JP6617090B2

JP6617090B2 - チューブ

Info

Publication number: JP6617090B2
Application number: JP2016191565A
Authority: JP
Inventors: 充岩田; 浩二殿原
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: WO2018061273A1; JP2018054033A; US11077605B2; US20190224907A1

Description

本発明は、チューブに関する。

撥水性をもつチューブとして、ポリテトラフルオロエチレンで形成されているチューブが流通している。ポリテトラフルオロエチレンからなるチューブは、人工生体材料として有用とされているが、柔軟性に欠ける。そこで、例えば特許文献１には、平均繊維径が０．０５〜５０μｍの脂肪族ポリエステル繊維からなり、軸方向に連続する山部および谷部を有する蛇腹状の円筒体が人工生体材料に用いられるものとして記載されている。この円筒体は、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍｍであり、外径が０．５ｍｍ〜５０ｍｍであり、蛇腹の間隔が２ｍｍ以下であり、蛇腹の深さが０．０１ｍｍ〜１０ｍｍとされている。

また、表面処理を施すことにより、被処理物の表面に撥水性をもたせる技術がある。例えば、特許文献２には、フッ素系樹脂からなるチューブの外表面をブラストにより粗した後、チューブ内部に治具を入れた状態でチューブの外表面にフッ素ガスを接触させることにより製造した撥水性チューブが記載されている。

撥水性はμmレベルの微細な凹凸構造を利用することによって発現ないし向上することが知られている。また、特許文献３には、微細な凹凸が形成された表層を備える基板が記載されており、凹凸がμｍレベルの大きさで形成されている。

特開２００７−２１５８０３号公報特開平９−０３９０９３号公報特開２０１３−０３５１９７号公報

特許文献１に記載されるチューブは、撥水性が十分ではない。ポリテトラフルオロエチレンからなるチューブは、撥水性をもつものの、外表面が滑りやすいなどの理由から、例えばチューブを他の部材等に巻き付けて使用する場合には巻きが次第に緩んできたり、他の部材に固定して使用したくても固定状態が保持されにくい。このように取り扱いの難しさから、ポリテトラフルオロエチレンからなるチューブは用途や取り扱い場面に制限がある。また、特許文献２には、チューブの内表面の撥水性が記載されていない。特許文献３は、微細凹凸構造を備えるものが基板であり、送液などに用いることはできない。

そこで本発明は、取り扱い性に優れた、撥水性のチューブ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、本発明は、弾性を有する素材で形成された、伸縮自在なチューブであり、内表面に、周方向に延びた複数の突条が長手方向に並んで形成されており、突条のピッチが１．５μｍ以下である。

長手方向において付与される張力によって、突条の高さが変化自在であることが好ましい。

ポリシロキサンで形成されている外周部を備え、突条はポリシロキサンよりも酸素の数が多いケイ素化合物で形成されていることが好ましい。

突条を有し、ケイ素化合物で形成されている内周部を備えることが好ましい。

本発明によれば、内表面に撥水性をもち、かつ、取り扱いやすい。

本発明を実施したチューブの説明図である。チューブの内表面の共焦点レーザ顕微鏡写真である。チューブの長手方向に沿った断面の端面模式図である。チューブの内表面のプロファイルデータである。チューブの内表面の共焦点レーザ顕微鏡写真である。チューブの内表面の共焦点レーザ顕微鏡写真である。チューブ製造設備の概略図である。

図１において、本発明を実施したチューブ１０は、水、または、水を溶媒とする水溶液を、目的とする供給先へ案内するためのものである。チューブ１０は、断面円筒状とされている。図１においては、説明の便宜上、チューブ１０の長さＬを、外径ＤＥと内径ＤＩと厚みＴ１０とに対し、短く描いてあるが、チューブ１０は、外径ＤＥが６ｍｍ、内径ＤＩが概ね４ｍｍ、厚みＴ１０が概ね１ｍｍ、長さＬが例えば１００ｍｍである。ただし、チューブの各寸法はこれらに限られず、外径ＤＥは４ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内、内径ＤＩは２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲内、厚みＴ１０は１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内にすることができる。

チューブ１０は、後述のように弾性を有する素材で形成されており、長手方向での寸法が変化自在、すなわち伸縮自在である。具体的には、長手方向において張力が付与されることにより長手方向に延びた延伸状態となる（図１の（Ｂ）参照）が、その張力が解除されることにより元の長さに戻る（図１の（Ａ）参照）。そのため、チューブ１０は、径方向においても寸法が変化自在、すなわち拡縮自在でとなっている。つまり、延伸状態では、張力が解除された状態（以下、単に「解除状態」と称する）に比べて、外径ＤＥと内径ＤＩとが小さい。

