JP5493172B2 - 多層回転成形品の配管用継手及びその製造方法並びに配管用継手と多層回転成形品の溶着方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転成形法により成形された多層回転成形品の孔部に溶着して取り付ける配管用継手及びその製造方法並びに配管用継手と多層回転成形品の溶着方法に関するものである。

中空成形品を製造する方法として、回転成形法が知られている。回転成形法は、粉末状の熱可塑性樹脂を、回転する金型内で熱可塑性樹脂の融点以上に加熱して溶融させ、溶融した樹脂を金型内の壁面に付着させ樹脂層を形成し、その後冷却硬化させて成形する方法である。

回転成形法は、大型の中空成形品を成形する方法として適している。例えば、工場等において、多量の水または液体等を収容するタンク等を成形する方法として適している。

回転成形法においては、成形時の熱安定性や粉砕した樹脂が得られやすいという観点から、多くの場合、ポリエチレン系樹脂が用いられている。しかしながら、成形品の用途によっては、ポリエチレン系樹脂では、剛性や耐温水性、さらには、ガスバリヤ性などが不十分な場合がある。ポリプロピレン系樹脂は、剛性や耐熱性等においてポリエチレン系樹脂よりも優れているため、ポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂を多層成形することにより、これらの樹脂のそれぞれの長所を活かし、かつ短所を補うことが考えられる。

しかしながら、ポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂は、接着性が良くないため、これらを積層して成形すると、層間が剥離してしまうという問題を生じる。

上記の問題を解消する方法として、本出願人は、特許文献１において、ポリエチレン系樹脂層とポリプロピレン系樹脂層の間に、ポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂との混合物から形成された混合樹脂層を設ける回転成形法を提案している。このような方法により、ポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂とを良好な接着強度で接着させて、多層成形品を製造することができる。

一方、このような多層成形品をタンク等として用いる場合、タンク内の液体等を取り出すため、壁部に配管等を取り付けることが必要となる。このような配管等を取り付ける方法として、熱可塑性樹脂からなる継手をタンクに溶着して取り付ける方法が知られている（特許文献２など）。

しかしながら、継手を溶着によって多層成形品に取り付ける場合、多層成形品の外側表面に継手が溶着されるので、継手を多層成形品の外側樹脂層と同系統の樹脂から形成する必要がある。例えば、多層成形品の内側をポリプロピレン系樹脂から形成し、外側をポリエチレン系樹脂から形成する場合、継手はポリエチレン系樹脂から形成する必要がある。しかしながら、多層成形品内の液体等を配管を介して外部に送り出す際、液体等が継手の内部と接触する。上記の場合、継手の内部はポリエチレン系樹脂から形成されているので、これらの液体等に対し耐久性が不十分となる。

継手を、多層成形品の内側樹脂と同系統のポリプロピレン系樹脂から形成する場合、上述のように、多層成形品の外側がポリエチレン系樹脂から形成されているので、良好な接着強度で継手を溶着することができないという問題がある。

特開２００８−２３８７０４号公報 特開平７−２４３５６２号公報

本発明の目的は、溶着により多層回転成形品に取り付ける配管用継手であって、接着性良く取り付けることができ、かつ多層回転成形品が有する多層による特性を損なうことなく取り付けることができる多層回転成形品の配管用継手及びその製造方法並びに配管用継手と多層回転成形品の溶着方法を提供することにある。

本発明の配管用継手は、多層回転成形品の孔部に溶着して取り付けられる配管用継手であって、多層回転成形品が、内側に配置され、第１の樹脂の粉末から成形された第１の樹脂層と、外側に配置され、第２の樹脂の粉末から成形された第２の樹脂層と、第１の樹脂層と第２の樹脂層との間にこれらの層と接して配置され、第１の樹脂の粉末と第２の樹脂の粉末とを混合した粉末から成形された混合樹脂層とを備え、配管用継手が、第１の樹脂と同系統の樹脂から成形された筒状の内側樹脂層と、第２の樹脂と同系統の樹脂から成形され、内側樹脂層を覆う外側樹脂層とを備え、多層回転成形品の孔部周辺の第２の樹脂層と溶着させるフランジ部が外側樹脂層に形成されており、多層回転成形品の孔部に嵌められる筒状部が、内側樹脂層と外側樹脂層とから形成されており、孔部の第１の樹脂層と接する筒状部の部分が、内側樹脂層のみから形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、多層回転成形品の第２の樹脂層と溶着させるフランジ部が、第２の樹脂と同系統の樹脂から成形された外側樹脂層であるので、接着性良く溶着によって配管用継手を多層回転成形品に取り付けることができる。また、本発明の配管用継手は、第１の樹脂と同系統の樹脂から成形された内側樹脂層と、第２の樹脂と同系統の樹脂から成形された外側樹脂層から形成されるものであるので、多層回転成形品が有する多層による特性を損なうことなく取り付けることができる。

さらに、多層回転成形品の孔部の第１の樹脂層と接する配管用継手の筒状部の部分が、第１の樹脂と同系統の樹脂から成形された内側樹脂層のみから形成されているので、孔部において第１の樹脂層と内側樹脂層とを良好な接着性で溶着させることができる。

本発明においては、第１の樹脂層及び内側樹脂層を、例えばポリプロピレン系樹脂から形成し、第２の樹脂層及び外側樹脂層を、例えばポリエチレン系樹脂から形成することができる。

本発明においては、内側樹脂層の外周部に、外側に向かって延びる凸部が形成されており、外側樹脂層の内周部に、この凸部が嵌まる凹部が形成されていることが好ましい。このように内側樹脂層の凸部と、外側樹脂層の凹部が嵌まり合うことにより、内側樹脂層と外側樹脂層とを位置決めすることができ、外側樹脂層と内側樹脂層の位置がずれないように固定することができる。

