JP2023062901A - 継手およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接合状態の維持の信頼性が高い継手を提供する。【解決手段】一態様に係る継手は、第１端面を有する第１継手部材および第２端面を有する第２継手部材を含む一対の継手部材であって、第１端面と第２端面とが直接または中間材を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合された部分である接合部を含む一対の継手部材と、接合部に圧縮応力が生じるように、第１継手部材および第２継手部材に対して外力を付与するように構成された外力付与構造と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、継手およびその製造方法に関する。

部材同士をつなぐ継手は、例えば液化天然ガスや液化水素などの低温流体を通流させる配管など、様々な分野で使用される（例えば特許文献１参照）。

国際公開２０１３／０７６８８４号公報

継手として、接合状態の維持の信頼性の高いものが望まれる。

そこで、本開示は、接合状態の維持の信頼性が高い継手およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る継手は、第１端面を有する第１継手部材および第２端面を有する第２継手部材を含む一対の継手部材であって、前記第１端面と前記第２端面とが直接または中間材を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合された部分である接合部を含む一対の継手部材と、前記接合部に圧縮応力が生じるように、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して外力を付与するように構成された外力付与構造と、を備える。

また、本開示の一態様に係る継手の製造方法は、金属製の第１板および金属製の第２板を含み、前記第１板と前記第２板との間に、前記第１板および前記第２板が直接または中間材を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合された部分である接合部が形成されるように製作された多層板を用意し、前記接合部に圧縮応力が生じるように、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して外力を付与し、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して前記外力が付与された状態を維持する。

本開示によれば、接合状態の維持の信頼性が高い継手およびその製造方法を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係る継手を備えた配管の概略断面図である。 図２は、図１に示す継手の製造手順を説明するための図であり、多層板を示す図である。 図３は、図１に示す継手の製造手順を説明するための図であり、図２に示す多層板を切削加工した状態を示す図である。 図４は、図１に示す継手の製造手順を説明するための図であり、図３に示す多層板に更に貫通孔を形成した状態を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る継手を備えた配管の概略断面図である。 図６Ａは、第３実施形態に係る継手を備えた配管の概略断面図である。 図６Ｂは、図６ＡのVIB矢視断面図である。 図７は、第４実施形態に係る継手を備えた配管の概略断面図である。 図８は、第５実施形態に係る継手の斜視図である。 図９は、第６実施形態に係る継手を備えた配管の概略断面図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る継手１０Ａを備えた配管１の概略断面図である。配管１は、低温流体が流れる。低温流体は、例えば、低温の液化水素または液化水素が蒸発した低温の水素ガスである。ただし、低温流体は、例えば、液化エチレンガス、液化天然ガス、液化ヘリウムやそれらが気化したガスなど別の種類の流体でもよい。配管１は、管状の第１配管２と、管状の第２配管３と、第１配管２および第２配管３を接続する継手１０Ａとを備える。本実施形態において、第１配管２の端部２ｂは、円筒状であり、第２配管３の端部３ａは、円筒状である。本実施形態において、第１配管２の端部２ｂおよび第２配管３の端部３ａの中心軸は同一直線上にある。

以下の説明において、第１配管２の端部２ｂおよび第２配管３の端部３ａの中心軸を通る直線を、中心軸Ｃと称し、図面では一点鎖線で示す。また、中心軸Ｃに垂直な方向を径方向と定義する。また、説明の便宜上、配管１を流れる低温流体の流れ方向において継手１０Ａに対して第１配管２が上流側にあり、第２配管３が下流側にあるものとして説明する。すなわち、継手１０Ａにおいて第１配管２に近い側を上流側と定義し、第２配管３に近い側を下流側と定義する。

本実施形態において、第１配管２と第２配管３とは、互いに異なる金属により製作されている。例えば、第１配管２は、ステンレス鋼により製作されており、第２配管３は、アルミ合金により製作されている。

継手１０Ａは、第１配管２の下流側端部２ｂと第２配管３の上流側端部３ａとの間に介在して第１配管２と第２配管３とを接続する配管継手である。継手１０Ａは、一対の継手部材である第１継手部材１１と第２継手部材２１とを備える。本実施形態における継手１０Ａは、第１継手部材１１および第２継手部材２１が互いに異なる種類の金属により製作された異材金属継手である。

第１継手部材１１は、第１配管２と同種金属で製作されている。すなわち、本実施形態では、第１継手部材１１は、ステンレス鋼により製作されている。第１継手部材１１は、第１本体１２と、第１本体１２から径方向外方に突出する第１突出部１３とを有する。第１本体１２と第１突出部１３とは一体的に形成されている。第１本体１２は、円筒状である。第１本体１２は、低温流体が流れる配管１の一部をなす。第１本体１２の中心軸は、中心軸Ｃに一致し、中心軸Ｃに沿った方向に見て、第１本体１２の内周面は、第１配管２の下流側端部２ｂの内周面と概ね同形同大である。

