JP3981419B2

JP3981419B2 - 埋設可撓継手およびその製造方法

Info

Publication number: JP3981419B2
Application number: JP27630595A
Authority: JP
Inventors: 志津雄横堀; 信吉石坂; 英司西川
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1995-09-28
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2015-09-28
Also published as: JPH0989175A

Description

【０００１】
【発明の属する技術的分野】
この発明は、地震などの地盤の変動に追随して変位することができる可撓継手に関し、さらに詳しくは、通水管路、特に上下水道等の通水管路の埋設管の接続に用いられる耐震性埋設可撓継手およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から上水道、下水道等の通水管路等の地中に埋設された管路の接続に用いられる可撓継手としては、図９〜１１に示すようなものが知られている。図９のものは、内層２と外層３からなるゴム層の内部に鋼製リング７および第１、第２補強繊維層４、５が設けられ、補強リング８の端部がフランジ１０に固定されて内周面が平滑に形成されたもの、図１０は、内外ゴム層２、３の内部中央部に１個の鋼製リング７および補強層４、５が設けられ、これらからなる円筒状本体胴壁が外側に膨らんだ隆起形状に形成されたものおよび図１１は内外ゴム層２、３の内部に補強層４、５を設けて円筒状継手本体を形成し、その円筒状胴壁が外側に膨らんで球状隆起が２個連結し、その谷部に鋼製リング又はビードの束が設けられてなるものである。
【０００３】
他方、これら継手を含む上下水道などの埋設管路は過去の大地震のたびに大きな被害を受け、その調査・研究がなされた結果、埋設管路の主要な被害要因として、（１）地形・地盤の変化部における地盤の相対変位、すなわち地盤のひずみ、（２）液状化による地盤の亀裂、陥没、隆起および側方移動、（３）人工地盤の境界部における地盤のひずみおよびそれに起因する亀裂と段差、（４）管軸と震央方向の関係などがあげられている。
【０００４】
そして、地震外力がこれら埋設管路などの線状地中構造物に変形とひずみを与える機構も解明が進められ、地中構造物の変形とひずみは、地震の慣性力によるものではなく、構造物周辺の地表面に沿った地盤のひずみに支配されることが明らかにされている。
【０００５】
さらに、１９９５年阪神・淡路大地震により、上下水道の埋設管路が壊滅的な被害を受けたことから、水道管および継手の耐震性に関して再検討されるにいたり、地震力に耐えるこれらの埋設管路部材の開発が望まれるようになった。
以上のような大きな外力を有する地震力からくる地盤のひずみに対して、前記従来の可撓継手はその力学的強度を維持し、可撓継手としての機能を充分に発揮することは困難な状態にある。
【０００６】
すなわち、上記従来の可撓継手図９の場合、補強繊維層中の繊維の許容伸び率が３〜７％であるため、継手が大きな外力を受けて伸ばされようとしても、繊維は外力によるゴム層の伸びに追随できず、分離して破断するにいたる。従ってこのような、補強繊維の許容伸び率を超える大きな伸びの変位を受ける所に使用する場合は、その伸びの変位量を吸収するに充分な長さをもつ継手を必要とした。その結果、長さの増加分に起因したコストアップ、施工作業の不便、不具合さ、圧縮時の座屈、屈曲などは避けられなかった。また図１０のものは、継手の円筒状胴壁が外側に膨らんだ伸縮可能な球形隆起状に形成されているので、外力により変位を受けた場合、継手本体はこの球形隆起した胴壁が真直ぐに伸び切るまでは変位に追随するが、完全に伸ばされたときには、胴壁径が縮小するため、ゴム層・補強層と鋼製リングとが分離し、胴壁の破壊を起こし、使用不可能となる。さらに図１１に示したものは、伸縮、柔軟性を付与するために２つの球形隆起部を設け、小谷部に鋼製リング又はビード束を配置して強固に固定したものである。しかし、図１０のものに比べ改良されてはいるが、依然として、胴壁の許容伸び限度を超える大きな外力による変位には追随できない。
