JP3488470B2

JP3488470B2 - 熱可塑性ポリマーチューブの接合

Info

Publication number: JP3488470B2
Application number: JP52801097A
Authority: JP
Inventors: セサロニ，アンソニ，ジョーゼフ
Original assignee: セサロニ，アンソニ，ジョーゼフ
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: JP2000511830A

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野本発明は、装置、特に流路を設けた装置に対してチュ
ーブを接合する方法に関し、チューブおよび装置は熱可
塑性ポリマーから形成され、チューブおよび流路を経
て、とりわけ装置を貫いて突出するチューブを経て装置
を通る流体の流動伝達をもたらす。特に、この方法は、
プラスチック熱交換器の製造において、管寄せまたはマ
ニホールドの全体、あるいは一部を形成する物品である
装置内へのチューブの接合に関する。

発明の背景熱可塑性ポリマーから形成されるパネル熱交換器およ
びこのような熱交換器の製造のための方法は、知られて
いる。例えば、熱可塑性ポリマーから形成される多くの
熱交換器およびその製造のための方法は、1991年２月21
日に公開されたA.J.CesaroniのPCT特許出願WO91/02209
と、そこで言及された公開特許出願とに記述されてい
る。管状構造の熱可塑性ポリマー熱交換器は、1990年５
月８日および1992年１月７日にそれぞれ発行されたE.L.
FletcherおよびT.H.Khoの両名の米国特許4,923,004およ
び5,078,946に記述されており、チューブは、成形ある
いは同様な工程においてマニホールド部と一体的に形成
される。熱交換器のための構成の好ましい材料は、ポリ
アミド、特に脂肪族ポリアミドである。

熱可塑性ポリマーから形成される熱交換器が、上記特
許および公開特許出願で述べられた技術によって製造さ
れているが、構成および製造方法の改良は、熱可塑性ポ
リマーから形成される熱交換器の製造および利用に対
し、さらなる適応性および経済性を増加させるために有
益であろう。特に、チューブ熱交換機の製造における管
寄せやマニホールド、あるいは他の構成物へのチューブ
の組み込みは、通常、冗長であって時間を浪費する工程
であり、所定の位置にチューブを結合するためにしばし
ば接着剤の使用を必要とする。

FR−Ａ−2214874,EP−Ａ−0168558,GB−Ａ−1379511, DE−Ａ−1479420,GB−Ａ−2282200は、管寄せにチュー
ブを終結させることに関するが、本発明方法を示唆して
いない。

発明の概要熱可塑性ポリマーチューブを熱可塑性ポリマー装置内
に流体が漏れないやり方で接合するための方法が見い出
される。

それで、本発明の形態は、装置内にチューブを接合す
るための方法を提供し、それぞれが熱可塑性ポリマーか
ら形成され、前記装置は第１の中実部材と間隔をあけて
離れた関係の第２の中実部材とを有してそれらの間に中
空キャビティを形成し、前記装置は前記中実部材のそれ
ぞれを通って延在する整列関係の少なくとも１つの流路
を有し、前記中実部材の少なくとも一方を通る流路は直
線状であって摺動嵌合状態でチューブを収容する形状お
よび大きさであり、チューブは前記部材から中空キャビ
ティを介して他の中実部材の流路内を通ることが可能
で、装置を貫通する流体の流動伝達をもたらし、直線状の流路内に前記チューブを挿入し、これが中空
キャビティを通って他の中実部材の流路内に延在するよ
うにするステップと、前記中空キャビティに溶融高分子成形材料を射出し、
前記溶融成形材料が前記熱可塑性ポリマーの融点よりも
低い温度を有し、前記形成材料が熱可塑性ポリマーとチ
ューブとに接合してそれらと共に流体封止接合を形成す
るような量を選択されて用いられるステップとを具えている。

本発明方法の好ましい一実施例において、各中実部材
を通る整列関係にある複数の流路がある。

他の実施例において、高分子成形材料は前記中空キャ
ビティを充填するような量で射出される。

さらなる一実施例において、チューブおよび装置はポ
リアミドから形成され、好ましくは前記成形材料もポリ
アミドである。

さらに他の実施例において、両方の中実部材を通る流
路は直線であり、チューブは、両方の中実部材を貫通し
て延在する。

また、さらなる一実施例において、チューブは前記高
分子成形材料に対する接合を促進するために接着剤が塗
布され、および／または前記チューブは同時押し出し成
形チューブであって前記高分子成形材料に対する前記チ
ューブの接合を促進するための外側層を有する。

