JP6124597B2 - 管継手 - Google Patents

Description

本発明は、複数の管を差し込み接続する差込式の管継手に関する。

掘削したトンネルは、断面がアーチ形状または円形のセントルと呼ばれる移動式の型枠を用い、主に、トンネル内面の仕上げや補強を目的として覆工コンクリートの施工が行われる。この覆工コンクリートとは、トンネル内壁面とセントル面との間に打設されたコンクリートであり、充分な強度を発現させ、所定の耐久性、水密性等の品質を確保し、また、コンクリート表面の湿潤状態を維持して乾燥ひび割れを抑制するべく、特殊な養生システムを使用して養生を行っている。

養生システムの１つとして、例えば、図１（ａ）に示すようなトンネルの内壁面に沿うように所定の厚さで打設された覆工コンクリート１０の内壁面に沿うように変形自在な支持フレーム１１と、支持フレーム１１を昇降させて、その内壁面に対して接離させる図示しない昇降装置と、支持フレーム１１により支持された養生シート１２と、昇降装置によって上昇され、支持フレーム１１およびその内壁面に密着した養生シート１２を固定する固定部１３とを備えるシステムがある（特許文献１参照）。このシステムでは、養生シート１２の覆工コンクリート１０の内壁面に密着する部分が保水性部材により形成され、トンネル内部を向く部分が断熱部材により形成されていて、これらにより、覆工コンクリート１０の乾燥ひび割れを抑制している。

ところで、この養生システムでは、養生シート１２を覆工コンクリート１０の表面に密着させて設置するべく、図１（ｂ）に示すような塩化ビニル管やＦＲＰ（繊維強化プラスチック）管またはロッド等のパイプ１４を骨組みとした支持フレーム１１を使用している。この支持フレーム１１は、管継手１５を用いてパイプ１４を接続することにより組み立てられるが、その管継手１５として、図２に示すようなソケット式継手２０を使用している。

ソケット式継手２０は、２つの管２１、２２を直線状に接続するための継手であり、ねじ込み式と、差し込み式とがある。この養生システムでは、簡易に取り付けるべく、差し込み式が採用され、例えば、ＴＳ継手ソケットが採用される。ＴＳ継手ソケットは、接着剤を２つの管２１、２２の一端の外周部に塗布した後、それら２つの管２１、２２を差し込み接続する継手である。ここで、ソケット式継手２０は、その長手方向の長さが継手長と呼ばれ、中央内部には２つの管２１、２２を均等な長さ挿入することができるようにストッパとなる凸部２３が設けられている。また、各管２１、２２の挿入長は、根入れ長とも呼ばれる。

養生システムに用いられる継手ではないが、ソケット式継手としてそのほかに、例えば、内層とその外周に強化層を積層した構造の管継手（特許文献２）、抜止め手段が設けられ、容易に抜けないようにされた管継手（特許文献３）、外筒内に内筒が挿入され、内筒の内径が被接続管の内径にほぼ等しくされ、外筒両端近傍の内周面にゴムリングが装着された管継手（特許文献４）等がある。

特開２０１０−１８０５８９号公報 特開平７−５５０８４号公報 特開２００２−１３０５６０号公報 特開２００３−３３６７７７号公報

上記の養生システムに用いられるＴＳ継手ソケットでは、根入れ長が短いことから、施工時における養生システムの移動の繰り返しによる曲げ戻し作用等により、継手部分が屈曲したり、外れたりする不具合が見られた。また、塩化ビニル管等のプラスチック樹脂製の管を接続するための継手は、同じプラスチック樹脂から製造されたものを採用するため、せん断等の変形力が加わると、引き抜けや割れを生じるという問題があった。

特許文献２に記載された管継手は、強化層の積層により充分な強度を得ることはできるが、根入れ長が短いので、引き抜けを生じるという問題がある。また、特許文献３に記載された管継手は、抜止め手段を備えるので、引き抜けを阻止することはできるが、根入れ長が短いので、変形力が加わることにより強度が不充分で屈曲や割れを生じるという問題がある。

特許文献４に記載された管継手は、ゴムリングを備えることにより、変位を吸収できるので、屈曲や割れを阻止することができ、引き抜けも、ゴムリングによる摩擦抵抗によりある程度は阻止することができる。しかしながら、この管継手は、変位を効果的に吸収するために、幅狭のゴムリングが用いられており、また、根入れ長も短いことから、充分に引き抜けを阻止することはできない。さらに、トンネル内は、外気に比べて温湿度が高いため、ゴムの劣化による耐久性の問題がある。

