JP6548926B2 - 閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂成形体等からなる構造体の開口部を閉塞する熱可塑性樹脂製の閉塞用キャップを用いる閉塞方法に関し、特に、回転摩擦圧接による溶着で開口部を閉塞する閉塞用キャップを用いる閉塞方法に関するものである。

老朽化した既設管の補修法の一例として、既設管の内周面に沿って中空骨組み状の補強材を配置し、この補強材の内側に、複数の熱可塑性樹脂製の内面部材を既設管の周方向に連続的に取り付けて筒状に組み立て、この筒状に組み立てられた内面部材を更生管とし、この更生管と既設管との間にモルタル等の充填剤を充填するようにしたものがある。

充填剤を充填するにあたっては、更生管を構成する内面部材に円形状の注入孔を形成し、この注入孔を通して更生管と既設管との間に充填剤を注入するようされている。
充填剤の注入が完了すれば注入孔は不要となるので、注入孔を閉塞する必要がある。

従来、注入孔を閉塞する方法として、例えば、注入孔にねじ込み可能なプラグや、注入孔に嵌め込み可能なキャップ、注入孔を覆うことが可能なシートなどを用いるものが知られている。
プラグを用いるものでは、プラグのねじ山にシーリング剤を塗り、ドライバー等の工具を用いてプラグを注入孔にねじ込むようにされ、キャップを用いるものでは、シーリング剤を塗り付けたキャップを注入孔に嵌め込むようにされ、シートを用いるものでは、注入孔を覆うようにシートを内面部材に接着剤で貼り付けるようにされている。

しかし、シーリング剤や接着剤を用いる従来の閉塞方法では、接合する両者の材質に応じた種類のシーリング剤や接着剤を選ぶ必要があり、強い接合強度を得るには使用するシーリング剤等の選定や施工に専門知識が不可欠であり、また施工後の養生期間を長くとる必要があるなどの問題がある。

そこで、シーリング剤等を用いることなく開口部を閉塞するようにしたものが、例えば、特許文献１及び２にて提案されている。

特開２０１４−１６２０６７号公報 特許第４１２８４８４号公報

特許文献１には、樹脂部材の接合構造に関するものが記載されており、ポリアミド系樹脂からなるオイルフィルタブラケットの筒部と、やはりポリアミド系樹脂からなる止め栓とを振動溶着により接合して、筒部を止め栓で閉塞するようにした技術が開示されている。
また、特許文献２には、熱可塑性樹脂成形体に形成された貫通穴を熱可塑性樹脂製の栓体で穴埋めする技術に関するものが記載されており、貫通穴の周辺部位に対して外側に向けて拡径する漏斗状の拡径部を回転切削刃により形成し、形成された拡径部に対し栓体を回転させながら押し付ける回転摩擦圧接で拡径部と栓体とを溶着により接合して、貫通穴を栓体で閉塞するようにした技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、筒部に対して止め栓を加圧した状態で、例えば、共鳴振動や機械的振動を付与することができる構成の振動溶着機のような特殊な機械を用いなければならず、適用範囲が限定され、例えば、既設管補修の施工現場での閉塞処理の用途に適用するのは困難であるという問題点がある。
また、特許文献２に記載のものでは、貫通穴の周辺部位に対する栓体の回転摩擦圧接を行う前に、予め貫通穴の周辺部位に漏斗状の拡径部を形成しなければならず、工数が増えるため、施工効率が悪いという問題点がある。

本発明は、上記従来技術の有する問題点に鑑み、熱可塑性樹脂成形体等からなる構造体に形成された開口部を特殊な機械を用いることなく汎用の回転工具等を用いて容易かつ効率よく閉塞することができる閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法は、熱可塑性樹脂成形体からなる構造体に形成された開口部を、該開口部を閉塞するための、開口部の内径よりも大きい外径の溶融代部を有する基端側軸部及びその基端側軸部の先端側に一体的に設けられて開口部に回転可能に挿入される先端側軸部とを有してなる軸体と、この軸体の先端側軸部が開口部に挿入されて溶融代部が開口部の周縁に接触された状態のときに構造体との間に隙間を存するように基端側軸部に一体的に設けられる鍔部とを備え、軸体の先端側軸部を開口部に挿入して溶融代部を開口部の周縁に接触させた状態で軸体を回転させながらその開口部の奥へと押し込む回転摩擦圧接により、溶融代部が開口部の周縁との摩擦熱で溶融するようにしてなる閉塞用キャップを用いて閉塞する閉塞方法であって、閉塞用キャップの先端側軸部を開口部に挿入して閉塞用キャップの溶融代部を開口部の周縁に接触させ、その後、閉塞用キャップの軸体に回転動力を付与してその軸体を回転させながら開口部の奥へと押し込み、閉塞用キャップの鍔部が構造体に接触させた後、閉塞用キャップの軸体に回転動力を付与するのを止めることを特徴とする。

