JP4636515B2

JP4636515B2 - 接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法

Info

Publication number: JP4636515B2
Application number: JP2000365287A
Authority: JP
Inventors: 隆一草薙
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002054770A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばディーゼル内燃機関における燃料の供給路などとして配設多用される管径４ｍ／ｍ乃至２０ｍ／ｍ、肉厚１ｍ／ｍ乃至８ｍ／ｍ程度の高圧燃料噴射管のように、比較的細径からなる厚肉鋼管による接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法並びに接続頭部用接続座金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法としては、図１１、図１２に例示するように、厚肉鋼管１１の端部に設けてなる外側周面をシート面１３とする截頭円錐状の接続頭部１２が外方からのパンチ部材による軸芯方向への押圧による挫屈加工によって成形されるのに関連して、該押圧による挫屈加工に伴う周壁の外側への拡がりによって、該頭部内周面に深くかつ大きな環状の鋭角なしわ１５あるいはポケットを生ぜしめて構成され、かかる状態で使用に供されている現状にある。また接続頭部１２の首下部にはワッシャ１４が嵌着されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の接続頭部を有する高圧金属配管およびその成形方法は、前記頭部内側に生じた深くかつ大きな環状の鋭角なしわ１５あるいはポケットによって、配設使用時の高圧流体に起因して該しわ部あるいはポケット部が疲労破壊の起点となる可能性があるという問題があった。
また、図１２に示すごとく配管接続時に袋ナット１６をトルク制御せずに過大に締付けた場合、それによる軸方向の力は傾斜したシート面１３に沿う成分とシート面１３に垂直に働く成分とに分けられ、このうちナット締め付けに抗する力はシート面１３に垂直に働く成分の反力である。この反力の大部分はワッシャ１４の先端部において肉厚方向に働き、これによりワッシャ１４は図示のごとく径が拡大する方向に潰れて変形しその先端部が袋ナット１６の内周面にかみ込んでナット固着を惹起するという問題があった。
【０００４】
本発明は前記従来技術の有する前記問題点に鑑みてなされたもので、頭部加工に伴い頭部内部に生じる環状の鋭角なしわあるいはポケットが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状となし、したがって該頭部内側での疲労破壊の危惧をなくすことができ、かつ締め付けトルク過大によるナット固着現象を防止できる接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、比較的細径からなる厚肉鋼管の接続端部に、外側周面を相手座部への截頭円錐状もしくは截頭円弧状のシート面とする接続頭部を有し、該接続頭部の首下部に該接続頭部成形時に外嵌させて用いる該首下部外周面を覆う接続座金が外嵌された高圧金属配管において、前記接続頭部の成形に伴って生ずる該頭部内側の環状凹溝部が深さが浅くかつなだらかとなし、前記接続頭部の首下部外周面を覆う接続座金に段付き拡径部が設けられ、該接続座金の段付き拡径部側端面に前記接続頭部最大径部を被せた構造となしたことを特徴とする接続頭部を有する高圧金属配管を要旨とし、またその成形方法として、予め定尺に切断された比較的細径からなる厚肉鋼管の接続端部付近に予め段付き拡径部を有する接続座金を外嵌し、この接続座金より先端側に接続のための頭部加工代を有してチャックに保持せしめ、しかる後当該鋼管の先端部を同軸外方からの頭部型を備えたパンチ部材による押圧によって、外側周面を相手座部への截頭円錐状もしくは截頭円弧状のシート面とする頭部加工を行わしめて