管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法
【構成】 管路補修部材１０は、管本体１２および補強繊維１４を含み、既設管路１００内で拡径されてその内面と密着することによって、既設管路１００を補修する。補強繊維１４は、一般繊維によって形成される芯糸（２２）と高強度繊維によって形成されて芯糸（２２）の外面に巻き付けられる鞘糸（２４）とを含む複合糸であり、管本体１２の管壁部に周方向に巻回される。管路補修部材１０が拡径される際には、芯糸（２２）が伸長または破断し、それに伴って螺旋形状であった鞘糸（２４）が真っ直ぐに伸びるように変形することによって、管路補修部材１０が拡径可能となる。
【効果】 補強繊維によって補強しながらも拡径可能であり、かつコストを低減できる管路補修部材を提供できる。
【効果】 補強繊維によって補強しながらも拡径可能であり、かつコストを低減できる管路補修部材を提供できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法に関し、特にたとえば、既設管路内に挿通された後、拡径されて既設管路の内面に密着される、管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の管路補修部材の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の管路補修部材（管路の補修用管体）では、筒状織布の内外面に熱可塑性樹脂の被覆層を形成し、これら内外の被覆層同士を筒状織布の布目を通して一体化させている。そして、筒状織布のよこ糸には、ガラス繊維などの高剛性糸が使用され、筒状織布は、補修用管体が拡径できるように、周方向に織り縮み形状を有している。
【０００３】
また、特許文献２には、鋳鉄管や鋼管等の金属パイプの代替として用いられるプラスチックパイプに関する技術が開示されている。特許文献２のプラスチックパイプでは、プラスチックからなる導管と防食層との間に補強用シートが配置されている。この補強用シートは、芳香族ポリアミド繊維などの高強度繊維によって形成される複数の補強繊維フィラメント束が、合成樹脂製の保持シートの表面に対して平行かつ直線状に配列した状態で貼り付けられて形成されている。
【特許文献１】特許第３４７３８０１号公報 [Ｂ２９Ｃ ６３／３４]
【特許文献２】特許第３５４０２０５号公報 [Ｆ１６Ｌ １１／００]
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、補修用管体の補強用に筒状織布を用いているが、繊維を円筒状に織るための設備は、特殊かつ高価なものである。また、筒状織布の内外層に被覆層を均等に形成することも難しく、その設備も特殊かつ高価なものが必要となる。つまり、特許文献１の補修用管体は、製造することが難しく、設備コストも大きくなってしまう。
【０００５】
また、特許文献２の技術では、補強繊維フィラメント束が、高強度を有する単一材料の連続体によって形成されており、プラスチックパイプの周方向の伸長が規制されている。つまり、特許文献２のプラスチックパイプは、拡径させることが困難であるので、既設管路内で拡径して既設管路に密着させる管路補修工法に用いる管路補修部材には適用できない。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法を提供することである。
【０００７】
この発明の他の目的は、補強繊維によって補強しながらも拡径可能であり、かつコストを低減できる、管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。
【０００９】
第１の発明は、既設管路内に挿通された後、拡径されて既設管路の内面に密着される管路補修部材であって、熱可塑性樹脂によって形成される管本体、および管本体の管壁部に配置されて、当該管本体の周方向に巻回される補強繊維を備え、補強繊維は、拡径時に伸長または破断する芯糸、および高強度繊維によって形成され、芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸を含む、管路補修部材である。
【００１０】
第１の発明では、管路補修部材（１０）は、管本体（１２）および補強繊維（１４）を備え、既設管路（１００）内に挿入された後に拡径されて、既設管路の内面と密着することによって、既設管路を補修する。管本体は、熱可塑性樹脂によって形成される。また、補強繊維は、管本体の管壁部、たとえば管壁内部や管壁外面に配置されるものであり、管本体の周方向に巻回される。補強繊維としては、芯糸（２２）と芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸（２４）とによって形成される複合糸が用いられる。芯糸は、ナイロンやポリエステル等の一般繊維によって形成され、施工時において管路補修部材が拡径されたときに、伸長または破断するものである。すなわち、芯糸を形成する繊維としては、管路補修部材の拡径時の条件、一例として９０−１００℃程度の高温下において０．０５−０．５ＭＰａ程度の圧力が加えられたときに、容易に伸長または破断する繊維が用いられる。鞘糸は、拡径後（施工後）の管路補修部材の強度および耐圧性を保持するものであり、芳香族ポリアミド繊維やガラス繊維などの高強度繊維によって形成される。ここで、高強度繊維とは、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の引張強度を有する繊維をいう。施工時に管路補修部材が拡径される際には、芯糸が伸長または破断し、それに伴って鞘糸が真っ直ぐに伸びるように変形することによって、管路補修部材が拡径可能となる。
【００１１】
第１の発明によれば、補強繊維によって補強しながらも周方向に拡径可能な補修管路部材を提供できる。また、円筒状に織った補強繊維を製作する必要がないので、コストを低減でき、口径の大きい補修管路部材も比較的容易に製造できる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に従属し、拡径時の最大径が、鞘糸の周当たりの実効長によって規定される。
【００１３】
第２の発明では、管路補修部材（１０）の拡径時の最大径は、鞘糸（２４）の周当たりの実効長（軸垂直方向の長さまたは断面投影長さ）によって規定される。したがって、既設管路の内面に対して管路補修部材を適切に密着させることができる。
【００１４】
第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、管路補修部材は、所定温度で加熱して前記拡径を行うものであり、芯糸の軟化温度は、前記所定温度以下であり、鞘糸の軟化温度は、前記所定温度より高い。
【００１５】
第３の発明では、管路補修部材（１０）は、所定温度で加熱することによって拡径される。芯糸（２２）は、その所定温度（加熱温度）以下の軟化温度を有する繊維によって形成され、鞘糸（２４）は、その所定温度より高い軟化温度を有する繊維によって形成される。
【００１６】
第３の発明によれば、管路補修部材の拡径時に芯糸が軟化するので、芯糸が拡径時に伸長または破断し易くなり、管路補修部材をより容易に拡径させることができる。
【００１７】
第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明に従属し、補強繊維は、管本体の管軸方向に対して少なくとも内外２層に周方向に巻回される。
【００１８】
第４の発明では、補強繊維（１４）は、管本体（１２）の管軸方向に対して、内外の少なくとも２層に周方向に巻回される２方向巻き（左右巻き）とされる。
【００１９】
第４の発明によれば、管路補修部材の強度および耐圧性を向上させることができる。
【００２０】
第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明に従属し、補強繊維は、シート状に形成された後に管本体の管壁部に配置される。
【００２１】
第５の発明では、補強繊維（１４）を用いて補強繊維シート（３０）を形成した後、その補強繊維シートを管本体（１２）に対して周方向に巻回すことによって、補強繊維が管本体の周方向に巻回される。たとえば、補強繊維シートとしては、少なくとも経糸の一部に補強繊維を使用して平織りしたものが用いられる。
【００２２】
第６の発明は、第１ないし第５のいずれかの発明に従属し、管本体の管壁部に配置されて管軸方向に延びる高強度糸をさらに備える。