さらなる一実施例において、装置は前記中空キャビテ
ィをもたらすように相互に係合する２つの部品で形成さ
れ、特に成形材料もまた装置の２つの部品をここに相互
に接合する。

他の実施例において、装置のキャビティは、装置の体
積の10〜50％を具えている。

さらなる一実施例において、装置はプラスチック熱交
換機に対する管寄せまたはマニホールドの一部である。

図面の簡単な説明本発明の方法は、図面に示された実施例を参照して詳
細に記述され、この図面の図１は、本発明の装置の断面図であり、図２は、図１の装置のＡ−Ａを通る断面図であり、図３は、チューブを適切に用いた本発明の装置の断面
図であり、図４は、高分子成形材料の存在を示す本発明の装置の
断面図である。

発明の詳細な説明図１を参照すると、装置１は第１の表面２と第２の表
面３とを有し、第１の表面２は図１の実施例に示される
ように装置の上面であり、第２の表面３は図１に示され
る実施例の下面である。装置１はまた、上部材５と下部
材６との間に位置する中空キャビティ４を有する。上部
材５および下部材６は、図１に示される装置１を形成す
るように相互に係合する２つの部品である。上部品５
は、第１の表面２から中空キャビティ４まで通る複数の
流路８を有するように示されている。下部品６は、上部
材５の流路８に対応して一直線状に並べられる流路９を
有する。流路８および９は、通常、同じ寸法であって、
両方の流路８および９を貫通する１本の連続したチュー
ブの挿入のために意図されよう。上部材５はまた、第１
の表面２から中空キャビティ４まで通じる通路10を有す
る。図１に示されるように、通路10は、通常、流路８お
よび９よりも大きな寸法となろう。通路10は、中空キャ
ビティ４内への高分子成形材料の射出のために意図され
ている。上部材５は、その上側外周を囲むリップ７を有
するように示されている。

図１に示されるように、装置１は、２つの部品すなわ
ち上部材５と下部材６とで形成されることが好ましい。
上部材５および下部材６は、係合関係となるべきであ
る。あるいは、上部材５および下部材６は、製造工程中
に間隔をあけて離れた関係に保持される別部品であって
よく、高分子成形材料の射出形成中にそれらの間の両面
を形成する射出成形装置の金型を用い、この場合、通路
10は削除可能である。通路10は、その他の箇所、例えば
上部材５を通さずにその側方に配置することができる。

図２は、中央に位置する通路10を持った上部材５の第
１の表面２を示している。さらに、第１の表面２は、複
数の流路８を有するように示されている。

図３は、チューブ11を適切に用いた図１の装置１を示
している。チューブ11は第２の表面３から中空キャビテ
ィ４を介して上部材５を貫通し、上面２を越えて突出す
るように示されている。しかしながら、チューブ11は第
１の表面２および第２の表面３の両方を越えて突出する
か、あるいは第１の表面２または第２の表面３の何れか
一方を越えて突出可能であることは理解されよう。

図４は、高分子成形材料の射出後の装置１を示してい
る。中空キャビティ４および通路10の大部分は、高分子
成形材料12で充填されている。高分子成形材料12は、こ
の高分子成形材料とチューブ11,上部材５および下部材
６の構成材料との間に接合状態が形成されるように選択
される。高分子成形材料は、上部材５と下部材６とを相
互に接合し、チューブ11を適切に埋設するのに役立つ。
さらに、高分子成形材料12は、上部材５と下部材６との
間およびチューブ11と上部材５および下部材６のそれぞ
れとの間に流体封止シールを形成する。実際の関係にお
いて、高分子成形材料12が上部材５と下部材６との間の
接合領域13内に入り込むことを見い出されるかも知れな
い。高分子成形材料12による接合領域13へのこのような
侵入は、上部材５と下部材６とを相互に接合し、それに
加えて流体封止シールをさらに形成するのに役立つ。

