JP4600819B2

JP4600819B2 - エルボ型ｅｆ継手及びその製造方法

Info

Publication number: JP4600819B2
Application number: JP2005101977A
Authority: JP
Inventors: 剛志久胡; 伸広西方
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006283813A

Description

本発明は、ガス用配管、給水又は給湯用配管を構成する樹脂管を接続するために使用されるエルボ型ＥＦ継手及びその製造方法に関する。

ガス用配管、給水又は給湯用配管としては、耐震性が高くしかも、軽量で施工性の優れた熱可塑性樹脂からなる樹脂管（例えばＰＥ管、ＰＢ管等）が使用され、この樹脂管は、継手本体の内面に電熱線を埋設し、ジュール熱で継手本体と樹脂管と融着するようにした電気融着継手（以下ＥＦ継手という）により接続することが行われている。特に曲り配管を形成する場合には、エルボ形状の継手本体の内面に電熱線を埋設したエルボ型ＥＦ継手が使用されている。

上記エルボ型ＥＦ継手を含めてＥＦ継手は、射出成形の手法により製造することが一般的に行われている。例えば射出成形により作製したインナー（ソケットの場合は薄肉の円筒部材）に電熱線を巻回し、このインナーを金型内にセットし、その外周にアウター（継手本体）を射出成形する方法が行われている（特許文献１の図６参照）。しかるにこの製造方法は、２回の射出成形を行うので、製造工数が大でまた金型コストが増大するという欠点がある。

上記とは異なる方法として、継手本体の内周部を形成するコア（芯金）の表面に溝を形成し、そこに電熱線を巻回し、そのコアを金型内にセットし、射出成形後、成形品からコアのみを引き抜くことによってインナーを使用しないでＥＦ継手を製造することも行われている（特許文献１の図１参照）。この方法は、上記に比べインナー金型が不要で、１回の射出成形でよいため、製造工数が低減され、また金型コストを抑えることが可能となる。しかるにこの方法も含めて、従来は、エルボ型ＥＦ継手を含むＥＦ継手の製造工程は、必ず射出成形工程を含み、製品コストに占める金型費用の比率が大きいので、エルボ型ＥＦ継手の低コスト化を達成することはできなかった。

そこで押出成形して得られた直管形状の継手本体の内面に螺旋状の溝加工を施し、そこに電熱線を埋設することにより、インナーを使用しないでＥＦ継手を製造することが行われている。このインナーレスタイプのＥＦ継手は、射出成形金型を使用しないため、低コストで製造することができる。しかしながら直管状にしか巻線できないのでソケット型のものには適しているが、エルボ型のものを製造するためには、図５に示すような構造を必要とする。すなわち、このＥＦ継手１００は、射出成形によりエルボ形状を有する継手本体２００を作製し、この継手本体の両側にある直管部２０１ａ、２０１ｂの内面に螺旋状の溝加工を行い、これらの溝に各々電熱線３００を巻回し、各巻線部３０１ａ、３０１ｂの渡し線３０２ａ、３０２ｂを中間部２０２のコーナー位置Ｐで結線することにより製造される。しかし、この構造であると、巻線工数が増大することに加えて、渡し線３０２ａ、３０２ｂの結線は人手により中間部２０２でかしめることにより行われるので、渡し線が中間部２０２から外れるあるいは断線することがある。したがって、このＥＦ継手に電熱線に給電しても、十分な発熱が行われず、融着不良が発生することがあるので、実用に供しえないという問題がある。

一方、電熱線をもたない単純なエルボ形状の樹脂管を射出成形以外の手法で製造することは、従来から行われている。例えば特許文献２には、加熱したプラスチック直管を金型加圧により所定の曲率半径でかつ所定のベンド角を有するベンド管に成形するために、所定の曲率半径よりも小なる曲率半径を有しかつ所定のベンド角よりも大なるベンド角を有する金型を使用して加圧成形し、さらにこの成形管を所定の曲率半径でかつ所定のベンド角に等しい金型で最終的な加圧成形を行うことが記載されている。特許文献３には、基台上のクランプに合成樹脂管の両端部を固定し、合成樹脂管を加熱軟化させてから、基台の上面側方に突設したブラケットから、先端に押圧体を接続したねじ棒を突出させ、かつ弾性体を介してその押圧力を合成樹脂管に作用させることが記載されている。特許文献４には、熱可塑性樹脂管の曲げ加工を施す部分近傍を加熱して、軟化させた後、熱可塑性樹脂管内に密閉型中空円筒状のゴム製中子を配置し、その内部に高圧気体を注入して中子を樹脂管内いっぱいに膨張させてから、熱可塑性樹脂管の加熱した部分に曲げ型を押し当てて曲げ加工を行うことが記載されている。

