JP4415691B2 - 樹脂パイプの締結方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂パイプを接続管体に接続する樹脂パイプの締結方法に関する。

従来、樹脂パイプを接続管体（コネクタ）に締結するには、接続管体のニップル部に設けたリング状突部に樹脂パイプを圧入する手段が一般的である。さらにシール性の向上や抜止め力を高めるために、接着剤やＯリングを介在させたり、樹脂パイプの外周側からスリーブなどで拘束力を加えたりする手段が知られている（特許文献１、特許文献２）。こうした樹脂パイプにおいて、例えば水素ガスのように透過性の高いガスを流す場合には優れた耐ガス透過性を必要とすることから、主に耐水性や耐酸性を有する内層と耐圧性を有する外層との間に、エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）から形成したバリア層を介在させる技術がある。

しかし、上記バリア層を用いた樹脂パイプであっても、内層の耐水素ガス透過性がさほど優れていないので、樹脂パイプ内を流れる水素ガスが内層を透過して内層と接続管体との間から外部に漏れる量が大きいという問題があった。

特開昭２０００−１４６０６３号公報

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するためになされたものであり、水素ガスのように透過しやすい流体に対しても、優れたシール性を有する樹脂パイプの締結方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
管流路を有する円筒形状の管本体と、該管本体の外周部に、先端を鋭角としたリング状突部を突設した接続端とを有する接続管体を準備する工程と、
上記管流路に接続されるパイプ流路を形成し該パイプ流路を流れる流体に対して耐性をもつ内層と、該内層上に積層され上記流体に対する耐流体透過性をもつバリア層と、該バリア層上に積層された外層とを有し、上記接続端に圧入される樹脂パイプを準備する工程と、
上記樹脂パイプの外周部に装着される補強スリーブを準備する工程と、
上記樹脂パイプを、上記内層の樹脂材料の融点より低い温度に加熱する工程と、
上記接続管体の接続端に、上記加熱した樹脂パイプを圧入する工程と、
上記補強スリーブを上記樹脂パイプの外周部に装着し、該樹脂スリーブで上記リング状突部に向けて押圧する工程と、
を備え、
上記樹脂パイプの内径をｄ１、上記リング状突部の外径をＤ２とし、拡管率Ｔを、Ｔ＝ （Ｄ２−ｄ１）×１００／ｄ１で定義したときに１５〜３０％に設定し、
上記補強スリーブによる押圧力により上記リング状突部の先端が上記内層を突き破って上記バリア層に食い込むようにしたこと、
を特徴とする。

本発明にかかる樹脂パイプは、内層と、バリア層と、外層とを積層することにより構成されている。内層は流体に対して耐性を、バリア層は流体に対する耐流体透過性を、外層は耐圧性を、それぞれ主に発揮する。樹脂パイプを接続管体の接続端に圧入し、さらに樹脂パイプの外側から補強スリーブで樹脂パイプを接続管体の中心側へ押圧すると、リング状突部の先端が樹脂パイプの内層からバリア層にまで食い込む。樹脂パイプ内を流れる流体が内層を透過しても、リング状突部の付近のバリア層で遮断される。よって、樹脂パイプに水素ガスのように漏れやすい流体を流す場合において、接続管体と樹脂パイプとの間に優れたシール性を発揮することができる。ここで、耐流体透過性とは、流体を透過しにくい程度をいい、ある物質を所定時間に透過する流体の量で定めることができ、流体の量が少ない場合には耐流体透過性に優れているといえる。

ここで、樹脂パイプの好適な態様として、バリア層をエチレンビニルアルコール共重合体とする構成をとることができ、これにより水素ガスに対して優れた耐水素ガス透過性を発揮させることができる。また、上記補強スリーブは、所定温度の加熱により収縮する熱収縮チューブを用いれば、樹脂パイプの外周部への装着作業性を向上させることができる。

