(57)【要約】【課題】金属管の管端同士を接続する際に、接続用の部材を介することなく簡便に接続することが可能で、施工時間・施工コストが低減可能な継手構造を得る。【解決手段】一方の管の端部に他方の管の端部を挿入嵌合した後、挿入嵌合部の外周面側からの転造加工により、前記挿入嵌合部の外側管と内側管を圧着させる。接合部においては、外側管および内側管に凹凸部を有し、両管の凹凸部が互いに嵌合された断面形状であることが好ましい。  また、挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を、或いは外側となる管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施しておくことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の管の端部に他方の管の端部が挿入嵌合された金属管の継手構造であって、前記挿入嵌合部が外力付与により内側管に外側管が圧着された構造である接続構造。
【請求項２】
一方の管の端部に他方の管の端部が挿入嵌合された金属管の継手構造であって、前記挿入嵌合部が外力付与により外側管の凹凸部と内側管の凹凸部で嵌合された断面形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の金属管の継手構造。
【請求項３】
一方の管の端部に他方の管の端部を挿入嵌合した後、挿入嵌合部の外周面側からの転造加工により、前記挿入嵌合部の内側管と外側管にわたって凹凸部を設けることを特徴とする金属管の継手方法。
【請求項４】
挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を施す請求項３に記載の金属管の継手方法。
【請求項５】
挿入嵌合の前に、外側となる管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施す請求項３又は４に記載の金属管の継手方法。
【請求項６】
同径の金属管を接合する際、接合する金属管の外径と同等以上の内径を有するか、接合する金属管の内径と同等以下の外径を有するスリーブを補助的に用い、金属管とスリーブの挿入嵌合部の外周面側からの転造加工により、前記挿入嵌合部外側管に凹凸部を設けることを特徴とする金属管の継手方法。
【請求項７】
一方の管の端部にスリーブを介して他方の管の端部が挿入嵌合された金属管の継手構造であって、前記挿入嵌合部が外力付与により外側管の凹凸部と内側管の凹凸部で嵌合された断面形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の金属管の継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅機器や建築部材に用いられる金属管同士の継手構造とその継手方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に住宅機器や建築部材、自動車関連部品等には様々な金属管が使用されている。そのような金属管が長尺となる場合には、金属管同士を接合して使うことが多くなっている。
それらの金属管同士の接合には、管端での溶接接合、ろう付け接合、フランジ継手、クイックファスナー等の接合部材を介する接合等の方法が採用されている。
また、例えば特許文献１に見られるように、一方の管端に雌ネジを形成し、管端に雄ネジを形成した他方の管端を前記一方の管端に螺合する方法も採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１３０５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、溶接接合やろう付け接合の場合、熱源を必要とするためにコストがかかるばかりでなく、接合作業が長時間となる。また、熱影響により金属管の品質を低下するおそれもある。さらに、異種金属同士を接合する場合、金属の組み合わせによっては接合困難な組み合わせもある。特にめっき金属管を素材とした場合には熱影響によりめっきが剥れるため部分的な補修塗装が必要となり、コストが高く作業性も悪い。
フランジ継手で接合しようとすると、管端にフランジ加工を施す必要があり、またボルト、ナット等の副資材も必要となって、コスト高となってしまう。クイックファスナー等の接合部材を介する接合も同様である。
