JPH07304101A - 熱可塑性樹脂管材の突合せ溶接方法 - Google Patents

熱可塑性樹脂管材の突合せ溶接方法

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JPH07304101A
JPH07304101A JP6100981A JP10098194A JPH07304101A JP H07304101 A JPH07304101 A JP H07304101A JP 6100981 A JP6100981 A JP 6100981A JP 10098194 A JP10098194 A JP 10098194A JP H07304101 A JPH07304101 A JP H07304101A
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pipe
pipe end
heater
pipe materials
materials
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Keiji Mihara
啓嗣 三原
Yukio Hamano
幸雄 浜野
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性樹脂管材を突合せ溶接により接続す
るにあたり、管内面へのビードの突出量が少なく、しか
も接合強度の信頼性が高い方法を提供する。 【構成】 接続を行う一対の管材の管端面の間に熱源を
配置して、その各管端部を加熱溶融するとともに、この
加熱により各管材の管端部のそれぞれに生じる温度変化
で熱源側の管端面から当該管材軸方向に沿って降下する
温度勾配の最大傾きを４００℃／mm以上とした状態で、
これら一対の管材の管端面を相互に突合せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は樹脂で成形された管材を
突合せ溶接により接続する方法に関し、さらに詳しく
は、例えば超純水の輸送等のクリーン用途に利用される
熱可塑性樹脂管材（例えばＰＰＳ：ポリフェニレンサル
ファイドの成形品等）の接続に適した突合せ溶接方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】樹脂成形品の管材を接続する方法として
は、一対のクランプで管材を把持し、その各管材の端部
をヒータ等の熱源により加熱溶融した後、各クランプを
互いに接近する向きへと移動させることによって、その
各溶融部分を突合せて融着する方法がある。
【０００３】ところで、この種の突合せ溶接によりＰＰ
Ｓなどの熱可塑性樹脂で成形された管材の接続を行う場
合、管端部の溶融は非接触のヒータ加熱で行うことが通
例である。これは、ＰＰＳの融点が２７０℃と高いので
管端部を溶融状態にまで加熱するにはヒータ温度を３０
０℃以上に設定する必要があり、そのような高温加熱で
はヒータ表面のコーティング材が存在せず、このため接
触加熱では管端面がヒータ面に付着し易くなる等の理由
による。また、非接触加熱の場合、ヒータ温度は４００
℃以上が必要となるが、ヒータの熱板として、通常、ア
ルミニウムが使用されていることから、ヒータ温度は５
００℃未満に制限される。
【０００４】ここで、ＰＰＳを接合するには管端面の温
度を３５０℃付近にまで加熱する必要があるが、従来で
は、上記したようにヒータ温度をあまり高くできないの
で、管端部を接合に適した温度にまで上昇させるには多
くの加熱時間を要し、このため、管端面から管の軸方向
に向かって不必要な長さまで溶融され、その結果、突合
せ時の圧力により管内面側に余分なビードが発生してい
た。
【０００５】そして、以上のように管内面側にビードが
形成されると、流体の圧力損失やよどみの発生等の悪影
響をもたらす原因となる。特に、管内でよどみが発生す
るとその部分で微生物が繁殖して流体のクリーン度（純
度）が低下するといったクリーン用途上での重大な問題
を引き起こす原因となる。
【０００６】そこで、このような問題を解消するため、
従来、管材の接続端面を外側周縁から内側周縁に向けて
管内方へと傾斜する傾斜面（円すいテーパ面）として、
管内面側への余分なビードの突出を防止する方法が提案
されている（例えば特開平５−３１８５９４号公報，特
開平１−１１０１２８号公報あるいは特開昭６１−２０
７２５号公報）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した提
案技術のように管端面を傾斜面とした場合、傾斜面の先
