| 【発明の名称】 |
摩擦溶融接合用継手及びそれを用いた熱可塑性樹脂管の接合方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】小口 貴士
【氏名】伊藤 良輔
【氏名】原田 浩次
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| 【要約】 |
【課題】より安定な状態で摩擦溶融接合を行うことが可能で、耐熱・耐圧・耐腐食配管に用い得る高強度の接合体を得ることのできる溶融継手及びこれを用いた熱可塑性合成樹脂管の接合方法。
【解決手段】熱可塑性樹脂管の管端を挿入し摩擦溶融して接合する管受け口を１個以上備えた熱可塑性樹脂製の管継手であって、管の接合対象部２０の外径が25mm〜100mm 以下であり、上記管受け口が管受け口端面に開放されたガイド部１０とガイド部に続いて管受け口の奥側に設けられた接合部３０とから構成され、上記ガイド部１０の内壁が受け口端面側から接合部３０に向かって徐々に縮径する傾斜状とされ、上記接合部３０の軸方向に沿った内壁面が管受け口の軸と平行、又はガイド部に設けられた傾斜面の角度より緩やかな角度で奥側に徐々に縮径する傾斜面とされ、接合部３０の内径と接合対象部２０の外径との差が、0.3mm〜2mm である摩擦溶融継手、及びこの継手の接合部３０に管の接合対象部２０を挿入した後で継手を回転し継手と管とを摩擦溶融して接合する熱可塑性樹脂管の接合方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱可塑性樹脂管の管端を挿入し摩擦溶融して接合する管受け口を１個以上備えた本体形状が短円筒状の熱可塑性樹脂製の管継手であって、挿入される管の管端部外径が２５ｍｍより大かつ１００ｍｍ以下であり、上記管受け口が管受け口端面に開放されたガイド部とガイド部に続いて管受け口の奥側に設けられた接合部とから構成され、上記ガイド部の内壁が受け口端面側から接合部に向かって徐々に縮径する傾斜面とされ、上記接合部の軸方向に沿った内壁面が管受け口の軸と平行とされ、挿入される管の管端部の外径と接合部の内径との差が、０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下であることを特徴とする摩擦溶融接合用継手。
【請求項２】 熱可塑性樹脂管の管端を挿入し摩擦溶融して接合する管受け口を１個以上備えた本体形状が短円筒状の熱可塑性樹脂製の管継手であって、挿入される管の管端部外径が２５ｍｍより大かつ１００ｍｍ以下であり、上記管受け口が管受け口端面に開放されたガイド部とガイド部に続いて管受け口の奥側に設けられた接合部とから構成され、上記ガイド部の内壁が受け口端面側から接合部に向かって徐々に縮径する傾斜面とされ、上記接合部の軸方向に沿った内壁面がガイド部に設けられた傾斜面の角度より緩やかな角度で徐々に縮径する傾斜面とされ、挿入される管の管端部の外径と接合部の内径との差が、０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下であることを特徴とする摩擦溶融接合用継手。
【請求項３】 継手の接合部に管の管端を挿入した後で継手を回転し継手と管とを融着接合する事を特徴とする請求項１又は２記載の摩擦溶融接合用継手を用いた熱可塑性樹脂管の接合方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂管と継手とを摩擦溶融接合させて、耐熱・耐圧・耐腐食配管に用い得る高強度の管路となすことのできる管継手及びそれを用いた熱可塑性樹脂管の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦溶融接合によって管と管、又は管とエルボ、チーズ、レジューサー、又はインクリーザー等の配管部材（以下、継手という）とを接合する場合、管と管、又は管と継手とのそれぞれの端面同士を突き合わせて圧接し継手若しくは管を回転させて摩擦溶融接合させる方法（いわゆるバット融着）、接合される管の管端外径よりやや小さい内径の継手に管を圧入し継手若しくは管を回転させて摩擦溶融接合させる方法、接合面がテーパー状とされた管継手に管端外周を該継手のテーパー面に整合したテーパー面とされた管の管端を挿入して圧接し継手若しくは管を回転させて摩擦溶融接合させる方法等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】管と管、又は管と継手とのそれぞれの端面同士を突き合わせて圧接し継手若しくは管を回転させて摩擦溶融接合させる方法では、当接している接合部の面積は管の断面積または継手の断面積とのいずれか小さい方と等しいので、接合部の強度が管又は継手と同等とはなりにくく、接合毎に強度ばらつきが発生する恐れがある。従って高い耐圧強度を要求される用途に使用することはできなかった。また、管や継手は、規格上、その径にある程度の幅が認められているためにそれぞれ同じ呼び径でもその径が完全に一致しているわけではなく、断面は真円以外にも楕円状等歪曲した形状である場合があるので接合面に段差を生じてしまう恐れがあり、これも接合強度にばらつきが発生する原因の一つになっている。
