(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な方法で管状部品の端面をより均一に加熱するセラミックヒータを提供する。【解決手段】樹脂製管状部品の対向端面を溶着する溶着継手装置に用いられ、一対の対向端面を熱溶融させるセラミックヒータ１０であって、板状に形成されたヒータ本体１１と、ヒータ本体１１の厚み方向視において、ヒータ本体１１の一方の側端部に配置される第１の電極１２と、他方の側端部に配置される第２の電極１３と、を有し、第１の電極１２及び第２の電極１３の高さ方向における中央部に対応した電極中央部は、ヒータ本体１１の高さ方向における中央部に対応したヒータ中央部よりもヒータ本体１１の下端側に位置しており、ヒータ本体１１の高さ方向における長さをｈ、ヒータ本体１１の上面から電極中央部までの長さをｔ、第１の電極１２及び第２の電極１３の高さ方向における長さをｗとしたとき、０．５ｈ≦ｗ≦０．７ｈ及び／又は４／７ｈ≦ｔ≦５／７ｈを満足する。【選択図】図１
0003199959.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
互いに水平方向において対向する一対の熱融着可能な樹脂製管状部品の対向端面を熱溶融させた後に突き合わせて溶着する溶着継手装置に用いられ、前記一対の対向端面の間に配置されるとともに、遠赤外線による非接触加熱により前記一対の対向端面を熱溶融させるセラミックヒータであって、
板状に形成されたヒータ本体と、
前記ヒータ本体の厚み方向視において、前記ヒータ本体の一方の側端部に配置される第１の電極と、他方の側端部に配置される第２の電極と、を有し、
前記第１の電極及び前記第２の電極の高さ方向における中央部に対応した電極中央部は、前記ヒータ本体の高さ方向における中央部に対応したヒータ中央部よりも前記ヒータ本体の下端側に位置しており、
前記ヒータ本体の高さ方向における長さをｈ、前記ヒータ本体の上面から前記電極中央部までの長さをｔ、前記第１の電極及び前記第２の電極の高さ方向における長さをｗとしたとき、以下の条件式（１）及び（２）のうち少なくとも一方を満足することを特徴とするセラミックヒータ。
０．５ｈ≦ｗ≦０．７ｈ・・・・・・・（１）
４／７ｈ≦ｔ≦５／７ｈ・・・・・・・（２）
【請求項２】
前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記ヒータ本体の高さ方向における設置位置が同じであることを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
【請求項３】
前記ヒータ本体は、ヒータ素子材質としてアルミノケイ酸塩を主要成分とする絶縁性材料に対し、ＳｉまたはＦｅＳｉからなる導電性粉末を含有するセラミック質からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、熱融着可能な樹脂製管状部品の溶着に用いられるセラミックヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薬品産業、食品産業、半導体産業、バイオテック産業、化学産業、住宅産業などの分野では、耐薬品性、クリーン性に優れた高品質の樹脂からなる配管材料が求められている。配管の施工方法として、一対の熱融着可能な樹脂製の管状部品を互いに水平方向に隙間を空けた状態で対向配置するとともに、この隙間に設置されたヒータによる遠赤外線加熱により管状部品の端面を互いに熱溶融させた後、突き合わせて自然冷却することにより溶着する方法が知られている。
【０００３】
