JP6372038B2 - 管継手 - Google Patents

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Description

この発明は、管継手に関するものである。
より詳しくは、重量が極力抑えられ、内部における流下性能を低下させることもなく、脈動などによる曲げ応力が繰り返し作用したとしても、コーナー部分における疲労破壊を長期に亘って軽減又は防止することのできる管継手に関するものである。
管継手として、2つの受口間に分岐部を有するT字状のものや、2つの受口間に屈曲部を有するL字状のものなどが、圧力が高い流体、例えば、水道用やプラント用の配管に用いられている。
かかる管継手においては、受口に接続管を嵌合接続した状態で、配管内部に正の静水圧が繰り返し掛かった場合に、分岐部の分岐方向内側のコーナー部(分岐部を首、分岐部の両側を肩としたとき、首と肩との付け根部)、又は屈曲部の屈曲方向内側コーナー部に応力が集中するとともに、その応力が他の部分に比べて大きいと考えられている。
特に、前記分岐部の分岐方向内側のコーナー部、又は屈曲部の屈曲方向内側コーナー部に応力が集中することで、内部にクラックが発生し、発生したクラックが外面にまで成長して継手が破壊されてしまうという問題があった。
このような問題を解決するため、種々の管継手が提案されている。
例えば、特許第4320190号公報(特許文献1)においては、
曲折部を有する管継手本体の両端縁部に、断面円形の管を接続可能な管接続部が設けられたL字状エルボ型の管継手であって、
前記管継手本体の両管接続部側の端縁部において、
前記両管接続部の管軸を共に含む平面と交わる、相対する内面部分間の距離D1が、前記平面から最も遠くなる、相対する内面部分間の距離D2よりも小さく、
かつ、その距離の差D2−D1が、前記接続すべき管の厚さの半分以上2倍以下の範囲となる関係を満たすような内面形状とされていること
を特徴とする管継手が提案されている。
この管継手は、管継手本体のもっとも歪んだ状態になり易い中央部の断面内面形状を、真円に近づけることができるので、水力的応力が低減し、しかも、管継手部に管を接続するメカニズムに支障をきたすこともない、とされている。
一方、特開昭48−5016号公報(特許文献2)においては、
プラスチック製フィッチングは、管状物体の端部を摺動自在に受け入れる第1ソケット部を形成する壁より構成し、
前記壁は、前記ソケット部の内側端に近接する第1壁厚、および該ソケット部の外側端に近接し、前記第1壁厚よりも実質的に薄い第2壁厚をもち、
前記第1壁厚は、ソケット部内に受け入れられる管状物体の壁厚に関連して、前記ソケット部の内側端に近接する領域において、前記フィッチングを十分に補強すること
を特徴とする補強されたプラスチック製フィッチングが提案されている。
この補強されたプラスチック製フィッチングは、比較的高圧流体の輸送用配管装置に使用されるときでも、従来の実質的に均等な壁厚をもったプラスチック製フィッチングのような損害が起こらない、とされている。
さらに、特開2007−198534号公報(特許文献3)においては、
直管状の本体部および前記本体部に交差して接続された分岐管部からなり、本体部の両端部および分岐管部の端部に、それぞれ受け口が形成されたT字状の管継手において、
本体部の各受け口と分岐管部の受け口との間の内隅部分を、各受け口の長さの最大1/3の範囲にわたって、各受け口に接続される樹脂管の肉厚の最大100%増肉したこと
を特徴とする管継手が提案されている。
この管継手は、前記樹脂管が、受け口の規定位置まで完全に挿入されていない場合であっても、熱伸縮などに伴う曲げ応力による受け口の規定位置近傍の疲労破壊を、確実に防止することができる、とされている。
特許第4320190号公報(特許請求の範囲,図1〜4) 特開昭48−5016号公報(特許請求の範囲,図1) 特開2007−198534号公報(特許請求の範囲,図1)
前記特許文献1に開示されている管継手は、その両端縁部に、断面円形の管を接続可能な管接続部が設けられ、その内面形状は楕円形状であるので、水力的応力は低減できる。
しかしながら、接続管の厚みは成形条件によってバラツキがあるので、このような内面形状を有することによって、継手内部における流下性能の低下につながる場合があった。
前記特許文献2及び3に開示されている管継手は、本体部の受け口と分岐管部の受け口との間の内隅部分、屈曲部の内隅部分を増肉するものである。
したがって、管接続部の周囲全体を増肉した場合には、継手本体の重量が大きくなり、製造コストがかかる。
特に、従来の管継手は、図10に示すように、本体部203の中央部に一体的に立設される分岐管202の軸方向において相対するコーナー部Cから開口部204に向かう斜線部分210に大きな負荷が作用し、最も損傷し易い部位である。
この発明はかかる現状に鑑み、内部における流下性能に優れ、脈動などによる曲げ応力が繰り返し作用したとしても、分岐部の分岐方向内側のコーナー部又は屈曲部の屈曲方向内側コーナー部における負荷を分散させることによって、疲労による破壊を長期に亘って軽減又は防止し、かつ全体の重量の増加を極力抑えることのできる管継手を提供せんとするものである。
すなわち、この発明にかかる請求項1に記載の発明は、
両端部に受口を有する直管状の本体部と、前記受口間に、前記本体部と交差するように接続された分岐管部からなるT字状の管継手であって、
