JP5923680B2 - 円筒状含浸被覆材の硬化具及び硬化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内張り管の製造方法及び円筒状含浸被覆材の硬化装置に関する。

熱硬化及び光硬化を利用して管路内に内張り管を形成する方法（管路を更正する方法）として、『光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂の両者を含む管路更生用ライニング材を既設管路内へ挿入し、既設管路内壁面と密着させる工程と、前記管路更生用ライニング材に光を内側から照射し、前記光硬化性樹脂を硬化させる光照射工程と、を有し、前記光照射工程のみで前記管路更生用ライニング材の全体の硬化を行うことを特徴とする管路更生方法。』（特許文献１）や、『管路内に導入した光重合開始剤を含有する未硬化状態の熱硬化性樹脂を含む筒状の補修用スリーブ内に圧搾空気を供給してその補修用スリーブを管路内壁面に押圧して張設するとともに補修用スリーブを、内側面から自己形状維持可能な所定領域だけ加熱硬化せしめ、しかる後補修用スリーブの端を開放して補修用スリーブを光硬化せしめることを特徴とする既設管路の補修工法。』（特許文献２）が知られている。

特許第４４３６０１５号公報 特許第３６９１８８３号公報

前者の管路更生方法では、光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂との間で硬化収縮差が生じるため、硬化後、光硬化性樹脂と熱硬化性樹脂との間に未接合の界面が生じ、硬化体の機械的強度が低下するという問題がある。
一方、後者の既設管路の補修工法では、最初に加熱硬化させてから、光硬化させるため、加熱により硬化性樹脂の粘度低下が生じ垂れ落ちたり、厚みにムラが生じたりし、均一な品質の内張り管が得られないという問題がある。
本発明の目的は、機械的強度に優れ、均一な品質の内張り管の製造方法を提供することである。

本発明の円筒状含浸被覆材の硬化具の特徴は、重合性単量体組成物を含浸させた円筒状含浸被覆材を管路内に挿入し、円筒状含浸被覆材の外周面を管路の内周面に圧接させて、重合性単量体組成物を硬化させることにより管路の内周面に内張り管を形成させる方法であって、重合性単量体組成物に可視光硬化触媒及び熱硬化触媒を含み、可視光を照射してから加熱することにより内張り管を形成させる工程を含む内張り管の製造方法に使用するための硬化具であって、
円筒状含浸被覆材の内周面と接触して回転できる車輪を持つアームの三本をそれぞれ硬化具の移動方向に対して垂直になるようにアーム保持部に設け、
二つのアーム保持部の間に遠赤外線照射ヒーター又は可視光照射ランプを設け、
アームを二分割し、これらを弾性体を介してつなぐことによって弾性を持たせ、アームの屈曲により車輪が硬化具の移動方向又はこの逆方向へ倒れ、アームの弾性により元に復元するように構成した点を要旨とする。

本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置の特徴は、上記の硬化具を連結してなる点を要旨とする。

本発明の内張り管の製造方法によれば、機械的強度に優れ、均一な品質の内張り管を容易に製造できる。

本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置を用いれば、機械的強度に優れ、均一な品質の内張り管を容易に製造できる。

本発明の円筒状含浸被覆材の硬化具を用いれば、機械的強度に優れ、均一な品質の内張り管を容易に製造できる。
できる。

本発明の円筒状含浸被覆材の硬化具を２つ連結した硬化装置の一態様を模式的に表した側面図である。 本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置の一態様を模式的に表した側面図である。 本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置の一態様のうち、可視光照射ランプを装着した硬化具周辺を撮影した写真である。 本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置の一態様のうち、遠赤外線照射ヒーターを装着した硬化具周辺を撮影した写真である。 実施例及び比較例で評価（曲げ応力、曲げ弾性率及びたわみ）に使用した試験片、支持台及び圧子の関係を模式的に示した断面図である（ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８の図２を引用した。）。

重合性単量体組成物としては、可視光の照射又は加熱により重合して硬化する組成物であれば制限なく使用でき、可視光硬化触媒及び熱硬化触媒以外に、公知の単量体及び／又はオリゴマーが含まれる（たとえば、特開２０００−２１２２３４号、特開２００２−２２６５３０号、特許第３６４４６０８号）。すなわち、本発明で使用する重合性単量体組成物は、一種類の組成物で熱硬化も光硬化も可能なものである。