【０００４】この問題を解決するために、継手側の端面接合部をテーパー状とし、管側の端面接合部をこれに対応したテーパー状として接合する方法が提案されている（特公昭３８−５４３２号公報参照）。しかしこの方法においては、現場において管の端部にテーパーをつけるための切削工程が増えるという問題や、接合面積を大きくするためにはテーパーを緩やかにする必要があるので、元の肉厚より薄い部分が長くなり、特に小口径管では薄肉管であるために切削すると、突き合わせた際、管の剛性が低下しているために面圧が立たずに接合が困難になるという問題、更には、高強度の接着を得るために高い圧力で当接面同士を圧接させるとテーパーに沿って管又は継手がずれ、一方が他方の内部に潜り込むという問題があった。
【０００５】突き合わせにおけるこの問題を解決する手段として、継手の管受け口に管を差込んで管受け口内面と管外面とを面合わせし、この合わせた面を摩擦溶融して接合する方法が知られている。この方法では、継手側の接合部面とこの接合部に差し込まれる管側の接合部面とが接触していなければ、接合部内周面および管端外周面との間に摩擦熱が発生しない。従って、接合部および管端の界面が溶融せず接合が不完全になる。
【０００６】継手管受け口が単純な筒状であれば、上述のように管の外径には大小があるために、継手の管受け口内径が一様であれば、管受け口内径より管端外径が大きいと管端を管受け口内に挿入できず、管端の外径が小さすぎると、管受け口内面と管端外面とが接触せず、うまく摩擦溶融させることができないという問題があった。
【０００７】特開昭５０−１５１２７５号公報には、接合部を継手入り口から奥部に向かって徐々に縮径する筒状に形成し、接合対象部の外径が異なっても、規格内の径差であれば、接合できるようにした継手構造が開示されている。また１００ｍｍ以下の中小口径の管と継手の摩擦接合では、管の外径より小さい内径の継手管受け口に管を挿入するので挿入された管端が強い圧縮応力を受ける上に、さらに溶融軟化が進むことで管の剛性が低下して挫屈するという問題があった。
【０００８】しかし、本発明者の検討によれば、上記特開昭５０−１５１２７５号公報の継手構造には以下のような問題がある。即ち、接合部がテーパー形状になっているため、管端を接合長さ分だけ継手に挿入すると、管端が接合部内周面から強い圧縮応力を受ける。そして、この状態で加熱され柔らかくなると、挿入された管端がその形状を保持できなくなり挫屈し易くなるという問題が新たに生じる。また、挫屈を生じないまでも継手、特に管には多大な残留応力があるために強度の低下が生じる。
【０００９】特に、管端の外径と継手管受け口の内径との大小差が大きい場合には、継手の長さを短くしようとすると、接合部のテーパー角度を大きくせざるを得ないが、テーパー角度を大きくすると、高強度を得るために必要な接合長さだけ管を挿入した際、接合部内面と接触している管の接合対象部の大部分には過剰な圧縮応力を生じており、回転中に摩耗して管路内面にはみ出したり、接合部の強度が低下したり、更にひどい場合として、継手の管受け口の強度との対比で管端を挿入中に管端が挫屈し易くなる傾向が強くなるという問題がある。
【００１０】一方、接合強度を高めるには、接合しろを大きくすればよいが、挫屈や強度低下させずに接合しろを大きくするには、テーパー角度を小さくしなければならない。すなわち、テーパー角度の小さい方が周方向強度均一化に寄与する。これは、テーパーによる隙間を楕円化等歪曲により生じる隙間に比べ大きくし過ぎないことによって、溶融樹脂をより周方向へ流し込むためである。しかし、テーパー角度を小さくすると圧縮応力を小さくできるが、接合対象部の径の大小を吸収するために、継手を長くせざるを得ない。
