JP3608467B2 - 熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱可塑性樹脂管、特にポリエチレン管やポリブテン管同士を突合せて融着接合する、熱可塑性樹脂管の圧接接合装置まあたは圧接接合方法における圧接接合用平板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、、特開平４−３９０２８号公報に開示された従来の「樹脂管の圧接接合装置」の一部断面の側面図である。図７において、ポリエチレン管１、２はその端面の間に配置した管状継手３を介して融着接合される。すなわち、ポリエチレン管１、２は、油圧引き寄せ機構１６、１７に連結された管固定具５、６に固定され、ポリエチレン管１、２の端面が対向する。管状継手３は継手保持具１０に保持され、回転駆動機構１４により回転自在にポリエチレン管１、２の端面の間に配置される。そして、ポリエチレン管１、２の端面と管状継手３を互いに接触させた状態で、管状継手３を回転させ、ポリエチレン管１、２と管状継手３の接触面が摩擦熱によって融点に達した時点で、油圧式引き寄せ機構１６、１７によってポリエチレン管１、２の端面と管状継手３を締め付けて、これらを融着一体化する。したがって、接合作業に熟練を必要とせず、確実で高強度の接合が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、管状継手を介して接合するため、接合個所が二個所になり、このため、接合部の継手強度が低下したりあるいは接合不良が発生し易いという問題があった。また、圧接に伴って接合部に発生する圧接バリが二箇所になり、その削除作業が煩雑であるという問題があった。さらに、管状継手を樹脂管と同一材質でかつ同一内外径に作成する必要があるという問題もあった。
【０００４】
本発明は、前記の問題点を解決するためなされたもので、熱可塑性樹脂管の融着接合にあたり、接合面を一箇所に限定し、かつ圧接バリの発生を最小に押さえることのできる、熱可塑性樹脂管の圧接接合装置および圧接接合方法の提供に際し、確実な圧接接合を可能とし、かつ良好形状の内面圧接ビードを形成し、さらに迅速な圧接作業を可能とする継手部材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法および装置の特徴は、以下のとおりである。
［１］接合すべき第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管を、それらの端面が同心状に対向するように保持する管保持手段と、該管保持手段により保持された前記熱可塑性樹脂管の一方または両方をその管軸方向に移動させる管移動手段と、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の対向する端面間に、熱可塑性樹脂製の平板を保持するとともに、該平板を前記熱可塑性樹脂管の管軸周りに回転させる平板保持手段とを有することを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合装置における、熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板であって、
該圧接接合用平板の略中央部に円形の貫通穴を設け、該貫通穴の内径が前記第一または前記第二の熱可塑性樹脂管の内径に略同一であることを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
【０００６】
［２］前記［１］の圧接接合用平板において、貫通穴の内径が前記第一または前記第二の熱可塑性樹脂管の内径公差の最小値のうち何れか小さい方の値より０〜３ｍｍだけ小さいことことを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
【０００７】
［３］前記［１］の圧接接合用平板が、その略中央部から、第一または第二の熱可塑性樹脂管の外径より遠い外側の範囲が、その内側の範囲より厚肉であることを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
【０００８】
［４］前記［１］の圧接接合用平板が複数の熱可塑性樹脂製の分割平板を付き合せて形成したものであって、付き合せ状態における貫通穴から略放射線状に付き合わせ面を有して、該貫通孔の円周方向に分割自在であることを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明に係る熱可塑性樹脂管（以下、樹脂管と称す）の圧接接合用平板を使用する圧接接合装置の一実施形態を示すもので、図１は装置構成を模式的に示す側面図、図２は樹脂平板の保持機構を示す断面図、図３は装置の斜視図である。
【００１０】
本圧接接合装置は、接合すべき樹脂管１、２を保持するための固定側クランプ５および移動側クランプ６（管保持手段）と、この移動側クランプ６に保持された樹脂管２をその管軸方向に移動させるための管送り機構９（管移動機構）と、樹脂管１、２、の接合すべき端面間に平板３を保持し且つこの平板を樹脂間の管軸周りに回転させるための平板保持手段４とを有している。
【００１１】
