JP2005343019A - 樹脂被覆スプリング - Google Patents

Abstract

【課題】気密性に対する信頼性を高めることが可能な樹脂被覆スプリング及びその製造方法を提供する。
【解決手段】コイル状に型付けした金属製のスプリング本体２の外周面２ａをフッ素樹脂製のチューブ３で被覆し、そのチューブ３の両端部３ａ内にチューブ３と同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率がチューブ３より高い栓４を気密的に溶着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂被覆スプリング及びその製造方法に関し、更に詳しくは、気密性に対する信頼度を高めることができる樹脂被覆スプリング及びその製造方法に関する。

半導体製造設備の純水配管内に配置される継手や弁に使用されるスプリングには、純水内への金属イオンの流出を防止するため、スプリング本体を電気特性、耐熱性、耐薬品性等に優れたフッ素樹脂製のチューブで被覆した樹脂被覆スプリングが使用されている。また、腐食性流体を使用する配管内に配置される継手や弁に使用されるスプリングにも同様の樹脂被覆スプリングが使用されている。

このような樹脂被覆スプリングは、チューブの両端末を熱溶着により気密的に密閉してスプリング本体を密封するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、チューブを加熱炉などに入れてその両端末を熱溶着するため、溶着する部分を均一に加熱することが難しく、それにより溶着部の剥がれなどが発生し、気密性に対する信頼性が低いという問題があった。
特開平７−１２５０６８号公報

本発明は、気密性に対する信頼性を高めることが可能な樹脂被覆スプリング及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の樹脂被覆スプリングは、コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着したことを特徴とする。

本発明の樹脂被覆スプリングの製造方法は、コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法であって、前記チューブ内にストレート状のスプリング本体を挿入した後、前記栓を前記チューブの両端部内に圧入し、レーザー光を前記栓に照射して該栓を加熱することにより前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着した後、前記ストレート状のスプリング本体をコイル状に型付けすることを特徴とする。

本発明の他の樹脂被覆スプリングの製造方法は、コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法であって、前記チューブ内にコイル状に型付けした金属製スプリング本体を挿入した後、前記栓を前記チューブの両端部内に圧入し、レーザー光を前記栓に照射して該栓を加熱することにより前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着したことを特徴とする。

本発明の更に他の樹脂被覆スプリングの製造方法は、コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法であって、ストレート状のスプリング本体上に前記チューブを押し出し成形した後、該チューブの両端部内にあるスプリング本体の端部を除去した後、前記栓を前記チューブの両端部内に圧入し、レーザー光を前記栓に照射して該栓を加熱することにより前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着した後、前記ストレート状のスプリング本体をコイル状に型付けすることを特徴とする。

上述した本発明によれば、チューブの両端部を密閉するために、チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率がチューブより高い栓を使用したので、チューブの外側からチューブを透過させてレーザー光を栓に満遍なく照射し、それにより栓を均一的に加熱することが可能になる。そのため、気密的に溶着された栓の溶着部の剥がれなどの発生を抑制することができ、樹脂被覆スプリングの気密性に対する信頼性の向上が可能になる。

以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態において、同一構成要素は同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明の樹脂被覆スプリングの一実施形態を示し、この樹脂被覆スプリング１は、金属製のスプリング本体２、フッ素樹脂製のチューブ３、及び栓４を備えている。スプリング本体２の外周面２ａにチューブ３が密着して被覆され、そのチューブ３の両端部３ａ内に栓４が気密的に溶着されている。

スプリング本体２は、バネ用の金属線をコイル状に型付けしてある。その金属線に使用される金属としては、ステンレス鋼、ピアノ線などに用いられる鉄鋼などを好ましく例示することができる。

チューブ３は、透明なフッ素樹脂から構成され、赤外線の吸収率を栓４より低くしている。チューブ３に使用されるフッ素樹脂としては、含フッ素エチレン性重合体、好ましくは、主鎖末端及び／または側鎖末端に反応性官能基を有する含フッ素エチレン性重合体からなる熱可塑性樹脂などを例示することができる。含フッ素エチレン性重合体としては、例えば、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）、ＥＴＦＥ（エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体）、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）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を好ましく挙げることができる。フッ素樹脂は、同一成分で構成しても、２種以上の成分で構成してもよい。

