JP2007278396A - 樹脂継手の溶着方法および樹脂継手の接合部構造 - Google Patents

樹脂継手の溶着方法および樹脂継手の接合部構造 Download PDF

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Abstract

【課題】溶着した樹脂継手の接合部内壁側でビードに因る流体の滞留が生じたり、流体の流れの圧力損失が増加したりしない、樹脂継手の溶着方法を提供する。
【解決手段】樹脂継手10の溶着方法は、加熱溶着性の樹脂継手10と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材20とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面12,21を含む接合部30を加熱溶着する方法であり、接合部30のうち少なくとも接合面12,21を含む部分の外周面10aが露出するように樹脂継手10と樹脂チューブ材20とを配置し、溶着のための熱源60を接合部30から離隔して配置し、熱源60からの輻射熱によって接合部30を加熱して溶着する。
【選択図】図1

Description

本発明は、加熱溶着性の樹脂継手と同じく加熱溶着性の樹脂チューブとのそれぞれの端面同士を当接させた接合面を含む接合部を加熱することによって溶着する樹脂継手の溶着方法および樹脂継手の接合部構造に関する。
従来から樹脂継手と樹脂チューブとを加熱溶着する方法として、差込溶着やバット溶着などの溶着方法があった。これらの溶着方法では、樹脂チューブ材の端面同士を突き合わせた接合部を加熱して溶着していた。加熱の際には、接合部の外周面に耐熱性の固定部材の内壁面が当接している。この固定部材を取り囲むようにして溶接装置の熱源が配されている。固定部材は、接合部を固定するとともに溶接装置の熱源からの熱を接合部に伝導する。
このように配置された状態で接合部を加熱していくと、接合部では樹脂継手および樹脂チューブ双方ともに溶融してそれらが一体になる。この際、接合部の外周面には固定部材が当接しているので、加熱により溶融した樹脂が接合部の外周面側に流れ出たり、外周面側に膨らんだりすることはない。しかし、接合部の内周面には何も当接していないので、溶融した樹脂が内周面側に流れ出てビードが発生してしまう。
この樹脂チューブ材の内側にあるビードは、樹脂チューブ材内を流れる流体を滞留させてしまうおそれがあるという問題がある。また、このビードは、流体の流れに圧力損失を増加させるおそれがあるという問題がある。
そこで、このようなビードの発生を防止しながら樹脂チューブ材を溶着する方法として、接合部の内周面に接する芯体を挿入しておいたり(特許文献1)、内周支持装置としてのブラダー(特許文献2)を挿入したりして加熱することにより、これら芯体やブラダーによって接合部の内周面にビードが膨出することを抑えるものがある。
特開平5−104632号公報 特開平1−110127号公報
しかしながら、このような従来の技術では、接合部内側に芯体やブラダーを挿入するので、溶着のための工程が増えてしまう上に、その工程に必要な芯体やブラダーなどの部材が必要なのでその分のコストが上昇するという問題点があった。
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、溶着した樹脂継手の接合部内壁側でビードに因る流体の滞留が生じたり、流体の流れの圧力損失が増加したりしない、樹脂継手の溶着方法および樹脂継手の接合構造を提供することを目的としている。
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
[1] 加熱溶着性の樹脂継手(10)と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材(20)とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面(12,21)を含む接合部(30)を加熱することによって溶着する樹脂継手(10)の溶着方法において、
前記接合部(30)のうち少なくとも前記接合面(12,21)を含む部分の外周面(10a)が露出するように前記樹脂継手(10)と前記樹脂チューブ材(20)とを配置し、
溶着のための熱源(60)を前記接合部(30)から離隔して配置し、
前記熱源(60)からの輻射熱によって前記接合部(30)を加熱して溶着することを特徴とする樹脂継手(10)の溶着方法。
[2] 加熱溶着性の樹脂継手(10)と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材(20)とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面(12,21)を含む接合部(30)を加熱することによって溶着する樹脂継手(10)の溶着方法において、
前記接合部(30)のうち少なくとも前記接合面(12,21)を含む部分の外周面(10a)が露出するように前記接合部(30)の一部分を固定部材(50)で固定し、
