JP7425578B2 - 複合管 - Google Patents

Description

本発明は、複合管に関する。

特許文献１には、本管と緩衝層とコルゲート層を有する複合管が開示されている。このような複合管において、保温性能が求められる場合がある。

特開２０１７－９０７２号公報

上記のような複合管において、保温性を高めるために中間層を厚くすると、ウレタン使用量が増加してコストが高くなってしまう。また、本管に対して緩衝層とコルゲート層を軸方向に伸縮させにくくなることもある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、コストを低く抑えつつ、保温性を高めることが可能な複合管を提供することを目的とする。

第１の態様に係る複合管は、管状の管体と、前記管体の外周に沿って配置された管外周壁部と、前記管外周壁部の周方向複数位置に形成され前記管外周壁部の外面から径方向外側へ突出すると共に前記管体の軸方向に延出する突出部と、を有し、前記管体の軸方向に伸縮可能な中間層と、樹脂材料で構成され、前記中間層の外周を覆い、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、軸方向に交互に形成されて、前記管体の軸方向に前記中間層と共に伸縮可能な被覆層と、を有する。

この複合管では、中間層が、管外周壁部と突出部を有している。管外周壁部は、管体の外周に沿って配置されている。突出部は、管外周壁部の周方向複数位置に形成され、管外周壁部の外面から径方向外側へ突出している。

したがって、突出部により、管外周壁部と被覆層との間に保温性を高める空間を形成することができ、中間層を形成するために必要な材料の量を少なくすることができる。また、管体の外周に沿って管外周壁部を設けているので、中間層の位置決めを容易に行うことができる。さらに、中間層が管体の軸方向に伸縮可能なので、中間層と被覆層に管体軸方向の力を作用させることにより、管体の外周全体に厚みをもった構成の中間層と比較して、管体軸方向に伸縮しやすくなり、管体の端部を容易に露出させることができる。

第２の態様に係る複合管は、前記中間層は、エラストマーまたはゴムで形成されている。

中間層は、弾性を有するエラストマーやゴムで形成することにより、容易に軸方向に伸縮可能にすることができる。

第３の態様に係る複合管は、前記突出部は、前記管外周壁部の外面からの高さが高い突高部と、前記突高部よりも前記管外周壁部の外面からの高さが低い突低部とが、前記管体の軸方向において交互に配置されていること、を特徴とする。

