JPH10246366A - 波形パイプ - Google Patents
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Abstract
たときに僅かしか長さ方向に伸長しないようにしつつ、
高い曲げ撓み性と破裂強度を有し、圧力をかけることが
できる波形パイプを提供する。 【解決手段】 本発明は少なくとも1つのポリマー層を
備え、パイプ全周のうちの少なくとも一部の区域でパイ
プジャケットに長さ方向に波形を形成する閉塞外形を有
する流体管用熱可塑性ポリマー製波形パイプに関する。
このパイプの閉塞外形はパイプのジャケット表面の略対
向する2箇所に波形が形成されていない平滑な非波形部
3a,3bを有し、これらの非波形部はパイプの長さ方
向にライン状に連続して延びるようになっている。
Description
ポリマー層を備える流体管用の熱可塑性ポリマー製のパ
イプであって、全周のうちの少なくとも一部の角度域で
パイプの外側部に長さ方向に波形を形成する閉塞の幾何
学的な外形を有する波形パイプに関するものである。
れるかまたは部分的に拡大された円形であるものが、本
発明の出願人によって出願され、ドイツ特許公報DE
44 32 584 C1に既に記載されている。この公
報に示されている実施形態では、パイプ全周にわたる範
囲で長さ方向に波形が形成されており、これは下記に説
明するような不利をもたらす。
2 A1、ドイツ特許公報DE 4321 575 C1お
よび英国特許公報GB 1 209 569に波形パイプ
の他の例が記載されている。
管および空気伝導部品を実現するための自動車分野への
適用である。
体管は織物補強されたゴムパイプおよびゴムホースから
製造されているが、熱可塑性プラスティック製パイプお
よびホースを使用すると費用および重量をかなり軽減す
ることができ、更にリサイクルの可能性が高まる。この
ような材料の置換のためには、ゴムパイプに相当する曲
げ撓み性を熱可塑性パイプが有することが必要となる。
イプジャケット表面の波形構造によって補償することが
できる。図10(a)〜(d)は従来の波形パイプの一
例を示しており、この波形パイプは、パイプ全周にわた
る範囲で長さ方向に波形が形成され、かつ、波形の谷の
部分である小径部分11及び山の部分である大径部分1
2がともに円形断面となっている。波形パイプとしては
この他にもさまざまな形態が知られている。
け撓み性は引張り剛性を悪くする。すなわち、引張り力
が作用するとパイプが長さ方向に大きく伸長することに
なる。引張り剛性の増大をもたらす波形パイプの形状は
上述の公報に記載されている。
プの形態は全て、下記に詳細に説明するように、引張り
剛性と曲げ剛性が関連することによる問題を有する。
水管の場合、内圧に対する高い抵抗が要求されることに
加え、可動構造部品間の接続における公差の補償を可能
にするとともに組立を容易にするために、高い曲げ撓み
性が要求される。
波形にされた表面によって、滑らかな表面を有するパイ
プに比べてかなり高い引張り撓み性および圧縮撓み性を
有する。
引張り変形または圧縮変形は、波形パイプの壁において
個々の波形に均等に分配された曲げ変形により吸収され
る。
すると、ホース状であると想像できるパイプ壁の中間表
面は、湾曲したパイプの中立面(引張りまたは圧縮応力
のない平面)からのその距離およびこの中立面に対する
位置によって、より大きな曲率半径の側(外側)で延び
るとともに、より小さな曲率半径の側(内側)で縮むこ
ととなる。
の変形と同様に、パイプ全体の曲げ変形による外側部分
の伸長および内側部分の圧縮は個々の波形の曲げ変形
(引き離しまたは押し縮み)によって可能となる。な
お、曲げの起こる平面は曲げ平面と呼ばれる。この平面
は中立面に対して垂直であり、それ自体は曲がっていな
い。
全体の曲げ変形と引張り変形、圧縮変形は同様の変形メ
カニズムによるものであるので、従来の波形パイプでは
引張り剛性、圧縮剛性と曲げ剛性とが相関関係を有して
いる。これは、従来の曲げ易い波形パイプは必然的に引
