JP2818297B2 - 電気融着継手、電気融着装置、電気融着継手用ヒータおよび電気融着継手用ヒータの製造方法 - Google Patents

電気融着継手、電気融着装置、電気融着継手用ヒータおよび電気融着継手用ヒータの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気融着継手，電気融着装置，電気融着継
手用ヒータおよび電気融着継手用ヒータの製造方法に関
し、特にたとえば、プラスチックパイプを他のプラスチ
ックパイプ，サドル，パッチあるいは他のプラスチック
構造物に接合するための電気融着継手，電気融着装置，
電気融着継手用ヒータおよび電気融着用ヒータの製造方
法に関する。
〔従来技術〕
この種の従来の電気融着継手および電気融着装置等の
一例が、アメリカ合衆国特許第2,739,829号に開示され
ている。この従来技術は、プラスチックパイプと相互に
融着される継手本体の接合面に金属材料のストリップ
（ヒータ）を設け、接合時には、交流電源に接続したコ
イルによってストリップを誘導加熱し、パイプと継手本
体との隣接する領域を溶融して両者を接合するようにし
たものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来技術では、強磁性材料だけでストリップを構成し
ていたので、環境条件の変化によってストリップの発熱
温度が変化し、安定した温度制御ができなかった。その
ため、発熱温度が高すぎる場合には、パイプや継手本体
のプラスチックを損傷するおそれがあり、発熱温度が低
すぎる場合には、融着不良を生じるおそれがあった。ま
た、ワイヤ構造体を含むストリップ（Fig.6）を継手本
体とは別に形成してこれをプラスチックパイプの接合部
に巻回するようにしていたので、施行が面倒であり、し
かも巻回されたストリップの端部どうしが重なるため、
その部分において発熱量が変動するという問題点もあっ
た。
それゆえに、この発明の主たる目的は、施行性を向上
でき、しかもより安定した品質で融着できる、電気融着
継手，電気融着装置，電気融着継手用ヒータおよび電気
融着継手用ヒータの製造方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
第１の発明は、被接合部材に融着される接合面を有す
る本体と、本体の接合面の近傍に設けられるヒータとを
備える電気融着継手において、ヒータは断面が円形の導
電体と導電体を被覆する所定のキュリー温度の強磁性体
とを有する複数のワイヤを互いに交差接続したワイヤ構
造体を含み、ワイヤ構造体を前記接合面に埋め込むとと
もにその一部を接合面に露出されるようにしたことを特
徴とする、電気融着継手である。
第２の発明は、第１の発明の電気融着継手を備える電
気融着装置であって、電気融着継手の接合面においてそ
こに埋め込まれたヒータと接触されるプラスチック部材
と、交流電源によって付勢されてヒータに誘導電流を付
与するための交番磁界を発生するコイル構造体とをさら
に備える、電気融着装置である。
第３の発明は、第１の発明の電気融着継手に用いられ
る電気融着継手用ヒータであって、断面が円形の導電体
と導電体を被覆する所定のキュリー温度の強磁性体とを
有する第１ワイヤおよび第２ワイヤを備え、第１ワイヤ
は螺旋状に連続して所定長さで巻回され、第２ワイヤは
第１ワイヤの軸方向へ延びて第１ワイヤに固着される、
電気融着継手用ヒータである。
第４の発明は、第３の発明の電気融着継手用ヒータの
製造方法であって、円筒マンドレルの表面に第１ワイヤ
を螺旋状に連続して巻回し、複数の第２ワイヤを円筒マ
ンドレルの周方向へ間隔を隔てて第１ワイヤに固着す
る、電気融着継手用ヒータの製造方法である。
〔作用〕
複数のワイヤを互いに交差接続することによって構成
されたヒータが予め接合面に埋め込まれるので、現場に
おいてパイプ等にヒータを装着する必要はない。また、
接合面に露出されたヒータの一部が被接合部材に接触さ
れるので、継手の本体と被接合部材とがほぼ均等に加熱
されて溶融され得る。
コイル構造体によってヒータの誘導電流を付与する
と、表皮効果によって強磁性体の表皮部分に電流が集中
