JP2006038150A - 電気融着継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機系流体の浸透防止機能を有する電気融着継手を提供する。
【解決手段】 両端開口より挿し込み配置されている合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性合成樹脂層からなる継手貫通孔内壁面を有し、且つ該貫通孔内壁面から厚み方向への有機系液体又は気体燃料の浸透を阻止するバリア層を有する電気融着継手。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機系流体を収容する合成樹脂管と電気融着により接続可能な合成樹脂製の電気融着継手に関し、詳しくは、有機系流体の透過を防止するバリア層を備える合成樹脂製の電気融着継手に関する。尚、本発明において、「有機系流体」という用語は、合成樹脂性の電気融着継手を形成している合成樹脂層を透過する性質を有している有機系流体を意味する用語として使用する。そのような流体としては、例えば、ガソリン、灯油等の液状燃料、アセトン、アルコール等の有機溶剤及び水素等の気体燃料が包含される。

従来、ガソリン、灯油等の液状燃料、アセトン、アルコール等の有機溶剤及び水素等の気体燃料のような有機系液体や気体燃料を搬送又は収容するための配管として、鋼管の外表面に合成樹脂で被覆した所謂被覆鋼管が用いられており、特に、埋設用配管の場合は被覆鋼管が用いられる場合が多かった。しかし、配管施工時や他工事の際に加わる外力により合成樹脂被覆が剥離又は損傷した場合には、その剥離・損傷箇所から鋼管が選択的に腐食し、鋼管に孔があき、内部を通流する又は内部に収容された有機系液体が外部に漏洩するという危険な事態に繋がるという問題があった。このような危険性は、被覆鋼管が地中に埋設される配管として施工に供される場合に特に高い。それ故、最近では、有機系液体の輸送用配管として、合成樹脂管が被覆鋼管に代って使用されつつある。

合成樹脂管は、（１）酸・アルカリに対して優れた耐食性能を有する、（２）腐食しない、（３）地震等の地盤変位に対して優れた可とう性を有する、（４）鋼管に比べ軽量であることから作業性が良好である、（５）電気融着継手を用いた接合により完全に一体化した接合が可能である、等の優れた性能を有している。しかしながら、例えば、ポリエチレンに代表されるポリオレフィン樹脂の場合、ガソリン等の非極性の炭化水素燃料の浸透を防止する十分な機能を有していないため、特にポリオレフィン樹脂製である場合には、収容されている有機系流体が合成樹脂管体を透過して外部に拡散してしまうのである。また、気体燃料の中でも水素は分子の大きさが小さい事から、一般的にオレフィン樹脂層を透過し易い。

このような問題を解決する手段として、特許文献１には、有機系液体の浸透防止性能を有するバリア層を管体の内層及び中間層に設けた燃料移送チューブが開示されている。また、特許文献２には、ガス不透過性樹脂層を設けた合成樹脂管が開示されており、このガス不透過性樹脂層により炭化水素系燃料や有機溶剤の土中への漏出に起因する土壌汚染や水道水への混入を防止している。
特開平７−９６５６４号公報 特開平１１−１０７５７号公報

電気融着継手とは、公知の通り、継手の開口部に合成樹脂管を挿入し、継手の端子を介して継手内の導電線に通電することによる発熱を用いて継手内面と樹脂管外面とを融着させることにより、合成樹脂製の電気融着継手を介して合成樹脂管同士を接続するための継手物品である。このことは、上記従来技術のように合成樹脂管にバリア層を設けても、電気融着継手にバリア層がなければ、バリア層を有する合成樹脂管を通流する又は合成樹脂管内に収容された有機系流体が継手の合成樹脂層中に侵入し、透過して外部に漏洩する可能性があることを意味している。

それにも拘らず、合成樹脂管を接続する電気融着継手にバリア性能を施す技術は、出願人が知る限り、未だ提案されていない。それ故、このような電気融着継手部分からの有機系流体の漏洩の危険性を極力低下させるという技術的アプローチは重要であり、価値がある。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、有機系流体の浸透、透過を防止する機能を有する電気融着継手を提供することを目的とする。

