JP2000280347A

JP2000280347A - 合成樹脂製部材の摩擦接合方法

Info

Publication number: JP2000280347A
Application number: JP8904899A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Ito; 良輔伊藤; Koji Harada; 浩次原田; Takashi Oguchi; 貴士小口
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない実験データーの蓄積であっても、いろい
ろな径や肉厚が異なる被接合部材同士を確実に接合する
ことができる摩擦接合方法を提供することを目的とす
る。【解決手段】合成樹脂製の２つの被接合部材を突き合わ
せ、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溶融工程と、前記溶融
工程終了後、一方の被接合部材を他方の被接合部材方向
に移動させて、所定の圧力を保持しながら圧接する接合
工程とを含む合成樹脂製部材の摩擦接合方法において、
予め一つのある径の被接合部材同士の接合に適した溶融
工程時の接合面の単位面積当たりにかかる圧力と、前記
接合面における一方の被接合部材と他方の被接合部材と
の相対周速度を求め、これを基準圧力および基準周速度
とし、他の径の被接合部材同士を摩擦接合する際に、前
記基準圧力および基準周速度と一致させるように溶融工
程を行うことを特徴とする。

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
摩擦接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、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、２つの被接合部材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、少なくとも一方の
被接合部材を回転させることにより摩擦させて両接合面
およびその近傍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、溶融状態になった両接合面およびその近傍
を所定の圧力を保持しながら圧接する接合工程とを備え
た摩擦接合方法が知られている。

【０００３】上記摩擦接合方法としては、例えば特開昭
５１−１６３７５号公報で提案されているように、溶融
工程において、両接合面およびその近傍が溶融し始める
までの接合面間の接触圧力よりも、前記両接合面および
その近傍が溶融した後の接合面間の接触圧力を小さくす
るようにしている。

【０００４】また、本発明者等は、溶融工程が、一方の
被接合部材を一定速度で回転させた状態で、この被接合
部材の接合面を他方の被接合部材の接合面に、これら接
合面同士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で突き合わせて、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
により接合面を溶融させた後、昇温溶融工程時に接合面
にかかる圧力（以下、「面圧」という。）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圧力状態で接合面
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を備え、
さらに前記接合工程において、第一接合工程終了後、接
合面において溶融した樹脂が充分に固化に至っていない
場合に、この溶融した樹脂が固化するまで、保圧の意味
で接合面同士間の押圧力を第一接合工程の面圧より漸減
させた面圧で圧力を付与する第二接合工程を備えている
摩擦接合方法を先に提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来よ
り提案されている摩擦接合方法、および本発明者等が提
案した摩擦接合方法により、たとえば、管形状をした被
接合部材（管母材）同士を接合させて接合管を得た場
合、得られた接合菅の強度は、管母材同等の接合強度を
得ることが可能となっている。しかし、これらの方法で
は、被接合部材の口径がある一定の場合に限られてお
り、被接合部材の口径が変化した場合には、従来と同じ
条件では管母材同等の接合強度を得ることができないと
いう問題があった。

【０００６】すなわち、上述したような摩擦接合方法で
は、被接合部材の口径ごとに、それぞれ接合条件を求め
る必要があった。この接合条件を求めるには、理論的な
特定方法が確率されていないため、実験データーを蓄積
していくしか方法がなく、多くの時間と労力を必要とす
るという問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、上記問題を鑑みて成さ
れ、少ない実験データーの蓄積であっても、いろいろな
径や肉厚が異なる被接合部材同士を確実に接合すること
ができる摩擦接合方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【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（以下、「本発明１」という。）
における合成樹脂製部材の摩擦接合方法は、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、
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、両接合面および
その近傍を摩擦熱によって溶融状態にする溶融工程と、
前記溶融工程終了後、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、溶融状態になった両接合面
およびその近傍を所定の圧力を保持しながら圧接する接
合工程とを含む合成樹脂製部材の摩擦接合方法におい
て、予め一つのある径の被接合部材同士の接合に適した
溶融工程時の接合面の単位面積当たりにかかる圧力と、
前記接合面における一方の被接合部材と他方の被接合部
材との相対周速度を求め、これを基準圧力および基準周
速度とし、他の径の被接合部材同士を摩擦接合する際
に、前記基準圧力および基準周速度と一致させるように
溶融工程を行うことを特徴とする。

