特開 2024-179046 多層管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024179046

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】多層管

(51)【国際特許分類】

   F16L 11/04 20060101AFI20241219BHJP

   B32B 1/08 20060101ALI20241219BHJP

   B32B 5/18 20060101ALI20241219BHJP

   B32B 27/30 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F16L11/04

B32B1/08

B32B5/18

B32B27/30 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097545

(22)【出願日】2023-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】505142964

【氏名又は名称】株式会社クボタケミックス

(74)【代理人】

【識別番号】110001438

【氏名又は名称】弁理士法人 丸山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 毅博

(72)【発明者】

【氏名】岩本 貴

【テーマコード（参考）】

3H111

4F100

【Ｆターム（参考）】

3H111AA04

3H111BA15

3H111CB04

3H111CB14

3H111CB24

3H111CB29

3H111DA20

3H111DB03

3H111DB05

3H111EA04

4F100AK15

4F100AK15A

4F100AK15B

4F100AK15C

4F100BA03

4F100BA07

4F100DA11

4F100DJ01

4F100DJ01B

4F100EH17

4F100GB07

4F100YY00A

4F100YY00B

4F100YY00C

(57)【要約】

【課題】本発明は、外層に剛性を具備し、切管時の縮径を抑えることのできる多層管を提供する。
【解決手段】本発明の多層管１０は、塩化ビニル系樹脂製の非発泡層からなる外層１２と、前記外層の内周側に形成され、塩化ビニル系樹脂製の発泡層からなる中間層１４と、前記中間層の内周側に形成され、塩化ビニル系樹脂製の非発泡層からなる内層１６と、を含む多層管であって、前記外層は、前記中間層の３０％超の厚さを有する。前記中間層は、連続気泡率が５０％以上であることが望ましい。前記中間層は、独立気泡率が１５％以下であることが望ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

塩化ビニル系樹脂製の非発泡層からなる外層と、
前記外層の内周側に形成され、塩化ビニル系樹脂製の発泡層からなる中間層と、
前記中間層の内周側に形成され、塩化ビニル系樹脂製の非発泡層からなる内層と、
を含む多層管であって、
前記外層は、前記中間層の３０％超の厚さを有する、
多層管。

【請求項2】

前記中間層は、連続気泡率が５０％以上である、
請求項１に記載の多層管。

【請求項3】

前記中間層は、独立気泡率が１５％以下である、
請求項２に記載の多層管。

【請求項4】

前記中間層の塩化ビニル系樹脂の重合度は、４００～８００である、
請求項３に記載の多層管。

【請求項5】

前記外層及び前記内層の塩化ビニル系樹脂の重合度は、前記中間層の塩化ビニル系樹脂の重合度よりも大きい、
請求項４に記載の多層管。

【請求項6】

前記外層は、前記中間層の６０％以下の厚さを有する、
請求項５に記載の多層管。

【請求項7】

前記外層は、切断機により切管したときに、外径の縮径率が０．３％以下である、
請求項５に記載の多層管。

【請求項8】

呼び径が２０～６５である、
請求項５に記載の多層管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内層と外層に塩化ビニル系樹脂製の非発泡層、中間層に同樹脂製の発泡層を有する多層管に関するものである。

【背景技術】

【0002】

配水管や空調ドレン管など、流体を流通させる配管として塩化ビニル系樹脂製の多層管が用いられている。多層管は、内層と外層を非発泡層、これらの間の中間層を発泡層としている。発泡層を含むことで多層管の軽量化を図ることができ、また、発泡層が防音や断熱効果を発揮することで、内部を流通する流体の流音や放熱、結露などを低減できる。多層管は、剛性の低い中間層を、剛性を具備する外層、内層で挟むことで、変形防止や傷付き防止の機能を有する。

【0003】

たとえば、特許文献１では、中間層に対する外層の肉厚を、３０％を上限とする多層管を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第７１２３８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

外層を薄く形成することで、コスト低減や軽量化を達成できる。しかしながら、中間層は剛性が低いため、外層を薄くすると、多層管の剛性が低下する。

【0006】

また、多層管を敷設する際に、適宜切管して長さ調整する必要があるが、切管の際に残留ひずみによって管端（外層）が縮径してしまう。管端の縮径は、管継手との接合部における漏水の一因となる。