この場合において、前記閉塞用キャップとして、軸体の基端側に、回転工具からの回転動力を受け取るための回転動力受部を設けてなる閉塞用キャップを用いることを特徴とすることができる。

本発明においては、熱可塑性樹脂成形体等の構造体に形成された開口部の周縁に閉塞用キャップの溶融代部を接触させた状態で、閉塞用キャップの軸体を回転させながらその開口部の奥へと押し込む回転摩擦圧接によって閉塞用キャップが構造体に溶着される。
このため、閉塞用キャップの軸体に回転動力を付与することができる汎用の回転工具等を用いて開口部の閉塞作業を容易に行うことができる。

上記の閉塞作業での回転摩擦圧接時には、開口部に挿入された閉塞用キャップの先端側軸部がその開口部内で回転されるので、開口部内に挿入された先端側軸部がその回転運動時に心棒の役目をして開口部に対する閉塞用キャップの位置ずれを防ぐとともに回転運動を安定化させることができる。
また、上記の閉塞作業での回転摩擦圧接時において、開口部に対し閉塞用キャップの軸体が所定距離だけ押し込まれて閉塞用キャップの鍔部が熱可塑性樹脂成形体等からなる構造体に接触すれば、構造体に対する閉塞用キャップの接触面積が急激に増すことになるから閉塞用キャップの回転を停止させる摩擦力が働き、これによって溶融代部が溶融しきって溶着が完了しつつあることを作業者が容易に認識することができるとともに、閉塞用キャップがそれ以上開口部の奥へと押し込まれないように鍔部によって閉塞用キャップの押込方向の動きを止めることができ、閉塞用キャップが開口部の奥へと突き抜けてしまうのを未然に防ぐことができる。
また、上記の閉塞作業を行うにあたり、例えば、特許文献２に係る技術では必要とされる前処理、すなわち予め貫通穴の周辺部位に漏斗状の拡径部を形成するといったような特別な前処理が不要であり、閉塞用キャップの溶融代部を開口部の周縁に接触させた状態で閉塞用キャップの軸体を回転させながら閉塞用キャップの鍔部が熱可塑性樹脂成形体等の構造体に接触するまで閉塞用キャップを開口部の奥へと押し込むだけで構造体と閉塞用キャップとを容易に接合することができる。

したがって、本発明によれば、熱可塑性樹脂成形体等からなる構造体に形成された開口部を特殊な機械を用いることなく汎用の回転工具等を用いて容易かつ効率よく閉塞することができる。

ここで、軸体の基端側に、回転工具からの回転動力を受け取るための回転動力受部を設ける構成を採用することにより、回転工具を用いてより効率よく閉塞作業を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 第１の実施形態の閉塞用キャップを用いた回転摩擦圧接を示す図で、（ａ）は閉塞用キャップが注入孔に挿入された状態図、（ｂ）は閉塞用キャップの溶融代部と注入孔周縁部とが溶着された状態図である。 本発明の第２の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の第３の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の第４の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の第５の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。 第５の実施形態の閉塞用キャップを用いた回転摩擦圧接を示す図で、（ａ）は閉塞用キャップが注入孔に挿入された状態図、（ｂ）は閉塞用キャップの溶融代部と注入孔周縁部とが溶着された状態図である。

次に、本発明の閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

〔第１の実施形態〕
＜閉塞用キャップの概略説明＞
図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）並びに図２（ａ）に示されるに閉塞用キャップ１は、図２（ａ）の紙面を垂直に貫く方向に長く延びる所定厚みの帯板状の内面部材２に形成された円形状の注入孔３を閉塞するための熱可塑性樹脂製の部材であり、断面円筒形の中空軸状部材からなる軸体４備えている。
ここで、内面部材２は、既設管補修用の更生管を構成する熱可塑性樹脂製の部材であり、本発明の「（熱可塑性樹脂成形体等からなる）構造体」に相当する。
また、注入孔３は、既設管と更生管との間にモルタル等の充填剤を注入するために設けられるものであり、本発明の「開口部」に相当する。

＜軸体の説明＞
図２（ａ）に示されるように、軸体４は、注入孔３を貫くように挿入可能な所定長さ寸法に設定され、先端側に位置する先端側軸部５と、基端側に位置する基端側軸部６とが一体形成されて構成されている。
先端側軸部５は、軸方向の全域に亘って注入孔３の内径寸法よりもやや小さい一定の外径寸法で円筒形状に形成される先導部７と、この先導部７の基端側に一体的に形成され、注入孔３の周縁に係合する係合部８とを有している。
基端側軸部６は、その先端位置から基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなるテーパ円筒形状に形成され、その外周部に溶融代部９を有している。
なお、図１（ｂ）及び（ｃ）並びに図２（ａ）において、記号Ｌ１にて示される一点鎖線は、先端側軸部５と基端側軸部６との境界位置を示すものである。

