JP2007225094A

JP2007225094A - カップリング型継手

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Publication number: JP2007225094A
Application number: JP2006050240A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Usami; 吉洋宇佐美; Takashi Toku; 多加志徳
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】材質の異なる複数種の接続管に適用することが可能で、しかも所定の耐圧性能を有するカップリング型継手を提供する。
【解決手段】耐食性を有する金属材料からなる薄板を断面Ｃ字状に成形して得られた弾性変形可能なハウジング２と、ハウジング２を締付ける締結部材３と、ハウジング２の内部に収容されたパッキンと４、パッキンの両側に装着された保持部材５を備え、保持部材５は、ハウジングの端面から内部に向って傾斜した複数の係止爪７１ａ、７１ｂを有するグリップリング７ａ、７ｂを含み、グリップリング７ａ、７ｂは耐食性を有する金属材料からなる薄板からプレス加工により形成されるとともに、係止爪の先端に形成されたエッジ部の硬さは他の部分よりも大である。
【選択図】図１

Description

本発明は、配水管などを構成する鋼管や樹脂管を接続するためのカップリング型継手に関する。

配水管、例えば鋳鉄管、炭素鋼鋼管、ステンレス鋼鋼管や塩化ビニル等の樹脂管を接続する手段としては、ねじ込み式管継手やメカニカル式管継手が一般的に使用されている。ねじ込み式管継手においては、管端のおねじ部にソケット、ニップル、各種ベントなどの可鍛鋳鉄製継手をねじ込む結合方式が採用されている。メカニカル式管継手においては、ソケット管の受口に差口を差し込み、ボルト・ナットで締付けることにより受口と差口との間隙に挿入したゴムリングを管に密着させる結合方式が採用されている。さらに、配管コスト（施工費用）の低減が重視される場合には、例えば特許文献１に記載されたカップリング型継手が使用されている。このカップリング型継手は、ステンレス鋼などで形成された断面Ｃ字状のハウジングと、ハウジングの内径を徐々に縮小するようにハウジングを締め付ける手段（ハウジングと一体に形成され互いに離れて外側に向って湾曲させた一対のフラップに挿入された円柱状締付け杵とその一方にねじ込まれる２本の六角穴付きボルト）と、管に密着する密封唇部をウエブ部の両端に有する合成ゴム製スリーブと、ウエブ部に近い密封唇部の側に形成された環状溝に嵌め込まれたつる巻きばねリングと、スリーブの両端に設けられた切頭円錐状締付けリングを備えている。このカップリング型継手によれば、スリーブの内部に接続管を差し込み、次いで六角穴付きボルトを締付けるだけの作業で、管を接続することが可能となるので、配管作業を速やかに行うことができる。

上記のカップリング型継手においては、多数のＪ字形状ノッチを設けた板を有する切頭円錐状締付けリングの自由端縁部（鋸歯状の爪）が管の外周面に埋め込まれるので、接続管に引張り力が作用したときに、管の抜け止めを行うことができる。しかるにこの抜け止め部材は円周方向に沿って複数の爪（尖った鋸歯）を有し、かつ帯板の平面に対して傾けられた内側の放射方向の前表面を有するので、平らな金属帯板から複雑な工程で製造される。そこで、特許文献２には、強い強度及び曲げ剛性を有する歯を容易に形成するために、歯の各々の側面に、歯の自由端の近傍に少なくとも１つの窪みを設けるようにした金属薄板からなる２つの分割円状リングが記載されている。この円状リングは、打ち抜き動作によって金属薄板の平面に垂直に、リングを形成すると同時に歯を形成し、さらに、同時に、窪みを歯の外側にダイススタンピングにより形成することにより作製される。特許文献２によれば、１回の打ち抜きとスタンピングにより、歯の材料は自由端の方向に偏移して、くさび状のチップが形成され、同時に窪みの領域の歯材料の密度が高められるので、歯の曲げ剛性が増加するとされている。

