JP4757286B2 - ガスケット及び管体連結部封止方法 - Google Patents

Description

この発明は、樹脂被覆付き管体同士を連結して形成された管路の連結をシールするためのガスケット及び管体連結部封止方法に関し、詳しくは、連結部内面の環状溝部分や環状隅部に樹脂被覆を形成する技術に関する。
この明細書で「樹脂被覆付き管体」とは、少なくとも内面が連結部まで含めて樹脂被覆されている管体を意味し、内面の大半が樹脂被覆されていても連結対象の端部が樹脂被覆されていない管体は該当しない。外面における樹脂被覆の有無は問わない。

各種の化学プラントや発電所などで用いられる薬液等の輸送用配管（管路）に好適なものとして、各種の樹脂ライニング鋼管（樹脂被覆付き管体）が開発されている。その中でも、ポリエチレンライニング鋼管は、耐食性・経済性などに優れているという利点を持つことから、広く用いられている。その場合、配管のための管体同士の連結には、フランジ継手が用いられることが多い。フランジ継手以外のメカニカル継手（たとえばビクトリックジョイント）もよく用いられる。これらの継手やネジ継手などを用いた管体同士の接続手段を、ここでは、両管体の端面と端面とを突き合わせて連結する突合せ接続と、一方の管体の端部を他方の管体の中空に嵌挿して連結する重合せ接続とに大別する。このような接続における管体連結部には多くの場合にシール強化のためガスケットやテープの介挿や添設がなされる。

また、そのような管体では、輸送流体（内容物）と鋼管（母材）とが直に接することのないように、少なくとも内面に樹脂被覆が施されている他、その樹脂被覆が連結部まで連続して延展形成されていることが多い。例えば、突合せ接続の典型といえるフランジ継手では、鋼管内面からフランジ面まで連続した樹脂被覆が施されている。そして、フランジボルトの締め付けにより、対向端面における樹脂面と樹脂面とが直に又はガスケットを介在させて圧縮押接されることで、連結部における輸送流体の出入が抑止される。

そのような突合せ連結用のフランジ継手と重合せ連結用の特定ジョイント機構とを兼備した管体連結ジョイントが知られている（例えば特許文献１参照）。その適用は、樹脂被覆付き管体の連結に限られる訳ではないが、樹脂被覆付き管体の連結にも可能である。そして、その連結により、管体同士の連結部の内面には、突合せ連結では管内側に臨む環状の管端対向部ができ、重合せ連結では管内側に臨む管体間段差部が環状にできる。また、それらの管端対向部や管体間段差部には、母材の端面の面取りに倣った面輪郭（被覆の裂傷を避けるためのデザイン）やガスケットの存在に起因して、Ｖ字状ないしＵ字状断面の環状溝が発現する。そして、シール機能が働くのは管内側から見て上記環状溝よりも奥方であるため、この環状溝には輸送流体が自由に出入できる。

なお、樹脂被覆付き管体用ではなく樹脂パイプ連結用のプラスチック継手であるが、ヒーター線を絶縁性耐熱繊維で被覆して埋め込んだものも知られている（例えば特許文献２参照）。ヒーター線の端が露出しているので、そこから直接通電すると、継手の内周部と嵌挿管体の外周部とが融着して、連結が行われる。この場合も、連結部における管内側に臨む環状の管端対向部や管内側に臨む管体間段差部に隙間や環状溝が発現し、その外周側でシールがなされる。

ところで、管端同士を溶接にて連結する場合には、内面の大半が樹脂被覆されているが連結部およびその近傍となる端部では母材が露出している管体が用いられ、管端溶接部の内周面に露出している母材の表面を精整後に樹脂被覆を形成するライニング手法も知られている（例えば特許文献３参照）。この場合、溶接後の管体内面樹脂被覆は、管体の外側に加熱装置をセットするとともに、管体の内側にライニング装置をセットしておき、加熱してから或いは加熱しながら樹脂の吹き付けが行われる。このように溶接してから樹脂被覆することにより、シールが内周部までしっかり行われるうえ、連結部における内面環状部（すなわち管内側に臨む環状の管端対向部や管内側に臨む管体間段差部）に目立った環状溝が発現することもなくなる。

特開２０００−２７４５６４号公報 （第１−２頁） 実開平３−９１５９５号公報 （第１頁） 特開昭６０−１１０３６８号公報 （第１頁、第２図）

もっとも、このような溶接による管路連結には、母材および施工環境が溶接可能なものに限られることや、熟練した溶接技能者を確保する必要があること、溶接設備ばかりかライニング装置も要ること、現場状況が外部加熱と内部吹付を同時に行えるようなものであること、といった制約がある。
また、総樹脂の管体には、強度や価格等の観点からの制約があるうえ、連結部の内面における環状溝の発現もやはりある。

