(57)【要約】【課題】熱可塑樹脂製チューブ継手同士を高精度に接合することができるとともに、チューブ同士の溶着部位に平坦な内面ビードを形成することができ、Ｖ字ノッチ、肉薄部の発生を防止することができる熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法を提供する。【解決手段】チューブ端部１１ａ、１２ａ同士を離間させて非接触状態のヒータ１６でチューブ端部１１ａ、１２ａを溶融させる溶融工程と、溶融したチューブ１１、１２を溶融前のチューブ端部１１ａ、１２ａ同士が当接する位置まで移動させた状態からチューブ端部１１ａ、１２ａ同士を押し込む押し込み工程と、この工程を経た後にチューブ１１、１２同士を引き延ばす引き伸ばし工程とからなり、前記引き伸ばし工程の引き伸ばし量を前記押し込み工程の押し込み量より大きくしたことを特徴とする熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑樹脂製チューブ同士の端部を溶融させて溶着する溶着方法であって、チューブ端部同士を離間させて非接触状態のヒータでチューブ端部を溶融させる溶融工程と、溶融したチューブを溶融前のチューブ端部同士が当接する位置まで移動させた状態からチューブ端部同士を押し込む押し込み工程と、この工程を経た後にチューブ同士を引き延ばす引き伸ばし工程とからなり、前記引き伸ばし工程の引き伸ばし量を前記押し込み工程の押し込み量より大きくしたことを特徴とする熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法。
【請求項２】
溶融前のチューブ端部同士が当接する当接位置で所定のクランプ力を有するクランプ部材によりチューブ同士をクランプした請求項１に記載の熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法。
【請求項３】
前記クランプ部材は、摩擦力の小さいＰＴＦＥ等の樹脂材質で形成した請求項２に記載の熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法。
【請求項４】
前記引き伸ばし工程の後に自然冷却工程を経るようにした請求項１に記載の熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法。
【請求項５】
前記押し込み工程と前記引き伸ばし工程と前記自然冷却工程の各工程において、チューブ同士が前記クランプ部材からやや滑るようにした請求項１乃至４の何れか１項に記載の熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法。
【請求項６】
ＰＦＡ製チューブ同士を溶着して内面ビードの少ない溶着継手とした請求項１乃至５の何れか１項に記載の熱可塑樹脂製チューブ継手。
【請求項７】
請求項６の溶着継手は、チューブ、チーズ、エルボ、レデューサ、バルブの接続端、ジョイントに用いる請求項１乃至６の何れか１項に記載の熱可塑樹脂製チューブ継手。
【請求項８】
溶着機本体にチューブ同士をクランプするクランプ作用とクランプからやや滑るすべり作用を有するクランプ部材と、チューブ端部を非接触状態で溶融させるヒータと、このヒータの退避機構と、前記クランプ部材を着脱する着脱機構と、前記クランプ部材の一方又は両方を移動させる移動機構から成る請求項１乃至７の何れか１項に記載の溶着機。
【請求項９】
前記クランプ部材は、摩擦力の小さい樹脂材質で円盤状に形成し、このクランプ部材にはクランプ穴を有し、半分に割った形状であり、このクランプ部材を移動機構の円形段部に着脱自在に設けた請求項８に記載の溶着機。
【請求項１０】
前記クランプ部材の着脱孔を前記円形段部に設けた装着突部に着脱自在に装着した請求項８又は９に記載の溶着機。
【請求項１１】
前記装着突部の外周に設けたＯリングを介して前記クランプ部材に適宜のクランプ力とすべり作用を付与した請求項８乃至１０の何れか１項に記載の溶着機。
【請求項１２】
前記クランプ力は、１６Ｎ〜１７Ｎである請求項１１に記載の溶着機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑樹脂製チューブ同士を溶融させて溶着する熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法とその溶着継手並びに溶着機に関し、特に、半導体製造分野で用いられる小径の熱可塑樹脂製チューブ継手に好適である溶着方法とその溶着継手並びに溶着機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体製造分野の製造ラインで用いられるパイプや継手には、耐薬品性、耐熱性、高いクリーン度などが要求されている。これらの要求を満足するパイプや継手としては、例えば、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂）などのフッ素樹脂が最も適している。これらのパイプや継手を接合して半導体製造プロセスの管路を構成するに際しては、パイプや継手を溶着して管路を構成している。
