JP2020019247A - 樹脂パイプと樹脂部材との接合方法および接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】気密性、耐圧性を向上させることが可能な、樹脂パイプと樹脂部材との接合方法および接合構造を提供する。【解決手段】アダプタ３の底部１４の底面１４ｂからパイプ２の径方向に突出した筒状部１５を、パイプ２の外周面に形成された貫通孔２ａに挿入しながら、底面１４ｂを外周面に密着させる密着ステップと、アダプタ３に径方向に形成されて、底部１４における底面１４ｂに対向する照射面１４ａを底とし、底部１４に形成された、貫通孔２ａよりも小径の連通孔１６によって筒状部１５と連通する、貫通孔２ａよりも大径の有底の穴１２の内側において、照射面１４ａ側から貫通孔２ａの周りに全周にわたってレーザー光を照射することで、貫通孔２ａの周りの全周において、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとを溶着接合する接合ステップと、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂材料からなるパイプの外周面に、樹脂材料からなる樹脂部材を接合する、樹脂パイプと樹脂部材との接合方法および接合構造に関する。

特許文献１に開示されているように、樹脂部材同士をレーザー溶着により接合することが行われている。特許文献１では、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂部材からなるパイプ形状品を、レーザー光に対して透過性を有する樹脂部材からなる継手に挿入し、継手側からレーザー光を照射して両者をレーザー溶着している。

特開２００７−３０７９１３号公報

ところで、近年、カーエアコンの配管について、軽量化の観点から、金属部品を樹脂部品に置き換えることが検討されている。カーエアコンの配管においては、気密性、耐圧性が重要であり、流体が漏れないような接合方法および接合構造が要求されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、気密性、耐圧性を向上させることが可能な、樹脂パイプと樹脂部材との接合方法および接合構造を提供することである。

本発明は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂材料からなるパイプの外周面に、前記レーザー光に対して透過性を有する樹脂材料からなる樹脂部材を接合する、樹脂パイプと樹脂部材との接合方法であって、前記樹脂部材の底部の底面から前記パイプの径方向に突出した筒状部を、前記パイプの前記外周面に形成された貫通孔に挿入しながら、前記底面を前記外周面に密着させる密着ステップと、前記樹脂部材の頭部に前記径方向に形成されて、前記底部における前記底面に対向する照射面を底とし、前記底部に形成された、前記貫通孔よりも小径の連通孔によって前記筒状部と連通する、前記貫通孔よりも大径の有底の穴の内側において、前記照射面側から前記貫通孔の周りに全周にわたって前記レーザー光を照射することで、前記貫通孔の周りの全周において、前記パイプの前記外周面と前記底部の前記底面とを溶着接合する接合ステップと、を有することを特徴とする。

また、本発明は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂材料からなるパイプの外周面に、前記レーザー光に対して透過性を有する樹脂材料からなる樹脂部材が接合された、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造であって、前記パイプには、その外周面に貫通孔が形成されており、前記樹脂部材は、前記貫通孔よりも大径で有底の穴が前記径方向に形成された頭部と、前記穴の底を前記レーザー光が照射される照射面とし、前記照射面に対向する底面が前記パイプの外周面に密着された底部と、前記底面から前記径方向に突出して、前記貫通孔に挿入された筒状部と、を有し、前記底部には、前記筒状部と前記穴とを連通させる、前記貫通孔よりも小径の連通孔が形成されており、前記パイプの前記外周面と前記底部の前記底面とが前記レーザー光により溶着接合された接合部が、前記貫通孔の周りの全周に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、パイプの外周面に樹脂部材の底部の底面を密着させる際に、パイプに形成された貫通孔に、樹脂部材の筒状部を挿入する。これにより、パイプの軸方向および周方向に、樹脂部材が位置決めされる。そして、樹脂部材の底部の照射面側から貫通孔の周りに全周にわたってレーザー光を照射する。これにより、貫通孔の周りの全周において、パイプの外周面と底部の底面とが溶着接合される。ここで、筒状部がなく、接合前に樹脂部材の位置がずれていた場合、接合後にパイプの外周面と底部の底面との間に隙間が生じて流体が漏れたり、溶けた樹脂で貫通孔が塞がれたりする恐れがある。これに対して、接合前に筒状部で樹脂部材を位置決めしておくことで、接合後に貫通孔の周りの全周において隙間が生じないようにすることができる。また、溶けた樹脂で貫通孔が塞がれることもない。これにより、パイプの外周面と底部の底面との間から流体が漏れないようにすることができる。また、溶けた樹脂が貫通孔と筒状部との間に流れ込んで固化するので、パイプと樹脂部材との接合強度を向上させることができる。よって、気密性、耐圧性を向上させることができる。

