JP5613531B2 - 溶着継手 - Google Patents

Description

本発明は、溶着継手に係り、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と、管端部に続く直筒外形状の継手本体部とを有し、管端部を外囲する発熱手段からの加熱によって管端部とこれに嵌合挿入されているチューブ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に関するものである。

この種の溶着継手においては、エルボ形（Ｌ字形）のものや、Ｔ字形、Ｙ字形等、直線形状以外のものも多い。例えば特許文献１において開示する溶着継手の図２５ではエルボ形が、そして図２６ではＴ字形のものがそれぞれ示されている。このような直線形状以外の形状、即ち直線外形状を採る溶着継手では、さまざまな使用形態においても十分な耐久性を持てるようにすべく、製品化段階におけるテストにおいてより厳しい加速試験機に耐えることが要求されてきている。

合成樹脂製の溶着継手は、一般には型成形によって作成され、Ｔ字形の溶着継手では３箇所の管端部の基となる本体部分に、またエルボ形の溶着継手では一対の管端部を結ぶ湾曲本体部に溶融樹脂の供給口、いわゆる湯口を設けることになる。このような溶着継手を上記加速試験機に掛けると、前記湯口部分やパーティングラインに沿って早期に亀裂や割れが生じ易いことが分かってきた。

特開平７−１４４３６７号公報

そこで、前述の早期損傷を改善するには、溶着継手を一定の肉厚とするのではなく、湯口及びその付近の肉厚を厚くする手段が有効であると考えられる。この場合、応力集中を極力避ける観点からは肉厚を徐々に厚くする肉厚漸変構造を採るのが好ましいが、敢えて肉厚を急変することで得られる利点がある。即ち、例えば、図４の比較例に示すように、Ｔ字形の溶着継手Ａであれば、継手本体部３と管端部Ｔとの肉厚差による段差３ａを溶着装置Ｂにおける位置決め手段として活用できるという利点である。これにより、早期損傷の防止手段（継手本体部３の肉厚アップ）が溶着時の位置決め手段に兼用できるという効果も発揮できる合理的な構造である。

つまり、溶着装置Ｂにおける管端部Ｔを把持させる手段としては、図４に示すように、軸心ｐ方向にある程度広い幅の内周面３０ａを持つ第２側壁３０で挟むことでクランプさせる手段を用い、その第２側壁３０を位置決めのために前記段差３ａに当接させるのが合理的である。加えて、溶着のための発熱手段（ヒータ）１４と第２側壁３０との軸心ｐ方向間には、熱影響を緩和するための最低限度の緩衝領域としての空間部３１を取るので、管端部Ｔの発熱手段１４に相当する部分を除く軸心ｐ方向長さとしては、第２側壁３０の幅ｅと空間部３１の幅ｄとを加えた突出長Ｆ（＝ｄ＋ｅ）以上とする必要がある。

このように、（ａ）湯口部分やパーティングラインでの早期損傷の防止効果、と（ｂ）溶着位置決め手段の兼用化効果、とを一挙に得る合理構成を採る改善された溶着継手（図４に示す溶着継手Ａ）が想起されている割には、管端部Ｔが徒に長くなっているように感じられる。従って、もう一工夫を凝らすことにより、管端部Ｔのコンパクト化も可能になるという具合に、さらなる改善の余地が残っているように思える。

そこで本発明の目的は、直線外形状を採る溶着継手において、継手本体部分を厚肉化する構成の有効利用を図るようにして前記効果（ａ），（ｂ）を発揮できるとともに、必要な機能を維持しながら管端部のコンパクト化も可能となるように、さらに改善されてより合理的なものとして提供できるようにする点にある。