特公昭５５−２５３１６号公報（第３〜４頁、図１、図２）特許第３０４７９０１号公報（第２〜３頁、図１、図２、図５〜７）

特許文献２に記載された円状リングでは窪み（押し込み部）をパンチングして先端側にずらすことによってエッジの先端が先鋭な形状となるので、材料の流動性が低い場合にはエッジの先端が十分に尖った状態とならないことが考えられる。また円状リングを作製する際に、エッジの先端側となる部分は、金型（ダイス）で拘束されていないので、エッジ部の内径側の寸法精度がばらつくことが考えられる。このような円状リングを使用すると、接続管が抜け易くなるので、所定の耐圧性能を得られないという問題が発生する。そこで円状リングを硬度の高い材料で形成することにより、エッジが接続管に食い込みやすくなるが、接続管の種類（例えば塩化ビニル管）によっては、接続管を損傷させるといった別の問題を生ずるので、実用的ではない。

本発明の目的は上記の問題点を解消して、材質の異なる複数種の接続管に適用することが可能で、しかも所定の耐圧性能を有するカップリング型継手を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のカップリング型継手は、耐食性を有する金属材料からなる薄板を断面Ｃ字状に成形して得られた弾性変形可能なハウジングと、前記ハウジングを締付ける締結部材と、前記ハウジングの内部に収容されたパッキンと、前記パッキンの両側に設けられた保持部材とを備え、前記保持部材は円周方向に沿って所定間隔をおいて形成されかつ前記ハウジングの端面から内部に向って傾斜した複数の係止爪を有するグリップリングを含み、前記グリップリングは耐食性を有する金属材料からなる薄板からプレス加工により形成されるとともに、前記係止爪の先端に形成されたエッジ部近傍の硬さが他の部分の硬さよりも大であることを特徴とするものである。

本発明において、前記グリップリングは、１７Ｃｒ−７Ｎｉ系オーステナイト系ステンレス鋼からなりかつ冷間圧延が施された板材の端縁が加工硬化された部材から形成されたものであることが好ましい。

本発明において、前記グリップリングは、ＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材からなることがさらに好ましい。

本発明において、前記グリップリングの係止爪の先端部に形成されたエッジ近傍は、Ｈｖ４６０〜４８０の範囲にあるビッカース硬さを有することが特に好ましい。

本発明において、前記保持部材は前記パッキンの端面に密着されるストップリングと、前記ストップリングと前記グリッププリングを前記パッキンの端面に向って押圧するワイヤーリングを有することができる。

本発明によれば、前記グリップリングは耐食性を有する金属材料（例えば１７Ｃｒ−７Ｎｉ系オーステナイト系ステンレス鋼）からなる薄板からプレス加工により形成されるとともに、係止爪の先端部に形成されたエッジ部近傍は加工硬化されているので、このエッジ部近傍のビッカース硬さは例えばＨｖ４６０〜４８０の範囲になり、ステンレス鋼鋼管に食い込むことができるのみならず、樹脂管の損傷を伴わずに樹脂管の接続にも適用することができる。したがって本発明によれば、管の材質によらず、所定の耐圧性能を得ることができる。

特に、入手が容易な汎用材であるＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材を用いてグリップリングを形成することにより、優れた実用性を有することができる。

本発明の詳細を添付図面により説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わるカップリング型継手を示す半断面図、図２は図１をＡ方向から見た矢視図、図３は図２をＢ方向から見た矢視図、図４はグリップリングの斜視図、図５はグリップリングの半断面図、図６はグリップリングの素材を示す側面図、図７はグリップリングを成形する工程を模式的に示す断面図、図８はグリップリングの先端形状の一例を示す模式図、図９はグリップリングの先端形状の他の例を示す模式図である。

