JP2004090629A

JP2004090629A - パイプ形状品の接合方法

Info

Publication number: JP2004090629A
Application number: JP2003193337A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Katayama; 片山　勉; Yoshiro Iwata; 岩田　善郎
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-07-08
Also published as: JP4161824B2

Abstract

【課題】レーザー光を照射して、樹脂部材からなるパイプ形状品同士を、レーザー溶着により強固に接合させることができるパイプ形状品の接合方法を提供する。
【解決手段】レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とする。レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材としては、ポリアミド１１又はポリアミド１２が用いられる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光を照射して樹脂部材からなるパイプ形状品同士を溶着させるパイプ形状品の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、樹脂部材からなるパイプを接合する方法として、ボルト等による押しつけ力とシール材を利用した物理接合、反応性物質を塗布して化学的に接合する化学接合、樹脂を部分的に溶解して接合する溶着が知られている。パイプ用途では接合部の長期信頼性が重要であるため、信頼性を得やすい溶着方法が好適に用いられている。
【０００３】
溶着方法としては、熱を利用した熱溶着と樹脂可溶性溶媒を用いた溶剤溶着が知られている。
熱溶着方法としては、熱板によるバット溶着や電線埋め込み継手にパイプを挿入し、溶着する方法があった（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、バット溶着では、垂れが生じやすく、かけらが剥がれてパイプ内を搬送されて閉塞等を引き起こしたり、あるいは、圧損等の問題があり、また薄肉パイプでは、芯合わせが難しく、適切な融着が困難であった。
また、電線埋め込み継ぎ手は、その構造が複雑であり、コストが高い問題があった。
【０００４】
また、溶剤溶着方法としては、パイプの接合面に溶剤接着剤を塗布して、継手に挿入し、溶剤を蒸発させて接合させる方法がある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、使用する溶剤が有害であったり、接着剤の乾燥時間が長くかかりすぎるという欠点があり、また、樹脂部材の種類によっては十分な接着力が得られないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２３９８３９号公報
【特許文献２】
特表平４−５０６９７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決し、レーザー光を照射して、樹脂部材からなるパイプ形状品同士を、レーザー溶着により強固に接合させることができるパイプ形状品の接合方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決する手段】
本発明は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法に関するものである。
また、本発明は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、フランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法に関するものである。さらに、本発明は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して、さらに、該フランジとパイプ形状品との当接部にレーザー吸収材を配置した状態で、加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側又はフランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法に関するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の発明においては、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側からレーザー光を照射してレーザー溶着する。
【０００９】
上記発明におけるパイプ形状品は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる。
レーザー光に対して透過性を有する樹脂としては、熱可塑性を有し、ガスパイプ等のパイプ形状品に成形可能で、レーザー光に対して透過性を示すものであれば特に限定されない。例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはエチレン、プロピレンなどの共重合体などのポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、あるいはスチレン、塩化ビニル、メチルメタクリレート、塩化ビニリデンなどの共重合体、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリイミドなどの縮合系のエンジニアリングプラスチック等の樹脂を挙げることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。
特に、耐薬品性・靭性が必要な自動車用パイプや可燃性ガス供給および／又は輸送用パイプ用などには、ポリアミド樹脂または、ポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド樹脂組成物が好適に用いられる。
ここで、レーザー光に対して透過性を有するとは、たとえば一部のレーザー光の吸収があっても、残りのレーザー光が透過し、その部分の樹脂が溶融しない透過性をいう。
【００１０】
