JP4964706B2

JP4964706B2 - 管継手

Info

Publication number: JP4964706B2
Application number: JP2007218631A
Authority: JP
Inventors: 兼芳林
Original assignee: Sankei Giken Co Ltd
Current assignee: Sankei Giken Co Ltd
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: JP2009052623A

Description

本発明は、管継手に関する。特には、可撓性を有する管継手に関する。

従来より、給水管やガス管等の流体を輸送するための流体用配管は、建物や種々の施設の土中に敷設されることが知られている。そして、これらのうち、配管経路が屈曲している部分や設備への配管取付部などにおいては、可撓性を有する管継手が用いられる。

ところで、このような管継手は、通常、可撓性を有する可撓管本体と、この可撓管本体の両端に設けられる接続用のフランジと、を備えて構成されている。そして、可撓管本体としては、ゴム等の弾性材料から形成されるゴム管や、ＳＵＳ等の金属製材料から形成されるベローズ管がある。このうち、ゴム管は、偏心特性に優れ、地震や地盤沈下等による地盤の変位による応力を好適に吸収することより様々な現場において使用されている。

しかしながら、ゴム等の可撓性材料で形成される管継手は、例えば、化学薬品や高温の流体を流通させる場合には、ゴムが溶解等することにより破損するおそれがあり、好適に使用することができない場合があった。このため、化学薬品や高温の流体を流通させる場合には、ＳＵＳ等により形成された金属ベローズ管をゴム層で包んだ管継手が使用されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１５９４７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の管継手は、ベローズ状の金属管の外周面をゴム層で包んだ構成としているため、耐熱性を向上させることは可能となるが、例えば、化学薬品等の流体を用いた場合には、ベローズ管の内周面が化学薬品等で腐食する場合があり、耐薬品性という点で問題があった。

また、金属管を用いることによりゴム管よりも耐荷重性を向上させることが可能となったが、ベローズ管の構造上、局部的に応力が集中してしまい金属疲労による破損が生じるおそれがあるという問題があった。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであって、耐薬品性に優れ、様々な流体に適用可能な管継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、流体が流通する可撓性管本体にフッ素樹脂に弾性部材を被覆させた可撓管を用いることにより、耐薬品性、耐熱性、耐荷重性、耐油性等が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、以下のような管継手を提供することを目的とする。

（１）端部が互いに対向して配置される配管同士を連結する管継手であって、断面が波状に形成されるベローズ部と、前記ベローズ部の両端に設けられ、断面が略Ｌ字状に形成される鍔部と、を有する筒状部と、内部に強靱性繊維が埋設されると共に、前記筒状部の外周面を被覆する弾性部と、前記鍔部と係合するように前記筒状部の内側に配置され、それぞれが対向する前記配管の前記端部と接続される円環状に形成された一対のフランジと、を備え、前記筒状部は、フッ素樹脂により成型されており、前記鍔部には、前記鍔部の縁端部近傍に該管継手の軸方向に貫通する複数の穴部が設けられており、前記弾性部は、前記鍔部の前記縁端部を覆う被覆部を有しており、前記被覆部は、前記穴部を埋設するように形成される管継手。

（２）前記弾性部は、内弾性部と外弾性部とを有し、前記強靱性繊維は、前記内弾性部と前記外弾性部との間に配置される（１）に記載の管継手

（３）前記強靱性繊維は、織られてできた強靱性コードを構成する（２）に記載の管継手。

（４）前記強靱性コードは、積層するように複数配置され、前記強靱性コードの間には、補強線材が配置される（３）に記載の管継手。

（５）前記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である（１）から（４）のいずれかに記載の管継手。

（６）前記フッ素樹脂は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）である（１）から（４）のいずれかに記載の管継手。

本発明によれば、耐薬品性に優れ、様々な流体に適用可能な管継手を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の管継手は、以下の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲は、これに限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一の構成要件については同一の符号を付し、その説明は省略若しくは簡略化する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る管継手の構成を示す斜視図である。図２は、前記実施形態に係る管継手の一部を破断して示す正面図である。図３は、図２におけるＢの部分拡大図である。図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態に係る管継手１は、図１に示すように、ベローズ状（蛇腹状）に形成された可撓管本体２と、可撓管本体２の両端に設けられる一対のフランジ５と、を備える。ここで、管継手１は、端部が互いに対向するように配置された配管それぞれを連結させるための継ぎ手であり、本実施形態においては、それぞれの配管の端部に設けられたフランジと管継手１の両端に設けられたフランジ５とを接続することにより行われる。