【００１１】この問題を解決するために、特開昭５２- １２１６８０号公報では、回転する架橋樹脂からなる管受け口内径Ｄの継手内に架橋樹脂よりなる外径Ｄ０の管を挿入して接合する方法において、好ましくはＤが５ｍｍから２５０ｍｍの範囲に対して０．２ｍｍ≦（Ｄ０−Ｄ）≦３ｍｍにする方法が提案されている【００１２】本発明者の検討によれば、上記特開昭５２- １２１６８０号公報の継手構造には以下のような問題がある。即ち、外径Ｄ０が２５ｍｍを超え１００ｍｍ以下の管に適用した場合、管の挿入端に挫屈を生じる場合もあり、挫屈を生じずとも残留応力が大きく、強度が低下しており、外力が加わった状態での管路としての使用には不適であることが分かった。また回転後挿入を行うために、摩耗した樹脂や溶融した樹脂が管路内部にかき出され、はみ出てしまったり、接合面に面圧が立ちにくくなり強度バラツキが生じるという問題の発生があった。さらに継手内面形状は実施例に記載のように筒状では配管材が継手内に入り難い若しくは入らない場合が発生したことも問題である。
【００１３】また、この方法では、継手を回転させその中に管を挿入するが、接合部の樹脂が継手外に掻き出されつつ管が挿入されるので、挫屈の現象が発生することは多少減少するが、接合面に残存する溶融樹脂量が減少するために接合面での当接圧力が低下し、強度が低下するという問題が発生した。
【００１４】本発明は、上記従来の管と継手の摩擦接合における問題に対処できて、より安定な状態で摩擦溶融接合を行うことが可能で、耐熱・耐圧・耐腐食配管に用い得る高強度の接合体を得ることのできる摩擦溶融接合用継手及びこれを用いた熱可塑性樹脂管の接合方法とを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の摩擦溶融接合用継手（発明１）は、熱可塑性樹脂管の管端を挿入し摩擦溶融して接合する管受け口を１個以上備えた本体形状が短円筒状の熱可塑性樹脂製の管継手であって、挿入される管の管端部外径が２５ｍｍより大かつ１００ｍｍ以下であり、上記管受け口が管受け口端面に開放されたガイド部とガイド部に続いて管受け口の奥側に設けられた接合部とから構成され、上記ガイド部の内壁が受け口端面側から接合部に向かって徐々に縮径する傾斜面とされ、上記接合部の軸方向に沿った内壁面が管受け口の軸と平行とされ、挿入される管の管端部の外径と接合部の内径との差が、０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下であることを特徴とする摩擦溶融接合用継手である。
【００１６】本発明の請求項２記載の摩擦溶融接合用継手（発明２）は、熱可塑性樹脂管の管端を挿入し摩擦溶融して接合する管受け口を１個以上備えた本体形状が短円筒状の熱可塑性樹脂製の管継手であって、挿入される管の管端部外径が２５ｍｍより大かつ１００ｍｍ以下であり、上記管受け口が管受け口端面に開放されたガイド部とガイド部に続いて管受け口の奥側に設けられた接合部とから構成され、上記ガイド部の内壁が受け口端面側から接合部に向かって徐々に縮径する傾斜面とされ、上記接合部の軸方向に沿った内壁面がガイド部に設けられた傾斜面の角度より緩やかな角度で徐々に縮径する傾斜面とされ、挿入される管の管端部の外径と接合部の内径との差が、０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下であることを特徴とする摩擦溶融接合用継手である。
【００１７】本発明の請求項３記載の熱可塑性樹脂管の接合方法（発明３）は、継手の接合部に管の管端を挿入した後で継手を回転し継手と管とを融着接合する事を特徴とする発明１又は２の摩擦溶融接合用継手を用いた熱可塑性樹脂管の接合方法である。
【００１８】本発明において継手とは、円筒状本体に１個以上の管受け口が設けられてある熱可塑性樹脂製の摩擦溶融接合用継手である。管端とは、特に限定されないが例えば、上記管受け口に挿入され得る管又は継手等（以降、管等という）の端部をいい、接合対象部とは管端部の外周面をいう。上記管受け口とは、端部から管又は継手等を挿入される継手の部分をいい、ガイド部と接合部とから構成される。ガイド部とは、接合に際し管端を継手管受け口に挿入するときに管端の端縁が当接する継手内面部分で、管受け口端面から所定の長さを有する部分である。接合部とは、継手のガイド部より奥部内面であって、接合対象部が継手に接合される部分をいう。
【００１９】ガイド部の管受け口端面側の内径は、管端の外径規格の最大値以上とされ、ガイド部と接合部の境界での内径は管端の外径規格の最小値以下とされる。
【００２０】管の接合対象部および継手の接合部を形成する樹脂としては、熱可塑性樹脂が好適であり、たとえば、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ塩化ビニル、架橋ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド等が挙げられる。また、継手の製造方法としては特に限定されないが、形状面で問題がなければ、成形コストの面から射出成形が良いと考えられる。
