JP2020093087A

JP2020093087A - チューブ

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Publication number: JP2020093087A
Application number: JP2019212499A
Authority: JP
Inventors: 欽司柴田; Kinji Shibata; 澤田　拓也; Takuya Sawada; 拓也澤田
Original assignee: Nissei Electric Co Ltd
Current assignee: Nissei Electric Co Ltd
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-06-18

Abstract

【課題】柔軟性と剛性を兼ね備え、様々な屈曲半径に対して剛性を維持しつつ柔軟性を改善する耐キンク性に優れるチューブを提供する。【解決手段】長さ方向の少なくとも一部において、充実構造部２と多孔質構造部３が、交互に構成されていることを特徴とする。充実構造部の比重が、０．８０〜２．２０、多孔質構造部の比重が、０．１０〜２．００、充実構造部における比重と、多孔質構造部における比重との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．０５〜０．９５であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば各種部材の保護、あるいは、気体や液体等の流体を搬送する目的において好適に使用される、柔軟性と剛性を兼ね備え、様々な屈曲半径に対して耐キンク性に優れるチューブに関する。

医療、製薬、食品、化学、分析機器等の分野において使用されるチューブの使用環境は様々であるため、使用方法や設置状態によっては、部分的にチューブが折れる、潰れる等の不具合が生じる。
そのため、使用方法や設置状態に応じて、様々な屈曲半径に対して折れないよう柔軟性に優れるチューブが求められる一方、チューブ全体としては、強度が保たれるよう一定の剛性が求められる。

特許文献１では、内層は充実構造で形成され、外層は端面側から順に、充実構造と、充実構造から徐々に多孔質構造へ変化する移行層と、多孔質構造で形成されるチューブが示されている。
多孔質構造を有するため、柔軟性に優れる一方、二層構造のチューブは、単層構造の場合と比べ、製造工程、設備が複雑となり、薄肉化も難しいという問題がある。

特許文献２では、長手方向に沿って、充実肉質部と多孔質肉質部の混成により構成されたチューブが示されている。
充実肉質部と多孔質肉質部の混成により構成されたチューブは、充実肉厚部のみからなる構造と比べ柔軟性は改善されるが、剛性を維持することは困難である。
チューブの使用方法、設置方法の多様化に伴い、様々な屈曲半径に対して、剛性を維持しつつ柔軟性を改善した耐キンク性に優れるチューブに対する要求は益々強まっている。

特許第３８０８２４６号特開昭５３−１２２２８７号

本発明の課題は、柔軟性と剛性を兼ね備え、様々な屈曲半径に対して剛性を維持しつつ柔軟性を改善する耐キンク性に優れるチューブを提供することにある。

本発明の要旨は以下のとおりである。

（１）長さ方向の少なくとも一部において、充実構造部と多孔質構造部が、交互に構成されていることを特徴とする。
（２）充実構造部の比重が、０．８０〜２．２０であることが好ましい。
（３）多孔質構造部の比重が、０．１０〜２．００であることであることが好ましい。
（４）充実構造部における比重と、多孔質構造部における比重との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．０５〜０．９５であることが好ましい。
（５）充実構造部の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．１０〜１０．００であることが好ましい。
（６）充実構造部の１箇所の長さ寸法、及び、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法が、０．３０〜３００．０ｍｍであることが好ましい。
（７）同一材質で曲げ応力が等しい、単層構造のチューブと比較して、圧環強さが５０％〜３００％であることが好ましい。
（８）チューブの材質が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含有することが好ましい。
（９）チューブの少なくとも一部に、テーパ部及び／又は細径部を有することが好ましい。

本発明によれば、以下に記載する優れた効果が期待できる。

（１）長さ方向の少なくとも一部において、充実構造部と多孔質構造部が交互に構成されているため、チューブは柔軟性に優れる。
（２）充実構造部の比重が０．８０〜２．２０である場合、チューブは、剛性に優れ、折れにくい性質を有する。
（３）多孔質構造部の比重が、０．１０〜２．００である場合、チューブは、柔軟性に優れる。
（４）充実構造部における比重と、多孔質構造部における比重との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．０５〜０．９５である場合、剛性を維持しつつ柔軟性が改善され、その結果耐キンク性に優れる。

本発明に係るチューブの一例の図である本発明に係るチューブの他の一例の図である本発明に係るチューブの他の一例の図である曲げ応力の測定方法を示す概略図である圧環強さの測定方法を示す概略図である

