JP2002542072A - チューブ端部を結合するための装置 - Google Patents

チューブ端部を結合するための装置

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JP2002542072A
JP2002542072A JP2000612119A JP2000612119A JP2002542072A JP 2002542072 A JP2002542072 A JP 2002542072A JP 2000612119 A JP2000612119 A JP 2000612119A JP 2000612119 A JP2000612119 A JP 2000612119A JP 2002542072 A JP2002542072 A JP 2002542072A
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JP
Japan
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tube
insert
welding
configuration
welding head
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JP2000612119A
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English (en)
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ダブリュ ジョンソン，マイケル
ジェイ マッケンジー，ジェフリー
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フルオロウェア インコーポレーテッド
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Abstract

(57)【要約】 当接した熱的プラスチックチューブ端部（５５，７６）を結合するための伝導溶接装置、マンドレル及び方法はＰＦＡの溶接に特に適している。折り畳み式の溶接ヘッド（２２）は溶接すべき当接したチューブ端部（５５，７６）を取り囲み、各チューブ端部（７６）は接合すべき面から離隔したフランジ（７４）を有している。溶接ヘッドはフランジを溶接ヘッド内に固定するための手段を有し、さらには付勢手段（２７７）を有している。付勢手段（２７７）は、チューブ端部（５５，７６）が溶接プロセスの際のプラスチックの膨張によって溶接ヘッドから軸方向外側に動いたときに、隣接するチューブ端部に内向きの軸方向の付勢力を加える。マンドレル（３２２）は第１結合形態と第２除去形態との間で互いに長手方向に可動である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願に対する相互参照】
本願は発明者Michael W. Johnson及びJeffrey J. McKenzieによる、”Beadles
s Welding Apparatus and Method”という名称の、１９９９年４月１８日にアメ
リカ合衆国特許庁に出願された出願番号第０９／２９５，１０３号（代理人事件
番号22670-502）、２０００年３月２０日にアメリカ合衆国特許庁に出願されたB
eadless Welding Apparatus and Method、出願番号第０９／５２８，４０２号、
及び１９９９年４月１８日にアメリカ合衆国特許庁に出願された Insert for Us
e in Conjoining Tubular End Portions、出願番号第０９／２９５，１０２号に
関連するものである。これらの出願をこの参照によってここに導入する。
【０００２】
【発明の背景】
本発明はプラスチック配管に関し、特に溶融処理可能なプラスチック配管の端
部を互いに結合してビードのない溶接物を形成するための装置及び方法に関する
。
【０００３】 プラスチック配管組み付けは取付具を利用することで一般になされている。こ
れは多くの用途においては受け入れることはできるものの、この組み付け形態に
欠点が有る。例えば、取付具を利用して二つのチューブを互いに結合する場合、
組み付けられたチューブの内面には、チューブの端部と取付具との間、或いは互
いに対向するチューブの端部の間に、空間すなわち隙間がしばしば残される。換
言すれば、この内面は平滑ではない。一つの問題は、この隙間すなわち空間に粒
子が集積し固着し、それによって通過する流体に対する化学的汚染の原因になる
ということである。集積し或いは固着した粒子はまた隙間から離脱して物理的或
いは機械的汚染の原因を生じる。取付具の利用に伴うもう一つの問題は組み付け
に利用する結合材料の揮発成分が浸出して汚染の原因になるということである。
さらに、結合材それ自身がチューブ内を搬送される流体と悪反応して、不当に弱
化しすなわち弱くなることがある。生じるところのもう一つの問題は不均一な内
面がそこを通る流体に対する望ましくない乱流や流動抵抗の原因となるというこ
とである。このような取付具は勿論、漏れを生じ易い。
【０００４】 これらの欠点は半導体におけるように、或いは食品処理において法律により要
求されるように、高純度や清浄度が必要な産業においては特に重要である。
【０００５】 これらの欠点は取付具を利用することなくチューブを互いに結合することによ
って軽減される。これは一般には溶接、溶着、接着等によってチューブを互いに
結合することで達成される。組み付け方法におけるこのような変更と同時に、特
に加工が比較的困難で高価でかつ腐蝕を受けやすい従来のステンレススチールよ
りも、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）のような材料のプラスチックパイプ及
びチューブの優先的な利用がなされる。
【０００６】 熱可塑性プラスチックパイプの端部を互いに溶接するための様々な手段が周知
であり、例えばOscarに付与されたアメリカ合衆国特許第４，９２９，２９３号
を参照すると、そこでは結合すべきチューブ端部の間における赤外線加熱プラテ
ンの対向配置を利用している。赤外線加熱プラテンを除去するとチューブジョイ
ントが互いに係合して溶接部を形成する。
【０００７】 この種及びその他の種類の組み付けにおいては、取付具の利用による欠点の多
くが減少し或いは排除されて、汚染が少なくなる。
【０００８】 しかしながら、この種の組み付けにおいても、チューブ端部の継ぎ目すなわち
結合部が接合されたチューブの内面としばしば整合しないという問題が有る。つ
まり、結合されたチューブの内面に対して半径方向内側に突出するビードが継ぎ
目すなわち結合部にでき、及び／もしくは結合されたチューブの内面に対して半
径方向外側に突出するビードが継ぎ目すなわち結合部にでき。これらのビードは
比較的小さなものであっても、上記の汚染や、乱流や抵抗をもたらし得る。
【０００９】 半径方向内側に突出する継ぎ目すなわち接合部を減少し或いは排除するために
様々な掃ＣＨが開発されてきた。これらの装置は結合すべきチューブ端の内部に
？マンドレル？と一般に称される一時的な型或いはインサートを配置し、チュー
ブ端を一般に接触／導通溶接ヘッド内において結合し、その後一時的なインサー
ト或いは型を除去することを含んでいる。一時的なインサート或いは型は通常結
合すべきチューブの内面及び端部と整合するように配置されて、インサートによ
ってそれらの間のいかなる隙間も埋められるようになっている。インサート或い
は型は結合プロセスにおいて生じる圧縮力に抗するに十分な強度を有している。
開発されたこれらの装置のいくつかは膨張可能な袋、弾性変形可能な拡張プラグ
、溶解可能なプラグ、脆弱なプラグ及び機械的に調節可能なマンドレルを有して
いる。（例えば、Dupont等に付与されたアメリカ合衆国特許第５，４８４，５０
６号及びHilpertに付与されたアメリカ合衆国特許第５，０３７，５００号を参
照すると、これらはいずれも結合すべきチューブ端部の内面に係合でき、そして
半径方向に退去して配管から除去できる、半径方向に拡張可能な内部マンドレル
の利用を開示している。）
【００１０】 例えば、膨張可能な袋状インサートは通常長手方向に形成されていて、加圧さ