＜先導部の説明＞
先導部７は、軸体４を注入孔３へ挿入する際に真っ先に注入孔３に差し込まれる部位であり、注入孔３に対し軸体４がラジアル方向に位置ずれしたときにその注入孔３の周縁に当接してそのラジアル方向の位置ずれを止める役目と、軸体４の回転運動時の心棒としての役目をする。

＜係合部の説明＞
係合部８は、テーパ外周面を有し、この係合部８のテーパ外周面は、先端側軸部５と基端側軸部６との境界位置（ラインＬ１で示される位置）では注入孔３の内径と等しい外径であり、そのラインＬ１で示される位置から先端側軸部５の先端に向かって進むに従い外径が小さくなり、最終的には先端側軸部５の外径と等しい外径となる形状に形成されている。
この係合部８は、先端側軸部５における先導部７が注入孔３に挿入されたときに、そのテーパ外周面が注入孔３の周縁に係合するようにされたものであり、この係合部８のテーパ外周面が注入孔３の周縁に係合することにより、この係合部８のテーパ外周面の調心作用によって、注入孔３と軸体４とが同軸心をなして位置決めされ、先端側軸部５の先導部７を注入孔３に挿入するだけで、注入孔３に対する閉塞用キャップ１の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。

＜溶融代部の説明＞
溶融代部９は、基端側軸部６の外周部を注入孔３の内径よりも大きくすることで形成されるものであり、テーパ外周面を有している。
この溶融代部９のテーパ外周面は、先端側軸部５と基端側軸部６との境界位置（ラインＬ１で示される位置）では注入孔３の内径と等しい外径であり、そのラインＬ１で示される位置から基端側軸部６の基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなり、最終的には後述する鍔部１１の外径よりも小さい外径の形状に形成されている。
この溶融代部９は、回転摩擦圧接時に注入孔３の周縁との摩擦熱によって溶融するものであり、テーパ状に形成されることにより、注入孔３の周縁への食い込みがよくなるので、注入孔３の周縁との溶着を強固なものとすることができるとともに、回転摩擦圧接時における押し込み動作をより容易に行うことができ、さらに、例えば、内面部材２が若干湾曲した形状であっても注入孔３の周縁に確実に接触させることができて溶着不良等の不具合を未然に防ぐことができる。

ここで、係合部８のテーパ外周面と溶融代部９のテーパ外周面とは、両者間に段差がなく平坦に連続するように一体的に連設され、これら係合部８のテーパ外周面と溶融代部９のテーパ外周面とによって軸体４のテーパ外周部１０が形成される。
なお、係合部８のテーパ外周面と溶融代部９のテーパ外周面とは、上記のように、両者間に段差がなく平坦に連続するように一体的に連設するほか、概形的に傾斜面として見られるものであれば、例えば、基端位置に向かって段階的に外径が大きくなる細かな段部から形成されるものであってもよい。

＜鍔部の説明＞
軸体４の基端側には、軸体４の径方向外側に張り出すように円環状の鍔部１１が軸体４に一体的に設けられている。
この鍔部１１は、軸体４の先端側軸部５が注入孔３に挿入された際に内面部材２における注入孔３の周辺部位と対向する対向面１２を有し、溶融代部９が注入孔３の周縁に接触された状態のときに注入孔３の周辺部位とその対向面１２との間に所定の隙間Ｓ１を存するように軸体４に対する軸方向の配置が定められており、回転摩擦圧接時に注入孔３に対し軸体４がその隙間Ｓ１に相当する所定距離だけ押し込まれたときに、この鍔部１１の対向面１２が注入孔３の周辺部位に接触するようにされている。

ここで、溶融代部９と鍔部１１とは、溶融代部９のテーパ外周面と鍔部１１の対向面１２とが連続するように一体形成されている。
これにより、回転摩擦圧接によって溶融代部９が溶融しきった瞬間に鍔部１１の対向面１２が注入孔３の周辺部位に接触され、これによって軸体４が注入孔３の奥へとそれ以上押し込まれないことになるから、注入孔３の周縁と溶融代部９とが確実に溶着されることになる。
仮に、溶融代部９のテーパ外周面と鍔部１１の対向面１２とが連続せずに、両者間に、例えば、軸体４の軸方向に真っ直ぐに延びる円周面が介在されて、溶融代部９と鍔部１１とがその円周面が設けられる分だけ離れて配置された場合、回転摩擦圧接時に軸体４がその円周面が設けられる分だけ余計に注入孔３の奥へと押し込まれることになり、注入孔３の周縁と溶融代部９との互いの溶融部によって形成される後述の溶着部１６が内面部材２を突き抜ける方向に押し込まれることになり、また単なる円周面では注入孔３の周縁との回転摩擦による発熱が不十分であるから、溶着不良が引き起こされる恐れがある。
したがって、溶融代部９のテーパ外周面と鍔部１１の対向面１２とが連続するように、溶融代部９と鍔部１１とを軸体４の軸方向に一体的に連設するのがよい。