【0007】

本発明の目的は、外層に剛性を具備し、切管時の縮径を抑えることのできる多層管を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の多層管は、
塩化ビニル系樹脂製の非発泡層からなる外層と、
前記外層の内周側に形成され、塩化ビニル系樹脂製の発泡層からなる中間層と、
前記中間層の内周側に形成され、塩化ビニル系樹脂製の非発泡層からなる内層と、
を含む多層管であって、
前記外層は、前記中間層の３０％超の厚さを有する。

【0009】

前記中間層は、連続気泡率が５０％以上であることが望ましい。

【0010】

前記中間層は、独立気泡率が１５％以下であることが望ましい。

【0011】

前記中間層の塩化ビニル系樹脂の重合度は、４００～８００であることが望ましい。

【0012】

前記外層及び前記内層の塩化ビニル系樹脂の重合度は、前記中間層の塩化ビニル系樹脂の重合度よりも大きくすることができる。

【0013】

前記外層は、前記中間層の６０％以下の厚さを有することが望ましい。

【0014】

前記外層は、切断機により切管したときに、外径の縮径率が０．３％以下であることが望ましい。

【0015】

呼び径が２０～６５であることが望ましい。

【発明の効果】

【0016】

本発明の多層管は、中間層に対する外層厚みを上記のとおり規定したことで、外層に剛性を具備できるから、変形や傷付きを防止できる。また、本発明の多層管は、中間層に対する外層厚みを規定したことで、切管時の管端の縮径を低減でき、管継手との接合部からの漏水を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の多層管の断面図である。

【図2】図２は、連続気泡率測定装置を断面して示す説明図である。

【図3】図３は、多層管の製造装置を示す説明図である。

【図4】図４は、金型の断面図である。

【図5】図５は、真空サイジング装置の説明図である。

【図6】図６は、外層比率と外径縮径率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態に係る多層管１０について説明する。本発明の多層管１０は、流体を流通させる配水管や空調ドレン管などの配管として種々の用途に使用することができる。

【0019】

図１は、本発明の多層管１０の一実施形態を示す断面図である。図に示すように、多層管１０は、最も外周に設けられた外層１２と、その内周側に形成された中間層１４、さらにその内周側に形成された内層１６を含む。なお、外層１２、中間層１４、内層１６は夫々図示では１層の形態であるが、夫々を複数層の形態としても構わない。

【0020】

＜材質＞
本発明の多層管１０は、外層１２と内層１６が塩化ビニル系樹脂の非発泡層、中間層１４は、塩化ビニル系樹脂の発泡層から構成している。

【0021】

外層１２、中間層１４及び内層１６は、塩化ビニル系樹脂製とすることができる。塩化ビニル系樹脂は、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル単量体とエチレン等の共重合体などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。なお、外層１２、中間層１４、内層１６の塩化ビニル系樹脂は同じであってもよいし、異なった材料であってもよい。

【0022】

塩化ビニル系樹脂の平均重合度は、４００以上が好適であり、２０００以下が望ましい。塩化ビニル系樹脂の平均重合度が４００未満になると、熱安定性や疲労特性などが低下し易く、また、平均重合度が２０００を超えると、一般的な成形温度での成形が困難になり、塩化ビニル系樹脂が分解してしまうためである。より望ましい塩化ビニル系樹脂の平均重合度は、下限が６００以上であり、上限が１５００以下である。

【0023】

塩化ビニル系樹脂の平均重合度について、非発泡層である外層１２と内層１６の平均重合度は、発泡層である中間層１４の平均重合度よりも大きくすることが好適である。この理由は、強度を受け持つ外層１２と内層１６の樹脂の重合度は、より高重合度で強度の高い塩化ビニル樹脂が望ましく、中間層１４の塩化ビニルの重合度は、発泡が進みやすい低重合度の塩化ビニル樹脂が望ましいからである。外層１２と内層１６の平均重合度は、８００～１５００であることが好適であり、中間層１４の平均重合度は、４００～８００とすることが好適である。外層１２と内層１６の平均重合度は、中間層１４の平均重合度よりも１００以上大きいことがより望ましい。

【0024】

発泡層である中間層１４には、発泡を行なうために、成形時に塩化ビニル系樹脂に発泡剤が添加される。発泡剤は、揮発性のもの、分解型のもの、或いは、熱膨張性マイクロカプセルを使用できる。揮発性を有する発泡剤として、脂肪族炭化水素、脂環族炭化水素、ハロゲン化炭化水素の他、エーテルやケトンなどを例示できるが、これに限定されるものではない。分解型の発泡剤としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸アンモニウム、亜硝酸アンモニウムなどを例示できるが、これに限定されるものではない。なお、発泡剤は、１種のみ或いは複数種類を混合して使用してもよい。また、発泡剤は、炭酸ガスや空気、窒素ガスなどのガスであってもよい。

