JP3219540B2 - 繊維強化樹脂製継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水道管等の高内圧管の接
合に使用する繊維強化樹脂製継手に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化樹脂製継手（以下、繊維強化樹
脂をFRPと称する）においては、合成樹脂製継手の耐腐
食性、軽量性等に加え、優れた内圧(引張り)強度、衝撃
強度等を備えている。

【０００３】このFRP製継手中、樹脂を含浸した連続繊
維をマンドレルに巻回・積層し、樹脂の硬化後、マンド
レルを脱型して製造する継手、すなわち、フィラメント
ワィンディング法（以下、FW法と称する）により成形し
たFRP継手においては、繊維に内圧フ−プストレスを効
果的に支持させ得、特に高い内圧強度を備えている。

【０００４】しかしながら、FW法FRP継手を、高圧下、
特に脈動負荷条件下で使用すると、例えば、水道管の継
手として使用すると、内部の水が発汗状に漏水する現
象、すなわちウィ−ピング現象が発生し易い。

【０００５】かかるウィ−ピング現象を防止するため
に、ポリ塩化ビニル等のブロ−成形によりウィ−ピング
防止合成樹脂製成形体を成形し、その外部にFW法FRPの
継手本体部を形成して、継手の全内周面にウィ−ピング
防止層を設けることが公知である（特開昭６０−２２９
７４２号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】継手においては、同一
口径の管に対し、直線継手（ソケット）、ベンド継手、
Ｔ型継手、十字型継手等の多種類のものが必要とされ
る。

【０００７】従って、上記の従来例においては、多種類
のウィ−ピング防止合成樹脂製成形体を成形する必要が
あり、多種類のブロ−成形金型を必要とし、製造費が高
コストになり、また、ブロ−成形品の管理もやっかいで
ある。

【０００８】ところで、図６の（イ）や（ロ）に示す通
常のFRP製管継手のウィ−ピング現象を観察すると、ウ
ィ−ピングの発生箇所は、管挿口が挿入される部分、す
なわち、受口１２’、特に、受口奥方のテ−パ段面12
2'、止水用ゴムリング装着溝箇所141'、抜け止めリング
装着溝142'箇所等が多く、通常、管挿口との接触があり
得ない継手内面中央部120'には、ウィ−ピングの発生は
殆んど観られない。

【０００９】これは、管挿口先端との当接による局部的
応力、高内圧作用下での溝等の凹凸箇所での応力集中、
或いは、抜け止めリングの当接による局部的応力等のた
めに、それらの箇所に初期マイクロクラックが発生し、
このマイクロクラックが樹脂と繊維との界面を繋ぐよう
に連鎖的に伝播していく結果であると推察でき、FRP継
手の全内面にウィ−ピング防止層を設けても、挿口が接
触することのない継手内面中央部のウィ−ピング防止層
部分はウィ−ピング防止に殆んど寄与することがない。

【００１０】上記した従来例においては、ブロ−成形に
よるウィ−ピング防止合成樹脂製成形体をFWのマンドレ
ルとして使用し、通常のFW法におけるマンドレルからの
脱型作業を省略して、成形時間の短縮化を図っている
が、多種類のウィ−ピング防止合成樹脂製成形体をブロ
−成形に要する費用（特に、金型コスト）並びに多種類
のウィ−ピング防止合成樹脂製成形体の管理に要する費
用を勘案すれば、高コスト化を否定し難い。

【００１１】本発明の目的は、同一口径の多種類の継
手、すなわち、直線継手、ベンド継手、Ｔ型継手、十字
型継手等の低コスト化を、優れた耐ウィ−ピング性を保
障しつつ可能とする繊維強化樹脂製継手を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化樹脂製
継手は、繊維強化樹脂製の管継手において、受口内面
に、受口の入口から奥方の端部にわたるウィ−ピング防
止合成樹脂製成形体が固着されていることを特徴とする
構成であり、ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体に止水
用ゴムリング装着溝並びに抜け止めリング装着溝を形成
して、抜け止め防止機能を有する止水用ゴムリングシ−
ル方式とすることもできる。

【００１３】以下、図面を参照しながら本発明の一例を
説明する。図１の（イ）〜（ニ）は、本発明の実施例で
ある直線継手、ベンド継手、Ｔ型継手、十字型継手をそ
れぞれ示している。

