JP4867403B2

JP4867403B2 - 樹脂集積配管の製造方法

Info

Publication number: JP4867403B2
Application number: JP2006061731A
Authority: JP
Inventors: 哲郎高野
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-03-07
Also published as: JP2007237519A

Description

本発明は、樹脂集積配管の製造方法に関し、さらに詳しくは、積層した樹脂プレートを溶着して樹脂プレート間に流路を形成する際に、流路に流体漏れが生じないように確実に、かつ容易に溶着するようにした樹脂集積配管の製造方法に関するものである。

近年、燃料電池システムの開発が盛んに行なわれ、これに伴って、燃料電池システムに用いられる配管構造についても種々の提案がされている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の提案では、アルミニウムなどからなるプレートに、流路を構成する溝を設け、この溝を設けた２枚のプレートの面間を接合することにより、プレート間に流路を一体的に形成して、複雑な配管を省スペースで集積度を高くして設けるようにしている。また、溝の表面に防蝕層を形成して、流通する腐食性流体による流路の腐食を防止し、配管の長寿命化を図るようにしている。

このような集積配管では、プレートを樹脂で成形することにより、製造を容易にし、かつ軽量化を図ることができるが、樹脂で成形したプレートは、接合面にゆがみが生じ易くなる。そのため、プレートどうしを確実に溶着して、流体漏れのない流路を形成することが困難になるという問題があった。また、確実に溶着しようとすれば、プレートどうしを強固に圧着しながら溶着する必要があるなど、作業が複雑になるという問題があった。
特開２００２−３０５０１０号公報

本発明の目的は、積層した樹脂プレートを溶着して樹脂プレート間に流路を形成する際に、流路に流体漏れが生じないように確実に、かつ容易に溶着するようにした樹脂集積配管の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の樹脂集積配管の製造方法は、２枚の樹脂プレートの少なくとも一方の樹脂プレートに溝部を設けるとともに、該溝部の外縁に沿って連続する金属配線を配置し、該金属配線を挟むように前記２枚の樹脂プレートを積層し、該金属配線を加熱して周囲の樹脂を溶融することにより、前記樹脂プレートどうしを溶着して、該樹脂プレート間に前記溝部からなる流路を形成した樹脂集積配管を製造し、この樹脂集積配管に埋設された状態になっている前記金属配線に、この樹脂集積配管に装着される外部装置の電気配線をつなぐことを特徴とするものである。

ここで、例えば、前記外部装置がセンサまたは電磁弁である。前記金属配線の加熱を通電によるジュール熱により行なうこともでき、高周波誘導加熱により行なうこともできる。前記金属配線の配置を前記樹脂プレートに予め固定することもできる。前記金属配線を導電パターンにより形成することもできる。

本発明の樹脂集積配管の製造方法によれば、溝部の外縁に沿うように配置した連続する金属配線を挟むように樹脂プレートを積層して加熱することで、積層した樹脂プレートの溝部に沿った樹脂を溶融させることができる。これにより、互いの樹脂プレートは、溝部により構成される流路に沿って、むら無く確実に溶着して、流体漏れのない流路を容易に形成することができる。この製造方法により、流路の流体漏れがない優れた品質の樹脂集積配管を得ることができる。

以下、本発明の樹脂集積配管の製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
図１に例示するように、本発明の製造方法により製造される第１実施形態の樹脂集積配管１は、２枚の樹脂プレート２、３で構成され、互いを積層して溶着することにより製造される。一方の樹脂プレート２には、溝部４ａ、４ｂが設けられ、溝部４ａ、４ｂの外縁に沿って連続する金属配線５ａ、５ｂが配置されている。

他方の樹脂プレート３には、後述するセンサ８ｃ類を接続する外部装置取付け孔６と、一方の樹脂プレート２の金属配線５ａ、５ｂのそれぞれの端子Ｅ、Ｅに対応する位置に配線端子孔７ａ、７ｂが設けられている。

この２枚の樹脂プレート２、３を金属配線５ａ、５ｂを挟むように積層することにより、図２、３に示すように溝部４ａ、４ｂが覆われて、樹脂プレート２、３の間に溝部４ａ、４ｂにより構成される流路９ａ、９ｂが形成される。

外部装置取付け孔６は、形成後の流路９ａ、９ｂの上方に位置して、外部装置取付け孔６を通じて流路９ａ、９ｂと外部とが連通するように構成される。配線端子孔７ａ、７ｂは、それぞれの金属配線５ａ、５ｂの端子Ｅ、Ｅの上方に位置して、配線端子孔７ａ、７ｂを通じて端子Ｅ、Ｅが露出するように構成される。金属配線５ａ、５ｂの端子Ｅ、Ｅを配線端子孔７ａ、７ｂから外部へ突出させるように設けてもよい。