れるに伴って半径方向に広がる外向きの力を生じるように設計されている。この
袋はそれ自身がインサートとして機能するものではなく、作動流体と、搬送シス
テムと、袋に充填しまた袋から抜いて所定の圧力とすることを可能とするコント
ロールシステムとを必要とする。このようなシステムの要求は装置の複雑性を増
すばかりでなく、装置が作動できる場所数の制限が必要である。さらに、袋が不
意に破れて加圧できなくなることがある。
【００１１】 弾性変形可能なプラグは袋のような欠点はないが、プラグ（或いは複数のプラ
グ）を圧縮して弾性的に半径方向に変形させることでチューブ端内の作動可能な
、支持位置とするには特殊な工具や取付具が必要である。取付具が壊れたり、特
殊な工具と取付具との間の接触部が損傷すると、プラグは動作不能となる。
【００１２】 溶解可能及び脆弱なプラグは一度だけの利用のために設計されたものであり、
除去するためには破壊しなければならない。すなわち、除去は適当な流体媒体に
よる吸収及び／もしくは腐蝕によって、或いは破壊によってそれぞれ行われる。
この種のプラグは簡単に利用でき、特殊な工具や取付具を必要としないが、比較
的脆い物であること、及び仕様前の取り扱いミスや事故により壊れることがると
いう欠点を有している。また、これらは使用後の不完全及び／もしくは有効でな
い除去のために汚染の原因となり、またこのようなプラグを除去するのに時間が
かかる。
【００１３】 機械的に調節可能なマンドレルは製作及び組み付けが比較的複雑である。これ
らは通常スプリング或いは同様案保持部材によって相互に結合された複数の半径
方向に可動な部材を有している。これらの構造によって様々に異なるチューブ径
のものを結合できる。つまり、一つの調節可能なマンドレルは調節不能なマンド
レル組と置き換えうる。この利点はまた、調節可能なマンドレルが調節不能にな
ったり、半径方向の部材が整合性を失ったり、紛失したりするという欠点になる
。さらに、これらは異なるサイズのチューブに利用する毎に調節せねばならない
ので、長い作動休止時間ができる。
【００１４】 上記の装置が商業的に利用されている限りにおいては、これらはフッ素樹脂で
ないプラスチックとともに一般に利用できる。本出願人は当接したチューブ端部
の周囲に接触する伝導熱溶接システムでＰＦＡの溶接に適していることが示され
たものは全く知らない。これはＰＦＡの高い融点（約５９０Ｆ）とＰＦＡの性質
とに伴う困難性によるものである。例えば、溶融したＰＦＡは溶接装置において
一般に利用されている多くの様々な材料に付着する。このような付着によって完
成された溶接に欠陥が生じ得、また、溶接設備に重要な作動的問題が生じる。さ
らに、ＰＦＡの加熱及び溶融によってフッ素ガスが生じ、これは溶融溶接設備に
利用されている一般的な材料に対して高い腐食性を有する。例えば、標準的なス
テンレススチールはフッ素ガスに曝されるとすぐに穴があいてしまう。さらに、
ＰＦＡは溶融すると膨張し、そして閉じこめられていると非常に高い圧力を発生
して溶接部からＰＦＡが割れ目や他の望ましくないところに浸出してしまう。
【００１５】 また、ＰＦＡのような高温で溶融した処理可能なプラスチックを溶接する場合
には、溶接のためのサイクル時間が長くなる問題が有る。溶接にあたっての一般
的な段階は、１）溶接されるべきチューブの端部を溶接ヘッド内に位置させ、２
）溶接ヘッドを閉じ、３）溶接ヘッド及びヒータ部をウオームアップし、４）端
部を溶かして溶接し、５）溶接部の冷却されるようにし、そして６）溶接された
部分を溶接ヘッドから除去する、ことからなっている。従来の伝導加熱ヘッドは
一対の一体化されたヒータ部を利用しており、これらのヒータ部の各々は、当接
状態にあるチューブの端部に向けて長手方向で下方に延び、そして端部の溶融部
分を全体的に取り囲むものである。このような従来の溶接部は比較的高い熱伝導
率を有するステンレススチールで形成されている。このために、溶融ゾーンを隔
絶しかつ最小とすることが困難となり、そしてこれはサイクル時間の長さに影響
する。さらに、従来の溶接ビード及び溶接装置はそれらの構成部品は全てほぼ金
属で形成されている。このため、ウォームアップ期間や冷却期間が長くなる。Ｐ
ＦＡに付随する温度上昇により、これらの問題が悪化する。
【００１６】 例えば熱消散装置を設けたり強制冷却を行うことによって熱可塑性プラスチッ
ク製のチューブの端部の溶接サイクル時間を減少させる試みがなされてきた。熱
伝導率の高い材料、特にステンレススチールはこのような手段の効果を少なくし
、付属の冷却設備によって費用や複雑性やメンテナンスの問題がさらに生じる。
【００１７】 伝導加熱によってプラスチックチューブの端部、特にＰＦＡに、ビードのない
溶接部をつくることが、溶接装置、システム及び方法において要求されている。
さらに、熱可塑性プラスチックの溶接にあたってのサイクル時間を減少させる要
求が有る。
【００１８】 ＰＦＡのチューブ端部をその融点を越えて加熱すると、溶融ＰＦＡに大きくは
ないが僅かなだけの膨張が生じる。溶接したチューブ端部が気密に閉じこめられ
ていると、この膨張によって溶融ＰＦＡが溶接ヘッド及び／もしくはマンドレル
における裂け目或いは欠損部内に浸入する。さらに、チューブ端部が位置固定さ
れると、溶接部の冷却の後に、その溶接箇所における材料の縮小が生じる。これ
によって砂時計形状になり、及び／もしくは継ぎ目における肉厚が減少すること
がある。ＰＦＡが微小な裂け目や欠損部に浸入すると、溶接部が冷却されて溶接
ヘッドから除去されたときにチューブの外面或いは内面にフラッシング(flashin
g)が出来る。これらは一般に手作業での除去が必要であり、ひどい場合には溶接
した部品を特定の用途には利用できなくする。つまり、溶接作業の際におけるＰ
ＦＡの膨張と収縮による、フラッシングの流れ、溶接の継ぎ目における径の減少
、及び溶接継ぎ目における肉厚の減少を最少とし或いは減少する要求が有る。
【００１９】 製造が簡単で装着及び除去が容易であって、様々な作業場所において様々な用
途に利用でき、また一回よりも多く利用できる配管インサート或いは型が要求さ
れている。
【００２０】
【発明の概要】
互いに当接した熱可塑性プラスチックのチューブ端部を結合するための伝導溶
接装置及び方法がＰＦＡの溶接に特に適している。好ましい実施形態において、
折り畳まれた溶接ヘッドが溶接すべき当接したチューブ端部を取り囲み、各チュ
ーブ端部は結合すべき面から隔たったフランジを有している。溶接ヘッドはこれ
らのフランジを溶接ヘッド内に固定するための手段を有し、また付勢手段を有し
ている。この付勢手段は溶接プロセスの際のプラスチックの膨張によってチュー
ブ端部が溶接ヘッドから軸方向外側に変位したときに隣接するチューブ端部に内
向きに軸方向の付勢力を加える。好ましい実施形態において、この付勢手段は溶
接以前にはほぼ作用せず、溶接プロセスの際の溶融ＰＦＡの膨張によってフラン
ジが変位したときに部勢力を加え、或いは付勢力を実質的に増加させる。好まし
い実施形態において、固定手段は一対のクランプを有し、これらは各々対応する
チューブ端部に端部フランジにおいて取り付けられてそれを取り囲む。この配管
のクランプは溶接ヘッドの溝に嵌合する。このような好ましい実施形態において
、付勢手段は溶接ヘッドから軸方向外側に変位可能なばね付勢されたプレートで
ある。
【００２１】 一般に、本発明のインサートすなわちマンドレルは少なくとも２つの部分を有
し、これらは作用的に連結されていて、２つの異なる形態の間で互いに対し長手
方向に移動可能である。第１の形態において、インサートはチューブ端部の内面
と、これらが結合される際に支持状態で当接し、それによってビードのない溶接
部の形成を容易にする。第２の形態において、インサートは結合されるべきチュ
ーブ端部の内面との支持状態での当接から外れるように動かされて、インサート
のチューブからの除去を容易にする。
【００２２】 さらに詳しくは、インサートは第１部分或いは部品及び第２部分或いは部品を
有している。第１部分すなわちコア部分はほぼ円筒形状であり、ノーズとテール
と第１円周方向支持面とを有している。第１コア部分のノーズとテールは流線形
になっていて、チューブの非線形部分の操作が容易になっている。第１コア部分
の好ましい材料はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であるが、他の同様
