JP2945650B2 - 電気融着用コイル構造体 - Google Patents

電気融着用コイル構造体

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    • B29K2995/0003—Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B29K2995/0008—Magnetic or paramagnetic

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は電気融着用コイル構造
体に関し、特にたとえば、プラスチックパイプ等を他の
プラスチックパイプ等に接合するための電気融着継手に
設けられた発熱体に誘導電流を付与するための電気融着
用コイル構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来の電気融着用コイル構造体
の一例が、ハキセイ・エンジニアリング・リミテッド
（Haxey Engineering Ltd.）の国際公開公報第ＷＯ８０
／０２１２４に開示されている。この従来技術は、第１
の導電体が埋め込まれた半円筒状の上部部材と第２の導
電体が埋め込まれた半円筒状の下部部材とを含み、下部
部材と上部部材とを電気融着継手の周囲に配置して接合
するとともに第１の導電体と第２の導電体とを接続し、
それによって、誘導コイルを形成するようにしたもので
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、互いに
独立して形成された下部部材と上部部材とを２箇所で接
合していたので、施工性が悪いという問題点があった。
また、第１の導電体と第２の導電体とを数多くの高抵抗
接続点で接続していたので、システムの効率が悪いとい
う問題点があった。さらに、接続点が外部に露出してい
たため、汚れによって特性が変動し易く、屋外での使用
には適さないという問題点もあった。
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、施
工性を向上できる、電気融着用コイル構造体を提供する
ことである。また、この発明の他の目的は、より効率よ
く安定して誘導電流を付与することができる、電気融着
用コイル構造体を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、電気融着
継手に設けられた発熱体に誘導電流を付与するための電
気融着用コイル構造体であって、ヒンジを介して開閉可
能に連結された第１部分および第２部分、それぞれが第
１部分および第２部分に設けられて電気融着継手を受容
する半円筒状の第１溝および第２溝、第１溝および第２
溝の軸に直交する方向へ延びてそれらの内面に形成され
て電流が流される複数の第１導電体を有する第１導電体
群、第１溝および第２溝の軸に直交する方向へ延びてそ
れらの内面に形成されて第１導電体とは逆の方向へ電流
が流される複数の第２導電体を有し、第１導電体群から
軸方向へ所定の間隔を隔てて設けられる第２導電体群、
および第１導電体群と第２導電体群とを第１溝および第
２溝以外の部分で接続するクロス導電体を備える、電気
融着用コイル構造体である。
【０００６】第２の発明は、非導電性でフレキシブルな
板状の本体、本体の表面に所定の曲率で湾曲して形成さ
れた複数の導電体、本体に形成されて導電体の一端を受
容する複数の孔、孔に挿入された導電体の一端を異なる
導電体の他端に接続する導電部材を備える、電気融着用
コイル構造体である。第３の発明は、サドル部とサドル
部の中央から立ち上がって形成された分岐部とを有する
電気融着継手のサドル部に設けられた発熱体に誘導電流
を付与するための電気融着用コイル構造体であって、ヒ
ンジを介して開閉可能に連結された第１部分および第２
部分、それぞれが第１部分および第２部分に設けられて
分岐部を通す孔を規定する半円状の第１凹部および第２
凹部、第１部分のサドル部に対向する面に渦状に形成さ
れて電流が流される第１導電体、および第２部分のサド
ル部に対向する面に第１導電体に連続してこれと対称に
形成され、第１導電体とは逆の方向へ電流が流される第
２導電体を備える、電気融着用コイル構造体である。
【０００７】
【作用】第１の発明では、第１部分と第２部分とがヒン
ジを介して連結されているので、これらを閉じるだけで
第１導電体群および第２導電体群を発熱体の周囲に容易
に配置できる。また、第１導電体および第２導電体のそ
れぞれが第１溝および第２溝の軸に直交する方向へ延び
て形成されているので、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。また、第１導電体，第２導
電体およびクロス導電体を連続して形成できるので、接
続点においてこれらを互いに接続する必要はない。
【０００８】第２の発明では、非導電性でフレキシブル
な板状の本体を有するので、本体を電気融着継手の周囲