このため、管路の構成には各種の連結手法が使い分けられており、樹脂被覆付き管体同士の突合せ連結や重合せ連結も広く用いられている。
しかしながら、この連結部における管内側に臨む環状の管端対向部や管内側に臨む管体間段差部には、上述したように環状溝が発現する。しかも、その環状溝の底・奥部においても、樹脂被覆が被連結管体相互間では一体化されておらず、微視的とは云え被連結管体相互間の分け目が存在するので、連結に伴う押接力が無くなって、或いはそれに勝る開力が働いて、隙間が生じることが皆無とは云えない。

そして、このような環状溝や分け目が連結部にあると、幾つかの不都合がある。具体例を挙げると、例えば高圧配管に適用するには注意が必要になる。すなわち、通常は約１ＭＰａ以下の圧力で用いられ、そのような圧力であれば安心して長期間に亘り流体輸送等に使えるが、３ＭＰａ程度の高圧になると、連結部に隙間ができて流体が外に漏れるといったことが無いように、高圧用フランジを採用したり、ガスケットを特殊なものにしたり、さらには締め付け力などの施工条件も厳しくする、といった工夫が要る。逆に、例えば海底配管や埋設配管などの場合は、高純度な輸送液体に対して外部から海水等が進入してきたり汚染土壌から汚染物質が混入してきたりといったことが無いよう、的確に連結しなければならない。

あるいは、例えば化学プラント等の場合、特に、人が行き交うようなところの頭上に位置した配管の場合、内容物の漏れは絶対にあってはならない。また、配管敷設後は人が入れないような場合も、メンテナンスは大ごとであるので、漏れがあってはならない。そのようなところへの適用には、フェールセーフが切望される。
また、フランジ連結では、事故を危惧するあまりフランジの締め付けボルトを締めすぎると、樹脂ライニングの場合には、その荷重がダイレクトにフランジの樹脂被覆にかかってしまう。ガスケットを用いていればそれで吸収される部分もあるが、いずれにしても、締め付け過ぎれば、樹脂の変形量が大きくなることは避けられない。そして、過剰な締付により、樹脂は、不所望な永久変形を起こしてしまう。連結部が一体化していれば、強く締め付けなければ心配だという不安がなくなり、過剰に締め付けて樹脂被覆を壊してしまうこともなくなるのであるが、一体化していない構造のままでは過剰締付を誘発しやすい。

また、例えば、固形物混じりのスラリーを輸送するような場合、管路に環状溝があると、溝肩部にスラリー内の固形物が衝突しやすく、衝突が多いと樹脂被覆の摩耗が速く進んでしまう。

また、例えば、管路が飲食物の輸送に用いられるような場合、管路に環状溝があると、そこに輸送物が溜まりやすく、食用や飲用にされる物が長期間滞ると、そこに不所望な残渣や腐敗が生じかねないので、その防止のため、加熱殺菌や、管内清掃の他、場合によっては分解掃除なども、頻繁に行わなければならない。
また、例えば、海水配管の場合、配管内面に環状溝があると、そこに海生物が付着することが多い。ポリエチレンは無極性樹脂であることから、海水流の中でポリエチレンに海生物が付着することはほとんど無いのだが、流体の乱れなどから、フランジ連結部には海生物の付着が見られる。

そこで、これらの不都合を解消すべく、樹脂被覆付き管体同士の突合せ接続や重合せ接続にて構成された管路について、連結部の樹脂被覆を一体化して管路内外間の隔絶性を強化し、更には連結部の環状溝を無くして又は少なくして樹脂被覆の損耗を防止すると共に内容物の滞留・付着を阻止するよう、連結部における管内側に臨む環状の管端対向部や管内側に臨む管体間段差部の改良手法を案出することが技術的な課題となる。
しかしながら、管路内というアクセスそのものが不如意な手狭空間内の極く局部に加熱を要する樹脂被覆施工を適用するのは、既存樹脂被覆の加熱劣化・損傷を云う依然に、施工そのものが従来の樹脂被覆手段では不可能に近い。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、管体連結部に存在する管端部樹脂被覆に挟まれた分け目を、前記環状溝を埋めるなどの形態で封止した管路を作るための管体連結部封止方法を実現することを目的とする。
また、本発明は、そのような管体連結部封止方法に好適なガスケットを実現することも目的とする。

