JP2004052897A - 管継手のシール構造及びシールリング - Google Patents

Abstract

【課題】シールリングのシール部にクラックが発生するのを抑制することができ、高いシール性を確保することができる管継手のシール構造を提供する。
【解決手段】受け口と挿し口との間の空間部内に介装されるシールリング１６のシール部２１の先端に、首部２２を介して保護部２３を設ける。その保護部２３はシール部２１よりも高い硬度を有し、首部２２側を一辺として断面ほぼ三角形状をなすように形成する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば上水道用鋳鉄管等の継手部に用いられるシール構造及びシールリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の管継手のシール構造としては、例えば特開平８−２２６１４４号公報に開示されるような構成のものが知られている。この従来構成では、相互に連結される一方の鋳鉄管の受け口と、他方の鋳鉄管の挿し口との間に形成される空間部内にシールリングが介装され、そのシールリングの基端外面に押し輪が当接されている。そして、押し輪と受け口のフランジ部の間がボルト及びナットにて締結されて、押し輪がシールリングに押し付けられることにより、シールリングが弾性変形されて、シールリングにより受け口と挿し口との間がシールされるようになっている。
【０００３】
ところで、この従来構成においては、図２１に示すように、シールリング３１が、断面ほぼ台形状のヒール部３２と、ヒール部３２の先端のシール部３３と、シール部３３の先端面の断面ほぼ三角形状のバックアップ部３４とから構成されている。そして、このバックアップ部３４が受け口と挿し口との間の空間部内に挿入配置される。この挿入配置により、シール部３３が大きく変形しながら空間部の内奥部に入り込むのが抑制され、シール部３３に割れ等が生じるのが抑制されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のシール構造におけるシールリング３１においては、高い硬度を有する断面ほぼ三角形状のバックアップ部３４が、断面円形状のシール部３３の先端外面に広い接触面積で一体化されている。このため、ボルト及びナットの締結に伴ってバックアップ部３４が弾性変形される際に、バックアップ部３４に作用する内部応力がシール部３３に伝播する。従って、バックアップ部３４にクラックが生じた場合、そのクラックがシール部３３まで延びて、シール性能の低下を招くことになる。ちなみに、バックアップ部３４は受け口と挿し口との間の空間部内の内奥部、すなわち最も狭隘な部分に位置するため、バックアップ部３４には大きな圧縮応力が作用して、クラックが生じやすい。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、シールリングのシール部にクラックが発生するのを抑制することができて、高いシール性を確保することができる管継手のシール構造及びシールリングを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、受け口と挿し口との間に形成される空間部内にシールリングを介装し、そのシールリングの基端外面に対して押し輪を押し付けることにより、受け口と挿し口との間をシールするようにした管継手のシール構造において、前記シールリングのシール部の先端には首部を介して保護部を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、シールリングのシール部の先端外面に対する保護部の接合面積が狭くなり、保護部からシール部への内部応力の伝播をほとんどなくすことができる。このため、ボルト及びナットの締結にて保護部が弾性変形される際に、保護部にクラックが発生しても、そのクラックがシール部まで延びるのを抑制できる。よって、シールリングのシール部にクラックが生じるのを抑制することができて、高いシール性能を長期間にわたって確保することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記首部がシール部の半径方向の中間部分よりも内径側に位置することを特徴とするものである。従って、この請求項２に記載の発明によれば、ボルト及びナットの締結時に、保護部が首部を中心にシール部側へ容易に傾動変形されて、保護部によりシール部の先端面が覆われて、シール部が受け口及び挿し口間の空間部の狭隘な奥部内へ入り込むことを抑制することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記保護部が首部側を一角とした断面ほぼ三角形状をなすことを特徴とするものである。
【００１０】
従って、この請求項３に記載の発明によれば、保護部の首部を中心とする傾動変形が一層容易になって、シール部が空間部の内奥部内へ入り込むことを確実に抑制することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記保護部の半径方向の断面寸法がシール部の半径方向の断面寸法の１／２以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、この請求項４に記載の発明によれば、所定の大きさの保護部が空間部内に挿入配置されることで、シール部の前面を大きく覆うことができるとともに、シール部が空間部の狭隘な奥部内へ入り込むことを一層確実に抑制することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明においては、請求項４に記載の発明において、前記保護部の半径方向の断面寸法がシール部の半径方向の断面寸法とほぼ等しいことを特徴とするものである。
