JP7364412B2

JP7364412B2 - 管継手とパイプの接続構造及び接続方法

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Publication number: JP7364412B2
Application number: JP2019183687A
Authority: JP
Inventors: 康晴横山
Original assignee: 三菱ケミカルインフラテック株式会社
Priority date: 2019-10-04
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2023-10-18
Anticipated expiration: 2039-10-04
Also published as: JP2021060057A

Description

本発明は、パイプを管継手に接続する構造とその方法に関する。

樹脂パイプとして代表的な架橋ポリエチレン管は、化学的に安定した材料からなり、軽量で可撓性を有し、運搬が容易で施工現場での配管工事の作業性にも優れていることから、冷暖房や空気調和、給排水のための設備における液体やガスを輸送する導管として広く用いられている。

樹脂パイプを他の導管の管継手に接続する場合に、前記パイプの端部開口を大気温度において、接続する導管や管継手の接続口の外径よりも大きくなるように可逆的に拡径し、その状態で拡径したパイプの端部を前記接続口に嵌め合わせれば、前記拡径した端部が大気温度での自動戻り変形によって前記接続口の外周面に固くシールして結合させることができることが知られている（例えば特許文献１参照）。

特表平６－５０９９９４号公報

給排水設備の配管で導管同士や設備と導管の接続に、接続口の外周面にその先端側から根本部側へ拡径した複数の傾斜段差部が形成された継手（以下、単に「継手」又は「管継手」ともいう。）が使用されることがある。
この継手の接続口に導管を接続する方法として、導管の開口端部を前記接続口に嵌め合わせた後、導管の外周面にホースバンドを巻き締めて固定する方法がある。

このような方法を用いた場合、紐状或いは帯状ホースバンドの締め付けによってパイプの外周面にライン状に応力が集中し、前記接続口の外周面に段差があることと相俟って、この応力の集中がパイプと接続口の内外周面間の密着性を阻害して隙間を生じさせ、導管を流れる媒体を漏出させることがあった。
また、ホースバンドを締める力加減は施工作業者によりばらつきがあり、締め付けが緩い場合はホースバンドが外れてしまい、前記接続口に固定されたパイプが接続口から抜けてしまう虞があった。

本発明は従来の技術が有するこのような問題点に鑑み、外周面に凹凸のある継手の接続口に、パイプの端部を確実且つ強固に結合して接続することができるようにすることを課題とする。

前述の課題を解決する手段として、ホースバンドに代えて、合成樹脂製の締め付けリングを予めパイプの外周面に装着しておき、その状態でパイプの端部開口を拡径して継手の接続口に嵌め合わせることが考えられる。このようにすることで施工作業者による締め付けのばらつきがなくなり、締め付けリングが取り外れるようなこともなくなるが、締め付けリングが細幅の場合に、これを装着することでパイプの外周面にライン状に応力が集中することに変わりはない。軸方向に十分な長さのある締め付けリングを用いれば応力の集中は避けられるが、締め付けリングの厚さによっては、パイプの端部開口の拡径が困難となり、継手への接続操作に支障を来す。

そこで、本発明は、継手の接続口に接続するパイプの外周面に締め付けリングを装着する接続態様を採用するが、この締め付けリングの長さ、及びパイプと締め付けリングの肉厚の割合を適正にすることで、継手の接続口にパイプの端部を円滑な接続操作によって確実且つ強固に結合して接続されるようにした。

すなわち、本発明は、管継手とパイプの接続構造において、
前記パイプは、その内周面が前記管継手から突出した接続口の外周面に圧篏して接続され、且つその外周面であって当該パイプに挿入された前記管継手の接続口の根元部から先端部に亘る部分の領域に締め付けリングが圧篏されて前記接続口に固定されているとともに、
前記パイプの肉厚（Ｔｐ）と前記締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）は以下の関係を有するものであることを特徴とする。
（１．２≦Ｔｐ／Ｔｗ≦９．０）

