JP6945430B2

JP6945430B2 - 複合管

Info

Publication number: JP6945430B2
Application number: JP2017238862A
Authority: JP
Inventors: 浩平三觜; 清太朗尾上
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: JP2019105319A; TW201937098A; TWI770326B; WO2019117220A1

Description

本発明は、複合管に関する。

従来より、管体を複数層重ねて形成する複合管が知られている。例えば下記特許文献１には、管体と管体の外周を覆う保持層との間に保護層を形成した複合管が記載されている。

特開２０１３−２３１４９０号公報

上記特許文献１に示された複合管では、保護層を設けることで、管体を保持層の内部に保持している。また、保護層の内周面に凹凸をつけて、管体の外周面と保護層との間の摩擦抵抗を小さくしている。これにより、管継手に管体を接続するために保持層及び保護層を管体の軸方向へたくし寄せる際に、管体の端部が露出しやすくなっている。しかし、保護層は管体の外周面を覆っているため、保持層を伸縮させる際に抵抗となり、伸縮させ難い場合がある可能性がある。

本発明は、上記事実を考慮して、管体を被覆層の内部に保持しつつ、被覆層を伸縮させやすい複合管を提供することを目的とする。

請求項１の複合管は、管状の管体と、管状とされて前記管体の外周を覆い、径方向外側へ凸となる環状の山部と径方向外側が凹となる環状の谷部とが、前記管体の軸方向に交互に形成されて軸方向に伸縮可能な蛇腹状とされた、樹脂材料で構成された被覆層と、前記被覆層の周方向又は軸方向の何れか一方に沿って延設され、他方に沿って間隔を開けて複数配置され、前記管体を前記被覆層の内部に保持する保持機構と、を有し、前記保持機構は、前記谷部が径方向内側へ突出した縮径部である。

請求項１の複合管によると、管体は保持機構によって被覆層の内部に保持される。この保持機構は、被覆層の周方向に沿って延設され、軸方向に沿って間隔を空けて配置されている。又は、被覆層の軸方向に沿って延設され、周方向に沿って間隔を開けて配置されている。

このため、被覆層の周方向と軸方向の双方に沿って延設されている保持機構、換言すると、管体の外周を覆う保持機構と比較して、管体と保持機構との間の摩擦、または被覆層と保持機構との間の摩擦が小さく、被覆層を軸方向に伸縮させ易い。
請求項２の複合管は、管状の管体と、管状とされて前記管体の外周を覆い、径方向外側へ凸となる環状の山部と径方向外側が凹となる環状の谷部とが、前記管体の軸方向に交互に形成されて軸方向に伸縮可能な蛇腹状とされた、樹脂材料で構成された被覆層と、前記被覆層の周方向又は軸方向の何れか一方に沿って延設され、他方に沿って間隔を空けて複数配置され、前記管体を前記被覆層の内部に保持する保持機構と、を有し、前記保持機構は、前記谷部と前記管体との間に軸方向に沿って配置され、前記被覆層の周方向に振幅を持つ波状に形成された弾性体である。

一態様の複合管は、請求項１に記載の複合管において、前記保持機構は前記谷部が径方向内側へ突出した縮径部である。

一態様の複合管では、被覆層の谷部が径方向内側へ突出して縮径部が形成されている。そして、この縮径部により、管体が被覆層の内部に保持されている。縮径部は、被覆層の伸縮に伴って軸方向に動くことができる。また、縮径部は軸方向に沿って間隔を開けて配置されているため、管体との接触面積が小さく、摩擦力が小さい。このため、被覆層を伸縮させやすい。

一態様の複合管は、請求項１に記載の複合管において、前記保持機構は、前記谷部と前記管体との間に軸方向に沿って配置された弾性体である。

一態様の複合管では、被覆層の谷部と管体との間に、軸方向に沿って弾性体が配置されている。また、この弾性体は、周方向に沿って間隔を開けて配置されている。このため、被覆層と弾性体との接触面積が小さく、摩擦力が小さい。このため、被覆層を伸縮させやすい。

一態様の複合管は、請求項３に記載の複合管において、前記弾性体は、前記被覆層の周方向に振幅を持つ波状に形成されている。

一態様の複合管では、被覆層の軸方向に沿って延設された弾性体が、被覆層の周方向に振幅を持っている。このため、弾性体が軸方向に沿って変形し易い。このため、被覆層をさらに伸縮させやすい。

