(57)【要約】      （修正有）【課題】  水道管を保護すると同時に、水漏れが発生した場合、２次被害を防止する水道管の新機能を提供する。【解決手段】  上水道管を内装するゴム製水道配管で、衝撃又は曲げ応力による破断とそれによ  る、高流速の水漏れを防止し、かつ、送水の凍結による流圧低下を防止できるゴ  ム製水道管とその製造方法。【選択図】  図１ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
従来の上水配管を内装するゴム製水道配管で、衝撃又は曲げ応力による破断とそれによる、高流速の水漏れを防止し、かつ、送水の凍結による流圧低下を防止できるゴム製水道管（以下本水道管と称す）とその製造方法。
【請求項２】
前記ゴムが、天然ゴム及び合成ゴム及び熱可塑性エラストマーを含み、その他に加硫済みゴムを粉砕したゴム粒を含むことを特徴とする本水道に用いるゴム。
【請求項３】
前記従来の上水配管を内側に、ゴム等を外側に配置することを特徴とする請求項１の本水道管
【請求項４】
前記従来の上水配管とゴム等などを接着剤又は、化学反応による分子結合によって一体化することを特徴とする請求項１の本水道管とその製法。
【請求項５】
前記請求項４における一体化とは、改めゴム又はゴム粒に加硫剤又はバインダーを均等に混入し、他方、前記従来の配管の表面を改め、洗浄及び接着剤を塗布し、所定の金型を用いて加温加圧し得ることを特徴とする請求項１の本水道管及びその製法。
【請求項６】
前記従来の上水配管に接着されるゴム等の接着境界付近におけるゴムの弾性定数が、１００ｋｇ／ｃｍ２以下であって、少なくとも常温での弾性伸び率が５０％以上であることを特徴とする請求項１の本水道管とその製法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】［産業上の利用分野］
流体配管に対し、衝撃破損、曲げ破損を防止し、流体漏れによる２次被害を防止する。
【０００２】［従来の技術］
【０００３】水道管は、管内腐蝕、地震又は人為的ミスによって、ピンホール、亀裂、及び破断が起こり、水が漏れ出し、大量の水を噴出したり、配管と並行して配置されている別の配管などを破損させることがある。特に都会の中心街には、送電、通信管が水道管の近距離に配置されていて、その間には通常の土又は砂質で遮断されているが、水道管の水漏れによって、高速の水流が発生すると土や砂の粒子に運動エネルギーを与え、金属製などを破断する。このような２次被害を防止するためには、水道管の材質及びその強度を高める手段、耐震  継手を用いる手段、などで対応している。しかし、何らかの原因で前記水道管の亀裂、又は破断が発生する場合は、ミクロクラックが成長し破断に致るプロセスであり、その駆動力は管路内を流れる水又は流体による応力である。しかし、この現象に対して従来の技術は見当たらない。
【０００４】さらに、水道管が破損に致って、水漏れが激しく、噴出の流速が早い場合、これを防止する手段がない。
【０００５】水道管の凍結を防止する手段としては、様々な方法が提案され、実用されている。水道管の表面に非接着被覆断熱方式として、特聞２００３−１９４２９０では断熱材として樹脂を含む弾性体を用いる。水道管に対して断熱カバーと言った概念に基づく提案として実聞平６−４０５９５があり、ここでは、発泡樹脂の断熱カバーの様々な形状の製造方法を詳細に述べている。いずれも、水道管と断熱被覆は別々の製品として扱われる。その他に、前記被覆材に電熱線を組込む手段も提案されている。これら従来の技術は水道管の凍結防止の意味では優れた性能を有するが、コストが高いことと、ユーザー側がオップションとして使用するため、凍結に対する認識あるいは危機感が低いこともあって、その普及が良くない。
【０００６】水道管を衝撃から守る手段としては、前記断熱被覆材又は断熱カバーにその機能を合わせ持たせることが望ましいが、発泡又は多孔性の断熱性が優れたものは強度的に不十分である。外部からの衝撃とは、例えば水栓柱に自動車が衝突するなどの場合は少なくとも３００〜５００ｋｇ／ｃｍ２の応力が発生するので、水道管は大きく曲げ変形を起こすか、破断してしまうので、それに対応するためには、大きな規模の衝撃吸収対策が必要である。そこで、一般に衝撃の原因として、約１００ｋｇ／ｃｍ２以下の場合と、水道管として、一般住宅への引込配管を想定する。この類の衝撃は工事中のミス、自動車などとの接触、他の物体との衝突が考えられる。尚、地震発生の場合は地盤割れによる曲げ変形が大きい場合に限って、破断などが起こり、衝撃応力は考えなくて良い。