このように、突出部の高さを管体の軸方向に変化させると、突低部では中間層が変形しやすくなり、管体軸方向への伸縮をさせやすくすることができる。

第４の態様に係る複合管は、前記突出部は、前記管外周壁部の周方向に振幅を有しつつ前記管体の軸方向に延出されている。

このように、突出部に振幅を持たせることにより、湾曲突部分で中間層は変形しやすくなり、管体軸方向への伸縮をさせやすくすることができる。

第５の態様に係る複合管は、前記突出部は、前記管体の軸方向に所定間隔で非連続部を有している。

このように、突出部に非連続部を持たせることにより、非連続部分で中間層は変形しやすくなり、管体軸方向への伸縮をさせやすくすることができる。

第６の態様に係る複合管は、前記管体と前記管外周壁部の間に配置された内側層、を備えている。

内側層として、管体との摩擦力を低減させる材料や、製造に有利な材料を用いることで、中間層の材料選択の自由度を高めることができる。

第７の態様に係る複合管は、前記内側層は耐熱性を有する。

このように、内側層を耐熱性とすることで、製造時に中間層の熱で内側層が熱変形せず、管体との接着を抑制することができる。

第８の態様に係る複合管は、前記突出部の径方向外側端は、前記被覆層の内面に接着されている。

このように、突出部の径方向外側端に接着させることにより、中間層を被覆層に追従させて管体軸方向への移動をし易くすることができる。

第９の態様に係る複合管は、前記管外周壁部は、周方向に無端状である。

このように、中間層を周方向に無端状とすることにより、押し出し成形での製造が容易になると共に、中間層の管体軸方向における伸縮もし易くなる。

本発明に係る複合管によれば、コストを低く抑えつつ、保温性を高めることができる。

第１実施形態に係る複合管を示す斜視図である。 第１実施形態に係る複合管の径方向に沿った断面図である。 第１実施形態に係る複合管を示す軸方向に沿った半断面図である。 第１実施形態の中間層の変形例（Ａ）～（Ｄ）を示す径方向に沿った断面図である。 第１実施形態の中間層の他の変形例（Ａ）～（Ｄ）を示す径方向に沿った断面図である。 第１実施形態に係る複合管を製造する製造装置を示す図である。 図１において、被覆層及び中間層が短縮変形される過程を示す図である。 図３において、被覆層及び中間層が短縮変形された状態を示す図である。 第１実施形態の複合管の変形例を示す径方向に沿った断面図である。 第２実施形態に係る複合管の径方向に沿った断面図である。 第２実施形態に係る複合管の板中間層の斜視図である。 第２実施形態に係る複合管を製造する製造装置を示す図である。 第２実施形態の板中間層の変形例を示す軸方向に沿った断面図である。 第２実施形態の板中間層の他の変形例を示す軸方向に沿った断面図である。 第２実施形態の板中間層の他変形例を示す平面図である。

［第１実施形態］
以下、第１実施形態を図面に基づき説明する。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。

図１～図３に示されるように、本実施形態に係る複合管１０Ａは、管体１２、内側層１４、中間層２０、及び、被覆層３０を有している。

管体１２は、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１２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３０は、樹脂材料で構成され、管体１２、内側層１４、及び中間層２０の外周を覆い、管体１２の軸方向に伸縮可能とされている。具体的には、被覆層３０は、径方向外側へ凸となる環状の山部３２と、径方向外側が凹となる環状の谷部３４とが、管体１２の軸方向Ｓに交互に形成されている。山部３２は、谷部３４よりも径方向Ｒの外側に配置されている。換言すれば、被覆層３０は、例えばコルゲート管である。被覆層３０は、管体１２の軸方向Ｓの圧縮力を受けたときに、管体１２の外周にガイドされつつ軸方向Ｓに短縮可能とされている。

被覆層３０の厚さは、被覆層３０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。

被覆層３０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。

被覆層３０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。

内側層１４は、管体１２の外周を覆うように管体１２の外周面に沿って積層されている。内側層１４としては、例えば、多孔質樹脂層で形成することができる。多孔質樹脂層の材料の一例として、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、並びにこれらの樹脂の混合物が挙げられる。また、内側層１４は、フィルム層で形成することもできる。フィルム層の材料の一例として、ポリオレフィン系樹脂を用いることができ、ポリオレフィン系樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンが挙げられる。内側層１４は、管体１２に対して軸方向Ｓに相対移動可能とされている。

内側層１４は、耐熱性を持たせることにより、製造時に後述する中間層２０の熱による変形が抑制され、管体１２との接着を抑制することができる。内側層１４の厚みＴ１は、１０μｍ～３ｍｍの範囲であることが好ましい。

中間層２０は、内側層１４と被覆層３０の間に配置されており、管外周壁部２２と突出部２４を有する。管外周壁部２２は、管体１２の外周に沿う管状とされ、内側層１４の外周面を覆うように配置されている。管外周壁部２２の厚みＴ２は、１０μｍ～１ｍｍの範囲であることが好ましい。

突出部２４は、管外周壁部２２と一体的に形成されており、管外周壁部２２の外周面から径方向外側へ突出され、管体１２の軸方向Ｓに延出された凸条とされている。突出部２４の断面形状は、例えば、図４（Ａ）に示されるように、周方向において径方向外側が長尺の扇形状、図４（Ｂ）に示されるように、周方向において径方向内側が長尺の台形状、図４（Ｃ）に示されるように半円形状、図４（Ｄ）に示されるように三角形状等、にすることができる。
また、図４（Ａ）～図４（Ｄ）では、突出部２４は中実としているが、各々の突出部２４を、図５（Ａ）～図５（Ｄ）に示すように中空Ｒを形成した形状としてもよい。

また、突出部２４は、管外周壁部２２の外面の３カ所に、周方向に等間隔（軸中心から見て互いに１２０°をなす間隔）で形成されている。突出部２４の管外周壁部２２の外周面からの突出高さＨ１は、３ｍｍ～６０ｍｍの範囲であることが好ましい。また、管外周壁部２２の周方向における、突出部２４の幅Ｌ１は、１０μｍ～１ｍｍの範囲であることが好ましい。

