(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-30
(45)【発行日】2024-08-07
(54)【発明の名称】コルゲート管
(51)【国際特許分類】
F16L 11/11 20060101AFI20240731BHJP
B29C 53/30 20060101ALI20240731BHJP
B29C 51/26 20060101ALI20240731BHJP
【FI】
F16L11/11
B29C53/30
B29C51/26
(21)【出願番号】P 2019176610
(22)【出願日】2019-09-27
【審査請求日】2022-06-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100152272
【氏名又は名称】川越 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】水川 賢司
(72)【発明者】
【氏名】山口 拓朗
【審査官】伊藤 紀史
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2004/0007278(US,A1)
【文献】特開2001-165383(JP,A)
【文献】特開2000-271996(JP,A)
【文献】特表2008-501828(JP,A)
【文献】特表2005-528501(JP,A)
【文献】特開2014-046538(JP,A)
【文献】特開昭56-017221(JP,A)
【文献】特開2003-181557(JP,A)
【文献】特開2004-082141(JP,A)
【文献】特開平06-281294(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F16L 11/11
B29C 53/30
B29C 51/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
管状部材からなり、前記管状部材の径方向外側へ凸となる環状の山部と、前記管状部材の径方向外側が凹となる環状の谷部とが軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされた樹脂製のコルゲート管であって、
前記山部の頂点における前記管状部材の径方向の厚みt1に対する前記山部の頂点における前記管状部材の外径D1の比(D1/t1)が
9以上17以下であり、
前記D1/t1は、下記の式(1)で表されるSDR1に相当し、
前記管状部材の材料は、ISO4427に規格されるPE100、PE80およびPE63のいずれか1種であるポリエチレンであるコルゲート管。
SDR1=2σ/(P/S)+1 (1)
(式(1)中、σは50年クリープ強度を表し、Pは最大設計内水圧を表し、Sは安全率を表す。)
【請求項2】
前記管状部材における前記山部および前記谷部が形成されていない部分の外径D2に対する前記山部の頂点における前記管状部材の外径D1の比(D1/D2)が1.5以上である請求項1に記載のコルゲート管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コルゲート管に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、樹脂製のコルゲート管は、押出成型や射出成型で成型されている。
押出成型による成型方法としては、例えば、押出ブロー成型が挙げられる。押出ブロー成型は、溶融樹脂を金型内に押し出した後、金型内に空気をブロー(吹き込む)ことと、コルゲータブロックの山部から真空吸引することにより、山部と谷部が設けられたコルゲータ金型の内面に溶融樹脂を密着させる方法である。押出ブロー成型では、金型の栓とコルゲート管の間が完全に密閉されないため、ブローする空気の圧力を高くすることができず、厚みが大きいコルゲート管を成型することができなかった。その結果、耐圧性が要求される用途に適したコルゲート管が得られなかった。
【0003】
射出成型による成型方法としては、例えば、所定の形状を有する金型内に溶融樹脂を共有し、金型から成型後の樹脂を離型する方法が挙げられる。射出成型では、成型後のコルゲート管内部のアンダーカット(山部と谷部に相当する凹凸形状)を金型から離型するためには、金型のコアを縮径しなければならなかった。従って、アンダーカットが大きい場合には、コルゲート管の成型に必要な金型強度が得られなかった。その結果、アンダーカットが大きいコルゲート管が得られなかった。
【0004】
また、コルゲート管の成型方法としては、算盤玉形中空部を有する中空ウレタンゴムを用いたバルジ成型が用いられる(例えば、特許文献1参照)。このバルジ成型は、冷間加工での塑性変形を利用し、金属管を対象とした方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
