JP4229775B2 - 管継手 - Google Patents
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Description
エアコン等においては、流体管の中を冷媒が流れ、管継手としてフレア継手が使用されていることが多い。そして、最近では、温暖化への影響を考えて、冷媒を、フロンから、設計圧力が高圧となる代替フロンや二酸化炭素、あるいは可燃性を持つ炭化水素系のものに切り替えることが行われたり検討されたりしている。
また、二酸化炭素や従来のフロンよりも設計圧力が高くなる代替フロンを冷媒として採用する場合、従来よりも高い耐圧性を持った管継手が要求される。
図6に、従来の汎用のくい込み継手の一例を示す。図6(a)はナット102の締め付け前、図6(b)はナット102の締め付け後の状態を示している。図6に示すように、この継手は、継手本体101と、ナット102と、その間に設けられるスリーブ103とから構成されており、スリーブ103の先端を管111にくい込ませて管111を継手本体101に接続する構造になっている。このようなくい込み継手は、従来は肉厚の鋼管に使用されているが、最近では、薄肉のステンレス鋼管の接続にも用いられるようになっている。
特許文献2には、工作機械用のクーラント配管に使用する薄肉ガス管の接続に用いるくい込み継手が示されている。ここでは、継手本体の段差部にOリングとコレットの一端を挿入すると、継手本体の端面とコレットの外径部に設けた突起の端面との間に隙間が形成される。そして、コレットをナットで締め付けて両端面を接触させると、Oリングにより所定のシール圧が得られ、さらにナットを所定の位置まで締め付けると、コレットの内径部に設けたツメが管にくい込んで所定の接続力が得られる。
しかし、くい込み継手は、初めての締結の場合には、金属面の塑性変形および加工硬化により高いシール性が確保できるが、取り外した後に再使用する場合には、最初の締結時よりもシール力が低下して、温度変化による膨張収縮や振動等によって経時的なゆるみにより漏れが発生する恐れがある。
ここでは、スリーブの径方向外側の部分に段差部を形成している。このため、一度使用して変形したスリーブを力ずくで継手本体の接合孔に挿入しようとした場合にも、段差部が継手本体に引っ掛かり、少々の力ではスリーブを継手本体の接合孔に対して所定位置まで挿入できない。また、段差部が継手本体に引っ掛かることによって、作業者は新しいスリーブを使わなければならないことを思い出し、無理にスリーブを継手本体に挿入しようとはしなくなる。
請求項4に係る管継手は、請求項3に記載の管継手であって、スリーブには、接合孔への挿入方向に対して傾斜する第1傾斜面および第2傾斜面が形成されている。第1傾斜面は、スリーブの挿入方向の先端から離れるに従って径方向外方に拡がる。第2傾斜面は、第1傾斜面よりもスリーブの挿入方向の後端側に形成され、第1傾斜面から離れるに従って径方向内方に近づく。
ここでは、径方向外方に拡がる変形をする第1傾斜面と第2傾斜面との連結部分に、スリーブの段差部が形成されている。したがって、スリーブの段差部は、最初は継手本体に引っ掛かからない径方向位置に存在しているが、変形後には継手本体に引っ掛かる径方向位置に存在するように移行する。これにより、管およびスリーブを接合孔から引き抜いた後には、スリーブの段差部が継手本体に引っ掛かりスリーブを接合孔に対して所定位置まで挿入することができなくなる。
ここでは、接合孔の導入側において継手本体にスリットが形成されているため、拡張変形したスリーブを管とともに接合孔から引き抜く際に、スリーブが継手本体の段差部に当たっても、継手本体の段差部が比較的小さな力で弾性変形して拡がる。これにより、拡張変形したスリーブを管とともに接合孔から引き抜く作業が容易になる。
ここでは、継手本体を径方向外方に押し広げる力を作用させる傾斜面が継手本体の段差部に形成されているため、拡張変形したスリーブを管とともに接合孔から引き抜く際に、スリーブが継手本体に当たっても、継手本体を比較的小さな力で弾性変形させて押し広げることができる。これにより、拡張変形したスリーブを管とともに継手本体の接合孔から引き抜く作業が容易になる。
