JP2014098399A

JP2014098399A - ねじ込み式継手による接続構造

Info

Publication number: JP2014098399A
Application number: JP2012248961A
Authority: JP
Inventors: Masanao Fujii; 正直藤井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corp
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】繰り返して生ずる振動を受けても、くび部に亀裂が生ずるのを防止できるねじ込み式継手による接続構造を提供する。
【解決手段】
配管１０は、配管本体１１の管端面１２にシール収容溝１３が形成されている。シール収容溝１３にはＯリング３０が収容され、配管１０が接続相手２０に接続されると、Ｏリング３０が押し潰されることで、配管１０と接続相手２０の間から差動油が漏れるのを防止する。また、配管本体１１の管端面１２と筐体２１の受け面２４が隙間なく接触している。したがって、接続相手２０の振動が原因で配管１０に曲げモーメントＭが生じると、曲げモーメントＭにより配管１０から接続相手２０（筐体２１）に伝達される外力は、当該接触面の全域で受け持つことになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部を流体が流れる配管を他の配管または部材と接続するのに用いられるねじ込み式の継手に関する。

例えば、ガス、液体が流れる配管同士を接続する継ぎ手として、ねじの嵌めあいを利用した機械的な接合を行うねじ込み式継手が知られている。
ねじ込み式継手は、ねじ込むだけで接続ができるので、溶接による継手、あるいは、フランジ継手に比べて、取り付け、取り外しが比較的容易である。また、ねじ込み式継手は、フランジが占有するスペースが必要ないので、周囲のスペースが狭い場合に有効である。

ステンレス鋼製のねじ込み式継手について、締め付け時におけるおねじ部とめねじ部の変形を防止するとともに、おねじ部とめねじ部のかじり付きを防止するために、おねじ部とめねじ部の硬度をビッカース硬度で２００以上となし、かつおねじ部とめねじ部の硬度差をビッカース硬度で２０以上となすことが極めて効果的であることが、特許文献１に記載されている。

特開平８−３０３５４４号公報

ねじ込み式継手が使用される環境は多義にわたり、振動を受ける環境下にねじ込み式継手が置かれることがある。図７に示されるように、振動Ｖがねじ込み式継手を構成する配管の軸方向に対して直交する方向に繰り返して生ずると、曲げモーメントＭが繰り返して生ずる。そのために、配管本体１１１とねじ部１１３の境界であるくび部１１７に亀裂が生ずることが観察された。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、繰り返して生ずる振動を受けてもくび部の境界に亀裂が生ずるのを防止できるねじ込み式継手による接続構造を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた、本発明のねじ込み式継手による接続構造は、内部を流体が流れる配管と接続相手とがねじ込み式継手により接続されたものであって、配管は、配管本体と、配管本体の接続端部に設けられ、第１ねじが形成された継手部と、を備え、接続相手は、第１ねじがねじ込まれる第２ねじが形成されるとともに、配管を流れる流体が通過する接続ポートと、配管本体の接続端部を受ける受け面と、を備える。
そして、本発明の接続構造は、配管本体の接続端部と接続相手の受け面との間に形成されるシール収容溝に、シール部材が収容されることを特徴とする。
本発明の接続構造によると、配管本体の接続端部と接続相手の受け面との間に形成されるシール収容溝にシール部材が収容されるので、配管本体の接続端部と接続相手の受け面とが直接的に接触する。したがって、曲げモーメントにより配管から接続相手に伝達される外力は、当該接触面の全域で受け持つことになって、くび部に生ずる曲げ応力が軽減されるので、振動によるくび部の疲労を軽減できる。

本発明において、配管本体の接続端部と接続相手の受け面との間に形成されるシール収容溝を設ける具体的な部位は、少なくとも以下の３つの形態から選択できる。すなわち、シール収容溝は、配管本体の接続端部に設けられた窪み、または、接続相手の受け面に設けられた窪みにより、形成することができるし、または、配管本体の接続端部と接続相手の受け面の間に、リング状のシール保持具を配置して形成することもできる。
何れの形態であっても、上述した、くび部に生ずる曲げ応力を軽減するという効果を享受できる。

