JP2021011880A - 継手用留具 - Google Patents

Abstract

【課題】配管内で発生する衝撃と高水圧に長期に耐え得る樹脂製の継手用留具を提供する。【解決手段】配管の継手に軸方向に対して略垂直に嵌挿して継手を接続する継手用留具であって、樹脂で成形され、継手の接続方向の引張強度が１．８０ｋＮ以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、継手用留具に関する。

従来、各種配管の接続部分において、各配管の端部に形成されたフランジの外周を挟み込むことにより配管を接続する継手用留具が知られている。このような継手用留具は、例えば給湯器等の機器の配管の接続部分に用いられる。

このような継手用留具は、従来金属材料により形成するのが一般的であったが、近年、これを樹脂材により形成した例が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この継手用留具は、配管の接続部分におけるフランジを外周側から被う外壁と、このフランジを挟むように配置された側壁とにより凹状に形成され、両側壁の先端側が接続部の軸心を越える位置まで伸びて環状部を構成したものである。

特開２０１４−１４５３８４号公報

ところで、継手用留具を樹脂材により構成することで、それまでの金属製のものよりも軽量化が期待できる。一方で、金属製のものであれば、その強度は問題にならないが、樹脂材によるものの場合、強度を十分に保つには課題がある。特に、各種配管においては、配管内の水流を急に締め切った際に、水の慣性で管内に衝撃と高水圧が発生する、いわゆるウォータハンマーに対して長期の耐性が要求されるところ、特許文献１に開示された樹脂製の継手用留具では、この耐性について考慮されていなかった。

そこで、本発明は、配管内で発生する衝撃と高水圧に長期にわたり耐え得る樹脂製の継手用留具を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る継手用留具は、配管の継手に軸方向に対して略垂直に嵌挿して継手を接続する継手用留具であって、樹脂で成形され、継手の接続方向の引張強度が１．８０ｋＮ以上である。

この態様によれば、継手の接続方向の引張強度を１．８０ｋＮ以上としたものである。すなわち、留具に対して短期的に発生する引っ張り応力に対する強度を高めたことで、ウォータハンマーなど配管内で発生する衝撃と高水圧に耐え得るのに加え、このような引張強度を特定範囲とした構成により、長期の耐性にも優れた樹脂製の継手用留具が実現可能である。

上記態様において、継手への嵌挿時にかかる荷重が、５９Ｎ以下としてもよい。この態様によれば、継手の嵌挿時の荷重、すなわち継手用留具の継手へのはめ込み荷重を５９N以下とすることにより、取付作業性を良好にしつつ、配管内で発生する衝撃と高水圧にも耐え得る樹脂製の継手用留具が実現可能である。

上記態様において、少なくとも継手への取り付け時には一部に継手への嵌挿口となる切欠きを有する環状の部材であり、前記環状の部材の外周には継手の接続方向に沿ってリブ状の補強部材を形成してもよい。この態様によれば、補強部材を形成することにより、継手用留具の継手へのはめ込み荷重を高めることなく、継手の接続方向の引張強度を高めることが可能になる。

本発明によれば、配管内で発生する衝撃と高水圧に長期に耐え得る樹脂製の継手用留具を提供することことができる。

本実施形態の継手用留具の全体構成を示す斜視図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。 図１の継手用留具が配管の継手に嵌挿された状態を示す模式図である。 図１の継手用留具が配管の継手に嵌挿される状態を示す模式図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。（なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。）

図１は、本実施形態の継手用留具１の全体構成を示す斜視図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。図２は、継手用留具１が配管の継手に嵌挿された状態を示す模式図である。図３は、継手用留具１が配管の継手に嵌挿される状態を示す模式図である。