＜天板部の説明＞
軸体４の基端側には、さらに、天板部１３が、断面円筒形の中空軸状部材からなる軸体４の基端側開口を塞ぐように、軸体４及び鍔部１１と一体形成されている。

＜回転動力受部の説明＞
天板部１３の裏面には、直方体状のブロック部１４が一体的に設けられ、天板部１３及びブロック部１４には、両者に亘って所定深さで掘り下げられるように形成される細長い長方形穴（マイナス溝）１５が設けられている。
この長方形穴１５には、例えば、電動インパクトドライバーやエアインパクトレンチ等の回転工具の出力軸に連結されたマイナスドライバービットの先端部が差し込み可能とされており、回転工具からマイナスドライバービットを介して出力された回転動力が長方形穴１５の内壁面で受け止められ、受け止められた回転動力が軸体４に伝達されるようになっている。
こうして、軸体４の基端側に、回転工具からの回転動力を受け取るための長方形穴１５を設ける構成を採用することにより、回転工具を用いてより効率よく後述する閉塞作業を行うことができる。
なお、長方形穴１５が本発明の「回転動力受部」に相当する。

＜熱可塑性樹脂の説明＞
閉塞用キャップ１及び内面部材２を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ、ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＬＬＤＰＥ等）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）などが挙げられる。
なお、閉塞用キャップ１と内面部材２とは、同種の樹脂であるのが好ましい。

次に、以上に述べたように構成される閉塞用キャップ１を用いて内面部材２に形成された注入孔３を閉塞する閉塞方法について図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。

予め、図示されない電動インパクトドライバーやエアインパクトレンチ等の回転工具の出力軸にマイナスドライバービットを連結しておく。
次いで、図２（ａ）に示されるように、閉塞用キャップ１の先端側軸部５を注入孔３に挿入して閉塞用キャップ１の溶融代部９を注入孔３の周縁に接触させる。このとき、閉塞用キャップ１の鍔部１１と注入孔３の周辺部位との間に隙間Ｓ１が存在した状態で注入孔３に閉塞用キャップ１が差し込まれる。
次いで、回転工具に取り付けられたマイナスドライバービットの先端部を閉塞用キャップ１の長方形穴１５に差し込む。
次いで、回転工具を作動させて閉塞用キャップ１の軸体４に回転動力を付与してその軸体４を回転させながら注入孔３の奥へと押し込む回転摩擦圧接を行う。
これにより、注入孔３の周縁部と閉塞用キャップ１の溶融代部９との接触部位に回転摩擦が生じ、相対回転速度と押当力とに応じた摩擦による発熱で注入孔３の周縁部と閉塞用キャップ１の溶融代部９とが溶融し始め、これに相対回転による溶融樹脂同士の掻き混ぜ効果が加わって、両者の溶融部の組織がからみあった状態となる。
そして、図２（ｂ）に示されるように、上記回転摩擦圧接によって閉塞用キャップ１の軸体４が上記隙間Ｓ１に相当する所定距離だけ押し込まれて閉塞用キャップ１の鍔部１１が注入孔３の周辺部位に接触した後、回転工具の作動を停止させて閉塞用キャップ１の軸体４に回転動力を付与するのを止める。
これにより、注入孔３の周縁部及び閉塞用キャップ１の溶融代部９の両者の溶融部が冷えて固まり、これによって形成される溶着部１６を介して閉塞用キャップ１と内面部材２とが強固に接合された閉塞構造が得られる。
こうして、摩擦溶融と相対回転による攪拌との相乗作用によって溶着されるので、融点温度が大きく掛け離れていないかぎり、殆どの種類の熱可塑性樹脂同士の接合において高い強度の接合が達成できる。

＜作用効果の説明＞
第１の実施形態の閉塞用キャップ１並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法においては、内面部材２に形成された注入孔３の周縁に閉塞用キャップ１の溶融代部９を接触させた状態で、閉塞用キャップ１の軸体４を回転させながらその注入孔３の奥へと押し込む回転摩擦圧接によって閉塞用キャップ１が内面部材２に溶着されるので、閉塞用キャップ１の軸体４に回転動力を付与することができる電動インパクトドライバーやエアインパクトレンチ等の汎用の回転工具を用いて注入孔３の閉塞作業を容易に行うことができる。

