JPH09210283A - 電気融着継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、多層成形樹脂層間の密着性に優
れ、信頼性に優れる電気融着継手を提供することを目的
とする。 【解決手段】 内周部に電熱線を埋設した内筒部材層
と、この内筒部材層の外面に熱可塑性樹脂を成形して設
けた外筒部材層とからなる電気融着継手において、前記
外筒部材層が２層以上の多層樹脂層から形成され、この
外筒部材層の多層樹脂層間に０．５ｍｍを超える厚さの
境界層（偏光顕微鏡観察によりコア層とコントラストが
異なる層）が形成されている電気融着継手。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂製の
管を融着接続するための熱可塑性樹脂製継手本体の内周
部に電熱線を埋設した電気融着継手に関し、特に肉厚大
口径の電気融着継手でも内部欠陥がなく長期信頼性に優
れ、能率良く製造できるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱可塑性の樹脂、例えばポリエチ
レン管を電気的に熱融着して接続する管継手として、特
開昭５７−６９０１０号公報で開示された電気融着式プ
ラスチック管継手がある。このものは図７に部分断面図
で示すごとく、一端から他端に亘って溝３４を設け、こ
の溝３４に電熱線３３を巻回した内筒部材３１と、この
内筒部材３１の外面に同様の樹脂を一体成形した外方部
材３２とによって設けた電気融着式プラスチック管継手
である。この管継手は、内周部に埋設した電熱線３３に
通電することにより、管継手内に挿入した樹脂管と一体
に溶融して接続するものである。上記プラスチック管継
手は、電熱線３３を巻回した内筒部材３１の外面に外方
部材３２を射出成形して内筒部材３１と外方部材３２を
一体化したものであるが、電熱線３３は継手に挿入した
接続樹脂管と継手内周面との境界を加熱して両者を溶融
するので、できる限り継手内周面の近傍に設ける必要が
ある。このため内筒部材３１の電熱線３３を収容する溝
３４底部の肉厚ｔは、１ｍｍ以下の薄肉のものが用いら
れる。これに対して管継手の呼び径が大きくなると管継
手自体の肉厚も大きくなるので、外方部材３２の肉厚Ｔ
も大きくなる。一例としてこの２層からなるガス用ポリ
エチレン管接続用管継手の呼び径別内筒部材と外方部材
の肉厚寸法を図７に示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の薄肉の内筒
部材３１の外面に大きな肉厚寸法の外方部材３２を射出
成形すると、外方部材３２の大きな射出圧力と熱容量に
よって内筒部材３１が溶融し、内筒部材３１の溝３４に
巻回した電熱線３３が不規則に移動し、管との接続作業
時に電熱線３３同志が接触してショートし正常な加熱が
行われない不良を発生させる問題がある。また一般に合
成樹脂の熱伝導率は非常に低く、更に溶融時から凝固時
への体積収縮もかなり大きい。この収縮率は樹脂の材質
によっては４％から１０％に達するものもある。このた
め金型の射出成形の方案にもよるが、ゲートやランナー
の樹脂が固化した後もキャビティー内の成形品の一部に
未固化樹脂部分があると、樹脂射出圧を更に加え続けて
いても溶融樹脂を成形品内の未固化樹脂部分に補給する
ことができず、凝固時の体積収縮によって樹脂層肉厚内
部にヒケが生じる。ヒケを生じさせないためには、ゲー
トやランナーを太くし、樹脂の射出圧を大きくして長時
間射出圧を加えれば良いが、そうした場合、上記した薄
肉の内筒部材３１が溶融して電熱線３３の配置が移動し
てしまったり、肉厚Ｔ部の厚肉溶融樹脂が完全に凝固す
るまでの時間が長いので成形タクトが長くなって能率を
著しく悪化させる問題がある。結果として薄肉の内筒部
材に肉厚の樹脂を射出成形するのは、製造上の管理が難
しく、品質が安定しない。この問題は外方部材３２の最
大肉厚がＴが１０ｍｍ以上になる呼び径７５Ａ以上の継
手に対して著しく発生する。