作業中に、図３に示される形状の装置１が組み立てら
れる。これは、上部材５を所定位置にもたらし、下部材
６と固定することによってなされることができる。チュ
ーブ11は、次に流路８および９内に好ましい状態で挿入
されよう。あるいは、チューブが上部材５および下部材
６の一方を通って挿入され、次に上部材５と下部材６と
が接触状態にもたらされてもよい。何れかの技術におい
て、ピンまたはロッド（図示せず）が流路８および９を
通して挿入され、チューブ11の位置調整および挿入を援
助する。組み立てた装置１は、次に高分子成形材料12を
射出するための装置と接触状態にもたらされる。特に中
空キャビティ４および通路10の大部分が充填されるよう
な量の高分子成形材料12が通路10を介して中空キャビテ
４内に射出される。過渡な量の高分子成形材料12が使用
可能であり、これは経済的ではないけれども、別な観点
において、高分子成形材料12を過渡に使用することは、
特別に不利ではないかも知れない。

一実施例において、中空キャビティ４の表面および／
またはチューブ11の外面は、接着剤が塗布されており、
装置に対するチューブの接合を促進する。適当な接着
剤、特に用いられる高分子成形材料がポリアミド成形材
料の場合の例は、1988年10月19日に公開されたA.J.Cesa
roniの欧州特許出願第287271号に提示されている。

他の実施例において、チューブ11は、同時押し出し成
形チューブであり、このチューブは中空キャビティ４内
に射出される高分子成形材料に対する接合を促進する外
側層を持っている。このチューブの外側層のポリマー
は、高分子成形材料のポリマーと同じか、あるいは成形
状態下でそれに接合可能なポリマーであってよい。

好ましい実施例において、チューブおよび装置は、種
々のポリアミド成形材料から形成可能である。選択され
る成形材料は最終用途に基本的に依存し、例えばこの最
終用途は、熱交換器を通る流体と、流体、例えば熱交換
器の外側の空気とを含め、ここに記述した方法を用いて
製造されるチューブを持った装置を使用して製造される
熱交換器、特にこのような熱交換器の使用温度および使
用環境を意図している。車両にこのような熱交換器を使
用する場合、流体は塩や他の腐蝕性または摩耗性物質を
しばしば含む空気か、あるいはこの流体は液体、例えば
ラジエータ液であってよい。

好ましいポリマーの構成は、ポリアミドである。ポリ
アミドの例は、６〜12個の炭素原子を有する脂肪族第１
ジアミンを持った６〜12個の炭素原子を有する脂肪族ジ
カルボン酸の縮合重合によって形成されるポリアミドで
ある。あるいは、このポリアミドは、脂肪族ラクタム
や、６〜12個の炭素原子を有するα，ωアミノカルボン
酸の縮合重合によって形成可能である。さらに、このポ
リアミドは、このようなジカルボン酸とジアミンとラク
タムとアミノカルボン酸とを混合したものの共重合によ
って形成可能である。ジカルボン酸の例は、1,6−ヘキ
サン二酸（アジピン酸）、1,7−ヘプタン二酸（ピメリ
ン酸）、1,8−オクタン二酸（スベリン酸）、1,9−ノナ
ン二酸（アゼライン酸）、1,10−デカン二酸（セバシン
酸）、1,12−ドデカン二酸である。ジアミンの例は、1,
6−ヘキサメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジア
ミン、1,10−デカメチレンジアミン、1,12−ドデカメチ
レンジアミンである。ラクタムの一例は、カプロラクタ
ムである。α，ωアミノカルボン酸の例は、アミノオク
タン酸、アミノデカン酸、アミノウンデカン酸、アミノ
ドデカン酸である。ポリアミドの好ましい例は、ポリヘ
キサメチレンアジパミドおよびポリカプロラクタムであ
り、それぞれナイロン66およびナイロン６としても知ら
れている。

