JPH04300487A - 形状記憶合金製パイプ用継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の配管におけるパ
イプとパイプ間の結合に用いることのできる形状記憶合
金製パイプ用継手の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に配管においては、継手の持つ重要
性はパイプ本体に劣らぬほど大きいとされている。パイ
プ自身がいかに優れた特性を有していても、継手の特性
例えば耐食性が悪ければ、配管系全体としての寿命は継
手によって決まってしまうことになる。また配管におい
て使用する継手の数は非常に多いのが普通であるから、
継手の作業性が悪ければ配管作業自体の能率も著しく低
いものとならざるを得ない。

【０００３】また最近では、いかに特性の良い継手であ
っても、作業に熟練を要する高度な技能の必要なものは
、熟練作業員確保の点で敬遠される傾向にある。すなわ
ち継手に要求されるのは、使用する配管用パイプの性能
を低下させることの無い優れた性能を持ち、しかも作業
に熟練のいらない単純な手段で締め込みが可能なことで
ある。

【０００４】このような観点から注目されているのが形
状記憶合金の形状回復特性を利用した継手である。形状
記憶合金は、ある臨界温度以下で加工を加えた後に、必
要な温度に加熱することによって元の形状に戻るという
特性を持っている。従ってこの合金で円筒状の継手を作
り、あらかじめ臨界温度以下で一定量の拡管処理をした
後にパイプを差し込んで加熱するだけで、パイプを固定
し結合することが出来る訳である。

【０００５】現場作業としては比較的低い温度に加熱す
るか、合金の特性によっては拡管処理を室温以下の低温
で実施しておいて、室温での配管作業中に自然に締め込
みが完了するというような使い方の出来るものもある。 したがって配管作業自体は熟練の要らない単純な作業と
なるので、形状記憶合金継手の課題は、この作業によっ
て形成される継手の強度確保や継手部での漏れの防止等
、継手に要求される特性が確実に得られるかどうかとい
うことになる。これまでに形状記憶合金を使った継手と
して提案されている非常に多くの例も、ほとんどがこの
点に工夫を凝らした物となっている。

【０００６】形状記憶合金を継手に使用した具体的な例
としては、形状記憶合金継手の内表面に突起をつけてパ
イプ外表面へ咬み込ませるようにした方法に、特公昭５
４−４８９８号公報、特開昭５４−１４８９６０号公報
等がある。また、形状記憶合金継手とパイプの間に平滑
もしくは内側に突起のついたスリーブを挿入し、形状記
憶合金継手はこのスリーブを介してパイプを締め込む方
法として、特開昭５９−９３２４１号公報が、またゴム
等のシール材に対して変形を与えることによって間接的
にパイプに対する締め付け力を作用させることを狙った
実開昭５９−１９１４８８号公報等も知られている。

【０００７】ところでこの種の継手を実際に使用する上
で問題となるのが、締結するパイプが継手の中に完全に
差し込まれた状態で締結されるかどうかという点である
。形状記憶合金製のパイプ用継手がその機能を十分に発
揮するためには、継手の円筒部分にパイプが十分な長さ
だけ差し込まれた状態で継手の内径を収縮させることが
必要なことはいうまでもない。実際に既存の継手の場合
にも、継手内面には差し込まれたパイプが突き当たって
決まった長さだけ差し込まれて止まるように、継手内面
に当て止めを設けたものが存在する。このような当て止
めを設けることができれば、配管作業時にパイプを当て
止めまで十分に差し込んでから締結を行うことができる
ため、差し込み不十分で不完全な締結に終わってしまう
事態を事前に防止することができるわけである。

【０００８】しかしながら形状記憶合金製パイプ用継手
の場合には、継手の製造過程において円筒状の継手を内
側から押し広げて、締結しようとするパイプの外径より
継手内径を大きくするための拡管工程が必須なため、継
手内側に突起を作るのはこの拡管工程をやりにくくする
という問題があった。このためやむを得ず継手内面には
当て止めを作らないか、強いて作る場合には、最終的な
継手として必要な厚みより肉厚の厚い円筒を作っておき
、拡管処理が終わった後で円筒内面を切削加工して中央
部分に突起を残し、当て止めとすることが必要であった
。しかしこの加工は拡管作業によって加工硬化した円筒
内面を切削することになるため切削工具の摩耗が激しい
上、継手の製造コストを大幅に上昇させるという問題が
あった。

