JP3948821B2 - 管継手用連結部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直管やエルボ、チーズの如き合成樹脂製連結部材に金属部材を嵌め込んだ管継手用連結部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製のハウジング形管継手は、消火配管に多く実用化されている。また、消火配管分野以外においても耐震性に優れていること、施工性に優れていることなどからその適用が拡大し、ビルの冷温水配管などへも適用されている。ハウジング形管継手による接続では直管やエルボ、チーズの如き連結部材の接続部に溝加工が必要とされ、鋼管やステンレス管などの直管では溝付け機によって溝加工が行われている。ハウジング形管継手に適応した溝部を有するハウジング形継手専用のエルボやチーズ、ソケット、キャップなどのフィッティングと呼ばれる連結部材が既に使用されている。
一方、ポリエチレンや架橋ポリエチレン、ポリブデンなどの熱可塑性樹脂による連結部材は、耐食性や耐震性の観点から近年注目され配水配管や給水給湯配管として多く使われるようになってきている。これらの連結部材の接続には、エレクトロフュージョン接合やバット接合などの融着による方法が多く適用されている。また、ＪＩＳ Ｂ ２３５４に規格化されているメカニカル式インコア形、メカニカル式スリーブ形などの継手も用いられている。
【０００３】
しかし、これらの樹脂製の連結部材の接続部分に、鋼管やステンレス管などのように管端部にロールグルーブ加工やカットグルーブ加工を行い、ハウジング形管継手によって接続される工法は実施されていない。また、樹脂成型時に溝部を形成することができても、溝部の樹脂の厚さが薄くならないように連結部材の肉厚を厚くして溝部の強度を維持することが必要とされた。また、ハウジング形管継手によって接続することができても、樹脂製の連結部材は施工後の耐圧試験時に加えられる圧力や使用時の圧力によって溝部のハウジング側の肩部が塑性変形し、樹脂製の連結部材が有している性能に至る前に接続部から漏れが発生した。さらにひどい場合には樹脂製の連結部材が接続部のハウジングから抜け出してしまうなどの問題があった。このために耐震性に優れ、施工性に優れたハウジング形管継手による樹脂製の連結部材の接続手段は実用化されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を鑑み、ハウジング形管継手によって接続可能な樹脂製の連結部材を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による連結部材は、好ましくは熱可塑性樹脂を主な材料として構成され、管継手による接続部のシール面およびシール面側の肩部、溝、あるいは溝のもう一方の肩部までが金属によって覆われた部分を有している。
【０００６】
また、連結部材を覆うように形成された金属部において、シール面部分の金属が管継手のガスケットによって完全に覆われ、シール面の他の部分は樹脂により形成され、金属および樹脂によってガスケットによるシール面が形成されている。少なくともシール面に形成される金属部分がガスケットによって覆われ、管内あるいは継手内を流通する水等の液体に直接ふれない構造となっており、さらにシール面の樹脂部においても連結部材の内部を流通する水等の液体の内圧によってシール面に面圧が発生してシールされ、金属と樹脂との境界部分を介して漏れ等の異常が発生しない位置とすることが好ましい。このため、シール面に生成される樹脂部は、シール面に形成される金属面と同一面とし、ガスケットによるシール性能を低下させない構造とすることが望ましい。この場合においてもシール面側の肩部、溝、あるいは溝のもう一方の肩部までが金属によって覆われた部分を有している。
【０００７】
さらに本発明による連結部材は、その接続部に矩形の溝が形成され、この溝部に連結部材の外径と同等以上の外径を有し、連結部材の溝部の外径と同等以上の内径を有する一部分にスリットを有する円形状の金属リングを嵌合し、金属リングを介して管継手のハウジング部が装着されるものであってもよい。一部にスリットを有する円形状の金属リングは、このスリットをさらに広げることによって連結部材の溝部に嵌合される。このとき、金属リングは嵌合させるために加えられる力によって塑性変形して嵌合後に変形を生じてはならない。一方、金属リング嵌合後は、管継手のハウジングの締め付け力によって金属リングが変形を生じてもかまわない。変形を生じる場合は、金属リングの一部のスリットに隙間が設けられ、この隙間が減少することによって金属リングの外径が縮小するものであればよい。金属リングの上下面や外周面、内面にうねり等の変形を生じてはならない。このため、スリットに隙間を設けていた場合は金属リングの外径は、管や継手の外径よりも大きくてよい。少なくとも隙間がなくなった状態において管や継手と同等の外径となり、ハウジング形管継手による接続において必要とされる外径寸法であればよい。また、スリットは隙間を有しない金属リングとすることもできる。この場合においては、金属リングの外径は管や継手の外径と同等であり、ハウジング形継手による接続において必要とされる外径寸法であればよい。