このように、チューブ１０は長手方向での張力の付与と解除とによって伸縮自在であるから、例えば、他の部材や装置などに巻き付けて使用する場合において巻き付けの作業がしやすいし、巻き付けた後の放置状態においても、巻き緩みがしにくい。また、他の部材や装置にチューブ１０を紐、結束バンド、針金などの固定部材によって固定した場合には、安定した固定状態が維持される。このように、チューブ１０は、取り扱いやすい。

なお、チューブ１０の内表面には符号１０ａを付し、外表面には符号１０ｂを付す。チューブ１０の内表面１０ａには周方向に延びた複数の突条が、長手方向に並んで形成されている（図２参照）が、この例のチューブ１０では、外表面１０ｂにはこのような突条は形成されておらず、平坦とされている。なお、図２における左右方向はチューブ１０の長手方向であり、図２における上下方向はチューブ１０の内表面１０ａの周方向である。

図３に示すように、上記複数の突条１１の各々は周方向（図３の紙面奥行方向）に延びている。複数の突条１１は、互いに接した状態で長手方向に並列して。突条１１のピッチＰ１１は１．５μｍ以下である（図４も併せて参照）。すなわち、ピッチＰ１１は、０より大きく１．５μｍ以下の範囲内である。なお、前述の通り、チューブ１０は、解除状態においては、延伸状態から長さＬが短く戻った状態にあるから、上記のピッチＰ１１は、この短く戻った解除状態における値である。このような非常に小さなピッチＰ１１で複数の突条１１が内表面１０ａに形成されているから、チューブ１０は、内表面１０ａにおいて撥水性をしめす。チューブ１０は、外表面１０ｂにおける水の接触角が９５°であるのに対し、内表面１０ａにおける水の接触角は１２５°である。チューブ１０の内表面１０ａは撥水性を有するから、例えば、水溶液などの水系液を送る場合において、内表面１０ａに対する液の付着が抑制される。このため、目的とする送り先に、所定量の液を無駄なく送ることができたり、あるいは、送る液を切り替える場合には先に送っていた第１の液と、後に送る第２の液との混じり合いがごく少量に抑えられるから混液の廃棄量が少量に抑えられ、かつ、切り替えが迅速になる。ピッチＰ１１は、１μｍ以上３μｍ以下の範囲内であることがより好ましく、１．５μｍ以上２．０μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。なお、図４の縦軸の「表面高さ」は、内表面１０ａの任意の点を測定開始点とし、測定開始点の高さを基準位置としての１．５μｍとしたときの測定部位の高さであり、横軸の「長手方向」は、測定開始点を基準位置（０μｍ）としたときの測定部位までの距離である。

ピッチＰ１１は、図３に示すように、突条１１の頂部間距離である。また、上記の水の接触角は、蒸留水を用いた前進接触角である。接触角は、日本工業規格ＪＩＳＲ３２５７により求めることができ、本実施形態では協和界面科学（株）製のポータブル接触角計ＰＣＡ−１により測定している。

突条１１の高さＨ１１は、解除状態において１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内であることが好ましい。突条１１の高さＨ１１は、１．５μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であることがより好ましく、２．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であることがさらに好ましい。高さＨ１１は、図３に示すように、突条１１と突条１１との間に形成される谷部を基準とした突条１１の頂部の高さである。

前述の通りチューブ１０は長手方向における張力の付与により伸縮自在であるから、高さＨ１１は、付与される張力によって変化自在である。すなわち、付与されている張力が大きいほど高さＨは小さく、張力が小さいほど高さＨは大きい。このように、付与される張力によって高さＨ１１が変化自在であるから、撥水性の制御が可能である。

長手方向に沿った断面において、突条１１の外郭の形状は、図３においては円弧状に描いてあるが、楕円弧状と、放物線状と、チューブ１０の中空部側に凸のその他の曲線の場合もある。また、向きが異なる直線が接続した形状である場合もある。

チューブ１０は、内表面１０ａを成す内周部１５と外表面１０ｂを成す外周部１６との２層構造となっていることがより好ましく、本例でもそのようになっている。長手方向に沿った断面において、内周部１５と外周部１６との境界は、この例では、三角状の山部と谷部とが連なった形状として描いているが、この例に限られない。外周部１６は、弾性を有する素材としてのポリシロキサンで形成されていることが好ましく、これにより、チューブ境界は、この例では、三角状の山部と谷部とが連なった形状として描いているが、この例に限られない。外周部１６は、弾性を有する素材としてのポリシロキサンで形成されていることが好ましく、これにより、チューブ１０は伸縮自在となっている。また、外周部１６の厚みＴ１６は、内周部１５の厚みＴ１５よりも大きいから、チューブ１０はより確実に伸縮自在となっている。

