JP2011226610A

JP2011226610A - 溶着継手及びその溶着方法

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Publication number: JP2011226610A
Application number: JP2010098674A
Authority: JP
Inventors: Makoto Imanishi; 良今西; Masaru Misaki; 勝三崎; Masateru Yamada; 真照山田; Takehiro Nakamura; 岳寛中村; Akihiro Masuda; 昭宏増田
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-22
Also published as: JP5555531B2

Abstract

【課題】更なる構造工夫により、管端部とチューブ端部とが嵌合挿入されて成る接合部に、熱溶着に起因する内側への膨出やビード形成が極力抑制又は解消されるようにして、流体の通過抵抗を招来することなく良好に溶着一体化することが可能となるように改善された溶着継手、並びにその溶着方法を提供する。
【解決手段】合成樹脂製チューブ１の端部１Ｔが嵌合挿入される管端部２Ｔを有し、管端部２Ｔを外囲する加熱手段４の加熱によって管端部２Ｔとこれに嵌合挿入されているチューブ端部１Ｔとの溶着が可能に構成されている合成樹脂製の溶着継手において、管端部２Ｔに外嵌装着される合成樹脂製のホルダ３を設け、ホルダ３に、加熱手段４との間に径方向の膨張用間隙Ｓを確保するためのフランジ１２が一体形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶着継手及びその溶着方法に係り、詳しくは、合成樹脂製チューブの端部が嵌合挿入される管端部を有し、前記管端部を外囲する加熱手段の加熱によって前記管端部とこれに嵌合挿入されている前記端部との溶着が可能に構成されている合成樹脂製の溶着継手、並びにその溶着方法に関するものである。

この種の溶着継手としては、特許文献１において開示されたものが知られており、合成樹脂製の溶着継手と合成樹脂製チューブとを溶着する際に、溶着継手がずれないように固定できるようにした溶着継手の溶着装置に関するものである。これによれば、溶着継手の管端部とチューブの端部とが互いに嵌合されての接合部を、半割り構造の環状ヒータ（溶着ヘッド）で外囲して加熱することにより、両端部どうしが溶着されて継手とチューブとが一体連結される。

上記従来技術では、接合部に環状ヒータが丁度外嵌するように外囲されており、効率良く接合部を加熱することが可能となる良さはあるが、慢性的な問題のあることも分かってきた。即ち、加熱によって樹脂を溶融させて溶着一体化させる手段では、溶着部が膨張するので、接合部が径内側に全体的に張出すとか径内側に突出する溶着ビードが形成されたりして、流体通路が狭まって通りが悪くなり易いという問題である。

そこで、その対策として特許文献２において開示されるように、溶着継手とチューブとの双方の接合部に、突合せ状態において両者間に隙間ができるように各端面をそれぞれ複数の切断面に形成する工夫により、接合部の内側にビードや膨出部ができてしまうことなく加熱溶着できるようにする技術が開発されている。

しかしながら、溶着継手とチューブとの各管端部を複雑形状に形成するにはコストが多く掛かる割には必ずしも所期通りに機能せず、依然としてビードや膨出する場合があるとともに、場合によっては凹みが生じることもあり、接合部における内部流路の平滑化には更なる改善の余地が残されているものであった。

特開２００８−０６９８８０号公報特開２００７−２３９９７３号公報

本発明の目的は、更なる構造工夫により、管端部とチューブ端部とが嵌合挿入されて成る接合部に、熱溶着に起因する内側への膨出やビード形成が極力抑制又は解消されるようにして、流体の通過抵抗を招来することなく良好に溶着一体化することが可能となるように改善された溶着継手、並びにその溶着方法を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、合成樹脂製チューブ１の端部１Ｔが嵌合挿入される管端部２Ｔを有し、前記管端部２Ｔを外囲する加熱手段４の加熱によって前記管端部２Ｔとこれに嵌合挿入されている前記端部１Ｔとの溶着が可能に構成されている合成樹脂製の溶着継手において、
前記管端部２Ｔに外嵌装着される合成樹脂製のホルダ３を設け、前記ホルダ３に、前記加熱手段４との間に径方向の膨張用間隙Ｓを確保するためのフランジ１２が形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に記載の溶着継手において、前記フランジ１２が、前記ホルダ３の軸心Ｐ方向で継手内奥側端に配置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に記載の溶着継手において、前記フランジ１２の径方向厚みが、前記ホルダ３における前記フランジ以外の部分の径方向厚みの１．４〜１５倍に設定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、請求項１〜３の何れか一項に記載の溶着継手において、前記ホルダ３の軸心Ｐ方向長さが、前記フランジ１２の軸心Ｐ方向長さの２〜１０倍に設定されてい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１〜４の何れか一項に記載の溶着継手において、前記ホルダ３を形成する合成樹脂として、前記管端部２Ｔを形成する合成樹脂の溶融温度よりも高い溶融温度を有するものに設定されていることを特徴とするものである。

