JP2008001022A - Method for connecting pipe and apparatus for connecting pipe - Google Patents
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- B29C66/73161—Roughness or rugosity
Abstract
Description
本発明は、2本のパイプの接合方法及び接合装置に関し、詳述すれば、熱可塑性合成樹脂材料、例えばポリエチレン合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法及びパイプの接合装置に関するものである。 The present invention relates to a joining method and joining apparatus for two pipes, and more particularly to a joining method and joining apparatus for two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, for example, a polyethylene synthetic resin material. It is.
従来、パイプ同士の接合は、以下のような方法により行なわれている。即ち、初めに接合すべきパイプの外径に一致する内径を持つジョイント材を使用して、嵌合部分を接着剤により接合する方法があるが、嵌合精度を確保したジョイント材が必要であり、接着剤を用いるので固着までの時間や管理を要するなどの工数が必要であり、接着強度も十分には確保できない。 Conventionally, the pipes are joined by the following method. That is, there is a method of joining the fitting part with an adhesive using a joint material having an inner diameter that matches the outer diameter of the pipe to be joined first, but a joint material that ensures fitting accuracy is required. Since an adhesive is used, man-hours such as time to fix and management are required, and sufficient adhesive strength cannot be ensured.
また、同じく接合すべきパイプの外径に一致する内径を持つジョイント材を使用して、ジョイント材と両パイプに形成したネジ孔にネジを螺合して固定し、更にパイプ内を流れる流体がこの螺合部から漏洩しないようにシールテープを用いて接合するが、ネジ加工に手間と時間を要し、シールテープも必要となる。 Also, using a joint material having an inner diameter that matches the outer diameter of the pipe to be joined, screws are fixed to the screw holes formed in the joint material and both pipes, and the fluid flowing in the pipe is further fixed. Although it joins using a sealing tape so that it may not leak from this screwing part, work and time are required for screw processing, and a sealing tape is also needed.
また、接合すべきパイプの外径に一致する内径を持ち、且つ内部に加熱用電線を予め埋め込んだジョイント材を使用して、接合すべきパイプ同士をジョイント材に嵌合させた後に、加熱用電線によってジョイント材とパイプを溶着する方法も知られている(例えば、特許文献1参照)。この場合、加熱用電線を予め埋め込んでおくなどの特殊なジョイント材を必要とし、コスト高という問題もある。
そこで本発明は、特別なジョイント材を必要とすることなく、接合面を瞬時に溶融凝固でき、接着剤やシールテープを必要としない実用的なパイプの接合方法及びパイプの接合装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a practical pipe joining method and pipe joining apparatus that can instantaneously melt and solidify the joining surface without requiring a special joint material and do not require an adhesive or a sealing tape. With the goal.
このため第1の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 For this reason, the first invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, but the whole or part of the opening side end portions of both pipes are butted together and an energy beam is applied to the butting portion. Irradiated to join both pipes.
第2の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A second invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, with butting all or part of the opening side end portions of both pipes and applying compressive stress to the butted portions. It is characterized in that both pipes are joined by irradiating an energy beam.
第3の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面を長手方向と直角に加工して両パイプを突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 The third invention is a method of joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, and processing the open end faces of both pipes at right angles to the longitudinal direction, but abutting both pipes, Both pipes are joined by irradiating the abutting portion with an energy beam while applying a compressive stress to the abutting surface.
第4の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプを突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながら開先面にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A fourth invention is a method of joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, and is opened so that the open end faces of both pipes are opened from the inner diameter side toward the outer diameter side. Both pipes are abutted with each other, and a compressive stress is applied to the abutting portion, and an energy beam is applied to the groove surface to join both pipes.
第5の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプ間に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A fifth invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, and a filler having a high transmittance with respect to the wavelength of an energy beam for welding between both pipes. It is characterized in that both pipes are joined by irradiating the energy beam to the butt portion of both pipes and the filler while interposing and applying compressive stress.
