JP2006077970A - 配管用複合管 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな変位が生じても亀裂を防止することが可能で、かつ低コストで製造することが可能な配管用複合管を提供する。
【解決手段】 複合管１は、熱可塑性樹脂からなる内層２及び外層３と、内層２及び外層３との間に設けられ、軸方向に沿って形成された複数の円環状の切込み５を有し、かつ引張荷重の作用によりその切込みで分離可能な補強層４とを有する。また、円環状の切込み５以外にも螺旋状の切込み５０、あるいは補強層４の内周と外周とが貫通する貫通孔６とすることもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地中に埋設されるガス配管や給水・給湯配管などの各種配管に使用される配管用複合管に関する。

ガス配管においては、ガス（都市ガスあるいは天然ガスなど）の供給量や供給区域の広さなどに応じて、安定したガスの供給が経済的に行われるようにその供給方式が選定される。例えば、ガスの供給量が少なく、ガスの供給区域が狭い小規模のガス事業所においては、供給系統が簡単でかつ圧送費用が不要という利点を持つ低圧供給方式｛ガス圧（ゲージ圧、以下も同様）が０．１ＭＰａ未満｝が採用されている。また、ガスの供給量が多い（あるは供給先までの距離が長い）場合は、導管費用を考慮して、ガス工場から中圧で送出後低圧に整圧する中圧供給方式（ガス圧が０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＭＰａ未満）が採用されている。この他、遠距離のガス輸送を行う場合には、ガス工場より送出された高圧ガスを地区整圧器で中圧に整圧して中圧導管に供給し、次の地区整圧器で低圧に整圧する高圧供給方式（ガス圧が１．０ＭＰａ以上）が採用されている。この供給方式によれば、比較的小口径のガス導管により大量のガスを輸送できるという利点がある。

上記のガス配管においては、地中（道路）に埋設された本管とそこから分岐される供給管と屋内管からなるガス導管を通してガスの供給が行われる。これらのガス導管（低圧導管、中圧導管あるいは高圧導管）は、内圧（ガス圧）や外圧（土圧、道路からの荷重や衝撃）を考慮してその材質が選定されている。例えば、中圧あるいは高圧輸送用大口径のガス導管としては、樹脂被覆鋼管が使用されている。樹脂被覆鋼管は、耐食性と耐圧性に優れているが、重量が大であり、施工性に劣るという欠点がある。また、ポリエチレンに代表されるポレオレフィンなどの熱可塑性樹脂からなる樹脂管は、軽量で施工性に優れ、しかも優れた耐食性を備えている。しかるに樹脂管は、全体が熱可塑性樹脂で形成されているので、最高使用圧力が０．１ＭＰａ未満と低い低圧導管またはガス圧が０．３ＭＰａ未満の中圧Ｂ導管には使用できるが、それより高い耐圧性が要求される、ガス圧が０．３ＭＰａ以上の中圧Ａ導管又は高圧導管には使用できないという欠点がある。また、樹脂管は、その周囲の道路の掘削工事が行われる際に、誤って掘削手段が接触すると、容易に損傷するという欠点がある。

上記樹脂管の欠点を補い耐圧性及び他工事による損傷防止性を高めるために、樹脂管の内部に金属管を設けた構造を有する複合管が提案されている。特許文献１には、合成樹脂管体の肉厚内に、多数の透孔が穿設された金属管を設けて、透孔に内外の樹脂をブリッジさせた高耐圧複合管が記載されている。特許文献２には、肉厚の中間に金属補強層を介在させた流体用パイプが記載されている。また特許文献２には、金属補強層として、長手方向金属線と周方向金属線とを交叉させたもの、右巻傾斜金属線と左巻傾斜金属線とを交叉させたもの、ステンレス鋼等の薄肉金属管に多数の打抜孔を配置したもの及びその薄肉金属管に多数の切り込みを入れたもの並びにその切り込みを拡大させた貫穴としたものが挙げられている。

特開平９−１３２２６７号公報（第３−４頁、図１、図２） 特開平１０−２０５６６１号公報（第２−３頁、図１、図３、図４、図５）

しかしながら、特許文献１に記載された高耐圧複合管は、地殻変動などで大きな荷重が作用すると多少の伸びは生ずるものの、樹脂部は軸方向の全長に亘って金属管で拘束されているので、大きな荷重に追随できるような伸びが生ずるわけではなく、亀裂が生じ易くなるという問題を有する。またこの金属管は、フープ材に穴あけを行い次いで製管工程及び波付工程を行うことにより製造されるので、製造コストが高くなるという実用上の大きな障害も抱えている。

特許文献２に記載された流体用パイプも、ある程度の可撓性は有するものの、地震などで大きな引張荷重が作用すると、その荷重により発生する大きな変位に追随できるわけではないので、亀裂が生じ易くなるという問題がある。

