JP6660134B2 - 配管の接合方法 - Google Patents

Description

この発明は、配管の接合方法に関するものである。

２本の樹脂製の管部材の端部を加熱して互いに押し付け合わせることで接合するバット融着が行われている。このバット融着では、工程の中でも、特に、接合された融着固定部を冷却するのに最も長い時間を要している。

そこで、バット融着の工程を短縮する工夫が各種提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

例えば、特許文献１のバット融着装置は、２本の樹脂製の管部材をそれぞれ把持するクランプ部と、クランプ部で把持された２本の樹脂製の管部材の端部を押し付け合わせる加圧部とを備えたものとされている。

そして、上記したクランプ部を、上記した加圧部に対して着脱交換可能となるように構成している。更に、上記したクランプ部を複数組用意するようにしている。

このような構成によれば、接合が済んだ管部材をクランプ部ごと加圧部から取り外して、別のスペースでゆっくり自然冷却させることができる。そして、その間に、別のクランプ部を加圧部に装着して、次の管部材を接合できるようにしている。

また、特許文献２では、管部材の端部を冷却され易い形状に切削加工したり、また、管部材への入熱を制限（または、最小限に抑制）したりしている。

特開平６−１２２１５６号公報 特開２０１３−５２８５１６号公報

近年、農業用などで使用される大口径の管部材に対してバット融着を行うことが検討されている。しかし、バット融着は、接合する管部材が大口径に成れば成る程、装置構成が大掛かりになると共に、その分、コストも飛躍的にアップすることになる。また、大口径の管部材は、その分だけ肉厚も大きくなるため冷却時間も長くなる。

しかし、管部材を大口径にした場合に、特許文献１を適用して、クランプ部を複数組用意するようなことは、コスト面でもスペース面（作業スペースや保管スペースなど）でも実用的ではない。

また、管部材を大口径にした場合に、特許文献２のように、管部材の端部を冷却され易い形状に切削加工したり、管部材へ入熱を制限したりすることは、加工の手間が掛かったり、接合不良などが懸念されたりするので、採用が難しい。

よって、大口径の管部材の場合に、これまでの技術を直接採用することは困難であった。

そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、
２本の樹脂製の管部材の端部を、間隔を有して対向させると共に、前記管部材の端部を加熱装置によって加熱する工程と、
前記加熱装置を取り外した後、前記２本の樹脂製の管部材の端部どうしを押し付けて外周側へ膨出するビードを有する融着固定部を形成する工程と、
前記融着固定部の前記ビードの外周に冷却装置を取り付けて、前記融着固定部を冷却装置によって冷却する工程と、
を順に行う配管の接合方法を特徴とする。

本発明によれば、上記構成によって、接合不良を生じることなく、短時間でバット融着ができるようになる。

本実施の形態にかかるバット融着装置の全体斜視図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、バット融着の工程を順に示す概略図である。 バット融着用冷却装置の概念図である。 冷媒流動部を管状体とした場合の斜視図である。 冷媒流動部を冷却ジャケットとした場合の斜視図である。 バット融着用冷却装置の効果を示す、融着固定部の界面温度と時間との関係を示すグラフである。

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図６は、この実施の形態を説明するためのものである。

＜構成＞以下、構成について説明する。

２本の樹脂製の管部材の端部を加熱して互いに押し付け合わせることで接合（または連結、固定）するバット融着が行われている。

このバット融着を行うバット融着装置１（管連結装置または管固定装置）は、例えば、図１（図２も併せて参照）に示すようなものとされる。

即ち、架台２に対して、水平なガイド部材３が設けられている。そして、このガイド部材３に沿って、一方の管部材４（図２参照）の端部を把持する固定クランプ部６と、他方の管部材５（図２参照）の端部を把持する可動クランプ部７とが対向して設けられている。この場合、ガイド部材３は、管部材４，５の軸線方向へ向けて設置されている。また、固定クランプ部６と可動クランプ部７とは、それぞれ間隔を有して複数個（例えば、２個）ずつ設けられている。

上記した固定クランプ部６は、管部材４の外径とほぼ等しい半円弧状をした２つのクランプ片６ａ，６ｂの一端部間を、ガイド部材３と平行な回動軸１１によって開閉可能に連結軸支されている。そして、２つのクランプ片６ａ，６ｂの他端部間は、締結具１２などを用いた固定機構によって互いに固定可能および固定状態を解除可能とされている。締結具１２は、一方のクランプ片６ａに回動可能に軸支されると共に、他方のクランプ片６ｂに形成された溝に側方から嵌着できるようになっている。

