JPH1137344A - パイプの高強度接続方法及び接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業性の良い形状記憶合金製継手の特性を生
かしながら、構造体としても有効に利用し得る高強度の
パイプ接続方法とそのための接続装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 接続後は地中などで構造体として使用さ
れるパイプ１を、形状記憶合金製円筒継手２によって接
続するに際し、前記円筒継手の所定位置に貫通穴３を設
け、該継手の両側から接続するパイプを差し込み、継手
が形状回復を起こす温度に加熱して円筒継手を収縮させ
てパイプを締結した後、前記円筒継手の貫通穴の位置で
パイプにねじ穴４を形成してから、継手の貫通穴からの
ボルト５を該ねじ穴にねじ込んでパイプと継手を強固に
締結する。なお、パイプ側に予めねじ穴を形成しておく
こともできる。継手の収縮力とボルト等の締結力によっ
てパイプ接続部は高い引き抜き強度と曲げ強度を発揮す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプの高強度接
続方法及び接続装置、特に、地中における支保工用構造
体やケーブル等の地中埋設物の包囲保護体（以下単に構
造体という）として用いられるパイプの接続に最適な高
強度の接続方法とこれを実施するための接続装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】新しいトンネルや地下構造物を構築・建
設する際に、土中を掘削し、この掘削済み部分の内壁が
土圧によって潰れるのを防止するため、内壁に沿って円
弧状の曲線パイプを地中に精度よく埋設する、いわゆる
「曲線ボーリング工法」が開発されている（（社）日本
建設機械化協会：建設機械化技術・技術審査証明報告
書，曲線ボーリング装置（ＴＵＬＩＰ工法），１９９
４．８）。この曲線ボーリング工法においては、円弧状
パイプを順次接続して最終的に所定長さの円弧状パイプ
を複数条土中に平行に埋設し、支保工用構造体として使
用するものである。

【０００３】本発明者らは、上記した曲線ボーリング工
法に最適なパイプの接続方法として、従来の溶接による
接続手段に代わり、段付き加工したパイプを形状記憶合
金製継手にて接続し、該継手の収縮力によりパイプ相互
を強固に締結しようとする接続手段を開発し、作業性の
面でほぼ良好な結果を得ている（特願平８−２１０２５
６号）。

【０００４】しかして、例えば大断面のトンネル用のパ
イプ支保工などの構造体として使用される際には、パイ
プ自体に引抜力や曲げ応力が作用するため、形状記憶合
金製円筒継手の収縮力だけでは不十分となる場合があ
る。鉄系形状記憶合金は鋼の一種と考えられるが、ステ
ンレス鋼と同じオーステナイト組織のため、一般の鋼に
比べると塑性変形が比較的低い応力から起こり得る軟質
材料としての特徴を有する反面、塑性変形の進行と共に
加工硬化が進むため、破壊強度自体は並の高強度鋼以上
の高い値を有している。一般の配管の場合には、パイプ
自体は他の構造物に支えられるか、地中などに埋設され
ることが多いため、パイプ間の接続強度は形状記憶合金
継手の加熱による収縮力に頼っても支障のない場合がほ
とんどである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、パイプそのも
のを構造体とする用途の場合には、上述したような形状
記憶効果のみに頼るのでは、強度の不足する事態が生じ
がちである。形状記憶合金製パイプ用継手は施工が簡単
で、特に狭い場所でも安全に作業を行うことができるい
う大きな特徴がある。しかしながら、一方において形状
記憶合金製継手の締結力は、通常はパイプ外面と継手内
面との間の摩擦力に主として依存しているが、この摩擦
力は、締結している形状記憶合金製継手が外力によって
塑性変形してしまうと、急速に失われてしまう性質のも
のである。特に、継手の端面部分には、締結しているパ
イプに曲げ応力が作用した場合に、継手を径方向に広げ
ようとする強い力が発生する。一旦端部が広がってしま
うと摩擦力が減少するため、締結力が大幅に低下するこ
とから、パイプの接合が外れてしまう危険が大きくな
る。構造物としてのパイプ接続体においては、この問題
は決定的である。

