JP7135664B2 - 流体管の連結構造および流体管の連結方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体管の連結構造および流体管の連結方法に関する。

水道管には、例えば特許文献１に記載されたようなダクタイル鋳鉄管が一般的に用いられる。ダクタイル鋳鉄管は、強度や延性に優れ、また継手を鋳造によって一体的に形成できる点で有利である。一方、水道管に鋼管を用いる場合、従来は溶接接合が用いられてきたが、例えば特許文献２に記載されたような継手部材を用いることによって施工を簡略化することも提案されている。

特開平８－２６９６１４号公報 特開平６－１１７５９１号公報

しかしながら、継手部材を用いて鋼管を連結する場合、溶接接合や、ダクタイル鋳鉄管で管体と継手とが一体的に形成されている場合に比べて部品の数は増え、構造は複雑になる。また、溶接を用いない場合には接着剤などを用いて鋼管に継手部材を接続することになるが、接着剤の長期耐久性は鋼管や継手部材に比べて高くない。

そこで、本発明は、簡単な構造で鋼管を連結でき、高い耐久性を実現することが可能な、新規かつ改良された流体管の連結構造および流体管の連結方法を提供することを目的とする。

本発明のある観点によれば、軸方向端部に拡径部が形成される第１の流体管と、軸方向端部に拡径部の中に挿入される縮径部が形成される第２の流体管と、拡径部を外側から貫通し、且つ縮径部に途中まで貫入して非貫通の係止手段とを含み、拡径部の内周面は縮径部の外周面に密着する、流体管の連結構造が提供される。

本発明の別の観点によれば、第１の流体管の軸方向端部に形成される拡径部の中に、第２の流体管の軸方向端部に形成される縮径部を挿入する工程と、拡径部の内周面を縮径部の外周面に密着させる工程と、拡径部を外側から貫通し、且つ縮径部に途中まで貫入して非貫通の係止手段を貫入させる工程とを含む、流体管の連結方法が提供される。

本発明によれば、別途の継手部材が必要とされないため構造が簡単であり、拡径部の内周面と縮径部との外周面との密着によって高い止水性と耐久性を実現することができる流体管の連結構造および流体管の連結方法が得られる。

本発明の一実施形態に係る流体管の連結方法の工程の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る流体管の連結構造を示す断面図である。 土中の流体管に作用する主たる外力について説明するための図である。 流体管の曲げの分類について説明するための図である。 流体管の曲げの分類について説明するための図である。 流体管の曲げの分類について説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。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構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る流体管の連結方法の工程の一部を示す図である。図１（Ａ）に示されるように、流体管１（第１の流体管）と流体管２（第２の流体管）とが連結される。流体管１および流体管２は、いずれも中間部分において内径ｄ、外径Ｄであり、液体、気体など各種流体を流通させることが可能な鋼管である。流体管１は、プレス加工などによって、軸方向端部に形成された長さＬ_１の拡径部１１において内径がｄからｄ_１まで拡大する逆テーパー形状に成形されている。一方、流体管２は、プレス加工などによって、軸方向端部に形成された長さＬ_２の縮径部２１において外径がＤからＤ_１まで縮小するテーパー形状に成形されている。流体管１の拡径部１１には、後述する非貫通ねじ３を挿通させて、非貫通ねじ３の流体管１に対する位置決め及び縮管部２１への貫入の際のガイドに供される貫通孔３１が予め形成されていてもよい。

図１（Ｂ）に示されるように、流体管２の縮径部２１を流体管１の拡径部１１の中に挿入する。このとき、拡径部１１の内周面１２、または縮径部２１の外周面２２のいずれか、または両方に、止水材４を塗布してもよい。止水材４は、例えば水膨張性を有するエラストマーであり、例えば天然ゴム、またはクロロプレンゴムに、澱粉系、セルロース系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系などの高分子物質を配合したものである。この工程で止水材４を塗布することによって、連結構造の完成後は拡径部１１の内周面１２と縮径部２１の外周面２２との間に止水材４の薄い層が介在し、流体管１と流体管２との間の止水性をさらに向上させることができる。

