JP2509108B2 - 水道用ポリエチレン管継手 - Google Patents

水道用ポリエチレン管継手

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はポリエチレン管継手、特
に水道用の管継手に係る。
【０００２】
【従来の技術】ポリエチレン管は軽量であり、耐食性も
高く、かつ十分な可撓性を有するので、水道用管路など
に多く使用される。合成樹脂一般の特徴として耐候性に
課題が残っていたが、２〜３％のカーボンブラックを配
合することによってほぼ解消し、施工前の野積みや仮配
管時あるいは住宅屋根上に載置する温水器などにおいて
受ける直射日光に対して十分耐えることが認められ、使
用実績は増える傾向にある。この水道用ポリエチレン管
は密度０．９１５〜０．９４０g／cm3の範囲にある低密
度ポリエチレンを原料とし、特に直鎖状の低密度ポリエ
チレン（以下「ＬＬＤＰＥ」と通称に従って表示す
る。）を適用している。
【０００３】一方、管同士を継合する管継手としては、
水道用管路に対しては一律に砲金など金属製のものを適
用している。例えば図３に示すようにポリエチレン管２
ａに袋ナット１０２およびリング１０３を通し、該管の
内面へ管端からテーパー状のインコア１０１を叩き込ん
で固定し、この状態で管端を管継手本体１ａの嵌入部へ
挿し込んで袋ナット１０２と継手本体外面のねじ部を締
め付けて管と管継手とを完全に接合する方式を採ってい
る。なお、ポリエチレンなどの熱可塑性プラスチック管
用継手として内面に電熱線を付設したいわゆるエレクト
ロフュージョン型の管継手も提案されている。これは管
継手内へポリエチレン管を挿着後、電熱線の通電発熱に
より継手接触面とこの面に接するポリエチレン管外周面
とを溶着しようとするものである。また、この基本技術
を改良した実開昭６２−１４６０９１号では管継手外周
面に例えばエポキシ樹脂含浸ガラスクロス層よりなるガ
ラス基材層を設けて熱膨張による接触面圧の低下を抑止
しようとするものがある。また、図４（イ）は特開平２
−３０９０９１号公報で提案された従来技術であり、合
成樹脂管と合成樹脂継手とを接着するために、接着面上
に螺旋状に電熱線を巻き回して通電し、その電熱によっ
て接着面を溶融して相互に融着させる従来から実施され
てきた公知の方法には、金属の熱膨張のために継合後の
継手部に歪みが生じたり隙間が生じたりすることを課題
として捉えている。そして課題解決のために従来の金属
線の代りに合成樹脂へ導電性粉体または短繊維を混入し
た発熱体１０４を継手本体１ｂの接合部内へ螺旋状に巻
き回し、あるいは薄肉円筒状に成形して両者の中間に挾
在して通電し、その発熱を利用して境界面の両樹脂を溶
着することを要旨としている。 さらに特開昭６２−６２
８４５号公報の従来技術では、低密度のポリエチレン材
に紫外線劣化から保護する目的でカーボンブラックを添
加すると、その配合に起因すると判明しているハロゲン
水（水道水中の塩素分）による水泡発生、または内層剥
離の懸念を課題として捉え、その解決を解決するために
０．０１％のヒンダーアミン化合物をカーボンブラック
と共に配合するという手段を採って好成績を収めたと謳
っている。 さらに特開昭５２−７０１６号公報の従来技
術は図４（ロ）で示すように、変性ポリオレフィンで被
覆した金属材料製の接続金具１０５をパイプ２ｃの接合
部に嵌合または挾置し、接続金具を加熱して中間に挟ま
れた変性ポリオレフィン１０６を融着させ、パイプを接
続することを要旨とする。すなわち、金属の熱伝導度が
樹脂に比べて遥かに大きいため、表面被覆した変性ポリ
オレフィンが速やかに溶融し、接合部分の周辺部を溶融
することなく接続できるので、そのため接合部にバリが
生成せず強力な接続ができると謳っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち、砲金
など金属製の管継手は地中に埋設した場合に耐食性が完
全とは言えないから、長期に亘る使用中には地中の湿分
や化学的雰囲気に侵されて腐食する可能性がある。ま
た、図３に示すように、継合するための部材の種類が多
く継合作業も手順が多くてリング１０３の方向を誤った
りインコア１０１を入れ忘れたりする作業ミスを生じる
懸念もある。また、鋳造品の管継手本体は重量も大きく
加工費を含めた単価も高いなど種々の課題がある。一
方、既に開発されたエレクトロフュージョン型の管継手
は耐食性や重量の点で砲金製の管継手に残る課題を解決
するが、水道用管路に使用する場合にはなお課題が残っ
ている。
【０００５】管路は地中に埋設することもあり、地上に
露出することもあるが、地震による震動、重車両の通過
に伴う地盤の振動や沈下、その他の外力による応力が負