張り易く、圧縮し易いことを意味する。
ず、外側から作用する引張り力と同様に、内パイプの断
面の外郭にかかる内圧によってパイプに荷重がかかる。
これは、低い引張り剛性を有する従来の曲げ易い波形パ
イプでは、剛性の相関関係によって、内圧荷重は結果と
してパイプ長を大きく変化させる。
冷却水管で典型的に起こり、また洗濯機の水管で起こる
ような圧力荷重が変化する波形配管としての使用の場合
に問題になる。圧力の変化の結果おこる長さの変化は可
能な取付空間の制限と相いれない場合が往々にしてあ
る。また、この場合の波形形状におこる曲げ応力は材料
に追加的な歪みをおこし、そのため得られる寿命が短く
なる。
75 C1は流体管として使用される波形パイプを記載
しており、このパイプでは、後に下になるパイプ壁の部
分が内的に非波形になるよう、その後の自動車への取付
後垂直にならない所定の長さ方向部分で波形が偏心的に
形成されている。これによって、流体や凝縮水が波形の
谷部に溜まらない波形パイプを実現することができる。
しかしながら、非波形部分は1方向側だけであり、また
非連続であり、そのような管はその低い引張り剛性のた
め圧力による荷重に対して適しておらず、圧力のかから
ない通気管のみに適している。
ケース(例えば、ガソリンタンク)用電気レベル測定器
の導電箔片の保護パイプとして機能する波形パイプが記
載されている。ここでの課題は、測定センサーが到達し
難く、湾曲した形状の収容ケースで、変則的な形状のそ
の最下点に届くことができるように、測定センサーに全
方向に最大の曲げ能力を持たせることであった。この課
題は、全長さ方向に亘って両側に凹部を有し、その結果
その長さ方向の軸回りに回転させることができ、しわに
なったり、ちぎれたりすることなしに全方向に曲げるこ
とのできる導電薄片によって解決された。それもまた可
撓性を有さねばならない保護パイプが同時に箔片のホル
ダーとして役立つように、この保護パイプは波形が対向
位置で中断し、この中断位置は2つの螺旋上に位置する
波形パイプとなっている。このように、箔片は簡単に波
形パイプに挿入でき、その中で所望の螺旋状に回転した
形で保持された。しかしながら、非波形部は本発明とは
全く異なる機能を有しており、この測定器では反対のこ
と、すなわち最大の可撓性を得ることが要求されていた
ため、波形パイプを所要に補強することとは何の関係も
ない。また、同文献に記載の保護パイプでは流体がその
中を通ることもなく、パイプの内部と外部間の圧力に違
いもないので、そのデザインは圧力荷重のかかる管には
適していない。同文献はパイプの長さ方向の安定性に
も、曲げ剛性と引張り剛性の関係にも触れていないの
で、流体が通ることによって、内圧の影響を受けるとい
う上述の問題を有する管にこの米国特許の形状を使用す
ることは自明ではない。
S 1 171 563には麻酔器および人工呼吸器用の
ゴム製波形ホースが記載されており、この波形ホースで
は内部のガス圧の増大による長さ方向の伸長が、中央に
長さ方向に延びる平坦な仕切り壁を備えるように波形ホ
ースを構造することによって回避される。このため、こ
のホースは周囲が波形で、内部に2つの管が形成されて
いるホース(双管ホース)である。平坦な仕切り壁のみ
が長さ方向の伸長力を受けるので、上記の解決では追加
の仕切壁に連結されているという欠点があり、従って双
管ホースがどの分野で必要になるかということが問題で
あるが、多くの技術分野でそのようなホースはあまり使
われない。
圧力がかかったときに僅かしか長さ方向に伸長しないよ
うにしつつ、高い曲げ撓み性と破裂強度を有する、圧力
をかけることができる単管波形パイプを提供することを
目的としている。
め、請求項1に係る発明は、少なくとも1つのポリマー
層を備え、パイプ全周のうちの少なくとも一部の区域で
パイプジャケットに長さ方向に波形を形成する閉塞外形
を有する流体管用熱可塑性ポリマー製波形パイプであっ
て、上記閉塞外形はパイプのジャケット表面の略対向す
る2箇所に波形が形成されていない平滑な非波形部を有
