JP5236936B2 - 可撓性管継手 - Google Patents

Description

本発明は、管継手に関する。特には、可撓性を有する管継手に関する。

従来より、建物や種々の施設に敷設される給水管やガス管等の流体用配管は、地盤沈下や地震等による地盤の変位を吸収させるために、可撓性を有する管継手により接続されることが知られている。

このような可撓性管継手は、例えば、可撓伸縮部にベローズ状の金属管やゴムホースを使用したものが知られており、両端に設けられたフランジ等により土中埋設配管等と連結される。そして、可撓伸縮部が可撓伸縮性を示すことにより、土中埋設配管の不等沈下や熱伸縮などを吸収するように構成されている。

ここで、ベローズ状の金属管を使用した可撓性管継手は、一般にＳＵＳ製のベローズ管が使用され、内外圧補強などを目的として、例えば、ＳＵＳ製のブレードを円筒状に織り上げた補強層が金属管の外周部に設けられた管継手が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
実開昭６３−１９５１９１号公報 実開昭６３−８２８８９号公報

しかしながら、ＳＵＳ製のブレードは、金属ブレード等を織り上げたものであり、交差するブレード同士の角度を僅かに変えられる程度であるため伸縮性が小さいという問題があった。これにより、配管の伸縮時や偏心時に管継手が変形しにくく、接続される配管等に破損を生じさせるおそれがあった。また、金属管の構造上、局部的に応力が集中し易く、その部分で金属管や金属ブレードが金属疲労をおこし、管継手が破損するおそれがあった。さらに、例えば、化学薬品を配管に流通させる場合においては、金属管や金属ブレードが腐食するおそれがあった。

本発明は、以上のような課題に鑑みなされたものであって、耐屈曲疲労性が高く、伸縮性及び偏心特性に優れた可撓性管継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、タイヤコードやピアノ線等の繊維ブレードからなる補強コードをバイアス方向とラジアル方向とに配列させることにより、管長が短い場合においても伸縮性及び偏心特性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。

（１） 可撓性を有するベローズ管と、前記ベローズ管の外周面を被覆すると共に、内部に強靱性繊維が埋設される弾性部と、を有する管本体と、前記管本体の両端に設けられる配管連結部と、を備える可撓性管継手であって、前記強靱性繊維は、織られてできた強靱性コードを構成しており、前記強靱性コードは、バイアス状に繊維を配列したバイアス補強層と、ラジアル状に繊維を配列したラジアル補強層と、を有する可撓性管継手。

（２） 前記ベローズ管は、フッ素樹脂により形成される（１）に記載の可撓性管継手。

（３） 前記管本体は、前記管本体の軸方向における両端に断面がＬ字状に形成される鍔部を有し、前記鍔部は、前記ベローズ管により形成される第１鍔部と、前記弾性部により形成される第２鍔部と、を有し、前記第１鍔部と前記第２鍔部とは、加硫接着される（１）または（２）に記載の可撓性管継手。

（４） 前記第２鍔部には、平リングが埋設される（３）に記載の可撓性管継手。

（５） 前記ベローズ管は、前記ベローズ管の軸線方向と直交する方向に突出する山部と、前記山部と反対方向に凹む谷部と、を有しており、前記谷部には、前記弾性部よりも軟性の高い弾性材料が充填される（１）から（４）のいずれかに記載の可撓性管継手。

（６） 前記弾性部には、銅線が螺旋状に埋設される（１）から（５）のいずれかに記載の可撓性管継手。

本発明によれば、耐屈曲疲労性が高く、伸縮性及び偏心特性に優れた可撓性管継手を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の実施形態は、以下の実施形態に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲は、これに限定されるものではない。また、以下の実施形態の説明にあたって、同一の構成要件については同一の符号を付し、その説明は省略若しくは簡略化する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る管継手の構成を示す外観斜視図である。図２は、前記実施形態に係る管継手の一部を破断して示す正面図である。図３は、図２におけるＡの部分拡大断面図である。図４は、本発明の他の実施形態に係るＡの部分拡大断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る管継手１は、外形がベローズ状（蛇腹状）に形成された可撓管本体２と、可撓管本体２の両端に設けられる配管連結部であるフランジ５と、を備える。