本発明によれば、管体を被覆層の内部に保持しつつ、被覆層を伸縮させやすい複合管を提供することができる。

本発明の実施形態に係る複合管を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る複合管を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る複合管の縦断面一部拡大図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る複合管における保持機構の変形例を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の複合管の管体の端部が露出された状態を示す斜視図であり、（Ｃ）は被覆層の短縮変形に伴って弾性体も短縮変形した状態を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る複合管の管体の端部が露出された状態を示す縦断面図である。図３の縦断面部分において、被覆層が短縮変形される過程を示す図である。図３の縦断面部分において、被覆層が短縮変形された状態を示す図である。本発明の実施形態に係る複合管の管体の端部が露出された状態を示す斜視図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る複合管における保持機構の変形例を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の複合管の管体の端部が露出された状態を示す斜視図であり、（Ｃ）は被覆層の短縮変形に伴って弾性体も短縮変形した状態を示す斜視図である。比較例に係る複合管を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る複合管の一例である実施形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

本明細書において「工程」との語には、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その目的が達成されるものであれば、当該工程も本用語に含まれる。本明細書において、組成物中の各成分の量は、各成分に該当する物質が組成物中に複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。本明細書において、「主成分」とは、特に断りがない限り、混合物中における質量基準の含有量が最も多い成分をいう。

＜複合管＞
本発明に係る複合管は、管状の管体と、管状とされて管体の外周を覆う被覆層と、管体を被覆層の内部に保持する保持機構と、を有する。管体は、樹脂材料で構成される。被覆層は、樹脂材料で構成される。また、その形状は、径方向外側へ凸となる環状の山部と、径方向外側が凹となる環状の谷部とが、管体の軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされ、管体の外周にガイドされつつ軸方向に短縮可能とされる。保持機構は、被覆層と一体的に形成される。

次いで、本発明の複合管を実施するための形態を、一例を挙げ図面に基づき説明する。図１に示される本実施形態に係る複合管１０は、管体１２、被覆層２０を備えている。

（管体）
管体１２は、管状とされ、樹脂材料で構成される樹脂管である。樹脂材料における樹脂としては、例えば、ポリブテン、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、及びポリプロピレン等のポリオレフィン、並びに塩化ビニル等が挙げられ、樹脂は１種のみを用いても２種以上を併用してもよい。中でも、ポリブテンが好適に用いられ、ポリブテンを主成分として含むことが好ましく、例えば管体を構成する樹脂材料中において８５質量％以上含むことがより好ましい。また、管体を構成する樹脂材料には、他の添加剤を含有してもよい。

管体１２の径（外径）としては、特に限定されるものではないが、例えば１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲とすることができ、１２ｍｍ以上３５ｍｍ以下の範囲が好ましい。
また、管体１２の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が挙げられ、１．４ｍｍ以上３．２ｍｍ以下が好ましい。

（被覆層）
被覆層２０は、管状とされ、管体１２の外周を覆っている。被覆層２０は、樹脂材料で構成される。被覆層２０を構成する樹脂材料における樹脂としては、ポリブテン、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び架橋ポリエチレン等のポリオレフィン、並びに塩化ビニル等が挙げられ、樹脂は１種のみを用いても２種以上を併用してもよい。中でも、低密度ポリエチレンが好適に用いられ、低密度ポリエチレンを主成分として含むことが好ましく、例えば被覆層を構成する樹脂材料中において８０質量％以上含むことがより好ましく、９０質量％以上含むことがさらに好ましい。

また、使用する樹脂のＭＦＲ（ＭｅｌｔＦｌｏｗＲａｔｅ）は、０．２５以上であることが好ましく、０．３以上であることがより好ましく、０．４以上１．２以下であることがさらに好ましい。ＭＦＲを１．２以下にすることにより、バリが発生しにくくなる。ＭＦＲが１．２より大きい場合は、被覆層２０を形成するための金型のパーティング面に溶融樹脂が流れ込み易くなり、バリが発生しやすくなる。なお、被覆層を構成する樹脂材料には、他の添加剤を含有してもよい。

図２にも示されるように、被覆層２０は、蛇腹状とされており、径方向外側へ凸となる環状の山部２２と、径方向外側が凹となる環状の谷部２４とが、管体１２の軸方向Ｓに交互に連続して形成されている。山部２２は、谷部２４よりも径方向Ｒの外側に配置されている。図３に示されるように、被覆層２０の蛇腹状の最も径方向外側の部分を外側壁２２Ａ、最も径方向内側の部分を内側壁２４Ａとすると、径方向における外側壁２２Ａと内側壁２４Ａの中間部Ｍを境界として、径方向外側を山部２２とし、径方向内側を谷部２４とする。

