JP2004176739A

JP2004176739A - 熱可塑性樹脂チューブの接合構造

Info

Publication number: JP2004176739A
Application number: JP2002340462A
Authority: JP
Inventors: Kohei Nagaoka; 公平永岡
Original assignee: Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Current assignee: Yodogawa Hu Tech Co Ltd
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】熱可塑性樹脂チューブの接合に際して、金属イオン等の発生を排除するとともに、接合部の小型化を可能とする熱可塑性樹脂チューブの接合構造を提供する。
【解決手段】第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の第１熱可塑性樹脂チューブ１１０との接合端側において、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の内周面には、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との接合端側を受入可能な凹部領域１２２が設けられている。この凹部領域１２２においては、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の外周面と、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の凹部領域１２２の内周面とが直接接触し、その接触面の全面が一体化するように融着接合されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、チューブの接合構造に関し、より特定的には、熱可塑性樹脂チューブの接合構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）またはＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等から成形されるフッ素系の熱可塑性樹脂チューブは、薬品に対する耐蝕性がすぐれ、また耐熱性もすぐれている。そのため、電子部品製造工場、化学工場などにおいて、超高純度の水、腐蝕性のある化学薬液、腐蝕性のあるガスなどを送る流体用配管材として用いられている。
【０００３】
熱可塑性樹脂チューブからなる配管材を工場内に配管する場合、継手を用いて直線状の熱可塑性樹脂チューブを延長させたり配管方向を曲げるために、熱可塑性樹脂からなる種々の形状の継手が用いられる。
【０００４】
ここで、最も簡単な熱可塑性樹脂チューブと継手との接合構造（熱可塑性樹脂チューブ同士の接合も同じ）としては、図９に示す接合構造５００が挙げられる。この接合構造５００は、それぞれ同一管径を有する継手（エルボ型）５０１と熱可塑性樹脂チューブ５０２とを突合わせて融着接合する方法である。この方法は、図１０（ａ）に示すように、継手５０１の当接部５０１ｓと熱可塑性樹脂チューブ５０２の当接部５０２ｓとを所定の温度に加熱した状態で、図１０（ｂ）に示すように、両者を加圧接合することにより、継手５０１と熱可塑性樹脂チューブ５０２との融着接合を完成させるものである。
【０００５】
しかしながら、この接合構造５００の場合、図１０（ｂ）に示すように、継手５０１と熱可塑性樹脂チューブ５０２との接合領域に、外側に張出すひだ部５０３および管路内に張出すひだ部５０４が形成されてしまう。特に、管路内に張出すひだ部５０４の場合、管路内に流体を導入した際に、「流量損失」、「ゴミ溜まり」、「液切れ不良」等の問題を引き起こす要因となる。また、管路内に高圧の流体を導入した場合には、この接合構造５００の場合には強度上の問題が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、新たなる接合方法として、下記の特許文献１に開示される熱可塑性樹脂チューブの接合構造が挙げられる。この特許文献１に開示される接合構造６００について、図１１を参照して説明する。
【０００７】
この接合構造６００においては、継手５０１の接合端側に、熱可塑性樹脂チューブ５１０を受け入れる凹部領域５０２が設けられ、さらに、この凹部領域５０２には、熱可塑性樹脂チューブ５１０の先端面および外周面を取囲むように配置される金属性のリング部材５０３を収容することが可能な受入領域５０４が設けられている。
【０００８】
継手５０１と熱可塑性樹脂チューブ５１０との接合に際しては、外部に設けられた電磁誘導加熱装置（図示省略）によりリング部材５０３を電磁誘導加熱することにより、継手５０１と熱可塑性樹脂チューブ５１０とを溶融させて、接合構造６００を完成させている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−３０３６２５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に開示される接合構造におては、以下に示す問題が挙げられる。
【００１１】
まず、フッ素系の熱可塑性樹脂チューブは、上述したように、電子部品製造工場、化学工場などにおいて用いられるが、接合部にリング部材５０３が配置されているために、金属イオンがチューブ内を流れる流体に流出するおそれがある。
そのため、特に半導体等の製造においては、この金属イオンの存在が問題となる場合がある。