樹脂製の管(以下、「樹脂管」と言う。)は、特許文献1に記載の方法のように冷間で波形状に塑性変形しても、その形状を維持することができない。そのため、樹脂管を加熱して成型する必要がある。しかしながら、樹脂管を加熱すると、中空ウレタンゴムが熱で溶融したり、大きく変形したりするため、目的の形状のコルゲート管を成型することができない。また、1つの凹凸形状(山部または谷部)を成型するためには、成型開始工程、予成型工程および本成型工程からなるサイクルが必要である。従って、複数の凹凸形状を成型するためには、前記のサイクルを複数回繰り返す必要があり、成型時間が長くなる。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、耐圧性および可撓性に優れる樹脂製のコルゲート管を提供することを目的とする。また、本発明は、複数の凹凸形状を1回のサイクルで成型することができる樹脂製のコルゲート管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、以下の態様を有する。
[1]管状部材からなり、前記管状部材の径方向外側へ凸となる環状の山部と、前記管状部材の径方向外側が凹となる環状の谷部とが軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされたコルゲート管であって、前記山部の頂点における前記管状部材の径方向の厚みt1に対する前記山部の頂点における前記管状部材の外径D1の比(D1/t1)が17以下であるコルゲート管。
[2]前記管状部材における前記山部および前記谷部が形成されていない部分の外径D2に対する前記山部の頂点における前記管状部材の外径D1の比(D1/D2)が1.5以上である[1]に記載のコルゲート管。
[3]管状部材からなり、前記管状部材の径方向外側へ凸となる環状の山部と、前記管状部材の径方向外側が凹となる環状の谷部とが軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされた樹脂製のコルゲート管の製造方法であって、樹脂製の管状部材内に中芯を入れる工程と、前記中芯を入れた前記管状部材の外周面を加熱する工程と、加熱後の前記中芯を入れた前記管状部材を、前記管状部材の軸方向に沿って隙間を設けて複数の部位に分割された金型の下型内および上型内に配置した後、前記下型と前記上型を締め付ける工程と、前記中芯を、前記管状部材の両端から前記管状部材の軸方向の中央に向かって圧縮し、前記管状部材を前記下型の各部位間の隙間内および前記上型の各部位間の隙間内に膨張させる工程と、前記管状部材の軸方向に沿って、前記下型の各部位同士および前記上型の各部位同士を近付けて、前記管状部材に前記山部と前記谷部を形成する工程と、を有するコルゲート管の製造方法。
[4]前記中芯は、伸縮性の筒状繊維織布と、該筒状繊維織布内に充填された変形可能な固体と、前記筒状繊維織布の両端に配置され、前記固体を前記筒状繊維織布の軸方向の両端から前記筒状繊維織布の軸方向の中央に向かって圧縮するための冶具と、を有する[3]に記載のコルゲート管の製造方法。
[5]前記固体は、油粘土もしくは粒子群である[4]に記載のコルゲート管の製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、耐圧性および可撓性に優れる樹脂製のコルゲート管を提供することができる。また、本発明によれば、複数の凹凸形状を1回のサイクルで成型することができる樹脂製のコルゲート管の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の一実施形態に係るコルゲート管を示す断面模式図である。
【
図2】本発明の一実施形態に係るコルゲート管の製造方法における第1の工程を示す断面模式図である。
【
図3】本発明の一実施形態に係るコルゲート管の製造方法における第3の工程を示す断面模式図である。
【
図4】本発明の一実施形態に係るコルゲート管の製造方法における第4の工程を示す断面模式図である。
【
図5】本発明の一実施形態に係るコルゲート管の製造方法における第5の工程を示す断面模式図である。
【
図6】本発明の一実施形態に係るコルゲート管の変形例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明のコルゲート管およびその製造方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【0012】
[コルゲート管]
本発明のコルゲート管は、管状部材からなり、管状部材の径方向外側へ凸となる環状の山部と、管状部材の径方向外側が凹となる環状の谷部とが軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされた樹脂製の管である。
以下では、
