JP5291056B2 - 複層配管の接続構造、複層配管の接続方法および複層配管 - Google Patents

Description

本発明は上下水道配管、農水配管、消火配管、工場配管等に用いられる送配水用の複層配管の接続構造、複層配管の接続方法および複層配管に関するものである。

従来、送配水を行う配管には、樹脂製の配管が使用される。このような配管は、所定長さで製造され、敷設時には、必要に応じて複数の配管が接続されて使用される。

このような、配管同士の接続方法としては、種々提案されており、機械的な接続具を用いる方法や、エレクトロフュージョン方式で接続される方法や、バット融着方式により接続される方法がある（例えば特許文献１）。

特開２００２−１９５４６２号公報

このような配管を長距離にわたって敷設する際には、多くの配管同士の接続部を形成する必要があるが、前述した接続具を使用する方法やエレクトロフュージョン方式を採用すると、接続部位ごとに継手等の部材が必要となる。特に、大径の配管同士の接続に用いられる継手は非常に高価である。このため、コストを考慮すると特に大径の配管同士の接続にはバット融着方式が優れている。

ところで、配管が屋外に敷設される場合には、紫外線等による樹脂の劣化が問題となる。このため、屋外用の樹脂配管には、カーボンブラック等が配合される場合がある。しかしながら、配管材料全体にカーボンブラックを配合すると、材料費が上がるという問題がある。

これに対しては、外層のみにカーボンブラックを添加し、紫外線の照射されない内層にはカーボンブラックを添加しない二層配管を使用する方法が考えられる。二層配管を用いれば、耐光性（耐候性）とコストとを両立することができる。

図７は、このようにして創出された二層配管の例を示す図である。図７（ａ）に示すように、外層にカーボンブラックが配合された配管１０１ａ、１０１ｂをバット融着すると、接合部の一部が変形してビード１０３が形成される。

図７（ｂ）は、ビード１０３の拡大断面図であり、図７（ａ）のＫ部拡大断面図である。図７（ｂ）に示すように、内層１０５の外周側にカーボンブラックが配合された外層１０７が形成される。接合部は完全に融着しており、配管１０１ａ、１０１ｂが一体化される。この際、内層１０５の一部が接続部外表部のビード１０３側に流れ、内層１０５の樹脂が外部に流れる。すなわち、ビード１０３の一部（中央部近傍）に内層１０５の樹脂が露出する。

このように外表部に内層１０５の樹脂が流動して露出すると、内層１０５には耐光性（耐候性）を高めるためのカーボンブラックが配合されていないため、屋外で使用されると、内層樹脂部が劣化し、これにより接続部に割れなどが生じる恐れがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、接続作業が容易であり、耐光性（耐候性）にも優れ、接続費および材料費において低コストである配管の接続構造等を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は、複層配管の接続構造であって、樹脂製の内層と、前記内層の外周側に設けられ、カーボンブラックが配合される樹脂製の外層と、を少なくとも有する複層配管の端部同士がバット融着により接続され、前記複層配管の少なくとも端部近傍において、前記外層の厚さが、前記内層の厚さよりも厚く、バット融着された接続部の外周に形成される外周ビードには、前記外層の樹脂のみが露出し、前記接続部の内部に形成される内周ビードでは、対向する前記内層同士の隙間に前記外層の樹脂が流れ込み内面側に露出し、前記接続部において、前記外層の樹脂同士のみが接触していることを特徴とする複層配管の接続構造である。

前記複層配管の端部近傍は、前記外層の厚さが前記内層の厚さよりも厚く、前記複層配管の端部近傍を除く長手方向中間部は、前記内層の厚さが前記外層の厚さよりも厚くてもよい。

前記内層はポリエチレン製であり、前記外層はポリエチレンにカーボンブラックが０．５〜５％含有することが望ましい。

第１の発明によれば、外層と内層とを含む複層配管において、カーボンブラックを有する外層が（カーボンブラックを有さない）内層よりも厚いため、バット融着した際に、端面の変形により接続部外表部に生じるビードが、外層を構成する樹脂のみで形成される。このため、ビードに耐光性の低い内層樹脂が露出することがない。したがって、優れた耐光性（耐候性）を得ることができる。