山部２２は、軸方向Ｓに延びる外側壁２２Ａと、外側壁２２Ａの両端から径方向Ｒに沿って延びる側壁２２Ｂを有している。外側壁２２Ａと側壁２２Ｂの間には、外屈曲部２２Ｃが形成されている。谷部２４は、軸方向Ｓに延びる内側壁２４Ａと、内側壁２４Ａの両端から径方向Ｒに延びる側壁２４Ｂを有している。内側壁２４Ａと側壁２４Ｂの間には、内屈曲部２４Ｃが形成されている。

また、特に限定されるものではないが、山部２２の軸方向Ｓの長さＬ１は、谷部２４の軸方向Ｓの長さＬ２よりも長く設定されていることが好ましい。長さＬ１は、後述する短縮変形時の外側壁２２Ａの変形しやすさを確保するため、長さＬ２の１．２倍以上であることが好ましい。

また、長さＬ２は、０．８ｍｍ以上であることが好ましい。これは、長さＬ２が０．８ｍｍ未満では、被覆層２０を製造する金型の谷部の幅が小さすぎて、被覆層２０の製造時において、被覆層２０を構成する樹脂を押し出した後に、金型で当該樹脂に凹凸をつける時に、当該樹脂の金型の谷部に対応する部分が細く壊れやすくなり、被覆層２０の成形が難しくなるからである。一方、長さＬ１は、長さＬ２の５倍以下であることが好ましい。これは、長さＬ１を長さＬ２の５倍以下にすることにより、複合管１０の可撓性を保つことができるからである。また、長さＬ１が長すぎると、複合管１０を敷設する際に、地面との接触面積が大きくなって施工しにくくなるためでもある。

なお、図３に示されるように、長さＬ１は、被覆層２０における中間部Ｍと交差する部分において、被覆層２０の径方向Ｒの外側から見た表面における軸方向Ｓ外側間の距離（被覆層２０の径方向Ｒの外側に凸となる部分の軸方向Ｓ一方側の表面と軸方向Ｓ他方側の表面との距離）である。また、長さＬ２は、被覆層２０における中間部Ｍと交差する部分において、被覆層２０の径方向Ｒの内側から見た表面における軸方向Ｓ外側間の距離（被覆層２０の径方向Ｒの内側に凸となる部分の軸方向Ｓ一方側の表面と軸方向Ｓ他方側の表面との距離）である。

被覆層２０の厚さは、被覆層２０を短縮させるために、最も薄い部分で０．１ｍｍ以上、最も厚い部分で０．４ｍｍ以下であることが好ましい。外側壁２２Ａの厚さＨ１は、内側壁２４Ａの厚さＨ２よりも薄くなっている。厚さＨ１は、後述する短縮変形時の外側壁２２Ａの変形しやすさを確保するため、厚さＨ２の０．９倍以下であることが好ましい。

山部２２と谷部２４の外表面での半径差ΔＲは、被覆層２０の厚さの平均の８００％以下であることが好ましい。半径差ΔＲが大きければ、山部２２の軸方向Ｓに沿った部分が変形しなくても、短縮のときに谷部２４が径方向外側へ膨出したり、隣り合う山部２２同士が近づかないで歪んだ変形状態となったりしにくい。半径差ΔＲが、被覆層２０の厚さの平均の８００％以下となる場合に、上記の変形状態となることを抑制するために、山部２２の軸方向Ｓの長さを谷部２４の軸方向の長さよりも長くすることが、効果的である。なお、６００％以下である場合に、より効果的である。

被覆層２０の径（最外部の外径）としては、特に限定されるものではないが、例えば１３ｍｍ以上１３０ｍｍ以下の範囲とすることができる。

（保持機構）
図２に示すように、被覆層２０には、部分的に管体１２を保持するための保持機構としての縮径部２６が形成されている。縮径部２６は、谷部２４が径方向内側へ突出して形成された環状の支持体であり、被覆層２０の周方向に沿って延設されている。縮径部２６は、被覆層２０の軸方向に沿って間隔を開けて複数配置されている。本実施形態においては、例えば縮径部２６ではない谷部２４が３つと縮径部２６が１つとが、軸方向に交互に連続するように配置されている。

図３に示すように、縮径部２６の内側壁２６Ａの半径は、管体１２の外周面１２Ａの半径と略一致している。これにより、管体１２は縮径部２６によって被覆層２０の内部に保持される。なお、「略一致している」態様には、図３に二点鎖線で示すように径方向外側へ変形させた状態の縮径部２６の内側壁２６Ａの半径と管体１２の外周面１２Ａの半径とが一致している場合の他、縮径部２６の内側壁２６Ａの半径が管体１２の外周面１２Ａの半径より若干大きく、内側壁２６Ａと外周面１２Ａとの間に隙間が形成されている場合を含む。