に巻き付けるだけで導電体を発熱体の近傍に容易に配置
できる。第３の発明では、第１部分と第２部分とがヒン
ジを介して連結されており、半円状の第１凹部と第２凹
部とで分岐部を通す孔が規定されるので、第１導電体お
よび第２導電体を分岐部の周囲すなわち発熱体の近傍に
容易に配置できる。また、第１導電体と第２導電体とが
連続して形成されるので、接続点においてこれらを互い
に接続する必要はない。
【０００９】
【発明の効果】この発明によれば、誘導コイルを構成す
る導電体を発熱体の近傍に容易に配置できるので、施工
性を向上できる。また、導電体どうしの接続点の数を減
少できるので、電気抵抗を低減でき、より効率よく安定
して誘導電流を付与できる。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。
【００１０】
【実施例】図１および図２に示すこの実施例の電気融着
用コイル構造体１０は、図３に示すような電気融着継手
１２を用いて２つのプラスチックパイプを融着接合する
際に、電気融着継手１２に誘導電流を付与するためのも
のである。以下には、まず、電気融着継手１２について
説明し、続いて、これに適用される電気融着用コイル構
造体１０について説明する。
【００１１】電気融着継手１２（図３）は、プラスチッ
ク材料で形成された短管状の継手本体１４および継手本
体１４の内周面、すなわち接合面に埋め込まれた２つの
発熱体１６を含む。発熱体１６は、図４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１８
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２０とを含む。各クロスワイヤ２０は、溶接等
によって螺旋状体１８に固着されるが、このとき、各ク
ロスワイヤ２０は、螺旋状体１８の周方向に所定間隔を
隔てて、軸方向に延びて配置される。
【００１２】螺旋状体１８およびクロスワイヤ２０を構
成するワイヤは、図５に示すように、銅等のような導電
体２２とこれを被覆する強磁性体２４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２４の厚みは、厳密なもの
ではないが、数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。
【００１３】
【数１】
【００１４】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０．５
mm程度のワイヤが採用され、螺旋状体１８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１８に１２本のクロスワ
イヤ２０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Ｓ 1 に対し
てワイヤの面積Ｓ2 はかなり小さくなる。なお、面積Ｓ
1 と面積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２
０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。
【００１５】２つのインチパイプを接合するための２イ
ンチＩＰＳ継手（図３）には、直径が６１．５mm、長さ
が３４mmで、およそ１８本のクロスワイヤ２０を有する
発熱体１６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（図５）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。
【００１６】発熱体１６を製造する際には、たとえば図
６に示すようなマンドレル２６が準備される。マンドレ
ル２６は、螺旋状体１８（図４）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２８を含み、本体２８
の外周面には、螺旋状の溝３０が形成され、溝３０の底
部には、溶接用の複数の孔３２が形成される。このマン
ドレル２６の溝３０に沿ってワイヤ（図５）が螺旋状に
巻回されて螺旋状体１８が形成され、クロスワイヤ２０
が螺旋状体１８に接する所定位置に配置されて固定され
る。そして、図７に示すように、スポット溶接機の電極
３４ａが孔３２を通して螺旋状体１８に接触され、電極
３４ｂがクロスワイヤ２０に接触され、これらの電極３
４ａおよび３４ｂによって、螺旋状体１８とクロスワイ
ヤ２０とがスポット溶接される。このように、発熱体１
６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。
【００１７】電気融着継手１２（図３）を製造する際に
は、発熱体１６の外側に継手本体１４が射出成形または
押出成形され、それによって、発熱体１６が継手本体１
４の内周面に埋め込まれる。コイル構造体１０（図１）
