JP7453511B2

JP7453511B2 - パイプ継手

Info

Publication number: JP7453511B2
Application number: JP2020007207A
Authority: JP
Inventors: 哲郎高野
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2040-01-21
Also published as: JP2021113597A

Description

本発明は、パイプ継手に関し、さらに詳しくは、対向するパイプ端部どうし間に外嵌めされて、パイプ端部どうしを気密または水密に連結する適切な締付け力をより長期間安定して維持できるパイプ継手に関するものである。

パイプ端部どうしを連結するパイプ継手には様々な種類がある（例えば、特許文献１参照）。パイプ端部どうしを気密または水密に連結する場合は例えば、対向するパイプ端部どうしを覆うようにスリーブを外嵌し、このスリーブの内周面とそれぞれにパイプ端部の外周面との間にシール材を介在させた状態でスリーブおよびシール材を締付ける構造が採用される。この締付け力が過大であると、シール材に過度の負担が生じて損傷するリスクが増大する。一方、この締付け力が過小であると、十分な気密性や水密性を確保し難くなる。そこで、適切な締付け力が設定される。

金属製のパイプどうしなどを連結するパイプ継手には相応の強度が必要になるため、パイプ継手の剛性は高くなる。そして、パイプ継手は、対向するパイプ端部どうしの間に配置されて、適切な締付け力が付与されて取り付けられる。取り付けられたパイプ継手のシール材が膨張すると締付け力が上昇し、シール材が収縮すると締付け力が低下する。そのため、経時的に締付け力が変動し、適切な締付け力をより長期間安定して維持するには改善の余地がある。

特開２００２－１９５４８１号公報

本発明の目的は、対向するパイプ端部どうし間に外嵌めされて、パイプ端部どうしを気密または水密に連結する適切な締付け力をより長期間安定して維持できるパイプ継手を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のパイプ継手は、離間して対向する金属製のパイプ端部どうしを覆うようにそれぞれの前記パイプ端部に外嵌される金属製の筒状のスリーブと、このスリーブの内周面とそれぞれの前記パイプ端部の外周面との間に介在する弾性体からなる環状のシール材と、前記スリーブおよびそれぞれのシール材に外周側から締付け力を付与する締付け部とを備えたパイプ継手において、前記締付け部が、前記パイプ端部の一方に外嵌されている一方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの円弧状のハーフ体を有するとともに、これらハーフ体の周方向一端部どうしは連結されていて、周方向他端部のそれぞれを連通するボルトとこのボルトに螺合するナットとを有し、このボルトの締め具合によって一方の前記シール材および前記スリーブに対する前記締付け力の大きさが調整され、かつ、前記パイプ端部の他方に外嵌されている他方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの円弧状のハーフ体を有するとともに、これらハーフ体の周方向一端部どうしは連結されていて、周方向他端部のそれぞれを連通するボルトとこのボルトに螺合するナットとを有し、このボルトの締め具合によって他方の前記シール材および前記スリーブに対する前記締付け力の大きさが調整される構造であり、前記締付け力が付与された際の前記パイプ継手の弾性変形量を増大させる弾性率低減手段を有し、それぞれの前記シール材のシール機能によって前記パイプ端部どうしを気密または水密に連結させる予め設定された前記締付け力の適正範囲を確保する前記弾性変形量の許容範囲が、前記弾性率低減手段がない場合に比して大きくなっていて、それぞれの前記パイプ端部どうしが気密または水密に連結されている状態で、一方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの前記ハーフ体と、他方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの前記ハーフ体とのそれぞれでは、２つの前記ハーフ体により形成されている環状体の内径が縮小可能になっていることを特徴とする。

本発明によれば、前記締付け力が付与された際の前記パイプ継手の弾性変形量を増大させる弾性率低減手段を有することで、予め設定された前記締付け力の適正範囲を確保する前記弾性変形量の許容範囲が増大する。これに伴い、弾性率低減手段がない場合に比して、それぞれのパイプ端部に対してパイプ継手が多少緩んでもパイプ端部どうしを水密または気密に長期間安定して維持するには有利になる。

本発明のパイプ継手を正面視で例示する説明図である。図１のパイプ継手をパイプ長手方向に沿って切断した縦断面図である。図１のパイプ継手を側面視で例示する説明図である。図２のＡ－Ａ断面図である。図２の一部拡大図である。パイプ継手に付与される締付け力と、締付け力に起因するパイプ継手の弾性変形量との関係を模式的に例示するグラフ図である。パイプ継手の別の実施形態を例示する側面図である。パイプ継手のさらに別の実施形態を例示する側面図である。パイプ継手のさらに別の実施形態を例示する側面図である。

