(57)【要約】【課題】補強層で外周面が被覆された複層管と他の管体との接続構造であって、かつ耐圧効果に優れた管体接続構造を提供する。【解決手段】管体接続構造１００は、第一管体２００と、第二管体３００と、溶接部４００と、繊維強化樹脂層５００と、を含む。第一管体２００は、補強層２２０を有する管本体部と、補強層２２０を有しない接続端部Ｔとを含む。第二管体３００は、その内周面に、第一管体２００の接続端部の接続端部Ｔの一部Ｔ１を内挿して接続する。溶接部４００は、接続端部Ｔの他部Ｔ２と第二管体３００の接続端面３１５とを溶接する。繊維強化樹脂層５００は、少なくとも溶接部４００の表面を被覆しかつ第一管体２００の周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントと、巻回されたフィラメントを被覆する布体とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強層を有する管本体部と、前記補強層を有しない接続端部とを有する第一管体と、
前記接続端部の外周面の一部を内挿して接続する第二管体と、
前記外周面の他部の少なくとも一部と前記第二管体の接続端面とが溶接された溶接部と、
少なくとも前記溶接部の表面上を被覆し前記接続端部の周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントおよび巻回された前記フィラメントを被覆する布体を含む繊維強化樹脂層と、を含む管体接続構造。
【請求項２】
前記第一管体において、前記管本体部が内層管と前記内層管を被覆する前記補強層とを含む積層管部分であり、前記接続端部が前記内層管の前記補強層から露出した単層管部分であり、
前記繊維強化樹脂層が、少なくとも前記第一管体の補強層端面と前記第二管体の前記接続端面との間で巻回されたフィラメントを含むように設けられている、請求項１に記載の管体接続構造。
【請求項３】
前記フィラメントが、前記第一管体の前記補強層端面を含む表面から前記第二管体の前記接続端面を含む表面に亘って巻回される、請求項２に記載の管体接続構造。
【請求項４】
前記第一管体が、内層管と前記内層管を被覆する前記補強層とを含む積層管体と、前記積層管体に一部の外周面が内挿された接続管体とから構成され、
前記管本体部が、前記積層管体および前記接続管体の内挿部分であり、
前記接続端部が、前記接続管体の前記内挿部分以外の部分である、請求項１に記載の管体接続構造。
【請求項５】
前記フィラメントが、前記第一管体の前記積層管体の端面を含む表面から前記第二管体の前記接続端面を含む表面に亘って巻回される、請求項４に記載の管体接続構造。
【請求項６】
前記第二管体が補強層を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の管体接続構造。
【請求項７】
前記第一管体および前記第二管体のいずれかが管継手である、請求項１から６のいずれか１項に記載の管体接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管体接続構造に関する。より具体的には、本発明は、補強層で外周面が被覆された複層管と他の管体との接続構造であって、かつ耐圧効果に優れた管体接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、硬質塩化ビニル管の外周面を繊維強化プラスチックで補強し、耐圧性および耐熱性を高めた複層管は、軽量で、耐薬品性も非常に高いことから、工業用管体等として多岐にわたって使用されている。
【０００３】
この種の複層管を管継手に接続するにあたっては、複層管の外周面に存する繊維強化プラスチック層と管継手内周面の硬質塩化ビニル層とを接着することが行われてきた。例えば、特開２００３−２０７０８７号公報（特許文献１）には、複層管と管継手の接続に先立ち、複層管における接合箇所のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）層を剥ぎ取って硬質塩化ビニル層を露出させ、露出させた硬質塩化ビニル層の外周面を管継手に挿入し、管継手の受口端面と露出している硬質塩化ビニル層の外表面との間を溶接した後、溶接部周辺をハンドレイアップでＦＲＰ補強する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０７０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の管体接続方法においては、溶接部付近は複層管のＦＲＰ層が剥ぎ取られているため、当該部分の強度が相対的に低下する。したがって、高耐圧配管の接続に適用するには耐圧強度に改善の余地がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、補強層で外周面が被覆された複層管と他の管体との接続構造であって、かつ耐圧効果に優れた管体接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）
