(57)【要約】【課題】接合部内壁面に段差が無く、且つ接合強度が優れた熱融着性管状体の接合体を提供する。【解決手段】例えば、図１に示すような立体構造面を有する接合面で相互に密接可能な端面を有する管状体の当該端面を相互に密接させ、その密接部分の内壁面側中空部に、接合時の加熱による熱膨張により密接部内壁面に内接して内面側から押圧し得る形状および寸法のチューブ状またはストランド状の内部支持体を挿入し、当該密接部の外周側に当該接合部外周にほぼ密着しうる管状の外部支持体を装着し、当該外部支持体および内部支持体を加熱することにより熱融着性管状体を構成する素材が融着可能な温度に加熱することにより得ることが出来る。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱融着性管状体同士が溶着または融着された接合部を有する接合体であって、肉部の接合面が軸方向成分を含む立体構造面であり且つ接合部内壁面に段差が無いことを特徴とする熱融着性管状体の接合体。
【請求項２】
立体構造面が接合体の軸方向に対して斜面となる面を一つ又は二つ以上含むことを特徴とする請求項１に記載の熱融着性管状体の接合体。
【請求項３】
斜面が軸方向となす傾斜角のうち鋭角である側の斜面の傾斜角が４５°以下であることを特徴とする請求項２に記載の熱融着性管状体の接合体。
【請求項４】
斜面が軸方向となす傾斜角のうち鋭角である側の斜面の傾斜角が３０°以下であることを特徴とする請求項２に記載の熱融着性管状体の接合体。
【請求項５】
立体構造面が、軸方向と平行な面を含むことを特徴とする請求項１に記載の熱融着性管状体の接合体。
【請求項６】
立体構造面が、長さが肉厚さの１．４倍以上の軸方向と平行な面を含むことを特徴とする請求項５に記載の熱融着性管状体の接合体。
【請求項７】
接合部の引っ張り強度が非接合部の強度より小さくないことを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか１つに記載の熱融着性管状体の接合体。
【請求項８】
熱融着性管状体の主成分がテトラフロオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選ばれる１種または２種以上の混合物であることを特徴とする請求項１から請求項７までの何れか１つに記載の熱融着性管状体の接合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、熱融着性管状体の接合体に関するものであり、詳しくは、接合部内面の平準性および接合強度が優れた熱融着性管状体の接合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、純水などの高純度液体の移送用プラスチックス管の接合部は、当該液体が滞留する原因となる接合部の段差の形成を防ぐため、例えば、接合時その軸方向に対して垂直な端面同士を接合する管の内部空間に、機械的にあるいは加圧空気等の圧力媒体を用いた拡張可能な内周面支持装置（例えば、特許文献１参照。）または圧力媒体によって膨張させることが出来る耐熱性エラストマー製の袋状内周支持装置（例えば、特許文献２参照。）を配置してそれぞれ接合部内壁面を押圧し、溶接完了後に当該内周面支持装置を復元変形させて縮小し、管状部材内部空間から取り出すことにより溶接領域に接合部内面から溶接ビードを突起させないで平滑な内壁面を形成したものが知られている。
【０００３】
あるいは、二つの管状体をその軸方向に対して垂直な端面同士が対峙する位置に配し、その対峙した管体の内側に、高温時には管体の内径寸法と略同じ外径を有するように形状を記憶させた後に低温時に管体の内径寸法より小径になるように変形されている形状記憶合金からなる芯体を配置し、当該管体の両端面を加熱溶融させると同時に該芯体を加熱することにより記憶形状に復帰させて管体の接合面の内側から押圧しつつ端面同士を突き合わせて溶接したもの（例えば、特許文献３参照。）が知られている。
【０００４】