管外周壁部２２の外周面の突出部２４が形成されていない部分と被覆層３０の間には、空間Ｒ１が形成されている。空間Ｒ１は、軸方向Ｓからみて、互いに隣り合う突出部２４の間に３カ所形成されている。

中間層２０は、例えば、エラストマー樹脂、ゴム、等を主成分とする材料で構成することができる。中間層２０は、突出部２４及び管外周壁部２２の双方が、弾性変形可能な弾性部材とされており、中間層２０が管体１２の軸方向Ｓに伸縮可能となっている。管外周壁部２２の厚みＴ２、及び、突出部２４の幅Ｌ１は、中間層２０が管体１２の軸方向Ｓに伸縮可能となるように設定されている。

突出部２４は、被覆層３０の内周面に接着されている。具体的には、突出部２４の径方向の外側端面２４Ａは、被覆層３０の谷部３４の内側壁３４Ａに接着されている。

中間層２０及び被覆層３０は、後述する製造方法を用いて押出成形により製造することができる。中間層２０及び被覆層３０の成形を押出成形で同時に行うと、例えば、中間層２０を多孔質構造とした場合に、被覆層３０の樹脂が突出部２４に入り込み易くなる。また、中間層２０をゴムやエラストマーで形成する場合には、被覆層３０と互いに融着させ易くなる。これにより、中間層２０を被覆層３０の内周面に接着することができる。なお、接着剤を用いて中間層２０と被覆層３０を接着してもよい。

また、管外周壁部２２の内周面は、内側層１４と接着されている。管外周壁部２２の内周面と内側層１４との接着についても、製造工程における熱溶着や、接着剤を用いて行うことができる。例えば、内側層１４を多孔質構造とした場合に、管外周壁部２２の樹脂が内側層１４に入り込み易くなる。

中間層２０の管外周壁部２２は、周方向に無端状とされている。後述する押出成形により、中間層２０を周方向に無端状に成形することができる。

（複合管１０Ａの製造方法）
次に、複合管１０Ａの製造方法について説明する。

複合管１０Ａの製造には、例えば、図６に示す製造装置５０を用いることができる。製造装置５０は、治具５１、内側押出機５２、内側ダイ５３、外側押出機５４、外側ダイ５５、波付け金型５６、冷却槽５８、及び引取装置５９を有している。複合管１０Ａの製造工程は、図６の右側が上流側となっており、右側から左側へ向かって管体１２が移動しつつ製造される。以下、この移動方向を製造方向Ｙとする。治具５１、内側ダイ５２、外側ダイ５５、波付け金型５６、冷却槽５８、引取装置５９は、製造方向Ｙに対してこの順に配置されており、内側押出機５２は、内側ダイ５３の上方に配置され、外側押出機５４は、外側ダイ５５の上方に配置されている。

治具５１の上流には、不図示であるが、コイル状に巻き取られた管体１２、及び、内側層１４を構成するシート状部材１４Ｓがロール状に巻き取られたロールが配置されている。引取装置３９により製造方向Ｙに引っ張られることによって、コイル状の管体１２及びロール状のシート状部材１４Ｓは、連続的に引き出される。内側ダイ５３の手前では、連続的に引き出された管体１２の外周面に、治具５１により、シート状部材１４Ｓが全周にわたって巻きつけられる。

管体１２の外周に巻き付けられたシート状部材１４Ｓの外周には、内側ダイ５２から溶融された樹脂材料（中間層２０の樹脂組成物の溶融物）が中間層２０の断面形状で押し出され、中間層２０が形成される。中間層２０の外周には、外側ダイ５５から溶融された樹脂材（被覆層３０形成用の樹脂組成物の溶融物）が円筒状に押し出され、樹脂層３０Ａが形成される。このとき、使用する樹脂のＭＦＲ（Ｍｅｌｔ Ｆｌｏｗ Ｒａｔｅ）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、０．３５以上１．２以下であることがさらに好ましい。ＭＦＲを０．２５以上にすることにより、中間層２０を多孔質樹脂層とした場合、多孔質構造に被覆層３０の樹脂が入り込みやすくなり、中間層２０の突出部２４の外端面と被覆層３０との接着度を高めることができる。