本発明の管体接続構造は、第一管体と、第二管体と、溶接部と、繊維強化樹脂層と、を含む。
第一管体は、補強層を有する管本体部と、補強層を有しない接続端部とを含む。第二管体は、その内周面に、第一管体の接続端部の外周面の一部を内挿して接続する。溶接部は、当該外周面の他部と第二管体の接続端面とを溶接する。繊維強化樹脂層は、少なくとも溶接部の表面を被覆しかつ第一管体の周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントと、巻回されたフィラメントを被覆する布体とを含む。
【０００８】
これによって、溶接部付近が周方向に補強されるため、耐圧効果に優れた管体接続構造となる。
【０００９】
（２）
上記（１）の管体接続構造において、第一管体の管本体部は、内層管とその内層管を被覆する前記補強層とを含む積層管部分であってよい。第一管体の接続端部は、当該内層管が補強層から露出した単層管部分であってよい。この場合、繊維強化樹脂層は、少なくとも第一管体の補強層端面と第二管体の接続端面との間で巻回されたフィラメントを含むように設けられている。
【００１０】
これによって、一方の管に他方の管を内挿して接続する場合に、耐圧効果に優れた管体接続構造となる。
【００１１】
（３）
上記（２）の管体接続構造において、フィラメントは、第一管体の補強層端面を含む表面から第二管体の接続端面を含む表面に亘って巻回されてよい。
【００１２】
この場合、溶接部付近の補強がより安定化するため、耐圧効果をより安定的に得ることができる。
【００１３】
（４）
上記（１）の管体構造において、第一管体は、積層管体と接続管体とから構成されてよい。接続管体は、その外周面の一部が積層管体に内挿されている。この場合、第一管体の管本体部は、積層管体と接続管体の内挿部分とで構成され、第一管体の接続端部は、接続管体の内挿部分以外の部分で構成される。
【００１４】
これによって、一方の管と他方の管との両方に接続管体を内挿して接続する場合に、耐圧効果に優れた管体接続構造となる。
【００１５】
（５）
上記（４）の管体接続構造において、フィラメントは、第一管体の積層管体の端面を含む表面から第二管体の接続端面を含む表面に亘って巻回されてよい。
【００１６】
この場合、溶接部付近の補強がより安定化するため、耐圧効果をより安定的に得ることができる。
【００１７】
（６）
上記（１）から（５）の管体接続構造において、第二管体は、補強層を有してよい。
これによって、より耐圧仕様の管体接続構造とすることができる。
【００１８】
（７）
上記（１）から（６）の管体接続構造において、第一管体および第二管体のいずれかは管継手であってよい。
これによって、一般的な管継手およびシンプルな構造の被接続管体を用いて容易に耐圧仕様の管体接続構造を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態にかかる管体接続構造を、軸心を含む断面で切断した場合の模式的断面図である。
【図２】第２実施形態にかかる管体接続構造を、軸心を含む断面で切断した場合の模式的断面図である。
【図３】第３実施形態にかかる管体接続構造を、軸心を含む断面で切断した場合の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の要素には同一の符号を付しており、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００２１】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態にかかる管体継手構造を、軸心を含む断面で切断した場合の模式的断面図である。
図１に示すように、管体接続構造１００は、第一管体２００と、第二管体３００と、溶接部４００と、繊維強化樹脂層５００とを含む。
【００２２】
［第一管体２００］
第一管体２００は、図１に示すように、内層管２１０の外周面が補強層２２０で被覆された円筒状の複層管である。第一管体２００の接続端部Ｔでは、内層管２１０が補強層２２０から露出して単層管となっている。内層管２１０と補強層２２０との間には、プライマー層（図示せず）が形成されていてもよい。
【００２３】
本実施形態において、内層管２１０の素材は硬質塩化ビニルである。しかしながら、内層管２１０の素材としてはこれに限定されるものではなく、熱可塑性樹脂および金属等、溶接が可能であるものが挙げられる。内層管２１０自身の構造としては、単層構造および複層構造を問わない。
【００２４】
