JP4501512B2 - ガスバリア性を有する合成樹脂管 - Google Patents

Description

この発明は、例えばガソリンスタンド等の地下に埋設して、燃料ガスやガソリン等を輸送するために用いる燃料輸送用管、その他に冷媒輸送用管や食品輸送用管等のガス遮断が要求される各種の管として好適に用いられるガスバリア性を有する合成樹脂管に関する。

一般に、ガソリン等を輸送するための燃料輸送用管においては、輸送中のガソリン等の外部への蒸散を抑制するために、ガスバリア性に優れた樹脂を素材としたガスバリア層を備えている。ガスバリア性に優れた樹脂としては、ポリアミド系樹脂が広く知られており、例えば特許文献１には、ポリアミド系樹脂を素材として内層を構成した燃料輸送用管が開示されている。

特開平６−２２１４８１号公報

ポリアミド系樹脂のようなガスバリア性に優れた樹脂は、極性基を有する極性樹脂であることが多い。このような極性樹脂は、一般に吸湿性が高くて、高湿度の空気に触れると膨潤し易いといった特性を有している。

従来の燃料輸送用管においては、ポリアミド系樹脂を素材としたガスバリア層が空気に触れる状態で設けられている。このため、ガスバリア層が吸湿して湿潤することで、管自体が変形して、管そのものの物性低下を引き起こし易いといった不具合があった。特に、燃料輸送用管を地中に埋設した状態で使用する場合には、高い偏平強度を要求されることから、上記のような物性低下を招き易い状況にあっては、使用に際しての信頼性に乏しかった。

また、ポリアミド系樹脂は、溶融粘度が低くて成形性が悪く、このため管の生産性に支障をきたすといった不具合もあった。

この発明は、上記の不具合を解消して、物性を長期に亘って良好に維持することができ、生産性の向上も図ることができるガスバリア性に優れた合成樹脂管の提供を目的とする。

上記の課題を解決するため、この発明の合成樹脂管は、樹脂製帯状体を螺旋状に巻回して、その先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士を融着若しくは接着してなる管壁を備え、前記樹脂製帯状体は、長手方向に連続するガスバリア層と、このガスバリア層の吸湿を防ぐようにガスバリア層の外周を覆う無極性樹脂を主素材とした防水層とを備え、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体のガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせていることを特徴とする。

具体的には、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士の融着若しくは接着部分の管軸方向の長さが、前記管壁内に流す輸送流体の前記防水層におけるガス透過度を同じく輸送流体の前記ガスバリア層におけるガス透過度で除した値を、前記ガスバリア層の厚みに乗じた長さと同等か或いはそれよりも長くなっている。

また、前記ガスバリア層を、ナイロン樹脂等のポリアミド系樹脂を主素材として構成し、前記防水層を、ポリエチレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂を主素材として構成している。さらに、前記防水層の主素材であるポリエチレン樹脂に、前記ガスバリア層の主素材であるナイロン樹脂との相溶性に優れたＣＯＯＨ基含有ポリオレフィン系樹脂或いはアイオノマーから選ばれる１種或いは２種以上の樹脂を混入してある。

さらに、前記管壁を、螺旋状の凹凸部が管軸方向に連続する螺旋波形状に形成して、その凹部において、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士を管径方向に重なり合った状態で融着若しくは接着して、それら樹脂製帯状体のガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせている。

また、前記凸部の内周側開放口における管軸方向の長さが、前記凹部の内周側底壁における管軸方向の長さよりも短くなっている。

さらにまた、前記管壁の外周に外管を融着又は接着することで、その管壁の管軸方向への伸長を抑制している。また、前記外管を、ポリオレフィン系樹脂を主素材として構成している。

