JP2014214880A - チューブとの緩み脱落を防止する管継ぎ手 - Google Patents

Abstract

【課題】管継ぎ手のシール能力及び緩み脱落防止能力を改善する。
【解決手段】本発明は、チューブとの緩み脱落を防止する管継ぎ手構造であり、特にフッ素樹脂製の管継ぎ手を対象とする。管継ぎ手は、継ぎ手本体、固定リング、及びユニオンナットから構成される。チューブの一端をユニオンナット及びその中の固定リングに通し、治具を用いてチューブの端を拡径させて拡径テーパー部及び拡径ストレート部を形成して、継ぎ手本体の管継ぎ部分のテーパー面及びストレート面に挿入する。ユニオンナットの雌ねじ部を管継ぎ部の雄ねじ部に噛み合わせ、ユニオンナットの凹状湾曲面を固定リングの凸曲面と圧着させて固定リングの中心がずれないようにし、シール面の管壁に締付け力が均一にかかるようにしてチューブを管継ぎ手にしっかりと固定し、シール及び緩み脱落防止の効果を達成する。
【選択図】図２（Ａ）

Description

本発明はフッ素樹脂製の管継ぎ手に関するものであり、フッ素樹脂にはＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ＰＣＴＦＥなどがあって、高腐食性の流体移送のニーズを満たしており、特にＰＦＡ、ＰＴＦＥ製の管継ぎ手は１５０℃以上の高温高圧要求を満たすことができる。

流体の移送に広く用いられるゴム製又はプラスチック製のチューブと管継ぎ手は、シール及び緩み脱落防止を達成しなければならないが、チューブは高圧による膨張及び伸長で変形してシール効果が低減しやすく、こうなると微量の漏れが発生する可能性がある。管継ぎ手における大量の漏れは、管路移送過程における水撃作用又は予期せぬ外部からの力であったり、管継ぎ手部分におけるチューブ管壁が過度に圧縮若しくは圧迫されることによる管壁材の疲労、耐圧能力の低下又は破損による破裂により発生する。よって、工業安全の見地から、管路及び管継ぎ手は以下のような基本的条件を備えている。
（１）合理的な耐圧性及び耐熱性：管継ぎ手は、管路が受ける流体の圧力及び温度に対し耐用性があり、使用中の管継ぎ手の漏れを防止すること。
（２）チューブの引張り強さ：管継ぎ部分のチューブは、内部圧力や外部からくる引張り力を受けたときに一定の引張り強さを有し、緩み脱落による大量の漏れを防止すること。
（３）完全な脱落の防止：管継ぎ手は、チューブの脱落による大量の漏れ発生を防止する特殊な機構及び構造を有していること。
（４）漏れの早期発見：漏れが発生したら迅速に交換できるよう、漏れがまだ微量の初期段階で発見できること。
条件（１）及び条件（２）を満たすのが基本的な安全管継ぎ手であり、これに条件（３）が加わったものが高度安全管継ぎ手であり、条件（４）まで加わると、事故予防性を持つ管継ぎ手ということになる。
特に、半導体製造、医薬品製造、電子工業などの産業において、高腐食性、劇毒性、高純度の流体を移送するとき、チューブ及び管継ぎ手には上述したよりも高度の安全性が求められる。例えば、人体や環境に重大な危険をもたらす流体が漏れるリスクをさらに低減すること及び管継ぎ手の漏れ防止シールの信頼度向上に加えて、製造工程における高純度流体移送に当たって、管路及び管継ぎ手には別の要求が加わることになる。
（５）管継ぎ手の全パーツを含め、材質が、移送する流体による腐食、操作圧力、及び操作温度に耐え得ること。
（６）金属イオン析出による移送流体の汚染を防止できること。
現在、上述の産業応用での高腐食性、高純度の流体移送に当たって、これらの要求を満たすことができるチューブ及び管継ぎ手は、フッ素樹脂製のみである。そして、移送流体ごとに異なる腐食性を考慮すれば、フッ素樹脂材にはほとんどの場合にＰＦＡが選ばれるが、フッ素樹脂の物理的特性によって製造された従来の管継ぎ手は、それ以上の要求を満たすことができない。つまり、高純度、高腐食性の流体を移送するとき、チューブ及び管継ぎ手は上述の６つの条件を満たすと同時に、さらに繰り返し使用の要求を満たさなければならず、２０回以上の着脱を繰り返しても漏れがないことが求められるからである。
以下は、四フッ化エチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）の基本的な物理的特性である。
ＰＦＡは、長い鎖状の分子構造をしており、表面が滑らかで、動摩擦係数が０．２と低く、長い鎖状の分子構造なので管材として３００％という極めて良好な弾性率を備える。引張り強さ２４．５〜３４．３Ｍｐａ、圧縮強度１６．７Ｍｐａも良好であるが、熱を受けると７５℃で０．４５Ｍｐａ、５０℃で１．８１Ｍｐａの圧力で変形し、強度が落ちる。最大使用温度は２６０℃、熱膨張係数１２Ｅ−５／℃であり、ＰＦＡ管材は加工が難しく、外径、管壁厚み、中空部分の偏心で、５％〜１０％の寸法公差がある。
このほか、チューブを長時間使用して、外力、高圧、高温を受け続けると、管壁材も腐食性流体による浸食及び浸透を受けて劣化し、シール面での漏れ発生の確率が高まり、シール面に近い管壁では肉眼では見えない流体漏れの可能性が急激に高まる。よって、高腐食性、劇毒性の流体に用いる場合、漏れの早期発見もフッ素樹脂製管継ぎ手が備えておくべき機能の１つとなる。

これらの物理的特性や使用条件を踏まえ、ＰＦＡ管継ぎ手を設計する時の注意事項を以下に列挙する。
（１）ＰＦＡの滑らかな表面及び動摩擦係数の低さは、非粘着性の特性を有し、表面押圧によるシールには向かない。良好な圧縮強度により、圧力を受ける面が破損及び劣化しにくいが、締付け力Ｆが大きすぎると管壁材が疲労し、「２０回以上の着脱を繰り返しても漏れがない」という条件を満たせなくなる。
（２）弾性率が高いので、押圧されたチューブ管壁が圧力や引張り力を受けて管壁の肉が移動し、管壁厚みが部分的に薄くなり、肉の移動とともに管壁の圧縮量が減少し、シール効果の低減をもたらすとともに、チューブが外部からの引張り力によって緩み脱落しやすくなる。
（３）材料としての強度は温度上昇とともに低減し、管継ぎ手において締付け力を受ける各パーツの強度も低下し、圧迫される管壁の圧縮力も低下して、漏れが発生する可能性がある。
（４）チューブを管継ぎ手に装着するとき、加熱するか否かを問わず、治具を用いてチューブを拡径した後、拡径テーパー部及び拡径ストレート部の管壁厚みが外径の拡大とともに肉薄になり、管壁厚みの公差が広がる。この状態で圧縮シールしても、効果は相対的に低減される。また、拡径テーパー部のテーパー角εが大きいほど、管壁厚みの公差も拡大し、変形が難しくなり、現場での施工コストも上昇する。
（５）シール面：チューブの拡径テーパー部を、管継ぎ手本体の管継ぎ部テーパー面にテーパー角εで圧着させるに当たり、固定リングの圧迫リングが拡径テーパー部を管継ぎ部テーパー面に圧迫するとき、圧迫を受ける管壁部分に円環状のシール面が形成される。このシール面が固定リングと同心円上にあれば、シール面は真円か、真円に近くなるが、中心が相互にずれていると、このシール面は楕円形又は不規則な円環状を呈し、管継ぎ手を締め付けたときに固定リング上の圧迫リングが、拡径テーパー部と管継ぎ手テーパー面とを均一な力で圧着させることができないままシール面が形成される。このようなシール面は真円ではないので、シール能力があるのは円形部分のみということになる。
（６）高温時の漏れ試験：よく用いられる方法は、管継ぎ手を締め付けてから、オーブンに入れて１５０℃の一定温度で数時間加熱した後、温度が降下するのを待ってから取り出し、水中に浸したまま、管継ぎ手内部に７ｋｇ/ｃｍ²の作用圧力で窒素（Ｎ２）を注入し、一定時間が経過後に外部に気泡が発生するかを観察する。
（７）締付け力Ｆ：ユニオンナットを管継ぎ手本体に取り付けると、チューブの拡径テーパー部に締付け力Ｆが発生する。この締付け力Ｆのベクトルは、ユニオンナットの圧迫リング又は圧迫リング曲面からチューブの拡径テーパー部が圧力を受けるシール面に向かっており、テーパー角をε、締付け力Ｆとチューブ軸方向とが形成する角度を締付け傾角γ、締付け力Ｆと管継ぎ部テーパー面の法線とが形成する角度をＦ・Ｎ挟角θとすると、θ＝９０°−ε−γ、締付け力Ｆは、（ｉ）テーパー面に対して垂直方向に働く分力Ｆｎ（Ｆｎ＝Ｆ×ＣＯＳ（θ））、（ii）テーパー面に対して平行に働く分力Ｆｈ（Ｆｈ＝Ｆ×ＳＩＮ（θ））に分けられる。Ｆ・Ｎ挟角θが大きいほど水平分力Ｆｈが大きくなり、これが基本的な締付け力となり、Ｆ・Ｎ挟角θが小さいほど垂直分力Ｆｎが大きくなり、締付け力が増す。
（８）引張り強さ：チューブ引張り力Ｔは、管内又は外部からの圧力からきており、チューブが引張り力Ｔを受けると、締付け力Ｆは、方向的には引張り力Ｔの逆方向に、一定の大きさを持つ引張り分力Ｆｔを有し、Ｆｔ＝Ｆ×ＣＯＳ（γ）である。次に、締付け力Ｆにおける垂直分力Ｆｎが大きいほど、引張り力Ｔを受けた時に管壁の肉移動が少なくなる。管継ぎ手の引張り強さは、Ｆｔ及びＦｎから来ている。チューブの引張り強さ試験を行うとき、引張り力を受けて変形した後の長さが、元の長さの２倍以上になる塑性変形があれば、その管継ぎ手は高い引張り強さを持つことになる。
（９）圧迫リング構造：圧迫リングの外形は、三角形、くさび型、円形面取り、直角、鈍角などの角形をしており、この角が圧迫角βを形成し、βが小さすぎると、チューブ管壁に食い込んで破壊が進む。圧迫リングは管継ぎ部テーパー面に沿って変形し、管壁の肉をテーパー面に沿って外径方向に押し上げ、シール面周囲の管壁厚みを変化させる。圧迫リングが圧迫するシール面の管壁の肉が、持続的な引張り力Ｔを受けて移動するとき（拡径テーパー部の内壁面と管継ぎ部のテーパー面との「面と面との接触」部分は、摩擦力が低いため変化はないが）、シール面の管壁の肉の移動は増える。圧迫リングがチューブの拡径テーパー部を直接圧迫すると比較的高い摩擦力が生じ、引張り力Ｔを受けて、管壁の肉が持続的に環状に変形して隆起する。この隆起変形が大きいほど、チューブの引張り強さが増す。
（１０）締付け過程：ユニオンナット内径の雌ねじ部と継ぎ手本体管継ぎ部の雄ねじ部とを噛み合せて締め付けるとき、シール面のチューブ管壁が挟み込まれる時から開始して、例えば管継ぎ手を手動で締め付けた時を起点とし、工具又は手動で所定の位置まで締め付け終えるまでのこの過程を締付け過程と呼ぶ。この過程においてユニオンナットは、ねじを噛み合わせる締付け力及びシール面を圧迫する締付け力を提供するため、より大きなトルクを必要とする。
（１１）締付け円周角：チューブ管壁が受ける締付け力は、雄ねじ部のねじ山ピッチと関係している。ユニオンナットが一周回ると、つまりトルク円周角３６０°の時、このシール構造がねじ山ピッチ分だけ軸方向に圧縮されることになるが、この軸方向圧縮量は、各パーツに分散されて各部の弾性変形量となって表れ、シール面の管壁厚みも一部の圧縮量を受けて変化する。そのため、シール面の管壁厚みをねじ山ピッチ分圧縮して締付け過程を終えた時は、ユニオンナットがちょうど一周回った時とは限らない。
（１２）軸方向圧縮：締付け過程において、固定リング、管壁、管継ぎ部のテーパー面、及びストレート面は、いずれもユニオンナットの締付け力を受けて圧縮変形する。この変形は、各パーツの構造変化及びねじ山の構造変化を含む。この弾性範囲内の圧縮変形もシール面における締付け力を提供しており、シール面が円形又は円形に近いときだけ均一の圧縮変形がもたらされるが、この圧縮変形は長時間のクリープ変形により一部の弾性を喪失し、締付け力が低下する。この場合でも、テーパー面及びストレート面に適度な管壁厚みが維持されていれば、シール面は良好な締付け力を確保できる。高温時の漏れ試験や高温流体移送の時は、強度が落ちるとともにクリープ変形が加速される。言い換えると、フッ素樹脂材は、高温下で弾性が落ちて局部が恒久的に変形することになる。着脱の繰り返しでも、各パーツは着脱回数分だけ軸方向圧縮を受けることになり、これもクリープ速度を上げ、締付け力を低下させ、シール面の漏れのリスクを増大させる。ユニオンナットが受ける引張り力も、おそらく着脱の繰り返しや高温により、雌メジ部のねじ山を含めて締付け力を低下させる。シールの目的のために軸方向圧縮量が限界を超えると、過度の圧縮がシール面の管壁を疲労若しくは変形させ、２０回の着脱繰り返しに耐えられなくなったり、又は高温下での漏れ試験における耐圧能力が低下したりする。
（１３）摺動摩擦：ＰＦＡ表面は滑らかだが、締付け過程において、シール面の圧迫リングと管壁との間には相応の摺動摩擦があり、シール面の管壁、圧迫リング、及びテーパー面に破損部などがあれば、そこから管壁の破壊が進む可能性がある。
（１４）摩擦リスク：回転円周角全体、つまり締付け過程には常に摺動摩擦が発生し、管壁を破損させる摩擦リスクが高まるが、回転円周角が小さいほど摩擦リスクは低くなる。圧迫リングに良からぬ変形があると管壁の摩擦リスクはさらに高まり、着脱の繰り返しにより管壁の破損があれば、「２０回以上の着脱を繰り返しても漏れがない」という条件を満たせなくなる。
（１５）シール能力：１５０℃以上の高温試験及び「２０回以上の着脱」要求を満たすこと、並びに締付け力のうちの法線方向にかかる分力Ｆｎの大きさ、摩擦リスクの低さ、及び引張り分力Ｆｔの高さが、シール能力の高さに直結する。これらはいずれも基本的なシール能力を構成する要素である。
ＰＦＡなどのフッ素樹脂材を用いた管継ぎ手は、工業安全の要求及び注意事項を参考に独自の構造設計が行われ、高純度流体の移送要求を満たし、繰り返し使用のニーズにも適合している。ＰＦＡなどのフッ素樹脂製チューブと管継ぎ手とでのシール及び緩み脱落防止方法として最も早期の先行技術は特許文献１であり、管継ぎ手及びユニオンナットの２つの部品から構成されており、管材の外径を圧縮してシール効果を達成するものである。特許文献２は、ユニオンナット内側に固定リングを加えた３つの部品から構成されており、管材外径を挟み込んで圧縮保持して、シール効果及び管路の引張り強さを達成するものである。移送する流体温度及び圧力、管材の引張り強さ、並びに漏れに対する信頼度向上というニーズに応えるかたちで、特許文献３及び特許文献４は、比較的長い管継ぎ部に管を嵌合して固定リングで圧迫するタイプから、管の端部のみを嵌合するタイプに改良された。以下に紹介する先行技術の管継ぎ手構造は、このいくつかの方法によって改良されたものである。