可撓管本体２は、図２に示すように、ベローズ状（蛇腹状）に成型された中空形状の筒状部３と、筒状部３の外周面を覆うカバーゴム４と、を有する。

筒状部３は、フッ素樹脂であるＰＴＦＥ樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）により成型されており、フランジ５とフランジ５との間に形成されるベローズ部３０と、ベローズ部３０の軸方向Ｘにおける両端に形成される鍔部３１と、を有する。

ベローズ部３０は、径の細い部分である凹部３２と、径の太い部分である凸部３３とを軸方向Ｘに交互に連続させることにより形成される。隣接する凹部３２同士、若しくは隣接する凸部３３同士が形成されるピッチとしては、例えば、１０〜２０ｍｍが例示できる。また、凹部３２における径の太さ（直径）としては、１５〜３４０ｍｍが例示でき、凸部３３における径の太さ（直径）としては、１０〜６００ｍｍが例示できる。また、筒状部３の厚さは、流通する流体からの内圧等を考慮して適宜設定されるが、例えば、１〜３ｍｍのものが例示できる。また、可撓管本体２の長さは、取り付ける配管同士の長さを考慮して適宜設定されるが、例えば、３５０〜７００ｍｍが例示できる。

鍔部３１は、ベローズ部３０と連続して一体に形成される。鍔部３１は、可撓管本体２の軸方向Ｘから軸方向Ｘと直交する方向（フランジ５の外周方向）に屈曲した状態で成型されている。つまり、鍔部３１は、軸断面形状が略Ｌ字状に形成されている（図２及び図３参照）。このように、断面略Ｌ字状の鍔部３１をベローズ部３０の両端に設けることにより、鍔部３１とフランジ５が係合可能になる。

また、図４に示すように、鍔部３１には、複数の穴部３５が形成されている。穴部３５は、可撓管本体２の軸方向Ｘにおいて鍔部３１を貫通する。穴部３５は、少なくとも２個以上形成されていればよく、好ましくは４個以上、さらに好ましくは、８個以上が例示できる。そして、穴部３５は、それぞれが対向する位置に配置されることが好ましい（図４参照）。

穴部３５は、鍔部３１の縁端部の近傍に形成される。具体的には、穴部３５は、鍔部３１の縁端部から１．０〜５．０ｍｍの位置に設けられる。穴部３５の形状としては、例えば、図４に示すような円形状が例示できるが、矩形状、星形状等であってもよい。

カバーゴム４は、筒状部３の外周面を覆うように配置される。具体的には、カバーゴム４は、ベローズ部３０においては、筒状部３の外周面を覆い、鍔部３１においては、筒状部３の外周面と内周面の一部を覆う。つまり、鍔部３１においては、筒状部３の外周面に加え、筒状部３の縁端部である鍔部３１の縁端部において、内周面及び外周面から縁端部を覆う被覆部４４が設けられる。

また、カバーゴム４は、内ゴム４１と、外ゴム４２とから構成されており、それぞれが積層するように配置される。ここで、カバーゴム４の内ゴム４１及び外ゴム４２とは、例えば、可撓管本体２がその断面形状において、略円形であるとき、内側（内層側）を形成するのが内ゴム４１であり、外側（外層側）を形成するのが外ゴム４２である。なお、内ゴム４１及び外ゴム４２は、製造工程において加硫することにより、それぞれが一体化される。

内ゴム４１と外ゴム４２との間には、強靱性繊維であるタイヤコード６が配置されている。そして、タイヤコード６は、それぞれが積層するように複数層、例えば、２重に配置される。