【０００３】
熱可塑樹脂製チューブ継手同士を溶着する方法としては、チューブ端部を加熱手段で溶融するまで加熱し、その後、溶融したチューブ端部同士を所定の圧力で突き合わせて溶着する溶着方法が一般に知られている。
【０００４】
この溶着方法で熱可塑樹脂製チューブ同士を溶着した場合、溶融させたチューブ端部同士を押し付け時に、チューブの内周方向に溶融した樹脂がはみ出して溶融ビード（以下、内面ビードという）が発生するおそれがある。チューブ溶着部位の内周面に内面ビードが発生すると、パーティクル（汚染物質）の付着／堆積による液体の純度の低下や、流路面積の減少による液量の低下、液体の乱れによるマイクロバブルの発生等の不具合が生じることになる。
【０００５】
この内面ビードの発生を防止する溶着方法として、特許文献１が提案されている。同文献１は、溶融し合ったチューブ端部同士を押付け機構により圧接して溶融接合させ、この接合状態を一定時間加圧保持した後、引伸ばし機構でチューブの片方若しくは両方を押付け方向とは逆方向に引き伸ばしてチューブ溶着部位の内周面に発生した内面ビードを滑らかな状態に減少させ、その後、そのまま冷却させることにより内面ビードの発生を防ぐ溶着方法である。
【０００６】
この溶着方法により熱可塑樹脂製チューブ同士を溶着すると、チューブ同士を強固に接合することができるとともに内面ビードの発生を防止することができるので、溶着部位の流路面積の減少及びマイクロバブルの発生を抑制することが可能となり、半導体製造プロセスに求められる高度な要求を満たして熱可塑樹脂製チューブ同士を溶着することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９１０５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＰＦＡなどの熱可塑樹脂は加熱すると膨張し、冷却すると収縮する特性を有しているため、特許文献１に開示された溶着方法により熱可塑樹脂製継手のチューブ端部同士を溶着すると溶着部位の内周面に内面ビードの発生を抑制することはできるが、溶融接合させた継手同士を引き伸ばして内面ビードを滑らかな状態に減少させた後にそのまま冷却させる工程において、チューブの溶着部位が収縮することによるＶ字ノッチや肉薄部が発生するおそれがあるため、常時、最適な内面ビード状態に製作するのが困難であり、よって、その再現性と量産に供する溶着方法と溶着機の改善が求められていた。
【０００９】
本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、熱可塑樹脂製チューブ継手同士を高精度に接合することができるとともに、チューブ同士の溶着部位に平坦な内面ビードを形成することができ、Ｖ字ノッチ、肉薄部の発生を防止することができる熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法、その溶着方法により溶着した溶着継手、並びにその溶着方法を実施する溶着機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、熱可塑樹脂製チューブ同士の端部を溶融させて溶着する溶着方法であって、チューブ端部同士を離間させて非接触状態のヒータでチューブ端部を溶融させる溶融工程と、溶融したチューブを溶融前のチューブ端部同士が当接する位置まで移動させた状態からチューブ端部同士を押し込む押し込み工程と、この工程を経た後にチューブ同士を引き延ばす引き伸ばし工程とからなり、前記引き伸ばし工程の引き伸ばし量を前記押し込み工程の押し込み量より大きくしたことを特徴とする熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、溶融前のチューブ端部同士が当接する当接位置で所定のクランプ力を有するクランプ部材によりチューブ同士をクランプした熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記クランプ部材は、摩擦力の小さいＰＴＦＥ等の樹脂材質で形成した熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記引き伸ばし工程の後に自然冷却工程を経るようにした熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記押し込み工程と前記引き伸ばし工程と前記自然冷却工程の各工程において、チューブ同士が前記クランプ部材からやや滑るようにした熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、ＰＦＡ製チューブ同士を溶着して内面ビードの少ない溶着継手とした熱可塑樹脂製チューブ継手である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、チューブ、チーズ、エルボ、レデューサ、バルブの接続端、ジョイントに用いる熱可塑樹脂製チューブ継手である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、溶着機本体にチューブ同士をクランプするクランプ作用とクランプからやや滑るすべり作用を有するクランプ部材と、チューブ端部を非接触状態で溶融させるヒータと、このヒータの退避機構と、前記クランプ部材を着脱する着脱機構と、前記クランプ部材の一方又は両方を移動させる移動機構から成る溶着機である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、前記クランプ部材は、摩擦力の小さい樹脂材質で円盤状に形成し、このクランプ部材にはクランプ穴を有し、半分に割った形状であり、このクランプ部材を移動機構の円形段部に着脱自在に設けた溶着機である。