JP6911067B2 - 継手構造、液輸送管、および、液輸送管の接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂にガラス繊維が含有された熱可塑性樹脂管の継手構造、液輸送管、および、液輸送管の接続方法に関する。

熱可塑性樹脂にガラス繊維が含有された熱可塑性樹脂管が知られている。熱可塑性樹脂の一つであるポリエチレン管は、耐薬品性、耐腐食性、耐摩耗性、耐衝撃性、および軽量性に優れている。また、ガラス繊維が含有されることで、高剛性化が図られている。このような特徴を有する熱可塑性樹脂管は、農業用水管路、水力発電設備の水圧管路、水処理施設、下水道施設、工場内循環水管などの分野において、大口径化され、液輸送管として用いられている（特許文献１参照）。このような液輸送管の継手構造には、電気融着継手構造やバット融着継手構造などが用いられている。

特許第６３６３６１４号公報

この種の液輸送管は、内圧が加わる管であるから、管継手の部分においても、液漏れが生じないように、内圧に対する高い耐圧性などが求められる。
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い継手構造、液輸送管、および、液輸送管の接続方法を提供することにある。

上記課題を解決するための継手構造は、ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管および第２液輸送管の継手構造であって、前記第１液輸送管が備える第１管端部に構成された第１熱溶融部と、前記第２液輸送管が備える第２管端部であって、前記第１管端部に対して接続される前記第２管端部に構成された第２熱溶融部とを備え、前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部が熱溶融されて融着される。上記構成によれば、ガラス繊維を含有しない熱溶融部を備えることで、相溶性が増し、継手構造の強度が増し、耐水圧性などで優れた継手構造を実現できる。

前記継手構造は、電気融着継手構造であって、前記第１管端部は、受口部であり、前記第２管端部は、差口部であり、前記受口部は、前記差口部と対向する内面に臨み、かつ、受口管厚方向において、前記内面側に偏って前記第１熱溶融部が構成され、前記第１熱溶融部は、電熱体部を備え、前記差口部は、前記受口部と対向する外面に臨み、かつ、差口管厚方向において、前記外面側に偏って前記第２熱溶融部が構成されているようにしてもよい。上記構成によれば、フランジ継手の場合よりも、構造が簡素で、かつ、施工性も優れた電気融着継手構造を採用できる。

上記継手構造において、前記受口部の管厚は、前記受口部と前記差口部との間に位置する管本体の管厚よりも大きい構成としてもよい。上記構成によれば、電気融着継手構造において、その受口部の管厚が管本体の管厚よりも大きいので、ガラス繊維を含まないようにしたことに伴う継手部分での剛性低下を抑えることができる。

上記継手構造において、前記差口部は、外面に設けられた凹溝に配置される止水材であって、水膨張ゴムで構成された前記止水材を備える構成としてもよい。上記構成によれば、電気融着継手構造にさらに止水材を用いることで一層の水密性を実現することができる。

前記継手構造は、バット融着継手構造であって、前記第１熱溶融部は、前記第１管端部における管厚方向の全体に構成され、前記第２熱溶融部は、前記第２管端部における管厚方向の全体に構成されているようにしてもよい。上記構成によれば、フランジ継手の場合よりも、構造が簡素で、かつ、施工性も優れたバット融着継手構造を採用することができる。

上記継手構造において、前記第１管端部および前記第２管端部の管厚は、前記第１管端部および前記第２管端部の間における管本体の管厚よりも大きい構成としてもよい。上記構成によれば、バット融着継手構造において、ガラス繊維を含まないようにしたことに伴う継手部分での剛性低下を抑えることができる。

上記継手構造において、前記第１液輸送管および前記第２液輸送管の内径は、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍである構成としてもよい。上記構成によれば、第１液輸送管および第２液輸送管は、ガラス繊維が管周方向に配向した構成を有することで高剛性化が実現され自重偏平が抑えられている。したがって、第１熱溶融部および第２熱溶融部を精度よく製造することができ、これにより、電気融着継手やバット融着継手を適用することができる。

上記課題を解決するための液輸送管は、ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された液輸送管であって、管本体と、前記管本体の管端部に構成された熱溶融部とを備え、前記熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位である。

上記課題を解決するための液輸送管の製造方法は、熱可塑性樹脂を押し出して金型の外周に螺旋状に巻き付ける巻付押出成形によって液輸送管を成形する液輸送管の製造方法であって、ガラス繊維を含有した熱可塑性の溶融樹脂を面状に押し出して、面状樹脂を回転する金型に螺旋状に巻き付けて管本体を成形し、ガラス繊維を含有しない熱可塑性の溶融樹脂を面状に押し出して、管端部に熱溶融部を成形する。上記構成によれば、巻付押出成形によって管端部に熱溶融部を備えた液輸送管を容易に製造することができる。

