JP2019173915A - 継手部材並びに管継手及び弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管継手及び弁装置を製造しやすく、かつ、特に折り返し部における電熱線の巻き線が容易な継手部材を提供する。【解決手段】継手部材１は、部材本体２と電熱線３とを有する。部材本体は、一方の側から他方の側に向かって螺旋状に形成されている第１の螺旋溝２４と、他方の側から一方の側に向かって螺旋状に形成されている第２の螺旋溝２５と、第１の螺旋溝と第２の螺旋溝とを連結する折り返し部２６と、を有する。折り返し部は、第１の螺旋溝と第２の螺旋溝とに連なり、部材本体の外周に形成されている孔部と、孔部に対して抜き差し可能に嵌合されているピン部材と、を備える。電熱線は、部材本体の一方の側から他方の側に向かって第１の螺旋溝に沿って巻かれ、折り返し部でピン部材の外周に巻きつけられて第２の螺旋溝に向かって折り返され、他方の側から一方の側に向かって第２の螺旋溝に沿って巻かれ、部材本体の一方の側にくるように設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、管継手の製造が容易な継手部材、並びに、容易に製造できる管継手及び弁装置に関するものである。

都市ガスや水道水などを住宅に供給するために地中には配管が埋設されている。埋設配管には、地震などによって配管に対して大きな変形が加わった場合であっても破損することなく変形できて、かつ鋳鉄管などの金属製の管よりも軽量な合成樹脂製（例えばポリエチレン製）の管、管継手及び弁装置が広く使用されている。

合成樹脂製の管継手や弁装置は、その形状が複雑であるなどの理由によって全体を射出成形で成形することができない場合は、個別に成形された複数の部材が融着接合されて製造される。

複数の部材を融着接合する方法には、接合される各部材の端面を加熱プレートに押当てて融点以上まで加熱した後に、融着面同士を突き合わせて加圧することで接合するバット融着接合が知られている。バット融着接合によれば、各部材を比較的容易に接合できる一方、溶融条件や加圧条件のばらつきに起因する融着後の寸法精度のばらつきが生じ易いという問題がある。

そこで、本出願人は、本発明に先行して行った特許出願である特願2017-174448号（以下、先行出願という）において、嵌合する内筒部と外筒部をそれぞれ有し、軸方向に位置決めする位置決め手段を備える各部材が、内筒部の外周に巻かれて埋設された電熱線が加熱されることで、内筒部と外筒部の境界が溶融されて径方向に融着接合される接合構造を有するボールバルブを提案している。

先行出願に記載の接合構造によれば、融着接合の際、接合される各部材は、軸方向に位置決めされ、かつ、融着面が径方向に加圧されるので、軸方向に移動することなく高い精度で位置決めすることができる。よって、先行出願に記載の接合構造は、弁体のような動作する部材を備え、高い位置決め精度が要求される接合構造に好適である。

先行出願に記載の接合構造では、例えば図９に示す継手部材が使用される。継手部材１’は部材本体２’と電熱線３’とを有する。部材本体２’は、他の図示しない継手部材の外筒部に挿入される内筒部２１’と、外筒部から露出する管接続部２２’とを有する。内筒部２１’は、外周に螺旋状の溝部を有し、溝部に沿って電熱線３’が巻かれている。内筒部２１’は全体が外筒部内に挿入されるので、電熱線３’の両端は通電用の端子を接続するために管接続部２２’の側に露出していなければならない。そのため、溝部は、管接続部２２’の側から他方の側に向かって螺旋状に形成されている第１の螺旋溝２４’と、他方の側から管接続部２２’の側に向かって形成されている第２の螺旋溝２５’と、第１の螺旋溝２４’と第２の螺旋溝２５’とをつなぐ折り返し部２６’とで構成されている。図１０に示すように、折返し部２６’は、第１の螺旋溝２４’と第２の螺旋溝２５’の端部同士をつなぐように内筒部２１’に円弧状に形成された溝である。図９及び図１０に記載の構造によれば、溝部に沿って電熱線３’を内筒部２１’に巻くことで、電熱線３’の両端を部材本体２’の片側（管接続部２２の側）に露出させることができる。

部材本体２’への電熱線３’の巻き線は、例えば電熱線３’にテンションをかけながらモータで部材本体２’を中心軸線周りに回転させることで行われる。電熱線３’を折り返し部２６’で第１の螺旋溝２４’から第２の螺旋溝２５’に折り返すとき、折り返しの前後で部材本体２’の回転方向が変えられる。このとき、部材本体２’の回転方向が変わることで電熱線３’にかかっているテンションが一旦緩められるので、電熱線３’は折り返し部２６’から外れやすくなる。電熱線３’の一部でも内筒部２１’の外周から突出することは、外筒部に内筒部２１’を挿入できなくなるおそれがあるので好ましくない。