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、前記クランプ部材の着脱孔を前記円形段部に設けた装着突部に着脱自在に装着した溶着機である。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、前記装着突部の外周に設けたＯリングを介して前記クランプ部材に適宜のクランプ力と滑り作用を付与した溶着機である。
【００２１】
請求項１２に係る発明は、前記クランプ力は、１６Ｎ〜１７Ｎである溶着機である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明によると、非接触ヒータで加熱、溶融させるとチューブ端部が膨張する影響を考慮し、引き伸ばし工程の引き伸ばし量を押し込み工程の押し込み量より大きくしているため、チューブ端部同士を突合せ溶着した際に発生した内面ビードを十分引っ張って滑らかな状態に減少させることができるので、溶着部位の内周面における溶着ビードの発生を確実に抑制することができる。従って、この溶着方法によると、確実な再現性と量産に寄与した方法を提供することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明によると、溶融前のチューブ端部同士が当接する当接位置で所定のクランプ力を有するクランプ部材によりチューブ同士をクランプするため、その後に実施する押し込み工程及び引き伸ばし工程において、押し込み量、引き伸ばし量を計測する基準位置を正確に把握することができ、著しく再現性が良好である。
【００２４】
請求項３に係る発明によると、摩擦力の小さいＰＴＦＥ等の樹脂材質でクランプ部材を形成することで、クランプ部材とチューブの間を滑りやすくしているため、クランプ部材の把持力を超えた外力や収縮力（内部応力）がチューブに作用した場合には、チューブ同士がクランプ部材からやや滑るので、所望の滑り作用を付与して確実な再現性を得ることができる。
【００２５】
請求項４に係る発明によると、引き伸ばし工程の後に自然冷却工程を経るようにすることにより、残留応力の発生を低減させ、しかも自然冷却工程による滑り作用の付与により、内面ビードの発生をより抑制することができるとともに、溶着部位にＶ字ノッチや肉薄部が発生することを防止することができる。
【００２６】
請求項５に係る発明によると、クランプ部材の把持力を超えた外力や収縮力（内部応力）がチューブに作用した場合には、チューブ同士がクランプ部材からやや滑るようにしているため、押し込み工程では、チューブ同士が衝突から逃げる方向に滑ることで急激な押し付けを緩和させて溶着部位での内面ビードの盛り上がりを抑制することができる。また、引き伸ばし工程では、チューブ同士が引張りから逃げる方向に滑ることで急激な引き伸ばしを緩和させて内面ビードを滑らかな状態に減少させるとともに、肉厚の薄い部分の発生を抑制することができる。さらに、自然冷却工程では、溶着部位の冷却によりチューブ同士が収縮する方向に滑って溶着部位の変形を緩和させ、溶着部位にＶ字ノッチや肉薄部が発生することを防止することができる。また、各工程にそれぞれ滑り作用を付与して内面ビードの抑制と再現性に寄与できる。
【００２７】
請求項６に係る発明によると、熱可塑樹脂製チューブ継手同士を溶着し、チューブ同士の溶着部位に滑らかな状態に減少させた内面ビードを有するとともに、溶着部位にＶ字ノッチ及び肉薄部の発生を防止し、大量生産に寄与した継手を製作することができる。
【００２８】
請求項７に係る発明によると、熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着において、チューブの内外部に特別な装置や部材を設置する必要がないので、チューブ、チーズ、エルボ、レデューサ、バルブの接続端、ジョイントに熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着が可能であり、複雑な形状の配管体を製作することができ、各種の継手に応用することができる。
【００２９】
