JP2005504935A - バリア管材 - Google Patents
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Abstract
金属（１６）と少なくとも１種のポリマーとを含む箔積層体（１４）に埋設された１以上のポリマー管（１２）の形態で提供されるプラスチック管式流体処理手段。好ましいポリマーにはポリオレフィンとポリアミドがある。金属（１６）は、構造体を燃料系統や冷凍装置用ホース、床暖房用パイプ、太陽熱温水加熱システムなどで使用するのに適したものにするバリア保護体になる。管については破裂強度が得られるようなジオメトリーにしてあるため、金属を極めて薄くすることが可能である。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料系統、冷凍装置用ホース、床暖房用パイプ、太陽熱温水加熱システムなどに用いられるプラスチック管式流体処理手段に関する。特に、本発明は、積層箔に囲まれた１本以上のポリマー管を取り入れたこのような構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック式流体処理装置の製造に伴う課題のひとつに、バリア特性の改善が必要なことがある。こうした低浸透性に対する需要が最も高い用途として、燃料系統および冷凍用のホースがあげられる。前者においては、多くの分野の法律で、ナイロン１１または１２などの既存物質あるいはこうした既存物質にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフルオロポリマーを組み合わせたものよりも、（原動機）燃料に含まれる揮発性物質に対する浸透性が低い構造体が要求されている。後者については、高圧の作業条件下で冷媒を吸入して水蒸気または水分と空気の両方を吐出する状態を保つ必要がある。
【０００３】
【特許文献１】
ＥＰ Ａ ０ ０２４ ２２０号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，３７０，１８６号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，９９１，４８５号明細書
【特許文献４】
米国特許第４，０６９，８１１号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，４６９，９１５号明細書
【特許文献６】
欧州特許出願公開第８６４，８２３ Ａ２号明細書
【特許文献７】
米国特許第３，６４８，７６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属層を使用すれば床下暖房や他の用途に用いられるポリマー管に不浸透性を持たせられるとされてきた。しかしながら、これらのシステムでの実用に耐えうる良好な不浸透性を達成するための構造体を金属とプラスチックまたはポリアミドとアルミニウムとを組み合わせたものから得ることはできないか、そうでなければ製造にコストがかかってしまう。構造体を組み立てた後でスパッタリングなどの方法で金属を塗布したらどうかという提案が何名かから出されてきた。しかしながら、スパッタリングを用いれば完全なコーティングを得られることもあるが、これによって必要な不浸透性を与えることはできない。また、予備成形した管に箔の層を長手方向または螺旋状のいずれかで巻いている者もいる。これらの箔については、継ぎ目の部分で折り畳んで重ね、完全なシール材を提供（（特許文献１）および米国特許公報（特許文献２））したり、たとえばレーザによって溶接する（米国特許公報（特許文献３））ことが可能である。通常、この箔にはさらに別のプラスチック層をオーバーコートする。こうしたプロセスは生産性が比較的低くなってしまうため、これによって作られる管材は高価なものである。
【０００５】
米国特許公報（特許文献４）では、間隔をあけて配置された複数本の銅管またはプラスチック管を、剛性で好ましくは黒色の金属製吸収板からなる複数枚の点溶接シートで囲んで包み込んだ熱交換素子が図７に開示されている。米国特許公報（特許文献５）には、複数枚のプラスチックシートで包まれ、このシートによって互いに離れた状態に保持された複数本のプラスチック管または金属管が示されている。１９９８年９月２６日公開の（特許文献６）には、エラストマーまたはプラスチックからなる内層と、アルミニウムなどの熱伝導性金属をメッシュの形にした補強層または螺旋形（ｈｅｌｉｃａｌ）の層と、任意に同じエラストマーまたはプラスチックからなる外層とで構成された太陽熱交換器用の管が開示されている。内側のポリマー層については厚さを０．１〜２．５ｍｍ（０．００４〜０．１インチ）とすることが可能であり、好ましくは０．１〜０．３ｍｍ（０．００４〜０．０１２インチ）であり、補強材については厚さ０．１〜２ｍｍ（０．００４〜０．０７９インチ）とすることが可能である。しかしながら、金属の補強材は熱を十分に吸収できるが、これはメッシュまたは螺旋形の層として用いられると教示されているため、程度を問わず不浸透性が得られることはなかろう。
【０００６】
米国特許公報（特許文献７）には、プラスチックのひれを作成し、平行に配置した複数本の管をひれの内側で互いに離して配置することが示されている。この公報ではバリア層については何ら触れられておらず、あるいはひれに金属を用いることも触れられていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、積層箔に囲まれて該積層箔にシールされた少なくとも１本のポリマー管を備え、前記箔が２つの面を有し、一方の面が管の方を向いて他方の面が管と反対方向を向き、前記箔が、少なくとも管に面している側に少なくとも１つのポリマー層を有する少なくとも１つの金属層を含み、