図１において、１はチューブ、２は充実構造部、３は多孔質構造部である。

本発明では、チューブ１は、長さ方向の少なくとも一部において、充実構造部２と多孔質構造部３が、交互に構成されていることを特徴とする。
チューブ１は、剛性に優れ、折れにくい性質を有する充実構造部２、及び、柔軟性に優れる多孔質構造部３を、長さ方向の少なくとも一部において交互に有する。

充実構造部２の比重は、０．８０〜２．２０であることが好ましい。充実構造部２の作用により、チューブ１は、剛性に優れ、折れにくい性質を有する。好ましくは、充実構造部２の比重は、１．００〜２．２０であり、より好ましくは、充実構造部２の比重は、１．２０〜２．２０である。
比重の試験方法は、ＪＩＳＺ８８０７に記載の液中秤量法に準拠し、標準物質は水である。

多孔質構造部３の比重は、０．１０〜２．００であることが好ましい。多孔質構造部３の作用により、チューブ１は、柔軟性に優れる。好ましくは、多孔質構造部３の比重は、０．２０〜１．９０であり、より好ましくは、多孔質構造部３の比重は、０．３０〜１．８０である。

充実構造部２における比重と、多孔質構造部３における比重との比率（多孔質構造部／充実構造部）は、０．０５〜０．９５であることが好ましい。より好ましくは０．１０〜０．９０であり、さらに好ましくは０．２０〜０．８０である。
充実構造部２及び多孔質構造部３の相互作用により、剛性を維持しつつ、柔軟性の改善に寄与する。

充実構造部２の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部３の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．１０〜１０．００であることが好ましい。充実構造部２と多孔質構造部３との、１箇所の長さの比率を調整することにより、チューブ１の柔軟性や剛性等を制御することが可能となるため、チューブ１は、様々な使用方法や設置状態に利用可能である。
例えば、充実構造部２の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部３の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、１．０より小さい場合、チューブ１は、充実構造部２の効果により、チューブ１は剛性に優れる。
充実構造部２の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部３の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、１．０より大きい場合、チューブ１は、多孔質構造部３の効果により、柔軟性、耐キンク性に優れる。

充実構造部２の１箇所の長さ、及び、多孔質構造部３の１箇所の長さが、０．３０〜３００．０ｍｍであることが好ましい。充実構造部２及び多孔質構造部３の、１箇所の長さを調整することによって、チューブ１は、様々な屈曲半径に対して、好適に利用可能である。
図１においては、チューブ１における充実構造部２の１箇所の長さは、全て同一であるが、特に限定されない。チューブ１の長さ方向において、充実構造部２の１箇所の長さを適宜変更してもよい。多孔質構造部３の１箇所の長さについても、同様に適宜変更しても良い。
好ましくは、充実構造部２の１箇所の長さ、及び、多孔質構造部３の１箇所の長さが、０．５０〜２０．０ｍｍである。

同一材質で曲げ応力が等しい、単層構造のチューブと比較して、チューブ１の圧環強さが５０％〜３００％であることが好ましい。ここで、単層構造のチューブとは、径方向及び長さ方向において、比重が全体に亘って均一であり、本発明のチューブ１と同じ材質で構成されたチューブである。
曲げ応力は、曲げ潰れ剛性測定器にて曲げ試験を行い、５．０ｍｍ押込み時の反力を測定する。圧縮部形状は直径１０ｍｍの円筒状、支持間距離は３０ｍｍ、支持部材形状は直径１０ｍｍの円筒状、押込み速度は５０ｍｍ／分である。
圧環強さは、曲げ潰れ剛性測定器にて圧縮試験を行い、０．２５ｍｍ押込み時の反力を測定する。圧縮部形状は平面状であり、押込み速度は１．０ｍｍ／分である。

一般的に、充実構造部で構成された、単層構造のチューブは、曲げ応力及び圧環強さが共に高い。このようなチューブは、圧環強さが高いため、高い剛性を有する。しかし、曲げ応力も高いため、柔軟性は低く、屈曲時等に折れや潰れが発生しやすい。
また、多孔質構造部で構成された、単層構造のチューブは、曲げ応力及び圧環強さが共に低い。このようなチューブは、曲げ応力が低いため、柔軟性が高い。しかし、圧環強さも低いため、剛性は低い。
そのため、柔軟性と剛性を兼ね備えたチューブは、曲げ応力が高すぎず、かつ、圧環強さが高いチューブである。
同一材質で曲げ応力が等しい、単層構造のチューブと比較して、チューブ１の圧環強さが１００〜３００％である場合、チューブ１は、柔軟性が同等である単層構造のチューブより、剛性が優れている。そのため、チューブ１は様々な屈曲半径の曲げに対して折れにくくなり、耐キンク性が向上する。また、同一材質で曲げ応力が等しい、単層構造のチューブと比較して、チューブ１の圧環強さが５０〜１００％である場合、チューブ１の剛性は高くないため、チューブ１を各種部材の保護に用いる際に、チューブ内外の他の部材を圧迫する懸念が無くなる。