そこで、上記の養生システムに用いても、容易に接続することが可能で、かつ引き抜けや割れ等が発生しない管継手の提供が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑み、複数の管の各々が差し込まれて接続される複数の差込口を備える中空の第１継手要素と、各々が各差込口と同一の内径を有し、各差込口から一方に延びる複数の中空円筒部と、各中空円筒部に連続し、第１継手要素を内部に収納する収納部とを備える第２継手要素とを含む、管継手が提供される。

本発明の管継手を提供することにより、差し込むだけで容易に複数の管を接続することができ、かつ引き抜けや割れ等の発生を防止することができる。

養生システムの一例を示した図。 ソケット式継手の一例を示した図。 本実施形態の管継手の構造を示した図。 各種管継手の外観を示した図。 図４に示す各種管継手を用いて行った曲げ試験の結果を示した図。 たわみ量と荷重との関係を示した図。

本発明の管継手は、複数の管を差し込み、互いに接続するための管継手であり、例えば、２つの管を直線状に接続するソケット、３つの管を接続するＴ形やＹ形の継手、４つの管を接続する十字形の継手を挙げることができる。また、この管継手は、途中に曲がり部を備えるエルボやベンドであってもよい。複数の管の内径および外径は、すべてが同一のものであってもよいし、一部もしくは全部が異なるものであってもよい。

この管継手は、特に、ポリ塩化ビニル、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等のプラスチック樹脂から製造された管を差し込み、互いに接続するために用いられる。このため、管継手は、その管に合わせてポリ塩化ビニル、ＦＲＰ等のプラスチック樹脂から製造されたものが採用される。ここでは、ポリ塩化ビニル、ＦＲＰを例示したが、そのほか、ポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂等から製造されたものでもよいものである。また、ＦＲＰとしては、ガラス繊維と、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等とを組み合わせた複合材料を使用することができる。

この管継手は、管を差し込み接続する際、管の差し込み側の一端の外面に接着剤が塗布される。ポリ塩化ビニル製の管および管継手を使用する場合は、接着剤として、テトラヒドロフランやメチルエチルケトン等の溶剤にポリ塩化ビニルを溶かした溶液形の接着剤を用いることができる。これにより、管と管継手との接続部分のポリ塩化ビニルが溶け、互いに絡み合い、溶剤の蒸発によって一体化させることができる。

ＦＲＰ製の管を使用する場合は、例えば、エポキシ樹脂系接着剤を用いることができる。なお、ＦＲＰ製の管は、接着剤による接着によって管継手と一体化することができるが、その表面のＡＢＳ樹脂が接着剤と反応して溶解し、再硬化する際、管と管継手との隙間を埋め、さらに一体性を高めることができる。エポキシ樹脂系接着剤としては、エポキシ樹脂と、硬化剤としてのポリアミド樹脂やポリチオール樹脂等とを含むものを挙げることができる。

図３は、本発明の管継手の１つの実施形態を示した図である。この実施形態では、説明を容易にするために、管継手が２つの管を直線状に接続するためのソケット式継手とされている。この管継手３０は、第１継手要素３１と、第２継手要素３２とから構成されている。

第１継手要素３１は、従来から使用されているソケットと同様の構造であり、２つの管４０、４１の各々が差し込まれて接続される２つの差込口３３、３４を備える。差込口３３、３４は、円形の開口部とされ、第１継手要素３１の長さの約半分が差し込み深さであり、根入れ長とされる。

図３では、２つの管４０、４１の外径が同一の外径とされており、２つの差込口３３、３４は、それら２つの管４０、４１を差し込んで接続した場合に、管４０、４１の一端の外面が差込口３３、３４の内面と隣接し、嵌合した状態となるように、その内径が、管４０、４１の外径とほぼ同じものとされている。実際には、全く同じ径では差し込むことができず、接着剤の塗布も考慮して、その内径は、管４０、４１の外径より、例えば、０．５〜２ｍｍ程度大きいものとされる。

差込口３３、３４は、管４０、４１を差し込むにつれてわずかにテーパが形成されたものとされていてもよい。これに限定されるものではないが、例えば、第１継手要素３１の長手方向に対して１〜５°程度のテーパである。

