JPH06506757A - 構造的に複合された金属およびプラスチックの管およびその製造法 - Google Patents
構造的に複合された金属およびプラスチックの管およびその製造法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
構造的に複合された金属およびプラスチックの管およびその製造法
本発明は、筒状の金属芯の外側と内側にプラスチック素材の層を持つ、液体を輸
送する管と、そのような管の製造法に関するものである。
従来の上記のような管においては、金属が管に強度と硬度を与え、プラスチック
素材が、金属の内側と外側を環境的な腐食あるいは化学的侵食作用から保護して
いる。基本的1−、これらは外側と内側をプラスチック膜によって保護された金
属管である。
上記のような管を製造する方法として(表 無孔の金属板で筒状の金属芯表形成
し、その金属芯の内側と外側にプラスチック素材の層を押し出し加工する方法が
知られている。複合された管を効率的に使用するために1上 金属とプラスチッ
クを完全に結合させることが望ましいが、この方法において(表 それが困難で
あるという難点があつL この難点を解決するために、グラフトされたポリエチ
レンを金属芯に塗布し、その後プラスチック層を上記の接着層上に押し出し加工
するという方法が提案されている。接着層も押し出し加工さ札 接着層とプラス
チック層(表 共通の押し工し加工型の別々の出口から、金属芯に押し出し加工
される。もう一つの方法として(表 有孔の筒状の金属芯の内側と外側にプラス
チック層を塗布し、これらの層が金属の孔を通して結合し、さらに金属に固定さ
れるという方法が知られている。
本発明の第一局面1表 次の点にある。すなわち、本発明1表 液体を輸送する
ことを目的とする管から成る。この管]よ 充分な硬度の金属とプラスチック素
材の構造的複合物であり、これらの金属とプラスチック素材が共に機能して、上
記の管を通る一定の温度の液体により管の内外部に加えられる圧力に対する抗力
を、上記の管に与えている。また、必要な場合(友 内表面と外表面の熱交換能
力を有するが、この場合、金属素材は細長い筒状の芯であり、その周囲に、表面
積の5%以上を占める孔が縦に配置されており、プラスチック素材1表 芯の内
表面および外表面を覆い、芯の開口部を通して一体的に結合している無孔の層で
ある。これらの層の厚さ]表 それぞれ0.1mm以上であり、これらの層の厚
さの合計(表 筒状金属芯の厚さ以上である。
本発明の管(表 家庭用および他の目的で、液体およびガスを輸送するのに用い
られる。この管(上 圧力バイブ、および、表面で熱交換8行う暖房システムに
用いられる。熱交換に用いられる場合1良 金属およびプラスチック素材は熱伝
導特性により選択される。また、筒状芯の金属素材の厚さに関連する内側と外側
の層の厚さ1表 加圧液体システム等の他の目的に用いられる場合よりも薄い。
少なくとも、管を熱交換に用いる場合に1表 管の壁面の中心部に金属芯が配置
されるよう、内側と外側のプラスチック素材の層(表 同じ厚さであることが一
般的に望ましい。しかし、管を液体供給システムを含む他の目的に使用する場合
に1上 プラスチ・ンク層の厚さは異なっているほうが好ましい。
管(表 使用する前に圧縮することができる。例え(戴 ガス供給パイプとして
使用する場合、構造的複合物として形成した後に、鍛伸して断面積を縮小する。
このような形で]表 管の壁の厚さ]よ同じ目的でプラスチック素材のみで形成
された同様の管の厚さよりも薄く、また、あるい(表 同様のプラスチックの管
よりも高い内部水圧に耐えうる。鍛伸した管(表 ポリエチレンのようなプラス
チック素材のみで形成された管を鍛伸した場合よりも、縮小した断面積の保持力
が高い。
プラスチック層(友 管に強度および熱交換特性を与えるだけでなく、金属芯表
腐食から保護するという役割も待っている。
プラスチック層のうち少なくとも一つ、一般的には内側の層の表面(よ 凹凸