請求項１に係る発明は、合成樹脂製チューブ１３の端部１３ａが嵌合挿入される管端部Ｔであって、端部本体筒９及びこの端部本体筒９の軸心Ｐ方向一側に続く外装外周面６を備えた管端部Ｔと、前記管端部Ｔの端部本体筒９の軸心Ｐ方向他側に続く直筒外形状の継手本体部３とを有し、前記管端部Ｔの外装外周面６に外嵌されたホルダＨを外囲する溶着装置Ｂの発熱手段１４からの加熱によって前記管端部Ｔとこれに嵌合挿入されている前記チューブ端部１３ａ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、
前記継手本体部３の肉厚ｂを前記管端部Ｔの端部本体筒９の肉厚ｔよりも厚くする肉厚差が設けられて、前記継手本体部３における前記端部本体筒９との境目に前記肉厚差による環状の端面３ａが形成されるとともに、前記端部本体筒９の外周面を底面として前記端面３ａとの間に、前記溶着装置Ｂの一部２０を嵌込可能な凹溝ｍを形成する突起部１０が前記管端部Ｔに一体的に設けられており、
前記管端部Ｔで、前記外装外周面６の外径を前記端部本体筒９の外径よりも小さくする外径差が設けられて、前記外装外周面６と前記端部本体筒９との境目に前記外径差による周面１２が形成され、この周面１２が前記外装外周面６に外嵌挿入される前記ホルダＨの差込位置を規定する面となるように構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、前記突起部１０が前記管端部Ｔの軸心Ｐに関する環状凸条であり、前記継手本体部３の端面３ａとの間に周状凹溝ｍが形成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、前記継手本体部３に、前記管端部Ｔと互いに同構造で、かつ、互いに同軸心Ｐを有する第２管端部Ｔと、前記管端部Ｔと互いに同構造で、かつ、前記軸心Ｐと交差する軸心Ｐを有する第３管端部Ｔとが接続されるＴ字形のものであ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又は２に記載の溶着継手において、前記継手本体部３に、前記管端部Ｔと互いに同構造で、かつ、前記軸心Ｐと交差する軸心Ｐを有する第２管端部Ｔが接続されるＬ字形のものであ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、フッ素樹脂製のものであ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述べるが、早期損傷を回避するための継手本体部の厚肉化による端面と、管端部に設けた突起部とによる凹溝が形成されるので、溶着装置における管端部を支持する手段としてその凹溝に嵌り込む構造を用いて、管端部の軸心方向にずれ動かないようにすることができる。従って、ある程度の面積を有して管端部を把持する構造を採る場合に比べて、管端部の必要長さ（突出長さ）の短縮化が可能となり、それによって溶着装置における管端部の支持構造部分もコンパクト化が可能となる。その結果、直線外形状を採る溶着継手において、継手本体部分を厚肉化する構成の有効利用を図るようにして前記効果（ａ），（ｂ）を発揮できるとともに、必要な機能を維持しながら管端部や溶着装置のコンパクト化も可能となり、さらに改善されてより合理的な溶着継手を提供することができる。

請求項２の発明によれば、凹溝として周状凹溝に形成されているので、溶着装置にセットする際に凹溝の存在箇所に合せて嵌める、といった条件が不要となり、単に装着すれば良く、溶着時における操作の簡単化も図れるという利点が追加される。

請求項３や請求項４の発明のように、直線外形状の継手として多用されるＴ字形やＬ字形の溶着継手に好適であるとともに、請求項５のようにフッ素樹脂製とすれば、耐熱性や対薬品性に優れ、流体の種類や温度を問わずに使用できて汎用性にも富む溶着継手を提供することができる。

実施例１による溶着継手を示す一部切欠きの正面図 図１の溶着継手とチューブとの溶着装置による溶着作業状態を示す図 溶着継手とチューブとの接合部を示す要部の断面図 比較例による溶着継手を用いた溶着作業状態を示す図 実施例２による溶着継手を示し、（ａ）は一部切欠きの左側面図、（ｂ）は一部切欠きの右側面図

以下に、本発明による溶着継手の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。溶着継手Ａ及びチューブ１３は熱可塑性合成樹脂であるＰＦＡ製であり、ホルダＨは熱可塑性合成樹脂であるＰＴＦＥ製である。

〔実施例１〕
実施例１による溶着継手Ａは、図１に示すように、軸心ｐ（Ｐ）を有する主管端部１（Ｔ）と、主管端部１（Ｔ）と互いに同構造で、かつ、互いに同軸心ｐ（Ｐ）を有し、かつ、軸心ｐ（Ｐ）方向で互いに逆向きとなる主管端部（第２管端部の一例）１（Ｔ）と、軸心ｐと直交（交差の一例）する軸心ｑ（Ｐ）を持つ単一の分岐管端部（第３管端部の一例）２（Ｔ）と、これら３箇所の管端部１，１，２それぞれの基端側部分である継手本体部３と、を有して成るＰＦＡ（合成樹脂の一例）製でＴ字形を呈するものである。継手本体部３の段差側周面３ａより外側の部分である管端部１，１，２は互いに同一の構成部分である。継手本体部３の厚み（肉厚）は、各管端部１，１，２の厚み（肉厚）より厚くされており、湯口（型成形時の溶融樹脂の供給口）部分４やパーティングライン（図示せず）に沿った早期損傷が起きないようにされている。