このような課題を解決するために、この分割出願当初の請求項１（原出願当初の請求項４承継）記載のガスケットは、環状のガスケットであって、内周縁に感熱接着性樹脂が配されて熱融部を構成し、その外周側に閉ループ状の通電発熱体が配置されておりこの通電発熱体に沿って通電端付きの開ループ状の導電体が配されこの通電端が外部へ引き出されている、というものである。
また、上記ガスケットを用いて行われる本発明の請求項２（原出願当初の請求項７承継）記載の管体連結部封止方法は、上記ガスケットを挟んで管体同士を突合せ連結してから前記通電端に通電する、というものである。

本発明のガスケット及び管体連結部封止方法にあっては（原出願の当初明細書の段落００６３承継）、樹脂接着のための誘導加熱を（すなわち原出願の当初明細書の段落００６２記載の『被連結部管体間の分け目を封止する…感熱接着性樹脂の誘導加熱を』）、閉ループ状の通電発熱体に沿わせて誘導コイルに相当する有端の導電体ループを配置し、これに直接通電して行うように構成して、誘導加熱作業を簡単なものとすることができる。

詳述すると（原出願の当初明細書の段落００２０のうち請求項４，７に係る部分を承継）、本発明のガスケットによる場合には、導電体の通電端が管外に出ているので、そこから導電体に高周波通電すると、その内周側に位置する通電発熱体に誘導電流が流れ、その発熱によって感熱接着性樹脂が加熱される。そして、この場合も（すなわち原出願の当初明細書の段落００１８の記載『環状配置された感熱接着性樹脂が、配置後の加熱によって熱融して又は熱変性して、連結部の内面環状部の樹脂被覆と接着する。これにより、連結部に存在する管端部樹脂被覆に挟まれて存在する分け目が、前記環状溝をなだらかに埋めるなどの形態で封じられて消滅し、前記課題が解決される。』と同様）、連結部の内面環状部の樹脂被覆が起伏の少ないなだらかな一体的なものとなる。

これにより、管内からの誘導加熱が困難なときなどに、通電加熱によって加熱を容易に行えることとなる。
したがって、この発明によれば、管体連結部に存在する管端部樹脂被覆に挟まれた分け目を前記環状溝を埋めるなどの形態で封止した管路を容易に作ることができる。
なお（原出願の当初明細書の段落００１６承継）、電磁誘導による際の通電周波数としては、本発明の場合、１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの範囲、更に望ましくは２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲が、電磁誘導能率の点から好適である。

このような本発明のガスケット及び管体連結部封止方法について、これを実施するための具体的な形態を幾つか、以下の実施例１〜２により説明する。図１〜２に示した実施例１は本願発明のガスケット及び管体連結部封止方法を総て具現化したものであり、図３に示した実施例２は、その変形例である。

本発明のガスケットの実施例１について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する（原出願の当初明細書の段落００４６承継）。図１は、（ａ）がガスケット７０の外観図、（ｂ）がそのＤＤ断面図、（ｃ）がそのうち通電融着性資材４０の部分の横断面図である。

熱融部付きガスケット７０は（原出願の当初明細書の段落００４０承継）、内周縁に配した環状の通電融着性資材４０と円輪板状体５２とを組み合わせたものであり、管端に介在するガスケットとして使えるような形状になっている。そのため、円輪板状体５２には市販のゴム系などのガスケットをほぼそのまま利用して、通常ガスケットの機械的クッション機能を具備させておく形態が１つの望ましい形態となる。そして、その内周縁には、閉ループ状にした通電融着性資材４０が飛石状の部分融着などの手法で取り付けられている。円輪板状体５２には、ガスケットに適した材質のものであれば何でも採用することができる。例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム），シリコンゴム，フッ素ゴム，ネオプレンゴム，軟質天然ゴムなどが良い。フッ素樹脂などで覆装された包みパッキンも良い。

通電融着性資材４０は（原出願の当初明細書の段落００３３承継）、感熱接着性樹脂からなるチューブ体４２の中空部に通電発熱体４１を内蔵させた、可撓性の紐状体である。当初から円輪状に形成してあれば直ちに使用できるが、長い有端のものから閉ループ状のものを作るときは、適宜な長さに切ってから、切断端を突き合わせて環状にする。切断端の突合せ部分については、閉ループ電路を構成するために通電発熱体４１の端部同士をろう接，スリーブ圧着，素線編み合わせなどによって相互導通状態に閉じておく。更には、チューブ体４２の端部同士も、感熱接着性樹脂を用いた、融着やテーピングあるいはシュリンクチューブ・テープ被覆によって繋ぎ合わせておくと良い。

