(57)【要約】【課題】可撓性を落とすことなく、ウォーターハンマーの繰り返し作用に耐えうる耐久特性を備えた、給水給湯用に好適な溶接管から製造されたステンレス製フレキシブル管を提供する。【解決手段】板厚ｔが０．２８５ｍｍから０．４００ｍｍのステンレス製板材を縦方向に溶接して形成した溶接管を、山部と谷部とが周期的に繰り返し形成され、その山部の管外側頂点及びその谷部の管内側頂点が曲面である波形形状に形成した可撓性を有したステンレス製フレキシブル管であって、前記溶接管の溶接部の外側ビード幅Ｗ１を０．７４１ｍｍ以上（３．８８４×ｔ）ｍｍ以下とし、かつその溶接部の内側ビード幅Ｗ２を０．２４１ｍｍ以上（３．０７０×ｔ）ｍｍ以下とし、かつ外側ビード幅Ｗ１を内側ビード幅Ｗ２以上とし、かつその溶接部の厚みＷ３を（０．９６９×ｔ）ｍｍ以上（１．４０３×ｔ）ｍｍ以下とした。【選択図】  図５
2006177529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚ｔが０．２８５ｍｍから０．４００ｍｍのステンレス製板材を縦方向に溶接して形成した溶接管を、
山部と谷部とが周期的に繰り返し形成され、その山部の管外側頂点及びその谷部の管内側頂点が曲面である波形形状に形成した可撓性を有したステンレス製フレキシブル管であって、
前記溶接管の溶接部の外側ビード幅Ｗ１を
０．７４１ｍｍ以上（３．８８４×ｔ）ｍｍ以下とし、
かつその溶接部の内側ビード幅Ｗ２を
０．２４１ｍｍ以上（３．０７０×ｔ）ｍｍ以下とし、
かつ外側ビード幅Ｗ１を内側ビード幅Ｗ２以上とし、
かつその溶接部の厚みＷ３を（０．９６９×ｔ）ｍｍ以上（１．４０３×ｔ）ｍｍ以下としたことを特徴とするステンレス製フレキシブル管。
【請求項２】
前記波形形状が、らせん状であり、
前記ステンレス製フレキシブル管を軸方向に投影した場合、前記谷部の管内側頂点から形成される投影円の直径ｄが６ｍｍから１６ｍｍであり、
前記山部の管外側頂点と前記谷部の管外側頂点との、前記ステンレス製フレキシブル管の中心軸に垂直な方向の高さＨが１．１ｍｍから２．０ｍｍであり、
隣り合う前記山部の管外側頂点間のピッチＰが２．５ｍｍから５．０ｍｍであり、
かつ前記山部の管外側頂点部の曲面の山半径Ｒ１と前記谷部の管内側頂点部の曲面の谷半径Ｒ２が１ｍｍ以上であると共に、
高さＨとピッチＰと投影円の直径ｄと板厚ｔとの関係が、
Ｈ≦０．２５７１Ｐ−０．０３６６ｄ＋４．４０００ｔ−０．１７６３
であることを特徴とする請求項１に記載のステンレス製フレキシブル管。
【請求項３】
前記山部の管外側頂点部の曲面の山半径Ｒ１と前記谷部の管内側頂点部の曲面の谷半径Ｒ２を同じとしたことを特徴とする請求項２に記載のステンレス製フレキシブル管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に給水給湯用配管に適した、ステンレス製の溶接管に波形形状を付加した、ステンレス製フレキシブル管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス製フレキシブル管３０１は、ステンレス素材の水に対する耐食性の良さから、給水給湯用配管に使われ、たとえば図１８に示すように水栓金具等３００への給水給湯用に使われている。このステンレス製フレキシブル管３０１によれば、可撓性がよく自由に引き回せて扱いやすいので配管施工が容易であるという特徴がある。
【０００３】
一方、ステンレス製フレキシブル管をシングルレバー水栓器具や大型自動洗濯機、食器洗浄器等の給水給湯の急閉止を伴う水栓器具や電磁弁を内蔵した家電製品の給水給湯用配管に用いる場合は、これらの機器の急閉止によるウォーターハンマー（水撃）現象及びその繰り返し作用に対する疲労耐久性が必要となる。
