(57)【要約】【課題】本発明は、導波管の接続構造であって、フランジを用いた導波管の接続に水膨張性部材を用いた場合でも、高い気密性及び高い水密性を確保できると共に長期信頼性の高い導波管の接続構造を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る導波管の接続構造において、該接続構造は端部のフランジ同士が接合される導波管の接続構造であり、少なくとも一方のフランジの接合面に方形状の溝が形成されており、該溝には水膨張性部材が配置され、該溝の少なくとも１つの角部には膨張する前記水膨張性部材を収容する遊び部空間が形成されていることを特徴とする。【選択図】      図３
2008199285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部のフランジ同士が接合される導波管の接続構造において、
少なくとも一方のフランジの接合面に方形状の溝が形成されており、
該溝には水膨張性部材が配置され、
該溝の少なくとも１つの角部には膨張する前記水膨張性部材を収容する遊び部空間が形成されていることを特徴とする導波管の接続構造。
【請求項２】
前記遊び部空間は前記溝の対角線上に位置する少なくとも２つの角部に形成されている請求項１記載の導波管の接続構造。
【請求項３】
前記溝は長方形であり、
前記遊び部空間の平面形状は前記溝の長辺方向が前記溝の短辺方向より長い形状である請求項２記載の導波管の接続構造。
【請求項４】
前記遊び部空間の平面形状は長方形であり、
前記溝の長辺方向と前記遊び部空間の平面形状の長辺方向が一致している請求項３記載の導波管の接続構造。
【請求項５】
前記遊び部空間を除いた溝の容積を前記水膨張性部材の体積の９５〜１００％に形成し、前記遊び部空間を含む溝の容積を前記水膨張性部材の膨張時体積の９５〜１１０％に形成する請求項１から４のいずれか１項記載の導波管の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフランジを備えた導波管の接続構造に関し、特に、高い気密性及び高い水密性を確保できると共に長期信頼性の高い導波管の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波管は、マイクロ波の高効率伝送路であり、通信装置、衛星放送用アンテナ等に用いられる。通常、導波管は方形または円形の金属製パイプからなり、導波管同士の接続は接続端に溶接されたフランジ同士を突き合わせ、これらフランジ間をボルトで締め付けることにより行われる。導波管の内部は耐高電圧のために乾燥空気で加圧されているが、この乾燥空気を逃がさず、また、導波管は屋外に布設されることから、雨水や湿気の内部への侵入を防ぐために上記フランジ間にはパッキンを介在させるのが一般的である（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一方、一般的な管の接続では、水膨張性のパッキンが利用されている（例えば、特許文献２）。管の接続に水膨張性のパッキンを利用することで、管の寸法公差等により接続部に微小な隙間が存在している場合でも、浸水時に水膨張性のパッキンが膨張して隙間を完全に埋めることで高い水密性を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２６９０３号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、管の接続に水膨張性のパッキンを用いる場合は、パッキンの膨張率とパッキンを配設する部分の容積とを適正に設計する必要がある。パッキン配設部の容積が大きい（又はパッキンの膨張率が小さい）場合には接続部に隙間が発生して十分な水密性を得ることができない。反対に、パッキン配設部の容積が小さい（又はパッキンの膨張率が大きい）場合には膨張したパッキンによる押圧力で接続部に亀裂が入ったり、接続用のボルトが破壊される等の不具合が発生する。
【０００６】
導波管の接続に水膨張性のパッキンを用いる場合、方形の導波管同士を接続ではフランジにパッキンを配設するための方形状の溝を形成するが、方形状の溝に水膨張性パッキンを配設すると、膨張したパッキンは溝の角部に集中する。この場合、行き場がなくなったパッキンが波打つことで隙間が発生したり、最悪の場合、膨張したパッキンにより溝の角部に集中的に応力が加わることで角部に亀裂が入る等の不具合が発生する。
