WO2017073088A1 - 管状構造物及びその製造方法 - Google Patents

管状構造物及びその製造方法 Download PDF

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WO2017073088A1
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housing
tubular member
tubular structure
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進之助 西島
冨村　宏紀
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日新製鋼株式会社
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    • F16L21/065—Joints with sleeve or socket with a divided sleeve or ring clamping around the pipe-ends tightened by tangentially-arranged threaded pins

Definitions

  • the present invention relates to a tubular structure and a manufacturing method thereof.
  • ductile cast iron pipes are often used as tubular structures such as water pipes. Since the ductile cast iron pipe is made of cast metal, it has a high degree of freedom in shape. For this reason, a wide variety of joints exist and are used in the right place for the right material.
  • stainless steel (SUS) also exists as a tubular structure such as a water pipe.
  • SUS pipes are limited to specific applications because the processing of joints is not easy.
  • the SUS tube has the following advantages. Long service life compared to ductile cast iron pipe. Problems such as red water and blue water are unlikely to occur, and stress corrosion cracking does not occur in a room temperature environment, so the running cost is low. For this reason, use of the SUS pipe
  • Such a tubular structure made of SUS is connected by arranging the housing on the outer periphery of the two tubular structures so that the tube ends thereof face each other.
  • An annular protrusion is provided at the tube end portion of the tubular structure.
  • two or more annular grooves are provided on the inner peripheral surface of the housing.
  • the housing is generally manufactured by casting. Since casting has poor dimensional accuracy, the clearance between the housing and the tubular structure may be large. When the clearance increases, the tubular structures connected by the housing are likely to be removed. For this reason, the structure which arrange
  • the present invention can prevent the tube from being removed and can absorb the vibration in the length direction to some extent, and a method for manufacturing the tubular structure.
  • the purpose is to provide.
  • a tubular member in which an annular protrusion is provided at a tube end, and an outer periphery of the tubular member, disposed on the opposite side to the tube end with respect to the annular protrusion, the tubular member And a ring member having two side surfaces perpendicular to the axis of the tubular structure.
  • One of the tube end portions of the tubular member is an insertion port, and the other is a receiving port having a larger diameter than the insertion port, and the annular protrusion and the ring are provided on at least one side of the insertion port or the receiving port. It is preferable that a member is provided.
  • the tubular structure can be connected to an inner peripheral surface by a housing having a groove into which the annular protrusion is inserted, and the height of the ring member includes an outer peripheral surface of the tubular member and an inner peripheral surface of the housing. And the distance between the outer peripheral surface of the tubular member and the bottom surface of the groove is preferably smaller.
  • the clearance between the outer peripheral surface of the tubular member and the inner peripheral surface of the ring member is equal to or greater than the minimum clearance at which the ring member can be inserted into the outer periphery of the tubular member. It is preferable that the clearance is smaller than the maximum clearance with the peripheral surface.
  • tubular member and the ring member are made of stainless steel.
  • a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a tubular structure in which a ring member is inserted into a tubular member, and an annular protrusion is formed in a portion of the tubular member that is closer to the tube end than the ring member.
  • the tubular structure can be prevented from being removed and the vibration in the lengthwise direction can be absorbed to some extent, and its manufacture.
  • a method can be provided.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the state which connected two tubular structures concerning embodiment using the housing.
  • the housing is shown in a sectional view seen from the direction of arrow B in FIG.
  • It is a figure which shows the manufacturing method of a tubular structure (a) shows the state before formation of a small diameter side annular protrusion, (b) shows the state after formation of a small diameter side annular protrusion.
  • It is a figure explaining a rolling process method (a) is sectional drawing before the rolling process of the direction perpendicular
  • (c) is sectional drawing along the axis A of a small diameter part, and shows the state after a rolling process. It is the photograph of the principal part of a tubular structure, (a) is the state where the housing is not attached, (b) is the state which has arrange
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which two tubular structures 100 according to the embodiment (100A, 100B) are connected using a sealing rubber 40 and a housing 30.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state in which two tubular structures 100 according to the embodiment (100A, 100B) are connected using a sealing rubber 40 and a housing 30.
  • the tubular structure 100 of embodiment is used for the pipe joint part for fluid supply, it is not limited to this.
  • the tubular structure 100 of the embodiment includes a tubular member 1 and a square ring 13 that is a ring member disposed on the outer periphery of the tubular member 1.
  • the tubular member 1 is made of, for example, a steel pipe made of stainless steel (SUS304).
  • the tubular member 1 has a small diameter portion 10 and a large diameter portion 20 provided continuously from one end of the small diameter portion 10.
  • the end of the small diameter portion 10 on the side that is not continuous with the large diameter portion 20 serves as the insertion opening 11 connected to the large diameter portion 20 of the other tubular member 1.
  • a small-diameter-side annular projection 12 is formed by rolling using plastic deformation.
  • the end of the large diameter portion 20 on the side that is not continuous with the small diameter portion 10 serves as a receiving port 21 connected to the insertion port 11 of the other tubular member 1.
  • a large-diameter annular protrusion 22 is formed near the end of the receiving port 21 by rolling using plastic deformation.
  • the square ring 13 includes a small-diameter side angular ring 13A and a large-diameter side angular ring 13B.
  • the small-diameter side ring 13A is inserted on the outer periphery of the small-diameter portion 10 on the large-diameter portion 20 side of the small-diameter-side annular protrusion 12 (on the side opposite to the insertion opening 11 that is the tube end portion).
  • the large-diameter side corner ring 13B is inserted on the outer periphery of the large-diameter portion 20 on the small-diameter portion 10 side of the large-diameter-side annular protrusion 22 (on the side opposite to the receiving port 21 that is the tube end portion).
  • the corner ring 13 will be described unless it is necessary to distinguish between them.
  • the material of the square ring 13 is, for example, stainless steel (SUS304). Although the material of the square ring 13 is not limited to stainless steel, it is preferable that the hardness of the square ring 13 is not less than the softness of the housing 30 and the annular protrusions 12 and 22 (tubular member 1). If the square ring 13 is softer than the housing 30 and the annular protrusions 12 and 22, the square ring 13 is plastically deformed when a force is applied in a direction in which the two tubular structures 100A and 100B to be connected are separated from each other. Due to this plastic deformation, there is a possibility that the depipe prevention performance is not ensured.