し、強磁性体が急激に発熱する。強磁性体の温度が所定
のキューリ温度に近つぐと、強磁性体の透磁率が低下し
て電気抵抗が大きくなり、電流は電気抵抗の小さい導電
体を流れるようになる。したがって、温度が速やかに低
下する。温度が下がると強磁性体に再び表皮電流が流れ
出すため、ヒータの温度はキューリ温度付近で安定す
る。なお、このような自己温度調整の原理は、アメリカ
合衆国特許第4,256,945号において開示されている。ヒ
ータは、たとえば第１ワイヤを螺旋状に連続的に巻回
し、この第１ワイヤに第２ワイヤを固着（溶接等）する
といった簡単な工程で製造できる。
〔発明の効果〕
この発明によれば、ヒータの温度を安定して制御でき
る。また、導電体を強磁性体で被覆した断面円形のワイ
ヤでヒータを構成したので、消磁（エッジ）効果が生じ
るのを防止できる。また、複数のワイヤを交差接続させ
てヒータを構成しているので、各ワイヤ間の間隔を広く
することによって開口部分を大きくでき、接合面と被接
合部材との接合強度を大きくすることができる。
さらに、この発明の製造方法によれば、ヒータを簡単
に製造できるので、たとえば機械による自動製造が可能
である。
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利
点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。
〔実施例〕
第１図に示すこの実施例の電気融着継手10は、２つの
プラスチックパイプを融着接合するためのものであり、
プラスチック材料で形成された短管状の継手本体12およ
び２つのパイプの突合せ面から所定間隔を隔てて継手本
体12の内周面、すなわち接合面に埋めこまれた２つヒー
タ14を含む。
ヒータ14は、第２図に示すように、螺旋状に巻回され
た第１ワイヤ、すなわち螺旋状体16と、所定長さを有す
る複数の第２ワイヤ、すなわちクロスワイヤ18とを含
む。各クロスワイヤ18は、溶接等によって螺旋状体16に
固着されるが、このとき、各クロスワイヤ18は、螺旋状
体16の周方向へ所定間隔を隔てて、軸方向へ延びて配置
される。
螺旋状体16およびクロスワイヤ18を構成するワイヤ
は、第３図に示すように、断面が円形の銅等のような導
電体20とこれを被覆する強磁性体22とを含む。ここで、
「強磁性体」とは、融着温度以上であってかつプラスチ
ック材料の分解温度より低いキューリ温度を有する鉄系
合金あるいは他の導電性磁性材料を意味し、具体的に
は、42合金（Alloy 42）や36合金（Alloy 36）等が用い
られ得る。また、強磁性体22の厚みは、厳密なものでは
ないが、（１）式で定義される表面深さより大きくかつ
その２倍を超えないことが望ましい。
ただし、ρは強磁性体材料の抵抗率であり、μはその
有効透磁率であり、ｆは電源の周波数である。
なお、高周波を用いる典型的な例では、線径0.5mm程
度のワイヤが採用され、螺旋状体16の直径，長さ，巻線
間隔が、それぞれ43mm,27mm,2.25mm程度に設定され、こ
の螺旋状体16に12本のクロスワイヤ18が固着される。し
たがって、ワイヤ間のスペース面積S1は25.3mm2とな
り、この面積S1に対してワイヤの面積S2はかなり小さく
なる。なお、面接S1と面接S2との比S1:S2は、隣接部材
間を十分に融着して剪断や剥離事故を防ぐために、4:1
〜10:1程度であることが望ましい。ただし、クロスワイ
ヤ18の数は、一義的にはコイルの強度の関数であり、コ
イルの軸に平行な経路に沿ってある程度電流が流れるこ
とも条件となる。
２つのインチパイプを接合するための２インチIPS継
手（第１図）には、直径が61.5mm、長さが34mmで、およ
そ18本のクロスワイヤ18を有するヒータ14が用いられ
る。また、低周波を用いる典型的な例では、線径0.76mm
程度のワイヤ（第３図）が用いられ、他の寸法等は高周
波の場合と同様に設定される。
ヒータ14を製造する際には、たとえば第４図に示すよ
うなマンドレル24が準備される。マンドレル24は、螺旋
状体16（第２図）の直径とほぼ同じサイズの外径を有す