第１実施形態における、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造の斜視図である。 第１実施形態における、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造の断面図である。 図２をＡ方向（樹脂部材側）から見た図である。 第２実施形態における、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造の断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
（接合構造の構成）
本発明の第１実施形態である、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造（以下、接合構造という）は、樹脂材料からなるパイプの外周面に、樹脂材料からなる樹脂部材が接合されたものである。なお、本実施形態の接合構造は、カーエアコン等の車両用空調装置の冷媒配管などに設けられるものであるが、これに限定されない。

接合構造１は、斜視図である図１に示すように、パイプ２と、アダプタ（樹脂部材）３と、を有している。パイプ２は、レーザー光に対して吸収性を有する樹脂材料からなり、断面形状が円形である。アダプタ３は、レーザー光に対して透過性を有する樹脂材料からなり、図示しない圧力センサが着脱可能に取り付けられる。レーザー光に対して吸収性を有する樹脂材料、および、レーザー光に対して透過性を有する樹脂材料については、公知であるため、その説明を省略する。

接合構造１の断面図である図２に示すように、パイプ２には、その外周面に貫通孔２ａが形成されている。また、アダプタ３の頭部１１には、貫通孔２ａよりも大径で有底の穴１２が、パイプ２の径方向に形成されている（図１参照）。

アダプタ３の頭部１１には、穴１２の周りに全周にわたって金属製のインサート１３が埋め込まれている。インサート１３の内周面には、ねじが切られている。図示しない圧力センサのねじが、インサート１３に螺合することで、アダプタ３に圧力センサが取り付けられる。

ここで、頭部１１には、穴１２の全周にわたって凸部１７が形成されており、この凸部１７は、インサート１３よりも穴１２の開口側に配置されている。そして、凸部１７よりも開口側にＯリング１８が配置される。

仮に、凸部１７がなく、インサート１３の側方にＯリング１８が配置されている場合、穴１２内に流入した流体が、インサート１３と頭部１１との隙間を通って開口側に流れ、Ｏリング１８の外周側から外部に漏れる恐れがある。これに対して、インサート１３とＯリング１８との間に凸部１７を配置することで、穴１２内に流入した流体が、インサート１３と頭部１１との隙間を通って開口側に流れたとしても、流体は凸部１７を迂回して、Ｏリング１８の内側に達することになる。よって、流体が外部に漏れるのを、Ｏリング１８で防止することができる。

なお、頭部１１にインサート１３が埋め込まれておらず、穴１２の内周面にねじが形成されている構成であってもよい。

アダプタ３は、底部１４と、筒状部１５と、を有している。底部１４の照射面１４ａは、穴１２の底であって、レーザー光が照射される面である。底部１４の照射面１４ａに対向する底面１４ｂは、パイプ２の外周面に密着されている。すなわち、底部１４は、パイプ２の外周面に沿って湾曲されている。

筒状部１５は、筒状であって、底部１４の底面１４ｂからパイプ２の径方向に突出しており、パイプ２の貫通孔２ａに挿入されている。ここで、貫通孔２ａの径は、筒状部１５の外径よりも大きい。そのため、貫通孔２ａと筒状部１５との間には、隙間が形成されている。

筒状部１５の先端は、パイプ２の内周面よりも内側の位置に配置されている。ただし、筒状部１５の先端が、パイプ２の内周面から突出する量はわずかである。これにより、パイプ２の内部を流通する流体に生じる圧力損失が抑えられている。なお、筒状部１５の先端は、パイプ２の内周面と面一となる位置に配置されていてもよい。

底部１４には、筒状部１５と穴１２とを連通させる連通孔１６が形成されている。連通孔１６は、貫通孔２ａよりも小径である。

上記の構成において、接合構造１には、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとが溶着接合された接合部が、貫通孔２ａの周りの全周に形成されている。この溶着接合は、穴１２の内側において、底部１４の照射面１４ａ側から貫通孔２ａの周りに全周にわたって照射された、レーザー光によってなされたレーザー溶着によるものである。

