JP6278174B2 - 管継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車内の配管に用いられ、配管同士を軸方向に移動自在に接続する管継手構造に関するものである。

一般に、自動車のブレーキオイル、空気調和装置の冷媒、燃料電池車の水素等の流体の移送に用いられる配管は、車内の狭い空間内に配置されるため、配管取付スペースを広くすることができない。このため、取付時の寸法誤差、取付後の振動や外力による撓み、温度変化による熱膨張や熱収縮などを小スペースで吸収する必要がある。この場合、配管の曲げや捻りは、ある程度配管の弾性変形により吸収可能であるが、高剛性材料からなる配管は軸方向の伸縮を吸収することができないため、配管の寿命低下や破損を生ずるおそれがあった。また、高剛性配管同士をゴム等のエラストマー材で接続すれば、配管同士の軸方向の伸縮を吸収することが可能であるが、エラストマー材は高剛性材料よりも弾性率が大幅に低いため、補強層を設けたホース状に形成する必要がある。このため、配管の外径が大きくなるとともに、不純物が混入し易くなり、水素や超純水等の配管には適さないという欠点がある。

そこで、一方の配管部材の一端側に設けた継手部材と、他方の配管部材の一端側に設けた継手部材とを互いにシール部材を介して軸方向に摺動自在に結合し、各継手部材の摺動によって配管同士の軸方向の伸縮を吸収するようにした管継手構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１４１７９号公報

しかしながら、前記管継手構造では、継手部材の摺動方向に流体の圧力が加わるため、一方の摺動方向においては流体の圧力に抗して継手部材が摺動することになる。このため、伸長方向と収縮方向の摺動抵抗が配管の内圧によって不均一になり、継手部材を円滑に摺動させることができないという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配管の内圧を受けても継手部材を軸方向の何れにも円滑に摺動させることのできる管継手構造を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、一方の配管部材の一端側に設けられた円筒状の第１の継手部材と、他方の配管部材の一端側に設けられた円筒状の第２の継手部材とを備え、第１の継手部材の内周面側に第２の継手部材を配置するとともに、第１の継手部材と第２の継手部材とを軸方向複数箇所に配置された第１、第２及び第３のシール部材を介して軸方向に摺動自在に結合した管継手構造において、前記第２の継手部材を径方向に一直線状に貫通する連通孔を介して第２の継手部材内に連通し、第１の継手部材内で第２の継手部材が受ける軸方向の流体圧力と反対方向の流体圧力を各継手部材に付与する圧力室を備え、前記第１の継手部材を、一方の配管部材側に設けられる管状部材と、管状部材の一端側に設けられた円筒状部材とから形成するとともに、管状部材の一端側の外周面に設けた拡径部に円筒状部材の一端側の内周面を接合し、前記圧力室を、第１の継手部材の円筒状部材の内周面と、第２の継手部材の外周面と、第１の継手部材の円筒状部材の他端側の内周面に設けた縮径部と、第２の継手部材の外周面に設けた拡径部によって囲まれた空間に形成し、圧力室内の軸方向の受圧面と第１の継手部材内における第２の継手部材の軸方向の受圧面とを互いに等しい面積になるように形成し、第１の継手部材の円筒状部材の内周面と、第２の継手部材の外周面と、第１の継手部材の管状部材の前記拡径部と、第２の継手部材の前記拡径部によって囲まれた空間に、第１の継手部材の円筒状部材を径方向に一直線状に貫通する通気孔を介して空気が外部との間で出入りするように構成し、前記第１のシール部材を第１の継手部材の前記拡径部の内周面に設けた環状凹部と第２の継手部材の外周面との間に配置し、前記第２のシール部材を第１の継手部材の前記縮径部の内周面に設けた環状凹部と第２の継手部材の外周面との間に配置し、前記第３のシール部材を第２の継手部材の前記拡径部の外周面に設けた環状凹部と第１の継手部材の円筒状部材の内周面との間に配置している。

これにより、第２の継手部材内に連通する圧力室により、第１の継手部材内で第２の継手部材が受ける軸方向の流体圧力と反対方向の流体圧力が各継手部材に付与されるとともに、圧力室内の軸方向の受圧面と第１の継手部材内における第２の継手部材の軸方向の受圧面とが互いに等しい面積になっていることから、各継手部材の軸方向に加わる圧力を釣り合わせることができる。

本発明によれば、配管の内圧により各継手部材の軸方向に加わる圧力を釣り合わせることができるので、各継手部材を軸方向の何れにも円滑に摺動させることができる。従って、小型で簡素な構成により配管の軸方向の伸縮を確実に吸収することができ、配管の寿命低下や破損を効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態を示す管継手構造の斜視図 管継手構造の部分側面断面図 受圧面を示す図 管継手構造の動作を示す部分側面断面図

