を模式的に示した説明図である。 インタンクチューブと燃料ポンプとを連結するコネクタの説明図である。
つぎに、本発明の実施の形態について詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。
本発明のインタンクチューブは、図1に示すように、燃料タンク2内に配設され、燃料タンク2の変位および燃料ポンプ5の振動等を吸収する蛇腹構造を備えている。ただし、本発明のインタンクチューブは、大口径化されているため、それに合わせて各部の寸法が変えられている。そして、上記インタンクチューブ1と、燃料ポンプ5とは、通常、先に述べたように、図2に示すようなコネクタ10で連結されている。コネクタ10の圧入部11は、インタンクチューブ1の端部に圧入することによりインタンクチューブ1と連結され、コネクタ10の係合部12は、燃料ポンプ5の被係合部と係合することにより連結されている。
ここで、本発明のインタンクチューブは、大口径のものであり、通常、内径3〜12mm、好適には5〜8mmに設定され、肉厚は0.3〜1.5mm、好適には0.5〜1.2mmに設定されている。なお、本発明のインタンクチューブは、上記口径より小さいものとすることができ、同様の耐圧向上効果等を奏する。
上記インタンクチューブは、脂肪族ポリアミド樹脂を主成分とする樹脂材料からなる単層構造体である。ここで、主成分とは、通常、上記脂肪族ポリアミド樹脂が樹脂材料の過半を占めることをいうが、上記樹脂材料が脂肪族ポリアミド樹脂のみからなる場合も含む。
《脂肪族ポリアミド樹脂》
上記脂肪族ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド11(PA11)、ポリアミド12(PA12)、ポリアミド66(PA66)、ポリアミド99(PA99)、ポリアミド610(PA610)、ポリアミド612(PA612)、ポリアミド912(PA912)、ポリアミド1010(PA1010)、ポリアミド6とポリアミド12との共重合体(PA6/12)、ポリアミド6とポリアミド66との共重合体(PA6/66)等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。これらのなかでも、耐圧性能と柔軟性の点から、PA6、PA11、PA610、PA1010、PA6/12が好ましい。
上記脂肪族ポリアミド樹脂は、曲げ弾性率が350〜2500MPaの範囲が好ましく、特に好ましくは450〜2200MPaの範囲である。すなわち、上記脂肪族ポリアミド樹脂の曲げ弾性率が小さすぎると、機械的物性が劣る傾向がみられ、逆に大きすぎると、硬すぎて、製品組み付け性が悪くなる傾向がみられるからである。なお、上記曲げ弾性率は、ASTM D790の記載に準じて測定した値である。
上記インタンクチューブを形成する樹脂材料としては、上記脂肪族ポリアミド樹脂以外に、可塑剤、老化防止剤、架橋助剤、顔料、染料、カーボンブラック、滑剤等を配合しても差し支えない。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
上記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジオクチル(DOP),フタル酸ジ−n−ブチル(DBP),ジオクチルアジペート(DOA),ジブチルグリコールアジペート,ジブチルカルビトールアジペート,アジピン酸ポリエステル等のエステル系合成可塑剤等、n−ブチルベンゼンスルホンアミド等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
上記可塑剤の配合量は、上記脂肪族ポリアミド樹脂100重量部(以下「部」と略す)に対して、3〜20部の範囲が好ましく、特に好ましくは5〜15部の範囲である。