【００２１】摩擦溶融接合方法としては、特に限定されないが、例えば、継手軸を中心にして継手又は管を回転させる方法や、継手軸方向の振動、もしくは継手軸方向を中心とした正転、逆転方向の振動、またそれらの組み合わせ方向へ振動させる方法が挙げられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、発明１又は２の摩擦溶融接合用継手１のガイド部１０及び接合部３０におけるテーパー形状の例を示す断面図であり、テーパー形状は、そのテーパー角度が変化していない直線上のものの他、途中でテーパー角度が多段に変化したものや、曲線状で連続的にテーパー角度が減少するような広義に径が変化する形状も挙げられる。すなわち、（ａ）はテーパー形状が直線状でテーパー角度が変化していない一例、（ｂ）はテーパー形状が直線状でテーパー角度が変化している一例、（ｃ）はテーパー形状が直線状に変化している他の一例、（ｄ）はテーパー形状が曲線状に変化している一例を示している。
【００２３】尚、本発明の摩擦溶融接合用継手と管等との接合には、例えば、図２に示すような接合装置３が用いられる。接合装置３を用いて継手と管等とを接合する方法は後述する。また、図３は発明１又は２の摩擦溶融接合用継手と管２との関係で説明するための断面図であり、本図は代表として、発明１の接合部の内壁面が継手本体の管軸方向と平行であるソケット形継手の一例を示してある。
【００２４】図３においては、継手１には継手両側に設けられた管受け口端面側から順に、ガイド部１０、接合部３０が備えられており、その両側の管受け口に管２の管端２０が挿入される筒状になっていている。即ち、ガイド部１０は、接合部３０に連続して設けられていて、その最小直径部の直径が管２の接合対象部２０の規格値の最小直径より小径で、最大直径部の直径が管２の接合対象部２０の規格値の最大直径より大径になっているとともに、管受け口端面から奥側に向かって、継手３の本体の管軸に平行に延びる筒状に形成されている。
【００２５】接合部３０の内径Ｄと接合対象部２０の外径Ｄ０との差は、管等の材質と厚さによって適宜変更されて用いられれば良いが、例えば一例として、接合部３０の内径Ｄと接合対象部２０の外径Ｄ０との差は、少なくとも最小０．３ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上更に好ましくは０．５ｍｍ以上であり、同時に最大２．０ｍｍ以下好ましくは１．８ｍｍ以下更に好ましくは１．６ｍｍ以下とされている。なお、接合部３０の内径Ｄとは接合部３０の最小直径部の直径をいう。
【００２６】接合部３０の内径Ｄと接合対象部２０の外径Ｄ０との差が０．３ｍｍ未満であれば、融着接合時の継手の回転による摩擦発熱量が少なくて融着が不十分となる可能性があり、２ｍｍを超えると継手１と管２との接合部３０における圧縮応力が強くなりすぎて、溶融した樹脂が管２若しくは継手１の内部に漏れだしてしまう恐れがある上、継手１の回転時に多大な回転トルクが必要となり同時に管２の把持力を多大としなければならず、更に接合部３０に管２を挿入する際に強大な挿入力が必要となって、接合時に消費されるエネルギーが大きくなってしまう。
【００２７】接合部３０の内径Ｄと接合対象部２０の外径Ｄ０の関係については、例えば、主にガスや水道用途に用いられているポリエチレン管の如き、外径（ｍｍ）と管厚さ（ｍｍ）との比が１５以下のものへの適用は、（Ｄ０−Ｄ）が０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下の範囲で可能であるが、ポリエチレンより硬質のもので外径と管厚さとの比が１５を超えるもの等においては、（Ｄ０−Ｄ）は０。３ｍｍに近い方が好ましく、いずれの場合でも（Ｄ０−Ｄ）は０．３ｍｍから２．０ｍｍの範囲にあることが好ましい。
【００２８】この継手１は、以上のように、接合部３０の管受け口端面側にガイド部１０が設けられているとともに、接合部３０が、ガイド部１０との境界部から奥側に向かって平行に延びる筒状に形成されているので、継手１の長さを長くすることなく、管端２０である管端部の挫屈を押さえることができる。即ち、継手１の管受け口全てではなく継手１の管受け口端面側からある位置までをガイド部１０としてテーパーを付与し、それ以降の奥部を接合部３０として継手１本体の管軸に対して平行にすることで、挫屈を抑え、無駄に継手を長くすることなく接合対象部２０の外径の大小や歪曲に起因する不都合を吸収することができ、また、接合部３０の内壁面が、ガイド部のテーパー角度より緩い角度又は管軸と平行な筒状に形成されているので、管受け口に管を挿入した際、接合対象部が受ける圧縮応力を大幅に減少する効果があり、このため接合中に樹脂が軟化したことで生じ易くなる挫屈現象や、挫屈せずとも接合部に残留応力として残ることによる強度低下を改善することが可能となる。
