WO2014156453A1

WO2014156453A1 - 管

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Publication number: WO2014156453A1
Application number: PCT/JP2014/054823
Authority: WO
Inventors: 友裕従野; 正和宮口
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JP2014209025A

Abstract

　管（１）は、軟質層（２）と繊維強化樹脂層（３）とを備える。軟質層（２）は、軟質合成樹脂系材料またはゴム系材料により形成されている。繊維強化樹脂層（３）は、熱硬化性樹脂を母材樹脂としている。管（１）は、管軸方向の中間部では、繊維強化樹脂層（３）が軟質層（２）の外周側に積層されている。管軸方向の少なくとも一方の端部では、軟質層（２）は外方に拡張された拡径部（２１）を有する。拡径部（２１）は繊維強化樹脂層（３）に埋設され、繊維強化樹脂層（３）を構成する繊維強化樹脂材に保持されている。

Description

管

　本発明は、軟質層と繊維強化樹脂層とを有する管に関する。

　従来から、港湾や航路等の浚渫には、水底から採取する土砂の種類や採取の方法等によって各種の方式が採用されている。特に砂地の浚渫には、浚渫土量の大きいポンプ方式が適するとして多用されている。ポンプ方式は、ポンプ船に備えられた吸水管で水底の土砂を水とともに吸い上げ、水と混合した状態の土砂を、水中や地上に配設した排砂管を経由して、埋め立て地や土砂捨場等の適宜の場所に移送するものである。

　この種の排砂管には、高い強度を有する鋼管が広く用いられてきた。鋼管同士の接合部には、排砂管を折曲自在に支持するためにゴム材からなる可撓性スリーブが備えられる。これにより、排砂管のフランジ部（ルーズフランジ型）と可撓性スリーブの継手フランジ部（固定フランジ型）とが、連結ボルトにより連結されるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

　長距離にわたって配設される排砂管は、浚渫対象域の変更に際しては、排砂管と可撓性スリーブとを接合した状態のまま、クレーン等により水中から引き上げられて移設される。このとき、鋼管の重量が大きいことから大型の重機を必要とするうえ、作業工程が煩雑であって、作業人数および作業時間を要するものとなっていた。

　また、水底に設置されていた排砂管は、腐食して脆くなっており、可撓性スリーブを取り外す際や、撤去作業を行う際に破損しやすく、新たな排砂管に交換しなければならないことが多かった。近年では、建設土木資材の価格が高騰し、鋼管からなる排砂管の価格も上昇しており、新たな排砂管に交換すると、交換作業の手間に加えて新たな排砂管のために多大な費用が必要になるという問題点があった。

　そこで、従来の鋼管からなる排砂管にかえて、軽量で作業性に富み、材料コストの低減を図ることのできる合成樹脂製の排砂管の開発が望まれた。しかし、排砂管を合成樹脂製のものとする場合、鋼管に劣らない十分な強度と、土砂等を含む流体によっても摩耗しにくい耐久性とを確保することが大きな課題点であった。

　これに対し、本出願人は、特許文献２に開示されるように、耐摩耗性を有する軟質合成樹脂層を内周面に設け、繊維強化樹脂層を外周面に設けて、剛性および耐久性を高めたフランジ付き複層管を提案している。

特公昭６３－４９７７１号公報特開２０１２－５１３６１号公報

　特許文献２に記載の複層管にあっては、軟質合成樹脂層によって耐摩耗性を確保することができ、繊維強化樹脂層によって強度を確保することができる。また、複層管の直管部分のみならず、フランジ部においても十分な強度を有している。そのため、土砂等を含む摩耗性流体を移送するのに適しているものの、次に述べるような点において未だ改良の余地があった。

複層管を排砂管として用いる場合、当該管の内周面は土砂等を含む摩耗性流体から衝突衝撃を受ける。フランジ部の端面には、内周側の軟質合成樹脂層と繊維強化樹脂層との界面が現れている。そのため、これら各層の界面は摩耗性流体からの衝撃により離間しやすくなり、軟質合成樹脂層が剥がれやすくなるということが懸念された。

　本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、管を構成する層間相互の一体性を高め、剛性、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性のいずれにも優れた管を提供することにある。

　前記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、軟質層と繊維強化樹脂層とを有する管として、前記繊維強化樹脂層は、熱硬化性樹脂を母材樹脂とし、前記軟質層は、軟質合成樹脂系材料またはゴム系材料により形成する。管軸方向の中間部では、前記繊維強化樹脂層を、前記軟質層の外周側に積層する。また、管軸方向の少なくとも一方の端部では、前記軟質層に、外方に拡張する拡径部を備えさせ、該拡径部を前記繊維強化樹脂層に埋設し、前記繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材に拡径部が保持されるように構成する。

　このような特定事項により、軟質層は管の耐摩耗性を確保し、繊維強化樹脂層は高い強度を確保する。したがって、剛性、軽量性、耐久性、耐腐食性、および耐摩耗性のいずれにも優れた管とすることができる。軟質層の拡径部は、繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材に保持されているので、軟質層の端部は露出せず、繊維強化樹脂層に一体化される。そのため、軟質層に流体が作用しても、軟質層と繊維強化樹脂層との一体性が維持される。これにより、軟質層が繊維強化樹脂層から剥離するのを防止でき、長期的に良好な状態を保つことができる。