ここでは、一度引き抜かれたスリーブを継手本体の接合孔に挿入しようとしても、スリーブの段差部が継手本体に引っ掛かり、ナットは継手本体のネジ部に螺合しない。このため、作業者がナットを継手本体のネジ部に無理矢理ねじ込もうとすることが抑えられる。
ここでは、ナットの側面と継手本体の対向面との隙間寸法で、締め付けトルクを管理することができる。例えば、隙間ゲージを使って締め付けトルクを管理したり、ナットの側面と継手本体の対向面とが接触するときに締め付けトルクが適正になるようにしたりすることができる。
請求項3に係る管継手では、スリーブの段差部が継手本体の段差部に引っ掛かるため、一度引き抜かれたスリーブを継手本体の接合孔に対して所定位置まで挿入することができない。
請求項5に係る管継手では、径方向外方に拡がる変形をする第1傾斜面と第2傾斜面との連結部分にスリーブの段差部が形成され、管およびスリーブを接合孔から引き抜いた後には、スリーブの段差部が継手本体に引っ掛かりスリーブを接合孔に対して所定位置まで挿入することができなくなる。
請求項7に係る管継手では、拡張変形したスリーブを管とともに接合孔から引き抜く際に、スリーブが継手本体の段差部に当たっても、継手本体を比較的小さな力で弾性変形させて押し広げることができ、拡張変形したスリーブを管とともに継手本体の接合孔から引き抜く作業が容易になる。
請求項9に係る管継手では、隙間ゲージを使って締め付けトルクを管理したり、ナットの側面と継手本体の対向面とが接触するときに締め付けトルクが適正になるようにしたりすることができる。
本発明の一実施形態に係る管継手(くい込み継手)は、図1に示すように、継手本体1と、ナット2と、スリーブ3とを備えている。この実施形態の継手は、銅管または薄肉ステンレス鋼管である管10と管11とを継ぐためのものであり、管10については取り外し可能に継手本体1の接合孔50(後述)に接合させる。
継手本体1は、図1および図2に示すように、管11が差し込まれてロー付けされるソケット部4と、管10を接続するための管接続部5と、外周に設けられるナット部6とから構成されている。ナット部6の側面6aは、後述するナット2の側面2aに対向する対向面となっている。
第2導入部54は、内面が、中心軸O−Oに対する傾斜角度が0°〜5°(ここでは約1°)である傾斜面となっている。
段付部55は、約1mmの長さであり、第2導入部54の最大径の端面54aから図2(a)の右側にいくにしたがって内径が小さくなるように延びており、端面55aにおける内径(R1×2)が第2導入部54の端面54aの内径(R2×2)よりも約0.4mmだけ小さくなっている。すなわち、段付部55は、その端面55aが接合孔50の挿入口を構成するとともに、その挿入口の半径R1は、約1mmずれたところにある第2導入部54の端面54aの内半径R2よりも、約0.2mmだけ小さくなっている。これにより、段付部55は、挿入口付近において約0.2mmの段差を形成することになる。
すなわち、雄ネジ部58の後ろ側は、円柱状外面部59と、その内側に位置する第2導入部54および段付部55により、略円筒状の円筒部5aとなっている。この円筒部5aには、スリット5bが中心軸O−Oに沿って延びている(図2(b)参照)。スリット5bは、周方向に等間隔に4本設けられている。
ナット2の内周面には、図2に示すように、継手本体1の雄ネジ部58に螺合する雌ネジ部21と、後述するスリーブ3の被押圧部35を挿入方向(図1の矢印Aの方向)に押す役割を果たす傾斜面22とが形成されている。
[スリーブ3の構成]
スリーブ3は、図3の左側から順に配置される、先端密着部31、第1傾斜部32、連結部33、第2傾斜部34、および被押圧部35から構成されている。
第2傾斜部34は、第1傾斜部32とは概ね対称的に、その外面、内面が傾斜している。それらの傾斜角度も、第1傾斜部32と同様である。
被押圧部35は、第2傾斜部34の最小径の端部34bから延びる円筒状の第1部36と、さらに第1部36から延びる第2部37とから成る。被押圧部35は、先端密着部31、第1傾斜部32、連結部33、および第2傾斜部34に較べて肉厚であるが、その外周面の径(R5×2)は、段差部33aの外径、すなわち、第2傾斜部34の最大径の端部34aの外径(R4×2)よりも小さい。