そのため、巻き線の際には、折り返し部２６’において電熱線３’を内筒部２１’の外周から突出させずに巻くために、電熱線３’を何らかの手段（例えば人力）により折り返し部２６’に対して垂直方向に押さえ付けつつテンションをかけながら、さらに、折り返しの内Ｒとなる部分（図中ｒの部分）に巻きつけるようにしなければならず、電熱線３’を巻く作業が難しいという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、管継手及び弁装置を製造しやすく、かつ、特に折り返し部における電熱線の巻き線が容易な継手部材を提供することを目的とするものである。また、本発明に係る継手部材を使用することによって、高精度で、かつ、製造がし易い管継手及び弁装置を提供することを他の目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の継手部材は、熱可塑性樹脂製の筒状の部材本体と、部材本体の外周に設けられ通電によって発熱する電熱線とを有する継手部材であって、
部材本体は、
一方の側から他方の側に向かって螺旋状に形成されている第１の螺旋溝と、
他方の側から一方の側に向かって螺旋状に形成されている第２の螺旋溝と、
第１の螺旋溝と第２の螺旋溝とを連結する折り返し部と、を有し、
折り返し部は、
第１の螺旋溝と第２の螺旋溝とに連なり、部材本体２の他方の側の外周に形成されている孔部と、
孔部に対して抜き差し可能に嵌合されているピン部材と、を備え、
電熱線は、
部材本体の一方の側から他方の側に向かって第１の螺旋溝に沿って巻かれ、折り返し部でピン部材の外周に巻きつけられて第２の螺旋溝に向かって折り返され、部材本体の他方の側から一方の側に向かって第２の螺旋溝に沿って巻かれ、両端部が部材本体の一方の側にくるように設けられている。

本発明の継手部材は、内筒部に巻かれた電熱線は折り返し部において溝部から外れることなく収まっているので、管継手や弁装置を製造する際に、部材同士を組み付けやすい。このように、本発明の継手部材によれば、管継手及び弁装置を容易に製造することができる。

本発明に係る継手部材の斜視図である。 本発明に係る継手部材の平面図である。 折り返し部の拡大図である。 図３におけるＡＡ断面図である。 巻き線の工程を示す模式図である。 図３におけるＡＡ断面図である。 本発明に係る管継手の断面図である。 本発明に係る弁装置の断面図である。 先行技術の継手部材を示す平面図である。 図９におけるＢＢ断面図を含む斜視図である。

本発明に係る継手部材の一例について、図を参照しながら以下に詳細を説明する。なお、ここに記載された実施の形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の実施の形態は記載された形態に限定されない。

（継手部材）
図１は、本発明の一実施の形態である継手部材１の外観を示す斜視図である。図２は、本発明に係る継手部材１の平面図である。図１において、継手部材１が接合される対象である他の部材の外筒部４は破線で示されている。図３は、折り返し部２６の拡大図である。図４は折り返し部２６の断面を示すAA断面図である。

図１に示すように、継手部材１は、熱可塑性樹脂製の筒状の部材本体２と、部材本体２の外周に巻かれて設けられた、通電によって発熱する電熱線３とを有している。

部材本体２は、外周に電熱線３が巻かれる内筒部２１と、配管の際に管が接続される管接続部２２とを有する。内筒部２１と管接続部２２の間には、内筒部２１よりも大径に形成された例えば環状突起からなる位置決めのための係止部２３が形成されている。継手部材１は、例えば管継手の部品として使用される。管継手を製造する際には、継手部材１は、係止部２３が外筒部４の端面に突き当たるまで内筒部２１が内嵌された状態で電熱線３が通電されることにより、電熱線３の発熱によって加熱溶融されて外筒部４と融着接合される。継手部材１の材料である熱可塑性樹脂は、使用される配管の材料に応じて適宜選択される熱可塑性樹脂である。例えば、都市ガスや上水を供給するための埋設配管部材には広くポリエチレンが使用されており、この場合、継手部材１の材料は同一の材料であるポリエチレンが選択されるが、本発明において継手部材１の材質はこれに限定されない。電熱線３は、例えばニクロム線などが使用される。

