(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管(９，１０)の端部と継手(１)との間の継手であって、前記管は、少なくとも１つの強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層(１３，１４）と、少なくとも１つの内側熱可塑性層(１１，１２)と、少なくとも１つの外側保護層(１５，１６)とを具えた多層複合管で構成され、
（ｉ）管を受け入れるように構成された中空の筒状ケース(２)と、
（ii）管の内側熱可塑性層と溶融接続するように構成された溶着手段(８)と、
（iii）強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を把持するように構成された機械的把持手段(７)と
を具え、前記溶着手段と機械的把持手段はケースの内部に設置され、ケースは使用の際に前記機械的把持手段に拘束力を付与するように構成され、前記内側熱可塑性層は前記保護層の端部を越えて延在し、前記溶着手段と機械的把持手段は前記継手の中で軸方向に隔たって配置され、継手の軸方向強度は溶着接続部よりも機械的把持手段によって、より多く与えられていることを特徴とする継手。
【請求項２】
前記継手は、さらに、ケースの中に設置されて管の外側保護層(１５，１６)によって環境に対するシールを形成するシール手段(６)を具え、使用に際して、前記ケースは前記シール手段に対して拘束力を付与するように構成され、好ましくは前記溶着手段、機械的把持手段およびシール手段は、筒状ケースの端部に最も近くにシール手段が位置し、これに続いて機械的把持手段と溶着手段が順次に並んで相互に軸方向に距離を隔てて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項３】
前記筒状ケースが、互い協同する２つ以上の中空部材(２１，２２)で構成され、好ましくは前記中空部材が、相互に螺合可能なねじ山か、あるいは相互にスナップ嵌合可能な協同する環状突起およびくぼみを有することを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項４】
前記筒状ケースの構成部材同士を螺合または押し付ける作用により、前記把持手段および存在する場合にはシール手段に拘束力が加えられることを特徴とする請求項３に記載の継手。
【請求項５】
前記筒状ケースの構成部材(３０，３４，３５)が協同する円錐状表面(３６，３７)を有し、これらの表面同士は傾斜作用またはくさび作用によって相互に押し付けられ、機械的把持手段および場合によってはシール手段に半径方向内側に向かう力を加えることを特徴とする請求項３に記載の継手。
【請求項６】
前記中空の筒状ケースが、可塑性層および強化層を有する複合構造で構成されているか、あるいは
前記溶着手段が、好ましくはポリエチレンである可溶性熱可塑性高分子材料の層に隣接または埋め込まれた導電性要素(１８)を具えた電気溶着手段(８)であることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項７】
前記機械的把持手段は、継手の周囲に放射状に設置された歯(１７)あるいは使用の際に複合管の強化層に接触してこれを把持することのできる粗面を具えた２組以上のセグメントを具えており、好ましくは前記歯付きセグメント(５８，５９)の歯が、複合管の外側保護層を貫通可能して強化層を把持するのに充分な鋭さを有していることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項８】
前記機械的把持手段が、管の強化層に螺合可能な螺旋状ねじ山を具えたリングまたは１組の円弧状セグメントで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項９】
前記シール手段が、筒状ケースの内面の１つ以上の凹部に設置された１つ以上のシールリング、好ましくはＯリング(６)で構成されており、好ましくは各Ｏリングおよびケースの各凹部の寸法は、使用の際にケースがＯリングまたはリングに拘束力を加え、これらのリングを複合管の外側保護層に密着させるように決められていることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項１０】
前記シール手段が接着シール部材で構成されており、好ましくは前記シール手段が、マスチック，接着剤シーラントまたはホットメルト接着剤で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項１１】
継手が個々に設置された２つ以上の別個の構成部品として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項１２】
前記筒状ケースの軸方向強度が、溶着手段の軸方向強度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項１３】
前記接続部を通じて電気的連続性が得られるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項１４】
前記溶着手段が、好ましくはポリエチレンである可溶性熱可塑性高分子材料の層に隣接または埋め込まれた導電性要素(１８)を具えた電気溶着手段(８)であり、
