JP2003254474A

JP2003254474A - 鋼管の拡径接合継手構造

Info

Publication number: JP2003254474A
Application number: JP2002058436A
Authority: JP
Inventors: Isamu Nagatsuka; 勇長束; Tatsuo Naka; 達雄中; Naoya Fujimoto; 直也藤本; Tsugio Naoe; 次男直江; Mitsuhiro Mori; 充広森; Hideki Moriyama; 英樹森山; Yoshihiro Sawada; 嘉弘澤田; Noboru Yamada; 昇山田; Osamu Tsujimura; 修辻村; Takashi Kasai; 隆司笠井
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp; Nippon Steel Corp; National Institute for Rural Engineering; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp; Nippon Steel Corp; National Institute for Rural Engineering
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2003-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】配管工事現場において迅速に作業ができ、且
つ止水性能に優れた鋼管の継手構造を提供する。【解決手段】端部に所定幅のゴム円筒６を装着した鋼
管１，２が突合わせられ、その突合わせ部を跨いで前記
鋼管１，２に装着したゴム円筒６の外径よりわずかに大
きい内径の鋼製スリーブ３が被せられ、前記鋼管１，２
の管端部内に挿入した拡径装置により鋼管１，２、ゴム
円筒６、スリーブ３が所定突出高に塑性変形されて拡径
部４が設けられていることを特徴とする鋼管の拡径接合
継手構造。また、スリーブ３を使用せず接合しようとす
る鋼管の一方を拡径してソケット５を形成してこのソケ
ット５内に他方の鋼管の端部を挿入して上記と同様に拡
径接合してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は農業用水、工業用
水、上下水道等の送水管やガス導管等の配管用鋼管の接
合において、迅速施工を可能とし、且つ止水性・気密性
に優れた接合継手構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、農業用水、工業用水、上下水道等
の送水管やガス導管等の配管工事における鋼管の接合構
造は主として溶接継手、フランジ継手、ネジ継手が用い
られていた。

【０００３】しかし、溶接継手の場合は溶接技能工を要
し、芯出し、仮付け、本溶接等の現場作業が煩雑で接合
作業に長時間要する。また、フランジ継手、ネジ継手の
場合はあらかじめ鋼管の端部に継手材を取り付けておく
必要があり、製品コストが高くなるとともに接合部から
漏水等のトラブルが生じやすい問題があった。さらに、
ネジ継手は小径管に適用が限られていた。

【０００４】前記の他に、簡易な作業で能率を高めた接
合構造が各種提案されている。例えば、特開平９−７９
４４７は、対向させた鋼管の管端部の外側に分割可能な
筒状の外管を配置し、継手空間に膨張モルタルを充填し
て、その膨張圧で鋼管の端部を締め付け拘束して継手強
度を確保し止水材の配置で止水性を確保する構造であ
る。しかしこの接合構造は、継手強度を膨張モルタルの
膨張圧による鋼管の締め付け拘束に依存しているため、
膨張モルタルの施工品質管理が重要となるとともにモル
タルの強度発現に日数を要する課題があり、継手強度が
あまり問題にならない配管に適用が限られる。

【０００５】この課題を解消して、配管現場で迅速に継
手を接合する技術が特開平１１−２０１３４３で開示さ
れている。この接合手段は、図１１に示すように、軸方
向に隣接する鋼管１，２の管端が突合わせられ、その突
合わせ部を跨いだ外側に該鋼管の外径よりわずかに大き
い内径のスリーブ３が被せられ、それぞれの鋼管１，２
の管端部に挿入した拡管（以下、拡径という）装置によ
り外側のスリーブ３とともに塑性変形して所定突出高に
拡径された拡径部４を１または複数箇所設けた鋼管の接
合構造である。

