JP2007502227A

JP2007502227A - 導管の融着方法

Info

Publication number: JP2007502227A
Application number: JP2006532304A
Authority: JP
Inventors: セイント・オンジ，ブライアン; セイント・オンジ，ヘンリ
Original assignee: アンダーグラウンド・ソリューションズ・インコーポレイテッド
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US6982051B2; CA2529412A1; CN104786486A; AU2008203246A1; AU2004256386B2; HK1209692A1; MXPA05013513A; US20130004241A1; BRPI0411375B1; US20060071365A1; US20040251575A1; CR8190A; SG161107A1; AU2009212812A1; EP2383105A2; EP2383105A3; US8906188B2; US9023263B2; AU2009212812A8; SG188672A1

Abstract

導管のための融着方法が開示される。この方法は、第１導管部分（１０）の第１端縁（１８）を第２導管部分（１２）の第１端縁（２０）に対して取り外し可能に位置決めする工程と、第１導管部分（１０）の端縁（１８）と第２導管部分（１２）の端縁（２０）を互いに面削り（facing）する工程と、第１導管部分（１０）の端縁（１８）と第２導管部分（１２）の端縁（２０）を位置合わせする工程と、第１導管部分（１０）の端縁（１８）と第２導管部分（１２）の端縁（２０）のうち少なくとも一部を溶融する工程と、第１導管部分（１０）の溶融端縁を第２導管部分（１２）の溶融端縁に接当させる工程と、これら互いに接当された端縁間の圧力を維持することによって融着接合領域（２２）を形成する工程と、その結果、融着接合領域（２２）の周囲に延成される外側ビードの少なくとも一部を除去する工程とを含む。この方法を使用するための融着装置（１４）も開示される。

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、一般的にはポリ塩化ビニル配管などの導管又は配管部分を融着又は接続する方法に関し、特に、第１導管部分と第２導管部分とを効果的かつ恒久的に接続するための融着方法に関する。

関連技術の説明
導管システムは、水その他の流体などの物質を、システム全体に分布するべくある場所から別の場所に移送又は輸送するために世界中で多くの用途に使用されている。例えば、広範囲の導管システムが、家庭用及び業務用に水を配送してその使用及び付加処理に供するために使用されている。通常、そのような導管又は配管システムは、地上に配管すれば見苦しくかつ邪魔になることから、地中に設けられる。

一般に、水道管システムは、例えば鋳鉄（cast iron）、ダクタイル鋳鉄（ductile iron）、強化コンクリート、セメント−アスベスト等の種々の材料から製造される配管系を通して物質を輸送する。配管は地中に埋設され、その枝管が種々の方向に延伸してエンドユーザに達する。通常、長年の使用後又は他の何らかの理由により、地中の配管は故障して漏れ始め、それによって管路圧力を低下させ、水をその配管の周囲の領域へと不必要に漏出させてしまう。そのような漏出は、システムに影響するのみならず、供給者の処理コストを増大させ、これによってエンドユーザのコストも増大させる。従って、これらの漏出を迅速に修理し、更なる漏出を防止するために予防手段を講じる必要がある。

導管システムが地中に配置されていることにより、漏出管の修理は、特に手間と時間がかかる。その管を再び使用状態にする前には、管路に沿って溝を掘り、漏出部の場所を捜し出し、それを効果的に修理しなければならない。従来技術では、現状亀裂の修理又は将来の亀裂又は破裂の有効防止を目的として、漏出管又は破損状態になった管をシールすることを試みるために種々のライニングシステムが開発されてきた。更に、大径の亀裂が入ったか又は破損した管内に小径の管を使用する方法が開発されている。しかしながら、これは亀裂の入った外側管の問題を、亀裂又はその他の理由で漏出する内側管の問題にすり換えたに過ぎない。更に、そのような二重管システム（pipe-in-pipe system）を使用すれば導管システムの流通が激減し、かつ望ましからぬ種々の圧力要因が顕在化する。

この目的のために、セントオンジ（St. Onge）その他の米国特許第５，７９４，６６２号に開示のような、特定的には圧力パイプライン用のパイプライナー及び設置方法が開発されている。このセントオンジ特許は下水道、上水道又はガスラインをリライニング（relining）する方法に関するものであり、リライニングされる管に比べて小サイズの分割式ライナーを使用する。ただしセントオンジ特許の方法では、単に大径の外側導管内部に小径のライナー用導管を残すのではなく、小径の管をリライニングされる大径の管の形状に成形するために熱および／又は圧力を使用する。具体的には、内側又はライナー用導管は熱可塑性管、通常はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）管であり、これは熱又は圧力に晒されると膨張し、既存の導管の内側に対して成形されそのリライニングを行う。この方法によれば、管の全長のライニングも、通常「スポット修理」と称する損傷部分のみのライニングも可能である。