請求項８に係る発明によると、着脱機構により溶着するチューブの径に対応したクランプ部材を装着し、チューブ同士の端部を非接触ヒータで加熱、溶融させた後、移動機構によりクランプ部材を移動させて押し込み工程、引き伸ばし工程、自然冷却工程を経させることにより、溶着部位の平坦な内面ビードを形成するとともに、溶着部位にＶ字ノッチや肉薄部が発生することを防止して熱可塑樹脂製チューブ同士を溶着することができる溶着機を提供することができ、もって、再現性を有し、かつ大量生産を可能とした溶着継ぎ手を得ることができる。
【００３０】
請求項９に係る発明によると、クランプ部材はクランプ穴を有する半円盤状に形成され、一対のクランプ部材でチューブを把持するようにしているので、チューブを簡単に溶着機に着脱することができ、また、クランプ部材は、移動機構の円形段部に着脱自在であるので、チューブ径が異なる継手等を溶着する場合には、そのチューブ径に対応したクランプ穴径を有するクランプ部材を移動機構の円形段部に装着することにより簡単に対応することができる。よって、各種の径を有するチューブを迅速かつ確実に溶着することができる。
【００３１】
請求項１０に係る発明によると、クランプ部材の着脱孔を移動機構の円形段部に設けた装着突部に装着、又は取り外すだけでクランプ部材を移動機構に自在に着脱することができる着脱機構を構成しているので、クランプ部材の交換に簡単に対応することができる。
【００３２】
請求項１１に係る発明によると、クランプ部材がチューブを把持する力は、装着突部の外周に設けたＯリングの弾性力によりチューブをクランプするクランプ力と滑り作用を付与することができる。
また、クランプ部材が摩擦力の小さいＰＴＦＥ樹脂等により形成されていることと併せ、押し込み工程、引き伸ばし工程、自然冷却工程において、チューブをクランプ部材からやや滑らすことにより滑り作用を付与して、所望の滑りにより各工程に再現性を得ることができるため、チューブ同士の溶着部位に滑らかな状態に減少させた内面ビードを形成させることができる。
【００３３】
請求項１２に係る発明によると、クランプ部材がチューブを把持するクランプ力は、チューブの軸心方向に１６〜１７Ｎの力が作用するとクランプ部材からチューブが滑り始める程度に小さな力であるため、クランプ力によりチューブの断面を変形させることなく溶着することができるとともに、溶着の各工程において無理なくクランプ材からチューブを滑らせることができるので、チューブに余計な負荷が作用することを防止することにより良好な溶着結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明における溶着方法を説明する工程図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明における溶着方法の押し込み工程、引き伸ばし工程、自然冷却工程を説明する工程図である。
【図３】本発明における溶着機の一実施形態を示した概略図である。
【図４】（ａ）は図３の溶着機で使用するクランプ部材の正面図である。（ｂ）はそのクランプ部材のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はクランプ部材の着脱機構への取付けを説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明における熱可塑樹脂製チューブ継手の溶着方法とその溶着継手並びに溶着機を図面に基づいて詳細に説明する。図１、図２は本発明における溶着方法の各工程を説明する図であり、図３は、本発明における溶着機の一実施形態を示す概略図である。
【００３６】
本発明における溶着方法は、溶融工程、押し込み工程、引き伸ばし工程、自然冷却工程から構成されており、図１においては溶融工程を、図２においては押し込み工程、引き伸ばし工程及び自然冷却工程を説明している。
【００３７】
次に、本発明における溶着方法をＰＴＦＥ製のクランプ部材により、外径１インチのＰＦＡ製チューブ継手同士を溶着する場合を例にして具体的に説明する。
先ず、図１の（ａ）に示すように、溶着しようとするＰＦＡ製チューブ継手のチューブ１１、１２をクランプ部材１３、１４により調芯状態で把持（クランプ）し、チューブ１１の端部１１ａとチューブ１２の端部１２ａが当接する当接位置にクランプ部材１３、１４を移動させ、この時のクランプ部材１３、１４の位置（以下、ゼロ位置という。）を記録する。この時のクランプ部材１３、１４がチューブ１１、１２を把持するクランプ力は、チューブ１１、１２の軸心方向に１６〜１７Ｎの力が作用するとクランプ部材１３、１４からチューブ１１、１２が滑り始める程度の大きさであり、１６〜１７Ｎの範囲である。
【００３８】