図1は、カップリング型継手１により耐食性の大なる金属材料からなる鋼管１０a、１０ｂの端部どうしが接続された配管構造を示す。

カップリング型継手１の詳細を図1〜５により説明する。カップリング型継手１は、金属材料からなる薄板を断面Ｃ字状に成形して得られた弾性変形可能なハウジング２と、ハウジング２を締付ける締結部材３と、ハウジング２の内部に収容されたパッキン４と、パッキン４の両側に設けられた保持部材５ａ、５ｂを備えている。

締結部材３は、ハウジング２の折り返し部２１ａに差し込まれる棒ワッシャー３１と、折り返し部２１ｂに挿入される棒ナット３２と、棒ナット３２にそれと直交する方向からねじ込まれる複数（本例では２本）のボルト３３と、各ボルト３３にそれを貫通するようにセットされるスペーサ３４を有する。

パッキン４は、鋼管１０ａ、１０ｂとのシール性を確保するために、例えばＥＰＤＭ等のオレフィン系ゴムやＮＢＲなどのニトリルゴムで形成され、筒状部４１とその両端部に形成されたリップ部４２ａ、４２ｂを有する。

保持部材５ａ、５ｂは、鋼管１０ａ、１０ｂの軸方向の移動を阻止するために、パッキン４の端面に密着されるストップリング６ａ、６ｂと、ハウジング２の端面から内部に向って傾斜した複数の係止爪７１ａ、７１ｂを有するグリップリング７ａ、７ｂ（図４、５参照）と、これらの部材をパッキン４の端面に向って押圧するワイヤーリング８ａ、８ｂとで構成される。

ハウジング２、締結部材３及び保持部材５ａ、５ｂを構成するストップリング６ａ、６ｂとワイヤーリング８ａ、８ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）のような耐食性を有する金属材料で形成することができる。

鋼管１０ａ、１０ｂは、上記のカップリング型継手１により、例えば次の手順で接続することができる。締結部材３、パッキン４及び保持部材５ａ、５ｂが収容されかつ締結部材３が組付けられたハウジング２の内部に、鋼管１０ａ、１０ｂを差込み、次いでボルト３３を締付ける。これによりハウジング２が縮径されるので、パッキン４のリップ部４２ａ、４２ｂが内面樹脂被覆鋼管１０ａ、１０ｂの外面に密着し、かつグリップリング７ａ、７ｂの係止爪７１ａ、７１ｂの先端部が鋼管１０ａ、１０ｂの外面に食い込み、配管接続が行われる。

上記の鋼管としては、耐食性の点からオーステナイト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４からなる鋼管が使用されることが多いので、グリップリング７ａは、ＳＵＳ３０４よりも高い硬さを有するオーステナイト系ステンレス鋼で形成して、鋼管に食い込み易くする。そこで、本発明では、グリップリング７ａは、Ｃ含有量の高いオーステナイト系ステンレス鋼（１７Ｃｒ−７Ｎｉ系）であり、かつ冷間加工硬化が大で、張り出し加工性に優れたＳＵＳ３０１材で形成される。ＳＵＳ３０１材にも、冷間加工率（圧下率）によりいくつかの鋼種（例えばＳＵＳ３０１−１／４Ｈ、ＳＵＳ３０１−１／２Ｈ、ＳＵＳ３０１−３／４Ｈ、ＳＵＳ３０１−Ｈ）があり、硬度だけを見ると、冷間加工率の高いＳＵＳ３０１−Ｈ材が有利であるが、本発明においては、実用上の観点から、入手が容易なＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材（７５％冷間圧延材）を使用することとする。しかして、ＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材は、機械的強度が大であるが（規格値で、０．２％耐力：＞９３１Ｎ／ｍｍ^２、引張強さ：＞１,２０７Ｎ／ｍｍ^２、伸び：＞１２％）、上記の鋼種（ＳＵＳ３０１−Ｈ材）と比べて硬度が低い。そこで、本発明においては、鋼管に食い込む先端部を、例えば次のような塑性加工を施して加工硬化させることにより、管内の圧力が高い場合でも、接続された鋼管が継手から抜け出すことが防止され、もって所定の耐圧性能を有するカップリング型継手が得られるようにした。