上記熱老化防止剤としては、例えば、アミン−ケトン系、芳香族第二級アミン系、モノフェノール系、ビスフェノール系、ポリフェノール系、ベンズイミダゾール系、ジチオカルバミン酸塩系、ジチオカルバミン酸系、チオウレア系、亜リン酸系、有機チオ酸系、キサントゲン酸塩系、特殊ワックス系等の老化防止剤があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
上記熱老化防止剤の配合量は、上記脂肪族ポリアミド樹脂100部に対して、0.1〜2部の範囲が好ましく、特に好ましくは0.1〜1部の範囲である。
本発明においては、架橋効率を高めるために、架橋助剤を配合しても差し支えない。上記架橋助剤としては、例えば、HDDA(ヘキサジオールジアクリレート)、TPGDA(トリプロピレングリコールジアクリレート)、DEGDA(ジエチレングリコールジアクリレート)、TEGDA(テトラエチレングリコールジアクリレート)、TMPTA(トリメチロールプロパントリアクリレート)、GPTA(グリセロールプロポキシトリアクリレート)、TMPEOTA(トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレート)、PETA(ペンタエリスリトールアクリレート)、TAIC(トリアリルイソシアヌレート)、THEICA(トリスヒドロキシエチルイソシアヌリックアクリレート) 等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。
上記架橋助剤の配合量は、上記脂肪族ポリアミド樹脂100部に対して、0.1〜5部の範囲が好ましく、特に好ましくは0.3〜2部の範囲である。
本発明のインタンクチューブは、例えば、つぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、上記脂肪族ポリアミド樹脂を主成分とする樹脂材料を調製し、これを押出成形機等により、大口径なチューブ形状に押し出し、さらに、コルゲータ等によって、蛇腹構造を形成する。つぎに、上記蛇腹構造を形成したチューブに対して、電子線照射装置等により電子線照射をする。その後、切断機等で所定の長さにカットし、これを熱処理炉に入れ、熱処理を行うことにより、目的とするインタンクチューブを作製することができる。
《電子線照射》
上記電子線照射の線量は、50〜300kGyの範囲が好ましく、特に好ましくは100〜250kGyの範囲である。すなわち、電子線照射の線量が小さすぎると、架橋効果が小さく、逆に大きすぎると、インタンクチューブが劣化する傾向がみられるからである。
《熱処理》
上記熱処理の温度条件は、上記脂肪族ポリアミド樹脂のガラス転移温度(Tg)以上、融点未満の温度で行う必要がある。脂肪族ポリアミド樹脂の種類により融点が異なるが、具体的には、120℃以上、220℃未満の範囲が好ましく、より好ましくは120〜180℃の範囲、最も好ましくは150〜160℃の範囲である。すなわち、上記脂肪族ポリアミド樹脂の融点以上の温度で熱処理すると、脂肪族ポリアミド樹脂の結晶部の架橋が増加し、結晶化度が落ちて、結晶部の架橋が元の構造に戻らないため、耐圧性能が低下するからである。
また、上記熱処理の時間は、10〜60分間が好ましく、特に好ましくは20〜40分間である。すなわち、熱処理時間が短すぎると、架橋が充分に進まないため、ばらつきが生じ、逆に熱処理時間が長すぎると、樹脂を劣化させる可能性があるからである。
このようにして得られた本発明のインタンクチューブ(内径3〜12mm、肉厚0.3〜1.5mm)は、下記の耐圧特性(X)を備えている。
《耐圧特性(X)》
試験液〔Fuel C:メタノール=85:15(容量基準)〕中に80℃で168時間浸漬したインタンクチューブ内に、加圧媒体としてシリコンオイルを充填し、インタンクチューブの両端を試験用パイプで塞ぎ、昇圧速度1.0MPa/minで、室温(23℃)にて耐圧試験を行い、インタンクチューブが破裂するか、もしくは試験用パイプが抜けた時の圧力(破壊圧力)が2.8MPa以上であり、好ましくは3.0MPa以上、特に好ましくは3.2MPa以上である。すなわち、上記圧力(破壊圧力)が小さすぎると、インタンクチューブがコネクタから抜ける等の問題が生じるからである。