【００１４】
従って、請求項５に記載の発明よれば、請求項４に記載の発明と同様に、シール部の前面を大きく覆うことができるとともに、シール部が空間部の狭隘な奥部内へ入り込むことを一層確実に抑制することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記保護部がシール部よりも高い硬度を有することを特徴とするものである。
【００１６】
従って、この請求項６に記載の発明によれば、高い硬度の保護部が空間部内に挿入配置されることで、シール部が空間部の内奥部内へ入り込むことを一層確実に抑制することができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記保護部が中空部を有することを特徴とするものである。
従って、この請求項７に記載の発明によれば、保護部の変形が容易になって、保護部とシール部との接合面付近に応力が集中するのをより確実に防止することができる。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のシールリングを特徴とする。
従って、この請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜７のいずれかに記載の各種の作用を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１，図２及び図１２〜図２０に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示すように、一方の鋳鉄管１１の先端部には、他の部分より大径にした受け口１２及びその受け口１２の開口端部に位置するフランジ部１３が形成され、他方の鋳鉄管１４の一端部は受け口１２内に対して嵌挿可能になっており、この一端部を挿し口１５とする。受け口１２の内周には開口部側に広がる斜面１２ａが形成され、受け口１２に挿し口１５を嵌挿した状態で、この斜面１２ａにより、受け口１２の内周面と挿し口１５の外周面との間に鋳鉄管１１側に向かって狭くなる空間部が形成されている。
【００２１】
前記受け口１２と挿し口１５との間の空間部には、シールリング１６が挿入配置されている。挿し口１５の近傍において、鋳鉄管１４の外周には押し輪１７が長手方向へ移動可能に外嵌され、その内周部に形成した押さえ部１７ｂがシールリング１６の基端外面に圧接状態で当接されている。受け口１２側のフランジ部１３に形成した複数の挿通孔１３ａには一端に頭部１８ａを有するボルト１８がそれぞれ挿通され、それらのボルト１８は前記押し輪１７の挿通孔１７ａ内を挿通している。そして、このボルト１８のネジ部にナット１９が螺合され、このナット１９を締め付けることにより、ボルト１８の頭部１８ａがフランジ部１３の側面に圧接された状態で、押し輪１７の押さえ部１７ｂがシールリング１６の基端外面に押し付けられる。この押し付けにより、そのシールリング１６が空間部の内奥に向かって押し込まれて弾性変形され、この弾性変形により受け口１２と挿し口１５との間がシールされるようになっている。
【００２２】
図２に示すように、前記シールリング１６は、断面ほぼ台形状のヒール部２０と、そのヒール部２０の先端に一体に接合形成された断面円形状のシール部２１と、そのシール部２１の先端に首部２２を介して一体に接合形成された断面ほぼ三角形状の保護部２３とから構成されている。シールリング１６は、引張強度、伸び、圧縮永久歪等の物性に優れたエチレン・プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）を主原料として形成されている。そして、ヒール部２０、シール部２１、及び首部２２と一体状の保護部２３を構成する未加硫ゴムが、それぞれ加硫剤等の添加剤の配合割合を調整されて、成形されて加硫されることにより、シールリング１６が形成されている。この結果、シール部２１、ヒール部２０、首部２２を含む保護部２３の順で硬度が高くなるように一体成形されている。この実施形態においては、ＪＩＳ　Ｋ　６２５３　デュロメータタイプＡ（ショアＡ）よる硬度表記において、前記シール部２１の硬度が５５±５、ヒール部２０の硬度が７０±５、首部２２の硬度が９０±５である。なお、シールリング１６として、前記ＥＰＤＭの他に、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）を使用することが可能である。
【００２３】
また、前記首部２２はシール部２１の内径側端縁に形成され、ボルト１８及びナット１９の締結時に、保護部２３が首部２２を中心にしてシール部２１側へ容易に傾動されるようにして変形されるようになっている。さらに、保護部２３は首部２２側を一辺として断面ほぼ三角形状をなすように形成され、その保護部２３の半径方向の断面寸法Ｔ１がシール部２１の半径方向の断面寸法と等しいか若干大きくなるように形成されている。これにより、所定の大きさの保護部２３が容易に傾動されるようにして変形されながら、受け口１２と挿し口１５との間における空間部の内奥に挿入配置されるようになっている。
【００２４】