  • SUS304 stainless steel
  • the square ring 13 is an annular member having a rectangular cross section.
  • the corner ring 13 of the embodiment is formed by bending a wire member into a circular shape and welding an end portion.
  • the present invention is not limited to this, and the end portion may not be welded. You may manufacture the punching process of a plate member, or a rough-shaped casting by cutting.
  • the square ring 13 is not necessarily a ring-shaped integrated body, and may be, for example, a two-parted type.
  • the square ring 13 can be manufactured with higher accuracy than when the square ring 13 is still manufactured by casting.
  • the square ring 13 has two side surfaces 13 a and 13 b parallel to each other along a plane perpendicular to the axis A of the tubular member 1. However, the side surface does not have to be strictly perpendicular to the axis A.
  • the thickness of the square ring 13 (distance between the side surface 13a and the side surface 13b) is less than 1 mm, it can be deformed and enter the clearance between the inner peripheral surface of the housing 30 and the inner peripheral surface of the tubular member 1. There is sex. For this reason, 1 mm or more is preferable, More preferably, it is 2 mm or more.
  • the tubular structure 100 is required to have a stretchability of about plus or minus 1.0% with respect to the tube length, for example, according to JWWA standard (Japan Water Works Association standards) G113.
  • the square ring 13 is inserted together with the annular protrusion 12 into a groove (described later) of the housing. Therefore, if it is too thick, there is no room for relative movement between the housing 30 and the tubular structure 100. For this reason, stretchability cannot be ensured. Therefore, 4 mm or less is preferable.
  • the height (radial width) of the square ring 13 is larger than 2.5 mm which is the maximum clearance between the inner peripheral surface of the housing 30 (the inner peripheral surface of the portion other than the groove) and the outer peripheral surface of the tubular member 1. 3 mm or more is preferable.
  • the height of the square ring 13 is preferably 20 mm or less, which is the distance between the bottom of a groove (described later) provided in the housing 30 and the outer peripheral surface of the tubular member 1. In the present embodiment, the height of the square ring 13 is 8 mm.
  • the clearance between the inner peripheral surface of the square ring 13 and the outer peripheral surface of the tubular member 1 is preferably 0.2 mm or more, which is the minimum clearance that can be inserted into the outer peripheral surface of the tubular member 1.
  • the clearance between the inner peripheral surface of the square ring 13 and the outer peripheral surface of the tubular member 1 is preferably smaller than 2.5 mm, which is the maximum clearance of the inner peripheral surface (portion other than the groove) of the housing 30.
  • the clearance 30 between the inner peripheral surface of the square ring 13 and the outer peripheral surface of the tubular member 1 is 0.5 mm.
  • a sealing rubber 40 is attached to the outer periphery of the connecting portion of the two tubular structures 100.
  • the sealing rubber 40 has two inner peripheral surfaces 41 and 42 facing the outer peripheral surface of the tubular member 1, and has a substantially U shape in the cross section shown in FIG. However, it is not limited to this, For example, L shape may be sufficient.
  • the diameter of one inner peripheral surface 41 is slightly smaller than the diameter of the outer peripheral surface of the small-diameter portion 10, and when it is disposed on the outer peripheral surface of the small-diameter portion 10, it elastically deforms and comes into close contact with the outer peripheral surface of the small-diameter portion 10.
  • the other inner peripheral surface 42 is slightly smaller than the diameter of the outer peripheral surface of the large-diameter portion 20 and is elastically deformed when it is disposed on the outer peripheral surface of the large-diameter portion 20 so as to be in close contact with the outer peripheral surface of the large-diameter portion 20.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view seen from the direction of arrow B in FIG.
  • the housing 30 is made of cast iron defined by JIS standard (Japanese Industrial Standards) G5502 FCD450. Since the housing 30 is made of cast iron as described above, the dimensional tolerance is larger than that of the square ring 13, and the maximum clearance between the inner peripheral surface of the housing 30 (the portion where no groove is provided) and the outer peripheral surface of the tubular member 1. Is about 2.5 mm.
  • the housing 30 includes two semicircular members 30A and 30B.
  • Each of the semicircular members 30 ⁇ / b> A and 30 ⁇ / b> B includes a semicircular ring portion 31 along the outer periphery of the tubular member 1 and two flange portions 32 extending radially outward from both ends of the semicircular ring portion 31.
  • Each flange portion 32 is provided with a hole 33.
  • Bolts 34 are inserted into the holes 33, and nuts 35 are screwed onto the ends of the screw portions of the bolts 34.
  • nuts 35 are screwed onto the ends of the screw portions of the bolts 34.
  • the two semicircular members 30A, 30B cover the outer periphery of the tubular structure 100, and the two tubular structures 100 are connected.
  • annular groove 36 that covers the outer periphery of the annular protrusion 22 of the receiving port 21, an annular groove 37 that fits the sealing rubber 40, and an annular shape of the insertion port 11.
  • An annular groove 38 covering the protrusion 12 is provided.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing the tubular structure 100 of the embodiment.
  • FIG. 3A shows a state before the annular protrusion 12 is formed
  • FIG. 3B shows a state after the formation of the annular protrusion 12.
  • FIG. 3 illustrates a method of attaching the small-diameter side corner ring 13A to the small-diameter portion 10 that is a part of the manufacturing method of the tubular structure 100.
  • the method of attaching the large-diameter side corner ring 13B to the large-diameter portion 20 is the same as the method of attaching the small-diameter side corner ring 13A to the small-diameter portion 10. Therefore, the following description will be made as a method of attaching the square ring 13 to the tubular member 1 without distinguishing both.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a rolling method.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view before rolling in a direction perpendicular to the axis A of the tubular member 1.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the axis A of the tubular member 1 and shows a state before the rolling process.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view along the axis A of the tubular member 1 and shows a state after the rolling process.
