JP2000052430A - 合成樹脂製部材の摩擦接合における接合良否判定方法および合成樹脂製部材の接合装置 - Google Patents

合成樹脂製部材の摩擦接合における接合良否判定方法および合成樹脂製部材の接合装置

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Ryosuke Ito
良輔 伊藤
Koji Harada
浩次 原田
Takashi Oguchi
貴士 小口
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】摩擦接合により得られた接合部材を、非破壊状
態で正確かつ容易に、その接合が成されているか否かを
判定する接合良否判定方法およびこの接合良否を判定す
るための手段を備えた合成樹脂製部材の接合装置を提供
する。 【解決手段】合成樹脂製の２つの被接合部材を、その接
合面同士を突き合わせ、この突き合わせた接合面同士を
摩擦させて両接合面を摩擦熱によって溶融状態にする溶
融工程と、一方の被接合部材を他方の被接合部材方向に
相対移動させて、溶融状態になった接合面同士を所定の
面圧を保持しながら圧接する接合工程とを含む製造方法
によって接合した接合部材を製造するにあたり、圧接
圧、両被接合部材の相対移動量、両被接合部材の相対移
動速度、および、接合工程の圧接時間からなる群より選
ばれた少なくとも何れかの値を測定し、この測定値が予
め決定された基準値の範囲内に入っているか否かを調
べ、接合状態の良否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成樹脂製部材の
摩擦接合における接合良否を判定する接合良否判定方法
およびこの接合良否を判定するための手段を備えた合成
樹脂製部材の接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、被接合部材としての管と管との接
合等、合成樹脂製の２つの被接合部材を接合する方法と
して摩擦接合が知られている。摩擦接合は、接合しよう
とする被接合部材の一方を回転または振動させるととも
に、この接合面と他方の被接合部材の接合面とを突き合
わせて接合面間に摩擦熱を発生させ接合面を溶融させ、
その後、一方の被接合部材を他方の被接合部材方向に相
対移動させて、溶融状態になった接合面同士を所定の面
圧を保持しながら圧接し、この圧接状態を保ちながら溶
融した樹脂を冷却固化して両被接合部材を接合するもの
である。
【０００３】しかし、摩擦接合によって得られた接合部
材は、その接合性能が破壊検査によってしか確認できな
いため、完全な品質保証ができないという問題があっ
た。そこで、例えば、特公昭６３−５０１１５号公報お
よび特公昭６３−５０１１６号公報に非破壊状態で摩擦
接合によって得られた接合部材の接合良否を判定する方
法が提案されている。
【０００４】前者の公報に記載の方法は、摩擦運動が停
止しはじめてから停止し終わるまでの時間と接合強度と
の関係を、後者の公報に記載の方法は、摩擦運動停止時
の最大停止加速度と接合強度との関係をそれぞれ決定
し、この関係から必要とする接合強度に対応した基準値
を予め定めておき、摩擦接合に際して、摩擦運動を停止
するに要する時間、もしくは停止時の加速度を測定し、
その値と上記基準値との大小関係により、接合の良否を
判定するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、摩擦運動の停
止に要する時間や加速度は、現実的には装置の回転部の
慣性モーメントや制動能力に依存するものであるので、
上記公報に記載の方法では接合の良否を高い精度で判定
することが困難である。また、本発明者等の研究によれ
ば、従来の摩擦接合方法には、先ず大きな接触圧力で接
合面同士を接触させて摩擦を生じさせるようにして、短
時間で接合面を溶融状態までした後、この溶融した樹脂
が飛び散らない程度に接触圧力を小さくして更に溶融を
続けるようにしている。こうすることにより、溶融した
樹脂が周方向に飛び散らない小さな接触圧力で最初から
接触させた場合に比べ、溶融するまでの時間の短縮化を
図ることができる。
【０００６】しかしながら、上記の様な大きな接触圧力
で接触させた場合、接合面の凹凸状態によっては摩擦溶
融の際に溶融樹脂中にボイドを含んだ状態になることが
多く、又、摩擦により部材を構成する樹脂に剪断力が働
き、剪断による分子切断が発生する場合が多いと考えら
れる。そして、このようなボイドや低分子化した樹脂分
が接合部分に巻き込まれ、充分な接合強度が得られなく
なる場合があるという問題点を抱えているのである。
【０００７】従って、溶融部の接合強度を部材同等に確
保するには、摩擦運動中に生じる強度低下要因である低
分子化した樹脂分とボイドとを除外するべく、溶融状態
になった接合面同士を所定の面圧を保持しながら圧接す
る接合工程の際に、溶融部の一部を一定量だけ接合面外
に流し出す必要があり、また、被接合部材同士が接合す
るのに必要なだけの溶融層を残す必要がある。
【０００８】かかる観点から、接合工程時に両接合面に
かかる圧接圧、接合工程開始時から接合工程終了に到る
までの両被接合部材の相対移動量、接合工程開始時から
接合工程終了に到るまでの両被接合部材の相対移動速
度、および、接合工程の圧接時間という比較的計測容易
な物理量を基準として接合の良否が判定可能であること
を見いだして本発明を完成させるに至った。即ち本発明
は、摩擦接合により得られた接合部材を、非破壊状態で
正確かつ容易に、その接合が成されているか否かを判定
する接合良否判定方法およびこの接合良否を判定するた
めの手段を備えた合成樹脂製部材の接合装置を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１における合成樹脂製部材の摩擦接
合における接合良否判定方法は、合成樹脂製の２つの被
接合部材を、その接合面同士を突き合わせ、この突き合
わせた接合面同士を摩擦させて両接合面を摩擦熱によっ
て溶融状態にする溶融工程と、一方の被接合部材を他方
の被接合部材方向に相対移動させて、溶融状態になった
接合面同士を所定の面圧を保持しながら圧接する接合工
程とを含む製造方法によって接合した接合部材を製造す
るにあたり、接合工程時に両接合面にかかる圧接圧、接
合工程開始時から接合工程終了に到るまでの両被接合部
材の相対移動量、接合工程開始時から接合工程終了に到
るまでの両被接合部材の相対移動速度、および、接合工
程の圧接時間からなる群より選ばれた少なくとも何れか
の値を測定し、この測定値が予め決定された基準値の範
囲内に入っているか否かを調べ、接合状態の良否を判定
することを特徴とする。
【００１０】上記構成において、被接合部材となる合成
樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル、
架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレンなどの熱可塑性
樹脂が挙げられる。また、被接合部材とは、摩擦接合を
行うことが可能な限り特に限定されないが、例えば、
管、管継手、棒状体等が挙げられる。
【００１１】さらに、接合面同士を摩擦させるとは、特
に限定されないが、たとえば、一方または両方の被接合
部材を回転または振動させ、接合面同士が相互に摩擦さ
れる状態におくことをいう。加えて、圧接圧とは、接合
工程開始時直後の圧接圧、接合工程開始時から終了時ま
での平均の圧接圧、接合工程における所定の単位時間で
の圧接圧の最大値や最小値など特に限定されないが、接
合工程終了時直前の単位時間当たりの圧接圧を測定する
のが最も接合面の溶融状態を表し易い、すなわち、接合
の良否を判定し易いため好ましい。
【００１２】また、上記相対移動速度は、接合工程開始
時直後の移動速度、接合工程開始時から終了時までの平
均の移動速度、接合工程における所定の単位時間での移
