JP2017032102A

JP2017032102A - 管継手

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Publication number: JP2017032102A
Application number: JP2015154296A
Authority: JP
Inventors: 章夫姫田; Akio Himeda
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-04
Also published as: JP6565450B2

Abstract

【課題】簡素な構成で、捻れ変形に対する許容性が高い管継手を提供すること。
【解決手段】第１配管９１が接続される第１端部材１１と、第２配管９２が接続される第２端部材２１と、第１端部材１１と第２端部材２１とを連結しかつ第１配管９１の内部と第２配管９２の内部とを連通させる筒状部９とを有する管継手１であって、筒状部９は、第１端部材１１に接続された内筒１２と、第２端部材２１に接続されかつ内筒１２の外側に同心状に配置された外筒２２と、内筒１２の外周と外筒２２の内周との間に内筒１２と同心状に配置された巻板ばね３０と、内筒１２と外筒２２との間をシールするシール材４０とを有し、巻板ばね３０は、内筒１２を包囲する筒状に形成され、内筒１２の外面と外筒２２の内面とに固定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、管継手に関し、特に配管の捻り変形に対する許容性が高い管継手に関する。

従来、流体の移送には配管が用いられる。このような配管は、機械装置の一部として設置されるほか、大規模なプラント設備や建築物にまで広く用いられている。
配管においては、温度変化による配管自体の変形が生じるほか、配管が設置された設備や建物に起因する変形が生じることがある。

一般に、配管の変形は、その断面形状の変形のほか、管路の軸線に関する変形、つまり伸縮（配管の軸線方向の変位）、軸ずれ（配管のせん断方向の変位）、曲げ（配管の軸線方向の傾き）、および捻れ（配管の軸線まわりの回転）として現れる。
このような変形が過大となると、配管の破損を招く可能性がある。
そこで、配管の途中に、変形に対する許容性を有する管継手を設置し、変形を緩和することで、配管の変形に起因する破損の回避が図られている。

特許文献１には、一対のフランジを、周囲に軸方向の凹凸を有する管本体部で連結するとともに、管本体部の周囲に一対のフランジを接続する複数のタイロッドを配置した管継手が記載されている。
また、従来技術として、一対のフランジを、周方向に連続した凹凸を有するベローズで連結し、その周囲に一対のフランジを接続する複数のタイロッドを配置した管継手が記載されている。

このうち、ベローズを用いた管継手では、配管の伸縮、曲げおよび軸ずれを許容できるが、捻りに対する許容性が十分でない。
これに対し、軸方向の凹凸を形成した管本体部を用いることで、配管の曲げ、軸ずれを許容しつつ、捻れに対する許容性を高めることができる。

特許文献２には、内管を外管に挿入して二重管構造とし、各々の隙間をシールすることで管路を確保するとともに、外筒として外管の周囲に螺旋状に配置された複数のばねにより、内管と外管との機械的な接続を維持するようにした管継手が記載されている。
この管継手は、内管と外管とを別部材として振動伝達を防止するものであるが、この二重管構造により、配管の伸縮および捻れを許容することができる。

特開２００９−１９６５５号公報特開平９−１８９３８９号公報

近年、プラント設備や建築物においては、地震その他の大規模災害への対策が求められており、これらに設置される配管においても、配管自体に大きな変形が生じても破損を免れるように措置することが求められている。
具体的には、管継手において、配管に対する変形つまり伸縮、軸ずれ、曲げ、捻れの許容性、なかでも捻れ変形に対する許容性を高めることが求められている。

しかし、前述した特許文献１の管継手では、軸方向の凹凸を有する管本体部により捻れの許容性の向上が図られているものの、タイロッドの機構的な制約などから、軸まわりに＋１０度〜−１０度程度が限界であり、それ以上の許容性の向上が困難であった。
また、特許文献２の管継手では、二重管構造それ自体は捻れへの許容性が高いものの、外筒のばねが構造的に制約となり、それ以上の許容性の向上が困難であった。