【０００５】
ところで、冒頭に示した用途等にあっては、各機器設備の複雑化・省スペース化になるにつれて、用いられる配管同士の接合箇所が多くなっている。
このため、従前の継手方式ではコスト増となるばかりでなく、スペース確保が難しくなってくる。これらのことから、使用部品点数の削減による低コスト化、構造の簡略化による省スペースでの使用が可能となる接合方法の要望が益々増加している。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、金属管の管端同士を接続する際に、接続用の部材を介することなく簡便に接続することが可能で、施工時間・施工コストが低減可能な継手構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の金属管の継手構造は、その目的を達成するため、一方の管の端部に他方の管の端部が挿入嵌合された金属管の継手構造であって、前記挿入嵌合部が外力付与により外側管の内側が内側管の外側に強力に圧着された構造や、外側管の凹凸部に内側管の凹凸部が嵌合された断面形状とされていることを特徴とする。
このような継手構造は、一方の管の端部に他方の管の端部を挿入嵌合した後、挿入嵌合部の外周面側からの転造加工により、前記挿入嵌合部の外側管に凹凸部を設けることにより得られる。
挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を、または外側となる管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施しておくことが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の継手構造では、一方の管の端部に他方の管の端部が挿入嵌合された構造となっている。さらに、管端の挿入嵌合部において、転造加工により外側管の凹凸部が内側管に圧着されることや、外側管の凹凸部が内側管に転写されて両者の管に嵌合形状が形成されることによって接合強度を高めている。外側管のみに凹凸部が形成され、内側管は素管ままの形状であっても、両管の圧着による摩擦力が向上しており、優れた耐圧・引張特性を呈する接合が可能となっている。このときの凹凸部の数や溝形状や溝深さや溝のピッチを変更させることで接合強度を向上させることができる。併せて、転造加工を行った嵌合部の内側管と外側管は密に当接しており、凹凸部で両管体が固着される形態となっているため、管内に流体が流れているとしても、その流体が漏れ出ることは防止される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のノンシールタイプの機械的な接合方法を説明する図
【図２】補助スリーブを用いた接続構造を説明する図
【図３】比較例のシーリング剤タイプの機械的な接合方法を説明する図
【図４】比較例のＯリングタイプの機械的な接合方法を説明する図
【図５】本発明方法によりステンレス鋼管と銅管を接合したときの接合強度を示す図
【図６】本発明方法によりステンレス鋼管と銅管を接合したときの耐圧性を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
前記したように、管端に予めフランジ部を形成し、フランジ部同士を当接させてフランジ部を固定するような継手構造では、フランジ部の形成に手間がかかり、またフランジ部の固定にも副資材の使用等が必要になって結果としてコスト高となってしまう。また、クイックファスナー等の接合部材を介する接合も、形状を整えた副資材等が必要となって、結果としてコスト高となってしまう。
そこで、本発明者らは、金属管の管端同士を接続する際に、接続用の部材を介することなく簡便に接続することが可能で、施工時間・施工コストが低減可能な継手構造に関し、検討を重ね、本発明に到達したものである。
【００１０】
以下に、本発明の金属管の継手方法から説明する。
接続しようとする二つの金属管を準備する。その後の使用を想定すると、同径を有するものが好ましい。挿入を行い易くするために、外側となる金属管の端部に拡管加工を施すことが好ましい（図１（ａ）参照）。内側となる金属管の端部に縮径加工を施してもよい。そして、一方の金属管管端へ他の金属管の管端を挿入する（図１（ｂ））。その後、図１（ｃ）に示すように、挿入嵌合部にその外周面側から機械加工を施して、凹凸部を設けることにより継手構造が構築される。