  • the tube end portion (insert 11) of the tubular member 1 is sandwiched between the convex roller 51 and the concave roller 52. Then, one or both of the convex roller 51 and the concave roller 52 are relatively moved in a direction in which they are close to each other. As a result, the portion of the small diameter portion 10 sandwiched between the convex roller 51 and the concave roller 52 is deformed. In this state, the convex roller 51 and the concave roller 52 are rotated.
  • the tubular structure 100 provided can be manufactured.
  • a square ring is a two-split type, a square ring can be attached after forming the annular protrusion 12.
  • a method for connecting the tubular structure 100 will be described. First, the sealing rubber 40 is inserted into the connecting side of the insertion port 11 or the receiving port 21 in one of the two tubular structures 100 to be connected. Next, the connecting side of the insertion port 11 or the receiving port 21 in the other of the two tubular structures 100 is inserted into the sealing rubber 40.
  • the semicircular members 30A and 30B of the housing 30 are disposed on the outer periphery of the tubular structure 100, and the flange portion 32 of the semicircular member 30A and the flange portion 32 of the semicircular member 30B are opposed to each other. Then, the bolt 34 is inserted into the hole 33 provided in the both flange portions 32, and the nut 35 is screwed onto the tip of the screw portion of the bolt 34. By tightening the nut 35, the two semicircular members 30A, 30B cover the outer periphery of the tubular structure 100, and the two tubular structures 100 are connected.
  • FIG. 5 is a photograph of the main part of the tubular structure 100
  • FIG. 5 (a) is a state where the housing 30 is not attached
  • FIG. 5 (b) is a state where the semicircular member 30A of the housing 30 is disposed
  • FIG.5 (c) is the photograph which expanded a part of FIG.5 (b).
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the separation load (kN) and the height (mm) of the annular protrusion in the cases (A) and (B) of the tubular structure of the comparative form.
  • the tubular member has a nominal diameter of 150A (actual diameter: ⁇ 165.2 mm, pipe thickness: 3.5 mm).
  • the detachment load is the maximum load that can be withstood when two tubular structures are connected using a housing and a force is applied in a direction in which both tubular structures are separated from each other.
  • a load (necessary load) required as a separation load when actually used is 450 kN. If it is less than that, for example, in the state where the two tubular structures are connected, if a force is generated in a direction away from each other due to an earthquake or the like, the two tubular structures are easily untubed, which is not preferable.
  • the separation load is 450 kN or less, which is a necessary load. Therefore, it is not preferable as a product.
  • the separation load is 450 kN or less, which is a necessary load, until the annular protrusion is about 7 mm or less. Therefore, it is not preferable as a product.
  • the annular protrusion is not high to some extent, There is a high possibility that the two tubular structures will escape.
  • the housing is usually manufactured by casting. Casting may have large manufacturing variations and large clearances. Therefore, there is a possibility that the tubular structure of the comparative form can be easily removed from the tube if the annular protrusion is not considerably high.
  • the annular protrusion is formed by plastic deformation, it is not preferable to make the annular protrusion so high from the viewpoint of securing the strength.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of Table 1.
  • each of the square rings 13A and 13B has a height of 8 mm.
  • Width 1.0 mm, large clearance between the outer periphery of the tubular member 1 and the inner periphery of the housing (2.5 mm on one side) (2) Width 2.0 mm, large clearance between the outer periphery of the tubular member 1 and the inner periphery of the housing (2.5 mm on one side) (3) Width 2.0 mm, small clearance between the outer periphery of the tubular member 1 and the inner periphery of the housing (1.0 mm on one side) (4) Width 4.0 mm, small clearance between the outer periphery of the tubular member 1 and the inner periphery of the housing (1.0 mm on one side) (5) Moreover, the tubular structure which does not use a square ring as a comparison form was also prepared.
  • the height of the annular protrusion 12 provided on the tubular member 1 is six types of 3.5, 5, 6, 7, 10, 12 mm when the nominal diameter is 80A, and is four, six, eight when the nominal diameter is 150A. In the case of a nominal diameter of 250 A, five types of 10, 18 mm, and 5, 6, 9, 15, and 20 mm were prepared.
  • the tubular member 1 of the tubular structure 100 of the embodiment the following three types were prepared.
  • A Nominal diameter 80A (actual diameter: ⁇ 89.1 mm, tube thickness: 3.0 mm). The required load at this time is 240 kN.
  • B Nominal diameter 150A (actual diameter: ⁇ 165.2 mm, tube thickness: 3.5 mm). The necessary load at this time is 450 kN.
  • C Nominal diameter 250A (actual diameter: ⁇ 267.4 mm, tube thickness: 4.0 mm). The required load at this time is 750 kN.
  • the separation load is a required load not only in the case of a small clearance (1.0 mm on one side) but also in the case of a large clearance (2.5 mm on one side). It was 240 kN or more.
  • the separation load is a required load not only in the case of a small clearance (1.0 mm on one side) but also in the case of a large clearance (2.5 mm on one side). It was 450 kN or more.
  • the separation load is a required load not only in the case of a small clearance (1.0 mm on one side) but also in the case of a large clearance (2.5 mm on one side). It was 750 kN or more.
  • the detachment load is increased and it is difficult to remove the tube, compared to the case where the square rings 13A and 13B are not provided.
  • the square rings 13A and 13B are attached.
  • the square rings 13 ⁇ / b> A and 13 ⁇ / b> B are rectangular in cross section and have two side surfaces 13 a and 13 b along a plane perpendicular to the axis of the tubular member 1.
  • the square rings 13A and 13B are manufactured with higher accuracy than the housing 30. Therefore, the contact area with the side surface perpendicular to the axis A of the annular protrusions 12 and 22 does not vary, and the contact area can be reliably maintained.
  • the side surfaces of the square rings 13A and 13B on the housing 30 side are also surfaces perpendicular to the axis A of the tubular member 1.