第6の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面の全部又は一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプを突き合わせ、この両パイプの突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A sixth invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, wherein all or part of the open end faces of both pipes are directed from the inner diameter side to the outer diameter side. Both pipes are butt-processed so as to open, and both pipes are applied while applying compressive stress with a filler having a high transmittance with respect to the wavelength of the energy beam for welding to the unbutted portions of both pipes. Both the pipes are joined by irradiating the energy beam to the butt portion of the filler.
第7の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工し、他方のパイプの開口端面外端部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工すると共に開口端面内端部を外径側より内径側に向けて閉じるように開先加工して、前記他方のパイプに前記一方のパイプを嵌合させ、この両パイプの嵌合されていない部分に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A seventh invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, and opens the entire open end face of one pipe from the inner diameter side to the outer diameter side. The groove is processed so that the outer end of the opening end surface of the other pipe is opened from the inner diameter side toward the outer diameter side, and the inner end portion of the opening end surface is closed from the outer diameter side toward the inner diameter side. In this way, the groove is processed so that the one pipe is fitted to the other pipe, and a filler having a high transmittance with respect to the wavelength of the energy beam to be welded to the non-fitted part of both pipes is interposed. Then, both pipes are joined by irradiating the energy beam to the butted portion of both pipes and the filler while applying compressive stress.
第8の発明は、内径が異なる熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、一方のパイプに他方のパイプを嵌合させ、嵌合部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 An eighth invention is a method for joining two pipes made of thermoplastic synthetic resin materials having different inner diameters, wherein one pipe is fitted with the other pipe, and the fitting portion is irradiated with an energy beam. The two pipes are joined together.
第9の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの接合側端部において外周部を切除して薄肉にし、他方のパイプの接合側端部において内周部を切除して薄肉にし、一方のパイプを他方のパイプに嵌合させて突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A ninth invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, wherein the outer peripheral portion is cut off at the joining side end of one pipe to make it thinner. Cut the inner circumference at the joint end of the pipe to make it thin, mate one pipe with the other pipe and butt it, and irradiate the butt part with an energy beam while applying compressive stress to the butt face It is characterized by joining both pipes.
第10の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの接合側端部において外周部を切除して薄肉にし、他方のパイプの接合側端部において内周部を切除して薄肉にし、前記一方のパイプの接合側端部の薄肉部に両パイプを溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高い円筒状のフィラーを外側から嵌合させ、このフィラーを介して一方のパイプを他方のパイプに嵌合させて突き合わせ、圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 A tenth invention is a method of joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, wherein the outer peripheral portion is cut off at the joining side end of one pipe to make it thinner. A cylindrical shape having a high transmittance with respect to the wavelength of the energy beam for cutting and thinning the inner peripheral portion at the joint side end of the pipe, and welding both pipes to the thin part at the joint side end of the one pipe. A filler is fitted from the outside, one pipe is fitted to the other pipe via this filler, and the two pipes are irradiated with the energy beam while applying compressive stress to both pipes. It is characterized by joining.
第11の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの接合側端部の片半部を切除して、両パイプの残された片半部同士を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。 An eleventh aspect of the invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material having the same diameter portion, wherein half halves of the joining side end portions of both pipes are cut off, The remaining half halves are butted together, and an energy beam is applied to the butted portion while compressive stress is applied to join both pipes.
第12の発明は、第1乃至第11のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記2本のパイプは、接合する端面にエネルギービームが浸透する粗さを有することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the invention related to any one of the first to eleventh pipe joining methods, the two pipes have a roughness that allows an energy beam to permeate into end faces to be joined.
第13の発明は、第1乃至第11のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプと所定距離離れて円周上に複数の前記エネルギービーム発振源を配設して、前記エネルギービームを照射することを特徴とする。 A thirteenth aspect of the present invention is the invention relating to any one of the first to eleventh pipe joining methods, wherein a plurality of the energy beam oscillation sources are arranged on a circumference at a predetermined distance from the both pipes, It is characterized by irradiating an energy beam.
