JP2003042382A - 電気融着継手 - Google Patents

電気融着継手

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JP2003042382A
JP2003042382A JP2001230695A JP2001230695A JP2003042382A JP 2003042382 A JP2003042382 A JP 2003042382A JP 2001230695 A JP2001230695 A JP 2001230695A JP 2001230695 A JP2001230695 A JP 2001230695A JP 2003042382 A JP2003042382 A JP 2003042382A
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Japan
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heating element
resin
electric fusion
joint
electric
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Nobuyuki Watanabe
宣行 渡辺
Yutaka Kanisawa
裕 蟹澤
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来よりも少ない工数で製造することが可能
で、しかも高品質の融着部が得られる電気融着継手を提
供する。 【解決手段】発熱手段に通電することにより継手と樹脂
管のそれぞれの表面が溶融して接合される電気融着継手
において、溶融接合部の界面が接合時に別途外部から挿
入された発熱素子の樹脂部の一部溶融により接合されて
いる電気融着継手。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂管を接合する
ための発熱素子を有する電気融着継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスや水道の配管における樹脂管同士の
接合手段として、電気融着継手が使用されている。電気
融着継手は、螺旋状に巻回された電熱線(例えばＣｕ−
Ｎｉ線あるいはＮｉ−Ｃｒ線)を樹脂製の継手本体内部
に埋め込んだ基本構造を有する。継手本体に樹脂管の端
部を挿入した状態で電熱線に通電することにより、継手
と樹脂管との境界面及びその近傍を溶融し、次いで溶融
樹脂を冷却・固化することにより、継手と樹脂管とを融
着し、両者を一体化させるものである。この電気融着継
手は、樹脂管と継手をセット後、樹脂管の外径や周囲温
度などに応じて印加電圧、通電時間等の施工条件を選定
し、電熱線に一定の電力を供給することにより、樹脂管
同士を強固に接続できるものであり、高い信頼性を有す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電気融着継手として
は、熱可塑性樹脂からなり外周面に螺旋溝を形成しそこ
に巻回された電熱線を有するインナー（内筒）と、熱可
塑性樹脂からなりインナーを包囲するアウター（外筒）
を有するものが多用されている（例えば特許第２９６３
０８２号参照）。この電気融着継手は、インナーを成形
後その両端部にコネクターピンを装着し、一方のコネク
ターピンに電熱線の一端を接続し、電熱線をインナーに
巻き付け、巻き終わりを他方コネクターピンに接続し、
次いでアウターをインナーと一体的に成形するといった
比較的多数の工程を経て製作されている。また正常な融
着部強度を得るために、電熱線の抵抗値（例えば１００
Ａのソケット形継手に直径１ｍｍの電熱線を用いた場合
で、約０．７Ω）を一定にすることが必要なので、電熱
線に張力を印加しながら巻き付け作業を行うなどの工夫
が必要とされる。
【０００４】電気融着継手としては、上記の構造の他
に、円柱状マンドレルの外周面に熱可塑性樹脂で被覆さ
れた電熱線を巻回し、これを金型内に設置して成形空間
を形成し、そこに熱可塑性樹脂を射出成形して製作され
たものが使用されている（例えば特公平７−５１２９６
号参照）。しかしこの構造のものは、上記のものより製
作工数を短縮できるが、電熱線は互いに密着して巻回さ
れているので、樹脂管と継手を融着接合する際に被覆樹
脂の厚さが不均一となり、電熱線の短絡が生じ易く、融