【０００８】
金属リングのスリットは、管継手のハウジングの締め付けによってスリットの隙間がなくなり、合わさることが好ましい。これは、ハウジングの締め付けによっても隙間を有していると、その隙間部分の樹脂が塑性変形してしまうためである。このようなことから金属リングのスリットの形状は、テーパー形状としてもよい。さらにこれらの金属リングの内径は、少なくとも樹脂製の連結部材の溝部の外径と同等以上とすることが望ましい。溝部外径よりも小さいとハウジングの締め付けによって金属リングが変形してリング内径側が樹脂部に食い込み、樹脂部に塑性変形を生じさせてしまうためである。
【０００９】
シール面および溝、溝肩部に形成される金属部あるいは金属リングは、鋼材、鋳鋼、ステンレス鋼、銅あるいは青銅、黄銅、砲金などの銅合金、アルミあるいはアルミ合金であってもよい。ただし、金属リングの場合は、嵌合のために加えられる力によって塑性変形するような材料であってはならない。また、継手によって接続され、使用される内圧あるいは要求される耐久圧力においてシール面および溝、溝肩部が塑性変形しなければよく、金属部の材質や厚さは要求特性に応じて任意に設定されるが、樹脂製の連結部材の耐圧性能以上の強度が望ましい。また、材質は耐食性などの点を考慮して選定してもよい。さらに、金属部の形状は、シール面、溝、溝肩部が形成されたものであればよく、樹脂と接触する側の面は、溝の形状を反映したものであってもよい。又、円筒状の平坦な面であってもかまわない。但し、樹脂と金属部との物理的な密着性を考慮すると、樹脂と接触する側の面は、溝形状を反映した凹凸のある形状、あるいは、溝形状とは異なった凹凸を設けたものが好ましい。
【００１０】
このように金属部が形成される熱可塑性樹脂あるいは金属リングが嵌合される熱可塑性樹脂は、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂（高密度、中密度、低密度）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリブデン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の射出成型や押し出し成型などの方法により製造される材料であり、給水や給湯に適用できる材質であればよい。また、海水や化学物質等の輸送に適用できる材質であってもよい。少なくとも金属部を連結部材の端部に装着するための製造方法が適用できるもの、あるいは金属リングを嵌合できる溝が形成できるものであればよい。たとえば、金属部を目的の形状に切削加工、あるいは塑性加工等の方法により成型して成型金型中にセットして射出成型により樹脂成形を行い、本発明の形状を作製できる。このとき、樹脂と金属との密着性を向上させる目的で連結部材とは異なる樹脂材料を接着層として設けてもよい。また、溝形状に加工した金属部を樹脂部に熱圧着する方法などで形成してもよい。溝部のない金属を樹脂部に熱圧着後、ロールグルーブ加工して溝付けをする方法などの適用も考えられる。さらに金属と樹脂との間に隙間ができず、使用時に要求される圧力に耐えるものであれば接着剤を用いて金属部を形成してもよい。
【００１１】
以上から明らかなように、本発明によれば、樹脂製の連結部材の接続部には金属より成るシール面、溝部、肩部が形成されているためハウジング形継手による接続が行える。また、その金属部分は、樹脂製の管や継手の耐圧性能以上の強度を有しているためシール面、溝部、溝の肩部に塑性変形が生じず、接続部からの漏れや抜け等の異常が発生することのない接続部を提供することができる。また、金属リングを用いる場合は、従来の一般的な溝加工方法であるカットグルーブ加工を適用した管や継手の接続が行える。
【００１２】
〔実施例１〕
本発明の具体的な連結部材を図によって説明する。図１は、本発明の一実施例による連結部材としての樹脂継手とＳＧＰ鋼管との接続部の概略図である。樹脂継手１は、ソケット形状やチーズ形状、直管などいずれの形状であってもよい。樹脂継手１のＳＧＰ鋼管２と接続される部分にはガスケット９によりシールされるシール面３と溝の平坦部４、溝の両肩部５、６に鋼管と同材質による金属部７が形成されている。金属部７は、あらかじめ切削加工により溝形状に加工され、樹脂継手成型時に成型金型中にセットして樹脂成形することにより作製される。この金属部７の溝４とＳＧＰ鋼管２の溝８を介してガスケット９とハウジング１０、ボルト１１、ナット（図示なし）からなるハウジング形管継手により接続されている。
【００１３】
