JP2023091101A - 管の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ロックリングを挿口に過剰に押し付けることのない管の継手構造を提供する。【解決手段】ロックリング１７は、他方の管１１の挿口外周面に装着し、管軸心方向でロックリング収容溝１６と掛かり合い、受口先端側に向く一側面に形成した一側離脱阻止面２６がロックリング収容溝１６の開口縁１６ａと管軸心周りに線接触し、挿口先端側に向く他側面が管軸心方向で挿口突部１８に対向する他側離脱阻止面２７をなし、ロックリング収容溝１６の開口縁１６ａが一側離脱阻止面２６に当たる接点２８での接平面２９の面法線３０が他側離脱阻止面２７を通る。【選択図】図１

Description

本発明は、管の継手構造に関し、管の抜け出しを防止する技術に貢献するものである。

従来、伸縮機能及び離脱防止機能を有する管の継手構造には、例えば、特許文献１に記載するものがある。これは、図７に示すように、一方の管１の受口２に他方の管３の挿し口４を挿入し、受口２の内周面に形成したロックリング収容溝５に周方向一つ割のロックリング６を収容し、挿し口５の外周面に挿し口突部７を形成している。

地震などによって大きな引張力が管１、２の相互に作用したときに、挿し口４と受口２が管軸心方向に離隔し、図示するように、挿し口突部７がロックリング６に掛かり合う状態に変化する。

この際にロックリング６には、挿し口４と受口２を管軸心方向に相互に離隔する引張力が作用し、管軸心方向でロックリング６の前面側にロックリング収容溝５の開口縁８が当たり、背面側に挿し口突部７が当たり、ロックリング６を介して受口２と挿し口４が相互に抜け止めされる。

ロックリング収容溝５の開口縁８とロックリング６の受口開口側のテーパ面９とが当たる接点には、接点を作用点として管１、２の相互間に作用する引張力がテーパ面９を管軸心方向に押す外力Ｆとして作用する。この外力Ｆはテーパ面９上の接点における接平面に垂直な面成分の分力Ｆ１と接平面に平行な成分の分力Ｆ２としてロックリング６に作用する。この接平面に垂直な面成分の分力Ｆ１の作用線１０は接平面の面法線方向に延びる。ここでは、面法線がロックリング６の内周面を通って挿し口４に向くように、テーパ面９の勾配を設定している。

特開２００５－１４０１３８

従来の構成では、挿し口突部９が当たるロックリング６の背面側においてリング半径方向の内周縁を中心Ａとして、面成分の分力Ｆ１による左廻りのモーメントＭがロックリング６に作用し、引張力による外力がロックリング６を挿し口４に押し付ける力として作用し、ロックリング６の浮き上がりを防止している。

しかし、地震の規模が大きく、設計の想定値を超える大きな引張力が管１、３の相互に作用したときに、ロックリング６を挿し口４に過剰に押し付けるので、その力に抗するために管の肉厚を厚くせざるを得なかった。

本発明は上記の課題を解決するものであり、ロックリングを挿し口に押し付ける力を抑制することができる管の継手構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の管の継手構造は、一方の管の受口と、前記受口に挿入する他方の管の挿し口との間に離脱防止構造を有し、離脱防止構造は、前記受口の内周面に管軸心周りに形成したロックリング収容溝と、前記ロックリング収容溝に収容するロックリングと、前記ロックリングよりも挿し口先端側の挿し口外周面に形成し、管軸心方向で前記ロックリングに掛かり合う挿し口突部を備え、前記ロックリングは、前記他方の管の挿し口外周面に装着し、管軸心方向で前記ロックリング収容溝と掛かり合い、受口先端側に向く一側面に形成した一側離脱阻止面が前記ロックリング収容溝の開口縁と管軸心周りに接触し、挿し口先端側に向く他側面が管軸心方向で挿し口突部に対向する他側離脱阻止面をなし、前記ロックリング収容溝の開口縁が前記一側離脱阻止面に当たる接点での接平面の面法線が前記他側離脱阻止面を通ることを特徴とする。