　より具体的な構成として次のものが挙げられる。まず、前記拡径部の内周面は、前記繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材により被覆され、この被覆している繊維強化樹脂材が、管軸方向の端部ほど厚肉状に形成されることが好ましい。

　これにより、軟質層の拡径部の内周面は繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材に一体的に覆われる。また、前記管の少なくとも一方の端部は、軟質層と繊維強化樹脂材とが連続し、滑らかに接続された内周面を有するものとなる。したがって、軟質層と繊維強化樹脂層との一体性が十分に確保される。

　また、前記軟質層は、外方へ突出するアンカー部を備えていることが好ましい。

　これにより、前記拡径部に加えて、アンカー部が繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材に保持され、軟質層と繊維強化樹脂層の一体性がより一層高められる。

　また、前記アンカー部は、前記拡径部の端縁部に設けられることが好ましい。

　これにより、前記拡径部の端縁部が繊維強化樹脂材に保持されて、管端部における軟質層と繊維強化樹脂層との一体性が十分に確保される。

　あるいは、前記アンカー部は、周方向に連続し、管軸方向の端部ほど拡径するテーパー状に形成されてもよい。

　これにより、テーパー状のアンカー部が繊維強化樹脂材に保持されて、管端部における軟質層と繊維強化樹脂層との一体性がより一層向上する。

　また、前記構成の管にあって、管軸方向の両端部に鍔状にフランジ部を設け、前記拡径部を、フランジ部の内部まで延設した構成とすることが好ましい。

　これにより、土砂等を含む摩耗性流体からの衝撃力が作用する排砂管にも好適な管とすることができ、軟質層と繊維強化樹脂層との一体性が十分に確保され、強度、軽量性、耐久性、および耐腐食性のいずれにも優れたフランジ付き管を構成することができる。

　また、前記構成の管にあって、管軸方向の他方の端部では、前木繊維強化樹脂層を前記軟質層の外周側に積層し、前記軟質層が該端部の内周面から端面までを一体的に被覆した構成とすることが好ましい。

　これにより、軟質層と繊維強化樹脂層との一体性を向上させるとともに、管同士の接合部の止水性を高めることができる。

　本発明により、軟質層と繊維強化樹脂層とを有する管の剛性、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性のいずれをも向上させることができる。また、軟質層と繊維強化樹脂層との一体性を格段に高めることができるので、これらの界面の相互間が剥離するのを効果的に防止し、長期的に安定して利用することが可能となり、摩耗性流体等を移送するのに好適なものとすることができる。

本発明の実施形態１に係る管を示す断面図である。前記管の端部の構造を示す半断面図である。前記管を構成する短管を示す断面図である。前記短管の製造方法の一工程を示す説明図である。図４の次工程を示す説明図である。図５の次工程を示す説明図である。図６の次工程を示す説明図である。実施形態１に係る管の製造方法を示す説明図である。図８の次工程を示す説明図である。図９の次工程を示す説明図である。管の接合形態の一例を示す説明図である。本発明の実施形態２に係る管の端部の構造を示す半断面図である。前記管を構成する短管を示す断面図である。実施形態２に係る管の製造方法を示し、図１４（ａ）は短管の製造の一工程を示し、図１４（ｂ）はその次工程を示す説明図である。図１４（ｂ）の次工程を示す説明図である。図１５の次工程を示す説明図である。本発明の実施形態３に係る管を構成する短管を示す断面図である。実施形態３に係る管の製造方法を示し、図１８（ａ）は短管の製造の一工程を示し、図１８（ｂ）はその次工程を示す説明図である。図１９（ａ）は図１８（ｂ）の次工程を示す説明図であり、図１９（ｂ）はその次工程を示す説明図である。本発明の実施形態４に係る管を構成する短管を示す断面図である。実施形態４に係る管の製造方法を示し、図２１（ａ）は短管の製造の一工程を示し、図２１（ｂ）はその次工程を示す説明図である。図２２（ａ）は図２１（ｂ）の次工程を示す説明図であり、図２２（ｂ）はその次工程を示す説明図であり、図２２（ｃ）はさらにその次工程を示す説明図である。その他の実施形態に係る管を示す断面図である。

　以下、本発明の実施の形態に係る管について、図面を参照しつつ説明する。

　（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１に係る管を示す断面図であり、図２は、管の端部の構造を模式的に示す半断面図である。

　実施形態１に係る管１は、耐摩耗性および耐衝撃性を有する軟質層２と、高強度の繊維強化樹脂層３とを備えた複層管として形成されている。

　軟質層２は、管１の内周側に略筒状に形成されている。この軟質層２は、高強度で耐摩耗性に優れた材質であることが好ましく、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン系樹脂等の軟質合成樹脂系材料、またはゴム系材料により形成されている。

軟質層２を構成する軟質合成樹脂系材料としては、２５℃での弾性率（引張弾性率）が１５０ＭＰａ～２５００ＭＰａであることが好ましい。例えば、軟質層２の軟質合成樹脂系材料は、ポリウレタンであれば、弾性率が１３００ＭＰａ～２１００ＭＰａであり、硬さがＪＩＳＫ７２０２に基づくロックウェル硬度（Ｒスケール）で１００以下であることが好ましい。高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であれば、弾性率が１０７０ＭＰａ～１０９０ＭＰａであり、硬さがショアＤ硬度で６６～７３であることが好ましい。中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）または低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）であれば、弾性率が１８０ＭＰａ～２８０ＭＰａであり、硬さがショアＤ硬度で４４～５０であることが好ましい。また、リニア低密度ポリエチレン（Ｌ―ＬＤＰＥ）であれば、弾性率が２６０ＭＰａ～５２０ＭＰａであり、硬さがショアＤ硬度で５５～５６であることが好ましい。

