| 【発明の名称】 |
可とう伸縮継手及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】野田 憲治
【氏名】横堀 志津雄
|
| 【要約】 |
【課題】長繊維の引き抜けによる補強力の低下や、繊維補強層の露出による劣化が生じにくく、しかも比較的簡易な工程で製造できる可とう伸縮継手、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】軟質材料を主体としてなる被補強管Ｐの両端部に硬質材料よりなる硬質管２の端部を内嵌して接合する工程と、前記被補強管Ｐの外周面に繊維補強層を形成する工程と、その繊維補強層の外周面に被覆層を形成する工程とを有する可とう伸縮継手の製造方法において、前記被補強管Ｐを回転させつつ、その被補強管Ｐの軸方向の運動成分が一定幅の運動範囲で反転するように長繊維３ａの送り出し位置１０を移動させながら、長繊維３ａをらせん状に交互に巻き付けて前記繊維補強層を形成した後、その繊維補強層の全体を被覆する被覆層を形成することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 長繊維をらせん状に配置した繊維補強層を内部に有し、軟質材料を主体としてなる可とう伸縮管と、その可とう伸縮管の両端部に端部が内嵌されて接合された硬質材料よりなる硬質管とを備える可とう伸縮継手において、前記繊維補強層は、前記長繊維をらせん状に巻き付け配置する際に、巻き付けの軸方向を両端で反転して、らせん状に配置される長繊維が上下で交差するように交互に巻き付け積層してあると共に、前記繊維補強層の両端部は、前記可とう伸縮管の端面より内側にて前記硬質管の端部の外周に沿って配置されていることを特徴とする可とう伸縮継手。
【請求項２】 前記硬質管の端部の外周に沿って配置される長繊維の補強角が静止角より大きい請求項１記載の可とう伸縮継手。
【請求項３】 前記可とう伸縮管の軟質材料がポリオレフィン系熱可塑性エラストマーであり、前記硬質管の硬質材料がポリオレフィン樹脂である請求項１又は２に記載の可とう伸縮継手。
【請求項４】 軟質材料を主体としてなる被補強管の両端部に硬質材料よりなる硬質管の端部を内嵌して接合する工程と、前記被補強管の外周面に繊維補強層を形成する工程と、その繊維補強層の外周面に被覆層を形成する工程とを有する可とう伸縮継手の製造方法において、前記被補強管を回転させつつ、その被補強管の軸方向の運動成分が一定幅の運動範囲で反転するように長繊維の送り出し位置を移動させながら、長繊維をらせん状に交互に巻き付けて前記繊維補強層を形成した後、その繊維補強層の全体を被覆する被覆層を形成することを特徴とする可とう伸縮継手の製造方法。
【請求項５】 前記被補強管を略一定の速度で回転させつつ、前記長繊維の送り出し位置を略円周の軌跡にて略一定の角速度で移動させる請求項４記載の可とう伸縮継手の製造方法。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、長繊維をらせん状に配置した繊維補強層を内部に有し、軟質材料を主体としてなる可とう伸縮管と、その可とう伸縮管の両端部に端部が内嵌されて接合された硬質材料よりなる硬質管とを備える可とう伸縮継手、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、可とう伸縮管を長繊維で補強する方法として、長繊維をらせん状に配置した繊維補強層を可とう伸縮管の内部の層として設ける方法が存在した。そして、らせん状に長繊維を配置することにより、可とう伸縮性を維持しつつ内圧補強が有効に行えることが知られている。このような繊維補強層を形成する方法としては、比較的短い可とう伸縮管に個々に繊維補強層を形成する方法と、長尺の可とう伸縮管を連続的に製造する際に繊維補強層を連続的に形成する方法とが存在する。なお、何れの方法においても、繊維補強層の外周面を被覆する表面層（又は被覆層）が通常設けられる。