以下、本発明のパイプ継手を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１～図４に例示するパイプ継手１の実施形態は、金属製のパイプ１０の対向するパイプ端部1１どうしを連結する。このパイプ継手１は、それぞれのパイプ端部１１を覆うようにそれぞれのパイプ端部１１に外嵌される筒状のスリーブ２と、スリーブ２の内周面とそれぞれのパイプ端部１１の外周面との間に介在する環状のシール材３と、スリーブ２およびシール材３に外周側から締付け力を付与する締付け部（後述するハーフ体５やボルト７など）とを備えている。さらに、パイプ継手１は弾性率低減手段９を有している。図中の一点鎖線ＣＬは、パイプ１０、スリーブ２、シール材３の軸心位置を示している。

スリーブ２は、筒軸方向端部が拡径した形状の筒状体であり、炭素鋼などの金属で形成されている。スリーブ２の最小内径はパイプ１０の外径よりもやや大きく設定されている。スリーブ２の筒軸方向端部のそれぞれの拡径した部分にシール材３が配置されている。

それぞれのシール材３は、対向するパイプ端部１１に外嵌されている。シール材３は加硫ゴムや樹脂などで形成された弾性体である。図５に例示するように、この実施形態ではシール材３の断面が略台形状になっていて、スリーブ２は断面視で台形状の一方斜面に密着している。シール材３の形状は、特に限定にされず様々な形状を採用することができる。

それぞれのパイプ端部１１には、環状のリテーナ４が外嵌されている。リテーナ４は、パイプ端部１１に外嵌されているスリーブ２の筒軸方向端部のそれぞれに対向して配置されている。それぞれのリテーナ４は断面視で対応するシール材３の他方斜面および外周面に密着している。リテーナ４は省略することもでき、或いは、スリーブ２にそれぞれのリテーナ４を一体化させた仕様にすることもできる。

スリーブ２の筒軸方向両端部には、２つの円弧状のハーフ体５が環状を形成した状態で取り付けられている。２つのハーフ体５は、周方向一端部どうしがリンク６によって連結されている。また、それぞれのハーフ体５の周方向他端部にはボルト穴５ａが形成されている。それぞれのボルト穴５ａにはボルト７が連通していて、ボルト７にはナット８が螺合されている。また、ボルト７には皿バネ９ａが外挿されていて、皿バネ９ａを介在させてナット８がボルト７に螺合されている。このボルト７によってそれぞれのハーフ体５の周方向他端部どうしが連結されて、２つのハーフ体５が環状に形成されている。

ハーフ体５は、スリーブ２の筒軸方向端部、シール材３およびリテーナ４を覆うように設置されていて、その内周面がスリーブ２の外周面およびリテーナ４の外周面に当接している。ボルト７を締めることで２つのハーフ体５により形成された環状体の内径が小さくなる。これに伴って、スリーブ２およびリテーナ４はハーフ体５によって外周側から押圧されて、シール材３により密着する。その結果、シール材３も外周側から押圧されてパイプ端部１１の外周面により密着する。この実施形態では、シール材３は実質的に全方向から押圧された状態になる。

即ち、リテーナ４、ハーフ体５、リンク６、ボルト７およびナット８の組み立て体が、スリーブ２およびシール材３に対して外周側から締付け力Ｆを付与する締付け部として機能している。この締付け力Ｆによってスリーブ２およびシール材３は、対向するパイプ端部１１に一体化するように取り付けられる。ボルト７の締め具合によって締付け力Ｆの大きさを調整することができる。

皿バネ９ａは、締付け部により付与される締付け力Ｆによって弾性変形する。図６に例示するように、締付け力Ｆが付与された時のパイプ継手１の弾性変形量Ｌと締付け力Ｆとには相関関係がある。弾性変形量Ｌとしては例えば、ボルト７の伸びの変化量、２つのハーフ体５により形成されている環状体の内径の変化量などを用いることができる。図６中の実線はパイプ継手１に皿バネ９ａが存在する場合の弾性変形量Ｌと締付け力Ｆとの相関関係、破線は皿バネ９ａが存在しない場合の両者の相関関係を示している。

図６に例示するように、皿バネ９ａは、締付け力Ｆが付与された際のパイプ継手１の弾性変形量Ｌを増大させる弾性率低減手段９として機能している。パイプ継手１には締付け力Ｆの適正範囲ＦＳ（適切な締付け力）が予め設定されている。