この熱融部付きガスケット７０には（原出願の当初明細書の段落００４７承継）、導電体ユニット７１が追加されている。導電体ユニット７１は、ガスケットの内周部に、通電融着性資材４０と外周部の円輪板状体５２との間に介在する形で配置されている。ほぼ環状になっているが、完全には一巡しておらず、一対の通電端７２が直接給電のため外部へ引き出されている。導電体ユニット７１は、この例では、金属細線の平編状編組体からなる導電体７１ａと、これの通電融着性資材４０との短絡防止強化のためのガラスファイバー製テープ７１ｂとからなり、接着剤等によってガスケット（５２）の内周縁と通電融着性資材との間に固定されている。この固定は、周方向に飛石状に行ってもよいし、全周に亘って行ってもよい。後者の場合には、導電体ユニット７１に感熱接着剤を塗布ないし含侵適用した上で、導電体ユニット中の導電体７１ａに商用交流や自家発電機あるいは二次電池や一次電池などによる非高周波通電（インバータなどの高周波電源装置によらない通電）を適用し自己発熱させて相手部材に熱接着させる手法も有用となる。

このような熱融部付きガスケット７０は、外周部の円輪板状体５２と内周部の通電融着性資材４０と両者の間の導電体ユニット７１との結合体からなる環状のガスケットであって、内周縁７３に感熱接着性樹脂４２が配され、その外周側に閉ループ状の通電発熱体４１が配置されており、この通電発熱体４１に沿って通電端７２付きの開ループ状の導電体７１ａが配され、この通電端７２が外部へ引き出されたものとなっている。

この実施例１のガスケット７０を用いる管体連結部封止方法について図面を引用して説明する（原出願の当初明細書の段落００４６承継）。図２は、（ａ）が一般的なガスケット３１を用いたフランジ管継手による突合せ連結部の縦断面図、（ｂ）が本発明のガスケット７０を用いたフランジ管継手による突合せ連結部の縦断面図、（ｃ）がフランジ管継手による突合せ連結部の外観図、（ｄ）がその縦断面の一部拡大図、（ｅ）がその要部拡大図である。

突合せ連結では（原出願の当初明細書の段落００２４〜００２７承継）、フランジ管継手の場合（図２（ａ），（ｄ）参照）、連結される両管体１０，２０の径が等しく、管体１０，２０の端面同士が直に接して又は近接して対向させられた状態で、両管体１０，２０の端部がボルト等の適宜な付属具にて連結されるので、その内面には、環状の対向部が現出する（図２（ａ）参照）。この管内側に臨む環状の管端対向部３０には、端面間に介在するガスケット３１が露見することもあれば（図２（ａ）参照）露見しないこともあるが（図示せず）、いずれにしても、環状溝や凹凸が現出する。

管体１０，２０同士の連結方式についてはＪＩＳ規格等でも規定されているので更なる説明は割愛し、管体１０，２０を説明する。管体１０，２０は、何れも、樹脂被覆付き管体であり、内面が連結部まで含めて樹脂被覆されている。具体的には、管体１０は、母材１１の内面および端面に樹脂被覆１２を施したものであり、同様に、管体２０は、母材２１の内面および端面に樹脂被覆２２を施したものである。母材１１，２１は、鋼管や，ステンレス鋼管，ダクタイル鋳鉄管などの鉄鋼系管材が典型的であるが、銅系など非鉄金属製の管材でも良く、更にはアルミナなどセラミック製の管材であっても良い。鋼管の場合、管径は、外径２１．７ｍｍ〜外径８１２．８ｍｍが一般的であるが、それより細い場合も太い場合もある。肉厚も、２．８ｍｍ〜７．９ｍｍが一般的であるが、それより薄い場合も厚い場合もある。

樹脂被覆１２，２２を形成している材料は、ポリエチレン（ＰＥ）が典型的であるが、その他の熱可塑性樹脂、更には反応硬化性樹脂であっても良く、例えばポリプロピレン（ＰＰ）や他のポリオレフィン，ポリアミド（ＰＡ），ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ），エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ），エチレンアクリル共重合体（ＥＥＡ，ＥＡＡなど），フッ素樹脂（ＦＥＰ，ＰＦＡ，ＰＶＤＦ，ＥＴＦＥなど），ポリエステル，ポリウレタン，エポキシ樹脂，フェノール樹脂なども用いられる。単一で用いても２種以上複合させて用いても良い。これらの樹脂には、多くの場合、耐候性向上等のため、カーボンブラックや，酸化チタン等の顔料が配合されている。ポリエチレンの場合、通常は融点１２０℃〜１３０℃のものが使用されている。樹脂被覆１２，２２の厚さは、ポリエチレンの場合、大抵、１ｍｍ〜３ｍｍである。

