特許 7082928 積層チューブ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-01

(45)【発行日】2022-06-09

(54)【発明の名称】積層チューブ

(51)【国際特許分類】

   B32B 1/08 20060101AFI20220602BHJP

   F16L 11/04 20060101ALI20220602BHJP

【ＦＩ】

B32B1/08 B

F16L11/04

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018160013

(22)【出願日】2018-08-29

(65)【公開番号】P2020032588

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2021-06-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000120010

【氏名又は名称】宇部エクシモ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100173646

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 桂子

(72)【発明者】

【氏名】槻川原 遼

【審査官】松岡 美和

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２８７１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０６８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４４９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／０４６４４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０４８０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８６５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７７５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５２５１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０９６５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００７２３２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ３２Ｂ １／００－４３／００

Ｆ１６Ｌ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

曲げ弾性率が０．４ＧＰａ以下の熱可塑性樹脂で形成された内層と、
前記内層よりも外側に設けられ、前記内層よりも硬度が低い熱可塑性樹脂で形成された外層と、
前記内層と外層の間に設けられた中間層と
を有し、
各層の厚さの比が、内層：中間層：外層＝１：０．０６～０．４９：０．１～８．４である積層チューブ。

【請求項2】

前記内層はポリアミド１２エラストマーで形成され、
前記外層はポリオレフィン系エラストマーで形成されている
請求項１に記載の積層チューブ。

【請求項3】

前記中間層は、極性基を有するポリオレフィン系接着性樹脂で形成されている請求項１又は２に記載の積層チューブ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の樹脂層が積層された構造の積層チューブに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車などの燃料輸送用のチューブには、２層又は３層構造の積層チューブが用いられている（特許文献１～３参照）。例えば、特許文献１には、ポリアミド樹脂又はフッ素樹脂からなる内層と、硬度９０以下の軟質熱可塑性樹脂からなる外層の少なくとも２層が積層され、各層間が熱融着された積層チューブが記載されている。

【0003】

一方、特許文献２には、半芳香族ポリアミドを４０質量％以上含む樹脂で最内層及び最外層を形成し、中間層を曲げ弾性率が８００ＭＰａ以下の材料で形成した積層チューブが記載されている。また、特許文献３には、外層をポリオレフィン系熱可塑性エラストマー層、内層を半芳香族ポリアミド層とし、その間に変性プロピレン系重合体を含む接着剤層を設けた積層構造体が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１１－１５１７６８号公報

【文献】国際公開第２０１６／１５２５３７号

【文献】特開２０１７－１７７５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前述した特許文献２，３に記載の積層チューブは、剛性が高い半芳香族ポリアミド樹脂で内層を形成しているため、屈曲時の反発が大きく、曲げながら組み付けるような用途には不向きである。一方、特許文献１に記載の積層チューブは、内層をポリアミド樹脂又はフッ素樹脂で形成しているため、半芳香族ポリアミド樹脂を用いた場合に比べて屈曲性は改善されるが、柔軟性は十分とはいえず、また、内層にフッ素系樹脂を用いた場合は製造コストが増加するという問題がある。積層チューブにおいて、柔軟性が不足すると、座屈が発生する虞があり、その他にも、省スペース化が困難、二次加工が必要となるといった問題が生じる。

【0006】

そこで、本発明は、曲げやすく、かつ、座屈が発生しにくい積層チューブを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る積層チューブは、曲げ弾性率が０．４ＧＰａ以下の熱可塑性樹脂で形成された内層と、前記内層よりも外側に設けられ、前記内層よりも硬度が低い熱可塑性樹脂で形成された外層と、前記内層と外層の間に設けられた中間層とを有し、各層の厚さの比は、内層：中間層：外層＝１：０．０６～０．４９：０．１～８．４である。
本発明において、前記内層は例えばポリアミド１２エラストマーで形成し、前記外層は例えばポリオレフィン系エラストマーで形成することができる。
前記中間層は、例えば極性基を有するポリオレフィン系接着性樹脂で形成することができる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、屈曲性に優れ、製品への組み込み時や使用時に屈曲させても座屈が発生しにくい積層チューブを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態の積層チューブの構造を模式的に示す断面図である。