波状、あるいはざらざらである、このことによって、管を使用する際1:、管の
内部の、または管と接触している液体から管への熱伝導が促進される。この凹凸
波状、あるいはざらざらの形状(よ プラスチック素材を塗布する金属芯の表
面あるいは表面の形状によって得られる。プラスチック層のどちらか片方あるい
は両方の表面が滑らかである場合もある。
内側と外側のプラスチック層が、金属芯の開口部を通して結合しているため1:
、プラスチック層が芯に確実に結合し、これによって、層の芯からの剥離を防止
し、あるいは少なくとも遅らせることができる。管を鍛伸した場合においても、
結合の確実性は保持される。
筒状芯の金属素材の開口部の広さ、大きさおよび形状には、様々な要素が間遠す
る。それらの選択(表 例え(L 用いられる金属およびプラスチック素材、管
の望ましい使用条件、および、また1、t、筒状芯の厚さと、内側と外側のプラ
スチック層の厚さに左右される。一般的に(、t、開口部は表面積の15−30
%を占める。
開口部の形状は様々である。開口部の典型的な形状1表 円形、楕円形、正方形
、長方形、またはひし形だが、他の規則的または不規則な形状の場合もある。開
口部の典型的な大きさ(表 最小0゜5− 最大3. 0mmであり、管の家庭
での使用において(表 最小0、75凧 最大1. 5mmが最も一般的な大き
さである。これ以外の大きさの場合もある。開口部の形状がこれよりも多少大き
い使用法もある。
金属素材の形状(上 開口部となる孔を有している、板状または帯状の金属の薄
板である。また1表 開口部となる隙間を有している、メツシュまたはそれに類
似した形状の薄板である。メツシュ(表 編んだ針金または帯片の繊維粗銀 あ
るいは他の網状構造物であり、伸ばされたり、好ましくはEXPAMETなどの
金属板のよう(ミ偏平にされる。金属(上 例え(L 軟綱またはステンレスス
チールまたはアルミニウムだが、管に必要とされる性質や特徴によって1表 他
の金属や合金を使用してもよい。
金属素材色筒状芯に形作る方法は様々である。例え(L 金属素材の薄板色長く
圧延して、筒状にする。薄板(上 最初(上 一般的にはU形に形成さり、Uの
縁を曲げて、筒状の形にする。特1:。
筒を不定の長さに形成する場合に(友 金属素材の薄板を螺旋状に巻いて、筒状
にする方法が望ましい。巻き方(戯 例えば心棒に巻くか、また1表 内側の層
があらかじめ形成されている場合に(表内側の層に直接巻く。形成された筒状の
芯の、隣接する薄板の縁(友 重ね合わせか、または突き付けの関係に溶接され
る。また、代わりに、例えば縁を重ね合わせにして折り込むなどして物理的に接
続することもできる。
内側と外側のプラスチック素材(上 管の用途または特性により選択される。一
般的に(表 優れた化学的耐性と温度特性を持つプラスチック素材(表 はとん
どの使用に適している。管を熱交換に使用する場合の典型的な素材1表 過フル
オロアルコキシエチレン、フッ化エチレンプロピレン、ポリエチレン、架橋ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ポリビニル塩化
携 およびポリビニリデンジフルオライドである。他の素材と使用してもよい。
飲料水の配水および高圧ガスの供給に(表 ポリエチレンが適当であり、地域暖
房システムに(表 架橋ポリエチレンを用いてもよい。
管E家庭用に熱交換の目的で使用する場合、内側と外側のプラスチック素材のそ
れぞれの厚さ(よ 最低0.1mmでよいが、液体、例えば水やガスの輸送の目
的で用いる場合に(表 一般的に(表 層の厚さは少なくとも1. 0mnnで
あることが望ましい。後者に関して(表 内側の層の典型的な厚さは1.0哩
外側の層の典型的な厚さは 管の外周の断面積により、3.0〜15mmである
。
基本的に(上 管は金属およびプラスチック素材が効率的に結合して構造的複合
物を形成することを保証する方法で製造される。
プラスチック素材の少なくとも外側の層、望ましくは両方の層は、金属芯上に押
出加工によって形成される。
