(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性合成樹脂からなり、互いに接合する接合面を有する少なくとも二つの流路部材を接合して、流体流路形成部材を製造する方法であって、
上記流路部材間の接合面に、一対の流路部材間で相互に連通し、且つ外部に連通する穴または溝により形成される流体流路を、一対の流路部材の加熱接合時における該流体流路の収縮によって所定の設計断面の流体流路が形成されるように、予め流路の収縮量を見込んだ状態で形成しておき、
上記流路部材の接合面における接合は、それらの流路部材を接合面において互いに接合させた状態で成形型内に密嵌し、且つ互いに接合する接合面を圧接した状態で封型して、加熱、軟化させることにより、それらの接合面において溶融接合させ、
この流路部材の接合において、上記接合面と直交する方向の流路部材の変形は封型した成形型の内面により抑制し、流路部材の加熱による膨張及び上記接合面の圧接に伴って生じる素材の流動分を、接合面に平行する面に沿って流動させ、主として前記流体流路の収縮によって吸収させる、
ことを特徴とする合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法。
【請求項２】
流路部材を構成する熱可塑性合成樹脂に透光性をもたせたことを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法。
【請求項３】
成形型内への流路部材の密嵌を、接合面において互いに接合させた流路部材の積層方向、及び上記接合面に平行する方向のうちの少なくとも一方向に、成形型内の流路部材に型部片を圧接した状態で固定することによって行うことを特徴とする請求項１または２に記載の合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法。
【請求項４】
成形型の封型時における流路部材の接合面間における圧接力を、ボルトによる成形型の上面の型部片の固定時の締め付けトルクにより設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法。
【請求項５】
流路部材をメタクリル樹脂により形成し、該流路部材を接合させるための加熱温度を、１１０〜１３０℃とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法。
【請求項６】
流路部材を形成するメタクリル樹脂としてキャスト材を用いることを特徴とする請求項５に記載の合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタクリル樹脂等の熱可塑性合成樹脂からなる少なくとも二つの流路部材を接合して、流体流路形成部材を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮空気の給排を制御する電磁弁を配列設置するマニホールド等の流体流路形成部材において、複雑な流路形成を簡単に行うために、あるいは、内部に形成した流路を流れる流体を目視可能にするため、メタクリル樹脂等の透光性のある合成樹脂を用いてその流体流路形成部材を構成することは、例えば、米国特許第４，８７５，９５６号明細書、米国特許第４，９９９，０６９号明細書、あるいは米国特許第５，０４１，１８１号明細書等により既に知られている。これらの流体流路形成部材は、複雑な流体流路を形成するため、複数の互いに接合する接合面を有する少なくとも二つの流路部材を接合して、上記流路部材間の接合面に、一対の流路部材間で相互に連通する穴または溝により形成される流体流路が設けられる。
【０００３】
このような流体流路形成部材は、従来から用いられている電磁弁のマニホールドに比して軽量で、薬液などに対して安定であるため、医療関連流体や薬剤等の流路として適しているが、それらの流体を流して使用する場合には、その流体流路形成部材の製造に際して、互いに接合する上記流路部材の接合面を、有機溶剤を含む接着剤で接合することができず、各流路部材を薬液に対して安定な熱可塑性合成樹脂により構成し、それらの流路部材の接合面を加熱、軟化させ、接合面において溶融接合するのが適切である。
【０００４】
しかしながら、熱可塑性合成樹脂からなる一対の流路部材を加熱接合するに際しては、それらの流路部材の接合面に、相互に連通する穴または溝により流体流路を予め形成しておき、その流路部材を加熱、軟化させたうえで、接合面を圧接する必要があり、その際に、流路部材を構成する合成樹脂の膨張により予め形成した流体流路が収縮し、あるいは、軟化した合成樹脂からなる流路部材に接合のための外力を作用させるために、その外力に起因して上記流体流路が変形し、流体流路の形成を設計通りに行うことができず、また、加熱接合時に流体流路形成部材の外形状も変形することがある。
