JP4685055B2

JP4685055B2 - パイプ端部拡径治具

Info

Publication number: JP4685055B2
Application number: JP2007100021A
Authority: JP
Inventors: 保高田
Original assignee: Higashio Mech Co Ltd
Current assignee: Higashio Mech Co Ltd
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: JP2008254037A

Description

本発明は、パイプ端部拡径治具に関するものである。

従来の管継手に於て、継手本体の内部に内挿筒部を有して、内挿筒部が被接続パイプ（三層管等の複合管）の内部に差込まれるタイプのものが知られている。そして、パイプを継手本体に挿入した状態で袋ナットを螺着することによって、係止リングがパイプを内径方向に締付けてパイプを抜け止めすると共に、内挿筒部のシール材がパイプの内周面に密封状となって、流体が継手本体から漏れ出るのを防ぐようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３２４８５８公報

被接続パイプは、（均一な厚さ寸法に形成されているものの、）内径寸法にばらつきがあり（公差が大きく）、（例えば、外径呼び寸法16mmのパイプの先端において、内径寸法の公差が 0.6mm）、また、工場から現場へ運搬中の衝突等によって、パイプの真円度が悪化する虞れがある。よって、パイプの内周面と、内挿筒部のシール材との密封性が低下し、流体の外部漏洩が発生する場合があった。さらに、内挿筒部がスムーズにパイプに挿入できず、または、上記シール材を傷付けることもある。

そこで、本発明は、パイプの接続端部の真円度及び内径寸法精度を向上して、流体の漏洩を防ぐパイプ端部拡径治具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパイプ端部拡径治具は、パイプが挿入され該パイプの先端面を受ける第１段付部を奥部に有する前方開口状挿入孔部が形成された治具本体と、該挿入孔部と同一軸心の円柱部と前端膨出部とを有し上記挿入孔部の軸心方向に往復動自在に上記挿入孔部に挿入された往復動部材と、該円柱部に外嵌された弾性材の短円筒部材と、該往復動部材を上記往復動させる作動手段と、を備え；上記治具本体は、上記第１段付部の後方に、上記短円筒部材の後端面を受けて上記前端膨出部とで共挟みし上記往復動部材の上記後方作動により上記短円筒部材の軸心方向寸法を短縮させつつ外径方向に膨張させる第２段付部を有し；かつ、上記挿入孔部は、パイプ外径矯正用ストレート部と後方拡径状の逆テーパ部と上記第１段付部とを、前方から後方に順に有し；かつ、上記短円筒部材の上記膨張により、上記パイプの先端が上記逆テーパ部に沿って後方拡径テーパ状に塑性変形されると共に、上記往復動部材が上記前方作動をした状態で、上記パイプを前方へ引き抜いて、上記後方拡径テーパ状に塑性変形された上記先端が、上記矯正用ストレート部により絞られつつ、引き抜かれるように構成したものである。

また、上記軸心方向における上記逆テーパ部の長さ寸法を、上記挿入孔部の長さ寸法の30％〜70％に設定した。
さらに、上記往復動部材の上記円柱部は、上記軸心方向の中間部位に、上記往復動部材の上記後方作動により上記短円筒部材の外周面に周状膨出部を形成させ該周状膨出部によって上記パイプの先端面の内周角部を面取り状に塑性変形させるための周状突条部を、有してもよい。

本発明のパイプ端部拡径治具によれば、パイプの先端を、短円筒部材により一旦後方拡径テーパ状に塑性変形した後で、ストレート部を強制的に通過させて強く絞ることができ、これによって、パイプの先端の真円度を容易かつ確実に改善（向上）させ、同時に、パイプの外径寸法（内径寸法）精度を改善でき、真円度も向上できる。これによって、内挿筒部を有する管継手に、先端矯正後のパイプを差込んでゆく際にスムーズに内挿筒部が挿入され、かつ、内挿筒部の凹溝に外嵌したシール材を傷付けることなくパイプ先端が差込まれて、（外部漏洩を生じないで、）優れた密封性を発揮し、管継手との接続の品質を著しく改善できる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１〜図７は本発明に係るパイプ端部拡径治具の実施の一形態を示し、現場等で管継手に接続する前にパイプ９の径寸法と真円度を矯正するためのものである。被矯正用パイプ９は、例えば、内外の樹脂（ＰＥ）層の間に金属（アルミニウム）層を挟んだ三層タイプの複合管である。