さらに、前記管壁の外周に補強糸を巻き付けることで、その管壁の管軸方向への伸長を抑制している。

なお、この発明において、合成樹脂管とは、比較的硬質の材料からなるいわゆるパイプと呼ばれるもの、比較的軟質の材料からなるホースと呼ばれるもの双方を含んでいる。

以上の説明から明らかなように、この発明の合成樹脂管においては、ポリアミド系樹脂等を主素材とするガスバリア層の外周を、ポリオレフィン系樹脂等を主素材とする防水層で覆うようにした樹脂製帯状体を用いて、管壁を形成している。このため、管壁のガスバリア層が空気に直接触れることがなく、ガスバリア層が吸湿して膨潤するといった不具合を防止することができる。これにより、合成樹脂管の物性を長期に亘って良好に維持することができる。また、このように物性を良好に維持することで、安定した偏平強度を保ち易くなり、地中に埋設した状態での使用に際して、信頼性を向上することができる。

しかも、良好なガスバリア性を有しているが成形性に劣るポリアミド系樹脂等を、成型性に優れたポリオレフィン系樹脂等で覆うことで、樹脂製帯状体の成形性が良好になって、合成樹脂管の生産性の向上を図ることができる。また、ガスバリア層の主素材と防水層の主素材との相溶性を良好にすることで、これらガスバリア層と防水層の接着強度を高めて、さらなる生産性の向上を図ることができる。

さらに、樹脂製帯状体を螺旋状に巻回して管壁を形成しているので、樹脂製帯状体に波付け加工を施すことで、螺旋波形状の管壁を容易に形成することができ、偏平強度を高めた強度的に優れた合成樹脂管を簡単に生産することができる。

加えて、樹脂製帯状体の螺旋巻回に際して、先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体のガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせている。このため、ガスバリア層の外周を防水層で覆っているにもかかわらず、管全長に亘ってガスバリア層を管軸方向に途切れることなく配置することができる。これにより、上記のようなガスバリア層の吸湿防止対策と相俟って、ガスバリア性を良好に維持することができる。

また、螺旋波形状の管壁の凹部において、ガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせているので、摩耗し易い管壁凹部のガスバリア性を高めて、安全性を向上することができる。

さらに、管壁の内周側において、凸部の内周側開放口よりも凹部の内周側底壁の管軸方向の長さを長くすることで、ガスバリア層のオーバーラップ部分の面積を広くしてガスバリア性をさらに高めることができる。しかも、凸部の内周側開放口への輸送流体の流れ込みを抑えて、輸送時における圧力損失を抑制することができる。

さらにまた、管壁において、ガスバリア層が管径方向にオーバーラップしているものの、直接重なった状態にはなっていない。しかし、先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士の融着若しくは接着部分の管軸方向の長さ、すなわちガスバリア層間の隙間に位置する防水層の重ね合わせ部分の長さを、管壁内に流す輸送流体のガスバリア層及び防水層におけるガス透過度を考慮しながら設定することで、ガスバリア層が直接重なって管軸方向に連続する状態と同等かそれ以上のガスバリア性を発揮させることができる。

また、管壁の外周に外管を融着又は接着したり、管壁の外周に補強糸を巻き付けて、管壁の管軸方向への伸長を抑制することで、強度及び耐圧性を高めることができ、特に地中に埋設した状態での使用に際して、信頼性のさらなる向上を図ることができる。しかも、このように外管を管壁に被せることで、管壁の損傷等を防止して、ガスバリア性をより一層良好に維持することができる。また、外管の外周面を平滑にすれば、取り扱い性等の向上を図ることができる。

さらに、防水性に優れたポリオレフィン系樹脂を主素材として外管を構成することで、管壁が外部の高湿度空気や水に直接さらされることがなく、ガスバリア層の吸湿をより一層防いで、合成樹脂管の物性低下を確実に防止することができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明の一実施形態に係る合成樹脂管は、ガソリンや燃料ガス等の輸送流体を輸送するための燃料輸送用管として使用されるものであって、図１及び図２に示すように、螺旋波形状の管壁(１)を備えている。この管壁(１)は、樹脂製帯状体(２)を螺旋状に巻回して形成されるものである。

樹脂製帯状体(２)は、図２及び図３に示すように、輸送流体に含まれるガスの外部への蒸散を防止するガスバリア層(５)と、このガスバリア層(５)を輸送流体や空気に直接接触させないようにして、ガスバリア層(５)の吸湿を防ぐ防水層(６)とを備えている。

