JP5473495B2 - 管離脱防止機能付きシール材及び離脱防止管継手 - Google Patents

Description

本発明は、接合された管同士が離脱するのを防止する機能を有する管離脱防止機能付きシール材及びこれを備えた離脱防止管継手に関するものである。

地中の上下水道の管路として使用されるダクタイル鋳鉄管などの金属管は、複数の管を接合して管路とし、管同士がある程度の範囲で相対的に移動できるように構成しておくことで、地震などの外力に対して管路全体として伸縮して対応できるようになる。

管同士を接合する方法としては、次のような方法がある。予め、管の一端側には内径の広がった受口を、他端側には外径の広がっていない挿口をそれぞれ設けておき、二つの管を接合するときには、一方の管の挿口を他方の管の受口に挿し込めばよい。

この方法においては、接合した管同士が外力によって互いに離れる方向に移動しようとした場合に接合が解除されて離脱してしまわないように、管の接合部分には離脱を防止するための機能が付与される。

そのための加工手法として、図５（ａ）に示すように、挿口６５の先端付近の外周に挿口突部６５ａを形成しておき、この挿口突部６５ａを受口６１内に嵌め込まれたロックリング６４と係合させる手法や、接合部にボルトで締め付けられるフランジを取り付ける手法や、図５（ｂ）に示すように、ブロック６８で接合部６９を覆うといった手法があるが、これらの手法は加工や取り付け作業が煩雑で、所要時間やコストが大きくなってしまう。

特許文献１にはこの問題に対応する方法として、比較的加工や作業が簡易に済む手法が記載されている。
すなわち、図６（ａ）に示すように、受口５１内に配設される弾性材（弾性の大きな素材）製のシール材５２に金属片５３を埋設しておき、シール材５２の外周部を受口５１内面の溝にはめ込むとともに、この金属片５３の内周部に爪５４を設けておくことで、図６（ｃ）のように接合した状態の管同士が外力によって互いに離れる方向に移動しようとした場合に、金属片５３が受口内面突部５１ａの周りに回転することで、この金属片５３の爪５４が挿口５５の外面に食い込んで、挿口５５が受口５１から離脱してしまうことを防ぐことができるようになっている。

この手法であれば、予め金属片５３が埋設されているシール材５２を用意しておくことで、離脱防止のために必要な作業はこのシール材５２を受口５１内に配設するという作業のみで済むようになるので、離脱防止のための作業や加工に要する所要時間やコストを低減することができる。

特開平０６−２２１４７８号公報

しかしながら、上記従来技術の方法では、管同士の接合時に挿口５５を受口５１へと挿し込むために必要な力（挿入力）が大きくなってしまうという問題がある。
すなわち、特許文献１に記載されている従来技術を採用して離脱防止処理が施された管同士を接合する場合、一方の管の受口５１内にシール材５２を配設した後、この受口５１に他方の管の挿口５５を図６（ｂ）のように挿し込むこととなるが、このとき、弾性材製のシール材５２が挿口５５と受口５１との間で圧縮され、自身の弾性により挿口５５に対して反発力を示すため、この反発力を上回る力でもってシール材５２を圧縮して挿口５５を挿入する必要がある。

この弾性材製のシール材５２には前述の通り金属片５３が埋設されているため、挿口５５が挿入されるに従って、この金属片５３がシール材５２内で姿勢を変化させよう（傾こう）とする。剛性の大きな金属片５３が弾性の大きな弾性材内で姿勢を変化させようとすると、その周囲の弾性材はその姿勢の変化に逆らうように金属片５３へ弾性力を加える。このため、金属片５３が埋設されたシール材５２を用いた場合、管同士の接合のためには、シール材５２の圧縮に伴う反発力に相当する力に加えて、金属片５３に加えられる弾性力に逆らって金属片５３の姿勢を変更できる（傾ける）だけの力が必要となり、弾性材のみで構成されたシール材を用いたときに比べて大きな挿入力が必要となってしまう。