栓４は、チューブ３と同質の材料から構成され、更に染料、顔料などの着色料を添加物として混入して着色してあり、赤外線の吸収率をチューブ３より高くしている。着色する色としては、赤外線の吸収率をチューブ３より高くできる色であればよく、例えば、最も吸収率の高い黒色を好ましく挙げることができる。黒色に着色する添加物としては、カーボンブラックなどを好ましく例示することができる。

なお、ここで言うチューブ３と同質の材料とは、添加物を除いたフッ素樹脂成分が同一のものを言う。上記のフッ素樹脂であれば、栓４とチューブ３とで同一のもの、例えば、栓４にＰＦＡ、チューブ３にＰＦＡを使用してもよく、異なるもの、例えば、栓４にＰＦＡ、チューブ３にＦＥＰなどを使用することができる。

上記樹脂被覆スプリング１は、図２に示すように、スプリング本体２とチューブ３との間に接着剤層５を介在させるようにしてもよい。その場合、チューブ３は、接着剤を使用した際の接着強度が高い、上述した主鎖末端及び／または側鎖末端に反応性官能基を有する含フッ素エチレン性重合体からなる熱可塑性樹脂から構成するのがよく、その際に接着剤層５に使用する接着剤としては、反応性官能基との結合形成性を有する接着剤、例えば、反応性官能基がカルボニル基の場合には、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、エポキシ変成ポリイミド系接着剤などを好ましく使用することができる。

図３に、上述した図１の樹脂被覆スプリング１の製造方法の一実施形態を示す。この製造方法では、図３（ａ）に示すようにチューブ３内に型付けのしていないストレート状のスプリング本体２’を挿入し、スプリング本体２’をチューブ３で被覆する。なお、図２の接着剤層５を備えた樹脂被覆スプリング１を製造する場合には、外周面２’ａに接着剤を塗布したスプリング本体２’を使用する。

次いで、その成形体Ａを図３（ｂ）に示すように加熱炉（加熱手段）６に入れて適宜加熱し、チューブ３を熱収縮させてスプリング本体２’の外周面２’ａに密着させる。

加熱後、成形体Ａを加熱炉６から取り出し、チューブ３の内径より若干大きな径を有する円柱状の栓４を、図３（ｃ）に示すように、チューブ３の両端部３ａ内に圧入する。圧入後、図３（ｄ）に示すように、チューブ３の外側から透明なチューブ３を透過させてレーザー光ｘを栓４に満遍なく照射する。これにより栓４が均一的に加熱され、気密的にチューブ３の両端部３ａの内面３ｂに溶着される。

溶着後、チューブ３で被覆し、栓４を取り付けたストレート状のスプリング本体２’を、図３（ｅ）に示すように、コイル状に型付け加工して樹脂被覆スプリング１を得る。

上述した製造方法において、加熱炉６で加熱してチューブ３を熱収縮させる工程は、栓４を気密的にチューブ３の両端部３ａに溶着した後に行ってもよい。その場合、型付け加工の前であっても後であってもよい。

図４は、図１の樹脂被覆スプリング１の製造方法の他の実施形態を示す。この製造方法では、巻取りドラム７に巻き取られた長尺のストレート状のスプリング本体２’を巻出して、スプリング本体２’上に押出機８によりチューブ３’を順次押し出し成形し、次いで冷却槽９を通過させてチューブ３’を冷却する。

それを切断装置１０で所定の長さに順次切断し、スプリング本体２’を硬化したチューブ３で被覆した成形体Ｂを得る。次いで、その成形体Ｂのチューブ３の両端部３ａ内にあるスプリング本体２’の端部２’ｘを除去する（図４（ｂ）参照）。以下、上記図３（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示した工程に従って行い、樹脂被覆スプリング１を得る。

このようにスプリング本体２’上にチューブ３’を直接押し出し成形する場合、チューブ３’に使用するフッ素樹脂材料としては、接着性の点から、上述した主鎖末端及び／または側鎖末端に反応性官能基を有する含フッ素エチレン性重合体からなる熱可塑性樹脂組成物を好ましく用いることができる。

この含フッ素エチレン性重合体からなる熱可塑性樹脂組成物によりチューブ３’をスプリング本体２’上に押し出し形成することで、製造された樹脂被覆スプリング１のスプリング本体２とチューブ３との間を接着させることができるため、樹脂被覆スプリング１が撓んだ際にスプリング本体２とチューブ３が一体となって可動し、その結果、スプリング本体２とチューブ３との擦れが無くなり、上述した熱収縮させた場合よりも寿命を長くすることができる。