本発明で使用されるグリップリング７ａ、７ｂの詳細を図６〜９により説明する。グリップリング７ａ（グリップリング７ｂも同様）は、図６に示すように素材（帯状の薄板）７０ａに所定の塑性加工を施すことにより、一方の端面側に係止爪７１ａ、７１ｂの先端にエッジ部７１１ａを形成した中間部材７０１ａを作製することにより製造される。この塑性加工は、図７に示すように金型９の内部に素材７０ａをセットした後、パンチ９０を下降させて金型９から突出した素材７０ａのコーナ部を押し潰すことにより行われ、図６に示す中間部材７０１ａが得られる。この中間部材７０１ａの一部を打ち抜き（図４に示す溝７２ａを形成する）、最後にＣ字状（コーン状）に曲げ加工することにより、図４に示すように所定間隔をおいて、円周方向に沿って所定間隔をおいて複数の係止爪７１ａが形成されたグリップリング７ａを製造することができる。

上記のようにして得られたグリップリング７ａの係止爪７１ａの先端部の形状を図８に示す。図８に示すように、係止爪７１ａの先端部は長さＹの範囲だけテーパ状に押し潰されているので、幅Ｘで示すエッジ部７１１ａが形成される。但しこの塑性加工による場合は、破断面にエッジ部７１１ａが形成されることになり、図８に示すように、エッジ部７１１ａには、ばり（かえり）が発生しやすいので、エッジ部の状態を確認してから継手に装着することが好ましい。

これに対して、図７において素材（帯状の薄板）７０ａの長手方向（紙面に対して垂直な方向）からパンチ９０を突き当てることによっても、図９に示すように長さＹの範囲だけテーパ状に削除されるので、剪断面に幅Ｘで示すエッジ部７１１ａが形成される。この中間部材７０１ａの一部を打ち抜き（図４に示す溝７２ａを形成する）、最後にＣ字状（コーン状）に曲げ加工することにより、上記と同様に円周方向に沿って所定間隔をおいて複数の係止爪７１ａが形成されたグリップリング７ａを製造することができる。

上記のように剪断面に幅Ｘで示すエッジ部７１１ａが形成された場合は、図９に示すように、破断面に形成されたもの（図８参照）よりもばり（かえり）が発生し難いので、エッジ部の状態を確認するまでもなくそのまま継手に装着することが可能となる。

材質又は寸法の異なる７種類のグリップリングを準備し、各グリップリングのビッカース硬度（Ｈｖ）を測定した結果を表１に示す。また各グリップリングの寸法を測定した結果を表２に示す。なお表１においてビッカース硬さは、ＪＩＳＺ２２４４に準じて２０ｋｇ荷重で算出した値で、図８及び９に示すようにエッジ７１１ａから矢印Ｚ方向に所定距離（０．１〜２．０ｍｍ）だけ離れた各位置における測定値を示す。

これらのグリップリングを組み付けたカップリング型継手により、ＳＵＳ３０４製鋼管を標準すきま（８ｍｍ）で接続し、各継手の耐圧性能を評価した。表３にグリップリングの材質、寸法と耐圧性能の評価結果を示す。表３において、初期耐圧は、２．５ＭＰａの水圧を印加して２ｍｉｎ．保持し、水漏れと管の抜けが生じない場合を○、水漏れ又は抜けが認められた場合を×で表示した。限界耐圧（目標４ＭＰａ以上）は、水漏れと抜けが発生する圧力を示す。また塩化ビニル管の接続に使用した場合の結果を含めた総合評価も表３に示す。

表１から、グリップリングをＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材で形成した場合（リングＮｏ．１〜６）は、先端を塑性加工することにより、目標硬度（平均値がＨｖ４６０以上、最小値が４３０以上）を満足することがわかる。