管体１２、シート状部材１４Ｓ、中間層２０、樹脂層３０Ａで構成される管状押出体２１が形成された後、外側ダイ５５の下流側に配置された波付け金型５６で波付け工程が行われる。波付け金型５６の内周には、被覆層３０の山部３２に対応する部分に環状のキャビティ５６Ａが形成され、谷部３４に対応する部分に環状の内側突起５６Ｂが形成されている。各キャビティ５６Ａには、一端がキャビティ５６Ａと連通し波付け金型５６を貫通した通気孔５６Ｃが形成されている。キャビティ５６Ａ内は、通気孔５６Ｃを介して、波付け金型５６の外側から吸気が行われる。

外側ダイ５５の下流側で、波付け金型５６は、内側突起５６Ｂにより樹脂層３０Ａを押圧しつつ管状押出体２１の外周を覆い、管体１２と共に製造方向Ｙへ移動する。このとき、波付け金型５６の外側から吸気を行い、キャビティ５６Ａ内を負圧にする。これにより、樹脂層３０Ａが径方向外側へ移動し、波付け金型５６に沿った蛇腹状の被覆層３０が形成される。波付け金型５６で波付け工程が行われた後、被覆層３０は、冷却槽５８で冷却される。このようにして、複合管１０Ａが製造される。

（作用）
本実施形態の複合管１０Ａは、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。

本実施形態の複合管１０Ａでは、中間層２０が、管外周壁部２２と突出部２４を有するので、突出部２４により、管外周壁部２２と被覆層３０との間に空間Ｒ１を形成することができる。この空間Ｒ１により、保温性が高まり、保温性を確保するための中間層２０を形成するために必要な材料の量を少なくすることができる。

また、管体１２の外周に沿って管外周壁部２２を設けているので、中間層２０の管体１２に対する位置決めを容易に行うことができる。

さらに、中間層２０が管体１２の軸方向に伸縮可能なので、中間層２０と被覆層３０に軸方向Ｓの力を作用させることにより、管体１２の外周全体に厚みをもった構成の中間層の場合と比較して、軸方向Ｓに伸縮しやすくなり、図７及び図８に示されるように、管体１２の端部を容易に露出させることができる。また、中間層２０が弾性部材で形成されているので、簡易に中間層２０を軸方向Ｓへ伸縮させることができる。

また、本実施形態の複合管１０Ａでは、中間層２０の管外周壁部２２が周方向に無端状であるので、前述した押し出し成形での製造が容易になると共に、継ぎ目で捩れることがなく、中間層２０の軸方向Ｓにおける伸縮もし易くなる。

また、突出部２４の外側端面２４Ａが、被覆層３０の谷部３４の内側壁３４Ａに接着されているので、中間層２０を被覆層３０に追従させて、被覆層３０と中間層２０の両方を軸方向Ｓに伸縮させ易くなる。

また、本実施形態の複合管１０Ａは、内側層１４を備えているので、内側層１４に耐熱性を持たせることにより、製造時に後述する中間層２０の熱による変形が抑制され、管体１２と中間層２０との接着を抑制することができる。また、内側層１４として、管体１２との摩擦力を低減させる材料や、製造に有利な材料を用いることで、中間層２０の材料選択の自由度を高めることができる。なお、内側層１４は、必ずしも必要ではなく、図９に示されるように、内側層１４を有さない構成にしてもよい。

また、本実施形態では中間層２０の突出部２４を周方向に等間隔で３カ所設けたが、１カ所、２カ所、４カ所、５カ所、６カ所でもよく、７カ所以上設けてもよい。また、突出部２４の間隔は、必ずしも等間隔である必要はないが、等間隔で設けることにより、バランス良く被覆層３０を内周側から保持することができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。

第２実施形態の複合管１０Ｂは、第１実施形態の中間層２０に代えて、板中間層４０を備えている。また、内側層１４を備えていない。板中間層４０は、図１０に示されるように、複合管１０Ｂに組み込まれる前の状態は、板状の管外周壁部４２に、長尺の突出部４４が形成された形状とされている。複合管１０Ｂに組み込まれた状態で、図１１に二点鎖線で示されるように、管外周壁部４２が管状とされ、突出部４４が径方向外側へ凸となる。板中間層４０は、複合管１０Ｂに組み込まれた状態では、管外周壁部４２に継目４２Ｓが形成される以外、第１実施形態の中間層２０と同様の構成である。

