JPH1137346A - パイプの高強度接続方法及び接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業性の良い形状記憶合金製継手の特性を生
かしながら、構造体としても有効に利用し得る高強度の
パイプ接続方法とそのための接続装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 接続後は地中などで構造体として使用さ
れるパイプ１を、形状記憶合金製円筒継手２によって接
続するに際し、円筒継手の両端外面側にテーパー加工を
施し、該継手に両側からパイプを差し込んで加熱収縮さ
せた後に、前記継手のテーパー部に、内周面にテーパー
を有する固定リング３をはめ込んでパイプを締結接続す
る。これによって特に曲げ強度の高いパイプ接続が達成
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプの高強度接
続方法及び接続装置、特に、地中における支保工用構造
体やケーブル等の地中埋設物の包囲保護体（以下単に構
造体という）として用いられるパイプの接続に最適な高
強度の接続方法とこれを実施するための接続装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】新しいトンネルや地下構造物を構築・建
設する際に、土中を掘削し、この掘削済み部分の内壁が
土圧によって潰れるのを防止するため、内壁に沿って円
弧状の曲線パイプを地中に精度よく埋設する、いわゆる
「曲線ボーリング工法」が開発されている（（社）日本
建設機械化協会：建設機械化技術・技術審査証明報告
書，曲線ボーリング装置（ＴＵＬＩＰ工法），１９９
４．８）。この曲線ボーリング工法においては、円弧状
パイプを順次接続して最終的に所定長さの円弧状パイプ
を複数条土中に平行に埋設し、支保工用構造体として使
用するものである。

【０００３】本発明者らは、上記した曲線ボーリング工
法に最適なパイプの接続方法として、従来の溶接による
接続手段に代わり、段付き加工したパイプを形状記憶合
金製継手にて接続し、該継手の収縮力によりパイプ相互
を強固に締結しようとする接続手段を開発し、作業性の
面でほぼ良好な結果を得ている（特願平８−２１０２５
６号）。

【０００４】しかして、例えば大断面のトンネル用のパ
イプ支保工などの構造体として使用される際には、パイ
プ自体に引抜力や曲げ応力が作用するため、形状記憶合
金製円筒継手の収縮力だけでは不十分となる場合があ
る。鉄系形状記憶合金は鋼の一種と考えられるが、ステ
ンレス鋼と同じオーステナイト組織のため、一般の鋼に
比べると塑性変形が比較的低い応力から起こり得る軟質
材料としての特徴を有する反面、塑性変形の進行と共に
加工硬化が進むため、破壊強度自体は並の高強度鋼以上
の高い値を有している。一般の配管の場合には、パイプ
自体は他の構造物に支えられるか、地中などに埋設され
ることが多いため、パイプ間の接続強度は形状記憶合金
継手の加熱による収縮力に頼っても支障のない場合がほ
とんどである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、パイプそのも
のを構造物とする用途の場合には、上述したような形状
記憶効果のみに頼るのでは、強度の不足する事態が生じ
がちである。形状記憶合金製パイプ用継手は施工が簡単
で、特に狭い場所でも安全に作業を行うことができるい
う大きな特徴がある。しかしながら、一方において形状
記憶合金製継手の締結力は、通常はパイプ外面と継手内
面との間の摩擦力に主として依存しているが、この摩擦
力は、締結している形状記憶合金製継手が外力によって
塑性変形してしまうと、急速に失われてしまう性質のも
のである。特に、継手の端面部分には、締結しているパ
イプに曲げ応力が作用した場合に、継手を径方向に広げ
ようとする強い力が発生する。一旦端部が広がってしま
うと摩擦力が減少するため、締結力が大幅に低下するこ
とから、パイプの接合が外れてしまう危険が大きくな
る。構造物としてのパイプ接続体においては、この問題
は決定的である。