特開平１１−９４１７７号公報（第２〜３頁、第４〜５頁、図１、図６、図７）特許第２８７５００７号公報（第２〜３頁、図２〜４）特公平７−９６２６１号公報（第２頁、図１）特開２００２−３０１７６１号公報（第２〜３頁、図１）

従来から、電熱線をもたない熱可塑性樹脂製エルボを射出成形以外の手法で製造することは行われているが、巻線工数が増大するといった製造上の理由や電熱線の断線などに起因する融着不良が生じ易いなどの信頼性の低下が懸念されるので、射出成形以外の手法でエルボ型ＥＦ継手を製造することは行われておらず、エルボ型ＥＦ継手の低コスト化を達成することはできなかった。

したがって本発明の第１の目的は、上記の問題点を解消して、低コストでかつ所定の融着性能を有するエルボ型ＥＦ継手を提供することである。

本発明の第２の目的は、上記の問題点を解消して、射出成形以外の手法で信頼性の高いエルボ型ＥＦ継手を得ることのできる製造方法を提供することである。

上記第１の目的を達成するために、本発明のエルボ型ＥＦ継手は、熱可塑性樹脂からなる直管の内周側の両端部に螺旋状の円周溝の加工を施す溝加工工程と、前記円周溝に一本の連続する電熱線を巻回・埋設する巻線工程と、前記巻線工程を経た前記直管をその軟化点以下の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程を経た前記直管をエルボ形状に曲げる曲げ工程とを有する製造工程を経て形成される。

本発明において、前記直管は、熱変形温度が３２〜７０℃の範囲にあるポリオレフィン系樹脂からなることが好ましい。

本発明において、前記直管は、熱変形温度が３２〜５３℃の範囲にあるポリエチレンからなることがより好ましい。

上記第２の目的を達成するために、本発明のエルボ型ＥＦ継手の製造方法は、熱可塑性樹脂からなる直管の内周側の両端部に螺旋状の円周溝の加工を施す溝加工工程と、前記円周溝に一本の連続する電熱線を巻回・埋設する巻線工程と、前記巻線工程を経た前記直管をその軟化点以下の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程を経た前記直管をエルボ形状に曲げる曲げ工程とを有することを特徴とするものである。

本発明において、前記溝加工工程と前記巻線工程を同時に行い、次いで前記加熱工程及び前記曲げ工程の順で実施することも可能である。

本発明において、前記曲げ工程は、エルボ状に形成された成形空間を有する金型に前記直管を押し込むことにより実施することが可能である。

本発明において、前記曲げ工程は、前記直管の両端部を支持した後前記直管の中間部を折り曲げることにより実施することが可能である。

本発明のエルボ型ＥＦ継手によれば、１本の電熱線が巻回された直管から作製された熱可塑性樹脂からなる継手本体を準備し、それを曲げて作製されるので、従来の方法で得られたＥＦ継手の渡し部にて電熱線をかしめる部分で生じる巻線の断線が防止され、従来の射出成形により得られたＥＦ継手と同等の融着性能を有し、信頼性が高いものとなる。

継手本体が射出成形以外の手段（例えば押出成形）で作成されているので、射出成形品の場合には不可避のウエルドラインが存在せず、強度上の信頼性を向上することもできる。

また、本発明の製造方法によれば、射出成形用金型が不要なので、低コストでエルボ型ＥＦ継手を製造することができる。

以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わるエルボ型ＥＦ継手の断面図、図２は曲げ加工前の直管の断面図、図３は直管を成形金型に挿入するときの状態を、一部を断面で示した正面図である。

