JP2004116692A - 薄肉管継手用パイプ止め輪及びこれを用いた継手構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】継手と金属製パイプの接合作業が簡易に行われ、密封シール性が良好であり、パイプの引抜き阻止力が長期に亘ってその機能を確実に発揮できる低コストの薄肉管継手用パイプ止め輪であって、パイプを確実に保持しつつ、変形させたり割れさせたりすることなく接合を行うことができる薄肉管継手用パイプ止め輪を提供すること。
【解決手段】パイプ１８の外周に嵌装され、継手等の接合本体１ａの接合部１とこの接合部１に螺合可能な袋ナット７によって挟持変形して内周側に一体に形成した保持爪２０をパイプ１８の外周面に食い込ませてこのパイプ１８を接続するようにした薄板環形状の薄肉管継手用パイプ止め輪１４において、変形後の保持爪２０のパイプ１８への総食込み量Ａをパイプ肉厚総断面積Ｚの１６〜２２％とすると共に、保持爪２０のパイプ１８への総食込み弦長さＢをパイプ外周長さＬの３５〜４０％とした薄肉管継手用パイプ止め輪１４である。
【選択図】 図１
【解決手段】パイプ１８の外周に嵌装され、継手等の接合本体１ａの接合部１とこの接合部１に螺合可能な袋ナット７によって挟持変形して内周側に一体に形成した保持爪２０をパイプ１８の外周面に食い込ませてこのパイプ１８を接続するようにした薄板環形状の薄肉管継手用パイプ止め輪１４において、変形後の保持爪２０のパイプ１８への総食込み量Ａをパイプ肉厚総断面積Ｚの１６〜２２％とすると共に、保持爪２０のパイプ１８への総食込み弦長さＢをパイプ外周長さＬの３５〜４０％とした薄肉管継手用パイプ止め輪１４である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体の流体を流すための金属製パイプを継手やバルブに接続する際にこの継手内に装着し、継手と袋ナットの螺合によってその内周側をパイプに食い込ませてこのパイプを接続するために用いる薄肉管継手用パイプ止め輪及びこれを用いた継手構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パイプ接合には各種の手段が知られているが、特に、ＪＩＳ Ｇ３４４８ 一般配管用ステンレス鋼管やＪＷＷＡ Ｇ１１５ 水道用ステンレス鋼管に規定されている薄肉ステンレスパイプ等のように薄肉管を継手に接合するには、袋ナットの締付に伴いゴムパッキンが継手内に押込まれ、シール性を保持し、内部部品により管に抜け出し阻止力を与えるようにした伸縮可撓式継手による接合方法、或は、継手の受口へ管を差込み、継手と管の隙間にはんだを充填するはんだ式継手による接合方法がある。これらの接合方法においては、それぞれ、接合時にゴムパッキンやはんだを用いるようにしている。
【０００３】
また、Ｏリングが充填されている継手の受口へ管を差込み、プレス機を用いて、受口の外面を差込部中央より受口端部までプレスして継手と管を接合させるプレス式継手による接合方法、或は、管の端部を拡管して継手と特殊ナットにより接合する拡管方式による接合方法が知られている。
【０００４】
一方、袋ナット内に、内周に食込爪を有する環状の食込部材を設け、継手に袋ナットを締付けることによってこの食込部材の食込爪をパイプに食い込ませてパイプの引抜き阻止力を与えるようにしたグリップ式接合（例えば、特許第３０４４２２４号、特開平９−１６６２５２号公報等参照）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記グリップ式接合以外の接合は、パイプ径の大小や流体の性質或は使用目的に応じてそれぞれの特長を有しているが、接合継手とパイプとの接合作業に熟練を要し、配管作業のミスが要因となって脱管現象やシール性の機能低下、或は継手の接合に要するコストがかかってしまう等の課題を有していた。
【０００６】
一方、グリップ式接合においては、特許第３０４４２２４号公報における絞りワッシャは、内周部を切り欠いて周方向に複数の歯部を形成しており、この歯部の先端側の円弧状部分を管の外周面に沿って食い込ませるようにしているため、歯部と管の接触部分が大きくなり締付けトルクが増加するという問題があった。従って、外周を塑性変形させて接合を行うようにした金属製の管の場合には締付けが難しくなり、また、この歯部が管に食い込んだときに管を傷つけることがあり、食込みによって管が大きく塑性変形した場合には、塑性変形した傷部に錆や腐食細孔が発生するおそれもあった。
この絞りワッシャは、外縁側のリング部分が細くなっている構造であるため、締付け時にこの外周リング部分が変形することがありシール性を保てなくなるという問題もあった。
【０００７】
また、特開平９−１６６２５２号公報のパイプグリップは、締付けナットを締付けた場合の把持爪のパイプへの食込み量が明確ではなく、すなわち、把持爪の挟持によってパイプが塑性変形したときのパイプ断面積における塑性変形量などが記されていない。このパイプグリップは、円錐面の傾斜角度（外側面と底面とのなす角度）を２５〜３５°に形成しておき、対向した一対の把持爪の間隔などを決めることによってパイプグリップの締付け前における外観形状を決定するようにしたものであって、パイプグリップが変形した後の形状は明らかになっていない。
【０００８】
この把持爪自体の形状は、変形前の把持爪自体の高さ、すなわちこのパイプグリップの外縁から把持爪先端までの距離や、或は、把持爪内縁及びこの把持爪間に挟まれている凹部の内縁を構成している各曲率半径等の違いによって変わる可能性があり、仮に所定の傾斜角度等に設定したとしても、接続するパイプの肉厚などによってパイプ変形後の把持爪の食込み量が変わるおそれがあり、締付け後に把持爪によって得られる強度は一定であるとはいえなかった。従って、把持爪の形状によっては金属製パイプに食い込んだときに確実にこのパイプを接合できない場合があった。
【０００９】
とりわけ、把持爪の強度が弱い場合には、パイプに引抜き力が生じた場合にこの把持爪がせん断破壊等によって変形してパイプの保持状態を維持できず、パイプが継手から抜け出てしまうおそれがある。
逆に、把持爪の強度が強すぎる場合には、把持爪がパイプに食込むことなく袋ナットなどによる圧縮力がそのまま加わり続けて締付け力が過大な状態となり、把持爪が起き上がらなかったり、或は、把持爪がパイプに食込んだとしてもこの食込み量が大きくなるためパイプの変形量が大きくなり、そのまま締付けても把持爪の変形後の食込み断面部分が均一に変形した断面形状にはならず、特定の把持爪に大きな食込み力が働いたりしてパイプの薄肉部が割れてしまったりする場合がある。
【００１０】
本発明は、従来の接合時における課題点を解決したものであり、その目的とするところは、継手と金属製パイプの接合作業が簡易に行われ、密封シール性が良好であり、パイプの引抜き阻止力が長期に亘ってその機能を確実に発揮できる低コストの薄肉管継手用パイプ止め輪であって、パイプを確実に保持しつつ、変形させたり割れさせたりすることなく接合を行うことができる薄肉管継手用パイプ止め輪を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、パイプの外周に嵌装され、継手等の接合本体の接合部とこの接合部に螺合可能な袋ナットによって挟持変形して内周側に一体に形成した保持爪をパイプの外周面に食い込ませてこのパイプを接続するようにした薄板環形状の薄肉管継手用パイプ止め輪において、変形後の保持爪のパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％とすると共に、保持爪のパイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％とした薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、外周側を一様な真円度を呈する円形状に形成した薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、外周側を内周側の保持爪と、この保持爪に挟まれた凹部と一定の幅を呈する凹凸形状に形成した薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１４】
請求項４に係る発明は、外周側に内周側の凹部から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部を少なくとも２箇所以上設けた薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１５】