動速度の最大値や最小値など特に限定されないが、所定
の単位時間での移動速度の最大値を相対移動速度とする
のが最も接合面の溶融状態を表し易い、すなわち、接合
の良否を判定し易いため好ましい。
【００１３】また、本発明の請求項２における合成樹脂
製部材の摩擦接合における接合良否判定方法は、請求項
１の構成に加えて、溶融工程において、少なくとも一方
の被接合部材を接合面に直交する軸を中心に回転させて
接合面同士を摩擦させることを特徴とする。また、本発
明の請求項３における合成樹脂製部材の摩擦接合におけ
る接合良否判定方法は、請求項２の構成に加えて、被接
合部材として管を用い、この管を形成する合成樹脂の種
類に応じて予め設定された周速度に一致した回転速度で
少なくとも一方の管を回転させることを特徴とする。
【００１４】上記構成において、予め設定する周速度
は、合成樹脂製部材の種類によって異なり、特に限定さ
れないが、具体的には、合成樹脂管が高密度ポリエチレ
ン管の場合は、周速度を２．６〜７．９ｍ／秒の範囲に
設定するのが摩擦発熱効率や高速度域での物性への悪影
響防止の点から好ましい。周速度が２．６ｍ／秒未満で
は発熱不足となり７．９ｍ／秒を越えると分子切断や過
昇温による強度低下を来す傾向があるからである。
【００１５】また、本発明の請求項４における合成樹脂
製部材の摩擦接合における接合良否判定方法は、請求項
１〜請求項３の何れかに記載の構成に加えて、溶融工程
が、被接合部材の接合面同士を突き合わせて、接合面が
磨耗現象を起こす圧力より小さく、すべりを起こす圧力
より大きい圧力を加えつつ接合面を摩擦して、この接合
面を昇温・溶融させる昇温溶融工程と、この昇温溶融工
程により接合面が溶融した後、昇温溶融工程における面
圧から剪断発熱が保持できるとともに急激な接合面の温
度上昇が起こらない程度の圧力まで圧力を低下させた状
態で接合面同士の摩擦を継続し、溶融層を拡大する溶融
層拡大工程とを備えており、接合工程が、前記昇温溶融
工程もしくは前記溶融層拡大工程で溶融層内に発生した
ボイドまたは摩擦によって低分子化された樹脂分を接合
面から外側に押し出し可能な圧力まで圧力を上げて接合
面同士を所定の面圧を保持しながら圧接する第一接合工
程と、接合面同士間の押圧力を第一接合工程の面圧より
漸減させる第二接合工程とを備えていることを特徴とす
る。
【００１６】上記構成において、接合面を摩擦させると
は、被接合部材の少なくとも一方を振動させたり、回転
させたりした状態で、この被接合部材の接合面を所定の
圧力下で突き合わせることをいう。また、第一接合工程
において圧接する際、被接合部材の相対移動量を一定に
保つようにすると、被接合部材の両接合面にかかる圧接
圧や、両被接合部材の相対移動速度、第一接合工程の時
間などの測定が容易となるため好ましい。
【００１７】さらに、第一接合工程終了後、接合部で樹
脂が溶融状態のまま、すなわち、固化に到っていない場
合、溶融樹脂のその後の冷却に伴いヒケが発生して接合
部の強度を低下させる恐れがあるので、溶融樹脂が固化
するまで、保圧の意味で低圧ながら圧力を付与している
ことが好ましい。
【００１８】また、本発明の請求項５における合成樹脂
製部材の摩擦接合における接合良否判定方法は、請求項
４の構成に加えて、少なくとも一方の被接合部材を接合
面に直交する軸を中心に回転させて被接合部材の接合面
同士を摩擦するとともに、第一接合工程における両被接
合部材の回転軸方向相対移動量により、接合の良否を判
定することを特徴とする。
【００１９】また、本発明の請求項６における合成樹脂
製部材の摩擦接合における接合良否判定方法は、請求項
１〜請求項４の何れかに記載の構成に加えて、接合工程
時に両接合面にかかる圧接圧および相対移動量を一定に
保った状態で接合工程開始時から接合工程終了に到るま
での両被接合部材の相対移動速度、または、接合工程の
圧接時間を変化させて、各相対移動速度または圧接時間
での接合部材の接合の良否を判定し、その判定結果から
両被接合部材の相対移動速度または圧接時間の基準値を
求め、実接合時に、接合工程時の圧接圧および相対移動
量を一定に保った状態で接合工程を行い、実相対移動速
度または実圧接時間を測定して接合状態の良否を判定す
ることを特徴とする。
【００２０】また、本発明の請求項７における合成樹脂
製部材の摩擦接合における接合良否判定方法は、請求項
１〜請求項４の何れかに記載の構成に加えて、接合工程
時に圧接時間および相対移動量を一定に保った状態で両
接合面にかかる圧接圧を変化させて、各圧接圧での接合
部材の接合の良否を判定し、その判定結果から両被接合
部材の圧接圧の基準値を求め、実接合時に接合工程時の
圧接時間および相対移動量を一定に保った状態で接合工
程を行い、実圧接圧を測定して接合状態の良否を判定す
ることを特徴とする。
【００２１】また、本発明の請求項８における合成樹脂
製部材の接合装置は、接合する２つの合成樹脂製の被接
合部材を、一方の被接合部材の接合面と他方の被接合部
材の接合面方向に相対移動可能、かつ、相対移動によっ
て両接合面を所定の圧力で密着可能に支持する被接合部
材の支持手段と、この支持手段に支持され、かつ、接合
面同士が密着した状態で少なくともいずれか一方の被接
合部材に振動または回転を与え、接合面間に摩擦熱を発
生させる摩擦力付与手段と、接合時の両接合面間にかか
る圧力を測定する圧力測定手段と、両被接合部材の相対
移動量を測定する相対移動量測定手段または相対移動速
度を測定する相対移動速度測定手段とを備えていること
を特徴とする。
【００２２】また、本発明の請求項９における合成樹脂
製部材の接合装置は、請求項８の構成に加えて、摩擦力
付与手段が、少なくともいずれか一方の被接合部材を、
その接合面の中心軸を中心に回転させるようになってい
ることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を表す図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明
にかかる接合装置の一実施形態を示した側面図である。
【００２４】図１に示したように、この接合装置（以
下、「装置」とのみ記す。）１は、摩擦力付与手段２
と、支持手段３と、ビード形状矯正手段４と、相対移動
量測定手段または相対移動速度測定手段としてのレーザ
ー変位計５と、圧力測定手段としてのロードセル６と、
コンピューター７とを備えており、合成樹脂製部材の被
接合部材としての高密度ポリエチレン管（以下、「ＰＥ
管」とのみ記す。）Ａ１とＰＥ管Ａ２とを摩擦接合させ
るとともに、この接合良否を判定するようになってい
る。
【００２５】すなわち、摩擦力付与手段２は、モーター
２１と、タイミングベルト２２とを備えており、後述す
る回転チャック３０を回転させて、この回転チャック３
０に把持されたＰＥ管Ａ１を回転させることで摩擦力を
付与するようになっている。支持手段３は、ＰＥ管Ａ１
を固定した状態で支持する固定支持部３Ａと、ＰＥ管Ａ
２をその中心軸方向に移動可能に支持する可動支持部３
Ｂとを備えている。
【００２６】固定支持部３Ａは、回転チャック３０と、
この回転チャック３０を回転自在に支持する支柱部２０
とを備えている。回転チャック３０は、装置１の所定の
場所に支柱部２０によって支持されているため、把持し
たＰＥ管Ａ１を、その中心軸方向に移動させることはで
きないが、タイミングベルト２２を介して伝達されたモ
ーター２１の駆動力によって回転し、ＰＥ管Ａ１をその
接合面の中心軸を中心として、任意の回転速度で回転さ
せるようになっている。
【００２７】可動支持部３Ｂは、クランプ３１と、スラ
イドテーブル３２と、レール３３と、スライドテーブル
移動用エアシリンダー（以下、「第一エアシリンダー」
と記す。）３４と、電／空レギュレーター３５とを備え
ている。クランプ３１は、ＰＥ管Ａ２の接合面と回転チ
ャック３０に把持されたＰＥ管Ａ１の接合面とが対面し