図１に示すように、エルボ型ＥＦ継手１は、２つの直管部２１ａ、２１ｂとこれらの間に形成された曲管部２２からなるエルボ状の継手本体２と、その内周側に巻回された１本の電熱線３を有する。継手本体２は、後述のように熱可塑性樹脂を押出成形して形成された直管（素管）に、曲げ加工を施すことにより作製されたものである。電熱線３は、直管部２１ａ、２１ｂの内周面に螺旋状に形成された円周溝内に巻回された埋設部３１ａ、３１ｂと、埋設部３１ａの一端部（図１の右側）と埋設部３１ｂの一端部（図１の左側）とを結ぶ渡し部３１ｃとからなる一本の金属線である。渡し部３１ｃは、その中間点Ｓが曲管部２２の内Ｒ側の内周面（コーナー部）に位置するように巻回されている。図示を省略するが、埋設部３１ａの他端部（図１の左側）と埋設部３１ｂの他端部（図１の右側）は各々、直管部２１ａ及び２１ｂの外周面に引き出されてそこに固着されたコネクターに電気的に接続されている。

上記エルボ型ＥＦ継手１は、種々の方法で製造することができるが、その一例を図２及び図３により説明する。

（溝加工工程）
押出成形により製造された熱可塑性樹脂管を所定長さに切断して直管本体部を作製し、切削加工などによりその内周面の両端に螺旋状の円周溝を形成して、素管２０を準備する。円周溝は、後述の電熱線の線径と同等以下の孔径（幅）を有するように形成される。熱可塑性樹脂管としては、公知の熱可塑性樹脂で形成した樹脂管を使用できるが、継手に電気融着される樹脂管と同一の熱可塑性樹脂からなる管を使用することが好ましく、ポリオレフィン系樹脂からなる樹脂管が好適である。ポリオレフィン系樹脂は、炭素数が２〜２０（好ましくは２〜１２）のα−オレフィン系単量体の単独重合体又はそれと他の単量体との共重合体であり、具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブテンを使用することができる。またこれらの樹脂の内でも熱変形温度が低いものは、曲げ加工は容易であるが、熱変形温度が低すぎると、剛性が不足して寸法精度が低下するので、熱変形温度が３２〜７０℃の範囲にある樹脂を使用することが好ましい。たとえばポリエチレンを使用する場合、熱変形温度が３２〜４１℃の範囲にある中密度ポリエチレンや、熱変形温度が４２〜５３℃の範囲にある高密度ポリエチレンを使用することが好ましい。この熱変形温度は、ＡＳＴＭＤ６４８に準じて、荷重１．８２ＭＰａを印加した時に測定された値である。

（巻線工程）
巻線は素管２０の内周面に形成された円周溝に電熱線３を巻回することにより行われる。素管２０の一端側（図２の左側）から巻始めて埋設部３１ａを形成し、その巻き終わりを曲管部２２の内Ｒ側の内周面（コーナー部）に位置させ、次いで連続して素管２０の他端側（図２の右側）に埋設部３１ｂを形成する。このようにして、図２に示す電熱線３が巻回された継手本体となる素管２０が得られる。電熱線３としては、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ―Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の抵抗発熱体、またはその抵抗発熱体からなる線材の表面に絶縁ワニスなどで被覆したものを使用することができる。
本実施の形態では、溝加工工程と巻線工程を別工程としているが、専用の加工機を使用して、両工程を同時に行うようにしてもよい。

（加熱工程）
素管２０を例えば加熱炉内に装入して、素管のうち少なくとも曲り部を形成する部分の温度がその熱可塑性樹脂の軟化点よりもやや低い温度になるまで加熱する。この加熱温度は、樹脂の軟化点よりも１〜５℃程度低い温度に設定することが好ましい。例えば、軟化点が１２８℃の高密度ＰＥの場合は、加熱温度を１２３〜１２７℃に設定すればよい。この軟化点は、ＡＳＴＭＤ１５２５に準じて測定されたビカット軟化点である。
素管２０の加熱方法としては、上記の方法に限らず、例えば素管２０の外周面に発熱シートなどの発熱体を巻付ける方法でもよい。

（曲げ工程）
図３に示すように、途中で略直角に折れ曲った成形空間４１を有し、成形空間４１の下端部にエンドプレート５が装着された金型４を準備しておく。図示を省略するが、この金型４は、矢印Ｘ方向からみて左右に分割しうるように構成されかつ成形空間の周囲に冷媒の通路が形成されている。次いで、上記の加熱工程で所定温度に加熱された素管２０の一端部（図３の右側）を成形空間４１の端部に形成された受口４２に挿入し、次いで素管２０の他端部（図３の左側）に押えプレート６を密着させ、図示矢印方向に圧力を印加して、素管２０を成形空間４１内に押し込むことにより、曲げ加工を行う。

