JP4318137B2 - パイプの接着方法及び接着装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、細い合成樹脂製パイプを被接着面に接着するのに最適なパイプの接着方法及びその接着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
細いパイプの先端を目的の面に接着するには、パイプ先端の接着面積が非常に少ないので、常に困難を極め、実際にはほとんど実用化されていない。しかし、理論的には、図８に示すように、パイプ材１の先端に、フランジ部２をあらかじめ成形しておき、このフランジ部２を目的の面に溶着することが考えられる。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９４１７６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにパイプ材１の先端にフランジ部２を形成すると、このパイプ材１を連続的に製造し、目的に応じて切断長さを決めるということができない。そのために、その具体的な使用目的に応じて、あらかじめパイプ長さを特定し、その特定のパイプを個別に製造するしかない。このように長さまで決められたパイプを個別に製造していたのでは、製造コストがかさみすぎて、とても実用に供し得ない。
【０００５】
また、被接着面が湾曲している場合、例えば、上記パイプ部材１を、別の太いパイプの湾曲面に接着する場合には、上記フランジ部２をこの太いパイプの湾曲面に沿って接着することがほとんど不可能である。
上記のようないろいろな問題があったために、従来の接着方法は、ほとんど採用されていないのが実情である。
この発明の目的は、パイプ材を連続的に製造して、必要長さに切断した後にも、それを目的の面に簡単に溶着できるし、たとえ被接着面が湾曲していても確実に接着できる接着方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、先ず、合成樹脂材料を押し出し機で押し出しながら、引き落としにより縮径させて合成樹脂製のパイプ材を成形する。そして、上記パイプ材の端部を加熱して拡開するとともに、合成樹脂製の被接着面に円筒状突起を備えたヒーターを押し当てて加熱溶融させながらその加熱溶融部にヒーターの円筒状突起に対応する溶融凹部を形成する。このとき、溶融凹部に相当する体積分の溶融樹脂が当該溶融凹部の開口周囲に押し出される。この開口周囲に、その周囲の溶融樹脂と溶融凹部から押し出された溶融樹脂とが一体となった溶融部を形成する。このように溶融部を形成してから、上記パイプ材の端部の加熱された拡開部を、加熱した被接着面の上記溶融凹部および上記溶融部に圧接し、上記拡開部を上記溶融凹部および上記溶融部に接着する。
【０００７】
合成樹脂製パイプは、それを押し出し機で引き落とししてサイジングした場合、そのサイジングされたパイプ材を再び加熱すると、その加熱部分は、引き落とし前のサイズまで拡大する。この拡大した部分を、目的の面に加熱溶融しながら設けた溶融凹部に押し付ければ、図８のフランジ部２を目的の面に溶着したのと同じ結果が得られる。
【０００８】
また、被接着面には、円筒体からなるヒーターを押し当てて、その円筒体に対応した溶融凹部を形成するようにしたので、その溶融凹部に相当する体積分の溶融樹脂が溶融凹部の開口周囲に押し出される。このとき、溶融凹部の底面、周壁面および開口周囲は、上記ヒーターで加熱されるので溶融状態となる。このように溶融凹部の底面、周壁面および開口周囲が溶融した状態で、パイプの拡開部を押し付ければ、その拡開部は、溶融凹部の底面、周壁面および開口周囲のそれぞれに接着することになる。
【０００９】
第２の発明は、パイプ材の端部の拡開部を、上記溶融凹部および溶融部に圧接するための圧接手段を用いたものである。
このように圧接手段を設けたので、パイプの拡開部を溶融凹部内およびその開口周囲に圧接させることができ、より確実に両者を接着することができる。
【００１０】
