JP7304496B2 - フィラーパイプおよびフィラーパイプの製造方法 - Google Patents

フィラーパイプおよびフィラーパイプの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、フィラーパイプおよびフィラーパイプの製造方法に関する。
近年、自動車等に用いられるフィラーパイプは、車体の軽量化を図るために樹脂で形成されている。樹脂製のフィラーパイプは、車両から放出される燃料蒸発ガス（エバポ）規制により、ガスバリア性に優れたバリア層を含んで構成されている。代表的なガスバリア性に優れた材料として、例えばエチレン－ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）が挙げられる。ＥＶＯＨは、ガスバリア性に優れる一方で、燃料に含まれるエタノール等に対する耐性が低いため、ＥＶＯＨのバリア層を樹脂製の内層および外層で挟んで複数層構造としている。
フィラーパイプは、山部および谷部で構成された蛇腹部と、蛇腹部を備えていない一般部とを有している。蛇腹部は、燃料タンクと給油口とを接続する際に屈曲させる部位である。フィラーパイプを製造する際には、コルゲート機構を備えたパイプ製造装置を用いることで、蛇腹部と一般部を備えたフィラーパイプを連続的に製造することができる。
特開２０１０－１１６０９４号公報
パイプ製造装置で蛇腹部を成形する際、蛇腹部の山部に対応する位置を吸引して、成形面に筒状素材を転写させている。このとき、谷部では成形型に筒状素材が先当たりするため延ばされて薄肉になる傾向があり、山部では素材が集まって厚肉になる傾向がある。特に、山部の内層においては山部の中央に向けて素材が集まりやすくなり、山部の外層に比べて内層が肉厚になる傾向がある。山部の内層が相対的に肉厚になると、燃料と接触して膨潤変形が発生しやすくなるという問題がある。
そこで本発明は、燃料による膨潤変形を抑制することができるフィラーパイプおよびフィラーパイプの製造方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、本発明は、山部および谷部を備える蛇腹部と、前記蛇腹部を備えていない一般部とを有し、少なくとも内層、バリア層および、外層を備える樹脂製のフィラーパイプであって、前記一般部は外層よりも内層が薄くなっており、前記蛇腹部の内層は、前記一般部の内層よりも薄くなっており、さらに、前記一般部の内層比率に対する前記蛇腹部の山部の内層比率の増加率が、前記一般部の外層比率に対する前記蛇腹部の山部の外層比率の増加率以下になっていることを特徴とする。
また、本発明は、少なくとも内層、バリア層および外層を備える筒状素材を押し出す押出工程と、複数の分割成形型をそれぞれ移動させながら、前記複数の分割成形型の成形面に前記筒状素材の一部を転写させて、山部および谷部を備えた蛇腹部と、前記蛇腹部を備えていない一般部を成形する成形工程と、を含み、押出工程では、前記筒状素材の外層よりも内層が薄くなるように設定し、前記成形工程では、前記蛇腹部の外層を吸引して前記筒状素材を前記分割成形型に転写させるとともに、前記蛇腹部の内層を、前記一般部の内層よりも薄くしつつ、さらに、成形後の前記一般部の内層比率に対する前記山部の内層比率の増加率が、前記一般部の外層比率に対する前記山部の外層比率の増加率以下となるように設定することを特徴とする。
本発明によれば、蛇腹部の山部の内層を薄くすることで燃料による膨潤変形を抑制することができる。
本発明は、燃料による膨潤変形を抑制することができるフィラーパイプおよびフィラーパイプの製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るフィラーパイプの概略図である。 本実施形態に係るフィラーパイプの拡大図である。 本実施形態に係るフィラーパイプを製造するパイプ製造装置の概略図である。 本実施形態および比較例に係るフィラーパイプにおいて、一般部および蛇腹部の厚さの増加率を示した表である。 複数のフィラーパイプにおいて、一般部内層比率と山部内層比率との関係を示したグラフである。
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。図１に本発明の実施形態に係るフィラーパイプ１の概略図を示す。フィラーパイプ１は中央部１０を備え、中央部１０の両端に給油口端部１３と溶着端部１４とをそれぞれ備える。給油口端部１３は車両の給油口（非図示）に装着され、溶着端部１４は、燃料タンク（非図示）の開口部周縁に溶着される。給油口に挿入された給油ノズルから液体燃料が供給されることにより、液体燃料がフィラーパイプ１を介して燃料タンクに貯留される。