着不良を招来するという問題がある。
【０００５】さらに、上述した電熱線の代わりにセラミ
ック基地中に金属抵抗相（Ｎｉ−Ｃｒ合金）を分散した
発熱体を用いること（特開昭６３−２８９３９３号）、
樹脂との線膨張係数の差が少ない炭素繊維を抵抗相とし
て含む発熱体を用いること（特開平２−３０９０９０
号）、あるいはカーボンブラックを分散したポリエチレ
ンシートを用いること（特開平３−１３０１３１号）な
どが提案されているが、製造コストが高いことや高品質
の融着部が得られ難いなどの理由で実用化には至ってい
ない。従って本発明の目的は、従来よりも少ない工数で
製造することが可能で、しかも高品質の融着部が得られ
る電気融着継手を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は、従来の電熱線の変わりに抵抗発熱体を
用いて高品質の融着部が得られる電気融着継手を鋭意検
討し、本発明に到達したものである。即ち、本発明の電
気融着継手は、発熱手段に通電することにより継手と樹
脂管のそれぞれの表面が溶融して接合される電気融着継
手において、溶融接合部の界面が接合時に別途外部から
挿入された発熱素子の樹脂部の一部溶融により接合され
ていることを特徴とするものである。本発明の電気融着
継手においては、前記発熱素子に供給されるエネルギー
（例えば一定電圧が常温｛環境温度２０℃｝での所定時
間｛ｔ（ｓｅｃ）｝だけ供給）は、供給される電力｛単
位面積当たりの電力Ｅ（Ｗ／ｃｍ２）｝と供給時間との
関係において下記式（１）及び（２）で挟まれた領域に
存在することが好ましい。 Ｅ＝−２．１・ｌｎ（ｔ）＋１７．５…………………（１） Ｅ＝−０．８・ｌｎ（ｔ）＋６．７………………（２） 本発明の電気融着継手においては、前記発熱素子とし
て、表面に複数個所で折り返された抵抗発熱体を保持し
た第１の樹脂シートと一方の面に固着された第２の樹脂
シートを有するシート状発熱素子を用いることができ
る。この発熱素子は、円筒状に丸めて継手本体に装着す
るだけの簡単な作業で、電気融着継手を製作できる。ま
た、配管作業現場で、複数の通電用引出し線を設け円筒
状に丸めた発熱素子を継手と樹脂管の間に挿入して溶融
接合してもよい。本発明の電気融着継手においては、抵
抗発熱体の損傷を防止するために、前記第１の樹脂シー
トは他方の面に第３の樹脂シートを保持したものが望ま
しい。本発明の電気融着継手においては、高品質の融着
部を得るために、前記抵抗発熱体は、酸化スズを主体と
する電気抵抗材料で形成することが好ましい。本発明の
発熱素子においては、前記発熱体を容易に作成できるよ
うにするために、酸化スズを主体とし、更に無機酸化物
を含有する電気抵抗材料で形成することが好ましい。本
発明において、高品質の融着部を得るために、前記各樹
脂シートはポリオレフィンからなることが好ましく、特
に中密度ポリエチレンからなることが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下本発明の詳細を添付図面によ
り説明する。図１は本発明の電気融着継手の断面図、図
２は図１のＡ部拡大図である。図１において、１は電気
融着継手であり、熱可塑性樹脂からなるソケット形の継
手本体２と、その内面側に設けられた一対の発熱素子３
と、各発熱素子３に接続された端子４とを有する。５は
インジケータである。この継手１は、例えば、端子４と
発熱素子３を図示しない金型内にセットし、熱可塑性樹
脂を射出成形する（インサート成形）ことにより作成さ
れる。また、前述の様に発熱素子３をインサート成形な
どにより継手本体内面側に予め設けず、配管作業現場
で、円筒状に丸めた発熱素子３を継手と樹脂管の間に挿
入し、継手と樹脂管を直接、配管作業現場で溶融接合し
てもよい。
【０００８】図１に示すように継手本体（例えばポリエ
チレン製）２の両端に樹脂管（例えばポリエチレン管）
６を挿入した後、端子４から発熱素子に所定時間だけ電
力を供給することにより、図２に示すように発熱素子３
の周囲｛図中破線で示す領域で、以下接合部２０とい
う｝に存在する樹脂が溶融し（約１２７℃で溶融が開始
される）、ついで溶融樹脂が膨張し、溶融樹脂の周囲に
存在するコールドゾーンに閉じ込められて、界面圧力が
発生する。その界面圧力によりインジケータ５が押し上
げられ（例えば継手本体の外周面から４〜６ｍｍ上昇し
て）、樹脂管６と継手本体２が接合されたことが表示さ
れる。継手本体２と樹脂管６との界面６０（図２に一点
