JP4000541B2

JP4000541B2 - 電気融着継手及びその製造方法

Info

Publication number: JP4000541B2
Application number: JP30388297A
Authority: JP
Inventors: 一三加藤; 悟荒木; 健加藤; 秀樹河合; 裕蟹澤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2017-11-06
Also published as: JPH11141785A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気融着継手（以下、単に継手ということがある。）に関し、特に電熱線を含む継手本体の内周面を樹脂皮膜あるいは樹脂製筒部材で覆った電気融着継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気融着継手は、継手本体の受け口に接続しようとする樹脂管を挿入した後、継手内周部に埋設した電熱線に通電してこれを発熱させ、樹脂管の外周面と継手の内周面とを加熱溶融して両者を一体的に融着接続するものである。
従来、この電気融着継手としては、例えば特開昭５９−１３１８０号公報で開示されたものがある。このものは図６に示すように継手本体８４の内周面を形成するインナーと呼ばれる薄肉円筒部材８５を予め成形しておき、このインナー８５を成形コア外面（図示せず）に装着し、インナー外周面に成形されている螺旋状溝８６に電熱線８７を巻き、このインナー付コアを金型内にセットして、このインナー８５の外周側に継手本体部分を構成するアウター８８と呼ばれる外筒部分を射出成形して電気融着継手を得ることが知られている。この継手によれば、内周部に樹脂層を介して均一に電熱線を埋設することができるので電熱線の短絡等の不良を防ぐことができる。しかしその反面、螺旋溝を有するインナーを前もって成形しなければならないという非効率的な面がある。
【０００３】
他方、特許第２５１４９８０号公報で開示されたようにインナーを用いない電気融着継手も提案されている。このものは概略を図７に示すようにコア９４、９４の外周溝に直接電熱線９７を巻線し、さらに両端のコネクターピン９９、９９の下部もこのコアに直接立設固定をし、これらの電熱線付きコア９４を成形金型内にセットして溶融樹脂を射出成形する。その後、成形品からコア９４を軸方向に抜き取るというもので、このときコア９４に直接固定されているコネクターピンの係止部分９８をせん断して抜き出すというものであった。従って、この電気融着継手９５は、その本体内周面に電熱線は露出し、コネクターピンの下部は開口しているというものであった。
【０００４】
ところで、従来の電気融着継手は使用流体としてガスを対象としており、したがって配管内を流れる流体は都市ガス等０．１ＭＰａ以下の専ら低圧力の流体であった。ところが最近では配水や排水等の水を対象とし１ＭＰａ程度の比較的高圧の流体配管にも電気融着継手が用いられようとしている。
【０００５】
また従来、管挿入施工性のやり易さから継手本体内面と管外面との間には０．２〜１．８ｍｍ程度（片側寸法）の隙間（クリアランス）ができるように設計されており、いわゆるルーズフィット形の電気融着継手が一般的に採用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
まず、従来の電気融着継手のうち内筒部材（インナー）を用いる構造の継手では、上記したように内筒部材を別途成形するが、このとき螺旋溝の深さとその下の薄肉部８３の厚みを均一に成形するということが重要となる。なぜならば、この厚みの大小が熱エネルギーのばらつきとなって現れ融着性能に影響を与えるからである。例えば、この厚みが大きいと樹脂部分を加熱するだけ多くの熱エネルギーを必要とし融着時間を長く必要とする。逆にこの厚みが小さい場合は内筒部材自身を射出成形するのが非常に難しくなり不良率の増大、これによる製造コストの増大という問題が生じる。