  • the upper sides of the side surfaces of the square rings 13A and 13B are not curved like the annular protrusions 12 and 22. For this reason, even if the clearance between the housing 30 and the side surface of the tubular member 1 increases due to manufacturing errors of the housing 30, the upper portions of the side surfaces of the annular protrusions 12 and 22 are connected to the inner surface of the housing 30 and the square ring. A contact area between the side surfaces of 13A and 13B can be secured. Therefore, the tube can be prevented from being removed.
  • the angular rings 13A, 13B are arranged adjacent to the annular protrusions 12, 22. Since the annular protrusions 12 and 22 are formed by rolling, the hardness is improved by work hardening as compared with other portions of the tubular member 1. In addition to this, angular rings 13A and 13B are arranged adjacent to the annular protrusions 12 and 22, respectively. Therefore, the separation load can be further increased by the synergistic effect with the reason (1).
  • the square rings 13 ⁇ / b> A and 13 ⁇ / b> B are not welded to the side surface of the tubular member 1, and can move in the direction of the axis A with respect to the tubular member 1. Therefore, vibrations in the length direction of the tubular structure 100 can be absorbed to some extent. Therefore, the pipe can be prevented from being piped even when shaking occurs due to an earthquake or the like.
  • the tubular structure 100 of the embodiment has been described with respect to the form in which the annular protrusions and the square rings 13A and 13B are arranged on both sides of the insertion slot 11 and the receiving slot 21.
  • the present invention is not limited to this.
  • the insertion slot 11 is provided with an annular protrusion and angular rings 13A and 13B, and the angular opening 13A and 13B is welded to the tubular member 1 without providing an annular protrusion at the receiving opening. May be.

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Abstract

　ハウジングと管状構造物との間のクリアランスが大きい場合であっても、脱管を防止することができるとともに、長さ方向の振動も、ある程度吸収可能な管状構造物及びその製造方法を提供する。　本発明は、環状突部１２，２２が管端部である挿口１１又は受口２１側に設けられた管状部材１と、前記管状部材１の外周における、前記環状突部１２，２２に対する前記管端部と反対側に配置され、前記管状部材１の軸線Ａに対して垂直な２側面を有するリング部材１３Ａ，１３Ｂと、を備える管状構造物１００である。

Description

管状構造物及びその製造方法
　本発明は、管状構造物及びその製造方法に関する。
　従来、水道配管等の管状構造物として、ダグタイル鋳鉄管が多く用いられている。ダグタイル鋳鉄管は鋳物製であるため形状の自由度が高い。このため、多種多様な継手が存在し、適材適所に利用されている。
　一方、水道配管等の管状構造物として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）も存在する。しかし、ＳＵＳ管は継手の加工が容易でないため、特定の用途に限定されている。しかし、ＳＵＳ管には以下の利点がある。ダグタイル鋳鉄管と比べて耐用年数が長い。赤水、青水等の問題が発生しにくく、常温環境下では応力腐食割れが発生しないので、ランニングコストが安い。このため、今後、種々の用途へのＳＵＳ管の使用が求められている。
　このようなＳＵＳ製の管状構造物は、２本の管状構造物の管端部同士を対向させ、その外周にハウジングを配置することにより連結されている。
　管状構造物の管端部分には、環状突部が設けられている。一方、ハウジングの内周面には２以上の環状溝が設けられている。管状構造物の外周にハウジングを取り付ける際、そのうちの２つの環状溝に、連結する２本の管状構造物の環状突部をそれぞれ入れる。そして、ハウジングを管状構造物に固定する。これにより、２本の管状構造物は連結される（特許文献１参照）。
