TWI394907B - 無螺栓式接合構造及其形成方法 - Google Patents

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Description

無螺栓式接合構造及其形成方法
本發明係關於無螺栓式接合構造及其形成方法。
將金屬製之流體管與聚乙烯管接合時，若是利用螺栓將分別形成於上述兩種管之凸緣(flange)互相鎖成一體之場合，由於該等部份之可撓性小，因此在管路上會產生弱點。為避免此一缺失，一般不使用螺栓而使用無螺栓式之接合構造將二管互相接合。日本的配水用聚乙烯管協會(POLITEC)亦推荐使用此種不使用凸緣之無螺栓式接合構造。
關於無螺栓式接合構造之文獻可舉例如：
1.日本特開2001-124278(摘要)
2.日本特開2005-61549(摘要)
3.日本特開平11-270763(摘要)
圖4表示此種習知無螺栓式接合構造之一例。
如圖所示，於連通至閥室100之金屬製第一流體管101接合有聚乙烯管102。此種無螺栓式接合構造之第一流體管101之內周形成有陰螺紋103，在聚乙烯管102之外周形成有陽螺紋104，藉螺合陰螺紋103與陽螺紋104將第一流體管101及聚乙烯管102接合一體，圖中代號105為內芯(inner core)。
由於此種習知之無螺栓式接合構造係利用螺紋將兩管101、102互相接合，因此需要製備具有上述螺紋構造之專用聚乙烯管。
本發明之主要目的為提供一種不必使用上述接合專用聚乙烯管之新穎無螺栓式接合構造。
本發明之另一目的為提供一種形成上述無螺栓式接合構造之方法。
為達成上述目的，本發明提供之無螺栓式接合構造係在第一流體管之接口部插入聚乙烯管之插口部，而在無需使用螺栓之下得以使上述兩者互相接合之一種流體管的無螺栓式接合構造，其特徵乃在於上述接口部及插口部之間隙插置一封密圈，在該接口部內周面設有一可與該聚乙烯管之外周面卡合而防止該聚乙烯管從該接口部脫開之卡合手段，以及一嵌合於該聚乙烯管之插口部內周之管狀金屬製內芯，其中該內芯可塑性變形而向徑向外方擴徑形成第一膨脹部，同時上述聚乙烯管之插口部則沿著該內芯之第1膨脹部向上述徑向的外方擴徑形成第2膨脹部，且由於上述卡合手段卡合於該第2膨脹部之外周面，因而得以防止該聚乙烯管脫開。
本發明不同於以往之藉螺合接合方式而係藉於聚乙烯管之上述第2膨脹部外周面卡合上述卡合手段使二管接合，因此可防止聚乙烯管脫開。
加之，金屬製之內芯可藉塑性變形之第1膨脹部保持聚乙烯之第2膨脹部的形狀，因此該第2膨脹部較無隨時間之經過發生變形之虞，可防止第一流體管及聚乙烯管不經意的脫開。
另外，該聚乙烯管可用由直管直接裁斷之管將其插入第一流體管之接口部即可，不必特別製造具有螺紋構造之專用聚乙烯管而且無需使用螺栓，可減少許多零組件。
再者，由於利用工模(jig)使內芯塑性變形而將兩管互相接合，故操作手續較為簡易而且又不必使用壓圈或接頭，因而能大幅降低成本。
又，若使第1膨脹部之縱斷面形狀向徑向之外方鼓脹，則第2膨脹部之外周面可沿著第一流體管之內側彎曲，因而可增進可撓性。即，第2膨脹部之外周面可沿著第一流體管之內周面作一如球面滑動軸受之彎曲，增進可撓性。
在此所謂內芯之「縱斷面」係指包含筒狀的內芯之軸線之斷面。