［課題を解決するための手段］
【０００７】円柱形の中心に従来の水道管２をゴム等の弾性体に埋込む方法を開発し、これを本水道管１と称す。前記本水道管１は、例えば水栓柱である場合は水道管２が約１６ｍｍ程度であるので、ゴム等の弾性体の厚さは約２０〜３０ｍｍぐらいである。前記水道管２とゴム等の弾性体との接着は、水道管２の材質によって方法が異なるが、いずれも接着境界層４の厚さは、ほぼ５０〜１００ミクロン程度である。
【０００８】上水管に何らかの理由でピンホール又は亀裂▲６▼が発生した場合、外部への噴流▲７▼は本来前記上水管内を流れる流量Ｑと管内水量と亀裂面が成すＣｏｓｉｎｅ角に比例する式で表現すると
Ｑｃ    ∝    ｃｏｓθ．Ｑ            ・・・・・（１）
θは、水流方向と亀裂断面、即ち、水流が衝突する角度であり、例えばθ＝π／２の場合は噴流はない。Ｑは、水道流水の加圧力、管内の表面などに関する（１）式はθとＱが適当に存在する限り、Ｑｃは必然的に発生するが、このＱｃを強制的にゼロにすることが、本発明のゴム弾性体によるシリーング効果である。
【０００９】これについて詳細に見積もりながら述べる。
一般の住宅の引込み水道管の内径を１６ｍｍとし、１分間に３０リットルの流量とする。即ち、
Ｑ＝３００００ｃｍ３／分、  Ａ（遮断面積）＝（０．８）２π＝２ｃｍ２である。
流速  υ＝３００００×１／６０×１／２＝２５０ｃｍ／ｓｅｃ  となる。水道管の亀裂の巾が、例えば１．６ｍｍであり、先の（１）式のＱｃが、Ｑｃ＝０．１Ｑ  即ち、１０％の水漏れだとすると亀裂を噴出する水漏れの流速は２５００ｃｍ／ｓｅｃとなる。亀裂を噴出する流速  υｃ＝２５００ｃｍ／ｓｅｃ  で
その運動エネルギー
ｕ＝１／２ｍυ２＝１／２×０．３ｋｇ×１／９．８×（２５００）２
＝２．４２×１０４ｋｇ、ｃｍ  となる。
ゴムの弾性エネルギーとしてこれを吸収する場合、ゴム等の弾性体にかかる応力６ｃは
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Ｅはゴムの弾性率、Ｓ．８は前記水道管亀裂の断面の約１０倍、ｌは水道管の周りに接合するゴム弾性体の厚さである。
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となる。但し、ゴムの弾性率を３０ｋｇ／ｃｍ２、厚さを３ｃｍとした。
６ｃが１５５ｋｇ／ｃｍ２とは、ゴムの引張強度が１００〜５００ｋｇ／ｃｍ２の範囲であり、６ｃが２００ｋｇ／ｃｍ２を超えるとゴム材質の選定にコストが高くなる。従って（２）式のＥを１００ｋｇ／ｃｍ２以下の物性に限定すると請求項５で述べた理由である。
前記（２）式の６ｃは、本水道管において、亀裂のシーリングができなくなった場合、ゴム弾性体が耐えるかどうかの目安として考えるものである。しかし、初期段階からシーリング効果がある場合は、前述のように、（１）式における  Ｑｃ＝０となる。
実際、前記噴出流速υｃは、水道管の亀裂口を出た水流が無限の空間を流れる場合にのみ成立する。
金属製の水道管又は塩化ビニール製の水道管であれば、加温、加圧による同時成形による接着応力は７０ｋｇｆ／ｃｍ２以上が一般的である。これはＱｃが少ないか、ゼロに近い初期であれば十分耐えられる強度であり、また、市販の上水管の最大粗さ（水流抵抗）に関しても１ｍｍ前後を想定するので、前記（１）のｃｏｓθが十分角度をもってＱｃを増やすには、亀裂の開口が数ｍｍオーダーの場合である。
従って本水道管においては亀裂の成長が、水道管を例えばＸ−軸に流れる管流による条件に致る前にシーリングが可能である。
シーリングができる状態においては、前記水道管の亀裂巾が、１ｍｍ前後のとき、水道管内には、亀裂の存在は、摩擦損失要因として処理される。
その理由はＱｃがゼロである限り、流体系は保存されるからである。結局、本水道管におけるシーリング効果は、通常の管流における摩擦損失式である。
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ｆが補正されるにとどまる。