鎖線で示す）が所定の温度（２２０〜２４０℃）に到達
すると、給電を停止し、室温に所定時間（例えば、５〜
１５分程度）放置すると、溶融樹脂が冷却・固化して、
融着が完了する。
【０００９】上記の融着作業において、接合部２０の樹
脂が溶融するために必要な熱量は継手の熱容量によって
定まる。すなわち融着部（接合部）の品質は、発熱素子
に供給される電力と通電時間によって決定される。発熱
素子に一定電圧を印加する場合、継手に供給されるエネ
ルギーＥは、次式で与えられる。 Ｅ＝（Ｖ２／Ｒ）×ｔ 但し、Ｅ：エネルギー、Ｖ：電圧、Ｒ：発熱体の抵抗、
ｔ：通電時間 発熱素子に定電圧を印加する場合、継手の品種と大きさ
（呼び径）及び発熱素子の抵抗値に応じて通電条件（供
給電力と通電時間）が選定される。高品質の融着部を得
るため、融着界面（長さＬで示す円筒面）の単位面積当
たりの投入電力（エネルギー）と発熱体に通電する時間
との関係を調べた結果、ある通電時間における単位面積
当たりの投入電力は、外気条件などによってある程度の
幅はあるが、一定の相関があることがわかった。図３
は、ポリエチレン管を接続するためにポリエチレン製継
手（ソケット形、呼び径：１０〜３００Ａ）に、定電圧
電源から電力を供給した場合の通電時間と単位面積当た
りの電力との関係を示す。即ち、図３は、通電時間が４
５〜１３４０ｓｅｃの時に、良好な融着部が得られた時
の投入電力の値（１．５〜８．５Ｗ／ｃｍ２）をプロッ
トしたものであり、曲線ａは、Ｅ＝−２．１・ｌｎ
（ｔ）＋１７．５で、曲線ｂは、Ｅ＝−０．８・ｌｎ
（ｔ）＋６．７を示す。曲線ａより上の領域は融着部の
温度が過大になり、継手本体や接続管の熱変形や発熱素
子の分解が生じ易く、曲線ｂより下の領域では融着部の
温度や溶解樹脂量が不足するので、継手と接合管の融着
部に隙間が生じるなどの融着不良が生じ易い。従って図
３の曲線ａと曲線ｂで挟まれた領域で良好な融着品質が
得られる。
【００１０】図４は本発明の発熱素子の一例を示す平面
図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。本発明におい
ては、発熱素子として、例えば図４及び５に示すように
第１の樹脂シート３１とその裏面に固着された第２の樹
脂シート３２とを有する構造のものを用い得る。第１の
樹脂シート３１に所定のパターンを打ち抜き、ディスペ
ンサーを用いてこの材料を注入することにより、つづら
折状に形成された抵抗発熱体３０が得られる。またこの
抵抗発熱体３０はスクリーニングにより形成することも
できる。抵抗発熱体３０の寸法は、継手の種類や寸法等
に応じて適宜設定すればよいが、その厚さが十分に取れ
ない場合は、幅（ｂ）を大きくすることにより、発熱量
を増加することができる。尚、抵抗発熱体３０の両端に
は、通電するときの端子４と電気的に連通するための引
出し線３４がそれぞれ設けられている。
【００１１】本発明において、発熱素子は、図４及び５
に示すものに限らず、図６に示すように第２の樹脂シー
ト３２で裏打ちされた第１の樹脂シート３１の表面を第
３の樹脂シート３３で被覆したものでもよく、この構造
によれば発熱体の損傷を確実に防止できる。
【００１２】抵抗発熱体３０は、電気抵抗により発熱す
る部材で、５〜１５０μΩ・ｃｍの範囲の比抵抗を有す
ることが望ましい。このような電気特性を有する材料と
しては、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｒ等の金属またはこれら
の合金、あるいは特定の金属元素でドープされた酸化亜
鉛（ＺｎＯ2）や酸化スズ（ＳｎＯ2）等の金属酸化物を
用い得る。例えば酸化スズ（ＳｎＯ2）を用いる場合、
抵抗発熱体３０を酸化スズ（ＳｎＯ2）のみで形成した
場合には、クラックが発生し、通電不良を生じ易いの
で、酸化スズ（ＳｎＯ2）を主体とし（８０〜９８質量
％）、残部としてアルミナ（Ａｌ2Ｏ３）やシリカ（Ｓ
ｉＯ２）等の無機充填材を配合した電気抵抗材料を用い
ることが望ましい。
【００１３】上記の発熱素子は、図１に示す継手本体１
に装入できるようにするために、円筒状に形成すること
が必要で、そのために第１の樹脂シート３１の厚さ（ｔ
１）は２．５ｍｍ以下であることが望ましい。但し第１
の樹脂シート３１の厚さ（ｔ １）が０．３ｍｍ未満であ
ると、剛性が不足して破損し易くなるので、その厚さは
０．３〜２．５ｍｍの範囲が好ましい。また第２の樹脂
シート及び第３の樹脂シートは厚すぎると、丸めにくく
