| 【発明の名称】 |
管材同士および容器の気密接合方法並びに空調機および電池 |
| 【発明者】 |
【氏名】網本 俊之
【氏名】新家 達弥
【氏名】森山 金悟
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| 【要約】 |
【課題】簡単なかしめ治具を用いることによって、シール材や熱を使わずに気密性のある部品間接合若しくは封止を実現しようとする管材同士および容器の気密接合方法並びに空調機および電池を提供することにある。
【解決手段】本発明は、所定の断面形状を持つ第１の管材１または容器４の開口部と、該第１の管材または容器の開口部と相似形の断面を持ち、前記第１の管材または容器の開口部の外周寸法より大きい内周寸法を持つ第２の管材２または容器５の開口部とを相対的に差し込み、該第２の管材２または容器５の開口部における外形部分に環材３または圧入部材６を圧入して第２の管材または容器の開口部の外周寸法を縮めて第１の管材１または容器４の開口部の外周と第２の管材２または容器５の開口部の内周とを密着させて接合することを特徴とする気密接合方法である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の断面形状を持つ第１の管材の開口部を、該第１の管材の開口部と相似形の断面を持ち、前記第１の管材の開口部の外周寸法より大きい内周寸法を持つ第２の管材の開口部に差し込み、該第２の管材の開口部における外形部分に圧入部材を圧入して第２の管材の開口部の外周寸法を縮めて第１の管材の開口部の外周と第２の管材の開口部の内周とを密着させて接合することを特徴とする管材同士の気密接合方法。
【請求項２】前記第１の管材の開口部または第２の管材の開口部を、塑性加工を施して製造することを特徴とする請求項１記載の管材同士の気密接合方法。
【請求項３】前記第１の管材の開口部または第２の管材の開口部を、拡管フレア加工を施して製造することを特徴とする請求項１記載の管材同士の気密接合方法。
【請求項４】前記第１の管材および第２の管材を銅材で形成し、前記圧入部材を真鍮材で形成したことを特徴とする請求項１または２または３記載の管材同士の気密接合方法。
【請求項５】請求項４記載の管材同士の気密接合方法により、管材同士が接合された冷媒の配管系を持つことを特徴とする空調機。
【請求項６】所定の開口部の形状を持つ第１の容器の開口部を、該第１の容器の開口部の形状と相似形で、第１の容器の開口部の外周形状より大きい開口部の内周形状を持つ第２の容器の開口部に差し込み、該第２の容器の開口部の外形部分に圧入部材を圧入して第２の容器の開口部の外周部分を縮めて第１の容器の開口部の外周と第２の容器の開口部の内周とを密着させて接合することを特徴とする容器の気密接合方法。
【請求項７】前記第１の容器の開口部または第２の容器の開口部を、塑性加工を施して製造することを特徴とする請求項６記載の容器の気密接合方法。
【請求項８】請求項６または７記載の容器の気密接合方法により、電解液の入った第１または第２の容器を、第２または第１の容器である蓋材によって封止して構成したことを特徴とする電池。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、管材同士の気密接合、若しくは容器の気密封止接合する方法、特に、液体或いは気体の通る管材同士の突き合わせ接合方法や、液体或いは気体の充填された容器の封止接合方法並びに空調機および電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】部品同士を接合して、その接合面の気密性を得る従来の接合方法として、部品間の接合面にＯリングを挟むという方法が知られている。これは、ＪＩＳＢ２４０１に定められているものが一般的で、使用圧力は２０．５９ ＭＰａ 以下である。ところが、この方法では、Ｏリングという独立した別の部品と、ＪＩＳＢ２４０６（１９７７年）に定められた、所定のＯリングに合わせた前工程での高精度の溝加工とが必要であった。