JP6170484B2 - 補強構造体、又は、補強構造体を有する管状部材 - Google Patents

Description

本発明は、管内に挿通し、ガスや液体、器具類等を搬送するため、細管内へ予め挿入して用いられる、伸びを抑制する補強構造体、又は、補強構造体を有する管状部材に関する。

従前より、食品、製薬、化学、医療、分析機器、等の分野において、配管や狭所へガスや液体、器具類等を搬送するために、強度に優れる長尺の管状部材が広く用いられる。また、医療現場においては、治療や検査のために体腔や器官内へ挿入する医療用管状部材が用いられる。

一般的に、細管内への挿入に用いられる管状部材は、長手方向に伸びる内芯坑が穿設された樹脂製チューブと、これを覆う補強層、外層等とを備える。管状部材は、細い配管や狭所へガスや液体、器具類等を搬送するために、予め挿入されるものであり、そのため、機械的強度を補う補強層は、重要な構成要素の１つと言える。配管等の細い部位に、管状部材を繰り返し挿入したり、引き抜いたりする場合、被挿入体の管壁との抵抗力により、部材の一部が伸び、位置調整性が低下するという問題が知られており、安定した操作性を得るため、低伸長性に優れる管状部材が切望されている。また、細い配管や狭所では、管状部材が自在に移動する空間を確保できないことがあり、管壁に引っ掛かって断線する等、機械的強度に関する問題が知られている。

特許文献１では、補強層として、金属部材、及び複数のポリマー部材（例えばＬＣＰ）を有する編組からなる管状部材、さらには、補強層に沿って延伸する軸方向部材を有する等の管状部材が開示されている。これは、管状部材に有意の張力が加わった際、長手方向部材が伸長を制限する、という特徴がある。

特許文献２では、合成樹脂素線、補強材層として、粗いピッチで内層管上に素線をコイル状に巻回してから、さらに編組を被覆する構造が開示されている。ここでは、粗いピッチで巻回したコイル素線が、挿入と引抜きを繰り返す過程で伸びることを防止する役割を担う、という特徴がある。

特表２００２−５３５０４９号公報 特開２００６−２１８０８５号公報

本発明の課題は、低伸長性に優れ、かつ、断線等の発生がなく機械的強度に優れる補強構造体、又は、補強構造体を有する管状部材を、安価に提供することにある。

本発明の要旨は以下のとおりである。

（１）本願発明の補強構造体は、金属線からなる管状編組の外周かつ長手方向の少なくとも一部に、伸び抑制部材として、少なくとも１本以上のコイル巻きを施す補強構造体であり、伸び抑制部材のコイル巻き角度αが３０度以下（α≠０度）であることを特徴とする。
（２）内層、補強層、外層等を含む管状部材であって、補強層における長手方向の少なくとも一部が、（１）に示す補強構造体である。
（３）伸び抑制部材のコイル巻き角度αが、管状部材の長手方向において可変である。

本発明によれば、以下に記載する優れた効果が期待できる。

（１）伸び抑制部材が、抗張力部材として機能し、例えば管状部材の伸長を抑制する。
（２）伸び抑制部材を補強層の上にコイル巻きする構造のため、上述の抗張力部材の働きに加え、補強層の伸長を物理的に押さえ、補強層のずれを防止する働き（以下、押さえ効果という）を有するため、更に低伸長性に優れる。
（３）伸び抑制部材は、補強層を施した後、所望の位置、長さにて容易に施すことが可能であるため、例えば管状部材の長手方向において、低伸長性を自在に調整できる。
（４）伸び抑制部材のコイル巻き角度αは、例えば管状部材の長手方向において可変であるため、さらに低伸長性を自在に調整できる上、柔軟性についても自在に調整可能となる。
（５）伸び抑制部材は補強層を施した後、容易に施すことが可能であるため、補強層までの工程が統一化でき、汎用性に優れるため、大量生産による低コスト化が見込まれる。

本発明の（外層を除く）管状部材の一例（斜視図）

以下、本発明の伸びを抑制する補強構造体を管状部材に適用した一例として、基本構成について、図面を参照しながら説明する。

図１の管状部材１は、内層２、補強層３、伸び抑制部材４及び補強構造体５から構成される。外層６は、補強構造体５の説明の都合上省略するが、補強構造体５の上に施される。

内層２は、長さ方向に伸びる内芯坑が穿設された樹脂製チューブである。

内層２の材質は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のふっ素樹脂、ポリオレフィン、ナイロン等の熱可塑性樹脂や、熱可塑性エラストマーが挙げられ、特に耐薬品性及び耐抗菌性の点を考慮し、ふっ素樹脂が好ましい。ふっ素樹脂は、例えば、ＰＴＦＥ及びその他のふっ素樹脂を混合したものであっても良い。
尚、これらの材質に限られるものではなく、樹脂であれば必要に応じて適宜選択されるものである。

