JP7218174B2

JP7218174B2 - 管接続構造

Info

Publication number: JP7218174B2
Application number: JP2018243159A
Authority: JP
Inventors: 章人寺嶋; 一寛進
Original assignee: INOAC Housing and Construction Materials Co Ltd
Current assignee: INOAC Housing and Construction Materials Co Ltd
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2023-02-06
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP2020106055A

Description

本開示は、樹脂管と金属管とを接続する管接続構造に関する。

従来の管接続構造として、樹脂管と金属管のそれぞれに周設されたフランジ同士が重ね合わされた状態でクイックファスナーの挟持孔に挿入されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－２１４９９６号公報（段落［００２０］、第２図）

従来の管接続構造では、例えば施工時に金属管が引っ張られたり、使用時に水圧が掛かる等、金属管を樹脂管から離すような負荷がかかると、クイックファスナーの挟持孔の周辺部分に応力が集中し、金属フランジよりも強度が低い樹脂フランジが変形・損傷することがあった。このため、樹脂フランジの変形・損傷の抑制が可能な管接続構造の開発が求められていた。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る管接続構造は、雌雄結合された樹脂管と金属管とにクイックファスナーが装着され、前記樹脂管に周設された樹脂フランジと前記金属管に周設された金属フランジとが重ね合わされた状態で前記クイックファスナーの挟持孔に挟まれることで、前記樹脂管と前記金属管とが接続される管接続構造において、閉環状に形成されて、前記樹脂管に外嵌される金属リングを備え、前記金属リングは、前記金属フランジと反対側から前記樹脂フランジに重ねられ、前記樹脂フランジと前記金属フランジと共に前記挟持孔に挿通されるリング本体と、前記リング本体の外縁から金属管側に立設されて、前記樹脂フランジと前記金属フランジとを外側から包囲する包囲筒部と、を有する、管接続構造である。

請求項２に係る管接続構造は、前記樹脂管と前記金属管とは、前記樹脂管において前記樹脂フランジよりも前記金属管側に突出した雄筒部が前記金属管に内挿されることにより雌雄結合するように構成され、前記雄筒部には、その外周面と前記樹脂フランジとを繋ぐ複数のリブが前記雄筒部の中心部に対して放射状に設けられ、前記金属管の内周面には、前記樹脂管側を拡径して前記複数のリブを収容するリブ収容部が形成されている、請求項１に記載の管接続構造である。

請求項３に係る管接続構造は、前記包囲筒部の内周面には、前記樹脂フランジの外周面に食い込んで係止する係止爪が突設されている、請求項１又は２に記載の管接続構造である。

［請求項１の発明］
請求項１の発明によれば、樹脂管に外側から嵌合（以下、単に外嵌と言う）されている金属リングは、金属フランジと反対側から樹脂フランジに重ねられ、金属フランジ及び樹脂フランジと共にクイックファスナーの挟持孔に挿通されるリング本体を有している。これにより、金属管と樹脂管とが離れるような負荷が掛かったときに、クイックファスナーの挟持孔の接触部分周辺にかかる負荷を金属リングで受けることができ、樹脂フランジの変形・損傷を抑制することができる。また、金属リングが閉環状に形成されているので、Ｃリングのような切れ目を有する形状に形成される場合と比べて金属リングにおける剛性の低下を抑制することができる。さらに、金属リングは、樹脂フランジを外側から包囲する包囲筒部を有しているので、樹脂フランジに外側から掛かる負荷を金属リングで受けることができる。また、包囲筒部は、樹脂フランジだけでなく金属フランジまで覆う構成になっているので、樹脂フランジのみを覆う場合よりも、軸方向に長くすることができ、包囲筒部の強度アップを図ることができる。

［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、雄筒部の中心部に対して放射状に形成された複数のリブによって、樹脂フランジを補強することができる。また、金属管にはリブ収容部が形成されているので、複数のリブとの干渉を防ぐことができる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明では、金属リングに設けられた係止爪が樹脂フランジの外周面に食い込んで係止する構成となっているので、樹脂フランジに金属リングを仮固定した状態で、樹脂管と金属管との接続作業をすることができ、作業性の向上が図ることができる。