第１継手部材１１の上流側端部１１ａは、第１配管２の下流側端部２ｂと接合される。具体的には、第１本体１２の上流側端部１２ａと、第１配管２の下流側端部２ｂとが、互いに溶接により接合されている。

第１突出部１３は、第１本体１２の下流側端部から径方向外方に突出している。第１突出部１３は、第１本体１２の軸心方向に見て円環状のフランジである。

第２継手部材２１は、第２配管３と同種金属で製作されている。すなわち、本実施形態では、第２継手部材２１は、アルミ合金により製作されている。第２継手部材２１は、第２本体２２と、第２本体２２から径方向外方に突出する第２突出部２３とを有する。第２本体２２と第２突出部２３とは一体的に形成されている。第２本体２２は、円筒状である。第２本体２２は、低温流体が流れる配管１の一部をなす。第２本体２２の中心軸は、中心軸Ｃに一致し、中心軸Ｃに沿った方向に見て、第２本体２２の内周面は、第２配管３の上流側端部３ａの内周面と概ね同形同大である。

第２継手部材２１の下流側端部２１ｂは、第２配管３の上流側端部３ａと接合される。具体的には、第２本体２２の下流側端部２２ｂと、第２配管３の上流側端部３ａとが、互いに溶接により接合されている。

第２突出部２３は、第２本体２２の上流側端部から径方向外方に突出している。第２突出部２３は、第２本体２２の軸心方向に見て円環状のフランジである。

第１継手部材１１は、第２継手部材２１に近い側の端面である第１端面１１ｂを有する。第２継手部材２１は、第１継手部材１１に近い側の端面である第２端面２１ａを有する。第１端面１１ｂと第２端面２１ａとは、互いに対向して配置されている。なお、第１端面１１ｂと第２端面２１ａとが互いに対向するとは、それらの間に他の部材が介在する場合も含む趣旨である。本実施形態では、第１端面１１ｂと第２端面２１ａとは、互いに実質的に平行である。第１端面１１ｂおよび第２端面２１ａは、いずれも中心軸Ｃに実質的に垂直である。第１端面１１ｂおよび第２端面２１ａは、いずれも平面である。ただし、第１端面１１ｂおよび第２端面２１ａは、平面に限られない。例えば、第１端面１１ｂおよび第２端面２１ａは、複数の突起または凹凸を有する面であってもよい。

本実施形態では、第１端面１１ｂは、第２継手部材２１に近い側の第１本体１２の面と、第２継手部材２１に近い側の第１突出部１３の面を含む。また、第２端面２１ａは、第１継手部材１１に近い側の第２本体２２の面と、第１継手部材１１に近い側の第２突出部２３の面を含む。なお、後述するように、第１突出部１３における第１端面１１ｂと反対側の面は、第１被押圧面１３ｂを構成し、第２突出部２３における第２端面２１ａと反対側の面は、第２被押圧面２３ｂを構成する。

継手１０Ａにおいて、第１継手部材１１と第２継手部材２１とが、材料的接合または化学的接合により互いに接合されている。具体的には、第１端面１１ｂと第２端面２１ａとが中間材３１を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合されることにより接合部３０が形成されている。接合部３０は、第１端面１１ｂと中間材３１の面とが材料的接合または化学的接合により接合された部分である第１接合部３０ａと、第２端面２１ａと中間材３１の端面とが材料的接合または化学的接合により接合された部分である第２接合部３０ｂを含む。

材料的接合は、複数の母材間を材料的に結合する方法である。本願明細書において、材料的接合は、冶金的接合を含み、冶金的接合は、溶接を含む。溶接は、溶融溶接いわゆる融接、加圧溶接いわゆる圧接、およびろう接などを含む。融接は、ガス溶接、アーク溶接、エレクトロスラグ溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接などを含む。圧接は、抵抗溶接、拡散接合、超音波圧接、爆発圧接、摩擦圧接、摩擦攪拌溶接（FSW；Friction Stir Welding）などを含む。ろう接は、ろう付け、はんだ付けを含む。

また、化学的接合は、複数の母材間を化学的に結合する方法である。本願明細書において、化学的接合は、接着剤を媒介とする結合を含む。接着剤は、液体状の接着剤と、両面テープなどの固体状の接着剤を含む。