また、図１、および、図２をＡ方向から見た図である図３に示すように、アダプタ３は、羽部１９を有している。羽部１９は、パイプ２の軸方向における底部１４の両側から、軸方向にそれぞれ突出している。なお、羽部１９は、底部１４の片側のみに設けられていてもよい。

羽部１９の底面（図３の紙面奥側の面）は、パイプ２の外周面に密着されている。すなわち、羽部１９の底面は、パイプ２の外周面に沿って湾曲されている。羽部１９における底面に対向する照射面（図３の紙面手前側の面）は、レーザー光が照射される面である。この照射面もまた、パイプ２の外周面に沿って湾曲されている。すなわち、図１に示すように、パイプ２の径方向における羽部１９の断面形状は半円の筒状である。

上記の構成において、接合構造１には、パイプ２の外周面と羽部１９の底面とが溶着接合された羽部側接合部が形成されている。この溶着接合は、羽部１９の照射面側から照射された、レーザー光によってなされたレーザー溶着によるものである。

（接合方法）
次に、本実施形態の接合構造１を製造する接合方法について説明する。本実施形態の接合方法は、レーザー溶着により、パイプ２の外周面にアダプタ３を接合するものである。

まず、図２に示すように、アダプタ３の底部１４の底面１４ｂから突出した筒状部１５を、パイプ２に形成された貫通孔２ａに挿入しながら、底部１４の底面１４ｂをパイプ２の外周面に密着させる（密着ステップ）。底面１４ｂとパイプ２の外周面とは、加圧により密着される。貫通孔２ａに筒状部１５を挿入することで、パイプ２の軸方向および周方向に、アダプタ３が位置決めされる。筒状部１５の先端は、パイプ２の内周面よりも内側の位置に配置される。

また、羽部１９の底面をパイプ２の外周面に密着させる。羽部１９の底面とパイプ２の外周面とは、加圧により密着される。

次に、アダプタ３に形成された穴１２の内側において、底部１４の照射面１４ａ側から貫通孔２ａの周りに全周にわたってレーザー光を照射する。このとき、図３に示すように、連通孔１６を中心に円を描く軌道でレーザー光を移動させる。パイプ２の外周面におけるレーザー光で照射された部分が発熱して溶融する。底部１４の底面１４ｂにおける、発熱した部分に密着した部分に熱が伝わり、この部分が溶融する。レーザー光が照射されなくなると、溶融した２つの部分が接合する。このようにして、貫通孔２ａの周りの全周において、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとを溶着接合する（接合ステップ）。これにより、レーザー光の軌道に沿って接合部が形成される。なお、図３においては、レーザー光の軌道は反時計回りであるが、時計回りであってもよい。

ここで、筒状部１５がなく、接合前にアダプタ３の位置がずれていた場合、接合後にパイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとの間に隙間が生じて流体が漏れたり、溶けた樹脂で貫通孔２ａが塞がれたりする恐れがある。これに対して、接合前に筒状部１５によりアダプタ３を位置決めしておくことで、接合後に貫通孔２ａの周りの全周において、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとの間に隙間が生じないようにすることができる。また、溶けた樹脂で貫通孔２ａが塞がれることもない。これにより、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとの間から流体が漏れないようにすることができる。また、溶けた樹脂が貫通孔２ａと筒状部１５との間に流れ込んで固化するので、パイプ２とアダプタ３との接合強度を向上させることができる。よって、気密性、耐圧性を向上させることができる。

また、筒状部１５の先端がパイプ２の内周面よりも内側の位置に配置されているので、溶けて貫通孔２ａと筒状部１５との間に流れ込んだ樹脂で、筒状部１５の孔が塞がれるのを抑制することができる。