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、フランジを配した導波管の接続に水膨張性パッキンを用いた場合でも、長期信頼性の高い導波管の接続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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明に係る導波管の接続構造は、端部のフランジ同士が接合される導波管の接続構造であって、少なくとも一方のフランジの接合面に方形状の溝が形成されており、該溝には水膨張性部材が配置され、該溝の少なくとも１つの角部には膨張する前記水膨張性部材を収容する遊び部空間が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
ここで、遊び部空間は、前記溝の対角線上に位置する少なくとも２つの角部に形成することが望ましい。また、溝を長方形に形成し、前記遊び部空間の平面形状を前記溝の長辺方向が前記溝の短辺方向より長い形状に、または、溝の長辺方向と前記遊び部空間の平面形状の長辺方向が一致する長方形に形成することが望ましい。更に、遊び部空間を除いた溝の容積を前記水膨張性部材の体積の９５〜１００％に形成し、前記遊び部空間を含む溝の容積を前記水膨張性部材の膨張時体積の９５〜１１０％に形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る導波管の接続構造は、水膨張性部材を配設する溝が、膨張した水膨張性部材を収容する遊び部空間を含んでいるので、高い気密性を得るのに十分な体積、及び、高い水密性を得るのに十分な膨張率を与える水膨張性部材を溝に配置した場合でも、膨張により行き場が無くなった水膨張性部材が遊び部空間に逃げることで、フランジの特定箇所に過大な応力が集中してかかることがない。従って、高い気密性及び水密性を確保できると共に、長期に安定した導波管の接続構造を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず、導波管の接続構造について説明する。図１は、一般的な導波管接続構造１００を示した斜視図である。図１において、互いに接続される導波管１２０、１３０は断面方形であり、それぞれの接続端には外形が正方形に形成されたフランジ１４０、１５０が接続されている。そして、フランジ１４０、１５０の四隅をボルト１７０で固定することで、導波管１２０、１３０を一体に接続している。図２は図１の導波管接続構造１００の断面図であり、フランジ１４０、１５０はそれぞれ導波管１２０、１３０と接続されている。一方のフランジ１４０には他方のフランジ１５０との接続面に溝１１０が形成されており、溝１１０にはパッキン１６０が配設されている。本導波管接続構造１００において導波管を接続する場合は、先ず、２本の導波管１２０、１３０の接続端部にそれぞれフランジ１４０、１５０を接続し、一方のフランジ１４０に形成されている溝１１０にパッキン１６０を配設後、２つのフランジ１４０、１５０を対向させてボルト１７０で固定する。
【００１２】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る導波管の接続構造について説明する。図３に本実施形態に係るフランジ４の接続面を示す。図３において、フランジ４は断面方形状であり、その接続面には、導波管が接続される管接続部８、水膨張性パッキン６を配設する溝１０及びボトルを挿通させるボルト用穴９が形成されている。溝１０は水膨張性パッキン６を配設する本体部１０ａと、本体部１０ａの各角部に連通し、本体部１０ａと同じ深さに形成された四つの遊び部１０ｂとから成る。ここで、本実施形態では水膨張性パッキン１６として吸水性樹脂を練り込んだ加硫ゴムを長方形に成形したものを用いた。図３に、溝１０内に配設した直後の水膨張性パッキン６を斜線で示す。
【００１３】
本実施形態では、本体部１０ａは水膨張性パッキン６の体積とほぼ同じ容積を有する溝に設計した。図３に示すように、本体部１０ａの平面形状は水膨張性パッキン６よりやや大きな面積を有する。本体部１０ａの高さは水膨張性パッキン６の厚みよりやや小さく設計されており、水膨張性パッキン６を配設して他方のフランジで押さえ込んだ時に本体部１０ａが丁度水膨張性パッキン６で埋まる。従って、乾燥時には水膨張性パッキン６は通常のパッキンとして機能し、導波管内の気密性を維持する。また、フランジの接続部から水が侵入すると、水膨張性パッキン６が水と接触して膨張し、押圧状態でフランジと接するようになることで高い水密性を与える。
【００１４】
