JP6258545B1

JP6258545B1 - 合成樹脂製管体の溶着装置

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Publication number: JP6258545B1
Application number: JP2017112654A
Authority: JP
Inventors: 小村　修; 修小村; 慶明郭
Original assignee: Tokyo Keiso Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiso Co Ltd
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2037-06-07
Also published as: JP2018202779A

Abstract

【課題】管体の軸芯を合致させ管体同士を溶着する。【解決手段】管体１ｃ、１ｄを取り付けるワーク台１０ａ、１０ｂには、Ｚ方向移動手段２０ａ、２０ｂが連結されている。ワーク台１０ａにはＸ方向移動手段、ワーク台１０ｂにはＹ方向移動手段４０が連結されている。管体１ｃ、１ｄのＸ軸及びＹ軸方向の位置計測のために、Ｘ方向位置測定手段及びＹ方向位置測定手段６０が配置されている。管体１ｃ、１ｄを加熱するヒータ板７０にはヒータ移動手段が連結されている。管体１ｃ、１ｄのＸ軸及びＹ軸方向の寸法を測定し、得られた軸芯の差をなくすように、ワーク台１０ａをＸ軸方向、ワーク台１０ｂをＹ軸方向に移動して、軸芯をＺ軸方向に合致させる。ヒータ板７０を管体１ｃ、１ｄ間に挿入し熱放射により加熱する。Ｚ軸方向にワーク台１０ａ、１０ｂを動かして、軟融した管体１ｃ、１ｄ同士を圧接により溶着する。【選択図】図３

Description

本発明は、合成樹脂製の管体同士を加熱して接続するための合成樹脂製管体の溶着装置に関するものである。

従来から樹脂製管体同士の溶着による接続には、種々の方法が知られている。

例えば特許文献１には、予め位置決めされたクランプに管体を固定し、クランプを移動させて位置合わせを行いながら、管体同士を溶着する管体溶着装置が開示されている。

特公平４−７６７７３号公報

しかし、これらの従来の管体溶着装置は、一般に機械的に効率良く溶着を行うことを意図しており、管体同士の芯合わせによる高精度な接続を実施しているわけではない。また、作業者の目視により位置合わせをすることもあり、位置決めのばらつきも発生し易い。

例えば、超音波流量計の管路部の接続において、上述の従来の管体溶着装置を用いて射出成型された管路部同士を溶接すると、個々の管路部の射出成型による微妙な寸法上の違い等により、管体の軸芯同士がずれた状態で接続され易い。

このような状態では、溶着した管路部内を流れる流体に乱流が発生し易く、測定精度が低下する問題が生ずる。また、作業者が目視でクランプの微調整を手動で行いながら軸芯を合わせても、その芯合わせ精度には限界がある。

本発明の目的は、光学的手段により計測を行い、管体同士を正確に位置決めしてから溶着を行う合成樹脂製管体の溶着装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る合成樹脂製管体の溶着装置は、ＸＹＺ直交座標系において、Ｚ軸方向に配列された合成樹脂製の２つの管体のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置合わせを行って、前記管体同士を溶着する合成樹脂製管体の溶着装置であって、前記双方の管体をそれぞれ保持する第１、第２のワーク台と、前記双方の管体の管端のＸ軸方向位置を光学的に計測するＸ方向位置測定手段と、前記双方の管体の管端のＹ軸方向位置を光学的に計測するＹ方向位置測定手段と、前記双方の管体の管端を加熱するヒータ板と、前記第１、第２のワーク台をそれぞれＺ軸方向に移動するＺ方向移動手段と、前記Ｘ方向位置測定手段による測定値を基に、前記第１のワーク台をＸ軸方向に移動するＸ方向移動手段と、前記Ｙ方向位置測定手段による測定値を基に、前記第２のワーク台をＹ軸方向に移動するＹ方向移動手段と、前記ヒータ板を移動するヒータ移動手段と、前記Ｘ、Ｙ方向移動手段により前記管体同士を位置合わせし、前記双方の管端間に前記ヒータ板を挿入して軟融してから、前記Ｚ方向移動手段により前記双方の管端を突き合わせて溶着するシーケンスを記憶し指令する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る合成樹脂製管体の溶着装置によれば、管体の管端同士を測定しながら正確に位置合わせを行った後に、溶着がなされるので、管体同士の芯ずれが矯正され、良好な接続状態が得られる。

