(57)【要約】【課題】  温度変化によってシール性が低下しにくい優れた管継手を提共すること。【解決手段】  流体通路２ａ、３ａを有する継手部材２，３と、円筒状のガスケット６と、いずれか一方の継手部材に設けられた雄ねじ部材４と他方の継手部材に設けられた雌ねじ部材５とが結合される管継手１Ａにおいて、両継手部材の少なくとも一方の突合せ端面に環状の凹所が設けられ、両継手部材を当接させると環状の空間９が形成され、ガスケット６は、該ガスケットの内周面が凹所の内周面と接する環状の空間９に収容され、環状のバックリング７を備え、当該バックリング７は、ガスケット６の外周面と凹所の外周面と接して環状の空間に収容されており、バックリング７の軸方向幅ｄ１は、環状の空間の軸方向幅ｄ２よりも大きい。継手部材が結合されると、バックリング７が径方向に伸びてガスケット６を径方向内方に押圧しシールする。【選択図】  図１
2019178695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方に流体通路を有する一対の継手部材と、
両継手部材の突合せ部をシールする円筒状のガスケットと、
いずれか一方の継手部材に設けられた雄ねじまたは雄ねじ部材と他方の継手部材に設けられた雌ねじ部材とが結合される管継手において、
前記両継手部材の少なくとも一方の突合せ端面に環状の凹所が設けられ、両継手部材を当接させると環状の空間が形成されるようになされており、
前記ガスケットは、該ガスケットの周面が前記凹所の内周面に沿うように前記環状の空間に収容され、
前記ガスケットを径方向内方に押圧する弾性体である環状のバックリングを備え、当該バックリングは、前記ガスケットの外周面と前記凹所の外周面と接して前記環状の空間に収容されており、
前記管継手が結合される前の前記バックリングの軸方向幅は、前記環状の空間の軸方向幅よりも大きくなされており、
前記一対の継手部材が前記雄ねじまたは雄ねじ部材と前記雌ねじ部材によって結合されると、前記バックリングが径方向に伸長し前記ガスケットを径方向内方に押圧することを特徴とする管継手。
【請求項２】
前記凹所が一対の継手部材の両方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の管継手。
【請求項３】
前記凹所が１の継手部材に設けられ、他の継手部材の端面は平面であることを特徴とする請求項１に記載の管継手。
【請求項４】
前記凹所が１の継手部材に設けられ、他の継手部材の端面には前記凹所に対向する環状の凸部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の管継手。
【請求項５】
前記バックリングは、１または複数のリング体からなり、当該リング体は、径方向断面形状において、軸方向に対して一方端面は膨らみ、他方端面は凹んでおり、前記一方端面と他方端面とは滑らかにつながっている請求項１〜４に記載の管継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、管継手に関し、特に、温度変化時のシール性の低下を防止する管継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
管継手として、例えば、互いに連通する流体通路を有している１対の継手部材と、１対の継手部材の突合わせ端面の間に介在させられる円環状ガスケットとを備えており、いずれか一方の継手部材に設けられた雄ねじ部材と他方の継手部材に設けられた雌ねじ部材とによって１対の継手部材同士が結合されるものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、図１０に示すように、流体通路２３ａ及び外向きフランジ２３ｄが形成された円筒状のスリーブ２３と、流体通路２２ａ及び雄ねじ２２ｂが形成された環状継手部材２２と、スリーブ２３と環状継手部材２２の対向端面間に介在させられるリテーナ２７に支持されたガスケット２６と、を備えている管継手２０が開示されている。雌ねじ部材２５は、スリーブ２３の外向きフランジ２３ｄに対向する内向きフランジ２５ａを有し、スリーブ２３に嵌められるナットとされている。
【０００４】
外向きフランジ２３ｄと内向きフランジ２５ａの間に供回り防止のためのスラストベアリング２８が備えられている。
【０００５】
管状継手部材２２とスリーブ２３の対向端面には、環状突起２２Ｃと環状突起２３Ｃがそれぞれ形成されており、環状継手部材２２に形成された雄ねじ２２ｂと雌ねじ部材２５に形成された雌ねじ２５ｂが螺合して締め付けられると、環状突起２２ｃと２３Ｃは、ガスケット２６を押圧し、ガスケット２６が塑性変形してシールがなされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の管継手は、ガスケットを塑性変形させて面シールを行うことで、シール性に優れており、種々の用途で使用されている。外気温が低下する場合や、流す流体が極低温流体の場合においては、継手部材や配管材料の熱収縮によってガスケットなどのシール部材にかかる面圧が低下し、シール性が悪くなる場合がある。