ところで、管継手の個々の捻れ変形の許容性が十分でなくても、複数の管継手を連装で用いることで、全体としての許容性を高めることができる。
しかし、このような管継手の組み合わせ利用で、配管構成の複雑化、設置スペースの大型化、および設備コストの増大などの弊害が多く、採用しがたいものであった。

本発明の目的は、簡素な構成で、捻れ変形に対する許容性が高い管継手を提供することにある。

本発明は、第１配管が接続される第１端部材と、第２配管が接続される第２端部材と、前記第１端部材と前記第２端部材との間に設置されかつ前記第１配管の内部と前記第２配管の内部とを連通させる筒状部とを有する管継手であって、前記筒状部は、前記第１端部材に接続された内筒と、前記第２端部材に接続されかつ前記内筒の外側に前記内筒と同心状に配置された外筒と、前記内筒の外周と前記外筒の内周との間に前記内筒と同心状に配置された巻板ばねと、前記内筒と前記外筒との間をシールするシール手段とを有し、前記巻板ばねは、前記内筒を包囲する筒状に形成され、前記巻板ばねの内側端縁は、前記内筒の外面に固定され、前記巻板ばねの外側端縁は、前記外筒の内面に固定されていることを特徴とする。

このような本発明では、内筒と外筒とが巻板ばねを介して接続され、筒状部として一体化される。つまり、第１端部材および内筒と、第２端部材および外筒とが、巻板ばねを介して接続されることで、管継手として一体化される。
このような管継手を配管に組み込む場合、まず第１配管の端部および第２配管の端部を対向配置しておき、管継手を各々の間に配置し、第１端部材に第１配管を接続し、第２端部材に第２配管を接続する。
これにより、第１配管と第２配管とが、筒状部により連通される。

本発明の管継手では、第１配管と第２配管との間に、伸縮、軸ずれ、曲げおよび捻れの各変形が生じた場合でも、これらの変形は巻板ばねにより許容することができる。
変形が各々の中心軸線方向の変位つまり伸縮変形である場合、巻板ばねの内側が外側に対して中心軸線方向に変位し、外筒に対して内筒を中心軸線方向に変位させることができる。これにより、伸縮変形を許容することができる。
変形が各々の中心軸線のずれである場合、巻板ばねを片側へと圧縮しつつ、内筒の中心軸線に対して外筒の中心軸線が平行移動させることができる。これにより、軸ずれ変形を許容することができる。

変形が各々の中心軸線の傾きつまり曲げ変形である場合、軸方向の一方の側では巻板ばねを片側へと圧縮しつつ、反対側では逆向きに圧縮し、内筒の中心軸線に対して外筒の中心軸線を傾斜させることができる。これにより、曲げ変形を許容することができる。
変形が各々の中心軸線まわりの捻れである場合、巻板ばねを巻き取りつつ、もしくは巻き戻しつつ、内筒と外筒とが中心軸線回りに相対回転させることができる。これにより、捻れ変形を許容することができる。

このように、本発明の管継手では、伸縮、軸ずれ、曲げおよび捻れの各変形に対応することができる。とくに、巻板ばねを用いることで、捻れ変形に対する機械的な制約を緩和でき、捻れ変形の許容範囲を大きくとることができる。例えば、本発明の管継手においては、軸まわりの捻れ変形として＋４５度〜−４５度の許容範囲を確保することができる。

さらに、本発明の管継手においては、捻り変形を受けた際でも、巻板ばねの変形代つまり外径変化を抑制することができる。
例えば、本発明の管継手では、巻数が１回でも巻板ばねの外径変動は１３％以下に抑えることができる。巻板ばねの巻数を２回とするなら外径変動は６％程度とすることができ、巻数を３回とするなら外径変動は４％程度とすることができる。
このように、捻れ変形が生じた際の巻板ばねの外径変化を小さくできるため、内筒の外面と外筒の内面との間の空間に巻板ばねを確実に収容することができる。