部材本体２の内筒部２１の外周には、一方の側（図１及び図２における右側）から他方の側（図１及び図２における左側）に向かって螺旋状に形成されている第１の螺旋溝２４と、他方の側から一方の側に向かって螺旋状に形成されている第２の螺旋溝２５と、第１の螺旋溝２４と第２の螺旋溝２５とを連結している折り返し部２６とが形成されている。第１の螺旋溝２４及び第２の螺旋溝２５の幅及び深さは、電熱線３が内部に収まるように、電熱線３の外径と同一寸法又は若干大きな寸法になるように所定のピッチで形成されている。

折り返し部２６は、第１の螺旋溝２４と第２の螺旋溝２５の端部に連なり、部材本体２の他方の側の外周に形成されている孔部２６１と、孔部２６１に対して抜き差し可能に嵌合されているピン部材５とを備えている。孔部２６１は、部材本体２の他方の側の外周に形成されている、部材本体２の肉厚方向に所定の深さを有する有底孔である。図３に示すように、部材本体２の他方の側において、第１の螺旋溝２４と第２の螺旋溝２５の端部は孔部２６１につながっている。

ピン部材５は、図４に示すように、全体が孔部２６１内に収まることができる長さの円柱部材である。ピン部材５は、孔部２６１から簡単に脱落することなくしっかりと保持される程度に嵌合可能な外径を有している。外周には電熱線３が巻かれて保持される、例えば環状溝からなる電熱線保持部５１が形成されている。図４に示すように、ピン部材５は、電熱線保持部５１に電熱線３を保持した状態で孔部２６１内に全体が収まるように押し込まれている。なお、電熱線保持部５１の形態は、必ずしも図４に示すような環状溝でなくてもよい。ピン部材５は、例えば単なる円柱形状の形態や、端部に小径の段部を有する形態のものであってもよい。孔部並びに第１の螺旋溝２４及び第２の螺旋溝２５の端部の形状は、ピン部材５が電熱線３を保持した状態で、内筒部２１の外周から突出しないように孔部２６１に押し込むことができるように、ピン部材の態様に応じた形状にすることができる。また、ピン部材５の材質は、部材本体２と同じ熱可塑性樹脂、金属及びその他の材料であってもよく、電熱線を保持可能な強度を備えていれば特に限定されない。

電熱線３は、部材本体２の管接続部２２の側の外面に突出するように形成された第１突起２７に、巻き始め側の端部が巻き付けられて固定されている。それ以降の部分は、部材本体２の一方の側から第１の螺旋溝２４に沿って内筒部２１に巻かれている。第１の螺旋溝２４に巻かれ終えた電熱線３は、折り返し部２６でピン部材５の外周に巻きつけられて第２の螺旋溝２５に向かって折り返され、第２の螺旋溝２５に沿って部材本体２の一方の側に向かって内筒部２１に巻かれている。第２の螺旋溝２５に巻かれ終えた電熱線３は、部材本体２の管接続部２２の側の外面に突出するように形成された第２突起２８に巻き付けられて固定されている。このように、電熱線３は、その両端部が部材本体２の一方の側にくるように設けられている。電熱線３の両端部が部材本体２の一方の側に設けられることで、部材方向の一方の側で電熱線３の両端部に通電用の端子を接続することができる。すなわち、部材本体２の他方の側が、接合される対象部材の外筒部内に収まっていても電熱線３への通電が容易である。

（継手部材の製造工程）
継手部材１は、例えば次に示す工程で製造される。
１ （部材本体の準備）
まず、上記で説明した部材本体２が、射出成形、切削加工、又はそれらを組み合わせた加工方法によって形成されて準備される。

２ （巻き線工程）
次いで、部材本体２の外周に電熱線３が巻き線される。図５は、巻き線に使用される巻き線装置６及び巻き線工程の一例を模式的に示している。巻き線装置６は、部材本体２を把持する例えば三つ爪チャックなどの把持部６１と、把持部６１と共に部材本体２を回転させる図示しないモータと、電熱線３が巻かれて保持されているボビン３１を回転可能に支持する電熱線支持部６２と、を備えている。

２−１（巻き線装置への部材本体の装着）
部材本体２は、例えば管接続部２２の外面が把持部６１に把持されることで巻き線装置６に装着される。把持部６１は、モータにより中心軸線Aを中心として回転することができるので、部材本体２も把持部６１と共に中心軸線Aを中心として回転することができる。