第14の発明は、第1乃至第11のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプと所定距離離れて円周上に複数の光学素子を配設して、エネルギービーム発振源からのエネルギービームを各光ファイバーを介して前記各光学素子に導いて前記エネルギービームを照射することを特徴とする。 A fourteenth aspect of the invention relates to an energy beam oscillation source according to the invention relating to any one of the first to eleventh pipe joining methods, wherein a plurality of optical elements are arranged on the circumference at a predetermined distance from the two pipes. The energy beam is guided to each optical element via each optical fiber and irradiated with the energy beam.
第15の発明は、第1乃至第11のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプと所定距離離れて円周上に導波路を配設し、この導波路にエネルギービーム発振源からのエネルギービームを導き、この導波路に所定間隔を存して開設された開口を介して前記エネルギービームを照射することを特徴とする。 A fifteenth aspect of the present invention is the invention relating to any one of the first to eleventh pipe joining methods, wherein a waveguide is disposed on the circumference at a predetermined distance from the two pipes, and energy beam oscillation is provided in the waveguide. An energy beam from a source is guided, and the energy beam is irradiated to the waveguide through an opening opened at a predetermined interval.
第16の発明は、第1乃至第11のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプの回りを所定距離離れた状態で所定速度で移動するエネルギービーム発振源から前記エネルギービームを照射することを特徴とする。 A sixteenth aspect of the invention relates to any one of the first to eleventh pipe joining methods, wherein the energy beam is emitted from an energy beam oscillation source that moves at a predetermined speed around the pipes at a predetermined distance. Irradiating.
第17の発明は、第1乃至第11のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記エネルギービームの照射による溶融部の酸化を防止するために前記エネルギービームの照射箇所に酸化防止気体を供給することを特徴とする。 According to a seventeenth aspect of the invention related to any one of the first to eleventh pipe joining methods, an antioxidant gas is applied to the irradiated portion of the energy beam in order to prevent oxidation of the melted portion due to the irradiation of the energy beam. It is characterized by supplying.
第18の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に複数のエネルギービーム発振源を配設して、前記突き合わせ部にエネルギービームを照射することを特徴とする。 An eighteenth aspect of the invention is a joining device for two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, and is a circle separated by a predetermined distance from a butted portion where all or a part of the opening side end portions of both pipes are butted. A plurality of energy beam oscillation sources are arranged on the circumference, and the abutting portion is irradiated with an energy beam.
第19の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に配設された複数の光学素子と、エネルギービームを発するエネルギービーム発振源と、前記光学素子に対応して設けられ前記エネルギービーム発振源からのエネルギービームを前記各光学素子に導いて前記突き合わせ部に照射するための複数本のファイバーとを設けたことを特徴とする。 A nineteenth aspect of the present invention is a joining device for two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, and is a circle separated by a predetermined distance from a butted portion that butts all or part of the opening side end portions of both pipes. A plurality of optical elements disposed on the circumference, an energy beam oscillation source that emits an energy beam, and an energy beam from the energy beam oscillation source that is provided corresponding to the optical element is guided to the optical elements. A plurality of fibers for irradiating the butted portion are provided.
第20の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に配設された導波路と、エネルギービームを発するエネルギービーム発振源とを備え、前記導波路に前記エネルギービーム発振源からのエネルギービームを導き、この導波路に開設された複数の各開口を介して前記突き合わせ部に前記エネルギービームを照射することを特徴とする。 A twentieth aspect of the invention is a joining apparatus for two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, and is a circle separated by a predetermined distance from a butted portion that butts all or part of the opening side end portions of both pipes. A waveguide disposed on the circumference and an energy beam oscillation source that emits an energy beam, guides the energy beam from the energy beam oscillation source to the waveguide, and each of a plurality of openings provided in the waveguide The energy beam is irradiated to the abutting portion through a gap.