中央部１０は、３箇所の蛇腹部１２と、蛇腹部１２を有さない一般部１１とを備え、ほぼ円筒状に形成されている。図２にも示すように、蛇腹部１２は、山部１２１および谷部１２２を備えた蛇腹状の部位であり、屈曲可能である。なお、中央部１０の形状は、燃料タンクと給油口の相対位置、距離、周辺装置のレイアウトなどに応じて適宜設計される。よって、中央部１０の蛇腹部１２の数は３つより多くても少なくてもよいし、中央部１０の全体が蛇腹状に形成されていてもよい。
図２に示すように、中央部１０は樹脂を積層して構成されており、本実施形態では例えば、３種５層構造になっている。フィラーパイプ１の層構成は、少なくとも内層、バリア層及び外層を含んで構成されていればよく、各層の材料、厚さについては適宜設定すればよい。
一般部１１は、外層２１、外層接着層３１、バリア層４１、内層接着層５１及び内層６１で構成されている。内層６１は、外層２１に対して十分に薄くなっている。一般部１１において、内層６１と外層２１の厚さの合計を１０としたとき、内層６１の比率は１程度、外層２１の比率は９程度になっている。
蛇腹部１２は、山部１２１と谷部１２２とを交互に複数備えている。山部１２１と谷部１２２はそれぞれ、外層２２，外層接着層３２，バリア層４２，内層接着層５２，内層６２とを備えている。内層６２は、外層２２に対して十分に薄くなっている。山部１２１において、内層６２と外層２２の厚さの合計を１０としたとき、内層６２の比率は０．５程度、外層２２の比率は９．５程度になっている。なお、一般部１１と蛇腹部１２の各層は、説明の便宜上符号を変えているが、同じ材料で一体形成されている。
外層２１，２２は、フィラーパイプ１の最外に位置し、フィラーパイプ１の外壁面を形成する。外層２１，２２の材料は、フィラーパイプ１を変形から保護するための剛性、外層接着層３１，３２より内側の層を保護するための耐衝撃性、耐候性、耐薬品性等を備える材料であれば特に限定されないが、例えば熱可塑性樹脂であるポリエチレンを含むことが好ましく、高密度ポリエチレンを含むことがより好ましい。
外層接着層３１，３２は外層２１，２２とバリア層４１，４２とを接着する層である。内層接着層５１，５２はバリア層４１，４２と内層６１，６２とを接着する層である。外層接着層３１，３２および内層接着層５１，５２の材料は、層間で接着性を発揮する材料であれば特に限定されないが、外層２１，２２および内層６１，６２がポリエチレンであり、バリア層４１，４２がＥＶＯＨである場合は、例えば変性ポリエチレンを含むことが好ましい。なお、外層２１，２２および内層６１，６２またはバリア層４１，４２ないしその両方に接着性を備える材料を採用した場合は、外層接着層３１，３２および内層接着層５１，５２を省略することができる。
バリア層４１，４２は、フィラーパイプ１を通過する液体燃料から発生する燃料ガスがフィラーパイプ１の壁面を透過し外部に漏れることを抑制する層である。バリア層４１，４２の材料は、燃料ガスに対するガスバリア性を有する材料であれば特に限定されないが、例えばＥＶＯＨを含むことが好ましい。
内層６１，６２は、フィラーパイプ１の最内に位置し、フィラーパイプ１の内壁面を形成する。内層６１，６２の材料は、バリア層４１，４２を液体燃料に含まれるエタノール等の薬品から保護できる耐薬品性を備える材料であれば特に限定されないが、例えば熱可塑性樹脂であるポリエチレンを含むことが好ましく、高密度ポリエチレンを含むことがより好ましい。
次に、本実施形態に係るフィラーパイプの製造方法について説明する。本実施形態に係るフィラーパイプの製造方法では、図３に示すパイプ製造装置９を用いる。パイプ製造装置９は、連続的にフィラーパイプ１を形成することができるものであり、一般部１１と蛇腹部１２とで異なる断面形状に成形する、いわゆるコルゲート機構を備えている。
パイプ製造装置９は、筒状素材を押し出す押出ユニット９１と、押出ユニット９１から押し出された筒状素材の外周部を賦形する複数の分割成形型９４と、分割成形型９４をループ状に搬送する搬送装置９３と、を備えている。押出ユニット９１は、複数層の樹脂で構成された筒状素材を同心状に押し出すための押出装置（非図示）を備えており、押出装置はスクリュ、シリンダおよびダイなどから構成されている。