さらに、接合部の管内部に治具を使用しない方法として、互いに両管の管端肉部を内壁面側で突出するように形成し、当該突出部で突き合わせて当該突き合わせ部の外周面側に三角状の空間を生じさせ、両管端部を互いに対向方向へ押圧しつつ溶融温度にまで加熱して溶融接着し、押圧により形成される塊部分を接合部分の上記の三角状の空間側にのみ流動させ、内面側を平滑にすることを目的としたプラスチック管の接合体（例えば、特許文献４参照。）が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０１−１１０１２７号公報
【特許文献２】
特開平０３−０９２３３５号公報
【特許文献３】
特開平０５−１０４６３２号公報
【特許文献４】
特開平０２−２６６１９１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１，特許文献２および特許文献３に記載の接合体は、接合が管の肉厚断面積のみで行われているため接合強度が元の管状体の強度より低下する事が多い。また、上記の特許文献４に記載の接合体は接合部の管内部に治具を使用しない方法で製造されたものであるため内壁面側への湾曲・突出が避けられず、接合部に段差が生じたり、接合部の平坦性あるいは平準性（内壁面の直線性）が不十分となっている。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、すなわち、その目的は、接合部内面の平準性および接合強度が優れた熱融着性管状体の接合体を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題の達成のため、種々検討を進めた結果、軸方向成分を有し、互いに密接しうる立体構造の接合用端面を有する両管状体の接合部を内壁面で段差が生じないように保持しつつ密接させ、且つ管の接合部内中空部に接合時の加熱による熱膨張により管の密接部内壁面に内接して押圧することが出来る内部支持体を挿入し、接合部分および内部支持体を加熱して接合することにより、上記の目的を達成することが出来ることを見出し、本発明に達したものである。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は、熱融着性管状体同士が溶着または融着された接合部を有する接合体であって、肉部の接合面が軸方向成分を含む立体構造面であり且つ接合部内壁面に段差が無いことを特徴とする熱融着性管状体の接合体に存する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本願発明の熱融着性管状体の接合体は、実質的に熱融着性プラスチックスから成る管状体同士が接合部で溶着または融着されて接合されて成る。
【００１１】
上記の接合体を構成する接合部の両側の管状部は実質的に熱融着性プラスチックスを主成分として構成されて成り、かかる熱融着性プラスチックスとしては、例えば、熱可塑性プラスチックスおよび熱溶融性フッ素樹脂が挙げられる。
【００１２】
上記の熱可塑性プラスチックスとしては、例えば、塩化ビニール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂およびこれらのコポリマー、ポリマーアロイが挙げられる。
【００１３】
また、上記の熱溶融性フッ素樹脂としては、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ樹脂）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ樹脂）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ樹脂）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ樹脂）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ樹脂）などが挙げられる。
【００１４】
上記の接合体を構成する接合部の両側の管状部は、共に通常チューブ又はパイプと呼ばれる全長が同じ形状のものであってもよいし、一方のみまたは両方が容器あるいは他の管状体などから突出した接合用管状部であってもよい。本発明において接合されている両管状部は開口形状が等しいものであるのであり、開口形状および外周形状が共に同一であるものが好ましい。
