JP2005265127A - 配管連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール部材の劣化が生じ難く、その寿命を長くすることが可能な配管連結構造を提供する。
【解決手段】
第一配管２と第二配管３との接触面２０には、流路５を囲んで形成される溝部４０が形成されており、溝部４０の内周側には、弾性部材である第一シール部材１０が備えられ、溝部４０の外周側には、弾性部材からなり、その外周側の側面が、該溝部の外周側の側面全面と接触するような第二シール部材１１が備えられ、第一配管２と第二配管３とは、第一シール部材２と第二シール部材３とを挟圧し、これらシール１０，１１部材を弾性変形させるとともに、かつ第二シール部材１１は第一シール部材１０の弾性変形を抑制する状態で連結されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配管を連結する際のシール構造に関する。

従来、流体が流れる配管同士を連結させる場合には、その連結部分からの流体の漏れを防ぐために、その連結部分に弾性を有する環状シール部材（例えば、Ｏリング等）を備えることが一般的である（特許文献１の段落００６７，００６８等参照）。例えば、図６のように、シール部材１０が、連結する２つの配管の接触面に設けられる凹部４に装着され、両配管２，３によって適度に圧縮させることで、配管の流路５を流れる流体、例えば、油、水、空気、ガス等が、配管外に漏れることを防いでいる。

特開２０００−３１１５９４号公報

ところが、配管同士を連結させる場合に、その配管が連結側の端面に加工寸法誤差があるような場合、シール部材が劣化しやすいという問題があった。上記のような加工寸法誤差が生じている場合は、例えば図７のように、連結する配管と配管の間に若干の隙間３０が発生する可能性がある。このとき、流路５に流れる流体が高圧流体である場合は、その流体は上記隙間３０にも入り込み、シール部材を管外側へ押圧する。これによって、シール部材１０は局所的な弾性変形を生じる。この状態が長期にわたって続くと、その部分がむしれてしまう等、シール部材は、通常よりも早く劣化する。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、シール部材の劣化が生じ難く、その寿命を長くすることが可能な配管連結構造の提供である。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の配管連結構造は、第一配管と第二配管とが、互いの流路を連通させるように連結し、その連結領域を通る前記流路がシール部材によってシールされてなる配管連結構造であって、前記第一配管と前記第二配管との接触面には、前記流路を囲んで形成される溝部が形成されており、前記溝部の内周側には、弾性部材である第一シール部材が備えられ、前記溝部の外周側には、弾性部材からなり、その外周側の側面が、該溝部の外周側の側面全面と接触するような第二シール部材が備えられ、前記第一配管と前記第二配管とは、前記第一シール部材と前記第二シール部材とを挟圧し、これらシール部材を弾性変形させるとともに、かつ前記第二シール部材は前記第一シール部材の弾性変形を抑制する状態で連結されていることを特徴とする。

シール部材は、第一配管と第二配管との対向面の間に、配管の加工精度誤差などによって生じる若干の隙間が形成されていると、流体が管の外側方向（拡径方向）にシール部材を押圧し、これによって、シール部材はその隙間に入り込み、局所的な弾性変形が生じて、劣化につながる可能性があった。本発明によれば、第一シール部材と第二シール部材とによって流体をシールすることができるとともに、内周側にある第一シール部材が管の外側方向に弾性変形を生じようとしても、これを第二シール部材が支持するように構成される。第二シール部材は、溝部の外周側の側面との接触面積が大きいため、管の外側方向への弾性変形が生じ難くなっており、配管に図２のような隙間があっても拡径方向への弾性変形は生じ難い。従って、両シール部材は、局所的な弾性変形による劣化が起こり難い構造を得ることができるため、シール部材の寿命を延ばすことが可能となる。また、言い換えれば、配管の接続面の加工寸法誤差がある程度存在していても、流体をシールすることができると言えるため、その加工精度を従来ほどシビアに管理する必要が無くなるため、配管製造の効率が上がる。

前記第二シール部材は、前記第一シール部材よりも高い剛性を有するものであってもよい。これにより、第二シール部材は、第一シール部材の弾性変形を有効に支持し、拡径方向への弾性変形を効果的に抑制できる。なお、このとき第二シール部材は、特に配管の拡径方向に対しては剛性が高く、配管を流れる流体の流れ方向に対してはある程度の弾性を有するように構成されることが望ましい。これにより、第一シール部材はシール機能を重視し、第二シール部材はシール機能よりも第一シール部材の拡径方向への弾性変形を抑制する機能を重視するように、それぞれの役割を分担して備えることができる。ただし、第二シール部材は、配管連結時に圧縮されることで、その全体が溝部の内部に収まるように構成される必要がある。これに関しては第一シール部材も同様である。

