JP4482868B2 - 電気融着式樹脂管継手およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電気融着式樹脂管継手およびその製造方法に係るものであり、特に電気融着式樹脂管継手に組込まれる電熱線とコネクタピンの接続構造に関するものである。
ガスや給水用の樹脂製の配管を接続するために電気融着式樹脂管継手（以下単に継手と称する場合がある。）が用いられている。その継手は、一般に、樹脂製の配管が接続される受口を有する熱可塑性樹脂を主体とした管体と、受口に巻回された電熱線と、その電熱線の両端部が接続されているとともに前記管体に立設された一対のコネクタピンとを備えている。この継手によれば、コネクターピンを介して電熱線に電流を流し電熱線を加熱することにより受口に接続された配管と受口は互いに溶融し、接続される。
電熱線とコネクタピンとの接続構造の一例が下記特許文献１、２に開示されている。特許文献１に開示された接続構造は、図７に示すように、継手を成形するための中子であるコア８３の両端部にリング体８４を挿入するとともにリング体８４に設けられた支柱８２に導電性のコネクタピン８５を冠着し、電熱線８６を支柱８２に絡げたのちにコネクタピン８５に接続固定するタイプであり、電熱線８６をコア８３に巻回する際に電熱線８６が緩みにくいという利点がある。
特許文献２に開示された接続構造は、図８に示すように、上面に電熱線９３を掛け渡した環状の圧入リング９４にコネクタピン９２の底部９１を圧入し、圧入リング８４と底部９１との間で電熱線９３を圧着固定するタイプであり、コネクタピン９２と電熱線９３を機械的に簡便に接続できるという利点がある。
特許第３１３０１８２号公報
特開平９−１２６３８１号公報
しかしながら、特許文献１の継手には上記利点があるものの、電熱線８６とコネクタピン８５を接続するためには、コア８３にリング体８４を挿入したり、電熱線８６を支柱８２に絡げたりする工程が必要であるため製造装置が複雑で高コストになり、また、例えばコネクタピン８５に接合する際に絡げた電熱線８６がずれて接触不良が生ずる可能性もある。
また、特許文献２の継手の場合には、相当な力が掛かっても電熱線８６が外れず、コネクタピン９２の圧入時に電熱線８６が切断しないように圧入リング９４とコネクタピン９２の嵌め合いは適宜な大きさを設定する必要がある。しかしながら、電熱線９３の大きさは、継手のサイズごとに異なるため都度その嵌め合いを設定することは工業生産上困難を伴うものである。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、コネクタピンと電熱線の接続の信頼性が高く低コストで製造可能な電気融着式樹脂管継手およびその製造方法を提供することを目的としている。
本発明の一実施態様は、配管が接続される少なくとも２の受口を有する熱可塑性樹脂を主体とした管体と、前記受口に巻回された電熱線と、前記電熱線の両端部が接続されるとともに底部の一部が露出した状態で前記管体に立設された一対のコネクタピンと、前記管体の内面に螺旋状に形成され前記電熱線が嵌着された嵌着溝とを備え、前記一対のコネクタピンは、前記管体に形成された二の挿着孔に各々挿着されており、前記嵌着溝の一方の端部は一の挿着孔に他方の端部は他の挿着孔に連結されかつ前記嵌着溝の一方の端部は前記一の挿着孔を通過した位置まで伸びるように形成されており、前記電熱線の一方の端部は、前記嵌着溝の一方の端部に嵌着されているとともに前記コネクタピンの底部の露出した一部にその外周面が接合されている電気融着式樹脂管継手である。電熱線とコネクタピンとの接続をこのような構造とすることで、コネクタピンに対し電熱線を比較的簡便に取り付けることができ、電熱線に張力を掛けることなく電熱線を管体に保持できるので、電熱線を巻回するためのコアなどの部材が不用となりより低コストで継手を製造でき、さらに嵌着溝の端部を上記のように構成することでコネクタピンと電熱線との接合強度のバラツキを低減することができる。なお、前記一の挿着孔を通過した位置まで伸びるように形成された嵌着溝の一方の端部は、前記嵌着溝の底面に対し鉛直方向に曲げられている構造とすれば好ましい。さらに、電熱線の両端部を上記のようにコネクタピンに接合した構造とすればより低コストにできるので好ましい。
