木更津工業高等専門学校
小口径塩ビ継手の漏水に対する不断水補修具の試作開発― 南房総地域の社会的損失の止水を目指して

企画概要

館⼭市全域と南房総市富浦地区・三芳地区では上水の約４分の１が漏水で失われ、その損失は一年あたり4.4億円となる。
水道企業団では年間400件超の漏水補修に追われる。補修件数の4割超を占めるのは、口径30 mm以下の小口径塩ビ管の継⼿のひび割れである。しかし、これらを断水なしで補修する⼿⽴てがなく、作業員と供給先家庭それぞれの物理的負担と⼼理的負担が不断水の補修⽅法に⽐べて⼤きい。そこで、企業団からの技術相談をもとに、小口径塩ビ管継⼿の漏水に対する不断水補修具の試作開発に取組んできた。口径16 mmのソケット継⼿の止水に対して一定の成果が得られた。

取り組み成果・効果

取り組み内容検証内容

取り組みを通じて得られた成果

2023年5月、館⼭市等に水道を供給され
• 東京
• 千葉
る三芳水道企業団の⽅から木更津高専に、• 木更津
製品化相談の足掛かりのために小口径継手の不断水補修具を試作してほしいと依• 館⼭頼があった。地域の困難な状況や作業員対象地域の⽅のご苦⼼をお伺いした。
有収率
木更津高専チームは、世の中にない「小 75%（R3年度）

1. 水道を支える⽅のご苦⼼が深く理解でき、水道のありがたさを実感した。
2. 試作物は最高で0.5 MPaの水圧1分間に対して漏水ゼロを達成した。
3. 本取り組みを通して、水道補修具メーカーを含む産官学の連携体制ができた。

口径塩ビ継⼿の漏水に対する不断水補修具」の試作開発を始め、ヒアリングや調査分析を設計に反映しながら、3Dプリンタによる試作で止水が可能かを試みた。
製品化のためには1.75 MPaの水圧1分間に対して漏水ゼロを満たす必要があり、止水時にはこれが数値目標となる。

（全国平均90%）

継⼿のひび割れが4割超

ステークホルダーヒアリングで得られた取り組みへの期待
直接のステークホルダーにあたる三芳水道企業団の⽅からは、製品化・実用につながるまで本試作開発に取組んでほしいと期待されている。対象地域の漏水の損失を削減できれば、削減分予算を老朽管の更新に回せる可能性がある。

管路経年化率54.8%（全国平均20.3%）

地域の課題・特性
三芳水道企業団
半島の先端部という地理的条件にある。

•

水道を供給する広域公共事業団体•

管轄は、館山市の全域と南房総市の富浦地区・三芳地区• 木更津＝本取り組みの対象地域

• 館山

•
•

• 東京
• 千葉

2.3万戸 5.1万人に年間合計7.5×106 m3を送水仕入れ供給(販売)単価 245円/m3＜ 給水(製造)原価 342円/ m3

ダム水 32%

赤字分は市/県の補助金で補填

地下水 10%

本取り組みのステークホルダー
直接的には、三芳水道企業団
間接的には、当該地域～県、他の地域仕入れの58%が受水かつ給水の約1/4が損失で、漏水修理が重要。

受水 58%（他地域から購入）

給水漏水

三芳水道企業団

有収率
74.8% (R3年度)
有収水量÷給水量
全国平均 89.9%
県営水道 97.1%
1漏水 と 災害
漏水自体は、気象災害や地震によっても生じるものの、ふつう災害と言わない。
管路の劣化・老朽化
2023.07 （神戸新聞）
兵庫県明石市で漏水、ガス供給停止300戸
2022.02 （千葉日報）
千葉県旭市で漏水15000戸、老朽化か地面の陥没
2023.05（四国新聞）
香川県高松市で漏水、道路陥没バイク男性けが2022.12 （北海道テレビ）
北海道札幌市で漏水71戸、道路陥没トラックはまる

地震による広域被害2016.09 （毎日新聞）
熊本地震５カ月 水道料金の過大請求約6100件

しかしながら当該地域については、災害に近い社会的損失が定常的に生じている。
1. 有収率75%が全国平均90%より低い。
つまり給水量（うち58%が購入分）の約1/4が供給先に届いていない。

2. 一日あたり3600 m3（小学校プール約10杯分）
が漏水量で、給水原価342円/m3より年間4.4億円の損失がある。
なお、給水収益は14.1億円。

3. 老朽化を表す管路経年化率が54.8%と全国平均の20.3%を上回る。
出典：三芳水道企業団「令和5年度上水道の概況」、(2023), pp.22-23.
確定済みの令和3年度実績に基づく