本実施例による高密度ポリエチレンから成る樹脂継手あるいは金属部がなく直接樹脂に溝を形成した樹脂継手とＳＧＰ鋼管を各々接続して一端を封じ、他端より加圧して耐水圧試験を行った。なお接続には呼び２ 1/2 のハウジング形管継手を用いた。連結部材としての高密度ポリエチレン製継手は外径７６φ、肉厚７．６ｍｍ、鋼管と同材質の金属部は厚さ２．０ｍｍ、巾８．７ｍｍ、深さ１．９ｍｍの溝をその中央部に有する長さ３４ｍｍのものを樹脂継手に埋め込んだ。金属部を形成しない樹脂継手を鋼管に接続した場合は、約４.５ＭＰａで接続部の樹脂継手側から僅かな漏れが確認された。また、試験後、樹脂継手のハウジング側の溝肩部には塑性変形による隆起が観察された。
一方、金属部を形成した樹脂継手は一端を封じるために用いた樹脂パイプが５.５ＭＰａで破壊したが、その圧力まで接続部に漏れや抜け等の異常は見られなかった。また試験後、接続部に変形は生じていなかった。
【００１４】
〔実施例２〕
図２は、本発明の他の実施例による樹脂継手と鋼管との接続部の概略図である。樹脂継手１２には実施例１と同様に金属部１３が形成されている。本実施例では金属部１３の形状は実施例１と異なり、ガスケット１８によるシール面の１４の位置から溝の端部である１５までに金属部１３が形成されている。なお、本実施例では金属部に耐食性に優れたステンレス鋼を用いた。金属部１３の端部１４から樹脂継手の端部１６までは樹脂とガスケット１８によってシール面が形成されている。金属部１３はあらかじめ塑性加工により溝形状に加工され、樹脂継手成型時に成型金型中にセットして樹脂成形することにより作製される。この金属部１３に形成された溝１９と鋼管の溝２０を介してガスケット１８とハウジング２１、ボルト２２、ナット（図示なし）によるハウジング形管継手により鋼管と樹脂継手が接続されている。
【００１５】
図３にはガスケットによるシール面１６−１７間の面圧分布を示す。実線はハウジング形管継手装着後の面圧、点線は接続部内部に圧力０.５ＭＰａで水を充満させたときの面圧である。１７−１４間はガスケットと金属部によってシール面が形成されている部分であり、１６−１４間は、樹脂とガスケットによりシール面が形成されている部分である。このようにハウジング形管継手により接続することによりシール面の金属部、樹脂部ともに面圧が発生する。さらにこの接続部内部に水を充満させると、内部の圧力によりガスケットのシール面圧がさらに高くなる。樹脂と金属との境界部である１４にはハウジング形管継手装着後に高いシール面圧が発生し、さらに内部に液体を充満させることによりさらにシール面圧は増加する。このため、ガスケットと樹脂部との界面部１４まで１６側のシール面から液体が侵入することがなく、金属部と樹脂管との境界面に空隙があってもこれらの空隙から内部の水が流出する事がない。
【００１６】
本実施例による架橋ポリエチレンから成る樹脂継手あるいは金属部がなく直接樹脂に溝を形成した樹脂継手とＳＧＰ鋼管を各々接続して一端を封じ、一端より加圧して耐水圧試験を行った。なお接続には呼び２のハウジング形管継手を用いた。金属部を形成しない樹脂継手を鋼管に接続した場合は、約４ＭＰａで接続部の樹脂管側から僅かな漏れが確認された。また、試験後、樹脂継手のハウジング側の溝肩部には塑性変形による隆起が観察された。一方、金属部を形成した樹脂継手は一端を封じるために用いた樹脂管が５ＭＰａで破壊したが、管が破壊するまで接続部に漏れや抜け等の異常は見られず、また試験後の接続部に変形は生じていなかった。
本実施例では樹脂継手の溝部を覆い、ガスケットによるシール面の途中までに金属部を形成した。このため金属部は直接継手内の水と接触することがなく、ハウジングを介して鋼管と接触していても異種金属接触による腐食が生じないのは明らかである。このため、異種金属接触腐食を考慮せず、耐食性に優れた金属材料を使用することができる。
なお、本実施例では、鋼管と樹脂継手との接続方法について実施例を示したが、樹脂継手同士の接続、あるいは樹脂管同士の接続においても同様な結果が得られることは明らかである。
【００１７】
〔実施例３〕
図４は、本発明の一実施例による樹脂管同士の接続部の概略図である。樹脂管２３は高密度ポリエチレンによって形成され、カットグルーブによって管の端に溝２４が形成されている。この溝２４に金属リング２５が嵌合されている。この金属リング２５を挟み込むようにガスケット２６とハウジング２７、ボルト２８からなるハウジング形管継手により接続されている。この金属リング２５の開口部を図４のＡ側から見たときの概略構造図を図５に示す。リングの一部に開口部即ちスリット２９を有し、この開口部を開くことによって金属リングの内径を大きくして樹脂管２３に嵌合される。図６及び図７には金属リング開口部の他の実施例による形状を示す。図６の実施例による金属リングの開口部３０はテーパー形状を有している。また、図７に示す実施例の金属リングの開口部３１は、ダブルアングル形の開口部を有している。
【００１８】
図５、図６及び図７それぞれの金属リングを用いて樹脂管同士を接続し、一端を封じて一端より加圧して耐水圧試験を行った。なお接続には呼び２ 1/2 のハウジング形管継手を用いた。いずれの金属リングを嵌合した場合においても５.５ＭＰａで樹脂管が破壊した。しかし、接続部に漏れや抜け等の異常は見られず、また試験後の接続部に変形は生じていなかった。樹脂管に金属部を形成しないで接続した場合は、約４.５ＭＰａで接続部の樹脂管側から僅かな漏れが確認された。また、試験後、樹脂継手のハウジング側の溝肩部には塑性変形による隆起が観察された。