この詳細は、ＪＩＳハンドブック製図（１９９１年４月２０日第１版第１刷発行）の６４９頁〜６６７頁に記されている。実例としては特開平７−１２５７６１号に見られるブチルゴムのパッキンを用いて気密性を得る方法があった。これに対して、前工程の高精度の部品加工がいらない方法として、清涼飲料等の缶やトラストパック等の封じに用いられる製缶技術が挙げられる。この方式の詳細は、「モノづくり解体新書一の巻」３８頁から４１頁に記されている。この方法は、深絞りされた筒部と、プルタブ等の付いた蓋部とを、２重巻締めと呼ばれる方法で接合される。この時、巻締め加工された２部品の間に、シール材として、スチレン・ブタジエンラバーを塗り込むことにより、気密性を得るものである。２重巻締めは１８９６年に米国で開発され、食品を対象とする場合、内部圧力は０．０７〜０．２ＭＰａ、温度は常温〜９０℃までの範囲内で使用している。
【０００３】また、製缶技術に似た方法として、乾電池を封じする方法として、アルカリ溶液の充填された負極となる筒部と、正極となる蓋部を接合する方法がある。これはシール材として共締めするためにナイロン６６のパッキンを挟んだ上に、タールを塗って筒部を蓋部にかしめ、気密性を得るものである。耐圧は４．９ ＭＰａ 迄で、使用温度条件は通常常温〜６０℃で、最高８０℃迄とされている。
【０００４】或いは、特開昭５５−１５２９８６号に記載のように、接着剤を塗布後に管材同士を突き合わせて差し込み、外側の管材をスエージングマシンによりかしめる方法もあった。
【０００５】更に、管材同士を突き合わせて接合し、真空状態での気密性を得る方法として、ＩＣＦフランジというものが知られている。この方式は、日電アネルバ（株）の Ｖａｃｕｕｍ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ というカタログの平成元年１１月発行第３版の２０９頁〜２１０頁にその詳細を見ることができる。この方式は、管材同士を気密性を保ちつつ接合させる方式で、ステンレス鋼製の２つのフランジの間に無酸素銅製のガスケットを挟み、両フランジをガスケットに食い込ませて、固定し、気密性を得るものである。真空耐圧は、１００ｐＰａ以下、耐熱温度は−１９６℃〜４５０℃とされている。この管材同士を突き合わせて接合し、内圧のかかる状態で気密性を得る方法としては、ロー付け或いは溶接による方法が一般に知られている。例えばエアコンの冷媒通路の配管等の接合は全てロー付けによって気密接合され、製品仕様として１１．８ＭＰａの耐圧が要求される。これらの方式に加えて、電磁弁の組立に使用される方式としてコイニングシールが挙げられる。コイニングシールは、特開平５−７９５７５号公報に記載のように、接合させる２部品の間に硬度の高い別の円筒部品を入れて、その円筒部品を接合させる部品に食い込ませて気密性を維持し、同時に食い込ませるのに要した力でもって、接合させる２部品及びその円筒部品間に密着力を発生させて固定するものである。この方式で８０ＭＰａの耐圧が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の気密封止方法である、Ｏリング・製缶・乾電池・接着剤入りかしめ・ＩＣＦフランジ・コイニングシールは、接合部品の他に、別部品となるシール材を必要としていた。Ｏリング、製缶、乾電池、接着剤入りかしめは、非金属のシール材もしくは液状のシール剤を必要としており、組立ライン上の気密封止工程が増え、設備も大型、複雑なものとなるという問題があった。またＩＣＦフランジやコイニングシールは金属製のシール材だが、ＩＣＦフランジはシール材を冷間塑性変形させるのに対し、コイニングシールはシール材が接合部品を冷間塑性変形させるというものであった。ＩＣＦフランジは締結にボルト等の締結部品が必要としており、製造工程や部品数が増えるという問題があった。コイニングシールは、接合部品に大きな力を負荷するため、接合部品の側壁にはある程度の厚みが必要であり、薄肉物に対応できないという問題があった。また、均一な密着力が要求されるため、大きい口径の部品間接合には適応できないという問題もあった。ロー付けや溶接は、熱を接合部品に加えるため、変形や表面酸化或いは熱に弱い部品が近くにあると、その部品を冷却しながらの接合が必要であり、製造設備も大型化、複雑化するという問題もあった。
