(57)【要約】【課題】コンパクトで、生産性がよく、安定した接続強度が得られるようにした樹脂配管の接続構造および接続方法を提供する。【解決手段】樹脂チューブ５を樹脂継手１のニップル２に圧入して、その一端部５ａをニップル２に設けた抜け止め部４に係止させた後、樹脂チューブ５の外側からレーザ光を照射して樹脂チューブ５とテーパ部３とをレーザ溶着させて接合する。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂継手のレーザ光吸収性樹脂で形成されたニップルと、該ニップルに外嵌したレーザ光透過性樹脂で形成された樹脂筒状体とを接合して構成した樹脂配管の接続構造であって、前記ニップルが先端部にテーパ部を有するとともに、抜け止め部を有し、前記樹脂筒状体が、一端部を前記抜け止め部に係止し、かつ前記テーパ部とレーザ溶着により接合されている樹脂配管の接続構造。
【請求項２】
前記抜け止め部が、前記テーパ部よりも後方側に配置されている請求項１に記載の樹脂配管の接続構造。
【請求項３】
前記抜け止め部が、前記テーパ部に配置されている請求項１に記載の樹脂配管の接続構造。
【請求項４】
前記抜け止め部が、該抜け止め部が配置される位置よりも先端側における前記ニップルの最大外径よりも縮径するように形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂配管の接続構造。
【請求項５】
前記ニップル部と前記樹脂筒状体とのレーザ溶着長さが、前記樹脂筒状体の壁厚の２００％以上８００％以下である請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂配管の接続構造。
【請求項６】
樹脂継手のレーザ光吸収性樹脂で形成されたニップルと、該ニップルに外嵌したレーザ光透過性樹脂で形成された樹脂筒状体とを接合する樹脂配管の接続方法であって、前記樹脂筒状体にテーパ部を有する予備成形棒を挿入し、該樹脂筒状体を加熱することにより、予めその一端部を拡径するようなテーパ状に成形し、該樹脂筒状体を前記ニップルのテーパ部に圧入して、その一端部を前記ニップルに設けた抜け止め部に係止させた後、該樹脂筒状体の外側からレーザ光を照射して該樹脂筒状体と前記テーパ部とをレーザ溶着させて接合するようにした樹脂配管の接続方法。
【請求項７】
前記レーザ光を、前記ニップルの先端側から後方側に向かって順次、照射するようにした請求項６に記載の樹脂配管の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂配管の接続構造および接続方法に関し、さらに詳しくは、コンパクトで、生産性がよく、安定した接続強度が得られるようにした樹脂配管の接続構造および接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池に使用される配管やマニホールドには、軽量化や内部を流通する流体への金属イオンの溶出を防ぐ等の目的で、樹脂が使用されるようになり、樹脂配管の用途が広がりつつある。例えば、自動車用に搭載される燃料電池に用いられる樹脂配管は、様々な機器、装置のすき間を縫うように配置されるため、スペースの制約が多く、省スペースで樹脂配管を接続することができる構造が求められていた。
【０００３】
樹脂配管の接続構造は、種々提案されているが（例えば、特許文献１参照）、従来の接続構造は、樹脂継手のニップルの先端部のテーパ部の後方に設けられた溶着部まで樹脂チューブを圧入し、この溶着部と樹脂チューブとをレーザ光等を用いて溶着するようにしていた。
【０００４】
溶着部は、接続強度を確保するため所定長さが必要であり、さらに、ニップルの先端部には樹脂チューブの圧入を容易にするためのテーパ部を設けた構造となっているため、接続構造が長くなり、省スペース化には限界があるという問題があった。
【０００５】
また、樹脂チューブを圧入する長さが大きくなることや、樹脂チューブを圧入しただけでは抜け易いため、所定の溶着長さを確保するには、圧入した後にすぐに溶着する必要があり作業工程が硬直化することにより、生産性の向上を図ることが困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開２００５−１７２０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、コンパクトで、生産性がよく、安定した接続強度が得られるようにした樹脂配管の接続構造および接続方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の樹脂配管の接続構造は、樹脂継手のレーザ光吸収性樹脂で形成されたニップルと、該ニップルに外嵌したレーザ光透過性樹脂で形成された樹脂筒状体とを接合して構成した樹脂配管の接続構造であって、前記ニップルが先端部にテーパ部を有するとともに、抜け止め部を有し、前記樹脂筒状体が、一端部を前記抜け止め部に係止し、かつ前記テーパ部とレーザ溶着により接合されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の樹脂配管の接続方法は、樹脂継手のレーザ光吸収性樹脂で形成されたニップルと、該ニップルに外嵌したレーザ光透過性樹脂で形成された樹脂筒状体とを接合する樹脂配管の接続