ガスバリア層(５)は、ガスバリア性を有する樹脂として代表的なポリアミド系樹脂を主素材としており、樹脂製帯状体(２)の長手方向に連続して形成されている。具体的には、ナイロン樹脂を主素材として構成されている。

防水層(６)は、防水性に優れ、且つ、溶融時における成形性に優れた無極性樹脂であるポリオレフィン系樹脂を主素材としており、ガスバリア層(５)の断面における外周を覆うようにして長手方向に連続して形成されている。具体的には、ナイロン樹脂との相溶性に優れたＣＯＯＨ基含有ポリエチレンを含有する高密度ポリエチレン樹脂によって形成されている。なお、高密度ポリエチレン樹脂に含有する樹脂として、ナイロン樹脂との相溶性に優れたアイオノマーを用いるようにしても良い。

この樹脂製帯状体(２)は、その長手方向に沿った両側縁部(７)(７)間の略中央部が外方へ膨出されて、断面略コ字形の膨出部(８)が形成されている。なお、ガスバリア層(５)は、膨出部(８)から両側縁部(７)(７)にかけて設けられている。

そして、この樹脂製帯状体(２)を螺旋状に巻回して、その先行する樹脂製帯状体(２)とその直後に後続する樹脂製帯状体(２)の長手方向に沿った側縁部(７)(７)同士を、管径方向に重ね合わせた状態で融着若しくは接着することで、螺旋状の凹凸部(10)(11)が管軸方向に連続する螺旋波形状の管壁(１)が形成されている。すなわち、樹脂製帯状体(２)の膨出部(８)によって、管壁(１)の凸部(10)が構成されている。また、管軸方向に隣接する膨出部(８)(８)間に、互いに重なり合った側縁部(７)(７)を底壁とする凹部(11)が構成されている。

この管壁(１)においては、先行する樹脂製帯状体(２)とその直後に後続する樹脂製帯状体(２)のガスバリア層(５)(５)の端部同士が管径方向にオーバーラップされている。これにより、管全長に亘ってガスバリア層(５)が管軸方向に途切れることなく配置されて、管の内部空間がガスバリア層(５)によって覆われた状態になっている。

しかも、輸送流体に接触して摩耗し易い管壁(１)の凹部(11)において、先行する樹脂製帯状体(２)と後続する樹脂製帯状体(２)の側縁部(７)(７)同士が重ね合わされて、ガスバリア層(５)(５)がオーバーラップしているので、仮に１層目のガスバリア層(５)が摩耗しても、２層目のガスバリア層(５)が輸送流体に含まれるガスの透過を防止するようになっている。

なお、図２では、側縁部(７)(７)同士をその全幅にわたって重ね合わせているが、ガスバリア層(５)(５)がオーバーラップする範囲で部分的に重ね合わせるようにしても良い。

さらに、この管壁(１)においては、上記のようにガスバリア層(５)(５)が管径方向においてオーバーラップしているものの、直接重なった状態にはなっていない。このため、輸送流体に含まれるガスが、ガスバリア層(５)(５)間の防水層(６)(６)を透過して外部へ蒸散するといった心配がある。

しかし、防水層(６)の主素材であるポリエチレン樹脂は、ガスバリア層(５)の主素材であるナイロン樹脂と比べれば劣るものの、ある程度のガスバリア性を有している。例えば、ポリエチレン樹脂における燃料ガスのガス透過度は、ナイロン樹脂における透過度の約５倍である。また一般に、ガスが樹脂を透過する場合、そのガス透過量は樹脂厚に略反比例する。

従って、例えば燃料ガスを輸送流体として管壁(１)内に流す場合には、ガスバリア層(５)(５)間の防水層(６)(６)をガスが透過するために必要な長さ、すなわち、樹脂製帯状体(２)(２)の側縁部(７)(７)同士の重ね合わせ部分である融着若しくは接着部分における管軸方向の長さ(Ｌ１)が、ガスバリア層(５)の厚みの約５倍であれば、管壁(１)におけるガス透過量は、計算上ガスバリア層(５)(５)を切れ目なく連続させた場合と同等になる。

