JP6959399B2 - 配管の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調設備などに用いられる配管をロウ付けで接合する方法に関する。

例えば空調設備を設置する場合、室外ユニットや室内ユニットを建物の所望の箇所に据付け、それら各ユニット同士の間において配管を接合する作業が行われる。配管を接合するために種々の方法が知られているが、その中でもろう付けによる接合は、現場で必要に応じて容易に実施できるなどの利点により従来から広く利用されている。このろう付けによる接合は、例えば接合しようとする２つの配管のうち、一方の配管の端部に拡径部を設け、その拡径部に他方の配管の端部を挿入し、ろう材を溶かして接合箇所に流し込むことにより行われる。

ところで、ろう付けによる接合に際し、ろう材を加熱して溶融させるため、配管の端部や接合端近傍が相当の高熱にさらされる。このため、配管の内部に空気が存在する状態でろう付けを行うと、配管の内面に酸化膜が形成されてしまう。この酸化膜が剥離すると配管の詰まりや、汚染を引き起こし、空調設備に悪影響を及ぼす要因となる。

そこで従来より、ろう付けによる接合を行う場合に、配管の内部に窒素などの不活性ガスを導入して配管内面の酸化を防止する方法が行われている。この方法は、配管同士を接合して、管端部に窒素配管を接合し、ろう付けの開始直前から窒素ガス圧を約0.02MPaに調整して配管系全体に一方向より窒素ガスを流し、反対側の管端部にて圧力を確認、調整しながら、接合部のロウ付けを行うことにより行われる。また、ロウ付け完了後、濡れタオル等で接合部を冷却して、残熱による再酸化防止を行い、冷却完了後、窒素ガスを止めるようにしている。

また、窒素などに代えて、配管の内部にバーナーの燃焼排ガスを導入する方法も提案されている（特許文献１、２参照）。例えば特許文献１には、２つの配管を接合する配管接合部品や配管の端部に開口を形成し、そこから配管内部に排ガスを導入してろう付けする方法が開示されている。また特許文献２には、二つの銅管の端面の間に隙間を形成し、その隙間から管内に排気ガスを導入してろう付けする方法が開示されている。

特許第４３１７５６８号公報 特開２０１３−１６０２４６号公報

しかしながら、ろう付けの開始直前から完了（冷却）までの間、窒素ガスを流し続けるのでは、窒素ガスを多く消費することになり経済的でない。また、圧力調整のため、管端部の確認が必要であり、窒素ボンベの移動、接合、圧力調整にも手間が掛かるといった難点がある。

一方、特許文献１、２のように燃焼排ガスを用いることにより、経済的な負担を軽減することが可能となる。しかしながら、特許文献１のように開口を形成して、そこから配管内部に排ガスを導入する方法は、ろう付け後に開口が外部に露出した状態になり、この開口はろう材により閉塞させているが、開口を形成しない場合と比較して強度上の問題が残る。また特許文献２に開示されるロウ付け装置を用いることで、配管に開口を設けることなく配管同士をロウ付け接合することが可能になるが、特許文献２の装置は繰り返し使用するので耐久性が問題となる。特に、バーナーの排気ガスを導入する方法を採用する場合は、装置（特に特許文献２に示される第２のストッパ５など）が加熱されてしまうため、そのような問題はさらに大きくなる。

本発明は、開口による強度不足の問題を解消しつつ、簡便な方法で加熱箇所のみに局所的に非酸化性ガスを注入してろう付けする方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明によれば、２つの配管の端部同士をろう付けして接合する方法であって、酸素ボンベ、アセチレンガスボンベ、非酸化性ガスボンベを用い、一方の配管の端部に、他方の配管の端部を挿入してろう付けするにあたり、前記一方の配管の前記端部に拡径部を設け、前記他方の配管の前記端部であって、前記拡径部に挿入される先端部に開口部を設け、前記他方の配管の先端部を、前記開口部が露出する第１の位置まで前記拡径部に挿入し、前記非酸化性ガスボンベを開き、前記他方の配管の先端部を前記第１の位置まで挿入した状態で、前記開口部から前記２つの配管の内部に非酸化性ガスを注入し、前記非酸化性ガスを前記一方の配管の拡径部近傍と前記他方の配管の先端部近傍とに局所的に充満させ、前記他方の配管の先端部を、前記開口部が前記拡径部に覆われる第２の位置まで挿入し、前記酸素ボンベと前記アセチレンガスボンベを開き、前記非酸化性ガスが前記一方の配管の前記拡径部近傍と前記他方の配管の先端部近傍とに局所的に充満し、且つ前記開口部が前記拡径部に覆われた状態で、前記２つの配管の端部同士をろう付けして接合することを特徴とする、配管接合方法が提供される。
なお、２つの配管の端部同士をろう付けして接合する方法であって、一方の配管の端部に設けられた拡径部に、他方の配管の端部を挿入してろう付けするにあたり、前記他方の配管の端部であって、前記拡径部に挿入される位置に開口部を設け、前記開口部が前記拡径部にまだ挿入される前の位置まで、前記他方の配管の端部を前記拡径部に挿入した状態で、前記開口部から２つの配管の内部に非酸化性ガスを注入し、前記開口部が前記拡径部に挿入される位置まで、前記他方の配管の端部を前記拡径部に挿入し、２つの配管の端部同士をろう付けして接合することを特徴とする、配管接合方法が提供される。

