JP6696153B2 - 曲がり樹脂パイプの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、曲がり部を有する樹脂（合成樹脂）製パイプの製造方法に係り、特に直管状のパイプを曲げ加工する工程と、樹脂を架橋する工程とを有する曲がり樹脂パイプの製造方法に関する。

従来から、ポリオレフィン系の樹脂管を加熱して曲げ加工するポリオレフィン系樹脂管の曲げ加工方法が知られている。

従来から行われているポリオレフィン系樹脂管の曲げ加工方法の一例として、原管となるポリオレフィン系樹脂管を変形可能温度になるまで加熱し、樹脂管の所望の曲げ形状に倣ったキャビティを備えた型によって樹脂管を曲げ、型の内部で樹脂管を冷却し、型を型開きして所望の曲げ角に曲げられた樹脂管を取り出す方法が知られている（特許文献１）。

しかしながら、このようなポリオレフィン系樹脂管の曲げ加工方法では、曲げ加工後に、残留応力により経時的に曲げ戻りが生じるという問題があった。

特許文献２には、ポリオレフィン系樹脂管を変形可能温度に加熱した後、曲げ加工するポリオレフィン系樹脂管の曲げ加工方法において、加熱工程を行う前に予め樹脂管に電離放射線を所定線量照射することにより樹脂管の樹脂を所定の架橋度に架橋させることが記載されている。

特許文献２のように、加熱前のポリオレフィン系樹脂管に予め電離放射線を照射することによって、ポリオレフィン系樹脂を架橋しておくと、樹脂管の溶融温度を高くすることができるので、曲げ部分のうちで温度が最も低くなる部分の温度が樹脂の軟化点を上回るように樹脂管全体の加熱温度を高く設定したとしても、樹脂管表面が溶融しないように加熱温度を設定することが可能となり、樹脂管の外観品質を良好に維持したまま樹脂管に曲げ加工を施すことができる。

なお、特許文献２の００４２段落には、樹脂パイプ内に中芯材を挿入しておき、曲げ加工時におけるパイプの潰れを防止し、曲げ加工及びその後の冷却工程後、中芯材を抜き出すことが記載されているが、中芯材としてどのようなものを用いるかについては特許文献２には全く記載がない。

特開平１１−３００８２１号公報 特開２００８−２８４７１４号公報

樹脂パイプを架橋した後、曲げ加工して曲がり樹脂パイプを製造する方法では、製造した曲がり樹脂パイプに温水が通水されること等によって曲がり樹脂パイプが加熱された際に、樹脂の形状記憶作用によって架橋時の形状（直管状）に戻る力が生じ、曲がり樹脂パイプが目的形状から直管状に近い形状に復帰変形してしまう。

本発明は、熱がかかっても目的形状を維持する曲がり樹脂パイプを製造することができる曲がり樹脂パイプの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の曲がり樹脂パイプの製造方法は、未架橋（微架橋を含む。）の樹脂パイプを軟化温度以上融点以下に加熱し、曲げ加工し、その後架橋処理する曲がり樹脂パイプの製造方法であって、該架橋処理時に曲げ加工形状維持用の型によって該パイプを保持しておくことを特徴とするものである。

本発明の一態様では、曲げ加工後の前記パイプは、直線状に延在する主直管部と、該直管部に連なる曲がり部とを有しており、前記型は、該主直管部の長手方向に伸縮自在である。

本発明の一態様では、前記型は、接離移動可能な複数の台車と、各台車に設けられたパイプホルダとを有し、複数の台車にまたがって前記パイプを保持させる。

本発明の一態様では、前記曲げ加工に際して、前記パイプ内に合成樹脂製ロープよりなる中芯材を挿入しておき、架橋処理後、該中芯材を該パイプから抜き出す。

本発明の一態様では、前記架橋処理は、９０℃以上で３時間以上加熱する熱架橋処理である。

本発明の一態様では、前記曲げ加工に際して、架橋処理後の曲がり樹脂パイプの曲がり部の曲がり角よりも深く曲げ加工を行う。

本発明方法で製造された曲がり樹脂パイプは、曲げ加工後に架橋されたものであると共に、架橋処理時に型によって形状が維持されていたものである。

そのため、この曲がり樹脂パイプに温水が通水されること等によって熱が加えられても、形状記憶作用によって直管状に戻ろうとする力が殆ど発生せず、曲り形状が維持される。

架橋処理を加熱により行った場合には、曲げ加工時に生じた残留応力が加熱時に消失ないし緩和される。そのため、これによっても、曲がり樹脂パイプの形状保持性が向上する。

ただし、曲げ加工処理される樹脂パイプ（直管状の原パイプ）が微架橋されている場合がある。この場合には、曲げ加工後に架橋を行っても、原パイプの微架橋による若干の形状復帰作用が働く。このような場合には、曲げ加工をオーバー目に施しておき、形状復帰作用による形状変化後の形状が目的形状と合致したものとなるようにするのが好ましい。