【００２９】更に、上記接合部３０の内径Ｄの値を管２の接合対象部２０の外径Ｄ０に対して特定の関係を有するものとしたことと相俟って、継手１と管２とを高強度にしかも確実に、安定的に接合することが可能となる。また接合強度についても接合部の長さにより、接合面積を変えられるので設計が容易になる。
【００３０】また、図１の（ｂ）に示す継手１は、図３に示した継手１と同様に、継手１の両側の管受け口端面からガイド部１０、接合部３０を順に備えているが、ガイド部１０は接合部３０のテーパー角度より大きいテーパー角度で徐々に縮径している（後述の実施例３参照）点で、図３に示した継手１と異なる。接合部３０についてみれば、接合部３０は管受け口端面側から奥側に向かって継手１の本体の管軸に対して０度以上のテーパー角で徐々に縮径している。接合部３０の内径Ｄと管２の接合対象部２０の外径Ｄ０との差は、前述の図３における摩擦溶融接合用継手１の場合と同様であるので、再度説明はしない。
【００３１】この継手１は、以上のように、接合部３０の管受け口端面側にガイド部１０が設けられているとともに、接合部３０が、ガイド部１０との境界部からガイド部のテーパ角度より小さいテーパ角度で徐々に縮径しつつ奥側に向かって延びる筒状に形成されているので、管２の接合対象部２０を管受け口内へ導く際の作業性がより良好になされる点で好都合である。また、継手１の管受け口全てではなく継手１の管受け口端面側からある位置までをガイド部１０としてテーパーを付与し、それ以降の奥部を接合部３０として継手１本体の管軸に対して平行にすることで、挫屈を抑え、無駄に継手１を長くすることなく接合対象部２０の外径の大小や歪曲に起因する不都合を吸収することができるという上記作用を、より一層確実に奏すると共に、上記接合部３０の内径Ｄの値を管２の接合対照部２０の外径Ｄ０に対して特定の関係を有するものとしたことと相俟って、継手１と管２とを、より高強度にしかも確実に安定的に接合することが可能となった。但し、接合部３０を、上記ガイド部１０との境界部からガイド部１０のテーパ角度より小さいテーパ角度で徐々に縮径しつつ奥側に向かって延びる筒状に形成した関係上、工業生産面では図３に示した継手１よりも高度の技術を必要とする。
【００３２】継手１と管２との接合に用いられる接合装置３としては、例えば一例として、図２に示す接合装置３が用いられる。この装置を用いて継手１と管２とを接合する方法を次に説明する。
【００３３】装置３は、熱可塑性樹脂製の管２をそれぞれ把持し、リンク１６，１６で接合された２つのクランプ１１ａ，１１ｂと、ソケットタイプの摩擦溶融接合用継手１を把持した状態で回転自在な継手回転治具１２と、タイミングベルト１３を介して継手回転治具１２を回転させるモータ１４と、一方のクランプ１１ａに接合され、このクランプ１１ａを継手回転治具１２の方向へ進退させるとともに、リンク１６，１６を介してクランプ１１ｂも継手回転治具１２の方向へ進退させるようになっているエアーシリンダ１５とを備えている。
【００３４】そして、この接合装置３によって、継手１と管２とを接合するには、継手１を継手回転治具１２に把持させるとともに、クランプ１１ａ，１１ｂにそれぞれ管２を把持させる。次に、エアーシリンダ１５を作動させてクランプ１１ａ，１１ｂを継手回転治具１２方向に移動させて、継手１の内側に、両側から管２，２を挿入し始めて継手中央突出部に接するまで挿入する。その後、モータ１４を駆動させて継手回転治具１２とともに、継手１を回転させ、その間、管２に継手１への挿入方向（管軸に平行）の力を加えて、管２が抜け出るのを保持するのである。
【００３５】（作用）摩擦溶融接合用の継手１の接合部３０の内径Ｄとその長さとの間には、接合対象部２０の外径Ｄ０に対して図４のような設計領域が存在する。即ち、高強度で安定した接合強度を得るために、接合部３０の内径Ｄは、溶融量限界による上限と変形限界による下限との間にする必要がある。溶融量限界とは、摩擦溶融中に発生する溶融樹脂量および熱量の最低必要量で、接合部３０の内径Ｄがこの限界値以下では、接合部３０と接合対象部２０との間にできる隙間を溶融樹脂で埋めることができず、また熱量が不足すれば、継手１の接合部３０の樹脂分子と管２の接合対象部２０の樹脂分子との絡み合いが不十分となり、接合箇所の強度が不十分となったり漏れなどの原因となる。溶融量限界は接合部３０の長さとも関連しており、接合部３０の内径が同じであれば接合部３０の長さが短い方が溶融樹脂量の最小値は小さくなる。