配管の内部に非酸化性ガスを注入する開口部の位置が、ろう付け時には拡径部に入り込んだ状態となるので、ろう付け後に開口部が外部に露出せず、強度上の問題が解消される。

前記他方の配管の先端面から前記開口部の前記先端面側の縁部までの距離は、前記開口部が前記拡径部にまだ挿入される前の位置まで、前記他方の配管の端部を前記拡径部に挿入した状態で、前記開口部から２つの配管の内部に非酸化性ガスを注入する際に、注入した非酸化性ガスが外部に漏れ出ない距離であるようにしても良い。その場合、前記他方の配管の先端面から前記開口部の前記先端面側の縁部までの距離は例えば１．５ｍｍ以上である。また、ろう付けした際にろうが拡径部に入り込む位置よりも奥側の位置まで前記開口部を挿入して、２つの配管の端部同士をろう付けして接合するようにしても良い。その場合、例えば前記開口部を前記拡径部の２分の１以上奥側まで挿入して、２つの配管の端部同士をろう付けして接合してもよい。

ろう付け後に開口部が外部に露出していないので、強度上の問題が解消され、配管同士をしっかりと接合することができる。また、非酸化性ガスは２つの配管の端部近傍のみに注入すれば良く、非酸化性ガスの注入が局所で短時間で済む。また、圧力調整不要であり、例えば小型窒素ガスボンベだけで非酸化性ガスの注入を行うことができ、経済的である。

一方の配管の説明図である。 他方の配管の説明図である。 他方の配管の正面図である。 ろう付けする状態の説明図である。 開口部が拡径部にまだ挿入される前の位置まで、他方の配管の端部を一方の配管の拡径部に挿入した状態の説明図である。 開口部が拡径部に挿入される位置まで、他方の配管の端部を一方の配管の拡径部に挿入して、２つの配管の端部同士をろう付けする状態の説明図である。 接合部材を一方の配管の端部に取り付けて拡径部を設ける実施の形態の説明図であり、（１）は接合部材を取り付ける前の状態、（２）は接合部材を取り付けた後の状態を示す。

以下、本発明の実施の形態の一例を図面を参照にして説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の実施の形態にかかる配管接合方法は、図１に示す一方の配管１の端部１ａ（図１では左端部）と、図２に示す他方の配管２の端部２ａ（図２では右端部）をろう付けによって接合する方法である。これら一方の配管１と他方の配管２はいずれも両端が開口した円筒形状の中空パイプであり、例えば冷媒配管用の銅パイプなどといった管材からなる。なお、配管１、２の端部１ａ、２ａとは、配管１、２の接合に供せられる互いの部分を指し、例えば管径（外径）１２．７ｍｍの場合で、配管１、２の先端面からそれぞれ９ｍｍ程度までの部分である。この場合、配管１、２の先端面とは、配管１、２の接合される側の端面であり、図示の配管１であれば左端面（拡径部１０の左端面）が配管１の先端面であり、図示の配管２であれば右端面が配管２の先端面である。

一方の配管１の端部１ａには、先端面から長さＬの範囲まで拡径部１０が設けられている。この拡径部１０は、一方の配管１の端部１ａ近傍を例えばバルジ加工や市販の拡管器を用いるなど公知の方法によって設けることができる。なお、拡径部１０の長さＬは、厳密には拡径部１０の外周面に現れる長さではなく、拡径部１０の内周面（内壁）側の長さであり、後述するように、拡径部１０に挿入される他方の配管２の端部２ａの長さＬに等しい（図６参照）。

他方の配管２の端部２ａは、一方の配管１の端部１ａの拡径部１０に長さＬの位置まで挿入されてろう付けされる。他方の配管２の端部２ａには、拡径部１０に挿入される位置に開口部１１を設ける。この開口部１１は配管２の周面に、前記管材の両端の開口の中心軸とは９０°の軸線に穿設される。すなわち、他方の配管２の先端面から長さＬよりも手前の位置（前記先端面側の位置）に開口部１１を設ける。拡径部１０の内径と他方の配管２の端部２ａの外径は０．１ｍｍ程度の差を設けてあり、これにより前記挿入した際に隙間を形成することで、融かしたろうが侵入できるようにしている。