前記本体部と前記分岐管部との間のコーナー部分を、前記本体部の開口端からストッパー段部までの間の所要の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を周方向頂部に行くにしたがって増肉前の半径よりも徐々に大きくなるようにして、頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状が形成されるよう増肉させ
断面内面形状を、真円として形成したこと
を特徴とするT字状の管継手である。
この発明の請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載のT字状の管継手において、
前記開口端からストッパー段部までの長さの、少なくとも2分の1の範囲に亘って増肉させたこと
を特徴とするものである。
この発明の請求項3に記載の発明は、
請求項1又は2に記載のT字状の管継手において、
前記曲率半径を、
増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくしたこと
を特徴とするものである。
この発明の請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3のいずれかに記載のT字状の管継手において、
前記曲率半径が開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させることによって、開口端を開口側に傾斜させること
を特徴とするものである。
この発明の請求項5に記載の発明は、
両端部に受口を有する直管状の本体部と、前記受口間に、前記本体部と交差するように接続された分岐管部からなるT字状の管継手であって、
前記本体部と前記分岐管部との間のコーナー部分を、開口端からストッパー段部までの外周面の頂部の曲率半径を、開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させ
断面内面形状を、真円として形成したこと
を特徴とするT字状の管継手である。
この発明の請求項6に記載の発明は、
請求項5に記載のT字状の管継手において、
前記開口端からストッパー段部までの長さの、少なくとも2分の1の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくして、頂部に向かって膨出するよう増肉させたこと
を特徴とするものである。
この発明の請求項7に記載の発明は、
両端部に受口を有し、前記受口間に屈曲部を有するL字状の管継手であって、
前記屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、開口端からストッパー段部までの間の所要の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を周方向頂部に行くにしたがって増肉前の半径よりも徐々に大きくなるようにして、頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状が形成されるよう増肉させ
断面内面形状を、真円として形成したこと
を特徴とするL字状の管継手である。
この発明の請求項8に記載の発明は、
請求項7に記載のL字状の管継手において、
前記開口端からストッパー段部までの長さの、少なくとも2分の1の範囲に亘って増肉させたこと
を特徴とするものである。
この発明の請求項9に記載の発明は、
請求項7又は8に記載のL字状の管継手において、
前記曲率半径を、
増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくしたこと
を特徴とするものである。
この発明の請求項10に記載の発明は、
請求項7〜9のいずれかに記載のL字状の管継手において、
前記曲率半径が開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させることによって、開口端を開口側に傾斜させること
を特徴とするものである。
この発明の請求項11に記載の発明は、
両端部に受口を有し、前記受口間に屈曲部を有するL字状の管継手であって、
前記屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、開口端からストッパー段部までの外周面の頂部の曲率半径を、開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させ
断面内面形状を、真円として形成したこと
を特徴とするL字状の管継手である。
この発明の請求項12に記載の発明は、
請求項11に記載のL字状の管継手において、
前記屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、開口端からストッパー段部までの長さの少なくとも2分の1の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を、増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくして、頂部に向かって膨出するよう増肉させたこと
を特徴とするものである。
この発明の管継手は、T字状の管継手にあっては、本体部と前記本体部と交差するように接続された分岐管部との間のコーナー部分を、L字状の管継手にあっては、屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、それぞれ、開口端からストッパー段部までの間の所要の範囲に亘って、好ましくは開口端からストッパー段部までの長さの少なくとも2分の1の範囲に亘って、管軸と直交する方向に向かって、より具体的には、外周面の頂部の曲率半径を周方向頂部に行くにしたがって増肉前の半径よりも徐々に大きくなるようにして頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状が形成されるよう増肉させたものである。