この金属配線５ａ、５ｂは、一方の樹脂プレート２の表面に予め固定してあるので、ずれることがなく、積層作業を迅速に行なうことができる。金属配線５ａ、５ｂは、樹脂プレート２に固設せずに分離して別個に設け、樹脂プレート２、３を積層する際に積層面に配置するようにしてもよい。

次いで、樹脂プレート２、３を積層した状態で金属配線５ａ、５ｂのそれぞれの端子Ｅ、Ｅに図示しない溶着装置の通電端子を接続して、金属配線５ａ、５ｂに通電させる。これにより、金属配線５ａ、５ｂはジュール熱を発生して加熱され、金属配線５ａ、５ｂの周囲の樹脂が溶融するため、積層した樹脂プレート２、３どうしが溶着する。

金属配線５ａ、５ｂは、溝部４ａ、４ｂの外縁に沿って連続配置されているため、互いの樹脂プレート２、３間を、形成される流路９ａ、９ｂに沿って、むら無く確実に溶着することができる。これにより、樹脂集積配管１の流路９ａ、９ｂを流体漏れのないように形成することが可能となり、優れた品質の樹脂集積配管１を得ることができる。

この溶着の際には、互いの樹脂プレート２、３を過度に圧着する必要がなく、また、それぞれの金属配線５ａ、５ｂは急速に全部分が加熱されるので、複雑な作業をすることなく溶着を行なうことができる。また、金属配線５ａ、５ｂの周辺の樹脂を局部的に溶融させるので、流路９ａ、９ｂに溶融した樹脂のバリがはみ出すトラブルを防止して溶着することが容易になる。

金属配線５ａ、５ｂのそれぞれの端子Ｅ、Ｅは、端子間で溶着むらが生じないように、互いの端子Ｅ、Ｅをオーバラップさせるように配置することが好ましい。溶着後に、必要に応じて配線端子孔７ａ、７ｂは溶融させる等によりシール処理をしておく。

完成した樹脂集積配管１には、図４、５に例示するように、それぞれの外部装置取付け孔６に、延設チューブ８ａ、８ｂ、センサ８ｃ、電磁弁８ｄ等の必要な装置や部品が装着され、流路９ａ、９ｂに接続される。

樹脂プレート２、３に用いる樹脂としては、熱可塑性樹脂が用いられ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、芳香族ナイロン等のポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、トラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド等を例示することができる。

流路９ａ、９ｂを流通する流体が強酸や強アルカリ等の腐食性流体の場合は、耐腐食性に優れたポリオレフィン、フッ素樹脂を用いるのが好ましい。また、純水や食料・飲料用途の流体の場合は、流路９ａ、９ｂを形成する素材成分の低溶出性が求められるので、ポリオレフィン、フッ素樹脂を用いるのが好ましい。

また、流路９ａ、９ｂの内圧等に対して機械的強度が不足する場合は、樹脂プレート２、３に用いる樹脂に樹脂補強材を混入して、強度を上げることもできる。この場合の樹脂補強材としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ＰＢＯ（ポリ-ｐ-フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維等の繊維状充填剤、カーボン、炭酸カルシウム、クレイ、シリカ等の粉末状充填剤、マイカ、タルク、黒鉛等の平板状充填剤、ガラスバルーン、シラスバルーン等の球状充填剤を例示することができる。耐熱性（高温時の剛性）が必要な場合は、上記の繊維状充填剤が好ましい。

樹脂プレート２、３は、射出成形、プレス成形、真空成形、圧空成形等の一般的な樹脂成形方法で製造することができる。外部装置取付け孔６や配線端子孔７ａ、７ｂは、樹脂プレート２、３成形時に一緒に形成することもでき、樹脂プレート２、３の成形後に形成することもできる。

樹脂プレート２、３はそれぞれ、単層の樹脂で成形することもできるが、複層構造として、異なる種類の樹脂、発泡した樹脂などを積層した構造としてもよい。

金属配線５ａ、５ｂとしては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、鉄鋼、ニッケルクロム合金等の線材を用いることができる。それぞれの金属配線５ａ、５ｂの端子Ｅ、Ｅの間の電気抵抗値は、例えば、０．５Ω〜１ｋΩ程度にすることで、電力１ｋＷ以下の汎用の電源装置を用いて溶着を行なうことができる。

