JP7187296B2

JP7187296B2 - 変換継手

Info

Publication number: JP7187296B2
Application number: JP2018240753A
Authority: JP
Inventors: 友和檜物; 健二橋津
Original assignee: 株式会社クボタケミックス
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2022-12-12
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: JP2020101250A

Description

本発明は、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手に関する。

金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手は、金属によって形成され、一方端部に樹脂管接続部を有する筒状の継手本体と、一方端部が樹脂管接続部に外嵌される樹脂管と、樹脂管の一方端部に外嵌されて樹脂管の一方端部の内周面を前記樹脂管接続部の外周面に押し付けるリングと、を含んで構成される。このような変換継手において、温度変化などによって樹脂管が収縮した場合でもリングの離脱を適切に防止して樹脂管の抜けを確実に防止することが求められる。

たとえば、特開２０１５－１６６６０１号公報（特許文献１）は、このような変換継手を開示する。この特許文献１に開示された変換継手は、一方端部に樹脂管接続部を有する金属製の継手本体、一方端部が前記樹脂管接続部に外嵌される樹脂管、前記樹脂管の一方端部に外嵌されて、当該樹脂管の一方端部の内周面を前記樹脂管接続部の外周面に押し付けるリング、前記リングの内周面奥側に形成され、周方向に延びる環状の凹部、前記凹部の対向位置において前記樹脂管接続部の外周面に形成され、周方向に延びる環状の第１凸部、および前記第１凸部より手前側において前記樹脂管接続部の外周面に形成され、周方向に延びる環状の第２凸部を備え、前記第１凸部を前記第２凸部より高くすることによって、前記凹部と前記第１凸部とで挟まれた部分において前記樹脂管を径方向にたわませたことを特徴とする。

特開２０１５－１６６６０１号公報

上記した特許文献１の図４およびその説明に開示されたように、この変換継手は以下のような組み立て手順により組み立てられる。なお、このような組み立て手順は、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手において一般的なことである。継手本体の樹脂管接続部に対して樹脂管の一方端部を外嵌する。具体的には、樹脂管接続部の導入部のテーパ面に沿わせて樹脂管を押し込み、そのまま樹脂管内に樹脂管接続部を無理入れする。すなわち、樹脂管の一方端部を樹脂管接続部によって拡径させながら、樹脂管を押し込む。このとき、樹脂管接続部の無理入れによって拡径された樹脂管の一方端部には、元の径に戻ろうとする復元力が生じるので、樹脂管の内周面は樹脂管接続部に密着する。

このように樹脂管接続部の導入部にはテーパ面が設けられており、テーパ面に沿わせて樹脂管を拡径させながら押し込んでいる。特許文献１の図３に示すように、樹脂管接続部においてテーパ面の終了位置において平坦面（この平坦面の開始位置の径であって凸部以外の樹脂管接続部の外径をＤとする）と接続されている。樹脂管の内径をｄとすると樹脂管の拡径率はＤ／ｄで定義される。

しかしながら、この拡径率が大きくなると、樹脂管が降伏するまでに接合部が抜ける等の問題が生じないことを確認する引張試験の結果、テーパ面の終了位置においてひずみが集中してその位置で樹脂管が（樹脂管の他の部分で降伏するよりも）先に破断する可能性がある。特に、呼び径が小さいほど拡径率が大きくなり、樹脂管接続部を有する金属製の継手本体に（本発明において素材が限定されるものではないが）青銅ではなく鋳鉄を採用すると管厚みが大きくなる一方で内径を確保しなければならないために拡径率が大きくなる。このように拡径率が大きくなると、上述したようにテーパ面の終了位置においてひずみが集中して樹脂管が破断する可能性がより高くなる。また、このような破断を回避するために樹脂管の応力を緩和するために熱処理を行うこともあるが、その熱加工のための設備が別途必要になることに加えて、熱加工工程が追加されて生産性が下がってしまう。