複層配管の外層と内層に異なる樹脂を用いる場合、外層に用いる樹脂のバット溶着時の流動抵抗が、内層の樹脂の流動抵抗より大きい場合や、外層に用いる樹脂の流動抵抗が、内層に用いる樹脂の流動抵抗より小さい場合には、外層の樹脂の厚さと、内層の樹脂の厚さを異なるものとすることができる。例えば、外層に用いる樹脂のバット溶着時の流動抵抗が、内層の樹脂の流動抵抗より大きい場合には、外層に用いる樹脂の厚さを内層に用いる樹脂の厚さより薄くすることができる。このときの両者の厚さの割合は、流動抵抗の割合いの逆になる。外層の流動抵抗が３で内層の流動抵抗が２の場合には、外層の樹脂の厚さと内層の樹脂の厚さの割合は、２：３になる。また、複層配管の接続部である端部近傍のみを外層を厚くし、中間部は外層を薄くすれば、接続部において内層樹脂が外表部に露出することを防ぐことができるとともに、カーボンブラックの使用量を減らすことができ、低コストである複層配管の接続構造を得ることができる。

また、内層はポリエチレンであることが望ましく、外層はカーボンブラックを０．５〜５ｗｔ％含有するポリエチレンとすれば、外層は確実に耐光性（耐候性）を得ることができるとともに、バット融着にも悪影響を与えることもない。

第２の発明は、複層配管の接続方法であって、樹脂製の内層と、前記内層の外周側に設けられ、カーボンブラックが配合される樹脂製の外層とを少なくとも有し、複層配管の少なくとも端部近傍においては、前記外層の厚さが前記内層の厚さよりも厚い複層配管を用い、前記複層配管の端部同士を対向させてバット融着し、バット融着された接続部の外周に、前記外層の樹脂のみが露出する外周ビードを形成し、前記接続部の内部に、対向する前記内層同士の隙間に前記外層の樹脂が流れ込み内面側に露出する内周ビードを形成し、前記接続部において、前記外層の樹脂同士のみを接触させることを特徴とする複層配管の接続方法である。

第２の発明によれば、複層配管同士を接続する際に、接続部の外表部に形成されるビードが、カーボンブラックを有する外層樹脂のみで構成されるため、耐光性（耐候性）に優れた複層配管の接続方法を得ることができる。

第３の発明は、樹脂製の内層と、前記内層の外周に設けられ、カーボンブラックが配合される樹脂製の外層と、を少なくとも有する複層配管において、前記複層配管の少なくとも端部近傍において、前記外層の厚さが前記内層の厚さよりも厚く、前記複層配管の端部近傍を除く長手方向中間部は、前記内層の厚さが前記外層の厚さよりも厚く、前記複層配管同士を接続する際に、前記接続部の外周に形成される外周ビードには、前記外層の樹脂のみが露出し、前記接続部の内部に形成される内周ビードでは、対向する前記内層同士の隙間に前記外層の樹脂が流れ込み内面側に露出し、前記接続部において、前記外層の樹脂同士のみが接触することを特徴とする複層配管である。

第３の発明によれば、接続する端部近傍のみをカーボンブラックを有する外層の厚みを厚くすることで、前述したように、接続した際に内層樹脂が接続部の外部にビードに露出することがない。また、必要以上にカーボンブラックを使用する必要がないことから低コストである複層配管を得ることができる。

本発明によれば、接続作業が容易であり、耐光性（耐候性）にも優れ、接続費および材料費において低コストである複層配管の接続構造等を提供することができる。

配管接続構造１を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 外周ビード５ａを示す図で、図１（ａ）のＢ部拡大断面図。 配管同士を接合する工程を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は接合時の外周ビード５ａ近傍を示す拡大断面図。 配管１３の軸方向断面図。 配管１３の断面図であり、（ａ）は図４のＦ−Ｆ線断面図、（ｂ）は図４のＧ−Ｇ線断面図。 配管１３を製造する方法を示す図。 従来の配管接続構造１００を示す図で、（ａ）正面図、（ｂ）はビード１０３近傍を示す図で（ａ）のＫ部拡大断面図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、配管接続構造１を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。配管接続構造１は、配管３ａ、３ｂの端部同士を突き合わせてバット融着したものである。