し、これらの非波形部はパイプの長さ方向にライン状に
連続して延びることを特徴とするものである。
その波形がパイプジャケット表面の2つのほぼ対向する
部分で完全に無くなるようになっている。もちろん、波
形パイプの内形は、壁厚分内側に位置するだけで、外形
と同じである。2つの非波形部はパイプの長さ方向に連
続しており、原則的に所要の曲線の形をとることができ
る。非波形部は、パイプ軸に平行に直線的に(請求項
4)または螺旋状に(請求項6)中断することなく延び
る。あるいは波形パイプの少なくとも軸方向の2つの部
分に互いに異なる角度位置で2つずつの非波形部が配置
され(請求項5)、部分的に直線に延びるのが好まし
く、例えば相前後する2つずつの非波形部は互いに20
°から160°の角度だけ軸回り方向にずれていればよ
い(請求項10)。
に平行であることが特に好ましく、これは引張り応力が
作用するとねじ戻る螺旋形状に比べてより高い引張り剛
性、またより良い長さ方向の安定性をもたらす。
の角度をおいた2箇所に形成され(請求項2)、特に好
ましくは中心角で180°の角度で対向する2箇所に形
成されているとよい(請求項3)。
形状、円形状または一部に平坦部を有する長円形状等で
あればよく(請求項7)、その外形はパイプ軸について
同心状に配置されていることが好ましい(請求項8)。
特に、外形が楕円形状であって、小断面の長軸は大断面
の短軸と平行であり、同じ長さであることが好ましい
(請求項9)。
かな表面のパイプと同じである。この非波形部は引張り
または圧縮荷重がかかっても波形部のように曲げ変形に
よって曲がることはない。
の新規な形状を有する波形パイプの曲げ撓み性は周方向
の角度の関数である。波形パイプは非波形部と交差する
曲げ平面で最大の曲げ剛性、すなわち最小の曲げ撓み性
を有する。曲げ剛性が最大の平面に垂直な曲げ平面にお
いて、曲げ剛性が最小、つまり曲げ撓み性が最大である
のが好ましい。
ると、非波形部はいわゆる中立面に位置する。すなわ
ち、非波形部では伸長や圧縮がほとんどおこらないが、
同時に周方向に90°離れた位置では(伸長や圧縮によ
って)最大限に曲がる。
と引張り剛性を切り離すことができる。特に、引張りま
たは圧縮荷重に対して高い長さ方向の剛性をもつ、すな
わち長さ方向にあまり変形しないにもかかわらず1つの
曲げ平面で非常に高い曲げ撓み性をもつ。
未知であるというわけではないが、既知のそのような波
形パイプは完全に異なる問題や異なる技術的な適用に関
する。
出とそれに続く吸込みもしくは吹込み成形、押出吹込み
成形、同時押出吹込み成形またはそれに続く吹込み成形
により、ホースの調整を行ないながら、または調整無し
で製造することができる(請求項11)。そして、自動
車の空気伝導部品および液体管、または洗濯機の水管と
して用いることが効果的である。
とができ、下記の図面は本発明の実施形態を示す。
形パイプの断面図、側面図、上面図および斜視図で、こ
れらの図に示す実施形態では2つの対向する部分で波形
が形成されていない。
と非波形部の配置を示す断面図、側面図、上面図および
斜視図で、ジャケットラインは様々な平面での曲げ変形
を可能にするために軸回り方向にオフセットされてい
る。
の内側パイプ断面および外側断面の可能な組み合わせを
示す図である。
8に示す実施形態において、最大の曲げ撓み性を有する
平面は斜視図(図4、図8)で双矢印によって示してい
る。
形状は、楕円、卵形、円形、および平坦部も有する所謂
長円形である。
に対して同心に、すなわちその軸の交差点(長軸と短軸
の交差点)またはその中心点がパイプ軸に配置されるの
が特に好ましい。
では、図1〜図4の実施形態に示すように、大小の断面
が共に楕円形である。この場合、1の長軸は大断面2の
短軸に平行で、同じ長さである。従って、パイプ全周の
うちで、小断面の長軸の両端及び大断面の短軸の両端に
相当する部分は、波形が完全になくなって、パイプの長
さ方向に平滑な非波形部3a,3bとなっている。両非
波形部3a,3bは中心角で略180°の角度をもって
相対向し、パイプの長さ方向にライン状に連続して延