合うように、ＰＥ管Ａ２を固定できるようになってお
り、スライドテーブル３２に取り付けられている。
【００２８】スライドテーブル３２は、上述したように
クランプ３１が取り付けられているとともに、クランプ
３１のＰＥ管Ａ２を固定する側の反対側に後述する治具
移動用エアシリンダー（以下、「第二エアシリンダー」
と記す。）４１が取り付けられるエアシリンダー取り付
け部３２１が設けられている。また、スライドテーブル
３２は、エアシリンダー取り付け部３２１で第一エアシ
リンダー３４のシリンダー先端と繋がっており、この第
一エアシリンダー３４のシリンダーロッドが進退するこ
とによってレール３３上を進退するようにレール３３上
に載置されている。
【００２９】第一エアシリンダー３４は、図示していな
いがコンプレッサーから送られてきたエアーを電／空レ
ギュレーター３５により制御して押圧力を調整すること
ができるようになっており、電／空レギュレーター３５
は、コンピューター７によってエアー量を制御すること
ができるようになっている。
【００３０】すなわち、可動支持部３Ｂは、第一エアシ
リンダー３４が電／空レギュレーター３５に制御され送
られてくるエアーにより、伸び縮みすることによって、
クランプ３１が固定支持部３Ａ方向に進退するようにな
っている。ビード形状矯正手段４は、第二エアシリンダ
ー４１と、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接合時に発生す
るビードを管の内側から整えるための内面治具４２と、
外側から整えるための外面治具４３とを備えている。
【００３１】第二エアシリンダー４１は、そのシリンダ
ーロッドの先端に内面治具４２が取り付けられており、
ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接合部の内側に内面治具４
２が臨むように内面治具４２を移動させるようになって
いる。外面治具４３はリングを半分に分割したものをボ
ルトで締めることにより、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２の外
側に直接取り付けられている。
【００３２】レーザー変位計５は、スライドテーブル３
２の移動量や移動速度を測定するとともに、この結果を
コンピューター７へ伝えるようになっている。ロードセ
ル６は、エアシリンダー取り付け部３２１と、第一エア
シリンダー３４のシリンダーロッド先端との間に設けら
れており、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接合時の両接合
面間にかかる圧力を測定するとともに、この結果をコン
ピューター７へ伝えるようになっている。
【００３３】装置１は上述したように、回転により摩擦
を発生させるので、エネルギーのロスが少なく短時間で
ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接合面を溶融させることが
でき、また、複雑な動きをするわけではないため装置の
構造を簡単にすることができ、装置自体のコストおよび
管同士を接合するときにかかるコストを安価に抑えるこ
とができる。
【００３４】なお、本発明にかかる接合装置は、上記実
施の形態に限られない。上記実施の形態では、相対移動
量測定手段や相対移動速度測定手段としてレーザー変位
計５が用いられていたが、これに代えて、接触式変位計
や超音波式変位計などを用いても良い。また、上記実施
の形態では、圧力測定手段としてロードセル６が用いら
れていたが、これに代えてひずみゲージなどを用いても
良い。
【００３５】さらに、上記実施の形態では、回転チャッ
ク３０が支持手段３の固定支持部３Ａとして用いられて
いたが、回転チャックをこの回転チャックが把持する管
の軸方向に移動自在となっている可動支持部に設けるよ
うにしても構わない。また、回転チャックを回転させる
代わりに、ＰＥ管などの被接合部材を振動させる振動手
段が支持手段に設けられるようにしても構わない。
【００３６】以下に装置１を用いて行う、本発明の合成
樹脂製部材の摩擦接合およびこの接合の良否判定につい
て説明する。図２（ａ）は、本発明の摩擦接合の一実施
の形態におけるＰＥ管Ａ１の回転速度と時間との関係を
表すグラフであり、図２（ｂ）は、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管
Ａ２との接合面にかかる圧力と時間との関係を表すグラ
フである。
【００３７】なお、以下の説明において昇温溶融工程と
は、ＰＥ管Ａ１を一定速度で回転させた状態でその接合
面にＰＥ管Ａ２の接合面を、接合面が磨耗現象を起こす
圧力より小さく、すべりを起こす圧力すなわち空回りを
起こす圧力より大きい圧力で突き合わせて摩擦熱を発生
させ、接合面を昇温・溶融させる工程をいう。また、溶
融層拡大工程とは、昇温溶融工程における面圧から剪断
発熱が保持できるとともに急激な接合面の温度上昇が起
こらない程度の圧力まで圧力を低下させた状態で接合面
同士の摩擦を継続して溶融層を拡大する工程をいう。
【００３８】また、接合工程とは、ＰＥ管Ａ１の回転停
止後、昇温溶融工程もしくは溶融層拡大工程で溶融層内
に発生したボイドまたは摩擦によって低分子化された樹
脂分を接合部から外側に押し出し可能な圧力まで圧力を
上げてＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との両接合面間を圧接
し、所定時間もしくはＰＥ管Ａ２が所定の移動量を移動
するまでその圧力を保持する工程をいう。
【００３９】図２（ｂ）における昇温溶融工程開始時ｔ
１は、上記装置１の応答速度に依存して決定される。そ
して、昇温溶融工程では、第一エアシリンダー３４が、
エアシリンダー取り付け部３２１を介してスライドテー
ブル３２とともにＰＥ管Ａ２を固定させたクランプ３１
を回転チャック３０方向へ移動させ、図２（ｂ）に示す
ように接合面が磨耗現象を起こす圧力よりも小さく、空
回りを起こす圧力より大きい圧力Ｐ１で、ＰＥ管Ａ１、
ＰＥ管Ａ２の両管の接合面（以下、「接合面」とのみ記
す。）を突き合わせて、回転による摩擦によって接合面
を樹脂の融点（但し非晶性樹脂の場合は溶融温度を指す
ものとし、以下同様の意味で用いる）まで、その圧力を
保持する。
【００４０】接合面が樹脂の融点まで昇温されると、直
ちに第一エアシリンダー３４の押圧力を減圧して溶融層
拡大工程を開始する。なお、溶融層拡大工程開始時ｔ２
は、昇温溶融工程が接合面を融点まで昇温させることを
目的として行うようになっているため、昇温溶融工程で
設定した圧力Ｐ１と、回転速度の組み合わせによって変
わる。
【００４１】したがって、溶融層拡大工程開始時ｔ２の
適正値、すなわち、昇温溶融工程の所要時間（ｔ２−ｔ
１）は、実験により予め求める必要があるが、ＰＥ管Ａ
１やＰＥ管Ａ２などのように被接合部材が管である場
合、管の材質により回転速度と圧力には適当な範囲が存
在する。因に、図３に回転速度と圧力に対する樹脂状態
を概念的に表すが、速度と圧力との適正値は、図３にお
ける斜線で示した範囲となる。
【００４２】すなわち、溶融領域において、速度が大き
いと分子切断が多量に生じ、接合しても接合部分の強度
低下が避けられなくなり、非溶融領域において、接合面
にかかる圧力が小さすぎると回転速度を大きくしても空
回りの状態で発熱量が小さくなり、接合面にかかる圧力
が大きすぎると溶融ではなく、むしろ接合面の磨耗現象
が生じ、発熱の効率を落とす原因となる。
【００４３】よって、昇温溶融工程では、分子切断の量
を出来る限り抑え、効率よく樹脂の融点まで上昇させる
条件を選ぶことが必要である。一方、溶融層拡大工程で
は、上述のように、昇温溶融工程終了後、昇温溶融工程
と同じ回転速度でＰＥ管Ａ１を回転させながら、直ちに
第一エアシリンダー３４の押圧力を下げ、図２（ｂ）に
示すように、接合面にかかる圧力を剪断発熱が生じる圧