また、図２の接着剤層５を備えた樹脂被覆スプリング１を製造する場合には、図４（ａ）に１点鎖線で示すように、巻取りドラム７と押出機８との間に接着剤塗布装置１１を設置し、スプリング本体２’の外周面に接着剤を塗布した後、チューブ３’を押し出し成形する。

図５は、図１の樹脂被覆スプリング１の製造方法の更に他の実施形態を示す。上述した製造方法は、チューブ３の径の大小に係わらず用いることができるが、この実施形態は、チューブ３の径が２ｍｍ以下の細い場合に好ましく用いることができる。

この製造方法では、先ず、図５（ａ）に示すように、チューブ３内に予めコイル状に型付けしたスプリング本体２を挿入し、スプリング本体２をチューブ３で被覆する。次いで、その成形体Ｃを図５（ｂ）に示すように加熱炉（加熱手段）６に入れて適宜加熱し、チューブ３を熱収縮させてスプリング本体２の外周面２ａに密着させる。

加熱後、成形体Ｃを加熱炉６から取り出し、チューブ３の内径より若干大きな径を有する円柱状の栓４を、図５（ｃ）に示すように、チューブ３の両端部３ａ内に圧入する。圧入後、図５（ｄ）に示すように、チューブ３の外側から透明なチューブ３を透過させてレーザー光ｘを栓４に一方向から照射する。これにより栓４が加熱溶融し、気密的にチューブ３の両端部３ａの内面３ｂに溶着された図１の樹脂被覆スプリング１を得る。

このように径が小さい場合には、周囲から満遍なく照射せずに一方向からの照射で栓４が加熱溶融できるので、気密的にチューブ３の両端部３ａの内面３ｂに栓４を溶着することができる。レーザー光ｘは、チューブ３を透過させずに矢印ｙで示す方向から照射するようにしてもよい。

この図５の製造方法においても、加熱炉６で加熱してチューブ３を熱収縮させる工程は、栓４を気密的にチューブ３の両端部３ａに溶着した後に行ってもよい。

また、図２の接着剤層５を備えた樹脂被覆スプリング１を製造する場合は、外周面２ａに接着剤を塗布したスプリング本体２を使用する。

上述した本発明では、チューブ３の両端部３ａを密閉するために、チューブ３と同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率がチューブ３より高い栓４を使用したので、チューブ３の外側からチューブ３を透過させてレーザー光ｘを栓４に満遍なく照射し、それにより栓４を均一的に加熱することができる。そのため、気密的に溶着された栓４の溶着部の剥がれなどの発生を抑制し、気密性に対する信頼性を高めることができる。

また、レーザー光ｘにより少ない熱量で栓４を溶着することが可能になるため、金属製のスプリング本体２が軟化する危険がなく、それにより従来使用されている耐熱性のあるステンレス鋼などを必ずしも使用する必要がない。そのため、軟化温度が低い硬鋼線やピアノ線などの鉄鋼材料を使用することもできるようになるので、スプリング本体２に使用する金属材料の選択の自由度が増し、樹脂被覆スプリング１においてスプリング特性を幅広く設計することができる。

また、スプリング本体２とチューブ３を密着させることにより、樹脂被覆スプリング１が撓んだ際にスプリング本体２とチューブ３とが局部的に強く接触するのを防止することができる。その結果、チューブ３の内面の部分的な摩耗やひびの発生が防止できるため、寿命を長くすることができる。

また、上述したようにスプリング本体２とチューブ３との間に接着剤層５を介在させることで、樹脂被覆スプリング１が撓んだ際にスプリング本体２とチューブ３が接着により一体となって可動するため、スプリング本体２とチューブ３との擦れが無くなり、寿命を一層長くすることができる。

本発明の樹脂被覆スプリングは、半導体製造設備の純水配管内や腐食性流体を使用する配管内などに配置される簡易着脱継手、逆止弁、閉止弁、流量調整弁、電磁弁などの流体用機器に組み込んで使用される樹脂被覆スプリングとして、好適に使用することができる。

