JP2009513885A - コルゲートパイプのための接続構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、中空円筒形の接続管といった接続部材（５）と、コルゲートパイプ（２）とを接続する接続構造に関する。パイプ（２）の軸方向末端（１）が、素材結合（６、８ａ、８ｂ）によって、接続部材（５）に固定されている。この継手において、パイプ末端（１）の末端領域（１ａ）が径方向に拡げられている。そして接続部材（５）がパイプ（２）の拡径された領域（１ａ）に差し込まれている。またこの差し込みによる重なり合い領域でパイプ（２）の少なくとも一部が、接続部材（５）に固定されている。

Description

本発明は、中空円筒形の接続管といった接続部材とコルゲートパイプとの接続のための接続構造に関する。この接続構造の場合、パイプの軸方向末端が接続部材に、素材結合、特に溶接結合によって固定されている。

従来技術では、このような継手を得るさまざまな構造形態が知られている。たとえばドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ３８２２０６４は、接続領域における接続部品が１つのカラーを備えて、そのカラーの末端が次第に薄くなって細いエッジとなるようにし、このカラーにパイプの末端エッジを溶接する構造を記載している。しかしこのような旋盤加工部品として作られた接続部材は、高価であり、かつ、パイプと接続部材の両エッジの溶接結合は力学的観点から問題があり、例えば自動車に用いられる場合、フュエルパイプ、エアコンディショナーパイプなどに生じるような特に大きい曲げ荷重に耐えるには、強度が不十分となる。

そのほか従来技術からは、このような旋盤加工部品として作られた接続部品を、末端面が平らで構造が単純な接続部材とすることが知られている。この場合、パイプの末端エッジは、例えば接続部材末端面の外側エッジに溶接される。しかしこの場合素材厚さは、接続部材の方がパイプよりもはるかに大きくなる。このため、一方では、溶接領域に著しい素材体積が生じる可能性があるし、他方では、切り欠き、割れ目、または空洞が生じる可能性を排除できず、これらは切り欠き領域のひずみ増加、継手の破断、さらには割れ目腐食発生の原因となりうる。

また、ドイツ特許公開公報ＤＥ−Ａ１００１４５６０には、パイプの軸方向末端を、レーザー溶接によって、継手の断面拡径部（波付けされた形態）に固定する手順が開示されている。この場合パイプは、最後の波形フランク（側壁部）の径方向中央領域で切断され、断面拡径部のほぼ径方向に伸びる壁面に、軸方向から溶接される。しかし成形による断面拡径部を持つこの管継手も、製造の観点からは１本の管からなる接続部材よりも、当然のことながらはるかに複雑でコストが高くなる。そしてこの管継手が用いられるのは、後からパイプにかぶせられてこの管継手に固定される編み上げパイプに対し、径方向の支持材になるという、それだけの理由からである。この場合、編み上げパイプをパイプ末端波形領域で曲げることから生じる力、さもなければ少なくともこの最後の波形で受け止めなければならない力を、この拡径部が受け止めることになる。これによりそこでは、著しい磨耗とひずみの拡大が生じてこの荷重領域におけるパイプの破損を導く。

素材結合によって継手を設けるという方法だけでなく、当然のことながら従来技術においては、たとえばネジ止め結合のような、嵌合結合または摩擦結合によって、コルゲートパイプを接続部材に固定する数多くの提案も行われている。

しかしこれらすべての結合方法には、個別部品の製造や継手形成の自動化にコストがかかるという欠点、あるいは例えば振動荷重がかかるフュエルパイプ、エアコンディショナーパイプなどに生じるような荷重に対して機械的には十分な機能安定性が得られないという欠点がある。

上記実状に鑑み、本発明の課題は、冒頭に記載されたタイプの接続構造において、構造、製造、自動化が単純な点ですぐれ、また機械的にも十分安定する接続構造を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明による接続構造では、前記パイプ末端の末端領域が径方向に拡径され、前記接続部材が前記パイプの拡径された領域に差し込まれ、この差し込みによる重なり合い領域で前記パイプの少なくとも一部が前記接続部材に固定されている。

