(57)【要約】【課題】特別なジョイント材を必要とすることなく、接合面を瞬時に溶融凝固でき、接着剤やシールテープを必要としない実用的なパイプの接合方法及びパイプの接合装置を提供すること。【解決手段】ガス管や上下水道管等のパイプ１を例えば高密度のポリエチレン合成樹脂材料にて形成する。このパイプ１は内径及び外径が同一であり、先ず２本のパイプ１、１の開口端面を長手方向（パイプの長さ方向）と直角に加工して両パイプ１、１を突き合わせる。そして、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら、両パイプ１、１の突き合わせ部に外方からエネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項２】
熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項３】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面を長手方向と直角に加工して両パイプを突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項４】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプを突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながら開先面にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項５】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプ間に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項６】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面の全部又は一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプを突き合わせ、この両パイプの突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項７】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工し、他方のパイプの開口端面外端部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工すると共に開口端面内端部を外径側より内径側に向けて閉じるように開先加工して、前記他方のパイプに前記一方のパイプを嵌合させ、この両パイプの嵌合されていない部分に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項８】
内径が異なる熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプに他方のパイプを嵌合させ、嵌合部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項９】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの接合側端部において外周部を切除して薄肉にし、他方のパイプの接合側端部において内周部を切除して薄肉にし、一方のパイプを他方のパイプに嵌合させて突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項１０】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの接合側端部において外周部を切除して薄肉にし、他方のパイプの接合側端部において内周部を切除して薄肉にし、前記一方のパイプの接合側端部の薄肉部に両パイプを溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高い円筒状のフィラーを外側から嵌合させ、このフィラーを介して一方のパイプを他方のパイプに嵌合させて突き合わせ、圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項１１】
同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの接合側端部の片半部を切除して、両パイプの残された片半部同士を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とするパイプの接合方法。
【請求項１２】
前記２本のパイプは、接合する端面にエネルギービームが浸透する粗さを有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパイプの接合方法。
【請求項１３】
前記両パイプと所定距離離れて円周上に複数の前記エネルギービーム発振源を配設して、前記エネルギービームを照射することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパイプの接合方法。
【請求項１４】
前記両パイプと所定距離離れて円周上に複数の光学素子を配設して、エネルギービーム発振源からのエネルギービームを各光ファイバーを介して前記各光学素子に導いて前記エネルギービームを照射することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパイプの接合方法。
【請求項１５】
前記両パイプと所定距離離れて円周上に導波路を配設し、この導波路にエネルギービーム発振源からのエネルギービームを導き、この導波路に所定間隔を存して開設された開口を介して前記エネルギービームを照射することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパイプの接合方法。
【請求項１６】
前記両パイプの回りを所定距離離れた状態で所定速度で移動するエネルギービーム発振源から前記エネルギービームを照射することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパイプの接合方法。