単量体及び／又はオリゴマーとしては、ビニル基又は（メタ）アクリロイル基を持つものが使用できる。これらのうち、重合性単量体組成物としては、スチレン、（メタ）アクリル酸エステル及び（メタ）アクリレート基含有オリゴマーからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなることが好ましい。

可視光硬化触媒としては、可視光の照射によりラジカルやカチオン又はアニオンを発生させて重合性単量体組成物の重合を開始できるものであれば制限なく使用できる。このような可視光硬化触媒としては、特許第３６４４６０８号に記載された光重合開始剤の他、α−ジケトン系硬化触媒（カンファ−キノン、ベンジル、３−ケトクマリン等）やチタノセン系硬化触媒等が使用できる。

熱硬化触媒は、加熱によりラジカルやカチオン又はアニオンを発生させて重合性単量体組成物の重合を開始できるものであれば制限なく使用できる。このような熱硬化触媒としては有機過酸化物｛たとえば、ビス−（４−ｔ-ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート；日油株式会社｝等が使用できる。

可視光硬化触媒及び熱硬化触媒は、これらの含有量には制限はないが、重合性単量体組成物の重量に基づいて、それぞれ、０．１〜１０重量％程度が好ましく、さらに好ましくは０．５〜５重量％、特に好ましくは０．８〜３重量％である。

重合性単量体組成物には、必要に応じて、増粘剤（シリカ粉末）、着色剤等を含有できる。

円筒状含浸被覆材は、管路の内部に挿入でき、管路の内周面を覆うことができるように円筒状、すなわち、円筒形状を有する。したがって、円筒状含浸被覆材の外径は、管路の内径よりも僅かに小さければよく、管路の内径等により適宜決定できる。

円筒状含浸被覆材は、円筒状補強繊維（ガラス繊維、ポリエステル繊維、ビニロン繊維及びこれらの素材から構成される不織布等）に重合性単量体組成物を含浸させたもの等が使用できる。

円筒状含浸被覆材を管路の内周面に圧接する方法としては公知の方法が適用できる。すなわち、管路が更正すべき既設の管路である場合、特許文献１や２に記載された方法と同様に、円筒状含浸被覆材の先端を閉塞し、他端から圧縮空気を円筒状含浸被覆材の内部に供給することにより、円筒状含浸被覆材を膨らませて管路の内周面に圧接する方法が適用できる。

円筒状含浸被覆材の硬化は、円筒状含浸被覆材の外周面を管路の内周面に圧接させたまま、可視光を照射してから加熱するものである。加熱してから光照射すると、円筒状含浸被覆材の厚みにムラが生じたりする。

可視光の照射は、特許文献１や２に記載された光照射方法が適用できる。ただし、特許文献１や２では光として紫外線を用いているが、本発明では可視光を使用する（紫外線は円筒状含浸被覆材を透過しにくく、円筒状含浸被覆材の表面（紫外線の照射された浅い箇所のみ）は硬化するが、深い箇所は硬化しにくい。一方、可視光は円筒状含浸被覆材を透過しやすく、円筒状含浸被覆材の全体を硬化させやすい。）。

可視光を照射できるランプとしては、市場から容易に入手でき、たとえば、ハイラックスカラーシリーズ（岩崎電気株式会社）、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ（ＵＶカット、ウシオ電機株式会社）等が使用できる。

加熱は、円筒状含浸被覆材を加熱できれば制限なく公知の方法が適用でき、温風加熱、遠赤外線加熱、近赤外線加熱等のいずれも適用できる。円筒状含浸被覆材の内部まで均一に加熱できるという観点から、遠赤外線照射による加熱が好ましい。

加熱温度は、重合性単量体組成物の重合を維持できる温度であればよいが、円筒状含浸被覆材の温度が４０〜１５０℃程度になることが好ましく、さらに好ましく５０〜１００℃、特に好ましくは６０〜９０℃になることである。

円筒状含浸被覆材の硬化は、可視光を照射してから加熱すれば、加熱後さらに可視光を照射してもよく、その後さらに加熱しもよく、またさらに可視光を照射してもよい。すなわち、最初に可視光を照射し、その後加熱すれば、可視光の照射と加熱とを繰り返してもよい。