請求項６に係る発明は、合成樹脂製溶着継手２の管端部２Ｔと、前記管端部２Ｔに嵌合挿入される合成樹脂製チューブ１の端部１Ｔとを、前記管端部２Ｔを外囲する状態に配置される環状ヒータ４による加熱によって溶着させる溶着継手の溶着方法において、
前記管端部２Ｔに合成樹脂製のホルダ３を外嵌装着して、そのホルダ外周面１３との間に所定の径方向間隙Ｓを空けた状態で前記環状ヒータ４を配置して加熱させることを特徴とするものである。

請求項７に係る発明は、請求項６に記載の溶着継手の溶着方法において、前記ホルダ３に径外側に所定量突出するフランジ１２を形成しておき、前記フランジ１２に前記環状ヒータ４を外接させた状態で加熱す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、詳しくは実施形態の項にて説明するが、ホルダの径外側にある膨張用間隙の存在により、加熱手段の加熱による接合部やホルダの径外側への膨張変形が許容されて、チューブの内部流路及び継手流路の径均一な状態が維持、即ち良好な流路状態を維持しながら、管端部及びチューブ端部が良好に溶着一体化される。その結果、更なる構造工夫により、管端部とチューブ端部とが嵌合挿入されて成る接合部に、熱溶着に起因する内側への膨出やビード形成が極力抑制又は解消されるようになり、流体の通過抵抗を招来することなく良好に溶着一体化することが可能となるように改善された溶着継手を提供することができる。また、そのための膨張用間隙が、ホルダに形成されているフランジによって加熱手段との径方向間に形成されるから、コスト安で、かつ、確実に均一な溶着が行える利点がある。

請求項２の発明によれば、フランジがホルダの軸心方向で継手内奥側端に配置されているので、管端部とチューブ端部とが嵌合される接合部からフランジが軸心方向に離れることとなり、加熱手段を偏ることなく軸心を合せて外囲することができながら、接合部のより一層の均一溶着に寄与できる利点がある。

請求項３の発明によれば、フランジの径方向厚みが、ホルダにおけるフランジ以外の部分の径方向厚みの１．４〜１５倍に設定されている。１．４倍未満であると、溶着に伴う接合部及びホルダの径外側への膨張変形を許容するための膨張用間隙の確保が困難となり、１５倍を超えると良好な溶着が行えなくなるほどに接合部への熱伝導効率が悪くなるので、１．４〜１５倍の範囲であると良好な溶着を行うことが可能となる。

請求項４の発明によれば、ホルダの軸心方向長さが、フランジの軸心方向長さの２〜１０倍に設定されている。２倍未満であると接合部が加熱手段に対して暴露され過ぎの傾向となって、溶着後における真円保持が困難になり、また、１０を超えると接合部の軸心方向長さが不必要に長くなるとともにコンパクトさに欠けることになる。従って、２〜１０倍の範囲であると良好な溶着を行うことが可能となる。

請求項５の発明によれば、ホルダは管端部よりも融点が高く設定されているから、溶着の際に管端部が溶融してもホルダは溶融せず、円筒形状が維持されて溶着後の接合部の真円を保持することができる利点がある。

請求項６の発明によれば、これは請求項１の発明を方法化したものであるから、請求項１の発明による効果と同等の効果を得ることができる。また、請求項７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の発明による効果と同等の効果を得ることができる。

溶着継手及びこれとチューブとの接合部を示す要部の断面図（実施例１）ホルダを示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図フランジの別構造を示す断面図であり、（ａ）は別体式、（ｂ）は内周部端省略形、（ｃ）は軸心方向位置変更フランジの周方向間欠構造を示す正面図であり、（ａ）は六分割形、（ｂ）は四分割形フランジ断面の別形状例を示し、（ａ）は周溝付形、（ｂ）は面取り形、（ｃ）は三角形、（ｄ）は外周球面形