請求項５に係る発明は、接合本体のねじ部に、引抜き防止機構を収納した被接合部材を螺合して締付け固定した継手構造において、引抜き防止機構に薄肉管継手用パイプ止め輪を用いた継手構造である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における薄肉管継手用パイプ止め輪の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示したものである。また、図３においては管継手の接合構造を示しており、１は継手用の継手又はバルブボデー等の接合本体（継手本体）１ａに設けたパイプ接続部である接合部（継手部）であり、この接合部１は、外周締付部１ｂを有し、その両端にねじ部であるおねじ部１ｃ，１ｄを設けている。
本実施形態における継手構造は、接合本体１ａのおねじ部１ｄに、後述する引抜き防止機構１３を収納した被接合部材である袋ナット７を螺合して締付け固定するようにしている。なお、おねじ部１ｃは、おねじ部１ｄと同一のねじ構造とするか、或は本例と同一の継手構造でも良く、又はその他の接合手段で配管接続するようにしても良い。
【００１７】
パイプ止め輪本体１４は、締付け時に接合本体１ａ内に収納されるものであり、金属製のパイプ１８の外周に嵌装され、接合本体１ａの接合部１とこの接合部１に螺合可能な袋ナット７によって挟持変形して、止め輪本体１４内周側に一体に形成した保持爪２０をパイプ１８の外周面に食い込ませるように塑性変形させてこのパイプ１８を接続するようにしている。
【００１８】
このとき、この薄板環形状の薄肉管継手用の止め輪本体１４は、図１の実線のハッチングに示すような変形後の保持爪２０のパイプ１８への総食込み量Ａ（各保持爪２０のパイプ１８への食込み面積の総和）をパイプ肉厚総断面積Ｚの１６〜２２％とすると共に、保持爪２０のパイプ１８への総食込み弦長さＢ（各保持爪２０のパイプ１８への食込み弦長さの総和）をパイプ外周長さＬの３５〜４０％となるようにした。なお、食込み弦長さとは、パイプに食込んだ保持爪２０とパイプ１８外周との交線の長さのことであり、この交線の位置は、接合本体１ａに接続されたパイプ１８に引抜き力が加わった際、保持爪２０に加わるせん断力が集中する位置である。
【００１９】
図１の止め輪本体１４は、外周側を一様な真円度を呈する円形状に設けているが、図５に示す第２実施形態のように、止め輪本体２４の外周側を内周側の保持爪２５とこの保持爪２５に挟まれた凹部２６と一定の幅を呈する凹凸形状に形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、図６に示す第３実施形態においては、止め輪本体３０の外周側に内周側の凹部３２から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部３３を少なくとも２箇所以上設けるようにしている。Ｖノッチ形状の切欠部３３は、Ｖ字角度約３０〜９０°の角度でプレスなどで打抜き、或は切断加工により形成しており、袋ナット７締付前の止め輪本体３０のバネ特性には影響がない。また、切欠部３３は、止め輪本体３０の外周側に設けており、内周側には切れ目がないため、止め輪をパイプ１８を挿入し易くする目的でテーパ形状に加工する際、止め輪の真円度を確保することができ、止め輪本体３０を袋ナット７に装着してパイプ１８を挿入する際にこのパイプ１８との軸心が合うように設けている。
このときの袋ナット７のめねじ７ｂの下穴径と止め輪本体３０の外径との隙間は、０〜０．５ｍｍ程度の範囲内にするのがよい。この範囲は継手サイズ１３〜５０Ｓｕに共通に用いることができ、０．５ｍｍ以上とすると止め輪の起立の際、止め輪が外方に広がってしまい、パイプ１８への食込み断面積を確保することが困難になる。また、この隙間が全くない状態とすると、止め輪が起立し難くなるので、とりわけ０．２ｍｍが好ましい。
【００２１】
パイプ１８の引抜き阻止力を大きくしたい場合には、保持爪２０のパイプ１８への食込み量や食込み断面積を確保することになるが、締付け後のパイプ１８の変形量を大きくし過ぎるとこの窪んだ部分の角部分が鋭角となり、発生及び残留応力が集中し、時期割れや応力腐食割れによる破損が発生し易くなる。また、パイプ１８の外径許容差を考慮すると真円度を失い、いびつに変形してしまう問題もある。
一方、パイプ１８に対して袋ナット７の締付けトルク値を低減したい場合は、保持爪２０をできる限り食い込ませず、パイプ１８の変形量を小さくすることが必要となっている。
これらは相反しているが、止め輪本体３０にＶノッチ形状の切欠部３３を設けることによって、止め輪本体３０を起立させる際に必要な潰し荷重値を超えるとＶノッチ形状に発生応力が集中し、少なくとも１ヶ所が破損することで潰し荷重値は低減できると同時に、破損により円形状並びに真円度を損ねる問題は、袋ナット７のめねじ７ｂの下穴径と止め輪本体３０の外径隙間により円形状並びに真円度を保つことで必要最小限の保持爪３１の食込み量（パイプの変形量）に抑えている。これによってパイプ１８の真円度が変形したりパイプ１８の割れなどを防止し、大きな抵抗力を生み出すために任意の円弧にて点接触的にパイプ１８に食い込むような形状にすることが可能となる。
【００２２】
図７に示す第４実施形態においては、止め輪本体３４は、保持爪３５の凸状先端部３５ａに少なくとも２つ以上の山状の突起３６、３６を形成している。この突起３６の曲面形状の半径は略等しくなるように設け、このように保持爪３５の先端側に突起３６を設けることで凹凸状部位を形成しており、保持爪３５先端側がパイプ１８表面に食込む際にこの保持爪３５が起立していく過程においてスラスト荷重を受けてもこの凸状先端部３５に分散して荷重が加わり、パイプ１８とのスリップ防止効果を得ることができる。
【００２３】
ここで、本発明のパイプ止め輪を装着する接合部１においては、図１に示すようにおねじ部１ｄの奥側位置に設けた装着面又は溝状の装着部２に、確認シールリング（本例ではＯリング）３を装着し、更に、おねじ部１ｄの肉厚部に複数個（本例では３個）の視認用又は漏れ確認用の確認穴４を放射状に形成すると共に、おねじ部１ｄの外方端部面に段部５と内方端部面に切欠きテーパ部（約５〜３０度の範囲）６をそれぞれ形成している。
この確認穴４は、その長辺が接合部１のパイプ当接部１ｅと一致するように設けられており、パイプ先端部を確実に視認可能に設けている。
【００２４】
袋ナット７は、パイプ挿入穴７ａ側（後端側）の内周に、図４に示すようなテーパ部８ａ、或は図示しない装着段部を形成し、このテーパ部８ａ又は装着段部にシール部材（本例ではＯリング）９を装着する。また、袋ナット７の先端には、接合部１の外周締付部１ｂに設けた胴着面１０に胴着させる当接面１１を設け、先端内周位置には、接合部１と袋ナット７を螺合した際に、前述の確認シールリング３を密封シールし、かつ締付け施工を確認するための接合段部１２を設けている。
【００２５】
また、袋ナット７のめねじ部７ｂの位置に内装した引抜き防止機構１３は、止め輪本体１４と皿ばね１５と平座金１６より成り、この引抜き防止機構１３をめねじ部７ｂに仮止めした樹脂製の仮止めリング１７により袋ナット７内に収納保持するようにしている。仮止めリング１７は、袋ナット７を接合部１に接合したときに、皿ばね１５等に過度の押圧力を与えて、皿ばね１５等の変形や損傷等が発生してしまうことのないように、段部５に収納される。
【００２６】
止め輪本体１４は、図３に示すように、外力を与えずに袋ナット７を締付けない状態のとき、その内周側を接合部１側に向け、かつその外周側を袋ナット７の後端側に向けた傾斜状態に取付け、一方、皿ばね１５は、この止め輪本体１４とは反対側に傾斜させた状態で取付けている。また、平座金１６は、袋ナット７のスラスト面７ｃに接触してスラストワッシャ機能とＯリング９を保持する保持機能を発揮している。
【００２７】
なお、本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪は、ボールバルブ、ゲートバルブやグローブバルブ等のバルブ用ボデーのパイプ接続部を接合部として接合することもでき、上記の継手に適用した構造と同一構造を成し、継手の場合と同様に組立てることができる。また、これ以外にも、同様な接合部の構造であればあらゆる接合部分に利用できる。
【００２８】
次に、本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の作用を説明する。