【００２３】
第６の発明では、管本体（１２）の管壁部には、補強繊維（１４）に加えて、管軸方向に直線状に延びる高強度糸（３２）が設けられる。高強度糸は、鞘糸（２４）と同様に、芳香族ポリアミド繊維やガラス繊維などの高強度繊維によって形成される。
【００２４】
第６の発明によれば、管軸方向の伸びが規制されるので、既設管路内に引き込まれる際に破断し難くなる。
【００２５】
第７の発明は、第１ないし第６のいずれかの発明の管路補修部材を用いて内面を補修した管路である。
【００２６】
第７の発明においても、第１ないし第６のいずれかの発明と同様の作用効果を示すと共に、既設管路と管路補修部材とが協働することによって、内圧および外圧に耐え得る強度および耐圧性を有する管路を提供できる。
【００２７】
第８の発明は、既設管路に挿通された後、拡径されて既設管路の内面に密着される管路補修部材の製造方法であって、（ａ）拡径時に伸長または破断する芯糸と、高強度繊維によって形成されて芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸とによって形成される補強繊維を製作するステップ、（ｂ）熱可塑性樹脂によって形成される円筒状の内層を形成するステップ、および（ｃ）ステップ（ａ）で製作した補強繊維をステップ（ｂ）で形成した内層の外面に周方向に巻回するステップを含む、管路補修部材の製造方法である。
【００２８】
第８の発明では、ステップ（ａ）において、たとえば、複数本の一般繊維を下撚りして芯糸（２２）を形成すると共に、複数本の高強度繊維を下撚りして鞘糸（２４）を形成し、芯糸の外面に鞘糸を螺旋状に巻き付けることによって、補強繊維（１４）を製作する。そして、ステップ（ｂ）において、たとえば硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を円筒状に押し出して内層（１８）を形成し、ステップ（ｃ）において、形成した内層の外面に対して補強繊維を周方向に巻回すことによって、管路補修部材（１０）を製造する。なお、内層に巻き付けた補強繊維の外側に硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂をさらに被覆して外層（２０）を形成することもできる。
【００２９】
第８の発明によれば、補強繊維によって補強しながらも周方向に拡径可能な補修管路部材を低コストで製造できる。また、口径の大きい補修管路部材も比較的容易に製造できる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、補強繊維によって補強しながらも周方向に拡径可能な補修管路部材を提供できる。また、円筒状に織った補強繊維を製作する必要がないので、コストを低減でき、口径の大きい補修管路部材も比較的容易に製造できる。
【００３１】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の一実施例の管路補修部材を用いて管路を補修するときの管路補修部材の動作を示す図解図であり、（Ａ）は既設管路内への管路補修部材の挿入時の様子を示し、（Ｂ）は管路補修部材の拡径途中の様子を示し、（Ｃ）は既設管路の内面に管路補修部材が密着した様子を示す図解図である。
【図２】図１の管路補修部材を示す断面図である。
【図３】補強繊維の配置態様を説明するために外層の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【図４】補強繊維の外観を示す図解図である。
【図５】管路補修部材の拡径時における補強繊維の動作の一例を模式的に示す図解図である。
【図６】撚り数を変更した際の補強繊維の伸び率と引張強さとの関係を示すグラフである。
【図７】管路補修部材の製造装置の一例を示す図解図である。
【図８】この発明の管路補修部材の他の実施例において、外層の一部および外側の補強繊維の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【図９】この発明の管路補修部材のさらに他の実施例において、外層の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【図１０】この発明の管路補修部材のさらに他の実施例において、外層の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１を参照して、この発明の一実施例である管路補修部材１０は、上下水道、農業用水路、工業用水路およびガス管路などの既設管路１００を補修するためのものであり、既設管路１００内に挿入された後に拡径されて、既設管路１００の内面と密着することによって、既設管路１００を補修する。詳細は後述するように、管路補修部材１０は、補強繊維１４によって補強されているので、上述の既設管路１００の中でも特に、内圧が作用する地下埋設の既設管路１００（内圧管）の補修に好適に用いられる。
【００３４】
なお、補修する既設管路１００の材質は、特に限定されず、管路補修部材１０は、鉄筋コンクリート管、陶管、鋳鉄管、鋼管および合成樹脂管などの様々な既設管路１００の補修に適用可能である。また、補修する既設管路１００の大きさは、特に限定されないが、管路補修部材１０は、呼び径（内径）が７５−７００ｍｍであって、補修長さが数ｍ−数１００ｍである既設管路１００の補修に好適に用いられる。
【００３５】
図２に示すように、管路補修部材１０は、硬質ポリエチレンや硬質ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂によって形成される円筒状の管本体１２、および管本体１２の管壁内部に配置される補強繊維１４を備える。すなわち、管路補修部材１０は、補強繊維１４を含む中間層１６の内面および外面を、熱可塑性樹脂によって形成される内層１８および外層２０によって被覆した三層構造を有する長尺の筒状体である。この実施例では、熱可塑性樹脂は、高密度ポリエチレン樹脂である。
【００３６】
管路補修部材１０の外径は、既設管路１００の内径よりも少し小さめに設定され、施工時における拡径後に、既設管路１００の内径と同じ大きさ（ほぼ同じ大きさを含む）となるように設定される。また、管路補修部材１０の管壁全体の厚みは、その外径に応じて設定され、たとえば２−１０ｍｍである。具体的には、管路補修部材１０の外径が１５０ｍｍの場合、管壁全体の厚みは、たとえば３−４ｍｍ程度である。
【００３７】
補強繊維１４は、図３に示すように、管本体１２の周方向に巻回される。なお、図３では、補強繊維１４が螺旋状に延びていることが分かりやすいように、隣り合う補強繊維１４の間に間隔を形成しているが、隣り合う補強繊維１４同士は、密に接していてもよいし、重なり合っていてもよい。もちろん、図３と同様に間隔が開くように配置してもよい。また、中間層１６は、補強繊維１４のみで形成されてもよいし、補強繊維１４に加えて管本体１２の管壁を形成する熱可塑性樹脂が含まれていてもよい。すなわち、内層１８と外層２０とが補強繊維１４間を通る熱可塑性樹脂を介して一体化していてもよいし、内層１８と外層２０とが密に接する補強繊維１４によって分断されていてもよい。
【００３８】
図４は、補強繊維１４の外観の一例を示す。図４を参照して、補強繊維１４は、芯糸２２および鞘糸（絡み糸）２４によって形成される複合糸である。この実施例では、芯糸２２は、棒状に形成され、その芯糸２２の外面に沿って鞘糸２４が巻き付けられる。
【００３９】
芯糸２２は、施工時において管路補修部材１０が拡径されるときに、伸長または破断するものである。すなわち、芯糸２２を形成する繊維としては、管路補修部材１０を拡径するときの条件において、伸長または破断する繊維が用いられる。一例として、所定温度での加熱（通常、この加熱温度は、管本体１２の管壁を形成する熱可塑性樹脂が軟化し始める温度以上に設定される）および所定圧力での加圧によって拡径される管路補修部材１０の場合には、芯糸２２を形成する繊維としては、その拡径時の条件、たとえば９０−１００℃程度の高温下において０．０５−０．５ＭＰａ程度の圧力が加えられたときに、伸長または破断する繊維が用いられる。また、所定温度で加熱して拡径される管路補修部材１０の場合には、芯糸２２は、拡径時に伸長または破断し易いように、その所定温度（加熱温度）以下の軟化温度を有する繊維によって形成されることが好ましい。ただし、芯糸２２は、後述する管路補修部材１０の製造において管本体１２内に補強繊維１４が周方向に巻回されるときに、鞘糸２４の螺旋形状を保持する必要があるので、少なくともそのための強度を有する。なお、芯糸２２を形成する繊維は、後述する鞘糸２４を形成する高強度繊維と比較して、低強度または高伸度を有する一般的な繊維を用いるので、以下、芯糸２２を形成する繊維を一般繊維と呼ぶことがある。