本実施形態に係る管接続構造を用いた熱交換システムの概略図管接続構造を用いた熱交換システムの拡大概略図管接続構造の斜視図管接続構造の断面図（Ａ）樹脂管の側面図（Ｂ）金属管の断面図（Ａ）金属リングの斜視図（Ｂ）外装された金属リングと両フランジの状態を示す拡大断面図ヘッダーの製造方法を示す説明図ヘッダーの製造方法を示す説明図管接続構造による樹脂管と金属管の接続工程を示す説明図変形例に係る管接続構造の断面図

図１及び図２に示されるように、本実施形態の管接続構造１０は、地中熱を空調等に利用する地中熱交換システム１００に使用される。地中熱交換システム１００は、熱交換装置９０と建物Ｂの地中Ｔに埋設されて熱媒を流通させる複数の熱交換用パイプ７０とを有している。

熱交換装置９０には、複数の熱交換用パイプ７０の一端と連通して熱媒を流出するための流出用パイプ８５と、複数の熱交換用パイプ７０の他端と連通して熱媒を流入する流入用パイプ８６が接続されている。流出用パイプ８５及び流入用パイプ８６と、複数の熱交換用パイプ７０はヘッダー８０を介して接続されている。ヘッダー８０は全体が樹脂材料から構成され、樹脂製の主管８１と、主管８１から分岐する複数の樹脂管２０とを有し、各樹脂管２０に熱交換用パイプ７０と螺合する雄ねじ３５を備えた金属管３０が接続されている。この樹脂管２０と、金属管３０の接続構造が本実施形態の管接続構造１０である。なお、複数の樹脂管２０は熱溶着により主管８１に接続されている。

図３及び図４に示されるように、樹脂管２０と金属管３０とは、それぞれに周設された円環状の樹脂フランジ２１と金属フランジ３１とが重ね合わされた状態で、クイックファスナー５０に形成された挟持孔５１に挟まれることで固定されている。クイックファスナー５０は、バネ性を有する金属の帯板材５２を略Ｃ環状に折り曲げてなり、帯板材５２の端部同士の間の隙間５３を開いて樹脂管２０及び金属管３０に装着可能となっている。

図４に示されるように、樹脂管２０は円筒状をなし、金属管３０に内挿される雄筒部２５と主管８１に熱融着される基端筒部２７とを有し、雄筒部２５と基端筒部２７との間に樹脂フランジ２１が形成されている。雄筒部２５は、樹脂フランジ２１よりも上方に延びる基端筒部２７よりも外径が小さく形成され、雄筒部２５が金属管３０に内挿されて、樹脂管２０と金属管３０とが雌雄結合する構成になっている。

また、図５（Ａ）に示されるように、雄筒部２５には、その外周面２５Ｍと樹脂フランジ２１を繋ぐ複数のリブ２６が設けられている。複数のリブ２６は、全て同じ形状で形成され、雄筒部２５の中心部に対して放射状に等間隔に配置されている。本実施形態では、リブ２６は１２本設けられ、隣接するリブ２６同士のなす角度が３０度になっている。また、リブ２６は、逆Ｌ字状に形成され、径方向に延び樹脂フランジ２１を支えるフランジ補強部２６Ａと、フランジ補強部２６Ａのうち雄筒部２５側の端部から雄筒部２５に沿って軸方向に延び、樹脂フランジ２１に負荷がかかった時に応力が大きくなりやすい樹脂フランジ２１の付け根部分をさらに補強する支持部２６Ｂとを有している。

図５（Ｂ）に示されるように、金属管３０は円筒状をなし、樹脂管２０と雌雄結合する側の端部に外側に張り出す円環状の金属フランジ３１が形成されている。また、金属管３０のうち樹脂管２０と雌雄結合する側と反対側の端部の外側面には、上述した雄ねじ３５が設けられている。また、金属管３０の内周面には環状溝３７Ａが形成され、環状溝３７Ａにはめ込まれたＯリング３７が挿通された樹脂管２０の雄筒部２５に密着して、樹脂管２０と金属管３０との密閉性アップを図っている。

また、金属管３０には、樹脂管２０側の内径を拡径して複数のリブ２６が収容できるリブ収容部３６が形成されている。リブ収容部３６は、リブ２６に沿った形状で拡径する構成になっている。また、リブ収容部３６は、リブ２６との間に略一定のクリアランスを有する大きさに形成され、リブ２６とリブ収容部３６とが当接しないようになっている。