【０００６】また、パイプを地中の構造体として用いる
場合の他、地中に埋設する電線、各種ケーブル等の埋設
物を保護するためのケースとしてパイプを利用する態様
も考えられるが、この場合にはパイプ接続部に対しある
程度の引き抜き強度と曲げ強度と共にパイプ外部からの
液体等の浸入を防止するためのシール性も要求される。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するため
に、作業性の良い形状記憶合金製継手の特性を生かしな
がら、接続後はそのまま構造物としても有効に利用し得
る高強度のパイプ接続方法とそのための接続装置を提供
することを目的とする。加えて、本発明は必要に応じて
高いシール性能を発揮することができるパイプ接続手段
を提供することを他の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る請求項１のパイプ接続方法は、所定位置
に貫通穴を有する形状記憶合金製円筒継手の両側から締
結するパイプを差し込み、継手が形状回復を起こす温度
に加熱して円筒継手を収縮させてパイプを締結した後、
前記円筒継手の貫通穴の位置でパイプ側に穴を形成して
から、継手の貫通穴からのボルトをパイプ側の穴にねじ
込むことを特徴とする。これによって形状記憶合金製円
筒継手の収縮力にボルトによる締結力が付加され、パイ
プ相互の接続強度は強力となり、接続後においては地中
などでパイプ構造物として有効に使用される。なお、円
筒継手の貫通穴は中心側に向かって径が小さくなるテー
パー穴とすることが望ましい。

【０００９】また、次の請求項２の発明は、請求項１と
同様にボルトによる接続方法であるが、パイプ側にも予
め穴を設けておき、これらパイプを円筒継手に差し込ん
でパイプねじ穴を継手貫通穴に合わせ状態でボルトで予
備的に軽く継手とパイプを仮止めした後、継手を加熱し
て収縮させてから、ボルトを増し締めすることを特徴と
する。この場合、円筒継手側の貫通穴は周方向に延びる
長穴としておけば、継手収縮による位置合わせが容易と
なり、作業性が向上する。

【００１０】なお、請求項１，２の発明において、締結
用ボルトを用いずに、形状記憶合金製円筒継手を加熱し
て収縮させた後に該継手の貫通穴からパイプ側の穴に向
ってノックピンを打ち込むことによって締結しても同様
な接続が可能となる（請求項３）。

【００１１】また、本発明においては、締結前の円筒継
手内面に、シール剤を予め塗布或いは貼付した後、円筒
継手両側からパイプを差し込んで接続することで、シー
ル性に優れたパイプ接続部、或いは接続強度をより一層
高めたパイプ接続部が得られる（請求項４）。なお、本
発明において用いるシール剤は、シール性能と共にある
程度の接着性能を発揮するタイプの樹脂系シール剤をい
う。

【００１２】さらに、このような接続方法を実施するた
めの本発明の請求項５の接続装置は、形状記憶合金製円
筒継手の所定位置に貫通穴を設けると共に、接続される
パイプの端部外周に、前記円筒継手の貫通穴に対応する
ねじ穴もしくはピン穴を形成し、継手の貫通穴からボル
トもしくはノックピンをねじ込むかもしくは打ち込んで
構成している。円筒継手に設ける貫通穴は円周方向に延
びる長穴が適しており、また、ノックピン用の穴はテー
パー穴がよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施形態
例に基づいて説明する。図１〜図３はボルトを用いた締
結手段の例を示すもので、特に引き抜き強度と曲げ強度
両方の向上を狙いとする。図１に接続すべき２本のパイ
プ１Ａ、１Ｂと、該パイプを差し込むための形状記憶合
金製パイプ用円筒継手（以下単に円筒継手とする）２と
を示すが、該円筒継手２にはその両端部から一定距離の
位置の円周上に沿って等間隔でそれぞれ３個（合計６
個）のテーパー穴３が穿設されている。該テーパー穴の
数（即ち、ボルト数）は、２以上であれば任意でよい
が、接続すべきパイプ径、厚み等の条件によって適宜選
択すればよい。