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１２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４
４の軸方向に広がる磁界を発生させるために、図２に示
すように、平面部にクロス導電体４８を形成しながら巻
回され、このクロス導電体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。
【００１８】図２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、突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、シールドの必要性
が少なくなる。
【００１９】コイル構造体１０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」は数２式で定義される。
【００２０】
【数２】
【００２１】ただし、Ｉは電流であり、Ｒは回路の抵抗
である。このようなコイル構造体１０（図１）および電
気融着継手１２（図３）を用いて２つのパイプを接合す
る際には、電気融着継手１２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１４の中央部すなわち
２つの発熱体１６の間で突き合わされる。そして、電気
融着継手１２の周囲に、コイル構造体１０が配置されて
導電体４６に交流電源が接続され、導電体４６が構成す
る誘導コイルの電磁誘導作用によって、発熱体１６に誘
導電流が付与される。
【００２２】コイル構造体１０の第１部分３８と第２部
分４０とによって電気融着継手１２を挟んで、発熱体１
６に誘導電流を付与すると、発熱体１６は表皮効果によ
って電流が集中する強磁性体２４（図５）の表皮部分で
発熱する。発熱体１６の温度が所定のキューリ温度に近
づくと、強磁性体２４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
２２を流れるようになる。したがって、発熱体１６の温
度が速やかに低下する。温度が低下すると、強磁性体２
４の透磁率が高くなるので、発熱体１６は強磁性体２４
の表皮部分で再び発熱する。このようにして、発熱体１
６の温度は強磁性体２４のキューリ温度付近で安定し、
パイプと電気融着継手１２とが適切な温度で融着され
る。
【００２３】この実施例によれば、第１部分３８と第２
部分４０とがヒンジ３６を介して連結されているので、
これらを閉じるだけで第１導電体群Ａおよび第２導電体
群Ｂ（図２）を発熱体１６の周囲に容易に配置できる。
また、第１部分３８および第２部分４０のそれぞれに設
けられた導電体４６どうしを接続するための接続点を設
ける必要がないので電気抵抗を低減でき、より効率よく
安定して誘導電流を付与できる。
【００２４】なお、導電体４６は平らな銅または類似の
ストリップであってもよく、たとえば１３．５６MHz の
ような高い周波数で使用する際には槽中において冷却さ
れてもよい。また、電源周波数のような低周波で使用す
る場合には、導電体４６は中実の銅あるいはリッツ線の
ようなものであってもよい。また、上述の実施例では、
螺旋状体１８を有する発熱体１６を用いたが、たとえば
図８に示すような発熱体５０を用いてもよい。この発熱
体５０は、発熱体１６（図４）の螺旋状体１８に代え
て、ワイヤ（図５）によって形成された複数のリング５
２を軸方向に所定の間隔を隔てて配置したものであり、
発熱体１６と同様に電磁誘導作用によって発熱される。
【００２５】図９に示す他の実施例のコイル構造体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を受容する複数の孔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。
【００２６】このコイル構造体５４を用いて電気融着継
手１２の発熱体１６に誘導電流を付与する際には、図１
０に示すように、電気融着継手１２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６
６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（図９）に交流電源を接
続して、ワイヤ構造体６０に通電する。
【００２７】図１１に示す他の実施例のコイル構造体７
０は、図１２に示すような電気融着継手７２に適用され
るものであり、ヒンジ７４によって開閉可能に連結され
た第１部分７６および第２部分７８を含む。第１部分７
６および第２部分７８のそれぞれには、半円状の凹部７
６ａおよび７８ａが形成され、第１部分７６と第２部分
７８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７０の中央には、凹部７６ａおよび７
８ａによって電気融着継手７２の分岐部８０を通す孔８