また、本発明のインタンクチューブは、曲げ弾性率が350〜2500MPaの範囲が好ましく、特に好ましくは450〜2200MPaの範囲である。すなわち、上記曲げ弾性率が小さすぎると、機械的物性が劣る傾向がみられ、逆に大きすぎると、硬すぎて、製品組み付け性が悪くなる傾向がみられるからである。なお、上記曲げ弾性率は、ASTM D790の記載に準じて測定した値である。
本発明のインタンクチューブの各寸法は、その一部を先に述べているが、より詳しくは、つぎの通りである。インタンクチューブの厚み(両端のストレート部での厚み)は、通常、0.3〜1.5mmであり、好ましくは0.5〜1.2mmである。また、上記ストレート部の内径は3〜12mmの範囲が好ましく、特に好ましくは5〜10mmの範囲であり、上記ストレート部の外径は4〜15mmの範囲が好ましく、特に好ましくは6〜13mmの範囲である。さらに、上記ホースにおける蛇腹部での谷部外径と山部外径との比は、およそ、谷部外径/山部外径=7mm/10mm程度とし、ピッチ長さは3mm程度とすると好ましい。
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
まず、実施例および比較例に先立ち、下記に示す材料を準備した。
〈脂肪族ポリアミド樹脂(I)〉
ポリアミド11(PA11)(アルケマ社製、リルサンBESN BK P20TL、曲げ弾性率:480MPa)
〈脂肪族ポリアミド樹脂(II)〉
ポリアミド1010(PA1010)(デュポン社製、ザイテルRSCL1000 BK385、曲げ弾性率:1700MPa)
〈脂肪族ポリアミド樹脂(III)〉
ポリアミド610(PA610)(デュポン社製、ザイテルRSLC3090 NC010、曲げ弾性率:2000MPa)
〈脂肪族ポリアミド樹脂(IV)〉
ポリアミド6/12共重合体(PA6/12)(宇部興産社製、UBEナイロン7034U、曲げ弾性率:1700MPa)
〈脂肪族ポリアミド樹脂(V)〉
ポリアミド6(PA6)(宇部興産社製、UBEナイロン1030B、曲げ弾性率:2500MPa)
〔実施例1〕
ポリアミド11(PA11)(アルケマ社製、リルサンBESN BK P20TL)を押し出し成形し(内径:6mm、外径:8mm)、さらに、バキュームフォーミングコルゲータ(コルマ社製、モデル120HS)によって、蛇腹構造(蛇腹構造部:150mm、谷部外径/山部外径=7mm/10mm、ピッチ長さ:3mm)を形成した(両端ストレート部:10mm、両端ストレート部の内径:6mm、外径:8mm)。つぎに、これに電子線を照射(線量250kGy)し、切断機で所定の長さにカットした(長さ180mm)。つぎに、カットしたチューブを熱処理炉〔エスペック社製、PV(H)−212〕に入れ、熱処理(150℃×30分)行い、インタンクチューブ(上記内径、外径を備えている)を作製した。
〔実施例2〜6、比較例1〜4〕
脂肪族ポリアミド樹脂の種類、電子線照射および熱処理の条件等を、下記の表1および表2に示すように変更する以外は、実施例1に準じて、インタンクチューブを作製した。
Figure 0005603113
Figure 0005603113
このようにして得られた実施例および比較例のインタンクチューブを用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を上記表1および表2に併せて示した。
〔破壊圧力〕
〈初期 室温(23℃)〉
インタンクチューブ内に、加圧媒体としてシリコンオイルを充填し、インタンクチューブの両端を試験用パイプで塞ぎ、昇圧速度1.0MPa/minで、室温(23℃)にて耐圧試験を行い、インタンクチューブが破裂するか、もしくは試験用パイプが抜けた時の圧力(破壊圧力)を測定した。評価は、圧力(破壊圧力)が3.7MPa以上のものを○、3.7MPa未満のものを×とした。
〈80℃浸漬後〉
