JPH07119721A - ワイヤ、パイプ、線条その他の部材の結合方法 - Google Patents

ワイヤ、パイプ、線条その他の部材の結合方法

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JPH07119721A JP3186462A JP18646291A JPH07119721A JP H07119721 A JPH07119721 A JP H07119721A JP 3186462 A JP3186462 A JP 3186462A JP 18646291 A JP18646291 A JP 18646291A JP H07119721 A JPH07119721 A JP H07119721A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ワイヤ、パイプ、線条その他の部材の結合に
際し、結合部分等に熱による悪影響を及ぼさない結合方
法の提供。 【構成】 ワイヤ、パイプ等の結合すべき部材600,602
を挿入し得る熱収縮性の円筒状スリーブ604から成り、
スリーブはその内部又は表面に隣接する領域に熱収縮温
度より高く且つ所定の許容温度より低いキュリー温度を
有する高透磁率性体材料からなる部分を有する。結合す
べき部材をこのスリーブに挿入し、スリーブの外周に設
けた一次巻線606に高周波電流を通じスリーブの磁性体
材料部分に誘導電流を生じさせ、誘導電流により発熱さ
せスリーブを収縮させる。一定の電流値を保つことによ
りキューリ温度近傍に温度を維持することにより、特別
の制御装置を用いることなく、必要な温度を一定に保つ
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤ、パイプ、線条
等の部材を相互に又は他の部材と結合する方法に関し、
より具体的には、熱収縮性の材料で作製され、その熱収
縮温度近くにキュリー点を有する磁性体材料で形成され
た部分を有するコネクタを使用し、その磁性体材料部分
に電流値が略一定に保たれた高周波電流を通じて当該コ
ネクタを発熱、収縮せしめることにより、コネクタ中に
挿入した所望の部材を結合すると共に、コネクタの温度
を上記キュリー温度近くに自動的に維持することにより
各種部品の過熱損壊を防止し得る結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】熱収縮性のコネクタを用いて各種部品を
結合する方法は、これまでにも知られているが、このコ
ネクタを収縮させるために従来例えば熱風とか或いは赤
外線源とかの外部熱源を用いていた。然しながら、例え
ば、電子技術の分野に於ては、熱に敏感な回路部品が存
在し、その近くで上記コネクタを使用すると、これを熱
収縮させるための外部熱源からの熱で上記回路部品がオ
ーバーヒートして破損する危険性がある。また、オーバ
ーヒートを防止するためには、温度センサ等を含む制御
回路を設ける必要があり、回路が複雑、高価になるとい
う問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためなされたものであり、その目的とする
ところは、ワイヤ、パイプ、線条その他の部材を結合す
る際に、オーバーヒートを生じることなく、結合部分及
び周囲の部品等に悪影響を及ぼすことのない結合方法を
提供することにある。即ち、本発明に於いては、従来公
知の上記の如き問題点を解決するため、コネクタ自体に
温度自動調節機能を発揮せしめ、これにより、温度セン
サや特別の制御装置を用いることなく、結合に必要な温
度を一定に保ち、オーバーヒートによる部品の破壊等を
回避し得る結合方法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、下記(a)
項ないし(d) 項記載のステップを順次遂行することを特
徴とするワイヤ、パイプ、線条その他の部材の結合方
法、即ち、(a) ワイヤ、パイプ、線条その他の結合すべ
き部材を挿入し得る熱収縮性の円筒状スリーブから成
