(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の内管部と、該内管部の両端に一体的に取付けられた口金とからなる地下埋設用のエキスパンションジョイントであって、該内管部の外周に空隙をおいて外面保護カバーを設け、該空隙にスポンジ層を設け、該スポンジ層により該内管部の外面保護カバー面に接触すること防ぐと共に変位を吸収することを特徴とする地下埋設用のエキスパンションジョイント。
【請求項２】
前記内管部は内面ゴム層と補強布層と補強ワイヤと中間ゴム層と外周側補強布層と外周ゴム層とから構成し、前記外面保護カバーは剛な金属製筒、ガラス繊維強化プラスチック、カーボン繊維強化プラスチック、又はセラミック繊維強化プラスチック等から形成した筒体からなる請求項１に記載の地下埋設用のエキスパンションジョイント。
【請求項３】
前記スポンジ層は、硬さＨｓが５〜８０（ＳＲＩＳ−Ｃ）、空隙率４５〜９５％とした請求項１または２に記載の地下埋設用のエキスパンションジョイント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地下埋設用のエキスパンションジョイントに関し、より詳細には、ゴム製の可撓管が傷つけられるのを防いで不測の事故が発生するのをなくす地下埋設用のエキスパンションジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキスパンションジョイント（可撓継手）は伸縮継手の性能を備え、可撓伸縮管（単に可撓管）とも言われ、ポンプ場、水道橋の取付部などの構造物から土中に埋設配管される個所、不等沈下を起こす軟弱地盤の個所等に使用される。従来の伸縮継手では吸収できないようなこれらの個所での急激な沈下量を吸収するために用いられると共に、ポンプ、ブロワ等の特有の振動を発生する機器の接続部の防振に用いられる。可撓管は、通常、ベローズ（蛇腹）状に形成し、構造的に無理のない形状で伸縮および大角度の曲がりが可能となっており、現在水道管ではステンレス製とゴム製の２種類のものが主に使用されている。また、曲がりの形式による分類では、上下左右に自由に曲がるユニバーサル形と上下方向に曲がるヒンジ形等の分類のものが多く使用されている。沈下吸収量は使用目的や地質条件にもよるが、最大１ｍ程度にとることがある。このような大沈下量を吸収するには、可撓管２本を直接継ぎ合わせる方法、短管を挟んで可撓管を２本使用する方法等がある。
【０００３】
ところで、従来のエキスパンションジョイントは、ゴム製の可撓性の管に補強布を巻いて内圧を受け、外圧に対しては補強リングで支持し、外部との接触に対してはゴム層で覆い、端部はニップルフランジ、タイボルトまたはヒンジ金具等の口金を付けてエキスパンションジョイント同士、又は隣接する構造物や配管に接続するようにして構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来のエキスパンションジョイントの場合、次のような課題がある。すなわち、
▲１▼  可撓管は主要部の外表面をゴムで形成しているので、運搬の際や可撓管の埋戻しの際に角張った石や構造物に直接当たり、裂傷の誘引になった。
▲２▼  可撓管の敷設後に、電気・ガス等の他の配管工事のため可撓管の付近を掘り返す際、シャベル、ツルハシ等で傷つけることがあった。
▲３▼  土中では可撓管の周囲に土が密着しているので、土砂により可撓管の変形が制限され、無理な応力が生じる。
【０００５】
そこで、本発明者は、このような課題に鑑み、種々、研究、試験した結果、エキスパンションジョイントのゴムの表面部分を強い覆いで覆うと共にゴムの表面と覆いの間に柔軟な振動吸収材を介在させることにより弾性体のゴムを保護し、土中での変形の制限を減らし、より自由に変位ができ、耐久性を大きくできることを究明した。
【０００６】
本発明は、以上のような観点に立脚して創案したものであって、その目的とする処は、外表面層の強度を大きくし、中間の空隙部で変位を吸収して耐久性を大きくできるエキスパンションジョイントを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そして、上記課題を解決するための手段としての本発明の請求項１のエキスパンションジョイントは、可撓性の内管部と、該内管部の両端に一体的に取付けられた口金とからなる地下埋設用のエキスパンションジョイントであって、該内管部の外周に空隙をおいて外面保護カバーを設け、該空隙にスポンジ層を設け、該スポンジ層により該内管部の外面保護カバー面に接触すること防ぐと共に変位を吸収することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２のエキスパンションジョイントは、前記内管部は内面ゴム層と補強布層と補強ワイヤと中間ゴム層と外周側補強布層と外周ゴム層とから構成し、前記外面保護カバーは剛な金属、ガラス繊維強化プラスチック、カーボン繊維強化プラスチック、又はセラミック繊維強化プラスチック等から形成した筒体からなる。請求項３のエキスパンションジョイントは、請求項１または２のエキスパンションジョイントにおいて、前記スポンジ層は、硬さＨｓが５〜８０（ＳＲＩＳ−Ｃ）、空隙率４５〜９５％とした。ここで、スポンジ層は、通常、スポンジゴム（海綿状の多孔構造をもった加硫ゴム）で形成することができる。しかし、このスポンジゴムに限られるものでなく、このスポンジ層を形成するスポンジには、多孔質の不織布状のもの（綿状のもの）も含まれる。