【０００３】前者の方法は、例えばゴム製の可とう伸縮継手を製造する際に利用され、複数列に配列した長繊維を未加硫ゴムで被覆してテープ状にしたものを、未加硫の内層ゴムホースにらせん状に巻き付けて下層の繊維補強層を形成した後、その上層に長繊維が交差するように前記テープ状物をらせん状に巻き付けて積層する方法が知られている。
【０００４】また、後者の方法は、例えば軟質樹脂ホースを製造する際に利用され、溶融押出機より原料が帯状に押出されて、芯材にらせん状に巻き取られて管状に形成された軟質樹脂ホースに対して、その周囲に長繊維を送り出すボビンを複数配置した回転体を２基設け、前記ホースの回転速度と一定の速度差が生じるように、それらの回転体を逆方向に回転させることで、バイアス状に交差した２層の繊維補強層を形成する方法が知られている。そして、このようにして製造されたホースを可とう伸縮継手に使用する場合、短尺に切断して使用するため、ホース端面には、繊維補強層が露出した状態となっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記前者の方法では、繊維補強層が多数の長繊維で形成され、各長繊維の端部が母材（マトリックス）との接着力だけで補強に寄与しているため、長繊維の引き抜けによる補強力の低下が生じ易いという問題があった。このため、長繊維の端部の抜け止め加工が必要となり、また、前記テープ状物の形成や積層の工程が複雑で時間を要するという問題もあった。
【０００６】一方、上記後者の方法では、連続的な製造により工程時間が短縮できるものの、長繊維の引き抜けによる補強力の低下は上記と同様であり、また、繊維補強層を形成するための装置（ブレーダー）が高価であるという問題があった。更に、ホース端面に繊維補強層が露出するため、その部分からの水等が侵入し、これによる強度劣化が生じる場合もあった。
【０００７】そこで、本発明の目的は、長繊維の引き抜けによる補強力の低下や、繊維補強層の露出による劣化が生じにくく、しかも比較的簡易な工程で製造できる可とう伸縮継手、及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
【０００９】即ち、本発明の可とう伸縮継手は、長繊維をらせん状に配置した繊維補強層を内部に有し、軟質材料を主体としてなる可とう伸縮管と、その可とう伸縮管の両端部に端部が内嵌されて接合された硬質材料よりなる硬質管とを備える可とう伸縮継手において、前記繊維補強層は、前記長繊維をらせん状に巻き付け配置する際に、巻き付けの軸方向を両端で反転して、らせん状に配置される長繊維が上下で交差するように交互に巻き付け積層してあると共に、前記繊維補強層の両端部は、前記可とう伸縮管の端面より内側にて前記硬質管の端部の外周に沿って配置されていることを特徴とする。
【００１０】上記において、前記硬質管の端部の外周に沿って配置される長繊維の補強角が静止角より大きいことが好ましい。
【００１１】また、前記可とう伸縮管の軟質材料がポリオレフィン系熱可塑性エラストマーであり、前記硬質管の硬質材料がポリオレフィン樹脂であることが好ましい。
【００１２】一方、本発明の製造方法は、軟質材料を主体としてなる被補強管の両端部に硬質材料よりなる硬質管の端部を内嵌して接合する工程と、前記被補強管の外周面に繊維補強層を形成する工程と、その繊維補強層の外周面に被覆層を形成する工程とを有する可とう伸縮継手の製造方法において、前記被補強管を回転させつつ、その被補強管の軸方向の運動成分が一定幅の運動範囲で反転するように長繊維の送り出し位置を移動させながら、長繊維をらせん状に交互に巻き付けて前記繊維補強層を形成した後、その繊維補強層の全体を被覆する被覆層を形成することを特徴とする。
【００１３】上記において、前記被補強管を略一定の速度で回転させつつ、前記長繊維の送り出し位置を略円周の軌跡にて略一定の角速度で移動させることが好ましい。