さらに、近年では、建築物の高層化、高台への建築、３階建て住宅の普及、住宅密度の増加等により、各自治体は給水圧力・給水量をふやさざるを得なくなりつつある。よって、ステンレス製フレキシブル管においては、今後増大するウォーターハンマーに対する、さらなる疲労耐久性が求められている。
【０００４】
一般的に、ステンレス製フレキシブル管は、引き抜き管から製作するよりも安価ということから、板状のステンレス素材を溶接して円筒状とした溶接管から製作される。
【０００５】
しかし一般的に、溶接部には多くの場合、その溶接部近傍に引張残留応力が発生する。さらに、その引張残留張応力は溶接部が大きくなるほど大きくなる。
【０００６】
さらに、溶接部は、溶接余盛や溶接時の溶融金属の重力による垂れ下がりやへこみ等により形状不連続を生じやすい。
図１４にステンレス製溶接管２００の断面図および代表的な溶接余盛部２０１を示し、図１５にその拡大図を示す。
図１６にステンレス製溶接管２０２の断面図および代表的な溶接部の垂れ下がり２０３およびへこみ２０４を示し、図１７にその拡大図を示す。
【０００７】
このような溶接余盛や溶接時の溶融金属の重力による垂れ下がりやへこみによる形状不連続を生じた溶接部に繰り返し応力が作用する場合、引張残留応力は平均応力として負荷され、さらに、溶接部の形状不連続により応力集中を生じるため、実際に溶接部に負荷される応力は、所定値を大きく上回ることになり、長期間の繰り返しによっては溶接部から疲労破壊に至るとされている。
【０００８】
よって、溶接を施した溶接管から製作したフレキシブル管をシングルレバー水栓金具等の給水給湯の急閉止を伴う器具に使用する場合、長期にわたる給水給湯の急閉止によるウォーターハンマーの繰り返しにより、溶接部が疲労破壊を起こし、そこから漏水するという問題があった。
【０００９】
溶接部の引張残留応力を低減させる方法として、溶接後の化粧溶接により引張残留応力を低減させる手法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。しかし、この手法では、溶接後に、さらに化粧溶接を施すので、加工工程が増え経済的に問題がある。
【００１０】
また、溶接部の引張残留応力を低減させる別の手法として、溶接部にハンマーピーニングにより圧縮応力を導入する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この手法でも、溶接後に、さらにハンマーピーニングを施すため、加工工程が増え経済的に問題がある。
【００１１】
また、溶接部の引張残留応力を低減させる別の手法として、溶接金属の変態膨張を利用して圧縮応力を導入する手法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この手法では、高価な合金元素を多く添加した溶接材料を用いるため経済的な面で問題がある。
【００１２】
また、溶接部の形状不連続を低減し、応力集中を緩和する手法として、溶接部ビードを研削する手法が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。しかし、この手法では、溶接後に、さらに溶接ビードを研削するので、加工工程が増え経済的に問題がある。
【００１３】
フレキシブル管の別の問題として、フレキシブル管は波形形状を付加しているため、ウォーターハンマー等の水撃による発生応力が、円筒管に比べて大きくなり、また応力集中も起こしやすくなっている。発生応力については、管の板厚を上げれば低減することができるが、施工時のフレキシブル管の曲げ易さ、施工修正時の再度の曲げ直し等、すなわち可撓性を確保するためには板厚は０．４ｍｍ程度が限度である。
【００１４】
フレキシブル管の波形形状については、従来技術に管径、肉厚、蛇腹部の高さ、ピッチで記載したものがあるが（例えば、特許文献５）、ウォーターハンマー等の水撃による発生応力が小さくなる形状は明らかにされていない。