前記セントオンジ特許によれば、一旦ライニング用導管の長手が既存の又はホストの導管に挿入されると、ライニング用導管をそのいずれかの端部で塞ぎ、圧力下でスチームに晒してこのライニング用導管をその長手に沿って加熱するとともに圧力をかけ、これによって、ライニング用導管を膨張させて周囲のホスト導管の内面に接触させる。ライニング用導管が完全に膨張して既存導管の内表面の形状に成形されると、それを冷却して栓を取り除く。これによって得られる膨張したライニング用導管がホスト導管の壁に形状一致したものとなることによって、更なる漏出を防止する。又、前記セントオンジ特許の方法では、修理部分のいずれかの端部に溝を掘ることだけが必要である。

前記セントオンジ特許は埋設導管システムをリライニング又は修理する技術における進歩ではあるが、この技術には更に改良及び進歩の余地がある。具体的には、ライニング用導管をホスト導管内に輸送、挿入するためにはライニング用導管を複数の断片又は部分として製造しなければならず、これらの部分は通常、最終的な意図するライニング用導管の長さよりも遥かに短い。従って、ライニング用導管をホスト導管内に送り込むときには、これらの部分を現場で接続する必要がある。更に、ライニング導管の複数の長手部分を、元の導管の強度を有し、かつ、その接続領域の径を元の導管の径を超えて増加させることのない継手を介して、接続可能なことも求められる。複数の接続可能な導管片を使用することは、上述した膨張用途以外にも多くの種類の用途において有用である。例えば、複数の融着された導管を使用するのが特に有用なのはスリップライニング（sliplining）においてであり、ここでは修復対象の大径の管に対し僅かに小径の融着導管が挿入されるが、完全な容量の流れまでは必要とされない。この場合、導管は引き込まれ、位置決めされた状態で残されるが、膨張はされない。大半の場合、導管とホスト管の間の空間には、その新しいラインを位置保持するために低強度グラウトが充填される。しかしながら、スリップライニング処理には、より大径のカプリング又はメカニカルジョイントを受け入れ可能な複数のラインの使用が必要となる可能性がある。

融着導管は、修復用途などの種々の他の用途でも必要とされ、そこでは、融着継手が、水平方向掘削との関連で使用される。この方法では、地中にパイロット穴を掘削し、昇降と位置合わせを制御するために正確に操縦することが可能である。パイロット穴が完成した後、この掘削穴を大径に拡大し、この大きな穴を開口状態に保持するために掘削土（drill mud）を充填する。次に、掘削ケーシングを掘削土から引き出すことによって、導管を位置固定する。しかし、この方法では、ポリエチレン（PE）又は高密度ポリエチレン（HDPE）から製造される機械的なカプリング及び継手を受け入れるために、大型の掘削機が必要である。

更に、融着導管は、管破裂用途において有用である。管破裂は、古い管を分解し、その破片を周囲の土壌内に押し込むために、大型の油圧式又は空気圧式カッターヘッドを使用する。これによって、既存のライン中に同径又はより大径の新しい管を引き込むことができる。この方法は、新しいラインの容量を大幅に増大させる必要がある場合に使用される。又、勿論、溶融管は、直接埋設用途においても同様に有用である。

機械的な継手、融着継手箇所又はその近傍での埋設ワイヤ、又は、導管部分を互いに接続するための抵抗加熱部材を利用する配管又は導管のための融着方法が開発されている。例えば、ブライアント３世（Bryant, III）の米国特許第６，３９８，２６４号、アンダーソン（Andersson）の米国特許第６，３９４，５０２号、ルーガマー（Lueghamer）の米国特許第６，１５６，１４４号、ルーガマー（Lueghamer）の米国特許第５，９２１，５８７号、エグルストン（Eggleston）の米国特許第４，６８４，７８９号、ラムジー（Ramsey）の米国特許第４，６４２，１５５を参照。ポリエチレン管（ポリエチレン又は高密度ポリエチレン）が長年、常例的に使用されている。例えば、トラム（Tramm）その他の米国特許第３，００２，８７１号、ディキンソン（Dickinson）その他の米国特許第４，９８７，０１８号、ディキンソン（Dickinson）その他の米国特許第４，９６３，４２１号、ハネライン・ジュニア（Haneline, Jr.）その他の米国特許第４，７８０，１６３号、およびジェノニ（Genoni）の米国公開特許第２００３／００８０５５２号を参照。従って、既存の融着装置が利用可能である。しかし、この装置は、塩化ポリビニルベースの導管の融着用には、その使用及び運転パラメータを改変する必要がある。一般に熱融着技術によって接続されるポリエチレン管とは異なり、塩化ポリビニル（ＰＶＣ）管は通常、差込み継手（bell and spigot joints）によって作業が可能な用途に限定されてきた。このような制約のために、スリップライニング修復用途にＰＶＣ管を使用することは制限されてきた。従って、当該技術においては、機械式カプリングのように出発材料の径を増大させることのない、機械的な継手の無い実質的に単一部材のＰＶＣライニング導管を提供することが求められている。そのようなカプリング又は融着継手は、元の導管と類似の強度特性を備えたものでなければならず、そのような機械的な継手を無くすることによって、継手における侵入を無くするものでなければならない。更に、加圧導管システムにおいては、将来の使用のためのその後の膨張プロセスに耐えることが可能なカプリングを提供することが好ましい。

