JP2007078069A - 樹脂管継手構造及び樹脂管継手の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管部材とチューブとが異種材料であっても溶接部位の剥離や亀裂が生じ難いとともに、それによる強度低下も起き難くなって強度及び漏れに対する信頼性が向上するように改善された溶接式の樹脂管継手構造を提供する。
【解決手段】ＰＦＡチューブＴ１とＰＴＦＥ配管部材Ｂ１とを嵌合し、その嵌合部Ｋにおける配管部材Ｂ１の端部４とチューブＴ１とが隅肉全周溶接によって溶着一体化される樹脂管継手構造において、嵌合部Ｋは、チューブＴ１に形成される径方向に凹入する環状溝７と、環状溝７に嵌合自在な状態で配管部材Ｂ１に設けられる環状突起８とによる抜止め部９を有し、抜止め部９は、チューブＴ１と配管部材Ｂ１との強制挿入による環状溝７と環状突起８との嵌合が可能な状態に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、化学流体、半導体洗浄液、医薬品用の薬液等の各種流体の配管システムに適用されるものであって、流体通路が内部形成されている合成樹脂ブロック等の配管部材と合成樹脂製のチューブとを連通接続させるための樹脂管継手構造並びに樹脂管継手の組立方法に関するものである。

合成樹脂製のチューブと合成樹脂製の配管部材との継手構造としては、特許文献１において開示されるようなねじ込み式のものや、特許文献２において開示されるような溶接式のものがある。ねじ込み式の継手構造では、組付け後にも取り外しできてメンテナンスや部品交換が行える長所があるが、反面、部品点数が多く高コストになるとともに比較的大きな配置スペースが必要となる短所がある。

溶接式の場合はその逆であって、一旦溶着すると壊すまでは取り外せないので、メンテナンスや部品交換が行えない短所があるが、配置スペースを殆ど必要とせず、しかも部品点数も少なくても済む長所がある。従って、メンテナンスや部品交換が必要とされる箇所にはねじ込み式の継手構造を採用し、接続しさえすれば良いような箇所には溶接式の継手構造を作用する、といった具合に継手箇所の諸条件に応じてこれら二者の構造を使い分けて用いている。

ここで後者の技術である溶接式の継手構造は、前記特許文献２によれば、配管部材（ボディ部品）にチューブ（チューブ部品）を内嵌しての隅肉全周溶接により、これら配管部材とチューブとを連通接続状態で溶着一体化する技術である。この場合、合成樹脂材どうしの隅肉全周溶接は難しく熟練した溶接工にしかできない不便さがある。そこで、前記特許文献２で開示されるように、樹脂材どうしの隅肉全周溶接が行える回転式樹脂溶接機を用いることにより、熟練工を要することなく高度な隅肉全周溶接を行うことができる。

隅肉全周溶接を行うに当り、配管部材とチューブとが同一材料であるときには、溶接に用いる合成樹脂も同じとして配管部材とチューブとを良好に一体化することが可能であるが、互いに異種材料であるときには、溶接材料と異なる材料の側に対する溶け込み一体化が芳しくなく、剥離（溶接不良に起因する剥離）が生じ易いとか、何らかの原因による不具合や劣化によって溶着部位に亀裂が生じ易いといった傾向がある。その場合には、剥離箇所や亀裂箇所から流体が漏れるおそれや強度低下のおそれがあるため、何らかの改善が望まれているという実情があるとともに、チューブや配管部材の内部を通る流体の圧力が高い場合には、さらに前記不都合のおそれが高くなる。
特開２００２−３５７２８９号公報 実開平５−９１８３５号公報