特許文献１には、切削部により切削された端面を溶融させる一対の赤外線透過性のガラス板によりサンドウィッチ状に挟まれた板状タングステンヒータを具備し、この板状タングステンヒータにより溶融された一方の管状部品を、板状タングステンヒータにより溶融された他方の管状部品側に相対的に近づけて互いに融着させる技術が開示されている。また、特許文献１には、板状タングステンヒータの位置にかかわらずほぼ均一に管状部品の端面を加熱する方法として、ガラス板の表面に熱線を散乱させる手段が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１には、熱線を散乱させる手段として、スリガラス状にガラス表面に傷を付ける方法、縦横又はランダムに溝を付ける方法、ガラスを溶かすことができる溶接剤（例えば、東亜合成化学工業株式会社が販売する商品名「アロンセラミック」）をガラス面に塗布し、加熱硬化後、この溶接剤を除去して、散乱性に優れる不規則な横断面をガラス面に形成する方法などが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１５６１０２号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された方法は、ガラス表面に傷をつけたり、溶接剤を塗布したりする必要があるため、作業工程が煩雑で、コストが増大する。
【０００７】
そこで、本考案は、管状部品の端面における加熱温度のバラツキを簡易な工夫で抑制したセラミックヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本考案者は、図３に図示するセラミックヒータを用いて樹脂製管状部品の端面を熱溶融して溶着することを検討した。図３は従来のセラミックヒータの正面斜視図であり、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸である。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸はそれぞれセラミックヒータの長さ方向、厚み方向及び高さ方向に対応している。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の定義は他の図面においても同様である。
【０００９】
図３を参照して、セラミックヒータ１００は板状に形成された本体部１０１、第１の電極部１０２及び第２の電極部１０３を含む。第１の電極部１０２及び第２の電極部１０３の高さ方向における中心は、本体部１０１の中心と略同じ高さに位置する。つまり、矢印Ｚ方向における本体部１０１の寸法をｈとしたとき、第１の電極部１０２及び第２の電極部１０３は本体部１０１の上端（本体部１０１の下端）からｈ／２だけ離隔した位置に配設されている。
【００１０】
この従来のセラミックヒータ１００を用いて樹脂製管状部品の端面を加熱したところ、端面における加熱温度のバラツキが大きく、溶着不良が生じた。本明細書における溶着不良とは、溶着部の接合強度が低いことを意味する。そこで、本考案者は、セラミックヒータ１００の温度分布を調べたところ、水平配置されたセラミックヒータ１００の温度分布と、垂直配置されたセラミックヒータ１００の温度分布との間に違いがあることを発見した。ここで、水平配置とは、セラミックヒータ１００の厚み方向が上下方向となる向きにセラミックヒータ１００を設置することである。垂直配置とは、セラミックヒータ１００の厚み方向が水平方向となる向きにセラミックヒータ１００を設置することである。管状部品の継手装置では、一般的にセラミックヒータ１００が垂直配置される。
【００１１】
セラミックヒータ１００を水平配置した場合には、平面方向における中央が最も高温になり、そこから放射状に順次温度が低くなることがわかった。
【００１２】
一方、セラミックヒータ１００を垂直配置した場合には、最高温度部が中央から上側にシフトして、上下の温度差が大きくなることがわかった。つまり、樹脂製管状部品の端面のうちより上側の領域は加熱温度が高くなり、より下側の領域は加熱温度が低くなるため、溶着不良が生じることを発見した。
【００１３】