【００１１】
外周面側からの機械的な凹凸部形成方法としては、管周囲にロールを回転させるのと同時に、そのロールの公転直径を縮径させて、管の塑性変形を利用した転造加工法が挙げられる。この加工法では、使用するロールの先端を丸くすることで溝加工が可能となる。
この凹凸部の形成により、外側金属管の内周面が内側金属管の外周面に圧着されることや、外側金属管の凹凸部が内側金属管に転写され凹凸部で嵌合された断面形状となり、両金属管を強固に接合した継手構造となる。また、両金属管の転造加工部が互いに密に接触した構造になっているので、挿入嵌合部においてはシーリング効果も備えており、金属管内部に流体を配した使用態様であっても、内部の流体が漏れ出る恐れは少ない。
【００１２】
なお、嵌合代を調節したり、溝の数、溝形状、溝深さ、ピッチ等を調整することにより、接合強度を高めるばかりでなく、使用内圧に応じた耐圧接続体が得られる。
互いに接続される金属管の種類に制限はない。鋼管であってもよいし、銅管やアルミニウム管であってもよい。同種の金属管を接続してもよいし、互いに種類が異なる金属管を接続してもよい。
【００１３】
前段では、挿入し易くするために、外側となる金属管の端部に拡管加工を施したり、内側となる金属管の端部に縮径加工を施したりすることが好ましいと記載したが、補助的にスリーブを用いてもよい。
すなわち、図２に示すように同径の金属管同士を接続させる際、接続する金属管の外径と同等以上の内径を有するか、接続する金属管の内径と同等以下の外径を有する短尺の円筒管を準備し、この円筒管の両端に接続しようとする金属管の管端を嵌合する。続いて、挿入嵌合部の外周面側からの転造加工により、前記挿入嵌合部の円筒管を介して金属管同士を接合することができる。
このような態様を採用すれば、内側外側のどちらかの管を拡管加工もしくは縮管加工といった事前加工が不必要となり、施工現場でも金属管同士を簡便に接続することが可能となる。
【実施例】
【００１４】
使用素材；
素材には、φ12.7×0.6tの銅管（C1220リン脱酸銅のO材、Hv50）及びφ12.7×0.4tのフェライト系ステンレス鋼管（22Cr‐0.2Ti‐0.2Nb‐1Mo  Hv170）を用い、銅管とステンレス鋼管の異種金属同士の接合を行った。
また、両管隙間のシーリングには、日本ヘルメチックス株式会社製の防食シール剤ヘルメシール５５、もしくは、亜木津工業株式会社製のニトリルゴム系のOリングを使用した。
【００１５】
製造例；１（ノンシールタイプ）
外側配置となる管の管端に拡管パンチを挿入し、内側配置となる管の外径よりも少し大きい内径φ12.9mm×長さL30mmへ拡管加工を行った。拡管加工を行って外側配置とした管が銅管である場合とステンレス鋼管である場合の二つの態様で行った。ノンシールタイプでは、拡管加工を行った外側管の管端に内側配置となる管の管端を挿入する。その後、先端を丸くしたR付きロール（先端R=1mm）を管周囲に回転させるのと同時にロールの公転直径を縮径することによって、外側管に転造加工を行った（図１）。なお、溝の数は３個、溝のピッチは7mmとし、溝深さを0〜1.2mmまで変化させた。
【００１６】
製造例；２（補助スリーブタイプ）
補助スリーブを外側配置とする場合、銅管およびステンレス鋼管の外径よりも内径が少し大きいφ13.6×0.4ｔ×L65の補助スリーブを使用した。一方、補助スリーブを内側配置とする場合、銅管の内径より外径が少し小さいφ11.4×0.4 t×L65の補助スリーブを使用した。補助スリーブにはフェライト系ステンレス鋼管（22Cr‐0.2Ti‐0.2Nb‐1Mo  Hv170）を用いた。補助スリーブの両端から30mmに銅管およびステンレス鋼管を配置し、先端を丸くしたR付きロール（先端R=1mm）を管周囲に回転させるのと同時にロールの公転直径を縮径することによって、転造加工を行った（図２）。なお、溝の数は銅管側とステンレス鋼管側にそれぞれ３個ずつ、溝のピッチは7mmとし、溝深さを1.2mmとした。
【００１７】
製造例；３（シーリング剤タイプ）