本発明の樹脂被覆スプリングの一実施形態を一部断面で示す正面図である。 本発明の樹脂被覆スプリングの他の実施形態を示す要部断面図である。 図１の樹脂被覆スプリングの製造方法の一実施形態を示し、（ａ）は挿入工程を一部断面で示す説明図、（ｂ）は加熱工程を示す説明図、（ｃ）は栓の圧入工程を一部断面で示す説明図、（ｄ）は栓の溶着工程を一部断面で示す説明図、（ｅ）は型付け工程を一部断面で示す説明図である。 図１の樹脂被覆スプリングの製造方法の他の実施形態を示し、（ａ）はチューブでスプリング本体を被覆する工程を示す説明図、（ｂ）はスプリング本体の端部を除去する工程を一部断面で示す説明図である。 図１の樹脂被覆スプリングの製造方法の更に他の実施形態を示し、（ａ）は挿入工程を一部断面で示す説明図、（ｂ）は加熱工程を示す説明図、（ｃ）は栓の圧入工程を一部断面で示す説明図、（ｄ）は栓の溶着工程を一部断面で示す説明図である。

符号の説明

１ 樹脂被覆スプリング
２，２’スプリング本体
２ａ，２’ａ 外周面
２’ｘ 端部
３，３’チューブ
３ａ 端部
３ｂ 内面
４ 栓
５ 接着剤層
６ 加熱炉
７ 巻取りドラム
８ 押出機
９ 冷却槽
１０ 切断装置
１１ 接着剤塗布装置
Ａ，Ｂ，Ｃ 成形体
ｘ レーザー光

Claims (12)

1. コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリング。
2. 前記チューブが密着して前記スプリング本体の外周面を被覆する請求項１に記載の樹脂被覆スプリング。
3. 前記チューブが透明であり、前記栓が黒色である請求項１または２に記載の樹脂被覆スプリング。
4. 前記フッ素樹脂を主鎖末端及び／または側鎖末端に反応性官能基を有する含フッ素エチレン性重合体からなる熱可塑性樹脂から構成した請求項１，２または３に記載の樹脂被覆スプリング。
5. 前記チューブと前記スプリング本体との間に接着剤層を介在させ、該接着剤層を前記反応性官能基との結合形成性を有する接着剤から構成した請求項４に記載の樹脂被覆スプリング。
6. コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法であって、
   前記チューブ内にストレート状のスプリング本体を挿入した後、前記栓を前記チューブの両端部内に圧入し、レーザー光を前記栓に照射して該栓を加熱することにより前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着した後、前記ストレート状のスプリング本体をコイル状に型付けする樹脂被覆スプリングの製造方法。
7. コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法であって、
   前記チューブ内にコイル状に型付けした金属製スプリング本体を挿入した後、前記栓を前記チューブの両端部内に圧入し、レーザー光を前記栓に照射して該栓を加熱することにより前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法。
8. 前記チューブ内に前記スプリング本体を挿入した後、または前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着した後、前記チューブを加熱して該チューブを前記スプリング本体の外周面に密着させる請求項６または７に記載の樹脂被覆スプリングの製造方法。
9. コイル状に型付けした金属製のスプリング本体の外周面をフッ素樹脂製のチューブで被覆し、前記チューブの両端部内に該チューブと同質の材料からなり、かつ赤外線の吸収率が前記チューブより高い栓を気密的に溶着した樹脂被覆スプリングの製造方法であって、
   ストレート状のスプリング本体上に前記チューブを押し出し成形した後、該チューブの両端部内にあるスプリング本体の端部を除去した後、前記栓を前記チューブの両端部内に圧入し、レーザー光を前記栓に照射して該栓を加熱することにより前記栓を気密的に前記チューブの両端部に溶着した後、前記ストレート状のスプリング本体をコイル状に型付けする樹脂被覆スプリングの製造方法。
10. 前記チューブが透明であり、前記栓が黒色である請求項６，７，８または９に記載の樹脂被覆スプリングの製造方法。
11. 前記フッ素樹脂を主鎖末端及び／または側鎖末端に反応性官能基を有する含フッ素エチレン性重合体からなる熱可塑性樹脂から構成した請求項６，７，８，９または１０に記載の樹脂被覆スプリングの製造方法。
12. 前記スプリング本体が外周面に前記反応性官能基との結合形成性を有する接着剤を塗布してなる請求項１１に記載の樹脂被覆スプリングの製造方法。

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