JPWO2015019622A1 - 高圧パイプ用継手のシーリング構造 - Google Patents

Abstract

パイプの継手のシール性と耐振動性を向上できる高圧パイプ用継手のシールリング構造を提供する。本シールリング構造はシールリングとリテーナから構成され、シールリングは、ドーナツ形状であり、断面が直交する２つの対角線を有する四角形であって、１つの対角線はドーナツ形状で形成される平面の垂線と並行であり、その対角線上の対向する頂点がそれぞれ継手の端面と当接するものである。また、リテーナが継手端面の周縁に係合できる。

Description

本発明はパイプ交換作業の効率化を図るための高圧パイプ用継手のシーリング構造に関する技術である。

従来の高圧パイプ用継手の場合、図１３に示すように、グランドナット５２をパイプ５０の先端部分に挿し込み螺合５１させて固着させたものを、継手本体６０の螺子孔６２に螺入させて取付け、継手本体６０の貫通孔６１とパイプ５０の内空孔１１を連通させている。

しかしながら、従来の高圧パイプ用継手の場合、パイプ先端において線シールで止まっているため、ネジに大きなトルクをかけられず、振動強度が小さいという問題がある。かかる状況下、パイプの継手のシール性と耐振動性を高める高圧パイプ用継手が望まれている。
なお、特許文献１に開示されたパイプ継手の場合、継手する両バンドの嵌合部を覆うバンド部の内面に内側突出の変形爪を複数有するクランプを用いることによってシール性を高めている（特許文献１を参照）。しかしながら、特許文献１に開示されたパイプ継手では、高圧パイプ用として使用が困難である。

特開平９−１９６２７０号公報

かかる状況に鑑みて、本発明は、パイプの継手のシール性と耐振動性を向上できる高圧パイプ用継手のシーリング構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の高圧パイプ用継手のシールリング構造は シールリングとリテーナから構成される。シールリングは、ドーナツ形状であり、断面が直交する２つの対角線を有する四角形であって、１つの対角線はドーナツ形状で形成される平面の垂線と並行であり、その対角線上の対向する頂点がそれぞれ継手の端面と当接するものである。また、リテーナが継手端面の周縁に係合できる。

上記の高圧パイプ用継手のシールリング構造によれば、パイプの継手のシール性と耐振動性を向上させることができる。
ここで、パイプの継手は、例えば、２本のパイプの先端に設けられた継手の突き合わせ部に好適に用いられる。

具体的に説明すると、高圧パイプ用継手が、第１パイプと第２パイプを結合するパイプ継手であって、第１パイプと結合する第１継手、第２パイプと結合する第２継手、第１継手と第２継手の突き合わせ部を覆うバンド部を有し、第１継手と第２継手を突き合わせ状態にて結合させるクランプ、締め付け操作によりバンド部の内径を縮径する締め付けボルトから構成される場合、本発明のシールリングは、上記の突き合わせ部のシール性を保持するものとして用いられる。

上記の突き合わせ部における第１継手と第２継手の各端部の外径は、第１継手と第２継手の中間部の外径より大きく構成されており、第１継手と第２継手の突き合わせ状態で、クランプにおけるバンド部の内面と、第１継手及び第２継手の各端部が嵌合するように、バンド部の内面が形成されている。また、パイプと継手の結合は、従来から知られた構成の結合、すなわち、パイプの先端部からグランドナットをパイプに挿し込み螺合させて固着させたものを、継手の螺子孔に螺入させて取付ける方法を用いることができる。この他、パイプと継手を溶接によって結合されるものでもよい。また、締め付けボルトは、ねじ込むものや、ボルトとナットで締め付けるものや、その他の既存の締め付け可能な部材であっても良い。

ここで、高圧パイプ用とは、一般的に高圧パイプと呼ばれるものであり、１４．７ＭＰａ以上の高圧に使用されるものである。なお、５Ｍｐａ程度の中圧に使用することも可能である。