熱可塑性樹脂としては、硬質塩化ビニル樹脂（ポリ塩化ビニル：ＰＶＣ）、塩素化塩化ビニル樹脂（ＣＰＶＣ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、三弗化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、（メタ）アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、アセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、四弗化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）およびポリ酢酸ビニル樹脂（ＰＶＡＣ）からなる群から１種または複数種が選ばれてよい。
【００２５】
金属としては、青銅鋳物（ＢＣ６，ＢＣ６Ｃ）、黄銅鋳物（ＹＢｓＣ３）、ネズミ鋳鉄（ＦＣ）、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ）、可鍛鋳鉄（ＦＣＭＢ）、炭素工具鋼（ＳＫ）、ステンレス（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）（ＳＵＳ３０４）、ステンレス（１８Ｃｒ−１２Ｎｉ−ＭＯ）（ＳＵＳ３１６）、ステンレス（１８Ｃｒ−１２Ｎｉ−ＭＯ極低Ｃ）（ＳＵＳ３１６Ｌ）、アルミニウム合金ダイカスト（ＡＤＣ）および亜鉛合金ダイカスト（ＺＤＣ）からなる群から１種または複数種が選ばれてよい。
【００２６】
補強層２２０は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）である。具体的には、後述の繊維強化樹脂層５００で例示するものから選択される。
【００２７】
また、第一管体２００の形状としては、円筒形状に限定されるものではない。たとえば、第一管体２００の形状は、軸心に対して垂直となる平面で切断された断面形状が、卵形、馬蹄形、四角形またはその他の多角形である筒状であってもよい。
【００２８】
［第二管体３００］
第二管体３００は、図１に示すように、フランジ部および円筒部から構成される継手内層３１０の外表面が補強層３２０で被覆されたフランジ継手である。継手内層３１０と補強層３２０との間には、プライマー層（図示せず）が形成されていてもよい。
第二管体３００の接続端部には、第一管体２００の接続端部Ｔの外周面の一部Ｔ１を内挿して接続する。第二管体３００の接続端部と第一管体２００の接続端部Ｔの外周面の一部Ｔ１との間には、接着剤層（図示せず）が形成されていてもよい。
【００２９】
継手内層３１０の材質は、第一管体２００の補強対象となる管体の材質と溶接可能なものであればよい。本実施形態では硬質塩化ビニルであることが好ましい。さらに、補強層３２０を構成する素材としては、後述の繊維強化樹脂層５００で例示するものから選択される。
【００３０】
［溶接部４００］
溶接部４００は、第一管体２００の接続端部Ｔの外周面の他部Ｔ２において、露出した内層管２１０と第二管体３００の接続端面３１５とを溶接している。溶接部４００は、露出した内層管２１０と第二管体３００の接続端面３１５との間を全周に亘って溶接されている。
【００３１】
［繊維強化樹脂層５００］
繊維強化樹脂層５００は、フィラメント層５１０と布体層５２０とを含む。フィラメント層５１０は、第一管体２００の周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントにマトリックス樹脂が含浸されたものであり、巻回されたフィラメントが溶接部４００表面を被覆しつつ、第一管体２００の補強層端面２２５と第二管体３００の接続端面３１５との間（第一管体２００の他部Ｔ２の外周部分に相当）を埋め、さらに、第一管体２００の補強層端面２２５を含む外周表面および第二管体３００の接続端面３１５を含む外周表面も被覆する。これによって、管体接続構造１００の溶接部４００を含む付近つまり接続部分の補強が安定化する。
【００３２】
ここで、フィラメント層５１０は、マトリックス樹脂が含浸された、フィラメントならびにフィラメントから構成されるストランドおよびロービングの少なくともいずれかを第一管体２００の周方向に巻回することによって形成することができる。
さらに、布体は、二以上の方向に延在する繊維から構成される平布にマトリックス樹脂が含浸されたものであり、マット（繊維を無方向に重ねたもの）およびクロス（二以上の特定方向の繊維を積層または織込んだもの）を含む。より具体的には、ロービングクロス、チョップ、チョップドストランドマット、クロス、などが挙げられる。
【００３３】
