JPH0735879B2 - ジョイント用被覆発熱素線及びジョイント用スリーブと管継手 - Google Patents

ジョイント用被覆発熱素線及びジョイント用スリーブと管継手

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JPH0735879B2
JPH0735879B2 JP2188821A JP18882190A JPH0735879B2 JP H0735879 B2 JPH0735879 B2 JP H0735879B2 JP 2188821 A JP2188821 A JP 2188821A JP 18882190 A JP18882190 A JP 18882190A JP H0735879 B2 JPH0735879 B2 JP H0735879B2
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喜幸 岸田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱可塑性高分子材料から成る配管施工等の
ためのジョイント用スリーブや管継手に用いる被覆発熱
素線及びこれを用いたスリーブと管継手に関する。
〔従来の技術〕
各種の合成樹脂、合成ゴム等の高分子材料は、成形が容
易であり、耐水性、耐薬品性等に優れ、軽量であるなど
の特性を有することから、金属または陶磁器に代わって
利用される分野が急激に拡大されつつある。たとえば、
鉄管、鉛管、銅管、ステンレス鋼管、土管、陶管などの
管類、これらを接続する継手類さらには弁栓類等の分野
を見ても、現在すでにかなり多くの高分子材料が使用さ
れている。
いま、このような高分子材料、特に熱可塑性の樹脂また
はゴムからなる管類、継手類または弁栓類等を、漏洩な
どが起こらないように接続して、円滑な配管施工を可能
にするためには、それぞれの接続部を密に封じる必要が
ある。ところが、たとえば、ABS樹脂、ポリ塩化ビニ
ル、ポリスチレンなどの限られた高分子材料に対しては
それぞれに適した接着剤が開発されていて、それらを接
続部に適宜塗布して硬化させれば、容易に目的を果たす
ことができるが、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリア
セタール、フッ素含有樹脂など多くのものに対しては適
当な接着剤は未だ得られていない。そこで、このような
接着剤のない高分子材料に対しては、接続する部分を外
熱法（火炎または管状炉など）によって軟化もしくは溶
融させて冷却しない間に一気に接合させ、冷却固化させ
る方法が採られている。しかし、このような外熱方法で
は均一に加熱することおよび適当な軟化もしくは溶融の
状態に調整維持することがきわめて難しく、良い結果が
得られていない。
そこで、同一出願人による特願平１−10689号におい
て、二つに折り曲げられ、互に接触することなく平行し
て螺旋（らせん）状に巻き上げられた線状発熱体が、中
空の筒状体に形成された熱可塑性高分子材料層の中に封
入された状態にあるジョイント用スリーブを提案してい
る。しかし、このジョイント用スリーブを製造する場
合、又は使用する場合に、線状発熱体が高熱になると、
例えばエナメルやワニスによって表面被覆がなされてい
ても、被覆が蒸散したり、クラックが生じて短絡してし
まう危険がある。
また、同一出願人等による特願平１−173617号において
は、螺旋状に巻き上げられた合成樹脂被覆線を隣接する
巻線の少くとも一部において互に融着したスリーブを提
案しているが、これも使用の際に上述と同様の問題が生
じることは避けられない。
さらに、上の出願において、線状発熱体の被覆素線を一
体成型した管継手が開示されているが、これも上記と同
様の問題が生じている。
〔発明の課題〕
このため、特開昭61−130695号公報に記載されているよ
うに、線状発熱体に耐熱性のある材料、例えばワニスや
熱硬化性樹脂を被覆することが提案されているが、例え
ば300℃程度の熱で蒸散してしまうため、短絡を生じる
危険は大きい。
また、上記いずれの出願においても、外面被覆層と線状
発熱体が互に強固に固着されていないと、水や薬品など
の浸入によって線状発熱体が腐食し、経時的に管の接続
不良やジョイント部の変形など好ましくない影響が現れ
ることは明らかである。
そこで、この発明の課題は、線状発熱体の短絡を防止
し、かつ外面被覆層と線状発熱体の強固な接合をはかる
ことである。
〔課題の解決手段〕
上記の課題を解決するため、第１の発明においては、特
殊な構成の被覆発熱素線を提案し、第２の発明はその素