上記の閉塞作業での回転摩擦圧接時には、注入孔３に挿入された閉塞用キャップ１の先端側軸部５がその注入孔３内で回転されるので、注入孔３内に挿入された先端側軸部５がその回転運動時に心棒の役目をして注入孔３に対する閉塞用キャップ１の位置ずれを防ぐとともに回転運動を安定化させることができる。
また、上記の閉塞作業での回転摩擦圧接時において、注入孔３に対し閉塞用キャップ１の軸体４が隙間Ｓ１に相当する所定距離だけ押し込まれて閉塞用キャップ１の鍔部１１の対向面１２が内面部材２における注入孔３の周辺部位に接触すれば、内面部材２に対する閉塞用キャップ１の接触面積が急激に増すことになるから閉塞用キャップ１の回転を停止させる摩擦力が働き、これによって溶融代部９が溶融しきって溶着が完了しつつあることを作業者が容易に認識することができるとともに、閉塞用キャップ１がそれ以上注入孔３の奥へと押し込まれないように鍔部１１によって閉塞用キャップ１の押込方向の動きを止めることができ、閉塞用キャップ１が注入孔３の奥へと突き抜けてしまうのを未然に防ぐことができる。
また、上記の閉塞作業を行うにあたり、例えば、特許文献２に係る技術では必要とされる前処理、すなわち予め貫通穴の周辺部位に漏斗状の拡径部を形成するといったような特別な前処理が不要であり、閉塞用キャップ１の溶融代部９を注入孔３の周縁に接触させた状態で閉塞用キャップ１の軸体４を回転させながら閉塞用キャップ１の鍔部１１が注入孔３の周辺部位に接触するまで閉塞用キャップ１を注入孔３の奥へと押し込むだけで閉塞用キャップ１と内面部材２とを容易に接合することができる。

したがって、第１の実施形態の閉塞用キャップ１並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法によれば、特殊な機械を用いることなく汎用の回転工具等を用いて内面部材２の注入孔３を容易かつ効率よく閉塞することができる。

〔第２の実施形態〕
図３には、本発明の第２の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）には平面図が、（ｂ）には正面図が、（ｃ）には底面図が、それぞれ示されている。
なお、この第２の実施形態において、先に述べた第１の実施形態と同一又は同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては第２の実施形態に特有の部分を中心に説明することとする（後述する第３の実施形態〜第５の実施形態についても同様）。

第１の実施形態の閉塞用キャップ１においては、軸体４が断面円筒形の中空軸状部材からなるものであるのに対し、第２の実施形態の閉塞用キャップ１Ａにおいては、軸体４Ａが断面円形の中実軸状部材からなるものとされ、これに伴い、第１の実施形態の閉塞用キャップ１では必要とされる天板部１３やブロック部１４が不要となり、これら天板部１３やブロック部１４の役目は軸体４Ａそれ自体が担うことになり、回転動力受部の役目をする長方形穴１５は軸体４Ａの基端部に直接設けられ、それ以外については基本的に第１の実施形態の閉塞用キャップ１と同構造である。

以上に述べた第２の実施形態の閉塞用キャップ１Ａ並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法によっても、第１の実施形態の閉塞用キャップ１並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法と同様の作用効果を得ることができる。

〔第３の実施形態〕
図４には、本発明の第３の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）には平面図が、（ｂ）には正面図が、（ｃ）には底面図が、それぞれ示されている。

第１の実施形態の閉塞用キャップ１においては、軸体４の基端側軸部６に形成される溶融代部９のテーパ外周面が、先端側軸部５と基端側軸部６との境界位置（ラインＬ１で示される位置）では注入孔３の内径と等しい外径であり、そのラインＬ１で示される位置から基端側軸部６の基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなり、最終的には鍔部１１の外径よりも小さい外径の形状に形成されているのに対し、第３の実施形態の閉塞用キャップ１Ｂにおいては、軸体４Ｂ（中空軸状部材又は中実軸状部材のいずれでも可であるが、ここでは中実軸状部材の場合を示す。）の基端側軸部６Ｂに形成される溶融代部９Ｂにおけるテーパ外周面が、先端側軸部５と基端側軸部６との境界位置（ラインＬ１で示される位置）では注入孔３の内径と等しい外径であり、そのラインＬ１で示される位置から基端側軸部６Ｂの基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなるところまでは第１の実施形態の閉塞用キャップ１と同様であるが、最終的には鍔部１１の外径と等しい外径になるような形状に形成されて外観が皿ビス形状とされ、それ以外については基本的に第１の実施形態の閉塞用キャップ１と同構造である。

以上に述べた第３の実施形態の閉塞用キャップ１Ｂ並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法によっても、第１の実施形態の閉塞用キャップ１並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法と同様の作用効果を得ることができる。

〔第４の実施形態〕
図５には、本発明の第４の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）には平面図が、（ｂ）には正面図が、（ｃ）には底面図が、それぞれ示されている。