本発明は、上述の問題点に鑑みて開発されたものであり、その目的とするところは、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手において、大きな拡径率であっても、テーパ面の終了位置を含めて樹脂管が破断することを抑制できる変換継手を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る変換継手は以下の技術的手段を講じている。
すなわち、本発明に係る変換継手は、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手であって、金属によって形成され、一方端部に樹脂管接続部を有する筒状の継手本体と、一方端部が前記樹脂管接続部に外嵌される樹脂管と、前記樹脂管の一方端部に外嵌されて、前記樹脂管の一方端部の内周面を前記樹脂管接続部の外周面に押し付けるリングとを含み、前記樹脂管接続部は、管部材の軸中心を含む断面において、前記樹脂管接続部の外径が開放側から徐々に大きくなる傾斜面と前記傾斜面に続く平坦面とを含み、前記平坦面の外周面には、複数の環状突起が形成され、前記平坦面の開始点から１つめの前記環状突起である第１環状突起の開始点までには、所定の軸方向長さの第１平坦部が設けられ、管部材の軸中心を含む断面において、前記傾斜面の延長線が前記第１環状突起と交差しないことを特徴とする。

好ましくは、前記傾斜面の開始点における管外径Ｄ１、前記平坦面の開始点における管外径Ｄ２、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、Ｈ１＝（Ｄ２－Ｄ１）／２として、Ｈ１／Ｌ１が０．３８以下であるように構成することができる。
さらに好ましくは、前記傾斜面の開始点における管外径Ｄ１、前記平坦面の開始点における管外径Ｄ２、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、Ｈ１＝（Ｄ２－Ｄ１）／２、前記第１平坦部の軸方向長さＬ２として、Ｈ１／（Ｌ１＋Ｌ２）が０．２７以下であるように構成することができる。

さらに好ましくは、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、前記第１平坦部の軸方向長さＬ２として、Ｌ２／Ｌ１が０．４１以下であるように構成することができる。
さらに好ましくは、前記平坦面の開始点における管外径Ｄ２、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、前記第１環状突起を含めた管外径Ｄ３として、（（Ｄ３－Ｄ２）／２）／Ｌ１が０．０５以下であるように構成することができる。

本発明によると、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手において、大きな拡径率であっても、テーパ面の終了位置を含めて樹脂管が破断することを抑制できる変換継手を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る変換継手１００の外形形状を示す側面図である。図１の変換継手の断面図である。図２の変換継手の（Ａ）継手本体、（Ｂ）リング、（Ｃ）樹脂管の断面図である。図３（Ａ）の領域４の部分拡大断面図（ハッチング省略）である。

以下、本発明の実施の形態に係る変換継手１００について、図面に基づき詳しく説明する。この変換継手１００は、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手であり、たとえば、変換継手１００は、水道用配管において、鋳鉄などの金属によって形成されるバルブなどの管部材に対して、ポリエチレン等の合成樹脂によって形成される配管を接続するために用いられる。以下におけるこの変換継手１００を構成する継手本体１１０の説明において、軸方向における樹脂管１２０側を開放側または手前側、その反対側を奥側と記載する場合がある。

変換継手１００の外観形状を示す側面図である図１、図１の断面図である図２および図２の分解図である図３を参照して、この変換継手１００について詳しく説明する。この変換継手１００は、金属によって形成され、一方端部に樹脂管接続部１１２を有する筒状の継手本体１１０と、一方端部が樹脂管接続部１１２に外嵌される樹脂管１２０と、樹脂管
１２０の一方端部に外嵌されて、樹脂管１２０の一方端部の内周面を樹脂管接続部１１２の外周面に押し付けるリング１３０とを含む。さらに詳しくは、この樹脂管接続部１１２は、管部材の軸中心を含む断面において、樹脂管接続部１１２の外径が開放側から徐々に大きくなる傾斜面１１２Ａと傾斜面１１２Ａに続く平坦面１１２Ｂとを含み、この平坦面１１２Ｂの外周面には、複数の環状突起１１２Ｃが形成されている。この平坦面１１２Ｂの開始点から１つめの環状突起１１２Ｃである第１環状突起１１２Ｃ１の開始点までには、所定の軸方向長さの第１平坦部１１２Ｄが設けられ、図４に示すように、管部材の軸中心を含む断面において、この傾斜面１１２Ａの延長線が第１環状突起１１２Ｃ１と交差しないことを特徴とする。