本考案者は、上記課題を鋭意検討し、従来よりも電極の配設位置を下げることで、セラミックヒータにおける上下の温度差を縮小して、溶着不良を抑制できることを知見した。すなわち、本願考案は（１）互いに水平方向において対向する一対の熱融着可能な樹脂製管状部品の対向端面を熱溶融させた後に突き合わせて溶着する溶着継手装置に用いられ、前記一対の対向端面の間に配置されるとともに、遠赤外線による非接触加熱により前記一対の対向端面を熱溶融させるセラミックヒータであって、板状に形成されたヒータ本体と、前記ヒータ本体の厚み方向視において、前記ヒータ本体の一方の側端部に配置される第１の電極と、他方の側端部に配置される第２の電極と、を有し、前記第１の電極及び前記第２の電極の高さ方向における中央部に対応した電極中央部は、前記ヒータ本体の高さ方向における中央部に対応したヒータ中央部よりも前記ヒータ本体の下端側に位置しており、前記ヒータ本体の高さ方向における長さをｈ、前記ヒータ本体の上面から前記電極中央部までの長さをｔ、前記第１の電極及び前記第２の電極の高さ方向における長さをｗとしたとき、０．５ｈ≦ｗ≦０．７ｈ及び／又は４／７ｈ≦ｔ≦５／７ｈなる条件式を満足することを特徴とする。
【００１４】
（２）上記（１）に記載のセラミックヒータにおいて、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記ヒータ本体の高さ方向における位置が同じであってもよい。
【００１５】
（３）上記（１）又は（２）に記載のセラミックヒータにおいて、前記ヒータ本体は、ヒータ素子材質としてアルミノケイ酸塩を主要成分とする絶縁性材料に対し、ＳｉまたはＦｅＳｉからなる導電性粉末を含有するセラミック質から構成することができる。
【考案の効果】
【００１６】
本考案によれば、０．５ｈ≦ｗ≦０．７ｈ及び／又は４／７ｈ≦ｔ≦５／７ｈなる条件式を満足するように、電極の配設位置を下げることで、セラミックヒータにおける上下の温度差を縮小することができる。これにより、管状部品の端面における溶着不良が抑制され、接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】セラミックヒータの正面斜視図である。
【図２】溶着継手装置に用いられるセラミックヒータの配置を模式的に示す模式図である。
【図３】従来の板状セラミックヒータの正面斜視図である。
【考案を実施するための形態】
【００１８】
図１は本考案の一実施形態であるセラミックヒータの正面斜視図である。図２は、溶着継手装置に用いられるセラミックヒータの配置を模式的に示す模式図である。
【００１９】
これらの図を参照して、セラミックヒータ１０は、ヒータ本体１１、第１の電極１２及び第２の電極１３を含む。ヒータ本体１１は板状に形成されており、ヒータ素子材質としてアルミノケイ酸塩を主要成分とする絶縁性材料に対し、ＳｉまたはＦｅＳｉからなる導電性粉末を含有するセラミック質を用いることができる。１１Ａ，１１Ｂは、ヒータ本体１１の厚み方向における両端面であり、セラミックヒータ１０の発熱面となる主面を構成している。主面１１Ａは、水平方向（Ｙ軸方向）において一方の管状部材２０と向き合っている。主面１１Ｂは、水平方向（Ｙ軸方向）において他方の管状部材３０と向き合っている。
【００２０】
Ｃ１はヒータ本体１１の高さ方向（Ｚ軸方向）における中央部を示す仮想的なヒータ中央面であり、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面方向に延在している。このヒータ中央面Ｃ１上に軸部が重なるように管状部材２０，３０は設置されており、管状部材２０の開口端面２０Ａ（対向端面に相当する）及び管状部材３０の開口端面３０Ａ（対向端面に相当する）は互いに水平方向（Ｙ軸方向）において対向する位置に配置されている。
【００２１】
管状部材２０，３０とセラミックヒータ１０との間には隙間が形成されており、この隙間は例えば１ｍｍ〜１０ｍｍに設定することができる。隙間が小さくなりすぎると、加熱時の管状部材２０，３０の膨張によりその端面がセラミックヒータ１０に接触するおそれがある。隙間が大きくなりすぎると、セラミックヒータ１０による加熱温度が不十分になるおそれがある。
【００２２】
管状部材２０，３０には、ポリフロロアルコキシ，ポリビニリデンフルオロライド等のフッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテルエーテルケトンなどのスーパーエンジニアリングプラスチックを用いることができる。
【００２３】
