JP2002283456A - 配管材の接合構造および配管材の接合方法 - Google Patents
配管材の接合構造および配管材の接合方法Info
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Abstract
擦溶融して融着接合した場合、常に外観形状がよく、し
かも十分な接合強度確保できる熱可塑性樹脂製の配管材
の接合構造および配管材の接合方法を提供する。 【解決手段】一方の熱可塑性樹脂製の配管材の一部が他
方の熱可塑性樹脂製の配管材内に挿入された状態で、両
配管材のうち少なくともいずれか一方を回転または振動
させて両配管材の接触界面を摩擦溶融させることによっ
て配管材同士が融着接合されてなる配管材の接合構造に
おいて、摩擦時に溶融した樹脂が配管材の継ぎ目を通っ
て外面および/または内面に流れ出ようとするのを防止
するシール材が外面および内面の少なくともいずれか一
方の継ぎ目の出口を塞ぐように設けられている構成とし
た。
Description
配管材の接合構造および配管材の接合方法に関する。
れた、パイプの外径より小さい接合部内径を有し、かつ
継手受口の内径より大きい接合部外径を有するスリーブ
またはカラーと称される回転部材を回転させることによ
り、配管材外面と回転部材内面および回転部材外面と継
手受口内面を摩擦熱で溶融接合する方法などのように、
回転によって接合界面を摩擦溶融して熱可塑性樹脂製の
配管材同士を接合する方法は従来から公知である。
合面で摩擦によって発生した半溶融状態の樹脂の一部が
配管材と配管材との継ぎ目部分から外部または内部に流
出し、配管材の外面または内面に付着したり、不均一に
樹脂が流出するために、外観が劣り、製品としての価値
を著しく低下するという問題があった。
は、流出しようとする樹脂の収容部(ビード収容部)を
配管材の継ぎ目部分の接合面近傍に予め形成しておき、
配管材内面への樹脂の流出を防止する方法が開示されて
いる。また、本発明の発明者等も、特開2000−52
429号公報に開示されているように、配管材と配管材
との継ぎ目部分に樹脂溜まりとなる凹部を継ぎ目部分に
対面するように備えた治具を両配管材に跨がるように配
置し、流出した樹脂を凹部内面形状に規制し外観を向上
させる方法を提案している。
53−28344号公報の方法のように樹脂収容部を接
合部に設けるようにすると、回転摩擦中に、接合面から
の樹脂流出が容易に起こる為、接合面に溶融した樹脂が
不足して接合面の強度が不十分となることが明らかであ
った。一方、特開2000−52429号公報の方法で
は、同径の配管材の端面同士を突き合わせて接合する場
合のように、寸法の比較的安定した配管同士を接合する
場合、樹脂の流出両が略一定となるため、治具の凹部で
流出樹脂の形状を整えることができるが、配管材の寸法
が変動した場合形状を整えることが非常に困難であっ
た。
な事情に鑑みて、熱可塑性樹脂製の配管材同士をその接
合面を摩擦溶融して融着接合した場合、常に外観形状が
よく、しかも十分な接合強度確保できる熱可塑性樹脂製
の配管材の接合構造および配管材の接合方法を提供する
ことを目的としている。
るために、本発明の請求項1に記載の配管材の接合構造
(以下、「請求項1の接合構造」と記す)は、一方の熱
可塑性樹脂製の配管材の一部が他方の熱可塑性樹脂製の
配管材内に挿入された状態で、両配管材のうち少なくと
もいずれか一方を回転または振動させて両配管材の接触
界面を摩擦溶融させることによって配管材同士が融着接
合されてなる配管材の接合構造において、摩擦時に溶融
した樹脂が配管材の継ぎ目を通って外面および/または
内面に流れ出ようとするのを防止するシール材が外面お
よび内面の少なくともいずれか一方の継ぎ目の出口を塞
ぐように設けられている構成とした。
造(以下、「請求項2の接合構造」と記す)は、請求項
1の接合構造において、シール材を両配管材の継ぎ目出
口部分に嵌合されるリング状または筒状に形成した。す
なわち、本発明の接合構造においては、溶融した樹脂の
流出を防止できればその形状は特に限定されないが、請
求項2の接合構造のようにリング状または筒状とするこ
とが取扱性や施工性の点で好ましい。
造(以下、「請求項3の接合構造」と記す)は、請求項
1または請求項2の接合構造において、少なくともいず
れか一方の配管材に摩擦接合時にシール材の継ぎ目部分
からのずれを防止するずれ防止手段が設けられている構
成とした。請求項3の接合構造において「ずれ」とは、
配管材の軸方向のずれ、配管材の半径方向への浮き上が
りや変形の両方を意味する。
れを防止する方法としては、たとえば、組み合わせ時に
継ぎ目出口をシールするシール材の側面に当接する鍔状
部を配管材外周面に設け、両配管材の鍔状部でシール材
を挟持する方法、シール材の外径と略同じか0.1mm