図３に示すように、仮止めリング１７を介して引抜き防止機構１３を収納した袋ナット７にパイプ１８を挿入し、この状態で、パイプ１８の先端面が接合部１内のパイプ当接部１ｅに突き当てるまで挿入し、袋ナット７を接合部１のおねじ部１ｄに螺合した後に、スパナ等の汎用工具により袋ナット７を接合させて、袋ナット７の回転進行方向の当接面１１が外周締付部１ｂの胴着面１０に胴着するまで締め込むと、袋ナット７が締め込まれることにより、接合部１の軸方向側に移動して、平座金１６、止め輪本体１４並びに皿ばね１５より成る引抜き防止機構１３が袋ナット７の内径端面により順次圧縮されて起き上がる。
【００２９】
止め輪本体１４は、皿ばね１５と平座金１６に挟圧されて平面状に変形してパイプ１８に食込むが、変形後の保持爪２０のパイプ１８への総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％とすると共に、保持爪２０のパイプ１８への総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％となるようにしているので、この総食込み比率によって異なるパイプ１８の肉厚に対しても保持爪２０によって保持する強度が最適なものとなり、また、総食込み弦比率を最適なものとしているため保持爪２０への応力集中を防ぎながら締付けを行うことができ、パイプが抜出したり、或は締付け力が過大になってパイプ１８が大きく変形する力が生じたりするおそれがなく、また止め輪本体が装着時に歪んだりすることもなく、Ｏリングにより常に高いシール性を維持しながら一定の強度によってパイプを接合することができる。
【００３０】
このようにグリップ式接合によって締付けるようにしているので、グリップ継手とパイプの接合作業を容易でかつ低コストにて行うことができ、このときの締付け後の保持爪の総食込み量と総食込み弦長さを所定の範囲に設けるようにしているので、パイプの変形を防ぎつつ確実にパイプを保持することができる。
更には、従来の引抜き荷重に比して高い引抜き荷重を得ることができ、また、強度を十分に維持しつつ軽重量の締付けトルクによって止め輪本体１４を起き上がらせることができる。
【００３１】
また、図１に示すように、止め輪本体１４の外周側を一様な真円度を呈する円形状に形成しているので、この止め輪本体１４が起立したときに保持爪２０を一様にパイプ１８に食込ませることができ、パイプ１８への食込み断面部分を均一に変形させた状態にすることができる。
【００３２】
或は、図５において、止め輪本体２４の外周側を内周側の保持爪２５とこの保持爪２５に挟まれた凹部２６と一定の幅を呈する凹凸形状に形成するようにしているので、この止め輪本体２４が起立した際には一様に変形し、保持爪２５がパイプ１８に食込んだ状態で引張り応力などの抵抗力が働いてもこの応力が一様に伝わることになり、特定の箇所に集中し難くなる。
【００３３】
また、図６における止め輪本体３０の外周側には、内周側の凹部から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部３３を少なくとも２箇所以上設けるようにしているので、保持爪３１に引張応力が掛かった状態から更に環境負荷や物理的な応力が外部から加わり、止め輪本体３０を形成している材料の機械的特性以上の過大な応力が発生した際には、この切欠部３３が破断して止め輪本体３０の残留応力の歪や変形を阻止してパイプ１８の抜け等を防ぐことができる。
【００３４】
なお、保持爪の形状や数は変更することができ、例えば、図８及び図９に示すような形態に設けることが可能である。各止め輪本体４０、４２において、変形後の保持爪４１、４３のパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％、保持爪４１、４３のパイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％になるようにすれば、図のように止め輪本体４０を小径パイプ用（図８はサイズ１３用を示す）、止め輪本体４２を大径パイプ用（図９はサイズ２５用を示す）とすることができ、このように保持爪の形状や数を変更して異なるパイプ径などに対応させることができる。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明における薄肉管継手用パイプ止め輪の実施例を説明する。本実施例においては図１における止め輪本体１４を形成し、この止め輪本体１４は、圧延された薄板材料にドーナツ状にプレス加工、又は、押出し或は引抜き加工にてチューブ状に成形した後に、薄肉状に切断加工して形成した。
この切断加工によって止め輪本体１４の内周側の形状を一様な凹凸形状に形成し、この凹凸形状の各円弧の半径は、本実施例においては略３ｍｍ程度とし、凹部の半径を凸部（保持爪２０）の半径より０〜０．５ｍｍ程度大きく形成している。
【００３６】
保持爪２０は、変形後におけるパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％、パイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％となる形状であるが、仮に、この各食込み比率よりも高い比率とした場合には、パイプ１８への食込み量が増加するため、薄肉状の金属製パイプ１８は大きく塑性変形して割れが生じるおそれがある。また、低い比率とした場合には、パイプ１８の変形量は少なくなるが、保持爪２０が確実に食込まなくなる。
また、図８及び図９のように異なるパイプ径に対応させるためには、このときの総食込み量及び総食込み弦長さが所定の値になるようにこの保持爪の数を決定するようにした。
【００３７】
ここで、各保持爪２０を形成時の外周側のアール状部分を外側アール部Ｒ、また、内周側のアール状部分を内側アール部ｒとし、外側アール部Ｒ＜内側アール部ｒとすると、外側アール部Ｒが鋭角状になり、この状態でパイプ１８に食込ませようとしたときに弦長さが小さくなろうとする力が働き、引抜き抵抗力が小さくなると共に、過大な変形によって破損するおそれがある。
【００３８】
一方、外側アール部Ｒ＞内側アール部ｒとすると、内側アール部ｒが鋭角状になり、このように内側アール部ｒが小さくなると、止め輪本体が起き上がろうとしたときに保持爪２０にはパイプ１８の食込む力の反発力が発生し、同時に内側アール部ｒに引張応力が発生して、この鋭角状の部分に応力集中して破損するおそれがある。
以上のことから、外側アール部Ｒと内側アール部ｒはできる限り同値に近づけることが望ましく、それぞれのアール部に働こうとする応力が均一化して機械的特性を安定させることができる。
【００３９】
止め輪本体１４の高さＨは、保持爪２０の凸状先端部２０ａを基準とし、内周側から外周側方向に任意の加工を施して決定するものとした。このときの凸状先端部２０ａから外周縁２１までの高さＨは、４〜５ｍｍ程度が望ましく、この高さＨは袋ナット７に装着した場合でのネジ掛かり長さを最大としつつ、パイプ１８の外径最大許容差に止め輪本体１４の内周側の保持爪２０を干渉させない最小値を考慮したものである。高さＨが上記範囲より大きくなると止め輪本体１４の潰し荷重値が大きくなることと、残留応力が引張り応力として荷重値が大きくなり、この残留応力値が止め輪本体１４を形成している材料の材料特性値に対して大きくなり安全率が低下してしまうため、高さＨを上記範囲内にすることによって残留応力値を抑制している。
【００４０】
止め輪本体１４を形成する材料としては、引張り強さを１４００〜１７００Ｎ／ｍｍ２、伸びを１３〜１８％、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を４３０〜４５０となるような材料特性の材料を用いるのがよい。このような材料特性によると保持爪２０がパイプ１８に確実に食込み、パイプ１８を引抜く力が発生しても凸状先端部２０ａがせん断応力による破損や曲げ応力により変形により機能が低下することを防止することができる。さらに、材料自体が有するバネ特性により、止め輪本体１４が起立した後の袋ナット７のネジ結合に対して発生する反発力（抵抗力）により、より一層ネジ結合力が向上し、袋ナット７に緩み防止効果を持たせることができる。
具体的には、例えば、オーステナイト鋼ステンレス鋼のバネ鋼を用いるものとし、例えば、ＳＵＳ３０１，３０４，３１６のいずれかを用いて形成した。
【００４１】
止め輪本体１４、皿ばね１５並びに平座金１６は、それぞれ硬度差を有し、摩擦抵抗を小さくしており、皿ばね１５は、止め輪本体１４を変形させないために、止め輪本体１４よりも硬度を小さくしており、皿ばねの材質をＳＵＳ３０４とし、硬度約Ｈｖ２００として止め輪本体の約４／９程度の硬度とした。平座金１６は、余分な荷重がかからない部品が好ましく、材質をＳＵＳ３０４とした。本例における三者の硬度差は、止め輪＞皿ばね≧平座金の関係である。
