JP2008298155A - 管継手のシール材およびこのシール材を用いた管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】管継手の接合時における受口への挿口の挿入力の軽減と、挿入後の確実なシール性能の達成とを両立できるようにする。
【解決手段】管継手において用いられるゴム製の環状のシール材である。このシール材２１の横断面において、バルブ部２３の中央部を原点とする直交座標系を設定するとともに、ヒール部２２を直交座標系の第２象限において縦軸２５と平行な方向に配したときに、バルブ部２３における直交座標系の第１象限に該当する部分に第１の凹部３７が形成され、バルブ部２３における直交座標系の横軸２４の正の方向に第１の凸部４０が形成され、バルブ部２３における直交座標系の第４象限に該当する部分に第２の凹部３８が形成され、バルブ部２３における直交座標系の縦軸２５の負の方向に第２の凸部４１が形成され、シール材２１における直交座標系の第３象限に該当する部分に第３の凹部３９が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は管継手のシール材およびこのシール材を用いた管継手に関する。

管継手として、互いに接合される一方の鋳鉄管の端部に受口が形成されるとともに、他方の鋳鉄管の端部に挿口が形成され、受口の内周面と、受口の内部に挿入された挿口の外周面との間でゴム製の環状のシール材を圧縮することで、受口挿口間をシールするようにしたものが知られている。

図４は、このような管継手を例示するものである。ここで、互いに接合される一方の管１の端部には受口２が形成され、他方の管３の端部には、受口２の内部に挿入される挿口４が形成されている。受口２の内周には、シール材収容溝５と、このシール材収容溝５よりも受口奥側に位置するロックリング収容溝６とが形成されている。ロックリング収容溝６から奥側に距離をおいた受口２の内部には、管径方向の奥端面７が形成されている。シール材収容溝５にはゴム製の環状のシール材８が収容され、このシール材８は、挿口４の外周面とシール材収容溝５の内周面との間で圧縮されることで所要のシール機能を発揮する。ロックリング収容溝６には金属製の周方向一つ割りのロックリング９が収容されている。このロックリング９は、弾性的な縮径力を有することで、挿口４の外周面に弾性的に抱き付くように構成されている。１０は心出しゴム体で、ロックリング９の外周面と収容溝６の内周面との間に配置されて、挿口４が受口２に挿入されていないときにロックリング９を受口２に対して心出し状態に保持可能である。挿口４の先端の外周には突部１１が形成されている。

このような構成において、受口２と挿口４との接合に際しては、収容溝５にシール材８を収容し収容溝６にロックリング９を収容した受口２の内部に、挿口４を挿入する。すると、突部１１がシール材８とロックリング９とを押し広げてそれらの位置を通過しながら、受口２の内部に入り込む。図４は、このようにして接合が完了した状態を示す。

この状態から、受口挿口間に、挿口４が受口２から抜け出す方向の力が作用した場合には、挿口４の突部１１が受口２に収容されたロックリング９に当たることによって、挿口４が受口２から離脱することを防止できる。

図５は、シール材８の横断面形状であって、このシール材８が収容溝５に収容されて受口２と挿口４との間で圧縮される前の自由な状態での形状を示す。シール材８は、図示のように横断面が四分音符形を呈するように形成されており、断面形状がおおむね方形のヒール部１２と横断面形状が湾曲形のバルブ部１３とが一体化された構成である。一般に、ヒール部１２はバルブ部１３よりも硬質のゴムで形成されている。１４は、一体化のための接合面である。ヒール部１２は、図１に示す収容溝５のはめ込み部１５にしっかりと収容されることで、シール材８を収容溝５の所定位置に保持することができるように構成されている。バルブ部１３は、シール機能の発揮のために、受口２と挿口４とが通常とり得るいかなる状況になっても、これら受口２と挿口４との間で圧縮されるように構成されている。すなわち、バルブ部１３の径方向寸法Ｂは、図４に示す接合完了時における挿口４の外周面から受口２のシール材収容溝５の内周面までの距離よりもかなり大きな寸法に設定されている。

このようなシール材８は、特許文献１に記載されている。
実開平６−３２８８０号

しかし、このようにバルブ部１３の寸法Ｂが大きく形成されており、受口２への挿口４の挿入時にはこの大きなバルブ部１３を十分に圧縮しながら挿口４の挿入を行うことが必要になるため、大きな挿入力を作用させることが必要になる。このため、受口２と挿口４との接合作業を容易に行いにくいという課題がある。その対策としてバルブ部１３の寸法Ｂを小さくすれば、挿入力を軽減させることは可能になる。しかし、そうすると、反対にバルブ部１３が所定の度合いで圧縮されなくなって、所要のシール性能を発揮することが困難になる。