な材料も利用できる。第２部分すなわちチューブ接触部分もほぼ円筒形状であり
、ほぼカップ形状に配置されたスカートと端壁とを有している。半導体産業及び
食品加工産業のいて利用される好ましいプラスチックチューブ材料（パーフルオ
ロアルコキシ（ＰＦＡ））は高い融点を有していることに鑑みて、第２チューブ
接触部分の少なくともスカートへの利用に選択される材料が重要となる。第２チ
ューブ接触部分に好ましい材料はミネソタ、ニューホープのRobinson Rubber Mf
g.から入手可能な高温シリコンNo. 010-611である。インサートは第１の結合形
態においては第１コア部分が第２チューブ接触部分のスカート内にほぼ受容され
て支持状態で接触するように設計されている。インサートが第２の除去形態のと
きには、第１コア部分は第２チューブ接触部分のスカートとの支持状態の接触か
らはずれる。別にやりかたで、インサートの第１部分あるいは部品及び第２部分
或いは部品は結合すべきチューブ端部を支持する支持構造に任意に組み立てるこ
とができ、或いは非支持構造に組付けを解かれてインサートのチューブからの除
去を容易にすることができる。
【００２３】 インサートの第１コア部分及び／もしくは第２チューブ接触部分の一部には第
１形態と第２形態との間の動きとその後におけるインサートのチューブからの除
去を容易にするために、ポリテトラフルオロエチレンのような摩擦低減材料を設
けることができる。このような摩擦低減材料はインサートの各部と一体であって
も、付加的な材料層の形態でも、所定の量で所定の表面に適用されたものでも良
い。
【００２４】 別の実施形態において、第２チューブ接触部分を独立したインサートとして利
用することができる。このような実施形態の適用はチューブが薄肉構造であり及
び／もしくは比較的小径である場合に有用であると思われる。
【００２５】 もう一つの別の実施形態において、第１コア部分は比較的コンパクトな形と比
較的拡張した形との間で操作できる。インサートが第１の結合形態から第２の除
去形態に動くに伴って、第１コア部分と第２チューブ接触部分は好ましい実施形
態におけると同様に互いに対し長手方向に動く。
【００２６】 さらにもう一つの別の実施形態において、第２チューブ接触部分はインサート
が第１の結合形態から第２の除去形態へ動くに伴って第１コア部分を受け入れる
ように構成された付加的な同軸セグメントを有している。
【００２７】 図示はしないが、第２チューブ接触部分は別例として耐熱材料のストリップか
ら形成することができ、このストリップは第１部分に作用可能に連結され、第１
部分の支持面の周囲に適当な厚さまで巻き付けられる。第１部分が後退するに伴
って、第２部分の端部が巻きを解かれ、それによって型の除去が容易となる。こ
のようなストリップを好ましい実施形態の第２チューブ接触部分の上に断熱材と
して利用することも考えられ、それによってインサートの動作温度範囲が拡張す
る。
【００２８】 本発明の好ましい実施形態の目的はプラスチックのチューブ端部を結合してビ
ードのない溶接部を形成するのに利用されるインサートの構造の簡略化にある。
【００２９】 好ましい実施形態の利点はインサートを簡単に利用できることである。
【００３０】 本発明の好ましい実施形態の特徴はインサートの第１コア部分と第２チューブ
接触部分とが互いに対して長手方向に摺動可能であることである。
【００３１】 本発明の好ましい実施形態のもう一つの特徴は、第１コア部分と第２チューブ
接触部分とが、第１コア部分が第２チューブ接触部分と支持状態で接触する第１
の結合形態と、第１コア部分が第２チューブ接触部分と支持状態で接触しない第
２の除去形態との間で可動であることである。
【００３２】 好ましい実施形態のさらにも一つの特徴は、インサートが第１の結合形態から
第２の除去形態に動いたときにインサートの部分の一方が反転されることである
。
【００３３】 本発明の好ましい実施形態のさらに重要な特徴は、インサートがエルボや“Ｔ
”のようなコーナーによって操作できることである。
【００３４】 つまり、このシステムの目的及び特徴は、様々なサイズのチューブのための即
座に適合できる携帯式或いはベンチトップ（bench top）式伝導溶接装置であっ
て、異なるサイズのチューブを溶接するときにチューブ支持部の調節或いは機械
的操作を必要としない装置を提供することにある。
【００３５】 本発明の特定の実施形態の別の目的及び利点は、金属対チューブの接触が絶対
的に少なくされており或いは排除されていることである。これによって溶接毎の
より少ない電力の利用が可能となり、サイクル時間を短くなり、チューブ端部の
加熱及び冷却が促進され、チューブ端部の外部がより良好な状態に維持され、そ
してＰＦＡの溶接に対して非常に実行しやすい環境が提供される。
【００３６】 本発明の特定の実施形態の主たる目的及び利点は溶接ゾーンが最小となって、
サイクル時間がより速くなることである。
【００３７】 本発明の特徴及び利点はチューブ端部が軸方向外側に延びたときにだけばねに
よりもたらされた付勢力が与えられることである。
【００３８】 本発明のさらなる利点及び特徴は、小さくなった肉厚や、フラッシングや、砂
時計形状のような溶接箇所における構造的不均一を本発明によって少なくし或い
は排除できることである。
【００３９】 本発明のさらなる目的及び利点は溶接ヘッドが、溶接プロセスの間に依然とし
て付勢力を与えつつ、コンパクトな形状を保つことである。
【００４０】 本発明のさらなる目的、利点及び特徴は以下の説明において部分的に記載され
ており、そして一部は以下を検討することによって当業者に明白となるであろう
し、或いは本発明の実施によって知ることができるであろう。本発明の目的及び
利点は添付の請求の範囲において特に指摘した手段及び組合せによって実現でき
かつ達成できる。
【００４１】 上記の図面は単なる例示のためのものであり、請求された発明の範囲を限定す
ることを意味するものではないことを理解されたい。
【００４２】
【詳細な説明】
図１及び２を参照すると、独立した溶接ヘッド２２、及びベンチトップベース
２３の受容領域２５上の所定位置に配置された溶接ヘッド２２が示されている。
溶接ヘッド２２は半割の本体セクション２６，２８を有する溶接ヘッド本体２４
と、半割のヒーターセクション３６，３８を有するヒーター部分３２と、ヒンジ
４０と、トグルラッチ４２と、ハンドル４４とを主体として構成されている。
【００４３】 図３及び４を参照すると、チューブクランプ５０，５２によって部分的に係合
された一対のチューブ端部が示されている。図３ａ，３ｂ及び３ｃはクランプを
さらに詳細に示している。図３のチューブ端部５５は従来のチューブの端部を示
しており、チューブクランプ５０はチューブ６４の外面６２を把持するための複
数の円形のセレーション５８を使用している。クランプはチューブ端部上にその
クランプを固定するためのヒンジ６５及び一対のトグルラッチ６６を有する。図
示されているクランプは好ましくはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)から形成
することができる。
【００４４】 図４及び３ｂを参照すると、チューブクランプが示されている。このチューブ
クランプは図４に示されるＴ−フィッティング８０のようなフィッティングのチ
ューブ端部７６に一体化されているフランジ７４に係合する寸法の溝７０を有し
ている。
【００４５】 図５は、この図には示されていないインサートといっしょに当接された図３及
び４のチューブ端部を示している。インサートは当接された端部の接合点８０に
配置される。接合点は一つの柔軟な不浸透性のシート材料８４で被覆されている
。前記シート材料は細長いストリップで形成され、シアンアクリル(cyan acryli
c)接着剤などの接着剤でチューブ端部に固定されている。柔軟な不浸透性のシー
ト材料８４のストリップは、好ましい一実施の形態においては、０．００２イン
チ(0.05mm)から０．００５インチ(0.13mm)の厚さのKaptonフィルムのHNタイプか
ら成っている。KaptonはDuPont Electronicsの登録商標であり、ポリアミドフィ
ルムである。溶接温度に耐え得る他のタイプの透過性のシート材料も全く適して