【０００４】上記問題を解消する手段として、外筒部材
を形成する樹脂層を２層以上に多層化することが考えら
れる。図８に、内周に電熱線２を配した内筒部材１と、
内筒部材１の外面に、中間部材層５と最終外筒部材６と
からなる外筒部材７を形成した電気融着継手８の断面図
を示す。この外筒部材を２層以上に多層化する方法によ
り、継手本体内に射出する樹脂の肉厚を十分に小さくで
き、また１回に射出する溶融樹脂の容量を少なくするこ
とができるので、各層段階で射出成形した溶融樹脂の冷
却速度が速くなり、成形タクトが短縮されて成形作業能
率が向上する。しかしながら、外筒部材層を２層以上の
多層化することにより、外筒部材層内に外筒部材層中に
先に射出成形された中間部材と後から射出成形された外
筒部材との間に層間が生じ、層間が剥離するとこの層間
に沿って破壊が急激に進行し、漏れの原因となるという
新たな問題が発生する。本発明は、多層成形樹脂層間の
密着性に優れ、信頼性に優れる電気融着継手を提供する
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、多層成形
樹脂層間の密着性に着目して検討を行った結果、層間の
密着性は層間の樹脂が再溶融することにより確保され、
この再溶融により層間部に形成される境界層の厚さが
０．５ｍｍを超えると密着性が著しく向上することを見
出し、本発明を完成した。本発明の要旨は、内周部に電
熱線を埋設した内筒部材層と、この内筒部材層の外面に
熱可塑性樹脂を成形して設けた外筒部材層とからなる電
気融着継手において、前記外筒部材層が２層以上の多層
樹脂層から形成され、この外筒部材層の多層樹脂層間に
０．５ｍｍより厚い境界層（偏光顕微鏡観察によりコア
層とコントラストが異なる層）が形成されていることを
特徴とする電気融着継手である。多層樹脂層間に形成さ
れる０．５ｍｍを超える厚さの境界層は、図を用いて説
明すると、図８に示す電気融着継手８の中間部材層５と
最終外筒部材層６との層間に中間部材層５と最終外筒部
材層６とが再融解して形成され、少なくとも融着部であ
る電熱線の外周側、すなわち図８のＸで示す部分に形成
されていればよい。コア層とは、中間部材層５と最終外
筒部材層６の境界層以外の部分をいう。また、内周部に
電熱線を埋設した内筒部材層と、この内筒部材層の外面
に熱可塑性樹脂を成形して設けた外筒部材層とからなる
電気融着継手において、前記外筒部材層が２層以上の多
層樹脂層からなり、この多層樹脂層間部でビッカース硬
さの変動量がコア層の標準偏差の６倍以下であることを
特徴とする電気融着継手である。さらに、この電気融着
継手において、熱可塑性樹脂がポリエチレンであると
き、この多層樹脂層間部でビッカース硬さの変化量が
０．３Ｈｖ以下であることを特徴とする電気融着継手で
ある。またさらに、内周部に電熱線を埋設した内筒部材
層と、この内筒部材層の外面に熱可塑性樹脂を成形して
設けた外筒部材層とからなる電気融着継手において、前
記外筒部材層が２層以上の多層樹脂層からなり、この多
層樹脂層間部で密度変化量が１％以下である電気融着継
手である。本発明は、内筒部材層と多層の外筒部材層は
樹脂の材質や色が異なる樹脂で設けてもよいが、同材質
の樹脂を用いたときに特に良好な密着性が得られる。本
発明において、多層樹脂層間部とは、境界層とは必ずし
も一致しないが、コア層と硬さ、密度等の物性が異なる
層である。

【０００６】本発明にかかる電気融着継手は、継手の内
周面を成形するとともに内周部に電熱線を収容した内筒
部材を設け、これを成形用金型のキャビティー部に装着
して電熱線付内筒部材の外面に熱可塑性溶融樹脂層を射
出成形して内筒部材と一体の中間部材を設け、この中間
部材の外面に更に熱可塑性樹脂層を射出成形して中間部
材と一体の成形部材を設け、この様に成形した成形部材
の外面に順次樹脂層を成形し、最終的に継手の樹脂層が
３層ないし５層の多層になった電気融着継手を得るもの
である。