【０００７】
次ぎに、内筒部材（インナー）を用いない電熱線露出形の電気融着継手の場合は、電熱線と管外面が直接対峙することから熱伝導が良く少ない熱エネルギーで効率的に両者を溶融して融着することが可能である。しかし電気融着継手の融着メカニズムとして融着部は、樹脂の流動と膨張が起こり、これと共に適度な融着界面圧力の発生がないと良好な融着性能が得られないものである。ところがルーズフィット形であると両者間に大きなクリアランスがある分、このクリアランスを埋めるための樹脂の流動と膨張および融着界面圧力が発生し難いという問題があり、良好な融着接合が得られない場合がある。
【０００８】
以上のことより本発明は、内筒部材を用いない継手構造であって、効率的に良好な融着接合を得ることができる電気融着継手を提供すること、及びこの電気融着継手を容易且つ安価に製造することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、継手本体と、この継手本体の内周部に設けた電熱線と、この電熱線の両端に接続したコネクターピンとを有する電気融着継手において、前記継手本体の前記電熱線の内周面は前記電熱線に通電して発熱させたとき溶融可能なフィルム状樹脂皮膜で覆われており、
当該フィルム状樹脂皮膜は、外周面に電熱線巻回し用溝を設けたコアに巻き付けられ、
前記電熱線は、このフィルム状樹脂皮膜の上で前記電熱線巻回し用溝に沿って巻回され、
前記電熱線を覆うように継手本体を成形することにより、前記電熱線と前記フィルム状樹脂皮膜とを前記継手本体の内周部に設けてなる電気融着継手である。
【００１０】
また、継手本体と、この継手本体の内周部に設けた電熱線と、この電熱線の両端に接続したコネクターピンとを有する電気融着継手において、前記継手本体の前記電熱線の内周面に前記電熱線に通電して発熱させたとき溶融可能な樹脂製の筒部材を前記電気融着継手の成形後に装着した電気融着継手である。
また、前記継手本体の両端に、前記継手本体とは別体としてスリーブ部材を設け、該スリーブ部材に前記コネクターピンを立設した構成とすることが好ましい。
【００１１】
ここで、上記樹脂皮膜または筒部材はクリアランスを埋めて適度な界面圧力を発生するだけの樹脂量を保有することが必要であるが、これはおよそ０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の厚さとすることが望ましい。小口径の継手の場合はクリアランスも小さいし比較的短時間で融着エネルギーを伝達して融着するので下限側の厚さとし、０．２ｍｍ以下であると小口径であっても樹脂量を確保することが難しい。一方、大口径の継手ではクリアランスも大きく比較的ゆっくりと融着エネルギーを供給するので厚さも上限側にする。しかし１ｍｍ以上の厚さとなると融着時間が長くなり融着部以外にも熱影響がでやすくなるので上限側は０．９ｍｍ程度までがより好ましい。
【００１２】
また、継手本体は線膨張係数が８〜１６×１０^-5／℃で、メルトフローレートが０．０５〜０．１５ｇ／10minである熱可塑性樹脂材料から成形し、一方樹脂皮膜あるいは樹脂製筒部材は、線膨張係数が８〜２４×１０^-5／℃で、メルトフローレートが０．０５〜０．２５ｇ／10minである熱可塑性樹脂から成形することが好ましく、特に、線膨張係数が１６〜２４×１０^-5／℃で、メルトフローレートが０．１５〜０．２５ｇ／10minである熱可塑性樹脂が望ましい。尚、上記メルトフローレート（以下、ＭＦＲと言うことがある。）は、ＪＩＳＫ７２１０の試験条件４（試験温度１９０℃、試験荷重２．１６Ｋｇｆ）で求めた値とする（以下同様）。
【００１３】
