JP6605325B2 - 管状構造物 - Google Patents

Description

本発明は、管状構造物に関する。

従来、水道配管等の管状構造物として、ダグタイル鋳鉄管が多く用いられている。ダグタイル鋳鉄管は鋳物製であるため形状の自由度が高い。このため、多種多様な継手が存在し、適材適所に利用されている。
一方、水道配管等の管状構造物として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）も存在するが、継手の加工が容易でないため、特定の用途に限定されている。しかし、ＳＵＳ管は、ダグタイル鋳鉄管と比べて耐用年数が長い。さらに、赤水、青水等の問題が発生しにくく、常温環境下では応力腐食割れが発生しないので、ランニングコストが安い。このため、今後、種々の用途へのＳＵＳ管の使用が求められている。

ＳＵＳ製の管状部材は、ダグタイル鋳鉄管と比べて形状の自由度が低いため、ダグタイル鋳鉄管と同様な接続は困難である。
このため、ＳＵＳ製の管状構造物の連結方法として、従来、角リングを管状部材の外周に溶接することにより管状部材の外周に凸部を形成し、２本の管状構造物の管端部同士を対向させ、その外周にハウジングを配置している方法がある（特許文献１参照）。

また、抜け止め部材を管状構造物の外周に装着し、テーパー面が形成された袋ナットにより抜け止め部材を縮径させ、抜け止め部材の環状構造物の外周に食い込みによって、管端同士を接合している方法もある（特許文献２参照）。

さらに、ロックリングを用いて、管同士を接続している方法もある（特許文献３参照）。この特許文献３では、連結される２本の管状構造物の一方の管端の外周に設けた溝に、円周方向の一か所が切断されて広径側に弾性変形可能なロックリングを嵌め込む。他方の管状構造物の管端には、そのロックリングがはめ込まれた一方の側の管端を受けるための特殊な形状が設けられている。そして、ロックリングに対して管端と反対側の部分に押輪を配置し、間にロックリングを挟んで押輪と特殊形状部分とを連結することにより管状構造物は連結される。

実用新案登録第３１７１０６７号公報 特開２００３−２５４４７６号公報 特開２００８−３０９２７６号

管状構造物は、施工現場において所定長さに切断されて連結される場合があり、角リングは、切断された管端に取り付けられるものである。このため、特許文献１において角リングは、施工現場において切断後の管状部材に溶接されることになる。しかし、施工現場における溶接の品質の保証は困難である。

特許文献２においては、溶接を用いないので施工現場での加工は可能である。しかし、袋ナットにより抜け止め部材を縮径させることにより環状構造物を固定するものであり、抜け止め部材の縮径も限界があり、抜出阻止能力は十分とは言えない。

特許文献３においても溶接を用いないので施工現場での加工は可能である。また、ロックリングが取り付けられているため、特許文献２より高い抜出阻止能力を有する。しかし、ロックリングは管状部材の外周に設けられた溝に弾性変形によって嵌め込んだだけなので、管状部材に対する固定力はそれほど強くない。さらに、管状構造物の一端の形状が複雑で、部品点数が多い。また、管の肉厚が大きい鋳鉄管（例えば厚さ７．５ｍｍ）では、ロックリングを嵌め込むための溝深さを十分確保できるが、ステンレス鋼管の肉厚（例えば３．０ｍｍ）では十分な深さの溝を加工することが困難である。

本発明は、これらの先行技術に鑑み、施工現場での加工が可能で、肉厚が薄い場合であっても連結した場合に高い抜出阻止能力を有する管状構造物を提供することを目的とする。

本発明は、管端部に環状凹部が形成された管状部材と、前記管状部材の軸線に対して垂直な２つの外側面を有し、前記環状凹部の外周に押圧固定されている嵌込リングと、
を備える管状構造物である。

前記嵌込リングは、複数の円弧状部材に分割され、前記円弧状部材は連結部材によって互いに連結されており、連結された状態の前記嵌込リングの内周は、前記嵌込リングが押圧固定される前記環状凹部の外周よりも短く、連結前の前記円弧状部材を前記管状部材の環状凹部外周に配置し、前記連結部材によって前記円弧状部材を互いに連結することにより、前記管状部材は前記環状凹部の外周に押圧固定されることが好ましい。

前記環状凹部は、前記軸線に対して垂直な２つの内側面と、前記軸線と平行な底面とを有し、前記嵌込リングは角リングで、前記環状凹部の２つの前記内側面と前記嵌込リングの２つの前記外側面とがそれぞれ概当接し、前記環状凹部の底面と前記嵌込リングの内周面とが当接することが好ましい。