【００１２】
また、リング部材５０３を内装する必要があるために、接合部の管外径が大きくなってしまう。
【００１３】
したがって、この発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、熱可塑性樹脂チューブの接合に際して、金属イオン等の発生を排除するとともに、接合部の小型化を可能とする、熱可塑性樹脂チューブの接合構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に基づいた熱可塑性樹脂チューブの接合構造においては、相互の内周径が同一に設けられた、第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合構造であって、以下の構造を備えることを特徴とする。
【００１５】
まず、第２熱可塑性樹脂チューブの第１熱可塑性樹脂チューブとの接合端側において、第２熱可塑性樹脂チューブの内周面には、第１熱可塑性樹脂チューブの第２熱可塑性樹脂チューブとの接合端側を受入可能な凹部領域が設けられる。
【００１６】
さらに、この凹部領域において、第１熱可塑性樹脂チューブの外周面と、第２熱可塑性樹脂チューブの凹部領域の内周面とが直接接触し、その接触面の全面が融着接合により一体化している。
【００１７】
この構成によれば、従来のように金属イオン等の発生源となるリング部材を用いることなく、熱可塑性樹脂チューブ材料のみによる接合構造が実現されるため、あらゆる産業分野における配管材の接合構造に適用することが可能になる。
【００１８】
また、従来のようにリング部材を用いる必要がないため、接合部における管外径の小径化を図ることが可能になる。さらに、第１熱可塑性樹脂チューブの外周面と、第２熱可塑性樹脂チューブの凹部領域の内周面とが直接接し、その全面において融着接合により一体化していることから、十分な接合強度が得られ、配管材の接合領域における信頼性を高めることが可能になる。
【００１９】
また、上記接合構造において好ましくは、第１熱可塑性樹脂チューブの接合端部には、その端部に向かうにしたがって肉厚が外周側に向かって徐々に減ずるテーパ面が設けられ、凹部領域には、このテーパ面を受け入れる受テーパ面が設けられている。
【００２０】
この構造を採用することにより、外部に設けられた加熱装置により第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合領域を加熱した場合、熱は外部から徐々に内部伝達され、第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとが接する領域において、両者が溶融し接合されることになる。さらに、第１熱可塑性樹脂チューブのテーパ面は、外側に位置する先端側ほどその肉厚が薄くなっているために、先端側から速い段階で溶融を開始する。
【００２１】
その結果、第１熱可塑性樹脂チューブのテーパ面においては、第２熱可塑性樹脂チューブとの融着接合は、テーパ面の先端側から開始され熱の伝達に伴って徐々に内側に移行する。このとき、第１熱可塑性樹脂チューブは溶融により膨張するが、この膨張量は、受テーパ面により内側への張出しが抑制され、軸方向へ向かう流れとなる。その結果、第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの内周面における融着接合面に段差が生じることなく略面一に仕上げることが可能となる。
【００２２】
また、上記接合構造において好ましくは、第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの融着接合領域の外周面は、被覆部材により覆われている。この構造を採用することにより、接合領域を加熱した場合、第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとは、外側に向けて膨張するとともにゲル化して高い流動性を呈するようになる。この場合、チューブの外表面に直接加熱手段を接触させた場合、チューブの外形形状が維持されずに外形形状が崩れるおそれがある。そこで、融着接合領域の外周面をあらかじめ被覆部材により覆うことで、チューブの外形形状を維持させることを可能としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に基づいた実施の形態における熱可塑性樹脂チューブの接合構造について、図１から図４を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との接合構造１００の縦断面図であり、図２は、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の接合端側の詳細縦断面図であり、図３は、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の接合端側の詳細縦断面図であり、図４は、被覆部材１３０の縦断面図である。
【００２４】
（接合構造１００）
まず、図１を参照して、この接合構造１００においては、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０とは、相互の内周径が同一に設けられている。具体的な内周径の寸法は後述する。
【００２５】
