JP5829114B2 - 配管材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、給水・給湯配管や、冷暖房用の冷温水配管、あるいは温水設備などに使用する複合管と継手とが予め一体化された配管材及びその製造方法に関する。

給水・給湯配管や、冷暖房用の冷温水配管、あるいは温水設備などに使用する管として、例えば、内外層がポリエチレン等の熱可塑性樹脂で形成され、補強層がアルミニウムなどの金属で形成された３層以上の層からなる金属複合管（以下、「複合管」と記す）が用いられている。
このような複合管は、従来、かしめ継手（特許文献１参照）、ワンタッチ継手（特許文献２参照）、袋ナットを締め付ける方式の継手（特許文献３参照）等の管継手を用いて他の金属製の配管材と接続されるようになっている。

また、製造コストダウンと省資源化を目的に、塑性変形可能であるプラスチック管と、このプラスチック管の先端部側に嵌め込んである環状のスペーサ部材と、このスペーサ部材に接続される接続部材とから構成されており、上記プラスチック管の先端部側の外周に凸部を形成してあり、上記スペーサ部材は、その内周に接続凹部を形成してあって、この接続凹部に上記プラスチック管の凸部が圧入されている配管の接続体が提案されている（特許文献４参照）。

特開２００７−２８５４０５号公報 特許４１７９９１９号公報 特開平６−３４６９９４号公報 特開２００９−１９７９２６号公報

しかし、従来の接続に用いられる管継手は、継手本体が、かしめや締め付けに耐えるように、金属材料（主に銅合金）で形成されているため、以下のいずれかの問題がある。
（１）金属価格の変動によりコストが高く、また安定供給のリスクが高い。
（２）重量が重くなる。
（３）腐食の発生リスクがある。
（４）継手を構成する部材の点数が多く、それらの組立が必要なため、組立工数、時間を要し、コストアップの要因となっている。
（５）組立時に不良部材を間違って使用するおそれや、組立間違いなどの製品不良が発生するおそれがある。
（６）管継手に抜け止めや止水の構造を持たせるため、管継手全体が大きくなり、狭い場所での配管ができないという問題がある。

一方、樹脂製配管材と樹脂製配管材との接続方法としては、上記のメカニカルな接続方法以外にバット融着や電気融着継手を用いた接続方法がある。
しかしながら、バット融着は、接合しようとする配管材の端面を熱板等で溶融したのち、端面同士を突き合わせて接合するようになっている。したがって、バット融着では、上記補強層に溶融しない金属層を備えている複合管の場合、他の配管材の管端面を複合管の管端面に押し付けた際に、溶融樹脂に面圧を加えることが難しく、うまく融着できないという問題がある。
電気融着継手では、一般的に管の外面と継手内面とを融着するが、上記複合管の外層は、その肉厚が薄く、溶融樹脂が十分に確保できない。さらに管の偏平などがあり、周方向で均一に溶融し、面圧をたてるのが困難であることから、安定した融着強度が発現できないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みて、金属材料の使用量を少なくすることができるとともに、配管施工工数を少なくすることができ、さらに、複合管端面の金属製補強層が内部を流れる水に接触しない配管材及びこの配管材を環境や人による強度のバラツキを生じることなく、複合管部分と継手部分との接続状態を安定した品質とすることができる配管材の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる配管材は、他の配管材の受口に挿入される差口と、この差口の差込後端側で外周方向に鍔状に張り出し、前記他の配管材の前記受口の外周方向に鍔状に張り出すクリップ係止鍔とともに、クリップ部材によって係止されるクリップ係止鍔とを有する継手部と、この継手部に連設された管材本体部と、を備える配管材であって、前記管材本体部と、この管材本体部の一端に設けられ、管材本体部より拡径する拡径部と、この拡径部の先端に設けられた鍔返し加工部を備え、熱可塑性樹脂製の内層及びこの内層の外側に設けられた金属製の補強層を有する複層構造をしている複合管の、前記拡径部および鍔返し加工部の前記内層と、熱可塑性樹脂からなり、継手部を構成する継手本体部とが、その界面で融着されていて、前記継手本体部より強度が高い材料からなるインコアが、上記継手本体部を内周側から補強するように設けられているとともに、前記鍔返し加工部が、前記クリップ係止鍔の一部を構成していることを特徴としている。