チューブ１の径方向における構造は、特に限定されないが、単層構造であることが好ましい。多層構造のチューブと比べて、簡易的に製造可能であり、チューブの薄肉化が可能である。

チューブ１において、充実構造部２と多孔質構造部３の境界の構造は、特に限定されない。例えば、図２のように、充実構造部２と多孔質構造部３の境界に、徐々に構造が変化する移行部４を設けても良い。
チューブ１に移行部４を設ける場合は、チューブ１を屈曲した際に、ある一点に負荷が集中しないため、チューブ１は屈曲時等に折れや潰れにくくなり、より耐キンク性が向上する。
チューブ１に移行部４を設けない場合は、充実構造部２の効果によって、チューブ１の圧環強さが向上する。すなわち、チューブ１の剛性を高めることが可能となる。

チューブ１は、図３に示すように、テーパ部５や細径部６を設けても良い。チューブ１の先端部付近を細径化することによって、筐体にチューブ１を挿入し易くなる等の利点がある。図３（ａ）のように、チューブ１の先端部にテーパ部５を設けても良いし、図３（ｂ）のように、テーパ部５に隣接する細径部６を設けても良い。また、図３（ｃ）のように、テーパ部５を複数設けても良く、テーパ部５、及び細径部６の位置や数、長さ等、構造については特に限定されない。
また、充実構造部２や多孔質構造部３は、テーパ部５と細径部６のどの部分にも形成可能であり、その位置や数、長さ等は特に限定されない。

チューブ１の材質は、特に限定されない。柔軟性、剛性等の観点において、好ましくは熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性樹脂及び熱硬化性エラストマー等である。
耐熱性、耐薬品性、低摩擦性、非粘着性、耐候性、難燃性等の観点において、より好ましくはＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ等のふっ素樹脂であり、最も好ましくは、ＰＴＦＥである。
また、充実構造部２と多孔質構造部３は、同じ材質であることが好ましいが、特に限定されない。

チューブ１は、内表面及び外表面が、平滑である(繋ぎ目や段差が無い)ことが好ましい。チューブ１の内部に各種部材を通過させる際や、筐体等の部材にチューブ１を通過させる際に、引っ掛かりを防止することが可能である。

チューブ１の製法は特に限定されず、例えば、押出成型、射出成型、フィルムをチューブ状に巻き付ける製法等が挙げられ、必要に応じて、延伸処理、ケミカル処理、プラズマ処理、レーザー処理、電子架橋処理等施しても良い。

以下、本発明のチューブ（図１）について、実施例及び比較例を挙げ、さらに具体的に説明するが、本発明の範囲について、これらに限定されるものではない。

実施例１〜４は、長さ方向において、充実構造部と多孔質構造部が、交互に構成されているチューブである。充実構造部及び多孔質構造部の材質として、ＰＴＦＥを用いる。チューブの外径は３．０ｍｍであり、肉厚は０．５ｍｍである。

実施例１〜４は、製造条件を変更し、充実構造部及び多孔質構造部における、比重及び１箇所の長さ寸法を変更する。詳細は表１に記載する。

比較例１は、充実構造部で構成された、単層構造のチューブである。比較例２〜４は、多孔質構造部で構成された、単層構造のチューブであり、比重を変更する。詳細は表１に記載する。
チューブの材質として、ＰＴＦＥを用いる。チューブの内径は２．０ｍｍであり、肉厚は０．５ｍｍである。

実施例及び比較例について、比重、曲げ応力、圧環強さの測定を行い、結果を表１に示す。
また、実施例及び比較例について、曲げ応力を横軸に、圧環強さを縦軸にプロットした結果を表２に示す。

（比重の測定方法）
充実構造部、及び、多孔質構造部に関して、それぞれの比重を測定した。
ＪＩＳＺ８８０７に記載の液中秤量法に準拠する。標準物質は水、測定温度は２５℃であり、サンプル長は３０ｍｍである。

