JP4161823B2 - パイプ形状品の接合方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光を照射してポリアミド系樹脂部材からなるパイプ形状品と樹脂部材からなる継手を溶着させるパイプ形状品の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、樹脂部材からなるパイプを接合する方法として、ボルト等による押しつけ力とシール材を利用した物理接合、反応性物質を塗布して化学的に接合する化学接合、樹脂を部分的に溶解して接合する溶着が知られている。パイプ用途では接合部の長期信頼性が重要であるため、信頼性を得やすい溶着方法が好適に用いられている。
【０００３】
溶着方法としては、熱を利用した熱溶着と樹脂可溶性溶媒を用いた溶剤溶着が知られている。
熱溶着方法としては、熱板によるバット溶着や電線埋め込み継手にパイプを挿入し、溶着する方法があった（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、バット溶着では、垂れが生じやすく、かけらが剥がれてパイプ内を搬送されて閉塞等を引き起こしたり、あるいは、圧損等の問題があり、また薄肉パイプでは、芯合わせが難しく、適切な融着が困難であった。
また、電線埋め込み継ぎ手は、その構造が複雑であり、コストが高い問題があった。
【０００４】
また、溶剤溶着方法としては、パイプの接合面に溶剤接着剤を塗布して、継手に挿入し、溶剤を蒸発させて接合させる方法がある（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、使用する溶剤が有害であったり、接着剤の乾燥時間が長くかかりすぎるという欠点があり、また、樹脂部材の種類によっては十分な接着力が得られないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２３９８３９号公報
【特許文献２】
特表平４−５０６９７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決し、レーザー光を照射して、ポリアミド系樹脂部材からなるパイプ形状品と樹脂部材からなる継手を、レーザー溶着により強固に接合させることができるパイプ形状品の接合方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決する手段】
本発明は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着すること、パイプ形状品及び継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなること、継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を１〜２０重量部配合してなることを特徴とするパイプ形状品の接合方法に関するものである。
【０００８】
また、本発明は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の外側表面にレーザー吸収材を配置し、該パイプ形状品をレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着すること、パイプ形状品及び継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなること、継手を構成する樹脂部材が、ポ リアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を１〜２０重量部配合してなることを特徴とするパイプ形状品の接合方法に関するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の発明においては、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着し、パイプ形状品及び継手を構成する樹脂部材は、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなり、継手を構成する樹脂部材は、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を１〜２０重量部配合してなる。
【００１０】
上記発明におけるパイプ形状品は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなる。
レーザー光に対して吸収性を有する樹脂としては、ポリアミド樹脂または、ポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド樹脂組成物に、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を混入したものを挙げることができる。なお、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。
ポリアミド樹脂または、ポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド樹脂組成物は、特に、耐薬品性・靭性が必要な自動車用パイプや可燃性ガス供給および／又は輸送用パイプ用などに好適に用いられる。
ここで、十分な吸収性とは、レーザー光を受けた部分がレーザー光を吸収し、その部分が溶融するような吸収性をいう。
【００１１】
前記ポリアミド樹脂としては、ジアミンと二塩基酸とからなるか、またはラクタムもしくはアミノカルボン酸からなるか、またはこれらの２種以上の共重合体からなるものが挙げられる。
【００１２】
ジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン等の脂肪族ジアミンや、メタキシリレンジアミン等の芳香族・環状構造を有するジアミンが挙げられる。
ジカルボン酸としては、アジピン酸、ヘプタンジカルボン酸、オクタンジカルボン酸、ノナンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸等の脂肪族ジアミンやテレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族・環状構造を有するジカルボン酸が挙げられる。
【００１３】