前記管の内径が１本の管の場合で５〜５０ｍｍの範囲、２本以上の管の場合で２〜５０ｍｍの範囲にあり、壁厚が０．１〜１．０ｍｍの範囲にあり、
前記箔の総厚が０．０５〜０．２５ｍｍの範囲、金属の総厚が０．００２〜０．１ｍｍの範囲にある流体処理に用いられる構造体を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
多数の工業用途に用いられる管材やホースの要件には、水または空気／酸素または冷媒などの含有物質に対する極めて高いバリア性がある。たとえば、冷媒ホースをポリマー管材から設計しようとする場合、多くの要素を考慮しなければならない。
ｉ）冷媒が数年などの長時間にわたって最小限の損失で管材構造体内に保持されなければならない。
ｉｉ）水分と空気とが管材の中に侵入するのを防止しなければならない。空気の凝縮はできないため、冷凍システムの性能が落ちることになる。水分はヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）やヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）などの冷媒と反応し、この反応による生成物が原因で腐食やスラッジによるシステムの故障が生じかねない。
ｉｉｉ）多くの冷媒は高圧（数百ｐｓｉｇ）下で動作するため、管材は通常のシステム作動圧力の３〜５倍の力に耐え得るものでなければならない。
【０００９】
残念なことに、ときには入手できる中で最良のポリマーバリア材料でも水分と空気の混入を許容レベル未満に維持するには不十分な場合がある。
【００１０】
本件全体を通して、管（単数形の「ｔｕｂｅ」と複数形の「ｔｕｂｅｓ」のどちらでもよく、あるいは「管（単数または複数）」も含む）、「管材」などを用いる。該当する用途次第で、各場面ごとに１本の管および／または複数本の管を選択できることは理解できよう。寸法の基準のなかには単管の場合に対して多管の場合も記載したものがある。したがって、本件全体をとおして、これらの用語は同義に用いられることが多く、単数形や複数形であろうと、その両方であろうと適用されることは読み手にとって自明であろう。
【００１１】
さらに、本発明の明細書をとおして、「箔」、「積層箔」、「フィルム」などの用語は、同じ意味を伝達することを想定している点も、本発明の関係する分野の当業者であれば分かるであろう。
【００１２】
燃料系統を設計する際には、多くの分野の法律で、ナイロン１１または１２などの既存物質あるいはこうした既存物質にＰＴＦＥまたはＰＶＤＦなどのフルオロポリマーを組み合わせたものよりも、（原動機）燃料に含まれる揮発性物質に対する浸透性が低い構造体が要求されている。
【００１３】
床暖房システム用の管材を設計する際には、システム内部を酸素欠如状態に維持してボイラーなどの鉄を含む部品の腐食を防止するために、酸素に対する低浸透性が要求される。同様に、蒸発散が起こると酸素を豊富に含む新鮮な水を補給しなければならないため、水蒸気に対する低浸透性も必要である。太陽熱温水加熱システムでも同様の問題に直面している。
【００１４】
本願明細書の図１および図２を参照すると、本発明は、全体を１０で示す複合構造体を想定している。金属層１６を含むフィルム１４によってポリマー管１２が完全に囲まれている。
【００１５】
本願明細書の図３に示されるように、金属層１６を含むフィルム１４がぴったり合う状態で、このフィルムをアレイ状の管１２に巻き、好ましくはこのフィルムを管１２に接触する場所である管１２の外面１８に結合するか、あるいは管１２に隣接するエリアで自己に結合すると好ましい。管１２の外側の表面１８とフィルム１４の内側の表面２０との間に十分な自由体積のない状態で、管１２のまわりにしっかりとした包みを作り出せると望ましい。金属層１６が十分な障壁となり、水分、空気、冷媒または他の浸透物が過剰に伝わるのを防止することができる。このような箔ラミネートは広く一般に入手でき、同様のバリアの他の素材に比して相対的に低コストである。
【００１６】
さらに、管材１２の外側でこの管材を囲む高バリア層を図１、図２、図３に示すような位置にしておくことで、管材を比較的乾燥した状態に保つことができる。これは管材がポリアミドなどの水分に影響されやすい素材で作られている場合に有意義である。乾燥したポリアミド管材では破裂圧力が環境の湿度にさらされたポリアミドの場合よりもかなり高い。この特徴がゆえに管の直径を大きくして管材を設計することが可能である。
【００１７】
上記の特徴をすべて兼ね備えることで、低コストのプロセスで製造でき、多種多様な高バリア管材またはホースの用途で十分に機能的なものである比較的単純で低コストの材料（内側のボンディング層を有する箔積層体の内側に外側のボンディング層を有するポリアミド管）を得ることができる。もう一度図３を参照すると、金属層の外側にポリマー層２２を設ける、すなわち、金属層１６を挟むことで、金属層１６の腐食を最小限に抑えることが可能である。あるいは、さらに腐食性の高い用途では、ニッケルまたはスズなどの耐腐食性がさらに高い金属を金属層１６に使用してもよい。本願明細書におけるアルミニウムは、金属自体またはアルミニウムをベースにした適切な多種多様の合金を意味する。箔の層を２層以上用いることが可能であり、これを折り畳んでおいた１枚のシートで形成してもよいし、金属の各層または一組の箔全体にプラスチック層を設けた複数枚のシートから形成してもよい。また、箔の第１の層を１本の管または一組の管の一方の側に設けた後、他方の側に第２の層を設ける場合に、同じ箔の断片を折り畳んで両側に使用することが可能である。