発明の要旨
従って、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服するＰＶＣ導管のための融着方法を提供することにある。本発明の別の目的は、ＰＶＣ導管の複数の長手部分を現場で接続することを可能にする、ＰＶＣ導管のための融着方法を提供することにある。本発明の更に別の課題は、元の導管の強度に等しい強度で、かつ、接続領域の直径を元の導管の直径以上に増大させることのない、ＰＶＣ導管のための融着方法を提供することにある。本発明の更に別の課題は、機械的な継手の無い単一の出発部材を提供し、そのような継手を介した侵入が無いようにすることにある。本発明の更に別の課題は、加圧導管システムにおけるその後の膨張及び使用が可能な継手を製造する、ＰＶＣのための融着方法を提供することにある。本発明の更に別の課題は、一貫した品質および高強度特性を有する継手を形成する、ＰＶＣ用の融着方法を提供することにある。本発明の更に別の課題は、スリップライニング用途、水平方向掘削用途、管破裂用途、及び直接埋設用途において、融着管及び継手とともに有効に使用することが可能な、融着方法及び装置を提供することにある。

本発明は、導管のための融着方法に関する。この融着方法は、第１導管部分を第２導管部分に融着させる装置と方法を含む。前記方法は、（ａ）第１導管部分の第１端縁を第２導管部分の第１端縁に対して取り外し可能に対向配置する工程と、（ｂ）前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁とを面削りする工程と、（ｃ）前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁を位置合わせする工程と、（ｄ）前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁のうち少なくとも一部を溶融する工程と、（ｅ）前記第１導管部分の溶融端縁を前記第２導管部分の溶融端縁に接当させる工程と、（ｆ）前記第１導管部分の接当端縁と前記第２導管部分の端縁との間の圧力を維持することによって、融着接合領域を形成する工程とを含む。この方法は、前記第１導管部分及び前記第２導管部分の一方又は両方がポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）材から形成される場合に使用される。本発明は、更に、第１導管部分を第２導管部分に接続するのに使用される融着装置の新規な操作パラメータも開示する。

本発明は、又、第１導管部分を第２導管部分に融着させるための融着装置にも関する。この装置は、前記第１導管部分に接当しこれを位置決めするための第１クランプ機構と、前記第２導管部分に接当しこれを位置決めするための第２クランプ機構とを含む。駆動機構がこれら第１及び第２クランプ機構の一方又は両方と連動して、これらを長手方向に駆動する。前記第１導管部分の端縁と前記第２導管部分の端縁との間には面削り機構を配置することができる。この面削り機構は、これらの端縁を「面削り（face）」又はシェービングする。加熱機構が、前記第１導管部分の端縁と前記第２導管部分の端縁のうち一方又は両方を加熱、溶融する。前記第１導管部分と前記第２導管部分のうち、一方又は両方はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）材から形成される。

本発明の、その構造とその操作方法との両方に関して、更に、その他の課題及び利点は、添付図面を参照して実施形態に関する以下の説明から理解されるであろう。

図面の簡単な説明
図１は本発明による導管の融着処理のための方法の略図、
図２は本発明による導管の融着処理のための装置とシステムの略図、
図３は図１の導管の融着処理から得られる融着結合領域の側方断面図、そして
図４〜図９は図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧および／又は寸法比の各具体量を示す図、である。
好適実施形態の説明
以下の説明目的では、「上」、「下」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「側方」、「長手」及びこれらの派生語は、図中における向きの通りに本発明に関連するものとする。ただし本発明は、特に異なる明記がない限りは、種々の他の変形例及び工程順序も可能と理解されるべきである。又、添付図面に示されるとともに以下の詳細説明に記載されている具体的な装置及び方法は、本発明の例示的な実施形態に過ぎないと理解されるべきである。従って、ここに開示されている実施形態に関する特定の寸法その他の物理的特性は限定的なものと解釈すべきではない。

本特許出願には様々な数値範囲が開示されている。これらの範囲は、連続的なものであるので、最小値と最大値との間のすべての値を含む。特に異なる明記がない限りは、本出願中で特定されている前記種々の数値範囲は概算値である。

本発明は、図１に略示する通り、好ましくはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）導管である導管の融着方法であって第１導管部分１０を第２導管部分１２に融着させる方法から成るものと、この方法を使用する融着装置１４とに関する。一好適実施形態においては、この方法及び融着装置１４は導管膨張処理及びシステムに関連して使用することが可能であり、かつ、複数の導管部分、例えば前記第１導管部分１０と前記第２導管部分１２、から形成されるライニング導管１６がホスト導管内に位置決めされ、その後膨張される。ただし、この方法及び融着装置１４は、複数の導管部分を連続的に融着することが必要な、いかなる用途にも使用可能である。上述した通り、ライニング導管１６はＰＶＣ等の熱可塑性材から製造される。ただし本発明の方法によれば、適当な膨張特性を有するいかなる材料も、使用し接続することが可能なことが構想されている。ＰＶＣ導管の前記融着方法は、同様に膨張可能なポリマーベースの材料および熱可塑性材にも有効である。