【０００７】本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単なかしめ治具で、シール材や熱を使わずに気密性のある部品間接合若しくは封止を実現しようとする管材同士および容器の気密接合方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、気密接合した冷媒の配管系を容易に製造することができるようにして原価低減をはかった空調機を提供することにある。また本発明の他の目的は、電解液の入った容器を蓋材によって容易に気密封止して原価低減をはかった電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、所定の断面形状を持つ第１の管材の開口部を、該第１の管材の開口部と相似形の断面を持ち、前記第１の管材の開口部の外周寸法より大きい内周寸法を持つ第２の管材の開口部に差し込み、該第２の管材の開口部における外形部分に圧入部材を圧入して第２の管材の開口部の外周寸法を縮めて第１の管材の開口部の外周と第２の管材の開口部の内周とを密着させて接合することを特徴とする管材同士の気密接合方法である。また、本発明は、前記管材同士の気密接合方法において、前記第１の管材の開口部または第２の管材の開口部を、塑性加工を施して製造することを特徴とする。また、本発明は、前記管材同士の気密接合方法において、前記第１の管材の開口部または第２の管材の開口部を、拡管フレア加工を施して製造することを特徴とする。本発明は、前記管材同士の気密接合方法において、前記第１の管材および第２の管材を銅材で形成し、前記圧入部材を真鍮材で形成したことを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、前記管材同士の気密接合方法により、管材同士が接合された冷媒の配管系を持つことを特徴とする空調機である。
【００１０】また、本発明は、所定の開口部の形状を持つ第１の容器の開口部を、該第１の容器の開口部の形状と相似形で、第１の容器の開口部の外周形状より大きい開口部の内周形状を持つ第２の容器の開口部に差し込み、該第２の容器の開口部の外形部分に圧入部材を圧入して第２の容器の開口部の外周部分を縮めて第１の容器の開口部の外周と第２の容器の開口部の内周とを密着させて接合することを特徴とする容器の気密接合方法である。また、本発明は、前記容器の気密接合方法において、前記第１の容器の開口部または第２の容器の開口部を、塑性加工を施して製造することを特徴とする。また、本発明は、前記容器の気密接合方法により、電解液の入った第１または第２の容器を、第２または第１の容器である蓋材によって封止して構成したことを特徴とする電池である。
【００１１】以上説明したように、前記構成により、お互いの接合部品が密着し、簡易な構造で熱を用いない気密封止接合を実現することができる。また前記構成により、気密接合した冷媒の配管系を容易に製造することができ、その結果空調機の原価低減をはかることが可能となる。また前記構成により、電解液の入った容器を蓋材によって容易に気密封止し、その結果電池の原価低減をはかることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態を図１〜図１５を用いて説明する。図１は本発明に係る気密封止接合方法の一実施の形態を用いて組み立てられた、管材同士の突き合わせ接合状態を示す断面図である。銅材からなる被接合管材１と被接合管材２は、共に内径Ｄ1φ＝１０．７ｍｍφ、外径Ｄ2φ＝１２．８ｍｍφで同寸法の円形断面被接合管材だが、被接合管材２の開口部は被接合管材１の開口部を挿入できるように、長さＬ1＝１０．６ｍｍ〜１５．