第21の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部の回りを所定距離離れた状態で所定速度で移動するエネルギービーム発振源を設け、このエネルギービーム発振源からの前記エネルギービームを前記突き合わせ部に照射することを特徴とする。 A twenty-first aspect of the present invention is a joining apparatus for two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, and is separated by a predetermined distance around a butting portion where all or part of the opening side end portions of both pipes are butted. An energy beam oscillation source that moves at a predetermined speed is provided, and the abutting portion is irradiated with the energy beam from the energy beam oscillation source.
特別なジョイント材を必要とすることなく、接合面を瞬時に溶融凝固でき、接着剤やシールテープを必要としない実用的なパイプの接合方法及び接合装置を提供することができる。 It is possible to provide a practical pipe joining method and joining apparatus that can instantaneously melt and solidify a joining surface without requiring a special joint material and does not require an adhesive or a seal tape.
以下、本発明の実施形態について説明する。パイプの接合方法の第1の実施形態について、図1に基づき説明する。先ず、1はガス管や上下水道管等のパイプであり、熱可塑性合成樹脂、具体的にはポリオレフィン系の合成樹脂である、例えば本実施形態ではポリエチレン合成樹脂材料にて形成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. 1st Embodiment of the joining method of a pipe is described based on FIG. First,
なお、前記パイプ1は塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂などの熱可塑性合成樹脂材料で作製されるが、一般にはガス管には中密度のポリエチレン合成樹脂材料が、上下水道管には高密度のポリエチレン合成樹脂材料が使用される。
The
このパイプ1は内径及び外径が同一であり、先ず2本のパイプ1、1の開口端面を長手方向(パイプの長さ方向)と直角に加工して両パイプ1、1を突き合わせる。そして、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら、両パイプ1、1の突き合わせ部に外方からエネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
The
そして、前記エネルギービーム2はレーザビームであり、そのレーザ発振源は半導体レーザ、ファイバーレーザ、YAGレーザなどが考えられる。
The
このパイプの接合方法の第1の実施形態によれば、各パイプ1のレーザに対する吸収係数が一定であるため、深さ方向にもエネルギービーム2が伝送されると同時に吸収が行なわれ、発熱することにより開先面が加熱して溶融すると同時に、パイプ1、1同士に加わる圧縮応力により、溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
According to the first embodiment of the pipe joining method, since the absorption coefficient of each
このアシストガスは、酸化を防止したり還元させるために窒素ガスや、窒素及びアルゴン等の混合ガスであり、溶融部の冷却と同時に溶融部の酸化を防止し、伝送光学系やレーザ発振源の保護効果をも奏する。 This assist gas is nitrogen gas or a mixed gas such as nitrogen and argon in order to prevent or reduce oxidation, and at the same time as cooling the melted portion, prevents the melted portion from being oxidized, and the transmission optical system and laser oscillation source. There is also a protective effect.