したがって、脈動などによる曲げ応力が繰り返し作用したとしても、外周面は頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状を有するため、曲げ応力が局所的に集中することなく、コーナー部に作用する負荷(応力)が周方向に沿って管継手全体に分散されるので、疲労破壊が長期に亘って軽減されるか又は防止され、かつ増肉部が全周ではないので、管継手全体の重量を極力抑えることができる。
さらに、この管継手は、前記構成を有するので、全体の外観を滑らかにし、円形に近い形態を保持することができる。
さらに、コーナー部分は、外側(頂部)に向かって増肉され、内側に向かって増肉されるものではないので、管継手の断面内面形状は真円として形成されうる。
したがって、この発明の管継手は、管継手内部における流下性能を低下させることもないものである。
この発明の管継手の一実施形態を示した断面図である。 図1に示した管継手の平面図である。 図1に示した管継手の左側面図である。 図1に示した管継手のB−B’方向の断面図である。 図1に示した管継手のA−A’方向の断面図である。 この発明の管継手の他の実施形態を示した断面図である。 図6に示した管継手のE−E’方向の断面図である。 従来の管継手の一例を示した断面図である。 図8に示した管継手のF−F’方向の断面図である。 図8に示した管継手の平面図である。
以下、この発明の管継手の実施の一例を、図面に基づいて説明する。
なお、この発明は図示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲内において種々改良を加えることができるものである。
図1において、管継手1は、いわゆるT字状の管継手(チーズ型継手)であって、両端部に受口6,6を有する直管状の本体部3と、前記受口6,6間に前記本体部3と交差するように接続された分岐管部2とで構成されている。
前記本体部3と前記分岐管部2との間のコーナー部分Cは、開口部4からストッパー段部5までの間の所要の範囲に亘って増肉される。
すなわち、前記コーナー部分Cの開口端からストッパー段部までの長さの一部を、増肉させる。
この実施例においては、図1に示すように、前記本体部3と前記分岐管部2との間の各コーナー部分Cは、受口6の開口部4からストッパー段部5までの長さの2分の1の範囲に亘って、また、受口7の開口部8からストッパー段部9までの、長さの少なくとも2分の1の範囲に亘って、肉厚が厚くなるよう形成(増肉)されている。
この発明にかかる管継手1は、図2、3及び5に示すように、従来の管継手と同様、断面内面形状は真円として形成されている。
したがって、この発明の管継手は、従来の管継手と同様、管継手内部における流下性能を低下させることがない。
さらに、図4及び5に示すように、管継手1の断面A−A’及びB−B’においては、本体部3の外周面の頂部のX点の曲率半径r1を、周方向頂部X点に行くにしたがって増肉前の頂部(Y点)の半径(外径)r2よりも徐々に大きくなるようにすることで、頂部X点方向に滑らかに膨出した湾曲形状を有する膨出部が増肉部10として形成され、断面外面形状は略卵型の楕円形となっている。
すなわち、増肉前の外径r2から曲率半径r1に延長した分だけ増肉されて、増肉部10が形成されている。
したがって、増肉部が部分的であるので、管継手の総重量を増やすことなく、その強度を向上させることができると同時に、増肉部は、曲率半径r1が周方向頂部X点に行くにしたがって増肉前の外径r2よりも徐々に大きくなるようにして、形成されているので、曲げ応力が局所的に集中することなく、当該部位に作用する負荷を周方向に沿って管継手全体に分散させるとともに、全体の外観を滑らかにすることができる。
この実施例においては、図4において、曲率半径r1=39.5mmで、曲率半径r2=34mmで、曲率半径r1を、増肉前の外径r2の1.16倍に延長することで肉厚を厚くしている。
曲率半径r1を、外径r2の少なくとも1.16倍となるように肉厚を厚くすることによって、極めて高い確率で、より長期に疲労破壊を軽減又は防止できる。
なお、増肉については、曲率半径r1を増肉前の外径r2の好ましくは1.16倍以上、より好ましくは1.16倍〜4倍、さらに好ましくは1.16倍〜2倍となるようにする。
さらに、前記分岐管部2についても、上記本体部3の場合と同様に増肉すればよい。
以上の構成によって、この発明の管継手は、管継手全体の重量が極力抑えられ、脈動などによる曲げ応力が繰り返し作用したとしても、各コーナー部分における疲労破壊が長期に亘って軽減されるか又は防止される。
なお、前記曲率半径を、開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させることによって、開口端を開口側に傾斜させるようにしてもよい。
かかる管継手の材質としては、塩化ビニル、FRP、ポリエチレンなどを挙げることができ、特に限定されない。
同様に、この管継手に接続されるパイプの材質についても、特に限定されない。
図6における管継手101は、いわゆるL字状の管継手(エルボ型継手)であって、端部にそれぞれ受口106,107を有し、前記受口106,107間に所要角度で屈曲した屈曲部102を有する。