そのため、流路部材の加熱接合に際して流体流路の収縮や変形を防止するための対策が必要になり、また、流路部材の接合によって構成した流体流路形成部材の外形状を、電磁弁の搭載や、該流体流路形成部材自体の取付け面への固定、それに対する流体配管の接続等のために再加工することが必要になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を簡単な手段によって解消するためになされたもので、その技術的課題は、基本的には、熱可塑性合成樹脂からなる流体流路形成部材の製造において、流体流路を容易に設計値に近い値に設定することができ、しかも、流体流路形成部材の外形状をもほぼ所定の形状に形成し、再加工を施すにしても簡単な加工で済むようにした方法を提供することにある。
また、本発明の他の技術的課題は、熱可塑性合成樹脂からなる流路部材の接合に際し、比較的低い温度で加熱できるようにして、接合時の変形をできるだけ抑制するようにした流体流路形成部材の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、熱可塑性合成樹脂からなり、互いに接合する接合面を有する少なくとも二つの流路部材を接合して、流体流路形成部材を製造する方法であって、上記流路部材間の接合面に、一対の流路部材間で相互に連通し、且つ外部に連通する穴または溝により形成される流体流路を、一対の流路部材の加熱接合時における該流体流路の収縮によって所定の設計断面の流体流路が形成されるように、予め流路の収縮量を見込んだ状態で形成しておき、上記流路部材の接合面における接合は、それらの流路部材を接合面において互いに接合させた状態で成形型内に密嵌し、且つ互いに接合する接合面を圧接した状態で封型して、加熱、軟化させることにより、それらの接合面において溶融接合させ、この流路部材の接合において、上記接合面と直交する方向の流路部材の変形は封型した成形型の内面により抑制し、流路部材の加熱による膨張及び上記接合面の圧接に伴って生じる素材の流動分を、接合面に平行する面に沿って流動させ、主として前記流体流路の収縮によって吸収させることを特徴とするものである。
【０００７】
上記合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法においては、成形型内への流路部材の密嵌を、接合面において互いに接合させた流路部材の積層方向、及び上記接合面に平行する方向のうちの少なくとも一方向に、成形型内の流路部材に型部片を圧接した状態で固定することによって行うのが有効であり、その場合に、成形型の封型時における流路部材の接合面間における圧接力を、ボルトによる成形型の上面の型部片の固定時の締め付けトルクにより設定することができる。
上記流路部材をメタクリル樹脂により形成する場合、該流路部材を接合させるための加熱温度を、１１０〜１３０℃とするのが、流体流路の収縮や変形を防止するために有効であり、この流路部材を形成するメタクリル樹脂としては、キャスト材を用いるのが収縮の方向性が少なくなる点で有利である。
また、上記流体流路形成部材の製造方法においては、流路部材を構成する熱可塑性合成樹脂に透光性をもたせたものとすることにより、内部の流路を流れる液体を目視可能にすることができる。
【０００８】
上記構成を有する合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法によれば、一対の流路部材間で相互に連通する穴または溝を、加熱接合時における流体流路の収縮によって所定の設計断面の流体流路が形成されるように、予め実験的または経験的に得られた収縮量を見込んだ状態で形成しておくので、流路部材の加熱接合時における合成樹脂の膨張や、軟化した合成樹脂に対する接合のための外力の作用等に起因して流体流路が変形しても、その流体流路を設計値に近い値に設定することができる。この流体流路の変形に際し、上記穴または溝によって形成した各流体流路内は、成形型における型部片等の隙間を通して外部に連通しているので、それらの流体流路内に空気が封入されて該流体流路の変形が妨げられるようなことはない。
【０００９】
しかも、上記流路部材の接合面における接合を、それらの流路部材を接合面において互いに接合させた状態で成形型内に密嵌し、且つ、流路部材の積層方向、及び上記接合面に平行する方向のうちの少なくとも一方向に、成形型内の流路部材に型部片を圧接した状態で固定することによって行い、成形型の封型時における流路部材の接合面間に、ばね等により、流路部材の変形にかかわらず常に略一定の圧接力を与えることなく、該圧接力をボルト等による成形型の上面の型部片の固定時の締め付けトルクにより設定し、その圧接力が流路部材を構成する合成樹脂の軟化によって解消されたときには、それ以上の圧接力が作用せず、結果的に、上記圧接力により封型した成形型内において加熱軟化した流路部材が、その接合面における前記穴や溝を不必要に変形させることなく、その外形状が成形型の内面形状に馴染み、成形型によってほぼ所定の形状に形成することができるので、外形状等に再加工を施すにしても、簡単な加工で済ませることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明に係る方法によって合成樹脂製流体流路形成部材を製造する態様を図示している。