また、特許文献１に記載されている従来技術の金属片５３は、図６に示すように受口手前側の溝縁５１ａ及び受口手前側の内面５１ｂに引っ掛かる形状となっているため、姿勢の変更に伴い受口手前側の溝縁５１ａ及び受口手前側の内面５１ｂから強い摩擦抵抗を受ける。従って、挿口５５の挿入のためにはこの摩擦抵抗を上回る力も必要となり、この点も大きな挿入力が必要となる原因となっている。

必要な挿入力が大きいため、このような技術を採用した管同士を接合するためには、弾性体のみで構成されたシール材を用いた管同士の接合に使用する接合治具とは別に、大きな挿入力を加えることのできる接合治具を用意する必要が生じてしまい、接合のためにかかるコストが大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記のような問題に鑑み、離脱防止のための加工や作業が簡易で、さらに挿入力も小さく、管接合も容易となる管離脱防止機能付きシール材及び離脱防止管継手を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る管離脱防止機能付きシール材は、受口及び当該受口の内面に形成された横断面矩形状のロック溝を有する一方の管と、前記一方の管の受口に挿入される挿口を有する他方の管とからなる管継手のための管離脱防止機能付きシール材であって、圧縮可能な弾性材料製のシール材本体と、金属製のロック体とで構成され、前記シール材本体は前記ロック溝に配置される踵部及び前記踵部から延長され前記ロック溝より受口奥側に配置される封止部とを有する環状体であり、前記ロック体は前記シール材本体に埋設され、前記シール材本体の周方向に間隔を置いて複数配置されており、前記ロック体には、前記挿口の外面に食い込み可能な爪部が設けられており、前記ロック体の、受口奥側のロック溝縁に臨む部分の軸方向断面の形状が直線状となっており、前記ロック体のロック溝の受口開口側の側面及びロック溝の底面に臨む部分の軸方向断面の形状が、受口への挿口の挿入時において前記ロック溝の受口開口側の側面とロック溝の底面との両方の面にそれぞれ点接触で接触可能な円弧状となっていることを特徴とする。

このような構成であると、このシール材を配設した受口へ挿口を挿入するとき、埋設されたロック体とロック溝縁の受口奥側との接触が点接触となる。

また、このような構成であると、このシール材を配設した受口へ挿口を挿入するとき、埋設されたロック体とロック溝の側面及び底面との接触が点接触となる。
また、ロック体が、前記シール材本体が非圧縮の状態において、前記ロック体の受口奥側の面と受口奥側のロック溝縁との間に隙間が生じるように配置されていることを特徴とする。

このような構成であると、このシール材を配設した受口へ挿口を挿入するとき、挿入と同時にはロック体とロック溝縁の受口奥側とが接触しなくなる。
また、ロック体が、シール材本体が圧縮された状態においても前記ロック体の受口奥側の面と受口奥側のロック溝縁との間に隙間が生じるように配置されていることを特徴とする。

このような構成であると、このシール材を配設した受口へ挿口を挿入するとき、挿口の挿入がある程度進行してもなお直接にはロック体とロック溝縁の受口奥側とが接触しなくなる。

また、シール材本体が、非圧縮状態において、受口奥側のロック溝縁との間に隙間が生じるように配置可能なことを特徴とする。
このような構成であると、このシール材を配設した受口へ挿口を挿入するとき、挿入と同時にはシール材とロック溝縁の受口奥側とが接触しなくなる。

また、ロック体が、シール材本体が非圧縮の状態において、前記ロック体の受口奥側の面と前記シール材本体におけるロック体よりも受口の奥側の部分との間に隙間が生じるように配置されていることを特徴とする。

このような構成であると、このシール材を配設した受口へ挿口を挿入するとき、挿入と同時にはロック体がシール材本体からの反発力を受けなくなる。
また、本発明に係る離脱防止管継手は、上記の管離脱防止機能付きシール材を備えたことを特徴とする。