【０００９】上記構成において、被接合部材となる合成
樹脂としては、熱可塑性の樹脂であれば、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
プロピレンなどが挙げられる。また、被接合部材の形態
は、例えば、管、管継手等の管形状をした形態が挙げら
れるが、摩擦接合を行うことが可能な限り特に限定され
ない。また、周速度とは、たとえば、被接合部材が管形
状をしている場合、管の内径と外径との中間位置におけ
る周速度をいい、被接合部材が棒形状をしている場合、
回転軸と外径との中間部分における周速度をいう。

【００１０】また、本発明の合成樹脂製部材の摩擦接合
方法としては、溶融工程が、一方の被接合部材を一定速
度で回転させた状態で、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で、前
記接合面を他方の被接合部材の接合面に突き合わせて、
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、昇温溶融工程時
の面圧から、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面圧を低下さ
せた圧力状態で接合面同士の摩擦を継続し、溶融層を拡
大していく溶融層拡大工程とを備えているとともに、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を備えているようにすると、
接合部材の母材、すなわち被接合部材と同等の接合部強
度を得ることができる点で好ましい。

【００１１】さらに、本発明の合成樹脂製部材の摩擦接
合方法としては、上述した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させ
ることが好ましい。

【００１２】また、本発明の請求項２（以下、「本発明
２」という。）における合成樹脂製部材の摩擦接合方法
は、管形状をした合成樹脂製の２つの被接合部材を、そ
の接合面同士を突き合わせ、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、両接合面およびその近傍を摩擦熱によって
溶融状態にする溶融工程と、前記溶融工程終了後、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、溶融状態になった両接合面およびその近傍を所定の
圧力を保持しながら圧接する接合工程とを含む合成樹脂
製部材の摩擦接合方法において、予め一つのある肉厚を
した被接合部材同士の接合に適した溶融工程時の両接合
面およびその近傍に形成される軸方向の溶融幅を求め、
これを基準溶融幅とし、他の肉厚の被接合部材同士を摩
擦接合するとき、前記被接合部材の肉厚が基準溶融幅を
求めた被接合部材の肉厚よりも大きければ、溶融幅が基
準溶融幅よりも大きくなるように、前記被接合部材の肉
厚が基準溶融幅を求めた被接合部材の肉厚よりも小さけ
れば、溶融幅が基準溶融幅よりも小さくなるように溶融
工程を行うことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の請求項３（以下、「本発明
３」という。）における合成樹脂製部材の摩擦接合方法
は、本発明１の構成に加えて、被接合部材が管形状をし
ており、予め一つのある肉厚をした被接合部材同士の接
合に適した溶融工程時の両接合面およびその近傍に形成
される軸方向の溶融幅を求め、これを基準溶融幅とし、
他の肉厚の被接合部材同士を摩擦接合するとき、基準溶
融幅を求めた被接合部材の肉厚よりも被接合部材の肉厚
が大きくなれば、基準溶融幅よりも溶融幅を大きくし、
基準溶融幅を求めた被接合部材の肉厚よりも被接合部材
の肉厚が小さくなれば、基準溶融幅よりも溶融幅を小さ
くするように溶融工程を行う構成をしている。

【００１４】また、本発明の請求項４（以下、「本発明
４」という。）における合成樹脂製部材の摩擦接合方法
は、本発明２または本発明３の構成に加えて、予め一つ
のある肉厚をした被接合部材同士の接合に適した接合工
程時の被接合部材同士の相対移動量を求め、これを基準
相対移動量とし、他の肉厚の被接合部材同士を摩擦接合
するとき、基準相対移動量を求めた被接合部材の肉厚よ
りも被接合部材の肉厚が大きくなれば、基準相対移動量
よりも相対移動量を大きくし、基準相対移動量を求めた
被接合部材の肉厚よりも被接合部材の肉厚が小さくなれ
ば、基準相対移動量よりも相対移動量を小さくするよう
に接合工程を行う構成をしている。