おり、たとえば、ステンレススチール、アルミニウム、又はニッケルのフォイル
はいずれも、必要に応じて、溶接接合点を被覆するのに適していると思われる。
【００４６】 図５及び１を参照すると、当接されたチューブ端部アセンブリ９９は半円筒状
のキャビティ９０内へ挿入され、同時に、チューブクランプがスロット９４内に
受容される。上半分の本体セクション２６が閉じられ、当接された端部に締め付
けられる。図２参照。ヒーターヘッドは電源コード１００を有しており、この電
源コードには、溶接プロセスを適性にコントロールするコントロールユニット１
０６に接続するコネクタ１０２が取り付けられている。チューブ端部５５はＴ−
フィッティング８０に溶接されるべきチューブセクション１１０の一部である。
調節可能なユニバーサルチューブサポート１１２がチューブセクションを保持し
ている。図２の溶接ヘッドはハンドル４９から離れる方向へヒンジ動作可能なも
のが示されている。これは、図１におけるハンドルに隣接したヒンジの別の形態
と対比される。
【００４７】 図６を参照すると、溶接ヘッド及びチューブ端部のアセンブリの断面図が、内
側ビードの形成を防止するためのインサートといっしょに示されている。また、
溶接ヘッドに対するチューブクランプ５０，５２の配置及び関係がチューブ端部
、特に、接合点８０への中央被加熱セクションを含むヒーター部分３２の関係と
ともに示されている。二つのヒーター部分の半割セクション３６，３８は図７か
ら９に詳細に示されており、中央被加熱セクション１２０及び一対の第２の絶縁
セクション１２４，１２６を有している。ヒーター部分３２は円筒状のボア１２
７及び二つの軸方向の面１２８，１２９を有している。従来のヒーターカートリ
ッジ１３０がそれぞれの中央被加熱セクションの拡大部１３４の溝１３２内にフ
ィットしている。図５から明らかなように、サンドイッチ型の第２の絶縁セクシ
ョンは好ましくは中央被加熱セクションよりも熱伝導性の低い材料が選択される
。これにより、第２のセクションの温度と中央セクションの温度との均等化が抑
制され、明確な温度勾配が形成され、溶融領域のサイズが限定される。
【００４８】 クランプ５０，５２はインサート１３６のそれぞれの側においてチューブ端部
に圧縮力を付与するための内側への反射壁(reflecting)として示されている。こ
れはチューブ端部アセンブリ内のインサートの適正なセンタリングを容易にして
いる。さらに、それはアセンブリを所定の位置に正確に保持する機能を発揮する
。
【００４９】 図８，８ａ及び９は図６にも示されているようなヒーター部分のための相応し
い形状を示している。
【００５０】 理想的な実施の形態において、中央被加熱セクション１２０は機械加工された
銅から成り、モネルメタル(monel)又はそれと同等の材料で形成されたプレート
１４２を有している。銅は溶融ＰＦＡに対してある程度接着することがわかって
おり、ステンレススチールのコーティング又はモネルメタルはこのような接着を
抑制する。望ましくは、絶縁された第２のセクションは、たとえば、ポリアミド
などの高温ポリマーの機械加工によって形成される。テキサス州、シャイナのBo
edeker Plastics, Inc. によって製造販売されているVespelという商品名のポリ
アミドが第２のセクションに適している。Vespelは８．３ BTU-in/ft2-fr-°Fの
熱伝導性を有する。
【００５１】 別の適当な材料はテキサス州、シャイナのBoedeker Plastics, Inc. から入手
可能なCelazole PBI(polybenzimidazole)である。Celazoleは２．４及び２．８
BTU-in/ft2-fr-°Fの熱伝導性を有する。これは銅の熱伝導性、２，７３０ BTU/
(ft2)(h)(in)(F°)と比較される。これらの特別なプラスチック材料はまた溶融
状態の熱可塑性物質(thermoplastics)及び特定のＰＢＴに対して優れた抗接着性
を付与する。図７を参照すると、溶融領域１５４の図が示されている。溶融領域
は中央被加熱セクション１２０の回りに集中しており、前記加熱セクションから
軸方向に延びて第２のセクション１２４，１２６に隣接するとともにそれらに接
触して位置する。溶融領域はそのサイズを変更することが可能であるが、１イン
チのＰＦＡチューブに対しては、１／４インチ(6.4mm)の溶融領域が適している
ことがわかっている。ボア１２７における加熱セクションの厚さは、軸方向の測
定で、０．０１５インチ(0.38mm)が適していることがわかっている。溶融領域は
第２のセクションに隣接する領域へと延びるであろう。従来の伝導加熱装置は接
合点に加えられた熱を絶縁することができず、高度に差別化された熱伝導性を有
する材料を最適に選択して層状のヒーター部分を利用することができる程度まで
溶融領域をコントロール及び制限することはできない。
【００５２】 中央被加熱セクションとして銅を使用し、第２のセクションとして高温プラス
チックを使用することに加えて、他の材料も適している。たとえば、第２のセク
ションに適した比較的低い熱伝導性を有するセラミック材料及び中央セクション
に適した比較的高い熱伝導性を有するセラミック材料も利用できる。図１０，１
１及び１２を参照すると、そのようなセラミックのヒーター部分１６０の相応し
い形状が開示されている。この場合、ヒーターエレメントはＴ字形の断面を有す
る中央被加熱セクション１６６に機械的その他の方法で係合されたステンレスス
チールその他の金属ワイヤ１６２である。この加熱セクション１６６は第２のセ
クション１７０，１７２の間にサンドイッチ状に挟まれている。セラミックのセ
クションは適宜に相互結合され、図１１及び１２に示されるような単一ユニット
を形成している。上記と同様な利点を有する他の材料も使用可能である。
【００５３】 図２，１３，１４，１５及び１６を参照すると、チューブの基準レベルに適合
したユニバーサルチューブサポート及び溶接ヘッドに関するこの発明の特徴が示
されている。異なるチューブのサイズに対するチューブの基準レベル１８２は、
図１３に示されるようにＵ字形のチューブ支持面１８８を有するチューブサポー
ト１８６に固定されており、図１６に示されるようにＶ字形のチューブ支持面１
９２を有するチューブサポート１９０が使用される場合には、変更される。Ｖ字
形の支持面に関しては、第１のサイズのチューブすなわち小径のチューブ１９４
は、第１の基準レベル１９５において、「Ｖ」の下方に配置される。第２のサイ
ズのチューブすなわち大径のチューブ１９６はより高い位置に位置して第２の基
準レベル１９７を限定する。Ｕ字形の支持面に関しては、小径のチューブ１９４
も大径のチューブ１９６も同一の基準レベル１８２を有する。Ｕ字形及びＶ字形
の面はいずれも下方に向かって傾斜する側面１９８を有する。
【００５４】 図１４及び１５を参照すると、第１及び第２の溶接ヘッド１９９，２００が示
されている。これらはそれぞれ第１及び第２のチューブサイズに適合されるとと
もにＵ字形のユニバーサルチューブサポート１８６に適合されている。図１６を
参照すると、第１及び第２の溶接ヘッドの上部２０１，２０１はそれぞれ第１及
び第２のチューブサイズに適合されるとともにＶ字形のユニバーサルチューブサ
ポート１９０に適合されている。図１６のＶ字形のサポート及び図１３のＵ字形
のサポートの両方に関して、第１の溶接ヘッド１９９又は第１の溶接ヘッドの上
部２０１は、第１のチューブサイズに対しては、第１の基準レベル、すなわち、
大径のチューブサイズに対するよりも短いベース２０２を使用することなどによ
って得られる小径チューブの基準レベルに適合されている。第２の溶接ヘッド２
００及び第２の溶接ヘッドの上部２０３は第２の基準レベルに適合されている。
特定のチューブサイズのための溶接ヘッドをそのチューブサイズのための適当な
基準レベルに適合させるための他の手段は当業者であれば周知であろう。図１６
は位置２１２において溶接ヘッドの上部２０１，２０３を受容している溶接ヘッ
ドの下部２１０を示している。このようなチューブサポート１８６，１９４及び
溶接ヘッドコンポーネントはアルミニウムその他の材料で適宜に形成することが
できる。
【００５５】 図２及び１７を参照すると、溶接システムの溶接サイクルは好ましくは従来の
自動化されたコントローラ手段によってコントロールされる。このようなコント