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２点間（距離Ｌ）の圧力差である。尚、市販の配管の摩擦ｆは
ｆ＝０．３１６／Ｒｅ１／４              ・・・・・（４）    Ｒｅはレイノルドナンバーを用いるが、亀裂が発生した場合は、水道管内の粗度Ｋと管径ｄだけの関数を適用すべきである。
この関数は既刊の文献を参考する。
衝撃吸収性は、次のように見積もられる。
本水道管の水栓柱が１ｍの高さで、全体の直径が６ｃｍだとし、ゴムの部分の厚さが２ｃｍとすると、前記水栓に物が衝突するときの応力は次のようになる。
Ｆ＝Ｗ／Ａ  で  Ａ＝１００×４＝４００ｃｍ２、
体重６０ｋｇの人間が自転車１０ｋｇで衝突したとすると
Ｆ＝７０／４００＝０．１８ｋｇ／ｃｍ２、ε＝Ｆ／Ｅから
ゴム部分の圧縮変形は０．１２ｍｍとなる。但し、変形は
２ｃｍ×εとした。
一方、前記自転車のスピードが２０ｋｍ／ｈの場合は衝撃応力となるので、ゴム部分に働く応力６は、１ｋｇ／ｃｍ２以下で殆んど損傷がない。
前記、本水道管に対する曲げ変形ｙは
ｙ  ｍａｘ＝Ｗｌ３／３ＥＩ・・・・・（５）    Ｉ＝（π／３２）（ｄ１４−ｄ２４）／ｄ１
で計算する。ｌは水栓柱の高さ方向で衝突する地点までの高さ、Ｗは衝突する物体の重さ、ｄ１は本水道管の外形、ｄ２は同内径である。
しかし、計算するまでもなく、弾性定数Ｅにおいてゴム弾性体は３０〜１００ｋｇ／ｃｍ２で、鋼材は、１０６ｋｇ／ｃｍ２以上であるので、曲げ応力に対してゴム弾性体の抵抗は無視される。つまり役に立たない。
【００１０】本水道管は、従来の技術と同程度の断熱性を有する。ゴム等の材料を配合、混練りの時、できるだけカーボンブラックの使用を低減し、少量の加硫剤で物性を調整する。加硫ゴムの紛砕粒を用いる場合は樹脂系のバインダー又はエチレン酢酸ビニル共重合、などを使用し、その熱伝導率を低くする。
本水道管に関して、熱伝導方程式に基づく議論は、量が多く複雑なので、簡単に説明し、通常現場で使用する計算式を紹介する。
本水道管内のある地点における温度は、外気と温度差によって、時間的に変化し、その変化は、本水道管を構成する材質の熱伝導率（λ）に比例し、各位置における温度の２次微分に比例する。
∂Ｔ／∂ｔ＝λｔ４Ｔ        ・・・・・（６）
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上式の解方はいろいろあるが、時間関数と位置関数を変数分離すると定性的にわかりやすい。つまり、
Ｔ（ｒ、ｔ）＝ＤＥｘｐ（−λαｔ）・Ｒ（ｒ）        ・・・・・（７）
で温度が熱伝導率と時間ｔに対して対数的に変化することがわかる。
熱伝導率はそのものの温度によっても変わるので、ハンドブックには、横軸を温度にして熱伝導率を対数目盛で表示されている。
熱設計では実験的に得られた計算式を使う。円柱形の管の場合は、外気の流れによって異なるが、例えば
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る。ｇは重力加速度、βは空気のＶｏｌｕｍｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｒａｔｅ、Ｔｗは本水道管の表面温度、Ｔｏは外気の温度、Ｖは外気の動粘性係数、ａは外気の温度伝導率である。
本水道管においては使用条件とコストなど多様な使い方を想定するので、上式（８）だけを固定しない、それぞれの設計式は誠文営新光社刊の熱工学ハンドブックを参考にすると良い。
【００１１】従来の技術と比較する場合、異なる点はλだけであり、この値は、ゴム、プラスチック、シリコン樹脂、ガラスファイバーなどが０．１０〜０．１８ＢＴｕ／ｈ・ｆｔ°Ｆの範囲にある。これに対して水が０．３０、空気が０．０１３〜０．０１５、鋼材は２５〜３０のオーダーであり、これら対数目盛では、従来の樹脂系とゴム系がほぼ同程度と言える。ただ本発明に用いるゴム弾性体は、従来の発泡ウレタンを用いる断熱材に比べると、空気の熱伝導性から考えて、その断熱性がいくぶん劣る。
【００１２】本水道管の製造法について述べる。
ゴム材料は、ポリマーに加硫剤などを混入しコンパウンドにする場合と、加硫剤ゴムを粉砕したものを使用する場合はそれぞれ製造法が異なる。