図1を適宜参照しながら、本発明のコルゲート管の実施形態について説明する。
【0013】
図1は、本実施形態のコルゲート管の概略構成を示す断面模式図である。
図1に示すように、本実施形態のコルゲート管1は、管状部材10からなる。本実施形態のコルゲート管1は、管状部材10の径方向外側へ凸となる環状の山部11と、管状部材10の径方向外側が凹となる環状の谷部12とが軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされた樹脂製の管である。すなわち、コルゲート管1は、山部11と谷部12とを、軸方向に交互に有する。
【0014】
図1に示す山部11の頂点における管状部材10の外径D1、管状部材10における山部11および谷部12が形成されていない部分の外径D2、山部11の頂点における管状部材10の径方向の厚みt1、並びに、管状部材10における山部11および谷部12が形成されていない部分の厚みt2は、特に限定されず、コルゲート管1の用途や、コルゲート管1に求められる可撓性や耐圧性等に応じて、適宜調整する。
【0015】
本実施形態のコルゲート管1では、前記の厚みt1に対する前記の外径D1の比(D1/t1)が17以下であり、9以上であることが好ましい。
なお、D1/t1は、下記の式(1)で表されるSDR1に相当する。
SDR1=2σ/(P/S)+1 (1)
上記の式(1)において、σは50年クリープ強度を表し、PE100の場合、10MPaである。なお、PE100とは、水道配水用ポリエチレン管および管継手の材料であり、20℃で50年間、管が破壊しない一定応力値が10.0MPa以上であることが証明されたポリエチレン材料である。
また、上記の式(1)において、Pは最大設計内水圧を表し、水道の場合、1.0MPaである。さらに、上記の式(1)において、Sは安全率を表し、ISO4427では1.25である。
【0016】
水道管のような内圧1.0MPaで50年以上耐えるためには、管状部材10の材料としてPE100を使用した場合、SDR1=17となる。従って、前記のD1/t1が17以下であると、コルゲート管1は内圧1.0MPaで50年以上耐えることができる。
【0017】
管状部材10における山部11および谷部12が形成されていない部分の外径D2に対する山部11の頂点における管状部材10の外径D1の比(D1/D2)は1.5以上であることが好ましい。比(D1/D2)が1.5以上であると、コルゲート管1は可撓性に優れる。
【0018】
管状部材10の材料としては、一般的に水道配水用管に用いられるものであれば、特に限定されないが、オレフィン系樹脂が好ましい。ポリエチレンであれば、具体的には、PE100、PE80,PE63等が挙げられる。
【0019】
本実施形態のコルゲート管1によれば、山部11の頂点における管状部材10の径方向の厚みt1に対する山部11の頂点における管状部材10の外径D1の比(D1/t1)が17以下であるため、耐圧性および可撓性に優れる樹脂製のコルゲート管を提供することができる。なお、本実施形態における耐圧性とは、内圧1.0MPaで50年以上、破損することなく耐えることができる性能のことである。
【0020】
[コルゲート管の製造方法]
本発明のコルゲート管の製造方法について説明する。
本発明のコルゲート管の製造方法は、管状部材からなり、前記管状部材の径方向外側へ凸となる環状の山部と、前記管状部材の径方向外側が凹となる環状の谷部とが軸方向に交互に形成されて蛇腹状とされた樹脂製のコルゲート管の製造方法であって、樹脂製の管状部材内に中芯を入れる工程(以下、「第1の工程」と言う。)と、前記中芯を入れた前記管状部材の外周面を加熱する工程(以下、「第2の工程」と言う。)と、加熱後の前記中芯を入れた前記管状部材を、前記管状部材の軸方向に沿って隙間を設けて複数の部位に分割された金型の下型内および上型内に配置した後、前記下型と前記上型を締め付ける工程(以下、「第3の工程」と言う。)と、前記中芯を、前記管状部材の両端から前記管状部材の軸方向の中央に向かって圧縮し、前記管状部材を前記下型の各部位間の隙間内および前記上型の各部位間の隙間内に膨張させる工程(以下、「第4の工程」と言う。)と、前記管状部材の軸方向に沿って、前記下型の各部位同士および前記上型の各部位同士を近付けて、前記管状部材に前記山部と前記谷部を形成する工程(以下、「第5の工程」と言う。)と、を有する。
以下では、
図2~
図5を適宜参照しながら、本発明のコルゲート管の製造方法について説明する。
【0021】
図2は、本実施形態のコルゲート管の製造方法における第1の工程を示す断面模式図である。
図3は、本実施形態のコルゲート管の製造方法における第3の工程を示す断面模式図である。
図4は、本実施形態のコルゲート管の製造方法における第4の工程を示す断面模式図である。
図5は、本実施形態のコルゲート管の製造方法における第5の工程を示す断面模式図である。
【0022】
