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1. WO2020110596 - FUEL PUMP PIPE

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明 細 書

発明の名称 燃料圧送配管

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006  

発明の効果

0007  

図面の簡単な説明

0008  

発明を実施するための形態

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025  

実施例

0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032  

符号の説明

0033  

請求の範囲

1   2  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 燃料圧送配管

技術分野

[0001]
 本発明は、ガソリン直噴エンジンシステムやディーゼルエンジンシステムにおいて燃料をエンジンに供給する配管として用いて好適な燃料圧送配管に係り、特に粗悪な腐食成分を含む燃料に対して耐性を有する燃料圧送配管に関するものである。

背景技術

[0002]
 出願人は、ガソリン直噴エンジンシステムやディーゼルエンジンシステムにおいて燃料をエンジンに供給する配管として用いて好適な燃料圧送配管について、特許文献1に記載の特許を取得している。この特許に係る燃料圧送配管は、スチール製母材鋼管の内表面に電気めっきによるNiめっき層が形成され、そのNiめっき層は母材とNiの相互拡散層と、前記相互拡散層の最表面に形成されたNiのみの非相互拡散層とで構成され、かつ前記非相互拡散層の層厚が3μm以上で、前記相互拡散層と非相互拡散層の合計層厚が10μm以上25μm以下であることを特徴とするものである。この特許発明によれば、腐食性燃料に対して高い耐性を有するとともに、追従性を持ちめっき後の加工が可能な配管が得られることから、ガソリン直噴エンジンシステム、ディーゼル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が奏される。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特許第6245687号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、前記従来の燃料圧送配管は電気めっきを用いて製造されるため、例えば、内径が3.0mm以下のような、内径の小さい鋼管を母材とする場合には、母材鋼管の内部に挿入した電極が母材鋼管の内面に接触し易いことから、通電不良が起き易いという問題がある。この問題は母材鋼管の内径が小さくなればなるほど起こり易く、細径の燃料圧送配管の量産の大きな障害となっていた。
[0005]
 本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、腐食性燃料に対して高い耐性を有するとともに、追従性を持ちめっき後の加工が可能な燃料圧送配管であって、母材鋼管の内径が小さい場合であっても製造が容易であり、量産にも適する、燃料圧送配管を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

[0006]
 前記課題を解決するため、請求項1の本発明に係る燃料圧送配管は、母材鋼管の内表面にリン含有量(共析率)が1.1%~2.0%の無電解Ni-Pめっき層が形成され、該無電解Ni-Pめっき層は、母材鋼管の母材とNi-Pの相互拡散層と、該相互拡散層の最表面に形成されたNi-Pのみの非相互拡散層とで構成され、かつ前記非相互拡散層の層厚が3μm以上で、前記相互拡散層と前記非相互拡散層の合計層厚が6μm以上16μm以下であることを特徴とするものである。また、前記相互拡散層と前記非相互散層とで構成される前記無電解Ni-Pめっき層が接続頭部の端末シール部位まで施されていることを好ましい態様とするものである。

発明の効果

[0007]
 本発明によれば、母材鋼管内に形成されるリン含有量(共析率)が1.1%~2.0%の無電解Ni-Pめっき層であって、3μm以上の層厚のNi-Pのみの非相互拡散層と、該非相互拡散層との合計層厚を6μm以上16μm以下とする母材とNi-Pの相互拡散層と、からなる無電解Ni-Pめっき層により、管内表面の防食・防錆効果が奏され、腐食性燃料に対して高い耐性を有するとともに、追従性を持ちめっき後の加工が可能な燃料圧送配管となる。また、電気めっきではなく無電解めっき(化学めっき)を用いるので、被めっき材となる母材鋼管の内部に電極を挿入する必要がない。このため、母材鋼管内への電極挿入に起因する前記従来の問題点が解消され、内径が小さい母材鋼管の内表面にも容易且つ迅速にめっき層を形成することができる。したがって、量産にも適するものとなる。

図面の簡単な説明

[0008]
[図1] 本発明の実施の一形態に係る燃料圧送配管の接続構造の一例を示す要部断面図である。
[図2] 図1の燃料圧送配管の要部拡大断面図である。
[図3] 図1の燃料圧送配管の無電解Ni-Pめっき層を拡大して示した模式断面図である。