同様に、上記した可動クランプ部７は、管部材５の外径とほぼ等しい半円弧状をした２つのクランプ片７ａ，７ｂの一端部間を、ガイド部材３と平行な回動軸１３によって開閉可能に連結軸支されている。そして、２つのクランプ片７ａ，７ｂの他端部間は、締結具１４などを用いた固定機構によって互いに固定可能および固定状態を解除可能とされている。締結具１４は、一方のクランプ片７ａに回動可能に軸支されると共に、他方のクランプ片７ｂに形成された溝に側方から嵌着できるようになっている。

そして、可動クランプ部７は、加圧部１５によって、ガイド部材３と平行な方向へ移動可能に支持されている。加圧部１５には、例えば、ガイド部材３と平行な加圧用シリンダなどが用いられている。この場合、加圧部１５は、可動クランプ部７と架台２（の図中左側の部分）との間に伸縮動可能に介装されている。

更に、複数個あるうちの内側に位置する固定クランプ部６と可動クランプ部７との間には、図２に示すように、ヒーターなどの加熱装置１６を出入りさせるための隙間部１７が形成されている。

そして、以上のようなバット融着装置１に対し、この実施例では、以下のようなバット融着用冷却装置（または冷却装置）を備えるようにしている。

（１）図３の概念図に示すように、バット融着用冷却装置は、２本の樹脂製の管部材４，５の端部を加熱して押し付け合わせることで設けられている融着固定部２２を冷却可能な冷却部２３を備えている。

ここで、バット融着用冷却装置は、バット融着装置１で加工された直後の熱を持った融着固定部２２（即ち、管部材４，５の端部どうしの融着による固定部）を冷却可能な冷却部２３を備えたものである。

バット融着装置１による融着固定部２２は、熱と加圧力による固定部のことである。より詳しくは、上記融着固定部２２は、加熱による界面の軟化・溶融と加圧とによって互いの組織が混ざり合い連続化され一体化された組織構造（融合組織）を有する接合部または固定部のことである。なお、融着固定部２２には、加圧力によって樹脂の一部が押し出されたビードと呼ばれる膨出部が形成されることになる。

冷却部２３は、融着固定部２２の形成後に、固定クランプ部６と可動クランプ部７との間の隙間部１７から融着固定部２２の周囲へ支障なく装着できる大きさや形状などを有していれば何でも良い。

（２）好ましくは、上記冷却部２３が、上記融着固定部２２の外周に取付可能な冷媒流動部３１を有するものとされる。

ここで、冷媒流動部３１は、文字通り、冷媒３２が流動できる空間を有するものである。冷媒流動部３１は、例えば、図４に示すように、融着固定部２２の外周に巻き付けることができるような可撓性を有する冷却管や冷却ホースなどのような管状体３５とすることができる。または、冷媒流動部３１は、例えば、図５に示すように、融着固定部２２の外周に着脱できるような冷却ジャケット３６などとすることができる。この冷媒流動部３１には、冷媒３２を供給可能なポンプ３７（の吐出口）が直接または冷媒供給管３８を介して接続される。

冷媒３２には、水や不凍液やその他の液体や気体などを使用することができる。

（３）上記冷媒流動部３１が、冷媒３２を循環可能な冷媒循環部４１を有していても良い。

ここで、冷媒循環部４１は、冷媒流動部３１の出口部をポンプ３７の吸入口に直接または冷媒排出管４５を介して接続できるようにしたものなどとされる。なお、冷媒流動部３１（冷媒供給管３８）や冷媒循環部４１（冷媒排出管４５）と、ポンプ３７の吐出口や吸入口との間には、ワンタッチで着脱できるワンタッチジョイントや、着脱を確実に行い得るようにしたユニオン継手などを設けることができる。

（４）そして、上記冷媒流動部３１は、熱伝導率の高い素材５１（熱伝導性素材）で形成されるようにするのが好ましい。

ここで、熱伝導率の高い素材５１には、例えば、炭素繊維などを用いることができる。例えば、冷媒流動部３１を、冷却管や冷却ホースなどの管状体３５とする場合、冷媒流動部３１は、炭素繊維で作ることができる。