本発明の製造方法は、上記本発明の配管用継手を製造することができる方法であり、内側樹脂層を成形する工程と、内側樹脂層を金型内に配置し、内側樹脂層の周囲に外側樹脂層の樹脂を射出して外側樹脂層を成形する工程とを備えることを特徴としている。

本発明の製造方法によれば、本発明の配管用継手を効率良く製造することができる。

本発明の溶着方法は、上記本発明の配管用継手を多層回転成形品の孔部に溶着する方法であって、溶着させる際第２の樹脂層と接するフランジ部の先端面を加熱するための第１の加熱面と、筒状部の外周面を加熱するための第２の加熱面とを有する第１の加熱手段で、フランジ部の先端面及び筒状部の外周面を加熱する工程と、孔部の周辺の第２の樹脂層を加熱するための第３の加熱面と、孔部内の内周面を加熱するための第４の加熱面とを有する第２の加熱手段で、孔部の周辺の第２の樹脂層及び孔部内の内周面を加熱する工程と、加熱したフランジ部の先端面と加熱した孔部の周辺の第２の樹脂層とを当接させるとともに、加熱した筒状部の外周面と加熱した孔部内の内周面とを当接させてそれぞれを溶着させることにより、配管用継手を多層回転成形品の孔部に溶着させる工程とを備え、第１の加熱手段で筒状部の外周面を加熱するため筒状部の外周面の周囲に第２の加熱面を配置した際、内側樹脂層のみから形成された筒状部の先端部よりも、内側樹脂層と外側樹脂層から形成された筒状部の基部において、第２の加熱面との間で、より大きな隙間が形成されるように、第２の加熱面が設けられていることを特徴としている。

本発明の溶着方法によれば、配管用継手を高い接着強度で多層回転成形品に溶着させることができる。

本発明の溶着方法においては、第２の加熱手段で孔部内の内周面を加熱するため孔部内に第４の加熱面を配置した際、孔部内の第２の樹脂層の部分よりも、孔部内の第１の樹脂層の部分において、第４の加熱面との間で、より大きな隙間が形成されるように、第４の加熱面が設けられていることが好ましい。これにより、配管用継手をより高い接着強度で多層回転成形品に溶着させることができる。

また、本発明の溶着方法においては、第１の加熱手段と第２の加熱手段とが一体的に設けられたヒーターを用いて、フランジ部の先端面及び筒状部の外周面と、孔部の周辺の第２の樹脂層及び孔部内の内周面とを同時に加熱することが好ましい。これにより、効率良く配管用継手を多層回転成形品に溶着させることができる。

本発明の配管用継手を用いることにより、多層回転成形品に接着性良く溶着によって取り付けることができ、かつ多層回転成形品が有する多層による特性を損なうことなく取り付けることができる。

本発明の製造方法によれば、上記本発明の配管用継手を効率良く製造することができる。

本発明の溶着方法によれば、上記本発明の配管用継手を多層回転成形品に高い接着強度で溶着させることができる。

本発明に従う一実施形態の配管用継手を示す断面図。 本発明に従う一実施形態における多層回転成形品であるタンクの孔部近傍の壁部を示す断面図。 本発明に従う一実施形態における配管用継手を、タンクの孔部の周囲に溶着させるため、配管用継手のフランジ部及びタンクの孔部周辺をヒーターによって加熱している状態を示す断面図。 本発明に従う一実施形態における配管用継手をタンクの孔部周辺に溶着により取り付けた状態を示す断面図。 本発明に従う一実施形態の配管用継手を示す斜視図。 本発明に従う一実施形態の配管用継手を金型内で成形するときの状態を示すための断面図。 比較例における配管用継手の先端部の取り付け状態を示す拡大断面図。 多層回転成形品における混合樹脂層の状態を示す走査型電子顕微鏡写真。 図３に示す実施形態における筒状部の近傍を拡大して示す図。 図３に示す実施形態における孔部の近傍を拡大して示す図。

以下、本発明を具体的な実施形態により説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に従う一実施形態の配管用継手を示す断面図である。

図１に示すように、配管用継手６は、筒状の内側樹脂層１と、内側樹脂層１を覆う外側樹脂層２とから構成されている。内側樹脂層１は、筒状の形状を有しており、内側には貫通孔１ｂが形成されている。

内側樹脂層１を覆う外側樹脂層２の一方端近傍には、フランジ部３が形成されている。フランジ部３は、多層回転成形品の孔部周辺の外表面と接し、外表面に溶着される部分である。

外側樹脂層２の他方端には、配管を取り付けるための台座部５が設けられている。台座部５には、配管を接続する際に用いるボルト等を通すための孔２ａが形成されている。

図５は、配管用継手６を示す斜視図である。図１及び図５に示すように、外側樹脂層２の円筒部２ｆと台座部５との間には、補強のためのリブ２ｂが形成されている。

配管用継手６の先端部には、回転成形品の孔部に嵌められる筒状部４が形成されている。筒状部４は、内側樹脂層１と外側樹脂層２から形成されており、筒状部４の先端部４ａは、内側樹脂層１のみから形成されている。

内側樹脂層１の外周部には、外側に向かって延びる凸部１ｃが形成されている。また、外側樹脂層２の内周部には、内側樹脂層１の凸部１ｃが嵌まる凹部２ｃが形成されている。凸部１ｃは、内側樹脂層１の外周部に沿って環状になるように形成されており、外側樹脂層２の凹部２ｃも、この環状の凸部１ｃが嵌まるように内周部に沿って環状に形成されている。

フランジ部３が形成されている部分においても、内側樹脂層１の外周部に、外側に向かって延びる環状の凸部１ｄが形成されている。また、この環状の凸部１ｄが嵌まるように、外側樹脂層２に環状の凹部２ｄが形成されている。

また、台座部５が形成されている部分においても、内側樹脂層１に環状の凸部１ｅが形成されており、この環状の凸部１ｅが嵌まるように、外側樹脂層２に環状の凹部２ｅが形成されている。