溶着のための熱源(60)を前記接合部(30)および前記固定部材(50)から離隔して配置し、
前記熱源(60)からの輻射熱によって前記接合部(30)を加熱して溶着することを特徴とする樹脂継手(10)の溶着方法。
[3] 前記固定部材(50)は、前記接合部(30)の一部を被覆して固定することを特徴とする[2]に記載の樹脂継手(10)の溶着方法。
[4] 加熱溶着性の樹脂継手(10)と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材(20)とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面(12,21)を含む接合部(30)を加熱することによって溶着する樹脂継手(10)の溶着方法において、
前記接合部(30)のうち少なくとも前記接合面(12,21)を含む部分の外周面(10a)が露出するように前記接合部(30)の一部分を、前記樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)を固定するクランプ(70)に設けた固定部材(80)で固定し、
溶着のための熱源(60)を前記接合部(30)および前記固定部材(80)から離隔して配置し、
前記熱源(60)からの輻射熱によって前記接合部(30)を加熱して溶着することを特徴とする樹脂継手(10)の溶着方法。
[5] 前記樹脂チューブ材(20)は、樹脂継手(10)であることを特徴とする[1]、[2]、[3]または[4]に記載の樹脂継手(10)の溶着方法。
[6] 加熱溶着性の樹脂継手(10)と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材(20)とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面(12,21)を含む接合部(30)を加熱することによって溶着した樹脂継手(10)の接合部構造において、
前記接合部(30)は、外周面(10a)および内周面(10b,20b)になだらかな膨らみを有することを特徴とする樹脂継手(10)の接合部構造。
[7] 前記接合部(30)の膨らみの透明度が他の部分よりも高いことを特徴とする[6]に記載の樹脂継手(10)の接合部構造。
[8] 前記樹脂チューブ材(20)は、樹脂継手(10)であることを特徴とする[6]または[7]に記載の樹脂継手(10)の接合部構造。
前記本発明は次のように作用する。
加熱溶着性の樹脂継手(10)と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材(20)とを連通するように接続するために、それぞれの端面同士を当接させた接合面(12,21)を含む接合部(30)を外部から加熱し、溶融させて溶着する。当接する端面を有する樹脂継手(10)側の端部は、内周面(10b)の径を端面側から内部に向かって所定の所まで樹脂チューブ材(20)の外径よりも僅かに大きく拡径してある。この拡径された部分に樹脂チューブ材(20)の端部を挿入して、端面同士を当接させる。
この接合部(30)のうち、樹脂継手(10)側の端面には、少なくとも接合面(12,21)を含む部分の外周面(10a)が露出するように接合部(30)の一部分を固定する耐熱性の固定部材(50)を装着してある。これにより、樹脂継手(10)と樹脂チューブ材(20)とは、接合状態を確実に維持することができる。このように固定した樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)を溶着装置の所定位置に載置する。
溶着装置は、接合部(30)を加熱するための熱源(60)と、樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)を押さえるためのクランプ(70)とを備えており、所定の位置に載置した樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)をクランプ(70)で押さえてから加熱する。
接合部(30)を加熱するための熱源(60)は、接合部(30)および固定部材(50)から離隔して配置してあるので、接合部(30)の加熱は熱源(60)からの輻射熱によって行われる。
輻射熱を受けた接合部(30)は、温度が上昇すると樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)は溶融するとともに膨張するが、接合部(30)は一部分を固定部材(50)に覆われているだけなので、外周面(10a)から外側へ向けて膨張することができる。この外側へ膨張する分だけ内周面(10b,20b)側に膨張する度合いが小さくなる。また、広い範囲に膨らむことができるので、外周面(10a)側および内周面(10b,20b)側ともに膨らみがなだらかになる。溶融した樹脂継手(10)と樹脂チューブ材(20)とは溶け合って一体に溶着する。
このように溶着した樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)は、接合部(30)の内周面(10b,20b)側にビードが生じてもビードはなだらかで膨らみも小さいので、完成品内を流れる流体の滞留や流れの圧力損失の増加などの悪影響がない程度にすることができる。
