JP2010253488A - 管外周突部の形成方法及び管外周突部を有する金属管 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない作業手順で管の外周突部を形成することができて、また薄肉管に対しても貫通孔を開けることなく安定して製造を行うことのできる、生産性の高い金属管の外周突部の形成方法及び挿入力が低く管接合が容易な管外周突部を有する金属管を提供することを目的とする。
【解決手段】軸方向の一端側に厚肉部１１を有し、軸方向の他端側に薄肉部１２が形成されたリング１０を、金属管の先端から距離を空けた位置の外周に装着し、前記薄肉部１２に溶接を行うことにより、前記薄肉部１２と前記金属管とが融解した溶接部１５を前記厚肉部１１上面１９から傾斜してかつ金属管の挿口先端から距離を空けた位置の外周表面３１ａに至る形状に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、管の挿外周突部の形成方法に関するものであり、例えば鋳鉄管の挿口の先端付近外周に突部を形成する方法に関する。

地中の上下水道の管路として使用されるダクタイル鋳鉄管などの金属管は、複数の管を接合して管路とし、管同士がある程度の範囲で相対的に移動できるように構成しておくことで、地震などの外力に対して管路全体として伸縮して対応できるようになる。

管同士を接合する方法としては、次のような方法がある。予め、管の一端側には内径の広がった受口を、他端側には外径の広がっていない挿口をそれぞれ設けておき、二つの管を接合するときには、一方の管の挿口を他方の管の受口に挿し込めばよい。

この方法においては、接合した管同士が外力によって互いに離れる方向に移動しようとした場合に接合が解除されて離脱してしまわないように、管の接合部分には離脱を防止するための加工が施される。

そのための加工として、図４（ｃ）に示すように、受口４２の内周面にロック溝４４を設けて、このロック溝４４にロックリング４６をはめ込んでおき、挿口３１の先端付近の外周にはこのロックリング４６と係り合い可能な突部３３を形成しておくことで、管同士が離脱する方向に移動しようとした場合には挿口３１の突部３３がロックリング４６に係合し、離脱を防止するように構成することが行われている。

このような構成における挿口３１の突部３３を形成する方法として、特許文献１に記載されている技術では、図５（ａ）に示すように、外周溝５１が形成された挿口リング５０を挿口３１の外周に装着し、図５（ｂ）に示すようにトーチＴを用いて外周溝５１に溶接を施すことで挿口リング５０を挿口３１の外周に固定して挿口突部３３を形成している。

特開平０９−１２２９１０号公報

しかしながら、上記のような従来技術の方法においては、挿口リング５０を溶接することによって、挿口リング５０における外周溝５１よりも挿口先端側に近い部分によって挿口先端外周が覆われるため、挿口リング５０が取り付けられる前から予め挿口３１先端に形成されていたテーパ面５５ａから連続したテーパ面５５を形成して受口への挿入時の挿入力を低下させる目的で、図５（ｃ）に示すように、挿口３１の先端部分とこれに対応する挿口リング５０の部分とを加工してテーパ状の面５５ｂとして仕上げる作業が必要であった。

さらに、形成された挿口突部３３の上表面３３ａを滑らかにして受口への挿入時の挿入力を低下させる目的で、図５（ｂ）に示すように、溶着金属５３が外周溝５１からはみ出すように挿口リング外周溝５１を溶接して、その後図５（ｃ）に示すように盛り上がった分の溶着金属５３ａを取り除くという作業も必要であった。

また、溶着金属５３が外周溝５１からはみ出すように溶接するので、溶着金属５３が多く発生し、これが管体に深く溶け込んでゆくので、薄肉管の製造に適さないという問題もあった。

また、従来技術により挿口突部３３が形成された金属管は、図４（ａ）に示すように、管同士を接合する際に挿口３１を受口４２へ挿入しようとすると、まず、受口４２にシール材として配設されたゴム輪４５が、挿口３１先端のテーパ状の面５５に乗り上げ、図４（ｂ）に示すように、挿口３１が挿入されていく間、挿口突部３３の上表面３３ａが圧縮された状態のゴム輪４５内を通過していくこととなる。