上記曲げ加工を行うと、曲管部２２の外側（図１の矢印Ａ部近傍）には引っ張り力が作用し、曲管部の内側（図１の矢印Ｂ部近傍）には圧縮力が作用するので、曲管部２２の表面にはしわが発生するが、本発明においては、しわの発生を少なくし得るような加熱温度及び加工条件（圧力、押し込み速度など）を設定すればよい。

（冷却工程）
上記金型４に冷媒（例えば水）を流して、成形空間４１に挿入された素管２０を常温まで冷却した後に、金型４を分割して、曲げ加工された素管２０を取出すことにより、図１に示すエルボ型ＥＦ継手１が得られる。

上記のエルボ型ＥＦ継手１によれば、従来のＥＦ継手と同様の手順で樹脂配管の曲り部を接続することができる。すなわち、継手本体２の両端に樹脂管を所定長さだけ挿入し、電熱線３の巻き始めと巻き終わりが接続されたターミナル（不図示）に、商用交流電源（例えばＡＣ１００Ｖ）に接続されるコントローラーのコネクターを装着し、電熱線に所定時間通電することにより、電熱線３の埋設部３１ａ、３１ｂの周囲の樹脂を溶融させて継手本体と樹脂管を融着接合することができる。

図４は本発明のエルボ型ＥＦ継手の他の製造方法を示す正面図で、図１と同一機能部分は、同一の参照符号を示し、その説明を省略する。図４においては、図２及び図３に示す金型の代わりに他の曲げ加工手段を使用した以外は、上記と同様の手順でエルボ型ＥＦ継手を製造する例を示す。図４に示す曲げ加工手段は、素管２０が内接される支持リング７ａ、７ｂと、連結ローラ８ａ、８ｂを介して支持リング７ａ、７ｂに連結された支持アーム９ａ、９ｂと、支持アーム９ａ、９ｂの中間に配置された、先端に押圧部材１０を有する駆動アーム１１を備えている。

この曲げ加工手段によれば、支持リング７ａ、７ｂに、所定温度に加熱された素管２０を挿通した後、駆動アーム１１を押し上げることにより、素管２０の中間部がエルボ状に折り曲げられる（図４の矢印の下側の状態）。曲げ加工後は、エルボ状素管を曲げ装置から取り外し、冷風を吹き付けて室温まで強制的に冷却することにより、図１に示すＥＦ型継手が得られる。

上記の説明では、主として呼び径が２５Ａ〜２００Ａ及び公称径３１５ｍｍの配管に使用される９０°エルボ形ＥＦ継手について記述したが、本発明はこれに限らず、他の形状のＥＦ継手に適用できることはもちろんである。例えば１１．５°エルボ形ＥＦ継手、２２．５°エルボ形ＥＦ継手、４５°エルボ形ＥＦ継手についても、本発明を適用することが可能である。

本発明の実施の形態に係わるエルボ型ＥＦ継手の断面図である。曲げ加工前の直管の断面図である。直管を成形金型に挿入するときの一部を断面で示した正面図である。本発明のエルボ型ＥＦ着継手の他の製造方法を示す正面図である。従来のエルボ型ＥＦ継手の断面図である。

符号の説明

１：エルボ型ＥＦ継手、２：継手本体、２０：素管、２１ａ、２１ｂ：直管部、２２：曲管部、３：電熱線、３１ａ、３１ｂ：埋設部、３１ｃ：渡し部、４：金型、４１：成形空間、５：エンドプレート、６：押えプレート、７ａ、７ｂ：支持リング、８ａ、８ｂ：連結ローラ、９ａ、９ｂ：支持アーム、１０：押圧部材、１１：駆動アーム

Claims

熱可塑性樹脂からなる直管の内周側の両端部に螺旋状の円周溝の加工を施す溝加工工程と、前記円周溝に一本の連続する電熱線を巻回・埋設する巻線工程と、前記巻線工程を経た前記直管をその軟化点以下の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程を経た前記直管をエルボ形状に曲げる曲げ工程とを有することを特徴とするエルボ型ＥＦ継手の製造方法。