前記接続部を通じて電気的連続性が得られるように構成され、
前記強化層が金属で構成され、使用の際に、溶着の前後何れかに電気溶融コイルの一端を前記強化層の金属に接続することにより電気的連続性が得られることを特徴とする請求項１に記載の継手。
【請求項１５】
前記電気溶融コイルが、使用に際して直接にまたは機械的把持手段(４９，５０)を介して強化金属層に接続される端子(４３，４４)を具え、かつ／または
電気溶融コイルの端部がそれぞれ端子(４３，４４)を具え、その１つが分割された機械的把持手段の隣接するセグメントに設けられたソケット(４７，４８)に受け入れられることを特徴とする請求項１４に記載の継手。
【請求項１６】
前記筒状ケースの導電性材料を介して電気的連続性が得られることを特徴とする請求項１３に記載の継手。
【請求項１７】
多層複合管(９，１０)に対して接続部を形成する方法であって、前記管は、少なくとも１つの強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層(１３，１４)と、少なくとも１つの内側熱可塑性層(１１，１２)と、少なくとも１つの外側保護層(１５，１６)とを具え、
（ｉ）管を受け入れるように構成された中空の筒状ケース(２)と、
（ii）管の内側熱可塑性層と溶融接続するように構成された溶着手段(８)と、
（iii）軸方向に溶着手段から距離を隔てて設置され、管の強化層を把持するように構成された機械的把持手段(７)と
を具えた継手(１)による接続のため、内側熱可塑性層と強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層の周面とが露出するように前記多層複合管の前記外側保護層が少なくとも切り開かれ、前記溶着手段および機械的把持手段は前記ケース内に設置され、前記ケースは使用の際に機械的把持手段に対して拘束力を付与し、継手の軸方向強度は前記溶着接続部よりも機械的把持手段によってより多く与えられていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記熱可塑性層と強化層、すなわち高い軸方向の強度を有する層とが別々であって、かつ切り開かれており、好ましくは接続のために切り開かれた前記内側熱可塑性層および強化層、すなわち高い軸方向強度を有す２層の長さが、管の外径をＯＤとした場合、ＯＤの２０％から２００％の範囲にあることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
接続のために管を準備する際に、前記強化層の切り開かれた縁に直立突起が設けられているか、あるいは
前記内側熱可塑性層の一部が折り返され、管の端部で短い距離に亙って前記強化層の上に載って重なっていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記筒状ケースが架橋結合した発泡高分子材料で形成され、この材料は取り外し可能なコアに「保持され」、このコアは溶着手段,機械的把持手段およびシール手段(存在していれば)が管上に位置決めされた後に取り外され、筒状ケースが半径方向に収縮して把持手段とシール手段(存在していれば)とを強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層および保護層にそれぞれ係合させるようにしていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
管(９，１０)の端部と継手(１)との間の継手であって、前記管は、少なくとも１つの強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層(１３，１４)と、少なくとも１つの内側熱可塑性層(１１，１２)と、少なくとも１つの外側保護層(１５，１６)とを有する多層複合管で構成され、
（ｉ）管を受け入れるように構成された中空の筒状ケース(２)と、
（ii）管の内側熱可塑性層と溶融接続するように構成された溶着手段(８)と、
（iii）軸方向に溶着手段から距離を隔てて設置され、管の強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を把持するように構成された機械的把持手段(７)とを具え、前記溶着手段および機械的把持手段は前記ケース内に設置され、前記ケースは使用の際に機械的把持手段に対して拘束力を付与し、前記熱可塑性層は強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層の端部を越えて延在していることを特徴とする継手。
【請求項２２】
前記強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層が前記保護層の端部を越えて延在しておらず、前記機械的把持手段が前記保護層を介して強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を把持していることを特徴とする請求項２１に記載の継手。
【請求項２３】