【００１４】図１の（イ）〜（ニ）において、１１はFR
P製の継手本体部を、１２は受口をそれぞれ示し、継手
の種類が異なっても、受口の寸法は同一である。１３は
受口１２の内面に固着されたウィ−ピング防止合成樹脂
製成形体であり、受口の入口121から受口奥方のテ−パ
段面122の端部123に至る長さLとされている。これらの
継手は、通常、接着方式（受口と管挿口との間を接着剤
で固着する方式）で使用される。

【００１５】図２の（イ）〜（ニ）は、本発明の別実施
例である直線継手、ベンド継手、Ｔ型継手、十字型継手
をそれぞれ示し、止水用ゴムリング装着溝141並びに抜
け止めリング装着溝142がウィ−ピング防止合成樹脂製
成形体１３に形成されており、抜け止め防止機能を有す
る止水用ゴムリングシ−ル方式で使用される。１１はFR
P製の継手本体部を、１２は受口を、Lはウィ−ピング防
止合成樹脂製成形体１３における受口１２の入口121か
ら受口奥方のテ−パ段面122の端部123に至る長さをそれ
ぞれ示している。

【００１６】上記ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１
３においては、柔軟で伸び易い物性を有し、受口の入口
から奥方端部にわたる管挿口先端の当接、抜け止めリン
グの受口内面への当接または、内圧による溝凹凸面の歪
発生等のもとでも、初期マイクロクラックの発生が防止
される。

【００１７】このウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１
３には、FRP製の継手本体部１１よりも柔軟な各種合成
樹脂を使用できるが、接着性に優れたもの、例えば、塩
化ビニルを使用することが好ましい。

【００１８】このウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１
３の成形法としては、真空成形法（プラスチックプレ−
ト原反を真空成形金型を使用して、加熱下で減圧吸引成
形し、成形品の端面をトリミングする）、ブロ−成形法
（押出機からのバリソンを膨張させてブロ−成形型で成
形し、成形品の端面をトリミングする）または射出成形
法等を使用できるが、管挿口の管受口への挿入上の寸法
精度を保障するために、内径寸法精度に優れた射出成形
法または真空成形法を使用することが好ましい。

【００１９】特に、上記図２の（イ）乃至（ニ）に示す
継手に使用するウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１３
においては、アンダ−カットを有するので、割金型を使
用する必要がある。このアンダ−カットを有するウィ−
ピング防止合成樹脂製成形体を、例えば、真空成形法に
より成形するには、図３の（イ）に示すような割り構造
の金型２１を使用し、加熱軟化させたプラスチック板に
この金型を当接し、金型内通路の真空引きにより、図３
の（ロ）に示すように、その軟化プラスチック板131を
金型２１の表面に吸引・密着させ、これを冷却固化のう
え、分割金型２１の中央ピ−ス211を抜脱し、次いで、
対向ピ−ス212,212を抜脱し、最後に対向ピ−ス213,213
を抜脱し、成形体の両端を図３の（ハ）に示すように、
トリミングして、これにて、ウィ−ピング防止合成樹脂
製成形体１３の成形を終了する。

【００２０】上記継手本体部１１の繊維強化樹脂の樹脂
には、硬化性樹脂、熱可塑性樹脂の何れをもを使用でき
るが、生産性、成形性等の面から、硬化性樹脂を使用す
ることが好ましい。硬化性樹脂としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル(エポキ
シアクリレ-ト)樹脂、フェノ−ル樹脂等を列挙でき、熱
可塑性樹脂としては、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化
ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニト
リル−ブタジェン−スチレン共重合体、ポリスチレン、
ポリカ−ボネ−ト、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリフェニレンサルファィド、ポリスルホン、ポリ
エ−テル・エ−テルケトン等を列挙できる。

【００２１】これらの樹脂には、必要に応じて、充填
剤、低収縮剤、改質剤、短繊維、熱安定剤、可塑剤、滑
剤、顔料等を添加することができる。上記継手本体部１
１の繊維強化樹脂の繊維には、ガラス繊維、炭素繊維等
の無機繊維の他、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポ
リアミド繊維等の有機繊維を使用することもできる。

【００２２】上記継手本体部１１の繊維含有率は、耐内
圧強度、耐衝撃性を保障し得るように、３０〜９５体積
％、好ましくは、４０〜６５体積％とすることが好まし
い。本発明において、継手本体部１１は、ハンドレイア
ップ法、スプレ−アップ法により成形することも可能で
あるが、生産性、成形性、品質安定性等の面からしてFW
法が最適である。

