JP4291444B2 - 管継手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車、建設機械及び工作機械等の配管に使用する管継手に関するものであり、特に内圧保持力を向上させた管継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の管継手にあっては、雄金具と雌金具の円錐形シート面は図１０に示すように全面にわたって同一角度となっており、雄金具の外側に形成されたシート面１１を雌金具の内側に形成されたシート面１２に全面的に接触させ、雄金具ナット１３を締め付けることによって発生する軸力でシート面圧を高めて内圧を保持するものであった。このような従来のシート面全面接触タイプと言われる管継手は、シート面部分の強度が高く加工が簡単であるという利点はあるが、図１１の斜線部で示すようにシート面同士の接触部１４が偏り易く均一な接触にならないため、内圧保持力が小さくなってしまうという欠点があった。すなわち、シート面の角度公差や雄金具および雌金具の偏芯等の影響を直接受けて接触部１４が均一にならず、狭い部分と広い部分とで最大約４倍もの差が生じてシート面圧が部分的に低くなるのである。そのため、高圧を保持する必要があるときは、雄金具と雌金具との間にＯリングを取り付ける等の対策をしなければならなかった。
【０００３】
また、図１２に示すように雄金具シート面の先端部１５のみを球状に形成することによって、図１３の斜線部で示すように当初から雌金具シート面との接触部１４が全面的に小さくなるようにし、雄金具ナット１３の締め付けによって発生する軸力に対して相対的にシート面圧を高められる線接触タイプと言われる管継手もあった。しかしながら、このような管継手は内圧保持力をある程度大きくすることはできるが、線接触のためシート面部分の強度が低くなり、また、シート面の加工自体が困難であるという問題があった。さらに、線接触のため、雄金具ナット１３の締め付けによって発生する軸力で雌金具シート面に傷を付けるという問題もあった。
【０００４】
さらに、雄金具と雌金具のシート面接触部に作用する力が同一であれば、当然ながらシート面同士の接触面積が小さいほど単位面積当たりのシート面圧が高くなり内圧保持力が大きくなる。しかし、接触面積を小さくするため、図１２に示すような球状シート面による線接触タイプの管継手を使用すると、雄金具の球状シート面が雌金具の平面シート面を押し付ける力によって雄金具のシート面部分が座屈変形してしまい、結果としてシート面接触部に作用する力を有効に保持できず、シート面圧が期待したほど高くならないという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の管継手を改良したものであって、シート面部分の座屈変形を抑え、シート面接触部に作用する力を有効に保持して内圧保持力を大きくしようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る管継手は以上の課題を解決するためになされたものであって、その第１の発明の要旨は、雄金具と雌金具のそれぞれ外側と内側に円錐形のシート面を形成し、互いのシート面を締め付けにより面接触させることによって内圧を保持する管継手において、管継手中心軸と雄金具の先端側シート面がなす角度をθ１、雄金具の先端側シート面に続く裾側シート面がなす角度をθ２、雄金具の先端側シート面と接触する雌金具の底側シート面がなす角度をθ３としたとき、−５°≦θ１−θ３≦５°であって、かつ、θ２を雌金具シート面と接触しないような角度とした管継手であり、好ましくは、θ１＞θ２としたものである。また、第２の発明の要旨は、雌金具の底側シート面に続く表面側シート面がなす角度をθ４としたとき、−５°≦θ１−θ３≦５°であって、かつ、θ４を雄金具シート面と接触しないような角度とし、好ましくは、θ３＜θ４としたものである。そして、より好ましくは、第１の発明および第２の発明とも、雄金具の先端側シート面と雌金具の底側シート面とが面接触する幅をＬとしたとき、０＜Ｌ≦１５ｍｍである管継手に係るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、第１の発明に係る管継手を中心に実施の形態を説明すると、第１の発明において、管継手中心軸と雄金具の先端側シート面がなす角度θ１と、管継手中心軸と雌金具の底側シート面がなす角度θ３との角度差、すなわち、θ１−θ３は±５°以内とされている。±５°以内としたのは、この範囲内の角度差であれば、ナットの締め付けによって雄金具の先端側シート面と雌金具の底側シート面とが均一に面接触するようになるからである。