図2に示すように、第1の工程では、樹脂製の管状部材20内に中芯30を入れる。
【0023】
管状部材20は、上記のコルゲート管1の管状部材10となる部材である。
管状部材20の厚みは、特に限定されず、コルゲート管1の用途や、コルゲート管1に求められる可撓性や耐圧性等に応じて、適宜調整する。
管状部材20の長さは、コルゲート管1に求められる長さに応じて、適宜調整する。
【0024】
管状部材20の材料としては、上記の管状部材10の材料と同じものが挙げられる。
【0025】
中芯30は、伸縮性の筒状繊維織布31と、筒状繊維織布31内に充填された変形可能な固体32と、筒状繊維織布31の軸方向(長手方向)Qの両端に配置された冶具33と、を有する。
【0026】
筒状繊維織布31の長さは、コルゲート管1に求められる山部11と谷部12の数に応じて、適宜調整する。
【0027】
筒状繊維織布31としては、例えば、タイツやストッキング、ゴム袋等のような伸縮性を有するものが挙げられる。
筒状繊維織布31を構成する繊維の材料としては、例えば、ナイロン、セルロース系材料等が挙げられる。
【0028】
変形可能な固体32としては、筒状繊維織布31内に入れた状態で圧縮した場合に、容易に変形するものであれば、特に限定されないが、例えば、油粘土もしくは粒子群であることが好ましい。
油粘土とは、カオリン等の鉱物粉とワリセン、ひまし油、植物性油、鉱物性油を混ぜて作られたものである。油粘土は、自然乾燥により固くならず、コシが強くて伸ばしやすいため、可塑性に優れている。
粒子群としては、砂、粒子径が1mm~2mmの球状のアルミナボール等が挙げられる。
【0029】
冶具33は、筒状繊維織布31内に入れた固体32に当接する先端部33Aと、先端部33Aに連接し、先端部33Aを管状部材20内に押し込むための軸芯部33Bとを有する。軸芯部33Bを管状部材20内に押し込むことにより、先端部33Aによって中芯30(筒状繊維織布31内の固体32)を、管状部材20の両端から管状部材20の軸方向Qの中央に向かって圧縮することができる。
【0030】
先端部33Aの外径は、管状部材20の内径にほぼ等しくなっている。これにより、中芯30を、管状部材20の両端から管状部材20の軸方向Qの中央に向かって圧縮した際に、変形可能な固体32が軸芯部33B側にはみ出さない。
【0031】
第2の工程では、中芯30を入れた管状部材20の外周面20aを加熱する。
管状部材20の加熱方法は、特に限定されないが、例えば、赤外線ヒーターを用いる方法、オイルバスを用いる方法等が挙げられる。
【0032】
第2の工程において、管状部材20の外周面20aの加熱温度は、管状部材20を構成する樹脂の融点以下とすることが好ましい。加熱温度が高い程、管状部材20を変形させる荷重が小さくなるため、管状部材20を成型し易くなる。従って、管状部材20の外周面20aの加熱温度は、管状部材20を構成する樹脂が軟化する温度であるガラス転移点以上、かつ、管状部材20を構成する樹脂が溶融しない温度である融点以下とすることがより好ましい。
【0033】
図3に示すように、第3の工程では、下型110と、上型120とを有する金型100を用いる。第3の工程では、加熱後の中芯30を入れた管状部材20を、管状部材20の軸方向に沿って隙間100aを設けて複数の部位に分割された金型100の下型110内および上型120内に配置した後、下型110と上型120を締め付ける。
【0034】
図3に示すように、第3の工程では、下型110は、管状部材20の軸方向に沿って隙間110aを設けて複数の部位110A,110B,110C,110D,110Eに分割され、等間隔に配置されている。すなわち、複数の部位110A,110B,110C,110D,110E同士の間の隙間110aの大きさ(間隔)は全て等しくなっている。また、上型120は、管状部材20の軸方向に沿って隙間120aを設けて複数の部位120A,120B,120C,120D,120Eに分割され、等間隔に配置されている。すなわち、複数の部位120A,120B,120C,120D,120E同士の間の隙間120aの大きさ(間隔)は全て等しくなっている。また、向かい合う隙間110aと隙間120aの大きさ(間隔)は等しくなっている。
【0035】
下型110の内周面110bおよび上型120の内周面120bは、コルゲート管1の山部11と谷部12に相当する形状をなしている。
【0036】
下型110と上型120を締め付ける力は、特に限定されないが、下型110と上型120で中芯30を入れた管状部材20を保持した状態で、下型110と上型120を、管状部材20の軸方向Qに沿って圧縮し、下型110の各部位110A,110B,110C,110D,110E同士および上型120の各部位120A,120B,120C,120D,120E同士を密着させた際に、管状部材20が位置ずれしない程度であることが好ましい。また、管状部材20内の中芯30の動きを制限しない程度であることが好ましい。
