JP4532769B2

JP4532769B2 - 電気融着継手の製造方法

Info

Publication number: JP4532769B2
Application number: JP2001085125A
Authority: JP
Inventors: 宗久大野; 紀之森谷
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP2002286188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂管、特にガスや水道用の配管材に有用なポリエチレン樹脂管の接続に使用する電気融着継手の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエチレンは化学的に極めて安定であり、可塑剤を必要としないので、水道用配管材として有用であるが、その優れた化学的安定性のために、接着剤を介しての接続が困難である。
そこで、ポリエチレン管用継手として、ポリエチレン管との接合面に電熱線を埋設した電気融着継手、例えば、ポリエチレン樹脂製の継手本体の内周面に抵抗線を埋設し、この抵抗線の両端に接続した端子ピンを継手本体の外面に突設したものが知られている（例えば、特開平２−３０５１７号公報）。
この電気融着継手を製造するには、継手本体と同じポリエチレンを押出被覆した被覆抵抗線をマンドレルに螺旋状に巻き付けると共にこの被覆抵抗線の両端に端子金具を圧着接続し、この抵抗線巻き付けマンドレルの周りに外型を配置して両端子金具を外型のピン孔で支持すると共にキャビティを形成し、このキャビティに溶融樹脂を圧入し、ついで、冷却固化させている（特開平２−３０５１７号公報、特開平２−３０５０８号公報、特開平４−１０９１５号公報等）。
【０００３】
また、裸抵抗線を使用する場合は、熱可塑性樹脂の内筒部材に間隔を隔てて第１端子金具と第２端子金具とを突設し、抵抗線の一端を第１端子金具に溶接してその抵抗線を内筒部材に充分な引っ張り張力のもとで巻き付け、この巻き付け抵抗線の他端を第２端子金具に溶接し、更にこの抵抗線巻き付け内筒部材を金型にセットして内筒部材の周りに外筒部材成形用キャビティを形成し、このキャビティに樹脂を圧入充填し、而るのち、冷却固化させている（例えば、特公平１−４５４１０号公報、特許第２９６３０８２号公報等参照）。
【０００４】
上記溶融樹脂のキャビティへの圧入においては、キャビティの厚みが比較的薄く、奥行きが相当に深いために、それだけ射出圧力を高圧にする必要があり、キャビティ内の溶融樹脂の流れは相当に高速である。
更に、前記の圧入充填されたキャビティ内樹脂が冷却固化される際、樹脂の熱収縮率が抵抗線の熱収縮率に較べて著しく大きく（約３０倍）、樹脂の冷却固化に伴うひけが発生する。
上記抵抗線には、通常ニクロム線を用い、端子金具には銅合金、例えば真鍮を用いている。
而るに、抵抗線として被覆抵抗線を用い、抵抗線と銅合金製端子金具とを圧着接続している、上記特開平２−３０５１７号公報等が開示する電気融着継手の製造方法では、端子金具が抵抗線に較べて著しく軟らかいために、圧縮圧力を高くし難く（軟質の銅合金が逃げてしまう）、端子金具−抵抗線間の接続強度を高くすることが困難であり、上記射出成形における樹脂圧入充填時の高圧・高速の樹脂流れや冷却固化時の樹脂収縮により、接続箇所が脱離され易い。
また、抵抗線として裸抵抗線を用い、抵抗線と銅合金製の端子金具側面とを抵抗溶接している、上記特公平１−４５４１０号公報等が開示する、電気融着継手の製造方法では、ニクロム線と銅合金との大きな融点差、大きな比抵抗の差等のために、通常のスポット溶接では、抵抗線−端子金具間の充分に強固な接続が期待できず、前記と同様、射出成形における樹脂圧入充填時の高圧・高速の樹脂流れや冷却固化時の樹脂収縮により、溶接箇所の剥離が懸念される。
【０００５】