上記コネクタピンの底部を平坦な面とすることにより電熱線とコネクタピンの接合部の接合面積が増すので接合部の強度が向上し、電気抵抗のバラツキが抑制される。その結果、電熱線とコネクタピンの接続の信頼性はより高くなる。さらに、コネクタピンと電熱線とを溶接で接合する構造とすれば、コネクタピンに電熱線をより簡便に取り付けることができる。その溶接としては、抵抗溶接が好ましい。なお、コネクタピンの底部は、粗面、凹凸面、凹面、凸面又は曲面など種々の態様を選択できる。特に、所定の粗さを備えた粗面とすることで接合強度をさらに高めることができる。
前記管体は、単層構造のもの、複層構造のものいずれであってもよい。しかしながら、単層構造の方が、材料の入手が一般的に容易であり工業生産上有利である。
上記電熱線は、管体と同様な熱可塑性樹脂が被覆された被覆線または被覆されない裸線いずれであってもよい。
さらに加えて、前記嵌合溝は、前記電熱線の大きさより深く形成されている構造とすれば、受口に挿入された配管が電熱線に引っ掛かり電熱線が切断される心配がなく望ましい。
本発明の一実施態様は上記継手に好適な製造方法であって、前記嵌着溝および挿着孔が形成された前記管体を準備する準備工程と、前記コネクタピンを前記挿着孔に挿着するコネクタピン挿着工程と、前記嵌着溝の一方の端部に前記電熱線の一方の端部を嵌着して当該電熱線の一方の端部を係止し前記嵌着溝に前記電熱線を嵌着しながら巻回する電熱線嵌着工程と、前記電熱線の端部の外周面を前記コネクタピンの底面に接合する接合工程を含む製造方法である。その接合は、抵抗溶接で行うことが望ましい。
上記本発明に係る継手によれば、配管が接続される少なくとも２の受口を有する熱可塑性樹脂を主体とした管体と、前記受口に巻回された電熱線と、前記電熱線の両端部が接続されるとともに底部が露出した状態で前記管体に立設された一対のコネクタピンとを備え、前記電熱線の少なくとも一端部は、前記コネクタピンの底部にその外周面が接合されている構造であるので、コネクタピンと電熱線との接合部の面積が増し、電熱線とコネクタピンの接合部における電気抵抗のバラツキを少なくすることができ、また接合強度を強固にすることができる。また、電熱線は露出したコネクタピンの底部に比較的簡便に接合されるので低コストで継手の製造が可能となる。
本発明について実施態様に基づき図面を参照しながら説明する。以下、本発明の実施の対象としてソケット型の継手を例とし説明しているが、本発明は、例えばエルボー型やティー型など種々のタイプの継手に適用することができる。
［第１実施態様］
第１態様の継手について図１〜４を参照し説明する。図１は、第１態様の継手の断面図である。図２は、図１の継手の製造方法を説明する図である。図３は、図２（ｄ）の部分拡大図である。図４は、図１のコネクタピンの変形例を説明する図である。図５は、図1の電熱線とコネクタピンの接続構造の変形例を説明する図である。
第１態様の継手について図１〜４を参照し説明する。図１は、第１態様の継手の断面図である。図２は、図１の継手の製造方法を説明する図である。図３は、図２（ｄ）の部分拡大図である。図４は、図１のコネクタピンの変形例を説明する図である。図５は、図1の電熱線とコネクタピンの接続構造の変形例を説明する図である。
図１に示すように、第１態様の継手１は、樹脂製の配管７が接続される２つの受口１３、１４を両端に備え熱可塑性樹脂を主体とした管体である樹脂パイプ１２と、受口１３、１４に巻回された１本の電熱線２と、受け口１３、１４に立設されるとともに電熱線２の両端部が接続されたコネクタピン１１（１１ａ、１１ｂ）とを有している。
この態様の管体である樹脂パイプ１２は、例えば中密度ポリエチレン樹脂を主体とした単層構造の物である。樹脂パイプ１２の受口１３、１４の内面には電熱線２が嵌合される嵌合溝１５が一定のピッチで螺旋状に連続して形成されている。この嵌合溝１５の幅は、電熱線２を固定できるように電熱線２の直径よりやや小さく形成されている。また、嵌合溝１５の深さは、電熱線２が樹脂パイプ１２の内面より内側に露出しないように電熱線２の直径より０．２〜０．３ｍｍ程度は深く形成することが望ましい。
受口１３、１４には、底部（以下接合部ともいう。）１１２が露出した状態でコネクタピン１１が挿着可能な挿着孔１２１が形成されている。挿着孔１２１には、コネクタピン１１を圧入する際に、コネクタピン１１が押し込まれ過ぎて内側に飛び出すことがないよう後述するコネクタピン１１の鍔部１１３に対応した凸部１２２が形成されている。