本発明に係るシール材を配設した受口へと挿口を挿入するとき、ロック体とロック溝縁との接触が点接触となるため、ロック体がロック溝縁から受ける摩擦抵抗が小さくなるので、ロック体は容易に姿勢を傾けることが可能となり、管同士の接合に必要な挿入力が低減される。

また、挿口の挿入と同時にはロック体やシール材本体がロック溝縁の受口奥側とが接触しないため、挿口の挿入に対するシール材本体の反発力を低減することができ、管同士の接合に必要な挿入力が低減される。

また、ロック体とロック溝縁の受口奥側とが直接には接触しないようにすることにより、ロック体は姿勢変更時にロック溝縁からの摩擦抵抗を受けなくなるため、これによっても管同士の接合に必要な挿入力が低減される。

したがって、本発明に係る管離脱防止機能付きシール材及び離脱防止管継手を用いると、離脱防止のための加工や作業が簡易で、さらに挿入力も小さく、管接合も容易となる。

本発明の実施の形態のシール材を配設した管受口を示す断面図 （ａ）は本発明に係るシール材を配設した受口においてシール材本体が非圧縮の状態を示す断面図、（ｂ）は同受口に挿口が挿入され挿口先端がシール材に当接した状態を示す断面図、（ｃ）は同受口に挿口が挿入されシール材本体が圧縮された状態を示す断面図 （ａ）は本発明に係る実施の形態のシール材の外観を示す正面図、（ｂ）は同シール材の一部の外観を示す斜視図 （ａ）は本発明の実施の形態の別例においてシール材が配設された受口を示す断面図、（ｂ）は実施の形態の別例において挿口先端がシール材に当接した状態を示す断面図、（ｃ）は本発明の実施の形態のさらなる別例においてシール材が配設された受口を示す断面図、（ｄ）は実施の形態のさらなる別例において挿口先端がシール材に当接した状態を示す断面図 （ａ）は従来技術におけるロックリングを使用した管接合の様子、（ｂ）は従来技術におけるブロックを使用した管接合の様子 （ａ）は従来技術におけるシール材の様子を示す断面図、（ｂ）は同シール材が挿口によって圧縮され始める際の様子を示す断面図、（ｃ）は同シール材が配設された受口へ挿口が挿入されシール材本体が圧縮された状態を示す断面図

図１に、本発明の実施の形態にかかるシール材１０が管の受口４３内に配設された状態を、図３（ａ）に本発明の実施の形態にかかるシール材１０の正面視における全体形状を、図３（ｂ）に本発明の実施の形態にかかるシール材１０の一部の斜視図を示す。

図１において、受口４３の管端縁４３ａよりも奥側の内面には管端縁４３ａに比べて内径の大きな横断面矩形状のロック溝４４が形成されており、このロック溝４４は、受口手前側の面４６と、ロック溝底面４７と、受口奥側のロック溝縁４５とを有する。そして、受口奥側のロック溝縁４５の内径は、ロック溝底面４７の内径よりも小さく、管端縁４３ａの内径よりも大きくなっている。また、ロック溝縁４５はその断面の輪郭が図中において下に凸の曲線状となっている。

シール材１０は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、シール材本体１１とロック体１２で構成されており、シール材本体１１は、圧縮可能な弾性材料製（ゴムなど）の環状体であり、管の受口４３内面に形成されたロック溝４４にはめ込み配置可能な形状に形成された比較的硬質の踵部１１ａと、この踵部１１ａから延長されて受口４３奥側へと延びる比較的軟質の封止部１１ｂとを有している。なお、踵部１１ａと封止部１１ｂとは同程度の硬度でもよい。