ラクタムとしては、炭素数６〜１２のラクタム類であり、また、アミノカルボン酸としては炭素数６〜１２のアミノカルボン酸である。６―アミノカプロン酸、７―アミノヘプタン酸、１１―アミノウンデカン酸、１２―アミノドデカン酸、α―ピロリドン、ε―カプロラクタム、ω−ラウロラクタム、ε―エナントラクタム等が挙げられる。
【００１４】
特に、パイプ用としては、加工温度範囲が広く、熱的に安定な押出加工性に優れた材料が好ましく、ポリアミド６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２などの比較的融点の低いホモポリマーや、ポリアミド６／６６、ポリアミド６／１２、ポリアミド１１／１２などのコポリマーが好適に使用される。特に粘度や吸水性の点でポリアミド１１、ポリアミド１２が望ましい。
【００１５】
また、上記ポリアミド樹脂は、他のポリアミド樹脂またはその他のポリマーとの混合物であってもよい。混合物中のポリアミド樹脂の含有率は、５０重量％以上が好ましい。
混合するポリアミド樹脂としては、ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミド１１、ポリアミド１２、ポリアミド６１０、ポリアミド６１２、ポリアミド９１２、ポリアミド１０１０、ポリアミド１２１２、ポリアミド６／６６共重合、ポリアミド６／１２共重合、ポリアミド１１／１２共重合等を挙げることができる。また、その他のポリマーとしては、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネ−ト、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。
【００１６】
また、上記樹脂には、耐熱剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。
【００１７】
本発明におけるレーザー光に対して吸収性を有する着色材としてはそのような性質を有するものであればどのようなものでも利用可能であるが、具体的には、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。
【００１８】
また、前記レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなる外層と、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる内層とから構成してもよい。
外層の厚みは、１０〜１０００μｍであることが好ましい。
これは、レーザー吸収性材料は可視光も吸収するものが多く配合により着色するが、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなる外層の厚みを１０〜１０００μｍの範囲にすることにより、その発色の影響が小さくなり、パイプ基材（内層）の色が外観上支配的になる。よって、パイプ基材の着色により見かけ上の色をコントロールでき、着色の自由度が高くなる。
また、レーザー吸収層を外層に限定することにより、内部で発熱しないため、パイプ内面に円筒状の溶解痕が出来にくくなり、接合部の欠陥が発生しにくくなる。
【００１９】
また、上記発明における継手は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる。
レーザー光に対して透過性を有する樹脂としては、前記パイプ形状品との接着性を考慮して、前記パイプ形状品に用いられる樹脂と同種の樹脂、すなわち、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物を用いる。なお、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。具体的には、ことが好ましい。
ここで、レーザー光に対して透過性を有するとは、たとえば一部のレーザー光の吸収があっても、残りのレーザー光が透過し、その部分の樹脂が溶融しない透過性をいう。
【００２０】
上記樹脂には、耐熱剤、耐候剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。
また、上記樹脂にレーザー光に対して透過性を示す着色材を添加してもよい。例えば、アンスラキノン系染料、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系等の有機系染料をあげることができる。また、これらの染料を混合させて用いてもよい。
【００２１】
上記発明では、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着する。
すなわち、レーザー光が照射されたとき、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手をレーザー光が透過し、透過したレーザー光は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の表面に到達し、接合面においてレーザー光が吸収され、パイプ形状品および当接する継手を溶融させ、接合する。
【００２２】
このレーザー溶着法により、パイプ形状品と継手を接合することにより、垂れとコストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決できる。特に、樹脂がＰＥの場合には高分子量で高粘度の材料が製造しやすため、垂れが発生しにくいが、ＰＡの場合は、工業的に粘度上昇に限界があり、また吸水による更なる粘度低下の問題もあり、垂れが発生しやすいので、このレーザー溶着法が適している。
【００２３】
次に、本発明の第二の発明においては、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の外側表面にレーザー吸収材を配置し、該パイプ形状品をレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着し、パイプ形状品及び継手を構成する樹脂部材は、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなり、継手を構成する樹脂部材は、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を１〜２０重量部配合してなる。
【００２４】
上記発明におけるパイプ形状品は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる。