溶着手段(８)とこれから軸方向に距離を隔てた機械的把持手段(７)とが中に配置された中空の筒状ケースで構成された継手を使用し、強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層(１３，１４)，内側熱可塑性層(１１，１２)および少なくとも１つの外側保護層(１５、１６)を含む少なくとも３つの異なる層を有する多層複合管を接続する方法であって、前記溶着手段は管の前記内側熱可塑性層との間で溶着接続を行うように構成され、前記機械的把持手段は管の前記強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を把持するように構成され、前記ケースは、使用に際して前記機械的把持手段に拘束力を付与し、前記保護層および強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層は切り開かれ、前記溶着接続のために前記少なくとも１つの内側熱可塑性層を露出させることを特徴とする継手の使用方法。
【請求項２４】
前記保護層がさらに切り開かれ、前記強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を露出させることを特徴とする請求項２３に記載の使用方法。
【請求項２５】
多層複合管(９，１０)に対して接続部を形成する方法であって、前記管は、強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層(１３，１４)と、内側熱可塑性層(１１，１２)と、外側保護層(１５，１６)とを含む少なくとも３つの異なる層で構成され、
（ｉ）管を受け入れるように構成された中空の筒状ケース(２)と、
（ii）管の内側熱可塑性層と溶融接続するように構成された溶着手段(８)と、
（iii）軸方向に溶着手段から距離を隔てて設置され、管の強化層を把持するように構成された機械的把持手段(７)と
を具えた継手(１)による接続のために、内側熱可塑性層の周面が露出するように前記複合管の前記外側保護層と強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層とが切り開かれ、前記溶着手段と機械的把持手段は前記ケース内に設置され、前記ケースは使用の際に機械的把持手段に対して拘束力を付与することを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記外側保護層が切り開かれて前記強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を露出させ、前記保護層を貫通しなくても前記機械的把持手段が強化層を把持できることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、多層複合管用の管継手およびこれを形成する方法に関する。
管内を高圧の下で油や化学薬品を含む気体や液体を輸送するのに、プラスチックの管が多く使用されている。通常の熱可塑性管壁の耐圧性を改善するため、延伸配向や架橋結合などの技術が存在しているが、この管の耐圧性を１５〜２０バール程度以上に上昇させることは、技術的および経済的に難しい。
したがって、例えば、熱可塑性の内層と、その外側の強化層、すなわち高い軸方向強度を有する内層と、外側保護層とで構成された多層複合管を高圧管として使用することが提案されている。
通常、強化層は内側熱可塑性層の周囲に螺旋状に巻き付けられた繊維からなっている。これらの繊維は束ねられてテープ状をなし、例えば、ＥＰ  ０  ５９３４４９に記載されているように、加熱によって内側熱可塑性層に溶着されてテープマトリクスとなっている。この強化層は、熱可塑性層の表面に螺旋状に巻き付けられたり、シーム溶接された金属層などの導電層であってもよく、これによって約０．２mmから５mmの厚さの強化金属層が熱可塑性層の上に形成される。この強化層は、顔料，酸化防止剤，充填剤，その他の改質成分を含むもう１つの保護熱可塑性層で被覆されていることが好ましい。
こうした強化多層複合管は、国際特許出願第ＰＣＴ／ＦＩ９６／００３５９号などに記載されており、この文献の開示全体は、これを参照することによってすべての目的のために本明細書中に組み入れられる。
強化層と熱可塑性内外層との間の強固な接合を形成するため、接着剤や接着促進成分の使用が必要なことが多いが、水などの特定の液体に接触した場合には、その接着促進能力が失われることがある。強化層が金属層の場合には、腐食の問題を回避するため、これを管中の気体や液体および周囲の環境から保護することも必要である。
管の内部を流れる気体や液体および管の外側からの周囲の環境の水分は、強化層を被覆している内側の熱可塑性層と外側の熱可塑性保護層とが存在しているため、通常は強化層や接着剤成分と接触することはない。しかし、管の端部においては、内層と外側保護層との連続性が中断するので、強化層が管内の気体や液体および周囲の環境のいずれにも接触しないように、管を接続することが必要となる。
上述の問題に対して多くの解決策が提案されているが、そのすべてが欠点を有している。
ＷＯ９２／２１９０８には、強化層が管の端部に向かう長い表面に亙って次第に薄くなって熱可塑性層の端部から離れた箇所で終わり、延長部が形成されている管継手が開示されている。この延長部の内側にアダプタが嵌め込まれ、熱可塑性層の端部の外側では、このアダプタが管の端部を取り囲む鋼管にねじ山によって固定されている。このアダプタは、熱可塑性層を外側鋼管の内面に押し付ける円錐状表面を有する。