【００１５】
【特許文献１】特開昭５２−９８６４２号公報
【特許文献２】特開平４−２１７１７号公報
【特許文献３】特開２０００−８４６７０号公報
【特許文献４】特開昭６１−１８６６１１号公報
【特許文献５】特開平８−１８４３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記従来技術の諸問題に鑑み、本発明は、経済的に優れ、かつ、可撓性を落とすことなく、ウォーターハンマーの繰り返し作用に耐えうる、耐久特性に優れたステンレス製フレキシブル管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】
【００１７】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明では、
板厚ｔが０．２８５ｍｍから０．４００ｍｍのステンレス製板材を縦方向に溶接して形成した溶接管を、山部と谷部とが周期的に繰り返し形成され、その山部の管外側頂点及びその谷部の管内側頂点が曲面である波形形状に形成した可撓性を有したステンレス製フレキシブル管であって、前記溶接管の溶接部の外側ビード幅Ｗ１を０．７４１ｍｍ以上（３．８８４×ｔ）ｍｍ以下とし、かつその溶接部の内側ビード幅Ｗ２を０．２４１ｍｍ以上（３．０７０×ｔ）ｍｍ以下とし、かつ外側ビード幅Ｗ１を内側ビード幅Ｗ２以上とし、かつその溶接部の厚みＷ３を（０．９６９×ｔ）ｍｍ以上（１．４０３×ｔ）ｍｍ以下としたことを特徴とするステンレス製フレキシブル管とした。
【００１８】
こうすることで、溶接ビード部を小さくし、その結果、溶接部に残留する引張残留応力を抑制し、さらに、溶接余盛や溶接時の溶融金属の重力による垂れ下がり等の形状不連続による応力集中を抑制することができるので耐久性が向上する。その結果、溶接後に残留応力を低減する処置や形状不連続を修正する処置を行う工程を追加する必要がなくなり、コスト高にならず経済的である。
【００１９】
また、上記目的を達成するために請求項２記載の発明では、
前記波形形状が、らせん状であり、前記ステンレス製フレキシブル管を軸方向に投影した場合、前記谷部の管内側頂点から形成される投影円の直径ｄが６ｍｍから１６ｍｍであり、前記山部の管外側頂点と前記谷部の管外側頂点との、前記ステンレス製フレキシブル管の中心軸に垂直な方向の高さＨが１．１ｍｍから２．０ｍｍであり、隣り合う前記山部の管外側頂点間のピッチＰが２．５ｍｍから５．０ｍｍであり、かつ前記山部の管外側頂点部の曲面の山半径Ｒ１と前記谷部の管内側頂点部の曲面の谷半径Ｒ２が１ｍｍ以上であると共に、高さＨとピッチＰと投影円の直径ｄと板厚ｔとの関係が、Ｈ≦０．２５７１Ｐ−０．０３６６ｄ＋４．４０００ｔ−０．１７６３であることを特徴とする請求項１に記載のステンレス製フレキシブル管とした。
【００２０】
こうすることで、波形形状を有するステンレス製フレキシブル管においても、溶接部の改良に加え、ウォータハンマーに対する発生応力を抑制することができるので、さらに耐久性が向上する。
【００２１】
また、上記目標を達成するために請求項３記載の発明では、
前記山部の管外側頂点部の曲面の山半径Ｒ１と前記谷部の管内側頂点部の曲面の谷半径Ｒ２を同じとしたことを特徴とする請求項２に記載のステンレス製フレキシブル管とした。
【００２２】