内側に深さが浅くかつなだらかとした環状凹溝を有する接続頭部を、該接続頭部の首下部外周面を前記接続座金が覆うようにかつ該接続頭部最大径部が前記接続座金の段付き拡径部側端面に被さるように成形せしめてなることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明では接続頭部の首下部外周面を覆う接続座金に段付き拡径部を設けたことにより、この段付き拡径部が成形部外径の拡大を拘束し、内径側に材料を張り出させることにより鋭角なしわあるいはポケットを浅くかつなだらかな断面の輪郭形状とすることができることとなり、該頭部内部での応力集中による疲労破壊の起点となる可能性を減少させることができる。ここで接続座金とはワッシャまたはスリーブワッシャのことである。
また、接続頭部最大径部を前記接続座金の段付き部側端面に被せた構造としたことにより、過大な締付けトルクで生じる軸方向の力は、この場合も接続頭部４−１の最大径部とワッシャ２ｆ（２ｇ）の段付き拡径部側端面との軸に垂直な接触面に働き、これに対する反力も軸方向にのみ働き、ワッシャ２ｆ（２ｇ）の肉厚方向に働く成分を生じない。このため当該接続座金の拡がりを抑制できるので、締付けトルク過大によるナット固着現象を防止できる。
なお、接続座金の締付けナットとの当り面を球面とした場合には、前記作用効果に加えて、軸芯のずれがあっても軸力を損失することなくシート面に均一に伝達することができるという効果を得ることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法に係る加工工程を示す縦断面による説明図、図２は図１に示す頭部成形方法により成形された高圧金属配管の接続頭部を示す縦断面図、図３は断面形状の異なる接続頭部例を示す縦断面図、図４〜図７は段付き拡径部断面形状の異なるワッシャ例を示す縦断面図、図８は段付き拡径部断面形状の異なる他のワッシャを用いた高圧金属配管の接続頭部の一部を示す縦断面図、図９は段付き拡径部断面形状の異なるスリーブワッシャを用いた高圧金属配管の接続頭部の一部を示す縦断面図、図１０は締付けナットとの当り面を球面とした接続座金を用いた高圧金属配管の接続頭部の一部を示す縦断面図であり、１は厚肉鋼管、２ａ〜２ｆ、２ｈはワッシャ、２ｇはスリーブワッシャ、４−１、４−２、４−３は接続頭部、５ａ、５ｂは環状凹溝、６はチャック、７はパンチ部材である。
【０００８】
厚肉鋼管１は予め定寸に切断された高圧配管用炭素鋼鋼材よりなる管径４ｍ／ｍないし２０ｍ／ｍ、肉厚１ｍ／ｍないし８ｍ／ｍ程度の比較的細径厚肉管からなる。
【０００９】
図１に示す高圧金属配管の頭部成形方法は、前記厚肉鋼管１の接続頭部付近に該接続頭部を覆うほぼ円筒状の筒状部と頭部成形側内周に段付き拡径部２ａ−１を有するワッシャ２ａを頭部加工代を有して予め外嵌する。このワッシャ２ａの段付き拡径部２ａ−１は、頭部成形側に当該ワッシャの軸方向の約１／２０〜１／２にわたって形成された大径口部２ａ−１１と、この大径口部２ａ−１１とワッシャ内径部とをつなぐ頭部成形側に広がるテーパ面２ａ−１２とからなっている。したがって、この断面形状を有するワッシャ２ａを厚肉鋼管１に嵌着すると、図１に示すごとく段付き拡径部２ａ−１の大径口部２ａ−１１の内周面と厚肉鋼管１の外周面との間に環状の空間部２ａ−１３が形成される。
【００１０】
続いて、前記状態においてワッシャ２ａおよび厚肉鋼管１をチャック６に保持した状態で当該鋼管１の先端部を截頭円錐状のシート面を有する頭部型を備えたパンチ部材７により軸芯方向へ押圧すると、鋼管１の塑性変形により截頭円錐状のシート面４−１ａが形作られるとともに、予め厚肉鋼管１に嵌着したワッシャ２ａの前記空間部２ａ−１３に厚肉鋼管１の頭部加工代の部分が塑性流動して入り込み、接続頭部４−１が成形されると同時に、該接続頭部４−１の最大径部がワッシャ２ａの端面に被さり、図２に示すごとく接続頭部４−１の首下部外周面をワッシャ２ａが覆い、厚肉鋼管１の先端部に相手座部（図示せず）への截頭円錐状のシート面４−１ａを有する接続頭部が得られる。
【００１１】