発明を実施するための形態

[0009]
 以下、添付図面を参照して本発明の実施の一形態について説明する。
 図1は、本発明の実施の一形態に係る燃料圧送配管1の接続構造の一例として、ガソリン直噴エンジンシステムやディーゼルエンジンシステムにおける燃料圧送配管1と相手部品2との接続構造を示している。
[0010]
 燃料圧送配管1は、先端に接続頭部1-1を有すると共に、軸芯に流路1-2を有する。接続頭部1-1の先端には、先細略円錐形状でかつ円弧状のシート面1-4を有する押圧座面1-3が形成されている。また、燃料圧送配管1には袋ナット3が抜け出し不能に取り付けられている。この袋ナット3は、接続頭部1-1の形成前に燃料圧送配管1に装着され、燃料圧送配管1の先端に接続頭部1-1を形成することにより抜け出し不能となる。
[0011]
 相手部品2は、軸芯に貫通孔2-1を有する筒状のものであり、外周面に雄螺子2-3を有する。この雄螺子2-3は、袋ナット3とねじ結合可能である。相手部品2には、貫通孔2-1の一端に、外向きに拡開する円錐形状の受圧座面2-2が形成されている。この受圧座面2-2は、燃料圧送配管1のシート面1-4と密着可能である。
[0012]
 前記構成において、燃料圧送配管1のシート面1-4を相手部品2の受圧座面2-2に当接させ、相手部品2の雄螺子2-3に対して袋ナット3をねじ結合させることにより、袋ナット3が接続頭部1-1の首下を相手部品2に対して押圧する。これによって、燃料圧送配管1と相手部品2とが液密に締結される。
[0013]
 図2に示すように、燃料圧送配管1は、スチール製の母材鋼管11の内表面に無電解Ni(ニッケル)-P(リン)めっき層4が形成されたものである。この無電解Ni-Pめっき層4は、圧送される燃料と接触する部位の全てを保護するために、燃料圧送配管1の接続頭部1-1の端末シール部位(シート面1-4等)まで施されていることが好ましい。
[0014]
 燃料圧送配管1の基材として用いるスチール製の母材鋼管11としては、腐食性燃料に対してより有効な作用効果を奏する適正な高耐久性を期待できるシームレス管を用いるのが好適である。また、燃料圧送配管1の接続頭部1-1を、例えば座屈加工によって成形することで、接合加工のための溶接工程を省略できる。このため、従来のステンレス系配管で見られる塑性加工時の応力腐食割れ(SCC)がなく、接合加工時の熱影響による粒界腐食や鋭敏化(SCCの発生危険度の上昇)、機械的性質(強度)の低下を防止できる。
[0015]
 図2に示すように、無電解Ni-Pめっき層4は、燃料圧送配管1の端末シール部位(シート面1-4等)を含む燃料流路領域の全体に設けられる。無電解Ni-Pめっき層4は、その断面を図3に示すように、母材鋼管11の母材(鉄Fe)とNi-Pとの相互拡散層(Fe-Ni-P)4aと、該相互拡散層4aの最表面に形成されたNi-Pのみの非相互拡散層4bとで構成され、かつ非相互拡散層4bの層厚は3μm以上で、相互拡散層4aと非相互拡散層4bの合計層厚は6μm以上16μm以下とするのが好ましい。
[0016]
 ここで、非相互拡散層4bの層厚を3μm以上とし、かつ相互拡散層4aと非相互拡散層4bの合計層厚を6μm以上16μm以下とするのは、これらの数値範囲とすることで、熱処理によって無電解Ni-Pめっきの応力が除去されることにより加工部に対して追従性を有し、かつ腐食性燃料からの配管母材11への腐食攻撃に対するバリア機能を十分に保持できるからである。なお、相互拡散層4aと非相互拡散層4bの合計層厚が16μmを超えると、製造コストの上昇に見合う効果が得られないばかりか、当該管材の内径寸法が縮小されるため高圧燃料配管の寸法公差から外れるおそれがあったり、追従性が弱くなったりするおそれがあるので、合計層厚は16μm以下とするのが好ましい。相互拡散層4aと非相互拡散層4bの合計層厚は8μm程度とするのが最も好ましい。
[0017]
