JP4527895B2 - 樹脂サドル付き分水栓 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂製の流体輸送管、例えば、ポリエチレン水道管の不断分水に使用する樹脂サドル付き分水栓に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂製の流体輸送管、例えば、ポリエチレン水道管を不断分水するのに使用する分水栓として、図４の（イ）（横断面図）及び（ロ）（縦断面図）に示すように、金属製分水栓本体１１’の下端に螺合する金属製アダプタ１２’を埋め込むようにして樹脂製サドル２’を射出成形するとともにサドル裏面に電熱線２１’を埋着したものが公知である。
この分水栓を使用してポリエチレン水道本管の分水を行うには、ポリエチレン水道管の外面にポリエチレンサドル２’を電熱線２１’の通電発熱により融着し、分水栓本体１１’の支管接続口１１２’に分岐管を接続し、キャップ１１６’を取外して穿孔治具を挿入し、通水中の水道本管を穿孔し、ついで穿孔治具をボール弁１１１’上の空間１１５’に逃がし、而るのち、支管接続口１１２’に対し開路で、ボール弁１１１’上の空間１１５’に対しては閉路とするようにボール弁１１１’を操作し、最後に、穿孔治具を脱離のうえキャップ１１６’を被着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者において、上記樹脂サドル付き分水栓の内圧試験を行ったところ、その内圧破壊の殆どが金属製アダプタ裏面と同アダプタ側面との間のコーナエッジｅ’からサドル外面ボス部の入隅コーナ箇所ｆ’に至るサドル２’のクラック破壊であることが判明した。
その理由としては、内圧による金属製アダプタと樹脂製サドルとの界面剥離が、金属製アダプタ裏面と側面との間のコーナ箇所ｅ’にまで進行し、金属製アダプタ裏面の剥離界面に作用する水圧によって上記コーナエッジｅ’での樹脂製サドル２’の入隅箇所に曲げ外力が作用し、金属製アダプタ１２’のコーナエッジｅ’での樹脂製サドル入隅箇所と樹脂製サドル外面ボス部の入隅箇所ｆ’とを結ぶ部分に、所謂、切欠効果により曲げ応力が集中することによる結果である推定される。
【０００４】
本発明者は、上記樹脂サドル付き分水栓の内圧破壊を阻止するために鋭意検討した結果、金属製アダプタの裏面に全周にわたり溝を加工することが有効であることを知った。
この溝加工が上記分水栓における樹脂製サドルの内圧破壊の抑制に有効に寄与する理由としては、樹脂製サドルの射出成形時に、サドル樹脂材とアダプタ金属材との熱収縮率の差のために、所謂、焼き嵌め効果により溝の内周側面に止水性の高い界面が形成され、界面剥離が金属製アダプタ裏面と側面との間のコーナエッジ箇所にまで成長しないことによると推定される。
【０００５】
本発明の目的は、上記検討結果に基づき、樹脂サドル付き分水栓の内圧破壊性の向上を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る樹脂サドル付き分水栓は、金属製分水栓本体が螺結される金属製アダプタの裏面に全周にわたって溝を設けるとともに、前記溝の外側に凸部または凹部を設け、樹脂製サドルを前記金属製アダプタを埋め込んで射出成形してなることを特徴とする構成である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１の（イ）は本発明に係る樹脂サドル付き分水栓の一実施例を示す横断面図、図１の（ロ）は同じく縦断面図、図１の（ハ）は図１の（イ）におけるハーハ断面図、図１の（ニ）は図１の（イ）の点線枠内の拡大図である。
図１において、１は金属製分水栓であり、１１金属製分水栓本体と、分水栓本体１１の下端に螺結された金属製アダプタ１２とから構成されている。
前記分水栓本体１１においては、ボール弁１１１と支管接続口１１２と穿孔治具挿入口１１３とを備え、ボール弁１１１の操作により分水栓下端の入水口１１４をボール弁１１１上の空間１１５や支管接続口１１２に対し、開路・閉路できるようにしてある。
上記の金属製アダプタ１２の裏面に、図１の（ハ）に示すように、全周にわたる溝１２１を加工し、同裏面に廻り止め用の凸部または凹部１２２，…を設け、図１の（ニ）に示すように、側面に抜け止め用の多段鍔１２３を設けてある。
【０００８】
２は樹脂製サドルであり、射出成形によって成形し、前記金属製アダプタ１２を埋め込み、裏面に電熱線２１を入水口１１４を囲んで埋着してある。２２，２２は電熱線２１の通電用端子であり、樹脂製サドル２の表面に突設してある。