【００１５】本発明２または本発明３における、軸方向
の溶融幅は、被接合部材の種類によって異なるが、例え
ば、被接合部材が、同一樹脂からなる管形状をした部材
である場合は、通常管の肉厚の増加に伴い溶融幅を広
く、管の肉厚の減少に伴い溶融幅を狭くするようになっ
ている。すなわち、軸方向の溶融幅を変えることで、接
合面の溶融層内に発生したボイドまたは摩擦によって低
分子化された樹脂を確実に除くとともに、接合に必要な
溶融樹脂を接合面に残すように調節することができる。

【００１６】また、接合工程における被接合部材の相対
移動量は、被接合部材の種類によって異なるが、例え
ば、被接合部材が、同一樹脂からなる管形状をした部材
の場合は、通常管の肉厚の増加に伴い相対移動量を大き
く、管肉厚の減少に伴い相対移動量を小さくするように
なっている。すなわち、被接合部材の肉厚に応じて相対
移動量を変えることで、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を、接合面から外側
に完全に押し出し、かつ接合に必要な溶融樹脂を接合面
に残すことができる。

【００１７】

【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
にかかる摩擦接合方法を行う摩擦接合装置の一実施形態
を示した側面図である。図１に示したように、摩擦接合
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、レ
ーザー変位計５と、ロードセル６と、コンピューター７
とを備えており、被接合部材としての合成樹脂製管（以
下、「樹脂管」とのみ記す。）Ａ１と樹脂管Ａ２とを摩
擦接合させるようになっている。

【００１８】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に把持された樹脂管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、樹脂管Ａ１
を固定した状態で支持する固定支持部３Ａと、樹脂管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。

【００１９】固定支持部３Ａは、樹脂管Ａ１を回転可能
に把持する回転チャック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
って支持されており、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すること
で、把持固定した樹脂管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。

【００２０】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、樹脂管Ａ２の接合面と回転チ
ャック３０に把持された樹脂管Ａ１の接合面とが対面し
合うように、樹脂管Ａ２を固定できるようになってお
り、スライドテーブル３２上に取り付けられている。

【００２１】スライドテーブル３２は、前述したように
クランプ３１とともに、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
ロッドと繋がっており、この第一エアシリンダー３４の
シリンダーロッドの進退に合わせてレール３３上を進退
するようにレール３３上に載置されている。

【００２２】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。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３
５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。

【００２３】ビード形状矯正手段４は、第二エアシリン
ダー４１と、樹脂管Ａ１と樹脂管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。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、樹脂管Ａ
１と樹脂管Ａ２との接合部の内側に内面治具４２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。

【００２４】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、樹脂管Ａ１と樹脂管Ａ
２の外側に直接取り付けられている。レーザー変位計５
は、スライドテーブル３２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、樹脂管Ａ１と樹脂管
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。

【００２５】装置１は上述したように、回転させた樹脂
管Ａ１に樹脂管Ａ２を押し当てて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樹脂管Ａ１と樹
脂管Ａ２との接合面を溶融させることができるようにな
っている。なお、装置１は、本発明の合成樹脂製部材の
摩擦接合方法を説明するための例示に過ぎなく、別の形
態をしている摩擦接合装置を用いて良いことは言うまで
もない。

【００２６】次に、本発明にかかる摩擦接合方法を説明
する。〔準備段階〕．所定の口径をした樹脂管として、樹脂管Ａ１および
樹脂管Ａ２を用意する。．樹脂管Ａ１は、装置１の回転チャック３０に把持さ
せ、樹脂管Ａ２は、クランプ３１に固定させる。なお、
このとき、樹脂管Ａ１と樹脂管Ａ２との接合面に臨む位
置にビード形状矯正手段を設置する。

【００２７】〔溶融工程（昇温溶融工程）〕．回転チャック３０により樹脂管Ａ１を所定の周速度
で回転させ、この数秒後に第一エアシリンダー３４によ
りクランプ３１に固定されている樹脂管Ａ２を樹脂管Ａ
１に押し付ける。なお、このとき、最も好ましい接合管
を得るための回転チャック３０の回転数、すなわち樹脂
管Ａ１の周速度を基準周速度として求めておき（基準値
Ａ）、樹脂管Ａ２を樹脂管Ａ１に押し付ける時の面圧を
基準圧力として求めておき（基準値Ｂ）、口径の異なる
樹脂管同士を摩擦接合するときの基準設定値とするよう
にする。

