JP2019105325A - 複合管 - Google Patents
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Abstract
Description
コルゲート管の製造には波形状を成形する波付け工程が設けられ、この工程では一対の波付け用の金型が使用されている。波付け工程では、3層構造の管壁を持つ管状押出品が一対の波付け用の金型へ供給され、一対の波付け用の金型を型締めして管状押出品が成形されることによって、コルゲート管が作成されている。
このようなシート状樹脂部材を中間層とするコルゲート管では、波付け工程に際して、コルゲート管の周方向において、巻き付けられたシート状樹脂部材の幅方向の両端部位がシート状樹脂部材の反発力により広がり、管壁の外側層に弛みが生じた。この外側層の弛みの部位は一対の波付け用の金型が型締めされるとパーティング面に挟み込まれて、成形後の外側層の表面に弛みに起因し径方向外側へ突出するバリとなる。このため、改善の余地があった。
反発力が小さくされると、被覆層の表面に樹脂材の弛みに起因するバリの発生を効果的に抑制又は防止することができる。
また、複合管の製造では、中間層が軸方向に沿って一定の間隔を開けて巻き付けられるので、中間層の巻き付け時間を短縮し、複合管の作成期間を短くすることができる。
また、管体と複合管との間に必ず中間層が配設されるので、複合管に曲げ加工を施した際にも、複合管における管体のセンタリング効果を確保することができる。
なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲において、適宜、変更可能である。
また、「工程」とは、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別ができないが同様の機能を達成可能な「工程の一部」も含まれる意味において使用されている。
また、組成物中の各成分の量は、各成分に該当する物質が組成物中に複数存在する場合には、特に断りがない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
さらに、「主成分」とは、特に断りがない限り、混合物中における質量基準の含有量が最も多い成分を意味する。
図1〜図11を用いて、本発明の第1実施の形態に係る複合管について説明する。
[複合管10の全体構成]
図1及び図2に示されるように、本実施の形態に係る複合管10は、管体12と、管状とされて管体12の外周を覆う被覆層20と、管体12と被覆層20との間に配置される中間層14と、を備えている。
管体12は、円筒形の管状とされ、樹脂材料を用いて形成された樹脂管である。樹脂材料としての樹脂には、例えば、ポリブテン、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、及びポリプロピレン等のポリオレフィン、並びに塩化ビニル等が挙げられる。樹脂は1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。樹脂の中でも、ポリブテンが好適に用いられ、ポリブテンを主成分として含むことが好ましい。例えば、管体12を構成する樹脂材料中において、ポリブテンを85質量%以上含むことがより好ましい。
また、管体12を構成する樹脂材料には、他に添加剤が含有されてもよい。
また、管体12の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば1.0mm〜5.0mmに設定されている。最も好ましい管体12の厚さは1.4mm〜3.2mmの範囲である。
被覆層20は、管体12の外径よりも一回り大きい円筒形の管状とされ、管体12に中間層14を介在させて配設されている。被覆層20は、樹脂材料を用いて形成された樹脂管である。樹脂材料としての樹脂には、例えば、ポリブテン、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び架橋ポリエチレン等のポリオレフィン、並びに塩化ビニル等が挙げられる。樹脂は1種のみを用いても2種以上を併用してもよい。樹脂の中でも、低密度ポリエチレンが好適に用いられ、低密度ポリエチレンを主成分として含むことが好ましい。例えば、被覆層20を構成する樹脂材料中において、低密度ポリエチレンを80質量%以上含むことがより好ましく、90質量%以上含むことが更に好ましい。