突条１１は、単位体積において酸素の数が外周部１６よりも多いケイ素化合物で形成されている。これは、突条１１が、後述の製造方法においてポリシロキサンがプラズマ処理により酸化した酸化ケイ素（ガラス）で形成されているからである。これにより、突条１１は外周部１６よりも硬くなっており、その結果、延伸状態と解除状態との間でチューブ１０が伸縮を繰り返しても、突条１１の破壊が抑えられ、撥水性がより確実に維持される。内周部１５は複数の突条１１を有しており、内周部１５全体が、単位体積あたりの酸素の数が外周部１６よりも多い前述のケイ素化合物で形成されている。

内周部１５と外周部１６との境界は、内周部１５と外周部１６との酸素の数を調べることにより確認することができる。具体的には以下である。まず、内周部１５をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）により分析する。次に、イオンスパッタを行って内周部１５の表層を除去した後、再びＸＰＳ分析を行なう。このようにイオンスパッタによる表層の除去とＸＰＳ分析とを繰り返すことにより、内周部１５から外周部１６に向けた組成プロファイルが取得できる。このデータをもとに、酸素に帰属する光電子強度を比較することにより、内周部１５が外周部１６よりも酸素の比率が高い組成であることが分かり、かつ、内周部１５と外周部１６との境界を確認することができる。内周部１５と外周部１６との境界は視認できない場合もあるが、視認できない場合であっても、上記の方法を用いることにより上記境界は確認される。

図３に示すように、前述の厚みＴ１５は、上記の方法で求めた内周部１５と外周部１６との境界から、内周部１５の表面までの距離である。なお、外周部１６の厚みは、解除状態において突条１１と突条１１との間に形成される谷部から外表面１０ｂまでの距離とする。

チューブ１０は、ヤマト科学製プラズマクリーナ（ＰＤＣ２１０）を用い、このプラズマクリーナの処理ステージに、チューブ材３１を延伸した状態でセットし、電圧を印加することによって、製造している。処理条件は、プラズマガスとして酸素を用い、流量は毎分２０ｃｍ³／分（≒３．３８×１０^-3Ｐａ・ｍ³／秒又は３．３３×１０^-7ｍ³／秒）とし、電力５００Ｗ、プラズマ処理時間を３分間としている。チューブ１０の材料としては、本実施形態では、弾性を有する素材としてのポリシロキサンで形成されたチューブ材３１を用いており、チューブ材３１は伸縮自在である。この例では、外径が６ｍｍであり、厚みが１ｍｍのチューブ材３１を用いている。本実施形態では、１００ｍｍのチューブ材３１を１４０ｍｍの長さに延伸している。

電力とプラズマ処理時間とを変えることにより、内表面１０ａの態様を変えることができる。例えば、図５Ａは、電力５００Ｗ、プラズマ処理時間を１分とした場合に得られるチューブ１０の内表面１０ａの画像であり、図５Ｂは、電力３００Ｗ、プラズマ処理時間を１分とした場合に得られるチューブ１０の内表面１０ａの画像である。

チューブ１０の製造は、他の製造設備によっても可能である。例えば図６に示すチューブ製造設備３０は、プラズマ発生装置３２と、一対の固定部３３，３４とを備える。

プラズマ発生装置３２は、チューブ材３１の中空部にプラズマを発生させるためのものであり、第１電極４１と、第２電極４２と、電源４３とを備える。第１電極４１と第２電極４２とは、例えば銅などの導電性素材で形成された電極部材４１ａと電極部材４２ａとが、周方向に回動自在なローラ４１ｂとローラ４２ｂとの周面に設けられた構成とされている。電極部材４１ａと電極部材４２ａとのそれぞれは電源４３に接続されている。電源４３は、第１電極４１の電極部材４１ａと第２電極４２の電極部材４２ａとの間に電圧を印加し、これによりプラズマが発生する。なお、本実施形態では、電源４３は、２００Ｗの電力で電圧を印加しており、電圧の印加時間は５分としている。

第１電極４１と第２電極４２とは互いに離間して配され、かつ、絶縁体上に配されることにより、電極部材４１ａと電極部材４２ａとを電気的に絶縁した状態にしている。ただし、第１電極４１と第２電極４２との構成は上記に限られず、互いに離間して配され、かつ、電極部材４１ａと電極部材４２ａとが電気的に絶縁した状態であればよい。なお、第１電極４１と第２電極４２とのいずれか一方はアース電極とされており、図６においては第１電極４１をアース電極としている。