荷する時は必ず管継手に集中するので、管と同一の材質
のとき、まず、この継合部分からトラブルを生じる傾向
が強い。次に耐候性の問題であり、特に直射日光を受け
る屋外の配管では劣化が著しいのでカーボンブラックを
配合して耐候性を向上する必要がある。ところがカーボ
ンブラックを配合したＬＬＤＰＥは塩素に触れると劣化
するという問題がある。周知のように水道水中には殺菌
のために塩素を添加しているのでポリエチレン管内を水
道水が通過すると管内面を侵食する懸念がある。そのた
めＬＬＤＰＥ管は面にカーボンブラックを配合したポリ
エチレンと無添加のポリエチレンの二重管に複合化し耐
候性と耐塩素水性の両者を並立している。また、通電発
熱による管と管継手との溶着についての課題としては、
ポリエチレン材は温度が高くなると軟化溶融するが、こ
の間熱膨張も伴うので、管継手内面が電熱線によって加
熱されると、まずこの周辺から熱膨張が始まりフリーの
状態である管継手の外周面側へ膨張しようとする。この
ため、管継手内周面と管外周面との接触面が嵌入当初に
比べて面圧が下がり、ひどい時には間隙を生じて強い溶
着ができなくなる恐れがある。実開昭６２−１４６０９
１号の考案はこの熱膨張を抑止するために、管継手の外
周面にガラス基材層を設けて接着面に十分な圧力が保持
できるようにしているが、そのため製作時の手順が付加
されることとなる。すなわち、管継手製作の例示として
は、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸し、この含浸エ
ポキシ樹脂を半硬化させてなるプリプログレスを筒状に
して外型に挿入しコイルを巻いた内型を外型内にセット
し、両金型間にポリエチレンを射出成形する手順を挙げ
ているが、このようにかなり煩瑣な手順は生産性や原価
の上で無視できない影響を及ぼすことを否定できない。
【０００６】また、図４（イ）の従来技術は主体は発熱
体の改善に係り、金属線に代る発熱体の形成のために導
電性粉体の一例としてカーボンブラックを適用したとし
ても、本発明が解決を求める課題には何の示唆を与える
ものではない。また、現実的には金属線を発熱体とした
電気融着式の継手はエレクトロフュージョン方式（ＥＦ
方式）として既に市販され広く使用されている。金属の
材質や巻き回しの方法を改良することによって継手の歪
みの問題も克服され、特に使用上の支障となってはいな
い。むしろ、発熱体自体に流動性や変形が生じること
は、別の課題に発展する可能性もないではない。また、
特開昭６２−６２８４５号公報の従来技術は、管材料と
してのポリエチレン材料自体の改良を新規な化学成分の
配合によって解決を求めたものであり、とくにポリエチ
レン管継手自体が抱える特殊な課題の解決を図ったもの
ではない。さらに図４（ロ）の従来技術は高密度ポリエ
チレン材を実施例で挙げているが、これは接続金具１０
５の表面に静電塗装などによって厚さ１０μｍ程度に被
覆される被膜としての使用であり、その役割は明らかに
溶融する接着材に他ならない。管継手の主体は図から見
ても疑いなく金属製の接続金具であり、接着材として使
用する樹脂の種類がどうあろうとも、本願発明が解決を
目指す課題の解決には何の関わりもないことである。要
約すれば、本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、水道用ポリエチレン管の管継手として、耐候性，強
度，耐塩素水性の全ての点で優れ、かつ製造が容易なも
のを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る水道用ポリ
エチレン管継手は、管継手のポリエチレン管を嵌入する
内周面へはポリエチレン材の皮膜を被覆した電熱線を螺
旋状に巻き回し、管継手の材質は密度が０．９３０〜
０．９６５ｇ／ｃｍ３の範囲にあり、かつ、２〜３％の
カーボンブラックを配合した中密度乃至高密度のポリエ
チレン材よりなり、常に前記水道用ポリエチレン管のポ
リエチレン材よりも密度が高く、強度も大きい優劣関係
が成立することによって前記の課題を解決した。
【０００８】
【作用】水道用のポリエチレン管は前に述べたとおり直
鎖状の低密度のポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）であって、
その密度は０．９１５〜０．９４０ｇ／ｃｍ３の範囲に
あり、その引張り強度は９．８〜１４．７Ｎ／ｍｍ２程
度である。これに反し管継手を構成するポリエチレンは
密度が０．９３０〜０．９４０ｇ／ｃｍ３の中密度のポ
リエチレン（以下「ＭＤＰＥ」という）や密度が０．９
５０〜０．９６５ｇ／ｃｍ３の高密度ポリエチレン（以
下「ＨＤＰＥ」という）であって、その引張り強度も少