また、MFRが1.2以下に設定されると、被覆層20の成形の際にバリが発生し難くなる。
なお、被覆層20を構成する樹脂材料には、他に添加剤が含有されてもよい。
谷部24は、軸方向S(図2参照)に沿って延設された内側壁24Aと、内側壁24Aの両端からそれぞれ径方向Rの外側へ向かって延設された一対の側壁24Bとを備えている。内側壁24Aと側壁24Bとの間には、径方向Rの内側へ突出された円弧状の内屈曲部24Cが形成されている。
なお、長さL2は、0.8mm以上に設定されることが好ましい。長さL2が0.8mm未満では、谷部24の幅が小さすぎて、被覆層20を製造するために、押出後、金型で凹凸をつける時に金型の谷部24に対応する部分が細く壊れ易くなり、成形が難しい。また、長さL1は、長さL2の5倍以下であることが好ましい。長さL1を長さL2の5倍以下にすることにより、複合管10の可撓性を保つことができる。また、長さL1が長すぎると、複合管10を敷設する際に、地面との接触面積が大きくなって施工し難くなる。
外側壁22Aの厚さH1は、内側壁24Aの厚さH2よりも薄く設定され、ここでは厚さH2の0.9倍以下に設定されている。このような厚さに設定されると、外側壁22Aが内側壁24Aに比し変形し易いので、被覆層20の端部は軸方向Sに沿ってたくし寄せて短縮変形させ易い構成となる。
図2及び図3、特に図3に示されるように、中間層14は、長手方向が長く、長手方向に比し短手方向(幅寸法)がかなり短い帯状(テープ状)とされ、軸方向Sに沿って管体12の外周囲にスパイラル状に巻き付けられている。また、表現を代えれば、中間層14は管体12にゲートル巻きとされている。本実施の形態では、中間層14は、軸方向Sに沿って、一定の間隔14Sを開けて管体12に巻き付けられている。
図2及び図3に示されるように、自然状態における中間層本体14Aの厚さは、管体12と被覆層20の谷部24の内側壁24Aとの間隔の寸法よりも厚く設定されている。つまり、中間層本体14Aの径方向Rの外側の表面部位は被覆層20の谷部24の内側壁24Aに圧縮され、中間層本体14Aの一部は管体12の径方向Rの外側表面と谷部24の内側壁24Aとの間において径方向Rに圧縮挟持された圧縮挟持部14Cとされる。谷部24は管体12の軸方向Sに沿って一定のピッチにおいて配列されているので、圧縮挟持部14Cは谷部24のピッチに対応して軸方向Sに一定の間隔において形成されている。
また、軸方向Sに隣接する圧縮挟持部14C間において、中間層本体14Aの他の一部であって、中間層本体14Aの径方向Rの外側の表面部位は、被覆層20の山部22の山空間23内に入り込み、凸部14Bとされる。凸部14Bは、特に図3に示されるように、谷部24の一対の側壁24Bに軸方向Sにおいて圧縮挟持され、かつ、軸方向Sにおいて係止されている。
中間層14はポリウレタンを主成分として含む層(すなわち、多孔質ウレタン層)であることが好ましい。例えば、中間層14の構成成分中において、ポリウレタンを80質量%以上含むことが好ましく、90質量%以上含むことがより好ましい。なお、中間層14としての多孔質樹脂層には、他の添加剤が含有されてもよい。
複合管10では、内部の管体12の端部に継手等を接続するときに、被覆層20の端部を軸方向Sに沿って短縮変形させてずらし、管体12の端部が露出される。このとき、短縮変形させた被覆層20に中間層14の軸方向Sのずれが追従せず、管体12の外表面に中間層14が置き去りになって、管体12の端部が十分に露出されない場合がある。
そこで、多孔質樹脂層の密度が22kg/m3以下に設定されることにより、中間層14が適度な柔軟性を有し、被覆層20の端部を短縮変形させて管体12の端部を露出させる際に、中間層14が被覆層20の端部のたくし寄せに対して良好に追従し、管体12の外表面への中間層14の置き去りを抑制することができる。その結果、管体12の端部を容易に露出させることができる。
一方、多孔質樹脂層の密度が12kg/m3以上に設定されることにより、中間層14は適度な強度を有し、複合管10の製造等の加工時における中間層14の破れや破損の発生を効果的に抑制することができる。