本発明に係る樹脂サドル付き分水栓を製作するには、サドル形状のキャビティを上記金属製アダプタのインサートのもとで形成する金型に前記電熱線をセットし、射出機のノズル、金型のスプルー、ランナー、ゲートを経てキャビティ内に樹脂を射出し、冷却固化をまって離型し、これに分水栓本体１１を螺合し製作を終了する。
【０００９】
上記溶融樹脂（温度１８０℃以上）のキャビティ内への圧入時、金型内にインサートされている金属製アダプタは実質上常温であり、また、樹脂の熱収縮率が金属製アダプタの熱収縮率に較べ極めて小である。従って、樹脂の熱収縮量に対し金属製アダプタの熱収縮量は無視できる。
而して、図１の（ニ）に示すように、金属製アダプタ裏面の溝１２１の巾をｄ、溝内周の半径をｒ、樹脂の熱収縮率をα、樹脂のヤング率をＥ、射出時温度と常温との温度差をΔＴとすれば、溝１２１の内周側面１２１０に、ほぼ次式で示す面圧Ｐが作用するから、
【数１】
Ｐ＝ｄαＥΔＴ／ｒ （１）
溝１２１の内周側面１２１０の樹脂−金属界面が高い止水性を呈する。
【００１０】
この場合、溝の巾ｄを大きくする程、その止水性を高めることができる。また、溝深さｈ〔図１の（ニ）〕を大きくするほど、高止水性界面のパスを長くできるので、止水性の向上に有効である。しかしながら、上記溝巾ｄや溝深さｈを大きくし過ぎると、金属製アダプタの機械的強度が低下するので、この点を勘案して上記溝巾ｄや溝深さｈを設定する必要がある。
【００１１】
上記において、図２に示すように、溝１２１の内周側面の角度をθとすると、面圧がＰcosθに低下し、剪断力Ｐsinθが作用するから、角度θは直角とすることが好ましい。しかしながら、溝の外周側面は、適宜の形状にでき、溝の形状は、図に示す通常の方形の他、図３の（イ）に示すような三角形、図３の（ロ）に示すような円弧形とすることもできる。
【００１２】
上記樹脂製サドル２の材質は、通常、当該分水栓を取付ける樹脂管〔図１におけける３〕の材質と同じとされ、ポリエチレン管の場合、樹脂製サドルの材質もポリエチレンとされる。
【００１３】
本発明に係る樹脂サドル付き分水栓により通水中の樹脂管、例えば、ポリエチレン水道管の不断分水を行うには、当該分水栓のポリエチレンサドルをポリエチレン管外面に前記の埋着電熱線線の通電発熱により融着し、更に、キャップを外して穿孔治具を装着し、支管接続口に分岐管を接続し（この段階では、分水栓の入水口が支管接続口、ボール弁上の空間何れに対しても閉路）、更に、ボール弁を穿孔治具挿入可能な位置に回転させたうえでポリエチレン管を穿孔し、ついで、穿孔治具をボール弁上の空間に逃がしたうえで、ボール弁の操作により分水栓の入水口に対し前記空間を閉路し、支管接続口に対し開路し、穿孔治具を取外し、キャップを被着のうえ、ボール弁の操作により分水栓の入水口を支管接続口に対し開路し、これにて分水作業を終了する。
【００１４】
上記活水状態の分水栓において、樹脂製サドルと金属製アダプタとの間の界面に内水圧により剥離が生じるとすれば、その剥離は、内水圧に常時接している箇所〔図１の（ニ）におけるａ]を起点とするものである。この剥離は、経時的に奥方へと進行していく。
しかしながら、本発明に係る樹脂サドル付き分水栓では、上記した通り、図１の（ニ）において、金属製アダプタ１２の裏面の全周にわたる溝１２１の内周側面１２１０が高い止水性を呈するから、その界面剥離の進行を溝１２１の内周側面１２１０で停止させ得、金属製アダプタ裏面と側面との間のコーナエッジ箇所ｅにまで界面剥離が波及するのをよく防止できる。従って、既述した同コーナエッジでの樹脂製サドルの入隅箇所に曲げ外力が作用するのを排除でき、樹脂製サドルの外面に向けてのクラック破壊を防止できる。
【００１５】
更に、本発明に係る樹脂サドル付き分水栓においては、金属製アダプタの裏面に凸部または凹部１２２を設け、該凸部等の樹脂製サドル２への食い込み、または凹部への樹脂製サドルの食い込みにより廻り止めを施しているから、上記分岐管の取付けや穿孔時に作用する回転トルクに対して金属製アダプタと樹脂製サドルとの界面を機械的に安定に保持でき、内水圧に対する界面剥離をかかる面からも防止できて分水栓の耐内圧性を一層に向上できる。
【００１６】