【００１４】［作用効果］本発明の可とう伸縮継手によると、長繊維をらせん状に巻き付け配置する際に、巻き付けの軸方向を両端で反転して、上下に配置される長繊維を連続させているため、長繊維の反転部が母材との接着力だけでなく、アンカー効果により補強に寄与するので、長繊維の引き抜けによる補強力の低下が生じにくい。また、らせん状に配置される長繊維が上下で交差するように交互に巻き付け積層してあるため、比較的簡易な工程で繊維補強でき、しかも１本又は少数本の長繊維により、補強の繊維密度を適当に調整して、所望の補強強度を得ることができる。更に、繊維補強層の両端部が、可とう伸縮管の端面より内側にて硬質管の端部の外周に沿って配置されているため、繊維補強層の露出による劣化が生じにくく、また、硬質管の端部の締め付け力を補強することができる。その結果、長繊維の引き抜けによる補強力の低下や、繊維補強層の露出による劣化が生じにくく、しかも比較的簡易な工程で製造できる可とう伸縮継手を提供することができた。
【００１５】前記硬質管の端部の外周に沿って配置される長繊維の補強角が静止角（約５５°）より大きい場合、内圧の上昇時に当該長繊維が硬質管の締め付け力として作用するため、同時に生じる硬質管の引き抜け力に対して接合部の離反を有効に防止することができる。
【００１６】また、前記可とう伸縮管の軟質材料がポリオレフィン系熱可塑性エラストマーであり、前記硬質管の硬質材料がポリオレフィン樹脂である場合、両者は熱融着による強固な接合が可能であり、また、リサイクルにも有利であり、燃焼時に有害成分も発生しにくい。更に、当該硬質管は、近年、主流となりつつあるポリエチレン配管と、ＥＦ工法やバッドジョイント工法等による接合が可能となるため、施工面でも有利である。
【００１７】一方、本発明の製造方法によると、被補強管を回転させつつ、その軸方向の運動成分が一定幅の運動範囲で反転するように長繊維の送り出し位置を移動させながら、長繊維をらせん状に交互に巻き付けて繊維補強層を形成した後、その全体を被覆する被覆層を形成するため、上記の如き作用により長繊維の引き抜けによる補強力の低下や、繊維補強層の露出による劣化が生じにくい可とう伸縮継手を比較的簡易な工程で製造することができる。
【００１８】前記被補強管を略一定の速度で回転させつつ、前記長繊維の送り出し位置を略円周の軌跡にて略一定の角速度で移動させる場合、送り出し位置を移動させる際の被補強管の軸方向の移動速度が、両端部で比較的小さいため、両端部で長繊維の補強角を大きくすることができ、内圧の上昇時に長繊維が硬質管の締め付け力として作用し易いようにすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら、本発明の製造方法、可とう伸縮継手の順で説明する。
【００２０】（本発明の製造方法）本発明の製造方法は、図１に示すような可とう伸縮継手を製造する方法であって、軟質材料を主体としてなる被補強管Ｐの両端部１ａに硬質材料よりなる硬質管２の端部２ａを内嵌して接合する工程と、被補強管Ｐの外周面に繊維補強層３を形成する工程と、その繊維補強層３の外周面に被覆層４を形成する工程とを有するものである。なお、被補強管Ｐは、可とう伸縮管１から被覆層４と繊維補強層３とを除いた部分であり、外周面に被補強部を有する（図２参照）。
【００２１】被補強管に使用される軟質材料としては、軟質の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、ゴムなどが何れも使用できるが、加工性等の観点より、軟質の熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマーが好ましく、特に熱可塑性エラストマーが好ましい。熱可塑性エラストマーとしては、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリジエン系熱可塑性エラストマー等が挙げられるが、中でも、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマーが特に好ましい。