る略円筒状の本体26を含み、本体26の外周面には、螺旋
状の溝28が形成され、溝28の底部には、溶接のための複
数の孔30が形成される。このマンドレル24の溝28に沿っ
てワイヤ（第３図）が螺旋状の巻回されて螺旋状体16が
形成され、クロスワイヤ18が螺旋状体16に接する所定位
置に配置されて固定される。そして、第５図に示すよう
に、スポット溶接機の電極32aが孔30を通して螺旋状16
に接触され、電極32bがクロスワイヤ18に接触され、こ
れらの電極32aおよび32bによって、螺旋状体16とクロス
ワイヤ18とがスポット溶接される。完成したヒータ14
は、ねじを反対に回するようにしてマンドレル24から取
り外される。このように、ヒータ14の製造工程は非常に
簡単なため、機械による自動製造が可能である。
電気融着継手10（第１図）を製造する際には、コアピ
ンの外周面上にヒータ14が装着され、コアピン（ヒータ
14）の外側に継手本体12がプラスチック材料により射出
成形または押出成形され、それによって、ヒータ14が継
手本体12の内周面に埋め込まれるとともにその一部が接
合面に露出される。
電気融着継手10を用いて２つのパイプを接合する際に
は、電気融着継手10の両端からパイプが挿入され、それ
ぞれのパイプが継手本体12の中央部すなわち２つのヒー
タ14の間で付き合わされる。そして、電気融着継手10の
周囲に、第６図に示すようなコイル構造体34が配置さ
れ、このコイル構造体34による電磁誘導作用によって、
ヒータ14に誘導電流が付与される。
コイル構造体34（第６図）は、ヒンジ36によって開閉
可能に連結された第１部分38および第２部分40を含み、
第１部分38および第２部分40には、ヒンジ36の軸に対し
て平行に延びる軸を有して電気融着継手10を収容する半
円状の溝42および44が形成される。そして、第１部分38
および第２部分40には、溝42および44の軸に直交するよ
うにして導電体46が渦状に設けられ、ヒンジ36の近傍に
は、第１部分38および第２部分40の開閉に伴うストレス
を緩和するためにループ46aおよび46bが設けられる。ま
た、この導電体46は、溝42および44の軸方向に広がる磁
界を発生させるために、第７図に示すように、平面部に
クロス誘電体48を形成しながら巻回され、このクロス誘
電体48には放電や短絡を防止するためのテフロン（商品
名）または類似のフィルムが設けられる。
第７図中の矢印は、導電体46を流れる電流の向きを示
している。溝42および44のそれぞれの軸方向中央部より
一端側に配置された導電体46の群を第１導電体群Ａと
し、第１導電体群Ａから軸方向へ所定の間隔を隔てて他
端側に配置された導電体46の群を第２導電体群Ｂとする
と、第１導電体群Ａと第２導電体群Ｂとでは流れる電流
の向きが逆になる。そして、第１部分38と第２部分40と
を閉じたときには、連続導電体（ソレノイドコイル）の
作用によって、強い軸方向磁界が生じる。このとき、付
き合わせられた平面上では、第１部分38のクロス導電体
48を流れる電流の向きと第２部分40のクロス導電体48を
流れる電流の向きとが逆になるので、この部分において
相殺磁界が生じ、特に高周波において放射磁界が抑制さ
れ、シールドに必要性が少なくなる。
コイル構造体34に電力を付与する電源は、好ましくは
定電流電源であり、電流が一定のときには、Ｐ＝KRとな
るので比較的シャープな温度調節が達成される。なお、
「定電流」は（２）式で定義される。
ただし、Ｉは電流であり、Ｒは回路の抵抗である。
コイル構造体34の第１部分38と第２部分40とによって
電気融着継手10（第１図）を挟んで、ヒータ14に誘導電
流を付与すると、ヒータ14は表皮効果によって電流が集
中する強磁性体22（第３図）の表皮部分で発熱する。ヒ
ータ14の温度が所定のキューリ温度に近づくと、強磁性
体22の透磁率が低下して表皮電流がほとんど流れなくな
り、電流は、電気抵抗の小さい導電体20を流れるように
なる。したがって、ヒータ14の温度が速やかに低下す
る。温度が低下すると、強磁性体22の透磁率が高くなる
ので、ヒータ14は強磁性体22の表皮部分で再び発熱す