一方、遊び部１０ｂは本体部１０ａの各角部に連通する方形状の溝に形成した。方形状の水膨張性パッキン６を溝に配設する場合、水と接触することで膨張した水膨張性パッキン６は溝の角部に集中する。その結果、水膨張性パッキン６が波打って隙間が発生したり、角部に押圧力が継続してかかり、最悪の場合、疲労により角部に亀裂が入る等の不具合が発生する。これに対して、本実施形態では本体部１０ａの角部に遊び部１０ｂを形成したので、集まってくる水膨張性パッキン６を遊び部１０ｂに逃がすことができる。従って、水膨張性パッキン６が波打って隙間が発生したり、水膨張性パッキン６が集中することで発生する押圧力が長時間集中してかかることで溝の角部が疲労破壊する等を避けることができる。
【００１５】
また、長方形の水膨張性パッキン６の場合、膨張量は短辺方向より長辺方向の方が大きい。そこで本実施形態では、遊び部１０ｂを、水膨張性パッキン６の短辺側（すなわち本体部１０ａの短辺側）を短辺、長辺側を長辺とする長方形に形成した。このようにすることで、長辺側で大きく膨張した水膨張性パッキン６をそのまま遊び部１０ｂで吸収することができる。尚、遊び部１０ｂは本体部１０ａの短辺方向を短く、長辺方向を長くすれば長方形に限定されず、例えば三角形等でも良い。
【００１６】
具体的には、本実施形態では水膨張性パッキン６の体積を約１７１５ｍｍ３、膨張率を２０％とした。すなわち、水により膨張することで、水膨張性パッキン６は約２０５８ｍｍ３となる。一方、溝１０の本体部１０ａは、深さ３．９ｍｍ、短辺の長さ（図４のＡ）２６．２ｍｍ、長辺の長さ（図４のＢ）４２．１ｍｍとし、容積が水膨張性パッキン６と同じ１７１５ｍｍ３となるように設計した（管挿入部８：短辺長さ１９．０ｍｍ、長辺長さ３４．９ｍｍ、を除く）。すなわち、水膨張性パッキン６を配設して２つのフランジで挟持することで、本体部１０ａは水膨張性パッキン６により埋まった状態となる。ここで、本体部１０ａの容積は水膨張性パッキン６の初期体積（膨張していない状態）の９５〜１００％とするのが望ましい。９５％より小さいと、二つのフランジで挟んだ時に水膨張性パッキン６が溢れてフランジ間に隙間が発生する可能性が高い。反対に、本体部１０ａの容積が水膨張性パッキン６の初期体積の１００％より大きいと良好な気密性を得ることが難しい。
【００１７】
また、遊び部１０ｂは、短辺側（図４のＣ）を６．０ｍｍ、長辺側（図４のＤ）を７．０ｍｍ、容積が約１１３ｍｍ３の長方形状の溝に設計した。約１１３ｍｍ３の遊び部１０ｂを本体部１０ａの各角部に形成することで、遊び部全体としては約４５２ｍｍ３となる。尚、詳細寸法は省略する。以上より、溝１０の容積は約２１６７ｍｍ３（１７１５ｍｍ３＋４５２ｍｍ３）となる。これは、膨張時の水膨張性パッキン６の体積２０５８ｍｍ３の約１０５％に当たる。ここで、溝１０（本体部１０ａ＋遊び部１０ｂ）の容積としては、水膨張性パッキン６の最大膨張時体積の９５〜１１０％とするのが望ましい。溝１０の容積が膨張時の水膨張性パッキン６の体積の９５％より小さいと、膨張した水膨張性パッキン６により長期に応力がかかることでフランジに亀裂が生じたり、ボルトが破壊される等の不具合が発生する。一方、溝１０の容積が膨張時の水膨張性パッキン６の体積の１１０％より大きいと、遊び部１０ｂの空域部に水が溜まり、長期に亘って水膨張性パッキン６が膨張した状態が継続することとなり望ましくない。
【００１８】
本フランジ４を用いて導波管を接続する場合は、フランジ４に形成した溝１０に水膨張性パッキン６を配設し、２つのフランジの接続面を対向させてボルトで固定する。本実施形態では、溝１０の本体部１０ａを水膨張性パッキン６の体積とほぼ同じにしたので、水膨張性パッキン６がフランジに挟持されて潰れることで水膨張性パッキン６が本体部１０ａを埋め尽くし、乾燥時には通常のパッキンとして気密性を維持することができる。また、雨水などがフランジの接合面から侵入して来た場合には水膨張性パッキン６が膨張することでより高い止水効果を発する。ここで、本体部１０ａの各角部に遊び部１０ｂを形成したので、水により膨張して角部に集中した水膨張性パッキン６が遊び部１０ｂへ逃げるので、本体部１０ａの角部に過大な負荷がかかることがない。尚、膨張した水膨張性パッキン６が適度に遊び部１０ｂを埋めるので、雨水等が遊び部１０ｂに溜まって慢性的に水膨張性パッキン６が膨張状態となることがない。
【００１９】
本実施形態では、遊び部１０ｂとして、長方形状の遊び部２０ｂを本体部２０ａの四つの角部に形成したが、これに限定されない。溝１０の形状や水膨張性パッキン６の特性等により、膨張した水膨張性パッキン６が一番集中すると考えられる箇所に適宜遊び部１０ｂを形成することが望ましい。また、本実施形態では、水膨張性パッキン６に加硫ゴムに吸水性樹脂を充填剤として練り込んだものを用いたが、加硫ゴムに水膨張性ウレタンをブレンドしたものや水膨張性のエラストマー等でも良い。また、膨張率を２０％としたがこれにも限定されない。水膨張性パッキン６の膨張率や硬度等は使用環境等に応じて適宜選択できる。