また、上記の第１パイプ，第２パイプには、サイズや用途の異なる各種パイプが含まれるが、それ以外に、安全弁、開閉弁、逆止弁、減圧弁、玉型弁、ボール弁、過流防止弁などの各種弁、フィルタ、オリフィス、圧力計、流量計、熱交換器、圧縮機、圧力容器などの機器が含まれる概念で用いている。すなわち、本発明の高圧パイプ用継手の場合、パイプ間の継手だけでなく、パイプと機器の間の継手、機器同士の間の継手、継手と継手の連結の仕組みとして利用できる。パイプと機器の間の継手、機器間の継手として利用する場合の他の態様として、機器本体と一体となり本体から突出しているパイプ状の継手端部の形状は、パイプ状の継手の端部から機器本体側に位置する中間部のパイプ外径より大きく構成されても良い。その場合、第１パイプ或は第２パイプとしての機器本体のパイプと、第１継手或は第２継手とが一体化された構造となる。すなわち、機器が、安全弁、開閉弁、逆止弁、減圧弁、玉型弁、ボール弁、過流防止弁などの各種弁、フィルタ、オリフィス、圧力計、流量計、熱交換器、圧縮機、圧力容器の群から選択される機器であり、第１パイプまたは第２パイプが、機器本体から突出したものであり、第１パイプまたは第２パイプの端部が加工されて、第１継手または第２継手として利用できるようにしても良い。
また、継手と継手の連結とは、継手の端部の形状が、上述の第１継手や第２継手の形状のように加工もしくは溶接されており、継手の端部と継手の端部を突き合せて、クランプで締め付け固定するようなものである。

かかる構成によれば、クランプを取り外すことにより、第１継手と第２継手を同軸状態からずらすことができるので、これによってパイプの抜き代が不要となりパイプ交換作業の効率化が図ることができる。
パイプの継手のシール性に対しては、シールリングによって向上できる。さらに、上記の構成では、パイプの先端は継手と結合し、継手同士の突き合わせ部で振動吸収できることから、耐振動性を向上できる。

本発明の高圧パイプ用継手におけるシールリングは、メタル材質又は樹脂材から成るＯリングである。
シールリングの位置決めのための上記リテーナは、シールリングの全周もしくはシールリングの周囲に複数の爪部を設け、それを継手の端面の周囲に設けられた溝などに係合させるものである。この他、リテーナは、シールリングを嵌合できる台座に爪部を設けることでもよい。
ここで、メタル材質は、銅、真鍮、ニッケルなどのメタル材質であることが好ましいが、その他の合金であっても良く、これらに限定されるものではない。銅、真鍮、ニッケルが好ましい理由は、これらのメタルが、メタルの中でも比較的強度が弱く、形状の変形が起こりやすいためである。形状の変形が起こりやすいと、端面との当接によるシールが不十分であった場合に、圧力によって端面との接触部分が変形して、シール性を高める方向に変形が進むからである。

かかる構成とすることで、さらにシール性を高めることができる。
また、Ｏリングにすることによってシール性をさらに高めることができる。Ｏリング用の溝については、継手の端面に設けることになるが、この場合、突き合わせる両端面のどちらか一方、或いは、両方に設けることができる。

シールリングの外周壁のテーパ角は、継手の端面の中央に皿状の凹みが形成されている場合、凹みの内周面のテーパ角より、０〜２°広く或いは０〜２°狭く、シールリングが凹みと嵌合し得る構成とするのが好ましい。
ここで、凹みの内周面のテーパ角は１０〜８０°であり、好ましくは５０〜７０°、さらに好ましくは略６０°である。

