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KR20040027427A - 파이프 연결방법 - Google Patents

파이프 연결방법 Download PDF

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KR20040027427A
KR20040027427A KR1020030066754A KR20030066754A KR20040027427A KR 20040027427 A KR20040027427 A KR 20040027427A KR 1020030066754 A KR1020030066754 A KR 1020030066754A KR 20030066754 A KR20030066754 A KR 20030066754A KR 20040027427 A KR20040027427 A KR 20040027427A
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pipe
plastic
adapter
laser light
plastic part
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몬스하이머실비아
괴링라이너
리스한스
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데구사 악티엔게젤샤프트
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Publication date
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Abstract

(a) 플라스틱 파이프의 외층과 다른 플라스틱 부품의 외층이 특정 파장의 레이져 광에 대하여 주로 불투명하고, (b) 플라스틱 파이프와 다른 플라스틱 부품이 둘 다, 레이져 광에 대하여 투과성인 플라스틱으로 제조된 추가의 어댑터에 의해 말단에서 외장되고, (c) 어댑터가 레이져 빔 용접에 의해 고정되는, 플라스틱 파이프의 또 다른 플라스틱 부품에의 연결은, 비교적 높은 온도에서도 향상된 내인출성과 토션 안정성을 갖는 연결점을 생성한다. 상응하는 복합물 부품이 특히 자동차 파이프라인으로서 사용된다.