なお、本実施形態においては、タイヤコード６を積層するように２重に配置する構成としたが、本発明においてはこれに限らない。例えば、ベローズ部３０におけるタイヤコード６とタイヤコード６との間に、銅線のような補強線材を配置してもよい。補強線材は、ベローズ部３０において内ゴム４１及びタイヤコード６が巻かれた上から、可撓管本体２の軸方向Ｘに螺旋状に巻装することが好ましく、タイヤコード６が積層されている場合においては、タイヤコード６の間に配置することが好ましい。

また、カバーゴム４には、鍔部３１の縁端部において、その縁端部を覆うように形成される被覆部４４が設けられている。被覆部４４は、鍔部３１（筒状部３）の縁端部の全部を被覆しており、例えば、筒状部３がフッ素樹脂のような他の材料（例えば、弾性部材から成るカバーゴム４）と接合性の低い材料を用いて形成された場合においても、縁端部に被覆部４４を設けることにより、筒状部３の縁端部を剥離しない方向に押さえつけることが可能となる。これにより、カバーゴム４と筒状部３との剥離を防止することが可能になる。

ここで、内ゴム４１及び外ゴム４２は、一般には、天然ゴムや合成ゴムで構成されてもよく、或いは、ＳＢＲ系ゴム、ＣＲ系ゴム、ＥＰＤＭ系ゴム、ＮＢＲ系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等で構成されてもよい。または、これらを含む広い概念であるエラストマ（ゴム弾性を示す高分子）で構成されてもよい。また、内ゴム４１外ゴム４２は、それぞれが同一の材料で構成されてもよく、異なる材料で構成されてもよい。

また、内ゴム４１と外ゴム４２との間に埋設される強靱性繊維としては、例えば、スティール繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、ポリエステルやアラミド繊維等の有機繊維、その他の繊維等の靱性の高い繊維が例示でき、これらから構成された強靱性繊維シートを用いることが好ましい。

強靱性繊維シートは、例えば、タイヤコードのようなもので、カバーゴム４の変形に対する補強材として機能する。なお、タイヤコードは、コードという撚った繊維等を並べて形成する場合もあるが、ここでは、強靱な繊維を織って作られた布のようなものを含んでもよい。強靱性繊維シートは、一般にエラストマと比較すると伸縮性が低いため変形は難しいが、無理に変形させた場合であっても脆性的に折れる等の破壊に到ることが少ない。また、強靱性繊維シートは、繊維自体やそれらの並べ方や織り方により物理特性を制御することが可能である。

補強線材としては、例えば、バネ鋼線、硬鋼線、ピアノ線などのバネ用炭素鋼線、ステンレス鋼線などのバネ用合金鋼線、又はりん青銅などのバネ用銅合金線等の弾性限界が高い金属線材料や、エンジニアリングプラスチックのような有機材料、スティール繊維、カーボン繊維、ガラス繊維その他の繊維を含む複合材料が例示できる。

なお、補強線材は、１本若しくは複数本の線材がコイルのように略円形を描き、軸方向に進んでいくようなコイル状の補強材であってもよい。また、線材をリング形状に形成し、複数のリングを略同軸上に並べ、前後のリングに何らかの機械的関係を持たせたものであってもよい。

次に、本発明に係る管継手１の製造方法について説明する。

本発明に係る管継手１の製造方法は、フッ素樹脂により所定形状に成型される筒状部３の管体を形成する管体製造行程と、形成された管体の外周面に内ゴム４１及び外ゴム４２から成るカバーゴム４を積層させると共に、内ゴム４１と外ゴム４２との間にタイヤコード（強靱性繊維）６を配置して積層形成体を形成する成形体製造行程と、積層成形体に成型部材を巻き付ける巻き付け行程と、成型部材を巻き付けた積層形成体を加硫する加硫行程と、加硫後に成形部材を取り外す取り外し行程と、を備える。

以下具体的に説明する。まず、ブロー成型、インジェクション成型、射出成型といった各種成型方法により、フッ素樹脂を用いて鍔部３１に複数の穴部３５が形成された中空状の筒状部３を成型する（管体製造工程）。例えば、筒状部３は、所定の金型に成型材料を射出充填し硬化させることにより成型される。なお、筒状部３は、その両端において、フランジ５が鍔部３１と係合するように鍔部３１とベローズ部３０との間にフランジ５が配置された状態で成型される。