上記構成とすることにより、端面に設けられたテーパ状の外周壁とシールリングの密着性が高まり、シール性を向上でき、高圧耐性を高めることができる。
ここで、凹みの内周面のテーパ角が、シールリングの外周壁のテーパ角より０〜２°広くするのは、パイプ継手の端面で突き合わせ方向に力がかかった場合、シールリングの外周壁のテーパ角が広がって、凹みの内周面のテーパ角と差がなくなって密接できるからである。なお、好ましくは、凹みの内周面のテーパ角を、シールリングの外周壁のテーパ角より略１°広くする。

また、凹みの内周面のテーパ角が、シールリングの外周壁のテーパ角より０〜２°狭くすることにより、シールリングがパイプ継手の端面で突き合わされた場合に、まず、テーパ状の外周壁と端面との境界であるエッジ部に、シールリングが当接し、パイプ継手の端面で突き合わせ方向に力がかかると、シールリングの外周壁のテーパ角が広がって、上記エッジ部で確実にシールできる。なお、好ましくは、凹みの内周面のテーパ角を、シールリングの外周壁のテーパ角より略１°狭くする。

同様に、シールリングの外周壁のテーパ角は、継手の端面の中央にリング状の凹みが形成されている場合、凹みの内周面のテーパ角より、０〜２°広く或いは０〜２°狭く、シールリングが凹みと嵌合し得る構成とするのが好ましい。
ここで、凹みの内周面のテーパ角は１０〜８０°であり、好ましくは５０〜７０°、さらに好ましくは略６０°である。

本発明の高圧パイプ用継のシールリング構造によれば、パイプ交換や機器交換作業の効率化が図れ、パイプの継手のシール性と耐振動性を向上できるといった効果がある。

シールリングの外観構成図 高圧パイプ用継手のシールリングの説明図１ 高圧パイプ用継手のシールリングの説明図２ 高圧パイプ用継手の構成図１ 高圧パイプ用継手の構成図２ 他の実施形態のシールリングの説明図 パイプ継手の端面の形状図 パイプ継手の端面の形状のバリエーション パイプ継手の端面の形状とシールリング その他の高圧パイプ用継手の構成図１ その他の高圧パイプ用継手の構成図２ その他の高圧パイプ用継手の構成図３ 従来の高圧パイプ用継手の構成図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。

先ず、高圧パイプ用継手について、図４，５を参照しながら、第１パイプ３０ａと第２パイプ３０ｂを結合する高圧パイプ用パイプ継手１を説明する。図４に示すように、パイプ継手１は、第１パイプ３０ａと結合する第１継手２ａと、第２パイプ３０ｂと結合する第２継手２ｂと、第１継手２ａと第２継手２ｂの突き合わせ部を覆うバンド部４１を有し、第１継手２ａと第２継手２ｂを突き合わせ状態にて結合させるクランプ４と、突き合わせ部のシール性を保持するシールリング３と、締め付け操作によりバンド部４１の内径を縮径する２本の締め付けボルト（５ａ，５ｂ）とから構成される。
シールリング３は、メタル材質で、その形状は軸方向の切断面が菱形であり、対向する頂点で対向する継手の端面と当接させており、シール性を高めている。

第１継手２ａは、従来から知られた構成で第１パイプ３０ａと結合できる。すなわち、第１パイプ３０ａの先端部からグランドナット４ａをパイプに挿し込み螺合４２させて固着させたものを、第１継手２ａの螺子孔に螺入させて取付けている。これによって、第１継手２ａの内空孔１１と第１パイプ３０ａの内空孔１１が連通している。第２継手２ｂと第２パイプ３０ｂも、第１継手２ａと第１パイプ３０ａの取付方法と同様に取り付けている。ここで、第１継手２ａと第１パイプ３０ａの取付方法は、従来知られた他の方法で取り付けても構わない。