第１の実施形態の閉塞用キャップ１においては、テーパ外周面を有する形状の溶融代部９が採用されているのに対し、第４の実施形態の閉塞用キャップ１Ｃにおいては、基端側軸部６Ｃの基端位置に向かって段階的に外径が大きくなる複数段（ここでは２段のもののみを例示するが、３段以上であってもよく、あるいは１段であってもよい。）の段付き形状の溶融代部９Ｃが採用され、それ以外については基本的に第１の実施形態の閉塞用キャップ１と同構造である。

以上に述べた第４の実施形態の閉塞用キャップ１Ｃ並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法によっても、第１の実施形態の閉塞用キャップ１並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法と同様の作用効果を得ることができる。

〔第５の実施形態〕
図６には、本発明の第５の実施形態に係る閉塞用キャップを示す図で、（ａ）には平面図が、（ｂ）には正面図が、（ｃ）には底面図が、それぞれ示されている。
また、図７には、第５の実施形態の閉塞用キャップを用いた回転摩擦圧接を示す図で、（ａ）には閉塞用キャップが注入孔に挿入された状態図が、（ｂ）には閉塞用キャップの溶融代部と注入孔周縁部とが溶着された状態図が、それぞれ示されている。

＜閉塞用キャップの概略説明＞
図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）並びに図７（ａ）に示される閉塞用キャップ１Ｄは、断面円形で先端に向かって先細る逆円錐台状の中実軸状部材（勿論、中空軸状部材でも可であるが、ここでは中実軸状部材を採用した例のみを示す。）からなる軸体４Ｄを備えている。

＜軸体の説明＞
図７（ａ）に示される軸体４Ｄは、注入孔３を貫くように挿入可能な所定長さ寸法に設定され、先端側に位置する先端側軸部５Ｄと、基端側に位置する基端側軸部６Ｄとが一体形成されて構成されている。
先端側軸部５Ｄは、先端位置の外径が注入孔３の内径寸法よりも小さく基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなり基端位置の外径が注入孔３の内径寸法よりもやや小さい部分逆円錐台状に形成される先導部７Ｄと、この先導部７Ｄの基端側に一体形成され、注入孔３の周縁に係合する係合部８Ｄとを有している。
基端側軸部６Ｄは、先端側軸部５Ｄと段差なく連続するような部分逆円錐台状に形成され、その先端位置から基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなり、その外周部に溶融代部９Ｄを有している。
なお、図６（ｂ）及び（ｃ）並びに図７（ａ）において、記号Ｌ１にて示される一点鎖線は、先端側軸部５Ｄと基端側軸部６Ｄとの境界位置を示すものであり、記号Ｌ２にて示される二点鎖線は、先導部７Ｄと係合部８Ｄとの境界位置を示すものである。

＜先導部の説明＞
先導部７Ｄは、軸体４Ｄを注入孔３へ挿入する際に真っ先に注入孔３に差し込まれる部位であり、注入孔３に対し軸体４Ｄがラジアル方向に位置ずれしたときにその注入孔３の周縁に当接してそのラジアル方向の位置ずれを止める役目と、軸体４Ｄの回転運動時の心棒としての役目をする。

＜係合部の説明＞
係合部８Ｄは、テーパ外周面を有し、この係合部８Ｄのテーパ外周面は、先端側軸部５Ｄと基端側軸部６Ｄとの境界位置（ラインＬ１で示される位置）では注入孔３の内径と等しい外径であり、そのラインＬ１で示される位置から先端側軸部５Ｄの先端に向かって進むに従い外径が小さくなる形状に形成されている。
この係合部８Ｄは、先端側軸部５Ｄにおける先導部７Ｄが注入孔３に挿入されたときに、そのテーパ外周面が注入孔３の周縁に係合するようにされたものであり、この係合部８Ｄのテーパ外周面が注入孔３の周縁に係合することにより、この係合部８Ｄのテーパ外周面の調心作用によって、注入孔３と軸体４Ｄとが同軸心をなして位置決めされ、先端側軸部５Ｄの先導部７Ｄを注入孔３に挿入するだけで、注入孔３に対する閉塞用キャップ１Ｄの位置決めを容易かつ正確に行うことができる。

＜溶融代部の説明＞
溶融代部９Ｄは、基端側軸部６Ｄの外周部を注入孔３の内径よりも大きくすることで形成されるものであり、テーパ外周面を有している。
この溶融代部９Ｄのテーパ外周面は、先端側軸部５Ｄと基端側軸部６Ｄとの境界位置（ラインＬ１で示される位置）では注入孔３の内径と等しい外径であり、そのラインＬ１で示される位置から基端側軸部６Ｄの基端位置に向かって進むに従い外径が大きくなり、最終的には鍔部１１の外径よりも小さい外径の形状に形成されている。
この溶融代部９Ｄは、回転摩擦圧接時に注入孔３の周縁との摩擦熱によって溶融するものであり、テーパ状に形成されることにより、注入孔３の周縁への食い込みがよくなるので、注入孔３の周縁との溶着を強固なものとすることができるとともに、回転摩擦圧接時における押し込み動作をより容易に行うことができ、さらに、例えば、内面部材２が若干湾曲した形状であっても注入孔３の周縁に確実に接触させることができて溶着不良等の不具合を未然に防ぐことができる。