レーザー光に対して透過性を有する樹脂としては、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物を用いる。なお、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。
【００２５】
ポリアミド樹脂については、前記第一発明の場合と同様である。
また、上記樹脂には、耐熱剤、耐候剤、結晶核剤、結晶化促進剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。
また、上記樹脂にレーザー光に対して透過性を示す着色材を添加してもよい。例えば、アンスラキノン系染料、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系等の有機系染料をあげることができる。また、これらの染料を混合させて用いてもよい。
【００２６】
また、上記発明における継手は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる。
レーザー光に対して透過性を有する樹脂としては、前記パイプ形状品との接着性を考慮して、前記パイプ形状品に用いられる樹脂と同種の樹脂を用いる。なお、必要に応じて、ガラス繊維やカーボン繊維等の補強繊維を添加したものを用いてもよい。
【００２７】
上記樹脂には、耐熱剤、耐候剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等の機能性付与剤を添加してもよい。
また、上記樹脂にレーザー光に対して透過性を示す着色材を添加してもよい。例えば、アンスラキノン系染料、ペリレン系、ペリノン系、複素環系、ジスアゾ系、モノアゾ系等の有機系染料をあげることができる。また、これらの染料を混合させて用いてもよい。
【００２８】
上記発明においては、パイプ形状品の外側表面の継手との接合部分にレーザー吸収材を配置する。
レーザー吸収材としては、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を直接塗布したものが挙げられる。具体的には、着色材を溶媒に分散させた懸濁液をパイプ形状品の外側表面に塗布し、乾燥することにより、着色材がパイプ形状品の外側表面に配置される。
レーザー光に対して吸収性を有する着色材としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。
【００２９】
また、レーザー吸収材として、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を含む樹脂部材からなるフィルムを用いることもできる。
前記樹脂としてはフィルムに成形可能で、レーザー光に対して十分な吸収性を示すものであれば特に限定されない。例えば、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、あるいはエチレン、プロピレンなどの共重合体などのポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、あるいはスチレン、塩化ビニル、メチルメタクリレート、塩化ビニリデンなどの共重合体、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリイミドなどの縮合系のエンジニアリングプラスチック等の樹脂に、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を混入したものを挙げることができる。具体的には、前記パイプ形状品及び継手との接着性を考慮して、前記パイプ形状品及び継手に用いられる樹脂と同種の樹脂を用いることが好ましい。
フィルムの厚みは、１０〜５００μｍであることが好ましい。１０μｍ未満ではパイプと継ぎ手接合時、破損が発生しやすく、５００μｍ超では、フィルムが剛直になり、取り扱い性が悪くなる。
【００３０】
上記発明では、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の外側表面にレーザー吸収材を配置し、該パイプ形状品をレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着する。
すなわち、レーザー光が照射されたとき、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手をレーザー光が透過し、透過したレーザー光は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の外側表面に配置されたレーザー吸収材に吸収され、接合面において当接するパイプ形状品および継手を溶融させ、接合する。
このレーザー溶着法によれば、パイプ形状品にレーザー光に対して吸収性を有する着色材を配合する必要がないため、本吸収材による着色・変色の可能性が無く、所望の色に容易に着色することができる。
【００３１】
このレーザー溶着法により、パイプ形状品と継手を接合することにより、垂れ、強い溶剤による環境安全問題、コストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決できる。特に、樹脂がＰＥの場合には高分子量で高粘度の材料が製造しやすため、垂れが発生しにくいが、ＰＡの場合は、工業的に粘度上昇に限界があり、また吸水による更なる粘度低下の問題もあり、垂れが発生しやすいので、このレーザー溶着法が適している。
【００３２】
本発明においては、前記第一及び第二の発明における継手として、レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材を用いても良い。
ここで、レーザー光に対して弱吸収性であるとは、レーザー光に対して透過性であるが、一部のレーザー光を吸収することにより、その部分の樹脂が発熱することをいう。
そのため、樹脂部材にレーザー光を照射すると、エネルギーを吸収して、発熱し、パイプ形状品との接合面部分の温度がある程度まで高くなる。この状態で、例えば、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品がレーザー光を吸収して加熱されることにより、溶融すると、継手の樹脂部材も容易に溶融するため、接合部において樹脂部材同士が十分に互いに絡み合った接合部となり、接合力が強くなる。
【００３３】
レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材としては、樹脂にレーザー光に対して弱吸収性の添加剤を配合したものや、樹脂にレーザー光に対して吸収性を有する添加剤をレーザー光の吸収があっても樹脂が溶融しない範囲で配合したものを用いることができる。
【００３４】
レーザー光に対して弱吸収性の添加剤としては、レーザー光の波長に共振して、レーザー光の一部を吸収し、一部を透過する材料であればよい。特にレーザー光に対して４０〜９０％の透過率を有するものが好ましい。なお、前記レーザー光に対する透過率は、弱吸収性の添加剤を３．２ｍｍ厚さのＡＳＴＭ１号ダンベルの形状に成形したものについて測定した数値である。
【００３５】
また、弱吸収性の添加剤の含有量は、樹脂に対し、０．１〜５０重量％であることが好ましい。含有量が０．１重量％よりも少ないと、レーザー光のエネルギーを吸収することによる発熱が少ないため、樹脂部材の温度が十分にあがらず、接合部の接合強度が低くなる。また、含有量が５０重量％を超えると、曲げ弾性率等の物性が低下したり、十分な溶着強度を得るためにより多くのレーザー光のエネルギーが必要になるので好ましくない。
【００３６】
弱吸収性の添加剤としては、例えば、エチレン及び／又はプロピレンと他のオレフィン類やビニル系化合物との共重合体（以下、エチレン及び／又はプロピレン系共重合体という）、スチレンと、共役ジエン化合物との共重合体を水素添加してなるブロック共重合体（以下、スチレン系共重合体という）、かかるエチレン及び／又はプロピレン系共重合体、スチレン系共重合体にα，β−不飽和カルボン酸もしくはその誘導体を付加させた変性エチレン及び／又はプロピレン系共重合体、変性スチレン系共重合体が挙げられる。
【００３７】
エチレン及び／又はプロピレン系共重合体としては、（エチレン及び／又はプロピレン）・α−オレフィン系共重合体、（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸共重合体、（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸エステル系共重合体、アイオノマー重合体などを挙げることができる。
【００３８】
（エチレン及び／又はプロピレン）・α−オレフィン系共重合体とは、エチレン及び／又はプロピレンと炭素数３以上のα−オレフィンを共重合した重合体であり、炭素数３以上のα−オレフィンとしては、プロピレン、ブテン−１、ヘキセン−１、デセン−１、４−メチルブテン−１、４−メチルペンテン−１が挙げられる。
【００３９】
（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸系共重合体とは、エチレン及び／又はプロピレンとα，β−不飽和カルボン酸単量体を共重合した重合体であり、α，β−不飽和カルボン酸単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、無水マレイン酸等を挙げることができる。
【００４０】
（エチレン及び／又はプロピレン）・α，β−不飽和カルボン酸エステル系共重合体とは、エチレン及び／又はプロピレンとα，β−不飽和カルボン酸エステル単量体を共重合した重合体であり、α，β−不飽和カルボン酸エステル単量体としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチルなどのメタクリル酸エステル等を挙げられる。
【００４１】
アイオノマー重合体とは、オレフィンとα，β−不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基の少なくとも一部が金属イオンの中和によりイオン化されたものである。オレフィンとしてはエチレンが好ましく用いられ、α，β−不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸等が用いられる。金属イオンはナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛等のイオンを挙げることできる。
【００４２】
スチレン系共重合体とは、少なくとも１個、好ましくは２個以上のスチレンを主体とする重合体ブロックＡと、少なくとも１個の共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックＢとからなるブロック共重合体を水素添加してなるブロック共重合体であり、例えばＡ−Ｂ−Ａ、Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ、Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ、Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ等の構造を有する。
【００４３】
共役ジエン化合物としては、例えばブタジエン、イソプレン、１，３−ペンタジエン、２，３−ジメチル−１，３−ブタジエンなどが挙げられる。
スチレン系共重合体としては、水添スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、水添スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）等が挙げられる。
【００４４】
変性（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、変性スチレン系共重合体は、前記に規定した（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、スチレン系共重合体にα，β−不飽和カルボン酸基またはその誘導体基を含有する化合物を溶液状態もしくは溶融状態において付加することによって得られる。これら変性（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、変性スチレン系共重合体の製造方法としては、例えば押出機中で、ラジカル開始剤存在下、（エチレン及び／又はプロピレン）系共重合体、スチレン系共重合体とカルボン酸基またはその誘導体基を含有する化合物とを反応させる方法がある。
【００４５】
α，β−不飽和カルボン酸またはその誘導体（以下単に不飽和カルボン酸という）としては、アクリル酸，メタクリル酸，エタクリル酸，マレイン酸，フマル酸あるいはこれらの酸の無水物またはエステルなどを挙げることができる。