また、熱伝導率の高い素材５１には、例えば、熱伝導率の高い銅やアルミなどの金属などを用いることができる。例えば、冷媒流動部３１を、冷却管などの管状体３５や冷却ジャケット３６などとする場合、冷媒流動部３１は、銅やアルミなどの金属で作ることができる。

但し、熱伝導率の高い素材５１は、炭素繊維や銅やアルミなどに限るものではない。

（５）更に、上記冷却部２３が、冷媒流動部３１の上記融着固定部２２側の部分に、非流動性冷却層６１を有していても良い。

ここで、非流動性冷却層６１は、例えば、高分子吸水ポリマー（冷却ジェル）や吸水繊維などを配した層などとされる。非流動性冷却層６１は、冷媒流動部３１と一体であっても、別体であっても良い。

非流動性冷却層６１を、冷媒流動部３１と一体にする場合、非流動性冷却層６１は、冷媒流動部３１の内部の融着固定部２２側の部分に配しても良いし、冷媒流動部３１の内部に冷媒流動部３１を流れる冷媒３２とは隔離させた状態で配しても良い。または、非流動性冷却層６１は、冷媒流動部３１の外面側に配しても良い。

また、非流動性冷却層６１を、冷媒流動部３１とは別体にする場合には、融着固定部２２の外周に粘着剤などで非流動性冷却層６１を取付けた後に、その上側から冷媒流動部３１を二重に取付けるようにしても良い。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。

バット融着装置１でバット融着を行うには、まず、固定クランプ部６に一方の管部材４の端部を把持させると共に、可動クランプ部７に他方の管部材５の端部を把持させて、管部材４，５の端部どうしが間隔を有して対向されるように保持する（配管保持工程）。

次に、内側に位置する固定クランプ部６と可動クランプ部７との間の隙間部１７から管部材４，５の端部の間にヒーターなどの加熱装置１６を介在させる。そして、加圧部１５の加圧用シリンダを作動させて、可動クランプ部７を動かし、他方の管部材５の端部を一方の管部材４の端部に近接させて両方の端部を加熱装置１６に接触させる。更に、加熱装置１６を作動させて、管部材４，５の端部を加熱して軟化・溶融させる（加熱工程）。

管部材４，５の端部が加熱されたら、加圧部１５の加圧用シリンダを作動させて、可動クランプ部７を動かし、一方の管部材４の端部と他方の管部材５の端部とを一旦引き離して上記隙間部１７から加熱装置１６を取り出し、その後、加圧部１５の加圧用シリンダを作動させて、一方の管部材４の端部と他方の管部材５の端部とを互いに押し付け合わせて一定時間保持する（融着工程または接合工程）。

これらにより、一方の管部材４の端部と他方の管部材５の端部とが融着される。即ち、加熱による界面の軟化・溶融と加圧とによって互いの組織が混ざり合い連続化され一体化された組織構造を有する接合部または固定部である融着固定部２２が設けられる。

そして、接合された融着固定部２２（即ち、バット融着による組織構造を有する部分）が冷却されることで融着固定部２２が安定化され、バット融着が終了する。融着固定部２２の冷却（または冷却工程）は、自然冷却だと、上記した一連の工程において中でも最も長い時間を要することになる。

そして、近年、農業用配管などに使用される大口径の管部材４，５に対してバット融着による接合、固定を行うことが検討されている。このような管部材４，５の口径は、例えば呼び径２５０〜１１００（外径が３１５ｍｍ〜１２００ｍｍ）であり、日本水道協会（ＪＷＷＡ）の規格ＪＷＷＡ Ｋ １４４の規格品（呼び径５０〜２００（外径が６３ｍｍ〜２５０ｍｍ））と比較して口径が非常に大きい。しかし、接合する管部材４，５が大口径に成れば成る程、バット融着装置１が大型化すると共に、コストも飛躍的にアップする。また、バット融着にかかる時間も長くなる。

そのため、大口径の管部材４，５をバット融着する場合には、融着固定部２２をいかに短時間で冷却するか、ということが重要になる。

＜効果＞そこで、この実施例では、上記構成によって以下のような効果が得られるようにしている。

（効果１）２本の樹脂製の管部材４，５の端部を加熱して押し付けることで形成された融着固定部２２に対し、融着直後に冷却部２３を取付けて、冷却部２３で融着固定部２２を直接冷却できるようにした。バット融着では、工程の中で融着固定部２２の冷却に最も長い時間を要するため（図６の線ｃ（自然冷却の場合）参照）、融着固定部２２を冷却部２３で強制的に冷却することで、工程を大幅に短縮して、短時間のうちにバット融着を終了させることが可能となる（図６の線ａ（例えば、冷媒３２に水を使用した水冷の場合）参照）。なお、図６中、横軸の時間Ａは、加熱溶融完了時、時間Ｂは、圧着完了時である。また、縦軸の温度Ｃは、常温（冷却目標温度）である。そして、管部材４，５の端部を冷却し易い形状に切削加工したり、バット融着時の入熱を制限したりしなくて済むので、加工の手間も掛からず、また、接合不良の問題なども回避できる。

