JP5382794B2

JP5382794B2 - 熱可塑性樹脂管の回転摩擦接合方法

Info

Publication number: JP5382794B2
Application number: JP2009197530A
Authority: JP
Inventors: 正義長谷川; 泰裕小澤; 政雄木村
Original assignee: アサダ株式会社
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP2011046136A

Description

本発明は、ポリエチレン管等の熱可塑性樹脂管と継手とを中間部材を介して接合する回転摩擦接合方法に関する。

道路に埋設されるガス管や水道管として、鋳鉄管や鋼管の外にポリエチレン管等の熱可塑性樹脂管が用いられている。熱可塑性樹脂管の接続方法としては、電気融着継手を使用する接合方法や回転摩擦接合方法が知られている。電気融着継手は、熱可塑性樹脂製継手本体に形成された受け口の内周部にニクロム線を埋設した構造とされ、その受け口に熱可塑性樹脂管の端部外面を挿入した状態でニクロム線に通電して発熱させ、熱可塑性樹脂管の端部外面と当該継手本体の受け口の内面を溶融させることにより両者を接合するように設けられている。

回転摩擦接合方法の例として、特許文献１には、ポリエチレン材料同士の被接合部同士を摩擦することにより発熱させて融着接合するポリエチレン材料の接合工法と、ポリエチレン管の対向する端面同士の間に各端面に対して相対回転可能な環状部材を配置し、環状部材の軸方向端面をポリエチレン管の端面にそれぞれ接触させた状態で環状部材を回転させて摩擦発熱を生じさせることにより、環状部材とポリエチレン管同士を融着接合するポリエチレン材料の接合工法が開示されている。

また、特許文献２には、熱可塑性樹脂管と継手との接合にスリーブ形状の中間部材を用い、その中間部材と、熱可塑性樹脂管及び継手とを相対的に回転させながら摩擦接合する方法において、摩擦運動を停止させた直後に、熱可塑性樹脂管または中間部材の回転方向の固定を開放することにより接合部に発生する回転方向の残留応力を低減させるという回転摩擦接合方法が開示されている。

電気融着継手を使用する接合方法では、ポリエチレン管の接合面に酸化膜がある場合、その酸化膜によって溶融した樹脂同士の結合が不十分となって必要な強度が得られなくなる。そのため、ポリエチレン管の接続をする場合には、予めスクレーパーでポリエチレン管の表面を削って酸化膜の除去をする等の処理をしなければならず、その作業に手間がかかる。加えて、電気融着継手を用いることでコストが高くつくという問題がある。

特許文献１に記載された接合方法のようなポリエチレン管の突合せ摩擦接合においては、圧接初期に接合面の温度上昇がほとんどなくて硬い状態のときに接合面から粉末が発生し、その粉末が管内に侵入するという問題がある。かかる粉末がポリエチレン管内に侵入して流量計やバルブ等に付着すると、流量計やバルブ等の作動不良を招き、ガス漏れや水漏れを生ずる虞がある。また、特許文献２に記載された回転摩擦接合方法は、中間部材の受け口に熱可塑性樹脂管の端部外面を挿入して接合する場合、管又は該受け口が楕円状に変形し或いは管同士の芯が合っていないときに接触しない部分を生じるため、その部分の強度が低下する虞がある。接合処理の前段階において、熱可塑性樹脂管の変形を修正し、芯合わせを行なうことはできるが、その調整作業に時間を割かれる等の問題がある。

特開２００９−１０１５５６号公報特開２００３−２３６９３５号公報

本発明の目的は、熱可塑性樹脂管と継手とを中間部材を介して良好な接合を施すことができる熱可塑性樹脂管の回転摩擦接合方法を提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載した発明は、熱可塑性樹脂管と継手とを中間部材を介して接合する回転摩擦接合方法において、
前記熱可塑性樹脂管の端部外面及び前記中間部材の端部外面に所定角度のテーパー加工を施し、その中間部材及び前記継手の接合部内面に所定角度のテーパー穴加工を施し、
前記中間部材の接合部内面に前記熱可塑性樹脂管の端部外面を挿入すると共に当該中間部材の端部外面を前記継手の接合部内面に挿入した状態にて、その中間部材と、前記熱可塑性樹脂管及び前記継手とを相対的に回転させつつ当該熱可塑性樹脂管の軸心方向に所定の圧力を加えて摩擦運動をさせることにより、熱可塑性樹脂管と中間部材及び継手とを摩擦接触部分の溶融によって接合することを特徴とするものである。

