JP5936151B2 - 圧力配管の接続構造を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、配管設置箇所に適合する長さに切りそろえられた圧力配管に対して溶接を必要とすることなく、接続させることを可能とした圧力配管の接続構造を製造する方法に関する。

圧力配管用の鋼管として炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）が知られている。また、ＪＩＳ規格には、接続する圧力配管に応じて使用すべき継手の強度が規定されている。具体的には、継手の強度は、引張試験において、継手に接続される圧力配管の母材の方が切断されるような強度とすることを要求している。さらに、溶接による接続についても同様に圧力配管の母材の方が切断するような溶接強度を持たせるため、全周に渡って圧力配管に対して脚長を延ばすことが求められている。このような溶接作業には熟練を要し、作業を行える者には限りがある。

溶接によらない接続手段として、接着剤やボルトなど手段がある。例えば特許文献１にはボルトで圧力配管と圧力配管を接続するものが開示されている。また、特許文献２には、圧力配管の端部にネジを切って接続するものが開示されている。

ＷＯ ２０１２／０９６０４２Ａ１号公報 特開２００３−４４３７８号公報

特許文献１に示される接続構造によれば、引張強度が要求される圧力配管の配管工事において、溶接を用いずにボルトにより圧力配管の接続を行うことができる。しかしながら、接合すべき圧力配管からの流体漏れを防ぐために、圧力配管が切断された端部断面の位置でシールをしており、圧力配管の肉厚自体が薄いものであるため、径の小さなシール部材を使用せざるを得なかった。一般的に、Ｏリングは、線径の太いほうがひずみ率は小さく、安定したシール性が得られることが知られている。圧力配管として例えば、ＳＴＰＧ Ｓｃｈ４０ １０Ａを用いる場合、パイプの肉厚は２．３ｍｍであり、利用可能なシール材としては例えば直径１．５ｍｍのＯリングである。

また、特許文献２による接続構造によれば、圧力配管が切断された端部断面の位置でシールをする際に、ステップ状溝を有するインサートを用いて線径の大きなＯリングを利用可能とした例が開示されている。

また、本件出願人による特願２０１３−２２１７１７号においては、特許文献１に示すボルトにより圧力配管を接続するさいに、圧力配管の端部をテーパー面に加工して、この面においてＯリングによるシールを行い、線径の大きなＯリングを使用することができることを示した。この例では、圧力配管の端部が、継手の管内に設けられた突起部に突き当たることにより、その位置でＯリングに対して適切な圧縮力が加わる。

一方、圧力配管の端部にネジを切る接続構造に対して、ネジの緩みが生じると圧力配管の端部に位置するＯリングへの圧縮力が減少し、圧力配管内の流体漏れにつながる恐れがある。圧力配管の端部にネジを切る接続構造を用いる特許文献２によれば、圧力配管の端部にネジを切る接続構造に対して、ネジの緩みを防止するため、継手の外周から縦にボルトを螺入し、一方で圧力配管側にも当該ボルトを受ける窪みを設けて、緩みが生じないようにしている。しかしながら、圧力配管側への窪みの加工に手間がかかるという問題がある。

本発明の目的は、圧力配管の端部にネジを切る接続構造において、Ｏリングへの圧縮力を維持可能とする接続構造を製造する方法を提供することにある。

上記課題を達成するため本願発明では、設置場所に適合する長さに切り揃えられ、圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管を接続する接合構造の製造方法において、
前記切り揃えられた圧力配管端部に先細り状の雄テーパー面と、当該雄テーパー面に続く外周面には雄の平行ねじとを夫々設け、
前記圧力配管の雄ねじが螺入される雌の平行ねじが設けられた円筒状の中空と、当該雌の平行ねじに続き中空の内径を縮小し、前記圧力配管の雄テーパー面と同じテーパー角度の雌テーパー面と、雌テーパー面の途中もしくは一端に設けられたＯリングを収容するＯリング溝とを有する継手を用意し、
Ｏリングを前記Ｏリング溝に収容し、前記圧力配管の雄ねじが前記雌の平行ねじが設けられた円筒状の中空に螺入することにより、前記Ｏリングを前記雄テーパー面と前記Ｏリング溝の間で圧縮することを特徴とする。

