JP2011046119A - 金属管と樹脂製保持部材との接合方法及び該接合方法により製作された接合体 - Google Patents

金属管と樹脂製保持部材との接合方法及び該接合方法により製作された接合体 Download PDF

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Abstract

【課題】保持部材の管内部にバリ等を発生させる心配がなく、金属管と保持部材とを短時間で簡便かつ確実に接合する方法及びその接合方法により製作された接合体を提供する。
【解決手段】本発明は、管保持孔５を内部に有する樹脂製保持部材２と金属管１との接合方法であって、金属管１の基端部に外方に突出した係合部３を設けておき、この金属管１を保持孔５に挿入して係合部３を保持孔５の壁部６に係合させる工程と、係合している壁部６を軟化させる工程と、壁部６を軟化させた状態で樹脂製保持部材２と金属管１との相対位置を変化させて、係合部３を壁部６内に埋設する工程と、壁部６を固化させる工程とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属管と樹脂製保持部材との接合方法及び該接合方法により製作された接合体に関する。
一般に、樹脂製保持部材に金属管の部品が接合された製品を製作するにあたっては、インサート成形法が用いられる。このインサート成形法によれば、金属管を樹脂製保持部材の内部に埋設することで、金属管を所定の位置に確実に保持させることができる。しかし、このインサート成形法は、例えば、製品が注射器のような場合に、その用途との関係で製作方法として適切でない場合がある。すなわち、インサート成形法においては、装置の製作精度に起因して、金型同士や金型と金属管の接する面の隙間に溶融された樹脂が入り込んで、小さなバリが発生することがある。このようなバリは、金型同士等の内部において小さく発生するものであるため、その有無を確認することが困難であり、製品が例えば注射器の場合には、バリが発生していると該注射器の使用時にバリが剥がれて薬液中に落ちないように配慮しなければならなくなる。
そこで、従来から注射器等の製作においては、インサート成形法以外の金属管と樹脂製保持部材との接合方法として、接着剤による接着や金属管の樹脂製保持部材への圧入による方法が採用されている。
このような従来の接合方法による接合体としては、下記特許文献１に開示されたものが知られている。
特許文献１において開示された注射針と該注射針を保持する針基との接合体は、針基の先端から注射針を所定の長さ分挿入した後、注射針を挿入した針基の先端開口部の周縁部と注射針とのわずかな接点部分に接着剤を注入することにより、注射針と針基とを接合している。
また、金属管を樹脂製保持部材に圧入することによって接合する場合には、金属管を挿通する樹脂製保持部材の挿通部の径を、金属管の外径よりもやや小さくし、金属管を樹脂製保持部材の挿通部に圧をかけつつ押し込みながら挿入することにより行う。
特開２００６−１１６２１７号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載された接合方法によると、針基の開口部の周縁部と注射針とのわずかな接点部分に接着剤を注入しなければならず、注入した際に接着剤がはみ出た場合には、はみ出た接着剤を拭き取ったり、適切に注入した後に該接着剤を硬化させるのに時間がかかったりするため、接合体を完成させるまでに工数及び時間を要するという問題があった。
また、金属管を保持部材に圧入する方法による場合であっても、金属管の引き抜き強度が十分に得られにくいという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、樹脂製保持部材の管内部にバリ等を発生させる心配がなく、金属管と樹脂製保持部材とを短時間で簡便かつ確実に接合する方法及びその接合方法により製作された接合体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の第一の態様である金属管と樹脂製保持部材との接合方法は、管保持孔を内部に有する樹脂製保持部材と金属管との接合方法であって、前記金属管の基端部に外方に突出した係合部を設けておき、この金属管を前記保持孔に挿入して前記係合部を前記保持孔の壁部に係合させる工程と、前記係合している前記壁部を軟化させる工程と、前記壁部を軟化させた状態で前記樹脂製保持部材と前記金属管との相対位置を変化させて、前記係合部を前記壁部内に埋設させる工程と、前記壁部を固化させる工程とを有することを特徴とする。