【００４０】
具体的には、芯糸２２を形成する一般繊維としては、合成繊維、無機繊維および天然繊維などのいずれを用いてもよく、ポリアミド系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維およびポリウレタン系繊維などの合成繊維、セルロース系繊維などの半合成繊維、綿、麻および羊毛などの天然繊維を例示でき、これらを単独で、或いは２種類以上を混合する等して用いることができる。この中でも特に、ポリアミド系繊維またはポリエステル系繊維が好ましい。また、これらの繊維は、長繊維を用いてもよいし、短繊維を用いてもよい。
【００４１】
鞘糸２４は、拡径後（施工後）の管路補修部材１０或いは管本体１２の強度および耐圧性を保持（補強）するものであり、高強度繊維によって形成される。ここで、高強度繊維とは、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の引張強度を有する繊維をいい、少なくとも管路補修部材１０を拡径するときの条件において、伸長または破断しない繊維である。また、所定温度で加熱して拡径される管路補修部材１０の場合には、鞘糸２４は、その所定温度（加熱温度）よりも高い軟化温度を有する繊維によって形成される。
【００４２】
具体的には、鞘糸２４を形成する高強度繊維としては、芳香族ポリアミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）および超高分子量ポリエチレン繊維などを用いることができる。なお、これらの高強度繊維は、長繊維を用いてもよいし、短繊維を用いてもよい。
【００４３】
このような補強繊維１４は、たとえば、１または複数本の一般繊維に下撚りを加えて芯糸２２とすると共に、１または複数本の高強度繊維に下撚りを加えて鞘糸２４とし、両者を合わせて上撚りを加えることで芯糸２２の外面に鞘糸２４が螺旋状に巻き付いた複合糸とすることによって製作される。このような補強繊維１４の製作には、公知の撚糸機を用いることができる。なお、芯糸２２および鞘糸２４における下撚りは、必ずしも行う必要はない。たとえば、芯糸２２は、管本体１２内に補強繊維１４を螺旋状に配置するときに、鞘糸２４の螺旋形状を保持する強度を有すればよいので、モノフィラメントを用いてもよい。一方、高強度が求められる鞘糸２４に関しては、複数本の高強度繊維に下撚りを加えて形成することが好ましい。
【００４４】
補強繊維１４の太さ（繊度）は、芯糸２２および鞘糸２４を形成する繊維の種類によって異なるが、たとえば補強繊維１４全体で１０００−２００００ｄｔｅｘである。また、芯糸２２全体では、たとえば５００−１００００ｄｔｅｘであり、鞘糸２４全体では、たとえば５００−１００００ｄｔｅｘである。また、補強繊維１４の撚り加工条件は、補強繊維１４に求められる特性に応じて適宜設計可能であるが、下記の数式（数１）で表される撚り係数ｋが０．４−１０．４の範囲であることが好ましく、２．０−７．５の範囲であることがより好ましい。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、ｋは撚り係数を示し、Ｔｍは撚り数[回/ｍ]を示す。また、Ｄは繊度[ｄｔｅｘ]を示し、ρは繊維素材の密度[ｇ/ｃｍ3]を示す。
【００４７】
図５は、管路補修部材１０の拡径時における補強繊維１０の変化の様子（動作）の一例を模式的に示す図である。たとえば、施工時において管路補修部材１０を拡径するときには、管路補修部材１０は、蒸気または熱水などによって、９０−１００℃程度に加熱されると共に、０．０５−０．５ＭＰａ程度の内圧が加えられる。つまり、管路補修部材１０の拡径時には、補強繊維２２は加熱されると共に、周方向に伸びる力が補強繊維２２に作用する。このとき、芯糸２２は、加熱によって低強度化して、或いは元々有する低強度または高伸度の性質により、加圧によって伸長する。一方、芯糸２２に巻き付けた（螺旋形状であった）鞘糸２４は、この芯糸２２の伸長に伴って、管路補修部材１０の周方向に対して真っ直ぐに伸びるように変形していく。なお、管路補修部材１０は、加熱してから機械的に拡径される場合もある。また、管路補修部材１０は、加熱せずに機械的に拡径される場合もあり、この場合には、芯糸２２は、元々有する低強度または高伸度の性質により、管路補修部材１０の機械的拡径によって伸長し、鞘糸２４は、その芯糸２２の伸長に伴って変形する。
【００４８】
図５に示すような挙動を管路補修部材１０の拡径時に補強繊維１０が示すので、管路補修部材１０は、補強繊維１４を有しながらも拡径可能となる。また、鞘糸２４が管路補修部材１０の周方向に対して真っ直ぐになった状態（張った状態）になると、鞘糸２４の強度が作用するので、管路補修部材１０は、それ以上拡径しない。つまり、管路補修部材１０の拡径時の最大径は、鞘糸２４の周当たりの実効長（軸垂直方向の長さまたは断面投影長さ）によって規定される。なお、図５では、一例として芯糸２２が伸長のみする様子を示しているが、芯糸２２は、伸長すると共に破断してもよいし、伸長せずに破断のみしてもよい。また、芯糸２２が伸長または破断して鞘糸２４が真っ直ぐになる態様には、鞘糸２４が芯糸２２に食い込むようにして、芯糸２２の内部を通って（貫いて）鞘糸２４が真っ直ぐになることもあり得る。
【００４９】
なお、補強繊維１４の伸び率（延いては管路補修部材１０の拡径率）は、たとえば５−１５％に設定される。これは、補強繊維１４の伸び率が５％よりも小さいと、既設管路１００の曲管部や屈曲部などへの追従（密着）が困難になるからであり、補強繊維１４の伸び率が１５％よりも大きいと、均一な拡径が困難になる（局部的に伸びてしまう）からである。また、補強繊維１４の伸び率または管路補修部材１０の拡径率は、補強繊維１４の太さ（特に芯糸２２の太さ）および撚り数を変更することで、適宜調整可能である。たとえば、芯糸２２および鞘糸２４の繊度を一定とし、それぞれの下撚り数や上撚り数を変更することで、図６に示すように補強繊維１４の伸び率を調整することが可能である。
【００５０】
次に、管路補修部材１０の製造方法について説明する。図７は、管路補修部材１０を製造する製造装置５０の一例を示す。製造装置５０は、第１押出機５２、巻付機５４および第２押出機５６を備え、管路補修部材１０を連続的に製造する。
【００５１】
製造装置５０では、先ず、第１押出機５２が溶融した硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を円筒状に押し出して内層１８を形成し、形成した内層１８を巻付機５４に送り出す。巻付機５４は、形成した内層１８の外側で同軸に回転する回転胴５８を有しており、この回転胴５８には斜め方向に延びる支持軸６０が固定され、支持軸６０の先端には補強繊維１４が巻かれたボビン６２が回転可能に支持される。巻付機５４は、回転胴５８を回転させながらボビン６２から補強繊維１４を解除することによって、第１押出機５２から送り出された内層１８の外面に対して、補強繊維１４を巻き付けていく。その後、第２押出機５６が補強繊維１４の外側に溶融した硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を被覆して外層２０を形成することによって、管路補修部材１０が製造される。
【００５２】
なお、内層１８の外面に対して補強繊維１４を巻き付ける際には、第１押出機５２から送り出される内層１８に対してそのまま補強繊維１４を巻き付けてもよいし、内層１８の外面に対して接着剤を塗布してから補強繊維１４を巻き付けてもよい。また、内層１８の外面を加熱軟化させ、補強繊維１４を内層１８に食い込ませるようにして巻き付けてもよい。また、補強繊維１４に外層２０を被覆する際には、溶融した熱可塑性樹脂が補強繊維１４間に充填されて中間層１６の一部を形成してもよい。
【００５３】
続いて、管路補修部材１０を用いた既設管路１００の補修方法の一例について説明する。管路補修部材１０は、上述のように、内圧が作用する地下埋設の既設管路１００の補修に好適に用いられる。
【００５４】