本発明の目的は、溶接式の継手構造を採る場合において、配管部材とチューブとが異種材料であっても溶接部位の剥離や亀裂が生じ難いとともに、それによる強度低下も起き難くなって強度及び漏れに対する信頼性が向上するよう、構造が工夫された樹脂管継手構造を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、合成樹脂製のチューブＴ１と合成樹脂製の配管部材Ｂ１とを、これらの内部流路１Ａ，２どうしが連通接続されるように嵌合するとともに、その嵌合部Ｋにおける前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１との何れか一方Ｂ１の端部４と何れか他方Ｔ１とが隅肉全周溶接によって溶着一体化されている樹脂管継手構造において、
前記嵌合部Ｋは、前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１とのうちの一方Ｔ１に形成される径方向に凹入する環状溝７と、前記環状溝７に嵌合自在な状態で前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１とのうちの他方Ｂ１に設けられる環状突起８とによる抜止め部９を有するとともに、前記抜止め部９は、前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１との強制挿入による前記環状溝７と前記環状突起８との嵌合が可能な状態に構成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の樹脂管継手構造において、前記環状溝７は、前記チューブＴ１の外周面５に形成された外周溝に形成され、前記環状突起８は、前記配管部材Ｂ１のチューブ内嵌用穴ｈにおける内周面１２に形成された内向き突条に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の樹脂管継手構造において、前記環状溝７は、その断面が三角形又は半円形を呈するものに形成されるとともに、前記環状突起８は対応する三角形又は半円形の断面形状を有するものに構成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、合成樹脂製のチューブＴ１と合成樹脂製の配管部材Ｂ１とを、これらの内部流路１Ａ，２どうしが連通接続されるように嵌合させる嵌合工程と、この嵌合工程の後において前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１との何れか一方Ｂ１の端部４と何れか他方Ｔ１とを隅肉全周溶接で溶着一体化する溶接工程とを有する樹脂管継手の組立方法において、
前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１とのうちの一方Ｔ１に径方向に凹入する環状溝７を、かつ、前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１とのうちの他方Ｂ１に前記環状溝７に嵌合する環状突起８を夫々形成しておき、前記嵌合工程では、前記チューブＴ１と前記配管部材Ｂ１とを互いに強制挿入させて前記環状溝７と前記環状突起８とが嵌合される強制挿入操作が行われることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の樹脂管継手の組立方法において、前記環状溝７が、前記チューブＴ１の外周面５に形成された外周溝であり、前記環状突起８が、前記配管部材Ｂ１のチューブ内嵌用穴ｈにおける内周面１２に形成された内向き突条であることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、嵌合部においてはチューブと配管部材とが、それらの一方に形成された環状溝と他方に設けられた環状突起とが互いに径方向に嵌り込んでいるから、配管部材からチューブを抜き出すような力に有効に対抗（抜け止め機能）することができて、隅肉全周溶接部に作用する応力負担を軽減できるようになる。チューブや配管部材に対する内圧が強く作用するような場合には、環状突起と環状溝と嵌り込み具合が強くなる方向に作用するから、それによってより漏れ難くなるという利点が得られる。また、環状溝と嵌合突起とは、チューブと配管部材との強制挿入によって嵌り合うものであるから、組立も簡単なもので済む。

その結果、合成樹脂製のチューブと合成樹脂製の配管部材との継手構造として溶接式を採る場合において、配管部材とチューブとが異種材料であっても溶接部位の剥離や亀裂が生じ難いとともに、それによる強度低下も起き難くなって強度及び漏れに対する信頼性が向上するよう、改善された樹脂管継手構造を提供することができる。尚、請求項３のように、環状溝と環状突起は、それらの断面形状が三角形や半円形のものとすることができる。

請求項２の発明によれば、チューブに環状溝を形成し、配管部材に環状突起を設ける構成とするものであり、外径を増やすことが難しく、外径を減らす（削る）ことは容易いチューブには、環状突起を設けることは難しいが、環状溝を形成するには適している。そして、ブロック材等から成る配管部材には、径が減少する環状突起を設けることも、径が増大する環状溝を設けることも比較的容易である。従って、環状溝と環状突起とによる抜止め部が、チューブと配管部材との双方に適した作成手段で効率的かつコスト安に構成できる利点がある。

請求項４の発明は、請求項１の発明を方法化したものであり、請求項１の発明による作用及び効果と同等の作用及び効果を奏することができる。

請求項５の発明は、請求項２の発明を方法化したものであり、請求項２の発明による作用及び効果と同等の作用及び効果を奏することができる。

以下に、本発明による樹脂管継手構造の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１〜図４は実施例１による樹脂管継手構造を、図５，６は夫々実施例２，３による樹脂管継手構造を示す。また、図７は抜止め部の違いとチューブの最大引張荷重との関係グラフを示す図であり、図８は抜止め部の別実施例である。尚、図４において、黒く塗りつぶしている箇所は、合成樹脂材料（ＰＦＡ）が溶融されている状態を示している。