樹脂被覆の形成には、加熱した母材に樹脂粉体を吹き付けたり、樹脂シートを母材に貼って加熱したり、幾つかの手法が知られているが、樹脂ライニング用管体の管端の角部は通常３ｍｍＲ以上の丸みをつけるものとされており、この丸みに起因して従来は管端対向部３０に環状溝が現出していた。
この環状溝をなだらかに埋めながら管端対向部３０を密封するために、この実施例１では、従来のガスケット３１に代えて本発明の熱融部付きガスケット７０を使用する（図２（ｂ）参照）。

このような（原出願の当初明細書の段落００４８承継）熱融部付きガスケット７０は（図２（ｃ）参照）、作業者が中に入れないような管路に適している。管体１０，２０同士を突合せ連結するとき、予め、連結部に熱融部付きガスケット７０が介挿される。連結がボルト締結等にて固定された後に、外に出ている導電体７１の通電端７２に適宜な電源ユニットの給電線を連結して、導電体７１に所定時間だけ所定の高周波通電を行う。そうすると（図２（ｄ），（ｅ）参照）、熱融部付きガスケット７０の内周部の通電融着性資材４０に内蔵されている通電発熱体４１が誘導加熱されて発熱し、感熱接着性樹脂４２が両側の樹脂被覆１２，２２と融着して一体化する。

こうして（原出願の当初明細書の段落００４９承継）、この管路も、管内側に臨む環状の管端対向部の分け目が感熱接着性樹脂４２によって起伏の少ないなだらかな状態に封止されたものとなる。その管路には、閉ループ状の通電発熱体４１と、ほぼ環状で有端の導電体７１ａとが、埋蔵状態で残っているが、両方共、感熱接着性樹脂４２によって管内から遮断されている。

図３は、（ａ），（ｂ）、何れも、変形させた熱融部付きガスケット７０の断面図であり、図１（ｂ）のＤＤ断面に相当するものである。

図３（ａ）に示した熱融部付きガスケット７０の変形例は（原出願の当初明細書の段落００５０承継）、断面で見て、内周部がテーパ状に形成されており、最内周角部８１が広くなっている。そのため、管端対向部３０の環状溝のうち管内側のところが逆Ｖ溝形状や逆Ｕ溝形状になっているような場合に、好適であり、環状溝を的確に埋めることができる。

また、図３（ｂ）に示した熱融部付きガスケット７０の変形例は、通電融着性資材４０の断面形状が真ん丸の円形から長丸状に変更されている（原出願の当初の明細書の段落００４０と図４（ｂ）を承継）。

本発明の実施例１について、ガスケットの構造を示し、（ａ）がガスケットの外観図、（ｂ）がそのＤＤ断面図、（ｃ）がそのうち通電融着性資材の部分の横断面図である。 本発明の実施例１について、管体連結部封止方法を示し、（ａ）が一般的なガスケットを用いたフランジ管継手による突合せ連結部の縦断面図、（ｂ）が本発明のガスケットを用いたフランジ管継手による突合せ連結部の縦断面図、（ｃ）がフランジ管継手による突合せ連結部の外観図、（ｄ）がその縦断面の一部拡大図、（ｅ）がその要部拡大図である。 本発明の実施例２について、（ａ），（ｂ）、何れも、ガスケットの断面図であり、図１（ｂ）のＤＤ断面に相当するものである。

符号の説明

１０…管体、１１…母材、１２…樹脂被覆、
２０…管体、２１…母材、２２…樹脂被覆、
４０…通電融着性資材（ガスケットの内周部）、
４１…通電発熱体、４２…感熱接着性樹脂、
５２…円輪板状体（ガスケットの外周部）、
７０…熱融部付きガスケット、
７１…導電体ユニット、７２…通電端

Claims (2)

1. 内周縁に感熱接着性樹脂が配され、その内部に閉ループ状の通電発熱体が配置されておりこの通電発熱体に沿って通電端付きの開ループ状の導電体が配されこの通電端が外部へ引き出されていることを特徴とする環状のガスケット。
2. 請求項１記載のガスケットを挟んで樹脂被覆付き管体同士を突合せ連結してから前記通電端に通電することを特徴とする管体連結部封止方法。

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