【０００９】形状記憶合金製パイプ用継手であっても継
手内面側に突起を持たせて、この突起をパイプに食い込
ませて締結力を発生させる種類の継手の場合には、突起
を加工することと同時にパイプ当て止めの加工を行うこ
とは作業として大きな追加にはならないとも考えられる
。しかし継手内面に突起を形成すること自体が継手製造
コストを大幅に高めてしまうので、特別な用途を狙った
高級継手の場合はもかく、一般配管用の低コスト継手と
してはコストアップにつながる内面への加工は極力避け
たいのが実状であるため、やむを得ず当て止めの無い継
手が使用されていた。

【００１０】当て止めのないパイプ用継手を使用してパ
イプを締結する場合には、パイプ端部の、継手本体の長
さの約半分に相当する差し込み代が確保される位置にマ
ーキングを行い、このマークを目安にして継手にパイプ
を差し込むことになる。簡単な作業ではあるが、継手の
数が多くなるとこれだけの単純な作業でも敬遠され、目
分量で適当に差し込みがなされるということになりがち
である。またマーキングが行われてパイプが適正な位置
まで差し込まれた場合であっても、締結の完了するまで
に外部から力が加わると簡単に位置がずれてしまうこと
から、作業には常に細心の注意を払うことが必要であっ
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】これまでの形状記憶合
金製パイプ用継手は丸棒等の素材から切削加工によって
円筒状に切り出されることが普通だった。ところが最近
になって加工性が良く薄板状に圧延しやすい形状記憶合
金素材が得られるようになり、これに伴ってパイプ用継
手も薄板を円筒状に成形加工後溶接して作られることも
多くなってきた。

【００１２】このようにして能率良くパイプ用継手を製
造する可能性が開けたのに対して、締結するパイプを差
し込んだ時の当て止めを、低コストでかつ能率的に作り
込む方法がこれまでには見あたらなかった。せっかくパ
イプ用継手本体の円筒が薄板から容易に作られるように
なったにもかかわらず、従来通りこの円筒を拡管処理し
た後で内面の切削加工によって当て止め部分を削り出す
のでは、継手の製造コストが押し上げられ、既存の継手
に打ち勝つ競争力をもつことが困難になる。

【００１３】このような事情から、締結するパイプの差
し込み代を確保して信頼性の高い配管施工作業の行える
形状記憶合金製パイプ用継手の製造方法を提供すること
が本発明の目的である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、円筒状の形状
記憶合金に拡管前の細い円筒形状を記憶させた後拡管す
る工程を含む形状記憶合金製パイプ用継手の製造工程中
、拡管後の円筒内径に相当する外径を有するリング状の
金属を円筒の中間部まで押し込みつつ拡管し、前記リン
グは円筒中央部に残置させることを特徴とする形状記憶
合金製パイプ用継手の製造方法である。

【００１５】図１は本発明による形状記憶合金製パイプ
用継手製造方法の１例を示すものである。図において３
は拡管すべき形状記憶合金製円筒を立てて置くために円
形の穴の開けられた受け台であり、２は受け台に置かれ
た円筒の下半分の拡管を受け持つマンドレルである。マ
ンドレル２とお互いの軸芯を揃えて配置されたプレス用
治具５は、拡管に使われた後パイプの当て止め具として
円筒内に留まる金属製のリング４を円筒上端側から押し
込んで、円筒上半分の拡管を分担する。プレス用治具５
には、形状記憶合金製円筒１’の拡管を受け持つ上下各
部分の分担が片寄らずに中間で配分されるようにするた
めの、ストッパーとしての役割を担うステップ部５’が
形成されている。