び、パイプの軸と平行で直線状に形成されている。
いる状態で非円形断面は円形断面より変形し易い傾向に
あるという性質は、隣接する楕円形断面を交互に90°
回転させることによって相互補償することができる。
以上の曲げ平面で高い曲げ撓み性が要求される。この要
求は、図5〜図8に示すように、本発明の波形パイプ形
状の少なくとも2つの部分W1,W2を、曲げ剛度が最
小の平面を互いに異なる角度に配置して、直列に接続す
ることによって達成される。つまり、波形パイプの軸方
向の片側部分W1と他の部分W2とに互いに異なる角度
位置で2つずつの非波形部3a,3bが形成され、図5
〜図8に示す例では、片側部分W1の非波形部3a,3
bと他の部分W2の非波形部3a,3bとが中心角で略
90°だけ互いにずれて配置されている。
す2つの曲げ要素を例えば90°の所定角度で、直列に
接続することにより、所定の角度域内で2つの端部が互
いに所要の動きをなすことが可能になる。このように、
個々の部分では引張り剛性を高めるために自由度を犠牲
にしなければならないが、全体的に見ると図5〜図8に
示すような波形パイプは実際に無限定に動くことができ
る。配設状況に依存する必要な曲げ平面によると、90
°以外のオフセット角度もまた有利であり、これらのオ
フセット角度は各部分毎に特別に設定することができ
る。オフセット角度は20°から160°の範囲内にあ
るのが好ましい。一つの部分と次の部分の繋ぎ部分4を
作るにあたって、隣接する部分が引張りまたは圧縮の剛
性の劣る部分なしに連続的に構成されるように、短い直
線的なパイプ部の形で中断せず、非波形部3a,3bに
接続するように注意せねばならない。つまり、この繋ぎ
部分では、該一つの部分W1の非波形部3a,3bのラ
インが終った位置で、この一つの部分W1から非波形部
3a,3bが所定角度回転した次の部分W2が連続する
ように、繋ぎ部分4が形成される。
り、その数例を図9に示す。図9(a)では小断面1が
円形で大断面2が楕円形、同(b)では小断面1が楕円
形で大断面2が円形、同(c)では小断面1及び大断面
2がともに楕円形、同(d)では小断面1が円形で大断
面2が両側の半円部分を直線部分(平坦部)で繋いだ偏
平長円形、同(e)では小断面1が上記偏平長円形で大
断面2が円形、同(f)では小断面1及び大断面2がと
もに上記偏平長円形、同(g)では小断面1が楕円形で
大断面2が上記偏平長円形、同(h)では小断面1が上
記偏平長円形で大断面2が楕円形となっている。これら
の例のいずれにおいても、相対向する2箇所に非波形部
が形成され、その両非波形部がパイプの長さ方向に連続
している。
する形状としては、パイプ軸回りに螺旋状に延びていて
もよいが、前述のようにパイプ軸に平行な直線状であれ
ば、高い引張り剛性、またより良い長さ方向の安定性が
得られる。
能にするために、図1〜図4に示す本発明の一実施形態
の波形パイプ形状と図10に示す従来の対称的で、円形
の波形パイプ形状とを有限要素分析によって比較した。
2つの比較パイプの形状は流体が自由に流れる断平面
(流動平面)及び平均壁厚が対応するように設定した。
計算用に100MPaの等方性の材料剛度を有するポリ
マー材を想定した。自動車分野の空気導通部品と冷却水
管の典型的な作動状況に相当する荷重を両パイプにかけ
た。
かけられ、ケースBではこの内圧に加えて長さ20mm
毎に5°の曲げ変形を起こさせた。次の表1では特に内
圧によってもたらされる長さ方向の伸長の差、またケー
スBで最大におこるいわゆる減応力(Mieses応力、相当
応力)を示す。
なわち高い可撓性、それにもかかわらず確実に少ない長
さ方向の伸長、およびより低い最大減応力(Mieses応
力)で明らかに利点を示す。リブやその他の手段で補強
され、表1の従来の波形パイプと本発明の波形パイプの
間にランクする従来の波形パイプと比べてもこれらの利
点はある。
つまたは数個の材料層を有してもよい。好ましい製造方
法は、本発明の形状をなすように押出または同時押出と