公知例１を図７（Ａ）に示す。先行技術のＰＦＡ製管継ぎ手で、継ぎ手本体（７０）及びユニオンナット（７６）の２つの部品から構成される管継ぎ手（７）である。
チューブ（１８）の先端をユニオンナット（７６）の狭まり部穴（７６１）に通し、治具を用いて冷却又は加熱後に、拡径テーパー部（１８１）と拡径ストレート部（１８２）とを含む拡径部（１８０）を形成する。
継ぎ手本体（７０）は、中空部分（１４）を有して流体を流すことができ、管継ぎ部（７００）でユニオンナット（７６）及びチューブ（１８）と結合する。継ぎ手本体（７０）の一端は、ねじ山（１２）により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部（１５）により管継ぎ手（７）を装着する。
管継ぎ部（７００）は、端から順に、テーパー面（７０１）、ストレート面（７０２）、及び雄ねじ部（７０４）を有し、前二者にチューブ（１８）の拡径テーパー部（１８１）及び拡径ストレート部（１８２）を装着する。テーパー面（７０１）のテーパー角εは通常は４５°前後であり、雄ねじ部（７０４）にユニオンナット（７６）を噛み合わせる。
ユニオンナット（７６）は内径表面に、雌ねじ部（７６６）、ナット内径面（７６７）、及び狭まり部（７６０）を有し、雌ねじ部（７６６）に管継ぎ部（７００）の雄ねじ部（７０４）を噛み合わせる。狭まり部（７６０）の中心部にある狭まり部穴（７６１）の内側面に圧迫リング（７６２）を有し、その圧迫角βは通常はほぼ９０゜の直角である。
ユニオンナット（７６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って圧迫リング（７６２）、拡径部（１８０）及びテーパー面（７０１）を圧迫することにより、拡径テーパー部（１８１）の管壁を圧迫してシール面（１８３）を形成してシール効果を得るとともに、チューブ（１８）が外部からの引張り力を受けたときの緩み脱落を防止する。
しかし、この公知例におけるシール能力は、基本的なレベルにとどまる。なぜなら、締付け力Ｆとテーパー面（７０１）とが形成する締付け傾角γはほぼ０゜であり、Ｆ・Ｎ挟角θはほぼ４５゜なので、締付け力Ｆには顕著な水平分力Ｆｈが発生し、これが基本的な締付け力となる。
締付けの全過程において、シール面（１８３）には摺動摩擦による高度の摩擦リスクが存在することから、シール効果を達成するためにトルクを加えるに当たり、経験を積んだ操作員の監督管理が必要である。
チューブが引張り力Ｔを受けると、その反対方向に比較的大きな引張り分力Ｆｔが発生するが、Ｆ・Ｎ挟角θがほぼ４５゜なので、垂直分力Ｆｎは小さく、引張り強さをさらに向上させることはできない。
特許文献５は、この公知例１を改良し、ユニオンナットの狭まり部に２つの異なる直径を有する、角度がほぼ９０°直角の圧迫リング２本を追加した２段階シール面構造とした。圧迫リングはいずれも、締付け傾角γはほぼ０゜、Ｆ・Ｎ挟角θはほぼ４５゜であり、引張り力Ｔの反対方向に大きな引張り分力Ｆｔが働くが、垂直分力Ｆｎは小さく、この構造で引張り強さをさらに向上させることはできない。これを踏まえて、管継ぎ部の厚みを増し、高剛性の雄ねじ山を用いて締付け力Ｆを増大させ、２本の圧迫リングを用いて２つのシール面を形成して、テーパー面における垂直分力Ｆｎ不足の問題を改良している。しかし、外径が増した分、より大きな装着スペースが必要となり、チューブの拡径ストレート部外径に制限が生じてしまった。この特許文献に記載の管継ぎ手は、比較的良好なシール能力を有しているが、締付けの全過程においてシール面には摺動摩擦があり、高い摩擦リスクを有する。

公知例２を図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示す。この先行技術は、公知例１の構造の延長線上にあり、チューブ（１８）よりも硬度が高いディスク型固定プレート（７７）を加えて引張り強さを向上させている。この公知例は、高温、高圧、外部からの引張り力、繰り返し受ける外力といった使用条件を満たしており、しかも締付け過程における摺動摩擦による破損を防止する構造となっている。管継ぎ手（７Ａ）は、継ぎ手本体（７０）、ディスク型固定プレート（７７）及びユニオンナット（７６）の３つの部品から構成されている。
チューブ（１８）の先端をユニオンナット（７６）の狭まり部穴（７６１）及びディスク型固定プレート（７７）の中心孔に通し、治具を用いて冷却又は加熱後に、拡径テーパー部（１８１）と拡径ストレート部（１８２）とを含む拡径部（１８０）を形成する。
継ぎ手本体（７０）は、中空部分（１４）を有して流体を流すことができ、管継ぎ部（７００）でユニオンナット（７６）及びチューブ（１８）と結合する。継ぎ手本体（７０）の一端はねじ山（１２）により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部（１５）により管継ぎ手（７Ａ）を装着する。
管継ぎ部（７００）は、端から順に、テーパー面（７０１）、ストレート面（７０２）、及び雄ねじ部（７０４）を有し、前二者にチューブ（１８）の拡径テーパー部（１８１）及び拡径ストレート部（１８２）を装着する。テーパー面（７０１）のテーパー角εは通常は４５°前後であり、雄ねじ部（７０４）にユニオンナット（７６）を噛み合わせる。
ユニオンナット（７６）は内径表面に、雌ねじ部（７６６）、ナット内径面（７６７）、及び狭まり部（７６０）を有し、雌ねじ部（７６６）に管継ぎ部（７００）の雄ねじ部（７０４）を噛み合わせる。狭まり部（７６０）の中心部にある狭まり部穴（７６１）の内側壁面はストレート面であって、ほぼ９０゜の直角を形成しており、ディスク型固定プレート（７７）の一面が収まる構造である。
ディスク型固定プレート（７７）は、ＰＦＡチューブよりも硬い素材（ＰＶＤＦなど）でできており、プレート外径面（７７１）はナット内径面（７６７）の内径より小さく、ユニオンナット（７６）内部に装着できる。その被圧迫面（７７０）は狭まり部（７６０）の内側面にぴったりと圧着し、その中心孔の径は狭まり部穴（７６１）の径とほぼ等しい。被圧迫面の反対側の圧迫面（７７２）は、コーン角Ｚを有し、６０°≦Ｚ≦９０°の範囲内にあり、先の尖った円錐面又は平面である。中心孔の縁には圧迫リング（７７２１）を有し、圧迫角βが６０°≦β≦９０°の範囲内にあって（βが小さすぎると管壁を傷める）、これが管継ぎ部（７００）のテーパー面（７０１）におけるチューブの拡径テーパー部（１８１）を圧迫して引張り強さを向上させている。
ユニオンナット（７６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って拡径部（１８０）を圧迫することにより、圧迫リング（７７２１）とテーパー面（７０１）とが拡径テーパー部（１８１）の管壁を挟み込んで締め付けて、シール面（１８３）を形成する。
しかし、この公知例のシール能力は、基本的なレベルにとどまる。
締付け傾角γはほぼ０゜、Ｆ・Ｎ挟角θはほぼ４５゜であり、引張り力Ｔの反対方向に大きな引張り分力Ｆｔが働くが、垂直分力Ｆｎは小さく、この構造で引張り強さをさらに向上させることはできない。
また、摩擦リスクが高い。これは締付け過程において、被圧迫面（７７０）が狭まり部（７６０）の内側面に圧着していることからディスク型固定プレート（７７）がユニオンナットに連動して回転し、シール面（１８３）に摺動摩擦を発生させるからである。シール効果を達成するためにトルクを加えるに当たり、経験を積んだ操作員の監督管理が必要である。このほか、締付け過程において、ディスク型固定プレート（７７）の中心位置を保持することができない。言い換えると、締付け力Ｆの締付け傾角γが一定しないので、締付け力が不均一に、非円形又は楕円形に作用して、シール効果及び引張り強さを低下させる。
ＰＶＤＦ材のディスク型固定プレート（７７）は、高温時での材料の温度特性の制限を受け、例えば１５０℃の高温試験をパスすることができない。ディスク型固定プレート（７７）に硬度の劣るＰＦＡを使うと、締付け傾角γがほぼ０゜なので、その圧迫リング（７７２１）が変形し、垂直分力Ｆｎもさらに低下して、引張り強さ試験及び高温試験の条件を満たすことができない。