図１（Ｃ）に示されるように、流体管１および流体管２のいずれか、または両方を軸圧縮方向に移動させることによって、縮径部２１の外周面２２を拡径部１１の内周面１２に密着させる。ここで、拡径部１１の内周面１２と縮径部２１の外周面２２とが密着した後に、流体管１および流体管２にさらに軸方向の圧縮力を加えると、密着性がさらに向上する。上記のような密着を可能にするために、拡径部１１における内周面１２の縦断面勾配（ｄ_１－ｄ）／Ｌ_１と、縮径部２１における外周面２２の縦断面勾配（Ｄ－Ｄ_１）／Ｌ_２とはほぼ等しくなるように設計されている。なお、図示された例では縮径後の流体管２の外径Ｄ_１が流体管１の内径ｄに等しく、拡径後の流体管１の内径ｄ_１が流体管２の外径Ｄに等しくなっているが、必ずしもそうでなくてよく、Ｄ_１＜ｄまたはｄ_１＞Ｄであって拡径部１１または縮径部２１の一方が他方を越えて延出する場合、およびＤ_１＞ｄまたはｄ_１＜Ｄであって拡径部１１と縮径部２１との間に重なり合わない部分がある場合も許容される。

図１（Ａ）から図１（Ｃ）に示された工程によって流体管２の縮径部２１の外周面２２が流体管１の拡径部１１の内周面１２に密着した後に、図２の断面図に示すように、拡径部１１の外側から縮径部２１まで非貫通ねじ３を貫入させることによって、流体管１と流体管２との間を固定する。非貫通ねじ３は、拡径部１１を外側から貫通する一方で、縮径部２１には途中まで貫入するが貫通はせず、非貫通ねじの先端部（ねじ頭とは反対側の端部）は流体管２１の管内部には進入しない態様となっていて、流体管２１の気密性に影響を与えないようになっている。非貫通ねじ３は、例えば金属用のスレッドローリングねじである。この場合、縮径部２１側にねじ孔がなくても、非貫通ねじ３を貫入させることができる。拡径部１１側に貫通孔３１を形成しないことも可能であるが、前述のように縮径部２１側に非貫通ねじ３を貫入させるときのガイドにもなるため、貫通孔３１を形成する方が作業は容易になる。この場合、貫通孔３１はねじ加工されていなくてもよい。また、非貫通ねじ３を貫入させるために、縮径部２１側にねじ加工されていない非貫通孔を形成してもよい。ただし、拡径部１１と縮径部２１との位置関係は縮径部２１を拡径部１１の中に挿入する工程が終わるまで確定しないため、縮径部２１側の非貫通孔は拡径部１１の内周面１２を縮径部２１の外周面２２に密着させる工程の後に形成することが望ましい。

なお、非貫通ねじ３としてスレッドローリングねじ以外のねじを用いることも可能である。この場合、拡径部１１側の貫通孔３１はねじ加工され、縮径部２１側にも非貫通ねじ３を貫入させるためのねじ加工された非貫通孔が形成される。縮径部２１側の非貫通孔については拡径部１１の内周面１２を縮径部２１の外周面２２に密着させる工程の後に形成することが望ましい点はスレッドローリングねじの例と同様である。本実施形態では拡径部１１を外側から貫通して縮径部２１に途中まで貫入する非貫通の係止手段として非貫通ねじ３を用いているが、ピンなどの他の非貫通の係止手段を用いることも可能である。

以上のような工程によって構成される本実施形態に係る流体管の連結構造は、流体管１および流体管２に形成された拡径部１１および縮径部２１がそれぞれ継手として機能するため、別途の継手部材を必要とせず、構造が簡単である。また、拡径部１１と縮径部２１とが軸圧縮方向への挿入によって密着するため、溶接は必要とされない。上述したように拡径部１１および縮径部２１の縦断面勾配が適切に設計されていれば、拡径部１１の内周面１２と縮径部２１の外周面２２との間の密着によって高い止水性が得られる。止水性は、止水材４を塗布することによってさらに向上させることもできるが、上記の通り止水材４のみに依存して止水性を得ているものではないため、たとえ止水材４が経年変化しても止水性が維持され、高い耐久性が実現される。流体管１と流体管２とは、縮径部２１が拡径部１１に密着した状態で非貫通ねじ３を用いて固定されるが、非貫通ねじ３は縮径部２１の内側まで貫通するものではないため、ねじ孔を介して流体が漏出することはない。