６ｍｍに渡って内径Ｄ3φ＝１２．９ｍｍφ、外径（外周寸法）Ｄ4φ＝１５．０ｍｍφとなるように塑性加工の一つである拡管フレア加工されている。被接合管材１の開口部は被接合管材２の開口部であるその拡管フレア加工部２ａに挿入され、その状態のまま、肉厚が２〜５ｍｍ程度の内径（内周寸法）Ｄ5φ＝１４ｍｍ〜１４．５ｍｍφ程度（好ましいのは約１４．２５ｍｍφ）で、長さが１０．６ｍｍ〜１２．６ｍｍ程度の真鍮材からなる環材（圧入部材）３が圧入代約０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度（好ましいのは約０．７５ｍｍ）で被接合管材２の拡管フレア加工部２ａの外周に圧入される。環材３は圧入されやすいように、２．６ｍｍの長さに渡って、８°〜１５゜程度のテーパが付けられている。こうして、環材３が被接合管材２の拡管フレア加工部２ａの外周に圧入されることによって、被接合管材１及び環材３との間でお互いに力が作用してそれらの間にある被接合管材２のフレア加工部２ａは内外径（外周寸法）が縮まりながら被接合管材１の外周（３μｍ〜８μｍ程度の面粗さ）と拡管フレア加工部２ａの内周（３μｍ〜８μｍ程度の面粗さ）との粗さが互いに潰されて密着接合して、気密性が保たれることになる。被接合管材１は、管状であって、内径Ｄ1φが１０ｍｍφ程度を有し、しかも肉厚が１ｍｍ程度以上を有することから、環材３が被接合管材２の拡管フレア加工部２ａに圧入されたとしても、被接合管材１が殆ど変形することなく、即ち被接合管材１の外径が縮まることなく環材３による被接合管材２のフレア加工部２ａへの内外径の縮まりを拡管フレア加工部２ａを支えて被接合管材１の外周（３μｍ〜８μｍ程度の面粗さ）と拡管フレア加工部２ａの内周（３μｍ〜８μｍ程度の面粗さ）との粗さが互いにつぶされて密着接合して、気密性が保たれることになる。なお、被接合管材１の開口部（接合部）の外周に積極的に面粗さが生じるように、塑性加工によって微小な凹凸を作ってもよい。
【００１３】図２は本発明に係る気密封止接合方法の他の実施の形態を用いて組み立てられた、外形が１６３Ｗ×４３Ｄ×１３０Ｈの箱形電池の封止状態を示す断面図である。まず、電解液２８を入れるための、肉厚１．８〜４ｍｍ程度の容器４に、容器４の開口部４ａが、所定の深さｈ（１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度）だけ挿入されるように、加工部の肉厚が１ｍｍ〜２ｍｍ程度の蓋材５をかぶせる。この時、容器４と蓋材５とのはめあい隙間は、０．０５〜０．１ｍｍ程度の寸法である。その状態で、次に長さが８ｍｍ〜１５ｍｍで、肉厚が２ｍｍ〜５ｍｍ程度で、圧入代約０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の圧入部材６を蓋材５の加工部（開口部）に圧入する。こうして、容器４と圧入部材６との間においてお互いに力が作用してそれらの間にある蓋材５の加工部における内外径（外周寸法）が縮まりながら容器４の外周と蓋材５の加工部の内周とが密着して、気密性が保たれることになる。容器４は、箱状であるが、肉厚が１．８ｍｍ程度以上と比較的に厚いことから、圧入部材６が蓋材５の加工部に圧入されたとしても、容器４が殆ど変形することなく、即ち容器４の外径がほとんど縮まることなく圧入部材６による蓋材５の加工部への内外径の縮まりを容器によって支え、容器４の外周と蓋材５の加工部の内周との表面粗さが互いに潰されて密着接合して、気密性が保たれることになる。なお、図２に示す断面形状を有する容器状の蓋材５の加工部（開口部）は、塑性加工に基いて製作してもよいことは明らかである。なお、図１及び図２に示す実施の形態において、お互いに断面形状が違う接合部品を気密接合する場合、両者の開口部の形状を相似形で、なおかつ一方の接合部品を他方の接合部品に挿入できるように加工することで、同様の気密封止接合が実現できる。
