JPH0389094A - 熱可塑性樹脂製管継手およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ この発明は、熱可塑性樹脂製の管継手およびその製造方
法、特に熱融着により熱可塑性樹脂管を接続させるため
に、キュリー温度を利用して加熱温度を自動調節する発
熱体を内装した熱可塑性樹脂製管継手およびその製造方
法に関する。

（従来の技術） 樹脂製管は軽量、扱いが容易、耐食性が優れている等の
利点が見られることから、その普及は目覚ましく、それ
に伴って管と管とを接続する管継手にもいろいろ提案が
されている。接続手段にも接着剤を使用するものもある
が、熱可塑性樹脂製管の場合、熱融着が簡便な手段とい
われている。

その場合発熱手段を予め埋め込んだ管継手が用いられて
いる。

例えば、実公昭６２−２２７１２号公報において提案さ
れているように、熱可塑性樹脂製管の内周に発熱体、つ
まり電熱線を内装し、管体挿入後この発熱体の通電によ
る発熱作用により接合部を融着させる樹脂管接続用継手
は公知である。またＪＩＳ　Ｋ６７７５１９８９　　ｒ
ガス用ポリエチレン管継手」においても電熱線入りの継
手が規定されている。

その他、発熱体を内装する管継手については、特開昭６
２−１０７１９２号、同６２−１７２８９４号、および
同６２−１５１６８８号公報等に記載されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、かかる従来法にはいずれも次のような問
題点が指摘される。

（］）電源が直流か低周波交流電源を用いている。

（２）融着条件の設定が難しいため、電圧や加熱時間を
マニュアル設定するか自動設定機能を設けることが必要
である。

（３）電源からの人力がターミナルを通して発熱体に供
給されるため管継手の成形時にターミナル部分を作る必
要があり、また管継手の内面側に内装された発熱体から
のリード線をターミナルへ引き出す構造も成形時に作る
ことが必要であるなど、構造的に複雑となる。

ところで、管継手の内面に電熱線を内装する方法として
、電熱線に樹脂を被覆した円柱形の線材をマンドレルに
巻付け、このマンドレルと一定の間隔を有する外枠を設
け、その・隙間に樹脂を射出成形して樹脂製管を製造す
る方法があるが、そのように円柱形の樹脂を被覆した線
材をマンドレルに巻付けその後射出成形により継手を成
形する方法では、射出成形時に樹脂を高圧で流し込む時
に、その圧力により線材が所定の位置に固定されない場
合があり、線と線との間隔や管継手内面からの内装深さ
が不揃いとなる。そのため、継手と被接合管との接合時
の加熱温度が不均一になったり、線と線との間隔が狭す
ぎると加熱時に発熱体を被覆した樹脂が溶は発熱体同士
が接触しショートにより過大電流が流れ局部的に樹脂が
溶けて継手品質を損なうことがある。

したがって、本発明の目的は、熱融着により熱可塑性樹
脂管を接続するための管継手であって、熱融着を簡便か
つ容易に行うことのできる管継手およびその製造方法を
提供することである。

本発明のさらに具体的目的は、加熱温度の制御を容易に
行い得る信頼性の高い管継手およびその製造方法を提供
することである。

さらに本発明の別の目的は、熱可塑性樹脂管の内面に内
装された発熱体が所定位置に配置され、加熱に際しても
局部的過熱を生じることのない信頼性の高い管継手およ
びその製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成すべく、本発明者が種々検討を重ね、
強磁性体の高周波加熱時に見られるキューり点における
自動温度制御特性に着目した。

すなわち、高周波電流には表皮効果（ｓｋｉｎｅｆｆｅ
ｃｔ）と言われる電流が表面に集中する現象が見られ、
その結果、表面部でのジュール熱の発生が大きくなる。

一方、その温度がキューり点を超えると強磁性体の透磁
率が低下する結果、表皮効果が失われ深部にまで電流が
分散して流れるため、ジュール熱の発生は急激に減少し
て、結局自動温度＠’ａＭｉ能が発揮されるのである。

このような自動温度制′４′ｎ機能を利用した加熱手段
については、例えば特表昭６０−５００１６６号および
特表昭６２−３２９３８号に開示されているが、いずれ
も十分な発熱量を確保するためにブロック化した発熱体
を利用するもので、本発明の目的に利用することはでき
ない。

そこで、本発明者がさらに検討を重ねたところ、前述の
ブロック体を線材としてもかかる線材から戒る発熱体を
埋設した管継手の所要熱量を確保することができること
、二重被覆線材とすることにより樹脂内に埋設した状態
でも定温度特性は確保でき、被覆材料の組成を変えてキ
ュリー点を調整することで自動温度制御が実現できるこ
とそ知り、本発明を完成した。