【００４６】
樹脂にレーザー光に対して吸収性を有する添加剤を配合する場合には、レーザー光を照射した際、一部のレーザー光を吸収しても、残りのレーザー光が透過し、その部分の樹脂が溶融しない範囲で添加量を調整する。
レーザー光に対して吸収性を有する添加剤としては、カーボンブラック、複合酸化物系顔料等の無機系着色材、フタロシアニン系顔料、ポリメチン系顔料等の有機系着色材が用いられる。
【００４７】
本発明においては、前記レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材からなる継手として、前記樹脂にレーザー光に対して弱吸収性の添加剤等を配合した樹脂部材からなる内層と、レーザー光に対して弱吸収性の添加剤等を含有しない樹脂部材からなる外層とから構成してもよい。
内層の厚みは、全継ぎ手厚みの１／２以下であることが好ましい。
多層にすることにより、弱吸収性の材料によるレーザーエネルギーロスを低減することができ、必要なレーザー光出力が小さくて済む。それゆえ、コンパクトな小型半導体レーザーが選択でき、より早い走査速度で対応可能になり、装置・速度の面で好ましい。
また、添加剤により物理的な特性変化が発生しても、部品全体としての構成割合が小さいため素材自身の特性を維持した部品を作ることができる。
【００４８】
また、本発明においては、前記第一及び第二の発明における継手として、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合してなる樹脂部材を用いる。さらには、結晶核剤を用いても良い。
ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合することにより、また結晶核剤を用いることにより、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物の結晶化開始温度が高くなる。このため、接合面において、前記溶融時の体積膨張による圧力が高い時点で第一樹脂の結晶化が始まるので、接合部において樹脂部材同士が十分に互いに絡み合った状態となり、接合強度が著しく向上する。
【００４９】
結晶核剤としては、樹脂の結晶化速度を速める効果を有するものであれば、特に制限はないが、例えば、グラファイト、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、燐酸ソーダ、タルク、マイカ、カオリンなどの無機結晶核剤や、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸等の脂肪酸と亜鉛、マグネシウム、カルシウム、リチウム、アルミニウム、バリウム等の金属からなる脂肪酸金属塩や、高級脂肪酸類、高級脂肪酸エステル類、高級脂肪族アルコール類等の有機結晶核剤などが挙げられる。
【００５０】
また、結晶核剤の含有量は、樹脂１００重量部に対し、０．００１〜５重量部、特に０．００２〜１重量部であることが好ましい。含有量が０．００１重量％よりも少ないと、樹脂の結晶化開始温度を高くする効果が得られず、接合部の接合強度が向上しない。また、含有量が５重量％を超えると、母材の剛性、耐衝撃性及び流動性などの物性が大きく変化するため好ましくない。
【００５１】
ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂としては、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物の結晶化速度を速める効果を有するものであれば、特に制限はなく、一般に、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物の凝固点（Ｔｃ）よりも高い凝固点（Ｔｃ）を有する樹脂であればよい。例えば、樹脂がポリアミド１２である場合には、ポリアミド６、ポリアミド６６等が挙げられる。
【００５２】
また、結晶化促進効果を有する他の樹脂の含有量は、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し、１〜２０重量部であるが、特に５〜１５重量部であることが好ましい。含有量が１重量％よりも少ないと、樹脂の結晶化開始温度を高くする効果が得られず、接合部の接合強度が向上しない。また、含有量が２０重量％を超えると、母材の剛性、耐衝撃性及び流動性などの物性が大きく変化するため好ましくない。
【００５３】
本発明においては、前記継手が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物に結晶化促進効果を有する他の樹脂を配合してなる樹脂部材からなる内層と、結晶化促進効果を有する他の樹脂を含有しない樹脂部材からなる外層とから構成してもよい。
内層の厚みは、全継ぎ手厚さの１／２以下であることが好ましい。
多層にすることにより、結晶核剤等の添加によるレーザーエネルギーロスを低減することができ、必要なレーザー光出力が小さくて済む。それゆえ、コンパクトな小型半導体レーザーが選択でき、より早い走査速度で対応可能になり、装置・速度の面で好ましい。
また、添加剤により物理的な特性変化が発生しても、部品全体としての構成割合が小さいため素材自身の特性を維持した部品を作ることができる。
【００５４】
本発明における継手としては、パイプと接する内側に溝や梨地状の微細な凹凸を設けることもできる。溝や微細な凹凸を設けることにより、パイプの挿入性の改善と固化時の応力緩和に効果がある。
さらに、高い接着強度発現のためにレーザー溶着面を十分密着させることが必要であり、十分な圧力がかかるよう継手内径よりパイプ外径の寸法を大きくすることが望ましい。例えば、パイプ外径／継手内径＝１．０〜１．３の範囲にすることが好ましい。
また、必要に応じ、内側から外側（パイプ開口部）へ向けて広がるようにテーパーをつけ、パイプを挿入しやすくすることができる。
【００５５】
本発明のレーザー溶着方法に用いられるレーザー光としては、ガラス：ネオジム^３＋レーザー、ＹＡＧ：ネオジム^３＋レーザー、ルビーレーザー、ヘリウム−ネオンレーザー、クリプトンレーザー、アルゴンレーザー、Ｈ_２レーザー、Ｎ_２レーザー、半導体レーザー等のレーザー光をあげることができる。より好ましいレーザーとしては、半導体レーザーである。
【００５６】
