JP6898702B2 - 配管の接続のためのネジ要素及びこのネジ要素を有する管接続装置 - Google Patents
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Description
本発明は、特に複数の配管の接続のためのネジ要素に関するものである。これら配管は、好ましくは原動機付き車両用配管、特に好ましくはブレーキ配管である。ネジ要素には、ネジ山部と、ネジ山のない少なくとも１つの接触面とが設けられている。本発明は、更に複数の配管、特にこのようなネジ要素を有する原動機付き車両用配管の接続のための管接続装置に関するものでもある。
上述の種類のネジ要素あるいは管接続装置は、実際には基本的に知られたものである。特に、スタッドボルトとして形成されたネジ要素が知られており、このネジ要素によって、ブレーキ配管の複数の配管が、例えばマスターブレーキシリンダ、ブレーキ分配装置又はブレーキ倍力装置のようなブレーキ配管の装置に接続される。
この公知のネジ要素は、第１の比較的大きな摩擦係数を有する内側のコーティング部を完全に備えている。さらに、公知のネジ要素は外側のコーティング部を備えており、この外側のコーティング部は、接触面の範囲にのみ設けられているとともに、内側のコーティングよりも低い摩擦係数を有している。このようにして低減されたネジ要素の締付時のすべり摩擦により、これらネジ要素をより強く締め付けることができ、これに対応してネジ結合部がゆるみづらくなる。
この公知のコーティング部はメッキ技術（Ｇａｌｖａｎｏｔｅｃｈｎｉｋ）、蒸着（Ｂｅｄａｍｐｆｅｎ）などによって設けられ、多くの時間とコストがかさむものである。
この技術的な問題を解決するために、本発明は、複数の配管、好ましくは複数の原動機付き車両用配管の接続のためのネジ要素であって、ネジ山部と、ネジ山のない少なくとも１つの接触面とが当該ネジ要素に設けられており、当該ネジ要素が、外側のコーティング部と、内側のコーティング部とを備えており、外側のコーティング部がポリマー及び第１の固形物のナノ粒子を含有していることを特徴としている。
「ネジ要素」という用語によって、ネジ山部を有する螺着可能なあらゆる要素が意図されている。この用語は、更に対応する金属基層を含むものであり、この金属基層上には例えば亜鉛又は亜鉛−ニッケルコーティングが不活性化部（Ｐａｓｓｉｖｉｅｒｕｎｇ）と共に設けられている。
「原動機付き車両用配管」という表現は、とりわけ燃料、尿素溶液、冷却媒体及び特にブレーキフルードのための配管を含むものである。好ましくは、本発明による原動機付き車両用配半は、ブレーキフルードのための配管である。
ネジ要素の接触面はネジ山のない面であり、これら面は、螺着時に、対応するカウンタネジ要素へ力を加えるものである。これは、例えばネジ頭部の下側であるか、又はネジ軸部の底面（Ｆｕｓｓｆｌａｅｃｈｅ）であり得る。
「外側のコーティング部」と「内側のコーティング部」の区別は、二種類の観点に重要性がある。第１に異なる材料であり、第２に、内側のコーティング部は外側のコーティング部とネジ要素の金属基層との間に位置している。ここで、「内側」及び「最も内側」という表現を同等に扱うべきではない。これは、「最も外側」という表現についても同様である。
ポリマーとしては、特に重縮合体が考慮に入れられる。好ましくは、ポリマーは、ポリアミド又はポリイミドである。
「ナノ粒子」という用語は、１〜１００００ｎｍ、好ましくは１０〜１０００ｎｍ、特に好ましくは２０〜４００ｎｍの算術平均の粒径（Ｋｏｒｎｇｒｏｅｓｓｅ）を有する粒子を意味する。特に好ましい実施形態によれば、ナノ粒子の算術平均粒径は５０〜２００ｎｍである。
好ましくは、第１の固形物は、大きな硬さを有する材料又は潤滑固形物である。特に、第１の固形物は、７より大きな、好ましくは８より大きなモース硬度を有している。第１の固形物は、好ましくは金属酸化物であり、特に材料「酸化アルミニウム（コランダム）、酸化鉄、シリコンカーバイド、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、チタンカーバイド、窒化チタン」のグループから選択されている。
