JPH07232379A - 管状部材の溶着方法 - Google Patents

管状部材の溶着方法

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JPH07232379A
JPH07232379A JP6322899A JP32289994A JPH07232379A JP H07232379 A JPH07232379 A JP H07232379A JP 6322899 A JP6322899 A JP 6322899A JP 32289994 A JP32289994 A JP 32289994A JP H07232379 A JPH07232379 A JP H07232379A
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智 臼井
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Kureha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性合成樹脂から成る管状部材を接合す
るための溶着方法であって、内周面に形成されるビード
は最小限に抑制すると共に高い溶着強度を得ることので
きる方法を提供するを目的とする。 【構成】 本発明は、１対の管状部材（１２）の溶着す
べき端面（２０）を加熱体（１８）の熱により溶融さ
せ、相互に押圧して溶着する管状部材（１２）の溶着方
法において、端面（２０）の溶融に先立ち、この端面
（２０）を、平坦な環状の外側部分（２２）と、平坦な
環状の内側部分（２４）とから成る形状に加工したこと
を特徴とする。内側部分（２４）及び外側部分（２２）
は共に、管状部材（１２）の中心軸線に対して直角とな
り、また、外側部分（２２）は内側部分（２４）よりも
前記中心軸線に沿う外側の位置に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂から成る
１対の管状部材の端面同士を突き合せて溶着する方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、様々な合成樹脂から作られた
管状部材が種々の用途に利用されている。例えば、ポリ
塩化ビニル、ポリプロピレン等の汎用の熱可塑性樹脂か
ら成形された管状部材は、住宅或いは工場等の配水管
や、化学薬品用配管等に幅広く利用されている。また、
ポリエーテルエーテルケトンやポリフェニレンスルフィ
ド等の耐熱性や耐溶剤性に優れた熱可塑性樹脂から成る
管状部材は、ＬＳＩ等の電子デバイスの製造における超
純水用配管として使用されている。
【０００３】このような熱可塑性合成樹脂製の管状部材
を用いて配管を実際に行う場合、管状部材同士、或は管
状部材と機器類の管状端部を接合する必要が生ずる。管
状部材の接合方法としては、互いに対向する管状部材の
端面を加熱体により加熱溶融した後、この溶融した端面
を相互に押し付けて接合するという溶着方法が知られて
いる。また、この溶着方法には、溶着すべき端面を加熱
体に直接接触させて溶融させる接触式と、溶着すべき端
面と加熱体との間に隙間を設けて非接触で当該端面を溶
融させる非接触式とがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述したような溶着方
法においては、溶着時の圧力により溶融樹脂が径方向内
方及び外方に押し出され、管状部材間の溶着部の内周面
及び外周面に、「ビード」と一般に呼ばれる突出物が形
成されることがある。
【０００５】ビードが配管の内周面に形成されると、そ
こを流れる流体の圧力損失の原因となる。また、このビ
ードの前後では流体の流れが澱み或いは乱れるため、そ
こに微生物や微粒子が溜まる恐れがある。特に超純水用
配管の場合、微生物等の溜まり場となり得るビードが存