また本発明の配管連結構造において、前記溝部は、前記第二配管の前記接触面側のみに形成されるものであってもよい。配管を装着する溝部は連結する２つの配管の双方に形成されている必要はない。片方の配管のみに溝を形成するとすれば、両配管に溝を形成する場合に比べて、加工コストを抑えることができる。

また本発明の配管連結構造において、前記流路は、前記第一配管側を上流側、前記第二配管側を下流側としているとともに、前記溝部の底面と前記溝部の外周側側面とは鋭角をなすように形成されるものであってもよい。また、前記第二シール部材は、前記第一配管及び前記第二配管によって挟圧されると、前記外周側側面に沿うような形状に弾性変形するように備えられるものであってもよい。

連結される２つの配管の間に図２のような隙間が生じる場合、隙間を通ってシール部材を押圧する流体は、管の外側方向の圧力だけでなく、流体の流れ方向の圧力成分（下流側への圧力成分）を有しやすい。従って、流体のこの成分をシールするためには、シール部材を備える溝部が上流側よりも下流側に備えられていることが望ましい。流体は、溝部の底面側に回り込みむようにシール部材を押圧するため、シール部材はこれを効果的にシールすることができる。また、溝部の底面と溝部の外周側側面とが鋭角をなすように形成されることで、弾性部材である第二シール部材は、第一配管と第二配管とに挟圧され、図３の状態から図１のような状態となる弾性変形を強いられる。このとき、第二シール部材は、第一シール部材を流路側（内周側）に押圧している。この力は、隙間を介して流路５から漏れてくる流体の圧力とは反対向きの力であり、従って第二シール部材は、第一シール部材を押圧することで、漏れてくる流体による圧力を効果的に支持することができる。

また、本発明の配管連結構造において、前記第一シール部材はＯリングであり、前記第二シール部材は円筒状のシール部材であることを特徴とするものであっても良い。Ｏリングは一般的に利用されるシール部材である。このＯリングを第一シール部材として溝部の内周側に備え、円筒状の第二シール部材を外周側に備えることで、Ｏリングは、円筒状のシール部材によって管外側方向への弾性変形が抑制され、また、円筒状のシール部材は、溝部の外周側側面に密着するような形で弾性変形して備えられており、配管連結部の隙間を介して入り込む流体を効果的にシールすることができる。

以下、本発明の配管連結構造を図面を用いて説明する。本発明の配管連結構造は、第一配管と第二配管とが、互いの流路を連通させるように連結し、その連結領域を通る流路がシール部材によってシールされてなる配管連結構造であって、第一配管と第二配管との接触面には、流路を囲んで形成される溝部が形成されており、溝部の内周側には、弾性部材である第一シール部材が備えられ、溝部の外周側には、弾性部材であり、第一シール部材の拡径方向への弾性変形を抑制する第二シール部材が備えられ、第一配管と第二配管とは、第一シール部材と第二シール部材とを挟圧し、これらシール部材を弾性変形させた状態で連結されていることを特徴とするものである。

図１は、本発明の配管連結構造の第一実施形態を示す断面図である。図１の配管連結構造１では、円筒状の第一配管２と第二配管３とが、流体通路（流路）５を連通させ、かつ接触面２０を有するように連結されている。第二配管３には、溝部４０が形成されているとともに、溝部４０の流路５側には、リング状のＯリング（第一シール部材）１０が備えられ、配管の外方向側にはパッキン等の円筒状のシール部材（第二シール部材）１１が備えられている。なお、この溝部４０と接触面２０と、さらには接触面に表れるように形成された隙間３０とが、本発明の連結領域に含まれる。また、本発明の配管は、上記円筒形状をなすものに限定されず、また、シール部材に関しても上記のＯリングや円筒状のものに限定されない。また、本実施形態においては、第一配管２側が上流側で、第二配管３側が下流側をなしている。

また、溝部４０は、その底面が流路５に対して垂直をなすように設けられているとともに、内周側側面（流路側の側面）と、外周側側面（配管の外側の側面）とが、底面に対して鋭角をなすように形成され、底面近傍の溝空間が広くなるような構造を有している。

なお、図１に示す第一配管２と第二配管３との接触面２０は、必ずしも両配管２，３の端面全面が密着しているとは限らず、図２のような微小の隙間４０が生じている場合がある。これは、両配管２，３の加工寸法誤差などに起因して生じるものである。このような隙間４０が形成されると、流路５を流れる流体は隙間に入り込み、シール部材１０を配管の外側方向、つまりは配管の径を拡大する拡径方向に押圧する。特に、流体が高圧流体であれば、その押圧力はきわめて大きい。従来の図６のような配管連結構造１ｃでは、図７のように、流体からの押圧力でシール部材１０が隙間３０に沿って入り込むように変形し、これによってシール部材１０の劣化が進みやすくなっていた。ところが、本発明では、シール部材１０の外側に、そうした変形を抑制するための第二のシール部材１１が備えられているため、シール部材の劣化が起こり難い配管の連結構造となっている。