内側樹脂層１の凸部１ｃ、１ｄ及び１ｅが、外側樹脂層２の凹部２ｃ、２ｄ及び２ｅとそれぞれ嵌まり合うことにより、内側樹脂層１と外側樹脂層２が互いに位置決めされ、内側樹脂層１と外側樹脂層２の位置がずれないように、互いに固定することができる。

図２は、本発明に従う一実施形態において、図１に示す配管用継手を取り付ける多層回転成形品であるタンクの孔部近傍の壁部を示す断面図である。タンク１０は、回転成形法により成形された多層回転成形品である。タンク１０の内側は、第１の樹脂粉末から成形された第１の樹脂層１１が設けられている。タンク１０の外側には、第２の樹脂の粉末から成形された第２の樹脂層１２が設けられている。第１の樹脂層１１と第２の樹脂層１２の間には、第１の樹脂の粉末と第２の樹脂の粉末とを混合した粉末から成形された混合樹脂層１３が設けられている。

第１の樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂を用いることができる。また、第２の樹脂としては、ポリエチレン系樹脂を用いることができる。タンク内側の第１の樹脂層１１を、ポリプロピレン系樹脂から形成することにより、タンクの耐熱性、耐温水性、ガスバリヤ性などを高めることができる。従って、比較的高い温度の液体を貯蔵するタンクとして用いることができる。

混合樹脂層１３は、第１の樹脂の粉末と、第２の樹脂の粉末とを混合した粉末から成形することができる。混合樹脂層を形成するのに用いる第１の樹脂の粉末は、第１の樹脂層１１の樹脂と同系統の粉末であればよく、必ずしも同じ樹脂を用いる必要はない。また、混合樹脂層１３を形成するのに用いる第２の樹脂の粉末も、第２の樹脂層１２の樹脂と同系統のものであればよく、必ずしも同じ樹脂でなくともよい。

第１の樹脂層１１と、第２の樹脂層１２の間に、混合樹脂層１３を設けることにより、第１の樹脂層１１と第２の樹脂層１２の層間の接着強度を著しく高めることができる。これは、混合樹脂層１３に、第１の樹脂と第２の樹脂が混在しており、混合樹脂層１３を回転成形法により成形する際、第１の樹脂と第２の樹脂とがお互いに絡み合った構造となり、混合樹脂層１３において、いわゆるアンカー効果が発揮されるためであると思われる。

混合樹脂層１３における第１の樹脂と第２の樹脂の混合割合は、重量比で１０：９０〜９０：１０の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは２０：８０〜８０：２０の範囲であり、さらに好ましくは３０：７０〜７０：３０の範囲内である。

混合樹脂層１３の厚みは、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは０．５〜５．０ｍｍの範囲内である。第１の樹脂層１１の厚みは、好ましくは０．５〜１５．０ｍｍの範囲内であり、さらに好ましくは１．０〜１０．０ｍｍの範囲内である。また、第２の樹脂層１２の厚みは、０．５〜２０．０ｍｍの範囲内であり、さらに好ましくは３．０〜１０．０ｍｍの範囲内である。

第１の樹脂として、ポリプロピレン系樹脂を用い、第２の樹脂としてポリエチレン系樹脂を用いる場合について説明する。

混合樹脂層１３に用いるポリエチレン系樹脂としては、混合樹脂層１３に用いるポリプロピレン系樹脂との融点の差が大きな樹脂を用いることが好ましい。これにより、高い接着強度が得られる。ポリエチレン系樹脂の融点は、ポリプロピレン系樹脂の融点との差が２０℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは２５℃以上である。混合樹脂層１３におけるポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂との融点の差の上限値は、特に限定されるものではないが、一般に入手可能な汎用のポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂の場合、以下でそれらの融点の差は７０℃ある。混合樹脂層におけるポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂の融点の差は、通常２５℃〜６５℃の範囲内で、好ましい範囲は３５℃〜６５℃である。

ポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂の融点は、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ７１２１（示差走査熱量測定）に従い測定することができる。

多層回転成形品において用いるポリエチレン系樹脂としては、密度が９０３〜９６４ｋｇ／ｃｍ³であるものが好ましく用いられ、さらには９０３〜９４５ｋｇ／ｃｍ³のものが好ましく用いられる。密度が９０３ｋｇ／ｃｍ³未満であると剛性が不足し、９６４ｋｇ／ｃｍ³を超えると衝撃強度が不足する場合がある。密度は、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ７１１２に従い測定することができる。

また、ポリエチレン系樹脂の製造方法としては、特に制限されるものではなく、高圧ラジカル重合法、メタロセン触媒やチーグラー触媒などの公知の触媒を用いた中低圧重合法などで製造されたものを用いることができる。また、エチレンと、炭素原子数３〜２０のα−オレフィンとの共重合体を用いることができる。

多層回転成形品において用いるポリエチレン系樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は、０．３〜２０ｇ／１０分の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは２〜７ｇ／１０分の範囲である。メルトフローレートが０．３ｇ／１０分未満であると、外観不良となる場合があり、２０ｇ／１０分を超えると製品の厚みに偏りが生じる場合がある。なお、メルトフローレートは、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ７２１０（１９０℃、荷重２．１６ｋｇ）に従い測定することができる。

多層回転成形品において用いるポリエチレン系樹脂の融点は、９８〜１３５℃の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、１１５〜１３０℃の範囲内である。融点が１１５℃未満であると、剛性不足となる場合があり、融点が１３０℃を超えると、変形が大きくなる場合がある。

多層回転成形品において用いるポリプロピレン系樹脂としては、プロピレン単独重合体、プロピレンとエチレン及び／または炭素原子数４〜２０のα−オレフィンとの共重合体を用いることができる。α−オレフィンとして具体的には、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセンなどが挙げられる。中でも、エチレン及び炭素原子数４〜１０のα−オレフィンが好ましく、特には、エチレン、１−ブテンが好ましい。