こうすることで、波形形状における応力集中を抑制することができるので、さらに耐久性が向上する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、溶接ビードを小さくし、その結果、溶接部に残留する引張残留応力を抑制し、さらに、溶接余盛や溶接時の溶融金属の重力による垂れ下がりやへこみ等の形状不連続による応力集中を抑制することができる。その結果、溶接後に残留応力を低減する処置や形状不連続を修正する処置を行う工程を追加する必要がなくなる。また、波形形状を有するステンレス製フレキシブル管においても、溶接部の改良に加え、ウォーターハンマーによる発生応力および応力集中を抑制することできる。また、山半径と谷半径を同じとすることで、波形形状の応力集中を抑制することができる。よって、これらの重畳作用により、ウォータハンマーの繰り返し作用による疲労が問題となる給水給湯用配管に、高価な引き抜き管を用いることなく安価な溶接管に波形形状を付加した、耐久性に優れかつ経済的にも優れた可撓性を有するステンレス製フレキシブル管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明のステンレス製フレキシブル管１の断面図を示す。
はじめに図１に示す、本発明のステンレス製フレキシブル管１の製造方法について、図２および図３を用いて説明する。
【００２６】
図２は、本発明のステンレス製フレキシブル管１の製造装置を示す図である。まず、コイル状に巻き付けられている薄肉の板状のステンレスからなる管素材１００を管製造機５０へ所定の速度で送り込む。
【００２７】
次に、管製造機５０で前記板状の管素材１００を図３に示すように円筒状の溶接管１０２に成形する。
すなわち、管製造機５０では、ＴＩＧ溶接などの溶接手段により管素材１００の対抗面、つまり接合部１０１を管外側から互いに溶接し、溶接管１０２を形成する。
【００２８】
次に、この溶接管１０２を波形形状成形機５１へ供給する。波形形状製造機５１では図示しない波形形状製造ローラにより溶接管１０２にらせん状の波形形状を形成する。その後、所定の寸法に切断し、熱処理を施し、ステンレス製フレキシブル管１とする。
【００２９】
なお熱処理としては、鋭敏化を回復し耐食性を向上させる熱処理として、１０００℃以上１１００℃以下に加熱した後に急冷する熱処理を行う。
【００３０】
図４は、図３の溶接管１０２のＡ−Ａ断面を示す図であり、板厚ｔ、および溶接部２を示す図である。
【００３１】
また、図５は図４の溶接部２の拡大図であり、溶接部の外側ビード幅Ｗ１、溶接部の内側ビード幅Ｗ２、溶接部の厚みＷ３の定義を示している。なお、ステンレス製溶接管の溶接部２は、ステンレス製溶接管の中心軸に垂直な断面に対し、ＪＩＳ  Ｇ  ０５７１に記載された１０％しゅう酸エッチを行うことにより、顕微鏡で５０倍から２００倍にて図５に示す通り観察することができる。すなわち溶接部２は非溶接部３よりも黒色に観察され、それらの境界４も明確に観察できる。
【００３２】
よって、図５に示すとおり、外側ビード幅Ｗ１は、管外側の溶接部２の幅を示し、内側ビード幅Ｗ２は管内側の溶接部２の幅を示し、溶接部の厚みＷ３は、溶接部２の管半径方向の最大厚みを示す。
【００３３】
次に、ステンレス製フレキシブル管の波形形状について、図６および図７を用いて説明する。
【００３４】
図６は、ステンレス製フレキシブル管１の断面図およびそのステンレス製フレキシブル管１の軸方向への投影図を示す図である。前記ステンレス製フレキシブル管１の波形形状は、その頂点が曲面である、らせん状の山部１０と谷部１１の周期的な繰り返しで形成されている。また、図６では、前記ステンレス製フレキシブル管の軸方向への投影図において、前記谷部１１の管内側頂点１２から形成される投影円の直径ｄの定義を示している。
【００３５】
図７は、波形形状断面の拡大図であり、前記山部の管外側頂点２１と前記谷部の管外側頂点２２との、ステンレス製フレキシブル管の中心軸２３に垂直方向の高さＨ、隣り合う前記山部の管外側頂点間のピッチＰ、前記山部の管外側頂点部の曲面の山半径Ｒ１と前記谷部の管内側頂点部の曲面の谷半径Ｒ２の定義を示している。
【００３６】