【００１９】
〔実施例４〕
図８は、本発明の一実施例による樹脂管同士の接続部の概略図である。樹脂管３２はポリプロピレンによって形成され、カットグルーブによって管の両端に溝３３が形成されている。この溝に金属リング３４が嵌合されている。本実施例による金属リングはコの字形の断面形状をしている。この金属リング３４のハウジング側の溝肩部を挟み込むようにガスケット３５とハウジング３６、ボルト３７、ナット（図示なし）からなるハウジング形管継手により接続されている。この金属リング３３の開口部は図５に示した実施例と同様であり、開口部を開いて樹脂管に嵌合されている。
本実施例による金属リングを用いて接続した樹脂管の一端を封じ、一端より加圧して耐水圧試験を行った。なお接続には呼び２のハウジング形管継手を用いた。金属リングを嵌合した樹脂管は４ＭＰａの圧力においても接続部に漏れや抜け等の異常は見られず、また試験後の接続部に変形は生じていなかった。一方、金属リングを嵌合しないで樹脂管を接続した場合は、約４ＭＰａで樹脂管の溝部が変形し漏れが確認された。また、試験後、樹脂継手のハウジング側の溝肩部には塑性変形による隆起した変形も観察された。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の管継手用連結部材によれば、接続部の性能が低下することなく、ハウジング形継手による施工が行えるため、接続部の信頼性が向上し、施工性も向上する。また、溝に設けた金属部をガスケットのシール面によって覆われる構造とすることにより金属部と樹脂部との接続部から漏れ等が発生することなく、異種金属接触による腐食の問題も生じず、耐食性に優れた接続方法を提供することができる。
さらに金属リングを用いた接続では、従来の一般的な溝加工方法が適用できるため、樹脂による管や継手の製造時に特別な加工を行わず、施工現場で容易に加工して接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による樹脂継手と鋼管との接続部の概略部分断面図である。
【図２】本発明の他の実施例による樹脂継手と鋼管との接続部の概略部分断面図である。
【図３】ガスケットによるシール面の面圧分布を示す図である。
【図４】本発明の一実施例による樹脂管と樹脂管との接続部の概略部分断面図である。
【図５】本発明による金属リング開口部の正面図である。
【図６】本発明による金属リング開口部の正面図である。
【図７】本発明による金属リング開口部の正面図である。
【図８】本発明の他の実施例による樹脂管と樹脂管の接続部の概略部分断面図である。
【符号の説明】
１、１２ 樹脂継手（連結部材）
２ 鋼管
７、１３ 金属部
４、８、１９、２０ 溝部
９、１８、２６、３５ ガスケット
１０、２１、２７、３６ ハウジング
１１、２２、２８、３７ ボルト
２３、３２ 樹脂管
２５、３４ 金属リング
２９、３０、３１ 開口部（スリット）

Claims (6)

1. 管継手に接続される合成樹脂材からなる連結部材が管継手の爪部による接続部のシール面およびシール面側の肩部、溝、あるいは溝のもう一方の肩部までが金属によって覆われた部分を有することを特徴とする管継手用連結部材。
2. シール面の金属部の端部が管継手のガスケットによって完全に覆われ、金属部および樹脂部の両面においてシールが形成されていることを特徴とする請求項１記載の管継手用連結部材。
3. 管継手に接続される合成樹脂材からなる連結部材が管継手による接続部には矩形の溝を有し、この溝部に連結部材の外径と同等以上の外径を有し、連結部材の溝部の外径と同等以上の内径を有する一部分にスリットを有する円形状の金属リングを嵌合し、金属リングを介して管継手のハウジング部が装着されることを特徴とする管継手用連結部材。
4. シール面およびシール面側の肩部、溝あるいは溝のもう一方の肩部に形成される金属が、鋼材、鋳鋼、ステンレス鋼、銅あるいは青銅、黄銅、砲金などの銅合金、アルミあるいはアルミ合金からなることを特徴とする請求項１、２記載の管継手用連結部材。
5. 連結部材が塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂（高密度、中密度、低密度）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリブデン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性樹脂によって形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の管継手用連結部材。
6. 管継手がハウジング形管継手である請求項１又は３記載の管継手用連結部材。

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