許容可能な添加剤群（allowable bands of additives）のうち種々の特性を有するＰＶＣ樹脂に対する種々の添加剤に関しては、ＰＶＣ管のための、米国試験材料協会（ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials））の規格が存在する。ただし、混合剤のこれら可能な組合せの全てが導管膨張処理において有効に作用するとは限らない。即ち、全てのＰＶＣ水道管がライニング導管の管材料の強度に合わせて融着するものではなく、全てのＰＶＣ管がライニング導管の管材料のサイズにまで膨張するものでもない。

導管膨張処理は互いに離間した場所で行うため、ライニング導管１６は、複数の部分にしてから輸送及びその後の設置をしなければならない。従って、本発明は、第１導管部分１０の第２導管部分１２への接続と融着について具体的に説明するものではあるが、この方法および融着装置１４は、任意の数及び長さのライニング導管１６部分の接続においても同様に有用である。従って、別の好適かつ非限定的実施形態においては、融着装置１４はモバイル式に構成され、本発明の方法を使用するために現場で使用することが可能である。

具体的には、本発明の方法は、
第１導管部分１０の端縁１８を第２導管部分１２の端縁２０に対して取り外し可能に対向配置する工程（工程１００）、
第１導管部分１０の端縁１８と第２導管部分１２の端縁２０とを面削りする工程（工程１２０）、
第１導管部分１０の端縁１８を第２導管部分１２の端縁２０に対して位置合わせする工程（工程１３０）、
第１導管部分１０の端縁１８と第２導管部分１２の端縁２０のうち少なくとも一部を溶融する工程（工程１４０）、
第１導管部分１０の溶融端縁を第２導管部分１２の溶融端縁に接当する工程（工程１５０）、及び
第１導管部分１０の接当端縁１８と第２導管部分１２の端縁２０との間の圧力を維持することによって、融着接合領域２２を形成する工程（工程１６０）、とを含む。
一好適・非限定的実施形態においては、この方法は更に、融着接合領域２２の周りに延成された外側ビード（bead）２４のうち少なくとも一部を除去する工程（工程１７０）を含む。
この方法は、以下に詳述する融着装置１４によって行われる。

工程１００において、第１導管部分１０の端縁１８は第１クランプ機構２６によって締付又は位置保持及び位置決めされ、第２導管部分１２は第２クランプ機構２８によって締付及び位置決めされる。第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８とは融着装置１４の一部を構成するものであり、第１導管部分１０と第２導管部分１２との取り外し可能な位置決めを可能にするものである。更に、第１クランプ機構２６も第２クランプ機構２８も図２に矢印Ａで示す長手方向に駆動可能である。つまり、第１クランプ機構２６および／又は第２クランプ機構２８には駆動機構３０が連動され、第１クランプ機構２６および／又は第２クランプ機構２８を接当位置にする移動及び接当位置から解除する移動に必要な駆動力を提供する。

第１導管部分１０の端縁１８と第２導管部分１２の端縁２０とは、面削りして、クリーンで平行な接当表面を形成しなければならない。この面削りは、第１導管部分１０の端縁１８と第２導管部分１２の端縁２０との間に位置決め可能な面削り機構３２によって行われる。この面削り機構３２は、例えば図２に矢印Ｂで示すように、両端縁（１８，２０）間の位置に、又はその位置から側方移動可能とすることができる。面削り機構３２は、第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８との間の距離が最小限になるまで、両端縁（１８，２０）を研磨又は面削りし続ける。一好適・非限定的実施形態においては、この面削り機構３２は単数又は複数のブレード部３３を有する。このブレード部３３は、両導管部分（１０，１２）の端縁（１８，２０）に対する実際のカッティング又は面削り作業を行う。別実施形態においては、このブレード部３３は刃先が超硬合金の（carbide-tipped）ブレードであり、これによって、より一貫し、よりクリーンな面削り処理が可能となる。更に、ブレードのこの刃先を超硬合金にしたことによって、ブレード部３３は、切断エッジの磨耗無く、より頻繁に使用可能になる。勿論、その他の強化ブレード刃先、コーティング、構造及び材料を使用することも可能である。

尚、第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８は必ずしも両方とも移動可能である必要はなく、一方のみを移動可能にして第１導管部分と第２導管部分１２とを接当可能に構成してもよい。実施時には、第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８の一方又は両方が移動されることによって、面削り機構３２が第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８との間に強固にロックされる。これにより、第１導管部分１０と第２導管部分１２とに対して、検出可能なギャップ無く、実質的に直角な（square）面が直交に形成される。更に、面削り機構３２は、種々の方向角度の複数のブレードを備えたものとすることができる。これにより、両導管部分（１０，１２）上には、より平滑な面が形成される。