前記ポリアミド樹脂としては、ジアミンと二塩基酸とからなるか、またはラクタムもしくはアミノカルボン酸からなるか、またはこれらの２種以上の共重合体からなるものが挙げられる。
【００１１】
ジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンや、メタキシリレンジアミン等の芳香族・環状構造を有するジアミンが挙げられる。
ジカルボン酸としては、アジピン酸、ヘプタンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、ノナンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジアミンやテレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族・環状構造を有するジカルボン酸が挙げられる。
【００１２】
ラクタムとしては、炭素数６〜１２のラクタム類であり、また、アミノカルボン酸としては炭素数６〜１２のアミノカルボン酸である。６―アミノカプロン酸、７―アミノヘプタン酸、１１―アミノウンデカン酸、１２―アミノドデカン酸、α―ピロリドン、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ε―エナントラクタム等が挙げられる。
【００１３】
特に、パイプ用としては、加工温度範囲が広く、熱的に安定な押出加工性に優れた材料が好ましく、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２などの比較的融点の低いホモポリマーや、ポリアミド６／６６、ポリアミド６／１２、ポリアミド１１／１２などのコポリマーが好適に使用される。特に粘度や吸水性の点でポリアミド１１、ポリアミド１２が望ましい。
【００１４】
また、上記ポリアミド樹脂は、他のポリアミド樹脂またはその他のポリマーとの混合物であってもよい。混合物中のポリアミド樹脂の含有率は、５０重量％以上が好ましい。
混合するポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド９１２、ポリアミド１０１０、ポリアミド１２１２、ポリアミド６／６６共重合、ポリアミド６／１２共重合、ポリアミド１１／１２共重合等を挙げることができる。また、その他のポリマーとしては、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネ−ト、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。
【００１５】
上記樹脂には、耐熱剤、耐候剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。
また、上記樹脂にレーザー光に対して十分な透過性を示す着色材を添加してもよい。例えば、アンスラキノン系染料、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系等の有機系染料をあげることができる。また、これらの染料を混合させて用いてもよい。
【００１６】
また、上記発明におけるフランジは、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなる。
レーザー光に対して吸収性を有する樹脂としては、熱可塑性を有し、レーザー光に対して十分な吸収性を示すものであれば特に限定されない。例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはエチレン、プロピレンなどの共重合体などのポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、あるいはスチレン、塩化ビニル、メチルメタクリレート、塩化ビニリデンなどの共重合体、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリイミドなどの縮合系のエンジニアリングプラスチック等の樹脂に、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を混入したものを挙げることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。具体的には、前記パイプ形状品との接着性を考慮して、前記パイプ形状品に用いられる樹脂と同種の樹脂を用いることが好ましい。
ここで、十分な吸収性とは、レーザー光を受けた部分がレーザー光を吸収し、その部分が溶融するような吸収性をいう。
【００１７】
本発明におけるレーザー光に対して吸収性を有する着色材としては、そのような性質を有するものであればどのようなものでも利用可能であるが、具体的には、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。
【００１８】
また、上記樹脂には、耐熱剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。
【００１９】
上記フランジの形状としては、図１に示すように、パイプ形状品の端部と略同形のリング状とすることができる。また、図２に示すように、フランジにおけるパイプ形状品の端部との当接部に、パイプ形状品の内面と接する突出部を設けることもできる。これにより、フランジとパイプ形状品の端部の接合面積が増大し、より高い接合強度及び耐圧強度とすることができ、また、垂れを防止することもできる。
【００２０】
上記発明では、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側からレーザー光を照射してレーザー溶着する。
すなわち、レーザー光が照射されたとき、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品をレーザー光が透過し、透過したレーザー光は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジの表面に到達し、接合面においてレーザー光が吸収され、フランジおよび当接するパイプ形状品を溶融させ、接合する。なお、レーザー光の照射は、フランジの両側に当接するそれぞれのパイプ形状品について行われる。
【００２１】
このレーザー溶着法により、パイプ形状品同士をフランジを介して接合することにより、垂れとコストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決できる。特に、樹脂がＰＥの場合には高分子量で高粘度の材料が製造しやすため、垂れが発生しにくいが、ＰＡの場合は、工業的に粘度上昇に限界があり、また吸水による更なる粘度低下の問題もあり、垂れが発生しやすいので、このレーザー溶着法が適している。