個々の分割成形型９４は、フィラーパイプ１の一般部１１、蛇腹部１２の形状に倣った成形面をそれぞれ有し、筒状素材が搬送される搬送経路９２を通るように配置されている。分割成形型９４は、搬送される筒状素材の中心軸Ｌに沿って分割された割型で構成されている。これらの割型はそれぞれループ状であり、型締めされるように配置されている。分割成形型９４の成形面において蛇腹部１２の山部１２１に対応する位置には、吸引ポンプ（非図示）に接続される吸引通路が開口している。
本実施形態に係るフィラーパイプの製造では、押出工程と、成形工程とを行う。押出工程は、少なくとも内層、バリア層および外層を備える筒状素材を押し出す工程である。本実施形態では、外層２１（２２）、外層接着層３１（３２）、バリア層４１（４２）、内層接着層５１（５２）及び内層６１（６２）で構成された筒状素材を押出ユニット９１から搬送経路９２に押し出す。押出工程では、筒状素材の内層の厚さを、外層の厚さより
も小さくなるように設定する。なお、一般部１１の各層の厚さは、押出工程時における筒状素材の各層の厚さとほぼ同じになる。
成形工程は、複数の分割成形型９４をそれぞれ移動させながら、複数の分割成形型９４の成形面に筒状素材の一部を転写させて、一般部１１および蛇腹部１２を成形する工程である。また、成形工程では、蛇腹部１２の山部１２１に対応する部分の外層２２を吸引して筒状素材を分割成形型９４に転写させる。さらに、成形工程では、成形後の一般部１１の内層比率に対する山部１２１の内層比率の増加率が、一般部１１の外層比率に対する山部１２１の外層比率の増加率以下となるように設定する。この各層の比率の設定は、例えば、筒状素材の粘度、押出速度、筒状素材を真空引きする際の吸引力等に基づいて適宜設定することができる。なお、ここでは、増加率が1未満である場合、内層比率または外層
比率が減少していることを意味する。
以上の工程を行った後に、筒状素材を所定の位置で切断する。その後、蛇腹部１２を賦形した部位を熱可塑性樹脂の軟化点（８０～９０℃）に予熱して、曲げ加工を施すことにより、蛇腹部１２を屈曲部としたフィラーパイプ１が得られる。
ここで、例えば、前記した特許文献１の図５に示すように、従来技術によると蛇腹部の山部の内層は、一般部の内層よりも大きく（厚く）なっている。換言すると、成形後の一般部の内層比率に対する蛇腹部の山部の内層比率の増加率が、一般部の外層比率に対する蛇腹部の山部の外層比率の増加率よりも大きくなっている。特に、蛇腹部の山部の内層は、吸引によって素材が集まりやすくなり、相対的に厚くなる傾向にある。蛇腹部の山部の内層が厚くなると、燃料に触れて膨潤変形が起こりやすくなるという問題がある。
これに対し、本実施形態に係るフィラーパイプ１は、一般部１１の内層比率に対する蛇腹部１２の山部１２１の内層比率の増加率が、一般部１１の外層比率に対する蛇腹部１２の山部１２１の外層比率の増加率以下になっている。具体的には、内層側の増加率は０．５（一般部１．０→蛇腹部の山部０．５）であるのに対し、外層側の増加率は１．０５（一般部９．０→蛇腹部の山部９．５）となっている。これにより、蛇腹部１２の山部１２１の内層６２が、一般部１１の内層６１よりも薄くなっているため、膨潤変形を抑制することができる。
また、本実施形態の成形工程において、成形後の一般部１１の内層比率に対する蛇腹部１２の山部１２１の内層比率の増加率が、一般部１１の外層比率に対する蛇腹部１２の山部１２１の外層比率の増加率以下となるように、各種条件を設定することで、蛇腹部１２の山部１２１の内層６２を、一般部１１の内層６１よりも薄くすることができる。これにより、膨潤変形を抑制することができる。
図４は、本実施形態および比較例に係るフィラーパイプにおいて、一般部および蛇腹部の厚さの増加率を示した表である。図４では、前記した実施形態以外のパターンについて検討する。ここでは、サンプルＡ～Ｉを例示して説明する。図４の左上の図はサンプルＡの、左中の図はサンプルＥの、左下の図はサンプルＩの拡大図を示している。
サンプルＡ，Ｂ，Ｃは、一般部の内層と外層の厚さの合計を１０としたとき、内層比率が０．５、外層比率が９．５となっているフィラーパイプである。サンプルＡでは、前記した実施形態と同じように、内層の増加率が外層の増加率よりも小さくなっている。つまり、サンプルＡの内層では、一般部の内層比率が０．５であるのに対し、蛇腹部の山部の外層比率が０．２５となり、増加率は０．５となる。サンプルＡの外層では、一般部の外層比率が９．５であるのに対し、蛇腹部の山部の外層比率が９．７５となり、増加率は１．０（１．０２）となる。よって、サンプルＡは良判定となる。サンプルＢでは、内層の
