(57)【要約】【課題】所望の溶着強度を得ることができ溶着部からの漏れがない熱溶着された熱可塑性合成樹脂製継手を提供する。【解決手段】  胴部の端部側に形成されたこの胴部よりも径が大きいフランジと、このフランジより端部に形成され、このフランジより径が小さい雄側接続筒部と、この雄側接続筒部の前記フランジの根元側に形成されこの雄側接続筒部より径が小さくなるよう周方向に形成された根元部径方向凹部とを有する熱可塑性合成樹脂製雄側流体継手と、胴部の端部に形成されこの胴部よりも径が大きいフランジと、内径が前記雄側接続筒部の外径より大きい雌側管内接続部とを有する熱可塑性合成樹脂製雌側流体継手と、前記雌側管内接続部に前記雄側接続筒部が嵌合した状態で、前記雄側流体継手のフランジと前記雌側流体継手のフランジ同士が熱溶着されており、前記根元部径方向凹部に前記雌側流体継手の樹脂の一部が入り込んだ継手。【選択図】図８
2018031445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴部の端部側に形成されたこの胴部よりも径が大きいフランジと、このフランジより端部に形成され、このフランジより径が小さい雄側接続筒部と、この雄側接続筒部の前記フランジの根元側に形成されこの雄側接続筒部より径が小さくなるよう周方向に形成された根元部径方向凹部とを有する熱可塑性合成樹脂製雄側流体継手と、胴部の端部に形成されこの胴部よりも径が大きいフランジと、内径が前記雄側接続筒部の外径より大きい雌側管内接続部とを有する熱可塑性合成樹脂製雌側流体継手と、前記雌側管内接続部に前記雄側接続筒部が嵌合した状態で、前記雄側流体継手のフランジと前記雌側流体継手のフランジ同士が熱溶着されており、前記根元部径方向凹部に前記雌側流体継手の樹脂の一部が入り込んだ継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂製接続配管（継手）に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面ビードの発生を防ぐようにした熱可塑性合成樹脂製配管同士を溶着した接続配管継手は、例えば、特許文献１に提案されている。特許文献１には、繋ぎ合わせる１対の樹脂成形品の管状端を加熱手段で溶融するまで加熱し、これら管状端同士を押し付け圧接させて溶融接合させ、この接合状態を一定時間加圧保持し、押し付け方向とは逆方向に引き伸ばすことで、管内面に発生した内面ビードを滑らかな状態に減少させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１６８５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された溶着方法においては、樹脂成形品の管状端を加熱手段で溶融するまで加熱し、管状端同士を押し付け圧接させて溶融接合させるのであるが、押し付け方向に一定時間の加圧保持するため接合部の管内周方向に溶融樹脂がはみ出して溶融ビードとして盛り上がることや、配管継手同士の接続部に食い違いが生じ変形による接合溶着断面積が減少し強度が低下および内部にボイド（気泡）が発生し易いという問題がある。
さらに、合成樹脂製配管同士の溶融樹脂がはみ出して溶融ビードとして盛り上がった接合部を滑らかに減少させるため場合、引き伸ばし工程において、熱源ヒータおよび周辺部材等の温調、部材端部のみ加熱による溶融方法、加圧保持方法、冷却方法等の管理すべき条件が多く、温度環境作りを対応することが難しく、溶着断面積の減少や溶融部肉厚が減少するため適切な強度を保持することが難しいという問題も有している。
【０００５】
したがって、このような接続配管継手は、安価な合成樹脂製配管部材で、管理すべき条件が少ない溶着方法で、更に組み立てが簡単であることが求められている。
【０００６】
本発明の目的は、所望の溶着強度を得ることができ溶着部からの漏れがない熱溶着された熱可塑性合成樹脂製継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、胴部の端部側に形成されたこの胴部よりも径が大きいフランジと、このフランジより端部に形成され、このフランジより径が小さい雄側接続筒部と、この雄側接続筒部の前記フランジの根元側に形成されこの雄側接続筒部より径が小さくなるよう周方向に形成された根元部径方向凹部とを有する熱可塑性合成樹脂製雄側流体継手と、胴部の端部に形成されこの胴部よりも径が大きいフランジと、内径が前記雄側接続筒部の外径より大きい雌側管内接続部とを有する熱可塑性合成樹脂製雌側流体継手と、前記雌側管内接続部に前記雄側接続筒部が嵌合した状態で、前記雄側流体継手のフランジと前記雌側流体継手のフランジ同士が熱溶着されており、前記根元部径方向凹部に前記雌側流体継手の樹脂の一部が入り込んだ継手とすることにより達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所望の溶着強度を得ることができ溶着部からの漏れがない熱溶着された熱可塑性合成樹脂製継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１実施例であるＬ型雄側流体継手を示す斜視図。
