JP5710450B2 - 樹脂製端面突合せ継手とその継手の溶着方法並びに配管器材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体産業、食品産業、薬品産業、バイオテック産業、化学産業等で用いられる樹脂製端面突合せ継手とその継手の溶着方法並びに配管器材に関する。

半導体産業、食品産業、薬品産業、バイオテック産業、化学産業等の分野などで使用される配管素材には、耐薬品性、耐熱性、高いクリーン度などが要求される。これらの要求を満たす配管素材としては、例えば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）などのフッ素樹脂が適している。

このような産業分野における製造ラインの配管は、ＰＦＡ樹脂からなる熱可塑性樹脂製の継手同士又は当該継手とチューブ等を端面突合せ溶着して構成される場合がある。

熱可塑性樹脂製の継手やチューブ等（以下、ワークという。）の管端面同士を突合せ溶着をする場合、非接触の状態でヒータの両側に双方のワークの管端面を同軸上に位置決めし、ヒータの熱で加熱して適切な溶融状態になったときに双方の管端面同士を押し付け、溶着する方法がある。

この方法によりワークの管端面同士を溶着する装置として、特許文献１の溶着機が知られている。この溶着機１は、図９に示すように、ヒータ２の両側に非接触状態で溶着する一対のワーク３、３を配し、それらの管端面４、４を加熱して溶融させるが、加熱及び溶融時にワーク３、３の管端面４、４をヒータ２に接触させることなく適正な距離で固定するために、また、ワーク３、３の管端面４、４が適正な溶融状態になった後に少なくとも一方の管端面を同軸上で移動させ、両ワーク３、３の管端面４、４を押し付けて溶着するために、ヒータ２の両側に一対のクランプ５、５を設け、そのクランプ５、５によりワーク３、３を締付把持している。

また、特許文献２には、この様な溶着装置を用いてワーク同士を有害な内面ビードを防止して溶着する溶着方法が紹介されている。

特開平８−１５６１０２号公報 特開２００４−２１６８５９号公報

上記の特許文献１の溶着機及び特許文献２の溶着方法では、樹脂継手の溶着環状部が短寸で短筒形状である場合、溶着環状部にクランプで締付固定するための固定代を十分に取ることができないので、クランプで溶着環状部を締付固定することができず、樹脂継手自体を特殊な固定用治具を使用して溶着機に固定する必要があった。
しかしながら、当該樹脂継手を特殊な固定用治具を使用して溶着機に固定することは、施工作業が面倒であるばかりでなく、継手同士の管端面の軸芯を合わせるために多大の時間を要し、また継手同士の溶着部に位置ズレも生じるおそれがあるため、これらの課題を解決し、管端面を高精度に加熱溶融して溶着することができる樹脂製継手の提案が切望されていた。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、短筒形状の溶着環状部を有する継手を溶着する場合であっても、通常の溶着機のクランプで固定代と適正な芯間寸法を確保し、同時に同軸上に位置させて芯合わせも行うことを可能とした樹脂製端面突合せ継手とその継手の溶着方法、並びに配管器材を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、継手基部に継手基部内の流路と連通する複数の溶着環状部を設け、この溶着環状部の少なくとも一つの溶着環状部の同軸上で、かつ前記継手基部の外端に溶着機クランプ用の固定部を設けたことを特徴とする樹脂製端面突合せ継手である。

請求項２に係る発明は、溶着環状部を短筒形状に形成し、この溶着環状部の同軸上に形成した固定部を溶着環状部の外径と同一外径の円形とした樹脂製端面突合せ継手である。

請求項３に係る発明は、継手基部に設けた溶着環状部をエルボ形状又はティ形状、或いはアングルティ形状の何れか一つとした樹脂製端面突合せ継手である。

請求項４に係る発明は、継手基部に設けた溶着環状部の同軸上で、かつ前記継手基部の外端に円形固定部を一体に突出形成し、この固定部を溶着機のクランプで把持固定し、前記溶着環状部の端面同士を非接触のヒータで加熱溶融させた後に、前記溶着環状部同士を押付けることにより管端面同士を溶着することを特徴とする樹脂製端面突合せ継手の溶着方法である。