Description

파이프 연결방법{Pipe connection}
본 발명은, 예를 들면 퀵 커넥터(quick connector)와 같이, 다른 플라스틱 부품에 단층 또는 다층 파이프라인을 연결하는 방법에 관한 것이다.
파이프와, 당해 파이프가 플라스틱 부품 위에 플레어링(flaring)되어 있는 플라스틱 부품 사이의 연결이 공지되어 있다. 이는 플라스틱 부품의 니플(nipple)을 수용하기 위해 파이프의 확장을 포함한다. 그 후, 파이프는, 존재하는 경우, 니플 윤곽의 흔적을 포함한다. 이러한 연결은, 가능한 한 불침투성이고 누설방지적인 요건을 충족시켜야 하고, 높은 인출력(pulling-out force)에 견딜 수 있고, 토션적으로 안정적이다. 특히 연료 라인과 퀵 커넥터를 연결하는 경우에, "웨딩 밴드(wedding bands)"의 사용이 또한 공지되어 있다. "웨딩 밴드"는 플레어링에 앞서 파이프 위에 가압되고, 마찬가지로 플레어링 동안에 확장되도록 제조되어, 부가 물질이, 커넥터를 인출시키는 데 필요한 힘을 증가시킨다.
특히, 고온에서는, 자동차의 엔진 컴파트먼트(compartment)에서 빈번하게 발생하므로, 플레어링된 연결 능력을 저하시킨다. 내인출성과 토션 안정성이 급감하므로, 일부 환경하에서는, 연결의 보전성이 더 이상 확실하지 않다. 예를 들면, 의료 공학에서의 기타 응용에 있어서도, 연결의 보전성 및 강성이 확실해야 한다.
이러한 문제점을 극복하기 위한 한 가지 가능한 방법은, 예를 들면 고속 고온 가스 용접, 적외선 용접, 전기 소켓 용접에 의해, 또는 고주파수계에 의해 연결될 2개의 성분들을 용접시키는 것이다. 일반적으로, 이들 방법의 단점 중의 하나는, 냉각 상의 변형을 피하기 위해 연결될 부품의 복합 고정이 필요하다는 것이다. 또한, 높은 용적의 용융물로 인하여, 가열, 연결 및 냉각시키는 데 비교적 다수의 사이클 회수가 필요하다. 특히, 벽의 두께가 얇은 경우에, 이들 종래의 용접 기술로 안전한 용접을 달성하는 것은 매우 어렵다.
독일 공개특허공보 제199 16 786호에는, 레이져 빔을 흡수하는 플라스틱에 레이져 투과성 플라스틱을 용접시키기 위해 레이져 작동이 사용되는 플라스틱으로 구성된 2개 이상의 튜브 및/또는 벽 성분을 연결하는 방법이 기술되어 있다. 그러나, 당해 방법은, 예를 들면 퀵 커넥터에의 연료 라인의 용접에 적용될 수 없다. 연료 라인은, 통상적으로 다수의 층으로 구성되며, 예를 들면 카본 블랙으로 착색된 외층, 차단 층 또는 카본 블랙에 의해 전기 전도적으로 제조된 내층을 포함하기 때문에, 일반적으로 레이져 투과성이 아니다. 따라서, 퀵 커넥터는 레이져 투과성 물질로 구성되어야 할 것이다. 그러나, 퀵 커넥터의 내부 경로에의 레이져 광학의 도입은, 예를 들면 8mm의 통상의 내부 직경에 있어서 문제가 되지 않으므로, 파이프는 레이져 빔이 외부로부터 용접점에서 가능한 한 멀리 투과성 물질을 통과할 수있도록 니플에 가압되어야 할 것이다. 그러나, 이러한 경우에, 파이프가 치수적으로 안정할 것인지는 확신할 수 없다. 이것이 버클링(buckling)되는 경우, 누설이 없는 연결은 더 이상 가능하지 않다. 어떤 경우에는, 퀵 커넥터가 통상적으로 레이져 투과성이 아니다.
따라서, 본 발명의 목적은 연결될 2개의 부품이 레이져 광에 대하여 비투과성이더라도, 레이져 용접에 의해 파이프를 또 다른 플라스틱 부품에 견고하게 연결하는 것이다.
당해 목적은, 플라스틱 파이프를 또 다른 플라스틱 부품에 연결하는 방법으로서, 플라스틱 파이프의 외층과 다른 플라스틱 부품의 외층이 특정 파장의 레이져 광에 대하여 주로 불투명하고, 플라스틱 파이프와 다른 플라스틱 부품이 둘 다, 레이져 광에 대하여 투과성인 플라스틱으로 제조된 추가의 어댑터(adaptor)에 의해 말단에서 외장(sheathing)되고, 어댑터가 후속적으로 레이져 빔 용접에 의해 고정되는 방법에 의해 달성된다. 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 본원에서는 이하의 2개의 일반적인 양태가 포함된다.
a) 어댑터는, 플라스틱 파이프와 다른 플라스틱 부품의 말단 상의 연결점에서 고정되어 있고 후속적으로 레이져 용접에 의해 둘 다에 고정되는 슬리브(sleeve)이다.
b) 어댑터는 마찬가지로 슬리브 형태를 가지나, 예를 들면 오버몰딩(overmolding) 또는 성형에 의해 다른 플라스틱 부품에 이미 연결되어 있고, 후속적으로 플라스틱 파이프의 말단 상에 고정된 후 레이져 용접에 의해 고정된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 양태를 나타낸다.
플라스틱 파이프는 일반적으로, 연료, 용매, 오일, 가스, 농작물 보호제 등을 운반하는 기능을 한다. 바람직한 양태에 있어서, 이는 가스 수송 라인 또는 자동차 파이프라인, 특히 연료 라인, 냉각제 라인, 브레이크액 라인, 작동액 라인(hydraulic fluid line) 또는 전면 유리 세척 시스템 라인이다. 파이프는 단층화 또는 다층화될 수 있으며, 오늘날 7개 이하의 층이 기술적으로 가능하고, 다층 구조물이, 연료 성분의 투과를 방해하는 차단 층의 필요성에 의해 정당화된다. 기능성 층은 일반적으로 폴리아미드 또는 폴리올레핀에 기초한 성형 조성물로 구성되며, 차단 층은, 예를 들면 폴리에스테르, 불소 중합체 또는 에틸렌-비닐 알콜 공중합체에 기초한 성형 조성물로 구성된다. 대전 방지성 내층은, 존재하는 경우, 예를 들면 전도성 카본 블랙 또는 흑연 미세섬유와 같은 전기전도성 성분을 첨가함으로써 대전 방지적으로 제조된 성형 조성물로 구성된다. 상응하는 파이프들은 당해 기술분야의 상태이며, 다수의 공보에 기술되어 있다. 이들은 종래의 압출법에 의해 제조되거나, 튜브 또는 디스크 보정 또는 성형 조(shaping jaw)(파형 파이프 테이크-오프)에 의해 공압출될 수 있다. 블로우 성형, 예를 들면 흡입 블로우 성형 또는 패리슨 조작(parison manipulation)에 의한 블로우 성형이 상응하는 단층 또는 다층 파이프의 제조방법으로서 또한 공지되어 있다.