（複合管１０Ｂの製造方法）
次に、複合管１０Ａの製造方法について説明する。

複合管１０Ａの製造には、例えば、図１２に示すように、第１実施形態の製造装置５０から、内側押出機５２、内側ダイ５２を除いた構成の製造装置６０を使用することができる。

本実施形態では、シート状部材１４Ｓに代えて板中間層４０を構成するシート状部材４０Ｓがロール状に巻き取られたロールを配置し、治具６１により、シート状部材４０Ｓが管体１２の外面全周にわたって巻きつけられる。

管体１２の外周に巻き付けられたシート状部材４０Ｓの外周には、外側ダイ５５から溶融された樹脂材（被覆層３０形成用の樹脂組成物の溶融物）が円筒状に押し出され、その後の工程は、第１実施形態と同様に行われて、複合管１０Ｂが製造される。

本実施形態では、板中間層４０を押し出し成形していないので、板中間層４０の材料選択の自由度や、突出部４４の形状の自由度が高くなる。例えば、突出部４４の例として、図１３Ａに示されるように、軸方向Ｓに山部４５と谷部４６を交互に有する波型とすることができる。また、図１３Ｂに示されるように、軸方向Ｓに非連続に配置される、突出部４７としてもよい。また、図１４に示されるように、周方向に振幅を有する突出部４８としてもよい。このように、軸方向Ｓに変曲点を設けたり、非連続部分４７Ｓを設けたりすることにより、突出部が変曲点や非連続部分で変形し易くなり、軸方向Ｓへの伸縮を容易にすることができる。

また、板中間層４０を、ゴムで形成したり、管外周壁部４２と突出部４４を異なる材料で容易に形成したりすることもできる。

なお、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４に示す形状の突出部を有する中間層は、押し出し成形により形成してもよい。その場合には、管外周壁部４２を周方向に無端状にすることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

被覆層３０の一例としてコルゲート管を挙げたが、コルゲート管のような凹凸がなく、管体１２の端部を露出させる際に変形可能なエラストマー等の柔軟性を有する素材を用いて被覆層３０が構成されていてもよい。

１０Ａ、１０Ｂ 複合管
１２ 管体、 １４ 内側層、 ２０ 中間層
２２ 管外周壁部、 ２４ 突出部、 ３０ 被覆層
４０ 板中間層（中間層）、 ４２ 管外周壁部
４４、４７、４８ 突出部、 ４５ 山部（突高部）、 ４６ 谷部（突低部）

Claims (9)

1. 管状の管体と、
   前記管体の外周に沿って配置された管外周壁部と、前記管外周壁部の周方向複数位置に形成され前記管外周壁部の外面から径方向外側へ突出すると共に前記管体の軸方向に延出する突出部と、を有し、前記管体の軸方向に伸縮可能な中間層と、
   樹脂材料で構成され、前記中間層の外周を覆い、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、軸方向に交互に形成されて、前記管体の軸方向に前記中間層と共に伸縮可能な被覆層と、
   を有する複合管。
2. 前記中間層は、エラストマーまたはゴムで形成されている、請求項１に記載の複合管。
3. 前記突出部は、前記管外周壁部の外面からの高さが高い突高部と、前記突高部よりも前記管外周壁部の外面からの高さが低い突低部とが、前記管体の軸方向において交互に配置されていること、を特徴とする、請求項１または請求項２に記載の複合管。
4. 前記突出部は、前記管外周壁部の周方向に振幅を有しつつ前記管体の軸方向に延出されている、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の複合管。
5. 突出部は、前記管体の軸方向に所定間隔で非連続部を有している、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の複合管。
6. 前記管体と前記管外周壁部の間に配置された内側層、を備えた、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の複合管。
7. 前記内側層は耐熱性を有する、請求項６に記載の複合管。
8. 前記突出部の径方向外側端は、前記被覆層の内面に接着されている、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の複合管。
9. 前記管外周壁部は、周方向に無端状である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の複合管。