JP5118981B2 - フランジ継手及び金属管結合構造 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧配管などの金属管を結合するフランジ継手、及びそれを使用した金属管結合構造に関する。
金属管継手として、一側面が鋼管の端部に溶接接合される筒状部を備え、この筒状部の他側の外周には外側に張り出す外フランジを形成して、フランジには複数のボルト穴を穿孔し、フランジ同士を対面させてボルトにより締付けるものが特許文献1により知られている。
例えば、特許文献2に開示される技術は、鋼管の端部に溶接接合の代わりに、鋼管の外周面に雄螺子をフランジ形管継手には雌螺子を設けて鋼管とフランジ形継手を結合するものが開示されている。このフランジ形継手は、さらにその周縁に係止部となる段差を設けて、複数のボルト穴を穿孔されたドーナツ状のフランジ部分43を遊嵌させたルーズフランジを構成しており、遊嵌させたフランジ部分43をボルトナットの締結により各小鍔部45を近接させ一体化させて2つの金属管を結合させる。この技術においては、予め工場において鋼管端部を雄螺子に成形しておく必要がある。
また、特許文献3には、金属管同士を接着剤で結合させる技術が開示されている。この技術においては、結合すべき2つの金属管を一線状に配置し、対向した金属管の一端部間に筒部状の継手部材40を配置し、この継手部材40の各端部の内方にそれぞれの金属管の一端部を内挿し接着剤で接着する。継手部材40は、金属管の一端部を内挿した後、その内径を縮径することにより、金属管と継手部材40との隙間を所望の狭さに自由に設定するものである。
尚、上記特許文献についての説明で使用した引用符号は、各公報で用いられている引用符号である。
特開平7−301215号公報 特開平9−60774号公報 特開2002−332633号公報
金属管同士の結合においては、現場での作業をできるだけ簡素化したいという要望がある。溶接や螺子を設けて結合する作業は手間がかかる一方、接着剤による結合は簡易であるので優れている。しかしながら、配管場所が火災にあったとき、接着剤が溶けたり燃えたりして筒部材の位置保持性が失われてしまい、筒部材に他部材が接触するなどして外力が付与されたとき筒部材が簡単に位置ずれしたり金属管から抜け外れ、管内流体が一挙に外方へ漏れ出る事態に発展する恐れがある。
特許文献2においては、鋼管の内部にフランジに螺子止めされる合成樹脂製の耐腐食性コアを内装しているが、火災の際には消失するものである。
上記のような実情に鑑みて創案されたものであって、接着剤による結合において火災時における結合部材の位置ずれや抜け外れを防止して管内流体の大量漏洩や結合部材の落下などを防止することを目的とする。
本発明者らは、先行出願(特願2007−337449号)において、接着接合用の継手により、鋼管又は鋼材同士を溶接接合と同様の強度を有するように、接着剤で接合できることを明らかにした。一方、本発明の対象とするフランジ継手は、金属管をフランジ継手に接続し、フランジ継手同士の接続はボルト・ナットを利用するものである。本発明は、接着接合用のフランジ継手を提供し、溶接接合のような火気を使用せずに配管製作・加工の工期の短縮化、ローコスト化を図り接着接続の用途を拡大することを提案するものである。
上記目的を達成するため、本発明に係るフランジ継手は、一端に金属管の端部を内挿され接着剤で接着される直円筒面の挿入孔を持ち、他端には、中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がったドーナッツ部を有し、かつ前記挿入孔の中心線方向最奥位置には、中心線方向に対して内方向に垂直に立ち上がり、前記金属管の肉厚に相等する幅を持ち、且つ金属管の一端側面が衝接される環状面を有するスリーブ部であって、前記ドーナッツ部は前記環状面から前記スリーブ部の端面に接続する面とを具備し、前記環状面には円周状にOリングを内装する窪み部が設けられていることを特徴とする。
