JP2005083573A - 離脱防止機能付メカニカル継手及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属部分とポリエチレン樹脂製の部分との離脱阻止機能を備え、気密性に優れており、全長が一定化された配管継手を提供すること及びこの配管継手を容易かつ廉価に生産する方法を提供する。
【解決手段】 端部内周に、凸部５と凹部６が形成され、底面より広い開口部を有し、圧入方向側は底面端部からテーパーにより側面を形成し、圧入方向と反対側は底面と一つの好ましい角度として９０度の角度で交わる側面を形成してなる溝７を有する段部４を設けた金属製の接続金具１に、ポリエチレン直管２を圧入した後、圧入により変形したポリエチレン直管２の最小の内径以上で圧入による変形前のポリエチレン直管２の内径以下の大きさの外径を有するインサート金具３をポリエチレン直管２に圧入した配管継手とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、金属部分とポリエチレン樹脂製の部分との離脱阻止機能を備えた水道配水用ポリエチレン管等の配管継手及びその製造方法に関する。

従来、水道本管の取替え時などに際して、一時的なバイパス管路を形成するのに用いる仮設用水道管には、主として鋼管が使用されていたが、管自体に柔軟性がないため配管時の作業性に難があるほか、仮設工事時の乱暴な取り扱いによって、管に凹みなどが生じ易く再使用に対する寿命が短いという欠点や、ステンレス鋼の場合、素材のリサイクルによる資源の再利用ができないという問題があった。
そこで、管本体をポリエチレン樹脂製とし、配管部材（管、バルブ等）と接続する管端接続部を、金属製の接続ヘッドと、ポリエチレン樹脂製のソケットと、外面から押さえ付けて抜け止め防止機能を果たす金属製のカシメリングとから構成し、接続ヘッドとソケットとを差込方式やインジェクション方式で強固に固着した仮設用水道管が開発された（
の第１図及び第２図参照）。

しかしながら、前記仮設水道管の接続部（配管継手）は、他の配管部材と接続させるために該配管部材と口径等構造が異なるソケットを別工程によって製造したのち、接続ヘッドに固着されるため、工程が多く配管継ぎ手の生産に多大な費用と時間がかかる欠点があった。また、接続ヘッドとソケットとが離脱するのを防止するために、一旦接続ヘッドとソケットを固着した後、カシメリングを用い外部から圧縮しなければならず、手間がかかる欠点があった。
特開２００２−１９５４６２号公報

解決しようとする問題点は、金属部分とポリエチレン樹脂製の部分との離脱阻止機能を備え、気密性に優れており、全長が一定化された配管継手を提供すること及びこの配管継手を容易かつ廉価に生産する方法を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、端部内周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設けた金属製の接続金具と、該接続金具に圧入されたポリエチレン直管と、該ポリエチレン直管に圧入固定されたインサート金具とからなり、前記ポリエチレン直管は配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したものを用いた配管継手であることを特徴としている。

請求項２の発明は、端部外周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設けた金属製の接続金具と、該接続金具を圧入するポリエチレン直管と、該ポリエチレン直管を圧入固定するインサート金具とからなり、前記ポリエチレン直管は配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したものを用いた配管継手であることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の配水管継手において、接合する配管部材と同じ管体強度のポリエチレン直管を用いて、凸部の総断面積をポリエチレン直管の断面積以上としたことを特徴としている。

請求項４の発明は、端部内周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設け、前記凸部のうち１個以上の凸部の径を、配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したポリエチレン直管の外径よりも若干小さくした金属製の接続金具に、前記ポリエチレン直管を圧入した後、圧入により変形したポリエチレン直管の最小の内径以上で圧入による変形前のポリエチレン直管の内径以下の大きさの外径を有するインサート金具を前記ポリエチレン直管に圧入固定することを特徴としている。

請求項５の発明は、端部外周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設け、前記凸部のうち１個以上の凸部の径を、配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したポリエチレン直管の内径よりも若干大きくした金属製の接続金具を、前記ポリエチレン直管に圧入した後、圧入による変形前のポリエチレン直管の外径以上で圧入により変形したポリエチレン直管の最大の外径以下の大きさの内径を有するインサート金具に前記ポリエチレン直管を圧入固定することを特徴としている。

請求項６の発明は、請求項４又は５の発明において、接合する配管部材と同じ管体強度のポリエチレン直管を用いて、凸部の総断面積をポリエチレン直管の断面積以上としたことを特徴としている。

