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JP2005172088A - 樹脂配管の接続構造及びその接続方法 - Google Patents

樹脂配管の接続構造及びその接続方法 Download PDF

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JP2005172088A JP2003411305A JP2003411305A JP2005172088A JP 2005172088 A JP2005172088 A JP 2005172088A JP 2003411305 A JP2003411305 A JP 2003411305A JP 2003411305 A JP2003411305 A JP 2003411305A JP 2005172088 A JP2005172088 A JP 2005172088A
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Abstract

【課題】気体に使用しても漏れがなく、また高圧になっても抜け難く信頼性を著しく高めることが出来、また複層チューブを使用した際にも容易に接合することが可能で、複層チューブの特性を保持したまま漏れ難く信頼性を高くすることが出来る樹脂配管の接続構造及びその接続方法を提供する。
【解決手段】１は熱可塑性樹脂材料から成る単層または多層構造のチューブ、２は熱可塑性樹脂材料から成るニップル部３を備えた継手を示し、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の外側に圧入させて接合し一体的に構成してある。この発明の第１実施形態では、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘを溶融接着させて一体的に構成したものである。この溶融接着する手段としては、一般の溶融手段も可能であるが、この発明の実施形態では嵌合させた接合部の外部から、レーザー装置４を使用して行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は、樹脂配管の接続構造及びその接続方法に係わり、更に詳しくはチューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面を溶融接着させて一体的に構成する樹脂配管の接続構造及びその接続方法に関するものである。
従来、樹脂継手の構造としては、継手のニップルにＯリングを介在させてチューブの一端を嵌合させてシールし、またチューブの抜け止めとしては、継手のニップルに形成した凹凸状の山に引っ掛けた構造である（例えば、特許文献１参照）。 このような樹脂継手の構造は、ガソリンやアルコール等の液体用に使用される継手であり、圧力も比較的低いことから使用が可能であった。しかし、このような樹脂継手を高圧の気体配管に使用した場合、気体の漏れや、抜けに対する性能が不足し、信頼性の低いものになっていた。
また、他の従来の樹脂継手の構造としては、二本のフッ素樹脂製の管や継手の端面同士を赤外線にて加熱して相互に結合させる方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このような継手方法は、軸の端面や肉厚の端面を突き合わせて接合する方法であるため、薄いフィルム状の管を結合することは難しい。
また、近年では、配管に要求される特性が複雑化しており、配管材料は、使用する流体への化学的安定性、配管材料から流体への成分抽出の量特性、流体成分の透過量特性、内圧に対する耐圧強度、温度特性等の要求仕様を満足することが要求される。これらの要求仕様を満足するために配管の複層化が行われている。
またチューブ状の配管の場合、複層化した場合の端面が複数の種類の樹脂となるため、下記の理由から溶融接合が困難となる。
(A).複数の材料の融点や吸収率の高い赤外線の周波数が異なり、それぞれの樹脂材料を同時に接合に適した溶融状態とすることが難しい。
(B).上記の要求特性、材料コストの制約、配管の可撓性等の仕様から、しばしばフィルム状の層を使用する必要がある。
特開２００２−２２８０８７号公報 特公平３−４３０５４号公報
この発明はかかる従来の問題点に着目し、チューブと継手との境界接合面を溶融接着させて一体的に構成するので、気体に使用しても漏れがなく、また高圧になっても抜け難く信頼性を著しく高めることが出来、また複層チューブを使用した際にも容易に接合することが可能で、複層チューブの特性を保持したまま漏れ難く信頼性を高くすることが出来る樹脂配管の接続構造及びその接続方法を提供することを目的とするものである。
この発明は上記目的を達成するため、この発明の樹脂配管の接続構造は、チューブの端末部と継手のニップル部とを圧入させて接合して成る樹脂配管の接続構造であって、前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面を溶融接着させて一体的に構成したことを要旨とするものである。
また、この発明の他の樹脂配管の接続構造は、チューブと継手とを、レーザー光を透過する樹脂材料またはレーザー光を吸収する樹脂材料で形成し、前記チューブの端末部と継手のニップル部との圧入嵌合時に、少なくともレーザー光を照射する側がレーザー光が透過する樹脂材料となるように配設し、前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面をレーザー装置からレーザー光を照射させて溶融接着させて一体的に構成したことを要旨とするものである。