【００２３】本発明の繊維強化樹脂製継手は、図４の
（イ）に示す通常のフィラメントワィンディング装置を
使用して製造することができる。図４の（イ）におい
て、３１はロ−ビング供給ボビンを、３２は樹脂含浸槽
を、３３はドクタ−ブレ−ドを、３４はフィ−ドアイ
を、３５は金型をそれぞれ示し、ボビンからのロ−ビン
グを樹脂含浸槽に通過させて樹脂を含浸し、図４の
（ロ）に示すように、金型３５の回転速度とフィ−ドア
イ３４のＹ軸方向(金型３５の回転軸の軸方向）並びに
Ｚ軸方向（フィ−ドアイ３４をＹ軸に直角な方向に前後
させる方向）の移動速度を制御して、金型３５に対する
ロ−ビングの巻き付け角度を所定値に設定し、フィ−ド
アの制御された移動で樹脂含浸ロ−ビングを所定の一定
角度で金型に巻回、積層していく。

【００２４】上記フィラメントワィンディング装置を使
用して本発明の繊維強化樹脂製継手、例えば、図２の
（イ）に示す直線継手を製造するには、図４の（イ）に
示すように、金型３５に図５の（イ）に示すスペ−サ35
1を介してウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１３を装
着し、ロ−ビングをボビンから繰り出し、樹脂含浸槽に
通し、この樹脂含浸ロ−ビングをドクタ−ブレ−ドに通
し樹脂量を調整しつつ図５の（ロ）に示すように、ウィ
−ピング防止合成樹脂製成形体１３並びに金型３５上に
所定の巻き付け角度で巻回積層し、所定量巻回積層した
のち、この積層体を金型と共に加熱炉に搬入して樹脂を
硬化させ、しかるのち、図５の（ハ）に示すように脱型
し、これにて製造を終了する。

【００２５】この場合、ウィ−ピング防止合成樹脂製成
形体１３とFW法FRP１１との間の強固な一体化を図るた
めに、ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１３の外面に
接着剤あるいは、表面処理剤等を塗布したうえで、フィ
ラメントワィンディングすることが好ましい。この接着
剤あるいは、表面処理剤には、不飽和ポリエステル樹脂
系、エポキシ樹脂系、ウレタン系、ビニルエステル（エ
ポキシアクリレ−ト）樹脂系等があるが、接着強度、塗
布作業性の面から、溶剤揮発型の一液性ウレタン処理剤
を使用することが好ましい。

【００２６】本発明の繊維強化樹脂製継手においては、
受口内面のみにウィ−ピング防止合成樹脂製成形体１３
を固着したものであっても、優れた耐ウィ−ピング性を
示し、繊維含有率が高いFW法FRPの継手本体部１１のた
めに高い内圧破壊強度を呈する。このことは後述の実施
例と比較例との静水圧試験の結果からも明らかである。

【００２７】

【作用】受口の入口から奥方の端部にわたる管挿口先端
の当接、止水用ゴムリングや抜け止めリングの受口内面
への当接または、内圧による溝凹凸面の歪等に対し、ウ
ィ−ピング防止合成樹脂製成形体が初期マイクロクラッ
クの発生を防止し、ウィ−ピングの発生が排除される。

【００２８】また、同一口径のもとで、直線継手、ベン
ド継手、Ｔ型継手、十字型継手等の各種継手の受口寸方
の同一下、ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体を共通化
でき、ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体の成形金型の
共通化により、製造コストを低減できる。

【００２９】

【実施例】以下の実施例並びに比較例において使用した
継手は、図２の（イ）並びに図６の（ロ）に示す、受口
内面に止水用ゴムリング装着溝と抜け止めリング装着溝
とを有し、全長が４２０ｍｍ、受口内面長さ〔図２
（イ）の長さL〕が１６３ｍｍ、中央内径が１５４ｍｍ
の直線継手である。