【０００６】また、パイプを地中の構造体として用いる
場合の他、地中に埋設する電線、各種ケーブル等の地中
埋設物を保護するためのケースとしてパイプを利用する
態様も考えられるが、この場合にはパイプ接続部に対し
ある程度の引き抜き強度と曲げ強度と共にパイプ外部か
らの液体等の浸入を防止するためのシール性も要求され
る。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するため
に、作業性の良い形状記憶合金製継手の特徴を生かしな
がら、接続後はそのまま構造体としても有効に利用し得
る高強度のパイプ接続方法とそのための接続装置を提供
することを目的とする。加えて、本発明は必要に応じて
高いシール性能を発揮することができるパイプ接続手段
を提供することを他の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る請求項１のパイプ接続方法は、円筒継手
の両端外面側にテーパー加工を施し、該継手に両側から
パイプを差し込んで加熱収縮させた後に、前記継手のテ
ーパー部に、内周面にテーパーを有する固定リングをは
め込むことを特徴とする。固定リングの材質は、パイプ
と同程度以上の強度を有する高強度鋼とすることが望ま
しい。また、固定リングの継手テーパー部に対する嵌合
を強固にするため、固定リングのテーパー部と継手テー
パー部にねじを加工し、両者を噛合せることや、場合に
よっては両テーパー部間に接着剤を介在させることもで
きる。

【０００９】また、上記請求項１の接続方法は、特に、
曲げ強度を向上させることを狙ったものであるが、併せ
て引き抜き強度を高めるため、パイプ端部の円周上に設
けた溝と該溝と対応する如く円筒継手内面に設けた溝と
で形成する間隙にＣ形リングを挿入することも可能であ
る（請求項２）。

【００１０】さらに、本発明に係る請求項３の接続方法
は、締結前の円筒継手内面に、シール剤を予め塗布また
は貼付して後、円筒継手両側からパイプを差し込むこと
で、シール性に優れた接続部、或いは接続強度を一層高
めたパイプ接続部が得られるものである。

【００１１】また、上記の接続に際し、接続強度の向上
をより図るための接続方法として、円筒継手のテーパー
部及び固定リングの内周面のテーパー面にそれぞれねじ
部を加工して噛み合わせるか、もしくは継手と固定リン
グのテーパー部間に接着剤を介在させて接続することも
可能である（請求項４）。

【００１２】また、本発明の請求項５の接続装置は、接
続後は地中などで構造物として使用されるパイプを、形
状記憶合金製円筒継手によって接続する装置において、
前記円筒継手の外面端部にテーパー部を形成し、加熱収
縮後の円筒継手のテーパー部に固定リングをはめ込むこ
とにより構成している。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施形態
例に基づいて説明する。図１は特に曲げ強度向上を狙い
とした本発明に係る接続手段を示すもので、接続すべき
パイプ１Ａ、１Ｂを両側から差し込むための形状記憶合
金製円筒継手２の両端外面側に、端部に向って厚みが薄
くなるようなテーパー加工を施してテーパー部２ａを形
成する。該テーパー部２ａは、図２に示すような段部と
傾斜面から構成しても、或いは単なる傾斜面のみで構成
してもよい。パイプ接続に際しては、図２にも示す如
く、前記円筒継手２の両側からパイプ１Ａ、１Ｂを差し
込んで所定温度に加熱して継手を収縮させた後に、前記
継手２のテーパー部２ａに、内周面にテーパー３ａを有
する環状の合金製固定リング３をはめ込んで構成してい
る。固定リング３をはめ込む時にはハンマー等を用いて
打ち込むようにすれば、リングは強固に継手に嵌合す
る。また、合金製固定リング３としては、接続すべきパ
イプと同程度以上の強度を有する高強度鋼が好ましい。