本発明の目的は、大きな変位が発生しても亀裂の発生を防止することが可能でかつ低コストで製造することが可能な配管用複合管を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の配管用複合管は、熱可塑性樹脂からなる内層及び外層と、前記内層及び前記外層との間に設けられ、軸方向に沿って形成された複数の円環状の切込みを有し、かつ引張荷重の作用によりこの切込みで分離可能な補強層とを有することを特徴とするものである。

本発明において、補強層に軸方向に沿って複数の円環状の切込みを設ける代わりに、螺旋状の切込みを設けることができる。

本発明において、前記切込みが形成されていない部分の前記補強層の厚さは、前記切込みが形成された部分の補強層の厚さの２〜４倍の範囲にあることが好ましい。

本発明において、補強層に切込みを設ける代わりに、円周方向に沿って形成された複数の貫通孔を含みかつ軸方向に沿って所定間隔をおいて形成された複数の被分離部を設け、引張荷重の作用により補強層はその被分離部で分離可能な構造とすることができる。

本発明においては、補強層に円環状または螺旋状に切込みを設けて、更に円周方向に沿って形成された複数の貫通孔からなりかつ軸方向に沿って所定間隔をおいて形成された複数の被分離部を設け、引張荷重の作用により補強層はその被分離部で分離可能な構造とすることもできる。

本発明において、前記熱可塑性樹脂はポリオレフィンからなり、前記補強層はオーステナイト系ステンレス鋼で形成された円筒体からなることが好ましい。

本発明によれば、補強層が管の全長に亘って連続して内層と外層の間に挟着・固定されているので、管の耐圧性を向上することができる。また補強層は、軸方向に沿って形成された複数の円環状の切込みまたは螺旋状に形成された切込み、あるいは円周方向に沿って形成された複数の貫通孔からなりかつ軸方向に沿って所定間隔をおいて形成された複数の被分離部を有するので、地盤の不等沈下や地割れなどで管に大きな荷重が作用すると、補強層は切込みが形成された部分または被分離部で分離（破断）されて、内層及び外層は軸方向に大きく伸びることが可能となり、亀裂の発生が防止される。更に、本発明の複合管は、切込み又は貫通孔が形成された薄肉の金属管を準備し、これを金型に挿入して、例えば補強層の内周面と外周面に熱可塑性樹脂を被覆するといった生産性の高い手法で製造することが可能であり、低コストで製造することが可能となる。

以下本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わる配管用複合管の断面図、図２は図１の補強層の一部を拡大した断面図である。この複合管１は、熱可塑性樹脂からなる内層２と、熱可塑性樹脂からなる外層３と、内層２と外層３との間に挟着・固定された金属製円筒体からなる補強層４から構成されている。

内層２及び外層３を形成する熱可塑性樹脂としては、地盤の不等沈下や地割れなどにより生ずる大きな変位に追随できる程度の可撓性を保持し、かつ少なくともガスの使用圧力に耐え得るような機械的強度（引張降伏強さ及び伸び）を有する材料が選定される。このような熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン又はポリブテン等のポリオレフィン系樹脂が挙げられ、特にガス管として使用実績のあるポリエチレンが好ましい。ポリエチレンとしては、中低圧法プロセスにより製造される高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）又は中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、あるいは高圧法プロセスにより製造される低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を用い得る。外層３は、内層２と同等の機械的強度を有する熱可塑性樹脂で形成されることが好ましく、具体的には、内層２を形成する熱可塑性樹脂と同一又は同種の樹脂とすることが好ましい。

補強層４は、図１及び図２に示すように、軸方向に沿って所定ピッチ（Ｐ）で断面がＶ字状（楔状）に形成された円周溝からなる切込み５を有する金属製円筒体である。この補強層４は、耐食性が良好でしかも耐圧性を向上させるような機械的強度を有する金属材料で形成される。具体的には、補強層４は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）で形成することが好ましい。この補強層４は、例えば、金属製帯状材をＵ字状に成形し、得られたフープ材を円筒状に加工し、この円筒体の継目を溶接した後切込みを形成することにより作製される。

上記の補強層４に、軸方向の引張荷重が作用すると、軸方向に沿って所定間隔（Ｐ）をおいて形成された切込み５は、断面がＶ字状の溝であるため、溝の底部に応力集中が生じて、補強層４は、比較的低い荷重で切込み５が形成された部分で分離（破断）する。これにより、内層２と外層３は軸方向に大きく伸びることができるようになり、亀裂の発生が防止される。切込み５が形成された部分の肉厚（ｔ２）は、内層及び外層を形成する熱可塑性樹脂の引張降伏強さより低い荷重で分離（破断）するような寸法に設定されることが好ましい。例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の引張降伏強さは３０ＭＰａ、高圧法プロセスにより得られる低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）の引張降伏強さは２１ＭＰａ、中低圧法プロセスにより得られる低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）の引張降伏強さは１９ＭＰａ（いずれもＡＳＴＭ Ｄ６３８に準じて測定された値）なので、これらの値より低い引張荷重が作用した時に、補強層４が各切込み５で破断されるような寸法に設定すればよい。特に、切込み５が形成されていない部分の補強層４の肉厚（ｔ１）は、切込み５が形成された部分の肉厚（ｔ２）の２〜４倍の範囲に収めることが好ましい。