以下に、本発明による溶着継手及びその溶着方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

〔実施例１〕
溶着継手Ａは、図１に示すように、熱可塑性の合成樹脂の一例であるＰＦＡ製チューブ１の端部１Ｔが嵌合挿入される管端部２Ｔを備える継手本体２を有するＰＦＡ（熱可塑性の合成樹脂の一例）製であって、管端部２Ｔを外囲する加熱手段としての環状ヒータ４の加熱によって管端部２Ｔとこれに嵌合挿入されているチューブ端部１Ｔとの溶着が可能に構成されている。そして、管端部２Ｔに外嵌装着されるＰＴＦＥ（熱可塑性の合成樹脂の一例）製のホルダ３が外嵌装着されており、ホルダ３に、環状ヒータ４との間に径方向の膨張用間隙Ｓを確保するためのフランジ１２が形成されている。

管端部２Ｔの外径はフランジ部５を備える管部２Ｋより若干細められており、それによって段差側周面６が形成されている。段差側周面６は、ホルダ３を管端部２Ｔに外嵌挿入する際の位置決めとして機能するように構成されている。つまり、段差側周面６で決まる管端部２Ｔの軸心Ｐ方向長さと、ホルダ３の軸心Ｐ方向長さとが同じ値に設定されている。ホルダ３は管端部２Ｔの外周面７に圧入されるのが望ましいが、抜け出さない程度に外嵌されるものであっても良い。

管端部２Ｔは、その開口部から軸心Ｐ方向長さのおよそ半分が、継手流路２Ｗの径よりも大なる挿入用大径内周面８に形成されており、その挿入用大径内周面８にチューブ１の端部１Ｔが圧入的に内嵌挿入され、内段差面９との当接によって端部１Ｔの挿入量が定まるように設定されている。また、内段差面９の内角部は、斜めにカットされたような傾斜面１０に形成されている。

ホルダ３は、図１，図２に示すように、管端部２Ｔの外周面７に外嵌する径均一な内周面１１と外周面１３とを有する鍔付円筒状のものであり、軸心Ｐ方向で最も溶着継手Ａとしての内奥側（矢印イ方向側）となる端に、環状ヒータ４の内周面４ａとの間に径方向の膨張用間隙Ｓを確保するためのフランジ（外周フランジ）１２が一体形成されている。フランジ１２の径方向厚みＲが、ホルダ３におけるフランジ１２以外の部分の径方向厚みｒの１．４〜１５倍に設定されており、かつ、ホルダ３の軸心Ｐ方向長さＮが、フランジ１２の軸心Ｐ方向長さｎの２〜１０倍に設定されている。

ホルダ３を形成する合成樹脂であるＰＴＦＥは、管端部２Ｔ、即ち継手本体２を形成する合成樹脂であるＰＦＡの溶融温度よりも高い溶融温度を有している。そして、ホルダ３を形成する合成樹脂は、チューブ１や継手本体２を形成する合成樹脂よりも溶融粘度の高い材質であることが望ましい。

チューブ１は、その内部流路１Ｗの径が継手流路２Ｗの径と同等に設定されており、強く差し込む（又は比較的容易に差し込む）ことでその端部１Ｔを挿入用大径内周面８に内嵌挿入することができる。チューブ１の継手本体２への挿入のやり方としては、チューブ端面１ｔが内段差面９に当接するまで差込を行うことで為される。

次に、溶着継手Ａとチューブ１との接続方法（溶着方法）について説明する。まず、ホルダ３をそのフランジ１２が先行する状態で管端部２Ｔに外嵌挿入及び維持させるか、又は予め管端部２Ｔにフランジ１２が内奥側に位置する状態でホルダ３が圧入外嵌又は密外嵌されている溶着継手Ａを用意しておくかを選択して実行する。ホルダ３を管端部２Ｔに挿入する際は、ホルダ３が段差側周面６に当接するまで挿入操作を行う。

