JP7406603B2

JP7406603B2 - 曲管

Info

Publication number: JP7406603B2
Application number: JP2022136986A
Authority: JP
Inventors: 賢一郎渡邊
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2023-12-27
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: JP2022164783A; JP2020051579A; JP7134046B2

Description

本発明は、曲管に関する。

水道管などに用いられる曲管は種々の方法で作製されていた。例えば、特許文献１には、両端部が斜めに切断された直管状の管部材同士を連結することで、曲管を形成する方法が開示されている。そして、この曲管では、隣接する管部材の継ぎ目にＦＲＰ材を巻き付けて固定している。

特開２０１５－４０８６７号公報

ところが、上記のような曲管では、ＦＲＰ材による連結強度を向上するため、軸方向に並ぶＦＲＰ材を何層にも重ねている。しかしながら、このような積層状態では、外周面の凹凸が大きく見栄えが悪いという問題がある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ＦＲＰ材による連結強度の低減を抑制するとともに、見栄えをよくすることが可能な曲管を提供することを目的する。

本発明に係る曲管は、軸方向に連結された複数の管部材であって、隣接する前記管部材の軸線が互いに交差するように、全体として円弧状に連結された複数の管部材と、隣接する前記管部材の継ぎ目を、当該管部材の内周面において覆うように固定され、シート状に形成された複数の内側ＦＲＰ材と、隣接する前記管部材の継ぎ目を、当該管部材の外周面において覆うように固定され、シート状に形成された複数の第１外側ＦＲＰ材と、前記複数の管部材の外周面において、前記複数の第１外側ＦＲＰ材を覆うように固定され、シート状に形成された、少なくとも一つの第２外側ＦＲＰ材と、
を備えている。

上記各曲管において、前記各第１外側ＦＲＰ材は、それぞれ、一つの前記継ぎ目を覆うように固定することができる。

上記各曲管において、一つの前記各第２外側ＦＲＰ材は、すべての前記第１外側ＦＲＰ材を覆うように固定することができる。

上記各曲管において、前記各内側ＦＲＰ材は、それぞれ、一つの前記継ぎ目を覆うように固定することができる。

本発明に係る曲管によれば、ＦＲＰ材による連結強度の低減を抑制するとともに、見栄えをよくすることができる。

本発明の一実施形態に係る曲管の側面図である。図１の断面図である。本発明に係る曲管の他の例を示す断面図である。本発明に係る曲管の他の例を示す断面図である。

以下、本発明に係る曲管の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。この曲管は、例えば、上下水道管、農業用水管、工業用水管などの各種の用途に用いることができるものである。

＜１．曲管の概要＞
図１は、本実施形態に係る曲管の側面図であり、図２は図１の断面図である。図１及び図２に示すように、この曲管は、複数の管部材１１～１４と、この管部材１１～１４の内周面に固定される複数の内側ＦＲＰ材２１～２３と、管部材１１～１４の外周面に固定される複数の第１外側ＦＲＰ材３１～３３と、管部材１１～１４の外周面において、複数の第１外側ＦＲＰ材３１～３３を覆うように固定される一の第２外側ＦＲＰ材４と、を備えている。以下、各部材について、詳細に説明する。

＜１－１．管部材＞
本実施形態では、一例として４つの管部材を連結した曲管を示しているが、説明の便宜のため、図１及び図２の左側から右側へ並ぶ管部材を、この順で、第１管部材１１、第２管部材１２、第３管部材１３、及び第４管部材１４と称することとする。各管部材１１～１４は、それぞれ同径の円筒状に形成されており、両端の開口面が互いに交差し、且つそれぞれ軸線Ｘ１～Ｘ４に対して交差するように形成されている。このように形成された複数の管部材１１～１４の開口端面同士を突き合わせることで、全体として円弧状をなすように連結される。

本実施形態では、一例として４つの管部材１１～１４を連結しているが、連結する管部材の数、開口端面の軸線に対する角度などは、適宜設定することができる。但し、例えば、水門鉄管技術基準によれば、管部材１１～１４ごとの振り角θ（図１参照）が７度以下、曲管全体の軸線の曲率半径Ｒ（図２参照）が各管部材の内径Ｄの３倍以上とする必要がある。

管部材１１～１４の呼び径は、例えば、５００～２６００ｍｍとすることができる。また、管部材１１～１４の厚みは、呼び径によっても相違するため、特には限定されないが、例えば、５～６０ｍｍとすることができ、呼び径の０．２～１２％とすることができる。