既設管路１００を補修する際には、先ず、補修対象とする既設管路１００の両端部（始点および終点）に立坑を掘削して、その掘削した立坑の近辺に、蒸気発生装置やウインチなどの施工に必要な各種装置および管路補修部材１０などを準備する。管路補修部材１０は、たとえば、偏平させた状態で、ドラムに巻き付けられて施工現場に搬入される。
【００５５】
次に、既設管路１００内へ管路補修部材１０を引き込み易いように、管路補修部材１０を予備加熱によって軟化させ、その軟化させた状態で、牽引ワイヤやウインチ等を用いて、既設管路１００内に管路補修部材１０を挿通していく（図１(Ａ)参照）。そして、既設管路１００の補修対象の全長に亘って管路補修部材１０が挿通されると、管路補修部材１０内に蒸気（または熱水）を供給して、管路補修部材１０を９０−１００℃程度に加熱する共に、０．０５−０．５ＭＰａ程度の内圧を加える。すると、管路補修部材１０は、内面側から十分に加熱軟化されて円筒状に復元するとともに（図１(Ｂ)参照）、加圧によって拡径し、既設管路１００の内面全体に管路補修部材１０の外面が密着する（図１(Ｃ)参照）。このとき、補強繊維１４の芯糸２２は、たとえば加熱によって低強度化して、加圧によって容易に伸長または破断する。そして、芯糸２２の伸長または破断に伴い、鞘糸２４が管路補修部材１０の周方向に沿って真っ直ぐになることで（図５参照）、管路補修部材１０は、補強繊維１４によって補強しながらも周方向に拡径可能となるのである。
【００５６】
既設管路１００に管路補修部材１０を拡径密着させると、内圧を保持した状態で、管路補修部材１０内に冷却空気などを供給して、管路補修部材１０を冷却固化させる。その後、管端処理などを適宜行うことによって、管路補修部材１０を用いた既設管路１００の補修が終了する。このように既設管路１００と密着して一体化した管路補修部材１０は、既設管路１００と協働して、内部流体からの内圧および土砂などからの外圧に耐え得る強度および耐圧性を発揮する。たとえば、内圧であれば４ＭＰａ程度の短期強度が確保できる。
【００５７】
この実施例によれば、補強繊維１４によって補強しながらも周方向に拡径可能な管路補修部材１０を提供できる。また、円筒状に織った補強繊維を製作する必要がないので、コストを低減でき、口径の大きい補修管路部材１０も比較的容易に製造できる。
【００５８】
また、拡径させることが可能であるため、補修管路部材１０は適度な屈曲性を有する。したがって、補修管路部材１０は、既設管路１００内に挿入し易く、曲管部にも対応可能となる。
【００５９】
さらに、管路補修部材１０の拡径後の外径寸法の調整が可能であるので、既設管路１００の内面に対して適切に密着させることができる。また、管路補修部材１０の拡径後（施工後）は、補強繊維１４の鞘糸２４が内部流体の内圧を支えるので、内層１８および外層２０の厚みを薄くでき、管路補修部材１０の薄肉化を図ることができる。
【００６０】
なお、上述の実施例では、棒状の芯糸２２に鞘糸２４を巻き付けた補強繊維１４を用いたが、これに限定されず、補強繊維１４は、芯糸２２を螺旋状に形成し、その芯糸２２の外面に沿って鞘糸２４が螺旋状に延びるように形成する、つまり芯糸２２と鞘糸２４とが相互に巻き付くようにすることもできる。ただし、補強繊維１４の伸び易さを考慮すると、芯糸２２は棒状であることが好ましい。
【００６１】
また、上述の実施例では、補強繊維１４は、管路補強部材１０の管軸方向の１方向のみに螺旋状に延びるようにしたが、図８に示す他の実施例のように、補強繊維１４は、管軸方向の２方向に螺旋状に延びてもよい。つまり、補強繊維１４は、内外の２層に螺旋状に延びる２方向巻き或いは左右巻きであってもよい。なお、補強繊維１４は、３層以上に形成してもよい。これによって、管路補修部材１０の強度および耐圧性を向上させることができる。
【００６２】
さらに、上述の実施例では、補強繊維１４を含む中間層１６の内面および外面を、熱可塑性樹脂によって形成される内層１８および外層２０によって被覆した三層構造を有するようにしたが、外層２０は必ずしも形成する必要はない。すなわち、管路補修部材１０は、管本体１２の管壁外面に補強繊維１４を周方向に巻回した二層構造とすることもできる。なお、二層構造の管路補修部材１０を製造する場合には、上述の管路補修部材１０の製造方法において、外層２０を形成する工程が省略される。
【００６３】
また、図９に示す他の実施例のように、補強繊維１４を用いて補強繊維シート３０を形成し、その補強繊維シート３０を周方向に巻回させることによって、管本体１２の管壁内部または管壁外面に補強繊維１４を周方向に巻回させることもできる。補強繊維シート３０としては、たとえば、ナイロンやポリエステルなどの芯糸２２と同様の材料を用いてフィルムや不織布などの保持シートを作成し、その保持シートの長尺方向に延びるように補強繊維１４を貼り付けたものを用いることもできるし、少なくとも経糸の一部に補強繊維１４を使用して平織りしたものを用いることもできる。
【００６４】
また、図１０に示す他の実施例のように、管本体１２の管壁内部または管壁外面には、螺旋状に延びる補強繊維１４に加えて、高強度繊維によって形成される１または複数の高強度糸３２を管軸方向に直線状に延びるように配置することもできる。高強度糸３２は、たとえば、鞘糸２４と同様に、芳香族ポリアミド繊維などの高強度繊維の複数本を撚り合わせることによって形成するとよい。なお、高強度糸３２は、補強繊維１４（または補強繊維シート３０）の内側に配置されてもよいし、外側に配置されてもよい。このように高強度糸３２を設けることによって、管路補修部材１０の管軸方向の伸びが規制されるので、管路補修部材１０は、既設管路１００内に引き込まれる際に、破断し難い構造となることができる。
【００６５】
なお、上で挙げた寸法などの具体的数値は、いずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ …管路補修部材
１２ …管本体
１４ …補強繊維
１６ …中間層
１８ …内層
２０ …外層
２２ …芯糸
２４ …鞘糸
３０ …補強繊維シート
３２ …高強度糸
５０ …管路補修部材の製造装置
１００ …既設管路
【技術分野】
【０００１】
この発明は管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法に関し、特にたとえば、既設管路内に挿通された後、拡径されて既設管路の内面に密着される、管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の管路補修部材の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の管路補修部材（管路の補修用管体）では、筒状織布の内外面に熱可塑性樹脂の被覆層を形成し、これら内外の被覆層同士を筒状織布の布目を通して一体化させている。そして、筒状織布のよこ糸には、ガラス繊維などの高剛性糸が使用され、筒状織布は、補修用管体が拡径できるように、周方向に織り縮み形状を有している。
【０００３】
また、特許文献２には、鋳鉄管や鋼管等の金属パイプの代替として用いられるプラスチックパイプに関する技術が開示されている。特許文献２のプラスチックパイプでは、プラスチックからなる導管と防食層との間に補強用シートが配置されている。この補強用シートは、芳香族ポリアミド繊維などの高強度繊維によって形成される複数の補強繊維フィラメント束が、合成樹脂製の保持シートの表面に対して平行かつ直線状に配列した状態で貼り付けられて形成されている。
【特許文献１】特許第３４７３８０１号公報 [Ｂ２９Ｃ ６３／３４]
【特許文献２】特許第３５４０２０５号公報 [Ｆ１６Ｌ １１／００]
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、補修用管体の補強用に筒状織布を用いているが、繊維を円筒状に織るための設備は、特殊かつ高価なものである。また、筒状織布の内外層に被覆層を均等に形成することも難しく、その設備も特殊かつ高価なものが必要となる。つまり、特許文献１の補修用管体は、製造することが難しく、設備コストも大きくなってしまう。
【０００５】
また、特許文献２の技術では、補強繊維フィラメント束が、高強度を有する単一材料の連続体によって形成されており、プラスチックパイプの周方向の伸長が規制されている。つまり、特許文献２のプラスチックパイプは、拡径させることが困難であるので、既設管路内で拡径して既設管路に密着させる管路補修工法に用いる管路補修部材には適用できない。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法を提供することである。