本実施例においては、頭部成形時、ワッシャ２ａの段付き拡径部２ａ−１が成形部外径の拡大を拘束することにより、パンチ部材７の押圧による挫屈加工に伴う周壁の外側への拡がりによって該頭部内周面にできる環状凹溝５ａは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなる。また、接続頭部４−１の最大径部がワッシャ２ａの端面に被さった状態となっている。
【００１２】
図３は前記図１の方法で得られる高圧金属配管の他の接続頭部を例示したもので、図３に示す高圧金属配管は厚肉鋼管１の接続頭部付近に予め前記図１に示すワッシャ２ａを頭部加工代を有して外嵌固着し、成形装置により当該鋼管の先端部を同軸外方からの截頭球面状のシート面を有する頭部型を備えたパンチ部材による押圧によって、外側周面を相手座部への截頭球面状のシート面４−２ａとする頭部加工を行わしめて内側に深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状の環状凹溝５ｂを有する接続頭部４−２を得るとともに、該接続頭部４−２の最大径部がワッシャ２ａの端面に被さり、接続頭部４−２の首下部外周面をワッシャ２ｂの円筒状部が覆った構造となっている。
【００１３】
上記図２または図３に示す構造の接続頭部を有する高圧金属配管の場合は、接続頭部４−１または４−２の内周面にできる環状凹溝５ａまたは５ｂは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなっているので、該頭部内部での応力集中による疲労破壊の起点となる可能性はほとんどない。
【００１４】
また、配管接続時に袋ナット１６をトルク制御せずに過大に締付けた場合、その過大な締付けトルクで生じる軸方向の力は、接続頭部４−１または４−２の最大径部のワッシャ２ａの段付き拡径部側面と接触面に働く。この接触面は軸に垂直に形成されているため、締付けトルクで生じる軸方向の力に対する反力も軸方向にのみ働き、ワッシャ２ａの肉厚方向に働く成分を生じない。このため当該ワッシャの拡がりを抑制できるので、従来のような軸力によりワッシャ１４が図１１に示すごとく潰れて変形しその先端部が袋ナット１６の内周面にかみ込んでナット固着を惹起するという問題は解消できる。
【００１５】
次に、段付き拡径部断面形状の異なるワッシャを図４〜図７に基づいて説明すると、図４、図５に示すワッシャ２ｂ、２ｃは段差をつなぐテーパ面を滑らかな曲面にしたもので、図４に示すワッシャ２ｂは段付き拡径部２ｂ−１の大径口部２ｂ−１１とワッシャ内径部とを滑らかな曲面２ｂ−１２とでつないだ断面形状となしたものである。図５に示すワッシャ２ｃは段付き拡径部２ｃ−１の大径口部２ｃ−１１とワッシャ内径部とを滑らかな曲面を有する凹面２ｃ−１２と凸面２ｃ−１３とでつないだ断面形状となしたものである。
【００１６】
図６、図７に示すワッシャ２ｄ、２ｅはナット締付け時における当該ワッシャの拡がりをさらに抑制させるためにワッシャ端面をコーン状に形成したもので、図６に示すワッシャ２ｄは大径口部２ｄ−１１とテーパ面２ｄ−１２とからなる段付き拡径部２ｄ−１の開口端面を斜面２ｄ−１３となしてコーン状に形成したものである。また、図７にワッシャ２ｅは大径口部２ｅ−１１とテーパ面２ｅ−１２とからなる段付き拡径部２ｅ−１の開口端面にワッシャの中心軸に垂直な端面２ｅ−１３と該端面２ｅ−１３とワッシャ外周面とをつなぐ斜面２ｅ−１４を形成したものである。
【００１７】
上記図４〜図７に示すワッシャ２ｂ〜２ｅも前記図１に示すワッシャ２ａと同様の作用効果が得られることはいうまでもない。
【００１８】
図８は前記図１〜図７に示すワッシャ２ａ〜２ｅに比べ幅が僅かに短尺のワッシャ２ｆを用いた場合で、この場合も図１に示す方法による頭部成形時、ワッシャ２ｆの大径口部２ｆ−１１とテーパ面２ｆ−１２とからなる段付き拡径部２ｆ−１が成形部外径の拡大を拘束することにより、パンチ部材の押圧による挫屈加工に伴う周壁の外側への拡がりによって該頭部内周面にできる環状凹溝５ａは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなる。また、接続頭部４−１の最大径部がワッシャ２ｆの端面に被さった状態となっている。
【００１９】