特に、管体が超音波流量計の管路部の溶着である場合には、精度の良い接続状態が得られるので、流量計として測定精度が良好となる利点がある。

溶着すべき２個の管路部の斜視図である。溶着した測定管路部の斜視図である。実施例の溶着装置のＸ軸方向から見た機構図である。Ｙ軸方向から見た機構図である。管体同士を接続した状態の説明図である。芯合わせの説明図である。管端の断面図である。管端の溶着状態の断面図である。他の測定管路部の斜視図である。

本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は合成樹脂製の例えばフッ素系樹脂管から成り、射出成型された２個の管路部１ａ、１ｂの斜視図であり、図２は管路部１ａ、１ｂ同士が溶着された超音波流量計の測定管路部２の斜視図である。

この測定管路部２を１回の射出成型で造り出すのは、構造が複雑なため極めて困難なので、同型の２個の管路部１ａ、１ｂを成型してから、これらの管体１ｃ、１ｄ同士を対向して配置し、管体１ｃ、１ｄ同士を溶着させている。なお、管体１ｃ、１ｄは例えば外径１０ｍｍ、内径４ｍｍとされている。

図３は実施例の溶着装置をＸＹＺ直交座標系のＸ軸方向つまり装置正面から見た機構図、図４はＺ軸方向つまり装置側方から見た機構図である。管路部１ａ、１ｂをそれぞれ保持する第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂが、Ｚ軸方向に１列に配列されている。

第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂ上には、管路部１ａ、１ｂを取り付けるための取付治具１１ａ、１１ｂが設けられている。なお、溶着すべき管路部１ａ、１ｂには、種々の形状、寸法等が存在するので、管路部１ａ、１ｂに適合するように、取付治具１１ａ、１１ｂは選択して交換可能とされている。

第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂは、それぞれＺ方向移動手段２０ａ、２０ｂにより、溶着装置の横方向であるＺ軸方向に移動可能とされている。

また、第１のワーク台１０ａは、溶着装置の奥行方向であるＸ軸方向に第１のワーク台１０ａを移動するＸ方向移動手段３０に連結されている。更に、第２のワーク台１０ｂは、第２のワーク台１０ｂを溶着装置の上下方向であるＹ軸方向に移動するＹ方向移動手段４０に連結されている。

双方の管体１ｃ、１ｄの管端のＸ軸方向の位置を、光学的にデジタル計測するために、Ｘ方向位置測定手段５０が上下方向のＹ軸方向にレーザー光を通過させるようにして配置されている。例えば、管体１ｃ、１ｄを挟んでＹ軸方向の上方に発光部５１が設けられ、下方に受光部５２が設けられている。

また、管体１ｃ、１ｄの管端のＹ軸方向の位置を、Ｘ軸方向と同様にして計測するために、Ｙ方向位置測定手段６０がＸ軸方向にレーザー光を通過させるようにして配置されている。例えば、管体１ｃ、１ｄを挟んでＸ軸方向の片側に発光部６１が設けられ、他側に受光部６２が設けられている。

更に、管体１ｃ、１ｄの管端を熱放射により加熱するために、温度制御がなされているヒータ板７０が進退自在に設けられている。このヒータ板７０はセラミックヒータから成る２．５ｍｍ程度の厚みとされている。そして、ヒータ板７０はヒータ移動手段８０に連結されていて、方向位置測定手段５０、６０を避けながら、例えば斜め方向に移動可能とされている。

この溶着装置には、上述の部材を電気的に制御する制御部９０が設けられている。制御部９０には例えばパソコンが用いられ、溶着すべき管路部１ａ、１ｂに対応して、管路部１ａ、１ｂの種類、室温等の各種の条件を設定するためのキーボード９１が付設されており、専用のスタート釦９２が設けられている。

溶着装置は作業者による手動操作と共に、制御部９０に記憶されて指令される次のようなシーケンスに従って、所謂ロボット機構による動作がなされる。

（１）管体１ｃ、１ｄの溶着を始める前に、予めヒータ板７０に電流を流しヒータ板７０を加熱しておく。この加熱温度は管路部１ａ、１ｂの材質、形状、寸法、室温等によって異なるが、概して４８０℃前後である。

（２）作業者は、第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂ上の取付治具１１ａ、１１ｂに、溶着すべき２個の管路部１ａ、１ｂの管体１ｃ、１ｄ同士を、Ｚ軸方向で対向させてそれぞれ取り付け、図示しないクランプ手段により軽く固定する。