各管端部１，１，２の構造を主管端部１で説明すると、段差側周面３ａに続く端部本体筒９、端部本体筒９から立設される状態の外周フランジ（突起部及び環状凸条の一例）１０、端部本体筒９より若干小さい外径を有するホルダ外装用の外装外周面６、チューブ挿入用の挿入用大径内周面５、挿入用大径内周面５の軸心ｐ方向の深さを規定する内段差面７、内段差面７に続く傾斜内周面８、継手流路Ｗを備えて成る筒状部分である。端部本体筒９の外周面１１より外装外周面６が若干小径であることにより、後述するホルダＨの差込位置を規定する面となる小側周面１２が形成されている。

継手本体部３は、各管端部１，１，２の基端部にそれらの端部本体筒９の肉厚ｔより厚い肉厚ｂを有して連続するＴ字形（直線外形状の一例）の部分であり、各管端部１，１，２の端部本体筒９との境目には環状の段差である段差側周面３ａが形成されている。つまり、継手本体部３の肉厚ｂを管端部Ｔの端部本体筒９の肉厚ｔよりも厚くする肉厚差を設け、継手本体部３における管端部Ｔの端部本体筒９との境目に肉厚差による環状の端面３ａが形成されている各主管端部１，１の継手流路Ｗ、Ｗと分岐管端部２の継手流路Ｗも、全体としてＴ字形の流路を呈している。継手本体部３における分岐管端部２の軸心ｑ方向で反対の壁部分に湯口部分４が形成されている。この場合、パーティングライン（図示せず）は継手本体部３における分岐管端部２との境目付近に生じ易い。

ここで、肉厚ｔはチューブ厚さの１．５倍以上あれば良く、厚い肉厚ｂはチューブ厚さの２倍以上となるように設定されている。チューブ１３と継手本体部３との溶着部において環状ヒータ１４から離れて位置する内段差面７と傾斜内周面８の接合部には溶着不足が発生する可能性がある。肉厚ｔがチューブ厚さの１．５倍未満の場合は、溶着後のチューブ１３と継手本体部３との溶着強度がチューブの引張強度に比べて１／２を下回る可能性もあり、流体機器の脈動が加わる場合は実用上溶着部の安全性に問題を残す。従って、溶着部の安全性を考慮すると肉厚ｔは、チューブ厚さの少なくとも１．５倍以上必要であり、好ましくは、肉厚ｔがチューブ厚さの２倍以上に設定すれば溶着部の引張強度をチューブの引張強度と同等以上に確保することができる。

端面３ａから軸心ｐ方向に若干離れた箇所に、厚い肉厚ｂと同等またはそれ以下に設定された外周フランジ１０が存在しており、その外周フランジ１０の内側周面１０ａを一方の側面とし、端部本体筒９の外周面（管端部Ｔの外周面）１１を底面とし、端面３ａを他方の側面とする周溝(凹溝及び周状凹溝の一例)ｍが形成されている。つまり、各管端部Ｔにおける基端側に設けた外周フランジ１０と端面３ａとによって成る周溝ｍが形成されている。

溶着継手Ａは、図２，図３に示すように、挿入用大径内周面５に内嵌されるチューブ１３を溶着一体化するものであり、溶着装置Ｂにおいては外装外周面６に外嵌装填されるホルダＨを囲繞する環状ヒータ（発熱手段の一例）１４を有している。詳述すると、外装外周面６にはホルダＨが外嵌装着されており、挿入用大径内周面５にチューブ端部１３Ｔが嵌合挿入され、ホルダＨを囲繞する環状ヒータ１４の発熱による加熱で管端部１先端部とチューブ端部１３Ｔとが溶着されるようになっている。ホルダＨの基端側には、環状ヒータ１４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１５が形成されている。

ホルダＨを外装外周面６に外嵌挿入する際の位置決めとして機能する小側周面１２により、外装外周面６の軸心ｐ方向長さと、ホルダＨの軸心ｐ方向長さとが同じ値に設定されている。ホルダＨは外装外周面６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。継手流路Ｗの径よりも大なる挿入用大径内周面５の軸心ｐ方向長さは、外装外周面６の軸心ｐ方向長さのおよそ半分前後に設定されており、内段差面７との当接によってチューブ端部１３Ｔの挿入量が定まるように設定されている。また、内段差面７の内角部は、斜めにカットされたような傾斜内周面８に形成されている。