【0037】
図4に示すように、第4の工程では、中芯30を、管状部材20の両端から管状部材20の軸方向Qの中央に向かって圧縮し、管状部材20を下型110の各部位110A,110B,110C,110D,110E間の隙間110a内および上型120の各部位120A,120B,120C,120D,120E間の隙間120a内に膨張させる。
【0038】
第4の工程では、冶具33の軸芯部33Bを管状部材20内に押し込むことにより、冶具33の先端部33Aによって中芯30(筒状繊維織布31内の固体32)を、管状部材20の両端から管状部材20の軸方向Qの中央に向かって圧縮する。すると、上記の隙間110aおよび隙間120aに位置する中芯30は金型100によって保持されていないため、筒状繊維織布31内の固体32が上記の隙間110a内および隙間120a内に移動しようとする。このように固体32が移動することにより、管状部材20が隙間110a内および隙間120a内に膨張する。すなわち、管状部材20は、径方向外側へ膨張する。言い換えれば、管状部材20は、下型110の内周面110b方向および上型120の内周面120b方向に膨張する。
【0039】
図5に示すように、第5の工程では、管状部材20の軸方向Qに沿って、下型110の各部位110A,110B,110C,110D,110Eのうち隣り合う部位同士および上型120の各部位120A,120B,120C,120D,120Eのうち隣り合う部位同士を近付けて、管状部材20に、上記の山部11に相当する山部21と上記の谷部12に相当する谷部22を交互に形成する。
【0040】
図5に示すように、第5の工程では、下型110の各部位110A,110B,110C,110D,110Eのうち隣り合う部位同士および上型120の各部位120A,120B,120C,120D,120Eのうち隣り合う部位同士を近付けることにより、径方向外側へ膨張した管状部材20が下型110の内周面110bおよび上型120の内周面120bに密着し、山部21と谷部22が形成されて、上記のコルゲート管1が得られる。
コルゲート管1が冷却した後、コルゲート管1の軸方向に冶具33および中芯30をコルゲート管内から取り出す。中芯30を取り出す際には、固体32がコルゲート管の内面に沿って変形する。中芯30を冶具33または別の冶具で押出してもよいし、引き抜いてもよい。
そして、コルゲート管1は、周りの金型100を外すことで脱型される。
【0041】
本実施形態のコルゲート管の製造方法によれば、上記の工程1~工程5を有するため、複数の凹凸形状(山部11と谷部12)を1回のサイクルで成型することができる樹脂製のコルゲート管の製造方法を提供することができる。また、従来の製造方法では製造することが難しかった、山部11の頂点における管状部材10の径方向の厚みt1に対する山部11の頂点における管状部材10の外径D1の比(D1/t1)が17以下であり、管状部材10における山部11および谷部12が形成されていない部分の外径D2に対する山部11の頂点における管状部材10の外径D1の比(D1/D2)が1.5以上である樹脂製のコルゲート管1を製造することができる。
【0042】
なお、本実施形態では、冶具33を管状部材20内に押し込むことにより、中芯30(筒状繊維織布31内の固体32)を、管状部材20の両端から管状部材20の軸方向Qの中央に向かって圧縮する場合を例示したが、本発明のコルゲート管の製造方法はこれに限定されない。本発明のコルゲート管の製造方法では、空気圧により、管状部材の両端から管状部材の軸方向の中央に向かって、中芯を圧縮してもよい。
【0043】
[変形例]
図6は、本実施形態のコルゲート管の変形例を示す断面模式図である。
図6に示すように、2つのコルゲート管1同士を、バット融着して接合し、長尺のコルゲート管200としてもよい。コルゲート管200は、2つのコルゲート管1同士の接合部にバット融着部210を有する。コルゲート管1の蛇腹部両側にある直管部分を切断し、蛇腹部分のみを接合して長尺のコルゲート管200にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明は、耐圧性および可撓性に優れる樹脂製のコルゲート管を提供することができる。また、本発明は、複数の凹凸形状を1回のサイクルで成型することができる樹脂製のコルゲート管の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【0045】
1 コルゲート管
10 管状部材
11 山部
12 谷部
20 管状部材
30 中芯
31 筒状繊維織布
32 固体
33 冶具
100 金型
100a 隙間
110 下型
110a 隙間
110A,110B,110C,110D,110E 部位
120 上型
120a 隙間
120A,120B,120C,120D,120E 部位