次に、導管壁の不一致を最小化するために、第１導管部分１０及び第２導管部分１２のプロファイルを仕上げ（round）、互いに対し位置合わせしなければならない。これは、第１導管部分１０の外径が第２導管部分１２の外径と合致するまで、第１クランプ機構２６および／又は第２クランプ機構２８を調節することによって達成可能である。第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８とは緩まないことが望ましく、もし緩むと、融着処理中に第１導管部分１０および／又は第２導管部分１２がスリップする。第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８との間に必要な間隔を最小限にすることによって、第１導管部分１０および／又は第２導管部分１２を所期の接合領域に対し可能な限り近づけて仕上げることが可能である。両導管部分（１０，１２）を接合領域に対して近くに締付可能であればあるほど、作業者は両導管部分（１０，１２）を適切に位置合わせする際に良好に制御することができる。

次に、第１導管部分１０の端縁１８と第２導管部分１２の端縁２０とを、必要な温度、界面圧及び時間、加熱又は溶融する。これを行う時、熱が第１導管部分１０と第２導管部分１２とに入り込み、材料の溶融「ビード（bead）」が端縁（１８，２０）に形成される。この加熱処理は加熱機構３４によって行われ、この加熱機構３４は両端縁（１８，２０）を同時に加熱、溶融する。この同時加熱は、第１加熱プレート３６と第２加熱プレート３８、単一の両面加熱プレート、又は両端縁（１８，２０）を同時に加熱するその他の手段を使用することによって達成可能である。面削り機構と同様、加熱機構３４も、加熱処理が完了して当該加熱機構３４を取り除くべき時が来るまで、両端縁（１８，２０）間の位置へと移動可能である必要がある。従って、加熱機構３４も、図２に矢印Cで示すような両端縁（１８，２０）間での側方移動などのように、移動可能である必要がある。別の好適・非限定的実施形態においては、加熱機構３４は、当該加熱機構３４の表面、第１加熱プレート３６および／又は第２加熱プレート３８に対してゾーン加熱を行う。これにより、加熱表面の種々の部分を、例えばその上面と下面とを、互いに異なる温度にすることができる。これによって、熱が上昇すると両端縁（１８，２０）にわたる加熱界面に差ができるという加熱処理の自然な物理法則により、両端縁（１８，２０）のより均一な溶融が可能となる。このようにして、ゾーン加熱により、端縁（１８，２０）を介して均一なプロファイルが提供される。又、加熱機構を、制御機構４０によって制御されるか又は制御可能な多数のゾーンを備えたものとして構成することも考えられる。このような制御機構４０は、加熱機構３４の効率及び精度を最大化するべくこれらのゾーンを独立的に制御することを可能にし、その結果、端縁（１８，２０）を介して更に均一なプロファイルが提供されるであろう。両端縁（１８，２０）を互いに締付ける速度とともに、加熱処理後に加熱機構３４を取り除く速度も重要である。その時間間隔は、好ましくは、３−４秒間などの短いものとされる。

又、通常単数又は複数の測定装置を内蔵した制御機構４０を、各構成要素を制御するために融着装置１４によって使用することも考えられる。例えば、第１加熱プレート３６および／又は第２加熱プレート３８に温度計を設けて、プレートの温度を測定するとともに、その温度の設定及び保持のための制御も行うことができる。ただし、温度計と端縁（１８，２０）の実際の表面温度との間の不正確性により、このような温度計は一般的なインジケータとしてのみ使用することも可能である。この点に関して、制御機構４０にパイロメータ（pyrometer）やその他の表面温度測定装置を組み込んで、それを第１加熱プレート３６および／又は第２加熱プレート３８の正しい温度を周期的に確認するために使用することが可能である。更に、制御機構４０、温度計又はその他の表面温度測定装置のいずれかを、加熱機構３４によって付与される熱をより正確に測定し制御するデジタル式装置として構成することも可能である。このようなデジタル制御は融着装置１４がＰＶＣ導管とともに使用される場合には特に有利であり、なぜなら、その溶融温度と硬化温度を含むＰＶＣの物理化学特性は、融着装置１４をポリエチレン（PE）又は高密度ポリエチレン（HDPE）とともに使用する場合よりも、はるかに高い精度を必要とするからである。従って、このようなデジタル制御を、ゾーン加熱と組み合わせることで、本発明の融着装置１４の制御特性が向上する。

更に、両加熱プレート（３６，３８）の表面は、クリーンな状態に維持されなければならず、これら加熱プレート（３６，３８）上のコーティングには、かすり傷やその他の損傷があってはならない。両端縁（１８，２０）が適切な時間、適切な温度に加熱された後、後述するように、加熱機構３４が取り除かれ、溶融端縁（１８，２０）が、導管材料を適切に混合するのに十分な圧力で互いに接当され、これによって、溶融接合領域２２と称する均質な接合部が形成される。