各管部材１１～１４は、公知の繊維強化プラスチック管（ＦＲＰ管）や繊維強化プラスチック複合管（ＦＲＰＭ管）等の硬質樹脂管によって構成することができる。ＦＲＰ管やＦＲＰＭ管は、例えば、フィラメントワインディング成形法によって作製することができる。

＜１－２．内側ＦＲＰ材＞
各内側ＦＲＰ材２１～２３は、それぞれ、シート状に形成され、突き合わされた管部材１１～１４の継ぎ目１０１～１０３を、内周面側から覆うように配置される。本実施形態では、４つの管部材１１～１４を用いているため、３つの継ぎ目１０１～１０３が形成される。そのため、これら３つの継ぎ目１０１～１０３を周方向にそれぞれ覆うように、３つの内側ＦＲＰ材２１～２３が準備される。各内側ＦＲＰ材２１～２３は、１層で継ぎ目１０１～１０３を覆うように配置されるが、各内側ＦＲＰ材２１～２３の端部同士が重なって、一部が２層になってもよい。なお、求められる要求耐圧（内圧）によっては全体として２層以上になるように各内側ＦＲＰ材２１～２３を積層させてもよい。但し、多層になると、曲管内の液体の流れを阻害する可能性があるため、できるだけ薄くなるようにする必要がある。また、軸方向に隣接する内側ＦＲＰ材２１～２３同士が、重ならないように、軸方向の幅を調整することが好ましい。

各内側ＦＲＰ材２１～２３は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）によって構成されている。すなわち、強化繊維と、これに含侵されるマトリックス樹脂とで構成されている。強化繊維は、特には限定されないが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維等の有機繊維を用いることができる。これらの繊維は、単独で、または複数種を組み合わせて用いることができる。また、強化繊維としては、ロービングクロス等の織布のほか、ガラスマット等の不織布を採用することができる。

また、マトリックス樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。但し、熱可塑性樹脂を特に除外するものではない。例えば、ウレタン、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフイド、およびポリ（メタ）アクリル酸エステルなどを挙げることができる。これらの樹脂は、単独で、または複数種を組み合わせて用いることができる。また、必要に応じて、公知の硬化剤や硬化促進剤を添加することができる。

内側ＦＲＰ材２１～２３の厚みは、特には限定されないが、例えば、０．０２～０．２ｍｍとすることができる。

＜１－３．第１外側ＦＲＰ材＞
各第１外側ＦＲＰ材３１～３３は、それぞれ、シート状に形成され、突き合わされた管部材１１～１４の継ぎ目１０１～１０３を、外周面側から周方向に沿って覆うように巻き付けられる。すなわち、上述した各内側ＦＲＰ材２１～２３と、管部材１１～１４を挟んで対向するように配置される。本実施形態では、内側ＦＲＰ材２１～２３と同様に３つの第１外側ＦＲＰ材３１～３３が用いられ、軸方向に隣接する各第１外側ＦＲＰ材２１～２３同士が重ならないように、軸方向の幅が調整されている。その他の具体的な構成は、材料、厚みも含め、内側ＦＲＰ材２１～２３と概ね同じであるため、詳しい説明は省略する。

＜１－４．第２外側ＦＲＰ材＞
第２外側ＦＲＰ材４は、シート状に形成され、管部材１１～１４の外周面を覆うように固定される。具体的には、上述した３つの第１外側ＦＲＰ材３１～３３の全てを覆うように、管部材１１～１４の外周面に巻き付けられる。すなわち、第２外側ＦＲＰ材４は、軸方向に、第１管部材１１の中間付近から第４管部材１４の中間付近まで延びている。その他の具体的な構成は、材料、厚みも含め、内側ＦＲＰ材２１～２３と概ね同じであるため、詳しい説明は省略する。

＜２．曲管の製造方法＞
次に、上記のように形成された曲管の製造方法について説明する。まず、上記のように４つの管部材１１～１４を準備する。管部材１１～１４の準備方法は、特には限定されないが、例えば、円筒状の直管から、上記のような端面が傾斜した複数の管部材１１～１４を切断することで準備する。

次に、準備された４つの管部材１１～１４の端面同士を付き合わせ、軸線Ｘ１～Ｘ４が円弧状に延びるように連結する。そして、この連結状態を保持するように、管部材１１～１４を治具等で固定する。また、必要に応じて、隣接する管部材１１～１４の継ぎ目１０１～１０３を研磨し、継ぎ目が平坦になるように、バリなどを取り除く。