本発明に係る金属管結合構造は、一端に直円筒面の挿入孔を持ち、他端に中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がった端面を有するスリーブ部と、前記挿入孔の中心線方向最奥位置に形成され、中心線方向に対して内方向に垂直に立ち上がり、金属管の肉厚に相等する幅を持ち円周状にOリングを内装する窪み部が形成された環状面を有するスリーブ部と、複数のボルト孔を有するフランジ部とを有する金属管継手と、一端が直円筒面の挿入孔に挿入され、一端側面が前記環状面に衝接した金属管と前記金属管の外周面と挿入孔内の直円筒面との間を接着する接着剤と、前記フランジ部のボルト孔を貫通し、一方のスリーブ部の端面を他方のスリーブの端面に引き寄せるボルト及びナットとを有することを特徴とする。
本発明によれば、ボルト・ナットを利用して接続するフランジ継手に対して、接着剤を利用して配管を接続する技術を提供することができる。これにより、溶接による接合のような火気を使用せずに、配管製作・加工の工期短縮化、ローコスト化を図ることができる。また、接着剤を利用することによる接着剤の垂れ込み防止することができる。
さらに、配管場所の火災時において接着剤が消失しても、結合部材の半径面箇所と金属管の一端部との衝接により抜け外れを規制することができるので、管内流体の大量漏洩を防止することができるという効果がある。
本実施例に係る金属管継手1−1又は1−2は、後述するOリングによるシールに関する構造のみ相違する同一形状であり、図1に示すように、スリーブ部2とルーズフランジ3とを備えている。何れも鋼材などの金属材で形成されている。ルーズフランジ3は、スリーブ部2の一端の直円筒部2aの外周径よりも大きな内径を持つ内孔があるドーナッツ状の部材である。ルーズフランジ3は、スリーブ部2上に遊嵌され、等角度間隔にボルト孔3aが設けられている。スリーブ部2には、挿入孔2cが設けられており、金属管(鋼管など)4が挿入されて、接着剤による接合がされる。
図2は、金属管継手1−1及び1−2をボルト5にて結合した状態の側面図とその断面図である。スリーブ部2は一端に直円筒部2a、他端に鍔部2bを有している。直円筒部2aは内方に金属管4の端部4aを挿入される挿入孔2cが形成されており、外周面にルーズフランジ3を直円筒部2aの中心線方向e1の移動自在に遊嵌する。スリーブ部2の他端には、中心線e1方向に対して外方向に垂直に立ち上がった端面b1を有する鍔部2bと、挿入孔2cの中心線方向最奥位置に形成され、中心線方向に対して内方向にドーナッツ状のドーナッツ部2dとを有している。挿入孔2cはスリーブ内周面a1と、中心線e1に対して内方向に垂直に立ち上がったドーナッツ部2dの環状面a2とで形成されている。スリーブ内周面a1が金属管4の外周と接着剤h1により接着される面である。環状面a2は、金属管4の肉厚に相等する幅を有しており、金属管4が挿入された際には、金属管4の内周面と面一となる面a3に連結している。面a3は、中心線e1に平行な面であり、後述の一側端面b1に接続している。
鍔部2bはスリーブ部2の他端をその半径方向外側f1へボルト5aに干渉しない長さだけ突出させた形状であり、流体気密を確保する面となる一側端面b1を有している。直円筒部2aの外周面よりも半径方向外側f1に位置した環状面b2は、フランジ3へ当接する面である。直円筒部2aから鍔部2bに立ち上がる部分は、円Rによる曲線で接続している。
金属管継手1−2のスリーブ部2(左側)の端面b1は中心線e1に直交した平面であって、Oリングd1を嵌合させるためのOリング溝g1が挿入孔2cと同心に形成されており、また金属管継手1−1のスリーブ部2(右側)の端面b1も中心線e1に直交した平面である。従って。Oリングd1を挿入することにより、2組の金属管継手1−1、1−2は、流体密を確保する。なお、低圧配管においては、図9Aのように、金属管継手1−2の代わりにOリング溝g1を有さない金属管継手1−1と同形にして、対向した端面b1間の流体密を中空を有するドーナッツ円板板状のパッキン6を使用して確保してもよい。