本発明によれば、繰り返して生ずる振動を受けても、くび部の疲労を軽減できるので、くび部に亀裂が生ずるのを防止できるねじ込み式継手による接続構造が提供される。

第１実施形態におけるねじ込み式継手を備える配管と接続相手とを分離して示す断面図である。第１実施形態におけるねじ込み式継手を備える配管と接続相手が接続された接続構造を示す断面図である。（ａ）は第１実施形態における曲げ応力分布を示し、（ｂ）は従来例における曲げ応力分布を示す。第１実施形態の変形例を示し、（ａ）は接続相手側にシール溝が形成された例、（ｂ）ねじ込み式継手と接続相手側の両者にシール溝が形成された例を示す。第２実施形態におけるねじ込み式継手を備える配管と接続相手とを分離して示す断面図である。第２実施形態におけるねじ込み式継手を備える配管と接続相手が接続された接続構造を示す断面図である。従来の接続構造を示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態に係る接続構造１は、図１，図２に示すように、内部を流体、例えば内部を作動油が流れる配管１０と、配管１０を介して供給される差動油によって駆動するアクチュエータからなる接続相手２０と、から構成される。差動油に圧力変動が生じるなどして接続相手２０に振動が生ずると、配管１０には振動に応じて繰返しの曲げモーメントＭが作用するが、接続構造１は曲げモーメントＭによる外力を管端面１２で受けることにより、くび部１７と継手部１４の境界部分の疲労を軽減する。

配管１０は、図示を省略する差動油の供給源と接続相手２０との間に配置され、差動油を当該供給源から接続相手２０に供給する。
配管１０は、配管本体１１と、配管本体１１の接続相手２０と接続される側の端部に形成される継手部１４と、を備えている。配管１０は、例えば、ＪＩＳＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６などのステンレス鋼により、配管本体１１と継手部１４を一体に形成することができる。配管１０は、配管本体１１と継手部１４を貫通する流路１６を備えている。この流路１６を差動油などの流体が流れる。
継手部１４は、配管本体１１の管端面１２より軸線方向に突出して設けられており、その外周にはおねじ１５が形成されている。このおねじ１５が、接続相手２０のめねじ２３にねじ込まれることで、配管１０が接続相手２０に接続される。なお、配管本体１１と継手部１４の間には、おねじ１５のねじ山の頂点により特定される継手部１４の外径部分よりも径の小さいくび部１７が介在している。

配管１０は、配管本体１１の管端面１２にシール収容溝１３が形成されている。シール収容溝１３にはＯリング３０が収容され、配管１０が接続相手２０に接続されると、Ｏリング３０が押し潰されることで、配管１０と接続相手２０の間から差動油が漏れるのを防止する。第１実施形態は、管端面１２にシール収容溝１３が形成されているところに特徴を有している。
シール収容溝１３は、リング状に連なって窪む溝であり、Ｏリング３０のサイズ（内径ｄ）に合わせた径を有している。また、シール収容溝１３は、少なくともＯリング３０の太さＷよりも、深さが浅く形成されている。配管１０を接続相手２０に接続したときに、Ｏリング３０を押し潰すためである。

接続相手２０は、その外殻をなす筐体２１に配管１０の継手部１４を受け入れる接続ポート２２が形成されている。接続ポート２２は、筐体２１の表裏を円筒状に貫通して形成されており、その周囲には、めねじ２３が形成されている。おねじ１５とめねじ２３は、互いにねじ込みができるように、呼び径、ピッチが設定される。接続相手２０が接続される側の筐体２１の表面であって、接続ポート２２の周囲は、配管１０が接続されたときに、配管本体１１の管端面１２が密着する受け面２４をなす。

配管１０を接続相手２０に接続するには、接続相手２０の接続ポート２２に配管１０の継手部１４を位置合わせしたのちに、継手部１４のおねじ１５を接続ポート２２のめねじ２３にねじ込む。
ねじ込みは、図２に示すように、配管本体１１の管端面１２が受け面２４に隙間なく接触するまで行なう。そうすると、Ｏリング３０は、シール収容溝１３の底面と筐体２１の受け面２４から押圧されることで、シール収容溝１３の深さと同等になるまで押し潰されることで、差動油が管端面１２と受け面２４の間から外部に漏れるのを防ぐ。