図１（ｂ）に示すように、配管３ａ、３ｂは内層７および外層９から構成される２層配管である。内層７、外層９は、樹脂製であり、互いに相溶性のある樹脂あることが望ましく、例えばポリエチレン製である。外層９には、耐光性を高める目的でカーボンブラックが配合される。カーボンブラックは、例えば０．５〜５％配合される。カーボンブラックの配合量が０．５％未満では耐光性を高めるための効果が少なく、カーボンブラックの配合量が５％を超えると、バット融着の際に、カーボンブラック粒子同士が融着されないことにより接合強度が劣るためである。一方、内層７には、カーボンブラックは配合されない。

なお、以下の実施形態では２層配管について説明するが、例えば、外層９の外周にさらに補強層や断熱層等を形成した複層配管を用いることもできる。この場合、配管同士の接続部近傍においては補強層や断熱層などを除去し、露出する内層７および外層９の端部同士を突き合わせてバット融着すればよい。

配管の製造方法としては、例えば同時押出またはタンデム押出等により内層７、外層９を有する配管３ａ、３ｂが製造される。配管３ａ、３ｂの接続部近傍においては、外層９の厚みは内層７の厚みよりも厚い（例えば、外層９の厚みは、全厚の５０％以上）。すなわち、配管３ａ、３ｂの肉厚の中心線を仮想した場合、当該中心線は外層９側に形成される。

ここで、配管３ａ、３ｂとしては、たとえば呼び径５０φ以上の配管に適用することができる。管肉厚としては、例えば４ｍｍ以上のものが使用できる。本発明は、小型配管にも適用は可能であるが、そもそも肉厚の薄い配管同士の接合においては、前述したようにカーボンブラックの使用量がそもそも少なく、２層配管とすることによるメリットや、継手を用いないことによるメリットも少ないためである。したがって、本発明は、肉厚が４ｍｍ以上の配管に特に好適であるが、さらに望ましくは肉厚が１０ｍｍ以上のものであり、耐光性に必要な最低限の外層厚みの倍以上の肉厚のものに好適である。ここで、補強層、断熱層等が形成された複層配管において配管の肉厚とは、補強層や断熱層等を除いた樹脂内層と樹脂外層（カーボンブラックを含む）の部位における肉厚を指すものとする。

図１（ａ）に示すように、バット融着を行うと、配管３ａ、３ｂの接続部の外表部に外周ビード５ａが形成される。外周ビード５ａは、配管３ａ、３ｂの端面が加熱されることで軟化し、この端部同士に圧力をかけて突き合わせることで配管３ａ、３ｂの端部が変形して形成される。

図２は、外周ビード５ａ近傍を示す図であり、図１（ａ）のＢ部拡大断面図である。ビードは、配管３ａ、３ｂ端面同士を突き合わせると、外部と内部に略同じ大きさで形成される。接続部の外表部に形成される外周ビード５ａは、全体が外層９を構成する樹脂で形成される。一方、内部に形成される内周ビード５ｂは、大部分が内層９を構成する樹脂で形成されるが、一部に外層９の樹脂が流れ込み内面側に露出する。

すなわち、配管同士の接続部の外表部に露出する外周ビード５ａが、全てカーボンブラックを含有する外層９を構成する樹脂で形成されるため、内層７側のカーボンブラックを有しない樹脂が外部に露出することがない。したがって、接続された配管全体にわたって、耐光性（耐候性）を有する外層９樹脂で被覆される。このため、耐光性（耐候性）に優れた配管接続構造を得ることができる。

次に、配管３ａ、３ｂ同士の接続方法について説明する。図３（ａ）は、配管３ａ、３ｂを対向させて配置した状態を示す図である。配管３ａ、３ｂのバット融着には、図示を省略したバット融着用の機器が用いられる。まず、機器に配管３ａ、３ｂを図３（ａ）に示すように互いに端面が対向するようにセットする。この際、配管３ａ、３ｂが完全に一直線上に配置されたかを確認する。

この状態で、配管３ａ、３ｂの隙間に図示を省略した端面トリマを挿入し、端面トリマによって配管３ａ、３ｂの端面全面に対し面取りを行う。面取り後、端面をアルコール等で洗浄し、段差等が形成されないことを確認する。

次に、配管３ａ、３ｂの隙間に図示を省略した熱板を挿入し配管３ａ、３ｂの端面を熱板に密着させて加熱を開始する。熱板温度としては、ポリエチレンを用いる場合には、２２０℃程度である。十分に配管３ａ、３ｂの端部が加熱されたのち、図３（ａ）に示すように、熱板を除去して、配管３ａ、３ｂを突き合わせて加圧する（図中矢印Ｃ方向）。その後所定時間冷却することで、バット融着が終了する。