（１） 樹脂パイプの締結構造の概略構成
図１は本発明の一実施例にかかる接続管体（コネクタ）に樹脂パイプを接続している樹脂パイプの締結構造を示す半断面図である。本実施例にかかる接続構造体は、燃料電池の水素ガスを流すために高い気密性を必要とする配管に好適に用いることができる。図１において、接続管体２０は、樹脂パイプ３０を圧入し、さらに補強スリーブ４０で樹脂パイプ３０を接続管体２０に対して押圧することにより接続されている。

（２） 樹脂パイプの締結構造の各部の構成
（２）−１ 接続管体２０
図２は図１の要部を拡大して示す断面図である。接続管体２０は、樹脂材料を射出することにより形成された管体であり、管流路２１ａを有する円筒状の管本体２１と、管本体２１の接続端の外周部に突設されたリング状突部２２，２３，２４とを備えている。

リング状突部２２，２３，２４は、管本体２１の外周部に３列にわたって形成されている。リング状突部２２，２３，２４は、先端側から後端側へ向かうほど外径が拡大する円錐台表面２２ａ，２３ａ，２４ａと、円錐台表面２２ａ，２３ａ，２４ａの最大外径から一般部に伸びかつ上記円錐台表面２２ａ，２３ａ，２４ａと鋭角に交差する鋭角表面２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとを有し、これらからそれぞれ山脈状で断面直角三角形を形成している。このリング状突部２２，２３，２４は、円錐台表面２２ａと鋭角表面２２ｂ，２３ｂ，２４ｂとの間の頂角が鋭角に形成されているので、樹脂パイプ３０に引張りの力が作用したときに、大きな引き抜き抵抗力を生じるとともに、樹脂パイプ３０に食い込みを生じる。

接続管体２０の樹脂材料としては、耐薬品性、耐水素ガス透過性を有するガラス強化繊維入りのポリアミド（ＰＡ，６−６ナイロン）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）や、金属材料などを用いることができる。接続管体２０に樹脂材料を用いた場合には、後述するようにバリア層を食い込ませるために、弾性率を１００００ＭＰａ（室温）とすることが好ましい。

（２）−２ 樹脂パイプ３０
樹脂パイプ３０は、耐水性、耐酸性、耐水素ガス透過性および耐圧性（機械的強度）につき、所望の特性を満たすために、３層から形成されている。すなわち、樹脂パイプ３０は、主に、パイプ流路３０ａを形成し耐水性および耐酸性を高めるための内層３１と、耐水素ガス透過性を高めるためのバリア層３２と、耐圧性を高めるための外層３３とを積層することにより構成されている。３層の樹脂材料は、水素ガスホースの場合には、例えば、内層３１が接着性ポリオレフィン［例えばポリエチレン（ＰＥ）］、バリア層３２がエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、外層３３が接着性ポリオレフィンを用いることができる。

また、樹脂パイプ３０の各層の特性は、まずバリア層３２の肉厚を定め、内層３１および外層３３の他の要件を定める。つまり、バリア層３２にＥＶＯＨのような弾性率の高い樹脂材料を適用した場合には、内層３１や外層３３の弾性率や肉厚を低めに設定して、樹脂パイプ３０の柔軟性・圧入作業性を確保する。ここで、ＥＶＯＨからなるバリア層３２の場合には、その肉厚を０．１〜０．５ｍｍとする。これは、０．１ｍｍ未満ではバリア層３２への食込み量の調整が難しく、一方、０．５ｍｍを超えても耐水素ガス透過性に差がないからである。例えば、肉厚が０．４ｍｍ、弾性率が３９００ＭＰａのバリア層３２の場合には、内層３１および外層３３の弾性率を７３０ＭＰａ、肉厚を０．４ｍｍにする。このようにすれば、樹脂パイプ３０の柔軟性や圧入作業性を確保したうえで、１００００ＭＰａを超える弾性率の接続管体２０に対して後述する圧入後の補強スリーブ４０により確実にバリア層３２に食込ませることができる。

（３）−３ 補強スリーブ４０
補強スリーブ４０は、樹脂パイプ３０に接続管体２０のリング状突部２２，２３，２４の先端を食い込ませるような外力を加える部材であり、樹脂パイプ３０の外径より僅かに大きい管体により構成することができ、樹脂材料として、熱可塑性エラストマやオレフィン系樹脂を用いることができる。