請求項５に係る発明は、溶着環状部を短筒形状に形成した継手同士の前記固定部をクランプで把持固定し、その後、短筒形状の溶着環状部を溶着して最短の芯間寸法を有する最短溶着である樹脂製端面突合せ継手の溶着方法である。

請求項６に係る発明は、固定部をクランプで把持固定した短筒形状の溶着環状部の端面と、チューブの端面又はメカニカル継手の管端面、或いはバルブや圧力、流量等のセンサー類又はフィルタなどの接続端面の何れかのワーク同士を溶着した樹脂製端面突合せ継手の溶着方法である。

請求項７に係る発明は、継手基部に継手基部内の流路と連通する複数の溶着環状部を設け、この溶着環状部の少なくとも一つの溶着環状部の同軸上で、かつ前記継手基部の外端に溶着機クランプ用の固定部を設けたことを特徴とする樹脂製端面突合せ継手を、前記固定部をクランプで締付把持することにより溶着機に固定する溶着方法により構成した配管器材である。

請求項１に係る発明によると、固定用治具を使用することなく、通常の溶着機のクランプで同軸上に、かつ適正な芯間寸法で締付固定できるため、短筒形状の溶着環状部を有する各種の熱可塑性樹脂等の継手を確実に、かつ容易に溶着でき、特に、継手同士の最短溶着が可能となり、もって装置自体の小型化に対応でき、かつ配管スペースの縮小化とコンパクト化に著しく寄与できる。

請求項２に係る発明によると、固定部を溶着環状部の外径と同一の外径の円形としたから、特別の治具を要することなく、通常の溶着機のクランプにより同軸上で締付固定でき、しかも、固定幅分の長さである固定代を十分に確保できるため、施工性と作業性が著しく良好である。

請求項３に係る発明によると、エルボ、ティ又はアングルティ形状など各種の継手に適用することが可能である。

請求項４に係る発明によると、溶着環状部が短筒形状で固定幅分の長さを確保できない寸法であっても、通常の溶着機のクランプで容易に締付固定できると共に、適正な芯間寸法で固定可能となり、しかも同軸上に確実に保持でき、容易に芯合わせも可能となり、位置ズレのおそれもないなどの有用な溶着方法を提供できる。

請求項５に係る発明によると、短筒形状の溶着環状部を有する継手同士を確実に溶着できるため、最短の芯間寸法を有する継手部材を容易に構成できるため、コンパクト化に著しく寄与する。

請求項６に係る発明によると、短筒状の溶着環状部を有する継手の固定部を締付固定した状態で、継手同士のみならず、継手とチューブやメカニカル継手、或いはバルブなどのワークを確実に溶着することができる。

請求項７に係る発明によると、継手同士、継手とチューブ、継手とメカニカル継手、或いは継手とバルブなどのワークを溶着した配管器材を提供することができるため、例えば、薬液提供装置などの小型化に対応でき、配管スペースの縮小化にも容易に対応可能となり、もって、著しくコンパクト化に寄与できると共に、安定的な溶着作業を遂行することができる。

本発明における樹脂製端面突合せ継手のエルボ形状の継手を示した斜視図である。 図１の断面図である。 図１の継手同士を最短溶着する状態を示す正面説明図である。 図３に示した継手同士を溶着した配管器材の拡大正面図である。 本発明における樹脂製端面突合せ継手のティ形状の継手を示した斜視図である。 本発明における樹脂製端面突合せ継手のアングルティ形状の継手を示した斜視図である。 （ａ）は、短筒形状の溶着環状部を有する継手とエルボ継手を溶着する状態を示す説明図である。（ｂ）は、短筒形状の溶着環状部を有する継手とチューブを溶着する状態を示す説明図である。（ｃ）は、短筒形状の溶着環状部を有する継手とバルブのパイプを溶着する状態を示す説明図である。（ｄ）は、短筒形状の溶着環状部を有する継手とメカニカル継手のパイプを溶着する状態を示す説明図である。 本発明における継手の固定部を専用スリーブ圧入治具に締付把持して、スリーブを圧入施工する状態を示す説明図である。 従来の樹脂製継手同士を溶着する際に、クランプで締付把持する状態を示す図である。