円筒状含浸被覆材の硬化をより効率よく行うため、少なくとも一つの遠赤外線照射ヒーターと少なくとも一つの可視光照射ランプとを連結してなる硬化装置を用いることが好ましく、さらに好ましくはこの硬化装置を管路の内周面に圧接された円筒状含浸被覆材の円筒内部を円筒軸方向へ移動しながら照射することである。

円筒状含浸被覆材の円筒内部を円筒軸方向へ移動しながら、可視光又は遠赤外線を照射することができる硬化具としては、公知のものが使用できる（たとえば、特許文献１又は２、特開２００７−３０２３７号、意匠登録第１０８９８１４号に記載された光照射具。ただし、紫外線ランプではなく可視光を照射可能なランプ又は遠赤外線を放射可能なヒーターを装着する。）。

円筒状含浸被覆材の円筒内部を円筒軸方向へ移動しながら、可視光又は遠赤外線を照射することができる硬化具として、円筒状含浸被覆材の内周面と接触して回転できる車輪を持つアームの三本をそれぞれ硬化具の移動方向に対して垂直になるようにアーム保持部に設け、二つのアーム保持部の間に遠赤外線照射ヒーター又は可視光照射ランプを設けたものが最適である。

この最適な円筒状含浸被覆材の硬化具について、図を参照しながらさらに説明する。
アーム（２）は、可視光照射ランプ（３）又は遠赤外線照射ヒーター（４）が円筒状含浸被覆材の内部のほぼ中央に保持するようにするためのものであり、この先端部に円筒状含浸被覆材の内周面と接触して回転できる車輪（１）を持っている。

アーム（２）は、円筒状含浸被覆材の内径に対応して、長さを伸縮自在に調整できるようにしてもよいし、長さが固定のものを取り替えて用いてもよい。

アーム（２）は、三本のアームがそれぞれ硬化具の移動方向（すなわち、円筒軸方向）に対して垂直になるようにアーム保持部（５）に設けられる。三本のアームは、それぞれお互いに、約１２０度の角度を持つことが好ましい｛円筒軸方向から見たときに三本のアームが互いに約１２０度でアーム保持部（５）に設けられていることが好ましい。｝。

アーム（２）は、屈曲することにより車輪が硬化具の移動方向又はこの逆方向へ倒れ、アームの弾性により元に復元するように構成してもよい。このように車輪が倒れることにより、管路の途中に凸凹があっても硬化具の移動がスムーズに行うことができる。アームを二分割し、これらを弾性体（バネ、ゴム、プラスチック等）を介してつなぐことによって弾性を持たせてもよいし、アーム自体を弾性体（バネ、ゴム、プラスチック等）で構成してもよい。

二つのアーム保持部（５）の間には、遠赤外線照射ヒーター（４）又は可視光照射ランプ（３）が設けられている。すなわち、遠赤外線照射ヒーター（４）又は可視光照射ランプ（３）を介して、二つのアーム保持部（５）は互いに固定されている。
遠赤外線照射ヒーター（４）又は可視光照射ランプ（３）だけで、二つのアーム保持部（５）同士を固定することが強度的に困難な場合、二つのアーム保持部（５）を固定するための補強部（７）を用いて補強してもよい。

本発明の硬化具は、それぞれ連結して硬化装置を構成することが好ましい。連結は、硬化具を連結できれば制限はないが、ステンレス製のフレキシブルホースで連結することが好ましい。ステンレス製のフレキシブルホースを用いると、ホース内部に配線を挿入でき、耐熱性がある上、屈曲できるため、管路内に挿入する際に作業性がさらに向上する。

本発明の硬化具を２つ｛可視光照射ランプ（３）を装着した硬化具と遠赤外線照射ヒーター（４）を装着した硬化具とを｝連結した硬化装置の一態様を模式的に表した側面図を図１に示した。また、本発明の硬化具を６つ連結した硬化装置の一態様を模式的に表した側面図を図２に示した。図２に示した硬化装置は、可視光照射ランプ（３）を装着した硬化具（Ａ）４つと、遠赤外線照射ヒーター（４）を装着した硬化具（Ｂ）２つと、カメラ、カメラ撮影用ランプ、温度センサーを装着した末端部分（Ｃ）とから構成されている。図１及び２において、二つのアーム保持部（５）の間には、遠赤外線照射ヒーター（４）又は可視光照射ランプ（３）が設けられているが、補強部（７）を用いて二つのアーム保持部（５）が固定されている。この硬化装置について、すべての可視光照射ランプ（３）及び遠赤外線照射ヒーター（４）に通電し、円筒軸方向へ移動することにより、円筒状樹脂含浸被覆材にまず、可視光を照射してから加熱することできる。さらに可視光の照射、加熱と繰り返すことができる。