この拡径治具は、パイプ９が挿入されパイプ９の先端面29を受ける第１段付部11を奥部に有する前方開口状挿入孔部10が形成された治具本体１を備える。治具本体１は、横断面円形や多角形状の外周面を有する筒体として鋼材等から形成され、前方開口状の上記挿入孔部10、逃がし内周面部16、保持孔部18、挿通孔部28、中間孔部27、後方開口状の雌ネジ部26が、前方から後方へ順に同一軸心Ｌに形成されている。

具体的には、挿入孔部10は、パイプ径矯正用ストレート部15と後方拡径状の逆テーパ部14と第１段付部11とを、前方から後方に順に有する。ストレート部15は、真円精度及び内径寸法精度の極めて高い円形孔に加工され、耐摩耗表面処理が施されている。なお、その前端縁に、パイプ９を差込用の面取部が形成されている。そして、逆テーパ部14が、ストレート部15の後端縁13から緩やかな角度で後方拡径状に形成されると共に、逆テーパ部14の後端縁（奥部）に、周状第１段付部11が形成されている。第１段付部11の径方向寸法は、パイプ９の肉厚寸法Ｔと略同一である。

かつ、治具本体１は、第１段付部11の内周縁部から後方へストレート状に形成された逃がし内周面部16を有し、内周面部16は、その後端縁に、（第３）段付部17を有する。
そして、第３段付部17の内周縁部から後方へストレート状に形成され短円筒部材３の後端が挿入される保持孔部18を有し、保持孔部18は、その後端縁に、短円筒部材３の後端面３ａを受ける第２段付部12を有する。保持孔部18の内径寸法は、自由状態（前後方向に押圧されていない状態）の短円筒部材３の外径寸法よりも僅かに大きく形成される。

さらに、治具本体１は、第２段付部12の内周縁部から後方へ形成され後述の往復動部材２の円柱部20が往復動可能に挿嵌される挿通孔部28と、段付部32をもって拡径して形成した中間孔部27と、後方開口状の取付用雌ネジ部26とを、後方へ順に有する。雌ネジ部26には、後述の作動手段４の円筒部41の雄ネジ部41ａが螺着固定される。

さらに、挿入孔部10について説明すると、軸心Ｌ方向における逆テーパ部14の長さ寸法Ｐ₁₄が、挿入孔部10の長さ寸法Ｐ₁₀の30％〜70％に設定される（図７参照）。上限値についてより好ましくは60％以下であり、下限値についてより好ましくは40％以上である。上限値超過であると、テーパ状の塑性変形されるパイプ先端19の軸心Ｌ方向長さ寸法が、不必要に長くなる。また、下限値未満であると、矯正される先端19の長さ寸法が過小であるため、十分に拡径することが困難となり、十分に矯正することが難しくなる。
なお、逆テーパ部14の軸心Ｌ方向に対する傾斜角度は５°以下であり、より好ましくは３°以下である。５°超過であると、パイプ９の塑性変形（拡径）が難しくなり、また、パイプ９の先端19を後方拡径テーパ状に塑性変形した後で、パイプ９を治具本体１から抜く際に大きな力を必要とし、作業性が悪くなってしまう。