以下に、本発明における樹脂製端面突合せ継手の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１、２においては、本発明における樹脂製端面突合せ継手のエルボ形状の継手を示しており、図１に当該継手を斜め上方より見た斜視図、図２に当該継手の断面図をそれぞれ示している。

樹脂継手は熱可塑性樹脂を材料とするが、熱可塑性樹脂にはＰＦＡ、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ、ＰＣＴＦＥ、ＥＣＴＦＥなどのフッ素樹脂、又は塩化ビニリデン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、スチロール、ＡＢＳ、ポリカーポネート、ポリエチレン、超高分子ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、ブチレート、アセテート、ポリアミド、ポリアセタール、ＡＳ、フッ化ビニリデン等がある。本発明における樹脂製端面突合せ継手は、ＰＦＡを用いている。

図１において、樹脂製端面突合せ継手のエルボ形状の継手１１は、内部に流路１５を有する継手基部１２とワークを溶着する溶着環状部１３と端筒形状の溶着環状部１４とから構成されている。

継手基部１２の外端に、溶着環状部１３、１４の中心軸１６、１７と同軸に、溶着機のクランプで締付把持するための固定部１８、１９がそれぞれ突設されている。

溶着環状部１３、１４は継手基部１２を起点として設けられている。溶着環状部１３、１４の内部には流路２０、２１が形成されており、流路２０、２１は継手基部１２内に形成されている流路１５と連通している。

図では、溶着環状部１３は長筒形状に、溶着環状部１４は短筒形状に形成されているが、継手１１の構成はこれに限定されるわけでない。例えば、溶着環状部１３、１４ともに長筒形状に形成しておき、使用時に適宜選択した溶着環状部を所要の長さに切断して短縮してもよいし、溶着環状部１３、１４ともに短筒形状に形成しておいてもよい。

継手基部１２の外端に設けられた固定部１８、１９は円形で、かつ、その外径２２、２３は、溶着環状部１３、１４の外径２４、２５と同一に形成されている。突設された固定部１８、１９の外周は、溶着機のクランプで確実に締付把持するため、円柱形に形成する必要があるが、固定部１８、１９の頂部２６、２７は平坦な面に形成する必要はなく、例えば図２における固定部１９に二点鎖線２８で示すように、凹みが存在しても構わない。すなわち、この場合は、材料の節約、重量軽減を図ることが可能となる。

本実施例における継手１１も継手基部の外端に、溶着環状部１２、１３と同軸に固定部を設けたことを除き、従来の樹脂継手の規格と同一であるが、これに限定されるものではない。なお、本実施例では、溶着環状部１２、１３の呼び径を２５．４ｍｍ（１インチ）とした。

固定部１８、１９は、溶着機のクランプで確実に締付把持するために十分な高さを有している必要がある。一般に溶着機のクランプの幅である固定代は６〜１５ｍｍの範囲にあるが、固定部１８、１９の高さ２９、３０をクランプの幅に等しく設定する必要はなく、クランプで固定部を締結把持した際に、継手をぐらつくことなく確実に固定できる分の高さがあれば足りる。

上記のように、固定部の高さは、継手全体の大きさに比して十分小さく設定してもクランプにより継手を確実に締付把持することができるので、継手基部の外部に生じる突起を最小限とすることができる。このため、固定部が他のワークと干渉することがないので、配管をコンパクトに構成することができる。

また、固定部は継手基部の外端に設けられているため、ヒータ面からの固定部までの距離は、従来の継手を溶着する場合におけるヒータ面から溶着環状部のクランプ締付把持部までの距離と大差がなく、適正な芯間寸法を確保している。

固定部１８、１９の外径２２、２３は、溶着環状部１３、１４の外径２４、２５と同一に形成されているため、溶着環状部１３、１４を締付把持することができるクランプをそのまま使用することができるので、本発明における樹脂製端面突合せ継手を使用するに際し、従来のクランプとサイズが異なるクランプを新たに準備する必要がない。