（３） 接続工程
図３は接続管体２０に樹脂パイプ３０を接続する工程を説明する説明図である。まず、樹脂パイプ３０は、内層３１の樹脂材料の融点より低い温度に加熱させることにより軟化させ、さらに樹脂パイプ３０の端部に補強スリーブ４０を外装させて、接続管体２０の外周に樹脂パイプ３０を圧入する（矢印方向ＡＲ１）。このとき、拡管率Ｔを１５〜３０％に設定する。ここで、拡管率Ｔとは、内径ｄ１の樹脂パイプ３０がリング状突部２２，２３，２４の外径Ｄ２まで部分的に拡張される割合を意味し、次式（１）により表わされる。
Ｔ＝ （Ｄ２−ｄ１）×１００／ｄ１ ...（１）

続いて、樹脂パイプ３０の端部に外装した補強スリーブ４０を、接続管体２０に押し入れる（矢印方向ＡＲ２）。補強スリーブ４０は、接続管体２０により拡径するから、この反力を樹脂パイプ３０に加え、樹脂パイプ３０の内側を接続管体２０のリング状突部２２，２３，２４に食い込ませる。図４に示すように、リング状突部２２，２３，２４の先端２２ｃ，２３ｃ，２３ｃは、内層３１を突き破ってバリア層３２に達する。これにより、樹脂パイプ３０を接続管体２０に接続する作業が完了する。

（４） 樹脂パイプの締結構造の作用・効果
上記実施例の構成により、上述した効果のほか、以下の効果を奏する。

（４）−１ 図４に示すように、接続管体２０のリング状突部２２，２３，２４の先端２２ｃ，２３ｃ，２３ｃは、内層３１を突き破ってバリア層３２に食い込んでいる。この状態では、管流路２１ａから内層３１を通じた外部への経路は、バリア層３２により遮られている。このため、破線の矢印で示すように管流路２１ａ内の水素ガスＨＧが内層３１を透過しても、リング状突部２２の先端２２ｃの付近のバリア層３２により遮られ、ここから漏れてもリング状突部２３の先端２３ｃの付近のバリア層３２、さらにリング状突部２４の先端２４ｃの付近のバリア層３２により遮られるから、水素ガスが外部へ漏れる量が少ない。

図５ないし図７は水素ガスの透過量を説明するグラフであり、図５が本実施例であり、図６が単に圧入しただけでバリア層にまで食い込んでいない圧入した仕様であり、図７がＯリングでシールした仕様である。ここで、実験条件は以下の通りである。図１に示すように、接続管体２０として、弾性率が１９６００ＭＰａのガラス繊維補強ポリアミドを用い、管本体２１の外径Ｄ１を１８．０ｍｍ、リング状突部２２，２３，２４の外径Ｄ２を１９．４ｍｍとした。また、内層３１および外層３３に弾性率が７３０ＭＰａのマレイン酸変性ポリエチレンを用い、肉厚０．４ｍｍとした。また、バリア層３２として、弾性率が３９００ＭＰａのＥＶＯＨを用い、肉厚０．４ｍｍとした。そして、樹脂パイプ３０を１１０〜１２０℃に過熱して接続管体２０に圧入した。このとき拡管率Ｔは、２２％とした。
そして、樹脂パイプ３０内に水素ガスを０．４５ＭＰａで封入し、累積時間にしたがった透過量を測定した。実施例によると、２００時間内における水素ガスの透過量は、０．１ｍｌ／分以下になり、圧入仕様（図６）やＯリング仕様（図７）に比べて低減することができた。

（４）−２ 樹脂パイプ３０の内層３１をバリア層３２より弾性率の低い樹脂材料を用いることにより、リング状突部２２，２３，２４が内層３１を突き破ってバリア層３２に容易に突入させることができる。

（４）−３ 補強スリーブ４０は、樹脂パイプ３０にリング状突部２２，２３，２４に向けた押圧力を加えるから、樹脂パイプ３０の内周部をその全周にわたってリング状突部２２，２３，２４の先端２２ｃ，２３ｃ，２３ｃに確実に食い込ませることができる。