【0025】

塩化ビニル系樹脂には、成形性や製品特性を改善するために安定剤を含有することが望ましい。安定剤として、Ｃａ－Ｚｎ系、Ｂａ－Ｚｎ系、Ｓｎ系、Ｐｂ系のものを例示できる。

【0026】

非発泡層である外層１２には、顔料を含めることができる。顔料を含めることで、多層管１０の外観を良好とし、或いは、ユーザーのニーズに沿った着色とすることができる。

【0027】

＜形状＞
多層管１０は、図１に示すように円環状の形態とすることができる。外層１２、中間層１４及び内層１６を合わせた多層管１０の内径、外径、肉厚は適宜選択することができる。たとえば、多層管１０の内径は２０ｍｍ以上が好ましく、６５ｍｍ以下が好ましい。多層管１０の外径は、３２ｍｍ以上（呼び径２０）が好ましく、８９ｍｍ以下（呼び径６５）が好ましい。また、多層管の肉厚は、６．０ｍｍ以上が好ましく、１１．０ｍｍ以下が好ましい。

【0028】

各層の厚さについては、外層１２は、中間層１４の３０％超の厚さとすることが好ましく、望ましくは、３５％以上の厚さ、より望ましくは４０％以上の厚さとする。非発泡層である外層１２は、発泡層からなる中間層１４よりも剛性が高いため、外層１２の厚さを上記のように規定することで、多層管１０の外周に高い剛性を具備でき、変形の防止や傷付きの防止を達成できる。

【0029】

一方で、非発泡層である外層１２は、発泡層である中間層１４よりも比重が大きいため、外層１２が厚くなると、多層管１０の重量化を招く。また、中間層１４は、多孔質であるが故に、高い防音効果や断熱効果を具備するが、中間層１４が薄くなるとそれらの効果も低減する。従って、外層１２は、中間層１４の６０％以下の厚さとすることが好ましく、望ましくは５０％以下の厚さ、より望ましくは４５％以下の厚さとする。

【0030】

また、内層１６は、中間層１４の３５％以上の厚さとすることが好ましく、望ましくは４０％以上の厚さ、より望ましくは４５％以上の厚さとする。非発泡層である内層１６は、発泡層からなる中間層１４よりも剛性が高いため、内層１６の厚さを上記のように規定することで、多層管１０の内周に高い剛性を具備でき、変形や、内部を流通する流体との接触による傷付き等を防止できる。

【0031】

一方で、外層１２の場合と同様、非発泡層である内層１６は、発泡層である中間層１４よりも比重が大きいため、内層１６が厚くなると多層管１０の重量化を招く。また、発泡層である中間層１４は、多孔質であるが故に、高い防音効果や断熱効果を具備するが、中間層１４が薄くなるとそれらの効果も低減する。従って、内層１６は、中間層１４の厚さの７０％以下の厚さとすることが好ましく、望ましくは６５％以下の厚さ、より望ましくは６０％以下の厚さとする。

【0032】

なお、外層１２と内層１６の厚さを比べた場合には、外層１２の方を厚くすることで、流体と接する内層１６では流体の温度の影響を吸収しつつ、管全体の強度を保有することができる。具体的には、外層１２は、内層１６の１．０倍超が好ましく、望ましくは１．２倍以上、より望ましくは１．４倍以上である。

【0033】

逆に、内層１６の方を厚くすることで、流体と接する内層１６（流体経路）の変形を抑制しつつ、管全体のたわみをある程度許容することができる。具体的には、内層１６は、外層１２の１．０倍超が好ましく、望ましくは１．２倍以上、より望ましくは１．４倍以上である。

【0034】

＜中間層１４＞
発泡層である中間層１４の発泡倍率は、３．０倍以上が好適であり、４．０倍以上が望ましい。また、その上限は、７．０倍以下が好適であり、６．０倍以下が望ましい。発泡倍率が高くなることで中間層１４の軽量化、ひいては多層管１０の軽量化を図り、防音や断熱効果を具備できる。しかしながら、発泡倍率が高くなると、剛性や強度が低下するため、上記範囲とすることが望ましい。発泡倍率は、中間層１４を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ７１１２：１９９９により密度を測定して、算出することができる。