前述の通り、本発明の管継手では、伸縮、軸ずれ、曲げおよび捻れの各変形に対応することができるとともに、筒状部においては、内筒と外筒との間がシール手段によりシールされるため、第１配管と第２配管との間で流通する流体が漏れ出すことがない。
以上のように、本発明によれば、第１端部材と内筒、第２端部材と外筒、これらの間の巻板ばねとシール手段という簡素な構成で、捻れ変形に対する許容性が高い管継手を実現することができる。

本発明において、前記巻板ばねは、前記筒状部の中心軸線まわりの巻数が２回以上かつ３回以下であることが望ましい。

このような本発明では、捻れ変形の際の外径変動を抑制しつつ、巻数増に伴う重量増を回避することができる。
ここで、巻板ばねの巻数が２回以上かつ３回以下とは、巻板ばねの中心軸線まわりに７２０度（２回）から１０８０度（３回）までの範囲で巻かれた状態をいう。

直径Ｄで巻数ｎの巻板ばねにおいて、捻り変形を＋４５度〜−４５度（＋方向および−方向にπ／４ラジアンづつ）とした場合の外径変動は、次のように計算できる。
巻数１あたりの捻り角度は（π／４）／ｎ＝π／４ｎであるから、変位量ΔＬは；
ΔＬ＝Ｄ／２×π／４ｎ＝πＤ／（８ｎ）
となる。捻り変形を受けた際の巻板ばねの１巻きあたりの周長Ｌは、この分の長さが相対的に短くなるといえる。従って、捻り変形後の１巻きあたりの周長Ｌ’は；
Ｌ’＝Ｄ×π−πＤ／８ｎ＝（１−１／８ｎ）・πＤ
となり、捻り変形がない場合の周長Ｌ＝πＤを基準として、その（１／８ｎ）だけ外径が変動することになる。

すなわち、巻数１なら縮み率１／８（１２．５％）、巻数１．５なら縮み率１／１２（８．３％）、巻数２なら縮み率１／１６（６．２５％）、巻数２．５なら縮み率１／２０（５．０％）、巻数３なら縮み率１／２４（４．２％）、巻数３．５なら縮み率１／２８（３．６％）、巻数４なら縮み率１／３２（３．１％）となる。

これらから、巻数が２回よりも少ない場合、外径変動が顕著となり、外筒の直径を大きくする等の対応が必要となる。
一方、巻数が３回より多い場合、外径変動にさほど変化がないわりに、巻板ばねの材料である板材が長くなり、材料コストや重量が増すことになる。
従って、巻板ばねの巻数は、２回以上かつ３回以下とすることが、実用上好ましいといえる。

本発明において、前記巻板ばねは、前記筒状部の中心軸線に沿って複数配列され、かつ隣接する前記巻板ばねは、互いに逆向きに巻かれていることが望ましい。

このような本発明では、巻き方向が逆とされた複数の巻板ばねを組み合わせて用いることで、捻り変形への対応の際の捻れ方向ごとの特性を揃えることができる。
また、複数の巻板ばねを軸方向に並べるため、単一の巻板ばねを用いる場合に比べて、軸方向への変形性が高まり、伸縮変形の許容性を高めることができる。

本発明において、前記シール手段は、前記内筒と前記外筒との間に充填されたシール材であり、前記巻板ばねは前記シール材で包囲されていることが望ましい。

このような本発明では、内筒と外筒との間に充填されたシール材により、内筒と外筒との間を通して内筒の内側を通る流体が漏れ出すことを防止できる。
この際、内筒と外筒との間の隙間をシール材と巻板ばねとで共用することができ、筒状部の軸方向に十分な長さでシールすることができるので、シール手段としてのシール性能を十分なものとすることができる。

さらに、シール材として固化した状態でも柔軟性を有するシリコーン樹脂などを用いれば、シール材で包囲された巻板ばねの振動を抑制することができる。
なお、シール手段としては、シール材の充填に限らず、他の構成であってもよい。例えば、内筒と外筒との間に、巻板ばねに隣接してエラストマ材料のシール部材を設置し、あるいはラビリンスシールなどの機械的シールを設置してもよい。