そこで、これらのことを踏まえて、この管壁(１)においては、前記の管軸方向の長さ(Ｌ１)が、管壁(１)内に流す輸送流体の防水層(６)におけるガス透過度を同じく輸送流体のガスバリア層(５)におけるガス透過度で除した値を、ガスバリア層(５)の厚みに乗じた長さと同等か或いはそれよりも長くなっている。例えば、先の燃料ガスが輸送流体である場合には、前記の管軸方向の長さ(Ｌ１)を、ガスバリア層(５)の厚みの５倍以上の長さに設定すれば良い。これにより、ガスバリア層(５)(５)が管軸方向に切れ目なく連続する状態と同等かそれ以上のガスバリア性を発揮させるようにしている。なお、上記においては、燃料ガスを輸送する場合を例に挙げて述べたが、例えば輸送流体としてガソリンを使用する場合には、防水層(６)におけるガソリンのガス透過度をガスバリア層(５)におけるガソリンのガス透過度で除した値を、ガスバリア層(５)の厚みに乗じた長さと同等か或いはそれよりも長くすれば良い。

さらにまた、この管壁(１)においては、凸部(10)の内周側開放口(12)における管軸方向の長さ(Ｌ２)が、凹部(11)の内周側底壁(13)における管軸方向の長さ(Ｌ３)よりも短くなっている。これにより、管壁(１)の内周側において、ガスバリア層(５)(５)のオーバーラップ部分の面積を広くしてガスバリア性をさらに高めるとともに、凸部(10)の内周側開放口(12)への輸送流体の流れ込みを抑制して、管壁(１)内において輸送流体がスムーズに流れるようにしている。

また、このようにして構成されている管壁(１)の外周には、例えばビニロン製の補強糸(14)(14)…が巻き付けられ、その外側において、略円筒状の外管(15)が融着若しくは接着されており、これらによって管壁(１)の管軸方向への伸長が抑制されている。

補強糸(14)(14)…は、配糸角度を小さくして管軸方向に沿うような状態で、管壁(１)の外周に螺旋状に巻回されている。より具体的には、一部の補強糸(14)(14)を残りの補強糸(14)(14)とは逆方向に巻回することで、全体的にネット状となって管壁(１)の外周を覆っている。これにより、管壁(１)の管軸方向への伸長を確実に抑制することができる。

外管(15)は、管壁(１)の外周に沿って樹脂製帯状体(16)を螺旋状に巻回して、その先行する樹脂製帯状体(16)とその直後の後続する樹脂製帯状体(16)の長手方向に沿った側縁部同士を融着若しくは接着することで、外周面が平滑な略円筒状に形成されている。このように、外周面が平滑な外管(15)を管壁(１)に被せることで、管壁(１)を保護しながら、取り扱い性等の向上も図ることができる。

この外管(15)の樹脂製帯状体(16)は、防水性に優れ、且つ、溶融時における成形性に優れた無極性樹脂であるポリオレフィン系樹脂を主素材としている。具体的には、ＥＶＡ(エチレン−酢酸ビニル共重合体)を主素材として構成されている。 この外管(15)は、例えばＣＯＯＨ基含有ポリエチレン樹脂を素材とした接着層(17)を介して管壁(１)の外周に強固に融着若しくは接着されており、これによって管壁(１)と外管(15)との間に介装される補強糸(14)(14)…の固定強度を高めている。

上記構成の合成樹脂管の製造に際しては、例えばガスバリア層(５)を防水層(６)で包み込むとともに、長手方向に沿って膨出部(８)を形成した樹脂製帯状体(２)を、共押出機により一体に押し出す。そして、この樹脂製帯状体(２)をマンドレル上に螺旋状に巻回して、先行する樹脂製帯状体(２)と後続する樹脂製帯状体(２)の長手方向に沿った側縁部(７)(７)同士を、管径方向に重ね合わせた状態で融着若しくは接着することで、螺旋波形状の管壁(１)を形成する。

続いて、管壁(１)の外周面に補強糸(14)(14)…を巻き付ける。そして、押出機より押し出した樹脂製帯状体(16)を、接着層(17)を介して管壁(１)の外周面に螺旋状に巻回して、先行する樹脂製帯状(16)と後続する樹脂製帯状体(16)の長手方向に沿った側縁部同士を融着若しくは接着することで、外管(15)を形成する。この外管(15)は、管壁(１)との間に補強糸(14)(14)…を強固に挟み込んだ状態で、管壁(１)の凸部(10)の外周面に接着層(17)を介して融着若しくは接着される。