それに続く吸込み、または吹込み成形である。その他の
好ましい方法は押出吹込み成形、同時押出吹込み成形と
それに続く吹込み成形で、必要に応じてホースの調整を
行わえばよいが、ホースの調整を行わなくてもよい。
のような熱可塑性ポリマーを使用してもよい。好ましい
ポリマーおよびポリマーの組み合わせは欧州特許公報E
P0 671 582A1およびドイツ特許公報DE 4
4 32584 C1に記載されており、その記載内容は
この明細書にはっきりと含まれている。
パイプのジャケット表面の略対向する2箇所に波形が形
成されていない平滑な非波形部を有し、これらの非波形
部はパイプの長さ方向にライン状に連続して延びている
ため、パイプ全体の引張りまたは圧縮が上記非波形部に
よって充分に抑制され、特定の曲げ方向の力に対しては
波形が形成されている部分の変形によって曲げ撓み性を
高めることができる。従って、充分な曲げ撓み性を確保
しつつ、引張りまたは圧縮の剛性及び内圧に対する強度
を高めることができる。
一端側から見た正面図である。
図である。
図である。
向一端側から見た正面図である。
図である。
図である。
例を示す概略図である。
て、(a)は軸方向一端側から見た正面図、(b)は側
面図、(c)は上面図、(d)は斜視図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 少なくとも1つのポリマー層を備え、パ
イプ全周のうちの少なくとも一部の区域でパイプジャケ
ットに長さ方向に波形を形成する閉塞外形を有する流体
管用熱可塑性ポリマー製波形パイプであって、上記閉塞
外形はパイプのジャケット表面の略対向する2箇所に波
形が形成されていない平滑な非波形部を有し、これらの
非波形部はパイプの長さ方向にライン状に連続して延び
ることを特徴とする波形パイプ。 - 【請求項2】 上記非波形部は中心角で150°から2
10°の角度をおいた2箇所に形成されていることを特
徴とする請求項1記載の波形パイプ。 - 【請求項3】 上記非波形部は中心角で180°の角度
をもって対向する2箇所に形成されていることを特徴と
する請求項2記載の波形パイプ。 - 【請求項4】 2つのライン状の非波形部は直線的に、
中断せずに延び、パイプ軸に平行であることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれかに記載の波形パイプ。 - 【請求項5】 波形パイプの少なくとも軸方向の2つの
部分に互いに異なる角度位置で2つずつの非波形部が配
置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
かに記載の波形パイプ。 - 【請求項6】 2つのライン状の非波形部はパイプ軸回
りに螺旋状に延びることを特徴とする請求項1乃至3の
いずれかに記載の波形パイプ。 - 【請求項7】 波形を形成するパイプ外形は楕円形状、
卵形状、円形状または長円形状であることを特徴とする
請求項1乃至6のいずれかに記載の波形パイプ。 - 【請求項8】 波形を形成する外形はパイプ軸について
同心状に配置されていることを特徴とする請求項7記載
の波形パイプ。 - 【請求項9】 外形は楕円形状であり、小断面の長軸は
大断面の短軸と平行であり、同じ長さであることを特徴
とする請求項7または8記載の波形パイプ。 - 【請求項10】 相前後する2つずつの非波形部は互い
に20°から160°の角度だけ軸回り方向にずれてい
ることを特徴とする請求項5記載の波形パイプ。 - 【請求項11】 押出または同時押出とそれに続く吸込
みもしくは吹込み成形、押出吹込み成形、同時押出吹込
み成形またはそれに続く吹込み成形により、ホースの調
整を行ないながら、または調整無しで製造してなる請求
項1乃至10のいずれかに記載の波形パイプ。 - 【請求項12】 自動車の空気伝導部品および液体管、
または洗濯機の水管として用いられる請求項1乃至11
のいずれかに記載の波形パイプ。
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