〜2mm程度(好ましくは0.1mm〜0.5mm)程度
内径が大きな筒状をした張り出し部をいずれか一方に設
け、この張り出し部でシール材の半径方向のずれ(変形
も含む)を抑えるようにする方法、両方法を併用する方
法等が挙げられる。
材の材質は、継ぎ目部分からの樹脂の流出を防止できれ
ば特に限定されないが、本発明の請求項4に記載の配管
材の接合構造(以下、「請求項4の接合構造」と記す)
のように、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)で
形成されていることが好ましい。
合には配管材の接合面およびその近傍の樹脂を樹脂の融
点以上の温度に上げなければならない。したがって、シ
ール材は、この温度に対して耐えうる必要がある。ま
た、シール材にも回転や振動による配管材との摩擦が発
生するために、耐磨耗性が必要である。さらに、摩擦さ
れたときにシール材自身が発熱すると、シール材として
の機能を果たさなくなるために低い摩擦係数のものが好
ましい。また、配管材の寸法誤差や接合装置の挿入のず
れ、摩擦時の振動や偏芯に追従して確実にシールするた
めにも、弾性が高いものが好ましい。よって、請求項4
の接合構造のようにポリテトラフルオロエチレンが好適
である。
接合方法(以下、「請求項5の接合方法」と記す)は、
一方の熱可塑性樹脂製の配管材の一部を他方の熱可塑性
樹脂製の配管材内に挿入した状態で組み合わせ、両配管
材のうち少なくともいずれか一方を回転させて両配管材
の接触界面を摩擦溶融させ配管材同士を融着接合する配
管材の接合方法において、摩擦時に溶融した樹脂が配管
材の継ぎ目を通って外面および/または内面に流れ出よ
うとするのを防止するシール材を予め装着した一方の配
管材を他方の配管材と組み合わせ、シール材によって両
配管材を継ぎ目出口を塞いだ状態にしたのち、両配管材
のうち少なくともいずれか一方を回転させるようにし
た。
融を一方の配管材を回転させたり振動させることにより
行なうことができるが、装置の簡便さ、発熱効率に優れ
ている点で、請求項5の接続方法のように回転運動が好
ましい。
れる配管材の形態としては、直管、エルボ、チーズ、レ
ジューサ、ソケットなどの継手類やカラー等の中間部材
が使用できる。
ば特に限定されないが、例えば中密度ポリエチレン、高
密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、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、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられるが、特に
ポリエチレンに好適であり、中でも架橋ポリエチレンや
超高分子量ポリエチレンなどのように結晶融解温度を超
えても流動性がないもしくは低い樹脂がより好適であ
る。架橋樹脂の架橋の手段は水架橋、電子線架橋、パー
オキサイド等の架橋剤による架橋など方法は問わない。
材が、一方の配管材の一部が他方の配管材内に挿入した
状態で、一方の配管材が回転されるようになっている
が、カラーなどの中間部材やソケットなどの両側に受口
を備えた継手などを回転させるることによって接合を行
う場合には、中間部材あるいは継手の他端にさらに別の
配管材を内嵌あるいは外嵌させて中間部材あるいは継手
の両側に同時に別の配管材を接合することができる。
態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。図1は
本発明にかかる配管材の接合方法に用いる回転摩擦接合
装置の1例をあらわしている。図2は配管材の接合方法
の第1の実施の形態をあらわしている。
体2と、制御装置としてのパーソナルコンピュータ(以
下、「パソコン」と記す)3とを備えている。装置本体
2は、基台21と、後で詳述する熱可塑性樹脂製の回転
配管材としての中間部材4a用の回転付与手段22と、
非回転配管材のクランプ手段23,23'とを備えてい
る。
と、モータ22bと、タイミングベルト22cとを備え
ている。チャック治具22aは、基台21の略中央部に
固定されていて、中間部材4aをその軸中心に回転自在
な状態にチャックできるようになっている。
て、トルク計22eを備えている。タイミングベルト2
2cは、モータ22bによって回転するとともに、その
周面に後で詳述する中間部材4aの周囲に設けられたギ
ヤ部41にかみ合い、回転駆動力を中間部材4aに伝達
する外歯22dを備えている。
具22aを両側から挟むように基台21上に設けられて
いて、それぞれスライドテーブル23aと、クランプ本
体23bと、エアーシリンダ23cとを備えている。ス
ライドテーブル23aは、基台21に固定されていて、
クランプ本体23bをチャック治具22a方向にスライ
