JP2017044338A

JP2017044338A - 樹脂管、樹脂管の製造方法、及び配管構造

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Publication number: JP2017044338A
Application number: JP2016155676A
Authority: JP
Inventors: 高橋　薫; Kaoru Takahashi; 薫高橋
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2036-08-08
Also published as: TW201713493A; CN106481902A; TWI639504B; CN106481902B; JP6799963B2

Abstract

【課題】耐久性が向上された樹脂管、耐久性が向上された樹脂管を得ることができる樹脂管の製造方法、及び、耐久性が向上された配管構造を提供する。【解決手段】本発明の樹脂管は、可撓性のある樹脂製の管１０であって、外力が作用していない初期状態において、湾曲した管の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ１側の外周面部分の曲率半径Ｒ１が、７５０ｍｍ以上であり、初期状態から、初期状態での管の湾曲の向きとは逆向きに湾曲し、かつ、中心軸線に対して曲率中心Ｃ２側の外周面部分の曲率半径Ｒ２が管について予め定められた最小曲げ半径であるような、曲げ状態へと、管を曲げたとき、初期状態での中心軸線に対して曲率中心Ｃ１側に位置していた内周面部分２０の歪みが、８．５％以下となる。【選択図】図１

Description

この発明は、ポリブテンや架橋ポリエチレン等からなる、可撓性のある樹脂管、該樹脂管の製造方法、及び、該樹脂管を用いた配管構造に関するものである。

近年、ポリブテンや架橋ポリエチレン等からなる可撓性樹脂管は、可撓性の無い金属管や塩化ビニル管等とは異なり、数十ｍ（メートル）オーダーの長さにわたって円環状に巻かれて梱包された状態で、保管や搬送ができ、また、施工現場で使用される際には、所望の長さに切断して所望の方向に曲げながら配管できる等の利点があることから、建築物の給水又は給湯用の配管構造に多く使用されている（例えば、特許文献１）。

特開2001-65008号公報

しかしながら、上述したような可撓性樹脂管においては、急な角度で（ひいては小さな曲率半径で）曲げられた状態で配管された場合に、長期間の使用後に、その曲げられた部分で管の内周面にクラックが生じ易くなり、クラックが生じた場合には、クラックが管の周壁を貫通して、漏水の発生に至るおそれがあった。このクラック発生のメカニズムについて、図４を参照しながら詳しく説明する。

図４（ａ）は、配管される前の、外力が作用していない初期状態における可撓性樹脂管（以下、単に「管」という。）１００を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の管１００を、急な角度で曲げて配管された状態で示している。図４（ｂ）に示すように、管１００の中心軸線Ｏに沿う断面で観たときに、配管された管１００における、曲げられた部分では、管１００の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ側の周壁部分に、圧縮方向の応力負荷が掛かるとともに、中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃとは反対側の周壁部分に、引張方向の応力負荷が掛かる。一方、一般的に、管１００を構成する樹脂には、樹脂の酸化による劣化を抑制するために、酸化防止剤が添加されているが、その酸化防止剤は、管１００の内周側から搬送流体中に流出する。また、一般的に、水道水には、消毒のために塩素が含まれているが、塩素は、樹脂の酸化による劣化を促進する作用がある。このように、管１００を構成する樹脂内の酸化防止剤が徐々に減少することや、管１００が常に管１００内の水に含まれる塩素に晒されること等に起因して、時間の経過とともに、管１００は、内周側から徐々に劣化していく。管１００の内周側の劣化がある程度進行すると、引張方向の応力負荷が常に掛かっている、中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃとは反対側の内周面部分に、略円周方向に沿うクラック１０１が発生し易いこととなる。

ところで、図４（ａ）の例のように、従来の管１００は、施工現場で使用される際に、梱包材から出された状態（配管される前の、外力が作用していない初期状態）では、一定の向きに４００ｍｍ程度の曲率半径をもって湾曲するような、いわゆる巻き癖が付いているものである。このような巻き癖は、管１００の製造時において、樹脂の押出成形によって管状に成形された後に、巻き取られた状態で硬化される間に管１００に付与されるものである。そして、図４の例のように、管１００が、初期状態での管１００の湾曲の向き（巻き癖の向き）とは逆向きに曲げられて配管される場合、仮に初期状態での管１００の湾曲の向きと同じ向きに曲げられて配管される場合に比べて、管１００に作用する応力負荷がより大きくなることから、クラックがより発生し易くなる。
クラックの発生をなるべく抑制するためには、施工現場で、管１００の初期状態での湾曲の向きとは逆向きに曲げた状態で管１００を配管しないことが理想的ではあるが、例えば、壁又は躯体に貫通させた後に給湯器の下に接続する場合、逆向きに曲げた状態で配管される頻度が高い。また、建物内の水廻り器具を配置する位置や管の配設レイアウト等の自由度を制限することとなり、現実的には難しい。