上記金属製アダプタ裏面の凸部または凹部１２２による廻り止めは、分水栓中心からの距離（ｒ）が大きい位置に凸部または凹部を設けるほど、上記分水栓本体に作用する回転力（Ｍ）をそれだけ小さな回転反力（τ）で支持できるから（Ｍ＝τｒの関係が成立するため）、前記溝の外側に凸部または凹部を設けることが好ましい。勿論、溝の内側に凸部または凹部を設けることも可能である。
【００１７】
本発明に係る樹脂サドル付き分水栓においては、金属製アダプタ裏面と側面とのコーナエッジでの樹脂製サドルの外面に向けてのクラック破壊を効果的に防止できる。このことは、後述の実施例と比較例との対比からも確認できる。
【００１８】
本発明に係る樹脂サドル付き分水栓においては、前述した通り、樹脂製サドル−金属製アダプタでの間で内圧による界面剥離が生じても、その界面剥離の進行を金属製アダプタ裏面の溝の内周側面で停止させ得る。この状態で想定される樹脂製サドルのクラック破壊は、その溝内周側面に内側（内圧側）から臨む樹脂製サドル箇所〔図１の（ニ）における箇所ｂ〕）を始端とするものであり、内側に向かうクラック破壊に過ぎないから、たとえ、樹脂製サドルのクラック破壊が生じても漏水には至らない。
【００１９】
なお、上記の例では、キャップを取外し穿孔治具を挿入して通水管を穿孔しているが、キャップに代えホルソーを螺合し、このホルソーの螺子機構による内側移動により穿孔を行い、穿孔後、元の位置に戻してキャップとして使用することもできる。
【００２０】
【実施例】
〔実施例１〕図１において、金属製アダプタ裏面の溝形状を図１の（ニ）に示すように方形とし、溝巾ｄを３ｍｍ、溝深さｈを３ｍｍとし、金属製アダプタ裏面に廻り止め用凹部を図１の（ハ）に示すように、相互に９０°の角度を隔てて溝の外側に４個設け、樹脂製サドルをポリエチレンの射出成形により成形した。
【００２１】
〔実施例２〕金属製アダプタ裏面の溝形状を図３の（イ）に示すように三角形とした以外、実施例１に同じとした。
【００２２】
〔実施例３〕金属製アダプタ裏面の溝形状を図３の（ロ）に示すように円弧形とした以外、実施例１に同じとした。
【００２３】
〔比較例〕金属製アダプタ裏面の溝を省略した以外、実施例１〜３に同じとした。
【００２４】
上記の各実施例品及び比較例品（各試料数を５個とした）につき、支管接続口に金属パイプ接続しこれを取手として１２００ｋｇ・ｃｍの回転トルクを加えたのち（いずれも、回転せず、回転トルク１２００ｋｇ・ｃｍに耐えた）、１．１ＭＰａの内圧を保持した状態で８０℃の水槽に浸漬し、１０００時間の期間での漏水の有無を調査した。
その結果、実施例では、何れも漏水を生じたものはなかった。しかしながら、比較例では、５個の試料中、２個に漏水が認められ、その漏水箇所を観察したところ、金属製アダプタのコーナエッジの樹脂製サドル箇所から樹脂製サドル外面ボス部の入隅箇所に至るクラックであった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る樹脂サドル付き分水栓においては、金属製分水栓本体の下端が螺結される金属製アダプタの裏面に全周にわたって溝を設け、その金属製アダプタを埋め込んで射出成形した樹脂製サドルの樹脂を前記溝に食い込ませているから、その溝内周側面に所謂、焼き嵌め効果により高い止水性の金属−樹脂界面を形成でき、耐内圧性を向上できる。
特に、請求項２記載の樹脂サドル付き分水栓においては、金属製アダプタ裏面に廻り止め用凸部または凹部を設けているから、分水栓に作用する回転力に対し金属製アダプタと樹脂製サドルとの結合界面を安定に保持でき、一層の耐内圧性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る樹脂サドル付き分水栓の一実施例を示す図面である。
【図２】本発明に係る樹脂サドル付き分水栓における金属製アダプタ裏面の溝による止水機構を示すための図面である。
【図３】本発明に係る樹脂サドル付き分水栓における金属製アダプタ裏面の溝の上記とは別の形状を示す図面である。
【図４】従来の樹脂サドル付き分水栓を示す図面である。
【符号の説明】
１ 金属製分水栓
１１ 金属製分水栓本体
１２ 金属製アダプタ
１２１ 溝
１２２ 凸部または凹部
２ 樹脂製サドル

Claims (1)

1. 金属製分水栓本体が螺結される金属製アダプタの裏面に全周にわたって溝を設けるとともに、前記溝の外側に凸部または凹部を設け、樹脂製サドルを前記金属製アダプタを埋め込んで射出成形してなることを特徴とする樹脂サドル付き分水栓。

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