 前記のように、母材鋼管11の母材(Fe)とNi-Pとの相互拡散層4aと、この相互拡散層4aの最表面に形成されたNi-Pのみの非相互拡散層4bとで構成される無電解Ni-Pめっき層を管内表面に有する燃料圧送配管1において、非相互拡散層4bの層厚が3μm以上で、相互拡散層4aと非相互拡散層4bの合計層厚が6μm以上16μm以下とすることにより、例えば、管外表面に施されたZn(亜鉛)めっきを管内表面の一部に付き回らせた燃料配管のZnめっきが腐食性燃料によって全て溶出してしまっても耐食性が保持される。また、母材鋼管11の母材(Fe)とNi-Pの相互拡散層4aは、配管母材11とNi-Pの相互拡散により強固なアンカー効果を持つ一方、非相互拡散層4bは熱処理によって応力が除去されるため展性が向上し追従性を持つため、端末加工や曲げ加工等の加工部においても皮膜割れが生じることはない。さらに、相互拡散層4aと非相互拡散層4bとからなる所定の層厚を有する無電解Ni-Pめっき層を配管の端末シール部位を含む箇所に施すことで、Znめっきを施さなくても当該燃料圧送配管1は腐食性燃料に対する耐食性を保持することができる。
[0018]
 次に、燃料圧送配管1の製造方法について説明する。燃料圧送配管1は、無電解めっき工程と、加熱工程と、加工工程と、を順次備える製造方法によって製造される。
[0019]
 無電解めっき工程は、被めっき材である母材鋼管11の内表面に無電解Ni-Pめっき層4を形成する工程である。無電解めっき工程は、周知のめっき液に母材鋼管11を浸漬することによって行われる。
[0020]
 無電解Ni-Pめっき層4におけるPの含有量(共析率)は1.1%~2.0%となるようにするのが好ましい。無電解Ni-Pめっき層4のPの含有量が1.1%未満ではめっき速度が落ちてしまい生産性が悪くなり、他方、2.0%を超えると、無電解Ni-Pめっき層4が硬くなってしまい、後で述べる加工工程で割れや剥離が発生しやすくなるためである。Pの含有量を前記数値範囲とすれば、めっき速度のアップと、加工時における無電解Ni-Pめっき層4の耐性の向上とを両立できる。
[0021]
 無電解Ni-Pめっき層4のPの含有量は、前記数値範囲の中でも特に、1.5%程度とするのが好ましい。実験によれば、Pの含有量が1.0%以下の場合にはめっき速度が約11μm/hr以下であるのに対し、Pの含有量を1.5%にすることでめっき速度が約14μm/hrとなり、処理速度を20%以上アップさせることができた。
[0022]
 加熱工程は、無電解Ni-Pめっき層4が形成された母材鋼管11を加熱処理して、母材鋼管11と無電解Ni-Pめっき層4との境界部に相互拡散層4aを形成する工程である。加熱工程においては、無電解Ni-Pめっき層4が形成された母材鋼管11を、真空炉等の熱処理炉内で加熱処理する。なお、加熱温度(設定管理温度)は、特に制限するものではないが、650℃~850℃とするのが好ましく、また、加熱時間についての制約はない。この加熱工程で、母材鋼管11の母材である鉄(Fe)と、無電解Ni-Pめっき層4のNiとPとが熱により互いに反応し、母材鋼管11と無電解Ni-Pめっき層4との境界部に相互拡散層4aが形成される。この相互拡散層4aが形成されることで、母材鋼管11と無電解Ni-Pめっき層4との密着性が向上する。
[0023]
 加工工程は、無電解めっき工程と加熱工程とを終えた母材鋼管11を、燃料圧送配管1の具体的な使用形態に適合する所定の形状に塑性加工する工程である。例えば、図1に示した、袋ナット3と接続頭部1-1とを有する燃料圧送配管1を製造する場合には、無電解めっき工程と加熱工程とを終えた母材鋼管11の一端側に袋ナット3を装着し、袋ナット3を母材鋼管11の他端側に退避させた状態で、母材鋼管11の一端部に圧力をかけて接続頭部1-1を形成する。接続頭部1-1の形成は、図示しないチャックとパンチとを用いて、母材鋼管11の一端部を軸方向に押圧することによって行われる。接続頭部1-1の形成時には、母材鋼管11の一端部が圧縮されて塑性変形する。しかし、実験によれば、この塑性変形の際に無電解Ni-Pめっき層4に割れや剥離は全く生じなかった。