また、ロック体１２は、例えば金属などの硬質の素材で構成されており、図３（ａ）に示すように、シール材本体１１の周方向に間隔を置いて複数（図中では８つだが、対象とする管のサイズや性質に応じて増減させても良い）配置されており、シール材本体１１内に埋設されている。なお、図３（ｂ）においては、ロック体１２を一つのみ図示し、その周辺のシール材１０の様子のみを実線で示しているが、実際には、破線で示された残りのシール材１０の部分にもロック体１２が配置されている。

そして、ロック体１２は、シール材本体１１の内周側に位置する部分に爪部１３が設けられている。この爪部１３は、シール材本体１１の内周側に向けて突出しており、受口４３に他の管の挿口が挿入されたときにその挿口の外表面と噛み合うように配置されている。

ここで、ロック体１２における、受口４３奥側のロック溝縁４５に臨む側の表面１４は、図１に示すように、その軸方向断面（管軸と平行な面による断面）の形状が直線状になるように形成されている。

また、ロック体１２における、ロック溝４４の受口手前側の面４６に臨む部分（頂部）１５は、図１に示すように、その軸方向断面の形状が円弧状となるように形成されている。

さらに、このロック体１２は、図１に示すように、受口４３奥側のロック溝縁４５に臨む側の表面１４が、シール材本体１１が非圧縮の状態（挿口が受口４３に挿入されていない状態）において、受口４３奥側のロック溝縁４５との間に隙間ｄ１が空くように配置されている。

図１に示すように構成されたシール材１０を配設した管の受口４３へ他の管の挿口４２を挿入する様子を、図２に示す。
図２（ａ）に示すように、挿口４２の先端４２ａが受口４３内へ入った時点ではシール材本体１１は非圧縮の状態であるが、そこからさらに挿入を進めていくと、テーパ状に形成された挿口先端４２ａの表面がシール材本体１１に触れ、その後は挿口４２の挿入を進めるにつれ、シール材本体１１がテーパ状の挿口先端４２ａの表面へ乗り上げてゆく。挿口先端４２ａがテーパ状に形成されているので、挿入が進むにつれて、シール材本体１１が触れている部分の挿口先端４２ａの外径が大きくなってゆき、受口４３内面との間でシール材本体１１が圧縮されていく。

挿口４２が受口４３へ挿入され、シール材本体１１が圧縮されていくとき、シール材本体１１内に埋設されているロック体１２は、硬質の材料で構成されているため、シール材本体１１のように圧縮されて変形することはできない。そのため、ロック体１２は挿口４２の先端４２ａに押されて姿勢を変更（傾き、回転）していく。

ここで、図１や図２（ａ）に示すように、ロック体１２と受口４３奥側のロック溝縁４５との間に隙間ｄ１が設けられていると、図２（ｂ）に示すように、ロック体１２は隙間ｄ１を埋める方向、すなわち図中矢印の方向に回転し、挿口４２がある程度挿し込まれるまではロック体１２は受口４３奥側のロック溝縁４５には接触せず、接触するまでは受口４３奥側のロック溝縁４５からの摩擦抵抗を受けない。このため、ロック体１２が受口４３奥側のロック溝縁４５に接触するまでは小さな挿入力で挿口４２を挿入することができる。

そして、ロック体１２が受口４３奥側のロック溝縁４５に接触した後は、ロック体１２の動きは受口４３内面の形状に規制されるが、先述の通り、受口４３奥側のロック溝縁４５に臨む側の表面１４の断面形状が直線状となるように形成されているため、挿口４２の先端４２ａに押されて受口４３奥側のロック溝縁４５に触れたときの接触が点接触となる。

受口４３奥側のロック溝縁４５との接触が点接触であるため、そこからさらに押されてロック体１２の姿勢が受口４３奥側のロック溝縁４５の周りに（図２（ｂ）中矢印の方向に）回転して変更される際、受口４３奥側のロック溝縁４５からの摩擦抵抗は接触している一点だけからしか受けないため、この摩擦に阻まれることなくスムーズに姿勢を変更することができる。このため、図６（ｃ）に示すような、受口５１内面に引っ掛かってしまう形状の金属片５３を有する従来のシール材に比べて、小さな挿入力で挿口４２を受口４３へと挿入させることができる。