なお、図１２〜図１５は、第１の実施形態におけるシールリング１６を３角法で描いた正面図，平面図，底面図及び図１３のＡ−Ａ線断面図であって、背面図及び左右の側面図は正面図と同一に表れるため、省略してある。同じく、図１７〜図２０は、第１の実施形態におけるシールリング１６を、保護部２３のみを実線にして３角法で描いた正面図，平面図，底面図及び図１８のＢ−Ｂ線断面図であって、背面図及び左右の側面図は正面図と同一に表れるため、省略してある。図１２〜図１５及び図１７〜図２０は、ヒール部２０の内径が１６５ｍｍのものを描いてあり、図１６は、ヒール部２０の内径が２０００ｍｍのものを描いてある。シールリング１６は、ヒール部２０の内径が９１ｍｍ〜２６３０ｍｍの範囲内にある各種ものが用意される。
【００２５】
次に、前記のように構成された管継手のシール構造の作用を説明する。
さて、一対の鋳鉄管１１，１４を接続する場合には、鋳鉄管１４の挿し口１５の外周にシールリング１６及び押し輪１７を外嵌する。この状態で、鋳鉄管１４の挿し口１５を鋳鉄管１１の受け口１２に嵌挿すると、シールリング１６が受け口１２と挿し口１５との間の空間部内に挿入配置される。その後、受け口１２のフランジ部１３と押し輪１７との間を複数のボルト１８及びナット１９により締結すると、押し輪１７にてシールリング１６が空間部内に押し込まれて弾性変形し、受け口１２と挿し口１５との間がシールされる。
【００２６】
この場合、シールリング１６のシール部２１の先端に首部２２を介して高い硬度の断面ほぼ三角形状をなす保護部２３が設けられており、この保護部２３が首部２２を中心にその首部２２とともにシール部２１側へ傾動するように変形されることにより、空間部の内奥部が塞がれる。このため、ボルト１８及びナット１９の締結に伴ってシール部２１が弾性変形される際に、そのシール部２１が大きく変形しながら受け口１２及び挿し口１５間の空間部の狭隘な内奥部内へ入り込むことはない。従って、シール部２１に大きな圧縮応力が作用することがないとともに、受け口１２と挿し口１５との間の高いシール性が確保される。また、保護部２３及び首部２２の変形により、シール部２１の前面が保護部２３によって覆われるため、受け口１２及び挿し口１５からシール部２１に対する作用する擦過作用を低減できる。
【００２７】
また、シールリング１６の保護部２３がシール部２１の先端外面に対し、首部２２を介して狭い接合面積で接合されているため、保護部２３に作用する応力がシール部２１に作用することはほとんどない。このため、保護部２３において生じたクラックがシール部２１にまで延長することはない。
【００２８】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）　この管継手のシール構造においては、受け口１２と挿し口１５との間の空間部内に介装されるシールリング１６のシール部２１の先端に、首部２２を介して保護部２３が設けられている。このため、保護部２３により前記空間部の内奥部が塞がれ、シール部２１が大きく変形しながら受け口１２及び挿し口１５間の空間部の狭隘な内奥部内へ入り込むことはない。従って、シール部２１が大きく変形するのを抑制できるとともに、シール部２１の前面を保護部２３により覆うことができて、シール部２１に作用する擦過作用を低減できる。従って、シール部２１に対して、その寿命に悪影響を及ぼす外力を軽減でき、長寿命が可能になる。また、シール部２１の先端外面に対する保護部２３の接合面積が首部２２の狭い断面積分しかないため、保護部２３に作用する内部応力がシール部２１に伝播するのを抑制でき、保護部２３のクラックがシール部２１にまで延長するのを防止できる。このため、シール部２１にクラックが発生するおそれを可能な限り防止することができて、シール部２１による高いシール性能を長期間にわたって確保することができる。
【００２９】
（２）　この管継手のシール構造においては、前記首部２２がシール部２１の半径方向の中間部分よりも内径側に位置するように形成されている。よって、ボルト１８及びナット１９の締結時に、保護部２３が首部２２を中心にシール部２１側へ容易に傾動変形されて、シール部２１が受け口１２及び挿し口１５間の空間部の内奥部へ入り込むことを抑制することができる。
【００３０】
（３）　この管継手のシール構造においては、前記保護部２３が首部２２側を一辺として断面ほぼ三角形状をなすように形成されている。このため、保護部２３の首部２２を中心とする傾動変形が一層容易になるとともに、保護部２３がその前端コーナ部側から空間部の内奥部へスムーズに入り込み、シール部２１が空間部の内奥部へ入り込むことを確実に抑制することができる。
【００３１】
（４）　この管継手のシール構造においては、前記保護部２３がシール部２１よりも高い硬度を有するとともに、保護部２３の半径方向の断面寸法Ｔ１がシール部２１の半径方向の断面寸法Ｔ２の１／２以上となるように形成されている。このため、所定の大きさで高い硬度を有する保護部２３が空間部内に挿入配置されることで、シール部２１が空間部の内奥部内へ入り込むことを一層確実に抑制することができるとともに、シール部２１の前面を有効に保護できる。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を説明する。なお、この第２実施形態の各実施形態の説明においては、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３３】