これによれば、締め付けリングは、パイプの外周面の、パイプに挿入された管継手の接続口の根元部から先端部に至る領域に亘って圧篏装着しているので、パイプの内周面と前記接続口の密着強度を均等に保持した状態に、パイプを接続口に締め付けて固定することができる。
また、管継手にパイプを固定した状態で、パイプの肉厚（Ｔｐ）と締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）の比が１．２以上（１．２≦Ｔｐ／Ｔｗ）であれば、締め付けリングが装着された状態のパイプを継手の接続口に接続する操作に支障はない。
一方、前記肉厚の比が９．０より大きいと（Ｔｐ／Ｔｗ≦９．０）、つまり、外装パイプの厚みがパイプの１／９以下であると、パイプへの十分な締め付け力が得られなくなる。
なお、ここでいう締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）とは、当該締め付けリングが管継手の接続口の根元部から先端部に至る領域に亘って圧嵌装着されている領域のうち、根元部側に装着されている部分の肉厚のことをいう。

前記接続構造は、接続口の外周面にその先端側から根本部側へ拡径した複数の傾斜段差部が形成された管継手にパイプを接続する態様に有効である。かかる管継手以外の形態の管継手とパイプの接続にも適用され得る。

本発明で好ましく使用される管継手は、パイプが接続する接続口が、その根元部側から先端部側に向けて外径が先窄まり状に形成された形態のものである。本発明は、このような管継手に、前記管継手の接続口の外径よりも端部開口の内径が小さなパイプを、当該端部開口を拡径しつつ、内部に管継手の接続口を圧入して接続する、管継手とパイプの接続構造に適用することができる。

前記接続構造において、パイプの外径（φｐｏ）と締め付けリングの内径（φｗｉ）は以下の関係を有するものであることを特徴とする。
（φｐｏ≧φｗｉ）
また、前記接続構造において、パイプの内径(φｐｉ)は管継手の接続口の最大外径（φｃｏ）よりも小さく、前記パイプの端部開口の内径の拡径率３％以上に拡径されて、前記接続口にパイプが接続されていることを特徴とする。
拡径率が３％以上であれば、管継手の接続口に接続した後の自動戻り変形によって、十分な強度でパイプの内周面が接続口の外周面に圧接し、高いシール性を発揮することができる。

また、前記接続構造において、パイプと締め付けリングの成形材料は、その応力ひずみ曲線に基づく１０％の伸長時の引張応力が１０ＭＰａ以上であり、且つ破断時の伸び（ひずみ）が３００％以上の物性のものであることが好ましい。
すなわち、図６はパイプと締め付けリングの応力ひずみ曲線（ＳＳＣ）を示しており、同図中の点Ａは、およそ１０％伸び時の引張応力を示す点である。
つまり、点Ａは、パイプ又は締め付けリングの拡径率がおよそ１０％の場合にかかる引張応力の値ということができ、この値が大きいほど継手の締め付け力が高くなる。
かかる観点から、応力ひずみ曲線に基づく１０％の伸長時の引張応力の値は、１０ＭＰａ以上であることが好ましく、１５ＭＰａ以上であることがより好ましく、２０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。
同図中の点Ｂは、パイプ又は締め付けリングの破断時の伸びを示す点である。
パイプ又は締め付けリングを好適に拡径し、また、継手挿入後に好適に収縮させる観点から、破断時の伸びは３００％以上であることが好ましく、３５０％以上であることがより好ましく、４００％以上であることがさらに好ましい。

前記管継手とパイプの接続構造は、パイプの肉厚に対して前述の肉厚比と長さの締め付けリングを用い、この締め付けリングの端部開口を拡径して前記パイプの外周面に圧篏装着する工程と、前記締め付けリングが外周面に装着された前記パイプの端部開口を拡径して前記管継手の接続口の外周面に圧篏装着する工程とを有する方法により施工が可能である。
この場合に、必要に応じ、締め付けリングが外周面に装着されたパイプの端部開口を加温して継手の接続口に接続することができる。