第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の第１熱可塑性樹脂チューブ１１０との接合端側において、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の内周面には、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の接合端側を受入可能な凹部領域１２２が設けられている。
【００２６】
この凹部領域１２２においては、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の外周面と、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の凹部領域１２２の内周面とが直接接触し、その接触面の残面が一体化するように融着接合されている。さらに、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との融着接合領域Ｉの外周面は、被覆部材１３０により覆われている。
【００２７】
次に、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０、および被覆部材１３０の詳細構造について説明する。
【００２８】
まず、図２を参照して、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０はストレート管を構成し、好ましくは、ＰＦＡまたはＦＥＰ部材から押出成形されたチューブ１１１からなる。また、この第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の接合端部１１２には、その端部に向かうにしたがってその肉厚が外周側に向かって徐々に減ずるテーパ面１１３が設けられている。したがって、接合端部１１２においては、接合端部１１２の外径寸法に変化は生じず、内径寸法が先端部に向かうにしたがって徐々に大きくなることになる。
【００２９】
なお、あくまで一例であるが、本実施の形態における第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の寸法緒元としては、管内径φｈ１＝φ９．５３ｍｍ、管外径φｈ２＝φ１２．７ｍｍ、テーパ面１１３の管軸との交差角度（α１°）＝４５°である。
【００３０】
次に、図３を参照して、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０は、本実施の形態の場合はエルボ管を構成し、好ましくは、ＰＦＡまたはＦＥＰ部材から射出成形されたチューブ１２１からなる。また、この第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の接合端部１２３には、上述したように、その内周面において、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の接合端部１１２を受入可能な凹部領域１２２が設けられている。
【００３１】
凹部領域１２２の具体的構造としては、チューブ１２１の管内径よりも外側に位置する受入内径領域１２２ａと、上記第１熱可塑性樹脂チューブ１１０に設けられるテーパ面１１３を受け入れる受テーパ面１２２ｂが設けられている。なお、あくまで一例であるが、本実施の形態における第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の寸法緒元としては、管内径φＨ１＝φ９．５３ｍｍ、受入内径領域１２２ａの管内径φＨ２＝φ１２．７ｍｍ、管外径φＨ３＝φ１５．７ｍｍ、受入内径領域１２２ａの深さＳ＝５．０ｍｍ、受テーパ面１２２ｂの管軸との交差角度（α２°）＝４５°である。
【００３２】
次に、図４を参照して、被覆部材１３０は、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０よりも高い融点を有する部材からなり、好ましくは、ＰＴＦＥ（ＰＯＬＹＴＥＴＲＡＦＬＵＯＲＯＥＴＨＹＬＥＮＥ／四フッ化エチレン）の筒状の成形品からなり、上記第１熱可塑性樹脂チューブ１１０を覆う第１被覆部１３１、段差部１３２、および上記第２熱可塑性樹脂チューブ１２０を覆う第２被覆部１３３を有している。なお、あくまで一例であるが、本実施の形態における被覆部材１３０の寸法緒元としては、φＬ１＝φ１２．７０ｍｍ、φＬ２＝φ１３．７０ｍｍ、φＬ３＝φ１５．９０ｍｍ、φＬ４＝φ１６．９０ｍｍ、Ｎ１＝５．０ｍｍ、Ｎ２＝１５．０ｍｍである。
【００３３】
（融着接合方法）
次に、上記構成からなる第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との融着接合方法について、図５から図７を参照して説明する。
なお、図５は、本実施の形態における融着接合方法を示す縦断面図であり、図６および図７は、融着時における作用効果を示すための模式図である。
【００３４】
まず、図５に示すように、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０の接合端部１１２を第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の凹部領域１２２に突き当てるように挿入し、その後、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の融着接合領域Ｉの外周面に、被覆部材１３０を覆い被せる。
【００３５】