ここで、上記嵌合溝１５の始端部と終端部は、それぞれ受口１３、１４の挿着孔１２１に連結している。したがって、挿着孔１２１にコネクタピン１１を装着し、嵌合溝１５に電熱線２を巻回しながら嵌合すれば、電熱線２の一方の端部２１及び他方の端部２２は、それぞれのコネクタピン１１の接合部１１２に接続可能な状態となる。
コネクタピン１１は、導電性を有する真鍮等の金属材料を主体とした大略円柱形状の物であり、電熱線２が底面に接合される接合部１１２と、電熱線２に電力を供給するコントローラ（不図示）の端子が接続される端子接続部１１１と、樹脂パイプ１２の内側に脱落しないため接合部１１２より大きい鍔部１１３とを有している。なお、鍔部１１３は、コネクタピン１１を容易に取り付け可能にしている物であるので必ずしも必要ではない。
上述したコネクタピン１１の変形例を図４に示す。
第１変形例のコネクタピン１１ａの接合部１１２ａは、図４（ａ）に示すように、凸状のＲ面に形成された底面を備えている。この場合には、図１のような平滑面とほぼ同等の接合強度を得ることができる。
第１変形例のコネクタピン１１ａの接合部１１２ａは、図４（ａ）に示すように、凸状のＲ面に形成された底面を備えている。この場合には、図１のような平滑面とほぼ同等の接合強度を得ることができる。
電熱線２の位置決め精度を上げたい場合には、例えば図４（ｂ）〜（ｄ）に示す第２〜４変形例のコネクタピン１１ｂ〜ｄの接合部１１２ｂ〜ｄのように、凹状のＲ面又は半円溝若しくは角溝など電熱線２を位置決め可能な凹部を底面に形成すればよい。
また、電熱線２の接合強度を上げたい場合には、図４（ｅ）に示す第５変形例のコネクタピン１１eの接合部１１２ｅのように、底面を例えば釘頭部のように粗面としたり、図４（ｆ）、（ｇ）に示す第６、７変形例のコネクタピン１１ｆ、ｇの接合部１１２ｆ、ｇのように電熱線２との接触する面積を小さくするため部分的に凸部を形成すればよい。第５〜７変形例のコネクタピン１１e〜ｇによれば、その接合部１１２ｅ〜ｇの底面と電熱線２と接触する面積が小さくなるので単位面積当りの溶接電流量が増加し、接触面の発熱量が増大する。したがって、電熱線２の溶け込み量が大きくなり接合強度が向上する。
第１態様の電熱線２は、樹脂で被覆されていないニクロム線（いわゆる裸線）を使用している。電熱線２の直径は、継手１のサイズに合わせて直径が０．４〜２．６ｍｍ程度の物が準備される。電熱線２としては、裸線に限ることなく、樹脂パイプ１２と同様な樹脂で被覆された電熱線（被覆線）を使用してもよい。
上記継手１の製造方法について説明する。
図２（ａ）に示すように、受口１３、１４に挿着孔１２１と嵌着溝１５が形成された樹脂パイプ１２を準備する。
図２（ａ）に示すように、受口１３、１４に挿着孔１２１と嵌着溝１５が形成された樹脂パイプ１２を準備する。
図２（ｂ）に示すように、挿着孔１２１にコネクタピン１１（１１ａ，１１ｂ）を押込んで装着する。
図２（ｃ）に示すように、受口１３の側（一方）のコネクタピン１１ａの底面に電熱線２の一方の端部２１を抵抗溶接で接合し、コネクタピン１１ａに電熱線２を接続する。
ここで、コネクタピン１１ａと電熱線２の抵抗溶接による接合方法について詳述する。
図３に示すように、電熱線２の一方の端部２１をコネクタピン１１ａの接合部１１２に対し位置決めする。コネクタピン１１ａの端子接続部１１１の上端面に上部電極３１を適宜な力で加圧して押し当てる。また、抵抗溶接用の下部電極３２を電熱線２を介し接合部１１２に加圧しながら押し当てる。このようにすると、電熱線２の一方の端部２１の外周面は接合部１１２の底面に押圧された状態となる。その後、上部電極３１と下部電極３２との間に所定の大きさの電流を流し、接合部１１２の底面に電熱線２を接合する。
図３に示すように、電熱線２の一方の端部２１をコネクタピン１１ａの接合部１１２に対し位置決めする。コネクタピン１１ａの端子接続部１１１の上端面に上部電極３１を適宜な力で加圧して押し当てる。また、抵抗溶接用の下部電極３２を電熱線２を介し接合部１１２に加圧しながら押し当てる。このようにすると、電熱線２の一方の端部２１の外周面は接合部１１２の底面に押圧された状態となる。その後、上部電極３１と下部電極３２との間に所定の大きさの電流を流し、接合部１１２の底面に電熱線２を接合する。
抵抗溶接によれば、コネクタピン１１ａと電熱線２の接触した部分に瞬間的に大電流を流し、その部分を発熱させて溶融するので極めて短時間に接合作業が完了する。なお、抵抗溶接の印加電圧は高すぎても低すぎても接合強度が低下する。印加電圧を２〜３Vとすれば良好な接合強度が得られることが実験的に確認されている。