次に、２は、円柱部20と前端膨出部22とを有し軸心Ｌ方向に往復動自在に挿入孔部10に挿入された往復動部材であり、円柱部20が、治具本体１の挿通孔部28に摺動可能として挿通されている。
具体的に説明すると、５は、円柱部20を有するロッド部材であり、ロッド部材５は、円柱部20の前端に小段差部をもって雄ネジ部21を有する。また、ロッド部材５は、円柱部20の後部に形成された抜止め鍔部25と後端雄ネジ部24とを有する。抜止め鍔部25が、治具本体１の中間孔部27内にて段付部32に係止する。
６は、前端膨出部22を形成する前端ナット部材であってロッド部材５の雄ネジ部21に螺着される。

そして、治具本体１の挿入孔部10、逃がし内周面部16、保持孔部18内に対応する軸心方向範囲内で、ゴム等の弾性材から成る短円筒部材３が円柱部20に外嵌される。そして、往復動部材２が最前方へ移動した（抜止め鍔部25が上記段付部32に当接した）とき、短円筒部材３は自由（軸心Ｌ方向に押圧されていない）状態である（図１，図３参照）。

また、４は、往復動部材２を軸心Ｌ方向に往復動させる作動手段であり、図１，図２，図９，図10において具体的に説明すると、作動手段４は、外周面に雄ネジ部41ａを有する円筒部41を前方突出状に有する固定部材40を備え、円筒部41の雄ネジ部41ａが、治具本体１の雌ネジ部26に螺着されて取付けられている。そして、固定部材40は、治具本体１の軸心Ｌと同一軸心を有する挿通孔部42が、貫設されている。かつ、作動手段４は、前端面に前方開口状雌ネジ部43ａを有し挿通孔部42に軸心Ｌ方向に往復動可能に挿入される往復動棒部材43と、Ｌ字形状を有し先端が棒部材43の後部に枢支されたアーム部材44と、アーム部材44の折曲部と固定部材40の側面とに両端が夫々枢支されるリンク部材45と、を備える。

そして、治具本体１の中間孔部27・雌ネジ部26内において、ロッド部材５の雄ネジ部24が、往復動棒部材43の雌ネジ部43ａに螺着されて、往復動部材２と棒部材43とが、軸心Ｌ方向に一体に往復動可能となるように連結されている。

次に、拡径治具の使用方法及び作用について説明する。
先ず、アーム部材44の揺動によって、棒部材43を治具本体１に対し前方へ移動させることで、往復動部材２を、その抜止め鍔部25が治具本体１の段付部32に突き当たるまで移動させると（図９参照）、第１段付部11と前端膨出部22の間隔が十分にあり、短円筒部材３は自由状態となっており、図１，図３に示したように、自由状態の短円筒部材３と治具本体１の挿入孔部10との間に形成された円筒状空隙30にパイプ９を挿入して、パイプ９の先端面29を、治具本体１の第１段付部11に突き当てる。

そして、アーム部材44を、図９の状態から前下方へ揺動させて、棒部材43を後方へ移動させることで、往復動部材２を後方へ移動させると（図10参照）、ゴム等の弾性材から成る短円筒部材３は、第２段付部12と前端膨出部22によって軸心Ｌ方向に圧縮力を受けて、軸心方向に短縮されつつ外径方向に膨張する。そして、パイプ９の先端19を外径方向に大きな面圧をもって押圧して、後方拡径テーパ状に塑性変形させる。即ち、図２，図４のように、先端19は、膨張した短円筒部材３の外周面３ｂと逆テーパ部14に密に挟まれるようにして、後方拡径テーパ状に塑性変形される。短円筒部材３は膨張過程において、その一部が逃がし内周面部16内へと入り込むことで、短円筒部材３の外周面３ｂが、逃がし内周面部16に接するまでパイプ９の先端19の内周面19ｂを略同一面状に押圧するので、先端19は、確実に逆テーパ部14に押圧される。パイプ９のうち、短円筒部材３と逆テーパ部14により後方拡径状に塑性変形された先端19の部位を、「拡径塑性部７」と呼ぶ。

なお、往復動部材２をどの位置まで後方作動させるかについては、前端膨出部22が、治具本体１のストレート部15の後端縁13（逆テーパ部14とストレート部15の境界部）に対応する位置までであり、パイプ９のうち、逆テーパ部14に対応する部位のみを、短円筒部材３で確実に押圧することができる。