【０００６】この拡径接合構造は上記の形態の他、以下
の変形例が提案されている。軸方向に隣接する鋼管の一
方の管端部を接合する鋼管の外径よりわずかに大きく拡
径してソケットを形成し、該ソケット内に他方の管端部
を挿入し、それぞれの鋼管の管端部内に挿入した拡径装
置により鋼管とともに外側のソケットを塑性変形して所
定突出高に拡径するもの。また、上記拡径接合継手構造
において、スリーブまたはソケットの拡径部内周と鋼管
の拡径部外周を除く隙間に水膨張性止水剤を塗布した
り、止水パッキンを設けたり、グラウト材を充填して止
水性能を向上させたもの。さらに、スリーブまたはソケ
ットの拡径部内周または鋼管の拡径部外周に摩擦力増強
手段を付与したり、拡径接合継手構造をスライド可能と
して継手強度の向上、耐震性を持たせたもの等がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術特開平１
１−２０１３４３の拡径接合構造は、配管工事現場にお
いて迅速に作業可能な鋼管の接合継手構造であるが、高
い止水性（気密性）が要求される配管においては十分満
足出来るものではない課題があった。すなわち、この接
合構造では鋼管１，２内の圧力が増加すると外側鋼管
（スリーブ３またはソケット）が膨張変形し、接合部の
内側鋼管１，２と外側鋼管３の隙間から侵入した流体
（液体・気体）圧がメタルタッチの拡径接触部にわずか
な隙間を生じさせて漏れが生じやすかった。また、接合
部４の内外管の隙間に水膨張性止水剤を塗布したり、止
水パッキンやグラウト材を使用したものは止水性をある
程度改善できるが、水膨張性止水剤を塗布するものは施
工時に周囲の土砂が粘着性のある止水剤に付着しやすく
止水性能を悪化させる課題があった。また、止水パッキ
ンは装着が困難で、グラウト材を使用したものは隙間な
く確実に充填するのが難しく十分止水（気密）性能が発
揮できなかった。

【０００８】本発明は上記課題を解消して、迅速施工が
可能で、且つ高い止水性・気密性を発揮できる拡径接合
継手構造を提供することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、図１から図５に示すような以下の構成とし
た。（１）端部に所定幅のゴム円筒６を装着した鋼管１，
２が突合わせられ、その突合わせ部を跨いで前記鋼管
１，２に装着したゴム円筒６の外径よりわずかに大きい
内径の鋼製スリーブ３が被せられ、前記鋼管１，２の管
端部内に挿入した拡径装置により鋼管１，２、スリーブ
３が所定突出高に塑性変形されて拡径部４が設けられて
いることを特徴とする鋼管の拡径接合継手構造。（２）端部に所定幅のゴム円筒６を装着した一方の鋼
管２端部が、前記鋼管２に装着したゴム円筒の外径より
わずかに大きい内径に拡径した他方の鋼管１のソケット
５内に挿入され、前記鋼管１，２の管端部内に挿入した
拡径装置により鋼管１，２、ソケット５が所定突出高に
塑性変形されて拡径部４が設けられていることを特徴と
する鋼管の拡径接合継手構造。（３）鋼管１，２の端部に装着した所定幅のゴム円筒
６は、表面を軸直交方向に凹凸状６ａに形成したものを
使用してもよい。