次に、図２（ｄ）に示すように、電熱線２を嵌着溝１５に嵌着しながら受口１４の側に巻回していく。電熱線２が受口１４の側（他方）のコネクタピン１１ｂの下方に至ったのちに、所定の長さに電熱線２を切断する。
図２（e）に示すように、コネクタピン１１ａと電熱線２の場合と同様にしてコネクタピン１１ｂと電熱線２の他方の端部２２とを接合する。
次に、コネクタピン１１と電熱線２との接合構造の変形例について説明する。
第１変形例は、図５（ａ）において平面視で示すように、嵌着溝１５が挿着孔１２１で止まらず、挿着孔１２１を通した位置まで伸びて嵌着溝１５の端部１５ａが形成されている構造である。第１変形例の場合、嵌着溝１５に嵌着された電熱線２の端部は装着溝１５の端部１５ａに嵌着される。その結果、電熱線２の端部は装着溝１５の端部１５ａで係止された状態で固定されるので電熱線２の接合部の位置が位置ずれし難くなり、もって、接合強度のバラツキが解消される。なお、装着溝１５の端部１５ａは、実線で示すように直線状であってもよいし、点線で示すように曲線状の端部１５ｂであってもよい。
第１変形例は、図５（ａ）において平面視で示すように、嵌着溝１５が挿着孔１２１で止まらず、挿着孔１２１を通した位置まで伸びて嵌着溝１５の端部１５ａが形成されている構造である。第１変形例の場合、嵌着溝１５に嵌着された電熱線２の端部は装着溝１５の端部１５ａに嵌着される。その結果、電熱線２の端部は装着溝１５の端部１５ａで係止された状態で固定されるので電熱線２の接合部の位置が位置ずれし難くなり、もって、接合強度のバラツキが解消される。なお、装着溝１５の端部１５ａは、実線で示すように直線状であってもよいし、点線で示すように曲線状の端部１５ｂであってもよい。
第２変形例は、図５（ｂ）に示すように、上記嵌着溝１５の端部１５ｃを鉛直方向に曲げた構造である。第２変形例によれば、嵌着溝１５の端部１５ｃに電熱線２を嵌着すると、該端部１５ｃに電熱線２が係止され固定されるので、上記第1変形例と同様な効果を得ることができる。
第３変形例は、図５（ｃ）に示すように、第1または第２変形例においてコネクタピン１１の底面を粗面とした構造である。第3変形例によれば、コネクタピン１１の底面に電熱線２が噛み込み固定されるので、接続強度のバラツキをより低減することが可能となる。
第４変形例は、図５（ｄ）に示すように、コネクタピン１１の底面と電熱線２との間にニッケル箔hを挟んだ構造である。第４変形例によれば、ニッケル箔ｈの作用により接合強度が向上する。なお、ニッケル箔ｈの替わりに、コネクタピン１１の底面にニッケル膜を成膜しておいてもよい。
［第２態様］
本発明の第２態様について図６（ａ）を参照して説明する。なお、図６（a）において図１と同様な構成については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
第２態様の継手４は、図６（a）に示すように、配管が接続される２つの受口４３、４４を両端に備え熱可塑性樹脂を主体とした管体４２と、受口４３、４４に巻回された１本の電熱線２と、受け口４３、４４に立設されるとともに電熱線２の両端部が底部に接続されたコネクタピン１１とを有している。
本発明の第２態様について図６（ａ）を参照して説明する。なお、図６（a）において図１と同様な構成については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
第２態様の継手４は、図６（a）に示すように、配管が接続される２つの受口４３、４４を両端に備え熱可塑性樹脂を主体とした管体４２と、受口４３、４４に巻回された１本の電熱線２と、受け口４３、４４に立設されるとともに電熱線２の両端部が底部に接続されたコネクタピン１１とを有している。
第２態様の管体４２は、熱可塑性樹脂を射出成形で成形した物であり、第１態様の継手１と同様に単層構造をなしている。また、電熱線２は、管体４２で使用される熱可塑性樹脂と同様な樹脂がニクロム線に被覆された被覆線である。その電熱線２は、コア（中子）に予め巻回され、その後管体４２が成形されるので管体４２の内部に埋め込まれた状態で配設されている。
［第３態様］
本発明の第３態様について図６（ｂ）を参照して説明する。
