(57)【要約】【課題】信頼性の高い施工が行えるスリーブ型継手を提供することである。【解決手段】接続管３０の内周に挿入される円筒部１２を有する継手本体１１と、接続管３０の周囲に配置され、接続管３０の外周面に接触可能な小径部２１と薄肉部２６を介して小径部２１に結合された大径部２４を含む略円筒状に形成されたスリーブ２０とを備え、スリーブ２０を軸方向に圧縮することにより、薄肉部２４がせん断されて、大径部２４が小径部２１の外周に乗り上げることにより小径部２１を縮径させ、接続管３０を円筒部１２とスリーブ２０との間で挟着して接続するスリーブ型継手１０において、スリーブの薄肉部２６は、５００Ｎ以上、５０００Ｎ未満の推力でせん断可能な幅を有し、かつスリーブ２０は、５０００Ｎ未満の推力で大径部２４が小径部２１に乗り上げられるような材料で形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続管に内装される円筒部を有する継手本体と、前記接続管の周囲に配置され、前記接続管の外周面に接触可能な小径部と薄肉部を介して前記小径部に結合された大径部を含む略円筒状に形成されたスリーブとを備え、前記スリーブを軸方向に圧縮することにより、前記薄肉部がせん断されて、前記大径部が前記小径部に乗り上げることにより、前記接続管が前記円筒部と前記スリーブとの間で挟着されるスリーブ型管継手において、前記薄肉部は５００Ｎ以上、５０００Ｎ未満の範囲の推力でせん断可能な幅を有すると共に、前記スリーブは５０００Ｎ未満の推力で前記大径部が前記小径部に乗り上げ可能な材料で形成されていることを特徴とするスリーブ型管継手。
【請求項２】
前記スリーブは、０．４以下の動摩擦係数を有するプラスチックで形成されることを特徴とする請求項１に記載のスリーブ型管継手。
【請求項３】
前記スリーブは、プラスチックで形成されると共にその表面に潤滑剤が塗布されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のスリーブ型管継手。
【請求項４】
前記スリーブの小径部は前記スリーブの圧縮方向に向って拡がる円錐部を含み、その円錐部の勾配は片側で５〜１５°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスリーブ型管継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は樹脂管または薄肉金属管を接続するための管継手であり、詳しくは継手本体に外嵌されるスリーブを管軸方向に圧入させて管を接続するスリーブ型管継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガス管、水道管等の流体輸送管として使用されている、ポリエチレン、ポリブテン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂で形成された樹脂管は種々の方法で接合されているが、接合手段としては、一般的には、継手本体にナットを螺合し、継手本体とナット内に装着したパッキンや食い込みリングを圧縮することで接続するメカニカル方式の管継手が使用されている。このメカニカル方式の管継手によれば、管端部外面に食い込みリングを組付け次いでレンチにより継手本体にナットを締め付けることにより接続が行われる。上記のメカニカル式管継手は、管の挿入が確実に行われたか否かの管挿入確認が施工完了後に出来ないという欠点があり、さらにナットの締め付け程度についても確認が困難であり、管接続部の性能にバラツキが生じ易かった。従って、管の挿入不足や、ナットの締め付け不足あるいは食い込みリングの装着ミスが発生しても、施工直後に行う短期の漏れテストだけでは、これらの不具合を検出することができず、長期間の使用時に接続管の抜けや、漏れを発生することがある。これらの問題点を解消するものとして、接続管の内面に挿入支持するコア部を有する継手本体と、コア部に外挿した接続管の外面に装着してそれを縮径する縮径部材からなり、縮径部材は縮径可能に設けたスリーブ部と薄肉に設けたせん断部と軸線方向に圧縮することでせん断部にてせん断して、内面がスリーブ部の外面に嵌まり合ってスリーブ部を縮径する環状部からなるスリーブ型管継手が提案され、実用化が検討されている（特許文献１及び特許文献２参照）。