軟質層２を形成するゴム系材料としては、硬さがＪＩＳＫ６２５３に基づくタイプＡデュロメータ硬度が４０～９０であることが好ましい。ゴム系材料の弾性率は、１ＭＰａ～１００ＭＰａであるとより好ましい。

これにより、軟質層２には、土砂等を含む摩耗性流体の接触衝撃に耐えうる十分な耐摩耗性と耐久性とを備えさせることができる。

　繊維強化樹脂層３は、長繊維材料３１に熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材（繊維強化複合材料）により構成されている。母材樹脂である熱硬化性樹脂と、補強材である長繊維材料３１の組合せは多様である。

　好ましい例を挙げると、熱硬化性樹脂としては、ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチルテレフタレート樹脂等を用いることができる。長繊維材料３１には、高強度であり高弾性率を有する無機繊維や有機繊維が好ましく、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維を用いることができる。繊維の形態としては、織布、不織布、または繊維を引き揃えたロービング等が好ましい。

　図１に示すように、管１は、直管状の本体部１１と、管軸方向の両端部に設けられたフランジ部１２とを有する。

　直管状の本体部１１は、内周側に略筒状の軟質層２を備えている。軟質層２は本体部１１の内周面を構成している。軟質層２の外周側には、繊維強化樹脂層３が設けられている。本体部１１における軟質層２および繊維強化樹脂層３は、本体部１１の全長にわたり、ほぼ一定の厚みで形成されている。

　本体部１１の両端部には、フランジ部１２が鍔状に設けられている。図２に拡大して示すように、フランジ部１２は管１の端部に径方向に張り出して設けられている。フランジ部１２においても、内周寄りに軟質層２が配設され、外周寄りに繊維強化樹脂層３が配設されている。

　フランジ部１２の繊維強化樹脂層３は、本体部１１の繊維強化樹脂層３から連続し、外方へ鍔状に張り出して本体部１１と一体に形成されている。フランジ部１２の内周側においても、軟質層２は本体部１１から連続して形成されている。軟質層２の端部は、径方向に拡張された拡径部２１を有している。拡径部２１は、管軸方向の端部ほど拡径するテーパー状に設けられている。

これにより、軟質層２は、全体として、管１の内周側に連続して形成され、管軸方向の端部へ行くほど拡径されて形成されている。軟質層２は、管１の端部では、繊維強化樹脂層３側へ入り込み、拡径部２１が繊維強化樹脂層３に埋設されている。

図２に示すように、拡径部２１の外周面、端面、および内周面はいずれも繊維強化樹脂層３、３Ａを構成する繊維強化樹脂材に取り囲まれ、一体的に被覆されている。拡径部２１の内周面を被覆する繊維強化樹脂層３Ａは、管軸方向の端部ほど厚肉状に形成されている。繊維強化樹脂層３Ａは、フランジ部１２の内周面に露出して設けられている。この繊維強化樹脂層３Ａは、さらに拡径部２１の端面を被覆し、フランジ部１２の軸方向の端面を構成している。なお、説明の便宜上、繊維強化樹脂層３と繊維強化樹脂層３Ａとを区別して示すが、繊維強化樹脂層３Ａは繊維強化樹脂層３と一体的に設けられる部分であり、共通の繊維強化樹脂材からなる。

このように拡径部２１は繊維強化樹脂材に埋設されており、軟質層２の端部が、管１の端部の内周面に露出せず、繊維強化樹脂層３、３Ａに一体に保持されている。管１の内周面は、本体部１１の管軸方向に連続する軟質層２と、フランジ部１２の内周面を構成する繊維強化樹脂層３Ａとが連続し、平滑な円筒状の内周面を形成している。

　フランジ部１２の軸方向の端面には、止水部４が備えられている。止水部４は、円環状に形成され、上述した繊維強化樹脂材からなるフランジ端面を被覆している。止水部４は、軟質合成樹脂材またはゴム系材料から形成されている。止水部４は、フランジ部１２の軸方向の端面を被覆し、繊維強化樹脂層３Ａに接着固定されている。

　管１を排砂管として用いる場合、図１１に示すように、複数の管１を折曲自在に連結するために、フランジ部１２に可撓性スリーブ９を取り付ける。管１の両端部のフランジ部１２は、可撓性スリーブ９の継手フランジ９１に挟持され、連結ボルト９２を締め付けて固定される。このため、フランジ部１２には十分な強度を有することが求められる。つまり、フランジ部１２には、高い軸方向力および摩擦力が作用し、また、管内の土砂を含む流体や浚渫機械等からの衝撃力も作用する。これに対し、管１は、フランジ部１２が短管５の繊維強化樹脂層３により本体部１１に一体的に形成されたので、大きな外力が作用しても、破損することはなく、排砂管として好適に使用することができる。