次いで、図１の（ｂ）に示すように、クランプ部材１３を矢印１５の方向へ移動させてチューブ１１の端部１１ａとチューブ１２の端部１２ａとの間を離間させ、その間隙に溶融ヒータ１６をセットする。チューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａと溶融ヒータ１６は非接触状態であることが重要である。チューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａが溶融ヒータ１６に接触すると、チューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａが溶融ヒータ１６に溶着する不具合が発生し、チューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａと溶融ヒータ１６とが近接しすぎると、端面１１ａ、１２ａの温度が高くなり、分解ガスの発生量も増えることになる。チューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａと溶融ヒータ１６との隙間は、例えば、１．０〜１．２ｍｍ程度であることが望ましく、この場合には端面１１ａ、１２ａの温度を４００℃前後に加熱しやすくなる。
【００３９】
溶融ヒータのセットが完了して後、溶融ヒータ１６を加熱し、図１の（ｃ）に示すように、チューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａを非接触状態で加熱して溶融させる。なお、溶融ヒータ１６を加熱する熱源の種類は適宜に選択可能であるが、例えば、電気ヒータを使用すると溶融ヒータ１６の温度コントロールが容易となる。
【００４０】
チューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａが溶融したことを確認した後、図１の（ｄ）に示すように、溶融ヒータ１６を収容する。以上で溶融工程は完了し、次の工程へと移行する。
【００４１】
溶融ヒータ１６を収容したら、図２の（ａ）に示すように、クランプ部材１３を矢印１７の方向にゼロ位置まで移動させる。ゼロ位置測定時には、チューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａは丁度当接する位置にあったが、溶融ヒータ１６によりチューブ１１、１２の端部１１ａ、１２ａを加熱溶融させた結果、端部１１ａ、１２ａには溶融に伴い熱膨張が生じており、クランプ部材１３をゼロ位置まで移動させた時点で両端部１１ａ、１２ａはある程度溶け合った状態となる。
【００４２】
クランプ部材１３をゼロ位置まで移動させた後、直ちに、図２の（ｂ）に示すように、クランプ部材１３をこのゼロ位置から矢印１８の方向に所定量だけ押し込む押し込み工程に移行する。外径１インチのＰＦＡ製チューブ継手の場合には、この押し込み量は０．２ｍｍであるが、クランプ部材１３、１４が摩擦力の小さいＰＴＦＥ等の樹脂により形成され、また、小さなクランプ力でチューブ１１、１２を把持しているため、クランプ部材１３を押し込んだ際に、チューブ１１は０．０２ｍｍ矢印１９の方向に、チューブ１２は０．０７ｍｍ矢印２０の方向にクランプ部材から滑って衝突から逃げるので、クランプ部材１３の押し込み量０．２ｍｍに対するチューブ１１のゼロ位置からの実質的な押し込み量は０．１１ｍｍである。このため、急激な押し込みの影響が緩和され、チューブ１１、１２の溶着部位２１の内周に生じる内面ビード２２の高さが低くなるとともに、Ｖ字ノッチ２３の発生を抑制する効果がある。この押し込んだ状態を０．５秒間維持して押し込み工程を終了するが、この押し込んだ状態を維持した間にチューブ１１、１２の溶着部位２１は若干冷却される。
【００４３】
押し込み工程の終了後、図２の（ｃ）に示すように、クランプ部材１３を押し込み位置から矢印２４で示す押し込みの反対方向に、押し込み量の２倍だけ引き戻す引き伸ばし工程を実施する。外径１インチのＰＦＡ製チューブ継手の場合には、この引き戻し量は０．４ｍｍである。このクランプ部材１３が引き戻されるに伴って、クランプ１３に把持されたチューブ１１が引き伸ばされることにより、溶着部位２１も引き伸ばされるが、押し込み工程において一定時間押し込み状態を維持していたことにより、溶着部位２１の樹脂はある程度冷却されて粘度が増加するとともに固化が始まるため、クランプ部材１３による引張りに抵抗する。
【００４４】
従って、前記の押し込み工程と同様に、クランプ部材１３を矢印２４に示す方向に引き戻した際に、双方のチューブ１１、１２は矢印２５、２６で示す引き伸ばしから逃げる方向にクランプ部材１３、１４から滑ることになる。このため、押し込み位置から０．４ｍｍだけクランプ部材１３を引き戻した際に、チューブ１１は矢印２５の方向に０．０６ｍｍ、チューブ１２は矢印２６の方向に０．０９ｍｍクランプ部材から滑って逃げるので、クランプ部材１３の引き戻し量０．４ｍｍに対するチューブ１１の押し込み位置からの実質的な引き伸ばし量は０．２５ｍｍである。このため、急激な引き伸ばしの影響が緩和され、溶着部位２１の内周に生じた内面ビード２２の引き伸ばし量が少なくなるが、クランプ部材１３を押し込み工程での押し込み量の２倍引き戻しているので、押し込み工程によりチューブ１１、１２の溶着部位２１の内周に形成された内面ビード２２を十分に引き伸ばして滑らかにすることができる。その一方で、押し込み量より引き伸ばし量が大きいことにより、溶着部位２１に肉厚が薄くなる部分が発生する。
【００４５】