インタンクチューブを、試験液〔Fuel C:メタノール=85:15(容量基準)〕中に80℃で168時間浸漬した後、取り出し、インタンクチューブ内に、加圧媒体としてシリコンオイルを充填し、インタンクチューブの両端を試験用パイプで塞ぎ、昇圧速度1.0MPa/minで、室温(23℃)にて耐圧試験を行い、インタンクチューブが破裂するか、もしくは試験用パイプが抜けた時の圧力(破壊圧力)を測定した。評価は、圧力(破壊圧力)が2.8MPa以上のものを○、2.8MPa未満のものを×とした。
〈抽出量〉
各インタンクチューブを約1mm角に裁断し、10gになるよう秤量した。これを水槽温度80℃にて、メタノールで18時間ソックスレイ抽出した。抽出液を30倍量の冷水に滴下し、冷蔵庫にて8時間静置して、白濁を沈殿させた。沈殿物を吸引濾過で分離し、100℃×24時間、真空乾燥した後、重量を測定した。評価は、抽出量が0.9%以下のものを○、0.9%を超えるものを×とした。
上記表1,表2の結果から、実施例1〜6は、80℃浸漬後の破壊圧力が2.8MPa以上であるため、インタンクチューブのコネクタ等からの抜けを防止することができると考えられる。また、実施例1〜6は、抽出量も低く、耐メタノール透過性にも優れていた。
これに対して、比較例品はいずれも、80℃浸漬後の破壊圧力が2.8MPa未満であり、破壊圧力が小さく、耐圧性能が劣っていた。また、比較例1,2は、抽出量が多く、耐メタノール透過性も劣っていた。
本発明の自動車用インタンクチューブは、燃料タンクの変位および燃料ポンプの振動等を吸収する構成(蛇腹構造等)を備えた単層構造体であり、自動車等の燃料タンク内に配設され用いられる。
1 インタンクチューブ
2 燃料タンク
3 燃料
4 フィルター
5 燃料ポンプ
6 ジェットポンプ
7 ハウジング
8 バネ

Claims (6)

  1. 燃料タンク内に配設され、燃料タンクの変位および燃料ポンプの振動を吸収する構成を備えた単層構造の自動車燃料用インタンクチューブであって、上記自動車燃料用インタンクチューブが、脂肪族ポリアミド樹脂を主成分とする樹脂材料からなるとともに、電子線照射および上記脂肪族ポリアミド樹脂のガラス転移温度(Tg)以上、融点未満の温度で熱処理された単層構造に形成され、かつ、下記の耐圧特性(X)を備えることを特徴とする自動車燃料用インタンクチューブ。
    (X)試験液〔Fuel C:メタノール=85:15(容量基準)〕中に80℃で168時間浸漬したインタンクチューブ内に、加圧媒体としてシリコンオイルを充填し、インタンクチューブの両端を試験用パイプで塞ぎ、昇圧速度1.0MPa/minで、室温にて耐圧試験を行い、インタンクチューブが破裂するか、もしくは試験用パイプが抜けた時の圧力(破壊圧力)が2.8MPa以上である。
  2. 自動車燃料用インタンクチューブが、蛇腹構造の単層構造体である請求項1記載の自動車燃料用インタンクチューブ。
  3. 上記脂肪族ポリアミド樹脂が、ポリアミド6、ポリアミド6/12共重合体、ポリアミド11、ポリアミド610およびポリアミド1010からなる群から選ばれた少なくとも一つである請求項1または2記載の自動車燃料用インタンクチューブ。
  4. 燃料タンク内に配設され、燃料タンクの変位および燃料ポンプの振動を吸収する構成を備えた単層構造の自動車燃料用インタンクチューブの製法であって、脂肪族ポリアミド樹脂を主成分とする樹脂材料をチューブ形状に押し出す工程と、チューブを電子線照射する工程と、電子線照射されたチューブに対して,上記脂肪族ポリアミド樹脂のガラス転移温度(Tg)以上、融点未満の温度で熱処理する工程とを備えることを特徴とする自動車燃料用インタンクチューブの製法。
  5. 自動車燃料用インタンクチューブが、蛇腹構造の単層構造体である請求項4記載の自動車燃料用インタンクチューブの製法。
  6. 上記電子線照射工程における、電子線照射の線量が、50〜300kGyの範囲である請求項4または5記載の自動車燃料用インタンクチューブの製法。
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