溶融接合領域２２は、適切な強度をもたらすように適切に冷却されるまで、圧力下で不動状態に保持されなければならない。第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８とによって提供される油圧によってこれが可能となるはずである。第１クランプ機構２６と第２クランプ機構２８からの取り外しの前には、冷却のために、圧力下で適切な時間を与えることは、接合部の完全性を達成することにおいて重要である。

融着処理後、溶融材料に対して加えられた圧力の結果、融着接合領域２２には外側ビード２４及び内側ビード４２ができる。外側ビード２４は、溶融導管外壁４４から離間延出し、同様に、内側ビード２４は、溶融導管内壁４６から内側に延出している。導管膨張方法及びシステムにおいてライニング導管１６を使用する前に、外側ビード２４を除去する必要がある。具体的には、その後に膨張処理に使用される時にライニング導管１６がホスト導管内で完全に膨張することを可能にするために、外側ビード２４を除去する必要がある。外側ビード２４は、通常、溶融導管外壁４４の１インチの１／８〜１／１６以内にまで、実質的に除去、又は切削される必要がある。通常、内側ビード４２は、必ずしも除去される必要はなく、これはライニング導管１６内において不要な悪条件をもたらすものではない。しかしながら、もしもそのようなビード４２が物質の流れに対して不利であると考えられるのであれば、この内側ビード４２も除去する方がよいだろう。

たとえ融着処理が失敗するか又はそれに何らかの不備があった場合であっても、融着接合領域２２を単純に切断、除去すれば、処理は繰り返すことができる。ただし、その融着接合領域２２が不備となった理由を、例えば制御機構４０にロギングしておくべきである。制御機構４０は、融着処理診断器及びデータを、処理、分析、提示することも可能である。

融着方法処理パラメータに関して、ＰＶＣライニング導管１６を使用する融着装置１４ゲージ圧を計算するのに使用される典型的な式は以下のものである。

更に、平方インチ単位での導管又は管表面積（ｐＳａ）を計算するための式は以下である。

導管又はシリンダ面積が１．００平方インチである場合に、ゲージ圧（Ｇｐ）を計算するための式は以下である。

最後に、管表面積、界面圧及び機械のシリンダ面積が既知である場合に、機械ゲージ圧（ＭＧｐ）を計算するための式は以下である。

ただし、以上の式において、
ＭＧｐ＝機械ゲージ圧（ｐｓｉ）
Π ＝円周率３．１４１６
ＯＤ^２＝平方インチ単位での外径
ＩＤ^２＝平方インチ単位での内径
Ｉｐ＝界面圧（約１４０ｐｓｉ）（ＰＶＣ）
Ｃａ＝平方インチ単位での機械のシリンダ面積
ｐＳａ＝平方インチ単位での管表面積
Ｇｐ＝シリンダ面積＝１．００の場合のゲージ圧
である。

広範囲の実験及びドキュメンテーションを通じて、界面圧が約１４０ｐｓｉの場合において上記式に使用される種々のパラメータを迅速に設定するために、図４〜図９のチャートが作り出された。これらのチャートには、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧、及び寸法比が全て記載されている。シリンダ面積は１．００ベースである。更に、図４〜図９のチャートを使用して機械ゲージ圧とｐｓｉを計算するためには、リストされているゲージ圧とｐｓｉを、使用される機械の平方インチ単位のシリンダ面積によって除算する必要がある。全てのタイプ及びサイズの機械を使用して適切なゲージ圧を設定するためには、これらのチャート及び図面中の記載のゲージ圧を、使用される機械の有効シリンダ面積によって除算する必要がある。

計算されたゲージ圧とｐｓｉには、管重量と転がり抵抗から生じる管の抗力（pipe drag）を加算する必要がある。更に、極端な気象条件、例えば風、雨、熱、低温、雪等、も考慮し、それに応じて数値を調節しなければならない。苛酷な条件には天候シェルタが必要であるかもしれない。更に、ポリウレタンの融着と異なり、ＰＶＣの融着は、特に軸心方向に持ち上げたり曲げたりする時に、注意深く取り扱う必要がある。管を安全に扱うためには、広げ棒（spreader bars）又は「Ｙ」字形のスリング（"Y" slings）が使用されるべきである。又、熱風ブロア又はスチーム発生器を使用して融着ライニング導管１６の長い部分を加熱すれば、管をよりフレキシブルにし、低温気象での取り扱いをより安全にすることができる。

このようにして、本発明は、ポリ塩化ビニル導管を融着するのに特に適した融着処理に使用される方法と装置を提供するものである。本発明の方法と装置は、多数の導管部分又は長さ部分を、元の導管の強度と同じで、元の導管の径以上に接合領域の径を増大させることのない接合部で接続することを可能にする。更に、本発明による方法と装置は、機械的な継手のない、単一部材のライニング導管１６出発部材を提供する。