第３の発明は、基部およびこの基部に一体的に設けたピンを有する治具と、先端に形成された円筒状突起およびこの円筒状突起の軸線上に形成された挿入穴を有するヒーターとを備えている。そして、上記ピンの外径は、被接着面に形成した連通孔の内径および上記ヒーターの挿入穴内径とほぼ一致させ、連通孔から突出するピンをヒーターの挿入穴に挿入させたとき、円筒状突起で溶融された被接着面の溶融樹脂がそのヒーターの円筒状突起の外側に押し出される構成にしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図７に示した実施例では、合成樹脂材料を押し出し機３で押し出すとともに、それを一定の力で引っ張って縮径し、いわゆるサイジングを行いながら合成樹脂製のパイプ材１を成形する。なお、このようにしてパイプ材１を縮径することを引き落としという。図１に示すようにサイジングされたパイプ材１は、冷却水槽４で冷却されて、そのサイズが特定される。
【００１２】
このようにして作られたパイプ材１の先端をヒーター５で加熱すると、図２に示すように、その加熱された部分が溶融しながら拡開する。このとき形成される拡開部１ａの大きさは、だいたい、パイプ材１の引き落とし前のサイズとなる。これは合成樹脂製パイプの一般的な特性である。そして、この発明は、合成樹脂製パイプの上記特性に着目し、それを接着目的に応用したものである。
【００１３】
なお、以下には、上記パイプ材１を細いパイプ材とし、この細いパイプ材１を合成樹脂製の太いパイプ材６の湾曲面に接着する実施例を説明する。
【００１４】
上記のようにした太いパイプ材６には、細いパイプ材１と連通させるための連通孔７を形成しているが、この細いパイプ材１と上記連通孔７との中心を一致させるために、治具８を用いている。この治具８は、図３に示すように、太いパイプ材６の中に挿入する基部８ａとこの基部８ａに一体的に設けたピン８ｂとを備えている。そして、基部８ａを太いパイプ材６に挿入してパイプ材６の内側から連通孔７にピン８ｂを通すことによって、このピン８ｂが太いパイプ材６の外方に突出するようにしている。しかも、このピン８ｂの外径は、連通孔７の内径および細いパイプ材１の内径とほぼ等しくし、ピン８ｂをこれら連通孔７および細いパイプ材１にぴったり挿入できるようにしている。
【００１５】
なお、上記基部８ａであってピン８ｂを形成した側を湾曲させて曲面８ｃとしているが、この曲面８ｃの曲率は、太いパイプ材６の内面の曲率と等しくしている。したがって、治具８を太いパイプ材６に挿入して、その曲面８ｃをパイプ材６の内面に当てれば、曲面８ｃとパイプ材６の内面とを一致させられる。
【００１６】
このように曲面８ｃをパイプ材６の内面にぴったりと接触させてピン８ｂを連通孔７から突出させたとき、図３に示すように、ピン８ｂが太いパイプ材６の外方に突き出るようにしている。そして、図６に示すように、この突き出たピン８ｂに、細いパイプ材１をはめれば、連通孔７と細いパイプ材１との中心を一致させながら、それらを連通させることができる。
【００１７】
一方、上記太いパイプ材６には、細いパイプ材１の拡開部１ａを接着するが、この太いパイプ材６の被接着面を溶融させるのが、図３、４に示したヒーター９である。このヒーター９は、その先端に円筒状突起９ａを形成するとともに、この円筒状突起９ａの軸線上に挿入穴９ｂを形成している。この挿入穴９ｂの直径すなわち円筒状突起９ａの内径は、前記太いパイプ材６の連通孔７とほとんど等しくしている。したがって、この連通孔７を貫通したピン８ｂは、そのまま挿入穴９ｂにもぴったり挿入されることになる。
【００１８】
上記のようにしたヒーター９は、その円筒状突起９ａの先端面を円弧面９ｃとしているが、この円弧面９ｃの曲率は太いパイプ６の外周における曲率と等しくしている。
【００１９】
次に、細いパイプ材１を太いパイプ材６に接着するプロセスを説明するが、先ず、パイプ材１の先端をヒーター５で加熱して、図２に示すように、その加熱された部分を溶融しながら拡開する。