本発明において、前記外筒の外側には、前記第１端部材と前記第２端部材とを連結しかつ弾性変形して伸長可能な締結部材が設置されていることが望ましい。
このような締結部材は、複数を外筒の外周に所定間隔で配置してもよい。締結部材としては、金属製あるいは合成樹脂製（繊維強化含む）の、棒材やロープあるいはコイルばね状の部材とすることができる。

このような本発明では、締結部材により第１端部材と第２端部材とが連結され、各々の相対移動が抑制される。このため、第１配管と第２配管とが大きく相対変位した際でも、筒状部に大きな変形が生じることを抑制できる。とくに、締結部材が弾性変形可能であるため、第１配管と第２配管とが筒状部の中心軸線まわりに相対回転する場合でも、締結部材が伸長することで、第１端部材と第２端部材とが過度に引き寄せられて筒状部が中心軸線方向に圧迫される等の不都合を回避することができる。

本発明によれば、簡素な構成で、捻れ変形に対する許容性が高い管継手を提供することができる。

本発明の第１実施形態の管継手を示す斜視図。前記第１実施形態の管継手を示す平面図。前記第１実施形態の管継手を示す断面図。前記第１実施形態の管継手を示す分解斜視図。本発明の第２実施形態の管継手を示す断面図。本発明の第３実施形態の管継手を示す断面図。本発明の第４実施形態の管継手を示す側面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１から図４には、本発明の第１実施形態の管継手１が示されている。
管継手１は、図３に示すように、軸線Ａ方向に対向配置された第１配管９１および第２配管９２を相互に接続するものである。

本実施形態の第１配管９１および第２配管９２は、プラント設備の配管であり、例えば直径１ｍ程度の規模を有する。
本実施形態の管継手１は、第１配管９１が接続される第１端部材１１と、第２配管９２が接続される第２端部材２１とを有し、各々の間には第１配管９１と第２配管９２とを連通させる筒状部９が設置されている。

第１端部材１１および第２端部材２１は、それぞれ円盤状の鋼材で形成され、中央には連通孔１１１，２１１が形成され、周辺部には複数のボルト孔１１２，２１２が形成されている。

図３に示すように、第１端部材１１は、第１配管９１のフランジ９１１と密接されたうえ、ボルト孔１１２にボルト９１２を挿通して締め付けることで、第１配管９１に固定することができる。固定状態では、連通孔１１１が第１配管９１の内部に連通される。

同様に、第２端部材２１は、第２配管９２のフランジ９２１と密接されたうえ、ボルト孔２１２にボルト９２２を挿通して締め付けることで、第２配管９２に固定することができる。固定状態では、連通孔２１１が第２配管９２の内部に連通される。

図３および図４に示すように、筒状部９は、内筒１２、外筒２２、巻板ばね３０およびシール材４０により構成され、軸線Ａを中心軸線とされている。

内筒１２は、断面円形の鋼管で形成され、その一端が第１端部材１１の連通孔１１１に嵌め込まれ、全周を溶接することで固定されている。
外筒２２は、内筒１２より大径の断面円形の鋼管で形成され、その一端が第２端部材２１の表面に当接され、全周を溶接することで固定されている。

図４に示すように、管継手１の製造にあたっては、予め第１端部材１１と内筒１２とを溶接して第１部品１０を形成するとともに、第２端部材２１と外筒２２とを溶接して第２部品２０を形成しておき、これらの第１部品１０および第２部品２０を、巻板ばね３０とともに組み立てることが望ましい。

図２および図３に示すように、第１部品１０および第２部品２０を組み立てた状態では、内筒１２の先端開口が第２端部材２１の連通孔２１１に対向配置され、第１端部材１１の連通孔１１１から連続した流路が形成される。
さらに、内筒１２の外面と外筒２２の内面との間には円筒状の空間が形成され、この空間に巻板ばね３０が設置される。