さらに、接合部(30)の外周面(10a)側は、ほとんどの部分で露出しており、加熱溶着に際して接触するものがないので、滑らかで綺麗な外周面(10a)になる。
なお、PFAの樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)を溶着する場合には、加熱によって溶融するとその部分がより透明化するので、そのより透明化した度合いを目視することにより、溶着の度合いを判断することができる。
また、樹脂継手(10)に溶着する樹脂チューブ材(20)は、加熱溶着性の樹脂継手(10)でもよい。これにより、複雑な樹脂継手(10)を製造することができる。
さらに、前記固定部材(50)を樹脂継手(10)および樹脂チューブ材(20)が溶着しないガラスやセラミックなどの素材のものとして、クランプ(70)に設けた固定部材(80)とすれば、樹脂継手(10)側の端面に固定部材(50)を装着する必要がない。
本発明にかかる樹脂継手の溶着方法によれば、樹脂継手および樹脂チューブ材の接合部のうち少なくとも接合面を含む部分の外周面を露出させ、接合部から離隔している熱源の輻射熱によって加熱溶着することにより、加熱の際に接合部は外周面側にも膨らみ、内周面側へ膨らむ度合いが小さくなり、かつ、膨らみもなだらかになるので、溶着した樹脂継手および樹脂チューブの接合部の内周面側にビードが生じても流体の滞留や流体の流れの圧力損失の増加などの悪影響がない程度にすることができる。
さらに、接合部から熱源が離れているので、接合部の外周面を滑らかで綺麗にすることができる。
また、熱源に遮られることなく溶着中の接合部を目視できるので、溶着具合を確認することが容易であり、PFAの場合には、加熱によって溶融するとより透明になるので、より一層容易に溶着具合の確認ができる。
本発明にかかる樹脂継手の接合部構造によれば、樹脂チューブ材を接続した樹脂継手は、上記樹脂継手の溶着方法によって樹脂チューブ材を溶着した樹脂継手の効果と同様の効果を発揮することができる。
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施の形態を説明する。
各図は本発明の一実施の形態を示している。
図1は、本発明の一実施の形態に係る溶着方法で溶着する際の樹脂継手と樹脂チューブ材との接続状態を示す縦断面図である。図2は、図1の矢印A方向から見た樹脂継手と樹脂チューブ材と熱源との配置を示す図である。
樹脂継手10と樹脂チューブ材20とは、加熱溶着性の素材によって形成されている。加熱溶着性の素材とは、例えばテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等のフッ素樹脂である。
図1に例示した樹脂継手10は、ストレート継手であるが、L字型に屈曲したエルボ継手やT字型に分岐したT字継手であってもよい。樹脂チューブ材20は、例えば、管状の樹脂チューブである。
これら樹脂継手10と樹脂チューブ材20とは、溶着する管端部の端面同士が接触して下記の接合面12,21を成すように形成されている。この接合面12,21を含む接合部30が溶着の際に加熱される。
溶着の際には、樹脂チューブ材20の管端部が樹脂継手10の管端部内に挿入される。樹脂チューブ材20は、樹脂継手10に挿入される管端部の端面が外周面20aから内周面20bに向かって傾斜し、樹脂継手10の端面の一部と当接する内向面21(接合面)が形成されている。
一方、図3、図5〜図8までにも示したように、樹脂継手10は、樹脂チューブ材20を受け入れる管端部の出口から内部に向かって樹脂チューブ材20の外径とほぼ同じで僅かに大きく拡径された、接触面11が形成されている。樹脂チューブ材20は、外周面20aが接触面11に接するようにして挿入することができる。この接触面11の終了した所から、樹脂チューブ材20の内向面21に面接触して当接するように外向面12(接合面)が形成されている。この外向面12は、樹脂継手10の内周面10bまで至らず、その終端からは樹脂継手10の奥に向かう内向面13が内周面10bまで形成されている。また、樹脂継手10の外周面10aは、管端部で外径が小さくなった形状に形成されている。これは、後述するように、加熱溶着の際に内周面10bが外側に膨らむ分を相殺するための形状である。
樹脂チューブ材20の内向面21のうち樹脂継手10側に接触していない面と内向面13とは凹部40を形成している。この凹部40は、接合部30を加熱したときに溶融した部分の一部が溜まる部分である。この凹部40により、溶融した部分が内周面10b,20b側へ膨出する度合いを小さくすることができる。
接合部30は、樹脂継手10の端面に耐熱性の固定部材50が装着される。図4から図10までにも示したように、固定部材50は、樹脂継手10の管端部の外径よりも僅かに大きい内径の継手側内壁部51と、該継手側内壁部51の内径よりも小さく、樹脂チューブ材20の管端部の外径よりも僅かに大きい内径のチューブ材側内壁部52とを有する管状部材である。