図１，図２に、樹脂チューブと樹脂ブロックとを組合わせて成るブロックチューブＡが示されている。このブロックチューブＡは、第１〜第３チューブＴ１〜Ｔ３と、二個の流路ブロック（配管部材の一例）Ｂ１，Ｂ２との計五個の部品から構成されており、エルボを二つ組合わせたような平面視で略Ｚ形に屈曲した形状を為している。各チューブＴ１〜Ｔ３はＰＦＡ製の円管であり、各流路ブロックＢ１，Ｂ２は、断面が円形で９０度曲がる内部流路である屈曲流路２を有するＰＴＦＥ製の正立方体角ブロックである。

第１流路ブロックＢ１は、第１チューブＴ１と第２チューブＴ２とをこれら両者によって平面視における正方向の９０度の挟角が形成されるように連通接続するものであり、第２流路ブロックＢ２は、第２チューブＴ２と第３チューブＴ３とをこれら両者によって平面視における逆方向の９０度の挟角が形成されるように連通接続するものである。第１流路ブロックＢ１と第２流路ブロックＢ２とは互いに同一の部品である。尚、各チューブＴ１〜Ｔ３は同一の断面形状・寸法を有しており、軸心Ｐを有するそれらの内部流路１Ａ〜３Ａの内径ｄと各屈曲流路２の内径Ｄとは同一（ｄ＝Ｄ）とされている。

各チューブＴ１〜Ｔ３と各流路ブロックＢ１，Ｂ２とは、チューブ１〜Ｔ３を流路ブロックＢ１，Ｂ２に内嵌して溶着一体化されることで各内部流路１Ａ〜３Ａと各屈曲流路２とが連通接続される管継手部３によって一体化されている。その四箇所の管継手部３は互いに同一の構造であり、それらの樹脂管継手構造を、第１チューブＴ１と第１流路ブロックＢ１との管継手部３を挙げて代表説明する。尚、第１流路ブロックＢ１には第２流体給排口部２ｒが、第２流路ブロックＢ２には第３，４流体給排口部３ｒ，４ｒが夫々形成されており、それぞれに管継手部３が構成されている。

〔実施例１〕
管継手部３の実施例１による樹脂管継手構造は、図１〜図４に示すように、第１チューブＴ１の端部が第１流路ブロックＢ１の第１流体給排口部１ｒに内嵌されて抜止め部９を有する嵌合部Ｋが形成されるとともに、その嵌合部Ｋにおける第１流体給排口部１ｒの端面（端部の一例）４と第１チューブＴ１の外周面５とが隅肉全周溶接による肉盛部ｙによって溶着一体化される、というものである。第１流体給排口部１ｒには、第１チューブＴ１の端部に当接する受止め壁６が形成されており、それによって内部流路１Ａの径ｄと屈曲流路２の径Ｄとが同径に構成される。

管継手部３は、図３，図４に示すように、第１チューブＴ１に形成される径方向に凹入する環状溝７と、環状溝７に嵌合自在な状態で第１流路ブロックＢ１に設けられる環状突起８とによる抜止め部９を有している。抜止め部９は、第１チューブＴ１と第１流路ブロックＢ１との強制挿入による環状溝７と環状突起８との嵌合が可能な状態に構成されている。具体的には、第１チューブＴ１に形成される環状溝７は、その断面が二等辺三角形を呈する外周溝であり、第１流路ブロックＢ１に形成される環状突起８は、チューブ内嵌用穴ｈにおける内周面１２に形成された断面が二等辺三角形状の内向き突条に形成されている。

各部の寸法例（主要寸法例）としては、環状突起８の頂角θが１２７度で、高さ（内径側への突出量）ｆが０．５ｍｍ、環状溝７の挟角αが１２７度で、深さ（内径方向への凹み量）ｅが０．５ｍｍ、チューブ内嵌用穴ｈの径が１８．８５ｍｍ、第１チューブＴ１の外径が１８．８５ｍｍである。第１流路ブロックＢ１におけるチューブ内嵌用穴ｈ等は機械加工によって仕上げられている。

第１チューブＴ１と第１流路ブロックＢ１との組立方法は次のようである。まず、図３に示すように、第１チューブＴ１をチューブ内嵌用穴ｈに挿入する嵌合工程を行うが、この嵌合工程においては、第１チューブＴ１における環状溝７より先端の部分を縮径変形させて環状突起８をやり過ごすために、第１チューブＴ１をチューブ内嵌用穴ｈに強制挿入させて環状溝７と環状突起８とを嵌合させる強制挿入操作が行われる。