【００１６】形状記憶合金製円筒１’は、安価な鉄系合
金製や銅系合金製が望ましいが、原理的にはどのような
種類の形状記憶合金であっても差し支えない。また円筒
の製法も、薄板を曲げ成形したものであっても丸棒等か
ら削り出されたものであっても熱間押出しによって作ら
れた物であっても、予め円筒状に成形されたものであれ
ばその方法がいかなるものであっても支障はない。しだ
しこの工程に供せられる以前の段階において、形状記憶
処理やトレーニング処理が完了しており、この工程で行
う拡管が継手製造工程で行われる最終拡管となるように
処理されていることが必要である。なおここでトレーニ
ング処理と称したのは、一定量の拡管と一定温度への加
熱をセットとして行われる形状記憶効果を強化するため
の一手段として確立されている方法である。

【００１７】形状記憶合金製円筒１’は、図１（ロ）に
示したように受け台３の上に置かれ、その上面部分には
、金属製のリング４がセットされる。次ぎにマンドレル
２とプレス用治具５が上下から円筒内にピストン運動を
行って、それぞれが円筒の中間部分までの拡管を分担す
る。円筒の下半分はマンドレル２が直接拡管を行うし、
円筒の上半分はプレス用治具５の動きによって該プレス
用治具の先端に置かれた金属製リング４が分担する。

【００１８】図１の（ハ）は拡管が行われた状態を示し
ているが、ここで継手外面側に６として記された小さな
くぼみが発生している。これは下半分を受け持つマンド
レルと上半分を受け持つ金属製リングの互いの先端部分
にテーパーが設けられているのが反映されたものである
。 小さなものであるから、形状記憶合金製パイプ用継手の
性能に対して悪影響を有する虞はまったく無いものと考
えられる。

【００１９】図１の（ハ）から（ニ）に移る過程でマン
ドレルとプレス用治具が継手の円筒部分から引き抜かれ
る。 プレス用治具は継手の内面と接触していないので問題な
く引き上げられるが、マンドレル２は継手内面と密着し
ているので、継手下端が受け台３に押さえられているの
を利用して一定の力をかけることによって引き抜く必要
がある。

【００２０】この工程で作られた形状記憶合金製パイプ
用継手１は、図２に示すように、施工時にパイプを差し
込んでも、パイプ先端が当て止め４によって突き当たる
ために、どちらか一方のパイプだけが深く差し込まれる
代わりに他方のパイプが差し込み不十分となるような不
都合が生じない。ただし加熱によって円筒部分が収縮し
ても中間部の金属製リングの装着箇所は収縮できないた
め、図２の８に表示したような膨らみ部が発生する。し
かしながらパイプの締結力は中間部以外の部分の収縮に
よって確保されるので、形状記憶合金製パイプ用継手と
しての機能上にはこの膨らみ部の影響は無いとみて差し
支えない。

【００２１】以上の内、本発明の基本的な部分の説明に
用いた図１では、円筒上下の拡管を同時に行う場合を示
したが、上半分と下半分の拡管を別にして、片側ずつ行
うことももちろん可能である。本発明に使用できる形状
記憶合金は特定の種類に限られるものではないが、安価
な鉄系や銅系の合金の利用は継手全体のコストを押さえ
る点からみて溶くに望ましい。

【００２２】またシール性や耐食性を特に問題とする用
途に供せられる継手の場合には、前記の最終拡管の後に
継手内面にシール剤が塗布されたりメッキが施されたり
、あるいはメッキとシール剤の両者が併用されたりして
も、本発明の根幹をなす前記工程が確実に行われさえす
れば、それぞれの特殊な用途に適合すると同時に配管施
工時にパイプ差し込み深さが安定して保たれるため施工
性も良好な継手として、高い機能性を発揮することがで
きるものである。

【００２３】

【作用】本発明の製造方法による継手は、最終の拡管処
理を継手の両端から中央部までを別々に行い、かつその
際に片端側からの拡管を金属製リングを使用してしかも
該金属リングを円筒中央部に残置させている。この残置
された金属製リングが、配管施工時に継手に差し込まれ
たパイプの当て止め具として作用する。金属製リングの
入っている部分は当然のことながら、締結のため継手に
対する加熱が行われても収縮することは期待できないが
、継手中間の小さな領域以外の拡管された部分の収縮に
よって差し込まれたパイプは十分に締結されるから、形
状記憶合金製パイプ用継手としてのパイプの締結機能も
完全である。