図３に、本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置の一態様のうち、可視光照射ランプを装着した硬化具周辺を撮影した写真を示す。また、図４に、本発明の円筒状含浸被覆材の硬化装置の一態様のうち、遠赤外線照射ヒーターを装着した硬化具周辺を撮影した写真を示す。図３及び４において、アーム（２）は、二分割し、これらをバネ（弾性体）を介してつながれている。二つのアーム保持部（５）の間には、遠赤外線照射ヒーター（４）又は可視光照射ランプ（３）が設けられているが、補強部（７）を用いて二つのアーム保持部（５）が固定されている。各硬化具は、ステンレス製のフレキシブルホースで連結されており、フレキシブルホースの内部に配線が挿入されている。配線はフレキシブルホース及び補強部（７）の内部に挿入されている。なお、図に示されていないが、可視光照射ランプ及び遠赤外線照射ヒーターの電力制御装置は別途配置されている。

以下、特記しない限り、部は重量部と意味し、％は重量％を意味する。
＜実施例１＞
円筒状含浸被覆材の内周面と接触して回転できる車輪を持つアーム（２）の三本をそれぞれ硬化具の移動方向に対して垂直になるようにアーム保持部（５）に設け、二つのアーム保持部（５）の間に可視光照射ランプ（３）｛ハイラックスカラーＭＴＤ１５０／Ｖ、１５０Ｗ、全光束４０００ｌｍ、紫外線を約９０％カット、岩崎電気株式会社｝を設けた硬化具（Ａ）を調製した。
円筒状含浸被覆材の内周面と接触して回転できる車輪を持つアーム（２）の三本をそれぞれ硬化具の移動方向に対して垂直になるようにアーム保持部（５）に設け、二つのアーム保持部（５）の間に遠赤外線照射ヒーター（４）｛遠赤外線カートリッジヒーター特注品、直径１２ｍｍ×長さ１００ｍｍ、２００ｖ、１３０ｗ、株式会社八光｝を設けた硬化具（Ｂ）を調製した。
硬化具（Ａ）４つと硬化具（Ｂ）２つとをステンレス製のフレキシブルホースで、Ａ−Ｂ−Ａ−Ａ−Ｂ−Ａの順に連結し、この端にカメラ、カメラ撮影用ランプ、温度センサーを装着した末端部分（Ｃ）をステンレス製のフレキシブルホースで連結して、円筒状含浸被覆材の硬化装置を調製した（図１〜４参照）。

ＬＣ−２１９０Ｔ（イソフタル酸系不飽和ポリエステル、スチレン及び可視光硬化触媒を含有している。昭和電工株式会社）１００部、アエロジル２００（親水性ヒュームドシリカ、日本アエロジル株式会社）１．５部及び熱硬化触媒｛ビス−（４−ｔ-ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート；パーロイルＴＣＰ、日油株式会社（パーロイルは同社の登録商標である。）｝１部を均一混合して、重合性単量体組成物を調製した。
外径２５０ｍｍ×長さ７．２ｍの円筒状含浸被覆材｛ビニロンクロスＶＨ２０５（４ｍｍ厚；ユニチカ株式会社）、ポリエステル製不織布（４ｍｍ厚；ユニチカトレーディング株式会社）とからなる。｝の中央６．６ｍ部分に、この重合性単量体組成物を含浸させて、円筒状含浸被覆材を調製した。なお、円筒状含浸被覆材は、その内周面及び外周面を複層フィルム（ポリエチレン及びナイロンからなる複層フィルム）で覆われている。