上記の補強層４においては、切込み５のピッチ（Ｐ）を調整することにより、補強層が分離（破断）する荷重を調整することが可能である。ただし、ピッチ（Ｐ）が小さすぎると、耐圧性が低下するので、耐圧性を損なわない程度の値に設定すればよい。本発明において、補強層４が分離される状態とは、切込み５が形成された部分が、その全周に亘って完全に分離されていない（例えば円周方向の一部においてつながっている）状態であっても、内層２及び外層３が大きく伸長し得るような状態であればそれも含むものとする。

また本発明においては、補強層は、上記のものに限らず図３〜図７に示す構造とすることが可能である。図３は補強層の第２の例を示す正面図、図４は補強層の第３の例を示す正面図、図５は補強層の第４の例を示す正面図、図６は補強層の第５の例を示す正面図、図７は補強層の第６の例を示す正面図である。図３に示す補強層４は、円筒状に形成された補強層４の外周面に螺旋状に切込み５０を形成したものである。補強層４の外周面に、螺旋状の切込み５０を設けることにより、この切込みは断面がＶ字状の溝であるため、溝の底部に応力集中が生じて、補強層４は、比較的低い荷重で切込み５０が形成された部分で分離（破断）する。これにより、内層と外層（図１参照）は軸方向に大きく伸びることができるようになり、亀裂の発生が防止される。この複合管においても、切込み５０が形成された部分の肉厚及び螺旋のピッチ（Ｐ１）は、内層及び外層を形成する熱可塑性樹脂の引張降伏強さより低い荷重で分離（破断）するような寸法に設定されることが好ましい。この補強層も、切込み５０が形成されていない部分の補強層４の肉厚（ｔ１）は、切込み５０が形成された部分の肉厚（ｔ２）の２〜４倍の範囲に収めることが好ましい（図２参照）。この補強層４によれば、例えばその外周面に切削工具を当接し、補強層を回転させるだけの作業で切込みを形成することが可能であり、補強層を効率的に製造することができる。

図４に示す補強層４は、円筒状に形成された補強層４に円環状に複数の貫通孔６０を設けて被分離部６を形成しかつ被分離部６を軸方向に沿って複数個設けたものである。この補強層４は、被分離部６の引張り強度が他の部分よりも低下するため、被分離部６で分離（破断）する。これにより、内層と外層（図１参照）は軸方向に大きく伸びることができるようになり、亀裂の発生が防止される。この複合管においても、貫通孔６０の形状、大きさ、円周方向の配列ピッチ（Ｐ２）及び軸方向の配列ピッチ（Ｐ３）は、補強層４が内層及び外層を形成する熱可塑性樹脂の引張降伏強さより低い荷重で分離（破断）するような寸法に設定されることが好ましい。この補強層４の貫通孔６０の形状は、真円に限らず長径が円周方向となるように形成された楕円あるいは紡錘状でもよい。また貫通孔６０は、円周方向に形成されかつ円周方向に配列ピッチ（Ｐ２）で配列された複数のスリット６１（図５参照）や、円形状の貫通孔６０とスリット６１を組合わせた形状とすることもできる。

更に、本発明においては、補強層は、図７に示す構造とすることも可能である。図７に示す補強層４は、円筒状に形成された補強層４に円環状に軸方向の配列ピッチ（Ｐ３）で断面がＶ字状（楔状）に形成された切込み６２と、円周方向の配列ピッチ（Ｐ２）及び軸方向の配列ピッチ（Ｐ３）で形成された複数の貫通孔６０とからなる被分離部６を形成し、かつ被分離部６を軸方向に沿って複数個設けたものである。本実施例においては切込み６２は円環状に形成されているが、螺旋状に設けてもよい。
これらの補強層４は、金属製帯状材をＵ字状に成形後、得られたフープ材をプレス機に送り込み、貫通孔を打ち抜くことにより、効率的に製造することができる。