巻板ばね３０は、軸線Ａ方向に２つ配列され、第１端部材１１に近い側が巻板ばね３１、第２端部材２１に近い側が巻板ばね３２とされている。
巻板ばね３０は、長尺の鋼板を軸線Ａまわりに２回分巻いて筒状に形成したものであり（巻数＝２）、その内側端縁３０１および外側端縁３０２はそれぞれ直角に折り曲げられている。

巻板ばね３０を接続するために、内筒１２の外面および外筒２２の内面には、それぞれ軸線Ａに沿って内側受部１２１および外側受部２２１が形成されている。
図２に示すように、巻板ばね３０は、内筒１２の外面と外筒２２の内面との間に同心状に配置され、内側端縁３０１が内側受部１２１に係止されるとともに、外側端縁３０２が外側受部２２１に係止される。

内筒１２と外筒２２との間に設置される際、巻板ばね３０には、巻き付け方向（または巻き解し方向でもよい）の予圧が付与される。
例えば、内側端縁３０１を内側受部１２１に係止させた状態で、巻板ばね３０の巻き付け方向（または巻き解し方向でもよい）に外側端縁３０２を移動させ、巻板ばね３０に反力が生じた状態で外側受部２２１に係止させることで、このような予圧を付与することができる。

前述の通り、本実施形態の管継手１には２つの巻板ばね３０（巻板ばね３１，３２）が用いられる。
これらの巻板ばね３１，３２は、各々の予圧方向が逆向きとされている。
これにより、内筒１２と外筒２２とは、互いに逆向きとなる巻板ばね３１，３２の予圧が釣り合う位置で静止させることができる。

シール材４０は、内筒１２の外面と外筒２２の内面との間の空間に充填されている。シール材４０には、固化した状態でも柔軟性を有するシリコーン樹脂などを用いる。このようなシール用の樹脂としては、空気中の水分と反応する水硬性のもの、二液混合による反応硬化性のもの等が利用できる。

シール材４０の設置にあたっては、先に第１部品１０と第２部品２０とを組み立て、その際に内筒１２の外面と外筒２２の内面との間に巻板ばね３０を組み込んでおく。
そして、第１端部材１１と外筒２２の先端との間の隙間から、流動状態のシール材４０を注入し、内筒１２の外面と外筒２２の内面との間に充填してゆく。この際、内筒１２の先端と第２端部材２１との間の隙間は、一時的に養生テープ等で封止しておくことが望ましい。

これにより、シール材４０が内筒１２と外筒２２との間に充填され、巻板ばね３０はシール材４０に浸漬され、つまり巻板ばね３０がシール材４０で包囲された状態とされる。
シール材４０が外筒２２の端部まで充填されたら、その状態でシール材４０を固化させることで、シール材４０の設置ができる。

以上のような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態の管継手１においては、第１端部材１１および第２端部材２１により第１配管９１および第２配管９２と接続することができる。そして、接続状態では、筒状部９の内筒１２を通して、第１配管９１および第２配管９２を連通させることができる。これにより、継手としての機能が得られる。

さらに、接続状態では、第１端部材１１および第２端部材２１を結ぶ筒状部９において、巻板ばね３０により伸縮、軸ずれ、曲げおよび捻れの各変形を許容することができる。なかでも、巻板ばね３０により、＋４５度〜−４５度に及ぶ捻り変形であっても許容することができる。

本実施形態の管継手１では、巻板ばね３０の巻数を２回としたので、各側４５度の捻れ変形があっても、巻板ばね３０の外径変動は６％程度とすることができる。
このため、内筒１２の外面と外筒２２の内面との間の空間は巻板ばね３０の外径に対して＋６％〜−６％の幅で確保すればよく、具体的には外筒２２の内径を内筒１２の外径の１２％（６％×２）とすれば十分であり、巻板ばね３０を筒状部９に確実に収容することができる。