本発明は以下の各発明を包含する。
（１）両端開口より挿し込み配置されている合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性合成樹脂層からなる継手貫通孔内壁面を有し、且つ該貫通孔内壁面から厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア層を有する電気融着継手。

（２）前記貫通孔内壁面からその厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア層を、前記合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性合成樹脂層より外側層として有する合成樹脂積層体より形成されていることを特徴とする（１）項記載の電気融着継手。

（３）通電加熱によって合成樹脂管外壁と融着接合可能な融着性合成樹脂層が、前記貫通孔内壁面からその厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア性を兼備する層であることを特徴とする（１）項記載の電気融着継手。

（４）通電加熱によって合成樹脂管外壁と融着接合可能な融着性と、前記貫通孔内壁面からその厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア性を兼備する単一合成樹脂材料によって形成されていることを特徴とする（１）項記載の電気融着継手。

（５）通電加熱によって合成樹脂管外壁と融着接合可能で且つバリア性能を有するな融着性合成樹脂層以外の部分がポリオレフィン樹脂で構成される（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の電気融着継手。

（６）前記バリア性を有し且つ合成樹脂管の熱融着性外壁と溶融接着することができる性質を兼備する合成樹脂材料がポリフェニルポリスチレンエラストマー共重合体である（３）項〜（５）項のいずれか１項に記載の電気融着継手。

（７）前記合成樹脂管と電気融着により融着接合する加熱ワイヤーが設置されている領域の長さが、電気融着継手の肉厚よりも大きいことを特徴とする（１）項〜（６）項のいずれか１項に記載の電気融着継手。

（８）前記合成樹脂管と前記電気融着継手との電気融着による接合領域の長さ、すなわち、融着が完了した時に継手と合成樹脂管が一体化している領域の長さをＬとし、電気融着による接合領域における継手貫通孔の内壁面から継手外壁面までの厚さの最小値をｔｃとした場合、Ｌ／ｔｃ≧２（Ｌがｔｃの２倍以上）であること特徴とする（１）項〜（７）項のいずれか１項に記載の電気融着継手。

（９）前記通電加熱は、前記貫通孔内壁面を形成している融着性合成樹脂層中に貫通孔内壁面に沿って巻回、埋設された電熱線への通電によって行われていることを特徴とする（１）項〜（８）項のいずれか１項に記載の電気融着継手。

本発明の電気融着継手は、有機系流体の浸透に対するバリア性を有する合成樹脂管の外壁部と融着接合することが可能であるとともに、有機系流体の厚み方向に対する浸透に対してバリア性を有する層を有しているために、合成樹脂管内を流れるか、樹脂管内に収納されている有機系流体が継手を形成している合成樹脂材部分へ浸透することを阻止するか、少なくとも漏洩する場合の最短距離である厚み方向に浸透し、透過することを阻止することができ、長期間にわたって継手部分からの有機系流体の漏洩を阻止することができる。

本発明の電気融着継手の継手貫通孔は、その内壁面が通電加熱によって合成樹脂管と融着接合することができる層であり、且つ合成樹脂管内を移動しているか又は収納されている液体燃料、有機溶剤、気体燃料等の有機系流体が前記貫通孔中央部に設けられている位置決め突起や段差部近傍の内壁面から電気融着継手の厚み方向に浸透し、透過することを阻止するバリア層を有していることを特徴とする。

本発明の電気融着継手は、貫通孔に挿し込み配置されている合成樹脂管の熱融着可能な外壁部と融着接合できる内壁面を有し、且つ、その厚み方向に前記有機系液体の浸透に対するバリア層を有している構造体を形成することができるものである限り特に形成材料に制限はない。

例えば、内壁部がバリア層である合成樹脂積層材料、外壁部がバリア層である合成樹脂積層材料等によって形成されている合成樹脂構造体であることができる。また、バリア性で熱融着性を兼備した単一合成樹脂から形成されている合成樹脂構造体であってもよい。

しかし、コスト面からは、高価なバリア性樹脂と安価なポリオレフィン樹脂とを複合積層して形成することが好ましい。また、合成樹脂管を融着接合した後の有機系流体の浸透を効果的に抑制するためには、バリア層は熱融着接合可能な樹脂からなる内壁層として存在することが好ましい。