すなわち、受口の内周面と挿口の外周面との間でシール材を圧縮するようにした管継手について、その接合時における受口２への挿口４の挿入力と、挿入後のシール性能とは、両者をともに適正化することが困難であるという技術的な課題がある。

そこで本発明は、このような課題を解決して、管継手の接合時における受口への挿口の挿入力の軽減と、挿入後の確実なシール性能の達成とを両立できるようにすることを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の、管継手において用いられるゴム製の環状のシール材は、横断面が四分音符形を呈して、横断面形状が方形のヒール部と、横断面形状が湾曲形のバルブ部とが一体に形成されており、前記シール材の横断面において、バルブ部の中央部を原点とする直交座標系を設定するとともに、ヒール部を直交座標系の第２象限において縦軸と平行な方向に配したときに、バルブ部における直交座標系の第１象限に該当する部分に第１の凹部が形成され、バルブ部における直交座標系の横軸の正の方向に第１の凸部が形成され、バルブ部における直交座標系の第４象限に該当する部分に第２の凹部が形成され、バルブ部における直交座標系の縦軸の負の方向に第２の凸部が形成され、シール材における直交座標系の第３象限に該当する部分に第３の凹部が形成されているようにしたものである。

本発明の管継手は、互いに接合される一方の管の端部に形成された受口の内部に、他方の管の端部に形成された挿口が挿入され、前記受口の内周面と挿口の外周面との間で上記のシール材が圧縮されるようにしたものである。

本発明によると、シール材の主としてバルブ部の断面形状を工夫したことで、管継手の接合時における受口への挿口の挿入力の軽減と、挿入後の確実なシール性能の達成とを両立することができる。その詳細は後述の通りである。

図１は、本発明の実施の形態の管継手のシール材の横断面形状を示す。図示のシール材２１は、ゴム製であって、図５に示した従来のシール材８と同様に、横断面が概略四分音符形を呈して、断面形状がおおむね方形のヒール部２２と横断面形状が湾曲形のバルブ部２３とが一体に形成されたものである。２０は、一体化のための接合面である。ヒール部２２は、バルブ部２３よりも硬質のゴムにて形成されている。しかし、図５に示した従来のシール材８と比べると、バルブ部２３の断面形状が大幅に相違している。以下、この点について詳細に説明する。

すなわち、図１に示すように、バルブ部２３の中央部を原点Ｏとする直交座標系を設定する。２４はその横軸であり、２５はその縦軸である。このように直交座標系を設定することで第１象限２６〜第４象限２９が設定されるので、シール材８のヒール部２２を第２象限２７において縦軸２５と平行な方向に配置する。換言すると、ヒール部２２が第２象限２７において縦軸２５と平行な方向となるように、直交座標系つまり横軸２４と縦軸２５とを設定する。横軸２４は環状のシール材２１の軸心と平行な方向になり、縦軸２５はシール材の径方向となる。

図１において、仮想線３０は、図５に示した従来のシール材８の横断面形状を示す。ここでは、そのバルブ部１３の径方向寸法Ｂが示されている。図示のように、本発明のシール材２１において、ヒール部２２は、従来のシール材８とほぼ同一の断面形状である。従来のシール材８のバルブ部１３は、中心点３１を中心とする半径Ｒの円形の横断面形状を呈している。中心点３１は、横軸２４の上において、原点Ｏから横軸２４の正の方向に距離をおいて位置する。ここで、中心点３１を通り縦軸２５に平行な直線３２を設定しておく。

本発明のシール材２１におけるバルブ部２３の外周面３５は、従来のシール材８の外周面と同じ輪郭であるが、横軸２４と平行に形成されている。従来のシール材８の外周面は、そのバルブ部１３の接線の方向に形成されている。３６は、シール材２１のヒール部２２の内周端であるが、従来のシール材８の内周端と同じ位置に形成されている。従来のシール材８では、ヒール部の内周端とバルブ部１３とがテーパ面１６によって結ばれている。

本発明のシール材２１のバルブ部２３には、第１象限２６において第１の凹部３７が形成されるとともに、第４象限２９において第２の凹部３８が形成され、かつ第３象限２８においた第３の凹部３９が形成されている。また横軸２４の正の方向に第１の凸部４０が形成されるとともに、縦軸２５の負の方向に第２の凸部４１が形成されている。