以上のように本発明の電気融着継手では、電熱線の内側には比較的薄い樹脂皮膜あるいは樹脂筒体があり樹脂量を保有しているので、熱エネルギーを効率的に利用でき、融着時にはこれらが積極的に溶融流動し膨張してクリアランスを埋め界面圧力を発生することができる。ここで特に継手本体は、線膨張係数とメルトフローレートが比較的低く強度的には高い物性の熱可塑性樹脂材料で構成し、他方、樹脂皮膜あるいは樹脂筒体は逆にこれらの物性が高い熱可塑性樹脂材料で構成すると、継手本体は強度的に高く融着部から外方へ向かう樹脂流動及び樹脂膨張が抑えられる。一方の樹脂皮膜あるいは樹脂筒体は、電熱線の直接加熱によって樹脂が溶融流動し且つ膨張し易くクリアランスを埋めて界面圧力を発生させることができる。このように両者がクリアランスを埋めるように指向し、融着部の界面圧力の発生を助けて良好な融着性能を得ることができる。
【００１４】
また、本発明は、継手本体の内周部に設けた電熱線を含む継手本体の内周面が樹脂層で覆われている電気融着継手の製造方法であって、外周面に電熱線巻回し用溝を設けたコアを組み合わせる過程と、前記コアの端部にコネクターピンを立設する過程と、前記電熱線巻回し溝部分に前記電熱線に通電して発熱させたとき溶融可能なフィルム状樹脂皮膜を巻き付ける過程と、このフィルム状樹脂皮膜の上で前記電熱線巻回し用溝に沿って電熱線を巻回し、その電熱線の両端を前記コネクターピンに接続する過程と、この電熱線付きコアを金型内にセットし、金型内のキャビテイに溶融樹脂を射出して継手本体を成形する過程と、この継手本体から前記コアのみを引き抜く過程と、を有する電気融着継手の製造方法である。ここで、前記コア又はフィルム状樹脂皮膜又は電熱線を加熱しながら巻き付ける過程を含むことができる。
【００１５】
本発明では上記の製造過程の内、特に薄いフィルム状の樹脂皮膜をコアに巻き付けた後、電熱線を巻きコアを引く抜くという過程を有しているので、電熱線の内側に比較的薄い樹脂皮膜を品質良く容易に且つ安価に成形することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例を示すソケット形の電気融着継手の断面図で、図の左側は管を挿入した状況を仮想線で示している。図２は図１の電気融着継手の製造過程を示す説明図である。図３は成形用コアの溝部分の断面図である。図４は本発明の他の実施例を示すソケット形の電気融着継手の断面図である。図５は本発明の更に他の実施例を示す電気融着部材の断面図である。
【００１７】
図１において、本実施例の継手本体２はポリエチレン樹脂からなり、線膨張係数は１２×１０^-5／℃で、ＭＦＲは０．１３ｇ／10minである。よって、強度が高くまた比較的融点が高く、溶融し難くて膨張もし難い材料から成形されている。一方樹脂皮膜２０は厚さ０．５ｍｍ程度のポリエチレン樹脂皮膜からなり、この皮膜の線膨張係数は２０×１０^-5／℃で、ＭＦＲは０．２０ｇ／10minとなっている。よって、比較的融点が低く、溶融し易くて膨張もし易い材料から成形されている。そして、この継手本体２の内周面２１には螺旋状に巻回した裸電熱線３が全周にわたって設けられており、さらに裸電熱線３の内周には薄い樹脂皮膜２０が位置して裸電熱線（点線で示す）を覆っている。
【００１８】
次ぎに電熱線３は、銅系合金からなる抵抗加熱線で、両端は抵抗溶接等の手段によってコネクターピン４Ｒ、４Ｌに接続されており、このコネクターピン４Ｒ、４Ｌは、継手本体２とは別体として設けられたスリーブ部材５Ｒ、５Ｌの取付け穴５０に挿入して立設されている。従って、この電気融着継手１Ａでは、継手本体２とこの本体と一体的に成形されたスリーブ部材５と電熱線３及びコネクターピン４Ｒ、４Ｌとからなり、電熱線３は継手本体２の内周面から出ているが、コネクターピン４Ｒと４Ｌ、正確にはコネクターピンの下端部分は継手本体の内周面に露出していない（穴等が明いていない）、という構造を有している。
【００１９】