本発明の配管材は、上記継手本体部が、鍔返し加工部の補強層を配管材の外面側に露出状態に被覆する補強層被覆部を備えていることが好ましい。
すなわち、補強層被覆部を設けることによって、補強層が水に曝されて、補強層が腐食することを防止することができる。

本発明の配管材は、特に限定されないが、上記継手本体部の少なくとも一部が、インコアと、複合管との隙間を密に埋めるように設けられている構成とすることが好ましい。
すなわち、インコアが熱可塑性樹脂成形部から離脱しない構造とすることができる。

なお、上記拡径部は、大きいほど抜け止め部材の抜け阻止力を大きくすることができ、内径の拡大も大きいが、逆に継手部の外径が大きくなり、クリップ係止鍔の高さ（継手部の半径方向の長さ）が不足するという問題や、拡径部の肉厚が薄くなり、強度的に問題がでるおそれがあるため、原料となる使用する複合管に応じて拡径度合いが適宜決定される。
拡径部を形成する方法としては、管の内面に略拡径後の管内面形状と同じ金型コアを挿入することにより成形することが望ましい。さらには外側に略拡径後の管外面形状と同じ割り金型を設置し、成形時には金型を締め、成形後に解放離脱することによって、より精度の高い拡径が可能であるので好ましい。
材質によっては、材料の伸び成形外観が良くなるので加温することもよい。

上記本発明の配管材の製造方法は、上記加工複合管を、前記鍔返し加工部が、射出成形金型のキャビティ内に臨み、管材本体部がキャビティ外に配置された状態で、キャビティ内に射出樹脂を射出充填して、継手本体部を射出成形する工程を備えていることを特徴としている。

上記複合管としては、熱可塑性樹脂製の内層と、金属製の補強層とを備えていれば、特に限定されないが、補強層の外側を囲繞する熱可塑性樹脂製の外層を備えていてもよい。
内層と外層を備えた複合管は、内層と外層とが異なる熱可塑性樹脂で形成されていても構わない。このような内層と外層を備えた複合管としては、例えば、積水化学工業社製の商品名エスロンスーパーエスロメタックス等の市販の複合管の管端部を鍔返し加工してあるいは拡径加工した後鍔返し加工して得ることができる。
また、内層及び外層が複層になっているものでも構わないし、内層と外層とが異なる熱可塑性樹脂で形成されていても構わない。

本発明において、継手本体部を形成する樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、使用環境による制約（温度、圧力、水質等）、製造条件による制約等により各種材質を選定可能だが、複合管の内層との融着性を考慮し、内層と同じ材料を選定することが望ましい。

インコアは、特に限定されないが、継手本体部より強度的に優れ、熱可塑性樹脂成形部を射出成形する際に、射出樹脂の熱によって溶融しなければ特に限定されないが、例えば、砲金など銅合金、ステンレス鋼等の金属、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルサルフォン）などのエンジニアリングプラスチック、これらのエンジニアリングプラスチックにガラス繊維等の補強材を混合分散させた複合材料が挙げられる。

本発明にかかる配管材は、以上のように、他の配管材の受口に挿入される差口と、この差口の差込後端側で外周方向に鍔状に張り出し、前記他の配管材の前記受口の外周方向に鍔状に張り出すクリップ係止鍔とともに、クリップ部材によって係止されるクリップ係止鍔とを有する継手部と、この継手部に連設された管材本体部と、を備える配管材であって、前記管材本体部と、この管材本体部の一端に設けられ、管材本体部より拡径する拡径部と、この拡径部の先端に設けられた鍔返し加工部を備え、熱可塑性樹脂製の内層及びこの内層の外側に設けられた金属製の補強層を有する複層構造をしている複合管の、前記拡径部および鍔返し加工部の前記内層と、熱可塑性樹脂からなり、継手部を構成する継手本体部とが、その界面で融着されていて、前記継手本体部より強度が高い材料からなるインコアが、上記継手本体部を内周側から補強するように設けられているとともに、前記鍔返し加工部が、前記クリップ係止鍔の一部を構成しているので、金属材料の使用量を少なくすることができるとともに、継手部分を小さくできて、配管施工工数を少なくすることができる。さらに、複合管端面の金属製補強層が内部を流れる水に接触しないので、補強層が腐食することを防止でき、耐久性にも優れている。
また、継手本体部を射出成形すると同時に複合管と継手本体部とを融着することができるので、後工程で接着するなどの手間がなく生産性がよい。
インコアが設けられているので、継手本体部のシール材による変形を防止して止水性能の低下を防止することができる。
すなわち、たとえば、差口には、通常、シール材が外嵌されていて、差口を受口に差し込むことによってこのシール材によって水密に接続される。一方、差口には、このシール材を介して受口内壁面から受ける反力が外周方向からかかる。したがって、継手本体部が軟質の熱可塑性樹脂で形成されている場合、差口が継手本体部のみであると、この反力で内側に変形して、止水性を確保できなくなるおそれがあるが、インコアを設けることによって、継手本体部のシール材による変形を防止して止水性能の低下を防止することができる。