プロピレンと他の炭素原子数４〜２０のα−オレフィンとの共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、及びグラフト共重合体のいずれでもよい。また、ポリプロピレン系樹脂の耐衝撃性を改良する目的で、５０％以下の添加量で他のポリマーをブレンドして使用することもできる。ブレンドに用いる樹脂としては、エチレンと炭素数３〜１０のα−オレフィンとの共重合体、プロピレンと炭素数４〜１０のα−オレフィンとの共重合体、エチレンとプロピレンと炭素数４〜１０のα−オレフィンとの３元共重合体などが例示される。

プロピレン系樹脂の製造に用いる触媒は、特に限定されるものではないが、立体規則性を有する公知のメタロセン触媒やチーグラー触媒などを使用することができる。

重合反応は、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの不活性炭化水素や液化α−オレフィン等の溶剤の存在下、あるいは不存在下に行うことができる。重合は、連続式またはバッチ式の反応で行ってもよく、その条件は通常用いられる条件を採用することができる。さらに重合反応は一段で行ってもよく、二段以上の多段で行ってもよい。

また、ポリプロピレン系樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）は１〜４０ｇ／１０分の範囲であることが好ましく、特に好ましくは５〜１５ｇ／１０分の範囲である。メルトフローレートが１ｇ／１０分未満であると外観不良となる場合があり、４０ｇ／１０分を超えると製品の厚みに偏りが生じるなどの問題が生じる。メルトフローレートは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ７２１０（２３０℃、荷重２．１６ｋｇ）に従い測定することができる。

多層回転成形品において用いるポリプロピレン系樹脂の融点は、１３０〜１６５℃の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、１４０〜１６３℃の範囲内である。融点が１４０℃未満であると剛性不足となる場合があり、融点が１６３℃を超えると、衝撃強度が不足する場合がある。

上記のポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂は、第２の樹脂層１２に用いるポリエチレン系樹脂及び第１の樹脂層１１に用いるポリプロピレン系樹脂としても用いることができる。

本実施形態におけるタンク１０においては、図２に示すように、配管用継手を取り付けるための孔部１４が形成されている。孔部１４は、回転成形によりタンク１０を成形した後、タンク１０の壁部に切削加工等を施すことにより形成することができる。

図１に示す配管用継手６の筒状部４をタンク１０の壁部の孔部１４に挿入し、孔部１４周辺の第２の樹脂層１２と配管用継手６のフランジ部３とを溶着することにより、配管用継手６をタンク１０の壁部に取り付けることができる。

上記のように、第１の樹脂としてポリプロピレン系樹脂を用い、第２の樹脂としてポリエチレン系樹脂を用いる場合、配管用継手６の内側樹脂層１は、第１の樹脂層１１のポリプロピレン系樹脂と同系統の樹脂から形成する。一般には、同系統の樹脂として、ポリプロピレン系樹脂を用いる。しかしながら、第１の樹脂層１１を形成する樹脂と必ずしも同一の樹脂である必要はなく、第１の樹脂層１１の樹脂と溶着し得る樹脂であればよい。従って、グレード等の異なるポリプロピレン系樹脂であってもよい。

内側樹脂層１を、例えば射出成形によって成形する場合、射出成形に適したポリプロピレン系樹脂を用いることができる。このようなポリプロピレン系樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）としては、０．１〜７０ｇ／１０分の範囲であることが好ましく、特に好ましくは、３〜３０ｇ／１０分の範囲である。また、このようなポリプロピレン系樹脂の融点としては、１３０〜１７０℃の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは１４０〜１６５℃の範囲内である。

外側樹脂層２は、第２の樹脂層１２を形成するポリエチレン系樹脂と同系統の樹脂から形成される。従って、第２の樹脂層１２の樹脂と溶着し得る樹脂であればよい。一般には、同系統の樹脂としてポリエチレン系樹脂を用いる。しかしながら、第２の樹脂層１２を形成する樹脂と同じ樹脂である必要はなく、グレードの異なるポリエチレン系樹脂であってもよい。

外側樹脂層２を、例えば射出成形によって成形する場合、射出成形に適した樹脂を用いることができる。このような樹脂として用いることができるポリエチレン系樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）としては、０．０５〜７５ｇ／１０分の範囲であることが好ましく、特に好ましくは２〜４０ｇ／１０分の範囲である。また、融点としては、９０〜１５０℃の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは１２０〜１４０℃の範囲内である。

図６は、図１に示す配管用継手を金型内で成形するときの状態を示す断面図である。

内側樹脂層１を、予め金型等を用いて、例えばポリプロピレン系樹脂を射出成形等することにより成形する。成形した内側樹脂層１の貫通孔１ｂを、中央金型３１の円柱状部３１ａに挿入する。次に、上金型３３を上方から下方に移動させるとともに、下金型３４を下方から上方に移動させて、中央金型３１の基部３１ｂに、上金型３３の一方端部３３ｂ及び下金型３４の一方端部３４ｂを嵌め合わせ、図６に示すような状態に中央金型３１、上金型３３及び下金型３４を組み合わせる。

次に、図６に示すように組み合わせた状態で、上金型３３の他方端部３３ａ及び下金型３４の他方端部３４ａと接するように、蓋金型３２を配置し、図６に示すような状態とする。上記のようにして、中央金型３１、上金型３３、下金型３４、及び蓋金型３２を組み合わせる。金型内に形成された空間３５内に、蓋金型３２に形成された貫通孔（図示しない）より、例えばポリエチレン系樹脂を射出することにより、内側樹脂層１の周りに、外側樹脂層２を形成する。

図６に示すように、内側樹脂層１と蓋金型３２の間に隙間３５ａが形成されており、この部分に、射出したポリエチレン系樹脂が侵入し、内側樹脂層１を覆うので、射出成型後、内側樹脂層１が露出するまで、この部分を切削加工等により取り除く。また、孔２ａを切削加工等により外側樹脂層２に形成する。