在する配管は、使用に適さないことは言うまでもない。
【０００６】そこで、従来においては、例えば特開昭６
４−７１７３１号公報に開示されているように、中子を
管状部材間の溶着部の内側に配置してその内周面に密着
させる方法が提案されている。しかし、この方法は、非
接触式の溶着方法では、中子の保持が困難であり、実用
化されていない。
【０００７】また、特開平１−１１０１２８号公報及び
特開平２−１０６３２５号公報等には、溶着すべき端面
の内周縁部をテーパー状に削り、管状部材の端面同士を
突き合せた際に断面がほぼ二等辺三角形の空間、いわゆ
るＶ形開先が形成されるようにした方法が提案されてい
る。このようなＶ形開先を形成した場合、１対の管状部
材を溶着すべく両者を相互に押圧すると、その押圧力で
溶着部の溶融樹脂が押し出され、開先を画成する管状部
材のテーパー面に沿って径方向内方に進み、開先を埋め
る。従って、開先の大きさを適正に設定すれば、ビード
はこの開先を埋めるに止まり、管内面からの突出量は、
開先を形成しない場合に比して小さなものとなる。
【０００８】しかしながら、適正な大きさの開先を形成
することは困難である。また、実際に、開先を溶融樹脂
ないしはビードで完全に埋めるようにして溶着を行った
場合には、開先を形成したにも拘らず、比較的大きなビ
ードが配管の内周面から突出する。一方、ビードの突出
量を小さくすべく低圧で管状部材を押圧した場合には、
開先が溶融樹脂で埋まらず、その結果として配管の内周
面に凹部が形成されてしまう。このような凹部は微生物
等の溜まり場となる。また、この凹部によりノッチ効果
が生ずる。即ち、配管に応力を加えると、この凹部に応
力が集中するために、配管の機械的強度が低下し、実用
に耐え得ないものとなる。
【０００９】そこで、本発明の目的は、小さなビードを
もたらすと共に高い溶着強度を得ることのできる溶着方
法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、熱可塑性樹脂から成る１対の管状部材の
溶着すべき端面を加熱体の熱により溶融させ、相互に押
圧して溶着する管状部材の溶着方法において、前記管状
部材の前記端面の溶融に先立ち、前記端面を、前記管状
部材の中心軸線に対して直角となる実質的に平坦な環状
の内側部分と、前記内側部分の外周に同軸に配置され、
前記内側部分よりも前記中心軸線に沿う外側の位置に配
置され、且つ、前記中心軸線に対して直角となる実質的
に平坦な環状の外側部分とから成る形状に加工する工程
を備えたことを特徴としている。
【００１１】尚、本発明において、管状部材は、パイプ
やチューブは勿論、弁等の機器類のノズルや管継手、異
形成形品等も含むことに注意されたい。
【００１２】
【作用】上述したような本発明の溶着方法によれば、１
対の管状部材の溶着部の内周面から突出するビードは殆
どなく、また、たとえビードが形成されてもその大きさ
は極めて小さなものとなる。
【００１３】また、溶着時に互いに平行な実質的に平坦
な内側部分同士が接触するために、溶着された管状部材
の内周面に凹部が形成されることもない。
【００１４】
【実施例】以下、図面と共に本発明の好適な実施例につ
いて詳細に説明する。
【００１５】以下に述べる実施例における管状部材の溶
着方法は、いわゆる非接触式であり、適用される管状部
材は、パーフロロアルコキシ樹脂等のフッ素樹脂、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド等
の熱可塑性合成樹脂から押出成形等により成形されたも
のである。
【００１６】図１は、本発明による非接触式溶着方法に
適用され得る溶着装置１０を示している。この溶着装置
１０は公知のものであり、１対の管状部材１２ａ，１２
ｂをそれぞれ同軸線上に保持するためのクランプ１４
ａ，１４ｂを備えている。一方のクランプ１４ａは、他