【００３６】変形限界とは、管受け口に接合対象部２０を挿入した時又は摩擦溶融中に接合対象部２０が挫屈する時若しくは挫屈せずとも大きい残留応力が残ることにより強度低下を引き起こす限界である。接合部３０の内径Ｄは接合対象部２０の外径Ｄ０より小さいので、管受け口に接合対象部２０を挿入した際に接合対象部２０は圧縮の応力を受けている。接合部３０の内径Ｄが小さすぎれば、接合対象部２０は接合部３０に挿入できないか、又は挿入された段階で接合対象部２０は大きな圧縮応力を受けており、挫屈限界を超えると挫屈する。
【００３７】挿入された段階での挫屈がなくとも、摩擦溶融中に接合対象部２０が加熱され軟化することで剛性は低下する。加熱により圧縮の応力も緩和されるが、剛性の低下の度合いが大きいと接合対象部２０はやはり挫屈する。加えて、接合部３０の軟化した層の厚さが薄く、管２の全体の剛性を下げるに至らなかった場合には挫屈を生じないが、管挿入部には大きな残留応力が残った状態となっている。
【００３８】変形限界は接合部３０の長さも関連しており、接合部３０の内径が同じであれば接合部３０の長さが長い方が挫屈しやすい。通常、接合対象部の厚さが薄いほど挫屈し易く、接合対象部の厚さが厚くなる即ち、接合対象部の外径が大きい管ほど挫屈は生じにくくなる。従って、変形限界は内径の小さい方にシフトして設計領域は広がる。
【００３９】接合部３０の長さは必要とする強度により異なり、必要強度が発現する長さ以上あればよく、あまり長くしすぎても意味はないので用途、使用環境に併せて適宜設計される。また、ガイド部１０を設けることにより、継手１の管受け口に管２の接合対象部２０を挿入する際に、接合対象部２０がガイド部１０によってガイドされて管２の管軸を継手１の本体の管軸に一致させることができる。
【００４０】テーパーは継手１の接合部３０に設けるのみで、管２の接合対象部２０に設ける必要はないので、現場での切削工程が不要となる。継手１の管受け口内面を単純なテーパー形状から、ガイド部１０及び接合部３０の異なる機能を有する２つの部位に分離し、接合部３０の内壁面を、その管軸が継手１の本体管軸と平行な壁面若しくはガイド部のテーパー角度より緩やかなテーパー角度を持つ壁面としたので、接合対象部２０の挿入負荷が減少でき、また継手１に摩擦溶融させる動力源の出力を小さくでき、装置の小型化、低価格化が可能となる。
【００４１】又、接合部３０に接合対象部２０を挿入後管を把持固定し継手を回転させるので、接合部３０における面圧が維持されて接合ばらつきがなく強度が安定した接合が可能となる。
【００４２】次に、本発明による継手を用いた接合の実施の一例を、その比較例と対比させつつ具体的に説明する。
（実施例１）熱可塑性樹脂管である架橋ポリエチレンパイプ（積水化学社製、エスロペックス；外径６０±０．３ｍｍ、平均外径６０±０．１ｍｍ、肉厚４．５ｍｍ、長さ８０ｃｍ）２と、各部寸法が図５に示される継手（架橋ポリエチレン製）３とを上記接合装置３にセットし、接合対象部２０の端面が継手のガイド部１０に当たった時点で継手１を回転速度０．７５ｍ／秒で回転させると同時に挿入圧力１．５ＭＰａで挿入し、接合対象部２０の端面が管受け口端面から４５ｍｍ挿入された時点で挿入圧力を０．５ＭＰａに落とした。回転開始から２０秒後に回転を停止し、十分に冷却した後装置から接合品を取り外し、計１６本の接合品を得た。接合時には、管２を継手１内に挿入する際には、管２の接合対象部２０を継手１のガイド部１０に軽く当接させつつスムーズに管受け口内へ導くことが出来た。接合部３０内で接合対象部２０は挫屈を生じていなかったが、樹脂が継手１の内部にはみ出していた。
【００４３】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て管から破壊した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えた（以下、内圧振動試験という）ところ、全て１００万回の繰り返し後にも異常は発生しなかった。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ７本は３００時間後に管が破壊したが、３本はそれ以前に接合部から漏れを生じた。