【００１０】（作用）本発明のポイントは、接合しよう
とする鋼管１，２の端部外周に所定幅のゴム円筒６を装
着した状態で、その外側に被せた接合用の鋼製スリーブ
３、または他方の鋼管端部ソケット５と鋼管１，２を同
時に所定突出高に塑性変形するまで拡径し、拡径接合部
４に挟まれているゴム円筒６を弾性圧縮変形状態で介在
させた拡径接合継手構造とした。その結果、鋼管１，２
内の流体・気体の圧力が高まりスリーブ３またはソケッ
ト５が膨張して拡径部４の隙間が若干広がっても拡径接
合部４に挟まれ弾性変形しているゴム円筒６が復元して
止水・気密状態が確保される。また、継手部に作用する
引張り、圧縮、曲げの外力に対しては所定突出高に塑性
変形させた拡径接合部４の摩擦力と接触圧で抵抗する
が、この際、拡径接合部４に介在するゴム円筒６の弾性
変形によって継手部が伸縮性を発揮するとともにわずか
ながら回転を許すため不等沈下対策、耐震性の面で有利
となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図を参照して説明する。図１は、請求項１の発明に対応
する第１実施形態を示すものであって、接合しようとす
る鋼管１，２の外側端部に装着したスリーブ３を連結材
として用いたものである。接合部は両方の鋼管１，２の
端部に所定幅のゴム円筒６を装着して端部を突合わせ、
その突合わせ部を跨いで前記ゴム円筒６の外径よりわず
かに大きい内径の鋼製スリーブ３が被せられスリーブ３
と鋼管１，２の両者が拡径されて接合されている。拡径
接合は、両方の鋼管端部（スリーブ位置）内に後述する
拡径装置１４を装入し、鋼管１，２、スリーブ３を同時
に拡径し、所定突出高（ｈ１、ｈ２）の塑性変形を生じ
させて形成する［図４参照］。

【００１２】図２は請求項２の発明に対応する第２実施
形態を示す図であって、前記請求項１のようにスリーブ
３を用いずに一方の鋼管１の端部を拡径して形成したソ
ケット５内に、接合しようとする他方の鋼管２の端部を
挿入し、この鋼管２端部とソケット５を同時に拡径して
接合したものである。

【００１３】この実施形態の接合は挿入する側の鋼管の
管端部に所定幅のゴム円筒６を被せ、拡径してソケット
５を形成した他方の管端ソケット内に前記ゴム円筒６を
被せた鋼管の管端部を挿入し、鋼管の端部（ソケット位
置）内に挿入した拡径装置１４により鋼管２、ソケット
５を同時に拡径し、所定突出高（ｈ１、ｈ２）に塑性変
形させて拡径接合部４を形成したものである。

【００１４】なお、上記実施形態の２例、図１、図２は
拡径接合部４を接合しようとする鋼管端部の１ヶ所とし
ているが、それぞれ複数箇所にしてもよい。例えば図３
は、ソケット接合タイプにおいて拡径接合箇所４を２ヶ
所とした第３実施形態を示すものである。接合箇所４を
複数箇所にするとその分、接合継手強度を高めることが
できるとともに止水性をさらに高めることができる。ま
た、曲げ強度を高めることができるので、曲げモーメン
トが作用する継手部に適用すると効果的である。

【００１５】（拡径接合部の諸元）図４は拡径接合部を
拡大して示したものである。拡径前のスリーブ３または
ソケット５の内径は、ゴム円筒６を装着した状態の鋼管
を挿入可能とするようにゴム円筒６を装着した鋼管の外
径よりわずかに大きくし、隙間ｇ２を有するようにす
る。隙間ｇ２はできるだけ狭くした方がよいがあまり狭
くすると、鋼管１，２の製造誤差（真円誤差）等により
施工現場での鋼管挿入が難しくなる恐れがある。従っ
て、具体的にはスリーブ３（ソケット５）内面とゴム円
筒６外面の隙間ｇ２を、鋼管１，２半径の１％〜２％程
度とするのがよい。例えば直径２００ｍｍ〜１０００ｍ
ｍの鋼管では前記隙間ｇ２の範囲は１ｍｍ〜１０ｍｍ程
度とする。

【００１６】因みにスリーブ３（ソケット５）内面と鋼
管外面の隙間ｇはゴム円筒６の厚さｇ１分を加えたｇ１
＋ｇ２＝２ｍｍ〜２０ｍｍ程度となる。ゴム円筒６は後
述するように厚さ１ｍｍ〜６ｍｍ程度のものを使用す
る。なお、スリーブ３の板厚はあまり薄いと拘束力が弱
まるため鋼管１，２と同等以上にする方が望ましい。