フランジ５には、管継手１と相手側配管（図示せず）とを連結させるための連結孔５１が設けられており、連結孔５１は、対応する相手配管に形成される連結孔と同じ数だけ形成されている。管継手１と相手側配管とは、この連結孔５１と相手側配管のフランジに設けられた連結孔とにボルトを挿通させ、このボルトをナットに螺合させることにより連結される。

また、フランジ５には、相手側配管と対向するフランジ対向面５３に後述の鍔部２１が配置される薄肉部５２が形成されている。薄肉部５２は、フランジ５の内周部５４側から延出する鍔部２１を収容し、内周部５４の近傍において鍔部２１に沿った形状に形成される。

可撓管本体２は、中空形状のベローズ管３と、ベローズ管３の外周面を覆う弾性部であるカバーゴム４と、から形成される。また、可撓管本体２の両端には、フランジ５の薄肉部５２に沿うようにフランジ５の内周部５４を介して外側に延出する鍔部２１が形成される。

鍔部２１は、可撓管本体２により形成される第２鍔部３３とカバーゴム４により形成される第１鍔部４０とから構成され、第１鍔部４０と第２鍔部３３とを加硫接着することにより形成される。また、鍔部２１は、断面が略Ｌ字状に形成されており、フランジ５のフランジ対向面５３側に延出することにより、相手側配管との接続時におけるパッキンを構成する。また、鍔部２１は、フランジ５の内周部５４を介して外側に延出することにより、可撓管本体２の両端に配置されたフランジ５を係止する。

ベローズ管３は、フッ素樹脂であるＰＴＦＥ樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）により成型されており、フランジ５とフランジ５の間に形成されるベローズ部３０と、ベローズ部３０の両端に形成される第２鍔部３３と、を有する。第２鍔部３３は、鍔部２１の一部を構成し、鍔部２１において表出するように形成される。

ベローズ部３０は、径の細い部分である凹部３１と、径の太い部分である凸部３２とを軸方向に交互に連続させることにより形成される。つまり、ベローズ部３０は、凹部３１と凸部３２とが連続した蛇腹状に形成されている。ベローズ部３０における隣接する凹部３１同士、若しくは隣接する凸部３２同士が形成されるピッチとしては、例えば、１０〜２０ｍｍが例示できる。また、凸部３２における径の太さ（直径）としては、１５〜３４０ｍｍが例示でき、凹部３１における径の太さ（直径）としては、１０〜３００ｍｍが例示できる。また、ベローズ部３０の厚さは、内圧等を考慮して適宜設定されるが、例えば、１〜３ｍｍのものが例示できる。また、可撓管本体２の長さは、取り付ける配管同士の長さを考慮して適宜設定されるが、例えば、３５０から７００ｍｍが例示できる。

また、ベローズ部３０は、凹部３１における凹んだ部分にポリウレタン等のプラスチックを発泡成型したスポンジが充填される。このように、凹部３１にスポンジを充填することにより、ベローズ部３０の屈曲性を向上させることが可能になる。

第２鍔部３３は、図３に示すように、ベローズ部３０の両端部において、ベローズ部３０と連続するように形成され、鍔部２１の一部を構成する。つまり、第２鍔部３３は、可撓管本体２の軸方向から軸方向と直交する方向（フランジ５の外周方向）に折れ曲がるように、略Ｌ字状（軸断面形状）に成型されている。

カバーゴム４は、ベローズ管３の外周面を覆うようにして配置される。また、カバーゴム４は、フランジ５の内周部５４からフランジ対向面５３に延出することにより、鍔部２１を構成する第１鍔部４０を有する。第１鍔部４０の内部には、円環状の平リング６が埋設されている。

平リング６は、鍔部２１におけるカバーゴム４に埋設される後述のタイヤコードに囲まれるように配置されることが好ましい。また、平リング６は、フランジ５の薄肉部５２と対向する位置に配置されることが好ましい。また、平リング６は、フランジ対向面５３側のみが接着されることが好ましいが、接着しない構成であってもよい。