【００１５】
上記の管状部の開口形状は、通常、円形であるが特に円形に限定されず、例えば、楕円形、三角形、四角形、五角形以上の多角形、さらに異形であってもよく、また、多角形の角部は丸みを持たせたものでもよい。また、これらの管状体の内径および外径は特に制限されないが、通常内径が０．２〜７６ｍｍ、外径は０．５〜８０ｍｍ程度である。
【００１６】
前記の接合部の肉部の接合面は、軸方向成分を含む立体構造面であり、特に制限されるものではないが、例えば、図１に示す様な共通軸方向に対する傾斜角を有する円錐面で接合したもの、図２に示したような一方の端部肉部の外周側を円錐台状に先細り形状とし、他方の端部の内周面側を上記先端の外周半径と同じ半径で内部を同心円状に切削し、前者の先端を相手方の先端開口部を押し広げるように挿入して軸方向と垂直な面および円錐状斜面により接合したもの、あるいは図３に示したような一部を水平方向に薄く加工して軸方向に水平面で重ね合わせて軸方向と垂直な面および軸に平行な円周面で接合したものが挙げられる。さらに、図４に示したような肉厚部がＶ形突起とＶ形溝との嵌合関係となる形状で接合したものも適用することができる。
【００１７】
上記の接合部の斜面の鋭角側傾斜角度は、通常４５゜以下、好ましくは３０゜以下とされる。４５°を超える場合は傾斜面を形成することにより形成される接合面の延長効果が十分でなく、接合部強度の向上の効果が少ない。また、上記傾斜角により接合前の管状体端面の先端にＶ形嘴部が生じる場合は、その傾斜角は、通常１５°以上とするのが好ましい。１５°未満の場合は嘴部の末端が薄くなり過ぎて形状が定まりにくく接合部の内面に段差が生じやすい。
【００１８】
前記の接合部の一部が軸方向に水平な面での重ね合わせ関係となる形状の場合の重ね合わせ部分の長さは、通常、管状部の肉厚の１．４倍以上程度が好ましく、かつ、薄く加工された肉厚の１０倍程度以下となっているのが好ましい。肉厚の１．４倍未満では接合面の長さが十分でないため強度の向上が少なく、逆に薄く加工された肉厚の１０倍を超えると接合面が不安定に成りやすい。
【００１９】
上記の接合体の接合部内壁面にはいわゆる段差が無く、且つ引っ張り強度が非接合部以上であり、結果として接合による引っ張り強度の低下が無いという特徴を有する。上記の段差とは、本発明においては、接合部を挟む両管状部末端の内壁面を結ぶ基準面に対して接合部内壁面に生ずる山または谷を形成する急斜面であって、基準面から当該山へ登る角度または谷へ下る角度が１５°以上である場合に、段差があると定義し、その際、上記の基準面からの山の高さまたは谷の深さ（ｍｍ単位）を段差の高さとする。そして、本発明の接合体の接合部には上記の段差は無いという特徴を有する。
【００２０】
上記の熱融着性管状体の接合体を製造する方法は、特に制限されないが、例えば、図１〜４に示すような立体構造面を有する接合面で相互に密接可能な端面を有する管状体の当該端面を相互に密接させ、その密接部分の内壁面側中空部に、接合時の加熱による熱膨張により密接部内壁面に内接して内面側から押圧し得る形状および寸法のチューブ状またはストランド状の内部支持体を挿入し、当該密接部の外周側に当該接合部外周とほぼ密着しうる管状の外部支持体を装着し、当該外部支持体および内部支持体を加熱することにより熱融着性管状体を構成する素材が融着可能な温度に加熱することにより得ることが出来る。
【００２１】
前記の密接部の内壁面側中空部に挿入される内部支持体としては、接合時の加熱による熱膨張により密接部内壁面に内接して内壁面側から押圧し得る形状および寸法のチューブまたはストランドが使用される。かかる内部支持体を構成する材料としては、熱膨張係数が使用される熱融着性管状体の素材より大きく且つ溶融した管状体素材と離型性を有する物質が使用される。なお、前記の内部支持体の素材が前記の熱融着性管状体と、特に加熱時に、管状体と離型性が不十分である場合は、上記の熱融着性管状体と融着または溶着しない特性を有する塗料または薄膜により適宜表面を被覆することにより避けることが出来る。