【００４２】
止め輪本体１４をベンド加工により塑性加工した後には、任意の粒度を持つ研磨石にてショットピーニングを行い、ベンド加工により生じた引張りかつ圧縮残留応力を止め輪本体１４の内周凹凸形状に拘わらず全て圧縮応力に制御するようにした。
これは、止め輪本体１４を成形する場合に限らず、板材をベンド加工によって塑性加工を施した場合には材料内に応力が発生し、外部からの物理的な応力や環境変化に伴い歪や変形があらたに発生しやすくなっているためであり、ベンド加工の後に過大な応力（例えば、締付け時における保持爪を起立させるための応力）を負荷させると、残留応力に加算負荷されて、その材料の機械特性以上の応力が発生した場合、破損などにつながり、機能低下を招くことになる。
従って、残留応力を圧縮応力に制御することによってこれを防いでいる。
【００４３】
なお、止め輪本体１４の内周または外周に凹凸部がある場合には、凹部には引張残留応力、凸部には圧縮残留応力が発生しており、材料が持つ機械的特性により安全率を考慮してもこれらの残留応力によって不安定な状態となっている。
この残留応力は、熱処理することで除去することは可能ではあるが、この場合には、止め輪本体を形成するに望ましい強度や硬度の源となっている誘起マルテンサイト組織を分解してしまい、一般鋼の機械的特性まで低下してしまうためこの熱処理による除去は望ましくない。
そこで、残留応力を安定化させるべく、研磨石を止め輪本体の金属表面に約１時間半以上叩きつけることで一様でない凹凸部のような形状でもその全ての表面を圧縮残留応力に変態させることができ、これによって材料の安定化を図ると共に、この止め輪本体１４を装着して締付けを行って起立させた状態でも強度的に安全率を維持することが可能となる。
【００４４】
なお、▲１▼ナットのトルク値は、止め輪本体を起立させる際の潰し荷重に比例する。▲２▼潰し荷重は、止め輪本体の表面積が小さい方が同じ潰し荷重でも面圧力は大きくできる。▲３▼潰し荷重には保持爪がパイプの外表面に食込む際の荷重も含まれることから、パイプ外周前面で潰すのではなく、パイプ引抜き時の引抜き抵抗力を十分確保できる食込み量程度であれば良い。▲４▼止め輪の板厚も潰し荷重に比例することから、パイプの外表面に十分に食込む強度が必要となる。
以上の条件から、止め輪本体１４を形成する材料の板厚については、１．０ｍｍに近い厚さとした。
【００４５】
ここで、サイズの異なる継手に使用可能な、径の異なる止め輪本体を実施例１〜６として設け、各実施例１〜６の爪食込比率（総食込み量Ａ／パイプ肉厚総断面積Ｚ）、及び爪食込弦比率（総食込弦比率Ｂ／パイプ外周長さＬ）を表１及び表２、また、この比較として比較例７〜１１を設け、この比較例７〜１１の爪食込比率、及び爪食込弦比率を表３及び表４にそれぞれ示し、パイプ装着後に引抜き試験を行ってこの最大引抜き荷重についてそれぞれ測定結果を示すと共に、パイプの変形状態を示した。なお、表中、サイズは装着するパイプ径（ｍｍ）を示し、このときのパイプの肉厚（ｍｍ）を管肉厚とした。また、保持爪の形状（爪形状）はこの爪の先端側のアール寸法と、形成した爪数をそれぞれ示し、パイプ肉厚総断面積を総断面積と記した。また、爪先端側の形状をアール面とせず、直線状としたものをフラットと記した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【表２】
パイプの変形量はＮｏ．１〜Ｎｏ．６まで全て小
【００４８】
【表３】
【００４９】
【表４】
パイプの変形量はＮｏ．７とＮｏ．８は大、Ｎｏ．９は中、Ｎｏ．１０とＮｏ．１１は小
【００５０】
先ず、表３に示す比較例においては、Ｎｏ．１０及び１１のように、総食込み量Ａがパイプ肉厚総断面積Ｚに対してこの総食込み比率（Ａ／Ｚ）が１６％を下回る場合、保持爪をパイプに十分に食込ませることができず、パイプの引抜きに対する阻止力が低下して、パイプの引抜きに耐えることのできる荷重、すなわち引抜き荷重が低下する。また、Ｎｏ．７及び９のように、総食込み比率が２２％を上回る場合には引抜き荷重は大きくはなるがパイプを過大に変形させてしまい、総食込み量Ａである断面が不均一な肉厚となり、止め輪の保持爪が食込んだ部分のパイプ底部が破損する可能性が高くなる。
【００５１】
また、表４に示す通り、Ｎｏ．９及びＮｏ．１１のように、パイプへの食込み部分の長さである総食込み弦長さＢがパイプ外周長さＬに対してこの総食込み弦比率（Ｂ／Ｌ）が３５％を下回る場合、保持爪の強度が不足し、パイプに引抜き力が加わった場合に保持爪が破断し、引抜き荷重Ｎが低下する。また、Ｎｏ．７及び８の場合のように４０％を上回る場合には、保持爪の強度が増すことによって引抜き荷重は大きくなるもののパイプを過大に変形させ、パイプ食込み量Ａである断面が不均一な肉厚となり、止め輪の保持爪が食込んだ部分のパイプ底部が破損する可能性が高くなる。
【００５２】
一方、表１、２に示す本発明品であるＮｏ．１及びＮｏ．６のように、変形後の保持爪のパイプへの総食込み比率が１６〜２２％、このときの総食込み弦比率が３５〜４０％にした場合にはパイプに十分に食込ませることによって引抜き阻止力を向上させ、また、パイプを変形させたり傷つけたりすることがなく、引抜き荷重も高くパイプを確実に接合することができた。更に、総食込み量及び総食込み弦長さの各割合は、継手サイズ１３〜５０Ｓｕに共通に採用することができた。
【００５３】
なお、本実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．６においては保持爪の先端アール形状を３ｍｍとしているが、このアール形状は２．５〜３．５ｍｍの範囲であればよく、この範囲内であれば保持爪が止め輪本体の挟圧によって確実に起き上がり、パイプの表面に食込む際にはパイプを過大に変形させることなく均一に食込ませることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、グリップ式接合によって接合作業を簡易に行い、高い密封シール性を維持しつつ長期に渡って高いパイプの引抜き阻止力を発揮し、低コストで設けることができる薄肉管継手用パイプ止め輪であり、変形後の止め輪のパイプ肉厚総断面積への保持爪の総食込み量の割合とパイプ外周長さへの保持爪の総食込み弦長さの割合をこの範囲内に設けることによって金属製パイプを確実に保持して変形や割れを防止することができる。
【００５５】
請求項２及び３に係る発明によると、締付け時に均一的に変形させることができ、パイプの抜出し防止を維持すると共に、パイプの一部を大きく変形させたりすることのない薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００５６】
請求項４に係る発明によると、締付け時に過大な力が加わったとしても、無理に変形して変形後の形状が曲がったりすることがなく、確実に接合できる薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００５７】
請求項５に係る発明によると、上記のように様々な優れた効果を発揮できる止め輪を用いた継手構造であり、この継手構造は、上記の接合以外にも各種の接合に利用することのできる、薄肉管継手用パイプ止め輪を用いた継手構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示した正面図である。
【図２】図１の半截断面図である。
【図３】管継手の接合構造を示した断面図である。
【図４】図３の接合後の状態を示した断面図である。
【図５】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第２実施形態を示した正面図である。
【図６】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第３実施形態を示した正面図である。
【図７】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第４実施形態を示した正面図である。
【図８】サイズ１３における本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示した正面図である。
【図９】サイズ２５における本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示した正面図である。
【符号の説明】
１ 接合部（継手部）
１ａ 接合本体（継手本体）
１ｄおねじ部
７ 袋ナット
１３ 引抜き防止機構
１４ 止め輪本体
１８ パイプ
２０ 保持爪
２６ 凹部
３３ 切欠部
Ａ 総食込み量
Ｂ 総食込み弦長さ