[0024]
 前記製造方法によれば、管内表面の防食・防錆効果が奏され、腐食性燃料に対して高い耐性を有するとともに、追従性を持ちめっき後の加工が可能な燃料圧送配管が得られる。また、電気めっきではなく無電解めっき(化学めっき)を用いることで、母材鋼管11の内部に電極を挿入する必要がない。このため、母材鋼管11内への電極挿入に起因する従来の問題点が解消され、例えば内径が3mm以下のような、内径が小さい母材鋼管の内表面にも容易且つ迅速にめっき層を形成することができる。したがって、量産にも適するものとなる。
[0025]
 なお、前記製造方法は、内面に防食・防錆性を有し、且つ熱処理後に塑性加工が必要な配管の製造について広く適用可能である。
実施例
[0026]
 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、全て本発明の技術的範囲に含まれる。
[0027]
 [実施例1~7]
 母材鋼管として外径6.35mm、内径3mmのスチール製管材(供試No.1~7)を用いて、常法の無電解めっきと熱処理により各管内表面に層厚2.9~5.7μmの相互拡散層(母材鋼管の母材FeとNi-Pとの相互拡散層)と層厚3.2~7.5μmの非相互拡散層(Ni-Pのみの非相互拡散層)とから成る無電解Ni-Pめっき層(層厚6μm以上16μm以下)を形成した。
 本実施例におけるスチール製管材の相互拡散層と非相互拡散層とからなる無電解Ni-Pめっき層の層厚の測定、腐食性試験及び追従性試験(曲げ加工試験)を下記要領で行った結果を表1に示す。
[0028]
・無電解Ni-Pめっき層の層厚の測定:
 相互拡散層と非相互拡散層とからなる無電解Ni-Pめっき層の層厚は、走査電子顕微鏡(JEOL製:6510LA)及びエネルギー分散型X線分析装置(JEOL製:JED-2300)を用い、線分析にて測定した。
・腐食性試験:
 内面全体に無電解Ni―Pめっきが施された各スチール製管材内に、腐食性燃料(20%アルコール混合燃料(ガソリン)(有機酸(蟻酸及び酢酸)500ppm,水分5%、塩素10ppmを含む)を封入して、温度120℃で1000時間放置した時の管内の腐食状況を確認した。腐食評価は、赤錆の有無を目視及び実体顕微鏡にて観察して判定した。
・追従性試験:
 内面全体に無電解Ni-Pめっきが施された各スチール製管材をR15でU字形に曲げ加工を施した後、走査顕微鏡を用いて当該曲げ加工部のめっき皮膜の皮膜割れ状況を観察した。
[0029]
 [比較例1~6]
 実施例1~7と同じ外径6.35mm、内径3mmのスチール製管材を用いて、常法の無電解めっきと熱処理により各管内表面に層厚2.8~9.3μmの相互拡散層(母材鋼管の母材FeとNi-Pとの相互拡散層)と層厚2.5~10.6μmの非相互拡散層(Ni-Pのみの非相互拡散層)とから成る無電解Ni-Pめっき層を形成した。なお、無電解Ni-Pめっき層の層厚の測定は、前記実施例1~7と同じ方法で測定した。
 本比較例におけるスチール製管材の相互拡散層と非相互拡散層からなる無電解Ni-Pめっき層の腐食性試験及び追従性試験(曲げ加工試験)を実施例1~7と同様の方法で行った結果を表1に併せて示す。
[0030]
 [従来例]
 外径8mm、内径5mmのスチール製管材を用いて、常法の電気めっきと熱処理により各管内表面に層厚8.0μmの相互拡散層(母材鋼管の母材FeとNiとの相互拡散層)と層厚4.6μmの非相互拡散層(Niのみの非相互拡散層)とから成るNiめっき層を形成した。なお、Niめっき層の層厚の測定は、前記実施例1~7と同じ方法で測定した。
 従来例におけるスチール製管材の相互拡散層と非相互拡散層からなるNiめっき層の腐食性試験及び追従性試験(曲げ加工試験)を実施例1~7と同様の方法で行った結果を表1に併せて示す。