Ｃ２は第１の電極１２及び第２の電極１３の高さ方向における中央部を示す仮想的な電極中央面であり、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面方向に延在している。第１の電極１２は、ヒータ本体１１の左側面（側端部に相当する）１１Ｃ側に設けられており、高さ方向（Ｚ軸方向）における寸法がヒータ本体１１のそれよりも小さく設定されている。第１の電極１２はヒータ本体１１の一部をブラスト処理した後に穴あけ加工し、ここにアルミニウムを溶射することによって形成されている。そして、この溶射皮膜とアルミニウム板（不図示）とでリード線（不図示）を挟持し、アルミニウム板をボルト止めすることでヒータ端子が形成される。
【００２４】
第２の電極１３は、ヒータ本体１１の右側面（側端部に相当する）１１Ｄ側に設けられており、高さ方向（Ｚ軸方向）における寸法が第１の電極１２と略同様に設定されている。第２の電極１３の形成方法は、第１の電極１２と基本的には同様であるから、詳細な説明を省略する。なお、第１の電極１２及び第２の電極１３には、図示しない電源から交流電力が供給される。
【００２５】
電極中央面Ｃ２は、ヒータ中央面Ｃ１よりも下側に位置する。つまり、第１の電極１２及び第２の電極１３は、ヒータ中央面Ｃ１を基準として、ヒータ本体１１のより下面１１Ｆ側に位置する。上述の構成によれば、ヒータ中央面Ｃ１よりも下側に電極中央面Ｃ２を配置することで、セラミックヒータ１０の主面１１Ａ，１１Ｂにおける温度分布の偏りを抑制できる。
【００２６】
ここで、ヒータ本体１１の高さ方向（Ｚ軸方向）における寸法をｈ（以下、ヒータ高さｈと称する）、第１の電極１２，第２の電極１３の高さ方向（Ｚ軸方向）における寸法をｗ（以下、電極幅ｗと称する）、ヒータ本体１１の上面１１Ｅから電極中央面Ｃ２までの距離をｔとしたとき、以下の条件式（１）及び（２）のうち少なくとも一方を満足する必要がある。
０．５ｈ≦ｗ≦０．７ｈ・・・・・・・（１）
４／７ｈ≦ｔ≦５／７ｈ・・・・・・・（２）
【００２７】
電極幅ｗが０．５ｈ未満になると、ヒータ本体１１の全体に電流が流れにくくなり、温度分布の偏りを抑制する効果が低下する。電極幅ｗが０．７ｈを超えると、ヒータ中央面Ｃ１よりも下側に電極中央面Ｃ２を配設することによる効果（温度分布の偏りを抑制する効果）が低下する。
【００２８】
距離ｔが３．５／７ｈ以下になると、ヒータ中央面Ｃ１及び電極中央面Ｃ２が同一平面に配設（つまり、図３に図示する構成となる）、或いはヒータ中央面Ｃ１よりも上側に電極中央面Ｃ２が配設されるため、最高温度部がヒータ中央面Ｃ１の上側となり、温度分布の偏りが大きくなる。距離ｔが３．５／７ｈ超、かつ、４／７ｈ未満になると、ヒータ中央面Ｃ１及び電極中央面Ｃ２が近接しているため、温度分布の偏りを十分に抑制することできない。距離ｔが５／７ｈを超過すると、十分な電極幅ｗを確保できないため、ヒータ本体１１の全体に電流が流れにくくなり、温度分布に偏りが生じるおそれがある。
【００２９】
次に、セラミックヒータ１０の使用方法について説明する。初期状態において、一対の管状部材２０,３０は図２に示す対向位置に位置決めされているものとする。また、セラミックヒータ１０は図示しない移動装置に搭載されており、この移動装置は管状部材２０，３０の下方に設置されているものとする。
【００３０】
最初に移動装置を駆動することにより、セラミックヒータ１０を一対の管状部材２０，３０の間に形成された隙間に向かって上動させ、ヒータ中央面Ｃ１及び一対の管状部材２０，３０の軸部が重なる位置（言い換えると、加熱位置）に位置決めする。次に、第１の電極１２及び第２の電極１３を介してセラミックヒータ１０に電力を供給することにより、セラミックヒータ１０による加熱動作を開始させる。これにより、セラミックヒータ１０の主面１１Ａ及び主面１１Ｂのそれぞれから管状部材２０の開口端面２０Ａ及び管状部材３０の開口端面３０Ａに向かって遠赤外線が照射される。
【００３１】
遠赤外線が照射されると、管状部材２０（管状部材３０）の開口端面２０Ａ（開口端面３０Ａ）は徐々に温度上昇して、溶融温度に到達する。溶融深さが所定量に達すると、セラミックヒータ１０に対する電力供給を断ち加熱動作を停止させるとともに、移動装置を駆動してセラミックヒータ１０を加熱位置から退避させる。
【００３２】