本実施形態においては、内筒１２と外筒２２との間に充填されたシール材４０により、内筒１２と外筒２２との間を通して内筒１２の内側を通る流体（第１配管９１と第２配管９２との間で流通する流体）が漏れ出すことを防止できる。
この際、内筒１２と外筒２２との間の隙間をシール材４０と巻板ばね３０とで共用することができ、軸線Ａに沿って十分な長さで内筒１２と外筒２２とをシールすることができるので、シール手段としてのシール性能を十分なものとすることができる。

さらに、シール材４０として固化した状態でも柔軟性を有するシリコーン樹脂などを用いるので、シール材４０で包囲された巻板ばね３０の振動を抑制することができる。

本実施形態では、予め第１部品１０（第１端部材１１および内筒１２）と、第２部品２０（第２端部材２１および外筒２２）とを作成しておき、これらを巻板ばね３０とともに組み立て、シール材４０を充填することで、管継手１を製造することができる。
このように、本実施形態の管継手１は、構成部品が簡素であるだけでなく、製造工程も簡素化することができる。

本実施形態では、巻板ばね３０として、巻き方向が逆とされた２つの巻板ばね３１，３２を組み合わせて用いたので、管継手１として、捻り変形への対応の際の捻れ方向ごとの特性を揃えることができる。
また、２つの巻板ばね３１，３２を軸線Ａに沿って並べるため、単一の巻板ばねを用いる場合に比べて、軸線Ａ方向への変形性が高まり、伸縮変形の許容性を高めることができる。

なお、管継手１の構成部品のなかでも巻板ばね３０については、その固有振動数を、地震等の際に受ける振動に対して共振しない値としておくことが望ましい。
例えば、巻板ばね３０の荷重は、ヤング率Ｅ、板幅Ｂ、板厚ｈ、自由状態での半径Ｒ_ｎとして、次の式で近似することができる。
Ｐ＝（１／２４）Ｅ・Ｂ・ｈ^３・Ｒ_ｎ ^２
また、巻板ばね３０の固有振動数ｆｏは、ねじり方向のばね定数Ｋ_θ、管継手１に接続される配管（第１配管９１および第２配管９２）の、管継手１の変位に関与する範囲の部分の慣性モーメントＩとして、次式のようになる。
ｆｏ＝（１／２）π・（Ｋ_θ／Ｉ）^−２
この式におけるばね定数Ｋ_θは、前述したヤング率Ｅおよび板厚ｈで決まることから、ばね反力（荷重Ｐ）および固有振動数ｆｏは、巻板ばね３０とする鋼板の板厚ｈで調整することができる。

〔第２実施形態〕
図５には、本発明の第２実施形態の管継手１Ａが示されている。
前述した第１実施形態の管継手１では、筒状部９の内筒１２と外筒２２との間にシール材４０を充填していた。
これに対し、本実施形態の管継手１Ａでは、内筒１２の先端部の外面と外筒２２の内面との間に、エラストマ製のシール部材４１を設置している。

シール部材４１は、内筒１２の先端部と第２端部材２１との隙間をシール可能である。
シール部材４１は、２つの巻板ばね３０とともに軸線Ａに沿って並んで配置され、これらの内筒１２、外筒２２、巻板ばね３０とともに筒状部９Ａを構成している。

このような本実施形態の管継手１Ａにおいても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
ただし、第１実施形態におけるシール材４０による効果は得られない。一方で、シール材４０の充填に比べて、エラストマ製のシール部材４１の設置であるため、製造作業は簡単にできる。

〔第３実施形態〕
図６には、本発明の第３実施形態の管継手１Ｂが示されている。
前述した第１実施形態の管継手１では、第１端部材１１と内筒１２とで第１部品１０を形成し、第２端部材２１と外筒２２とで第２部品２０を形成していた。また、内筒１２、外筒２２、２つの巻板ばね３０およびシール材４０は、筒状部９の軸線Ａ方向のほぼ全長にわたって形成されていた。