本発明の管の継手構造において、前記他側離脱阻止面を通る接平面の面法線は、前記他側離脱阻止面のリング内周縁を通ることを特徴とする。

本発明の管の継手構造において、前記他側離脱阻止面を通る接平面の面法線は、前記他側離脱阻止面のリング内周縁と、前記他側離脱阻止面が前記挿し口突部の外周縁に接触する位置との間において、前記他側離脱阻止面を通ることを特徴とする。

本発明の管の継手構造において、前記ロックリングは、前記一側離脱阻止面が円錐面状をなすことを特徴とする。

本発明の管の継手構造において、前記ロックリングは、前記一側離脱阻止面が接平面の面法線上に中心を有する円弧に沿って湾曲することを特徴とする。

本発明の管の継手構造において、前記一側離脱阻止面の円弧の中心が、接平面の面法線と前記他側離脱阻止面との交点にあることを特徴とする。

上記の構成により、ロックリング収容溝の開口縁が一側離脱阻止面に当たる接点に開口縁から管軸心方向に作用する力は、接平面の面法線に沿った分力と接平面に沿った分力としてロックリングに作用する。

そして、接平面の面法線が他側離脱阻止面を通ることで、接平面の面法線に沿った分力の作用線が他側離脱阻止面を通る。

この接平面の面法線に沿った分力は、リング軸心に対する面法線の角度が小さくなるほどに、リング軸心方向に向く力の成分が大きくなり、リング半径方向に向く力の成分が小さくなる。このため、接平面の面法線がロックリングの内周面を通る場合に比べて、接平面の面法線が他側離脱阻止面を通ることで、接平面の面法線に沿った分力のリング半径方向に向く力の成分が小さくなり、引張力による外力がロックリングを挿し口に押し付ける力を抑制できる。

本発明の実施の形態における管の継手構造を示す管軸心方向に沿った断面図 同実施の形態における管の継手構造の要部を示す模式図 同実施の形態における管の継手構造の要部を示し、接平面の面法線方向に沿った分力Ｆ１と、その管軸心方向に向く成分Ｆ１１および管半径方向に向く成分Ｆ１２の関係を示す模式図 同実施の形態における管の継手構造の要部を示し、接平面と面法線と円弧の中心位置との関係を示す模式図 本発明の他の実施の形態における管の継手構造の要部を示す模式図 本発明のさらに他の実施の形態における管の継手構造の要部を示す模式図 従来の管の継手構造の要部を示す模式図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１～図２において、一方の管１１における受口１２内に他方の管１３における挿し口１４を挿入している。この受口１２の内面には、受口１２の受口先端側から管軸方向で受口奥端側に向けて順次にシール圧接面１５及びロックリング収容溝１６を形成している。

このロックリング収容溝１６に周方向一つ割のロックリング１７を収容し、ロックリング収容溝１６およびロックリング１７よりも挿し口先端側の挿し口外周面に挿し口突部１８を備え、一方の管１１の受口１２と、受口１２に挿入する他方の管１３の挿し口１４との間に離脱防止構造を構成している。

ロックリング１７をロックリング収容溝１６の内部で弾性変形によりリング半径方向に広げた状態で挿し口１４を挿入し、挿し口突部１８がロックリング１７を通過して受口１２の所定の位置まで挿し口１４を挿入している。ロックリング１７は、ロックリング収容溝１６の内部でリング半径方向に戻ると、挿し口突部１８は管軸心方向でロックリング１７に掛かり合う。そして、ロックリング１７を他方の管１３の挿し口外周面に装着し、管軸心方向でロックリング１７とロックリング収容溝１６とが掛かり合う。