管１の端部では、軟質層２の拡径部２１が繊維強化樹脂層３、３Ａを構成する繊維強化樹脂材により保持されている。このため、管１の内周面に、土砂等を含む摩耗性流体が接触したり衝突したりしても、剥離しやすい軟質層２の端部は、繊維強化樹脂材に被覆されて強固に保持されているので、軟質層２と繊維強化樹脂層３、３Ａとの一体性が保たれる。また、拡径部２１がテーパー状であることにより、軟質層２と繊維強化樹脂層３との接合面積が十分に確保され、界面の剥離を生じにくく、管１を長期間にわたって安定的に使用することが可能となる。

　所定箇所の浚渫を終えて次の浚渫箇所へ移動する場合には、水中部分の管１を可撓性スリーブ９と接合した状態のまま、クレーン等により水面に引き上げて、容易に移動させることができる。管１は、従来の鋼管からなる排砂管に比べて、格段に軽量化されており、耐久性および作業性に優れ、腐食しにくいものである。そのため、管１の撤去作業や移動作業を迅速かつ容易に行うことが可能となる。

　（製造方法）
　次に、管１の製造方法について説明する。

管１は、円柱状外周面を有して軸まわりに回転する金型を用いて成形される。管１の製造方法の一例として、以下に示す形態では、フランジ部１２を備える短管５をあらかじめ形成し、複数の短管５を用いた管１の製造方法について説明する。

　図３は、管１を構成する短管５の一例を示す断面図である。図４は、短管５の製造方法の一工程を示す説明図であり、図５～図７は、図４の工程に続く各工程を順に示した説明図である。図８は、製造した短管５を用いた管１の製造工程を示す説明図であり、図９および図１０は、図８に続く各工程を順に示した説明図である。

図３に示すように、短管５は、管１の一部を構成する管であり、管１におけるフランジ部１２と、本体部１１の一部を備えている。短管５において、本体部１１の一部を構成する繊維強化樹脂層３はテーパー部３２を有し、外周面がフランジ部１２側ほど拡径されて厚肉状となるように形成されている。テーパー部３２の内周側およびフランジ部１２の内部には軟質層２が設けられている。

　短管５は、図４に例示する短管用金型７を用いて形成される。短管用金型７は、円筒部７１と、円筒部７１の下端部の円盤状の鍔部７２とを有する。

　まず、短管用金型７を、円筒部７１が上方、鍔部７２が下方となるように軸を縦向きにして設置する。短管用金型７は、図示しない回転台に設置して回転自在とされることが好ましい。

設置した短管用金型７に対し、鍔部７２の上面と、円筒部７１の下端部の外周面に沿って、シート状の長繊維材料３１を配設する。ハンドレイアップ法により、積層した長繊維材料３１に熱硬化性樹脂を含浸させ繊維強化樹脂層３Ａを成形していく。積層形状は、円筒部７１の外周面に配置する部分の長繊維材料３１の軸方向の長さが徐々に短くなるように積層する。鍔部７２の上面には均一な厚みとなるように長繊維材料３１を積層する。これにより、図４に示すようにテーパー形状の立ち上がりを有する繊維強化樹脂層３Ａが形成される。

　次いで、図５に示すように、短管用金型７の軸を横向きに配置する。短管用金型７を軸まわりに回転させ、回転する短管用金型７の外周面に、未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を吐出する。このとき、短管用金型７の鍔部７２側から円筒部７１の端縁部の方向に、軸方向に沿って吐出ノズルを移動させる。すなわち、前工程で短管用金型７上に形成した、繊維強化樹脂層３Ａのテーパー状の外周面から、短管用金型７の円筒部７１の外周面にかけて材料を螺旋状に供給する。これにより、略筒状の軟質層２を成形する。

　この軟質層２は、短管用金型７の鍔部７２寄りの部分で、繊維強化樹脂層３Ａのテーパー面に沿ってテーパー状に形成される。これにより、拡径部２１が成形される。これに対し、短管用金型７の円筒部７１の外周面には、軟質層２が略円筒状に成形される。

　次いで、図６に示すように、短管用金型７を再び縦向きに配置し直す。ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂層３を積層形成する。短管用金型７に形成した繊維強化樹脂層３Ａと軟質層２の上に、長繊維材料３１を鍔返し状に積層し、熱硬化性樹脂を含浸させる。この繊維強化樹脂層３は、軟質層２の上端部が、繊維強化樹脂材から延出するように積層形成する。軟質層２は、繊維強化樹脂層３の上端部から部分的に露出する。

さらに、図７に示すように、長繊維材料３１を積層し、繊維強化樹脂層３を成形する。ここで、円筒部７１の外周部に配置する部分では、長繊維材料３１の軸方向の長さを徐々に短くし、内層よりも外層が低く積層されるように繊維層を形成する。これにより、短管用金型７の円筒部７１の外周部にテーパー部３２を成形する。先に成形した繊維強化樹脂層３Ａの上部には繊維強化樹脂層３が積層され、フランジ部１２が一体的に成形される。これにより、鍔部７２の上部と円筒部７１の外周部には、連続する繊維強化樹脂層３が形成される。その後、脱型することにより、図３に示したような短管５が得られる。