【図２】本発明の１実施例であるＴ形雌側流体継手を示す斜視図。
【図３】本発明の１実施例であるＬ型雄側流体継手とＴ形雌側流体継手とを溶着して形成した継手を示す正面図。
【図４】溶着する前のＬ型雄側流体継手とＴ形雌側流体継手の正面図。
【図５】溶着していない状態でＬ型雄側流体継手とＴ形雌側流体継手とを組み合わせた図。
【図６】図５に示すＡ−Ａ矢視断面図。
【図７】Ｌ型雄側流体継手とＴ形雌側流体継手とを組み合わせる前の断面図。
【図８】溶着後のＬ型雄側流体継手とＴ形雌側流体継手の断面図。
【図９】熱溶着装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】
例えば、冷凍サイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置においては、貯湯容器に蓄えられる高温水を熱媒体として、被熱交換媒体となる水道水を加熱し、水道水が加熱されて生成される温水を利用者に給湯する。このようなヒートポンプ式給湯装置は、水道水と温水が熱交換して水道水を加熱する給湯熱交換器や貯湯容器等を循環するため配管流路は、曲がり部や分岐部が数多く使用されており、これらの流路は複数の接続配管継手（以降、流体継手、接続配管ともいう）によって構成されている。
【００１２】
図３に曲がり部を有する流体継ぎ手と分岐部を有する流体継ぎ手とを組合わせ、曲がり部と分岐部との両方を備えた流体継手３を示す。この曲がり部を有する流体継手を図１に示す。図１に示した曲がり部を有する流体継ぎ手は、Ｌ形雄側流体継手（雄側接続配管）１である。このＬ形雄側流体継手１は、熱可塑性合成樹脂で形成されている。具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）製でその融点は２９０度である。
【００１３】
Ｌ形雄側流体継手１は、屈曲部を有し直線部が筒状の雄側胴部１４の一端に、雄側胴部１４の外径よりやや大きい外径の筒状のファスナー受部１３が形成されている。このファスナー受部１３の端部側に隣接して筒状の雄側フランジ１２が形成されている。この雄側フランジ１２の外径は、ファスナー受部１３の外径よりも大きく、軸方向の幅はファスナー受部１３よりも薄く形成されている。さらに、雄側フランジ１２のファスナー受部１３の反対側には、外径が雄側胴部１４と同じ径の雄側接続筒部１０が形成されている。この雄側接続筒部１０の雄側フランジ１２の根元部に雄側接続筒部１０の外径よりも小さい径の溝である根元部径方向凹部１１が周方向に形成されている。なお、１５はフランジ接合面であるが、詳細は後述する。
【００１４】
ファスナー受部１３は、図示しないファスナーによって接続配管同士を接続するための部分であるが、本実施形態では、このファスナー受部１３を使用しないので、特になくてもよい。
【００１５】
また、Ｌ形雄側流体継手１の反対側の端部は、上記説明した雄側フランジ１２、雄側接続筒部１０及び根元部径方向凹部１１が形成されていてもいいが、他の方法により接続するための形状であってもよい。
【００１６】
図２には分岐部を有する継手であるＴ形雌側流体継手（雌側接続配管）２を示す。このＴ形雌側流体継手２は、Ｌ形雄側流体継手１と同様、熱可塑性合成樹脂であるＰＰＳで形成されている。
なお、上記実施例では、Ｌ形雄側流体継手１及びＴ形雌側流体継手２をＰＰＳで形成しているが、これに限らず、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン）融点１００から１２５度、ＰＣ（ポリカーボネート）融点１５０度、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）融点１８１度、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）融点９０から１０５度、ＰＰ（ポリピレン）融点１６８度、若しくはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）融点２３２から２６７度を使用してもよい。
【００１７】
Ｔ形雌側流体継手２は、直線状の雌側胴部２４の両端に他の継手と接続するための接続部が形成され、雌側胴部２４の外周に分岐部及びその端部に接続部が形成されている。
【００１８】