【０００８】
また、雄金具シート面には先端側シート面に続いて裾側シート面が形成され、裾側シート面は雌金具シート面と接触しないような角度θ２とされている。すなわち、第１の発明に係る管継手は従来の全面接触タイプや線接触タイプの管継手と異なり、雄金具の先端側シート面のみが雌金具シート面と面接触する。したがって、雄金具の先端側シート面部分は従来のシート面全面接触タイプの管継手と同程度の肉厚を確保することができ、かつ、雄金具の裾側シート面部分は線接触タイプの管継手以上の肉厚を確保することができるため、雄金具シート面部分の座屈変形が防止できることになる。
【０００９】
さらに、第１の発明に係る管継手は、雄金具の先端側シート面のみを雌金具シート面と接触させることで内圧保持力を大きくすることができるのである。このような構成とすることによって内圧保持力が向上する理由は、先端側シート面のみが均一に接触して裾側シート面が接触しないため、先端側シート面に作用する面圧が上がるとともに、先端側シート面と裾側シート面との境目が角部となり、エッジ効果が働くことが影響しているものと考えられる。
【００１０】
事実、図４に示すように、従来のシート面全面接触タイプの管継手Ｂと同じシート面接触面積とした第１の発明の実施例Ａ１では従来の管継手Ｂに対して保持内圧Ｐが約２．５倍となり、従来の線接触タイプの管継手Ｃと同じ接触面積とした実施例Ａ２であっても従来の管継手Ｃに対して保持内圧Ｐが１．２倍から１．６倍となっている。このことは、シート面圧に加えてエッジ効果が保持内圧の向上に寄与していることを示唆するものと考えられる。
【００１１】
なお、雄金具の裾側シート面を雌金具シート面と接触しないような角度θ２とするには、雌金具シート面全体を底側シート面の角度θ３で一定とした上で、θ２を雄金具の先端側シート面角度θ１より小さくする、すなわち、θ１＞θ２とすれば最も簡単な構成で実現できる。
【００１２】
また、第２の発明に係る管継手は、第１の発明とは逆に、雌金具シート面に、底側シート面に続いて表面側シート面を形成し、表面側シート面を雄金具シート面と接触しないような角度θ４としたものである。この場合も第１の発明と同様の理由で内圧保持力が向上する。なお、雌金具の表面側シート面を雄金具シート面と接触しないような角度θ４とするには、雄金具シート面全体を先端側シート面の角度θ１で一定とした上で、θ４を雌金具の底側シート面角度θ３より大きくする、すなわち、θ３＜θ４とすれば最も簡単な構成で実現できる。
【００１３】
さらに、第１の発明および第２の発明とも、雄金具の先端側シート面と雌金具の底側シート面とが面接触する幅Ｌを適宜変更することによって、様々な要求性能を満たす管継手を得ることができる。すなわち、シート面の接触幅が内圧保持力とシート面部分の強度とに相反する影響を与えることから、内圧保持力を高くする必要のある高圧タイプの管継手においては接触幅Ｌを短くして対応し、シート面強度を確保する必要のある高強度タイプの管継手においては接触幅Ｌを長くすればよいのである。ただし、接触幅Ｌは１５ｍｍ以下とすることが好ましい。それは、１５ｍｍより長くするとシート面圧が低下し、上記したエッジ効果が薄れるからである。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面により説明する。
図１は第１の発明に係る管継手を示す一部断面図であり、雄金具１と雌金具２は雄金具ナット３の締め付けにより接続される。ここで、図１の○部を拡大して図２に示すように、雄金具シート面は先端側シート面５Ａとそれに続く裾側シート面５Ｂとで形成され、裾側シート面５Ｂは雌金具シート面６に接触しないようになっている。すなわち、雌金具シート面６を全面的に底側シート面角度θ３で一定とした上で、管継手中心軸と雄金具の先端側シート面５Ａがなす角度θ１を裾側シート面５Ｂがなす角度θ２より大きくしている。また、その結果、先端側シート面と裾側シート面との境目は角部になっている。なお、θ３はθ１と同角度とされているから、結局、θ３＝θ１＞θ２となっている。