この継手では電熱線３と管外周面２４までの間に樹脂皮膜２０という樹脂部分が存在することにより、融着時にはこの樹脂が積極的に溶融膨張しクリアランスＣを埋めて界面圧力を発生させる働きをする。これによって、電熱線３の加熱エネルギーを効率的に利用することができ、その結果融着性能にバラツキが生じない。同時にコネクターピン４Ｒ、４Ｌの下端面に穴が開いていないので強度的にまた心理的に安心できる。また、流体がコネクターピン部分まで浸入することがなく、流体によるコネクターピンの腐食や浸透の恐れがない。また、成形後の電熱線は樹脂皮膜で覆われた状態となっているので、融着時に電熱線が移動したり抜け出るようなことはない。
【００２０】
尚、本実施例ではソケットの例を示したが、これは径違いソケット、エルボ、チーあるいは分岐サドル等であっても実施することができる。さらに、電熱線を覆う皮膜の厚さは全周にわたって均一ではなく、例えば極薄膜部と薄膜部が交互に表れるようにして実施することもできる。また、図において継手本体とスリーブ部材は便宜上別体の線で示しているが、実際の製品状態ではほぼ一体化されており、ここまで明確な境界線はない。
【００２１】
次ぎに、上記した電気融着継手の製造方法について図２を参照して説明する。先ず、（ａ）のように電熱線巻き回し用溝１４（以下、巻線溝という。）を螺旋状に形成した成形用コア１０と同様の成形用コア１１を中央部の凹凸嵌合部１２を嵌合して組み合わせる。ここで巻線溝１４は、図３に示すように螺旋溝の山と谷が丸みを帯びて滑らかで、しかも溝の深さｇは、電熱線３の線径ｄに対して５〜４０％程度、本実施例では線径ｄ＝φ１．１ｍｍに対して溝深さｇ＝０．４ｍｍで約３６％と浅いものとしている。従来、この溝は比較的山と谷が荒くかつ深いものであったからコアを抜き取る際に継手本体内面を傷付けたり、電熱線が移動したり寄ったりしてきれいに取り出すことが出来ていなかった。この点で滑らかでかつ浅い巻線溝としたから、このような問題を解消することが出来た。
【００２２】
次ぎに、（ｂ）のようにコア端部の所定位置に継手本体と同材質の樹脂からなるスリーブ部材５Ｒ、５Ｌを装着する。このスリーブ部材５にはコネクターピン４を立てるための凹状あるいは凸状の立設部５０が形成されており、通常この部分が上になるように装着する。尚、スリーブ部材５は、図に示すようにコアに嵌合する環状のスリーブ部材の方が装着がし易く、安定するので好ましいが、例えば、コネクターピン立設部５０を中心に扇状に切った断片的なスリーブ部材を用いてもよい。このような断片的なスリーブ部材の場合は、特にサドル形の電気融着分岐継手に用いると適している。
【００２３】
次ぎに、（ｃ）のようにコアの巻線溝１４の上に厚さ約０．５ｍｍ、線膨張係数は２０×１０^-5／℃で、ＭＦＲが０．２０ｇ／10minのポリエチレン樹脂製のフィルム状樹脂皮膜２０’を巻き付ける。このときコアあるいは樹脂自身を加熱しながら巻き付けること、あるいは後工程の電熱線を加熱しながら巻き付けることができる。さらに、スリーブ部材５Ｒ、５Ｌの立設部５０に対しコネクターピン４Ｒ、４Ｌを差し込んで取り付ける。コネクターピン４は銅系の導電性金属からなり、挿入側の先端にカエリを設けたものを使用し、差し込み易いが抜け難い構造としている。これによって、後に電熱線３を張力を保って巻く際にコネクターピン４が倒れにくく自動巻線がし易いものとなる。
【００２４】
次ぎに、（ｄ）では裸の電熱線３を一方のコネクターピン４に溶接手段で接続し、巻線溝１４に沿ってある程度の張力を保持しながら巻き、一端をもう一方のコネクターピン４に同じく溶接手段で接続する。尚、コネクターピンと電熱線の接続手段は大口径の場合は溶接手段が好ましいが、これにこだわるものではなく、適宜かしめ手段や巻き付け手段等を選択すればよい。これらの一連の工程は自動化して行うことが望ましい。こうして図３に示すようにコア１０、１１の巻線溝１４と電熱線３との間にｔ＝０．５ｍｍのフィルム状皮膜２０’を設けた状態になる。
【００２５】