レーザー光の波長は、接合される樹脂材料により異なるため一概に決定できないが、４００ｎｍ以上であることが好ましい。波長が４００ｎｍより短いと、樹脂が著しく劣化することがある。
【００５７】
また、レーザー光の出力は、走査速度と透過基材の吸収能力により調整できる。レーザー光の出力が低いと樹脂材料の接合面を互いに溶融させることが困難となり、出力が高いと樹脂材料が蒸発したり、変質し強度が低下する問題が生じるようになる。
本接合方法は、自動車用燃料パイプ、自動車用エアブレーキパイプ、薬液輸送パイプ、可燃性ガス供給または輸送パイプ等に用いることができる。
【００５８】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
参考例１
図１に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
前記と同様にして、前記パイプの他端をもう一つの継手とレーザー溶着し、このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を、両端の継手側を長手方向に引き抜くことにより評価したところ、４２００Ｎで接合部が外れた。
【００５９】
参考例２
図２に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性の円筒形継手３（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２を用いて、レーザー透過性のパイプ４（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
前記パイプ４の外側表面にカーボンブラック系黒色インクを塗布、乾燥して、レーザー吸収材５を配置した。
このパイプを継手に挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は３６００Ｎであった。
【００６０】
参考例３
図３に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性の円筒形継手６（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２を用いて、レーザー透過性のパイプ７（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、溶融押出したフィルムを二軸延伸処理して熱収縮性フィルムを作製した。
この熱収縮性フィルムをパイプ７の外側表面に被覆し、熱処理してパイプに密着させて、レーザー吸収材８を配置した。
このパイプを継手に挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度は１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は４０００Ｎであった。
【００６１】
参考例４
図１に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２に黄色の着色剤及び赤外線吸収剤（Ａｖｅｃｉａ製ＰＲＯ−ＪＥＴ８３０ＮＰ）を０．０５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。パイプの色は黒ずんだ黄色であった。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は３９００Ｎであった。
【００６２】
参考例５
図４に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）を用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２に黄色着色剤と赤外線吸収剤（Ａｖｅｃｉａ製ＰＲＯ−ＪＥＴ８３０ＮＰ）を０．０５重量％配合したものを外層に、赤外線吸収剤抜きの黄色材料だけを配合したものを内層にして共押出しで、レーザー吸収性の多層パイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。吸収剤入りの外層の厚みは１００μｍであり、２層パイプの外観は、明るい黄色であった。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が３０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、接着力は４４００Ｎであり、単層パイプより高い強度であった。また、内面に観察される溶着部の変形は単層より小さかった。
【００６３】
参考例６
図１に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）にタルク（竹原化学工業（株）製タルクカップ）２００ｐｐｍを配合したものを用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が１００Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５７００Ｎでパイプが破断した。
【００６４】
実施例１
図１に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）にポリアミド６（宇部興産（株）製１０３０Ｂ）を１０重量％配合したものを用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が１００Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５７００Ｎで破断した。
【００６５】
参考例７
図１に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）にマレイン酸変性ＥＰＲ（ＪＳＲ製Ｔ７７１２ＳＰ）を２重量％配合したものを用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が１００Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５６００Ｎでパイプが破断した。
【００６６】
参考例８