【００４４】（実施例２）図６に示した継手を用いた他は実施例１と同様にし、計１６本の接合品を得た。接合時には、管２を継手１内に挿入する際には、管２の接合対象部２０を継手１のガイド部１０に軽く当接させつつスムーズに管受け口内へ導くことが出来た。接合部３０内で接合対象部２０は挫屈を生じていなかったが、樹脂が継手１の内部に大きくはみ出していた。
【００４５】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て管から破壊した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えたところ、全て１００万回の繰り返し後にも異常は発生しなかった。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ７本は３００時間後に管が破壊したが、３本はそれ以前に接合部から漏れを生じた。
【００４６】（実施例３）図７に示した継手を用いた他は実施例１と同様にし、計１６本の接合品を得た。接合時には、管２を継手１内に挿入する際には、管２の接合対象部２０を継手１のガイド部１０に軽く当接させつつスムーズに管受け口内へ導くことが出来た。接合部３０内で接合対象部２０は挫屈を生じていなかったが、樹脂が継手１の内部に大きくはみ出していた。
【００４７】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て管から破壊した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えたところ、全て１００万回の繰り返し後にも異常は発生しなかった。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ９本は３００時間後に管が破壊したが、１本はそれ以前に接合部から漏れを生じた。
【００４８】（実施例４）実施例１と同じ継手及び管を用い、継手の管受け口に両側から圧力２．５ＭＰａで挿入し、挿入圧力を０．５ＭＰａに落とした後、継手を回転速度０．７５ｍ／秒で１５秒間回転させ、充分に冷却した後装置から取り外し、計１６本の接合品を得た。接合時には、管２を継手１内に挿入する際には、管２の接合対象部２０を継手１のガイド部１０に軽く当接させつつスムーズに管受け口内へ導くことが出来た。接合部３０内で接合対象部２０は挫屈を生じていなかったが、樹脂も継手１の内部への漏れだしは微少であった。
【００４９】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て管から破壊した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えたところ、全て１００万回の繰り返し後にも異常は発生しなかった。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ全て３００時間後に管が破壊した。
【００５０】（比較例１）図８に示した継手を用いた他は実施例１と同様にして、計１６本の接合品を得た。接合時、管を継手内に挿入する際にはガイド部によりスムーズに継手内へ管が導かれた。接合部において接合対象部は挫屈しておらず、継手内側への樹脂の漏れだしも小さかった。
【００５１】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て接合部から漏水した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えたところ、全て１００万回以前に接合部から漏水した。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ全て３００時間以前に接合部から漏水した。
【００５２】（比較例２）図９に示した継手を用いた他は実施例１と同様にして接合品を得た。しかし、接合部３０内で接合対象部２０が挫屈しているものや継手内側に樹脂が大きくはみ出しているものがあり、挫屈を生じていないもの計１６本の接合品を選び出した。
【００５３】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て管から破壊した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えたところ、全て１００万回以前に接合部から漏水した。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ全て３００時間以前に接合部から漏水した。
【００５４】（比較例３）図１０に示した継手を用い実施例１と同じ管を用いたが、管を管受け口に挿入することが出来なかった。