フィラメント層５１０および布体層５２０を構成する繊維の材質としては、ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維などの無機繊維；ＰＡＮ (ポリアクリロニトリル) 系炭素繊維およびピッチ系炭素繊維などの炭素繊維；ならびに、アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール、高強度ポリプロピレンなどの有機繊維；ケナフ、麻などの天然繊維が挙げられる。これらの繊維は、単独で、または複数種を組み合わせて用いることができる。
【００３４】
上記繊維に含浸されるマトリックス樹脂としては、一般的に熱硬化性樹脂が用いられるが、熱可塑性樹脂を特に除外するものではない。たとえば、マトリックス樹脂としては、ウレタン、ビニルエステル、不飽和ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ナイロン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフイド、およびポリ（メタ）アクリル酸エステルなどが挙げられる。これらの樹脂は、単独で、または複数種を組み合わせて用いることができる。
【００３５】
［第１実施形態の他の例］
第１実施形態においては、第二管体３００がフランジ継手である例を挙げたが、この態様に限定されるものではない。第二管体３００は、エルボ継手、分岐継手（チーズ型継手、Ｙ字型継手を含む）などであって、第一管体２００の接続端部Ｔの外周面を内挿可能なものであってもよい。
【００３６】
また、第１実施形態においては、第二管体３００自体が補強層３２０を有する複層管である例を挙げたが、この態様に限定されるものではない。第二管体３００は、耐圧仕様であれば単層の管体であってもよい。
【００３７】
さらに、第１実施形態においては、溶接部４００が第一管体２００の接続端部Ｔの外周面の他部Ｔ２の一部に設けられた例を挙げたが、この態様に限定されるものではない。溶接部４００は、当該他部Ｔ２の全部において設けられていてもよい。
【００３８】
［第２実施形態］
図２は、第２実施形態にかかる管体接続構造を、軸心を含む断面で切断した場合の模式的断面図である。
図２に示すように、管体接続構造１００ａは、第一管体２００と、第二管体３００と、溶接部４００と、繊維強化樹脂層５００ａとを含む。第一管体２００と、第二管体３００と、溶接部４００とは、第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００３９】
繊維強化樹脂層５００ａは、フィラメント層５１０ａと布体層５２０ａとを含む。フィラメント層５１０ａは、第一管体２００の周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントにマトリックス樹脂が含浸されたものであり、巻回されたフィラメントが溶接部４００表面を被覆しつつ、第一管体２００の補強層端面２２５と第二管体３００の接続端面３１５との間を埋める。布体層５２０ａは、フィラメント層５１０ａ表面と、第一管体２００の補強層端面２２５を含む外周表面および第二管体３００の接続端面３１５を含む外周表面とを被覆する。これによって、繊維強化樹脂層５００ａ自体の嵩を少なくしつつ、接続部分を補強することができる。
【００４０】
［第３実施形態］
図３は、第３実施形態にかかる管体接続構造を、軸心を含む断面で切断した場合の模式的断面図である。
図３に示すように、管体接続構造１００ｂは、第一管体２００ｂと、第二管体３００ｂと、溶接部４００ｂと、繊維強化樹脂層５００ｂとを含む。
【００４１】
第一管体２００ｂは、積層管体２３０と接続管体２５０とを含み、積層管体２３０の内周面に接続管体２５０の外周面の一部（内層部分Ｉ）が内挿されて構成される。
積層管体２３０は、内層管２１０ｂの外周面が補強層２２０ｂで被覆されたエルボ形状の継手である。第一管体２００ｂの接続端部Ｔでは、接続管体２５０の内層部分Ｉ以外が積層管体２３０から露出している。その他の点については、第１実施形態の第一管体２００と同様である。
【００４２】
接続管体２５０は、内層部分Ｉが積層管体２３０の内周面に対応し、内層部分Ｉ以外（接続端部Ｔ）が後述の第二管体３００ｂの内周面に対応するように構成された円筒状の管体である。本実施形態において、接続管体２５０の素材は、硬質塩化ビニルである。しかしながら、接続管体２５０の素材としてはこれに限定されるものではなく、熱可塑性樹脂および金属等であって、かつ、積層管体２３０の内層管２１０ｂおよび後述の第二管体３００ｂの内層管３１０ｂの両方と溶接可能なもの（通常、内層管２１０ｂと内層管３１０ｂと同じ素材）が当業者によって選択される。
【００４３】
第二管体３００ｂは、内層管３１０ｂの外周面が補強層３２０ｂで被覆され、かつ、接続端部の内径が径大となる複層直管である。第二管体３００ｂは、接続端部に、接続端部Ｔの外周面の一部Ｔ１を内挿することにより接続される。
【００４４】