2

対象地域における課題の規模
全件「口径30 mm以下の小口径塩ビ管の継⼿のひび割れ」など被害が小規模で、大した問題ではないのでは？

直近4年間の漏水修理件数

1682件（対象とする地域におけるH31年度～R4年度の実績）

×0.85

管種

塩ビ管1436件

鋼管
174件（HIVP管8件を含む）

×0.72

口径

小口径

1035件

口径35～200 mm
401件（30 mm以下）

×0.69

漏水部分

継手

管or
継⼿133件

710件

止水栓 管
152件 9件

40 mm以上は市販品で不断水修理が可能

×0.98

原因

ひび割れ698件

抜け11件

このうち口径16, 20 mmは合計469件

継⼿のひび割れの例

修理全体の４割超（698件/1682件）が小口径塩ビ管の継⼿のひび割れ
3断水は つらいよ ～現場の方のヒアリングから～手順の概要

負担がかかるポイント(1) 周囲を掘削して、水をかき出す(2) 公道にかかる場合には要申請(3) 供給先家庭に断水の連絡・調整(4) 管をつぶして断水(5) 漏水部の前後を切断(6) 新しい管・継⼿と断水補修具2個で切断部分を交換・接着して通水(7) 次の止水栓に行き、(6)で管路に流れた接着剤を除去(8) 埋め戻して修理完了① 供給先家庭に事前連絡して承諾が必要

(6)

(4)

(5)

OK?

② 不断水に比べて掘削する体積が多い。
漏水部だけ掘ったのでは作業不可。
③ 道路ぎわの宅地内漏水で道路掘削の必要が生じると、役所と警察署に許可を取る必要が生じる。

OK?
OK?

④ 通水時に水圧が０から通常に戻り、管内のスケールが宅内に流入し給水器具が破損してクレームになることがある。

現場の方は、本当に、不断水修理をしたい。
ピンポイントで掘削して通水したまま補修具を継⼿にかぶせて埋めることができれば、事前承諾も不要で掘削範囲や水圧変化も最小限。
不断水補修具は高価（3.5万円～）だが十分に見合う価値あり。

4

本取り組みの目的
小口径（30 mm以下）の塩ビ管継手のひび割れによる漏水について、不断水修理用の補修具を試作開発する。
実現時に期待できること① 作業員と供給先家庭の物理的負担と心理的負担を低減できる。
② 漏水多発でも短時間で修理できる。
③ 口径30 mm以下の塩ビ管継⼿の不断水補修具として世界初。
最終的目標はもちろん、製品化• 1.75 MPaの水圧1分間で漏水ゼロ※• 10～20年間の埋設に耐える必要あり• 安価であるとうれしい（現場より）※ 給水装置の構造及び材質の基準に関する省令（平成九年厚生省令第十四号）
第一条（耐圧に関する基準）第一項

継⼿のひび割れ漏水

ちょっと待った、

Q. 不断水補修具は、本当にないのか。
A. 本当にない。
1. 筒状の補修具：断水が必須
LAカップリング、 (株)リケンほか
伸縮継⼿、(株)クボタケミックスほか
SKXソケット、 (株)川西水道機器
フレキシブルカップリング、 (株)アフェクト

2. 管体用の補修具：継⼿ひび割れは対象外
補修バンド、 (株)日邦バルブ、(株)タブチ
圧着ソケット、児玉工業(株)
修理用クランプ、 (株)日邦バルブ・米Romac社
ストラブクランプ、ショーボンドマテリアル(株)アトムズカップリング、(株)アトムズ

3. 継⼿用の補修具：口径30 mm以下がない
フクロジョイント、大成機工(株)VPプロテクター、コスモ工機(株)これらは口径40 mm以上
DD-バックル、 (株)土井製作所・英Kibosh社
これは銅管の一時補修用

5試作開発プロセス
基礎ヒアリング

基礎的な試作開発
方針の策定

関連製品の調査・観察、製造方法の調査・検討

インタビュー

起案, 設計,修正

現場からのご意見のお伺い

フィードバック（⼿戻り工程）を重ね、第0案から第2案までを起案し改良を加える。
第0案（基本案）

試作

止水実験：高専主体の取組み：連携した取組み：フィードバック第1案（ヒンジ案）
第2案（竹割り案）

なお、上記以外には、漏水補修の統計情報の整理、3Dプリンタの導入・造形条件割り出し・保守・改良、設計後のFEM解析、材料の選定・評価、各種資料作成、安全確保の検討と対処、資材予算管理などがある。
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スケジュール
水道企業団のご担当者と電話/メール/web会議で随時連絡を取り進めてきたweb会議、別件助成申請
光造形プリンタ納入

技術相談
取組み開始

企業団訪問（学生4名＋教員）、インタビュー、研究室ご見学 現場見学・浄水場見学・漏水補修の初回テスト
進捗報告
防災減災コン
産学官初回打合せ
アイデア検証開始
官：三芳水道企業団
漏水サンプル 学：木更津高専
産：(株)日邦バルブ
ご提供

2024202356785/129101112

第2案（竹割り案）お知らせ
第1案へのご意見伺い
第1案（ヒンジ案）お知らせ

改良(A号～D号)

2

改良（知財の可能性あり）

改良(A号～E号)