上記課題を解決するための接続方法は、ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管および第２液輸送管の接続方法であって、前記第１液輸送管が第１管端部に第１熱溶融部を備え、前記第２液輸送管が前記第１管端部に対して接続される第２管端部に第２熱溶融部を備え、前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部を熱溶融して融着する。

上記課題を解決するための継手構造は、ガラス繊維を含有する熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管と第２液輸送管との継手構造であって、前記第１液輸送管が備える受口部と、前記第２液輸送管が備える差口部とを備え、前記差口部は、外面に設けられた凹溝に配置される止水材であって、水膨張ゴムで構成された前記止水材を備える。

本発明によれば、管継手の部分において、耐水圧性などにおいて高い信頼性が得られる。

輸送管路の側面図。 輸送管の断面図。 電気融着継手構造の断面図。 ガラス繊維の配向および管周方向の耐圧性を示す図。 輸送管の製造工程を示す図。 熱溶融部を説明する図。 輸送管路が湾曲した状態を示す図。 バット融着継手構造の断面図。 継手構造に水膨張ゴムを使用した例を示す断面図。 電気融着継手構造に水膨張ゴムを使用した例を示す断面図。

以下、本発明が適用された水輸送管路について図面を参照して説明する。
図１に示す水輸送管路１は、発電所冷却用海水取水・放水管路などに使用される内圧用管路あって、複数の水輸送管２が継手接続されている。各水輸送管２は、ガラス繊維を含有した熱可塑性樹脂管であって、ここではガラス繊維強化ポリエチレン管が使用されている。

水輸送管２は、熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン材料を使用することで、耐薬品性、耐腐食性、耐摩耗性、耐衝撃性、および軽量性に優れた管となっており、さらに、ガラス繊維の配向および配向性制御によって管周方向に高剛性を備えた管となっている。そして、ここでの水輸送管２は、特大口径の管であって、例えば、内径ｄが３００〜２０００ｍｍ、または、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍとなっている。また、各水輸送管２の最大有効長さＬは、例えば５０００ｍｍ〜１００００ｍｍである。ガラス繊維は、１０％〜３０％、好ましくは１９％〜２１％、更に好ましくは２０％程度含有している。また、ガラス繊維は、直径が１０μｍ〜１５μｍ、長さが２ｍｍ〜５ｍｍ程度の短繊維ガラスが用いられている。水輸送管２は、ガラス繊維を含有することで、海水よりも比重が大きくなり、海水取水管として用いたときにも、海洋にも沈む。

図２に示すように、各水輸送管２は、管本体３と、管本体３の第１管端部に構成される受口部４と、管本体３の第２管端部に構成される差口部５とを備えている。
受口部４は、外径および内径が管本体３よりも大きくなるように構成されている。図３に示すように、受口部４の内面は、差口部５と対向する面であって、第１熱溶融部としての受口熱溶融部６が構成されている。受口熱溶融部６は、内面に臨み、かつ、受口部４の管厚方向において、内面側に偏って設けられている。すなわち、受口熱溶融部６は、外面には臨んでおらず、外面側は、ガラス繊維を含有した熱可塑性樹脂で構成されている。受口熱溶融部６は、水輸送管２の全体にガラス繊維が含有されているが、当該部分だけガラス繊維を含有せず、熱可塑性樹脂だけで構成されている。

受口熱溶融部６は、電熱体部７を備えている。電熱体部７は、例えば発熱抵抗体である。電熱体部７は、受口部４の内面に向かって配置されており、電熱線端子８が外方に臨まされている。電熱体部７は、電熱線端子８を介して制御装置に接続され、設定された通電条件で発熱する。受口部４は、ガラス繊維を含有しない受口熱溶融部６を備えることで、その分、管本体３などの他の部分より強度が低下することになる。そこで、図３に示すように、受口部４は、受口管厚ｔ２が管本体３の管厚ｔ１よりも大きくなるように設定される。

差口部５は、その内径が管本体３の内径と一致し、外径が管本体３よりも大きくなり、肉厚部により構成されている。差口部５の内面は、管本体３の内面と面一であり、差口部５の外面は、受口部４と対向する面であって、第２熱溶融部としての差口熱溶融部１１が構成されている。差口熱溶融部１１は、外面に臨み、かつ、差口部５の管厚方向において、外面側に偏って設けられている。すなわち、差口熱溶融部１１は、内面には臨んでおらず、内面側は、ガラス繊維を含有した熱可塑性樹脂で構成されている。差口部５は、ガラス繊維を含有しない差口熱溶融部１１を備えることで、その分、管本体３などの他の部分より強度が低下することになる。そこで、差口部５は、差口管厚ｔ３が管本体３の管厚ｔ１よりも大きくなるように設定される。

