JP3704008B2 - 合成樹脂製部材との接合方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、合成樹脂製部材と、合成樹脂、金属、ガラス、セラミックス等の他の部材との接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成樹脂製部材は、通常、接着により他の部材と接合されている。ところが、場合によっては接着剤の使用が好ましくないことがあり、あるいは接着に適さない部材と接合しなければならないこともある。
【０００３】
例えば、医療用具として用いられる輸液セット１は、図１示のように、図示しない輸液バッグ等の液体容器に穿刺されるスパイク針２と、スパイク針２の下端に接合された略円筒形のドリップチャンバー３とを備えている。スパイク針２は、前記輸液バックに備えられた密閉ゴム栓に穿刺するための硬度が要求されるために、一般にアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）により形成される。一方、ドリップチャンバー３は、薬剤等の滴下状態を観察するために透明であり、液体の滴下量を微調整すると共に、輸液開始時に押したり離したりしてポンピングすることにより薬剤等を導くために軟質樹脂からなることが要求され、従来、例えば軟質塩化ビニル樹脂により形成される。前記塩化ビニル樹脂は前記ＡＢＳ樹脂に対して良好な接着性を備えているが、輸液の際に接着剤自体、または接着剤に含まれる溶剤が生体内に導入されることを避けるために、できるだけ接着によらずに接合することが望まれる。
【０００４】
また、近年、前記ドリップチャンバー３は、塩化ビニル樹脂に替えて、ポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂により形成されている。ポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂によれば、塩化ビニル樹脂に比較してドリップチャンバー３の薄肉化が可能であり、この結果、使用される樹脂量が低減されて成形サイクルが短縮される等、製造コストの点で有利である。
【０００５】
しかしながら、前記ポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂は、前記ＡＢＳ樹脂に対する接着性が極めて低く、接着するためにはプライマ処理、フレーム処理、オゾン処理、プラズマ処理、コロナ放電処理等の表面改質のための前処理を必要とし、操作が煩雑になるとの不都合がある。
【０００６】
また、接着に替えて、前記ＡＢＳ樹脂からなるスパイク針２に形成された間隙に、前記ポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂からなるドリップチャンバー３を圧入し、相互の弾性力により嵌合することが考えられる。この場合、スパイク針２側のドリップチャンバー３に圧接する部分にアンダーカット部を設ける等して嵌合の強化が図られるが、嵌合性を良くするには寸法精度を高くする必要があり製造が難しい。しかも、嵌合されたドリップチャンバー３を前記のようにポンピングすると、ドリップチャンバー３が脱落したり、薬剤等の液漏れが起きることがある。
【０００７】
さらに、スパイク針２の材質をドリップチャンバー３と同一の前記ポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂として、両者を超音波融着することも考えられるが、オレフィン系樹脂の超音波融着は条件が極めて限定されるとの不都合がある。また、スパイク針２の材質をポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂とするときには、該スパイク針２を前記輸液バックに備えられた密閉ゴム栓に穿刺できるようにする硬度を確保するために、前記樹脂にフィラーを配合する等の配慮が必要になる。
【０００８】
そこで、ＡＢＳ樹脂からなるスパイク針２に、軟質塩化ビニル、ポリプロピレンまたはオレフィン系エラストマー等の樹脂からなるドリップチャンバー３を、前記樹脂の接着性の良否に関らず接合できる技術の開発が望まれる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、合成樹脂製部材と、合成樹脂、金属、ガラス、セラミックス等の他の部材との接合方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
合成樹脂製部材と、他部材とを接合する方法として、該合成樹脂製部材を塑性変形せしめ、該他部材と係合させる方法が考えられる。
【００１１】