潤滑固形物としては、特に窒化ホウ素、グラファイト、二硫化モリブデン、ポリ四フッ化エチレン、カーボンファイバーが適している。
本発明の範囲においては、外側のコーティング部が、当該ネジ要素を大部分において、好ましくは完全に覆っている。「大部分」という表現は、ネジ要素の表面の少なくとも５０％が外側のコーティング部で覆われていることを意味している。特に、外側のコーティング部は、内側のコーティング部を覆っている。好ましくは、外側のコーティング部は、内側のコーティング部と、更にネジ要素の残りの表面とを覆っている。
有利には、外側のコーティング部の摩擦係数μ１は、内側のコーティング部の摩擦係数μ２よりも大きい。外側のコーティング部μ１は、好ましくは０．１〜０．８、特に好ましくは０．１５〜０．５、更に特に好ましくは０．２〜０．４である。内側のコーティング部の摩擦係数μ２は、好ましくは０．０１〜０．３、特に好ましくは０．０２〜０．１５、更に特に好ましくは０．０３〜０．１である。摩擦係数は、常に、アルミニウム上において乾燥した状態で算出されたすべり摩擦に関するものである。
好ましくは、内側のコーティング部が、少なくとも１つの接触面の範囲において、好ましくは少なくとも１つの接触面においてのみ、特に好ましくは２つの接触面においてのみ配置されている。特に、内側のコーティング部は、ネジ頭部の下側に配置されている。好ましくは、内側のコーティング部は、ネジ軸部の底面に設けられている。
有利な実施形態によれば、外側のコーティング部の層厚は、０．５〜１０μｍである。好ましくは、外側のコーティング部の層厚は、１〜５μｍであり、特に好ましくは２〜４μｍである。本発明の範囲においては、内側のコーティング部の層厚は、１０〜１００μｍである。好ましくは、この層厚は、２０〜４０μｍであり、特に好ましくは２５〜３５μｍである。
本発明の範囲においては、外側のコーティング部におけるナノ粒子の割合が外側のコーティング部の質量の２〜４０％、好ましくは５〜２０％である。ここで、質量は、設けられ、硬化された層に関するものである。外側のコーティング部におけるナノ粒子の割合は、特に好ましくは外側のコーティング部の質量の８〜１５％である。
本発明の範囲においては、内側のコーティング部がポリマーを含有している。このポリマーは、好ましくは重縮合体、特に好ましくはポリアミド又はポリイミドである。好ましくは、内側のコーティング部は、第２の固形物を含有している。この第２の固形物は、好ましくは潤滑固形物である。特に好ましくは、第２の固形物は、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）又は二硫化モリブデンである。本発明の範囲においては、内側のコーティング部におけるナノ粒子の割合が質量の２〜４０％、好ましくは５〜２０％である。特に好ましくは、内側のコーティング部におけるナノ粒子の割合は８〜１５％である。
本発明の範囲において、ネジ要素がユニオンネジである。「ユニオンネジ」という表現は、特に、ネジ要素が貫通孔を備えていることを意味している。好ましくは、ネジ要素のネジ山部が雄ネジ部として形成されている。有利な実施形態によれば、ネジ要素は、ネジ頭部を備えており、該ネジ頭部を通して貫通孔が同様に延びている。ネジ頭部は、下側の接触面を含むものである。
本発明は、更に、複数の配管、特に複数の原動機付き車両用配管の接続のための管接続装置であって、本発明によるネジ要素と、接続要素とを有し、ネジ要素が接続要素に螺着可能であることを特徴とする管接続装置に関するものである。
本発明の範囲においては、取り付けられた状態において、ネジ要素の接触面が接続要素の接触面あるいは配管のフランジ部の接触面に密着する。好ましくは、配管のフランジ部はＦ型フランジとして形成されている。本発明の有利な実施形態によれば、フランジ部はシール面を備えており、このシール面は、接続要素の接続面に割り当てられているとともに、対応して相補的に形成されている。他の実施形態によれば、配管のフランジ部は、Ｅ型フランジとして形成されている。