金属管継手1−1のドーナッツ部2dの環状面a2は中心線e1に直交した平面であって、Oリングd2を嵌合させるためのOリング溝g2が挿入孔2cと同心に形成されている。Oリングd2は、金属管4の一側面4bと環状面a2との間で、流体密を確保する。ここにおいて、Oリングd2を設ける理由は、塗布された接着剤h1が金属管4の一側面4bを通って金属管4内部に垂れることを防止するためである。金属管内4に突出して固化した接着剤は、金属管4内を流れる流体により剥離する可能性がある。使用する接着剤h1の種類として、垂れを発生しない接着剤であれば、Oリング溝g2は必要が無い。金属管継手1−2は、Oリング溝g2の無い場合のものを示している。尚、Oリング溝g2は、図9Bのように、面a2から端面b1に向けた壁を持ち、底が面a3側に開放している段差7であっても良い。Oリングd2を収容するにおいては、Oリング溝g2或いは段差7のような窪み部があれば良い。
以上の構成から明らかなように、スリーブ部2の他側端面b1は鍔部2bとドーナッツ部2dに跨って形成されている。
本実施例においてはルーズフランジ3とスリーブ部2とが別体となっているが、一体としても構わないものである。そのような金属管継手については後述する。
次に2組の金属管継手1−1、1−2を使用して左右2本の金属管(JIS規格品)4を流体密に結合させる場合の処理例について図3を参照して説明する。尚、金属管継手1−1は、スリーブ部2の端面b1には、Oリング溝g1が無く、オン側と呼ばれる。一方、金属管継手1−2は、Oリング溝g1が有りメン側と呼ばれる。オン側、メン側で1対となる。図中、オン側の金属管継手1−1には、Oリング溝g2が設けられているが、これは先に述べたように必須ではない。メン側にOリング溝g2が存在しても良い。
結合すべき金属管4を、それぞれの一端部4aを対向させて一線状に配置する。各一端部4aの先端は、金属管4を例えばディスクカッターなどで切り離し、切断端面の不整形状態をサンダーなどで、長さ方向に直角な切断端面に調整した状態とする。
そして、一端部4aと挿入孔2cの少なくとも一方に接着剤h1を塗布し(図では一端部4a側)、Oリングd2をOリング溝g2に嵌着した後、金属管4の一端部4aをスリーブ部2の挿入孔2cに内挿する。金属管4の一端部4aの先端を、環状面a2に衝接させ、接着剤h1を硬化させる。金接着剤h1としては、エポキシ系の樹脂が良い。
上記した各組の金属管継手1−1、1−2における挿入孔2cと金属管4の一端部4aとの接着結合は、金属管4の引張り強度以上の強度が得られるように接着を行うものとする。具体的には、一端部4aの外周面と挿入孔2cとの間に存在する接着面積に接着剤h1の引張強度を掛けた値が、金属管4の引張り強度以上となるようにスリーブ部2aの長さL1(図1)が設定されている。
接着剤を利用した金属管継手の接合技術は本出願人による先行出願(特願2007−337449号)に既述されているが、特に関連するものについて具体的に説明すると、例えば、金属管4の一端部4aの外径とスリーブ内周面a1の内径は、0.2mm〜0.6mmの範囲内でスリーブ内周面a1の内径を大きくする。この隙間は可能な限り均一とするがよい。また挿入孔2c最奥における直円筒部2aの厚さ(挿入孔2cの外周壁の厚さ)は、金属管4の引張り強度以上の強度が得られる大きさに設定する。
次にリング溝g1内にOリングd1を嵌着し、2組の金属管継手1−1、1−2の一側端面b1同士を正対させる。この状態の下で2組の金属管継手1−1、1−2の左右からルーズフランジ3のボルト孔3aにボルト5aを橋渡し状に挿通し、これにナット5bを螺合し締結操作し左右のルーズフランジ3を引き寄せ結合させる。
以上に説明したように、2本の金属管4は、接着剤h1の塗布、各部材の嵌め込み、及び、ボルト5a・ナット5bの締結の処理を実行することにより流体密状態に結合される。したがって、火器使用厳禁領域において、火器を使用することなく配管工事を実施することが可能となる。