このように、従来の可撓性樹脂管に対しては、耐久性の向上が求められていた。

この発明は、上述した課題を解決するためのものであり、耐久性が向上された樹脂管、耐久性が向上された樹脂管を得ることができる樹脂管の製造方法、及び、耐久性が向上された配管構造を提供することを目的とするものである。

本発明の樹脂管は、可撓性のある樹脂製の管であって、外力が作用していない初期状態において、湾曲した管の中心軸線に対して曲率中心Ｃ１側の外周面部分の曲率半径Ｒ１が、７５０ｍｍ以上であり、前記初期状態から、前記初期状態での管の湾曲の向きとは逆向きに湾曲し、かつ、前記中心軸線に対して曲率中心Ｃ２側の外周面部分の曲率半径Ｒ２が管について予め定められた最小曲げ半径であるような、曲げ状態へと、管を曲げたとき、前記初期状態での前記中心軸線に対して曲率中心Ｃ１側に位置していた内周面部分の歪みが、８．５％以下となることを特徴とする。
本発明の樹脂管によれば、耐久性を向上できる。

本発明の樹脂管は、梱包材によって、巻かれた状態を維持されていると、好適である。
これによれば、管を傷等から保護できる。
本発明の樹脂管において、前記管の長さは１０ｍ以上であってもよい。

本発明の樹脂管の製造方法は、上記の樹脂管を製造する方法であって、押出成形によって熱可塑性樹脂を管状体に成形する、押出成形工程と、前記押出成形工程の後、前記管状体を直線状に延在させた状態で硬化する、硬化工程と、前記硬化工程の後、前記管状体を巻き、梱包材によって、該管状体を巻かれた状態に維持し、これにより前記樹脂管を得る、梱包工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の樹脂管の製造方法によれば、管の耐久性を向上できる。

本発明の配管構造は、上記の樹脂管を用いて、建築物に配設された、給水又は給湯用の配管構造である。
本発明の配管構造によれば、耐久性を向上できる。

この発明によれば、耐久性が向上された樹脂管、耐久性が向上された樹脂管を得ることができる樹脂管の製造方法、及び、耐久性が向上された配管構造を提供することができる。

本発明の樹脂管の一実施形態を説明するための、管の中心軸線に沿う断面図であり、図１（ａ）は管を初期状態で示しており、図１（ｂ）は管を曲げ状態で示している。樹脂管の耐久性試験の結果を示すグラフである。本発明の樹脂管の一実施形態を得るまでの工程を説明するための図である。従来の樹脂管の課題を説明するための、管の中心軸線に沿う断面図であり、図４（ａ）は管を初期状態で示しており、図４（ｂ）は管を曲げて配管された状態で示している。

以下に、図面を参照しつつ、この発明に係る樹脂管、樹脂管の製造方法、及び配管構造の実施形態を、それぞれ例示説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る樹脂管（以下、単に「管」ともいう。）１０を示している。本実施形態の管１０は、例えばポリブテン又は架橋ポリエチレン（ＰＥＸ）等の熱可塑性樹脂からなる、可撓性のある樹脂管であり、例えば建築物に配設される給水又は給湯用の配管構造に好適に用いられるものである。管１０の呼び径は、例えば１０〜２５等である。ただし、本実施形態の管１０は、水以外の流体（液体や気体）用の配管構造にも使用できる。
ここで、「可撓性のある」とは、弾性率が200〜900MPaであり、5％程度の材料歪があっても破断することがない材料からなることを指す。

本実施形態の管１０は、押出成形工程及び硬化工程を経て管が製造された後に、梱包材によって約１０ｍ以上（例えば３０ｍ又は６０ｍ）の長さにわたって円環状に巻かれた状態で維持されながら保管及び搬送され、その後、施工現場で使用される際等に梱包材から取り出されたものである。