したがって、管同士を接合する際には、挿口３１先端から挿口突部３３の上表面３３ａに至るテーパ状の面５５にゴム輪４５が乗り上げられるだけの力を一度に加えねばならないので、挿口リング５０が取り付けられる前から予め挿口３１先端に形成されていたテーパ面５５ａの高さｈ１と、挿口リング５０が加工されて形成されたテーパ面５５ｂの高さｈ２とを合わせた量（ｈ１＋ｈ２）だけゴム輪４５が圧縮され、これによって生じる反発力が挿口３１に掛かることになる。さらに、挿口突部３３の上表面３３ａに乗り上げてｈ１＋ｈ２だけ圧縮された状態のゴム輪４５内を、幅Ｌ０の挿口突部３３上面が通過できるだけの力を加えて挿入せねばならないので、大きな挿入力を長くかけなければならなかった。

本発明は、上記のような問題に鑑み、少ない作業手順で挿口突部などの管の外周突部を形成することができて、また薄肉管に対しても安定して製造を行うことのできる、生産性の高い金属管の外周突部の形成方法、及び、管同士の接合時の挿入力が小さく、接合の行いやすい管外周突部を有する金属管を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の管外周突部の形成方法は、金属管の外周に突部を形成する施工を行うにおいて、軸方向の一端側に厚肉部を有し、軸方向の他端側に薄肉部が形成されたリングを、金属管の挿口先端から距離を空けた位置の外周に、薄肉部を前記金属管の挿口先端側に配置した状態で装着し、前記薄肉部に溶接を行うことにより、前記薄肉部と溶接金属とが溶融した溶接部を、前記厚肉部上面から前記金属管の挿口先端に向けて傾斜して金属管の外周表面に至る形状に形成し、前記リングを金属管に固定することで外周突部を形成することを特徴とする。

このようにすると、リングは金属管の先端から距離を空けて装着されるので、金属管が挿口と挿口先端のテーパ面とを有する鋳鉄管である場合に、先端のテーパ面を覆わない。またリングに溝がないので、上表面を滑らかにする目的で溶接時に溶着金属を盛り上げる必要がない。

また、本発明の金属管は、挿口先端から距離を空けた位置の外周に突部を有する金属管であって、前記突部は厚肉部と薄肉部とを有するリングが前記金属管の外周に装着され、前記リングが前記金属管に溶接されることにより形成されており、前記薄肉部と溶接金属とが溶融した上で固化した部分が、前記厚肉部上面から前記金属管の挿口先端に向けて傾斜をなしてかつ金属管の先端から距離を空けた位置の外周表面に至っており、前記突部と挿口先端との間に金属管の外周表面を有することを特徴とする。

このような金属管であれば、例えば金属管同士を接合するため一方の管の挿口を他方の管の受口に差し込む際に、受口内周に配設されたゴム輪などのシール材は挿口先端が挿し込まれた時点ではあまり圧縮されず、挿口先端から距離を空けた位置にある挿口突部がゴム輪（などのシール材）内を通過する際にもう少し圧縮されるが、それぞれの圧縮の時点における圧縮量は、従来技術に比べて小さくなる。

本発明に係る管外周突部の形成方法によれば、金属管が挿口と挿口先端のテーパ面とを有する鋳鉄管である場合に、リングが挿口先端のテーパ面を覆わないので、従来技術では必要であった、挿口の先端部分とこれに対応する挿口リングの部分とを加工してテーパ状の面として仕上げる作業が不要になり、作業性を高めることができる。

また、溶接時に溶着金属を盛り上げる必要がないので、溶接後に盛り上がった分の溶着金属を取り除くという作業も不要になり、これによっても作業性を高めることができる。
また、盛り上がるほど多くの溶着金属を発生させる必要がないので、金属管の管体に溶着金属が深く溶け込んでいくこともない。したがって薄肉管の製造にも適している。

また、溶接後に突部となる厚肉部と、溶接されることで管と一体化する薄肉部とがあればよいため、リングの管軸方向の幅を、従来技術のようにリング溶接後に先端テーパ加工を行う場合に突部から挿口先端にわたるような大きな寸法にする必要がないので、製造にかかる材料費を安くすることができる。また、リングの幅を小さくすることで、小さな圧入力でリングを金属管へ装着することができるようになり、作業性を高めることができる。