【０００７】本発明は、外筒部材の多層成形樹脂層の境
界層を０．５ｍｍを超える厚さで形成することにより、
優れた密着性を得るものである。本発明において、境界
層とは偏光顕微鏡による観察でコア層とコントラストの
異なる層のことをいう。境界層の偏光顕微鏡による観察
は層間に垂直に０．０２ｍｍ厚にミクロトームで薄片化
し偏光顕微鏡により観察し、この時の偏光角は境界層の
厚さが最大になるよう調整する。境界層の生成原因とし
て主に密度や結晶配向、結晶化度、残留応力が考えられ
る。図１（ａ）（ｂ）に多層成形樹脂層の境界層の一例
を示す。図１（ａ）は、厚さ２．５ｍｍの境界層であ
り、（ｂ）は厚さ０．５ｍｍの境界層であり、図１中Ａ
が境界層、Ｂが外筒部材の中間部材層のコア層、Ｃが最
終外筒部材層のコア層である。図２に境界層の厚さと境
界層の伸びの関係を示す。境界層の厚さが０．５ｍｍを
超えると伸びが大きくなり密着性、機械的強度特性が向
上する。伸びの小さくなる原因としては境界層が０．５
ｍｍ以下であるとき密度、結晶配向、結晶化度、残留応
力が微少範囲で変化するため歪みが大きくなり破壊の起
点となることが考えられる。

【０００８】伸びは、図３に示す様に電気融着継手の層
間を含むように切り出し、角材を継ぎ足して試験片と
し、ＪＩＳ Ｋ６７７５に基づき測定した。特に多層樹
脂層間部の評価に伸びを用いた理由は、伸びが大きくな
ると長期信頼性に関するクリープ特性が向上することが
わかっているため、電気融着継手を構成する部材の特性
で最も重要な因子の１つであるからである。

【０００９】また、本発明において、多層樹脂層間部で
ビッカース硬さの変動量をコア層の標準偏差の６倍以下
にする。硬さが違うということは分子量分布や結晶配
向、結晶化度、ミセルサイズ、残留応力等が存在し、コ
ア層と異なっていることを示している。硬さはこれらの
量を総合的に示す指標であり有効な物性値である。硬さ
の違う部分では、化学的特性と機械的特性が異なり、外
部より力が加わった場合、破壊の起点となる。特にこの
硬さの変化量が大きいときに小さいときに較べ歪みが集
中し、破壊し易くなる。このため硬さ変化は少ない方が
よく、多層樹脂層間部でビッカース硬さの変動量をコア
層の標準偏差の６倍以下にすることが好ましい。

【００１０】外筒部材を形成する樹脂は、基本的に１種
類の樹脂を用いるが、溶融樹脂の冷却速度等の熱履歴や
射出成形時の溶融樹脂の流れ方向及び速度により境界層
で密度が異なる部分が発生すると応力集中、密着不良が
起こるため破壊の起点となり機械的強度が劣化する。特
に長期信頼性で問題が生じる。層間部での密度変化が１
％を超えると樹脂の結晶状態が大きく変わるため、十分
な層間の密着性が得られず、層間剥離が生じる。

【００１１】

【発明の実施の態様】以下、本発明の実施例について詳
細に説明するが、本発明はこれら実施例に限るものでは
ない。 （実施例１）熱可塑性樹脂としてＭＦＲが０．２ｇ／１
０ｍｉｎのポリエチレンを用い、呼び径が１５０Ａ（外
径２０７ｍｍ、長さ２４８ｍｍ）で、２層の外筒部材層
（中間部材層の肉厚１１ｍｍ、最終外筒部材層１１ｍ
ｍ）からなる電気融着継手を作製した。樹脂射出温度２
５０℃で内周面を成形し、この内周部に電熱線を巻回し
た内筒部材を設け、これを成形用金型のキャビティー部
に装着して電熱線付内筒部材の外面に前記ポリエチレン
を２５０℃で射出成形して内筒部材と一体の中間部材を
設け、中間部材が固化した後、中間部材を６０℃に保持
しながら、外面に更に前記ポリエチレンを射出成形して
中間部材と一体の最終外筒部材を設け、最終的に継手の
外筒部材樹脂層が２層になった電気融着継手を得た。最
終外筒部材層の樹脂射出温度は、１８０℃、１９３℃、
２１８℃、２２７℃、２４８℃、２５６℃、２７５℃の
７種類の電気融着継手を作製した。得られた電気融着継
手の境界層の厚さと伸びを前記の方法により測定した。
その結果を表１と図２に示す。また、最終外筒部材層の
樹脂射出成形温度が２７５℃のときの境界層を図１
（ａ）に、１９３℃のときの境界層を図１（ｂ）に示
す。

