JP2006071079A

JP2006071079A - 樹脂集積配管およびその製造方法

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Publication number: JP2006071079A
Application number: JP2004258888A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Takano; 哲郎高野; Susumu Hatanaka; 畑中　　進
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP4631363B2

Abstract

【課題】流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、複雑な配管を単純化して省スペース化、軽量化ができる樹脂集積配管およびその製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂製のプレート２ａ、２ｂの少なくとも一方が流路５を形成する溝部４を有し、このプレート２ａ、２ｂを積層して接合し、両プレート２ａ、２ｂ間に流路５を形成するとともに、プレート２から流路５に連通する外部連通孔６を設けて、外付け装置であるセンサ８ｃを装着可能とする樹脂集積配管１としたので、流路５となる部分が樹脂となり、流路５を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、軽量で、複雑な配管を単純化することができ、プレート２を様々な方法で樹脂成形することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂集積配管およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、複雑な配管を単純化して省スペース化、軽量化が可能な樹脂集積配管およびその製造方法に関するものである。

従来、流体を流通させる多くの配管を備えた機械装置、例えば空調装置や冷凍装置等には、太さや長さの異なる配管が縦横に複雑に入り組んで配置されていた。そのため、これらの配管にセンサーや制御装置など様々な機器、部品を取り付けるのは、スペース的な制約が多く、メンテナンス等の点においても問題があった。

そこで、複数の配管をユニットにして単純化し、小型化する金属製の集積配管が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１においては、一対の金属プレートにそれぞれ流路を形成する所定形状の凹部をプレス成形して、互いの金属プレートをろう付け接合して集積配管を製造するようにしている。

また、別の提案では、流路となる溝をプレス加工や精密鋳造加工によって形成した金属製の第１プレートと、取り付けられる機器等に通じる連通孔を形成した金属製の第２プレートとを溶接等で接合して、集積配管を製造するようにしている（特許文献２参照）。

しかしながら、これら両提案では、集積配管の母材として金属プレートを使用していて、流路となる部分が金属となる。このような金属製の集積配管を例えば、燃料電池、化学プラント、食品製造ライン、半導体製造ラインなどに用いられる装置、機器に使用すると集積配管の流路を流れる流体によって腐食したり、化学的影響を受けて侵される（例えば、配管の流路部分の金属イオンが溶出するなど）ことがある。そのため、短期間で使用不能になり、頻繁に集積配管を交換しなければならないという問題や流路を流れる流体の成分が変化するなどの不具合が生じる。その他、重量が重くなるという問題もある。
特開平１１−７５９号公報特開２００３−７４５１９号公報

本発明の目的は、流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、複雑な配管を単純化して省スペース化、軽量化ができる樹脂集積配管およびそ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は、樹脂製のプレートを積層して接合し、該積層したプレート間に流路を形成した樹脂集積配管であって、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を有し、前記プレートの少なくとも一方が、前記流路を形成する溝部を有することを特徴とするものである。

また、本発明の樹脂集積配管の製造方法は、積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ、前記プレートの少なくとも一方を真空成形または圧空成形によって成形し、このプレートを積層して接合し、該積層したプレート間に流路を形成し、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を設けるようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明の樹脂集積配管の製造方法は、積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ、前記プレートの一方をレーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過樹脂とし、他方のプレートを該レーザー光を吸収するレーザー吸収樹脂として、この両プレートを積層して、前記レーザー透過樹脂プレート側から前記レーザー光を照射して接合し、該積層したプレート間に流路を形成し、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を設けることを特徴とするものである。

また、本発明の樹脂集積配管の製造方法は、積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ前記プレートの少なくとも一方プレートの表面を平面状にして、この平面状の表面が外側になるようにプレートを積層して、前記平面状の表面にレーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過板を押し当てて、プレートを密着させつつ、このレーザー透過板側から前記レーザー光を照射して接合し、該積層したプレート間に流路を形成し、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を設けることを特徴とするものである。

本発明の樹脂集積配管によれば、樹脂製のプレートを積層して接合し、この積層したプレート間に流路を形成した樹脂集積配管であって、プレートから流路に連通する外部連通孔を有し、プレートの少なくとも一方が、流路を形成する溝部を有する構造としたので、流路となる部分が樹脂となり、流路を流通する流体によって腐食や材質の変質等の影響を受けにくく、長期間使用ができる。樹脂製なので、軽量化を図ることも可能となる。