本発明によれば、圧力配管の端部を雄テーパー面として、この面においてＯリングによるシールを行うため、径の大きなＯリングを使用することができるという効果がある。また、圧力配管の雄テーパー面と、継手の雌テーパー面との間の滑りを利用して、圧力配管に設けた雄ねじが螺入された際の軸力を蓄えることができるため、圧力配管の雄ねじに緩みが発生しにくいという効果がある。

接続構造を示す図である。 圧力配管の加工例を示す図である。 圧力配管を固定する様子を示す図である。 他の実施例に係る接続構造を示す図である。

圧力配管の接続構造１００を図１に示す。接続構造１００は、継手１、圧力配管２、Ｏリング３、及び、多数のボルト４、金属塊５からなっている。
継手１はフランジ型の継手であり、中空１０を有している。図１Ａ中、中空１０の左側の入り口から雌ねじ（平行ねじ）１１が設けられており、奥に続いている。雌ねじは継手１の中空１０の奥において、雌テーパー面１４と、中空１０の中心線ｃに垂直な面１６に続き、圧力配管２の中空２０と同一内径の中空１７へと続いている。雌テーパー面１４のテーパー角度θ１は１０°〜１５°である。雌テーパー面１４はさらに、その途中位置にＯリング３を収容するＯリング溝１５が設けられている。継手１は、圧力配管２が螺入される中空１０の入り口側に、外周から中空１０の中心線ｃに向かって貫通するネジ孔１８を有している。継手１は、さらに他の機器や継手と接続するための中心線ｃと平行に、周辺部（実施例においては継手１の４つのコーナーの位置）にボルト孔を有している。

圧力配管２は、設置場所に適合する長さに切り揃えられた後（図２Ａ）に、端部に対して加工がなされる。まず、端部に先細り状の雄テーパー面２１に形成される（図２Ｂ）。雄テーパー面２１は、圧力配管２の雌テーパー面１４と同じテーパー角度θ２である。雌テーパー面１４は、圧力配管２が、継手１の中空１０にねじ込まれたときに、雄テーパー面２１が突き当たる面になっている。雄テーパー面２１に続く先端は、垂直な面２２とされる。圧力配管２の先端から継手１の中空１０の長さに十分足りるように雄テーパー面２１の後側（図、左側）に続いて雄ねじ（平行ねじ）２３が外周に設けられる（図２Ｃ）。

図１に戻り、Ｏリング溝１５の両側に壁ｐ、ｑが設けられている。Ｏリング溝１５の溝の底ｒは、中心線ｃに対して平行であるが、その理由は専らＯリング溝１５を形成する際の形成のしやすさに依存している。また、面１６は、圧力配管２の面２２に対向するために設けられているが、中心線ｃに垂直でなくてもよく、圧力配管２の面２２と接触しないものであれば良い。尚、Ｏリング３が接触するＯリング溝１５の壁ｐ、ｑおよび底ｒとテーパー面２の表面粗さは、Ｏリング３を収容する箇所であるため、滑らかなものに加工されていることは言うまでない。

図３は、接続構造１００による圧力配管２を接続する様子を示している。図３Ａにおいて、Ｏリング３をＯリング溝１５に設定する。Ｏリング溝１５の前側の壁ｐ（中空１０の右側入口に近い側）は、やや中心線ｃに対して垂直よりも斜めになっていて、Ｏリング３を挿入しやすくなっている。

圧力配管２の雄ねじ２３を継手１の中空１０の雌ねじ１１にねじ込む。雄ねじ２３と雌ねじ１１の間には、螺入可能なように若干の遊びが設けられている。圧力配管２をねじ込むと、雄テーパー面２１がＯリング３に当接し、これを押し潰してゆく。そして、雄テーパー面２１が、雌テーパー面１４に当接したときに、さらに強く締めると、雄テーパー面２１が雌テーパー面１４を若干すべり、圧力配管２はもはや進行できないため、それ以上の螺入が不可能になり、螺着が完了する。