図５（１）に示すように、突き合わせ部における第１継手２ａと第２継手２ｂの各端部２２の外径は、第１継手２ａと第２継手２ｂの中間部２１の外径より大きく、第１継手２ａと第２継手２ｂの突き合わせ状態で、クランプ４におけるバンド部４１の内面４２と、第１継手２ａ及び第２継手２ｂの各端部２２が嵌合できるように、バンド部４１の内面４２が形成されている。すなわち、第１継手２ａと第２継手２ｂは、それぞれ端部２２のところが中間部２１より外径が大きくなっている。但し、内空孔１１の径（内径）は端部２２と中間部２１で特に差はない。端部２２と中間部２１の差は、２〜３ｍｍでよいが特に制限されるものではない。図５（１）に示されるように、クランプ４におけるバンド部４１の内面４２は、中央部４１ｂが窪んでおり、第１継手２ａと第２継手２ｂの突き合わせ状態で、クランプ４におけるバンド部４１の内面４２と、第１継手２ａ及び第２継手２ｂの各端部２２が嵌合できることで、第１継手２ａと第２継手２ｂとクランプ４とが安定して結合させることができる。

次に、高圧パイプ用継手のシールリングについて図１〜３を参照して説明する。
図１〜３に示すシールリング３は、銅や真鍮、ニッケルなどのメタル材質であり、その形状は軸方向の切断面が菱形であり、対向する頂点で対向する継手の端面と当接するものであり、該継手の端面に保持し得るリテーナ７０が設けられている。
シールリング３の周囲には爪部７０ａが設けられている。図１では説明のために、爪部７０ａをシールリングの全周囲に環状に設けているが、爪部は実際には３つ以上であればよく、１２０°間隔で３つ、或は９０°間隔で４つ、さらには５つ以上の爪部を設けてもよい。爪部が３つ以上である必要があるのは、２つだとシールリング３と継手の端面と当接させるとき、シールリング３が端面の中心からずれる可能性があるからである。
図１（２）に示すように、爪部７０ａは、継手の一方の端部のみに係合させるように設けられる。継手の両方の端部に係合させるように設けないのは、継手の両方の端部に係合させるように設けると、シールリング３の取り外しが困難となるからである。
継手の端部２２の周囲には溝部７１が設けられ、この溝部７１と爪部７０ａが係合できるように構成させる。
なお、シールリング３の爪部７０ａの厚みを考慮して、継手の端部２２には図８に示すような段差７２を設ける方が好ましい。

図７は、パイプ継手の端面の形状図を示している。図７（１）は継手の断面の一例を示している。継手の端部２２の端面２３は段差がなく面一である。なお、１１はパイプの内空孔であり、端面２３を貫通しているが、図９の断面図では説明の便宜のために端面２３の面で閉じているように示されている。
継手の端面は、図７（２）に示すように、継手の端部２２の端面２３には、中央に浅い皿状の凹み（２４ａ，２４ｂ）が形成されている。凹みの内周面のテーパ角αは、シールリングの外周壁のテーパ角より１°大きくしている。
ここで、シールリングには、軸方向の切断面が菱形形状で、対向する頂点で対向する継手の端面と当接するメタル材質のシールリングを用いることを前提にしている。
この凹みの内周面のテーパ角αは５９°である。シールリングの外周壁のテーパ角５８°より１°大きくしている。また、凹みの深さは０．３ミリである。

図８は、パイプ継手の端面の形状のバリエーションを示している。図８（１）は、継手の端面２３の中央に浅い皿状の凹みが形成されたものである。凹みの内周面は、テーパ２４ａが形成され、シールリングの外周壁のテーパと当接してシール性を高める。
図８（２）、（３）は、継手の端面２３の中央に浅いリング状の凹みが形成されたものである。凹みの外側の内周面にはテーパ２４ａが形成され、シールリングの外周壁のテーパと当接してシール性を高める。