【０００８】
例えば、水素ステーションにおいては、配管内を約マイナス２００℃の極低温ガスが管継手の流体通路を通るため、管継手及び管継手が接続されている配管全体が冷やされ熱収縮は起こる。その結果、環状突起とガスケット間の軸方向の面圧が低下して、シール性の低下が懸念される。
【０００９】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、継手部材同士を連結する管継手であって、継手部材等の温度変化により軸方向のシール面圧の低下によっても流体の漏れを生じさせることのないシール性の優れた管継手を提共することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するためになされた本発明（１）による管継手は、少なくとも一方に流体通路を有する一対の継手部材と、両継手部材の突合せ部をシールする円筒状のガスケットと、いずれか一方の継手部材に設けられた雄ねじまたは雄ねじ部材と他方の継手部材に設けられた雌ねじ部材とが結合される管継手において、前記両継手部材の少なくとも一方の突合せ端面に環状の凹所が設けられ、両継手部材を当接させると環状の空間が形成されるようになされており、前記ガスケットは、該ガスケットの内周面が前記凹所の内周面に沿うように前記環状の空間に収容され、前記ガスケットを径方向内方に押圧する弾性体である環状のバックリングを備え、当該バックリングは、前記ガスケットの外周面と前記凹所の外周面と接して前記環状の空間に収容されており、前記管継手が結合される前の前記バックリングの軸方向幅は、前記環状の空間の軸方向幅よりも大きくなされており、前記一対の継手部材が前記雄ねじまたは雄ねじ部材と前記雌ねじ部材によって結合されると、前記バックリングが径方向に伸長し前記ガスケットを径方向内方に押圧することを特徴としている。
【００１１】
この本発明（１）の管継手によると、ガスケットを径方向内方に押圧する弾性体である環状のバックリングを備え、このバックリングは、ガスケットの外周面と前記凹所の外周面と接して前記環状の空間に収容されている。
【００１２】
管継手が結合される前のバックリングの軸方向幅は、前記環状の空間の軸方向幅よりも大きくなされており、一対の継手部材が前記雄ねじまたは雄ねじ部材と前記雌ねじ部材によって結合されると、バックリングが径方向に伸びてガスケットを径方向内方に押圧する。
【００１３】
本発明（１）の管継手によって、バックリングがガスケットを径方向内方に押圧する力は、軸方向と直交するので、配管や継手部材が熱収縮して軸方向の押圧力が低下しても、径方向内方にガスケットを押圧する面圧は低下しないため、温度変化による環境変化に対してシール性に優れた管継手を得ることができる。
【００１４】
この本発明（２）の管継手は、前記凹所が一対の継手部材の両方に設けられていることを特徴とする本発明（１）の管継手である。
【００１５】
本発明（２）の管継手によって、一対の環状継手部材がどちらもスリーブとされている場合、どちらの端面にも同じ形状の環状の凹所を設ければ良いので、部材の種類を減らすことができる。
【００１６】
この本発明（３）の管継手は、前記凹所が１の継手部材に設けられ、他の継手部材の端面は平面であることを特徴とする本発明（１）の管継手である。
【００１７】
本発明（３）の管継手では、片側の管継手にのみ環状の凹所を設ければ良いので、製造コスト低減を図ることができる。
【００１８】
この本発明（４）の管継手は、前記凹所が１の継手部材に設けられ、他の継手部材の端面には前記凹所に対向する環状の凸部が設けられていることを特徴とする本発明（１）の管継手である。
【００１９】
本発明（４）の管継手は、１の継手部材に環状凹所が設けられ、他の継手部材の端面にはこの凹所に対向する環状の凸部が設けられているので、環状空間の密封性を上げ、シール性をさらに向上させることができる。
【００２０】
本発明（５）の管継手においては、バックリングは、１または複数のリング体からなり、このリング体は、径方向断面形状において、軸方向に対して一方端面は膨らみ、他方端面は凹んでおり、前記一方端面と他方端面とは滑らかにつながっている本発明（１）〜（４）の管継手である。
【００２１】
バックリングを複数のリング体からなるとすることで、径方向内方に向かう面圧をガスケットとの界面において複数箇所で発生させることができるので、よりシール性を上げることができる。また、このような軸方向に対して一方端面は膨らみ、他方端面は凹んでおり、前記一方端面と他方端面とは滑らかにつながっている形状をしているので軸方向に係る締結力を径方向に向かう力に容易に転換でき、径方向の面圧を発生させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の管継手によると、継手部材等の温度変化により軸方向のシール面圧の低下によっても流体の漏れを生じさせることのないシール性の優れた管継手を提共することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、この発明による管継手の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明による管継手の第１の実施形態において、管継手が結合される前のシール部近傍を示す縦断面図である。
