(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂からなる管を同軸上に重ね合わせ、重ねシロ部を加熱することにより熱溶着させる方法において、
外径が前記同軸上に重ね合わせた熱可塑性樹脂からなる管のうち最も径が小さいものの内径よりも小さく、高周波電磁誘導により容易に発熱しうる芯材を、前記管の長さ方向において前記重ねシロ部よりもさらに奥まで挿入し、
前記最も径が小さいものの内径を保持するとともに、
高周波電磁誘導により芯材の前記重ねシロ部に相当する部分のみを発熱させ、その伝熱で前記重ねシロ部を熱溶着させ、溶着部を冷却した後に前記芯材を熱可塑性樹脂からなる管から抜き取ることを特徴とする熱可塑性樹脂管の溶着方法。
【請求項２】
高周波電磁誘導による発熱性が異なる素材を長さ方向に組み合わせて構成した芯材を用いた請求項１記載の熱可塑性樹脂管の溶着方法。
【請求項３】
電気抵抗率が５〜１００μΩｃｍ、あるいは透磁率が２００〜１００００である芯材を用いた請求項１又は２記載の熱可塑性樹脂管の溶着方法。
【請求項４】
電気抵抗率あるいは透磁率が同じ素材を用い、コーティング、被覆あるいはメッキより選ばれた方法により、前記芯材表面に該芯材の長さ方向で厚みを変えた発熱箇所を形成した芯材を用いた請求項１記載の熱可塑性樹脂管の溶着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱可塑性樹脂からなる管同士を加熱により溶着させる熱可塑性樹脂管の溶着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カテーテル等の比較的細く薄肉の管の接続において、熱溶着時の内径の変形や閉塞を防止するために接続箇所の管内に内径保持用として芯材を挿入しており、熱溶着のための加熱は外周から割り型の金型等により行われていた。
しかし、割り型式の金型では必ず継ぎ目が存在し、熱伝導ムラの原因と継ぎ目のスジが管に転写される問題がある上、外周を被う形状を有するためどうしても熱容量が大きく、加熱、冷却に時間がかかり、繰り返し行う際のサイクルアップの障害となっていた。
【０００３】
また、従来の外周からの加熱方法においては、必ず外周から管の中心に向かった熱勾配を有し、そのため、接続する管の外周側が内管側より融点が低い場合、内管が熱溶着に適した溶融状態に達する前に、外管の溶融状態が進みすぎて最悪の場合には樹脂流れが起き、従来の外周から加熱する方式では、外管の方が融点が低い組み合わせの管の接続には不向きとされていた。
【０００４】
【発明が解決しよとする課題】
これらの課題を解決する方法として、誘電加熱により樹脂内部から発熱させ溶着する方法が考えられる。しかし、誘電加熱の発熱原理により、誘電体損失が大きい樹脂でなければ発熱は起きない。そのため、誘電体損失が大きい硬質塩化ビニール、塩化ビニリデン、軟質塩化ビニールなどの樹脂においては常識化している誘電加熱による熱溶着も、誘電体損失の小さいポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ＡＢＳなどの樹脂には通常使用されない。この様に、誘電加熱方式は誘電体損失に依存するため使用できる樹脂が制約され、ポリエチレンなど誘電体損失の低い樹脂には使用不可能な方法である。
さらに、誘電加熱の場合、電極間に挟まれた物質内で熱が発生するという原理から、物質内を均一に発熱させるに充分な電力を供給するためには、ある程度の電極の接触面積を必要とする。このことから、最小溶着幅は電極の必要接触面積からおのずと決まっており、発熱範囲を極端に限定した局部加熱は不可能であった。
【０００５】
そこで、本発明は、内部から短時間に効率的な熱源を加えることにより、継ぎ目もなく、容易に熱可塑性樹脂からなる管同士の熱溶着を行うことができ、しかも外管の方が融点が低い組み合わせの管にも適した接続熱可塑性樹脂管の溶着方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱可塑性樹脂からなる管を同軸上に重ね合わせ、重ねシロ部を加熱することにより熱溶着させる方法において、外径が前記同軸上に重ね合わせた熱可塑性樹脂からなる管のうち最も径が小さいものの内径よりも小さく、高周波電磁誘導により容易に発熱しうる芯材を、前記管の長さ方向において前記重ねシロ部よりもさらに奥まで挿入し、前記最も径が小さいものの内径を保持するとともに、高周波電磁誘導により芯材の前記重ねシロ部に相当する部分のみを発熱させ、その伝熱で前記重ねシロ部を熱溶着させ、溶着部を冷却した後に前記芯材を熱可塑性樹脂からなる管から抜き取ることを特徴とする熱可塑性樹脂管の溶着方法を提供するものである。