本発明の一実施形態で用いるパイプと締め付けリングを、一部を破断して示した図である。図１の締め付けリングの端部開口を拡径する工程の一例を示した図である。図１のパイプの外周面に締め付けリングを圧篏装着した状態の断面図である。図３のパイプとこれが接続する管継手を示した図である。図４の管継手の接続口の外周面に同図のパイプを圧篏装着した状態の断面図である。図１のパイプと締め付けリングの応力ひずみ曲線である。

以下、本発明の管継手とパイプの接続構造の一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図示した形態は、合成樹脂製のパイプを、管継手である合成樹脂製の継手に接続する態様であり、図中、符番１はパイプ、２は締め付けリング、３は管継手である。

パイプ１と締め付けリング２は、ともに架橋ポリエチレン管であり、図６に示された応力ひずみ曲線で規定される物性を備えている。

パイプ１は、その内径(φｐｉ)が管継手３の接続口３１の最大外径（φｃｏ）よりも小さいものが用いられ、当該パイプ１の端部開口の内径を３％以上の拡径率で拡径して、前記接続口３１に接続されるようになっている。

また、締め付けリング２は、その内径（φｗｉ）がパイプ１の外径（φｐｏ）と同じかそれよりも小さいもの（φｐｏ≧φｗｉ）が用いられる。また、締め付けリング２は、その軸長方向の長さが、少なくとも管継手３の接続口３１の根元部から先端部に至る長さを有するものが用いられる。

管継手３へのパイプ１の接続は、先ず、パイプ１の外周面に締め付けリング２を装着し、次いで、締め付けリング２が装着されたパイプ１を管継手３の接続口３１に接続する作業手順により行われる。

すなわち、先ず、図２に示されるように、締め付けリング２の一側の端部開口に、拡径工具４を押し込むなどして、締め付けリング２の端部開口の内径を拡大する。
締め付けリング２の長さ方向の半分程度の奥行まで内径を拡大したならば、拡径した端部開口側をパイプ１の一側の端部の外周面に被せて押し込み、図３に示されるように、パイプ１の外周面に締め付けリング２を圧篏装着する。締め付けリング２をパイプ１に圧篏装着する操作は、締め付けリング２の拡径した端部開口側をパイプ１の一側の端部の外周面に被せた状態で、締め付けリング２の他側の端部をゴムハンマーで叩いて押し込むことにより行うことができる。
また、その他の方法としては、締め付けリング２の長さ方向すべてを拡径工具により拡径し、その直後にパイプ１の外周面に被せて押し込み装着してもよい。
いずれの方法においても、拡径直後に締め付けリング２とパイプ１の間に隙間が生じる場合があるが、時間とともに締め付けリング２が収縮することでパイプ１が適度に締め付けられる。

次いで、図３に示された、締め付けリング２が外周面に装着されたパイプ１を拡径して、管継手３の接続口３１の外周面に圧篏装着する。
継手が装着しづらい場合は、締め付けリング２が装着されたパイプ１の内径を拡径してもよく、その場合は前記拡径工具を用いることができる。例えば、パイプ１の内径を拡径する操作は、前記拡径工具を用いることができる。例えば、この拡径したパイプ１の端部開口に管継手３の接続口３１を差し入れた状態で、管継手３の他端部をゴムハンマーで叩いて前記接続口３１をパイプ１の内部に押し込んだり、スムーサーなどの押し込み工具を用いて管継手３をパイプ１側へ押し込んだりすることで、前記接続口３１の外周面にパイプ１の端部を圧篏装着することができる。この際、必要に応じ、パイプ１の端部開口を加温することで、パイプ１内に管継手３の接続口３１を押し込む操作をスムーズに行うことができる。

〔実施例１〕
外径φｐｏが２４．２ｍｍ、内径φｐｉが１６．２ｍｍの架橋ポリエチレン製のパイプと、外径φｗｏが２７．０ｍｍ、内径φｗｉが２０．５ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを準備した。
前記パイプの端部外周に締め付けリングを嵌め、これを、接続口の先端部の外径が１６．６ｍｍ、根元部の外径が１８．２ｍｍの合成樹脂製の管継手に接続した。なお、管継手の接続口の長さは２６ｍｍである。