次に、図2乃至図5に基づき、第2の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第2の実施形態は、長手方向(パイプの長さ方向)と直角に切断加工された両パイプ1、1の開口端面を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプ1、1を突き合わせ(図2参照)、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながら開先面1A、1Aにエネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する方法である。この照射は、開先面1A、1A全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Next, a second embodiment will be described based on FIGS. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. In the second embodiment, a groove is formed so that the opening end surfaces of both
この両パイプ1、1の開口端面を内径側より外径側に向けて開くように加工した開先角度は、数度〜数十度程度であり、図3に示すように、エネルギービーム2の照射によって、溶融が開始し粘性が増すと、圧縮応力により溶融部1B、1Bが潰れながら突き合わせ部から一体化が開始して、図3から図4の状態となる。
The groove angle obtained by opening the opening end faces of the
そして、一体化は開先面外側に向かって進み、やがて図5に示すように、接合が十分となる。この状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部1B、1Bの冷却が行なわれる。
Then, the integration proceeds toward the outside of the groove surface, and eventually, as shown in FIG. In this state, the irradiation of the
次に、図6に基づき、第3の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第3の実施形態は、両パイプ1、1間に溶着するためのエネルギービーム2の波長に対する透過率の高い円筒状のフィラー3を介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプ1、1と前記フィラー3の突き合わせ部に前記エネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Next, a third embodiment will be described based on FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. In the third embodiment, both
即ち、このパイプ1、1の開口端面は長手方向(パイプの長さ方向)と直角に加工して、両パイプ1、1間に両パイプ1、1と同径の円筒状のフィラー3を介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプ1、1と前記フィラー3の突き合わせ部に前記エネルギービーム2を照射する。
That is, the opening end face of the
この場合、エネルギービーム2を開先面に照射するため、図6の矢印に示すように、斜め上方から照射する。前記フィラー3は、前記エネルギービーム2に対し十分に透過率が高く、且つパイプ1、1との溶着性に優れ、また機械的特性や化学的特性に優れた材料を材料を選択するが、前記パイプ1、1と同様に、合成樹脂、具体的にはポリオレフィン系の合成樹脂である、例えば高密度のポリエチレン合成樹脂材料にて形成される。
In this case, in order to irradiate the groove surface with the
また、場合によっては、吸収剤などの機能材料を前記フィラー3とパイプ1、1との間に挟み込んだり、前記フィラー3とパイプ1、1の接触面に塗布しても良い。これにより、エネルギービーム2のパイプやフィラーへの吸収が促進される。この吸収剤は、炭素粉末やニッケル粉末などの金属粉末で作製したペースト状のものを塗布ものを使用することが望ましいが、吸収率が高いならば前記フィラー3やパイプ1、1と同様な合成樹脂材料でもよい。
In some cases, a functional material such as an absorbent may be sandwiched between the
そして、エネルギービーム2が照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー3とパイプ1、1の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー3とパイプ1、1の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, absorption is performed at the same time as the irradiation with the
次に、図7に基づき、第4の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第4の実施形態は、両パイプ1、1の開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプ1、1を突き合わせ、この両パイプ1、1の突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービーム2の波長に対する透過率の高い断面が三角形のリング状のフィラー3Aを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプ1、1と前記フィラー3Aの突き合わせ部に前記エネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Next, a fourth embodiment will be described based on FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. In the fourth embodiment, the
前記フィラー3Aは断面が三角形状を呈したリングで、両パイプ1、1の開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工されて形成された空間部を埋めるように嵌められる。
The
そして、エネルギービーム2がフィラー3A全体(フィラー3Aとパイプ1、1との突き合わせ部を含めた)に照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー3A自体、このフィラー3Aとパイプ1、1の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー3Aとパイプ1、1の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, the
次に、図8に基づき、第5の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第5の実施形態は、両パイプ1、1の開口端面の一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプ1、1を突き合わせ、この両パイプ1、1の突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービーム2の波長に対する透過率の高い断面が三角形のリング状のフィラー3Bを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプ1、1と前記フィラー3Bの突き合わせ部に前記エネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. In the fifth embodiment, the