そして、本発明に係る管外周突部を有する金属管は、管同士の接合時に受口内周に配設されたゴム輪（などのシール材）を２つの時点で段階的に圧縮して、それぞれの時点での圧縮量が従来技術における挿入時の圧縮量より小さくなっているため、従来に比べて小さな挿入力で管同士の接合を行うことができる。

（ａ）は本発明の実施の形態において金属管の外周にリングを装着した状態を示す断面図、（ｂ）はリングを溶着する様子を示す断面図、（ｃ）は挿口突部の加工が完了した状態を示す断面図、（ｄ）は本発明の実施の形態の別例において挿口突部の加工が完了した状態を示す断面図、（ｅ）は本発明の実施の形態のさらなる別例において挿口突部の加工が完了した状態を示す断面図 （ａ）は本発明の実施の形態におけるリングを径方向から見たときの形状を示す断面図、（ｂ）は同リングを軸方向から見たときの形状を示す断面図、（ｃ）は実施の形態の別例におけるリングを径方向から見たときの形状を示す断面図、（ｄ）は実施の形態のさらなる別例におけるリングを径方向から見たときの形状を示す断面図 （ａ）は本発明に係る方法により挿口突部が形成された金属管をもう一方の管の受口に挿し込む管同士の接合の際に、挿口先端が受口側のゴム輪に当接した様子を示す断面図、（ｂ）は同接合の際に、ゴム輪内を挿口先端から挿口突部までの間の部分が通り抜ける様子を示す断面図、（ｃ）は同接合の際に、ゴム輪が挿口突部に乗り上げる様子を示す断面図、（ｄ）は同接合が完了した様子を示す断面図 （ａ）は従来技術における金属管同士の接合の際に、挿口先端が受口側のゴム輪に当接した様子を示す断面図、（ｂ）は同接合の際に、挿口突部にゴム輪が乗り上げている様子を示す断面図、（ｃ）は同接合が完了した様子を示す断面図 （ａ）は従来技術において金属管の挿口に挿口リングを装着した状態を示す断面図、（ｂ）は挿口リングを溶着する様子を示す断面図、（ｃ）は挿口の加工が完了した状態を示す断面図

［管外周突部の形成方法］
本発明の実施の形態の一例を、図１，２を用いて説明する。
図１は本実施の形態において管外周に突部を施工する工程を示す図であり、図２は本実施の形態において使用するリングの形状を示す図である。

本実施の形態においては、まず、図２に示すような、ダクタイル鋳鉄製の金属管に外嵌め可能な金属製のリング１０を準備する。このリング１０は、図２（ａ）に示すように、軸方向における一方の領域は肉厚の大きな厚肉部１１となっており、他方の領域は肉厚の小さな薄肉部１２となっていて、この厚肉部１１と薄肉部１２との境界部分は径方向に段差のついた肉厚段部１３となっている。

この厚肉部１１は、肉厚段部１３と反対側の軸方向における端部は径方向に広がるリング側面１７となっており、径方向の端部は軸方向に平坦な厚肉部上面１９となっている。そして、薄肉部１２は、図示のように肉厚ができるだけ薄くなるように形成されている。

なお、このリング１０は、図２（ｂ）に示すように周方向にひと繋がりの円環状になっているが、分割部を設け、周方向にひとつ割りの環状に形成してもよい。
そして、金属管の外周、例えばダクタイル鋳鉄管の挿口先端付近外周に突部を形成する際には、まず、図１（ａ）に示すように、薄肉部１２が厚肉部１１よりも金属管の挿口先端側に位置するようにリング１０を挿口３１の先端側から圧入し、挿口３１の先端からある程度距離を空けた位置の外周に外嵌めする。なお、この図においては、説明のために、リング１０の厚みを強調して示している。

次に、図１（ｂ），図１（ｃ）に示すように、薄肉部１２に溶接を施して溶着金属による溶接部１５を形成する。この溶接部１５は、その表面１５ａが厚肉部上面１９から挿口３１の先端側に向けて傾斜して挿口３１の外周表面３１ａに至るテーパ面となるように、厚肉部１１と薄肉部１２との間の隅肉溶接の状態で形成する。このための溶接としては、ＭＩＧ溶接や電気溶接などが適当である。