【００１８】
用途によっては、フィルムを極めて可撓性の高いものにすることで、結合された構造体全体の可撓性を高めることが望まれる場合がある。
【００１９】
管は断面を円形にすることも楕円形にすることも可能であり、あるいは円形以外の他の形状にすることも可能である。管材については、楕円形の形状として押出成形してもよいし、円形の形状として押出成形した上で構造体を作製するプロセスで楕円形にしてもよい。
【００２０】
管材の材料には多数の異なるポリマーを選択することができるが、何を選択するかは具体的な用途に合った要件に左右され、稼動温度、耐薬品性、圧力を踏まえなければならない。
【００２１】
管の直径と壁厚は、それぞれの用途での圧力を制御できるような大きさにしておく。
【００２２】
任意に、管材の外側に層を同時押出したり、あるいはフィルム材料の一方の側に層を加えたりして、結合性を高めるようにしても構わない。管材と箔のラミネートとの間に冷媒または水や空気などの他の浸透物の「ポケットが形成される」のを防ぐには、フィルム層を管材と対向するフィルム層とに結合させることが重要な場合もある。
【００２３】
金属は接点と縁の小さな部分を除いて管材を囲んでおり、これによって冷媒、水分および空気の浸透に対する遮断性が大幅に改善される。箔のラミネート内に、２以上の金属層を用いるようにしてもよいし、あるいは金属層の厚さを可変にして所望のバリアレベルを達成するようにしてもよい。
【００２４】
熱と圧力とを印加することで、フィルム層の１つに管を「連結」できることが分かったときに、実施例２で用いる手法を開始した。このプロセスは、複数のバリア管を平行して製造することを示すものである。個々のバリア管については、フィルムを管と管との間で細長く切るか、あるいは単管でのプロセスを実行することで製造可能である。管は極めて狭い部分でフィルムに結合されるだけであったが、この結合はプロセスを完了できるだけの時間、管を適切な場所に保持するには十分であった。管材を並べるための何らかの手段を持つ必要があり、これはスロットを何個か設けたＰＴＦＥ製ブロックを介して管材を引っ張ることで達成された。これらのスロットによって、管表面の一部が外に露出される。フィルムと整列配置させた管とを熱源上で接触させたまま引っ張ることで、管をフィルムに連結することができた。このプロセスは、第２のフィルムの縁を第１のフィルムにシールした後、管とフィルムとの間にある空気を真空封入装置ですべて脱気することで達成された。この構造体を適温のオーブンに入れると、大気圧を圧力源として用いてすべての層の最終的な結合状態が得られた。
【００２５】
本願明細書の実施例を参照すると、本発明がなお一層理解されるようになろう。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
長さ６５ｃｍ、内径５．８ｍｍ、壁厚０．６ｍｍのナイロン６６管材を積層箔で包み込んだ。この管材には、ヨウ化カリウム、ヨウ化第一銅、ステアリン酸アルミニウムの７−１−１（重量比）ブレンド０．６パーセントからなる熱安定剤の添加剤も含有されていた。積層箔については、ラドゥロウ・コーポレーション（Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販のものをＢＦＷ−４８フィルムとして入手した。このＢＦＷ−４８フィルムは、（順に）ＬＬＤＰＥ（線状低密度ポリエチレン）約０．０３８ｍｍ（０．００１５インチ）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、アルミニウム箔０．００７ｍｍ（０．０００２９インチ）、ＬＤＰＥ０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）０．０１２ｍｍ（０．０００４８インチ）からなり、総厚が約０．１０ｍｍ（０．００４インチ）のものである。
【００２７】
バリア管材を作製するために、まずおおよその幅が８ｃｍ、長さが８０ｃｍのＢＦＷ−４８フィルムを、ＬＬＤＰＥ層のある側が内側になるように長さ方向に半分に折りたたんだ。この幅４ｃｍの折りたたまれたフィルムを、折りたたまれていない縁の内側に約２．５ｃｍのシール部分ができるようにして、ドゥボーイ（ＤＯＢＯＹ）「ホスピタル・シーラー（Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｓｅａｌｅｒ）」（連続／回転式ヒートシーラー）に通した。この結果、おおよその開口直径が１．５ｃｍのスリーブが形成された。
【００２８】
次に、長さ６５ｃｍのナイロン管材をスリーブに完全に挿入した。スリーブの方が管材よりも長かったため、はみ出したフィルムで両端が覆われていた。ドゥボーイ（ＤＯＢＯＹ）シーラーを使用して、これらの端のうちの一方をヒートシールした。
【００２９】