前記フィラー3Bは断面が三角形状を呈したリングで、両パイプ1、1の開口端面の一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工されて形成された空間部を埋めるように嵌められる。
The
そして、エネルギービーム2がフィラー3B全体(フィラー3Bとパイプ1、1との突き合わせ部を含めた)に照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー3B自体、このフィラー3Bとパイプ1、1の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー3Bとパイプ1、1の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, the
次に、図9に基づき、第6の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第6の実施形態は、一方(右方)のパイプ1の開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工し、他方(左方)のパイプ1の開口端面外端部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工すると共に開口端面内端部を外径側より内径側に向けて閉じるように開先加工して、前記左方のパイプ1に前記右方のパイプ1の一部を嵌合させ、この両パイプ1、1の嵌合されていない部分に溶着するためのエネルギービーム2の波長に対する透過率の高い断面が三角形のリング状のフィラー3Cを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプ1、1と前記フィラー3Cの突き合わせ部に前記エネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Next, a sixth embodiment will be described based on FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. In the sixth embodiment, a groove is formed so that the entire opening end surface of one (right)
前記フィラー3Cは断面が三角形状を呈したリングで、両パイプ1、1の開口端面の外径側に向けて開くように開先加工されて形成された空間部を埋めるように嵌められる。
The
そして、エネルギービーム2がフィラー3C全体(フィラー3Cとパイプ1、1との突き合わせ部を含めた)に照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー3C自体、このフィラー3Cとパイプ1、1の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー3Cとパイプ1、1の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, the
なお、以上の第4から第6の実施形態よっても、第3の実施形態で説明した吸収剤などの機能材料を前記フィラーとパイプ1、1との間に挟み込んだり、前記フィラーとパイプ1、1の接触面に塗布しても良い。これにより、エネルギービーム2のパイプやフィラーへの吸収が促進される。
In addition, according to the above fourth to sixth embodiments, the functional material such as the absorbent described in the third embodiment is sandwiched between the filler and the
次に、図10に基づき、第7の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第7の実施形態は、合成樹脂、具体的にはポリオレフィン系の合成樹脂である、例えば高密度のポリエチレン合成樹脂材料にて形成された内径が異なる2本のパイプ10、11の接合方法である。
Next, a seventh embodiment will be described based on FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. This seventh embodiment is a method of joining two
即ち、一方(右方)のパイプ10と、このパイプ10の内径より外径が少し小径(略同径)の他方(左方)のパイプ11とを備え、一方(右方)のパイプ10に他方(左方)のパイプ11を嵌合させ、その嵌合部にエネルギービーム2を照射して両パイプ10、11を接合する方法である。この照射は、嵌合部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
That is, one (right) pipe 10 and the other (left)
そして、エネルギービーム2の照射により吸収が行なわれ、発熱することにより嵌合部Aが加熱して溶融すると同時に溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
And absorption is performed by irradiation of the
次に、図11に基づき、第8の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第8の実施形態は、内径及び外形が同一の2本のパイプ1、1の接合方法である。先ず、一方(左方)のパイプ1の接合側端部において外周部を全周に亘って切除して薄肉にして嵌合部1Cを形成し、他方(右方)のパイプ1の接合側端部において内周部を全周に亘って切除して薄肉にして被嵌合部1Dを形成する。
Next, an eighth embodiment will be described based on FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. The eighth embodiment is a method of joining two
そして、一方のパイプ1の嵌合部1Cを他方のパイプ1の被嵌合部1Dに嵌合させて突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Then, the
そして、エネルギービーム2の照射により吸収が行なわれ、発熱することにより嵌合部が加熱して溶融すると同時に溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, absorption is performed by irradiation of the
次に、図12に基づき、第9の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第9の実施形態は、内径及び外形が同一の2本のパイプ1、1の接合方法である。先ず、一方(左方)のパイプ1の接合側端部において外周部を全周に亘って切除して薄肉にして嵌合部1Cを形成し、他方(右方)のパイプ1の接合側端部において内周部を全周に亘って切除して薄肉にして被嵌合部1Eを形成する。この場合、嵌合部1Cより被嵌合部1Eの長さを短く形成する。
Next, a ninth embodiment will be described with reference to FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. The ninth embodiment is a method for joining two
そして、前記一方のパイプ1の接合側端部の嵌合部1Cに両パイプ1、1を溶着するためのエネルギービーム2の波長に対する透過率の高い円筒状のフィラー3Dを外側から嵌合させ、このフィラー3Dを介して一方のパイプ1の嵌合部1Cを他方のパイプ1の被嵌合部1Eに嵌合させて突き合わせ、圧縮応力を加えながらフィラー3Dを挟んだ状態で両パイプ1、1と前記フィラー3Dの突き合わせ部に前記エネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