この公知の管継手の欠点は、円錐角度が小さいことに起因して非常に大きく、したがって管の表面に大量の接着剤を有する強化層の端部に、外部からのみでなく、管の内部からの液体が比較的容易に入り込むことである。管の内部を流れる高圧液体は、ねじ山によって与えられた圧縮力によってアダプタと鋼管との間に固定された熱可塑性層の端部を周回し、強化層の端部に到達することができる。
この公知の解決策においては、管の端部の延長部が通常の方法で形成されている。すなわち、この延長部は円錐状表面を有し、管の端部に限定された円筒状部分がこれに接続されている。この延長部は、強化層を有する管の部分にまでは形成することができない。なぜならば、強化層はその特性に起因して直径を大きくすることができないからである。したがって、強化層をより薄くして延長部の手前で終わるようにしなければならず、そのために延長部は熱可塑性層のみで構成される。そのため、この管継手は長くなり、接合部の最良のシール表面である延長部とアダプタとの相互に適合する円錐状表面同士は、比較的小さい表面積を有している。
別の解決策が欧州特許出願第９５  １０  ４９５５号に提案されている。これによると、接続されるべき複合プラスチック管の端部がそれぞれ延長部を具え、リング状の接続ピースがこの管の内側にその延長端に設置され、接続されるべき接続ピースと管の延長部とは実質的に円錐状の嵌合表面を有し、これらの表面は、実質的に管の両端部まで延在し、そこから接続ピースと延長部とが相互に溶接されている。このシステムは、ガラス繊維強化管の場合にはうまく機能するが、強化層が金属層の場合には、この金属強化層を分断しないでは円錐状延長部を形成することが困難なので、その適用が難しい。
さらに別の管継手がＤＥ  ４４  ４４  ０９７に開示され、それには複合管の切断端同士をシールする環状シール手段を具えた電気溶着カプラが示されている。しかし、この場合、接続は接合されるべき管の薄い熱可塑性外側保護層の間だけで行われ、強化層同士の間の接合はない。したがって、管の接合部は輸送管路中の弱点となり、内圧や軸方向に加えられる力に対する抵抗性が低くなる。
ＥＰ−Ａ−０２５３９６６には、電気溶融コイルと機械的把持手段とで構成された管用カプラが開示され、把持手段は溶着の前と溶着の際に管を把持し、その後に溶着された継手は、管のための効果的な継手を提供する。
前述のすべての特許の開示内容は、これを参照することによってすべての目的のために本明細書中に組み入れられる。
本発明は、その一形態において、強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層に対して直接的な機械的接続を行い、それによって機械的強度の増強された管接続部をもたらす多層複合管用の管継手を提供する。
別の形態における本発明は、ここに記載された少なくともいくつかの好ましい実施例において、管継手と多層複合管との間に
（ｉ）管を流れる内部流体に対するシールをもたらし、
（ii）好ましくは管自体のレベルまでの軸方向強度をもたらし、
（iii）塵埃などの汚染物質がシール領域に侵入することを防ぐ環境に対するシールをもたらす
ことが可能な継手を提供する。
さらに別の形態における本発明の継手は、ここに記載された少なくともいくつかの実施例において、多層複合管の内側熱可塑性層と強化層の両方に対する接続部をもたらし、接続部の品質をさらに改善する。
第１の形態において、本発明は、管の端部と継手との間の継手であって、前記管は、少なくとも１つの強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層と、少なくとも１つの内側熱可塑性層と、少なくとも１つの外側保護層とを具えた多層複合管で構成され、
（i）管を受け入れるように構成された中空の筒状ケースと、
（ii）管の内側熱可塑性層と溶融接続するように構成された溶着手段と、
（iii）強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層を把持するように構成された機械的把持手段と
を具えており、前記溶着手段と機械的把持手段はケースの内部に設置され、ケースは使用の際に前記機械的把持手段に拘束力を付与するように構成され、前記内側熱可塑性層は前記保護層の端部を越えて延在し、前記溶着手段と機械的把持手段は前記継手の中で軸方向に隔たって配置され、継手の軸方向強度は溶着接続部よりも機械的把持手段によってより多く与えられていることを特徴とする継手を提供する。
前記継手は、ケース内に設置され管の外側保護層によって環境に対するシールを形成するシール手段を具え、前記ケースは使用の際に前記シール手段に対して拘束力を付与するように構成されていることが好ましい。
第２の形態において、本発明は、多層複合管に対して接続部を形成する方法を提供し、この管は、少なくとも１つの強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層と、少なくとも１つの内側熱可塑性層と、少なくとも１つの外側保護層とを具え、
（i）管を受け入れるように構成された中空の筒状ケースと、
（ii）管の内側熱可塑性層と溶融接続するように構成された溶着手段と、
（iii）軸方向に溶着手段から距離を隔てて設置され、管の強化層を把持するように構成された機械的把持手段と
