(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合すべき第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管をそれらの端面が同心状に対向するように配置するとともに、前記熱可塑性樹脂管の両端面に、熱可塑性樹脂製の平板を配置する工程と、前記平板に前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の各端面を当接させた状態で、前記平板を前記熱可塑性樹脂管の管軸周りに回転させることにより、平板と前記各端面との摩擦熱で平板および前記各端面を溶融させる工程と、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の端面を圧接し、該圧接により、前記平板の溶融部を前記熱可塑性樹脂管間の融着面より押し出す工程とを有する熱可塑性樹脂管の圧接接合方法であって、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の端面を圧接する工程と並行して相前後して、前記平板を前記熱可塑性樹脂管の軸方向に移動することを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合方法。
【請求項２】
前記平板を回転させながら、前記熱可塑性樹脂管の軸方向に移動させることを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法。
【請求項３】
前記平板が前記熱可塑性樹脂管の内径と略同一の円形孔を有することを特徴とする請求項１記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法。
【請求項４】
接合すべき第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管を、それらの端面が同心状に対向するように保持する管保持手段と、該管保持手段により保持された前記熱可塑性樹脂管の一方または両方をその管軸方向に移動させる管移動手段と、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の対向する端面間に、熱可塑性樹脂製の平板を保持するとともに、該平板を前記熱可塑性樹脂管の管軸周りに回転させる平板保持手段とを有する熱可塑性樹脂管の圧接接合装置であって、前記平板保持手段が熱可塑性樹脂管の管軸方向に移動可能であることを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱可塑性樹脂管、特にポリエチレン管やポリブテン管同士を突合せて融着接合する、熱可塑性樹脂管の圧接接合方法および圧接接合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、特開平４−３９０２８号公報に開示された従来の「樹脂管の圧接接合装置」の一部断面の側面図である。図８において、ポリエチレン管９１、９２はその端面の間に配置した管状継手９３を介して融着接合される。すなわち、ポリエチレン管９１、９２は、油圧引き寄せ機構９６、９７に連結された管固定具９４、９５に固定され、ポリエチレン管９１、９２の端面が対向する。管状継手９３は継手保持具９９に保持され、回転駆動機構９８により回転自在にポリエチレン管９１、９２の端面の間に配置される。そして、ポリエチレン管９１、９２の端面と管状継手９３を互いに接触させた状態で、管状継手９３を回転させ、ポリエチレン管９１、９２と管状継手９３の接触面が摩擦熱によって融点に達した時点で、油圧式引き寄せ機構９６、９７によってポリエチレン管９１、９２の端面と管状継手９３を締め付けて、これらを融着一体化する。したがって、接合作業に熟練を必要とせず、確実で高強度の接合が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、管状継手を介して接合するため、接合個所が二個所になり、このため、接合部の継手強度が低下したりあるいは接合不良が発生し易いという問題があった。また、圧接に伴って接合部に発生する圧接バリが二箇所になり、その削除作業が煩雑であるという問題があった。さらに、管状継手を樹脂管と同一材質でかつ同一内外径に作成する必要があるという問題もあった。
【０００４】
本発明は、前記の問題を解決するためなされたもので、熱可塑性樹脂管の融着接合にあたり、接合面を一個所に限定できることにより、適切な接合部を得ることができ、しかも圧接バリの発生を最小に押さえることができる、熱可塑性樹脂管の圧接接合方法および圧接接合装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法および装置の特徴は、以下のとおりである。