ここで、図１および図２には、一方端部に樹脂管接続部１１２を有する筒状の継手本体１１０の他方端部は省略して図示しているが、たとえば、省略した部分にユニオンナットが形成されたユニオン型の変換継手であっても構わないし、他の構成であっても構わない。他の構成の一例として、この変換継手１００の接続対象である金属製の管部材にはバルブ（仕切弁）が含まれ、継手本体１１０がこのバルブ両端の継手部分に該当する構成が挙げられる。
図４に示す、傾斜面１１２Ａの延長線が第１環状突起１１２Ｃ１と交差しないという特徴を備えた変換継手１００をさらに詳しく説明する。

＜継手本体＞
図１～図４に示すように、この変換継手１００の継手本体１１０は、限定されるものではないが鋳鉄、銅合金（青銅）などの金属によって形成される筒状体であり、その一方端部には、樹脂管接続部１１２が形成される。
樹脂管接続部１１２は、短筒状に形成され、継手本体１１０において樹脂管接続部１１２との境界にあたる部分には段差部１１４が形成される。また、樹脂管接続部１１２の先端部には、樹脂管接続部１１２の外径が開放側から奥側へ徐々に大きくなる傾斜面１１２Ａが形成される。この傾斜面１１２Ａは、樹脂管１２０の管端を受け入れ易く、かつ、傾斜面１１２Ａでの応力集中の発生を抑制できるように形成される。また、傾斜面１１２Ａの先端部分は、面取りされて曲面形状に形成される。

樹脂管接続部１１２において、傾斜面１１２Ａに続く平坦面１１２Ｂの外周面には、複数の環状突起１１２Ｃが形成されている。本実施の形態に係る変換継手１００では、軸方向に並ぶ４つの環状突起１１２Ｃが形成されている（環状突起１１２Ｃの数は４つに限定されるものではない）。これらの環状突起１１２Ｃは、この平坦面１１２Ｂの開始点から１つめの環状突起１１２Ｃである第１環状突起１１２Ｃ１から４つめの環状突起１１２Ｃである第４環状突起１１２Ｃ４である。これらの環状突起１１２Ｃは、いずれも、略台形状の断面を有し、平坦面１１２Ｂとの接合部分は、面取りされて曲面形状に形成される。なお、限定されるものではないが、環状突起１１２Ｃにおける開放側の傾斜角度αは４５°であって、第４環状突起１１２Ｃ４において顕著なように奥側の傾斜角度βは傾斜角度αより大きく設定されている。これらの環状突起１１２Ｃによって、樹脂管１２０を係止し易くなって、樹脂管接続部１１２に対する樹脂管１２０の抜けが防止される。

また、限定されるものではないが、４つの環状突起１１２Ｃの外径（突出高さ）は、開放側から徐々に大きくなるように設定することによって、樹脂管１２０の内周面に環状突起１１２Ｃが大きく食い込むので、樹脂管接続部１１２に対する樹脂管１２０の抜けが確実に防止される。
そして、第１環状突起１１２Ｃ１の外径（突出高さ）および第１平坦部１１２Ｄの長さＬ２には、図４に示すように、管部材の軸中心を含む断面において、この傾斜面１１２Ａの延長線が第１環状突起１１２Ｃ１と交差しないという基本的な条件が成立する。

この基本的な条件について、さらに別の観点を加えると、以下のような数値条件が成立する。
図４を参照して、傾斜面１１２Ａの開始点における管外径Ｄ１、平坦面１１２Ｂの開始点における管外径Ｄ２、傾斜面１１２Ａの軸方向長さＬ１、Ｈ１＝（Ｄ２－Ｄ１）／２、第１平坦部１１２Ｄの軸方向長さＬ２、第１環状突起１１２Ｃ１を含めた管外径Ｄ３とし
て、
第１の数値条件：Ｈ１／Ｌ１≦０．３８
第２の数値条件：Ｈ１／（Ｌ１＋Ｌ２）≦０．２７
第３の数値条件：Ｌ２／Ｌ１≦０．４１
第４の数値条件：（（Ｄ３－Ｄ２）／２）／Ｌ１≦０．０５
である。ここで、（（Ｄ３－Ｄ２）／２）は第１環状突起１１２Ｃ１の突出高さである。