方法であって、前記樹脂筒状体にテーパ部を有する予備成形棒を挿入し、該樹脂筒状体を加熱することにより、予めその一端部を拡径するようなテーパ状に成形し、該樹脂筒状体を前記ニップルのテーパ部に圧入して、その一端部を前記ニップルに設けた抜け止め部に係止させた後、該樹脂筒状体の外側からレーザ光を照射して該樹脂筒状体と前記テーパ部とをレーザ溶着させて接合するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の樹脂配管の接続構造および接続方法によれば、樹脂筒状体を、樹脂継手のニップルの先端部に設けたテーパ部とレーザ溶着して接合するので、接続強度を確保するために別途溶着部を設ける必要がなく、もしくは別途設ける溶着部の長さが短くなり、接続構造をコンパクトにすることが可能になる。これに伴い、樹脂筒状体をニップルに圧入する長さが短くなるので、作業時間を短縮することができる。
【００１０】
また、樹脂筒状体の一端部を、ニップルの抜け止め部に係止することで、樹脂筒状体を常に、ニップルの一定位置に仮固定することができ、この仮固定状態でレーザ溶着することにより、溶着長さが一定し、安定した接続強度を得ることができる。
【００１１】
この仮固定により、樹脂筒状体のずれが防止されるので、この仕掛かり品を移動させる等により、作業場所や時間を変えた柔軟な作業工程を構築することができるようになり、生産性を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の樹脂配管の接続構造および接続方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
図１に例示する第１実施形態の接続構造は、樹脂チューブ５の一端部５ａを樹脂継手１のニップル２に外嵌し、レーザ溶着することにより接合されて構成されている。樹脂チューブ５は、溶着用レーザ光を透過するレーザ光透過性樹脂で形成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブデン等のポリオレフィン樹脂、６ナイロン、６６ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド樹脂、テ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−エチレン共重合体、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、ポリビニリデンフルオライド等のフッ素樹脂、ポリウレタン樹脂等から形成される。尚、ニップル２に外嵌するのは、樹脂チューブ５に限らず、樹脂パイプ等の樹脂筒状体であればよい。
【００１４】
樹脂継手１は、溶着用レーザ光を吸収するレーザ光吸収性樹脂で形成され、例えば、上記のレーザ光透過性樹脂に炭素繊維、カーボンブラック等のレーザ光を吸収する材料を含有させた樹脂等から形成される。樹脂継手１のニップル２のみをレーザ光吸収性樹脂で形成してもよい。
【００１５】
ニップル２は、先端部にテーパ部３が設けられて先細形状に形成され、テーパ部３よりも後方側には、抜け止め部４が設けられている。この抜け止め部４は、テーパ部３の後端位置での外径、即ちテーパ部３の最大外径よりも縮径するように、テーパ部３の傾斜とは逆向きに傾斜して形成されている。
【００１６】
抜け止め部４は、ニップル２の周方向に連続させて環状溝のように設けてもよく、ニップル２の周方向に複数に分割して設けることもできる。
【００１７】
また、抜け止め部４は、図２に例示するように段差状に形成して、ニップル２の最大外径よりも縮径させるようにしてもよく、外嵌した樹脂チューブ５の抜けを防止できる種々の形状にすることができる。
【００１８】
樹脂チューブ５の一端部５ａは、ニップル２の抜け止め部４に係止するとともに、後述するようにテーパ部３とレーザ溶着されている。より大きな接続強度が必要となる場合には、ニップル２のテーパ部３に加えて、テーパ部３の後方側ともレーザ溶着するようにしてもよい。
【００１９】
このように本発明では、従来、樹脂チューブ５を圧入し易くするために設けていたニップル２のテーパ部３と樹脂チューブ５とをレーザ溶着するようにしたので、必要な接続強度を得るためにテーパ部３の後方側に設けていた溶着部が不要になり、もしくは、短い溶着部で足りるようになり、接続構造をコンパクトにすることができる。
【００２０】
また、樹脂チューブ５の一端部５ａが、ニップル２の抜け止め部４に係止することにより、常に所定位置で仮固定することができる。この仮固定状態でレーザ溶着することにより、所定の溶着長さで接合することができ、ばらつきを小さくして安定した接続強度を得ることができる。
【００２１】
この接合した樹脂配管は、レーザ溶着した部分と、樹脂チューブ５の本体部５ｂ（溶着していない部分）との内圧に対する強度を同等に設定すれば、溶着長さを最小限にした効率的なものとなる。
【００２２】
ここで、樹脂チューブ５を薄肉円筒と仮定して、樹脂チューブ５の壁厚ｔ、樹脂チューブ５およびニップル２の内径ｄ、レーザ溶着長さＬ、樹脂チューブ５およびニップル２の内圧Ｐとすれば、樹脂チューブ５の本体部５ｂに作用する円周方向応力（フープ応力）σｒは、σｒ＝（ｐｄ／２ｔ）となり、レーザ溶着した部分に作用するせん断応力τは、τ＝（ｐｄ／４Ｌ）となる。