この管継手101においては、前記屈曲部102の内側コーナー部分Cは、開口部104の端部からストッパー段部105までの間と、受口107の開口部108の端部からストッパー段部109までの間のそれぞれにおいて、所要の範囲に亘って増肉されている。
この実施例においては、前記屈曲部102のコーナー部分Cは、受口106の開口部104の端部からストッパー段部105までの長さの少なくとも2分の1の範囲と、受口107の開口部108の端部からストッパー段部109までの長さの少なくとも2分の1の範囲に亘って、肉厚が厚くなるよう増肉されて増肉部110が形成されている。
さらに、図7に示すように、この管継手101の断面形状も、従来の管継手と同様真円として形成されている。
したがって、この管継手101も、管継手内部における流下性能を低下させることがない。
前記管継手101の断面E−E’は、屈曲部102の内側のコーナー部分Cの近傍の外周面の頂部のP点の曲率半径r1を、周方向頂部P点に行くにしたがって増肉前の頂部(Q点)の半径(外径)r2よりも徐々に大きくなるようにしてP点方向に滑らかに膨出した湾曲形状を形成させ、断面外面形状が略卵型の楕円形となるようにしている。
すなわち、増肉前の外径r2から曲率半径r1に延長した分だけ増肉されて、増肉部110が形成されている。
したがって、増肉部が部分的であるので、管継手の総重量を増やすことなく、その強度を向上させることができる。
同時に、増肉部は、曲率半径r1が周方向頂部P点に行くにしたがって、増肉前の外径r2よりも徐々に大きくなるようにして、形成されているので、曲げ応力が局所的に集中することなく、当該部位に作用する負荷を周方向に沿って管継手全体に分散させるとともに、全体の外感を滑らかにすることができる。
この実施例においては、図7において、曲率半径r1=39.5mmで、外径r2=34mmであり、曲率半径r1が外径r2の1.16倍となるように増肉され、増肉部110が形成されている。
したがって、曲率半径r1が外径r2の少なくとも1.16倍となるように肉厚を厚くすることによって極めて高い確率で、より長期に疲労破壊を軽減又は防止できる。
なお、増肉に際しては、曲率半径r1を、増肉前の外径r2の好ましくは1.16倍以上、より好ましくは1.16倍〜4倍、さらに好ましくは1.16倍〜2倍となるようにする。
以上の構成によって、この発明の管継手では、管継手全体の重量が極力抑えられ、脈動などによる曲げ応力が繰り返し作用したとしても、屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分における疲労破壊が長期に亘って軽減されるか又は防止される。
さらに、前記曲率半径を開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させることにより、開口端を開口側に傾斜させるようにしてもよい。
かかる管継手の材質としては、塩化ビニル、FRP、ポリエチレンなどを挙げることができ、特に限定されない。
同様に、この管継手に接続されるパイプの材質についても、特に限定されない。
さらに、管継手の屈曲部の角度については、特に限定されない。
以下、この発明の管継手の実施例を、T字状の管継手を中心に説明する。
なお、この発明は図示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲内において種々改良を加えることができるものである。
<実施例1>
所定の塩化ビニル樹脂管に対応するTS接合式受口を両端縁部に備える本体部(d1=63mm,d2=33mm,d3=30.4mm,d4=34mm,d5=39.5mm,d6=36mm)と、所定の塩化ビニル樹脂管に対応するTS接合式受口を備える分岐管部(D1=63mm,D2=33mm,D3=30.4mm,D4=39mm)からなる、図1に示すT字状の管継手を製造した。
<比較例1>
所定の塩化ビニル樹脂管に対応するTS接合式受口を両端縁部に備える本体部(d1=63mm,d3=30.4mm,d4=34mm,d6=36mm)と、所定の塩化ビニル樹脂管に対応するTS接合式受口を備える分岐管部(D1=63mm,D3=30.4mm,D4=34mm)からなる、図8に示すT字状の管継手を製造した。
<評価例>
実施例1における管継手(本発明品)と、比較例1における管継手(従来品)の耐久性を、脈動水圧疲労試験(ASR T 52)(温度20℃,正弦波)によって評価した。
その結果を、表1に示す。
この発明品の耐久性は、従来品の耐久性よりも約1.4倍高いことが分かった。
さらに、この発明品においては、破壊されるまでの回数の値のバラツキは、従来品のものに比べて小さく、安定した性能が発揮されていることも分かる。
したがって、この発明の管継手の優れた特性は、各コーナー部分の肉厚を、開口端からストッパー段部までの長さの少なくとも2分の1の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を周方向頂部に行くにしたがって増肉前の半径よりも徐々に大きくなるようにして、頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状が形成されるよう増肉させたことによるものであることは明らかである。
この発明は、例えば、水道用やプラント用の配管に用いられる管継手に関するもので、重量が極力抑えられ、内部における流下性能を低下させることもなく、脈動などによる曲げ応力が繰り返し作用したとしても、コーナー部分における疲労破壊が従来に比して長期に亘って軽減又は防止される。
