(57)【要約】  本発明は、中空プロファイルを螺旋状に巻回すことによって製造された熱可塑性パイプを互いに接合するための方法と装置とに関する。本発明による方法は、両パイプの形成端面に適合可能であって加熱手段を備えた溶接型（５）を両パイプ（１）間の隙間に挿入し、両パイプ端部を加熱された溶接型に押し付けてパイプ端部の熱可塑性材料を加熱して接合面上の可塑性材料を可塑化し、溶接型（５）を両パイプ間から除去し、加熱されたパイプ端部同士を互いに対し押し付けて熱可塑性材を溶解させて溶接接合部を形成し、この溶接接合部を冷却させることを特徴とする。本発明による溶接型（５、５’）は、該溶接型が中空プロファイルの径方向側壁（６）に沿って切断されたパイプ端面の形状に適合可能なことを特徴とする。
2009500575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形の断面を有する中空プロファイル（２）を螺旋状に巻回すことによって製造された熱可塑性パイプ（１）同士を接合するための方法であって、
両熱可塑性パイプの端部を、該パイプが段状端面を受け入れ可能に形成するために、パイプ端部において前記プロファイルの径方向側壁に沿って該プロファイルを切断してパイプ端部（螺旋状部）のピッチ角（β）を略同じにするとともに、前記プロファイルの端部（３）を切断してその断面形状を同様に形成した接合相手パイプの端部に略一致させ、
その後、両接合パイプ（１）をパイプクランプに同軸・離間関係に配置・支持することによって、切断されたプロファイルの端部（３）同士を実質的に位置合わせする方法において、
形成された両パイプの端面に適合可能であって加熱手段を備えた溶接型（５）を両パイプ（１）の隙間に挿入し、
加熱した溶接型に両パイプ端部を押し付けパイプ端部の熱可塑性材料を溶接温度まで加熱することによって、接合面の熱可塑性材料を可塑化し、
前記溶接型（５）を両パイプの間から除去し、
加熱されたパイプ端部同士を押し付け、互いの熱可塑性材料を溶解させて溶接接合部を形成し、
前記溶接接合部を冷却させる、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記プロファイル（２）の端部（３）が直角又は鈍角（α）に切断され、この角度が両接合パイプの間で等しいことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記パイプ端部における前記プロファイル（２）の切断が、直前巻回部に固着されている該プロファイルの側壁の内面に沿って行われ、これにより２つの側壁間の厚みに亘る端面を形成することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、両パイプ（１）の切断プロファイル端部（３）が両パイプ接合後の別の作業段階において互いに接合されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、両パイプ（１）のプロファイル端部（３）が溶接によって、好適には押し出し溶接によって接合されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記プロファイル（２）の切断端部（３）の穴が、前記パイプ端部の形成に伴って閉鎖されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記閉鎖が、前記切断プロファイル端部（３）に可塑性プレートを溶接することによって行われることを特徴とする方法。
【請求項８】
中空プロファイル（２）を螺旋状に巻回すことによって製造された２つの熱可塑性パイプを接合するための溶接型（５、５’）であって加熱手段を備えたものにおいて、
前記溶接型が、前記中空プロファイルの径方向側壁（６）に沿って切断されたパイプ端面の形状に適合可能なことを特徴とする溶接型。
【請求項９】
請求項８に記載の溶接型であって、前記溶接型が切断リングプレートとして形成されていることを特徴とする溶接型。
【請求項１０】