締付け部によってスリーブ２およびシール材３に適切な締付け力Ｆが付与されることで、スリーブ２およびシール材３は、対向するパイプ端部１１に取り付けられる。そして、シール材３のシール機能によって、パイプ端部１１どうしは気密または水密に連結される。これにより、パイプ１０を流れる流体Ｍ（例えば作動油）は外部に漏出することがない。

締付け力Ｆの適正範囲ＦＳを確保できる弾性変形量Ｌの許容範囲ＬＡ（ＬＡ１、ＬＡ２）は、破線に比して実線の方が大きくなっている。即ち、パイプ継手１は皿バネ９ａを有することで、予め設定された適正範囲ＦＳを確保できる弾性変形量Ｌの許容範囲ＬＡ１の幅が、皿バネ９ａがない場合の許容範囲ＬＡ２に比して大きくなっている（ＬＡ１＞ＬＡ２）。

このようにパイプ継手１は、同じ大きさの締付け力Ｆが付与された際の弾性変形量Ｌを増大させる弾性率低減手段９を有することで、予め設定された締付け力Ｆの適正範囲ＦＳを確保できる弾性変形量Ｌの許容範囲ＬＡの幅が増大する。これに伴い、弾性率低減手段９がない場合に比して、それぞれのパイプ端部１１に対してパイプ継手１が多少緩んでも、パイプ端部１１どうしを水密または気密に長期間安定して維持するには有利になる。皿バネ９ａの仕様（弾性率）は、締付け力Ｆと弾性変形量Ｌとの相関関係を測定するテスト等を実施して適切な仕様に決定する。

また、弾性変形量Ｌの許容範囲ＬＡが狭い場合は、締付け力Ｆを適正範囲ＦＳにするために、より高精度でボルト７の締付け具合を調節する必要がある。パイプ継手１の使用現場の環境によっては、ボルト７の締付け具合を精密に調整することが困難な場合がある。また、ボルト７の締付け具合を精密に調整すること自体が手間を要する作業になる。ところが、このパイプ継手１によれば、弾性率低減手段９がない場合に比して、ボルト７の締付け具合を精密に調整しなくても、締付け力Ｆを適正範囲ＦＳにすることが容易になるので、この観点からも優れている。

図７に例示するパイプ継手１の実施形態では、弾性率低減手段９として、ハーフ体５に周方向に間隔をあけて形成された複数の切れ目部９ｂ（９ｂ₁、９ｂ₂）が形成されている。詳述すると、ハーフ体５の幅方向中央部に両端に開口しない切れ目部９ｂ₁が周方向に間隔をあけて配置されている。また、周方向に隣り合う切れ目部９ｂ₁の間には、ハーフ体５の幅方向端に開口する切れ目部９ｂ₂が配置されている。

切れ目部９ｂが存在することで、存在しない場合に比して、パイプ継手１に同じ大きさの締付け力Ｆが付与された時にパイプ継手１の弾性変形量Ｌが大きくなる。切れ目部９ｂの仕様（大きさ、数、形状、配置）は、締付け力Ｆと弾性変形量Ｌとの相関関係を測定するテスト等を実施して適切な仕様に決定する。

この切れ目部９ｂに代えて図８に例示する実施形態のように、薄肉部９ｃが形成されている仕様のパイプ継手１にすることもできる。この実施形態では、ハーフ体５の周方向に間隔をあけて複数位置に、ハーフ体５の幅方向全長に渡って延在する薄肉部９ｃが形成されている。薄肉部９ｃとは周辺よりも肉厚を小さくした部位であり、例えば周辺部位の５０％～８０％の肉厚である。薄肉部９ｃが存在することで、存在しない場合に比して、パイプ継手１に同じ大きさの締付け力Ｆが付与された時にパイプ継手１の弾性変形量Ｌが大きくなる。例えばハーフ体５に切れ目部９ｂと薄肉部９ｃを混在させることもできる。

図９に例示するパイプ継手１の実施形態では、弾性率低減手段９として、少なくとも一部がゴムメタル（登録商標）により形成された締付け部が使用されている。即ち、ボルト７がゴムメタルによって形成されたボルト９ｄになっている。ゴムメタルは、体心立方構造をもつベータ型チタン合金であり、弾性変形域での弾性率は７０ＧＰａ程度、降伏強度は１０００ＧＰａ程度である。