　しかし、ハウジングは、一般に鋳造により製造されている。鋳造は、寸法精度が悪いので、ハウジングと管状構造物との間のクリアランスが大きい場合もある。クリアランスが大きくなると、ハウジングにより連結された管状構造物同士が脱管しやすい。
　このため、ハウジングと管状構造物との間にストッパ用リングを配置する構造が開示されている（特許文献２参照）。
　この従来技術によると、ハウジングと管状構造物との間のクリアランスが大きい場合であっても、ストッパ用リングによって、ハウジングの寸法精度のばらつきを補うことができる。
特許第５７２７６６３号公報 実用新案登録第３１７１０６７号公報
　しかし、特許文献２に記載の従来技術は、ストッパ用リングの軸方向の長さが、そのストッパ用リングが挿入されるハウジングの環状溝と等しい。そして、ストッパ用リングの内周面に設けられた溝に、管状構造物の環状突部が密に嵌合している。このため、ハウジングと管状構造物とが軸方向に固定される。ゆえに、例えば地震等における揺れが生じた場合、管状構造物の長さ方向の揺れを吸収しにくい。
　本発明は、ハウジングと管状構造物との間のクリアランスが大きい場合であっても、脱管を防止することができるとともに、長さ方向の振動も、ある程度吸収可能な管状構造物及びその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の見地は、環状突部が管端部に設けられた管状部材と、前記管状部材の外周における、前記環状突部に対する前記管端部と反対側に配置され、前記管状部材の軸線に対して垂直な２側面を有するリング部材と、を備える管状構造物である。
　前記管状部材の管端部の一方は挿口で、他方は前記挿口よりも大径の受口であり、前記挿口又は前記受口の少なくとも一方の側に、前記環状突部及び前記リング部材が設けられていることが好ましい。
　前記管状構造物は、内周面に、前記環状突部が挿入される溝を有するハウジングによって連結可能で、前記リング部材の高さは、前記管状部材の外周面と、前記ハウジングの内周面との最大クリアランスより大きく、前記管状部材の外周面と前記溝の底面と間の距離より小さいこと、が好ましい。
　前記管状部材の外周面と前記リング部材の内周面との間のクリアランスは、前記管状部材の外周に前記リング部材が挿入可能な最小クリアランス以上で、前記管状部材の外周面と前記ハウジングの内周面との最大クリアランスより小さいこと、が好ましい。
　前記管状部材および前記リング部材は、ステンレス鋼により形成されること、が好ましい。
　本発明の第２の見地は、管状部材にリング部材を挿入し、前記管状部材における、前記リング部材よりも管端部よりの部分に環状突部を形成する管状構造物の製造方法である。
　本発明によると、ハウジングと管状構造物との間のクリアランスが大きい場合であっても、脱管を防止することができるとともに、長さ方向の振動も、ある程度吸収可能な管状構造物及びその製造方法を提供することができる。
実施形態にかかる管状構造物を２本、ハウジングを用いて連結した状態を示す断面図である。 図１の矢印Ｂの方向から見た断面図で、ハウジングを示す。 管状構造物の製造方法を示す図であり、（ａ）は小径側環状突部の形成前の状態を示し、（ｂ）は小径側環状突部の形成後の状態を示す。 転造加工方法を説明する図であり、（ａ）は小径部の軸線Ａに垂直な方向の転造加工前の断面図、（ｂ）は、小径部の軸線Ａに沿った断面図であり、転造加工前の状態を示し、（ｃ）は、小径部の軸線Ａに沿った断面図であり、転造加工後の状態を示す。 管状構造物の要部の写真であり、（ａ）はハウジングが取り付けられていない状態、（ｂ）はハウジングの半円部材Ａを配置した状態であり、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大した写真である。 比較形態の管状構造物における離脱荷重（ｋＮ）と環状突部の高さとの関係を示すグラフである。 本実施形態の管状構造物について実験を行った結果を示すグラフである。
　以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　図１は実施形態にかかる管状構造物１００を２つ（１００Ａ，１００Ｂ）、シーリングゴム４０およびハウジング３０を用いて連結した状態を示す断面図である。実施形態の管状構造物１００は、流体送給用の管継手部分に用いられるものであるが、これに限定されない。
　（管状構造物）
　実施形態の管状構造物１００は、管状部材１と、その管状部材１の外周に配置されたリング部材である角リング１３とを備える。
　（管状部材）
　管状部材１は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）製の鋼管により構成される。管状部材１は、小径部１０と、小径部１０の一端から連続して設けられた大径部２０とを有する。
　小径部１０の、大径部２０に連続していない側の端部は、他の管状部材１の大径部２０に連結される挿口１１となる。挿口１１の端部近傍には、塑性変形を利用した転造加工により小径側環状突部１２が形成されている。
　大径部２０の、小径部１０に連続していない側の端部は、他の管状部材１の挿口１１に連結される受口２１となる。受口２１の端部近傍には、塑性変形を利用した転造加工により大径側環状突部２２が形成されている。
　（角リング）
　角リング１３は、小径側角リング１３Ａと、大径側角リング１３Ｂとを備える。小径側角リング１３Ａは、小径部１０の外周における、小径側環状突部１２の大径部２０側（管端部である挿口１１と反対側）に挿入されている。大径側角リング１３Ｂは、大径部２０の外周における、大径側環状突部２２の小径部１０側（管端部である受口２１と反対側）に挿入されている。以下、特に区別して説明する必要がない場合、角リング１３として説明する。
　角リング１３の材質は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３０４）である。角リング１３の材質はステンレスに限定されないが、角リング１３の硬さは、ハウジング３０及び環状突部１２，２２（管状部材１）のうちの柔らかいもの以上の硬さを有することが好ましい。
　角リング１３がハウジング３０及び環状突部１２，２２よりも柔らかいと、連結する２本の管状構造物１００Ａ、１００Ｂが互いに離れる方向に力が加わったときに、角リング１３が塑性変形する。この塑性変形により、脱管阻止性能が確保されない可能性がある。