ここで、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、樹脂管２０には閉環状の金属リング４０が外嵌されている。金属リング４０は、断面が逆Ｌ字状をなし、樹脂フランジ２１に対して金属フランジ３１と反対側から重なるリング本体４１と、リング本体４１の外縁部から立設された包囲筒部４２とを備えている。リング本体４１は、樹脂フランジ２１及び金属フランジ３１と共にクイックファスナー５０の挟持孔５１に挿通される。また、包囲筒部４２は、樹脂フランジ２１と金属フランジ３１を外側から包囲する。また、包囲筒部４２の下面４２Ｋは金属フランジ３１の下面３１Ｋと略面一に配置される。

また、金属リング４０には、包囲筒部４２の内周面４２Ｍから内側に突出する係止爪４３が形成されている。係止爪４３は、包囲筒部４２のうちリング本体４１寄り位置の内周面４２Ｍから環状に張り出し、その断面はリング本体４１側に向かうに従って張り出し量が大きくなる三角状に形成されている。そして、この係止爪４３が樹脂フランジ２１の外側面に食い込んで係止する構成になっている。

次に、本実施形態のヘッダー８０の樹脂管２０と金属管３０との接続工程について説明する。ここで、管接続構造１０は、金属リング４０が外嵌された樹脂管２０を有するヘッダー８０が用いられているので、まず、ヘッダー８０の製造方法について説明する。

図７（Ａ）に示されるように、主管８１に接続される前の樹脂管２０と、金属リング４０が準備される。なお、樹脂管２０は、射出成形により成形される。

次いで、図７（Ｂ）樹脂管２０の基端筒部２７側から金属リング４０が挿通される。図７（Ｃ）に示されるように、金属リング４０は、リング本体４１の下面４１Ｋが樹脂フランジ２１の上面２１Ｊに当接するようにしっかりと挿通される。このとき、金属リング４０の包囲筒部４２から突出した係止爪４３が樹脂フランジ２１に食い込む。これにより、金属リング４０が樹脂フランジ２１に仮固定される。なお、係止爪４３は断面形状がリング本体４１側に向かうに従って張り出し量が多くなる三角形状をなしているので、挿通するときには係止爪４３の傾斜面によって深く嵌め込まれるようにガイドする一方、樹脂フランジ２１から外そうとすると係止爪４３の上面４３Ｊが樹脂フランジ２１に係止して抜けにくくなっている。

次いで、図８（Ａ）に示されるように、金属リング４０が装着された複数の樹脂管２０と、各樹脂管２０が挿通される複数の開口８２を有する主管８１が準備される。

次いで、図８（Ｂ）に示されるように、樹脂管２０の基端筒部２７の一部が主管８１の開口８２に挿通されて、その挿通部分が熱溶着される。以上により、金属リング４０が外嵌された樹脂管２０を有するヘッダー８０が形成される。

次に、金属リング４０が外嵌された樹脂管２０を有するヘッダー８０と金属管３０との接続方法について説明する。

まず、ヘッダー８０と金属管３０が準備される。そして、図９（Ａ）に示されるように、金属管３０の金属フランジ３１と樹脂フランジ２１とを対向させた状態で、樹脂管２０の雄筒部２５を金属管３０に挿入し、樹脂管２０と金属管３０とを雌雄結合させる。このとき、図９（Ｂ）に示されるように、樹脂フランジ２１の下面２１Ｋと金属フランジ３１の上面３１Ｊとが突き当たるまでしっかりと挿入する。金属管３０には、樹脂管２０に形成されているリブ２６を収容するリブ収容部３６が形成されているので、リブ２６と金属管３０との干渉を抑制することができる。また、リブ収容部３６は、リブ２６よりも大きく形成されているので、樹脂フランジ２１と金属フランジ３１とが当接する前に、リブ２６と、リブ収容部３６とが干渉し、しっかりと挿通できなくなることを抑制することができる。また、金属管３０が正しく結合されると、包囲筒部４２で樹脂フランジ２１及び金属フランジ３１の外周面を側方から覆うとともに、包囲筒部４２の下面４２Ｋが金属フランジ３１の下面３１Ｋと略面一に配置される。