り、その内部若しくは表面に隣接する領域に上記熱収縮
の温度より高く且つ所定の許容温度より低いキュリー温
度を有する高透磁率磁性体材料から成る部分を有するコ
ネクタを作製するステップと、(b) 上記コネクタ中に結
合すべき部材を挿入、セットするステップと、(c) 上記
コネクタの磁性体材料部分に、略一定の高周波電流を通
じて発熱せしめ、これがキュリー温度に達しその抵抗値
が低下した時点においてもなお上記略一定の電流値を保
つことによりコネクタの温度を上記キュリー温度近傍に
維持しつゝ上記コネクタを加熱、熱収縮させ、コネクタ
を上記結合すべき部材と結合せしめるステップと、(d)
適宜の時間経過後に上記電流を遮断するステップと、か
ら成る結合方法によって達成し得る。
【０００５】而して、本発明に於て用いるコネクタの温
度自動調節機能は、熱収縮性の材料で作製されるコネク
タに、その熱収縮温度より過大には高くないキュリー温
度を有する高透磁率磁性体材料から成る部分を形成し、
これに高周波定電流を通じて発熱せしめることによって
達成される。即ち、本発明にかゝる方法の要点は、選択
された所定のキュリー温度を有する磁性体材料層を有す
る熱収縮性のコネクタを用いることと、上記磁性体材料
層にその温度がキュリー温度に達する以前においても、
達した後においても常に略一定の電流値で高周波電流を
通じることにある。コネクタに使用する磁性体材料につ
いては、広い範囲に亙って様々に異なったキュリー温度
を有するものが容易に入手できるから、本発明にかゝる
結合方法は、電力関係や電子技術関係、機械分野、配管
技術等々の様々の利用分野に対応し得るものである。
【０００６】
【作用】而して、本発明は、強磁性体に高周波電流を通
じたときに発生する表皮効果を利用するものである。こ
のような表皮効果を利用して溶接等を行なう高周波抵抗
溶接技術は既に公知であるが、本発明は、これをコネク
タに応用すると共に、コネクタの温度がキュリー温度に
達する前後において常に略一定の電流値で高周波電流を
通じることにより、コネクタ自体に温度自動調節機能を
発揮させ、温度センサや特別の制御回路を必要とするこ
となく、オーバーヒートを回避し得るように構成した点
に全く新規な特徴を有するものである。
【０００７】而して、一般に、磁性体材料に高周波電流
を流したとき、磁性体材料中を流れる電流の大部分は、
表皮効果によって磁性体材料の表面領域に集中して流
れ、しかも近接効果により、接地された電流帰還路に近
い側の表面領域を集中して流れる。この領域は、次の式
によって決定されるものである。 S.D.＝5030（ρ／μｆ）1/2 cm （ここで、S.D.は侵入
度、ρは材料の抵抗率、μは比透磁率、ｆは高周波電流
の周波数である。） 従って、上記侵入度は、ρ、μ、ｆを調整することによ
って制御できる。例えば合金42については、ρ＝70〜80
×10-6ohm cm、μ＝ 200〜600 であり、これに対して低
炭素鋼はρ＝10×10-6ohm cm、μ＝1000である。周波数
ｆは、装置の使用目的に応じて選定される。このとき、
電流の83％は侵入度の1.8 倍の領域、即ち、磁性体材料
の表面近くの極めて狭い限られた領域に集中せしめられ
る。何故なら、電流の流れる領域はｅ-xに従って低下す
るからである。ここでｘは強磁性体層の中への深さであ
る。
【０００８】コネクタ自体による温度自動調節機能は、
キュリー温度に近づいたときに上記比透磁率μの値が変
化して略１になる結果として生じる。即ち、キュリー温
度以下においては、磁性体材料の比透磁率μの値は上記
の如く高く、そのため高周波電流は磁性体材料の表面近
くの極めて狭い限られた領域を集中して流れ、従って、
電流の流れる部分の断面積は極めて小さく、そのため電
気抵抗も高く、発生するジュール熱Ｉ2 Ｒも大きく、急
速な加熱が行なわれる。然しながら、磁性体材料がキュ
リー温度に近づくとその比透磁率μの値は略１となり、
侵入度S.D.は大幅に増加し電流の集中度は低下して、電
流は磁性体材料の表面から奥深い領域まで広がって流