【請求項１７】
前記エネルギービームの照射による溶融部の酸化を防止するために前記エネルギービームの照射箇所に酸化防止気体を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のパイプの接合方法。
【請求項１８】
熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に複数のエネルギービーム発振源を配設して、前記突き合わせ部にエネルギービームを照射することを特徴とするパイプの接合装置。
【請求項１９】
熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に配設された複数の光学素子と、エネルギービームを発するエネルギービーム発振源と、前記光学素子に対応して設けられ前記エネルギービーム発振源からのエネルギービームを前記各光学素子に導いて前記突き合わせ部に照射するための複数本のファイバーとを設けたことを特徴とするパイプの接合装置。
【請求項２０】
熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に配設された導波路と、エネルギービームを発するエネルギービーム発振源とを備え、前記導波路に前記エネルギービーム発振源からのエネルギービームを導き、この導波路に開設された複数の各開口を介して前記突き合わせ部に前記エネルギービームを照射することを特徴とするパイプの接合装置。
【請求項２１】
熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部の回りを所定距離離れた状態で所定速度で移動するエネルギービーム発振源を設け、このエネルギービーム発振源からの前記エネルギービームを前記突き合わせ部に照射することを特徴とするパイプの接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本のパイプの接合方法及び接合装置に関し、詳述すれば、熱可塑性合成樹脂材料、例えばポリエチレン合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法及びパイプの接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、パイプ同士の接合は、以下のような方法により行なわれている。即ち、初めに接合すべきパイプの外径に一致する内径を持つジョイント材を使用して、嵌合部分を接着剤により接合する方法があるが、嵌合精度を確保したジョイント材が必要であり、接着剤を用いるので固着までの時間や管理を要するなどの工数が必要であり、接着強度も十分には確保できない。
【０００３】
また、同じく接合すべきパイプの外径に一致する内径を持つジョイント材を使用して、ジョイント材と両パイプに形成したネジ孔にネジを螺合して固定し、更にパイプ内を流れる流体がこの螺合部から漏洩しないようにシールテープを用いて接合するが、ネジ加工に手間と時間を要し、シールテープも必要となる。
【０００４】
また、接合すべきパイプの外径に一致する内径を持ち、且つ内部に加熱用電線を予め埋め込んだジョイント材を使用して、接合すべきパイプ同士をジョイント材に嵌合させた後に、加熱用電線によってジョイント材とパイプを溶着する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、加熱用電線を予め埋め込んでおくなどの特殊なジョイント材を必要とし、コスト高という問題もある。
【特許文献１】特公平８−３００４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明は、特別なジョイント材を必要とすることなく、接合面を瞬時に溶融凝固でき、接着剤やシールテープを必要としない実用的なパイプの接合方法及びパイプの接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため第１の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面を長手方向と直角に加工して両パイプを突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプを突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながら開先面にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプ間に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口端面の全部又は一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプを突き合わせ、この両パイプの突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工し、他方のパイプの開口端面外端部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工すると共に開口端面内端部を外径側より内径側に向けて閉じるように開先加工して、前記他方のパイプに前記一方のパイプを嵌合させ、この両パイプの嵌合されていない部分に溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高いフィラーを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、内径が異なる熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプに他方のパイプを嵌合させ、嵌合部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１４】
第９の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの接合側端部において外周部を切除して薄肉にし、他方のパイプの接合側端部において内周部を切除して薄肉にし、一方のパイプを他方のパイプに嵌合させて突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１５】