さて、この第２実施形態においては、図３に示すように、シールリング１６の保護部２３の半径方向の断面寸法Ｔ１が、シール部２１の半径方向の断面寸法Ｔ２に対してほぼ半分となるように形成されている。
【００３４】
この第２実施形態においても、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を説明する。
【００３５】
さて、この第３実施形態においては、図４に示すように、シールリング１６の保護部２３内に中空部２４が形成されている。
従って、この第３実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００３６】
（５）　この管継手のシール構造においては、保護部２３内に中空部２４が設けられているため、保護部２３の変形が容易になって、保護部２３とシール部２１との接合面付近に応力が集中するのをより確実に防止することができる。
【００３７】
（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を説明する。
さて、この第４実施形態においては、図５に示すように、シールリング１６のシール部２１の先端側内周縁に、首部２２となる薄肉状の環状突部２５が形成されている。そして、この環状突部２５の外周面に断面ほぼ三角形状の保護部２３が接着剤にて接着固定されることにより、シール部２１の先端に首部２２を介して保護部２３が配設されている。
【００３８】
この第４実施形態においても、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
（第５実施形態）
次に、この発明の第５実施形態を説明する。
【００３９】
さて、この第５実施形態においては、図６に示すように、シールリング１６のシール部２１の先端側内周縁に首部２２となる薄肉状の環状突部２５が形成され、その外周面には環状の係止部２６が突設されている。そして、保護部２３の内面に形成された係合溝２７が環状突部２５上の係止部２６に係合されることによって、シール部２１の先端に首部２２を介して保護部２３が配設されている。
【００４０】
この第５実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
（第６実施形態）
次に、この発明の第６実施形態を説明する。
【００４１】
さて、この第６実施形態においては、図７に示すように、シールリング１６の首部２２が前記各実施形態の場合と比較してシール部２１の半径方向の中間部分側に位置している。そして、その首部２２の先端に断面ほぼ三角形状の保護部２３が一体に形成されているが、保護部２３の底辺はシール部２１の内側端部とほぼ同一径をなしている。
【００４２】
この第６実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（第７実施形態）
次に、この発明の第７実施形態を説明する。
【００４３】
さて、この第７実施形態においては、図８に示すように、シールリング１６のシール部２１の先端側内周面に環状の凹部２８が形成されている。そして、保護部２３に一体に形成された首部２２がシール部２１の凹部２８に接着固定されることにより、シール部２１の先端に首部２２を介して保護部２３が配設されている。
【００４４】
従って、この第７実施形態においても、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
（第８実施形態）
次に、この発明の第８実施形態を説明する。
【００４５】
さて、この第８実施形態においては、図９に示すように、シールリング１６の保護部２３の外周面に複数のスリット２９が所定間隔おきに形成されている。
従って、この第８実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
【００４６】
（６）　この管継手のシール構造においては、保護部２３に複数のスリット２９が設けられているため、保護部２３の変形が容易になって、保護部２３とシール部２１との接合面付近に応力が集中するのをより確実に防止することができる。
【００４７】
（第９実施形態）
次に、この発明の第９実施形態を説明する。
さて、この第９実施形態においては、図１０に示すように、シールリング１６のヒール部２０の外周面及び内周面に複数の環状溝３０が所定間隔おきに形成されている。
【００４８】
従って、この第９実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（４）に記載の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（７）　この管継手のシール構造においては、ヒール部２０に複数の環状溝３０が設けられているため、この環状溝３０がラビリンス作用を発揮して、受け口１２と挿し口１５との間のシール性を一層高めることができる。
【００４９】
（第１０実施形態）
次に、この発明の第１０実施形態を説明する。
この第１０実施形態においては、図１１に示すように、首部２２は、前記各実施形態と異なり、シール部２１の外径側端縁に形成され、保護部２３は首部２２側を頂部として断面ほぼ三角形状をなすように形成されている。
【００５０】
従って、この第１０実施形態によれば、保護部２３の変形等の方向が前記各実施形態と逆になるのみで、作用はほぼ同様であるため、各実施形態とほぼ同様な効果を発揮する。