内層２は、必要に応じて、適宜、添加剤や着色剤を含有し、特に限定されない。

また、内層２上に中間層を適宜設けても良く、中間層の材質は特に限定されない。
中間層を設ける場合、補強層は内層ではなく、中間層に接触するものとし、本明細書でいう内層とは、中間層が有る場合を含むものとする。

補強層３は、内層２の上に、コイル巻き（巻回し）あるいは編組するものである。強度の観点で、編組が好ましい。

補強層３の材質は、金属素線を用いることが好ましいが、これに限らず、内層２及び外層６よりも高剛性を有する材質であれば、その他の材質（例えば樹脂等）を用いても良い。金属材料の具体例としては、銅、ＳＵＳ、チタン、ニッケルチタン系合金、鋼、銅合金、タングステン等であり、特に限定されない。
補強層３の素線の断面形状は、円形、平角等が一般的であるが、特に限定されない。

伸び抑制部材４は、金属あるいは樹脂による少なくとも１本以上のコイル巻き線から成り、補強層３と外層６との間の長手方向の少なくとも一部に施される。補強層３の押さえの効果、補強層３との擦れによる損傷防止を考慮すると、樹脂を用いる方が好ましいが、伸び率が低く、また、抗張力が高い材料であれば、これに限定されない。

伸び抑制部材４において、コイル巻き角度αが６０度以下（α≠０度）、好適には３０度以下（α≠０度）である。
コイル巻き角度αとは、図１に示すように、例えば管状部材の長さ方向を基準とし、コイル線と交差する鋭角の角度をいい、０度＜α＜９０度である。

コイル巻き角度αが大きくなるにつれ、補強層３との摩擦抵抗が増加し、補強層３と伸び抑制部材４間のずれが発生し難くなり、結果として伸び抑制部材４の押さえ効果が発生する。

コイル巻き角度が６０度以下では、補強層３のずれ防止による押さえ効果に加え、伸び抑制部材４が抗張力部材として機能する相乗効果により、例えば管状部材１の伸長を制限する働きをする。特に、コイル巻き角度が３０度以下では、押さえ効果と抗張力部材として機能する効果の相乗効果がより顕著となり、低伸長の効果がさらに大きく、好ましいと言える。結局、押さえ効果の優位性を考慮すると、コイル巻き角度は１０度〜３０度が最も好ましい。

伸び抑制部材４は、少なくとも１本以上のコイル巻きから成り、抗張力部材として機能する効果と押さえ効果との相乗効果、及び、生産性向上の目的で、複数本を同時に並列に施してもよい。複数本を同時に施す場合、各素線同士の接触有無について、特に限定しない。各素線の構成は、単線、集合線（撚り線等）等の何れでもよく、特に限定しない。

補強構造体５は、補強層３と伸び抑制部材４を併せた構造を示す。

外層６は、補強構造体５の上に施される。

外層６の材質は、ふっ素樹脂、ポリオレフィン、ウレタン、ナイロン等の熱可塑性樹脂や、熱可塑性エラストマーが挙げられる。柔軟性等を考慮すると、特に、ポリオレフィン、ウレタン、ナイロン等の熱可塑性エラストマーが好ましい。尚、これらの材質に限られるものではなく、樹脂であればよく、用途に応じて適宜選択されるものである。

外層６の材質は、成型時の押出性の観点で、融点以上における材料の流動性が良い材質が好ましい。内層及び補強層間の隙間に十分に充填されることで、内層及び補強層間の密着性の改善に寄与するためである。

その他、必要に応じて、内層−外層間へのマーカー、外層上への湿潤性ポリマーコーティング等を施してもよく、特に限定されない。

以下、図１に示す本発明の管状部材１について、実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明の範囲及び製造方法について、これらに限定されるものではない。

（実施例１〜３、参考例５〜６、比較例１〜３）
実施例１は、内層２として、内径０．５５ｍｍ、外径０．５７ｍｍ（肉厚１０μｍ）にて、押出成型によりＰＴＦＥからなるチューブを作製する。
内層２の周囲に、補強層３として、φ１５μｍのタングステン線を、ピッチ１．２ｍｍ及び１６打にて編組状に施す。
補強層３の周囲に、管状部材の全長に渡って、伸び抑制部材４として、ポリオレフィン系エラストマーの集合線からなる素線を１本、巻き角度１度にてコイル巻きする。
外層６として、押出成型によりナイロンを外径０．７３μｍ（肉厚５０μｍ）となるよう被覆する。