第１０の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、一方のパイプの接合側端部において外周部を切除して薄肉にし、他方のパイプの接合側端部において内周部を切除して薄肉にし、前記一方のパイプの接合側端部の薄肉部に両パイプを溶着するためのエネルギービームの波長に対する透過率の高い円筒状のフィラーを外側から嵌合させ、このフィラーを介して一方のパイプを他方のパイプに嵌合させて突き合わせ、圧縮応力を加えながら両パイプと前記フィラーの突き合わせ部に前記エネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１６】
第１１の発明は、同径部分を持つ熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの接合側端部の片半部を切除して、両パイプの残された片半部同士を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合することを特徴とする。
【００１７】
第１２の発明は、第１乃至第１１のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記２本のパイプは、接合する端面にエネルギービームが浸透する粗さを有することを特徴とする。
【００１８】
第１３の発明は、第１乃至第１１のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプと所定距離離れて円周上に複数の前記エネルギービーム発振源を配設して、前記エネルギービームを照射することを特徴とする。
【００１９】
第１４の発明は、第１乃至第１１のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプと所定距離離れて円周上に複数の光学素子を配設して、エネルギービーム発振源からのエネルギービームを各光ファイバーを介して前記各光学素子に導いて前記エネルギービームを照射することを特徴とする。
【００２０】
第１５の発明は、第１乃至第１１のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプと所定距離離れて円周上に導波路を配設し、この導波路にエネルギービーム発振源からのエネルギービームを導き、この導波路に所定間隔を存して開設された開口を介して前記エネルギービームを照射することを特徴とする。
【００２１】
第１６の発明は、第１乃至第１１のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記両パイプの回りを所定距離離れた状態で所定速度で移動するエネルギービーム発振源から前記エネルギービームを照射することを特徴とする。
【００２２】
第１７の発明は、第１乃至第１１のいずれかのパイプの接合方法に係る発明において、前記エネルギービームの照射による溶融部の酸化を防止するために前記エネルギービームの照射箇所に酸化防止気体を供給することを特徴とする。
【００２３】
第１８の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に複数のエネルギービーム発振源を配設して、前記突き合わせ部にエネルギービームを照射することを特徴とする。
【００２４】
第１９の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に配設された複数の光学素子と、エネルギービームを発するエネルギービーム発振源と、前記光学素子に対応して設けられ前記エネルギービーム発振源からのエネルギービームを前記各光学素子に導いて前記突き合わせ部に照射するための複数本のファイバーとを設けたことを特徴とする。
【００２５】
第２０の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部と所定距離離れて円周上に配設された導波路と、エネルギービームを発するエネルギービーム発振源とを備え、前記導波路に前記エネルギービーム発振源からのエネルギービームを導き、この導波路に開設された複数の各開口を介して前記突き合わせ部に前記エネルギービームを照射することを特徴とする。
【００２６】
第２１の発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合装置であって、前記両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせた突き合わせ部の回りを所定距離離れた状態で所定速度で移動するエネルギービーム発振源を設け、このエネルギービーム発振源からの前記エネルギービームを前記突き合わせ部に照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
特別なジョイント材を必要とすることなく、接合面を瞬時に溶融凝固でき、接着剤やシールテープを必要としない実用的なパイプの接合方法及び接合装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について説明する。パイプの接合方法の第１の実施形態について、図１に基づき説明する。先ず、１はガス管や上下水道管等のパイプであり、熱可塑性合成樹脂、具体的にはポリオレフィン系の合成樹脂である、例えば本実施形態ではポリエチレン合成樹脂材料にて形成される。
【００２９】
なお、前記パイプ１は塩化ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂などの熱可塑性合成樹脂材料で作製されるが、一般にはガス管には中密度のポリエチレン合成樹脂材料が、上下水道管には高密度のポリエチレン合成樹脂材料が使用される。
【００３０】