したがって、水道用やプラント用などの配管に適用できる管継手として幅広く利用されるものである。
1 管継手
2 分岐管部
3 本体部
4 開口部
5 ストッパー段部
6 受口
7 受口
8 開口部
9 ストッパー段部
10 増肉部
11 頂部
101 管継手
102 屈曲部
104 開口部
105 ストッパー段部
106 受口
107 受口
108 開口部
109 ストッパー段部
110 増肉部
201 管継手
202 分岐管部
203 本体部
204 開口部
205 ストッパー段部
206 受口
207 受口
208 開口部
209 ストッパー段部
C コーナー部分
X,P 頂部
Y,Q 増肉前の頂部

Claims (12)

  1. 両端部に受口を有する直管状の本体部と、前記受口間に、前記本体部と交差するように接続された分岐管部からなるT字状の管継手であって、
    前記本体部と前記分岐管部との間のコーナー部分を、前記本体部の開口端からストッパー段部までの間の所要の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を周方向頂部に行くにしたがって増肉前の半径よりも徐々に大きくなるようにして、頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状が形成されるよう増肉させ
    断面内面形状を、真円として形成したこと
    を特徴とするT字状の管継手。
  2. 前記開口端からストッパー段部までの長さの、少なくとも2分の1の範囲に亘って増肉させたこと
    を特徴とする請求項1に記載のT字状の管継手。
  3. 前記曲率半径を、
    増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくしたこと
    を特徴とする請求項1又は2に記載のT字状の管継手。
  4. 前記曲率半径が開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させることによって、開口端を開口側に傾斜させること
    を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のT字状の管継手。
  5. 両端部に受口を有する直管状の本体部と、前記受口間に、前記本体部と交差するように接続された分岐管部からなるT字状の管継手であって、
    前記本体部と前記分岐管部との間のコーナー部分を、開口端からストッパー段部までの外周面の頂部の曲率半径を、開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させ
    断面内面形状を、真円として形成したこと
    を特徴とするT字状の管継手。
  6. 前記開口端からストッパー段部までの長さの、少なくとも2分の1の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくして、頂部に向かって膨出するよう増肉させたこと
    を特徴とする請求項5に記載のT字状の管継手。
  7. 両端部に受口を有し、前記受口間に屈曲部を有するL字状の管継手であって、
    前記屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、開口端からストッパー段部までの間の所要の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を周方向頂部に行くにしたがって増肉前の半径よりも徐々に大きくなるようにして、頂部に向かって滑らかに膨出した湾曲形状が形成されるよう増肉させ
    断面内面形状を、真円として形成したこと
    を特徴とするL字状の管継手。
  8. 前記開口端からストッパー段部までの長さの、少なくとも2分の1の範囲に亘って増肉させたこと
    を特徴とする請求項7に記載のL字状の管継手。
  9. 前記曲率半径を、
    増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくしたこと
    を特徴とする請求項7又は8に記載のL字状の管継手。
  10. 前記曲率半径が開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させることによって、開口端を開口側に傾斜させること
    を特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のL字状の管継手。
  11. 両端部に受口を有し、前記受口間に屈曲部を有するL字状の管継手であって、
    前記屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、開口端からストッパー段部までの外周面の頂部の曲率半径を、開口側に向かって漸次小さくなるように増肉させ
    断面内面形状を、真円として形成したこと
    を特徴とするL字状の管継手。
  12. 前記屈曲部の屈曲方向内側コーナー部分を、開口端からストッパー段部までの長さの少なくとも2分の1の範囲に亘って、外周面の頂部の曲率半径を、増肉前の半径よりも1.16倍以上大きくして、頂部に向かって膨出するよう増肉させたこと
    を特徴とする請求項11に記載のL字状の管継手。
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