金属配線５ａ、５ｂは、プリント基板の回路パターンを製造するように、銅箔等を樹脂プレート２に貼付けた後、所定のパターンになるようにマスキングをしてエッチングを行なうことにより、またはフォトレジスト等の既存の方法により、導電パターンとして樹脂プレート２に形成することもできる。このように導電パターンとして形成することにより、ばらつきのない同一の金属配線５ａ、５ｂを短時間で大量に形成することができる。

この樹脂集積配管１には、樹脂プレート２、３を溶着するために使用した金属配線５ａ、５ｂが埋設された状態となっているので、本発明では、外部の電気、電子装置の電気配線を配線端子孔７ａ、７ｂにつなぐことにより、この金属配線５ａ、５ｂを、接続した外部装置の電気配線の一部として使用することもでき、センサ８ｃ、電磁弁８ｄ等の装置や部品と外部との接続線として使用することもできる。その際には、金属配線５ａ、５ｂが過度に加熱しないような電流で作動する外部装置を接続する。

また、図８に示すように溝部４ａ、４ｂの外縁とは無関係な独立した金属配線５ｃを埋設するようにして配線端子孔７ｃを設け、配線端子孔７ｃに外部の電気配線Ｌをつないで、この金属配線５ｃをセンサ８ｃ、電磁弁８ｄ等の装置や部品と外部との接続線とすることもできる。

尚、上記の実施形態に示したように、溝部４ａ、４ｂ毎に金属配線５ａ、５ｂを配置するのではなく、図６に例示するように、すべての溝部４ａ、４ｂに連続するような１つの金属配線５ｃを配置するようにしてもよい。このように構成することにより、配線端子孔７ａの数を減らすことができ、溶着作業をより簡素化することができる。

図７に樹脂集積配管１の第２実施形態を例示する。この樹脂集積配管１の他方の樹脂プレート３には、第１実施形態と異なり、配線端子孔７ａ、７ｂを設けていない。この樹脂集積配管１を製造するには、樹脂プレート２、３を積層した後、外側から金属配線５ａ、５ｂに近づけた高周波誘導コイルに交流電流を流して、高周波誘導加熱により金属配線５ａ、５ｂを加熱し、この加熱により互いの樹脂プレート２、３を溶着する。

このように、一般的な高周波誘導加熱を利用することにより、配線端子孔７ａ、７ｂを不要にして樹脂プレート２、３どうしを溶着することができる。

なお、本発明の樹脂集積配管１は、燃料電池に用いる配管の他に、金属に対して腐食など化学的影響を大きく与える流体を流通させる化学プラント、食品製造ライン、半導体製造ライン等に使用される各種装置、機器の配管として用いることができる。

本発明の樹脂集積配管の第１実施形態の組立状態を例示す平面図である。図１の２枚の樹脂プレートを積層した状態を例示する平面図である。図２の側面図である。図２の樹脂集積配管にセンサ類を装着した状態を例示する平面図である。図４のＡ−Ａ断面図である。図１の金属配線を変形した樹脂集積配管の組立状態を例示する平面図である。本発明の樹脂集積配管の第２実施形態の組立状態を例示す平面図である。図４の金属配線を変形した樹脂集積配管を例示する平面図である。

符号の説明

１樹脂集積配管
２、３樹脂プレート
４ａ、４ｂ溝部
５ａ、５ｂ、５ｃ金属配線
６外部装置取付け孔
７ａ、７ｂ、７ｃ配線端子孔
８ａ、８ｂ延設チューブ８ｃセンサ８ｄ電磁弁
９ａ、９ｂ流路

Claims

２枚の樹脂プレートの少なくとも一方の樹脂プレートに溝部を設けるとともに、該溝部の外縁に沿って連続する金属配線を配置し、該金属配線を挟むように前記２枚の樹脂プレートを積層し、該金属配線を加熱して周囲の樹脂を溶融することにより、前記樹脂プレートどうしを溶着して、該樹脂プレート間に前記溝部からなる流路を形成した樹脂集積配管を製造し、この樹脂集積配管に埋設された状態になっている前記金属配線に、この樹脂集積配管に装着される外部装置の電気配線をつなぐ樹脂集積配管の製造方法。
前記外部装置がセンサまたは電磁弁である請求項１に記載の樹脂集積配管の製造方法。
前記金属配線の加熱を通電によるジュール熱により行なう請求項１または２に記載の樹脂集積配管の製造方法。
前記金属配線の加熱を高周波誘導加熱により行なう請求項１または２に記載の樹脂集積配管の製造方法。
前記金属配線の配置を前記樹脂プレートに予め固定する請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂集積配管の製造方法。
前記金属配線を導電パターンにより形成した請求項５に記載の樹脂集積配管の製造方法。