次いで、チューブ１の端部１Ｔを管端部２Ｔに、チューブ端面１ｔが内段差面９に当接するまで内嵌挿入し、それから環状ヒータ４をその内周面４ａがホルダ３のフランジ１２の外周面１２ａに接触（当接）する状態に外囲して嵌装する（図１の状態）。それから環状ヒータに通電して発熱させ、外周側から管端部２Ｔとチューブ端部１Ｔとの嵌合挿入部、即ち接合部Ｃを加熱して溶着させる。

つまり、合成樹脂製溶着継手２の管端部２Ｔと、管端部２Ｔに嵌合挿入される合成樹脂製チューブ１の端部１Ｔとを、管端部２Ｔを外囲する状態に配置される環状ヒータ４による加熱によって溶着させる溶着継手２の溶着方法において、管端部２Ｔに合成樹脂製のホルダ３を外嵌装着して、そのホルダ３の外周面１３との間に所定の径方向間隙Ｓを空けた状態で環状ヒータ４を配置して加熱させる、という溶着方法である。そして、ホルダ３に径外側に所定量突出するフランジ１２を形成しておき、フランジ１２に環状ヒータ４を外接させた状態で加熱することにより、ホルダ３と環状ヒータ４との軸心を簡便に一致させることができ、それによって均一な加熱状態を得ることができる。

環状ヒータ４の発する熱は、大部分が膨張用間隙（環状空間部）Ｓを介しての輻射熱として接合部Ｃに伝わるが、一部フランジ１２を介して直接的に伝わる。この場合、ホルダ３は、管端部２Ｔの保護及び環状ヒータ４による熱を均一化して管端部２Ｔに伝えるという重要な機能を有している。

接合部Ｃは加熱によって膨張し、制約がない限り径外側への膨張（要するに径方向厚みの径外側への膨張）となる。この場合本発明品においては、図示は省略するが、その膨張部分はホルダ３と共に径外側に存在する膨張用間隙Ｓに吸収され、内側（径内側）への膨張は生じない又は殆ど無い状態がもたらされるようになる。また、極わずかに径内側への膨張があっても、そのわずかな膨張は傾斜面１０とチューブ端面１ｔとで形成される環状空間部で吸収可能である。

つまり、管端部２Ｔを外囲する環状ヒータ４の加熱によって、管端部２Ｔとこれに嵌合挿入されているＰＦＡチューブ１の端部１Ｔとの溶着が可能に構成されるＰＦＡ製の溶着継手において、管端部２Ｔに外嵌装着されるＰＴＦＥ製のホルダ３を設け、ホルダ３に、環状ヒータ４との間に径方向の膨張用間隙Ｓを確保するためのフランジ１２を形成してあることを特徴とする。これにより、加熱による径外側への膨張変形が許容されて、互いに同径の内部流路１Ｗ及び継手流路２Ｗの径均一な状態が維持、即ち良好な流路状態を維持しながら、端部どうし２Ｔ，１Ｔが良好に溶着一体化されるように改善される溶着継手及びそれの溶着方法を提供することに成功している。

ホルダ３のフランジ１２以外の部分（本体部分３Ｈ）は薄肉であって撓み易いため、溶着時に溶着部位が環状ヒータ４との間隙、即ち膨張用間隙Ｓへと膨張し、溶着内面（接合部Ｃの内面）へのビード膨出が抑制又は解消されるようになる。フランジ１２は管端部２Ｔを保持するので、溶着時に溶着部位（接合部Ｃ）の不均一なムラを抑制することが可能である。また、フランジ１２が熱膨張によって環状ヒータ４の内周面４ａと接する又は強く接するようになるから、環状ヒータ４とは非接触となる本体部分３Ｈへの熱伝導効率が良くなり、均一な溶着状態の実現に寄与することができる。

次に、ホルダ３の種々の別形状について説明する。まず、図３（ａ）に示すホルダ３は、二部品から成るものであり、筒状のホルダ本体３Ａに、環状の大径フランジ１４を嵌合一体化して構成されている。全体形状としては図２に示す一体型のホルダ３と同じであり、大径フランジ１４がフランジ１２に相当している。なお、一体化手段としては、圧入や、嵌合及び接着、その他が考えられる。

図３（ｂ）に示すホルダ３は、図２に示すホルダ３において、フランジ１２側の内周部端を欠いたよう形状のものである。即ち、薄肉の本体部分３Ｈの内奥側の端部を、フランジ１２の軸心Ｐ方向幅の約半分を端から省略した環状空隙部ｋを設けた構造のホルダ３である。この場合のフランジ１２は本体部分３Ｈと一体に形成されている。