管継手への接続は以下のようにして行った。
先ず、締め付けリングの端部開口を拡径工具を用いて拡径し、その後、締め付けリング内にパイプを挿入し、締め付けリングの全体がパイプの外周面に重なり合うまで、締め付けリングの他端部をゴムハンマーで叩いてパイプの外周面に押し込んだ。
次いで、締め付けリングが装着されたパイプの端部を拡径工具を用いて拡径してから、パイプの拡径した部分を８０℃で３０秒加熱し、加熱後すぐに管継手をゴムハンマーで叩いて、接続口をパイプに押し込んで固定した。

管継手の接続口に接続して固定された状態のパイプの肉厚（Ｔｐ）と、このパイプの外周面を締め付ける締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）を測定し、その比（Ｔｐ／Ｔｗ）を求めた。結果を表1に示す。
また、パイプの入れやすさと締め付け力について評価した結果も併せて表１に示す。

〔実施例２〕
外径φｗｏが２１．５ｍｍ、内径φｗｉが１６．２ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いる以外、実施例１と同様にして、管継手へのパイプの接続と、肉厚（Ｔｐ，Ｔｗ）の測定及び評価を行った。

〔実施例３〕
外径φｗｏが１４．６ｍｍ、内径φｗｉが９．８ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いる以外、実施例１と同様にして、管継手へのパイプの接続と、肉厚（Ｔｐ，Ｔｗ）の測定及び評価を行った。

〔実施例４〕
外径φｗｏが１７.０ｍｍ、内径φｗｉが１２．６ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いる以外、実施例１と同様にして、管継手へのパイプの接続と、肉厚（Ｔｐ，Ｔｗ）の測定及び評価を行った。

〔実施例５〕
外径φｗｏが１３．０ｍｍ、内径φｗｉが９．８ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いる以外、実施例１と同様にして、管継手へのパイプの接続と、肉厚（Ｔｐ，Ｔｗ）の測定及び評価を行った。

〔比較例１〕
外径φｐｏが２４．２ｍｍ、内径φｐｉが１６．２ｍｍの架橋ポリエチレン製のパイプを、締め付けリングを用いずに、実施例１の管継手に接続した。接続は実施例と同様に、端部開口を拡径し、拡径部を加熱して行った。
このときの、パイプの入れやすさと締め付け力について評価した。

〔比較例２〕
外径φｗｏが１３．０ｍｍ、内径φｗｉが１１．０ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いる以外、実施例１と同様にして、管継手へのパイプの接続と、肉厚（Ｔｐ，Ｔｗ）の測定及び評価を行った。

〔比較例３〕
外径φｗｏが２４．２ｍｍ、内径φｗｉが１６．２ｍｍであり、軸方向の長さが３０ｍｍの架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いる以外、実施例１と同様にして、管継手へのパイプの接続と、肉厚（Ｔｐ，Ｔｗ）の測定及び評価を行った。

なお、締め付け力とパイプの入れやすさについて以下の基準で評価した。
（締め付け力）
締め付けリングが装着されたパイプに水圧をかけ、継手が抜けずにパイプが破壊されたものを○、継手が抜けたものを×とした。
（パイプの入れやすさ）
締め付けリングが装着されたパイプを８０℃で３０秒加温した後、管継手をハンマーで叩いて嵌め込むときの嵌め込みやすさについて、問題なく根元まで嵌められるものを○、全く入らないものを×とした。