本発明の板状のステンレス素材の板厚ｔについては、板厚ｔが小さくなればステンレス製フレキシブル管のウォーターハンマー等による耐久性は悪くなることは明白であるため、最低板厚は、市場でのステンレス製板材の入手性、概略の耐久性を考慮して、０．２８５ｍｍとした。また、最高板厚は、可撓性を確保するため０．４００ｍｍとした。
【００３７】
本発明の投影円の直径ｄは、水洗金具や食器洗浄器等への給水給湯用として流量を確保するのに十分な範囲として６ｍｍから１６ｍｍとした。
【００３８】
高さＨとピッチＰについては、高さＨは、大きくなれば可撓性は向上するが耐久性は低下し、ピッチＰは、大きくなれば可撓性は悪くなるが、耐久性は向上するという性質がある。よって、本発明の高さＨとピッチＰについては、耐久性と可撓性を考慮し、さらに成形ローラでの波形形状の成形のしやすも考慮し、高さＨについては１．１ｍｍから２．０ｍｍとし、ピッチについては２．５ｍｍから５．０ｍｍとした。
【００３９】
本発明の山半径Ｒ１および谷半径Ｒ２については、波形形状の成形ローラーでの成形可能範囲として１ｍｍ以上とした。
【００４０】
次に、本発明の溶接ビード形状について説明する。
本発明は、ステンレス製溶接管の溶接ビード形状を調整し溶接部の残留応力や応力集中を抑制することで、そのステンレス製溶接管に波形形状を付加したステンレス製フレキシブル管のウォーターハンマー等に対する耐久性を向上させるものである。
【００４１】
まず、溶接条件を変化させて種々の溶接ビード形状を有するステンレス製溶接管を製作し、さらに、それらの溶接管に波形形状を付加しステンレス製フレキシブル管とした。
【００４２】
これらのステンレス製フレキシブル管を、管内に３．５ＭＰａの水圧を１秒周期で作用させる疲労試験に供し、耐久性の評価を行った。
【００４３】
なお、本疲労試験は溶接ビード形状の違いによる耐久性を評価するため、波形形状については、らせん状とし、投影円の直径ｄは８．９ｍｍ、高さＨは１．５５ｍｍ、ピッチＰは３．９ｍｍ、山半径Ｒ１および谷半径Ｒ２は１．０とした。また、板厚ｔについては、もっとも耐久性の劣る本発明の最低板厚である０．２８５ｍｍとした。
【００４４】
また、ステンレスの鋼種としてＪＩＳ  Ｇ  ４３０５のＳＵＳ３１６Ｌを用いた。
【００４５】
また、本疲労試験は４０万回以上の耐久性を目指した。４０万回とは、１日に５４回ウォーターハンマーが作用すると仮定した場合、約２０年分の回数に相当する。水栓金具や自動洗濯機、食器洗浄器等の家電製品の耐用年数を考慮して、４０万回以上とした。
【００４６】
表１に試験に供した溶接ビード形状、および、それらの疲労試験結果を示す。なお、破損したものは、すべて溶接ビード部から破損した。
【００４７】
図８に４０万回で破損しなかった代表例として、表１の形状９の溶接ビード部３０を示す。また、図９に４０万回以下で破損した代表例として、表１の形状２３の溶接ビード部３１を示す。これらを比較すると形状９の溶接ビード部３０の外側ビード幅Ｗ１ａ、内側ビード幅Ｗ２ａ、溶接部厚みＷ３ａはそれぞれ、形状２１の溶接ビード部３１の外側ビード幅Ｗ１ｂ、内側ビード幅Ｗ２ｂ、溶接部厚みＷ３ｂよりも小さくなっている。また、形状２１の溶接部３１は、溶接部の厚みＷ３ｂが板厚ｔよりも大きくなっており、板厚ｔに対して溶接部の厚みＷ３ａがほぼ等しい形状９の溶接部３０よりも、形状不連続が大きくなっている。
【００４８】
図１０に、表１における、溶接部の外側ビード幅Ｗ１と内側ビード幅Ｗ２をグラフとして示した。なお、図１０中の●は４０万回以上破損しなかったものを示し、▲は４０万回以下で破損したものを示す。
【００４９】
図１０より、疲労試験で４０万回以上を達成する溶接部の外側ビード幅Ｗ１と内側ビード幅Ｗ２の範囲は、
外側ビード幅Ｗ１については、０．７４１ｍｍ以上１．１０７ｍｍ以下、
板厚ｔを用いて示すと、（３．６００×ｔ）ｍｍ以上（３．８４４×ｔ）ｍｍ以下、