この図８に示す構造の接続頭部を有する高圧金属配管の場合も、接続頭部４−１の内周面にできる環状凹溝５ａは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなっているので、該頭部内部での応力集中による疲労破壊の起点となる可能性はほとんどない。また、配管接続時に袋ナット１６をトルク制御せずに過大に締付けた場合、その過大な締付けトルクで生じる軸方向の力は、この場合も接続頭部４−１の最大径部とワッシャ２ｆ（２ｇ）の段付き拡径部側端面との軸に垂直な接触面に働き、これに対する反力も軸方向にのみ働き、ワッシャ２ｆ（２ｇ）の肉厚方向に働く成分を生じない。このため当該ワッシャの拡がりを抑制できるので、軸力によりワッシャが変形してその先端部が袋ナット１６の内周面にかみ込んでナット固着を惹起することは全くない。
【００２０】
図９は前記ワッシャより軸方向長さが長いワッシャ、すなわちスリーブワッシャ２ｇを用いた場合で、この場合も図１に示す方法による頭部成形時、スリーブワッシャ２ｇの大径口部２ｇ−１１とテーパ面２ｇ−１２とからなる段付き拡径部２ｇ−１が成形部外径の拡大を拘束することにより、パンチ部材の押圧による挫屈加工に伴う周壁の外側への拡がりによって該頭部内周面にできる環状凹溝５ａは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなる。また、接続頭部４−１の最大径部がスリーブワッシャ２ｇの端面に被さった状態となっている。
【００２１】
この図９に示す構造の接続頭部を有する高圧金属配管の場合も、接続頭部４−１の内周面にできる環状凹溝５ａは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなっているので、該頭部内部での応力集中による疲労破壊の起点となる可能性はほとんどない。また、配管接続時に袋ナット１６をトルク制御せずに過大に締付けた場合、その過大な締付けトルクで生じる軸方向の力は、この場合も接続頭部４−１の最大径部とワッシャ２ｆ（２ｇ）の段付き拡径部側端面との軸に垂直な接触面に働き、これに対する反力も軸方向にのみ働き、ワッシャ２ｆ（２ｇ）の肉厚方向に働く成分を生じない。このため当該ワッシャの拡がりを抑制できるので、軸力によりワッシャが変形してその先端部が袋ナット１６の内周面にかみ込んでナット固着を惹起することも全くない。さらにスリーブワッシャ２ｇと袋ナット１６との当たり面がそれぞれ球面となっているので、この球面接触の作用により、軸芯のずれがあってもこれを吸収することができるので、軸力を損失することがなくシート面４−１ａに均一に伝達することができるという効果が得られる。
【００２２】
図１０は締付けナットとの当り面を球面とした接続座金を用いた場合で、この場合は例えば外側周面を球面状のシート面４−３ａとする截頭球面状の接続頭部４−３の首下部外周面を覆うワッシャ２ｈの袋ナット１６との当り面を球面２ｈ−１３に形成して、袋ナットと球面接触させたもので、この場合も図１に示す方法による頭部成形時、ワッシャ２ｈの大径口部２ｈ−１１とテーパ面２ｈ−１２とからなる段付き拡径部２ｈ−１が成形部外径の拡大を拘束することにより、パンチ部材の押圧による挫屈加工に伴う周壁の外側への拡がりによって該頭部内周面にできる環状凹溝５ｃは深さが浅くかつなだらかな断面の輪郭形状を有するものとなるので、該頭部内部での応力集中による疲労破壊の起点となる可能性はほとんどない。また、接続頭部４−３の最大径部がワッシャ２ｈの端面に被さった状態となっているので、配管接続時に袋ナット１６をトルク制御せずに過大に締付けた場合、その過大な締付けトルクで生じる軸方向の力は、この場合も接続頭部４−１の最大径部とワッシャ２ｆ（２ｇ）の段付き拡径部側端面との軸に垂直な接触面に働き、これに対する反力も軸方向にのみ働き、ワッシャ２ｆ（２ｇ）の肉厚方向に働く成分を生じない。このため当該ワッシャの拡がりを抑制できるので、軸力によりワッシャが変形してその先端部が袋ナット１６の内周面にかみ込んでナット固着を惹起することは全くない。さらにワッシャ２ｈの球面２ｈ−１３と袋ナット１６との球面接触作用により、軸芯にわずかな倒れがあってもこれを吸収することができるので、軸力を損失することなくシート面４−３ａに均一に伝達することができるという効果が得られる。