そのようなバリア性を有し且つ合成樹脂管の熱融着性外壁と溶融接着することができる合成樹脂としては特に制限はないが、継手を構成する合成樹脂がポリエチレ等のポリオレフィン樹脂とポリフェニルスチレンエラストマー共重合体の組合せが好適に用いられる。

本発明の電気融着継手は、継手内の両開口部からの距離の中間部に両開口部から挿し込まれる合成樹脂管の先端が突起７もしくは段差７’にて当接して位置決めされる、これにより、貫通孔両開口から挿し込まれた合成樹脂管の先端同士がこの突起７もしくは７’を挟んで対向している状態で融着固定される。

このように電気融着した継手内の状態は、両合成樹脂管の先端同士が突起７もしくは段差７’を挟んで離れている状態にあることから、継手中央部の位置決め突起７と段差部７’は有機系流体に接触している。従来の継手は、この突起７や段差部７’の近傍の継手内面中の加熱領域以外の領域(コールドゾーンと称する)にて搬送液体並びに搬送気体を接する部分から有機系流体が継手樹脂内に浸透し、ついには継手構造体の厚みを透過して外部に漏洩することが多い。しかし、突起７や段差部７’を含めて継手コールドゾーンにもバリア層を具備する本発明の電気融着継手の場合は、段差部周辺に存在する有機系流体がその突起７や段差部７’から継手樹脂内部に浸透することがあっても、バリア層によって厚み方向への浸透が阻止される結果、突起７や段差部７’等から浸透した有機系液体や気体燃料はバリア層に沿って継手貫通孔の長手方向に浸透せざるを得なくなるので、有機系流体が継手を厚み方向に最短距離で透過して外部に漏洩する場合に比べて飛躍的に漏出までの時間を長くすることができる。

特に、合成樹脂管外壁との融着接合部となる貫通孔内壁部自体がバリア層である場合には、有機系流体は、継手貫通孔の内壁部と合成樹脂管の外壁部間の融着接合部において、継手貫通孔内壁部に沿って合成樹脂管の外壁部だけに浸透して行かざるを得ないため、さらに有機系流体が外部に漏出する時間を長くすることができる。

本発明の電気融着継手において、合成樹脂管と継手との電気融着領域の長さをＬとし、電気融着領域における継手貫通孔の内壁から継手外壁までの厚さの最小値（ｔｃ）とした場合、Ｌ／ｔｃ≧２（Ｌがｔｃの２倍以上）であることが好適である。

電気融着継手の貫通孔内面がバリア層となっている場合には、バリア層を迂回することで構成される実効路程（概ねLに等しい）が継手の厚さ方向の実効路程の２倍あれば、有機系流体の外部への浸透・漏洩までの時間が凡そ２倍になるはずであり、有機系液体の外部への浸透・漏洩の阻止効果が十分あるといえる。

本発明の電気融着継手を形成している合成樹脂材料は、少なくとも、その貫通孔壁面においては合成樹脂管外壁部と電気融着可能な材質であることが好ましい。継手を構成する合成樹脂としてはポリオレフィン樹脂、バリア層の材質としてはポリフェニルポリスチレンエストラマー共重合体が特に好適である。バリア層は、合成樹脂管と接触する継手内貫通孔表面部又は最離間する継手外表面部に配置されていることが好適である。しかし、本発明が予定する効果を奏する限り、これら具体的に列記した樹脂素材に限定されないことは言うまでもない。現状における最も実用的はものとしては、合成樹脂管及び電気融着継手がともにポリオレフィン樹脂であって、継手内貫通孔面に設けたバリア層がポリフェニルポリスチレンエストラマー共重合体である組合わせのものを挙げることができる。両樹脂は、電気融着に支障を与えず、接続の健全性が確保できる好適な組み合わせである

以上のように、本発明の電機融着継手は、バリア層のない継手と比較して有機系流体が外部に漏出するまでの距離が飛躍的に長くなっており、有機系流体が継手外部に漏洩し難くなっているので、有機系流体の外部への浸透・漏洩の可能性を低下させることができる。
このように、電気融着継手部分からの有機系流体の漏出を防止できる電気融着継手を提供できることは、電気融着継手の肉厚を増やすことが経済性や電気融着処理のやり易さの点から厳しく制限されている現状では、貢献度が大きい。