同様の目的を達成するために請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の熱可塑性樹脂管の回転摩擦接合方法において、前記継手が、エルボ継手又はＴ字形継手であることを特徴とするものである。

（請求項１の発明）
この発明方法は、中間部材の接合部内面（テーパー穴）に熱可塑性樹脂管のテーパー加工が施された端部外面を挿入すると共に中間部材のテーパー加工が施された端部外面を継手の接合部内面（テーパー穴）に挿入した状態にて摩擦圧接が行なわれるので、熱可塑性樹脂管及び継手と中間部材との接合部は速やかに溶融して良好な接合状態が得られる。

（請求項２の発明）
継手がエルボ継手又はＴ字形継手についても、継手と中間部材との接合部は速やかに溶融して良好な接合状態が得られる。

本発明方法を適用する熱可塑性樹脂管の説明図本発明方法に用いる中間部材の説明図本発明方法に用いるエルボ継手の説明図本発明方法の実施に用いる回転摩擦圧接装置の説明図ポリエチレン管同士の接合状態を示す本発明の参考図ポリエチレン管とエルボ継手の接合状態を示す説明図ポリエチレン管とＴ字形継手の接合状態を示す説明図

以下に、本発明の最良の形態例を図面に基づいて説明する。

本発明に係る熱可塑性樹脂管の回転摩擦接合方法は、道路に埋設されるガス管や水道管等の熱可塑性樹脂管に適用され、熱可塑性樹脂管と継手とを中間部材を介して接合する場合に適用される。

上記熱可塑性樹脂管の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン等である。この実施形態においては、熱可塑性樹脂管としてポリエチレン管を例に説明する。図１に示すように、ポリエチレン管１には、接合を行なう端部外面１ａに所定角度のテーパー加工を施す。そのテーパー角度：αは、２〜１０°の範囲内であり、好ましくは１０°である。テーパー部１ｂの長さ：ｎについては、１０〜３０ｍｍの範囲内であるが、好ましくは１０ｍｍである。

なお、上記α及びｎの数値については、摩擦圧接の際に接合部が削られて粉末が発生しないこと、摩擦トルクが小さいほど回転摩擦圧接装置の小型・軽量化を図ることができることを考慮し、実験によって確認している。

本発明方法に用いる中間部材、継手についても、上述した熱可塑性樹脂管と同様、ポリエチレン、ポリプロピレン等の材料により形成されているものとする。各種中間部材を図２に示す。図２（イ）は同一径のポリエチレン管同士を接続するために用いるソケット３であり、３ａはソケット３の両端に形成されたテーパー穴である。図２（ロ）は径の異なるポリエチレン管同士を接続するために用いる径違いソケット５であり、５ａ，５ｂはソケット５に夫々形成されたテーパー穴である。図２（ハ）はポリエチレン管とエルボ継手等の継手とを接続するために用いる筒形の中間部材７であり、７ａは中間部材７の一端側に形成されたテーパー穴、７ｂは中間部材７の他端外面に形成されたテーパー部である。

継手の例として、エルボ継手８を図３に示す。８ａはエルボ継手８の両端に夫々形成されたテーパー穴である。

（回転摩擦圧接装置）
つぎに、本発明方法の実施に用いる回転摩擦圧接装置Ｆの概要構造について説明する。
図４に示すように、この回転摩擦圧接装置Ｆは、ポリエチレン管や継手を把持自在に設けたチャック部１５と、中間部材に回転を付与する回転駆動部２０と、ポリエチレン管の軸心方向に所定圧力を作用させる加圧部３０とから構成されている。