以下、本発明の配管連結時におけるシール部材１０，１１の状態ついて説明を行う。図３は、本発明の第一実施形態である配管連結構造１について、その連結過程を説明する図である。第一配管２と第二配管３とは、互いに独立して形成され、これらが、流路５を連通させるように互いの端面同士を接触させて連結する。このとき、第二配管３には、溝部４０が形成されており、その溝部４０内部の流路５側には、シール部材であるＯリング１０が備えられており、その外側には、円筒状シール部材１１が備えられている。これらのシール部材１０，１１は、連結前には、図３のように溝部４０の開放部分から外側に突出して備えられる。これらの突出部分は、両配管を連結したときに圧縮される連結しろであり、連結時、それら両シール部材１０，１１は、その連結しろがなくなるように突出部分を含む全体が圧縮され、図３に示す溝部４０の内部空間を埋めるように圧縮変形する。これによって、第一配管２と第二配管３とが接触するように連結され、図１のような連結状態となり、配管２，３の接触部分からの流体の漏れを防ぐことができる。

このとき、Ｏリング１０は、第一配管２によって流体の流れ方向の圧縮力を受けて、溝部４０が埋まるように圧縮されることで、流路５に流れる流体をシールしている。また、円筒状シール部材１１は、両配管２，３から流体の流れ方向の圧縮力を受けるとともに、圧縮されたＯリング１０からも、その弾性変形に伴う拡径方向への押圧力を受ける。これによって、図３のように配置されていた円筒状シール部材１１は、溝部４０の外周側の側面部と接触し、その側面に沿った形状となるように弾性変形する。図１では、その外周側側面が溝底面に対して鋭角をなすように傾斜して設けられているため、円筒状シール部材１１も図１に示すように、断面が平行四辺形に近い形に変形する。この状態にある円筒状シール部材１１は、自身を圧縮する圧縮力を受けているが、同時にＯリング１０を押圧している。このとき、そのＯリングへの押圧力は、流体の流れ方向成分だけではく、それと垂直をなす流路５側への力成分も有する。後者の力成分は、Ｏリングが流体から受ける拡径方向の押圧力に抗する力であり、この力がＯリング１０に作用することで、Ｏリング１０の拡径方向への弾性変形を効果的に抑制することができる。また、円筒状シール部材１１自身が、図２の隙間３０に入り込んで局所的な弾性変形（拡径方向への弾性変形）を生じることを防ぐ効果も有する。

このとき、円筒状シール部材１１は、Ｏリング１０よりも剛性の高い材料を用いていてもよい。本実施形態において、Ｏリング１０は、流路５に対するシール機能を備え、また、円筒状シール部材１１は、Ｏリング１０の拡径方向への局所的な変形を抑制することを主な機能としている。従来の配管のシール構造では、Ｏリングのみで十分なシール効果を得ていたが、その劣化に関して課題を残していた。本発明では、この課題を解決するために、Ｏリング１０とは異なる第二のシール部材１１を用いるものであり、２つのシール部材がシール機能と変形抑制機能とを分担している。これにより本発明では、シール機能を要求されるＯリング１０は、その流体の押圧力によって生じる弾性変形による部材の劣化を気にすることなく、シール機能の向上のみを追及して構成することができ、また、Ｏリング１０の変形を抑制するための円筒状シール部材１１は、シール機能についてはある程度有していればよく、Ｏリング１０の変形抑制効果が十分に得られることを優先して構成することができる。このとき、円筒状シール部材（第二シール部材）１１に対して変形抑制効果を与えるための具体的な手法としては、例えば拡径方向に対する剛性が高く、その方向への弾性変形が生じ難い材料を選択する、または、拡径方向の厚みを大きくとる等があり、様々な手法を実施することができる。

図４は、本発明の第二実施形態を示す概略図である。図４の配管連結構造１ａでは、図１と同様に、円筒状の第一配管２と第二配管３とが、流体通路（流路）５を連通させ、かつ接触面２０を有するように連結されている。ただし、溝部は、第一配管に形成された第一溝部４２と第二配管３に形成された第二溝部４３との２つが形成されている。この第二溝部４３は、底面が流路５に対して垂直をなすように設けられているとともに、内周側側面（流路側の側面）と、外周側側面（配管の外側の側面）とが、底面に対して鋭角をなすように形成される。第一溝部４２は、第二溝部４３の内周側側面と外周側側面とから面が連続するように側面が形成されており、その内周側側面と外周側側面とは、流路５に対して垂直な底面に対して鈍角をなすようにが形成されている。２つの溝部４２，４３からなる溝空間は、流路５側には、リング状のＯリング（第一シール部材）１０が、配管の外方向側には円筒状のシール部材（第二シール部材）１１が備えられる。