外側配置となる管の管端に拡管パンチを挿入し、内側配置となる管の外径よりも少し大きい内径φ12.9mm×長さL30mmへ拡管加工を行った。拡管加工を行って外側配置とした管が銅管である場合とステンレス鋼管である場合の二つの態様で行った。シーリング剤タイプでは、内側配置となる管の管端L30mm程度にシーリング剤であるヘルメシール５５を塗布し、拡管加工を行った外側管の管端に挿入する。その後、先端を丸くしたR付きロール（先端R=1mm）を管周囲に回転させるのと同時にロールの公転直径を縮径することによって、外側管に転造加工を行った（図３）。なお、溝の数は３個、溝のピッチは7mmとし、溝深さを0〜1.2mmまで変化させた。
【００１８】
製造例；４（Oリングタイプ）
外側配置となる管の管端に拡管パンチを挿入し、内側配置となる管の外径よりも少し大きい内径φ12.9mm×長さL30mmへ拡管加工を行った。また、内側配置となる管の外周面に管端から7mmの位置で転造加工を行い、Oリングの内径基準値に合うように溝底部の直径がφ12.0mmになるように溝深さ0.35mmの１条の溝を形成し、この溝にOリングを嵌めた。拡管加工を行って外側配置とした管が銅管である場合とステンレス鋼管である場合の二つの態様で行った。その後、Oリングを嵌めた内側配置となる管を外側配置となる管の拡管部に挿入し、先端を丸くしたR付きロール（先端R=1mm）を管周囲に回転させるのと同時にロールの公転直径を縮径することによって、外側管に接合用の転造加工を行った（図４）。なお、溝の数は1個、溝の位置は外側配置の管端から10mmとし、溝深さを1.0mmとした。
【００１９】
評価１；
試作した各接合継手の評価試験として接合強度の評価を行った。試験方法は、万能試験機にて外側・内側配置のそれぞれの管端を油圧チャックにて掴み、10mm/minの速度で引張り、抜け又は破断までの最大荷重を測定した。
なお、チャッキングによる素管の管端部変形を防止するために、油圧チャックにて拘束する部分にのみφ11.5×L50の内金型を挿入した。銅管そのものの引張強さは4.9kN、ステンレス鋼管そのものの引張強さは8.2kNである。
結果は図５に示すように、ステンレス鋼管を外側配置とした場合の接合強度は、シーリング剤タイプよりもノンシールタイプの方が高く、一定の溝深さで銅管そのものの6〜8割程度である。但し、銅管を外側に配置した場合は、銅管の3割程度の接合強度となる。補助スリーブタイプの接合強度は、補助スリーブを外側配置とした場合に銅管の8割程度である。また、補助スリーブを内側配置とした場合に銅管の3割程度である。補助スリーブの内外側配置に因らず、銅管側の接合部で破壊した。一方、Oリングタイプは、接合用の溝が1本であることから、接合強度は銅管の3〜4割程度となる。
【００２０】
評価２；
試作した各接合継手の評価試験として耐圧性の評価を行った。試験方法は、一方の管端を封止し、もう一方の管端から水圧ポンプで加圧し、1分間保持した時点で破断や漏水が無い場合、1MPaずつ圧力を上昇させて最高耐圧を測定した。なお、銅管そのものの耐圧は２０ＭＰａ、ステンレス鋼管そのものの耐圧は４５ＭＰａである。
結果は図６に示すように、ノンシールタイプ、シーリング剤タイプ、補助スリーブタイプにおいては一定の溝深さで、OリングタイプにおいてはOリングの内径基準値に合うように溝底部の直径がφ12.0mmになるように溝深さ0.35mmの１条の溝を形成し、この溝にOリングを嵌めることによって、継手部から漏れることなく銅管が破裂することから、銅管そのものの耐圧と同程度の十分な耐圧性がある。
【００２１】
評価３；
試作した各接合継手の評価試験として耐食性の評価を行った。試験方法は、2000ppmの塩素イオンと2ppmの銅イオンを含んだ80℃の試験水を管内部に30日間流した。
試験後に、継手部を半割りにして分解し錆落としをした。その後に、ステンレス鋼管と銅管が接触していた面と、試験水に接触していた内側管の内面の腐食状況を観察した。その結果、ステンレス管には隙間腐食は認められなかった。また、管の内面には軽微な腐食が認められたが、耐食性には問題無いレベルであり、流体を流す用途にも十分利用可能であることが確認できた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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