雌側胴部２４の一端側には、雌側胴部２４の外径が大きい筒状のファスナー受部２３が形成され、このファスナー受部２３の端部には外径がファスナー受部２３よりも大きい雌側フランジ２２が形成されている。この雌側フランジ２２は、円筒形状でその軸方向の幅は、ファスナー受部２３の幅よりも狭くなっている。このファスナー受部２３及び雌側フランジ２２の内壁面には、雌側胴部２４の内径よりも大きく、かつ雄側接続筒部１０の外径よりもやや大きな内径を有する雌側管内接続部２１が形成されている。なお、２５はフランジ接合面であるが、詳細は後述する。
【００１９】
前記Ｌ形雄側流体継手１と同様、ファスナー受部２３はあってもなくてもよい。また、他の端部の構造は、上記説明した構造であっても、異なる構造であってもよい。異なる構造の一例を図４を用いて簡単に説明する。
【００２０】
図４に示したＴ形雌側流体継手２の一端側の雄側接続配管フランジより先端に設けられた円筒形接続部分に形成されたＯリング挿入溝２６に図示しないＯリングを嵌めこみ、図示しない接続先の他の継手の雌側管内接続部に円筒形接続部分を挿入して、フランジ全周にわたって、図示しないクイックファスナ部材にて保持する。
【００２１】
ところが、着脱可能な滑動構造で取り付けられているため、若干隙間があることから接続封止面への微小なゴミの噛込みや接続封止面の成形表面粗さの影響によって、水漏れ等の不具合が発生する恐れがある構造である。また、複雑な混合管や分岐管は、ＴＩＧ溶接、ろう付けによってステンレス鋼管や銅管等を接続配管継手として組み合わせて、接合しているため、材料単価に加えて組み立てが面倒であり、これによって製造単価が高くなるという課題も有していた。
【００２２】
次に、図４に示すように、Ｌ形雄側流体継手１のフランジ接合面１５とＴ形雌側流体継手２のフランジ接合面２５とを対向させて、雄側接続筒部１０を雌側管内接続部２１に嵌め込むことで、図３に示す流体継手３とする。この際、両方のフランジ接合面１５および２５が面接触するように差し込む。この状態では、両者に何ら手を加えていないので、両者は簡単に離間してしまう。
【００２３】
図５は、図１に示す流体継手３をＴ形雌側流体継手２の管軸を中心に時計回りに９０度回転させた図である。このＡ−Ａ断面を示した図が図６である。なお、図１に示した流体継手３は、Ｌ形雄側流体継手１とＴ形雌側流体継手２とが接着された状態を示しているが、図５は未接着状態である。
【００２４】
図６の断面図を参照すると、雄側フランジ１２とこれとほぼ同径の雌側フランジ２２の接合面同士が面接触していることが分かる。そして、雌側フランジ２２の径方向内側にＬ形雄側流体継手１の根元部径方向凹部１１が空間として存在していることが分かる。また、根元部径方向凹部１１を含む雄側接続筒部１０の軸方向の長さは、雌側管内接続部２１の軸方向長さよりもやや短く形成されているため、軸方向隙間３０が現れていることが分かる。
【００２５】
次に、Ｌ形雄側流体継手１とＴ形雌側流体継手２とを接着する方法について説明する。
【００２６】
図７において、Ｌ形雄側流体継手１の雄側フランジ１２のフランジ接合面１５及びとＴ形雌側流体継手２の雌側フランジ２２のフランジ接合面２５に熱を加えて溶融させた後、フランジ接合面１５、２５が密着するようにＬ形雄側流体継手１とＴ形雌側流体継手２を嵌合させ、さらにフランジ接合面１５、２５に圧力が加わるようＬ形雄側流体継手１とＴ形雌側流体継手２同士を押し付ける（一方を静止させて他方を一方に押し付けてもよい）。
【００２７】
このような過程を経てＬ形雄側流体継手１とＴ形雌側流体継手２とが熱溶着された断面図を図８に示す。押し付け方向に一定時間加圧保持した結果、図６で説明した根元部径方向凹部１１に管内周方向にはみ出した溶融樹脂が流れ込み、根元部径方向凹部１１が埋まり溶出嵌合部３２が形成される。この根元部径方向凹部１１に流れ込んだ樹脂は、主に雌側フランジ２２の内面の樹脂であると考えられる。
【００２８】
また、フランジ接合面１５、２５同士が接着され溶着面３１が形成される。
【００２９】
これら、溶出嵌合部３２と溶着面３１の効果について説明する。溶出嵌合部３２はＴ形雌側流体継手２の樹脂がＬ形雄側流体継手１の根元部径方向凹部１１に流れ込んで形成されているので、冷却されて固化すると溶出嵌合部３２は、Ｔ形雌側流体継手２の雌側フランジ２２の内面の周方向全周に渡って形成された爪状のものとなる。この内面全周に渡って形成された爪状の溶出嵌合部３２が、Ｌ形雄側流体継手１の根元部径方向凹部１１に食い込むため、Ｌ形雄側流体継手１及びＴ形雌側流体継手２を引っ張る方向の強度である引っ張り強度が増すことになる。
【００３０】
一方、溶着面３１は、フランジ接合面１５、２５の面同士が溶着により接着しているため、例えば、継手３を給湯機の配管に用いる場合、管内部を流体として水またはお湯が流れるが、溶出嵌合部３２を超えて漏れだそうとしても、溶着面３１は面接着しているため内部の流体の漏れが防止される。流体が気体の場合も同様である。