これに対し、本実施形態の管継手１Ｂでは、第１部品１０Ｂの内筒１２Ｂが、筒状部９Ｂの半分以下の長さとされている。
また、第２部品２０Ｂは、第２端部材２１と補助筒２３Ｂと外筒２２Ｂとで形成されている。このうち、第２端部材２１および補助筒２３Ｂは、第１部品１０Ｂの第１端部材１１および内筒１２Ｂと同一である。
従って、第１部品１０Ｂを流用し、筒状部９Ｂの半分以下の長さの外筒２２Ｂを補助筒２３Ｂの先端に接続することで、第２部品２０Ｂを製造することができる。

内筒１２Ｂと外筒２２Ｂとの間には、２つの巻板ばね３０Ｂ（３１Ｂ，３２Ｂ）が設置され、さらにシール材４０が充填されている。
巻板ばね３０Ｂは、軸線Ａ方向の長さが半分以下とされているが、第１実施形態の巻板ばね３０と同様に形成されている。

シール材４０は、設置範囲が半分以下となっているが、第１実施形態と同様に設置されている。
これらの内筒１２Ｂ、外筒２２Ｂ、補助筒２３Ｂ、巻板ばね３０Ｂおよびシール材４０により、筒状部９Ｂが構成されている。

このような本実施形態の管継手１Ｂにおいても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
ただし、第１実施形態に比べて内筒１２Ｂ、外筒２２Ｂ、巻板ばね３０Ｂおよびシール材４０の軸線Ａ方向の長さが半分以下となるため、各変形の許容限界が制限される可能性がある。
一方で、第２部品２０Ｂは、第１部品１０Ｂと同じ部品を用いて製造することができ、これらの共用化により、搬送ないし製造作業の効率化、搬送ないし製造コストの低減などを図ることができる。

〔第４実施形態〕
図７には、本発明の第４実施形態の管継手１Ｃが示されている。
本実施形態の管継手１Ｃは、基本構成が前述した第１実施形態の管継手１と共通である。すなわち、第１端部材１１と第２端部材２１との間には筒状部９が設置され、第１部品１０は第１端部材１１と内筒１２を有し、第２部品２０は第２端部材２１と外筒２２を有する。

第１端部材１１には第１配管９１が接続され、第２端部材２１には第２配管９２が接続され、これらの第１配管９１および第２配管９２が管継手１Ｃで相互に連通されている。
ここで、本実施形態の管継手１Ｃにおいては、外筒２２の外側に、第１端部材１１と第２端部材２１とを連結する複数の締結部材５０が設置されている。

締結部材５０は、本実施形態では軸線Ａを中心に９０度間隔で４本が設置され、各々の両端は第１端部材１１および第２端部材２１にナットで固定されている。
締結部材５０は、弾性変形して伸長可能な部材とされ、例えば、金属製、合成樹脂製または繊維強化樹脂製の棒材、同様材質製のロープあるいはコイルばね状の部材を用いることができる。

このような本実施形態の管継手１Ｃにおいても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、締結部材５０により第１端部材１１と第２端部材２１とが連結され、各々の相対移動を抑制することができる。このため、第１配管９１と第２配管９２とが大きく相対変位した場合であっても、筒状部９に大きな変形が生じることを抑制することができる。

とくに、締結部材５０は、弾性変形可能に形成されているため、第１配管９１と第２配管９２とが軸線Ａまわりに相対回転した場合、締結部材５０が軸線Ａ方向の元の位置（図７の実線表示）から傾斜しつつ伸長した状態（図７の鎖線表示）となる。このような傾斜および伸長が行われることで、第１端部材１１と第２端部材２１とが、相対回転に伴って軸線Ａ方向に過度に引き寄せられて、筒状部９が軸線Ａ方向に圧迫される等の不都合を未然に回避することができる。

〔変形例〕
本発明は、前述した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した実施形態では、それぞれ２つの巻板ばね３０を軸線Ａ方向に配列したが、巻板ばね３０は軸線Ａ方向に３つ以上を配列してもよい。

前記実施形態において、隣接する巻板ばね３０の巻方向を交互に逆にすることは必須ではなく、同じ方向としてもよい。同じ方向で配列した場合、捻り変形の向きによる相違を解消する効果は得られないが、個々の巻板ばね３０が軸方向に短くなることで、伸縮変形に対する許容性を高める効果は得られる。