さらに、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、ロック体１２のうち、頂部１５の軸方向断面の形状が円弧状となっているため、ロック溝４４の受口手前側の面４６及びロック溝底面４７との接触が、点接触となる。

ロック溝４４の受口手前側の面４６との接触が点接触であるため、そこからさらに押されてロック体１２の姿勢が受口４３奥側のロック溝縁４５の周りに（図２（ｂ）中矢印の方向に）回転して変更される際、ロック溝４４の受口手前側の面４６からの摩擦抵抗は接触している点だけからしか受けず、ロック体１２はロック溝４４の受口手前側の面４６に引っ掛かることなくスムーズに姿勢を変更することができる。このため、図６（ｃ）に示すような角張った形状の従来のシール材に比べて小さな挿入力で挿口４２を受口４３へと挿入させることができる。

こうしてシール材本体１１を圧縮し、ロック体１２の姿勢を変更しながら、挿口４２が所定量だけ受口４３内に挿入していくと、シール材本体１１の反発力により、ロック体１２がシール材本体１１の非圧縮時の姿勢に戻る方向に力を受けて、図２（ｃ）に示すように、ロック体１２の爪部１３が挿口４２の表面と噛み合うようになる。

そして、図２（ｃ）のようにロック体１２の爪部１３が挿口４２の表面と噛み合った状態で、受口４３から挿口４２を遠ざける方向（抜出方向）の力が加わると、挿口４２の表面と噛み合っている爪部１３を介してロック体１２にも抜出方向の力が加わるが、ロック体１２の頂部１５はロック溝４４の受口手前側の面４６よりも抜出方向に移動することはできないので、ロック体１２は、頂部１５を中心として爪部１３側の部分を抜出方向に移動させるように、すなわち図２（ｃ）において時計回りに回転することになる。

図２（ｃ）においてロック体１２が頂部１５を中心として時計回りに回転すると、爪部１３がより挿口４２の表面へと喰い込む形となる。この喰い込みは受口４３から挿口４２を遠ざけようとする力に対する大きな抵抗となるので、管の離脱が防止される。

なお、本発明の実施の形態の別例として、図４（ａ）に示すように、ロック体１２だけでなく、シール材本体１１自体が、非圧縮の状態において、受口４３奥側のロック溝縁４５との間に隙間ｄ２が空くようにシール材本体１１を形成、配置してもよい。

図４（ａ）に示す実施の形態のように、シール材本体１１と受口４３奥側のロック溝縁４５との間に隙間ｄ２があると、挿口４２を受口４３へと挿入するとき、挿口４２に押されたシール材本体１１は、図４（ｂ）に示すように、まずこの隙間ｄ２を詰める方向（図４（ｂ）中矢印の方向）へ移動し、挿口４２がある程度挿入されるまでは圧縮されないため、その間は、シール材本体１１は挿口４２に対して反発力を加えず、シール材本体１１の圧縮が始まるまでは小さな挿入力で挿口４２を挿入することができる。

すなわち、シール材本体１１と受口４３奥側のロック溝縁４５との間に隙間ｄ２を設けておくことで、管接合時の挿入力を低減することができる。
また、本発明の実施の形態のさらに別例として、図４（ｃ）に示すように、シール材本体１１が非圧縮の状態において、ロック体１２の受口４３奥側の面とシール材本体１１のロック体１２よりも受口４３奥側にある部分との間に隙間ｄ３が生じるようにロック体１２を配置してもよい。

図４（ｃ）に示す実施の形態のように、ロック体１２とシール材本体１１との間に隙間ｄ３があると、挿口４２を受口４３へと挿入するとき、挿口４２に押されたロック体１２は、図４（ｄ）に示すように、まずこの隙間ｄ３を詰める方向（図４（ｄ）中矢印の方向）に移動するため、ロック体１２がシール材本体１１に接触するまでは、ロック体１２はシール材本体１１からの反発力を受けない。このため、ロック体１２がシール材本体１１に接触するまでは小さな挿入力で挿口４２を挿入することができる。