内側ビード幅Ｗ２については、０．２４１ｍｍ以上０．８７５ｍｍ以下、
板厚ｔを用いて示すと、（０．８４６×ｔ）ｍｍ以上（３．０７０×ｔ）ｍｍ以下、
となる。
図１０に、点線四角でその範囲を示した。
【００５０】
なお、溶接は管外側から行うため、また、図１０からもわかるように、外側ビード幅Ｗ１は、少なくとも内側ビード幅Ｗ２と同じかあるいはそれよりも大きくなる。
【００５１】
図１１に、溶接部の厚みＷ３と耐久試験結果をグラフに示した。図１０中の●は４０万回以上破損しなかったものを示し、▲は４０万回以下で破損したものを示す。
【００５２】
図１１より、疲労試験で４０万回以上を達成する溶接部の厚みＷ３の範囲は、０．２７６ｍｍ以上０．４００ｍｍ以下、
板厚ｔを用いると、（０．９６９×ｔ）ｍｍ以上（１．４０３×ｔ）ｍｍ以下となる。
図１１に、点線でその範囲を示した。
【００５３】
図１１示す通り、前記Ｗ３の範囲に、４０万回以下で破損したものが含まれるが、それらは、形状１９、形状２０、形状２１、形状２２のものであり、前記の外側ビード幅Ｗ１あるいは内側ビード幅Ｗ２の値が、前記の外側ビード幅Ｗ１あるいは内側ビード幅Ｗ２の範囲からはずれているものである。
【００５４】
以上より、溶接部の外側ビード幅Ｗ１および内側ビード幅Ｗ２およびビード厚みＷ３の範囲を制限することで、溶接部に残留する引張残留応力を抑制し、さらに、溶接余盛や溶接時の溶融金属の重力による垂れ下がり等の形状不連続による応力集中を抑制することができる。その結果、溶接後に残留応力を低減する処置や形状不連続を修正する処置を行うことなく、本疲労試験において４０万回で破損しない耐久性に優れたステンレス製フレキシブル管を得ることができる。
【００５５】
なお、本発明は、ステンレス製溶接管の溶接ビード形状を小さくし溶接部の残留応力や応力集中を抑制することで、そのステンレス製溶接管に波形形状を付加したステンレス製フレキシブル管のウォーターハンマー等に対する耐久性を向上させるものであるゆえ、外側ビード幅Ｗ１および内側ビード幅Ｗ２は、板厚ｔにかかわらず、小さくなればなるほどよい。
よって、本発明における外側ビード幅Ｗ１と内側ビード幅Ｗ２の下限範囲は、本発明における最低板厚である０．２８５ｍｍの場合の値とすることができる。すなわち、溶接部の外側ビード幅Ｗ１の範囲は、０．７４１ｍｍ以上（３．８８４×ｔ）ｍｍ以下、
溶接部の内側ビード幅Ｗ２の範囲は、０．２４１ｍｍ以上（３．０７０×ｔ）ｍｍ以下となる。
【００５６】
上記、溶接部の外側ビード幅Ｗ１および内側ビード幅Ｗ２および溶接部の厚みＷ３の範囲は、本発明範囲において耐久性がもっとも劣る最低板厚である０．２８５ｍｍの場合の疲労試験結果から導き出したものである。板厚ｔを増すと強度は向上し疲労強度も向上する。
【００５７】
次に、本発明の波形形状について説明する。
本発明は、ステンレス製フレキシブル管の波形形状を調整し、ウォーターハンマー等の内圧によりステンレス製フレキシブル管に発生する応力を低減する、すなわち、その応力をステンレスの疲労強度以下にすることで、当該ステンレス製フレキシブル管の耐久性を向上させるものである。
【００５８】
フレキシブル管の波形形状は、前記板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰ、山半径Ｒ１、谷半径Ｒ２の組み合わせで決まる。これらの組み合わせの数は非常に多く、その組み合わせすべてにおいて疲労試験を行い耐久性を評価するのは現実的でない。
そこで、何種類かの波形形状について有限要素法弾性解析にて管内の内圧により発生する最大応力を算出し、それらの解析結果から最大応力がステンレスの疲労強度以下になるような波形形状の範囲を導出し、その範囲の妥当性を疲労試験にて検証した。
【００５９】