【００２０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態と異なる点は、遊び部を本体部の対角線上の２つの角部に形成した点と、遊び部をＬ字状の溝に形成した点である。図４は、本実施形態に係るフランジ１４に形成されている溝２０の断面図である。フランジ１４は第１の実施の形態と同様に方形状に形成され、その接合面には溝２０の他にボルトを挿通するためのボルト挿通穴１９、導波管が接続されている管接続部１８が形成されている。また、溝２０は水膨張性パッキン１６の形状とほぼ同じ形状に形成された方形状の本体部２０ａと、本体部２０ａの対角線上の角部に形成された二つの遊び部２０ｂとから成る。
【００２１】
本実施形態では、加硫ゴムに吸収性樹脂を充填剤として練り込んだ、体積約１７１５ｍｍ３、膨張率を膨張率１５％の水膨張性パッキン１６を用いた。これに対して、本体部２０ａは水膨張性パッキン１６の体積とほぼ等しい容積、すなわち約１７１５ｍｍ３に設計した。従って、乾燥時には水膨張性パッキン１６は通常のパッキンとして機能し、導波管内の気密性を維持する。また、フランジの接続部から水が侵入すると、水膨張性パッキン１６が水と接触して膨張することで高い水密性を与える。一方、遊び部２０ｂは本体部２０ａに連通し、本体部２０ａの長辺方向が長く、短辺方向が短いＬ字状の溝であり、容積を約１２５ｍｍ３とした。すなわち、膨張時の水膨張性パッキン１６の体積約１９７０ｍｍ３に対し、溝２０（本体部２０ａ＋遊び部２０ｂ）の容積は約１９６５ｍｍ３で、約１００％である。
【００２２】
遊び部２０ｂをこのように形成することで、水により膨張して角部に集中した水膨張性パッキン１６を遊び部２０ｂに逃がすことができ、従って角部に応力が集中してかかることを裂けることができる。また、長辺方向が長く、短辺方向が短いＬ字状としたので水膨張性パッキン１６の膨張時には、膨張部により遊び部２０ｂが埋まり、遊び部２０ｂの空きスペースに水がたまることを防ぐことができる。本実施形態のように、膨張率が大きくない膨張性パッキン１６を用いる場合には、遊び部２０ｂを必要最小限とすることが望ましい。この場合も、膨張した膨張性パッキン１６が１箇所に集中しないように、例えば、本実施形態のよいに対角線上の２箇所等に配設すると良い。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係る管接続構造においては、溝２０を膨張時の水膨張性パッキン１６の体積とほぼ同じとし、更に、遊び部２０ｂを本体部２０ａの長辺方向が長く、短辺方向が短いＬ字状に形成したので、水膨張性パッキン１６の膨張時には、膨張部により遊び部２０ｂがスムーズに埋まり、従って遊び部２０ｂの空きスペースに水がたまることを防ぐことができる。
【００２４】
以上のように、本発明に係る導波管の接続構造は、フランジに形成された溝が水膨張性部材を配設するための本体部と、膨張した水膨張性部材を吸収する遊び部を含んでいるため、乾燥時には水膨張性部材が本体部を埋め尽くすことで良好な気密性を維持することができ、水浸時には水膨張性部材が膨張することで高い水密性を得ることができる。更に膨張することで角部に集中した水膨張性部材は遊び部に逃げることができるので、フランジの角部等に大きな負荷が集中することがなく、従って長期信頼性の高い接続構造となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】導波管接続構造１の斜視図。
【図２】導波管接続構造１の断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るフランジの接続面正面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るフランジの接続面正面図。
【符号の説明】
【００２６】
１００    導波管接続構造
１２０、１３０    導波管
４、１４０、１５０    フランジ
６、１６    水膨張性パッキン
１７０    ボルト
８、１８    管接続部
９、１９    ボルト挿通穴
１０、２０、１１０    溝
１０ａ、２０ａ    本体部
１０ｂ、２０ｂ    遊び部
【図１】
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【図２】
2008199285.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008199285.tif 000006