（曲げ応力の測定方法）
図３に示すように、曲げ潰れ剛性測定器にて曲げ試験を行い、５ｍｍ押込み時の反力を測定する。サンプル長さは１００ｍｍ、圧縮部形状は直径１０ｍｍの円筒状、支持間距離は３０ｍｍ、支持部材形状は直径１０ｍｍの円筒状、押込み速度は５０ｍｍ／分である。
曲げ応力σ［ＭＰａ］は、下記の式によって算出される。
σ＝Ｍ／Ｚ
ここで、Ｍ：曲げモーメント［Ｎ・ｍｍ］であり、Ｍ＝ＦＬ／４で算出される。Ｆ：測定値［Ｎ］、Ｌ：サンプルの支持間距離［ｍｍ］である。
また、断面がチューブ形状である場合、サンプルの断面係数Ｚ［ｍｍ^３］は、下記の式によって算出される。
Ｚ＝｛π（Ｄ^４−ｄ^４）／３２Ｄ｝
ここで、Ｄ：サンプルの外径［ｍｍ］、ｄ：サンプルの内径［ｍｍ］である。

（圧環強さの測定方法）
図４に示すように、曲げ潰れ剛性測定器にて圧縮試験を行い、０．２５ｍｍ押込み時の反力を測定する。サンプル長さは１０ｍｍであり、圧縮部形状は平面状、押込み速度は１ｍｍ／分である。
圧環強さＫ［ＭＰａ］は、下記の式によって算出される。
Ｋ＝｛Ｆ（Ｄ−ｔ）／Ｗ・ｔ^２｝
ここで、Ｆ：測定値［Ｎ］、Ｄ：サンプルの外径［ｍｍ］、ｔ：サンプルの肉厚［ｍｍ］、Ｗ：サンプルの長さ［ｍｍ］である。

充実構造部の比重が同じである、実施例１と実施例２を比較すると、実施例１の方が、曲げ応力、圧環強さが共に大きい。これは、充実構造部と多孔質構造部の比重の差が、実施例１の方が小さく、また、充実構造部の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、実施例１の方が小さいためと考えられる。
実施例１のように、比重と長さを調整し充実構造部の割合が高くすることで、チューブ全体として、曲げ応力の値、圧環強さを共に大きくすることが可能である。

実施例３及び実施例４は、実施例１及び実施例２よりも、曲げ応力、圧環強さが共に小さい。これは、充実構造部と多孔質構造部の比重の差が、実施例３及び実施例４の方が大きく、また、充実構造部の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、実施例３及び実施例４の方が大きいためであると考えられる。
実施例３及び実施例４ように、比重と長さを調整し多孔質構造部の割合が高くすることで、チューブ全体として、曲げ応力、圧環強さが共に小さくすることが可能である。

充実構造部と多孔質構造部の比重、及び充実構造部の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法との比率が同じである、実施例３と実施例４を比較すると、実施例４の方が、曲げ応力の値、圧環強さの値が共に大きい。充実構造部の１箇所の長さ、及び、多孔質構造部の１箇所の長さを変更することによって、曲げ応力の値、圧環強さの値を調整することが可能である。

表２において、点線は、比較例（単層構造のチューブ）の測定データを繋いだ、近似曲線である。
実施例は全て、点線部よりも上側に測定データがある。すなわち、本実施例のチューブは、同一材質で曲げ応力が等しい、単層構造のチューブと比較して、圧環強さが１００％以上であり、本実施例のチューブは、柔軟性が同等である単層構造のチューブより剛性が優れていると言える。また、剛性を維持しつつ柔軟性が改善されており、その結果耐キンク性の向上に寄与すると考えられる。

１チューブ
２充実構造部
３多孔質構造部
４移行部
５テーパ部
６細径部

Claims

長さ方向の少なくとも一部において、充実構造部と多孔質構造部が、交互に構成されていることを特徴とする、チューブ。
前記充実構造部の比重が、０．８０〜２．２０であることを特徴とする、
請求項１に記載のチューブ。
前記多孔質構造部の比重が、０．１０〜２．００であ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。
前記充実構造部における比重と、多孔質構造部における比重との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．０５〜０．９５であることを特徴とする、
請求項１〜３の何れか一項に記載のチューブ。
前記充実構造部の１箇所の長さ寸法と、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法との比率（多孔質構造部／充実構造部）が、０．１０〜１０．００であることを特徴とする、
請求項１〜４の何れか一項に記載のチューブ。
前記充実構造部の１箇所の長さ寸法、及び、多孔質構造部の１箇所の長さ寸法が、０．３０〜３００．０ｍｍであることを特徴とする、
請求項１〜５の何れか一項に記載のチューブ。
同一材質で曲げ応力が等しい、単層構造のチューブと比較して、圧環強さが５０％〜３００％であることを特徴とする、
請求項１〜６の何れか一項に記載のチューブ。
前記チューブの材質が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含有することを特徴とする、
請求項１〜７の何れか一項に記載のチューブ。
前記チューブの少なくとも一部に、テーパ部及び／又は細径部を有することを特徴とする、
請求項１〜８の何れか一項に記載のチューブ。