さらに、包みこまれた管材を、スリーブのシールをほどこしてない端がヒートシール材のバーを横切るようにしてＡＵＤＩＯＮＶＡＣ ＡＥ４０１真空封入装置チャンバに入れた。次に、チャンバ内の空気を脱気し、スリーブの開口端をヒートシールする工程を進めた。この結果、構造体の内部に空気がまったくない状態で、管材の形状に合って管材を取り囲むスリーブが得られた。この真空シールスリーブをブルー（Ｂｌｕｅ）Ｍオーブン（モデルＯＶ−４９０Ａ−３）に入れ、１２０℃で１０分間加熱した。この熱によりフィルム上のＬＬＤＰＥ層が溶融し、冷却時には管材が積層箔でしっかりと包み込まれるように形状（ｆｏｒｍ）へのボンディングが可能になった。最終的には管のまわりにある余分な縁を縁から約３ｍｍ以内まで切り落とした。両端にある余分なフィルム部分についても切り取った。
【００３０】
（実施例２）
内径２．９ｍｍ（０．１１４インチ）、壁厚０．３４ｍｍ（０．０１３３インチ）の管材を使用し、この管材を２枚のフィルム層に結合してリボン構造体を作製した。この管材は、内層が０．３０ｍｍ（０．０１１８インチ厚）のナイロン６６からなり、外層が０．０４ｍｍ（０．００１５インチ）厚の無水物で変性させた低密度ポリエチレンからなり、本願特許出願人からバイネル（Ｂｙｎｅｌ）（登録商標）４２０６として入手可能な同時押出構造体であった。外層のポリマーの融点は約１０２Ｃ、そのメルトインデックスは２．５、その密度は０．９２ｇ／ｃｃであった。外層の目的は、最終構造体における管材とフィルムとの間の結合を改善することであった。上記の組成物からなる８本の管を、ラドゥロウ・コーポレーション（Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手したＢＦＷ−４８フィルムのポリエチレン表面層に貼り付けた。ＢＦＷ−４８フィルムは、（順に）ＬＬＤＰＥ（線状低密度ポリエチレン）約０．０３８ｍｍ（０．００１５インチ）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、アルミニウム箔０．００７ｍｍ（０．０００２９インチ）、ＬＤＰＥ０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）０．０１２ｍｍ（０．０００４８インチ）で構成され、総厚約０．１０ｍｍ（０．００４インチ）であった。
【００３１】
溝付き管ガイドを介して管を引っ張った上で管をフィルムの表面に押圧して管をフィルムに貼り付けた。これらの管については間隔をあけて配置し、構造体の中で１本の管が隣接する管と接触しないようにした。コール・パーマー（Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ）製の「データプレートデジタル加熱板」によってフィルムを下から加熱し、その表面を約１２５Ｃの一定温度に維持した。フィルムの２つのポリエチレン表面が互いに対向するようにして、第２のＢＦＷ−４８フィルム層を第１の層（すでに管が取り付けられている）の方を向けて配置した。フィルムはそれぞれ幅１２７ｍｍ（５インチ）であった。次に、「ドゥボーイ・ホスピタル・シーラー（ＤＯＢＯＹ Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｓｅａｌｅｒ）」（連続／回転式ヒートシーラー）を用いてフィルムの縁を一緒にシールした。約１００ｃｍ（３．３フィート長）のスリーブ長を生成した。次にステップを進めることができるように、短い管材を再び剥離して両端で切り離した。
【００３２】
次に、このようにして形成したスリーブをＡＵＤＩＯＮＶＡＣ ＡＥ４０１真空封入装置に入れた。フィルム層と管との間にある空気を脱気し、スリーブの端部をシールした。この真空シールスリーブをブルー（Ｂｌｕｅ）Ｍオーブン（モデルＯＶ−４９０Ａ−３）に入れ、１２０Ｃで１５分間加熱した。この熱によりポリエチレン層が溶融し、構造体全体が結合された。リボンの外側の余分な縁をトリミングした。リボンのサンプルを冷媒ホースとして試験し、また、他のリボンのサンプルを細長く切ってバラバラの管を形成し、同じく冷媒ホースとして試験した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の多管リボン構造体の斜視図である。
【図２】本発明の単管構造体の斜視図である。
【図３】本発明の典型的な構造体の端部断面図である。
【０００１】
本発明は、燃料系統、冷凍装置用ホース、床暖房用パイプ、太陽熱温水加熱システムなどに用いられるプラスチック管式流体処理手段に関する。特に、本発明は、積層箔に囲まれた１本以上のポリマー管を取り入れたこのような構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック式流体処理装置の製造に伴う課題のひとつに、バリア特性の改善が必要なことがある。こうした低浸透性に対する需要が最も高い用途として、燃料系統および冷凍用のホースがあげられる。前者においては、多くの分野の法律で、ナイロン１１または１２などの既存物質あるいはこうした既存物質にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフルオロポリマーを組み合わせたものよりも、（原動機）燃料に含まれる揮発性物質に対する浸透性が低い構造体が要求されている。後者については、高圧の作業条件下で冷媒を吸入して水蒸気または水分と空気の両方を吐出する状態を保つ必要がある。
【０００３】
【特許文献１】
ＥＰ Ａ ０ ０２４ ２２０号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，３７０，１８６号明細書
【特許文献３】
米国特許第５，９９１，４８５号明細書