　なお、上記の工程において、軟質層２を成形した後、軟質層２の表裏に貫通する多数の微小な孔を形成し、次工程の繊維強化樹脂層３の成形を行うようにしてもよい。この場合、微小な孔は、例えば、軟質層２の表面１ｍ^２当たり１箇所以上の数で設けられて、１０μｍ以上の大きさである貫通孔または切れ目であることが好ましい。

　これによって、軟質層２に空気排出機能をもたせることができる。そのため、軟質層２に繊維強化樹脂層３を積層したとき、界面に空気が溜まるおそれがなくなる。したがって、軟質層２と繊維強化樹脂層３との界面接着性が高められ、層間の剥離を防止することができる。

かかる界面接着性について、上記の多数の微小な孔を設けた軟質層２と、繊維強化樹脂層３との界面における接着性能試験を行った。その結果、軟質層２と繊維強化樹脂層３との接着強度が、微小な孔を設けない場合に比べて５０％以上向上することが確認された。なお、微小な孔の径が１０μｍ未満である場合には、軟質層２と繊維強化樹脂層３との間に溜まった空気の排出が不十分となり、良好な接着性が得られない可能性がある。

　次いで、得られた短管５を用いて、管１を製造する。図８に示すように、２つの短管５を、円筒状または円柱状の回転金型６に設置する。２つの短管５は、それぞれ、フランジ部１２が回転金型６の端部寄り位置し、短管５のテーパー部３２同士が対向するように配置する。

　次いで、図９に示すように、短管５と短管５との間の領域において、軟質層２を成形する。軸まわりに回転させた回転金型６の外周面に、未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を軸方向に移動しつつ吐出する。これにより、回転金型６の外周面に螺旋状に未硬化樹脂が吐出される。２つの短管５、５の間には、軟質層２に連続して、略円筒状の軟質層２が形成される。

　次いで、図１０に示すように、管１の本体部１１の繊維強化樹脂層３を形成する。一方の短管５から他方の短管５にわたって、熱硬化性樹脂を含浸した長繊維材料３１を螺旋状に規則正しく巻き付ける。これにより、先に形成された短管５の繊維強化樹脂層３に連続させて、繊維強化樹脂層３を管状に積層する。

　このとき、熱硬化性樹脂を含浸した長繊維材料３１（図２参照）を、短管５の繊維強化樹脂層３の外周面に重ねて積層していく。短管５にはテーパー部３２が形成されているので、先に成形した繊維強化樹脂層３と後から成形する繊維強化樹脂層３との接着面積が十分に確保される。そのため、短管５の繊維強化樹脂層３と、本工程で積層形成する繊維強化樹脂層３とが広い面積を介して接合され、十分に接着し、両者の一体性を高めることができる。

　また、上記のとおり、短管５は、軟質層２を、繊維強化樹脂層３の先端部から延出させて、部分的に露出させている。このような短管５の構成により、後から成形する軟質層２を、短管５の軟質層２に確実に接合させて成形することができ、これらの一体性を高めることができる。

　その後、管軸方向の端部のフランジ端面に止水部４を取り付けるとともに脱型し、管１が得られる。

　以上により、軽量性、耐久性、および耐腐食性のいずれにも優れたフランジ付きの管１を形成することができる。管１は、フランジ部１２における十分な強度を確保しつつ、軟質層２と繊維強化樹脂層３との界面の剥離が回避されるものとなる。また、フランジ部１２は、あらかじめ短管５に設けられて形成され、短管５に対して本体部１１の軟質層２および繊維強化樹脂層３を連続させて成形されるので、フランジ部１２における一定の強度を確保した状態で管１を形成することができる。したがって、管１を、剛性、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性のいずれにも優れたものとすることができ、土砂等を含む摩耗性流体を移送するのに適した管状体とすることができる。

　（実施形態２）
　次に、本発明の実施形態２に係る管について説明する。

図１２は、実施形態２に係る管１の端部構造を示す半断面図である。図１３は、管１を構成する短管５を示す断面図であり、図１４～図１６は、短管５の製造方法を順に示す説明図である。

　実施形態１では、軟質層２の端部にテーパー状の拡径部２１が設けられていた。本実施形態では、軟質層２は、実施形態１とは異なる形状の拡径部２１を有する。以下では、主に軟質層２の構成について説明し、その他、繊維強化樹脂層３、本体部１１等の構成は実施形態１のものと同様であるため、実施形態１と同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

　図１２に示すように、実施形態２に係る管１は、軟質層２の拡径部２１が、フランジ部１２の外周縁部まで延長して設けられている。

　拡径部２１は、本体部１１から連続する軟質層２が端部において拡径され、テーパー状の第１拡径部２１１と、第１拡径部２１１の端部から延設された第２拡径部２１２とを有する。第１拡径部２１１は、管軸方向の端部へ行くほど拡径して形成されている。第２拡径部２１２は、外方へ鍔状に張り出して形成されている。

拡径部２１は、繊維強化樹脂層３、３Ａを構成する繊維強化樹脂材に一体的に保持されている。拡径部２１の内周側は、繊維強化樹脂層３Ａにより被覆されている。繊維強化樹脂層３Ａは、管軸方向の端部ほど厚肉状に形成されている。