こうして１つの円筒形の密着領域が生じて、拡径されたパイプ末端は接続部材に外側から面状に密着し、そこに素材結合部を設けることができ、これにより非常に安定して荷重に耐える継手を形成することができる。それだけでなく、たがいに固定されるこれら２つの部品は、結合領域において、直径の精度に対する大きな要求を満たす必要はない。なぜなら変形されたパイプ末端は、径方向にある程度残留弾性を持ち、これによりかなりの公差余裕が得られるからである。したがってたとえば外径がわずかに大きい接続部材を、拡径されても内径がそれに対してわずかに小さいパイプ末端に差し込み、そのときパイプ末端がわずかに弾性拡径されるような構造が可能となる。

接続部材はこの場合１本の単純な管からなるものとし、パイプ末端の拡径も、広げ心棒またはそのほかの知られた加工方法によって、単純に行うことができる。したがってたがいに固定される部品は、製造が高価とならず、構造も複雑ではない。そしてパイプ末端を拡径した後、差し込んでたがいに溶接すれば、その後の処理も問題なく行うことができる。

素材結合には、パイプ末端の接続部品に対する密着領域が円筒形であるのが好ましいが、このような密着領域はとくに次のようにして得られる。すなわち少なくとも最後の２つの波形を拡径して、最後から２つ目に当たる拡径された谷が最も大きく変形されているものとする（つまり当初の未変形状態と比較して、内径が拡大されている）。そしてこの谷が円筒形の接続領域（この領域は変形前、当初の正弦波形またはΩ字波形に対応して、たとえば凸形に曲げられていたものである）を形成し、この領域を溶接またはロウ付けを用いた素材結合によって固定することができる。これにより、当初の円周を線状に一周していた領域、かつ内径が最小である同領域の軸方向長さを大きく拡大し、円筒形の接続領域が生じる。

このような接続構造の場合、パイプ末端および接続部材だけをたがいに溶接することができるが、同様にリング、またはそれと同等の部材、たとえばワイヤ、ベルト材料など、またはそのほかの補助的な材料を、素材結合に利用することができる。この場合リング状部材を使用すれば有利であるのは、次の場合である。すなわちこのような部材が、接続部材に対するパイプの固定領域において、少なくとも最後の波形の領域を拡径されたパイプ末端の径方向外側に、密着する場合である。このリング状部材は、外側から内側に３つの部品を通って伸びる径方向の溶接継ぎ目を設けるのに用いられる。あるいはパイプの末端エッジの領域、およびこの領域に配置されているリング状部材の周縁の領域に、軸方向から溶接継ぎ目を設けるのにも用いられる。

この接続構造におけるパイプの径方向外側を編み上げパイプで直接または間接に囲む場合、上記のリング状部材またはそれと同等の部材も、そして最後の波形 （すなわち末端の山。これは、径方向に拡径されて円筒形密着領域を形成する最後から２番目の谷に、軸方向に隣接する位置にある）もドイツ特許公開公報ＤＥ‐Ａ１００１４５６０における管継手の断面拡径と同じ意味で、編み上げパイプの支持材として用いることができる。そしてこれらの部材は、パイプの径方向外側の直径領域から、より小さな直径領域にある固定ポジション、すなわち接続部材への固定ポジションへと、径方向に曲げられるとき、パイプの最後の波形からの力に耐えることになる。

各部品の大きさの条件は、次のようにするのが望ましい。まず接続部材の内径は、パイプの拡径されていない領域における最内の内径に、少なくともほぼ相当するものとする。次に接続部材の外径は、パイプの径方向に拡径された領域における最内の内径にほぼ相当するものとする。またパイプの拡径された領域における最内の内径は、その平均直径よりも、すなわち拡径されていない領域で山の高さの半分に相当する箇所の直径よりも大きいものとし、そして／または拡径されたパイプ末端の外径は、拡径されない領域におけるパイプ末端の外径に、少なくともほぼ相当するものとする。