【００１４】なお、円筒継手２としては、低コストで加
工性のよい鉄系形状記憶合金（例えば、２８％Ｍｎ−６
％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金）製とすることが好まし
い。該円筒継手は、まず、接続するパイプの外径よりも
僅かに細い内径をもつ円筒を製作し、これを記憶処理
（熱処理）した後、次にパイプ外径よりも大きい内径を
もつように円筒を拡径することによって得られる。ま
た、形状記憶性能を顕著に向上させるため、形状記憶処
理後に一定の加工と熱処理を少なくとも一回施すことも
できる（トレーニング効果）。後述する実施形態例にお
いても最初に用意する円筒継手は同様に構成されたもの
である。

【００１５】図２は円筒継手２の両側からパイプ１Ａ、
１Ｂを差し込んで突き合わせてから、円筒継手２に形状
回復を起こさせるための所定温度に加熱する処理を施し
た状態を示している。図３（ａ）は円筒継手２を加熱し
て収縮させたときのテーパー穴３位置における断面を示
すが、円筒継手２は収縮してパイプ１に密着している。
この状態で図３（ｂ）に示す如く、継手テーパー穴３を
通してドリル等でパイプ１側にも穴を開け、さらにパイ
プ穴にねじ加工を施してねじ穴４を形成する。次に、図
３（ｃ）に示すように、テーパー穴３からテーパー状頭
部をもつボルト（さらボルト）５を挿入して、ねじ穴４
にねじ込み円筒継手とパイプを複数のボルトによって締
結する。

【００１６】図４〜図６はボルトを用いた締結手段の他
の形態例を示す。図４に接続すべき２本のパイプ１１
Ａ、１１Ｂと、円筒継手１２を示すが、該円筒継手１２
の両端部から一定距離の位置の円周上に沿って等間隔で
それぞれ３個（合計６個）のテーパー長穴１３が穿設さ
れており、またパイプ１１Ａ、１１Ｂの端部寄りにも円
周上に沿ってそれぞれ等間隔で３個のねじ穴１４が形成
されている。

【００１７】円筒継手１２のテーパー穴は、円周方向に
延びる長穴１３としたが、これは円筒継手１２が最終的
に収縮するので、通常の丸穴であると予め開けておくパ
イプ側の穴との精度のよい整合が難しいからであり、長
穴にしておけば多少の狂いがあっても作業が容易とな
る。なお、図５に示す如く継手軸方向では穴１３は、延
びておらず通常のテーパー形状となっている。

【００１８】円筒継手１２の両側からパイプ１１Ａ、１
１Ｂを差し込んで、図６（ａ）の如く、継手側の長穴１
３とパイプ側のねじ穴１４を概略合わせてから、図６
（ｂ）に示すように、長穴１３からさらボルト１５を挿
入してねじ穴１４にねじ込む。この時ボルト１５は全部
ねじ込まずに、軽くねじ込んで仮止め状態を維持してお
く。この状態で円筒継手１２を所定温度に加熱し、収縮
させた後、ボルト１５を増し締めする。これが図６
（ｃ）の状態である。

【００１９】なお、上記した２つの実施形態例では、パ
イプ側に開ける穴をねじ穴としたが、締結ボルトとして
ねじ込み時に自らねじ加工するタイプのタッピンボルト
を用いる場合には、パイプ側にはねじ加工しない通常の
穴を穿設すればよい。また、ボルトをねじ込むタイプの
締結手段とは別に、パイプ側の穴をねじ加工した穴とせ
ずに、単純なテーパー穴に形成し、円筒継手を加熱して
収縮させた後に、継手側の穴からパイプ側の穴までノッ
クピンを打ち込んで締結することも可能である。この場
合ノックピンは変形の容易な軟鋼やステンレス等の材質
を採用することが望ましい。

【００２０】また、図示した実施形態例においては、円
筒継手側の穴は、テーパー形状としたが、これはボルト
の頭部（ノックピンも）をテーパー状のさらボルトとし
ておけば、締結時にボルトの頭部が表面から突出せず、
パイプ径に近い掘削孔内に敷設するパイプ相互の接続に
効果的であるためである。しかし、勿論、テーパー形状
とせずに通常の一定径の貫通孔であっても差し支えな
い。さらに、本発明の図に沿った説明では、複雑さを避
けるために締結後の継手外面がパイプ外面より突出した
場合を例にしているが、前記したように本発明を「曲線
ボーリング工法」に適用する場合には、パイプ径に近い
掘削孔内に敷設するパイプ相互の接続という観点から、
先願の特願平８−２１０２５６号にて示したような、パ
イプ及び継手の少なくとも一方に段付き加工を施して、
できるだけ収縮後の継手外面がパイプ外面から突出しな
いようにする手段も合わせて適用し得るものである。