続いて、管部材１１～１４の内周面において、３つの継ぎ目１０１～１０３のそれぞれに沿って、周方向に各継ぎ目１０１～１０３を覆うように、上記内側ＦＲＰ材２１～２３を配置する。このとき、継ぎ目１０１～１０３に配置される各内側ＦＲＰ材２１～２３は、周方向の端部のみが重なるように１層とする。各内側ＦＲＰ材２１～２３を配置する方法は、特には限定されないが、例えば、ハンドレイアップ法を採用することができる。すなわち、強化繊維を継ぎ目１０１～１０３に沿って配置した後、マトリックス樹脂を強化繊維に含浸させる。このとき、熱硬化性樹脂には硬化剤を添加しておく。これにより、所定時間養生すると、継ぎ目１０１～１０３に配置された内側ＦＲＰ材２１～２３が硬化する。

これに続いて、管部材１１～１４の外周面において、３つの継ぎ目１０１～１０３のそれぞれに沿って、周方向に各継ぎ目１０１～１０３を覆うように、上記第１外側ＦＲＰ材３１～３３を配置する。このとき、継ぎ目１０１～１０３に配置される各第１外側ＦＲＰ材３１～３３は、周方向の端部のみが重なるように１層とする。各第１外側ＦＲＰ材３１～３３も、例えば、ハンドレイアップ法により継ぎ目１０１～１０３に配置することができる。そして、内側ＦＲＰ材２１～２３と同様に、マトリックス樹脂に硬化剤を添加しておけば、所定時間養生後に、継ぎ目１０１～１０３に配置された各外側ＦＲＰ材３１～３３が硬化する。

最後に、連結された管部材１１～１４の外周面において、３つの第１外側ＦＲＰ材３１～３３のすべてを覆うように、第２外側ＦＲＰ材４を配置する。第２外側ＦＲＰ材４は、周方向の端部のみが重なるように１層とする。第２外側ＦＲＰ材４も、例えば、ハンドレイアップ法により配置することができる。そして、内側ＦＲＰ材２１～２３と同様に、マトリックス樹脂に硬化剤を添加しておけば、所定時間養生後に、第１外側ＦＲＰ材３１～３３上で、第２外側ＦＲＰ材４が硬化する。こうして、本実施形態に係る曲管が完成する。

なお、ＦＲＰ材の配置は、ハンドレイアップ法のほか、例えば、フィラメントワインディング法などを採用することもできる。また、マトリックス樹脂の硬化を加熱炉において行うこともできる。

＜３．特徴＞
以上のように構成された曲管は、外周面に配置されたＦＲＰ材３１～３３，４が、最大で２層になっている。すなわち、ＦＲＰ材の最大の積層数は２であり（第１外側ＦＲＰ材３１～３３と第２外側ＦＲＰ材４の両方が積層されている部分）、最小の積層数は１である（第２外側ＦＲＰ材４のみが積層されている部分）。したがって、ＦＲＰ材の積層層の差が１であるため、曲管の外周面に形成される凹凸を小さくすることができる。その結果、曲管の見栄えをよくすることができるとともに、応力分布に大きい差が生じないようにすることができる。また、曲管の外周面の継ぎ目１０１～１０３において、ＦＲＰ材３１～３３，４は、少なくとも２層積層されているため、連結強度が低下するのを防止することができる。

一方、曲管の内周面には、１層の内側ＦＲＰ材２１～２３が積層されているため、凹凸が小さく、流体の流れを阻害するのを紡糸することができる。

＜４．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は、適宜組み合わせ可能である。

＜４－１＞
上記実施形態では、各第１外側ＦＲＰ材３１～３３が、一つの継ぎ目１０１～１０３を覆うように配置されているが、例えば、図３に示すように、一の第１外側ＦＲＰ材３４を、複数の継ぎ目（例えば、継ぎ目１０１，１０２）に亘って配置することもできる。この点は、内側ＦＲＰ材２１～２３も同じである。