この接続構造の形成と特にその自動化に関しては、次のようにすれば特に有利である。すなわち、拡径されていない領域におけるパイプ末端は、ほぼそのままで、接続部材を差し込むときのストッパーとして機能するものとする。その際接続部材は、拡径されたパイプに差し込まれるとき、拡径されていない領域の波形内側フランクに突き当たるものとする。

下記に図面を用いて２つの実施形態例を説明し、本発明のその他の特徴と利点を記載する。
図１はパイプ末端１を示し、これは径方向に拡径された末端領域１ａと、拡径されていない領域１ｂを有する。パイプ末端１はコルゲート金属パイプ２の一部であって、山２ａと谷２ｂを有する。径方向に拡径された領域１ａは、最後の２つ波形３、４にわたって伸び、これらの波形はそれぞれ山３ａ、４ａと、谷３ｂ、４ｂを有する。

本発明で重要な領域は、拡径された最後から２番目の谷３ｂである。この谷は、広げ心棒または類似の成形法を用いた拡径によってほぼ円筒形となり、こうして図２の接続部材５に対する面状の接続領域を形成する。この接続部材５は単純な管からなり、その内径は、拡径されない領域におけるパイプ２の最内の内径に、すなわち谷２ｂの内径にほぼ相当する。接続部材５の外径は、拡径された谷３ｂの内径に等しいか、またはそれよりわずかに大きい。したがってこの谷３ｂの円筒形接続領域は、接続部材５に面状に密着し、この領域にそこを一周する溶接継ぎ目６を施すことができるようになる。

谷４ｂの領域におけるパイプ末端１の自由なエッジは、この実施例の場合接続部材５に溶接されていない。そして接続部材によってのみ支持され、また相互の密着を支持する。

図３の実施形態例の場合、谷４ｂのこの領域がパイプ末端１から取り除かれている。そのためにこのパイプ末端から、最後から２番目にあたる谷３ｂの背後の領域が切り取られ、谷３ｂの領域では径方向外側のリング状部材７がかぶさっている。したがって接続部材５、パイプ２、リング状部材７を、たがいにオーバラップする領域で、径方向に伸びる溶接継ぎ目８ａによってか、またはパイプ２およびリング状部材７の最も外側の周縁に軸方向から施された軸方向溶接継ぎ目８ｂによって、たがいに結合することができる。

また図２および図３は、パイプ２の拡径されない領域１ｂの最後の波形フランク９が、拡径された領域１ａに差し込まれた接続部材５に対するストッパーとして機能することを示す。また接続部材５が差し込まれているが、接続部材５がパイプ２のどこまで差し込まれているのか、外側から簡単にわからない場合でも、この波形フランク（波形の側壁）によって、溶接結合６、８ａ、８ｂが、正しいポジションに施されるようになることを示す。

図２および図３の実施形態例で、接続部材５は１つの径方向厚さを持つが、この厚さは山の高さのほぼ半分に、すなわち山２ａの半径と谷２ｂの半径との差に対応させている。したがって拡径された谷３ｂの内径は、フランク勾配の変わり目における中間のコルゲート管直径に等しいか、それより若干大きいものとする。すなわち山の高さの半分である箇所のレベルにあるものとする。

図２および図３の軸方向断面図からは、次のことが容易に理解される。すなわち最後の山４ａまたはリング状部材７は、編み上げパイプを用いる場合、それに対する径方向支持材として用いることができる。この編み上げパイプは、パイプ２の外側に配置され、接続部材５には、１つの領域（図２および３では接続部材に対するパイプの固定ポジションより左に位置する領域）で固定されるものとする。この領域は、その直径がパイプ２の山の外径より小さい。そのため編み上げパイプは、最後の山４ａまたはリング状部材７の領域において、ほとんど軸に平行な位置から曲げられて、接続部材５のより小さな直径に向かう斜めの位置となる。