【特許文献４】
米国特許第４，０６９，８１１号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，４６９，９１５号明細書
【特許文献６】
欧州特許出願公開第８６４，８２３ Ａ２号明細書
【特許文献７】
米国特許第３，６４８，７６８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
金属層を使用すれば床下暖房や他の用途に用いられるポリマー管に不浸透性を持たせられるとされてきた。しかしながら、これらのシステムでの実用に耐えうる良好な不浸透性を達成するための構造体を金属とプラスチックまたはポリアミドとアルミニウムとを組み合わせたものから得ることはできないか、そうでなければ製造にコストがかかってしまう。構造体を組み立てた後でスパッタリングなどの方法で金属を塗布したらどうかという提案が何名かから出されてきた。しかしながら、スパッタリングを用いれば完全なコーティングを得られることもあるが、これによって必要な不浸透性を与えることはできない。また、予備成形した管に箔の層を長手方向または螺旋状のいずれかで巻いている者もいる。これらの箔については、継ぎ目の部分で折り畳んで重ね、完全なシール材を提供（（特許文献１）および米国特許公報（特許文献２））したり、たとえばレーザによって溶接する（米国特許公報（特許文献３））ことが可能である。通常、この箔にはさらに別のプラスチック層をオーバーコートする。こうしたプロセスは生産性が比較的低くなってしまうため、これによって作られる管材は高価なものである。
【０００５】
米国特許公報（特許文献４）では、間隔をあけて配置された複数本の銅管またはプラスチック管を、剛性で好ましくは黒色の金属製吸収板からなる複数枚の点溶接シートで囲んで包み込んだ熱交換素子が図７に開示されている。米国特許公報（特許文献５）には、複数枚のプラスチックシートで包まれ、このシートによって互いに離れた状態に保持された複数本のプラスチック管または金属管が示されている。１９９８年９月２６日公開の（特許文献６）には、エラストマーまたはプラスチックからなる内層と、アルミニウムなどの熱伝導性金属をメッシュの形にした補強層または螺旋形（ｈｅｌｉｃａｌ）の層と、任意に同じエラストマーまたはプラスチックからなる外層とで構成された太陽熱交換器用の管が開示されている。内側のポリマー層については厚さを０．１〜２．５ｍｍ（０．００４〜０．１インチ）とすることが可能であり、好ましくは０．１〜０．３ｍｍ（０．００４〜０．０１２インチ）であり、補強材については厚さ０．１〜２ｍｍ（０．００４〜０．０７９インチ）とすることが可能である。しかしながら、金属の補強材は熱を十分に吸収できるが、これはメッシュまたは螺旋形の層として用いられると教示されているため、程度を問わず不浸透性が得られることはなかろう。
【０００６】
米国特許公報（特許文献７）には、プラスチックのひれを作成し、平行に配置した複数本の管をひれの内側で互いに離して配置することが示されている。この公報ではバリア層については何ら触れられておらず、あるいはひれに金属を用いることも触れられていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、積層箔に囲まれて該積層箔にシールされた少なくとも１本のポリマー管を備え、前記箔が２つの面を有し、一方の面が管の方を向いて他方の面が管と反対方向を向き、前記箔が、少なくとも管に面している側に少なくとも１つのポリマー層を有する少なくとも１つの金属層を含み、
前記管の内径が１本の管の場合で５〜５０ｍｍの範囲、２本以上の管の場合で２〜５０ｍｍの範囲にあり、壁厚が０．１〜１．０ｍｍの範囲にあり、
前記箔の総厚が０．０５〜０．２５ｍｍの範囲、金属の総厚が０．００２〜０．１ｍｍの範囲にある流体処理に用いられる構造体を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
多数の工業用途に用いられる管材やホースの要件には、水または空気／酸素または冷媒などの含有物質に対する極めて高いバリア性がある。たとえば、冷媒ホースをポリマー管材から設計しようとする場合、多くの要素を考慮しなければならない。
ｉ）冷媒が数年などの長時間にわたって最小限の損失で管材構造体内に保持されなければならない。
ｉｉ）水分と空気とが管材の中に侵入するのを防止しなければならない。空気の凝縮はできないため、冷凍システムの性能が落ちることになる。水分はヒドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）やヒドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）などの冷媒と反応し、この反応による生成物が原因で腐食やスラッジによるシステムの故障が生じかねない。
ｉｉｉ）多くの冷媒は高圧（数百ｐｓｉｇ）下で動作するため、管材は通常のシステム作動圧力の３〜５倍の力に耐え得るものでなければならない。
【０００９】
残念なことに、ときには入手できる中で最良のポリマーバリア材料でも水分と空気の混入を許容レベル未満に維持するには不十分な場合がある。
【００１０】
本件全体を通して、管（単数形の「ｔｕｂｅ」と複数形の「ｔｕｂｅｓ」のどちらでもよく、あるいは「管（単数または複数）」も含む）、「管材」などを用いる。該当する用途次第で、各場面ごとに１本の管および／または複数本の管を選択できることは理解できよう。寸法の基準のなかには単管の場合に対して多管の場合も記載したものがある。したがって、本件全体をとおして、これらの用語は同義に用いられることが多く、単数形や複数形であろうと、その両方であろうと適用されることは読み手にとって自明であろう。