前記軟化は、高周波を用いて前記保持孔の壁部を溶融することにより行ってもよい。
あるいは、前記軟化は、超音波振動を用いて前記保持孔の壁部を溶融することにより行ってもよい。
本発明に用いる金属管の係合部が、金属管の外周を廻るフランジであってもよい。
あるいは、金属管の係合部が、金属管の外周に複数、等間隔に設けられていてもよい。
本発明の第二の態様である金属管と樹脂製保持部材との接合体は、本発明の金属管と樹脂製保持部材との接合方法により製作されていることを特徴とする。
本発明の金属管と樹脂製保持部材の接合方法によると、バリ等が発生する心配が無いという効果が得られる。
また、金属管と樹脂製保持部材との接合体を、工数を減らして簡便に、かつ製作時間を抑えて製作することができるという効果が得られる。
また、金属管の係合部を樹脂製保持部材に埋設しているため、金属管が安定的かつ確実に保持部材に固定されるという効果が得られる。
は、本発明の接合方法の第1実施形態を説明するための図であって、金属管と樹脂製保持部材との要部を示す拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態として示した金属管と樹脂製保持部材との接合方法の主要な工程を示した説明図である。（ａ）は、金属管が樹脂製保持部材の保持孔に挿通された状態を示した断面図ある。（ｂ）は、樹脂製保持部材に高周波を当て、保持孔の壁部を軟化し、その内部に金属管を挿入した初期の状態を示す断面図である。（ｃ）は、樹脂製保持部材に金属管が埋設された状態を示す断面図である。 は、本発明に用いられる金属管の係合部の一例を示した斜視図である。 は、本発明に用いられる金属管の係合部の他の例を示した斜視図である。 は、本発明の樹脂製保持部材の保持孔をテーパ形状としたものに金属管を挿通して超音波により保持孔の壁部を軟化する状態を示した断面図である。
以下、図を参照して、本発明の第１実施形態による金属管と樹脂製保持部材との接合方法（以下、単に「接合方法」という）を説明する。
図１は、本実施形態の接合方法の適用対象である注射器の針管（金属管）１と本体（樹脂製保持部材）２とを示す概要図である。針管１は、金属により形成され、管腔を有する部材である。本体２は、針管１を保持する部材である。
針管１は、図３に示すように、基端部に外方に突出した係合部３を備えている。本実施形態においては、係合部３は、針管１の基端部に外方に張り出して形成されたフランジとされている。
針管１の材料としては、鉄、ステンレス、真鋳、銅、ニッケル、チタンの高周波誘導加熱が可能な導電性を有するものを採用することができる。
本体２は、図1に示すように、略円筒形状に形成されたものであって、その内部は、内径寸法が大きく形成され、薬液等の液体を保持する第１の内径部４と、第１の内径部４と連通して形成され、第１の内径部４よりも内径寸法が小さく形成されて針管１を保持するための第２の内径部５（保持孔）とからなっている。
本体２の材料としては、熱可塑性樹脂が用いられ、所定の温度以上に加熱されることによって溶融（軟化）状態となる材料が用いられる。具体的には、本体２の材料には、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル等を用いることができる。
第２の内径部５の寸法は、係合部３が第２の内径部５の壁部６の端面６ａに係合する位置まで針管１をスムーズに挿入でき、かつ針管１をほぼぶれることの無いように保持できるように、針管１の外径よりも僅かに寸法を大とするように形成されている。具体的には、第２の内径部５と針管１との間隙Ｓ１は、約０．０２ｍｍとするのが望ましい。
また、針管１の係合部３の外径寸法は、第１の内径部４を通過して第２の内径部５の壁部６の端面６ａと係合することができるような突出寸法とされている。具体的には、係合部３の係合面３ｂと壁部６の端面６ａとの係合幅Ｓ２は、０．２ｍｍ程度とされるのが望ましい。
次に、針管１と本体２とを接合するための本実施形態の接合方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態として示した針管１と本体２の接合方法の主要な工程を示した説明図である。本発明による接合方法は、以下の工程からなっている。
１．針管１を第１、第２の内径部４、５に挿入して係合部３を第２の内径部５の壁部６の端面６ａに係合させる工程（Ａ）
２．係合している付近の壁部６を軟化させる工程（Ｂ）
３．壁部６を軟化させた状態で本体２と針管１との相対位置を変化させて、係合部３を壁部６内に埋設する工程（Ｃ）
４．壁部６を固化させる工程（Ｄ）