本実施形態では、材料的接合の一例として、爆発圧接、いわゆる爆着により第１継手部材１１と第２継手部材２１とが接合されて接合部３０が形成された継手１０Ａが説明される。第１継手部材１１と第２継手部材２１との間に、中間材３１が配置されている。中間材３１は、中心軸Ｃに沿った方向に見て、第１端面１１ｂや第２端面２１ａと同形同大の環状の板部材である。中間材３１は、チタン、ニッケル、銀などの１以上の種類の金属を張り合わせた金属板により構成される。中間材３１の一方主面と第１端面１１ｂとが爆着されることにより第１接合部３０ａが形成されている。中間材３１の他方主面と第２端面２１ａとが爆着されることにより第２接合部３０ｂが形成されている。

また、継手１０Ａは、外力付与構造４０を備える。外力付与構造４０は、接合部３０に圧縮応力が生じるように第１継手部材１１および第２継手部材２１に対して外力を付与するように構成されている。外力付与構造４０は、第１継手部材１１および第２継手部材２１が互いに押圧するように外力を付与する。より詳しくは、第１継手部材１１に対しては、第２継手部材２１に向かう方向に外力を付与し、第２継手部材２１に対しては、第１継手部材１１に向かう方向に外力を付与する。

本実施形態では、外力付与構造４０は、第１継手部材１１および第２継手部材２１が中間材３１を介して互いに押圧する方向に第１継手部材１１および第２継手部材２１に対して外力を付与する。

外力付与構造４０は、第１端面１１ｂおよび第２端面２１ａに交差する方向（以下、「交差方向」と称する）に第１突出部１３と第２突出部２３とを一緒に挟持することにより、第１継手部材１１および第２継手部材２１に対して外力を付与するように構成されている。交差方向は、第１端面１１ｂおよび第２端面２１ａに垂直な方向だけでなく、当該垂直方向から僅差のずれを有する実質的に垂直な方向も含み得る。例えば、交差方向は、中心軸Ｃに平行な方向である。

外力付与構造４０は、第１押圧部と、第２押圧部と、接続部とを含む。第１押圧部は、第１突出部１１に対して第２突出部２１が位置する側とは反対側に配置される。第１押圧部は、第１突出部１１を交差方向に押圧する。第１押圧部は、第１突出部１３の第１被押圧面１３ｂを直接または間接的に交差方向に押圧する。第２押圧部は、第２突出部２１に対して第１突出部１１が位置する側とは反対側に配置される。第２押圧部は、第２突出部２１を押圧する。第２押圧部は、第２突出部２３の第２被押圧面２３ｂを直接または間接的に押圧する。接続部は、第１押圧部と第２押圧部とを交差方向に接続する。接続部は、交差方向に延在する。接続部は、第１押圧部と第２押圧部とを交差方向に接続する。

本実施形態では、外力付与構造４０は、複数のボルト４１および複数のナット４２を含む。ボルト４１およびナット４２は、第１継手部材１１および第２継手部材２１が互いに押圧する方向に第１突出部１３と第２突出部２３とを一緒に挟持する。なお、本実施形態では、ボルト４１の頭部４１ａが、上記の第１押圧部に対応し、ナット４２が、上記の第２押圧部に対応し、ボルト４１の軸部４１ｂが、上記の接続部に対応している。

具体的には、第１突出部１３は、中心軸Ｃに平行な方向に当該第１突出部１３を貫通する複数の第１孔１５を有する。複数の第１孔１５は、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。第２突出部２３は、中心軸Ｃに平行な方向に当該第２突出部２３を貫通する複数の第２孔２５を有する。複数の第２孔２５は、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。中間材３１は、中心軸Ｃに平行な方向に当該中間材３１を貫通する複数の第３孔３２を有する。複数の第３孔３２は、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。

第１孔１５、第２孔２５および第３孔３２は、互いに対応する位置にある。つまり、第１孔１５、第２孔２５および第３孔３２は、中心軸Ｃに平行な同一直線上にある。第１孔１５、第２孔２５および第３孔３２により、１つの貫通孔４３が構成されている。すなわち、継手１０Ａは、中心軸Ｃを中心に周方向に間隔をあけて並ぶ複数の貫通孔４３を有している。ボルト４１の軸部４１ｂが貫通孔４３の一方から挿入され、貫通孔４３の他方から突き出たボルト４１の軸部４１ｂにナット４２が螺合される。ボルト４１の頭部４１ａが、第１突出部１３における第１被押圧面１３ｂに当接し、ナット４２が第２被押圧面２３ｂに当接しており、ボルト４１の頭部４１ａとナット４２とに挟まれることで、第１突出部１３、中間材３１、第２突出部２３に外力が付与されている。

図２乃至４を参照して、継手１０Ａの製造方法を説明する。まず図２に示すように、多層板１００を用意する。多層板１００は、より詳しくは、第１配管２と同種金属で製作された第１板１０１と、第２配管３と同種金属で製作された第２板１０２と、第１配管２および第２配管３とは異なる種類の１以上の金属で製作された中間板１０３とを用意し、これら第１板１０１、第２板１０２、中間板１０３を用いて、第１板１０１と第２板１０２との間に中間板１０３が介在した多層板１００を材料的接合により製作する。中間板１０３は、上記の中間材３１に対応する金属板である。