以上、好適実施形態を参照して本発明について説明した。以上の詳細説明を読めば、自明な改造及び変更に想到するであろう。本発明は、そのような改造及び変更のすべてを含むものとして解釈されるものと意図される。

本発明による導管の融着処理のための方法の略図本発明による導管の融着処理のための装置とシステムの略図図１の導管の融着処理から得られる融着結合領域の側方断面図図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧、寸法比の具体的な量を示す図図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧の各具体量を示す図図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧の各具体量を示す図図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧の各具体量を示す図図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧の各具体量を示す図図１に記載のＰＶＣ導管のための融着処理の界面圧約１４０ｐｓｉにおける最適操作パラメータを記載したチャートであって、公称管直径、外側管直径、内側管直径、表面積、ゲージ圧、寸法比の各具体量を示す図

Claims

第１導管部分を第２導管部分に融着する方法であって、
（ａ）前記第１導管部分の第１端縁を前記第２導管部分の第１端縁に対して取り外し可能に対向配置する工程、
（ｂ）前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁とを面削りする工程、
（ｃ）前記第１導管部分の第１端縁を前記第２導管部分の第１端縁と位置合わせする工程、
（ｄ）前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁のうち少なくとも一部を溶融する工程、
（ｅ）前記第１導管部分の溶融端縁を前記第２導管部分の溶融端縁と接当させる工程、及び
（ｆ）前記第１導管部分の接当端縁と前記第２導管部分の端縁との間の圧力を維持することによって、融着結合領域を形成する工程、
を備え、かつ
前記第１導管部分と前記第２導管部分のうち少なくとも一方がポリ塩化ビニルを含む方法。
請求項１に記載の方法であって、更に、前記融着結合領域の周りに延成された外側ビード（bead）のうち少なくとも一部を除去する工程を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、更に、前記融着結合領域の周りに延成された内側ビードのうち少なくとも一部を除去する工程を含む方法。
請求項１に記載の方法であって、更に以下の工程を含む方法、
前記第１導管部分の第２端縁を後続導管部分の第１端縁に対して取り外し可能に対向配置する工程、
前記第１導管部分の第２端縁と前記後続導管部分の第１端縁とを面削りする工程、
前記第１導管部分の第２端縁を前記後続導管部分の第１端縁と位置合わせする工程、
前記第１導管部分の第２端縁と前記後続導管部分の第１端縁のうち少なくとも一部を溶融する工程、
前記第１導管部分の溶融端縁を前記後続導管部分の溶融端縁と接当させる工程、及び
前記第１導管部分の接当端縁と前記後続導管部分の端縁との間の圧力を維持することによって、融着結合領域を形成する工程。
請求項１に記載の方法であって、更に以下の工程を含む方法、
前記第２導管部分の第２端縁を後続導管部分の第１端縁に対して取り外し可能に対向配置する工程、
前記第２導管部分の前記第２端縁と前記後続導管部分の第１端縁とを面削りする工程、
前記第２導管部分の前記第２端縁を前記後続導管部分の第１端縁と位置合わせする工程、
前記第２導管部分の前記第２端縁と前記後続導管部分の第１端縁のうち少なくとも一部を溶融する工程、
前記第２導管部分の溶融端縁を前記後続導管部分の溶融端縁と接当させる工程、及び
前記第２導管部分の接当端縁と前記後続導管部分の端縁との間の圧力を維持することによって、融着結合領域を形成する工程。
請求項１に記載の方法であって、前記面削り工程は、第１導管部分と第２導管部分の中心線に対して垂直な、実質的に直角（square）な面を提供する方法。
請求項１に記載の方法であって、前記位置合わせ工程は、前記第１導管部分の外径を前記第２導管部分の外径と位置合わせすることを含む方法。
請求項１に記載の方法であって、前記溶融工程は、前記第１導管部分の端縁と前記第２導管部分の端縁とを同時に加熱することを含む方法。
請求項１に記載の方法であって、前記接当工程のためのゲージ圧は、以下の式を利用して計算される方法、

ただしＭＧｐは機械ゲージ圧、πは円周率３．１４１６、ＯＤ^２は平方インチ単位での外径、ＩＤ^２は平方インチ単位での内径、Ｉｐは界面圧、Ｃａは平方インチ単位での機械のシリンダ面積。
請求項９に記載の方法であって、平方インチ単位での導管表面積（ｐＳａ）は以下の式を利用して計算される方法、