この固定部材50は、樹脂継手10と樹脂チューブ材20とを溶着する際に、接合部30の樹脂継手10側管端部に継手側内壁部51側を外嵌させ、チューブ材側内壁部52側から樹脂チューブ材20側管端部を挿通させることにより、樹脂継手10と樹脂チューブ材20とを固定するものである。チューブ材側内壁部52の径と樹脂継手10の接触面11の径とは同じ若しくはほぼ同じであるので固定部材50を樹脂継手10に外嵌させたときに、チューブ材側内壁部52と接触面11とを滑らかにつながる面とすることができる。
固定部材50は、樹脂継手10および樹脂チューブ材20を加熱溶着する際に、少なくとも接合面12,21を含む部分の外周面10aを露出させ、かつ、樹脂継手10と樹脂チューブ材20との接合状態を確実に維持することができる程度に短い全長を有している。この固定部材50には、例えば、ポリ・テトラ・フロロ・エチレン(PTFE)が用いられている。また、固定部材50は、耐熱ガラスあるいは、セラミックなどを用いて樹脂継手10と樹脂チューブ材20との溶着が完了した後に外すようにしてもよい。
接合部30を加熱して溶着するための溶着装置は、熱源60と、加熱中に樹脂継手10および樹脂チューブ材20を押さえておくためのクランプ70とを備えている。クランプ70は、2つに分割されており、樹脂継手10および樹脂チューブ材20を押さえる閉じ位置(図1に示した位置)と、該閉じ位置から矢印C方向に開いた開き位置との間を揺動可能に支持されている。熱源60も2つに分割されており、それぞれは、2つに分割されたクランプ70の片方ずつに配設されている。この熱源60は、樹脂継手10および樹脂チューブ材20の接合部30を溶着装置の所定の位置に載置したときに、接合部30から所定の間隙65だけ離隔し、かつ、接合部30を囲むように配設されている。したがって、この接合部30および固定部材50の加熱は、従来技術が熱源60を固定部材50などに直接に接触させて加熱していたのとは異なり、熱源60からの輻射熱によって行われる。
次に作用を説明する。
樹脂継手10と樹脂チューブ材20とを溶着させるときは、図5に示したように樹脂継手10の管端部に固定部材50の継手側内壁部51側を外嵌させる。
次に、図6に示したように、固定部材50のチューブ材側内壁部52側から樹脂チューブ材20の管端部を挿通させる。樹脂チューブ材20を押し込めないところまで挿入すると、図7に示したように樹脂チューブ材20の端面の内向面21が樹脂継手10の端面の外向面12に当接する。接合部30は、一部が固定部材50に覆われているだけで、接合面12,21を含む部分の外周面10aが露出している。
次に、溶着装置のクランプ70を開き位置にしておき、接合部30を溶着装置の所定位置に載置してからクランプ70を閉じ位置にする。このとき、図1および図8に示すように、接合部30は、熱源60に非接触でかつ熱源60に外周面10a全体を囲まれている。この状態で熱源60からの輻射熱による加熱を開始する。
輻射熱を受けて接合部30および固定部材50の温度が上昇すると、固定部材50はPTFE等の耐熱性の素材から作られている場合には、一部に接合部30が溶着したり、多少は膨張したりするが、溶融はしない。一方、樹脂継手10と樹脂チューブ材20とから成る接合部30は、溶融するとともに膨張する。
この膨張による突出は、接合部30の外周面10aから外向きおよび内周面10b,20bから内向きの双方向に起こる。このため、膨張が2方向に分散されるために外周面10aおよび内周面10b,20bの何れの面においても突出する度合いは小さい。
また、熱源60に晒されている広い範囲で膨らむことになり、外周面10a側および内周面10b,20b側ともに膨らみがなだらかになるので、突出する度合いがより小さくなる。特に、内周面10b,20b側では、凹部40を設けてあるので、凹部40によって突出が相殺される分もあり、内周面10b,20b側に突出する度合いはさらに小さくなる。
また、図9において符号Bで示した部分の幅分で加熱のバラツキが吸収されるので、溶着された接合部30が均質になる。
溶着が終了した樹脂継手10および樹脂チューブ材20は、クランプ70を矢印C方向に開いて開き位置にすることにより、溶着装置から取り出すことができる。樹脂継手10および樹脂チューブ材20は、接合部30の内周面10b,20b側にビードが生じてもビードはなだらかな膨らみで、突出度合いが小さいので、内部を流す流体に滞留が生じたり、流れの圧力損失の増加などの悪影響が出たりしないようにすることができる。
前記のように熱源60は、接合部30や固定部材50から離隔しており、加熱溶着中および加熱溶着の前後ともにこれらと非接触であるので、接合部30の外周面10aや固定部材50の表面は滑らかで綺麗なものになる。
また、樹脂継手10および樹脂チューブ材20がともにPFTの場合には、加熱によって接合部30が溶融すると溶融した部分が透明化するので、その透明化の度合いを目視することにより、溶着の度合いを判断することができる。
以上の記述では樹脂継手10に溶着する樹脂チューブ材20を加熱溶着性の樹脂チューブとしたが、樹脂チューブに替えて加熱溶着性の樹脂継手10にしてもよい。すなわち、樹脂継手同士を溶着してもよい。これにより、複雑な形状の樹脂継手10を製造することができる。