ここで、前記チューブを異種材料から成る多層構造に構成すると共に、チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面が同種材料となるように構成し、また前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面の少なくとも一方を、凹凸面状に形成するものである。
また、前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面間に、レーザー光を吸収するスリーブを介在させることも可能であり、また前記レーザー光を吸収する樹脂材料がカーボンブラックを含有するものであり、前記チューブと継手との少なくとも一方に、可視光を吸収し、赤外線を透過する染料または顔料を添加することも可能である。前記チューブを多層構造とした場合、最内層面を、フッ素樹脂により形成するものである。
このように、チューブと継手との境界接合面を溶融接着させて一体的に構成するので、気体に使用しても漏れがなく、また高圧になっても抜け難く信頼性を著しく高めることが出来るものである。
また、この発明の樹脂配管の接続方法は、チューブの端末部と継手のニップル部と圧入嵌合時に、レーザー光を照射する側がレーザー光が透過する樹脂材料となるように圧入し、チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面に、レーザー装置からレーザー光を照射させて溶融させ、境界接合面を一体的に溶融接着することを要旨とするものである。
このように、チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面に、レーザー装置からレーザー光を照射させて溶融させ、境界接合面を一体的に溶着することで、気体に使用しても漏れがなく、また高圧になっても抜け難く信頼性を著しく高めることが出来、また複層チューブを使用した際にも容易に接合することが可能で、複層チューブの特性を保持したまま漏れ難く信頼性を高くすることが出来る。
この発明は、上記のようにチューブと継手との境界接合面を溶融接着させて一体的に構成するので、以下のような優れた効果を奏するものである。
(a).気体に使用しても漏れがなく、また高圧になっても抜け難く信頼性を著しく高めることが出来る。
(b).複層チューブを使用した際にも容易に接合することが可能で、複層チューブの特性を保持したまま漏れ難く信頼性を高くすることが出来る。
(c).従来のようなＯリング等のシール部材が不要であるため、ゴム材に含まれる可塑剤等の不純物が流体に抽出することがなく、配管を使用する装置に悪影響を与えることが無い。
(d).レーザー装置は、従来の公知のものを使用して行うので、安全な作業を行うことが出来る上、設備を簡単で効率良く生産でき、コストダウンを図ることが出来る。
以下、添付図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。
図１は、この発明の第１実施形態を示す樹脂配管の接続構造の半断面図を示し、１は熱可塑性樹脂材料から成る単層または多層構造のチューブ、２は熱可塑性樹脂材料から成るニップル部３を備えた継手を示し、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の外側に圧入させて接合し一体的に構成してある。
この発明の第１実施形態では、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘを溶融接着させて一体的に構成したものである。
この溶融接着する手段としては、一般の溶融手段も可能であるが、この発明の実施形態では嵌合させた接合部の外部から、公知の半導体レーザー，固体レーザー，気体レーザー等から選ばれた一つのレーザー装置４を選択して使用する。この場合の条件としては、前記チューブ１と継手２とを、レーザー光Ｑを透過する透明な熱可塑性樹脂材料、またはレーザー光Ｑを吸収する（レーザー光を通し難い）例えば、黒色の熱可塑性樹脂材料でそれぞれを形成する。
なお、レーザー装置４は一台に限定されず、複数台を使用することも可能であり、またレーザー光Ｑを照射する位置は、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘの全面、または一部に照射するものである。
そして、前記チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３に圧入させて嵌合する時に、少なくともレーザー光Ｑを照射する側がレーザー光Ｑが透過する樹脂材料となるように配設し、前記チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘをレーザー装置４からレーザー光Ｑを照射させて溶融接着させて一体的に構成するものである。
例えば、図１の第１実施形態では、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３に圧入させて嵌合する場合であり、チューブ１をレーザー光Ｑを透過する透明な熱可塑性樹脂材料で形成し、継手２をレーザー光Ｑを吸収する黒色の熱可塑性樹脂材料で構成する。