図4は、火災に遭って例えば接着剤h1が燃え、或いは炭化してその接着能力が消失してその接着能力が消失した状態下で、結合筒部材2に中心線e1方向の外力などが作用しても、金属管継手1−1、1−2が金属管4から脱落しない原理を説明する図である。各金属管4の左右の他端はプラント内の機械や、管固定バンドなどに固定されているため、左右の金属管4が互いに離れる方向「イ」、「ロ」への動きは規制されている。従って、金属管継手1−1、1−2に外力が加わっても、金属管継手1−1、1−2はその環状面a2が金属管4の側面4bに衝接しているため、左右いずれの方向の外力に対しても、金属管継手1−1、1−2が動くことはない(図4A)。
図4Bに、環状面a2を有さずに、同一の径のままスリーブ内周面a1が、一側端面b1に達している金属管継手100−1、100−2を使用した場合を示す。この金属管継手のように、環状面a2が存在しないと、金属管継手100−1、100−2は、両者が結合したまま外力「ハ」により左右方向(図では右方向に移動し(図4C)、ついには、金属管4の結合面の位置を乗り越えてしまう(図4D)。この状態に至ると、金属管4同士の結合が外れ管内流体の漏洩が起こることになる。
このように、スリーブ部2は各金属管4の一端部4aとその対応する環状面a2との衝接により中心線e1方向の移動を規制されるのであり、これによりスリーブ部2の移動による金属管1内流体の急激な漏洩が阻止されると共に、金属管4の位置ずれ及び金属管4内流体圧力に起因した、結合筒部材2やフランジ3などの飛び抜けや脱落などが抑制される。
また、金属管4を金属管継手1−1、1−2はその環状面a2が金属管4の挿入孔2cに挿入した際に、環状面a2は金属管4の側面4bに衝接して位置を決める役割にも資している。図5は、環状面a2が存在しない金属管継手100−1の結スリーブ部2のみを抜き出して図示しているが、図5Aの状態では、金属管4の一側面4bがスリーブ部2の端面b1から突出している。この状態では、金属管継手1−1、1−2を結合した際の気密性保持を阻害する。図5Bは、逆に金属管4の一側面4bがスリーブ部2の端面b1にまで至っておらず、金属管4を流れる流体の溜まりができる。また、この流体の溜まりに、スリーブ内周面a1と金属管4の外周面間に塗布された接着剤h1が垂れ出すと、固化した接着剤が落下することも有り得る。また、金属管4の一側面4bとスリーブ2の端面b1を正確に合わせたとても、余分な流体状態の接着剤h1が垂れ出し金属管同士の結合の障害となる。
図6は他の実施例に係る金属管継手10の使用状態を示す正面視一部断面図である。先の実施例は、ルーズフランジ3を設けたものであったが、本実施例においては、先の実施例のスリーブ部2とルーズフランジ3が一体化したものであって、スリーブ部2の他端の唾部2dが更に外周に延長されてフランジ30としてボルト孔を有するように形成したものである。金属管継手10−1側は端面b1側にOリング溝がないオン側であり、金属管継手10−2はOリング溝が存在するメン側であって、オン側とメン側で一対となる。
スリーブ内周面a1の長さL1は、L1によるスリーブ内周面a1の面積に接着剤h1の引張強度を掛けた値が、金属管4の引張り強度以上となるようにする。尚、結合筒部材2からフランジ30に垂直に立ち上がる部分は、円Rによる曲線で接続する。
尚、ルーズフランジ3及びフランジ30のように、ボルト孔を有するように形成した機能を実現する部材を指すときには、フランジ部ということにする。
図7はさらに他の実施例を示す図であり、先の実施例の金属管継手10との相違は、金属管継手20は、スリーブ部2の直円筒部2aに変えて外周面箇所に挿入孔2c入口側へ向け漸次に肉厚を減少させて縮径された、或いは挿入孔2c入口側から奥に向かって漸次に肉厚を増大させて、径を大きくするテーパ面部2eを形成されている点である。その他の点は先の実施例の金属管継手1、10の場合と同一の構成である。図では、オン側の金属管継手20を示している。
テーパ面部2eは中心線e1に対する傾斜角θが12度以下とする。また挿入孔2c入口側端点j2の厚さは挿入孔2cへの金属管4の一端部4aの挿入処理の容易性が損なわれない範囲内で小さくする。例えば、0mm〜3mm程度である。