【０００９】
本発明において、ＳＲＩＳ−Ｃ硬度（硬さ）とは、ＳＲＩＳ−０１０１  ４．２（高分子計器株式会社製のＡＳＫＥＲ  Ｃ型試験機により、荷重１ｋｇを加えて３０秒後の目盛を観察する方法）によるテスト方法である。外面保護カバーに使用する金属としては、鋼、ステンレス等があげられる。繊維等で強化するプラスチックは、特に制限されないが、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド、ポリエチレン等、従来より公知の樹脂が使用できる。また補強する材料としては、ガラス、カーボン、セラミックのみでなく、アラミド等も使用できる。繊維の形態としては、ロービング、ヤーン、チョップトストランド、マット、織ったもの等が使用できる。
【００１０】
スポンジ層の硬さＨｓが５未満では、柔らかすぎて圧縮永久歪みが大きくなり、使用できなくなるような状態が生じるおそれがあり、Ｈｓが８０を越えると、内面ゴム層２の変位を制限し、振動を吸収できなくなると共に、耐久性が悪くなる。
【００１１】
本発明のエキスパンションジョイントによれば、配管間または配管と構造物間に介在し、両端の構造物の変位につれて変位して可撓性の内管部は変形することにより、変位を吸収する。土中に埋設して、周囲から外圧が加わっても、外面保護カバーが受持ち、可撓性の内管部に外圧が加わることがない。周囲に角張った石等があっても、可撓性の内管部には接触することがないから、傷つけられることがない。また、内管部と外面保護カバー間にスポンジ層を設けることにより、内管部と外面保護カバーとは直接に接触しないので、振動、変位等で変形して接触により、磨耗したり傷がつくことがない。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、請求項１のエキスパンションジョイントによれば、該内管部の外周に空隙をおいて外面保護カバーを設け、該空隙にスポンジ層を設け、スポンジ層により該内管部の外面保護カバー面に接触することを防ぐと共に変位を吸収するので、簡単な構造で変位を良く吸収でき、可撓性の部分は外部に露出しないから、外部の物体に接触して傷つくことがないから耐久性をよくすることができる。
【００１３】
請求項２のエキスパンションジョイントによれば、前記内管部は内面ゴム層と補強布層と補強ワイヤと中間ゴム層と外周側補強布層と外周ゴム層とから構成し、前記外面保護カバーは剛な金属、ガラス繊維強化プラスチック、カーボン繊維強化プラスチック、又はセラミック繊維強化プラスチック等から形成した筒体からなるので、内管部は内圧に対して耐えるとができ、外圧に対しては外面保護カバーが受け持つので、外圧に対しては随意に耐圧を大きくとることができる。請求項３のエキスパンションジョイントによれば、前記スポンジ層は、硬さＨｓが５〜８０（ＳＲＩＳ−Ｃ）、空隙率４５〜９５％としたので、内管部は自由に変位することができ、耐久性が良くなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明を具体化した最良の実施形態について説明する。ここに、図１〜図２は、本発明の一実施形態を示し、図１はエキスパンションジョイントの正面図、図２はエキスパンションジョイントを配管中に設けた例を示す配管図である。
【００１５】
本実施形態のエキスパンションジョイント１は、概略すると、可撓性の内管部２と、内管部２の両端に口金３，４が一体的に取付けられ、内管部２を覆って外面保護カバー５が設けられ、内管部２と外面保護カバー５間にスポンジ層６が充填されて構成されている。
【００１６】
内管部２は、最内層の内面ゴム層１１から外側に、順次補強布層１２、中間ゴム層１３、補強布外層１４、外ゴム層１５が配置され、補強ワイヤ１６が中間ゴム層１３に埋め込まれて形成されている。そして、内管部２の両端に口金３，４が一体的に取付けられている。
【００１７】