力Ｐ２まで低下させて、その状態を所定時間保持し、昇
温溶融工程で融点まで上昇させることで生じた溶融樹脂
を回転に伴い周方向で均一に分布させるとともに、接合
部分における両管軸方向の溶融領域を拡大し、溶融領域
幅を所定の厚さとする。
【００４４】すなわち、摩擦接合においては接合面の凹
凸状態などにより回転中に溶融樹脂中に空気を含んだ状
態や剪断による樹脂の分子切断により発生した低分子化
樹脂分が混入した状態になることが多い。そこで、後述
する接合工程で接合部外への流し出しにより前述した状
態となった溶融樹脂の排除を行うわけであるが、図４に
示すように、所定厚さの接合可能領域が必要なため、こ
の接合工程での溶融樹脂の接合面外への流し出し領域以
上に当然溶融領域が必要となる。
【００４５】接合工程は、溶融層内に発生したボイドま
たは摩擦によって低分子化された樹脂分を接合面から外
側に押し出し可能な圧力まで圧力を上げて接合面同士を
所定の面圧を保持しながら圧接する第一接合工程と、接
合面同士間の押圧力を第一接合工程の面圧より漸減させ
る第二接合工程とを備えている。
【００４６】第一接合工程は、溶融層拡大工程終了後、
図２（ａ）に示すように、回転チャック３０を停止して
ＰＥ管Ａ１の回転を止めるとともに、図２（ｂ）に示す
ように、第一エアシリンダー３４の空気圧を高圧に切り
替えて接合面にかかる圧力を上げて開始する。なお、温
度低下中に回転継続する状態となって、分子切断等が生
じるのを防止するため、回転停止に要する時間は一秒以
内にすることが望ましい。また、第一接合工程開始時ｔ
３の適正値、すなわち、溶融層拡大工程の所要時間（ｔ
３−ｔ２）は、必要とする溶融領域の厚さ、圧力によっ
て決定される。
【００４７】この溶融層拡大工程での圧力は、昇温溶融
工程と同レベルであると、溶融した樹脂が接合部分から
はみ出し、ビードを形成したり、周囲に飛散してしま
い、溶融層が厚くならない。したがって、溶融層拡大工
程での圧力は、溶融樹脂のはみ出しを比較的小さく抑
え、なおかつ発熱量が小さくなり過ぎないような圧力レ
ベル、つまり、溶融樹脂の剪断発熱により接合面の軸方
向に溶融層を拡大する圧力レベルを選ぶ必要がある。ま
た、高温になると熱劣化してしまう恐れがある樹脂につ
いては溶融させる温度の上限についても注意する必要が
ある。
【００４８】図５に示すように溶融領域は主に回転速度
と時間により決定する。回転速度には樹脂の分解という
上限と発熱不足という下限とが存在するので、時間での
制御が実際には有効である。第一接合工程は、先に述べ
たように回転チャック３０の回転停止後、溶融層拡大工
程の圧力よりも高圧状態となるように第一エアシリンダ
ー３４を作動させて、ボイドや低分子化した樹脂分を接
合面外へ流し出すとともに、熱収縮によるヒケで残留応
力が残らないように保圧する。
【００４９】なお、第一接合工程で、圧接圧および圧接
時間を一定に保つ場合における樹脂分の流し出し量は、
図６に示すように、圧力・時間の組み合わせにより決ま
るが、流し出し量が少ない場合には時間による制御、流
し出し量が多い場合には圧力による制御が好ましい。す
なわち、図４により必要な流しだし量を決定し、図６に
より圧力・時間を決定する。
【００５０】そして、一定の高圧状態で一定時間保持し
て、第一接合工程終了時ｔ４まで達すると、第一エアシ
リンダー３４の押圧力を漸減しながら、溶融樹脂を冷却
固化し、接合管を得る。この場合、第二接合工程を経ず
に、等速度で徐々に０圧まで減圧しても良く、高圧から
段階的に徐々に低圧にするようにしても構わない。
【００５１】本発明の摩擦接合方法は、以上のように、
従来と同様に溶融層拡大工程を実施したのち、第一接合
工程で昇温溶融工程及び／又は溶融層拡大工程で溶融領
域内に発生したボイド及び／又は摩擦によって低分子化
された樹脂分を接合部分から外側に押し出し可能な圧力
まで圧力を上げて接合面同士を圧接するようにしたの
で、接合部に接合強度を弱めるボイドや低分子化された
樹脂分等がなく、十分な接合強度を有する接合管を得る
ことができるのである。
【００５２】そして、上述の流し出し量を、分子量低下
及びボイドが観察されないことを条件として、分子量分
布や超音波顕微鏡観察結果に基づいて決定し、一方、図
４における接合可能領域層は強度測定や界面の温度履歴
からの分子拡散解析により決定することにより、必要と
する両被接合部材の相対移動量は、両被接合部材の移動
量の和として求められる。
【００５３】ここで溶融部に同じ温度分布を有している
場合に、ある圧力をある時間付与すれば、両被接合部材
の相対移動量は力の釣り合いにより一定になるはずであ
る。実験により必要量の流し出しを行う圧力・時間を決
定しておけば、この圧力・時間を付与した際に、例えば
ＰＥ管Ａ２の移動量が設定した移動量と異なる場合は、
第一接合工程以前の樹脂溶融、昇温、溶融層拡大工程に
て理想的な昇温・溶融層拡大が行われておらず、移動量
が大きい場合には過昇温になっており樹脂の分解が発生
している恐れがあり、また、ＰＥ管Ａ２の移動量が小さ
い場合には溶融が十分ではない可能性があり、どちらも
強度が低下している恐れがある。
【００５４】そこで、第一接合工程のＰＥ管の相対移動
量を測定していくとともに、得られた接合部材のクリー
プ性能をＪＩＳ Ｋ６７７４「ガス用ポリエチレン管」
付属書１に基づき評価を行い、負荷応力を与えた時の破
断時間を求めるとともに、この破断時間が母材同等以上
あるものを良品とする。そして、上記ＰＥ管の相対移動
量と、得られた接合部材のクリープ性能との関係を求め
ていき、図９に示したような相関図（この場合は口径１
００Ａ、図１０〜図１２においても同じ）を作成して、
良品の接合部材が得られるＰＥ管の相対移動量の基準値
を予め求めておく。
【００５５】このようにすると、第一接合工程のＰＥ管
の相対移動量を測定し、その値が上記基準値を満たして
いるか否かを監視することにより、これまでの樹脂溶融
及び昇温の昇温溶融工程や溶融層拡大の溶融層拡大工程
が正しく行われていたかどうかを判定することができ、
接合が良好に行われているかを判定することができるの
である。
【００５６】なお、樹脂溶融からの接合工程全般でのＰ
Ｅ管の相対移動量に基づいて、良品の接合部材が得られ
る基準値を求めても勿論構わないが、この場合には、Ｐ
Ｅ管もしくは継手の端面を突き合わせた際の管端面の仕
上げの程度により生じる隙間がある程度以上あると、誤
差が生じ易く、その点に留意する必要があるので、判定
方法としては第一接合工程のＰＥ管の相対移動量を測定
して判定を行うのが好ましい。
【００５７】また、摩擦接合を行うとき、第一接合工程
経過後に、第一エアシリンダー３４の押圧力を漸減しな
がら、溶融樹脂を冷却固化する第二接合工程を行うと、
接合部にヒケが発生するのを防ぐことができる。すなわ
ち、第一接合工程で溶融樹脂が十分に固化していない場
合、一気に圧力を０圧まで下げると、溶融樹脂の冷却に
伴いヒケが発生して接合部の強度を低下させる要因とな
るが、上記方法では、上述したようにヒケの発生がない
ため、ヒケの発生による接合強度の低下がなくなる。
【００５８】さらに、被接合部材がＰＥ管Ａ１、ＰＥ管
Ａ２などのように管である場合、予め合成樹脂の種類に
応じた周速度を設定しておけば、口径が変化したとき、
この周速度に一致した回転速度で一方の管を回転させて
本発明の摩擦接合における接合判定方法を実施すること
ができ、例えば、管の肉厚比を考慮して両被接合部材の
相対移動量の範囲を容易に設定することができる。すな
わち、このようにすれば、接合する管の材質や口径毎に
回転速度の検討を行う必要がなく、一つの口径について
検討を行えば、口径が変わっても対応でき、樹脂の基準
移動量の設定等が容易となる。
【００５９】同様に、第一接合工程において両接合面に
かかる圧接圧および両被接合部材の相対移動量を一定に
保ったときは、図１０または図１１に示したように、Ｐ