【０００７】
このように、埋設可撓継手は、地震時には、地震力によって惹き起こされる地盤ひずみによる管軸方向への伸長又は圧縮、あるいは半径方向への変形および鉛直軸まわりの曲げ（管軸直角方向の曲げ）などの作用を受けるため、図９〜１０に示す従来の管継手では、地盤の相対変位の振幅の方向に変位し、、引き伸ばされて、鋼製リングの分離、補強リング部の離脱を起こして、継手から埋設管が外れる事故が生ずる可能性が大きい。
【０００８】
他方、製造面からみても、図９に示すものは、鋼製リングを補強層周面上に軸線方向の全体にわたって配置するとき、鋼製リングを単独に１個づつ位置決めして複数個配列しなければならないので、多くの時間を要し、その上成形時に位置ずれを起こしやすいという不具合もあった。また、図１０のものも同じく配置された鋼製リングが成形時に位置ずれを起こしやすい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、地震力による地盤のひずみに追随して変位し、継手部分が接続埋設管から外れを生じない締結機能を有し、さらにその締結機械的強度は継手構成部材の分離、剥離などを生じさせないように、該構成部材を設計し、容易に設定できる埋設可撓継手を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明は、以下のことを特徴とする、埋設可撓継手の製造方法をその要旨とするものである。
【００１１】
この発明の可撓継手の製造方法は、マンドレル（芯型）に内面ゴム層、および内側ゴム被覆繊維補強層を積層し、該内側ゴム被覆繊維補強層周面上に長手方向全体にわたってコイル補強線材を配置し、該補強線材のピッチ間を埋めるための中間ゴム層、外側ゴム被覆繊維補強層および外面ゴム層を設けて円筒状成形体を形成した後、該成形体とマンドレルの間に空気圧または水圧を加えながら、該成形体を軸方向に圧縮して、コイル補強線材間の円筒状隔壁を外周方向に膨らませ、さらに加硫することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
この発明の可撓継手によれば、継手の円筒状胴壁の断面中央部に伸長可能なコイル補強線材が配置され、しかもそのコイル補強線材間の円筒状胴壁が外周方向に膨らんだアーチ形状に形成されているので、水道管に接続して地中に埋設されているとき、大地震力による周辺地盤の相対変位、すなわち地盤の縦ずれ、横ずれなどの外力により埋設管の管軸方向への引張りまたは圧縮、あるいは管軸直角方向への変位または曲げなどの作用を受けても、配置されたコイル補強線材およびそれと一体化された伸長自由な蛇腹状胴壁とがこれらの作用に追随して自在に変位し、管軸方向に直線状または段差状に伸長し、あるいは管軸直角方向に変位または彎曲することができる。このような大きな外力を受けても、コイル補強線材および蛇腹状胴壁とが大きな伸長および彎曲の作用を有することがこの発明の特徴である。
【００１３】
また、この発明の製造方法によれば、補強リングの代わりに所定ピッチを有するコイル補強線材を用い、継手の円筒体内周部を構成する内側ゴム被覆繊維補強層周面上に軸線方向全体にわたって嵌め通せば、容易に所定位置に配置することができ、その後に積層成形した円筒状成形体を成形体とマンドレルの間に空気圧または水圧を加えながら、軸方向に圧縮すれば、コイル補強線材間の円筒状胴壁が外周方向に膨らんで、アーチ形状を形成し、さらに加硫すれば可撓継手製品が得られる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照し、この発明の一実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の可撓継手１の部分欠切断面を示す側面図である。