依本發明，上述之內芯之該第1膨脹部具有向上述接口部之深部逐漸擴大直徑之第1錐形(taper)狀部，而上述卡合手段最好是卡合於對應於該第1錐形狀部之上述第2膨脹部的部份。如此，對應於第1錐形狀部之聚乙烯管之第2膨脹部的部份便朝向接口部之內部形成逐漸擴大直徑之錐形狀，上述卡合手段卡合於該錐形狀部份時可發揮確實防止聚乙烯管脫開之功效。在此場合，由於對應於內芯之第1膨脹部的聚乙烯管之第2膨脹部沿著內芯之該第1膨脹部形成大玫鼓筒狀，因此聚乙烯管便可以關節狀的卡合於第一流體管中，從而增進可撓性。
依本發明，上述封密圈之位置最好係配置於比上述卡合手段之位置更內側之接口部。如此，第一流體管與聚乙烯管之接口部分會更紮實(compact)。
再說，依本發明，上述卡合手段最好係一體的形成於第一流體管，如此可進一步降低成本。同時，上述接口部可構 成一體連接於閥體的閥室(valve box)之接口部。
達成上述目的之本發明無螺栓式接合構造的形成方法包括下列步驟：將上述塑性變形前之內芯插入上述變形前之聚乙烯管之插口部之第一插入工序；將上述變形前之聚乙烯管插入上述接口部之第二插入工序；及接著在上述第二插入工序後，從上述內芯之內側施加一朝向徑向外方之力予該內芯使該內芯產生塑性變形而擴徑之擴徑工序。
爰佐以附圖詳細說明本發明之可取實施例於下。圖中同一符號代表同一或類同構件。
實施例1(參照圖1及圖2) 無螺栓接合構造
如圖1所示，在可鍛鑄鐵等金屬製第一流體管1之接口部1a插置有構成第二流體管之聚乙烯管2之插口部2a。上述第一流體管1之接口部1a為例如圖4之閥體之第一流體管101的接口部。又，聚乙烯管2之全長可為例如數十公分，可直接裁斷市售之聚乙烯管之直管取得。
在上述接口部1a與插口部2a之間插置封密圈3，藉此封密圈3封密接口部1a及插口部2a之接合部。
在上述聚乙烯管2之插口部2a的內周26嵌裝有管狀之金屬製內芯4。此內芯4可藉未圖示之工具塑性變形，使其朝向第一流體管1的徑向外方鼓起形成縱斷面形狀彎曲之第1膨脹 部40。
另外，在第一流體管的接口部1a之內周面16形成卡合手段11使其卡合於上述聚乙烯管2的外周面25以防止該聚乙烯管2從第一流體管1的接口部1a脫開。上述卡合手段11係由形成於第一流體管1之例如圓環狀的突條或刺狀之多數突起所構成。此等多數之突條，即卡合手段11，其直徑向接口部1a之深部方向X1逐漸增大，此等突條11可卡可於對應於該向接口部1a之深部方向X1逐漸擴大直徑之第1錐形狀部41之第2膨脹部20的部份(被卡合部21)。上述各突條11之內徑比聚乙烯管2之第2膨脹部20之最大徑部份(頂部22)之外徑為小。再者，若採用多數之刺狀突起作為卡合手段11則更可防止聚乙烯管作周方向之回轉。
第1膨脹部40
上述之內芯4之第1膨脹部40形成有上述之第1錐形狀部41。第一流體管1之上述卡合手段11係卡合於上述之被卡合部21。卡合手段11卡合於被卡合部21時可防止聚乙烯管2之脫開。
在施工後，即裝設後若在聚乙烯管2內有流體的壓力作用時，聚乙烯管2會因該流體壓力向脫開方向X2稍許移動致使卡合手段11喫進被卡合部21而防止聚乙烯管2從第一流體管1脫開。為此在製造時需將第1膨脹部40適當予以擴徑俾利卡合手段11接觸或稍許喫進被卡合部21。
另外，上述之內芯之第1膨脹部40形成有向第一流體管1之接口部1a之內部方向X1逐漸縮徑之第2錐形狀部42。
即，將第1及第2膨脹部40、21分別形成向第一流體管1之接口部1a之內側方向X1逐漸擴徑之被卡合部21及逐漸縮徑之部份，而由此兩擴徑及縮徑部份形成大致鼓筒狀。
封密圈3
封密圈3係配置於第一流體管1之卡合手段11之位置更為內側之上述接口部1a之內側方向X1位置。依此實施例，封密圈3係於其頂部22接觸於聚乙烯管2之外周面。
工模5
使上述之內芯4塑性變形形成第1膨脹部40時可使用如圖2A及圖2B所示之工模5。