そして、成型された筒状部３を円筒状の所定のマンドレルに装着し、固定する。筒状部３をマンドレルに固定したら、筒状部３の外周面に、所定の幅に切断されたゴムシートを巻き付け、突き合わせ部を接着剤等で接合する。このようにして、内ゴム４１から成る内ゴム層が形成される。なお、筒状部３の外周面に巻き付けるゴムシートは、ゴムシートの代わりにゴムチューブを用いてもよく、ゴムチューブを用いた場合においては接合作業を省略することができる。

また、このときベローズ部３０の凹部３２に沿って、筒状部３の円周方向（筒状部３の軸方向Ｘと直交する方向）に所定の幅に裁断されたタイヤコード７を配置させてもよい。このように、凹部３２に沿って、タイヤコード７を筒状部３の円周上に配置させることにより、例えば、管継手１の耐圧性を向上させることが可能になる。

次に、内ゴム層の外周面上に、予め所定の幅に裁断された帯状のタイヤコード６を筒状部３の管軸に対し、筒状部３の釣合角度よりも小さな成型角度で各繊維方向が交差するように交互に２プライ巻き付けて積層する。これにより、第１繊維補強層が形成される（成形体製造工程）。なお、タイヤコード６の成型角度としては、例えば、４０〜５０度の範囲で設定されることが好ましい。ここで、筒状部３の釣合角度とは、筒状部３の管軸に対し、所定の角度で巻き付けられたタイヤコード６が成形体製造工程により製造された未加硫の内ゴム４１及び外ゴム４２が軸方向Ｘに圧縮されたり、また、可撓管本体２の内周面が外周面に加圧されたとき径方向及び軸方向Ｘに変位して力学的に釣り合って静止する角度をいう。

続いて、タイヤコード６の上から外ゴム４２を内ゴム４１を巻いた方法と同じ方法で積層させ、外ゴム層を形成する。このようにして、筒状部の未加硫の積層成形体が形成される（成形体製造工程）。

なお、本実施形態においては、内ゴム４１及び外ゴム４２を用いて、内ゴム層と外ゴム層の間にタイヤコード６を埋設させたが、タイヤコード６は、例えば、複数積層させて配置させてもよい。そして、この場合、各タイヤコードの間に銅線等の補強線材を挟持させ、補強線材層を設けてもよい。ここで、補強線材は、地震時の地盤ひずみから可撓管の変位角度ならびに変位量を予測し、埋設管径に応じて、好ましい横弾性係数その他の機械的特性を有する線材が選択される。そして、この線材を用いて、さらに線径、巻数などを決定し、所定のばね定数が得られるように設計し、製作されたものが使用される。なお、この補強線材を形成する線材としては、例えば、弾性限界が高い金属線材料、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を好適に用いることができる。

次に、上記によって得られた未加硫の積層形成体の外ゴム層の外周面全面に対し、所定の角度で成形部材を巻き回し締め付ける（巻き付け行程）。この際、成形部材は、山部と谷部とから成る波形状を呈した面が外ゴム層の表面側になるようにして隙間が生じないようにして巻きまわすことが好ましい。

また、巻き付け行程に使用される成形部材としては、例えば、矩形状の断面の一辺が１個の山部と２個の谷部とから成る波形状を呈した成形面であって、その表面は凹凸模様のない滑らかな表面性を有する厚み５ｍｍ、幅３０ｍｍの帯状の長尺なシリコーンゴムシートを使用することができる。

なお、このシリコーンゴムの成形部材は、円筒状の積層成形体にシリコーンゴムを巻き付ける作業性から、ゴム硬度が３０〜７０度程度の可撓性を有するものが好ましい。

また、成形部材は、上記シリコーンゴムに限定されるものではなく、少なくとも管継手の可撓管を構成するカバーゴムを加硫する際の温度に対する耐熱性や、可撓管を構成するカバーゴムに対する離型性に優れると共に、任意の形状に容易に成形できる可撓性を有するゴムや合成樹脂であればよい。