【００２２】
係る内部支持体を構成する素材としては、特に制限されないが、中でもフッ素ゴム、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレンターポリマー）、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム）、シリコーンゴム等のエラストマー類が好適に例示される。上記の内部支持体の長さは、両管状体密接部分の長さを考慮して決定され、通常３０〜５０ｍｍ程度であるが、これより長くてもよい。
【００２３】
上記のエラストマー類は離型性と適度の柔軟性があり、熱膨張時の応力が柔軟であるため、ＰＦＡチューブ表面を過度な力で押圧することが無く、その結果、接合体の接合部内壁面は滑らかで適度な肉厚を保つことが出来る。さらに、内部支持体が上記のエラストマー類のチューブまたはストランドのように柔軟性がある場合は、接合される熱融着性管状体が湾曲している場合にも容易に挿入し、或いは取り出すことが出来るため、適用できる。
【００２４】
前記の密接部分の外側に装着される外部支持体は、通常、鉄、ステンレススティール、銅、アルミニウムなどの金属により構成され、接合の対象である管状体の当該密接部分をカバーする外側位置でほぼ外接しうる形状と内径の軸孔を持つように構成される。必要により２つ以上の割り形状にすることができる。
【００２５】
また、上記の外部支持体の外径寸法は、特に限定されず、例えば、全体として肉厚が５〜８ｍｍの円管状であってもよいし、あるいは外径が３０ｍｍ以上の円盤状であってもよい。また、上記の外部支持体の軸方向の長さ、すなわち上記の外部支持体の長さ或いは円盤の厚さは、両管状体密接部分の長さを十分カバーするように決定され、通常３０〜５０ｍｍ程度であるが、通常前記の内部支持体の長さと等しくされる。
【００２６】
また、上記の外部支持体の肉厚部には、加熱温度を制御するための熱電対などの温度検知素子を埋め込むことが好ましい。さらに、上記の外部支持体の肉厚部内に加熱素子を埋め込むことによって加熱機能を付加する事もできるが、加熱機能は別に外部支持体の外側を取り囲む形状の加熱装置として使用することが出来る。
【００２７】
上記の加熱装置は、特に限定されるものではないが、通常、鉄、ステンレススティール、銅、アルミニウムなどの金属により構成され、中心部に上記の外部支持体の外周面にほぼ外接する形状と内径の貫通孔を持つように形成される。上記の加熱装置の形状は、必要により２つ割り形状にすることができる。また、その外径寸法は、特に限定されず、例えば、５０〜１００ｍｍの円周面或いは多角形面でもよく、また、その厚さすなわち軸方向の長さも特に制限されないが、通常１５〜３０ｍｍであり、全体として円盤状であってもよい。
【００２８】
加熱素子を上記の外部支持体または加熱装置に組み込む場合は、外部支持体または加熱装置の円周方向の加熱温度がほぼ均一になるように複数個例えば３個以上の素子を埋め込むのが好ましい。また、上記の加熱素子に供給される電流を上記の温度検知素子と接続した温度調節装置により自動調節出来るように構成するのがより好ましい。
【００２９】
前記の熱融着性管状体の接合操作は、上記の両管状体の接合用末端端面を相互に密接させて密接部内壁面が軸方向に平準性を維持し得るようにし、当該密接部の内壁面側中空部に前記の内部支持体を挿入し、さらに前記の外部支持体を加熱することにより当該接合用端面密接部および上記の内部支持体を加熱し、加熱によって膨張した内部支持体によって当該密接部を内面から押圧しつつ当該密接部分を溶着または融着させて管状体を接合する。
【００３０】
上記の両管状体の端面を突き合わせる際、密接面が端面構造が軸方向成分を含むため、密接時の軸方向の押し圧力は小さく抑制することが出来る。この理由は、内部支持体が熱膨張して密接部を中心側から外周側に向かって押圧して密接面が押圧されるから、接合面に対する軸方向の圧力は軽度に抑えても密接面は十分密着して接合される。その結果接合部の軸方向の押圧力が小さくする事が出来るため肉部プラスチックスの厚み方向への盛り上がりが少なく、接合部内壁面は段差および凹凸が小さい平準面とすることが出来る。