【００２８】〔溶融工程（溶融層拡大工程）〕．の工程により、樹脂管Ａ１と樹脂管Ａ２との接合
面およびその近傍が溶融し始めると、回転チャック３０
の回転数はそのままで、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小さくした状態で、溶融
した部分の軸方向における溶融幅を拡大していく。な
お、このとき溶融幅は、溶融工程を行う時間すなわち樹
脂管Ａ１が回転開始してから回転を止めるまでの回転時
間が長ければ溶融幅も大きくなり、回転時間が短ければ
溶融幅も小さくなる。すなわち、溶融幅は、回転時間に
依存するため、この回転時間を基準溶融幅を表す指標と
して求めておき（基準値Ｃ）、肉厚の異なる樹脂管同士
を摩擦接合するときの基準設定値とするようにする。

【００２９】〔接合工程（第一接合工程）〕．溶融層が所定の厚みとなるまで、接合面およびその
近傍が溶融された状態となると、回転チャック３０を停
止させるとともに、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、樹脂管Ａ２を樹脂
管Ａ１に押し付けるようにする。なお、このとき、最も
好ましい接合管を得るための樹脂管Ａ２を樹脂管Ａ１に
押し付ける圧力値を基準圧力として求めておき（基準値
Ｄ）、クランプ３１の移動量、すなわち樹脂管Ａ２の樹
脂管Ａ１方向に移動する移動量を基準相対移動量として
求めて（基準値Ｅ）、肉厚の異なる樹脂管同士を摩擦接
合するときの基準設定値とするようにする。

【００３０】．工程により、樹脂管Ａ２を樹脂管Ａ
１方向に所定量移動させた時点で、樹脂管Ａ２を樹脂管
Ａ１に押し付ける圧力値を弱め、この状態で所定時間保
持することで樹脂管Ａ１と樹脂管Ａ２との接合管を得
る。なお、得られた接合管は、ＪＩＳＫ６７７４
「ガス用ポリエチレン管」付属書２に基づきクリープ性
能を求め、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する。

【００３１】上記方法において、樹脂管Ａ１および樹脂
管Ａ２として、たとえば、呼び径１００Ａ（外径１１４
±０．３５ｍｍ、肉厚１０．４＋１．３ｍｍ）の高密度
ポリエチレン管を用いた場合において、良品の接合管を
得るための基準値を経験的に求めたところ、以下のよう
になった。

【００３２】基準値Ａが、５．４２４ｍ／秒。基準値Ｂが、樹脂管Ａ１の回転開始から２秒後〜５秒後
で０．２５ＭＰａ樹脂管Ａ１の回転開始から５秒後〜８秒後で０．０８８
ＭＰａ樹脂管Ａ１の回転開始から８秒後〜２１．５秒後で０．
０３９ＭＰａ基準値Ｃが、２１．５秒基準値Ｄが、０．４９ＭＰａ基準値Ｅが、１．５ｍｍ

【００３３】そして、本発明の合成樹脂製部材の摩擦接
合方法では、上記のように予め求めた基準値Ａ〜基準値
Ｅの基準設定値に基づいて、被接合部材の口径や肉厚が
変わっても、以下のようにして接合する。すなわち、上
記樹脂管Ａ１や樹脂管Ａ２と異なる口径をした樹脂管同
士を摩擦接合するときは、この樹脂管の樹脂材料が同じ
で有るかぎり、樹脂管の口径の大きさに関わらず、基準
値Ａと一致する周速度および基準値Ｂと一致する圧力
で、上記摩擦接合を行うようにする。

【００３４】このように、ある口径をしている被接合部
材中の接合面にかかる単位面積あたりの圧力、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との相対
周速度は、被接合部材の口径が変わっても、変える必要
がない。すなわち、摩擦接合において接合強度を管部材
同等まで高めるためには、接合面の樹脂の分子鎖が熱拡
散により相互に進入し、十分絡み合うことで連続的な接
合部を形成する。よって、摩擦接合においては、絡み合
いを十分起こさせるための熱量を加えることが必要であ
る。