実施例２は、実施例１のうち、伸び抑制部材４のコイル巻き角度を１０度とする。

実施例３は、実施例１のうち、伸び抑制部材４のコイル巻き角度を２０度とする。

実施例４は、実施例１のうち、伸び抑制部材４のコイル巻き角度を３０度とする。

参考例５は、実施例１のうち、伸び抑制部材４のコイル巻き角度を４０度とする。

参考例６は、実施例１のうち、伸び抑制部材４のコイル巻き角度を６０度とする。

比較例１は、実施例１のうち、伸び抑制部材４を用いず、補強層３の周囲に外層６を実施例１と同様に施すものとする。

比較例２は、実施例１のうち、伸び抑制部材はコイル巻きではなく、補強層の下に縦添えするものとする。

比較例３は、実施例１のうち、伸び抑制部材４のコイル巻き角度を７０度とする。

実施例１〜３、参考例５〜６、比較例１〜３について、引張強度及び押さえ効果について評価し、表１に結果を示す。

各評価方法及び基準について以下に示す。

（引張強度の測定方法）
測定サンプルとして、管状部材１を約６０ｍｍ準備する。サンプルの両端部を測定機のチャックで挟んで固定する。チャック間距離２５ｍｍ、引張速度５．０[ｍｍ／ｍiｎ]とし、両端方向へ引っ張り、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ延伸時の引張強度［Ｎ］を測定する。測定機は、一般の引張試験機を用いる。
（引張強度の判定基準）
比較例１（伸び抑制部材無）を基準に、引張強度が、比較例１の２倍以上を○とし、かつ、比較例２（編組下の縦添え）を基準に、引張強度の差が２０％以内と小さいものを◎とする。比較例１の２倍以上であっても、比較例２との差が２０％以上は良品限界△とし、比較例１の２倍以下、かつ、比較例２との差が２０％以上の場合は、伸び抑制部材のコイル巻き構造による改善効果がないと推測されるため×とする。

（押さえ効果の判定基準）
上述の引張強度の効果に加え、補強層及び伸び抑制部材間において、ずれの発生がないものを○とし、良品限界を△、ずれの発生が生じるものを×とする。

（表１）

実施例１乃至６の伸び抑制部材４、コイル巻き角度αが６０度以下（α≠０度）においては、比較例に比べ、管状部材１の低伸長性が優れている。

特に、３０度以下（α≠０度）においては、伸び抑制部材４が抗張力部材として機能する効果と押さえ効果との相乗効果により、安定した低伸長性を有する。
コイル巻き角度が大きくなると、抗張力部材としての効果は減少するが、押さえ効果は増加するため、コイル巻き角度αが６０度以下（α≠０度）、特に３０度以下（α≠０度）においては、これらの相乗効果により、安定した低伸長性を有し、縦添えの比較例２に劣らない。押さえ効果の優位性を考慮し、総合的には、コイル巻き角度は１０度〜３０度が最も好ましい。

以上の実施例は、本発明の一例に過ぎず、本発明の思想の範囲内であれば、種々の変更及び応用が可能であり、適宜変更されても供されることはいうまでもない。

本発明の補強構造体、又は、補強構造体を有する管状部材は、低伸長性に優れ、かつ、断線等の発生がなく機械的強度に優れるため、食品、製薬、化学、医療、分析機器、等の分野における、ガスや液体、器具類等の搬送用だけでなく、水道、ガス、トンネル、橋梁等のインフラ検査に用いるケーブル類の補強構造体としてなど、広い業界においての使用が見込まれる

１ 管状部材
２ 内層
３ 補強層（管状編組）
４ 伸び抑制部材
５ 補強構造体
６ 外層
α 伸び抑制部材４の巻き角度

Claims (4)

1. 金属線からなる＿管状編組の外周かつ長手方向の少なくとも一部に、伸び抑制部材として、少なくとも１本以上のコイル巻きを施す補強構造体において、
   該伸び抑制部材のコイル巻き角度αが３０度以下（α≠０度）であることを特徴とする、
   伸びを抑制する補強構造体。
   
2. 内層、補強層、外層等を含む管状部材であって、
   該補強層における長手方向の少なくとも一部が、
   請求項１に記載の補強構造体であることを特徴とする管状部材。
   
3. 該伸び抑制部材のコイル巻き角度αが、該管状編組の長手方向において、可変であることを特徴とする、
   請求項１または２のいずれか１項に記載の補強構造体、又は、該補強構造体を有する管状部材。
   
4. （削除）
   

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