JPH0628905B2 - 管端を管底部に密に結合する方法 - Google Patents

管端を管底部に密に結合する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は管端を管底部に密に結合する方法に関する。
従来技術 管端を管底部に密に結合することはモジユール製造で重
要な役割を有している。モジユールは熱交換器および
（または）物質交換器として使用される。この場合には
通常薄層の管が使用される、物質交換器では薄膜管が使
用される。これらの管は通常円形横断面を有している
が、ただし他の形状の横断面、例えばだ円形または方形
横断面を有していてもよい。熱交換器または物質交換器
の効率は利用できる表面積と管の膜厚とに左右されるの
で、管の横断面の寸法、すなわち直径とをできる限り小
さく保持し、そのようにして同じ能力でモジユールの構
造寸法を小さくすることが努められている。しかし管の
横断面寸法が小さくなるにしたがつて、管端を管底部に
密に埋込むことは一層困難になる。
完成モジユールの用途に応じて管底部への管端の埋込み
箇所は場合によつては高められた圧力下においても液密
および（または）気密でなければならない。
普通管底部は、管束を型に入れて硬化性コンパウンドを
流し込むようにして製作される。硬化性コンパウンドと
場合によつては型とが管底部を構成する。かかる管底部
を製作する際に硬化性コンパウンドがすべての管端を包
囲し、かつこれらの管端と密な結合を形成することを保
証するためには大きな手間を伴なう。その他にこの硬化
性コンパウンドは通常管および管底部とは異種の材料か
ら成つている。
発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、密な結合が簡単な手段で保証される、
冒頭に記載の方法を提供することである。該方法は薄層
管および（または）小さな横断面積を有する管に特に有
利に適用される。薄層管とは約0.05mm〜約３mmの膜厚を
有する管と理解される、小さな横断面積を有する管は普
通12mmまでの内径を持つ。２mmを下回る内径を持つ管端
も本発明による方法によれば管底部と良好に結合するこ
とができる。本発明の意味における管には管の他のチユ
ーブ、中空糸、毛管等が含まれ、これらの端部（本明細
書では管端と呼ぶ）はシール面または管底部に埋込まれ
る。
しかしこの方法は厚壁の管および（または）大きな横断
面積を有する管にも適用可能である。モジユールのすべ
ての部材を同一材料から製作することを可能にする方法
も得られる。
問題点を解決する手段 上記の課題を解決するための本発明の構成は、管および
管底部を超音波によって溶融する材料を用いて製作し、
管端を管底部に所望の数設けられた孔の中に挿入し、か
つ少なくとも一時的に固定し、かつ超音波範囲内で軸方
向に振動する、接触範囲内の横断面が結合すべき管端の
内側の横断面積よりも大きな横断面積を有している音極
を管底部と結合すべき管端に同軸的に接近させ、かつ音
極の接触面を介して接触させて軸方向の圧力負荷下に管
端と管底部との間に溶接結合を形成することである。
管底部の孔の横断面寸法は通常管の外寸よりも僅かに大
きくなつている。管は孔内に、管端が管底部の端面から
突出するかまたは管底部の端面に整列して終るように挿
入する。特殊な用途のものについては管端が一部分にわ
たつてだけ孔内にさし込まれている、すなわち管底部の
端面の下方で終つている場合にも有利である場合があ
る。
超音波振動数１８〜４０kHzが良好な溶接を与える。振
幅と適用時間を介して温度およびしたがつて管と管底部
との間の結合の質を調節することができる。その他振幅
および適用時間は管および管底部に使用された材料によ
つて異なる。
音極は振動の発生に必要な変換器に装着される工具であ
り、音極の外寸は超音波の振動および振幅に左右され
る。音極の軸方向の自由端部は溶接に必要な、管端に対
する接触面として構成されている。溶接後溶接部は音極
の接触面と同じ幾何形状を持つ。
実施態様 溶接前の管の固定は公知の手段によつて行なわれる、例
えば管の自由端を特別な構成のホルダによつて支持する
かまたは硬化性材料内に浸漬して管端の溶接終了後に該
硬化性材料を除去する。
音極の接触面を管端に申し分なく導くためには、音極の
接触面が管端に向き合う側でガイドピンによつて延長さ
れており、該ガイドピンの外径が結合すべき管端の内径
と等しいかまたは該内径よりも小さく、通常は僅かに小
さくなつている。ガイドピンの自由端の面取は音極を管
内に導き入れることをた易くする。
音極の接触範囲（ガイドピンを備えているかまたは備え
ていない）内の横断面が管端に向き合う側から軸方向に
離れるにしたがつて大きくなる直径を有していると、有
利である。音極の接新面が円錐台形状に構成されている
と特に有利であると示された。しかし音極の接触面は他
の幾何形状、例えば放物線の回転面の形状を有していて
もよい、円錐台形の構成は管底部内のテーパ状に先細に
なつた開口を与え、この開口は管の内側の横断面に続く
ので、これによつて完成モジユール使用時に流体を管内
に流す際に有利な流動挙動が得られる。同じことは音極
の接触面が別の幾何形状に構成されている場合にも該当
する。
音極を円錐台形状に構成すると、管端と管底部との間で
次の特徴を持つ結合が得られる。
結合を作るときに起きる材料の排除によつて僅かな隆起
部が得られ、該隆起部は管底部の外側に盛り上がり、か
つ円錐台形状のロート部の縁部の全周にわたつて均一に
延びている。その他結合部を通る軸線に垂直な断面にお
いて均質な融合組織が認められる。管底部と管で同一材
料を選択した場合には断面図において管底部と管の間に
移行部をもはや認めることはできない。この形式の管端
と管底部との結合ではきわめて良好でかつ確実な、管底
部への管の固定も得られる。したがつて特に有利な使用
性能に優れた熱交換器ないしは物質交換器が得られる。
本発明の有利な実施態様によれば音極が複数の接触面を
有しており、接触面の数が多くとも管底部と結合すべき