表２に、波形形状の範囲を推定するために選定した板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰの組み合わせ、および、その組み合わせによる波形形状での有限要素法弾性解析結果による最大応力算出結果を示す。なお、有限要素法弾性解析による最大応力については、ＳＵＳ３１６Ｌの物性値としてヤング率１９１．１ＧＰａおよびポアソン比０．２３を用い、また、管内に３．５ＭＰａの内圧が作用するとして算出した。また、山半径Ｒ１と谷半径Ｒ２については、大きくなるほど発生応力は小さくなるので、条件が一番厳しい１ｍｍとした。
【００６０】
表２に示す解析結果から、最大応力がＳＵＳ３１６Ｌの疲労強度以下になる板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰの組み合わせを導出した。
【００６１】
なお、ＳＵＳ３１６Ｌの疲労強度については、ステンレス鋼便覧第３版（ステンレス協会）にＳＵＳ３１６の疲労強度として２６２ＭＰａとの記載があるので、化学成分範囲が類似しているＳＵＳ３１６ＬとＳＵＳ３１６の疲労強度は同等と見なし、２６２ＭＰａを採用した。
【００６２】
ただし、本発明では、材料のばらつき、有限要素法解析の精度等を考慮して、最大応力が２００ＭＰａ以下になる板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰの組み合わせ範囲として導出した。その結果を以下の数１に示す。
【００６３】
【数１】
2006177529.tif 000003
【００６４】
図１２に、ｔ＝０．２８５ｍｍ、ｄ＝８．３ｍｍの場合の前記式の直線、および有限要素法解析の実施点およびその発生応力算出結果を示す。
図１３に、ｔ＝０．３ｍｍ、ｄ＝１０．８ｍｍの場合の前記式の直線、および有限要素法解析の実施点およびその発生応力算出結果を示す。
【００６５】
図１２、図１３に示すとおり、前記直線よりも下にある組み合わせは、発生応力が２００ＭＰａ以下になっている。
【００６６】
次に、導出した前記式の妥当性を検証するため、前記式の組み合わせの範囲内および範囲外にある板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰの組み合わせのステンレス製フレキシブル管を製作し、管内に３．５ＭＰａの水圧を１秒周期で作用させる疲労試験に供し、耐久性の評価を行った。なお、ステンレス鋼種はＪＩＳ  Ｇ  ４３０５のＳＵＳ３１６Ｌとした。また、山半径Ｒ１および谷半径Ｒ２を１ｍｍとした。
【００６７】
表３に、前記試験に用いた板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰの組み合わせと発生応力の算出結果および疲労試験結果を示す。表３に示すとおり、本発明の板厚ｔ、投影円の直径ｄ、高さＨ、ピッチＰの組み合わせをもつステンレス製フレキシブル管は、４０万回を超える耐久性を有しいる。
【００６８】
本発明は溶接ビード形状を調整し、その結果、溶接部に残留する引張残留応力を抑制し、さらに、溶接余盛や溶接時の溶融金属の重力による垂れ下がり等の形状不連続による応力集中を抑制するものである。よって、板材料としてＪＩＳ  Ｇ  ４３０５のＳＵＳ３１６Ｌと同鋼種のＪＩＳ  Ｇ  ４３０５のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３１６にも適用できる。また、波形形状はらせん状に限らず、蛇腹状のものにも適用できる。
【００６９】
また、波形形状については内圧による最大応力を２００ＭＰａ以下にする波形形状としているので、ステンレス鋼便覧第３版（ステンレス協会）に疲労強度として２３４ＭＰａと記載のあるＳＵＳ３０４および化学成分がＳＵＳ３０４に類似のＳＵＳ３０４Ｌ、疲労強度として２６２ＭＰａと記載のあるＳＵＳ３１６についても適用できる。
【００７０】