本発明の第二の局面1表 前述の本発明の第一の局面で述べた管を製造する方法
にある。この方法において(表 開口部を有する金属素材の薄板は筒状芯として
形成される。プラスチック素材の内側の層]上 あらかじめ内張すされるか、筒
状芯の内側にプラスチック素材を押し呂し加工することによって形成される。外
側のプラスチックの層は筒状芯の外面に押し工し加工さ札 この層の素材(よ
押し出し加工により、開口部を通して、内側のプラスチック層と一体的に結合す
る。
プラスチック素材の内側の層をあらかじめ裏地として形成する場合、筒状の金属
芯1表 後でプラスチック層と結合させる時1ミプラスチック層に密着すること
が望ましい。裏地(表 押し出し加工によって容易に形成できるが、鋳込あるい
は他の適当な方法によっても形成できる。
内側の層を筒状芯の内面に押し呂し加工する場合、配置された押し出し型からプ
ラスチック素材を直接芯の内面に押し出すか、プラスチック素材を芯の外面に塗
布し、芯の開口部を通して芯の内面に浸透させて、内側の層を形成する。プラス
チック素材が開口部を通して浸透する際1:、心微 型あるいは他の適当な形成
手段を筒状金属芯の内側に配置し、プラスチック素材を集め、筒状芯の内側に広
げる。内側の層のプラスチック素材を筒状芯の外側から塗布することによって、
内側と外側の層を、一つの押し出し型だけで同時に筒状芯に押し出し加工できる
。
本発明の実施例を、下記の添付図面に述べる例を用いて説明する。
区11表 本発明の管を製造するための典型的な製造ラインの概略図であり、帯
状の金属を螺旋形に巻いて管の筒状芯を形成する。
[1i 製造ラインの中で、帯状の金属を螺旋状に巻いて溶接し、内側および外
側のプラスチック素材の層を形成された筒状芯に押し工し加工するために用いら
れる装置の簡略な斜視図である。
6互A(上 図2の線3−3及び線4−4の断面図である。
区11友 図2のクロスヘッド押し出し機の一部を拡大した概略断面図である。
図6i;L 帯状の金属を曲げて溶接し、筒状芯を形成するための他の装置の簡
略な斜視図である。
[FL あらかじめ裏地として形成された内側のプラスチック層の周りに帯状の
金属を巻いて溶接し、出来上がった筒状芯に外側の層E押し出し加工するために
用いられる装置の簡略な斜視図である。
89および]0(上 図7の線8−8、線9−9および線10−10の断面図で
ある。
[LL 形成された筒状芯の帯状の金属の縁のもう一つの結合形状の部分断面図
である。
図面中の図1に示された製造ライン(上 伸張して偏平にしだ金属メツシュを螺
旋状に巻いて溶接した筒状芯と、筒状芯の内側と外側に形成されたプラスチック
層を持つ長さの定まっていない管を、連続的に製造するためのものである。メツ
シュ(上 コイル状の帯の形でラインに供給される。
金属メツシュの隙間によって、筒状芯の周囲全体(ミ 縦に開口部が配置されて
いる。開口部1.tl、芯の表面積の15〜20%を占める。
図1に示されるよう1:、製造ライン(表 ラインの開始点から類1:、帯状金
属アンコイラ1、帯溶接ユニット2、アキュミュレータ3、螺旋巻きユニット4
、溶接ヘッド5、接合ユニット6、サイジングユニット7、押し出しクロスヘッ
ド8、サイジングカリ製造ラインに供給されるコイル状のメツシュの帯1.t、
アンコイラ1で巻きをほどいてから、溶接ユニット2で、端と端をつないで連続
的に溶接される。帯(よ 溶接ユニット2からアキュミュレータ3に進み、そこ
で集められてから螺旋巻きユニット4に進む。
巻きユニット4で、図2のメツシュの帯]3(友 心棒]4の周りに螺旋状に巻
かね 図3の筒状芯15を形成する。心棒141よ形成する筒状芯の望ましい内
径に合わせて選択さね 必要があれ11 異なる内径に合わせて取り替えること
もできる。螺旋状に巻かれた帯]3の隣接する縁は、溶接ヘッド5で重ね合わせ
にされて、溶接さね 芯15と筒状に形成する。溶接された筒状芯1よ次に接合
ユニット6からサイジングユニット7に進み、芯の直径のばらつきを必要な寸法