これとほぼ同時に、図３に示すように、太いパイプ材６に治具８を挿入して、そのピン８ｂを連通孔７からあらかじめ突出させておく。そして、このあらかじめ突出させたピン８ｂが、ヒーター９の挿入穴９ｂに挿入されるようにして、ヒーター９の円筒状突起９ａを太いパイプ材６の外周表面に押し付ける。
【００２０】
上記のようにしてヒーター９がパイプ材６に押し付けられたときには、その挿入穴９ｂの中心と連通孔７の中心とが完全に一致した状態になる。なぜなら、前記したように挿入穴９ｂの直径すなわち円筒状突起９ａの内径は、連通孔７の内径とほとんど等しくし、この連通孔７を貫通したピン８ｂが、そのまま挿入穴９ｂにもぴったり挿入されるようにしているからである。したがって、ヒーター９をパイプ材６の表面に押し付けるとき、ヒーター９の位置が正確に定められることになる。
【００２１】
上記のようにヒーター９の位置を正確に定めながら、それを太いパイプ材６に強く押し付けていくと、図４に示すように、パイプ材６の表面が円筒状突起９ａで溶融され、その円筒状突起９ａの円筒形に対応した溶融凹部６ａがパイプ材６の表面に形成される。このようにして溶融凹部６ａが形成される過程で、連通孔７がふさがれることはない。なぜなら、図３に示すように、この連通孔７にはピン８ｂがぴったりと挿入されているからである。
【００２２】
上記のように連通孔７には、ピン８ｂが隙間なく挿入され、しかも、このピン８ｂがヒーター９の挿入穴９ｂにも隙間なく挿入される。そのため、円筒状突起９ａをパイプ材６の表面に押し付けて溶融凹部６ａを形成すると、その溶融凹部６ａの体積に相当する溶融樹脂６ｂは、連通孔７の内周側にはみ出ることはできない。このように逃げ場がなくなった溶融樹脂６ｂは、図４の矢印Ｐで示すように溶融凹部６ａの開口周囲にはみ出ざるをえなくなる。このようにして溶融凹部６ａの開口周囲にはみ出た溶融樹脂は、そのはみ出たところで盛り上がった状態になり、そこに溶融部６ｃが形成される。また、ピン８ｂの外径を連通孔７の内径と等しくすることで、溶融凹部６ａの開口周囲に溶融部６ｃを形成しやすくしている。
なお、このときには、ヒーター９の円筒状突起９ａで、上記溶融凹部６ａの底面、周壁面および開口周囲のそれぞれも加熱溶融された状態になっている。したがって、上記のように溶融凹部６ａからはみ出ることによって形成された溶融部６ｃも、図５に示すように上記開口周囲の樹脂と一体化して溶融状態を保つ。
【００２３】
なお、前記したように円筒状突起９ａの先端に円弧面９ｃを形成し、治具８の基部８ａにも曲面８ｃを形成しているので、ヒーター９を太いパイプ材６の表面に強く押し付けても、安定した状態に保てる。言い換えると、ヒーター９が傾いたり、ピン８ｂが傾いたりしない。このようにヒーター９やピン８ｂが傾かないので、溶融凹部６ａもその位置を正確に定めることができる。
【００２４】
上記のようにして溶融凹部６ａおよび溶融部６ｃを形成したら、溶融状態にある細いパイプ材１の拡開部１ａを、この溶融凹部６ａに圧接させるが、このときには、図６に示すように、細いパイプ材１にピン８ｂを挿入させる。このようにすることによって、パイプ材１の中心と、連通孔７の中心とを完全に一致させることができる。
【００２５】
ただし、溶融凹部６ａに対する拡開部１ａの圧接力を強くすれば、それだけ両者の接着力が増すことになる。そこで、この実施例では、図７に示す圧接手段１０を用いている。この圧接手段１０は、上側部材１０ａと下側部材１０ｂとからなり、それぞれの部材１０ａおよび１０ｂには半円弧状の凹みを形成し、両部材１０ａおよび１０ｂを合わせたとき、両凹みが相まって図７に示すように円盤状凹部１０ｃが形成される関係にしている。図６に示すように、この円盤状凹部１０ｃの内径は、パイプ材１の拡開部１ａを覆う大きさを保っている。
なお、図中符号１０ｄは円盤状凹部１０ｃの中心部分に形成されるパイプ材１の通し孔で、この通し孔１０ｄを細いパイプ材１が貫通するようにしている。
【００２６】
前記したように溶融した拡開部１ａを溶融凹部６ａに対向させた状態で、上側部材１０ａと下側部材１０ｂとで細いパイプ材１を挟み込むとともに、そのパイプ材１は通し孔１０ｄを貫通させる。そして、この状態から、先ず、パイプ材１の拡開部１ａを溶融凹部６ａに圧接させると同時に、圧接手段１０で拡開部１ａを押し付ける。このとき拡開部１ａおよび溶融部６ｃのそれぞれは、円盤状凹部１０ｃに覆われることになる。