前記固定クランプ５および移動側クランプ６は、接合すべき樹脂管１、２を脱着可能にクランプすることによりこれらを保持するもので、前記移動側クランプ６はスライド軸２１に案内されて樹脂管の管軸方向に移動可能である。これら固定クランプ５および移動側クランプ６は、接合すべき樹脂管１、２の端面同士が同心状に対向するようにそれらの樹脂管を保持することができる。
【００１２】
前記管送り機構９は、駆動手段としてスクリュウ軸２２を備えており、このスクリュウ軸２２が前記移動側クランプ６に貫設された雌ねじ孔に装着され、このスクリュウ軸を回転駆動させることにより前記移動側クランプを移動させるようにしてある。
【００１３】
前記平板保持手段４は、平板３が固定される平板保持部４０と、この平板保持盤４０を回転駆動させるための駆動モータ７と、この駆動モータ７が設置され且つ平板保持盤４０を回転自在に保持する移動ベッド２０とを有している。この移動ベッド２０は、前記スライド軸２１に案内されて接合すべき樹脂管の管軸方向に移動可能である。
【００１４】
移動ベッド２０は、樹脂管を挿通させるための貫通孔を有すリング状で、スライド軸２１に案内されてフリーの状態にあって自由に移動自在であるから、圧接開始時に平板３が樹脂管２の端面により押された時は、平板３に伴って樹脂管の管軸方向に移動され、また、圧接終了時に平板移動機構１１の押出し用のロッド１２が前進して移動ベッド２０に当接してこれを押し出した時には強制的に樹脂管の管軸方向に移動させられる。
【００１５】
平板移動機構１１は、固定側クランプが設置されているベース１０に設置された油圧シリンダであって、圧接開始時は、移動ベットと縁切れ状態にあり、圧接終了時に押出し棒用のロッド１２が前進して移動ベッド２０に当接してこれを押して、移動ベッドを強制的に樹脂管の管軸方向に移動させる。
【００１６】
平板保持盤４０は、、樹脂管を挿通させるための貫通孔を有すリング状であって、軸受４２により移動ベッド２０に回転自在に支持され、その外周に設けたギア４１は、駆動モター８の出力軸に設置されたギア７と噛み合っている。また、側部の貫通孔の周囲には、平板３を固定ボルト３１により固定するためのネジ孔４４が設置されている。
【００１７】
また、平板３は、リング状で内径が樹脂管１、２の内径に略同じの寸法になっている。平板３は貫通穴３１に挿入した固定ボルト３２により平板保持盤４０のネジ孔４４に固定される。
【００１８】
このような圧接接合装置では、前記平板保持盤４０の側部に固定ボルト３２を介して平板３が固定される。
【００１９】
この平板３は樹脂管１、２と同一樹脂で作成され、中央に樹脂管１、２と略同径の円形孔３０が貫設さあれたものである。本実施形態ではリング状の平板３が用いられている。
【００２０】
以下、この圧接接合装置を使用した本発明の圧接接合方法を説明する。
図４は、前記圧接装置を用いた圧接接合作業のフロー図であり、図５は、前記圧接装置を用いた圧接接合作業における回転トルク等の経時変化を示す概念図である。
【００２１】
ます、樹脂管１と樹脂管２を両樹脂管のセンターが合うように調整して、それぞれ固定側クランプ５と移動側クランプ６に固定する。また、平板３を平板保持盤４０に固定する。（ステップ１）。
【００２２】
コントローラのスイッチをオンにし、平板３保持した平板保持盤４０を駆動モータ８によりギア７を介して回転させる。このとき回転数は一定値を保つように制御する。それと同時に管送り機構９により、移動側クランプ６に送りをかけ平板３を挟んだ形で、樹脂管２を樹脂管１に押し付ける。このとき送り量が一定となるようにエンコーダ等を使用し制御する。回転する平板３と樹脂管１、２の接している部分には摩擦熱が発生する。その部分が溶融し始めるまでは（図５におけるＯからＡの範囲）回転数と送り量を所定の値に維持するため、回転トルクと押し付け力を大きくする必要がある。
【００２３】
この間、平板３は樹脂管２の送りに伴って移動し、同様に、移動ベッド２０は、スライド軸２１に案内されて自由に移動自在であるから、平板３に伴って樹脂管の管軸方向に移動する。（ステップ２）
【００２４】
そして、平板３と樹脂管１、２の接している部分が溶融し始めると、回転トルクと押し付け力が低下する（図５におけるＡからＢの範囲）。平板３が完全に溶融するまでは、平板３と樹脂管１、２の接している部分は徐々に温度上昇し、融点以上に保持される。（ステップ３）
【００２５】
平板３の樹脂管１、２との接触部が完全に解けると摩擦抵抗が減り、回転を維持するためのトルクが急変する（図５におけるＢ）。この信号を検知し、平板保持盤４を軸方向に移動する（図５におけるＢからＣの範囲）。このとき、平板３の外周部（溶融しないで残っている部分）が平板保持盤部４とともに軸方向に強制的に移動されるから、圧接面から押し出された溶融樹脂は、平板３に付着したまま圧接面からむしり取られる。特に、平板３の回転が完全に停止する前に移動することで、溶融して押出された樹脂を均一に取り除くことができる。（ステップ４）
【００２６】
さらに、平板保持盤４の移動完了と同時に樹脂管２を樹脂管１に押し付けて（図５におけるＣからＤの範囲）、接合部に所定の圧力をかけると、樹脂管１と樹脂管２の間で溶融していた樹脂が、接合面から押出され滑らかな形状のビードが形成される。（ステップ５）
【００２７】
