JP4381015B2 - 合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置 - Google Patents

合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、合成樹脂製のチューブや継手を結合するための合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用の流体制御装置のうち、洗浄やレジスト塗布に使用される液体用のものは、例えば、ＰＦＡのような合成樹脂を使用してその配管部分が形成されている。この合成樹脂配管を形成するに際しては、ＰＦＡチューブの端部同士を加熱溶融させて接合する溶着が行われている（例えば、特許文献１および特許文献２）。
【０００３】
図７は、従来の合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置を示している。合成樹脂製管状部材同士の溶着装置は、各管状部材(T1)(T2)の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持しかつ両管状部材(T1)(T2)の端面同士を突き合わせる溶着位置とこの位置から離れた加熱位置とに移動可能な１対のクランプ部材(1)(2)と、両管状部材(T1)(T2)の端面の間に介在させられて両管状部材(T1)(T2)の該端面を加熱する加熱位置とこの位置から離れた待機位置とに移動可能な端面加熱ヒータ(3)と、１対のクランプ部材(1)(2)のうちの一方を移動不可能に保持する固定側クランプ保持手段(4)と、１対のクランプ部材(1)(2)のうちの他方を両管状部材(T1)(T2)同士を突き合わせる方向に移動させるクランプ移動手段としての可動側クランプ保持手段(5)と、クランプ移動手段(5)およびヒータ(3)のそれぞれの移動タイミングを制御する移動タイミング制御手段（図示略）とを備えており、合成樹脂製管状部材同士の溶着は、まず、１対のクランプ部材(1)(2)にそれぞれ管状部材としてのＰＦＡチューブ(T1)(T2)をセットし（図（ａ））、次いで、端面加熱ヒータ(3)で各ＰＦＡチューブ(T1)(T2)の端部を加熱して溶融し（図（ｂ））、次いで、端面加熱ヒータ(3)を外した後、可動側クランプ保持手段(5)に支持されたクランプ部材(2)がスライドして、これに保持されているＰＦＡチューブ(T2)の溶融端部を固定側クランプ保持手段(4)に支持されたクランプ部材(1)に保持されているＰＦＡチューブ(T1)の溶融端部に突き合わせ（図（ｃ））、この突き合わせ部が冷却されることにより行われていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４１１６６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−１５６１０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のＰＦＡチューブ同士の接合では、突き合わせ溶着したビード部の内面側に０．４ｍｍ程度の凸部が存在することから、液体のスムーズな流れを阻害したり、ビード部近傍が液だまりとなって液体の置換に要する時間が長くなったりすることが懸念される。
【０００７】
この発明の目的は、合成樹脂製チューブ同士の接合において必然的に存在するビード部に着目し、このビード部内面の凸量を極力小さくし、よって、流体の流れを阻害することがない配管を得ることを可能にする合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法は、第１および第２の合成樹脂製管状部材の端部を加熱して溶融させた後、端面同士を突き合わせて溶着する方法であって、１対のクランプ部材により各管状部材の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持するとともに、突き合わせ時に、導管端部を一方の管状部材の非突き合わせ側端部に接続して、他方の管状部材の非突き合わせ側端部をキャップで閉鎖し、導管から両管状部材内にガスを導入することで両管状部材に５０ｋＰａ以下の所定内圧をかけることを特徴とするものである。
【０００９】
加熱前に、両管状部材の突き合わせ端部内径部分を面取りすることがより好ましい。
【００１０】
この発明の対象となる合成樹脂としては、熱可塑性合成樹脂全般とされ、例えば、ＰＦＡのようなフッ素樹脂が好適である。
【００１１】
この発明の合成樹脂製管状部材同士の溶着方法によると、突き合わせ部に存在するビード部内面の凸量を小さくすることができ、こうして得られた管状部材を配管に使用することにより、接合部が液体のスムーズな流れを阻害することがなく、また、接合部が液だまりとなって液体の置換に要する時間を長くすることも防止される。
【００１２】
管状部材にかける内圧は、管状部材の径および厚みに応じて、適宜決定されるが、０より大きくかつ０．５ｋｇｆ／ｃｍ２（５０ｋＰａ）以下とすることが好ましい。
【００１３】