（４）−４ 補強スリーブ４０は、プロテクタとして作用するとともに、拡径された樹脂パイプ３０の経年変化による接続の緩みを防止することができる。

（４）−５ 樹脂パイプ３０は、バリア層３２のパイプ流路３０ａに対して内層３１で保護されているので、バリア層３２が水や酸で侵されて耐水素ガス透過性を低下させることがない。

（５） この発明は上記実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（５）−１ 接続管体のリング状突部は、３箇所形成し、これらを全てバリア層に食い込ませたが、リング状突部の高さを適宜変更することにより、１箇所だけを食い込ませたり、またリング状突部のその食い込み量を適宜変更してもよい。

（５）−２ 補強スリーブは、所定温度以上に加熱することで収縮する熱収縮チューブを用いてもよい。この熱収縮チューブを用いると、補強スリーブを樹脂パイプより大径に形成すれば、樹脂パイプの端部への外装も容易で、作業性に優れている。熱収縮チューブとしては、例えば、熱可塑性エラストマやオレフィン系樹脂から形成することができる。

（５）−３ 補強スリーブは、金属管を用いて、この金属管をかしめることにより樹脂パイプに押圧するものであってもよい。

（５）−４ 上記実施例では、樹脂パイプとして水素ガス用パイプについて説明したが、これに限らず、炭酸ガスなどの冷媒ガスや、ガソリンなどの液体燃料などを流す樹脂パイプに適用してもよい。

本発明の一実施例にかかる接続管体に樹脂パイプを接続している樹脂パイプの締結構造を示す半断面図である。 図１の要部を拡大して示す断面図である。 接続管体に樹脂パイプを接続する工程を説明する説明図である。 本実施例の作用を説明する説明図である。 本実施例にかかる水素ガスの透過量を説明するグラフである。 比較例にかかる水素ガスの透過量を説明するグラフである。 比較例にかかる水素ガスの透過量を説明するグラフである。

符号の説明

２０...接続管体
２１...管本体
２１ａ...管流路
２２，２３，２４...リング状突部
２２ｃ，２３ｃ，２３ｃ...先端
２２ａ，２３ａ，２４ａ...円錐台表面
２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ...鋭角表面
２２ｃ，２３ｃ，２...先端
３０...樹脂パイプ
３０ａ...パイプ流路
３１...内層
３２...バリア層
３３...外層
４０...補強スリーブ

Claims (3)

1. 管流路を有する円筒形状の管本体と、該管本体の外周部に、先端を鋭角としたリング状突部を突設した接続端とを有する接続管体を準備する工程と、
   上記管流路に接続されるパイプ流路を形成し該パイプ流路を流れる流体に対して耐性をもつ内層と、該内層上に積層され上記流体に対する耐流体透過性をもつバリア層と、該バリア層上に積層された外層とを有し、上記接続端に圧入される樹脂パイプを準備する工程と、
   上記樹脂パイプの外周部に装着される補強スリーブを準備する工程と、
   上記樹脂パイプを、上記内層の樹脂材料の融点より低い温度に加熱する工程と、
   上記接続管体の接続端に、上記加熱した樹脂パイプを圧入する工程と、
   上記補強スリーブを上記樹脂パイプの外周部に装着し、該樹脂スリーブで上記リング状突部に向けて押圧する工程と、
   を備え、
   上記樹脂パイプの内径をｄ１、上記リング状突部の外径をＤ２とし、拡管率Ｔを、Ｔ＝ （Ｄ２−ｄ１）×１００／ｄ１で定義したときに１５〜３０％に設定し、
   上記補強スリーブによる押圧力により上記リング状突部の先端が上記内層を突き破って上記バリア層に食い込むようにしたこと、
   を特徴とする樹脂パイプの締結方法。
2. 請求項１に記載の樹脂パイプの締結方法において、
   上記バリア層は、エチレンビニルアルコール共重合体である請求項１に記載の樹脂パイプの締結方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の樹脂パイプの締結方法において、
   上記補強スリーブは、所定温度以上の加熱により収縮する熱収縮チューブである樹脂パイプの締結方法。

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