図１（ａ）は、本実施形態の管１０が、管１０に外力が作用していない初期状態にあるときの様子を示している。本実施形態の管１０は、初期状態において、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、湾曲した管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ１側の管１０の外周面部分の曲率半径Ｒ１が、７５０ｍｍ以上である。ここで、初期状態での管１０の上記曲率半径Ｒ１とは、管１０に付いた巻き癖のみに起因する曲率半径である。このように、本実施形態の樹脂管１０の初期状態での上記曲率半径Ｒ１は、上述した従来の樹脂管のものよりも、大きくされている。言い換えれば、本実施形態の樹脂管１０の巻き癖は、従来の樹脂管の巻き癖よりも小さくされている。
これにより、初期状態から、初期状態での湾曲の向き（巻き癖の向き）とは逆向きに湾曲した所定の曲げ状態へと、管を曲げたときの、管の変形量（ひいては歪み）を、従来の樹脂管と比べて、低減できる。よって、仮に、管１０が、巻き癖の向きとは逆向きに曲げた状態で配管された場合に、管１０に作用する応力負荷を低減でき、ひいては、その曲げられた部分でのクラックの発生を抑制できる。これにより、管１０（及び管１０を用いた配管構造）の耐久性を向上できる。
管１０の巻き癖は後述する製造方法を適宜調整することで低減できる。
なお、耐久性向上の観点から、管１０の巻き癖は、小さければ小さいほど良い。よって、初期状態において、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ１側の外周面部分の曲率半径Ｒ１が、９００ｍｍ以上であると好適である。

図１（ｂ）は、本実施形態の管１０が、初期状態での管１０の湾曲の向きとは逆向きに湾曲するように曲げられた、曲げ状態にあるときの様子を示している。図１（ｂ）に示す曲げ状態では、管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ２側の管１０の外周面部分の曲率半径Ｒ２が、管１０について予め定められた最小曲げ半径となるようにされている。なお、以下では、このような曲げ状態を、単に「曲げ状態」ともいう。本例において、管１０について予め定められた最小曲げ半径は、管１０の外径Ｄの１０倍である（すなわち、Ｒ２＝１０Ｄ）。
なお、「管について予め定められた最小曲げ半径」とは、その管の製造者によって、あるいは、その管に関連する協会（例えば、架橋ポリエチレン管工業会）又は規格によって、推奨又は規定される、管の配管施工時の最小曲げ半径（曲げ半径の最小値）を指す。例えば、架橋ポリエチレン管工業会では、架橋ポリエチレン製の管の最小曲げ半径の推奨値（目安）が管の呼び径毎に定められているが、いずれの呼び径においても、管の外径Ｄの約１０倍に相当する最小曲げ半径が定められている（架橋ポリエチレン管工業会の技術資料第５章施工基準(5) 曲げ配管 1）。また、株式会社ブリヂストンにより製造販売されるポリブテン製の管については、同社により、最小曲げ半径として、管の外径Ｄの１０倍が推奨されている。

本実施形態の管１０は、図１（ａ）の初期状態から図１（ｂ）の曲げ状態へと、管１０を曲げたとき、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、初期状態での管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ１側に位置していた所定の内周面部分２０の歪みが、８．５％以下となる。
上記の歪みは、以下の式（１）で求めることができる：
歪み＝｛（Ｙ−Ｘ）／Ｘ｝×１００（％）・・・（１）
ここで、式（１）におけるＸは、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、初期状態における管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ１側にある、予め任意に選択される所定の内周面部分２０の長さである。式（１）におけるＹは、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、初期状態で測定対象とされた該所定の内周面部分（以下、「測定対象部分」ともいう。）２０の、管１０が曲げ状態にあるときでの長さである。なお、この測定対象部分２０は、管１０が曲げ状態にあるときは、管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ２とは反対側に位置することとなる。

式（１）における長さＸ、Ｙは、歪みゲージを測定対象部分２０に設けて、測定により求めてもよいし、あるいは、一部計算により求めてもよい。一部計算により長さＸ、Ｙを求める方法としては、例えば、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、初期状態において測定対象部分２０に対して曲率中心Ｃ１側にある所定の外周面部分について、初期状態及び曲げ状態での長さをそれぞれ測定し、その測定結果を用いて算出する方法がある。その場合、その測定結果と、管１０の外径Ｄ、周壁の厚さＴ、初期状態での曲率半径Ｒ１、及び曲げ状態での曲率半径Ｒ２（本例では、１０Ｄ）等とを用いて、測定対象部分２０の長さＸ、Ｙを算出できる。

本実施形態の管１０は、初期状態から上記の曲げ状態へと、曲げられたときに、上記歪みが８．５％以下となるので、仮に、管１０が、巻き癖の向きとは逆向きに曲げた状態で配管された場合に、管１０に作用する応力負荷を低減でき、ひいては、その曲げられた部分でのクラックの発生を抑制できる。これにより、管１０（及び管１０を用いた配管構造）の耐久性を向上できる。以下、図２を参照して、この効果についてさらに詳しく説明する。