【０００７】
この発明の他の目的は、補強繊維によって補強しながらも拡径可能であり、かつコストを低減できる、管路補修部材およびそれを用いた管路ならびに管路補修部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明などは、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、この発明を何ら限定するものではない。
【０００９】
第１の発明は、既設管路内に挿通された後、拡径されて既設管路の内面に密着される管路補修部材であって、熱可塑性樹脂によって形成される管本体、および管本体の管壁部に配置されて、当該管本体の周方向に巻回される補強繊維を備え、補強繊維は、拡径時に伸長または破断する芯糸、および高強度繊維によって形成され、芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸を含む、管路補修部材である。
【００１０】
第１の発明では、管路補修部材（１０）は、管本体（１２）および補強繊維（１４）を備え、既設管路（１００）内に挿入された後に拡径されて、既設管路の内面と密着することによって、既設管路を補修する。管本体は、熱可塑性樹脂によって形成される。また、補強繊維は、管本体の管壁部、たとえば管壁内部や管壁外面に配置されるものであり、管本体の周方向に巻回される。補強繊維としては、芯糸（２２）と芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸（２４）とによって形成される複合糸が用いられる。芯糸は、ナイロンやポリエステル等の一般繊維によって形成され、施工時において管路補修部材が拡径されたときに、伸長または破断するものである。すなわち、芯糸を形成する繊維としては、管路補修部材の拡径時の条件、一例として９０−１００℃程度の高温下において０．０５−０．５ＭＰａ程度の圧力が加えられたときに、容易に伸長または破断する繊維が用いられる。鞘糸は、拡径後（施工後）の管路補修部材の強度および耐圧性を保持するものであり、芳香族ポリアミド繊維やガラス繊維などの高強度繊維によって形成される。ここで、高強度繊維とは、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の引張強度を有する繊維をいう。施工時に管路補修部材が拡径される際には、芯糸が伸長または破断し、それに伴って鞘糸が真っ直ぐに伸びるように変形することによって、管路補修部材が拡径可能となる。
【００１１】
第１の発明によれば、補強繊維によって補強しながらも周方向に拡径可能な補修管路部材を提供できる。また、円筒状に織った補強繊維を製作する必要がないので、コストを低減でき、口径の大きい補修管路部材も比較的容易に製造できる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に従属し、拡径時の最大径が、鞘糸の周当たりの実効長によって規定される。
【００１３】
第２の発明では、管路補修部材（１０）の拡径時の最大径は、鞘糸（２４）の周当たりの実効長（軸垂直方向の長さまたは断面投影長さ）によって規定される。したがって、既設管路の内面に対して管路補修部材を適切に密着させることができる。
【００１４】
第３の発明は、第１または第２の発明に従属し、管路補修部材は、所定温度で加熱して前記拡径を行うものであり、芯糸の軟化温度は、前記所定温度以下であり、鞘糸の軟化温度は、前記所定温度より高い。
【００１５】
第３の発明では、管路補修部材（１０）は、所定温度で加熱することによって拡径される。芯糸（２２）は、その所定温度（加熱温度）以下の軟化温度を有する繊維によって形成され、鞘糸（２４）は、その所定温度より高い軟化温度を有する繊維によって形成される。
【００１６】
第３の発明によれば、管路補修部材の拡径時に芯糸が軟化するので、芯糸が拡径時に伸長または破断し易くなり、管路補修部材をより容易に拡径させることができる。
【００１７】
第４の発明は、第１ないし第３のいずれかの発明に従属し、補強繊維は、管本体の管軸方向に対して少なくとも内外２層に周方向に巻回される。
【００１８】
第４の発明では、補強繊維（１４）は、管本体（１２）の管軸方向に対して、内外の少なくとも２層に周方向に巻回される２方向巻き（左右巻き）とされる。
【００１９】
第４の発明によれば、管路補修部材の強度および耐圧性を向上させることができる。
【００２０】
第５の発明は、第１ないし第４のいずれかの発明に従属し、補強繊維は、シート状に形成された後に管本体の管壁部に配置される。
【００２１】
第５の発明では、補強繊維（１４）を用いて補強繊維シート（３０）を形成した後、その補強繊維シートを管本体（１２）に対して周方向に巻回すことによって、補強繊維が管本体の周方向に巻回される。たとえば、補強繊維シートとしては、少なくとも経糸の一部に補強繊維を使用して平織りしたものが用いられる。
【００２２】
第６の発明は、第１ないし第５のいずれかの発明に従属し、管本体の管壁部に配置されて管軸方向に延びる高強度糸をさらに備える。
【００２３】
第６の発明では、管本体（１２）の管壁部には、補強繊維（１４）に加えて、管軸方向に直線状に延びる高強度糸（３２）が設けられる。高強度糸は、鞘糸（２４）と同様に、芳香族ポリアミド繊維やガラス繊維などの高強度繊維によって形成される。
【００２４】
第６の発明によれば、管軸方向の伸びが規制されるので、既設管路内に引き込まれる際に破断し難くなる。
【００２５】
第７の発明は、第１ないし第６のいずれかの発明の管路補修部材を用いて内面を補修した管路である。
【００２６】
第７の発明においても、第１ないし第６のいずれかの発明と同様の作用効果を示すと共に、既設管路と管路補修部材とが協働することによって、内圧および外圧に耐え得る強度および耐圧性を有する管路を提供できる。
【００２７】
第８の発明は、既設管路に挿通された後、拡径されて既設管路の内面に密着される管路補修部材の製造方法であって、（ａ）拡径時に伸長または破断する芯糸と、高強度繊維によって形成されて芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸とによって形成される補強繊維を製作するステップ、（ｂ）熱可塑性樹脂によって形成される円筒状の内層を形成するステップ、および（ｃ）ステップ（ａ）で製作した補強繊維をステップ（ｂ）で形成した内層の外面に周方向に巻回するステップを含む、管路補修部材の製造方法である。
【００２８】
第８の発明では、ステップ（ａ）において、たとえば、複数本の一般繊維を下撚りして芯糸（２２）を形成すると共に、複数本の高強度繊維を下撚りして鞘糸（２４）を形成し、芯糸の外面に鞘糸を螺旋状に巻き付けることによって、補強繊維（１４）を製作する。そして、ステップ（ｂ）において、たとえば硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を円筒状に押し出して内層（１８）を形成し、ステップ（ｃ）において、形成した内層の外面に対して補強繊維を周方向に巻回すことによって、管路補修部材（１０）を製造する。なお、内層に巻き付けた補強繊維の外側に硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂をさらに被覆して外層（２０）を形成することもできる。
【００２９】
第８の発明によれば、補強繊維によって補強しながらも周方向に拡径可能な補修管路部材を低コストで製造できる。また、口径の大きい補修管路部材も比較的容易に製造できる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、補強繊維によって補強しながらも周方向に拡径可能な補修管路部材を提供できる。また、円筒状に織った補強繊維を製作する必要がないので、コストを低減でき、口径の大きい補修管路部材も比較的容易に製造できる。
【００３１】
この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う後述の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の一実施例の管路補修部材を用いて管路を補修するときの管路補修部材の動作を示す図解図であり、（Ａ）は既設管路内への管路補修部材の挿入時の様子を示し、（Ｂ）は管路補修部材の拡径途中の様子を示し、（Ｃ）は既設管路の内面に管路補修部材が密着した様子を示す図解図である。