図１に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）に赤外線吸収剤（Ａｖｅｃｉａ製ＰＲＯ−ＪＥＴ８３０ＮＰ）を０．００５重量％配合したものを用いて、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み３．５ｍｍ）を作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が１００Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５７００Ｎでパイプが破断した。
【００６７】
参考例９
図５に示すように、ポリアミド１２（宇部興産（株）製ＵＢＥＳＴＡ３０３５Ｕ）にタルク（竹原化学工業（株）製タルクカップ）２００ｐｐｍを配合したものを内層に、タルクを配合しないものを外層にした、レーザー透過性の円筒形継手１（内径３１．５ｍｍ、厚み：内層０．５ｍｍ、外層３ｍｍ）を射出成形で作製した。
また、同じポリアミド１２にカーボンブラックを０．５重量％配合したものを用いて、レーザー吸収性のパイプ２（外径３２ｍｍ、厚み１．５ｍｍ）を作製した。
この継手にパイプを挿入し、半導体レーザー装置にセットした。継手側からレーザー光を照射しながら、照射ノズルを継手の円周に沿って移動させた。その結果、継手とパイプとの当接面部において、溶融、固化が生じ、継手とパイプが強固に溶着した。
このとき、レーザー溶着に用いられたレーザー光は、波長が８０８ｎｍ、出力が５０Ｗ、走査速度が１０ｍｍ／ｓであった。
このレーザー溶着したパイプと継手の接着力を実施例１と同様にして評価したところ、５１００Ｎでパイプが破断した。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザー光を照射して、樹脂部材からなるパイプ形状品と樹脂部材からなる継手を、レーザー溶着により強固に接合させることができる。
本発明のレーザー溶着法では、従来の熱溶着の場合の垂れ、強い溶剤による環境安全問題、コストの問題、さらに薄肉パイプの融着の困難性を解決でき、また、溶剤接着剤の場合に比べて高い接合強度で接合することができるので、ガスパイプ用等に好適に利用できる。
また、機械的な接合方法にくらべ、機密性が高くできるため、自動車用燃料パイプ、自動車用エアブレーキパイプ、薬液輸送パイプにも好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の実施例１で作製した継手とパイプの接合形態の概略図である。
【図２】 図２は、本発明の実施例２で作製した継手とパイプの接合形態の概略図である。
【図３】 図３は、本発明の実施例３で作製した継手とパイプの接合形態の概略図である。
【図４】 図４は、本発明の実施例５で作製した継手とパイプの接合形態の概略図である。
【図５】 図５は、本発明の実施例１０で作製した継手とパイプの接合形態の概略図である。

Claims (15)

1. レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着すること、パイプ形状品及び継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなること、継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を１〜２０重量部配合してなることを特徴とするパイプ形状品の接合方法。
2. パイプ形状品が、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなる外層と、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる内層とから構成されてなる請求項１記載のパイプ形状品の接合方法。
3. 外層の厚みが、１０〜１０００μｍである請求項２記載のパイプ形状品の接合方法。
4. レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品の外側表面にレーザー吸収材を配置し、該パイプ形状品をレーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、該継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着すること、パイプ形状品及び継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物からなること、継手を構成する樹脂部材が、ポリアミド樹脂またはポリアミドを主成分とするポリアミド樹脂組成物１００重量部に対し結晶化促進効果を有する他の樹脂を１〜２０重量部配合してなることを特徴とするパイプ形状品の接合方法。
5. レーザー吸収材が、レーザー光に対して吸収性を有する着色材である請求項４記載のパイプ形状品の接合方法。
6. レーザー吸収材が、レーザー光に対して吸収性を有する着色材を含む樹脂部材からなるフィルムである請求項４記載のパイプ形状品の接合方法。
7. フィルムの厚みが、１０〜５００μｍである請求項６記載のパイプ形状品の接合方法。
8. 継手が、レーザー光に対して弱吸収性である樹脂部材からなることを特徴とする請求項１又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
9. 樹脂部材が、樹脂とレーザー光に対して４０〜９０％の透過率を有する添加剤とからなることを特徴とする請求項８記載のパイプ形状品の接合方法。
10. 弱吸収性の添加剤が、エチレン及び／又はプロピレン系共重合体、スチレン系共重合体、変性エチレン及び／又はプロピレン系共重合体及び変性スチレン系共重合体の少なくとも一種であることを特徴とする請求項８記載のパイプ形状品の接合方法。
11. 樹脂部材が、樹脂にレーザー光に対して吸収性を有する添加剤をレーザー光の吸収があっても樹脂が溶融しない範囲で配合してなることを特徴とする請求項８記載のパイプ形状品の接合方法。
12. 継手を構成する樹脂部材が、樹脂に結晶核剤を配合してなることを特徴とする請求項１又は４記載のパイプ形状品の接合方法。
13. 結晶核剤の含有量が、樹脂１００重量部に対し、０．００１〜５重量部であることを特徴とする請求項１２記載のパイプ形状品の接合方法。
14. 結晶核剤がタルクであることを特徴とする請求項１２記載のパイプ形状品の接合方法。
15. パイプ形状品が、自動車用燃料パイプ、自動車用エアブレーキパイプ、薬液輸送パイプ、可燃性ガス供給または輸送パイプ用である請求項１〜１４記載のパイプ形状品の接合方法。

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