Ｅ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との相対移動速度またはＰＥ管Ａ
１とＰＥ管Ａ２とを圧接する圧接時間と、得られた接合
部材のクリープ性能との関係を表す相関図を予め作成
し、良品の接合部材が得られるための、相対移動速度ま
たは圧接時間の基準値を予め求めておくと、相対移動速
度または圧接時間を測定するだけで、接合の良否を判定
することができる。
【００６０】また、第一接合工程において両接合面にか
かる圧接時間および両被接合部材の相対移動量を一定に
保ったときは、図１２に示したように、両接合面にかか
る圧接圧と、得られた接合部材のクリープ性能との関係
を表す相関図を予め作成し、良品の接合部材が得られる
ための、圧接圧の基準値を予め求めておくと、圧接圧を
測定するだけで接合の良否を判定することができる。
【００６１】なお、本発明の合成樹脂製部材の摩擦接合
における接合方法は、上記の実施の形態に限定されな
い。上記の実施の形態では、昇温溶融工程から溶融層拡
大工程が終了するまで、回転速度が一定に保たれている
が、昇温溶融工程と溶融層拡大工程との間で二段階に切
り替えるようにしても構わない。すなわち、上記実施の
形態における昇温溶融工程を更に二種以上の小ステージ
（第一ステージ、第二ステージ、・・・）に細分化する
のである。
【００６２】たとえば、昇温溶融工程を更に二種の小ス
テージ（第一ステージ、第二ステージ）に細分化した場
合、昇温溶融工程において被接合部材の摩擦発熱により
接合面を昇温・溶融することに対応して、昇温溶融工程
の第一ステージのとき、制御因子である線速度と面圧に
より個体摩擦による摩擦熱を発生させ、早期に樹脂を溶
融し急激に融点付近まで昇温させる点は共通する。但
し、ここでは初期の剪断による分子切断や、磨耗粉に付
着したエアがボイドとなり接合面に阻害要因が発生し易
い。
【００６３】そこで、昇温溶融工程の第二ステージのと
きは、接合面間にかかる面圧を低下させる。理由は、
（１）いったん樹脂が溶融すると固体摩擦から剪断摩擦
に移行するが、固体摩擦と同等の面圧では溶融樹脂が全
て接合面から流れ出てしまうからであり、又、（２）第
一ステージの面圧のままでは急激に温度が上昇し、過昇
温により樹脂分解の恐れがあるため、発熱量を低下させ
急激な温度上昇を防ぐ必要があるためである。上述の溶
融層拡大工程では、昇温溶融工程の第二ステージで得た
界面温度を維持しつつ、伝熱により被接合部材の軸方向
への溶融層の拡大を行っているのである。
【００６４】本発明において、圧接圧と圧接時間とを一
定に保った状態における被接合部材同士の相対移動量、
圧接圧と相対移動量とを一定に保った状態における被接
合部材同士の相対移動速度または被接合部材同士を圧接
する圧接時間、圧接時間と相対移動量とを一定に保った
状態における被接合部材同士を圧接する圧接圧という比
較的計測容易な物理量から基準値を求め、この基準値を
基に接合の良否を判定することにより、簡便で精度の高
い接合判定が行えるのは、主に以下の知見による。
【００６５】被接合部材間の接合面は、第一接合工程以
前の工程により溶融部の温度分布が決定されており、流
し出し時に両接合面間に所定の圧接圧を付与すると理想
的な温度分布の溶融層に対しては、第一接合工程におけ
るある一定の相対移動量が計測される。たとえば、被接
合部材が管であるとき、この管同士の相対移動量の値を
樹脂の種類や管の口径ごとに実験により予め定めておけ
ば、この予め定めた値と実際に測定した管同士の相対移
動量とを比較することで、接合における昇温と流し出し
が理想的に換言すれば適正に行われたか否かの判定が可
能となる。
【００６６】実際に測定した管同士の相対移動量が、予
め定めた値より大きい場合には、過昇温となっており樹
脂分解により強度が低下している恐れがある。また、実
際に測定した管同士の移動量が予め定めた値より小さい
場合には発熱不足になっており、絡み合いが不十分にな
っている恐れがあるのである。
【００６７】一方、溶融工程および接合工程全般の管同
士の相対移動量を監視して接合良否の判定を行うことも
可能であるが、接合前の端面の隙間より昇温溶融工程、
特に第一ステージでの相対移動量が変化するので、この
場合は端面の隙間を予め計測する必要がある。同様のこ
とは、圧接圧と相対移動量とを一定に保った状態におけ
る被接合部材同士の相対移動速度または被接合部材同士
を圧接する圧接時間、圧接時間と相対移動量とを一定に
保った状態における被接合部材同士を圧接する圧接圧に
おいても言える。
【００６８】
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。 （実施例１）被接合部材として高密度ポリエチレン管
（積水化学社製エスロンハイパー−ＰＥ、呼び径１００
Ａ( 外径114 ±0.35mm、肉厚10.4+1.3mm）、長さ４００
ｍｍ、融点１２８℃、密度０．９５２ｇ／ｃｍ3 ）であ
るＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２を用いた。
【００６９】ＰＥ管Ａ１は、図１に示すような装置１の
回転チャック３０に把持させ、ＰＥ管Ａ２は、クランプ
３１に固定した。また、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接
合面に臨む位置にビード形状矯正手段４を設置した。ビ
ード形状矯正手段４における内面治具４２は、両ＰＥ管
Ａ１およびＡ２の内管部分に設置し、外面治具４３は、
両ＰＥ管Ａ１およびＡ２の外管部分に設置した。
【００７０】〔昇温溶融工程〕ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管
Ａ２の接合面を突き合わせた後、回転チャック３０を周
速５．４２４ｍ／秒にセットして回転を開始した。そし
て、２秒後に第一エアシリンダー３４の圧力を上げてス
ライドテーブル３２を移動させ、クランプ３１に固定さ
れているＰＥ管Ａ２を回転チャック３０に把持された状
態で回転しているＰＥ管Ａ１に押し付けた。この時、押
し付けにかかる圧力（圧接圧）としては、ロードセル６
にかかる荷重をＰＥ管Ａ１またはＰＥ管Ａ２の断面積で
除した値が０．２５ＭＰａの面圧となるようにした。
【００７１】そして、図７に示す如く５秒後に第一エア
シリンダー３４の圧力を下げて接合面にかかる圧力を
０．０８８ＭＰａに下げた。なお、図７には、ＰＥ管Ａ
１の周速度、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接合面にかか
る面圧の他に、接合界面での温度、溶融層厚さ、クラン
プ３１によりＰＥ管Ａ２がＰＥ管Ａ１方向に移動させら
れる移動量を時間の変化量として併せて示した。
【００７２】〔溶融層拡大工程〕昇温溶融工程終了から
三秒後第一エアシリンダー３４の圧力を下げて接合面に
かかる圧力を０．０３９ＭＰａにまで下げた後、回転開
始から通算２１秒後までその状態を保った。このとき、
ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面は、完全に溶融状
態となった。
【００７３】〔第一接合工程〕回転開始から２１秒後に
回転チャック３０を停止するとともに、クランプ３１を
稼働させる第一エアシリンダー３４の圧力を再び上げて
ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との接合部分の面圧を０．４９
ＭＰａの状態で約２秒間保持した。
【００７４】第一接合工程において、クランプ３１の移
動量、すなわち、溶融状態となったＰＥ管Ａ１およびＰ
Ｅ管Ａ２の接合面に０．４９ＭＰａの面圧の力を加えた
時のＰＥ管Ａ２の移動量をレーザー変位計５を用いて測
定した。その後、回転開始から２３秒後に面圧を０．０
９８ＭＰａまで落として６７秒間保持して両者を接合し
た接合管を得た。
【００７５】第一接合工程におけるＰＥ管Ａ２の移動量