請求項９に記載の溶接型であって、更に、前記切断リングプレートの端部同士の軸心方向距離の調節、固定又はその両者を行うための手段（２４）を有することを特徴とする溶接型。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の溶接型であって、更に、前記切断リングプレートの端部同士を接合するための手段（２４、２４’）を備え、この手段が好適には加熱可能なことを特徴とする溶接型。
【請求項１２】
請求項８又は１１に記載の溶接型（５’）であって、前記中空プロファイル（２）の端部（３）の断面形状に対して適合可能であることを特徴とする溶接型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、略矩形の断面を有する中空プロファイルを螺旋状に巻回すことによって製造された熱可塑性パイプ同士を接合するための方法に関する。本発明は、また、中空プロファイルを螺旋状に巻回すことによって製造されたパイプ同士を接合するための装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
中空プロファイルからパイプを製造することは、この中空プロファイルを螺旋状に巻回し、各巻回部を直前巻回部に、例えば溶接等により固着することによって可能である。螺旋巻きによって製造したパイプをその軸心に対して直角に切断するとパイプ端部の端面にはその巻回プロファイルのピッチに因り溝状の凹部が形成され、この凹部が、パイプ外周部の大部分に沿って延出するとともに、プロファイルの螺旋状通路の中まで通る。このようなパイプ端部の構造は不規則であり、隙間のない（solid）壁部を有するパイプよりも弱体であるため、隙間のない壁を接合するのに使用する、例えば従来の突合せ溶接（butt welding）等の方法によってはパイプ同士を接続することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
螺旋巻きによって製造したパイプ同士の接合に広く使用されている方法の１つは、スリーブジョイントを使用する方法である。しかしながら、シーリングを介して作るジョイントには溶接ジョイントほどの強度がないため、ジョイントがタイトなものになるかどうかは使用するゴムシーリングによって左右される。螺旋巻きによって製造したパイプ同士の接合に使用されているもう１つの方法は、パイプのねじ溝を利用したネジジョイントを使用する方法である。しかし、ネジジョイント自体には防水性はない。また、この種のパイプ同士の接合は、特にネジジョイントとの併用で、両パイプの外表面にカラーを使用することによっても可能である。しかし、このようなカラーは金属製であることが多いため、屋外用途のパイプとしては最善の選択肢でない。また、特に比較的大径のパイプは、押し出し溶接（extrusion welding）によって互いに接合される。この溶接は、適切な専用装置によって機械的に行うか、又は手作業で行うことが可能である。押し出し溶接においては、接合する両パイプ端部を螺旋巻きプロファイルの側壁に沿って切断し、プロファイル端部を所定角度で切断する。その後両パイプを位置合わせし、付き合わせ、パイプの外面、内面又は両面から手作業又は機械で押し出し溶接する。しかしながら、屋外用の溶接装置は特殊技術に属する。手作業溶接の出来は溶接者の技量によって左右される。また、外面から行う手作業溶接には十分な空間も必要である。パイプ下面の溶接には、パイプを持ち上げるか又はパイプの下部に穴を形成することが必要になるからである。
【０００４】
上述した種々の方法に関連する問題点を解消するために、種々の方法が、特に電気溶接法が開発された。この方法では、熱可塑性材料でカバーした電気抵抗を予めトリミングした両パイプ端部の間に置き、加熱状態の電気抵抗によって、その可塑性カバー部（plastics mantle）と、両接合パイプ端面とを溶解させる。抵抗ワイヤ及びその可塑性カバーは、パイプ端部同士を接続したジョイント内に残る。この方法に関連した問題点の１つは、特に、ジョイントの仕上がり品質が不均一になることにあった。抵抗ワイヤによって溶解する可塑性材料はごく少量であることから、例えば両パイプ端面が不均一な場合には、接合不良が生じやすい。また、抵抗ワイヤ又は余剰溶融可塑材料を接合パイプ間に維持するためには、接合作業中、追加の底部支持体（root support）を介して両パイプを注意深く位置合わせし、支持しなければならない。