図２に示すように、継手１１の固定部１８は、継手基部１２の外端に、溶着環状部１３の中心軸１６と同軸に、かつ溶着環状部１３の外径２４と同一の外径を有する円形で突設されているため、固定部１８を溶着機のクランプで締付把持した場合の溶着環状部１３と溶着機との位置関係は、溶着環状部１３をクランプで締付把持した場合の溶着環状部１３と溶着機との位置関係と同じになる。

溶着機では、溶着するワークをクランプで締付把持すると、そのワークの中心軸は溶着機の軸芯と一致するように設定されているので、継手１１の固定部１８をクランプで締付把持すると、当該固定部と中心軸が同軸である溶着環状部１３の中心軸１６は、溶着機の軸芯と一致する。

上記の関係は、継手１１のもう一方の溶着環状部１４の中心軸１７と同軸に、継手基部１２の外端に形成されている固定部１９についても成立する。

従って、短筒形状に形成されているためにクランプの固定代分を確保できない溶着環状部１４をワークに溶着する場合であっても、単に、固定部１９をクランプで締付把持するだけで、溶着環状部１４の中心軸１７を軸芯に合わせて溶着機に取付けることができるので、作業性が著しく向上する。

また、溶着環状部１４のように短筒形状に形成した溶着環状部にワークを溶着すると、溶着部のビードの位置を樹脂継手の近傍に設けることができ、該ビードが配管サポートやセンサー等の取付けの妨げになることなく、配管のコンパクト化に寄与する。

また、固定部１８、１９が円形に形成されているため、図１に示すように、固定部１８、１９の中心軸３１、３２と固定部の外周３３、３４間との距離３５、３６は一定である。従って、固定部１９をクランプで締付把持し、ワークを溶着環状部１４の端部３７に溶着する場合、溶着環状部１３を中心軸１７周りに回転させ、溶着環状部１３の端部３８をどの方向に向けて固定部１９をクランプで締付把持した場合であっても、固定部１９と同軸である溶着環状部１４の中心軸１７は、溶着装置の軸芯と一致する。

従って、溶着するワークに対し、溶着環状部１４の中心軸周りに樹脂継手１１を適宜な角度分回転させても、被溶着ワークの中心軸と樹脂継手１１の溶着環状部１４の中心軸は一致するため、溶着部に食い違いが生じることがない。このため、被溶着ワークに対し、樹脂継手１１を溶着する角度に制限を受けることがなく、随意な回転角度で溶着することができるので、使用する配管長を最短としてコンパクトに配管を構成することができると共に、自由な方向性の継手を任意に溶着できる。

図３及び図４において、２個の樹脂継手１１を短筒形状に形成された溶着環状部１４同士により溶着すると、最短の芯間寸法で樹脂継手１１同士を溶着することができる。この場合には、樹脂継手１１の溶着環状部１４をクランプで締付把持することができないので、図３に示すように、樹脂継手１１、１１固定部１９、１９の外周３４をクランプ３９の把持面４０で締付把持することにより、溶着機４１のヒータ４２の両側にヒータ４２とは非接触状態で、溶着環状部１４、１４の端部３７、３７を対向させて固定することができる。この時、一対の樹脂継手１１、１１の溶着環状部１４、１４の軸芯は、単にクランプ３９、３９で樹脂継手１１、１１の固定部１９、１９を締付把持するだけで前述したように一致する。

図４に示すのが、最短の芯間寸法で樹脂継手１１同士を溶着して作成した配管器材４３である。このように、芯間寸法４４を短くして形成することができるので、配管器材４３を使用することにより、装置の配管をコンパクトに構成することができる。

また、溶着する溶着環状部１４、１４同士の軸芯を完全に合わせて溶着することができるので、溶着部４５に段差が生じて液体のスムーズな流れを阻害したり、液だまりが生じたり、パーティクルが滞留、脱離することがない高品質発生な配管器材を簡単に作成することができる。