凸部の径とは凸部の先端部円周の直径を、凹部の径とは凹部の先端部円周の直径をいい、凸部の高さとは、凸部の径と凹部の径の差を２分の１したものをいう。
なお、複数の凸部、凹部及び溝が設けられる場合、一部の凸部の径、凹部の径又は溝は他と異なる大きさ又は形状であってもよい。

また、円の中心を同じくする、凸部の先端部円周（たとえば図５の５ａ）と、凹部の先端部円周（たとえば図５の６ａ）とに囲まれた部分（たとえば図５のＡ）を凸部の断面といい、各凸部の断面の面積を合計したものを、凸部の総断面積という。
複数の凸部、凹部及び溝が設けられる場合であって、凸部の径及び凹部の径がすべて等しい場合、凸部の総断面積は、次の計算式により算出される。
凸部の総断面積＝３．１４（円周率）×（凸部の径を２乗した値と凹部の径を２乗した値の差）×（溝の数）×１／４

金属製の接続金具は中空で、他の配管部材と接合する側の形状は、他の配管部材と接合可能なように、フランジタイプ、ダクタル鋳鉄管用、ネジタイプなど様々な形状とすることができる。

金属製の接続金具について、請求項１、請求項１を引用する請求項３、請求項４又は請求項４を引用する請求項６の発明においては、圧入を円滑に行うために、圧入方向と反対側の内周縁部をテーパー状等に面取り加工することが望ましく、請求項２、請求項２を引用する請求項３、請求項５又は請求項５を引用する請求項６の発明においては、圧入を円滑に行うために、圧入方向側の外周縁部をテーパー状等に面取り加工することが望ましい。
なお、本発明において、圧入とは、ある部材（以下「圧入部材」という）を他の部材（以下「被圧入部材」という）の内側に入れるに際し、圧入部材の外径が被圧入部材の内径よりも大きいため、抵抗に抗して圧することによって、圧入部材を被圧入部材の内側に入れることをいい、そのために実際に動かす部材が、圧入部材であるか、被圧入部材であるかを問わない。
また、本件発明において、圧入方向とは、圧入部材から被圧入部材を見た方向をいい、圧入するために実際に動かす部材が、圧入部材であるか、被圧入部材であるかは圧入方向と関係がない。

金属製の接続金具の端部内周又は外周に設けられた段部の形状は、図１から図５までの図面に示す様に、凸部と凹部が形成され、底面より広い開口部を有し、圧入方向側は底面端部からテーパーにより側面を形成し、圧入方向と反対側は底面と一つの好ましい角度として９０度の角度で交わる側面を形成してなる溝を複数設けることが望ましい。

ポリエチレン直管は、配管用のポリエチレン樹脂製の管を切断し、所望の長さとする。
これにより、継手の全長を一定化することができる。

ポリエチレン直管は、圧入を円滑に行うために、圧入方向側の外周縁部及び圧入方向と反対側の内周縁部をテーパー等に面取り加工することが望ましい。

インサート金具は、金属製の接続金具に設けられた段部の全長以上の長さであることが望ましい。

インサート金具の形状は管状で、圧入により変形したポリエチレン直管を押圧することにより、ポリエチレン直管が接続金具に完全に食い込み、密着性、気密性を保つことができる。

インサート金具は、圧入を円滑に行うために、圧入方向側の外周縁部及び圧入方向と反対側の内周縁部をテーパー等に面取り加工することが望ましい。

管体強度は、引張降伏強さに管の断面積を乗じることによって算出されるものであり、かつ、引張降伏強さはポリエチレン樹脂製の管固有の数値である。

そこで、ポリエチレン直管として、これと接合する配管部材と同じ管体強度のポリエチレン樹脂製の管を切断したものを用いた場合、離脱阻止力は断面積が決まれば決定するので、離脱阻止力を既定の数値とし、段部に設けられた凸部の総断面積が、ポリエチレン直管の断面積以上になるように、溝の数及び凸部の高さを設定することにより、配管本体の管体強度と同等以上の金属製の接続金具とポリエチレン直管との離脱阻止力を得ることができる。