一方、本発明にかかる配管材の製造方法は、少なくとも上記複合管の前記鍔返し加工部が射出成形金型のキャビティ内に臨み、残部がキャビティ外に配置された状態で、キャビティ内に射出樹脂を射出充填して、継手本体部を射出成形する工程を備えているので、この配管材を環境や人による強度のバラツキを生じることなく、複合管部分と継手部分との接続状態を安定した品質とすることができる。

本発明にかかる配管材の第１の実施の形態をあらわす断面図である。 図１の配管材の他の配管材との接続方法を説明する斜視図である。 図１の配管材と他の配管材との接合部にクリップ部材を装着する前の状態を説明する斜視図である。 図３のクリップ部材を装着したのちの状態を説明する斜視図である。 図４の断面図である。 図１の配管材の製造方法を説明する断面図である。 本発明にかかる配管材の第２の実施の形態をあらわす断面図である。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１〜図５は、本発明にかかる配管材の第１の実施の形態をあらわす。

図１〜図５に示すように、この配管材１ａは、継手部１０および管材本体部１３を備えている。
継手部１０は、差口１１およびクリップ係止鍔１２を備えている。
差口１１は、Ｏリング嵌合溝１１ｂを有し、このＯリング嵌合溝１１ｂにＯリング１１ａがシール材として嵌装されている。

そして、この配管材１ａは、図６に示すように、金型７に後で詳述する複合管２および継手部１０の一部を構成するインコア４ａをセットしたのち、キャビティ７４内に熱可塑性樹脂を射出して継手本体部３ａを成形することによって得られる。

すなわち、複合管２は、外層２ａと内層２ｂおよび補強層２ｃからなる市販の複合管（例えば、積水化学工業社製の商品名エスロンスーパーエスロメタックス、内外層がポリエチレン樹脂、補強層がアルミニウム）の一端部を加工して得られ、円筒状に拡径加工して形成した拡径部２２と、拡径部２２の先端部を鍔返し加工して形成した鍔返し加工部２３と、残部である管材本体部１３となる未加工部２１とを備えている。
未加工部２１の長さは、この配管材１ａの用途に応じて適宜決定され、長尺の場合、未加工部２１がロール状に巻回されていてもよい。
なお、拡径部２２の大きさは、呼び径φ１６ｍｍの複合管（内径φ１５．６ｍｍ）を用いる場合、拡径部２２の内径は、特に限定されないが、１７．６ｍｍ程度が好ましい。

そして、複合管２は、図６に示すように、インコア４ａの一端部外周壁が拡径部２２の基端部側の内壁面に当接し、差口１１の一部を構成するインコア４ａの他端部が複合管２の鍔返し加工部２３側から突出するように装着した状態で、インコア４ａとともに、鍔返し加工部２３および拡径部２２が金型７内にセットされる。

なお、金型閉合状態では、図６に示すように、拡径部２２の基端部側の外周壁面が、金型７の上下型７１，７２内壁面に受けられ、未加工部２１が金型７外に突出した状態となる。
図６中、７３は、インコア４ａの動きを規制するスライド型である。

インコア４ａは、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）に３０重量％のガラス繊維を補強繊維として混合した複合材料であらかじめ成形されていて、鍔部４１と、筒状部４２とを備えている。
筒状部４２は、鍔部４１側の外周面に凹凸形状の継手本体部係合溝部４２ａを備えている。