例えば、熱可塑性樹脂の射出成形体等の前記合成樹脂製部材は、溶融化状態の樹脂が射出されて金型内で所定形状に凝固した後は、その形状を維持しようとする性質がある。従って、前記合成樹脂製部材に応力を加えて変形させても、応力が取り去られると直ちに、あるいは経時的に原形に復帰する。また、一応変形していても、変形後に加熱されると、原形に復帰することがある。
【００１２】
また、前記合成樹脂製部材を不可逆的に変形させようとすると、クラックを生じて応力破壊に至ってしまうのが一般的である。
【００１３】
しかし、本発明者の検討によると、前記合成樹脂製部材によっては、応力を加えたときに、まず座屈変形を起こし、次いでクラックを起こして応力破壊に至る合成樹脂が存在することが判明した。かかる合成樹脂においては、前記座屈変形は、塑性変形であり、熱を加えても原形に復帰することはなく、しかも前記座屈変形した部分は応力破壊には至っていないので、他部材と係合するに十分な強度を備えている。
【００１４】
そこで、本発明の接合方法は、前記目的を達成するために、接合される端部にフランジ部を備える円筒状体と、該フランジ部に外嵌される外套管部を備える座屈変形可能な合成樹脂のみからなる合成樹脂製部材との接合方法であって、前記合成樹脂製部材の外套管部を前記円筒状体のフランジ部に外嵌し、該外套管部の先端に外力のみを加えて該外套管部の先端を応力破壊に至らない範囲で該円筒状体側に座屈変形せしめ、座屈変形した該外套管部の先端により該フランジ部を係止することを特徴とする。
【００１５】
本発明の接合方法は、円筒状体と該円筒状体に外嵌される合成樹脂製部材との接合に用いることができる。前記円筒状体は前記合成樹脂製部材と接合される端部にフランジ部を備えており、前記合成樹脂製部材は該フランジ部に外嵌される外套管部を備え、座屈変形可能な合成樹脂製部材からなる。前記合成樹脂製部材は、それ自体円筒状体であってもよく、前記フランジ部を備える円筒状体の蓋体となるものであってもよい。
【００１６】
本発明の接合方法では、まず、前記合成樹脂製部材の外套管部を前記円筒状体のフランジ部に外嵌する。次いで、前記外套管部の先端に応力を加えることにより、該外套管部の先端を円筒状体側に塑性変形せしめるが、該塑性変形は応力破壊に至らない範囲で、座屈変形するにとどめる。
【００１７】
この結果、座屈変形した前記外套管部の先端が前記円筒状体のフランジ部に係合する。前記外套管部の先端は、前述のように、座屈変形しているので熱を加えても原形に復帰することはなく、しかも応力破壊には至っていないので他部材と係合するに十分な強度を備えている。従って、前記合成樹脂製部材は、前記外套管部の先端で前記円筒状体のフランジ部を係止して、該円筒状体が脱落しないように接合することができる。
【００１８】
本発明の接合方法において、前記座屈変形は、回転自在に軸支されたローラを回転させながら所定の加圧力で所定の時間継続して前記外套管部の先端に押圧することにより行うことを特徴とする。前記のようにして行うことにより、前記外套管部の先端に均一に応力を付加することができ、応力破壊に至らない範囲で座屈変形せしめることができる。また、ローラの回転により、前記外套管部の先端に摩擦痕が形成されることを防止して良好な外観品質を得ることができる。
【００１９】
本発明の接合方法では、前記合成樹脂製部材は前記座屈変形した部分が白化する合成樹脂からなることを特徴とする。前記合成樹脂を用いると、前記合成樹脂製部材の座屈変形を白化の有無により外観から判定することができ、製品の良否の判別を容易に行うことができる。
【００２０】
前記座屈変形した部分が白化する合成樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、ポリスチレン、スチレンコポリマー、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、熱可塑性ポリウレタンからなる群から選択される１種の樹脂を挙げることができ、本発明の接合方法では、前記合成樹脂製部材の素材として、前記いずれかの樹脂を用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の接合方法を適用する部材の一構成例を示す説明図、図２は図１の要部を拡大して示す説明的断面図、図３は本実施形態の接合方法の一態様を示す説明的断面図であり、図４は本実施形態の接合方法の他の態様を示す正面図である。
【００２２】
本実施形態の接合方法は、図１の輸液セット１に適用される。輸液セット１は生体に薬剤等の液体を投与する医療用具として用いられるものであり、図示しない輸液バッグ等の液体容器に穿刺されるスパイク針２と、スパイク針２の下端に接合される略円筒形のドリップチャンバー３とを備え、ドリップチャンバー３の下端に接続された導管チューブ４、ゴム管５、タコ管６を介して生体に穿刺される静脈針７が取着されている。
【００２３】