曲げ加工に先立って直管状の樹脂パイプ内に中芯材を挿入しておくことにより、曲げ加工時における樹脂パイプの座屈を防止することができる。この中芯材として、合成樹脂製のロープを用いると、自在に屈曲すると共に、樹脂パイプ内周面との接触面積が小さく、中芯材を樹脂パイプから抜き出す際の摺動抵抗が小さい。中芯材をナイロンやフッ素樹脂とすることにより、中芯材をパイプから抜き出す際の摺動抵抗がさらに小さいものとなる。

曲げ加工後の架橋処理に際して樹脂パイプを加熱したり、その後冷却したりすると、パイプが伸び縮みし、パイプに傷がついたり、座屈したりするおそれがある。そのため、架橋処理に際しては、パイプの長手方向に伸縮可能な型を用いてパイプを保持することが好ましい。

実施の形態に係る曲がり樹脂パイプの製造方法に用いられる型の平面図である。 図１の型の正面図である。 図１の型の斜視図である。 パイプを装着した状態の型の平面図である。 図４の状態の型の正面図である。 曲げ加工後のパイプの平面図である。 目的形状のパイプを示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の曲がり樹脂パイプの製造方法では、未架橋（微架橋を含む。）の直管状の樹脂パイプ（原パイプ）を加熱して曲げ加工し、次いで型に保持して架橋処理する。この樹脂パイプを構成する未架橋樹脂としては、架橋度１０％以下、特に０．０１〜５％程度のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンおよびこれらオレフィン同士の共重合体、あるいはエチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンプロピレンジエンエラストマーなどが好適であり、特にポリエチレンが好ましい。未架橋の原パイプの内径は４〜２０ｍｍ特に８〜１３ｍｍ程度であることが好ましい。原パイプの肉厚は１〜４ｍｍ特に１．６〜３ｍｍ程度が好ましい。原パイプの肉厚は、曲げ加工後の肉厚の１０１〜２００％特に１０１〜１６０％であることが好ましい。これは、曲げ加工によって、曲がり部の外側（延伸側）の肉厚が減少するからである。

この原パイプを、樹脂の軟化温度以上融点以下の温度に加熱し、曲げ加工する。

図６は曲げ加工後のパイプの形状の一例を示す平面図である。このパイプ１は、直線状に延在する主直管部１ａと、該主直管部１ａの一端に曲がり部１ｂを介して連なる第１の短直管部１ｃと、基端側が主直管部１ａの他端に曲がり部１ｄを介して連なる第２の短直管部１ｅと、該第２の短直管部１ｅの先端側に曲がり部１ｆを介して連なる第３の短直管部１ｇとを有している。本発明方法によって製造されたパイプが、給湯配管の曲がり部分に適用される場合、この主直管部１ａの長さは６００〜１０００ｍｍ特に７００〜８００ｍｍであり、第２の短直管部１ｃの長さは２０〜３００ｍｍ特に５０〜２００ｍｍであり、第３の短直管部１ｅの長さは２０〜４００ｍｍ特に５０〜３００ｍｍであり、第３の短直管部１ｇの長さは２０〜３００ｍｍ特に５０〜２００ｍｍであることが好ましい。

後述の通り、曲げ加工して架橋して製造された製品曲がり樹脂パイプに９０℃以上の温水を通水すること等によってパイプが加熱されると、原パイプを構成する樹脂の架橋に由来する形状記憶作用によって曲がり部１ｂ，１ｄ，１ｆの角度θ_１〜θ_３が大きくなろうとする。そこで、この実施の形態では、角度θ_１〜θ_３が直角（９０°）よりも小さくなるように深く曲げ加工を行っておく。こうすることにより、形状記憶作用によってθ_１〜θ_３が大きくなったときに、θ_１〜θ_３がほぼ目的角度（この場合は９０°）となった目的形状の曲がり樹脂パイプ１Ａとなる。