を具えた継手による接続のため、内側熱可塑性層と強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層の周面が露出するように前記多層複合管の前記外側保護層は切り開かれ、前記溶着手段と機械的把持手段は前記ケース内に設置され、前記ケースは使用の際に機械的把持手段に対して拘束力を付与し、継手の軸方向強度は溶着接続部よりも機械的把持手段によってより多く与えられている。
好ましくは、前記溶着手段，機械的把持手段およびシール手段は、シール手段が前記筒状ケースの端部に最も近く、これに機械的把持手段が続き、さらに溶着手段が続くように、前記筒状ケースの凹部に設置される。
前記中空の筒状ケースは、プラスチックまたは金属製の本体で構成されるか、またはプラスチックと強化層とによる複合構造で作られている。例えば、この強化層は金属材料で形成された筒体またはグリッドか、あるいは強化用繊維からなるものでもよい。繊維で強化された中空の筒状ケースを製造する場合、強化用繊維をプレフォーム上に巻き、その後にプラスチックの外被が施される。別のやり方では、繊維強化層は、その形状を維持している三次元プレフォームで構成され、溶融プラスチックでコーティングされた繊維を含んでいる。このプレフォームは金型キャビティにセットされ、射出成形などによってプレフォーム内の空間または隙間がプラスチックのマトリクス材料で満たされ、ＰＣＴ／ＥＰ９６／０２８０１に記載されているような配向された中空の筒状ケースが得られる。
この筒状ケースは再生可能な材料で構成することもでき、例えば、架橋結合した発泡高分子材料を取り出し可能なコア、すなわち支持手段上に「保持」してこの筒状ケースを形成することができる。この筒状ケースは一体物であってもよいし、あるいはそれぞれがねじ山を有して相互に螺合して組み立て可能、またはそれぞれが協同する環状突起や凹部を有して相互にスナップ嵌合可能な２つ以上の中空部材で構成することもできる。
好ましい実施例において、これらの筒状ケースの構成部材同士を螺合したり押し付けたりする作用は、機械的把持手段とシール手段とに拘束力を与えるか、またはこれを増強するように働く。例えば、筒状ケースの構成部材は、くさび作用によって相互に押し合い、半径方向内向き力を機械的把持手段とシール手段とに及ぼすように、相互に協同する円錐状表面を有している。これらの実施例において、筒状ケースの壁は少なくとも少しは内側に変形可能でなければならないことは明らかであろう。
いくつかの実施例において、シール手段と機械的把持手段との位置を相互に入替え、機械的把持手段が筒状ケースの端部に最も近くなるようにしており、筒状ケースの端部には軸方向のスリットが設けられ、その内側への変形を容易にしている。
溶着手段は、管を熱作用によって他の構成部品に溶着、すなわち「溶接」する継手を具えている。適宜な任意の溶着手段を使用できるが、中でも抵抗や誘導加熱要素などの電気的加熱要素を具えた電気溶着手段が好ましい。電気溶着手段は、可溶性熱可塑性高分子材料の層に隣接またはこれに埋め込まれた金属コイル，リング，蛇行リング，エキスパンド金網，その他の適宜な形状の部材などの導電性要素からなる部品を具えている。この導電性要素は、これに電流を流したり誘導加熱することによって加熱され、隣接する熱可塑性材料を溶融させて複合管の内側熱可塑性層の外表面に溶着させる。しかし、本発明は電気溶着手段を使用することに限定されるものではなく、必要に応じて、構成部品同士の摩擦溶接または継手の内部における予備加熱工具の使用などの他の溶着技術も使用することができる。
電気溶着手段の可溶性熱可塑性高分子材料は、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブチレン，高級オレフィン系重合体などのポリオレフィン；エチレン，プロピレン，ブチレン同士およびこれらとオレフィン不飽和単量体との共重合体；ポリスチレン，スチレン共重合体などのオレフィン不飽和芳香族重合体；エチレンビニルアセテート共重合体などのビニル単量体の重合体および共重合体；ポリカーボネート；およびこれに類似の物質などを含む。ポリエチレンの管を接続する場合には、ポリエチレンが可溶性高分子材料として特に好ましい。この可溶性の熱可塑性高分子材料は、必要に応じて無水改質ポリエチレンなどの改質ポリオレフィン材料であってもよく、またはこの材料は溶着ステップの際またはその後に反応して高分子材料および可能ならば管の隣接面を架橋結合させる架橋結合剤であってもよい。異なる組成のポリオレフィン表面同士を接合するには、改質ポリオレフィン類が特に適している。好ましい改質ポリエチレン材料は、共重合体成分またはグラフト共重合体成分としてアルファオレフィン重合体および１０重量％までのオレフィン不飽和カルボン酸またはその無水物、例えばアクリル酸，マレイン酸，イタコン酸，コハク酸，またはそれらの無水物を含んでいる。
必要に応じて、この可溶性熱可塑性高分子材料は１つ以上の充填剤を含んでいてもよく、例えば、赤外線や電磁波の照射を受けた場合に反応して高温に達する、ＰＣＴ／ＥＰ９６／０２８０１に記載されたステンレス繊維などの充填剤がこれに該当する。こうした充填剤を使用して前述の溶着手段を補助したり、その代替とすることも本発明の範囲に含まれる。