【００１２】

【表１】

【００１３】表１及び図２から境界層の厚さは、０．５
ｍｍを超えるとき伸びが大きくなり、密着性が向上して
いることがわかる。また伸びを測定したとき層間剥離が
ない。さらに、表１より、境界層の厚さは最終外筒部材
の射出成形温度に依存し、２１８℃以上の射出成形温度
で境界層の厚さが０．５ｍｍを超えることがわかる。こ
こで、表１において、層間剥離とは、図３に示すように
層間を含む様に伸び測定用試験片を作製するが、特に層
間の密着性の低いものはこの層間で剥離するため、これ
を層間剥離ありと示す。層間剥離しないものは層間以外
で切断するまで、伸びを測定した。境界層の厚さ０．７
ｍｍ以上では層間でない箇所の伸びと同程度であり、特
に信頼性が高い。なお、実施例１においては、内周部材
層の射出成形温度を２５０℃としたが、内周部材層は内
筒部材と電気融着時に再融解し密着力が向上するので、
内筒部材と接する内周部材層の射出成形温度は何度でも
よい。

【００１４】（実施例２）実施例１で作製した電気融着
継手の外筒部材樹脂層中の層間部の硬さ分布を測定し
た。硬さは測定面をミクロトームで平滑にし、金蒸着を
行った後、マイクロビッカース硬度計で測定した。この
時測定温度２１℃、測定過重２５ｇ、荷重時間１５秒で
ある。その後、層間からの距離を光学顕微鏡により測定
した。また、熱可塑性樹脂としてＭＦＲが０．２ｇ／１
０ｍｉｎのポリエチレンを用い、呼び径が１５０Ａで、
外筒部材層が２層の電気融着継手を作製した。樹脂射出
温度２５０℃で内周部を成形し、この内周部に電熱線を
巻回した内筒部材を設け、これを成形用金型のキャビテ
ィー部に装着して電熱線付内筒部材の外面に前記ポリエ
チレンを２５０℃で射出成形して内筒部材と一体の中間
部材を設け、この中間部材の外面に更に前記ポリエチレ
ンを２５０℃で射出成形して中間部材と一体の成形部材
を設け、最終的に継手の外筒部材樹脂層が２層になった
電気融着継手を得た。ここで最終的に継手の外筒部材樹
脂層を成形するとき、中間部材樹脂表面温度を２０℃と
６０℃に調整した２種類の電気融着継手を得た。この継
手についても硬さと伸びを測定した。この結果を表２に
示す。中間部材から最終外筒部材層へかけての多層樹脂
層間部の硬さの変化を図４、５に示す。最大値と最小値
の差が多層樹脂層間部の硬さの変化量である。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２から層間部の硬さ変化量がコア層の硬
さの標準偏差の６倍以下である時、層間部の伸びが大き
く、層間で良好な密着性を得られた。また、使用する熱
可塑性樹脂がポリエチレンのとき層間部におけるビッカ
ース硬さ変化量が０．３Ｈｖのとき層間部の伸びが大き
く密着性が大きいことがわかった。硬さは結晶配向等に
より同一箇所でも方向が異なると値が変わる。ここで言
う硬さは最も変化量の大きい方向から測定したものであ
る。