【００３１】
上記の両管状体を加熱する温度は、両熱融着性管状体の接合端面密接部分が溶着または融着し得る温度であり、かかる温度は両熱融着性管状体の素材により調節されるが、例えば素材がＰＦＡ樹脂の場合は３００〜３５０℃である。なお、上記の接合方法において密接部内壁面中空部に挿入された内部支持体は、接合が終了して冷却後に、外径が縮小した状態で容易に取り出される。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、本実施例において、各特性の測定方法は以下の方法に依った。
【００３３】
（１）段差（ｍｍ）
管状試料の接合部を含む長さ５０ｍｍ部分を採り、軸方向に二つ割りにし、その内面側表面を上向きにして水平に置いて水準線とし、その表面にサーフコーダー（表面粗さ測定器）の触針を当てて接合部を含む範囲を軸方向に摺動して得られたチャートを参照して、両端の管状末端の内壁面を結ぶ基準面に対して接続部に相当する山部へ登る勾配または谷に下る勾配がチャートの倍率を考慮して１５°以上に相当する場合を段差と判定し、その基準線からの山部の高さまたは谷部の深さを測定した。上記の勾配が基準線に対して１５°未満の場合は段差では無いものとした。
【００３４】
（２）引っ張り強さ（単位、ＭＰａ）
最大突起度を測定した二つ割り試料から、接合部を掴み間のほぼ中央部に含むように掴み間距離２２．５ｍｍ、測定部幅４．５ｍｍのダンベル型となるように試験片を裁断して採り、テンシロン（引張試験機名）を用い、ＡＳＴＭ試験法により測定した。
【００３５】
実施例１
接合対象の管状体として、長さ５０ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径１９ｍｍ、熱膨張率が２×１０−４／℃のＰＦＡ製チューブ２本を使用した。一方の管状体は接合のために端面の肉厚部を図１に示す様に内壁面側が凸で傾斜角が１７．８゜の斜面（斜面の長さが４．９ｍｍ）となるように汎用旋盤により研削し、他方の管状体は接続ため端面の肉厚部を外壁面側が凸で傾斜角が１６２．２゜の斜面（斜面の長さが４．９ｍｍ）となるように研削した。接続すべき両管状体の軸を合わせて両端面を密接させ、全体の肉厚部の厚さが均一となるように突き合わせた。
【００３６】
長さが４５ｍｍ、外径が１５．９ｍｍ、内径が１０ｍｍ、Ｈｓが７０、熱膨張係数が２．５×１０−４／℃のＥＰＤＭチューブを、上記の突き合わせ部分をカバーするようにチューブ内に挿入し、同様に、上記の突き合わせ部分の外周側に突き合わせ部をカバーするように、長さ４５ｍｍ、外径３０ｍｍ、内径１９．９ｍｍのステンレス製の外部支持体（加熱用金型）を装着した。この加熱用金型には肉厚部に温度検知端末用の熱電対が埋め込まれているものを使用した。
【００３７】
上記の加熱用金型の外側に内径３０ｍｍ、外径１２６ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円盤状で、その外周面から等間隔に内部に向かって１２０Ｗ（消費電力率）のカートリッジヒーターが８個埋め込まれた加熱装置を装着し、制御盤に上記の温度検知端末用を接続して室温２０℃から３５０℃に上昇させて上記の管状体密接部を昇温時間を含めて１０分間加熱し続け、その後放冷した。この加熱の間、内部に挿入した内部支持体は加熱により外径が膨張して前記管状体の密接部の内壁面側を押圧した。
【００３８】
放冷後、接続された上記の接合系から加熱装置、加熱用金型を取り外し、および内部支持体を取り出し、前記の方法により接続部内壁面の段差および接続部を含む試験片の長さ方向の引っ張り強さを測定し、その測定結果を主な接合条件と共に表１に示した。
【００３９】
実施例２