機械的把持手段は、例えば、継手の周囲に放射状に設置された２組以上の歯付きセグメントで構成され、これは使用の際に複合管の強化層に接触してこれを把持することができる。この機械的把持手段は、硬い金属材料やアセタール樹脂などのエンジニアリングプラスチックで形成される。機械的把持手段の歯は、必要に応じて充分な鋭さを有し、複合管の外側保護層および／または強化層を貫通してこれとの接続を良好にする。多層複合管に１層以上の強化層が存在している場合には、把持手段は最も内側の強化層に接触してこれを把持することが望ましい。把持作用を改善すると共に軸方向の引っ張りに対する抵抗を増強するため、分割された把持手段には、必要に応じて筒状ケースの円錐台状内表面と協同する円錐台状外表面が設けられている。
機械的把持手段の他の形状も考えることができ、例えば、歯を粗い表面に代えたり、把持手段を弾性割りリングまたはそれに類似した部品としてもよい。ＰＣＴ／ＦＩ９６／００３５９に記載されているように、ある種の多層複合管の場合には、強化層の表面は平滑ではなく、その粗さ、すなわち凹凸によって把持手段の把持作用が手助けされる。
別の実施例では、機械的把持手段は１つのリングまたは１組の円弧状セグメントであり、これには螺旋状のねじ山が設けられ、管の強化層に食い込んで、これに協同するねじ山を形成することができる。強化層が例えばアルミニウム層の場合などには、これは容易に行うことができる。適当な設計さえすれば、ねじ山付きの機械的把持手段の使用によって、筒状ケースを回転させて継手を再挿入することが可能となる更なる利点がもたらされる。ねじ山付きの機械的把持手段は、据付けのための充分な軸方向の強度を提供するので、輸送管路を溝に据付ける前および溶着を行う前に、多数の継手を使用して輸送管路を予め組み立てておくことも可能である。輸送管路の調節を行うことが必要な場合には、溶着の前にこれを行うことができる。次いで、最終的な溶着を輸送管路の入った溝の所望の位置で行えばよい。溶着された領域を溶融点まで加熱し、筒状ケースを回転させれば、据付けられた継手を簡単に取り外すことも可能である。
適宜なシール手段を設けて、管の外側保護層と管継手の中空の筒状ケースとの間に周囲の環境に対するシールを形成してもよい。しかし、このシール手段は１つ以上のシールリング、例えばガスケットやＯリングであり、これらは筒状ケースの内面の１つ以上の凹部に設けられることが好ましい。このＯリングおよびケースの凹部の寸法は、使用時にケースがＯリングに対して拘束力を加え、Ｏリングを複合管の外側保護層の外表面に密着させるように選ばれている。
本発明の１つの利点は、管の外側保護層に電気溶着手段によって環境に対するシールを形成しなくてもよいことである。これによって、例えば、その開示内容全体がすべての目的のためにこれを参照することによって本明細書中に組み入れられる国際特許出願第ＰＣＴ／ＥＰ９６／０２８０１号およびフィンランド国特許出願第９５５９６０号に記載されたように、柔らかい外側保護層を有する多層複合管を接続するのに本発明の管継手のいくつかの実施例を用いることが可能となる。これは従来の電気溶着カプラでは不可能であった。
他の形式のシール手段も使用できる。例えば、プラスチック管の外側保護層が比較的柔らかい場合には、Ｏリングを使用すると受け入れることができない程度に変形が大きくなってしまうことがある。このような場合には、Ｏリングをマスチックなどの比較的柔らかい粘稠なシール材料の環状リングまたは接着性エラストマーのシーラントまたはホットメルト接着剤などに取り替えてもよい。室温で著しい接着性を有するシール材料を使用する場合には、筒状ケースの内面の凹部は、拘束力が加えられるまではこのシール材料が管の外側層に接触しないような寸法を有することが望ましい。シール材料が熱によって活性化されるものである場合には、必要な熱は外部からの熱、または溶着手段が発生する熱によって供給される。
本発明の管継手は、複合管の準備調整された端部が単に挿入されればよい１つのアセンブリィとして、あるいは別々に設置される２つ以上の分離された構成部品として提供される。例えば、溶着手段は筒状ケースと一体化されている場合もあり、または別個の構成部品として提供される場合もある。構成部品を別々に設置することによって、これらを個々に検査し、筒状ケースを継手の他の構成部品の上に設置する前に、例えば溶着継手が正しく形成されているか否かを確認することができる。引っ張り力を溶着継手から筒状ケースに移転させるため、筒状ケースの軸方向強度は溶着手段の軸方向強度よりも大きいことが好ましい。
多くの場合、管継手は、特に、接続されるべき２本の複合管の強化金属層同士の間の接続部を介して電気的連続性を与えることが望ましい。これらの複合管は、前述の国際特許出願第ＰＣＴ／ＦＩ９６／００３５９号に記載されている。本発明の管継手は、電気的連続性を維持するための特に簡単な手段をもたらし、これは本発明の好ましい別の形態である。例えば、電気溶融コイルの端部を溶着前または後に金属強化層の隣接端に接続することにより、電気的連続性を得ることができる。例えば、電気溶融コイルに、強化金属層に直接または機械的把持手段を介して接続された端子を設けてもよい。好ましい実施例において、電気溶融コイルの両端は、それぞれ機械的把持手段の隣接するセグメントのソケットに受け入れられる端子を具えている。これにより、強化金属層上の酸化膜を突き破ることができる機械的把持手段を介し、つまり電気溶融コイルを介し、接続されるべき複合管上の金属層に至る電気的連続性が得られる。電気的連続性を与える他の方法としては、例えば機械的把持手段を直接に、あるいは筒状ケースが導電性材料で形成されている場合にはこのケースを介して溶融手段に接続してもよい。