れ、その流路の断面積は増大し、電気抵抗は大きく低減
する。このとき流される電流に制限がないとすれば、抵
抗の減少に伴い、オーム則に従って流れる電流は増加
し、発熱量も増加する。然しながら、ここで若し、本発
明に於ける如く、電流が一定の値に保たれるとすれば、
発生するジュール熱Ｉ2 ＲもＲの減少により急速に低下
する。即ち、本発明に於ては、磁性体材料の温度がキュ
リー温度に達すると加熱効果が大幅に減少する。温度が
再び低下すると発熱量は増大し、再度キュリー温度に達
すると発熱量は低下し、以下このサイクルが繰り返され
る。従って、上記システムはキュリー温度近くに於ける
自動温度調節機能を有することになる。以上が、本発明
に於て、温度センサや特別の制御回路を必要とすること
なく、オーバーヒートを回避し得る基本原理である。
【０００９】なお、自動温度調節機能を一層向上させる
ため、コネクタの磁性体部分の構成として、例えば米国
特許第 4,256,945号に於て開示されたヒータエレメント
の構造を本発明で利用することも可能である。即ち、米
国特許第 4,256,945号に示された装置は、極めて良好な
温度調節機能を有するものであり、当該装置は、侵入度
の 1.8倍の厚さの強磁性体層を有し、この強磁性体層
と、例えば銅のように高い導電率を有し且つ透磁率μは
１であるような材料とを電気的並びに熱的に接触させた
構造を有している。上記強磁性体層がキュリー温度に達
すると、その透磁率μは１となり、ρは銅の抵抗率２×
10-6ohm cmとなる。従って、若し強磁性体材料が低炭素
鋼であるとすれば、μは1000から１に低下し、またρは
10×10-6ohm cmから２×10-6ohm cmに低下する。また若
し合金42を使用したとすれば、μの値は 200〜600 から
１に低下し、ρの値は70〜80×10-6ohm cmから２×10-6
ohmcm程度に低下する。従って、発熱効果の変動は顕著
であり、強磁性体層のみを用いた場合には、約３：１の
変動であったものが、上記特許に係る構成によれば 16
0：１というような高い変動となる。
【００１０】而して、上記の如き装置を用いた場合に発
生する磁束や表面電流による障害を回避するため、前記
米国特許第 4,256,945号の一部継続出願である1981年03
月16日付けの米国特許出願第 243,777号には、銅の層の
厚さをキュリー温度以上に於ける銅の侵入度の５ないし
10倍とする構成が示されている。上記特許に係る装置
は、必要とされる磁性体層の厚さを薄くするため、そし
てまた極めて大きな自動調節比を得ることを主な目的と
して、８ないし20MHz の周波数で使用するようになって
いる。然しながら、若し大きな自動調節比を必要としな
いのであれば、1982年09月30日付けでJohn F. Krummeに
よって出願された米国特許出願第 430,317号に記載の装
置を利用して電源装置のコストを安くすることができ
る。当該出願に係る発明に於ては、上記銅の層の代わり
に高いキュリー温度と望ましくは低い抵抗率を有する第
２の強磁性体層が設けられる。この場合、低いキュリー
温度の材料のキュリー温度に達すると、電流は低い抵抗
率の強磁性体材料中に広がり、当該材料の薄い層の中に
集中される。このような構成に於ては、例えば50Hzとい
うような低い周波数に於ても自動調節比４：１が得られ
るものであり、装置もそれ程大型とならず、しかも前記
米国特許出願第 430,317号（これに記載の装置は前記特
許済みのそれよりも相当大型のものとなる。）に於ける
シールド作用を利用することも可能となるものである。
【００１１】前記特許済みの装置と前記1982年09月30日
付けで特許出願された発明の利点の幾つかは、1982年12
月01日付けでJohn F. Krummeによって出願された米国特
許出願第 445,862号に記載の発明によっても達成される
ものであり、当該発明に於ては、最初に述べたKrummeの
出願中の特許に於ける２つの強磁性体層の間に薄い銅の
層を設けるようにしてある。キュリー温度の低い強磁性