次いで、作動手段４のアーム部材44を上方へ揺動させて往復動部材２を前方作動させることで、短円筒部材３を（図３の場合と同様に）自由状態として押圧解除する。その後に、パイプ９を治具本体１から前方へ引き抜く過程を、図５〜図７において説明する。
図５は、拡径塑性部７の前半分部がストレート部15に夫々接する位置まで引き抜かれた状態を示す。この状態では、拡径塑性部７の前半分部はストレート部15により絞られて、軸心Ｌ方向にストレート状となっている。
次に、図６は、拡径塑性部７が全てストレート部15に接する位置まで引き抜かれた状態を示し、拡径塑性部７は全てストレート状に絞られている途中である。
そして、図７のように、治具本体から取り出されたパイプ９の拡径塑性部７は、ストレート部15によりストレート状に絞られており、外径寸法Ｄが極めて高精度に矯正（修正）され、かつ、真円度が矯正される。

図８は、図３〜図７にて説明した過程を経た後のパイプ９の要部拡大図を示す。
Ｄ₀は矯正前のパイプ９の先端19の外径寸法であり、ｄ₀は矯正前の先端19の内径寸法である。
ここで、実測値の一例を述べると、外径呼び寸法が16mmのパイプ９の矯正前の実測値は、外径寸法Ｄ₀の最大値が16.2mmで、最小値が16mmであり、 0.2mmの公差があった。また、内径寸法ｄ₀の最小値が 11.6mm で、最大値が12.2mmであり、 0.6mmの公差があった。内径寸法ｄ₀の公差に大きなばらつきがあるため、図11に示すように、管継手34の内挿筒部35をスムーズに挿入できない場合があったり、または、Ｏリング等のシール材36をパイプ９の差込時に傷付け易く、逆に、シール材36との圧接状態が不十分となる。このように、密封性に問題を生じ易いことが判る。

次に、図８中のＤ₁は矯正後の先端19（拡径塑性部７）の矯正後の外径寸法であり、ｄ₁は矯正後の先端19の内径寸法である。
上記と同じ条件のパイプ９を、拡径治具によって矯正した後に実測したところ、外径寸法Ｄ₁は全周にわたって16.2mmとなり、矯正前にあった 0.2mmの公差が消滅した。そして、パイプ９の肉厚寸法Ｔが不変なので、内径寸法ｄ₁も 0.2mm改善して、矯正後の内径寸法ｄ₁は最小値が11.8mmとなり、公差が（ 0.6mmから） 0.4mmに改善した。これにより、図11に示したように、パイプ９を管継手に差込んで接続した場合、パイプ９の先端19の内周面19ｂに対して、内挿筒部35が安定して挿入し易く、かつ、挿入時にシール材36を傷付けず、締付リング38によって内径方向に強く圧縮された接続状態下で、内周面19ｂと密に圧接し、常に安定して優れたシール性（密封性）を発揮できる。
しかも、先端19の外周面19ａもストレート部15により絞られるため、真円度が飛躍的に増して、シール性（密封性）は一層確実に安定する。

次に、図12，図13は本発明に係るパイプ端部拡径治具の他の実施の形態を示し、図１〜図７で示した拡径治具との相違点は、往復動部材２の円柱部20が、軸心Ｌ方向の中間部位に周状突条部23を有する点であり、他の構成は同じである。
周状突条部23は、往復動部材２の後方作動により短円筒部材３の外周面３ｂに周状膨出部31を形成させ周状膨出部31によってパイプ９の先端面29の内周角部29ａを面取り状に塑性変形させるためのものであり、断面半円弧形状や半楕円弧形状を有する。そして、パイプ９を治具本体に挿入する際の状態、即ち、往復動部材２を最も前方へ作動させた状態（図９参照）では、図12に示したように、周状突条部23は、治具本体１のストレート部15の後端縁13に対応するように位置する。そして、往復動部材２を最も後方へ作動させた状態（図10参照）では、図13に示したように、周状突条部23は、治具本体１の第１段付部11に対応するように位置する。