図１乃至図４は本発明の一実施形態を示すもので、図１は管継手構造の斜視図、図２はその部分側面断面図、図３は受圧面を示す図、図４は管継手構造の動作を示す部分側面断面図である。

この管継手構造は、図示しない一方の配管部材と他方の配管部材とを円筒状の第１の継手部材１０及び第２の継手部材２０によって接続するものであり、各継手部材１０，２０は互いに軸方向に摺動自在に結合している。

第１の継手部材１０は、一方の配管部材の一端側に設けられた管状部材１１と、管状部材１１の一端側に設けられた円筒状部材１２とからなり、管状部材１１と円筒状部材１２とは溶接等によって接合されている。管状部材１１は図示しない一方の配管部材に接合または一体形成され、その一端側（円筒状部材１２側）には外径が大きくなる拡径部１１ａが設けられている。拡径部１１ａの内周面には環状凹部１１ｂが設けられ、環状凹部１１ｂ内には環状に形成された第１のシール部材１３が設けられている。円筒状部材１２は第２の継手部材２０の外周面との間に隙間を有するように形成され、その一端側（管状部材１１側）を管状部材１１の拡径部１１ａの外周面に接合されている。また、円筒状部材１２の他端側には内径が小さくなる縮径部１２ａが設けられている。縮径部１２ａの内周面には環状凹部１２ｂが設けられ、環状凹部１２ｂ内には環状に形成された第２のシール部材１４が設けられている。また、縮径部１２ａの軸方向一端面（円筒状部材１２の内側の面）は配管の内圧を受ける受圧面１５を形成している。更に、円筒状部材１２の周面には径方向に貫通する通気孔１２ｄが設けられている。

第２の継手部材２０は、他方の配管部材の一端側に設けられた管状部材２１と、管状部材２１の一端側に設けられた円筒状部材２２とからなり、管状部材２１と円筒状部材２２とは溶接等によって接合されている。管状部材２１は図示しない他方の配管部材に接合または一体形成され、その外周面には第２のシール部材１４が圧接している。円筒状部材２２は第１の継手部材１０の円筒状部材１２の内周面との間に隙間を有するように形成され、その一端を管状部材２１に接合されるとともに、他端側の外周面には第１のシール部材１３が圧接している。円筒状部材２２の軸方向略中央には外径が大きくなる拡径部２２ａが設けられ、拡径部２２ａの外周面には環状凹部２２ｂが設けられている。環状凹部２２ｂ内には環状に形成された第３のシール部材２３が設けられ、第３のシール部材２３は第１の継手部材１０の円筒状部材１２の内周面に圧接している。この場合、第２のシール部材１４及び第３のシール部材２３によって形成された空間、即ち第１の継手部材１０の内周面、第２の継手部材２０の外周面、縮径部１２ａ及び拡径部２２ａによって囲まれた部分によって圧力室２４が形成されており、圧力室２４は受圧面１５に加わる圧力により、第１の継手部材１０内で第２の継手部材２０が受ける軸方向の流体圧力と反対方向の流体圧力を各継手部材１０，２０に付与するようになっている。即ち、円筒状部材２２の一端側の周面には径方向に貫通する連通孔２２ｃが設けられており、連通孔２２ｃによって第２の継手部材２０内と圧力室２４内が互いに連通している。更に、第１のシール部材１３及び第３のシール部材２３によって形成された空間、即ち第１の継手部材１０の内周面、第２の継手部材２０の外周面及び各拡径部１１ａ，２２ａによって囲まれた空間２６は、第１の継手部材１０の通気孔１２ｄを介して外部に連通している。

また、各継手部材１０，２０においては、圧力室２４内の受圧面１５の面積Ｓ2 と、第１の継手部材１０内における第２の継手部材２０の受圧面２５の面積Ｓ1 が互いに等しくなるように形成されている。この場合、第２の継手部材２０の受圧面２５の面積Ｓ1 は、図３(a) に示すように第２の継手部材２０の円筒状部材２２の外径Ｄ1 を直径とする円（円筒状部材２２の内部空間を含む端面）の面積であり、圧力室２４内の受圧面１５の面積Ｓ2 は、図３(b) に示すように圧力室２４の外径Ｄ2 を直径とする円の面積から圧力室２４の内径Ｄ3 を直径とする円の面積を除いた面積である。