前記コンパウンド作りは、従来のゴム材料を得る技術であるため、説明を省略する。ただ、本発明では、断熱性を向上させるため、無機系の補強剤及び充填剤を少量にした。その場合コンパウンドの比重は１．１０前後が望ましい。加硫剤ゴムの場合は、粉砕粒を１ｍｍ以下にすることが望ましい。その理由は、１ｍｍ以上となると、ゴム弾性体としての引張強度が著しく低下し１００ｋｇ／ｃｍ２以上を得ることが困難である。この場合は、前記ゴム弾性体を二重構造にし、水道管と接着界面に次ぐゴム等の弾性体は通常のコンパウンドを用い、その外側をゴム粒を使用したものにする。
【００１３】前記コンパウンドを用いる成形は、図．５のような金型を使う。下金型にコンパウンド半分を詰め、その中に従来の水道管２を押込み、さらにその上に残りのコンパウンドをのせ、上型を降ろし、加圧する。成形温度は１６０℃前後で１５分から２０分間行う。
【００１４】水道管２をコンパウンドに押込む前に、表面処理と接着剤を塗布しなければならない。
表面処理と接着剤及びその使用方法については、本発明では独自の開発をおこなっていない。詳細に関しては、日本ゴム協会誌Ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．４に述べられている。
【００１５】［実施の例］
長さ５４０ｍｍ、直径６２ｍｍの本水道管の水栓柱を試作した従来の水道管は鋼材、パイプで、図．６にこれを示す。ゴム材料はＮＲ（天然）に３０％重量のＳＢＲをブレンドしたもので、Ｓ（硫黄）加硫とした。水道管の表面処理は、ＭＥＫなどの溶剤で十分洗浄し、市販のフェノール樹脂系の接着剤で下塗りを行った後、上塗り接着剤として、塩化ゴム系（ＣＲ）を用いた。最近は前処理として、化成処理後一液塗りのための市販品もあるが、今のところ二液処理方法が望ましい。
塗布が終わった水道管は放置して乾燥した後、前記コンパウンドに押込み、加圧、加温でいわゆる加硫接着した。前記接着剤とゴムコンパウンドの組合わせは、積層アイソレーターとか、その他の金属、ゴム接着によく使われる方法で、その接着強度も実証されている。
その他ゴムの物性は、引張強度が１８０ｋｇ／ｃｍ２以上伸びが２００％以上である。
【００１６】［発明の効果］
ゴム等の弾性体が厚さ２ｃｍ以上であるため、水道管が１ｍｍ以上の亀裂が発生しても、水漏れによる２次被害はなくなる。
また地上で使用する水栓柱の場合、ある程度の断熱効果を出しながら、何らかの衝撃によって、中の水道管が破断されることを防止できる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2006153253.tif 000010
【図２ａ】
2006153253.tif 000011
【図２ｂ】
2006153253.tif 000012
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年3月30日(2005.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】［産業上の利用分野］
流体配管に対し、衝撃破損、曲げ破損を防止し、流体漏れによる２次被害を防止する。
【０００２】［従来の技術］
【０００３】水道管は、管内腐蝕、地震又は人為的ミスによって、ピンホール、亀裂、及び破断が起こり、水が漏れ出し、大量の水を噴出したり、配管と並行して配置されている別の配管などを破損させることがある。特に都会の中心街には、送電、通信管が水道管の近距離に配置されていて、その間には通常の土又は砂質で遮断されているが、水道管の水漏れによって、高速の水流が発生すると土や砂の粒子に運動エネルギーを与え、金属製などを破断する。このような２次被害を防止するためには、水道管の材質及びその強度を高める手段、耐震  継手を用いる手段、などで対応している、しかし、何らかの原因で前記水道管の亀裂、又は破断が発生する場合は、ミクロクラックが成長し破断に致るプロセスであり、その駆動力は管路内を流れる水又は流体による応力である。しかし、この現象に対して従来の技術は見当たらない。
【０００４】さらに、水道管が破損に致って、水漏れが激しく、噴出の流速が早い場合、これを防止する手段がない。