使用方法及び作用については、図１〜図11で上述したものと同じである。短円筒部材３が軸心Ｌ方向に短縮しつつ外径方向に膨張するのに伴って、周状突条部23が、短円筒部材３を内側から押圧して、外周面３ｂに周状膨出部31が次第に形成される。そして、周状膨出部31によってパイプ９の先端面29の内周角部29ａが、面取り（面押し）状に塑性変形される。つまり、機械加工（切削や研削）によらずに、同時に面取りが行い得る。よって、矯正後のパイプ９が管継手に挿入される際に、先端19が内挿筒部35の前端縁35ａにスムーズに外嵌される（図11参照）。
また、パイプ９の先端19の外径寸法・内径寸法が高精度となりかつ真円度が向上する点については、図１〜図８で説明したものと同じである。

なお、作動手段４について、上述したものは一例であり、往復動部材２の後端部に連結されて軸心Ｌ方向に往復動させるものであれば、上述の構成に限定されず、カム式や電動や流体作動でも良く、設計変更自由である。

以上のように、本発明に係るパイプ端部拡径治具は、パイプ９が挿入されパイプ９の先端面29を受ける第１段付部11を奥部に有する前方開口状挿入孔部10が形成された治具本体１と、挿入孔部10と同一軸心Ｌの円柱部20と前端膨出部22とを有し挿入孔部10の軸心Ｌ方向に往復動自在に挿入孔部10に挿入された往復動部材２と、円柱部20に外嵌された弾性材の短円筒部材３と、往復動部材２を往復動させる作動手段４と、を備え、治具本体１は、第１段付部11の後方に、短円筒部材３の後端面３ａを受けて前端膨出部22とで共挟みし往復動部材２の後方作動により短円筒部材３の軸心Ｌ方向寸法を短縮させつつ外径方向に膨張させる第２段付部12を有し、かつ、挿入孔部10は、パイプ外径矯正用ストレート部15と後方拡径状の逆テーパ部14と第１段付部11とを、前方から後方に順に有し、かつ、短円筒部材３の膨張により、パイプ９の先端19が逆テーパ部14に沿って後方拡径テーパ状に塑性変形されると共に、往復動部材２が前方作動をした状態で、パイプ９を前方へ引き抜いて、後方拡径テーパ状に塑性変形された先端19が、矯正用ストレート部15により絞られつつ、引き抜かれるように構成したものなので、パイプ９の先端19を、短円筒部材３により、一旦後方拡径テーパ状に塑性変形した後で、ストレート部15を強制的に通過させるので非常に強く絞ることができ、先端19の外径寸法精度を向上することができる。よって、先端19の内周面19ｂの公差を減少させることができ、パイプ９を管継手に差込んで接続した場合、パイプ９の先端19の内周面19ｂと、管継手の内挿筒部35のシール材36との密封性（シール性）を優れたものとできる。

また、軸心Ｌ方向における逆テーパ部14の長さ寸法Ｐ₁₄を、挿入孔部10の長さ寸法Ｐ₁₀の30％〜70％に設定したので、ストレート部15は、テーパ状に変形したパイプ９をストレート状に矯正するのに十分な長さ寸法を有する。よって、先端19がテーパ状のまま残ることがなく、確実に高精度のストレート状に矯正することができる。
また、パイプ９のうち矯正された先端19が、管継手の内挿筒部35のシール材36の位置まで十分に達っするように、パイプ９を管継手に接続することができるので、流体の漏出を確実に防ぐことができる。