［１］接合すべき第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管をそれらの端面が同心状に対向するように配置するとともに、前記熱可塑性樹脂管の両端面に、熱可塑性樹脂製の平板を配置する工程と、前記平板に前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の各端面を当接させた状態で、前記平板を前記熱可塑性樹脂管の管軸周りに回転または相互に振動させることにより、平板と前記各端面との摩擦熱で平板および前記各端面を溶融させる工程と、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の端面を圧接し、該圧接により、前記平板の溶融部を前記熱可塑性樹脂管間の融着面より押し出す工程とを有する熱可塑性樹脂管の圧接接合方法であって、第一および第二の熱可塑性樹脂管の端面を圧接する工程と並行して相前後して、前記平板を前記熱可塑性樹脂管の軸方向に移動することを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合方法。
【０００７】
［２］前記平板を回転させながら、前記熱可塑性樹脂管の軸方向に移動させることを特徴とする前記［１］記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法。
【０００８】
［３］前記平板が前記熱可塑性樹脂管の内径と略同一の円形孔を有することを特徴とする前記［１］記載の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法。
【０００９】
接合すべき第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管を、それらの端面が同心状に対向するように保持する管保持手段と、該管保持手段により保持された前記熱可塑性樹脂管の一方または両方をその管軸方向に移動させる管移動手段と、前記第一および第二の熱可塑性樹脂管の対向する端面間に、熱可塑性樹脂製の平板を保持するとともに、該平板を前記熱可塑性樹脂管の管軸周りに回転させる平板保持手段とを有する熱可塑性樹脂管の圧接接合装置であって、前記平板保持手段が熱可塑性樹脂管の管軸方向に移動可能であることを特徴とする熱可塑性樹脂管の圧接接合装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明に係る熱可塑性樹脂管（以下、樹脂管と称す）の圧接接合装置の一実施形態を示すもので、図１は装置構成を模式的に示す側面図、図２は樹脂平板の保持機構を示す断面図、図３は装置の斜視図である。
【００１２】
本圧接接合装置は、接合すべき樹脂管１、２を保持するための固定側クランプ５および移動側クランプ６（管保持手段）と、この移動側クランプ６に保持された樹脂管２をその管軸方向に移動させるための管送り機構９（管移動機構）と、樹脂管１、２、の接合すべき端面間に平板３を保持し且つこの平板を樹脂間の管軸周りに回転させるための平板保持手段４とを有している。
【００１３】
前記固定クランプ５および移動側クランプ６は、接合すべき樹脂管１、２を脱着可能にクランプすることによりこれらを保持するもので、前記移動側クランプ６はスライド軸２１に案内されて樹脂管の管軸方向に移動可能である。これら固定クランプ５および移動側クランプ６は、接合すべき樹脂管１、２の端面同士が同心状に対向するようにそれらの樹脂管を保持することができる。
【００１４】
前記管送り機構９は、駆動手段としてスクリュウ軸２２を備えており、このスクリュウ軸２２が前記移動側クランプ６に貫設された雌ねじ孔に装着され、このスクリュウ軸を回転駆動させることにより前記移動側クランプを移動させるようにしてある。
【００１５】
前記平板保持手段４は、平板３が固定される平板保持盤４０と、この平板保持盤４０を回転駆動させるための駆動モータ８と、この駆動モータ８が設置され且つ平板保持盤４０を回転自在に保持する移動ベッド２０とを有している。この移動ベッド２０は、前記スライド軸２１に案内されて接合すべき樹脂管の管軸方向に移動可能である。
【００１６】
移動ベッド２０は、樹脂管を挿通させるための貫通孔を有すリング状で、スライド軸２１に案内されてフリーの状態にあって自由に移動自在であるから、圧接開始時に平板３が樹脂管２の端面により押された時は、平板３に伴って樹脂管の管軸方向に移動され、また、圧接終了時に平板移動機構１１の押出し用のロッド１２が前進して移動ベッド２０に当接してこれを押し出した時には強制的に樹脂管の管軸方向に移動させられる。
【００１７】