このように、鍔部２１に環状の平リング６を配置させることにより、例えば、可撓管本体２とフランジ５との接合部分に集中応力が発生した場合においても、可撓管本体２の破損を防止することが可能になる。

カバーゴム４は、内ゴム４１と、中間ゴム４３と、外ゴム４２とから構成されており、それぞれが積層するように配置される。ここで、カバーゴム４の内ゴム４１、中間ゴム４３及び外ゴム４２とは、例えば、可撓管本体２の軸方向と直交する方向の断面形状が略円形であるとき、内側（内層側）を形成するのが内ゴム４１であり、外側（外層側）を形成するのが外ゴム４２であり、内ゴム４１と外ゴム４２との間に配置されるのが中間ゴム４３である。なお、内ゴム４１、中間ゴム４３及び外ゴム４２は、製造工程においてそれぞれを加硫することにより、一体化される。また、外ゴム４２は、可撓管本体２の屈曲性を向上させるために、可撓管本体２の軸断面における外形形状が波形（ベローズ状）になるように形成される。

内ゴム４１と中間ゴム４３の間及び外ゴム４２と中間ゴム４３の間には、強靱性コードであるタイヤコードが配置される。具体的には、内ゴム４１と中間ゴム４３の間には、タイヤコードをバイアス状に配列したバイアス補強層８が形成される。バイアス補強層８は、内ゴム４１の外周面上に、可撓管本体２の軸心に対して２０°〜７０°の範囲の角度で繊維方向が交差するようにタイヤコードを交互に巻き付け、積層させて形成する。

このように、タイヤコードをバイアス状に配列させたバイアス補強層８を設けることにより、管継手１が長手方向に伸縮するような応力を受けた場合においても、バイアス補強層８を構成するタイヤコードが長手方向に伸縮可能になると共に、タイヤコードそのものが所定の強度を有するため、当該応力に対する伸縮特性及び偏心特性を向上させることが可能になる。

また、中間ゴム４３と外ゴム４２との間には、タイヤコードをラジアル状に配列したラジアル補強層９が形成される。ラジアル補強層９は、中間ゴム４３の外周面上に、可撓管本体２の軸心に対して直交する方向（いわゆるラジアル方向）にタイヤコードを巻き付け、積層させて形成する。

このように、タイヤコードをラジアル状に配列させたラジアル補強層９を設けることにより、例えば、管継手１が内圧若しくは外圧を受けた場合においても、ラジアル補強層９を構成するタイヤコードが径方向に伸縮が可能になると共に、タイヤコードそのものが所定の強度を有するため内圧及び外圧に対する耐圧性を向上させることが可能になる。

ここで、内ゴム４１、中間ゴム４３及び外ゴム４２は、一般には、天然ゴムや合成ゴムで構成されてもよく、或いは、ＳＢＲ系ゴム、ＣＲ系ゴム、ＥＰＤＭ系ゴム、ＮＢＲ系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム等で構成されてもよい。または、これらを含む広い概念であるエラストマ（ゴム弾性を示す高分子）で構成されてもよい。また、内ゴム４１、中間ゴム４３及び外ゴム４２は、それぞれが同一の材料で構成されてもよく、異なる材料で構成されてもよい。

バイアス補強層８及びラジアル補強層９に使用される繊維としては、例えば、カーボン繊維、ポリエステルやアラミド繊維等の有機繊維、ガラス繊維等の無機繊維、その他靱性の高い繊維が例示でき、これらから構成された強靱性繊維シートを用いることが好ましい。なお、バイアス補強層８とラジアル補強層９とは、同じ繊維を用いてもよく、異なる繊維を用いて構成してもよい。