挿し口１４の外周には、樹脂製のバックアップリング１９、ゴム製のシール材２０、シール材２０に接触可能でシール材２０を押し圧する押輪２１を配置している。

そして、受口１２のフランジ２１に形成した孔２２に挿入した複数のボルト２３を押輪２１に形成した孔２４に通し、ボルト２３に装着したナット２５を締め付けることによって、押輪２１を受口１２の奥端側に向かって押し付けて、シール材圧接面１５と挿し口１４の外周との間でシール材２０を圧縮し、シール材２０をシール材圧接面１５に接触させて受口１２と挿し口１４とを接合している。

ロックリング１７は、受口先端側に向く一側面に形成した一側離脱阻止面２６がロックリング収容溝１６の一方の開口縁１６ａと管軸心周りに接触し、挿し口先端側に向く他側面が管軸心方向で挿し口突部１８に対向する他側離脱阻止面２７をなす。ロックリング１７の他側離脱阻止面２７はロックリング１７のリング半径方向に沿った平坦面をなし、ロックリング１７の内周面がロックリング１７のリング軸心方向に沿って平坦面をなす。

挿し口突部１８は、ロックリング１７の他側離脱阻止面２７に対向する面がロックリング１７のリング半径方向に沿った平坦面をなし、挿し口突部１８の管半径方向の最内側位置から管半径方向の最外側位置までのリング半径方向の全面において他側離脱阻止面２７に当たっている。

換言すると、他側離脱阻止面２７のリング半径方向内側の内周縁３１、すなわち挿し口突部１８の最内側位置に当たる他側離脱阻止面２７のリング半径方向で最内側位置と、他側離脱阻止面２７が挿し口突部１８の管半径方向の外周縁、すなわち挿し口突部１８の管半径方向の最外側位置に接触する他側離脱阻止面２７のリング半径方向で最外側位置との間において、挿し口突部１８がロックリング１７の他側離脱阻止面２７に接触している。ここでは、最内側位置をＡ点とし、最外側位置をＢ点とする。なお、Ａ点とＢ点とは他側離脱阻止面２７に含まれる。

そして、ロックリング収容溝１６の一方の開口縁１６ａが一側離脱阻止面２６に当たる接点２８において、その接平面２９の面法線３０が他側離脱阻止面２７を通っている。ここでは、一側離脱阻止面２６は、接平面２９の面法線上に中心Ｓ１を有する円弧に沿って湾曲し、さらに一側離脱阻止面２６の円弧の中心Ｓ１が、接平面２９の面法線３０と他側離脱阻止面２７との交点にある。

さらに、図２に示すように、他側離脱阻止面２７を通る接平面２９の面法線３０は、他側離脱阻止面２７のリング半径方向内側の内周縁３１、すなわち挿し口突部１８に当たる他側離脱阻止面２７のリング半径方向で最内側位置のＡ点を通っている。

上記の構成により、地震などによって大きな引張力が管１１、１３の相互に作用したときに、挿し口１４と受口１２が管軸心方向に離隔し、図１に示す状態から図２に示す状態に変化し、挿し口突部１８がロックリング１７に掛かり合う状態に変化する。

この際にロックリング１７には、挿し口１４と受口１２を管軸心方向に相互に離隔する引張力が作用し、管軸心方向でロックリング１７の一側離脱阻止面２６にロックリング収容溝１６の開口縁１６ａが当たり、他側離脱防止面２７に挿し口突部１８が当たり、ロックリング１７を介して受口１２と挿し口１４が相互に抜け止めされる。

ロックリング収容溝１６の開口縁１６ａとロックリング１７の一側離脱阻止面２６が当たる接点２８には、接点２８を作用点として管１１、１３の相互間に作用する引張力が一側離脱阻止面２６を管軸心方向に押す外力Ｆとして作用する。この外力Ｆは、一側離脱阻止面２６の接点２８における接平面２９に垂直な分力Ｆ１と接平面２９に平行な分力Ｆ２としてロックリング１７に作用する。この接平面２９に垂直な分力Ｆ１の作用線は接平面２９の面法線方向に延びる。