このようなことから、曲げる角度ｂ（例えば曲がり部１ｂの場合ｂ＝１８０°−θ_１）と目的角度ａ（この場合ａ＝９０°）との比ｂ／ａが１．０１〜１．３特に１．０５〜１．２となるように深く曲げ加工を行うことが好ましい。

曲げ加工を行うに当っては、パイプ内に座屈防止用の中芯材２（図４，５）を挿入しておく。中芯材としては、合成樹脂製のロープが好適である。ロープは、そのまま略直線状のパイプ内へ挿通してもよく、また先端に針金をつないでおき、この針金をパイプに通して引っ張ること等によってパイプ内に挿通してもよい。このロープの直径は、パイプの内径の７０〜９５％特に８０〜９０％程度が好ましい。合成樹脂製のロープは、パイプ内において径方向に押し縮められても殆ど縮径せず、曲げ加工時におけるパイプの座屈が防止される。また、ロープは柔軟に屈曲するので、パイプの曲がりに追従して自在に屈曲する。また、このロープは、ロッドやチューブに比べてパイプ内周面との接触面積が小さいので、パイプを曲げ加工した後に引っ張ることによりパイプから容易に引き出される。

特に、合成樹脂製ロープとして、ナイロン、フッ素樹脂又はポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のロープを用いると、パイプ内周面との摩擦が小さく、スムーズにロープを抜き出すことができる。

中芯材２を挿入したパイプ（原パイプ）を曲げ加工するには、オーブン等の加熱手段を用い、パイプ（原パイプ）の樹脂の軟化温度以上融点以下の温度に加熱し、曲げ加工用型（図示略）に入れて曲げ加工する。曲げ加工用型としては、特開昭５７−８７３１６号公報などに記載のものなど、各種のものを用いることができる。その後、放冷等によって軟化温度未満、例えば４０℃以下程度まで冷却した後、脱型する。その後、架橋処理を行う。

この架橋処理を行うには、図６のように曲げ加工したパイプ１を図１〜３に示す、曲げ加工形状維持用の型３に装着し、加熱して架橋処理することが好ましい。

この型３は、第１台車１０と、第２台車２０とを有する。各台車１０，２０は、車輪１２，２２を有した長方形状のベース板１１，２１と、ベース板１１の上面に立設されたパイプホルダ１３，１４と、ベース板２１の上面に立設されたパイプホルダ２３と、台車１０，２０同士の接離（接近・離反）方向の移動をガイドするガイド機構３０とを有する。

パイプホルダ１３，１４，２３、は、それぞれ対面する１対のプレート１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，２３ａ，２３ｂを有しており、プレート１３ａ，１３ｂ間、プレート１４ａ，１４ｂ間、プレート２３ａ，２３ｂ間に、曲げ加工されたパイプ１（図６）が収納される。なお、各プレート１３ａ〜２３ａ及び前記台車ベース板１１，２１は、いずれもステンレス製パンチングプレートよりなる。

ガイド機構３０は、ベース板１１，２１の上面に、台車１０，２０の対向辺に沿って設けられた盤状のガイドブロック３１，３２と、各ガイドブロック３１，３２を貫通するガイド孔３１ａ，３２ａと、該ガイド孔３１ａ，３２ａに挿通されたガイドロッド３３と、２本のガイドロッド３３の先端同士を連絡するタイプレート３４等を有する。

前記車輪１２，２２の走行方向は長方形のベース板１１，２１の長辺方向となっており、ガイド孔３１ａ，３２ａ及びガイドロッド３３の延在方向も該長辺方向となっている。このため、台車１０，２０は、各々の長辺と平行方向、即ち、図１，２の左右方向に接離移動可能となっている。

前記プレート１３ａ，１３ｂは、大部分が平板状であり、ベース１１から鉛直に起立しているため、この平板状部分にパイプ１の主直管部１ａが収容される。

プレート１３ａ，１３ｂのうち、台車２０と反対側は円弧状に湾曲しており、この部分に第２曲がり部１ｄが係合する。

プレート１４ａ，１４ｂは、曲がり部１ｆが係合するように湾曲した部分を有する。

プレート２３ａ，２３ｂは、大部分が平板状であり、ベース２１から鉛直方向に起立している。この平板状部分にパイプ１の主直管部１ａが収容される。プレート２３ａ，２３ｂのうち台車１０と反対側は円弧状に湾曲しており、この部分に第１曲がり部１ｂが係合する。