強靱性繊維シートは、例えば、タイヤコードのようなもので、カバーゴム４の変形に対する補強材として機能する。なお、タイヤコードは、コードという撚った繊維等を並べて形成する場合もあるが、ここでは、強靱な繊維を織って作られた布のようなものを含んでもよい。強靱性繊維シートは、一般にエラストマと比較すると伸縮性が低いため変形は難しいが、無理に変形させた場合であっても脆性的に折れる等の破壊に到ることが少ない。また、強靱性繊維シートは、繊維自体やそれらの並べ方や織り方により物理特性を制御することが可能である。

なお、本実施形態においては、可撓管本体２は、ＰＴＦＥ樹脂（ポリテトラフルオロエチレン）により形成したが、本発明においては、これに限らない。例えば、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）により可撓管本体２を形成してもよい。

また、本実施形態においては、凹部３１にスポンジを充填したが、本発明においてはこれに限らない。例えば、凹部３１に充填させる材料としては、スポンジの他に軟性の高いゴムや樹脂であればよい。また、スポンジ及び軟性の高いゴムや樹脂を充填しない構成であってもよい。

また、本実施形態においては、カバーゴム４の軸断面における外周をベローズ状（蛇腹状）に形成したが、本発明においてはこれに限らない。例えば、ストレート形状であってもよい。

このように、可撓管本体２を構成するカバーゴム４にバイアス方向及びラジアル方向のそれぞれに補強繊維を配列させたバイアス補強層８及びラジアル補強層９を設けることにより、例えば、可撓管本体２の長手方向若しくは径方向に応力が生じた場合においても、バイアス補強層８及びラジアル補強層９が長手方向若しくは径方向に伸縮可能になるため、管継手１の伸縮特性及び偏心特性を向上させることが可能になる。

また、補強コードをバイアス方向及びラジアル方向のそれぞれに配列することにより、例えば、管長の短い管継手においても伸縮及び偏心が可能になり、有効に使用することが可能になる。

また、例えば、バイアス補強層８をラジアル補強層９の内側（内径側）に配置させることにより、内圧によりベローズ管３とカバーゴム４との剥離が生じそうになっても、外側にラジアル補強層９を配置させることにより、ラジアル補強層９により径方向に力が働くため、ベローズ管３とカバーゴム４との剥離を有効に防止することが可能になる。

さらに、本実施形態においては、バイアス補強層８のおける繊維角度は、いわゆる静止角（軸心に対して約５５°）よりも大きくしてある。これにより、例えば、管継手１に内圧が生じても径方向に力が働くためバイアス補強層８においてもベローズ管３とカバーゴム４との剥離を有効に防止することが可能になる。

また、例えば、ステンレスブレードによる補強においては、ステンレスブレードが薬品等との接触により錆等の劣化を生じさせるおそれがあるが、タイヤコード等の補強コードを用いた場合においては、錆等が生じないため管継手の耐久性を向上させることが可能になる。また、補強コードに耐薬品性のものを使用した場合においては、薬品使用による劣化が生じにくくなり、さらに耐久性を向上させることが可能になる。

また、ステンレスブレードによる補強を行った場合においては、ステンレスブレードが金属疲労による劣化を生じさせるが、タイヤコード等の補強コードを用いた場合においては、金属疲労が生じないため耐屈曲疲労性を向上させることが可能になる。

また、可撓管本体２の軸方向に伸びるベローズ部３０を設け、これをフッ素樹脂により形成することにより、金属管を用いた場合よりも可撓管本体２の伸縮性及び偏心特性を向上させることが可能になる。

また、フッ素樹脂は耐薬品性が優れるため、フッ素樹脂を流体が流通する可撓管本体２に用いることにより、ＳＵＳ等の金属管の場合と異なり、可撓管本体２の化学変化による腐食を減少若しくはなくすことが可能になる。

また、フッ素樹脂により形成されたベローズ部３０を弾性ゴムで被覆させることにより、ベローズ管３の座屈を抑制させることが可能になる。また、カバーゴム４にタイヤコードのような強靱性繊維を埋設させることにより、座屈の抑制に加え、内圧及び外圧に対する耐圧性を向上させることが可能になる。