すなわち、ロック体１２とシール材本体１１との間に隙間ｄ３を設けておくことで、管接合時の挿入力を低減することができる。
以上のように、本発明に係る管離脱防止機能付きシール材を用いると、管同士の接合時に必要となる挿入力が小さくて済み、大きな挿入力を加えるための治具を用意することなく容易に管接合を行うことができて、接合のためにかかるコストを低く抑えることができる。また、このシール材を受口内に配設するだけで離脱防止機能が得られるので、離脱防止のための作業や加工に要する所要時間やコストを低減することができる。

また、管継手の構成が、シール材を受口内面の溝に配置しただけの、部品数の少ない簡単な構成である。

１０ シール材
１１ シール材本体
１２ ロック体
１３ 爪部
４２ 挿口
４３ 受口

Claims (6)

1. 受口及び当該受口の内面に形成された横断面矩形状のロック溝を有する一方の管と、前記一方の管の受口に挿入される挿口を有する他方の管とからなる管継手のための管離脱防止機能付きシール材であって、
   圧縮可能な弾性材料製のシール材本体と、金属製のロック体とで構成され、
   前記シール材本体は前記ロック溝に配置される踵部及び前記踵部から延長され前記ロック溝より受口奥側に配置される封止部とを有する環状体であり、
   前記ロック体は前記シール材本体に埋設され、前記シール材本体の周方向に間隔を置いて複数配置されており、
   前記ロック体には、前記挿口の外面に食い込み可能な爪部が設けられており、
   前記ロック体の、受口奥側のロック溝縁に臨む部分の軸方向断面の形状が直線状となっており、
   前記ロック体のロック溝の受口開口側の側面及びロック溝の底面に臨む部分の軸方向断面の形状が、受口への挿口の挿入時において前記ロック溝の受口開口側の側面とロック溝の底面との両方の面にそれぞれ点接触で接触可能な円弧状となっていること
   を特徴とする管離脱防止機能付きシール材。
2. 受口及び当該受口の内面に形成されたロック溝を有する一方の管と、前記一方の管の受口に挿入される挿口を有する他方の管とからなる管継手において前記受口の内周面と前記挿口の外周面との間で圧縮される管離脱防止機能付きシール材であって、
   圧縮可能な弾性材料製のシール材本体と、金属製のロック体とで構成され、
   前記シール材本体は前記ロック溝に配置される踵部及び前記踵部から延長され前記ロック溝より受口奥側に配置される封止部とを有する環状体であり、
   前記ロック体は前記シール材本体に埋設され、前記シール材本体の周方向に間隔を置いて複数配置されており、
   前記ロック体には、前記挿口の外面に食い込み可能な爪部が設けられており、
   前記ロック体が、前記シール材本体が非圧縮の状態において、前記ロック体の受口奥側の面と受口奥側のロック溝縁との間に隙間が生じるように配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の管離脱防止機能付きシール材。
3. ロック体が、シール材本体が圧縮された状態においても前記ロック体の受口奥側の面と受口奥側のロック溝縁との間に隙間が生じるように配置されていること
   を特徴とする請求項２に記載の管離脱防止機能付きシール材。
4. シール材本体が、非圧縮状態において、受口奥側のロック溝縁との間に隙間が生じるように配置可能なこと
   を特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の管離脱防止機能付きシール材。
5. ロック体が、シール材本体が非圧縮の状態において、前記ロック体の受口奥側の面と前記シール材本体におけるロック体よりも受口の奥側の部分との間に隙間が生じるように配置されていること
   を特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の管離脱防止機能付きシール材。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の管離脱防止機能付きシール材を備えていることを特徴とする離脱防止管継手。

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