JP6300232B2 - 流路構造 - Google Patents
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Description
交差部に作用する流体圧力は、第1の流路の内周部、円弧状凹部、および内周凸部に一様に作用し、内周凸部に作用する流体圧力は、第2の流路の軸線に直角な方向(Z軸方向)の成分を含むため、この流体圧力のZ軸方向の成分は、Z軸方向の両側から内周凸部を挟むように圧縮力(押圧力)を付与する。
つまり、本発明は、第1の流路の交差部に内周凸部を備えたことで、第1の流路を流通する流体の圧力によって交差部における前記第1の流路の周壁部と前記第2の流路の周壁部の交点および交点の周りにZ軸方向の圧縮力(押圧力)を付与する。
そして、この流体圧力による内周凸部に作用する圧縮力(押圧力)は、従来の付勢手段による圧縮力(付勢力)のように一定ではなく、交差部における流体圧力に比例して変動するため、流体の圧力が高くなるとそれに伴って押圧力も大きくなる。したがって、交差部に作用する流体圧力によって流路構造に生じる内部応力の応力振幅を効果的に抑制することができる。
このようにして、本発明は、前記第1の流路の周壁部と前記第2の流路の周壁部の交点および交点の周りに作用する圧縮力(押圧力)によって、前記交点に対してZ軸方向に分離しようとするZ軸方向の内部応力を相殺することで、共通平面(XY平面)に沿って生じる亀裂を防止して耐久性を向上させることができる。
また、本発明は、圧力流体の圧力に応じて周壁部の交点および交点の周りに作用する圧縮力(押圧力)を増大させることができるため、例えば500MPa以上の圧力流体が流通するような超高圧の流路構造に適用すると特に好適である。
本発明は、一対の円弧状凹部からなる内周凸部を備えたことで、この内周凸部に作用する流体圧力によって前記第1の流路の周壁部と前記第2の流路の周壁部の交点の周りに最も大きな押圧力を付与し、この押圧力を交差部から離れるにつれて小さくなるように内周凸部の形状を設定する。
そうすると内部応力の極大値の位置を前記第1の流路の周壁部と前記第2の流路の周壁部の交点(エッジ部)から前記第2の流路の軸線方向に沿って前記第1の流路よりも外側(交差部から離れる位置)に移動させることができる。
このようにして本発明は、内周凸部によって内部応力の極大値(応力集中)が生じる位置を前記第2の流路の軸線方向に沿って前記第1の流路よりも外側(交差部から離れる位置)に移動させ、この内部応力の極大値(応力集中)が生じる位置に圧縮力を付与する押圧手段を備えたことで、前記交差部に対してZ軸方向に分離しようとする流体圧力による内部応力を適正に相殺して、耐久性をより向上させることができる。
高圧継手1は、図1に示すように、第1のケーシング2と、第1のケーシング2に穿孔された第1の流路3および第2の流路4と、第1の流路3と第2の流路4がXY平面において交差する交差部5と、第1のケーシング2の外側に被せるように嵌装された第2のケーシング6と、交差部5を挟んで第1のケーシング2に対してZ軸方向の両側から圧縮力を付与する押圧手段8と、を備えている。
第1の流路3は、図3と図4(a)に示すように、交差部5を流通する交差部流路31と、この交差部流路31に連通する接続部流路32と、交差部流路31に形成された一対の円弧状凹部33と、一対の円弧状凹部33からなる内周凸部34と、を備えている。
接続部流路32は、図4(a)に示すように、流路抵抗の低減や円弧状凹部33の製作性を考慮して交差部流路31の流路径よりも大きな流路径を備えている。
かかる構成により、接続部流路32よりも交差部流路31の流路径を小さくし、かつ交差部流路31の流路径よりも円弧状凹部33の円弧の径を小さくするとともに、円弧状凹部33を交差部流路31に形成して接続部流路32に形成していないため、流路抵抗の軽減を図り、かつ円弧状凹部33を交差部流路31に形成する際の加工工数を低減することができる。
具体的には、ケーシング2に形成されたX軸方向の第1の流路3(交差部流路31)とY軸方向の第2の流路4は、XY平面上の交差部5で合流している。交差部5における交点55は、第1の流路3の周壁部3aと第2の流路4の周壁部4aとのXY平面上における接合点である(図4(a)参照)。つまり、交点55は、図4(a)に示すように、交差部5をZ軸方向から見た場合における第1の流路3の周壁部3aと第2の流路4の周壁部4aの交点である。
具体的には、押圧手段8は、交差部5の中心を押圧するのではなく、交差部5における第1の流路3の周壁部3aと第2の流路4の周壁部4aの交点55より外側にずらした位置を押圧する(図4(a)参照)。