２−２（電熱線の巻き始めの端部の固定）
電熱線３がボビン３１から引出され、電熱線３の先端部分が部材本体２の第１突起２７に巻き付けられて固定される。

２−２（巻き線工程１：第1の螺旋溝への巻き線）
端部が固定された電熱線３は、第１の螺旋溝２４における巻き線の開始位置ｓ１（図２、図３も参照）まで導かれ、第１の螺旋溝２４に収められる。次いで、モータにより部材本体２を、中心軸線Aを中心としてＲ１方向に回転させることによって、電熱線３は第１の螺旋溝２４に沿って部材本体２に巻かれる。巻き線の際に電熱線３が緩んで第１の螺旋溝２４から外れることがないように、電熱線３には矢印Bの方向に所定のテンションがかけられている。また、巻き線装置６は、電熱線３が供給されるボビン３１を矢印Cの方向に移動させる図示しない移動手段を備えており、電熱線３が適切な位置から供給されるようにボビン３１が追随するようになっている。モータは、電熱線３を第１の螺旋溝２４における巻き線の終了位置ｆ１（図２、図３も参照）まで巻き終えると回転を停止する。

２−３（巻き線工程２：折り返し）
次いで、ボビン３１を、破線で示されている位置から実線で示される位置まで折り返し部２６を支点として矢印D方向に移動させることで、電熱線３がピン部材５の外周に巻きつけられる。これにより、電熱線３は、第２の螺旋溝２５における巻き線の開始位置ｓ２（図２、図３も参照）まで折り返される。ピン部材５は、孔部２６１に対して抜き差し可能であるので、電熱線３の折り返しは、図６に示すように、内筒部２１の外周から少なくとも一部を突出させた状態で行われる。ピン部材５の少なくとも一部が内筒部２１の外周から突出していると、突出している部分に電熱線３が引っ掛かり易いので、部材本体２は単に溝が形成されている従来の部材本体２’（図９及び図１０を参照）に対して電熱線３の折り返しが容易である。また、ピン部材５は、電熱線３が収まる電熱線保持部５１が外周に形成されており、折り返しの際、電熱線３は電熱線保持部５１に収まるようにピン部材５に巻くことができるので、折り返しがさらに容易である。電熱線３の折り返しが完了した後に、ピン部材５は、全体が孔部２６１内に収まるように矢印G方向に押し込まれる。電熱線３は、電熱線保持部５１に収まっているので、ピン部材５が孔部２６１に押し込まれた後に内筒部２１の外周に突出することがより生じにくい。

２−４（巻き線工程３：第２の螺旋溝への巻き線）
次いで、モータにより、部材本体２を中心軸線Aを中心としてＲ２方向（Ｒ１方向と逆方向）に回転させることによって、電熱線３は第２の螺旋溝２５に沿って部材本体２に巻かれる。このとき、第１の螺旋溝２４への巻き線の場合と同様に、電熱線３は、矢印Eの方向にテンションがかけられつつ、巻き線と共にボビン３１を矢印F方向に移動されながら部材本体２に巻かれる。モータは、電熱線３を第２の螺旋溝２５における巻き線の終了位置ｆ２（図２、図３も参照）まで巻き終えると回転を停止する。

２−５（巻き線工程４：電熱線の巻き終わりの端部の固定）
次いで、電熱線３は、ボビン３１から所定の長さが引き出されて切断される。電熱線３は、緩まないようにテンションがかけられながら第２突起２８の位置まで導かれ、端部が第２突起２８に巻きつけられて固定される。

（管継手）
続いて、本発明に係る継手部材を備えている管継手について説明する。図７は、本発明の一実施の形態である管継手の断面図である。

管継手１０は、継手部材１と、継手部材１が挿入され融着接合されている少なくとも一つの外筒部１０２を有する継手本体１０１と、を備えている。継手部材１は、本発明に係る継手部材である。継手部材１の詳細は、図１〜図４に示す継手部材１と同一であるので同一符号を付してその説明を省略する。

継手本体１０１は、外筒部１０２を有する。外筒部１０２は、継手部材１の内筒部２１が挿入可能な程度の内径寸法に形成されている。外筒部１０２の内径側には、継手部材１の内筒部２１が挿入されている。継手部材１は、外筒部１０２の端部に係止部２３が突き当たるまで挿入されて位置決めされている。この状態で、電熱線３に通電されることによって、外筒部１０２の内面と内筒部２１の外面とが融着接合されている。図７の管継手１０では、継手本体１０１は、継手部材１が融着接合されている外筒部１０２を３箇所有しているが、外筒部の数は必要な少なくとも一つあればよく、必要に応じて変更すればよい。