る。このようにして、ヒータ14の温度は強磁性体22のキ
ューリ温度付近で安定し、パイプと電気融着継手10とが
適切な温度で融着される。
この実施例によれば、ヒータ14が予め接合面に埋め込
まれるので、現場においてパイプにヒータ14を装着する
必要はない。したがって、施行性を向上できる。
また、断面が円形のワイヤ（第３図）でヒータ14を形
成しているので、全ての方向に均等に熱を放射させるこ
とができ、しかも、接合面に露出されたヒータ14の一部
が被接合部材であるパイプの表面にも接触されるので、
継手本体12とパイプとをほぼ均等に加熱することができ
る。したがって、接合部を均一に融着できる。また、導
電体20とこれを被服する強磁性体22とでヒータ14を構成
しているので、消磁（エッジ）効果が生じるのを防止で
きるとともに、発熱温度を安定して制御できる。
また、ワイヤでヒータ14を構成しているので、ワイヤ
間の間隔を広くすることができ、剪断力や剥離力に対す
る強度を大きくすることができる。
さらに、ヒータ14を簡単に製造できるので、ヒータ14
を機械により自動製造できる。
なお、上述の実施例では、螺旋状体16を有するヒータ
14を用いたが、たとえば第８図に示すようなヒータ50を
用いてもよい。このヒータ50は、ヒータ14（第２図）の
螺旋状体16に代えて、ワイヤ（第３図）によって形成さ
れた複数のリング52を軸方向へ所定の間隔を隔てて配置
したものであり、ヒータ14と同様に、電磁誘導作用によ
って発熱される。
また、ヒータ14または50に誘導電流を付与する手段と
しては、上述したコイル構造体34（第６図）に代えて、
第９図に示すようなコイル構造体54を用いてもよい。こ
のコイル構造体54は、非導電性でフレキシブルな板状の
本体56を含み、本体56の表面には、所定の曲率で湾曲さ
れた複数の導電体58を含むフレキシブルなワイヤ構造体
60が設けられる。また、本体56には、導電体58の一端に
形成されたスタブ62を受容する複数の高64が形成され、
それぞれの孔64には、導電体58の他端に導通する導電部
材が設けられる。そして、本体56の内面および外面に
は、面ファスナー66の一方片および他方片が設けられ
る。
このコイル構造体54を用いて電気融着継手10のヒータ
14に誘導電流を付与する際には、第10図に示すように、
電気融着継手10の周囲にコイル構造体54を巻き付けて、
各スタブ62を対応する孔64に差し込んでコイルを形成す
る。そして、面ファスナー66の一方片を他方片に係合さ
せてコイル構造体54を固定し、端子68aおよび68b（第９
図）に交流電源を接続して、ワイヤ構造体60に通電す
る。
第11図に示す他の実施例の電気融着継手70は、管路に
分岐管を接続するためのものであり、パイプの外面に接
合されるサドル部72を含む。サドル部72の中央には分岐
孔74が形成され、分岐孔74から立ち上がって、分岐部76
が設けられる。そして、サドル部72の底部であって分岐
孔74の周囲、すなわち接合面には、ヒータ78が埋め込ま
れるとともにその一部が露出される。ヒータ78は、ワイ
ヤ（第３図）を円形あるいは楕円形に渦状に巻くことに
よって形成される渦状体80を含み、渦状体80には、複数
のクロスワイヤ82が溶接等によって放射状に固着され
る。この電気融着継手70をパイプに融着する際には、パ
イプの外面にサドル部72を固定した状態で、第12図に示
すようなコイル構造体84を用いて、ヒータ78に誘導電流
を付与する。
コイル構造体84（第12図）は、ヒンジ86によって開閉
可能に連結された第１部分88および第２部分90を含む。
第１部分88および第２部分90のそれぞれには、半円状の
凹部92aおよび92bが形成され、第１部分88と第２部分90
とを閉じたとき、両者が当接する部分の中央部すなわち
コイル構造体84の中央には、凹部92aおよび92bによって
電気融着継手70の分岐部76を通す孔92が規定される。第
１部分88および第２部分90は、パイプの外面に沿う湾曲
面を有する略半円盤状に形成され、それぞれの湾曲面に
は、導電体94が渦状に設けられる。第１部分88に設けら