第１の凹部３７を形成するために、縦方向の直線３２の上の点を中心とする半径Ｒ１の円弧形の凸部４２が形成されている。また第１の凸部４０は横軸上の点を中心とする半径Ｒ１の円弧形に形成されている。そして、第１の凹部３７は、凸部４２と第１の凸部４０とを結ぶ半径Ｒ２の円弧形に形成されている。

横軸２４上における第１の凸部４０の頂点は、中心点３１から、従来のシール材８のバルブ部１３における横軸方向の頂点までの距離すなわちバルブ部１３の半径Ｒの位置までの距離よりも遠い位置に存在する。Ａは、中心点３１から横軸２４上における第１の凸部４０の頂点までの距離である。つまり、第１の凸部４０の頂点は、従来のシール材８のバルブ部１３の頂点よりも、横軸２４の正の方向に距離をおいた位置に形成されている。

第２の凸部４１は、第４象限２９において、縦方向の直線３２の上の点を中心とする半径Ｒ１の円弧形に形成されている。また、第４象限２９に形成された第２の凹部３８は、第１の凸部４０と第２の凸部４１とを結ぶ半径Ｒ３の円弧形に形成されている。

第２の凸部４１は、直線３２と縦軸２５との間において、横軸２４と平行な方向に形成されている。４３は、その平行部で、バルブ部２３の内周面を形成している。図示のように、外周面３５から平行部４３までの寸法Ｃは、外周面３５から従来のシール材８の内周面までのバルブ部１３の寸法Ｂよりも大きくなるように形成されている。すなわち、平行部４３は、従来のシール材８のバルブ部１３の内周面よりも小径で形成されている。

第２の凸部４１は、第３象限２８において、平行部４３に連続する半径Ｒ１の円弧形に形成されている。第３象限２８において、第２の凸部４１は第３の凹部３９に連続され、第３の凹部３９は、ヒール部２２の内周端３６からのテーパ面４４に連続されている。θは、テーパ面４４が横軸２４となす角である。第３の凹部３９は、半径Ｒ４の円弧形に形成されるとともに、たとえばその最凹部の位置の座標が規定された状態で形成されている。第３の凹部３９が形成されているため、テーパ面４４は、第２の凸部４１における平行部４３が従来のシール材８のバルブ部１３の内周面よりも小径で形成されているにもかかわらず、従来のシール材８のテーパ面１６よりも径方向に沿った外側の位置に形成されている。

なお、上記においては、凸部４２の半径と、第１の凸部４０の半径と、第４象限２９における第２の凸部４１の半径と、第３象限２８における第２の凸部４１の半径とが、いずれもＲ１と、等しい寸法であるものについて説明したが、場合によっては、これらの寸法が互いに異なるものであっても差し支えない。また、場合によっては、第１〜第３の凹部３７〜３９半径のうちの任意のものが互いに等しい寸法であるようにすることもできる。

このような本発明のシール材２１の構成によれば、第１〜第３の凹部３７〜３９が形成されているため、その分だけバルブ部２３の体積が小さくなり、したがって受口挿口間での圧縮しろが小さくなる。このため、挿口が受口に挿入されるときにシール材２１を圧縮することで受ける抵抗を、小さなものとすることができる。

またシール材２１は、第１の凸部４０と第２の凸部４１を有するため、挿口が受口に挿入されてバルブ部２３が圧縮されたときに、第１の凹部３７に隣接する第１の凸部４０が受口の内周面に押圧され密接されるとともに、第２の凸部４１が挿口の外周面に押圧され密接されるため、受口挿口間を確実にシールすることができる。

すなわち、図１に示した本発明のシール材２１によれば、特にそのバルブ部２３が特殊な断面形状を有するようにしたため、管継手の接合時における受口への挿口の挿入力の軽減と、挿入後の確実なシール性能の達成とを両立することができる。

図２は、管１の受口２に本発明のシール材２１を収容した状態で、この受口２の内部に管３の挿口４を挿入するときの、このシール材２１の挙動を示すものであって、実際のシール材において測定した結果をトレースしたものである。理解の容易のために、シール材２１の断面にはメッシュ模様が形成されている。

すなわち、図２（ａ）は受口２にシール材２１が収容されるとともに、このシール材２１の直前まで挿口４が挿入された状態を示す。この状態では、挿口４の突部１１がシール材２１のテーパ面４４に接近あるいは接触している。この状態からさらに挿口４が挿入されると、図２（ｂ）に示すように挿口４の先端部がシール材２１の第２の凸部４１に接触して、この第２の凸部４１を受口２の奥側へ押圧し移動させている。また、このとき、第１の凸部４０は径方向の外向きに押し広げられている。