（作用・効果）
本実施形態に係る複合管１０と継手とを接続する際には、図２に示す状態の被覆層２０に対し、被覆層２０を軸方向Ｓに短縮させて管体１２を露出させる方向の力を作用させる。これにより、図５に示されるように、一端部の被覆層２０は、縮径部２６によって管体１２を保持した状態を保ちながら、管体１２が露出される方向へ移動する。

このように、本実施形態における複合管１０によると、管体１２は縮径部２６によって被覆層２０の内部に保持されている。この縮径部２６は、被覆層２０の周方向に沿って延設されている。このため、管体１２を確実に保持できる。管体１２を保持することにより、例えば管体１２の内部を流れる液体によりウォーターハンマー現象が発生した場合においても、管体１２が振動することを抑制し、騒音の発生を抑制できる。

また、縮径部２６は、被覆層２０の伸縮に伴って軸方向に動くことができる。縮径部２６は軸方向に沿って間隔を開けて配置されているため、管体１２との接触面積が小さい。このため、被覆層２０を伸縮させやすい。

これに対して、例えば図１０に示す比較例に係る保持機構（中間層１４）は、被覆層２０の周方向と軸方向の双方に沿って延設されている。換言すると、中間層１４は管体１２の外周の全体を覆っている。このため、管体１２との接触面積が縮径部２６より大きい。このため、被覆層２０を伸縮させた際に、管体１２と中間層１４との間に比較的大きな摩擦力が作用して、抵抗力となる可能性がある。また、中間層１４は管体１２の外周の全体に配置されているため、軸方向に縮めようとした際の剛性が高く変形し難いため、被覆層２０を伸縮させ難い可能性がある。

また、本実施形態に係る複合管１０によると、図３に示すように、縮径部２６は谷部２４を径方向内側へ突出させて形成されている。このため、谷部２４の内側壁２４Ａと管体１２の外周面１２Ａとの間には、空気溜まりＶが形成される。換言すると、管体１２が空気溜まりＶによって被覆される。このため、管体１２の保温性を確保できる。

なお、山部２２の外側壁２２Ａと谷部２４の内側壁２４Ａにおいて、軸方向Ｓの長さＬ１はＬ２よりも長く、厚さＨ１はＨ２よりも薄いことが好ましい。これにより、外側壁２２Ａは内側壁２４Ａよりも変形しやすく、図６に示されるように、径方向外側へ膨出するように変形する。続いて、図７に示されるように、隣り合う山部２２同士が近づくように、山部２２の外屈曲部２２Ｃと谷部２４の内屈曲部２４Ｃが変形する。

このようにして、図５に示されるように、一端部の被覆層２０は、管体１２が露出される方向へより移動し易くなる。このように、被覆層２０を短縮させる際に、外側壁２２Ａが膨出するように変形するため、被覆層２０の屈曲角度や厚さに多少のバラツキがあっても、谷部２４が径方向外側へ膨出したり、隣り合う山部２２同士が近づかないで歪んだ変形状態となったりすることを抑制できる。これにより、短縮させた被覆層２０の外観の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、外側壁２２Ａの厚さＨ１を内側壁２４Ａの厚さＨ２よりも薄くしたが、厚さＨ１は厚さＨ２と同じであってもよい。

また、本実施形態では、外側壁２２Ａを軸方向Ｓに沿った略直線状としたが、径方向外側へ膨出する弧状としてもよい。さらに、内側壁２４Ａについて、径方向内側へ膨出する弧状としてもよい。またさらに、縮径部２６の内側壁２６Ａについて、径方向内側へ膨出形状としてもよい。これにより、被覆層２０をさらに伸縮させ易くできる。

また、本実施形態においては、管体１２を被覆層２０の内部に保持する保持機構として、被覆層２０の谷部２４を変形させた縮径部２６を用いている。このように、保持機構を被覆層２０と一体化することにより、部品点数が少なくなる。これにより複合管を製造しやすくできる。

なお、保持機構は、被覆層２０と別体で構成してもよい。例えば図４（Ａ）に示すように、被覆層２０と管体１２との間に、棒状（円柱状）に形成された樹脂製の弾性体３０を配置してもよい。弾性体３０は、被覆層２０の軸方向に沿って延設され、被覆層２０の周方向に沿って間隔を開けて複数配置されている。本実施形態においては、周方向に沿って略９０度毎に合計４本配置されているが、任意の本数配置することができる。例えば略１２０度毎に合計３本配置してもよい。但し、管体１２の保持力を確保するためには、弾性体３０は、３本以上設けることが好ましい。