引き伸ばし工程でクランプ部材１３を引き戻した後は、図２の（ｄ）に示すように、その位置でクランプ部材１３を固定し、チューブ１１、１２の溶着部位２１を冷却させる自然冷却工程を実施する。この工程では、溶融ヒータ１６による加熱後に溶着したチューブ１１、１２の溶着部位２１が冷却されるため、溶着部位２１の収縮が発生する。この収縮により、溶着部位２１に生じた薄肉部を埋めるように矢印２７、２８で示す方向に周辺の樹脂が薄肉部に寄り集まり、薄肉状態を解消するとともに、Ｖ字ノッチ２３を縮小しようとする。溶着部位２１が冷却されて収縮するに従って溶着部位２１には収縮力が作用するが、この収縮力はクランプ部材１３、１４がチューブ１１、１２を把持するクランプ力よりも大きいため、チューブ１１、１２は矢印２９、３０で示す方向にクランプ部材１３、１４から滑って溶着部位２１を収縮させることができるので、薄肉部が解消され、Ｖ字ノッチ２３も縮小する。
【００４６】
また、クランプ部材１３の押し込み量が０．２ｍｍ、引張り量が０．４ｍｍであるのに対し、チューブがクランプ部材から滑ることによる実質的な押し込み量は０．１１ｍｍ、実質的な引張り量は０．２５ｍｍであり、クランプ部材１３の移動量よりも減少しているが、実質的な押し込み量と実質的な引張り量の比率は、略１：２である。
【００４７】
以上説明したように、本発明の溶着方法では、溶融前のチューブ端部同士が当接する当接位置を基準のゼロ位置とし、その後にそのゼロ位置を基点に実施する押し込み工程及び引き伸ばし工程において、押し込み量、引き伸ばし量を正確に把握することができるので、再現性が著しく良好である。
【００４８】
本発明の溶着方法を外径１インチのＰＦＡ製チューブ継手同士を溶着する場合を例にして説明したが、外径が異なる継手を溶着する場合には、押し込み量、押し込み維持時間、引き戻し量等を適切に設定することにより、本発明の溶着方法により、チューブ同士の溶着部位に平坦な内面ビードを形成するとともに、Ｖ字ノッチ、肉薄部の発生を防止し、再現性を良好に溶着することができる。
また、上記の溶着方法の説明においては、一方のクランプ部材１３のみを移動させて押し込み工程、引張工程を実施するように説明したが、双方のクランプ部材１３、１４を移動させて押し込み工程、引張工程を実施しても、本発明の溶着方法を実施することができる。
【００４９】
本発明における溶着方法では、チューブを単にクランプ部材で把持するのみで、チューブの内外部に特別な装置や部材を配置する必要がなく、またチューブを把持するクランプ力も小さいので、熱可塑樹脂製チューブ継手同士の溶着だけでなく、熱可塑樹脂製チューブ継手にチューブ、チーズ、エルボ、レデューサ、バルブの接続端、ジョイント等を、平坦な内面ビードを形成するとともに、Ｖ字ノッチ、肉薄部の発生を防止し、再現性を良好に溶着することが可能となった。
【００５０】
次いで、本発明における溶着機について説明する。図３においては、溶着機の概略図を示している。溶着機は、熱可塑樹脂製チューブ継手同士を突合せ溶着により接合するものである。
【００５１】
同図において、溶着機本体３１は、溶着機本体３１にチューブ同士１１、１２をクランプするクランプ部材１３、１４と、チューブ端部１１ａ、１２ａを非接触状態で溶融させる溶融ヒータ１６と、この溶融ヒータ１６の退避機構３２と、前記クランプ部材１３、１４を着脱する着脱機構３３、３４と、前記クランプ部材１３、１４を移動させる移動機構３５ａ、３５ｂを有している。
【００５２】
クランプ部材１３、１４は、例えば、ＰＴＦＥ等の摩擦力の小さい樹脂材質により形成されており、図４（ａ）に示すように、円盤を上下半分に分割した形状の上側クランプ部材１３ａ、１４ａ及び下側クランプ部材１３ｂ、１４ｂを一組として構成されている。上側クランプ部材１３ａ、１４ａ及び下側クランプ部材１３ｂ、１４ｂの中心側にはクランプ穴３６が形成されており、このクランプ穴３６の内周面３７がクランプ面となってチューブを把持する。このクランプ穴３６の径は把持するチューブの外径に対応して決定される。図４（ｂ）に示すように、上側クランプ部材１３ａ、１４ａ及び下側クランプ部材１３ｂ、１４ｂの中心側には、突出した半円形の嵌入突部３８、３８が形成されており、後述する着脱機構に設けた装着孔に着脱自在になっている。また、上側クランプ部材１３ａ、１４ａの嵌入突部３８外周の最上部位置、下側クランプ部材１３ｂ、１４ｂの嵌入突部３８外周の最下部位置には、後述するクランプの装着突部に装着するための着脱孔３９、３９が設けられている。
【００５３】
退避機構３２は、ハンドル４１、ヒータ取付け部４２を有し、このヒータ取付け部４２に溶融ヒータ１６を取付け可能になっている。退避機構３２は、棒状のガイド部４３に対して横移動並びに枢着回転可能に取付けられ、棒状のガイド部４３を介して定位置に設置された状態で微調整でき、棒状のガイド部４３を介して任意の位置まで横移動させ、ハンドル４１を手動で操作回転することでクランプ部材１３、１４に把持されたチューブ１１、１２の間に溶融ヒータ１６を持ち上げて配置し、或は、このチューブ１１、１２の間から溶融ヒータ１６を退避させて溶着機本体３１に形成された図示しない収納ボックスに収納可能になっている。退避機構３２の回転操作は、ハンドル４１による手動だけでなく、自動操作機構により行っても良い。