このレーザー溶着法によれば、パイプ形状品にレーザー光に対して吸収性を有する着色材を配合する必要がないため、本吸収材による着色・変色の可能性が無く、所望の色に容易に着色することができる。
【００２２】
次に、本発明の第二の発明においては、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、フランジ側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着する。
【００２３】
上記発明において、パイプ形状品を構成するレーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材については、前記第一発明における、フランジを構成するレーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材と同様である。
また、フランジを構成するレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材については、前記第一発明における、パイプ形状品を構成するレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材と同様である。
【００２４】
上記発明では、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、フランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着する。
すなわち、レーザー光が照射されたとき、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジをレーザー光が透過し、透過したレーザー光は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の表面に到達し、接合面においてレーザー光が吸収され、パイプ形状品および当接するフランジを溶融させ、接合する。なお、レーザー光の照射は、フランジの両側に当接するそれぞれのパイプ形状品について行われる。
【００２５】
このレーザー溶着法により、パイプ形状品同士をフランジを介して接合することにより、垂れとコストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決できる。特に、樹脂がＰＥの場合には高分子量で高粘度の材料が製造しやすため、垂れが発生しにくいが、ＰＡの場合は、工業的に粘度上昇に限界があり、また吸水による更なる粘度低下の問題もあり、垂れが発生しやすいので、このレーザー溶着法が適している。
【００２６】
さらに、本発明の第三の発明においては、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して、さらに、該フランジとパイプ形状品との当接部にレーザー吸収材を配置した状態で、加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側又はフランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着する。
【００２７】
上記発明において、パイプ形状品を構成するレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材、及びフランジを構成するレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材については、前記第一発明における、パイプ形状品を構成するレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材と同様である。
【００２８】
また、上記発明においては、フランジとパイプ形状品との当接部にレーザー吸収材を配置する。
レーザー吸収材としては、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を直接塗布したものが挙げられる。具体的には、着色材を溶媒に分散させた懸濁液をフランジ及び／又はパイプ形状品の端面に塗布し、乾燥することにより、着色材がフランジ及び／又はパイプ形状品の端面に配置される。
レーザー光に対して吸収性を有する着色材としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。
【００２９】
また、レーザー吸収材として、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を含む樹脂部材からなるフィルムを用いることもできる。
前記樹脂としてはフィルムに成形可能で、レーザー光に対して十分な吸収性を示すものであれば特に限定されない。例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはエチレン、プロピレンなどの共重合体などのポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、あるいはスチレン、塩化ビニル、メチルメタクリレート、塩化ビニリデンなどの共重合体、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリイミドなどの縮合系のエンジニアリングプラスチック等の樹脂に、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を混入したものを挙げることができる。具体的には、前記パイプ形状品及びフランジとの接着性を考慮して、前記パイプ形状品及びフランジに用いられる樹脂と同種の樹脂を用いることが好ましい。
フィルムの厚みは、１０〜５００μｍであることが好ましい。１０μｍ未満ではパイプとフランジ接合時、破損が発生しやすく、５００μｍ超では、フィルムが剛直になり、取り扱い性が悪くなる。
【００３０】
上記発明では、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して、さらに、該フランジとパイプ形状品との当接部にレーザー吸収材を配置した状態で、加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側又はフランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着する。