に矯正される。また、筒状芯は、次の押し呂しクロスヘッド8を通過する際の熱
衝撃乞避けるために、加熱される。押し出しクロスヘッド8で(上 筒状芯1表
心棒14についたままで、型19に入り、それによってプラスチック素材が筒
状芯の外側に押し出される。型]9に入った心棒1表 形成される合成管の内側
のプラスチック素材の望ましい厚さの分だけ縮小される。このようにして、型1
9で、直径を縮小した心棒の部分20と、筒状芯15の間に環状の空間21が形
成される。押し出し加工されたプラスチック素材の一部(表 押し呂し圧によっ
て筒状芯のメツシュの開口部から押し出さね 環状の空間21を満たし、筒状芯
の内側にプラスチック素材の層(図4の24)を形成する。押し出されたプラス
チック素材の残り(表 筒状芯の外側にプラスチック層(図4の25)を形成し
、メツシュの開口部を通して内側の層24と一体的に結合する。
形成された管(表 押し出しヘッド8から、サイジング力リプレータおよび噴射
層9を通り、そこから引っ張りユニット10によって引っ張られて心棒14を抜
か札 切断部11に進んで必要な、選択可能な長さに切断さね あるいは管コイ
ラ12に集められる。
このようにして形成された管1.t、様々な種類の液体を輸送するのに通してお
り、また、金属とプラスチックの充分に硬い構造的複合物であって、これらの素
材が共に機能して、使用の際にががる液体圧に対する充分な抗力を管に与えてい
る。管1表 ある一定の範囲の作用温度の液体を輸送するのに用いられる。管1
社 その構造によって、内表面と外表面の熱交換を行うことができる。
筒状金属芯を形成するもう一つの方法1.t、図6に図示されている。伸張さね
偏平にされた金属メツシュがここでも用いられる。
螺旋巻きユニット4の代わりに、帯]3を心棒14の周りに縦巻きにして筒状芯
15を形成するする形成ユニット14が用いられる。曲げられた帯の縁+1 重
ね合わせにさ札 溶接ヘッド5で溶接されるので、形成された筒状芯151ヨ
直線状の、縦に伸びる溶接接合部27を持つ。
添付の図面の図7から10に、さらに変形例が示されている。
ここで(よ 製造される管の内側の層(良 図7のプラスチック裏地28として
あらかじめ供給される。前に述べたように、伸張され偏平にされた帯状の金属メ
ツシュ13が用いら瓢 この帯を螺旋状に巻き、重ね合わせにした縁を溶接する
ことによって、筒状芯15が形成される。プラスチック裏地28(表 通常の押
し出しヘッドから押し出さね 形成される管の望ましい厚さの内側の層を形成す
る。裏地281上 上記で最初に述べられた実施例で用いられたものよりも直径
の小さい心棒の上に伸ばさね 帯131友 心棒上の裏地の周りに巻き付けられ
て、図面9の裏地の上に図面7の筒状芯を形成する。溶接ヘッドがら、裏地28
と筒状芯15は加熱さ札 サイジングユニット7を通って押し呂しクロスヘッド
8に進み、そこで押し呂し型の中に伸ばされる。裏地28と同じか、相溶性のプ
ラスチック素材が、型から筒状芯の表面に押し出さね 図10の管の外側の層を
形成する。押し呂し圧によって、押し工された外側の層のプラスチック素材(上
筒状芯のメツシュの帯の開口部から浸透し、圧力と熱の働きによって裏地28
に結合さね こうしてプラスチック素材の内側と外側の層が結合して、筒状芯に
固定される。
筒状芯15を形成するll’i!1.:、帯13の縁を重ね合わせにして溶接す
る代わL月ミ 前に述べたように、縁を突き付けにして溶接するか、図面11に
示されるように、重ね合わせにして折り曲げ、物理的に接続することもできる。
この方法について(友 帯の縁が組み合わさった部分で1表 金属芯が内側と外
側のプラスチックの層によって完全に覆われるよう注意が必要である。
ここに述べた方ンt あるいは変形例を含む方法によって形成された管(表 圧
力管として、一定の範囲の作用温度で、様々な使用法で用いられる。
熱交換に使用する場合には、管の芯は鋼鉄がアルミニウムの偏平なメツシュで形
成される。内側と外側の層のプラスチック素材に]表 ポリビニリデンジフルオ