ド自在に支持している。
配管材としての直管5あるいは継手6aがクランプ本体
23bに対し、軸周りに回転したり軸方向移動したりす
ることがないように、直管5あるいは継手6aaをクラ
ンプするようになっている。エアーシリンダ23cは、
スライドテーブル23aにそのピストンロッド23dの
先端が固定されていて、ピストンロッド23dを進退さ
せることによってスライドテーブル23a上のクランプ
本体23bを中間部材4a方向(管軸方向)に任意の力
で進退できるようになっている。
モータ22bの回転トルクの測定および制御、エアーシ
リンダの動作制御等を行うようになっている。
部40と後述するシール材7のずれ防止手段としての押
さえ部47とを備えている。本体部40、タイミングベ
ルト22cがかみ合うギヤ部41と、直管5の外径と略
同じか直管5の外径より少し小さい内径の外嵌部42
と、継手6aの受口61の内径と略同じか継手6aの受
口61の内径より少し大きい外径の内嵌部43とを備え
ている。
からシール材7の長さと略同寸だけ内嵌部43方向に円
筒状に張り出し、本体部40との間に隙間45が形成さ
れている。隙間45は、内嵌部43側が継手6aの受口
61の先端部肉厚とシール材7の肉厚との合計と略同じ
か少し狭い幅の継手嵌合部になっていて、外嵌部43側
がシール材7の肉厚と略同じか少し狭い幅のシール材嵌
合部になっている。
ンによってリング状に形成されていて、その軸方向の一
端部が予め継手6aに装着されている。
a、直管5および継手6aの接合方法は、以下のように
して行なわれる。 (1)図1に示すように、中間部材4aを回転付与手段
22のチャック治具22aにチャックさせるとともに、
直管5および継手6aをそれぞれクランプ手段23、2
3'のクランプ本体23bにクランプさせる。
ダ23cによってチャック治具22a方向にスライドさ
せて、図3に示すように、直管5の端部を中間部材4a
の外嵌部43に挿入させるとともに、内嵌部43を継手
6aの受口61に挿入する。この状態でシール材7は、
受口61と中間部材4aの継ぎ目8出口を封止するよう
に配置される。
グベルト22cを介して中間部材4aのギヤ部41を介
してモータ22bの回転駆動力を中間部材4aに伝達
し、中間部材4aを回転させて接合面である中間部材4
aの外嵌部43内周面と直管5の外周面、および、内嵌
部43の外周面と受口61の内周面を摩擦溶融させたの
ち、モータ22bの回転を停止し溶融樹脂を冷却固化さ
せることによって、本発明の配管材の接合構造の第1の
実施の形態図3に示す接合構造Aが得られる。
部材4aと継手6aの受口61との継ぎ目8出口がシー
ル材7によってシールされているので、回転摩擦によっ
て生じた溶融樹脂が継ぎ目8の出口から外部に漏れでる
ことを防止でき、外観形状に優れるとともに、接合部の
接合強度に優れたものとすることができる。また、シー
ル材7が予め中間部材4aに装着されているので、内嵌
部43を受口61に挿入するだけでシール材7を所定の
継ぎ目出口位置をシールするように配置することができ
るので、接合作業が容易である。
けられているので、回転摩擦中のシール材7の溶融樹脂
圧による浮き上がりや熱による変形を防止することがで
き、外観形状および接合強度に優れた接合構造をより確
実に得ることができるとともに、従来の回転接合に使用
されている装置1をそのまま使用することができるの
で、接合作業コストを上げたりすることがない。
形態をあらわしている。この接続構造Bは、図4に示す
ように、中間部材4bに押さえ部がなく、継手6b側に
シール材7の押さえ部62が設けられている以外は、上
記接合構造Aと同様になっていて、上記装置1を用いて
同様にして得られるようになっている。
形態をあらわしている。この接合構造Cは、図5に示す
ように、中間部材4cに押さえ部がなく、中間部材4c
および継手6cに、中間部材4cの内嵌部43を継手6
cの受口61内に挿入した状態でシール材7の両側面に
当接する鍔状部46、63がそれぞれ設けられている以
外は、上記接合構造Aと同様になっていて、上記装置1
を用いて同様にして得られるようになっている。
方向にずれ動いたりすることを確実に防止でき、シール
材7の歪み等がない外観により優れた接合構造とするこ
とができる。
態をあらわしている。図6に示すように、この接合方法
は、従来の中間部材4dと継手6dの継ぎ目8の出口部
分にシール材7を外嵌しておき、シール材7の両側面を
回転付与手段(図示せず)に設けられた押さえ手段28
で押さえながら中間部材4dを回転させて、本発明の接
合構造の'4の実施の形態である図7に示すような接合
構造Dを得るようにしている。
押さえ部などの複雑な構造のない従来の中間部材4dを
そのまま使用することができ配管材の金型コストが低減
できる。