体材料がそのキュリー温度に達すると、電流は主に銅の
層に広がると共に、表皮効果によって、例えば透磁率μ
＝1000の値を有する材料で作製された第２の強磁性体層
に集中する。強力な表皮効果によって上記第２の層には
僅かな電流しか流れず、そのため極めて薄い装置であっ
ても僅かな放射線しか発生せず、しかも低い周波数で使
用できるヒータが提供される。この装置の場合、約8000
Hzに於て自動調節比30が得られるものである。
【００１２】従って、これらの先行技術は、本発明に於
て用いるコネクタに利用することが可能である。即ち、
本発明の結合方法で使用するコネクタの基本構造は、熱
収縮性のコネクタの一部に磁性体材料から成る部分を設
け、これに定電流の高周波電流を通ずることにより上記
コネクタがそのキュリー温度に達するまで加熱されるよ
うになっている。上記磁性体材料部分及びコネクタがキ
ュリー温度に達したときには、磁性体材料部分の実効抵
抗は減少し、一定の電流下における電力の消費量も低下
するので、電流の値、周波数及び材料の抵抗率や厚さを
適切に選定するならば、コネクタの温度はその一部に形
成された磁性体材料のキュリー温度領域に自動的に維持
されるものである。
【００１３】なお、本発明に於ては、誘導形式の電源を
用いることによりコネクタを加熱することが可能であ
る。即ち、コネクタの周囲に設けた１次巻線に交流を通
ずると、コネクタの磁性体材料部分に誘導電流が生じ
て、この内部電流によりジュール加熱Ｉ2 Ｒがなされる
ものである。このとき、コネクタの磁性体材料部分は２
次誘導子としての役割を果たすものであり、従って、コ
ネクタは望ましくは上記１次巻線と緊密なカップリング
が形成されるようにする。誘導電源を用いてコネクタを
その温度が自動調節された状態で加熱する方式は、コネ
クタを電源に直接的に接続するのが困難な状況において
有用である。このように、本発明に係るコネクタは様々
な実施形態を有するものである。そしてまた、誘導電源
を用いる場合には、加熱は当該電流の特定の周波数に依
存するものであるから、複数のコネクタを同時に若しく
は所定の順序で加熱するという作業も容易に行ない得
る。
【００１４】
【実施例】以下、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説
明する。図１は、本発明に係る結合方法により２本のパ
イプを接続する際に使用するコネクタの一実施例を、そ
の使用状態と共に示す一部破断説明図である。図１に
は、熱復元性の円筒状スリーブから成るコネクタ604 に
よって結合される２本のパイプ600 及び602 が示されて
いる。スリーブ604 を取り囲む形で１次巻線606 （電気
絶縁性の被覆が施されている。）が円筒状スリーブ604
と緊密なカップリングを形成するように巻き付けられて
いる。而して、スリーブ604 は、その内部に磁性体材料
から成る部分を有している。即ち、熱収縮性の材料から
成るスリーブ604 自体若しくはその表面に磁性体材料の
微粒子を埋め込むことによって、スリーブ604 と一体的
に磁性体材料から成る部分が形成されている。この場合
の上記磁性体材料の密度はこの磁性体材料によって導電
路が形成されるに充分な量とされる。
【００１５】このような構成に於て、スリーブ604 の磁
性体材料部分は誘導電流を生ずる２次巻線としての役割
と、その誘導電流によりジュール熱Ｉ2 Ｒを発生する負
荷Ｒとしての役割を果たすものである。具体的には、１
次巻線606 に電流を通ずると、スリーブ604 の磁性体材
料部分中にはその円周方向に沿って流れる誘導電流が発
生する。スリーブ604 の温度が、スリーブ内に混ぜ込ん
だ磁性体材料のキュリー温度よりも低いときには、電流
の流れは当初スリーブ604 の磁性体材料部分の外側の表
面の浅い領域に限定されて流れる。電流がスリーブ604
の上記表面の浅い領域を流れているときには、その電流
の流れる部分の断面積は極めて小さく、そのため電気抵
抗も高く、発生するジュール熱Ｉ2 Ｒも大きく、急速な