ライドが適当だが、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフ
ルオロアルコキシエチレン、フッ化エチレンプロピレン及び塩化ポリビニル塩化
物を含む他のプラスチックも使用できる。管(上 通常、外径16mm−63m
m(ごく一般的には約40mm)、金属の厚さ0. 4− 内側と外側のプラス
チック層のそれぞれの厚さ0. 2mmの大きさで製造される。このような管]
友 通常、連続的1:、圧力15バール、温度−40%から150℃で、上限1
80℃でもって使用される。
テストの結果 芯が偏平なメツシュの鋼鉄で、内側と外側の層がポリビニリデン
ジフルオライドである内径38mmの管(表 新しい清潔な鋼鉄のみで製造され
た同じ内径の管の80%の熱ぎ通すことが分かっている。しかし、鋼鉄のみの管
の壁を伝達される熱(表 金属の腐食と汚れのため1:、すぐに最初の値の40
%まで低下したのに対し、本発明に従って、メツシュの鋼鉄とプラスチックの内
側と外側の層からなる構造的複合物として製造された管1表同じ熱交換能力を保
つL 壁の厚さの合計が1. 83nm、内側と外側のプラスチックの層の厚さ
がそれぞれ0. 3mmの、内径38mmの管の典型的な熱交換率f表82 W
/ m2℃と算出されている。
配水に使用する場合に(表 管の芯は偏平なメツシュの鋼鉄であることが望まし
い。飲料水の配水の場合に(よ 管の内側と外側のプラスチック層にはポリエチ
レンが好都合であり、地域暖房に(表架橋ポリエチレンが適当である。管は通常
、飲料水用には外径90mm−400nm、地域暖房には外径63 mm−20
0mmの大きさに製造される。内側の層の厚さは通常1− 外側の層の厚さく友
管の外径により3 mm −75mmである。管I−L 通常、飲料水の配水
の場合に農 連続的に、圧力16バール、温度20’Cで、地域暖房の場合に(
友 連続的に、圧力15バール、温度135℃で用いられる。
例え暖 管E高圧ガスの供給に用いる場合にも、管の芯(表 偏平なメツシュの
鋼鉄で、内側と外側のプラスチックの暦法 ポリエチレンで製造するのが望まし
い。管は通常、外径63mmから250mmの大きさである。管を使用前に鍛伸
する場合に1表 最終的に望ましい大きさに鍛伸する前の最初の大きさく友 通
常、外径110mm −500mmである。管は通常、連続的(ミ 圧力25バ
ール。
1度40℃で用いられる。
補正書の写しく翻訳文)提呂書 (特許法第184条の8)平成5年]O月/夕
日
Claims (24)
- 1.液体の輸送のために、金属とプラスチック素材より製造され金属素材は長い 筒状の芯(15)として形成され、プラスチック素材は芯の内表面及び外表面を 覆う無孔の内側と外側の層(24、28;25)として形成された管であって、 該管は、一定の作用温度で使用する際に、共に機能して、輸送する液体から受け る内部的及び外部的圧力に対する抗力を該管に与えるような金属とプラスチック 素材からなる構造的複合物であり、必要があれば、内表面と外表面の熱交換能力 を有し、金属芯(15)は周囲全体に縦に配置され、芯の表面積の少なくとも5 %を占める開口部を有し、プラスチック素材の内側と外側の層(24、28;2 5)は、該開口部を通して一体的に結合し、内側と外側の層の厚さはそれぞれ少 なくとも0.1mm以上であり、内側と外側の層の厚さの合計は、筒状芯の金属 の厚さと同等かそれ以上である管。
- 2.内側と外側のプラスチック素材の層の厚さが同じである請求項1記載の管。
- 3.内側と外側のプラスチック素材の層の厚さが異なる請求項1記載の管。
- 4.内側の層(24、28)が、外側の層(25)よりも薄い請求項3記載の管 。
- 5.プラスチック層(24、28;25)の少なくとも一方の形状が凹凸の、波 状の、あるいはざらざらである上記請求項のいずれかに記載の管。
- 6.前記の表面の凹凸の、波状の、あるいはざらざらの形状が、それぞれのプラ スチック層(24、28;25)によって被覆された金属芯(15)の近接表面 の形状によって得られる請求項5記載の管。
