JPH09210279A - フランジ付き電気融着継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層成形法で製造したフランジ付電気融着継
手において、受口部の楕円化や内部欠陥の発生をなくす
こと。 【解決手段】 継手本体50は射出成形により集積した３
つ以上の樹脂成形体層10，20，40からなり、フランジ部
42は最外層40の胴部41に一体的に設ける。このとき胴部
41の厚さは、少なくとも胴部Ｘの範囲内において、ｔma
x−ｔmin＜0.4ｔmax になるようにして、胴部41の肉厚
変化を抑えながら滑らかにフランジ部42を成形するよう
にしたフランジ付電気融着継手である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気融着継手に関
し、特に多層成形法を用いて継手本体端部にフランジ部
を一体成形したフランジ付き電気融着継手に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂（ポリエチレンなど）から
なる継手本体に電熱線等の発熱体を埋設し、これを通電
加熱することにより同じ熱可塑性樹脂製のパイプを電気
的に融着接続するいわゆる電気融着継手は良く知られて
いる。この電気融着継手は軽くて施工性に優れ、地震等
にも強いことからガス用埋設配管を中心に開発がなさ
れ、現在では呼び口径200mm程度の大口径配管にまで普
及している。

【０００３】従来、大口径（およそ呼び口径100mm以
上）用の電気融着継手の構造としては、例えば特開平７
−３５２８５号で開示されたように、継手本体の端部に
補強用のフランジ部を一体的に設けたフランジ付電気融
着継手がある。

【０００４】他方、大口径の電気融着継手を限られた設
備で能率的に製造する方法としては、本願発明者らが特
願平７−６３７８３号において提案した多層成形法があ
る。この多層成形法は、本来厚肉の継手本体を略均等厚
さの樹脂成形層に分割し、下層の樹脂成形層の上に上層
の樹脂成形体層を重ねて射出成形して積層することによ
って継手本体を成形するものである。これによって、各
成形段階での金型内冷却時間が短縮し、かつ同時成形が
可能となるから生産性が大幅に向上した。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に金型
内冷却時間は保持圧力時間と冷却時間とを合計したもの
となるが、これらは生産能率の面から言えば短ければ短
いほど望ましい。しかし、短すぎるとボイドと呼ばれる
引け巣状の内部欠陥が発生するという問題がある。この
ボイド発生の原因としては上記保持圧力時間と冷却時間
のバランスの影響があるということが解っている。即
ち、保持圧力時間の方は定められた圧力を最少限の時間
だけ保持することが必要であること、この上で冷却時間
の方を極力短くすることである。こうしたとき多層成形
法の利点を最大限利用することができるのである。

【０００６】さて、従来、フランジ付電気融着継手を多
層成形法で製造した例は見当らないが、一般に多層成形
をするということは射出成形時の歪や体積収縮の影響を
積み重ねる結果にもなりかねない。従って、特にフラン
ジ付き電気融着継手を成形しようとする場合は、フラン
ジ部分の歪や収縮量が増大し、その結果端部の受口径が
楕円に変形してしまうというようなことが考えられる。
さらにこの部分は肉厚変化も激しいところであるから上
記保持圧力時間の調節が難しく、内部欠陥が発生しやす
いという問題がある。

【０００７】以上のことより本願発明は、フランジ付き
電気融着継手を多層成形法で製造するにあたり、受口部
が楕円に変形したり、内部欠陥が生じるようなことがな
い構造としたフランジ付電気融着継手を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、端部にフラン
ジ部を有する電気融着継手において、前記継手は射出成
形により積層した３以上の樹脂成形体層からなり、前記
フランジ部は前記樹脂成形体層のうち最外層の樹脂成形
体層のみに設けたフランジ付き電気融着継手である。

【０００９】また、前記最外層の樹脂成形体は、胴部と
フランジ部とからなり、前記胴部の厚さは、センサ用穴
やインジケータ穴等の局部的な薄肉部は除いて、ｔmax
−ｔmin＜0.4ｔmax（ｔmax：ｔの最大値、ｔmin：ｔの
最小値）の範囲内となし、該胴部の形状変化を抑えてフ
ランジ部を一体成形したフランジ付き電気融着継手であ
る。

【００１０】すなわち、本発明によれば多層成形法によ
ってフランジ付電気融着継手を射出成形する際、最外層
にフランジ部を一体成形し、このとき最外層の肉厚の形
状変化量を0.4ｔmax（最大肉厚の４割）以下に抑えるこ
とが望ましいということを見出したものである。これに
よって、射出成形時の樹脂流れが一様かつスムーズに行
われ、端部フランジ部が正常に凝固するのに必要な最少
限の保持圧力と保持時間が確保され、内部欠陥の発生が
なくなる。また、フランジ部につながる肉厚が略均一で
形状変化が少ないから体積収縮による変位も一様に進行
し、歪が一方向に集積されるというようなことが緩和さ
れる。その結果楕円化が抑えられるものである。