この溶接の際に、厚肉部１１は肉厚が大きくて熱容量が大きいため、多少薄肉部１２から熱が伝わったとしても容易には溶融しない。したがって厚肉部１１が配置された位置の管表面への熱の影響は少なくなる。一方、薄肉部１２は前述の通り肉厚が薄く形成されているので、容易に溶融し、溶融した溶接ワイヤとともに溶接部１５を形成する。

この挿口突部２０は、リング１０の形状が図２（ａ）に示すように断面Ｌ字型であるために、肉厚段部１３と薄肉部１２の上面１２ａとの間で溶接を行うことにより、挿口３１の表面から厚肉部上面１９に至る傾斜面（溶接部１５の表面１５ａ）を有する形状にすることができる。

具体的な溶接作業としては、図１（ｂ）に示すように、金属管に外嵌めされた状態のリング１０の薄肉部１１の上方（図では直上に配置しているが、多少角度をつけても良い）に溶接装置（例えばＭＩＧ溶接トーチ）Ｔを配置し、金属管を軸心まわりに回転させながら溶接装置Ｔを動作させて溶接を行って、溶接部１５を形成するとよい。このときの溶接装置の配置や金属管の回転速度を調整することで、溶接部１５の形状を、厚肉部上面１９の外周縁から傾斜し、挿口３１における厚肉部１１より先端側の外周面に向かうテーパ状となるように制御することができる。

このようにして溶接部１５がリング１０の全周に形成されると、図１（ｃ）に示すように、挿口３１の外周における薄肉部１２に対応する位置に溶け込み部１５ｂが形成される。この溶け込み部１５ｂは、薄肉部１２、挿口３１の外周部分、及び溶接ワイヤの溶融によって形成されるものであるが、薄肉部１２の肉厚が薄いために管の挿口３１に埋まりこむように広がっており、これによってリング１０が管と一体化されて挿口３１の外周に固定される。

なお、溶接後に溶接部１５の表面１５ａが滑らかになっていない場合は、その表面１５ａを研磨などして加工しても良い。このとき、その加工処理にはほとんど困難は伴わず、外観を美しく仕上げることも容易である。

また、溶接後に厚肉部上面１９を研磨などして加工し、平坦な厚肉部加工上面１９ａを形成するようにしてもよい。
以上のようにしてリング１０の溶接作業を行うことにより、金属管の挿口３１に、リング１０による挿口突部２０が形成される。

このようにして挿口突部２０が形成されると、挿口３１は、挿口突部２０と挿口３１先端との間に、金属管の外周表面３１ａによる平坦な面を有することになる。
本実施の形態のような管外周突部の形成方法で挿口突部２０を形成すると、リング１０は挿口３１の先端から離れた位置に固定されることになって、挿口３１先端の形状に影響を与えない。さらに、溶着部１５の表面１５ａが傾斜面となっているので、従来技術では必要であった、挿口突部２０の形成後に挿口３１先端をテーパ状に加工する工程を行わずともよい。

また、薄肉部１２を溶接して傾斜した表面１５ａを有する溶接部１５が形成されるだけの溶着金属しか必要としないため、溶け込み部１５ｂは挿口３１にさほど深くは溶け込まない。

また、挿口突部２０のうち、受口のロックリングと係り合うことになる、リング側面１７や厚肉部上面１９のリング側面１７に近い側には溶接部１５の影響が現れないため、リング１０を用意する時点で、係り合い部となるリング側面１７と厚肉部上面１９（または厚肉部加工上面１９ａ）とに所定の角を出しておくことで、挿口突部２０の形成後に角を出すための加工を施さずともよいのである。ここで、管外周に突部を形成する従来の方法として、管の外周に溶着金属を溶接して溶接ビードを設けることによって管外周突部を形成するという方法があったが、この従来の方法で形成された管外周突部（溶接ビード）を挿口突部として使用するためには、受口側のロックリングとの係り合いが可能となるように、ロックリングと掛かりあうことになる面（曲面状）を加工して角を出す（矩形状にする）という作業が必要であったが、本実施の形態の方法ではこの作業が必要なくなる。