また、図３に示すように、羽部１９の照射面側からレーザー光を照射する。このとき、パイプ２の径方向に沿った軌道で、羽部１９の両端部にわたってレーザー光を移動させる。このとき、パイプ２の湾曲した外周面に常に直交する方向からレーザー光が当たるように、光源と接合構造１とを相対移動させてもよい。本実施形態において、レーザー照射軌道は、図３に示すように、図面右側の羽部１９と図面左側の羽部１９とで逆方向であるが、同じ方向であってもよい。上記と同様のプロセスで、パイプ２の外周面におけるレーザー光で照射された部分と、羽部１９の底面におけるこの部分に密着する部分とが溶着接合する。このようにして、パイプ２の外周面と羽部１９の底面とを接合する。これにより、レーザー光の軌道に沿って羽部側接合部が形成される。

このように、パイプ２の外周面と羽部１９の底面とを接合することで、パイプ２とアダプタ３との接合強度を、さらに向上させることができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る接合方法および接合構造１によると、パイプ２の外周面にアダプタ３の底部１４の底面１４ｂを密着させる際に、パイプ２に形成された貫通孔２ａに、アダプタ３の筒状部１５を挿入する。これにより、パイプ２の軸方向および周方向に、アダプタ３が位置決めされる。そして、アダプタ３の底部１４の照射面１４ａ側から貫通孔２ａの周りに全周にわたってレーザー光を照射する。これにより、貫通孔２ａの周りの全周において、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとが溶着接合される。ここで、筒状部１５がなく、接合前にアダプタ３の位置がずれていた場合、接合後にパイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとの間に隙間が生じて流体が漏れたり、溶けた樹脂で貫通孔２ａが塞がれたりする恐れがある。これに対して、接合前に筒状部１５でアダプタ３を位置決めしておくことで、接合後に貫通孔２ａの周りの全周において、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとの間に隙間が生じないようにすることができる。また、溶けた樹脂で貫通孔２ａが塞がれることもない。これにより、パイプ２の外周面と底部１４の底面１４ｂとの間から流体が漏れないようにすることができる。また、溶けた樹脂が貫通孔２ａと筒状部１５との間に流れ込んで固化するので、パイプ２とアダプタ３との接合強度を向上させることができる。よって、気密性、耐圧性を向上させることができる。

また、パイプ２の外周面と羽部１９の底面とを溶着接合することで、パイプ２とアダプタ３との接合強度を、さらに向上させることができる。

また、筒状部１５の先端が、パイプ２の内周面と面一となる位置、または、内周面よりも内側の位置に配置されている。これにより、溶けて貫通孔２ａと筒状部１５との間に流れ込んだ樹脂で、筒状部１５の孔が塞がれるのを抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態の接合方法および接合構造について、図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と共通する構成、および、それにより奏される効果については説明を省略し、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。なお、第１実施形態と同じ部材については、第１実施形態と同じ符号を付している。

（接合構造の構成）
本実施形態の接合構造１０１は、断面図である図４に示すように、管状部材４をさらに有している。管状部材４は、その端部がアダプタ１０３の頭部１１の穴１２に挿入されている。管状部材４の外周面は、頭部１１の内周面に密着されている。管状部材４は、三方分岐管や図示しないカーエアコン用サービスバルブ等の部品である。なお、本実施形態のアダプタ１０３には、インサート１３が埋め込まれておらず、穴１２の内周面にねじも形成されていない。よって、管状部材４と頭部１１とは螺合していないが、螺合する構成であってもよい。

上記の構成において、接合構造１０１には、頭部１１の内周面と管状部材４の外周面とが溶着接合された頭部側接合部が形成されている。この溶着接合は、頭部１１の外周面側から照射された、レーザー光によってなされたレーザー溶着によるものである。

（接合方法）
次に、本実施形態の接合構造１０１を製造する接合方法について説明する。本実施形態の接合方法は、レーザー溶着により、パイプ２の外周面にアダプタ１０３を接合し、その後、レーザー溶着により、頭部１１の内周面と管状部材４の外周面とを接合するものである。

まず、第１実施形態と同様に、パイプ２の外周面と、アダプタ１０３の底部１４の底面１４ｂとを溶着接合するとともに、パイプ２の外周面と羽部１９の底面とを溶着接合する（接合ステップ）。

次に、頭部１１の穴１２に管状部材４の端部を挿入する（挿入ステップ）。そして、頭部１１の外周面側からレーザー光を照射することで、頭部１１の内周面と管状部材４の外周面とを溶着接合する（連結ステップ）。これにより、レーザー光の軌道に沿って頭部側接合部が形成される。