面取りは、両管状部材の端面を軸方向に対して直交する面に対し所定角度傾斜するように切削することにより行われる。この面取りの角度は、５〜３０°が好ましい。面取りの範囲は、内径に近い部分のみ（例えば、チューブの厚みの１／２の部分）を面取りして、外径に近い部分を軸方向に対して直交する面としてもよく、端面全面を面取り、すなわち、端面全体が円錐状となるように切削してもよく、加工の手間と仕上がりとのバランスの点で、後者の方がより好ましい。
【００１４】
溶着される管状部材の径および厚みは、特に限定されるものではないが、径は、１／４インチ〜１インチが一般的であり、厚みは、１．０ｍｍ〜１．６ｍｍが一般的である。管状部材が小口径の場合には、相対的に、面取りの効果の寄与が大きくなり、面取りを必ず行うことが好ましい。
【００１５】
加熱時間は、１５〜１００秒が好ましい。また、加熱後の押し付け量は、面取りなしの場合は、０．１〜０．３ｍｍ程度、面取り有りの場合は、０．２〜０．６ｍｍ程度とされる。また、ビード幅は、４ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１６】
また、この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着装置は、各管状部材の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持しかつ両管状部材の端面同士を突き合わせる溶着位置とこの位置から離れた加熱位置とに移動可能な１対のクランプ部材と、両管状部材の端面の間に介在させられて該端面を加熱する加熱位置とこの位置から離れた待機位置とに移動可能な端面加熱ヒータと、１対のクランプ部材のうちの少なくとも一方を両管状部材同士を突き合わせる方向に移動させるクランプ移動手段と、クランプ移動手段およびヒータのそれぞれの移動タイミングを制御する移動タイミング制御手段とを備えている合成樹脂製管状部材同士の溶着装置において、突き合わせ時に両管状部材に５０ｋＰａ以下の所定内圧をかけるための加圧手段と、加圧タイミングを制御する加圧タイミング制御手段とをさらに備えており、加圧手段は、導管端部を一方の管状部材の非突き合わせ側端部に接続する継手と、他方の管状部材の非突き合わせ側端部を閉鎖するキャップとを有していることを特徴とするものである。
【００１７】
この場合に、加圧タイミング制御手段は、ヒータが待機位置に移動させられると同時にまたはその直後であってクランプ移動手段が溶着位置に移動させられる直前または同時に、加圧を開始するようになされていることが好ましい。また、両管状部材の突き合わせ端部内径部分を面取りする端面処理手段をさらに備えていることがより好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１９】
この発明の合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置の実施形態は、図７に示した従来のものに図１および図２に示す加圧手段を付加した構成となっている。
【００２０】
この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着装置は、各管状部材(T1)(T2)の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持しかつ両管状部材(T1)(T2)の端面同士を突き合わせる溶着位置とこの位置から離れた加熱位置とに移動可能な１対のクランプ部材(1)(2)と、両管状部材(T1)(T2)の端面の間に介在させられて両管状部材(T1)(T2)の該端面を加熱する加熱位置とこの位置から離れた待機位置とに移動可能な端面加熱ヒータ(3)と、１対のクランプ部材(1)(2)のうちの一方を移動不可能に保持する固定側クランプ保持手段(図示略)と、１対のクランプ部材(1)(2)のうちの他方を両管状部材(T1)(T2)同士を突き合わせる方向に移動させるクランプ移動手段としての可動側クランプ保持手段(図示略)と、クランプ移動手段およびヒータのそれぞれの移動タイミングを制御する移動タイミング制御手段（図示略）と、突き合わせ時に両管状部材(T1)(T2)に内圧をかけるための加圧手段(6)と、加圧タイミングを制御する加圧タイミング制御手段（図示略）とを備えている。
【００２１】
この実施形態では、左のクランプ部材(1)が固定、右のクランプ部材(2)が可動とされている。
【００２２】
端面加熱ヒータ(3)は、遠赤外線を出すようになされており、加熱位置において、所定間隔をおいて対向させられた両管状部材(T1)(T2)の端面の間に、これらとは若干の間隔をおいて介在させられる。これにより、ＰＦＡ製の管状部材(T1)(T2)の端部は、非接触で加熱されて低温で溶融し、フッ素ガスを出さずに溶着が可能とされている。
【００２３】
加圧手段(6)は、図１および図２に示すように、窒素ガスを導入する導管(11)と、ガス圧力を自動的に調整するレギュレータ(12)と、ガス圧力を検出する圧力計(13)と、加圧時に開かれる第１開閉弁(14)と、減圧時に開かれる第２開閉弁(15)と、導管(11)端部を一方の管状部材(T1)の非突き合わせ側端部に接続する継手(16)と、他方の管状部材(T2)の非突き合わせ側端部を閉鎖するキャップ(17)と、レギュレータ(12)と第１開閉弁(14)との間に配されたオリフィス(18)とを備えている。