なお、係合部８Ｄのテーパ外周面と溶融代部９Ｄのテーパ外周面とは、両者間に段差がなく平坦に連続するように一体的に連設され、これら係合部８Ｄのテーパ外周面と溶融代部９Ｄのテーパ外周面とによって軸体４Ｄのテーパ外周部１０Ｄが形成される。

＜鍔部の説明＞
軸体４Ｄの基端側には、軸体４Ｄの径方向外側に張り出すように円環状の鍔部１１が軸体４Ｄに一体的に設けられている。
この鍔部１１は、軸体４Ｄの先端側軸部５Ｄが注入孔３に挿入された際に内面部材２における注入孔３の周辺部位と対向する対向面１２を有し、溶融代部９Ｄが注入孔３の周縁に接触された状態のときに注入孔３の周辺部位とその対向面１２との間に所定の隙間Ｓ２を存在するように軸体４Ｄに対する軸方向の配置が定められており、回転摩擦圧接時に注入孔３に対し軸体４Ｄがその隙間Ｓ２に相当する所定距離だけ押し込まれたときに、この鍔部１１の対向面１２が注入孔３の周辺部位に接触するようにされている。

ここで、溶融代部９Ｄと鍔部１１とは、溶融代部９Ｄのテーパ外周面と鍔部１１の対向面１２とが連続するように一体形成されている。
これにより、回転摩擦圧接によって溶融代部９Ｄが溶融しきった瞬間に鍔部１１の対向面１２が注入孔３の周辺部位に接触され、これによって軸体４Ｄが注入孔３の奥へとそれ以上押し込まれないことになるから、注入孔３の周縁と溶融代部９Ｄとが確実に溶着されることになる。
仮に、溶融代部９Ｄのテーパ外周面と鍔部１１の対向面１２とが連続せずに、両者間に、例えば、軸体４Ｄの軸方向に真っ直ぐに延びる円周面が介在されて、溶融代部９Ｄと鍔部１１とがその円周面が設けられる分だけ離れて配置された場合、回転摩擦圧接時に軸体４Ｄがその円周面が設けられる分だけ余計に注入孔３の奥へと押し込まれることになり、注入孔３の周縁と溶融代部９Ｄとの互いの溶融部によって形成される溶着部１６Ｄが内面部材２を突き抜ける方向に押し込まれることになり、また単なる円周面では注入孔３の周縁との回転摩擦による発熱が不十分であるから、溶着不良が引き起こされる恐れがある。
したがって、溶融代部９Ｄのテーパ外周面と鍔部１１の対向面１２とが連続するように、溶融代部９Ｄと鍔部１１とを軸体４Ｄの軸方向に一体的に連設するのがよい。

以上に述べた第５の実施形態の閉塞用キャップ１Ｄ並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法によっても、第１の実施形態の閉塞用キャップ１並びにそれを用いた閉塞構造及び閉塞方法と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、上記各実施形態においては、回転工具からの回転動力を受け取るための回転動力受部として長方形穴１５を採用した例を示したが、これに限定されるものではなく、非円形穴であれば任意の形状を採用することができ、長方形穴１５に代えて、例えば、正方形穴や六角穴、十文字状穴などを採用してもよい。
また、軸体４の基端部に回転工具のチャックによって掴まれる掴み軸や回転工具の工具ビットと係合する非円形断面の突起などを回転動力受部として設けて、これら掴み軸や突起を介して回転工具からの回転動力を軸体４に伝達するようにしてもよい。
また、鍔部１１の外形を非円形状として、その鍔部１１に係合するソケットレンチ等を介して回転工具からの回転動力を軸体４に伝達したり、鍔部１１それ自体を回転工具のチャックで掴んで軸体４に回転動力を伝達したりする態様もあり得る。

次に、本発明の閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法のより具体的な実施例について説明する。

＜実施例１〜実施例５の説明＞
図１（ｂ）に示される第１の実施形態の閉塞用キャップ１において、軸体４の直径が３０ｍｍで係合部８と溶融代部９とで構成されるテーパ外周部１０の高さＨ、幅Ｗ、角度θについて表１に示されるように３水準（実験Ｎｏ．１〜３）を用意し、これらを実施例１〜３とした。
図４（ｂ）に示される第３の実施形態の閉塞用キャップ１Ｂにおいて、軸体４Ｂの直径が３０ｍｍで係合部８と溶融代部９Ｂとで構成されるテーパ外周部１０Ｂの高さＨ、幅Ｗ、角度θについて表１に示されるように２水準（実験Ｎｏ．４及び５）を用意し、これらを実施例４及び５とした。