ただしπは円周率３．１４１６、ＯＤ^２は平方インチ単位での外径、ＩＤ^２は平方インチ単位での内径。
請求項１０に記載の方法であって、導管面積が１．００平方インチである場合、前記ゲージ圧は下記の式を利用して計算される方法、
請求項１１に記載の方法であって、管表面積（ｐＳａ）と界面圧（Ｉｐ）と機械のシリンダ面積（Ｃａ）とが既知である場合、前記ゲージ圧は下記の式を利用して計算される方法、
請求項１に記載の方法を実施することが可能な融着装置。
請求項１３に記載の融着装置であって、実質的にモバイル式であり現場位置へと移動可能に構成されている融着装置。
第１導管部分を第２導管部分に融着させるための融着装置であって、
前記第１導管部分に接当し、これを位置決めする第１クランプ機構、
前記第２導管部分に接当し、これを位置決めする第２クランプ機構、
前記第１クランプ機構と前記第２クランプ機構のうち少なくとも一方と連動して前記第１クランプ機構と前記第２クランプ機構のうち少なくとも一方を実質的に長手方向に駆動可能な駆動機構、
前記第１導管部分の端面と前記第２導管部分の端面との間に配置され、前記第１導管部分の端縁と前記第２導管部分の端縁のうち少なくとも一方を面削りするように構成された面削り機構、及び
前記第１導管部分の端縁と前記第２導管部分の端縁のうち少なくとも一方を溶融するように構成された加熱機構、
を備え、かつ
前記第１導管部分と前記第２導管部分のうち少なくとも一方がポリ塩化ビニルを含む融着装置。
請求項１５に記載の融着装置であって、前記第１クランプ機構と前記第２クランプ機構のうち少なくとも一方は移動可能である融着装置。
請求項１５に記載の融着装置であって、前記加熱機構は移動可能である融着装置。
請求項１５に記載の融着装置であって、前記加熱機構は以下のうち少なくとも１つを含む融着装置、
（ｉ）加熱プレート、
（ｉｉ）複数の加熱プレート、又は
（ｉｉｉ）両面加熱プレート。
請求項１５に記載の融着装置であって、更に、下記（ｉ）又は（ｉｉ）のうち少なくとも一方を行うように構成された制御機構を有する融着装置、
（ｉ）前記第１クランプ機構、前記第２クランプ機構、前記駆動機構、前記面削り機構、前記加熱機構、又は、少なくとも１つの測定装置のうち少なくとも１つとの通信、及びその制御、
（ｉｉ）当該融着装置の少なくとも１つの構成要素からのデータ信号の受信及びそのデータ信号の処理。
請求項１９に記載の融着装置であって、前記制御機構は、前記加熱機構の表面において特定の温度を維持するように構成されている融着装置。
請求項１９に記載の融着装置であって、前記制御機構は、少なくとも１つの測定装置からアナログ入力又はデジタル入力のいずれかを通信、受信し、前記加熱機構の加熱温度に関する手動制御、アナログ制御又はデジタル制御のいずれかを提供するように構成されている融着装置。
請求項１に記載の融着装置であって、前記加熱機構は、該加熱機構の表面上に配置された複数の加熱ゾーンを含み、これら複数の加熱ゾーンのそれぞれが、異なる温度を示すことによってゾーン加熱を提供することが可能である融着装置。
請求項２２に記載の融着装置であって、前記加熱機構の前記表面は上方加熱ゾーンと下方加熱ゾーンとを含む融着装置。
請求項２２に記載の融着装置であって、前記複数の加熱ゾーンのうち少なくとも１つは、制御機構と通信し、それによって制御可能である融着装置。
請求項２４に記載の融着装置であって、前記制御機構は、前記複数の加熱ゾーンのうち少なくとも１つに対する手動制御、アナログ制御又はデジタル制御のうち少なくとも１つを提供する融着装置。
請求項１５に記載の融着装置であって、更に、前記第１クランプ機構、前記第２クランプ機構、前記駆動機構、前記面削り機構又は前記加熱機構のうち少なくとも１つと通信する、少なくとも１つの測定装置を含む融着装置。
請求項２６に記載の融着装置であって、前記測定装置は、前記加熱機構の加熱表面を測定するように構成されている融着装置。
請求項２７に記載の融着装置であって、前記測定装置は、温度計とパイロメータのうち少なくとも一方である融着装置。
請求項１５に記載の融着装置であって、実質的にモバイル式であり現場位置へと移動可能に構成されている融着装置。
請求項１５に記載の融着装置であって、前記面削り機構は、少なくとも１つのブレード部分を有する融着装置。
請求項３０に記載の融着装置であって、前記少なくとも１つのブレード部分は、刃先が超硬合金の（carbide-tipped）ブレード部材である融着装置。
第１導管部分を第２導管部分に対して融着するための融着装置であって、
前記第１導管部分の第１端縁を前記第２導管部分の第１端縁に対して取り外し可能に対向配置する手段、
前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁とを面削りする手段、
前記第１導管部分の第１端縁を前記第２導管部分の第１端縁に対して位置合わせする手段、
前記第１導管部分の第１端縁と前記第２導管部分の第１端縁のうち少なくとも一部を溶融する手段、
前記第１導管部分の溶融端縁を前記第２導管部分の溶融端縁に接当する手段、及び
前記第１導管部分の接当端縁と前記第２導管部分の端縁との間の圧力を維持することによって融着接合領域を形成する手段、
を備え、かつ
前記第１導管部分と前記第２導管部分のうち少なくとも一方がポリマー塩化ビニル材を含む融着装置。