ローラは当業者周知である。ヒーターエレメントは従来のヒーターカートリッジ
でよい。特に、溶接ＰＦＡに関して、雰囲気温度などの周囲の影響を低減するた
めに、ヒーターエレメント及び加熱セクションは十分な電流によって最初に電力
供給され、溶接温度よりも若干低い程度の第１の温度、たとえば、約３５０ °F
に近づけられる。図１７はヒーターカートリッジに供給される電力に対する温度
曲線を示す。加熱セクションの実際の温度は立ち遅れ、点線の曲線で表される。
さらに、ヒーターヘッド本体の温度は実質上さらに立ち遅れ、熱損失によって、
おそらく特定の電力レベルに対応する温度に達することはないであろう。前記の
十分な電力はウォームアップのために約２分間維持される。温度はその後数分間
かけて約２１０°Fまで下げられ(ramped down)、さらに、約７５０°Fの溶接温
度まで急速に上げられ(ramped up)、その温度で溶接を完遂するのに十分な時間
、おそらく、１１分間維持される。温度はその後雰囲気温度まで下げられ、溶接
部及び溶接ヘッドがおそらくは８−１０分間かけて冷却されてから、溶接コンポ
ーネントが取り外される。これらの電力レベル、温度及び時間はＰＦＡの十分な
溶接がもたらされるように決定される。
【００５６】 ヒーター部分に対する溶接ヘッド及びクランプにおける金属の使用が抑制され
ているため、所望の温度を迅速に達成でき、溶接ヘッド及び溶接部を迅速に冷却
できる。
【００５７】 図１８から２１を参照すると、番号２２４で示された溶接ヘッドが示されてい
る。溶接ヘッド２２４は溶接ヘッド本体２２５と、半割溶接ヘッド２２８，２３
０として形成された一対の溶接ヘッド部分と、ピボットラッチ２３６と、ねじ付
きハンドル２３８とを有する。ハンドルはピボットピン２４０と作用し合って、
二つの半割溶接ヘッドのラッチング及びクランピングを達成する。
【００５８】 溶接ヘッドは先の図１，３及び６に示される別体の着脱可能なクランプなどの
チューブクランプ部分を受容するための溝２５０，２５２を有している。別の実
施の形態においては、クランプ部分は溶接ヘッドのバランスに固定された一般に
着脱不能なクランプ部分であってもよい。溝、溝を限定している構造体、及びチ
ューブクランプはチューブ端部を把持するための固定手段を有する。溝を限定し
ている構造体は外側の変位可能なプレート２６０，２６２，２６４，２６５を含
んでいる。これらの変位可能なプレートはこれら四つのプレートにねじで取り付
けられた複数のボルト２６６によって所定位置に固定されている。ボルトはそれ
ぞれの本体部分の貫通孔２７２内へ延び、コイルばね２７７が変位可能なプレー
ト２６０を図２０に示される初期位置に保持するように作用している。溝内に配
置されたチューブクランプによって変位可能なプレートに加えられた外向きの軸
方向の圧力で、前記変位可能なプレートは番号２８０が付された破線で示される
位置へ変位可能である。チューブ端部がそれらの通常位置にあるときには、図２
０の実線で示されるように、ばねは当接されたチューブ端部に付勢力を与えてい
ない。クランプを変位させないで溝内に位置決めすることによって付勢力の成分
(nominal component)が生成される。ばねによって与えられる付勢手段は、プレ
ートが位置２８０へと延びるときに、それらの移動すなわち変位に実質的に影響
を及ぼす明白な付勢力成分を示す。
【００５９】 前記位置においては、コイルばねは十分に圧縮され、チューブ端部に加えられ
た軸方向の圧力はＰＦＡチューブ溶接部の１インチ当たり１００ポンド(45kg)で
ある。このような保持力によって、高品質の溶接部が形成され、狭窄壁厚の欠陥
、砂時計形の欠陥、及びフラッシング(flashing)の欠陥が低減又は除去される。
【００６０】 示されるように、ばねは捕捉されており、それらが捕捉された状態からさらに
圧縮された場合にのみバイアスを付与するようになっていることが注目される点
である。
【００６１】 図２２を参照すると、番号３１０で示されたインサートが示されている。図示
のように、インサート３１０は第１のコア部分すなわちコンポーネント３２０と
第２のチューブコンタクト部分すなわちコンポーネント３２０とを含む。ここで
は、コア部分３２０及びチューブコンタクト部分３２２は第１の結合形態すなわ
ち合体形態である。この場合、コア部分すなわちコンポーネント３２０はチュー
ブコンタクト部分すなわちコンポーネント３２２に対して支持状態で接触してお
り、チューブコンタクト部分すなわちコンポーネント３２２はプラスチックのチ
ューブ端部（図示せず）に対して支持状態で接触している。インサート３１０は
そのインサート３１０を溶接位置から移動させるのに使用される駆動エレメント
Ｅに結合又はリンクされている。駆動エレメントＥはひも、ケーブル、ボーデン
ケーブル、リボン、ワイヤ、ロッド、その他のデバイスであり、十分な力を付与
して、第１の部分すなわちコンポーネント３２０を第２の部分すなわちコンポー
ネント３２２に対して、図示のような合体形態すなわち結合形態から非合体形態
すなわち離脱形態（図２７参照）へと動かして、インサートをチューブから引き
抜くことができるものである。
【００６２】 図２３及び２４を参照すると、第１のコア部分３２０はノーズ３３２及びテー
ル３３４を有するほぼ円筒状の本体３３０を有する。本体は軸方向の貫通孔が形
成されている。この貫通孔は第１の径を有する第１の孔３３６と、第２の径を有
する第２の孔３３８とから成り、第１の孔３３６は本体３３０のノーズ端３３２
に位置しており、第２の孔３３８は本体３３０のテール端３３４に位置している
。明らかなように、貫通孔は第１のコア部分３２０を第２のチューブコンタクト
部分３２２に動作可能に結合する第３のアタッチメント部分３２６に係合するよ
うに形成されている。テール端３３４は溝３４０を有し、この溝は第２のチュー
ブコンタクト部分のビードすなわちフランジを受容できる寸法を有している。図
２４に示されるように、溝はショルダ３４２及びボス３４４を限定している。本
体はまた第１の外周面３４６を有し、この円周面が第２のチューブコンタクト部
分に対して移動して支持接触状態を形成したりその状態を解除したりする。注目
すべき点は、コア部分すなわちコンポーネント３２０の長さは比較的短く、チュ
ーブの非直線部分においても操作できる点である。さらに注目すべき点は、ノー
ズ端３２２及びボス３４４の最外周縁がそれぞれテーパ状及び湾曲状になってい
る点である。これにより、コア部分すなわちコンポーネント３２０がＴ字形及び
Ｙ字形の連結部、あるいはエルボーのような曲率の大きい湾曲部において操作さ
れる場合に、その動作が容易化される。容易に理解できようが、第１の外周面３
４６には、必要に応じて、摩擦低減材料の層３４８（破線で示されている）を形
成することも可能である。
【００６３】 第２のチューブコンタクト部分３２４は端部壁３５２を有するほぼ円筒状のス
カート３５０を有し、スカート３５０及び端部壁３５２によってカップ状に形成
されている。端部壁３５２は孔３５４及び軸方向に延びるビードすなわちフラン
ジ３５６を含んでいる。フランジは第１のコア部分３２０の溝３４０内に受容さ
れる部分である。スカート３５０は第２の内向面３５８及び第３の外周面３６０
を含んでいる。これら第２及び第３の面３５６，３５８は同心状の位置関係にあ
る。第１のコア部分３２０の第１の外周面３４６と同様に、第２の内向面３５８
及び第３の外周面３６０には、必要に応じて、摩擦低減材料の層（それぞれ、破
線３６２，３６４で示されている）を形成することも可能である。
【００６４】 第３のアタッチメント部分３２６はシャンク３７０及びヘッド３７２を有する
ほぼ円筒状の本体を有している。この第３のアタッチメント部分３２６はまたそ
の長手軸に沿って延びるスロット３７４を含む。第３のアタッチメント部分３２
６のシャンク３７０は、それが動作可能に係合されるときに、第２のチューブコ
ンタクト部分３２２の端部壁３５２の孔３５４内、及び貫通孔の第２の孔３３８
内へスライド可能に挿通できるように形成されている。第３のアタッチメント部
分３２６が第２の孔３３８に係合するとき、ヘッド３７２は第２のチューブコン
タクト部分３２２の端部壁３５２に係合し、ビード３５６を付勢して、第１のコ
ア部分３２０の溝３４０のショルダ３４２に接触させる。図示されているように