如圖2A所示。該工模5備有按壓部50、筒部51及滑動件52。上述筒部51係沿著第一流體管1及聚乙烯管2之管軸方向X筒狀的延伸設置，同時在該筒部的上述內側方向X1的端部形成有第1凸緣部53。
上述滑動件52係形成得可在筒部51中沿管軸方向X滑動自如，且在該滑動件52之內側方向X1之端部形成為第2鍔部54。
在上述筒部51之第1凸緣部53與滑動件52之第2凸緣部54之間設有例如烏拉坦橡膠(urethane rubber)等製之環圈狀之上述接壓部50。此按壓部50之軸向長度最好是等同於擬塑性變形之內芯4之領域的全長。
形成無螺栓接合構造之方法
第一流體管1及聚乙烯管2可在出貨前在工廠預先組配(接合)好，亦可在施工現場之屋外組配。此組配作業包括下 述工序：
第一插入工序
首先如圖2A所示，於變形前之聚乙烯管2之插口部2a之內周26側插入外徑均勻之變形前之內芯4。
第二插入工序
然後，再將上述插入有內芯4之變形前之聚乙烯管2插入第一流體管1之接口部1a。又，上述接口部1a亦可連通於圖4所示之閥體之閥室100內。
擴徑工序
在上述第二插入工序後，如圖2A所示，將工模5插入內芯4內。隨後，使筒部51在所定之位置對聚乙烯管2定位後，將滑動件52往上述脫開方向X2引拉時，圖2B之以二點虛線所示之第2凸緣部54即沿實線所示之脫開方向X2移動。由此移動，按壓部50乃在該第2凸緣部54及第1鍔部53之間受到推壓而被推向內芯4側，使該按壓部50接觸於內芯4之內側46，同時由該推力使內芯4受到內芯4之內側46向徑向R外方之力，結果聚乙烯管2之內側45(圖1)乃被推向上述徑向R之外方而使該內芯4擴徑且該內芯4因塑性變形至成不還原形狀之硬化狀態。同時，由於內芯4之擴徑導致聚乙烯管2之擴徑而在聚乙烯管2上形成第2膨脹部20。此第2膨脹部20會繼續擴徑直至被卡合部21抵接於接口部1a之多數之突條11止。由於此種第2膨脹部20之形成，使得被卡合部21能與突條11相卡合而確實發揮防止聚乙烯管2脫開之功能且又可使封密圈3起壓縮變形而密接於聚乙烯管2之外周 面25。
工模之拔除工序
上述擴徑工序後，將滑動件52推回內側方向X1解除按壓部50之變形後，從內芯4及聚乙烯管2拔除工模5。至於塑性變形後之內芯4在拔除按壓部50後由於其硬化仍然保持其變形形狀，因此聚乙烯管2之形狀亦保持不變。
實施例2(參照圖3)
如圖3A所示，卡合手段11B係非設置於第一流體管1而是一獨立之構體，其接觸於第一流體管1之卡合手段11B之接觸面11A作成向卡合手段11B之內側方向X1逐漸擴徑之錐形狀。
於是，在施工後，圖3B所示之聚乙烯管2因水壓等而擴徑時，卡合手段11B將沿著接觸面11A之傾斜向脫開方向X2移動。由此卡合手段11B便可確實喫入被卡合部21。
其他構成與實施例1相同，且同一符號代表，故其說明從略。
另外，第一流體管1不必一定如圖4所示之閥室100者，且工模5亦只要能形成第1膨脹部40於內芯4者均可用。
依上述各實施例，第1及第2膨脹部40、20係形成鼓筒狀，但如圖5A及5B所示，將內芯4或聚乙烯管2僅予以擴徑且將擴徑部份弄平亦可。即，只要擴徑後之內芯4之外徑及擴徑後之聚乙烯管2之內徑比擴徑前之聚乙烯管2之內徑大就可。
另外，將內芯或聚乙烯管構成向接口部之內側逐漸擴徑 呈推拔(錐形)狀亦可。又，內芯不需完全呈圓環狀，具有沿軸向延伸之細縫(slit)之環狀或C字狀亦可。
實施例3(參照圖6A、圖6B及圖7)