図２は、通常のポリブテン製の管を用いて実施した、耐久性試験の結果を示すグラフである。この耐久性試験では、１２本の管を、それぞれ３本ずつ、上記式（１）で求まる歪みが５．６％、６．８％、８．５％、９．７％となるように曲げられた、曲げ状態に維持するとともに、各管に連続的に通水して、それぞれの管が破断するまでに掛かった時間を測定した。各管は、寸法が同一であり、また、管の巻き癖（初期状態での、管の中心軸線に対して曲率中心側の外周面部分の曲率半径）が同じであった。各管の歪みは、曲げの程度（曲げ状態における、管の中心軸線に対して曲率中心側の外周面部分の曲率半径）を調整することによって、それぞれの値に調整された。試験中、各管の歪みや、管内を通る水の温度、圧力、及び残留塩素濃度（水中の塩素成分の濃度）が、常に一定となるように、制御した。
図２の結果から判るように、管の歪みが５．６％、６．８％、８．５％の場合は、管の歪みが９．７％の場合に比べて、管が破断するまでに掛かる時間が大幅に長かった。
この試験結果から裏付けられるように、本実施形態の管１０は、上述した初期状態から曲げ状態へと管１０を曲げたときの上記歪みが８．５％以下となるので、良好な耐久性が得られるものである。
また、この試験結果から判るように、上記歪みは低いほど管の耐久性を向上できる。よって、上記歪みは、６．８％以下であると好ましく、５．６％以下であるとさらに好ましいといえる。

つぎに、図３を参照して、本実施形態の管１０を得るための製造方法の一例を説明する。
まず、管１０を構成する熱可塑性樹脂（ポリブテンや架橋ポリエチレン等）を、押出成形によって管状体に成形する（押出成形工程）。
その後、図３（ａ）に示すように、成形された管状体を、例えば約１０ｍ以上（例えば３０ｍ又は６０ｍ）の長さにわたって、直線状にまっすぐ延在させた状態で、所定時間かけて硬化させる（硬化工程）。これにより、巻き癖の無い、直線状の可撓性樹脂の管状体が得られる。ここで、「硬化」とは、樹脂が硬くなる化学反応を指しており、例えば樹脂がポリブテンの場合は、結晶化を指しており、例えば樹脂が架橋ポリエチレンの場合は、架橋反応を指している。
上述のように、耐久性の向上の観点から、管の巻き癖は、小さければ小さいほど好ましく、全く無いことが最も理想的である。しかし、約１０ｍ以上にもわたる管を保管及び搬送するにあたっては、スペースの制約の観点から、管をまっすぐ延ばした状態に維持することは現実的に難しい。

そこで、硬化工程の後、図３（ｂ）に示すように、硬化が完了した管状体を、約１０ｍ以上（例えば３０ｍ又は６０ｍ）の長さにわたって、円環状に巻き、梱包材４０によって、その巻かれた状態を維持する（梱包工程）。管状体は、梱包された状態で、保管及び搬送されることとなる。その間、梱包材４０によって、管状体は、傷等から保護される。また、管状体は、梱包材４０によって円環状に巻かれた状態が維持される間、時間の経過と共に徐々に巻き癖が付いていくこととなる。
そして、施工現場等で使用される際に、管状体が梱包材４０から取り出されると、本実施形態の管１０が得られる。

なお、上述した硬化工程において、押出成形工程により得られた管状体を直線状に延在させた状態で硬化させる際に、管状体がポリブテン製の場合は結晶化させる時間や温度を調整することで、また、管状体が架橋ポリエチレン製の場合は架橋度を調整することで、その後の梱包工程において巻き癖を付きにくくすることができる。ひいては、梱包工程後に得られる管の巻き癖を低減できる。

なお、管に付く巻き癖をなるべく抑制する観点から、梱包工程において梱包材４０によって維持される管１０の円環形状は、内径ｄ１が７００ｍｍ以上であり、外径ｄ２が９００ｍｍ以上であると、好適である。また、梱包材４０により梱包された管１０の良好な搬送性を得る観点から、梱包工程において梱包材４０によって維持される管１０の円環形状は、内径ｄ１が９００ｍｍ以下であり、外径ｄ２が、１１００ｍ以下であると、好適である。
なお、本実施形態の管１０は、その初期状態での上記曲率半径Ｒ１を、梱包材４０の最大半径（すなわち梱包材４０の外径ｄ２の半分）よりも大きくすることができる。このため、梱包工程において管が梱包材４０によって巻かれている間、管の保管又は搬送に要するスペースを小さくできるほか、持ち運びしやすいため施工作業を軽労化することができる。