以下、実施例によって合成樹脂管用の本発明の電気融着継手を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

図１は、有機系液体もしくは気体燃料の浸透を防止することができる本発明の電気融着継手１と合成樹脂管８とを融着した状態を示す断面図である。
図中、電気融着継手１は、通常の継手用のポリエチレン樹脂から形成されている継手外面側樹脂層２と貫通孔壁面側に電気融着性樹脂であり且つ有機系流体の浸透に対してバリア性を有するポリフェニルポリスチレンエラストマー共重合体からなるバリア層３とを積層して形成されており、バリア層３内に加熱ワイヤ４が配置され、該加熱ワイヤは電極端子６に接続されている。また、貫通孔壁面の中央部には環状突起部７が形成されており、継手１の両開口部から差し込まれる合成樹脂管８の先端が突起部７に当接して位置決めされる。
継手貫通孔壁面５を形成する合成樹脂として、シェブロンフィリップス化学社製エクステルＸＥ３２００材料からなるを用いることで、バリア性能と熱融着性の両方を満足する事ができる。

図２は、電気融着継手全体を有機系流体の浸透を防止することができるバリア性を有し、且つ電気融着性を有する合成樹脂材料で形成している本発明の電気融着継手１と合成樹脂管８とを融着した状態を示す断面図である。
図３は、有機系流体の浸透を防止することができる本発明の電気融着継手１と合成樹脂管８とを融着した状態を示す断面図である。このエルボ形継手においては、管が融着されていないコールドゾーン５がソケット形継手より広範囲になる。本発明によれば、その広範囲のコールドゾーン５もバリア層で形成される為に、バリア層が無い継手に比べ有機系流体の浸透を防止するのに好適である。
図４は、図１の電気融着継手において、バリア層３がない電気融着継手１と合成樹脂管８を融着した状態を示す断面図である。

図４に示すバリア層がない電気融着継手１と合成樹脂管８を融着した場合は、有機系流体が突起部７及びその近傍の継手貫通孔の内壁５の部分から継手樹脂中に浸透し、継手の厚み方向に最短距離で透過し、有機系流体が外部に漏洩することとなる。

これに対して、図１に示すように、継手最内層にバリア層があると、有機系流体が継手外面側樹脂層２中に浸透することはできない。この場合、有機系流体は、合成樹脂管８の融着性樹脂部１０の層に浸透することとなるが、継手の開口部までの距離が継手の厚み方向外面までの距離に比べて長いために有機系流体が外部に漏出するまでの時間が長くなり、実質的に有機系流体の漏出を防止することができる。
上記の継手からの有機系流体の漏出を防止できる効果は図２の継手についても同様である。

上記実施例で説明した本発明の電気融着継手の概略寸法は次の通りである。
合成樹脂管８と電気融着継手１の口径を呼び径５０とした場合、内圧長期クリープ性能から規定される継手厚さｔｃが７．５ｍｍとすると、電気融着継手の加熱領域長さＬを１７ｍｍとすることで、Ｌ／ｔｃ＝２．２となりＬ／ｔｃ≧２を満足する事ができる。
また樹脂管並びに電気融着継手の口径を１００とした場合、継手厚さｔｃが１０ｍｍであれば、電気融着継手の加熱領域長さLを２１ｍｍとすることで、Ｌ／ｔｃ＝２．１≧２を満足することが出来る。

上記のように有機系流体の浸透の実効路程が電気融着継手にバリア層が無い場合に比して、バリア層がある場合は２倍以上となり、それだけ有機系流体の外部への浸透・漏洩までの時間が凡そ２倍になるはずであり、有機系流体の外部への浸透・漏洩の防止効果が得られる。

本発明の電機融着継手１は、一般的に用いられている電気融着継手の製造方法によって製造することができる。
例えば、図１の電気融着継手１の場合、電気融着継手１の内径と概ね同じ内径のインナー部を形成するバリア層３をインナー用金型内に成形する。インナーには、加熱用ワイヤー４を巻き付ける為の螺旋状の溝が設けられている。インナーの厚みは溝の底部で概略０．５ｍｍ、溝の山部で概略４．０ｍｍを使用する。