特許文献６に記載の管継ぎ手を、図８及び図９に示す。この管継ぎ手（８）は、継ぎ手本体（８０）、ユニオンナット（８６）、及び嵌入式固定リング（８７）を含め、すべてＰＦＡ製である。
チューブ（１９）の先端をユニオンナット（８６）の狭まり部穴（８６１）に通し、治具による冷却又は加熱を経てチューブの先端に嵌入式固定リング（８７）を挿入し、チューブの先端に、拡径テーパー部（１９１）、拡径逆テーパー部（１９２）、拡径ストレート部（１９３）及び塑性変形したシール面（１９４）を含む拡径部（１９０）を形成する。
継ぎ手本体（８０）は、中空部分（１４）を有して流体を流すことができ、管継ぎ部（８００）でユニオンナット（８６）及びチューブ（１９）と結合する。継ぎ手本体（８０）の一端はねじ山（１２）により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部（１５）により管継ぎ手（８）を装着する。
管継ぎ部（８００）は、端から順に、アウター筒テーパー面（８０１）、アウター筒ストレート面（８０２）、インナー筒テーパー面（８０３）、雄ねじ部（８０４）、及び周溝（８０５）を有している。周溝（８０５）は、アウター筒ストレート面（８０２）とインナー筒テーパー面（８０３）との間にあり、アウター筒テーパー面（８０１）及びインナー筒テーパー面（８０３）はそれぞれに異なるテーパー角εを有し、嵌入式固定リング（８７）が挿入される。雄ねじ部（８０４）は、ユニオンナット（８６）と噛み合う。
ユニオンナット（８６）は内径表面に、雌ねじ部（８６６）及び狭まり部（８６０）を有し、雌ねじ部（８６６）は管継ぎ部（８００）の雄ねじ部（８０４）と噛み合う。狭まり部（８６０）の中心にある狭まり部穴（８６１）の内側面には圧迫リング（８６２）があって、その圧迫角βは通常は９０゜の直角に近い。
嵌入式固定リング（８７）は中空構造で、第一テーパー面（８７０）、固定リング最大直径（８７２）、第二逆テーパー面（８７３）、嵌合止め面（８７４）、ストレート面（８７５）、インナー筒逆テーパー面（８７６）、及び突起筒（８７８）を含む。突起筒（８７８）は、ストレート面（８７５）とインナー筒逆テーパー面（８７６）との間に位置する。嵌入式固定リング（８７）は、専用の治具を用いてチューブの先端からチューブ（１９）内側に挿入され、第一テーパー面（８７０）、固定リング最大直径（８７２）及び第二逆テーパー面（８７３）がチューブ拡径部（１９０）によって包み込まれ、チューブ（１９）の先端が嵌合止め面（８７４）に突き当たる。第一テーパー面（８７０）のテーパー角εは、通常は４５°未満である。第一テーパー面（８７０）の第一テーパー周エッジ（８７０１）には９０゜に近い圧迫面が設けられ、この圧迫面が、管壁が塑性変形したシール面（１９４）を圧迫する。嵌入式固定リング（８７）の他端は、ストレート面（８７５）及び突起筒（８７８）であり、その内側にはインナー逆テーパー面（８７６）が設けられている。
装着時は、嵌入式固定リング（８７）のストレート面（８７５）を継ぎ手本体（８０）のアウター筒ストレート面（８０２）内に挿入するとともに、突起筒（８７８）を周溝（８０５）内に挿入嵌合し、インナー逆テーパー面（８７６）とインナー筒テーパー面（８０３）とを緊密に接合させる。
ユニオンナット（８６）の締付け過程において、チューブ（１９）の軸方向に沿って拡径部（１９０）を圧迫する。ユニオンナット（８６）の圧迫リング（８６２）及び第一テーパー面（８７０）の第一テーパー周エッジ（８７０１）を用いて管壁にシール面（１９４）を形成してシール効果を得るとともに、チューブ（１９）に外力がかかったときの緩み脱落を防止する。
しかし、この特許文献に記載の管継ぎ手のシール能力は、基本的なレベルにとどまる。
管継ぎ手（８）は、比較的良好な締付け力を発揮できる。これは、締付け力Ｆが、第一テーパー周エッジ（８７０１）の圧迫面に対して垂直に働いて圧迫しており、しかもシール面（１９４）を専用の治具を用いて圧着して塑性変形させて強度を上げており、さらに第一シール部における締付け傾角γはほぼ０°、Ｆ・Ｎ挟角θもほぼ０゜で、Ｔと反対方向に働く引張り分力Ｆｔが大きく、垂直分力Ｆｎも大きいことから、引張り強さを大幅に向上させることができるためである。
高温下においては、第一シール部の第一テーパー周エッジ（８７０１）が構造的に弱く、材料強度が落ちた時に圧迫リング（８６２）の圧迫を受けて第一テーパー周エッジ（８７０１）が変形し易く、シール面（１９４）の管壁に対する圧迫力を弱めるので、漏れリスク増大の問題がある。
チューブ（１９）の拡径逆テーパー部（１９２）は、嵌入式固定リング（８７）の第二逆テーパー面（８７３）と、継ぎ手本体（８０）のアウター筒テーパー面（８０１）とによって圧迫されており、これが第二シール部を形成する。
第二シール部では、固定リング最大外径（８７２）における管壁厚みが薄く、公差が大きくなっており、特に高温で変形すれば圧縮強度が落ちることから、管壁厚みを利用した圧縮シールには不利に働く。
嵌入式固定リング（８７）において、ストレート面（８７５）が管継ぎ部分（８００）のアウター筒ストレート面に固定され、突起筒（８７８）が周溝（８０５）内に密着嵌入されると同時に、インナー逆テーパー面（８７６）がインナー筒テーパー面（８０３）と結合圧着される。これが第三シール部である。
第三シール部は結合が複雑で強度が比較的弱く、高温状態や締付け過程で変形し易い。継ぎ手本体（８０）と嵌入式固定リング（８７）内部との間は構造的に弱くて複雑であり、外部の力を受けて変形してできた隙間に流体が残留し易い。修理や保守の時、専用の治具で嵌入式固定リング（８７）を継ぎ手本体（８０）から分離するに当たり、第三シール部の構造的な弱さに起因して嵌入式固定リング（８７）を傷め易い。嵌入式固定リング（８７）及び継ぎ手本体（８０）をそのまま取り替えることにもなりかねず、管継ぎ手（８）の繰り返し使用に不利に働き、修理保守の時間がかかり、材料コストも上昇する。
さらに摩擦リスクも高い。これは締付け過程において、シール面には常に摺動摩擦が発生するからである。シール面（１９４）は治具により形成されて比較的硬いとはいえ、締付け過程全体において圧迫リング（８６２）と直接の摺動摩擦が発生するので、摩擦リスクは高い。シール効果を得るためにトルクを加える時には経験のある操作員が監督管理する必要があり、「２０回以上の着脱を繰り返しても漏れがない」という条件を満たすことも難しい。
この特許文献に記載の管継ぎ手は、特許文献７及び特許文献８などの関連特許によって改良されており、シール効果及び引張り強さに改善が見られたが、構造が複雑化して変形しやすく、嵌入式固定リング（８７）及び継ぎ手本体（８０）を交換する確率が高いだけでなく、専用の治具が必要なことも、施工及び修理保守の負担とコストを上げることになる。しかも、シール面（１９４）には、締付けの全過程において摺動摩擦が発生し、管壁損傷のリスクを低減できず、「２０回以上の着脱を繰り返しても漏れがない」という条件を満たすのも難しい。

特許文献９に記載の管継ぎ手は、高温、高圧、外部からの引張り力、及び着脱繰り返しの使用条件を満たせることが強調されており、継ぎ手本体、ユニオンナット、及びはめ輪の３つの主要部品、並びに圧迫リングを有するグリッパーである補助部品から構成されている。
チューブの先端をユニオンナットの狭まり部穴及びはめ輪の中心孔に通す。グリッパーを使用する場合は、その中心孔にも通す。治具による冷却又は加熱を経て、チューブ拡径部（拡径テーパー部及び拡径ストレート部）を形成する。
継ぎ手本体は流体を送るための中空部分を有し、その一端の管継ぎ部分が、ユニオンナット及びチューブと結合する。
管継ぎ部分は、端から順に、テーパー面、ストレート面、及び雄ねじ部を有し、前二者にチューブの拡径テーパー部及び拡径ストレート部を装着する。テーパー面のテーパー角εは通常は４５°前後であり、雄ねじ部にユニオンナットを噛み合わせる。ストレート面には環状円弧溝を備えている。
ユニオンナットは内径表面に、雌ねじ部、傾斜部、及び狭まり部を有している。雌ねじ部は、管継ぎ部分の雄ねじ部と噛み合う。狭まり部の中心にある狭まり部穴の内側面に圧迫リングを有し、その構造は９０゜の直角に近く、狭まり部の内側面にグリッパーを装着できる。傾斜部は、その内径は雌ねじ部の径よりも小さいが、グリッパーの外径やチューブの拡径ストレート部の外径よりもやや大きく、はめ輪を締め付けにより押圧して中心方向に湾曲及び収縮変形させて、拡径ストレート部の管壁を管継ぎ手のストレート面の環状円弧溝に押し込む。この環状円弧溝の面がシール面を形成し、シール効果及び引っ張り強さを得る。
はめ輪は、リングの一部がＣ型に割られ、その断面は中間が薄くて両端が厚く、内径側に凹状湾曲面がある扁平構造である。片側に角度ｘ＜４５°の突起を有しており、ユニオンナットの傾斜部の押圧を受けて、突起を持つ一端が中心方向に湾曲及び収縮変形する。
ユニオンナットの締付け過程においては、チューブの軸方向に沿って拡径部を締め付けると、傾斜部がはめ輪の一端を押圧して中心方向に湾曲及び収縮変形させ、チューブの拡径ストレート部を管継ぎ部分のストレート面の環状円弧溝に押し込み、管壁を環状円弧溝で圧縮変形させてシール効果を達成するとともに、チューブが外力を受けたときの緩み脱落を防止する。これが第一のシール面となる。
グリッパーは、チューブよりも硬い素材でできており、管継ぎ部におけるチューブの引張り強さを強化したいときに用いる。グリッパーは、ユニオンナットの狭まり部の内側面に装着し、その中心孔径は狭まり部穴径に等しく、一面が狭まり部内側面に圧着している。その反対面は、突部角度Ｚが６０°≦Ｚ≦９０°の範囲内にある尖った円錐面で、中心側の縁にある圧迫リングの圧迫角βは、６０°≦β≦９０°の範囲内にある（βが６０°未満だと、チューブ管壁に食い込んで破壊が進む）。グリッパーは、チューブの拡径テーパー部の管壁を圧迫することによってシール面を形成し、引っ張り強さを強化している。これが第二のシール面である。
しかし、この特許文献に記載の管継ぎ手のシール能力は、基本的なレベルにとどまる。
第一シール面は、締付け傾角γが９０°に近く、Ｆ・Ｎ挟角θは０゜に近く、Ｔと反対方向に働く引張り分力Ｆｔは小さく、垂直分力Ｆｎは大きく、しかもはめ輪の開口部分が締付け力の均一な配分を妨げる。もしグリッパーを用いなければ、締付け力は高いが引張り強さは低い。はめ輪は摺動摩擦がないので、管壁破損リスクを低減できる。
グリッパーを用いた場合、第二シール面において圧迫リングがテーパー面を直接圧迫する。この場合、締付け傾角γはほぼ０゜、Ｆ・Ｎ挟角はほぼ４５゜であり、Ｔと反対方向に大きな引張り分力Ｆｔが働くが、垂直分力Ｆｎは低い。このような構造は引張り強さをさらに上げることができず、上述の公知例２の管継ぎ手と類似の結果となる。このほか、グリッパー締付け過程において、その中心位置を保持することができない。言い換えると、シール面が非円形又は楕円形になり、締付け力Ｆの締付け傾角γが不均一に分布し、シール効果及び引張り強さを低下させる。
グリッパーはＰＶＤＦ材なので、高温での使用環境では温度特性による制限を受け、例えば１５０℃の高温試験に合格することはできない。
また、グリッパーはユニオンナットの狭まり部内側面に圧着した状態でユニオンナットに連動して回転するので、締付け過程で第二シール面に摺動摩擦が起き、管壁が破損する摩擦リスクを低減することはできない。