線によって、ジョイント用スリーブを形成したのであ
る。
上記素線は、線状発熱体の外面に酸化被膜を形成し、そ
の上にプライマー層及びこのプライマー層に親和性のあ
るポリマー層を介して耐熱性及び電気絶縁性を有する繊
維層を設け、その外面に熱可塑性合成樹脂から成る被覆
層を設けたものである。
また、第３の発明においては、上記素線によって形成し
た螺旋コイルを管継手の内面又は外面に一体成型したの
である。
さらに、第４の発明においては、上記素線によって形成
したスリーブを管継手の内面又は外面に一体成型したの
である。
〔作用〕
上記被覆発熱素線は、線状発熱体に設けられたプライマ
ー層を介して絶縁性繊維層が強固に接合されているた
め、外面被覆層が溶融しても短絡することがなく、かつ
繊維層の凹凸や間隙にポリマー層及び外面被覆層の樹脂
が浸潤し、プライマー層とポリマー層との強固な接合を
介して線状発熱体をしっかりと保持するため、線状発熱
体と樹脂との接合不良などが生じず、従ってジョイント
部の腐食等による接続不良が生じない。
〔実施例〕
まず、この発明の被覆発熱素線について説明する。
第１図に示すように、被覆発熱素線１は、銅線、ニッケ
ル線、ニクロム線、炭素線などから成る線状発熱体２
と、その発熱体２の外面に形成された酸化被覆３と、こ
の被覆３の外面に形成されたプライマー層４と、このプ
ライマー層４の外面に形成されたポリマー層５と、この
ポリマー層５と一体化した耐熱性及び絶縁性繊維層６及
び外面被覆層７より成る。
前記酸化被覆３は、線状発熱体２の表面をトルエン等で
洗浄した後、１〜10分程度空気中に放置して形成したも
のである。また、必要に応じて酸性液などに侵漬する化
学的処理や表面を研磨もしくは剥離する機械的処理を施
した後、空気中に放置して酸化被覆３を形成してもよ
い。さらに、線状発熱体２の表面に細かい凹凸を予め設
けておいてもよい。
上記酸化被覆３の外面に、エポキシ系樹脂例えばエピコ
ート（シェル石油社製）20重量％とエポメート（シェル
石油社製）10重量％とトルエン70重量％から成る溶液を
塗布し、加熱炉の中を通過させて180゜〜200℃程度の温
度で焼付け、プライマー層４を形成する。このプライマ
ー層４は、前記酸化被覆３と強固に結合し、かつプライ
マー層４の外面に形成される樹脂層に対するアンカーコ
ート層となるものである。
次に、上記プライマー層４の外面に親和性の良好な熱可
塑性ポリマー（例えば官能基を有するアドマー、三井石
油化学社製）を塗布してポリマー層５を形成する。この
とき、一定温度以上に加熱してポリマー層５を予めプラ
イマー層４に強固に接合しておいてもよいが、加熱せず
に冷却固化させておき、下記の繊維層６を形成した後の
加熱によって接合させてもよい。
ポリマー層５を形成した後、ガラス繊維、ガラス繊維と
綿糸、ガラス繊維とポリアミドイミド系繊維（例えばケ
プラー、デュポン社製）などの耐熱性を有する電気絶縁
性繊維を巻回するか或は編組して、第２図に示すような
目の粗い繊維層６を形成する。そして80゜〜190℃に加
熱し、繊維層６とポリマー層５を接合させる。
前述のようにポリマー層５を加熱しないで固化させてあ
る場合には、この加熱によって、同時にプライマー層４
とポリマー層５も強固に接合される。
この繊維層６は、ポリマー層５を形成する前にプライマ
ー層４の外面に形成してもよい。そしてアドマーなどを
塗布含浸させ、加熱してポリマー層５を繊維層６と一体
にしてプライマー層４に接合させる。
上記ポリマー層５がいまだ流動化している場合には、そ
のまゝの状態で、また固化している場合には加熱して流
動化させ、熱可塑性高分子材料例えばポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリブデンなどのポリオレフィンを押出
し被覆し、外面被覆層７を形成する。この押出し被覆
は、第３図の１′で示すように複数本の線状発熱体２に
同時に行なってもよい。
この押出し被覆の際に、ポリマー層５の樹脂が繊維層６
の間隙から湿潤してきており、また被覆する樹脂も繊維
層６の外面の凹凸を埋めながら繊維層６の間隙中に浸入
するため、繊維層６は強固に保持される。なお、被覆す
る樹脂中に発泡剤を１〜３重量％混入しておくと、繊維
層６の凹凸又は間隙に樹脂がよりよく浸入し、接合性が
向上する。
上述のような被覆発熱素線１又は１′を第４図のように
円錐台形コアＣに螺旋状に密接して巻きつけ、線状発熱
体２に通電すると、発熱体２の熱によって外面被覆層７
が溶融し、隣接する素線１又は１′が融着して、第５図
に示すようなスリーブ10が形成される。