この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることは勿論である。例えば、この発明の合成樹脂管は、燃料輸送用管として使用されるだけに限らず、ガス遮断が要求される各種の管に使用可能である。また、管壁は、螺旋波形状のものだけに限らず、例えば略円筒状に形成したものであっても良い。さらに、ガスバリア層は、ポリアミド系樹脂以外のガスバリア性を有する樹脂を主素材として構成しても良く、防水層は、ポリオレフィン系樹脂以外の無極性樹脂を主素材として構成しても良い。

この発明の一実施形態に係る合成樹脂管の一部破断斜視図である。 同じくその要部の拡大縦断面図である。 管壁を構成する樹脂製帯状体の一部破断斜視図である。

符号の説明

(１) 管壁
(２) 樹脂製帯状体
(５) ガスバリア層
(６) 防水層
(７) 側縁部
(10) 凸部
(11) 凹部
(12) 凸部の内周側開放口
(13) 凹部の内周側底壁
(15) 外管

Claims (10)

1. 樹脂製帯状体を螺旋状に巻回して、その先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士を融着若しくは接着してなる管壁を備え、前記樹脂製帯状体は、長手方向に連続するガスバリア層と、このガスバリア層の吸湿を防ぐようにガスバリア層の外周を覆う無極性樹脂を主素材とした防水層とを備え、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体のガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせている合成樹脂管であって、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士の融着若しくは接着部分の管軸方向の長さが、前記管壁内に流す輸送流体の前記防水層におけるガス透過度を同じく輸送流体の前記ガスバリア層におけるガス透過度で除した値を、前記ガスバリア層の厚みに乗じた長さと同等か或いはそれよりも長くなっていることを特徴とするガスバリア性を有する合成樹脂管。
2. 樹脂製帯状体を螺旋状に巻回して、その先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士を融着若しくは接着してなる管壁を備え、前記樹脂製帯状体は、長手方向に連続するガスバリア層と、このガスバリア層の吸湿を防ぐようにガスバリア層の外周を覆う無極性樹脂を主素材とした防水層とを備え、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体のガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせている合成樹脂管であって、
   前記ガスバリア層を、ポリアミド系樹脂を主素材として構成したことを特徴とするガスバリア性を有する合成樹脂管。
3. 前記防水層を、ポリオレフィン系樹脂を主素材として構成した請求項２記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
4. 前記ガスバリア層を、ナイロン樹脂を主素材として構成するとともに、前記防水層を、ポリエチレン樹脂を主素材として構成した請求項１乃至３のいずれかに記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
5. 前記防水層の主素材であるポリエチレン樹脂に、前記ガスバリア層の主素材であるナイロン樹脂との相溶性に優れたＣＯＯＨ基含有ポリオレフィン系樹脂或いはアイオノマーから選ばれる１種或いは２種以上の樹脂を混入してある請求項４記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
6. 前記管壁を、螺旋状の凹凸部が管軸方向に連続する螺旋波形状に形成して、その凹部において、前記先行する樹脂製帯状体と後続する樹脂製帯状体の側縁部同士を管径方向に重なり合った状態で融着若しくは接着して、それら樹脂製帯状体のガスバリア層同士を管径方向にオーバーラップさせている請求項１乃至５のいずれかに記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
7. 前記凸部の内周側開放口における管軸方向の長さが、前記凹部の内周側底壁における管軸方向の長さよりも短くなっている請求項６記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
8. 前記管壁の外周に外管を融着又は接着することで、その管壁の管軸方向への伸長を抑制するようにした請求項１乃至７のいずれかに記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
9. 前記外管を、ポリオレフィン系樹脂を主素材として構成した請求項８記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。
10. 前記管壁の外周に補強糸を巻き付けることで、その管壁の管軸方向への伸長を抑制するようにした請求項１乃至９のいずれかに記載のガスバリア性を有する合成樹脂管。

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