【００２４】

【実施例】実施例１ Ｍｎ：２８％、Ｓｉ：６％、Ｃｒ：５％、を含有する鉄
基の形状記憶合金を熱間圧延で、板厚１ｍｍ、幅１４０
ｍｍの薄板にした。この板を丸めて、長さが７０ｍｍ、
内径４１ｍｍの円筒に成形し、突合せ端面をＴＩＧ溶接
した。形状記憶処理としては、９００℃への加熱を行っ
た。同じ組成の素材から５ｍｍ厚の冷間圧延板を作り、
これから外径４３．５ｍｍ、内径３７．５ｍｍ、幅５ｍ
ｍの金属製リングを製作した。リングの片側は、外径側
にテーパーをつけた。

【００２５】前記の形状記憶処理を終えた円筒の上端面
に金属製リングを載せ、図１の（イ）から（ニ）で概略
図を示したような方法によって拡管を行った。円筒とリ
ングは同じ組成であるがリング側は冷間圧延によって加
工硬化しているので、外径は４３ｍｍのプレス用治具で
円筒内に押し込むことによって円筒を拡管することがで
きた。また円筒下半分の拡管を分担するマンドレルの外
径も金属製リングと同じ４３．５ｍｍとした。この拡管
処理によって金属製リングは継手中間部分に残置させら
れ、内部に当て止め具を有する形状記憶合金製パイプ用
継手が出来上がった。

【００２６】この継手をＳＧＰ規格の３２Ａサイズ（実
外径４２．５ｍｍ）のパイプの配管に使用した。継手中
央の拡管されない部分の内径は４１ｍｍであるから、こ
のパイプを継手に差し込んでも中間部分で完全に停止さ
せられた。次ぎにパイプを差し込んだままの継手を高周
波誘導加熱装置によって３００℃に加熱したところ、４
３．５ｍｍまで拡管を行った部分が収縮して、パイプを
しっかりと固定した。本発明法によるパイプ当て止め具
は継手内部に非常にしっかりと固定されているので、現
場での荒い作業によっても当て止め具が動いたり取れた
りすることがまったく無く、非熟練者が配管施工作業を
行っても信頼性の高い作業が行われた。

【００２７】実施例２ Ｍｎ：１６％、Ｓｉ：６％、Ｃｒ：９％、Ｎｉ：５％、
を含有する鉄基の形状記憶合金を、熱間押し出しと冷間
引き抜き加工によって外径２２．２ｍｍ、内径２０．２
ｍｍのパイプに成形した。これを長さ６０ｍｍに切断し
た後、９００℃に加熱して形状記憶処理を施した。次ぎ
にこの円筒に対して、まず室温で内径を６％拡管して６
００℃に加熱するトレーニング処理を行った。またこれ
と同一組成の素材を３ｍｍ厚に冷間圧延して、これから
外径２２．２ｍｍ、内径２０．２ｍｍ、幅３ｍｍの金属
製リングを製作した。リングの片端側にはテーパーをつ
けた。

【００２８】前記円筒の最終拡管は、上記の金属製リン
グと外径２１．８ｍｍのプレス用治具ならびに外径２２
．２ｍｍのマンドレルを用いて行った。拡管後に金属製
リングは継手円筒内にパイプ当て止め具として残置させ
た。次ぎにこの最終拡管後の継手の内面にステンレスペ
イントを塗布して乾燥させた。ステンレスペイントはパ
イプ当て止め具の部分にも塗布した。なおステンレスペ
イントの塗布厚は、円筒内面部分が０．１ｍｍとなるよ
うにした。

【００２９】以上の工程で製造された継手を、ステンレ
スパイプの２０−Ｓｕサイズ（実外径２１．６ｍｍ）の
パイプの配管に使用した。ステンレスペイントが塗布さ
れたため継手内径は２２．０ｍｍになっていたので、外
径２１．６ｍｍのステンレスパイプは継手に容易に差し
込みができるが、継手中間の当て止め具部分では完全に
停止させられた。配管作業の際のパイプ差し込みに特別
に注意力を集中させる必要がなくなったため作業は容易
になり、かつ施工後の内圧付加試験では、水で５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ２の内圧をかけても完全なシール状態が得られ
た。