方のクランプ１４ｂに対して接近・後退し得るように溶
着装置１０のベース１６に可動に取り付けられている。
また、クランプ１４ａ，１４ｂの間には、管状部材１２
ａ，１２ｂの対向端面２０ａ，２０ｂを加熱溶融するた
めの加熱体１８が配置されており、管状部材１２ａの移
動経路から退避可能となっている。この加熱体１８とし
ては、真鍮製の加熱板１９と、この加熱板１９に接続さ
れたロッドヒーター（図示しない）とから成るものが好
適であるが、加熱板１９の材質は特に限定されるもので
はなく、アルミニウム、真鍮、鉄、銅等の金属も用いら
れ、必要に応じてコーティングや表面仕上げ等の表面処
理が施されてもよい。また、ヒーターも、ロッドヒータ
ーに代えて、加熱板１９に鋳込んだニクロム線等を用い
ることができる。
【００１７】このような溶着装置１０を用いて同形の１
対の管状部材１２ａ，１２ｂを溶着する場合には、ま
ず、各管状部材１２ａ，１２ｂを対応のクランプ１４
ａ，１４ｂにより保持する。これにより、管状部材１２
ａ，１２ｂは同軸線上に配置されると共に、溶着すべき
端面２０ａ，２０ｂが所定の距離をもって対向配置され
る。次に、加熱体１８を管状部材１２ａ，１２ｂの端面
２０ａ，２０ｂ間に配置して、加熱体１８のロッドヒー
ターに通電を行う。所定時間、加熱を行ったならば、加
熱体１８を退避位置に移動させ、一方の可動クランプ１
４ａを他方のクランプ１４ｂに接近させる。そして、端
面２０ａ，２０ｂ同士を所定圧力で所定時間押し付ける
ことで、管状部材１２ａ，１２ｂは溶着される。
【００１８】以上については、従来から行われていた方
法である。従って、管状部材１２ａ，１２ｂの端面２０
ａ，２０ｂを何等加工していない場合には、大きなビー
ドが管の内周面と外周面に形成される。そこで、本発明
による溶着方法にあっては、管内周面のビードを除去或
いは最小のものとすべく、上記の溶着工程に先立ち、管
状部材１２ａ，１２ｂの端面２０ａ，２０ｂを加工する
こととしている。
【００１９】図２は、一方の管状部材の溶着すべき端面
の形状を拡大して示す断面図である。尚、他方の管状部
材についても同様な加工が施されるが、簡単のため、一
方の管状部材についてのみ説明する。この図２に示すよ
うに、管状部材１２の端面２０は段付き形状となってお
り、環状の外側部分２２と、この外側部分２２の径方向
内側に同軸に配置された環状の内側部分２４とから構成
されている。外側部分２２と内側部分２４は共に実質的
に平坦な面であり、管状部材１２の中心軸線に対して直
角となっている。また、外側部分２２は、内側部分２４
よりも中心軸線に沿って所定の距離をもって外方に突出
している。更に、外側部分２２の内周縁と内側部分２４
の外周縁との間に形成される境界面２６は、円筒面又は
円錐面となっている。このような端面形状は、管状部材
１２の端面２０に成形当初から形成されていてもよく、
また、溶着の現場において、適当な切削装置又は研削装
置により形成することとしてもよい。
【００２０】いま、管状部材１２の肉厚、より詳細に
は、溶着すべき端面２０に隣接する端部分の肉厚をＴ、
外側部分２２の内周縁から管状部材１２の内周面までの
径方向に沿う距離をｔ1 、外側部分２２と内側部分２４
との間の軸線方向に沿う距離をＤ、外側部分２２の作る
面と境界面２６の母線とのなす角度をθ1 とした場合、
各寸法は以下の条件を満足することが好ましいことが種
々の実験から分かっている。
【００２１】まず、ｔ1 については、通常０．１Ｔ≦ｔ
1 ≦０．８Ｔ、好ましくは０．１５Ｔ≦ｔ1 ≦０．７
Ｔ、より好ましくは０．２Ｔ≦ｔ1 ≦０．６Ｔに設定す
るのがよい。ｔ1 が０．１Ｔ未満である場合、或いは、
０．８Ｔを越える場合、端面２０を加工していないのと
同様となり、上記溶着装置１０により溶着を行うと、管
内周面に大きなビードが形成される。
【００２２】また、Ｄについては、溶着される管状部材