【００１５】
図１に示す管継手では、雄金具ナット３の締め付けにしたがって、図２に示すように雄金具１の先端側シート面５Ａのみが雌金具シート面６に面接触する。このとき、図３の斜線部で示すように、接触部７は均一なものとなっている。したがって、ナットの締め付けにより発生する軸力は雄金具の先端側シート面５Ａのみに作用し、均一な接触幅Ｌで雌金具シート面６と面接触しているのでその部分の面圧が高まり、大きな内圧保持力を有するのである。
【００１６】
次に、図１および図２に示した管継手をホース内径がφ２５．４ｍｍ用のものに適用した場合の保持内圧について説明する。ここで、雄金具の先端側シート面の角度θ１は３０°、裾側シート面の角度θ２は２０°、雌金具の底側シート面の角度θ３は３０°で固定し、雄金具の先端側シート面と雌金具の底側シート面との接触幅Ｌを０．５８ｍｍと１．５ｍｍの２種類とした。なお、接触幅Ｌは均一であり、Ｌ＝０．５８ｍｍのものは雄金具シート面の先端部を半径２ｍｍの球状とした従来の線接触タイプの管継手とほぼ同じシート面接触面積、Ｌ＝１．５ｍｍのものは従来のシート面全面接触タイプの管継手とほぼ同じ接触面積となっている。
【００１７】
図４は雄金具ナットの締付トルクＴ（ｋｇｆ・ｍ）と保持内圧Ｐ（×１００ｋｇｆ／ｃｍ２）との関係を示す図である。Ｌ＝１．５ｍｍの実施例Ａ１では従来のシート面全面接触タイプＢと比較して約２．５倍の保持内圧を有し、またＬ＝０．５８ｍｍの実施例Ａ２では従来の線接触タイプＣと比較して１．２倍から１．６倍、従来のシート面全面接触タイプＢと比較すると接触幅が均一かつ小さいことによるシート面圧の増加とエッジ効果の相乗により実に約４倍もの保持内圧となっている。
【００１８】
また、図５は第１の発明を曲がり管の管継手に適用した例を示す一部断面図であり、図６は雌金具ナット４を有する管継手に適用した例を示す一部断面図である。図５および図６に示す管継手とも、雄金具および雌金具のシート面は図２に示したものと同様である。
【００１９】
図７は第２の発明に係る管継手を示す一部断面図であり、雄金具１と雌金具２は雌金具ナット４の締め付けにより接続される。第２の発明では雌金具シート面が底側シート面６Ａとそれに続く表面側シート面６Ｂで形成され、表面側シート面６Ｂは雄金具シート面５に接触しないようになっている。すなわち、図８に拡大して示すように、雄金具シート面５を全面的に先端側シート面角度θ１で一定とした上で、管継手中心軸と雌金具の表面側シート面６Ｂがなす角度θ４を底側シート面６Ａがなす角度θ３より大きくしている。また、その結果、底側シート面と表面側シート面との境目は角部になっている。なお、θ１はθ３と同角度とされているから、結局、θ１＝θ３＜θ４の関係となっている。
【００２０】
第２の発明では雌金具ナット４の締め付けにしたがって雌金具２の底側シート面６Ａのみが雄金具シート面５に均一に面接触する。したがって、ナットの締め付けにより発生する軸力は雄金具シート面５と雌金具の底側シート面６Ａの接触部のみに作用し、均一な接触幅で面接触しているのでその部分の面圧が高まり、第１の発明と同様に大きな内圧保持力を有するのである。
【００２１】
また、図９は第２の発明を曲がり管の管継手に適用した例を示す一部断面図である。図９に示す管継手も、雄金具および雌金具のシート面は図８に示したものと同様である。このように、第１の発明および第２の発明とも、各種の管継手に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明および第２の発明に係る管継手とも、シート面接触部が均一なものとなるため、内圧によって生じる雄金具を径方向に拡大する力が効果的にシール力に変換される自己シール性に、接触幅が均一で比較的小さいこととエッジ効果が相乗して大きい内圧保持力を有するのである。また、高圧タイプや高強度タイプを設計する場合の自由度が大きく、使用圧力が同じであれば締付トルクを少なくできるので作業性が向上する。さらに、雄金具または雌金具の一方のシート面は従来と同様のものとすることができるので従来継手との互換性を有し、脱着の繰り返しが可能である。