Ｌ パイプ外周長さ
Ｚ パイプ肉厚総断面積
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体や気体の流体を流すための金属製パイプを継手やバルブに接続する際にこの継手内に装着し、継手と袋ナットの螺合によってその内周側をパイプに食い込ませてこのパイプを接続するために用いる薄肉管継手用パイプ止め輪及びこれを用いた継手構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パイプ接合には各種の手段が知られているが、特に、ＪＩＳ Ｇ３４４８ 一般配管用ステンレス鋼管やＪＷＷＡ Ｇ１１５ 水道用ステンレス鋼管に規定されている薄肉ステンレスパイプ等のように薄肉管を継手に接合するには、袋ナットの締付に伴いゴムパッキンが継手内に押込まれ、シール性を保持し、内部部品により管に抜け出し阻止力を与えるようにした伸縮可撓式継手による接合方法、或は、継手の受口へ管を差込み、継手と管の隙間にはんだを充填するはんだ式継手による接合方法がある。これらの接合方法においては、それぞれ、接合時にゴムパッキンやはんだを用いるようにしている。
【０００３】
また、Ｏリングが充填されている継手の受口へ管を差込み、プレス機を用いて、受口の外面を差込部中央より受口端部までプレスして継手と管を接合させるプレス式継手による接合方法、或は、管の端部を拡管して継手と特殊ナットにより接合する拡管方式による接合方法が知られている。
【０００４】
一方、袋ナット内に、内周に食込爪を有する環状の食込部材を設け、継手に袋ナットを締付けることによってこの食込部材の食込爪をパイプに食い込ませてパイプの引抜き阻止力を与えるようにしたグリップ式接合（例えば、特許第３０４４２２４号、特開平９−１６６２５２号公報等参照）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記グリップ式接合以外の接合は、パイプ径の大小や流体の性質或は使用目的に応じてそれぞれの特長を有しているが、接合継手とパイプとの接合作業に熟練を要し、配管作業のミスが要因となって脱管現象やシール性の機能低下、或は継手の接合に要するコストがかかってしまう等の課題を有していた。
【０００６】
一方、グリップ式接合においては、特許第３０４４２２４号公報における絞りワッシャは、内周部を切り欠いて周方向に複数の歯部を形成しており、この歯部の先端側の円弧状部分を管の外周面に沿って食い込ませるようにしているため、歯部と管の接触部分が大きくなり締付けトルクが増加するという問題があった。従って、外周を塑性変形させて接合を行うようにした金属製の管の場合には締付けが難しくなり、また、この歯部が管に食い込んだときに管を傷つけることがあり、食込みによって管が大きく塑性変形した場合には、塑性変形した傷部に錆や腐食細孔が発生するおそれもあった。
この絞りワッシャは、外縁側のリング部分が細くなっている構造であるため、締付け時にこの外周リング部分が変形することがありシール性を保てなくなるという問題もあった。
【０００７】
また、特開平９−１６６２５２号公報のパイプグリップは、締付けナットを締付けた場合の把持爪のパイプへの食込み量が明確ではなく、すなわち、把持爪の挟持によってパイプが塑性変形したときのパイプ断面積における塑性変形量などが記されていない。このパイプグリップは、円錐面の傾斜角度（外側面と底面とのなす角度）を２５〜３５°に形成しておき、対向した一対の把持爪の間隔などを決めることによってパイプグリップの締付け前における外観形状を決定するようにしたものであって、パイプグリップが変形した後の形状は明らかになっていない。
【０００８】
この把持爪自体の形状は、変形前の把持爪自体の高さ、すなわちこのパイプグリップの外縁から把持爪先端までの距離や、或は、把持爪内縁及びこの把持爪間に挟まれている凹部の内縁を構成している各曲率半径等の違いによって変わる可能性があり、仮に所定の傾斜角度等に設定したとしても、接続するパイプの肉厚などによってパイプ変形後の把持爪の食込み量が変わるおそれがあり、締付け後に把持爪によって得られる強度は一定であるとはいえなかった。従って、把持爪の形状によっては金属製パイプに食い込んだときに確実にこのパイプを接合できない場合があった。
【０００９】
とりわけ、把持爪の強度が弱い場合には、パイプに引抜き力が生じた場合にこの把持爪がせん断破壊等によって変形してパイプの保持状態を維持できず、パイプが継手から抜け出てしまうおそれがある。
逆に、把持爪の強度が強すぎる場合には、把持爪がパイプに食込むことなく袋ナットなどによる圧縮力がそのまま加わり続けて締付け力が過大な状態となり、把持爪が起き上がらなかったり、或は、把持爪がパイプに食込んだとしてもこの食込み量が大きくなるためパイプの変形量が大きくなり、そのまま締付けても把持爪の変形後の食込み断面部分が均一に変形した断面形状にはならず、特定の把持爪に大きな食込み力が働いたりしてパイプの薄肉部が割れてしまったりする場合がある。
【００１０】
本発明は、従来の接合時における課題点を解決したものであり、その目的とするところは、継手と金属製パイプの接合作業が簡易に行われ、密封シール性が良好であり、パイプの引抜き阻止力が長期に亘ってその機能を確実に発揮できる低コストの薄肉管継手用パイプ止め輪であって、パイプを確実に保持しつつ、変形させたり割れさせたりすることなく接合を行うことができる薄肉管継手用パイプ止め輪を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、パイプの外周に嵌装され、継手等の接合本体の接合部とこの接合部に螺合可能な袋ナットによって挟持変形して内周側に一体に形成した保持爪をパイプの外周面に食い込ませてこのパイプを接続するようにした薄板環形状の薄肉管継手用パイプ止め輪において、変形後の保持爪のパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％とすると共に、保持爪のパイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％とした薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、外周側を一様な真円度を呈する円形状に形成した薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、外周側を内周側の保持爪と、この保持爪に挟まれた凹部と一定の幅を呈する凹凸形状に形成した薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１４】
請求項４に係る発明は、外周側に内周側の凹部から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部を少なくとも２箇所以上設けた薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００１５】
請求項５に係る発明は、接合本体のねじ部に、引抜き防止機構を収納した被接合部材を螺合して締付け固定した継手構造において、引抜き防止機構に薄肉管継手用パイプ止め輪を用いた継手構造である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における薄肉管継手用パイプ止め輪の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示したものである。また、図３においては管継手の接合構造を示しており、１は継手用の継手又はバルブボデー等の接合本体（継手本体）１ａに設けたパイプ接続部である接合部（継手部）であり、この接合部１は、外周締付部１ｂを有し、その両端にねじ部であるおねじ部１ｃ，１ｄを設けている。
本実施形態における継手構造は、接合本体１ａのおねじ部１ｄに、後述する引抜き防止機構１３を収納した被接合部材である袋ナット７を螺合して締付け固定するようにしている。なお、おねじ部１ｃは、おねじ部１ｄと同一のねじ構造とするか、或は本例と同一の継手構造でも良く、又はその他の接合手段で配管接続するようにしても良い。
【００１７】
パイプ止め輪本体１４は、締付け時に接合本体１ａ内に収納されるものであり、金属製のパイプ１８の外周に嵌装され、接合本体１ａの接合部１とこの接合部１に螺合可能な袋ナット７によって挟持変形して、止め輪本体１４内周側に一体に形成した保持爪２０をパイプ１８の外周面に食い込ませるように塑性変形させてこのパイプ１８を接続するようにしている。
【００１８】