ポリアミドの使用に対する特定の言及がその製造に用
いられるポリマーとして、ここでなされているが、他の
ポリマーが使用可能であることは理解されなければなら
ない。この装置およびチューブのポリマーの選択におい
て基本的に考慮すべきことは、ポリマーが熱可塑性ポリ
マーである必要があり、好ましくは溶融形態で相溶性の
ポリマーであることである。さらに、この発明の方法を
用いて製造される装置の使用環境、例えば、熱交換器お
よびこのような熱交換器を貫いて通る流体の特性，使用
温度および圧力などは重要である。使用可能な他の熱可
塑性ポリマーの例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、
フルオロカーボンポリマー、ポリエステル、エラストマ
ー、例えばポリエステルエラストマー，ネオプレン，ク
ロロスルホン化ポリエチレン，エチレン／プロピレン／
ジエン（EPDM）エラストマー、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン
である。

チューブを囲んで接合するためにキャビティ内に射出
される高分子成形材料は、チューブおよび装置を形成す
るのに用いられるポリマーの融点よりも低い溶融温度を
有することが必要である。しかしながら、成形工程中に
チューブおよび物品に対して冷却が適用可能であること
は理解されなければならない。

種々の高分子成形材料がキャビティ内に射出可能であ
る。成形材料は、キャビティ内への成形材料の射出条件
の下でチューブと装置とに接合するような成形材料であ
る必要がある。しかしながら、ここで論じたように、こ
のような接着を促進するため、チューブおよび／または
装置が接着を促進するように塗布されるか、あるいはチ
ューブやそれに類するものが同時押し出し成形可能であ
ることは理解されなければならない。例えば、成形材料
は、特にチューブおよび装置がポリアミドから形成され
ている場合、ポリアミドをベースとすることができる。
あるいは、キャビティに対する成形材料は、エポキシ樹
脂、変性ポリアミド成形材料、例えばポリアミドと他の
ポリマーとの混合物、変性ポリオレフィン成形材料、例
えばグラフト化ポリプロピレンやグラフト化ポリエチレ
ンまたはグラフト化オレフィン共重合性などの如きグラ
フト化ポリオレフィンであることができる。

本発明の好ましい実施例において、パネル熱交換器の
製造に用いたチューブは、0.7mmより薄く、特に0.07〜
0.50mm、とりわけ0.12〜0.30mmの範囲の厚みを有する。
しかしながら、チューブの厚みは、企図した最終用途の
意味する範囲、特にその最終用途に対して要求される特
性に依存しよう。

熱交換器の製造に用いられる高分子成形材料は、当業
者によって認識されるように、安定剤や着色剤およびガ
ラス繊維を含む充填剤などを有することができる。

チューブおよび装置の高分子成形材料は、製造される
装置の意図した使用に依存して同じであっても異なって
いてもよい。特に熱交換器において、すべてのシール
は、熱交換器からの流体の漏出を防止するために流体封
止シールであるべきである。

本発明の方法は、装置内にチューブを組み立てて製造
するための多目的で相対的に単純な方法をもたらす。チ
ューブの接合前あるいは後に、このような装置は、他の
物品の一部、特に熱交換器の管寄せまたはマニホールド
であることができる。熱交換器は、熱交換器が製造され
るポリマーと、熱交換器の意図した使用環境とに依存し
て種々の最終用途に使用可能である。実施例において、
パネル熱交換器は、自動車の最終用途、例えば水および
オイルの冷却システムの一部として使用可能である。こ
のパネル熱交換器はまた、過酷ではない最終用途、例え
ば冷蔵およびコンフォート熱交換器（comfort heat exc
hanger）にも使用可能である。

本発明は、以下の例によって説明される。

例１ナイロン66から作られたチューブは、また、ナイロン
66から作られた装置に本発明の手順を用いて接合され
た。キャビティ内に射出された高分子成形材料は、エポ
キシ樹脂である。チューブは、前述したA.J.Cesaroniの
欧州特許出願287271に記述されたような種類の接着剤で
下塗りされている。エポキシ樹脂成形材料は、Ciba−Ge
igy製のAralditetm AV 8113およびHardnerHV 8113を50:
50で混合したものである。

エポキシ樹脂成形材料がキャビティ内に射出され、接
合を発現させるため、数時間の間、室温で硬化させてお
いた。

得られる接合強度は、水平で平らな堅い金属板をしゃ
こ万力と共に使用するインストロン引張試験機（Instro
n tensile testing apparatus）を用いて検査された。
個々のチューブは、このインストロン装置の２つのドア
の間に置かれ、チューブの軸線方向に引っ張られた。破
壊をもたらすのに必要な力および得られた破壊の種類が
注目された。測定は、1015回を越える引っ張りを平均し
た。