上記のような流体管の連結構造は、拡径部１１と縮径部２１とが重なった部分において流体管の板厚が実質的に倍になっているため、流体管１，２の周方向および径方向について高い耐応力性を示す。土中の流体管に作用する主たる外力は、図３に示すように土圧および上載荷重である。流体管１，２の軸方向については、拡径部１１の内周面１２と縮径部２１の外周面２２との間に作用する摩擦力および非貫通ねじ３の支圧力によって耐応力性を得ることになるが、流体管の場合は周方向に作用する応力に比べて軸方向に作用する応力が小さいため、例えば図４に示す拡径部１１と縮径部２１との重なり長さＬ_３が流体管１，２の外径Ｄの０．７倍（０．７Ｄ）程度である場合にも実用に足る軸方向の耐応力性を得ることができる。

ここで、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃ（Ａ－Ａ線、Ｂ－Ｂ線、およびＣ－Ｃ線は、各図の間での断面の対応関係を示す）には、流体管の軸に対して鉛直方向に発生する曲げＢ_Ａ、水平方向に発生する曲げＢ_Ｂ、および流体管に対する板曲げＢ_Ｃが示されている。偏土水圧や地震荷重などから発生する曲げＢ_Ａ，Ｂ_Ｂにより、流体管の軸方向に大きな応力が発生することが想定される場合には、図２に示した重なり長さＬ_３を流体管１，２の外径Ｄの２倍（２Ｄ）程度まで延伸し、これに応じて拡径部１１および縮径部２１の長さＬ_１，Ｌ_２（図１（Ａ）参照）を決定してもよい。

なお、上記の例では、拡径部が形成される第１の流体管と縮径部が形成される第２の流体管との間の連結方法、および連結構造について説明したが、３本以上の流体管を連結することも可能である。この場合、軸方向の一方の端部に拡径部が形成され、他方の端部に縮径部が形成された流体管、または、軸方向の両方の端部に拡径部または縮径部のいずれかが形成された流体管が用いられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１…流体管、１１…拡径部、１２…内周面、２…流体管、２１…縮径部、２２…外周面、３…非貫通ねじ、３１…ねじ孔、４…止水材。

Claims (6)

1. 軸方向端部に逆テーパー形状の拡径部が形成される第１の鋼管と、
   軸方向端部に前記拡径部の中に挿入されるテーパー形状の縮径部が形成される第２の鋼管と、
   前記拡径部を外側から貫通し、且つ前記縮径部に途中まで貫入して非貫通の係止手段と
   を含み、
   前記拡径部の内周面は前記縮径部の外周面に密着する、流体管の連結構造。
2. 前記拡径部の内周面と前記縮径部の外周面との間に止水材が介在する、請求項１に記載の流体管の連結構造。
3. 前記非貫通の係止手段は、スレッドローリングねじである、請求項１または請求項２に記載の流体管の連結構造。
4. 第１の鋼管の軸方向端部に形成される逆テーパー形状の拡径部の中に、第２の鋼管の軸方向端部に形成されるテーパー形状の縮径部を挿入する工程と、
   前記拡径部の内周面を前記縮径部の外周面に密着させる工程と、
   前記拡径部を外側から貫通し、且つ前記縮径部に途中まで貫入して非貫通の係止手段を貫入させる工程と
   を含む、流体管の連結方法。
5. 前記拡径部の内周面または前記縮径部の外周面の少なくともいずれかに止水材を塗布する工程をさらに含む、請求項４に記載の流体管の連結方法。
6. 前記拡径部に前記非貫通の係止手段を挿通するための貫通孔を形成する工程と、
   前記拡径部の内周面を前記縮径部の外周面に密着させる工程の後に、前記縮径部に前記非貫通の係止手段を貫入させるための非貫通孔を形成する工程と
   をさらに含む、請求項４または請求項５に記載の流体管の連結方法。

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