JP2019103449A - パイプレールの接続方法およびパイプレール - Google Patents

Abstract

【課題】園芸施設の内部で施工される、冷暖房機能を備えるとともに作業車走行用のレールも兼ねるパイプレールを、溶接に代えて副資材を用いた結束法を適用して接着強度を高めた継手設計を採用することにより、熟練技術を要することなく簡単に敷設でき、水漏れ等のトラブルがない園芸施設用パイプレールの接続方法およびパイプレールを提供する。【解決手段】芯材１０を介して複数の鋼管８，９が接続され、鋼管と芯材が接続された部分の外周部が熱収縮チューブ１１で結束されていることを特徴とするパイプレールの接続方法である。また、熱収縮チューブの内面に接着材が付与されていることが好ましい。また、パイプレールは、鋼管の内部に流体を流通させることができるとともに、パイプレールの上を作業車が走行するためのレールとしても用いられる。【選択図】図２

Description

本発明は、ビニルハウス等の園芸施設に配置される冷暖房機能を備えたパイプレールの接続方法およびパイプレールに関する。

園芸施設では、施設内の植物を寒さから保護するため石油等の燃料を気温の低い季節に焚いている。石油の燃焼熱を温水、温風として施設内部に行き渡らせるため、施設内部に配管がめぐらされている。ＬＰガス、石炭等の石油代替燃料を使用する場合があり、太陽熱、地下水、地熱等を熱源に利用することもある。

温水暖房による場合、通常６５〜８５℃の温水を給水管に送り込み、管壁を介した熱放射で施設内部を保温している。温水の熱量を効率よく施設内の各部に伝えるため、ダイレクトリターン方式、リバースリターン方式等、給水管のレイアウトに種々の工夫が施されている。配管設備に冷水を循環させると、気温の上昇する夏季等に植物を高温から保護する冷房設備としても使用できる。

大型の園芸施設では、肥料の運搬や植物の収穫のため作業車搬送用のレールが敷設されている。施設内部に作業車搬送用レールや冷暖房用配管が配置されると、レールや配管で作業空間が仕切られ、施設内部での作業性が著しく低下する。そこで、作業車搬送用レールを中空とし、レール内部に温水又は冷水を送り込むことにより冷暖房機能を兼ね備えさせることが知られている（非特許文献１）。

五訂版 施設園芸ハンドブック第１３５貢（社団法人日本施設園芸協会編集２００３年３月１日発行）

特開２００５−２１０９３２号公報 特開２００６−０５５０３０号公報

冷暖房設備は、園芸施設の内面積に応じ直線状および曲げ加工した鋼管を所定長さ、所定形状に溶接し、温水または冷水供給源に接続することにより、園芸施設に敷設されている。溶接作業は施工現場で実施されるが、鋼管端面の全周を溶接することから上向き姿勢が余儀なくされ、ピンホール等の溶接欠陥があると水漏れ等のトラブル発生が懸念される。そのため、鋼管の溶接には熟練技術が要求され、作業性も悪く、結果として冷暖房設備の敷設コストを上昇させる原因となる。

敷設された溶接鋼管を作業車走行用レールに兼用するとき、荷重のある作業車の摺擦に起因した表面欠陥が発生しやすい。表面欠陥は、腐食発生の起点となり、配管の見栄えを劣化させるばかりでなく、作業車の円滑な走行を阻害し、極端な場合には水漏れの原因となる貫通孔が生じることもある。防錆塗装により鋼管表面の腐食をある程度抑制できるものの、作業車との摺擦で防錆塗膜に亀裂、剥離等が生じるので、定期的に防錆塗装するメンテナンスが必要となる。

熟練技術を要することなく施工現場で鋼管を接続するための方法として、特許文献１には、スリーブを介して複数の鋼管がネジ接続され、スリーブ、鋼管に何れか一方または双方に形成されたシール剤溜りに粘弾性シール剤が充填されていることを特徴とする方法が開示されている。