【０００５】水道管の凍結を防止する手段としては、様々な方法が提案され、実用されている。水道管の表面に非接着被覆断熱方式として、特聞２００３−１９４２９０では断熱材として樹脂を含む弾性体を用いる。水道管に対して断熱カバーと言った概念に基づく提案として実聞平６−４０５９５があり、ここでは、発泡樹脂の断熱カバーの様々な形状の製造方法を詳細に述べている。いずれも、水道管と断熱被覆は別々の製品として扱われる。その他に、前記被覆材に電熱線を組込む手段も提案されている。これら従来の技術は水道管の凍結防止の意味では優れた性能を有するが、コストが高いことと、ユーザー側がオップションとして使用するため、凍結に対する認識あるいは危機感が低いこともあって、その普及が良くない。
【０００６】水道管を衝撃から守る手段としては、前記断熱被覆材又は断熱カバーにその機能を合わせ持たせることが望ましいが、発泡又は多孔性の断熱性が優れたものは強度的に不十分である。外部からの衝撃とは、例えば水栓柱に自動車が衝突するなどの場合は少なくとも３００〜５００ｋｇ／ｃｍ２の応力が発生するので、水道管は大きく曲げ変形を起こすか、破断してしまうので、それに対応するためには、大きな規模の衝撃吸収対策が必要である。そこで、一般に衝撃の原因として、約１００Ｋｇ／ｃｍ２以下の場合と、水道管として、一般住宅への引込配管を想定する。この類の衝撃は工事中のミス、自動車などとの接触、他の物体との衝突が考えられる。尚、地震発生の場合は地盤割れによる曲げ変形が大きい場合に限って、破断などが起こり、衝撃応力は考えなくて良い。
［課題を解決するための手段］
【０００７】円柱形の中心に従来の水道管２をゴム等の弾性体に埋込む方法を開発し、これを本水道管１と称す。前記本水道管１は、例えば水栓柱である場合は水道管２が約１６ｍｍ程度であるので、ゴム等の弾性体の厚さは約２０〜３０ｍｍぐらいである。前記水道管２とゴム等の弾性体との接着は、水道管２の材質によって方法が異なるが、いずれも接着境界層４の厚さは、ほぼ５０〜１００ミクロン程度である。
【０００８】上水管に何らかの理由でピンホール又は亀裂▲６▼が発生した場合、外部への噴流▲７▼は本来前記上水管内を流れる流量Ｑと管内水量と亀裂面が成すＣｏｓｉｎｅ角に比例する式で表現すると
Ｑｃ  ∝  Ｃｏｓθ．Ｑ          ・・・・・（１）
θは、水流方向と亀裂断面、即ち、水流が衝突する角度であり、例えばθ＝π／２の場合は噴流はない。Ｑは、水道流水の加圧力、管内の表面などに関する（１）式はθとＱが適当に存在する限り、Ｑｃは必然的に発生するが、このＱｃを強制的にゼロにすることが、本発明のゴム弾性体によるシリーング効果である。
【０００９】これについて詳細に見積もりながら述べる。
一般の住宅の引込み水道管の内径を１６ｍｍとし、１分間に３０リットルの流量とする。
即ち、
Ｑ＝３００００ｃｍ３／分、  Ａ（遮断面積）＝（０．８）２π＝２ｃｍ２である。
流速  υ＝３００００×１／６０×１／２＝２５０ｃｍ／ｓｅｃ  となる。水道管の亀裂の巾が、例えば１．６ｍｍであり、先の（１）式のＱｃが、Ｑｃ＝０．１Ｑ  即ち、１０％の水漏れだとすると亀裂を噴出する水漏れの流速は２５００ｃｍ／ｓｅｃとなる。亀裂を噴出する流速  υｃ＝２５００ｃｍ／ｓｅｃ  で
その運動エネルギー
ｕ＝１／２ｍυ２＝１／２×０．３ｋｇ×１／９．８×（２５００）２                  ＝２．４２×１０４ｋｇ、ｃｍ  となる。
ゴムの弾性エネルギーとしてこれを吸収する場合、ゴム等の弾性体にかかる応力σｃは
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Ｅはゴムの弾性率、Ｓ．８は前配水道管亀裂の断面の約１０倍、ｌは水道管の周りに接合するゴム弾性体の厚さである．
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となる。但し、ゴムの弾性率を３０ｋｇ／ｃｍ２、厚さを３ｃｍとした。
σｃが１５５ｋｇ／ｃｍ２とは、ゴ厶の引張強度が１００〜５００ｋｇ／ｃｍ２の範囲であり、σｃが２００ｋｇ／ｃｍ２を超えるとゴム材質の選定にコストが高くなる。従って（２）式のＥを１００ｋｇ／ｃｍ２以下の物性に限定すると請求項５で述べた理由である。