次に、図３に示すように、多層板１００を切削加工することにより、第１配管２と第２配管３の形状に合う管部２０１と、管部２０１の径方向外方に突出するフランジ部２０２を有する中間製品２００を製作する。フランジ部２０２は、第１板１０１、第２板１０２、中間板１０３を含むように、言い換えれば、第１板１０１と中間板１０３との接合部および第２板１０２と中間板１０３との接合部を含むように形成する。

次に、これら接合部に圧縮応力が生じるように、中間製品２００の厚み方向に外力を付与し、中間製品２００に対して当該外力が付与された状態を維持する。具体的には、図４に示すように、中間製品２００のフランジ部２０２に、厚み方向に貫通する複数の貫通孔４３を形成する。複数の貫通孔４３は、周方向に間隔をあけて形成する。貫通孔４３は、例えばドリル加工により形成する。各貫通孔４３は、ボルト４１の軸部４１ｂが通過可能で且つボルト４１の頭部４１ａおよびナット４２が通過不能な大きさである。第１板１０１側から各貫通孔４３にボルト４１の軸部４１ｂを挿入し、第２板１０２側から各貫通孔４３を通って突き出た軸部４１ｂにナット４２を螺合する。第１板１０１、中間板１０３および第２板１０２が互いに押圧するようにボルト４１またはナット４２を締める。なお、図４では簡略化のため、ボルト４１とナット４２を１つずつ示す。こうして、継手１０Ａが完成する。

以上に説明したように、本実施形態に係る継手１０Ａによれば、外力付与構造４０により付与される外力によって、接合部３０に圧縮応力が生じる。このため、継手１０Ａが液化水素に接触することにより第１継手部材１１および第２継手部材２１の各々が熱収縮した場合でも、第１端面１１ｂと第２端面２１ａとを互いに離す方向の応力が接合部３０にかかることを抑制できる。このため、接合部３０である第１接合部３０ａと第２接合部３０ｂの接合状態を強固にすることができる。

また、本実施形態では、第１継手部材１１および第２継手部材２１がそれぞれ第１突出部１３および第２突出部２３を有するため、第１突出部１３および第２突出部２３を一緒に挟持するというシンプルな構成で接合部３０に圧縮応力が生じた状態を実現できる。また、本実施形態では、接合部３０に圧縮応力が生じた状態を、ボルト４１とナット４２というシンプルな構成により実現できる。また、ボルト４１が挿通される貫通孔４３は、第１接合部３０ａおよび第２接合部３０ｂを貫通するように形成されている。従って、ボルト４１およびナット４２による外力付与を、接合部３０である第１接合部３０ａおよび第２接合部３０ｂに伝えやすい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る継手１０Ｂについて、図５を参照して説明する。なお、第２実施形態および後述の第３乃至第６実施形態について、第１実施形態と異なる部分を主に説明し、第１実施形態と共通または対応する要素については同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、外力付与構造４０が、更に複数の応力調整部４４を備える。応力調整部４４は、低温流体との接触により継手１０Ｂが熱収縮する際に、接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制するためのものである。応力調整部４４は、外力付与構造４０における第１押圧部および第２押圧部により、第１突出部１３および第２突出部２３とともに挟まれる。つまり、応力調整部４４は、第１押圧部と第１突出部１３（より詳しくは第１被押圧面１３ｂ）との間に交差方向に挟まれる、または、第２押圧部と第２突出部２３（より詳しくは第２被押圧面２３ｂ）との間に交差方向に挟まれる。

また、応力調整部４４の線膨張係数は、外力付与構造４０の接続部の線膨張係数と異なる。具体的には、応力調整部４４は、外力付与構造４０の接続部、第１突出部１３および第２突出部２３が熱収縮する際に、接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制するように熱収縮する線膨張係数と前記交差方向（本例では中心軸Ｃに平行な方向）における長さを有する。例えば、応力調整部４４は、前記交差方向（本例では中心軸Ｃに平行な方向）における外力付与構造４０の接続部の熱収縮量よりも、第１突出部１３と中間材３１と第２突出部２３と応力調整部４４の熱収縮量の総和の方が小さくなるように熱収縮する線膨張係数および前記交差方向（本例では中心軸Ｃに平行な方向）における長さを有する。

本実施形態では、応力調整部４４は、第１押圧部であるボルト４１の頭部４１ａと、第２押圧部であるナット４２とにより、第１突出部１３および第２突出部２３とともに挟まれる。また、本実施形態では、図５に示すように、応力調整部４４は、第１被押圧面１３ｂ上に配置される。また、本実施形態では、応力調整部材４４は、接続部であるボルト４１の軸部４１ｂを挿通させる孔を有する管状体である。応力調整部４４は、第１突出部１３とボルト４１の頭部との間の代わりにまたは加えて、第２突出部２３とナット４２との間に配置されてもよい。