【００１４】円筒継手２と固定リング３との締結強度を
高めるため、図３（ａ）に示すように、円筒継手２のテ
ーパー部２ａ及び固定リング３のテーパー３ａにねじ部
を加工して、締結の際に固定リング３を継手２のテーパ
ー部にねじ込むようにすれば、効果的である。形状記憶
合金製円筒継手２は、締結時の加熱処理によって縮径す
ることから、継手側のねじ部は多少変形を生じるが、テ
ーパーねじであるためにリングの締め付け上問題はな
い。また、図３（ｂ）に示すように、固定リング３のテ
ーパー３ａ面に、金属用接着剤４を塗布又は貼付してお
けば、継手テーパー部に対するはめ込み締結後に継手・
リング間が簡単に外れることがない。

【００１５】なお、図１に示す高い曲げ強度を発揮する
接続手段を、高い引き抜き強度を発揮する他の接続手段
と組み合わせて用いれば、引き抜き強度及び曲げ強度共
に十分満足すべきものが得られる。このような接続手段
の例を図４に示す。

【００１６】図４に示す接続手段は、円筒継手１２の両
端部にテーパー部１２ａを設け、これに内面にテーパー
を有する固定リング１３をはめ込む点は、図１の接続構
造と同一であるが、これに加えて接続すべきパイプ１１
Ａ、１１Ｂの各端部から一定位置の外面円周上に溝１５
を、かつ、円筒継手１２の内面円周上に前記パイプ側の
溝１５に対応する２条の溝１６をそれぞれ設け、これら
溝１５及び１６間に図４（ｂ）に示すＣ形リング１７を
挿入させて構成している。実際の接続に際しては、パイ
プ側の溝１５もしくは継手側の溝１６の一方にＣ形リン
グ１７を挿入保持させ、円筒継手１２の両側からパイプ
１１Ａ、１１Ｂを差し込み、該Ｃ形リング１７を対応す
る溝間で保持してから、継手１２を所定温度に加熱して
縮径させた後、固定リング１３を継手テーパー部にはめ
込むことによって完了する。これら固定リング１３とＣ
形リング１７によってパイプ締結部は、曲げ及び引き抜
きに対して高い抵抗力を発揮する。

【００１７】上記したパイプ側の溝１５及び継手側の溝
１６の断面形状は、図４（ａ）の左側の如く、断面半円
形或いはＵ字形に、もしくは右側の溝の如く、底面に平
行部を有する幅広の溝形状としてもよく、適宜条件に応
じて選択すればよい。また、Ｃ形リング１７は、その断
面を図示の円形に限ることなく、楕円、矩形等任意でよ
く、その材質は、ばね材、高強度鋼、ステンレス鋼など
の金属材料や、炭素繊維、硬質樹脂等の非金属であって
もよい。実際には、適宜の線材をＣ形状に任意の径にな
るように曲げて形成すればよい。

【００１８】なお、本発明における円筒継手２として
は、低コストで加工性のよい鉄系形状記憶合金（例え
ば、２８％Ｍｎ−６％Ｓｉ−５％Ｃｒ−Ｆｅ合金、３２
％Ｍｎ−６％Ｓｉ−Ｆｅ合金等）製とすることが好まし
い。該円筒継手は、まず、接続するパイプの外径よりも
僅かに細い内径をもつ円筒を製作し、これを記憶処理
（熱処理）した後、次にパイプ外径よりも大きい内径を
もつように円筒を拡径することによって得られる。ま
た、形状記憶性能をより向上させるため、形状記憶処理
後に一定の加工と熱処理を少なくとも一回施すこともで
きる（トレーニング効果）。

【００１９】さらに、本発明においては、上述した固定
リングもしくはこれにＣ形リングを併用したパイプ接続
手段に加えて、締結前の形状記憶合金製円筒継手の内面
の全部または一部に、シール性能や接着性能をもつ樹脂
形シール剤を予め塗布または貼付しておいてから、継手
の両側からパイプを差し込み、継手を加熱収縮させて接
続作業を行うことも可能である。樹脂系シール剤として
はシール用充填剤、接着剤として広く用いられるエポキ
シ樹脂などが適している。この樹脂系シール剤による接
続付加手段によれば、より一層高い継手強度が得られる
上、パイプ接続部のシール性が要求される用途（例え
ば、ケーブル等の地中埋設物を包囲保護するためのパイ
プ）に対して有効である。