【図2】Ａ及びＢは本発明の実施例における柔軟性評価方法の概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。図１は本実施形態の積層チューブの構造を模式的に示す断面図である。図１に示すように本実施形態の積層チューブ１０は、内層１と中間層２と外層３が積層された３層構造となっている。

【0011】

［内層１］
内層１は、曲げ弾性率が０．４ＧＰａ以下の熱可塑性樹脂により形成されている。曲げ弾性率が高い材料で内層１を形成すると、積層チューブ１０の剛性が高くなり、曲げにくくなる。具体的には、内層１を形成する樹脂の曲げ弾性率が０．４ＧＰａを超えると、積層チューブ１０の屈曲性が低下する。そこで、本実施形態の積層チューブ１０では、内層１を曲げ弾性率が０．４ＧＰａ以下の熱可塑性樹脂で形成することにより、チューブ全体の剛性を抑制し、屈曲性向上を図っている。

【0012】

内層１を形成する熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド１２エラストマー、ポリウレタンエラストマーなどの各種エラストマーを用いることができる。また、これらの熱可塑性樹脂の中でも、柔軟性、屈曲性、透明性及び成形加工性に優れることから、ポリアミド１２エラストマーが好ましい。ポリアミド１２エラストマーで内層１を形成することにより、一般的なポリアミド樹脂を用いた従来の積層チューブに比べて、柔軟性を向上させ、座屈を発生しにくくすることができる。

【0013】

また、内層１を形成する熱可塑性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を配合することができる。内層１に含有される添加剤としては、例えば、酸化防止剤、可塑剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑材、着色剤、フィラー及び難燃剤などが挙げられる。

【0014】

［中間層２］
中間層２は内層１と外層３とを接着するための層であり、内層１及び外層３の両方に対して接着性に優れた樹脂により形成されている。中間層２を形成する樹脂は、内層１及び外層３を形成する樹脂に応じて、適宜選択することができるが、ＪＩＳ Ｋ６８５４－３に準じる方法で測定した内層１及び外層３に対する接着強度が１０Ｎ／ｃｍ以上となる樹脂を使用することが好ましい。これにより、層間剥離が発生しにくく、かつ、剥離が発生した場合でも進行しにくくすることができる。

【0015】

中間層２は、内層１や外層３を構成する様々な樹脂と化学的に結合する必要があるため、極性基を有する接着性樹脂で形成されていることが好ましく、比重、コスト及び成形加工性の観点から、特にポリオレフィン系接着性樹脂が好ましい。

【0016】

［外層３］
積層チューブ１０を屈曲させると、曲げ半径の外側は曲率半径が大きくなるため、外側に位置する外層３には引張応力が働く。このとき、外層３を構成する材料の硬度が高いと、屈曲時の変形に外層３が追従できず、柔軟性が損なわれる。特に、外層３が内層１よりも硬度が高い材料で形成されていると、外層３の柔軟性がチューブ全体の柔軟性に影響するため、積層チューブ１０の柔軟性が低下し、十分な屈曲性が得られない。

【0017】

そこで、本実施形態の積層チューブ１０では、外層３は、内層１を形成している樹脂よりも硬度が低い熱可塑性樹脂で形成する。これにより、外層３が曲げ変形に追従しやすく、屈曲した際の反発力も小さくなるため、屈曲性に優れ、座屈が発生しにくい積層チューブ１０が得られる。

【0018】

外層３を形成する熱可塑性樹脂としては、例えばポリオレフィン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド１２エラストマー及びポリウレタンエラストマーなどの各種エラストマーを用いることができる。なお、外層３には、原則として内層１とは異なる種類の樹脂を使用する。また、前述した熱可塑性樹脂の中でも、柔軟性及び成形加工性に優れることから、ポリオレフィン系エラストマーが好ましい。

【0019】

外層３を形成する熱可塑性樹脂には、必要に応じて各種添加剤を配合することができる。外層３に含有される添加剤としては、例えば、酸化防止剤、可塑剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑材、着色剤、フィラー及び難燃剤などが挙げられる。