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、応力調整部４４は、ボルト４１の軸部４１ｂ、第１突出部１３および第２突出部２３が熱収縮する際に、接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制するように熱収縮する線膨張係数と前記交差方向における長さとを有する。これにより、継手１０Ｂが、低温流体と接触する前の状態である常温状態から、低温流体と接触した後の状態である低温状態となったときに、接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制することができる。

なお、継手１０Ｂは、高温流体が流れる配管の継手として使用されてもよい。この場合、応力調整部４４は、高温流体との接触により継手１０Ｂが熱膨張する際に、材料的接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制してもよい。応力調整部４４は、外力付与構造４０の接続部、第１突出部１３および第２突出部２３が熱膨張する際に、接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制するように熱膨張する線膨張係数と長さを有してもよい。例えば、応力調整部４４は、前記交差方向（本例では中心軸Ｃに平行な方向）における外力付与構造４０の接続部の熱膨張量よりも第１突出部１３と中間材３１と第２突出部２３と応力調整部４４の熱膨張量の総和の方が大きくなるように熱膨張する線膨張係数および前記交差方向（本例では中心軸Ｃに平行な方向）における長さを有してもよい。これにより、継手１０Ｂが、高温流体と接触する前の状態である常温状態から、高温流体と接触した後の状態である高温状態となったときに、接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図６Ａは、第３実施形態に係る継手を備えた配管の概略断面図である。図６Ｂは、図６ＡのVIB矢視断面図である。本実施形態では、第１被押圧面１３ｂが、第１本体１２から離れるほど第１端面１１ｂに近づくように傾斜した第１テーパ面４５を含む。また、第２被押圧面２３ｂが、第２本体２２から離れるほど第２端面２１ａに近づくように傾斜した第２テーパ面４６を含む。また、本実施形態では、外力付与構造５０は、第１突出部１３、中間材３１および第２突出部２３を、径方向に締め付ける環状クランプである。外力付与構造５０である環状クランプは、周方向に複数に分割された断面視凹状の分割体５１を含み、これら分割体５１が連結具５２で連結されている。

分割体５１は、第１突出部１３および第２突出部２３を一緒に挟持する。各分割体５１が、第１テーパ面４５に当接する第１押圧部５３、第２テーパ面４６に当接する第２押圧部５４、第１押圧部５３と第２押圧部５４とを接続する接続部５５を含む。外力付与構造５０は、第１押圧部５３を第１テーパ面４５に径方向内方に押し付け、且つ、第２押圧部５４を第２テーパ面４６に径方向内方に押し付けた状態で、第１突出部１３および第２突出部２３に対して固定される。つまり、連結具５２により各分割体５１が第１テーパ面４５および第２テーパ面４６を径方向内方に押圧した状態で、各分割体５１が第１継手部材１１および第２継手部材２１に対して固定される。これにより、接合部３０に圧縮応力が生じる。

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、接合部３０に圧縮応力が生じた状態を、第１突出部１３、中間材３１および第２突出部２３を径方向に締め付けるシンプルな構成により実現できる。なお、図６Ｂに示された分割体５１の数や連結具５２の数や構成は、一例にすぎない。分割体５１に対して他の分割体５１が回動可能に連結されてもよいし、平行移動可能に連結されていてもよい。

＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態に係る継手１０Ｄを備えた配管の概略断面図である。図７に示すように、外力付与構造６０は、第１実施形態および第２実施形態と同様に、第１押圧部としての頭部６１ａおよび接続部としての軸部６１ｂを有するボルト６１と、ボルト６１の軸部６１ｂに螺合されるナット６２を含む。また、外力付与構造６０は、第１突出部１３と第２突出部２３とを交差方向に挟む部材６３，６４を備える。部材６３，６４は、それぞれ、例えば、中心軸Ｃに沿った方向に見て環状部材である。本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と異なり、ボルト６１が挿通する貫通孔が、第１突出部１３と第２突出部２３に形成される代わりに、部材６３，６４にそれぞれ孔６３ａ，６４ａが形成されている。これら孔６３ａ，６４ａは、第１突出部１３の外周縁および第２突出部２３の外周縁より径方向外側に配置されている。孔６３ａ，６４ａを挿通するようにボルト６１を通し、ボルト６１とナット６２とで、部材６３，６４をさらに挟持してもよい。