【００３５】このことから、摩擦接合において接合強度
を管部材同等まで高めるための必要な熱量は、同一樹脂
では同じであるので、接合部材の口径が変化した場合で
も、単位面積当たりの熱量は同等でよい。したがって、
回転条件としては、接合部材の口径に関わらず、回転さ
せる被接合部材の周速度、接合面にかかる圧力を基準設
定値と一致させるようにするのである。

【００３６】また、上記樹脂管Ａ１や樹脂管Ａ２と異な
る肉厚をしている樹脂管同士を摩擦接合するときは、基
準値Ｃで求められた値に基づいて、樹脂管の肉厚が厚い
ときには、基準値Ｃの値よりも摩擦時間を延長、すなわ
ち溶融幅を大きくとるようにして、樹脂管の肉厚が薄い
ときには、基準値Ｃの値よりも摩擦時間を短縮、すなわ
ち溶融幅を小さくとるようにする。

【００３７】すなわち、接合面にボイドや低分子化した
樹脂などの強度低下要因が残ると、管本体部分と比べて
接合部分の強度が低下するため、摩擦終了後の押し付け
段階において、これらを確実に接合面外へ排除すること
が必要である。そのためには押し付け段階における押し
流し量が重要で、この押し流し量が不足すると、特に管
の肉厚中央付近に残された強度低下要因が接合面に残る
場合がある。つまり、図２に示したように、接合部材の
肉厚が厚い場合には、押し付け段階での押し流し幅も厚
くなり、接合部材の肉厚が薄い場合には、押し付け段階
での押し流し幅も薄くなる。

【００３８】さらに、樹脂管Ａ１や樹脂管Ａ２と異なる
肉厚をしている樹脂管同士を摩擦接合するとき、基準値
Ｅで求められた値に基づいて、樹脂管の肉厚に比例させ
て増減させるようにする。すなわち、たとえば、樹脂管
の肉厚が樹脂管Ａ１の１．５倍あるとすると基準値Ｅの
値を１．５倍するようにして、樹脂管の肉厚が樹脂管Ａ
１の０．７倍あるとすると基準値Ｅの値を０．７倍する
ようにする。これは上述したように、樹脂管の肉厚に比
例して押し流し幅が増減するからである。

【００３９】

【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

【００４０】（前提条件の設定）被接合部材として高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径１００Ａ( 外径114 ±0.35ｍｍ、肉厚10.4
+1.3ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）である樹脂管（以下、
「ＰＥ管」という。）Ａ１およびＰＥ管Ａ２を用いた。

【００４１】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。

【００４２】〔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。そ
して、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。

【００４３】〔溶融層拡大工程〕昇温溶融工程終了か
ら、さらに３秒後に第一エアシリンダー３４の圧力を
０．０３９ＭＰａにまで下げた後、回転開始から通算２
１．５秒後までその状態を保った。このとき、ＰＥ管Ａ
１およびＰＥ管Ａ２の接合面は、完全に溶融状態となっ
た。

【００４４】〔第一接合工程〕溶融層拡大工程終了後、
すなわち回転開始から２１．５秒後に回転チャック３０
を停止させるとともに、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との接合面にかかる圧力が０．４９ＭＰａを
保持するように、ＰＥ管Ａ２をＰＥ管Ａ１に押し付け、
クランプ３１のＰＥ管Ａ２方向への移動量が１．５ｍｍ
となるまでスライドテーブル３２を移動させた。

【００４５】クランプ３１のＰＥ管Ａ２方向への移動量
が１．５ｍｍとなった時点で、ＰＥ管Ａ１とＰＥ管Ａ２
との接合面にかかる圧力を０．０９８ＭＰａに落とした
後、７０秒間保持してＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２を接
合した接合管を得た。なお、得られた接合管のクリープ
性能は、ＪＩＳＫ６７７４「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５０ｋｇ
ｆ／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。

【００４６】上述した摩擦接合において設定された各条
件は、発明者等が最適の接合管を得るための条件として
知得したものである。そこで、上記各条件に基づいて、
異なった口径、および異なった肉厚をしたＰＥ管の摩擦
接合を以下の実施例１〜実施例３および、比較例１〜比
較例３に示すように行った。