【0020】

［各層の厚さ］
前述した内層１、中間層２及び外層３の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば内層１の厚さを１としたとき、外層３の厚さは０．１～８．４であることが好ましく、より好ましくは０．８～１．３である。また、中間層２の厚さは０．０６～０．４９であることが好ましく、より好ましくは０．１３～０．１７である。内層１、中間層２及び外層３の厚さを前述した範囲にすることにより、積層チューブ１０の柔軟性と屈曲性をバランス良く向上させることができる。

【0021】

また、例えば積層チューブ１０の直径が２０ｍｍ以下の場合、チューブ全体の厚さに対する比で、内層１：中間層２：外層３＝０．２～０．８：０．００１～０．２：０．２～０．８とすることが好ましい。これにより、積層チューブ１０の柔軟性と屈曲性をバランス良く向上させることができる。

【0022】

［製造方法］
本実施形態の積層チューブ１０は、例えば、内層１、中間層２及び外層３を形成する各樹脂をそれぞれ溶融し、共押出すること又は層毎に逐次積層することにより形成することができる。

【0023】

以上詳述したように、本実施形態の積層チューブは、内層を曲げ弾性率が０．４ＧＰａ以下の熱可塑性樹脂で形成しているため、屈曲性に優れる。また、本実施形態の積層チューブは、外層の硬度が低いため屈曲時の反発力を抑えることができると共に、内層は外層よりも硬度が高いため座屈の発生を防止することができる。その結果、本実施形態の積層チューブは、屈曲性に優れ、製品への組み込み時や使用時に屈曲させても座屈が発生しにくい。

【0024】

本実施形態の積層チューブは、配策の簡便性及び省スペース化の効果も期待できるため、産業用ロボットの配管に好適である。また、使用する際は、二次的な曲げ加工も必要ないため、加工コストを低減することもできる。

【0025】

なお、本実施形態では、３層構造の積層チューブを例に説明したが、本発明は図１に示す構造に限定されるものではなく、少なくも内層、中間層及び外層を備えていればよく、本発明の効果を阻害しない範囲で、他の樹脂層や繊維補強層などが設けられていてもよい。

【実施例】

【0026】

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実施例においては、図１に示す構造の積層チューブを作製し、その性能を評価した。具体的には、内層、中間層及び外層を形成する各樹脂を、それぞれ別々の成型機で溶融させ、共押出法により各樹脂を吐出させて、外径５．９ｍｍ、内径４．３ｍｍのチューブ状に成型した後、冷却して実施例及び比較例の積層チューブを得た。また、参考例として、外径５．９ｍｍ、内径４．３ｍｍで、単層構造のチューブを作製し、同様の方法で性能を評価した。

【0027】

実施例及び比較例の各積層チューブ及び参考例の単層チューブの性能の評価は、以下に示す方法で行った。

【0028】

＜剥離強度＞
実施例及び比較例の積層チューブについて、内層及び外層と中間層の各樹脂間の剥離強度を測定した。測定に際し、内層、外層及び中間層を形成した各樹脂により、縦１７ｃｍ、横１７ｃｍ、厚さ０．５ｍｍのシートを形成し、内層と中間層、外層と中間層をそれぞれ積層して加熱プレスで貼り合わせて、樹脂積層シートを作製した。樹脂積層シートの作製には、株式会社東洋精機製作所製 ミニテストプレス機を使用し、シートの末端から５ｃｍは、測定時にチャックするため、予め接着しないようにした。

【0029】

この積層樹脂シートを、幅２５ｃｍ、長さ１７ｃｍにカットし、評価用試料とした。測定は、ＪＩＳ Ｋ６８５４に準拠した方法により、剥離速度を２０ｍｍ／分として行った。その結果、剥離強度が１０Ｎ／ｃｍ以上であったものを合格（○）、１０Ｎ／ｃｍ未満であったものを不合格（×）とした。