【００２２】ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー（以下、「ＴＰＯ」という）としては、ハードセグメントとしてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィンを含有し、ソフトセグメントとしてエチレン・プロピレン（ＥＰＤＭ）等のゴムを含有するブレンド体等が挙げられる。そして、ブレンド方式の相違により、単純ブレンド型ＴＰＯ、インプラント化ＴＰＯ、動的加硫型ＴＰＯ等が存在し、通常、ハードセグメント成分中にソフトセグメント成分が分散したブレンド構造になっている。
【００２３】このようなＴＰＯは、各種商品が市販されており、例えばオレフレックス（日本ポリオレフィン製）、ミラストマー（三井化学製）、住友ＴＰＥ（住友化学工業製）、サントプレン（ＡＥＳジャパン製）、レオストマー（理研ビニル工業製）、アクティマー（理研ビニル工業製）などが挙げられる。なお、ＴＰＯは、ＪＩＳ Ａ硬さで４０〜８０°のものが好ましい。
【００２４】また、被補強管を構成する軟質材料は、硬質材料で補強されていてもよく、らせん状の硬質樹脂や鋼材（コイルスプリング）、単数もしくは複数のリング状又は筒状の硬質樹脂や鋼材、又は樹脂製、ガラス製等の短繊維等が、補強材として使用可能である。
【００２５】一方、硬質管２を構成する硬質材料としては、樹脂材料、金属材料などが何れも使用できるが、上記軟質材料が熱可塑性エラストマー又は軟質の熱可塑性樹脂の場合は、熱可塑性樹脂が好ましく、上記軟質材料がゴムの場合は、樹脂材料又は金属材料が使用される。ポリエチレン配管の継手に用いる場合、硬質材料としてはポリオレフィンが好ましい。
【００２６】ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等が挙げられるが、ＴＰＯとの接合力を高くする観点より、ＴＰＯのハードセグメントと同種の材料を使用するのが好ましい。特に、ポリエチレン配管の可とう継手として使用される場合、ポリオレフィンがポリエチレン又はポリプロピレンであり、ＴＰＯのハードセグメントがポリエチレン及び／又はポリプロピレン、ソフトセグメントがＥＰＤＭのものを使用するのが最も好ましい。
【００２７】硬質管２の端部２ａの接合工程は、繊維補強層３の形成工程と被覆層４の形成工程の前後又は中間の何れの時期に行ってもよいが、加工の容易性の観点より、繊維補強層３の形成工程に先立って行うのが好ましい。接合方法としては、硬質管２の材料と被補強管の材料の組合せに応じて、熱融着、接着剤による接着、架橋接着などの公知の方法により、適宜行うことができる。
【００２８】硬質管２の端部２ａを内嵌は、図１に示すように、硬質管２の内周面と可とう伸縮管１の内周面とが段差を有しない状態とするのが好ましいが、可とう伸縮管１の形状等はこれに限定されるものではない。例えば、硬質管２の内周面と段差を有するものや、可とう伸縮管１が直管で形成されていてもよい。なお、図１に示す被補強管Ｐは、長さの異なる２本の直管が接合されて形成されているが、内周面の切削等により形成してもよい。
【００２９】本発明の製造方法は、上記の繊維補強層３の形成工程において、図２（ａ）に示すように、被補強管Ｐを周方向に回転させつつ、その被補強管Ｐの軸方向の運動成分が一定幅の運動範囲で反転するように長繊維３ａの送り出し位置１０を移動させながら、長繊維３ａをらせん状に交互に巻き付けて繊維補強層３を形成することを特徴とする。これにより、図２（ｂ）に示すように、被補強管Ｐの外周面に長繊維３ａがらせん状に配置され、長繊維３ａが上下で交差するように交互に巻き付け積層される。なお、図２（ｂ）は、１本の長繊維３ａを使用し、送り出し位置１０を等速度で往復移動する最も単純な場合の例を示すものである。
【００３０】この図２（ｂ）の例からも分かるように、本発明の製造方法において、被補強管Ｐの回転速度と送り出し位置１０の移動速度とを略一定に維持する限り、長繊維３ａをらせん状に等間隔で配置することができ、周方向に対して均一な繊維補強を行うことができる。つまり、送り出し位置１０の往復移動が１周期（１往復）する間に、長繊維３ａの巻き付け位置が被補強管Ｐの周方向に一定間隔ずつズレることにより、等間隔で長繊維３ａが配置される。これは、送り出し位置１０を等速度で回転させる場合（図３参照）も同様であり、被補強管Ｐの周方向に長繊維３ａが等間隔でズレて配置される。