図1は、くい込み継手の締め付け前の状態を示している。ここに示すように、このくい込み継手では、まず継手本体1の接合孔50に管10およびスリーブ3を挿入方向(図1の矢印Aの方向)に挿入し、ナット2を回転させてナット2の傾斜面22でスリーブ3を前方(図1の左側)に押圧する。ここで、ナット2を回転させ続けると、スリーブ3の先端密着部31が継手本体1の接合部52に接触するが、この時点では、まだ継手本体1のナット部6の側面6aとナット2の側面2aとの間の隙間H(図1参照)は、適正寸法以上である。この隙間Hが所定の適正寸法になるまでナット2をスパナやモンキーレンチで締め付けると、その時点で、ナット2が適正な締め付けトルクで継手本体1に締め付けられた状態となる。このように、ここでは、継手本体1のナット部6の側面6aとナット2の側面2aとの間の隙間Hによって、締め付けトルクを確認することができるようになっている。なお、ここでは、上記の所定の適正寸法を、0mmとしている。すなわち、継手本体1のナット部6の側面6aがナット2の側面2aに当たるまでナット2を継手本体1に締め付けると、その時点でナット2が適正な締め付けトルクで継手本体1に締め付けられた状態となる(図4参照)。
(1)
この継手では、ナット2を継手本体1の雄ネジ部58へねじ込むときにおいて径方向外方に拡張する変形を起こすようにスリーブ3を断面が「へ」の字になるように構成し、そのスリーブ3の拡張変形によって、ナット2を継手本体1から外して管10およびスリーブ3を接合孔50から引き抜いた後には接合孔50に対してスリーブ3を所定位置まで挿入することをできなくしている。すなわち、最初にスリーブ3を継手本体1の接合部52に接合させる際のナット2の継手本体1の雄ネジ部58への締め込み動作を利用してスリーブ3に径方向に拡張する変形を起こさせ、その変形後のスリーブ3を再接合のときに用いようとしても継手本体1の接合孔50に対して所定位置まで挿入できなくし、一度使ったスリーブ3を再利用することをほぼ不可能にしている。具体的には、変形後のスリーブ3の段差部33aが継手本体1の段付部55の端面55aに引っ掛かかるようにして、それ以上スリーブ3を継手本体1の接合孔50に挿入できなくしている(図5参照)。また、このときには、ナット2の雌ネジ部21が継手本体1の雄ネジ部58に螺合しないようにしている。
この継手では、もし継手本体1の接合孔50の挿入口となる段付部55の端面55aの内径(R1×2)が傾斜している第2導入部54の内径(R2×2)よりも大きければ、一度引き抜いた管10およびスリーブ3を挿入口に力ずくで押し込めば、挿入口を構成する段付部55が弾性変形により径方向外方に拡張して管10およびスリーブ3が接合孔50の奥へと挿入されてしまう恐れがある。
この継手では、接合孔50の挿入口付近を形成することになる円筒部5aにおいて、複数のスリット5bを設けている。このため、拡張変形したスリーブ3を管10とともに接合孔50から引き抜く際に、スリーブ3の第2傾斜部34の外周部分が円筒部5aの径方向内側部分の段付部55に当たっても、円筒部5aが比較的小さな力で弾性変形して径方向外方に拡がる。これにより、拡張変形したスリーブ3を管10とともに接合孔50から引き抜く作業が容易となっている。
(4)
この継手では、継手本体1のナット部6の側面6aとナット2の側面2aとの間の隙間Hの寸法で、締め付けトルクを管理している。具体的には、継手本体1のナット部6の側面6aがナット2の側面2aに当たるまでナット2を継手本体1に締め付けると、すなわち、隙間Hが0になるまでナット2を継手本体1に締め付けると、その時点でナット2が適正な締め付けトルクで継手本体1に締め付けられた状態となるようにしている。もちろん、隙間Hが例えば1mmになるまでナット2を継手本体1に締め付けたときに適正な締め付けトルクとなるように設定することも可能である。
上記のようなくい込み継手は、使用圧力が高い代替フロンを使用する場合における冷凍装置や空調装置の管継手として採用すると、特に有効である。具体的には、使用圧力が1MPa以上、さらには使用圧力が2MPa以上となる管の継手として採用した場合に、その気密性や耐圧性が効果を発揮する。
(A)
上記実施形態では、ソケット部4が管11を差し込んでロー付けする部分となっているが、ソケット部4は、機器などにねじ込まれるネジ部であってもよいし、管接続部5と同様の構造であってもよい。