加熱が行なわれる。このジュール熱Ｉ2 Ｒは、スリーブ
604 を熱収縮させてこれを２本のパイプ600 及び602 の
周りにきつく圧着せしめこれら２本のパイプを結合せし
める。
【００１６】而して、スリーブ604 の温度がその磁性体
材料のキュリー温度に達すると、磁性体材料の透磁率が
減少して略１に近づき、侵入度S.D.は大幅に増加し、ス
リーブの磁性体材料部分内を流れている電流はより深い
領域にまで達するようになる。そのため電流流路の断面
積は増大し、電気抵抗Ｒは大幅に低減する。このとき流
される電流に制限がないとすれば、抵抗の減少に伴い、
オーム則に従って流れる電流は増加し、発熱量も増加す
る。然しながら、本発明に於いては電流を一定の値に保
つものであるから、発生するジュール熱Ｉ2 ＲもＲの減
少により急速に低下する。即ち、本発明に於ては、コネ
クタ604 の磁性体材料部分の温度がキュリー温度に達す
ると加熱効果が大幅に減少する。このようにして温度が
低下すると透磁率が減少し、侵入度が減少し、抵抗Ｒが
増加するので一定電流下に於ける発熱量は再び増大す
る。再度キュリー温度に達すると発熱量は低下し、以下
このサイクルが繰り返される。従って、上記コネクタ60
4 はキュリー温度近くに於ける自動温度調節機能を有す
ることになる。
【００１７】このようにして、キューリー温度領域に於
てスリーブ604 の熱収縮が行なわれたあとは、スリーブ
604 の温度はキュリー温度によって決定される所定のレ
ベルに調節される。若し、パイプ600 及び602 の電気抵
抗が低い場合には、上記キュリー温度に達したときに、
スリーブ604 からの電流がスリーブ604 を貫通してパイ
プ600 及び602 に達するような効果が現れる。即ち、こ
のとき、電流は抵抗の低いパイプ600 及び602 の内部を
も流れることになり、これによってＩ2 Ｒに基づく発熱
は減少して極めて僅かな量となる。このようにして、ス
リーブ604 の熱収縮が行なわれ、スリーブがキュリー温
度に達した時には過剰な加熱は効果的に停止される。
【００１８】なお、上記磁性体材料部分は、コネクタの
表面を高透磁率磁性体材料でコーティングすることによ
り、コネクタの表面に隣接する領域に磁性体材料部分を
形成し、これを２次誘導子とするようにしてもよい。更
にまた、スリーブ604 中に磁性体材料を配合するのに加
えて、磁性体材料で作製された２次誘導子を熱復元性の
スリーブを囲繞する形でこれに隣接して設けるようにし
ても同様の効果が得られるものである。
【００１９】なお、本明細書中に於て、“定電流”なる
用語は、必ずしも電流が全く増減しないという意味では
なく、電流の変化が次の式に従って導かれる範囲内に留
まることを指している。 （ΔＩ／Ｉ） ＜ − 1／2 （ΔＲ／Ｒ）───(1) 具体的には、温度自動調節を達成するためには、キュリ
ー温度以上に於て負荷に与えられる電力は、キュリー温
度以下に於て負荷に与えられる電力よりも少なくなけれ
ばならない。若し、電流が完全に一定不変に保たれるな
らば、電流を減少させて電力供給を制御する場合は別と
して、最も良好な電力調節比が得られるものである。然
しながら、加熱を減少させるに充分なだけ電流を減少さ
せさえすれば、実用上満足できる温度の自動調節機能は
達成される。従って、大きな電力調節比を必要としない
場合には、電流制御の程度についての抑制を弱めて、電
源装置のコストを安くすることができる。
【００２０】なお、上記(1) 式は、次の等式から導かれ
るものである。 Ｐ ＝ （Ｉ＋ΔＩ）2 （Ｒ＋ΔＲ） ここで、Ｐは電力であり、このＰをＲについて微分する
と、 （ｄＰ／ｄＲ）＝ Ｉ2 ＋２ＲＩ（ｄＩ／ｄＲ） とな
るが、 自動調節のためには（ｄＰ／ｄＲ）＜０ でなければな
らない。 そこで、Ｉ2 ＋２ＲＩ（ｄＩ／ｄＲ） ＜ ０ とな
り、 これから上記の式(1) が導かれる。
【００２１】なお、当業者であれば、これまでの説明に
基づいて他の多くの変更実施例や改良例を容易に想到し
得るであろう。従って、それらの変更実施例や改良例は