【００３０】これらの実施例並びに比較例において使用
した樹脂組成物は、樹脂：不飽和ポリエステル樹脂（粘
度７ポイズ）１００部、硬化剤：メチルエチルケトンパ
−オキシド０．８部、硬化促進剤：６％ナフテン酸コバ
ルト０．３部からなるものであり、使用した連続繊維
は、番手２２３０ｇ／ｋｍのガラス繊維ロ−ビング１０
本であり、使用したFW機の方式は、成形型を回転させ、
フィ−ドアイを上記のＹ軸方向（成形型の回転軸方
向）、Ｚ軸方向に移動させる３軸方式であり、使用した
金型は外径１５０ｍｍの直管パイプ金型である。

【００３１】実施例１ ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体は厚み３ｍｍの塩化
ビニル板の真空成形により成形した。このウィ−ピング
防止合成樹脂製成形体を図５の（イ）に示すように金型
に装着し、この成形体上にウレタン系表面処理剤を塗布
し、次いで、金型を回転させ、フィ−ドアイの制御によ
り、９０⁰と±６０⁰の角度で樹脂含浸ガラスロ−ビング
を巻回、積層し、この積層体を５０℃，２時間にて硬化
し、金型を脱型して、繊維強化樹脂製継手を製作した。

【００３２】実施例２ ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体を塩化ビニル樹脂の
射出成形により成形した以外、実施例１と同じとした。

【００３３】実施例３ ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体を塩化ビニル樹脂の
ブロ−成形により成形した以外、実施例１と同じとし
た。

【００３４】比較例 ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体を使用せず、分割式
の金型を使用し、フィ−ドアイの制御により金型軸方向
に対し、９０⁰と±６０⁰の角度で樹脂含浸ガラスロ−ビ
ングを実施例と同一巻回量で巻回、積層し、実施例と同
一条件で硬化して、ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体
なしの繊維強化樹脂製継手を製作した。

【００３５】これらの実施例品、並びに比較例品の各試
料数１０個について静水圧試験を行ったところ、比較例
においては１５kgf/cm²（平均値）でウィ−ピングが発
生したが、何れの実施例品においても、ウィ−ピングは
発生せず、FRP破壊が生じ、その破壊水圧は、実施例１
においては７０kgf/cm²（平均値、以下同じ）、実施例
２においては７５kgf/cm²、実施例３においては６５kgf
/cm²であった。

【００３６】なお、内径寸法精度は、比較例の±０．５
ｍｍに対し、実施例１では±０．３ｍｍ、実施例２では
±０．１ｍｍであって共に良好であった。実施例３にお
いては実施例よりやや低い精度であったが、実用上支障
にならない程度であった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂製継手は、上述し
た通りの構成であり、従来の繊維強化樹脂製継手におけ
るウィ−ピングの発生が受口部に多発していることに鑑
み、受口内面にのみウィ−ピング防止合成樹脂製成形体
を固着してあり、口径が同一である以上、、直線継手、
ベンド継手、Ｔ型継手、十字型継手等の異種継手間で共
通のウィ−ピング防止合成樹脂製成形体を使用でき、ウ
ィ−ピング防止合成樹脂製成形体の成形金型の種類を少
なくでき、ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体の管理が
簡単になるから、耐ウィ−ピング性に優れた繊維強化樹
脂製継手を低コストで容易に製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化樹脂製継手の異なる実施例を
示す説明図である。

【図２】本発明の繊維強化樹脂製継手の上記実施例とは
別の異なる実施例を示す説明図である。

【図３】本発明において使用するウィ−ピング防止合成
樹脂製成形体の真空成形法の作業手順を示す説明図であ
る。

【図４】図４の（イ）は本発明の繊維強化樹脂製継手の
製造に使用するフィラメントワィンディング装置を示す
説明図、図４の（ロ）は図４の（イ）におけるフィ−ド
アイと金型とを示す説明図である。

【図５】本発明の実施例の製造手順を示す説明図であ
る。

【図６】異なる従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 継手本体 １２ 受口 １２１ 受口の入口 １２２ 受口の奥方の段面 １２３ 受口の奥方の端部 １３ ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体 １４１ 止水用ゴムリング装着溝 １４２ 抜け止めリング装着溝

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維強化樹脂製の管継手において、受口内
   面に、受口の入口から奥方の端部にわたってウィ−ピン
   グ防止合成樹脂製成形体が固着されていることを特徴と
   する繊維強化樹脂製継手。
2. 【請求項２】ウィ−ピング防止合成樹脂製成形体にゴム
   リング装着溝並びに抜け止めリング装着溝が形成されて
   いる請求項１記載の繊維強化樹脂製継手。