チューブ材３１を長手方向に延伸し（延伸ステップ）、延伸されている状態のチューブ材３１を電極部材４１ａと電極部材４２ａとのそれぞれに接触させる。延伸されているチューブ材３１を電極部材４１ａと電極部材４２ａとに接触させた状態で、電極部材４１ａと電極部材４２ａとに電圧を印加することにより、チューブ材３１の中空部にプラズマが発生する。これにより、チューブ材３１は内表面側がプラズマ処理される（プラズマ処理ステップ）。このプラズマ処理により、チューブ１０が製造される。ただし、プラズマ処理中と同じ延伸状態にある間は、内表面１０ａにおいて突条１１は確認されず、長手方向における張力を小さくすることにより突条１１が生成し、確認される。なお、この例のプラズマ処理は、酸素プラズマ処理である。

本実施形態では、１００ｍｍのチューブ材３１を例えば１４０ｍｍの長さに延伸している。固定部３３は、第１電極４１ａの第２電極４２ａとは反対側に配され、固定部３４は、第２電極４２ａの第１電極４１ａとは反対側に配されている。固定部３３は、延伸したチューブ材３１の一端を固定し、固定部３４は延伸したチューブ材３１の他端を固定する。これにより、チューブ材３１は延伸状態が維持された状態で、電極部材４１ａと電極部材４２ａとのそれぞれに接触して配される。

チューブ材３１の電極部材４１ａとの接触位置を第１接触位置Ｐ１とし、電極部材４２ａとの接触位置を第２接触位置Ｐ２とする。第１接触位置Ｐ１と第２接触位置Ｐ２との距離ＤＰは５０ｍｍ以下、すなわち０より大きく５０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。距離ＤＰが５０ｍｍ以下であることにより、５０ｍｍよりも大きい場合に比べて、より確実に、延伸された状態のチューブ材３１の中空部にプラズマが発生する。

電源４３が印加する電圧は交流電圧であることが好ましい。これにより、導電率の低いチューブ材３１を用いても、その中空部に、十分な電離密度のプラズマを、確実に発生させることができる。

交流電圧の周波数は、８ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下の範囲内であることが好ましく、本実施形態では１０ｋＨｚとしている。交流電圧の周波数が８ｋＨｚ以上であることにより、８ｋＨｚ以下である場合に比べて、高い電離密度のプラズマが生成される。交流電圧の周波数が４０ｋＨｚ以下であることにより、４０ｋＨｚよりも大きい場合に比べて、第１接触位置Ｐ１と第２接触位置Ｐ２との電位差が大きくなるから、第１接触位置Ｐ１と第２接触位置Ｐ２との距離ＤＰが例えば５０ｍｍというように大きくされていても、チューブ材３１の中空部に、より確実にプラズマが発生する。

例えば２ｍなど長いチューブ１０を製造する場合には、延伸した状態のチューブ材３１を、長手方向へ移動してプラズマ処理を行えばよい。長いチューブ１０を製造する場合には、例えば、プラズマ処理を経た後に、プラズマ処理中と同じ延伸状態に維持した状態で巻き芯などに巻き取ってもよい。この場合には、巻き芯からの巻出しにおいて延伸を解除すれば、突条１１が確認されるチューブ１０として得られる。

１０チューブ
１０ａ内表面
１０ｂ外表面
１１突条
１５内周部
１６外周部
３０チューブ製造設備
３１チューブ材
３２プラズマ発生装置
３３，３４固定部
４１，４２第１電極，第２電極
４１ａ，４２ａ電極部材
４１ｂ，４２ｂローラ
４３電源
ＤＥ外径
ＤＩ内径
ＤＰ距離
Ｈ１１高さ
Ｌ長さ
Ｐ１第１接触位置
Ｐ２第２接触位置
Ｐ１１ピッチ
Ｔ１０チューブの厚み
Ｔ１５内周部の厚み
Ｔ１６外周部の厚み

Claims

弾性を有する素材で形成された、伸縮自在なチューブであり、
内表面に、周方向に延びた複数の突条が長手方向に並んで形成されており、
前記突条のピッチが１．５μｍ以下であるチューブ。
長手方向において付与される張力によって、前記突条の高さが変化自在である請求項１に記載のチューブ。
ポリシロキサンで形成されている外周部を備え、
前記突条は前記ポリシロキサンよりも酸素の数が多いケイ素化合物で形成されている請求項１または２に記載のチューブ。
前記突条を有し、前記ケイ素化合物で形成されている内周部を備える請求項３に記載のチューブ。