たとえば、水道配水用ポリエチレン管（ＨＰＰＥ）として、呼び径が、５０Ａ、７５Ａ、１００Ａ、１５０Ａ、２００Ａなるポリエチレン管が利用されているが、ＪＩＳ規格（Ｋ６７６１）では、水道用ポリエチレン管の引張降伏強さについて、１９．６Ｍ ｐａ（１９．６×１０．１９７２ Ｋ ｇｆ／ｃｍ^２）以上とされており、呼び径７５Ａのポリエチレン管の管体強度は、４１１８Ｋ ｇｆ（４０．４ＫＮ）以上となっている。
そして、ポリエチレン直管として、これと接合する引張降伏強さが１９．６Ｍ ｐａ（１９．６×１０．１９７２ Ｋ ｇｆ／ｃｍ^２）である呼び径７５Ａのポリエチレン樹脂製管と同じ管体強度のポリエチレン樹脂製の管を切断したものを用いた本件発明の配管継手として、たとえば、溝の数を５個、凸部の高さを１．７５ｍｍ（凹部の径８８．５ｍｍ、凸部の径８５ｍｍ）としたものが考えられる。
この場合、金属製の接続金具とポリエチレン直管との離脱阻止力は、次の計算式のとおり、計算上４７６４Ｋ ｇｆ（４６．７ＫＮ）となり、呼び径７５Ａの配管本体の管体強度４１１８Ｋ ｇｆを上回り、配管本体の管体強度と同等以上の金属製の接続金具とポリエチレン直管との離脱阻止力を得られる。
離脱阻止力＝１９．６×１０．１９７２×３．１４×（８．８５×８．８５−８．５×８．５）×５／４＝４７６４Ｋ ｇｆ（４６．７ＫＮ）

本件発明の配管継手は上記のように構成されているので、金属部分とポリエチレン樹脂製の部分との離脱阻止機能及び気密性を確保するとともに、全長の一定化や製造コストの削減を達成することができる。

特に、ポリエチレン直管として、これと接合する配管部材と同じ管体強度のポリエチレン樹脂製の管を切断したものを用いた場合、段部に設けられた凸部の総断面積が、ポリエチレン直管の断面積以上になるように設定することにより、配管本体の管体強度と同等以上の金属製の接続金具とポリエチレン直管との離脱阻止力を得ることができる。

また、配管本体用のポリエチレン樹脂製の管を切断し所望の長さとして、ポリエチレン直管として使用するため、製造工程の簡素化、製造時間の短縮、コストの削減に資するところが大である。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲記載の文言に拘束されず、均等な範囲にも及ぶ。

端部内周に、径が８５ｍｍの凸部５と径が８８．５ｍｍの凹部６が形成され、底面より広い開口部を有し圧入方向側は底面端部からテーパーにより側面を形成し圧入方向と反対側は底面と９０度の角度で交わる側面を形成してなる溝７（凸部５の高さ１．７５ｍｍ）が５個設けられた全長２５ｍｍの段部４を設けた金属製の接続金具１に、呼び径７５Ａ（外径８９．１ｍｍ、内径７２．９ｍｍ）の配管用のポリエチレン樹脂製の管を切断した長さ１１０ｍｍのポリエチレン直管２を圧入する。
なお、接続金具１への圧入により変形した、インサート金具３圧入前のポリエチレン直管２の最小の内径は６８．５ｍｍである。

図２のとおり、接続金具１にポリエチレン直管２を圧入した後、外径７２ｍｍ、長さ３５ｍｍのインサート金具３をポリエチレン直管２に圧入して固定する。その結果，接続金具１への圧入により経小に変形していたポリエチレン直管２はインサート金具３によって外部へ押し広げられ，接続金具１の段部に設けられた凹部にポリエチレン直管２の組織が充当され，強固に固定されることとなる。

得られた配管継手は、精密万能試験機オートグラフＡＧ−ＩＳ（島津製作所製）を使用して引張試験を行ったところ、引張荷重が最大４１．１２５０ＫＮに達した時点でも、金属製の接続金具１とポリエチレン直管２は離脱することがなく、管体強度と同等以上の、金属製の接続金具１とポリエチレン直管２との離脱阻止力を有することが確認された。

端部内周に、径が５７ｍｍの凸部５と径が６０ｍｍの凹部６が形成され、底面より広い開口部を有し圧入方向側は底面端部からテーパーにより側面を形成し圧入方向と反対側は底面と９０度の角度で交わる側面を形成してなる溝７（凸部５の高さ１．５ｍｍ）が４個設けられた全長２０ｍｍの段部４を設けた金属製の接続金具１と、該接続金具１に圧入された呼び径５０Ａ（外径６０．５ｍｍ、内径４９．５ｍｍ）の配管用のポリエチレン樹脂製の管を切断した長さ１１０ｍｍのポリエチレン直管２と、該ポリエチレン直管２に圧入して固定された外径４８ｍｍ、長さ３０ｍｍのインサート金具３からなる配管継手を、アムスラー試験機を使用して引張試験を行ったところ、引張荷重が最大２２．５ＫＮに達した時点でも、接続金具１とポリエチレン直管２は離脱することがなく、管体強度〔離脱阻止力１８９８Ｋ ｇｆ（１８．６ＫＮ）〕と同等以上の、金属製の接続金具１とポリエチレン直管２との離脱阻止力を有することが確認された。
なお、接続金具１圧入により変形した、インサート金具３圧入前のポリエチレン直管２の最小の内径は、４５ｍｍである。