前記環状凹部の深さは、前記管状部材の径方向厚さの二分の一以下であることが好ましい。

前記管状部材の管端部の一方は挿口で、他方は前記挿口よりも大径の受口であり、
前記挿口または前記受口の少なくとも一方の側に前記環状凹部および前記嵌込リングが設けられていることが好ましい。

前記管状部材および前記嵌込リングは、ステンレス鋼により形成されることが好ましい。

本発明によると、施工現場での加工が可能で、肉厚が薄い場合であっても、連結した場合に高い抜出阻止能力を有する管状構造物を提供することができる。

実施形態にかかる管状構造物を２本、ハウジングを用いて連結した状態を示す断面図である。 嵌込リングが取り付けられていない状態の管状部材の部分断面図である。 図２の状態の管状部材１に、嵌込リングを装着した状態を示した部分断面図である。 嵌込リングを説明する図で、（ａ）は分割された一方の斜視図、（ｂ）は分割された他方の斜視図、（ｃ）は一方と他方とを結合した状態を示す。 図１の矢印Ｂの方向から見た断面図で、ハウジングを示す。 管状構造物の要部の写真である。

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は実施形態にかかる管状構造物１００を２つ（１００Ａ，１００Ｂ）、シーリングゴム４０およびハウジング３０を用いて連結した状態を示す断面図である。実施形態の管状構造物１００は、流体送給用の管継手部分に用いられるものであるが、これに限定されない。

実施形態の管状構造物１００は、管状部材１と、その管状部材１の外周に配置された小径側嵌込リング１３Ａと、大径側嵌込リング１３Ｂとを備える。

管状部材１は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）製の鋼管により構成される。管状部材１は、小径部１０と、小径部１０の一端から連続して設けられた大径部２０とを有する。
小径部１０の、大径部２０に連続していない側の端部は、他の管状部材１の大径部２０に連結される挿口１１となる。挿口１１の端部近傍には、小径側環状凹部１２Ａが形成されている。
大径部２０の、小径部１０に連続していない側の端部は、他の管状部材１の挿口１１に連結される受口２１となる。受口２１の端部近傍には、大径側環状凹部１２Ｂが形成されている。

次に、小径側環状凹部１２Ａおよび大径側環状凹部１２Ｂについて説明するが、以下の説明において、挿口１１の端部近傍に設けられた小径側環状凹部１２Ａおよび受口２１の端部近傍に設けられた大径側環状凹部１２Ｂとは、径以外同様であるので、区別する必要がある場合以外、両方を区別せず、環状凹部１２として説明する。

図２は、嵌込リング１３が取り付けられていない状態の管状部材１の部分断面図である。
図示するように、管状部材１の外面には、切削凹加工によって環状凹部１２が形成されている。
環状凹部１２の幅ｔ１は、本実施形態では８ｍｍである。
環状凹部１２の深さｔ２は、強度上、管状部材１における環状凹部１２の周囲の厚さ（管状部材１の素管の状態での肉厚）ｔ３の半分以下が好ましい。実施形態では、環状凹部１２の周囲の厚さｔ３は３ｍｍであり、切削深さは、１．０〜１．５ｍｍである。

小径側嵌込リング１３Ａは、小径部１０の外周における、小径側環状凹部１２Ａに挿入されている。大径側嵌込リング１３Ｂは、大径部２０の外周における、大径側環状凹部１２Ｂに挿入されている。
以下、小径側環状凹部１２Ａに挿入された小径側嵌込リング１３Ａと、大径側環状凹部１２Ｂに挿入された大径側嵌込リング１３Ｂも、径以外同様であるので、以下、区別する必要がある場合以外、両方を区別せず、嵌込リング１３として説明する。

図３は、図２の状態の管状部材１に、嵌込リング１３を装着した状態を示した部分断面図である。
嵌込リング１３は、２つの円弧状部材に分割されている。図４は嵌込リング１３を説明する図であり、（ａ）は２分割された一方の円弧状部材１３ａの斜視図、（ｂ）は２分割された他方の円弧状部材１３ｂの斜視図で、（ｃ）は円弧状部材１３ａと円弧状部材１３ｂとを結合した状態を示す。