この金属管継手20は、テーパ面部2eの存在により先の実施例に較べて、中心線e1方向引張荷重が分散して応力集中が抑制される。金属管継手20においては、テーパ面部2eからフランジ30に立ち上がる部分においては円曲線Rにより接続し、その開始は入口側端点j2からL2の位置である。その後距離L3にて円曲線にて接続する。傾斜角θが12度以下のテーパ形状の場合には、入口側端点j2から挿入孔2cの最奥までの長さを100%とした場合、入り口付近の20%のところにおける、テーパ面部2eの歪量が大きく発生する。従って、テーパ面部2eからフランジ30に立ち上がる部分は、入り口付近の20%以内のところを避けるようにL2を設定し、円曲線により接続する長さL3を設ける。
図8は、他の実施例を示す図である。図8Aに示すような3つ叉或いは図8Dに示すような4つ叉の金属管継手100、100’の一箇所の受け口部101に本実施例を適用したスリーブ部30に変更している。
金属管継手100は、受け口部101を金属管4が挿入される挿入孔102を有し、挿入孔102の内周壁103と金属管4の外周とを接着剤により接続するものである。受け口部101は、挿入孔102の入り口から奥方向に向かって、肉厚が厚くなるようなテーパ状の外周壁104を有している。挿入孔102の内径は、金属管4の外径よりも0.2〜0.6mmの範囲内で大きく設定される。また、金属管4と内周壁103との間に存在する接着剤の接着面積は、接着剤の引張強度に当該接着面積を掛けた値が、金属管4の引張り強度以上となるように設定されている。外周壁104のテーパ面角度は中心線e2に対する傾斜角θ1を12度以下とする。また、受け口部101の入口側の厚さは挿入孔102への金属管4の挿入処理の容易性が損なわれない範囲内で薄くし、その厚さは0mm〜3mm程度である。
図8Bは、金属管継手100の左側の受け口部101を、先の実施例におけるスリーブ部30に変更したものである。図中、一点破線Pよりも入口側が変更されたスリーブ部30である。また、図8Cは、図面下向きの受け口部101をスリーブ部30に変更している。図8Eは、4つ叉の金属管継手100’の左側の受け口部をスリーブ部30に変更している。さらに、金属管4が利用される仕様によって、2以上の受け口部101をスリーブ部30に変更してもよく、変更される受け口部101も任意である。
図8の実施例においては、オン側の構成としたが、メン側としても良いことは明らかである。また、メン側の継手として、金属管継手1、10、20、100のいずれを利用しても良い。
上記の各実施例において、金属管4の一端部4aを焼き入れ或いは冷間加工をして良い。この場合、一端部4aの範囲としては、接着剤h1により接着される範囲以上の範囲と定義することができる。この処理により、中心線e1方向の張力により、金属管4の一端部4aが縮径して接着面において変形が抑止され、結合箇所の強度はさらに増大する。
実施例による金属管継手の2組を使用して2つの金属管を結合した状態を示す斜視面図である。 金属管継手の側面図及び断面図である。 金属管継手の結合筒部材に金属管の一端部を挿入し接着剤で結合させた状態を示す正面視断面図である。 金属管継手の作用説明図 金属管継手の作用説明図 他の実施例に係る金属管継手の断面図である。 他の実施例に係る金属管継手を示す図である。 他の実施例に係る金属管継手を示す図である。 他の実施例に係る金属管継手を示す図である。
符号の説明
2 スリーブ部
2b 鍔部
2c 挿入孔
3 ルーズフランジ
3a ボルト孔
4 金属管
4a 一端部
5a ボルト
30 フランジ

Claims (11)

  1. 一端に金属管の端部が内挿され接着剤で接着される直円筒面の挿入孔を持ち、他端には、中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がった端面を有し、かつ前記挿入孔の中心線方向最奥位置には、中心線方向に対して内方向に垂直に立ち上がったドーナッツ部を有し、前記金属管の肉厚に相等する幅を持ち、且つ金属管の一端側面が衝接される環状面を有するスリーブ部であって、