なお、図11に示したように、クランプ70に2つに分割した固定部材80を設けてもよい。この固定部材80は、クランプ70が樹脂継手10および樹脂チューブ材20を押さえる部分から内側に延びるように設けられている。固定部材80の素材は、樹脂継手10および樹脂チューブ材20に溶着しないものならばよく、例えば、ガラスやセラミックなどである。これにより、樹脂継手10側の端面に前記のような固定部材50を予め装着しておく必要がない。
本発明の一実施の形態に係る溶着方法で溶着する際の樹脂継手と樹脂チューブ材との接続状態を示す縦断面図である。 図1の矢印A方向から見た樹脂継手と樹脂チューブ材と熱源との配置を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る樹脂継手を示す図であり、(A)は溶着する管端部側から見た図であり、(B)は縦断面図であり、(C)は、(B)における3B−3B線断面図である。 図1における固定部材を示す図であり、(A)は正面図であり、(B)は縦断面図であり、(C)は背面図である。 図3の樹脂継手と図4の固定部材を示す図であり、(A)は、樹脂継手に固定部材を嵌着する仕方を説明する説明図であり、(B)は樹脂継手に固定部材を嵌着した状態を示す縦断面図である。 図5(B)の樹脂継手に固定部材を嵌着したものに、樹脂チューブ材を挿着する仕方を説明する説明図である。 固定部材を嵌着してある樹脂継手に樹脂チューブ材を挿着した状態を示す縦断面図である。 加熱溶着の際の熱源と図7の樹脂継手および樹脂チューブ材との位置関係を示す説明図である。 加熱溶着しているときの図8の樹脂継手および樹脂チューブ材の状態を示す縦断面図である。 図8の樹脂継手および樹脂チューブ材の加熱溶着が終了したときの樹脂継手および樹脂チューブ材の状態を示す縦断面図である。 固定部材を溶着装置に設けてある場合の樹脂継手と樹脂チューブ材との接続状態を示す縦断面図である。
符号の説明
10…樹脂継手
10a…外周面
10b…内周面
11…接触面
12…外向面
13…内向面
20…樹脂チューブ材
20a…外周面
20b…内周面
21…内向面
30…接合部
40…凹部
50…固定部材
51…継手側内壁部
52…チューブ材側内壁部
60…熱源
65…間隙
70…クランプ
80…固定部材

Claims (8)

  1. 加熱溶着性の樹脂継手と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面を含む接合部を加熱することによって溶着する樹脂継手の溶着方法において、
    前記接合部のうち少なくとも前記接合面を含む部分の外周面が露出するように前記樹脂継手と前記樹脂チューブ材とを配置し、
    溶着のための熱源を前記接合部から離隔して配置し、
    前記熱源からの輻射熱によって前記接合部を加熱して溶着することを特徴とする樹脂継手の溶着方法。
  2. 加熱溶着性の樹脂継手と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面を含む接合部を加熱することによって溶着する樹脂継手の溶着方法において、
    前記接合部のうち少なくとも前記接合面を含む部分の外周面が露出するように前記接合部の一部分を固定部材で固定し、
    溶着のための熱源を前記接合部および前記固定部材から離隔して配置し、
    前記熱源からの輻射熱によって前記接合部を加熱して溶着することを特徴とする樹脂継手の溶着方法。
  3. 前記固定部材は、前記接合部の一部を被覆して固定することを特徴とする請求項2に記載の樹脂継手の溶着方法。
  4. 加熱溶着性の樹脂継手と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面を含む接合部を加熱することによって溶着する樹脂継手の溶着方法において、
    前記接合部のうち少なくとも前記接合面を含む部分の外周面が露出するように前記接合部の一部分を、前記樹脂継手および樹脂チューブ材を固定するクランプに設けた固定部材で固定し、
    溶着のための熱源を前記接合部および前記固定部材から離隔して配置し、
    前記熱源からの輻射熱によって前記接合部を加熱して溶着することを特徴とする樹脂継手の溶着方法。
  5. 前記樹脂チューブ材は、樹脂継手であることを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の樹脂継手の溶着方法。
  6. 加熱溶着性の樹脂継手と同じく加熱溶着性の樹脂チューブ材とのそれぞれの端面同士を当接させた接合面を含む接合部を加熱することによって溶着した樹脂継手の接合部構造において、
    前記接合部は、外周面および内周面になだらかな膨らみを有することを特徴とする樹脂継手の接合部構造。
  7. 前記接合部の膨らみの透明度が他の部分よりも高いことを特徴とする請求項6に記載の樹脂継手の接合部構造。
  8. 前記樹脂チューブ材は、樹脂継手であることを特徴とする請求項6または7に記載の樹脂継手の接合部構造。
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