【図３】図３は、この発明による管継手の第１の実施形態において、管継手が結合された後のシール部近傍を示す縦断面図である。
【図４】図４は、この発明による管継手の第２の実施形態において、管継手が結合される前のシール部近傍を示す縦断面図である。
【図５】図５は、この発明による管継手の第２の実施形態において、管継手が結合された後のシール部近傍を示す縦断面図である。
【図６】図６は、この発明による管継手の第３の実施形態において、管継手が結合される前のシール部近傍を示す縦断面図である。
【図７】図７は、この発明による管継手の第３の実施形態において、管継手が結合された後のシール部近傍を示す縦断面図である。
【図８】図８は、この発明による管継手の第１の実施形態の管継手において、管継手の締結後に発生するシール部周辺に発生する応力ベクトルを示す図である。
【図９】図９は、従来の管継手において、管継手の締結後に発生するシール部周辺に発生する応力ベクトルを示す図である。
【図１０】図１０は、特許文献１に記載の管継手の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、上下左右は、図面上の上下左右をいうものとする。
【００２５】
図１は、この発明による管継手の第１の実施形態を示しており、この管継手１Ａは、流体通路２ａを有する継手部材２（以下、スリーブ２ともいう。）と、流体通路３ａを有する継手部材３（以下、スリーブ３ともいう。）と、スリーブ２の右方から嵌め入れられる雌ねじ部材５と、スリーブ３の左方から嵌め入れられる雄ねじ部材４とから構成されている。継手部材３と雄ねじ部材４とは一体構造であっても構わない。また、雄ねじ部材４と一体構造の継手部材３は、流体通路３ａを具備せず、雄ねじ部材と一体となった所謂閉止栓であっても構わない。
【００２６】
雄ねじ部材４には右端部に雄ねじ４ａが形成され、雌ねじ部材５には左端部の内面に雌ねじ５ａが形成され、右端部に内向きフランジ５ｂが形成されている。雄ねじ４ａと雌ねじ５ａを螺合して締め付け締結することで、管継手１Ａが結合される。外向きフランジ２ｂと内向きフランジ５ｂの間に供回り防止のためのスラストリング８が備えられている。スリーブ３の突合せ端部にも外向きフランジ３ｂが形成されている。
【００２７】
図２に示すように、スリーブ２とスリーブ３の突合せ端面には、それぞれ環状の凹所２ｃと３ｃが形成され、両凹所２ｃ、３ｃは同一形状をしている。この凹所２ｃ、３ｃによって、環状の空間９が形成される。
【００２８】
環状の空間９内にガスケット６とバックリング７が収容されている。図１に示す第１の実施形態では、図２に示す通り、バックリング７は一対のリング体７ａと７ｂとからなり、これらのリング体７ａ、７ｂは、互いに凹状面側が対向するように配置されているがこれに限られるものではなく凸状面側が対向するように配置されても構わない。
【００２９】
リング体７ａと７ｂは同一形状であり、径方向断面形状において、軸方向に対して一方端面は膨らんだ緩やかな凸状面、他方端面は凹んだ緩やかな凹状面であり、一方端面と他方端面とは滑らかにつながっている。
【００３０】
管継手１Ａが結合される前のバックリング７の軸方向幅ｄ１（図２参照）は、両スリーブ２、３を当接させるときの環状の空間の幅環状の空間の軸方向幅ｄ２（図３参照）よりも大きくなされている。
【００３１】
図３は、図２の状態から、雄ねじ４ａと雌ねじ５ａを締めあげて、スリーブ２、３を結合したときのシール部付近を示している。この締結の結果、リング体７ａ、７ｂは弾性変形をして、断面側面形状がフラットとなっている。
【００３２】
バックリング７を構成するリング体７ａ、７ｂは、図２において下端（内周側端部）はガスケット６の外周面と、上端（外周側端部）は凹所２ｃ、３ｃの外周面と接している。図３のようにスリーブ２，３が結合されると、バックリング７は軸方向に短縮させられ、径方向に拡大させられて、径方向の内方と外方に接触応力が発生する。径方向内方に発生する接触応力は、ガスケットを押圧し、ガスケット６の内周面と、図２における凹所２ｃ、３ｃの下端（内周面）と接しているので、ここでも径方向に接触応力が発生する。また、ガスケット６は、径方向に圧縮されることで軸方向に伸長し軸方向でのシール性を発揮する。
【００３３】
ガスケット６はニッケル合金製で、必要に応じて銀メッキが施される。ガスケット６の材質として、オーステナイト系ステンレス鋼、銅またはアルミニウム合金などが適宜採用される。また、ガスケットは樹脂製を採用することもできる。この場合、ニッケル合金製等金属製のガスケット６の更に内側に樹脂製のガスケットを配置する構成とすることができ、バックアップリング７の径方向の荷重を受ける状態となり応力緩和の発生を抑制する。