チャック部１５は、図示しないフレームに固定されるチャック１６と、チャック１６に取り付けたガイドバー１７に摺動自由に装着されたチャック１８とが同心に配置されている。そして、これら一対のチャック１６，１８によりポリエチレン管１や継手を把持自在に設けられている。

回転駆動部２０は、ブレーキ付きモータ２１の出力軸２２にトルクメータ２３の回転部と駆動プーリ２４を一体回転可能に設けている。２５はソケット３等の中間部材の外周面に装着されるスピンドルである。２６はスピンドル２５と駆動プーリ２４とに掛け渡されたＶベルトである。２７はブレーキ付きモータ２１の回転数を制御するためのインバータ装置、２８はインバータ装置２７に接続された制御ユニットである。２９は商用電源を表す。

加圧部３０は、図示しないフレームに取り付けられる油圧シリンダ３１のロッド３２の先端に取り付けたブロック３３によりポリエチレン管や継手の後端部を押圧自在に設けられている。３５は油圧シリンダ３１に油圧コントロールバルブ３６を介して作動油を供給することにより当該油圧シリンダ３１のロッド３２を進退させるように設けられた油圧ユニットである。油圧コントロールバルブ３６のポートと油圧シリンダ３１のヘッド側ポートに接続された配管３７には、作動油の圧力を設定するためのリリーフバルブ３８と作動油の圧力を検知する圧力センサ３９とが介装されている。

以上により、例えばポリエチレン管とポリエチレン管とをソケットを介して接合する場合、チャック１６、１８によりポリエチレン管を夫々把持し、ポリエチレン管のテーパー部をソケットのテーパー穴に夫々挿入した状態とし、ソケットをブレーキ付きモータ２１の作動によって回転させつつ、油圧シリンダ３１によってポリエチレン管の軸心方向に所定の圧力を加えて摩擦運動をさせることにより、摩擦接触部分を発熱・溶融させてポリエチレン管とソケットとを接合する回転摩擦圧接装置Ｆが構成される。

（本発明の参考例）
ポリエチレン管とポリエチレン管とをソケットを介して接合する場合において、前記回転摩擦圧接装置Ｆの作動と使用方法について説明する。表１に各種条件の一例を示す。

（１）ポリエチレン管１については、図１に示すテーパー加工が施され、ソケット３についてもテーパー穴加工が施されたものを用いる。
（２）図４に示すように、回転摩擦圧接装置Ｆのチャック１６，１８にポリエチレン管１の接合部を対向させた状態で夫々把持して固定する。
（３）スピンドル２５にソケット３を固定し、ソケット３のテーパー穴３ａにポリエチレン管１のテーパー部１ｂを挿入した状態とする。
（４）回転駆動部２０のブレーキ付きモータ２１の作動によりスピンドル２５に固定されたソケット３が所定回転数で回転する。
（５）ついで、加圧部３０の油圧シリンダ３１の作動によりロッド３２が前進し、ロッド３２の先端のブロック３３によりポリエチレン管１の後端部が押圧される。そして、両ポリエチレン管１とソケット３の３者に所定圧力が加えられる。
（６）摩擦圧接時における油圧シリンダ３１の加圧力の値は、予めリリーフバルブ３８で設定されており、圧力センサ３９によって検知される。
（７）ポリエチレン管１に対してソケット３を回転しつつ加圧して摩擦運動が行なわれているときの回転トルクは、トルクメータ２３により測定される。
（８）摩擦圧接時の回転トルクの変化に対応するため、制御ユニット２８により回転トルクを一定に保持するようにブレーキ付きモータ２１の回転が制御される。
（９）ポリエチレン管１とソケット３の摩擦接触部分が溶融する時間（３秒）が経過すると、制御ユニット２８の指令によりブレーキ付きモータ２１の回転が停止する。
（１０）圧力センサ３９によって加圧力をチェックしつつ圧接状態が保持される。
（１１）冷却保持時間（６０秒）が経過すると、油圧コントロールバルブ３６が切り替えられて油圧シリンダ３１のロッド３２が後退するので、圧接状態は解除される。
（１２）以上により、両ポリエチレン管１とソケット３の３者は一体状に摩擦接合処理される（図５）。そこで、チャック部１５からポリエチレン管１を外し、スピンドル２５からソケット３を外すことにより接合作業は終了する。