また、図２に示す第２実施形態の場合には、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の内側に圧入させて嵌合するので、この場合には、継手２をレーザー光Ｑを透過する透明な熱可塑性樹脂材料で形成し、チューブ１をレーザー光Ｑを吸収する黒色の熱可塑性樹脂材料で形成するものである。
図１の第１実施形態では、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘにレーザー装置４からレーザー光Ｑを照射させると、レーザー光Ｑの熱エネルギーがチューブ１の端末部１ａを透過して継手２のニップル部３を加熱し、その熱エネルギーがチューブ１の端末部１ａに伝わり、継手２とチューブ１の端末部１ａとの境界接合面Ｘがそれぞれ溶融されて溶融接着されることになる。
なお、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘが確実に融着するためには、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３とが密着しているか、その隙間が0.05mm以下である必要があるが、上記のようにチューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３とを圧入させるので隙間なく密着させることが出来る。
また、硬質の樹脂チューブを使用する場合には、嵌合時に密着が悪くなることが想定され、この場合には、例えば、図３の継手２のニップル部３の外側を凹凸面状に形成して段差５を設け、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の外側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図や、図４の継手２のニップル部３の内側を凹凸面状に形成して段差５を設け、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の内側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図に示すように、継手２のニップル部３の境界接合面Ｘを凹凸面状に形成した段差５を設けることにより、境界接合面Ｘにおける接触圧力を高めることが出来、これにより接続部の品質と信頼性を高めることが可能となる。
また、チューブ１の外表面に段差を設けて上記と同様な効果を奏するようにすることも可能である。
なお、その他の構成及び作用は上記第１実施形態と同様なので同一符号を付して説明は省略する。
また、図５のチューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘ間に、レーザー光Ｑを吸収する樹脂材料で形成したスリーブ６を介在させ、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の外側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図や、図６のチューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘ間に、レーザー光Ｑを吸収する樹脂材料で形成したスリーブ６を介在させ、チューブ１の端末部１ａを継手２のニップル部３の内側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図に示すように、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘ間にレーザー光を吸収するスリーブ６を介在させた状態で嵌合させ、このスリーブ６の部分にレーザー装置４からレーザー光Ｑを照射させると、レーザー光Ｑの熱エネルギーによりスリーブ６が溶融して、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘを溶融接着させることが出来る。
なおこの実施形態では、チューブ１と継手２とを、共にレーザー光Ｑが透過する透明な熱可塑性樹脂材料で構成するか、またはレーザー光Ｑを照射する側をレーザー光Ｑが透過する透明な熱可塑性樹脂材料で構成したチューブ１または継手２を配設するものである。
なお、その他の構成及び作用は上記第１実施形態と同様なので同一符号を付して説明は省略する。
このような樹脂配管の接続構造にすることで、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３とを混入物の無い樹脂材料で製作することが出来、この結果、不純物を嫌う用途に使用する際には、配管材料からの抽出物が流体に混入することをなくすことが出来る。
更に、上記の各実施形態におけるチューブ１，スリーブ６、継手２のレーザー光を吸収するための材料としては、カーボンブラックを採用することにより、レーザー光の吸収率が高くて効率が良く、しかも安価に製作できる利点がある。また、チューブ１または継手２に可視光を吸収し、赤外線を透過する染料または顔料を添加すると、ＹＡＧレーザー等の赤外光域の波長を持つレーザーを使用して融着性を損なわずにチューブ１の色を任意にすることが出来、多数の配管に使用される装置に使用した際にも視認性を高めることが可能となる。