１２の肉厚Ｔが変わることにより溶着条件が大きく変わ
らない限り、肉厚Ｔに依存せず、通常０．１ｍｍ≦Ｄ≦
１．５ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ≦Ｄ≦１．２５ｍ
ｍ、更に好ましくは０．３ｍｍ≦Ｄ≦１．０ｍｍに設定
するのがよい。Ｄが０．１未満の場合には、端面２０を
加工していないのと同様となり、管内周面に大きなビー
ドが形成される。一方、Ｄが１．５ｍｍを越える場合に
は、加熱体１８から端面２０の外側部分２２までの距離
と、加熱体１８から端面２０の内側部分２４までの距離
との差が無視できないほど大きくなり、外側部分２２と
内側部分２４とでは溶融挙動が大幅に相違してしまい、
溶着後に所望の強度が得られない。
【００２３】また、θ1 は、通常４５°≦θ1 ≦９０
°、好ましくは４５°≦θ1 ≦８５°とする。θ1 が４
５°未満の場合、内側部分２４の面積が小さくなり、そ
の結果、管内周面に大きなビードが形成される。θ1 が
９０°を越えると、境界面２６の母線と外側部分２２と
のなす角が鋭角となり、外側部分２２の内周縁が内側部
分２４の外周縁よりも径方向内側に位置することとな
る。従って、溶着時、外側部分２２の内周縁が潰れた際
に、境界面２６が内側部分２４の外周縁に被さり、そこ
に気泡が封入される場合がある。このような気泡は溶着
強度に悪影響を及ぼすものである。
【００２４】以上に示す条件を満たすように溶着すべき
１対の管状部材１２ａ，１２ｂの端面を加工した後、上
述したように、溶着装置１０を用いて管状部材１２ａ，
１２ｂを溶着したならば、管状部材１２ａ，１２ｂの溶
着部の内周面には殆どビードが発生せず、もしビードが
発生しても、その突出量は極めて小さい。また、この実
施例の溶着方法では、互いに平行な端面２０ａ，２０ｂ
の内側部分２４同士が接触することとなるので、凹部が
溶着部の内周面に生じることもない。
【００２５】上記実施例では、端面２０の内側部分２４
の形状は平坦な面としているが、図３に示すように、内
側部分２４の内周縁部をテーパ状に面取りすることとし
てもよい。ここで、このテーパ状の面２８と内側部分２
４の他の部分（主要部分）との間の境界線から管状部材
１２の内周面までの径方向に沿う距離をｔ2 とし、内側
部分２４の他の部分により形成される面とテーパ状面２
８の母線とのなす角をθ2 とする。このｔ2 は、前述の
ｔ1 に依存し、通常０．０５ｔ1 ≦ｔ2 ≦０．５ｔ1 、
好ましくは０．１ｔ1 ≦ｔ2 ≦０．４ｔ1 に設定するの
がよい。また、θ2 は、通常１０°≦θ2 ≦７５°、好
ましくは２０°≦θ2 ≦６０°、更に好ましくは３０°
≦θ2 ≦４５°に設定することが好ましい。これらは、
実験的に求められた条件である。
【００２６】更にまた、図４に示すように、管状部材１
２の端面２０における内側部分２４の内周縁に隣接する
部分に、１つ以上、図示実施例では２つの段差面３０，
３２を削成することとしてもよい。これらの段差面３
０，３２の面積は、内側部分２４の他の部分よりも相当
に小さくされている。また、これらの段差面３０，３２
は、管状部材１２の中心軸線に対して直角となってい
る。このような段差面３０，３２を形成した場合も、ビ
ードの突出量は極めて小さなものとなる。
【００２７】次に、実際に上記条件の下で実験を行った
結果について説明する。まず、溶着すべき１対の管状部
材としてポリフェニレンスルフィド製のパイプ（呉羽化
学工業製２５Ａ：肉厚２．４ｍｍ）を用い、これに対し
て、図２に示すような形状に端面を加工した。この際、
上記ｔ1 を１．２ｍｍ、Ｄを０．３ｍｍ、θ1 を７５°
となるように端面を加工した。そして、真鍮製加熱板と
ロッドヒーターとから成る加熱体を有する非接触式溶着
装置を用いて、加熱板の表面温度を４７０℃、各パイプ
の端面から対向する加熱板までの距離を１ｍｍ、加熱時