ここで、スパイク針２は、前記輸液バックに備えられた密閉ゴム栓に穿刺するための硬度が要求されるために、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）により形成される。一方、ドリップチャンバー３は、液体容器から投与される薬剤等の液体の滴下状態を観察するために透明であり、導管チューブ４の途中に取着されたクランプローラ８と協働して前記薬剤等の液体の滴下量を微調整すると共に、輸液開始時に押したり離したりしてポンピングすることにより薬剤等を導くために、ポリプロピレン、オレフィン系エラストマー等の軟質樹脂からなる。
【００２４】
本実施形態では、円筒状体としてポリプロピレンからなるドリップチャンバー３を用い、該円筒状体と接合される合成樹脂製部材としてＡＢＳ樹脂からなるスパイク針２を用いる場合を例として説明する。
【００２５】
図２示のように、スパイク針２は、図示しない輸液容器の密閉ゴム栓に穿刺される鋭利な先端部１１を備え、内部に先端部１１に開口する通液路１２が穿設されている。通液路１２は、前記輸液容器内に収容されている薬剤等の液体をドリップチャンバー３に導く通路である。また、スパイク針２の内部には、通液路１２と平行な通気路１３が設けられており、通液路１２と同様に先端部１１に開口している。
【００２６】
通気路１３の他方の端部には、側管１４が設けられ、外気に連通自在になっている。側管１４は、通気路１３を外気に連通する必要の無いときには、キャップ１５により閉塞される。
【００２７】
スパイク針２の後端部には、通液路１２の基部に連通するノズル１６が突出しており、その外周側にドリップチャンバー３に内嵌される円筒部１７が形成されている。また、円筒部１７の外周側には間隔１８を存して外套管部１９が形成されている。
【００２８】
ドリップチャンバー３は円筒状の本体２０を備え、本体２０のスパイク針２に接合される側の開口端部２１の周縁にフランジ部２２が形成されている。本体２０は、フランジ部２２から他方の端部に向かって緩やかに縮径されるテーパ状に形成されており、縮径された端部に弁体２２を備える接続部２４が形成されている。接続部２４には、図１示の導管チューブ４が接続される。
【００２９】
本実施形態では、図３（ａ）示のように、まず、ドリップチャンバー３のフランジ部２２を、スパイク針２の円筒部１７と外套管部１９との間隙１８に圧入し、次いで外套管部１９の先端部２５にローラ２６を押圧することにより、先端部２５を座屈変形せしめる。この結果、図３（ｂ）示のように、先端部２５がドリップチャンバー３の本体２０側に座屈変形せしめられて係止部２７を形成し、ドリップチャンバー３のフランジ部２２を係止し、ドリップチャンバー３が軸方向に脱落しないように接合される。
【００３０】
図３（ｂ）において、ローラ２６はドリップチャンバー３の軸方向と平行に備えられたエアシリンダ（図示せず）等により、先端部２５に押圧される。ここで、ローラ２６は前記エアシリンダ等に同軸に軸支されて回転自在となっており、スパイク針２を軸周りに回転させることにより、スパイク針２と供回りしながら先端部２５に押圧される。また、ローラ２６は先端にテーパ部２６ａが形成されており、テーパ部２６ａが先端部２５に当接しながら押圧する。この結果、前記外套管部の先端に均一に応力を付加して、応力破壊に至らない範囲で座屈変形せしめることができると共に、外套管部１９の先端部２５に摩擦痕が形成されることを防止することができる。
【００３１】
本実施形態では、例えば、厚さ１ｍｍの外套管部１９に対してローラ２６を１０〜２５ｋｇｆで押圧しながら、スパイク針２を軸周りに２００〜１２００ｒｐｍで回転させることにより、約１秒で外套管部１９の先端部２５を座屈変形せしめることができ、約３０ｋｇｆの接合強度を得ることができる。スパイク針２の回転数は１２００ｒｐｍより大きいと接触摩擦力の低下によりローラ２６との接触面で先端部２５がスリップし、肌荒れ状の外観不良が形成されることがある。また、２００ｒｐｍより小さいと応力が均一に分散されにくく、歪みが発生することがある。スパイク針２の回転数は、前記不都合を確実に防止するために、４００〜６００ｒｐｍとすることが好ましい。
【００３２】
前記のようにして先端部２５を座屈変形せしめると、座屈変形した屈曲部２８が白化する。そこで、本実施形態では、前記白化の発現をもって座屈変形の目安とすると共に、製品の良否を判定することができる。すなわち、前記屈曲部２８が白化していれば、この部分が座屈変形しており、経時的にあるいは加熱時にも原形に復帰する虞は無いが、白化していなければ原形に復帰する虞があり、外観から直ちに不良品と判定することができる。
【００３３】
本実施形態の接合方法によれば、ドリップチャンバー３はフランジ部２２がスパイク針２の円筒部１７と外套管部１９との間隙１８に圧入されていることにより液密性を確保することができると共に、フランジ部２２が外套管部１９と係止部２７に挟持されていることによりポンピング等の際にも、液漏れや脱落の虞がない。
【００３４】