このように、傾斜面１１２Ａの延長線が第１環状突起１１２Ｃ１と交差せず、さらに、上述した第１～第４の数値条件を満足する樹脂管接続部１１２を備えた継手本体１１０を含めて構成された変換継手１００は後述する性能を発現する。ここで、本発明に係る変換継手１００は、上述した第１～第４の数値条件の全てを満足する必要も少なくとも１つの数値条件を満足する必要もないが、傾斜面１１２Ａの延長線が第１環状突起１１２Ｃ１と交差しないという基本的な条件は必ず満足する必要がある。
なお、このような樹脂管接続部１１２の外周部分、すなわち、傾斜面１１２Ａ、平坦面１１２Ｂおよび複数の環状突起１１２Ｃ等は、一例として、素材が鋳鉄の場合には、鋳造によって、または、鋳造してから切削加工によって形成することができる。

＜リング・樹脂管＞
図１～図４に示すように、この変換継手１００の樹脂管接続部１１２には、樹脂管１２０の一方端部が外嵌されるとともに、樹脂管接続部１１２と樹脂管１２０との嵌合部分には、リング１３０が外嵌される。樹脂管１２０は、ポリエチレン等の合成樹脂によって形成される管部材であって、この樹脂管１２０の内径は、継手本体１１０の樹脂管接続部１１２の外径と同径または小さく設定されており、樹脂管１２０の一方端部を樹脂管接続部１１２に外嵌するときには、樹脂管１２０内に樹脂管接続部１１２が無理入れされる。

リング１３０は、樹脂管１２０の一方端部を外部から締め付けて、樹脂管１２０の内周面を樹脂管接続部１１２の外周面に押し付けることによって樹脂管１２０の離脱を防止する部材である。リング１３０は、ステンレス、銅、鋳鉄等の金属によって短筒状に形成され、その奥側に形成される拡径部１３２と、拡径部１３２より手前側に形成される同径部１３４とを含む。拡径部１３２は、奥側に向かうに従って内径が大きくなるように形成される。

リング１３０の内径は、樹脂管接続部１１２に外嵌した状態の樹脂管１２０の一方端部の外径よりも小さく設定されており、リング１３０を樹脂管１２０の一方端部に外嵌するときには、リング１３０内に樹脂管１２０の一方端部が無理入れされる。なお、リング１３０を樹脂管１２０の一方端部に外嵌したときに、リング１３０は継手本体１１０の段差部１１４と当接する。

このように、リング１３０に拡径部１３２を形成することによって、樹脂管接続部１１２と樹脂管１２０との嵌合部分にリング１３０を外嵌し、リング１３０の内周面と樹脂管１２０の一方端部の外周面とが圧着状態となるとき、樹脂管１２０の一方端部の外径は、拡径部１３２の内径に沿って奥側に向かうに従い大きくなる。このため、樹脂管１２０の一方端部の奥側部分の外周面がストッパとなり、樹脂管１２０に対するリング１３０の奥側への移動が規制される。

＜組み立て手順＞
以下において、本実施の形態に係る変換継手１００を組み立てる手順を説明する。すなわち、継手本体１１０の樹脂管接続部１１２に対して樹脂管１２０の一方端部を外嵌させて、樹脂管１２０と樹脂管接続部１１２との嵌合部分にリング１３０を外嵌する手順を詳しく説明する。
継手本体１１０の樹脂管接続部１１２に対して樹脂管１２０の一方端部を外嵌する。具体的には、樹脂管接続部１１２の傾斜面１１２Ａに沿わせて樹脂管１２０を押し込み、そのまま樹脂管１２０内に樹脂管接続部１１２を無理入れする。すなわち、樹脂管１２０の一方端部を樹脂管接続部１１２によって拡径させながら、樹脂管１２０を継手本体１１０へ押し込む。このとき、樹脂管接続部１１２の無理入れによって拡径された樹脂管１２０の一方端部には、元の径に戻ろうとする復元力が生じるので、樹脂管１２０の内周面は環
状突起１１２Ｃに密着する。