以上のようにして、内側樹脂層１の周りに、外側樹脂層２を形成し、配管用継手６を製造することができる。

図３は、図１に示す配管用継手６を、図２に示すタンク１０の孔部１４の周囲に溶着するため、配管用継手６のフランジ部３及びタンク１０の孔部１４の周辺をヒーター２０によって加熱する状態を示す断面図である。

図３に示すように、タンク１０の孔部１４と配管用継手６の間に、ヒーター２０を配置する。ヒーター２０は、配管用継手６のフランジ部３の表面を加熱するための第１の加熱部２１と、タンク１０の孔部１４の周辺の第２の樹脂層１２の表面を加熱するための第２の加熱部２２を備えている。第１の加熱部２１が、本発明の溶着方法における第１の加熱手段となり、第２の加熱部２２が、第２の加熱手段となる。

第１の加熱部２１には、フランジ部３の先端面と接し、フランジ部３の先端面を加熱するための第１の加熱面２１ａと、フランジ部３から突き出た筒状部４の外周面を加熱するための第２の加熱面２１ｂが形成されている。第２の加熱面２１ｂは、筒状部４を嵌め入れることができる凹部２１ｄの側壁として形成されている。

第２の加熱部２２には、タンク１０の孔部１４の周辺の第２の樹脂層１２の表面と接し、第２の樹脂層１２の表面を加熱するための第３の加熱面２２ａが形成されている。また、第２の加熱部２２には、孔部１４に嵌まる凸部２２ｄが形成されている。凸部２２ｄには、孔部１４の内周面を加熱するための第４の加熱面２２ｂが形成されている。

図３に示すように、第１の加熱部２１の第２の加熱面２１ｂと、筒状部４の外周面との間には、隙間２１ｃが形成されている。筒状部４の外周面は、先端部４ａと基部４ｂでほぼ同じ径を有しており、フランジ部３の先端面に対し垂直方向に形成されている。これに対し、第２の加熱面２１ｂは、筒状部４の基部４ｂに近づくにつれて凹部２１ｄの内径が広がるようにテーパー状に形成されている。このため、筒状部４の先端部４ａよりも、筒状部４の基部４ｂにおいて、隙間２１ｃがより大きくなるように形成されている。本発明においては、筒状部４の先端部４ａよりも、基部４ｂにおいて、第２の加熱面２１ｂとの間で、隙間２１ｃがより大きくなるように形成されていることが好ましい。この構成に基づく作用効果については、後述する。

第２の加熱部２２の凸部２２ｄは、先端に向かって径が細くなるようにテーパー状に形成されている。これに対し、孔部１４は、第１の樹脂層１１及び第２の樹脂層１２において、ほぼ同様の径になるように形成されており、その内周面は厚み方向に略直線状に延びるように形成されている。このため、第４の加熱面２２ｂと、孔部１４の内周面との間には、隙間２２ｃが形成されている。凸部２２ｄは先端に向かって径が小さくなるようにテーパー状に形成されているので、隙間２２ｃは、孔部１４内の第２の樹脂層１２の部分よりも、孔部１４内の第１の樹脂層１１の部分において、第４の加熱面２２ｂとの間で、より大きな隙間となるように形成されている。この構成に基づく作用効果については、後述する。

上記のようにヒーター２０を配置し、第１の加熱部２１により、フランジ部３及び筒状部４の表面をそれぞれの樹脂の融点より高くなるように加熱する。例えば、１５０〜２４０℃の範囲内の温度となるように加熱する。同様に、第２の加熱部２２により、孔部１４の周辺の第２の樹脂層１２の表面を、第２の樹脂層１２の樹脂の融点より高くなるように加熱する。例えば、１５０〜２４０℃の範囲内の温度となるように加熱する。

以上のようにして、配管用継手６のフランジ部３及び筒状部４の表面並びにタンク１０の孔部１４周辺の第２の樹脂層１２の表面を加熱した後、ヒーター２０を取り除き、タンク１０の孔部１４に、配管用継手６の筒状部４が嵌まるように配管用継手６をタンク１０の第２の樹脂層１２に押し付けて溶着させる。

図４は、本実施形態における配管用継手６を、タンク１０の孔部１４の周辺に溶着によって取り付けた状態を示す断面図である。図４に示すように、配管用継手６のフランジ部３は、タンク１０の第２の樹脂層１２と同系統のポリエチレン系樹脂から形成されているので、溶着によりフランジ部３が第２の樹脂層１２と一体化している。また、配管用継手６の先端の筒状部４における外側樹脂層２の部分も、第２の樹脂層１２と同系統のポリエチレン系樹脂から形成されているので、溶着により一体化している。

本発明において、筒状部４の先端部４ａは、内側樹脂層１のみから形成されている。従って、本実施形態において、先端部４ａは、ポリプロピレン系樹脂から形成されている。この先端部４ａは、配管用継手６をタンク１０に押し付けた際、タンク１０の内側の第１の樹脂層１１と接する。第１の樹脂層１１は、先端部４ａと同系統の樹脂から形成されており、本実施形態においては、共にポリプロピレン系樹脂から形成されている。このため、第１の樹脂層１１と配管用継手６の先端部４ａが良好な接着状態で溶着される。

筒状部４の先端部４ａの長さ、すなわち配管用継手６の筒状部４を、タンク１０の孔部１４内に配置した際、第１の樹脂層１１と接する内側樹脂層１のみから形成された部分の長さは、筒状部４の先端部４ａと第１の樹脂層１１とが溶着し得る長さであればよく、適宜調整することができる。一般には、第１の樹脂層１１の厚みと同程度の長さにすることが好ましい。