加えて、本発明は、複数のネジ要素、特に本発明によるネジ要素の製造のための方法であって、このネジ要素がネジ山部と、ネジ山のない少なくとも１つの接触面とを備えており、ネジ要素が内側のコーティング部でコーティングされており、ネジ要素が外側のコーティング部を備えており、この外側のコーティング部が第１のポリマー及び第１の固形物のナノ粒子を含有する前記方法に関するものでもある。好ましくは、外側のコーティング部は、スプレードラムによってネジ要素上に設けられる。有利には、内側のコーティング部は、スプレードラムによってネジ要素上に設けられる。
本発明は、本発明によりネジ要素の不意のゆるみを容易に防止できるという知見を基礎とするものである。このことが内側のコーティング部が外側のコーティング部よりもわずかな摩擦係数を有する場合に有効であることが、驚くべきことに、本発明により様々なコーティングを設けることで分かった。効果は、内側のコーティング部と外側のコーティング部の間の付着がわずかであることにある基づくものであり、そのため、ネジ要素の締付時に両コーティング部が重なり合ってすべる。このすべりが、ネジ要素の締付時にねじり力を補整する。これに対応してきつくネジが締め付けられ得る。同時に、例えばネジ山部における、大きな摩擦係数を有する範囲により、ネジ要素の脱落が防止される。
本発明は、更に、ナノ粒子がコーティング部における亀裂の拡大を阻害するという知見を基礎とするものである。本発明によるコーティングが損傷すると、このコーティングは、亀裂形成の防止によってより安定し、その結果、ネジ要素をより良好に腐食から保護するものである。したがって、特に外側のコーティング部への浸透が防止される。そのほか、ナノメートルオーダーの粒子の大きさにより、層を対応して薄く選択することが可能となる。これにより、本発明によるネジ要素の寸法安定性がより容易に達成され得る。ポリマーとナノ粒子の組合せは、例えばスプレードラムによって容易にかつ安価に設けつつ両材料の良好な混合性を可能とするものである。良好な混合性により、対応する固形物を互いに適合させ、例えば希望に応じて摩擦係数を調整することも可能である。
以下に、単に１つの実施例を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１では、スタッドボルト１として形成されたネジ要素が接続ブロック１２の形態の接続要素に螺着されている。このために、スタッドボルト１が雄ネジの形態のネジ山部３を備え、接続ブロック１２が雌ネジの形態のめくら穴１５を備えている。螺着前に、長手軸線Ｌを有する配管２が既にスタッドボルト１内へ挿入されており、そのため、スタッドボルト１の螺着により、フランジ部１０がスタッドボルトと接続ブロック１２の間で挟み込まれる。
スタッドボルト１におけるネジ頭部６を介してスタッドボルト１を締め付けることで、スタッドボルト１がその接触面４でフランジ部１０を押圧する。フランジ部１０のシール面１１は、一様に接続ブロック１２の接続面１４を押圧する。これにより、配管２と接続ブロック１２に統合された管路１３との間の液密な接続がなされ、ブレーキフルードの流出が防止される。
図２には象徴的な側面図における図１に基づくスタッドボルト１が示されており、スタッドボルト１の太い外側の縁取りは、コーティング部７，８を象徴するものである。外側のコーティング部７は、スタッドボルト１を完全に覆っている。これに対して、内側のコーティング部８は、スタッドボルト１の接触面４，５においてのみ設けられている。
スタッドボルト１は、公知の態様で製造される。この製造は、亜鉛及びニッケルを含む耐食コーティング部を含んでいる。そして、耐食コーティング部は不活性化層によって被覆されており、この不活性化層は、ここでも亜鉛−ニッケルコーティング部を保護するものである。この不活性化層上にまずは内側のコーティング部８が設けられ、最後に外側のコーティング部７が設けられる。