このように、管継手１０は、継手本体１０１の外筒部１０２の端部と継手部材１の係止部２３とが突き当てられて位置決めされ、かつ、外筒部１０２の内面と内筒部２１の外面とが径方向に融着接合されているので、中心軸線方向において高い寸法精度が得られる。さらに、管継手１０は、継手部材１が折り返し部２６において電熱線３が内筒部２１の外周に突出することなく保持されており、管継手１０を製造する際に内筒部２１を外筒部１０２に容易に挿入することができるので、製造が容易である。

（弁装置）
続いて、本発明に係る継手部材を備えている弁装置について説明する。図８は、本発明の一実施の形態である弁装置の断面図である。

弁装置２０は、継手部材１と、継手部材１が挿入され融着接合されている少なくとも一つの外筒部２０２を有する弁本体２０１と、弁本体２０１の内部に装着され流路を開閉可能な弁部材２０３と、を備えている。

弁装置２０において、継手部材１の構造、継手部材１と外筒部２０２との接合構造は、図７の管継手１０と同一であるので、これらについては説明を省略する。

弁本体２０１は、内部に貫通する貫通孔２０４を有し外周が球状に形成された弁部材２０３が、内部に装着されている。弁部材２０３は、弁本体２０１の両端に融着接合されている継手部材１の間に、シートリング２０５を介して装着されている。弁部材２０３には弁本体２０１を貫通する弁棒２０６が連結されており、弁棒２０６を回転させることで、弁本体２０１の内部で回転することができる。弁装置２０は、弁部材２０３を弁本体の内部で回転させることで流路の開閉が可能である。

弁装置２０において、弁部材２０３の操作トルクやシール性能は、シートリング２０５と弁部材２０３の接触面圧の大きさに大きく依存する。そのため、弁部材２０３とシートリング２０５の面圧を一定にするために、シートリング２０５は高い位置精度で弁本体２０１内に設置されることが求められる。シートリング２０５の設置位置は継手部材１の端部の位置で定まる。継手部材１は、本発明に係る継手部材であるので、弁本体２０１に対して高い位置精度で接合されており、もってシートリング２０５も同様に高い位置精度で設置されている。したがって、弁装置２０は、優れた操作性能及びシール性能を実現することができる。また、弁装置２０も管継手１０と同様に、継手部材１が使用されているので製造が容易である。

１：継手部材
２：部材本体
２１：内筒部
２２：管接続部
２３：係止部
２４：第１の螺旋溝
２５：第２の螺旋溝
２６：折り返し部、２６１：孔部
２７：第１突起
２８：第２突起
３：電熱線、３１：ボビン
４：外筒部
５：ピン部材、５１：電熱線保持部
６：巻き線装置、６１：把持部、６２：電熱線支持部
１０：管継手、１０１：継手本体、１０２：外筒部
２０：弁装置、２０１：弁本体、２０２：外筒部、２０３：弁部材、２０４：貫通孔、２０５：シートリング、２０６：弁棒

Claims (3)

1. 熱可塑性樹脂製の筒状の部材本体と、前記部材本体の外周に設けられ通電によって発熱する電熱線とを有する継手部材であって、
   前記部材本体は、
   一方の側から他方の側に向かって螺旋状に形成されている第１の螺旋溝と、
   前記他方の側から前記一方の側に向かって螺旋状に形成されている第２の螺旋溝と、
   前記第１の螺旋溝と前記第２の螺旋溝とを連結している折り返し部と、を有し、
   前記折り返し部は、
   前記第１の螺旋溝と前記第２の螺旋溝とに連なり、前記部材本体の外周に形成されている孔部と、
   前記孔部に対して抜き差し可能に嵌合されているピン部材と、を備え、
   前記電熱線は、
   前記部材本体の前記一方の側から前記他方の側に向かって前記第１の螺旋溝に沿って巻かれ、前記折り返し部で前記ピン部材の外周に巻きつけられて前記第２の螺旋溝に向かって折り返され、前記他方の側から前記一方の側に向かって前記第２の螺旋溝に沿って巻かれ、両端が前記部材本体の前記一方の側にくるように設けられている、
   継手部材。
2. 請求項１に記載の継手部材と、前記継手部材が挿入され融着接合されている少なくとも一つの外筒部を有する継手本体と、を備える管継手。
3. 請求項１に記載の継手部材と、前記継手部材が挿入され融着接合されている少なくとも一つの外筒部を有する弁本体と、前記弁本体内部に装着され流路を開閉可能な弁部材と、
   を備える弁装置。
   
   

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