さて、第１実施形態による接続構造１は、配管本体１１の管端面１２と筐体２１の受け面２４が隙間なく接触している。したがって、接続相手２０の振動が原因で配管１０に曲げモーメントＭが生じると、曲げモーメントＭにより配管１０から接続相手２０（筐体２１）に伝達される外力は、当該接触面の全域で受け持つことになる。

ここで、曲げモーメントＭを受ける配管本体１１の任意断面に生ずる曲げ応力σ_１は、下記の式（１）により求められる。なお、管端面１２の外周縁が受け面２４に接していることから、シール収容溝１３の部分は、曲げ応力σ_１に対して無視できる。
σ_１＝Ｍ／Ｉ_１・ｒ＝Ｍ／（π／６４×（Ｄ_１ ^４−ｄ^４）） … （１）
σ_１：配管本体１１の任意断面に生ずる曲げ応力
Ｍ：曲げモーメント
Ｉ_１：配管本体１１の断面二次モーメント（π／６４×（Ｄ_１ ^４−ｄ^４））
ｒ：配管中心からの距離Ｄ_１：配管本体１１の外径ｄ：配管本体１１の内径

同様に、図７に示される従来の接続構造１００に曲げモーメントＭが作用したときに、くび部１１７の任意断面に生ずる曲げ応力σ_２は、下記の式（２）により求められる。
σ_２＝Ｍ／Ｉ_２・ｒ＝Ｍ／（π／６４×（Ｄ_２ ^４−ｄ^４）） … （２）
σ_２：くび部１１７の任意断面に生ずる曲げ応力
Ｉ_２：くび部１１７の断面二次モーメント（π／６４×（Ｄ_２ ^４−ｄ^４））
ｒ：配管中心からの距離Ｄ_２：くび部１１７の外径
ｄ：くび部１１７の内径（配管本体１１の内径と等しい）

上記式（１）に基づく第１実施形態における配管本体１１の曲げ応力分布を図３（ａ）に、また、上記（２）に基づく従来例のくび部１１７の曲げ応力分布を図３（ｂ）に示す。
はじめに、従来例は、管端面１１２と接続相手１２０の受け面１２４の間にＯリング３０が挟み込まれているために、管端面１１２と受け面１２４が接触することができない。このため、配管１１０から接続相手１２０に伝達される外力は、継手部１１４が直接負担することになり、曲げ応力σ_２は図３（ｂ）に示されるように、くび部１１７の外周で最大（σ_{２ｍａｘ}）となる。
これに対して本実施形態は、管端面１２の外周縁まで受け面２４に接していることから、前述したように、曲げモーメントＭにより配管１０から接続相手２０（筐体２１）に伝達される外力は、当該接触面の全域で受け持つことになる。図３（ａ）に示されるように、曲げ応力σ_１は管端面１２の外周で最大（σ_{１ｍａｘ}）になる。

図３（ａ）と図３（ｂ）を比較すると、Ｄ_１（配管本体１１の外径）＞Ｄ_２（くび部１１７の外径であるから、配管本体１１の曲げ応力σ_１（σ_{１ｍａｘ}）はくび部１１７の曲げ応力σ_２（σ_{２ｍａｘ}）より小さくなる。しかも、本実施形態の場合、くび部１７は配管本体１１の最大曲げ応力σ_{１ｍａｘ}が生ずる外周よりも内側に位置することになるので、従来例のくび部１１７に比べて本実施形態のくび部１７に生ずる曲げ応力を軽減できる。したがって、本実施形態によると、振動によるくび部１７の疲労を軽減し、亀裂の発生防止に有効である。

以上の接続構造１は、シール収容溝１３を配管１０の側に設けているが、図４（ａ）に示すように接続相手２０の側にシール収容溝２５を設けた接続構造２にすることができるし、図４（ｂ）に示すように配管１０と接続相手２０の両側に亘ってシール収容溝２５設けた接続構造３にすることができる。接続構造２及び接続構造３も、接続構造２と同様にくび部１７に生ずる曲げ応力を軽減できる。ただし、サイズの大きい接続相手２０にシール収容溝２５を形成するのに比べて、サイズの小さい配管１０にシール収容溝１３を形成する方が、機械加工が容易である。