継手本体部３ａは、図６に示すように、複合管２の鍔返し加工部２３および拡径部２２とインコア４ａとを金型７内にセットすることによって形成されたキャビティ７４の空間部分に内層２ｂとほぼ同じ材質の熱可塑性樹脂を射出成形することによって形成されている。
そして、継手本体部３ａは、上記のように射出成形されることによって、複合管２の拡径部２２および鍔返し加工部２３の内層面と継手本体部３ａの周方向全周にわたって融着状態となるともに、鍔返し加工部２３の鍔外周面、すなわち、外層２ａ，内層２ｂおよび補強層２ｃの端面を覆うとともに、外層２ａおよび内層２ｂの端面に融着状態となっている補強層被覆部３１を備えている。
したがって、この補強層被覆部３１によって補強層２ｃが外部に非露出状態にされている。

なお、この配管材１ａは、図２〜図５に示すように、受口５２およびクリップ係止鍔部５１を有する他の配管材５とクリップ部材６を用いて以下のようにして接続される。
クリップ部材６は、ステンレス鋼の板材を板金加工して得られ、断面コ字形をしたつまみ部６１を挟んで両側に弾性係止部６２を備え、この弾性係止部６２に係止溝６３，６４がそれぞれ穿設されている。
すなわち、図２に示すように、差口１１を受口５２の開口を臨むように配置し、差口１１を図３および図５に示すようにクリップ係止鍔１２とクリップ係止鍔部５１とがほぼ当接するまで受口５２内に差し込む。

つぎに、クリップ係止鍔１２およびクリップ係止鍔部５１が両弾性係止部６２の係止溝６３，６４内に嵌り込むように、クリップ部材６を図４に示す矢印方向に押し込む。
すなわち、この配管材１ａと、他の配管材５とは、上記のようにクリップ部材６の係止溝６３，６４内にクリップ係止鍔１２およびクリップ係止鍔部５１が嵌り込み、係止溝６３，６４の内壁面によってクリップ係止鍔１２およびクリップ係止鍔部５１の壁面が係止とされて、差口１１の受口５２からの離脱が防止される。

また、図示していないが、上記のようにして装着されたクリップ部材６は、両弾性係止部６２に離脱防止用の係止部材の係止爪をそれぞれ係止させて両弾性係止部６２の間隔が拡がって離脱しないようにするようになっている。

この配管材１ａは、上記のように構成されており、以下のような優れた性能を備えている。
（１）金属部分が複合管２の補強層２ｃ部分のみであるので、金属材料の使用量を少なくできる。
（２）継手部１０と管材本体部１３が予め一体化されているので、複合管を現場で継手に接続するという手間がなく、配管施工工数を少なくすることができるとともに、狭い場所での施工性に優れている。また、プレハブ加工などで最適である。
（３）管材本体部１３が複合管で形成されているので、管材本体部１３が継手部１０の近傍での曲げにも対応しやすい。
（４）抜け力が複合管２の金属製補強層２ｃを備えた鍔返し加工部２３に受けられるので、管内層樹脂や融着部に発生する抜け力が小さく、接続部の長期信頼性が高い。
（５）複合管２と、継手本体部３ａとが、継手本体部３ａを射出成形することによって融着一体化させたので、熱板融着や、電気融着などに比べ、温度、圧力が安定化し、外部環境（外乱）の影響も少なく、安定した融着品質が確保できる。
（６）従来の継手を用いた接続構造に比べ、継手部１０の内径を大きくすることができるので、圧損を小さくすることができる。
（７）拡径部２２を備え、この拡径部２２を金型内壁面に係止させるようにしたので、複雑な構造を使用せずとも射出成形時に容易に管の位置決め、固定をすることができる。
（８）継手本体部３ａより強度が高い材料からなインコア４ａによって継手本体部３ａを内周側から補強しているので、継手本体部３ａが軟質の熱可塑性樹脂で形成されていても継手本体部３ａが外周方向からの負荷よって変形し、止水性能が劣化することを防止できる。
（９）インコア４ａの筒状部４２が継手本体部係合溝部４２ａを備えているので、インコア４ａと継手本体部３ａとがよりしっかりと一体化できる。
（１０）複合管２の拡径部２２および鍔返し加工部２３の内層面と継手本体部３ａの周方向全周にわたって融着状態となっているので、補強層２ｃが配管材１ａ内部を流れる流体に触れて腐食する恐れがない。
（１１）継手本体部３ａの強層被覆部３１によって補強層２ｃが外面側でも非露出状態となっているので、万一、配管材１ａの外部が雨水等に曝されても、補強層２ｃが腐食されることがない。

図７は、本発明にかかる配管材の第２の実施の形態をあらわしている。
図７に示すように、この配管材１ｂは、以下に詳述する以外は、上記配管材１ａと同様になっている。したがって、上記配管材１ａと同様の構成部分は、上記配管材１ａと同じ符号を付している。