【００２７】
上記のように拡開部１ａおよび溶融部６ｃのそれぞれを、円盤状凹部１０ｃで覆った状態で押し付けると、パイプ材１の拡開部１ａ、溶融凹部６ａおよび溶融部６ｃはいずれも溶融状態にあるのでしっかりと溶着する。また、このときに、拡開部１ａはさらに拡開し、図６に示すように、太いパイプ材６の溶融凹部６ａ及び溶融部６ｃと、パイプ材１の拡開部１ａ及びさらに拡開した部分１ｂとが、溶着される。つまり、パイプ材１の先端と対応するパイプ材６とが、互いに溶融した状態で接着する。そのため、パイプ材１の先端とパイプ材６との間に、高い接合強度が保たれる。
【００２８】
上記圧接手段１０を用いて、パイプ材の拡開部１ａを、パイプ材６の溶融凹部６ａ及び溶融部６ｃに押し付けた状態を一定時間保つと、溶着が均一となって溶着面の形状も整ったものになる。
【００２９】
さらに、上記のようにパイプ材１の拡開部１ａ、１ｂと、溶融凹部６ａ及び溶融部６ｃとが接合しているので、パイプ材１の先端とパイプ材６との間の接着面積を十分に確保でき、接着強度は一層向上する。なお、図６の太実線Ａは、パイプ材１とパイプ材６との接着面の様子を例示したものである。
このようにして、パイプ材１の先端とパイプ材６とが溶着した状態のまま、冷却すると、図６に示すように、両者が接着し、パイプ材１がどんなに細くても確実にパイプ材６に接合する。
【００３０】
この実施例の接着方法は、上記のようにしたのでパイプ材１を加熱したときに形成される拡開部１ａを利用して、それをパイプ材６に接着できる。したがって、連続的に製造したパイプ材１であっても、目的の長さに切断して、その先端をパイプ材６に接着できる。パイプ材１を連続的に製造できるという点において、製造コストを大幅にダウンさせられる。しかも、かなり細いパイプ材１でも、拡開部１ａがパイプ材６の溶融凹部６ａ及び溶融部６ｃに圧接されながら入り込み、拡開部１ａがさらに拡開することによって十分な接着面積を確保できる。そのため、目的のパイプ材６に確実に溶着できる。
【００３１】
ところで、この実施例のようにパイプ同士を接着しようとすると、細いパイプ材１を太いパイプ材６の曲面に接着しなければならない。このようにパイプ材１を曲面に接着することは、それを平面に接着する場合に比べ、確実な接着が困難である。なぜなら、被接着面が平面であるならば、接着する側と被接着側との接触部分は、通常面となるが、被接着面が曲面であるならば、接着する側と被接着側との接触部分が線となるからである。しかし、この実施例の接着方法によれば、溶融凹部６ａを形成しているので、拡開部１ａと溶融凹部６ａの底面とは面接触になる。したがって、両者を確実に接着できるようになる。しかも、前記したように、溶融凹部６ａの底面、周壁面および溶融部６ｃのそれぞれが接着面になるので、接着面積が相対的に大きくなる。したがって、その接着力も大きくなり、それだけ確実な接着が可能になる。
【００３２】
また、パイプ材１がかなり細くてもそれが塞がれたりしない。特に、ピン８ｂを用いることによって、パイプ材６に形成した連通孔７やパイプ材１が塞がれるのを、確実に防止できる。
なお、上記の実施例では、パイプ材１を曲面に接着する場合について説明したが、被接着面が平面であっても差し支えないことは言うまでもない。ただし、パイプ同士を接着する場合に、この実施例の方法がもたらす効果が計り知れないものになる。
【００３３】
【発明の効果】
第１および第２の発明の接着方法によれば、連続的に製造したパイプ材であっても、それを切断し、加熱によって拡開部を形成できるので、目的の面に的確に溶着できる。パイプ材を連続的に製造できるので、その製造コストを抑えられる。また、パイプ材の先端を加熱することによって、特別な治具等を使用しなくても、その先端に拡開部を形成できるが、この拡開部は、パイプ材の引き落とし前の大きさにできる。したがって、細いパイプ材であっても、十分な接着面積を確保でき、目的の被接着面に確実に溶着できる。