なお、図５において、樹脂管２の送り制御は、樹脂平板の回転中（図５においてＯからＣの範囲）はエンコーダによる送り量制御をし、回転停止後（図５においてＣからＤの範囲）は押し付け力による送り量制御に切り替えている。すなわち、樹脂平板が回転中は、押し付け力は樹脂が溶融しているためほぼ０（ゼロ）であるから、単にモニターするだけにし、エンコーダの信号により、ほぼ一定速度で送られるように制御する。一方、両樹脂管が衝突（樹脂平板が貫通）して、樹脂平板が回転停止した後は、発熱が無いので樹脂は徐々に硬化し押し付け力が上昇してくるから、目標押し付け力になるよう送り量を制御する。
【００２８】
なお、押し付け力はロードセル等の圧力センサーを用い、ＰＤＩ制御を行う。樹脂の接合に必要な所定の押し付け力にすばやく立ち上げ維持することで、接合強度に優れた接合を行なうことができる。
【００２９】
図６は、上記圧接接合方法における圧接接合部の形状の経時変化を示す概念図である。図６の（ａ）は、平板３の回転開始直後であって、まだ樹脂管１、２と平板３の接触面は溶融していない。図６の（ｂ）は、溶融が始まり、樹脂管１と樹脂管２が互いに接近している様子を示す。図６の（ｃ）は、平板３を貫通して樹脂管１と樹脂管２が衝突して、相互に融着した時点の様子を示し、樹脂平板３はまだ回転していて、これより即座に樹脂管２の軸方向に移動される。図６の（ｄ）は、平板３の外周部（残部）が樹脂管の軸方向に移動し、樹脂管１と樹脂管２の押付けが終了した、圧接接合が完了した様子を示す。接合部には接合ビードが発生している。
【００３０】
次に、前記圧接接合装置を使用した本発明の圧接接合用平板を説明する。
［実施の形態１］
図７は、本発明の熱可塑性樹脂管（以下、樹脂管と称す）の圧接接合用平板（以下、平板と称す）を示す斜視図である。図７において、平板３は一定厚さのリング状円盤であって、平板保持手段４に固定するための固定ボルト３２を貫通する貫通穴３１が外周寄りに４個所設けてある。さらに、平板３の内径は、樹脂管１（樹脂管２に同じ）の内径に略一致させている。
【００３１】
厳密には、樹脂管１（樹脂管２に同じ）が偏平になっている場合もある。したがって平板の内径を決めるには、これらを考慮した内径公差を基準とする必要があり、平板の内径の最大値は樹脂管１の内径の公差の最小値より小さくなるように定める。また、平板３の内径３０が樹脂管１の内径より小さい場合、平板３の内周範囲で樹脂管の内側にはみ出した部分は、摩擦熱で溶ける程度の量とすることで、内バリとして除去可能になる。具体的には、平板３の内径は、樹脂管１（樹脂管２に同じ）の内径公差の下限値に等しい、か又はこの下限値より３ｍｍだけ小さい（樹脂管の内周に片側１．５ｍｍだけ突出する）ようにしている。したがって、圧接接合の後、内面に、良好形状の圧接バリを形成することができる。
【００３２】
なお、本発明はこのような円盤形状に限定するものでは無く、外周が四角形や六角形等の多角形、あるいは楕円形であってもよい。また、上記貫通穴３１の個数も４に限定するものでは無い。
【００３３】
例えば、中密度ポリエチレン管の１００Ａの１号Ｕ管の場合、内径の最小値は９４．４５ｍｍとなるので、平板の内径は９４ｍｍとする。樹脂管の肉厚は８．５ｍｍなので、平板の厚さも８．５ｍｍとする。回転部の開口の内径は樹脂管の外径が１１４ｍｍなので、片側５０ｍｍの余裕を持って２１４ｍｍとした。
【００３４】
［実施の形態２］
図８は、本発明の熱可塑性樹脂管（以下、樹脂管と称す）の圧接接合用平板（以下、平板と称す）の中心線における断面図である。図８の（ａ）は、平板３の内周部に近い範囲が薄肉で、その外側の外周部範囲はそれよりも厚くなっている。したがって、内周部の厚さは、圧接作業に必要な摩擦熱を発生させるだけの厚さとし、その外周部の厚さは、回転力を付与するに十分な厚さ、または、圧接接合作業の終了時に平板３を樹脂管１、２の軸方向に移動させる際に破損しない十分の厚さとしている。また、図８の（ｂ）は、厚さの変化をテーパ状に滑らかにしたものである。また、図８の（ｃ）は、片面側のみ厚肉にしたものである。
【００３５】
［実施の形態３］
図９は、本発明の熱可塑性樹脂管（以下、樹脂管と称す）の圧接接合用平板（以下、平板と称す）の斜視図である図９の（ａ）において、平板３は２枚のｅｎ円弧状の平板３２、３３によって形成されている。中心の貫通孔を複数の部材を組み合わせて形成しておくと、圧着接合後に、未溶融の外周部だけになった平板３２、３３を樹脂管から撤去する場合に、その平板を分割すれば、その位置で樹脂管から容易に撤去できるから、その平板を管の端面まで移動する面倒がなくなり作業が迅速になる。
【００３６】
また、図９の（ｂ）は、平板３が３枚の樹脂製平板３５、３６、３７によって形成されている。本発明はこれに限定するものではなく、４分割、や５分割にしても良い、
さらに、平板３２および平板３３の付き合わせ面３４は、図９の（ａ）および（ｂ）では板面に垂直であるが、図９の（ｂ）では、隙間が空きにくいように板面に対し所定の傾きを有している。なお、本発明は付き合わせ面をこのような形状に限定するものでは無く、断面Ｖ字状や、断面Ω字状にしても良い。
【００３７】