インナーを金型内から取り出し後、加熱用ワイヤー４をインナーの溝にらせん状にインナーの溝底部に巻き付ける。電熱線の線径は概略０．５ｍｍ〜１．５ｍｍを使用する。
次に、電熱線の両端に通電の時に電極として利用するターミナル電極６を取り付ける。上記電熱線とターミナル電極が装着されたインナーをアウター金型内に装着し、アウター樹脂層を形成する外側樹脂層２でインナーを包み込むようにして成形する。これにより、電気融着継手１を製造することができる。

電気融着継手を用いて樹脂管同士を接続する手順は概ね次の通りである。まず、継手１の開口部に合成樹脂管８の先端部を挿入する。次に、継手１に設けた端子電極６と通電制御装置を接続し、端子電極６を介して通電制御装置から加熱用ワイヤー４に電気を流す。これにより、加熱用ワイヤー４が発熱し、継手１の内面バリア層３とそこに挿入されている樹脂管の外側樹脂層１０の近傍が溶融する。その後、適切な時間で通電を止めると、継手１と合成樹脂管８とが接合され一体化される。

以上の構造を有する本発明の電気融着継手は、電気融着継手の肉厚を増やすことが経済性や電気融着処理のやり易さの点から厳しく制限されている現状では、当該技術分野における貢献度が極めて大きい。

継手貫通孔内壁にバリア層を有する本発明の電気融着継手と合成管樹脂の接合状態断面図である。 継手貫通孔外壁にバリア層を有する本発明の電気融着継手と合成管樹脂の接合状態断面図である。 継手貫通孔側にバリア層を有する本発明の電気融着継手と合成管樹脂の接合状態断面図である。 従来用いられているバリア層がない電気融着継手と合成管樹脂管の接合状態断面図である。

符号の説明

１．電気融着継手
２．電気融着継手の外側樹脂層
３．電気融着継手のバリア層
４．加熱ワイヤー
５．電気融着継手のコールドゾーン
６．電極端子
７．電気融着継手の貫通孔中央部突起部
７’．電気融着継手の貫通孔中央部段差部
８．合成樹脂管
９．合成樹脂管のバリア層
１０．合成樹脂管の外層樹脂

Claims (9)

1. 両端開口より挿し込み配置されている合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性合成樹脂層からなる継手貫通孔内壁面を有し、且つ該貫通孔内壁面から厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア層を有する電気融着継手。
2. 前記貫通孔内壁面からその厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア層を、前記合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性合成樹脂層より外側層として有する合成樹脂積層体より形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気融着継手。
3. 前記合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性合成樹脂層が、前記貫通孔内壁面からその厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア性を兼備する層であることを特徴とする請求項１記載の電気融着継手。
4. 前記合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能な融着性と、前記貫通孔内壁面からその厚み方向への有機系流体の浸透を阻止するバリア性を兼備する単一合成樹脂材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気融着継手。
5. 前記合成樹脂管外壁と通電加熱によって融着接合可能で且つバリア性能を有する融着性合成樹脂層以外の部分がポリオレフィン樹脂で構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気融着継手。
6. 前記バリア性を有し且つ合成樹脂管の熱融着性外壁と溶融接着することができる性質を兼備する合成樹脂材料がポリフェニルポリスチレンエラストマー共重合体である請求項３〜５の何れか１項に記載の電気融着継手。
7. 前記合成樹脂管と電気融着により融着接合する長さが、電気融着継手の肉厚よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気融着継手。
8. 前記合成樹脂管と前記電気融着継手との電気融着による融着が完了した時に、継手と合成樹脂管が一体化している接合領域の長さをＬとし、電気融着による接合領域における継手貫通孔の内壁面から継手外壁面までの厚さの最小値をｔｃとした場合、Ｌ／ｔｃ≧２であること特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気融着継手。
9. 前記通電加熱は、前記貫通孔内壁面を形成している融着性合成樹脂層中に貫通孔内壁面に沿って巻回、埋設された電熱線への通電によって行われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気融着継手。

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