【００４７】（実施例１）前提条件と同様の手順で高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径７５Ａ( 外径89±0.3 ｍｍ、肉厚8.1+1.
1 ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）であるＰＥ管同士の接合
を行った。摩擦接合を行う際の条件として、昇温溶融工
程および溶融層拡大工程における、回転チャック３０の
周速度およびＰＥ管同士の圧接圧の値は、上述した前提
条件と同じ値となるようにした。

【００４８】ただし、本実施例の高密度ポリエチレン管
の肉厚が、前提条件のＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の肉
厚よりも薄くなっているため、溶融層拡大工程終了まで
の時間を回転開始から通算２１．５秒から、通算２１秒
に減少させた。また、第一接合工程において、前提条件
でクランプ３１のＰＥ管Ａ２方向へ１．５ｍｍ移動させ
ていた移動量を、前提条件に用いた管の肉厚と本実施例
に用いた管の肉厚との割合に応じて減少させて１．２ｍ
ｍとした。

【００４９】以上の条件における摩擦接合によって得ら
れた接合管の、クリープ性能は、ＪＩＳＫ６７７４
「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
を求めたところ、破断繰り返し数が母材同等の８０００
０回以上あり、十分な接合強度を有した接合管であっ
た。

【００５０】（実施例２）前提条件と同様の手順で高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径１５０Ａ( 外径165 ±0.5 ｍｍ、肉厚1
5.0+1.7ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）であるＰＥ管同士の
接合を行った。摩擦接合を行う際の条件として、昇温溶
融工程および溶融層拡大工程における、回転チャック３
０の周速度およびＰＥ管同士の圧接圧の値は、上述した
前提条件と同じ値となるようにした。

【００５１】ただし、本実施例の高密度ポリエチレン管
の肉厚が、前提条件のＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の肉
厚よりも厚くなっているため、溶融層拡大工程終了まで
の時間を回転開始から通算２１．５秒から、通算２３秒
に増加させた。また、第一接合工程において、前提条件
でクランプ３１のＰＥ管Ａ２方向へ１．５ｍｍ移動させ
ていた移動量を、前提条件に用いた管の肉厚と本実施例
に用いた管の肉厚との割合に応じて増加させて２．２ｍ
ｍとした。

【００５２】以上の条件における摩擦接合によって得ら
れた接合管の、クリープ性能は、ＪＩＳＫ６７７４
「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
を求めたところ、破断繰り返し数が母材同等の８０００
０回以上あり、十分な接合強度を有した接合管であっ
た。

【００５３】（実施例３）前提条件と同様の手順で高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径２００Ａ( 外径216 ±0.65ｍｍ、肉厚19.7
+2.2ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）であるＰＥ管同士の接合
を行った。摩擦接合を行う際の条件として、昇温溶融工
程および溶融層拡大工程における、回転チャック３０の
周速度およびＰＥ管同士の圧接圧の値は、上述した前提
条件と同じ値となるようにした。

【００５４】ただし、本実施例の高密度ポリエチレン管
の肉厚が、前提条件のＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の肉
厚よりも厚くなっているため、溶融層拡大工程終了まで
の時間を回転開始から通算２１．５秒から、通算２６秒
に増加させた。また、第一接合工程において、前提条件
でクランプ３１のＰＥ管Ａ２方向へ１．５ｍｍ移動させ
ていた移動量を、前提条件に用いた管の肉厚と本実施例
に用いた管の肉厚との割合に応じて増加させて２．８ｍ
ｍとした。

【００５５】以上の条件における摩擦接合によって得ら
れた接合管の、クリープ性能は、ＪＩＳＫ６７７４
「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
を求めたところ、破断繰り返し数が母材同等の８０００
０回以上あり、十分な接合強度を有した接合管であっ
た。

【００５６】（比較例１）前提条件と同様の手順で高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径７５Ａ( 外径89±0.3 ｍｍ、肉厚8.1+1.
1 ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）であるＰＥ管同士の接合
を行った。摩擦接合を行う際の条件として、昇温溶融工
程および溶融層拡大工程における、回転チャック３０の
周速度を６．５４２ｍ／秒に変更し、ＰＥ管同士の圧接
圧の値は、上述した前提条件と同じ値となるようにし
た。