【００１７】（実施例３）熱可塑性樹脂としてＭＦＲが
０．２ｇ／１０ｍｉｎのポリエチレンを用い、呼び径が
１５０Ａで、外筒部材層が２層の電気融着継手を作製し
た。樹脂射出温度２５０℃で内周面を成形し、この内周
部に電熱線を巻回した内筒部材を設け、これを成形用金
型のキャビティー部に装着して電熱線付内筒部材の外面
に前記ポリエチレンを２５０℃で射出成形して内筒部材
と一体の中間部材を設け、この中間部材の外面に更に前
記ポリエチレンを射出成形して中間部材と一体の成形部
材を設け、最終的に継手の外筒部材樹脂層が２層になっ
た電気融着継手を得た。この時、外筒部材層の樹脂射出
温度を１９３℃、２１８℃、２５６℃の電気融着継手を
作製した。また、外筒部材層の樹脂射出温度を２５０℃
で中間部材樹脂表面温度を６０℃に調整した電気融着継
手も作製した。これらから層間部の密度を密度勾配管法
により測定した。また同時に伸びも測定した。その結果
を表３に示す。さらに多層樹脂層間部の密度変化量を図
６に示す。

【００１８】

【表３】

【００１９】表３より層間部の密度変化量が１％以下の
とき伸びが大きいことがわかる。また、１％より大きい
とき伸びがなく密着性が悪い。なお、実施例１〜３にお
いて、外筒部材層が２層からなる電気融着継手について
説明したが、外筒部材層が３層以上であっても、各境界
層を０．５ｍｍを超える厚さとすることにより優れた密
着性が得られるのはいうまでもない。

【発明の効果】本発明により、多層成形樹脂層間の密着
性に優れ、信頼性に優れる電気融着継手を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明電気融着継手の外筒部材層の多層
樹脂層間に形成された境界層の偏光顕微鏡写真である。 （ｂ）比較の電気融着継手の外筒部材の多層樹脂層間に
形成された境界層の偏光顕微鏡写真である。

【図２】外筒部材層の多層樹脂層間に形成された境界層
の厚さと伸びとの関係を示す図である。

【図３】伸び測定用試験片の作製方法を示す図である。

【図４】外筒部材層の多層樹脂層間部の硬さ分布を示し
た図である。

【図５】外筒部材層の多層樹脂層間部の硬さ分布を示し
た図である。

【図６】外筒部材層の多層樹脂層間部の密度分布を示し
た図である。

【図７】従来の電気融着継手の部分断面図と各層の肉厚
Ｔ、ｔ寸法を示す図である。

【図８】外筒部材が多層樹脂層からなる電気融着継手の
断面図である。

【符号の説明】

１ 内筒部材層 ２ 電熱線 ４ コネクターピン ５ 中間部材層 ６ 最終外筒部材層 ７ 外筒部材層 ８ 電気融着継手

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平尾 孝信 三重県桑名市大福２番地日立金属株式会社 桑名工場内 (72)発明者 武末 普二 三重県桑名市大福２番地 日立金属株式会 社桑名工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周部に電熱線を埋設した内筒部材層
   と、この内筒部材層の外面に熱可塑性樹脂を成形して設
   けた外筒部材層とからなる電気融着継手において、前記
   外筒部材層が２層以上の多層樹脂層から形成され、この
   外筒部材層の多層樹脂層間に０．５ｍｍを超える厚さの
   境界層（偏光顕微鏡観察によりコア層とコントラストが
   異なる層）が形成されていることを特徴とする電気融着
   継手。
2. 【請求項２】 内周部に電熱線を埋設した内筒部材層
   と、この内筒部材層の外面に熱可塑性樹脂を成形して設
   けた外筒部材層とからなる電気融着継手において、前記
   外筒部材層が２層以上の多層樹脂層からなり、この多層
   樹脂層間部でビッカース硬さの変動量がコア層の標準偏
   差の６倍以下であることを特徴とする電気融着継手。
3. 【請求項３】 請求項２の電気融着継手において、熱可
   塑性樹脂がポリエチレンであるとき、この多層樹脂層間
   部でビッカース硬さの変化量が０．３Ｈｖ以下であるこ
   とを特徴とする電気融着継手。
4. 【請求項４】 内周部に電熱線を埋設した内筒部材層
   と、この内筒部材層の外面に熱可塑性樹脂を成形して設
   けた外筒部材層とからなる電気融着継手において、前記
   外筒部材層が２層以上の多層樹脂層からなり、この多層
   樹脂層間部で密度変化量が１％以下である電気融着継
   手。