このパイプ１は内径及び外径が同一であり、先ず２本のパイプ１、１の開口端面を長手方向（パイプの長さ方向）と直角に加工して両パイプ１、１を突き合わせる。そして、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら、両パイプ１、１の突き合わせ部に外方からエネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００３１】
そして、前記エネルギービーム２はレーザビームであり、そのレーザ発振源は半導体レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどが考えられる。
【００３２】
このパイプの接合方法の第１の実施形態によれば、各パイプ１のレーザに対する吸収係数が一定であるため、深さ方向にもエネルギービーム２が伝送されると同時に吸収が行なわれ、発熱することにより開先面が加熱して溶融すると同時に、パイプ１、１同士に加わる圧縮応力により、溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００３３】
このアシストガスは、酸化を防止したり還元させるために窒素ガスや、窒素及びアルゴン等の混合ガスであり、溶融部の冷却と同時に溶融部の酸化を防止し、伝送光学系やレーザ発振源の保護効果をも奏する。
【００３４】
次に、図２乃至図５に基づき、第２の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第２の実施形態は、長手方向（パイプの長さ方向）と直角に切断加工された両パイプ１、１の開口端面を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプ１、１を突き合わせ（図２参照）、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながら開先面１Ａ、１Ａにエネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する方法である。この照射は、開先面１Ａ、１Ａ全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００３５】
この両パイプ１、１の開口端面を内径側より外径側に向けて開くように加工した開先角度は、数度〜数十度程度であり、図３に示すように、エネルギービーム２の照射によって、溶融が開始し粘性が増すと、圧縮応力により溶融部１Ｂ、１Ｂが潰れながら突き合わせ部から一体化が開始して、図３から図４の状態となる。
【００３６】
そして、一体化は開先面外側に向かって進み、やがて図５に示すように、接合が十分となる。この状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部１Ｂ、１Ｂの冷却が行なわれる。
【００３７】
次に、図６に基づき、第３の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第３の実施形態は、両パイプ１、１間に溶着するためのエネルギービーム２の波長に対する透過率の高い円筒状のフィラー３を介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプ１、１と前記フィラー３の突き合わせ部に前記エネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００３８】
即ち、このパイプ１、１の開口端面は長手方向（パイプの長さ方向）と直角に加工して、両パイプ１、１間に両パイプ１、１と同径の円筒状のフィラー３を介在させて挟み込んで圧縮応力を加えながら両パイプ１、１と前記フィラー３の突き合わせ部に前記エネルギービーム２を照射する。
【００３９】
この場合、エネルギービーム２を開先面に照射するため、図６の矢印に示すように、斜め上方から照射する。前記フィラー３は、前記エネルギービーム２に対し十分に透過率が高く、且つパイプ１、１との溶着性に優れ、また機械的特性や化学的特性に優れた材料を材料を選択するが、前記パイプ１、１と同様に、合成樹脂、具体的にはポリオレフィン系の合成樹脂である、例えば高密度のポリエチレン合成樹脂材料にて形成される。
【００４０】
また、場合によっては、吸収剤などの機能材料を前記フィラー３とパイプ１、１との間に挟み込んだり、前記フィラー３とパイプ１、１の接触面に塗布しても良い。これにより、エネルギービーム２のパイプやフィラーへの吸収が促進される。この吸収剤は、炭素粉末やニッケル粉末などの金属粉末で作製したペースト状のものを塗布ものを使用することが望ましいが、吸収率が高いならば前記フィラー３やパイプ１、１と同様な合成樹脂材料でもよい。
【００４１】
そして、エネルギービーム２が照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー３とパイプ１、１の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー３とパイプ１、１の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００４２】
次に、図７に基づき、第４の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第４の実施形態は、両パイプ１、１の開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプ１、１を突き合わせ、この両パイプ１、１の突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービーム２の波長に対する透過率の高い断面が三角形のリング状のフィラー３Ａを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプ１、１と前記フィラー３Ａの突き合わせ部に前記エネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００４３】
前記フィラー３Ａは断面が三角形状を呈したリングで、両パイプ１、１の開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工されて形成された空間部を埋めるように嵌められる。
【００４４】