内側のコーティング部８も、また外側のコーティング部７も、重縮合体から成る結合剤を含有している。内側のコーティング部８の重縮合体は、１００ｎｍの算術平均粒径を有する二硫化モリブデンナノ粒子を結合させるものである。内側のコーティング部８における二硫化モリブデンナノ粒子の割合は、１０質量％に相当する。内側のコーティング部は、３０μｍの層厚で設けられた。
外側のコーティング部７は、二硫化ウォルフラムナノ粒子（Ｗｏｌｆｒａｍｄｉｓｕｌｆｉｄ−Ｎａｎｏｐａｒｔｉｋｅｌｎ）を有している。この二硫化ウォルフラムナノ粒子は、１８０ｎｍの平均粒径を備えているとともに、外側のコーティング部７の１５質量％に相当する。外側のコーティング部７の層厚として、４μｍが選択された。両コーティング部７，８は、スプレードラム（Ｓｐｒｕｅｈｔｒｏｍｍｅｌ）によって設けられる。
１ スタッドボルト
２ 配管
３ ネジ山部
４，５ 接触面
６ ネジ頭部
７ 外側のコーティング
８ 内側のコーティング
１０ フランジ部
１１ シール面
１２ 接続ブロック
１３ 管路
１４ 接続面
１５ めくら穴
Ｌ 長手軸線
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- 複数の配管（２）、好ましくは複数の原動機付き車両用配管の接続のためのネジ要素であって、当該ネジ要素が、ネジ頭部と、該ネジ頭部につづく、ネジ山部（３）を有するネジ軸部とを有するユニオンネジであり、前記ネジ頭部の下側が、前記ネジ要素によって前記配管（２）と接続される接続要素の接触面と接触する、ネジ山部を有さない接触面（５）を備え、及び前記ネジ軸部の底面が、前記配管（２）のフランジ部（１０）の接触面と接触する、ネジ山部を有さない接触面（４）を備えており、当該ネジ要素が、外側のコーティング部（７）と、該外側のコーティング部（７）により覆われる内側のコーティング部（８）とを備えており、前記外側のコーティング部（７）が第１のポリマー及び第１の固形物のナノ粒子を含有しており、前記内側のコーティング部（８）が、前記ネジ頭部の前記下側及び前記ネジ軸部の前記底面に配置されている、前記ネジ要素において、
前記内側のコーティング部（８）が、潤滑固形物の５〜２０質量％のナノ粒子を含んでいること、当該ネジ要素の表面の少なくとも５０％が前記外側のコーティング部（７）で覆われており、前記外側のコーティング部（７）の摩擦係数μ１が前記内側のコーティング部（８）の摩擦係数μ２よりも大きいこと、及び前記外側のコーティング部（７）は前記ネジ山部（３）に設けられており、前記内側のコーティング部（８）は前記ネジ山部（３）には設けられていないことを特徴とするネジ要素。 - 前記外側のコーティング部（７）の層厚が０．５〜１０μｍ、好ましくは１〜５μｍであることを特徴とする請求項１に記載のネジ要素。
- 前記内側のコーティング部（８）の層厚が１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜４０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のネジ要素。
- 前記外側のコーティング部（７）におけるナノ粒子の割合が質量の２〜４０％、好ましくは５〜２０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のネジ要素。
- 前記内側のコーティング部（８）がポリマーを含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のネジ要素。
- 複数の配管（２）、特に複数の原動機付き車両用配管の接続のための管接続装置であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載のネジ要素と、接続要素とを有し、前記ネジ要素が前記接続要素に螺着可能であることを特徴とする管接続装置。
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