接続のために多層複合管を準備調整するには、外側保護層および存在していれば強化層をそれぞれ切り開き、内側熱可塑性層と強化層の外周表面とを接続のために露出させる。これにより露出した内側熱可塑性層および強化層の長さは、管の外径をＯＤとした場合、このＯＤの２０％から２００％までの範囲にあることが望ましい。
いくつかの実施例においては、接続のために強化層を準備調整するには、強度をさらに増強するために強化層の切断端に直立した突起を形成するか、あるいは作業し易い電気的接続部を設けることが望ましい。通常、本発明は、強化層が平坦である多層複合管に適用されるが、強化層が波型になっている管の接続にも同様に適用可能である。
さらに別の実施例においては、接続のために管の端部を準備調整する際に、内側熱可塑性層を折り返して、管の端部の強化層の上に短い距離だけ重ねてもよい。これによって、内側熱可塑性層の厚さが２倍になって強化層によって支持されるので、電気溶着が容易になると共に、機械的把持手段の把持効率が向上する。
外側保護層を切り開いて強化層を機械的把持手段に対して露出させることが通常は望ましいが、これは必須ではなく、例えば外側保護層を貫通できる鋭い歯を有する把持手段を使用して、保護層を通して強化層に接触してこれを把持するようにすることも可能である。
本発明の多層複合管についての以上の説明は、殆どが少なくとも３つの異なる層、すなわち外側保護層，強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層，および内側熱可塑性層に関して行われた。しかし、いくつかの実施例においては、管の２つ以上の層を組み合わせ、および／またはこれらの中の１つの層が２つの機能を持つことができることは明らかである。例えば、本発明は、管の内側熱可塑性層および強化層、すなわち高い軸方向強度を有する層の機能が、例えば架橋結合および／または軸方向に延伸配向して非常に高い軸方向強度を有する１つの熱可塑性層によって満たされている多層管を接続するための継手も含むものである。この管の場合には、準備調整は単に溶着のため、および把持手段が外側保護層を貫通できない場合には必要に応じて把持手段に機械的に接続するため、外側保護層を切り開いて架橋結合および／または延伸配向した内層を露出させるだけでよい。このようにして接続できる管の一例は、架橋結合して延伸配向したポリエチレン層の軸方向強度よりも大きい軸方向強度を有する外側保護層を具えた架橋結合の延伸配向ポリエチレン（ＰＥＸＯ）製の管である。この管の接続は、明らかに本発明に含まれる。
本発明の管継手は、例えば２つの同じ管同士を接続するためのインラインカプラ，一定の角度をなして配列された２つの同じ管同士を接続するためのベンド，直径の異なる管同士を接続するためのトランジションカプラ，または多層複合管を他の継手や管に接続するための継手に使用可能であり、この場合、継手は本発明の継手から遠い方の端に他方の接続手段、例えばねじ山，従来型の電気溶着手段，突合わせ溶着端，フランジ付き端などの接続手段を具えている。
添付の図面を参照し、例示を目的として本発明の実施例を以下に説明する。
図１は、設置された状態の本発明の管継手の第１実施例の一部の側断面図である。
図２は、本発明の管継手に使用される第１中空筒状ケースの一部の側断面図である。
図３は、本発明の管継手に使用される第２中空筒状ケースの一部の側断面図である。
図４は、設置された状態の電気溶着カプラ構成部品の一部の側断面図を示し、このカプラは継手の電気的連続性を与えるための突出端子を具えている。
図５は、機械的把持手段の隣接するセグメントに電気的に接続された図４のカプラの一部の側断面図である。
図６は、本発明の管継手の別の実施例の一部の側断面図であり、複合管の内側熱可塑性層が折り返されて強化層の上面に重ねられている。
図７は、本発明の管継手の別の実施例の一部の側断面図であり、複合管の内側熱可塑性層が折り返されて強化層の上面に重ねられ、機械的把持手段がこの複合管の外側保護層に突き刺さる歯を具えている。
図８と図９は、筒状ケースが架橋結合した発泡高分子材料で形成されている図７の管継手の別の変形例を示す。
図１を見ると、全体的に符号１で示されている管継手は、環状凹部３，４および５を有し、そのそれぞれにＯリング６，分割された機械的把持リング７および電気溶着カプラ８を受け入れる筒状のケース本体２を具えている。
管継手に受け入れられるようにするため、管９，１０の端部は、内側熱可塑性層１１，１２および強化層１３，１４の一部を露出させて切り開かれている。
図示のように、管継手は予備組立され、次いで管の端部の上に被せられる。筒状ケースの寸法は、管９，１０の端部が管継手１の中に押し込まれる時、ケース２がシール用リング６を押圧して管の外側保護層１５，１６の外表面に密着係合させ、かつ機械的把持リング７のセグメントを押圧して金属層１３，１４に接触させるように決められている。把持リング７の歯１７は、金属強化層１３，１４に食い込み、これにしっかりと固定される。
電気溶着カプラ８の電気溶融コイル１８に通電し、隣接する熱可塑性材料と内側熱可塑性層１１、１２の外表面とを溶融させ、両者を溶着させることによって接続が完成する。