このとき、この薄板環形状の薄肉管継手用の止め輪本体１４は、図１の実線のハッチングに示すような変形後の保持爪２０のパイプ１８への総食込み量Ａ（各保持爪２０のパイプ１８への食込み面積の総和）をパイプ肉厚総断面積Ｚの１６〜２２％とすると共に、保持爪２０のパイプ１８への総食込み弦長さＢ（各保持爪２０のパイプ１８への食込み弦長さの総和）をパイプ外周長さＬの３５〜４０％となるようにした。なお、食込み弦長さとは、パイプに食込んだ保持爪２０とパイプ１８外周との交線の長さのことであり、この交線の位置は、接合本体１ａに接続されたパイプ１８に引抜き力が加わった際、保持爪２０に加わるせん断力が集中する位置である。
【００１９】
図１の止め輪本体１４は、外周側を一様な真円度を呈する円形状に設けているが、図５に示す第２実施形態のように、止め輪本体２４の外周側を内周側の保持爪２５とこの保持爪２５に挟まれた凹部２６と一定の幅を呈する凹凸形状に形成するようにしてもよい。
【００２０】
また、図６に示す第３実施形態においては、止め輪本体３０の外周側に内周側の凹部３２から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部３３を少なくとも２箇所以上設けるようにしている。Ｖノッチ形状の切欠部３３は、Ｖ字角度約３０〜９０°の角度でプレスなどで打抜き、或は切断加工により形成しており、袋ナット７締付前の止め輪本体３０のバネ特性には影響がない。また、切欠部３３は、止め輪本体３０の外周側に設けており、内周側には切れ目がないため、止め輪をパイプ１８を挿入し易くする目的でテーパ形状に加工する際、止め輪の真円度を確保することができ、止め輪本体３０を袋ナット７に装着してパイプ１８を挿入する際にこのパイプ１８との軸心が合うように設けている。
このときの袋ナット７のめねじ７ｂの下穴径と止め輪本体３０の外径との隙間は、０〜０．５ｍｍ程度の範囲内にするのがよい。この範囲は継手サイズ１３〜５０Ｓｕに共通に用いることができ、０．５ｍｍ以上とすると止め輪の起立の際、止め輪が外方に広がってしまい、パイプ１８への食込み断面積を確保することが困難になる。また、この隙間が全くない状態とすると、止め輪が起立し難くなるので、とりわけ０．２ｍｍが好ましい。
【００２１】
パイプ１８の引抜き阻止力を大きくしたい場合には、保持爪２０のパイプ１８への食込み量や食込み断面積を確保することになるが、締付け後のパイプ１８の変形量を大きくし過ぎるとこの窪んだ部分の角部分が鋭角となり、発生及び残留応力が集中し、時期割れや応力腐食割れによる破損が発生し易くなる。また、パイプ１８の外径許容差を考慮すると真円度を失い、いびつに変形してしまう問題もある。
一方、パイプ１８に対して袋ナット７の締付けトルク値を低減したい場合は、保持爪２０をできる限り食い込ませず、パイプ１８の変形量を小さくすることが必要となっている。
これらは相反しているが、止め輪本体３０にＶノッチ形状の切欠部３３を設けることによって、止め輪本体３０を起立させる際に必要な潰し荷重値を超えるとＶノッチ形状に発生応力が集中し、少なくとも１ヶ所が破損することで潰し荷重値は低減できると同時に、破損により円形状並びに真円度を損ねる問題は、袋ナット７のめねじ７ｂの下穴径と止め輪本体３０の外径隙間により円形状並びに真円度を保つことで必要最小限の保持爪３１の食込み量（パイプの変形量）に抑えている。これによってパイプ１８の真円度が変形したりパイプ１８の割れなどを防止し、大きな抵抗力を生み出すために任意の円弧にて点接触的にパイプ１８に食い込むような形状にすることが可能となる。
【００２２】
図７に示す第４実施形態においては、止め輪本体３４は、保持爪３５の凸状先端部３５ａに少なくとも２つ以上の山状の突起３６、３６を形成している。この突起３６の曲面形状の半径は略等しくなるように設け、このように保持爪３５の先端側に突起３６を設けることで凹凸状部位を形成しており、保持爪３５先端側がパイプ１８表面に食込む際にこの保持爪３５が起立していく過程においてスラスト荷重を受けてもこの凸状先端部３５に分散して荷重が加わり、パイプ１８とのスリップ防止効果を得ることができる。
【００２３】
ここで、本発明のパイプ止め輪を装着する接合部１においては、図１に示すようにおねじ部１ｄの奥側位置に設けた装着面又は溝状の装着部２に、確認シールリング（本例ではＯリング）３を装着し、更に、おねじ部１ｄの肉厚部に複数個（本例では３個）の視認用又は漏れ確認用の確認穴４を放射状に形成すると共に、おねじ部１ｄの外方端部面に段部５と内方端部面に切欠きテーパ部（約５〜３０度の範囲）６をそれぞれ形成している。
この確認穴４は、その長辺が接合部１のパイプ当接部１ｅと一致するように設けられており、パイプ先端部を確実に視認可能に設けている。
【００２４】
袋ナット７は、パイプ挿入穴７ａ側（後端側）の内周に、図４に示すようなテーパ部８ａ、或は図示しない装着段部を形成し、このテーパ部８ａ又は装着段部にシール部材（本例ではＯリング）９を装着する。また、袋ナット７の先端には、接合部１の外周締付部１ｂに設けた胴着面１０に胴着させる当接面１１を設け、先端内周位置には、接合部１と袋ナット７を螺合した際に、前述の確認シールリング３を密封シールし、かつ締付け施工を確認するための接合段部１２を設けている。
【００２５】
また、袋ナット７のめねじ部７ｂの位置に内装した引抜き防止機構１３は、止め輪本体１４と皿ばね１５と平座金１６より成り、この引抜き防止機構１３をめねじ部７ｂに仮止めした樹脂製の仮止めリング１７により袋ナット７内に収納保持するようにしている。仮止めリング１７は、袋ナット７を接合部１に接合したときに、皿ばね１５等に過度の押圧力を与えて、皿ばね１５等の変形や損傷等が発生してしまうことのないように、段部５に収納される。
【００２６】
止め輪本体１４は、図３に示すように、外力を与えずに袋ナット７を締付けない状態のとき、その内周側を接合部１側に向け、かつその外周側を袋ナット７の後端側に向けた傾斜状態に取付け、一方、皿ばね１５は、この止め輪本体１４とは反対側に傾斜させた状態で取付けている。また、平座金１６は、袋ナット７のスラスト面７ｃに接触してスラストワッシャ機能とＯリング９を保持する保持機能を発揮している。
【００２７】
なお、本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪は、ボールバルブ、ゲートバルブやグローブバルブ等のバルブ用ボデーのパイプ接続部を接合部として接合することもでき、上記の継手に適用した構造と同一構造を成し、継手の場合と同様に組立てることができる。また、これ以外にも、同様な接合部の構造であればあらゆる接合部分に利用できる。
【００２８】
次に、本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の作用を説明する。
図３に示すように、仮止めリング１７を介して引抜き防止機構１３を収納した袋ナット７にパイプ１８を挿入し、この状態で、パイプ１８の先端面が接合部１内のパイプ当接部１ｅに突き当てるまで挿入し、袋ナット７を接合部１のおねじ部１ｄに螺合した後に、スパナ等の汎用工具により袋ナット７を接合させて、袋ナット７の回転進行方向の当接面１１が外周締付部１ｂの胴着面１０に胴着するまで締め込むと、袋ナット７が締め込まれることにより、接合部１の軸方向側に移動して、平座金１６、止め輪本体１４並びに皿ばね１５より成る引抜き防止機構１３が袋ナット７の内径端面により順次圧縮されて起き上がる。
【００２９】
止め輪本体１４は、皿ばね１５と平座金１６に挟圧されて平面状に変形してパイプ１８に食込むが、変形後の保持爪２０のパイプ１８への総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％とすると共に、保持爪２０のパイプ１８への総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％となるようにしているので、この総食込み比率によって異なるパイプ１８の肉厚に対しても保持爪２０によって保持する強度が最適なものとなり、また、総食込み弦比率を最適なものとしているため保持爪２０への応力集中を防ぎながら締付けを行うことができ、パイプが抜出したり、或は締付け力が過大になってパイプ１８が大きく変形する力が生じたりするおそれがなく、また止め輪本体が装着時に歪んだりすることもなく、Ｏリングにより常に高いシール性を維持しながら一定の強度によってパイプを接合することができる。
【００３０】
このようにグリップ式接合によって締付けるようにしているので、グリップ継手とパイプの接合作業を容易でかつ低コストにて行うことができ、このときの締付け後の保持爪の総食込み量と総食込み弦長さを所定の範囲に設けるようにしているので、パイプの変形を防ぎつつ確実にパイプを保持することができる。