【００１４】図３は、図１に示す本発明に係る一実施の形態を実際に気密接合する際の加工の流れを示す説明図である。まず、図３（ａ）に示すように気密接合させたい２つの被接合管材１、２を突き合わせ可能な位置に置き、次に図３（ｂ）に示すように一方の被接合管材１に環材（圧入部材）３を通し、他方の被接合管材２の端部を所定の大きさに塑性加工の一つである拡管フレア加工し、フレア加工部２ａを形成する。次に図３（ｃ）に示すように被接合管材２のフレア加工部２ａの中に被接合管材１を所定長さ（通常はフレア加工部２ａの長さ）だけ挿入する。最後に図３（ｄ）に示すように環材３を被接合管材１の側から被接合管材２のフレア加工部２ａに圧入し、図３（ｅ）に示すように気密封止接合するものである。通常、図１で説明した寸法で、被接合管材１、２が熱伝導の優れた銅、環材３が腐食がなく滑りのよい銅系である真鍮であるならば、およそ１０ｋＮ程度の力で挿入できる。
【００１５】図４は、本発明に係る別の実施の形態において、気密接合する際の加工の流れを示す説明図である。この実施の形態の場合、管径を自由に選択できる場合に有効である。気密接合させたい被接合管材１と被接合管材２は接合する前から、拡管フレア加工をしなくても、被接合管材１が被接合管材２に所定の寸法差で挿入できる寸法の被接合管材であるとする。図４（ａ）に示すように、これらの被接合管材１、２を突き合わせ可能な位置に置き、次に図４（ｂ）に示すように一方の被接合管材１に環材３を通す。次に図４（ｂ）に示すように被接合管材２の中に被接合管材１を所定長さだけ挿入する。最後に図４（ｃ）に示すように環材３を被接合管材１の側から被接合管材２に圧入し、気密封止接合するものである。図５は、本発明に係る更に別の実施の形態において、気密接合する際の加工の流れを示す説明図である。これは、被接合管材１、２の径が異なる場合の実施の形態である。この実施の形態の場合、被接合管材１が被接合管材２の外径よりも大きいものとする。図５（ａ）に示すように気密接合させたい２つの被接合管材１、２を突き合わせ可能な位置に置き、次に図５（ｂ）に示すように被接合管材１に環材３を通し、他方の被接合管材２の端部を被接合管材１の外径よりも大きい、所定の大きさに拡管フレア加工し、フレア加工部２ａを形成する。次に図５（ｃ）に示すように被接合管材２のフレア加工部２ａの中に被接合管材１を所定長さ（通常はフレア加工部２ａの長さ）だけ挿入する。最後に図５（ｄ）に示すように環材３を被接合管材１の側から被接合管材２のフレア加工部２ａに圧入し、気密封止接合するものである。
【００１６】なお、図５に示す実施の形態は、図６に示すように、被接合管材２のフレア加工部２ａが被接合管材１の内径に挿入されるように加工してもよい。この場合、図６（ａ）に示すように気密接合させたい２つの被接合管材１、２を突き合わせ可能な位置に置き、次に図６（ｂ）に示すように他方の被接合管材２の端部を被接合管材１の内径よりも小さい、所定の大きさに拡管フレア加工し、フレア加工部２ａを形成し、環材３は被接合管材２側に通しておく。次に図６（ｃ）に示すように被接合管材２を被接合管材１に挿入後、図６（ｄ）に示すように環材３を被接合管材２の側から被接合管材１に圧入し、気密封止接合するものである。
【００１７】図７は、円形断面でない多角形断面の容器の封止に本発明を適用した場合の実施例を示す分解斜視図である。例えばＳＵＳ材からなる容器４に内容物（例えば電解液）２８を充填した後、容器４の開口部の外形と相似形で、かつ僅かに大きい開口部を持つ例えば銅系材（具体的には黄銅系材）または鉄系材（具体的には鉄の調質材系）からなる蓋材５をかぶせ、容器４が蓋材５に所定長さだけ挿入された状態にする。次に、蓋材５の外形と相似形の圧入部材６を容器４側から通して、蓋材５に圧入する。この手順で気密封止することで、蓋材５の内外径が縮まり、容器４及び圧入部材６と、蓋材５との間にお互いに力をかけながら密着させることで、気密性が保たれるものである。