如圖6A所示，第一流體管1的卡合手段11係以圓環狀一體的形成之角部(edge)11所形成。此卡合手段即角部11係相當於實施例1之突條11，具有比擴徑後之第2膨脹部20之頂部22的外徑為小之內徑。同時該第一流體管1形成有凸緣1F。
如圖6B所示，聚乙烯管2例如藉由工模5(未圖示)擴徑，則其卡合手段之角部11即會抵接於被卡合部21，繼後若有水壓產生之脫開力作用於聚乙烯管2，即加壓狀態時，如圖7所示，被係口部21即喫進角部11。
第2膨脹部20係由被卡合部21及逐漸縮徑之部分一體形成鼓筒狀者，由於逐漸增大直徑之部分，即在第2膨脹部20之頂部22的前方側(即第一流體管1之接口部1a之脫開方向X2)有卡合手段之角部11喫進被卡合部21，因而可防止聚乙烯管2脫開。
上述角部11只要形成可在第2膨脹部20之頂部的前方側喫進該膨脹部20即可。
在此實施例中由於其相當於突條11之係合手段之角部11只有一處，因此聚乙烯管2之對突條11的喫進力或變形較大，有易發生滑動(creep)現象之可能性，因此最好設置複數處之角部11。
其他構成與實施例1相同，又圖中同一構件或相當部分 以圖一符號代表，故其說明從略。
實施例4(參照圖8及圖9)
如圖8所示，第一流體管1之卡合手段11係一體形成於第一流體管1而且朝向封密圈3側呈稍許擴開之大致圓錐面狀。因此，如圖9所示，當聚乙烯管2例如藉由工模5(未圖示)擴徑時，作為卡合手段之卡合面11即會幾手無餘隙的全面接觸於被卡合部21。
第2鼓筒部20為由被卡合部21及逐漸縮徑部分一體形成鼓筒狀者，其逐漸增大直徑之部分，即第2膨脹部20之頂部22的前方側(即第一流體管1之接口部1a之脫開方向X2)有卡合手段11以幾乎無餘隙的全面接觸於被卡合面21，因而可防止聚乙烯管2之脫開。上述卡合手段11上亦形成多數之針狀或楔狀之突起(卡筍)。
其他構成與實施例1相同，因此其說明從略。
另外，聚乙烯管2之擴徑所用之工模亦如圖10A~圖10D所示之工模5。其中圖10B所示者備有楔形滑動件58及按壓部59。此等滑動件58及按壓部59係上下對象的形成，且如圖10A所示，該按壓部59係由多數個之構件(segment)構成。
又如圖10B所示，上述之楔形滑動件58係沿軸向X滑動自如的設置，而接壓部59則沿徑向R及滑動自如的設置。
如圖10D所示，將楔形滑動件58沿前方向X2推動時，如圖10C及圖10D之二點虛線所示，按壓部59會因該楔形滑動件58之作用向徑方向R之外方移動，於是內芯4(未圖示)乃起塑性變形而擴徑。
圖11A及圖11B所示為備有按壓部50A、50B之例子。此種工模5通用於小口徑管之接合。即，第1按壓部50A在卡合手段11之內側使內芯4塑性變形而使內芯及聚乙烯管脹大，此變形使被卡合部21卡合於卡合手段11防止脫開。又，第2按壓部50B則在封密圈3之內側使內芯4塑性變形而使用內芯4及聚乙烯管2脹大，此變形使頂部22緊貼於封密圈3而發揮封密功效。
又，形成上述之第1膨脹部40時，除上述各實施例外亦可使用藉內壓使內芯4之一部分脹大之膨脹加工法。此類加工法有使用橡膠或金屬、液壓等多種已知的方法。
由上所述，本發明提供一種將二支管互相連接所用之無螺栓接合構造以及形成該無螺栓接合構造之方法，以供產業上使用。
1，101‧‧‧第一流體管
1a‧‧‧接口部
2，102‧‧‧聚乙烯管
2a‧‧‧插口部
3‧‧‧封密圈
4‧‧‧內芯
5‧‧‧工模(工具)
11‧‧‧卡合手段
20‧‧‧第2膨脹部
21‧‧‧被卡合部
40‧‧‧第1膨脹部
41‧‧‧第1錐形狀部
42‧‧‧第2錐形狀部
X1‧‧‧內側方向
X2‧‧‧脫開方向
50‧‧‧按壓部
51‧‧‧筒部