파이프에 연결될 다른 플라스틱 부품은, 예를 들면 파이프용 퀵 커넥터, 브랜취(branch), 밸브, 커버 또는 다른 파이프일 수 있다. 당해 부품은 파이프에 연결하기 위해 제공되어 있는 니플을 하나 이상 갖는다. 당해 니플은 평활한 형태일 수 있으나, 퀵 커넥터인 경우에, 예를 들면 전나무 윤곽 또는 올리브 윤곽과 같은 윤곽이 외측 상에 제공될 수도 있다. 평활한 윤곽, 예를 들면 올리브 윤곽 및 전나무 윤곽을 갖는 예각 윤곽의 배합은 레이져 용접에 의해 제조된 연결에 특히 유리한 것으로 입증되었다. 플라스틱 부품은 일반적으로 단일 물질로 구성되나, 다수의 상이한 물질로 구성될 수도 있고, 이후 예를 들면 다중 성분 사출 성형에 의해 제조된다. 당해 물질은 또한, 예를 들면 유리 섬유 또는 탄소 섬유에 의해 강화될 수 있거나, 탄소 섬유가 마찬가지로 고려되는 대전 방지성 또는 전도성 카본 블랙, 흑연 미세섬유 또는 기타 적당한 첨가제로 제조될 수 있다.
추가의 양태에 있어서, 복합물 부품은 의료 기기의 성분이며, 파이프는, 예를 들면 혈액 주머니, 밸브, 연결 부재 또는 브랜취와 연결된다.
레이져 광에 대하여 투과성인 플라스틱으로 제조된 추가의 어댑터는 슬리브 방식으로 연결될 지점을 외장한다. 바람직한 제1 양태에서는, 선행 기술로부터 공지된 "웨딩 밴드"가 이를 위해 사용된다. 이는 연결점을 피복하는 파이프의 일부인, 열가소성 물질의 슬리브이다. 상응하는 장치가 독일 공개특허공보 제41 27 039 A1호에 기술되어 있는데, 이는 공보에서 "가압 슬리브"로서 언급되며, 예를 들면 퀵 커넥터인 커넥터 본체에서 가압함으로써 연결이 성취된다. 이는 선행 기술에 있어서 인출력 및 측면으로 작용하는 하중에 대한 강성을 증가시키고, 또한 토션 안정성을 향상시키려는 것이다. 본 발명에 따른 바람직한 양태는 도 1의 예시에 의해 설명된다. 파이프(1)는 퀵 커넥터(3)의 니플(2) 위에 고정되고, 파이프(1), 및 독일 공개특허공보 제41 27 039 A1호와 차이가 있듯이, 퀵 커넥터(3)의 일부가 "웨딩 밴드"(4)에 의해 외장된다. 웨딩 밴드는 2개의 외면 용접(peripheral weld)(도 1에 도시하지 않음)에 의해 퀵 커넥터(3)와 파이프(1) 둘 다에 연결된다.
바람직한 제2 양태에서는, 레이져 광에 대하여 투과성인 물질의 어댑터가 2성분 사출 성형법에 의해 직접 다른 플라스틱 부품과 함께 성형되므로, 이 때 파이프에 대해 오직 하나의 용접만이 필요하다.
바람직한 제3 양태에서는, 통상의 가공법, 예를 들면 사출 성형 또는 압출에 의해 어댑터를 제조한 후, 다른 플라스틱 부품의 금형 속에 넣고, 후속적으로 성형하거나 오버몰딩한다. 이러한 경우에 있어서는, 마찬가지로 이 때 파이프에 대해 오직 하나의 용접만이 필요하다.
플레어링 함으로써 퀵 커넥터를 연결하는 통상 사용된 방식의 경우에서와 같이, 파이프는 플라스틱 부품 위의 니플 상에 가압될 수 있으나, 원칙적으로 파이프와 플라스틱 부품이 단지 함께 충돌하는 경우 플레어링 공정이 불필요해지기에 충분하다. 시험들은, 이러한 연결의 보전성 및 내하중성이 동등하게 양호하고, 열적 하중하에서 종래의 용액보다 양호함을 나타내었다.
어댑터는, 적절히 단단하게 용접된 연결이 성취될 수 있는 방식으로, 플라스틱 파이프의 외부 표면의 물질과 다른 플라스틱 부품의 외부 표면의 물질 둘 다와혼화성인 열가소성 물질로 구성된다. 적절한 물질 배합이 당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있다. 가장 간단한 경우에 있어서, 외부 표면은 둘 다 PA12 성형 조성물로 구성되며, 이 경우에, 어댑터는 PA12 단독 중합체 또는 공중합체에 기초한 성형 조성물인, PA12와 혼화성인 것으로 공지되어 있는 PA1012 또는 PA1212로 구성되는 것이 유리할 것이다. 어댑터가 다층 형태인 양태가 또한 가능한데, 비교적 두꺼운 외층은 강도 및 레이져 광에 대한 투과성을 확실케 하고, 이 때 레이져 광에 대하여 투과성일 필요가 없는 비교적 얇은 내층은 물질 혼화성에 대하여 최적화된다. 이런 식으로, 예를 들면 PA12 성형 조성물의 외부 표면을 갖는 파이프와 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 성형 조성물의 외부 표면을 갖는 또 다른 플라스틱 부품을, PA12의 두꺼운 외층 및 혼화가능하게 제조된 PA12/PBT 혼합물의 얇은 내층을 갖는 어댑터와 연결하는 것이 가능한데, 이는, 예를 들면 PA12/PBT 블록 공중합체 또는 폴리에틸렌 이민/폴리아미드 그래프트 공중합체에 의해 선행 기술에 상응하는 방식으로 혼화가능하게 제조되는 것이 가능하다. 어댑터의 내층은 2개의 외층에 단단하게 용접될 수 있다.
플라스틱은, 사용된 레이져의 파장 범위에서 투명하거나 반투명한 경우 레이져 광에 대하여 투과성이다. 순수한 중합체 또는 이들의 혼합물이 충분히 투명하거나 반투명한 것, 즉 이들이 소정의 층 두께(바람직하게는, 최대 5mm)로 단지 부족하게 흡수하는 것이 일반적인 경우이다. 설계적인 이유가 필요하다면, 어댑터의 성형 조성물은 독일 공개특허공보 제199 60 104 A1호에 공지되어 있는 바와 같이, 어두운 색의 느낌이 나는 식으로 2개 이상의 착색제의 배합에 의해 착색될 수 있으므로, 성형 조성물은 사용된 레이져의 파장의 IR 범위에서 주로 투명하거나 반투명할 필요가 있다.
플라스틱 파이프의 외층과 다른 플라스틱 부품의 외층이 레이져 광에 대하여 불투명하게 조절되는데, 사용된 레이져의 파장 범위 내에서 레이져 광을 흡수하는 입자 형태의 첨가제, 예를 들면 카본 블랙, 칼슘 규산염 또는 철 산화물이 각각의 성형 조성물에 첨가된다. 이러한 형태의 안료 대신에, 유기 염료 또는 자외선 흡수제가 또한 첨가될 수 있다.
레이져 용접법을 적용하기 위해, 종래의 고체 상태 레이져, 가스 레이져 또는 반도체 레이져가 적당하다. 레이져 빔의 파장은 400 내지 2000nm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
용접하는 동안에, 연속 원주 용접이 생성되는 것이 바람직하다. 강도 및 보전성에 대하여 증가된 요건이 요구되면, 2개 이상의 용접이 또한 서로 인접하게 생성될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법은, 비교적 높은 온도에서도 향상된 내인출성과 토션 안정성을 갖는 연결점을 생성한다. 이런 식으로 제조된 복합물 부품이 마찬가지로 본 발명에 포함되는 것으로 고려된다.