前記（２）式のσｃは、本水道管において、亀裂のシーリングができなくなった場合、ゴム弾性体が耐えるかどうかの目安として考えるものである。しかし、初期段階からシーリング効果がある場合は、前述のように、（１）式における  Ｑｃ＝０となる。
実際、前記噴出流速υｃは、水道管の亀裂口を出た水流が無限の空間を流れる場合にのみ成立する。
金属製の水道管又は塩化ビニール製の水道管であれば、加温、加圧による同時成形による接着応力は７０ｋｇｆ／ｃｍ２以上が一般的である。これはＱｃが少ないか、ゼロに近い初期であれば十分耐えられる強度であり、また、市販の上水管の最大粗さ（水流抵抗）に関しても１ｍｍ前後を想定するので、前記（１）のｃｏｓθが十分角度をもってＱｃを増やすには、亀裂の開口が数ｍｍオーダーの場合である。
従って本水道管においては亀裂の成長が、水道管を例えばＸ−軸に流れる管流による条件に致る前にシーリングが可能である。
シーリングができる状態においては、前記水道管の亀裂巾が、１ｍｍ前後のとき、水道管内には、亀裂の存在は、摩擦損失要因して処理される。
その理由はＱｃがゼロである限り、流体系は保存されるからである。結局、本水道管におけるシーリング効果は、通常の管流における摩擦損失式である。
ΔＰ／Ｌ＝ｆ／ｄ・１／２ρυ２              ・・・・・（３）    を保証するものでｆが補正されるにとどまる。
ただし、ｆは管内の摩擦係数、ｄは水道管の直径である。ΔＰは水道管の任意の２点間（距離Ｌ）の圧力差である。尚、市販の配管の摩擦ｆは
ｆ＝０．３１６／Ｒｅ１／４              ・・・・・（４）    Ｒｅはレイノルドナンバーを用いるが、亀裂が発生した場合は、水道管内の粗度Ｋと管径ｄだけの関数を適用すべきである。
この関数は既刊の文献を参考する。
衝撃吸収性は、次のように見積もられる。
本水道管の水栓柱が１ｍの高さで、全体の直径が６ｃｍだとし、ゴムの部分の厚さが２ｃｍとすると、前記水栓に物が衝突するときの応力は次のようになる。
Ｆ＝Ｗ／Ａ  で  Ａ＝１００×４＝４００ｃｍ２、
体重６０ｋｇの人間が自転車１０ｋｇで衝突したとすると
Ｆ＝７０／４００＝０．１８ｋｇ／ｃｍ２、ε＝Ｆ／Ｅから
ゴム部分の圧縮変形は０．１２ｍｍとなる。但し、変形は
２ｃｍ×εとした。
一方、前記自転車のスピードが２０ｋｍ／ｈの場合は衝撃応力となるので、ゴム部分に働く応力σは、１ｋｇ／ｃｍ２以下で殆んど損傷がない。
前記、本水道管に対する曲げ変形ｙは
ｙｍａｘ＝Ｗｌ３／３ＥＩ  ・・・・・（５）  Ｉ＝（π／３２）（ｄ１４−ｄ２４）／ｄ１で計算する。ｌは水栓柱の高さ方向で衝突する地点までの高さ、Ｗは衝突する物体の重さ、ｄ１は本水道管の外形、ｄ２は同内径である。
しかし、計算するまでもなく、弾性定数Ｅにおいてゴム弾性体は３０〜１００ｋｇ／ｃｍ２で、鋼材は、１０６ｋｇ／ｃｍ２以上であるので、曲げ応力に対してゴム弾性体の抵抗は無視される。つまり役に立たない。
【００１０】本水道管は、従来の技術と同程度の断熱性を有する。ゴム等の材料を配合、混練りの時、できるだけカーボンブラックの使用を低減し、少量の加硫剤で物性を調整する。加硫ゴムの紛砕粒を用いる場合は樹脂系のバインダー又はエチレン酢酸ビニル共重合、などを使用し、その熱伝導率を低くする。
本水道管に関して、熱伝導方程式に基づく議論は、量が多く複雑なので、簡単に説明し、通常現揚で使用する計算式を紹介する。
本水道管内のある地点における温度は、外気と温度差によって、時間的に変化し、その変化は、本水道管を構成する材質の熱伝導率（λ）に比例し、各位置における温度の２次微分に比例する。
∂Ｔ／∂ｔ＝λｔ４Ｔ          ・・・・・（６）
但し、Δはラプラスオパレーターである。
上式の解方はいろいろあるが、時間関数と位置関数を変数分離すると定性的にわかりやすい。つまり、
Ｔ（ｒ、ｔ）＝ＤＥｘｐ（−λαｔ）・Ｒ（ｒ）      ・・・・・（７）で温度が熱伝導率と時間ｔに対して対数的に変化することがわかる。
熱伝導率はそのものの温度によっても変わるので、ハンドブックには、横軸を温度にして熱伝導率を対数目盛で表示されている。
熱設計では実験的に得られた計算式を使う。円柱形の管の場合は、外気の流れによって異なるが、例えば
2006153253.tif 000019