以下、本発明の効果を説明するため、比較例について説明する。

比較として、配管用継手６の筒状部４の先端部４ａが、先端部４ａ以外の部分と同様に、内側樹脂層１の周りに外側樹脂層２が設けられた構造を有するものを作製し、上記と同様にして、配管用継手６をタンク１０の孔部１４の周辺に溶着により取り付けた。配管用継手６のフランジ部３及び筒状部４の外側樹脂層を、タンク１０の第２の樹脂層１２に一体化して取り付けることができ、配管用継手６をタンク１０に高い接着強度で取り付けることができた。しかしながら、タンク１０内に温水を入れ、長時間経過した後、配管用継手６のタンク１０への取り付け強度を測定したところ、取り付け強度の低下が認められた。この原因について考察したところ、以下のようなメカニズムで、温水がタンク１０の内側から混合樹脂層１３内に浸入し、これによって配管用継手６の取り付け強度の低下がもたらされていることがわかった。

図７は、上記比較例における配管用継手６の先端部４ａの取り付け状態を示す拡大断面図である。

図７に示すように、この比較例においては、先端部４ａが内側樹脂層１と外側樹脂層２から構成されているため、タンク１０の内側のポリプロピレン系樹脂からなる第１の樹脂層１１と、ポリエチレン系樹脂からなる外側樹脂層２が接する界面Ａの部分が存在する。第１の樹脂層１１と外側樹脂層２が接する界面Ａの部分においては、ポリプロピレン系樹脂とポリエチレン系樹脂の接着であるので、十分な接着性が得られない。このため、界面Ａの部分から、タンク１０内の液体が浸入し、浸入した液体が、混合樹脂層１３内に浸透したものと思われる。

図８は、混合樹脂層１３を示す走査型電子顕微鏡写真である。図８に示すように、混合樹脂層１３においては、ポリエチレン系樹脂と、ポリプロピレン系樹脂が絡み合った状態となっている。また、ポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂の間には、隙間が形成されている。これは、回転成形法で混合樹脂層１３を形成する際、ポリエチレン系樹脂の粉末及びポリプロピレン系樹脂の粉末がある程度溶融しながらも、完全に混じり合うことはなく、絡み合った状態で存在しており、冷却される際にそれぞれの樹脂が収縮するため、ポリエチレン系樹脂相とポリプロピレン系樹脂相の界面において、隙間が形成されるものと思われる。図７に示す界面Ａから浸入した液体は、このような混合樹脂層１３内の隙間内を浸透していき、液体に対し耐久性の劣るポリエチレン系樹脂と接するため、ポリエチレン系樹脂が劣化し、このため、配管用継手６の接着強度すなわち取り付け強度が低下したものと思われる。

これに対し、本発明に従う本実施形態では、筒状部４の先端部４ａを内側樹脂層１のみから形成しているので、タンク１０の第１の樹脂層１１と接着性良く先端部４ａを溶着させることができる。このため、タンク１０内の液体が混合樹脂層１３に浸入することはない。従って、温水を用いた上記の耐久試験においても、配管用継手の取り付け強度の低下は認められなかった。

以上のように、本発明に従い、配管用継手を、第１の樹脂と同系統の樹脂から形成された内側樹脂層と、第２の樹脂と同系統の樹脂から形成された外側樹脂層から形成し、多層回転成形品の孔部に嵌められる筒状部の先端部を内側樹脂層のみから形成することにより、多層回転成形品の内部に収納した液体等が多層回転成形品の混合樹脂層に浸入するのを防止することができ、長期間の耐久性を持たせて配管用継手を多層回転成形品に接着性良く取り付けることができる。

以下、図３に示す筒状部４の外周面と第２の加熱面２１ｂとの間に形成される隙間２１ｃによる作用効果について説明する。上述のように、筒状部４の外周面は、先端部４ａと基部４ｂにおいてほぼ同様の径となるように形成されており、先端部４ａと基部４ｂの間で外周面は垂直方向に延びるように形成されている。これに対し、第２の加熱面２１ｂは、先端部４ａから基部４ｂに近づくにつれて、広がるようにテーパー状に形成されている。このため、隙間２１ｃは、先端部４ａよりも基部４ｂにおいて、より大きくなるように形成されている。

図９は、隙間２１ｃの近傍を拡大して示す拡大断面図である。図９に示すように、筒状部４の先端部４ａにおいては、隙間２１ｃが小さくなっており、基部４ｂに近づくにつれて大きくなっている。

図１０は、第２の加熱部２２の凸部２２ｄの第４の加熱面２２ｂと、孔部１４の内周面との間に形成される隙間２２ｃを拡大して示す断面図である。凸部２２ｄは先端に近づくにつれて細くなるようにテーパー状に形成されているので、第４の加熱面２２ｂは傾斜している。孔部１４は、外側の第２の樹脂層１２と内側の第１の樹脂層１１においてほぼ径が同じになるように形成されている。このため、隙間２２ｃは、第２の樹脂層１２から第１の樹脂層１１に近づくにつれて大きくなるように形成されている。

図３に示すように、ヒーター２０として、第１の加熱部２１の凹部２１ｄの下方端の直径ｄ_１が５６ｍｍ、上方端の直径ｄ_２が６０ｍｍであり、第２の加熱部２２の凸部２２ｄの先端部の直径ｄ_３が５６ｍｍ、基部の直径ｄ_４が６０ｍｍであるものを用いた。孔部１４は、直径（内径）が６０ｍｍとなるように形成した。この孔部１４は、図３に示すように、第１の樹脂層１１と第２の樹脂層１２における直径（内径）が６０ｍｍとなるように形成した。従って、孔部１４の内周面は傾斜せず垂直方向に延びている。

また、配管用継手６としては、筒状部４の先端部４ａ及び基部４ｂにおける径がどちらも５６ｍｍであるもの（実施例１）と、先端部４ａの直径が５６ｍｍであり、基部４ｂの直径が６０ｍｍであるもの（実施例２）の２種類を作製し、上記のようにしてタンク１０の孔部１４に溶着により取り付けた。実施例１の配管用継手の筒状部４は、図３に示すように先端部４ａ及び基部４ｂが同じ直径であり、円筒状である。実施例２の筒状部４は、先端部４ａの直径より基部４ｂの直径が大きくなっており、第１の加熱部２１の凹部２１ｄの形状に対応するテーパー形状に形成されている。