【００２３】
特に、従来のシート面全面接触タイプの管継手と比較すると、シート面同士の接触の片当たりを少なくでき、高圧タイプにおいても従来のＯリングを使用する必要がないのでＯリングの劣化等が問題とならず使用温度や使用流体の範囲を広くすることができ、かつ部品点数が少ない分だけ経済的な管継手とすることができる。また、従来の線接触タイプの管継手と比較すると、加工が簡単で雌金具シート面の傷付きを少なくでき、かつシート面強度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の発明に係る管継手を示す一部断面図である。
【図２】図２は第１の発明のシート面部分を拡大した断面図である。
【図３】図３は第１の発明に係る管継手のシート面接触部を示す図である。
【図４】図４はナット締付トルクと保持内圧との関係を示す図である。
【図５】図５は第１の発明を曲がり管の管継手に適用した例を示す一部断面図である。
【図６】図６は第１の発明を雌金具ナットを有する管継手に適用した例を示す一部断面図である。
【図７】図７は第２の発明に係る管継手を示す一部断面図である。
【図８】図８は第２の発明のシート面部分を拡大した断面図である。
【図９】図９は第２の発明を曲がり管の管継手に適用した例を示す一部断面図である。
【図１０】図１０は従来のシート面全面接触タイプの管継手を示す一部断面図である。
【図１１】図１１はシート面全面接触タイプの管継手のシート面接触部を示す図である。
【図１２】図１２は従来の線接触タイプの管継手を示す一部断面図である。
【図１３】図１３は線接触タイプの管継手のシート面接触部を示す図である。
【符号の説明】
１‥雄金具
２‥雌金具
３‥雄金具ナット
４‥雌金具ナット
５‥雄金具シート面
５Ａ‥雄金具の先端側シート面
５Ｂ‥雄金具の裾側シート面
６‥雌金具シート面
６Ａ‥雌金具の底側シート面
６Ｂ‥雌金具の表面側シート面
７‥シート面接触部
１１‥雄金具シート面
１２‥雌金具シート面
１３‥雄金具ナット
１４‥シート面接触部
１５‥雄金具シート面の球状先端部
Ｌ‥雄金具の先端側シート面と雌金具の底側シート面との接触幅
θ１‥管継手中心軸と雄金具の先端側シート面がなす角度
θ２‥管継手中心軸と雄金具の裾側シート面がなす角度
θ３‥管継手中心軸と雌金具の底側シート面がなす角度
θ４‥管継手中心軸と雌金具の表面側シート面がなす角度

Claims (5)

1. 雄金具と雌金具のそれぞれ外側と内側に円錐形のシート面を形成し、互いのシート面を締め付けにより面接触させることによって内圧を保持する管継手において、管継手中心軸と雄金具の先端側シート面がなす角度をθ１、雄金具の先端側シート面に続く裾側シート面がなす角度をθ２、雄金具の先端側シート面と接触する雌金具の底側シート面がなす角度をθ３としたとき、−５°≦θ１−θ３≦５°であって、かつ、θ２を雌金具シート面と接触しないような角度としたことを特徴とする管継手。
2. 前記管継手において、θ１＞θ２としたことを特徴とする請求項１に記載の管継手。
3. 雄金具と雌金具のそれぞれ外側と内側に円錐形のシート面を形成し、互いのシート面を締め付けにより面接触させることによって内圧を保持する管継手において、管継手中心軸と雄金具の先端側シート面がなす角度をθ１、雄金具の先端側シート面と接触する雌金具の底側シート面がなす角度をθ３、雌金具の底側シート面に続く表面側シート面がなす角度をθ４としたとき、−５°≦θ１−θ３≦５°であって、かつ、θ４を雄金具シート面と接触しないような角度としたことを特徴とする管継手。
4. 前記管継手において、θ３＜θ４としたことを特徴とする請求項３に記載の管継手。
5. 雄金具の先端側シート面と雌金具の底側シート面とが面接触する幅をＬとしたとき、０＜Ｌ≦１５ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４に記載の管継手。

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