    前記ドーナッツ部は前記環状面から前記スリーブ部の端面に接続する面を具備し、前記環状面には円周状にOリングを内装する窪み部が設けられていることを特徴とするフランジ継手。
  2. 請求項1のフランジ継手において、前記スリーブ部の他端外周部には中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がった鍔部が設けられており、前記スリーブ部の外周面に遊嵌され当接するルーズフランジをさらに備え、前記ルーズフランジは等角度間隔に前記中心線方向のボルト孔を複数個有することを特徴とするフランジ継手。
  3. 請求項1のフランジ継手において、前記スリーブ部の他端外周部には中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がった鍔部が設けられており、前記鍔部は等角度間隔に前記中心線方向のボルト孔を複数個有するフランジを形成することを特徴とするフランジ継手。
  4. 請求項2もしくは3のフランジ継手において、前記スリーブ部の端面には、円周状にOリングを内装する溝が設けられていることを特徴とするフランジ継手。
  5. 請求項1のフランジ継手において、前記金属管の外径よりも前記挿入孔の内径は、0.2mm〜0.6mmの範囲で前記挿入孔の内径が大きいことを特徴とするフランジ継手
  6. 請求項1のフランジ継手において、前記スリーブ部は、前記挿入孔から奥に向かって、その外周面の肉厚を漸次増大させていることを特徴とするフランジ継手。
  7. 請求項1のフランジ継手において、前記金属管と前記挿入孔との接着面積は、使用する接着剤の引張強度を当該接着面積に掛けた値が、金属管の引張り強度以上となるよう設定されることを特徴とするフランジ継手。
  8. 請求項7のフランジ継手において、前記挿入孔に挿入される前記金属管の端部は、予め焼き入れ処理がされていることを特徴とするフランジ継手。
  9. 一端に直円筒面の挿入孔を持ち、他端に中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がった端面を有するスリーブ部と、前記挿入孔の中心線方向最奥位置に形成され、中心線方向に対して内方向に垂直に立ち上がり、金属管の肉厚に相等する幅を持ち円周状にOリングを内装する窪み部が形成された環状面を有するスリーブ部と、複数のボルト孔を有するフランジ部とを有する金属管継手と、
    一端が直円筒面の挿入孔に挿入され、一端側面が前記環状面に衝接した金属管と前記金属管の外周面と挿入孔内の直円筒面との間を接着する接着剤と、
    前記フランジ部のボルト孔を貫通し、一方のスリーブ部の端面を他方のスリーブ部の端面に引き寄せるボルト及びナットとを有することを特徴とする金属管結合構造。
  10. 請求項9の金属管結合構造において、前記外方向に垂直に立ち上がった端面には、円周状の溝が設けられており、Oリングが挿入されていることを特徴とする金属管結合構造。
  11. 一端に金属管の端部を内挿する直円筒面の挿入孔を持ち、他端に中心線方向に対して外方向に垂直に立ち上がった端面を有するスリーブ部と、前記挿入孔の中心線方向最奥位置に形成され、中心線方向に対して内方向に垂直に立ち上がり、前記金属管の肉厚に相等する幅を持ち円周状にOリングを内装する窪み部を形成した環状面を有するスリーブ部と、複数のボルト孔を有するフランジ部とからなる金属管継手を形成し、
    前記金属管の一端を前記直円筒面の挿入孔に挿入し、該一端側面を前記環状面に衝接させ、
    前記金属管の外周面と挿入孔内の前記直円筒面との間を接着剤で接着し、
    前記フランジ部のボルト孔にボルトを貫通させ、一方のスリーブ部の端面を他方のスリーブ部の端面に引き寄せてナットで螺合することを特徴とする金属管結合方法。
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