なり、薄すぎると、抵抗発熱体３０の保護部材としての
機能を果たせなくなるので、これらの厚さ（ｔ２、
ｔ３）は数百μｍ以下であることが好ましく、１００μ
ｍ程度（６０〜１５０μｍ）であることがより好まし
い。
【００１４】上記継手本体２、第１の樹脂シート３１、
第２の樹脂シート３２は、接続管と同じ樹脂で形成すれ
ばよく、そのような樹脂としては、例えば、ポリオレフ
ィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、塩化ビニル、
ポリブテン等の公知の熱可塑性樹脂を用い得る。融着境
界面を所定の厚さに維持するために、これらの樹脂の内
では、ポリエチレン、特に中密度ポリエチレンが望まし
い。
【００１５】上記の例では、ソケット形の継手について
説明したが、本発明はこれに限定されず、エルボー、分
岐サドル、チーズ、レデューサー、ベント等各種形状の
継手に適用できることはもちろんである。また継手全体
が樹脂で形成されたものに限らず、例えば継手本体の一
端に金属製のおねじ（めねじ）部材を固着した構造の給
水（給湯）用継手などに適用でき、少なくとも接合部が
樹脂で形成されていればよい。
【００１６】
【発明の効果】以上に記述の如く、本発明によれば、電
気融着継手の発熱手段として、抵抗発熱体を有するシー
ト状発熱素子を用いると共に、発熱素子に供給する電力
とその通電時間とが特定の関係をもつようにするので、
短い工数で製作でき、かつ高品質の融着部を有する電気
融着継手を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気融着継手の一実施例に係わる断面
図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】本発明の電気融着継手における通電時間と単位
面積当たりの供給電力との関係を示す図である。
【図４】本発明の発熱素子の一例を示す平面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明で使用される発熱素子の他の例を示す断
面図である。
【符号の説明】
１：継手 ２：継手本体 ３：発熱素子 ４：端子 ５：インジケータ ６：樹脂管 ２０：接合部 ３０：抵抗発熱体 ３１：第１の樹脂シート ３２：第２の樹脂シート ３３：第３の樹脂シート ６０：境界面

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発熱手段に通電することにより継手と樹
    脂管のそれぞれの表面が溶融して接合される電気融着継
    手において、溶融接合部の界面が接合時に別途外部から
    挿入された発熱素子の樹脂部の一部溶融により接合され
    ていることを特徴とする電気融着継手。
  2. 【請求項２】 前記発熱素子に供給された、単位面積当
    たりの電力が下記式（１）及び（２）で挟まれた領域に
    あるように通電時間が選定されることを特徴とする請求
    項１記載の電気融着継手。 Ｅ＝−２．１・ｌｎ（ｔ）＋１７．５…………………（１） Ｅ＝−０．８・ｌｎ（ｔ）＋６．７………………（２） 但し、上記式（１）及び（２）において、Ｅ（Ｗ／ｃｍ
    ２）は単位面積当たりの電力、 ｔ（ｓｅｃ）は通電時
    間を示す。
  3. 【請求項３】 前記発熱素子は、表面に複数個所で折り
    返された抵抗発熱体を保持した第１の樹脂シートとその
    一方の面に固着された第２の樹脂シートを有することを
    特徴とする請求項１又は２記載の電気融着継手。
  4. 【請求項４】 前記第１の樹脂シートは、他方の面に固
    着された第３の樹脂シートを有することを特徴とする請
    求項３記載の電気融着継手。
  5. 【請求項５】 前記抵抗発熱体は酸化スズを主体とする
    電気抵抗材料からなることを特徴とする請求項４記載の
    電気融着継手。
  6. 【請求項６】 前記発熱体は無機酸化物を含有すること
    を特徴とする請求項５記載の電気融着継手。
  7. 【請求項７】 前記各樹脂シートはポリオレフィンから
    なることを特徴とする請求項３又は４記載の電気融着継
    手。
  8. 【請求項８】 前記各樹脂シートは中密度ポリエチレン
    からなることを特徴とする請求項７記載の電気融着継
    手。
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