その後は（ｅ）に示すように、上記電熱線付きの成形コアの係合部１３をアウター部分を成形するための外金型（図示せず）内にセットし、これらの外金型を閉合した後、キャビテイ内に線膨張係数は１２×１０^-5／℃で、ＭＦＲが０．１３ｇ／10minのポリエチレン樹脂を射出する。よって継手本体部分を成形すると共にフィルム状樹脂２０’とスリーブ部材５Ｒ、５Ｌを一体的に成形した電気融着継手１Ａとなる。
【００２６】
そして、（ｆ）において、成形した後の早い時間、少なくとも成型品が冷却する前に成形コア１０、１１を軸線方向に引き抜き電気融着継手１Ａを得る。このときコア１０、１１の外周の巻溝１４は滑らかであるため、コア１０、１１を縮径することなく継手本体２から電熱線３と樹脂皮膜２０を残して取り出すことが出来る。また、このときコア１０、１１を電熱線のピッチに同期させ回転させながら軸方向に抜くとさらにきれいな仕上がりとなる。
尚、上記した実施例では継手本体と樹脂皮膜と共にポリエチレン樹脂を用いたが、これに限定されるものではなく熱可塑性樹脂であれば良い。例えばポリブテン樹脂を用いても良く、あるいはポリエチレン樹脂と他の樹脂と分けて用いて２層にしても実施できる（以下同様）。
【００２７】
次ぎに、図４に示す本発明の他の実施例を説明する。
図４の電気融着継手１Ｂは、先ず、裸電熱線３が継手本体内周面に露出している露出部３０と露出していない埋設部３２（尚、ここでは完全に埋設していなくても、薄皮で表面を覆い薄く目に見える程度に軽く埋設した状態も埋設部に含む。）を交互に形成したもので、この場合の成形コアは、巻線溝がある部分と無い部分を螺旋状に連続して形成したものを用いている。よって、このコアに電熱線を巻くと巻線溝のある部分は露出部３０として形成され、溝のない部分は埋設部３２として形成される。このようにすると溝に係合した電熱線部分が少なくなるのでコアの抜き取りがし易くなるという利点がある。また、電熱線の埋設部が形成されることから樹脂管を融着接続する際に電熱線が熱膨張して横方向にずれようとしてもそれを抑えることが一層できる。
【００２８】
さらに本実施例では、継手本体６の両端に設けたスリーブ部材５Ｒ、５Ｌの他に本体の中央部にもスリーブ部材５Ｃを設けたものである。従って、本体中央部の電熱線渡し部６２部分の電熱線は、このスリーブ部材５Ｃの外側に巻かれ内周面には露出しなくなる。よって、管を融着した後の継手本体内周面には電熱線の露出部は皆無となり、流体が浸透するような恐れがなくなる。
そして、この継手の受け口部に上記実施例と同様、線膨張係数は２０×１０^-5／℃で、ＭＦＲは０．２０ｇ／10minであるポリエチレン樹脂からなる厚さ０．５ｍｍ程度の筒体６０を継手成形後に装着したものである。この筒体６０は上記樹脂皮膜２０と同様の作用、効果をなし良好な融着接合を得ることができる。また、継手成形後に筒体を装着するものであるから、管の材質の違いやクリアランスの違いによって筒体側の材質や厚さを適宜選択することができるという利点がある。
【００２９】
次ぎに本発明の電気融着部材の実施例を説明する。
図５は融着部材の一例を示す断面図で、この融着部材をＴ形、Ｌ形、Ｘ形等の中間部材にバット融着することによって比較的大口径の電気融着継手を特別の設備などを要することなく形成することが出来るものである。
さて、この融着部材１Ｃは一端を樹脂管を挿入接続する受け口７１とし、他端を中間部材とバット融着する融着面７２となし、他は上記したソケット形の電気融着継手と基本構成を同じくしている。即ち、本体７の内周面に露出した電熱線３と、この電熱線３の内側を覆った樹脂皮膜７０と、電熱線３の両端を接続したコネクターピン４ａ、４ｂと、これらコネクターピン４ａ、４ｂを立設したスリーブ部材８Ｒ、８Ｌとからなっている。尚、電熱線は、上記実施例と同様に露出部と埋設部を交互に組み合わせて構成しても良い。