【００２１】さらに、本発明においては、上述したボル
トやノックピンによるパイプ接続手段に加えて、締結前
の形状記憶合金製円筒継手の内面に、シール性能や接着
性能をもつ樹脂系シール剤を予め塗布または貼付してお
いてから、該継手の両側からパイプを装入した後、継手
を加熱して収縮させて接続作業を行うことも可能であ
る。樹脂系シール剤としてはシール用充填剤、接着剤と
して広く用いられているエポキシ樹脂などが適している
が、少なくとも優れたシール性能を発揮するもので好ま
しくは併せて良好な接着性能を有するもの（通常は両方
を備えていることが多いが）であればいかなるものでも
よい。この樹脂系シール剤による付加手段によれば、よ
り一層高い継手強度が得られる上、パイプ接続部のシー
ル性が要求される用途（例えば、ケーブル等の地中埋設
部を包囲保護するためのパイプ）に対して有効である。

【００２２】

【実施例】

（実施例１） パイプ 材 質：ＳＴＫ４００ 寸 法：外径２１６mmφ、肉厚１８．５mm、長さ１００
０mm、両端部外径１９９．１mmφ（継手に差し込む７７
mm長さ部分を切削加工して段部形成） ボルト穴：パイプ端部から４５mmの円周上に３箇所、Ｍ
１４のねじ付き穴をあけた。 形状記憶合金製継手 材 質：２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金 寸 法：内径２００．１mmφ、肉厚９．７mm、長さ１５
０mm（拡径処理後） ボルト穴：継手両端部から３０mmの円周上に３箇所、底
部の幅１６mm、長さ２５mmで９０°の角度で外面側に向
って広がる長穴をあけた。 シール剤 不使用の場合と、継手内面へのエポキシ樹脂塗布の場合 締結方法 継手の両側にパイプを差し込み、Ｍ１４の「すりわり付
きさらボルト」で両者を緩く止めた状態で、誘導加熱に
より継手部分を３００℃まで加熱した。形状記憶合金製
継手の内径が収縮してパイプを固定した後にさらボルト
を増し締めして締結作業を完了した。一方、樹脂使用の
ものは、エポキシ樹脂を拡径後の形状記憶合金製継手の
内面に塗布した状態で上記の同じ方法で締結を行った。

【００２３】（比較例１） パイプ 材質：ＳＴＫ４００ 寸法：外径２１６mmφ、肉厚１８．５mm、長さ１０００
mm 形状記憶合金製継手 材質：２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金 寸法：内径２００．１mmφ、肉厚９．７mm、長さ１５０
mm（拡径処理後） シール剤 不使用の場合と、継手内面へのエポキシ樹脂塗布の場合 締結方法 継手の両側にパイプを差し込み、誘導加熱により継手部
分を３００℃まで加熱し、形状記憶合金製継手の内径が
収縮してパイプを固定して締結作業を完了した。一方、
樹脂使用のものは、エポキシ樹脂を拡径後の形状記憶合
金製継手の内面に塗布した状態で上記の同じ方法で締結
を行った。

【００２４】以上の実施例及び比較例にて行ったパイプ
締結作業の結果得られた接続部の強度とシール性の比較
を下記表１にて示す。比較例の単なる形状記憶合金製継
手の収縮力のみの場合に比較して、本発明のボルトを用
いた実施例では、格段に引き抜き強度が向上しているの
がわかる。また、シール性についてもシール剤を適用し
たものは満足すべき値であった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る接続
方法によれば、形状記憶合金製パイプ用継手を用いてパ
イプを接続するにあたり、継手の収縮力による締結力に
加えてボルトなどの機械的な締結力を付与し得るため、
引き抜き強度や曲げ強度の高い接続を達成することがで
きる。従って、パイプを構造体として残すようなパイプ
の接続手段として、特に曲線ボーリング工法に適用する
接続手段として最適なものといえる。また、樹脂系シー
ル剤を併用する場合には、より一層継手強度を向上させ
ると共に、優れたシール性を発揮し得るため、特に、シ
ール性の要求される接続部に適用して効果的である。一
方、本発明に係る接続装置によれば、上記の方法を効果
的に実施し得ると共に、構造的にも大掛かりな手段を必
要とすることなく、簡単な工夫で済むことから、実用性
にも優れたものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接続手段の一実施例で、接続前の
状態を示す斜視図。