嵌込リング１３は、例えば粗形状の鋳造品を切削することにより製造される。したがって、嵌込リング１３は、鋳造で製造されたままの場合よりも高精度で製造することができる。
実施形態の嵌込リング１３は２分割されているが、これに限定されず、３以上に分割されていてもよい。
円弧状部材１３ａの両端部にはボルト孔１３ａａが形成されている。
円弧状部材１３ｂの両端部は、所定幅の壁部１３ｂａを残して切り欠かれており、壁部１３ｂａには、ボルトを挿通する挿通孔１３ｂｂが設けられている。

嵌込リング１３は、図４（ｃ）に示すように、円弧状部材１３ａと円弧状部材１３ｂにおける互いの端部を対向させ、円弧状部材１３ｂの挿通孔１３ｂｂよりボルト１４を挿入し、円弧状部材１３ａのボルト孔１３ａａに螺合させることで、一体に形成される。

連結された状態の嵌込リング１３の内周は、嵌込リング１３が装着される環状凹部１２の外周よりもわずかに短い。すなわち、嵌込リング１３は、環状凹部１２の底部（外面）との間に締め代を有している。
この締め代により、円弧状部材１３ａと円弧状部材１３ｂとを環状凹部１２の外周に配置し、ボルト１４を締めつけて、円弧状部材１３ａと円弧状部材１３ｂと互いに連結すると、嵌込リング１３は、環状凹部１２の外周に押圧固定される。

嵌込リング１３は、図３に示すように管状部材１の軸線Ａに対して垂直な面に沿った、互いに平行な２つの側面１３ｃ，１３ｄを有する。ただし、側面１３ｃ，１３ｄは、軸線Ａに対して厳密には垂直でなくてもよい。

嵌込リング１３は、断面が矩形の角リングであり、実施形態で幅Ｔ１（側面１３ｃと側面１３ｄとの間の距離、管状部材１の軸方向の幅、厚さ）は、環状凹部１２の幅と略等しく、本実施形態では８ｍｍで環状凹部１２に隙間なく嵌合している。また嵌込リング１３の管状部材１の外周から外側に突き出ている突出高さＴ３は８ｍｍである。すなわち、環状凹部１２の深さｔ２に合わせて、嵌込リング１３の径方向厚さＴ２を調整している。

嵌込リング１３の管状部材１の外周から外側に突き出ている突出高さＴ３は、ハウジング３０の内周面（溝部以外の部分の内周面）と管状部材１の外周面との間のクリアランスＴ４（図１に示す）の最大値である２．５ｍｍより大きい３ｍｍ以上が好ましい。
また、嵌込リング１３の突出高さＴ３は、ハウジング３０に設けられた溝３６，３８（後述）の底部と管状部材１の外周面との間の距離Ｔ５以下であることが好ましい。
本実施形態で、嵌込リング１３の高さＴ３が８ｍｍで、環状凹部１２の深さｔ２（図２参照）が１．５ｍｍであるので、突出高さＴ２は、９．５ｍｍである。

嵌込リング１３の材質は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）である。嵌込リング１３の材質はステンレス鋼に限定されないが、嵌込リング１３の硬さは、ハウジング３０および環状凹部１２，２２（管状部材１）のうちの柔らかいもの以上の硬さを有することが好ましい。
嵌込リング１３がハウジング３０および環状凹部１２，２２よりも柔らかいと、連結する２本の管状構造物１００Ａ、１００Ｂが互いに離れる方向に力が加わったときに、嵌込リング１３が塑性変形し、脱管阻止性能を確保することができない可能性がある。

２本の管状構造物１００の連結部の外周には、シーリングゴム４０が取り付けられている。
シーリングゴム４０は、管状部材１の外周面と対向する２つの内周面４１，４２を有し、図１に示す断面において略Ｌ字形を有する。ただし、これに限定されず、例えばＵ字形であってもよい。
一方の内周面４１の径は、小径部１０の外周面の径よりわずかに小さく、小径部１０の外周面に配置されると弾性変形して、小径部１０の外周面と密接する。
他方の内周面４２は、大径部２０の外周面の径よりわずかに小さく、大径部の外周面に配置されると弾性変形して、大径部２０の外周面と密接する。

シーリングゴム４０の外周側には、ハウジング３０が取り付けられている。
図５は、図１の矢印Ｂの方向から見た断面図で、ハウジング３０を示す。
ハウジング３０は、本実施形態ではＪＩＳ Ｇ ５５０２ ＦＣＤ４５０で規定される鋳鉄により製造されている。ハウジング３０は、このように鋳鉄製であるため、嵌込リング１３と比べて寸法公差が大きく、ハウジング３０の内周面（溝が設けられていない部分）と管状部材１の外周面との最大クリアランスは上述のように２．５ｍｍ程度である。