れる導電体94と第２部分90に設けられる導電体94とは対
称形状に配置され、これらの導電体94には互いに逆方向
の電流が流される。
このコイル構造体84を用いて電気融着継手70をパイプ
に融着する際には、電気融着継手70のサドル部72をパイ
プの外面に固定し、コイル構造体84の第１部分88と第２
部分90とで分岐部76を挟んで導電体94をサドル部72に設
けられたヒータ78の近傍に配置し、導電体94に通電して
ヒータ78に誘導電流を付与する。
第13図に示すパッチ96は、プラスチックパイプの破損
箇所を補修するためのものではあるが、この発明でいう
電気融着継手の概念に含められる。パッチ96は、パイプ
の外面に沿うように湾曲された板状の本体98を含む。本
体98の内面すなわち接合面は、破損箇所を覆うことので
きる広さに形成され、接合面にはワイヤ（第３図）で形
成されたメッシュ状のヒータ100が埋め込まれるととも
にその一部が露出される。パッチ96を用いてパイプを補
修する際には、パイプの破損箇所をパッチ96で覆い、上
述したコイル構造体34（第６図）または54（第９図）等
を用いて、ヒータ100に誘導電流を付与する。
第14図に示す他の実施例の電気融着継手102は、バイ
ブ104が設けられたパイプ106と、他のパイプ108とを接
続するためのものであり、パイプ108の端部内周面、す
なわち接合面に埋め込まれたヒータ14（第２図）または
50（第８図）を含む。そして、融着時には、パイプ106
とパイプ108とを付き合わせた状態で、上述したコイル
構造体34（第６図）または54（第９図）等を用いて、ヒ
ータ14または50に誘導電流を付与する。
第15図に示す他の実施例の電気融着継手110は、バル
ブ104が設けられたパイプ106と、他のパイプ112とを接
続するためのものであり、パイプ106の端部に工場にお
いて接合された本体114と、本体114の端部内周面すなわ
ち接合面に埋め込まれたヒータ14（第２図）または50
（第８図）とを含む。そして、融着時には、本体114に
パイプ112を挿入し、上述したコイル構造体34（第６
図）または54（第９図）等を用いて、ヒータ14または50
に誘導電流を付与する。
なお、上述のそれぞれの実施例で用いられるヒータ14
（第２図）,50（第８図）,78（第11図）または100（第1
3図）は、キュリー温度の異なる強磁性体22を含む複数
種類のワイヤ（第３図）でそれぞれ構成されてもよい。
図面の簡単な説明 第１図はこの発明の一実施例を示す図解図である。
第２図は第１図実施に用いられるヒータを示す図解図
である。
第３図はヒータを構成するワイヤを示す断面図であ
る。
第４図は第２図のヒータを製造するためのマンドレル
を示す図解図である。
第５図は螺旋状体とクロスワイヤとをスポット溶接す
る状態を示す図解図である。
第６図は第１図実施例におけるヒータに誘導電流を付
与するためのコイル構造体を示す斜視図である。
第７図は第６図のコイル構造体に設けられた導電体を
示す図解図である。
第８図は他のヒータを示す図解図である。
第９図は他のコイル構造体を示す図解図である。
第10図は第９図のコイル構造体の使用状態を示す図解
図である。
第11図はこの発明の他の実施例を示す図解図である。
第12図は第11図実施例のヒータに誘導電流を付与する
ためのコイル構造体を示す図解図である。
第13図はパイプの補修に用いられるパッチを示す図解
図である。
第14図はこの発明の他の実施例を示す図解図である。
第15図はこの発明の他の実施例を示す図解図である。
図において、10は電気融着継手、12は継手本体、14は
ヒータ、16は螺旋状体、18はクロスワイヤ、20は導電
体、22は強磁性体、24はマンドレル、34はコイル構造体