本件発明の適用は、本実施例のエルボ型樹脂継手１１に限られることはなく、継手基部に継手基部内の流路と連通する複数の溶着環状部を設け、この溶着環状部の少なくとも一つの溶着環状部の同軸上で、かつ前記継手基部の外端に溶着機クランプ用の固定部を設けた継手であれば適用することができる。例えば、図５に示すティ形状の継手４６、図６に示すアングルティ形状の継手４７においても、同様に適用できることは勿論である。
図５のティ形状の継手４６、及び図６のアングルティ形状に継手４７では、環状溶着部４８のうちの一つが短筒形状に形成されているが、エルボ形状の継手１１の場合と同様に、全ての溶着環状部４８を長筒形状に成形しておき、使用時に固定部４９を使用して溶着する溶着環状部４８を所要の長さに合わせて切断短縮してもよいし、固定部４９を使用して溶着する溶着環状部４８の全てを短筒形状に形成してもよく、これらは実施に応じて任意である。

次に、本発明における端面突合せ継手の溶着方法の一例を説明する。

先ず、継手基部１２の外端に、前記継手基部に設けた溶着環状部１４と同軸に円形固定部１９を一体に突出形成した継手１１、及びこの継手１１と溶着するワーク５０を準備し、図３に示すように、前記継手１１の固定部１９を溶着機４１のクランプ３９で締付把持して固定すると共に、前記ワーク５０をクランプ３９で締付把持して固定し、継手１１とワーク５０を溶着機４１のヒータ４２に対向させて配置する。

前記継手１１の溶着する端面３７及び前記ワーク５０の溶着する端面５１をヒータとは非接触状態で加熱し、溶融させる。継手１１とワーク５０の溶着する端面３７、５１が十分に加熱溶融された後、両端面同士を押付けて容着させる。

本発明における端面突合せ継手の溶着方法では、継手１１の溶着環状部１４にクランプ３９により締付把持する固定代を確保できない場合であっても、従来の溶着方法のように継手自体を締付把持するための専用治具を準備する必要がなく、従来のクランプ３９で溶着する溶着環状部１４の同軸上に、継手基部１２に外設された固定部１９を締付把持することにより継手１１を溶着機４１に固定することができるので、作業効率が著しく向上する。

また、溶着する溶着環状部１４の同軸上に、継手基部１２の外端に設けた固定部１９をクランプ３９で締付把持すると、溶着環状部１４を溶着機４１の軸芯に合わせて固定することができるため、従来、長時間を要した面倒な作業である軸芯合わせを行う必要がなく、短時間で正確に継手の溶着作業を行うことができる。

本発明における端面突合せ樹脂継手を本発明における溶着方法により溶着する場合と、従来の樹脂継手を従来の溶着方法により溶着する場合との実質的な違いは、本発明における端面突合せ樹脂継手の固定部をクランプで締付把持して溶着機に固定する工程のみであり、他の工程は従来の樹脂継手を従来の溶着方法により溶着する場合と何ら変わることがない。従って、従来の溶着方法に習熟している作業者であれば、何らの作業訓練を行うことなく、むしろより簡単かつ確実に従来の溶着機及びクランプを用いて溶着作業を行うことができるので、その経済的価値は極めて大きい。

以上説明した継手の溶着方法は、本発明における端面突合せ継手と特定のワークとの溶着に限られることなく、次に説明する様に、種々のワークと溶着する場合に適用することができる。

短筒形状の溶着環状部を有する継手５２とエルボ継手５３を溶着する場合には、図７（ａ）に示すように、短筒形状の溶着環状部を有する継手５２は固定部５４をクランプ５５で締付把持し、またエルボ継手５３は長筒形状の溶着環状部５６をクランプ５５で締付把持して、ヒータ５７の両側に対向配置し、それぞれの端面を加熱、溶融させて溶着することができる。

短筒形状の溶着環状部を有する継手５８とチューブやパイプ等の管状部（以下、単に「チューブ」という。）５９を溶着する場合には、図７（ｂ）に示すように、短筒形状の溶着環状部を有する継手５８は固定部５４をクランプ５５で締付把持し、またエチューブ５９は適宜な位置をクランプ５５で締付把持して、ヒータ５７の両側に対向配置し、それぞれの端面を加熱、溶融させて溶着することができる。

短筒形状の溶着環状部を有する継手５２とバルブ６０のチューブ６１を溶着する場合には、図７（ｃ）に示すように、短筒形状の溶着環状部を有する継手５２は固定部５４をクランプ５５で締付把持し、またバルブ６０はチューブ６１をクランプ５５で締付把持して、ヒータ５７の両側に対向配置し、それぞれの端面を加熱、溶融させて溶着することができる。