次いで、図９（Ｃ）に示されるように、樹脂管２０と金属管３０にクイックファスナー５０を装着して樹脂管２０と金属管３０とを接続する。具体的には、クイックファスナー５０の隙間５３を金属リング４０に側方から宛がい、クイックファスナー５０を金属リング４０の中心側に向けてクイックファスナー５０の隙間５３が広がるように弾性変形させながら押し込む。これにより、樹脂フランジ２１及び金属フランジ３１と、樹脂フランジ２１及び金属フランジ３１を覆う金属リング４０とがクイックファスナー５０に設けられた挟持孔５１に挿通された状態で、クイックファスナー５０が、樹脂管２０及び金属管３０に装着される。以上により、樹脂管２０と金属管３０との接続作業が完了する。

このように、本実施形態の管接続構造１０は、樹脂管２０に外嵌された金属リング４０が、金属フランジ３１と反対側から樹脂フランジ２１に重ねられ、金属フランジ３１及び樹脂フランジ２１と共にクイックファスナー５０の挟持孔５１に挿通されるリング本体４１を有している。これにより、施工時や使用時に掛かる水圧などに金属管３０が引っ張られ、樹脂管２０から離れるような負荷が掛かったときに、クイックファスナー５０の挟持孔５１の接触部分周辺にかかる負荷を金属リング４０のリング本体４１で受けることができ、樹脂フランジ２１の変形・損傷を抑制することができる。

特に、本実施形態のように、地中熱交換システム１００における熱交換用パイプ７０は、パイプの長さが数十メートルから数百メートルに及ぶため、施工時やメンテナンス等で大きな負荷がかかりやすく、金属リング４０を有する管接続構造１０の利用が特に有効である。

また、金属リング４０は閉環状に形成されているので、Ｃリングのような切れ目を有する形状に形成された場合と比べて、金属リング４０における剛性の低下を抑制することができる。さらに、金属リング４０の包囲筒部４２は、樹脂フランジ２１を外側から包囲するので、樹脂フランジ２１に外側から掛かる負荷も金属リング４０で受けることができる。また、包囲筒部４２は、樹脂フランジ２１だけでなく金属フランジ３１まで覆う構成になっているので、樹脂フランジ２１のみを覆う包囲筒部よりも、軸方向の長さを長くすることができ、包囲筒部４２の軸方向における強度アップを図ることができる。また、樹脂フランジ２１と金属フランジ３１との連絡部分を外側から覆う構成となっているので、樹脂フランジ２１と金属フランジ３１との間にゴミや粉塵等が侵入することを抑制できる。

さらに、樹脂管２０は、雄筒部２５の中心部に対して放射状に形成された複数のリブ２６を有する構成になっているので、樹脂フランジ２１を補強することができる。また、金属管３０にはリブ収容部３６が形成されているので、リブ２６との干渉を防ぐことができる。

また、金属リング４０には、包囲筒部４２の内周面４２Ｍから突出する係止爪４３を有し、この係止爪４３が樹脂フランジ２１に食い込んで係止する構成となっているので、樹脂フランジ２１に金属リング４０を仮固定した状態で、樹脂管２０と金属管３０との接続作業をすることができ、作業性の向上が図ることができる。

［他の実施形態］
（１）上記実施形態の熱交換用パイプ７０の埋設方法として地下に略垂直に埋設するボアホール方式を開示したが、熱交換用パイプ７０の埋設方法は、熱交換用パイプ７０をスパイラルさせながら略垂直に地中Ｔに埋設する浅層埋設方式や、浅層の地中Ｔに熱交換用パイプ７０をループさせながら水平に埋設する水平埋設方式など、敷地に合わせて適宜最適な埋設方法を選択することができる。

（２）上記実施形態では、金属リング４０は、係止爪４３を有する構成であったが、係止爪４３を有さない構成であってもよい。また、上記実施形態の係止爪４３は、包囲筒部４２の内周面４２Ｍから環状に張り出す構成であったが、包囲筒部４２の内周面４２Ｍから包囲筒部４２の中心に向かって複数の突片が張り出す構成であってもよい。

（３）上記実施形態では、リブ２６は、樹脂フランジ２１の径方向に延びるフランジ補強部２６Ａと、雄筒部２５に沿って軸方向に延びる支持部２６Ｂとを有する構成であったが、支持部２６Ｂを有さない構成であってもよいし、リブ２６は雄筒部２５側に向かうに従って窄まる三角形状であってもよい。また、リブ収容部３６は適宜リブ２６に合わせた形状に拡径する構成であればよい。