端部内周に、径が１０９ｍｍの凸部５と径が１１３ｍｍの凹部６が形成され、底面より広い開口部を有し圧入方向側は底面端部からテーパーにより側面を形成し圧入方向と反対側は底面と９０度の角度で交わる側面を形成してなる溝７（凸部５の高さ２ｍｍ）が５個設けられた全長４０ｍｍの段部４を設けた金属製の接続金具１と、該接続金具１に圧入された呼び径１００Ａ（外径１１４．３ｍｍ、内径９３．５ｍｍ）の配管用のポリエチレン樹脂製の管を切断した長さ１１０ｍｍのポリエチレン直管２と、該ポリエチレン直管２に圧入して固定された外径９０ｍｍ、長さ４８ｍｍのインサート金具３からなる配管継手を、精密万能試験機オートグラフＡＧ−ＩＳ（島津製作所製）を使用して引張試験を行ったところ、引張荷重が最大７１．３９８４ＫＮに達した時点でも、金属製の接続金具１とポリエチレン直管２は離脱することがなく、管体強度〔離脱阻止力６７８１Ｋ ｇｆ（６６．５ＫＮ）〕と同等以上の、金属製の接続金具１とポリエチレン直管２との離脱阻止力を有することが確認された。
なお、接続金具１圧入により変形した、インサート金具３圧入前のポリエチレン直管の最小の内径は、８６ｍｍである。

仮設用水道管の継手としてだけでなく、広くポリエチレン樹脂製の配管その他の配管部材の継手として使用しうる。

請求項１の発明の配管継手の一例の断面略図である。 請求項４の発明の製造方法による製造工程を一部断面略図を用いて示す図である。 請求項２の発明の配管継手の一例の断面略図である。 請求項５の発明の製造方法による製造工程を一部断面略図を用いて示す図である。 請求項１の発明の段部の拡大断面略図である。

符号の説明

１：接続金具
２：ポリエチレン直管
３：インサート金具
４：段部
５：凸部
５ａ：凸部の先端部円周
６：凹部
６ａ：凹部の先端部円周
７：溝
Ａ：凸部の断面

Claims (6)

1. 端部内周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設けた金属製の接続金具と、該接続金具に圧入されたポリエチレン直管と、該ポリエチレン直管に圧入固定されたインサート金具とからなり、前記ポリエチレン直管は配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したものを用いた配管継手。
2. 端部外周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設けた金属製の接続金具と、該接続金具を圧入するポリエチレン直管と、該ポリエチレン直管を圧入固定するインサート金具とからなり、前記ポリエチレン直管は配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したものを用いた配管継手。
3. 接合する配管部材と同じ管体強度のポリエチレン直管を用いて、凸部の総断面積をポリエチレン直管の断面積以上とした請求項１又は２記載の配水管継手。
4. 端部内周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設け、前記凸部のうち１個以上の凸部の径を、配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したポリエチレン直管の外径よりも若干小さくした金属製の接続金具に、前記ポリエチレン直管を圧入した後、圧入により変形したポリエチレン直管の最小の内径以上で圧入による変形前のポリエチレン直管の内径以下の大きさの外径を有するインサート金具を前記ポリエチレン直管に圧入固定することを特徴とする配水管継手の製造方法。
5. 端部外周に凸部と凹部が形成され溝を有する段部を設け、前記凸部のうち１個以上の凸部の径を、配管用のポリエチレン樹脂製の管を所望の長さに切断したポリエチレン直管の内径よりも若干大きくした金属製の接続金具を、前記ポリエチレン直管に圧入した後、圧入による変形前のポリエチレン直管の外径以上で圧入により変形したポリエチレン直管の最大の外径以下の大きさの内径を有するインサート金具に前記ポリエチレン直管を圧入固定することを特徴とする配水管継手の製造方法。
6. 接合する配管部材と同じ管体強度のポリエチレン直管を用いて、凸部の総断面積をポリエチレン直管の断面積以上とした請求項４又は５記載の配水管継手の製造方法。

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