【００１１】
さらに、本発明の明細書をとおして、「箔」、「積層箔」、「フィルム」などの用語は、同じ意味を伝達することを想定している点も、本発明の関係する分野の当業者であれば分かるであろう。
【００１２】
燃料系統を設計する際には、多くの分野の法律で、ナイロン１１または１２などの既存物質あるいはこうした既存物質にＰＴＦＥまたはＰＶＤＦなどのフルオロポリマーを組み合わせたものよりも、（原動機）燃料に含まれる揮発性物質に対する浸透性が低い構造体が要求されている。
【００１３】
床暖房システム用の管材を設計する際には、システム内部を酸素欠如状態に維持してボイラーなどの鉄を含む部品の腐食を防止するために、酸素に対する低浸透性が要求される。同様に、蒸発散が起こると酸素を豊富に含む新鮮な水を補給しなければならないため、水蒸気に対する低浸透性も必要である。太陽熱温水加熱システムでも同様の問題に直面している。
【００１４】
本願明細書の図１および図２を参照すると、本発明は、全体を１０で示す複合構造体を想定している。金属層１６を含むフィルム１４によってポリマー管１２が完全に囲まれている。
【００１５】
本願明細書の図３に示されるように、金属層１６を含むフィルム１４がぴったり合う状態で、このフィルムをアレイ状の管１２に巻き、好ましくはこのフィルムを管１２に接触する場所である管１２の外面１８に結合するか、あるいは管１２に隣接するエリアで自己に結合すると好ましい。管１２の外側の表面１８とフィルム１４の内側の表面２０との間に十分な自由体積のない状態で、管１２のまわりにしっかりとした包みを作り出せると望ましい。金属層１６が十分な障壁となり、水分、空気、冷媒または他の浸透物が過剰に伝わるのを防止することができる。このような箔ラミネートは広く一般に入手でき、同様のバリアの他の素材に比して相対的に低コストである。
【００１６】
さらに、管材１２の外側でこの管材を囲む高バリア層を図１、図２、図３に示すような位置にしておくことで、管材を比較的乾燥した状態に保つことができる。これは管材がポリアミドなどの水分に影響されやすい素材で作られている場合に有意義である。乾燥したポリアミド管材では破裂圧力が環境の湿度にさらされたポリアミドの場合よりもかなり高い。この特徴がゆえに管の直径を大きくして管材を設計することが可能である。
【００１７】
上記の特徴をすべて兼ね備えることで、低コストのプロセスで製造でき、多種多様な高バリア管材またはホースの用途で十分に機能的なものである比較的単純で低コストの材料（内側のボンディング層を有する箔積層体の内側に外側のボンディング層を有するポリアミド管）を得ることができる。もう一度図３を参照すると、金属層の外側にポリマー層２２を設ける、すなわち、金属層１６を挟むことで、金属層１６の腐食を最小限に抑えることが可能である。あるいは、さらに腐食性の高い用途では、ニッケルまたはスズなどの耐腐食性がさらに高い金属を金属層１６に使用してもよい。本願明細書におけるアルミニウムは、金属自体またはアルミニウムをベースにした適切な多種多様の合金を意味する。箔の層を２層以上用いることが可能であり、これを折り畳んでおいた１枚のシートで形成してもよいし、金属の各層または一組の箔全体にプラスチック層を設けた複数枚のシートから形成してもよい。また、箔の第１の層を１本の管または一組の管の一方の側に設けた後、他方の側に第２の層を設ける場合に、同じ箔の断片を折り畳んで両側に使用することが可能である。
【００１８】
用途によっては、フィルムを極めて可撓性の高いものにすることで、結合された構造体全体の可撓性を高めることが望まれる場合がある。
【００１９】
管は断面を円形にすることも楕円形にすることも可能であり、あるいは円形以外の他の形状にすることも可能である。管材については、楕円形の形状として押出成形してもよいし、円形の形状として押出成形した上で構造体を作製するプロセスで楕円形にしてもよい。
【００２０】
管材の材料には多数の異なるポリマーを選択することができるが、何を選択するかは具体的な用途に合った要件に左右され、稼動温度、耐薬品性、圧力を踏まえなければならない。
【００２１】
管の直径と壁厚は、それぞれの用途での圧力を制御できるような大きさにしておく。
【００２２】
任意に、管材の外側に層を同時押出したり、あるいはフィルム材料の一方の側に層を加えたりして、結合性を高めるようにしても構わない。管材と箔のラミネートとの間に冷媒または水や空気などの他の浸透物の「ポケットが形成される」のを防ぐには、フィルム層を管材と対向するフィルム層とに結合させることが重要な場合もある。
【００２３】
金属は接点と縁の小さな部分を除いて管材を囲んでおり、これによって冷媒、水分および空気の浸透に対する遮断性が大幅に改善される。箔のラミネート内に、２以上の金属層を用いるようにしてもよいし、あるいは金属層の厚さを可変にして所望のバリアレベルを達成するようにしてもよい。
【００２４】