（４）上記実施形態では、リブ２６は、略均一な幅で形成されていたが、樹脂フランジ２１側に向かうに従って幅広となるように形成されていてもよい。また、リブ２６の径方向の少なくとも一方にリブ２６を補強する補強部を形成してもよい。

（５）上記実施形態では、リブ収容部３６はリブ２６に沿って拡径するように形成されていたが、リブ２６が収容可能な形状であれば、例えば段付き状に拡径する構成であってもよい。

（６）上記実施形態では、樹脂フランジ２１の下面に金属フランジ３１の上面が面当接する構成であったが、図１０に示される管接続構造１０Ｚでは、樹脂フランジ２１の下面に金属管３０Ｚの金属フランジ３１Ｚが線当接する構成になっている。これにより、上記実施形態の金属管３０と金属管３０Ｚの外径が同じ場合であっても、リブ収容部３６Ｚを上記実施形態に比べて、大きくすることができる。

（７）上記実施形態では、複数のリブ２６は、全てが同じ形状で形成され、雄筒部２５の周方向で等間隔に配置されていたが、複数のリブ２６は、その一部が異なる形状で形成されていたり、雄筒部２５の周方向で不等間隔に配置されてもよい。

（８）上記実施形態の管接続構造１０は、主管８１から複数の樹脂管２０を分岐させ、分岐させた各樹脂管２０と金属管３０との接続構造として用いられていたが、単独の樹脂管２０と金属管３０との接続構造として用いてもよい。なお、管接続構造１０は、地中熱交換システム１００の配管の接続構造に限定されるものではなく、例えば、給水・給湯システム等の配管の接続構造として用いてもよい。

（９）上記実施形態では、金属リング４０における包囲筒部４２の下面４２Ｋが金属フランジ３１の下面３１Ｋと略面一に配置される構成であったが、包囲筒部４２の下面４２Ｋが金属フランジ３１の下面３１Ｋよりも樹脂フランジ２１側に配置される構成であってもよい。その際、包囲筒部４２の下面４２Ｋが、樹脂フランジ２１よりも金属フランジ３１側に配置される構成であれば、樹脂フランジ２１を金属リング４０で保護することができる。また、包囲筒部４２の一部に貫通穴や切欠等が設けられていてもよい。なお、貫通部及び切欠部は、樹脂フランジ２１とかからない位置に形成されていることが好ましい。

１０，１０Ｚ管接続構造
２０樹脂管
２１樹脂フランジ
２５雄筒部
２６リブ
３０，３０Ｚ金属管
３１，３１Ｚ金属フランジ
３５雄ねじ
３６，３６Ｚリブ収容部
４０金属リング
４１リング本体
４２包囲筒部
４３係止爪
４３Ｊ上面
５０クイックファスナー
５１挟持孔
７０熱交換用パイプ
８０ヘッダー
８１開口
９０熱交換装置
１００地中熱交換システム

Claims

雌雄結合された樹脂管と金属管とにクイックファスナーが装着され、前記樹脂管に周設された樹脂フランジと前記金属管に周設された金属フランジとが重ね合わされた状態で前記クイックファスナーの挟持孔に挟まれることで、前記樹脂管と前記金属管とが接続される管接続構造において、
閉環状に形成されて、前記樹脂管に外嵌される金属リングを備え、
前記金属リングは、前記金属フランジと反対側から前記樹脂フランジに重ねられ、前記樹脂フランジと前記金属フランジと共に前記挟持孔に挿通されるリング本体と、
前記リング本体の外縁から金属管側に立設されて、前記樹脂フランジと前記金属フランジとを外側から包囲する包囲筒部と、を有する、管接続構造。
前記樹脂管と前記金属管とは、前記樹脂管において前記樹脂フランジよりも前記金属管側に突出した雄筒部が前記金属管に内挿されることにより雌雄結合するように構成され、
前記雄筒部には、その外周面と前記樹脂フランジとを繋ぐ複数のリブが前記雄筒部の中心部に対して放射状に設けられ、
前記金属管の内周面には、前記樹脂管側を拡径して前記複数のリブを収容するリブ収容部が形成されている、請求項１に記載の管接続構造。
前記包囲筒部の内周面には、前記樹脂フランジの外周面に食い込んで係止する係止爪が突設されている、請求項１又は２に記載の管接続構造。