【００５７】また、本実施例の高密度ポリエチレン管の
肉厚が、前提条件のＰＥ管Ａ１およびＰＥ管Ａ２の肉厚
よりも薄くなっているため、溶融層拡大工程終了までの
時間を回転開始から通算２１．５秒から、通算２１秒に
減少させた。また、第一接合工程において、前提条件で
クランプ３１のＰＥ管Ａ２方向へ１．５ｍｍ移動させて
いた移動量を、前提条件に用いた管の肉厚と本実施例に
用いた管の肉厚との割合に応じて減少させて１．２ｍｍ
とした。

【００５８】以上の条件における摩擦接合を行った際、
溶融層拡大工程において、ＰＥ管同士の接合部分で樹脂
が劣化し、煙が発生しているのが確認された。得られた
接合管の、クリープ性能は、ＪＩＳＫ６７７４「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
たところ、破断繰り返し数が４００００回であり、接合
強度は元のＰＥ管よりも低下していた。

【００５９】（比較例２）前提条件と同様の手順で高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径７５Ａ( 外径89±0.3 ｍｍ、肉厚8.1+1.
1 ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）であるＰＥ管同士の接合
を行った。摩擦接合を行う際の条件として、昇温溶融工
程および溶融層拡大工程における、回転チャック３０の
周速度は、上述した前提条件と同じ値としたが、ＰＥ管
同士の圧接圧の値は、摩擦開始から２秒後に０．１５Ｍ
Ｐａとし、５秒後に０．０３９ＭＰａまで下げ、８秒後
に０．０１０ＭＰａまで下げた後、回転開始から通算２
１秒までその状態を保った。

【００６０】また、第一接合工程において、前提条件で
クランプ３１のＰＥ管Ａ２方向へ１．５ｍｍ移動させて
いた移動量を、前提条件に用いた管の肉厚と本実施例に
用いた管の肉厚との割合に応じて減少させて１．２ｍｍ
とした。以上の条件における摩擦接合で得られた接合管
の、クリープ性能は、ＪＩＳＫ６７７４「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たとこ
ろ、破断繰り返し数が３００００回であり、接合強度は
元のＰＥ管よりも低下していた。

【００６１】（比較例３）前提条件と同様の手順で高密
度ポリエチレン管（積水化学工業社製エスロンハイパー
ＰＥ、呼び径１５０Ａ( 外径165 ±0.5 ｍｍ、肉厚1
5.0+1.7ｍｍ）、長さ４００ｍｍ）であるＰＥ管同士の
接合を行った。摩擦接合を行う際の条件として、昇温溶
融工程および溶融層拡大工程における、回転チャック３
０の周速度およびＰＥ管同士の圧接圧の値は、上述した
前提条件と同じ値となるようにした。

【００６２】また、溶融層拡大工程終了までの時間も、
上述した前提条件と同じ値である回転開始から通算２
１．５秒とした。さらに、第一接合工程においても、上
述した前提条件と同じようにクランプ３１をＰＥ管Ａ２
方向へ１．５ｍｍ移動させた。以上の条件における摩擦
接合によって得られた接合管の、クリープ性能は、ＪＩ
ＳＫ６７７４「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たところ、破断繰り返し数が４０
０００回であり、接合強度は元のＰＥ管よりも低下して
いた。また、このとき、接合部分を超音波顕微鏡で観察
したところ、ボイドの存在が確認された。

【００６３】

【発明の効果】本発明の請求項１にかかる合成樹脂製部
材の摩擦接合方法によれば、回転摩擦接合を行う際に、
ある一つの径の溶融条件、すなわち被接合部材同士の接
合面にかかる圧力および被接合部材の接合部分における
相対周速度を求めるだけで、他の任意の径（口径）をし
た被接合部材同士を好適な接合条件で摩擦接合すること
ができる。

【００６４】また、本発明の請求項２にかかる合成樹脂
製部材の摩擦接合方法によれば、管形状をしている被接
合部材の接合部分の一つのある肉厚についての溶融条件
を求めるだけで、他の任意の肉厚をした被接合部材同士
を好適な接合条件で摩擦接合することができる。