＜比較例１〜比較例５の説明＞
実施例１に係る閉塞用キャップにおいて、テーパ外周部１０を無とし、鍔部１１の厚さ（ｔ）を１．５ｍｍとしたもの（実験Ｎｏ．６）を比較例１とした。
実施例１に係る閉塞用キャップにおいて、テーパ外周部１０を無とし、鍔部１１の厚さ（ｔ）を２．０ｍｍとしたもの（実験Ｎｏ．７）を比較例２とした。
実施例１に係る閉塞用キャップにおいて、鍔部１１を無とし、テーパ外周部１０の最外径を注入孔３の内径と同程度としたもの（実験Ｎｏ．８）を比較例３とした。
実施例１に係る閉塞用キャップにおいて、先端側軸部５における先導部７を無とし、テーパ外周部１０の高さＨ、幅Ｗ、角度θについて表１に示されるように２水準（実験Ｎｏ．９及び１０）を用意し、これらを比較例４及び５とした。

上記実施例１〜５及び比較例１〜５のそれぞれを用いて内面部材２に対する回転摩擦圧接を行い溶着状態を評価した。
実施例１〜５のものは、いずれも回転摩擦圧接を何ら支障なく容易かつスムーズに行うことができ、表１に示されるように、良好な溶着状態を示した。

これに対し、比較例１のものでは、テーパ外周部１０がなく、しかも鍔部１１の厚みが薄いため、回転摩擦圧接の動作途中で鍔部１１が軸体４から分離してしまい、溶着不良となった。
また、比較例２のものでは、比較例１のものよりは鍔部１１の厚みが大きくされているため、鍔部１１における対向面１２の一部が注入孔３の周辺部位に溶着されてはいるものの、溶着部の食い込みが浅い等のため、溶着強度が不足しており、剥がれ易く、溶着不良となった。
また、比較例３のものでは、鍔部１１がないため、鍔部１１があれば働くストッパ機能が得られず、回転摩擦圧接時の押し込みによって軸体４が注入孔３の奥へと突き抜けてしまった。
また、比較例４及び５のものでは、先端側軸部５の係合部８が注入孔３の周縁に係合するものの、先端側軸部５の先導部７がないため、軸体４のラジアル方向に不意に力が作用したときに位置ずれが生ずることがあり、回転摩擦圧接時の回転運動が安定せず、一応溶着するが強度がなく、溶着不良となった。

本発明の閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法は、特殊な機械を用いることなく汎用の回転工具等を用いて熱可塑性樹脂成形体等からなる構造体の開口部を容易かつ効率よく閉塞することができるという特性を有していることから、例えば、更生管に形成されたモルタル等の注入孔を閉塞する用途に好適に用いることができる。

１、１Ａ〜１Ｄ 閉塞用キャップ
２ 内面部材（熱可塑性樹脂成形体）
３ 注入孔（開口部）
４、４Ａ〜４Ｄ 軸体
５、５Ｄ 先端側軸部
６、６Ｂ〜６Ｄ 基端側軸部
９、９Ｂ〜９Ｄ 溶融代部
１１ 鍔部
１５ 長方形穴（回転動力受部）
１６、１６Ｄ 溶着部

Claims (2)

1. 熱可塑性樹脂成形体からなる構造体に形成された開口部を、該開口部を閉塞するための、開口部の内径よりも大きい外径の溶融代部を有する基端側軸部及びその基端側軸部の先端側に一体的に設けられて開口部に回転可能に挿入される先端側軸部とを有してなる軸体と、この軸体の先端側軸部が開口部に挿入されて溶融代部が開口部の周縁に接触された状態のときに構造体との間に隙間を存するように基端側軸部に一体的に設けられる鍔部とを備え、軸体の先端側軸部を開口部に挿入して溶融代部を開口部の周縁に接触させた状態で軸体を回転させながらその開口部の奥へと押し込む回転摩擦圧接により、溶融代部が開口部の周縁との摩擦熱で溶融するようにしてなる閉塞用キャップを用いて閉塞する閉塞方法であって、閉塞用キャップの先端側軸部を開口部に挿入して閉塞用キャップの溶融代部を開口部の周縁に接触させ、その後、閉塞用キャップの軸体に回転動力を付与してその軸体を回転させながら開口部の奥へと押し込み、閉塞用キャップの鍔部が構造体に接触させた後、閉塞用キャップの軸体に回転動力を付与するのを止めることを特徴とする閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法。
2. 前記閉塞用キャップとして、軸体の基端側に、回転工具からの回転動力を受け取るための回転動力受部を設けてなる閉塞用キャップを用いることを特徴とする請求項１に記載の閉塞用キャップを用いる構造体に形成された開口部の閉塞方法。

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