熱と圧力とを印加することで、フィルム層の１つに管を「連結」できることが分かったときに、実施例２で用いる手法を開始した。このプロセスは、複数のバリア管を平行して製造することを示すものである。個々のバリア管については、フィルムを管と管との間で細長く切るか、あるいは単管でのプロセスを実行することで製造可能である。管は極めて狭い部分でフィルムに結合されるだけであったが、この結合はプロセスを完了できるだけの時間、管を適切な場所に保持するには十分であった。管材を並べるための何らかの手段を持つ必要があり、これはスロットを何個か設けたＰＴＦＥ製ブロックを介して管材を引っ張ることで達成された。これらのスロットによって、管表面の一部が外に露出される。フィルムと整列配置させた管とを熱源上で接触させたまま引っ張ることで、管をフィルムに連結することができた。このプロセスは、第２のフィルムの縁を第１のフィルムにシールした後、管とフィルムとの間にある空気を真空封入装置ですべて脱気することで達成された。この構造体を適温のオーブンに入れると、大気圧を圧力源として用いてすべての層の最終的な結合状態が得られた。
【００２５】
本願明細書の実施例を参照すると、本発明がなお一層理解されるようになろう。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
長さ６５ｃｍ、内径５．８ｍｍ、壁厚０．６ｍｍのナイロン６６管材を積層箔で包み込んだ。この管材には、ヨウ化カリウム、ヨウ化第一銅、ステアリン酸アルミニウムの７−１−１（重量比）ブレンド０．６パーセントからなる熱安定剤の添加剤も含有されていた。積層箔については、ラドゥロウ・コーポレーション（Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から市販のものをＢＦＷ−４８フィルムとして入手した。このＢＦＷ−４８フィルムは、（順に）ＬＬＤＰＥ（線状低密度ポリエチレン）約０．０３８ｍｍ（０．００１５インチ）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、アルミニウム箔０．００７ｍｍ（０．０００２９インチ）、ＬＤＰＥ０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）０．０１２ｍｍ（０．０００４８インチ）からなり、総厚が約０．１０ｍｍ（０．００４インチ）のものである。
【００２７】
バリア管材を作製するために、まずおおよその幅が８ｃｍ、長さが８０ｃｍのＢＦＷ−４８フィルムを、ＬＬＤＰＥ層のある側が内側になるように長さ方向に半分に折りたたんだ。この幅４ｃｍの折りたたまれたフィルムを、折りたたまれていない縁の内側に約２．５ｃｍのシール部分ができるようにして、ドゥボーイ（ＤＯＢＯＹ）「ホスピタル・シーラー（Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｓｅａｌｅｒ）」（連続／回転式ヒートシーラー）に通した。この結果、おおよその開口直径が１．５ｃｍのスリーブが形成された。
【００２８】
次に、長さ６５ｃｍのナイロン管材をスリーブに完全に挿入した。スリーブの方が管材よりも長かったため、はみ出したフィルムで両端が覆われていた。ドゥボーイ（ＤＯＢＯＹ）シーラーを使用して、これらの端のうちの一方をヒートシールした。
【００２９】
さらに、包みこまれた管材を、スリーブのシールをほどこしてない端がヒートシール材のバーを横切るようにしてＡＵＤＩＯＮＶＡＣ ＡＥ４０１真空封入装置チャンバに入れた。次に、チャンバ内の空気を脱気し、スリーブの開口端をヒートシールする工程を進めた。この結果、構造体の内部に空気がまったくない状態で、管材の形状に合って管材を取り囲むスリーブが得られた。この真空シールスリーブをブルー（Ｂｌｕｅ）Ｍオーブン（モデルＯＶ−４９０Ａ−３）に入れ、１２０℃で１０分間加熱した。この熱によりフィルム上のＬＬＤＰＥ層が溶融し、冷却時には管材が積層箔でしっかりと包み込まれるように形状（ｆｏｒｍ）へのボンディングが可能になった。最終的には管のまわりにある余分な縁を縁から約３ｍｍ以内まで切り落とした。両端にある余分なフィルム部分についても切り取った。
【００３０】
（実施例２）
内径２．９ｍｍ（０．１１４インチ）、壁厚０．３４ｍｍ（０．０１３３インチ）の管材を使用し、この管材を２枚のフィルム層に結合してリボン構造体を作製した。この管材は、内層が０．３０ｍｍ（０．０１１８インチ厚）のナイロン６６からなり、外層が０．０４ｍｍ（０．００１５インチ）厚の無水物で変性させた低密度ポリエチレンからなり、本願特許出願人からバイネル（Ｂｙｎｅｌ）（登録商標）４２０６として入手可能な同時押出構造体であった。外層のポリマーの融点は約１０２Ｃ、そのメルトインデックスは２．５、その密度は０．９２ｇ／ｃｃであった。外層の目的は、最終構造体における管材とフィルムとの間の結合を改善することであった。上記の組成物からなる８本の管を、ラドゥロウ・コーポレーション（Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手したＢＦＷ−４８フィルムのポリエチレン表面層に貼り付けた。ＢＦＷ−４８フィルムは、（順に）ＬＬＤＰＥ（線状低密度ポリエチレン）約０．０３８ｍｍ（０．００１５インチ）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、アルミニウム箔０．００７ｍｍ（０．０００２９インチ）、ＬＤＰＥ０．０２２ｍｍ（０．０００８５インチ）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）０．０１２ｍｍ（０．０００４８インチ）で構成され、総厚約０．１０ｍｍ（０．００４インチ）であった。
【００３１】