【００３４】
しかも、被接着面に十分な面積の溶融部分を確保できるので、被接着面側とパイプ材先端側との両者が接着する実質的な接着面積を大きくとれることになる。このように両者の接着面積が大きければ大きいほど、その接着力も大きくなる。したがって、高い接合強度を実現できる。そのため、パイプ材がどんなに細くても確実に溶着し、被接着面から細いパイプ材が容易に脱落したりしなくなる。特に、パイプ材同士の場合、つまり、被接着面が曲面である場合の接着は従来困難であったが、この発明の方法によれば確実に接着することができる。
【００３５】
第２の発明によれば、パイプ材の拡開部を、被接着面の溶融凹部及び溶融部に十分に押し付けられるので、溶着が均一となる。
【００３６】
第３の発明の装置によれば、被接着面に溶融凹部を形成する際、治具のピンが被接着面の連通孔及びヒーターの挿入穴の双方にぴったり挿入される。したがって、加熱したヒーターを押し当てて被接着面に溶融凹部を形成する過程で、溶融凹部の体積に相当する溶融樹脂が連通孔の内周側にはみ出ることはなく、必ず溶融凹部の開口周囲にはみ出ることになる。そのため、溶融凹部の開口周囲に溶融部が形成されやすくなる。しかも、パイプの接着工程において連通孔がふさがったり、一部が狭くなったりすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】押し出し機から押し出されたパイプ材を冷却水槽に導く過程を示した平面図である。
【図２】パイプ材先端を加熱するヒーターと加熱されたパイプ材とを示した平面図である。
【図３】被接着面の穴の周辺をヒーターで加熱しながら溶融凹部を設ける様子を示した図である。
【図４】被接着面の穴の周辺に設けられた溶融凹部を示した断面図である。
【図５】被接着面にヒーターで加熱しながら設けられた溶融凹部とその溶融凹部の開口周囲の様子を示した図である。
【図６】拡開部を形成したパイプ材と溶融凹部が設けられた被接着面とを溶着する過程を示した断面図である。
【図７】圧接手段の斜視図である。
【図８】従来のパイプ材の溶着部分を示した拡大斜視図である。
【符号の説明】
１ パイプ材
１ａ 拡開部
３ 押し出し機
６ 被接着面
６ａ （被接着面の）溶融凹部
６ｃ （被接着面の）溶融部
７ 連通孔
８ 治具
８ａ （治具の）基部
８ｂ （治具の）ピン
９ （被接着面用の）ヒーター
９ａ （被接着面用のヒーターの）円筒状突起
９ｂ （被接着面用のヒーターの）挿入穴
１０ 圧接手段

Claims (3)

1. 合成樹脂材料を押し出し機で押し出しながら、引き落としにより縮径させて合成樹脂製のパイプ材を成形し、上記パイプ材の端部を加熱して拡開するとともに、合成樹脂製の被接着面に円筒状突起を備えたヒーターを押し当てて加熱溶融させながらその加熱溶融部にヒーターの円筒状突起に対応する溶融凹部を形成するとともに、この溶融凹部に相当する体積分の溶融樹脂を当該溶融凹部の開口周囲に押し出させ、この開口周囲に、その周囲の溶融樹脂と溶融凹部から押し出された溶融樹脂とが一体となった溶融部を形成し、上記パイプ材の端部の加熱された拡開部を、加熱した被接着面の上記溶融凹部および上記溶融部に圧接し、上記拡開部を上記溶融凹部および上記溶融部に接着することを特徴とするパイプの接着方法。
2. パイプ材の端部の拡開部を、上記溶融凹部および溶融部に圧接するための圧接手段を用いた請求項１記載のパイプの接着方法。
3. 基部およびこの基部に一体的に設けたピンを有する治具と、先端に形成された円筒状突起およびこの円筒状突起の軸線上に形成された挿入穴を有するヒーターとを備え、上記ピンの外径は、被接着面に形成した連通孔の内径および上記ヒーターの挿入穴内径とほぼ一致させ、連通孔から突出するピンをヒーターの挿入穴に挿入させたとき、円筒状突起で溶融された被接着面の溶融樹脂がそのヒーターの円筒状突起の外側に押し出される構成にしたパイプの接着装置。

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