【００１１】

【発明の実施態様】以下、本発明の一実施例を図面を参
照して説明する。図１〜図４は、本実施例のフランジ付
電気融着継手を多層成形する過程を示している。まず、
図１に示すように電熱線を巻くための螺旋溝11とコネク
ターピン３を立設するための台座12部分を有する樹脂成
形体10を射出成形によって成形する。これは、最終的に
は継手本体50の最下層を構成するもので、以下内層10と
呼ぶ。尚、電熱線に樹脂被覆層を施したいわゆる被覆電
熱線を用いてもよく、この場合は、被覆電熱線を巻いて
筒状にしたものを内層とする。そして、図２に移り内層
10に電熱線２を巻き、その両端をコネクターピン３に結
線した上でこの内層10を中間層成形用金型内（図示せ
ず）にセットし、内層10の上に中間の樹脂成形体層20
（以下中間層20という）を射出成形し、図２に示す内層
10と中間層20とからなる半成形体30を得る。

【００１２】次にこの半成形体30を外層成形用金型内
（図示せず）にセットし、中間層20の上に外側の樹脂成
形体層40（以下最外層40という）を射出成形し、図３に
示す内層10と中間層20と最外層40とからなる継手本体50
を得る。従って、この継手本体50は内層10と中間層20及
び最外層40という３つの樹脂成形体層から構成されてお
り、最終的には図４に示すように、例えばソケットの場
合は継手本体50の中央部同士をバット融着して、あるい
はエルボの場合はＬ字状の中間部材に、またチーの場合
はＴ字状の中間部材に上記継手本体50をそれぞれバット
融着してフランジ付電気融着継手１とするものである。
尚、本発明は上記のような３層構造に限定するものでは
なく、例えば中間層を２つに分割して４層にするなど３
層以上の多層成形体であれば良い。また上記のようにバ
ット融着するまでもなく始めから一体成形で継手本体を
成形しても良いことは無論である。

【００１３】図３に示す継手本体50の上半分の断面は、
コネクター部分の断面を示しているが、このような断面
は極一部であって、この継手のほとんどは図３の下半分
に示すような断面を呈している。即ち、本発明の電気融
着継手は最外層40にフランジ部42を一体的に設けるよう
になし、最外層40は胴部41とフランジ部42とからなって
いる。そして、胴部41の形状は胴部Ｘの範囲内において
最大肉厚ｔmaxと最小肉厚ｔminの差、つまり肉厚の変化
量がｔmaxの40％より小になるようにして略均一の肉厚
に成形したものである。こうすることによって以下の実
施例で示すようにボイド等の内部欠陥がなく、かつ受口
部の楕円化も小さく抑えることができる。

【００１４】次に樹脂流動・凝固に関するシミュレーシ
ョンおよび実成形品での検査確認を行ったので、その比
較例と実施例について説明する。尚、シミュレーション
はＣＡＥ解析ソフト（商品名：ＭＯＬＤＦＬＯＷ）を用
いて最外層のみについて樹脂流れと凝固解析、温度分布
解析、金型冷却解析、そり（楕円）解析を行ったが、そ
の一部を以下に示す。

【実施例】

［比較例］先ず、比較例を図７（ａ）のようにフランジ
部22，42を中間層20と最外層40の両方に成形し、図７
（ｂ）の肉厚変化つまりｔmax−ｔminは0.6ｔmax近くの
肉厚の変化（図中の数字は寸法mmを示す）をもつ最外層
について、図７（ｃ）に示す部位をモデリングして以下
のシミュレーションを行った。

【００１５】［保持圧力の解析］図７（ｃ）のａ点で保
持圧力と保持時間の条件を３段階（75(Mpa)−40(sec)→
70(Mpa)−40(sec)→65(Mpa)−40(sec)）に変化させたと
きの点ｂ，ｃ，ｄ，ｅの保持圧力−時間の特性線図を図
８に示す。この結果、各点（ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）において
保持圧力（以下保圧と略すことがある。）が利く時間に
はバラツキがあり、特にフランジ部に相当するｂ点での
樹脂圧力はおよそ50秒手前で急激に降下を始め、やがて
60秒を越えると０となる。即ちここでは約50秒間しか保
圧時間は維持されていなく、保圧−時間の変動条件との
ズレが著しい。これはフランジ部がある端部への入口が
図７（ｂ）に示すように肉厚が急激に絞られていること
から、この部分は成形の初期の時間（50秒未満）で凝固
が完了し、その結果フランジ部への樹脂流動が滞り樹脂
圧力も維持できなくなっているものと考えられる。この
ことは図９に示す温度と時間のシミュレーション結果に
おいて、点ｂのフランジ部での温度が50秒付近で100℃
程度まで急激に降下していることからも裏付けられる。

【００１６】［楕円解析］体積収縮による変位（歪）の
アンバランスが楕円化をひき越すと考えられるが、変位
はＸ，Ｙ，Ｚ方向に生じる（図７（ｃ）参照）。しかし
Ｙ方向の変位は楕円への影響はほとんどないと考えるの
で、縦横方向の変位の差、つまりＺ方向の直径−Ｘ方向
の直径を楕円量とする。シミュレーションの結果、本例
では受口部での楕円量が最も大きく、そこでのＸ、Ｚ方
向の直径の収縮量はそれぞれ5.7mm、−1.7mmとなり、楕
円量はこれらの差7.4mmもあった。