２が規定される。第１部分７６および第２部分７８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８４が渦状に設けら
れる。第１部分７６に設けられる導電体８４と第２部分
７８に設けられる導電体８４とは対称形状に配置され、
これらの導電体８４には互いに逆方向の電流が流され
る。
【００２８】このコイル構造体７０を用いて電気融着継
手７２をパイプに融着する際には、電気融着継手７２の
サドル部８６をパイプの外面に固定し、コイル構造体７
０の第１部分７６と第２部分７８とで分岐部８０を挟ん
で導電体８４をサドル部８６に設けられた発熱体８８の
近傍に配置し、導電体８４に通電して発熱体８８に誘導
電流を付与する。
【００２９】図９に示すコイル構造体５４および図１１
に示すコイル構造体７０においても、誘導コイルを構成
する導電体５８および８４を発熱体の近傍に容易に配置
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す斜視図である。
【図２】図１実施例に設けられた導電体を示す図解図で
ある。
【図３】図１実施例が適用される電気融着継手を示す図
解図である。
【図４】発熱体を示す図解図である。
【図５】発熱体を構成するワイヤを示す断面図である。
【図６】発熱体を製造するためのマンドレルを示す斜視
図である。
【図７】螺旋状体とクロスワイヤとをスポット溶接する
方法を示す図解図である。
【図８】他の発熱体を示す図解図である。
【図９】他の実施例を示す図解図である。
【図１０】図９実施例の使用状態を示す図解図である。
【図１１】他の実施例を示す図解図である。
【図１２】図１１実施例が適用される電気融着継手を示
す図解図である。
【符号の説明】
１０ …コイル構造体 １２ …電気融着継手 １６ …発熱体 ３６ …ヒンジ ３８ …第１部分 ４０ …第２部分 ４２，４４ …溝 ４６ …導電体 ４８ …クロス導電体
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｂ２９Ｌ 23:00 31:24 (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 特表 昭56−500363（ＪＰ，Ａ) 米国特許4694131（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B29C 65/36 F16L 47/02 H05B 6/10 371 H05B 6/36 H05B 6/44

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気融着継手に設けられた発熱体に誘導電
    流を付与するための電気融着用コイル構造体であって、 ヒンジを介して開閉可能に連結された第１部分および第
    ２部分、 それぞれが前記第１部分および前記第２部分に設けられ
    て前記電気融着継手を受容する半円筒状の第１溝および
    第２溝、 前記第１溝および前記第２溝の軸に直交する方向へ延び
    てそれらの内面に形成されて電流が流される複数の第１
    導電体を有する第１導電体群、 前記第１溝および前記第２溝の軸に直交する方向へ延び
    てそれらの内面に形成されて前記第１導電体とは逆の方
    向へ電流が流される複数の第２導電体を有し、前記第１
    導電体群から前記軸方向へ所定の間隔を隔てて設けられ
    る第２導電体群、および前記第１導電体群と前記第２導
    電体群とを前記第１溝および前記第２溝以外の部分で接
    続するクロス導電体を備える、電気融着用コイル構造
    体。
  2. 【請求項２】非導電性でフレキシブルな板状の本体、 前記本体の表面に所定の曲率で湾曲して形成された複数
    の導電体、 前記本体に形成されて前記導電体の一端を受容する複数
    の孔、 前記孔に挿入された前記導電体の一端を異なる導電体の
    他端に接続する導電部材を備える、電気融着用コイル構
    造体。
  3. 【請求項３】サドル部と前記サドル部の中央から立ち上
    がって形成された分岐部とを有する電気融着継手の前記
    サドル部に設けられた発熱体に誘導電流を付与するため
    の電気融着用コイル構造体であって、 ヒンジを介して開閉可能に連結された第１部分および第
    ２部分、 それぞれが前記第１部分および前記第２部分に設けられ
    て前記分岐部を通す孔を規定する半円状の第１凹部およ
    び第２凹部、 前記第１部分の前記サドル部に対向する面に渦状に形成
    されて電流が流される第１導電体、および前記第２部分
    の前記サドル部に対向する面に前記第１導電体に連続し
    てこれと対称に形成され、前記第１導電体とは逆の方向
    へ電流が流される第２導電体を備える、電気融着用コイ
    ル構造体。
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