この実施例の流体流路形成部材１は、一般的には透明または半透明の透光性をもつ熱可塑性合成樹脂、例えば、メタクリル、ポリ塩化ビニール、ポリカーボネート等の合成樹脂によって形成するもので、ここでは、互いに接合する接合面２を有する３枚の板状の流路部材１ａ〜１ｃを接合して形成する場合を示している。上記流体流路形成部材１としてメタクリル樹脂を用いる場合、押出材を用いるよりも、分子鎖の配向性が少ないキャスト材を用いるのが、収縮の方向性が少なくなる点で有利である。なお、上記透光性は必ずしも必要なものではない。
【００１１】
この流体流路形成部材１を製造するに際しては、まず、各流路部材１ａ〜１ｃを形成する素材の寸法安定性を確保するため、その素材を加熱して予備収縮させる。この予備収縮は、流路部材１ａ〜１ｃが例えばメタクリル樹脂の場合には、加熱温度を１４０℃程度とし、素材の厚さに応じて予備収縮に要する適当な時間にわたり、その温度に保持させる。上記加熱温度は、１４０℃である必要はなく、効率的に予備収縮を行わせることが可能な任意温度に設定することができる。予備収縮のための上記流路部材１ａ〜１ｃの加熱の後には、十分な時間、例えば５〜８時間をかけて徐冷する。
【００１２】
次に、上記流路部材１ａ〜１ｃ間の接合面２に、ドリル、エンドミル、リーマ等を使用した機械加工を行い、それにより、一対の流路部材の接合面間で相互に連通する穴３または溝４を形成し、それらの流路部材の接合時に必要な流体流路を形成させる。また、流路部材の外形状も所定の形状に整形する。
上記流体流路は、図１に例示するように、使用に際して電磁弁を載置する一方の流路部材１ａに、多数の電磁弁の供給、出力及び排出の各流路を形成する多数の穴３を開設し、それに接合する流路部材１ｂにも上記穴に連通する穴３を開設し、または上記穴３の複数に連通する溝４を設けている。これらの溝４は、流路部材１ａに設けた多数の穴３に共通の液体を供給するためにそれらを連通状態で所要の液体供給源に連通させ、あるいは、多数の穴３からの液体を共通の送出部に送出するために一括して送給するためのものである。
【００１３】
ここで重要なことは、上記複数の流路部材１ａ〜１ｃを後述するようにして成形型内に収容して、それらを加熱接合させる際に、機械加工した流体流路がその加熱や流路部材相互の圧接に伴って収縮するが、その収縮によって所定の設計断面の流体流路が形成されるように、予め流体流路の収縮量を見込んだ断面積で上記穴３及び溝４を形成しておくことである。
【００１４】
上記機械加工を行った流路部材１ａ〜１ｃは、加熱接合に際して予めそれらの表面を洗浄するが、この洗浄には、例えば、界面活性剤を用いた洗浄液や純水中において超音波を作用させる洗浄とか、あるいは、それらによる洗浄後にエチルアルコール液などによる仕上げ洗浄等を行うことができる。
【００１５】
上記流路部材１ａ〜１ｃの接合面２における接合は、それらの流路部材を接合面において互いに接合させた状態で成形型（治具）１０内に密嵌し、且つ互いに接合する接合面を圧接した状態で封型して、加熱、軟化させることにより、それらの接合面において溶融接合させるものである。上記成形型１０は、一対の対向する側面壁１１ａを有する型本体１１を備え、積層した流路部材１ａ〜１ｃをこの型本体１１内の一対の側面壁１１ａ間にできるだけ密嵌した状態に嵌入できるようにしている。また、上記型本体１１の一対の側面壁１１ａに直交し、且つ流路部材の接合面２に平行する方向に型部片１１ｂを設け、成形型１０内の流路部材１ａ〜１ｃに該型部片１１ｂを圧接した状態で、固定板１２をボルト１３で固定することにより、型部片１１ｂ間においても流路部材１ａ〜１ｃを成形型１０内に密嵌できるようにしている。なお、上記型本体１１は、上記型部片１１ｂを設けたところの、側面壁１１ａに直交する側にも、側面壁を設けておくことができ、これにより、二対の側面壁を有するものとし、その型本体内に積層した流路部材１ａ〜１ｃの各周辺を密嵌させることもできる。
【００１６】
一方、成形型１０内における流路部材１ａ〜１ｃの積層方向の圧縮は、成形型内の流路部材に上下の型部片１５ａ，１５ｂ、特に上方の型部片１５ａを圧接した状態で固定することによって行うようにしている。すなわち、この成形型の封型時における流路部材１ａ〜１ｃの接合面２間における圧接力は、成形型１０における上方の型部片１５ａの外側に当接する固定板１６ａを、スプリングワッシャ１８ａを介してボルト１７ａで型本体１１に固定することにより与えられ、さらに具体的には、上記接合面間における圧接力は、上方の型部片１５ａをボルト１７ａにより固定するときの締め付けトルクにより設定され、それがスプリングワッシャ１８ａを介して付与される。
【００１７】
この場合に、成形型の封型時における上記接合面２間の圧接力は、該接合面間にばね等によって流路部材１ａ〜１ｃの変形にかかわらず常に略一定の圧接力を与えるのではなく、成形型内の流路部材１ａ〜１ｃに上方の型部片１５ａを圧接した状態で固定することによって行い、その際、該圧接力はボルト１７ａによる上面の型部片１５ａの固定時の締め付けトルクにより設定するが、その圧接力が流路部材１ａ〜１ｃを構成する合成樹脂の軟化によって解消されたときには、固定板１６ａがスプリングワッシャ１８ａの付勢力により型本体１１に圧接してはいるが、内部の流路部材１ａ〜１ｃに対して型部片１５ａからそれ以上の加圧力が作用しない状態になる。