また、特許文献２には、第一パイプの縮径管端を第二パイプに差し込み、縮径管端と第二パイプの内周面との間で管軸方向に沿った少なくとも二箇所にＯリングが装着され、第一パイプ内側のＯリングから第二パイプの管端にかけて第一パイプの縮径管端の外周面と第二パイプの内周面との隙間に充填されたエポキシ樹脂接着剤でパイプが接続されていることを特徴とする方法が開示されている。

しかしながら、これらの技術においては、以下のような課題を有していた。
園芸施設用パイプレールは給水管と排水管を接続してクローズドサーキットにしなければならない。クローズドサーキットを形成するための最後の接続で鋼管が長い場合は鋼管を現地で適切な長さに切断し、鋼管が短い場合は適切な長さの鋼管を現地で作製しなければならないが、現地で差し込まれる側となる鋼管の内周面にネジを設ける加工や、鋼管の管端を縮径することは困難である。

さらに、特許文献２では隙間に樹脂を充填し、樹脂が硬化するまで時間を要してしまう。また、作業車が鋼管の接続部を通過する際、エポキシ樹脂接着剤では強度が不足であるため、作業車が安全に走行することが困難である。

本発明は、溶接に代えて副資材を用いた結束法を鋼管の接続に適用し、接着強度を高めた継手設計を採用することにより、熟練技術を要することなく簡単に敷設でき、水漏れ等のトラブルがない園芸施設用パイプレールを提供することを目的とする。

本発明は、芯材を介して複数の鋼管が接続され、鋼管と芯材が接続された部分の外周部が熱収縮チューブで結束されていることを特徴とするパイプレールの接続方法である。
本発明のパイプレールの接続方法は、熱収縮チューブの内面に接着材が付与されていることが好ましい。また、パイプレールは、鋼管の内部に流体を流通させることができるとともに、パイプレールの上を作業車が走行するためのレールとしても用いられる。

また、本発明は、芯材を介して複数の鋼管が接続され、鋼管と芯材が接続された部分の外周部が熱収縮チューブで結束されたことにより、鋼管の内部に流体を流通させることができるとともに、作業車が走行するためのレールとしても用いられるパイプレールである。さらに、熱収縮チューブの内面に接着材が付与されていることが好ましい。

以上説明したように、芯材を入れて熱収縮チューブで一体化させる方法で鋼管を繋ぎ合わせることにより、溶接継手のような熟練技術を必要とせずにパイプレールを迅速に敷設でき、敷設コストも低減できる。本発明の接続方法によるめっき鋼管製パイプレールでは、溶接継手に生じがちであっためっき層の損傷がないので本来の耐食性が活用され、当初の金属光沢が長期にわたって持続する。金属光沢はパイプレールの視認性を高め、作業者がレールに躓いて転倒する等のトラブルを未然に防止する。優れた耐食性のため敷設後の防錆塗装が不要で、長期にわたり作業車の円滑な走行および園芸施設の冷暖房に好適なメンテナンスフリーの園芸施設用パイプレールが構築される。

園芸施設用パイプレールのクローズドサーキット 熱融着による接続部 たわみ量の測定結果

本発明に従った園芸施設用パイプレールは、畝と畝との間の溝に沿って敷設される。該園芸施設用パイプレールは、複数の鋼管１を互いに、或いはコーナー部では同材質のエルボー管２を介して接続し、クローズドサーキット状に組み立てられる（図１）。

クローズドサーキット状の鋼管内部に仕切り板３を組み込み、仕切り板３の両側をコネクタ４を介して給水管５、排水管６それぞれに接続する。給水管５から送り込んだ温水または冷水をクローズドサーキットに循環させ、排水管６から回収するとき、鋼管１を介した熱放散または熱吸収で園芸施設の内部温度が調整される。クローズドサーキット状にすることなく鋼管１を直接または間接に給水管５、排水管６に接続し、個々の鋼管１に給水管５から配水し、排水管６に回収する方式も採用可能である。