まず、図２（ａ）に示すように、針管１を本体２の第２の内径部５へ挿入する工程（Ａ）においては、針管１を第１の内径部４及び第２の内径部５の軸線Ｌ方向に向け先端部１ｂから第１の内径部４に挿入し、先端部１ｂが本体２の先端面２ａから突出し係合部３が壁部６の端面６ａに係合するまで針管１を挿通する。
次に、図２（ｂ）に示すように、係合部３と壁部６とが係合している付近の壁部６の軟化工程（Ｂ）においては、係合部３と壁部６の面とが係合している付近の本体２の外周に高周波誘導加熱装置Ｋを配置し高周波を当てて、係合部３を加熱し、該係合部３が接触している付近の壁部６を溶融して軟化させる。
この軟化工程において、壁部６は、柔軟性を獲得する所定の温度まで係合部３により加熱されるようにする。すなわち、針管１を先端部１ｂ側から軽く引っ張ると、係合部３の係合面３ｂが溶融した樹脂を端面３ａ側に流動させながら樹脂の壁部６内に埋設されていくことができる程度になされていればよい。
所定の温度は、本体２を形成する材料の種類によって適宜決定されるが、当該材料のガラス転移点（Ｔｇ）以上で、外力が加わらない限り本体２としての形状をある程度保持しうるような温度に加熱されるのが好ましい。具体的には、例えば、本体２の材料がＡＢＳ樹脂の場合は、１００〜１２０℃程度の範囲に加熱されるのが望ましく、ポリエチレン又はポリプロピレンの場合は約９０℃、ポリスチレン又は塩化ビニルの場合には約８０℃に加熱されるのが望ましい。
次に、図２（ｃ）に示すように、針管１の埋設工程（Ｃ）において、壁部６が適度に軟化した後、針管１の先端部１ｂを軸線Ｌ方向、先端部１ｂの延伸先に向けて引っ張り、本体２と針管１との相対的な位置関係を変化させて、係合部３を壁部６に埋設させる。さらに、係合部３を第２の内径部５のより内部に位置させたい場合には、高周波を当てる位置を少しずつ軸線方向内部に向けてずらしながら壁部６を溶融し、針管１の先端部１ｂをさらにその延伸方向に引っ張って端面６ａと本体２の先端面２ａの間の所望の位置に係合部３を位置決めする。
次に、壁部６の固化工程（Ｄ）においては、図２（ｃ）に示す係合部３が所定の位置Ｐにおいて配置された状態で、高周波による加熱を中止し、壁部６が軟化した箇所を冷却して温度を低下させ、当該軟化した箇所を固化させる。このようにして、針管１は、その係合部３が壁部６に埋設された状態で固化し、第２の内径部５内に保持された状態で維持され、金属管と樹脂製保持部材との接合体１０が完成する。
本実施形態の接合方法によれば、本体２を軟化させて係合部３を壁部６に埋め込んでおり、インサート成形法を採用したときのように、金型を用いないので金型同士又は金型と針管１等の接する面においてバリが発生することを回避することができる。
また、第２の内径部５の壁部６を局部的に加熱して軟化させ、針管１の先端部１ｂを軽く引っ張るだけで、本体２の外径形状に影響を与えることなく壁部６に係合部３を埋設し、さらに、加熱をやめて温度を下げることで軟化された壁部６を固化させることができるので、少ない工程で簡便かつ短時間で針管１を本体２の所望の位置Ｐに固定させることができるという効果が得られる。
また、上記のとおり、係合部３が壁部６に埋め込まれて固定されているので、安定的かつ確実に針管１を本体２に保持させることができるという効果が得られる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態と前述の第１実施形態との異なる点は、工程（Ｂ）の軟化工程において、図２（ｂ）に示す高周波誘導加熱装置Ｋの代わりに超音波発生装置を用い、壁部９の軟化を行う点である。
超音波発生装置を用いて壁部９を軟化させる場合は、図５に示すように、本体２から突出した針管1を、超音波発生装置５０の先端部に設けられた超音波ホーン５１の内腔部５２に針管1の先端から挿入して保持し、超音波を発生させ、針管１を振動させることにより該係合部３と壁部９の境界面に局部的な摩擦熱を発生させて、針管１が係合している壁部９の樹脂を溶融することにより行う。なお、針管1の超音波ホーン５１の内腔部５２への固定は、超音波ホーン５１の側面の孔５３から挿入された固定用のビス５４によって針管１を内腔部５２側へ押圧することによりなされる。
このようにして壁部９を溶融した後は、第１実施形態の場合と同様、針管１を保持している超音波発生装置５０を針管１の先端部１ｂ方向に引っ張ると、本体２と針管１との相対的な位置関係が変化し、係合部３と接する壁部９が順次加熱溶融されていき、係合部３がテーパ状の内径部８（保持孔）内に埋設されていく。係合部３が埋設された後は、超音波振動を停止し、壁部９を冷却することにより針管１が内径部８内に固定される。