すなわち、レーザー光が照射されたとき、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品又はフランジをレーザー光が透過し、透過したレーザー光は、フランジとパイプ形状品との当接部に配置されたレーザー吸収材に吸収され、接合面において当接するパイプ形状品及びフランジを溶融させ、接合する。
【００３１】
このレーザー溶着法により、パイプ形状品同士をフランジを介して接合することにより、垂れとコストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決できる。特に、樹脂がＰＥの場合には高分子量で高粘度の材料が製造しやすため、垂れが発生しにくいが、ＰＡの場合は、工業的に粘度上昇に限界があり、また吸水による更なる粘度低下の問題もあり、垂れが発生しやすいので、このレーザー溶着法が適している。
このレーザー溶着法によれば、パイプ形状品にレーザー光に対して吸収性を有する着色材を配合する必要がないため、本吸収材による着色・変色の可能性が無く、所望の色に容易に着色することができる。
【００３２】
本発明においては、レーザー光を照射する側のパイプ形状品又はフランジとして、レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材を用いても良い。
ここで、レーザー光に対して弱吸収性であるとは、レーザー光に対して透過性であるが、一部のレーザー光を吸収することにより、その部分の樹脂が発熱することをいう。
そのため、樹脂部材にレーザー光を照射すると、エネルギーを吸収して、発熱し、パイプ形状品又はフランジの接合面部分の温度がある程度まで高くなる。この状態で、例えば、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジ又はパイプ形状品がレーザー光を吸収して加熱されることにより、溶融すると、当接するパイプ形状品又はフランジの樹脂部材も容易に溶融するため、接合部において樹脂部材同士が十分に互いに絡み合った接合部となり、接合力が強くなる。
【００３３】
レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材としては、樹脂にレーザー光に対して弱吸収性の添加剤を配合したものや、樹脂にレーザー光に対して吸収性を有する添加剤をレーザー光の吸収があっても樹脂が溶融しない範囲で配合したものを用いることができる。
【００３４】
レーザー光に対して弱吸収性の添加剤としては、レーザー光の波長に共振して、レーザー光の一部を吸収し、一部を透過する材料であればよい。特にレーザー光に対して４０〜９０％の透過率を有するものが好ましい。なお、前記レーザー光に対する透過率は、弱吸収性の添加剤を３．２ｍｍ厚さのＡＳＴＭ１号ダンベルの形状に成形したものについて測定した数値である。
【００３５】
また、弱吸収性の添加剤の含有量は、樹脂に対し、０．１〜５０重量％であることが好ましい。含有量が０．１重量％よりも少ないと、レーザー光のエネルギーを吸収することによる発熱が少ないため、樹脂部材の温度が十分にあがらず、接合部の接合強度が低くなる。また、含有量が５０重量％を超えると、曲げ弾性率等の物性が低下したり、十分な溶着強度を得るためにより多くのレーザー光のエネルギーが必要になるので好ましくない。
【００３６】
弱吸収性の添加剤としては、例えば、エチレン及び／又はプロピレンと他のオレフィン類やビニル系化合物との共重合体（以下、エチレン及び／又はプロピレン系共重合体という）、スチレンと、共役ジエン化合物との共重合体を水素添加してなるブロック共重合体（以下、スチレン系共重合体という）、かかるエチレン及び／又はプロピレン系共重合体、スチレン系共重合体にα，β−不飽和カルボン酸もしくはその誘導体を付加させた変性エチレン及び／又はプロピレン系共重合体、変性スチレン系共重合体が挙げられる。
【００３７】
エチレン及び／又はプロピレン系共重合体としては、（エチレン及び／又はプロピレン）・α−オレフィン系共重合体、（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸共重合体、（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸エステル系共重合体、アイオノマー重合体などを挙げることができる。
【００３８】
（エチレン及び／又はプロピレン）・α−オレフィン系共重合体とは、エチレン及び／又はプロピレンと炭素数３以上のα−オレフィンを共重合した重合体であり、炭素数３以上のα−オレフィンとしては、プロピレン、ブテン−１、ヘキセン−１、デセン−１、４−メチルブテン−１、４−メチルペンテン−１が挙げられる。
【００３９】
（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸系共重合体とは、エチレン及び／又はプロピレンとα，β−不飽和カルボン酸単量体を共重合した重合体であり、α，β−不飽和カルボン酸単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、無水マレイン酸等を挙げることができる。
【００４０】
（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸エステル系共重合体とは、エチレン及び／又はプロピレンとα，β−不飽和カルボン酸エステル単量体を共重合した重合体であり、α，β−不飽和カルボン酸エステル単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチルなどのメタクリル酸エステル等を挙げられる。
【００４１】
アイオノマー重合体とは、オレフィンとα，β−不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基の少なくとも一部が金属イオンの中和によりイオン化されたものである。オレフィンとしてはエチレンが好ましく用いられ、α，β−不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸等が用いられる。金属イオンはナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛等のイオンを挙げることできる。