なお、第１押圧部と第１突出部１３との間に挟まれた部材６３および第２押圧部と第２突出部２３との間に挟まれた部材６４の一方または双方は、接続部である軸部６１ｂ、第１突出部１３および第２突出部２３が熱収縮（または熱膨張）する際に、接合部３０に生じる圧縮応力の変化を抑制するように熱収縮（または熱膨張）する線膨張係数と交差方向における長さを有してもよい。この場合、部材６３，６４の一方または双方は、継手１０Ｄが熱膨張または熱収縮する際に接合部３０に生じる圧縮応力が低下するのを抑制する応力調整部として機能し得る。

＜第５実施形態＞
図８は、第５実施形態に係る継手１０Ｅの斜視図である。図８に示すように、第１継手部材１１の第１突出部１６と第２継手部材２１の第２突出部２６とが互いに離間してもよい。すなわち、第１突出部１６は、複数の第１孔１８を有し、第２突出部２６は、複数の第１孔１８にそれぞれ対応する複数の第２孔２８を有する。外力付与構造７０は、第１孔１８および第２孔２８を挿通するボルト７１と、ボルト７１に螺合されるナット７２とを含む。

また、ボルト７１は、その軸部の延在方向が、中心軸Ｃに平行となるように配置される代わりに、各ボルト７１を、中心軸Ｃに対して交差する方向に延在させてナット７２と締結してもよい。この場合、ねじれ方向の荷重に対して強固な継手を実現できる。

＜第６実施形態＞
図９は、第６実施形態に係る継手１０Ｆを備えた配管の概略断面図である。本実施形態の外力付与構造８０は、周方向に複数に分割された分割体８１により、各分割体８１は断面視凹状の内周面を有し、焼き嵌めまたは冷やし嵌めによって、当該凹状の内周面に第１突出部１３および第２突出部２３が嵌まり込んでいる。こうして、外力付与構造８０は、第１突出部１３および第２突出部２３を挟持し、これにより接合部３０に圧縮応力が生じる。すなわち、分割体８１は、第１突出部１３および第２突出部２３を一緒に挟持する。なお、分割体８１の数や形状は、一例にすぎない。複数の分割体８１は、周方向に連なっていなくてもよく、周方向に互いに間隔をあけて並んでいてもよい。

＜その他の実施形態＞
本開示は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。

また、上記実施形態では、第１継手部材と第２継手部材とは、互いに異なる種類の金属で製作されていたが、第１継手部材と第２継手部材とは、互いに同じ種類の金属で製作されていてもよい。また、第１継手部材と第２継手部材との間には、中間材は介在していてもよいし介在していなくてもよい。つまり、第１継手部材と第２継手部材とが互いに直接的に材料的接合により接合されていてもよい。

また、上記実施形態では、第１継手部材１１は、ステンレス鋼により製作され、第２継手部材２１は、アルミ合金により製作されたが、第１継手部材、第２継手部材の材料はこれに限定されない。また、その他の継手を構成する要素の材料についても、上記実施形態で説明されたものに限定されない。また、継手の製造方法も、図２乃至４を参照して説明された方法に限定されるものではない。

応力調整部の材質および接続部の材質、並びに、交差方向における応力調整部の長さおよび交差方向における接続部の長さは、特に制限されず、継手が常温状態から低温状態となったときに、接合部に生じる圧縮応力の変化を抑制することができるよう適宜選択される。例えば第２実施形態において、応力調整部４４は、第１被押圧面１３ｂまたは第２被押圧面２３ｂ上における各貫通孔４３の周りに配置された、スリーブのような管状体でもよいし、ナットのような環状体でもよい。複数の貫通孔４３に対して１つの応力調整部４４が配置されてもよい。例えば応力調整部４４は、複数の貫通孔４３にそれぞれ対応する複数の孔を有する、第１被押圧面１３ｂまたは第２被押圧面２３ｂを覆う１つの環状部材でもよい。また、第４実施形態において、応力調整部を構成する別の部材が、ボルト６１の頭部６１ａと部材６３との間、または、ナット６２と部材６４との間に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、低温流体が流れる配管に使用される継手が説明されたが、配管を流れる流体は、低温流体でなくてもよく、高温流体でもよい。継手が、低温流体が流れる配管継手であり、且つ、外力付与構造における接続部の線膨張係数が、第１突出部および第２突出部の線膨張係数のうちの小さい方の値以下である場合、応力調整部は、前記接続部の線膨張係数より小さい線膨張係数と必要長さを有していればよい。これにより、継手が、低温流体と接触する前の状態である常温状態から、低温流体と接触した後の状態である低温状態となったときに、接合部に生じる圧縮応力が低下するのを抑制することができる。また、継手が、高温流体が流れる配管継手であり、且つ、外力付与構造における接続部の線膨張係数が、第１突出部および第２突出部の線膨張係数のうちの大きい方の値以上である場合、応力調整部は、接続部の線膨張係数より大きい線膨張係数と必要長さを有していればよい。これにより、継手が、高温流体と接触する前の状態である常温状態から、高温流体と接触した後の状態である高温状態となったときに、接合部に生じる圧縮応力が低下するのを抑制することができる。さらに、応力調整部の線膨張係数と交差方向における長さは、接続部の線膨張係数などだけでなく別の要素も考慮して設定されてもよい。例えば応力調整部の線膨張係数は、中間材の熱ひずみを考慮して設定されてもよく、これにより、接合部に生じる圧縮応力の低下をより抑制することができる。