なお、素線１は、コアＣに一重螺旋巻きしてもよいが、
並列に二重螺旋巻きしてもよい。
次に、スリーブ10の他の形成方法について述べる。
いま、第３図のような二本の線状発熱体２を有する素線
１′をコアＣを巻き付けると、第６図のような螺旋コイ
ルが得られる。得られたコイルの一端では、二本の線状
発熱体２をそのまゝ露出させて端子とし、他方の端にお
ける二本の線状発熱体２を互に撚り合わせて短絡させる
と一つの回路が形成される。しかしこのままでは螺旋コ
イルを構成する輪は不安定であり、形状が定まらないの
で、被覆材の融点以上（たとえば被覆材がポリエチレン
の場合150℃程度）に別途加熱された熱器具（従来プラ
スチックの溶接に用いられる熱風溶接、熱棒、熱刃もし
くは熱板溶接、インパルス溶接、高周波溶接、超音波溶
接などいずれの溶接方法であってもよいが、最も簡便で
設備費も少なくて好ましいのは内熱式もしくは外熱式の
熱板である）を螺旋の周方向の少なくとも１箇所に接触
させて被覆融着部８を設けると第６図及び第７図に示す
ようなジョイント用スリーブ10が得られる。即ち、螺旋
コイルの表面に熱器具が触れると被覆材は直ちに溶融
し、隣接する被覆材同志がその部分で融着し、熱器具が
遠のくと直ちに冷却して固化する。したがって、前記の
被覆線全体を通電によって加熱溶融しさらに冷却するも
のと比較すれば溶融したり冷却したりする樹脂量はきわ
めて少ないので、被覆融着部８の形成に要する時間は１
秒程度と短くすることができ、量産体制にも充分対応で
きる。
なお、第６図には一方向に巻いた螺旋コイルを例示した
が、このような螺旋は右巻き、左巻きのいずれであって
もかまわない。また、第８図に示すように、被覆素線１
を曲げて変曲点９とし、左右に逆巻きの二つの螺旋コイ
ル11および12を同時に作ることもできる。このような二
つのコイルが最初から形成されていると、変曲点９にお
いて螺旋コイル11と12のそれぞれの軸を任意の角度で交
差させることがきわめて容易である。
しかし、第６図のスリーブ10においても、被覆融着部８
の１箇所のみを残し、他の箇所（螺旋コイル11および12
の二つに分割しようとするときの両者の境界線に跨る部
分）を切り離せば、第９図および第10図に例示したよう
に、両群の軸を任意の角度で交差させることができ、第
８図に示すような途中に変曲点９を有する螺旋コイルの
場合と全く同じように多角的な利用も可能となる。
上述のようなスリーブ10の使用法を第11図に基づいて説
明する。
図示のように、例えば熱可塑合成樹脂製ソケット20を用
意し、同質の材料から成る管21の端部にスリーブ10を被
せて、軽く押し込むようにしながらソケット20に嵌合さ
せる。そして、スリーブ10の線状発熱体２に通電する
と、スリーブ10は軟化する。そこで通電を止め、ソケッ
ト20を管21に軽く押し付けながら冷却すると、両者はス
リーブ10を介して固着される。
次に、熱可塑性高分子材料から成る管継手に前記被覆発
熱素線１を一体に成型した例について説明する。
第12図の30はエルボーを示し、これは、例えば第９図又
は第10図に示すようなスリーブ10を射出成形用の金型に
予め組み込んでおいてエルボー30の本体を射出成形し、
同時にコイル11、12が一体に融着したエルボー30を形成
したものである。
一体成形を行なう場合のスリーブ10は、勿論第５図に示
すものであってもよい。またスリーブ10に形成する前の
コアＣに巻回したコイルを一体成形してもよい。
なお、管継手は、上記エルボーのほか、Ｔ形継手、Ｙ形
継手、返し継手などのあらゆる継手を含む。
以下に実験例を挙げる。
〔実験例１〕 巾0.4mm、厚さ0.2mmのニクロム線をトルエンで洗浄し10
分間放置した後、エピコート20重量％、エポメート10重
量％を70重量％のトルエンに溶解させた溶液を塗布し、
180℃に加熱して焼付けた。このニクロム線外周にガラ
ス繊維を編組し、その上からアドマーを塗布含浸させ
て、160゜に加熱し、これを二本並列させてポリエチレ
ンを押出し被覆し、ニクロム線を二本並列に内蔵した平
形（幅3.0mm、厚み1.0mm）のポリエチレン被覆発熱素線
を得た。これをテーパ（1/30）付きコアに、コアの大径
側にニクロム線の両端子が来るようにして、隙き間を生
じないように密着させながら10回巻き付けて螺旋コイル
とし、この螺旋コイルの表面に上下両方向から挾むよう
にして、150℃に加熱されている鉄製のヒータの端面を
軽く接触させ、被覆融着部を４箇所形成した。少量のポ
リエチレン被覆材を溶融することで隣接する被覆同志を
融着させることができるので、熱器具の接触時間は短く