なくとも１７．７Ｎ／ｍｍ２以上（ＭＤＰＥ）、又は少
なくとも１９．６Ｎ／ｍｍ２以上（ＨＤＰＥ）を保有し
ているから、管路に外力が加えられ応力が管継手に集中
した場合でも十分これに耐えて管路の機能を正常に保つ
ことができる。すなわち、カーボンブラックを配合しな
い低密度ポリエチレン管に適用するエレクトロフュージ
ョン（いわゆるＥＴ継手）方式の管継手に係り、管継手
の密度は常に管自体よりも高く、かつその強度は常に大
きいという優劣関係を維持する。この関係が成立してお
ればこそ、 樹脂が融着するときに樹脂の軟化、溶融に伴う膨張が
管継手の外周方向へ許容されると融着部の面圧が低下
し、硬化後の接着圧も低くなり継手の水封機能にも悪影
響を及ぼす原因となる。すなわち、管継手の外周方向へ
の膨張を阻止するために管自体よりも大きな強度で拘束
しなければならない。 水道用の配管は通常は地下に埋設するが、布設後の地
震や重量物の通過に伴う振動、加重などの外力が加わる
ときに集中するのが継手部である。したがって管自体よ
りも強力な材質で継合部を形成することが保安上の要諦
となる。 水道用の管継手としてはねじ部や器具を内蔵する形態
の場合も稀ではないが、このような螺合部の形成や異物
質との結合に当っても継手自体の強度を上げておくこと
が求められる。と列記するような作用と効果が初めても
たらされるのである。前記の全ての従来技術にもそれぞ
れ異なる問題意識があり、それぞれ異なる手段で解決に
寄与したことは否定できないにしても、少なくともここ
で掲げた〜の効果が直接得ら れるものは見出され
ず、本願発明の実施によってのみ得られる特別の作用で
あると断定できる。
【０００９】次に、管継手には２〜３％のカーボンブラ
ックを配合しているので、全ての部分が耐候性を向上し
ていて直射日光に曝露される外周面も例外でなく従来に
比べて品質の劣化を招くようなトラブルは発生しない。
また、この管継手の密度は従来のポリエチレン管に比べ
て大きいので、この高密度によって水道水中に含まれる
塩素分の侵入に強く抵抗する性質が与えられる。従っ
て、内周面からの品質の劣化を招くようなトラブルも発
生せず、耐候性と耐塩素水性が同時に並立する。さら
に、耐塩素水性を向上させるには、管継手の接水部のみ
カーボンブラックを含まないＨＤＰＥを用いる。いわゆ
る、２色成形とすることも可能である。
【００１０】エレクトロフュージョン方式の従来のポリ
エチレン管継手と比較すると、接触面において、まず電
熱線が赤熱すると被覆のポリエチレン皮膜が溶融し熱は
接触面の全面に伝わる。このとき熱膨張作用も同時に伴
うが、管継手の材質は高密度，高強度であるから熱膨張
による外周面への変形は抑止され、接触面の面圧は低下
することなく寧ろ管外周面側へ向けた押圧力として作用
するから、緊密な溶着部を形成することができる。ただ
し、実施例でも述べるとおり、寧ろこれは内部のポリエ
チレン管内周面への変形として現れる懸念がないでもな
いから、適切な電流電圧と通電時間によって接触面が適
切な温度下にあるように調整することも必要となる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の実施例を示す断面図である。
図の右半分は管継手１の内周面１１へ水道用のポリエチ
レン管２を挿入し、管継手中央のストッパ１２の段差に
まで差し込んだ状態を示し、左半分は未だポリエチレン
管を挿入する前の状態を示す。管継手の内周面にはポリ
エチレン材の皮膜１３に被覆された電熱線１４を螺旋状
に巻き回してその両端を電源（図示せず）と連結してい
る。エレクトロフュージョン方式のポリエチレン管継手
として最も必要なことは、管外周面と管継手内周面の溶
着が完全であり、この部分からの漏水が無いこと、少な
くともポリエチレン管と同等以上の引張り強さが維持さ
れていて、内部に亀裂や未溶着部分の無いことが求めら
れる。ＭＤＰＥやＨＤＰＥのように密度の大きいポリエ
チレンとＬＬＤＰＥのように密度の小さいポリエチレン
とを溶着する時には、その適当な電流，電圧などを相当
限られた範囲に絞って管理しなければ、熱膨張に伴う変
形が強度の小さいＬＬＤＰＥへ一方的に偏る傾向があ
る。
【００１２】この範囲を正確に把握するためには数多く
の実験を積み重ねて結果を検討するしかないが、その一
例をここに挙げておく。図２(イ)，(ロ)は実験方法を示
したもので、管継手１にポリエチレン管２A ，２B を差
し込み、図（イ）のように電位差計Ｖ，バッテリーＢを
並列に、電流計Ａを直列に繋いだ電気配線の両端を管継
手の電熱線１４に連結する。熱電対Ｔ1を管継手外周面
１５へ接触固定し、熱電対Ｔ2 を管継手とポリエチレン
管の接触面へ、また熱電対Ｔ3 をポリエチレン管の内周