第0案へのご意見伺い
第0案（基本案）お知らせ

1漏水ゼロ成功
水圧0.5 MPaでのチャンピオンデータ

パッキン※
まわりに集中した改良※より正確には「ガスケット」ですが、ステークホルダーでの通常の呼称にならい「パッキン」で記載しています。 7

最初期案に対する現場からのご意見の例 （2023 6/6）
情報・備考

扱いやすさ
めねじ部は独立ナットではなく、埋込みナットなどにしてほしい

ボルトは六角ボルトのほうが良い可能性もある

1.75 MPaの静水圧に耐える必要がある

ボルトはできるだけ少なくしてほしい

機能・ラインナップ

ボルトの周りには平らな部分を設けてほしい
一人での漏水修理でも使えるようにしてほしい

仮固定の機構がほしいパッキン形状は２種類あり一長一短がある

水抜き穴が必要かもしれないエルボやチーズにも対応してほしい

2つ割り構造ではなく、ヒンジのような構造にして扱いやすくしてほしい

ずれにくい構造を検討してほしい

長い継ぎ⼿部に対して連結してつかえるとありがたい管に食い込む機構があるとよい

全てを反映することは難しいものの、設計にあたり貴重な情報となった。
8とてもざっくりとした試作の手順
光造形3Dプリンタ
は低温に弱く冬は温度管理が必要

造形物

サポート

(1) 3Dデータ用意(2) 造形用データ作成(8) 追加工・組立て
完成(3) UVレジンの温度管理(7) 二次硬化(4) 造形開始・終了（この例は所要5時間ほど）(6) 洗浄・乾燥(5) 取り外し・ふき取り

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実地訪問、インタビュー （2023 9/20）
館山市役所敷地内にある三芳水道企業団事務所において3600 m3/日、年間4.4億円
漏れています数値的被害はどのぐらいですか？

本当ですか!?

もし不断水補修具があればどれだけ時間短縮になりますか？
断水修理では事前・事後の連絡調整を除いても実作業で2～3時間かかります。不断水では実作業だけでもそれが1時間ほど短縮になると思います。

小口径の不断水補修具はなぜ存在しないのですか？
（現場ではこんなにほしいのに）よくわかりません10実地訪問、インタビュー （2023 9/20）
南房総市富浦町南無谷の漏水現場にて付近には掘って埋めた跡がありました

聴診棒という道具で漏水の音を聞き、場所を特定します。
全然聞こえませんでした。
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実地訪問、インタビュー （2023 9/20）
三芳水道企業団 山本浄水場の資材倉庫にて第1案C号（ヒンジ案）資材倉庫を見学させていただきました。修理用具がたくさんあります。

第0案C号（基本案）
単管用
クランプ使用

第2案C号（竹割り案）
口径40 mm用の市販の不断水補修具、鋳物でずっしり重いです。

初回での漏水補修はやはりいずれもだめでした。

実験用配管をいただ
きました。
12考え・作り・試し・壊す
第0案（基本案）

FEM解析
も少々

0A

0B

0C

0D

1A

1B

1C

1D

2A

2B

2C

2D

市販の不断水補修具に近い、基本的な形状

第1案（ヒンジ案）
ねじが片側のみの構造で扱いやすいと一番人気

第2案（竹割り案）
単クランプで留めることを考えた構造

チャンピオンデータ
12月下旬、ヒンジ案E号を用いて0.5 MPaで1分間漏水ゼロ に成功した。
製品化に関わる件があるかもしれないために、工夫の詳細については割愛させていただきます。

第1案E号+調整
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予算の計画と支出
木更津高専技術振興交流会
地域課題への取り組みに対する助成

防災減災コンテストの助成

他の助成• 予算150千円に対して支出195千円
赤字分は教員研究費から補填• 予算400千円に対して支出411千円• 設備備品費（20千円以上）内訳：
サーモグラフィー56千円• 設備備品費は他経費と分配支出• 設備備品費（20千円以上）内訳：3Dプリンタ
78千円
空気清浄機
36千円
洗浄・二次硬化機24千円• UVレジンはおよそ0.7～1.4万円/kg• 消耗品例：3Dプリンタ保守部品、無水エタノール、防毒マスク

千円
200千円
400

消耗品費（機材費）
消耗品費（測定用品）
消耗品費（作業用品）
消耗品費（設計資料）
旅費
材料費
設備備品費

150
100500計画

支出

消耗品費（機材費）
消耗品費（測定用品）
消耗品費（作業用品）
消耗品費（設計資料）
旅費
材料費
設備備品費

300
200
1000計画支出

14まとめできたこと
1. 困難な現場の比較的深い理解と共感
チャンピオンデータ すなわち 外れ値ではあるが2. 0.5 MPaの水圧1分間で漏水ゼロ達成
3. 取り組みや試作の効果もあり、補修具メーカーとの連携体制今後に目指すこと
1. 1.75 MPaの水圧1分間で漏水ゼロ
2. ソケット継⼿以外や他口径への対応
3. その他、製品化に向け必要な開発

ソケットチーズ

エルボ

プロジェクト試作品や設計資料（全てではない）

謝辞• 防災科研 横山様、内山様、皆様 にご支援いただきましたこと、御礼申し上げます。
• また、当該コンテストにおける学生活動の助成および技術振興交流会の助成につきまして、御礼申し上げます。

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