本発明の一部をなすものであり、本発明の範囲は添付の
請求の範囲の記載に基づいて決定されなければならな
い。即ち例えば、誘導形式の電源を用いた実施例に於け
る誘導作用は、１次巻線として直線状のワイヤを用いた
場合にもコイルと同様の効果を達成し得るものであり、
その場合には上記直線状のワイヤがその周囲に電磁場を
生じさせ、これが磁性体層並びに必要に応じて設けられ
る抵抗の低い層（当該層の透磁率μが減少した場合）の
内部に誘導電流を発生させ、これによってコネクタの所
望の加熱が行なわれるものである。
【００２２】
【発明の効果】本発明は叙上の如く構成されるから、コ
ネクタ自体が温度自動調節機能を発揮し、これにより、
温度センサや特別の制御装置を用いることなく、結合に
必要な温度を一定に保ち、オーバーヒートによる部品の
破壊等を回避し得る結合方法を提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る結合方法により所望の銅線を回路
基板に接続する際に使用するコネクタの一実施例を、そ
の使用状態と共に示す断面図、
【符号の説明】
600,602 パイプ 604 スリーブ 606 １次巻線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下記(a) 項ないし(d) 項記載のステップ
    を順次遂行することを特徴とするワイヤ、パイプ、線条
    その他の部材の結合方法。 (a) ワイヤ、パイプ、線条その他の結合すべき部材(60
    0,602) を挿入し得る熱収縮性の円筒状スリーブ(604)
    から成り、その内部若しくは表面に隣接する領域に上記
    熱収縮の温度より高く且つ所定の許容温度より低いキュ
    リー温度を有する高透磁率磁性体材料から成る部分を有
    するコネクタ(604) を作製するステップ。 (b) 上記コネクタ中に結合すべき部材(600,602) を挿
    入、セットするステップ。 (c) 上記コネクタ(604) の磁性体材料部分に、略一定の
    高周波電流を通じて発熱せしめ、これがキュリー温度に
    達しその抵抗値が低下した時点においてもなお上記略一
    定の電流値を保つことによりコネクタの温度を上記キュ
    リー温度近傍に維持しつゝ上記コネクタを加熱、熱収縮
    させ、コネクタ(604) を上記結合すべき部材(600,602)
    と結合せしめるステップ。 (d) 適宜の時間経過後に上記電流を遮断するステップ。
  2. 【請求項２】 上記コネクタ(604) を作製するステップ
    において、上記高透磁率磁性体材料から成る部分を、コ
    ネクタの内部に埋設する形で形成する請求項１に記載の
    結合方法。
  3. 【請求項３】 上記コネクタ(604) を作製するステップ
    において、上記高透磁率磁性体材料から成る部分を、コ
    ネクタの素材中に磁性体粉末を配合することにより形成
    する請求項１又は２に記載の結合方法。
  4. 【請求項４】 上記コネクタ(604) を作製するステップ
    において、上記高透磁率磁性体材料から成る部分をコネ
    クタの表面に隣接する領域に形成する請求項１に記載の
    結合方法。
  5. 【請求項５】 上記コネクタ(604) を作製するステップ
    において、コネクタの表面を上記高透磁率磁性体材料で
    コーティングすることにより、上記高透磁率磁性体材料
    から成る部分をコネクタの表面に隣接する領域に形成す
    る請求項１又は４に記載の結合方法。
  6. 【請求項６】 上記コネクタ(604) の磁性体材料部分に
    略一定の高周波電流を通じるステップにおいて、コネク
    タの周囲に設けた一次巻線(606) に高周波電流を通じ、
    その誘導作用によりコネクタの磁性体材料部分に誘導電
    流を生じさせる請求項１に記載の結合方法。
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