最後の山４ａは、溶接結合６があるため、力伝達の観点からは、パイプ２のその他の領域から遮断されている。そのためこの山は、編み上げパイプの曲げの力を問題なく吸収することができ、その際この接続構造の品質劣化またはパイプの荷重能力の減少を招くことはない。

要約すれば、本発明による接続構造は製造、構造とも簡単であるが、コルゲートパイプと中空円筒形の接続部材との間に、機械的に荷重能力の高い結合を可能とする。

本発明による接続構造を形成するため拡径されたパイプ末端の軸方向断面図 接続部材を差し込まれている図１に記載のパイプ末端の軸方向断面図 接続方法が異なる図１に記載のパイプ末端の軸方向断面図

Claims (13)

1. 中空円筒形の接続管といった接続部材（５）とコルゲートパイプ（２）とを接続する接続構造であって、前記パイプ（２）の軸方向パイプ末端（１）が、素材結合（６、８ａ、８ｂ）によって前記接続部材（５）に固定されているものにおいて、
   前記パイプ末端（１）の末端領域（１ａ）が径方向に拡径され、前記接続部材（５）が前記パイプ（２）の拡径された領域（１ａ）に差し込まれ、この差し込みによる重なり合い領域で前記パイプの少なくとも一部が前記接続部材に固定されていることを特徴とする接続構造。
2. 前記パイプ（２）が前記接続部材（５）に、径方向に拡径された１つの谷、とくには最後から２番目の谷（３ｂ）との間の密着領域で、素材結合（６、８ａ、８ｂ）によって固定されていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
3. 前記パイプ末端（１）の少なくとも一部領域が変形されていて、その際、パイプ末端の内側に、接続部材に対する円筒形の面状の密着領域（３ｂ）が形成され、この領域で素材結合（６、８ａ、８ｂ）が施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の接続構造。
4. 前記パイプ（２）が、末端の少なくとも最後の２つの波形の領域（３、４）で、径方向に拡げられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の接続構造。
5. 前記接続部材（５）に対するパイプ（２）の固定領域において追加的なリング状部材（７）が設けられ、このリング状部材は、少なくとも最後の末端の波形の領域（３、４）を拡径されたパイプ末端（１）の径方向外側に密着し、パイプと接続部材の間の素材結合（６、８ａ、８ｂ）に利用されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の接続構造。
6. 前記接続部材（５）の内径が、拡径されていない領域（１ｂ）におけるパイプ（２）の最内の内径に、少なくともほぼ相当することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の接続構造。
7. 前記接続部材（５）の外径が、径方向に拡径された領域（１ａ）におけるパイプ（２）の最内の内径に、ほぼ相当することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の接続構造。
8. 前記拡径された領域（１ａ）におけるパイプ（２）の最内の内径が、拡径されていない領域（１ｂ）における平均直径よりも大きいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の接続構造。
9. 前記拡径されたパイプ末端（１ａ）の外径が、拡径されていない領域（１ｂ）におけるパイプ末端（１）の外径に、少なくともほぼ相当することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の接続構造。
10. 前記パイプ（２）と接続部材（５）との間の素材結合（６、８ａ、８ｂ）が、溶接結合またはろう付け結合からなることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の接続構造。
11. 前記パイプ（２）が機械で波付けされた金属管であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の接続構造。
12. 前記拡径されていない領域（１ｂ）におけるパイプ末端（１）の内側の波形フランク（９）が、接続部材（５）をパイプ（２）に差し込むときストッパーとして機能することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の接続構造。
13. 前記パイプの径方向外側に、編み上げパイプに少なくとも間接的に囲まれていて、この編み上げパイプは、パイプの固定領域が軸方向に隣接するところで、接続部材に固定されていることと、編み上げパイプが接続部材との固定箇所に向かって、径方向に曲げられるとき、パイプ末端の拡径された領域、または追加的なリング状部材が、編み上げパイプに対する径方向支持材として機能することとを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の接続構造。

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