そして、エネルギービーム２がフィラー３Ａ全体（フィラー３Ａとパイプ１、１との突き合わせ部を含めた）に照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー３Ａ自体、このフィラー３Ａとパイプ１、１の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー３Ａとパイプ１、１の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００４５】
次に、図８に基づき、第５の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第５の実施形態は、両パイプ１、１の開口端面の一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工して両パイプ１、１を突き合わせ、この両パイプ１、１の突き合わせされていない部分に溶着するためのエネルギービーム２の波長に対する透過率の高い断面が三角形のリング状のフィラー３Ｂを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプ１、１と前記フィラー３Ｂの突き合わせ部に前記エネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００４６】
前記フィラー３Ｂは断面が三角形状を呈したリングで、両パイプ１、１の開口端面の一部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工されて形成された空間部を埋めるように嵌められる。
【００４７】
そして、エネルギービーム２がフィラー３Ｂ全体（フィラー３Ｂとパイプ１、１との突き合わせ部を含めた）に照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー３Ｂ自体、このフィラー３Ｂとパイプ１、１の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー３Ｂとパイプ１、１の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００４８】
次に、図９に基づき、第６の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第６の実施形態は、一方（右方）のパイプ１の開口端面の全部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工し、他方（左方）のパイプ１の開口端面外端部を内径側より外径側に向けて開くように開先加工すると共に開口端面内端部を外径側より内径側に向けて閉じるように開先加工して、前記左方のパイプ１に前記右方のパイプ１の一部を嵌合させ、この両パイプ１、１の嵌合されていない部分に溶着するためのエネルギービーム２の波長に対する透過率の高い断面が三角形のリング状のフィラー３Ｃを介在させて圧縮応力を加えながら両パイプ１、１と前記フィラー３Ｃの突き合わせ部に前記エネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する方法である。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００４９】
前記フィラー３Ｃは断面が三角形状を呈したリングで、両パイプ１、１の開口端面の外径側に向けて開くように開先加工されて形成された空間部を埋めるように嵌められる。
【００５０】
そして、エネルギービーム２がフィラー３Ｃ全体（フィラー３Ｃとパイプ１、１との突き合わせ部を含めた）に照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー３Ｃ自体、このフィラー３Ｃとパイプ１、１の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー３Ｃとパイプ１、１の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００５１】
なお、以上の第４から第６の実施形態よっても、第３の実施形態で説明した吸収剤などの機能材料を前記フィラーとパイプ１、１との間に挟み込んだり、前記フィラーとパイプ１、１の接触面に塗布しても良い。これにより、エネルギービーム２のパイプやフィラーへの吸収が促進される。
【００５２】
次に、図１０に基づき、第７の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第７の実施形態は、合成樹脂、具体的にはポリオレフィン系の合成樹脂である、例えば高密度のポリエチレン合成樹脂材料にて形成された内径が異なる２本のパイプ１０、１１の接合方法である。
【００５３】
即ち、一方（右方）のパイプ１０と、このパイプ１０の内径より外径が少し小径（略同径）の他方（左方）のパイプ１１とを備え、一方（右方）のパイプ１０に他方（左方）のパイプ１１を嵌合させ、その嵌合部にエネルギービーム２を照射して両パイプ１０、１１を接合する方法である。この照射は、嵌合部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００５４】
そして、エネルギービーム２の照射により吸収が行なわれ、発熱することにより嵌合部Ａが加熱して溶融すると同時に溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００５５】
次に、図１１に基づき、第８の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第８の実施形態は、内径及び外形が同一の２本のパイプ１、１の接合方法である。先ず、一方（左方）のパイプ１の接合側端部において外周部を全周に亘って切除して薄肉にして嵌合部１Ｃを形成し、他方（右方）のパイプ１の接合側端部において内周部を全周に亘って切除して薄肉にして被嵌合部１Ｄを形成する。
【００５６】