また、コネクターピン４ｂはもう一方の融着部材のコネクターピンと外部で連絡するためのものであるので単に電熱線を結線する溝４０を備えた構造となっている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の複雑な形状をした内筒部材（インナー）あるいは樹脂被覆電熱線を用いることなく、本体内周面の電熱線を含む継手本体の内周面を樹脂層（樹脂皮膜）あるいは樹脂製筒体で覆った電気融着継手あるいは融着部材を得ることができる。この電気融着継手あるいは融着部材は、裸の電熱線を薄い樹脂皮膜で覆っているので伝熱効率が良好であると共に樹脂管との間に溶融樹脂を有しているので界面圧力を有効に発生して短時間で融着強度が高くばらつきのない安定した融着接合が行える。
【００３１】
また、製造面では縮径するコアのように高価で複雑な金型を用いることなく、電熱線の内側に樹脂皮膜を形成することができる。また、コアを引き抜くとき本体内周面を傷付けたり、電熱線を移動させることなく無理なく引き抜ける。よって、設備や工程が省けるので安価にかつ品質の安定した電気融着継手及び融着部材を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すソケット形の電気融着継手の断面図である。
【図２】本発明の製造方法の一実施例を示す工程図である。
【図３】本発明で実施した成形コア部分の概略断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すソケット形の電気融着継手の断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施例を示す電気融着部材の断面図である。
【図６】従来のインナーを用いた電気融着継手を示す断面図である。
【図７】従来のインナーを用いない電気融着継手の製造過程の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ：電気融着継手１Ｃ：電気融着部材
２、６：継手本体７：融着部材本体
３：電熱線４（４Ｒ、４Ｌ、４ａ、４ｂ）：コネクターピン
５（５Ｒ、５Ｌ）：スリーブ部材８（８Ｒ、８Ｌ）：スリーブ部材
１０、１１：成形コア１２：コアの嵌合部
１３：外金型との嵌合部１４：螺旋状の巻線溝
２０、７０：樹脂皮膜２０’：フィルム状樹脂皮膜
２１、６１：継手本体の内周面２４：管の外周面
２５：ストッパーＣ：クリアランス
３０：電熱線の露出部３２：電熱線の埋設部
５０：コネクターピンの嵌合穴６０：樹脂製筒体
６２：電熱線の渡し部

Claims

継手本体と、この継手本体の内周部に設けた電熱線と、この電熱線の両端に接続したコネクターピンとを有する電気融着継手において、前記継手本体の前記電熱線の内周面は前記電熱線に通電して発熱させたとき溶融可能なフィルム状樹脂皮膜で覆われており、
当該フィルム状樹脂皮膜は、外周面に電熱線巻回し用溝を設けたコアに巻き付けられ、
前記電熱線は、このフィルム状樹脂皮膜の上で前記電熱線巻回し用溝に沿って巻回され、
前記電熱線を覆うように継手本体を成形することにより、前記電熱線と前記フィルム状樹脂皮膜とを前記継手本体の内周部に設けてなることを特徴とする電気融着継手。
電熱線を含む継手本体の内周面が樹脂層で覆われている電気融着継手の製造方法であって、外周面に電熱線巻回し用溝を設けたコアを組み合わせる過程と、前記コアの端部にコネクターピンを立設する過程と、前記電熱線巻回し溝部分に前記電熱線に通電して発熱させたとき溶融可能なフィルム状樹脂皮膜を巻き付ける過程と、このフィルム状樹脂皮膜の上で前記電熱線巻回し用溝に沿って電熱線を巻回し、その電熱線の両端を前記コネクターピンに接続する過程と、この電熱線付きコアを金型内にセットし、金型内のキャビテイに溶融樹脂を射出して継手本体を成形する過程と、この継手本体から前記コアのみを引き抜く過程と、を有することを特徴とする電気融着継手の製造方法。
前記コア又はフィルム状樹脂皮膜又は電熱線を加熱しながら巻き付ける過程を含むことを特徴とする請求項２記載の電気融着継手の製造方法。