と、接合管のクリープ強度との相関関係を求めるため
に、ＰＥ管Ａ２の移動量ごとに得られた接合管のクリー
プ強度を求め、図９に示したような相関図を求めた。な
お、得られた接合管のクリープ性能は、ＪＩＳ Ｋ６７
７４「ガス用ポリエチレン管」付属書１に基づき評価を
行い、負荷応力７ＭＰａにて破断時間を求めるととも
に、この破断時間が母材同等の３５０時間以上あるもの
を良品の接合管とした。
【００７６】すなわち、呼び径１００ＡのＰＥ管の場
合、第一接合工程でのＰＥ管Ａ２の移動量は、１．０ｍ
ｍ〜１．７ｍｍの場合に良品であり、強度的に安全範囲
をとる場合は１．０〜１．６ｍｍとのデーターを得た。
そこで、ＰＥ管Ａ２の移動量が１．０〜１．６ｍｍの範
囲を基準値とした。
【００７７】上記基準値が正しいかどうかを確認するた
めに、以下の確認を行った。 〔確認１〕実施例１と同様の操作で接合管を得た。ただ
し、ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面を突き合わせ
たところ、最大で０．６ｍｍの隙間があった。上記接合
管を摩擦接合したとき、第一接合工程におけるＰＥ管Ａ
２の移動量を測定したら、ＰＥ管Ａ２の移動量は１．４
ｍｍであったので、得られた接合管は、良品であると判
定したところ、クリープ性能は、負荷応力７ＭＰａで破
断時間は、良品基準値である３５０時間以上あり、判定
は適正であった。
【００７８】〔確認２〕実施例１と同様の操作で接合管
を得た。ただし、ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面
を突き合わせたところ、最大で０．６ｍｍの隙間があっ
た。上記接合管を摩擦接合したとき、第一接合工程にお
けるＰＥ管Ａ２の移動量を測定したら、ＰＥ管Ａ２の移
動量は０．８ｍｍであったので、得られた接合管は、不
良品であると判定した。この接合品の接合界面を超音波
顕微鏡によって観察したところ界面にボイドが存在して
おり、クリープ性能は負荷応力７ＭＰａにて破断時間は
２４０時間であり、判定は適正であった。
【００７９】〔確認３〕実施例１と同様の操作で接合管
を得た。ただし、ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面
を突き合わせたところ、最大で０．６ｍｍの隙間があっ
た。上記接合管を摩擦接合したとき、第一接合工程にお
けるＰＥ管Ａ２の移動量を測定したら、ＰＥ管Ａ２の移
動量は１．８ｍｍであったので、得られた接合管は、不
良品であると判定した。この接合品については界面温度
が３５０℃近くまで上昇しており、接合中も白煙が生じ
熱劣化していた。強度についてもクリープ性能は負荷応
力７ＭＰａにて破断時間は３０時間であり、判定は適正
であった。
【００８０】〔確認４〕実施例１と同様の操作で接合管
を得た。ただし、ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面
を突き合わせたところ、最大で１．１ｍｍの隙間があっ
た。上記接合管を摩擦接合したとき、第一接合工程にお
けるＰＥ管Ａ２の移動量を測定したら、ＰＥ管Ａ２の移
動量は０．８ｍｍ（接合工程全般での管の移動量は５．
２ｍｍ）であったので、得られた接合管は、不良品であ
ると判定した。この接合品についてのクリープ性能は負
荷応力７ＭＰａにて破断時間は１８０時間であり、判定
は適正であった。
【００８１】〔確認５〕実施例１と同様の操作で接合管
を得た。ただし、ＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面
を突き合わせたところ、最大で０．８ｍｍの隙間があっ
た。上記接合管を摩擦接合したとき、第一接合工程にお
けるＰＥ管Ａ２の移動量を測定したら、ＰＥ管Ａ２の移
動量は２．０ｍｍ（接合工程全般での管の移動量は５．
２ｍｍ）であったので、得られた接合管は、不良品であ
ると判定した。この接合品についてのクリープ性能は負
荷応力７ＭＰａにて破断時間は１１０時間であり、判定
は適正であった。
【００８２】〔確認６〕使用する高密度ポリエチレン管
の呼び径を１００Ａから１５０Ａに変えた以外は、実施
例１と同様の条件下で摩擦接合して良否を判定した。実
施例１と同様に、第一接合工程における高密度ポリエチ
レン管の移動量と、得られた接合管のクリープ性能との
関係を求めたところ、高密度ポリエチレン管の移動量
は、１．４０ｍｍ〜２．３０ｍｍの場合に良品であり、
強度的により安全範囲を採る場合は１．４０ｍｍ〜２．
２０ｍｍとのデーターを得た。
【００８３】本実施例における第一接合工程での高密度
ポリエチレン管の移動量は、２．００ｍｍであったので
良品であると判定したところ、クリープ性能（ＪＩＳ
Ｋ６７７４「ガス用ポリエチレン管」付属書１）は、負
荷応力７ＭＰａにて破断時間は母材同様の３５０時間で
あり、判定は適正であった。
【００８４】以上のことより、溶融状態となったＰＥ管
Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面に所定の面圧の力を加え
た時のＰＥ管Ａ２の移動量をレーザー変位計５を用いて
測定するだけの容易な操作で、得られた接合管の接合良
否を確実に判定することができた。なお、図８には、確
認６に用いた高密度ポリエチレン管の周速度、接合する
高密度ポリエチレン管の接合部分にかかる面圧の他に接
合界面での温度、溶融層厚さ、高密度ポリエチレン管の
移動量を時間の変化量として併せて示した。
【００８５】（実施例２）実施例１と同様の装置、接合
部材にて回転摩擦接合を行った。接合の溶融層拡大工程
までは実施例１と全く同様の条件であったため、接合面
は完全に溶融状態となった。
【００８６】第一接合工程においては、モーターを内蔵
したブレーキにより停止させることにより、回転チャッ
ク３０を停止させるとともに、スライドテーブル３２の
変位量が１．０ｍｍになるまで第一エアシリンダー３４
を作動させ、面圧を０．４９ＭＰａとした状態を保持し
た。このとき、クランプ３１の移動速度を０．１秒ごと
に計測したところ、その最大値は４．３ｍｍ／秒で、第
一接合工程初期のものであった。
【００８７】その後、面圧を０．０９８ＭＰａまで落と
して６７秒間保持して両者を接合した接合管を得た。こ
のとき、第一接合工程におけるＰＥ管Ａ２の移動速度
（最大値）と、接合管のクリープ強度との相関関係を求
めるために、ＰＥ管Ａ２の移動速度ごとに得られた接合
管のクリープ強度を求め、図１０に示したような相関図
を求めた。
【００８８】なお、得られた接合管のクリープ性能は、
ＪＩＳ Ｋ６７７４「ガス用ポリエチレン管」付属書２
に基づき評価を行い、実公称応力５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に
て破断繰り返し数を求めるとともに、この破断繰り返し
数が母材同等の８００００回以上あるものを良品の接合
管とした。このとき、呼び径１００ＡのＰＥ管の場合、
第一接合工程でのＰＥ管Ａ２の移動速度は、１．５ｍｍ
／秒〜７．０ｍｍ／秒の場合に良品であるとのデーター
を得た。そこで、ＰＥ管Ａ２の移動速度が１．５〜７．
０ｍｍ／秒の範囲を基準値とした。
【００８９】上記基準値が正しいかどうかを確認するた
めに、以下の確認を行った。 〔確認１〕実施例２と同様の操作で接合管を得た。ただ
し、接合前のＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との突き合わせ面
同士の隙間は最大で０．６ｍｍであった。このとき、第
一接合工程におけるＰＥ管Ａ２の移動速度を測定した
ら、ＰＥ管Ａ２の移動速度は４．３ｍｍ／秒であったの
で良品であると判断したところ、クリープ性能は、実公
称応力５０ｋｇｆ／ｃｍ2 で破断繰り返し数は、良品基
準値である８００００回以上あり、判定は適正であっ
た。
【００９０】〔確認２〕実施例２と同様の操作で接合管