【０００５】
上述した全ての接合方法では大きな手間と時間をかけねば十分な強度の接合部を作ることができず、更に、これらの方法の中には特殊な装置を必要とするものもある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、必要な下準備がより少なく、溶接作業の間に必要な作業段階もより少ない方法を提供することにある。この目的は、請求項１に記載の方法によって達成されるとともに、請求項８に記載の装置によって達成される。
【０００７】
本発明の方法を使用することによって可能になることの中には、既存の型溶接装置（mirror welding equipments）を利用可能なこと、及び、強力でタイトなパイプ接合部が得られることが挙げられる。この方法を使用することによって、パイプの接合を、両接合パイプ端部の材料を接合部の主成分として行うことが可能になる。また、パイプの接合に必要な精度が既存の接合方法より低くてもよくなるため、現場でのパイプ接合作業がより迅速になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を、添付図面を参照しながらより詳細に説明する。
【０００９】
図１は、両接合パイプ端部の概略側面図であって、両端部の間に、本発明の一実施形態による溶接型（welding mirror）５を配置して示す図である。両パイプの断面は、好適には円形又は実質的に円形である。本発明の一実施形態によれば、２本の熱可塑性パイプ１が、略矩形断面の中空プロファイル２を螺旋状に巻回し、各巻回部を直前巻回部に溶接することによって製造されており、これらのパイプ１は以下の方法によって互いに接合される。
【００１０】
両接合パイプ端部は、パイプ略全周に螺旋状に巻回されたプロファイル２の径方向側壁６に沿って切断することによって切断パイプ端部（螺旋部）のピッチ角（β）を互いに略同じするとともに、プロファイル２の端部を切る線３に沿っても切断する。プロファイル２の端部の断面３の形状は、同様に形成した接合相手パイプの端部に実質的に対応している。
【００１１】
好適には、両パイプ端部はプロファイル２の、直前巻回部に固着された側壁の内面に沿って切断され、その結果、２つの側壁間の厚みに亘るパイプ端部が形成される。断面３はプロファイル２の端部を好適には直角又は鈍角（α）で切断し、この角度は好適には両パイプ端部において同じ又は実質的に同じである。
【００１２】
好適には、中空プロファイルは略矩形の断面形状を有する。中空プロファイルの断面は、２つの直線状の対辺を有する一方、両対辺を接続する辺の一方又は両方については直線状にする代わりに湾曲形状にすることも、又は角曲形状にすることも可能である。両対辺を略平行直線状にすることによって、上述した通り中空プロファイルを螺旋状に巻回して作ったパイプの、該プロファイルに径方向側壁が形成される。
【００１３】
プロファイル２の切断端部の穴は切断端部の形成に伴って閉鎖することが可能であり、これは例えば、穴に対する熱可塑性プレートの溶接、穴への可塑性材料の注入、又は、例えばフィンランド特許第２００３１５６２号に記載のような閉栓（plugging）等のその他の適切な方法によって行われる。この方法は特に、両パイプの接合後であっても使用に適している。
【００１４】
その後、２つのパイプ１は、例えば従来技術による型溶接装置又は型溶接台（mirror welding equipment or table）の、パイプクランプ１０等の外部からのパイプ支持体の中に、同軸・離間関係に配置される。パイプクランプとパイプとの間にアダプタを使用することによって、種々のサイズ（呼び径（nominal diameter））のパイプについて同じパイプクランプを使用することが可能である。切断後のプロファイル端部同士が位置決めされると実質的な突合せ状態になるが、実際に突合せされる実施形態もあれば互いに離間した実施形態もあり、後者の場合の離間距離は溶接型の接続部分の厚みに対応させるのが有利である。その後、両パイプはパイプクランプ１０内で固定される。両パイプクランプ１０は、パイプを軸心方向に移動可能に構成された油圧式シリンダ装置１１を介して互いに連結されている。