更には、従来の引抜き荷重に比して高い引抜き荷重を得ることができ、また、強度を十分に維持しつつ軽重量の締付けトルクによって止め輪本体１４を起き上がらせることができる。
【００３１】
また、図１に示すように、止め輪本体１４の外周側を一様な真円度を呈する円形状に形成しているので、この止め輪本体１４が起立したときに保持爪２０を一様にパイプ１８に食込ませることができ、パイプ１８への食込み断面部分を均一に変形させた状態にすることができる。
【００３２】
或は、図５において、止め輪本体２４の外周側を内周側の保持爪２５とこの保持爪２５に挟まれた凹部２６と一定の幅を呈する凹凸形状に形成するようにしているので、この止め輪本体２４が起立した際には一様に変形し、保持爪２５がパイプ１８に食込んだ状態で引張り応力などの抵抗力が働いてもこの応力が一様に伝わることになり、特定の箇所に集中し難くなる。
【００３３】
また、図６における止め輪本体３０の外周側には、内周側の凹部から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部３３を少なくとも２箇所以上設けるようにしているので、保持爪３１に引張応力が掛かった状態から更に環境負荷や物理的な応力が外部から加わり、止め輪本体３０を形成している材料の機械的特性以上の過大な応力が発生した際には、この切欠部３３が破断して止め輪本体３０の残留応力の歪や変形を阻止してパイプ１８の抜け等を防ぐことができる。
【００３４】
なお、保持爪の形状や数は変更することができ、例えば、図８及び図９に示すような形態に設けることが可能である。各止め輪本体４０、４２において、変形後の保持爪４１、４３のパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％、保持爪４１、４３のパイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％になるようにすれば、図のように止め輪本体４０を小径パイプ用（図８はサイズ１３用を示す）、止め輪本体４２を大径パイプ用（図９はサイズ２５用を示す）とすることができ、このように保持爪の形状や数を変更して異なるパイプ径などに対応させることができる。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明における薄肉管継手用パイプ止め輪の実施例を説明する。本実施例においては図１における止め輪本体１４を形成し、この止め輪本体１４は、圧延された薄板材料にドーナツ状にプレス加工、又は、押出し或は引抜き加工にてチューブ状に成形した後に、薄肉状に切断加工して形成した。
この切断加工によって止め輪本体１４の内周側の形状を一様な凹凸形状に形成し、この凹凸形状の各円弧の半径は、本実施例においては略３ｍｍ程度とし、凹部の半径を凸部（保持爪２０）の半径より０〜０．５ｍｍ程度大きく形成している。
【００３６】
保持爪２０は、変形後におけるパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％、パイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％となる形状であるが、仮に、この各食込み比率よりも高い比率とした場合には、パイプ１８への食込み量が増加するため、薄肉状の金属製パイプ１８は大きく塑性変形して割れが生じるおそれがある。また、低い比率とした場合には、パイプ１８の変形量は少なくなるが、保持爪２０が確実に食込まなくなる。
また、図８及び図９のように異なるパイプ径に対応させるためには、このときの総食込み量及び総食込み弦長さが所定の値になるようにこの保持爪の数を決定するようにした。
【００３７】
ここで、各保持爪２０を形成時の外周側のアール状部分を外側アール部Ｒ、また、内周側のアール状部分を内側アール部ｒとし、外側アール部Ｒ＜内側アール部ｒとすると、外側アール部Ｒが鋭角状になり、この状態でパイプ１８に食込ませようとしたときに弦長さが小さくなろうとする力が働き、引抜き抵抗力が小さくなると共に、過大な変形によって破損するおそれがある。
【００３８】
一方、外側アール部Ｒ＞内側アール部ｒとすると、内側アール部ｒが鋭角状になり、このように内側アール部ｒが小さくなると、止め輪本体が起き上がろうとしたときに保持爪２０にはパイプ１８の食込む力の反発力が発生し、同時に内側アール部ｒに引張応力が発生して、この鋭角状の部分に応力集中して破損するおそれがある。
以上のことから、外側アール部Ｒと内側アール部ｒはできる限り同値に近づけることが望ましく、それぞれのアール部に働こうとする応力が均一化して機械的特性を安定させることができる。
【００３９】
止め輪本体１４の高さＨは、保持爪２０の凸状先端部２０ａを基準とし、内周側から外周側方向に任意の加工を施して決定するものとした。このときの凸状先端部２０ａから外周縁２１までの高さＨは、４〜５ｍｍ程度が望ましく、この高さＨは袋ナット７に装着した場合でのネジ掛かり長さを最大としつつ、パイプ１８の外径最大許容差に止め輪本体１４の内周側の保持爪２０を干渉させない最小値を考慮したものである。高さＨが上記範囲より大きくなると止め輪本体１４の潰し荷重値が大きくなることと、残留応力が引張り応力として荷重値が大きくなり、この残留応力値が止め輪本体１４を形成している材料の材料特性値に対して大きくなり安全率が低下してしまうため、高さＨを上記範囲内にすることによって残留応力値を抑制している。
【００４０】
止め輪本体１４を形成する材料としては、引張り強さを１４００〜１７００Ｎ／ｍｍ２、伸びを１３〜１８％、ビッカース硬さ（Ｈｖ）を４３０〜４５０となるような材料特性の材料を用いるのがよい。このような材料特性によると保持爪２０がパイプ１８に確実に食込み、パイプ１８を引抜く力が発生しても凸状先端部２０ａがせん断応力による破損や曲げ応力により変形により機能が低下することを防止することができる。さらに、材料自体が有するバネ特性により、止め輪本体１４が起立した後の袋ナット７のネジ結合に対して発生する反発力（抵抗力）により、より一層ネジ結合力が向上し、袋ナット７に緩み防止効果を持たせることができる。
具体的には、例えば、オーステナイト鋼ステンレス鋼のバネ鋼を用いるものとし、例えば、ＳＵＳ３０１，３０４，３１６のいずれかを用いて形成した。
【００４１】
止め輪本体１４、皿ばね１５並びに平座金１６は、それぞれ硬度差を有し、摩擦抵抗を小さくしており、皿ばね１５は、止め輪本体１４を変形させないために、止め輪本体１４よりも硬度を小さくしており、皿ばねの材質をＳＵＳ３０４とし、硬度約Ｈｖ２００として止め輪本体の約４／９程度の硬度とした。平座金１６は、余分な荷重がかからない部品が好ましく、材質をＳＵＳ３０４とした。本例における三者の硬度差は、止め輪＞皿ばね≧平座金の関係である。
【００４２】
止め輪本体１４をベンド加工により塑性加工した後には、任意の粒度を持つ研磨石にてショットピーニングを行い、ベンド加工により生じた引張りかつ圧縮残留応力を止め輪本体１４の内周凹凸形状に拘わらず全て圧縮応力に制御するようにした。
これは、止め輪本体１４を成形する場合に限らず、板材をベンド加工によって塑性加工を施した場合には材料内に応力が発生し、外部からの物理的な応力や環境変化に伴い歪や変形があらたに発生しやすくなっているためであり、ベンド加工の後に過大な応力（例えば、締付け時における保持爪を起立させるための応力）を負荷させると、残留応力に加算負荷されて、その材料の機械特性以上の応力が発生した場合、破損などにつながり、機能低下を招くことになる。
従って、残留応力を圧縮応力に制御することによってこれを防いでいる。
【００４３】
なお、止め輪本体１４の内周または外周に凹凸部がある場合には、凹部には引張残留応力、凸部には圧縮残留応力が発生しており、材料が持つ機械的特性により安全率を考慮してもこれらの残留応力によって不安定な状態となっている。
この残留応力は、熱処理することで除去することは可能ではあるが、この場合には、止め輪本体を形成するに望ましい強度や硬度の源となっている誘起マルテンサイト組織を分解してしまい、一般鋼の機械的特性まで低下してしまうためこの熱処理による除去は望ましくない。
そこで、残留応力を安定化させるべく、研磨石を止め輪本体の金属表面に約１時間半以上叩きつけることで一様でない凹凸部のような形状でもその全ての表面を圧縮残留応力に変態させることができ、これによって材料の安定化を図ると共に、この止め輪本体１４を装着して締付けを行って起立させた状態でも強度的に安全率を維持することが可能となる。
【００４４】