ホルダＨは、図２，図３に示すように、外装外周面６に外嵌する径均一な内周面１６と外周面１７とを有する鍔付円筒状のものであり、軸心ｐ方向で最も継手本体部３側の端に前述のフランジ１５がある。フランジ１５の厚みは、ホルダＨにおけるそれ以外の箇所の厚みの１．４〜１５倍に設定され、ホルダＨの軸心ｐ方向長さはフランジ１５の長さの２〜１０倍に設定されている。ホルダＨを形成するＰＴＦＥは、主管端部１、即ち溶着継手Ａを形成するＰＦＡの溶融温度よりも高い溶融温度を有している。ホルダＨを形成する合成樹脂は、チューブ１３や溶着継手Ａ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。

溶着装置Ｂは、図２に示すように、ホルダＨを外囲する環状ヒータ１４、チューブ１３を把持する係止クランプ１８を位置決め状態に凹凸嵌合装着可能な第１側壁１９、溶着継手Ａの周溝ｍに嵌合して位置決め装着可能な第２側壁２０等を有して構成されており、第１側壁１９及び第２側壁２０はガラスクロス基材を樹脂で固定したガラスクロス基材無機系樹脂板から成る断熱材で構成されている。環状ヒータ１４は、ホルダＨと同等の横幅寸法を有し、また環状ヒータ１４と各側壁１９，２０とは、熱影響を緩衝するために長さｄを持つ空間部２１を設けて隔てられている。周溝ｍに嵌り込んで軸心ｐ方向において溶着継手Ａと相対位置決めされる第２側壁２０の幅（厚み）は、第１側壁１９の幅（厚み）に比べて十分薄いものに形成することができている。

つまり、溶着装置Ｂによる溶着継手Ａとチューブ１３との溶着を行うには、ホルダＨが外装されている主管端部１の挿入用大径内周面５にチューブ端部１３ａを差し込んだ状態でチューブ１３は係止クランプ１８を介して第１側壁１９に支持させ、溶着継手Ａは周溝ｍを用いて第２側壁２０に支持させる。それから環状ヒータ１４に通電して発熱させ、それによって主管端部１とチューブ端部１３ａとの接合部Ｒを加熱溶融させ、一体化するのである。この溶着装置Ｂにおける環状ヒータ１４から第２側壁２０の外表面に亘る長さ、即ち主管端部１の突出長Ｄは、空間部２１の幅ｄに周溝ｍの溝幅ｃを加えた長さ（Ｄ＝ｄ＋ｃ）である。なお、幅ｃは、第２側壁２０の幅でもある。

これに対して、図４に示す比較例の場合は、環状ヒータ１４からの空間部３１の幅ｄは図２に示すものと同じであるが、第２側壁３０の幅（厚み）ｅは明らかに図２に示す第２側壁２０の幅ｃより大（ｅ＞ｃ）である。従って、比較例における突出長Ｆ（＝ｄ＋ｅ）は図２の示す実施例１の突出長Ｄよりも明確に大きい（Ｄ＜Ｆ）。図４に示す比較例の場合は、摩擦によって主管端部１を第２側壁３０で挟み込んで軸心ｐ方向に動かないように支持させる構造上、しっかりと摩擦把持するには軸心ｐ方向にある程度の幅が必要である。しかしながら、第２側壁２０を周溝ｍに嵌り込ませて物理的に軸心ｐ方向に動かないようにする実施例１の構造では、第２側壁２０の幅を図４に示す比較例の第２側壁３０に比べて大幅に狭くすることが可能となっている。

つまり、実施例１による溶着継手Ａは、湯口部分４やその付近のパーティングラインに亀裂や割れ等の早期損傷が生じないように継手本体部３の肉厚を各管端部１，１，２に比べて厚肉にする構造を利用して、それによる端面である段差側周面３ａと、新たに主管端部１に設けた外周フランジ１０とによって周溝ｍを形成したことを特徴とする。これにより、各管端部１，１，２の突出長さＤを短くできて溶着継手Ａ並びに溶着装置Ｂのコンパクト化を図りながら、湯口部分４やパーティングラインにおける早期の損傷おそれを回避できる、という多重効果を得ることに成功している。

