JP2001336686A - パイプの伸縮締結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 施工作業性に優れている形状記憶合金式継手
を用いてパイプを締結するに際し、継手部が伸縮性を有
し鋼管同士の締結にある程度の自由度を付与することが
できる伸縮継手構造を提供すること。 【解決手段】 形状記憶合金製継手の内面側とこれに差
し込むパイプの外面側の両方の円周上に凹溝を形成し、
これら凹溝間にＣ型形状のリング５を添えた状態で形状
記憶合金製継手を加熱収縮させ締結するパイプ締結構造
において、形状記憶合金製継手１の内面の凹溝３とパイ
プ外面の凹溝４の少なくともいずれか一方の凹溝の幅
を、Ｃ型形状のリング５の幅の１．５倍以上とすること
により、締結部に伸縮性を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に埋設される
鋼管等のパイプ相互を接続するための伸縮締結構造およ
びそれに使用する形状記憶合金製の継手とパイプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、鋼管の締結手段としては、溶接
やねじ式が用いられるが、これらの方法で締結すると、
締結部の両側にある鋼管同士が密接して完全に一体にな
る如く固定されるのが通常である。しかし、場合によっ
ては締結部に遊びが存在し、状況次第では締結した鋼管
同士が継手部で長手方向に伸縮し得る構造が求められる
場合も少なくない。

【０００３】例えば、地中に埋設される鋼管の場合、地
盤が経時変化や地震などにより変動した場合、埋設され
ている鋼管が締結部で伸縮して地盤の歪みを吸収するこ
とによって、鋼管構造物全体が受ける負荷を軽減するこ
とが期待できる。また、配管継手の場合であっても、配
管を支持している構造物に生じる歪みを、鋼管締結部の
伸縮によって軽減できれば、配管系統全体の安全性を高
めることにもなる。このような用途に対しては、溶接や
単純なねじ式ではなく、鋼管と継手との間に摺動可能な
機構を介在させることによってある程度の伸縮を許容す
る構造の継手が使用される他、配管の場合であれば一部
にループやベローズ或いはフレキシブル管を使用するな
どの対応が行われている。

【０００４】ところで形状記憶合金継手は、形状記憶合
金製円筒が適当な温度に加熱されたときに形状記憶効果
で収縮する特性を利用して鋼管を締め付け締結するもの
である。したがって、基本的には溶接継手と同様に、両
側の鋼管と継手の三者が一体的に固定され、締結部が伸
縮し得るような締結にならないのが普通である。形状記
憶合金継手は現場において鋼管を差し込んだ後、３００
℃前後に加熱するだけで、締結が完了することから、溶
接継手に比べれば、締結のために特別な技能を必要とし
ないことや、締結時間が短くて済むなどの利点があり、
また、ねじ式に比べれば、ねじを締め込むために工具を
使用する作業スペースがいらないばかりか、ねじを加工
したことによって鋼管や継手自体の強度を著しく低下さ
せるという不都合も生じない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な施工作業性に優れている形状記憶合金式継手であって
なお、継手部が伸縮性を有し鋼管同士の締結にある程度
の自由度を付与することができる新しい伸縮継手構造を
提供するものである。より具体的には、形状記憶合金製
円筒の内面側とこれに差し込む鋼管の外面側の両方の円
周上に凹溝を形成し、これら凹溝間にＣ型形状のリング
を添えた状態で形状記憶合金製円筒を加熱収縮させる締
結手段を前提とし、このＣ型形状のリングを用いた締結
構造に伸縮性をもたせることを課題とするものである。

【０００６】なお、接合強度を一層高めると共に接合の
信頼性を確保することを目的として、パイプ外面と継手
内面の両方に円周凹溝を形成し、この溝にＣ型形状のリ
ングを装着して接合する方法及び装置については、特開
平１１−０３７３４５号公報において知られている。こ
の先願に係る技術は、本件と同一出願人による発明であ
るが、凹溝とＣ型形状のリングとの間には何等の伸縮性
は考慮されていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めの本発明請求項１に係るパイプの伸縮締結構造は、両
端部内面側に円周状の凹溝を設けた形状記憶合金製継手
と、パイプ端部外面側に前記形状記憶合金製継手の凹溝
に対応する円周状の凹溝を設けた該継手の両側から差し
込まれて締結されるパイプと、継手及びパイプの対応す
る凹溝内に挿入されるＣ型形状のリングとから構成さ
れ、継手とパイプの凹溝間にＣ型形状のリングを装着し
た状態で形状記憶合金製継手を加熱収縮させてパイプを
締結する締結構造において、前記形状記憶合金製継手内
面の凹溝と前記パイプ外面の凹溝の少なくともいずれか
一方の凹溝の幅を、前記Ｃ型形状のリングの幅の１．５
倍以上とすることを特徴とする。また、本発明の請求項
２は、前記請求項１記載の伸縮締結構造に用いる形状記
憶合金製継手であって、両端部内面側に形成する円周状
の凹溝幅を、使用するＣ型形状のリングの幅の１．５倍
以上としたことを特徴とする。さらに、本発明の請求項
３は、前記請求項１記載の伸縮締結構造に用いる締結用
のパイプであって、端部外面側に形成する円周状の凹溝
幅を、使用するＣ型形状のリングの幅の１．５倍以上と
したことを特徴とする。