なお、Ｆｅ−Ｎｉ合金の場合、合金組成を調整すること
でキュリー温度は１００〜５００°Ｃの範囲で変えるこ
とができ、これは多くの熱可塑性樹脂の融解温度の範囲
に一致するのであって、この点有利である。

ここに、本発明は、内面側に発熱体を内装してなる熱可
塑性樹脂製管継手であって、該発熱体が導電性材料に強
磁性体層を被覆して成る線材をらせん状に巻いたもので
あることを特徴とする熱可塑性樹脂製管継手である。

なお、「内装」とは継手を構成する管の内表面近傍に埋
設することを云う。

また、上述の発熱体線材を所定位置に備えた管継手を射
出成形により得ることは、すでに述べたように困難であ
る。そこで、本発明者は発熱体線材の埋設手段について
も検討したところ、予めテープ状の樹脂層内に発熱体線
材を埋設し、そのテープをマンドレルに巻付けることに
よって固定しておけば、射出成形時にもその位置がずれ
ることもないことを知った。

したがって、本発明はその別の面からは、熱可塑性樹脂
製テープの樹脂層内に、線状発熱体を埋め込み、該テー
プをマンドレルにらせん状に巻付けた後、該マンドレル
の外側と、これに対し所定の間隔をもって設けた外枠と
の間に熱可塑性樹脂を、例えば射出成形手段でもって、
流し込むことを特徴とする、熱可塑性樹脂製管継手の製
造方法である。

線状発熱体の巻方には多くの方式があるが、管内面にそ
って長手方向にらせん状に巻く方法が一般的であるが、
その場合にも波形に巻きながら全体にらせん状に巻くよ
うにしてもよい。また、継手内面の全面ではなく、被接
合管と熱融着を行う部分にのみ発熱体線材を巻くように
してもよい。

前述の強磁性体のもつ自動温度制御特性を利用する場合
、上記線状発熱体は導電性材料に強磁性体層を被覆して
成る線材である。

本発明にかかる管継手を使用して熱可塑性樹脂製管を接
続するには、管継手部を組み立ててから適宜外部電源か
ら上記発熱体に高周波電流、例えば８〜２０ＭＨｚの高
周波電流を供給するか、あるいは誘導方式によって上記
発熱体に上述のような高周波電流を誘起させてもよい。

特に、高周波誘導方式によれば、管継手にリード線、タ
ーミナル部などを設ける必要がなく、構造が簡単になり
、製作が非常に容易になるなどの利益が見られる。

（作用） 次に、本発明の構成をさらに詳述する。

ここに、第１図は本発明にかかる熱可塑性樹脂製の管継
手を断面で示す略式斜視図である。

図中、被接合管１０．１０は管継手１２内に挿入される
。管継手１２の内面側には発熱体線材１４がらせん状に
内装されている０発熱体線材１４は管継手１２内に埋設
されていても、あるいは一部内表面に露出するように設
けられてもよい。発熱体を構成する線の破断を防止する
ためには、図示のように、僅かに埋設されている程度が
好ましい。

第２図は、このときの発熱体線材の巻形を示す略式説明
図であって、継手管の内面側に沿って長手方向にらせん
状をなして配設されている。

本発明においては、発熱体を導電性材料に強磁性体層を
被覆して成る線材としているが、このような構成を取る
理由は次の通りである。

すなわち、強磁性体はキューり温度以下では高い透磁率
を有するが、それ以上では透磁率は約１となる。そのた
め、キューり点以下の温度では高周波電源を用いること
により強磁性体の高周波電流はその外周部に集中するた
め電流密度は強磁性体表面で最大となる表皮効果により
ジュール熱が発生し、強磁性体近傍の樹脂を加熱し溶融
させる。

一方、キューり点以上の温度では透磁率が導電体とほぼ
同一となるため表皮効果が得られずジュール熱は低下す
る。したがって、発熱体を導電性材料に強磁性体層を被
覆した線材とすることにより、強磁性体が有するキュリ
ー温度を境にして加熱温度を自動制御させることができ
る。

すなわち、この強磁性体は温度がキュリー点を超えると
磁性を失い、誘導方式を採用する場合、誘導電流が流れ
なくなり、発熱も停止し、自己温度制御性を発揮する。

なお、外部電源より高周波電流を供給する場合、スキン
効果が失われるため、ジュール熱の発生が見られなくな
り、むしろ内部の導電材料による熱伝導のため温度は急
速に低下し、定温度効果が働く。

また、表皮効果により加熱される範囲が狭いために樹脂
が溶融される部分を狭くできるため、加熱により管継手
が変形することを防止できる。

かかる発熱体への高周波電流の供給は、発熱体の両端に
リード線を設は外部電源から供給してもよく、あるいは
リード線を設けることなく、高周波の誘導電流を発生さ
せてもよい。