そして、一方のパイプ１の嵌合部１Ｃを他方のパイプ１の被嵌合部１Ｄに嵌合させて突き合わせ、この突き合わせ面に圧縮応力を加えながら突き合わせ部にエネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００５７】
そして、エネルギービーム２の照射により吸収が行なわれ、発熱することにより嵌合部が加熱して溶融すると同時に溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００５８】
次に、図１２に基づき、第９の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第９の実施形態は、内径及び外形が同一の２本のパイプ１、１の接合方法である。先ず、一方（左方）のパイプ１の接合側端部において外周部を全周に亘って切除して薄肉にして嵌合部１Ｃを形成し、他方（右方）のパイプ１の接合側端部において内周部を全周に亘って切除して薄肉にして被嵌合部１Ｅを形成する。この場合、嵌合部１Ｃより被嵌合部１Ｅの長さを短く形成する。
【００５９】
そして、前記一方のパイプ１の接合側端部の嵌合部１Ｃに両パイプ１、１を溶着するためのエネルギービーム２の波長に対する透過率の高い円筒状のフィラー３Ｄを外側から嵌合させ、このフィラー３Ｄを介して一方のパイプ１の嵌合部１Ｃを他方のパイプ１の被嵌合部１Ｅに嵌合させて突き合わせ、圧縮応力を加えながらフィラー３Ｄを挟んだ状態で両パイプ１、１と前記フィラー３Ｄの突き合わせ部に前記エネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００６０】
そして、エネルギービーム２が照射されると同時に吸収が行なわれ、前記フィラー３Ｄとパイプ１、１の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、前記フィラー３Ｄとパイプ１、１の溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００６１】
次に、図１３に基づき、第１０の実施形態について説明する。先ず、第１の実施形態と同一又は類似の番号は同一又は類似の機能を有するものとして、以下説明する。この第１０の実施形態は、内径及び外形が同一の２本のパイプ１、１の接合方法である。
【００６２】
先ず、一方（左方）のパイプ１の接合側端部において一定長さだけ片半部（上半部）を切除し、他方のパイプ（右方）１の接合側端部において一定長さだけ片半部（下半部）を切除する。そして、両パイプ１、１の残された片半部同士を突き合わせ、この突き合わせ部１Ｆ、１Ｆに圧縮応力を加えながらエネルギービーム２を照射して両パイプ１、１を接合する。この照射は、突き合わせ部全周に亘って満遍無く、略均一になされるよう、工夫される。
【００６３】
そして、エネルギービーム２が照射されると同時に吸収が行なわれ、両パイプ１、１の突き合わせ部が発熱することにより溶融すると同時に、圧縮応力により、溶融した合成樹脂材料同士が混合することとなる。この混合した状態で、エネルギービーム２の照射を停止し、前述の如く、アシストガスの供給により溶融部の冷却が行なわれる。
【００６４】
次に、図１４乃至図１７に基づき、エネルギービーム２の照射の方法について説明する。先ず、図１４に基づき、第１の照射方法を前述したパイプの接合方法の第１の実施形態に適用した例について説明する。
【００６５】
先ず、溶接品質が均等となるように、前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）と所定距離離れて円周上に略等間隔を存してエネルギービーム発振源５を配設する。
【００６６】
この方法は、エネルギービーム発振源５からのエネルギービーム２が満遍無く、均一に前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）に照射できるように、前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）と所定距離離れて円周上に略等間隔を存して複数のエネルギービーム発振源５を配設するものである。
【００６７】
なお、前記エネルギービーム発振源５は、半導体レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどが考えられる。
【００６８】
次に、図１５に基づき、第２の照射方法を前述したパイプの接合方法の第１の実施形態に適用した例について説明する。
【００６９】
先ず、前記両パイプ１、１と所定距離離れて円周上に略等間隔を存して光学素子であるレンズ１５を配設する。そして、エネルギービーム発振源（図示せず）からのエネルギービーム２を各光ファイバー１６を介して前記各レンズ１５に導いて前記エネルギービーム２を照射する。
【００７０】
この方法は、エネルギービーム発振源からのエネルギービーム２が満遍無く、均一に前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）に照射できるように、前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）と所定距離離れて円周上に略等間隔を存してレンズ１５を配設すると共にエネルギービーム発振源からのエネルギービーム２を各光ファイバー１６を介して前記各レンズ１５に導くようにしたものである。
【００７１】
次に、図１６に基づき、第３の照射方法を前述したパイプの接合方法の第１の実施形態に適用した例について説明する。先ず、前記両パイプ１、１と所定距離離れて円周上に光学素子である導波路２０を配設し、この導波路２０にエネルギービーム発振源５からのエネルギービーム２を導き、この導波路２０に所定間隔を存して開設された開口２１を介してエネルギービーム２を照射する方法である。
【００７２】
前記導波路２０は、円筒状を呈し、その内面がエネルギービーム２を反射する金属材料のコーティングを施した光学ガラス等の光学材料で構成する。
【００７３】
従って、エネルギービーム発振源５からのエネルギービーム２を導波路２０に導き、各開口２１を介して、満遍無く、均一に前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）に照射できる。