【００１７】本発明の拡径接合構造における拡径接合部
４の拡径量は、以下のとおりとしている。鋼管拡径量ｈ
１およびスリーブ３（ソケット５）の拡径量ｈ２は接合
強度に大きな影響を与える。すなわち、鋼管１，２、ス
リーブ３（ソケット５）とも拡径接合部４はできるだけ
拡径量（突出高）を大きくする。最低限、塑性化した突
出部を設けるようにする必要がある。但し、あまり拡径
量ｈ１，ｈ２を大きくすると、拡径接合部４（内側拡径
部４ａ，外側拡径部４ｂとして示す）の板厚が減少して
その分強度が低下する。また、変曲部に曲げ応力が生じ
てしまうため留意する必要がある。従って、具体的には
スリーブ３（ソケット５）の拡径量ｈ２は鋼管１，２半
径の１％〜３０％の突出高程度にするのがよい。なお、
鋼管１，２の拡径量ｈ１はスリーブ（ソケット）より円
筒ゴム６の変形分を含めた隙間分大きくなる。拡径接合
部４の拡径形状は図１に示すように断面円弧状に形成す
るか、または台形、三角形状としてもよい。

【００１８】（ゴム円筒について）本発明に用いるゴム
円筒６は通常ゴムパッキン材料として使用されている材
質のものを用いることができるが、ＪＩＳＫ６３８
０「ゴムパッキン材」やＪＩＳＫ６３５３「水道用ゴ
ムパッキン」の規格品から水密用ゴムパッキンＥＰＤＭ
（エチレンプロピレンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルブ
タジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、
ＣＲ（クロロプレンゴム）のうちいずれかを選択して用
いるのが望ましい。

【００１９】ゴム円筒の幅は拡径部分をカバーする範囲
以上とし、ゴム板を筒状に加硫成形して製作するか、ま
たはゴム系接着剤で接着して製作する。なお、使用する
ゴム板は図５に示すように（ａ）平板：平滑なゴム板で
もよいが（ｂ）片面波板：内外面の何れか一方の片面、
または（ｃ）両面波板：両面の管軸直交方向を凹凸状６
ａに形成したものが使用できる。凹凸状６ａに形成した
ものは見掛け上の板厚方向バネを軟らかくすることがで
きるため、比較的固めのゴム板６を使用した場合や真円
度のよくない鋼管に適用すると有効である。

【００２０】ゴム板６は止水作用面からは厚いものを使
用した方がよいが、あまり厚くし過ぎると鋼管１，２の
接合強度を損なう恐れがある。従って、具体的には鋼管
１，２の寸法、スリーブ３（ソケット５）との間隙等に
よって定めることになるが、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲と
し、望ましくは３ｍｍ〜５ｍｍ程度とした方がよい。

【００２１】図６、図７はゴム板６の止水性能をテスト
した実験装置の断面図とサンプル用の止水ゴムの平面形
状図を示すものである。実験用の止水ゴム板模型は材質
ＣＲ４０、ＣＲ７０、板厚１ｍｍ〜６ｍｍで、外径２０
０ｍｍ、内径１００ｍｍ、幅５０ｍｍのリング状のもの
を使用し、押え板２１と反力板２２の間にセットしたゴ
ム板模型２０の内部空間２０ａに水圧ポンプ２３から圧
力水を送って洩水をチェックする方法で行った。

【００２２】リング状のゴム板模型２０に与えた押え力
は実際の鋼管の拡径接合時に生じるゴムの圧縮応力を数
値解析で求めた値５０ＭＰａとした。図８は実験結果を
示すグラフで、ゴム板２０の厚さと止水圧の関係を示す
ものである。この試験結果によればゴム板２０の厚さが
１ｍｍの場合止水圧１．０ＭＰａ、厚さ３ｍｍでは１．
５ＭＰａ、厚さ６ｍｍでは約３ＭＰａであった。従来例
のゴム円筒なしの実際の鋼管の拡径接合（メタルタッ
チ）における止水圧は０．５ＭＰａであったのに対し
て、ゴム板２０を介在させた効果が明確に認めらた。ま
た、ゴム板２０を厚くする程、止水圧が高くなる（シー
ル性がよくなる）結果となっており、ゴム板なしに比べ
て１ｍｍ板厚で２倍、３ｍｍ板厚で３倍、６ｍｍ板厚で
は約６倍の止水圧となっている。なお、ゴム材質ＣＲ４
０とＣＲ７０で有意差は認められなかった。