　角リング１３は、断面が矩形の円環部材である。実施形態の角リング１３は、線部材を円形に湾曲させて端部を溶接したものである。ただし、これに限定されず、端部は溶接しない状態でもよい。板部材の打抜き加工や粗形状の鋳造品は、切削することにより製造してもよい。角リング１３は、必ずしもリング状の一体物でなくても、例えば二分割型でもよい。角リング１３は、このように鋳造で製造されたままの場合よりも高精度で製造することができる。
　角リング１３は、管状部材１の軸線Ａに対して垂直な面に沿った、互いに平行な２つの側面１３ａ，１３ｂを有する。ただし、側面は、軸線Ａに対して厳密には垂直でなくてもよい。
　角リング１３の厚さ（側面１３ａと側面１３ｂとの間の距離）は、１ｍｍより薄いと、変形してハウジング３０の内周面と管状部材１の内周面との間のクリアランスに入り込む可能性がある。このため、１ｍｍ以上が好ましく、さらに好ましくは２ｍｍ以上である。
　また、管状構造物１００は、例えば、ＪＷＷＡ規格（Japan Water Works Association standards）　Ｇ　１１３によると、管長に対してプラスマイナス１．０％程度の伸縮性を有することが必要である。角リング１３はハウジングの溝（後述）に環状突部１２と共に挿入されるものである。したがって、あまり厚いと、ハウジング３０と管状構造物１００とが相対移動する余地がない。このため、伸縮性を確保することができない。したがって、４ｍｍ以下が好ましい。
　角リング１３の高さ（径方向の幅）は、ハウジング３０の内周面（溝部以外の部分の内周面）と管状部材１の外周面との間の最大クリアランスである２．５ｍｍより大きい３ｍｍ以上が好ましい。
　また、角リング１３の高さは、ハウジング３０に設けられた溝（後述）の底部と管状部材１の外周面との間の距離である２０ｍｍ以下であることが好ましい。
　本実施形態で角リング１３の高さは８ｍｍである。
　角リング１３の内周面と管状部材１の外周面との間のクリアランスは、管状部材１の外周面に挿入可能な最小クリアランスの０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
　また、角リング１３の内周面と管状部材１の外周面との間のクリアランスは、ハウジング３０の内周面（溝以外の部分）の最大クリアランスである２．５ｍｍより小さいことが好ましい。
　本実施形態で角リング１３の内周面と管状部材１の外周面との間のクリアランス３０は０．５ｍｍである。
　（シーリングゴム）
　２本の管状構造物１００の連結部の外周には、シーリングゴム４０が取り付けられている。
　シーリングゴム４０は、管状部材１の外周面と対向する２つの内周面４１，４２を有し、図１に示す断面において略Ｕ字形を有する。ただし、これに限定されず、例えばＬ字形であってもよい。
　一方の内周面４１の径は、小径部１０の外周面の径よりわずかに小さく、小径部１０の外周面に配置されると弾性変形して、小径部１０の外周面と密接する。
　他方の内周面４２は、大径部２０の外周面の径よりわずかに小さく、大径部の外周面に配置されると弾性変形して、大径部２０の外周面と密接する。
　（ハウジング）
　シーリングゴム４０の外周側には、ハウジング３０が取り付けられている。
　図２は、図１の矢印Ｂの方向から見た断面図で、ハウジング３０を示す。
　ハウジング３０は、本実施形態ではＪＩＳ規格（Japanese Industrial Standards）　Ｇ　５５０２　ＦＣＤ４５０で規定される鋳鉄により製造されている。ハウジング３０は、このように鋳鉄製であるため、角リング１３と比べて寸法公差が大きく、ハウジング３０の内周面（溝が設けられていない部分）と管状部材１の外周面との最大クリアランスは２．５ｍｍ程度である。
　ハウジング３０は、図２に示すように、２つの半円部材３０Ａ，３０Ｂを備える。半円部材３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ、管状部材１の外周に沿った半円環部３１と、半円環部３１の両端から径方向外側に延びる２つのフランジ部３２とを備える。
　フランジ部３２には、それぞれ穴３３が設けられている。半円部材３０Ａ，３０Ｂを管状構造物１００の外周に配置し、半円部材３０Ａのフランジ部３２と半円部材３０Ｂのフランジ部３２とを対向させると、両フランジ部３２に設けられた穴３３は貫通する。
　その穴３３にはボルト３４が挿入され、ボルト３４のねじ部の先にはナット３５が螺合されている。ナット３５を締めることにより、２つの半円部材３０Ａ，３０Ｂは、管状構造物１００の外周を覆い、２本の管状構造物１００は連結される。
　図１に示すように、ハウジング３０の内周面には、受口２１の環状突部２２の外周を覆う環状溝３６と、シーリングゴム４０と嵌合する環状溝３７と、挿口１１の環状突部１２を覆う環状溝３８とが設けられている。
　（管状構造物の製造方法）
　図３は実施形態の管状構造物１００の製造方法を示す図である。図３（ａ）は環状突部１２の形成前の状態を示し、（ｂ）は環状突部１２の形成後の状態を示す。図３は管状構造物１００の製造方法の一部である小径側角リング１３Ａの小径部１０への取付方法を説明する。しかし、大径部２０への大径側角リング１３Ｂの取付方法は、小径部１０への小径側角リング１３Ａの取付方法と同様である。したがって、以下、両方を区別せず、管状部材１への角リング１３の取付方法として説明する。
　まず、環状突部１２が形成されていない図３（ａ）の状態の管状部材１の外周に、角リング１３を挿入する。
　次に、図３（ｂ）のように環状突部１２を転造加工で製造する。
　図４は、転造加工方法を説明する図である。図４（ａ）は、管状部材１の軸線Ａに垂直な方向の転造加工前の断面図である。図４（ｂ）は、管状部材１の軸線Ａに沿った断面図であり、転造加工前の状態を示す。図４（ｃ）は、管状部材１の軸線Ａに沿った断面図であり、転造加工後の状態を示す。
　図４の（ａ），（ｂ）に示すように、管状部材１の管端部（挿口１１）を、凸ローラ５１と凹ローラ５２との間に挟む。
　そして、凸ローラ５１と凹ローラ５２との一方又は両方を互いに近接する方向に相対移動する。これにより、小径部１０の、凸ローラ５１と凹ローラ５２との間に挟まれた部分が変形する。
　この状態で、凸ローラ５１と凹ローラ５２とを回転させる。そうすると、凸ローラ５１と凹ローラ５２との間に挟まれている部分も移動し、図４（ｃ）に示すように、管状部材１に円周方向に沿った環状突部１２が形成される。
　このようにして、環状突部１２が設けられた管状部材１と、環状突部１２に対して管状部材１の管端部（挿口１１）と反対側に配置された角リング１３と、を備える管状構造物１００を製造することができる。
　なお、角リングが二分割型であれば、環状突部１２を形成してから角リングを取り付けることができる。
　（管状構造物の連結方法）