を得た。ただし、接合前のＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２との
突き合わせ面同士の隙間は最大で２．０ｍｍであった。
このとき、第一接合工程におけるＰＥ管Ａ２の移動速度
を測定したら、ＰＥ管Ａ２の移動速度は１．２ｍｍ／秒
であったので不良品であると判断したところ、クリープ
性能は、実公称応力５０ｋｇｆ／ｃｍ2 で破断繰り返し
数は、３００００回であり、判定は適正であった。
【００９１】以上のことより、溶融状態となったＰＥ管
Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面に所定の面圧の力を加え
た時のＰＥ管Ａ２の移動速度をレーザー変位計５を用い
て測定するだけの容易な操作で、得られた接合管の接合
良否を確実に判定することができた。
【００９２】（実施例３）実施例１と同様の装置、接合
部材にて回転摩擦接合を行った。接合の溶融層拡大工程
までは実施例１と全く同様の条件であったため、接合面
は完全に溶融状態となった。
【００９３】第一接合工程においては、モーターを内蔵
したブレーキにより停止させることにより、回転チャッ
ク３０を停止させるとともに、スライドテーブル３２の
変位量が１．０ｍｍになるまで第一エアシリンダー３４
を作動させ、面圧を０．４９ＭＰａとした状態を保持し
た。このとき、クランプ３１の移動時間、すなわち、溶
融状態となったＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面に
０．４９ＭＰａの面圧の力でＰＥ管Ａ２を押し付けて、
この接合部分を１．０ｍｍ変位させるのに要する時間を
レーザー変位計５およびコンピューター７を用いて測定
した。
【００９４】スライドテーブル３２の変位量が１．０ｍ
ｍとなったら、面圧を０．０９８ＭＰａに落とし、それ
から６７秒間保持して、両者を接合した接合管を得た。
このとき、第一接合工程におけるＰＥ管Ａ２の移動時間
と、接合管のクリープ強度との相関関係を求めるため
に、ＰＥ管Ａ２の移動時間ごとに得られた接合管のクリ
ープ強度を求め、図１１に示したような相関図を求め
た。
【００９５】なお、得られた接合管のクリープ性能は、
ＪＩＳ Ｋ６７７４「ガス用ポリエチレン管」付属書２
に基づき評価を行い、実公称応力５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に
て破断繰り返し数を求めるとともに、この破断繰り返し
数が母材同等の８００００回以上あるものを良品の接合
管とした。このとき、呼び径１００ＡのＰＥ管の場合、
第一接合工程でのＰＥ管Ａ２の移動時間は、０．２秒〜
７．０秒の場合に良品であるとのデーターを得た。そこ
で、ＰＥ管Ａ２の移動時間が０．２〜７．０秒の範囲を
基準値とした。
【００９６】上記基準値が正しいかどうかを確認するた
めに、以下の確認を行った。 〔確認１〕実施例３と同様の装置、方法で突き合わせ回
転摩擦接合を行った。ただし、接合部材の突き合わせ面
同士の隙間は最大で０．４ｍｍであった。この様にして
得られた接合管の第一接合工程におけるＰＥ管Ａ２の移
動時間は１．０秒であったので良品であると判断したと
ころ、クリープ性能は、実公称応力５０ｋｇｆ／ｃｍ2
で破断繰り返し数は、良品基準値である８００００回以
上あり、判定は適正であった。
【００９７】〔確認２〕実施例３２１と同様の装置、方
法で突き合わせ回転摩擦接合を行った。ただし、接合部
材の突き合わせ面同士の隙間は最大で２．０ｍｍであっ
た。この様にして得られた接合管の第一接合工程におけ
るＰＥ管Ａ２の移動時間は１５．０秒であったので不良
品であると判断したところ、クリープ性能は、実公称応
力５０ｋｇｆ／ｃｍ2 で破断繰り返し数は３００００回
であり、判定は適正であった。
【００９８】以上のことより、溶融状態となったＰＥ管
Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面に所定の面圧の力を加え
た時のＰＥ管Ａ２の移動時間を測定するだけの容易な操
作で、得られた接合管の接合良否を確実に判定すること
ができた。
【００９９】（実施例４）実施例１と同様の装置、接合
部材にて回転摩擦接合を行った。接合の溶融層拡大工程
までは実施例１と全く同様の条件であったため、接合面
は完全に溶融状態となった。
【０１００】第一接合工程においては、モーターを内蔵
したブレーキにより停止させることにより、回転チャッ
ク３０を停止させるとともに、２秒間でスライドテーブ
ル３２の変位量が１．０ｍｍとなるように一定速度で第
一エアシリンダー３４を作動させた。このとき、接続部
分にかかる面圧、すなわちロードセル６が表示する圧力
の値を計測した。さらにその後、面圧を０．０９８ＭＰ
ａとし、それから６７秒間保持して、両者を接合した接
合管を得た。
【０１０１】第一接合工程におけるロードセル６が表示
した荷重と、接合管のクリープ強度との相関関係を求め
るために、ロードセル６が表示した荷重ごとに得られた
接合管のクリープ強度を求め、図１２に示したような相
関図を求めた。なお、得られた接合管のクリープ性能を
ＪＩＳ Ｋ６７７４「ガス用ポリエチレン管」付属書１
に基づき評価を行い、負荷応力７ＭＰａにて破断時間を
求めるとともに、この破断時間が母材同等の３５０時間
以上あるものを良品の接合管とした。
【０１０２】このとき、呼び径１００ＡのＰＥ管の場
合、ロードセル６が表示した荷重が、９８０Ｎ〜２００
０Ｎの範囲内にある接合管は良品であるとのデーターを
得た。そこで、ロードセル６が表示した荷重が９８０Ｎ
〜２０００Ｎの範囲を基準値とした。
【０１０３】〔確認１〕実施例１と同様の装置、方法で
突き合わせ回転摩擦接合を行った。ただし、接合部材の
突き合わせ面同士の隙間は最大で０．６ｍｍであった。
この様にして得られた接合管の接合の第一接合工程にお
けるロードセル荷重の値は、１７５４Ｎであったので良
品であると判断したところ、クリープ性能は、負荷応力
７ＭＰａで破断時間は、良品基準値である３５０時間以
上あり、判定は適正であった。
【０１０４】〔確認２〕実施例１と同様の装置、方法で
突き合わせ回転摩擦接合を行った。ただし、接合部材の
突き合わせ面同士の隙間は最大で２．３ｍｍであった。
この様にして得られた接合管の接合の第一接合工程にお
けるロードセル荷重の値は、２４５０Ｎであったので不
良品であると判断したところ、クリープ性能は、負荷応
力７ＭＰａで破断時間は、１８０時間であり、判定は適
正であった。
【０１０５】以上の確認より、溶融状態となったＰＥ管
Ａ１およびＰＥ管Ａ２の接合面に所定の時間、所定のＰ
Ｅ管Ａ２の移動量を加えた時のロードセル６の表示する
荷重を測定するだけの容易な操作で、得られた接合管の
接合良否を確実に判定することができた。
【０１０６】（比較例１）実施例１にて良品が得られた
際の回転停止に要する時間を測定したところ０．８秒で
あった。実施例１と同様の周速度と圧力にて接合を行
い、０．８秒で停止した接合品のクリープ強度を測定し
たところ、負荷応力７ＭＰａにて破断時間が９５時間と
母材強度以下の接合品があった。又、逆に回転停止に要
する時間が１．５秒であった接合品のクリープ強度を測
定したところ、負荷応力７ＭＰａにて母材同等の強度を
有する接合品があり、回転停止に要する時間から適正に
良否を判断することはできなかった。
【０１０７】（比較例２）実施例１にて良品が得られた
際の回転停止の最大加速度を測定したところ７．６８ｍ
／秒2 であった。実施例１と同様の周速度と圧力にて接
合を行い、最大停止加速度が７．６８ｍ／秒2 であった
接合品のクリープ強度を測定したところ、負荷応力７Ｍ
Ｐａにて破断時間が１２５時間と母材強度以下の接合品
があった。又、逆に最大停止加速度が６．８８ｍ／秒2
であった接合品のクリープ強度を測定したところ、負荷
応力７ＭＰａにて母材同等の強度を有する接合品があ