＜４－２＞
上記実施形態では、一の第２外側ＦＲＰ材４で、全ての第１外側ＦＲＰ材３１～３３を覆っているが、覆うべき軸方向の長さが長い場合には、例えば、図４に示すように、複数の第２外側ＦＲＰ材４１，４２を軸方向に並ぶように配置することもできる。この例では、２つの第１外側ＦＲＰ材３１，３２を覆う第２外側ＦＲＰ材４１と、１つの第１外側ＦＲＰ材３３を覆う第２外側ＦＲＰ材４２を用いている。このとき、隣接する第２外側ＦＲＰ材４１，４２が、できるだけ重ならないようにしたり、あるいは、図４に示すように、重なったとしてもわずかであるように軸方向の幅を調整する必要がある。

＜４－３＞
上記実施形態では、内側ＦＲＰ材２１～２３、第１外側ＦＲＰ材３１～３３、及び第２外側ＦＲＰ４をいずれも一層としているが、必要に応じて、２層以上にすることもできる。但し、ＦＲＰ材は、一の第１外側ＦＲＰ材３１～３３と、第２外側ＦＲＰ材４とが重なるようにし、隣接する第１外側ＦＲＰ材３１～３３同士が重ならないようにする。これにより、凹凸をできるだけ小さくすることができる。

＜４－４＞
上記実施形態では、管部材１１～１４の内周面に、内側ＦＲＰ材２１～２３のみが配置されているが、外周面の第２外側ＦＲＰ材４のように、これら内側ＦＲＰ材２１～２３を覆うＦＲＰ材をさらに設けることもできる。

１１～１４管部材
２１～２３内側ＦＲＰ材
３１～３３第１外側ＦＲＰ材
４第２外側ＦＲＰ材

Claims

曲管であって、
軸方向に連結された複数の管部材であって、隣接する前記管部材の軸線が互いに交差するように、全体として円弧状に連結された複数の管部材と、
隣接する前記管部材の継ぎ目を、当該管部材の内周面において覆うように配置され、シート状に形成された複数の内側ＦＲＰ材と、
隣接する前記管部材の継ぎ目を、当該管部材の外周面において覆うように配置され、シート状に形成された複数の第１外側ＦＲＰ材と、
前記複数の管部材の外周面において、前記複数の第１外側ＦＲＰ材上に配置され、シート状に形成された、少なくとも１つの第２外側ＦＲＰ材と、
を備え、
前記各継ぎ目に対し、一層の前記内側ＦＲＰ材が配置され、
前記内側ＦＲＰ材の厚みが０．０２～０．２ｍｍであり、
前記第２外側ＦＲＰ材は、当該曲管の軸方向の全体に亘って設けられておらず、少なくとも当該曲管の軸方向の端部において、前記管部材が露出し、
軸方向の両端が他の前記管部材と連結されている前記管部材は、外周面全体が前記第１外側ＦＲＰ材及び前記第２外側ＦＲＰ材の少なくとも一方により覆われている、曲管。
前記複数の第１外側ＦＲＰ材のうちの少なくとも１つは、複数の前記継ぎ目を覆うように構成されている、請求項１に記載の曲管。
曲管であって、
軸方向に連結された複数の管部材であって、隣接する前記管部材の軸線が互いに交差するように、全体として円弧状に連結された複数の管部材と、
隣接する前記管部材の継ぎ目を、当該管部材の内周面において覆うように配置され、シート状に形成された複数の内側ＦＲＰ材と、
隣接する前記管部材の継ぎ目を、当該管部材の外周面において覆うように配置され、シート状に形成された複数の第１外側ＦＲＰ材と、
前記複数の管部材の外周面において、前記第１外側ＦＲＰ材上に配置され、シート状に形成された、少なくとも１つの第２外側ＦＲＰ材と、
を備え、
前記各継ぎ目に対し、一層の前記内側ＦＲＰ材が配置され、
前記内側ＦＲＰ材の厚みが０．０２～０．２ｍｍであり、
前記複数の第１外側ＦＲＰ材のうちの少なくとも１つは、複数の前記継ぎ目を覆うように構成されており、
前記第２外側ＦＲＰ材は、当該曲管の軸方向の全体に亘って設けられておらず、少なくとも当該曲管の軸方向の端部において、前記管部材が露出し、
軸方向の両端が他の前記管部材と連結されている前記管部材は、外周面全体が前記第１外側ＦＲＰ材及び前記第２外側ＦＲＰ材の少なくとも一方により覆われている、曲管。
前記各内側ＦＲＰ材が、それぞれ、一つの前記継ぎ目を覆うように固定されている、請求項１または３に記載の曲管。