【００７４】
次に、図１７に基づき、第４の照射方法を前述したパイプの接合方法の第１の実施形態に適用した例について説明する。先ず、前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）と所定距離離れて円周上に略等間隔を存して複数のエネルギービーム発振源５を配設する。
【００７５】
そして、前記両パイプ１、１の回りを所定距離離れた状態で各エネルギービーム発振源５を所定速度で移動させながら、エネルギービーム２を照射させる。これにより、満遍無く、均一に前記両パイプ１、１（その突き合わせ部）に照射できる。
【００７６】
なお、なお、以上説明した第１乃至第４の照射方法は、第１の実施形態に限らず、第２乃至第７の実施形態についても適用できる。
【００７７】
また、以上の実施形態において、前記パイプ１、１０、１１の接合する端面には、エネルギービーム２が浸透する粗さ（Ｒｏｕｇｈ  ａｖｅｒａｇｅが直径１０〜１００μｍ程度の粗さ）が形成されているものとする。これにより、エネルギービーム２が照射される面積を多くすることができると共に、溶融混合が促進され易く、接合をより強固なものとすることができる。
【００７８】
なお、第１乃至第６の実施形態において、パイプ１の外径は５０ｍｍで、内径が４０ｍｍであって、突き合わせ端部から３ｍｍ程度軟化させて溶着させると、接合が十分なものとなる。
【００７９】
この場合、ポリエチレン合成樹脂材料製のパイプ１の融点は１６５℃、比重が０．９１、比熱は０．４１であり、溶融させる体積は（２．５×２．５×π×０．３）から（２×２×π×０．３）を差引いた値であり、約２．１２ｃｍ３となる。溶融に必要なエネルギ−は、２．１２（体積）×１６５（上昇させる温度）×０．４１（比熱）÷４．２（１ｃａｌ＝４．２ジュール）であり、３４．１５ジュールとなる。
【００８０】
均一な加熱が可能で、パイプに対するエネルギーの吸収率が１００％であると仮定すると、約４０ｗのレーザ発振源を使用すると、１秒間で溶融可能となる。但し、内部への熱拡散を考慮していないため、更に吸収率や熱源の不均一性を考慮すると、８０〜１０００Ｗ程度のものが必要と考えられる。
【００８１】
以上のように本発明は、熱可塑性合成樹脂材料で作製された２本のパイプの接合方法であって、両パイプの開口側端部の全部又は一部を突き合わせ、この突き合わせ部に圧縮応力を加えながらエネルギービームを照射して両パイプを接合するようにしたが、この場合、突き合わせの構造・方法によっては必ずしも、前記突き合わせ部に圧縮応力を加えない状態でエネルギービームを照射してもよい。
【００８２】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】パイプの接合方法の第１の実施形態を説明するための一部破断せる両パイプの正面図である。
【図２】パイプの接合方法の第２の実施形態を説明するための両パイプの縦断正面図である。
【図３】エネルギービームの照射による変化を示すための図２の部分拡大図である。
【図４】同じくエネルギービームの照射による変化を示すための図２の部分拡大図である。
【図５】同じくエネルギービームの照射による変化を示すための図２の部分拡大図である。
【図６】パイプの接合方法の第３の実施形態を説明するための一部破断せる両パイプの正面図である。
【図７】パイプの接合方法の第４の実施形態を説明するための一部破断せる両パイプの正面図である。
【図８】パイプの接合方法の第５の実施形態を説明するための一部破断せる両パイプの正面図である。
【図９】パイプの接合方法の第６の実施形態を説明するための一部破断せる両パイプの正面図である。
【図１０】パイプの接合方法の第７の実施形態を説明するための一部破断せる両パイプの正面図である。
【図１１】パイプの接合方法の第８の実施形態を説明するための両パイプの縦断正面図である。
【図１２】パイプの接合方法の第９の実施形態を説明するための両パイプの縦断正面図である。
【図１３】パイプの接合方法の第１０の実施形態を説明するための両パイプの斜視図である。
【図１４】第１の照射方法を説明するための図である。
【図１５】第２の照射方法を説明するための図である。
【図１６】第３の照射方法を説明するための図である。
【図１７】第４の照射方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８４】
１              パイプ
１Ａ            開先面
１Ｂ            溶融部
２              エネルギービーム
３              フィラー
３Ａ            フィラー
３Ｂ            フィラー
３Ｃ            フィラー
５              エネルギービーム発振源
１０、１１      パイプ
１５            レンズ
１６            光ファイバー
２０            導波路
２１            開口
【図１】
2008001022.tif 000003
【図２】
2008001022.tif 000004
【図３】
2008001022.tif 000005
【図４】
2008001022.tif 000006
【図５】
2008001022.tif 000007
【図６】
2008001022.tif 000008
【図７】
2008001022.tif 000009
【図８】
2008001022.tif 000010
【図９】
2008001022.tif 000011
【図１０】
2008001022.tif 000012
【図１１】
2008001022.tif 000013
【図１２】
2008001022.tif 000014
【図１３】
2008001022.tif 000015
【図１４】
2008001022.tif 000016
【図１５】
2008001022.tif 000017
【図１６】
2008001022.tif 000018
【図１７】
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