面２１へそれぞれ接触固定して温度計Ｔへ連結する。
【００１３】表１は実験条件をまとめたもので、管の材
質は全てＬＬＤＰＥとし、管継手はＮｏ．６〜９が本発
明の実施例であるＨＤＰＥ、その他はＬＬＤＰＥを使用
した比較例である。
【表１】
【００１４】この実験において図２に示す方法で接合時
の各部の温度測定結果をまとめ、さらに外観上の特徴を
記録したのが表２である。
【表２】 同表からも伺えるように、実施例，比較例を問わず接触
面付近の温度が１７０℃以上に上昇すると、管内面に膨
らみが認められ適当でない。
【００１４】一方、これらの接合後の管と管継手に対
し、水圧試験と引抜き試験を施して継合状態の評価を試
みたのが表３である。
【表３】 この表から伺えるように、管内面に膨らみを生じたもの
を含め接触面の温度が１４８℃以上に上昇したものは水
圧洩れが発見されず、また水圧試験で異常のなかった試
験材は引抜き試験においても問題はなく、漏水したもの
は５０mm／minの速さで引抜くと抜け出してしまうこと
が判る。このような溶着実験はいろいろの条件を変えて
蓄積しなければ一概に言い切れないが、現在の段階では
接触面温度を１５０〜１７０℃の範囲に管理して昇温す
れば好結果に繋がるように考えられる。以下結果がまと
まり次第補充する。
【００１５】
【発明の効果】本発明は以上に述べたように、電圧，電
流についての配慮を怠らない限り、管継手と管との溶着
が完全であって漏水や引張り強さに何の懸念も起らず、
水道用管路の継合に求められる機能を従来に比べてより
完全に果すことができる。すなわち、外力による応力集
中に十分耐えること、耐候性と耐塩素水性を並立させる
こと、通電発熱時に必要な面圧を保って緊密な溶着面を
得ることなどによって水道管路として最適な性質を具え
ることができる。このような効果の得られる根源は、ポ
リエチレン管とポリエチレン管継手の間に密度と強度の
優劣関係を確実に維持させるという極めて特異な技術的
思想によってのみ初めて享受されるものであり、その点
からも他の従来技術とは峻別すべき効果が現れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の縦断面図である。
【図２】(イ)，(ロ)によって実験のための全体の配線図
と要部の配線図を示す。
【図３】従来の技術を示す縦断面図である。
【図４】別の従来技術を示す一部切欠き斜視図（イ）
と、さらに別の従来技術の縦断正面図（ロ）である。
【符号の説明】
１ 管継手 ２ ポリエチレン管 11 管継手内周面（接触面） 12 ストッパ 13 ポリエチレン材の皮膜 14 電熱線 15 管継手外周面 21 ポリエチレン管内周面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−309091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−62845（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−7016（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 密度０．９１５〜０．９４０ｇ／ｃｍ３
    の水道用ポリエチレン管を継合する管継手において、管
    継手のポリエチレン管を嵌入する内周面へはポリエチレ
    ン材の皮膜を被覆した電熱線を螺旋状に巻き回し、管継
    手の材質は密度が０．９３０〜０．９６５ｇ／ｃｍ３の
    範囲にあり、かつ、２〜３％のカーボンブラックを配合
    した中密度乃至高密度のポリエチレン材よりなり、常に
    前記水道用ポリエチレン管のポリエチレン材よりも密度
    が高く、強度も大きい優劣関係が成立することを特徴と
    する水道用ポリエチレン管継手。
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JPS527016A (en) * 1975-07-08 1977-01-19 Mitsui Petrochem Ind Ltd Connecting method of polyolefin system resin pipe
JPS6262845A (ja) * 1985-09-11 1987-03-19 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 給排水用移送管
JP2736805B2 (ja) * 1989-05-19 1998-04-02 日本鋼管継手株式会社 合成樹脂管継手

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