、駆動エレメントＥは薄くされたセグメントを有し、このセグメントには厚いセ
グメントすなわちアンカーが設けられている。駆動エレメントＥは第１のコア部
分のノーズ端３３２を通じてそれを供給し、スロット３７４内に薄くされたセグ
メント位置決めして、アンカーがヘッド３７２に隣接するようにすることによっ
てインサートに取り付けられている。
【００６５】 図２５，２６及び２７を参照すると、インサートの操作が示されている。図２
５において、インサートは第１の結合形態で配置されている。この場合、第１の
コア部分３２０及び第２のチューブコンタクト部分３２２は、第１のコア部分３
２２の第１の外周面が第２のチューブコンタクト部分の第２の内向面に対して支
持状態で接触し、第２のチューブコンタクト部分の第３の外周面が接合されるべ
きチューブ端部Ａ及びＢの内面に対して支持状態で接触するように配向されてい
る。チューブ端部は適宜のチューブ端部接合装置Ｊによって接合され、冷却され
る。次の図２６及び２７に示されるように、冷却後、インサートは第２の離脱形
態へと移動され、最終的に引き抜かれる。留意されるすべき点は、チューブ端部
接合装置Ｊは説明のためのみに示されていることである。好ましい接合装置の完
全な理解は先に参照された関連特許出願「Beadless Welding Apparatus and Met
hod」の開示を参照することによって得られる。
【００６６】 図２６において、インサートは第１の合体形態と第２の離脱形態との間の遷移
状態である。この場合、第１のコア部分３２０の第１の外周面は第２のチューブ
コンタクト部分３２２の第２の内向面に対する支持状態の接触を部分的に解除す
るように動いている。第１のコア部分３２０が第２のチューブコンタクト部分３
２２に対して動くとき、比較的柔軟な第２のチューブコンタクト部分はそれ自体
の上に折り畳まれ始める。この折り畳み動作は、第３の外周面と接合されたチュ
ーブ内面との間の摩擦が第２の内向面と第１の外周面との間の摩擦よりも大きい
ときに、容易に達成される。
【００６７】 図２７において、インサートは第２の離脱形態にあり、溶接部（チューブ端部
接合装置Ｊによって参照される）から移動している。図示されているように、第
２の離脱形態は、第１の外周面４６が第２のチューブコンタクト部分３２２の第
２の内向面に対して支持状態で接触しないように、第１のコア部分３２０を配向
させている。留意されるべき点は、第２のチューブコンタクト部分３２２はそれ
自身の上へ折り畳まれ続け、第２の離脱形態において、それが裏返されることで
ある。この形態において、第２の内向面及び第３の外周面の位置は逆転され、第
２の面が外側に面し、第３の面３６０が内側に面している。
【００６８】 図２８を参照すると、別の実施形態のインサートは図２３及び２４に示される
ようなチューブコンタクト部分を有する。チューブコンタクト部分の動作は図２
５，２６及び２７に示されるようなインサートの動作に類似している。
【００６９】 図２９を参照すると、別の実施形態のインサートは第１のコア部分３２０及び
第２のチューブコンタクト部分３２２を有する。この実施の形態は、第１のコア
部分３２０は、それが第１の合体形態から第２の離脱形態へと動かされるときに
、再形成(reconfiguration)されるという点において、好ましい実施の形態と異
なっている。この場合、コアはこのように動作する螺旋体として示されている。
インサートが合体形態にあるときには、第１のコア部分は圧縮状態にある。イン
サートが第２の離脱形態へ移動されたときには、第１のコア部分は伸張状態へと
再形成すなわち操作される。第１のコア部分が再形成されると、第１の外周面が
第２のチューブコンタクト面の内向面に対する支持状態の接触から解除される。
螺旋体が示されているけれども、圧縮及び伸張状態間で動作可能な別の形態も使
用可能である。
【００７０】 図３０を参照すると、別の実施形態のインサートは第１のコア部分及び第２の
チューブコンタクト部分を有する。この実施の形態は、第２のチューブコンタク
ト部分はそれ自身の上に折り畳まれて反転されないという点において、好ましい
実施の形態と異なっている。相違点は、第２のチューブコンタクト部分は第４の
内向面及び第５の外周面を有する別の同軸セグメントを含んでいる点である。こ
の場合、第４の面は第１の外周面よりも大きく、第５の面は接合されるべきチュ
ーブの内面よりも小さい。インサートが第１の合体形態から第２の離脱形態へ移
動されたときには、第１のコア部分は別の同軸のセグメント内に受容される。
【００７１】 図２８，２９及び３０の別の実施の形態に関して、このような実施の形態も図
２３に示されるような摩擦低減材料の層を含むことができる。
【００７２】 この発明はその精神及び属性をから逸脱することなく別の特定の形態で実施可
能であり、したがって、ここにおける実施の形態は説明のためのものであって限
定的なものではなく、発明の範囲は上記の説明ではなく特許請求の範囲によって
判断されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による溶接ヘッドの斜視図である。
【図２】 ベンチ式取付具上の溶接ヘッドを示す斜視図である。
【図３】 チューブ端部の円筒状外面との初期の係合状態にあるチューブクランプの斜視
図である。
【図３ａ】 チューブクランプの正面図である。
【図３ｂ】 クランプにおけるフランジのための溝を示す図３ａの３ｂ−３ｂ線に沿う断面
図である。
【図３ｃ】 クランプのセレーションを示す図３の３ｂ−３ｂ線に沿う断面図である。
【図４】 Ｔ取付具のフランジ状チューブ端部との初期の係合状態におけるチューブクラ
ンプを示すものである。
【図５】 図３及び図４のチューブ端部とクランプの当接状態を、接合部に巻き付けられ
たフィルムとともに示す斜視図である。このアッセンブリは溶接ヘッドへの挿入
の準備ができている。
【図６】 溶接ヘッドを、互いに当接したチューブ端部と、クランプと、その内部のイン
サートとともに示した断面図である。
【図７】 加熱部と互いに当接したチューブ端部と接合部との間の干渉を示す詳細断面図
である。
【図８】 ヒータ部の半割部分の分解図である。
【図８ａ】 組み付け状態におけるヒータ部の半割部分の斜視図である。
【図９】 組み付け状態におけるヒータ部の、図８ａの９−９線に沿う断面図である。
【図１０】 別形態のヒータ部の半割部分の分解図である。
【図１１】 組み付け状態における、図１０のヒータ部の半割部分の斜視図である。
【図１２】 組み付け状態におけるヒータ部の、図１１の１２−１２線に沿う断面図である
。
【図１３】 自在配管サポートの正面図である。
【図１４】 溶接装置の断面図である。
【図１５】 溶接装置の別の断面図である。
【図１６】 適応データレベルの概念を示す、チューブサポートの正面図及び溶接ヘッドの
断面図である。
【図１７】 溶接サイクルを示す時間に対してプロットされた定常状態温度に対応する相対
的な電圧レベルを示すグラフである。
【図１８】 本発明による溶接ヘッドのさらなる実施形態の側面図である。
【図１９】 図１８の実施形態の分解斜視図である。
【図２０】 図１８の装置の２０−２０線に沿う断面図である。
【図２１】 図１８〜図２０の実施形態の付勢手段の詳細図である。
【図２２】 第１コア部分と第２チューブ接触部とが組合わさった状態での本発明のインサ
ートの斜視図であり、この斜視図は第１コア部分の露出端から見たものである。
【図２３】 第１、第２及び第３部分を示すインサートの分解断面図である。
【図２４】 インサートの分解斜視図であり、この斜視図は第２チューブ接触部分の露出し
た端壁から見たものである。
【図２５】 結合前の未付着のチューブ端部によって形成される隙間に隣接するときのイン
サートの断面図であり、ここで、第２チューブ接触部分のスカートは第１コア部
分によって支持されている。
【図２６】 図４Ａの新たに結合されたチューブから取り除かれるときのインサートの断面
図であり、ここで、第１コア部分は第２チューブ接触部分のスカートと部分的な
支持状態で接触している。
【図２７】 取り除き段階におけるインサートの断面図であり、ここで、第１コア部分は第
２チューブ接触部分のスカートに対して接触状態で支持されている。
【図２８】 別形態のインサートの断面図であり、この実施形態は第２チューブ接触部分の