差口部５は、外面であって、管本体３側に、標線１２が設けられている。標線１２は、差口部５を受口部４に対してどこまで挿入するのかを示す指標である。ここでは、標線１２は、互いに平行な２本で構成されており、差口部５は、受口部４の先端部が２本の標線１２の間に位置するまで受口部４に挿入される。

図４に示すように、ガラス繊維１３は、管周方向に配向されている。これにより、水輸送管２は、管周方向が管軸方向に対して高剛性となり、管軸方向に曲がり易くなる。このようにガラス繊維１３が管周方向に配向性を有する水輸送管２は、巻付押出成形によって製造される成形体である。すなわち、図５に示すように、溶融状態にあるガラス繊維１３を含有した熱可塑性樹脂材料を押出機から押し出すと、帯状に押し出された面状樹脂１５は、ガラス繊維１３が長手方向に配列した状態となる。そして、このような面状樹脂１５を、円筒形状を有した金型１６を回転させることで螺旋状に何層にも巻き付け冷却固化することにより製造することができる。そして、受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１の部分は、ガラス繊維１３を含有しない面状樹脂を巻き付けることで形成することができる。

次に、以上のように構成された水輸送管２の作用について説明する。
水輸送管２は、電気融着継手構造によって連結される。すなわち、先ず、受口部４の内面および差口部５の外面をアセトンまたはエタノールなどを含浸させたタオルなどで清掃する。次いで、図６に示すように、１つの水輸送管２の受口部４に対して他の水輸送管２の差口部５を、受口部４の先端部が標線１２に位置するまで挿入する。この状態において、受口熱溶融部６と差口熱溶融部１１とは対向し、電熱体部７が介在される。そして、接続される２つの水輸送管２は、芯出しおよび仮固定され、さらに、スリングベルトなどの固定具で固定される。

次いで、外方に臨まされた電熱体部７の電熱線端子８に対して制御装置に接続される。制御装置は、設定された通電条件で電熱体部７を所定時間発熱する。これにより、図６に示すように、受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１は溶融される。受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１は、その後、所定時間冷却されることによって固化され、両者は一体化される。電気融着継手構造において、電熱体部７で受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１が溶融されることで、一体化部１７で一体化される。その後、他の水輸送管２を接続していくことで、水輸送管路１を構成することができる。図７に示すように、水輸送管路１やそれを構成する水輸送管２は、管周方向の応力（ＭＰａ）＞２×管軸方向の応力（ＭＰａ）のような特性を有し、管周方向には高剛性で、かつ、耐内圧性に優れ、管軸方向には曲がり易い特性を有するものとなる。

以上のような水輸送管路１は、以下のように列挙する効果を得ることができる。
（１）以上のような水輸送管路１を海水取水・放水管路として使用したとき、水輸送管路１は、海水などによる耐腐食性に優れ、また生物付着を少なくすることができ、長期供用が可能となる。さらに、水輸送管路１は、水輸送管２自体の柔軟性により、海流に合わせて柔軟に湾曲することもできる。また、管内面が平滑なため、必要水量を最小口径にすることができ、工事を小規模化することができる。

（２）水輸送管２は、ガラス繊維１３を含有していることで、管周方向においても高剛性化が実現されているので、自重偏平が抑えられる。したがって、受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１を正確に製造することができ、継手構造に、電気融着継手を適用することができる。

（３）受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１を備えることで、相溶性が増し、継手構造の強度が増し、耐水圧性などで優れた継手構造を実現できる。
（４）受口熱溶融部６および差口熱溶融部１１を設けることで、施工が容易な電気融着継手構造を採用することができる。すなわち、差口部５を受口部４に差し込み、熱溶融するだけで水輸送管２同士を接続することができる。

（５）電気融着継手構造は、フランジ継手の場合よりも、構造が簡素で、かつ、施工性も優れたものとなる。また、電気融着継手構造は、水輸送管２の柔軟性を損なわせることもなく、水輸送管路１全体に柔軟性を持たせることもできる。

（６）電気融着継手構造となる部分の受口部４は、その受口管厚が管本体３の管厚よりも厚いので、ガラス繊維１３を含まないようにしたことに伴う継手部分での剛性低下を抑えることができる。同様に、差口部５も、その差口管厚が管本体３の管厚よりも厚いので、継手部分での剛性低下を抑えることができる。