第１拡径部２１１と第２拡径部２１２とは、ともに、繊維強化樹脂層３、３Ａを構成する繊維強化樹脂材に密接しており、フランジ部１２の内部に一体に保持されている。管１の内周面は、本体部１１の管軸方向に連続する軟質層２と、フランジ部１２の内周面を構成する繊維強化樹脂層３Ａとが連続し、平滑な円筒状の内周面を形成している。

　このような構成の管１は、図１３に示す短管５を用いて製造することができる。短管５は、管１の一部を構成する管であり、管１におけるフランジ部１２と、本体部１１の一部を備えている。短管５において、本体部１１の一部を構成する繊維強化樹脂層３はテーパー部３２を有し、外周面がフランジ部１２側ほど拡径されて厚肉状となるように形成されている。

　図１４（ａ）に示すように、鍔部７２が下方となるように軸を縦向きに設置した短管用金型７に、シート状の長繊維材料３１を積層し、ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂層３Ａを成形する。積層形状は、実施形態１と同様に、円筒部７１の外周面に配置する部分の長繊維材料３１の軸方向の長さが徐々に短くなるように積層する。

　次いで、図１４（ｂ）に示すように、短管用金型７の鍔部７２の上方に軟質層２を成形する。この軟質層２は、短管用金型７を回転させ、または樹脂吐出口を回転させて、円筒部７１の周囲に未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を吐出して成形する。これにより、軟質層２の第２拡径部２１２が形成される。

　次いで、短管用金型７の軸を横向きに配置する。図１５に示すように、軸まわりに回転する短管用金型７の外周面に、未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を吐出し、第２拡径部２１２に連続させて軟質層２を成形する。短管用金型７の鍔部７２寄りの部分では、繊維強化樹脂層３Ａのテーパー面に沿って、軟質層２をテーパー状に形成する。これにより、第２拡径部２１２に一体の第１拡径部２１１がテーパー状に成形される。

　次いで、図１６に示すように、短管用金型７を再び縦向きに配置し、ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂層３を積層形成する。この場合も、軟質層２の上端部を長繊維材料３１の上端部よりも延出させて、繊維強化樹脂層３を成形する。円筒部７１の外周部に配置する部分では、長繊維材料３１の軸方向の長さを徐々に短くして繊維層を形成し、テーパー部３２を成形する。先に成形した繊維強化樹脂層３Ａの上部には、拡径部２１を介して繊維強化樹脂層３が積層され、一体的に成形される。これにより、図１３に示したような短管５が得られる。

　その後、実施形態１と同様の手順により、２つの短管５を用いて管１を成形する。フランジ部１２の端面には止水部４を設け、管１が得られる。

　以上のように、実施形態２に係るフランジ部１２を有する管１にあっても、軟質層２と繊維強化樹脂層３との一体化を図ることができる。軟質層２には、第１拡径部２１１と第２拡径部２１２とが設けられ、これらが繊維強化樹脂層３、３Ａに挟持されて一体的に保持されるので、界面の剥離が回避され、土砂等を含む摩耗性流体を移送するのに適した管状体とすることができる。

　（実施形態３）
　次に、本発明の実施形態３に係る管について説明する。

図１７は、実施形態３に係る管１の一部を示し、管１を構成する短管５を示す断面図である。図１８および図１９は、短管５の製造方法を順に示した説明図である。

　本実施形態に係る管１は、軟質層２において、実施形態２と同様の形状の拡径部２１に、さらにアンカー部２３が設けられている。その他、繊維強化樹脂層３、本体部１１等の構成は実施形態２のものと同様であるため、実施形態２と同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

　図１７に示すように、管１は、短管５において、軟質層２の拡径部２１がフランジ部１２の外周縁部まで延長されている。拡径部２１は、テーパー状の第１拡径部２１１と、鍔状に延設された第２拡径部２１２とを有する。第２拡径部２１２にはアンカー部２３が設けられている。

　外方へ鍔状に張り出した第２拡径部２１２は、周縁部に、アンカー部２３を一体に備えている。アンカー部２３は、第２拡径部２１２の一方の面（端面とは反対側の面）に、管１の本体部１１の方向に管軸方向に沿って突出するように形成されている。また、アンカー部２３は、周方向に連続し、第２拡径部２１２の周縁部を縁取るように設けられている。アンカー部２３は、繊維強化樹脂層３を構成する繊維強化樹脂材に保持され、一体化されている。

　管１は、上記のように構成される短管５を用いて製造される。図１８（ａ）に示すように、鍔部７２が下方となるように軸を縦向きに設置した短管用金型７に、シート状の長繊維材料３１を積層し、ハンドレイアップ法により、繊維強化樹脂層３Ａを成形する。

　次いで、図１８（ｂ）に示すように、短管用金型７の鍔部７２の上方に軟質層２を成形する。この軟質層２は、短管用金型７を回転させ、または吐出ノズルを周回させ、円筒部７１の周囲に未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を吐出して成形する。これにより、第２拡径部２１２を成形する。さらに、第２拡径部２１２の周縁部に、前記材料を円環状に重ねて吐出し、アンカー部２３を成形する。

　次いで、短管用金型７の軸を横向きに設置し、図１９（ａ）に示すように、軸まわりに回転する短管用金型７の外周面に、未硬化の前記材料を吐出して軟質層２を成形する。短管用金型７の鍔部７２寄りの部分では、テーパー状の第１拡径部２１１が成形される。