【図２】図１の管路補修部材を示す断面図である。
【図３】補強繊維の配置態様を説明するために外層の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【図４】補強繊維の外観を示す図解図である。
【図５】管路補修部材の拡径時における補強繊維の動作の一例を模式的に示す図解図である。
【図６】撚り数を変更した際の補強繊維の伸び率と引張強さとの関係を示すグラフである。
【図７】管路補修部材の製造装置の一例を示す図解図である。
【図８】この発明の管路補修部材の他の実施例において、外層の一部および外側の補強繊維の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【図９】この発明の管路補修部材のさらに他の実施例において、外層の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【図１０】この発明の管路補修部材のさらに他の実施例において、外層の一部を省略した管路補修部材を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１を参照して、この発明の一実施例である管路補修部材１０は、上下水道、農業用水路、工業用水路およびガス管路などの既設管路１００を補修するためのものであり、既設管路１００内に挿入された後に拡径されて、既設管路１００の内面と密着することによって、既設管路１００を補修する。詳細は後述するように、管路補修部材１０は、補強繊維１４によって補強されているので、上述の既設管路１００の中でも特に、内圧が作用する地下埋設の既設管路１００（内圧管）の補修に好適に用いられる。
【００３４】
なお、補修する既設管路１００の材質は、特に限定されず、管路補修部材１０は、鉄筋コンクリート管、陶管、鋳鉄管、鋼管および合成樹脂管などの様々な既設管路１００の補修に適用可能である。また、補修する既設管路１００の大きさは、特に限定されないが、管路補修部材１０は、呼び径（内径）が７５−７００ｍｍであって、補修長さが数ｍ−数１００ｍである既設管路１００の補修に好適に用いられる。
【００３５】
図２に示すように、管路補修部材１０は、硬質ポリエチレンや硬質ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂によって形成される円筒状の管本体１２、および管本体１２の管壁内部に配置される補強繊維１４を備える。すなわち、管路補修部材１０は、補強繊維１４を含む中間層１６の内面および外面を、熱可塑性樹脂によって形成される内層１８および外層２０によって被覆した三層構造を有する長尺の筒状体である。この実施例では、熱可塑性樹脂は、高密度ポリエチレン樹脂である。
【００３６】
管路補修部材１０の外径は、既設管路１００の内径よりも少し小さめに設定され、施工時における拡径後に、既設管路１００の内径と同じ大きさ（ほぼ同じ大きさを含む）となるように設定される。また、管路補修部材１０の管壁全体の厚みは、その外径に応じて設定され、たとえば２−１０ｍｍである。具体的には、管路補修部材１０の外径が１５０ｍｍの場合、管壁全体の厚みは、たとえば３−４ｍｍ程度である。
【００３７】
補強繊維１４は、図３に示すように、管本体１２の周方向に巻回される。なお、図３では、補強繊維１４が螺旋状に延びていることが分かりやすいように、隣り合う補強繊維１４の間に間隔を形成しているが、隣り合う補強繊維１４同士は、密に接していてもよいし、重なり合っていてもよい。もちろん、図３と同様に間隔が開くように配置してもよい。また、中間層１６は、補強繊維１４のみで形成されてもよいし、補強繊維１４に加えて管本体１２の管壁を形成する熱可塑性樹脂が含まれていてもよい。すなわち、内層１８と外層２０とが補強繊維１４間を通る熱可塑性樹脂を介して一体化していてもよいし、内層１８と外層２０とが密に接する補強繊維１４によって分断されていてもよい。
【００３８】
図４は、補強繊維１４の外観の一例を示す。図４を参照して、補強繊維１４は、芯糸２２および鞘糸（絡み糸）２４によって形成される複合糸である。この実施例では、芯糸２２は、棒状に形成され、その芯糸２２の外面に沿って鞘糸２４が巻き付けられる。
【００３９】
芯糸２２は、施工時において管路補修部材１０が拡径されるときに、伸長または破断するものである。すなわち、芯糸２２を形成する繊維としては、管路補修部材１０を拡径するときの条件において、伸長または破断する繊維が用いられる。一例として、所定温度での加熱（通常、この加熱温度は、管本体１２の管壁を形成する熱可塑性樹脂が軟化し始める温度以上に設定される）および所定圧力での加圧によって拡径される管路補修部材１０の場合には、芯糸２２を形成する繊維としては、その拡径時の条件、たとえば９０−１００℃程度の高温下において０．０５−０．５ＭＰａ程度の圧力が加えられたときに、伸長または破断する繊維が用いられる。また、所定温度で加熱して拡径される管路補修部材１０の場合には、芯糸２２は、拡径時に伸長または破断し易いように、その所定温度（加熱温度）以下の軟化温度を有する繊維によって形成されることが好ましい。ただし、芯糸２２は、後述する管路補修部材１０の製造において管本体１２内に補強繊維１４が周方向に巻回されるときに、鞘糸２４の螺旋形状を保持する必要があるので、少なくともそのための強度を有する。なお、芯糸２２を形成する繊維は、後述する鞘糸２４を形成する高強度繊維と比較して、低強度または高伸度を有する一般的な繊維を用いるので、以下、芯糸２２を形成する繊維を一般繊維と呼ぶことがある。
【００４０】
具体的には、芯糸２２を形成する一般繊維としては、合成繊維、無機繊維および天然繊維などのいずれを用いてもよく、ポリアミド系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリエステル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維およびポリウレタン系繊維などの合成繊維、セルロース系繊維などの半合成繊維、綿、麻および羊毛などの天然繊維を例示でき、これらを単独で、或いは２種類以上を混合する等して用いることができる。この中でも特に、ポリアミド系繊維またはポリエステル系繊維が好ましい。また、これらの繊維は、長繊維を用いてもよいし、短繊維を用いてもよい。
【００４１】
鞘糸２４は、拡径後（施工後）の管路補修部材１０或いは管本体１２の強度および耐圧性を保持（補強）するものであり、高強度繊維によって形成される。ここで、高強度繊維とは、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の引張強度を有する繊維をいい、少なくとも管路補修部材１０を拡径するときの条件において、伸長または破断しない繊維である。また、所定温度で加熱して拡径される管路補修部材１０の場合には、鞘糸２４は、その所定温度（加熱温度）よりも高い軟化温度を有する繊維によって形成される。
【００４２】
具体的には、鞘糸２４を形成する高強度繊維としては、芳香族ポリアミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）および超高分子量ポリエチレン繊維などを用いることができる。なお、これらの高強度繊維は、長繊維を用いてもよいし、短繊維を用いてもよい。
【００４３】
このような補強繊維１４は、たとえば、１または複数本の一般繊維に下撚りを加えて芯糸２２とすると共に、１または複数本の高強度繊維に下撚りを加えて鞘糸２４とし、両者を合わせて上撚りを加えることで芯糸２２の外面に鞘糸２４が螺旋状に巻き付いた複合糸とすることによって製作される。このような補強繊維１４の製作には、公知の撚糸機を用いることができる。なお、芯糸２２および鞘糸２４における下撚りは、必ずしも行う必要はない。たとえば、芯糸２２は、管本体１２内に補強繊維１４を螺旋状に配置するときに、鞘糸２４の螺旋形状を保持する強度を有すればよいので、モノフィラメントを用いてもよい。一方、高強度が求められる鞘糸２４に関しては、複数本の高強度繊維に下撚りを加えて形成することが好ましい。
【００４４】