２つの差込口３３、３４は、接続された管４０を流れる流体が管４１へ流れるように、内部においてつながっている。２つの差込口３３、３４との間には、特に仕切りはなくても構わないが、管４０、４１を差し込む際、それぞれの根入れ長を均等にするために、第１継手要素３１の内部中央に、その径方向に向けて突出する突出部３５を備えることができる。

突出部３５は、第１継手要素３１の内側一周にわたって設けられるリング状のものであってもよいし、その内側一周にわたって一定間隔で設けられる扇形や矩形の板状のものであってもよい。図３では、突出部３５が、内側一周にわたって設けられるリング状のものとされている。

第２継手要素３２は、２つの中空円筒部３６、３７と、収納部３８とを備える。２つの中空円筒部３６、３７は、各々が各差込口３３、３４と同一の内径を有し、各差込口３３、３４から一方に延びている。ここでは、差込口３３と、差込口３４とが１８０°違う方向に向いているので、中空円筒部３６は、差込口３３が向く方向へ延びるように設けられ、中空円筒部３７は、差込口３４が向く方向へ延びるように設けられる。

管４０、４１は、まず、各中空円筒部３６、３７へ挿入される。管４０、４１の先端が各中空円筒部３６、３７を通過すると、管４０、４１は、その奥にある各差込口３３、３４に差し込まれる。

管４０、４１は、接着剤が外面に塗布されて差し込まれるので、それに対向する面が広くなれば広くなるほど、より強固に接着される。この管継手３０では、各差込口３３、３４の内面だけではなく、それより広い各中空円筒部３６、３７の内面も上記対向する面となるので、接着面が広くなり、より強固に接着される。これにより、管４０、４１の引き抜けを防止することが可能となる。また、本発明では、上記のように、より一体性を高めることにより、より確実に引き抜けを防止することができる。

収納部３８は、２つの中空円筒部３６、３７に連続し、第１継手要素３１を内部に収納する。収納部３８は、２つの中空円筒部３６、３７の内径に比較して拡張された内径を有し、各中空円筒部３６、３７へ向けてテーパが形成されている。収納部３８は、中空の略円筒状のものとされ、第１継手要素３１が内部にしっかり固定されるように、その内面と、第１継手要素３１の外面との隙間を小さくすることが望ましい。

このように、第１継手要素３１である従来のソケットを収納部３８に収納し、かつ一方に延びる中空円筒部３６、３７を備える構成を採用することで、管４０、４１を差し込んだ際に根入れ長を正しく確保することができ、管４０、４１の引き抜けを防止するとともに、管継手の剛性を高めることができる。

このような第２継手要素３２の構造は、例えば、所定長さの１本の短管の両端を、熱を加えてその短管の径を絞ることにより形成することができる。したがって、管継手３０は、まず、汎用のソケットを、短管内に挿入し、その短管の両端を、熱を加えて径を絞ることにより製造することができる。なお、両端を絞っているので、第１継手要素３１が、第２継手要素３２の中から外部へ飛び出ることはない。

管継手３０の根入れ長は、差し込んだ管４０、４１の引き抜けを防止することができれば、いかなる長さであってもよいが、例えば、第１継手要素３１に差し込まれる管４０、４１の根入れ長の１．５〜５倍とすることができる。これを考慮して、各中空円筒部３６、３７の長さを決定することができる。

実際にどの程度の剛性補強を実現できているかを確認するために、各種継手について曲げ試験を行った。曲げ試験は、曲げ荷重を受ける材料、ここでは２つのＦＲＰ製の管が直線状に管継手に接続されたものの挙動を測定する試験である。２つの管を支持棒で支え、中央の管継手に荷重を加える、２点支持中央１点単調載荷という載荷方法により試験を行った。

管継手として、図４に示すように、ケース１では、従来から使用されている汎用のソケット式継手を用いた。この継手は、いわゆる第１継手要素３１のみを継手として使用したケースである。ケース２では、比較のために、直管で、熱で両端の管径を絞ったものを用いた。この継手は、いわゆる第２継手要素３２のみを継手として使用したケースである。