配管用継手６を、タンク１０の孔部１４に溶着させ、図４に示すような状態で溶着させた後、図４に示す矢印Ｂ方向に、配管用継手６を引き上げ、引き抜き強度（接着強度）を評価した。強度測定の試験器としては、インテスク社製「万能材料試験器２０１０型」を用い、試験速度を２０ｍｍ／分とし、測定対象の試料数を７として、接着強度を評価した。

その結果、上記実施例１のものについては接着強度が１５．７ＫＮであり、上記実施例２のものについては１０．６ＫＮであった。従って、実施例１の方が、実施例２に比べ、高い接着強度を示した。これは、実施例２においては、筒状部４の外周面が、第１の加熱部２１の第２の加熱面２１ｂと同様に傾斜したテーパー形に形成されており、隙間２１ｃがほとんど形成されないため、第１の加熱部２１で筒状部４の外周面を加熱する際、先端部４ａで溶融したポリプロピレン系樹脂が、筒状部４の外周面と第２の加熱面２１ｂの間を通り、フランジ部３と第１の加熱面２１ａとの間の領域まで侵入し、フランジ部３の表面にポリプロピレン系樹脂が付着するためと思われる。このようにして付着したポリプロピレン系樹脂は、タンク１０の孔部１４に溶着する際、フランジ部３と第２の樹脂層１２の間に介在し、接着強度を低下させるものと思われる。

上記実施例１のように、筒状部４と第２の加熱面２１ｂとの間に隙間２１ｃを形成することにより、筒状部４の先端部４ａで溶融したポリプロピレン系樹脂は、隙間２１ｃの領域内にとどまるため、フランジ部３と第１の加熱面２１ａの間にポリプロピレン系樹脂が侵入するのを防止することができる。このため、実施例１においては、ポリプロピレン系樹脂が介在することなく加熱溶融したフランジ部３を、タンク１０の孔部１４の周囲の第２の樹脂層１２と溶着することができ、高い接着強度が得られたものと思われる。

従って、筒状部４の先端部４ａよりも、筒状部４の基部４ｂにおいて、第２の加熱面２１ｂとの間で、より大きな隙間が形成されるように、第２の加熱面２１ｂを設けることにより、より高い接着強度で配管用継手６をタンク１０の孔部１４に溶着させることができる。

筒状部４の基部４ｂにおける隙間は、先端部４ａにおける隙間よりも大きければよいが、好ましくは、先端部４ａにおける隙間よりも、１ｍｍ〜５ｍｍ程度、径方向において大きな隙間であることが好ましい。実施例１においては、２ｍｍとなっている。

図９に示すように、隙間２１ｃは、先端部４ａよりも基部４ｂにおいて大きくなるように形成されているので、第１の加熱部２１で加熱する際、基部４ｂは先端部４ａに比べ、加熱される度合いが若干低くなる。

しかしながら、図１０に示すように、第２の加熱部２２においては第１の樹脂層１１よりも、第２の樹脂層１２において隙間２２ｃが小さくなっているので、第２の樹脂層１２が十分に加熱される。このため、筒状部４を孔部１４に嵌め入れて溶着する際、筒状部４の基部４ｂが、十分に加熱された第２の樹脂層１２と接され、筒状部４の基部４ｂにおける不十分な加熱を補うことができる。このため、筒状部４の基部４ｂと、第２の樹脂層１２とを良好な接着状態で溶着させることができる。

同様に、孔部１４の第１の樹脂層１１は、第４の加熱面２２ｂからやや離れているため、加熱状態が不十分となる場合があるが、筒状部４の先端部４ａが第１の加熱部２１により十分に加熱されているので、筒状部４の先端部４ａと第１の樹脂層１１とを良好な接着状態で溶着させることができる。

以上のように、本発明の溶着方法によれば、高い接着強度で配管用継手を多層回転成形品の孔部に溶着させることができる。

上述のように、本発明によれば、配管用継手が、内側樹脂層と外側樹脂層から形成されているので、それぞれの樹脂の長所を活かし、かつ短所を補うことができる。

本実施形態のように、多層回転成形品として、内側の第１の樹脂層としてポリプロピレン系樹脂層を配置し、外側の第２の樹脂層としてポリエチレン系樹脂層を配置することにより、ポリプロピレン系樹脂層は耐熱性に優れており、ポリエチレン系樹脂層はポリプロピレン系樹脂層に比べ耐衝撃性に優れているので、耐熱性及び耐衝撃性が共に優れた多層回転成形品とすることができる。

同様に、配管用継手の内側樹脂層としてポリプロピレン系樹脂層を配置し、外側樹脂層としてポリエチレン系樹脂層を配置することにより、耐熱性及び耐衝撃性が共に優れた配管用継手とすることができる。従って、このような配管用継手を多層回転成形品に取り付けることにより、耐熱性及び耐衝撃性が共に優れた配管用継手を備えた多層回転成形品とすることができる。

上記実施形態においては、第１の樹脂層及び内側樹脂層として、ポリプロピレン系樹脂を用い、第２の樹脂層及び外側樹脂層として、ポリエチレン系樹脂を用いているが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、第１の樹脂層及び内側樹脂層にポリエチレン系樹脂を用い、第２の樹脂層及び外側樹脂層にポリプロピレン系樹脂を用いてもよい。ポリエチレン系樹脂は、耐薬品性に優れているので、このような構成にすることにより、耐薬品性に優れ、かつ曲げ強度などの剛性に優れた配管用継手を備えた多層回転成形品にすることができる。

また、本発明において、第１の樹脂層及び内側樹脂層並びに第２の樹脂層及び外側樹脂層に用いる樹脂は、ポリエチレン系樹脂及びポリプロピレン系樹脂に限定されるものではない。