また、上記第１乃至第６実施形態における継手は、適宜組み合わせ可能である。また、本発明の継手は、配管以外の任意の継手構造にも適用可能である。

本開示の一態様に係る継手は、第１端面を有する第１継手部材および第２端面を有する第２継手部材を含む一対の継手部材であって、前記第１端面と前記第２端面とが直接または中間材を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合された部分である接合部を含む、一対の継手部材と、前記接合部に圧縮応力が生じるように、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して外力を付与するように構成された外力付与構造と、を備える。なお、中間材を介さず第１端面と第２端面とが互いに当接して接合される場合、接合部は、前記第１端面と前記第２端面とが材料的接合により接合されて形成された部分であり、また、中間材を介して第１端面と第２端面とが間接的に連結される場合、接合部は、前記第１端面と前記中間材の面とが材料的接合により接合されて形成された部分と前記第２端面と前記中間材の面とが材料的接合により接合されて形成された部分とを含む。

上記の構成によれば、外力付与構造により付与される外力によって、接合部に圧縮応力が生じる。このため、例えば継手が低温流体に接触することにより第１継手部材および第２継手部材の各々が熱収縮した場合でも、第１端面と第２端面とを引き離す方向の応力が接合部にかかることを抑制できる。このため、接合部の接合状態をより強固にすることができる。従って、接合状態の維持の信頼性が高い継手を提供することができる。

上記の継手は、前記第１継手部材および前記第２継手部材が互いに異なる種類の金属により製作された異材金属継手であってもよい。一般的に、異種金属同士の接合強度を高めることは難しい。上記構成によれば、異種金属同士の材料的接合により接合された部分の接合強度を高めることができ、好適である。

上記の継手において、前記第１端面および前記第２端面は、互いに対向して配置されており、前記第１継手部材は、前記第１端面の少なくとも一部を含む第１本体と、前記第１端面に沿った方向に前記第１本体から突出する第１突出部と、を含み、前記第２継手部材は、前記第２端面の少なくとも一部を含む第２本体と、前記第２端面に沿った方向に前記第２本体から突出する第２突出部と、を含み、前記外力付与構造は、前記第１端面および前記第２端面に交差する交差方向に前記第１突出部と前記第２突出部とを一緒に挟持することにより前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して前記外力を付与するように構成されてもよい。上記構成によれば、第１突出部および第２突出部を一緒に挟持するというシンプルな構成で接合部に圧縮応力が生じた状態を実現できる。

上記の継手において、前記第１突出部は、第１孔を有し、前記第２突出部は、第２孔を有し、前記外力付与構造は、前記第１突出部に対して前記第２突出部が位置する側とは反対側に配置された頭部、および、前記頭部から前記交差方向に延び、前記第１孔および前記第２孔の双方を挿通する軸部を有するボルトと、前記第２突出部に対して前記第１突出部が位置する側とは反対側に配置され、前記ボルトの前記軸部に螺合されるナットとを含んでもよい。上記構成によれば、接合部に圧縮応力が生じた状態を、ボルトとナットというシンプルな構成により実現できる。

上記の継手において、前記外力付与構造は、前記第１突出部に対して前記第２突出部が位置する側とは反対側に配置され、前記第１突出部を押圧する第１押圧部と、前記第２突出部に対して前記第１突出部が位置する側とは反対側に配置され、前記第２突出部を押圧する第２押圧部と、前記第１押圧部と前記第２押圧部とを交差方向に接続する接続部と、前記第１押圧部と前記第１突出部との間または前記第２押圧部と前記第２突出部との間に配置され、前記接続部、前記第１突出部および前記第２突出部が熱膨張または熱収縮する際に、前記接合部に生じる圧縮応力が低下するのを抑制するように熱膨張または熱収縮する線膨張係数と前記交差方向における長さとを有する応力調整部と、を含んでもよい。上記構成によれば、低温流体と接触する前の状態である常温状態から、低温流体と接触した後の状態である低温状態となったときに、接合部に生じる圧縮応力が低下するのを抑制することができる。

上記の継手は、低温流体が流れる第１配管および第２配管を接続する配管継手であり、前記第１継手部材は、前記第１配管と同種金属で製作されており、前記第２継手部材は、前記第２配管と同種金属で且つ前記第１配管と異種金属で製作されてもよい。