上記の配管用複合管１は、上記の補強層を準備した後、その内周面及び外周面に熱可塑性樹脂を被覆することにより製造することができる。被覆装置は、例えば、外金型とその内部に同心状に設置され、外金型よりもやや長い芯金を有するとともに外金型と心金との間に内層を形成する熱可塑性樹脂の溶融物が供給される環状通路を有する第１の金型装置と、外層を形成する熱可塑性樹脂の溶融物が供給される環状通路を有し、その通路と連通し、補強層が通過し得る大きさの内部空間を有する第２の金型装置と、冷却装置とを、補強層の進行方向に沿って配列することにより構成される。この被覆装置によれば、第１の金型の出口側端部において、熱可塑性樹脂の溶融物が補強層の内周面に押出され、次いでこの補強層が第２の金型の出口付近に至ると補強層の外周面に熱可塑性樹脂の溶融物が押出され、最後に冷却装置で熱可塑性樹脂を冷却・固化させることにより、図１に示す複合管を製造することができる。ここで、熱可塑性樹脂の溶融物を補強層の内周面及び外周面に押出す前に、補強層の内周面に、ポリエチレンよりも接着性の良い熱可塑性樹脂を供給してもよい。

配管用複合管１は、上記に限らず、例えば共押出の手法により製造することができる。すなわち、補強層４を金型（ダイ）の内部に供給し、次いで別々の押出機で内層２となる熱可塑性樹脂と外層３となる熱可塑性樹脂を溶融し、各熱可塑性樹脂を補強層４の内周面と外周面に供給し、これらを同時にダイから押出すことにより製造することができる。この場合、フィードバック型多層ダイを使用し、内層２を形成する熱可塑性樹脂と外層３を形成する熱可塑性樹脂と補強層４をダイの内部で合流することが可能であるが、マルチマニホールド型多層ダイを使用し、ダイの出口で合流することも可能である。ダイの内部で合流することにより、ダイの製作費は高くなるが、内層２の外層３の厚さ調整を容易に行うことが可能である。

図１に示す配管用複合管１の設計例は、例えば次の通りである。すなわち外径２１６ｍｍ、外径／肉厚比が２１の高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）からなる樹脂管の内部（肉厚部の中間）に、外径２０６．６ｍｍ、ｔ１＝０．９ｍｍのＳＵＳ３０４製円筒体に、Ｐ＝１００ｍｍで、ｔ２＝０．３ｍｍになるように切込み５が形成された補強層４が埋め込まれている。この複合管１に引張荷重（０．８〜１２．３ｔｏｎ）を印加することにより、各切込み５において補強層４が破断されることが確認された。またこの複合管１と同様の外径及び内径寸法を有するガス用ポリエチレン管の耐圧力は、０．２２ＭＰａであるのに対して、補強層４が埋め込まれた複合管１の耐圧力は、１ＭＰａであることも確認された。

上記の説明では、複合管をガス配管に適用した場合について記載したが、本発明の複合管は、ガス配管に限らず、給水配管などの他の配管に適用できることはもちろんである。

本発明の実施の形態に係わる配管用複合管の断面図である。 図１の補強層の一部を拡大した断面図である。 補強層の第２の例を示す正面図である。 補強層の第３の例を示す正面図である。 補強層の第４の例を示す正面図である。 補強層の第５の例を示す正面図である。 補強層の第６の例を示す正面図である。

符号の説明

１：複合管、２：内層、３：外層、４：補強層、５、５０、６２：切込み、６：被分離部、６０：貫通孔、６１：スリット

Claims (6)

1. 熱可塑性樹脂からなる内層及び外層と、前記内層及び前記外層との間に設けられ、軸方向に沿って形成された複数の円環状の切込みを有し、かつ引張荷重の作用によりその切込みで分離可能な補強層とを有することを特徴とする配管用複合管。
2. 熱可塑性樹脂からなる内層及び外層と、前記内層及び前記外層との間に設けられ、螺旋状に形成された切込みを有しかつ引張荷重の作用によりその切込みで分離可能な補強層とを有することを特徴とする配管用複合管。
3. 前記切込みが形成されていない部分の前記補強層の厚さは、前記切込みが形成された部分の補強層の厚さの２〜４倍の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の配管用複合管。
4. 熱可塑性樹脂からなる内層及び外層と、前記内層及び前記外層との間に設けられ、円周方向に沿って形成された複数の貫通孔を含みかつ軸方向に沿って所定間隔をおいて形成された複数の被分離部を有するとともに、引張荷重の作用によりその被分離部で分離可能な補強層とを有することを特徴とする配管用複合管。
5. 熱可塑性樹脂からなる内層及び外層と、前記内層及び前記外層との間に設けられ、引張荷重の作用により軸方向に分離可能な補強層とを有し、
   前記補強層は、円環状または螺旋状に形成された切込みと、円周方向に沿って形成された複数の貫通孔からなり、かつ軸方向に沿って所定間隔をおいて形成された複数の被分離部を有することを特徴とする配管用複合管。
6. 前記内層及び前記外層はポリオレフィンからなり、前記補強層はオーステナイト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の配管用複合管。

Images