プレート１３ａの平板状部とプレート２２ａの平板状部とは一直線上に位置し、プレート１３ｂの平板状部とプレート２２ｂの平板状部とは一直線上に位置する。

中芯材２が挿通され、曲げ加工されたパイプ１を複数本、図４，５に示すように、台車１０，２０にまたがってプレート１３ａ，１３ｂ間、プレート１４ａ，１４ｂ間、プレート２３ａ，２３ｂ間に配置した後、型３（台車１０，２０）を架橋槽（図示略）内に移動させ、架橋槽内に蒸気を供給して９０〜１１０℃好ましくは９５〜１００℃に３時間以上、好ましくは３〜１２時間保持してパイプ１を構成する樹脂の熱架橋を行う。架橋処理後の架橋度は４０〜１００％特に６０〜１００％程度が好ましい。

所定時間経過後、台車１０，２０を架橋槽から引き出し、各パイプ１を取り出す。この架橋を行っている間に、パイプ１は、主直管部１ａの長手方向に、加熱によって伸長し、また架橋によって縮もうとするが、台車１０，２０が接離移動するので、パイプ１は、型３によって拘束されることなく伸縮する。

この架橋処理の間パイプ１が加熱されるので、前記曲げ加工によってパイプ１に生じた残留応力が焼失ないし軽減される。

上記の架橋処理後の冷却工程時にパイプ１が収縮しようとした場合、台車１０，２０が接近移動するので、パイプ１は型３によって拘束されることなく収縮する。

以上のようにして、架橋された曲がり樹脂パイプがスムーズに製造される。前述の通り、台車１０，２０が接離移動自在であるので、架橋処理時やその後の冷却時にパイプ１が型３によって拘束されることなく伸縮する。そのため、製造された曲がり樹脂パイプに傷つきがなく、外観が良好なものとなる。

冷却後に型３から取り出された曲がり樹脂パイプは、図６に示した形状となっている。この曲がり樹脂パイプに例えば９０℃以上の温水を通水すること等によって曲がり樹脂パイプが加熱された場合、原パイプの架橋度による形状記憶作用によって曲がり部１ｂ，１ｄ，１ｆの角度が開き、図７のパイプ１Ａの通り、θ_１〜θ_３がほぼ９０°となる。なお、本発明では、曲げ加工後に架橋処理を行っているので、この曲げ加工後の架橋処理によっては、形状記憶はなされない。そのため、曲がり樹脂パイプが加熱されたときの変形（θ_１〜θ_３がほぼ直角になるまでの変形）は小さく、精度よく目的角度（この場合９０°）にて曲がった曲がり部を有した曲がり樹脂パイプが得られる。

上記実施の形態は、本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、曲がり部の数は１、２又は４以上でもよい。曲がり部の角度は９０°以下であってもよい。また、台車１０，２０は２台に限定されず、３台以上が一直線上に配列されてもよい。

１，１Ａ パイプ
２ 中芯材
３ 型
１０，２０ 台車
１１，２１ ベース板
１２，２２ 車輪
１３，１４，２３ パイプホルダ
３０ ガイド機構
３３ ガイドロッド

Claims (6)

1. 未架橋の樹脂パイプを軟化温度以上融点以下に加熱し、曲げ加工し、その後架橋処理する曲がり樹脂パイプの製造方法であって、
   該架橋処理時に曲げ加工形状維持用の型によって該パイプを保持しておく樹脂パイプの製造方法であり、
   該曲げ加工形状維持用の型は、該パイプの長手方向に伸縮可能な型であり、該パイプが該型によって拘束されることなく伸縮することを特徴とする曲がり樹脂パイプの製造方法。
2. 請求項１において、前記型は、接離移動可能な複数の台車と、各台車に設けられたパイプホルダとを有し、複数の台車にまたがって前記パイプを保持させることを特徴とする曲がり樹脂パイプの製造方法。
3. 請求項１又は２において、前記曲げ加工に際して、前記パイプ内に合成樹脂製ロープよりなる中芯材を挿入しておき、架橋処理後、該中芯材を該パイプから抜き出すことを特徴とする曲がり樹脂パイプの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記架橋処理は、９０℃以上で３時間以上加熱する熱架橋処理であることを特徴とする曲がり樹脂パイプの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記曲げ加工に際して、架橋処理後の曲がり樹脂パイプの曲がり部の曲がり角よりも深く曲げ加工を行うことを特徴とする曲がり樹脂パイプの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、未架橋の直管状の樹脂パイプの肉厚は、曲げ加工後の肉厚よりも厚いことを特徴とする曲がり樹脂パイプの製造方法。

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