　管状構造物１００の連結方法について説明する。
　まず、連結予定の２本の管状構造物１００の一方における、挿口１１又は受口２１のうちの連結する側にシーリングゴム４０を挿入する。
　次いで、そのシーリングゴム４０の内部に、２つの管状構造物１００の他方における、挿口１１又は受口２１のうちの連結する側を挿入する。
　ハウジング３０の半円部材３０Ａ，３０Ｂを管状構造物１００の外周に配置し、半円部材３０Ａのフランジ部３２と半円部材３０Ｂのフランジ部３２とを対向させる。
　そして、両フランジ部３２に設けられた穴３３にボルト３４を挿入し、ボルト３４のねじ部の先にナット３５を螺合する。
　ナット３５を締めることにより、２つの半円部材３０Ａ，３０Ｂは、管状構造物１００の外周を覆い、２本の管状構造物１００は連結される。
　図５は管状構造物１００の要部の写真であり、図５（ａ）はハウジング３０が取り付けられていない状態、図５（ｂ）はハウジング３０の半円部材３０Ａを配置した状態であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）の一部を拡大した写真である。
（クリアランスの差による離脱荷重の差）
　実施形態の管状構造物１００の効果について説明する前に、管状部材に角リングが取り付けられていない比較形態の管状構造物における、
（Ａ）管状部材の外周とハウジングの内周との間のクリアランスが片側１．０ｍｍと小さい場合と、
（Ｂ）管状部材の外周とハウジングの内周との間のクリアランスが片側２．５ｍｍと大きい場合とにおける、環状突部の高さと離脱荷重と、の関係について説明する。
　図６は、比較形態の管状構造物における上記（Ａ）及び（Ｂ）の場合の離脱荷重（ｋＮ）と環状突部の高さ（ｍｍ）との関係を示すグラフである。
　管状部材は、呼び径１５０Ａ（実際の径：φ１６５．２ｍｍ、管厚：３．５ｍｍ）である。
　なお、離脱荷重とは、２つの管状構造物を、ハウジングを用いて連結した状態で、両方の管状構造物が互いに離れる方向に力を加えた時に耐えられる最大荷重である。
　呼び径１５０Ａの場合、実際に使用される場合の離脱荷重として必要な荷重（必要荷重）は４５０ｋＮである。それ以下であると、例えば２つの管状構造物が連結されている状態で、地震等によって互いが離れる方向に力が生じた場合、２つの管状構造物は、容易に脱管するので好ましくない。
　図６に示すように、クリアランスが小さい（片側１．０ｍｍ）場合、環状突部が４．７ｍｍ程度以下であると、離脱荷重が必要荷重である４５０ｋＮ以下である。したがって、製品として好ましくない。
　クリアランスが大きい（片側２．５ｍｍ）場合、環状突部が７ｍｍ程度以下までは、離脱荷重が必要荷重である４５０ｋＮ以下である。したがって、製品として好ましくない。
　また、（Ｂ）管状部材の外周とハウジングの内周との間のクリアランスが大きい（片側２．５ｍｍ）場合、（Ａ）管状部材の外周とハウジングの内周との間のクリアランスが小さい（片側１．０ｍｍ）場合にくらべ、環状突起の高さが同じでも、離脱荷重が小さい。
　すなわち、例えば地震等で連結されている２つの比較形態の管状構造物に対して、互いが離れる方向に力が生じた場合、クリアランスが大きいと、環状突部がある程度高くないと、小さな力でも、２つの管状構造物が脱管する可能性が高くなる。
　ハウジングは、通常、鋳造で製造される。鋳造は、製造のばらつきが大きく、クリアランスが大きくなる場合がある。したがって、比較形態の管状構造物は、環状突部が、相当高くないと容易に脱管する可能性がある。
　しかし、環状突部は、塑性変形により形成するため、強度確保の観点からは、環状突部をあまり高くすることは好ましくない。
　（実施形態の効果）
　本実施形態の管状構造物１００について、環状突部１２の高さと離脱荷重との関係を測定した結果について以下の表１に基づいて説明する。図７は、表１の結果を示したグラフである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　角リング１３Ａ，１３Ｂは、以下の４種類準備した。なお、いずれの角リング１３Ａ，１３Ｂも、高さは８ｍｍのものを用いた。
（１）幅１．０ｍｍ、管状部材１の外周とハウジングの内周との間のクリアランス大（片側２．５ｍｍ）
（２）幅２．０ｍｍ、管状部材１の外周とハウジングの内周との間のクリアランス大（片側２．５ｍｍ）
（３）幅２．０ｍｍ、管状部材１の外周とハウジングの内周との間のクリアランス小（片側１．０ｍｍ）
（４）幅４．０ｍｍ、管状部材１の外周とハウジングの内周との間のクリアランス小（片側１．０ｍｍ）
（５）また、比較形態として角リングを用いない管状構造物も準備した。
　管状部材１に設ける環状突部１２の高さは、呼び径８０Ａの場合：３．５，５，６，７，１０，１２ｍｍの６種類を、呼び径１５０Ａの場合：４，６，８，１０，１８ｍｍの５種類を、呼び径２５０Ａの場合：４，６，９，１５，２０ｍｍの５種類を、準備した。
　実施形態の管状構造物１００の管状部材１としては以下の３種類準備した。
（ａ）呼び径８０Ａ（実際の径：φ８９．１ｍｍ、管厚：３．０ｍｍ）。このときの必要荷重は２４０ｋＮである。
（ｂ）呼び径１５０Ａ（実際の径：φ１６５．２ｍｍ、管厚：３．５ｍｍ）。このときの必要荷重は４５０ｋＮである。
（ｃ）呼び径２５０Ａ（実際の径：φ２６７．４ｍｍ、管厚：４．０ｍｍ）。このときの必要荷重は７５０ｋＮである。
　（実験結果）
（ａ）呼び径８０Ａの場合（図７（ａ））
　（比較形態）
　角リングを用いない比較形態（５）の管状構造物は、クリアランス小（片側１．０ｍｍ）で、環状突部の高さが３．５ｍｍの場合、２本の管状構造物を互いが離れる方向に引っ張ると最大荷重が２２５ｋＮとなった。これは、環状突部が低すぎたため、ハウジングが環状突部を乗り越えたためと考えられる。
　環状突部の高さが１２ｍｍの場合、２本の管状構造物を互いが離れる方向に引っ張ると最大荷重が２３０ｋＮとなった。これは、環状突部が高いために板厚減少の増加で強度が低下し、ハウジングによって環状突部が変形したためと考えられる。
　（実施形態）
　実施形態の（１）から（４）はいずれの場合においても（クリアランス小（片側１．０ｍｍ）の場合だけでなく、クリアランス大（片側２．５ｍｍ）の場合においても）、離脱荷重が必要荷重２４０ｋＮ以上であった。
（ｂ）呼び径１５０Ａの場合（図７（ｂ））
　（比較形態）
　角リングを用いない比較形態（５）の管状構造物は、クリアランス小（片側１．０ｍｍ）の場合、環状突部の高さが４ｍｍの場合、２本の管状構造物を互いが離れる方向に引っ張ると最大荷重が４３０ｋＮとなった。これは、環状突部が低すぎたため、ハウジングが環状突部を乗り越えたためと考えられる。