【００５４】
着脱機構３３は、図５(ｂ)に示すように、上側クランプ４５及び下側クランプ４６、並びに上側クランプ４５及び下側クランプ４６にそれぞれ設けられた装着突部４８、４８により構成されている。上側クランプ４５及び下側クランプ４６にはクランプ部材１３を装着するための円形段部４９が形成されており、上側クランプ４５には円形段部４９の上側半分４９ａが、下側クランプ４６には円形段部４９の下側半分４９ｂがそれぞれ形成されている。
【００５５】
上側クランプ４５と下側クランプ４６の円形段部４９ａ、４９ｂの内周側には、上側クランプ部材１３ａ及び下側クランプ部材１３ｂの嵌入突部３８、３８を嵌入させるための装着孔５０、５０が形成されている。これに加え、上側クランプ４５の円形段部４９ａの最上部位置と下側クランプ４６の円形段部４９ｂの最下部位置には、装着突起４８、４８が設けられており、装着突起４８、４８の外周にはＯリング５１、５１が装着されている。この装着突起４８を上側クランプ４５及び下側クランプ４６に取付ける方法としては、装着突起４８にオネジ部を形成して上側クランプ４５及び下側クランプ４６に設けたネジ穴に螺着しても良いし、上側クランプ４５及び下側クランプ４６に設けた穴に装着突起４８を締り嵌めで装着しても良く、その他適宜の方法によることができる。
【００５６】
図５（ａ）の断面図に示す状態のクランプ部材１３を、図５(ｃ)に示すように、上側クランプ４５及び下側クランプ４６の円形段部４９にクランプ部材１３を装着すると、上側クランプ部材１３ａの着脱孔３９に上側クランプ４５の装着突起４８が、下側クランプ部材１３ｂの着脱孔３９に下側クランプ４６の装着突起４８が嵌入される。このとき、装着突起４８の外周に装着されたＯリング５１も着脱孔３９内に嵌入されるが、Ｏリングの外径は着脱孔の半径よりも大きいため、着脱孔３９内に嵌入されることによってＯリングは圧縮され、その弾性力により上側クランプ部材１３ａに対しては矢印５３の方向に、下側クランプ部材１３ｂに対しては矢印５４の方向に押圧力が作用する。この押圧力により上側クランプ部材１３ａ及び下側クランプ部材１３ｂがクランプ穴３６の中心方向に押されることにより、クランプ部材１３はチューブを把持することができる。
【００５７】
着脱機構３３はこのように構成されているため、上側クランプ部材１３ａ及び下側クランプ部材１３ｂを簡単かつ自在に着脱することができる。従って、外径の異なるチューブを溶着する場合には、事前に準備しておいた適合するクランプ穴径を備えたクランプ部材に交換するだけで良く、着脱機構の上側クランプ、下側クランプを交換する必要がないので、溶着作業を極めて効率的に実施することができる。
【００５８】
以上、着脱機構３３について説明したが、着脱機構３４も着脱機構３３と同一の構成、作用を有しているので、着脱機構３４についての説明は省略する。
【００５９】
移動機構３５ａは、ボールネジ５７、モータ５８を備え、モータ５８により回転するボールネジ５７を介して、棒状のガイド部４３に沿って一体となって前進或は後退可能に設けられている。移動機構３５ａには着脱機構３３が取り付けられており、モータ５８を回転させて移動機構３５ａを前進、後退させることにより、クランプ部材１３の位置を調整することができるようになっている。また、移動機構３５ａと対向する移動機構３５ｂには着脱機構３４が取り付けられており、手動により棒状のガイド部４３に沿って前後に移動させることにより、クランプ部材１４の位置を調整することができるようになっている。ストッパ５９、５９は、移動機構３５ａ、３５ｂを棒状のガイド４３に沿って移動させた際に任意の位置で締め付け、移動機構３５ａ、３５ｂを固定することが可能になっている。
【００６０】
以上のように構成された溶着機本体３１を用いてチューブ１１、１２を溶着する場合には、予め、図示しないヒータ電源スイッチを溶着作業前にオンにして溶融ヒータ１６を適切な温度に加熱するとともに、クランプ部材１３、１４にチューブ１１、１２を調芯状態で取付ける。その後、移動機構３５ａ、３５ｂの位置を調整して、チューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａを当接させ、ストッパ５９、５９を締付けて移動機構３５ａ、３５ｂを棒状のガイド部４３に固定するとともに、着脱機構３３、３４のガイド部４３上の位置であるゼロ位置を測定する。着脱機構３３、３４はクランプ部材１３、１４を装着しているので、この位置はクランプ部材１３、１４のゼロ位置になる。
【００６１】
次に、移動機構３５ａを作動させて着脱機構３３を移動（後退）させ、チューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａの間に、溶融ヒータ１６を配置可能な間隙を設ける。ハンドル４１を手動で操作回転して溶融ヒータ１６を持ち上げてこの間隙に配置した後、溶融ヒータ１６とチューブ１２の端面１２ａとの隙間を調整し、その後、移動機構３５ａを作動させて溶融ヒータ１６とチューブ１１の端面１１ａとの隙間を調整する。
【００６２】