る。ｇは重力加速度、βは空気のｖｏｌｕｍｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｒａｔｅ、Ｔｗは本水道管の表面温度、Ｔ０は外気の温度、Ｖは外気の動粘性係数、ａは外気の温度伝導率である。
本水道管においては使用条件とコストなど多様な使い方を想定するので、上式（８）だけを固定しない、それぞれの設計式は誠文営新光社刊の熱工学ハンドブックを参考にすると良い。
【００１１】従来の技術と比較する場合、異なる点はλだけであり、この値は、ゴム、プラスチック、シリコン樹脂、ガラスファイバーなどが０．１０〜０．１８ＢＴｕ／ｈ・ｆｔ°Ｆの範囲にある。これに対して水が０．３０、空気が０．０１３〜０．０１５、鋼材は２５〜３０のオーダーであり、これら対数目盛では、従来の樹脂系とゴム系がほぼ同程度と言える。ただ本発明に用いるゴム弾性体は、従来の発泡ウレタンを用いる断熱材に比べると、空気の熱伝導性から考えて、その断熱性がいくぶん劣る。
【００１２】本水道管の製造法について述べる。
ゴム材料は、ポリマーに加硫剤などを混入しコンパウンドにする場合と、加硫剤ゴムを粉砕したものを使用する場合はそれぞれ製造法が異なる。
前記コンパウンド作りは、従来のゴム材料を得る技術であるため、説明を省略する。ただ、本発明では、断熱性を向上させるため、無機系の補強剤及び充填剤を少量にした。その場合コンパウンドの比重は１．１０前後が望ましい。加硫剤ゴムの場合は、粉砕粒を１ｍｍ以下にすることが望ましい。その理由は、１ｍｍ以上となると、ゴム弾性体としての引張強度が著しく低下し１００ｋｇ／ｃｍ２以上を得ることが困難である。この場合は、前記ゴム弾性体を二重構造にし、水道管と接着界面に次ぐゴム等の弾性体は通常のコンパウンドを用い、その外側をゴム粒を使用したものにする。
【００１３】前記コンパウンドを用いる成形は、図．５のような金型を使う。下金型にコンパウンド半分を詰め、その中に従来の水道管２を押込み、さらにその上に残りのコンパウンドをのせ、上型を降ろし、加圧する。成形温度は１６０℃前後で１５分から２０分間行う。
【００１４】水道管２をコンパウンドに押込む前に、表面処理と接着剤を塗布しなければならない。
表面処理と接着剤及びその使用方法については、本発明では独自の開発をおこなっていない。詳細に関しては、日本ゴム協会誌ｖｏｌ．７３、Ｎｏ．４に述べられている。
【００１５】［実施の例］
長さ５４０ｍｍ、直径６２ｍｍの本水道管の水栓柱を試作した従来の水道管は鋼材、パイプで、図．６にこれを示す。ゴム材料はＮＲ（天然）に３０％重量のＳＢＲをブレンドしたもので、Ｓ（硫黄）加硫とした。水道管の表面処理は、ＭＥＫなどの溶剤で十分洗浄し、市販のフェノール樹脂系の接着剤で下塗りを行った後、上塗り接着剤として、塩化ゴム系（ＣＲ）を用いた。最近は前処理として、化成処理後一液塗りのための市販品もあるが、今のところ二液処理方法が望ましい。塗布が終わった水道管は放置して乾燥した後、前記コンパウンドに押込み、加圧、加温でいわゆる加硫接着した。前記接着剤とゴムコンパウンドの組合わせは、積層アイソレーターとか、その他の金属、ゴム接着によく使われる方法で、その接着強度も実証されている。
その他ゴムの物性は、引張強度が１８０ｋｇ／ｃｍ２以上伸びが２００％以上である。
【００１６】［発明の効果］
ゴム等の弾性体が厚さ２ｃｍ以上であるため、水道管が１ｍｍ以上の亀裂が発生しても、水漏れによる２次被害はなくなる。
また地上で使用する水栓柱の場合、ある程度の断熱効果を出しながら、何らかの衝撃によって、中の水道管が破断されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図．１ａ】  本水道管の構造を示す断面図  但し、水栓柱の場合
【図．１ｂ】  本水道管の構造を示す断面図  但し、水道管の任意部分
【図．２ａ】  従来の配管に発生する亀裂を示す断面図
【図．２ｂ】  水道管の亀裂６ａにおいてその一方の亀裂表面６ｂが本流αの流方向に対してθ角を成すときの噴出流Ｑｃを示す拡大断面図
【図．３】  水道管に亀裂が発生し、水が噴出するとき、その衝撃を受けるゴム弾性体の界面４付近での弾性変形領域８を示す断面図
【図．４】  加硫ゴムの粉砕粒を本水道管に用いるときの構造を示す断面図
【図．５】  本水道管の成形用金型を示す立体図
【図．６】  実施例の本水道管を示す断面図