さらに、フッ素樹脂により構成される可撓管本体２は、金属疲労が発生しないため、金属管を使用する場合よりも長時間の使用が可能になる。さらに、フッ素樹脂は、耐薬品性、耐油性、耐熱性及び低摩擦性に優れるため様々な流体が流通する配管に好適に使用可能となる。

また、カバーゴム４の端部に第１鍔部４０を設け、第１鍔部４０に平リング６を埋設させることにより、例えば、相手側配管に引っ張られる等により、相手側は移管とフランジ５との接続部に集中応力が発生した場合においても亀裂等の破損を抑制することが可能になる。

［第２実施形態］
図４を用いて第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様であり、図面に付した番号も第１実施形態と同様である場合は、同じ番号を付している。

図４に示すように、第２実施形態における管継手１Ａは、ベローズ部３０におけるバイアス補強層８とラジアル補強層９との間に補強線材である銅線７が配置されている。銅線７は、ベローズ部３０において内ゴム４１及びバイアス補強層８が形成された上から、可撓管本体２の軸方向に螺旋状に巻装される。

補強線材としては、例えば、バネ鋼線、硬鋼線、ピアノ線などのバネ用炭素鋼線、ステンレス鋼線などのバネ用合金鋼線、又はりん青銅などのバネ用銅合金線等の弾性限界が高い金属線材料や、エンジニアリングプラスチックのような有機材料、スティール繊維、カーボン繊維、ガラス繊維その他の繊維を含む複合材料が例示できる。

なお、補強線材は、１本若しくは複数本の線材がコイルのように略円形を描き、軸方向に進んでいくようなコイル状の補強材であってもよい。また、線材をリング形状に形成し、複数のリングを略同軸上に並べ、前後のリングに何らかの機械的関係を持たせたものであってもよい。

このように、ベローズ部３０におけるバイアス補強層８とラジアル補強層９との間に銅線７を配置させることにより、さらに内圧及び外圧に対する耐圧性を向上させることが可能になる。これにより、例えば、土中に埋設された配管のように所定以上の外圧に対する耐圧性を必要とする場所においても好適に使用することが可能になる。

本発明の実施形態に係る管継手の構成を示す斜視図である。 前記実施形態に係る管継手の一部を破断して示す正面図である。 図２におけるＡの部分拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係るＡの部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 可撓性管継手
２ 可撓管本体
３ ベローズ管
４ カバーゴム
５ フランジ
６ 平リング
８ バイアス補強層
９ ラジアル補強層
２１ 鍔部
３３ 第１鍔部
４０ 第２鍔部
４１ 内ゴム
４２ 外ゴム
４３ 中間ゴム

Claims (5)

1. 可撓性を有するベローズ管、及びこのベローズ管の外周面を被覆し、内部に強靱性繊維を埋設した弾性部を有する管本体と、
   前記管本体の両端に設けた一対のフランジと、を備え、
   前記強靱性繊維は、織られてできた強靱性コードを構成し、
   前記強靱性コードは、
   バイアス状に繊維を配列したバイアス補強層と、
   このバイアス補強層の外周に配置され、ラジアル状に繊維を配列したラジアル補強層と、を有し、
   前記弾性部は、前記バイアス補強層と前記ラジアル補強層との間に、鋼線を螺旋状に埋設している可撓性管継手。
2. 前記ベローズ管は、フッ素樹脂により形成されている請求項１記載の可撓性管継手。
3. 前記管本体は、断面がＬ字状に形成される鍔部を両端に有し、
   前記鍔部は、
   前記弾性部により形成された第１鍔部と、
   前記ベローズ管により形成された第２鍔部と、を有し、
   前記第１鍔部と前記第２鍔部とは、加硫接着される請求項１又は２記載の可撓性管継手。
4. 前記第１鍔部には、平リングを埋設している請求項３記載の可撓性管継手。
5. 前記ベローズ管は、
   当該ベローズ管の軸線方向と直交する方向に突出する凸部と、
   前記凸部と反対方向に凹む凹部と、を有し、
   前記凹部には、前記弾性部よりも軟性の高い弾性材料を充填している請求項１から４のいずれかに記載の可撓性管継手。

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