【００４２】
スチレン系共重合体とは、少なくとも１個、好ましくは２個以上のスチレンを主体とする重合体ブロックＡと、少なくとも１個の共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックＢとからなるブロック共重合体を水素添加してなるブロック共重合体であり、例えばＡ−Ｂ−Ａ、Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ、Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ、Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ等の構造を有する。
【００４３】
共役ジエン化合物としては、例えばブタジエン、イソプレン、１，３−ペンタジエン、２，３−ジメチル−１，３−ブタジエンなどが挙げられる。
スチレン系共重合体としては、水添スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、水添スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）等が挙げられる。
【００４４】
変性（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、変性スチレン系共重合体は、前記に規定した（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、スチレン系共重合体にα，β−不飽和カルボン酸基またはその誘導体基を含有する化合物を溶液状態もしくは溶融状態において付加することによって得られる。これら変性（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、変性スチレン系共重合体の製造方法としては、例えば押出機中で、ラジカル開始剤存在下、（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、スチレン系共重合体とカルボン酸基またはその誘導体基を含有する化合物とを反応させる方法がある。
【００４５】
α，β−不飽和カルボン酸またはその誘導体（以下単に不飽和カルボン酸という）としては、アクリル酸，メタクリル酸，エタクリル酸，マレイン酸，フマル酸あるいはこれらの酸の無水物またはエステルなどを挙げることができる。
【００４６】
樹脂にレーザー光に対して吸収性を有する添加剤を配合する場合には、レーザー光を照射した際、一部のレーザー光を吸収しても、残りのレーザー光が透過し、その部分の樹脂が溶融しない範囲で添加量を調整する。
レーザー光に対して吸収性を有する添加剤としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。
【００４７】
また、本発明においては、前記パイプ形状品として、樹脂に結晶核剤又は該樹脂に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合してなる樹脂部材を用いても良い。
樹脂に結晶核剤又は該樹脂に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合することにより、該樹脂の結晶化開始温度が高くなる。このため、接合面において、前記溶融時の体積膨張による圧力が高い時点で樹脂の結晶化が始まるので、接合部において樹脂部材同士が十分に互いに絡み合った状態となり、接合強度が著しく向上する。
【００４８】
結晶核剤としては、樹脂の結晶化速度を速める効果を有するものであれば、特に制限はないが、例えば、グラファイト、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、燐酸ソーダ、タルク、マイカ、カオリンなどの無機結晶核剤や、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸等の脂肪酸と亜鉛、マグネシウム、カルシウム、リチウム、アルミニウム、バリウム等の金属からなる脂肪酸金属塩や、高級脂肪酸類、高級脂肪酸エステル類、高級脂肪族アルコール類等の有機結晶核剤などが挙げられる。
【００４９】
また、結晶核剤の含有量は、樹脂１００重量部に対し、０．００１〜５重量部、特に０．００２〜１重量部であることが好ましい。含有量が０．００１重量％よりも少ないと、樹脂の結晶化開始温度を高くする効果が得られず、接合部の接合強度が向上しない。また、含有量が５重量％を超えると、母材の剛性、耐衝撃性及び流動性などの物性が大きく変化するため好ましくない。
【００５０】
樹脂に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂としては、樹脂の結晶化速度を速める効果を有するものであれば、特に制限はなく、一般に、樹脂の凝固点（Ｔｃ）よりも高い凝固点（Ｔｃ）を有する樹脂であればよい。例えば、樹脂がポリアミド１２である場合には、ポリアミド６、ポリアミド６６等が挙げられる。
【００５１】
また、結晶化促進効果を有する他の樹脂の含有量は、樹脂１００重量部に対し、１〜２０重量部、特に５〜１５重量部であることが好ましい。含有量が１重量％よりも少ないと、樹脂の結晶化開始温度を高くする効果が得られず、接合部の接合強度が向上しない。また、含有量が２０重量％を超えると、母材の剛性、耐衝撃性及び流動性などの物性が大きく変化するため好ましくない。
【００５２】
本発明のレーザー溶着方法に用いられるレーザー光としては、ガラス：ネオジム^３＋レーザー、ＹＡＧ：ネオジム^３＋レーザー、ルビーレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、クリプトンレーザー、アルゴンレーザー、Ｈ_２レーザー、Ｎ_２レーザー、半導体レーザー等のレーザー光をあげることができる。より好ましいレーザーとしては、半導体レーザーである。
【００５３】
レーザー光の波長は、接合される樹脂材料により異なるため一概に決定できないが、４００ｎｍ以上であることが好ましい。波長が４００ｎｍより短いと、樹脂が著しく劣化することがある。
【００５４】
また、レーザー光の出力は、走査速度と透過基材の吸収能力により調整できる。レーザー光の出力が低いと樹脂材料の接合面を互いに溶融させることが困難となり、出力が高いと樹脂材料が蒸発したり、変質し強度が低下する問題が生じるようになる。