態をあらわしている。図8に示すように、この接合方法
は、従来の中間部材4dと継手6dの継ぎ目8の出口部
分にシール材7を外嵌しておき、シール材7の外周面を
回転付与手段(図示せず)に設けられた押さえ手段29
で押さえながら中間部材4dを回転させて、本発明の接
合構造の'4の実施の形態である図7に示すような接合
構造Dを得るようにしている。
態および'接合構造の第5の実施の形態をあらわしてい
る。図9に示すように、この接合方法は、受口入口に直
管5に外嵌される第1のシール材71が装着されてい
て、受口奥部に直管5の先端部が外嵌される第2のシー
ル材72が装着された継手6eの受口61に直管5を直
接挿入し、継手6eを回転させて、図9に示す接合構造
Eを得るようになっている。
第1のシール材71によって継ぎ目8の外面側出口をシ
ールするだけでなく、第2のシール材72によって、内
面側出口もシールするようになっているので内面側への
溶融樹脂の流出も防止することができる。なお、本発明
は、上記の実施の形態に限定されない。
mm、幅5mmのリング状のポリテトラフルオロエチレ
ン製のシール材が、各部寸法が図10(a)に示すとお
りの高密度ポリエチレン製中間部材4fのギヤ部の内嵌
部側に、2.5mm重なるように装着された状態で、中
間部材4fを図1の装置1のチャック治具22aにチャ
ックさせるとともに、クランプ手段23のクランプ本体
23bに直管(積水化学工業社製架橋ポリエチレンパイ
プ、エスロペックス13A:外径17mm、肉厚1.9m
m、長さ30cm)5を、クランプ手段23'のクランプ本
体23bに各部寸法が図10(b)に示すとおりの架橋
ポリエチレン製継手6fをそれぞれクランプさせた。
直管5および継手6fを中間部材4fへ挿入した。この
とき、直管5側は35kgf、継手6a側は60kgfの力で
挿入した(なお、このとき完全に奥まで挿入していな
い、すなわち、正常嵌合状態になっていない)。その後
(5秒後に)、挿入に要した力を保持したまま、中間部
材4fを500rpm(0.445m/sec)の回転数で3秒
間回転させた。なお、回転開始後0.4秒で直管5およ
び継手6fが完全に奥まで、すなわち、正常嵌合状態ま
で挿入させた。引き続いて回転数を1000rpm(0.
890m/sec)に増速して5秒間回転をさせた。回転停
止後、クランプ本体23bの位置を保ったまま約60秒
間放置し、接合部の冷却を行い接合品を得た。
を観察したところ、中間部材4fと継手6fとの継ぎ目
部分から樹脂の流出は全く見られなかった。
さえ部49をギヤ部41から内嵌部側へ張り出すように
設けられた中間部材4gを用いるとともに、内径φ30
mm、外径φ34mm、幅5mmのリング状のポリテト
ラフルオロエチレン製のシール材を5mmだけ重なるよ
うに継手6fの受口部分に外嵌させた以外は実施例1と
同様にして接合品を得た。
を観察したところ、中間部材4gと継手4fとの継ぎ目
部分から樹脂の流出は全く見られなかった。また、シー
ル材は、中間部材4gの押さえ部49によって形状が規
制されており、シール材の膨れなどは見られなかった。
て、各部の寸法が図12に示すような受口61の外周面
にシール材の側面を受ける鍔状部66を備えた継手6g
を用いた以外は実施例2と同様にして接合品を得た。
を観察したところ、中間部材4gと継手4gとの継ぎ目
部分から樹脂の流出は全く見られなかった。また、シー
ル材は、中間部材4gの押さえ部49および継手4gの
鍔状部66によって形状が規制されており、シール材の
膨れなどは見られなかった。
上のように構成されているので、熱可塑性樹脂製の配管
材同士をその接合面を摩擦溶融して融着接合した場合、
常に外観形状がよく、しかも十分な接合強度確保でき
る。
ば、配管材にシール材のずれ防止手段が設けられている
ので、摩擦運動中のシール材の溶融樹脂圧による浮き上
がりや熱による変形を防止することができ、外観形状お
よび接合強度に優れた接合構造をより確実に得ることが
できる。
のように構成されているので、摩擦によって生じた溶融
樹脂が継ぎ目の出口から外部に漏れでることを防止で
き、外観形状に優れるとともに、接合部の接合強度に優
れたものとすることができる。また、シール材が予め配
管材に装着されているので、一方の配管材の一部を他方
の配管材内に挿入するだけでシール材を所定の継ぎ目出
口位置をシールするように配置することができるので、
接合作業が容易である。
回転摩擦接合装置の1例の説明図である。
の形態に用いる配管材の断面図である。
の形態をあらわす断面図である。
の形態をあらわす断面図である。
の形態をあらわす断面図である。
の形態であって、その回転摩擦接合装置に配管材を装着
した状態をあらわす要部断面図である。
の形態をあらわす断面図である。
の形態であって、その回転摩擦接合装置に配管材を装着