【００６５】また、本発明の請求項３にかかる合成樹脂
製部材の摩擦接合方法によれば、請求項１の効果に加え
て、管形状をしている被接合部材の接合部分の一つのあ
る肉厚についての溶融条件を求めるだけで、他の任意の
肉厚をした被接合部材同士を好適な接合条件で摩擦接合
することができる。また、本発明の請求項４にかかる合
成樹脂製部材の摩擦接合方法によれば、被接合部材の肉
厚に応じて、溶融された領域に残るボイドや低分子化し
た樹脂を接合面外に完全に排除するため、高強度の接合
管を得ることができる。

【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】管形状をした合成樹脂製部材の接合部分の溶融
される領域幅の説明図である。

【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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4F211 AA05 AC00 AG08 AH81 AP02 AP07 AR02 AR08 TA01 TC01 TC11 TN21 TQ01

Claims

【特許請求の範囲】

【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、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、両接合面およびその近傍を摩擦熱によって溶融
状態にする溶融工程と、前記溶融工程終了後、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
融状態になった両接合面およびその近傍を所定の圧力を
保持しながら圧接する接合工程とを含む合成樹脂製部材
の摩擦接合方法において、予め一つのある径の被接合部
材同士の接合に適した溶融工程時の接合面の単位面積当
たりにかかる圧力と、前記接合面における一方の被接合
部材と他方の被接合部材との相対周速度を求め、これを
基準圧力および基準周速度とし、他の径の被接合部材同
士を摩擦接合する際に、前記基準圧力および基準周速度
と一致させるように溶融工程を行うことを特徴とする合
成樹脂製部材の摩擦接合方法。
【請求項２】管形状をした合成樹脂製の２つの被接合部
材を、その接合面同士を突き合わせ、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、両接合面およびその近傍を摩擦熱
によって溶融状態にする溶融工程と、前記溶融工程終了
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、溶融状態になった両接合面およびその近傍を
所定の圧力を保持しながら圧接する接合工程とを含む合
成樹脂製部材の摩擦接合方法において、予め一つのある
肉厚をした被接合部材同士の接合に適した溶融工程時の
両接合面およびその近傍に形成される軸方向の溶融幅を
求め、これを基準溶融幅とし、他の肉厚の被接合部材同
士を摩擦接合するとき、前記被接合部材の肉厚が基準溶
融幅を求めた被接合部材の肉厚よりも大きければ、溶融
幅が基準溶融幅よりも大きくなるように、前記被接合部
材の肉厚が基準溶融幅を求めた被接合部材の肉厚よりも
小さければ、溶融幅が基準溶融幅よりも小さくなるよう
に溶融工程を行うことを特徴とする合成樹脂製部材の摩
擦接合方法。
【請求項３】被接合部材が管形状をしており、予め一つ
のある肉厚をした被接合部材同士の接合に適した溶融工
程時の両接合面およびその近傍に形成される軸方向の溶
融幅を求め、これを基準溶融幅とし、他の肉厚の被接合
部材同士を摩擦接合するとき、基準溶融幅を求めた被接
合部材の肉厚よりも被接合部材の肉厚が大きくなれば、
基準溶融幅よりも溶融幅を大きくし、基準溶融幅を求め
た被接合部材の肉厚よりも被接合部材の肉厚が小さくな
れば、基準溶融幅よりも溶融幅を小さくするように溶融
工程を行う請求項１に記載の合成樹脂製部材の摩擦接合
方法。
【請求項４】予め一つのある肉厚をした被接合部材同士
の接合に適した接合工程時の被接合部材同士の相対移動
量を求め、これを基準相対移動量とし、他の肉厚の被接
合部材同士を摩擦接合するとき、基準相対移動量を求め
た被接合部材の肉厚よりも被接合部材の肉厚が大きくな
れば、基準相対移動量よりも相対移動量を大きくし、基
準相対移動量を求めた被接合部材の肉厚よりも被接合部
材の肉厚が小さくなれば、基準相対移動量よりも相対移
動量を小さくするように接合工程を行う請求項２または
請求項３に記載の合成樹脂製部材の摩擦接合方法。