【０００８】このように継手及びパイプの少なくとも一
方の凹溝幅を広げることによって、締結構造は次のよう
な特色をもつものとなる。すなわち、パイプを差し込ん
だ後に形状記憶合金継手を加熱して収縮させた状態で
は、形状記憶合金継手はＣ型形状リング（以下、単にＣ
リングとする）を外側からパイプの凹溝内の外表面に強
く押し付けることによって締結力が発生する。しかし、
この締結力はＣリングと継手及びパイプとの間の摩擦力
によって生じるものであるから、締結部の両側のパイプ
を引き離す方向に強い外力が作用した場合には、摩擦を
伴いながら滑りが生じて摺動する。つまり、締結部でパ
イプが軸方向に摺動する事態が起こるが、この摺動の結
果いずれかの段階で、Ｃリングは継手とパイプの各凹溝
のコーナー部に行き当たる。この段階で摺動は停止し
て、外力がＣリングと継手凹溝コーナー部及びパイプ凹
溝コーナー部のいずれかを破損させるまでは、締結力が
維持されることになる。以上のことから、本発明に係る
締結構造は、比較的低い外力の作用によって締結部が伸
縮する機能をもつと共に、凹溝とＣリングのバックアッ
プがあるので締結が容易には解除されないという特徴を
有する。

【０００９】締結部の伸縮量は、凹溝の幅を広げれば大
きくとることができるが、逆に凹溝の幅が狭ければ伸縮
量は少なくなる。この凹溝の幅は、使用するＣリングの
幅との相対比に基づいて適正に定めることが必要である
が、本発明では実用的に求められる伸縮量を考慮して凹
溝の幅は、少なくともＣリング幅の１．５倍以上とし
た。Ｃリング幅の１．５倍未満の幅では、伸縮量として
は不十分であって伸縮締結構造とはいえない。一方、凹
溝幅の上限は、継手の長さを長くすれば原理的にはいく
らでも長く形成することができるが、一般的な目安とし
てはＣリング幅の１０倍程度以下とすることが好まし
い。これを超えて溝幅を広げると、締結自体が安定しな
くなると同時に継手の強度を弱めることになるからであ
る。

【００１０】

【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に本発明に係る伸縮締結
構造を構成する各部材を示す。すなわち、伸縮締結構造
は、両端からほぼ等距離の位置の内面円周上に断面矩形
の凹溝３を２条形成した形状記憶合金製円筒継手１（以
下、単に継手とする）と、該継手１の両端側から差し込
まれかつ外面円周上に前記鋼管側凹溝３の溝幅よりも大
きい幅をもつ断面矩形の凹溝４を形成した２本のパイプ
（本例では鋼管とする）２Ａ、２Ｂと、前記継手１に鋼
管２Ａ、２Ｂが差し込まれ接合される際に、継手側凹溝
３と鋼管側凹溝４間に配置されるＣリング５とにより構
成される。継手側凹溝３と鋼管側凹溝４は、継手に鋼管
を差し込んだときに相互に対応する位置になっており、
また、加熱前の継手１の内径は、差し込まれる鋼管２
Ａ、２Ｂの外径よりも大きくしている。

【００１１】鋼管２Ａ、２Ｂの締結に際しては、継手側
の凹溝３もしくは鋼管側の凹溝４のいずれか一方に、Ｃ
リング５を挿入・保持させておき（図１では継手側の２
つの凹溝３にそれぞれＣリング５を保持させている）、
継手１の両側から鋼管２Ａ、２Ｂを差し込み、Ｃリング
５がパイプの凹溝４にも落ち込んでから、継手１を所定
温度に加熱して収縮させれば、両鋼管２Ａ、２Ｂは継手
１及びＣリング５によって緊密に締結される。図２に図
１に基づいて最終的に完成された本発明に係る鋼管の伸
縮締結構造の一例を示しているが、両鋼管２Ａ、２Ｂの
端部同士は図２のように若干の隙間をもって対峙しても
よいし、突き合わせてもよい。