内管部２の内面ゴム層１１は、天然ゴム、またはクロロプレンゴム（ＣＲ）、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等の合成ゴムが用いられ、外部へ露出することが少ないので、老化に対する耐久性はそれ程考慮しなくても良いことから、天然ゴムまたは天然ゴムと合成ゴムとを混合したゴムが適する。そして、内面ゴム層１１は、ゴム原料に加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、カーボンブラック等の補強剤、充填剤、軟化剤、老化防止剤等を配合し、加硫・成形することにより得られる。用途に適合するゴム管の規格を満たし、加硫時のゴム硬度はＨs(ＪＩＳ  Ａ) が５０〜６５となるものを用いるのが好ましい。
【００１８】
補強布層１２、補強布外層１４は、エキスパンションジョイント１の可撓部の内圧を受け持つと共に補強ワイヤ１６からゴム層１１，１５をそれぞれ保護する層である。自動車のタイヤ等に使用されるタイヤコードに接着用樹脂加工してゴム糊を擦り込んで（ガムデイップして）ゴムシート張りしたものを角度を変え、内圧力に応じて複数枚（４〜６枚）貼り合わせて形成する。補強布層１２は補強ワイヤ１６から内面ゴム層１１を保護し、補強布外層１４は、補強ワイヤ１６から外ゴム層１５を保護する。
【００１９】
中間ゴム層１３は補強ワイヤ１６を埋め込んで形成する層で、補強ワイヤ１６、補強布層１２、補強布外層１４との接着性が良好で、破断に対して優れたものが好ましい。中間ゴム層１３のゴム組成としては、上記の各種のゴムを用いることができ、撓み時に破断するのを防止するために、加硫時のゴム硬度は、内面ゴム層より柔らかい、Ｈs(ＪＩＳ  Ａ) が４０〜５０となるものを用いるのが好ましい。そして、中間ゴム層１３は、内面ゴム層１１の形成と同様に、ゴム原料に加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、カーボンブラック等の補強剤、充填剤、軟化剤、老化防止剤等を配合し、加硫・成形することにより形成する。
【００２０】
外ゴム層１５は、一部土中に露出する層で、内面ゴム層１１と同様の天然ゴム、またはクロロプレンゴム（ＣＲ）、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）等の合成ゴムを用いることができる。外ゴム層１５は外部へ露出することがあるので、老化に対する耐久性のあるＣＲ、ＥＰＭ，ＥＰＤＭ等が適する。そして、外ゴム層１５は、内面ゴム層１１と同様に、形成する。規格については、用途に適合するゴム管の規格を満たし、加硫時のゴム硬度はＨs(ＪＩＳ  Ａ) が５０〜６５となるものを用いるのが好ましい。
【００２１】
補強ワイヤ１６は、補強布層１２、１４に加圧された荷重を受け持つ部材で、全補強ワイヤ１６に掛かる荷重Ｗ＝Ｐ×Ｄ×Ｈ（ここで、Ｐ：内圧（ｋｇ／ｃｍ2 ）、Ｄ：内径（ｃｍ）、Ｈ：受圧幅（ｃｍ））とし、この荷重Ｗがワイヤに掛かるとして、ワイヤは円周上２箇所で切断荷重に耐えるとして許容応力８００〜１０００ｋｇ／ｃｍ2 で、ワイヤの太さ、巻数を決める。ワイヤとしては、通常直径５ｍｍの亜鉛メッキ鉄線を用いる。
【００２２】
口金３，４は、フランジで形成され、内管部２の両端に一体形成される。口金３，４はエキスパンションジョイント１と構造物、配管またはエキスパンションジョイント同士を連結するのに使用する。口金３、４のそれぞれの外面には内面ゴム層１１と同一組成のゴムパッキン３ａ，４ａを形成している。このゴムパッキン３ａ，４ａが隣接部材と連結する際に、別にパッキンを介装しなくてもよいから、連結作業が容易になると共に、パッキンの費用を安くできる。
【００２３】
外面保護カバー５は、土圧、車両通過時の荷重等を受けた時に内管部２が潰れるのを防ぐと共に角張った石や構造物に直接当たったり、他の配管工事のため可撓管の付近を掘り返す際、シャベル、ツルハシ等で傷つけるのを覆って防ぐ部材である。外面保護カバー５の材質としては、鋼、ステンレス等の金属、ガラス繊維強化プラスチック、カーボン繊維強化プラスチック、又はセラミック繊維強化プラスチック等の強化プラスチックが用いられる。外面保護カバー５の断面積は外圧及び口径によって変える。内管部２と外面保護カバー５間の間隙は、設計変位により大きな範囲で設定することができる。内管部２と外面保護カバー５間の間隙がエキスパンションジョイント１の変位吸収空間として埋設土砂の影響を受けずに変位することができる自由空間として作用し、無理な応力が掛かることなく変位することができ、耐久性を良くすることができる。さらに、内管部２と外面保護カバー５間の間隙にスポンジ層６を設けることにより、可撓性の内部管２の表面を保護する。
【００２４】
スポンジ層６は、変位を吸収する部材で、発泡ゴム、または発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン等の発泡プラスチックから柔軟で弾性を有するように形成される。このスポンジ層６の硬度Ｈｓは、ＳＲＩＳ−Ｃ硬度で５〜８０、より好ましくは１５〜７０である。硬度Ｈｓが５未満だと、柔らかすぎて圧縮永久歪みが大きくなり、使用できなくなるような状態が生じるおそれがあり、硬度Ｈｓが８０を越えると、内面ゴム層２の変位を制限し、耐久性が悪くなる。スポンジ層６の比重は、とくに制限はないが、一般的に、０．５〜０．０５５ｇ／ｃｍ3 程度で、空隙率としては４０〜９５％程度である。