すなわち、この可撓継手１は、内外面ゴム層２、３からなる円筒状胴壁の断面中央部にコイル補強線材７が配置され、そのコイル補強線材７の内側および外側にゴム被覆繊維補強層４、５が設けられ、さらに前記胴壁がコイル補強線材７間において外周方向に膨らんだ形状に形成されて可撓部が構成され、その両端部がフランジ１０に固定されてなるものである。
【００１５】
内外面ゴム層２、３はゴム配合物からなるものであって、公知の主材料および副資材を使用する。ゴム層は予め成形されたゴムシートを積層して形成する。
【００１６】
ゴム被覆繊維補強層４、５は、繊維からなるすだれ織布に未加硫ゴムをトッピング処理したものを内面ゴム層２の上、及びコイル補強線材７、中間ゴム層６の上に、継手の軸線に対し、所定の成形角度で繊維方向が交叉するように交互に偶数枚（プライ）巻付け、積層して形成される。ゴム被覆繊維補強層４、５に使用する繊維としては、ナイロン、ポリエステル、アラミド、カーボンなどの有機繊維およびガラス、スチールなどの無機、金属繊維などがあげられる。
【００１７】
中間ゴム層６は、ゴム配合物からなるものであって、コイル補強線材７を固定するとともに外周方向に膨らんだア−チ形状の胴壁の伸長・彎曲作用を容易にする。
【００１８】
コイル補強線材７は、線材またはその集束体が所定ピッチで連続的に螺旋状に巻かれたコイルであって、小さいばね定数を有していて、継手円筒状胴壁のア−チ形状隆起部の伸びとともに継手軸方向に容易に変位するものである。このコイル補強線材７は、地震時の地盤ひずみから継手の変位量を予測し、埋設管径に応じて、好ましい横弾性係数そのほかの機械的特性を有する線材を適宜に選択し、線径、巻数等を決定し、所定のばね定数が得られるように設計し、製作される。そして、このコイル補強線材７を形成する線材としては、弾性限度の高い金属線材料、たとえば、ばね鋼線、ピアノ線などのばね用炭素鋼線、ステンレス鋼線などのばね用合金鋼線、またはりん青銅線などのばね用銅合金線などの単線あるいはその集束体を用いることができる。このコイル補強線材７は、製造時には形成された内側ゴム被覆繊維補強層４の外周面上にその端部から軸方向に嵌め通されて長手方向全体にわたって配置される。
【００１９】
端部リング８は、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように継手本体の両端部に埋設されて、内外ゴム被覆繊維補強層４、５の両端縁部のいずれか、または両方をフランジニップル９の突起部に押しつけ、巻き上げて固定するものである。このリング８としては、ワイヤリング、ビ−ドワイヤまたはその集束体などを用いることができる。
【００２０】
ニップル９は、後述する製造方法でマンドレル（芯型）にゴムシートを巻付けて内面ゴム層２を形成した後、そのゴム層２の両端部に密着するようにマンドレルに嵌め込まれて、芯型の一部を構成するとともに、積層成形後はフランジに溶接されて継手の構成部材となる。
【００２１】
フランジ１０は、継手本体の両端部に固定されたニップル９に溶接により接合される。そして、配管施工時には、埋設管フランジにボルト締結などにより接続される。なお、フランジ１０を使用せずに、ニップル９を接続すべき配管に直接溶接する場合もある。
【００２２】
この埋設管撓継手の製造方法は、図２に示すように、まず、マンドレル１１の表面に、所定の幅のゴムシートを巻付け、突き合わせ部を接着剤などで接合して円筒状の内面ゴム層２をつくる。また、ゴムシートの代わりにゴムチューブを用いてもよく、この場合は接合作業を省くことができる。そして、この内面ゴム層２の両端部に、予めゴム層との接触部に接着剤処理を施したニップル９をマンドレル１１の両端から押し込み、所定の間隔に位置させ、端面同士を接着する。
【００２３】