した状態をあらわす要部断面図である。
の形態をあらわす断面図である。
て、同図(a)は中間部材を断面であらわし、同図
(b)は継手を断面であらわしている。
あらわす断面図である。
わす断面図である。
材) 46 鍔状部(ずれ防止手段) 47,49 押さえ部(ずれ防止手段) 5 直管(配管材) 6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g 継手(配
管材) 63,66 鍔状部(ずれ防止手段) 7,71,72 シール材 8 継ぎ目
Claims (5)
- 【請求項1】一方の熱可塑性樹脂製の配管材の一部が他
方の熱可塑性樹脂製の配管材内に挿入された状態で、両
配管材のうち少なくともいずれか一方を回転または振動
させて両配管材の接触界面を摩擦溶融させることによっ
て配管材同士が融着接合されてなる配管材の接合構造に
おいて、摩擦時に溶融した樹脂が配管材の継ぎ目を通っ
て外面および/または内面に流れ出ようとするのを防止
するシール材が外面および内面の少なくともいずれか一
方の継ぎ目の出口を塞ぐように設けられていることを特
徴とする配管材の接合構造。 - 【請求項2】シール材が両配管材の継ぎ目出口部分に嵌
合されるリング状または円筒状をしている請求項1に記
載の配管材の接合構造。 - 【請求項3】少なくともいずれか一方の配管材に摩擦接
合時にシール材の継ぎ目部分からのずれを防止するずれ
防止手段が設けられている請求項1または請求項2に記
載の配管材の接合構造。 - 【請求項4】シール材がポリテトラフルオロエチレンで
形成されている請求項1〜請求項3のいずれかに記載の
配管材の接合構造。 - 【請求項5】一方の熱可塑性樹脂製の配管材の一部を他
方の熱可塑性樹脂製の配管材内に挿入した状態で組み合
わせ、両配管材のうち少なくともいずれか一方を回転さ
せて両配管材の接触界面を摩擦溶融させ配管材同士を融
着接合する配管材の接合方法において、摩擦時に溶融し
た樹脂が配管材の継ぎ目を通って外面および/または内
面に流れ出ようとするのを防止するシール材を予め装着
した一方の配管材を他方の配管材と組み合わせ、シール
材によって両配管材を継ぎ目出口を塞いだ状態にしたの
ち、両配管材のうち少なくともいずれか一方を回転させ
ることを特徴とする配管材の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001083076A JP4700210B2 (ja) | 2001-03-22 | 2001-03-22 | 配管材の接合構造 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002283456A true JP2002283456A (ja) | 2002-10-03 |
JP4700210B2 JP4700210B2 (ja) | 2011-06-15 |
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JP (1) | JP4700210B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115782187A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-14 | 江苏省绿岛管阀件有限公司 | 一种塑料管道熔接器 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0721333U (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-18 | 株式会社土屋製作所 | 密閉容器の溶着部構造 |
JP2001009917A (ja) * | 1999-07-01 | 2001-01-16 | Sekisui Chem Co Ltd | 熱可塑性樹脂管状体の接合方法 |
-
2001
- 2001-03-22 JP JP2001083076A patent/JP4700210B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JPH0721333U (ja) * | 1993-09-30 | 1995-04-18 | 株式会社土屋製作所 | 密閉容器の溶着部構造 |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN115782187A (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-14 | 江苏省绿岛管阀件有限公司 | 一种塑料管道熔接器 |
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