を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タイト デクスタ シー ジュニア アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94025 メンロパーク メンロオークス ドライブ 590 (56)参考文献 特開 昭52−85266（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−87328（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−92（ＪＰ，Ａ) 米国特許2739829（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 65/34 - 65/36 H05B 6/10

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被接合部材に融着される接合面を有する本
    体と、前記本体の前記接合面の近傍に設けられるヒータ
    とを備える電気融着継手において、 前記ヒータは断面が円形の導電体と前記導電体を被覆す
    る所定のキュリー温度の強磁性体とを有する複数のワイ
    ヤを互いに交差接続したワイヤ構造体を含み、前記ワイ
    ヤ構造体を前記接合面に埋め込むとともにその一部を前
    記接合面に露出されるようにしたことを特徴とする、電
    気融着継手。
  2. 【請求項２】前記本体は筒状部を含み、前記接合面は前
    記筒状部の内面に形成され、前記ヒータは前記筒状部の
    軸方向へ螺旋状に連続して巻回された第１ワイヤと前記
    軸方向へ延びて形成されて前記筒状部の周方向へ間隔を
    隔てて前記第１ワイヤに固着された第２ワイヤとを含
    む、請求項１記載の電気融着継手。
  3. 【請求項３】前記本体は筒状部を含み、前記接合面は前
    記筒状部の内面に形成され、前記ヒータは前記筒状部の
    軸方向へ間隔を隔てて配置される複数のワイヤリングと
    前記軸方向へ延びて形成された前記筒状部の周方向へ間
    隔を隔てて前記ワイヤリングに固着された複数のワイヤ
    とを含む、請求項１記載の電気融着継手。
  4. 【請求項４】前記本体はパイプの外面に沿う前記接合面
    を有するサドル部と前記サドル部の中央から立ち上がる
    分岐部とを含み、前記ヒータは前記接合面において渦状
    に巻回された第１ワイヤと、前記第１ワイヤに対して放
    射状に固着される複数の第２ワイヤとを含む、請求項１
    記載の電気融着継手。
  5. 【請求項５】前記本体は前記被接合部材の破損を修復す
    るパッチであり、前記接合面は前記被接合部材の破損箇
    所を覆うことのできる面積を有する、請求項１記載の電
    気融着継手。
  6. 【請求項６】請求項１記載の電気融着継手を備える電気
    融着装置であって、 前記電気融着継手の接合面においてそこに埋め込まれた
    ヒータと接触されるプラスチック部材と、交流電源によ
    って付勢されて前記ヒータに誘導電流を付与するための
    交番磁界を発生するコイル構造体とをさらに備える、電
    気融着装置。
  7. 【請求項７】請求項１記載の電気融着継手に用いられる
    電気融着継手用ヒータであって、 断面が円形の導電体と前記導電体を被覆する所定のキュ
    リー温度の強磁性体とを有する第１ワイヤおよび第２ワ
    イヤを備え、 前記第１ワイヤは螺旋状に連続して所定長さで巻回さ
    れ、前記第２ワイヤは前記第１ワイヤの軸方向へ延びて
    前記第１ワイヤに固着される、電気融着継手用ヒータ。
  8. 【請求項８】請求項７記載の電気融着継手用ヒータの製
    造方法であって、 円筒マンドレルの表面に第１ワイヤを螺旋状に連続して
    巻回し、 複数の第２ワイヤを前記円筒マンドレルの周方向へ間隔
    を隔てて前記第１ワイヤに固着する、電気融着継手用ヒ
    ータの製造方法。
  9. 【請求項９】前記円筒マンドレルは前記第１ワイヤが巻
    回される螺旋状の溝と前記溝の底部に形成された孔とを
    有し、前記孔の溶接手段を挿入して前記第１ワイヤと前
    記第２ワイヤとを溶接するようにしたが、請求項８記載
    の電気融着継手用ヒータの製造方法。
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