複雑な配管をユニットにして単純化、省スペース化も可能となり、プレートの少なくとも一方に溝部を設けるようにしたので、様々な方法でプレートを製造することができる。

さらに、プレートから流路に連通する外部連通孔を介して、外付け装置と流路とを連通させる際に、一方または両方のプレートに外付け装置を装着でき、外付け装置のレイアウトの自由度も増すことになる。

また、積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ、プレートの少なくとも一方を真空成形または圧空成形によって成形し、このプレートを積層して接合し、積層したプレート間に流路を形成し、プレートから流路に連通する外部連通孔を設ける製造方法によって、上記した樹脂集積配管のプレートの金型投資を抑えて、より低コストで製造することができる。

また、積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ、プレートの一方をレーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過樹脂とし、他方のプレートをこのレーザー光を吸収するレーザー吸収樹脂として、この両プレートを積層して、レーザー透過樹脂プレート側からレーザー光を照射して、積層したプレート間に流路を形成し、プレートから流路に連通する外部連通孔を設ける製造方法によって、上記した樹脂集積配管の両プレートを容易、確実にレーザー溶接で接合できる。

また、積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつプレートの少なくとも一方のプレートの表面を平面状にして、この平面状の表面が外側になるようにプレートを積層して、平面状の表面にレーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過板を押し当てて、プレートを密着させつつ、このレーザー透過板側からレーザー光を照射して、積層したプレート間に流路を形成し、プレートから流路に連通する外部連通孔を設ける製造方法によって、上記した樹脂集積配管の両プレートを特別な治具がいらず、低コストで確実、強固にレーザー溶接で接合できる。

以下、本発明の樹脂集積配管を図に示した実施形態に基づいて説明する。図１は第１の実施形態の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は図１における樹脂集積配管１の部品構成とその組立て状況を示す組立図である。この樹脂集積配管１は、樹脂製のプレート２を積層して接合し、積層したプレート２ａ、２ｂ間に流路５を有する構造となっている。

図２において上側のプレート２ａは、一方面から他方面に貫通する外部連通孔６を所定位置に有していて、ほぼ均一の厚みの平面状となっている。下側のプレート２ｂは、一方面に凹状をした流路５を形成する溝部４を所定位置に有し、ほぼ均一の厚みとなっている。

図３に示すように、下側のプレート２ｂの凹状の溝部４が設けられている面を上側のプレート２ａに向けて、溝部４を塞ぐように、積層して接合することによって、溝部４と上側のプレート２ａに囲まれて流路５が形成される。

この際に、上側のプレート２ａの所定位置の外部連通孔６および下側のプレート２ｂの溝部４（即ち、流路５）とが連通する位置で接合される。外部連通孔６は、両プレート２ａ、２ｂを積層した後に設けるようにしてもよい。

このように構成された樹脂集積配管１の上側のプレート２ａの表面には、図１に示すように、外部連通孔６の位置に外付け装置である延設チューブ８ａ、８ｂや、センサ８ｃ、電磁弁８ｄが装着され、これらの外付け装置８ａ〜８ｄと流路５とが外部連通孔６を介して連通される。

尚、図３に示すように、独立した２枚のプレート２ａ、２ｂを用いて積層するだけでなく、図４に示すように一体化して成形した１枚のプレート２を折りたたんで積層するようにしてもよい。プレート２を一体化すると成形および積層工程でのコストダウンが可能となる。

この樹脂集積配管１の構造では、流路５は樹脂となるので、金属配管で問題となるような、流路を流れる流体によって生じる腐食や金属イオンの溶出等の材質の変質を防ぐことができる。したがって、金属配管では流通が困難であった流体にも対応ができ、長期間使用することができ、樹脂による軽量化を図ることもできる。

プレート２に用いる樹脂としては、例えば、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用いることができる。

流路５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５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５の内圧等に対して機械的強度が不足する場合は、プレート２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。
両プレート２ａ、２ｂ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。

第１の実施形態に示した構造によって、複雑な配管をユニット化して、より単純化して、省スペース化や低コスト化を図ることができ、配管の集積度を上げることができる。流路５の短縮化により、流路５による流体圧力の低下を防ぐこともできる。