ここでは、接平面２９の面法線３０が他側離脱阻止面２７のリング半径方向で最内側位置のＡ点を通っているので、最内側位置のＡ点廻りにおいて、面法線３０に沿った分力Ｆ１によるモーメントはロックリング１７に作用しない。

さらに、一側離脱阻止面２６が、接平面２９の面法線上に中心Ｓ１を有する円弧に沿って湾曲し、一側離脱阻止面２６の円弧の中心Ｓ１が、接平面２９の面法線３０と他側離脱阻止面２７との交点にあるので、ロックリング収容溝１６の一方の開口縁１６ａと一側離脱阻止面２６とが当たる接点２８の位置が組み付け誤差等によってずれても、接平面２９の面法線３０は他側離脱阻止面２７上の円弧の中心Ｓ１を通ることになる。

よって、一側離脱阻止面２６の円弧の中心Ｓ１を、接平面２９の面法線３０と他側離脱阻止面２７との交点とすることで、接平面２９の面法線３０が他側離脱阻止面２７を通る位置を確実に設定することが可能となる。

図３に示すように、接平面の面法線に沿った分力Ｆ１は、リング軸心に対する面法線３０の角度が小さくなるほどに、リング軸心に向く力の成分Ｆ１１が大きくなり、リング半径方向に向く力の成分Ｆ１２が小さくなる。

このため、図２に示すように、面法線３０がロックリング１７の他側離脱防止面２７の最内側位置のＡ点を通る場合には、従来のように面法線３０がロックリング１７の内周面を通る場合に比べて、リング軸心に対する面法線３０の角度が小さくなる。そのため面法線３０に沿った分力Ｆ１のリング半径方向の成分Ｆ１２が小さくなり、挿し口１４に生じる力を抑制できる。
（実施例２）
図４に示すように、一側離脱阻止面２６の円弧の中心Ｓ２を他側離脱阻止面２７上においてリング半径方向に変位させると、ロックリング収容溝１６の開口縁１６ａとロックリング１７の一側離脱阻止面２６とが当たる接点２８と、円弧の中心Ｓ２との距離の変化に伴って一側離脱阻止面２６の形状が変化する。

そして、接平面２９の面法線３０が他側離脱阻止面２７を通る位置も円弧の中心Ｓ２の移動に伴ってリング半径方向に移動する。

接平面２９の面法線３０が最内側位置のＡ点と最外側位置のＢ点の間において他側離脱阻止面２７を通る場合には、挿し口突部１８がロックリング１７の他側離脱阻止面２７に当たる最内側位置のＡ点を中心として、面法線３０に沿った分力Ｆ１による右廻りのモーメントＭ１がロックリング１７に作用する。

このとき、面法線３０がロックリング１７の他側離脱防止面２７を通ることで、従来のように面法線３０がロックリング１７の内周面を通る場合に比べて、リング軸心に対する面法線３０の角度が小さくなる。そのため面法線３０に沿った分力Ｆ１のリング半径方向の成分Ｆ１２が小さくなり、挿し口１４に生じる力を抑制できる。

さらに、ロックリング１７が有するねじれに抗する剛性を超える外力が作用すると、ロックリング１７に作用するモーメントの中心が挿し口突部１８の管半径方向の最内側位置のＡ点から管半径方向の最外側位置のＢ点に移動する。

このため、面法線３０に沿った分力Ｆ１による左廻りのモーメントＭ２が最外側位置のＢ点を中心としてロックリング１７に作用し、ロックリング１７が挿し口１４から浮き上がることを抑制する。
（実施例３）
図５に示すように、ロックリング１７の一側離脱阻止面２６をテーパ面とすることも可能である。