特許文献１０に記載の管継ぎ手を、図７（Ｄ）及び図７（Ｅ）に示す。この管継ぎ手（１）は、高温、高圧、外部からの引張り力、着脱繰り返しの使用条件を満たし、且つ締付け過程における摺動摩擦による破損を防止できることが強調されており、継ぎ手本体（１０）、ユニオンナット（１６）、及び固定リング（１７）の３つの部品から構成されている。
フッ素樹脂製チューブ（１８）の先端をユニオンナット（１６）の狭まり部穴（１６１）及び固定リング（１７）の中心孔（１７９）に通し、治具による冷却又は加熱を経て、拡径テーパー部（１８１）及び拡径ストレート部（１８２）から成るチューブ拡径部（１８０）を形成する。
継ぎ手本体（１０）は、中空部分（１４）を有して流体を流すことができ、管継ぎ部（１００）でユニオンナット（１６）及びチューブ（１８）と結合する。継ぎ手本体（１０）の一端はねじ山（１２）により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部（１５）により管継ぎ手（１）を装着する。
管継ぎ部（１００）は、端から順に、テーパー面（１０１）、ストレート面（１０２）、嵌合止め面（１０３）、及び雄ねじ部（１０４）を有し、前二者にチューブ（１８）の拡径テーパー部（１８１）及び拡径ストレート部（１８２）を装着する。テーパー面（１０１）のテーパー角εは通常は４５°前後であり、雄ねじ部（１０４）にユニオンナット（１６）を噛み合わせる。
ユニオンナット（１６）は内径表面に、雌ねじ部（１６６）、ナット内径面（１６７）、内部テーパー面（１６２）、及び狭まり部（１６０）を有する。雌ねじ部（１６６）は、管継ぎ部分（１００）の雄ねじ部（１０４）と噛み合う。ナット内径面（１６７）は固定リング（１７）を収めることができ、その内径は固定リング（１７）の外径よりもやや大きい。狭まり部（１６０）は、中心に狭まり部穴（１６１）を有し、その内側面はテーパー角Φの内部テーパー面（１６２）を有し、３０°≦Φ≦９５°の範囲内にあって、固定リング（１７）の突出テーパー面（１７０）と圧着する。
固定リング（１７）は、硬度の高いＰＶＤＦ製で、中心孔（１７９）を有し、両端にテーパー角Φの突出テーパー面（１７０）を有する環状構造である。断面はくさび型で、その軸方向長さは、リング外径面（１７１）の方が短く、中心孔（１７９）のある内径面の方が長い。テーパー面（１７０）は、中心孔に近いところに管壁を圧迫する圧迫リング（１７０１）を有し、その圧迫角βはテーパー角Φに等しく、３０°≦β≦９５°、３０°≦Φ≦９５°の範囲内にある。もう一方の突出テーパー面（１７０）が、ユニオンナット（１６）の内部テーパー面（１６２）と圧着して摺動面を形成する。
ユニオンナット（１６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って拡径部（１８０）の拡径テーパー面（１８１）を圧迫してシール面（１８３）を形成するに当たり、固定リング（１７）は内部テーパー面（１６２）に支えられて中心位置を保持できるとともに、固定リング（１７）とユニオンナット（１６）との間の圧着摺動面が摺動して、シール面（１８３）には摺動摩擦を発生させない。締付け力Ｆは、ユニオンナット（１６）の内部テーパー面（１６２）から固定リング（１７）のテーパー面（１７０）に伝わり、圧迫リング（１７０１）と管継ぎ部（１００）のテーパー面（１０１）とでチューブの拡径テーパー部（１８１）の管壁を環状に締め付ける。これによりシール面（１８３）を形成してシール効果を得るとともに、チューブ（１８）が外力を受けたときの緩み脱落を防止している。
しかし、この特許文献に記載の管継ぎ手のシール能力は、基本的なレベルにとどまる。
固定リング（１７）の外径がユニオンナット（１６）のナット内径面（１６７）の内径よりも小さいこと、及び両者のテーパー角Φに寸法公差が生じることの２つの因子により、固定リング（１７）の位置がずれて中心位置を保持することができず、締付け力を受ける点を結ぶと真円にはならない。すなわち、締付け力Ｆの締付け傾角γが一定しないので、締付け力が不均一に、非円形又は楕円形に作用する。締付け傾角γはテーパー角Φの影響を受けるが、いずれにしてもかなりの水平分力を有するので、法線方向にかかる分力Ｆｎは相対的に低下し、シール面（１８３）への締付け力を低下させる。
また、引張り強さという点では、引張り分力Ｆｔは大きいが、垂直分力Ｆｎは小さいので引張り強さをさらに上げることができず、管壁に連続的な環状の肉の隆起を形成することが難しくなる。
固定リング（１７）の中心位置が保持できなければ、それに圧着するユニオンナット（１６）の内部テーパー面（１６２）が正確に摺動できないため、固定リング（１７）がユニオンナットに連動して回転し、シール面（１８３）に摺動摩擦が発生して摩擦リスクが高くなる。
ＰＶＤＦ材の固定リング（１７）は、高温下で使用すると素材の温度特性の制限を受けて、１５０℃の高温試験をパスすることができない。固定リング（１７）に硬度が劣るＰＦＡ材を用いれば、締付け傾角γがテーパー角Φの影響を受けてその圧迫リング（１７０１）を変形させ、垂直分力Ｆｎはさらに低下して、引張り強さ試験及び高温試験をパスすることができない。さらに、固定リング（１７）に硬度の劣るＰＦＡ材を用いれば、圧迫リング（１７０１）が比較的大きく変形して垂直分力Ｆｎを低下させるので、シール能力も低下する。

チューブの引張り強さ向上については、多くの特許文献が出ている。特許文献１１及び特許文献１２は、異なる方法でチューブの完全脱落防止を図っているが、いずれも施工に専用工具が必要であり、締付け傾角γがほぼ０°、Ｆ・Ｎ挟角θがほぼ４５゜のため、垂直分力Ｆｎが小さく、大きな引張り応力Ｆｔが働くが、シール能力は基本的なレベルにとどまり、特に高度のシール能力を有しているわけではない。

米国特許第３９７７７０８号明細書 特開昭６１−１０５３９１号公報 特開平２−５２７２３号公報 米国特許第５１５４４５３号明細書 米国特許出願公開第２０１１／２１０５４４号明細書 米国特許第６７７６４４０号明細書 実開平２−２１１７４９４号公報 米国特許第５１５４４５３号明細書 特許第４２０８２２６号公報 台湾特許Ｉ３３５３９５号明細書 米国特許第５４７２２４４号明細書 米国特許第６５４３８１５号明細書

これまで述べてきた管継ぎ手の構造は、シール能力及び脱落防止の要求を満たしてはいるが、まだまだ改善の余地がある。本発明は上述の先行技術の欠点を踏まえて改良を試み、全てをフッ素樹脂製、特に全てにＰＦＡ材を用い、１５０℃以上の高温試験にパスでき、「２０回以上の着脱繰り返し」要求を満たし、締付け力Ｆｎが大きく、摩擦リスクが低く、引張り強さＦｔが大きく、微量の漏れを早期に警告する高度密封シール能力を有し、且つ簡単な構造、施工が容易、低コストといった特徴を具備し、工業安全と高純度流体移送の要求に適合する管継ぎ手を提供する。

本発明は、チューブとの緩み脱落を防止する管継ぎ手構造であり、特にフッ素樹脂製を対象としており、継ぎ手本体、固定リング、及びユニオンナットから構成される。チューブの一端をユニオンナット及びその中の固定リングに通し、治具を用いてチューブの端を拡径させて拡径テーパー部及び拡径ストレート部を形成して、継ぎ手本体の管継ぎ部分のテーパー面及びストレート面に挿入する。ユニオンナットの雌めじ部を管継ぎ部の雄ねじ部に噛み合わせ、ユニオンナットの凹状湾曲面を固定リングの凸曲面と圧着させて固定リングの中心がずれないようにし、シール面の管壁に締付け力が均一にかかるようにしてチューブを管継ぎ手にしっかりと固定し、シール及び緩み脱落防止の効果を達成する。

本発明の目的は、工業安全及び高純度流体移送の要求に適合するとともに、高度のシール能力を有する全てがフッ素樹脂製の管継ぎ手を提供する点にある。

本発明における管継ぎ手の構造上の特徴は、固定リングの中心位置を保持して締付け力Ｆがかかる位置を結ぶ線を真円に近づけるとともに、継ぎ手本体のテーパー面におけるテーパー角εに合わせて、Ｆ・Ｎ挟角θを１０゜前後とすることによって、管継ぎ部のテーパー面の法線方向にかかる分力を向上させて、チューブの拡径テーパー部の管壁の肉を隆起させる点にあり、以下のような特徴を備えている。
特徴１：管継ぎ手は、継ぎ手本体、ユニオンナット、及び固定リングの３つの部品から構成されており、継ぎ手本体におけるテーパー面のテーパー角εが、５０°≦ε≦９０°の範囲内にある。
特徴２：固定リングの中心位置を保持するガイド機構を有している。
特徴３：ユニオンナットにおける凹状湾曲面の押圧リング曲面、及び固定リングにおける被押圧リング曲面が、圧着摺動面を形成しつつ締付け力Ｆを伝え、この圧着摺動面の接触面積を一定の範囲内に制限して、摺動によるシール面の摩擦リスクを低減している。
特徴４：被押圧リング曲面の位置は、締付け力Ｆの締付け傾角γが０°≦γ≦３０°、１≧（Ｆｔ／Ｆ）≧０．８６の範囲内にあり、Ｆ・Ｎ挟角θが０°≦θ≦１５°、１≧（Ｆｎ／Ｆ）≧０．９６の範囲内にあり、シール面における締付け力及び管継ぎ手の耐引抜き性を向上させている。
特徴５：圧迫リングの圧迫角βは、５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、管壁に連続的な環状の肉の隆起を形成して引張り強さを向上させている。
特徴６：高腐食性又は劇毒性の流体を移送するに当たり、原因を問わず微量の漏れ発生を早期に発見できるようにするため、固定リングのリング外径面に、十分な軸方向長さを有する試験紙装着用の溝がある。

本発明のフッ素樹脂製管継ぎ手をフッ素樹脂製チューブの先端に挿入する。この管継ぎ手は、継ぎ手本体、ユニオンナット、及び固定リングから構成されている。

チューブ先端を、ユニオンナットの狭まり部穴及び固定リングの中心孔に通し、治具による冷却又は加熱を経て、拡径テーパー部及び拡径ストレート部から成るチューブ拡径部を形成する。

継ぎ手本体は、流体を流す中空部分を有し、一端にユニオンナット及びチューブ拡径部との結合に用いる管継ぎ部分を有する。他端は、ねじ山により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部により管継ぎ手を装着する。

管継ぎ部分は、雄ねじ部、テーパー面、及びストレート面を有する。雄ねじ部はユニオンナットと噛み合う。テーパー面及びストレート面は、チューブ拡径部のテーパー部及びストレート部が装着される。このテーパー面のテーパー角εは５０°≦ε≦９０°の範囲内にあり、テーパー角ε＝９０°のとき、テーパー面は軸方向に対して垂直になる。管継ぎ部分のストレート面は、締付け力を受けてチューブを均一に変形させるだけの厚みを有し、その厚みはチューブ管壁厚みの１．６倍以上であることが望ましい。

固定リングは中心孔を有し、両端の円環面が凸曲面を形成し、その一端の中心孔に近いところに圧迫リングを有して、チューブの拡径テーパー部の管壁を管継ぎ部のテーパー面に確実に締め付ける。さらに、圧迫リングがある一端の中心孔の周エッジが面取りされて、圧迫リングがチューブの拡径テーパー部のテーパー付け根部分を圧迫しない構造となっている（チューブのテーパー付け根部分は、管壁が硬化すると良好なシール効果が得られなくなる）。この圧迫リングの圧迫角βは、５０°≦β≦７５°の範囲内にある。固定リングの断面は、対称又は非対称のくさび形をしており、その軸方向長さは、リング外径面の方が短く、中心孔のある内径面の方が長い。一端の凸曲面は、外径部から内径部に向けて滑らかな曲線を描いており、ユニオンナット内部の凹状湾曲面における押圧リング曲面と圧着して摺動面を形成する被押圧リング曲面を有している。この圧着摺動面の面積を一定範囲内に制限することで、両者の寸法公差の影響を低減し、圧着摺動面の摺動を確保している。