また、波形状も上記の形状に限定されるものではなく、例えば、複数の山部と谷部とから成るものであってもよい。また、本実施形態においては、波形状を呈した成形面の表面は、凹凸模様のない滑らかな表面性のものとしているが、例えば、布目等の凹凸模様を有するものであってもよい。

続いて、成形部材で外周面を巻き回して締め付けたフランジ付き円筒状の未加硫の積層成形体を約１４０℃の温度で１〜１．５時間程度加熱して内ゴム層、外ゴム層、中間ゴム層の各ゴムを加硫する（加硫行程）。

加硫が完了したら、その後、成形部材およびマンドレルを外す（取り外し行程）。

これにより、外ゴム層の外表面が可撓管本体２の胴部の断面視において管軸方向に波形状に形成された滑らかな表面性を有する管継手１を得ることができる。

このように、鍔部３１の縁端部に複数の穴部３５を設け、鍔部３１の内周面及び外周面から穴部３５を覆うように形成される被覆部４４を設けることにより、被覆部４４におけるカバーゴム４が穴部３５に充填される。これにより、被覆部４４は、内周面と外周面とが穴部３５を介して連結される。したがって、鍔部３１の縁端部におけるカバーゴム４と鍔部３１との剥離を防止することが可能になる。

また、可撓管本体２の軸方向Ｘに伸びるベローズ部３０を有する筒状部３を設け、これをフッ素樹脂により形成することにより、金属管を用いた場合よりも可撓管本体２の伸縮性及び偏心特性を向上させることが可能になる。

また、フッ素樹脂は耐薬品性が優れるため、フッ素樹脂を流体が流通する可撓管本体に用いることにより、ＳＵＳ等の金属管の場合と異なり、可撓管本体の化学変化による腐食を減少若しくはなくすことが可能になる。

また、フッ素樹脂により形成されたベローズ部を弾性ゴムで被覆させることにより、筒状部の座屈を抑制させることが可能になる。また、カバーゴム４にタイヤコード６のような強靱性繊維や銅線のような補強線材を埋設させることにより、座屈の抑制に加え、内圧及び外圧に対する耐圧性を向上させることが可能になる。

さらに、フッ素樹脂により構成される可撓管本体は、金属疲労が発生しないため、金属管を使用する場合よりも長時間の使用が可能になる。また、フッ素樹脂は、耐薬品性、耐油性、耐熱性及び低摩擦性に優れるため様々な流体が流通する配管に好適に使用可能となる。

本発明の第１実施形態に係る管継手の構成を示す斜視図である。前記実施形態に係る管継手の一部を破断して示す正面図である。図２におけるＢの部分拡大図である。図２のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１管継手
２可撓管本体
３筒状部
４カバーゴム
５フランジ
６、７タイヤコード
３０筒状部
３１鍔部
３５穴部
４４被覆部

Claims

端部が互いに対向して配置される配管同士を連結する管継手であって、
断面が波状に形成されるベローズ部と、前記ベローズ部の両端に設けられ、断面が略Ｌ字状に形成される鍔部と、を有する筒状部と、
内部に強靱性繊維が埋設されると共に、前記筒状部の外周面を被覆する弾性部と、
前記鍔部と係合するように前記筒状部の内側に配置され、それぞれが対向する前記配管の前記端部と接続される円環状に形成された一対のフランジと、を備え、
前記筒状部は、フッ素樹脂により成型されており、
前記鍔部には、前記鍔部の縁端部近傍に該管継手の軸方向に貫通する複数の穴部が設けられており、
前記弾性部は、前記鍔部の前記縁端部を覆う被覆部を有しており、
前記被覆部は、前記穴部を埋設するように形成される管継手。
前記弾性部は、内弾性部と外弾性部とを有し、
前記強靱性繊維は、前記内弾性部と前記外弾性部との間に配置される請求項１に記載の管継手。
前記強靱性繊維は、織られてできた強靱性コードを構成する請求項２に記載の管継手。
前記強靱性コードは、積層するように複数配置され、
前記強靱性コードの間には、補強線材が配置される請求項３に記載の管継手。
前記フッ素樹脂は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）である請求項１から４のいずれかに記載の管継手。
前記フッ素樹脂は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）である請求項１から４のいずれかに記載の管継手。