管端の数と等しくなつている。かかる音極を用いて、一
群の管端あるいはモジユールの全ての管端を同時に管底
部と溶接することが可能である。
管および管底部は超音波によって溶融する材料から製作
されている。例えば金属も好適である。ただし管および
管底部が熱可塑性プラスチツク、例えばPA，PVC，ABS，
PE，PP，PVDF等から製作すると有利である。熱可塑性プ
ラスチツクの場合には音極の接触面にテフロン等を噴霧
するかまたは被覆すると有利である。
管および管底部を同一材料、場合により同一の熱可塑性
プラスチツクから製作すると、特に良好な溶接結合が達
成される。
第１実施例 第１図には接触面２とガイドピン３から成る、音極１の
自由端部が示されている。ガイドピン３が管４の内寸よ
りも僅かに小さな横断面寸法を有している。管４を、管
端が管底部５の外側の端面６と整列して終るように管底
部５の孔内にさし込む。音極１のガイドピン３は既に管
に対して同軸的に管４の管端内に入り込んでいる。
次いで音極１を更に沈め、かつ超音波で負荷すると、音
極は加圧下に管端内の例えば第２図に示された深さに沈
めることができる。このときに管端はロート状部７とし
て構成され、かつ同時に管底部５と溶接される。
第１図と第２図に示された音極１の実施例では音極１の
接触面２は円錐台形状に構成されている。
第２実施例 第３図では音極９のガイドピン８は湾曲部１０を介して
広がつて、半径方向に延びる接触面１１に移行してい
る。音極９の自由端部のこの構成によつて管底部１３の
外側の端面１２から突出した管１４の管端を縁曲げし、
かつ管底部１３の外側の端面１２に溶接することが可能
である。
第３実施例 第４図にはガイドピン１６と接触面１７とを備えた、音
極１５の自由端部の実施例が示されている。溶接実施後
溶接部は隆起部として形成され、この隆起部は管底部１
８内に押込まれている。管１９はこの隆起部（図示せ
ず）を介して管底部１８と溶接される。
第５図と第６図には２つの管底部２３と複数の管２０を
備えたモジユールの可能な構成が略示されている。ここ
では管２０は軸線のみで示されている。管２１は理解を
助けるために示されている。上記で詳説した、管端２２
において種々の形式で実施される溶接部は概観し易いよ
うに省略してある。
このようなモジユールをケーシングに入れ、かつそれぞ
れの用途に供給することができる。
管端と管底部とを結合する本方法は、音極を管端に挿入
する、すなわち管底部と管とを本発明による方法を実施
するに当つて固定すると有利である。しかし本発明によ
る方法を、音極を固定し、かつ管底部を管端とともに音
極に対して動かし、かつ押しつけるようにして実施して
も本発明と等価であり、かつ本発明の範囲に含まれる。
発明の効果 本発明方法による超音波溶接によつて管と管底部とは接
触面で短時間に均一に加熱されて、密な結合が管と管底
部との間で簡単な形式で得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は管底部とこの中に挿入された管端並びにガイド
ピンでもつて管内に入り込んでいる音極の接触面の１実
施例を示す部分断面図、第２図は既に溶接された管底部
と管端並びに溶接時の位置にある音極の自由端部を示す
部分断面図、第３図は管底部とこの中に挿入された管端
並びに音極の接触面の別の実施例を示す部分断面図、第
４図は音極の接触面の第３の実施例を示す図、第５図は
２つの管底部と溶接された管から成るモジユールの略示
断面図、第６図は第５図によるモジユールの平面図であ
る。 １，９，１５……音極、２，１１，１７……接触面、
３，８，１６……ガイドピン、４，１４，１９，２０，
２１……管、５，１３，１８，２３……管底部、６，１
２……端面、７……ロート状部、１０……湾曲部。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】管端を管底部に密に結合するための方法に
    おいて、管および管底部を超音波によって溶融する材料
    を用いて製作し、管端を管底部に所望の数設けられた孔
    の中に挿入し、かつ少なくとも一時的に固定し、かつ超
    音波範囲内で軸方向に振動する、接触範囲内の横断面が
    結合すべき管端の内側の横断面積よりも大きな横断面積
    を有している音極を管底部と結合すべき管端に同軸的に
    接近させ、かつ音極の接触面を介して接触させて軸方向
    の圧力負荷下に管端と管底部との間に溶接結合を形成す
    ることを特徴とする、管端を管底部に密に結合する方
    法。
  2. 【請求項２】音極の接触面が管端に向き合う側でガイド
    ピンによって延長されており、該ガイドピンの外径が結
    合すべき管端の内径と等しいかまたは該内径よりも小さ
    い、特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】音極の接触範囲内の横断面が管端に向き合
    う側から軸方向に離れるにしたがって大きくなる直径を
    有している、特許請求の範囲第１項または第２項記載の
    方法。
  4. 【請求項４】音極の接触面が円錐台形状に構成されてい
    る、特許請求の範囲第３項記載の方法。
  5. 【請求項５】音極が複数の接触面を有しており、接触面
    の数が多くとも管底部と結合すべき管端の数と等しい、
    特許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１つの
    項記載の方法。
  6. 【請求項６】管と管底部とが熱可塑性プラスチックから
    製作されている、特許請求の範囲第１項から第５項まで
    のいずれか１つの項記載の方法。
  7. 【請求項７】管と管底部とが同一の熱可塑性プラスチッ
    クから製作されている、特許請求の範囲第１項記載の方
    法。
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