その後、被覆部材１３０の外側に加熱装置２００を当接させて、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０を加熱する。ここで、加熱温度は、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０を溶融（ゲル化）させる必要があるため、約３１０℃〜３２０℃程度にまで加熱する。加熱時間は、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の管外径、肉厚等により異なり、チューブの各緒元に応じて適宜設定される。なお、この温度設定においては、被覆部材１３０には何ら変化は生じない。
【００３６】
次に、この状態で加熱装置２００を用いて第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０を加熱した場合、図６に示すように、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との接合領域においては、熱Ｑは外部から徐々に内部に伝達される。これにより、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０とが接する直線領域Ａの全面およびテーパ領域Ｂの全面において、両者が溶融し接合されることになる。
【００３７】
特に、テーパ領域Ｂにおいては、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０のテーパ面１１３は、外側に位置する先端側ほどその肉厚が薄くなっているために、先端側から速い段階で溶融を開始する。その結果、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０のテーパ面１１３において、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との融着接合は、テーパ領域Ｂの外側から内側に移行する。
【００３８】
このとき、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０は溶融により膨張するが、この膨張量は、受テーパ面１２２ｂにより内側への張出しが抑制され、軸方向へ流れることになる（図中矢印Ｄ方向）。その結果、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との内周面における融着接合面に段差が生じることなく略面一に融着接合を仕上げることが可能となる。
【００３９】
また、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との融着接合領域の外周面を被覆部材１３０で覆っている。これは、加熱時に第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０が外側に向けて膨張するとともにゲル化して高い流動性を呈するようになる。この場合、チューブの外表面に直接加熱装置２００を接触させた場合、チューブの外形形状が維持されずに外形形状が崩れるおそれがある。そこで、融着接合領域Ｉの外周面をあらかじめ被覆部材１３０により覆うことで、チューブの外形形状を維持させることが可能となる。
【００４０】
なお、加熱装置２００の大きさは、再び図５を参照して、被覆部材１３０の両端部がある程度突出（寸法Ｃ）していることが好ましい。これは、被覆部材１３０の両端部は加熱されないため、この突出領域では、ゲル化した第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０への冷却効果が期待でき、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の流出を防止できるからである。
【００４１】
また、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との融着接合後は、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との接合面は図１の断面図に示すようにその境界線が明確に現れるのではなく、図７に示すように、両者はその全面において融着接合により一体化することとなる。
【００４２】
なお、上記実施の形態においては、最も好ましい例として、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との突合わせ部にテーパ面を設ける構成を採用したが、図８に示すように、管軸に対して略直交する当接面Ｃを採用することも可能である。
【００４３】
また、加熱時における第１熱可塑性樹脂チューブ１１０と第２熱可塑性樹脂チューブ１２０との外方への膨張を抑制する観点から被覆部材１３０を設けるようにしているが、加熱時におけるチューブの外方への膨張および流動性が問題とならない場合には、被覆部材１３０を必ずしも設ける必要はない。
【００４４】
また、上記実施の形態においては、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０としてストレート管、第２熱可塑性樹脂チューブ１２０としてエルボ管の場合について説明しているが、これに限定されることなく、Ｔ字型、十字型等の継手やフランジ形のスリーブ、また、端部がじょうご形に拡張したチューブ状の成形品への適用も可能である。また、成形品としては、一般的には、インジェクション成形やトランスファー成形によって製造されるが、そのような成形品を、さらに部分的に機械加工したものを用いることもでき、熱可塑性樹脂チューブ同士の接合構造に対してはすべて適用可能である。
【００４５】