【００２３】
経験的に判明している円周方向応力σｒとせん断応力τとの関係と、安全率とに基づいて決定されている指数Ａ（一定の範囲）を用いて、σｒ＝Ａτを満たすようにして、効率的なレーザ溶着長さＬが算出することができる。
【００２４】
このように、好ましいレーザ溶着長さＬを算出すると、例えば、樹脂チューブ５の壁厚ｔの２００％以上８００以下となる。レーザ溶着長さＬを、この範囲に設定することにより、必要以上に接続構造を長くすることなく接続強度を確保できるので、効率的にコンパクト化を図ることができるようになる。
【００２５】
図３に第２実施形態を例示する。この接続構造では、抜け止め部４がニップル２のテーパ部３に配置されている。この抜け止め部４は、凹状に形成されて、その配置位置よりも先端側におけるテーパ部３の最大外径よりも縮径するようになっている。
【００２６】
この構成では、樹脂チューブ５の一端部５ａが、この抜け止め部４に係止することにより、ニップル２に外嵌した際の樹脂チューブ５の最大外径、即ち、樹脂チューブ５の外周方向の突出量を抑えることができる。これにより、樹脂チューブ５の半径方向の省スペース化が可能になる。
【００２７】
以下、本発明の樹脂配管の接続方法により、図１に示した樹脂継手１と樹脂チューブ５とを接続する工程を説明する。
【００２８】
図４に例示するように、樹脂継手１のニップル２の最大外径よりも小さな内径を有する樹脂チューブ５にテーパ部７ａを有する予備成形棒７を挿入する。ここで、予備成形棒７により、または外部の加熱手段により、樹脂チューブ５を加熱して樹脂チューブ５の一端部５ａを拡径したテーパ状に予備成形する。
【００２９】
次いで、図５に例示するように、この樹脂チューブ５をニップル２に圧入して外嵌し、その一端部５ａをニップル２に設けた抜け止め部４に係止させる。樹脂チューブ５の一端部５ａは、拡径するようにテーパ状に予備成形されているので、ニップル２に円滑、かつ容易に圧入させることができる。また、樹脂チューブ５の一端部５ａが、抜け止め部４に係止する長さを圧入すればよく、圧入長さが短くてよいので作業時間を短縮することができる。このように係止することにより、樹脂チューブ５がニップル２から容易に抜けないように仮固定される。
【００３０】
次いで、外嵌した樹脂チューブ５の外側からレーザ溶着装置６により、レーザ光を照射する。レーザ光は、樹脂チューブ５を透過してニップル２に吸収され、レーザ光を吸収して加熱されたニップル２が、樹脂チューブ５を加熱して、両者が溶着される。溶着用レーザ光としては、ＹＡＧレーザ等の一般的なレーザ光を用いることができる。
【００３１】
仮固定により、ニップル２に対する樹脂チューブ５の固定位置が一定しているので、レーザ溶着することにより、常に一定の溶着長さで接合でき、ばらつきを小さくして安定した接続強度を得ることができる。
【００３２】
仮固定されている仕掛かり品では、ニップル２の最大外径位置において樹脂チューブ５に最大の引張応力が生じている。この位置に最初にスポット的にレーザ光を照射すれば、この最大の引張応力が緩和され、溶融した樹脂チューブ５の樹脂が周囲に移動し易くなり、僅かな変形が生じる。
【００３３】
そこで、スポット的に順次、レーザ光照射対象部分にレーザ光を照射する場合には、図５に示すようにニップル２の先端側から後方側へ向かってレーザ光を照射するようにすることが好ましい。このようにレーザ光を照射することで、最大の引張応力が生じている位置にレーザ光を照射する前に周辺部を溶着させて固定でき、変形を抑えることができる。
【００３４】
また、仕掛かり品は仮固定されているので、樹脂チューブ５の固定位置をずらすことなく、移動等させることが容易になる。これにより、この仕掛かり品を他の作業場所に移動させてレーザ溶着を行なうようにして場所的な制約を受けない作業工程や、仕掛かり品を一定数量製造してストックし、空き時間等にレーザ溶着を行なうようにして時間的な制約を受けない作業工程など、柔軟な作業工程を構築することができるようになり、生産性を向上させることが可能になる。
【００３５】
本発明は、燃料電池、給湯装置、自動車、半導体製造装置、その他各種機器や設備等で使用される樹脂配管に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の樹脂配管の接続構造の第１実施形態を例示する半断面図である。
【図２】図１の抜け止め部の変形例を示す樹脂配管の接続構造の半断面図である。
【図３】本発明の樹脂配管の接続構造の第２実施形態を例示する半断面図である。
【図４】本発明の樹脂配管の接続方法の一工程を例示する説明図である。
【図５】図４の次の工程を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  樹脂継手  
２  ニップル    
３  テーパ部
４  抜け止め部
５  樹脂チューブ    ５ａ  一端部    ５ｂ  本体部
６  レーザ溶着装置  
７  予備成形棒    ７ａ  テーパ部
【図１】
2007211933.tif 000003
【図２】
2007211933.tif 000004
【図３】
2007211933.tif 000005
【図４】
2007211933.tif 000006
【図５】
2007211933.tif 000007