全ての破壊がチューブの破損から結果として生じたこ
とが見い出された。大部分のチューブは、接合端の近傍
か、装置を貫通する流路の少し内側が破壊しており、成
形した装置からのチューブの剥離の結果として発生する
破壊はなかった。チューブを破損するための平均的な力
は、29.1ポンド（13.2kg）であった。

試料は、100℃のグリコールと水との混合液に24時間
浸漬され、そして試験が繰り返された。破壊の種類は同
じであり、チューブを破損するための平均的な力は22.8
ポンド（10.4kg）であった。グリコールと水との混合液
で処理された試料は、70℃の空気中で８時間乾燥された
後、試験された。破壊の種類は同じであり、破損のため
の平均的な力は、31.8ポンド（14.5kg）であった。

70℃の空気中で乾燥されたグリコール−水処理済みの
試料の試料は、さらに121℃で７日間促進された。この
破壊の種類もまた同じであり、破損のための平均的な力
は43.4ポンド（19.7kg）であった。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29C 65/00 - 65/82 B29C 45/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】装置内にチューブを接合するための方法で
あって、それぞれが熱可塑性ポリマーから形成され、前
記装置は第１の中実部材と間隔をあけて離れた関係の第
２の中実部材とを有してそれらの間に中空キャビティを
形成し、前記装置は前記中実部材のそれぞれを通って延
在する整列関係の少なくとも１つの流路を有し、前記中
実部材の少なくとも一方を通る前記流路は直線状であっ
て摺動嵌合状態でチューブを収容する形状および大きさ
であり、前記チューブは前記部材から前記中空キャビテ
ィを介して他の前記中実部材の前記流路内を通ることが
可能で、前記装置を貫通する流体の流動伝達をもたら
し、直線状の前記流路内に前記チューブを挿入し、これが前
記中空キャビティを通って前記他の中実部材の前記流路
内に延在するようにするステップと、前記中空キャビティに溶融高分子成形材料を射出し、前
記溶融成形材料が前記熱可塑性ポリマーの融点よりも低
い温度を有し、前記形成材料が前記熱可塑性ポリマーと
前記チューブとに接合してそれらと共に流体封止接合を
形成するような量を選択されて用いられるステップとを具えたことを特徴とする方法。
【請求項２】各中実部材を整列関係で通る複数の流路が
あることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記高分子成形材料は、前記中空キャビテ
ィを充填するような量で射出されることを特徴とする請
求項２に記載の方法。
【請求項４】前記チューブおよび装置は、ポリアミドか
ら形成されていることを特徴とする請求項３に記載の方
法。
【請求項５】前記成形材料はまた、ポリアミドであるこ
とを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】両方の中実部材を通る流路は、直線状であ
り、前記チューブは、両方の中実部材を通って延在する
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】前記チューブは、前記高分子成形材料に対
する接合を促進するために接着剤が塗布されていること
を特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】前記チューブは、前記高分子成形材料に対
して前記チューブの接合を促進するための外側層を有す
る同時押し出しチューブであることを特徴とする請求項
３に記載の方法。
【請求項９】前記装置は、前記中空キャビティをもたら
すように相互に係合する２つの部品で形成されているこ
とを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１０】前記高分子成形材料は、前記中実部材を
相互に接合することを特徴とする請求項３に記載の装
置。
【請求項１１】前記装置の前記キャビティは、前記装置
の体積の10〜50％を具えていることを特徴とする請求項
３に記載の方法。
【請求項１２】前記装置は、プラスチック熱交換器の管
寄せかマニホールドの一部であることを特徴とする請求
項３に記載の方法。
【請求項１３】前記第１の中実部材および前記第２の中
実部材は、間隔をあけて離れた関係にあることを特徴と
する請求項１から請求項12の何れかに記載の方法。
【請求項１４】前記第１の中実部材および前記第２の中
実部材は、係合関係にあることを特徴とする請求項13に
記載の方法。