JP7530165B2

JP7530165B2 - コルゲート管

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Publication number: JP7530165B2
Application number: JP2019176610A
Authority: JP
Inventors: 賢司水川; 拓朗山口
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2024-08-07
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021055691A

Description

本発明は、コルゲート管に関する。

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。

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。

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。

特許第３７６９３５０号公報

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。

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。

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。

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。

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。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。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。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。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。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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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

Claims

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。）
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。