【００２０】

【実施例】

（実施例１） パイプ 材 質：ＳＴＫ４００ 寸 法：外径１１４．３mmφ、肉厚５．６mm、長さ２
２００mm 形状記憶合金製継手 材 質：３２％Ｍｎ−６％Ｓｉ−Ｆｅ合金 寸 法：内径１１４．８mmφ、肉厚５．０mm、長さ１
２０mm 端部形状：両端部１５mm部分の外面側をテーパー加工
（角度４°） 固定リング 材 質：ＳＴＫＭ１６Ｃ 寸 法：外径１３４．３mmφ、長さ１１mm、最小内径
１２３．０mm 内面形状：リング内面側に、形状記憶合金製継手の単部
外面テーパーと噛み合うテーパーを加工（角度４°） シール剤 不使用 締結方法 各々のパイプは固定リングを１個を通しておき、これら
を形状記憶合金製継手に差し込み、誘導加熱により継手
部分を３００℃まで加熱し継手の内径を収縮させて固定
する。しかる後に両側の固定リング内面に、接着剤「朝
日化学工業製スミセラムＳ（商品名）」を塗布してか
ら、継手両端に叩き込んで締結完了。接着剤は塗布しな
いでもよいが、これを使用すると接着効果により、固定
リングが抜け落ちることが防止できる。

【００２１】（実施例２） パイプ 材 質：ＳＴＫ４００ 寸 法：外径１１４．３mmφ、肉厚５．６mm、長さ２
２００mm 形状記憶合金製継手 材 質：３２％Ｍｎ−６％Ｓｉ−Ｆｅ合金 寸 法：内径１１４．８mmφ、肉厚５．０mm、長さ１
２０mm 端部形状：両端部１５mm部分の外面側にテーパーねじ加
工（テーパー角度４°、ねじピッチ２．０mm、ひっかか
り高さ１．０８mm） 固定リング 材 質：ＳＴＫＭ１６Ｃ 寸 法：外径１３４．３mmφ、長さ１１mm、最小内径
１２３．０mm 内面形状：リング内面側に、形状記憶合金製継手の単部
外面テーパーと噛み合うテーパーを加工（角度４°） シール剤 不使用の場合と、継手内面への樹脂系シール剤塗布の場
合 締結方法 各々のパイプは固定リングを１個を通しておき、これら
を形状記憶合金製継手に差し込み、誘導加熱により継手
部分を３００℃まで加熱し継手の内径を収縮させて固定
する。しかる後に両側の固定リングを継手端部のねじ部
分に締め込んで接続完了。一方、樹脂系シール剤使用の
ものは、形状記憶合金製継手の内面に予めシリコーン系
高耐熱性シール剤である「スリーボンド社製液状ガスケ
ット１２０９（商品名）」を塗布してからパイプを差し
込み、以下はシール剤節用の場合と同様にして接続し
た。これによって高強度とシール性のよいパイプの接続
が実現できる。

【００２２】（比較例１） パイプ 材質：ＳＴＫ４００ 寸法：外径１１４．３mmφ、肉厚５．６mm、長さ２２０
０mm 形状記憶合金製継手 材質：３２％Ｍｎ−６％Ｓｉ−Ｆｅ合金 寸法：内径１１４．８mmφ、肉厚５．０mm、長さ１２０
mm シール剤 不使用の場合と、継手内面への樹脂系シール剤塗布の場
合 締結方法 継手の両側にパイプを差し込み、誘導加熱により継手部
分を３００℃まで加熱し、形状記憶合金製継手の内径が
収縮してパイプを固定して締結作業を完了した。一方、
樹脂使用のものは、シリコーン系高耐熱性シール剤「ス
リーボンド社製液状ガスケット１２０９（商品名）」を
拡径後の形状記憶合金製継手の内面に塗布した状態で上
記の同じ方法で締結を行った。