【００１５】
両パイプの切断面に適合されるとともに加熱手段を備えた溶接型５は、溶接温度まで加熱され、両パイプ１の端面の隙間に挿入される。溶接型５は電源１２に接続することが可能である。この溶接型の支持は、例えば、リフト手段を介して支持体７を該溶接型に取り付けることによって行われる。これに代え、下側から溶接型を支持してもよい。溶接型は、パイプ切断端部において、プロファイルの側面の略全長に亘って、かつ少なくとも該側面の幅に亘って延出するように寸法設定されている。図１に示す実施形態においては、溶接型５は、パイプの既製径方向端面６と実質的に同じピッチ角（β）を有する。その後、両パイプ端部が、これらの間に挿入された溶接型５又は相手パイプ端部に向けパイプ端部をプレスする油圧シリンダ装置１１を介して、加熱溶接型５に押し付けられると、両パイプ１の端面における熱可塑性材料が溶接温度まで加熱されて可塑性になる。これに代え、溶接型をフレキシブル構造にし、該溶接型が両パイプ端部間でプレスされるとパイプ端部のピッチ角に自動的に適合するように構成してもよい。適切な加熱・プレス時間の後、プレス作業が停止すると、溶接型は両パイプ端部間の位置から除去される。その後、両パイプ端部を互いに対してプレスして熱可塑性材料を共に溶解させて溶接接合部を形成した後、この溶接接合部を冷却させる。溶接接合部の冷却は、例えば、これに空気流を向けることによっても可能である。最後に、切断されたプロファイル端部を互いに接合すると、接合部が完成する。プロファイル端部同士の接合は、例えば、押し出し溶接（extrusion welding）、電気溶接、又は、フィンランド特許出願第２００３１５６２号に開示されている方法を使用したスリーブ溶接、等の溶接によって行われる。
【００１６】
重要なのは、上述したように切断・形成された中空構造パイプのパイプ端部を加熱して軟化させる時、両パイプ端部の加熱及びこれによる中空パイプ壁構造の軟化が実質的に接合面にしか発生しない点である。そのようにしなければ、パイプの内面、外面又は両面の構造は、言い換えればプロファイルのパイプ軸心に平行な側壁は、加熱のプレス段階又は接合段階の間に破壊するおそれがある。特に、選択されるプレス圧は、パイプの径、パイプの剛性、プロファイルの壁厚及び切断プロファイルの角度による影響を受ける。尚、この出願では、パイプの径に１つの値のみが与えられている場合には、パイプの内径（ｍｍ）の意味である。
【００１７】
我々の研究では、本発明による方法において加熱及び接合に使用するのに適したプレス圧は、ＰＥ−ＨＤ（高密度ポリエチレン）パイプ（パイプＤＮ５６０／５００、ＳＮ４）については０．４〜１．０ ｂａｒ、特に０．５〜０．８ ｂａｒ、にするのが好適であることが発見された。上述したパイプの場合には、両パイプ端部を加熱された溶接型に対して押し付けること（加熱段階）に適した時間は約３〜５分間であり、加熱された両パイプ端部を好適には２０〜３０分間互いに押し付け（接合段階）、接合部の可塑性材料を冷却させる。より大きなパイプの場合には、特にＤＮ≧１０００のパイプサイズの場合には、加熱段階、接合段階又は両段階の間のプレス圧は少なくとも１ｂａｒとするのが好適であり、特に好適なのは１．０〜１．５ ｂａｒである。ＤＮ１４００のパイプサイズの場合には、プレス圧は１．０〜１．８ｂａｒの範囲にするのが好適である。加熱された溶接型の温度は、特にＰＥ−ＨＤ可塑性材料の場合には、好適には２１０±１０℃である。使用する温度は、使用する可塑性材料（例えばポリプロピレン、ＰＥ−ＭＤ）に応じて選択される。
【００１８】
必要なプレス時間、プレス圧又は両者の推定は、パイプの加熱端面に隆起部（ridge）として形成される溶融可塑材料の量から可能である。本発明による方法においては、その推定は、例えば径方向の隆起部に基づいて行うことができる。隆起部は、パイプ端部の全周に亘って形成されるはずである。この隆起部は、そのままその場所に残してもよいし、又は、これを成形（平滑化）あるいは切除してもよい。
【００１９】