みを有している。
【図２９】 別形態のインサートの断面図であり、ここで、第１コア部分はインサートの除
去の際に操作できる。
【図３０】 別形態のインサートの断面図であり、ここで、第１コア部分は第２チューブ接
触部分の２つのセグメント間で摺動可能である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１０月２３日（２００１．１０．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】 半径方向内側に突出する継ぎ目すなわち接合部を減少し或いは排除するために
様々な装置が開発されてきた。これらの装置は結合すべきチューブ端の内部に“ マンドレル”と一般に称される一時的な型或いはインサートを配置し、チューブ
端を一般に接触／導通溶接ヘッド内において結合し、その後一時的なインサート
或いは型を除去することを含んでいる。一時的なインサート或いは型は通常結合
すべきチューブの内面及び端部と整合するように配置されて、インサートによっ
てそれらの間のいかなる隙間も埋められるようになっている。インサート或いは
型は結合プロセスにおいて生じる圧縮力に抗するに十分な強度を有している。開
発されたこれらの装置のいくつかは膨張可能な袋、弾性変形可能な拡張プラグ、
溶解可能なプラグ、脆弱なプラグ及び機械的に調節可能なマンドレルを有してい
る。（例えば、Dupont等に付与されたアメリカ合衆国特許第５，４８４，５０６
号及びHilpertに付与されたアメリカ合衆国特許第５，０３７，５００号を参照
すると、これらはいずれも結合すべきチューブ端部の内面に係合でき、そして半
径方向に退去して配管から除去できる、半径方向に拡張可能な内部マンドレルの
利用を開示している。）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０９／５２８，４０２ (32)優先日 平成12年３月20日(2000．3．20) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ， ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，Ｌ Ｒ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3H019 GA02 4F211 AD05 AD12 AE08 AG08 AH11 TA01 TC11 TD07 TJ11 TJ22 TN31 TQ01 TQ13

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々端面と該端面から離隔したフランジとを有し、該端面は相
    互に当接して継ぎ目を形成する、一対の互いに当接する熱可塑性チューブ端部を
    伝導溶接するための溶接装置であって、本体を有する溶接ヘッドと、前記本体に
    よって保持されていて、当接したチューブ端部を受け入れて取り囲む円筒状の穴
    を有する加熱部と、前記加熱部分の軸方向各側において対応するフランジを把持
    するための一対のクランプ部とを有し、該クランプ部は溶接の際のチューブ端部
    の軸方向の膨張を許容するために前記溶接ヘッド内を軸方向に移動するものであ
    り、前記クランプはこのような移動の際にはほぼ有効であり、このような移動が
    ないときにはほぼ有効でない、内向きの付勢を行う部品を有している溶接装置。
  2. 【請求項２】 前記付勢は捕捉された（captured）ばねにより与えられる請求
    項５の溶接装置。
  3. 【請求項３】 前記溶接ヘッドはクランプ部溝を有しており、前記クランプ部
    は前記溝内に離脱可能に配置できる請求項５の溶接装置。
  4. 【請求項４】 前記溶接ヘッドはプレートをさらに有し、該プレートは前記溶
    接ヘッドに対して軸方向に移動可能であり、前記溝は前記プレートによって部分
    的に形成されている請求項７の溶接装置。
  5. 【請求項５】 各々外面と内面と端面とを有し、該端面は相互に当接して継ぎ
    目を形成する、一対の互いに当接する熱可塑性チューブ端部を溶接するための溶
    接装置であって、本体を有する溶接ヘッドと、前記本体によって保持されていて
    、当接したチューブ端部を受け入れて周方向に取り囲む受容部を有する加熱部と
    を有し、さらには当接したチューブ端部内に挿入されるマンドレルを有していて
    当接したチューブ端部が前記内面及び外面において半径方向に規制されるように
    なっており、前記溶接ヘッドは各々対応するチューブ端部を把持するための一対
    のクランプを有し、該クランプ部の少なくとも一方は継ぎ目から外側に軸方向で
    移動可能であり、それによって溶接の際に前記チューブ端部が膨張すると対応す
    るチューブ端部の軸方向の移動が許容されており、前記クランプは前記軸方向の
    移動が生じるとほぼそのときに増加する付勢力を有している溶接装置。
  6. 【請求項６】 前記付勢力は捕捉された（captured）ばねにより与えられる請
    求項５の溶接装置。
  7. 【請求項７】 前記溶接ヘッドはクランプ部溝を有しており、前記クランプ部
    は前記溝内に離脱可能に配置できる請求項５の溶接装置。
  8. 【請求項８】 前記溶接ヘッドはプレートをさらに有し、該プレートは前記溶
    接ヘッドに対して軸方向に変位可能であり、前記溝は前記プレートによって部分
    的に形成されている請求項７の溶接装置。
  9. 【請求項９】 ＰＦＡのチューブ端部を溶接するための方法であって、 ａ）チューブ端部を溶接ヘッド内で当接させる段階と、 ｂ）当接したチューブ端部の内面と外面を半径方向に規制する段階と、 ｃ）ＰＦＡの当接したチューブ端部に熱を加えることで当接したチューブ端部が
    膨張する段階と、 ｄ）当接したチューブ端部の軸方向の膨張時にほぼ有効で、当接したチューブ端
    部が膨張しないときにはほぼ有効でない内向き軸方向付勢力を当接したチューブ
    端部に加える段階と、 を有する方法。
  10. 【請求項１０】 継ぎ目を加熱する前に該継ぎ目を不透過性の非金属シート材
    料で包む段階をさらに有する請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 当接したチューブ端部から溶接ヘッドの全ての金属を隔絶す
    る段階をさらに有する請求項９の方法。
  12. 【請求項１２】 溶接部が冷却するに伴って当接したチューブ端部を軸方向に
    縮める段階をさらに有する請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 プラスチックのチューブ端部を結合してビードなしの溶接部
    を形成するために利用されるインサートであって、 ａ）長手方向軸と第１周方向外面とを有する第１コア部分を有し、 ｂ）長手方向軸と、第２内向面と第３周方向面とを有する第２チューブ接触部分
    を有し、前記第２及び第３面は互いに同心であり、前記第２チューブ接触部分は
    前記第１コア部分に作用的に連結されていて、第１結合形態と第２除去形態との
    間で長手方向に相対移動可能であり、 ｃ）前記第１結合形態は前記第１コア部分の第１周方向外面を、前記第２チュー
    ブ接触部分の第２内向面と支持状態で接触するようにし、また前記第１結合形態
    は前記第２チューブ接触部分の第３周方向面を、結合すべきチューブ端部の内面
    と支持状態で接触するようにし、 ｄ）前記第２除去形態は前記第１コア部分の第１周方向外面を、前記第２チュー
    ブ接触部分の第２内向面とは支持状態で接触しないようにし、 ｅ）このため、前記第１結合形態から前記第２除去形態へ移行すると、前記第２
    チューブ接触部分に対してなされる支持状態での接触が少なくなり、それによっ
    て当該インサートの溶接部からの取り出しが容易となる、 インサート。
  14. 【請求項１４】 前記第１部分はノーズとテールと長手方向の貫通穴とを有し
    、前記第２部分は穴を備えた端壁を有し、該型はさらに第３部分を有し、該第３
    部分は前記端壁に設けられた穴を通りそして前記第１部分の前記長手方向の貫通