増加率と外層の増加率は同一である。よって、サンプルＢも良判定である。
一方、サンプルＣでは、内層の増加率が２．０なのに対し、外層の増加率が０，９となり、内層の増加率の方が大きくなっている。サンプルＣであると、蛇腹部の山部の内層で膨潤変形が起こりやすくなるため不可判定となる。
サンプルＤ，Ｅ，Ｆは、一般部の内層と外層の厚さの合計を１０としたとき、内層比率が４、外層比率が６となっているフィラーパイプである。サンプルＤ，Ｅは、サンプルＡ，Ｂと同じような層構成になっており、良判定となる。一方、サンプルＦは、サンプルＣと同じように外層の増加率よりも内層の増加率の方が大きくなっているため不可判定となる。
サンプルＧ，Ｈ，Ｉは、一般部の内層と外層の厚さの合計を１０としたとき、内層比率が６、外層比率が４となっているフィラーパイプである。サンプルＧによれば、内層の増加率よりも外層の増加率の方が小さくなっている。しかし、一般部においてそもそも内層の厚さが、外層の厚さよりも大きくなっており一般部が膨潤変形を受けやすくなっている。したがって、サンプルＧは不可判定となる。同様の理由により、サンプルＨ，Ｉも不可判定となる。つまり、一般部（押出工程）において内層は、外層よりも薄く設定する。
図５は、複数のフィラーパイプにおいて、一般部内層比率と山部内層比率（山部の蛇腹部の内層比率）との関係を示したグラフである。実線は一般部の内層と蛇腹部の山部の内層の比率が同じとなる基準線を示し、破線は、実験データの近似曲線を示す。
図５に示すように、同じ成形条件下であれば、一般部、つまり筒状素材における内層比率が大きいほど、蛇腹部の山部における内層比率が増加し易くなる傾向にある。例えば、一般部内層比率が４０％である場合、蛇腹部の山部内層比率は約５２％となっている。つまり、図５からも分かるように蛇腹部の山部内層比率は、一般部内層比率と比べて厚さが大きくなる傾向にある。本発明では、一般部内層比率と蛇腹部の山部内層比率との関係が図５の実線以下となるように設定する。図５の傾向より、一般部内層比率（押出工程時における内層の比率）は小さくすることが好ましい。つまり、一般部における内層比率は、外層比率よりも小さく設定し、３５．０％以下に設定することが好ましく、２０．０％以下に設定することがより好ましく、１０．０％以下に設定することがさらに好ましい。このように設定すれば、成形工程において蛇腹部の山部における内層の増加率を、外層の増加率以下に設定することが容易となる。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
フィラーパイプ １
中央部 １０
一般部 １１
蛇腹部 １２
山部 １２１
谷部 １２２
外層 ２１，２２
外層接着層 ３１，３２
バリア層 ４１，４２
内層接着層 ５１，５２
内層 ６１，６２

Claims (2)

  1. 山部および谷部を備える蛇腹部と、前記蛇腹部を備えていない一般部とを有し、少なくとも内層、バリア層および、外層を備える樹脂製のフィラーパイプであって、
    前記一般部は外層よりも内層が薄くなっており、
    前記蛇腹部の内層は、前記一般部の内層よりも薄くなっており、さらに、
    前記一般部の内層比率に対する前記蛇腹部の山部の内層比率の増加率が、前記一般部の外層比率に対する前記蛇腹部の山部の外層比率の増加率以下になっていることを特徴とするフィラーパイプ。
  2. 少なくとも内層、バリア層および外層を備える筒状素材を押し出す押出工程と、
    複数の分割成形型をそれぞれ移動させながら、前記複数の分割成形型の成形面に前記筒状素材の一部を転写させて、山部および谷部を備えた蛇腹部と、前記蛇腹部を備えていない一般部を成形する成形工程と、を含み、
    押出工程では、前記筒状素材の外層よりも内層が薄くなるように設定し、
    前記成形工程では、前記蛇腹部の外層を吸引して前記筒状素材を前記分割成形型に転写させるとともに、前記蛇腹部の内層を、前記一般部の内層よりも薄くしつつ、さらに、成形後の前記一般部の内層比率に対する前記山部の内層比率の増加率が、前記一般部の外層比率に対する前記山部の外層比率の増加率以下となるように設定することを特徴とするフィラーパイプの製造方法。
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