表２から、先端幅（Ｘ）が０．５ｍｍの場合は、寸法誤差が小さいのに対し、先端幅（Ｘ）がそれより小さい（０．３ｍｍ）と、かえりが大きくなり、その寸法誤差が大きくなることがわかる。

表３から、グリップリングをＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材で形成するとともに、先端幅が０．３ｍｍ又は０．５ｍｍでかつ板厚が１．５ｍｍであるグリップリングを使用することにより、所望の耐圧性能が得られることがわかる。これに対して比較例１のグリップリングでは、硬度が不足しているため、所望の耐圧性能が得られず、また比較例２〜３のグリップリングでは、板厚が大であるため、先端部（エッジ部）の寸法誤差が大となり、所望の耐圧性能が得られないことがわかる。また比較例４のグリップリングでは、ＳＵＳ３０４製鋼管に適用した場合の耐圧性能は高いものの、塩化ビニル管に適用した場合にその表面に損傷が発生し、耐圧性能が低下することが確認された。

本発明は、上記の実施の形態に限らず、種々の変更が可能であり、例えば鋼管の代わりに塩化ビニル管などの樹脂管の接合にも適用することができる。

本発明の実施の形態に係わるカップリング型継手を備えた配管部材の半断面図である。図１をＡ方向から見た矢視図である。図２をＢ方向から見た矢視である。グリップリングの斜視図である。グリップリングの半断面図である。グリップリングの素材を示す側面図である。グリップリングを成形する工程を模式的に示す断面図である。グリップリングの先端形状の一例を示す模式図である。グリップリングの先端形状の他の例を示す模式図である。

符号の説明

１：カップリング型継手、
２：ハウジング、２１ａ、２１ｂ：折り返し部、
３：締結部材、３１：棒ワッシャー、３２：棒ナット、３３ａ、３３ｂ：ボルト、３４ａ、３４ｂ：スペーサ、
４：パッキン、４１：筒部、４２ａ、４２ｂ：リップ部
５ａ、５ｂ：保持部材
６ａ、６ｂ：ストップリング、
７ａ、７ｂ：グリップリング、７０ａ：素材、７０１ａ：中間部材、７１ａ、７１ｂ：係止爪、７１１ａ：エッジ部、７２ａ：溝
８ａ、８ｂ：ワイヤーリング
９：金型、９０：パンチ
１０ａ、１０ｂ：鋼管

Claims

耐食性を有する金属材料からなる薄板を断面Ｃ字状に成形して得られた弾性変形可能なハウジングと、前記ハウジングを締付ける締結部材と、前記ハウジングの内部に収容されたパッキンと、前記パッキンの両側に設けられた保持部材とを備え、前記保持部材は円周方向に沿って所定間隔をおいて形成されかつ前記ハウジングの端面から内部に向って傾斜した複数の係止爪を有するグリップリングを含み、前記グリップリングは耐食性を有する金属材料からなる薄板からプレス加工により形成されるとともに、前記係止爪の先端に形成されたエッジ部近傍の硬さが他の部分の硬さよりも大であることを特徴とするカップリング型継手。
前記グリップリングは、１７Ｃｒ−７Ｎｉ系オーステナイト系ステンレス鋼からなりかつ冷間圧延が施された板材の端縁が加工硬化された部材から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカップリング型継手。
前記グリップリングは、ＳＵＳ３０１−３／４Ｈ材からなることを特徴とする請求項２に記載のカップリング型継手。
前記グリップリングの係止爪のエッジ部近傍は、Ｈｖ４６０〜４８０の範囲にあるビッカース硬さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカップリング型継手。
前記保持部材は前記パッキンの端面に密着されるストップリングと、前記ストップリングと前記グリッププリングを前記パッキンの端面に向って押圧するワイヤーリングを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカップリング型継手。