この場合、テーパの勾配を調整することで、接平面２９の面法線３０が最内側位置のＡ点を通る構成とすることも、接平面２９の面法線３０が最内側位置のＡ点と最外側位置のＢ点の間において他側離脱阻止面２７を通る構成とすることも可能である。
（実施例４）
図６に示すように、挿し口突部１８を肉盛り溶接により形成し、挿し口突部１８が最内側位置のＡ点でのみロックリング１７の他側離脱防止面２７に当たる構成とすることも可能である。ここでは、一側離脱阻止面２６は、接平面２９の面法線上に中心Ｓ１を有する円弧に沿って湾曲し、さらに一側離脱阻止面２６の円弧の中心Ｓ１が、接平面２９の面法線３０と他側離脱阻止面２７との交点にある。

この場合、他側離脱阻止面２７を通る接平面２９の面法線３０は、他側離脱阻止面２７のリング半径方向で最内側位置のＡ点を通る。最内側位置のＡ点廻りにおいて、面法線３０に沿った分力Ｆ１によるモーメントはロックリング１７に作用しない。

このとき、面法線３０がロックリング１７の他側離脱防止面２７の最内側位置のＡ点を通ることで、従来のように面法線３０がロックリング１７の内周面を通る場合に比べて、リング軸心に対する面法線３０の角度が小さくなる。そのため面法線３０に沿った分力Ｆ１のリング半径方向の成分Ｆ１２が小さくなり、挿し口１４に生じる力を抑制できる。

上記実施形態では引張力について説明したが、継手が屈曲した状態であっても、接触点が変化せず、作用線が常に他側離脱阻止面を通過するため、同様の効果を奏する。

１１ 一方の管
１２ 受口
１３ 他方の管
１４ 挿し口
１５ シール圧接面
１６ ロックリング収容溝
１６ａ 開口縁
１７ ロックリング
１８ 挿し口突部
１９ バックアップリング
２０ シール材
２１ 押輪
２２ フランジの孔
２３ ボルト
２４ 押輪の孔
２５ ナット
２６ 一側離脱阻止面
２７ 他側離脱阻止面
２８ 接点
２９ 接平面
３０ 面法線
３１ 内周縁
Ｍ１，Ｍ２ モーメント

Claims (6)

1. 一方の管の受口と、前記受口に挿入する他方の管の挿し口との間に離脱防止構造を有し、
   離脱防止構造は、前記受口の内周面に管軸心周りに形成したロックリング収容溝と、前記ロックリング収容溝に収容するロックリングと、前記ロックリングよりも挿し口先端側の挿し口外周面に形成し、管軸心方向で前記ロックリングに掛かり合う挿し口突部を備え、
   前記ロックリングは、前記他方の管の挿し口外周面に装着し、管軸心方向で前記ロックリング収容溝と掛かり合い、受口先端側に向く一側面に形成した一側離脱阻止面が前記ロックリング収容溝の開口縁と管軸心周りに接触し、挿し口先端側に向く他側面が管軸心方向で挿し口突部に対向する他側離脱阻止面をなし、
   前記ロックリング収容溝の開口縁が前記一側離脱阻止面に当たる接点での接平面の面法線が前記他側離脱阻止面を通ることを特徴とする管の継手構造。
2. 前記他側離脱阻止面を通る接平面の面法線は、前記他側離脱阻止面のリング内周縁を通ることを特徴とする請求項１に記載の管の継手構造。
3. 前記他側離脱阻止面を通る接平面の面法線は、前記他側離脱阻止面のリング内周縁と、前記他側離脱阻止面が前記挿し口突部の外周縁に接触する位置との間において、前記他側離脱阻止面を通ることを特徴とする請求項１に記載の管の継手構造。
4. 前記ロックリングは、前記一側離脱阻止面が円錐面状をなすことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の管の継手構造。
5. 前記ロックリングは、前記一側離脱阻止面が接平面の面法線上に中心を有する円弧に沿って湾曲することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の管の継手構造。
6. 前記一側離脱阻止面の円弧の中心が、接平面の面法線と前記他側離脱阻止面との交点にあることを特徴とする請求項５に記載の管の継手構造。

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