【００１７】［内部欠陥及び楕円量の検査］呼び口径15
0mmの継手本体について、図７の構造と寸法で同一の保
圧−時間条件を用いて実体成形品を製造し、内部欠陥の
有無を調査した。その結果、成形品10個について４個ま
でが何んらかの欠陥が生じているのが認められた。特に
フランジ部の入口付近にボイド状の欠陥が多く集中して
いるという結果であった。また、受口部の楕円化も全て
に見られ、その楕円量は平均して約０．７mmであった。
尚、楕円量は多くとも０．６mm以下でないと実用に供し
ないものである。次に、実体成形において保圧時間と冷
却時間を変化させたときのボイド発生の有無を調べたと
ころ表１の結果が得られた。

【００１８】［実施例］次に、図５に示すようにフラン
ジ部42を最外層40のみに一体成形し、ｔmax−ｔminの肉
厚変化量は0.25ｔmax以内の形状変化に抑えた最外層に
ついて、上記比較例と同様のモデリングをしてシミュレ
ーションを行った。 ［保持圧力の解析］比較例と同様の条件で保持圧力−時
間を３段階に変化させたときの特性線図を図６に示す。
この結果によれば各点での保持圧力は一様に合致してお
り、その維持時間のバラツキも少なく保圧−時間の変動
条件とのズレが少ない。そしてｂ点での樹脂圧力は100
秒程度までは確実に樹脂圧力を維持することができてお
り大幅な保圧時間の伸びが確認できた。これはフランジ
部までの肉厚が一様で形状変化がなことから樹脂流動が
スムースに進み凝固バランスもとれて保圧が末端まで利
いているためと考える。

【００１９】［楕円解析］比較例と同様に楕円量のシミ
ュレーションを行った結果、本例の場合Ｘ、Ｚ方向の直
径の収縮量はそれぞれ5.6mm、1.1mmとなり、楕円量はこ
れらの差の4.5mmであった。従って、シミュレーション
結果だけからすれば楕円量は約60％の低減がみられた。

【００２０】［内部欠陥及び楕円量の検査］呼び口径15
0mmの継手本体を、本発明に基づいて実体成形品を製造
し、内部欠陥の有無を調査したところ全ての成形品につ
いて欠陥は認められなかった。また受口部の楕円化も減
少し、その楕円量は平均で約０．４５mmとなりこの程度
であれば実用上問題ないことが確認された。このときの
成形条件として保圧時間は各段階において40秒を確保し
たが、上記シミュレーション結果からすれば、実体成形
品においても各点での保圧時間のバラツキは少なく保圧
−時間の変動条件とのズレがなかったことから良好な結
果を得られたものと考えられる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多層成形
法によっても受口部の楕円化や内部欠陥の発生を抑える
ことができ、強度的にも安心で信頼性の高いフランジ付
電気融着継手を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１〜図４は本発明のフランジ付電気融着継
手の各成形段階の一実施例を示し、図１は内層の半断面
図である。

【図２】 内層に中間層を射出成形した半成形体の半断
面図である。

【図３】 半成形体に最外層を射出成形した継手本体の
半断面図である。

【図４】 継手本体同士をバット融着して完成させたソ
ケット型のフランジ付電気融着継手の半断面図である。

【図５】 本発明のフランジ付電気融着継手について行
ったシミュレーションの実施例を示す継手本体の断面図
である。

【図６】 シミュレーション結果を示す保持圧力と時間
の特性線図である。

【図７】 他のフランジ付電気融着継手について行った
シミュレーションの比較例を示し、（ａ）のその継手本
体の断面図、（ｂ）は形状変化を示す図、（ｃ）はモデ
リングを示す図である。

【図８】 比較例のシミュレーション結果を示す保持圧
力と時間の特性線図である。

【図９】 比較例のシミュレーション結果を示す温度と
時間の特性線図である。

【符号の説明】

１…フランジ付電気融着継手 ２…電熱線 ３…コネクターピン 10…内層 20…中間層 30…半成形体 40…最外層 41…胴部 42…フランジ部 50…継手本体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部にフランジ部を有する電気融着継手
   において、前記継手本体は射出成形により積層した３以
   上の樹脂成形体層からなり、前記フランジ部は最外層の
   樹脂成形体層のみに設けたことを特徴とするフランジ付
   き電気融着継手。
2. 【請求項２】 前記最外層の樹脂成形体は、胴部とフラ
   ンジ部とからなり、前記胴部の厚さは、ｔmax−ｔmin＜
   0.4ｔmax（ｔmax：ｔの最大値、ｔmin：ｔの最小値）の
   範囲内となし、該胴部の形状変化を抑えてフランジ部を
   一体成形したことを特徴とする請求項１記載のフランジ
   付き電気融着継手。