【００１２】図２において、鋼管側の凹溝４の溝幅Ｗp
は、締結後の鋼管締結部に溝幅に応じた伸縮性を付与さ
せるために、Ｃリング５の幅Ｗよりも大きくする必要が
あるが、その機能を十分発揮させるためには少なくとも
溝幅Ｗp はリング幅Ｗの１．５倍以上とすることが要求
される。しかし、凹溝４の溝幅Ｗp は大きれば良いと言
うものではなく、過度に溝幅Ｗp を大きくすることは、
締結後の締結部の不安定さと強度低下を招くおそれがあ
ることから、溝幅Ｗp はリング幅Ｗの１０倍を超えない
幅に維持することが望ましい。なお、図２の例では継手
側の凹溝３の溝幅は、Ｃリング５の幅Ｗとほぼ同等かも
しくは幅Ｗよりも僅かに大きい程度としている。

【００１３】図３及び図４は、本発明の伸縮締結構造の
他の実施例を示すもので、図３は継手側の凹溝３Ａの溝
幅Ｗs をＣリング幅Ｗの１．５倍以上とし（好ましくは
Ｗs≦１０Ｗ）、鋼管側の凹溝４Ａの溝幅はＣリング５
の幅Ｗと同等かもしくはそれよりも僅かに大きい程度と
した例である。一方、図４は継手側の凹溝３Ｂの溝幅Ｗ
s 及び鋼管側の凹溝４Ｂの溝幅Ｗp のいずれも、Ｃリン
グ幅Ｗの１．５倍以上とした（好ましくはＷs ≦１０
Ｗ、Ｗp ≦１０Ｗ）例である。勿論、この場合溝幅Ｗs
と溝幅Ｗp とは、同一溝幅であってもよいし、異なって
いてもよい。図３及び図４のいずれの例であっても、図
１の例と同様に、締結部に伸縮性を付与し得るものであ
る。

【００１４】Ｃリング５は、図示の例では断面矩形のも
のを示したが、他の断面形状、例えば円形、楕円形或い
は多角形等任意でよいが、いずれにしろその径方向の厚
み（高さ）は、凹溝深さよりも大きくすることが必要で
あり、またその材質もばね性のある鋼線材で作製するこ
とが好ましい。該Ｃリング５を継手１内面の凹溝３に挿
入・保持させる場合、いったんリング径を拡大してから
押し縮めながら凹溝３に挿入すれば、簡単に継手に凹溝
３に保持でき、Ｃリング５の最大外径部分の外側（背
側）は、継手凹溝の溝底に押し付けられた状態となり、
その内側（腹側）は凹溝から一定高さだけ突出した状態
となる。

【００１５】

【実施例】（実施例１） ［条件］ ・継手 材質：２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ系の形状
記憶合金 サイズ：外径１２５．５mmφ、肉厚５．０mmｔ、長さ１
２０mmＬ 凹溝：継手内径側に、継手両端面からそれぞれ３０mmの
位置に１条ずつ加工、溝幅は５．５mm、深さは１．５mm
である。 ・鋼管 材質：ＳＴＫ４００ サイズ：１００Ａ（１１４．３mmφ、肉厚６．０mmｔ） 凹溝：鋼管端部から２０mmの位置に１条を加工、溝幅は
２０mm、深さは１．５mm ・Ｃリング 材質：ＳＷＲＨ７２Ａ サイズ：５．０mm幅、５．０mmｔ ・締結用加熱 誘導加熱法により３００℃に加熱

【００１６】［結果］上記の条件で用意した継手と鋼
管、Ｃリングを用いて、２本の鋼管を形状記憶合金継手
で締結した。Ｃリングは始めに継手側の凹溝にセットし
た状態で鋼管を継手の両側から差し込んだ。左右の鋼管
をそれぞれ継手の中に５０mmだけ差し込んだところで誘
導加熱コイルをセットして３００℃への加熱を行った。
約５分間で継手中央部が３００℃に達したので加熱電源
を切り、コイルを取り外すと締結が完了した。