【符号の説明】
【００１８】Ｑｃ：  水道管の亀裂部分から外へもれる流量、一般に単位時間当りの水
量の体積で表わす
Ｑ：    水道管内に送水される流量
ｃｏｓｉｎθ：水道管の流れ方向と亀裂部分の断面が直す角度
∝：    比例
υ：    流速（ｃｍ／ｓｅｃ）
υｃ：  水道管の亀裂部分から噴出する水の流速（ｃｍ／ｓｅｃ）
ｕ：    υｃによる運動エネルギー
σｃ：  ゴム弾性体が受ける応力
Ｅ：    ゴム弾性体の弾性率
ｌ：    水道管の周りに接合するゴム弾性体の厚さ
Δｐ：  例えば、水道管の長さ方向の２点間の距離をＬとするとき、２点
間又は２点間外θで亀裂が発生し水がもれたとき生じる前記２点間
の水圧の差
ｆ：    水道管内の摩擦係数
ｐ：    水の密度
Ｒｅ：  レイノルド  ナンバー
Ｆ：    衝撃応力
Ｗ：    衝突する物体の重さ
Ａ：    衝突する部分の断面積で本水道管側を示す
ε：    弾性変形率
Ｙ：    曲げ変形
Ｙｍａｘ：最大曲げ変形
ｄｌ：  本水道管の内径
ｄ２：  本水道管の外径
∂Ｔ／∂ｔ：本水道管の半径方向に伝わる熱伝導による温度の時間変化率
λｔ：  本水道管の熱伝導率
ΔＴ：  温度関数のラプラス変換
Ｔ（ｒ，ｔ）：温度の座標と時間関数
Ｄ：    常数
λｄ：  一般的な表示による熱伝導率
Ｒ（ｒ）：  円柱座標における半径方向のみによる関数
ａｍ：  半実験的定数
ｇ：    重力加速度
ρ  ：  ｖｏｌｕｍｅ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ  ｒａｔｅ
Ｔｗ：  本水道管の表面温度
Ｔ０：  外気温度
Ｖ：    外気の重粘性係数
ａ：    外気の温度伝導率
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
従来の上水配管を内装するゴム製水道配管で、衝撃又は曲げ応力による破断とそれによる、高流速の水漏れを防止し、かつ、送水の凍結による流圧低下を防止できるゴム製水道管（以下本水道管と称す）とその製造方法。
【請求項２】
前記ゴムが、天然ゴム及び合成ゴム及び熱可塑性エラストマーを含み、その他に加硫済みゴムを粉砕したゴム粒を含むことを特徴とする本水道に用いるゴム。
【請求項３】
前記従来の上水配管を内側に、ゴム等を外側に配置することを特徴とする請求項１の本水道管
【請求項４】
前記従来の上水配管とゴム等などを接着剤又は、化学反応による分子結合によって一体化することを特徴とする請求項１の本水道管とその製法。
【請求項５】
前記請求項４における一体化とは、改めゴム又はゴム粒に加硫剤又はバインダーを均等に混入し、他方、前記従来の配管の表面を改め、洗浄及び接着剤を塗布し、所定の金型を用いて加温加圧し得ることを特徴とする請求項１の本水道管及びその製法。
【請求項６】
前記従来の上水配管に接着されるゴム等の接着境界付近におけるゴムの弾性定数が、１００ｋｇ／ｃｍ２以下であって、少なくとも常温での弾性伸び率が５０％以上であることを特徴とする請求項１の本水道管とその製法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図．１ａ】
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【図．１ｂ】
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【図．２ａ】
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【図．２ｂ】
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【図．３】
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【図．４】
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【図．５】
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【図．６】
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