実施例１において、接合対象の管状体として、長さ５０ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径１９ｍｍ、熱膨張率が２×１０−４／℃のＰＦＡ製チューブ２本を使用した。その一方の管状体について、図２に示す様にその接合端面から距離５ｍｍの位置の外周部から端面の外径より内径側に向かって０．５ｍｍ内側（外径１８ｍｍに相当）の円周位置に向かって先細り形状となるように円錐台状に切削した。他方の管状体については、端面側から５ｍｍ長に亘って外側肉厚０．５ｍｍ部分を残して内面側肉厚１．０ｍｍ部分を同心円状に切削した。
【００４０】
上記の先端部を斜面に切削した側の管状体の先端を他方の管状体の先端が内側に同心円状に切削して肉厚が０．５ｍｍとなっている管状体の肉薄部分内部に内径を押し広げながら押し込んで垂直端面を突き合わせた後、外部支持体として内径が２０．９ｍｍのものを使用した他は、実施例１と同様にして接合し、接続部を含む部分の内壁面の最大突起度および接続部分を含む試験片の長さ方向の引っ張り強さを測定し、その測定結果を主な接合条件と共に表１に示した。
【００４１】
実施例３
実施例１において、一方の管状体の接続ため面の肉厚部を図３に示す様に肉厚部の接合用断面から長さ５ｍｍ部分の外周面側半分０．７５ｍｍ厚さ部分を同心円状に切削し、他方を肉厚部の接合用断面から５ｍｍ長さ部分の内周面側半分０．７５ｍｍ厚さ部分を同心円状に切削し、両管状体の接続すべき端部を軸を合わせて全体の肉厚部の厚さが均一となるように切削部分を密接して重ね合わせ、端面を突き合わせたこと以外は、実施例１と同様にして接合し、接続部を含む部分の内壁面の最大突起度および接続部分を含む試料の長さ方向の引っ張り強さを測定し、その測定結果を主な接合条件と共に表１に示した。
【００４２】
比較例１
実施例１において、同じ規格の２本の管状体の接合端面を共に軸方向と垂直な平面になるように切削し、接合時両端面において突き合わせて押圧状態にし、且つ内部支持体を使用しなかったこと以外は実施例１と同様にして接合し、次いで接続部を含む部分の内壁面の最大突起度および接続部分を含む試験片の長さ方向の引っ張り強さを測定し、その結果を主な接合条件と共に表１に示した。
【００４３】
参考例
実施例１において使用したものと同じＰＦＡチューブについて接合処理しないで実施例１の場合と同様にして試験片の長さ方向の引っ張り強さを測定し、主な接合条件および測定結果を表１に示した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
【発明の効果】以上、説明した本発明により製造された熱融着性管状体の接合体は、その接合部が熱融着性管状体同士が溶着または融着された接合部の接合面が軸方向成分を含む立体構造面を含んでいるため接合強度が非接合部より低下しておらず、且つ接合部に段差が無いことを特徴とする。したがって、係る接合部では内部を流れる流体の澱み或いは対流が発生せず、安定した液流を提供することが出来、従って、本発明の工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１で製造された接合体の接合面構造の概念説明図。
【図２】本発明の実施例２で製造された接合体の接合面構造の概念説明図。
【図３】本発明の実施例３で製造された接合体の接合面構造の概念説明図。
【図４】両接合端面の肉厚部構造の組合せがＶ形突起とＶ形溝との嵌合関係の組合せで製造される接合体の接合面構造の概念説明図。
【符号の説明】
１１  接合体の一方を構成する接合前の管状体部分
１２  接合体の他方を構成する接合前の管状体部分
２１  接合体の一方を構成する接合前の管状体部分
２２    接合体の他方を構成する接合前の管状体部分
３１  接合体の一方を構成する接合前の管状体部分
３２  接合体の他方を構成する接合前の管状体部分
４１  接合体の一方を構成する接合前の管状体部分
４２  接合体の他方を構成する接合前の管状体部分
【図１】
2004301197.tif 000004
【図２】
2004301197.tif 000005
【図３】
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【図４】
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