その後、樹脂管１２０の一方端部、つまり樹脂管１２０と樹脂管接続部１１２との嵌合部分にリング１３０を外嵌する。具体的には、樹脂管接続部１１２に接続された状態の樹脂管１２０の一方端部をリング１３０の奥側から挿入する。そして、そのままリング１３０内に樹脂管１２０の一方端部を無理入れする。すなわち、樹脂管１２０の一方端部をリング１３０によって外部から押圧しながら、リング１３０の奥側端面が樹脂管１２０の奥側端面の位置であって、リング１３０の奥側端面が継手本体１１０の段差部１１４に当接する位置にくるまでリング１３０を押し込む。

樹脂管１２０と樹脂管接続部１１２との嵌合部分にリング１３０が外嵌され、樹脂管１２０の内周面と樹脂管接続部１１２の外周面とが圧着状態となるとき、樹脂管１２０の内周面に環状突起１１２Ｃが食い込む。これによって、樹脂管１２０と樹脂管接続部１１２との間の止水性能が確保されるとともに、樹脂管接続部１１２に対する樹脂管１２０の離脱が防止される。また、リング１３０の内周面と樹脂管１２０の一方端部の外周面とが圧着状態となって、樹脂管１２０の一方端部の外径が、拡径部１３２の内径に沿って奥側に従い大きくなり、リング１３０の移動が規制される。
このように、継手本体１１０の樹脂管接続部１１２に樹脂管１２０とリング１３０とを無理入れするだけの単純な構造であるので、リング１３０のかしめ作業などを行う必要がなく、容易に製作することができる。

＜性能評価試験＞
上述した構造および組み立て手順により組み立てられた本実施の形態に係る変換継手１００について、以下のように高速引張試験を実施して、性能を評価した。なお、この高速引張試験とは、地震による地盤変動は瞬時に発生し急激な速さで管体が引張られることが想定されるために、管体の高速引張に対する安全性を確認するための引張試験であって、ここでは、変換継手に引張りが掛かった際に接合部（樹脂管接続部１１２に外嵌されている樹脂管１２０）が樹脂管１２０と同等以上の強度を持つことを確認するための試験である。より具体的には、変換継手１００の片端を反力壁に固定し、他端を油圧式サーボアクチュエータに接続して、一定速度（通常の引抜阻止性能試験のおおよそ１００倍の速さ）の強制変位を作用させ、発生荷重と変位との関係を測定することにより変換継手の強度を調べて性能を評価した。

この高速引張試験を用いた変換継手１００の性能評価とは、樹脂管接続部１１２に外嵌されている部分の樹脂管１２０が抜けたり破断したりする（変換継手１００に異常が生じる）前に、樹脂管接続部１１２に外嵌されている部分以外の樹脂管１２０が降伏すると合格と判定（この変換継手１００が樹脂管１２０自体よりも大きい強度を備えると判定）し、樹脂管接続部１１２に外嵌されている部分以外の樹脂管１２０が降伏する前に、樹脂管接続部１１２に外嵌されている部分の樹脂管１２０が抜けたり破断したりする（変換継手１００に異常が生じる）と不合格と判定（この変換継手１００が樹脂管１２０自体よりも大きい強度を備えないと判定）した。なお、樹脂管１２０の内径ｄ（呼び径）は、５０ｍｍ～２００ｍｍ程度である。