【００２３】また、図９は直径８００ｍｍサイズの鋼管
を拡径接合した実施例における引張力と変位の関係を示
すグラフである。点線は本発明の実施例で、１ｍｍ厚さ
のゴム円筒を装着して拡径接合したものを、実線は拡径
接合部にゴム円筒を設けていないものをそれぞれ示す。
両者とも終局耐力は約４５０ｋＮ弱となっているが、変
位量は本発明に係るものの方が大きく、引張力１００ｋ
Ｎでは本発明約５ｍｍに対して比較例はほぼ零、３００
ｋＮでは同１０ｍｍ対５ｍｍ、終局耐力約４５０ｋＮで
は２５ｍｍ対１３ｍｍとなっている。

【００２４】（拡径装置）拡径作業はスリーブ３（ソケ
ット５）内に鋼管１，２を挿入配置し、鋼管１，２内に
拡径装置１４を挿入して行う。図１０は本発明に使用す
る拡径装置１４の例で軸方向断面を示す。

【００２５】この拡径装置１４は鋼管１，２内に挿入可
能な複動の油圧シリンダー１６と、拡径機構部からな
り、拡径機構は外側を円弧状の当て座１５ａとし内側を
テーパー状１５ｂにした複数（６個）拡径ブロック１５
を伸縮可能なスプリングロープ１７で保持し、内側のテ
ーパー１５ｂ面に受け座１８の貫通孔１８ａを通して油
圧シリンダー１６のピストンロッド１６ａに連結された
円錐クサビ１９を配置してあり、該シリンダー１６の作
動によって連結された円錐クサビ１９を軸方向に移動さ
せ拡径ブロック１５を軸直角方向に拡径、縮径可能とし
たものである。

【００２６】拡径装置１４はこの例の他に、当て座１５
ａを取付けた油圧シリンダー１６を軸直角方向に、かつ
放射状に多数配置してシリンダー１６の推進力で直接鋼
管の内面に押圧して拡径するものとしてもよい。

【００２７】

【実施例】本発明の具体的実施例を示すと以下のとおり
である。拡径接合の構造は前述の実施形態に示したもの
と同じ形態とし、下記のとおり諸元とした。・接合鋼管：外径８１２．８ｍｍ、板厚７．１ｍ
ｍ、材質ＳＴＰＹ４００・拡径形状：断面円弧状拡径量ｈ１＝１５ｍ
ｍ、ｈ２＝１２ｍｍ・ゴム円筒：上水道用ゴムパッキン（ＮＢＲ）製の平
板厚さ１ｍｍ、幅２００ｍｍ・ゴム円筒外面とスリーブの隙間（ｇ２）：３ｍｍ上記接合構造によって接合した鋼管の軸方向引張り強度
（接合強度）は４３７ｋＮ、最大止水圧は１．０ＭＰａ
以上が得られた。本発明を実施するにあたり、農業用水
用配管のような比較的低圧（約１ＭＰａ）の送水圧力配
管に適用する場合は１ｍｍ〜３ｍｍ程度の板厚のゴム板
を用いたゴム円筒とし、また、上水道配管のような比較
的高圧（約２ＭＰａ）の配管に適用する場合は３ｍｍ〜
５ｍｍ程度のゴム板を用いた方がよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る鋼管の拡径継手構造は以上
説明したように、配管工事において迅速に作業ができ、
且つ止水性能に優れる。すなわち、接合しようとする鋼
管の端部外周に所定幅のゴム円筒を装着した状態で、そ
の外側に被せた接合用の鋼製スリーブ、または他方の鋼
管端部ソケットと鋼管を同時に所定突出高に塑性変形す
るまで拡径し、拡径接合部にゴム円筒を弾性圧縮変形状
態で介在させた拡径接合継手構造とした結果、鋼管内の
流体・気体の圧力が高まりスリーブまたはソケットが膨
張して拡径部の隙間が若干広がっても拡径接合部の弾性
変形しているゴム円筒が復元して止水・気密状態が確保
される。また、継手部に作用する引張り、圧縮、曲げの
外力に対しては所定突出高に塑性変形させた拡径接合部
の摩擦力と接触圧で抵抗するが、この際、拡径接合部に
介在するゴム円筒の弾性変形によって継手部が伸縮性を
発揮するとともにわずかながら回転を許すため不等沈下
対策、耐震性の面で有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態として示す、スリ−ブを
用いた拡径接合継手構造の断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態として示す、ソケットを
用いた拡径接合継手構造の断面図である。