図２（ｃ）および（ｄ）は、挿口４がさらに挿入された状態を示す。（ｃ）では第１の凸部４０における第１象限２６に位置していた部分が受口２の収容溝５の内周面に押圧されている。（ｄ）では挿口４の突部１１が第２の凸部４１の位置に到達しており、この挿口４の突部１１の外周面と受口２の内周面との間でシール材８の第１の凸部４０と第２の凸部４１とを過剰に圧縮している。

図２（ｅ）は、挿口４の突部１１がシール材２１のバルブ部２３の位置を通り過ぎた直後の状態を示している。このとき、第２の凸部４１は、凸部１１から外れて挿口４の外周面に接している。図２（ｆ）は、さらに挿口４が受口２の内部に入り込んだ状態を示す。これにより、シール材２１のバルブ部２３は挿口４の外周面と受口２の収容溝５の内周面との間で圧縮され、第１〜第３の凹部３７〜３９はほぼ埋められた状態となっており、第１の凸部４０が受口２の収容溝５の内周面に圧接されるとともに、第２の凸部４１が挿口４の外周面に圧接されている。

図３は、図５に示した従来のシール材８を用いて、同様に受口２の内部に挿口４を挿入したときの、このシール材８の挙動を示したものである。図示のように、挿口４を受口２に挿入したときに、突起１１によってシール材８のバルブ部１３が徐々に圧縮され（図３（ａ）〜（ｄ））、突起１１が通過した後は、バルブ部１３は、挿口４の外周面と受口２の収容溝５の内周面との間で適宜の圧縮度となるように圧縮される（図３（ｅ）（ｆ））。このとき、バルブ部１３はその全体がほぼ一様に圧縮され、図２に示した本発明のシール材２１のように、特定の部位である第１の凸部４０と第２の凸部４１とが重点的に圧縮されて確実なシール機能を発揮するというものでは無い。よって、所要のシール性能を発揮するためにはバルブ部１３の全体が所要の度合で圧縮される必要があり、このため受口２への挿口４の挿入に大きな力が必要になってしまう。

これに対し図１および図２に示した本発明のシール材２１によると、上記のようにバルブ部２３における特定の部位のみを重点的に圧縮すれば足り、したがって小さな挿入力だけで挿口４を受口２の内部に挿入することができる。その挿入力はテーパ面４４が横軸２４となす角θの大きさによっても作用されるが、図５に示した従来シール材８を用いたときに挿入力を１００とした場合に、７０〜８０程度の挿入力で挿口４を受口２の内部に挿入することが可能である。そして、その場合に、図５に示した従来シール材８を用いたときと同等のシール性能を発揮することが可能である。

本発明のシール材２１は、図４に示したような、挿口４の先端に形成した突部１１が受口２に収容されたロックリング９に当たることによって受口挿口間の離脱を防止した管継手に適用できるのみならず、挿口の外周面と受口の内周面との間でシール材を圧縮するようにした任意の管継手に適用することが可能である。

本発明の実施の形態の管継手のシール材の横断面構造を示す図である。 図１のシール材を用いて継手接合を行うときの様子を示す図である。 従来のシール材を用いて継手接合を行うときの様子を示す図である。 従来の管継手の構造を示す要部の断面図である。 従来のシール材の横断面構造を示す図である。

符号の説明

２１ シール材
２３ バルブ部
２４ 横軸
２５ 縦軸
３７ 第１の凹部
３８ 第２の凹部
３９ 第３の凹部
４０ 第１の凸部
４１ 第２の凸部

Claims (2)

1. 管継手において用いられるゴム製の環状のシール材であって、横断面が四分音符形を呈して、横断面形状が方形のヒール部と、横断面形状が湾曲形のバルブ部とが一体に形成されており、前記シール材の横断面において、バルブ部の中央部を原点とする直交座標系を設定するとともに、ヒール部を直交座標系の第２象限において縦軸と平行な方向に配したときに、バルブ部における直交座標系の第１象限に該当する部分に第１の凹部が形成され、バルブ部における直交座標系の横軸の正の方向に第１の凸部が形成され、バルブ部における直交座標系の第４象限に該当する部分に第２の凹部が形成され、バルブ部における直交座標系の縦軸の負の方向に第２の凸部が形成され、シール材における直交座標系の第３象限に該当する部分に第３の凹部が形成されていることを特徴とする管継手のシール材。
2. 互いに接合される一方の管の端部に形成された受口の内部に、他方の管の端部に形成された挿口が挿入され、前記受口の内周面と挿口の外周面との間で請求項１に記載のシール材が圧縮されるものであることを特徴とする管継手。

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