ハウジング３０は、図５に示すように、２つの半円部材３０Ａ，３０Ｂを備える。半円部材３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ、管状部材１の外周に沿った半円環部３１と、半円環部３１の両端から径方向外側に延びる２つのフランジ部３２とを備える。
フランジ部３２には、それぞれ穴３３が設けられている。半円部材３０Ａ，３０Ｂを管状構造物１００の外周に配置し、半円部材３０Ａのフランジ部３２と半円部材３０Ｂのフランジ部３２とを対向させると、両フランジ部３２に設けられた穴３３は貫通する。
その穴３３にはボルト３４が挿入され、ボルト３４のねじ部の先にはナット３５が螺合されている。ナット３５を締めることにより、２つの半円部材３０Ａ，３０Ｂは、管状構造物１００の外周を覆い、２本の管状構造物１００は連結される。

図１に示すように、ハウジング３０の内周面には、受口２１の大径側嵌込リング１３Ｂの外周を覆う環状溝３６と、シーリングゴム４０と嵌合する環状溝３７と、挿口１１の小径側嵌込リング１３Ａを覆う環状溝３８とが設けられている。
環状溝３６の幅は、大径側嵌込リング１３Ｂが挿入可能なようにわずかな隙間を有している。
環状溝３８の幅は、小径側嵌込リング１３Ａの幅よりも、かなり大きい。その理由は、管状構造物１００は、例えば、ＪＷＷＡ Ｇ １１３の規格によると、管長に対してプラスマイナス１．０％程度の伸縮性を有することが必要であるので、その伸縮を吸収するためである。

（管状構造物の製造方法）
環状凹部１２が形成されていない状態の管状部材１の外周に、図２のように環状凹部１２を切削加工で製造する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、二分割型の嵌込リング１３の一方の円弧状部材１３ａと他方の円弧状部材１３ｂとを環状凹部１２の外周に配置してボルト１４で互いを締め付ける。これにより、嵌込リング１３は管状部材１の外面を押付け、図３に示すように、嵌込リング１３が管状部材１の環状凹部１２に押圧固定される。図６は嵌込リング１３が管状部材１の環状凹部１２に押圧固定された状態の管状構造物１００の要部の写真である。

（管状構造物の連結方法）
管状構造物１００の連結方法について説明する。
まず、連結予定の２本の管状構造物１００の一方における、挿口１１又は受口２１のうちの連結する側にシーリングゴム４０を挿入する。
次いで、そのシーリングゴム４０の内部に、２つの管状構造物１００の他方における、挿口１１又は受口２１のうちの連結する側を挿入する。

ハウジング３０の半円部材３０Ａ，３０Ｂを管状構造物１００の外周に配置する。
このとき、小径側嵌込リング１３Ａが環状溝３８に、シーリングゴム４０が環状溝３７に、大径側嵌込リング１３Ｂが環状溝３６に入るようにする。
半円部材３０Ａのフランジ部３２と半円部材３０Ｂのフランジ部３２とを対向させ、両フランジ部３２に設けられた穴３３にボルト３４を挿入し、ボルト３４のねじ部の先にナット３５を螺合する。
ナット３５を締めることにより、２つの半円部材３０Ａ，３０Ｂは、管状構造物１００の外周を覆い、２本の管状構造物１００は連結される。

（実施形態の管状構造物の効果）
実施形態の管状構造物１００の効果について説明する。
以下に示す表１は、実施形態の管状構造物１００と比較形態の管状構造物の離脱防止荷重を示した表である。ここで、離脱荷重とは、２つの管状構造物をハウジングを用いて連結した状態で、両方の管状構造物が互いに離れる方向に力を加えた時に耐えられる最大荷重である。

本実施形態の結果を（１）〜（３）に示す。また、（４）から（６）は比較形態で、（４）は、上述の特許文献１に記載の管状部材の外周に嵌込リングを溶接したものである。（５）は、上述の特許文献２に記載のように、抜け止め部材を管状構造物の外周に装着し、テーパー面が形成された袋ナットにより抜け止め部材を縮径させ、抜け止め部材の環状構造物の外周への食い込みによって、管端同士を接合したものである。（６）は、上述の特許文献３に記載のように、抜け止め部材であるロックリングを管外周面に成形された溝に嵌め込むことによって、管同士を接続したものである。
管状部材は、呼び径８０Ａ（実際の径：φ８９．１ｍｍ、管厚：３．０ｍｍ）を用いた。