継手用留具１は、樹脂製であり、図２にその状態を示すとおり、配管Ｐ（Ｐａ，Ｐｂ）の継手に軸方向に対して略垂直に嵌挿してフランジＦ（Ｆａ，Ｆｂ）を挟持して継手を接続するものであ。このような継手用留具１は、図２に矢印で示す継手の接続方向の引張強度が１．８０ｋＮ以上である。また、図３に示すとおり、継手用留具１は、その切欠きより配管ＰのフランジＦへ嵌挿されるが、その嵌挿時にかかる荷重が５９Ｎ以下であることが好ましい。

すなわち、継手用留具１は、これを配管Ｐの継手のフランジＦに取り付けた際に、配管Ｐの開く方向（図２における矢印方向参照）である配管の軸方向に対する引張強度が強固であることが必要とされるものであるが、金属材料により留具を構成した場合には、当該引張強度については考慮する必要がなかった事項であり、従来考慮されていなかった技術事項であった。本実施形態では、引張強度を特定の範囲に設定することで、ウォータハンマーなど、配管Ｐ内で発生する衝撃と高水圧に耐え得るだけでなく、長期の耐性にも優れた樹脂製の継手用留具１を見出した。

一方、取付作業性を考慮した場合には、継手用留具１の配管ＰのフランジＦへの嵌挿時には、配管Ｐの軸方向と略垂直方向（図３において黒塗り矢印で示した方向）の荷重がかかるところ、この荷重を一定以下に設定することで、継手用留具１の配管Ｐへの嵌挿時に留具１が図３の矢印方向に拡がり易くなり、取付作業性を良好に維持することができる。

具体的には、継手用留具１は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すとおり、環状の部材の外周には継手の接続方向に沿ってリブ状の補強部材が形成される。すなわち、継手用留具１は、配管の継手のフランジ分を挟持するため対向して形成された側壁１１（１１ａ、１１ｂ）と、両側壁１１を接続する外壁１２とからなる断面コの字状であり、正面視で頂部１３を境にして左右対称であり、略Ｃ字状にして端部Ｅに配管への挿入口となる切欠きＮが形成される。

側壁１１は、端部Ｅ側において高さＨ１が高く、頂部１３側において高さＨ２が徐々に低くなるように形成されている。すなわち、頂部１３近傍は、継手用留具１の端部Ｅが左右方向に拡がり易くするために他の部分に比較して相対的に強度を弱くなるように設定している。また、端部Ｅは継手用留具１に配管が挿入される側であるため、この部分における側壁１１のエッジ１１ｅは、内側に向かってＲ状に形成されている。一方、外壁１２は、端部Ｅ側から頂部１３に至るまで概ね同等の厚さで形成されている。

側壁１１及び外壁１２の外側には、羽根状に複数のリブ１４が形成されている。リブ１４は、側壁１１から外側に突出するとともに、外壁からも外側に突出しており、その形状はコの字状をなす。側壁１１側に形成されるリブ１４ａは、厚さを１．０ｍｍとし、高さを１．５ｍｍとしている。また、外壁１２側に形成されるリブ１４ｂは、厚さを１．０ｍｍとし、高さを３．０ｍｍとしている。

また、リブ１４は、本実施形態において左右対称に１２個形成されているが、これは最適な例を示すものである。のちに示す継手用留具１に要求される強度を満たす限りは、１枚であってもよく、また側壁１１上に形成されることは必須ではない。また、リブ１４の厚みについても、継手用留具１に要求される強度を満たす限りにおいて設定可能である。

継手用留具１に用いられる熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系熱可塑性樹脂、ポリアミド系熱可塑性樹脂およびポリエステル系熱可塑性樹脂より選ばれた少なくとも一種であることが望ましい。また、この熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させて形成してもよい。