平板移動機構１１は、固定側クランプが設置されているベース１０に設置された油圧シリンダであって、圧接開始時は、移動ベットと縁切れ状態にあり、圧接終了時に押出し棒用のロッド１２が前進して移動ベッド２０に当接してこれを押して、移動ベッドを強制的に樹脂管の管軸方向に移動させる。
【００１８】
平板保持盤４０は、樹脂管を挿通させるための貫通孔を有すリング状であって、軸受４２により移動ベッド２０に回転自在に支持され、その外周に設けたギア４１は、駆動モータ８の出力軸に設置されたギア7と噛み合っている。また、側部の貫通孔の周囲には、平板３を固定ボルト３２により固定するためのネジ孔４４が設置されている。
【００１９】
また、平板３は、リング状で内径が樹脂管１、２の内径に略同じの寸法になっている。平板３は貫通穴３１に挿入した固定ボルト３２により平板保持盤４０のネジ孔４４に固定される。
【００２０】
このような圧接接合装置では、前記平板保持盤４０の側部に固定ボルト３２を介して平板３が固定される。
【００２１】
この平板３は樹脂管１、２と同一樹脂で作成され、中央に樹脂管１、２と略同径の円形孔３０が貫設されたものである。本実施形態ではリング状の平板３が用いられている。
【００２２】
以下、この圧接接合装置を使用した本発明の圧接接合方法を説明する。
【００２３】
図4は、前記圧接装置を用いた圧接接合作業のフロー図であり、図５は、前記圧接装置を用いた圧接接合作業における回転トルク等の経時変化を示す概念図である。
【００２４】
まず、樹脂管1と樹脂管2を両樹脂管のセンターが合うように調整して、それぞれ固定側クランプ５と移動側クランプ６に固定する。また、平板３を平板保持盤４０に固定する。（ステップ1）。
【００２５】
コントローラのスイッチをオンにし、平板３を保持した平板保持盤４０を駆動モータ８によりギア７を介して回転させる。このとき回転数は一定値を保つように制御する。それと同時に管送り機構９により、移動側クランプ６に送りをかけ平板３を挟んだ形で、樹脂管2を樹脂管１に押し付ける。このとき送り量が一定となるようにエンコーダ等を使用し制御する。回転する平板３と樹脂管１、２の接している部分には摩擦熱が発生する。その部分が溶融し始めるまでは（図５におけるＯからＡの範囲）回転数と送り量を所定の値に維持するため、回転トルクと押し付け力を大きくする必要がある。
【００２６】
この間、平板３は樹脂管２の送りに伴って移動し、同様に、移動ベッド２０は、スライド軸２１に案内されて自由に移動自在であるから、平板３に伴って樹脂管の管軸方向に移動する。（ステップ２）
【００２７】
そして、平板３と樹脂管１、２の接している部分が溶融し始めると、回転トルクと押し付け力が低下する（図５におけるＡからＢの範囲）。平板３が完全に溶融するまでは、平板３と樹脂管１、２の接している部分は徐々に温度上昇し、融点以上に保持される。（ステップ３）
【００２８】
平板３の樹脂管１、２との接触部が完全に解けると摩擦抵抗が減り、回転を維持するためのトルクが急変する（図５におけるＢ）。この信号を検知し、平板保持盤４０を軸方向に移動する（図５におけるＢからＣの範囲）。このとき、平板3の外周部（溶融しないで残っている部分）が平板保持盤４０とともに軸方向に強制的に移動されるから、圧接面から押し出された溶融樹脂は、平板３に付着したまま圧接面からむしり取られる。特に、平板３の回転が完全に停止する前に移動することで、溶融して押出された樹脂を均一に取り除くことができる。（ステップ４）
【００２９】
さらに、平板保持盤４の移動完了と同時に樹脂管２を樹脂管１に押し付けて（図５におけるＣからＤの範囲）、接合部に所定の圧力をかけると、樹脂管1と樹脂管2の間で溶融していた樹脂が、接合面から押出され滑らかな形状のビードが形成される。（ステップ５）
【００３０】
なお、図５において、樹脂管2の送り制御は、樹脂平板の回転中（図５においてＯからＣの範囲）はエンコーダによる送り量制御をし、回転停止後（図５においてＣからＤの範囲）は押し付け力による送り量制御に切り替えている。すなわち、樹脂平板が回転中は、押し付け力は樹脂が溶融しているためほぼ０（ゼロ）であるから、単にモニターするだけにし、エンコーダの信号により、ほぼ一定速度で送られるように制御する。一方、両樹脂管が衝突（樹脂平板が貫通）して、樹脂平板が回転停止した後は、発熱が無いので樹脂は徐々に硬化し押し付け力が上昇してくるから、目標押し付け力になるよう送り量を制御する。
【００３１】
なお、押し付け力はロードセル等の圧力センサーを用い、ＰＩＤ制御を行う。樹脂の接合に必要な所定の押し付け力にすばやく立ち上げ維持することで、接合強度に優れた接合を行なうことができる。
【００３２】