端部（管の外側周縁部）の昇温が早くなるため、管端部
に最適な温度勾配が生じる前に、その先端部が過度に加
熱されて分解（ＰＰＳの分解温度は３００℃強）してし
まうこと、また、接合時の圧着面積が小さくなる等の原
因により、必要な接合強度が得られないことがある。
【０００８】本発明はそのよう点に鑑みてなされたもの
で、熱可塑性樹脂管材を突合せ溶接により接続するにあ
たり、管内面へのビードの突出量が少なく、しかも接合
強度の信頼性が高い方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の突合せ溶接方法は、実施例に対応する図
１，図２に示すように、接続を行う一対の管材１，２の
管端面１ａと２ａとの間に、熱源（ヒータ）３を配置し
てその各管端部を加熱溶融するとともに、この加熱によ
り各管材１，２の管端部のそれぞれに生じる温度変化で
熱源３側の管端面１ａ，２ａから当該管材１，２の軸方
向に沿って降下する温度勾配の最大傾きを４００℃／mm
以上とした状態で、これら一対の管材１，２の管端面１
ａと２ａとを相互に突合せることによって特徴づけられ
る。
【００１０】ここで、本発明において、ヒータ加熱によ
り管端部の温度勾配を４００℃／mm以上に設定するため
の制御量としてはヒータ温度と加熱時間を用いる。ま
た、それらの制御量の具体的な数値は、管材の呼び径等
の条件をパラメータとして実験等により予め求めてお
く。
【００１１】
【作用】図２のグラフを参照しつつ説明する。まず、Ｐ
ＰＳ管材の管端部を溶融するにあたり、従来では、管端
面の温度を３５０℃程度としており、管端部の溶融部分
の温度勾配は高々２００℃／mm程度である。このため、
溶融部分の平衡温度３５０℃から温度降下が始まって融
点ｍｐ＝２７０℃に到達するまでの間の距離が長くなっ
ていた。
【００１２】これに対し、加熱溶融時のヒータ温度を、
例えば６５０℃として管端部の温度勾配を４００℃／mm
以上とすると、管端面の温度は従来よりも高くはなる
が、管端面からの温度低下が急激となり、上記した温度
３５０℃の位置から融点ｍｐに至るまでの距離を、従来
に比して半分以下にすることができる。これにより、図
２及び図３に示すように、溶融部分の全体の距離Ａが、
従来の距離Ｂに比して短くなる。すなわち溶融量が従来
よりも少なくなる。
【００１３】
【実施例】図１及び図２は本発明の突合せ溶接方法の実
施例の説明図である。まず、本発明方法を実施するのに
使用する装置（全体構造は図示せず）は、互いに対向す
る一対のクランプ１１，１２と、このクランプ間に配置
されるヒータ３を備えている。
【００１４】ヒータ３は、装置本体に対してスライドも
しくは回動自在に配設されており、一対のクランプ１
１，１２の中間位置（使用位置）と、クランプ１１，１
２とは干渉しない位置（待機位置）の２位置に選択的に
移動可能となっている。また、この例で使用するヒータ
３は、熱板が真鍮製のカートリッジ式のヒータで、４０
０℃以上の加熱温度を任意に設定できる。
【００１５】次に、本発明方法の実施例の手順を説明す
る。まず、図１(a) に示すように、接続を行う熱可塑性
樹脂製の管材１，２の各管端面１ａ，２ａは、管材の軸
方向に対して直角な面としておく。また、ヒータ３は４
００℃以上の温度、例えば６５０℃にまで加熱・維持し
ておく。
【００１６】さて、各クランプ１１，１２に管材１，２
を配置してそれぞれを固定し、次いで、管材１と２との
間にヒータ３を配置して、この両者の管端面１ａ，２ａ
を加熱溶融する。
【００１７】なお、この加熱時において、各管端面１
ａ，２ａとヒータ３の加熱面とは非接触で１mm程度の間
隔を開けておくことが好ましいが、その間隔は１mm以下
であってもよいし、あるいは管端面と加熱面とを無圧で
接触させた状態での加熱を行ってもよい。
【００１８】そして、以上のヒータ加熱により、各管材
１，２の管端部の管軸方向に沿う温度勾配の最大傾きを
４００℃／mm以上とし（図２参照）、この状態で、ヒー
タ３を管材１と２との間から除去するとともに、一対の
クランプ１１，１２を相対的に移動させて管材１，２の
管端面１ａと２ａとを所定の圧力で突合せて融着する
〔図１(b) 〕。
【００１９】次に、本発明実施例の具体的な数値例を、
以下に説明する。まず、接合対象を呼び径２５mmのＰＰ
Ｓ製パイプとし、このパイプの管端部を温度６５０℃の
ヒータで非接触加熱（間隔＝１mm）により、１５秒〜１
７秒の加熱時間で溶融したところ、図２のグラフに示す
ように、管端部の溶融部分に約６００℃／mm程度の温度
勾配が得られ、その溶融部分ＷA （図３参照）の管端面