図９に、パイプ継手の端面の形状とシールリングのイメージを示す。図７と比較すると、継手の端面２３の中央に浅い皿状もしくはリング状の凹み２４が形成されている。

次に、図１０を参照して、高圧パイプ用継手の構成について説明する。
高圧パイプ用継手は、軸方向の切断面が菱形形状で、対向する頂点で対向する継手の端面と当接するメタル材質のシールリング３を用いている。２本のパイプ継手のそれぞれの端部２２の端面の中央に浅い皿状もしくはリング状の凹みが形成されている。
また、凹みの内周面のテーパ角αは５９°である。シールリングの外周壁のテーパ角５８°より１°広くしている。また、凹みの深さは０．３ミリである。
継手の端面を上記構成とすることにより、端面に設けられたテーパ状の外周壁とシールリングの密着性が高まり、シール性を向上でき、高圧耐性を高めることができる。

高圧パイプ用継手は、第１パイプと第２パイプを結合するパイプ継手であり、下記１）〜５）から構成される。
１）第１パイプ（図示せず）と結合する第１継手（図１０で左側の継手）
端部２２、中間部２１および段差部８８で構成され、内空孔１１を有する。
２）第２パイプ（図示せず）と結合する第２継手（図１０で右側の継手）
端部２２、中間部２１および段差部８７で構成され、内空孔１１を有する。
３）外周部に雄螺子８６が形成され、貫通孔を有する雄螺子部８５
４）雄螺子部８５に螺合して固定される袋ナット形状の雌ナット８４
５）突き合わせ部のシール性を保持するシールリング３
メタル材質で、かつ、軸方向の切断面が菱形形状で、対向する頂点で対向する継手の端面と当接する。

上記１）、２）において、突き合わせ部における第１継手と第２継手の各端部２２の外径は、第１継手と第２継手の中間部２１の外径より大きい。そのため、段差部（８７，８８）が形成されている。
上記３）において、雄螺子部８５の貫通孔の内周面は、継手の端部２２の外径および中間部２１の外径と略同じ径大および径小の第１内周面および第２内周面ならびにその間に形成された段差部８８から構成される。
上記４）の雌ナット８４の内周面は、雄螺子部８５の外径および継手の中間部２１の外径と略同じ径大および径小の第３内周面および第４内周面ならびにその間に形成された段差部８７から構成される。
雄螺子部８５の貫通孔に、第１継手の段差部８８と雄螺子部の段差部８８が当接した状態で第１継手と第２継手の突き合わせ部が収納される。
雌ナット８４が雄螺子部８５に螺合して固定されると、雌ナット８４の段差部８７と第２継手の段差部８７が当接する。

次に、図１１を参照して、その他の実施形態の継手構造について説明する。
図１１は、一方の継手の端面が弁本体である場合の継手構造を示している。
図１１に示す継手構造は、軸方向の切断面が菱形形状で、対向する頂点で対向する継手の端面と当接するメタル材質のシールリング３を用いている。
パイプ継手の端部２２と弁本体８０の継手端部の突き合わせ部のシール性を保持すべく、継手の端面の形状は、端面の中央に浅い皿状もしくはリング状の凹みが形成されている。凹みの内周面のテーパ角は５９°であり、シールリングの外周壁のテーパ角６０°より１°狭くしている。
パイプ継手の端部２２端面、弁本体８０の継手端部の端面、それぞれの端面の中央に浅い皿状もしくはリング状の凹みが形成され、凹みのテーパ状の外周壁とシールリング３のテーパ状の外周面とで密着性が高まり、シール性を向上でき、高圧耐性が高まる。