なお、上記の各実施形態は、チューブ１を単層チューブまたは多層チューブの配管接合構造について説明したが、単層（一種類の樹脂）チューブの場合には、特にレーザー装置を使用しなくても他の融着装置等により継手２との溶融接着は可能である。しかし、図１及び図２の点線で示すように、チューブ１の最内層や最外層を異なった樹脂材料１ｘで形成した多層構造にした場合、従来の融着装置では配管接合が難しく、またシール性等の信頼性も低いものとなる。
特に、チューブ１の最内層と同一のフッ素樹脂をベースとし、レーザー光を吸収する材料を添加した材料を使用して継手を製作した場合には、流体の接触する面をフッ素樹脂のみにすることが出来、複層チューブの溶融接着を容易に行うことが出来る。
以上のように、チューブ１の端末部１ａと継手２のニップル部３との境界接合面Ｘに、レーザー装置４からレーザー光Ｑを照射させて溶融させ、境界接合面Ｘを一体的に溶融接着することで、気体に使用しても漏れがなく、また高圧になっても抜け難く信頼性を著しく高めることが出来、また複層チューブを使用した際にも容易に接合することが可能で、複層チューブの特性を保持したまま漏れ難く信頼性を高くすることが出来る。
この発明の第１実施形態を示すチューブの端末部を継手のニップル部の外側に圧入させて接合した状態の半断面図である。 この発明の第２実施形態を示すチューブの端末部を継手のニップル部の内側に圧入させて接合した状態の半断面図である。 継手のニップル部の外側を凹凸面状に形成して段差を設け、チューブの端末部を継手のニップル部の外側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図である。 継手のニップル部の内側を凹凸面状に形成して段差を設け、チューブの端末部を継手のニップル部の内側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図である。 チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面間に、レーザー光を吸収する樹脂材料で形成したスリーブを介在させ、チューブの端末部を継手のニップル部の外側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図である。 チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面間に、レーザー光を吸収する樹脂材料で形成したスリーブを介在させ、チューブの端末部を継手のニップル部の内側に圧入させて接合した他の実施形態を示す半断面図である。
符号の説明
１ チューブ １ａ チューブの端末部
２ 継手 ３ ニップル部
４ レーザー装置 ５ 段差
６ スリーブ Ｘ 境界接合面
Ｑ レーザー光

Claims (9)

  1. チューブの端末部と継手のニップル部とを圧入させて接合して成る樹脂配管の接続構造であって、
    前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面を溶融接着させて一体的に構成したことを特徴とする樹脂配管の接続構造。
  2. チューブと継手とを、レーザー光を透過する樹脂材料またはレーザー光を吸収する樹脂材料で形成し、前記チューブの端末部と継手のニップル部との圧入嵌合時に、少なくともレーザー光を照射する側がレーザー光が透過する樹脂材料となるように配設し、前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面をレーザー装置からレーザー光を照射させて溶融接着させて一体的に構成したことを特徴とする樹脂配管の接続構造。
  3. 前記チューブを異種材料から成る多層構造に構成すると共に、チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面が同種材料となるように構成した請求項２に記載の樹脂配管の接続構造。
  4. 前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面の少なくとも一方を、凹凸面状に形成した請求項２または３に記載の樹脂配管の接続構造。
  5. 前記チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面間に、レーザー光を吸収するスリーブを介在させた請求項２，３または４に記載の樹脂配管の接続構造。
  6. 前記レーザー光を吸収する樹脂材料が、カーボンブラックを含有する請求項２，３または４に記載の樹脂配管の接続構造。
  7. 前記チューブと継手との少なくとも一方に、可視光を吸収し、赤外線を透過する染料または顔料を添加した請求項２，３または４に記載の樹脂配管の接続構造。
  8. 前記チューブを多層構造とした場合、最内層面を、フッ素樹脂により形成した請求項２，３，４，５，６または７に記載の樹脂配管の接続構造。
  9. チューブの端末部と継手のニップル部と圧入嵌合時に、レーザー光を照射する側がレーザー光が透過する樹脂材料となるように圧入し、チューブの端末部と継手のニップル部との境界接合面に、レーザー装置からレーザー光を照射させて溶融させ、境界接合面を一体的に溶融接着することを特徴とする樹脂配管の接続方法。
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