次に、図３に示すように、予め所定の幅に裁断されたトッピング処理繊維コード１２を内面ゴム層２の表面に、継手の軸線に対し所定の成形角度ψで繊維方向１３が交叉するように、交互に偶数プライ巻付け、積層する。なお、トッピング処理繊維コードの積層プライ数は、継手の設計口径、内圧、補強繊維、コイル補強線材などの組み合わせによって、適宜に選択、決定する。
【００２４】
続いて、図４（ａ）に示すようにこの内側ゴム被覆繊維補強層４の周面上に予め形成した所定ピッチＰを有するコイル補強線材７を該ゴム層４の一端からその表面を滑らすように嵌め込んで、長手方向全体にわたって配置する。この場合、ゴム層４の表面、またはコイル補強線材７に接着剤処理を施してもよい。またコイル補強線材７のピッチＰは一定であるが、端部はピッチを変えてもよい。なお、コイル補強線材７は図４（ｂ）に示すように、連続したコイルを所定長さで切断した形のものも使用できる。
【００２５】
さらに、図６に示すように、この内側ゴム被覆繊維補強層４の表面に、ゴムシート６をコイル補強線材７のピッチ間を埋めるように巻付け、中間ゴム層６をつくる。
【００２６】
その後、中間ゴム層６の表面に、外側ゴム被覆繊維補強層５を内側ゴム被覆繊維補強層４と同じ構成と方法で形成し、その内外側ゴム被覆繊維補強層４、５の両端縁部を端部リング８に巻き上げ、フランジニップル９の突起部で係り止めをする。そして、この外側ゴム被覆繊維補強層５の表面にゴムシートを巻き、接合して外面ゴム層３をつくる。
【００２７】
このようにして得られた、図６に示すニップル９付きの円筒成形体を、図７及び８に示すように、その成形体とマンドレル１１との間に空気圧又は水圧を加えながら、軸方向に圧縮して、コイル補強線材７間の円筒状胴壁を外周方向に膨らませて、アーチ形状に成形する。そして、このアーチ形状胴壁の外周面を布ラッピングまたは金型で締め付けて加硫を行った後、マンドレル１１を引き抜き、成形体端部ニップル９に所定のフランジ１０を溶接して接合する。
【００２８】
なお、図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示すように、内外ゴム被覆繊維補強層４、５を端部リング８に固定する方法は、両補強層４および５を巻き上げて固定してもよいし、内側ゴム被覆繊維補強層４のみを巻き上げてもよい。またリング８はビードワイヤーリングの束を用いてもよい。
【００２９】
比較例１
直径２００ｍｍマンドレルに厚さ１０ｍｍの内面ゴムシートを軸線に対し成形角度５０°で巻きつけ、接合した後、引張強さ１８０ｋｇｆ／ｃｍ²のトッピング処理ポリエステルコードを成形角度５０°で交互に４プライ積層し、この外周面上に線径１０ｍｍの独立した鋼線リングをピッチ５０ｍｍで１０本配列し、その後、再び前記のトッピング処理ポリエステルコードを４プライ、さらにその表面に厚さ５ｍｍの外面ゴムシートを成形角度５０°で積層し、加硫して可撓部長さ５００ｍｍの継手サンプルを得た。このサンンプルを内圧１０ｋｇｆ／ｃｍ²で耐圧試験を行ったところ破断時の変位量は３５０ｍｍであった。また、図１２に示す変位（偏心）特性テストによる垂直方向の変位量に対する荷重、すなわち偏心反力Ｗは変位量δ２００ｍｍのとき、３８００ｋｇｆであった。
【００３０】
実施例１
この発明によるサンプル成形方法では、線径１０ｍｍのピッチ６５ｍｍのコイル補強鋼線を用いること及び加硫前に作用させる水圧を８ｋｇｆ／ｃｍ²とし、ピッチが５０ｍｍになるように未加硫成形体の全長を圧縮して、アーチ形状を形成させたことを除いては、比較例と同じ方法で作成しサンプルを得た。得られたサンプルについて同様のテストを行ったところ、破断時変位量は８００ｍｍであり、また、偏心反力は変位量２００ｍｍのとき１４００ｋｇｆであった。
【００３１】