　次いで、図１９（ｂ）に示すように、短管用金型７を再び縦向きに設置し、ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂層３を積層形成する。第２拡径部２１２の上方に積層した繊維強化樹脂層３によりアンカー部２３を埋設する。円筒部７１の外周部に配置する長繊維材料３１の軸方向の長さを徐々に短く積層し、円筒部７１の外周部にテーパー部３２を成形する。これにより、図１７に示したような短管５が得られる。

　以後、実施形態１と同様の手順により、２つの短管５を用いて本体部１１を成形し、フランジ部１２の端面に止水部４を設けて、管１が得られる。

　このような構成の管１は、図１７に示したように、軟質層２の拡径部２１およびアンカー部２３が繊維強化樹脂層３側に入り込み、強固に保持され、軟質層２と繊維強化樹脂層３の一体性が高められている。アンカー部２３が第２拡径部２１２の周縁部に設けられることで、第２拡径部２１２の端部と繊維強化樹脂材との強固な一体化が図られ、摩耗性流体の衝突衝撃によって界面が剥離するのを防止することができる。

　（実施形態４）
　次に、本発明の実施形態４に係る管について説明する。

図２０は、実施形態４に係る管１の一部を示し、管１を構成する短管５を示す断面図である。図２１および図２２は、短管５の製造方法を順に示した説明図である。

　本実施形態に係る管１は、軟質層２にアンカー部２４を備え、アンカー部２４の形状は実施形態３のものとは異なる。その他、繊維強化樹脂層３、本体部１１等の構成は実施形態１のものと同様であるため、実施形態１と同じ符号を用いて示し、詳細な説明を省略する。

　図２０に示すように、管１は、短管５において、軟質層２の端部にテーパー状の拡径部２１を備えている。また、軟質層２の外周面には、外方へ延びるアンカー部２４が設けられている。

　アンカー部２４は、軟質層２の周方向に連続し、管軸方向の端部ほど拡径するテーパー状に形成されている。この場合、アンカー部２４は、拡径部２１より外周側に、拡径部２１と略平行してテーパー状に設けられている。これにより、軟質層２のアンカー部２４は、拡径部２１とともに、内外に二重のテーパー形状に形成されている。アンカー部２４は、繊維強化樹脂層３（３Ａ、３Ｂ）を構成する繊維強化樹脂材に保持されて、強固に一体化されている。

　管１は、短管５を用いて製造される。まず、図２１（ａ）に示すように、鍔部７２が下方となるように軸を縦向きに設置した短管用金型７に、シート状の長繊維材料３１を積層し、ハンドレイアップ法により、管端部の繊維強化樹脂層３Ａを成形する。

　次いで、図２１（ｂ）に示すように、短管用金型７の軸を横向きに配置し、短管用金型７の外周面に、未硬化の軟質合成樹脂材料またはゴム系材料を吐出し、略筒状の軟質層２を成形する。短管用金型７の鍔部７２寄りの部分では、テーパー状の拡径部２１が成形される。

　次いで、図２２（ａ）に示すように、短管用金型７を横向きに設置したまま、ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂層３Ｂを積層形成する。このとき、前工程で形成した拡径部２１の外周部を覆うように繊維強化樹脂層３Ｂを形成する。なお、繊維強化樹脂層３、３Ａ、３Ｂは、共通の繊維強化樹脂材により形成されている。

次いで、図２２（ｂ）に示すように、短管用金型７を軸まわりに回転させた状態で、前工程で形成した繊維強化樹脂層３Ｂの外周面を覆うように、先に形成した軟質層２と共通の材料を吐出する。

このとき、短管用金型７の鍔部７２に沿って形成した繊維強化樹脂材３Ａと、前工程で形成した繊維強化樹脂層３Ｂとの接合部から、繊維強化樹脂層３Ｂと軟質層２の円筒部との接合部までの領域を覆うように前記材料を吐出する。これにより、繊維強化樹脂層３Ｂの全体を覆い隠す。先に形成した軟質層２の外周面には、この軟質層２にテーパー状に連続する一体のアンカー部２４が成形される。

次いで、図２２（ｃ）に示すように、短管用金型７の軸を縦向きに設置し直し、ハンドレイアップ法により繊維強化樹脂層３を積層形成する。繊維強化樹脂層３にはテーパー部３２を成形する。これにより、図２０に示したような短管５が得られる。

その後、実施形態１と同様の手順により、２つの短管５を用いて本体部１１を成形し、フランジ部１２の端面に止水部４を設けて、管１が得られる。

　このような構成の管１は、軟質層２の拡径部２１およびアンカー部２４が繊維強化樹脂層３、３Ａ、３Ｂに強固に保持され、より一層、一体性が高められている。アンカー部２４はテーパー状に形成されているので、繊維強化樹脂層３、３Ｂとの接着面積が十分に確保され、拡径部２１の作用と相まって繊維強化樹脂層３、３Ａ、３Ｂと軟質層２とが確実に一体化される。これにより、管１の内周面が、摩耗性流体の衝突衝撃を受けても、各層の一体性が十分に保たれ、界面が剥離するのを抑制することができる。

　（その他の実施形態）
　本発明に係る管１は、前記の実施形態以外にも他の様々な形で実施することができる。例えば、前記管１においては、フランジ付きの管の形態として説明したが、フランジ付きである構成に限定されるものではなく、直管状の管体であっても、曲げ管であってもよく、他のどのような形状の管であってもよい。