なおナットの当り面はワッシャ２ｈの球面２ｈ−１３の曲率半径より大径の曲率半径とするか、もしくはコーン状テーパ面が軸芯の倒れ吸収作用をよりよく発揮させるために好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したごとく本発明による接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法は、接続頭部の首下部外周面を覆う接続座金（ワッシャまたはスリーブ）に段付き拡径部を設けたことにより、この段付き拡径部が成形部外径の拡大を拘束し、内径側に材料を張り出させることにより鋭角なしわあるいはポケットを浅くかつなだらかな断面の輪郭形状とすることができることとなり、該頭部内部での応力集中による疲労破壊を防止できる。また、接続頭部を接続座金の端面に被せた構造としたことにより、当該接続座金の拡がりを抑制できるので、ナットをトルク制御せずに過大な締付けトルクで締付けた場合でも、締め付けトルク過大によるナット固着現象を防止できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す接続頭部を有する高圧金属配管およびその頭部成形方法に係る加工工程を示す縦断面による説明図である。
【図２】図１に示す頭部成形方法により成形された高圧金属配管の一例を示す縦断面図である。
【図３】本発明方法により成形された他の高圧金属配管を示す縦断面図である。
【図４】本発明における段付き拡径部断面形状の異なるワッシャの一例を示す縦断面図である。
【図５】本発明における段付き拡径部断面形状の異なるワッシャの一例を示す縦断面図である。
【図６】本発明における段付き拡径部断面形状の異なるワッシャの一例を示す縦断面図である。
【図７】本発明における段付き拡径部断面形状の異なるワッシャの一例を示す縦断面図である。
【図８】本発明における段付き拡径部断面形状の異なる他のワッシャを用いた高圧金属配管の接続頭部の一部を示す縦断面図である。
【図９】本発明における段付き拡径部断面形状の異なるスリーブワッシャを用いた高圧金属配管の接続頭部の一部を示す縦断面図である。
【図１０】本発明における締付けナットとの当り面を球面とした接続座金を用いた高圧金属配管の接続頭部の一部を示す縦断面図である。
【図１１】従来の成形方法によって成形された高圧金属配管の一例を示す縦断面図である。
【図１２】図１０に示す高圧金属配管の締付けトルク過大によるナット固着現象の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１厚肉鋼管
２ａ〜２ｆ、２ｈワッシャ
２ｇスリーブワッシャ
２ａ−１〜２ｈ−１段付き拡径部
４−１、４−２、４−３接続頭部
５ａ、５ｂ、５ｃ環状凹溝
６チャック
７パンチ部材

Claims

比較的細径からなる厚肉鋼管の接続端部に、外側周面を相手座部への截頭円錐状もしくは截頭球面状のシート面とする接続頭部を有し、該接続頭部の首下部に該接続頭部成形時に外嵌させて用いる該首下部外周面を覆う接続座金が外嵌された高圧金属配管において、前記接続頭部の成形に伴って生ずる該頭部内側の環状凹溝部が深さが浅くかつなだらかとなし、前記接続頭部の首下部外周面を覆う接続座金に段付き拡径部が設けられ、該接続座金の段付き拡径部側端面に前記接続頭部最大径部を被せた構造となしたことを特徴とする接続頭部を有する高圧金属配管。
予め定尺に切断された比較的細径からなる厚肉鋼管の接続端部付近に予め段付き部を有する接続座金を外嵌し、この接続座金より先端側に接続のための頭部加工代を有してチャックに保持せしめ、しかる後当該鋼管の先端部を同軸外方からの頭部型を備えたパンチ部材による押圧によって、外側周面を相手座部への截頭円錐状もしくは截頭円弧状のシート面とする頭部加工を行わしめて内側に深さが浅くかつなだらかとした環状凹溝を有する接続頭部を、該接続頭部の首下部外周面を前記接続座金が覆うようにかつ該接続頭部最大径部が前記接続座金の段付き拡径部側端面に被さるように成形せしめてなる接続頭部を有する高圧金属配管の頭部成形方法。