嵌合工程が済むと、図４（ａ）に示すように、公知の回転式樹脂溶接機を用いて第１チューブＴ１の外周面５と第１流路ブロックＢ１の端面４とを隅肉全周溶接する溶接工程を行う。即ち、１０はＰＦＡ等による溶接棒であり、１１は溶接棒１０を瞬時に溶かすべく熱風（炎）を出すトーチであって、溶接棒１０を溶かして第１流体給排口部１ｒの端面４と第１チューブＴ１の外周面５とに亘って隅肉全周溶接を行うのである。その結果、図４（ｂ）又は（ｃ）に示すように、環状突起８が環状溝７に嵌合された抜止め部９を有する状態で、第１チューブＴ１と第１流路ブロックＢ１に跨る肉盛部ｙが形成される構造（樹脂管継手構造）の管継手部３が作成される。

この場合、溶接棒１１がＰＦＡ製であれば、図４（ｂ）に示すように、第１流路ブロックＢ１とは不完全に一体化されることがあるが、第１チューブＴ１とは完全に一体化される状態となる。また、溶接棒１１がＰＴＦＥ製であれば、図４（ｃ）に示すように、第１チューブＴ１とは不完全に一体化されることがあるが、第１流路ブロックＢ１とは完全に一体化される状態となる。尚、図４（ｂ）、（ｃ）に示す溶着部ｙにおいては、破線で示す部分が不完全一体化部であり、完全に一体化される部分は境界線を省いてある。

本発明による管継手構造においては、環状突起８の高さｅ（環状溝７の深さｆ）は、チューブＴ１のチューブ内嵌用穴ｈへの強制挿入による主にチューブＴ１端部の縮径変形（環状突起８の、即ち、チューブ内嵌用穴ｈの拡径変形も若干生じる）によってチューブＴ１先端が環状突起８を通過可能となることが必要条件となる。従って、環状突起８の形状や突出高さといった各部の寸法は、チューブＴ１やチューブ内嵌用穴ｈの絶対寸法、材質等の諸条件によって変化するものであり、請求項においてはこれらのことをまとめて「抜止め部は、チューブと配管部材との強制挿入による環状溝と環状突起との嵌合が可能な状態に構成されている」という定義で表すものとする。

〔実施例２〕
実施例２による管継手部３は、図５に示すように、抜止め部９を構成する環状溝７及び環状突起８の断面形状が略半円形である以外は、実施例１による管継手部３と同じである。要部の寸法例としては、環状溝７は、深さｆが０．５ｍｍ、半径ｒ０．８ｍｍ、開口幅Ｌが１．８ｍｍに、環状突起８は、高さｅが０．５ｍｍ、半径Ｒ０．８ｍｍ、根元幅Ｗが１．６ｍｍに夫々設定されている。

〔実施例３〕
実施例３による管継手部３は、図６に示すように、抜止め部９を構成する環状溝７及び環状突起８の断面形状が不等辺三角形である以外は、実施例１による管継手部３と同じである。この場合、環状突起８は、長辺部８ａが開口側に、かつ、短辺部８ｂが内奥側に位置する不等辺三角形に形成されており、その主要部の寸法例として、高さｅが０．５ｍｍｍ、長辺部８ａの傾斜角度βが７５度、短辺部８ｂの傾斜角度γが３０度、根元幅Ｗが２．２ｍｍに設定されている。また、環状溝７の主要部の寸法例として、深さｆが０．５ｍｍ、長辺部７ａの傾斜角度ｍが７５度、短辺部７ｂの傾斜角度ｎが３０度、開口幅Ｌが２．６ｍｍに設定されている。

参考として、図７に、実施例１〜３による抜止め部９を有する管継手構造におけるチューブＴ１の流路ブロックＢ１からの最大引張荷重（最大引抜荷重）の関係グラフを示す。図６においては、各実施例においては、チューブ内嵌用穴ｈの径を三種類に変更したものについて実験を行った。断面が二等辺三角形を呈する環状溝７を有する実施例１によるものは○印に、断面が略を呈する環状溝７を有する実施例１による半円形状を呈する環状溝７を有する実施例２によるものは×印に、断面が不等辺三角形を呈する環状溝７を有する実施３によるものは△印に、そして、抜止め部９を有さない従来の管継手構造によるものは□印に夫々表されている。