【0035】

中間層１４は、発泡層に含まれる気泡どうしが繋がった連続気泡率が５０％以上であることが好適であり、７０％以上が望ましい。また、その上限は、９０％以下が好適であり、８５％以下が望ましい。連続気泡率は、ＪＩＳ Ｋ ７１３８：２００６に準拠して測定することができる。逆に、独立気泡率は１５％以下であることが好適であり、１０％以下が望ましい。

【0036】

連続気泡率が高くなり、独立気泡率が低くなる程、発泡倍率が高くなり、中間層１４が軽量化、かつ断熱性能が向上するため、連続気泡率の下限と独立気泡率の上限は上記のとおり設定することが望まれる。一方、連続気泡率が高くなると、中間層１４の強度や遮水性能が低下するため、上限は上記のとおり設定することが望まれる。

【0037】

また、たとえば、図２に示す連続気泡率測定装置８０を用いて測定できる。連続気泡率測定装置８０は、上下一対のキャップ８１，８２と下側のキャップ８２に接続されたポンプ８３を含んだ構成である。多層管１０は、長さ４００ｍｍに切断され、内層１６の内側の流路１７をエアーパッカー８４によって気密に塞いでいる。当該多層管１０の両端には、外層１２とキャップ８１，８２の内面との間にシールリング８５を装着し、外層１２の端面から１ｍｍの隙間を残して、キャップ８１，８２を装着する。そして、ポンプ８３から１０ｋＰａの圧力で水を送り込み、１５分間放置する。そして、１５分後に多層管１０を縦に切断し、発泡層である中間層１４の断面を観察して、中間層１４のどの高さまで水が浸入したかによって連続気泡の割合を数値化する方法を例示できる。

【0038】

＜多層管１０の製造方法＞
多層管１０は、たとえば図３に示すような製造装置１８を用いて製造することができる。製造装置１８は、第１押出成形機２０、第２押出成形機２２、真空サイジング装置２４、引取機２６及び切断機２８等を含む構成である。

【0039】

第１押出成形機２０及び第２押出成形機２２は、ホッパー３０，３２から供給された樹脂原材料を加熱溶融して押し出す第１押出機３４と第２押出機３６を含み、第１押出機３４及び第２押出機３６の出口には金型３８が取り付けられる。第１押出成形機２０のホッパー３０には、多層管１０の外層１２と内層１６の原材料が供給され、第２押出成形機２２のホッパー３２には、中間層１４の原材料が供給される。中間層１４は、発泡層故、中間層１４の樹脂原料中に発泡剤を混入する。なお、発泡剤が混入されても溶融樹脂４６は高圧下の第２押出機３６内では発泡はしない。

【0040】

金型３８は、図４に示すように、多層（三層）押出用金型であり、合流部４０及び成形部４２を含む。合流部４０において、第１押出機３４及び第２押出機３６から導入された溶融樹脂４４と４６が合流され、その出口近傍で積層される。積層された溶融樹脂４４と４６は、成形部４２において、積層されたままで拡径されて管状にされる。すなわち、溶融樹脂４４が外層１２と内層１６となり、溶融樹脂４６が中間層１４となる。このとき、溶融樹脂４６は、圧力開放されて、発泡剤が発泡する。なお、溶融樹脂４４と４６の供給圧、或いは、その流路面積を調整することで、外層１２、中間層１４、内層１６の厚さを適宜調整できる。

【0041】

そして、積層された溶融樹脂４４と４６は、成形部４２の先端部に設けられたダイリング４８とマンドレル５０によって、外周及び内周はある程度適切なサイズに規制され、多層からなる連続管５２として押し出される。

【0042】

金型３８の下流に配置される真空サイジング装置２４は、金型３８から押し出された連続管５２の外面をサイジングするとともにこれを冷却するためのものであり、図５に示すように、連続管５２の押出方向に延びる本体５４を含む。本体５４の長手方向の一方端部及び他方端部には管の入口５６及び出口５８が形成される。本体５４内の入口５６側には真空ポンプ６０が接続された真空室６２が設けられ、真空室６２内にはサイジングスリーブ６４が配置され、サイジングスリーブ６４の一端が入口５６に接続される。また、真空室６２と出口５８との間に冷却室６６が設けられ、真空室６２及び冷却室６６の全長に亘って散水パイプ６８が配置される。