ここで、多孔質樹脂層の密度はJIS−K7222(2005年)に規定の方法により測定することができる。なお、測定環境は温度23℃、相対湿度45%である。
また、中間層本体14Aの厚さは2mm〜15mmの範囲に設定されることが好ましく、更に2.5mm〜10mmの範囲に設定されることが好ましい。
ここで、中間層本体14Aの自然状態における厚さは、管体12に巻き付ける前、かつ、被覆層20を成形する前の状態における中間層本体14Aの任意の3箇所を測定して得られた値の平均値とされる。また、中間層本体14Aの自然状態における厚さは、製造された複合管10から中間層14を取り出して、圧縮状態から復元させた一定時間経過後に、中間層本体14Aの任意の3箇所を測定して得られた値の平均値とされる。
本実施の形態に係る複合管10の製造方法は、以下の通りである。まず最初に、帯状の中間層本体14Aが準備される(図4参照)。そして、複合管10の製造方法は、軸方向Sに沿って管体12の径方向Rの外側表面に中間層14をスパイラル状に巻き付ける工程と、中間層14の径方向Rの外側表面に被覆層20を成形する工程と、を備えている。
製造装置30において上流側から下流側へ向かって管体12の移動方向が製造方向Yとされると、ダイ34、波付け金型36、冷却槽38、引取装置39のそれぞれは製造方向Yに順次配置されている。押出機32はダイ34の上流に配置されている。
本実施の形態に係る複合管10は、図1〜図3に示されるように、管体12と、被覆層20と、中間層14とを備える。被覆層20は、管状とされて管体12の外周を覆う構成とされる。被覆層20は、径方向外側へ凸となる環状の山部22と、径方向外側が凹となる環状の谷部24とが管体12の軸方向Sに沿って交互に形成された蛇腹状とされる。
このため、被覆層20は、管体12の軸方向Sに沿って変形し易い構成とされるので、管体12の外周にガイドされて軸方向Sへ沿って短縮可能とされ、図5及び図6に示されるように、スムーズに管体12の端部を露出させることができる。図7、図8のそれぞれには、軸方向Sに沿って逐次短縮変形される被覆層20及び中間層14の断面形状が示される。
まず、図4に示される製造装置30を用いて、管体12に中間層14として、帯状ではなく、シート状部材142が巻き付けられる。シート状部材142は、図示省略の管体12の軸方向S(図4参照)と一致する方向を長手方向とし、シート状部材142の短手方向における長さ(幅寸法)は管体12の外周面の周方向における寸法と一致されている。このシート状部材142を覆って樹脂材200が樹脂成形され、管体12に中間層14を介在させて樹脂材200からなる被覆層20が樹脂成形されている。樹脂成形は波付け金型36を用いて実施される。
図9(A)に示されるように、波付け金型36は左右一対の金型360及び金型362を有し、波付け金型36には成形用キャビティ364が配設されている。シート状部材142は図示省略の管体12に巻き付けられたことにより張力を生じ、シート状部材142の周方向の一端部144及び他端部146の両端部には、径方向Rの外側へ作用し、左右へ広がる反発力fが発生する。冷却槽38に至る前であって、押出機32から供給された直後の樹脂材200は反発力fによって周方向へ引き伸ばされる。特に、シート状部材142の両端部部分であって、金型360と金型362とのパーティング面とが概ね一致する領域では、樹脂材200に弛み202が生じ易い。
図9(B)に示されるように、この樹脂材200の弛み202がパーティング面に挟み込まれて金型360と金型362とが型締めされる(力Fが作用する)と、弛み202はバリ204として形成される。冷却槽38を通して硬化されると、バリ204は被覆層20の径方向Rの外側へ突出する形状となる。
加えて、バリ204の発生を抑制又は防止することができるので、例えばポリウレタンを中間層14として使用する場合、反発力が30N以上の材料を選択することができる。また、中間層14の圧縮率を230以上の寸法(厚さ)に設定することができる。
複合管10の製造としては、中間層14が軸方向Sに沿って一定の間隔14Sを開けて巻き付けられるので、中間層14の巻き付け時間を短縮し、複合管10の作成期間を短くすることができる。