Then, a
そして、エネルギービーム2が照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー3Dとパイプ1、1の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー3Dとパイプ1、1の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, absorption is performed at the same time when the
次に、図13に基づき、第10の実施形態について説明する。先ず、第1の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第10の実施形態は、内径及び外形が同一の2本のパイプ1、1の接合方法である。
Next, a tenth embodiment will be described based on FIG. First, the same or similar numbers as those in the first embodiment will be described below assuming that they have the same or similar functions. The tenth embodiment is a method of joining two
先ず、一方(左方)のパイプ1の接合側端部において一定長さだけ片半部(上半部)を切除し、他方のパイプ(右方)1の接合側端部において一定長さだけ片半部(下半部)を切除する。そして、両パイプ1、1の残された片半部同士を突き合わせ、この突き合わせ部1F、1Fに圧縮応力を加えながらエネルギービーム2を照射して両パイプ1、1を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
First, one half (upper half) is cut by a certain length at the joining side end of one (left)
そして、エネルギービーム2が照射されると同時に吸収が行なわれ、両パイプ1、1の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム2の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
Then, absorption is performed at the same time as the irradiation with the
次に、図14乃至図17に基づき、エネルギービーム2の照射の方法について説明する。先ず、図14に基づき、第1の照射方法を前述したパイプの接合方法の第1の実施形態に適用した例について説明する。
Next, a method for irradiating the
先ず、溶接品質が均等となるように、前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)と所定距離離れて円周上に略等間隔を存してエネルギービーム発振源5を配設する。
First, the energy
この方法は、エネルギービーム発振源5からのエネルギービーム2が満遍無く、均一に前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)に照射できるように、前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)と所定距離離れて円周上に略等間隔を存して複数のエネルギービーム発振源5を配設するものである。
In this method, the
なお、前記エネルギービーム発振源5は、半導体レーザ、ファイバーレーザ、YAGレーザなどが考えられる。
The energy
次に、図15に基づき、第2の照射方法を前述したパイプの接合方法の第1の実施形態に適用した例について説明する。 Next, an example in which the second irradiation method is applied to the first embodiment of the pipe joining method described above will be described with reference to FIG.
先ず、前記両パイプ1、1と所定距離離れて円周上に略等間隔を存して光学素子であるレンズ15を配設する。そして、エネルギービーム発振源(図示せず)からのエネルギービーム2を各光ファイバー16を介して前記各レンズ15に導いて前記エネルギービーム2を照射する。
First, a
この方法は、エネルギービーム発振源からのエネルギービーム2が満遍無く、均一に前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)に照射できるように、前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)と所定距離離れて円周上に略等間隔を存してレンズ15を配設すると共にエネルギービーム発振源からのエネルギービーム2を各光ファイバー16を介して前記各レンズ15に導くようにしたものである。
In this method, the
次に、図16に基づき、第3の照射方法を前述したパイプの接合方法の第1の実施形態に適用した例について説明する。先ず、前記両パイプ1、1と所定距離離れて円周上に光学素子である導波路20を配設し、この導波路20にエネルギービーム発振源5からのエネルギービーム2を導き、この導波路20に所定間隔を存して開設された開口21を介してエネルギービーム2を照射する方法である。
Next, an example in which the third irradiation method is applied to the first embodiment of the pipe joining method described above will be described with reference to FIG. First, a
前記導波路20は、円筒状を呈し、その内面がエネルギービーム2を反射する金属材料のコーティングを施した光学ガラス等の光学材料で構成する。
The
従って、エネルギービーム発振源5からのエネルギービーム2を導波路20に導き、各開口21を介して、満遍無く、均一に前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)に照射できる。
Therefore, the
次に、図17に基づき、第4の照射方法を前述したパイプの接合方法の第1の実施形態に適用した例について説明する。先ず、前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)と所定距離離れて円周上に略等間隔を存して複数のエネルギービーム発振源5を配設する。
Next, an example in which the fourth irradiation method is applied to the first embodiment of the pipe joining method described above will be described with reference to FIG. First, a plurality of energy
そして、前記両パイプ1、1の回りを所定距離離れた状態で各エネルギービーム発振源5を所定速度で移動させながら、エネルギービーム2を照射させる。これにより、満遍無く、均一に前記両パイプ1、1(その突き合わせ部)に照射できる。
Then, the
なお、なお、以上説明した第1乃至第4の照射方法は、第1の実施形態に限らず、第2乃至第7の実施形態についても適用できる。 In addition, the 1st thru | or 4th irradiation method demonstrated above is applicable not only to 1st Embodiment but 2nd thru | or 7th Embodiment.