【００２５】
発泡ゴムのゴム材料としては、特に限定されるものではなく、従来より、ゴム弾性体として使用されているものが使用される。その種類としては、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリノボルネンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ），クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコーンゴム、エピクロルヒドリンゴム、塩素化エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＣＩ−ＥＰＤＭ）、天然ゴム、イソプレンゴム、ブチルゴム等が好ましく使用される。なかでも、ＥＰＤＭ、ＣＩ−ＥＰＤＭ、エピクロルヒドリンゴムが特に好ましく用いられる。
【００２６】
また、発泡ポリウレタンの材料としては、従来公知のポリヒドロキシル化合物、ポリイソシアネート化合物等のウレタンフォーム基材が用いられる。発泡ポリスチレン、発泡ポリエチレン等の発泡プラスチックの基材も従来公知の材料を用いることができる。
【００２７】
本発明のエキスパンションジョイントの成形は、まず、金型に口金３，４を設置し、内面ゴム層１１を形成するゴム原料、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、カーボンブラック等の補強剤、充填剤、軟化剤、老化防止剤等を配合したものを注入し成形する。次いで、この成形体にタイヤコードに接着用樹脂加工（ガムデイップ）してゴム糊を擦り込んでゴムシート張りしたものを角度を変えて重ね合わせて補強布層１２を形成する。次いで、補強布層１２まで形成した成形体に補強ワイヤ１６を巻き付けた後、金型内に設置し、中間ゴム層１３を形成するゴム原料、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、カーボンブラック等の補強剤、充填剤、軟化剤、老化防止剤等を配合したものを注入し成形する。次いで、この中間ゴム層１３を形成した成形体にタイヤコードに接着用樹脂加工（ガムデイップ）してゴム糊を擦り込んでゴムシート張りしたものを角度を変えて重ね合わせて補強布層１４を形成する。続いて、金型内に設置して外ゴム層１５を形成して、口金３、４と内管部２が一体の形成体を形成した後、加硫成形する。
【００２８】
最後に、金型に外面保護カバー５と内管部２の加硫成形体を配置し、これらの間隙に発泡ゴム材料を注入して発泡させて、エキスパンションジョイントを製作する。
【００２９】
上記のように構成してなるエキスパンションジョイントは、従来の可撓管と同様に使用することができる。即ち、変位が大きい場合には、エキスパンションジョイントを２個設ける。エキスパンションジョイントを水平距離でＬだけ離して水平に短管を設置したものが、図２に示すように、Ｙの距離沈下し、水平とθ°傾いたとすると、エキスパンションジョイントの伸び量ΔＬは、次のようにして求められる。
ΔＬ＝Ｘ−Ｌ
但し、Ｘは変位後のエキスパンションジョイント間の距離＝Ｙ／ｓｉｎθ，
Ｌ＝Ｙ／ｔａｎθ、Ｙは垂直方向の変位量である。
伸び量ΔＬは２個のエキスパンションジョイントで吸収するので、１個についてはΔＬ／２である。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、種々変形実施できる。因みに、上述した実施形態においては、エキスパンションジョイント形状に形成した後、加硫成形、発泡を行なっているが、加硫成形を順次行なって後、スポンジ層を形成してもよい。また、口金をフランジで構成した例で示したが、一方をフランジ、他方をベベルエンドあるいは両方をベベルエンドに形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態のエキスパンションジョイントの正面図である。
【図２】  エキスパンションジョイントの配置例を示す配管図である。
【符号の説明】
１・・・エキスパンションジョイント、２・・・内管部、３・・・口金、４・・・口金、５・・・外面保護カバー、６・・・スポンジ層、７・・・埋設配管、１１・・・内面ゴム層、１２・・・補強布層、１３・・・中間ゴム層、１４・・・補強布外層、１５・・・外ゴム層、１６・・・補強ワイヤ
【図１】
0004160151.tif 000002
【図２】
0004160151.tif 000003