- 7.金属芯(15)の開口部爪芯の表面積の15−30%を占める上記請求項の いずれかに記載の管。
- 8.金属芯(15)の開口部の断面の大きさが、0.5mm以上で、3.0mm 以下である上記請求項のいずれかに記載の管。
- 9.芯(15)の金属素材の形状が、開口部となる孔があけられた、板状または 帯状の薄板である上記請求項のいずれかに記載の管。
- 10.芯(15)の金属素材の形状が、開口部を規定する隙間を有する、メッシ ュまたはそれに類する形状の薄板である請求項1ないし8のいずれかに記載の管 。
- 11.金属素材が伸張し偏平にした金属板である請求項10記載の管。
- 12.内側と外側の層(24、28;25)のプラスチック素材がポリエチレン 、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフッ化エチレン、塩化ポリビ ニル塩化物、過フルオロアルコキシエチレン、フッ化工レンプロピレン、または ポリビニリデンジフルオライドである上記請求項のいずれかに記載の管。
- 13.開口部を有する金属素材の薄板(13)を筒状芯(15)に形成し、プう スチック素材の内側の層(28)を、筒状芯の内側にあらかじめ裏地として形成 し、プラスチック素材の外側の層(25)を筒状芯の外側に押し出し加工し、押 し出し加工によって層(25)の素材が開口部を通して内側のプラスチック層( 28)と一体的に結合する、上記請求項のいずれかに記載の管の製造法。
- 14.開口部を有する金属素材の薄板(13)を筒状芯(15)に形成し、プラ スチック素材の内側の層(24)を、筒状芯の内側にプラスチック素材を押し出 し加工することによって形成し、プラスチック素材の外側の層(25)を、筒状 芯の外側に押し出し加工し、押し出し加工によって、層(25)の素材が、筒状 芯の開口部を通して内側のプラスチック層(24)と一体的に結合する、請求項 1ないし12のいずれかに記載の管の製造法。
- 15.筒状芯(15)を形成する際に、薄板(13)の縁を合わせて固定する、 請求項13または請求項14記載の方法。
- 16.縁を重ね合わせに溶接して固定する、請求項15記載の方法。
- 17.縁を突き付けに溶接する、請求項15記載の方法。
- 18.縁を重ね合わせにして折り曲げ、機械的に接続する、請求項15記載の方 法。
- 19.薄板(13)を螺旋状に巻いて筒状芯(15)を形成する、請求項15な いし18のいずれかに記載の方法。
- 20.薄板(13)を縦に曲げて、両側の縁を合わせて固定し、筒状芯(15) を形成する、請求項15ないし18のいずれかに記載の方法。
- 21.プラスチック素材を筒状芯(15)の外側に押し出し加工して薄板(13 )の開口部を通して浸透させることによって、素材の一部が、筒状芯の内側に内 側の層(24)を形成し、一部が筒状芯の外側に外側の層(25)を形成し、こ れら二つの層が、開口部となる素材の孔を通じて一体的に結合する、請求項14 または請求項14に従属する請求項15ないし20のいずれかに記載の方法。
- 22.プラスチック素材の押し出し加工の間、筒状芯(15)の内側に型(14 )を配置し、環状の空間(21)が、型(14)と、開口部を通して浸透するプ ラスチック素材が受け入れられて内側の層(24)を規定する筒状芯の内表面と の間に規定される、請求項21記載の方法。
- 23.筒状芯(15)を、あらかじめ形成された裏地の周囲に形成し、次に外側 の層(25)を筒状芯とあらかじめ形成された裏地上に押し出し加工する、請求 項13または請求項13に従属する請求項15ないし20のいずれかに記載の方 法。
- 24.外側の層(25)及び、または内側の層(24、28)をを形成するため の準備として、筒状芯(15)をあらかじめ加熱する、請求項13ないし23の いずれかに記載の方法。
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