本発明による方法等に使用される本発明による溶接型は、中空プロファイルの径方向側壁に沿って切断されたパイプ端面の形状に適合可能であり、かつ、加熱手段（例えば加熱カートリッジ、抵抗部材）を備える。溶接型の内部には、該溶接型の加熱のための手段が配置されている。一実施形態によれば、溶接型は切断リングプレートの形状を有する。図２は、接合対象の熱可塑性パイプ端部１’の一部と、別実施形態による溶接型とを示す概略側面図であり、ここでは溶接型５’は両パイプの既製端面に適合され、かつ、リングプレートの端部（２５、２５’）が互いに固定的に接続されている。別の実施形態においては、リングプレートの両端部（２５、２５’）は、それらの軸心方向距離、すなわちパイプ軸心方向の距離、が調節可能な状態で互いに接続されている（図１）。具体的には、リングプレート端部間の距離を調節することによって、リングに対するピッチ角が、接合パイプ端部における螺旋部のピッチβに実質的に対応する。好適には、切断リングプレートの両端部を接続する部材２４がリングプレートの内周部に設けられるか、又は特別な場合には外周部に設けられる（図１）。別実施形態においては、リングプレートの両端を接続する部材２４’が加熱可能であり（図２）、これによりプロファイルの切断端部３’に特に適合し、端部３’間に配置可能なものになる。その際、プロファイルの切断端部間の接合部は、パイプの切断面においてプロファイルの側面と同時に溶接することができる。切断リングプレートの両端部は、好適には鈍角の関係で互いに接続されるが（図２）、特別な場合には端部に対し直角の関係で互いに接続される（図１）。
【００２０】
図３は、本発明による、切断リングプレートの形態をとった溶接型３０の概略図であって、パイプ端部のピッチに応じてこの溶接型３０を調節する前の図である。また図４は、本発明による溶接型３５の概略側面図であって、本発明により、接合パイプ端部の巻線（thread）のピッチに応じて適合・作製された状態を示す図である。加熱部材３５のピッチ角は、リングプレート両端部３６、３６’間の軸心方向距離ａ’を変えることによって調節又は設定される。リングプレートの両端部は接続部材３７によって接続されており。この接続部材３７は、ここではプレート状であり、リングプレートの外周に配置される。
【００２１】
上述した方法によって両パイプ端部のプロファイルの側面をまず加熱・接合し、その後プロファイル端部を別途加熱・接合する時には、加熱したパイプ端部同士を押し付ける際に捻り力を必要としないようにすると特に有利である。この場合、プロファイル２の端部の断面３の形状は、好適には９０度である。
【００２２】
溶接型によって両パイプ端面が全体的にすなわちプロファイル端部を含めて同時に加熱され、かつプロファイル端部３がプロファイル２を鈍角で切断する断面で切断される場合には、油圧シリンダ１１を使用するだけで切断プロファイル端部間に十分な圧縮力が得られ、接合作業が顕著に容易になる。角度αは、大きくなればなるほど溶接の結果はより良好になる。角度αは、１３５度又は１５０度にすると非常に良好な結果が得られる。他方、プロファイル２の加熱端部が、当該プロファイルを直角に切断する断面で切断される場合には、両パイプ端部を互いに押し付ける圧縮力に加えて、両切断プロファイル端部間には捻り力も作用させる必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】両接合パイプ端部と本発明による溶接型の一実施形態とを示す概略側面図
【図２】両接合パイプ端部と本発明による溶接型の別実施形態とを示す概略側面図
【図３】パイプ端部のピッチに応じて調節する前の、本発明による溶接型の概略図
【図４】両接合パイプ端部のピッチに対応するように適合された後の、本発明による溶接型の概略側面図
【図１】
2009500575.tif 000003
【図２】
2009500575.tif 000004
【図３】
2009500575.tif 000005
【図４】
2009500575.tif 000006
【国際調査報告】
2009500575.tif 000007
2009500575.tif 000008
2009500575.tif 000009
2009500575.tif 000010
2009500575.tif 000011