【００５５】（比較例４）図１１に示した継手を用い、溶融量が実施例１の継手と同様になるように継手の長さを設計したところ、継手の長さは実施例１の継手の長さの４倍以上となった。管は実施例１と同様のものを使用し、実施例１と同じ接合条件で、計１６本の接合品を得た。接合時、管を継手内に挿入する際にはテーパーによりスムーズに継手内へ管が導かれた。接合部において接合対象部には挫屈を生じていなかったが、樹脂が継手内側にはみ出していた。
【００５６】得られた１６本の接合品の内、任意の３本の接合品に破壊水圧試験（ＪＩＳＫ ６７６９）をしたところ全て管から破壊した。更に別の任意の３本の接合品に、内圧１．３ＭＰａを負荷した状態で継手部分に振幅８０ｍｍの繰り返し振動を与えたところ、全て１００万回後でも異常がなかった。残りの１０本の接合品を、内圧０．７２ＭＰａで熱間内圧試験（ＪＩＳ Ｋ ６７６９）したところ７本は３００時間後に管が破壊したが、３本はそれ以前に接合部から漏水した。
【００５７】以上の実施例及び比較例について、挫屈の発生の有無、その他の特性を表１に示す。なお、表中の項目「管受け口」については、テーパー付きガイド部と接合部とを備えたものを「有」、テーパーを持たないものを「ストレート」、テーパー部のみのものを「単純テーパー」と表し、「管径差、歪曲の吸収性」については、目視で吸収性が認められたもの「○」、管受け口に端を挿入出来なかったものを「挿入できず」と表し、「継手の長さ」については、１００ｍｍ以下のものを「短」、１００ｍｍより大のものを「長」と表し、「挫屈の有無」については、目視で挫屈したと判断出来たものを「×」、挫屈しなかったものを「○」と表し、「継手内面への樹脂漏れ量」については、融着接合時に目視で継手内部に漏れた溶融樹脂量が多いものを「大」、少ないものを「小」、ないものを「なし」と表し、「破壊水圧試験」については、前記試験条件で管が破壊したものを「○」、接合部から漏れたものを「漏れ」と表し、「内圧振動試験」については、前記試験条件で異常がなかったものを「○」、漏れを生じたものを「漏れ」と表し、「熱間内圧試験」については、前記試験条件で管が破壊したものの割合が７０％以上の場合を「○」、９０％以上の場合を「◎」、漏れを生じたものを「漏れ」と表してある。又、実施出来なかった項目については「−」を記してある。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【発明の効果】本発明に係る熱可塑性樹脂製継手は、以上のように構成されており、内面に傾斜を有するガイド部を設けているため、管等の接合対象部の外径の大小を吸収し、接合対象部がガイド部によってガイドされて管等の管軸を継手本体の管軸に一致させることが可能となり、継手の長さを長くすることなく、接合対象部の挫屈を防止することができ、更に接合部の最小内径Ｄの値を管等の接合対象部の外径Ｄ０に対して特定の関係を有するものとしたことと相俟って、継手と管等とを高強度に接合することができる。
【００６０】従って、例えばガス用、上水道用、給水給湯用等の耐熱・耐圧が要求される配管や温泉用等の耐腐食が要求される配管の接合に好適に使用できる。一方、テーパーは継手の管受け口にのみ設け、管等の接合対象部には必要ないので、現場での切削工程が不要となる。
【００６１】また、ガイド部の傾斜角度より小さい傾斜を有する接合部を設けた場合は、管等を接合する際の作業性がより良好なものとなり、加えて、継手の長さを長くすることなく、接合対象部の挫屈を防止することができるという上記効果をより一層確実に奏することができる。 また、継手の管受け口内面を、ガイド部及び接合部の異なる機能を有する２つの部位に分離し、接合部の内壁面を、その管軸が継手の本体管軸と平行な壁面若しくはガイド部の傾斜角度より緩やかな傾斜角度を持つ壁面としたので、管等の接合対象部の挿入負荷が減少でき、また継手に摩擦溶融させる動力源の出力を小さくでき、装置の小型化、低価格化が可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１７４
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２１日（１９９９．１２．２１） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３８７０（Ｐ２００１−１７３８７０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６２８７４ |
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