図３（ｂ）は、配管３ａ、３ｂを突き合わせた際のビードの形成過程を示す図である。図３（ｂ）に示すように、全肉厚（内層７の厚さ＋外層９の厚さ）の中心線１１よりも外部側の樹脂は、端面で突き合わさった後、配管の接続部の外表部方向（図中矢印Ｄ方向）に流動して外部側の外周ビード５ａを形成する。一方、中心線１１の内側の樹脂は、端面で突き合わさった後、配管の接続部の内部方向（図中矢印Ｅ方向）に流動して内部側のビードを形成する。

前述の通り、外層９の肉厚は内層７の肉厚よりも厚いため、中心線１１は外層９の位置に形成される。したがって、中心線１１よりも外側はすべて外層９の樹脂で構成される。このため、外周ビード５ａが形成される際に、外周ビード５ａ（外部）方向に流動する樹脂全て外層９を構成する樹脂とすることができる。なお、内周ビード５ｂに多少の外層樹脂が露出するが、全長に対して接続部の範囲がごくわずかであり、問題はない。

また、バット融着後に、接続部の外周にさらに収縮チューブ等を被覆して保護してもよい。この際、外部に突出する外周ビード５ａを除去してもよく、またはそのまま被覆してもよい。また、外層９の外周に補強層等を形成した場合には、前述した接続作業前に、あらかじめ所定範囲の補強層を剥離しておき、バット融着後に、接続部に補強テープ等巻き戻せば良い。

以上説明したように、本実施形態の配管接続構造１によれば、高価な継手を用いることなく、配管同士を確実にバット融着で接続することができる。また、カーボンブラックを含有する外層９の厚みを内層７の厚みより厚くすることで、配管同士をバット融着した際に、接続部の外表部に形成される外周ビード５ａを、外層９を構成する樹脂のみで形成することができる。したがって、外周ビード５ａを構成する樹脂にはすべてカーボンブラックが含有され、接続部の耐光性（耐候性）を確保することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図４は、配管１３を示す軸方向断面図である。なお、以下の実施形態において、配管接続構造１を構成する構成と同一の機能を奏する構成については、図１〜図３と同一の符号を付し、重複した説明を省略する。配管１３は、配管３ａ、３ｂと略同様の構成であるが、内層７および外層９の厚みの比率が配管の長手方向の部位によって異なる。

図５は配管１３の断面を示すものであり、図５（ａ）は図４のＦ−Ｆ線断面図、図５（ｂ）は図４のＧ−Ｇ線断面図である。図４および図５に示すように、配管１３は、端部近傍のみ外層９の厚みが内層７の厚みよりも厚く、端部を除く配管の中間部においては外層９の厚みは内層７の厚みよりも薄い。なお、配管１３の全長に渡って、配管全肉厚（内層７厚み＋外層９厚み）は略一定である。

配管１３は、例えば１０ｍ程度の長さのものであり、この場合、配管１３の端部（外層９の厚みが内層７の厚みよりも厚い部位）は、端面から３〜１０ｃｍ程度あれば良い。すなわち、残りの部位においては、外層９の厚みは内層７の厚みよりも薄く形成される。なお、配管１３の中間部においては、外層９の厚みは、例えば２ｍｍ以上あればよい。すなわち、全厚が１０ｍｍの配管であれば、外層９が２ｍｍ、内層７が残りの８ｍｍとなり、全厚が２０ｍｍの配管であれば、層９が２ｍｍ、内層７が残りの１８ｍｍとすればよい。

なお、この配管１３の中間部における外層９の厚さは、配管に要求される耐光性が得られる程度の最低限の厚みがあればよく、構成樹脂材料、カーボンブラック含有量等に応じて適宜設定される。

このような配管１３は次のように製造される。図６は配管１３の製造方法を示す概略図である。外層９を構成する樹脂（例えばカーボンブラックを所定量含むポリエチレン）が押出機１５ａによって押し出され、２層樹脂押出金型１７に送られる（図中矢印Ｈ方向）。同様に、内層７を構成する樹脂（例えばカーボンブラック含まないポリエチレン）が押出機１５ｂによって押し出され、２層樹脂押出金型１７に送られる（図中矢印Ｉ方向）。