第３態様の継手５は、図６（ｂ）に示すように、配管が接続される２つの受口５３、５４を両端に備え熱可塑性樹脂を主体とした管体５２と、受口５３、５４に巻回された１本の電熱線２と、受け口５３、５４に立設されるとともに電熱線２の両端部が底部に接続されたコネクタピン１１とを有している。
本発明の第３態様について図６（ｂ）を参照して説明する。
第３態様の継手５は、図６（ｂ）に示すように、配管が接続される２つの受口５３、５４を両端に備え熱可塑性樹脂を主体とした管体５２と、受口５３、５４に巻回された１本の電熱線２と、受け口５３、５４に立設されるとともに電熱線２の両端部が底部に接続されたコネクタピン１１とを有している。
第３態様の管体５２は、熱可塑性樹脂を射出成形で成形したいわゆるインナーと称される内層５２２とアウターと称される外層５２３からなる複層構造である。また、電熱線２は、コアに射出成形された内層５２２に巻回され、その後外層５２３が成形されるので管体５２の内部に埋め込まれた状態で配設されている。
なお、上記第１〜第３態様において、コネクタピン１１の底部は、その全体が露出している構造となっているが、その一部が露出し、露出した一部に電熱線２が接合される構造としても上記説明と同様な効果を得ることができる。
１ 電気融着式樹脂管継手
１１ コネクタピン
１２ 樹脂パイプ
１３ 受口
１４ 受口
１５ 嵌着溝
２ 電熱線
１１ コネクタピン
１２ 樹脂パイプ
１３ 受口
１４ 受口
１５ 嵌着溝
２ 電熱線
Claims (11)
- 配管が接続される少なくとも２の受口を有する熱可塑性樹脂を主体とした管体と、前記受口に巻回された電熱線と、前記電熱線の両端部が接続されるとともに底部の一部が露出した状態で前記管体に立設された一対のコネクタピンと、前記管体の内面に螺旋状に形成され前記電熱線が嵌着された嵌着溝とを備え、前記一対のコネクタピンは、前記管体に形成された二の挿着孔に各々挿着されており、前記嵌着溝の一方の端部は一の挿着孔に他方の端部は他の挿着孔に連結されかつ前記嵌着溝の一方の端部は前記一の挿着孔を通過した位置まで伸びるように形成されており、前記電熱線の一方の端部は、前記嵌着溝の一方の端部に嵌着されているとともに前記コネクタピンの底部の露出した一部にその外周面が接合されている電気融着式樹脂管継手。
- 前記一の挿着孔を通過した位置まで伸びるように形成された嵌着溝の一方の端部は、前記嵌着溝の底面に対し鉛直方向に曲げられている請求項１に記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記電熱線は、その両端部の外周面が前記コネクタピンの底部に接合されている請求項１又は２のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記コネクタピンの底部は平坦面である請求項１乃至３のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記コネクタピンと前記電熱線とは溶接で接合されている請求項１乃至４のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記管体は、単層構造である請求項１乃至５のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記管体は、複層構造である請求項１乃至６のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記電熱線は、裸線である請求項１乃至７のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 前記嵌着溝は、前記電熱線の大きさより深く形成されている請求項１乃至８のいずれかに記載の電気融着式樹脂管継手。
- 請求項１に記載の電気融着式樹脂管継手の製造方法であって、前記嵌着溝および挿着孔が形成された前記管体を準備する準備工程と、前記コネクタピンを前記挿着孔に挿着するコネクタピン挿着工程と、前記前記嵌着溝の一方の端部に前記電熱線の一方の端部を嵌着して当該電熱線の一方の端部を係止し前記嵌着溝に前記電熱線を嵌着しながら巻回する電熱線嵌着工程と、前記電熱線の端部の外周面を前記コネクタピンの底面に接合する接合工程を含む製造方法。
- 電熱線とコネクタピンを抵抗溶接で接合する請求項１０に記載の電気融着式樹脂管継手の製造方法。
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