【図２】図１に示すものを接続した場合を示す斜視図。

【図３】図２に示す接続時の継手貫通穴位置における断
面図であり、（ａ）は継手が収縮した場合、（ｂ）はパ
イプにねじ穴を形成した場合、（ｃ）はボルトにて締結
した場合を示す。

【図４】本発明に係る接続手段の他の実施例で、接続前
の状態を示す斜視図。

【図５】図４における円筒継手の縦断面図。

【図６】図４の接続手段の接続過程を順次示し、（ａ）
は継手収縮前、（ｂ）はパイプと継手をボルトにて仮止
めした時、（ｃ）は継手を収縮させてボルトを増し締め
した状態を示す。

【符号の説明】

１，１１ パイプ ２，１２ 形状記憶合金製パイプ用円筒継手 ３ テーパー穴 １３ テーパー長穴 ４，１４ ねじ穴 ５，１５ ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都丸 光紀 東京都千代田区神田小川町２−３−13 Ｍ ＆Ｃビル４Ｆ 淡路産業株式会社内 (72)発明者 森谷 卓雄 東京都千代田区三崎町２−５−３ 鉄建建 設株式会社内 (72)発明者 粕谷 太郎 東京都千代田区三崎町２−５−３ 鉄建建 設株式会社内 (72)発明者 三木 甫 東京都杉並区荻窪２−26−９−102 (72)発明者 三木 昭男 東京都杉並区阿佐ヶ谷北５−５−９

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続後は地中などで構造体として使用さ
   れるパイプを、形状記憶合金製円筒継手によって接続す
   るに際し、前記円筒継手の所定位置に貫通穴を設け、該
   継手の両側から締結するパイプを差し込み、継手が形状
   回復を起こす温度に加熱して円筒継手を収縮させてパイ
   プを締結した後、前記円筒継手の貫通穴の位置でパイプ
   側に穴を形成してから、継手の貫通穴からのボルトをパ
   イプ側の穴にねじ込むことを特徴とするパイプの高強度
   接続方法。
2. 【請求項２】 接続後は地中などで構造体として使用さ
   れるパイプを、形状記憶合金製円筒継手によって接続す
   るに際し、前記円筒継手の所定位置に貫通穴を設けると
   共に、パイプ側にも前記継手の貫通穴に対応する位置に
   穴を設けておき、継手の両側から締結するパイプを差し
   込んでから、ボルトにて軽く継手とパイプを仮止めした
   後、継手が形状回復を起こす温度に加熱して円筒継手を
   収縮させてパイプを締結した後、前記ボルトを増し締め
   することを特徴とするパイプの高強度接続方法。
3. 【請求項３】 パイプ側に形成する穴をテーパー穴と
   し、円筒継手側の穴とパイプ側のテーパー穴にノックピ
   ンを打ち込んで接続する請求項１又は２記載のパイプの
   高強度接続方法。
4. 【請求項４】 締結前の円筒継手内面に、シール剤を予
   め塗布或いは貼付した後、円筒継手両側からパイプを差
   し込むことよりなる請求項１、２または３記載のパイプ
   の高強度接続方法。
5. 【請求項５】 接続後は地中などで構造体として使用さ
   れるパイプを、形状記憶合金製円筒継手によって接続す
   る装置において、前記円筒継手の所定位置に貫通穴を設
   けると共に、接続されるパイプの端部外周に、前記円筒
   継手の貫通穴に対応する穴を形成し、継手の貫通穴から
   ボルトもしくはノックピンをねじ込むかもしくは打ち込
   んで構成したことを特徴とするパイプの高強度接続装
   置。