なお、▲１▼ナットのトルク値は、止め輪本体を起立させる際の潰し荷重に比例する。▲２▼潰し荷重は、止め輪本体の表面積が小さい方が同じ潰し荷重でも面圧力は大きくできる。▲３▼潰し荷重には保持爪がパイプの外表面に食込む際の荷重も含まれることから、パイプ外周前面で潰すのではなく、パイプ引抜き時の引抜き抵抗力を十分確保できる食込み量程度であれば良い。▲４▼止め輪の板厚も潰し荷重に比例することから、パイプの外表面に十分に食込む強度が必要となる。
以上の条件から、止め輪本体１４を形成する材料の板厚については、１．０ｍｍに近い厚さとした。
【００４５】
ここで、サイズの異なる継手に使用可能な、径の異なる止め輪本体を実施例１〜６として設け、各実施例１〜６の爪食込比率（総食込み量Ａ／パイプ肉厚総断面積Ｚ）、及び爪食込弦比率（総食込弦比率Ｂ／パイプ外周長さＬ）を表１及び表２、また、この比較として比較例７〜１１を設け、この比較例７〜１１の爪食込比率、及び爪食込弦比率を表３及び表４にそれぞれ示し、パイプ装着後に引抜き試験を行ってこの最大引抜き荷重についてそれぞれ測定結果を示すと共に、パイプの変形状態を示した。なお、表中、サイズは装着するパイプ径（ｍｍ）を示し、このときのパイプの肉厚（ｍｍ）を管肉厚とした。また、保持爪の形状（爪形状）はこの爪の先端側のアール寸法と、形成した爪数をそれぞれ示し、パイプ肉厚総断面積を総断面積と記した。また、爪先端側の形状をアール面とせず、直線状としたものをフラットと記した。
【００４６】
【表１】
【表２】
【００４８】
【表３】
【表４】
【００５０】
先ず、表３に示す比較例においては、Ｎｏ．１０及び１１のように、総食込み量Ａがパイプ肉厚総断面積Ｚに対してこの総食込み比率（Ａ／Ｚ）が１６％を下回る場合、保持爪をパイプに十分に食込ませることができず、パイプの引抜きに対する阻止力が低下して、パイプの引抜きに耐えることのできる荷重、すなわち引抜き荷重が低下する。また、Ｎｏ．７及び９のように、総食込み比率が２２％を上回る場合には引抜き荷重は大きくはなるがパイプを過大に変形させてしまい、総食込み量Ａである断面が不均一な肉厚となり、止め輪の保持爪が食込んだ部分のパイプ底部が破損する可能性が高くなる。
【００５１】
また、表４に示す通り、Ｎｏ．９及びＮｏ．１１のように、パイプへの食込み部分の長さである総食込み弦長さＢがパイプ外周長さＬに対してこの総食込み弦比率（Ｂ／Ｌ）が３５％を下回る場合、保持爪の強度が不足し、パイプに引抜き力が加わった場合に保持爪が破断し、引抜き荷重Ｎが低下する。また、Ｎｏ．７及び８の場合のように４０％を上回る場合には、保持爪の強度が増すことによって引抜き荷重は大きくなるもののパイプを過大に変形させ、パイプ食込み量Ａである断面が不均一な肉厚となり、止め輪の保持爪が食込んだ部分のパイプ底部が破損する可能性が高くなる。
【００５２】
一方、表１、２に示す本発明品であるＮｏ．１及びＮｏ．６のように、変形後の保持爪のパイプへの総食込み比率が１６〜２２％、このときの総食込み弦比率が３５〜４０％にした場合にはパイプに十分に食込ませることによって引抜き阻止力を向上させ、また、パイプを変形させたり傷つけたりすることがなく、引抜き荷重も高くパイプを確実に接合することができた。更に、総食込み量及び総食込み弦長さの各割合は、継手サイズ１３〜５０Ｓｕに共通に採用することができた。
【００５３】
なお、本実施例Ｎｏ．１及びＮｏ．６においては保持爪の先端アール形状を３ｍｍとしているが、このアール形状は２．５〜３．５ｍｍの範囲であればよく、この範囲内であれば保持爪が止め輪本体の挟圧によって確実に起き上がり、パイプの表面に食込む際にはパイプを過大に変形させることなく均一に食込ませることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によると、グリップ式接合によって接合作業を簡易に行い、高い密封シール性を維持しつつ長期に渡って高いパイプの引抜き阻止力を発揮し、低コストで設けることができる薄肉管継手用パイプ止め輪であり、変形後の止め輪のパイプ肉厚総断面積への保持爪の総食込み量の割合とパイプ外周長さへの保持爪の総食込み弦長さの割合をこの範囲内に設けることによって金属製パイプを確実に保持して変形や割れを防止することができる。
【００５５】
請求項２及び３に係る発明によると、締付け時に均一的に変形させることができ、パイプの抜出し防止を維持すると共に、パイプの一部を大きく変形させたりすることのない薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００５６】
請求項４に係る発明によると、締付け時に過大な力が加わったとしても、無理に変形して変形後の形状が曲がったりすることがなく、確実に接合できる薄肉管継手用パイプ止め輪である。
【００５７】
請求項５に係る発明によると、上記のように様々な優れた効果を発揮できる止め輪を用いた継手構造であり、この継手構造は、上記の接合以外にも各種の接合に利用することのできる、薄肉管継手用パイプ止め輪を用いた継手構造である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示した正面図である。
【図２】図１の半截断面図である。
【図３】管継手の接合構造を示した断面図である。
【図４】図３の接合後の状態を示した断面図である。
【図５】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第２実施形態を示した正面図である。
【図６】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第３実施形態を示した正面図である。
【図７】本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第４実施形態を示した正面図である。
【図８】サイズ１３における本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示した正面図である。
【図９】サイズ２５における本発明の薄肉管継手用パイプ止め輪の第１実施形態を示した正面図である。
【符号の説明】
１ 接合部（継手部）
１ａ 接合本体（継手本体）
１ｄおねじ部
７ 袋ナット
１３ 引抜き防止機構
１４ 止め輪本体
１８ パイプ
２０ 保持爪
２６ 凹部
３３ 切欠部
Ａ 総食込み量
Ｂ 総食込み弦長さ
Ｌ パイプ外周長さ
Ｚ パイプ肉厚総断面積
Claims (5)
- パイプの外周に嵌装され、継手等の接合本体の接合部とこの接合部に螺合可能な袋ナットによって挟持変形して内周側に一体に形成した保持爪をパイプの外周面に食い込ませてこのパイプを接続するようにした薄板環形状の薄肉管継手用パイプ止め輪において、変形後の保持爪のパイプへの総食込み量をパイプ肉厚総断面積の１６〜２２％とすると共に、保持爪のパイプへの総食込み弦長さをパイプ外周長さの３５〜４０％としたことを特徴とする薄肉管継手用パイプ止め輪。
- 外周側を一様な真円度を呈する円形状に形成した請求項１記載の薄肉管継手用パイプ止め輪。
- 外周側を内周側の保持爪と、この保持爪に挟まれた凹部と一定の幅を呈する凹凸形状に形成した請求項１記載の薄肉管継手用パイプ止め輪。
- 外周側に内周側の凹部から外周までの幅の略１／２のＶ字状の切欠部を少なくとも２箇所以上設けた請求項１乃至３の何れか１項に記載の薄肉管継手用パイプ止め輪。
- 接合本体のねじ部に、引抜き防止機構を収納した被接合部材を螺合して締付け固定した継手構造において、引抜き防止機構に請求項１乃至４の何れか１項の薄肉管継手用パイプ止め輪を用いた継手構造。
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| WO2018011906A1 (ja) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | 井上スダレ株式会社 | 管継手 |
| CN111868430A (zh) * | 2018-03-26 | 2020-10-30 | 株式会社开滋Sct | 管接头与阀接头部的锁定装置 |
-
2002
- 2002-09-27 JP JP2002282235A patent/JP4198429B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| WO2018011906A1 (ja) * | 2016-07-13 | 2018-01-18 | 井上スダレ株式会社 | 管継手 |
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