すなわち、この配管材１ｂは、金型内に複合管２をセットし、インコア４ｂをセットせず、継手本体部３ｂを射出成形したのち、複合管２と融着状態に成形された継手本体部３ｂの先端部にインコア４ｂの筒状部４３を後から嵌合させて、差口１１を受口５２に差し込んだ状態で、Ｏリング１１ａを介して受口５２の内周面からの反力を受けるため、もっとも外側からの負荷がかかりやすいＯリング嵌合溝１１ｂ部分およびその近傍のみの狭い範囲を、インコア４ｂの筒状部４３によって内側から補強するようにした。
この配管材１ｂは、上記のようになっており、上記配管材１ａの作用効果に加え、インコア４ｂが小さなもので済むため、材料コストを低減することができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、差口が管部の一方にしか設けられていなかったが、管部の両側に差口を同様にして設けるようにしても構わない。
また、上記の実施の形態では、複合管が外層を備えていたが、外層はなくても構わない。

上記の実施の形態では、拡径部が円筒状をしていたが、円錐台状の筒状に拡径させても構わない。
上記の実施の形態では、加工複合管が拡径部を備えていたが、管部が短く、金型内に加工複合管全体を収容できるようにする構成や、管部端面を容易に抑えて金型からの離脱を防止できる構成にできれば、拡径部はなくても構わない。

１ａ，１ｂ 配管材
１０ 継手部
１１ 差口
１１ａ Ｏリング（リング状シール材）
１２ クリップ係止鍔
１３ 管材本体部
２ 加工複合管
２１ 未加工部
２２ 拡径部
２３ 鍔返し加工部
２ａ 外層
２ｂ 内層
２ｃ 補強層
３ａ，３ｂ 継手本体部
３１ 補強層被覆部
４ａ，４ｂ インコア
５ 他の配管材
５１ クリップ係止鍔（他の配管材）
５２ 受口
６ クリップ部材
７ 金型
７１ 上型
７２ 下型
７３ スライド型
７４ キャビティ

Claims (8)

1. 他の配管材の受口に挿入される差口と、この差口の差込後端側で外周方向に鍔状に張り出し、前記他の配管材の前記受口の外周方向に鍔状に張り出すクリップ係止鍔とともに、クリップ部材によって係止されるクリップ係止鍔とを有する継手部と、
   この継手部に連設された管材本体部と、を備える配管材であって、
   前記管材本体部と、この管材本体部の一端に設けられ、管材本体部より拡径する拡径部と、この拡径部の先端に設けられた鍔返し加工部を備え、熱可塑性樹脂製の内層及びこの内層の外側に設けられた金属製の補強層を有する複層構造をしている複合管の、前記拡径部および鍔返し加工部の前記内層と、熱可塑性樹脂からなり、継手部を構成する継手本体部とが、その界面で融着されていて、
   前記継手本体部より強度が高い材料からなるインコアが、上記継手本体部を内周側から補強するように設けられているとともに、
   前記鍔返し加工部が、前記クリップ係止鍔の一部を構成していることを特徴とする配管材。
2. 上記複合管が、補強層の外側を囲繞する熱可塑性樹脂製の外層を備えている請求項１に記載の配管材。
3. 上記継手本体部が、鍔返し加工部の補強層を配管材の外面側に非露出状態に被覆する補強層被覆部を備えている請求項１または請求項２に記載の配管材。
4. 上記継手本体部は、その少なくとも一部が、インコアと、複合管との隙間を密に埋めるように設けられている請求項３に記載の配管材。
5. 上記インコアが、筒状部と、この筒状部の一端に設けられ、差口の先端部を形成する鍔部を備えている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の配管材。
6. 差口が、Ｏリング嵌合溝を有し、インコアの鍔部が、前記Ｏリング嵌合溝の側壁を構成している請求項５に記載の配管材。
7. 上記インコアの筒状部が、継手本体部係合溝部を備えている請求項５または請求項６に記載の配管材
8. 少なくとも上記複合管の前記鍔返し加工部が射出成形金型のキャビティ内に臨み、残部がキャビティ外に配置されるとともに、インコアをキャビティ内に配置した状態で、キャビティ内に射出樹脂を射出充填して、継手本体部を射出成形する工程を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の配管材の製造方法。