さらに、高い接着強度発現のためにレーザー溶着面を十分密着させることが必要であり、溶着面を平滑にし、ミクロの隙間ができない程度以上の圧力を付与する必要がある。
本接合方法は、自動車用燃料パイプ、自動車用エアブレーキパイプ、薬液輸送パイプ、可燃性ガス供給または輸送パイプ等に用いることができる。
【００５５】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
実施例１
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。片方のパイプ側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルをパイプの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。もう一方のパイプ側から同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を、両端のパイプを治具で固定し、長手方向に引っ張ることにより評価したところ、接着力は４２００Ｎであった。
【００５６】
実施例２
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２を用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は４０００Ｎであった。
【００５７】
実施例３
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２を用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
前記フランジの両端面にカーボンブラック系黒色インクを塗布、乾燥して、レーザー吸収材を配置した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は３７００Ｎであった。
【００５８】
実施例４
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２を用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、溶融押出したフィルムを作製した。
このフィルムをフランジの両端面に配置し、両端にパイプを押し付けレーザー吸収材を固定した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は４１００Ｎであった。
【００５９】
実施例５
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にタルク（竹原化学工業（株）製タルクカップ）２００ｐｐｍを配合したものを用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、溶融押出したフィルムを作製した。
このフィルムをフランジの両端面に配置し、両端にパイプを押し付けレーザー吸収材を固定した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が６０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５５００Ｎでパイプが破断した。
【００６０】
実施例６
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にポリアミド６（宇部興産（株）製１０３０Ｂ）を１０重量％配合したものを配合したものを用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、溶融押出したフィルムを作製した。
このフィルムをフランジの両端面に配置し、両端にパイプを押し付けレーザー吸収材を固定した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が６０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５７００Ｎでパイプが破断した。
【００６１】
実施例７
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にマレイン酸変性ＥＰＲ（ＪＳＲ製Ｔ７７１２ＳＰ）を２重量％配合したものを用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、溶融押出したフィルムを作製した。
このフィルムをフランジの両端面に配置し、両端にパイプを押し付けレーザー吸収材を固定した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が６０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５６００Ｎでパイプが破断した。
【００６２】
実施例８
ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性のパイプ（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２に赤外線吸収剤（Ａｖｅｃｉａ製ＰＲＯ−ＪＥＴ８３０ＮＰ）を０．００５重量％配合したものを用いて、レーザー透過性のリング状のフランジ（外径３２ｍｍ、内径２９ｍｍ、厚み３ｍｍ）を作製した。
同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、溶融押出したフィルムを作製した。
このフィルムをフランジの両端面に配置し、両端にパイプを押し付けレーザー吸収材を固定した。
このパイプ同士をフランジを介して加圧しながら突き合わせた状態で、半導体レーザー装置にセットした。フランジ側から片方のパイプへ向かってレーザー光を照射しながら、照射ノズルをフランジの円周に沿って移動させた。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。また、フランジ側からもう一方のパイプへ向かっても同様にレーザー光を照射した。その結果、フランジとパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、フランジとパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が６０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプとフランジの接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５６００Ｎでパイプが破断した。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザー光を照射して、樹脂部材からなるパイプ形状品同士を、レーザー溶着により強固に接合させることができる。