また、図５に示すような従来技術で使用していた挿口リング５０は、外周溝５１の図中左右両側に本実施の形態のリング１０の厚肉部１１以上の幅（軸方向）の部材が必要であったが、本実施の形態で使用するリング１０は、所望の離脱防止性能を発揮できる程度の幅（軸方向）の厚肉部１１と、表面１５ａの傾斜した溶接部１５を形成できる程度の幅（軸方向）の薄肉部１２のみで構成できるので、従来技術に比べて少ない材料コストでリング１０を用意することができる。さらに、同様の理由から、このリング１０は従来の挿口リング５０に比べて軸方向の幅を小さくすることができるので、リング１０を小さな圧入力で挿口３１に装着することができる。

また同様に、本実施の形態のような管外周突部の形成方法に使用するリング１０は、薄肉部１２より管先端側（図１（ｃ）中右側）には部材が必要なく、厚肉部１７の上面がそのまま挿口突部２０の上面となるため、図１（ｃ）に示す挿口突部２０上面の軸方法の幅Ｌ２は、図５（ｃ）に示す従来技術における挿口突部３３上面の幅Ｌ０より小さくすることができる。

また、溶接時に溶着金属を盛り上げる必要がないので、従来技術においては図５に示す外周溝５１を埋めるために使用しなければならなかった分の溶着金属を、本実施の形態では、溶け込み部１５ｂの溶け込み幅ｄをより広くするために使用することができるので、溶け込み幅ｄを、従来技術における溶け込み部５３ｂの溶け込み幅ｄ_０に比べて大きくすることができる。したがって、溶接時に同量程度の溶接ワイヤを使用したとしても（つまり、同程度の溶接コストで）、挿口突部２０の管体に対する一体化の度合い、すなわち強度をより高めることができる。

なお、本発明の実施の形態の別例として、図２（ｃ）に断面図を示すように、厚肉部１１に厚肉部上面１９から傾斜して薄肉部１２の上面１２ａの方向へ向かう厚肉部テーパ面１１ａを設けた形状のリング１０１を用いてもよい。

図２（ｃ）に示す断面形状のリング１０１を使用すると、厚肉部上面１９を加工して図１（ｄ）に示すように厚肉部加工上面１９ａを形成する場合に、厚肉部上面１９の面積が、図２（ａ）のリング１０に比べて厚肉部テーパ面１１ａの領域の分だけ小さくなっているので、研磨される部分２１ｂの大きさが、図１（ａ）〜図１（ｃ）のリング１０の場合の研磨される部分の大きさ２１ａに比べて小さくなり、加工量を減らすことができる。また、溶接部１５の表面１５ａを研磨などして滑らかにする場合、溶接部１５の表面１５ａを元々テーパ面である厚肉部テーパ面１１ａと連続したテーパ面となるように加工することで、図２（ａ）のリング１０の場合と比べて加工量を減らすことができる。

なお、本発明の実施の形態のさらなる別例として、図２（ｄ）に断面図を示すように、厚肉部１１の上面を薄肉部１２の上面１２ａの方向へ向かう厚肉部テーパ面１１ａのみとした形状のリング１０２を用いてもよい。

図２（ｄ）に示す断面形状のリング１０２を使用すると、厚肉部上面を加工して図１（ｅ）に示すように厚肉部加工上面１９ａを形成する場合に、研磨される部分２１ｃは、リング側面１７と厚肉部加工上面１９ａとの間に所定の角を出すために必要な最小限の分量だけで済むようになり、図２（ａ）のリング１０を使用した場合と比べて、加工量を減らすことができる。また、溶接部１５の表面１５ａを研磨などして滑らかにする場合、溶接部１５の表面１５ａを元々テーパ面である厚肉部テーパ面１１ａと連続したテーパ面となるように加工することで、図２（ａ）のリング１０の場合と比べて加工量を減らすことができる。

［管外周突部を有する金属管］
本実施の形態のように挿口突部２０が形成された金属管の挿口３１を他の管の受口４２に挿し込む際の様子を図３に示す。

本実施の形態のようにして形成された管外周突部を挿口突部２０として有する金属管を受口４２に挿し込む際には、まず、図３（ａ）から図３（ｂ）にかけて示すように、シール材のゴム輪４５が挿口３１先端に乗り上げ、ゴム輪４５が圧縮される。このとき、挿口突部２０は挿口３１の先端から距離を空けた部分に形成されているため、この時点ではゴム輪４５は、挿口３１先端でゴム輪４５が当接する面３５から挿口３１の外周表面３１ａまでの範囲ｈ１の分だけしか圧縮されない。したがって、この時点では挿口３１に伝わるゴム輪４５の反発力は、ｈ１の高さだけ圧縮される分程度のものでしかなく、挿入に対してさほど大きな抵抗とはならない。