固定リングの外径面におけるリング状の浅い溝には、試験紙を装着することができる。管継ぎ手シール面における微量の漏れが増えてくると、試験紙に含まれる試剤の酸アルカリ反応によって、試験紙の色が例えば赤や青に変化する。ユニオンナットは半透明なので、試験紙の色が変化したら外部から容易に察知することができる。管継ぎ手を装着して一定の時間が経過すると、微量の漏れが蓄積されて試験紙の試剤に化学変化が生じるが、これをもって管継ぎ手の保守実施の目安とすることができる。

ユニオンナットの内径は、雌めじ部及び狭まり部を有する。雌ねじ部は、管継ぎ部の雄ねじ部と噛み合う。狭まり部の中心に狭まり部穴を有し、その内側面は滑らかな凹状湾曲面であり、押圧リング曲面を含んでいる。この押圧リング曲面が、固定リングの被押圧リング曲面に圧着して摺動面を形成し、この圧着摺動面の面積を一定の範囲内に制限することで両者の摺動状態を確保し、シール面における寸法公差の影響を抑えて、シール面における摩擦リスクを低減する。

ユニオンナットの締付け過程において、チューブ軸方向に固定リングを締め付けて、チューブの拡径テーパー部にシール面を形成する。この時、圧迫角βは５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、連続的な管壁の肉の隆起を形成して引張り強さを補強する。固定リングは、圧着摺動面の摺動により、シール面における摩擦リスクを最低限にとどめる。締付け力Ｆが圧着摺動面を経て圧迫リングに伝わり、テーパー角εに従ってシール面を圧迫する。この時、締付け力Ｆの締付け傾角γは０°≦γ≦３０°、Ｆ・Ｎ挟角θは０°≦θ≦１５°の範囲内にあり、垂直分力Ｆｎを増大させるとともに、大きな引張り分力Ｆｔを得るようにする。締付け過程において、固定リングはガイド機構の作用を受けて中心位置を保持する。このガイド機構は、管継ぎ部の構造に従い、ユニオンナット内の凹状湾曲面若しくは管継ぎ部のガイド内径面、又はその両方を同時に利用して中心位置を保持する。以上のような締付け過程によりシール効果を得ると同時に、チューブが外力を受けたときの緩み脱落を防止する。

本発明のシール面は、高度のシール能力を有している。

締付け過程では固定リングの中心位置が保持され、締付け力Ｆがかかる位置を線で結ぶと真円に近い。そのため、シール面に均一に力がかかり、管継ぎ手を１５０℃のオーブンで加熱した後に７ｋｇ/ｃｍ²の圧力を受けても漏れは発生しない。

チューブの引張り強さ試験では、引張り力を受けて変形した後のチューブの長さが、元の長さの２倍以上になる塑性変形がもたらされる。

摩擦リスクについては、圧着摺動面が摺動状態を維持しているので、シール面に静的圧縮が発生し、摩擦リスクを大幅に低減できる。

管継ぎ手（２）、管継ぎ手（３）、及び管継ぎ手（４）は、以下の実施例における試験結果で高いシール能力を示している。これは、固定リング（２７）、固定リング（３７）、及び固定リング（４７）では、いずれも中心位置が保持されて締付け力の垂直分力Ｆｎがシール面（１８３）にかかるときの均一性が確保され、かつＦ・Ｎ挟角θが１０°近くに維持されて垂直分力Ｆｎを高めているからである。本発明の実施例における引張り強さ試験では、管壁材の変形による環状の隆起厚みを形成して引張り強さを向上させており、特に管継ぎ手（５）は、固定リング（５７）がユニオンナットと連動回転しない構造を採用して、シール面での摩擦リスクを解消している。

本発明の実施例１の管継ぎ手構造の断面図である。 本発明の実施例１の管継ぎ手本体の断面図である。 本発明の実施例１のユニオンナットの断面図である。 本発明の実施例１の固定リングの断面図である。 本発明の実施例１の管継ぎ手の締付け後の断面図である。 本発明の実施例２の管継ぎ手構造の断面図である。 本発明の実施例２の管継ぎ手本体の断面図である。 本発明の実施例２のユニオンナットの断面図である。 本発明の実施例２の固定リングの断面図である。 本発明の実施例２の管継ぎ手の締付け後の断面図である。 本発明の実施例３の管継ぎ手構造の断面図である。 本発明の実施例３の管継ぎ手本体の断面図である。 本発明の実施例３のユニオンナットの断面図である。 本発明の実施例３の固定リングの断面図である。 本発明の実施例３の管継ぎ手の締付け後の断面図である。 本発明の実施例４の管継ぎ手構造の断面図である。 本発明の実施例４の管継ぎ手本体の断面図である。 本発明の実施例４のユニオンナットの断面図である。 本発明の実施例４の固定リングの断面図である。 本発明の実施例４の管継ぎ手の締付け後の断面図である。 管継ぎ手引張り試験後における管継ぎ手（２）の拡径部変形を示す。 管継ぎ手引張り試験後における管継ぎ手（７）の拡径部変形を示す。 管継ぎ手引張り試験後における管継ぎ手（７Ａ）の拡径部変形を示す。 管継ぎ手引張り試験後における管継ぎ手（１）の拡径部変形を示す。 シール面における管壁材移動方向Ｕの説明及び比較（圧迫角β＝７０°、テーパー角ε＝４５°）を示す。 シール面における管壁材移動方向Ｕの説明及び比較（圧迫角β＝７０°、テーパー角ε＝６０°）を示す。 シール面における管壁材移動方向Ｖの説明及び比較（圧迫角β＝９０°、テーパー角ε＝６０°）を示す。 シール面における管壁材移動方向Ｖの説明及び比較（圧迫角β＝７０°、テーパー角ε＝６０°）を示す。 シール面における管壁材移動方向Ｖの説明及び比較（圧迫角β＝６０°、テーパー角ε＝６０°）を示す。 公知例１の従来の管継ぎ手構造の断面図である。 公知例２の従来の管継ぎ手構造の断面図である。 公知例２の従来の管継ぎ手及びディスク型固定プレート装着後での断面図である。 特許文献１０に記載の従来の管継ぎ手構造の断面図である。 特許文献１０に記載の従来の管継ぎ手の固定リングの断面図である。 特許文献６に記載の従来の管継ぎ手の締付け前の各部断面図である。 特許文献６に記載の従来の管継ぎ手の締付け後の断面図である。

実施例１
実施例１を図１（Ａ）〜図１（Ｅ）に示す。図１（Ａ）は、実施例１の管継ぎ手（２）の装着後を示している。この管継ぎ手（２）は、継ぎ手本体（２０）、ユニオンナット（２６）、及び固定リング（２７）の３つの部品から構成され、いずれもＰＦＡフッ素樹脂材によって製造されている。

ＰＦＡフッ素樹脂材のチューブ（１８）の先端を、ユニオンナット（２６）の狭まり部穴（２６１）及び固定リング（２７）の中心孔（２７９）に通し、治具による冷却又は加熱を経て、拡径テーパー部（１８１）と拡径ストレート部（１８２）とを含む拡径部（１８０）を形成する。

図１（Ｂ）に示すように、継ぎ手本体（２０）は中空部分（１４）を有して流体を送ることができ、管継ぎ部（２００）でユニオンナット（２６）及びチューブ（１８）と結合する。継ぎ手本体（２０）の一端はねじ山（１２）により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部（１５）により管継ぎ手（２）を装着する。

管継ぎ部（２００）は、端から順に、テーパー面（２０１）、ストレート面（２０２）、嵌合止め面（２０３）、及び雄ねじ部（２０４）を有し、このテーパー面（２０１）及びストレート面（２０２）にチューブ（１８）の拡径テーパー部（１８１）及び拡径ストレート部（１８２）を挿入するとともに、拡径テーパー部（１８１）の内壁面をテーパー面（２０１）に圧着させる。テーパー面（２０１）のテーパー角εは、５０°≦ε≦７０°の範囲内にある。ストレート面の厚みは、管継ぎ手全体に対する軸方向の圧縮を受けて均一に変形するだけの厚みを有している。雄ねじ部（２０４）を用いてユニオンナット（２６）を締め付ける。

図１（Ｃ）に示すように、ユニオンナット（２６）は内径表面に、雌ねじ部（２６６）、凹状湾曲面（２６２）、及び狭まり部（２６０）を有している。図１（Ａ）に示すように、この雌めじ部（２６６）を管継ぎ部（２００）の雄ねじ部（２０４）と噛み合わせる。狭まり部（２６０）は、中心に狭まり部穴（２６１）を有し、その内側面は凹状湾曲面（２６２）になっている。この凹状湾曲面（２６２）は、押圧リング曲面（２６２２）及び斜め曲面（２６２３）を含む。凹状湾曲面（２６２）の外縁に、滑らかな円弧状にへこんだ位置決め曲面（２６２１）を有し、被押圧リング曲面（２７０２）とともに固定リング（２７）の中心位置を保持する働きをする。押圧リング曲面（２６２２）は、被押圧リング曲面（２７０２）に圧着して摺動面を形成するとともに、固定リング（２７）に作用して締付け力Ｆを伝える。斜め曲面（２６２３）は、押圧リング曲面（２６２２）よりも大きな軸方向ギャップ（２６２４）を有しており、これによって摺動面の接触面積を少なくして寸法公差から生じるマイナスの影響を低減し、摺動による摩擦リスクを低下させている。

図１（Ｄ）に示すように、固定リング（２７）は中心孔（２７９）を有する円環状の構造であり、両端の円環面に凸曲面（２７０）を有する。その断面は対称又は非対称のくさび型で、外径面（２７１）は軸方向の長さが内径面のそれよりも短く、試験紙溝（２７１１）があって試験紙（１１）を置けるようになっている。一方の円環面は、凸曲面（２７０）の中心孔（２７９）に近いところにチューブ管壁を締め付けるための圧迫リング（２７０１）を有し、その圧迫角βは５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、中心孔の周エッジが面取りされて、圧迫リング（２７０１）がチューブの拡径テーパー部（１８１）のテーパー付け根部分（１８６）を圧迫しない構造となっている（チューブのテーパー付け根部分は、管壁が硬化すると良好なシール効果が得られなくなる）。反対側の円環面は、被押圧リング曲面（２７０２）を有し、ユニオンナット（２６）の押圧リング曲面（２６２２）と圧着して摺動面を形成する。被押圧リング曲面（２７０２）における押圧ポイントと圧迫リング（２７０１）とを結ぶ線が中心孔（２７９）の中心線と交わってできる挟角、すなわち締付け力Ｆの圧迫角γは、１０°≦γ≦３０°の範囲内にある。

図１（Ｅ）に示すように、ユニオンナット（２６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って拡径部（１８０）の拡径テーパー部（１８１）が圧迫されてシール面（１８３）を形成するとき、圧迫角βは５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、管壁に連続的な環状の肉の隆起を形成して引張り強さを強化する。締付け過程において、固定リング（２７）は、ガイド機構の働きで中心位置が保持される。このガイド機構は、凹状湾曲面（２６２）の位置決め曲面（２６２１）が被押圧リング曲面（２７０２）と圧着して固定リング（２７）の中心位置をガイドする仕組みであり、結果的に締付け力Ｆを同一円周上に均一に作用させることができる。締付け力Ｆの圧迫角γがγ≦３０°、Ｆ・Ｎ挟角θが５°≦θ≦１５°であることが確保され、垂直分力Ｆｎを増大させるとともに大きな引張り分力Ｆｔを得てシール効果を得ると同時に、チューブが外力を受けたときの緩み脱落を防止している。締付け力を受けて固定リング（２７）が変形したとき、押圧リング曲面（２６２２）と被押圧リング曲面（２７０２）とによって形成される摺動面は、固定リングの変形によってその面積が増す。この押圧面積の増大により摺動ができなくなって固定リング（２７）がユニオンナットに連動して回転するのを防止するために、斜め曲面（２６２３）に軸方向ギャップ（２６２４）を設け、摺動面の変形を一定の範囲内に抑えて固定リングが摺動できるようにしている。言い換えると、固定リング（２７）とユニオンナット（２６）との間の圧着摺動を確保して、シール面（１８３）に摺動摩擦を発生させないようにする。こうすることで、シール面にトルクを加えるに当たって、経験を積んだ操作員が管理監督することなくシール効果を得られるとともに、チューブ（１８）が外力を受けたときの緩み脱落を防止できる。