また、往復動部材２の円柱部20は、軸心Ｌ方向の中間部位に、往復動部材２の後方作動により短円筒部材３の外周面３ｂに周状膨出部31を形成させ周状膨出部31によってパイプ９の先端面29の内周角部29ａを面取り状に塑性変形させるための周状突条部23を、有するので、矯正後のパイプ９を管継手に挿入する際に、管継手の内挿筒部35の前端縁35ａにスムーズに外嵌させることができ、接続作業が効率よくできる。
しかも、パイプ９への面取り状の塑性変形は、矯正作業の過程において同時に行われるため、追加的に作業する必要がなく、作業効率が非常によい。

本発明に係るパイプ端部拡径治具の実施の一形態を示す一部断面説明図である。一部断面説明図である。要部断面説明図である。要部断面説明図である。パイプを引き抜きつつある第１段階を示す要部断面説明図である。パイプを引き抜きつつある第２段階を示す要部断面説明図である。パイプを引き抜いた段階を示す要部断面説明図である。パイプを示す要部拡大説明図である。作動手段を示す一部断面説明図である。作動手段を示す一部断面説明図である。パイプと管継手の接続状態を示す断面図である。本発明に係るパイプ端部拡径治具の他の実施の形態を示す一部断面説明図である。一部断面説明図である。

符号の説明

１治具本体
２往復動部材
３短円筒部材
３ａ後端面
３ｂ外周面
４作動手段
９パイプ
10 挿入孔部
11 第１段付部
12 第２段付部
14 逆テーパ部
15 ストレート部
19 先端
20 円柱部
22 前端膨出部
23 周状突条部
29 先端面
29ａ内周角部
31 周状膨出部
Ｌ軸心
Ｐ₁₀ 長さ寸法
Ｐ₁₄ 長さ寸法

Claims

パイプ（９）が挿入され該パイプ（９）の先端面（29）を受ける第１段付部（11）を奥部に有する前方開口状挿入孔部（10）が形成された治具本体（１）と、該挿入孔部（10）と同一軸心（Ｌ）の円柱部（20）と前端膨出部（22）とを有し上記挿入孔部（10）の軸心（Ｌ）方向に往復動自在に上記挿入孔部（10）に挿入された往復動部材（２）と、該円柱部（20）に外嵌された弾性材の短円筒部材（３）と、該往復動部材（２）を上記往復動させる作動手段（４）と、を備え、
上記治具本体（１）は、上記第１段付部（11）の後方に、上記短円筒部材（３）の後端面（３ａ）を受けて上記前端膨出部（22）とで共挟みし上記往復動部材（２）の上記後方作動により上記短円筒部材（３）の軸心（Ｌ）方向寸法を短縮させつつ外径方向に膨張させる第２段付部（12）を有し、
かつ、上記挿入孔部（10）は、パイプ外径矯正用ストレート部（15）と後方拡径状の逆テーパ部（14）と上記第１段付部（11）とを、前方から後方に順に有し、
かつ、上記短円筒部材（３）の上記膨張により、上記パイプ（９）の先端（19）が上記逆テーパ部（14）に沿って後方拡径テーパ状に塑性変形されると共に、上記往復動部材（２）が上記前方作動をした状態で、上記パイプ（９）を前方へ引き抜いて、上記後方拡径テーパ状に塑性変形された上記先端（19）が、上記矯正用ストレート部（15）により絞られつつ、引き抜かれるように構成したことを特徴とするパイプ端部拡径治具。
上記軸心（Ｌ）方向における上記逆テーパ部（14）の長さ寸法（Ｐ₁₄）を、上記挿入孔部（10）の長さ寸法（Ｐ₁₀）の30％〜70％に設定した請求項１記載のパイプ端部拡径治具。
上記往復動部材（２）の上記円柱部（20）は、上記軸心（Ｌ）方向の中間部位に、上記往復動部材（２）の上記後方作動により上記短円筒部材（３）の外周面（３ｂ）に周状膨出部（31）を形成させ該周状膨出部（31）によって上記パイプ（９）の先端面（29）の内周角部（29ａ）を面取り状に塑性変形させるための周状突条部（23）を、有する請求項１又は２記載のパイプ端部拡径治具。