【０００７】
また、後述する効果により、高周波電磁誘導による発熱性が異なる素材を長さ方向に組み合わせて構成した芯材を用いてもよい。
【０００８】
更に、電気抵抗率が５〜１００μΩｃｍ、あるいは透磁率が２００〜１００００である芯材を用いるのが好ましい。
【０００９】
また、電気抵抗率あるいは透磁率が同じ素材を用い、コーティング、被覆あるいはメッキより選ばれた方法により、前記芯材表面に該芯材の長さ方向で厚みを変えた発熱箇所を形成した芯材を用いることも可能である
【００１０】
【作用及び効果】
電磁誘導加熱の発熱原理は、高周波磁場内に磁性体または、導電体を置くと、ヒステリシス損とうず電流によるジュール熱によって極めて短時間に発熱が得られることにある。本発明は、この原理を利用し、従来内径の保持のためだけに用いられていた芯材を、高周波電磁誘導で容易に発熱する材質からなる芯材とし、さらに電磁誘導ウエルダーを採用することにより、内部から短時間に効率的な熱源を提供することを可能としたものである。
【００１１】
詳しくは、熱可塑性樹脂からなる管を同軸上に重ね合わせ、外径が前記同軸上に重ね合わせた熱可塑性樹脂からなる管のうち最も径が小さいものの内径よりも小さく、高周波電磁誘導により容易に発熱しうる芯材を、前記管の長さ方向において前記重ねシロ部よりもさらに奥まで挿入し、前記最も径が小さいものの内径を保持するとともに、電磁誘導ウエルダーによる高周波磁場内に芯材をセットした管を置くことで、芯材の前記重ねシロ部に相当する部分のみを発熱させ、その伝熱で管の内管側から重ねシロ部を加熱し、管同士の熱溶着を実現させ、溶着部を冷却した後に前記芯材を熱可塑性樹脂からなる管から抜き取る熱可塑性樹脂管の溶着方法である。芯材に用いる発熱物質については、式１及び２に従った発熱式から特定でき、透磁率あるいは電気抵抗率が大きい方が発熱量は大きくなる。このような物質として、ニクロム、鉄、ニッケル、鉛、ステンレス、クロム、真鍮、ケイ素鉄、Ｍｎ−Ｚｎフェライトなどがあげられる。これらは、透磁率が２００〜１００００、あるいは、電気抵抗率が５〜１０6 μΩｃｍを示し、このような特性を示す材質であれば、本発明の芯材に適用することができる。また、式１及び２が示す発熱量からわかるように、個々の透磁率あるいは電気抵抗率が異なる素材を組み合わせることにより長さ方向に対し、任意の発熱量が選択できる上、発熱箇所の限定も可能となる。
【００１２】
（式１）  ヒステリシス損による発熱：
Ｐη＝η・ｆ・Ｂｍ1.6 ・Ｖ      ［Ｗ］
Ｐη  ：  ヒステリシス損  ［Ｗ］
η    ：  ヒステリシス係数
ｆ    ：  周波数  ［Ｈｚ］
Ｂｍ  ：  最大磁束密度  ［Ｗｂ／ｍ2 ］
Ｖ    ：  加熱物体積  ［ｍ3 ］
【００１３】
（式２）  うず電流によるジュール熱
Ｐｃ＝Ｋ・Ｎ2 ・Ｉ2 ・ａ・（ρ・μ・ｆ）0.5     ［Ｗ／ｍ］
Ｐｃ  ：  うず電流によるジュール熱  ［Ｗ／ｍ］
Ｋ    ：  比定数
Ｎ    ：  コイル巻数
ρ    ：  固有抵抗  ［Ω・ｍ］
ａ    ：  円筒の半径  「ｍ」
μ    ：  材料の実効透磁率
【００１４】
また、電気抵抗率あるいは透磁率が同じ素材を用い、コーティング、被覆あるいはメッキより選ばれた方法により、前記芯材表面に該芯材の長さ方向で厚みを変えた発熱箇所を形成した芯材を用い、熱可塑性樹脂管の溶融させる厚みに応じて使いわけることができ、例えば肉厚を薄くした部分では充分な発熱により例えば三重に重なった部分でも溶融し熱溶着されており、また例えば二重に重なった部分では、肉厚の厚い部分を位置させて少ない発熱量にとどめることにより、熱可塑性樹脂管の溶融しすぎを完全に防止したものが得られた。
【００１５】
【実施例】
本発明の詳細を更に図示した実施例により説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係る第１実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図である。
図１（ａ）に示すように、ポリエチレン製の管１に同質の管１より径が小である異径管１ａを約２ｍｍ同軸上に重ね合わせた。図１（ｂ）に内部に非発熱体であるベークライト２に重ねシロ部相当のステンレスリング５を組み合わせた芯材を挿入した状態を示す。