プレート２の少なくとも一方に溝部４を設けるようにすることで、様々な方法でプレート２を製造することも可能となり、外部連通孔６を一方または両方のプレート２に設けて、外付け装置８ａ〜８ｄを装着することができ、外付け装置８ａ〜８ｄのレイアウトが自由になるなどの効果もある。

たとえば、燃料電池の配管においては、流路５に金属イオンを溶出させる流体が流通し、軽量化、コンパクト化が強く求められるので、以上の効果を有している構造の樹脂集積配管１は好適である。

プレート２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、プレート２の外部連通孔６は、樹脂成形時に一緒に形成することも樹脂成形後に形成することもできる。

プレート２を略均一な厚みにすることで、さらなる軽量化、コスト低減を図ることができる。略均一な厚みのプレート２を成形するには、真空成形、圧空成形、プレス成形などが好適であるが、真空成形、圧空成形を採用すると、射出成形やプレス成形に比べて金型投資を大幅に削減することができ、大幅なコストダウンが可能となる。これによって、少量多品種生産や頻繁な設計変更に容易に対応できるようになる。

一方で、射出成形、プレス成形や樹脂の切削加工によってプレート２を製造すると、複雑な形状にも対応できるので、配管の集積度を上げて、よりコンパクト化を図ることができる。

この実施形態のように、下側のプレート２ｂにのみ流路５を形成する溝部４を設けて、上側のプレート２ａを平板状にすると、平板状のプレート２ａの成形や加工が容易となり、コストを抑えることができる。例えば、押出し成形を用いて、樹脂を押出した後に、切断および外部連通孔６の穴あけ加工をしてこのプレート２ａを製造すると金型投資を大幅に抑えることができる。

また、外付け装置８ａ〜８ｄを装着するプレート２の表面、即ち、外部連通孔６を有するプレート２の表面が平面状であると、外付け装置８ａ〜８ｄを容易に安定して装着でき、組立コストの低減を図ることができる。

第１の実施形態の変形例として、図５に示すような縦断面形状をした樹脂集積配管１にすることもできる。この変形例では、下側のプレート２ｂにのみ流路５を形成する溝部４が設けられていて、両プレート２ａ、２ｂの表面がそれぞれ平面状となっている。これによって、両プレート２ａ、２ｂに外部連通孔６を設けて、外付け装置８ａ〜８ｄを安定して装着することができる。

第１の実施形態に示したように、一方のプレート２のみに溝部４を設ける構造の他に、図６に縦断面形状を示す第２の実施形態のように、両プレート２ａ、２ｂに溝部４を設けてもよい。この実施形態では、略均一の厚みの両プレート２ａ、２ｂが溝部４を一致させて積層、接合して流路５を形成している。この構造の場合は、外部連通孔６を設ける部分を平面状にしておくと、外付け装置８ａ〜８ｄを安定して装着し易くなる。

第２の実施形態の変形例として、縦断面形状を図７に示す構造にすることができる。この変形例では、両プレート２ａ、２ｂが溝部４をずらして積層、接合され、それぞれのプレート２が他方のプレート２の溝部４間に流路５を形成している。この構造によると、溝部４間の平面状部に外部連通孔６を設けて、外付け装置８ａ〜８ｄを安定して両プレート２ａ、２ｂに装着することができる。

他の変形例としては、縦断面形状を図８に示す構造にすることができる。この構造では、一方のプレート２ｂを略均一の厚みにして軽量化、低コスト化を図りつつ、他方のプレート２ａの表面を平面状にして外部連通孔６を設け、外付け装置８ａ〜８ｄを安定して装着し易くしている。

プレート２ａ、２ｂの接合には、樹脂を接合する一般的な方法、例えば、熱溶着、接着剤による接着、接合部品による接合などを用いることができるが、コスト、硬化時間、接合強度等の観点から熱溶着を好適に用いることができる。

熱溶着としては、レーザー溶接、振動溶接を用いて確実に強固に接合することができる。レーザーとしては、ＹＡＧレーザー等の一般的な樹脂溶接用のレーザーを用い、レーザー溶接する方法の一例を図９に基づいて説明する。積層したプレート２ａ、２ｂを設置台９の上に置き、上側のプレート２ａ上にガラス板３などのレーザー溶接用レーザー光を透過するレーザー透過板を置いて、上から押えて両プレート２ａ、２ｂを圧着しつつ、レーザー溶接機７で接合してゆく。