溶接部４００ｂは、第一管体２００ｂの接続端部Ｔの外周面の他部Ｔ２において、露出した接続管体２５０と第二管体３００ｂの接続端面３１５ｂとを溶接している。溶接部４００ｂは、露出した接続管体２５０と第二管体３００ｂの接続端面３１５ｂとの間を全周に亘って溶接されている。
同様に、図示されているように、露出した接続管体２５０と積層管体２３０の端面２３５との間も、全周に亘って溶接される（これによって形成された溶接部を、以下、他方の溶接部と記載する。）。
【００４５】
繊維強化樹脂層５００ｂは、フィラメント層５１０ｂと布体層５２０ｂとを含む。フィラメント層５１０ｂは、第一管体２００ｂの周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントにマトリックス樹脂が含浸されたものであり、巻回されたフィラメントが溶接部４００ｂの表面を他方の溶接部の表面とともに被覆しつつ、積層管体２３０の端面２３５と第二管体３００ｂの接続端面３１５ｂとの間を埋め、さらに、第一管体２００ｂの補強層端面２２５ｂを含む外周表面および第二管体３００ｂの接続端面３１５ｂを含む外周表面も被覆する。これによって、管体接続構造１００ｂの溶接部４００ｂを含む付近つまり接続部分の補強が安定化する。
【００４６】
［他の例］
なお、第３実施形態の他の例として、第２実施形態と同様に、フィラメント層５１０ｂが、積層管体２３０の端面２３５から第二管体３００ｂの接続端面３１５ｂまでの間のみを埋め、布体層５２０ｂが、フィラメント層５１０ｂ表面と積層管体２３０の端面２３５を含む外周表面と第二管体３００ｂの接続端面３１５ｂを含む外周表面とを被覆してもよい。これによって、繊維強化樹脂５００ｂ自体の嵩を少なくしつつ、接続部分を補強することができる。
【００４７】
［実施形態および他の例により奏される効果］
管体接続構造１００，１００ａ，１００ｂは、繊維強化樹脂層５００，５００ａ，５００ｂが、少なくとも第一管体２００の補強層端面２２５または積層管体２３０の端面２３５と第二管体３００，３００ｂの接続端面３１５，３１５ｂとの間に設けられ、第一管体２００または接続管体２５０の周方向に糸長方向が沿うように巻回されたフィラメントがマトリックス樹脂に含浸されたフィラメント層５１０，５１０ａ，５１０ｂと、それを被覆する、布体がマトリックス樹脂に含浸された布体層５２０，５２０ａ，５２０ｂとを含むため、溶接部４００，４００ｂ付近が周方向に補強され、耐圧効果に優れた管体接続構造となる。
【００４８】
管体接続構造１００，１００ｂは、フィラメント層５１０，５１０ｂにおけるフィラメントが、第一管体２００の補強層端面２２５または積層管体２３０の端面２３５を含む外周面から第二管体３００，３００ｂの接続端面３１５，３１５ｂを含む外周面に亘って巻回されているため、溶接部４００，４００ｂ付近の補強がより安定化し、耐圧効果をより安定的に得ることができる。
【００４９】
管体接続構造１００，１００ａ，１００ｂは、第二管体３００，３００ｂが補強層３２０，３２０ｂを有しているため、より耐圧仕様の管体接続構造とすることができる。
【００５０】
管体接続構造１００，１００ａは、第二管体３００が管継手であり、管体接続構造１００ｂは、第一管体２００ｂを構成する積層管体２３０が管継手であるため、一般的な管継手（すなわち第二管体３００または積層管体２３０）およびシンプルな構造の被接続管体（すなわち第一管体２００または第二管体３００ｂ）を用いて容易に耐圧仕様の管体接続構造を構成することができる。
【００５１】
本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれらのみに限定されるものではなく、本発明の趣旨と範囲とから逸脱することのない様々な実施形態が他になされる。さらに、本実施形態において述べられる作用および効果は一例であり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００５２】
１００，１００ａ，１００ｂ  管体接続構造
２００，２００ｂ  第一管体
２１０，２１０ｂ  内層管
２２０，２２０ｂ  補強層
２３０  積層管体
２３５  （接続管体の）端面
２５０  接続管体
２２５  補強層端面
３００，３００ｂ  第二管体
３１５，３１５ｂ  接続端面
４００，４００ｂ  溶接部
５００，５００ａ，５００ｂ  繊維強化樹脂層
５１０，５１０ａ，５１０ｂ  （フィラメントおよび含浸マトリックス樹脂から構成される）フィラメント層
５２０，５２０ａ，５２０ｂ  （布体および含浸マトリックス樹脂から構成される）布体層
Ｔ  （第一管体の）接続端部
Ｔ１  （第一管体の接続端部の外周面の）一部
Ｔ２  （第一管体の接続端部の外周面の）他部
Ｉ  （接続管体の）内層部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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