上記複合管10は、例えば図示省略の管継手と接続する際に、図1及び図2に示される端部が露出されていない被覆層20に対して、被覆層20を軸方向Sに短縮変形させて、図5及び図6に示されるように、管体12の端部を露出させる方向の力を作用させる。図3に示されるように、被覆層20において、山部22の外側壁22Aと谷部24の内側壁24Aとを比較すると、外側壁22Aの軸方向Sの長さL1は内側壁24Aの長さL2よりも長く、外側壁22Aの厚さH1は内側壁24Aの厚さH2よりも薄く設定される。特に、外側壁22Aの長さL1は内側壁24Aの長さL2の1.2倍以上に設定される。さらに、被覆層20の厚さは0.1mm〜0.4mmに設定される。従って、外側壁22Aは、内側壁24Aよりも変形し易く、図7に示されるように、径方向Rの外側へ膨出されて変形する。
力が継続的に作用すると、図8に示されるように、被覆層20において、隣り合う山部22同士が近づき、山部22の外屈曲部22Cがこの部位を起点として内側へ変形し、かつ、谷部24の内屈曲部24Cがこの部位を起点として内側へ変形する。このため、図5及び図6に示されるように、複合管10の端部では、被覆層20の一部が管体12を露出させる方向へ移動する。
このとき、中間層14では、図3に示されるように、中間層本体14Aの圧縮挟持部14Cが被覆層20の谷部24に密着され、中間層本体14Aの凸部14Bが被覆層20の隣り合う谷部24の側壁24Bの間に係合される。このため、図7及び図8に示されるように、中間層14は被覆層20の短縮変形と共に短縮変形されるので、図5及び図6に示されるように、管体12の端部を確実に露出させることができる。
加えて、図3に示されるように、中間層14の凸部14Bは、被覆層20の山部22の山空間23内に入り込み、隣合う谷部24の側壁24B間に係合される。このため、複合管10の端部において、被覆層20を軸方向Sに沿ってたくし寄せて短縮変形させた場合、被覆層20の動きに中間層14が追従し易くなるので、被覆層20及び中間層14をしっかりと短縮変形させて管体12の端部を露出させることができる。
図10を用いて、本発明の第1実施の形態の第1変形例に係る複合管10について説明する。第1変形例に係る複合管10では、管体12への中間層14の巻き付け方が、第1実施の形態に係る複合管10における管体12への中間層14の巻き付け方と異なっている。それ以外の第1変形例に係る複合管10の構成は、第1実施の形態に係る複合管10の構成と同様である。
また、管体12への中間層14の巻き数が増えるので、中間層14は管体12の外周部により一層しっかりと巻き付けられて、被覆層20を周方向へ押し広げる中間層14の反発力をより一層小さくすることができる。
図11を用いて、本発明の第1実施の形態の第2変形例に係る複合管10について説明する。第2変形例に係る複合管10では、第1変形例に係る複合管10と同様に、管体12への中間層14の巻き付け方が、第1実施の形態に係る複合管10における管体12への中間層14の巻き付け方と異なっている。それ以外の第2変形例に係る複合管10の構成は、第1実施の形態に係る複合管10の構成と同様である。
図12を用いて、本発明の第2実施の形態に係る複合管10について説明する。
[複合管10の構成]
本実施の形態に係る複合管10では、第1実施の形態に係る複合管10の中間層14を複合中間層140に代えた構成の点が異なっている。この相違する構成の点以外は、本実施の形態に係る複合管10と第1実施の形態に係る複合管10とは同一の構成を備えている。
図12に示されるように、複合管10の複合中間層140は、第1実施の形態に係る複合管10の中間層14と、中間層14と管体12との間に配設されたシート状の低摩擦樹脂層14Fとを含んで構成されている。低摩擦樹脂層14Fの内周面のすべり抵抗値、具体的には管体12の外周面とのすべり抵抗値は、中間層14の管体12とのすべり抵抗値よりも小さい値に設定されている。
低摩擦樹脂層14Fの自然状態における厚さは、中間層14の自然状態の厚さよりも薄く設定されている。ここで、中間層14の厚さとは、前述の第1実施の形態に係る複合管10の中間層14では、最も薄い厚さとなる圧縮挟持部14C部位の厚さを意味する。表現を代えれば、中間層14の厚さは、低摩擦樹脂層14Fの厚さよりも厚く設定されている。中間層14は複合管10における熱保護の役割を有し、中間層14の厚さが厚いほど熱保護性を向上させることができる。