【００３１】
さらに、従来技術で示した接合部の配管内面に発生するビードが発生しないため、換言すると、従来のビードを溶出嵌合部３２として利用しているため、給湯機の配管として使用したとき、配管内のビードによって発生する液だまりや気泡発生が抑制される。
【００３２】
次に、この溶着を実現する熱溶着装置について図９を用いて説明する。紙面向かって左側がＬ形雄側流体継手１であり、右側がＴ形雌側流体継手２である。これらをそれぞれ紙面左右方向に移動可能なワーククランプ５４、５３に固定する。また、加熱板５０は、両者のフランジ接合面１５、２５を溶融させるためのもので、Ｌ形雄側流体継手１の雄側接続筒部１０を逃げるための逃げ穴５５が設けられ、内部にヒータ５１、５２を備えている。ヒータ５１、５２は、加熱板５０からの熱放出によりフランジ接合面１５、２５を所定時間で溶融させる熱量を有する。
【００３３】
ワーククランプ５３、５４が互いに離間した位置で両継手を掴み、予め所定の温度に熱せられた加熱板５０を図９の位置に移動させ、ワーククランプ５３、５４を図９に示す位置まで移動させて加熱を開始する。加熱は加熱板５０とは非接触で行われる。予め決められた所定の時間加熱するとフランジ接合面１５、２５が溶融し、図示するように、溶融樹脂部１２０、２２０が形成される。次にワーククランプ５３、５４を離間させて、加熱板５０を退避させ、ワーククランプ５３、５４を溶融樹脂部１２０、２２０同士が接するまで接近させる。さらに、ワーククランプ５３、５４を押し付け方向の予め決められた押し込み量で予め決められた時間加圧する。この加圧により、前述したように、溶着面３１及び溶出嵌合部３２が形成される。その後、ワーククランプ５３、５４から継手３となったＬ形雄側流体継手１及びＴ形雌側流体継手２を取り外して完成である。
【００３４】
溶融樹脂部１２０、２２０同士を加圧することにより溶融した溶融樹脂が根元部径方向凹部１１に流れ込み、溶出嵌合部３２が形成されるが，溶融樹脂と溝の大きさとの関係が、破壊強度（流体継手を塞ぎ水圧をかけて破壊した時の圧力）に関係することが実験によって確認された。
【００３５】
溶融樹脂部１２０、２２０からの樹脂が根元部径方向凹部１１に流れ込む量で破壊強度が決まる。根元部径方向凹部１１の管軸方向の溝の幅ではなく、溝の深さ方向に溶融樹脂が溝底まで入り込むことで破壊強度が出ると考えられる。本来、根元部径方向凹部１１（溝）の容積で算出すればよいのであるが、この溝の壁の面積（これに溝の管軸方向の長さを掛け算することで溝の容積が算出される）を代表させ、雄側接続筒部１０を径方向に切ったときの樹脂部の断面積に対する割合と破壊強度の関係を実験によって算出した。
【００３６】
実験によると、雄側接続筒部１０を径方向に切ったときの樹脂部の断面積に対する溝の壁の断面積の割合が、１５％から５０％、好ましくは１５％から４５％の範囲で、少なくとも給湯機で用いる水圧に対して十分裕度のある破壊強度を良好に得ることができることが分かった。
【００３７】
これは、根元部径方向凹部１１（溝）が深すぎる、すなわち、前記割合が５０％より大きいと溶融樹脂が溝の最深部まで到達しにくくなりボイドのような空間が発生してしまうためで、反対に溝が浅すぎると溶出嵌合部３２の樹脂量が少なくなるためと考えられる。
【００３８】
以上説明した実施例では、Ｌ形流体継手に雄側の接合部（雄側フランジ１２、根元部径方向凹部１１、雄側接続筒部１０）を設けることでＬ形雄側流体継手１を構成し、Ｔ形流体継手に雌側の接合部（雌側フランジ２２、雌側管内接続部２１）を設けることでＴ形雌側流体継手２を構成したが、流体継手としてＬ形、Ｔ形にこだわる必要がなく、如何なる流体継手であっても本実施例を適用することができる。
【００３９】
また、根元部径方向凹部１１をフランジ接合面１５に接するように設けているが、フランジ接合面１５から距離を置いて設けてもよい。この場合、雌側フランジ２２の内面から溶融した溶融樹脂の流れ込みが多少悪くなる。さらに、根元部径方向凹部１１を雄側接続筒部１０の全周に渡って設けたが、全周でなくてもよく、周方向に数ヶ所雄側接続筒部１０と同じ径の部分があってもよい。
【００４０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１…Ｌ形雄側流体継手（雄側接続配管）、２…Ｔ形雌側流体継手（雌側接続配管）、３…継手、１０…雄側接続筒部、１１…根元部径方向凹部、１２…雄側フランジ、１５…フランジ接合面、２１…雌側管内接続部、２２…雌側フランジ、２５…フランジ接合面、３１…溶着面、３２…溶出嵌合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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