本発明の目的は、熱可塑性樹脂製継手の少なくとも一部を射出成形により成形する際に電気融着用の抵抗線を埋設する継手の製造方法において、射出成形における樹脂圧入充填時の高圧・高速の樹脂流れや冷却固化時の樹脂ひけにもかかわらず、端子金具−抵抗線間の接続箇所を安定に保持して電気融着継手を良好な歩留で製造することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電気融着継手の製造方法は、電気融着用の抵抗線を埋設し、抵抗線両端の端子金具を突設させるように熱可塑性樹脂によって継手本体を成形する継手の製造方法において、前記抵抗線は鉄クロム線であり、前記抵抗線の端部表面を凹凸加工し、その表面凹凸抵抗線端部を銅合金性端子金具に挿入し、銅合金製端子金具を抵抗線端部に圧着することにより、抵抗線と端子金具との接続を行うことを特徴とする構成である。
【０００９】
上記電気融着継手には、埋設抵抗線の通電発熱により管材と融着される継手を全て包含され、例えば、片受けソケット、両受けソケット、エルボー、チーズ、サドル付き分水栓等を挙げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は請求項１の発明により製造する電気融着継手の一例を示す縦断面図を示し、１１１、１１２は端子金具、１２は抵抗線、Ａは継手本体である。
この電気融着継手を請求項１の発明により製造するには、まず両端に銅合金製端子金具１１１，１１２を圧着した被覆抵抗線１２をマンドレルに巻き付ける。
被覆抵抗線１２に銅合金製端子金具１１１，１１２を圧着するには、図２（イ）に示すように、被覆抵抗線１２の端部から被覆を皮剥ぎし、この口出した抵抗線端部１２０の表面を、図２の（ロ）に示すように受型２１側を凹凸面にした圧縮治具により凹凸加工し、図２の（イ）において、この表面凹凸抵抗線端部を銅合金製端子金具１１１（１１２）に挿入し、圧縮工具３により圧着する。抵抗線には、ニクロム線、鉄ニクロム線、銅ニッケル線（インゴットの引き出し線）を用い、銅合金製端子金具には、真鍮の引き抜き材を用いることができる。
【００１１】
上記圧着において、端子金具の材質が抵抗線の材質に較べて著しく軟らかいために大きく塑性流動しようとするが、抵抗線端部の表面を凹凸加工してあり、その塑性流動をその凹凸で阻止できるから、その塑性流動をよく抑制して圧着界面の高緊着化を促し得、強固に圧着接続できる。現に、抵抗線として、鉄クロム線１．７ｍｍφを用い、端子金具に真鍮を用いた場合、前記凹凸加工を施すことにより、接続強度を凹凸加工なしの場合の１００Ｎから３００Ｎに向上できた（引張り試験のワイヤー引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎのもとでの測定）。
【００１２】
前記端子金具としては、融着用電源のターミナルに着脱されるピン部と抵抗線端部に圧着される脚部とを有し、脚部を雄螺子として端子金具本体の雌螺子孔に螺合するものを用いることもでき、この場合、凹凸加工した抵抗線端部に脚部が圧着されたのち、この脚部が端子金具本体に螺合される。
【００１３】
前記凹凸は、例えばローレット状とすることができ、凹凸加工治具としては、図３の（イ）に示すようなペンチ式、図３の（ロ）に示すような、ラム式を用いることができる（これらの治具の先端型の一方または双方に凹凸面を付してある）。
【００１４】
前記被覆抵抗線の被覆には、通常、継手本体と同一の熱可塑性樹脂、例えばポリエチレンを用いることができる。
【００１５】
上記のように、両端に銅合金製端子金具を圧着した被覆抵抗線をマンドレルに巻き付けたのちは、このマンドレルとで継手成形用のキャビティを確保するように外型を配設し、前記端子金具を外型の端子金具嵌合孔に嵌合して固定し、射出機により、溶融樹脂を前記キャビティ内に圧入する。この圧入によりキャビティを充填したのち、充填樹脂を冷却固化させていき、所定強度への固化をまって脱型し、これにて電気融着継手の製造を終了する。
【００１６】
上記射出成形初期のキャビティ内への溶融樹脂の圧入充填時の樹脂流れにより、抵抗線と端子金具との接続箇所が圧迫される。更に、充填樹脂の冷却固化時の樹脂ひけによりにより、同上の抵抗線と端子金具との接続箇所が樹脂の熱収縮力を受ける。
しかしながら、請求項１の発明によれば、抵抗線と端子金具との接続箇所の強度を充分に高くできるから、その接続箇所の脱離をよく防止でき、電気融着継手を良好な歩留で製造できる。
【００１７】
図４の（イ）は本発明に関連する第１または２の発明により製造する電気融着継手の一例を示す縦断面図、図４の（ロ）はその電気融着継手における抵抗線巻き付け内筒部材を示す平面図である。