【００３１】本実施形態では、図３（ａ）に示すように、被補強管Ｐを略一定の速度で回転させつつ、長繊維３ａの送り出し位置１０を略円周の軌跡にて略一定の角速度で移動させる場合を例示する。なお、「略」円周の軌跡とは、ボビン１１との関係で軌跡が厳密な円周から多少ずれる状態を意味する。
【００３２】長繊維３ａはボビン１１に十分な長さで巻かれており、ボビン１１は従属テンションが長繊維３ａにかかるように、一定の制動力下で従動回転するように、回転ホイール１２に軸支されている。この制動力を調整することにより、巻き付けのテンションを制御することができる。回転ホイール１２は、モータ１５の回転がギヤボックス１４を介して回転軸１３に伝達することで、略一定の速度で回転する。回転ホイール１２の回転速度は、モータ１５の回転速度により制御することができる。
【００３３】そして、図３（ｂ）に示すように、回転ホイール１２の回転により、長繊維３ａの送り出し位置１０が、略円周の軌跡にて位置Ｐ１〜Ｐ９に順次繰り返し移動すると、被補強管Ｐの軸方向の運動成分が一定幅の運動範囲（位置Ｐ１と位置Ｐ５との間）で反転する。その際、長繊維３ａの被補強管Ｐにおける巻き取り位置は、図３（ｂ）に示すように、送り出し位置１０の軸方向の運動より、やや遅れて軸方向に運動しながら（このため長繊維３ａは軸方向に垂直な方向より傾斜している）、長繊維３ａが被補強管Ｐに巻き取られる。この時、送り出し位置１０の軸方向の移動速度が、移動の両端部（位置Ｐ１と位置Ｐ５）で比較的小さいため、繊維補強層３の両端部で長繊維３ａの補強角（管軸方向に対する補強繊維の接線の傾斜角）を大きく（最大９０°）することができる。このように長繊維３ａの補強角が８０°を超えると、硬質管２の締め付け力に対する補強効果が特に大きくなる。なお、被補強管Ｐと回転ホイール１２との距離が小さい程、上記の如き巻き取りの遅れが小さくなり、その結果、巻き取り形成された繊維補強層３の幅が大きくなる。
【００３４】本発明では、長繊維３ａを被補強管Ｐに巻き取る際、表面における長繊維３ａの位置ズレが生じないようにするのが好ましく、被補強管Ｐの表面が溶融又は軟化した状態で巻き取りを行う方法や、長繊維３ａを粘着性材料で被覆したものを使用する方法等が好適に採用できる。溶融状態で巻き取りを行うと、長繊維３ａが表面に埋入され、長繊維３ａの融着による補強効果やアンカー効果がより好適に得られる。
【００３５】なお、長繊維３ａとしては、軟質樹脂やゴム等の補強に使用されるものが何れも使用可能である。例えば、ポリエステル、ナイロン、ポリオレフィン、全芳香族ポリアミド（商品名ケブラー等）等の繊維が使用できるが、リサイクルのし易さの観点より、ポリオレフィン繊維が好ましい。なお、使用する繊維はモノフィラメント、マルチフィラメントの何れでもよいが、撚り合わせたマルチフィラメントが好ましい。
【００３６】また、芯−鞘構造を有する繊維を用いてもよく、特に、芯材料として融点が比較的高い樹脂、鞘材料として融点が比較的低い樹脂を使用することで、熱融着がより好適に行えるようにした熱融着繊維が好ましく使用される。なかでも、芯材料がポリプロピレン、鞘材料がポリエチレンのオレフィン系熱融着繊維が、ＴＰＯとの熱融着性の点で好ましく、三菱レーヨン等より市販されているものが使用可能である。
【００３７】次に、上記の繊維補強層３の全体を被覆する被覆層４を形成する。被覆層４を構成する材料としては、被補強管Ｐの軟質材料と同様のものが使用可能である。被覆層４による被覆は、単に繊維補強層３を被覆するだけでもよいが、繊維補強層３による補強効果を高める上で、繊維補強層３の長繊維３ａの隙間を介して、被覆層４の内周面と被補強管Ｐの外周面とを、熱融着、接着等により接合する方法や、加硫接合する方法などが好ましい。
【００３８】具体的にはシート状又はテープ状の被覆層形成材料を用いて、繊維補強層３の外周面の全体を被覆した後、加熱モールド内で外側から加熱する方法等が挙げられる。