【００１７】締結部の伸縮性能を確認するために次のよ
うな試験を行った。まず、形状記憶合金継手で一体に締
結された両方の鋼管の端面間に力をかけて軸方向の圧縮
応力を加えた。約５０kNの荷重が付加されたときに継手
の中に片側の鋼管が入り始めて、約７mmだけ進入して停
止した。更に、圧縮を続けると今度は反対側の鋼管が継
手の中に進入し同様に８mmほど入って停止した。圧縮力
をさらに加え続けると、そこから荷重が急速な立ち上が
りを示した。

【００１８】ここで圧縮を停止して、今度は継手の両側
の鋼管を掴んで圧縮とは逆の引張応力を付加し、どのよ
うな抜け出し挙動が現れるかを調べた。この結果、圧縮
時とほぼ同じ５０kN程度の荷重で継手の中から鋼管が抜
け出す方向に滑り始めた。左右の鋼管の合計の抜け出し
量が約３０mmに達した点から荷重は急に上昇して、５０
０kNほどの極大値を示した。極大点は荷重の急激な立ち
上がり点からさらに約５mmほど伸びた点で得られた。極
大値以降さらに引っ張り続けると、荷重値は僅かずつ低
下を示し始めた。しかし、急激な荷重値の立ち上がり点
から１５mm伸びた点でも極大値の８０％に相当する４０
０kNの荷重が維持されていた。

【００１９】以上のことから、本継手構造は初期には比
較的弱い力で継手の中の鋼管が引張と圧縮のいずれかの
方向にも動く伸縮性を持っていることが確認された。し
かし、一定の伸縮限界を越える力が加わると、鋼管をそ
れまで伸縮させるに必要とされた力の１０倍程度の高い
荷重にも耐えて接続が維持され続けるわけである。伸縮
量は凹溝の幅で自由に変えることができる。また、伸縮
させるために要する荷重値も、形状記憶合金継手の加熱
による収縮力を変える（具体的には継手を製作するとき
の拡径量や締結加熱のための温度を変化させる）ことに
よってある程度コントロールすることが可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した本発明に係るパイプの締結
構造によれば、締結作業が安定した状態で遂行できて作
業が容易であり、かつ十分な締結強度が得られる。しか
も、締結部に伸縮性を有するため、外力がパイプ軸方向
に作用してもパイプが一定量軸方向に伸縮するだけで、
Ｃリングやパイプ及び継手の凹溝を破損することない。
したがって、施工後のパイプ締結部は長期間安定した状
態を維持することが期待でき、その工業的な利点は非常
に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパイプの締結構造を構成する各部
部材とその組み合わせを示す説明図。

【図２】本発明に係るパイプの締結構造の一形態例を示
す説明図。

【図３】本発明に係る締結構造の別の形態例を示す説明
図。

【図４】本発明に係る締結構造のさらに別の形態例を示
す説明図。

【符号の説明】

１ 形状記憶合金製円筒継手 ２Ａ、２Ｂ 鋼管 ３、３Ａ、３Ｂ 継手側凹溝 ４、４Ａ、４Ｂ 鋼管側凹溝 ５ Ｃリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 小幡 常雄 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 三木 甫 東京都杉並区荻窪２−26−９−102 (72)発明者 丸山 忠克 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 丹羽 一男 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 Ｆターム(参考） 3H104 JA08 JB02 JD06 KA01 KB07 KB11 KB12 LG21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端部内面側に円周状の凹溝を設けた形
   状記憶合金製継手と、パイプ端部外面側に前記形状記憶
   合金製継手の凹溝に対応する円周状の凹溝を設けた該継
   手の両側から差し込まれて締結されるパイプと、継手及
   びパイプの対応する凹溝内に挿入されるＣ型形状のリン
   グとから構成され、継手とパイプの凹溝間にＣ型形状の
   リングを装着した状態で形状記憶合金製継手を加熱収縮
   させてパイプを締結する締結構造において、前記形状記
   憶合金製継手内面の凹溝と前記パイプ外面の凹溝の少な
   くともいずれか一方の凹溝の幅を、前記Ｃ型形状のリン
   グの幅の１．５倍以上とすることを特徴とするパイプの
   伸縮締結構造。
2. 【請求項２】 両端部内面側に形成する円周状の凹溝幅
   を、使用するＣ型形状のリングの幅の１．５倍以上とし
   たことを特徴とする請求項１記載の伸縮締結構造に用い
   る形状記憶合金製継手。
3. 【請求項３】 端部外面側に形成する円周状の凹溝幅
   を、使用するＣ型形状のリングの幅の１．５倍以上とし
   たことを特徴とする請求項１記載の伸縮締結構造に用い
   る締結用パイプ。