継手本体1の段付部55やスリーブ3の段差部33aは、図2や図3に示す形状に限られるものではなく、また必ずしも段差を有している必要はない。
<試験例>
上記実施形態で示す構成の銅管用の黄銅製くい込み継手を用いて、次の試験を行った。
定格圧力:5MPa、耐圧圧力:20MPa、流体:代替フロン(LPG)
(供試品および締め付けトルク)
管A:外径6.35mm×肉厚0.8mm、トルク:12N・m
管B:外径9.52mm×肉厚0.8mm、トルク:20N・m
管C:外径12.7mm×肉厚0.8mm、トルク:35N・m
[試験結果]
気密試験では、窒素ガス5.5MPaで加圧し、水中浸漬した状態で10分間保持し、気泡により漏洩を確認した。この気密試験では、すべての供試品において漏れは確認されなかった。
破壊状況は、すべての継手アセンブリにおいて管破壊であった。
2 ナット
2a ナットの側面
3 スリーブ
5a 円筒部
5b スリット
6 ナット部
6a ナット部の側面(対向面)
10 管
21 雌ネジ部
32 第1傾斜部
33 連結部
33a 段差部
34 第2傾斜部
50 接合孔
52 接合部
53 第1導入部
54 第2導入部
55 段付部
55a 段付部の端面(継手本体の段差部)
58 雄ネジ部(ネジ部)
H 継手本体の側面とナットの側面との間の隙間
R1 継手本体の段付部の端面55aの内半径
R2 継手本体の第2導入部の端面54aの内半径
Claims (10)
- 管を接合するための接合孔が内部に形成され、ネジ部が外面に形成されている継手本体と、
スリーブと、
前記管および前記スリーブが前記接合孔に挿入された状態で前記ネジ部にねじ込まれ、前記スリーブを介して前記管を前記接合孔に接合するナットと、
を備え、
前記スリーブは、前記ネジ部への前記ナットのねじ込みによって前記管と前記継手本体とに密着するとともに径方向外方に拡張する変形を起こし、前記ナットを前記ネジ部から外して前記管および前記スリーブを前記接合孔から引き抜いた後には、前記接合孔に対して所定位置まで挿入することができなくなる、
管継手。 - 前記スリーブの径方向外側の部分には、段差部が形成されており、
前記スリーブは、前記管および前記スリーブを前記接合孔から引き抜いた後には、前記段差部が前記継手本体に引っ掛かり前記接合孔に対して前記所定位置まで挿入することができなくなる、
請求項1に記載の管継手。 - 前記継手本体には、一度引き抜かれた前記管および前記スリーブが再度挿入されてくる際に前記スリーブの前記段差部に引っ掛かる段差部が形成されている、
請求項2に記載の管継手。 - 前記スリーブには、前記接合孔への挿入方向に対して傾斜する第1傾斜面および第2傾斜面が形成されており、
前記第1傾斜面は、前記スリーブの挿入方向の先端から離れるに従って径方向外方に拡がり、
前記第2傾斜面は、前記第1傾斜面よりも前記スリーブの挿入方向の後端側に形成され、前記第1傾斜面から離れるに従って径方向内方に近づく、
請求項3に記載の管継手。 - 前記スリーブの前記段差部は、前記第1傾斜面と前記第2傾斜面との間に形成されている、
請求項4に記載の管継手。 - 前記継手本体における前記接合孔の導入側には、前記接合孔の内部空間から径方向外方に抜ける1又は複数のスリットが形成されている、
請求項3から5のいずれかに記載の管継手。 - 前記継手本体の前記段差部には、前記管および前記スリーブの引き抜きを容易にする傾斜面が形成されている、
請求項3から6のいずれかに記載の管継手。 - 前記ナットは、前記スリーブの前記段差部が前記継手本体に引っ掛かる位置において前記継手本体の前記ネジ部に螺合しない、
請求項2から7のいずれかに記載の管継手。 - 前記継手本体には、前記ナットを前記ネジ部にねじ込んだときに前記ナットの側面に対向する対向面が形成されており、
前記ナットの側面と前記継手本体の前記対向面との間の隙間寸法によって、前記ナットを前記ネジ部にねじ込むときの適正な締め付けトルクが定められる、
請求項1から8のいずれかに記載の管継手。 - 前記管は、銅管または薄肉ステンレス鋼管である、
請求項1から9のいずれかに記載の管継手。
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