[0031]
[表1]


[0032]
 表1の結果より、以下のように考察することができる。
(1)管内表面において、母材とNi-Pの相互拡散層と、相互拡散層の最表面に形成されたNi-Pのみの非相互拡散層とで構成され、かつ非相互拡散層の層厚が3μm以上で、相互拡散層と非相互拡散層の合計層厚が6μm以上16μm以下の無電解Ni-Pめっき層を形成した本発明の実施例1~7のスチール製管材は、いずれも熱処理によって無電解Ni-Pめっきの応力を除去できたことにより加工部に対しても追従性が見られ、非相互拡散層が3μm以上、かつ相互拡散層と非相互拡散層の合計が6μm以上存在することで、腐食性燃料に対する防錆力が十分保持されたことにより非加工部及び加工部共に赤錆の発生は見られず、追従性及び耐食性に優れることが明らかである。
(2)本発明の実施例1~7のものは、無電解Ni-Pめっき層におけるPの含有量(共析率)が1.1%~2.0%の範囲内にあり、めっき速度のアップ(生産性の向上)と、加工時における無電解Ni-Pめっき層の耐性の向上とが両立できた。
(3)本発明の実施例1~7のものは、熱処理時の加熱温度(熱処理温度)を650℃~850℃の範囲内とすることで、生産性、追従性、耐腐食性の全てにおいて良好な結果が得られた。
(4)非相互拡散層の層厚が本発明の規定値より外れた比較例5(層厚2.5μm)のものは、追従性には問題はないが、腐食性試験の結果より明らかなように、皮膜が薄膜(合計層厚5.7μm)であることから本発明の実施例1~7に比べて耐食性が劣るため、燃料圧送配管としては採用し難い。
(5)相互拡散層と非相互拡散層の合計層厚が本発明の規定値より外れた比較例6(合計層厚16.9μm)のものは、追従性試験の結果は割れが見られたため不適であり、厚い層厚に起因すると思われる。さらに、比較例6のものは、層厚が厚いこともあり生産性にも問題がある。これらの理由により、比較例6のものは燃料圧送配管としては採用し難い。
(6)比較例1のものは、めっき速度が遅く、生産性に問題があった。これは、無電解Ni-Pめっき層におけるPの含有量(共析率)が0.8%であり、1.1%より低いことに起因すると思われる。
(7)比較例2のものは、追従性試験の結果に問題があった。これは、無電解Ni-Pめっき層におけるPの含有量(共析率)が2.2%であり、2%より高いことに起因すると思われる。
(8)比較例3のものは、追従性試験の結果に問題があった。これは、熱処理時の加熱温度(熱処理温度)が600℃であり、650℃より低いことに起因すると思われる。
(9)比較例4のものは、腐食性試験の結果に問題があった。これは、熱処理時の加熱温度(熱処理温度)が900℃であり、850℃より高いことに起因すると思われる。
(10)従来例は、無電解Ni-Pめっきではなく電気Niめっきによるものであり、本願の出願人が所有している特許(特許第6245687号)の実施品である。この従来例は追従性、耐食性とも良好である。但し、電気めっきであるので、母材鋼管の内部に電極を挿入する必要がある。このため、母材鋼管の内径が小さい場合には生産性の点で本発明に優位性がある。

符号の説明

[0033]
 1 燃料圧送配管
 1-1 接続頭部
 1-2 流路
 1-3 押圧座面
 1-4 シート面
 2 相手部品
 2-1 貫通孔
 2-2 受圧座面
 2-3 雄螺子
 3 袋ナット
 4 無電解Ni―Pめっき層
 4a 相互拡散層
 4b 非相互拡散層
 11 母材鋼管

請求の範囲

[請求項1]
 母材鋼管の内表面にリン含有量が1.1%~2.0%の無電解Ni-Pめっき層が形成され、該無電解Ni-Pめっき層は、母材鋼管の母材とNi-Pの相互拡散層と、該相互拡散層の最表面に形成されたNi-Pのみの非相互拡散層とで構成され、かつ前記非相互拡散層の層厚が3μm以上で、前記相互拡散層と前記非相互拡散層の合計層厚が6μm以上16μm以下である、燃料圧送配管。
[請求項2]
 前記相互拡散層と前記非相互拡散層とで構成される前記無電解Ni-Pめっき層が接続頭部の端末シール部位まで施されている、請求項1に記載の燃料圧送配管。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]