補強繊維１４の太さ（繊度）は、芯糸２２および鞘糸２４を形成する繊維の種類によって異なるが、たとえば補強繊維１４全体で１０００−２００００ｄｔｅｘである。また、芯糸２２全体では、たとえば５００−１００００ｄｔｅｘであり、鞘糸２４全体では、たとえば５００−１００００ｄｔｅｘである。また、補強繊維１４の撚り加工条件は、補強繊維１４に求められる特性に応じて適宜設計可能であるが、下記の数式（数１）で表される撚り係数ｋが０．４−１０．４の範囲であることが好ましく、２．０−７．５の範囲であることがより好ましい。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、ｋは撚り係数を示し、Ｔｍは撚り数[回/ｍ]を示す。また、Ｄは繊度[ｄｔｅｘ]を示し、ρは繊維素材の密度[ｇ/ｃｍ3]を示す。
【００４７】
図５は、管路補修部材１０の拡径時における補強繊維１０の変化の様子（動作）の一例を模式的に示す図である。たとえば、施工時において管路補修部材１０を拡径するときには、管路補修部材１０は、蒸気または熱水などによって、９０−１００℃程度に加熱されると共に、０．０５−０．５ＭＰａ程度の内圧が加えられる。つまり、管路補修部材１０の拡径時には、補強繊維２２は加熱されると共に、周方向に伸びる力が補強繊維２２に作用する。このとき、芯糸２２は、加熱によって低強度化して、或いは元々有する低強度または高伸度の性質により、加圧によって伸長する。一方、芯糸２２に巻き付けた（螺旋形状であった）鞘糸２４は、この芯糸２２の伸長に伴って、管路補修部材１０の周方向に対して真っ直ぐに伸びるように変形していく。なお、管路補修部材１０は、加熱してから機械的に拡径される場合もある。また、管路補修部材１０は、加熱せずに機械的に拡径される場合もあり、この場合には、芯糸２２は、元々有する低強度または高伸度の性質により、管路補修部材１０の機械的拡径によって伸長し、鞘糸２４は、その芯糸２２の伸長に伴って変形する。
【００４８】
図５に示すような挙動を管路補修部材１０の拡径時に補強繊維１０が示すので、管路補修部材１０は、補強繊維１４を有しながらも拡径可能となる。また、鞘糸２４が管路補修部材１０の周方向に対して真っ直ぐになった状態（張った状態）になると、鞘糸２４の強度が作用するので、管路補修部材１０は、それ以上拡径しない。つまり、管路補修部材１０の拡径時の最大径は、鞘糸２４の周当たりの実効長（軸垂直方向の長さまたは断面投影長さ）によって規定される。なお、図５では、一例として芯糸２２が伸長のみする様子を示しているが、芯糸２２は、伸長すると共に破断してもよいし、伸長せずに破断のみしてもよい。また、芯糸２２が伸長または破断して鞘糸２４が真っ直ぐになる態様には、鞘糸２４が芯糸２２に食い込むようにして、芯糸２２の内部を通って（貫いて）鞘糸２４が真っ直ぐになることもあり得る。
【００４９】
なお、補強繊維１４の伸び率（延いては管路補修部材１０の拡径率）は、たとえば５−１５％に設定される。これは、補強繊維１４の伸び率が５％よりも小さいと、既設管路１００の曲管部や屈曲部などへの追従（密着）が困難になるからであり、補強繊維１４の伸び率が１５％よりも大きいと、均一な拡径が困難になる（局部的に伸びてしまう）からである。また、補強繊維１４の伸び率または管路補修部材１０の拡径率は、補強繊維１４の太さ（特に芯糸２２の太さ）および撚り数を変更することで、適宜調整可能である。たとえば、芯糸２２および鞘糸２４の繊度を一定とし、それぞれの下撚り数や上撚り数を変更することで、図６に示すように補強繊維１４の伸び率を調整することが可能である。
【００５０】
次に、管路補修部材１０の製造方法について説明する。図７は、管路補修部材１０を製造する製造装置５０の一例を示す。製造装置５０は、第１押出機５２、巻付機５４および第２押出機５６を備え、管路補修部材１０を連続的に製造する。
【００５１】
製造装置５０では、先ず、第１押出機５２が溶融した硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を円筒状に押し出して内層１８を形成し、形成した内層１８を巻付機５４に送り出す。巻付機５４は、形成した内層１８の外側で同軸に回転する回転胴５８を有しており、この回転胴５８には斜め方向に延びる支持軸６０が固定され、支持軸６０の先端には補強繊維１４が巻かれたボビン６２が回転可能に支持される。巻付機５４は、回転胴５８を回転させながらボビン６２から補強繊維１４を解除することによって、第１押出機５２から送り出された内層１８の外面に対して、補強繊維１４を巻き付けていく。その後、第２押出機５６が補強繊維１４の外側に溶融した硬質ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を被覆して外層２０を形成することによって、管路補修部材１０が製造される。
【００５２】
なお、内層１８の外面に対して補強繊維１４を巻き付ける際には、第１押出機５２から送り出される内層１８に対してそのまま補強繊維１４を巻き付けてもよいし、内層１８の外面に対して接着剤を塗布してから補強繊維１４を巻き付けてもよい。また、内層１８の外面を加熱軟化させ、補強繊維１４を内層１８に食い込ませるようにして巻き付けてもよい。また、補強繊維１４に外層２０を被覆する際には、溶融した熱可塑性樹脂が補強繊維１４間に充填されて中間層１６の一部を形成してもよい。
【００５３】
続いて、管路補修部材１０を用いた既設管路１００の補修方法の一例について説明する。管路補修部材１０は、上述のように、内圧が作用する地下埋設の既設管路１００の補修に好適に用いられる。
【００５４】
既設管路１００を補修する際には、先ず、補修対象とする既設管路１００の両端部（始点および終点）に立坑を掘削して、その掘削した立坑の近辺に、蒸気発生装置やウインチなどの施工に必要な各種装置および管路補修部材１０などを準備する。管路補修部材１０は、たとえば、偏平させた状態で、ドラムに巻き付けられて施工現場に搬入される。
【００５５】
次に、既設管路１００内へ管路補修部材１０を引き込み易いように、管路補修部材１０を予備加熱によって軟化させ、その軟化させた状態で、牽引ワイヤやウインチ等を用いて、既設管路１００内に管路補修部材１０を挿通していく（図１(Ａ)参照）。そして、既設管路１００の補修対象の全長に亘って管路補修部材１０が挿通されると、管路補修部材１０内に蒸気（または熱水）を供給して、管路補修部材１０を９０−１００℃程度に加熱する共に、０．０５−０．５ＭＰａ程度の内圧を加える。すると、管路補修部材１０は、内面側から十分に加熱軟化されて円筒状に復元するとともに（図１(Ｂ)参照）、加圧によって拡径し、既設管路１００の内面全体に管路補修部材１０の外面が密着する（図１(Ｃ)参照）。このとき、補強繊維１４の芯糸２２は、たとえば加熱によって低強度化して、加圧によって容易に伸長または破断する。そして、芯糸２２の伸長または破断に伴い、鞘糸２４が管路補修部材１０の周方向に沿って真っ直ぐになることで（図５参照）、管路補修部材１０は、補強繊維１４によって補強しながらも周方向に拡径可能となるのである。
【００５６】
既設管路１００に管路補修部材１０を拡径密着させると、内圧を保持した状態で、管路補修部材１０内に冷却空気などを供給して、管路補修部材１０を冷却固化させる。その後、管端処理などを適宜行うことによって、管路補修部材１０を用いた既設管路１００の補修が終了する。このように既設管路１００と密着して一体化した管路補修部材１０は、既設管路１００と協働して、内部流体からの内圧および土砂などからの外圧に耐え得る強度および耐圧性を発揮する。たとえば、内圧であれば４ＭＰａ程度の短期強度が確保できる。
【００５７】
この実施例によれば、補強繊維１４によって補強しながらも周方向に拡径可能な管路補修部材１０を提供できる。また、円筒状に織った補強繊維を製作する必要がないので、コストを低減でき、口径の大きい補修管路部材１０も比較的容易に製造できる。
【００５８】
また、拡径させることが可能であるため、補修管路部材１０は適度な屈曲性を有する。したがって、補修管路部材１０は、既設管路１００内に挿入し易く、曲管部にも対応可能となる。
【００５９】
さらに、管路補修部材１０の拡径後の外径寸法の調整が可能であるので、既設管路１００の内面に対して適切に密着させることができる。また、管路補修部材１０の拡径後（施工後）は、補強繊維１４の鞘糸２４が内部流体の内圧を支えるので、内層１８および外層２０の厚みを薄くでき、管路補修部材１０の薄肉化を図ることができる。
【００６０】
なお、上述の実施例では、棒状の芯糸２２に鞘糸２４を巻き付けた補強繊維１４を用いたが、これに限定されず、補強繊維１４は、芯糸２２を螺旋状に形成し、その芯糸２２の外面に沿って鞘糸２４が螺旋状に延びるように形成する、つまり芯糸２２と鞘糸２４とが相互に巻き付くようにすることもできる。ただし、補強繊維１４の伸び易さを考慮すると、芯糸２２は棒状であることが好ましい。