円筒状含浸被覆材を鉄筋コンクリート（内径２５０ｍｍ×有効長２ｍ）を３本つないだ管路（円筒軸が地面に対して水平になるように寝かせてある。）の内部に挿入し、円筒状含浸被覆材の一端を閉塞させて円筒状含浸被覆材内部へ圧縮空気（０．０５ＭＰａ）を吹き込んで円筒状含浸被覆材内部を加圧することによって、円筒状含浸被覆材の外周面を管路の内周面に圧接させた後、円筒状含浸被覆材の内部の端に上記で調製した硬化装置を設置した。
円筒状含浸被覆材の外周面を管路の内周面に圧接させたまま（円筒状含浸被覆材の一端を閉塞させて円筒状含浸被覆材内部へ圧縮空気を吹き込みながら）、硬化装置の可視光照射ランプ（３）及び遠赤外線照射ヒーター（４）に通電し、３５ｃｍ／分の移動速度で円筒軸方向へ他端まで移動させた。ついで、円筒状含浸被覆材内部から硬化装置を取り除き、内周面を覆っている複層フィルムを剥離することにより、内張り管を形成させた。

内張り管の円筒軸が地面に対して水平となるように置かれた形成直後の状態で、内張り管の最上部、最下部、その中間から、長さ２０ｍｍ×幅１５ｍｍの大きさの試験片（長辺が円筒軸方向になるように）３つを切り出し、ＪＩＳ Ｋ７１７１：２００８｛支点間距離１６ｍｍ、圧子半径５．０ｍｍ、試験速度２ｍｍ／分｝に準拠して、曲げ応力（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）及びたわみ（ｍｍ）を測定し、下表にまとめた。

＜比較例１＞
実施例１で調製した硬化具（Ａ）４つと硬化具（Ｂ）２つとを用いて、ステンレス製のフレキシブルホースで、Ａ−Ａ−Ａ−Ａ−Ｂ−Ｂの順に連結し、このＡ側端にカメラ、カメラ撮影用ランプ、温度センサーを装着した末端部分（Ｃ）をステンレス製のフレキシブルホースで連結して、比較用の円筒状含浸被覆材の硬化装置を調製した。

硬化装置を上記の比較用の円筒状含浸被覆材の硬化装置に変更したこと以外、実施例１と同様にして、内張り管を形成し、曲げ応力（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）及びたわみ（ｍｍ）を測定し、下表にまとめた。

実施例１で形成した内張り管について、曲げ応力（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）及びたわみ（ｍｍ）の測定値に大きなバラツキはなく、内張り管全体が均一かつ十分な強度を発現していた。
一方、比較例１で形成した内張り管について、曲げ応力（ＭＰａ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）及びたわみ（ｍｍ）の測定値にバラツキが大きく、内張り管全体が均一でないことがわかった。

１ 車輪
２ アーム
３ 可視光照射ランプ
４ 遠赤外線照射ヒーター
５ アーム保持部
６ 連結部
７ 補強部
Ａ 可視光照射ランプを装着した硬化具部分
Ｂ 遠赤外線照射ヒーターを装着した硬化具部分
Ｃ カメラ、カメラ撮影用ランプ、温度センサーを装着した末端部分

Claims (5)

1. 重合性単量体組成物を含浸させた円筒状含浸被覆材を管路内に挿入し、円筒状含浸被覆材の外周面を管路の内周面に圧接させて、重合性単量体組成物を硬化させることにより管路の内周面に内張り管を形成させる方法であって、重合性単量体組成物に可視光硬化触媒及び熱硬化触媒を含み、可視光を照射してから加熱することにより内張り管を形成させる工程を含む内張り管の製造方法に使用するための硬化具であって、
   円筒状含浸被覆材の内周面と接触して回転できる車輪を持つアームの三本をそれぞれ硬化具の移動方向に対して垂直になるようにアーム保持部に設け、
   二つのアーム保持部の間に遠赤外線照射ヒーター又は可視光照射ランプを設け、
   アームを二分割し、これらを弾性体を介してつなぐことによって弾性を持たせ、アームの屈曲により車輪が硬化具の移動方向又はこの逆方向へ倒れ、アームの弾性により元に復元するように構成したことを特徴とする円筒状含浸被覆材の硬化具。
2. 重合性単量体組成物がスチレン、（メタ）アクリル酸エステル及び（メタ）アクリレート基含有オリゴマーからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでなる請求項１に記載の円筒状含浸被覆材の硬化具。
3. 管路が更正すべき既設の管路である請求項１又は２に記載の円筒状含浸被覆材の硬化具。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の硬化具を連結してなることを特徴とする円筒状含浸被覆材の硬化装置。
5. 連結がステンレス製のフレキシブルホースでなされている請求項４に記載の円筒状含浸被覆材の硬化装置。