最後に、管状部材２０及び管状部材３０を互いに接近させて、溶融状態にある開口端面２０Ａ及び開口端面３０Ａを密着させるとともに、この密着状態を保ちながら管状部材２０及び管状部材３０を自然冷却する。これにより、管状部材２０の開口端面２０Ａ及び管状部材３０の開口端面３０Ａを溶着することができる。
【００３３】
ここで、上述したように、第１の電極１２及び第２の電極１３は電極中央面Ｃ２がヒータ中央面Ｃ１よりも下側となる位置に配設されているため、ほぼ均一な温度で開口端面２０Ａ（開口端面３０Ａ）を加熱することができる。したがって、ほぼ等しい溶融深さで開口端面２０Ａ（開口端面３０Ａ）を溶融状態とすることができ、溶着部分の気泡（ボイド）を飛躍的に減少させることができる。その結果、溶着不良を起こりにくくすることができる。より具体的には、溶着部の接合強度を管状部材２０（管状部材３０）の本体部分よりも高めることができる。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、電極の配置位置を変更するだけで、管状部材２０（管状部材３０）の開口端面２０Ａ（開口端面３０Ａ）をほぼ均一に加熱できるため、簡易な方法で管状部材２０及び管状部材３０の接合強度を高めることができる。
【００３５】
（実施例）
次に、実施例を示して、本考案についてより具体的に説明する。アルミノケイ酸塩７５重量部とシリコン２５重量部を添加水とともに混錬して、幅５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ８０ｍｍの成形物を成形し、この成形物を約１２６０℃の温度で焼成することによりヒータ本体（図１のヒータ本体１１に対応する）を製造した。そして、電極幅（図１の電極幅ｗに対応する）、電極の高さ方向における位置（図１の距離ｔに相当する）が異なる複数のセラミックヒータ（図１のセラミックヒータ１０に対応する）を製造して、それぞれを溶着継手装置に搭載して一対の管状部材の開口端面を加熱，溶着した後に、接合部の接合強度を引張り試験により評価した。具体的には、図２に図示するように、セラミックヒータを垂直配置して、４５Ｖの交流電圧を印加することによって一対の管状部材の開口端面を遠赤外線による非接触加熱により加熱した。管状部材には、フッ素樹脂（ＰＦＡ）を使用した。管状部材の外径は３８ｍｍ、内径は３５ｍｍとした。
【００３６】
管状部材の接合部以外における本体部分の引張強さを１００％とし、本体部分で破断した場合には、接合部の相対的な引張強さが１００％超であるため「ｇｏｏｄ」で評価し、接合部で破断した場合には、接合部の相対的な引張強さが１００％未満であるため「ｐｏｏｒ」で評価した。
【００３７】
【表１】
0003199959.tif 000003
実施例１乃至６は、ヒータ中央面（図１のヒータ中央面Ｃ１に対応）よりも下側に電極中央面（図１の電極中央面Ｃ２に対応）が配置されており、条件式(１)及び（２）のうち少なくとも一方を満足しているため、評価は「ｇｏｏｄ」となった。    
【００３８】
比較例１は、条件式（１）は満足するものの、ヒータ中央面よりも上側に電極中央面が配置されているため、評価は「ｐｏｏｒ」となった。比較例２は、条件式（１）は満足するものの、ヒータ中央面及び電極中央面が同一高さとなるため、評価は「ｐｏｏｒ」となった。
【００３９】
以上の試験結果から、ヒータ中央面Ｃ１よりも下側に電極中央面Ｃ２が配置されるように第１の電極１２及び第２の電極１３を配設するとともに、条件式(１)及び（２）のうち少なくとも一方を満足させることで、セラミックヒータ１０の主面１１Ａ，１１Ｂにおける温度分布の偏りを抑制できることがわかった。
【符号の説明】
【００４０】
１０  セラミックヒータ
１１  ヒータ本体
１１Ａ，１１Ｂ  主面
１１Ｃ  左側面
１１Ｄ  右側面
１１Ｅ  上面
１１Ｆ  下面
１２  第１の電極
１３  第２の電極
２０，３０  管状部材
２０Ａ，３０Ａ  開口端面
Ｃ１  ヒータ中央面
Ｃ２  電極中央面
【図１】
0003199959.tif 000004
【図２】
0003199959.tif 000005
【図３】
0003199959.tif 000006