溶融ヒータ１６によりチューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａが溶着に適した状態に溶融したことを確認した後、ハンドル４１の操作によりチューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａの間から溶融ヒータ１６を退避させ、溶融工程を完了する。
【００６３】
続いて、移動機構３５ａにより着脱機構３３をゼロ位置まで移動させ、チューブ１１、１２の端面１１ａ、１２ａ同士を密着させる。
【００６４】
着脱機構３３をゼロ位置まで移動させたら、直ちに移動機構３５ａにより着脱機構３３を着脱機構３４に向けて所定量だけ押し込み（前進させ）、押し込み後に移動機構３５ａの作動を止め、一定時間押し込み状態を保つ押し込み工程に移行する。クランプ部材１３、１４は、摩擦力の小さいＰＴＦＥ等の樹脂により形成され、装着突起４８の外周に装着されたＯリング５１の弾性力による小さなクランプ力でチューブ１１、１２を把持しているため、着脱機構３３を押し込んだ際に、双方のチューブ１１、１２は、衝突から逃げる方向にクランプ部材１３、１４からやや滑るため、チューブ１１、１２に対する実質的な押し込み量は、着脱機構３３の押し込み量よりも少なくなる。このため、急激な押し込みの影響が緩和され、チューブ１１、１２の溶着部位２１の内周に生じる内面ビード２２の高さが低くなるとともに、Ｖ字ノッチ２３の発生を抑制する効果がある。
【００６５】
押し込み工程に続く引き伸ばし工程では、移動機構３５ａを作動させ、前工程での押し込み量の２倍の量だけ着脱機構３３を押し込み方向とは反対方向に引き戻す（後退させる）。このとき、チューブ１１、１２の溶着部位２１も引き伸ばされるが、押し込み工程において一定時間押し込み状態を保っていたことにより、溶着部位２１の樹脂はある程度冷却されて粘度が高くなるとともに固化が始まっているので、着脱機構３３が移動することによる引き伸ばしに抵抗する。このため、双方のチューブ１１、１２は引き伸ばしから逃げる方向にクランプ部材１３、１４からやや滑り、チューブ１１、１２に作用する実質的な引き伸ばし量は、着脱機構３３の移動量よりも少なくなる。これにより、急激な引き伸ばしの影響が緩和され、溶着部位２１の内周に生じた内面ビード２２の急激な引き伸ばしが緩和されるが、押し込み工程での押し込み量の２倍量を引き伸ばしているので、押し込み工程によりチューブ１１、１２の内周に形成された内面ビード２２を十分に引き伸ばして滑らかにすることができる。
【００６６】
引き伸ばし工程の終了後、移動機構３５ａの作動を止め、チューブ１１、１２の溶着部位２１の樹脂を冷却する自然冷却工程を実施する。この工程では、チューブ１１、１２の溶着部位２１が自然冷却されるため、溶着部位２１が収縮を起こす。この収縮により、引き伸ばし工程で溶着部位２１に生じた薄肉部を埋めるように周辺の樹脂が薄肉部に寄り集まり、薄肉状態を解消させるとともに、Ｖ字ノッチ２３を縮小させようとする。この時、溶着されたチューブ１１、１２には収縮力が作用し、この収縮力はクランプ部材１３、１４がチューブ１１、１２を把持するクランプ力よりも大きいので、チューブ１１、１２はクランプ部材１３、１４からやや滑って溶着部位２１を収縮させ、薄肉部が解消されるとともに、Ｖ字ノッチ２３も縮小される。
【００６７】
所定の時間自然冷却させた後、溶着された継手をクランプ部材１３、１４から取り外すと溶着作業が完了する。
【００６８】
上記の溶着機による溶着作業においては、制御機構により移動機構３５ａの動作を制御し、着脱機構３３が所定の速度で所定量移動するようにすると、より高精度に状態でチューブ１１、１２を溶着することができ、再現性も向上する。また、上記の説明では、移動機構３５ａにより着脱機構３３のみを前後に移動させて押し込み工程、引張り工程を実施するように説明したが、移動機構３５ａ、３５ｂにより着脱機構３３、３４を同時に作動させる構成とした溶着機であっても、これらの工程を実施することができるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の溶着方法及び溶着機は、半導体製造分野で使用される熱可塑樹脂製チューブ継手、チューブ、チーズ、エルボ、レデューサ等の溶着に使用することができ、チューブ同士の溶着部位に平坦な内面ビードを形成するとともに、Ｖ字ノッチ、肉薄部の発生を防止して良好な溶着結果を得ることができるので、その利用価値は非常に大きいものがある。
【符号の説明】
【００７０】
１１、１２  チューブ
１１ａ、１２ａ  チューブの端部
１３、１４  クランプ部材
１６  溶融ヒータ
２１  溶着部位
２２  内面ビード
２３  Ｖ字ノッチ  
３１  溶着機本体
３２  退避機構
３３、３４  着脱機構
３５ａ、ｂ  移動機構
４８  装着突起
４９  円形段部
５１  Ｏリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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