図7に示すように、内周凸部34を有しない高圧継手100において、交差部500をZ軸方向から見た場合における第1の流路300の周壁部300aと第2の流路400の周壁部400aの交点550では、図7(a)に示すように、第1の流路300に流通する圧力流体の内圧q1による内部応力Q1がZ軸方向に作用する。また、図7(b)に示すように、第2の流路400に流通する圧力流体の内圧q2による内部応力Q2がZ軸方向に作用する。
図8(b)に示すように、内部応力σ21,σ22,σ23は、第1の流路300に流通する圧力流体の内圧q1と第2の流路400に流通する圧力流体の内圧q2による内部応力であり、引張応力である。
図5(a)に示すように、本発明の実施形態に係る高圧継手1は、一対の円弧状凹部33からなる内周凸部34を有するため、内周凸部34の周囲には円弧状凹部33に作用する流体圧力q11,q12,q13(対比しやすくするために3つを代表して示したものである。)が作用する。流体圧力q11,q12,q13は、それぞれZ軸方向の分力σ11,σ12,σ13を含んでいる。Z軸方向の分力σ11,σ12,σ13は、稜線の頂部で大きく(σ11)、頂部から離れた裾野部に行くにつれて小さくなり(σ11>σ12>σ13)、圧縮力として作用する。
図6は、交差部5における交点55の周囲(Y=0〜8mm)に生じる内部応力σMPaを示すグラフであり、線図Aは、本発明の実施形態に係る一対の円弧状凹部33からなる内周凸部34を有する高圧継手1における押圧手段8を設けて押圧力を付与した場合における流体圧力による内部応力を示す。線図Bは、図5(c)と同じであり、押圧手段8を設けない場合における流体圧力による内部応力を示し、線図Cは、押圧手段8のみで流体圧力が作用しない場合の内部応力を示す。
このため、線図Aでは、線図Bのσmax=1200−600=600(MPa)、線図Bのσ2=1000−600=400(MPa)、線図Bのσ3=800−500=300(MPa)まで低下している。
例えば、前記した実施形態においては、T字形の高圧継手1について説明したが、これに限定されるものではなく、L字継手、十字継手等の種々の形状の継手に同様に適用することができる。
また、本実施形態においては、高圧継手1を例として説明したが、交差部を有する流路であれば同様に適用することができる。
2 第1のケーシング(ケーシング)
3 第1の流路
3a 周壁部
4 第2の流路
4a 周壁部
5 交差部
6 第2のケーシング
8 押圧手段
31 交差部流路
32 接続部流路
33 円弧状凹部
33a 底部
34 内周凸部
55 交点
L 第2の流路の軸線
q1 第1の流路の内圧
q2 第2の流路の内圧
Claims (4)
- ケーシングに穿孔された第1の流路および第2の流路と、
前記第1の流路と第2の流路がXY平面において交差する交差部と、を有する流路構造であって、
前記第1の流路の交差部に形成され、前記第1の流路の軸方向から見て前記第2の流路の軸線に対して対称位置に形成された円弧形状の底部を有する一対の円弧状凹部と、
一方の前記底部の縁部と他方の前記底部の縁部が前記第1の流路の軸方向から見て前記第2の流路の軸線を挟んで対向して形成した内周凸部と、
前記XY平面に直交するZ軸方向の両側から前記ケーシングを挟持して圧縮力を付与する押圧手段と、を備え、
前記押圧手段は、前記Z軸方向から見て、前記交差部の中心から前記第2の流路に沿って前記交差部から離隔するように前記第1の流路よりも、前記交差部における前記第1の流路の周壁部と前記第2の流路の周壁部の交点を含むように外側にずらした位置を押圧するように配置されていること、
を備えたことを特徴とする流路構造。 - 前記ケーシングは、前記第1の流路および前記第2の流路が穿孔された第1のケーシングと、
前記第1のケーシングの外側に被せるように嵌装された第2のケーシングと、を備えて構成され、
前記押圧手段は、前記第1のケーシングに形成された穿孔部と、
前記穿孔部に収容された押圧片と、
前記穿孔部と同軸に前記第2のケーシングに形成されたねじ穴と、
前記ねじ穴に螺入され前記押圧片を介して前記第1のケーシングを押圧するスクリューと、を備えていること、
を特徴とする請求項1に記載の流路構造。 - 前記第1の流路の軸方向から見て一方の前記底部をなす円弧線と他方の前記底部をなす円弧線が前記第2の流路の軸線上で交差して、前記内周凸部の頂部が当該第1の流路の軸方向に沿う稜線を形成していること、
を特徴とする請求項1に記載の流路構造。 - 前記第1の流路は、前記交差部を流通する交差部流路と、この交差部流路に連通する接続部流路と、を備え、
前記交差部流路の流路径よりも前記接続部流路の流路径の方が大きく、
前記円弧状凹部は、前記交差部流路に形成されていること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の流路構造。
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