２層樹脂押出金型１７では、押出機１５ａからの樹脂が外層となり、押出機１５ｂからの樹脂が内層となるように配管１３の形状を形成して押し出される（図中矢印Ｊ方向）。ここで、配管１３の全肉厚は、金型によって規定される。したがって、配管１３の全肉厚は長手方向で一定である。すなわち、内層および外層の肉厚比は、押出機１５ａ、１５ｂからの樹脂供給量比によって規定される。

したがって、配管１３の端部近傍においては、内層樹脂に対する外層樹脂の供給量を増やし、端部以外では、外層樹脂に対する内層樹脂の供給量を増やして、所定の肉厚比となるように供給量を変化させせる。なお、この際、所定の肉厚比を得るためには、あらかじめ供給量比（配管断面における外層断面積と内層断面積の比）を算出し、これに応じてそれぞれの樹脂の供給量を変化させればよい。

以上により、長手方向で外層９の厚みの比率の異なる配管１３が形成される。なお、配管１３は２層同時押出でなくてもよく、タンデム押出等を適用してもよい。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、バット融着を行う端部近傍においては、外層９の厚みが十分に厚いため、バット融着で内層樹脂が外部に露出することがない。また、接合部とは関係のない中間部においては、カーボンブラックを含む外層の比率を低くすることで、優れた耐光性を得ることができるとともに、カーボンブラックの使用量を削減することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………配管接続構造
３ａ、３ｂ………配管
５ａ………外周ビード
５ｂ………内周ビード
７………内層
９………外層
１１………中心線
１３………配管
１５ａ、１５ｂ………押出機
１７………２層樹脂押出金型
１００………配管接続構造
１０１ａ、１０１ｂ………配管
１０３………ビード
１０５………内層
１０７………外層

Claims (5)

1. 複層配管の接続構造であって、
   樹脂製の内層と、前記内層の外周側に設けられ、カーボンブラックが配合される樹脂製の外層と、を少なくとも有する複層配管の端部同士がバット融着により接続され、
   前記複層配管の少なくとも端部近傍において、前記外層の厚さが、前記内層の厚さよりも厚く、
   バット融着された接続部の外周に形成される外周ビードには、前記外層の樹脂のみが露出し、
   前記接続部の内部に形成される内周ビードでは、対向する前記内層同士の隙間に前記外層の樹脂が流れ込み内面側に露出し、
   前記接続部において、前記外層の樹脂同士のみが接触していることを特徴とする複層配管の接続構造。
2. 前記複層配管の端部近傍は、前記外層の厚さが前記内層の厚さよりも厚く、
   前記複層配管の端部近傍を除く長手方向中間部は、前記内層の厚さが前記外層の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１記載の複層配管の接続構造。
3. 前記内層はポリエチレン製であり、
   前記外層はポリエチレンにカーボンブラックが０．５〜５％含有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の複層配管の接続構造。
4. 複層配管の接続方法であって、
   樹脂製の内層と、前記内層の外周側に設けられ、カーボンブラックが配合される樹脂製の外層とを少なくとも有し、複層配管の少なくとも端部近傍においては、前記外層の厚さが前記内層の厚さよりも厚い複層配管を用い、
   前記複層配管の端部同士を対向させてバット融着し、
   バット融着された接続部の外周に、前記外層の樹脂のみが露出する外周ビードを形成し、
   前記接続部の内部に、対向する前記内層同士の隙間に前記外層の樹脂が流れ込み内面側に露出する内周ビードを形成し、
   前記接続部において、前記外層の樹脂同士のみを接触させることを特徴とする複層配管の接続方法。
5. 樹脂製の内層と、前記内層の外周に設けられ、カーボンブラックが配合される樹脂製の外層と、を少なくとも有する複層配管において、
   前記複層配管の少なくとも端部近傍において、前記外層の厚さが前記内層の厚さよりも厚く、
   前記複層配管の端部近傍を除く長手方向中間部は、前記内層の厚さが前記外層の厚さよりも厚く、
   前記複層配管同士を接続する際に、前記接続部の外周に形成される外周ビードには、前記外層の樹脂のみが露出し、前記接続部の内部に形成される内周ビードでは、対向する前記内層同士の隙間に前記外層の樹脂が流れ込み内面側に露出し、前記接続部において、前記外層の樹脂同士のみが接触することを特徴とする複層配管。

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