【図３】第２実施形態の変形例として示す、拡径部を複
数箇所設けた拡径接合継手構造の断面図である。

【図４】拡径接合部の１部詳細断面図。

【図５】本発明に使用するゴム板の１部断面図である。（ａ）平板，（ｂ）片面波板，（ｃ）両面波板

【図６】止水実験の装置断面図。

【図７】止水実験用ゴム板模型。

【図８】ゴム円筒の板厚と止水圧の関係図。

【図９】拡径接合部の引張り力と変位の関係図。

【図１０】本発明の拡径接合に用いる拡径装置の実施例
縦断面図である。

【図１１】従来例の拡径接合継手構造の断面図。

【符号の説明】

１鋼管２鋼管３スリーブ４拡径接合部５ソケット６ゴム円筒１４拡径装置１５拡径ブロック１６油圧シリンダー１７スプリンググローブ１８受け座１９円錐クサビ

フロントページの続き (71)出願人 000001258 ＪＦＥスチール株式会社東京都千代田区内幸町二丁目２番３号 (71)出願人 000002118 住友金属工業株式会社大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 (72)発明者長束勇茨城県つくば市観音台２−１−６独立行政法人農業工学研究所内 (72)発明者中達雄茨城県つくば市観音台２−１−６独立行政法人農業工学研究所内 (72)発明者藤本直也茨城県つくば市観音台２−１−６独立行政法人農業工学研究所内 (72)発明者直江次男茨城県つくば市観音台２−１−６独立行政法人農業工学研究所内 (72)発明者森充広茨城県つくば市観音台２−１−６独立行政法人農業工学研究所内 (72)発明者森山英樹茨城県つくば市観音台２−１−６独立行政法人農業工学研究所内 (72)発明者澤田嘉弘東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者山田昇東京都千代田区丸の内１−１−２日本鋼管株式会社内 (72)発明者辻村修東京都千代田区内幸町２−２−３川崎製鉄株式会社内 (72)発明者笠井隆司大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 3H013 FA07 3H015 AA05 AC03 AE00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端部に所定幅のゴム円筒を装着した鋼管
が突合わせられ、その突合わせ部を跨いで前記鋼管に装
着したゴム円筒の外径よりわずかに大きい内径の鋼製ス
リーブが被せられ、前記鋼管の管端部内に挿入した拡径
装置により鋼管、スリーブが所定突出高に塑性変形され
て拡径部が設けられていることを特徴とする鋼管の拡径
接合継手構造。
【請求項２】端部に所定幅のゴム円筒を装着した一方
の鋼管端部が、前記鋼管に装着したゴム円筒の外径より
わずかに大きい内径に拡径した他方の鋼管のソケット内
に挿入され、前記鋼管の管端部内に挿入した拡径装置に
より鋼管、ソケットが所定突出高に塑性変形されて拡径
部が設けられていることを特徴とする鋼管の拡径接合継
手構造。
【請求項３】鋼管の端部に装着した所定幅のゴム円筒
の表面を、軸直交方向に凹凸状に形成したことを特徴と
する請求項１または請求項２記載の鋼管の拡径接合継手
構造。