表１に示すように最大離脱荷重が最も大きいのは（４）の比較形態である。（４）は嵌込リングを溶接で管端に取り付けたものである。
ここで、管状構造物は、施工現場において長さが調節されて切断されるものである。そうすると管端位置は施工現場で決定されるので、嵌込リングを管端に溶接する作業も施工現場で行うことが必要となる。しかし、施工現場での加工は品質保証の面から好ましくない。したがって、（４）の比較形態は、現実的な実施が困難である。

これに対して、比較形態（５）、（６）の管状構造物は、施工現場における長さの節が可能であるが、本実施形態はこれらの（５）、（６）と比べて、最大離脱防止荷重が大きく、（４）に近い値を示している。

このように、本実施形態によると、嵌込リング１３を、締め代を持たせて環状凹部１２に嵌め込むことにより、厚み３．０ｍｍ程度のステンレス鋼管において可能な程度の溝深さである１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１，５ｍｍにおいて、呼び径８０Ａの２倍である１６０ｋＮ以上、３倍未満２４０ｋＮの抜け出し阻止能力が得られる継手構造を提供することができる。
また、溶接を用いないため、施工現場での加工も可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これに限定されない。実施形態の管状構造物１００は、挿口１１と受口２１との両側に、環状凹部と嵌込リング１３Ａ，１３Ｂを配置した形態について説明したが、これに限定されず、例えば、挿口１１は環状凹部と嵌込リング１３Ａ，１３Ｂを設け、受口には、環状凹部を設けずに、嵌込リング１３Ａ，１３Ｂを管状部材１に溶接してもよい。

１ 管状部材
１０ 小径部
１１ 挿口
１２ 環状凹部
１２Ａ 小径側環状凹部
１２Ｂ 大径側環状凹部
１３ 嵌込リング
１３ｃ 側面
１３ｄ 側面
１３Ａ 小径側嵌込リング
１３Ｂ 大径側嵌込リング
３０ ハウジング
３６ 環状溝
３７ 環状溝
３８ 環状溝
４０ シーリングゴム
４１ 内周面
４２ 内周面
１００ 管状構造物

Claims (4)

1. 管端部に環状凹部が形成された管状部材と、
   前記管状部材の軸線に対して垂直な２つの外側面を有し、前記環状凹部の外周に押圧固定されている嵌込リングと、を備え、
   前記嵌込リングは、
   ２つの円弧状部材に分割され、
   一方の円弧状部材の両端部にはボルト孔が形成され、
   他方の円弧状部材の両端部には、所定幅の壁部を残して切り欠かれており、前記壁部には、ボルトを挿通する挿通孔が設けられ、
   前記一方の円弧状部材と、前記他方の円弧状部材における互いの端部を対向させ、前記他方の円弧状部材の前記挿通孔よりボルトを挿入し、前記一方の円弧状部材の前記ボルト孔に螺合させることで、互いに連結され、
   前記管状部材の管端部の一方は挿口で、他方は前記挿口よりも大径の受口であり、
   前記挿口及び前記受口に、それぞれ前記環状凹部が設けられ、
   前記挿口側の前記環状凹部に小径側嵌込リングが取り付けられ、
   前記受口側の前記環状凹部に大径側嵌込リングが取り付けられ、
   内周面に、前記大径側嵌込リングの外周を覆う環状溝と、前記小径側嵌込リングの外周を覆う環状溝とが設けられている鋳鉄により製造されたハウジングにより連結され、
   前記管状部材はステンレス鋼により形成され、前記嵌込リングは前記ハウジングおよび前記環状管状部材のうちの柔らかいもの以上の硬さを有するステンレス鋼により形成されている、
   管状構造物。
2. 連結された状態の前記嵌込リングの内周は、前記嵌込リングが押圧固定される前記環状凹部の外周よりも短く、
   連結前の前記円弧状部材を前記管状部材の環状凹部外周に配置し、前記連結部材によって前記円弧状部材を互いに連結することにより、前記嵌込リングは前記環状凹部の外周に押圧固定される、
   請求項１に記載の管状構造物。
3. 前記環状凹部は、前記軸線に対して垂直な２つの内側面と、前記軸線と平行な底面とを有し、
   前記嵌込リングは角リングで、
   前記環状凹部の２つの前記内側面と前記嵌込リングの２つの前記外側面とがそれぞれ概当接し、前記環状凹部の底面と前記嵌込リングの内周面とが当接している、
   請求項１または２に記載の管状構造物。
4. 前記環状凹部の深さは、前記管状部材の径方向厚さの二分の一以下である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の管状構造物。