なお、本発明は、第一の熱可塑性樹脂管、第二の熱可塑性樹脂管および平板のそれぞれの材質が同一であることに限定するものではなく、第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管が同一材質で平板がこれと異なる材質であっても、さらに、第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管が異なる材質であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べた本発明の熱可塑性樹脂管の圧接接合装置における圧接接合用平板によれば、圧接接合面が一箇所に限定されるから、熱可塑性樹脂管の接合面の継手の信頼性が向上すると共に、接合部の概観が改善される。さらに、樹脂平板を圧接時に移動させた場合には、圧接バリの発生を最小に押さえることができると共に良好形状の圧接ビードを形成することができる。
【００３９】
さらに、圧接接合用平板が複数部材を付き合わせて形成されるから、圧接終了後、その付き合わせ面に沿って分割すれば、平板３はその位置で熱可塑性樹脂管から容易に撤去することができ、作業の迅速になるとの顕著な効果が得られる。
【００４０】
さらに、圧接接合用平板の内周部を所定の肉厚とし、外周部をこれより厚い肉厚とするから、良好形状の圧接ビードを形成するとともに、圧接接合用平板の回転駆動および圧接終了後の管軸方向への移動を確実にするとの顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一実施形態における装置構成を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一実施形態における平板の保持機構を示す断面図である。、図３は装置の斜視図である。
【図３】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一実施形態における装置の斜視図である。
【図４】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合方法のフロー図である。
【図５】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合方法における回転トルク等の経時変化を示す概念図である
【図６】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合方法における圧接接合部の形状の経時変化を示す概念図である。
【図７】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板の中心線における断面図である。
【図９】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板の斜視図である。
【図１０】従来の熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一部断面の側面図である。
【符号の説明】
１ 樹脂管
２ 樹脂管
３ 平板
４ 平板保持手段
５ 固定側クランプ
６ 移動側クランプ
７ ギア
８ モータ
９ 管送り機構
１１ 平板移動機構
２０ 移動ベッド
３４ 付き合わせ面

Claims (4)

1. 接合すべき第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管を、それらの端面が同心状に対向するように保持する管保持手段と、該管保持手段により保持された前記熱可塑性樹脂管の一方または両方をその管軸方向に移動させる管移動手段と、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の対向する端面間に、熱可塑性樹脂製の平板を保持するとともに、該平板を前記熱可塑性樹脂管の管軸周りに回転させる平板保持手段とを有することを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合装置における、熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板であって、
   該圧接接合用平板の略中央部に円形の貫通穴を設け、該貫通穴の内径が前記第一または前記第二の熱可塑性樹脂管の内径に略同一であることを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
2. 前記貫通穴の内径が前記第一または前記第二の熱可塑性樹脂管の内径公差の最小値のうち何れか小さい方の値より０〜３ｍｍだけ小さいことことを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
3. 前記圧接接合用平板の略中央部から、第一または第二の熱可塑性樹脂管の外径より遠い外側の範囲が、その内側の範囲より厚肉であることを特徴とする請求項１または２記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。
4. 前記圧接接合用平板が複数の熱可塑性樹脂製の分割平板を付き合せて形成したものであって、付き合せ状態における貫通穴から略放射線状に付き合わせ面を有して、該貫通孔の円周方向に分割自在であることを特徴とする請求項１、２または３記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合用平板。

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