【００２４】
オリフィス(18)は、常に少量のガスが外部へ流れるようにするもので、これにより、第１開閉弁(14)が閉になった時や管状部材(T1)(T2)が溶着された時に、ガスの流れが止まってレギュレータ(12)の動作が不安定になり過加圧になることが防止されている。このオリフィス(18)に代えて、絞り弁等、同様の機能を有するものを使用することもできる。
【００２５】
図３は、この発明の溶着装置の移動および加圧タイミング制御手段の一例を示している。図１に示す状態でのヒータ(3)による加熱が終わると、ヒータ(3)は、加熱位置から待機位置に移動し、これをリミットスイッチが検知することによって、可動クランプ部材(2)の溶着位置への移動信号と第１開閉弁(14)の開信号が出力される。これにより、管状部材(T1)(T2)同士が突き合わされるとともに、加圧ガス（窒素ガス）が導入される。そして、溶着部が凝固するまでの間、加圧によりビード部が内側から押され、ビード部内面の凸量が減少する。図２は、この状態を示している。この状態が所要時間継続されることにより、管状部材(T1)(T2)同士が溶着される。所要時間加圧の後、第１開閉弁(14)が閉になると同時に、第２開閉弁(15)が開かれて、加圧ガスが排気される。
【００２６】
なお、加圧開始のタイミングは、ヒータ(3)が待機位置に移動させられると同時にまたはその直後であって可動クランプ部材（クランプ移動手段）(2)が溶着位置に移動させられる直前または同時であればよい。また、溶着部は時間とともに冷却されて自然に凝固し、凝固後は加圧の影響がないため、加圧ガスの排気は行わなくてもよい。
【００２７】
この発明の合成樹脂製管状部材同士の溶着方法の他の実施形態は、図１および図２に示したものに図４に示す端面処理手段を付加した構成となっている。
【００２８】
この発明を行うための合成樹脂製管状部材同士の溶着装置は、各管状部材(T1)(T2)の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持しかつ両管状部材(T1)(T2)の端面同士を突き合わせる溶着位置とこの位置から離れた加熱位置とに移動可能な１対のクランプ部材(1)(2)と、両管状部材(T1)(T2)の端面の間に介在させられて両管状部材(T1)(T2)の該端面を加熱する加熱位置とこの位置から離れた待機位置とに移動可能な端面加熱ヒータ(3)と、１対のクランプ部材(1)(2)のうちの一方を移動不可能に保持する固定側クランプ保持手段(図示略)と、１対のクランプ部材(1)(2)のうちの他方を両管状部材(T1)(T2)同士を突き合わせる方向に移動させるクランプ移動手段としての可動側クランプ保持手段(図示略)と、クランプ移動手段およびヒータのそれぞれの移動タイミングを制御する移動タイミング制御手段（図示略）と、突き合わせ時に両管状部材(T1)(T2)に内圧をかけるための加圧手段(6)と、加圧タイミングを制御する加圧タイミング制御手段（図示略）と、突き合わせ前に両管状部材(T1)(T2)の端面を面取り加工する端面処理手段(7)とを備えている。
【００２９】
端面処理手段(7)は、図４に示すように、合成樹脂製管状部材(T1)を内装可能な内部空間を備え、その内部空間に挿入された管状部材(T1)の端面を切削する略筒形をした端面カッター(21)と、管状部材(T1)の外周面を締め付けて固定することによって、端面カッター(21)の切削限度を決定する位置決め治具本体(22)とを備えている。端面カッター(21)は、管状部材(T1)の端面に接して管状部材(T1)との位置決めをする端面抑え部(23)と、内部空間の端部を横切って配置固定され、管状部材(T1)の端面を切削するカッター刃(24)とを備えており、カッター刃(24)の取り付けを所定の角度を持たせて行うことにより、管状部材(T1)の端面を円錐形状に面取り加工することができる。
【００３０】
面取りは、図５（ａ）に示すように、管状部材端面全体が内径が凹んだ円錐状になるように行ってもよく、図５（ｂ）に示すように、外径に近い部分は円筒状にして、残りの部分を内径が凹んだ円錐状になるように行ってもよい。図５において、１０°≦θ≦３０°かつ（チューブの厚みの１／２）≦Ａ≦（チューブの全厚）とすることが好ましい。
【００３１】
なお、端面処理手段(7)を溶着装置に組み込んで面取りを含む溶着作業を全自動で行うようにしてもよく、また、面取りを溶着作業と別個に行うようにしてもよい。
【００３２】