Ｏリング３は、Ｏリング溝１５と雄テーパー面２１との間で形成された空間に挟みこまれ、圧力配管２が中空１０にねじ込まれるにつれて、雄テーパー面２１により、Ｏリングが圧縮されるようになっている。雌テーパー面１４と雄テーパー面２１とが接触したとき、Ｏリング３の直径が圧縮により、３０％程度の径変化するようなテーパー角度θ２にテーパー面２１は設定されている。

雌テーパー面１４が圧力配管２の雄テーパー面２１と面接触したのち、テーパー面同士の接触であるため、圧力配管２をさらに継手１にねじ込んだ際に、雌テーパー面１４上を雄テーパー面２１が滑り、雄テーパー面２１がごく僅かに縮径することにより、圧力配管２の雄ねじ２３の部分に圧縮による軸力を蓄えることができる。また、圧力配管２の雄ねじ２３と継手の雌ねじ１１の間に中心線ｃに垂直な遊びによる隙間があっても、圧力配管２の中空と継手の中空１０の中心を合わせることが容易にできる。また、面１６は圧力配管２の面２２と接触しないようスキマｓを持つようになっている（図３Ｄ）。この結果、圧力配管2を継手１の中空１０に挿入したときに面２２が障害にならず、雌テーパー面１４と雄テーパー面２１を介して面で接触することが確実になる。本実施例においては、スキマｓは０．５ｍｍ程度と想定している。圧力配管２側に面２２を形成することにより、雄テーパー面の内径側の端の部分を鋭利にしなくて済む。

通常のボルトのネジ込みでは、ボルトの頭は座面に当接した後にさらに、ネジ込みを行うと、ねじ山部分はそれ以上にねじ込まれて、結果、ボルトは引き延ばされ、締め込みをやめると、引き延ばされたボルトが戻ろうとする軸力でねじ山に摩擦力が発生し、この摩擦力がねじの緩みを止める。

特許文献２のように、圧力配管の端面が垂直であると、端面が突き当たるともはや、螺入することは困難となり、通常のボルトのネジ込みの場合にボルトに蓄えられる軸力に起因する摩擦力が期待できない。本実施例の場合は圧力配管２の雄テーパー面２１が、雌テーパー面１４に当接すると、雄テーパー面２１と雌テーパー面１４とが極わずかではあるが滑り、さらなるねじ込みは不可能となり、通常のボルトのネジ込みの場合にボルトに蓄えられる軸力に起因する摩擦力が期待できる。この摩擦力が、圧力配管２の雄ねじ２３の緩みを防止する。

圧力配管２の雄ねじ２３の緩みは、Ｏリング３に蓄えられる圧縮力を失わせる結果となり、圧力配管２内を流れる流体をシールすることができなくなる。そのため、圧力配管２の雄ねじ２３の緩み止めることは必然である。

本実施例においては、継手１には、さらなる緩み止めのために縦 (中空１０の中心線ｃに対して垂直)に穿孔されたネジ孔１８が、中心線ｃに向けて貫通している。ネジ孔１８は、中空１０にまで貫通している。ネジ孔１８の中に、圧力配管２および継手１よりも柔らかい材料でできた金属塊５を挿入する（図３Ｃ）。本実施例では、圧力配管２は高温配管用炭素鋼管（JIS G 3456））、ＳＴＰＧ３７０ Ｓｃｈ８０ Ａ２０若しくはＳＴＰＧ３７０ Ｓｃｈ４０ ２０Ａ（圧力配管用炭素鋼鋼管（JIS G 3454））の鋼管であり、継手1も同様の炭素鋼管であるので、これよりも柔らかい真鍮を用いた。金属塊５を挿入した後、その上から、ボルト４を螺入して行く。金属塊５が、圧力配管２の雄ねじ２３のネジ山に食い込み、かつボルト４の先端が、金属塊５に食い込むまでボルト４を螺入する（図３Ｄ）。金属塊５が、圧力配管２の雄ねじ２３に対して摩擦することにより、圧力配管２の雄ねじ２３の緩みが防止される。

金属塊５を用いずに、単にボルト４をネジ孔１８に螺入して、ボルト４の先端を圧力配管２の雄ねじ２３に押し当てても良いが、金属塊５を用いる場合に比べて、圧力配管２の雄ねじ２３の緩みを抑止する機能は低いものとなる。