このように本発明にあっては、高周波電流を誘導させる
加熱方式を用いれば、誘導電流を管継手の外部から非接
触で流すことにより発熱体のリード線は必要なくなり、
管継手の成形もターミナルの形成等の余分な構造を付加
する必要がないなど、特に利益的である。

次に、本発明にかかる管継手の製造方法について説明す
るが、特に好ましくは次のようにして管継手を製造する
。

なお、本発明にかかる製造方法であって、原理的には必
ずしも発熱体を上述のような複合体構造とする必要はな
く、従来の発熱体であっても所期の効果は発揮されるが
、本発明にかかるような導電性材料に強磁性体層を被覆
した複合線材を用いる場合、特に効果的にその特徴が発
揮される。

すなわち、本発明にかかる管継手の製造方法によれば、
導電性材料に強磁性体層を被覆した発熱線材は、予めテ
ープ状の熱可塑性樹脂に埋め込み、次いで該線材を埋め
込んだテープをマンドレルにらせん状に巻付けることに
より、マンドレル上に隙間なく均一の厚さで発熱線材を
巻付けることができる。

第３図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ熱可塑性樹脂テ
ープ３０の樹脂層内に埋設された発熱線材３２が、テー
プとともにマンドレル３４に巻き付けられた状態を一部
拡大して示す。第３図（ａ）の場合には、巻き付けたと
きの浮き上がりを防止するために切り込み３６を設けて
おり、第３図（ｂ）の場合には側面を斜面３８として両
隣のテープ３０．３０が重なるようになっている。

また、発熱体を埋設したテープを先に作製し、それをマ
ンドレルに巻き付けてもよいが、押出し成形によるテー
プ製造時に同時に発熱体を埋設しながら成形し、それを
直接マンドレルに巻き付けていくことにより、隣り合っ
たテープ同士が熱融着され、隙間なく、らせん状の発熱
体を埋設した樹脂層が形成されるようにしてもよい。

このような構成をとることにより、その後の射出成形で
熱可塑性樹脂を高圧で流し込んでもテープの位置がずれ
ることがなく、したがって発熱線材を所定の位置、所定
の深さに管継手に内装させることができる。

このようにして発熱体を内装された管継手にあっては、
発熱体線材の位置が一定化し、構造的に信頼性が高まり
、加熱の不均一やショートによる過熱を効果的に防止す
ることができる。

本発明において使用する熱可塑性樹脂は、例えばポリオ
レフィン系、塩化ビニル系樹脂であり、管継手に成形し
てから熱融着できれば特定のものに制限されない。

管内面側には導電性材料の線材あるいはそれに強磁性体
被覆層を設けて戒る線材が埋設されている。かかる導電
性材料としても、銅、銀、アルミニウムなどが例示され
るが、これも特定のものに制限されない。

導電性材料の線材の太さは、余り太いと成形時に段差が
できたり、加熱や冷却時に樹脂と線材との熱膨張率の差
により、樹脂接合部に段差ができ、接合部強度が低下す
る恐れがあるため、直径０．２〜１．５ｍ＋ｍ程度が望
ましい。

また、線材の断面形状は円形だけではなく、楕円形や矩
形等の形状でもよい。

このような導電性材料の線材の上には強磁性体層が設け
られており、外部高周波電源から供給される高周波電流
によって加熱されるか、あるいは高周波誘導コイル内に
設置して誘導方式によって誘導される高周波電流によっ
て加熱される。かかる強磁性体は、鉄、ニッケル、コバ
ルト等が挙げられるが、樹脂管の加熱用には、３６％ニ
ンケル残部鉄のＮ　ｉ−Ｆ　ｅ合金が好ましい。この合
金のキューり点は約２８０°Ｃ１実効透磁率が１００〜
３００である。

また、強磁性体層の厚みは、加熱効率を上げるため薄い
ほうが好ましく、通常１００μｍ以下が好ましい。

かかる複合導電体は、例えば鋳ぐるみ法でクラッドのイ
ンゴットをつくり、圧延で棒状とした後線引きすること
によって製造することができる。

この点についてはすでにクラッド線材などの製造方法と
してよく知られているので、当業者にはこれ以上の説明
は要しないであろう。

発熱体線材の間隔はあまり大き過ぎると加熱効率が低下
し接合強度が低下する。一方余り小さすぎると樹脂が加
熱溶融されたときにショートして過熱される恐れがある
。線材の太さにもよるが、線材太さが０．５ｍ１１のと
きは１〜３１１ＩＩ１１が適当である。