また、本開示の一態様に係る継手の製造方法は、金属製の第１板および金属製の第２板を含み、前記第１板と前記第２板との間に、前記第１板および前記第２板が直接または中間材を介して間接的に材料的接合により接合された部分である接合部が形成されるように製作された多層板を用意し、前記接合部に圧縮応力が生じるように、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して外力を付与し、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して前記外力が付与された状態を維持することを特徴とする。

１ ：配管
２ ：第１配管
３ ：第２配管
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ ：継手
１１ ：第１継手部材
１１ｂ ：第１端面
１２ ：第１本体
１３，１６ ：第１突出部
１３ｂ ：第１被押圧面
１４，１７ ：第１接合部
１５，１８ ：第１孔
２１ ：第２継手部材
２１ａ ：第２端面
２２ ：第２本体
２３，２６ ：第２突出部
２３ｂ ：第２被押圧面
２４，２７ ：第２接合部
２５，２８ ：第２孔
３０ ：接合部
３０ａ ：第１接合部
３０ｂ ：第２接合部
３１ ：中間材
４０，５０，６０，７０，８０ ：外力付与構造
４１，６１，７１ ：ボルト
４１ａ，６１ａ ：頭部
４１ｂ，６１ｂ ：軸部
４２，６２，７２ ：ナット
４３ ：貫通孔
４４ ：応力調整部
１００ ：多層板
１０１ ：第１板
１０２ ：第２板
１０３ ：中間板

Claims (7)

1. 第１端面を有する第１継手部材および第２端面を有する第２継手部材を含む一対の継手部材であって、前記第１端面と前記第２端面とが直接または中間材を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合された部分である接合部を含む、一対の継手部材と、
   前記接合部に圧縮応力が生じるように、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して外力を付与するように構成された外力付与構造と、を備える、継手。
2. 前記継手は、前記第１継手部材および前記第２継手部材が互いに異なる種類の金属により製作された異材金属継手である、請求項１に記載の継手。
3. 前記第１端面および前記第２端面は、互いに対向して配置されており、
   前記第１継手部材は、前記第１端面の少なくとも一部を含む第１本体と、前記第１端面に沿った方向に前記第１本体から突出する第１突出部と、を含み、
   前記第２継手部材は、前記第２端面の少なくとも一部を含む第２本体と、前記第２端面に沿った方向に前記第２本体から突出する第２突出部と、を含み、
   前記外力付与構造は、前記第１端面および前記第２端面に交差する交差方向に前記第１突出部と前記第２突出部とを一緒に挟持することにより前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して前記外力を付与するように構成される、請求項１または２に記載の継手。
4. 前記第１突出部は、第１孔を有し、
   前記第２突出部は、第２孔を有し、
   前記外力付与構造は、前記第１突出部に対して前記第２突出部が位置する側とは反対側に配置された頭部、および、前記頭部から前記交差方向に延び、前記第１孔および前記第２孔の双方を挿通する軸部を有するボルトと、前記第２突出部に対して前記第１突出部が位置する側とは反対側に配置され、前記ボルトの前記軸部に螺合されるナットとを含む、請求項３に記載の継手。
5. 前記外力付与構造は、
   前記第１突出部に対して前記第２突出部が位置する側とは反対側に配置され、前記第１突出部を押圧する第１押圧部と、
   前記第２突出部に対して前記第１突出部が位置する側とは反対側に配置され、前記第２突出部を押圧する第２押圧部と、
   前記第１押圧部と前記第２押圧部とを前記交差方向に接続する接続部と、
   前記第１押圧部と前記第１突出部との間または前記第２押圧部と前記第２突出部との間に配置され、前記接続部、前記第１突出部および前記第２突出部が熱膨張または熱収縮する際に、前記接合部に生じる圧縮応力が低下するのを抑制するように熱膨張または熱収縮する線膨張係数と前記交差方向における長さとを有する応力調整部と、を含む、請求項３または４に記載の継手。
6. 前記継手は、低温流体が流れる第１配管および第２配管を接続する配管継手であり、
   前記第１継手部材は、前記第１配管と同種金属で製作されており、
   前記第２継手部材は、前記第２配管と同種金属で且つ前記第１配管と異種金属で製作されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の継手。
7. 金属製の第１板および金属製の第２板を含み、前記第１板と前記第２板との間に、前記第１板および前記第２板が直接または中間材を介して間接的に材料的接合または化学的接合により接合された部分である接合部が形成されるように製作された多層板を用意し、
   前記接合部に圧縮応力が生じるように、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して外力を付与し、前記第１継手部材および前記第２継手部材に対して前記外力が付与された状態を維持する、継手の製造方法。

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