本発明のレーザー溶着法では、従来の熱溶着の場合の垂れとコストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決でき、また、溶剤接着剤の場合に比べて高い接合強度で接合することができるので、ガスパイプ用等に好適に利用できる。また、機械的な接合方法にくらべ、機密性が高くできるため、自動車用燃料パイプ、自動車用エアブレーキパイプ、薬液輸送パイプにも好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明におけるフランジの形状の一例の概略図である。
【図２】図２は、本発明におけるフランジの形状の他の例の概略図である。

Claims

レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法。
レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して加圧しながら突き合わせ、フランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法。
レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して、さらに、該フランジとパイプ形状品との当接部にレーザー吸収材を配置した状態で、加圧しながら突き合わせ、パイプ形状品の端部側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法。
レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の端部同士を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるフランジを介して、さらに、該フランジとパイプ形状品との当接部にレーザー吸収材を配置した状態で、加圧しながら突き合わせ、フランジ側からレーザー光を照射してレーザー溶着することを特徴とするパイプ形状品の接合方法。
レーザー吸収材が、レーザー光に対して吸収性を有する着色材である請求項３又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
レーザー吸収材が、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を含む樹脂部材からなるフィルムである請求項３又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
フィルムの厚みが、１０〜５００μｍである請求項６記載のパイプ形状品の接合方法。
パイプ形状品が、レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材からなることを特徴とする請求項１又は３記載のパイプ形状品の接合方法。
フランジが、レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材からなることを特徴とする請求項２又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
樹脂部材が、樹脂とレーザー光に対して弱吸収性の添加剤とからなることを特徴とする請求項８又は９記載のパイプ形状品の接合方法。
弱吸収性の添加剤が、レーザー光に対して４０〜９０％の透過率を有するものである請求項１０記載のパイプ形状品の接合方法。
弱吸収性の添加剤が、エチレン及び／又はプロピレン系共重合体、スチレン系共重合体、変性エチレン及び／又はプロピレン系共重合体及び変性スチレン系共重合体の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１０記載のパイプ形状品の接合方法。
樹脂部材が、樹脂にレーザー光に対して吸収性を有する添加剤をレーザー光の吸収があっても樹脂が溶融しない範囲で配合してなることを特徴とする請求項８又は９記載のパイプ形状品の接合方法。
パイプ形状品を構成する樹脂部材が、樹脂に結晶核剤を配合してなることを特徴とする請求項１又は３記載のパイプ形状品の接合方法。
フランジを構成する樹脂部材が、樹脂に結晶核剤を配合してなることを特徴とする請求項２又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
結晶核剤の含有量が、樹脂１００重量部に対し、０．００１〜５重量部であることを特徴とする請求項１４又は１５記載のパイプ形状品の接合方法。
結晶核剤がタルクであることを特徴とする請求項１４又は１５記載のパイプ形状品の接合方法。
パイプ形状品を構成する樹脂部材が、樹脂に該樹脂に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合してなることを特徴とする請求項１又は３記載のパイプ形状品の接合方法。
フランジを構成する樹脂部材が、樹脂に該樹脂に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合してなることを特徴とする請求項２又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
結晶化促進効果を有する他の樹脂の含有量が、樹脂１００重量部に対し、１〜２０重量部であることを特徴とする請求項１８又は１９記載のパイプ形状品の接合方法。
パイプ形状品及びフランジを構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなる請求項１〜２０記載のパイプ形状品の接合方法。
パイプ形状品が、自動車用燃料パイプ、自動車用エアブレーキパイプ、薬液輸送パイプ、可燃性ガス供給または輸送パイプ用である請求項１〜２１記載のパイプ形状品の接合方法。
前記フランジにおけるパイプ形状品の端部との当接部に、パイプ形状品の内面と接する突出部が設けられている請求項１〜４記載のパイプ形状品の接合方法。