【００３０】実施例３ 実施例２で使用したのと同じ素材で円筒を作り、金属製
リングは工具鋼を熱処理して製作した。これらを使用し
て実施例と同じ工程で最終拡管まで行った後、継手全体
を酸洗してから、無電解メッキ法でニッケルをメッキし
た。メッキ厚は２０μｍとした。形状記憶合金製パイプ
用継手は、形状記憶合金とパイプ素材との間の異種金属
接触腐食が問題とされる場合があり、とくにステンレス
配管系統で使用する場合にはこの点に対する配慮が必要
とされている。本実施例の継手は素材の形状記憶合金部
分をメッキによって被覆することによってこの種の腐食
を防止することを狙ったものであるが、このような場合
にも、内部に当て止めのある本発明法による継手であれ
ば、施工管理が容易になることが確認された。

【００３１】実施例４ Ｍｎ：２０％、Ｓｉ：５％、Ｃｒ：８％、Ｎｉ：５％、
を含有する鉄基形状記憶合金を熱間圧延で、板厚１ｍｍ
、幅１４０ｍｍの薄板にした。この板を丸めて、長さが
６０ｍｍ、内径２０．２ｍｍの円筒に成形し、突合せ端
面をＴＩＧ溶接し、９００℃に加熱して形状記憶処理を
施した。この円筒に対して、まず室温で内径を６％拡管
して６００℃に加熱するトレーニング処理を加えた後、
最終拡管に供した。また熱処理した工具鋼から、外径２
２．２ｍｍ、内径２０．２ｍｍ、幅３ｍｍの金属製リン
グを製作した。リングの片端側にはテーパーをつけた。

【００３２】前記円筒の最終拡管は、上記の金属製リン
グと外径２１．８ｍｍのプレス用治具ならびに外径２２
．２ｍｍのマンドレルを用いて行った。拡管後に金属製
リングは継手円筒内にパイプ当て止め具として残置させ
た。最終拡管部分の拡管率は約６％になった。

【００３３】次ぎに無電解メッキ法によってニッケルを
１０μｍの厚みでメッキし、その上にさらにステレスペ
イントを０．１ｍｍの厚みで塗布した。このメッキとス
テンレスペイントの両方を使用した継手は、耐食性とシ
ール性ともに優れており、応用範囲の広い継手として利
用できるものであるが、本発明法によって製造されるこ
とによって、施工時に、パイプ差し込み長さに対して過
度の注意力の集中が不要な継手とすることができ、実用
性を一層高めることができた。

【００３４】

【発明の効果】配管施工時に締結するパイプの差し込み
代を確保するための当て止め具を簡単な方法で形成する
ことができる。当て止め具を有する継手は、配管施工者
にたいして注意力の過度な集中維持を強いる必要がなく
なるため、作業能率と配管の信頼性をともに高めること
ができる。また形状記憶合金製パイプ用継手で必要不可
欠な拡管工程で使用されるマンドレルの一部が、最終的
には当て止め具として継手内部に残置する金属製リング
によって行うことになるので、マンドレルの消耗が軽減
されるという副次的な効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の代表的な一例を示す概略図、図２は本発
明法によって製造された形状記憶合金製パイプ用継手を
使用してパイプを締結する場合の一例を示す図である。

【符号の説明】

１：形状記憶合金製パイプ用継手、　　１’：最終拡管
前の形状記憶合金製円筒、２：マンドレル、　　３：受
け台、　　４：最終的にはパイプ当て止め具となる金属
製リング、　　５：プレス用治具、　　５’：プレス用
治具のステップ部、　　６：継手外面のへこみ部、　　
７ａ：配管用パイプ、　　７ｂ：配管用パイプ、　　８
：継手外面の膨らみ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の形状記憶合金に拡管前の細い円筒
   形状を記憶させた後拡管する工程を含む形状記憶合金製
   パイプ用継手の製造工程中、拡管後の円筒内径に相当す
   る外径を有するリング状の金属を円筒の中間部まで押し
   込みつつ拡管し、前記リングは円筒中央部に残置させる
   ことを特徴とする形状記憶合金製パイプ用継手の製造方
   法。