実施例１から５において、管継手に接続し固定された状態で、パイプの肉厚（Ｔｐ）と締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）の比（Ｔｐ／Ｔｗ）は、（１．２≦Ｔｐ／Ｔｗ≦９．０）の範囲内であり、何れも十分な締め付け力でパイプが管継手に固定され、また、管継手の接続口へのパイプの入れやすさの点でも、接続口の根元までしっかりとパイプを嵌めることができた。
一方、締め付けリングを用いない比較例１では、パイプを管継手の接続口に嵌める操作に支障はないが、締め付け力が不足していた。
また、比較例２では、前記肉厚比（Ｔｐ／Ｔｗ）は１０．０であり、締め付けリングを用いてもパイプとの肉厚比が大きすぎると、パイプの締め付け力が不足することが確認された。
比較例３では、管継手の接続口にパイプがはいらず、接続できなかった。そのため、パイプに水圧をかけて行う締め付け力の評価もできなかった。このとき（管継手に接続できなかった状態）のパイプ１と締め付けリング２の肉厚比（Ｔｐ／Ｔｗ）は１．１であり、肉厚比が小さすぎると管継手へのパイプの接続ができず、或いは接続操作がしにくくなることが確認された。

なお、図示したパイプ１と締め付けリング２及び管継手３は本発明の一例の形態を示したものである。本発明は例示の形態に限定されず、他の適宜な形態で構成することが可能である。

１パイプ、２締め付けリング、３管継手、３１接続口、４拡径用工具

Claims

接続口の外周面にその先端側から根本部側へ拡径した複数の傾斜段差部が形成されてなる管継手に架橋ポリエチレン製のパイプを架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いて接続する構造であって、
前記パイプは、その内周面が前記管継手から突出した接続口の外周面に圧篏して接続され、且つその外周面であって当該パイプに挿入された前記管継手の接続口の根元部から先端部に亘る部分の領域に前記締め付けリングが圧篏されて前記接続口に固定して接続され、
前記管継手に接続されるパイプの肉厚（Ｔｐ）と前記締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）は以下の関係を有し、且つ、前記パイプの外径（φｐｏ）と前記締め付けリングの内径（φｗｉ）は以下の関係を有するものであるとともに、
前記パイプと締め付けリングの成形材料は、その応力ひずみ曲線に基づく拡径率が１０％の伸長時の引張応力が１０ＭＰａ以上であり、且つ破断時の伸び（ひずみ）が３００％以上の物性のものであることを特徴とする管継手とパイプの接続構造。
（１．２≦Ｔｐ／Ｔｗ≦９．０）
（φｐｏ≧φｗｉ）
パイプの内径(φｐｉ)は管継手の接続口の最大外径（φｃｏ）よりも小さく、前記パイプの端部開口の内径の拡径率３％以上に拡径されて、前記接続口にパイプが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の管継手とパイプの接続構造。
接続口の外周面にその先端側から根本部側へ拡径した複数の傾斜段差部が形成されてなる管継手に架橋ポリエチレン製のパイプを架橋ポリエチレン製の締め付けリングを用いて接続する方法であって、
前記管継手に接続されるパイプの肉厚（Ｔｐ）と前記締め付けリングの肉厚（Ｔｗ）は以下の関係を有し、且つ、前記パイプの外径（φｐｏ）と前記締め付けリングの内径（φｗｉ）は以下の関係を有するものであるとともに、
前記パイプと締め付けリングはともに応力ひずみ曲線に基づく拡径率が１０％の伸長時の引張応力が１０ＭＰａ以上であり、且つ破断時の伸び（ひずみ）が３００％以上の物性のものであり、
前記パイプに対して前記管状締め付けリングであってその軸長方向の長さが少なくとも前記管継手の接続口の根元部から先端部に亘る長さを有する締め付けリングの端部開口を拡径して前記パイプの外周面に圧篏装着する工程と、
前記締め付けリングが外周面に装着された前記パイプの端部開口を拡径して前記管継手の接続口の外周面に圧篏装着する工程と、
を有する管継手とパイプの接続方法。
（１．２≦Ｔｐ／Ｔｗ≦９．０）
（φｐｏ≧φｗｉ）
締め付けリングが外周面に装着されたパイプの端部開口を加温して継手の接続口に接続する請求項３に記載の管継手とパイプの接続方法。