ここで、本発明の実施の形態では、他方の配管２の先端面から開口部１１の前記先端面側の縁部までの距離Ｍが１．５ｍｍ以上、前記先端面から遠い側の縁部までの距離（Ｍ＋ｄ）が長さＬの２分の１以下に設定されている。また、開口部１１は直径ｄ＝１．５ｍｍの円形となっている。

図４に示すように、適当な支持具１５を用いてこれら一方の配管１と他方の配管２を支持することにより、一方の配管１と他方の配管２を直列に配置して、端部１ａと端部２ａを突き合せ、一方の配管１の端部１ａの拡径部１０に、他方の配管２の端部２ａを挿入してろう付け作業が行われる。この作業を行うために、例えばノズル２０と、ノズル２０に各ガスを供給する酸素ボンベ２１、アセチレンガスボンベ２２、窒素ガスボンベ２３が用いられる。以下に、接合する手順を順に説明する。

先ず、図５に示すように、一方の配管１の端部１ａの拡径部１０に、他方の配管２の端部２ａを差し込んでいく。ここで、開口部１１が拡径部１０にまだ挿入される前の位置まで、他方の配管２の端部２ａを拡径部１０に挿入し、開口部１１が拡径部１０の外に出ている状態で一旦停止する。この場合、他方の配管２の先端面から開口部１１の前記先端面側の縁部までの距離Ｍが１．５ｍｍ以上に設定されているので、他方の配管２の端部２ａを配管１の先端面から１．５ｍｍの距離まで拡径部１０に挿入しても、開口部１１が拡径部１０の外に出ている状態を確保できる。これ以上挿入すると開口部１１は拡径部１０に隠れてしまい（３ｍｍ以上挿入すると開口部１１の全部が隠れる）、後述のノズル２０による窒素ガスの注入ができなくなる。

そして、窒素ガスボンベ２３を開き、ノズル２０から窒素ガスを吹出し、開口部１１から配管１、２の内部に窒素ガスを注入し、一方の配管１の端部１ａ近傍と他方の配管２の端部２ａ近傍に窒素ガスを充満させる。こうして、配管１、２の内部を非酸化雰囲気にする。この場合、他方の配管２の端部２ａを配管１の先端面から１．５ｍｍの距離まで拡径部１０に挿入していれば、配管１、２の内部に注入した窒素ガスが、外部にほとんど漏れ出ないようになる。また、開口部１１の直径ｄ＝１．５ｍｍであれば、開口部１１から配管１、２の内部に窒素ガスを円滑に注入することができる。ノズル２０は開口部１１の直径に合わせたものを使用するが、開口部１１の直径ｄが１．５ｍｍ未満であると、ノズル２０を径の小さいものを使用する必要が生じるため、ガスを注入する際の抵抗が大きくなってしまう。

次に速やかに、図６に示すように、他方の配管２の端部２ａを、一方の配管１の端部１ａの拡径部１０の最奥部まで挿入する。或いは、拡径部１０側を端部２ａ側に押し込んでもよい。これにより、他方の配管２の端部２ａにおいて端面から長さＬの位置までの部分が拡径部１０の内部に挿入されることとなり、開口部１１は拡径部１０の内部まで挿入される。この場合、他方の配管２の先端面から開口部１１の先端面から遠い側の縁部までの距離（Ｍ＋ｄ）が、長さＬの２分の１以下であるので、開口部１１の挿入を、拡径部１０の２分の１以上奥側まで行うことができる。

そして、酸素ボンベ２１とアセチレンガスボンベ２２を開き、ノズル２０から噴出させた酸素ガスとアセチレンガスを燃焼させる。これにより一方の配管１の端部１ａと他方の配管２の端部２ａを加熱し、同時に、ろう材２５を溶かして接合箇所に流し込むことにより、一方の配管１の端部１ａと他方の配管２の端部２ａをろう付けによって接合する。

接合完了後、例えば濡れタオル等をあてがって接合箇所を常温まで冷却し、残熱による再酸化防止を行う。こうして、配管１の端部１ａと他方の配管２の端部２ａの接合が完了する。

この実施の形態によれば、ろう付け後に開口部１１が外部に露出していないので、強度上の問題が解消され、配管１、２の端部同士をしっかりと接合することができる。また、非酸化性ガスとしての窒素ガスは２つの配管１、２の端部近傍のみに注入すれば良く、窒素ガスの注入が局所で短時間で済む。なお、開口部１１が一方の配管１の端部１ａの先端面に極端に近いと、強度上の問題（管端部をぶつけた場合に歪みが生じるなど）が生じたり、ろう付けの際に開口部１１近傍が高温下にさらされることで歪などが生じる恐れがあるので、開口部１１は配管１の先端面からある程度距離をとって設けることが望ましい。他方の配管２の先端面から開口部１１の先端面側の縁部までの距離Ｍが１．５ｍｍ以上あれば、そのような歪発生の問題は解消される。また、ろう付け後には、開口部１１は拡径部１０のなるべく奥側に隠れていることが望ましい。ろう付けの際に、ろうが拡径部１０の２分の１〜３分の２程度まで入り込むので、これよりも開口部１１が奥側に入り込んでいれば、開口部１１の有無が接合強度に影響を及ぼすことがないと考えられる。即ち、他方の配管２の先端面から開口部１１の先端面から遠い側の縁部までの距離（Ｍ＋ｄ）が、長さＬの２分の１以下とすることが望ましい。