図７の関係グラフから分かるように、抜止め部９の有無によって最大引張荷重に大きな差があるとともに、抜止め部９の形状やチューブの径によっても差が生じている。即ち、断面形状が不等辺三角形の実施例３の管継手部３のものが最も大きな引張荷重を有し、以下、実施例２のもの、実施例１のものと言う順番になる。また、チューブ内嵌用穴ｈの穴径が小さい程、最大引張荷重が大きくなることを概ね示している。

〔別実施例〕
図８に示すように、第１チューブＴ１と第１流路ブロックＢ１との双方に環状溝７，１７を形成し、これら両環状溝７，１７に嵌るＯリング１３を設けた構造の抜止め部９を有する嵌合部Ｋでも良い。この場合、Ｏリング１３を例えばチューブ内嵌用穴ｈの環状溝１７に予め設けておけば、その環状溝１７とＯリング１３とが環状突起８に相当することとなる。また、第１チューブＴ１の環状溝７に予めＯリング１３を設けておけば、この環状溝７とＯリング１３とが環状突起８に相当する。

ブロックチューブを示す一部切欠きの正面図 図１のブロックチューブの側面図 実施例１による嵌合部の構造及び組立方法（嵌合工程）を示す作用図 実施例１による嵌合部の組立方法を示す作用図であって、（ａ）は溶接工程、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ完成状態を夫々示す作用図 実施例２による嵌合部を示す要部の分解図 実施例３による嵌合部を示す要部の分解図 嵌合部の構造別によるチューブ最大引張荷重の関係グラフを示す図 別実施例による嵌合部を示す断面図

符号の説明

１Ａ，２ 内部流路
３ 管継手部
４ 端部
５ チューブの外周面
７ 環状溝
８ 環状突起
９ 抜止め部
１２ 内周面
ｈ チューブ内嵌用穴
Ｂ１ 配管部材
Ｋ 嵌合部
Ｔ１ チューブ

Claims (5)

1. 合成樹脂製のチューブと合成樹脂製の配管部材とを、これらの内部流路どうしが連通接続されるように嵌合するとともに、その嵌合部における前記チューブと前記配管部材との何れか一方の端部と何れか他方とが隅肉全周溶接によって溶着一体化されている樹脂管継手構造であって、
   前記嵌合部は、前記チューブと前記配管部材とのうちの一方に形成される径方向に凹入する環状溝と、前記環状溝に嵌合自在な状態で前記チューブと前記配管部材とのうちの他方に設けられる環状突起とによる抜止め部を有するとともに、前記抜止め部は、前記チューブと前記配管部材との強制挿入による前記環状溝と前記環状突起との嵌合が可能な状態に構成されている樹脂管継手構造。
2. 前記環状溝は、前記チューブの外周面に形成された外周溝に形成され、前記環状突起は、前記配管部材のチューブ内嵌用穴における内周面に形成された内向き突条に形成されている請求項１に記載の樹脂管継手構造。
3. 前記環状溝は、その断面が三角形又は半円形を呈するものに形成されるとともに、前記環状突起は対応する三角形又は半円形の断面形状を有するものに構成されている請求項１又は２に記載の樹脂管継手構造。
4. 合成樹脂製のチューブと合成樹脂製の配管部材とを、これらの内部流路どうしが連通接続されるように嵌合させる嵌合工程と、この嵌合工程の後において前記チューブと前記配管部材との何れか一方の端部と何れか他方とを隅肉全周溶接で溶着一体化する溶接工程とを有する樹脂管継手の組立方法であって、
   前記チューブと前記配管部材とのうちの一方に径方向に凹入する環状溝を、かつ、前記チューブと前記配管部材とのうちの他方に前記環状溝に嵌合する環状突起を夫々形成しておき、前記嵌合工程では、前記チューブと前記配管部材とを互いに強制挿入させて前記環状溝と前記環状突起とが嵌合される強制挿入操作が行われる樹脂管継手の組立方法。
5. 前記環状溝が、前記チューブの外周面に形成された外周溝であり、前記環状突起が、前記配管部材のチューブ内嵌用穴における内周面に形成された内向き突条である請求項４に記載の樹脂管継手の組立方法。
   

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