なお、下方の型部片１５ｂは、予め固定板１６ｂをスプリングワッシャ１８ｂを介してボルト１７ｂで型本体１１に固定することにより、該型本体１１に装着しておくことができるものである。
【００１８】
従って、上記圧接力により封型した成形型１０内において加熱軟化した流路部材１ａ〜１ｃは、その軟化の初期において、それらの接合面２が上記圧接力により強く圧接され、該接合面が目視できなくなる程度に、即ち、接合する流路部材を構成する合成樹脂が材料的に完全に一体化した状態に、密に接合される。その際に、流路部材の膨張及び軟化した合成樹脂の型部片１５ａによる加圧により、前記穴３及び溝４にある程度の変形（主として断面の収縮）が生じるのは避けられないが、前述したように、その収縮によって所定の設計断面の流体流路が形成されるように、その収縮量を見込んだ断面積で上記穴３及び溝４を形成しておくことにより、所要の流体流路形成部材を得ることが可能になる。
この流体流路の変形に際し、上記穴３または溝４によって形成した各流体流路内は、成形型１０における型本体と型部片の間の隙間を通して外部に連通しているので、それらの流体流路内に空気が封入されて該流体流路の変形が妨げられるようなことはない。
【００１９】
上記各穴３や溝４の収縮量は、合成樹脂自体の膨張係数等の特性に基づいて決まるものではなく、流路部材１ａ〜１ｃ間の圧接力や、成形型１０とそれに密嵌した流路部材１ａ〜１ｃとの間の隙間等の量によっても相違し、また、隣接して穴３や溝４の多数が存在する場合などには、当然に各穴３や溝４についての収縮量が不均等になり、そのため、各穴３や溝４についての収縮量は実験的または経験的に求める必要がある。
【００２０】
また、流路部材１ａ〜１ｃによって形成される流体流路形成部材は、上記流路部材１ａ〜１ｃの接合に際し、それらの接合面２と直交する方向の流路部材の変形が、封型した成形型１０の内側面により抑制され、流路部材１ａ〜１ｃの加熱による膨張及び上記接合面の圧接に伴って、合成樹脂素材が接合面に平行する面に沿って流動するが、その流動分は主として流体流路の収縮によって吸収され、流体流路形成部材の外形状が成形型１０の内面形状に馴染み、成形型１０によりほぼ所定の形状に形成される。そのため、成形後に外形状等に再加工を施すにしても、簡単な加工で済ませることができる。
なお、上記接合により型部材１５ａから流路部材１ａ〜１ｃに作用する加圧力が低下し、実質的に流路部材が加圧されなくなったときには、流路部材における穴３や溝４を変形させることはない。
【００２１】
上記流路部材１ａ〜１ｃの接合のための加熱温度は、流路部材１ａ〜１ｃをメタクリル樹脂により形成する場合、流体流路の収縮や変形を防止するために、一般的には、１１０〜１３０℃とするのが好ましく、さらに、１２０℃前後（１１５〜１２５℃程度）にするのがより好ましい。流路部材を他の合成樹脂材料で形成する場合にも、その合成樹脂の軟化を最小限にすることが望まれ、それにより、変形量の安定化を図ることができる。流路部材を成形型内において上記接合温度に保持する時間は、流路部材の厚み、保持する温度等によっても相違するが、２〜８時間程度が一般的である。
また、上記接合時の熱による内部応力を除去するため、成形型１０から取り出した流体流路形成部材は、８０℃程度で８時間程度のアニーリングを行うのが望ましい。
【００２２】
上述したところによって接合した流路部材は、全体的にある程度の変形を避けることができないため、機械的な２次加工、即ち、外形を所定の寸法にフライス加工し、あるいは仕上げ加工したり、流体流路に管継ぎ手を接続するための接続口の加工、取付け用のねじ穴の加工などを行う必要があり、その後、最終的な洗浄を行って製造を完了する。
【００２３】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法によれば、一対の流路部材間で相互に連通する穴及び溝を、加熱接合時における流体流路の収縮等の変形によって所定の設計断面の流体流路が形成されるように、予め実験的または経験的に得られた収縮量を見込んだ状態で形成しておくので、流路部材の加熱接合時における合成樹脂の膨張や、軟化した合成樹脂に対する接合のための外力の作用等に起因して流体流路が変形しても、その流体流路を設計値に近い値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る合成樹脂製流体流路形成部材の製造方法の実施例を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１    流体流路形成部材
１ａ〜１ｃ    流路部材
２    接合面
３    穴
４    溝
１０    成形型
１１    型本体
１１ｂ，１５ａ，１５ｂ    型部片
１３，１７ａ，１７ｂ    ボルト
【図１】
0003717682.tif 000002