（７）ガラス繊維１３は、短繊維ガラスであって、管周方向に配向しているので、管周方向には高剛性で、かつ、耐内圧性に優れ、管軸方向には曲がり易い特性を有する水輸送管２を実現できる。また、内径ｄが３００〜２０００ｍｍ、または、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍといった特大口径の管であっても自重偏平を抑えることができる。

なお、以上のような水輸送管路１は、さらに、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・電気融着継手仕様の水輸送管２において、両端部が差口部５で構成されていてもよい。この場合、各差口部５に、差口熱溶融部１１が構成されることになる。

・水輸送管２の継手構造は、バット融着継手構造にも適用可能である。この場合、図８に示すように、管本体３の管軸方向の両側の管端部２１は、内径は管本体３の内径と一致し、外径が管本体３よりも大きくなり、肉厚部により構成されている。そして、各管端部２１は、管厚方向の全体が熱溶融部２２として構成されている。バット融着では、突き合わせる各管端部２１を同時に切削する。次いで、管端部２１でヒーター板を挟み加熱溶融した後、管端部２１同士を圧着し一体化する。

バット融着継手構造では、外周面に、熱溶融部２２が溶融して構成された環状の一体化部２３が形成される。バット融着継手構造では、電気融着継手構造より外径を小さくすることができる。水輸送管２の継手構造は、バット融着継手構造となるので、管端部同士を突き合わせるだけで良く、フランジ継手の場合よりも、構造が簡素で、かつ、施工性も優れたものとなる。

・図９に示すように、水輸送管２の継手構造は、止水材として、水膨張ゴム２６を使用してもよい。差口部５の外面には、その周回方向に凹溝２７が形成されている。そして、凹溝２７には、水膨張ゴム２６が周回方向に設けられる。水膨張ゴム２６は、受口部４の内面と差口部５の外面との間に水が浸入すると、ゴム弾性・シール性により初期止水し、その後は水分を吸収して数倍（２〜３倍）の体積に膨張し、この自己体積膨張機能により長期的に止水する。このような、継手構造も、上述した電気融着継手構造と同様、受口部４に差口部５を差し込むだけの簡単な作業で、水輸送管２同士を接続することができる。

・図１０に示すように、水膨張ゴム２６を使用した構成は、上述した電気融着継手構造と併用することで、一層の水密性を実現することができる。例えば、水膨張ゴム２６を設ける凹溝２７の位置を差口部５の先端側に設け、管本体３に近い基端側に差口熱溶融部１１を設けるようにし、受口部４では、受口熱溶融部６および電熱体部７を差口熱溶融部１１と対向する位置に設けるようにすればよい。

・既設の鋼管と水輸送管２とを接続する箇所には、フランジ継手を採用してもよい。
・水輸送管路１の一部には、水輸送管２の端部同士を内面から溶接する内面自動溶接の部分があってもよい。例えば、内面自動溶接では、差口部５の端部を受口部４の内面に溶接する。

・標線１２は、１本であってもよいし、３本以上であってもよい。
・輸送する液体としては、水や海水の他に、下水であってもよいし、薬液であってもよい。

・水輸送管２など液輸送管の材料には、管、継手、およびその使用に必要な顔料、酸化防止剤、安定剤などの添加剤などを含んでいてもよい。また、液輸送管の材料には、カップリング材が含まれていてもよい。

・熱可塑性樹脂としては、高密度ポリエチレン以外に、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂）、ＡＳ樹脂、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などであってもよい。

・水輸送管２は、農業用水管路、水力発電設備の水圧管路、水処理施設、下水道施設、工場内循環水管などに適用することも可能である。例えば、農業用用水路として使用したときには、水輸送管２自体の柔軟性と電気融着継手構造やバット融着継手構造の柔軟性により、軟弱地盤での地盤変動にも追従することができる。

１…水輸送管路、２…水輸送管、３…管本体、４…受口部、５…差口部、６…受口熱溶融部、７…電熱体部、８…電熱線端子、１１…差口熱溶融部、１２…標線、１３…ガラス繊維、１５…面状樹脂、１６…金型、１７…一体化部、２１…管端部、２２…熱溶融部、２３…一体化部、２６…水膨張ゴム、２７…凹溝。

Claims (8)

1. ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管および第２液輸送管の電気融着継手構造であって、
   前記第１液輸送管が備える受口部に構成された第１熱溶融部と、
   前記第２液輸送管が備える差口部であって、前記受口部に対して接続される前記差口部に構成された第２熱溶融部とを備え、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、
   前記受口部は、前記差口部と対向する内面に臨み、かつ、受口管厚方向において、前記内面側に偏って前記第１熱溶融部が構成され、管厚が前記受口部と前記差口部との間に位置する管本体の管厚よりも大きく、
   前記第１熱溶融部は、電熱体部を備え、
   前記差口部は、前記受口部と対向する外面に臨み、かつ、差口管厚方向において、前記外面側に偏って前記第２熱溶融部が構成され、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部が熱溶融されて融着される
   継手構造。
2. 前記差口部は、前記外面に設けられた凹溝に配置される止水材であって、水膨張ゴムで構成された前記止水材を備える
   請求項１に記載の継手構造。
3. ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管および第２液輸送管のバット融着継手構造であって、
   前記第１液輸送管が備える第１管端部に構成された第１熱溶融部と、
   前記第２液輸送管が備える第２管端部であって、前記第１管端部に対して接続される前記第２管端部に構成された第２熱溶融部とを備え、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、
   前記第１熱溶融部は、前記第１管端部における管厚方向の全体に構成され、
   前記第２熱溶融部は、前記第２管端部における管厚方向の全体に構成され、
   前記第１管端部および前記第２管端部の管厚は、前記第１管端部および前記第２管端部の間に位置する管本体の管厚よりも大きく、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部が熱溶融されて融着される
   継手構造。
4. 前記第１液輸送管および前記第２液輸送管の内径は、２０００ｍｍ〜３５００ｍｍである
   請求項１ないし３のうち何れか１項に記載の継手構造。
5. ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された液輸送管であって、電気融着継手構造を構成する前記液輸送管であって、
   管本体と、前記管本体の第１管端部に構成される第１熱溶融部を備えた受口部と、前記管本体の第２管端部に構成される第２熱溶融部を備えた差口部とを備え、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、
   前記受口部は、前記差口部と対向する内面に臨み、かつ、受口管厚方向において、前記内面側に偏って前記第１熱溶融部が構成され、管厚が前記受口部と前記差口部との間に位置する前記管本体の管厚よりも大きく、
   前記第１熱溶融部は、電熱体部を備え、
   前記差口部は、前記受口部と対向する外面に臨み、かつ、差口管厚方向において、前記外面側に偏って前記第２熱溶融部が構成されている
   液輸送管。
6. ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された液輸送管であって、バット融着継手構造を構成する前記液輸送管であって、
   管本体と、第１熱溶融部が構成される第１管端部と、第２熱溶融部が構成される第２管端部とを備え、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、
   前記第１熱溶融部は、前記第１管端部における管厚方向の全体に構成され、
   前記第２熱溶融部は、前記第２管端部における管厚方向の全体に構成され、
   前記第１管端部および前記第２管端部の管厚は、前記第１管端部および前記第２管端部の間に位置する前記管本体の管厚よりも大きい
   液輸送管。
7. ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管および第２液輸送管の電気融着による接続方法であって、
   前記第１液輸送管が受口部に第１熱溶融部を備え、前記第２液輸送管が前記受口部に対して接続される差口部に第２熱溶融部を備え、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、
   前記受口部は、前記差口部と対向する内面に臨み、かつ、受口管厚方向において、前記内面側に偏って前記第１熱溶融部が構成され、管厚が前記受口部と前記差口部との間に位置する管本体の管厚よりも大きく、
   前記第１熱溶融部は、電熱体部を備え、
   前記差口部は、前記受口部と対向する外面に臨み、かつ、差口管厚方向において、前記外面側に偏って前記第２熱溶融部が構成され、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部を熱溶融して融着する
   液輸送管の接続方法。
8. ガラス繊維が管周方向に配向した熱可塑性樹脂の成形体として構成された第１液輸送管および第２液輸送管のバット融着による接続方法であって、
   前記第１液輸送管が備える第１管端部に第１熱溶融部が構成され、
   前記第２液輸送管が備える第２管端部であって、前記第１管端部に対して接続される前記第２管端部に第２熱溶融部が構成され、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部は、前記ガラス繊維を含有しない部位であり、
   前記第１熱溶融部は、前記第１管端部における管厚方向の全体に構成され、
   前記第２熱溶融部は、前記第２管端部における管厚方向の全体に構成され、
   前記第１管端部および前記第２管端部の管厚は、前記第１管端部および前記第２管端部の間に位置する管本体の管厚よりも大きく、
   前記第１熱溶融部および前記第２熱溶融部を熱溶融して融着する
   液輸送管の接続方法。

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