前記実施形態では、外套管部１９の先端部２５にローラ２６を押圧することにより先端部２５を座屈変形せしめて係止部２７を形成するようにしているが、これに替えて図４示のようにして先端部２５を座屈変形せしめてもよい。図４示の方法では、ドリップチャンバー３のフランジ部２２を、スパイク針２の円筒部１７と外套管部１９との間隙１８に圧入した状態で、スパイク針２を軸周りに回転させながら、１対の板状部材２９ａ，２９ｂ間を通過せしめる。板状部材２９ａ，２９ｂは、入口３０から出口３１に向かって次第に間隔が狭められており、先端部２５は板状部材２９ａ，２９ｂ間を通過する間に座屈変形せしめられ、図３（ｂ）示の係止部２７を形成する。
【００３５】
スパイク針２の回転数は図３示の場合と同一の理由により、２００〜１２００ｒｐｍ、好ましくは４００〜６００ｒｐｍの範囲で適宜設定される。スパイク針２を前記回転数で回転させることにより、約１秒で外套管部１９の先端部２５を座屈変形せしめることができる。
【００３６】
板状部材２９ａ，２９ｂは直線状に備えられていてもよく、平面視したときに円周の一部を形成するような曲線状に備えられていてもよい。また、板状部材２９ａ，２９ｂの長さ及びスパイク針２が板状部材２９ａ，２９ｂ間を通過する速度は、スパイク針２を前記回転数で回転させたときに約１秒で外套管部１９の先端部２５を座屈変形せしめることができるように適宜設定される。
【００３７】
前記各実施形態では、ＡＢＳ樹脂製スパイク針２に、ＡＢＳ樹脂との接着性に乏しいポリプロピレン製ドリップチャンバー３を接合する例について説明しているが、ドリップチャンバー３はポリプロピレン同様にＡＢＳ樹脂との接着性に乏しいオレフィン系エラストマーでもよく、ＡＢＳ樹脂に対して良好な接着性を備える軟質ポリ塩化ビニル等、他の樹脂であってもよい。
【００３８】
また、前記各実施形態では、医療用具として用いられる輸液セット１のスパイク針２とドリップチャンバー３とを接合する場合について説明しているが、本発明の接合方法は、他の医療用具またはさらに他の部材の円筒状体と合成樹脂製部材とを接合する場合にも適用することができる。
【００３９】
このとき、前記円筒状体は、前記ポリプロピレン、オレフィン系エラストマー、軟質ポリ塩化ビニル等の合成樹脂の他、金属、ガラス、セラミックス等いかなる材料からなるものであってもよい。また、前記合成樹脂部材は、前記ＡＢＳ樹脂の他、応力を加えたときに応力破壊に至らない範囲で座屈変形する樹脂であればどのような合成樹脂であってもよいが、白化の発現により座屈変形の有無を容易に判定できる点から、前記ＡＢＳ樹脂の他、ポリスチレン、スチレンコポリマー、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、熱可塑性ポリウレタンからなる群から選択される１種の樹脂を用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接合方法を適用する部材の一構成例を示す説明図。
【図２】図１の要部を拡大して示す説明的断面図。
【図３】本発明の接合方法の一態様を示す説明的断面図。
【図４】本発明の接合方法の他の態様を示す正面図。
【符号の説明】
２…合成樹脂製部材、 ３…円筒状体、 １９…外套管部、 ２２…フランジ部、 ２５…外套管部の先端、 ２６…ローラ。

Claims (4)

  1. 接合される端部にフランジ部を備える円筒状体と、該フランジ部に外嵌される外套管部を備える座屈変形可能な合成樹脂のみからなる合成樹脂製部材との接合方法であって、
    前記合成樹脂製部材の外套管部を前記円筒状体のフランジ部に外嵌し、該外套管部の先端に外力のみを加えて該外套管部の先端を応力破壊に至らない範囲で該円筒状体側に座屈変形せしめ、座屈変形した該外套管部の先端により該フランジ部を係止することを特徴とする合成樹脂製部材との接合方法。
  2. 前記座屈変形は、回転自在に軸支されたローラを回転させながら所定の加圧力で所定の時間継続して前記外套管部の先端に押圧することにより行うことを特徴とする請求項１記載の合成樹脂製部材との接合方法。
  3. 前記合成樹脂製部材は前記座屈変形した部分が白化する合成樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の合成樹脂製部材との接合方法。
  4. 前記座屈変形した部分が白化する合成樹脂は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、ポリスチレン、スチレンコポリマー、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、フッ素樹脂、熱可塑性ポリウレタンからなる群から選択される１種の樹脂であることを特徴とする請求項３記載の合成樹脂製部材との接合方法。
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