ケース３では、本発明の管継手の１つの実施例として、継手長が２００ｍｍのものを用いた。この管継手は、ケース１の既製品の継手を第１継手要素３１として使用し、ケース２で使用したものを第２継手要素３２として使用している。ケース４では、本発明の管継手の他の実施例として、継手長が２５０ｍｍのものを用いた。この管継手は、第２継手要素３２の各中空円筒部３６、３７の長さを、ケース３より長く形成している。

ケース５では、比較のために、プラスチック樹脂製の管ではなく、鋼管で管長さが１００ｍｍのものとし、ＦＲＰ管内に差し込んで使用するタイプの継手を用いた。なお、ケース１〜４は、プラスチック樹脂として硬質ポリ塩化ビニル製のものを用いた。

たわみ量が１００ｍｍ未満の場合、継手の種類に関係なく耐荷力は概ね同等のものとなった。しかしながら、たわみ量が１００ｍｍ以上にすると、継手の種類に応じて耐荷力に差が見られた。そこで、たわみ量を１８０ｍｍとして試験を行い、そのときの荷重（ｋＮ）の結果と判定結果を図５に示す。

ケース１とケース２を比較すると、継手長が長くなることで、約１．１５倍の耐荷力が得られた。ケース２の継手は、ケース１の既製品の継手より良好な結果が得られているが、わずかに良好であるため、バツ、三角、丸、二重丸の四段階評価のうち、２番目に低い三角と評価した。

ケース３の実施例１の継手は、ケース１の既製品の継手の約１．２４倍の耐荷力が得られた。この継手は、ケース２の継手と同じ継手長であるが、ケース２の継手より高い耐荷力が得られている。このため、２番目に高い丸と評価した。

ケース４の実施例２の継手は、ケース１の既製品の継手の約１．３倍の耐荷力が得られた。この継手は、ケース３の継手より５０ｍｍ長い継手長であり、その継手長が長い程、高い耐荷力が得られることが見出された。このケースが最も高い耐荷力となるので、最も高い二重丸と評価した。

ケース５の継手は、鋼製で剛性が高すぎるため、鋼管を差し込んでＦＲＰ管に内装すると、低たわみ領域でＦＲＰ管自体が破損した。このため、耐荷力の評価をバツとした。

この結果をグラフに表したものが図６である。図６に示すように、たわみ量が１００ｍｍ未満では、継手の種類に関係なく、ほぼ同等の耐荷力を有していることがわかる。しかしながら、たわみ量が１００ｍｍ以上になると、次第に耐荷力に差が生じ始め、１５０ｍｍ以上でその差が顕著になった。

この結果から、本発明の管継手は、ケース１の既製品の継手やケース２の同じ継手長とした継手より、耐荷力に優れ、剛性補強が十分になされていることが確認できた。また、第１継手要素３１のみならず、それから一方に延びる各中空円筒部３６、３７にも嵌合されるので、十分な根入れ長が得られ、引き抜けも防止することができる。

これまで本発明の管継手について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…覆工コンクリート、１１…支持フレーム、１２…養生シート、１３…固定部、１４…パイプ、１５…管継手、２０…ソケット式継手、２１、２２…管、２３…凸部、３０…管継手、３１…第１継手要素、３２…第２継手要素、３３、３４…差込口、３５…突出部、３６、３７…中空円筒部、３８…収納部、４０、４１…管

Claims (4)

1. 複数の管の各々が差し込まれて接続される複数の差込口を備える中空の第１継手要素と、
   各々が各前記差込口と同一の内径と、差し込まれた各管の外面が隣接する内面とを有し、各前記差込口から該同一の内径で一方に延びる複数の中空円筒部と、各前記中空円筒部に連続し、前記第１継手要素を内部に収納する収納部とを備える第２継手要素とを含み、
   前記収納部は、各前記中空円筒部の内径に比較して拡張された内径を有し、各前記中空円筒部へ向けてテーパが形成されている、管継手。
2. 前記管継手が前記第１継手要素に差し込まれる前記管の挿入長の１．５〜５倍の挿入長となるように、前記中空円筒部の長さが決定される、請求項１に記載の管継手。
3. 前記第１継手要素は、内部中央に、径方向に突出する少なくとも１つの突出部を備える、請求項１または２に記載の管継手。
4. 前記複数の管および前記管継手は、プラスチック樹脂から製造され、各前記管は、一端の外周面に接着剤を塗布した後に前記管継手に差し込まれる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の管継手。