【0030】

＜曲げ荷重試験＞
実施例及び比較例の積層チューブ及び参考例の単層チューブの柔軟性は、各チューブから長さ２０ｃｍの評価用試料を切り出し、曲げ荷重試験により評価した。試験は、直径が異なる３種類のポリ塩化ビニル製直管（直径１２５ｍｍ，８３ｍｍ，５４ｍｍ）を用いて、温度２３℃、湿度５０％の環境下で行った。図２Ａ，Ｂは曲げ荷重試験の概念図であり、図２Ａは荷重なしの状態、図２Ｂは荷重ありの状態を示す。

【0031】

先ず、図２Ａに示すように、評価用試料２０の一方の端部を治具（ポリ塩化ビニル製直管）２１に固定した。その後、図２Ｂに示すように、評価用試料２０に荷重をかけ、デジタルバネ秤により円周の１／４まで沿わせるのに必要な荷重を測定した。測定は３回行い、その平均値を求めた。その結果、直径１２５ｍｍの治具での曲げ荷重が０．８Ｎ以下、直径８３ｍｍの治具での曲げ荷重が１．２Ｎ以下、直径５４ｍｍの治具での曲げ荷重が１．５Ｎ以下であったものを合格（○）とし、いずれかが規定値を超えていたものは不合格（×）とした。

【0032】

＜座屈＞
実施例及び比較例の積層チューブ及び参考例の単層チューブを、直径４４ｍｍの円形状治具（ポリ塩化ビニル製直管）に円周の１／４まで沿わせ、パイプゲージで変形箇所の短径（最小外径寸法）を測定した。そして、変形箇所の短径がチューブ外径の７０％以下であったものを「座屈あり（×）」とし、７０％を超えていたものを「座屈なし（○）」とした。

【0033】

以上の結果を、下記表１及び表２にまとめて示す。なお、下記表１及び表２に示すポリオレフィン（ＰＯ）系エラストマーは住友化学株式会社製 エスポレックスＷＳＢ０８０Ａ）であり、ポリオレフィン（ＰＯ）系接着性樹脂は三菱ケミカル株式会社製 モディックＭ５１２であり、ポリアミド（ＰＡ）１２エラストマーは宇部興産株式会社製 ＵＢＥＳＴＡ ＸＰＡ９０４８ＨＶであり、ポリアミド（ＰＡ）は宇部興産株式会社製 ＵＢＥＳＴＡ３０３０Ｕであり、ポリスチレン（ＰＳ）系エラストマーは旭化成株式会社製 タフテックＨ１２２１である。また、下記表１及び表２に示す「層厚比」は、内層の厚さを１としたときの外層及び中間層の厚さである。

【0034】

【表1】

【0035】

【表2】

【0036】

上記表２に示すように、参考例であるＮｏ．１０の単層チューブは、座屈は発生しなかったが、曲げ荷重が高かった。一方、比較例であるＮｏ．７～９の積層チューブは、中間層と内層及び外層の剥離強度は問題なかったが、Ｎｏ.７の積層チューブは、内層に用いた樹脂の曲げ弾性率が１．４ＧＰａと本発明の範囲を大幅に超えていたため、柔軟性が損なわれて曲げ荷重が高くなり、座屈も発生した。

【0037】

Ｎｏ.８の積層チューブは、内層に用いた樹脂の硬度（４０Ａ）が外層に用いた樹脂の硬度（７８Ａ）よりも低かったため、座屈が生じた。Ｎｏ．９の積層チューブは、曲げ荷重が低く柔軟性は向上したが、内層に用いた樹脂の曲げ弾性率が０．５ＧＰａと本発明の範囲を超えていたため、座屈が発生した。

【0038】

これに対して、上記表１に示すように、内層、中間層、外層の三層構造で、内層の曲げ弾性率が０．４ＧＰａ以下の熱可塑性樹脂で形成され、外層が内層よりも硬度が低い熱可塑性樹脂で形成されたＮｏ.１～６の積層チューブは、座屈の発生がなく、柔軟性にも優れていた。以上の結果から、本発明によれば、曲げやすく、かつ、座屈が発生しにくい積層チューブが得られることが確認された。

【符号の説明】

【0039】

１ 内層
２ 中間層
３ 外層
１０ 積層チューブ
２０ 評価用試料（チューブ）
２１ 治具（ポリ塩化ビニル製直管）

【図1】

【図2】