Claims (13)

  1. 플라스틱 파이프를 또 다른 플라스틱 부품에 연결하는 방법으로서, (a) 플라스틱 파이프의 외층과 다른 플라스틱 부품의 외층이 특정 파장의 레이져 광에 대하여 주로 불투명하고, (b) 플라스틱 파이프와 다른 플라스틱 부품이 둘 다, 레이져 광에 대하여 투과성인 플라스틱으로 제조된 추가의 어댑터(adaptor)에 의해 말단에서 외장(sheathing)되고, (c) 어댑터가 레이져 빔 용접에 의해 고정되는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 플라스틱 파이프가 차단 층 및/또는 대전 방지성 내층을 포함하는 다층 파이프인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다른 플라스틱 부품이 파이프용 퀵 커넥터, 브랜취(branch), 밸브 또는 커버인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다른 플라스틱 부품이 또한 파이프인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 어댑터가 슬리브인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 어댑터가 파이프와 다른 플라스틱 부품 위에서 각각의 경우 하나 이상의 외면 용접(peripheral weld)에 의해 용접되는 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 레이져 광에 대하여 투과성인 물질의 어댑터가 2성분 사출 성형법에 의해 다른 플라스틱 부품과 함께 성형된 후, 파이프가 삽입되어 하나 이상의 용접에 의해 어댑터에 고정되는 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 레이져 광에 대하여 투과성인 플라스틱의 어댑터를 우선 다른 플라스틱 부품의 금형 속에 넣은 다음 성형하거나 오버몰딩(overmolding)한 후, 파이프가 삽입되어 하나 이상의 용접에 의해 어댑터에 고정되는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에서 청구한 바와 같이 제조된 복합물 부품.
  10. 제9항에 있어서, 자동차 파이프라인인 복합물 부품.
  11. 제10항에 있어서, 연료 라인, 냉각제 라인, 브레이크액 라인, 작동액 라인(hydraulic fluid line) 또는 전면 유리 세척 시스템 라인인 복합물 부품.
  12. 제9항에 있어서, 가스 수송 라인인 복합물 부품.
  13. 제9항에 있어서, 의료 기기의 성분인 복합물 부품.
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