　管１を排砂管として用いる場合、摩耗性流体の影響を受けやすい上流側の管端部と、影響を受けにくい下流側の管端部とで、異なる形態の短管を採用して、より効果的な管１を構成してもよい。さらに、例えば、図２３に示すように管１を構成してもよい。

　この管１は、フランジ部１２を有する両端部の構造が相互に異なる。一方の端部１Ａには、上記実施形態で説明したいずれかの構造（図２３では、実施形態１の構造。）を採用している。これに対し、他方の端部１Ｂには、フランジ部１２の端面に、内周面の軟質層２と一体的に連続する軟質合成樹脂製の端面を有する。

　かかる端部１Ｂは、前記実施形態で説明した管１と同様に、あらかじめ形成した短管５により構成されている。この場合、短管５は、繊維強化樹脂層３の内周面を被覆した軟質層２と、フランジ部１２の端面を被覆する軟質層２とが、連続して一体に形成されている。フランジ部１２端面の軟質層２は、止水部として機能する。

　排砂管としては、かかる構造の端部１Ｂを下流側に配置し、端部１Ａを上流側に配置して管１を使用することが好ましい。管１は、上流側の端部１Ａに摩耗性流体の影響を受けやすいが、上流側の端部１Ａは各層の界面が剥離しにくい構造であるので、摩耗性流体の影響を十分に抑制しつつ、より簡易な構造で製造コストを低減したものとすることができる。

　また、軟質層２の端部の拡径部２１は、上記した形状であるに限らず、例えば拡径部分がさらに軸方向に拡大されて、本体部１１とフランジ部１２とにまたがるように形成されてもよい。また、アンカー部２３、２４の形状は、繊維強化樹脂層に一体的に保持される形状であれば、上記した形状であるに限らず、さらにその数を増やしたり、配設箇所を変更したりされてもよい。そのため、前記の実施形態はあくまでも例示であり、限定的なものではない。

　なお、上記実施形態において説明した、繊維強化樹脂層３、３Ａ、３Ｂは、説明の便宜上、区別して示し、図面には実線にて境界を示したが、成形品として、これらは実質的に一体不可分であり、連続して形成されるものである。同様に、軟質層２およびアンカー部２４等の各部、説明の便宜上、区別して示し、図面に実線で境界を示したが、成形品として、これらは実質的に一体不可分であり、連続して形成されるものである。

上記いずれの形態にあっても、本発明に係る管１は、軟質層２と繊維強化樹脂層３との一体性が格段に高められ、剛性、軽量性、耐久性、耐摩耗性、および耐腐食性のいずれにも優れた管状体とすることができる。管１を排砂管として使用した場合、従来の鋼管よりも重量が大幅に低減されるので、長距離にわたって配設した管１と可撓性スリーブ９とを接合した状態のまま移設することが容易となり、作業工程が簡便化し、作業人数および作業時間を低減することが可能となる。管１は長期間にわたり水中に設置されても、腐食することがなく、十分な耐久性を有し、交換までに要する期間を長期化することができるので、費用も大幅に削減することができる。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

　この出願は、２０１３年３月２９日に日本で出願された特願２０１３－０７２１２７、および２０１４年２月７日に日本で出願された特願２０１４－０２２３７５に基づく優先権を請求する。かかる言及により、それらの全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

　本発明は、摩耗性を有する流体等を移送するのに用いる管として好適に利用可能である。

　１　　　管
　１１　　本体部
　１２　　フランジ部
　２　　　軟質層
　２１　　拡径部
　２３、２４　アンカー部
　３、３Ａ、３Ｂ　　繊維強化樹脂層
　３１　　長繊維材料
　４　　　止水部
　５　　　短管
　６　　　回転金型
　７　　　短管用金型
　９　　　可撓性スリーブ
　９１　　継手フランジ
　９２　　連結ボルト

Claims

　繊維強化樹脂層と軟質層とを有する管であって、前記繊維強化樹脂層は熱硬化性樹脂を母材樹脂とし、前記軟質層は軟質合成樹脂系材料またはゴム系材料により形成され、
　管軸方向の中間部では、前記繊維強化樹脂層は前記軟質層の外周側に積層され、
　管軸方向の少なくとも一方の端部では、前記軟質層は外方に拡張された拡径部を有し、該拡径部は前記繊維強化樹脂層に埋設され、前記繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材に保持されていることを特徴とする管。
　前記拡径部の内周面は、前記繊維強化樹脂層を構成する繊維強化樹脂材により被覆され、該繊維強化樹脂材が管軸方向の端部ほど厚肉状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の管。
　前記軟質層は外方へ突出するアンカー部を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管。
　前記アンカー部は、前記拡径部の端縁部に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の管。
　前記アンカー部は、周方向に連続し、管軸方向の端部ほど拡径するテーパー状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の管。
　管軸方向の両端部に鍔状に設けられたフランジ部を有し、
　前記拡径部は前記フランジ部の内部まで延設されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つの請求項に記載の管。
　管軸方向の他方の端部では、前記繊維強化樹脂層は前記軟質層の外周側に積層され、前記軟質層が該端部の内周面から端面までを一体的に被覆していることを特徴とする請求項１～６のいずれか一つの請求項に記載の管。