前述した実施形態では、巻板ばね３０の巻数を２回としたが、３回であってもよく、２回と３回との間の巻数（中心角が７２０度〜１０８０度の間、両端が同じ角度位置にはならない）としてもよい。
このように、巻板ばね３０を２回以上で３回以下の巻数とすることで、捻り変形の許容正を高めつつ、外径変化を抑えることができる。
ただし、本発明において、巻板ばね３０の巻数は、２回未満あるいは３回より多くてもよい。

前記実施形態では、長尺の板材を巻いて巻板ばね３０としたが、巻板ばね３０として巻かれる板材としては、一定幅の帯状の板材のほか、テーパ状の板材を巻いて内側端縁３０１と外側端縁３０２の軸線Ａ方向の長さが異なるものとしてもよい。
また、巻板ばね３０として板材を巻く場合、板材の連続方向に巻くことに限らず、連続方向を斜めにして巻くことにより、巻板ばね３０の外側と内側とが軸線Ａ方向にずれた螺旋状となるように形成してもよい。
ただし、コンパクトに収容するためには、前記実施形態のように、同じ幅の板材をその連続方向に巻くことが望ましい。

さらに、前記実施形態における第１端部材１１、第２端部材２１，内筒１２、外筒２２などの形状および寸法あるいは材質は、それぞれ実施にあたって適宜変更すればよい。

本発明は、配管の捻り変形に対する許容性を高めるための管継手として利用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…管継手、１０，１０Ｂ…第１部品、１１…第１端部材、１１１…連通孔、１１２…ボルト孔、１２，１２Ｂ…内筒、１２１…内側受部、２０，２０Ｂ…第２部品、２１…第２端部材、２１１…連通孔、２１２…ボルト孔、２２，２２Ｂ…外筒、２２１…外側受部、２３Ｂ…補助筒、３０…巻板ばね、３０１…内側端縁、３０２…外側端縁、４０…シール材、４１…シール部材、５０…締結部材、９，９Ａ，９Ｂ…筒状部、９１…第１配管、９１１…フランジ、９１２…ボルト、９２…第２配管、９２１…フランジ、９２２…ボルト、Ａ…軸線、Ｄ…直径、Ｌ…周長、ｎ…巻数、ΔＬ…変位量。

Claims

第１配管が接続される第１端部材と、第２配管が接続される第２端部材と、前記第１端部材と前記第２端部材との間に設置されかつ前記第１配管の内部と前記第２配管の内部とを連通させる筒状部とを有する管継手であって、
前記筒状部は、前記第１端部材に接続された内筒と、前記第２端部材に接続されかつ前記内筒の外側に前記内筒と同心状に配置された外筒と、前記内筒の外周と前記外筒の内周との間に前記内筒と同心状に配置された巻板ばねと、前記内筒と前記外筒との間をシールするシール手段とを有し、
前記巻板ばねは、前記内筒を包囲する筒状に形成され、前記巻板ばねの内側端縁は、前記内筒の外面に固定され、前記巻板ばねの外側端縁は、前記外筒の内面に固定されていることを特徴とする管継手。
請求項１に記載した管継手において、
前記巻板ばねは、前記筒状部の中心軸線まわりの巻数が２回以上かつ３回以下であることを特徴とする管継手。
請求項１または請求項２に記載した管継手において、
前記巻板ばねは、前記筒状部の中心軸線に沿って複数配列され、かつ隣接する前記巻板ばねは、互いに逆向きに巻かれていることを特徴とする管継手。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載した管継手において、
前記シール手段は、前記内筒と前記外筒との間に充填されたシール材であり、前記巻板ばねは前記シール材で包囲されていることを特徴とする管継手。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した管継手において、
前記外筒の外側には、前記第１端部材と前記第２端部材とを連結しかつ弾性変形して伸長可能な締結部材が設置されていることを特徴とする管継手。