【００５１】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・　前記各実施形態において、シールリング１６の保護部２３の断面形状を例えば他の形状に変更して構成すること。例えば、保護部２３の前面を円弧状に膨らんだ形状にすること。
【００５２】
・　前記各実施形態において、シールリング１６のシール部２１の断面形状を例えば楕円形等の他の形状に変更して構成すること。
・　前記各実施形態において、シール部２１，首部２２，保護部２３のうちの少なくともひとつの外表面に摩擦係数の小さな滑動層を設けること。このようにすれば、シール位置に対するシールリングのセットが容易になる。
【００５３】
・　図５及び図６に示す前記第４及び第５実施形態において、環状突部２５に接着または係合される保護部２３として、柔軟性を有する合成樹脂を用いたり、あるいは、金属，合成樹脂，セラミック等の剛体を用いたりすること。ただし、剛体を用いた場合には、その形状は必ずしも三角形にする必要はなく、例えばシール部２１の外周面に沿うような円弧形状等が実施される。
【００５４】
・　前記各実施形態において、ボルト１８が受け口１２に形成したねじ孔に螺入されるように構成したりする等、シールリング１６に対して押し輪１７を押し付ける構成を適宜に変更すること。
【００５５】
【発明の効果】
以上実施形態で例示したように、この発明においては、シールリングのシール部にクラックが発生するのを抑制することができて、高いシール性能を長期間にわたって確保することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の管継手のシール構造を示す要部断面図。
【図２】図１のシール構造のシールリングを拡大して示す部分断面図。
【図３】第２実施形態のシール構造のシールリングを示す部分断面図。
【図４】第３実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図５】第４実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図６】第５実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図７】第６実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図８】第７実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図９】第８実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図１０】第９実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図１１】第１０実施形態のシールリングを示す部分断面図。
【図１２】第１実施形態におけるシールリングの正面図。
【図１３】同じく平面図。
【図１４】同じく底面図。
【図１５】図１３のＡ−Ａ線断面図。
【図１６】図１２のシールリングとは径の異なるシールリングを示す平面図。
【図１７】第１実施形態におけるシールリングを保護部を実線にして表す正面図。
【図１８】同じく平面図。
【図１９】同じく底面図。
【図２０】図１８のＢ−Ｂ線断面図。
【図２１】従来のシール構造のシールリングを示す部分断面図。
【符号の説明】
１２…受け口、１３…フランジ部、１５…挿し口、１６…シールリング、１７…押し輪、１８…ボルト、１９…ナット、２１…シール部、２２…首部、２３…保護部、２４…中空部、Ｔ１，Ｔ２…断面寸法。

Claims (8)

1. 受け口と挿し口との間に形成される空間部内にシールリングを介装し、そのシールリングの基端外面に対して押し輪を押し付けることにより、受け口と挿し口との間をシールするようにした管継手のシール構造において、前記シールリングのシール部の先端には首部を介して保護部を設けたことを特徴とする管継手のシール構造。
2. 前記首部がシール部の半径方向の中間部分よりも内径側に位置することを特徴とする請求項１に記載の管継手のシール構造。
3. 前記保護部が首部側を一角とした断面ほぼ三角形状をなすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管継手のシール構造。
4. 前記保護部の半径方向の断面寸法がシール部の半径方向の断面寸法の１／２以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の管継手のシール構造。
5. 前記保護部の半径方向の断面寸法がシール部の半径方向の断面寸法とほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載の管継手のシール構造。
6. 前記保護部がシール部よりも高い硬度を有することを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項に記載の管継手のシール構造。
7. 前記保護部が中空部を有することを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項に記載の管継手のシール構造。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のシールリング。

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