ポリオレフィン系熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、プロピレン−エチレンブロック共重合体、プロピレン−エチレンランダム共重合体、高密度ポリエチレン、あるいは、これらの混合物等を採用できる。前記ポリアミド系樹脂としては、ジカルボン酸とジアミンとの重縮合物、環状ラクタムの開環重合物、アミノカルボン酸の重縮合物などが挙げられ、具体的にはポリアミド−６、ポリアミド−１１、ポリアミド−１２、ポリアミド４，６、ポリアミド−６，６、ポリアミド−６，１０、ポリアミド−６，１２、ポリアミド−１１，６等の脂肪族ポリアミド、ポリアミド−ＭＸＤ６、ポリアミド−６Ｔ、ポリアミド−６Ｉ、ポリアミド−９Ｔ、ポリアミド−４Ｉ等の芳香族成分を含むポリアミド、及び上記の脂肪族ポリアミド同士や芳香族成分を含むポリアミド同士や脂肪族ポリアミドと芳香族成分を含むポリアミドの共重合体や混合物を採用できる。前記ポリエステル系熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、もしくは、これらのアロイ樹脂等を採用できる。熱可塑性樹脂は、単独で用いることもできるが、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。

このような熱可塑性樹脂のうち、ポリアミド系樹脂が好ましく、とくに、低融点及び低吸水の観点からポリアミド−６，１０が好ましく、吸水時高剛性の観点からポリアミド−６，６とポリアミド−６Ｉのアロイが好ましく、強度及び汎用性の観点からポリアミド−６，６が好ましい。

以上のような本実施形態の継手用留具１では、継手の接続方向の引張強度を１．８０ｋＮ以上とすることで、ウォータハンマーなど配管内で発生する衝撃と高水圧に長期に耐え得る樹脂製の継手用留具が実現可能である。また、継手の嵌挿時の荷重、すなわち継手用留具の継手へのはめ込み荷重を５９Ｎ以下とすることにより、取付作業性を良好にしつつ、配管内で発生する衝撃と高水圧にも耐え得る樹脂製の継手用留具が実現可能である。

また、本実施形態の継手用留具１では、環状の部材の外周には継手の接続方向に沿ってリブ状の補強部材としてリブ１４を形成することで、継手用留具１の継手へのはめ込み荷重を高めることなく、継手の接続方向の引張強度を高めることが可能になる。ここで、継手用留具の継手へのはめ込み荷重を５９Ｎ以下に調整する方法として、図１に示す頂部１３付近の側壁１１又は外壁１２の肉厚を薄くする、頂部１３付近の側壁１１又は外壁１２をエラストマーで構成するなどが挙げられる。

［実施例］
以上に示した継手用留具について、実施例１として本実施形態の構成である引張強度とはめ込み荷重とを満たす継手用留具１と、比較例として従来の継手用留具と、実施例２として本実施形態の構成要素として引張強度のみを満たし、はめ込み荷重は満たさない継手用留具を取り上げて、配管の継手において、配管の内圧が２．０ＭＰａとなる耐疲労性試験を３０万回繰り返し破損するか否かと、取り付けた際の作業の容易性と、について評価した。

具体的には、実施例１で用いた留具の形状は、図１に示す態様であり、比較例１で用いた留具の形状は、特許文献１で示した留具の形状であり、側壁の厚みを３．０ｍｍとし、外壁の厚みを２．０ｍｍとしたものである。また、実施例２で用いた留具は、比較例で示される留具の肉厚を厚くし、下記に示す諸条件を充足するように構成したものである。より具体的には、側壁の厚みを６．０ｍｍとし、外壁の厚みを４．０ｍｍとして構成したものである。

なお、実施例において射出成形に使用した熱可塑性樹脂組成物は、ポリアミド６６樹脂（商品名：レオナ（登録商標）１４Ｇ３３Ｘ０１。ガラス繊維を３３重量％含有した熱可塑性樹脂組成物）である。

また、引張強度が所定の範囲内にあるか否かの評価は、実施例１、２及び比較例の留具を、図２に示すように配管に嵌挿し、以下の測定条件で配管を両側から引っ張り、留具の破壊時、または留具が外れたときの強度を測定することによって行った。
試験機：島津製作所製 オートグラフ ＡＧ−Ｘ（３００ｋＮ）
引張速度：５ｍｍ／ｍｉｎ
ロードセル：２０ＫＮ
試験温度：２３℃（湿度５０%）