図４において、４１は熱可塑性樹脂製の内筒部材である。１２は内筒部材に巻き付けた抵抗線であり、図４の（ロ）に示すように、既成形の内筒部材４１の長手方向に間隔を隔てて第１端子金具１１１と第２端子金具１１２を突設し、この内筒部材４１に抵抗線１２を巻き付け、各端子金具１１１，１１２と抵抗線１２とを溶接してある。４２は抵抗線１２巻き付け内筒部材４１上に一体に成形した熱可塑性樹脂製の外筒部である。
上記内筒部材４１及び外筒部４２の熱可塑性樹脂には、例えば、ポリエチレンやポリブデン等を用いることができる。
【００１８】
本発明に関連する第１または２の発明において使用する基本的な製造工程は次の（１）〜（４）の通りである。
（１）〔内筒部材の成形〕この成形には、通常、射出成形が使用される。この内筒部材の成形時に内筒部材に端子金具嵌合用ボスを成形し、成形後、このボスに端子金具１１１，１１２を嵌合してもよく、また、内筒部材の成形時に端子金具をインサートしてもよい。
（２）〔抵抗線の巻き付け〕通常、第１端子金具１１１の側面に抵抗線１２の先端を溶接したのち、抵抗線１２を所定の張力で内筒部材４１に巻き付けたうえで第２端子金具１１２の側面に溶接し、所定のはみ出し長さを残して切断する。この場合、抵抗線１２を内筒部材４１上に浮きなく密接させて巻き付け得るように抵抗線１２に充分な張力をかける必要がある。
（３）〔金型への内筒部材の組込み〕図５の（イ）に示すように、射出成形金型の内型５１に前記した抵抗線１２巻き付け内筒部材４１を装着し、外筒成形用キャビティ５０を確保するように外型を配置する。
（４）〔外筒部材の成形〕前記のようにして抵抗線を巻き付けた内筒部材を金型にセットしたのち、射出機により、溶融樹脂を前記キャビティ内に圧入する。この圧入によりキャビティを充填したのち、充填樹脂を冷却固化させていき、所定強度への固化をまって脱型し、これにて電気融着継手の製造を終了する。
【００１９】
本発明に関連する第１の発明に係る電気融着継手の製造方法では、端子金具の表面に凹凸を加工し、この凹凸面上に裸抵抗線端部を当接するか、または凹凸面と平滑面との境界に裸抵抗線端部を当接し、図５の（ロ）に示すように、この状態で端子金具１１１（１１２）と裸抵抗線端部１２とを溶接上側ピン電極６１と下側ピン電極６２とで挾持してスポット抵抗溶接することができる。
前記抵抗線１２には、ニクロム線、鉄クロム線、銅ニッケル線等を用いることができ、端子金具１１１（１１２）には、銅合金、鉄、例えば真鍮を用いることができる。
このスポット溶接においては、端子金具側面の摩擦を凹凸加工により高くでき、断面丸形の抵抗線をその滑りを防止して安定に固定できるので、溶接強度のバラツキを抑えることができ、結果として、充分に高い溶接強度を保障できる。
前記凹凸加工の巾は、抵抗線直径の０．６倍以上とすることが好ましく、通常、１．０ｍｍ以上とされる。凹凸の形状としては、アヤメ状が好適であるが、図６の（イ）、（ロ）〔図６の（イ）のロ−ロ断面図〕に示すような格子状や図７の（イ）、（ロ）〔図７の（イ）のロ−ロ断面図〕に示すような鋸刃状とすることもできる。
【００２０】
本発明に関連する第１の発明によれば、後述の参考例と参考比較例との対比からも確認できるように、端子金具と抵抗線とをバラツキをよく抑えて充分に高い強度で溶接できるから、上記した外筒部の射出成形におけるキャビティ内への溶融樹脂の圧入充填時の高圧高速の樹脂流れや充填樹脂の冷却固化時の樹脂収縮にもかかわらず、溶接箇所の剥離をよく防止でき、電気融着継手を良好な歩留で製造できる。
【００２１】
［参考例］
何れの参考例においても、端子金具に鉄製削り出し加工品を使用し、抵抗線に線径１．７ｍｍφのニクロム線を使用し、溶接はスポット溶接とし、溶接電流を５ＫＡとした。
【００２２】
〔参考例１〕端子金具側面の凹凸形状を格子状とし、その凹凸面の巾を１ｍｍとし、スポット溶接位置を格子状凹凸面とした。
【００２３】
〔参考例２〕端子金具側面の凹凸形状を実施例１と同様に格子状とし、スポット溶接位置を格子状凹凸面と平滑面との境界とした。
【００２４】
〔参考例３〕端子金具側面の凹凸形状を鋸刃状とし、その凹凸面の巾を１ｍｍとし、スポット溶接位置を鋸刃凹凸面とした。
【００２５】
〔参考比較例〕端子金具側面を平滑面のままとし、他は実施例に同じとした。
【００２６】