その結果、バット融着装置１の１台あたりのサイクルタイムを短縮して、バット融着装置１の稼働率を上げることができる。よって、その分だけ、使用するバット融着装置１の台数などを減らすことが可能となる。また、バット融着装置１の台数を減らせるので、バット融着装置１に要する設備コストや、バット融着装置１の作業スペースや保管スペースなどを削減することができる。上記により、冷却部２３を設けて強制冷却できるようにする効果は、大きなものである。

（効果２）冷却部２３が、融着固定部２２の外周に取付可能な冷媒流動部３１を有している。これにより、冷媒流動部３１を融着固定部２２の外周に取付けて冷媒３２を流すことにより、効率的に融着固定部２２を冷却することができる。

（効果３）冷媒流動部３１が、冷媒循環部４１を有している。これにより、冷媒循環部４１を用いて冷媒流動部３１に冷媒３２を循環させることにより、冷媒３２を無駄なく使用することができると共に、融着固定部２２を効率的に冷却することができる。

（効果４）冷媒流動部３１を、熱伝導率の高い素材５１で形成した。これにより、熱伝導率の高い素材５１が、融着固定部２２から熱を効率的に奪う（冷却する）ことができる。よって、冷却効果を高めることができる。

（効果５）冷却部２３が、冷媒流動部３１よりも融着固定部２２に近い側に非流動性冷却層６１を有している。この非流動性冷却層６１が融着固定部２２の熱を奪い（図６の線ｂ（高分子吸水ポリマーを使用した場合）参照）、更に、非流動性冷却層６１の熱を冷媒流動部３１の冷却が奪うことにより、両者の相乗効果（線ａと線ｂとを足した冷却効果）で融着固定部２２を一層効率的に冷却することができる。また、非流動性冷却層６１によって冷媒流動部３１からの冷媒３２の液漏れなどを防止することも期待できる。

（効果６）２本の樹脂製の管部材４，５の端部を、間隔を有して対向させると共に、管部材４，５の端部を加熱装置１６によって加熱する工程と、２本の樹脂製の管部材４，５の端部どうしを押し付けて融着固定部２２を形成する工程と、融着固定部２２を（バット融着用）冷却装置（冷却部２３）によって冷却する工程と、を順に行うようにした。これにより、上記と同様に、短時間のうちにバット融着を終了させることが可能となる。

以上、この発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、実施の形態はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施の形態に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、実施の形態に複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。

４ 管部材
５ 管部材
１６ 加熱装置
２２ 融着固定部
２３ 冷却部（バット融着用冷却装置）
３１ 冷媒流動部
３２ 冷媒
４１ 冷媒循環部
５１ 熱伝導率の高い素材
６１ 非流動性冷却層

Claims (5)

1. ２本の樹脂製の管部材の端部を、間隔を有して対向させると共に、前記管部材の端部を加熱装置によって加熱する工程と、
   前記加熱装置を取り外した後、前記２本の樹脂製の管部材の端部どうしを押し付けて外周側へ膨出するビードを有する融着固定部を形成する工程と、
   前記融着固定部の前記ビードの外周に冷却装置を取り付けて、前記融着固定部を冷却装置によって冷却する工程と、
   を順に行うことを特徴とする配管の接合方法。
2. 前記冷却装置が、前記融着固定部の前記ビードの外周に取付可能な冷媒流動部を有することを特徴とする請求項１に記載の配管の接合方法。
3. 前記冷媒流動部が、冷媒を循環可能な冷媒循環部を有することを特徴とする請求項２に記載の配管の接合方法。
4. 前記冷媒流動部が、熱伝導率の高い素材で構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の配管の接合方法。
5. 前記冷却装置が、冷媒流動部の前記融着固定部側の部分に、高分子吸水ポリマーまたは吸水繊維を配した層を有することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の配管の接合方法。