また、本発明において、多層回転成形品は、第１の樹脂層、混合樹脂層、及び第２の樹脂層の少なくとも３層を備えるものであればよく、４層以上の構造を有していてもよい。例えば、第１の樹脂層／混合樹脂層／第２の樹脂層／混合樹脂層／第１の樹脂層や、第２の樹脂層／混合樹脂層／第１の樹脂層／混合樹脂層／第２の樹脂層のような多層構造のものであってもよい。

上記と同様に、配管用継手も、外側樹脂層と内側樹脂層の２層構造のものに限定されるものではなく、３層以上の構造のものであってもよい。

１…内側樹脂層
１ｂ…貫通孔
１ｃ，１ｄ，１ｅ…凸部
２…外側樹脂層
２ａ…孔
２ｂ…リブ
２ｃ，２ｄ，２ｅ…凹部
２ｆ…円筒部
３…フランジ部
４…筒状部
４ａ…筒状部の先端部
４ｂ…筒状部の基部
５…台座部
６…配管用継手
１０…タンク
１１…第１の樹脂層
１２…第２の樹脂層
１３…混合樹脂層
１４…孔部
２０…ヒーター
２１…第１の加熱部
２１ａ…第１の加熱面
２１ｂ…第２の加熱面
２１ｃ…隙間
２１ｄ…凹部
２２…第２の加熱部
２２ａ…第３の加熱面
２２ｂ…第４の加熱面
２２ｃ…隙間
２２ｄ…凸部
３１…中央金型
３１ａ…中央金型の円柱状部
３１ｂ…中央金型の基部
３２…蓋金型
３３…上金型
３３ａ，３３ｂ…上金型の端部
３４…下金型
３４ａ，３４ｂ…下金型の端部
３５…金型内の空間
３５ａ…隙間

Claims (7)

1. 多層回転成形品の孔部に溶着して取り付けられる配管用継手であって、
   前記多層回転成形品が、
   内側に配置され、第１の樹脂の粉末から成形された第１の樹脂層と、
   外側に配置され、第２の樹脂の粉末から成形された第２の樹脂層と、
   前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との間にこれらの層と接して配置され、前記第１の樹脂の粉末と前記第２の樹脂の粉末とを混合した粉末から成形された混合樹脂層とを備え、
   前記配管用継手が、
   前記第１の樹脂と同系統の樹脂から成形された筒状の内側樹脂層と、
   前記第２の樹脂と同系統の樹脂から成形され、前記内側樹脂層を覆う外側樹脂層とを備え、
   前記多層回転成形品の前記孔部周辺の前記第２の樹脂層と溶着させるフランジ部が前記外側樹脂層に形成されており、前記多層回転成形品の前記孔部に嵌められる筒状部が、前記内側樹脂層と前記外側樹脂層とから形成されており、前記孔部の前記第１の樹脂層と接する前記筒状部の部分が、前記内側樹脂層のみから形成されていることを特徴とする多層回転成形品の配管用継手。
2. 前記第１の樹脂層及び内側樹脂層がポリプロピレン系樹脂から形成され、前記第２の樹脂層及び外側樹脂層がポリエチレン系樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の多層回転成形品の配管用継手。
3. 前記内側樹脂層の外周部に外側に向かって延びる凸部が形成されており、前記外側樹脂層の内周部に前記凸部が嵌まる凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多層回転成形品の配管用継手。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管用継手を製造する方法であって、
   前記内側樹脂層を成形する工程と、
   前記内側樹脂層を金型内に配置し、前記内側樹脂層の周囲に前記外側樹脂層の樹脂を射出して前記外側樹脂層を成形する工程とを備えることを特徴とする多層回転成形品の配管用継手の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管用継手を前記多層回転成形品の前記孔部に溶着する方法であって、
   溶着させる際前記第２の樹脂層と接する前記フランジ部の先端面を加熱するための第１の加熱面と、前記筒状部の外周面を加熱するための第２の加熱面とを有する第１の加熱手段で、前記フランジ部の先端面及び前記筒状部の外周面を加熱する工程と、
   前記孔部の周辺の前記第２の樹脂層を加熱するための第３の加熱面と、前記孔部内の内周面を加熱するための第４の加熱面とを有する第２の加熱手段で、前記孔部の周辺の前記第２の樹脂層及び前記孔部内の内周面を加熱する工程と、
   加熱した前記フランジ部の先端面と加熱した前記孔部の周辺の前記第２の樹脂層とを当接させるとともに、加熱した前記筒状部の外周面と加熱した前記孔部内の内周面とを当接させてそれぞれを溶着させることにより、前記配管用継手を前記多層回転成形品の前記孔部に溶着させる工程とを備え、
   前記第１の加熱手段で前記筒状部の外周面を加熱するため前記筒状部の外周面の周囲に前記第２の加熱面を配置した際、前記内側樹脂層のみから形成された前記筒状部の先端部よりも、前記内側樹脂層と前記外側樹脂層から形成された前記筒状部の基部において、前記第２の加熱面との間で、より大きな隙間が形成されるように、前記第２の加熱面が設けられていることを特徴とする配管用継手と多層回転成形品の溶着方法。
6. 前記第２の加熱手段で前記孔部内の内周面を加熱するため前記孔部内に前記第４の加熱面を配置した際、前記孔部内の前記第２の樹脂層の部分よりも、前記孔部内の前記第１の樹脂層の部分において、前記第４の加熱面との間で、より大きな隙間が形成されるように、前記第４の加熱面が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の配管用継手と多層回転成形品の溶着方法。
7. 前記第１の加熱手段と前記第２の加熱手段とが一体的に設けられたヒーターを用いて、前記フランジ部の先端面及び前記筒状部の外周面と、前記孔部の周辺の前記第２の樹脂層及び前記孔部内の内周面とを同時に加熱することを特徴とする請求項５に記載の配管用継手と多層回転成形品の溶着方法。