また、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の好ましい材料として、上記においてはＰＦＡまたはＦＥＰを挙げたが、他の材料として、ポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド、ポリアクリル酸メチルをはじめとする種々の熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
【００４６】
また、被覆部材１３０の材料としては、第１熱可塑性樹脂チューブ１１０および第２熱可塑性樹脂チューブ１２０の融着接合時に溶融しない材料としてＰＴＦＥを挙げたが、他の材料としては、接合するチューブ材料より耐熱性に優れ、または、耐熱性が同等であっても溶融粘度が著しく高い材料であれば良く、たとえばポリイミドを用いることも可能である。
【００４７】
したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
【発明の効果】
以上、この発明に基づいた熱可塑性樹脂チューブの接合構造によれば、内周面の継目部に段差を生じさせることなく、第１熱可塑性樹脂チューブの外周面と、第２熱可塑性樹脂チューブの凹部領域の内周面とが直接接し、その全面において融着接合により一体化していることから、十分な接合強度が得られ、配管材の接合領域における信頼性を高めることが可能になる。
【００４９】
また、本発明によれば、ＰＦＡまたはＦＥＰのような接合の難しい樹脂でできたチューブ同士の接合であっても、確実かつ短時間で、しかも熟練を要することなく、信頼性ある融着接合を実現させることが可能になる。
【００５０】
さらに、従来のように金属イオン等の発生源となるリング部材を用いることなく、熱可塑性樹脂チューブ材料のみによる接合構造が実現されるため、あらゆる産業分野における配管材の接合構造に適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合構造の縦断面図である。
【図２】本実施の形態における第１熱可塑性樹脂チューブの接合端側の詳細縦断面図である。
【図３】本実施の形態における第２熱可塑性樹脂チューブの接合端側の詳細縦断面図である。
【図４】本実施の形態における被覆部材の縦断面図である。
【図５】本実施の形態における融着接合方法を示す縦断面図である。
【図６】本実施の形態における融着時における作用効果を示すための第１模式図である。
【図７】本実施の形態における融着時における作用効果を示すための第２模式図である。
【図８】他の実施の形態における第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合構造を示す縦断面図である。
【図９】従来の技術における第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合構造を示す縦断面図である。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、従来の技術における第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合方法を説明するための断面図である。
【図１１】特許文献１に開示される第１熱可塑性樹脂チューブと第２熱可塑性樹脂チューブとの接合構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１０第１熱可塑性樹脂チューブ、１１１，１２１チューブ、１１２接合端部、１１３テーパ面、１２０第２熱可塑性樹脂チューブ、１２２凹部領域、１２３接合端部、１２２ａ受入内径領域、１２２ｂ受テーパ面、１３０被覆部材、１３１第１被覆部、１３２段差部、１３３第２被覆部、２００加熱装置。

Claims

相互の内周径が同一に設けられた、第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）と第２熱可塑性樹脂チューブ（１２０）との接合構造であって、
前記第２熱可塑性樹脂チューブ（１２０）の前記第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）との接合端側において、前記第２熱可塑性樹脂チューブ（１２０）の内周面には、前記第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）の接合端側を受入可能な凹部領域（１２２）が設けられ、
前記凹部領域（１２２）において、前記第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）の外周面と前記第２熱可塑性樹脂チューブ（１２０）の前記凹部領域（１２２，１２４）の内周面とが直接接触し、その接触面の全面が融着接合により一体化していることを特徴とする、チューブの接合構造。
前記第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）の接合端部には、その端部に向かうにしたがって肉厚が外周側に向かって徐々に減ずるテーパ面（１１３）が設けられ、
前記凹部領域には、前記第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）のテーパ面（１１３）を受け入れる受テーパ面（１２２ｂ）が設けられる、請求項１に記載のチューブの接合構造。
前記第１熱可塑性樹脂チューブ（１１０）と前記第２熱可塑性樹脂チューブ（１２０）との融着接合領域（Ｉ）の外周面は、被覆部材（１３０）により覆われていることを特徴とする、請求項１または２に記載のチューブの接合構造。