［第２実施形態］
次に、本発明による第２実施形態を図５及び第６図に基づいて説明する。なお、第２実施形態は、曲げモーメントＭが作用したときに生ずる曲げ応力の分布は第１実施形態と同じになるが、Ｏリング３０を保持する手段が相違する。また、第１実施形態と同じ構成要素には、図５及び第６図に図１と同じ符号を付している。
第２実施形態による接続構造４は、図５に示すように、配管本体１１の接続される側の端部にシール保持具３１，３２を備えている。シール保持具３１，３２は、厚さの等しいリング状の形態をなしており、小径のシール保持具３１が大径のシール保持具３２の内側に同軸上に配置されることで、Ｏリング３０を収容するシール収容溝３３を形成する。ただし、小径のシール保持具３１は、半割とされている。シール収容溝３３は、第１実施形態のシール収容溝１３と同様の形態、寸法を有している。Ｏリング３０は、配管本体１１の管端面１２と筐体２１の受け面２４から押圧されることで、シール収容溝３３の深さと同等になるまで押し潰され、差動油が管端面１２と受け面２４の間から外部に漏れるのを防ぐ。

第２実施形態による接続構造４は、配管本体１１の管端面１２に配置されるシール保持具３１，３２と筐体２１の受け面２４が隙間なく接触している。したがって、接続相手２０の振動が原因で配管１０に曲げモーメントＭが生じると、曲げモーメントＭにより配管１０から接続相手２０（筐体２１）に伝達される外力は、当該接触面の全域で受け持つことになる。したがって、第１実施形態と同様に、振動によるくび部１７の疲労を軽減し、亀裂の発生防止に有効である。

接続構造４は、大径のシール保持具３２に加えて小径のシール保持具３１を備えるが、本発明はシール保持具３１を省略してもくび部１７の疲労軽減という効果を得ることができる。ただし、シール保持具３１を設ければ、Ｏリング３０を収容する際の位置決めが容易になる。
また、接続構造４は、シール保持具３２の外径が配管本体１１の外径と一致するが、本発明はこれに限定されない。シール保持具３２の外径が配管本体１１の外径以上であれば、配管本体１１の管端面１２で曲げ応力を受け持つのと同様に曲げ応力を受け持つことができる。

以上で説明した実施形態では、差動油によって駆動するアクチュエータの例について説明したが、本発明による接続構造の用途は限定されず、繰り返して振動を受ける装置、機器類に広く適用することができる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１，２，３，４接続構造
１０配管
１１配管本体
１２管端面
１３シール収容溝
１４継手部
１６流路
１７くび部
２０接続相手
２１筐体
２２接続ポート
２４受け面
２５シール収容溝
３０Ｏリング
３１，３２シール保持具
３３シール収容溝
１００接続構造
１１０配管
１１２管端面
１１４継手部
１１７くび部
１２０接続相手
１２４受け面

Claims

内部を流体が流れる配管と接続相手とがねじ込み式継手により接続された接続構造であって、
前記配管は、
配管本体と、前記配管本体の接続端部に設けられ、第１ねじが形成された継手部と、を備え、
前記接続相手は、
前記第１ねじがねじ込まれる第２ねじが形成されるとともに、前記配管を流れる前記流体が通過する接続ポートと、前記配管本体の前記接続端部を受ける受け面と、を備え、
前記配管本体の前記接続端部と前記接続相手の前記受け面との間に形成されるシール収容溝に、シール部材が収容される、
ことを特徴とするねじ込み式継手による接続構造。
前記シール収容溝は、
前記配管本体の前記接続端部に形成された窪みである、
請求項１に記載の接続構造。
前記シール収容溝は、
前記接続相手の前記受け面に形成された窪みである、
請求項１又は請求項２に記載の配管の接続構造。
前記シール収容溝は、
前記配管本体の前記接続端部と前記接続相手の前記受け面の間に、リング状のシール保持具を配置することで形成される、
請求項１に記載の接続構造。