以上のように構成された管継手構造においては、各継手部材１０，２０に接続された配管が収縮すると、図４(a) に示すように各継手部材１０，２０が互いに離れる方向に摺動する。また、配管が伸長すると、図４(b) に示すように各継手部材１０，２０が互いに接近する方向に摺動する。その際、圧力室２４の受圧面１５に加わる圧力により、第１の継手部材１０内で第２の継手部材２０が受ける軸方向の流体圧力と反対方向の流体圧力が各継手部材１０，２０に付与され、しかも圧力室２４の受圧面１５の面積Ｓ1 と第２の継手部材の受圧面２５の面積Ｓ2 は互いに等しいので、各継手部材１０，２０の軸方向に加わる圧力が釣り合った状態となり、配管の内圧を受けても各継手部材１０，２０が軸方向の何れにも円滑に摺動する。また、第１の継手部材１０の内周面、第２の継手部材２０の外周面及び各拡径部１１ａ，２２ａによって囲まれた空間２６は、各継手部材１０，２０の摺動によって容積が変化するが、空間２６には通気孔１２ｄを介して空気が出入りするため、空間２６の内圧が各継手部材１０，２０の摺動に影響を与えることはない。

このように、本実施形態によれば、第２の継手部材２０内に連通する圧力室２４により、第１の継手部材１０内で第２の継手部材２０が受ける軸方向の流体圧力と反対方向の流体圧力を各継手部材１０，２０に付与するとともに、圧力室２４内の軸方向の受圧面１５と第１の継手部材１０内における第２の継手部材２０の軸方向の受圧面２５とを互いに等しい面積になるように形成したので、各継手部材１０，２０の軸方向に加わる圧力を釣り合わせることができ、配管の内圧を受けても各継手部材１０，２０を軸方向の何れにも円滑に摺動させることができる。これにより、小型で簡素な構成により配管の軸方向の伸縮を確実に吸収することができ、配管の寿命低下や破損を効果的に防止することができる。

また、圧力室２４を、第１の継手部材１０の内周面と、第２の継手部材２０の外周面と、第１の継手部材１０の内周面に設けた縮径部１２ａと、第２の継手部材２０の外周面に設けた拡径部２２ａによって囲まれた空間により形成するようにしたので、圧力室２４を簡素な構造により容易に構成することができる。

更に、圧力室２４の受圧面１５を縮径部１２ａの軸方向一端面によって形成したので、第２の継手部材２０の受圧面２５と面積の等しい圧力室２４の受圧面１５を容易に形成することができる。

１０…第１の継手部材、１２ａ…縮径部、１５…受圧面、２０…第２の継手部材、２２ａ…拡径部、２４…圧力室、２５…受圧面。

Claims (2)

1. 一方の配管部材の一端側に設けられた円筒状の第１の継手部材と、他方の配管部材の一端側に設けられた円筒状の第２の継手部材とを備え、第１の継手部材の内周面側に第２の継手部材を配置するとともに、第１の継手部材と第２の継手部材とを軸方向複数箇所に配置された第１、第２及び第３のシール部材を介して軸方向に摺動自在に結合した管継手構造において、
   前記第２の継手部材を径方向に一直線状に貫通する連通孔を介して第２の継手部材内に連通し、第１の継手部材内で第２の継手部材が受ける軸方向の流体圧力と反対方向の流体圧力を各継手部材に付与する圧力室を備え、
   前記第１の継手部材を、一方の配管部材側に設けられる管状部材と、管状部材の一端側に設けられた円筒状部材とから形成するとともに、管状部材の一端側の外周面に設けた拡径部に円筒状部材の一端側の内周面を接合し、
   前記圧力室を、第１の継手部材の円筒状部材の内周面と、第２の継手部材の外周面と、第１の継手部材の円筒状部材の他端側の内周面に設けた縮径部と、第２の継手部材の外周面に設けた拡径部によって囲まれた空間に形成し、
   圧力室内の軸方向の受圧面と第１の継手部材内における第２の継手部材の軸方向の受圧面とを互いに等しい面積になるように形成し、
   第１の継手部材の円筒状部材の内周面と、第２の継手部材の外周面と、第１の継手部材の管状部材の前記拡径部と、第２の継手部材の前記拡径部によって囲まれた空間に、第１の継手部材の円筒状部材を径方向に一直線状に貫通する通気孔を介して空気が外部との間で出入りするように構成し、
   前記第１のシール部材を第１の継手部材の前記拡径部の内周面に設けた環状凹部と第２の継手部材の外周面との間に配置し、
   前記第２のシール部材を第１の継手部材の前記縮径部の内周面に設けた環状凹部と第２の継手部材の外周面との間に配置し、
   前記第３のシール部材を第２の継手部材の前記拡径部の外周面に設けた環状凹部と第１の継手部材の円筒状部材の内周面との間に配置した
   ことを特徴とする管継手構造。
2. 前記圧力室の受圧面を縮径部の軸方向一端面によって形成した
   ことを特徴とする請求項１記載の管継手構造。

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