弾性体３０は、管体１２の外周面１２Ａと被覆層２０の谷部２４の内側壁２４Ａとの間で、狭持されている。これにより、管体１２が被覆層２０の内部に保持される。

弾性体３０を構成する樹脂としては、例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びエチレンプロピレンジエンゴム、シリコーンゴム並びにこれらの樹脂の混合物が挙げられるが、その中でもシリコーンゴムが好ましい。あるいは、被覆層２０の軸方向に沿って伸縮可能なスプリングコイル等を用いてもよい。なお、本実施形態においては、弾性体３０は、エチレンプロピレンジエンゴムを用いたゴムチューブとされている。

弾性体３０を用いた複合管によると、被覆層２０と管体１２との間に、棒状の弾性体３０が、被覆層２０の軸方向に沿って延設されている。このため、被覆層２０を伸縮させようとした場合に、例えば図１０に示す中間層１４を被覆層２０と管体１２との間に設置した比較例と比べて、被覆層２０と弾性体３０との間に発生する摩擦力が小さい。このため、図４（Ｂ）に示すように、被覆層２０を伸縮しやすい。

なお、弾性体３０が被覆層２０の谷部２４の内側壁２４Ａに固定されている場合などは、図４（Ｃ）に示すように、被覆層２０の伸縮に伴って弾性体３０も弾性変形する場合がある。このような場合においても、図１０の比較例と比べて、弾性体３０と管体１２との間に発生する摩擦力が小さいため、被覆層２０を伸縮しやすい。

また、図９（Ａ）に示すように、被覆層２０と管体１２との間に、波状に形成された樹脂製の弾性体４０を配置してもよい。弾性体４０は、被覆層２０の軸方向に沿って延設され、周方向に振幅を備えて波状に形成されている。また、弾性体４０は、被覆層２０の周方向に沿って間隔を開けて複数配置されている。本実施形態においては、周方向に沿って略９０度毎に合計４本配置されている。なお、弾性体４０を構成する樹脂は、弾性体３０を構成する樹脂と同様の物を用いることができる。

弾性体４０を備えた複合管によると、被覆層２０を伸縮させようとした場合に、例えば図１０に示す中間層１４を被覆層２０と管体１２との間に設置した比較例と比べて、被覆層２０と弾性体４０との間に発生する摩擦力が小さい。このため、図９（Ｂ）に示すように、被覆層２０を伸縮しやすい。

また、図９（Ｃ）に示すように、被覆層２０の伸縮に伴って弾性体４０も弾性変形する場合がある。このような場合においても、図１０の比較例と比べて、弾性体４０と管体１２との間に発生する摩擦力が小さいため、被覆層２０を伸縮しやすい。さらに、弾性体４０自体が、軸方向に波の間隔を狭める形で変形できるため、被覆層２０がさらに変形し易い。

１０複合管、１２管体、２０被覆層、２２山部、２４谷部、
２６縮径部（保持機構）、３０弾性体（保持機構）、４０弾性体（保持機構）

Claims

管状の管体と、
管状とされて前記管体の外周を覆い、径方向外側へ凸となる環状の山部と径方向外側が凹となる環状の谷部とが、前記管体の軸方向に交互に形成されて軸方向に伸縮可能な蛇腹状とされた、樹脂材料で構成された被覆層と、
前記被覆層の周方向又は軸方向の何れか一方に沿って延設され、他方に沿って間隔を空けて複数配置され、前記管体を前記被覆層の内部に保持する保持機構と、
を有し、前記保持機構は、前記谷部が径方向内側へ突出した縮径部である、複合管。
管状の管体と、
管状とされて前記管体の外周を覆い、径方向外側へ凸となる環状の山部と径方向外側が凹となる環状の谷部とが、前記管体の軸方向に交互に形成されて軸方向に伸縮可能な蛇腹状とされた、樹脂材料で構成された被覆層と、
前記被覆層の周方向又は軸方向の何れか一方に沿って延設され、他方に沿って間隔を空けて複数配置され、前記管体を前記被覆層の内部に保持する保持機構と、
を有し、前記保持機構は、前記谷部と前記管体との間に軸方向に沿って配置され、前記被覆層の周方向に振幅を持つ波状に形成された弾性体である、複合管。