次に、図１（ｃ）のように、重ねシロ部３を電磁誘導ウェルダーのワークコイル４にセットし高周波を発振させた。電磁誘導ウェルダーには、精電舎電子工業株式会社製のＵＨ−２．５Ｋを用い出力は４アンペア、発振時間は、８秒とした。また、ワークコイル４の径は直径３０ｍｍ径に巻いたものを用いた。溶着後、放冷にて冷却を行った。図１（ｄ）に熱溶着した管１の溶着部断面を示すステンレスリング部分だけが選択的に溶着されたものが得られた。また、割型の形態を取らないため割型特有の軸方向の継ぎ目跡は全くみられないものが得られた。
【００１６】
図２は、第２実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図である。
（実施例２）
図２（ａ）に示すように、ポリエチレン製の管１に同質の管１より径が小である異径管１ａを約１０ｍｍ同軸上に重ね合わせた上に同質の管１より径が大である異径管１ｂを５ｍｍ同軸上に重ねた。図２（ｂ）に内部に非発熱体であるベークライト２に１０ｍｍの銅管６を組み合わせ、さらに銅管６の一部にクロムメッキ７を円周上に施した芯材を挿入した状態を示す。
次に、図２（ｃ）のように、重ねシロ部３を電磁誘導ウェルダーのワークコイル４にセットし高周波を発振させた。電磁誘導ウェルダーには、精電舎電子工業株式会社製のＵＨ−２．５Ｋを用い出力は４アンペア、発振時間は、５秒とした。また、ワークコイル４の径は直径３０ｍｍ径に巻いたものを用いた。溶着後、放冷にて冷却を行った。
図２（ｄ）に熱溶着した管１の溶着部断面を示すが、クロムメッキ７の部分は充分な発熱により三重に重なった管１より径が大である異径管１ｂ部分も溶融し熱溶着されており、また、二重に重なっている銅管６部分では少ない発熱量にとどめることによりポリエチレン製の管１および１ａの溶融しすぎを完全に防止したものが得られた。また、割型の形態を取らないため割型特有の軸方向の継ぎ目跡は全くみられないものが得られた。
【００１７】
（実施例３）
図３は、第３実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図である。
図３（ａ）に示すように、ポリエチレン製の管１に同質の管１より径が小である異径管１ａを約２ｍｍ同軸上に重ね合わせた。図３（ｂ）に内部にステンレス製（ＳＵＳ３０４）からなる中空芯材８を挿入した状態を示す。
次に、図３（ｃ）のように、重ねシロ部３を電磁誘導ウェルダーのワークコイル４にセットし高周波を発振させた。電磁誘導ウェルダーには、精電舎電子工業株式会社製のＵＨ−２．５を用い出力は５アンペア、発振時間は２秒とした。また、ワークコイル４の径は直径３０ｍｍ径に巻いたものを用いた。冷却は、ステンレス製の中空芯材８の中空部に２０℃の冷却水を通水して行った。溶着部は通水した瞬間に冷却された。サイクル的には、３秒で溶着が終了した。
図３（ｄ）に熱溶着した管１の溶着部断面を示すが良好な溶着が得られた。また、割型の形態を取らないため割型特有の軸方向の継ぎ目跡は全くみられないものが得られた。
【００１８】
（実施例４）
図４は、第４実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図である。
図４（ａ）に示すように、融点の高い高密度ポリエチレン製の管１に融点の低い厚肉の低密度ポリエチレンの異径管１ｃを約５ｍｍ同軸上に重ね合わせた。図４（ｂ）に内部に非発熱体であるベークライト２に重ねシロ部相当のステンレス管５を組み合わせた芯材を挿入した状態を示す。
次に図４（ｃ）のように、重ねシロ部３を電磁誘導ウェルダーのワークコイル４にセットし高周波を発振させた。電磁誘導ウェルダーには、精電舎電子工業株式会社製のＵＨ−２．５Ｋを用い出力は３アンペア、発振時間は、８秒とした。また、ワークコイル４の径は直径３０ｍｍ径に巻いたものを用いた。溶着後、放冷にて冷却を行った。
図４（ｄ）に熱溶着した管１の溶着部断面を示すが、融点の低い低密度ポリエチレン管の外周を溶かすことなく溶着を実現したものが得られた。また、出力を３アンペア、発振時間を４秒にした場合、低密度ポリエチレンの肉厚の１／３程度の溶融に止まった。
【００１９】
（実施例５）
図５は、第５実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図である。
図５（ａ）に示すように、ポリエチレン製の管１に同質の管１より径が小である異径管１ａを約10ｍｍ同軸上に重ね合わせた上に、同質の管１より径が大である異径管１ｂを約５ｍｍ同軸上に重ねた。図５（ｂ）に内部に非発熱体であるベークライト２に肉厚30μｍのアルミリング９と肉厚100 μｍのアルミリング10を組み合わせた芯材を挿入した状態を示す。