図６は、上記圧接接合方法における圧接接合部の形状の経時変化を示す概念図である。図６の（ａ）は、平板３の回転開始直後であって、まだ樹脂管1、2と平板３の接触面は溶融していない。図６の（ｂ）は、溶融が始まり、樹脂管1と樹脂管2が互いに接近している様子を示す。図６の（ｃ）は、平板３を貫通して樹脂管1と樹脂管2が衝突して、相互に融着した時点の様子を示し、樹脂平板3はまだ回転していて、これより即座に樹脂管２の軸方向に移動される。図６の（ｄ）は、平板３の外周部（残部）が樹脂管の軸方向に移動し、樹脂管1と樹脂管2の押付けが終了した、圧接接合が完了した様子を示す。接合部には接合ビードが発生している。
【００３３】
図７は、本発明に係る熱可塑性樹脂管（以下、樹脂管と称す）の圧接接合装置の他の実施形態を示すものである。図1における平板移動機構１１を、ラック−ピニオン方式に代えたものであって、移動ベッド２０に設置したラック１３と、固定側クランプ５を設置したベース１０に進退自在に配置した移動台１４と、移動台１４の移動駆動手段１５と、移動台１４に設置したピニオン１６と、ピニオン１６を回転駆動するピニオン用モータ（図示せず）を有している。圧接作業の最終時期を除いてラック１３とピニオン１６は縁切れ状態にある。そして、平板保持盤４０を樹脂管２の軸方向に移動させる時に、ピニオン１６を前進させてラック１３と噛み合わせ、ピニオン用モータを起動することによりピニオン１６を回転させ、移動ベッド２０を樹脂管２の管軸方向に移動させる。
【００３４】
なお、本発明は、第一の熱可塑性樹脂管、第二の熱可塑性樹脂管および平板のそれぞれの材質が同一であることに限定するものではなく、第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管が同一材質で平板がこれと異なる材質であっても、さらに、第一の熱可塑性樹脂管と第二の熱可塑性樹脂管が異なる材質であってもよい。
【００３５】
本発明の方法により、中密度ポリエチレン製の呼び径１００Ａの樹脂管を回転数８００ＲＰＭで回転しながら押してつけることで、融点135℃以上に昇温可能で、固化する際の押し付け力を1.5kgf/cm2とすることで良好な継手を得ることができた。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べた本発明の熱可塑性樹脂管の圧接接合方法および圧接接合装置によれば、圧接接合面が一箇所に限定されるから、熱可塑性樹脂管の接合面の継手の信頼性が向上すると共に、接合部の概観が改善される。さらに、樹脂平板を圧接時に移動させるので、圧接バリの発生を最小に押さえることができると共に良好形状の圧接ビードを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一実施形態における装置構成を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一実施形態における平板の保持機構を示す断面図である。
【図３】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一実施形態における装置の斜視図である。
【図４】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合方法のフロー図である。
【図５】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合方法における回転トルク等の経時変化を示す概念図である
【図６】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合方法における圧接接合部の形状の経時変化を示す概念図である。
【図７】本発明に係る熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の他の実施形態における装置構成を模式的に示す側面図である。
【図８】従来の熱可塑性樹脂管の圧接接合装置の一部断面の側面図である。
【符号の説明】
1          樹脂管
2          樹脂管
3          平板
4          平板保持手段
5          固定側クランプ
6          移動側クランプ
7          ギア
8          モータ
9          管送り機構
１１         平板移動機構
２０         移動ベッド
【図１】
0003780807.tif 000002
【図２】
0003780807.tif 000003
【図３】
0003780807.tif 000004
【図４】
0003780807.tif 000005
【図５】
0003780807.tif 000006
【図６】
0003780807.tif 000007
【図７】
0003780807.tif 000008
【図８】
0003780807.tif 000009