からの距離Ａが、従来ではＢ＝０．９mm程度であったの
に対し、Ａ＝０．５mmと小さくなることが確認できた。
【００２０】また、加熱時間：１５秒，１６秒，１７秒
の加熱溶融を行った後、それぞれ、９００ｋＰa の接合
圧力で突合せ融着を行ったところ、次の表１に示すよう
に、内面ビードの高さが、それぞれ、０．５mm, ０．７
mm，０．８mmとなり、これによりビード高さを１mm以下
の数値に抑えられることが確認できた。
【００２１】さらに、上記した３種のサンプルの溶接部
の強度保持率を測定したところ、それぞれ、７８％，９
２％，１００％と優れた値が得られることも確認でき
た。ただし、強度保持率は、接続を行った配管材の接合
部位とそれ以外の部位から、それぞれダンベル片を切出
して、その各試験片の引張強度の比から求めた。
【００２２】
【表１】
【００２３】以上の本発明実施例では、接続を行う管材
１，２の管端面１ａ，２ａを管軸方向と直交するフラッ
トな面としているが、図４に示すように、管端面１ａ，
２ａの内側周縁の角に僅かな面取り１ｂ，２ｂを施して
おけば、内面ビードの突出高さを更に低くすることも可
能になる。
【００２４】また、熱源として熱板の材質が真鍮製のカ
ートリッジ式のヒータを用いているが、その熱板の材質
は、特に限定はなく、４００℃以上の加熱が可能なもの
であればよく、例えば鉄やセラミックスあるいはアルミ
ニウムであってもよい。さらに、熱源は鋳込みヒータで
あってもよい。
【００２５】ここで、本発明において、加熱溶融時の管
端部の温度勾配の上限値は、ヒータ加熱による昇温の限
度、及び十分な接合強度を得るための溶融部分の必要最
小長さの確保などの点を考慮すると、８００℃／mmが適
当である。また、温度勾配は４００℃／mm〜８００℃／
mmの範囲であれば所期の目的は達成できるが、その中央
値６００℃／mmの付近の値を採用することが、ビード高
さと接合強度の双方の目的を満足する上でより好まし
い。
【００２６】なお、本発明方法は、ＰＰＳのほか、例え
ばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン），ＰＥＳ
（ポリエーテルサルフォン），ＰＥＴ（ポリエチレンテ
レフタレート）またはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデ
ン）などの高融点の熱可塑性樹脂で成形された管材の突
合せ接続に適している。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の突合せ溶
接方法によれば、接続を行う一対の管材間に熱源を配置
して各管端部を溶融し、その管端部の温度勾配の最大傾
きを４００℃／mm以上とした状態で突合せ接合を行うの
で、管端部の溶融量を従来に比して少なくすることがで
き、これにより突合せ時の内面ビードの突出高さを低く
抑えることが可能となる。しかも、管端面を傾斜面とし
たり、あるいは管端面の内面取り等の加工を行うことな
く、内面ビード高さを１mm以下に抑えることが可能で、
従って、接合強度上の信頼も高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施例の説明図
【図２】同じく説明図で、管端部の温度勾配を示すグラ
フ
【図３】同じく説明図
【図４】本発明方法の実施例で用いる配管材の管端面の
変形例を示す図
【符号の説明】
１，２ 管材（ＰＰＳ製） １ａ，２ａ 管端面 ３ ヒータ １１，１２ クランプ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂で成形された管材を突合せ
    融着によって接続する方法であって、接続を行う一対の
    管材の管端面間に熱源を配置してその各管端部を加熱溶
    融するとともに、この加熱により各管材の管端部のそれ
    ぞれに生じる温度変化で上記熱源側の管端面から当該管
    材の軸方向に沿って降下する温度勾配の最大傾きを４０
    ０℃／mm以上とした状態で、これら一対の管材の管端面
    を相互に突合せることを特徴とする熱可塑性樹脂管材の
    突合せ溶接方法。
JP6100981A 1994-05-16 1994-05-16 熱可塑性樹脂管材の突合せ溶接方法 Pending JPH07304101A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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