    穴に係合して、前記第２部分を前記第１部分に解放可能に保持するように構成さ
    れている請求項１３のインサート。
  15. 【請求項１５】 前記型を前記第１及び第２位置との間で動かすために前記第
    ３部分に作用的に連結された作動部材をさらに有する請求項１４のインサート。
  16. 【請求項１６】 前記型が第１結合形態から第２除去形態へと移行するに伴っ
    て、前記第２部分が反転して、前記第２チューブ接触部分の前記第２内向面が結
    合すべきチューブの内面に隣接することができるように、前記第２部分は十分な
    弾性を有している請求項１３のインサート。
  17. 【請求項１７】 前記第１コア部分は摩擦低減材料層をさらに有する請求項１
    ６のインサート。
  18. 【請求項１８】 前記第２チューブ接触部分は摩擦低減材料層をさらに有する
    請求項１６のインサート。
  19. 【請求項１９】 プラスチックのチューブ端部を結合して、単一の、ビードな
    しの溶接部を形成するために利用されるインサートであって、 ａ）長手方向軸と第１周方向外面とを有する第１コア部分を有し、 ｂ）長手方向軸と、第２内向面と第３周方向面とを有する第２チューブ接触部分
    を有し、前記第２及び第３面は互いに同心であり、前記第２チューブ接触部分は
    前記第１コア部分に作用的に連結されていて、第１結合形態と第２除去形態との
    間で長手方向に相対移動可能であり、 ｃ）前記第１結合形態は前記第１コア部分の第１周方向外面を、前記第２チュー
    ブ接触部分の第２内向面と支持状態で接触するようにし、また前記第１結合形態
    は前記第２チューブ接触部分の第３周方向面を、結合すべきチューブ端部の内面
    と支持状態で接触するようにし、 ｄ）前記第２除去形態は前記第１コア部分と前記第２チューブ接触部分とを長手
    方向に隣接関係とし、前記第２除去形態は第２チューブ接触部分を、前記第１結
    合形態における前記第２のチューブ接触部分の向きに対して反転するようにし、
    ｅ）このため、前記第１結合形態から前記第２除去形態へ移行すると、前記第２
    チューブ接触部分が応力が加えられていない状態になって、当該インサートの溶
    接部からの取り出しが容易となる、 インサート。
  20. 【請求項２０】 前記第２チューブ接触部分の外径は前記第１結合形態から第
    ２除去形態に移行するに伴って小さくなる請求項１９のインサート。
  21. 【請求項２１】 前記第１コア部分は摩擦低減材料層をさらに有する請求項１
    ９のインサート。
  22. 【請求項２２】 前記第２チューブ接触部分は摩擦低減材料層をさらに有する
    請求項１９のインサート。
  23. 【請求項２３】 プラスチックのチューブ端部を結合してビードなしの溶接部
    を形成するために利用されるインサートであって、 ａ）長手方向軸と内向面と周方向面とを有するチューブ接触部分を有し、前記内
    向面と前記周方向面とは互いに同心関係にあり、前記チューブ接触部分は第１結
    合形態と第２除去形態との間で長手方向に移動可能であり、 ｂ）前記第１結合形態は前記チューブ接触部分の周方向面を、結合すべきチュー
    ブ端部の内面と支持状態で接触するようにし、 ｃ）前記第２除去形態は前記チューブ接触部分の内向面を、結合すべきチューブ
    端部の内面と対向関係になるようにし、 ｄ）このため、前記第１結合形態から前記第２除去形態へ移行すると、前記チュ
    ーブ接触部分が反転状態になって、当該インサートの溶接部からの取り出しが容
    易となる、 インサート。
  24. 【請求項２４】 前記第２除去形態における前記チューブ接触部分の周は前記
    第１結合形態における周よりも小さい請求項２３のインサート。
  25. 【請求項２５】 前記チューブ接触部分は端壁と、該端壁に作用的に連結され
    た作動部材とを有し、該作動部材は前記第１結合形態と前記第２除去形態との間
    の移動を容易にしている請求項２４のインサート。
  26. 【請求項２６】 前記内向面は摩擦低減材料層をさらに有する請求項２３のイ
    ンサート。
  27. 【請求項２７】 プラスチックのチューブ端部を結合してビードなしの溶接部
    を形成するための方法であって、 ａ）長手方向軸と第１周方向外面とを有する第１コア部分を有し、 長手方向軸と第２内向面と第３周面とを有し、前記第２面及び第３面は互い
    に同心関係にあり、前記第２チューブ接触部分は前記第１コア部分に作用的に連
    結されていて、第１結合形態と第２除去形態との間で互いに長手方向に移動可能
    である、インサートの端部を結合すべきチューブ端部内に配置する段階、 ｂ）チューブ端部間に形成されていて、結合が生じうるに十分なように前記第１
    結合形態での前記インサートによって支持された接合部を加熱する段階、 ｃ）結合された溶接部を冷却する段階、及び ｄ）前記インサートを除去する段階、 を有する方法。
  28. 【請求項２８】 前記インサートを除去する段階は、 前記インサートを前記第２除去形態に移行させる段階と、 前記インサートを前記チューブから取り除く段階と、 をさらに有する請求項２７の方法。
  29. 【請求項２９】 前記インサートを除去する段階は、 前記インサートを前記チューブから取り除く段階に先立って前記第２チューブ接
    触部分を反転させる段階、 をさらに有する請求項２８の方法。
  30. 【請求項３０】 溶接されるべき２つの当接したチューブ端部の接合部に配置
    されるインサートであって、 ａ）長手方向軸を有する第１部品を有し、 ｂ）長手方向軸を有する第２部品を有し、前記第１部品及び第２部品は互いに作
    用的に連結されていて、支持構造へと長手方向に摺動的に組み付けられまた非支
    持構造へと長手方向に摺動的に組付けを解くことができるように構成されており
    、 ｃ）前記部品の一方に作用的に結合された作動部材を有し、 ｄ）このため、二つの当接端部を互いに溶接するに先立って組み付けられた当該
    インサートを接合部に配置でき、また作動部材の長手方向への動きによって前記
    第１及び第２部品が摺動的に分離して組付けを解かれて、インサートの前記接合
    部からの除去が可能となる、 インサート。
  31. 【請求項３１】 前記第１部品は、前記第１部品及び第２部品が互いに組み付
    けられたときに、前記第２部品内にほぼ受容されるように構成されている請求項
    ３０のインサート。
  32. 【請求項３２】 前記第２部品は前記第１部品に対して相対的に屈曲可能であ
    り、前記第２部品は前記第１部品及び第２部品が組付けを解かれるに伴ってそれ
    自身で摺動的に折り畳まれ得る請求項３１のインサート。
  33. 【請求項３３】 前記第１部品はポリエーテルエーテルケトンから成り、前記
    第２部品は高温シリコンから成る請求項３２のインサート。
  34. 【請求項３４】 組み付けられたインサートは結合すべきチューブ端部の内径
    とほぼ同じ外径を有しており、組付けを解かれたインサートの前記第１部品及び
    第２部品の外径はチューブの内径よりも小さい請求項３０のインサート。
  35. 【請求項３５】 チューブ端部を互いに継ぎ目なしで結合するための方法であ
    って、ａ）少なくとも二つの部品と細長い作動部材とをインサートに組み付ける
    段階、該少なくとも二つの部品と細長い作動部材とは互いに作用的に連結されて
    おり、組み付けられたインサートは結合されるべきチューブ端部の内径とほぼ同
    じ外径を有している、 ｂ）組み付けられたインサートを結合すべきチューブ端部の接合部において配置
    する段階、 ｃ）チューブ端部を互いに溶接する段階、 ｄ）作動部材に力を加えて、前記インサートを少なくとも部分的に組付けを解く
    段階、前記部分的に組付けを解かれたインサートは結合されたチューブ端部の内
    径よりも小さな外径を有する、 ｅ）作動部材に軸方向の力を加えて、結合されたチューブ端部から前記インサー
    トを除去する段階、 を有する方法。
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