また、管に付く巻き癖をなるべく抑制する観点から、梱包工程後に梱包材４０によって管１０が巻かれた状態を維持される期間は、３ヶ月間以内であることが好ましい。

約１０ｍ以上の長さの管を保管及び搬送する際には、事実上、スペースの制約の観点から、管をまっすぐ延ばした状態で行うことは難しいため、管を巻いた状態で行うことが必要となる。このため、梱包工程後に得られる本実施形態の管１０は初期状態において、管１０の中心軸線Ｏを通る断面で観たときに、管１０の中心軸線Ｏに対して曲率中心Ｃ１側の外周面部分の曲率半径Ｒ１は、事実上、約１８００ｍｍ以下となりやすい。また、同様の観点から、梱包工程後に得られる本実施形態の管１０は、初期状態から曲げ状態へと管１０を曲げたときの上記歪みが、事実上、約３．０％以上となりやすい。なお、梱包工程後に得られる本実施形態の管１０において、初期状態での上記曲率半径Ｒ１が１８００ｍｍである場合、初期状態から曲げ状態へと管１０を曲げたときの上記歪みは、３．０％となる。

なお、梱包工程において、管１０の外周側を、他の管状部材で覆ってもよい。管１０を覆う他の管状部材としては、例えば、保温用、緩衝用、傷つき防止用の管状部材が好適である。

このように、上記の例では、硬化工程において、管をまっすぐ延在させた状態で硬化させ、硬化完了後に、梱包工程において、管を巻いた状態とすることにより、従来のように硬化工程から管を巻いた状態とする場合に比べて、梱包材から取り出した状態での管の巻き癖を、大幅に低減できる。これにより、上述したような、巻き癖の少ない、耐久性の向上された管１００が得られる。また、本実施形態の管１０を用いて建築物に配設される給水又は給湯用の配管構造も、耐久性が向上されることとなる。

なお、本実施形態の管１０は、上述のように耐久性が向上されているので、言い換えれば、仮に従来の樹脂管で許容されていたよりも急な角度で曲げて配管した場合でも、従来の樹脂管と同じ期間にわたって管のクラックや破断等の発生を抑制できることとなる。
例えば、本実施形態の管１０は、呼び径を１３（すなわち外径を１７ｍｍ）とした場合、曲げ半径を１５０〜１７０ｍｍにまで小さくしても、従来の樹脂管と同じ期間にわたって管のクラックや破断等の発生を抑制できる。

本発明による樹脂管は、例えば給水・給湯用の配管構造に用いられる、ポリブテン製又は架橋ポリエチレン製等の可撓性樹脂管に、用いることができる。

１０、１００：樹脂管、２０：測定対象部分（内周面部分）、４０：梱包材、１０１：クラック、Ｃ、Ｃ１、Ｃ２：曲率中心、Ｄ：管の外径、Ｏ：中心軸線

Claims

可撓性のある樹脂製の管であって、
外力が作用していない初期状態において、湾曲した管の中心軸線に対して曲率中心Ｃ１側の外周面部分の曲率半径Ｒ１が、７５０ｍｍ以上であり、
前記初期状態から、前記初期状態での管の湾曲の向きとは逆向きに湾曲し、かつ、前記中心軸線に対して曲率中心Ｃ２側の外周面部分の曲率半径Ｒ２が管について予め定められた最小曲げ半径であるような、曲げ状態へと、管を曲げたとき、前記初期状態での前記中心軸線に対して曲率中心Ｃ１側に位置していた内周面部分の歪みが、８．５％以下となることを特徴とする、樹脂管。
前記管は、梱包材によって、巻かれた状態を維持されている、請求項１に記載の樹脂管。
前記管の長さは１０ｍ以上である、請求項１又は２に記載の樹脂管。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂管を製造する方法であって、
押出成形によって熱可塑性樹脂を管状体に成形する、押出成形工程と、
前記押出成形工程の後、前記管状体を直線状に延在させた状態で硬化する、硬化工程と、
前記硬化工程の後、前記管状体を巻き、梱包材によって、該管状体を巻かれた状態に維持し、これにより前記樹脂管を得る、梱包工程と、
を含むことを特徴とする、樹脂管の製造方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の樹脂管を用いて、建築物に配設された、給水又は給湯用の配管構造。