てよく、また、冷却も速く、１秒程度で形状の安定した
大口径60mm、小口径58mm、長さ30mmのジョイント用スリ
ーブが得られた。得られたスリーブをポリエチレン製管
の管端部に被せて、ポリエチレン製のソケットの中に軽
く押し込み、ジョイント用スリーブのニクロム線に蓄電
池を連結し、1.5Aの電流を2.5分間通した。その結果、
ジョイント用スリーブの被覆は完全に軟化したので、通
電を止め引き続き嵌合部分を軽く押し込むようにしなが
ら冷却すると、ソケットおよび管は共に固着して動かな
くなった。融着部分の状態を確認する目的で、接続部分
を軸方向に10等分したところ、ジョイント用スリーブ、
ソケットおよび管の三者は境界が全く認められないまで
に完全に融着し、ニクロム線はほぼ等間隔で整然と並び
ポリエチレン及び繊維層に封じ込められて、管内に通じ
るような空洞は発見されなかった。
さらに、ニクロム線の引張り強度をテストしたところ、
3kgの引張力でニクロム線は挾持部から破断し、ニクロ
ム線が強固に組織中に接合していることを示していた。
〔実験例２〕 実験例１で得られたスリーブを射出成形の金型内に取り
付け、ポリエチレンを射出成形して、内面にニクロム線
がコイル状に巻回されたエルボーを得た。
このエルボーをポリエチレン製管の先端に嵌合してニク
ロム線に1.5Aの電流を2.5分間通電した後、冷却する
と、エルボーと管は完全に固着していた。この固着部を
軸方向に８等分して断面を観察したところ、ニクロム線
は整然とほゞ等間隔に配置され、接触しているところは
見られなかった。
ニクロム線の引張り強度も実験例１とほゞ同様の結果を
示していた。
〔効果〕
この発明によれば、以上のように、線状発熱体の表面に
酸化被膜を形成し、これにプライマー層を形成して強固
に接合せしめ、さらに親和性の良好なポリマーを介して
前記プライマー層に接合される耐熱性及び絶縁性繊維層
を設け、その外面に被覆層を設けて被覆発熱素線を形成
したので、スリーブ形成の際及びスリーブ使用の際の加
熱によって外面被覆層の樹脂が溶融しても、前記繊維層
が線状発熱体の短絡を防止し、また繊維層の凹凸及び間
隙にポリマーや被覆樹脂が浸潤して、プライマー層−ポ
リマー層−繊維層−ポリマー層−被覆樹脂層という強固
な接合が果たされ、結果として線状発熱体が管や管継手
類の接続部において、コンクリート中の鉄筋のように強
固に保持されると同時に補強の役目を果す。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の被覆発熱素線の実施例を示す横断図
面、第２図は線状発熱体に繊維層を設けた状態を示す正
面図、第３図は被覆発熱素線の他の例を示す横断面図、
第４図は被覆発熱素線をコアに巻回した状態を示す縦断
面図、第５図は被覆発熱素線によって形成したスリーブ
を示す縦断面図、第６図はスリーブの他の例を示す正面
図、第７図は同上の端面図、第８図乃至第10図はスリー
ブの他の例を示す正面図、第11図はスリーブの使用例を
示す縦断面図、第12図は管継手の一例を示す縦断面図で
ある。 １、１′……被覆発熱素線、 ２……線状発熱体、３……酸化被覆、 ４……プライマー層、５……ポリマー層、 ６……絶縁性繊維層、７……外面被覆層、 ８……被覆融着部、９……変曲点、 10……ジョイント用スリーブ、 11、12……螺旋コイル、 20……ソケット、21……管、 30……エルボー。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸化被膜を設けた線状発熱体の外面にプラ
    イマー層及びこのプライマー層にポリマー層を介して接
    合された耐熱性及び電気絶縁性繊維層と熱可塑性合成樹
    脂によって形成された外面被覆層から成るジョイント用
    被覆発熱素線。
  2. 【請求項２】酸化被膜を設けた線状発熱体の外面にプラ
    イマー層及びこのプライマー層にポリマー層を介して接
    合された耐熱性及び電気絶縁性繊維層と熱可塑性合成樹
    脂によって形成された外面被覆層から成る被覆発熱素線
    を螺旋状に巻回したコイルの隣接する被覆層の少くとも
    一部を融着したジョイント用スリーブ。
  3. 【請求項３】請求項(2)記載のコイルを内面又は外面に
    一体成形した熱可塑性合成樹脂管継手。
  4. 【請求項４】請求項(2)記載のスリーブを内面又は外面
    に一体成形した熱可塑性合成樹脂管継手。
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