（３）この準備を行ってから、作業者が制御部９０のスタート釦９２を押すと、以後は制御部９０の指令により、溶着が終了するまで自動で動作がなされる。

スタート釦９２のオンにより、管路部１ａ、１ｂを載置した第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂが、Ｚ方向移動手段２０ａ、２０ｂにより管体１ｃ、１ｄ同士が近付く方向に移動し、図５に示すように管体１ｃ、１ｄ同士が突き当たった状態で停止する。これにより、保持した管路部１ａ、１ｂ同士の遊びがなくなる。

（４）次に、管路部１ａ、１ｂ同士をＺ方向移動手段２０ａ、２０ｂにより僅かにＺ軸方向に離した状態とする。Ｘ方向位置測定手段５０により、図６（ａ）に示すように、管体１ｃ、１ｄを挟んで上下方向に配置した発光部５１と受光部５２との間で、レーザー光により管体１ｃ、１ｄの寸法を測定する。発光部５１からレーザー光を帯状に投光し、受光部５２で受光した位置と受光しない位置との境界位置により、管体１ｃ、１ｄの外径寸法を例えば０．０２ｍｍの精度で測定する。

この測定値によるそれぞれの外径の中心を軸芯として、管体１ｃ、１ｄのそれぞれのＸ軸方向の軸芯ｘｃ、ｘｄの位置を求める。そして、Ｘ方向移動手段３０により、軸芯ｘｃ、ｘｄの差分に相当するＸ軸方向距離分だけ、第１のワーク台１０ａをＸ軸方向に移動して、Ｘ軸方向の位置合わせ、つまりＸ軸方向の軸芯同士の芯合わせを行う。

（５）続いて、Ｙ方向位置測定手段６０により管体１ｃ、１ｄを挟んで、図６（ｂ）に示すように、発光部６１と受光部６２との間にレーザー光を投光して、管体１ｃ、１ｄのＹ軸方向の外径の測定値を得て、Ｘ軸方向と同様に、それぞれのＹ軸方向の軸芯ｙｃ、ｙｄの位置を求める。そして、Ｙ方向移動手段４０により、軸芯ｙｃ、ｙｄの差分に相当するＹ軸方向距離分だけ第２のワーク台１０ｂをＹ軸方向に移動して、Ｙ軸方向の芯合わせを行う。

これらのＸ軸方向の芯合わせと、Ｙ軸方向の芯合わせとは逆の順序でもよいし、同時に行ってもよい。これらの芯合わせがなされると、双方の管体１ｃ、１ｄの中心軸同士は完全にＺ軸方向で合致したことになる。

（６）次に、Ｚ方向移動手段２０ａ、２０ｂにより管体１ｃ、１ｄを、ヒータ板７０を挿入し、かつ熱放射に適した間隔に調整し、加熱されたヒータ板７０をヒータ移動手段８０を用いて管体１ｃ、１ｄの間に挿入する。ヒータ板７０による所定時間の熱放射により、管体１ｃ、１ｄの管端は所定温度に加熱される。

なお、ヒータ板７０の挿入に際して、Ｘ方向位置測定手段５０やＹ方向位置測定手段６０が挿入の障害となることがあれば、これらを退避させておいてもよい。

管体１ｃ、１ｄに対するヒータ板７０による所定の８０秒前後の加熱により、管端は溶着可能な温度で軟融されるので、ヒータ板７０を加熱位置から退避させて、元の位置に戻す。

（７）ここで、Ｚ方向移動手段２０ａ、２０ｂにより第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂを動かして、軟融した管体１ｃ、１ｄ同士に若干の押付力を加えながら、２０秒前後、押し付けを続けて、管体１ｃ、１ｄ同士を溶着により接続する。このようにして溶着が終了すると、制御部９０の指令によるシーケンス動作は終了する。

なお図７に示すように、管体１ｃ、１ｄの管端の内径側は、予め内側にテーパ状に凹んで形成されており、溶着は主として管体１ｃ、１ｄの外径側でなされる。従って、図８に示すように溶着により生ずる内径側の溶着ビードは、管体１ｃ、１ｄのテーパ間に納まり、内径内にまではみ出ないようにされている。これにより、管体１ｃ、１ｄ内を流体が流れても、乱流が発生することが少なく、流量計の精度に大きな影響を及ぼすことがない。