【００２３】以上の実施例及び比較例にて行ったパイプ
締結作業の結果、得られた接続部の強度（引き抜き及び
曲げ）とシール性の比較を下記表１にて示す。比較例の
単なる形状記憶合金製継手の収縮力のみの場合に比較し
て、本発明の固定リングを用いた実施例では、特に曲げ
強度が向上しているのがわかる。また、シール性につい
てもシール剤を適用したものは満足すべき値であった。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る接続
方法によれば、形状記憶合金製パイプ用継手を用いてパ
イプを接続するにあたり、継手の収縮力による締結力に
加えて固定リングによる機械的な締結力を付与し得るた
め、特に曲げ強度の高い接続を達成することができる。
従って、パイプを構造体として残すようなパイプの接続
手段として、特に曲線ボーリング工法に適用する接続手
段として最適なものといえる。また、樹脂系シール剤を
併用する場合には、優れたシール性を発揮する接続部が
得られる。また、本発明に係る接続装置によれば、上記
の方法を効果的に実施し得ると共に、構造的にも大掛か
りな手段を必要とすることなく、簡単な工夫で済むこと
から、実用性にも優れたものといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接続手段の実施例を示すもので、
締結前の説明図。

【図２】図１に示す本発明の接続手段の締結時の断面
図。

【図３】本発明における固定リングの別の具体例を示す
断面図。

【図４】（ａ）は本発明に係る接続手段の他の実施例を
示す断面図、（ｂ）はこれに用いるＣ形リングの斜視
図。

【符号の説明】

１，１１ パイプ ２，１２ 形状記憶合金製パイプ用円筒継手 ２ａ 継手のテーパー部 ３，１３ 固定リング ３ａ 固定リングのテーパー ４ 接着剤 １５ パイプ側の溝 １６ 継手側の溝 １７ Ｃ形リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都丸 光紀 東京都千代田区神田小川町２−３−13 Ｍ ＆Ｃビル４Ｆ 淡路産業株式会社内 (72)発明者 森谷 卓雄 東京都千代田区三崎町２−５−３ 鉄建建 設株式会社内 (72)発明者 粕谷 太郎 東京都千代田区三崎町２−５−３ 鉄建建 設株式会社内 (72)発明者 三木 甫 東京都杉並区荻窪２−26−９−102 (72)発明者 三木 昭男 東京都杉並区阿佐ヶ谷北５−５−９

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接続後は地中などで構造体として使用さ
   れるパイプを、形状記憶合金製円筒継手によって接続す
   るに際し、前記円筒継手の両端外面側にテーパー加工を
   施し、該継手に両側からパイプを差し込んで加熱収縮さ
   せた後に、前記継手のテーパー部に、内周面にテーパー
   を有する固定リングをはめ込むことを特徴とするパイプ
   の高強度接続方法。
2. 【請求項２】 パイプ端部の円周上に設けた溝と該溝と
   対応する如く円筒継手内面に設けた溝とで形成する間隙
   にＣ形リングを挿入することを特徴とする請求項１記載
   のパイプの高強度接続方法。
3. 【請求項３】 締結前の円筒継手内面に、シール剤を予
   め塗布または貼付した後、円筒継手両側からパイプを差
   し込むことよりなる請求項１又は２記載のパイプの高強
   度接続方法。
4. 【請求項４】 円筒継手のテーパー部及び固定リングの
   内周面のテーパー面にそれぞれねじ部を加工して噛み合
   わせるか、もしくは継手と固定リングのテーパー部間に
   接着剤を介在させて接続することよりなる請求項１又は
   ２記載のパイプの高強度接続方法。
5. 【請求項５】 接続後は地中などで構造物として使用さ
   れるパイプを、形状記憶合金製円筒継手によって接続す
   る装置において、前記円筒継手の外面端部にテーパー部
   を形成し、加熱収縮後の円筒継手のテーパー部に固定リ
   ングをはめ込むことにより構成したことを特徴とするパ
   イプの高強度接続装置。