なお、外から雨水等の浸水を防止するために、圧力配管２の雄ねじと継手１の雌ねじ１１の間に接着剤を使用しても良い。また、本実施例では、Ｏリングは直径の３０％程度圧縮することを予定しており、Ｏリングとして直径２ｍｍのものを用いた場合には、圧縮寸法は０．６ｍｍである。

本実施例によれば、雌テーパー面１４とＯリング溝１５が設けられ、実施例１におけるＯリング３が挿入される空間を狭められてはいるが、実施例１と同様に径の大きなＯリングを使用することができる。一方で、壁ｐ，ｑを有するＯリング溝１５を設けたため、圧力配管２において大きな圧力（又は、小さな圧力）を受けたとき、Ｏリング３を壁ｐ若しくは壁ｑにより支えることができる。また、雌テーパー面１４と雌テーパー面２１または雌テーパー面１４と雌テーパー面２１は密接に接触しているため、圧力のかかったＯリング３が、Ｏリング溝１５からはみ出す隙間がない。また、ボルト４を螺入するだけで、Ｏリング３に対して適正な圧縮力を付加することができるという効果がある。
本実施例においては、Ｏリング溝は、雌テーパー面１４の途中に設けられたが、雌テーパー面１４の一端に設けても良い。

図４に示される接続構造２００における継手は、中空１０の両側から圧力配管２が挿入されるスリーブ型の継手１’である。
継手１’は、直線状の円筒管であり、内周面のほぼ中央に、内側に向かって、圧力配管２の肉厚に相当する長さだけ、中心に向けてスリーブ１の内径を縮小する突出部１９を有しており、この部分がテーパー１４ａ、１４ｂを形成している。圧力配管２の両側の入り口には、雌ねじ１１ａ、１１ｂが設けられている。テーパー１４ａ、１４ｂの途中には、Ｏリング溝１５ａ、１５ｂが設けられている。また、中突起部１９は、継手１’の中心線ｃ方向に垂直な環状面１６ａ、１６ｂを有している。そして、ネジ孔１８が継手１’の両側の入口に設けられ、夫々継手１’の中空１０に貫通している。図中、図１で示した構成と同じものについては、同一の符号が付してある。

１００、２００ 接続構造
１ 継手
２ 圧力配管
３ Ｏリング
４ ボルト
５ 金属塊
１０ 中空
１１ 雌ねじ
１４ 雌テーパー面
１５ Ｏリング溝
２０ 中空
２１ 雄テーパー面
２３ 雄ねじ

Claims (3)

1. 設置場所に適合する長さに切り揃えられ、圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管を接続する接合構造の製造方法において、
   前記切り揃えられた圧力配管端部に先細り状の雄テーパー面と、当該雄テーパー面に続く外周面には雄の平行ねじとを夫々設け、
   前記圧力配管の雄ねじが螺入される雌の平行ねじが設けられた円筒状の中空と、当該雌の平行ねじに続き中空の内径を縮小し、前記圧力配管の雄テーパー面と同じテーパー角度の雌テーパー面と、雌テーパー面の途中もしくは一端に設けられたＯリングを収容するＯリング溝とを有する継手を用意し、
   Ｏリングを前記Ｏリング溝に収容し、前記圧力配管の雄ねじが前記雌の平行ねじが設けられた円筒状の中空に螺入することにより、前記Ｏリングを前記雄テーパー面と前記Ｏリング溝の間で圧縮することを特徴とする圧力配管の接続構造を製造する方法。
2. 前記継手は、圧力配管が螺入される前記中空の入り口側に、外周から前記中空の中心線に向かって貫通するネジ孔を有し、
   ボルトを前記ネジ孔に螺入して、前記圧力配管の雄ねじを圧接することを特徴とする請求項１に記載の圧力配管の接続構造を製造する方法。
3. 前記継手のネジ孔は、前記圧力配管、継手及びボルトよりも柔らかい金属塊が挿入され、
   前記金属塊の上から前記ネジ孔に前記ボルトが螺入され、前記金属塊を挟んで前記ボルトは前記圧力配管の雄ねじを圧接することを特徴とする請求項２に記載の圧力配管の接続構造を製造する方法。