一方、低摩擦樹脂層14Fの厚さが薄く設定されているので、被覆層20を軸方向Sに沿って短縮変形させる際に、低摩擦樹脂層14Fの追従性を向上させることができる。このため、複合中間層140では、中間層14の厚さが相対的に厚くされ、低摩擦樹脂層14Fの厚さが相対的に薄くされ、熱保護性と追従性との双方の向上が図られている。
また、熱保護性及び被覆層20への追従性の観点から、中間層14の自然状態における厚さは低摩擦樹脂層14Fの厚さの10倍〜200倍の範囲に設定されている。さらに、中間層14の厚さは、低摩擦樹脂層14Fの厚さの20倍〜150倍の範囲に設定することがより好ましく、25倍〜100倍の範囲に設定されることが一層好ましい。
また、径方向Rにおいて、低摩擦樹脂層14Fの外周と被覆層20の谷部24の内側壁24Aとの差、すなわち中間層14の圧縮挟持部14Cにおける厚さは、例えば0.3mm〜5mmの範囲に設定されている。さらに、この厚さは0.5mm〜3mmの範囲に設定されることが好ましく、厚さは1mm〜2mmの範囲に設定されることがより一層好ましい。
なお、本実施の形態に係る中間層14は、第1変形例に係る複合管10の中間層14と同様に、軸方向Sに沿って互いに突き合わせて巻き付けられてもよい。また、中間層14は、第2変形例に係る複合管10の中間層14と同様に、軸方向Sに沿って互いに一部を重ね合わせて巻き付けられてもよい。
さらに、本実施の形態に係る複合中間層140は、中間層14の管体12側の裏面にのみ低摩擦樹脂層14Fを形成してもよい。
特に、低摩擦樹脂層14Fとして、ポリエステルを主成分として含むポリエステル不織布やポリエステルトリコット、ナイロンを主成分として含むナイロン不織布やナイロントリコット、ポリエチレンを主成分として含むポリエチレンフィルムが好ましい。さらに、低摩擦樹脂層14Fには、ポリエステル不織布又はナイロントリコットがより好ましい。
また、低摩擦樹脂層14Fに不織布が採用される場合、不織布の目付量は例えば10g/m2〜500g/m2の範囲に設定されている。また、不織布の目付量は12g/m2〜200g/m2の範囲に設定されることが好ましく、更に不織布の目付量は15g/m2〜25g/m2の範囲に設定されることがより好ましい。
また、低摩擦樹脂層14Fの内周面におけるすべり抵抗値は、中間層14の内周面におけるすべり抵抗値の0.36倍〜0.90倍の範囲に設定され、好ましくは0.44倍〜0.85倍の範囲に設定されている。
詳しく説明すると、フレームラミネート法は、例えば、中間層(多孔質樹脂層)14中に含まれる可溶性物質を火炎により熱溶融させて染み出させ、この染み出させた溶融物を用いて低摩擦樹脂層14Fと接着する方法である。フレラミ接着体により形成された複合中間層140では、接着剤を塗布して形成する場合に比し、薄膜化することができる。このため、フレラミ接着体を複合中間層140として含む複合管10では、管体12の端部を露出させる際に、被覆層20への追従性を向上させることができる。
なお、フレームラミネート法が使用される場合、中間層14と低摩擦樹脂層14Fとの積層体が帯状の複合中間層140として予め形成され、この複合中間層140が管体12に巻き付けられる。
Claims (4)
- 管体と、
管状とされて前記管体の外周を覆い、径方向外側へ凸となる環状の山部と、径方向外側が凹となる環状の谷部とが、前記管体の軸方向に沿って交互に配列されて蛇腹状とされ、前記管体の外周にガイドされて前記軸方向に沿って短縮可能な被覆層と、
前記管体と前記被覆層との間に配置され、前記管体の軸方向に沿って前記管体の外周囲にスパイラル状に巻き付けられている帯状の中間層と、
を備えた複合管。 - 前記中間層は、前記軸方向に沿って一定の間隔を開けて巻き付けられている請求項1に記載の複合管。
- 前記中間層は、前記軸方向に沿って互いに突き合わせて巻き付けられている請求項1に記載の複合管。
- 前記中間層は、前記軸方向に沿って互いに一部を重ね合わせて巻き付けられている請求項1に記載の複合管。
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