図３（ｃ）に示すホルダ３は、フランジ１２の位置が軸心Ｐ方向で本体部分３Ｈの中間に設定された構造のものであり、やや内奥側によった位置に設定されている。

図４（ａ）は、周方向に間欠的に存在する構造のフランジ１２を持つホルダ３である。これは隣り合う６分割フランジ部１２ｓどうしの間（周方向間）に小隙間１５が形成されているものであり、各６分割フランジ部１２ｓには、環状ヒータ４の内周に内接すべく軸心Ｐを中心とするする円弧外周面１６が形成されている。

図４（ｂ）は、周方向に間欠的に存在する構造のフランジ１２を持つホルダ３のその２である。これは隣り合う４分割フランジ部１２ｆどうしの間（周方向間）に大隙間１７が形成されているものであり、各４分割フランジ部１２ｆには、環状ヒータ４の内周に内接すべく軸心Ｐを中心とするする円弧外周面１８が形成されている。

図５（ａ）に示すホルダ３は、図２に示すホルダ３におけるフランジ１２に外周溝１９が形成された構造のものである。図示の外周溝１９は周方向に連続する環状溝であるが、周方向に間欠構成されるものでも良い。

図５（ｂ）に示すホルダ３は、図２に示すホルダ３におけるフランジ１２の軸心Ｐ方向の両角に面取りを行う等して傾斜カット面２０，２０を設けた構造のものである。

図５（ｃ）に示すホルダ３は、図２に示すホルダ３におけるフランジ１２の外側（軸心Ｐ方向でチューブ１側）を傾斜面２１として、外周面１２ａの幅が極わずかで、恰もフランジ１２の断面三角形を呈するように構成されたものである。

図５（ｄ）に示すホルダ３は、図２に示すホルダ３におけるフランジ１２の軸心Ｐ方向の両角が丸く球面処理されて、断面半円形の外周面２２を有する構造のものである。

〔別実施例〕
フランジ１２の位置はホルダ３のチューブ側（外手前側）端にあっても良く、また、ホルダ３の軸心Ｐ方向で両端それぞれに一対設ける構造でも良い。また、加熱によって溶融する合成樹脂であれば良く、ＰＦＡやＰＴＦＥ以外の合成樹脂でももちろん良い。

１チューブ
１Ｔ端部
２継手本体
２Ｔ管端部
３ホルダ
４加熱手段
１２フランジ
１３ホルダ外周面
Ｐ軸心
Ｓ膨張用間隙、径方向間隙

Claims

合成樹脂製チューブの端部が嵌合挿入される管端部を有し、前記管端部を外囲する加熱手段の加熱によって前記管端部とこれに嵌合挿入されている前記端部との溶着が可能に構成されている合成樹脂製の溶着継手であって、
前記管端部に外嵌装着される合成樹脂製のホルダを設け、前記ホルダに、前記加熱手段との間に径方向の膨張用間隙を確保するためのフランジが形成されている溶着継手。
前記フランジが、前記ホルダの軸心方向で継手内奥側端に配置されている請求項１に記載の溶着継手。
前記フランジの径方向厚みが、前記ホルダにおける前記フランジ以外の部分の径方向厚みの１．４〜１５倍に設定されている請求項１又は２に記載の溶着継手。
前記ホルダの軸心方向長さが、前記フランジの軸心方向長さの２〜１０倍に設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の溶着継手。
前記ホルダを形成する合成樹脂として、前記管端部を形成する合成樹脂の溶融温度よりも高い溶融温度を有するものに設定されている請求項１〜４の何れか一項に記載の溶着継手。
合成樹脂製溶着継手の管端部と、前記管端部に嵌合挿入される合成樹脂製チューブの端部とを、前記管端部を外囲する状態に配置される環状ヒータによる加熱によって溶着させる溶着継手の溶着方法であって、
前記管端部に合成樹脂製のホルダを外嵌装着して、そのホルダ外周面との間に所定の径方向間隙を空けた状態で前記環状ヒータを配置して加熱させる溶着継手の溶着方法。
前記ホルダに径外側に所定量突出するフランジを形成しておき、前記フランジに前記環状ヒータを外接させた状態で加熱する請求項６に記載の溶着継手の溶着方法。