管継手の内表面からの内装深さが深いと加熱効率が低下
し接合強度が低下する。一方余り浅すぎると加熱溶融時
に線材が内表面に出てしまい接合強度が低下する可能性
があり、線材の太さにもよるが、線材太さが０．５ｍｍ
のときは管継手と線材の中心との距離が０．５〜１．５
１程度が適当である。

前述のような予め発熱体線材を埋設したテープを使用す
る場合には、その位置関係は正確に管理できるから、か
なりその間隔を狭くすることができる。

ここで、本発明にかかる樹脂管継手の製造方法について
説明する。

クラッド線材の製造方法などの適宜方法で予め成形され
た導電性材料に強磁性体層を被覆して戒る線材を、例え
ば押出成形によりさらにテープ状の熱可塑性樹脂層内に
埋め込み、得られたテープをマンドレルにらせん状に巻
き付ける。このテープの幅、厚さは線材の設置間隔、深
さによって決定される。材質的にも熱可塑性材料、例え
ば管継手と同一材料で構成すればよい。テープの形状は
、マンドレル上に隙間なく均一の厚さで巻付けられる形
状ならば良く、例えば第３図（ａ）、（ｂ）に示すよう
な形状のテープを用いることＧこより、射出成形時の樹
脂の流し込み圧力で線材の位置がずれることがなく、管
継手の内面側にあって、線材を所定の位置、所定の深さ
に内装させることができる。

それにより、管接合時の加熱の不均一やショートによる
過熱を防止できる。

次に、本発明をその実施例によってさらに詳述する。

実施例 第３図（ａ）に示す形状のポリエチレン製のテープをマ
ンドレルにらせん状に巻付けた後、マンドレルの外側に
所定の間隔で設置された外枠との間にポリエチレン樹脂
を射出成形により流し込んで第１図に示す管継手を製造
した。

このとき樹脂に埋め込まれた線材は芯材が銅で、その上
にニッケル３６％−銖残部の厚さ３０μｍの合金層が被
覆され、０．５ｎｖ＋の直径となっていた。また線材の
間隔は２．５ｍｍ　、管継手の内面からの深さが線材の
中心で０．５ｍｍとなっていた。

第１図に示すようにこの管継手の中にポリエチレン樹脂
管を挿入し、１３ＭＨｚの高周波の誘導方式を用い非接
触方式で発熱体線材を加熱し、管の接合を行った。接合
条件は第１表に示す通りであった。

接合後の接着状況を確認するため、接合部を半割にして
確認したところ、熱融着により継手と管は確実に接着さ
れており、継手の変形も認められなかった。

Ｘ」≦に 高周波型ｉｊＸ　　：　１３ＭＨｚ、　２ＫＷ、定電流
型加熱時間　　：　３分 最高加熱温度：２８０°Ｃ （発明の効果） このように、本発明によれば、次のような効果が得られ
る。

（１）強磁性体が有するキュリー温度を境にして加熱温
度を自動制御させることができる。

（２）表皮効果により加熱される範囲が狭いために管継
手が変形することを防止できる。

（３）高周波の誘導加熱方式を用いれば、発熱体のリー
ド線は不要となり、管継手にターミナル等余分の構造を
付加する必要がない。

（４）線材をさらにテープ状の熱可塑性樹脂に埋め込む
ことによりマンドレル上に隙間なく均一の厚さで巻き付
けることができ、熱可塑性樹脂の流し込み後も加熱体線
材を所定の位置、所定の深さに管継手に内装させるとか
でき、加熱の不均一やショートによる過熱を防止できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる管継手およびそれを使用して
両波接合管を接続する様子を説明する略式断面図； 第２図は、発熱体を構成する強磁性体で被覆された線状
導電材料の巻付は形態を示す略式説明図：および 第３図（ａ）、０）は、発熱体線材を埋め込まれた樹脂
テープの形態の略式説明図である。 １０：被接合管　　　１２：管継手 １４：発熱体線材　　３０：熱可塑性樹脂テープ３２：
発熱体線材　　３４：マンドレル３６：切り込み　　　
３８：斜面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面側に発熱体を内装してなる熱可塑性樹脂製の
   管継手であって、該発熱体が導電性材料に強磁性体層を
   被覆して成る線材を前記内面に沿ってらせん状に巻いた
   ものであることを特徴とする熱可塑性樹脂製管継手。
2. （２）熱可塑性樹脂製テープの樹脂層内に、導電性材料
   に強磁性体層を被覆して成る線材を埋め込み、該テープ
   をマンドレルにらせん状に巻付けた後、該マンドレルの
   外側とこれに対し所定の間隔をもって設けた外枠との間
   に熱可塑性樹脂を流し込むことを特徴とする、熱可塑性
   樹脂製管継手の製造方法。