実施例２
実施例２を図２（Ａ）〜図２（Ｅ）に示す。実施例１と異なるのは、継ぎ手本体（３０）の管継ぎ部分（３００）の構造である。図２（Ａ）は、実施例２の管継ぎ手（３）の装着後を示している。この管継ぎ手（３）は、継ぎ手本体（３０）、ユニオンナット（３６）、及び固定リング（３７）の３つの部品から構成され、いずれもフッ素樹脂材によって製造されている。

ＰＦＡフッ素樹脂材のチューブ（１８）の先端を、ユニオンナット（３６）の狭まり部穴（３６１）及び固定リング（３７）の中心孔（３７９）に通し、治具による冷却又は加熱を経て、拡径テーパー部（１８１）と拡径ストレート部（１８２）とを含む拡径部（１８０）を形成する。

図２（Ｂ）に示すように、継ぎ手本体（３０）は中空部分（１４）を有して流体を送ることができ、管継ぎ部（３００）でユニオンナット（３６）及びチューブ（１８）と結合する。継ぎ手本体（３０）の一端はねじ山（１２）により他の設備又は装置と接合することができ、中間の工具作用部（１５）により管継ぎ手（３）を装着する。
管継ぎ部（３００）は、テーパー面（３０１）、ストレート面（３０２）、及び雄ねじ部（３０４）を有し、インナー筒溝（３０５２）によって中心を同じくするアウター筒及びインナー筒がある構造となっている。アウター筒の外径表面には雄ねじ部（３０４）が設けられ、インナー筒の外径表面に上記のテーパー面（３０１）及びストレート面（３０２）を有する。このストレート面（３０２）とガイド内径面（３０５１）との間に上記のインナー筒溝（３０５２）があり、その底部が嵌合止め面（３０５３）となり、このインナー筒溝（３５０２）の空間は拡径ストレート部（１８１）を収めるのに十分な空間を有している。このテーパー面（３０１）及びストレート面（３０２）にチューブ（１８）の拡径テーパー部（１８１）及び拡径ストレート部（１８２）を挿入する。拡径テーパー部（１８１）が締付けを受け、チューブ内壁面がテーパー面（３０１）に圧着したとき、テーパー面（３０１）のテーパー角εは５０°≦ε≦７５°の範囲内にある。ストレート面（３０２）の壁厚は、管継ぎ手全体に対する軸方向の圧縮を受けて均一に変形するだけの厚みを有している。雄ねじ部（３０４）を用いてユニオンナット（３６）を締め付ける。

図２（Ｃ）に示すように、ユニオンナット（３６）は内径表面に、雌ねじ部（３６６）、凹状湾曲面（３６２）、及び狭まり部（３６０）を有している。この雌めじ部（３６６）を管継ぎ部（３００）の雄ねじ部（３０４）と噛み合わせる。狭まり部（３６０）は、中心に狭まり部穴（３６１）を有し、その内側面は凹状湾曲面（３６２）になっている。この凹状湾曲面（３６２）は、押圧リング曲面（３６２２）及び斜め曲面（３６２３）を含む。押圧リング曲面（３６２２）は、被押圧リング曲面（３７０２）に圧着して摺動面を形成するとともに、固定リング（３７）に作用して締付け力Ｆを伝える。斜め曲面（３６２３）は、押圧リング曲面（３６２２）よりも大きな軸方向ギャップ（３６２４）を有しており、これによって摺動面の接触面積を少なくして寸法公差から生じるマイナスの影響を低減し、摺動による摩擦リスクを低下させている。

図２（Ｄ）に示すように、固定リング（３７）は中心孔（３７９）を有する円環状の構造であり、両端の円環面に凸曲面（３７０）を有する。その断面は対称又は非対称のくさび型で、外径面（３７１）は軸方向の長さが内径面のそれよりも短い。この外径面（３７１）が管継ぎ部（３００）のガイド内径面（３０５１）に押えられて、固定リング（３７）の中心位置が保持される。一方の円環面は、凸曲面（３７０）の中心孔（３７９）に近いところにチューブの拡径テーパー部（１８１）を締め付けるための圧迫リング（３７０１）を有し、その圧迫角βは５５°≦β≦７５°の範囲内にあり、中心孔の周エッジが面取りされて、圧迫リング（３７０１）がチューブの拡径テーパー部（１８１）のテーパー付け根部分（１８６）を圧迫しない構造となっている（チューブのテーパー付け根部分は、管壁が硬化すると良好なシール効果が得られなくなる）。反対側の円環面は、被押圧リング曲面（３７０２）を有し、ユニオンナット（３６）の押圧リング曲面（３６２２）と圧着して摺動面を形成する。被押圧リング曲面（３７０２）における押圧ポイントと圧迫リング（３７０１）とを結ぶ線が中心孔（３７９）の中心線と交わってできる挟角、すなわち締付け力Ｆの圧迫角γは、γ≦３０°の範囲内にある。

図２（Ｅ）に示すように、ユニオンナット（３６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って拡径部（１８０）の拡径テーパー部（１８１）が圧迫されてシール面（１８３）を形成するとき、圧迫角βは５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、管壁に連続的な環状の肉の隆起を形成して引張り強さを強化する。締付け過程において、固定リング（３７）は、ガイド機構の働きで中心位置が保持される。このガイド機構は、管継ぎ部（３００）のガイド内径面（３０５１）が固定リング（３７）の外径面（３７１）を押さえることで、固定リング（３７）の中心位置をガイドする仕組みであり、結果的に締付け力Ｆを同一円周上に均一に作用させることができる。締付け力Ｆの圧迫角γが１０°≦γ≦３０°、Ｆ・Ｎ挟角θが５°≦θ≦１５°であることが確保され、垂直分力Ｆｎを増大させるとともに大きな引張り分力Ｆｔを得てシール効果を得ると同時に、チューブが外力を受けたときの緩み脱落を防止している。締付け力を受けて固定リング（３７）が変形したとき、押圧リング曲面（３６２２）と被押圧リング曲面（３７０２）とによって形成される摺動面は、固定リングの変形によってその面積が増す。この押圧面積の増大により摺動ができなくなって固定リング（３７）がユニオンナットに連動して回転するのを防止するため、斜め曲面（３６２３）に軸方向ギャップ（３６２４）を設け、摺動面の変形を一定の範囲内に抑えて固定リングが摺動できるようにしている。言い換えると、固定リング（３７）とユニオンナット（３６）との間の圧着摺動を確保して、シール面（１８３）に摩擦を発生させないようにする。こうすることで、シール面にトルクを加えるに当たって、経験を積んだ操作員が管理監督することなくシール効果を得るとともに、チューブ（１８）が外力を受けたときの緩み脱落を防止できる。

実施例３
実施例３を図３（Ａ）〜図３（Ｅ）に示す。実施例２と異なるのは、継ぎ手本体（４０）における管継ぎ部（４００）のテーパー面（４０１）構造である。図３（Ａ）は、実施例３の管継ぎ手（４）の装着後を示している。この管継ぎ手（４）は、継ぎ手本体（４０）、ユニオンナット（４６）、及び固定リング（４７）の３つの部品から構成され、いずれもフッ素樹脂材によって製造されている。

図３（Ｂ）に示すように、管継ぎ部（４００）は、テーパー面（４０１）、ストレート面（４０２）、及び雄ねじ部（４０４）を有し、インナー筒溝（４０５２）によって中心を同じくするアウター筒とインナー筒とが隔てられている構造である。管継ぎ部（４００）のテーパー面（４０１）は垂直であって、テーパー角εはε＝９０°である。チューブの拡径テーパー部（１８１）が締付け力を受けたとき、圧迫リング（４７０１）による圧迫を受けた管壁がかなり大きく変形し、シール面となる内壁はテーパー面（４０１）に緊密に圧着する。ストレート面（４０２）の壁厚は、管継ぎ手全体に対する軸方向の圧縮を受けて均一に変形するだけの厚みを有している。

図３（Ｃ）に示すように、ユニオンナット（４６）は内径表面に、雌ねじ部（４６６）、凹状湾曲面（４６２）、及び狭まり部（４６０）を有している。狭まり部（４６０）は、内側面が凹状湾曲面（４６２）になっている。この凹状湾曲面（４６２）は、中心孔に近いところに押圧リング曲面（４６２２）及び斜め曲面（４６２３）を有する。押圧リング曲面（４６２２）は、被押圧リング曲面（４７０２）に圧着して摺動面を形成するとともに、固定リング（４７）に作用して締付け力Ｆを伝える。斜め曲面（４６２３）は、押圧リング曲面（４６２２）よりも大きな軸方向ギャップ（４６２４）を有しており、これによって摺動面の接触面積を少なくして寸法公差から生じるマイナスの影響を低減し、摺動による摩擦リスクを低下させている。

図３（Ｄ）に示すように、固定リング（４７）は中心孔（４７９）を有する円環状の構造であり、少なくとも一端の円環面に凸曲面（４７０）を有する。その断面は対称又は非対称のくさび型で、外径面（４７１）は軸方向の長さが内径面のそれよりも短い。この外径面（４７１）が管継ぎ部（４００）のガイド内径面（４０５１）に押えられて、固定リング（４７）の中心位置が保持される。一方の円環面は、凸曲面（４７０）の中心孔（４７９）に近いところにチューブの拡径テーパー部（１８１）を締め付けるための圧迫リング（４７０１）を有し、その圧迫角βは５５°≦β≦７５°の範囲内にあり、中心孔の周エッジが面取りされて、圧迫リング（４７０１）がチューブの拡径テーパー部（１８１）のテーパー付け根部分（１８６）を圧迫しない構造となっている（チューブのテーパー付け根部分は、管壁が硬化すると良好なシール効果が得られなくなる）。反対側の円環面は、中心孔（４７９）に近いところに被押圧リング曲面（４７０２）を有し、ユニオンナット（４６）の押圧リング曲面（４６２２）と圧着して摺動面を形成する。被押圧リング曲面（４７０２）における押圧ポイントと圧迫リング（４７０１）とを結ぶ線が中心孔（４７９）の中心線と交わってできる挟角、すなわち締付け力Ｆの圧迫角γは、γ≦１０°の範囲内にある。

図３（Ｅ）に示すように、ユニオンナット（４６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って拡径部（１８０）の拡径テーパー部（１８１）を圧迫したとき、拡径テーパー部（１８１）は、局部が変形して一つの円環面を形成し、テーパー角ε＝９０°でテーパー面（４０１）に圧着する。この時、圧迫角βは５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、管壁に連続的な環状の肉の隆起を形成して引張り強さを強化する。締付け過程において、固定リング（４７）は、ガイド機構の働きで中心位置が保持される。このガイド機構は、管継ぎ部（４００）のガイド内径面（４０５１）が固定リング（４７）の外径面（４７１）を押さえることで、固定リング（４７）の中心位置をガイドする仕組みであり、結果的に締付け力Ｆを同一円周上に均一に作用させることができる。締付け力Ｆの圧迫角γが０°≦γ≦１０°、Ｆ・Ｎ挟角θが０°≦θ≦１５°であることが確保され、垂直分力Ｆｎを増大させるとともに大きな引張り分力Ｆｔを得てシール効果を得ると同時に、チューブが外力を受けたときの緩み脱落を防止している。締付け力を受けて固定リング（４７）が変形したとき、押圧リング曲面（４６２２）と被押圧リング曲面（４７０２）とによって形成される摺動面は、固定リングの変形によってその面積が増す。この押圧面積の増大により摺動ができなくなって固定リング（４７）がユニオンナットに連動して回転するのを防止するため、斜め曲面（４６２３）に軸方向ギャップ（４６２４）を設け、摺動面の変形を一定の範囲内に抑えて固定リングが摺動できるようにしている。言い換えると、固定リング（４７）とユニオンナット（４６）との間の圧着摺動を確保して、シール面（１８３）に摩擦を発生させないようにする。こうすることで、シール面にトルクを加えるに当たって、経験を積んだ操作員が管理監督することなくシール効果を得るとともに、チューブ（１８）が外力を受けたときの緩み脱落を防止できる。