この第２実施形態による方法を用いた場合の効果は、第１実施形態による方法を用いた場合と同様である。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記第１実施形態及び第２実施形態において用いられる針管１は、図４に示されるように、針管１の外周を廻る係合部３に１以上の隙間７が形成されていてもよい。このような隙間７が形成されることによって、軟化された状態の壁部６、９が係合部３を円滑に通過し係合部３の端面３ａ側に流動していくことができる。
また、係合部３は、図４に示すように、針管１の端部１ａよりも長手方向に所定寸法内側に形成されていてもよい。さらに、係合部３は、フランジによるものに限らず、突出部が等間隔に環状配置されているものでも良い。
また、保持部材については、第１実施形態において説明した本体２のように、第１の内径部４及び第２の内径部５を有するものには限定されず、図５に第２実施形態として示す本体２のように、壁部９がテーパ形状とされている内径部８のみを有するものなど、本発明における保持孔に相当する管腔を備えたものであれば良い。このような場合には、針管１の係合部３を保持孔５の壁部６の壁面に接するまで挿入し、前述した超音波発生装置５０により針管１を保持して、係合部３と壁部６が接している付近の樹脂を摩擦熱により溶融し、壁部６の樹脂が溶融している状態において針管１を、超音波発生装置５０を引っ張って係合部３を埋設すればよい。
また、本体２の外周の形状は円筒形状に限られない。先端を略テーパ形状とするなどして、金属管と樹脂製の保持部材との接合体の用途に応じた形状とすることが出来る。
さらに、本発明の接合方法によって得られる接合体の用途も、上述の注射器には限定されず、幅広い用途に使用することが可能である。
１ 針管（金属管）
２ 本体（樹脂製保持部材）
３ 係合部
４ 第１の内径部
５ 第２の内径部（保持孔）
６ 第２の内径部の壁部
７ 隙間
８ 内径部（保持孔）
９ 内径部の壁部
１０ 金属管と樹脂製保持部材との接合体

Claims (6)

  1. 管保持孔を内部に有する樹脂製保持部材と金属管との接合方法であって、
    前記金属管の基端部に外方に突出した係合部を設けておき、この金属管を前記保持孔に挿入して前記係合部を前記保持孔の壁部に係合させる工程と、
    前記係合している前記壁部を軟化させる工程と、
    前記壁部を軟化させた状態で前記樹脂製保持部材と前記金属管との相対位置を変化させて、前記係合部を前記壁部内に埋設する工程と、
    前記壁部を固化させる工程と
    を有することを特徴とする金属管と樹脂製保持部材との接合方法。
  2. 請求項１に記載の金属管と樹脂製保持部材との接合方法において、前記軟化を、高周波を用いて前記保持孔の壁部を溶融することにより行うことを特徴とする金属管と樹脂製保持部材との接合方法。
  3. 請求項１に記載の金属管と樹脂製保持部材との接合方法において、前記軟化を、超音波振動を用いて前記保持孔の壁部を溶融することにより行うことを特徴とする金属管と樹脂製保持部材との接合方法。
  4. 請求項１から３のいずれかに記載の金属管と樹脂製保持部材との接合方法において、前記金属管の前記係合部が、前記金属管の外周を廻るフランジであることを特徴とする金属管と樹脂製保持部材との接合方法。
  5. 請求項１から３のいずれかに記載の金属管と樹脂製保持部材との接合方法において、前記金属管の前記係合部が、前記金属管の外周に複数、等間隔に設けられていることを特徴とする金属管と樹脂製保持部材との接合方法。
  6. 請求項１から５のいずれかに記載の金属管と樹脂製保持部材との接合方法によって製作されたことを特徴とする金属管と樹脂製保持部材との接合体。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015214137A (ja) * 2014-04-22 2015-12-03 株式会社日昌製作所 金属インサート部品、該金属インサート部品を用いる樹脂成型品の製造方法、及び高周波誘導加熱のモニタリング方法と加熱温度把握方法
JP2015214146A (ja) * 2014-04-22 2015-12-03 株式会社日昌製作所 金属インサート部品及び該金属インサート部品を用いる樹脂成型品の製造方法
JP7446810B2 (ja) 2019-02-05 2024-03-11 ダイセルミライズ株式会社 複合成形体の製造方法

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