【００６１】
また、上述の実施例では、補強繊維１４は、管路補強部材１０の管軸方向の１方向のみに螺旋状に延びるようにしたが、図８に示す他の実施例のように、補強繊維１４は、管軸方向の２方向に螺旋状に延びてもよい。つまり、補強繊維１４は、内外の２層に螺旋状に延びる２方向巻き或いは左右巻きであってもよい。なお、補強繊維１４は、３層以上に形成してもよい。これによって、管路補修部材１０の強度および耐圧性を向上させることができる。
【００６２】
さらに、上述の実施例では、補強繊維１４を含む中間層１６の内面および外面を、熱可塑性樹脂によって形成される内層１８および外層２０によって被覆した三層構造を有するようにしたが、外層２０は必ずしも形成する必要はない。すなわち、管路補修部材１０は、管本体１２の管壁外面に補強繊維１４を周方向に巻回した二層構造とすることもできる。なお、二層構造の管路補修部材１０を製造する場合には、上述の管路補修部材１０の製造方法において、外層２０を形成する工程が省略される。
【００６３】
また、図９に示す他の実施例のように、補強繊維１４を用いて補強繊維シート３０を形成し、その補強繊維シート３０を周方向に巻回させることによって、管本体１２の管壁内部または管壁外面に補強繊維１４を周方向に巻回させることもできる。補強繊維シート３０としては、たとえば、ナイロンやポリエステルなどの芯糸２２と同様の材料を用いてフィルムや不織布などの保持シートを作成し、その保持シートの長尺方向に延びるように補強繊維１４を貼り付けたものを用いることもできるし、少なくとも経糸の一部に補強繊維１４を使用して平織りしたものを用いることもできる。
【００６４】
また、図１０に示す他の実施例のように、管本体１２の管壁内部または管壁外面には、螺旋状に延びる補強繊維１４に加えて、高強度繊維によって形成される１または複数の高強度糸３２を管軸方向に直線状に延びるように配置することもできる。高強度糸３２は、たとえば、鞘糸２４と同様に、芳香族ポリアミド繊維などの高強度繊維の複数本を撚り合わせることによって形成するとよい。なお、高強度糸３２は、補強繊維１４（または補強繊維シート３０）の内側に配置されてもよいし、外側に配置されてもよい。このように高強度糸３２を設けることによって、管路補修部材１０の管軸方向の伸びが規制されるので、管路補修部材１０は、既設管路１００内に引き込まれる際に、破断し難い構造となることができる。
【００６５】
なお、上で挙げた寸法などの具体的数値は、いずれも単なる一例であり、製品の仕様などの必要に応じて適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ …管路補修部材
１２ …管本体
１４ …補強繊維
１６ …中間層
１８ …内層
２０ …外層
２２ …芯糸
２４ …鞘糸
３０ …補強繊維シート
３２ …高強度糸
５０ …管路補修部材の製造装置
１００ …既設管路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設管路内に挿通された後、拡径されて前記既設管路の内面に密着される管路補修部材であって、
熱可塑性樹脂によって形成される管本体、および
前記管本体の管壁部に配置されて、当該管本体の周方向に巻回される補強繊維を備え、
前記補強繊維は、
前記拡径時に伸長または破断する芯糸、および
高強度繊維によって形成され、前記芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸を含む、管路補修部材。
【請求項２】
前記拡径時の最大径が、前記鞘糸の周当たりの実効長によって規定される、請求項１記載の管路補修部材。
【請求項３】
前記管路補修部材は、所定温度で加熱して前記拡径を行うものであり、
前記芯糸の軟化温度は、前記所定温度以下であり、
前記鞘糸の軟化温度は、前記所定温度より高い、請求項１または２記載の管路補修部材。
【請求項４】
前記補強繊維は、前記管本体の管軸方向に対して少なくとも内外２層に周方向に巻回される、請求項１ないし３のいずれかに記載の管路補修部材。
【請求項５】
前記補強繊維は、シート状に形成された後に前記管本体の管壁部に配置される、請求項１ないし４のいずれかに記載の管路補修部材。
【請求項６】
前記管本体の管壁部に配置されて、管軸方向に延びる高強度糸をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の管路補修部材。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの管路補修部材を用いて内面を補修した、管路。
【請求項８】
既設管路内に挿通された後、拡径されて前記既設管路の内面に密着される管路補修部材の製造方法であって、
（ａ）前記拡径時に伸長または破断する芯糸と、高強度繊維によって形成されて前記芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸とによって形成される補強繊維を製作するステップ、
（ｂ）熱可塑性樹脂によって形成される円筒状の内層を形成するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ａ）で製作した補強繊維を前記ステップ（ｂ）で形成した内層の外面に周方向に巻回すステップを含む、管路補修部材の製造方法。
【請求項１】
既設管路内に挿通された後、拡径されて前記既設管路の内面に密着される管路補修部材であって、
熱可塑性樹脂によって形成される管本体、および
前記管本体の管壁部に配置されて、当該管本体の周方向に巻回される補強繊維を備え、
前記補強繊維は、
前記拡径時に伸長または破断する芯糸、および
高強度繊維によって形成され、前記芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸を含む、管路補修部材。
【請求項２】
前記拡径時の最大径が、前記鞘糸の周当たりの実効長によって規定される、請求項１記載の管路補修部材。
【請求項３】
前記管路補修部材は、所定温度で加熱して前記拡径を行うものであり、
前記芯糸の軟化温度は、前記所定温度以下であり、
前記鞘糸の軟化温度は、前記所定温度より高い、請求項１または２記載の管路補修部材。
【請求項４】
前記補強繊維は、前記管本体の管軸方向に対して少なくとも内外２層に周方向に巻回される、請求項１ないし３のいずれかに記載の管路補修部材。
【請求項５】
前記補強繊維は、シート状に形成された後に前記管本体の管壁部に配置される、請求項１ないし４のいずれかに記載の管路補修部材。
【請求項６】
前記管本体の管壁部に配置されて、管軸方向に延びる高強度糸をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の管路補修部材。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの管路補修部材を用いて内面を補修した、管路。
【請求項８】
既設管路内に挿通された後、拡径されて前記既設管路の内面に密着される管路補修部材の製造方法であって、
（ａ）前記拡径時に伸長または破断する芯糸と、高強度繊維によって形成されて前記芯糸の外面に巻き付けられる鞘糸とによって形成される補強繊維を製作するステップ、
（ｂ）熱可塑性樹脂によって形成される円筒状の内層を形成するステップ、
（ｃ）前記ステップ（ａ）で製作した補強繊維を前記ステップ（ｂ）で形成した内層の外面に周方向に巻回すステップを含む、管路補修部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５０４５２（Ｐ２０１２−２５０４５２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５０１７（Ｐ２０１１−１２５０１７）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０５１４２９６４）クボタシーアイ株式会社 (192)
【出願人】（０００２１９２６６）東レ・デュポン株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（５０５１４２９６４）クボタシーアイ株式会社 (192)
【出願人】（０００２１９２６６）東レ・デュポン株式会社 (288)
【Ｆターム（参考）】
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