このように、頭部１１の内周面と管状部材４の外周面とを接合することで、アダプタ１０３と管状部材４とを、さらに好適に連結することができる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る接合方法および接合構造１０１によると、アダプタ１０３の頭部１１の内周面と管状部材４の外周面とを接合することで、アダプタ１０３と管状部材４とを、さらに好適に連結することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に、本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１，１０１ 接合構造
２ パイプ
２ａ 貫通孔
３，１０３ アダプタ（樹脂部材）
４ 管状部材
１１ 頭部
１２ 穴
１３ インサート
１４ 底部
１４ａ 照射面
１４ｂ 底面
１５ 筒状部
１６ 連通孔
１７ 凸部
１８ Ｏリング
１９ 羽部

Claims (7)

1. レーザー光に対して吸収性を有する樹脂材料からなるパイプの外周面に、前記レーザー光に対して透過性を有する樹脂材料からなる樹脂部材を接合する、樹脂パイプと樹脂部材との接合方法であって、
   前記樹脂部材の底部の底面から前記パイプの径方向に突出した筒状部を、前記パイプの前記外周面に形成された貫通孔に挿入しながら、前記底面を前記外周面に密着させる密着ステップと、
   前記樹脂部材の頭部に前記径方向に形成されて、前記底部における前記底面に対向する照射面を底とし、前記底部に形成された、前記貫通孔よりも小径の連通孔によって前記筒状部と連通する、前記貫通孔よりも大径の有底の穴の内側において、前記照射面側から前記貫通孔の周りに全周にわたって前記レーザー光を照射することで、前記貫通孔の周りの全周において、前記パイプの前記外周面と前記底部の前記底面とを溶着接合する接合ステップと、
   を有することを特徴とする、樹脂パイプと樹脂部材との接合方法。
2. 前記密着ステップにおいて、前記底部から前記パイプの軸方向に突出した羽部の底面を前記パイプの前記外周面に密着させ、
   前記接合ステップにおいて、前記羽部における前記底面に対向する照射面側から前記レーザー光を照射することで、前記パイプの前記外周面と前記羽部の前記底面とを溶着接合することを特徴とする、請求項１に記載の樹脂パイプと樹脂部材との接合方法。
3. 前記頭部の前記穴に管状部材の端部を挿入する挿入ステップと、
   前記頭部の外周面側から前記レーザー光を照射することで、前記頭部の内周面と前記管状部材の外周面とを溶着接合する連結ステップと、
   をさらに有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の樹脂パイプと樹脂部材との接合方法。
4. レーザー光に対して吸収性を有する樹脂材料からなるパイプの外周面に、前記レーザー光に対して透過性を有する樹脂材料からなる樹脂部材が接合された、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造であって、
   前記パイプには、その外周面に貫通孔が形成されており、
   前記樹脂部材は、
   前記貫通孔よりも大径で有底の穴が前記径方向に形成された頭部と、
   前記穴の底を前記レーザー光が照射される照射面とし、前記照射面に対向する底面が前記パイプの外周面に密着された底部と、
   前記底面から前記径方向に突出して、前記貫通孔に挿入された筒状部と、
   を有し、
   前記底部には、前記筒状部と前記穴とを連通させる、前記貫通孔よりも小径の連通孔が形成されており、
   前記パイプの前記外周面と前記底部の前記底面とが前記レーザー光により溶着接合された接合部が、前記貫通孔の周りの全周に形成されていることを特徴とする、樹脂パイプと樹脂部材との接合構造。
5. 前記筒状部の先端が、前記パイプの内周面と面一となる位置、または、前記内周面よりも内側の位置に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の樹脂パイプと樹脂部材との接合構造。
6. 前記樹脂部材は、前記底部から前記パイプの軸方向に突出し、底面が前記外周面に密着され、前記底面に対向する照射面に前記レーザー光が照射される羽部をさらに有し、
   前記パイプの前記外周面と前記羽部の前記底面とが、前記レーザー光により溶着接合された羽部側接合部が形成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載の樹脂パイプと樹脂部材との接合構造。
7. 前記頭部の前記穴に端部が挿入された管状部材をさらに有し、
   前記頭部の内周面と前記管状部材の外周面とが、前記レーザー光により溶着接合された頭部側接合部が形成されていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の樹脂パイプと樹脂部材との接合構造。

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