（８）溶着部が固化したと推定された時間に完了ブザー音が鳴るので、作業者はクランプ手段を外して、第１、第２の取付治具１１ａ、１１ｂから溶着された測定管路部２を取り出す。その後に、第１、第２のワーク台１０ａ、１０ｂを最初の位置に復帰させ、次に溶着すべき管路部１ａ、１ｂを取付治具１１ａ、１１ｂに取り付けて、再び（３）〜（８）の溶着作業を始める。

なお上述の実施例では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の移動に際しては、第１のワーク台１０ａはＸ軸方向に、第２のワーク台１０ｂはＹ軸方向に移動するようにしている。しかし、第１のワーク台１０ａ又は第２のワーク台１０ｂを、Ｘ方向移動手段３０及びＹ方向移動手段４０により両軸方向に移動させてもよい。更には、別個の移動手段を用いることなく、１個の移動手段により、第１のワーク台１０ａ又は第２のワーク台１０ｂを、Ｘ軸方向移動、Ｙ軸方向移動を合体させた斜め方向に移動させることもできる。

また図９に示すように、管体１ｃ、１ｄの間に単管１ｅを溶着により介在させる測定管路部２においても、２個所の溶着部に対して、本実施例による溶着を順次に実施することができる。

なお実施例では、溶着作業の一部に作業者の操作を介入しているが、作業者が操作することを自動化して、無人運転により溶着作業を行うことも可能である。

実施例においては、超音波流量計の管路部１ａ、１ｂの溶着について説明したが、超音波流量計とは関係のない管体同士の溶着においても、本発明を適用することができる。

１ａ、１ｂ管路部
１ｃ、１ｄ管体
２測定管路部
１０ａ、１０ｂワーク台
１１ａ、１１ｂ取付治具
２０ａ、２０ｂＺ方向移動手段
３０Ｘ方向移動手段
４０Ｙ方向移動手段
５０Ｘ方向位置測定手段
６０Ｙ方向位置測定手段
７０ヒータ板
８０ヒータ移動手段
９０制御部

Claims

ＸＹＺ直交座標系において、Ｚ軸方向に配列された合成樹脂製の２つの管体のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置合わせを行って、前記管体同士を溶着する合成樹脂製管体の溶着装置であって、
前記双方の管体をそれぞれ保持する第１、第２のワーク台と、
前記双方の管体の管端のＸ軸方向位置を光学的に計測するＸ方向位置測定手段と、
前記双方の管体の管端のＹ軸方向位置を光学的に計測するＹ方向位置測定手段と、
前記双方の管体の管端を加熱するヒータ板と、
前記第１、第２のワーク台をそれぞれＺ軸方向に移動するＺ方向移動手段と、
前記Ｘ方向位置測定手段による測定値を基に、前記第１のワーク台をＸ軸方向に移動するＸ方向移動手段と、
前記Ｙ方向位置測定手段による測定値を基に、前記第２のワーク台をＹ軸方向に移動するＹ方向移動手段と、
前記ヒータ板を移動するヒータ移動手段と、
前記Ｘ、Ｙ方向移動手段により前記管体同士を位置合わせし、前記双方の管端間に前記ヒータ板を挿入して軟融してから、前記Ｚ方向移動手段により前記双方の管端を突き合わせて溶着するシーケンスを記憶し指令する制御部と、を備えたことを特徴とする合成樹脂製管体の溶着装置。
前記管体同士の位置合わせは、前記管体の軸芯同士をＺ軸方向に合致させることを特徴とする請求項１に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。
前記Ｘ方向位置測定手段、前記Ｙ方向位置測定手段はレーザー光を用いて測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。
前記Ｘ方向位置測定手段、前記Ｙ方向位置測定手段は、発光部からのレーザー光を走査しながら、前記管体を挟んだ反対側に配置した受光部により受光することを特徴とする請求項３に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。
前記Ｘ方向位置測定手段、前記Ｙ方向位置測定手段により、前記管体の軸芯を求めることを特徴とする請求項４に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。
前記第１、第２のワーク台にそれぞれ取付治具を設け、該取付治具により前記管体を取り付けるようにした請求項１〜５の何れか１項に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。
前記ヒータ板は熱放射により前記管体の管端を加熱することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。
前記管体の管端は内径側が凹むテーパ状とされ、前記溶着は前記管端の外径側で行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の合成樹脂製管体の溶着装置。