【００３９】（製造方法の別実施形態）
（１）上記実施形態では、図３に示す装置を用いて、長繊維３ａの送り出し位置１０を、略円周の軌跡にて移動させつつ巻き付けを行う例を示したが、単純な往復直線動により、長繊維３ａの送り出し位置１０を移動させつつ巻き付けを行ってもよい。
【００４０】その場合、例えば図４（ａ）に示すように、トラバースシャフトやボールリバーサーと呼ばれる、２本の交差するらせん溝１６ａを設けたシャフト１６を回転させつつ、ガイド１６ｂで作動部１６ｃの回転を抑止することで、シャフト１６の回転運動を往復動に変換する機構を利用して、モータ１５の回転をボビン１１の往復直線動に変換する方法が採用できる。また、図４（ｂ）に示すように、ラックピニオンを有する機構１７等を用いて、モータ１５の定期的に繰り返される正逆の回転をボビン１１の往復直線動に変換する方法が採用できる。
【００４１】（２）上記実施形態では、１つのボビンを用いて繊維補強層を形成する例を示したが、少数のボビンを用いて、少数の長繊維により補強された繊維補強層を形成してもよい。但し、長繊維の本数を増やし過ぎると、その端部での引き抜けの問題が生じるようになり、また装置等も複雑になるため、長繊維の本数が少ない程好ましい。従って、本数の上限は５本程度である。
【００４２】（本発明の可とう伸縮継手）本発明の可とう伸縮継手は、図１に示すように、長繊維をらせん状に配置した繊維補強層３を内部に有し、軟質材料を主体としてなる可とう伸縮管１と、その可とう伸縮管１の両端部１ａに端部２ａが内嵌されて接合された硬質材料よりなる硬質管２とを備える。このような可とう伸縮継手において、図２に示すように、繊維補強層３は、長繊維３ａをらせん状に巻き付け配置する際に、巻き付けの軸方向を両端で反転して、らせん状に配置される長繊維３ａが上下で交差するように交互に巻き付け積層してあると共に、繊維補強層３の両端部は、可とう伸縮管の端面より内側にて硬質管２の端部２ａの外周に沿って配置されている。当該可とう伸縮継手は、本発明の製造方法により好適に製造することができる。
【００４３】本発明の可とう伸縮継手は、前述のように、硬質管２の端部２ａの外周に沿って配置される長繊維３ａの補強角が静止角より大きいことが好ましいが、硬質管２の中間に設けられる繊維補強層３の長繊維３ａの補強角は、静止角に略等しいことが好ましい。このような場所による補強角の変更は、長繊維３ａの送り出し位置１０の移動速度の被補強管Ｐの軸方向成分を変化させることで、行い得るが、図３（ａ）に示す方法によって、端部の補強角より中央部の補強角をより小さくすること、簡易にそれと類似のものを得ることができる。
【００４４】本発明の可とう伸縮継手は、繊維補強層３を可とう伸縮管１の内部に有するが、長繊維３ａをらせん状に巻き付け配置する際に、長繊維３ａを埋入させることで、被覆層を別途形成することなく、内部への配置が可能である。その場合、前述のように被補強管Ｐの表面を溶融させた状態で長繊維３ａをらせん状に巻き付けるのが好ましい。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３１４８
【氏名又は名称】東洋ゴム工業株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年９月７日（１９９９．９．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９２２６６
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 崇生 （外４名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−７４１８１（Ｐ２００１−７４１８１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月２３日（２００１．３．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２５３１６１ |
|