各参考例品及び参考比較例品につき溶接強度を測定してところ（各試料数５０個）、表１の通りであり、参考例では参考比較例に較べ、最小引張り強度が高く、平均引張り力が大である。
【００２７】
【表１】
平均引張り力最小引張り力最大引張り力
（Kgf) （Kgf) （Kgf)
参考例１４９３０５８
参考例２４５２５６０
参考例３４６２６６２
参考比較例４３１３５５
【００２８】
本発明に関連する第２の発明に係る電気融着継手の製造方法では、端子金具に鉄製端子金具を用い、抵抗線にニクロム線、鉄クロム線を用いているから、抵抗線と端子金具とを強固にスポット溶接できる。
この鉄製端子金具には、ニッケルメッキや錫メッキを施すことができる。溶接電流は、通常３〜７ＫＡとされる。３ＫＡ未満では、所定のナゲットを形成し難く、スポット溶接を満足に行うことが困難であり、７ＫＡを越えると、抵抗線が破断されるに至る。
【００２９】
本発明に関連する第２の発明によれば、後述の実施例からも確認できるように、端子金具と抵抗線とを高い強度で溶接できるから、上記した外筒部の射出成形におけるキャビティ内への溶融樹脂の圧入充填時の高圧高速の樹脂流れや充填樹脂の冷却固化時の樹脂収縮にもかかわらず、溶接箇所の剥離をよく防止でき、電気融着継手を良好な歩留で製造できる。
【００３０】
［参考例］
〔参考例１〕抵抗線に１．７ｍｍφの鉄クロム線を、端子金具に鉄製端子金具（メッキなし）を使用し、溶接電流３ＫＡでスポット溶接した。引張り強度を測定したところ（試料数５０箇、以下同じ）、溶接箇所の剥離であって平均２４ｋｇｆであった。なお、端子金具を銅製とした場合は、溶接箇所の剥離であって平均１５ｋｇｆであった。
【００３１】
〔参考例２〕抵抗線に１．７ｍｍφの鉄クロム線を、端子金具にニッケルメッキ鉄製端子金具を使用し、溶接電流３ＫＡでスポット溶接した。引張り強度を測定したところ、溶接箇所の剥離であって平均２３ｋｇｆであった。
【００３２】
〔参考例３〕参考例２に対し、溶接電流を５ＫＡとした以外、参考例２に同じとした。引張り強度を測定したところ、溶接箇所の剥離乃至は抵抗線破断であり、平均４３ｋｇｆであった。
【００３３】
〔参考例４〕参考例２に対し、溶接電流を６ＫＡとした以外、参考例２に同じとした。抵抗線の強度低下が認められ、引張り強度を測定したところ、抵抗線の破断であり、平均３０ｋｇｆであった。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、継手本体と同じ熱可塑性樹脂を押出被覆した被覆抵抗線をマンドレルに螺旋状に巻き付けると共にこの被覆抵抗線の両端に端子金具を圧着接続し、この抵抗線巻き付けマンドレルの周りに外型を配置して両端子金具を外型のピン孔で支持すると共にキャビティを形成し、継手本体を射出成形して電気融着継手を製造する場合、被覆抵抗線と端子金具との接続箇所の脱離をよく防止して製品の歩留を向上できる。
【００３５】
従って、本発明によれば、継手本体の全体または一部を射出成形する電気融着継手を良好な歩留で製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明により製造する電気融着継手の一例を示す図面である。
【図２】請求項１の発明における抵抗線と端子金具との接続方法を示す図面である。
【図３】請求項１の発明において使用する凹凸加工治具の例を示す図面である。
【図４】本発明に関連する第１または２の発明により製造する電気融着継手の一例を示す図面である。
【図５】本発明に関連する第１または２の発明において使用する射出成形方法及び抵抗線−端子金具間の溶接方法を示す図面である。
【図６】本発明に関連する第１の発明における端子金具側面の滑り止め用の凹凸状の一例を示す図面である。
【図７】本発明に関連する第１の発明における端子金具側面の滑り止め用の凹凸状の別例を示す図面である。
【符号の説明】
１１１端子金具
１１２端子金具
１２抵抗線

Claims

電気融着用の抵抗線を埋設し、抵抗線両端の端子金具を突設させるように熱可塑性樹脂によって継手本体を成形する継手の製造方法において、前記抵抗線は鉄クロム線であり、前記抵抗線の端部表面を凹凸加工し、その表面凹凸抵抗線端部を銅合金性端子金具に挿入し、銅合金製端子金具を抵抗線端部に圧着することにより、抵抗線と端子金具との接続を行うことを特徴とする電気融着継手の製造方法。