実施例４
実施例４を図４（Ａ）〜図４（Ｅ）に示す。実施例３と異なるのは、固定リング（５７）がユニオンナットに連動して回転しない構造となっている点である。図４（Ａ）は、実施例４の管継ぎ手（５）の装着後を示している。この管継ぎ手（５）は、継ぎ手本体（５０）、ユニオンナット（５６）、及び固定リング（５７）の３つの部品から構成され、いずれもフッ素樹脂材によって製造されている。

図４（Ｂ）に示すように、管継ぎ部（５００）は、テーパー面（５０１）、ストレート面（５０２）、及び雄ねじ部（５０４）を有し、インナー筒溝（５０５２）によって中心を同じくするアウター筒及びインナー筒がある構造となっている。管継ぎ部（５００）のテーパー面（４０１）は垂直であって、テーパー角εはε＝９０°である。チューブの拡径テーパー部（１８１）が締付け力を受けたとき、圧迫リング（５７０１）による圧迫を受けた管壁がかなり大きく変形し、シール面となる内壁はテーパー面（５０１）に緊密に圧着する。ストレート面（５０２）の壁厚は、管継ぎ手全体に対する軸方向の圧縮を受けて均一に変形するだけの厚みを有している。

図４（Ｃ）に示すように、ユニオンナット（５６）は内径表面に、雌ねじ部（５６６）、凹状湾曲面（５６２）、及び狭まり部（５６０）を有している。狭まり部（５６０）は、内側面が凹状湾曲面（５６２）になっている。この凹状湾曲面（５６２）は、中心孔に近いところに押圧リング曲面（５６２２）を有する。押圧リング曲面（５６２２）は、被押圧リング曲面（５７０２）に圧着して摺動面を形成するとともに、固定リング（５７）に作用して締付け力Ｆを伝える。

図４（Ｄ）に示すように、固定リング（５７）は中心孔（５７９）を有する円環状の構造であり、少なくとも一方の円環面に凸曲面（５７０）を有する。その断面は対称又は非対称のくさび型で、外径面（５７１）は軸方向の長さが内径面のそれよりも短い。この外径面（５７１）が管継ぎ部（５００）のガイド内径面（５０５１）に押えられて、固定リング（５７）の中心位置が保持される。しかも、この外径面（５７１）は複数の軸方向溝（５７１１）を有し、この溝が管継ぎ部（５００）のガイド内径面（５０５１）にある複数のリブ（５０５２）と噛み合って固定リング（５７）がユニオンナットに連動して回転するのを防止して、シール面（１８３）の摺動摩擦を完全になくす。一方の円環面は、凸曲面（５７０）の中心孔（５７９）に近いところにチューブの拡径テーパー部（１８１）を締め付けるための圧迫リング（５７０１）を有し、その圧迫角βは５５°≦β≦７５°の範囲内にあり、中心孔の周エッジが面取りされて、圧迫リング（５７０１）がチューブの拡径テーパー部（１８１）のテーパー付け根部分（１８６）を圧迫しない構造となっている（チューブのテーパー付け根部分は、管壁が硬化すると良好なシール効果が得られなくなる）。反対側の円環面は、中心孔（５７９）に近いところに被押圧リング曲面（５７０２）を有し、ユニオンナット（５６）の押圧リング曲面（５６２２）と圧着して摺動面を形成する。被押圧リング曲面（５７０２）における押圧ポイントと圧迫リング（５７０１）とを結ぶ線が中心孔（５７９）の中心線と交わってできる挟角、すなわち締付け力Ｆの圧迫角γは、γ≦１０°の範囲内にある。

図４（Ｅ）に示すように、ユニオンナット（５６）の締付け過程において、チューブ（１８）の軸方向に沿って拡径部（１８０）の拡径テーパー部（１８１）を圧迫してシール面（１８３）を形成するとき、この圧迫角βは５０°≦β≦７５°の範囲内にあり、管壁に連続的な環状の肉の隆起を形成して引張り強さを強化する。締付け過程において、固定リング（５７）は、ガイド機構の働きで中心位置が保持される。このガイド機構は、管継ぎ部（５００）のガイド内径面（５０５１）が固定リング（５７）の外径面（５７１）を押さえることで、固定リング（５７）の中心位置をガイドする仕組みであり、結果的に締付け力Ｆを同一円周上に均一に作用させることができる。締付け力Ｆの圧迫角γが０°≦γ≦１０°、Ｆ・Ｎ挟角θが０°≦θ≦１５°であることが確保され、垂直分力Ｆｎを増大させるとともに大きな引張り分力Ｆｔを得てシール効果を得ると同時に、チューブが外力を受けたときの緩み脱落を防止している。固定リング（５７）の外径面（５７１）の軸方向溝（５７１１）は、管継ぎ部（５００）のガイド内径面（５０５１）のリブ（５０５４）と噛み合うので、ユニオンナット（５６）の締付け過程において、固定リング（５７）はチューブ（１８）軸方向に移動するのみで、ユニオンナットに連動して回転することができない。このようにしてシール面（１８３）における摺動摩擦を発生させないようにすることで、シール効果を得るとともに、チューブ（１８）が外力を受けたときの緩み脱落を防止できる。

表１に示すように、管継ぎ手（２）、管継ぎ手（３）、管継ぎ手（７）、管継ぎ手（７Ａ）、管継ぎ手（１）をそれぞれ別個に、一端を溶接シールしたチューブ（１８）に装着し、オーブンに入れて１５０℃の高温で加熱し、耐圧試験を行って最大圧力を測定したところ、最大耐圧圧力７ｂａｒをマークして漏れがなかったのは、管継ぎ手（２）及び管継ぎ手（３）のみであった。つまり、シール面の締付け力の垂直分力Ｆｎが均一に分布しているため、管継ぎ手（２）及び管継ぎ手（３）は、締め付けた時に各部が均一に変形した。このような弾性範囲内の圧縮変形は、１５０℃の高温加熱で部分的に弾性が失われて締付け力が低下しているとはいえ、均一な圧縮変形によりシール面（１８３）における良好な締付け力を確保することになる。

表２は、１インチのＰＦＡチューブの管壁厚さを１．６ｍｍとして、チューブ（１８）両端の拡径部（１８０）それぞれに５種類の管継ぎ手を装着し、中間の直管部（１８４）に引張り力をかけた時の試験結果である。引張り力はチューブ（１８）の一端が抜け落ちた時の値であり、伸長率とは、チューブ（１８）が抜け落ちた後での、直管部（１８４）の元の長さに対する最終的な塑性変形後の長さの比である。この試験結果により、本発明の管継ぎ手の引張り強さは最も大きく、２倍以上の伸長率を示していることが分かる。

チューブ（１８）の引張り試験後における拡径部（１８０）及び直管部（１８４）の変形の様子を図５に示す。図５（Ａ）は管継ぎ手（２）、図５（Ｂ）は管継ぎ手（７）、図５（Ｃ）は管継ぎ手（７Ａ）、図５（Ｄ）は管継ぎ手（１）の場合である。チューブ（１８）が引張り力を受けた後の管壁の肉の移動は、締付け力の垂直分力Ｆｎがシール面（１８３）にかかるときの均一性と関係がある。
管継ぎ手（２）及び管継ぎ手（３）の直管部（１８４）の長さは２倍以上に伸び、拡径部（１８０）は伸びて左右対称の円錐状を呈した。その先端には比較的厚い円環部（１８５）が形成されており、この円環は真円に近く、シール能力の高さを示している。
管継ぎ手（７）の直管部（１８４）の伸長は２倍に満たず、伸びた拡径部（１８０）は不規則な円錐状を呈し、先端に円環部（１８５）が形成されておらず、シール能力が高くないことを示している。
管継ぎ手（７Ａ）の直管部（１８４）の伸長は２倍に満たず、伸びた拡径部（１８０）は不規則な円錐状を呈し、先端に円環部（１８５）がほとんど形成されていないことからシール能力は高くなく、ディスク型固定プレート（７７）がシール能力を向上させてはいるが、引張り強さの要求を満たすには至っていないことを示している。
管継ぎ手（１）の直管部（１８４）の伸長は２倍に満たず、伸びた拡径部（１８０）は不規則な円錐状を呈し、先端に円環部（１８５）が形成されてはいるが非円形であり、固定リング（１７）がシール能力を向上させてはいるが、引張り強さの要求を満たすには至っていないことを示している。
以上は、拡径部（１８０）の伸長及び変形により、締付け力の垂直分力Ｆｎがシール面（１８３）にかかるときの均一性を判断する試験であり、管継ぎ手（２）の左右対称の円錐状はその均一さを、その他の状況は不均一であることを、それぞれ示している。

図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、円環部（１８５）の形成及び外形についての詳細説明である。シール面（１８３）における締付け力の垂直分力Ｆｎが不足している状況下において、シール面が引張り力Ｔを受けたとき、テーパー面における管壁材移動方向Ｕ、及び圧迫リング面における管壁材移動方向Ｖはいずれも、引張り力Ｔの方向と管壁材移動挟角λを形成する。このλは、シール面における管壁材が締付け力を受けて変形する際に移動する角度を示しており、シール面における管壁材の移動方向は、テーパー角及び圧迫角でかなり異なる。
テーパー面のテーパー角εが４５°のとき、テーパー面における管壁材の移動方向Ｕの管壁材移動挟角λは４５°であり、管壁の肉が移動するに当たり４５°の方向転換が必要になる。テーパー角εが６０°のとき、管壁材移動挟角λも６０°になり、６０°の方向転換が必要になって肉の移動の困難度が増す。
圧迫角βが９０°のとき、圧迫リング面における管壁材の移動方向Ｖの管壁材移動挟角λは９０°であり、圧迫角βが７０°のとき、管壁材移動挟角λは１１０°に増し、管壁の肉が移動するに当たり１１０°も迂回する必要があるので、肉の移動の困難度が増す。圧迫角βが６０°ならば、管壁材移動挟角λは１２０°に増え、管壁の肉が移動するに当たり１２０°の迂回が必要になり、肉の移動はかなりの困難を伴う。

上述の管壁材移動挟角λの大きさから、以下のことがいえる。テーパー面の管壁材は移動が容易なので、管壁材の過剰移動からくる引張り強さを抑えるには、シール面（１８３）に十分な締付け力Ｆの垂直分力Ｆｎを加えなければならない。また、圧迫角βにおける管壁材は移動が容易ではなく、圧迫角βが小さいほど肉の移動は困難になるので、締付け力Ｆの垂直分力Ｆｎが十分であれば、引張り力を受けて、圧迫角β上の管壁材は変形し、連続的な環状の管壁材隆起厚みδを形成する。この管壁材隆起厚みδは、材料の塑性変形であり、引張り力を受けてチューブ先端に向けて移動を続け、比較的厚い円環部（１８５）を形成する。圧迫角βが９０°のとき、圧迫リングにおける管壁材移動方向Ｖの管壁材移動挟角λは９０°であり、管壁の肉が移動する際の迂回は９０°なので比較的容易であり、連続的な環状の管壁材隆起厚みδを形成しにくく、チューブ先端にも円環部（１８５）を形成しにくいため、高い引張り強さを得ることはできない。図６（Ｄ）及び図６（Ｅ）に示すように、圧迫角βがそれぞれ７０°、６０°でともに圧迫角βが９０°に満たないとき、圧迫リンク面における管壁材の移動方向Ｖの管壁材移動挟角λは９０°を上回り、管壁の肉が移動する時の迂回も９０°を上回ることになる。しかも、圧迫角βが小さくなるにつれて、管壁材移動挟角λは大きくなり、肉の移動も難しくなる。こうなると連続的な環状の管壁材隆起厚みδが形成されやすく、チューブ先端に円環部（１８５）が形成されて、高い引張り強さを得ることができる。