そのうえで、耐疲労性試験は、実施例１、２及び比較例の留具を図２に示すように配管に嵌挿し、以下の条件で配管に給水及び止水を繰り返し、留具の破壊時、または留具が外れたときの給水及び止水の繰り返し回数を測定することにより行った。
試験機：東京メーター株式会社製 ウォーターハンマー試験機 ＤＷＨ−１５
試験条件：試験温度２３℃
止水時の供給水圧１．６ＭＰａ
通水時の供給水圧０．３ＭＰａ
ピーク値２．３ＭＰａ
最大水撃２．０ＭＰａ
流量４０Ｌ/ｍｉｎ
電磁弁開時間２．０秒
電磁弁閉時間２．０秒

また、はめ込み荷重については、φ３０ｍｍのパイプ（株式会社イナダ製 デジタルフォースゲージ ＺＴＳ−１００Ｎ）にはめ込んだ際に留具に掛かる荷重を測定することにより行った。

表１は、実施例１、２、及び比較例について、引張強度が、実施例１において１．９４ｋＮであり、比較例において１．６９ｋＮであり、実施例２において１．８５ｋＮであることを構成１として示し、これらについて、配管の内圧を２．０ＭＰａとする試験を行った場合、何回目に破損するかを効果１として表したものである。また、表２は、実施例１、２、及び比較例について、はめ込み荷重が、実施例１において２７．３Ｎであり、比較例において４７．２Ｎであり、実施例２において７０Ｎであることを構成２として示し、これらについて、取付作業の容易性について評価して効果２として表したものである。

これによれば、引張強度を１．９４ｋＮとした実施例１においては４５万回まで破損せず、また、引張強度を１．８５ｋＮとした実施例２においても３５万回まで破損しなかった。一方、引張強度が１．６９ｋＮである比較例においては６万回程度で破損が見られた。また、取付作業性において、はめ込み荷重を２７．３Ｎとした実施例１においては取り付け作業性「◎」であり、非常に良好である結果が得られた。また、はめ込み荷重を４７．２Ｎとした従来品である比較例では、「〇」であり、良好である結果が得られた。一方、肉厚品ではめ込み荷重を７０Ｎとした参考例では「×」であり、取付作業性において好ましくない結果となった。

このように、継手の接続方向の引張強度が１．８０ｋＮ以上とすることで、耐疲労性試験において良好な結果が表れ、ウォータハンマーなど配管内で発生する衝撃と高水圧に長期に耐え得る樹脂製の継手用留具が実現可能であることを見出された。また、継手への嵌挿時にかかる荷重が５９Ｎ以下であることにより、取付作業を容易にする樹脂製の継手用留具が実現可能である。そして、これら２つの構成をいずれも充足する実施例１では、耐疲労性が高く、また取付作業性も良好な継手用留具１を実現したものである。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１：継手用留具、１１，１１ａ，１１ｂ：側壁、１１ｅ：エッジ、１２：外壁、１３：頂部、１４，１４ａ，１４ｂ：リブ、Ｅ：端部、Ｆ：フランジ、Ｎ：切欠き、Ｐ：配管

Claims (5)

1. 配管の継手に軸方向に対して略垂直に嵌挿して継手を接続する継手用留具であって、
   樹脂で成形され、
   継手の接続方向の引張強度が１．８０ｋＮ以上である、継手用留具。
2. 継手への嵌挿時にかかる荷重が、５９Ｎ以下である、請求項１記載の継手用留具。
3. 前記樹脂は、熱可塑性の樹脂である、請求項１又は２記載の継手用留具。
4. 射出成形により形成された、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の継手用留具。
5. 少なくとも継手への取り付け時には一部に継手への嵌挿口となる切欠きを有する環状の部材であり、
   前記環状の部材の外周には継手の接続方向に沿ってリブ状の補強部材を形成した、継手用留具。

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