この場合、円筒状シール部材１１は、第一配管２，第二配管３の連結により内側のＯリングに押圧されることで、溝部４２，４３の連続する側面に、円筒状シール部材１１の配管外側の面が押圧される。これにより、例えば２つの配管の接触面２０に隙間が存在していても、その隙間には円筒状シール部材１１の中央部分が弾性変形によって隙間に入り込むことは起こり難い。従って、円筒状シール部材１１は、局所的な弾性変形を生じることはない。また同時に、円筒状シール部材１１は、Ｏリング１０の局所的な弾性変形を抑制している。なお、この場合、第一溝部４２と第二溝部４３との側面が、流路５と平行をなしていても良い。

図５は、本発明の第三実施形態を示す概略図である。図５の配管連結構造１ｂでは、図１と同様に、円筒状の第一配管２と第二配管３とが、流体通路（流路）５を連通させ、かつ接触面２０を有するように連結されている。ただし、溝部４１は、その側面が流路５に対して平行に設けられている。図１に示す第一実施形態ほどの効果を有することは無いが、円筒状シール部材１１がＯリング１０をその外側にて支持していることで、Ｏリング１０の局所的な弾性変形を防いでいる。

なお、本発明は、配管の連結に関するものであり、連結時の２つの配管の接触部を効果的にシールする方法である。このシール方法は特に、２つの配管が連結・非連結を繰り返して連結時に流体を流動させる場合や、所定の配管に連結された配管を、異なる配管と順次入れ替え、流体を流すべき配管を順次変更していくような、可動配管との連結に有効である。この場合、連結時に図１のような配管連結構造となるように２つの配管が形成されていることが望ましい。図１に示すように、一方の配管に図１のような形状の溝部が形成され、その溝部に第一シール部材１０と第二シール部材１１とが配置されることで、いずれか一方の配管が可動配管であっても、連結時の両配管を効果的にシールすることができるとともに、２つの配管が押し付け（クランプ）・引き離し（アンクランプ）を繰り返しても、シール部材が両配管に挟まれ、局所的な弾性変形を生じることを防ぐことが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の配管連結構造の第一実施形態を示す断面図。 図１の配管連結構造に生じ得る隙間を説明する断面図。 第一実施形態の連結方法を説明する説明図。 本発明の配管連結構造の第二実施形態を示す断面図。 本発明の配管連結構造の第三実施形態を示す断面図。 従来の配管連結構造を示す断面図。 図６の配管連結構造に生じ得る隙間を説明する断面図。

符号の説明

１ 配管連結構造
２ 第一配管
３ 第二配管
５ 流路
１０ 第一シール部材（Ｏリング）
１１ 第二シール部材（円筒状シール部材、パッキン）
２０ 接触面
４０，４１，４２，４３ 溝部

Claims (6)

1. 第一配管と第二配管とが、互いの流路を連通させるように連結し、その連結領域を通る前記流路がシール部材によってシールされてなる配管連結構造であって、
   前記第一配管と前記第二配管との接触面には、前記流路を囲んで形成される溝部が形成されており、前記溝部の内周側には、弾性部材である第一シール部材が備えられ、前記溝部の外周側には、弾性部材からなり、その外周側の側面が、該溝部の外周側の側面全面と接触するような第二シール部材が備えられ、
   前記第一配管と前記第二配管とは、前記第一シール部材と前記第二シール部材とを挟圧し、これらシール部材を弾性変形させるとともに、かつ前記第二シール部材は前記第一シール部材の弾性変形を抑制する状態で連結されていることを特徴とする配管連結構造。
2. 前記第二シール部材は、前記第一シール部材よりも高い剛性を有する請求項１に記載の配管連結構造。
3. 前記溝部は、前記第二配管のみに形成される請求項１または２に記載の配管連結構造。
4. 前記流路は、前記第一配管側を上流側、前記第二配管側を下流側としているとともに、前記溝部の底面と前記溝部の外周側側面とは鋭角をなすように形成される請求項３に記載の配管連結構造。
5. 前記第二シール部材は、前記第一配管及び前記第二配管によって挟圧された時に、前記外周側側面に沿うような形状に弾性変形するように備えられる請求項１ないし４に記載の配管連結構造。
6. 前記第一シール部材はＯリングであり、前記第二シール部材は円筒状のシール部材であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の配管連結構造。
   

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