【0043】

連続管５２が真空サイジング装置２４に与えられると、真空ポンプ６０の負圧により連続管５２が膨張され、その外面がサイジングスリーブ６４の内面に密着されることによりサイジングされる。また、サイジングされた連続管５２は、散水パイプ６８から撒かれる冷却水により冷却されて硬化される。

【0044】

引取機２６は、連続管５２を一定の速さで引き取るためのものであり、連続管５２の下部及び上部に押圧される引取ローラー７０を含む。引取ローラー７０の少なくとも一つには図示しないモーターが接続され、モーターの回転数を制御することによって連続管５２の引き取り速さが調整される。

【0045】

切断機２８は、連続管５２を所定長さに切断するためのものであり、連続管５２の先端位置を検出するセンサ７１と、センサ７１に連動して駆動される鋸歯７２とを含む。連続管５２の先端がセンサ７１を押すと、鋸歯７２が駆動されて連続管５２が切断され、図１に示す外層１２，中間層１４及び内層１６を含む多層管１０が得られる。

【0046】

なお、上記製造方法は、一例であり、他の方法により多層管１０を作製することはもちろん可能である。

【実施例0047】

下記要領にて多層管１０を作製し、切管前後の縮径量、縮径率を測定した。

【0048】

外層１２、中間層１４、内層１６の材質は下記のとおりである。

【0049】

外層１２：ポリ塩化ビニル（重合度１０００、大洋塩ビ株式会社製、商品名：ＴＨ－１０００）
中間層１４：ポリ塩化ビニル（重合度７００、大洋塩ビ株式会社製、商品名：ＴＨ－７００）、発泡剤：熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬株式会社製、商品名：マツモトマイクロスフェアーＦシリーズ、アクリル系シェルタイプ）
内層１６：外層１２と同じ

【0050】

外層１２と内層１６のポリ塩化ビニル１００質量部とＰｂ系安定剤（水澤化学工業株式会社製、三塩基性硫酸鉛とステアリン酸鉛）を計２．０質量部とを混合し、非発泡層用の樹脂原材料を調整した。同じく、中間層１４のポリ塩化ビニル１００重量部と、Ｐｂ系安定剤（上記と同じ）を１．６重量部と、発泡剤を５．０重量部とを混合し、発泡層用の樹脂原材料を調整した。

【0051】

これら原材料を、図３乃至図５に示す製造装置１８のホッパー３０，３２に供給し、多層管１０の押出成形を行なった。第１押出機３４と第２押出機３６における樹脂原材料の加熱溶融温度は１８０℃、金型３８内の圧力は１０～２０ＭＰａである。なお、中間層１４の発泡倍率は、約５．０倍であった。

【0052】

上記により作製した多層管１０は、呼び径の異なる３種類であり、夫々発明例と比較例としている。多層管１０の各層の厚さと、中間層１４に対する内層１６、外層１２の厚さの比率、及び、切管前の多層管１０の外径寸法を表１に示している。

【0053】

【表1】

【0054】

各多層管１０を、塩ビ管切断機により切管した。そして、切管部の先端寸法を測定し、切管前寸法に対する縮径量と縮径率を算出した。結果を併せて表１に示している。また、外径の縮径率は、図６のグラフにプロットしている。

【0055】

表１及び図６を参照し、各呼び径毎に、発明例と比較例を比べると、発明例は比較例に比べて縮径量、縮径率を小さくできていることがわかる。具体的には、シュッ矩形率を０．３％以下に抑えることができた。これは、中間層１４に対する外層１２の厚さを３０％超としたことで、多層管１０の外周に高い剛性を具備でき、切管時の残留ひずみを低減できたためである。縮径量、縮径率が小さいことから、発明例の多層管１０は、管継手との接合部における漏水を低減できることがわかる。

【0056】

外層１２を厚く構成できることで、耐衝撃性も向上できる。たとえば、中間層１４に対する外層１２の比率が２７％の多層管と４８％の多層管を比較すると、強度を約１６％向上できる。なお、強度の比較は、３ｋｇの円柱状の錘を多層管の周面に落下させて、割れが発生する最小高さから算出した。

【0057】

また、図６のプロットから回帰近似式を求めたところ、式ｙ＝２．１８５８ｅ^{－０．０６ｘ}で近似できた。この近似式を図示すると、図６のとおりであり、外層比率が大きいほど、外径収縮率を小さくできることがわかる。

【0058】

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0059】

１０ 多層管
１２ 外層
１４ 中間層
１６ 内層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】