この発明の実施例で得られた継手の偏心反力（応力）−変位量曲線を比較例とともに図１３に示す。図１３及び実験結果から明らかなように、本発明により得られる可撓継手は比較例として示した従来の継手と比較して、伸び率、引張強さ、破断強さ等の力学的特性に著しい向上がみられた。実用的強度を支配する伸びと引張強さが大幅に増大したことは、外力による地盤ひずみの吸収を容易ならしめ、これが実用的強度の増加につながり、耐久性の向上が期待される。特に、本発明によるものは、従来のものに比べて、同一量の変位に要する偏心反力はその１／２〜１／３と小さい。この管軸直角方向の変位を起こすための偏心反力が小さいことは、地震時の地盤の埋設管軸直角方向の変位にも十分追随が可能であることを示唆している。これは、好ましい横弾性係数を有し、ばね定数の小さいコイル補強線材及びこれと一体化されたアーチ形状の胴壁との構成が大きく寄与しているものと推測される。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の可撓継手によれば、継手の円筒状胴壁の断面中央部に大きく伸長可能なコイル補強線材が配置されるとともに、そのコイル補強線材間の胴壁が外周方向に膨らんだアーチ形状の構造とすることにより、埋設管に接続されたときは、地震時またはその他の外力による地盤の管軸方向あるいは管軸直角方向の変位に容易に追随して変位することができる。またこの発明の製造方法においても、所定ピッチを有するコイル補強線材を用いたので、従来のものにみられた単独の補強リングを一個づつ繊維補強層周面上に嵌めて所定位置に配列するといった煩わしい作業を省くことができた。また、成形時の補強リングの位置ずれを防ぐことも可能となった。さらに螺旋状の線材、すなわちコイルリングを用いることにより、ばね定数を適宜に小さく設計することによって、より小さい外力荷重でよく変位する可撓継手を得ることができたなどの多くの利点をもつ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可撓継手の構成を示す部分破断側面図である
【図２】マンドレルに内面ゴム層およびニップルを装着した状態を示す部分破断側面図である。
【図３】内面ゴム層に内側ゴム被覆繊維補強シートを巻回・積層する状態を示す部分破断側面図である。
【図４】（ａ）内側ゴム被覆繊維補強層にコイル補強線材を配置した状態を示す側面図である。
（ｂ）連続したコイルを所定長さで切断した形のコイル補強線材を配置した場合を示す。
【図５】内外側ゴム被覆繊維補強層を端部リングに巻き上げ固定する状態を示す要部断面図である。
【図６】内外面ゴム層、内外側ゴム被覆繊維補強層、コイル補強線材、中間ゴム層及び内外ゴム被覆繊維補強層の端部リング固定した積層成形体の部分破断面図である。
【図７】内外面ゴム層、内外側ゴム被覆繊維補強層、コイル補強線材および中間ゴム層の配置・積層成型体を圧縮して胴壁を膨らませた状態を示す部分破断側面図である。
【図８】積層成型体を圧縮して胴壁を膨らませた状態を示す胴壁の要部断面図である。
【図９】従来の可撓継手を示す部分破断側面図である。
【図１０】従来の可撓継手を示す部分破断側面図である。
【図１１】従来の可撓継手を示す部分破断側面図である。
【図１２】埋設可撓継手の変位（偏心）特性の考え方を示す図である。
【図１３】本発明の実施例で得られた可撓継手の偏心反力−変位曲線を比較例とともに示した図である。
【符号の説明】
１本発明の可撓継手
２内面ゴム層
３外面ゴム層
４内側ゴム被覆繊維補強層（従来技術では第１繊維補強層）
５外側ゴム被覆繊維補強層（従来技術では第２繊維補強層）
６中間ゴム層
７コイル補強線材（従来技術では鋼製リング）
８端部リング（従来技術では補強リング）
９ニップル
１０フランジ
１１マンドレル
１２トッピング処理繊維コード
１３繊維方向
ψ 成形角度
ｐピッチ

Claims

マンドレル（芯型）に内面ゴム層、および内側ゴム被覆繊維補強層を積層し、該内側ゴム被覆繊維補強層周面上に長手方向全体にわたってコイル補強線材を配置し、該補強線材のピッチ間を埋めるための中間ゴム層、外側ゴム被覆繊維補強層および外面ゴム層を設けて円筒状成形体を形成した後、該成形体とマンドレルの間に空気圧または水圧を加えながら、該成形体を軸方向に圧縮して、コイル補強線材間の円筒状隔壁を外周方向に膨らませ、さらに加硫することを特徴とする埋設可撓継手の製造方法。