クローズドサーキット状のパイプレールは、溝に沿った長手方向部分が適宜の箇所で支柱７により支持される。隣り合う支柱７、７の間隔Ｌは、作業車の荷重が加わる鋼管１のたわみ変形を考慮して２ｍ程度に設定される。
溝の長さは、園芸施設の大きさにもよるが、大型の園芸施設では１００ｍを超えることも稀ではない。他方、クローズドサーキットを形成する単体の鋼管１は、運搬、取り扱い等から長くても８ｍ程度である。そのため、複数の鋼管１を相互に接続することにより、溝方向に長いクローズドサーキットを構築する必要がある。

本発明は、芯材を介して複数の鋼管が接続され、接続された鋼管と芯材の外周部を熱収縮チューブで結束されている。

鋼管１には、普通鋼製の黒皮鋼管、めっき鋼管、ステンレス鋼管等を使用できるが、コスト、設置後のメンテナンス等を考慮すると耐食性に優れた亜鉛めっき鋼管、なかでも亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼管が好ましい。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき層は、高い耐食性を付与し、しかも硬質めっき層であるため作業車の走行によっても疵付きにくく、長期にわたり綺麗で平滑な表面を維持する。Ｚｎ−Ａｌ合金めっき層と比較して３〜３０μｍと薄膜化できることも、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき層の長所である。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき層の成分は、Ｚｎを主として、Ｍｇ：０．０５〜１０質量％、Ａｌ：４〜２２質量％を含み、必要に応じて少量のＴｉ、Ｂ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｉ等を含んでも良い。

鋼管８および鋼管９の管端は、接続する作業者が手を切創しないように安全面からの配慮と、接続された鋼管８，９を結束させる熱収縮チューブ１１が、疵が付いて切断されないようにするため、切断時に発生した外面のカエリを除去し、面取りが処置されていることが好ましい。さらに、内面においては挿入する芯材１０の疵付き防止と芯材の挿入し易さ、さらには接続後に芯材１０と鋼管８，９内面との隙間が発生し鋼管内部を流れる温水もしくは冷水が漏れるのを防ぐため、切断時に発生した内面のカエリを除去することが望ましい。

芯材１０には鋼管８，９と同様に、普通鋼製の黒皮鋼管、めっき鋼管、ステンレス製の鋼管に加え、アルミなどの非鉄金属や樹脂製のパイプなども使用可能である。本発明の園芸施設の作業車走行用パイプレールは温水と冷水を送り込むことにより冷暖房機能を兼ね備えており、温水の温度は８５℃近くになる場合があるため、芯材１０に熱に弱い樹脂を用いる場合は、作業車の荷重を支えるためにパイプの肉厚を厚くしなければならない。また、アルミなどの非鉄金属では鋼管と接触することで電食を起こし、鋼管８，９の腐食が進行することが考えられる。そのため、芯材１０には鋼管８，９と同種の鋼管で、作業車が走行することで接続部に扁平やたわみが発生し作業車が転倒するなどの安全面を考慮して芯材１０は鋼管８，９と同等以上の肉厚が好ましい。ただし、鋼管と違う素材場合でも扁平やたわみが鋼管を芯材１０にした場合と同等以上で腐食が発生しないのであれば、素材は鋼管に限るものではない。

次いで、接続された鋼管８，９の外周部を結束させる熱収縮チューブ１１は、鋼管８，９の外径より熱収縮チューブ１１の内径が大きくなければならない。さらに、熱収縮チューブ１１に熱を付与し収縮した際に、熱収縮チューブ１１の内径が鋼管の外径より小さくするものが好ましい。熱収縮チューブ１１は塩化ビニール、シリコンゴム、フッ素ポリマーなどがある。鋼管８，９に巻き付けて熱収縮によって接続部を結束させた熱収縮チューブ１１は、作業車が何度も通過するため磨耗性が必要となる。さらに鋼管８，９に温水が流れて熱が伝わることで熱収縮チューブ１１も温まるため、耐熱性も重要となることから、繊維入りの熱収縮チューブ１１が望ましい。