プレート２の表面が平面状でない場合は、両プレート２ａ、２ｂを強固に圧着するのが困難となり、圧着用の特別な治具が必要となるが、少なくとも一方のプレート２の表面が平面状であると、容易にガラス板３で押えて両プレート２ａ、２ｂを圧着させることができるので、特別な治具が不要となり、工数およびコストの削減、確実で強固な接合が可能となる。両プレート２ａ、２ｂの表面が平面状であると尚、好ましい。したがって、図５に示した樹脂集積配管１も同様に、両プレート２ａ、２ｂが圧着しやすく、レーザー溶接による接合に適している。

また、レーザーを照射する側となる上側のプレート２ａをレーザー溶接用レーザー光を透過するレーザー透過樹脂とし、下側のプレート２ｂをこのレーザー光を吸収するレーザー吸収樹脂とすれば、上側のプレート２ａを溶融させずに、下側のプレート２ｂの接合面を溶融させて、外観をきれいに保った状態で接合することができる。

なお、本発明の樹脂集積配管１は、燃料電池に限らず、金属に対して腐食等、化学的影響を大きく与える流体を流通させる必要のある化学プラント、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、機器に用いることができる。

本発明の樹脂集積配管の第１の実施形態を示す平面図である（外付け装置が装着されている状態）。図１のＡ−Ａ断面図である。図１における樹脂集積配管の部品構成とその組立ての一例を示す組立図である。図１における樹脂集積配管の部品構成とその組立ての他の例を示す組立図である。図１における樹脂集積配管の変形例を示す縦断面図である。本発明の樹脂集積配管の第２の実施形態を示す縦断面図である。図５における樹脂集積配管の変形例を示す縦断面図である。図５における樹脂集積配管の他の変形例を示す縦断面図である。本発明の樹脂集積配管の製造方法の一例を示す説明図である。

符号の説明

１樹脂集積配管
２、２ａ、２ｂプレート
３ガラス板
４溝部
５流路
６外部連通孔
７レーザー溶接機
８ａ、８ｂ延設チューブ
８ｃセンサ、８ｄ電磁弁
９設置台

Claims

樹脂製のプレートを積層して接合し、該積層したプレート間に流路を形成した樹脂集積配管であって、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を有し、前記プレートの少なくとも一方が、前記流路を形成する溝部を有することを特徴とする樹脂集積配管。
前記プレートの少なくとも一方が、略均一な厚みである請求項１に記載の樹脂集積配管。
前記プレートの一方が、略均一の厚みの平板状であり、他方のプレートのみに前記流路を形成する溝部を設けた請求項１または２に記載の樹脂集積配管。
前記外部連通孔を有するプレートの表面が、平面状である請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂集積配管。
前記プレートの少なくとも一方に、樹脂補強材を混入した請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂集積配管。
前記プレートの一方が、レーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過樹脂からなり、他方のプレートが該レーザー光を吸収するレーザー吸収樹脂からなる請求項１〜５のいずれかに記載の樹脂集積配管。
前記プレートがレーザー溶接または振動溶接で接合された請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂集積配管。
積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ、前記プレートの少なくとも一方を真空成形または圧空成形によって成形し、このプレートを積層して接合し、該積層したプレート間に流路を形成し、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を設けるようにした樹脂集積配管の製造方法。
積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ、前記プレートの一方をレーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過樹脂とし、他方のプレートを該レーザー光を吸収するレーザー吸収樹脂として、この両プレートを積層して、前記レーザー透過樹脂プレート側から前記レーザー光を照射して接合し、該積層したプレート間に流路を形成し、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を設けるようにした樹脂集積配管の製造方法。
積層する樹脂製のプレートの少なくとも一方に、流路を形成する溝部を設け、かつ前記プレートの少なくとも一方のプレートの表面を平面状にして、この平面状の表面が外側になるようにプレートを積層して、前記平面状の表面にレーザー溶接用のレーザー光を透過するレーザー透過板を押し当てて、プレートを密着させつつ、このレーザー透過板側から前記レーザー光を照射して接合し、該積層したプレート間に流路を形成し、前記プレートから前記流路に連通する外部連通孔を設けるようにした樹脂集積配管の製造方法。