52‧‧‧滑動件
53‧‧‧第1凸緣部
54‧‧‧第2凸緣部
100‧‧‧閥室
103‧‧‧陰螺紋
104‧‧‧陽螺紋
圖1為本發明實施例之無螺栓式接合構造之縱斷面示意圖。
圖2A及圖2B為表示上示無螺栓式接合構造之形成方法之縱斷面示意圖。
圖3A及圖3B為表示本發明第2實施例之無螺栓式接合構造之形成方法之縱斷面示意圖。
圖4為表示習知無螺栓式接合構造之部份切缺側面示意圖。
圖5A及圖5B為表示本發明變形實施例之無螺栓式接合 構造之形成方法之縱斷面示意圖。
圖6A及圖6B表示本發明實施例3之無螺栓式接合構造之形成方法之縱斷面示意圖。
圖7為表示加壓狀態下之上示無螺栓式接合構造之縱斷面示意圖。
圖8表示本發明實施例4之無螺栓式接合構造之形成方法之縱斷面示意圖。
圖9為上示無螺栓式接合構造之形成方法之縱斷面示意圖。
圖10A表示工模之實施例之橫斷面示意圖；圖10B為其側面示意圖；圖10C表示該工模擴徑時之橫斷面示意圖；圖10D為其側面示意圖。
圖11圖及11B表示實施例5之無螺栓式接合構造之形成方法之縱斷面示意圖。
1‧‧‧第一流體管
1a‧‧‧接口部
2‧‧‧聚乙烯管
2a‧‧‧插口部
3‧‧‧封密圈
4‧‧‧內芯
11‧‧‧卡合手段
20‧‧‧第2膨脹部
21‧‧‧被卡合部
22‧‧‧頂部
25‧‧‧外周面
26‧‧‧內周
40‧‧‧第1膨脹部
41‧‧‧第1錐形狀部
42‧‧‧第2錐形狀部
45、46‧‧‧內側
X1‧‧‧內側方向
X2‧‧‧脫開方向

Claims (7)

  1. 一種流體管之無螺栓式接合構造，係在第一流體管之接口部插入聚乙烯管之插口部，而在無需使用螺栓之下使上述兩管互相連接，其特徵包括：配設於上述接口部及插口部之間以封密該接口部及插口部之間之間隙的一封密圈；設置於該接口部的內周且卡合於該聚乙烯管之外周面以防止該聚乙烯管從該接口部脫開之一卡合手段；嵌合於上述聚乙烯管之插口部之內周之具有或不具有長度方向(軸向)之細縫之一管狀金屬製內芯，其中該內芯係經塑性變形成向徑向外方膨脹成具有縱斷面形狀呈彎曲之第1膨脹部，且該聚乙烯管之插口部沿著該內芯之上述第1膨脹部形成有向上述徑向之外方膨脹狀的變形之第2膨脹部，而該內芯之上述第1膨脹部具有向該接口部之內側逐漸擴徑之第1錐形狀部，於是當上述卡合手段卡合於對應於該第1錐形狀部之上述第2膨脹部的外周面部分時，即可防止上述聚乙烯管之脫開。
  2. 如請求項1之無螺栓式接合構造，其中該內芯之該第1膨脹部具有向第一流體管之接口部之內側方向逐漸縮徑之第2錐形狀部，且該第2錐形部係設於比上述第1錐形狀部更位於上述接口部的內側。
  3. 如請求項1之無螺栓式接合構造，其中該封密圈之位置在該接口部的內部，且比該卡合手段更位於該接口部之內側。
  4. 如請求項1之無螺栓式接合構造，其中該卡合手段係與該第一流體管一體形成者。
  5. 如請求項1之無螺栓式接合構造，其中該接口部係一體連設於閥室之接口部。
  6. 如請求項1之無螺栓式接合構造，其中該封密圈係設置於上述第1錐形部及第2錐形部之間乃至境界。
  7. 一種請求項1所述之無螺栓式接合構造之形成方法，包括下述工序：於上述變形前之聚乙烯管之插口部之內周插置上述塑性變形前之內芯之第一插入工序；將上述變形前之聚乙烯管插置上述接口部之第二插入工序；及於上述第二插入工序後從上述內芯之內側向徑向外方施力於該內芯使其擴徑而使上述內芯產生塑性變形之擴徑工序。
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