さらに、接続された鋼管８，９と熱収縮チューブ１１との間に隙間が生じると、鋼管の中を流れる温水もしくは冷水が隙間から漏れるため、熱収縮チューブ１１の内側に接着剤が塗布されているもので、接続される鋼管８，９と熱収縮チューブ１１の密着性を向上させ、温水もしくは冷水の漏れを防ぐことが望ましい。もしくは、接続される鋼管８，９の外周部で熱収縮チューブ１１と接する箇所に接着剤を塗布することでも同様の効果が得られる。

また、磨耗性を重視する場合、密着性を重視させた接着剤が塗布された熱収縮チューブ１もしくは接着材を鋼管８，９に塗布して熱収縮チューブ１１による結束に加え、磨耗性の高い繊維入りの熱収縮チューブを１１の密着性を重視した熱収縮チューブ１１の外周側に被せ、２重で鋼管８，９の接続部を結束させることも可能である。

熱収縮チューブ１１は素材によって収縮温度が異なる。一般的には９０〜１８０℃に加熱することで直径を収縮させることができる。加熱方法には専用のドライヤーが売られており、それを使って熱を均一に当てて収縮させたり、一箇所のみに当てたりして使用される。ほかにもオーブンやガストーチなどが使用されることもあるが、これらは一定に熱を加えるのが難しく、危険性も伴うため、一般的にはヒートガンと呼ばれる工業用ドライヤーを使用して加熱される。

以下、本発明の実施例について詳しく解説する。
クローズドザーキットを形成する鋼管８，９は、一般構造用炭素鋼鋼管 ＪＩＳ ＳＴＫ４００の引張強さ：４００Ｎ／ｍｍ^２、外径：４８．６ｍｍ、肉厚：２．３ｍｍを用いた。鋼管のめっきは、高い耐食性を付与し、しかも硬質めっき層であるため作業車の走行によっても疵付きにくく、長期にわたり綺麗で平滑な表面を維持できる、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっきのめっき鋼管を選択した。

芯材１０はクローズドサーキットを形成する鋼管８，９と同じ仕様の素材で外径：４５．０ｍｍ、肉厚：２．３ｍｍ、管軸方向の長さ：１５０ｍｍの鋼管の両端６０ｍｍを外径：４４．０ｍｍまでスエージ加工した鋼管を使用した。

鋼管８と鋼管９を結束するための熱収縮チューブ１１は、接合箇所の水密性を向上させることを理由に、収縮前内径：５２ｍｍ、収縮後の最大内径：１８．２ｍｍ、収縮後肉厚：２．３ｍｍ、管軸方向長さ：１５０ｍｍの接着剤付き熱収縮チューブ（住友電気工業株式会社：ＩＲＲＡＸ ＳＬＥＥＶＥ ＳＣＭ２）と、収縮前内径：５７ｍｍ、収縮後の最大内径：３３ｍｍ、収縮後肉厚：１．５ｍｍ、管軸方向長さ：１５０ｍｍの接着剤無し熱収縮チューブ（住友電気工業株式会社：スミチューブＬＢ）を使用した。

本実施例で使用する熱収縮チューブの収縮温度は、接着剤付きと接着剤無しの両方とも１１５℃以上である。一般的に市販されている工業用ドライヤーで十分加熱に必要な温度が得られることから、本実施例にける熱収縮チューブの加熱には、最大４５０℃の温風が出せる工業用ドライヤー（白光株式会社：ＨＥＡＴＩＮＧ ＧＵＮ８８２）を使用した。