図６は、上記の溶着装置および溶着方法によって得られた管状部材(T1)(T2)の接合部を示すもので、同図には、径が１／２インチ、厚みが１．６ｍｍのＰＦＡチューブを各種条件で溶着し、溶着により形成されたビード部の凸量を実測した結果が示されている。これによると、従来の条件で溶着したもの（ａ）では、凸量が０．３８〜０．４０ｍｍであるのに対し、内圧を０．１２ｋｇ／ｃｍ２かけることにより、凸量が０．２３〜０．２４ｍｍとほぼ半減し、さらに、内圧を０．１４ｋｇ／ｃｍ２とすることにより、凸量が０．０９〜０．１０ｍｍとほぼ１／４まで減少し、内圧を０．１６ｋｇ／ｃｍ２とすることにより、凸量が−０．０５〜０．０６ｍｍとほぼ０になる。また、１０°の面取りを行った場合には、内圧をかけなくても、凸量が０．１３〜０．１４ｍｍとほぼ１／３に減少し、内圧をかけた場合には、内圧が０．０６ｋｇ／ｃｍ２と小さい値でありながら、凸量が−０．０６〜０．１４ｍｍとほぼ０になっている。すなわち、第１の方法（加圧）のみまたは第２の方法（面取り）のみを実施してもビード部の凸量を極めて小さくすることができ、両方法を併用することにより、より効果的にビード部の凸量を小さくすることができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置の実施形態を示す図で、溶着工程の前半部分の状態を示している。
【図２】この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置の実施形態を示す図で、溶着工程の後半部分の状態を示している。
【図３】この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置のタイミングチャートを示す図である。
【図４】この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置の他の実施形態の要部を示す図である。
【図５】この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置で得られる接合前の管状部材の端面の状態を示す図である。
【図６】この発明による合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置で得られる管状部材の接合部の状態を示す図である。
【図７】従来の合成樹脂製管状部材同士の溶着方法およびその装置を示す図である。
【符号の説明】
(1)(2) クランプ
(3) 端面加熱ヒータ
(5) クランプ移動手段
(6) 加圧手段
(7) 端面処理手段
(11) 導管
(12) レギュレータ
(13) 圧力計
(14) 第１開閉弁
(15) 第２開閉弁
(16) 継手
(17) キャップ
(18) オリフィス
(T1)(T2) 管状部材

Claims (6)

  1. 第１および第２の合成樹脂製管状部材の端部を加熱して溶融させた後、端面同士を突き合わせて溶着する方法であって、１対のクランプ部材により各管状部材の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持するとともに、突き合わせ時に、導管端部を一方の管状部材の非突き合わせ側端部に接続して、他方の管状部材の非突き合わせ側端部をキャップで閉鎖し、導管から両管状部材内にガスを導入することで両管状部材に５０ｋＰａ以下の所定内圧をかけることを特徴とする合成樹脂製管状部材同士の溶着方法。
  2. 加熱前に、両管状部材の突き合わせ端部内径部分を面取りすることを特徴とする請求項１の合成樹脂製管状部材同士の溶着方法。
  3. 各管状部材の端部近くを端面同士を対向させた状態で保持しかつ両管状部材の端面同士を突き合わせる溶着位置とこの位置から離れた加熱位置とに移動可能な１対のクランプ部材と、両管状部材の端面の間に介在させられて該端面を加熱する加熱位置とこの位置から離れた待機位置とに移動可能な端面加熱ヒータと、１対のクランプ部材のうちの少なくとも一方を両管状部材同士を突き合わせる方向に移動させるクランプ移動手段と、クランプ移動手段およびヒータのそれぞれの移動タイミングを制御する移動タイミング制御手段とを備えている合成樹脂製管状部材同士の溶着装置において、突き合わせ時に両管状部材に５０ｋＰａ以下の所定内圧をかけるための加圧手段と、加圧タイミングを制御する加圧タイミング制御手段とをさらに備えており、加圧手段は、導管端部を一方の管状部材の非突き合わせ側端部に接続する継手と、他方の管状部材の非突き合わせ側端部を閉鎖するキャップとを有していることを特徴とする合成樹脂製管状部材同士の溶着装置。
  4. 加圧タイミング制御手段は、ヒータが待機位置に移動させられると同時にまたはその直後であってクランプ移動手段が溶着位置に移動させられる直前または同時に、加圧を開始するようになされている請求項３の合成樹脂製管状部材同士の溶着装置。
  5. 両管状部材の突き合わせ端部内径部分を面取りする端面処理手段をさらに備えている請求項３または４の合成樹脂製管状部材同士の溶着装置。
  6. 加圧手段は、加圧ガスの圧力を自動的に調整するレギュレータと、ガス圧力を検出する圧力計と、加圧時に開かれる第１開閉弁と、減圧時に開かれる第２開閉弁と、レギュレータと第１開閉弁との間に配されたオリフィスとをさらに有している請求項３〜５のいずれかの１項に記載の合成樹脂製管状部材同士の溶着装置。
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