また、外周フランジ１０は、ガラスクロス基材無機系樹脂板から成る断熱材に接し、それ以外は空間部（大気）２１に面している。断熱材、大気、ＰＦＡの各熱伝導率を考慮すると、「断熱材の熱伝導率＜大気の熱伝導率＜ＰＦＡの熱伝導率」であるため、環状ヒータ１４から放射される赤外線（熱線）がＰＦＡ（溶着継手Ａ、チューブ１３）に吸収された場合は、ＰＦＡ外部すなわち継手本体部３の外に放熱し難い。従って、外周フランジ１０の厚さが厚い肉厚ｂより大きい場合は、環状ヒータ１４の熱を吸収し易く、吸収された熱が継手の主管端部１（Ｔ）へ移動し、主管端部１（Ｔ）の異常変形を発生させる可能性がある。故に、外周フランジ１０の厚さは、環状ヒータ１４の第２側壁２０の位置決めができる程度に薄い(低い)方が好ましく、位置決めの確実さを考慮すればせいぜい厚い肉厚ｂと同程度とするのが好ましい。

〔実施例２〕
実施例２による溶着継手Ａは、図５（ａ），（ｂ）に示すように、継手本体部３に、主管端部１（Ｔ）と互いに同構造で、かつ、軸心ｐ（Ｐ）と直交（交差の一例）する軸心ｑ（Ｐ）を有する第２管端部２２（Ｔ）が接続されるL字形のものである。エルボ管とも呼ばれるこのＬ字形溶着継手Ａは、実施例１によるＴ字形溶着継手Ａの主管端部１（Ｔ）と同じ管端部１（Ｔ）と、実施例１によるＴ字形溶着継手Ａの分岐管端部２（Ｔ）と同じ第２管端部２２（Ｔ）とを有しており、同一箇所には同一の符号を付してその説明が為されたものとする。

〔別実施例〕
第２側壁２が嵌り込む凹溝ｍとしては、例えば、４箇所や６箇所といった円弧状の突起部１０が周方向に間欠的に配列されてなる間欠周溝（円弧凹溝）でも良く、突起部１０は、正８角形といった円形以外の形状を採ることも可能である。溶着装置Ａの第２側壁２０として、突起部１０を跨いで嵌合するコ字断面形状を備えるものとして、図１等に示す凹溝ｍの幅をもっと狭くする構造も可能であり、そうすれば、軸心ｐ方向における管端部Ｔのより短縮化も可能である。

３ 継手本体部
３ａ 端面
６ 外装外周面
９ 端部本体筒
１０ 突起部（環状凸条）
１２ 小側周面（周面）
１３ チューブ
１３ａ 端部
１４ 発熱手段
２０ 溶着装置の第２側壁（溶着装置の一部）
Ｂ 溶着装置
Ｈ ホルダ
Ｐ 軸心
Ｔ 管端部
ｂ 継手本体部の肉厚
ｍ 凹溝（周状凹溝）
ｔ 管端部の端部本体筒の肉厚

Claims (5)

1. 合成樹脂製チューブの端部が嵌合挿入される管端部であって、端部本体筒及びこの端部本体筒の軸心方向一側に続く外装外周面を備えた管端部と、前記管端部の端部本体筒の軸心方向他側に続く直筒外形状の継手本体部とを有し、前記管端部の外装外周面に外嵌されたホルダを外囲する溶着装置の発熱手段から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チューブ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、
   前記継手本体部の肉厚を前記管端部の端部本体筒の肉厚よりも厚くする肉厚差が設けられて、前記継手本体部における前記端部本体筒との境目に前記肉厚差による環状の端面が形成されるとともに、前記端部本体筒の外周面を底面として前記端面との間に、前記溶着装置の一部を嵌込可能な凹溝を形成する突起部が前記端部本体筒と一体的に設けられており、
   前記管端部で、前記外装外周面の外径を前記端部本体筒の外径よりも小さくする外径差が設けられて、前記外装外周面と前記端部本体筒との境目に前記外径差による周面が形成され、この周面が前記外装外周面に外嵌挿入される前記ホルダの差込位置を規定する面となるように構成されている溶着継手。
2. 前記突起部が前記管端部の軸心に関する環状凸条であり、前記継手本体部の端面との間に周状凹溝が形成されている請求項１に記載の溶着継手。
3. 前記継手本体部に、前記管端部と互いに同構造で、かつ、互いに同軸心を有する第２管端部と、前記管端部と互いに同構造で、かつ、前記軸心と交差する軸心を有する第３管端部とが接続されるT字形のものである請求項１又は２に記載の溶着継手。
4. 前記継手本体部に、前記管端部と互いに同構造で、かつ、前記軸心と交差する軸心を有する第２管端部が接続されるL字形のものである請求項１又は２に記載の溶着継手。
5. フッ素樹脂製のものである請求項１〜４の何れか一項に記載の溶着継手。

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