短筒形状の溶着環状部を有する継手５２とメカニカル継手６２のチューブ６３を溶着する場合には、図７（ｄ）に示すように、短筒形状の溶着環状部を有する継手５２は固定部５４をクランプ５５で締付把持し、またメカニカル継手６２はチューブ６３をクランプ５５で締付把持して、ヒータ５７の両側に対向配置し、それぞれの端面を加熱、溶融させて溶着することができる。

本発明における樹脂製端面突合せ継手と溶着方法は、継手同士の溶着に限定されることなく、継手とチューブ、継手とメカニカル継手、或いは継手とバルブや各種センサー類又はフィルタなどを溶着した種々の配管器材を作成することができる。それらを適宜選択して使用することにより、継手の不要な溶着環状部等を排除し、真に必要な部分のみによって配管を構成することができるので、例えば、薬液提供装置などの配管を小型化することができる。

また、図８に示すように、本発明における継手６４の固定部６５の本例と異なった用い方がある。すなわち、固定部６５をクランプ６６で締付把持してスリーブ６９を圧入することができる。また、固定部６５を専用スリーブ治具６７のような平坦な当接面６８に押圧固定することも可能であり、スリーブ６９圧入時に力が加わっても継手６４が安定して動かないため、容易にスリーブ６９を溶着環状部７０へ圧入することができ作業性が向上できる。なお、図中７１はユニオンナットである。

以上説明したように、本発明における樹脂継手を本発明における溶着方法により溶着する場合には、従来の樹脂継手を従来の溶着方法で溶着する場合に比べ、効率的に、かつ正確に溶着作業を実施することができだけでなく、新たに作業に習熟する必要がなく、従来の溶着機及びクランプを用いて溶着作業を行うことができるために経済的な負担を生じないので、その産業上の利用価値及び経済的価値は極めて大きい。

１１ エルボ形状の継手
１２ 継手基部
１３、１４、４９、６９ 溶着環状部
１８、１９、５４、６５ 固定部
３９ クランプ
４１ 溶着機
４２ ヒータ
４３ 配管器材
４６、６４ ティ形状の継手
４８ アングルティ形状の継手

Claims (7)

1. 継手基部に継手基部内の流路と連通する複数の溶着環状部を設け、この溶着環状部の少なくとも一つの溶着環状部の同軸上で、かつ前記継手基部の外端に溶着機クランプ用の固定部を設けたことを特徴とする樹脂製端面突合せ継手。
2. 前記溶着環状部を短筒形状に形成し、この溶着環状部の同軸上に形成した固定部を溶着環状部の外径と同一外径の円形とした請求項１に記載の樹脂製端面突合せ継手。
3. 前記継手基部に設けた溶着環状部をエルボ形状又はティ形状、或いはアングルティ形状の何れか一つとした請求項１又は２に記載の樹脂製端面突合せ継手。
4. 継手基部に設けた溶着環状部の同軸上で、かつ前記継手基部の外端に円形固定部を一体に突出形成し、この固定部を溶着機のクランプで把持固定し、前記溶着環状部の端面同士を非接触のヒータで加熱溶融させた後に、前記溶着環状部同士を押付けることにより管端面同士を溶着することを特徴とする樹脂製端面突合せ継手の溶着方法。
5. 前記溶着環状部を短筒形状に形成した継手同士の前記固定部をクランプで把持固定し、その後、短筒形状の溶着環状部を溶着して最短の芯間寸法を有する最短溶着である請求項４に記載の樹脂製端面突合せ継手の溶着方法。
6. 前記固定部をクランプで把持固定した短筒形状の溶着環状部の端面と、チューブの端面又はメカニカル継手の管端面、或いはバルブや圧力、流量等のセンサー類又はフィルタなどの接続端面の何れかのワーク同士を溶着した請求項４又は５に記載の樹脂製端面突合せ継手の溶着方法。
7. 前記請求項１乃至３の何れか１項に記載の継手を溶着することによって構成した配管器材。

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