筒状ケース本体２の軸方向強度を電気溶着カプラ８の軸方向強度よりも大きくし、電気溶着部分に如何なる引っ張り応力も残らないようにすることが好ましい。
電気溶着カプラ８のシール作用により、管の内部からの気体や液体が強化層に達することが防がれ、勿論、接続部の機械的強度も増大することは明らかである。この継手１は、把持リング７によって強化層１３，１４を直接に把持する。筒状ケースの本体２によって外側保護層１５，１６の外周面に対してしっかりと押し付けられたシール用リング６のため、水その他の汚染物質が強化層に達したり、凹部４に侵入したりすることが防がれる。
図２は中空の筒状ケース本体部材２０の一実施例を示し、これはスナップ嵌合接続部２３によって結合された２つのセクション２１と２２とで構成されている。
使用に当たって、まず電気溶着手段が組み込まれ、次いで機械的把持手段とシール手段とをあらかじめ組み込んだ前記セクション２１および２２が、スナップ嵌合が行われるまで横方向に相互に押し付けられる。
中空の筒状ケースの別の実施例が図３に示され、この場合には、この中空の筒状ケースによって機械的把持手段とシール手段とに付与される拘束力を増加させるための手段が設けられている。この実施例では、ケース本体３０は、その外周面に圧縮部材のための位置決めポイントとして役立つくぼみ３１，３２および３３を具えている。２つのこのような圧縮部材３４および３５が示されている。これらの圧縮部材３４，３５は、ケース本体３０の外側傾斜面３６，３７と協同する円錐状内面を有する。圧縮部材３４，３５は、これらの圧縮部材３４，３５に設けられた突起３８，３９がケース本体３０の凹部３１，３２に嵌まり込むまで傾斜面３６，３７を押し上げられる。圧縮部材３４，３５のくさび作用により、ケース本体が機械的把持手段とシール手段とに及ぼす拘束力が増加する。必要に応じて、弾性割りリングなどの別の圧縮手段をくぼみ３３に設置し、ケース本体に作用を及ぼすようにしてもよい。
他の実施例において、ケース本体３０の傾斜面３６，３７は、円錐状圧縮部材３４，３５のくさび作用の下での半径方向の変形を容易にする１つ以上の軸方向スリットを具えている。円錐状圧縮部材３４，３５の代わりに、相互にボルト止めまたはねじ止めされたストラップ，バンド，クリップなどのその他の圧縮部材を使用することもできる。
図３には、軸方向強度を改善するため、把持セグメント（図示しない）の円錐台状表面と協同する円錐台状の内面４ｂを有するくぼみ４ａが示されている。
図４は、管接続部を通じて電気的連続性が得られるように構成された本発明の管継手の溶着カプラの構成部品を示している。この溶着カプラ４０は、例えば、ポリエチレンなどの熱可塑性高分子材料４２の層の中に埋め込まれた電気溶融コイル４１を具えている。このコイルの各端部には、分割された把持リング（図示しない）が位置する空間内に向け、外方に突出した端子４３，４４が設けられている。
使用の際、この電気溶着カプラにまず通電してカプラを溶融し、接続対象の管の内側熱可塑性層４５，４６に溶け込ませる。次の段階では図５に示すように、前記端子４３，４４を把持リングのセグメント４９，５０のソケット４７，４８に挿入させてセグメント付きの把持リングが設置される。このようにして、接続される複合管の金属層５１，５２の間に、セグメント４９，５０と溶融コイル４１とを介して電気的連続性が維持される。
図６，図７，図８および図９は、本発明の管継手のさらに別の実施例を示し、接続される管５０は、まず外側保護層５１と金属強化層５２を切り開いて内側熱可塑性層５３を金属強化層５２の上に折り返すことにより、準備調整される。図６では、内側熱可塑性層５３が折り返された後にも金属強化層の一部５４が露出されたままで残り、ここに分割された把持リング５５が接続される。電気溶着カプラ５６は、内側熱可塑性層５３の折り返し部分５７の上方に設置され、前述のようにこれに溶着される。
図７の実施例では、内側熱可塑性層５３は、それが外側保護層５１の端に当接するまで金属強化層５２の上に折り返されている。この場合、分割された把持リング５８は鋭い歯５９を具えており、これらの歯はケース本体６０の拘束力によって外側保護層５１を貫通して金属強化層５２に係合する。この結果、図６の実施例よりも少しコンパクトな構造が得られる。
図８は図７のものに似た管継手を示すが、中空の筒状ケース７０が架橋結合ポリエチレン（ＰＥＸ）などの予め応力を与えた発泡高分子材料で形成され、これは最初に機械的に直径方向に拡大された状態でスプリットコア式支持装置７１の上に支えられる。ケース７０とコア７１とが把持リング５８および電気溶着カプラ５６の上に位置決めされ、次いでコア７１が取り外される。コア７１が取り外されると、ケース７０は強い力で収縮して把持リング５８の歯５９を押圧し、これを管の外側保護層５１を貫通して強化層５２に係合させる。
図９は、図８のものに似た管継手を示すが、電気溶着カプラ８０がＴ字型断面を有し、その延長部８１も電気溶着要素８２を具えており、折り返された熱可塑性層５３の湾曲部８３に溶着し、接合ラインを長くしてシールを改善している。
【図１】
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【図２】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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