（本発明の実施例１）
前記回転摩擦圧接装置Ｆを用いてポリエチレン管１と前記エルボ継手８とを前記中間部材７を介して接合処理をする場合について説明する。
最初に、回転摩擦圧接装置Ｆのチャック１６にエルボ継手８を把持し、チャック１８にポリエチレン管１を把持して固定する。また、スピンドル２５に中間部材７を固定する。そして、エルボ継手８のテーパー穴８ａに中間部材７のテーパー部７ｂを挿入し、中間部材７のテーパー穴７ａにポリエチレン管１のテーパー部１ｂを挿入した状態とする。

以下に行なわれる回転摩擦圧接装置Ｆの作動については、前述した本発明の参考例において述べた作動に準ずるので説明を省略する。なお、エルボ継手８の他のテーパー穴８ａについても、同様の接合処理を施すものとする。図６にポリエチレン管とエルボ継手との接合状態を示す。

（本発明の実施例２）
前記回転摩擦圧接装置Ｆを用いてポリエチレン管１とＴ字形継手９とを前記中間部材７を介して接合処理をする場合について説明する。

図７に示すように、Ｔ字形継手９については、３箇所の流路にテーパー穴９ａを形成したものを用いる。

最初に、回転摩擦圧接装置Ｆのチャック１６にＴ字形継手９を把持し、チャック１８にポリエチレン管１を把持して固定する。また、スピンドル２５に中間部材７を固定する。そして、Ｔ字形継手９のテーパー穴９ａに中間部材７のテーパー部７ｂを挿入し、中間部材７のテーパー穴７ａにポリエチレン管１のテーパー部１ｂを挿入した状態とする。

以下に行なわれる回転摩擦圧接装置Ｆの作動については、前述した本発明の参考例において述べた作動に準ずるので説明を省略する。なお、Ｔ字形継手９の他のテーパー穴９ａについても、同様の接合処理を夫々施すものとする。図７にポリエチレン管とＴ字形継手との接合状態を示す。

Ｆ・・・本発明方法の実施に用いる回転摩擦圧接装置
１・・・ポリエチレン管（熱可塑性樹脂管）
１ａ・・・端部外面
１ｂ・・・テーパー
３・・・ソケット（中間部材）
３ａ・・・テーパー穴
７・・・中間部材
７ａ・・・テーパー穴
７ｂ・・・テーパー部
８・・・エルボ継手
８ａ・・・テーパー穴
９・・・Ｔ字形継手
９ａ・・・テーパー穴

Claims

熱可塑性樹脂管と継手とを中間部材を介して接合する回転摩擦接合方法において、
前記熱可塑性樹脂管の端部外面及び前記中間部材の端部外面に所定角度のテーパー加工を施し、その中間部材及び前記継手の接合部内面に所定角度のテーパー穴加工を施し、
前記中間部材の接合部内面に前記熱可塑性樹脂管の端部外面を挿入すると共に当該中間部材の端部外面を前記継手の接合部内面に挿入した状態にて、その中間部材と、前記熱可塑性樹脂管及び前記継手とを相対的に回転させつつ当該熱可塑性樹脂管の軸心方向に所定の圧力を加えて摩擦運動をさせることにより、熱可塑性樹脂管と中間部材及び継手とを摩擦接触部分の溶融によって接合することを特徴とする熱可塑性樹脂管の回転摩擦接合方法。
前記継手が、エルボ継手又はＴ字形継手であることを特徴とする請求項１に記載の熱可塑性樹脂管の回転摩擦接合方法。