り、回転停止の最大加速度から適正に良否を判断するこ
とはできなかった。
【０１０８】
【発明の効果】以上のことより、本発明に示した合成樹
脂製部材の摩擦接合における接合良否判定方法は、摩擦
接合により製造された製品を破壊することなく確実に接
合部分の強度が十分であるか否かの良否を容易に判定す
ることができる。したがって、検査に時間を要さず作業
効率を向上させることができる。
【０１０９】また、本発明に示した合成樹脂製部材の接
合装置は、装置自体を複雑化することなく、被接合部材
同士を摩擦接合するとともに、摩擦接合により製造され
た製品を破壊することなく確実に接合部分の強度が十分
であるか否かの良否を容易に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置を示す側面
図である。
【図２】本発明を適用し得る合成樹脂製部材の摩擦接合
方法を説明するためのグラフである。
【図３】摩擦接合時の回転速度と圧力と樹脂の状態との
関連を説明する概念図である。
【図４】溶融層拡大工程終了時の接合面近傍の樹脂の状
態の模式図である。
【図５】溶融領域の厚さ毎の回転速度と時間との関係を
表すグラフである。
【図６】流し出し量毎の圧力と時間との関係を表すグラ
フである。
【図７】実施例１における接合条件（周速度・面圧）と
温度・溶融層厚さ・移動量を表すグラフである。
【図８】実施例７における接合条件（周速度・面圧）と
温度・溶融層厚さ・移動量を表すグラフである。
【図９】両被接合部材の相対移動量とクリープ強度との
相関図である。
【図１０】両被接合部材の相対移動速度とクリープ強度
との相関図である。
【図１１】接合工程の圧接時間とクリープ強度との相関
図である。
【図１２】両接合面にかかる圧接圧とクリープ強度との
相関図である。
【符号の説明】
１ 接合装置 ２ 摩擦力付与手段 ３ 支持手段 ５ レーザー変位計（相対移動量測定手段、相
対移動速度測定手段） ６ ロードセル（圧力測定手段） Ａ１ 高密度ポリエチレン管（被接合部材） Ａ２ 高密度ポリエチレン管（被接合部材）

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】合成樹脂製の２つの被接合部材を、その接
    合面同士を突き合わせ、この突き合わせた接合面同士を
    摩擦させて両接合面を摩擦熱によって溶融状態にする溶
    融工程と、一方の被接合部材を他方の被接合部材方向に
    相対移動させて、溶融状態になった接合面同士を所定の
    面圧を保持しながら圧接する接合工程とを含む製造方法
    によって接合した接合部材を製造するにあたり、接合工
    程時に両接合面にかかる圧接圧、接合工程開始時から接
    合工程終了に到るまでの両被接合部材の相対移動量、接
    合工程開始時から接合工程終了に到るまでの両被接合部
    材の相対移動速度、および、接合工程の圧接時間からな
    る群より選ばれた少なくとも何れかの値を測定し、この
    測定値が予め決定された基準値の範囲内に入っているか
    否かを調べ、接合状態の良否を判定する摩擦接合におけ
    る接合良否判定方法。
  2. 【請求項２】溶融工程において、少なくとも一方の被接
    合部材を接合面に直交する軸を中心に回転させて接合面
    同士を摩擦させることを特徴とする請求項１に記載の摩
    擦接合における接合良否判定方法。
  3. 【請求項３】被接合部材として管を用い、この管を形成
    する合成樹脂の種類に応じて予め設定された周速度に一
    致した回転速度で少なくとも一方の管を回転させること
    を特徴とする請求項２に記載の摩擦接合における接合良
    否判定方法。
  4. 【請求項４】溶融工程が、被接合部材の接合面同士を突
    き合わせて、接合面が磨耗現象を起こす圧力より小さ
    く、すべりを起こす圧力より大きい圧力を加えつつ接合
    面を摩擦して、この接合面を昇温・溶融させる昇温溶融
    工程と、この昇温溶融工程により接合面が溶融した後、
    昇温溶融工程における面圧から剪断発熱が保持できると
    ともに急激な接合面の温度上昇が起こらない程度の圧力
    まで圧力を低下させた状態で接合面同士の摩擦を継続
    し、溶融層を拡大する溶融層拡大工程とを備えており、
    接合工程が、前記昇温溶融工程もしくは前記溶融層拡大
    工程で溶融層内に発生したボイドまたは摩擦によって低
    分子化された樹脂分を接合面から外側に押し出し可能な
    圧力まで圧力を上げて接合面同士を所定の面圧を保持し
    ながら圧接する第一接合工程と、接合面同士間の押圧力
    を第一接合工程の面圧より漸減させる第二接合工程とを
    備えていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れ
    かに記載の摩擦接合における接合良否判定方法。
  5. 【請求項５】少なくとも一方の被接合部材を接合面に直
    交する軸を中心に回転させて被接合部材の接合面同士を
    摩擦するとともに、第一接合工程における両被接合部材
    の回転軸方向相対移動量により、接合の良否を判定する
    ことを特徴とする請求項４に記載の摩擦接合における接
    合良否判定方法。
  6. 【請求項６】接合工程時に両接合面にかかる圧接圧およ
    び相対移動量を一定に保った状態で接合工程開始時から
    接合工程終了に到るまでの両被接合部材の相対移動速
    度、または、接合工程の圧接時間を変化させて、各相対
    移動速度または圧接時間での接合部材の接合の良否を判
    定し、その判定結果から両被接合部材の相対移動速度ま
    たは圧接時間の基準値を求め、実接合時に、接合工程時
    の圧接圧および相対移動量を一定に保った状態で接合工
    程を行い、実相対移動速度または実圧接時間を測定して
    接合状態の良否を判定する請求項１〜請求項４の何れか
    に記載の接合良否判定方法。
  7. 【請求項７】接合工程時に圧接時間および相対移動量を
    一定に保った状態で両接合面にかかる圧接圧を変化させ
    て、各圧接圧での接合部材の接合の良否を判定し、その
    判定結果から両被接合部材の圧接圧の基準値を求め、実
    接合時に接合工程時の圧接時間および相対移動量を一定
    に保った状態で接合工程を行い、実圧接圧を測定して接
    合状態の良否を判定する請求項１〜請求項４の何れかに
    記載の接合良否判定方法。
  8. 【請求項８】接合する２つの合成樹脂製の被接合部材
    を、一方の被接合部材の接合面と他方の被接合部材の接
    合面方向に相対移動可能、かつ、相対移動によって両接
    合面を所定の圧力で密着可能に支持する被接合部材の支
    持手段と、この支持手段に支持され、かつ、接合面同士
    が密着した状態で少なくともいずれか一方の被接合部材
    に振動または回転を与え、接合面間に摩擦熱を発生させ
    る摩擦力付与手段と、接合時の両接合面間にかかる圧力
    を測定する圧力測定手段と、両被接合部材の相対移動量
    を測定する相対移動量測定手段または相対移動速度を測
    定する相対移動速度測定手段とを備える合成樹脂製部材
    の接合装置。
  9. 【請求項９】摩擦力付与手段が、少なくともいずれか一
    方の被接合部材を、その接合面の中心軸を中心に回転さ
    せるようになっている請求項８に記載の合成樹脂製部材
    の接合装置。
JP4855499A 1998-06-03 1999-02-25 合成樹脂製部材の摩擦接合における接合良否判定方法および合成樹脂製部材の接合装置 Pending JP2000052430A (ja)

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