一般的な炭素鋼の弾性率は２００ＧＰａ程度なので、ゴムメタル製のボルト９ｄを使用することで、炭素鋼製のボルト７を使用する場合に比して、パイプ継手１に同じ大きさの締付け力Ｆが付与された時にパイプ継手１の弾性変形量Ｌが大きくなる。ゴムメタルに限らず、ゴムメタルに類する特性を有する材質を用いることができる。パイプ継手１の弾性変形量Ｌを大きくするために、ボルト９ｄは例えば弾性率が１００ＧＰａ以下の材質で形成する。一方で、ボルト９ｄを本来の締付け具として機能させるためには相応の強度が必要になるため、例えば弾性率が５０ＧＰａ以上の材質で形成する。即ち、弾性率低減手段９として機能させるボルト９ｄは、弾性率が５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の材質で形成する。

ハーフ体５、リンク６などの締付け部の構成部品の少なくともいずれか１種類をゴムメタルまたはゴムメタルに類する材質で形成した仕様にすることもできる。ゴムメタル製のボルト９ｄの仕様（弾性率）は、締付け力Ｆと弾性変形量Ｌとの相関関係を測定するテスト等を実施して適切な仕様に決定する。

上述したそれぞれの弾性率低減手段９は単独で使用するだけでなく、２種類以上を組み合わせて使用することもできる。

１パイプ継手
２スリーブ
３シール材
４リテーナ（締付け部）
５ハーフ体（締付け部）
５ａボルト穴
６リンク（締付け部）
７ボルト（締付け部）
８ナット（締付け部）
９弾性率低減手段
９ａ皿バネ
９ｂ（９ｂ₁、９ｂ₂）切れ目部
９ｃ薄肉部
９ｄゴムメタル製のボルト
１０パイプ
１１パイプ端部
Ｍ流体

Claims

離間して対向する金属製のパイプ端部どうしを覆うようにそれぞれの前記パイプ端部に外嵌される金属製の筒状のスリーブと、このスリーブの内周面とそれぞれの前記パイプ端部の外周面との間に介在する弾性体からなる環状のシール材と、前記スリーブおよびそれぞれのシール材に外周側から締付け力を付与する締付け部とを備えたパイプ継手において、
前記締付け部が、前記パイプ端部の一方に外嵌されている一方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの円弧状のハーフ体を有するとともに、これらハーフ体の周方向一端部どうしは連結されていて、周方向他端部のそれぞれを連通するボルトとこのボルトに螺合するナットとを有し、このボルトの締め具合によって一方の前記シール材および前記スリーブに対する前記締付け力の大きさが調整され、かつ、前記パイプ端部の他方に外嵌されている他方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの円弧状のハーフ体を有するとともに、これらハーフ体の周方向一端部どうしは連結されていて、周方向他端部のそれぞれを連通するボルトとこのボルトに螺合するナットとを有し、このボルトの締め具合によって他方の前記シール材および前記スリーブに対する前記締付け力の大きさが調整される構造であり、
前記締付け力が付与された際の前記パイプ継手の弾性変形量を増大させる弾性率低減手段を有し、それぞれの前記シール材のシール機能によって前記パイプ端部どうしを気密または水密に連結させる予め設定された前記締付け力の適正範囲を確保する前記弾性変形量の許容範囲が、前記弾性率低減手段がない場合に比して大きくなっていて、
それぞれの前記パイプ端部どうしが気密または水密に連結されている状態で、一方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの前記ハーフ体と、他方の前記シール材および前記スリーブを覆うように環状を形成した状態で取り付けられている２つの前記ハーフ体とのそれぞれでは、２つの前記ハーフ体により形成されている環状体の内径が縮小可能になっていることを特徴とするパイプ継手。
それぞれの前記ボルトには皿バネが外挿されていて、この皿バネを介してぞれぞれの前記ナットが対応する前記ボルトに螺合していて、前記弾性率低減手段として、前記締め付け力によって弾性変形するそれぞれの前記皿バネが使用されている請求項１に記載のパイプ継手。
前記弾性率低減手段として、それぞれの前記ハーフ体に周方向に間隔をあけてそのハーフ体の幅方向に延在する複数の切れ目部と、それぞれの前記ハーフ体に周方向に間隔をあけてそのハーフ体の幅方向全長に渡って延在する複数の薄肉部と、の少なくとも一方が形成されている請求項１または２に記載のパイプ継手。
前記弾性率低減手段として、弾性変形域の弾性率が５０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下の金属材質で形成されたそれぞれの前記ボルトが使用されている請求項１～３のいずれかに記載のパイプ継手。