間３０秒、圧接時間１２０秒、圧接圧力６００ｋＰａで
溶着を行った。その結果、溶着されたパイプの内面に形
成されたビードは、内周面から０．５ｍｍ突出し、周方
向にほぼ均一な形状となった。また、ＪＩＳ Ｋ６７７
６に準じて求めた溶着強度は６０ＭＰａであった。
【００２８】また、上記と同一のポリフェニレンスルフ
ィド製のパイプに対して、図３に示すような形状に端面
を加工し、上記と同様な条件の下で実験を行った。この
際、ｔ1 を１．２ｍｍ、Ｄを０．３ｍｍ、θ1 を７５
°、ｔ2 を０．６ｍｍ、θ2 を４５°とした。かかる場
合、パイプの内周面から突出するビードは認められず、
溶着強度は５９ＭＰａであった。
【００２９】更に、比較例として、上記と同一のポリフ
ェニレンスルフィド製のパイプに対して、従来のＶ形開
先が得られるよう、図５に示すような形状に端面を加工
し、同様な実験を行った。この場合、角度θ3 は３０°
とし、ｔ3 は１ｍｍとした。この実験では、溶着強度は
６２ＭＰａと満足いくものであったが、パイプの内周面
のビードの突出量は１．０ｍｍと大きいものとなった。
【００３０】上記実施例では、図１に示すような溶着装
置１０を用いることとしたが、非接触式の溶着方法に適
用できるならば図示の装置に限定されない。例えば、加
熱方式として加熱板から成る加熱体ではなく、赤外線加
熱方式の加熱体等を用いることも可能である。また、本
発明の溶着方法は接触式にも適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の溶着方法に
従って管状部材を溶着すれば、実用に耐え得る溶着強度
が得られ、且つ、溶着された管状部材の内周面にもビー
ドは殆ど形成されず、もし形成されたとしても、その大
きさは極めて小さなものとなる。従って、ビードによる
流体の圧力損失や微生物等の滞留などの問題を、本発明
は除去或いは軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶着方法に適用され得る非接触式
溶着装置を示す概略説明図である。
【図２】本発明の一実施例に従って加工された管状部材
の端面の形状を拡大して示す断面部分図である。
【図３】本発明の第２の実施例に従って加工された管状
部材の端面の形状を拡大して示す断面部分図である。
【図４】本発明の第３の実施例に従って加工された管状
部材の端面の形状を拡大して示す断面部分図である。
【図５】本発明との比較で加工された管状部材の端面の
形状を拡大して示す断面部分図である。
【符号の説明】
１０…溶着装置、１２，１２ａ，１２ｂ…管状部材、１
４ａ，１４ｂ…クランプ、１６…ベース、１８…加熱
体、２０，２０ａ，２０ｂ…端面、２２…外側部分、２
４…内側部分、２６…境界面、２８…テーパ状面、３
０，３２…段差面。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂から成る１対の管状部材の
    溶着すべき端面を加熱体の熱により溶融させ、相互に押
    圧して溶着する管状部材の溶着方法において、 前記管状部材の前記端面の溶融に先立ち、前記端面を、
    前記管状部材の中心軸線に対して直角となる実質的に平
    坦な環状の内側部分と、前記内側部分の外周に同軸に配
    置され、前記内側部分よりも前記中心軸線に沿う外側の
    位置に配置され、且つ、前記中心軸線に対して直角とな
    る実質的に平坦な環状の外側部分とから成る形状に加工
    する工程を備える管状部材の溶着方法。
  2. 【請求項２】 前記端面に隣接する前記管状部材の端部
    分の肉厚をＴとし、前記外側部分の内周縁と前記端部分
    の内周面との間の径方向に沿う距離をｔ1 とした場合、
    ０．１Ｔ≦ｔ1 ≦０．８Ｔを満足し、 前記外側部分と前記内側部分との間の前記中心軸線に沿