溝付き管ガイドを介して管を引っ張った上で管をフィルムの表面に押圧して管をフィルムに貼り付けた。これらの管については間隔をあけて配置し、構造体の中で１本の管が隣接する管と接触しないようにした。コール・パーマー（Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ）製の「データプレートデジタル加熱板」によってフィルムを下から加熱し、その表面を約１２５Ｃの一定温度に維持した。フィルムの２つのポリエチレン表面が互いに対向するようにして、第２のＢＦＷ−４８フィルム層を第１の層（すでに管が取り付けられている）の方を向けて配置した。フィルムはそれぞれ幅１２７ｍｍ（５インチ）であった。次に、「ドゥボーイ・ホスピタル・シーラー（ＤＯＢＯＹ Ｈｏｓｐｉｔａｌ Ｓｅａｌｅｒ）」（連続／回転式ヒートシーラー）を用いてフィルムの縁を一緒にシールした。約１００ｃｍ（３．３フィート長）のスリーブ長を生成した。次にステップを進めることができるように、短い管材を再び剥離して両端で切り離した。
【００３２】
次に、このようにして形成したスリーブをＡＵＤＩＯＮＶＡＣ ＡＥ４０１真空封入装置に入れた。フィルム層と管との間にある空気を脱気し、スリーブの端部をシールした。この真空シールスリーブをブルー（Ｂｌｕｅ）Ｍオーブン（モデルＯＶ−４９０Ａ−３）に入れ、１２０Ｃで１５分間加熱した。この熱によりポリエチレン層が溶融し、構造体全体が結合された。リボンの外側の余分な縁をトリミングした。リボンのサンプルを冷媒ホースとして試験し、また、他のリボンのサンプルを細長く切ってバラバラの管を形成し、同じく冷媒ホースとして試験した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の多管リボン構造体の斜視図である。
【図２】本発明の単管構造体の斜視図である。
【図３】本発明の典型的な構造体の端部断面図である。
Claims (17)
- 積層箔に囲まれて該積層箔にシールされた少なくとも１本のポリマー管を備え、前記箔が２つの面を有し、一方の面が管の方を向いて他方の面が管と反対方向を向き、前記箔が、少なくとも管に面している側に少なくとも１つのポリマー層を有する少なくとも１つの金属層を含み、
前記管の内径が１本の管の場合で５〜５０ｍｍの範囲、２本以上の管の場合で２〜５０ｍｍの範囲にあり、壁厚が０．１〜１．０ｍｍの範囲にあり、
前記箔の総厚が０．０５〜０．２５ｍｍの範囲、金属の総厚が０．００２〜０．１ｍｍの範囲にあることを特徴とする流体処理に用いられる構造体。 - 複数の管が平行に配置され、前記管が前記積層箔によって適所に保持され、囲まれ、シールされることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 管が１本のみであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 管の内径が８〜１２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 前記少なくとも１本の管が複数のポリマー層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔の少なくとも管の反対方向を向いている層のポリマーがポリアミドであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 管の外側の層のポリマーが、管の方を向いている箔のポリマー層と結合可能なものであることを特徴とする請求項５に記載の構造体。
- 管の少なくとも１層のポリマーと箔の少なくとも１つのポリマー層とが両方ともポリアミドであることを特徴とする請求項７に記載の構造体。
- 箔の総厚が０．０７〜０．２ｍｍの範囲であり、金属層の総厚が０．００５〜０．０２ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔の総厚が０．１〜０．１５ｍｍの範囲であり、金属層の総厚が０．００５〜０．０１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項９に記載の構造体。
- 管の内径が８〜１２ｍｍの範囲、管の壁厚が０．１〜０．２５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 該金属がアルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔の管と向き合っている面にポリオレフィンの層が設けられ、管の管と反対方向の面にポリアミドの層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔の管と反対方向の面にポリマーの層が設けられていないことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔中に複数のポリマー層があることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔中に複数の金属層があることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
- 箔中に複数のポリマー層と複数の金属層の両方があることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
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