上述した傾斜面１１２Ａの延長線が第１環状突起１１２Ｃ１と交差しないという基本的な条件のみを満足するか、これに加えて、第１～第４の数値条件の少なくともいずれかの数値条件を満足する変換継手１００は、樹脂管１２０のひずみが１３％さらに２０％を越えても合格であったのに対して、このような条件を満足しない場合には樹脂管１２０のひずみが９％で不合格であった。この不合格については、上述した条件を満足しない場合には樹脂管接続部１１２における傾斜面１１２Ａと平坦面１１２Ｂとの境界近傍（図４に示すＹ部である傾斜面１１２Ａ（テーパ面）の終了位置）において、応力が集中して大きなひずみが発生して、その部分で樹脂管１２０が破断したと考えられる。これに対して、上述した条件を満足する場合には、図４に示すＹ部である傾斜面１１２Ａの終了位置において、応力が集中することなくひずみが分散されたために変換継手１００の樹脂管１２０が破断することがなかったと考えられる。

以上のようにして、本実施の形態に係る変換継手によると、金属製の管部材と合成樹脂
製の管部材とを接続する変換継手において、大きな拡径率であっても、テーパ面の終了位置を含めて樹脂管が破断することを抑制できる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを接続する変換継手において、単純な構造でかしめ作業などを行う必要がなく容易に製作できる変換継手に好ましく、大きな拡径率であってもテーパ面の終了位置を含めて樹脂管が破断することを抑制できる点で特に好ましい。

１００変換継手
１１０継手本体
１１２樹脂管接続部
１１２Ａ傾斜面
１１２Ｂ平坦面
１１２Ｃ環状突起
１１２Ｄ平坦部
１１４段差部
１２０樹脂管
１３０リング
１３２拡径部
１３４同径部

Claims

金属製の管部材と合成樹脂製の管部材とを螺合部材を使わないで接続する変換継手であって、
金属によって形成され、一方端部に樹脂管接続部を有する筒状の継手本体と、
一方端部が前記樹脂管接続部に外嵌される樹脂管と、
前記樹脂管の一方端部に外嵌されて、前記樹脂管の一方端部の内周面を前記樹脂管接続部の外周面に押し付けるリングとを含み、
前記樹脂管接続部は、管部材の軸中心を含む断面において、前記樹脂管接続部の外径が開放側から徐々に大きくなる傾斜面と前記傾斜面に続く平坦面とを含み、
前記平坦面の外周面には、複数の環状突起が形成され、
前記平坦面の開始点から１つめの前記環状突起である第１環状突起の開始点までには、所定の軸方向長さの第１平坦部が設けられ、
前記第１平坦部は凹部を備えない平坦形状であって、
管部材の軸中心を含む断面において、前記傾斜面の延長線が前記第１環状突起と交差せず、
前記平坦面の開始点における管外径Ｄ２、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、前記第１環状突起を含めた管外径Ｄ３として、０＜（（Ｄ３－Ｄ２）／２）／Ｌ１≦０．０５であることを特徴とする、変換継手。
前記傾斜面の開始点における管外径Ｄ１、前記平坦面の開始点における管外径Ｄ２、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、Ｈ１＝（Ｄ２－Ｄ１）／２として、
Ｈ１／Ｌ１が０．３８以下であることを特徴とする、請求項１に記載の変換継手。
前記傾斜面の開始点における管外径Ｄ１、前記平坦面の開始点における管外径Ｄ２、前記傾斜面の軸方向長さＬ１、Ｈ１＝（Ｄ２－Ｄ１）／２、前記第１平坦部の軸方向長さＬ２として、
Ｈ１／（Ｌ１＋Ｌ２）が０．２７以下であることを特徴とする、請求項１に記載の変換継手。
前記傾斜面の軸方向長さＬ１、前記第１平坦部の軸方向長さＬ２として、
Ｌ２／Ｌ１が０．４１以下であることを特徴とする、請求項１に記載の変換継手。
前記リングの内面は、同径部および拡径部のみで構成され、
前記リングの内径は前記樹脂管接続部に外嵌した状態の前記樹脂管の一方端部の外径よりも小さく設定されており、前記リングを前記樹脂管の一方端部に外嵌するときには前記リング内に前記樹脂管の一方端部が無理入れされ、前記リングを前記樹脂管の一方端部に外嵌したときに前記リングは前記継手本体の段差部と当接することを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれかに記載の変換継手。