また、以上の実施形態において、前記パイプ1、10、11の接合する端面には、エネルギービーム2が浸透する粗さ(Rough averageが直径10〜100μm程度の粗さ)が形成されているものとする。これにより、エネルギービーム2が照射される面積を多くすることができると共に、溶融混合が促進され易く、接合をより強固なものとすることができる。
Further, in the above embodiment, the end surfaces where the
なお、第1乃至第6の実施形態において、パイプ1の外径は50mmで、内径が40mmであって、突き合わせ端部から3mm程度軟化させて溶着させると、接合が十分なものとなる。
In the first to sixth embodiments, the outer diameter of the
この場合、ポリエチレン合成樹脂材料製のパイプ1の融点は165℃、比重が0.91、比熱は0.41であり、溶融させる体積は(2.5×2.5×π×0.3)から(2×2×π×0.3)を差引いた値であり、約2.12cm3となる。溶融に必要なエネルギ−は、2.12(体積)×165(上昇させる温度)×0.41(比熱)÷4.2(1cal=4.2ジュール)であり、34.15ジュールとなる。
In this case, the melting point of the
均一な加熱が可能で、パイプに対するエネルギーの吸収率が100%であると仮定すると、約40wのレーザ発振源を使用すると、1秒間で溶融可能となる。但し、内部への熱拡散を考慮していないため、更に吸収率や熱源の不均一性を考慮すると、80〜1000W程度のものが必要と考えられる。 Assuming that uniform heating is possible and that the absorption rate of energy into the pipe is 100%, use of a laser oscillation source of about 40 w enables melting in one second. However, since heat diffusion into the interior is not taken into consideration, it is considered that a power of about 80 to 1000 W is necessary in consideration of the absorption rate and the non-uniformity of the heat source.
以上のように本発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された2本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合するようにしたが、この場合、突き合わせの構造・方法によっては必ずしも、前記突き合わせ部に圧縮応力を加えない状態でエネルギービームを照射してもよい。 As described above, the present invention is a method for joining two pipes made of a thermoplastic synthetic resin material, but a part or both of the opening side end parts of both pipes are butted together, and compressive stress is applied to the butted parts. While both pipes are joined by irradiating the energy beam while being added, in this case, depending on the structure and method of butt, the energy beam may be radiated without applying compressive stress to the butt.
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various alternatives, modifications, and variations can be made by those skilled in the art based on the above description, and the present invention is not limited to the various alternatives described above without departing from the spirit of the present invention. It includes modifications or variations.
1 パイプ
1A 開先面
1B 溶融部
2 エネルギービーム
3 フィラー
3A フィラー
3B フィラー
3C フィラー
5 エネルギービーム発振源
10、11 パイプ
15 レンズ
16 光ファイバー
20 導波路
21 開口
DESCRIPTION OF
Claims (21)
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JP2006174230A JP2008001022A (en) | 2006-06-23 | 2006-06-23 | Method for connecting pipe and apparatus for connecting pipe |
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KR101856958B1 (en) | 2012-12-28 | 2018-05-14 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Pipe connector by metal casting |
KR20220066935A (en) * | 2019-09-24 | 2022-05-24 | 다이킨 고교 가부시키가이샤 | weld body |
-
2006
- 2006-06-23 JP JP2006174230A patent/JP2008001022A/en active Pending
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