比較のため、市販のＳＵＳ３１６Ｌ製のステンレス製フレキシブル管２本を管内に３．５ＭＰａの水圧を１秒周期で作用させる疲労試験に供した。表４に示す通り、一方は３５万回で溶接部が破損し、もう一方は４０万回の半分以下である１９万回で同様に溶接部が破損した。
【００７１】
なお、これらの市販のステンレス製フレキシブル管の溶接ビード形状は、本発明の溶接部の外側ビード幅Ｗ１および内側ビード幅Ｗ２の範囲からはずれている。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
【表２】
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【００７４】
【表３】
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【００７５】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】ステンレス製フレキシブル管の断面を示す図である。
【図２】本発明のステンレス製フレキシブル管の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の溶接管の製造過程を示す図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図５】ステンレス製溶接管の溶接ビード部を示す図である。
【図６】本発明のステンレス製フレキシブル管の波形形状および中心軸方向への投影図を示す図である。
【図７】本発明のステンレス製フレキシブル管の波形形状を示す図である。
【図８】本発明の溶接ビード形状例を示す図である。
【図９】比較例の溶接ビード形状例を示す図である。
【図１０】管外及び管内側溶接ビード幅と耐久回数の関係を示す図である。
【図１１】溶接ビード厚みと耐久回数の関係を示す図である。
【図１２】本発明のｔ、ｄ、Ｐ、Ｈの関係および応力計算結果を示す図である。
【図１３】本発明のｔ、ｄ、Ｐ、Ｈの関係および応力計算結果を示す図である。
【図１４】従来の溶接管の断面を示す図である。
【図１５】従来の溶接余盛を示す図である。
【図１６】従来の溶接管の断面を示す図である。
【図１７】従来の溶接部の垂れ下がりおよびへこみを示す図である。
【図１８】シングルレバー水栓を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…本発明のステンレス製フレキシブル管
２…溶接部
３…非溶接部
４…溶接部と非溶接部の境界
１０…山部
１１…谷部
１２…谷部の管内側頂点
２１…山部管外側頂点
２２…谷部管外側頂点
２３…ステンレス製フレキシブル管の中心軸
３０…形状９の溶接部
３１…形状２１の溶接部
５０…管製造機
５１…波形形状製造機
１００…板状の管素材
１０１…接合部
１０２…溶接管
２００…従来のステンレス製溶接管
２０１…溶接余盛
２０２…従来のステンレス製溶接管
２０３…溶接部の垂れ下がり
２０４…へこみ
３００…水栓金具
３０１…従来のステンレス製フレキシブル管
ｔ…溶接管の板厚（板状の管素材の板厚）
Ｗ１…外側ビード幅
Ｗ２…内側ビード幅
Ｗ３…溶接部の厚み
ｄ…谷部の管内側頂点の中心軸方向への投影円の直径
Ｈ…山部の管外側頂点と谷部の管外側頂点との中心軸に垂直な方向の高さ
Ｐ…隣り合う山部の管外側頂点間のピッチ
Ｒ１…山部の管外側頂点部の曲面の山半径
Ｒ２…谷部の管内側頂点部の曲面の谷半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１８】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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