次に図５（ｃ）のように、重ねシロ部３を電磁誘導ウェルダーのワークコイル４にセットし高周波を発振させた。電磁誘導ウェルダーには、精電舎電子工業株式会社製のＵＨ−２．５Ｋを用い出力は８アンペア、発振時間は、７秒とした。また、ワークコイル４の径は直径１０ｍｍ径に巻いたものを用いた。溶着後、放冷にて冷却を行った。
図５（ｄ）に熱溶着した管１の溶着部断面を示すが、肉厚を薄くしたアルミリング９の部分は充分な発熱により三重に重なった管１より径が大である異径管１ｂ部分も溶融し熱溶着されており、また二重に重なっているアルミリング10の部分では、少ない発熱量にとどめることにより、ポリエチレン製の管１及び１ａの溶融しすぎを完全に防止したものが得られた。また、割型の形態を取らないため割型特有の軸方向の継ぎ目跡は全くみられないものが得られた。
尚、上述した例では、電気抵抗率あるいは透磁率が同じ素材を用いた別部材である肉厚の異なるアルミリング９，10を芯材に被覆することにより、厚みの異なる芯材を形成しているが、クロムなどの場合はコーティングやメッキすることにより異なる肉厚の芯材を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図であり、（ａ）はポリエチレン製の管に、径が小である異径管を同軸上に重ね合わせた状態の図、（ｂ）は重ね合わせた管と異径管の重ねシロ部にベークライトにステンレス管を組み合わせた芯材を挿入した状態の図、（ｃ）は重ねシロ部を電磁誘導ウエルダーのワークコイルにセットした状態の図、（ｄ）は第１実施例における溶着部の断面図である。
【図２】本発明に係る第２実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図であり、（ａ）はポリエチレン製の管に、径が小である異径管を同軸上に重ね合わせ、管より径が大である異径管をさらに同軸上に重ね合わせた状態の図、（ｂ）は重ねシロ部にベークライトと銅管と銅管部の一部にクロムメッキを施した芯材を挿入した状態の図、（ｃ）は重ねシロ部を電磁誘導ウェルダーのワークコイルにセットした状態の図、（ｄ）は第２実施例における溶着部の断面図である。
【図３】本発明に係る第３実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図であり、（ａ）はポリエチレン製の管に、径が小である異径管を同軸上に重ね合わせた状態の図、（ｂ）は重ね合わせた管と管の重ねシロ部にステンレス製の中空芯材を挿入した状態の図、（ｃ）は重ねシロ部を電磁誘導ウェルダーのワークコイルにセットし、中空部には冷却流体を流せるようにした状態の図、（ｄ）は第３実施例における溶着部の断面図である。
【図４】本発明に係る第４実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図であり、（ａ）はポリエチレン製の管に異径である厚肉管を同軸上に重ね合わせた状態の図、（ｂ）は重ね合わせた管と管の重ねシロ部にベークライトに重ねシロ部相当のステンレスリングを組み合わせた芯材を挿入した状態の図、（ｃ）は重ねシロ部を電磁誘導ウェルダーのワークコイルにセットした状態の図、（ｄ）は第４実施例における溶着部の断面図である。
【図５】本発明に係る第５実施例の熱可塑性樹脂管の溶着方法の手順を示す説明断面図であり、（ａ）はポリエチレン製の管に径が小である異径管を同軸上に重ね合わせ、この管より径が大である異径管をさらに同軸上に重ね合わせた状態の図、（ｂ）は重ねシロ部にベークライトと厚みの異なるアルミリングを組み合わせた芯材を挿入した状態の図、（ｃ）は重ねシロ部を電磁誘導ウェルダーのワークコイルにセットした状態の図、（ｄ）は第５実施例における溶着部の断面図である。
【符号の説明】
１  ：ポリエチレン製の管
１ａ：管１より径が小である異径管
１ｂ：管１より径が大である異径管
１ｃ：管１と異径である厚肉管
２  ：ベークライト
３  ：重ねシロ部
４  ：ワークコイル
５  ：ステンレスリング
６  ：銅管
７  ：クロムメッキ
８  ：ステンレス製の中空芯材
９  ：薄肉のアルミリング
10  ：厚肉のアルミリング
【図１】
0003677803.tif 000002
【図２】
0003677803.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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