【００１８】図８は、図１に示した本発明に係る気密封止接合方法の一実施の形態における、圧入する際の治具の動きを示す断面説明図である。被接合管材１側は、被接合管材１の外径と０．１ｍｍ程度だけ、通孔部の内径が大きく加工された治具１５で被接合管材１がつかまれ、被接合管材１に挿入された環材３を被接合管材１、２の軸方向に押し出せるようになっている。また、被接合管材２側は、やはり被接合管材２の未加工部の外径と０．１ｍｍ程度だけ、通孔部の内径が大きく加工された治具１６で被接合管材２がつかまれている。治具１６の一端は、被接合管材２のフレア加工端２ｂの形状に沿った形状に加工されており、フレア加工端２ｂを介して被接合管材２をその軸方向に押し出すことができる。ここで、治具１５を図８に示すところの右方向に、治具１６を同じく左方向に力をかけると、環材３は治具１５によって、被接合管材２のフレア加工部２ａに圧入されていく。この時、治具１６は、被接合管材２ａのフレア加工端２ｂを支持しており、環材３が圧入される時の力を受ける。
【００１９】図９は、図８に示す治具を実際に被接合管材１、２にはめ込む方式を説明するための分解斜視図である。被接合管材１、２をつかむそれぞれの治具１５、１６は半割りとなっており、被接合管材１、２をまたいでつかむ。以後、図８で説明した通りに被接合管材３とフレア加工端２ｂを治具１５、１６で押し込み、気密封止接合するものである。図１０は本発明を適用した一実施例である、エアコンの主要部品である冷媒通路の弁１７と、冷媒配管系１８、１９とを、環材２０、２１によって気密接合した状態を示す図である。即ち、冷媒通路の弁１７につながった熱伝導性の優れた銅等からなる配管の各々と熱伝導性の優れた銅等からなる冷媒配管１８、１９の各々とを図８に示す治具１５および１６を用いて図３に示す方法で腐食がなく滑りのよい銅系である真鍮等からなる環材２０、２１を圧入することによって冷媒通路の弁１７につながった配管の各々と冷媒配管１８、１９の各々とが容易に気密接合されてつながることになる。
【００２０】図１１は本発明を適用した別の例である、箱形電池の、例えばＳＵＳ材からなる容器４を例えばＳＵＳ材からなる蓋材５と圧入部品６を用いて気密封止した状態を示す図である。内容物（例えば電解液）２８が充填された容器４には蓋材５が被せられ、圧入部品６を容器４側から蓋材５に圧入することによって蓋材５の加工部（開口部）の内外周形状が縮まり、容器４及び圧入部材６と、蓋材５との間においてお互いに力がかかりながら密着して気密性が保たれることになる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、被接合管材同士の突き合わせ接合や容器の気密封止に利用することにより、簡易な構造での気密シールが可能となる効果を奏する。特に、ゴム・樹脂・金属製等のシール材を使用しないで気密性を得るため、部品点数を減らす効果がある。部品点数が減るということは、部品代を削減でき、部品の管理業務や管理スペースの削減、さらには、加工組立工数をも削減でき、結果として製品の原価低減につながる効果もある。また、本発明によれば、気密接合した冷媒の配管系を容易に製造することができ、その結果空調機の原価低減をはかることが可能となる。また、本発明によれば、電解液の入った容器を蓋材によって容易に気密封止し、その結果電池の原価低減をはかることが可能となる。
【００２２】また、本発明によれば、熱が不要なため、熱に弱い部品を冷却しながら接合するということもなく、熱変形や表面酸化等の心配もなくなる。また、樹脂等のプラスチック材にも適用可能である。また、本発明は接合部品の僅かな弾性を利用とするもので、気密シールを必要とするあらゆる構造や材質の製品に適用可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 明夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３９５２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１６９０１７ |
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