    う距離をＤとした場合、０．１ｍｍ≦Ｄ≦１．５ｍｍを
    満足し、且つ、 前記外側部分の内周縁及び前記内側部分の外周縁の間に
    形成される環状の境界面の母線と、前記外側部分の形成
    する面とのなす角度をθ1 とした場合、４５°≦θ1 ≦
    ９０°を満足する、請求項１記載の管状部材の溶着方
    法。
  3. 【請求項３】 前記外側部分の内周縁と前記端部分の内
    周面との間の距離ｔ1 は、０．１５Ｔ≦ｔ1 ≦０．７Ｔ
    を満足する、請求項２記載の管状部材の溶着方法。
  4. 【請求項４】 前記外側部分の内周縁と前記端部分の内
    周面との間の距離ｔ1 は、０．２Ｔ≦ｔ1 ≦０．６Ｔを
    満足する、請求項２記載の管状部材の溶着方法。
  5. 【請求項５】 前記外側部分と前記内側部分との間の距
    離Ｄは、０．２ｍｍ≦Ｄ≦１．２５ｍｍを満足する、請
    求項２記載の管状部材の溶着方法。
  6. 【請求項６】 前記外側部分と前記内側部分との間の距
    離Ｄは、０．３ｍｍ≦Ｄ≦１．０ｍｍを満足する、請求
    項２記載の管状部材の溶着方法。
  7. 【請求項７】 前記境界面の母線と、前記外側部分の形
    成する面とのなす角度θ1 は、４５°≦θ1 ≦８５°を
    満足する、請求項２載の管状部材の溶着方法。
  8. 【請求項８】 前記内側部分の内周縁部に対してテーパ
    状の面取りを施す工程を備える、請求項１〜７のいずれ
    か１項に記載の管状部材の溶着方法。
  9. 【請求項９】 前記面取り工程により形成されたテーパ
    状の面と、前記内側部分の形成する面とのなす角度をθ
    2 とした場合、１０°≦θ2 ≦７５°を満足し、且つ、 前記端面に隣接する前記管状部材の端部分の内周面と前
    記外側部分の内周縁との間の径方向に沿う距離をｔ1 と
    し、前記テーパ状の面の外周縁と前記端部分の内周面と
    の間の径方向に沿う距離をｔ2 とした場合、０．０５ｔ
    1 ≦ｔ2 ≦０．５ｔ1 を満足する、請求項８記載の管状
    部材の溶着方法。
  10. 【請求項１０】 前記テーパ状の面と前記内側部分の形
    成する面とのなす角度θ2 は、２０°≦θ2 ≦６０°を
    満足する、請求項９記載の管状部材の溶着方法。
  11. 【請求項１１】 前記テーパ状の面と前記内側部分の形
    成する面とのなす角度θ2 は、３０°≦θ2 ≦４５°を
    満足する、請求項９記載の管状部材の溶着方法。
  12. 【請求項１２】 前記テーパ状の面の外周縁と前記端部
    分の内周面との間の距離ｔ2 は、０．１ｔ1 ≦ｔ2 ≦
    ０．４ｔ1 を満足する、請求項９記載の管状部材の溶着
    方法。
  13. 【請求項１３】 前記内側部分の内周縁に隣接する部分
    に対して、少なくとも１つの段差面を形成する工程を備
    える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の管状部材の
    溶着方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003071939A (ja) * 2001-09-04 2003-03-12 Kitz Corp 樹脂部材の溶着方法およびその方法を用いて製造された溶着樹脂部材
JP2007239973A (ja) * 2006-03-13 2007-09-20 Flowell Corp チューブ材の接合構造、チューブ材の接合方法、および管端部切断方法
WO2017072886A1 (ja) * 2015-10-28 2017-05-04 ミライアル株式会社 樹脂製配管部材、樹脂製管継手及び、配管の製造方法

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