（１）管継ぎ手
（１０）継ぎ手本体
（１００）管継ぎ部
（１０１）テーパー面
（１０２）ストレート面
（１０３）嵌合止め面
（１０４）雄ねじ部
（１１）試験紙
（１２）ねじ山
（１４）中空部分
（１５）工具作用部
（１６）ユニオンナット
（１６０）狭まり部
（１６１）狭まり部穴
（１６２）内部テーパー面
（１６６）雌ねじ部
（１６７）ナット内径面
（１７）固定リング
（１７０）テーパー面
（１７０１）圧迫リング
（１７１）リング外径面
（１７９）中心孔
（１８）チューブ
（１８０）拡径部
（１８１）拡径テーパー部
（１８２）拡径ストレート部
（１８３）シール面
（１８４）直管部
（１８５）円環
（１８６）テーパー付け根部
（１９）チューブ
（１９０）拡径部
（１９１）拡径テーパー部
（１９２）拡径逆テーパー部
（１９３）拡径ストレート部
（１９４）シール面
（２）管継ぎ手
（２０）継ぎ手本体
（２００）管継ぎ部分
（２０１）テーパー面
（２０２）ストレート面
（２０３）嵌合止め面
（２０４）雄ねじ部
（２６）ユニオンナット
（２６０）狭まり部
（２６１）狭まり部穴
（２６２）凹状湾曲面
（２６２１）位置決め曲面
（２６２２）押圧リング曲面
（２６２３）テーパー面
（２６２４）軸方向ギャップ
（２６６）雌ねじ部
（２６７）ナット内径面
（２７）固定リング
（２７０）凸曲面
（２７０１）圧迫リング
（２７０２）被押圧リング曲面
（２７１）リング外径面
（２７１１）試験紙溝
（２７９）中心孔
（３）管継ぎ手
（３０）継ぎ手本体
（３００）管継ぎ部
（３０１）テーパー面
（３０２）ストレート面
（３０４）雄ねじ部
（３０５１）ガイド内径面
（３０５２）インナー筒溝
（３０５３）嵌合止め面
（３６）ユニオンナット
（３６０）狭まり部
（３６１）狭まり部穴
（３６２）凹状湾曲面
（３６２２）押圧リング曲面
（３６２３）斜め曲面
（３６２４）軸方向ギャップ
（３６６）雌ねじ部
（３７）固定リング
（３７０）凸曲面
（３７０１）圧迫リング
（３７０２）被押圧リング曲面
（３７１）リング外径面
（３７９）中心孔
（４）管継ぎ手
（４０）継ぎ手本体
（４００）管継ぎ部
（４０１）テーパー面
（４０２）ストレート面
（４０４）雄ねじ部
（４０５１）ガイド内径面
（４０５２）インナー筒溝
（４０５３）押止め面
（４６）ユニオンナット
（４６０）狭まり部
（４６１）狭まり部穴
（４６２）凹状湾曲面
（４６２２）押圧リング曲面
（４６２３）斜め曲面
（４６２４）軸方向ギャップ
（４６６）雌ねじ部
（４６７）ナット内径面
（４７）固定リング
（４７０）凸曲面
（４７０１）圧迫リング
（４７０２）被押圧リング曲面
（４７１）リング外径面
（４７９）中心孔
（５）管継ぎ手
（５０）継ぎ手本体
（５００）管継ぎ部
（５０１）テーパー面
（５０２）ストレート面
（５０４）雄ねじ部
（５０５１）ガイド内径面
（５０５２）インナー筒溝
（５０５３）嵌合止め面
（５０５４）リブ
（５６）ユニオンナット
（５６０）狭まり部
（５６１）狭まり部穴
（５６２）凹状湾曲面
（５６２２）押圧リング曲面
（５６２３）斜め曲面
（５６２４）軸方向ギャップ
（５６６）雌ねじ部
（５６７）ナット内径面
（５７）固定リング
（５７０）凸曲面
（５７０１）圧迫リング
（５７０２）被押圧リング曲面
（５７１）リング外径面
（５７１１）軸方向溝
（５７９）中心孔
（７）管継ぎ手
（７Ａ）管継ぎ手
（７０）継ぎ手本体
（７００）管継ぎ部
（７０１）テーパー面
（７０２）ストレート面
（７０４）雄ねじ部
（７６）ユニオンナット
（７６０）狭まり部
（７６１）狭まり部穴
（７６２）圧迫リング
（７６６）雌ねじ部
（７６７）ナット内径面
（７７）ディスク型固定プレート
（７７０）被圧迫面
（７７１）プレート外径面
（７７２）圧迫面
（７７２１）圧迫リング
（８）管継ぎ手
（８０）継ぎ手本体
（８００）管継ぎ部
（８０１）アウター筒テーパー面
（８０２）アウター筒ストレート面
（８０３）インナー筒テーパー面
（８０４）雄ねじ部
（８０５）周溝
（８６）ユニオンナット
（８６０）狭まり部
（８６１）狭まり部穴
（８６２）圧迫リング
（８６６）雌ねじ部
（８７）嵌入式固定リング
（８７０）第一テーパー面
（８７０１）第一テーパー周エッジ
（８７２）固定リング最大外径
（８７３）第二逆テーパー面
（８７４）嵌合止め面
（８７５）ストレート面
（８７６）インナー逆テーパー面
（８７８）突起筒
Ｆ：締付け力
Ｎ：法線
Ｆｎ：テーパー面に垂直にかかる分力（垂直分力）
Ｆｈ：テーパー面に平行にかかる分力（水平分力）
Ｆｔ：Ｔ方向の引張り分力
Ｔ：チューブ引張力
Ｕ：テーパー面における管壁材移動方向
Ｖ：圧迫リング面における管壁材移動方向
β：圧迫角
γ：締付け傾角
δ：管壁材隆起厚み
λ：管壁材移動狭角
θ：Ｆ・Ｎ狭角
ε：テーパー角
Φ：テーパー角
Ｚ：コーン角、突部角度

Claims (13)

1. チューブとの緩み脱落を防止する管継ぎ手であって、前記管継ぎ手は、前記チューブの一端に固定され、フッ素樹脂材製であり、ＰＦＡフッ素樹脂材製の前記チューブの先端に取り付けられ、継ぎ手本体と、ユニオンナットと、固定リングとを有し、
   前記チューブの先端が、前記ユニオンナットの狭まり部穴及び前記固定リングの中心孔を通り、テーパー部とストレート部とから成るチューブ拡径部を形成し、
   前記継ぎ手本体は、流体を流す中空部分を有し、一端に前記ユニオンナット及び前記チューブとの結合に用いる管継ぎ部分を有し、
   前記管継ぎ部分は、テーパー面と、ストレート面と、雄ねじ部とを有し、該管継ぎ部分に前記チューブ拡径部の前記テーパー部及び前記ストレート部を装着し、ここで前記テーパー面のテーパー角εは５０°≦ε≦９０°であり、前記雄ねじ部は前記ユニオンナットの雌ねじ部と噛み合い、
   前記ユニオンナットの内径表面は、前記雌めじ部と、凹状湾曲面と、狭まり部とを有し、前記雌ねじ部は前記管継ぎ部分の前記雄ねじ部と噛み合い、前記狭まり部の中心には前記狭まり部穴が開いており、該狭まり部の内側面が前記凹状湾曲面になっており、
   前記凹状湾曲面は、前記固定リングの一端にある被押圧リング曲面と圧着して作用を及ぼす押圧リング曲面を有し、前記被押圧リング曲面と前記押圧リング曲面とでの圧着摺動面がシール面の摺動摩擦リスクを低減することができ、
   前記固定リングは中心孔を有し、一端又は両端が凸曲面で形成され、一端の該凸曲面に圧迫リングを有し、他端の前記凸曲面に前記被押圧リング曲面を有し、その断面が対称又は非対称のくさび形をしており、
   前記被押圧リング曲面は、前記ユニオンナット内部の前記凹状湾曲面における前記押圧リング曲面と圧着して前記圧着摺動面を形成し、
   前記圧迫リングは、前記チューブ拡径部の前記テーパー部の管壁を圧迫して、該テーパー部に前記シール面を形成し、この圧迫角βは５５°≦β≦７５°の範囲内にあり、
   前記ユニオンナットの締付け過程において、前記固定リングはガイド機構の働きで中心位置が保持され、前記圧着摺動面の働きで前記固定リングが前記ユニオンナットに連動して回転しないようになっており、前記圧着摺動面から前記圧迫リングに伝達された締付け力Ｆが前記シール面に作用し、ここでＦ・Ｎ挟角θが０°≦θ≦１５°の範囲内である、管継ぎ手。
2. 前記固定リングの外径面に、漏れた流体に反応して変色する試験紙を備える、請求項１に記載の管継ぎ手。
3. 前記固定リングは、前記圧迫リングを有する一端の周エッジが面取りされて、前記圧迫リングが前記チューブ拡径部の前記テーパー部のテーパー付け根部分を圧迫しない構造となっている、請求項１に記載の管継ぎ手。
4. 前記管継ぎ部分の前記ストレート面が、前記締付け力を受けて均一に変形するだけの厚みを有し、その厚みが前記チューブの管壁の厚みの１．６倍以上である、請求項１に記載の管継ぎ手。
5. 前記管継ぎ部分が、先端から順に前記テーパー面、前記ストレート面、嵌合止め面、及び前記雄ねじ部によって構成され、前記テーパー面のテーパー角εが５０°≦ε≦７０°の範囲内にあり、前記固定リングは、その両端が前記凸曲面である円環状構造を成し、その断面が対称又は非対称のくさび形をしており、前記固定リングの前記被押圧リング曲面が外径部の近くにあり、前記締付け力Ｆの締付け傾角γが１０°≦γ≦３０°の範囲内にあり、前記Ｆ・Ｎ挟角θが５°≦θ≦１５°の範囲内にある、請求項１に記載の管継ぎ手。
6. 前記凹状湾曲面に斜め曲面を設けて該斜め曲面での前記被押圧リング曲面と前記押圧リング曲面との間の軸方向ギャップを増やすことで、前記圧着摺動面の接触面積を減らして前記シール面の摺動摩擦リスクを低減する、請求項５に記載の管継ぎ手。
7. 前記ユニオンナットの前記押圧リング曲面の外縁にある位置決め曲面が前記固定リングの前記被押圧リング曲面を導いて中心位置を保持する前記ガイド機構により、前記固定リングが中心位置を保持できる、請求項５に記載の管継ぎ手。
8. 前記管継ぎ部分が１つの環状溝によってアウター筒とインナー筒とに隔てられており、前記アウター筒は外部に雄ねじ部を有し、前記インナー筒は外部に前記テーパー面と前記ストレート面とを有し、前記インナー筒の前記ストレート面と前記アウター筒のガイド内径面との間には前記環状溝（インナー筒溝）があり、該環状溝に前記チューブ拡径部の前記ストレート部を挿入する構造である、請求項１に記載の管継ぎ手。
9. 前記固定リングを軸方向に移動させる際に前記管継ぎ部の前記ガイド内径面が前記固定リングの外径面に作用するガイド機構によって、前記固定リングの中心位置が保持される構造である、請求項８に記載の管継ぎ手。
10. 前記凹状湾曲面に斜め曲面を設けて該斜め曲面での前記被押圧リング曲面と前記押圧リング曲面との間の軸方向ギャップを増やすことで、前記圧着摺動面の接触面積を減らして前記シール面の摺動摩擦リスクを低減する、請求項８に記載の管継ぎ手。
11. 前記テーパー面の前記テーパー角εが５０°≦ε≦７５°の範囲内にあり、前記固定リングの前記被押圧リング曲面が外径部側に寄っており、前記締付け力Ｆの締付け傾角γが１０°≦γ≦３０°の範囲内にあり、前記Ｆ・Ｎ挟角θが５°≦θ≦１５°の範囲内にある、請求項８に記載の管継ぎ手。
12. 前記管継ぎ部分の前記テーパー面の前記テーパー角εが７５≦ε≦９０°の範囲内にあり、前記固定リングの前記被押圧リング曲面が前記中心孔側に寄っており、前記締付け力Ｆの締付け傾角γが０°≦γ≦１０°の範囲内にあり、前記Ｆ・Ｎ挟角θが０°≦θ≦１０°の範囲内にあり、且つ前記チューブ拡径部の前記テーパー部が圧迫されたときに、前記シール面の前記チューブの内壁が前記管継ぎ部分の前記インナー筒の前記テーパー面に緊密に圧着する、請求項８に記載の管継ぎ手。
13. 前記固定リングの外径面の軸方向溝に前記管継ぎ部分の前記ガイド内径面のリブが係合し、前記ユニオンナットを締め付ける過程で前記固定リングが前記チューブの軸方向にのみ移動し、前記固定リングが前記ユニオンナットに連動して回転しないようにすることで前記シール面の摺動摩擦を完全になくし、前記シール面の摺動摩擦のリスクを低減する、請求項８に記載の管継ぎ手。

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