そして、ｈ１だけ圧縮された状態のゴム輪４５内を、挿口３１先端が挿口突部２０までの距離Ｌ１だけ通過した後、図３（ｃ）に示すように、挿口突部２０にゴム輪４５が乗り上げるわけであるが、このときにはゴム輪４５はさらに挿口突部の高さｈ２だけ圧縮される。しかし、ゴム輪４５がｈ１＋ｈ２だけ圧縮される期間は、挿口突部２０がゴム輪４５内を挿口突部２０上面の幅Ｌ２だけ通過するまでの期間のみであり、先述のように、この挿口突部２０上面の幅Ｌ２は従来技術に比べ小さく（Ｌ２＜Ｌ０）することができる。

このように、ｈ１＋ｈ２だけ圧縮する力を一度にかける必要がなく、また大きく圧縮された状態で挿入しなければならない期間が短いため、本実施の形態のように挿口突部２０が形成された金属管では、管同士の接合が容易に行えることとなる。

また、図３（ｄ）に示すように管同士が接合された状態において、これらの管同士を離脱させるような力が働いたときには、受口４２からの挿口３１の抜出力により、挿口突部２０がロックリング４６に掛かり、挿口突部２０は、ロックリング４６からの反力を、図１（ｃ）に示す溶接部１５の溶け込み部１５ｂに作用するせん断力として受けることになる。ここで、図１（ｃ）に示す本発明の金属管における溶け込み部１５ｂの幅ｄは、図５に示す従来技術の溶け込み部５３ｂの幅ｄ_０よりも大きいので、より大きなせん断力に耐えることができる。具体的には、金属管の口径をＤ（ｍｍ）として、３Ｄ（ｋＮ）のせん断力、ひいては抜出力に十分耐えることができる。すなわち、本発明の管外周突部を有する金属管は、従来技術のものよりも高い離脱防止性能を備えている。

以上のように、本発明によると、従来技術に比べて材料コストの小さなリングを使用して、小さな力でリングを管外周に装着することができ、同程度の溶接コストで強度の高い挿口突部などの管外周突部を形成することができ、さらに、従来技術では必要であった管外周突部表面を平坦にするなどの加工を行う必要がないので、コストの低下、作業時間の短縮が図れるため、管外周突部の形成における生産性をより高めることができる。

また、本発明の管外周突部を有する金属管は、小さな挿入力で管同士の接合が行えるため、容易に敷設を行うことができ、さらに高い離脱防止性能を備えている。

１０ リング
１１ 厚肉部
１２ 薄肉部
１５ 溶接部
２０ 挿口突部
３１ 挿口
３３ 挿口突部
４２ 受口

Claims (2)

1. 金属管の外周に突部を形成する施工を行うにおいて、
   軸方向の一端側に厚肉部を有し、軸方向の他端側に薄肉部が形成されたリングを、金属管の挿口先端から距離を空けた位置の外周に、薄肉部を前記金属管の挿口先端側に配置した状態で装着し、
   前記薄肉部に溶接を行うことにより、前記薄肉部と溶接金属とが溶融した溶接部を、前記厚肉部上面から前記金属管の挿口先端に向けて傾斜して金属管の外周表面に至る形状に形成し、前記リングを金属管に固定することで外周突部を形成すること
   を特徴とする管外周突部の形成方法。
2. 挿口先端から距離を空けた位置の外周に突部を有する金属管であって、
   前記突部は厚肉部と薄肉部とを有するリングが前記金属管の外周に装着され、前記リングが前記金属管に溶接されることにより形成されており、
   前記薄肉部と溶接金属とが溶融した上で固化した部分が、前記厚肉部上面から前記金属管の挿口先端に向けて傾斜をなしてかつ金属管の先端から距離を空けた位置の外周表面に至っており、
   前記突部と挿口先端との間に金属管の外周表面を有すること
   を特徴とする、管外周突部を有する金属管。

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