次に、図１２を参照して、他の実施形態の継手構造について説明する。
図１２（１）に示す継手構造は、継手のパイプ部９１と端部１００が別々部材として存在し、それらが螺合により一体化される構造である。端部１００の外径は、パイプ部９１の外径より大きくなっている。パイプ部９１には螺子ヤマが２箇所設けられている（９２，９４）。螺子ヤマ９２は、端部１００の内壁に形成された螺子切りと螺合する。端部１００の外周凸部１０１の外径は、パイプ部９１の中間部９３の外径より大きく、継手の突き合わせ状態で端部１００の外周凸部１０１がクランプされる。
図１２（２）は、図１２（１）のＡの部分の断面図である。螺子ヤマ９２と中間部９３の間には、溝９５が形成され、中間部９３の端部は溝９５の壁面９６となっている。この壁面９６に当接する位置まで、端部１００が螺合しながら進むことになる。この構造によって、端部１００の端面１０４とパイプ部９１の端面９８が誤差を最小限に留めて面一になるようにする。パイプ部９１の端面９８の中央に凹み９９が形成されている。この凹み９９にシーリング（図示せず）が嵌合することで、シーリング性を向上させる。
図１２（３）は、継手のパイプ部９１と端部１００が螺合によって一体化されたものの端部を継手の軸方向から見た様子を描いている。パイプ部９１の端面９８と端部１００の端面１０４の間には若干の隙間ができているが、これは、パイプ部９１の螺子ヤマ９２の端部の外周壁９７と、端部１００の内壁との隙間である。
この継手構造では、既存のパイプの端部を加工して螺子ヤマ９２と溝９５と凹み９９とを形成させ、端部１００を螺合させることにより、高圧パイプ用継手として使用できるようになる。

１ 高圧パイプ用継手
２ａ，２０ａ 第１継手
２ｂ，２０ｂ 第２継手
３，３ａ シールリング
４，４ａ，４ｂ クランプ
５，５ａ，５ｂ，７，７ａ，７ｂ 締め付けボルト
６，６ａ，６ｂ ナット
１１ パイプの内空孔
２１ 中間部
２２ 端部
２３ 端面
２４ 端面の凹部
２４ａ テーパ面
３０ａ 第１パイプ
３０ｂ 第２パイプ
４１ バンド部
４２ 螺合部
５０ パイプ
５１ 螺合部
５２ グランドナット
５４ パイプの先端部
５５ カラー
６０ 継手本体
６１ 貫通孔
６２ 螺子孔
７０ リテーナ
７０ａ 爪部
７１ 溝部
７２，８７，８８ 段差
８０ 弁本体
８３，８６ 螺子
８４ 雌ナット
８５ 雄螺子部
９１ パイプ部
９２，９４ 螺子ヤマ
９３ 中間部
９５ 溝
１００ 端部

Claims (7)

1. 高圧パイプ用継手に用いるシールリング構造であって、
   前記シールリング構造は、シールリングとリテーナから構成され、
   前記シールリングは、ドーナツ形状であり、断面が直交する２つの対角線を有する四角形であって、１つの対角線はドーナツ形状で形成される平面の垂線と並行であり、その対角線上の対向する頂点がそれぞれ継手の端面と当接するものであり、
   前記リテーナが継手端面の周縁に係合し得ることを特徴とするシールリング構造。
2. 前記シールリングの外周壁のテーパ角は、継手の端面の中央に皿状の凹みが形成されている場合、該凹みの内周面のテーパ角より、０〜２°広く或いは０〜２°狭く、前記シールリングが前記凹みと嵌合し得ることを特徴とする請求項１に記載のシールリング構造。
3. 前記シールリングの外周壁のテーパ角は、継手の端面の中央にリング状の凹みが形成されている場合、該凹みの内周面のテーパ角より、０〜２°広く或いは０〜２°狭く、前記シールリングが前記凹みと嵌合し得ることを特徴とする請求項１に記載のシールリング構造。
4. 前記シールリングの周縁のテーパ角は、１０〜８０°であることを特徴とする請求項２又は３に記載のシールリング構造。
5. 前記リテーナは、前記シールリングの周囲に少なくとも３つの爪部が設けられ、それら爪部を継手の端面の周縁に係合させるものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のシールリング構造。
6. 前記リテーナは、前記シールリングの全周に設けられたことを特徴とする請求項５に記載のシールリング構造。
7. 前記シールリングは、銅、真鍮、或は、ニッケルから成るＯリングであることを特徴とする請求項１に記載のシールリング構造。