なお、一方の配管１の端部１ａに設けられる拡径部１０の長さＬは、配管の管径により異なり様々であるが、市販されている配管で最も浅いもので８ｍｍ程度であるので、他方の配管２の先端面から開口部１１の中心までの距離（Ｍ＋ｄ/２）を３ｍｍ、開口部１１の直径ｄ＝１．５ｍｍとしておけば、管径に拘わらず、他方の配管２の開口部１１を設ける装置における上記の距離、口径の設定を変えずに開口作業を行うことで、他方の配管２の先端面から開口部１１の前記先端面側の縁部までの距離１．５ｍｍ以上とし、開口部１１を拡径部１０の長さＬの２分の１以上奥側まで挿入することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を例示して説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、配管内に注入する非酸化性ガスは窒素ガスに限定されず、燃焼ガス、アルゴン等を含む。また、図５に示すように、一方の配管１の端部１ａの拡径部１０に、他方の配管２の端部２ａを挿入する際には、予めノズル２０の先端を開口部１１に差し込んでおいても良い。そうすれば、ノズル２０がストッパーとなり、開口部１１が拡径部１０にまだ挿入される前の位置で停止させることができる。

また、実施の形態では、一方の配管１の端部１ａにバルジ加工などによって拡径部１０が設けられた例を説明したが、図７（１）に示すように、筒状の接合部材１０’を別途用意し、図７（２）に示すように、この接合部材１０’を一方の配管１の端部１ａに取り付けて拡径部１０を設けるようにしても良い。

また、図４に示す支持具１５については、２つの配管１、２を上方から支持具１５で吊る態様を示してあるが、例えば以下のような態様のものでも良い。予め上面に配管１、２の外周の曲率にあわせて形成した凹部を有する台を複数用意する。この凹部は各台で同じ高さ位置に形成されており、接合に係る２つの配管１、２を同じ高さ位置に水平にセットできるようにする。凹部はＶ字型の断面を有するものであっても良い。または、配管１、２の設置高さが作業に適した高さ位置であれば、一方の配管１を本設で固定し、他方の配管２を一方の配管１と軸心を合わせて一方の配管１の先端面と間隔を取って仮支持してもよい。また、配管１、２が竪管である場合には、下側の配管（一方の配管１）を本設で固定した後、当該配管１の直上に他方の配管２を吊り下げ、非酸化ガスの導入後に自重で落とし込み、その後ロウ付けしてもよい。

本発明は、例えば空調設備の配管構築などに適用することができる。

１ 一方の配管
１ａ 端部
２ 他方の配管
２ａ 端部
１０ 拡径部
１１ 開口部
１５ 支持具
２０ ノズル
２１ 酸素ボンベ
２２ アセチレンガスボンベ
２３ 窒素ガスボンベ
２５ ろう材

Claims (1)

1. ２つの配管の端部同士をろう付けして接合する方法であって、
   酸素ボンベ、アセチレンガスボンベ、非酸化性ガスボンベを用い、
   一方の配管の端部に、他方の配管の端部を挿入してろう付けするにあたり、
   前記一方の配管の前記端部に拡径部を設け、
   前記他方の配管の前記端部であって、前記拡径部に挿入される先端部に開口部を設け、
   前記他方の配管の先端部を、前記開口部が露出する第１の位置まで前記拡径部に挿入し、
   前記非酸化性ガスボンベを開き、前記他方の配管の先端部を前記第１の位置まで挿入した状態で、前記開口部から前記２つの配管の内部に非酸化性ガスを注入し、
   前記非酸化性ガスを前記一方の配管の拡径部近傍と前記他方の配管の先端部近傍とに局所的に充満させ、
   前記他方の配管の先端部を、前記開口部が前記拡径部に覆われる第２の位置まで挿入し、
   前記酸素ボンベと前記アセチレンガスボンベを開き、前記非酸化性ガスが前記一方の配管の前記拡径部近傍と前記他方の配管の先端部近傍とに局所的に充満し、且つ前記開口部が前記拡径部に覆われた状態で、前記２つの配管の端部同士をろう付けして接合することを特徴とする、配管接合方法。

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