　環状突部の高さが１８ｍｍの場合、２本の管状構造物を互いが離れる方向に引っ張ると最大荷重が４４５ｋＮとなった。これは、環状突部が高いために板厚減少の増加で強度が低下し、ハウジングによって環状突部が変形したためと考えられる。
　（実施形態）
　実施形態の（１）から（４）はいずれの場合においても（クリアランス小（片側１．０ｍｍ）の場合だけでなく、クリアランス大（片側２．５ｍｍ）の場合においても）、離脱荷重が必要荷重４５０ｋＮ以上であった。
（ｃ）呼び径２５０Ａの場合（図７（ｃ））
　（比較形態）
　角リングを用いない比較形態（５）の管状構造物は、クリアランス小（片側１．０ｍｍ）の場合、環状突部の高さが４ｍｍの場合、２本の管状構造物を互いが離れる方向に引っ張ると最大荷重が７１０ｋＮとなった。これは、環状突部が低すぎたため、ハウジングが環状突部を乗り越えたためと考えられる。
　環状突部の高さが２０ｍｍの場合、２本の管状構造物を互いが離れる方向に引っ張ると最大荷重が７００ｋＮとなった。これは、環状突部が高いために板厚減少の増加で強度が低下し、ハウジングによって環状突部が変形したためと考えられる。
　（実施形態）
　実施形態の（１）から（４）はいずれの場合においても（クリアランス小（片側１．０ｍｍ）の場合だけでなく、クリアランス大（片側２．５ｍｍ）の場合においても）、離脱荷重が必要荷重７５０ｋＮ以上であった。
（１）以上のように、本実施形態の管状構造物１００によると、角リング１３Ａ，１３Ｂが設けられていない場合に比べて、離脱荷重が大きくなり、脱管しにくい。
（理由）
　環状突部１２，２２は、２つのローラ５１，５２の間に挟まれて形成されるため、上部が湾曲している。このため、環状突部１２，２２の側面の上部は、ハウジング３０の内側面と接触しておらず、脱管防止に寄与していない。
　比較形態では、ハウジング３０の製造誤差により、ハウジング３０と管状部材１の外周面との間のクリアランスが大きくなると、環状突部１２，２２とハウジング３０の内側面との接触面積が少なくなる。そうすると、ハウジング３０で連結された２つの管状構造物１００に対して、互いに離れる方向に力が加わったとき、環状突部１２，２２はハウジング３０の内周側に容易に入り込む。
　しかし、本実施形態は、角リング１３Ａ，１３Ｂが取り付けられている。
　角リング１３Ａ，１３Ｂは、断面が矩形で、管状部材１の軸線に対して垂直な面に沿った２つの側面１３ａ，１３ｂを有する。
　角リング１３Ａ，１３Ｂは、ハウジング３０よりも精度良く製造されている。したがって、環状突部１２，２２の軸線Ａに対して垂直な側面との接触面積にバラつきが生じず、接触面積を確実に維持することができる。
　角リング１３Ａ，１３Ｂのハウジング３０側の側面も、管状部材１の軸線Ａに対して垂直な面である。角リング１３Ａ，１３Ｂの側面は、環状突部１２，２２のように上部が湾曲していない。このため、ハウジング３０の製造誤差により、ハウジング３０と管状部材１の側面との間のクリアランスが大きくなっても、環状突部１２，２２の側面の上部は、ハウジング３０の内側面と、角リング１３Ａ，１３Ｂの側面との間の接触面積を確保できる。ゆえに、脱管を防止することができる。
（２）本実施形態によると、環状突部１２，２２に隣接して角リング１３Ａ，１３Ｂを配置する。環状突部１２，２２は転造で作るので、管状部材１の他の部分と比べて加工硬化により硬さが向上する。これに加えて、環状突部１２，２２に隣接して角リング１３Ａ，１３Ｂが配置される。したがって、前記（１）の理由との相乗効果によって更に離脱荷重を上昇させることができる。
（３）角リング１３Ａ，１３Ｂは、管状部材１の側面に溶接されておらず、管状部材１に対して軸線Ａの方向に動くことができる。したがって管状構造物１００の長さ方向の振動も、ある程度吸収することが可能である。ゆえに、地震等によって揺れが生じた場合も脱管を防止することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、これに限定されない。例えば、実施形態の管状構造物１００は、挿口１１と受口２１との両側に、環状突部と角リング１３Ａ，１３Ｂを配置した形態について説明した。しかし、これに限定されず、例えば、挿口１１は環状突部と角リング１３Ａ，１３Ｂを設け、受口には、環状突部を設けずに、角リング１３Ａ，１３Ｂを管状部材１に溶接してもよい。
　１　　管状部材
　１０　　小径部
　１１　　挿口
　１２　　小径側環状突部
　１３　　角リング
　１３ａ　　側面
　１３ｂ　　側面
　２２　　大径側環状突部
　２２　　環状突部
　２３　　大径側角リング
　２３ａ　　側面
　２３ｂ　　側面
　３０　　ハウジング
　３６　　環状溝
　３７　　環状溝
　３８　　環状溝
　４０　　シーリングゴム
　４１　　内周面
　４２　　内周面
　１００，１００Ａ，１００Ｂ　　管状構造物

 

Claims (6)

  1. 　環状突部が管端部に設けられた管状部材と、
    　前記管状部材の外周における、前記環状突部に対する前記管端部と反対側に配置され、前記管状部材の軸線に対して垂直な２側面を有するリング部材と、
    を備える管状構造物。
  2. 　前記管状部材の管端部の一方は挿口で、他方は前記挿口よりも大径の受口であり、
    　前記挿口又は前記受口の少なくとも一方の側に前記環状突部及び前記リング部材が設けられている、
    請求項１に記載の管状構造物。
  3. 　前記管状構造物は、内周面に、前記環状突部が挿入される溝を有するハウジングによって連結可能で、
    　前記リング部材の高さは、
    　前記管状部材の外周面と、前記ハウジングの内周面との最大クリアランスより大きく、
    　前記管状部材の外周面と前記溝の底面と間の距離より小さい、
    請求項１または２に記載の管状構造物。
  4. 　前記管状部材の外周面と前記リング部材の内周面との間のクリアランスは、
    　前記管状部材の外周に前記リング部材が挿入可能な最小クリアランス以上で、
    　前記管状部材の外周面と前記ハウジングの内周面との最大クリアランスより小さい、
    請求項３に記載の管状構造物。
  5. 　前記管状部材および前記リング部材は、ステンレス鋼により形成される、
    請求項１から４のいずれかに記載の管状構造物。
  6. 　管状部材にリング部材を挿入し、
    　前記管状部材における、前記リング部材よりも管端部よりの部分に環状突部を形成する
    管状構造物の製造方法。
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