【００３４】
バックリング７の材質は、線膨張率が鉄よりも小さい材質であれば特に限定するものではないが、主成分が鉄とニッケルの合金であるインバー合金が好ましい。この合金によると、鉄に比べて線膨張率が約１／１０程度となるため、極低温に冷却されても収縮量が少ないため、径方向に発生する接触応力の低下を極めて小さくすることができる。バックアップリング７の形状は、上述したように一方の端面が凸状面、他方の端面が凹状面となっており、この形状及び寸法は、僅かな熱収縮においてもガスケット６に十分な接触応力が作用する形状及び寸法となるように設計されている。
【００３５】
図４は、第２の実施形態において、管継手が結合される前のシール部近傍を示している。第１の実施形態と異なっている点は、環状の凹所３ｃがスリーブ３にのみ形成され、スリーブ２の突合せ端面は平坦となっており、バックリング７が１個である点である。
【００３６】
第２の実施形態では、凹所が片側のスリーブにみに形成すれば良く、バックリングも１個で良いことから製造コストの低減を図ることができる。もちろん、第２の実施形態の環状の空間９の中に第１の実施形態のように一対のバックリング７を設けるようにすることも可能である。なお、図４に示す幅ｄ１と図５に示す幅ｄ２との関係は、第１の実施形態の場合と同じである。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、径方向に接触応力を発生させることができる。
【００３７】
図６は、第３の実施形態において、管継手が結合される前のシール部近傍を示している。第１の実施形態と異なっている点は、環状の凹所３ｃがスリーブ３にのみ形成され、スリーブ２の突合せ端面には凹所３ｃに対向してはめ合わされる環状の凸部２ｄが設けられ、バックリング７が１個である点である。
【００３８】
第３の実施形態では、凹所３ｃにはめ合わされる環状の凸部２ｄが設けられているので、環状の空間９の密封性を上げ、図７に示すようにスリーブ２，３が結合されると、シール性をさらに向上させることができる。もちろん、第３の実施形態の環状の空間９の中に第１の実施形態のように一対のバックリング７を設けるようにすることも可能である。なお、図６に示す幅ｄ１と図７に示す幅ｄ２との関係は、第１の実施形態の場合と同じである。第３の実施形態においても第１の実施形態と同様に、径方向に接触応力を発生させることができる。
【００３９】
図８は、ＦＥＭ解析手段を用いて、この発明による第１実施形態の管継手において、管継手の締結後にシール部周辺に発生する接触応力ベクトルを示している。
【００４０】
この図を見ると、点線丸印で囲んだ６か所に径方向の接触応力が発生していることがわかる。この軸方向接触応力は、配管や継手が極低温となって冷やされて熱収縮しても、影響をあまり受けることがないため、温度変化に対するシール性を従来の継手に比べて向上させることができる。
【００４１】
図９は、ＦＥＭ解析手段を用いて、図１０に示す従来の管継手管継手において、管継手の締結後にシール部周辺に発生する接触応力ベクトルを示している。
【００４２】
この図を見ると、シール部に発生する接触応力は軸方向か軸方向に近い方向に向かっており、配管や継手が極低温となって冷やされて熱収縮した場合、影響を強く受け、温度変化に対するシール性が良いとは言えない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上説明したように、本発明は、温度変化により軸方向の接触応力が低下する場合でも径方向に発生する接触応力によって、シール性の良い管継手を提供することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ：管継手（第１の実施形態）
１Ｂ：管継手（第２の実施形態）
１Ｃ：管継手（第３の実施形態）
２  ：スリーブ（継手部材）
２ａ：流体通路
２ｃ：凹所
３  ：スリーブ（継手部材）
３ａ：流体通路
３ｂ：外向きフランジ
３ｃ：凹所
４  ：雄ねじ部材
４ａ：雄ねじ 
５  ：雌ねじ部材
５ａ：雌ねじ
５ｂ：内向きフランジ
６  :ガスケット
７  ：バックリング
７ａ：リング体
７ｂ：リング体
８  ：スラストリング
９  ：環状の空間
【図１】
2019178695.tif 000003
【図２】
2019178695.tif 000004
【図３】
2019178695.tif 000005
【図４】
2019178695.tif 000006
【図５】
2019178695.tif 000007
【図６】
2019178695.tif 000008
【図７】
2019178695.tif 000009
【図８】
2019178695.tif 000010
【図９】
2019178695.tif 000011
【図１０】
2019178695.tif 000012