接続の手順を以下に解説する。

クローズドサーキットとなる鋼管８（長さ：４ｍ）の管端に熱収縮チューブ１１（長さ：１５０ｍｍ）を管端から被せ、鋼管８の管端に芯材１０となるスエージ加工した鋼管を管端から挿入する。挿入は、鋼管８の管端が芯材の管軸方向の中央部がスエージ加工されていない箇所に接触するまで行う。続いて、芯材１０の鋼管８とは反対側に、鋼管９（長さ：４ｍ）を、鋼管８を挿入した方法と同じく芯材の管軸方向の中央部がスエージ加工されていない箇所に接触するまで挿入する。続いて、あらかじめ鋼管８に被せていた熱収縮チューブ１１を、熱収縮チューブ１１の管軸方向中央位置と、芯材１０の管軸方向中央位置が同位置まで移動させ、工業用ドライヤーの熱風で、鋼管８および鋼管９に密着するまで加熱し、自然冷却にて熱収縮チューブ１１と熱収縮チューブ１１に付与されている接着剤が固着するまで接続部を保持する。

（曲げ試験）
接続された部材の強度を曲げ試験により評価した。
本発明で接合されたクローズドサーキットを組まれた園芸用パイプレールの支持は、支持と支持の間隔が２ｍである。パイプレール上を走る作業車は、重量が３５０ｋｇで、車輪は４輪で走行する。作業車に５０ｋｇの作業者が乗車して走行することを想定した場合、支持と支持の中央部において車輪直下のパイプレールに掛かる荷重は１００ｋｇとなる。曲げ試験は、実際に使用される支持を使用し、支持と支持の間隔が２ｍで、本発明の接続部が支持と支持の中央に位置するようにパイプレールを設置し、この接続部に１００ｋｇの集中荷重を付与することで、パイプレールのたわみを測定した。集中荷重を付与する工具は実際に使用される作業車の車輪を用いた。車輪の形状は直径が８０ｍｍ、軸方向が５０ｍｍの円筒状である。
また、比較例として、接続部を含まない鋼管におけるたわみも測定した。

曲げ試験による各荷重ごとのたわみ量(単位：ｍｍ）の結果を表１に示す。供試材Ａは、本発明の接続部が支持と支持の中央に位置するように設置したパイプレール、供試材Ｂは本発明の接続部を含まない鋼管のみを供試材Ａと同様に設置したパイプレールである。

荷重１００ｋｇの場合、接続部を含まない鋼管（供試材Ｂ）のたわみ量は３．１ｍｍであるのに対し、本発明の接続部を含む鋼管（供試材Ａ）のたわみ量は２．４ｍｍであり、接続部を含まない鋼管よりも高い剛性が得られた。

（水漏れ試験）
さらに水密性を測定するため、接続した鋼管の一端を鋼管の外径と同じ外径で厚み５ｍｍの円板を用いて溶接にて封止し、溶接で封止された反対側の一端から水を注入して水漏れ試験を実施した。水は１．０ＭＰaの水圧を付与した状態で水漏れの確認を実施した。また比較として水密性を比較するため、鋼管の接続に芯材のみで熱収縮チューブを使用しない場合と、接着剤が付与されていない熱収縮チューブで結束した場合の水密試験も実施した。試験の結果を表２に示す。にじみ出る程度の水漏れは合格と判断してよい。

熱収縮チューブを使用しないものは接続部から水が漏れ、水圧も１．０ＭＰa まで上昇しなかった。また、接着剤が付与されていない熱収縮チューブでは水圧が１．０ＭＰa まで上昇はするが、常に接合部から水がにじみ出る状態であったが、接着剤が付与されている熱収縮チューブを使用したものは接合部からの水漏れは確認できなかった。

８、９ 鋼管
１０ 芯材
１１ 熱収縮チューブ

Claims (4)

1. 芯材を介して複数の鋼管が接続され、鋼管と芯材が接続された部分の外周部が熱収縮チューブで結束されていることを特徴とするパイプレールの接続方法。
2. 前記熱収縮チューブの内面に接着材が付与されていることを特徴とする、
   請求項１に記載のパイプレールの接続方法。
3. 芯材を介して複数の鋼管が接続され、鋼管と芯材が接続された部分の外周部が熱収縮チューブで結束されたことにより、鋼管の内部に流体を流通させることができるとともに、作業車が走行するためのレールとしても用いられるパイプレール。
4. 前記熱収縮チューブの内面に接着材が付与されていることを特徴とする、
   請求項３に記載のパイプレール。