このスリーブ型管継手は、管継手の構成部品は本体とスリーブのみであり、従来の３点以上の部品を組み合わせた継手構造に比べて製造コストが低減され、かつ、小型の工具で接続作業が簡単に行え、接続強度のバラつきがなく、施工後の接続確認も容易であり、管の接続作業時の部品組付け作業や拡管作業などの面倒な作業が解消されるという多数の利点を有する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４９４８１号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００２−３９４６７号公報（第３−４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したスリーブ型管継手は、理論的にはスリーブを管軸方向へスライド（圧縮）することで管を接続することは可能であるが、その後の検討によれば、実用化のためにはいくつかの改良すべき点が残されていることが分った。例えば、小型の工具で接続作業が簡単に行えるようにするためには、スリーブ部と環状部とがせん断部で容易に分離することに加えて環状部がスリーブ部に速やかに乗り上げうることが必要であるが、せん断部を薄くすることなどで分離し易くしようとすると、例えば誤って継手を落とすことにより、施工前にスリーブ部と環状部とが分離されるといった不具合が生ずる。すなわちスリーブ型管継手においては、接続工具にて加える推力を極力小さくして小型軽量の工具で簡単に施工できても、施工の取扱いに細心の注意が必要であり、必ずしも使い勝手がよいわけではなかった。またスリーブが２つに分断されても、環状部がスリーブ部の途中までしか乗り上げず、確実に接続させるためには、大きな締め付け力を必要とすることがあった。
【０００５】
従って本発明の目的は、上記の課題を解消して、取扱いが容易で、しかも簡単な作業で確実に接続管と継手とを接合することができるスリーブ型管継手を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、接続管の内周に挿入される円筒部を有する継手本体と、前記接続管の周囲に配置され、前記接続管の外周面に接触小径部と薄肉部を介して前記小径部に結合された大径部を含む略円筒状に形成されたスリーブとを備え、前記スリーブを軸方向に圧縮することにより、前記薄肉部がせん断されて、前記大径部が前記小径部に乗り上げることにより、前記接続管が前記円筒部と前記スリーブとの間で挟着されるスリーブ型管継手において、前記薄肉部は５００Ｎ以上、５０００Ｎ未満の範囲の推力でせん断可能な幅を有すると共に、前記スリーブは５０００Ｎ未満の推力で前記大径部が前記小径部に乗り上げ可能な材料で形成されているという構成を有するものである。
本発明は、継手本体とスリーブのみで構成され、スリーブ中央部にある薄肉部が５０００Ｎ未満の推力でせん断されるような幅をもつので、小型の圧縮工具を使用してスリーブを軸方向に圧縮することにより、薄肉部は容易に切断（せん断）されて２つの部分に分離され、かつ大径部が小径部の外周に乗り上げられことにより、内周側にある小径部が縮径されるので、接続管は継手本体とスリーブの間で強固に挟着・接続される。しかもスリーブの薄肉部は５００Ｎ以上の最小せん断推力をもつので、継手の搬送時に外力が加わることあるいは取扱い時の落下などにより、施工前に破損することが防止される。
【０００７】
また、本発明のスリーブ型継手においては、スリーブを動摩擦係数が０．４以下のプラスチックで形成すること、あるいはスリーブをプラスチックで形成し、その表面に潤滑剤を塗布することが好ましい。またスリーブの小径部はスリーブの圧縮方向に向って拡がる円錐部を含み、その円錐部の勾配は片側で５〜１５°の範囲に設定することが好ましい。このような構成により、小型軽量な圧縮工具で施工した場合でも、大径部が小径部に速やかに乗り上げることが可能となり、強固な接続を行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係わるスリーブ型管継手の断面図で、接続管を継手内部に挿入し、スリーブの圧縮を開始する直前の状態を示し、図２は図１で使用されるスリーブの斜視図、図３は図１のスリーブ型管継手においてスリーブを圧縮した状態を示す断面図、図４はスリーブの圧縮量と圧縮推力との関係を示す図、図５はスリーブ型管継手を圧縮工具で挟み付けた状態を示す正面図である。
【０００９】
図１において、１０は管継手であり、継手本体１１とその周囲に設けられたスリーブ２０から構成され、両者の間に接続管３０が介装される。継手本体１１の一端部には、接続管３０の内周に差し込み可能な外径を有する円筒部１２が形成され、円筒部１２の奥側端面１４は接続管３０の端面３１に相対すると共に、円筒部１２の外周面には複数の断面鋸刃状の凸条１３が設けられている。円筒部１２の奥側端面１４から所定距離をおいて（接続管３０から遠ざかる側に）、スリーブ２０の端部を受取る円周溝１５が形成されている。
【００１０】
図２に示すように、スリーブ２０は全体が略円筒状に形成された部材であり、接続管３０が差し込まれる方向に沿って端面２０２及び段違い部２５を有する大径部２４と、その内周側に設けられた薄肉部２６と、そこから最大径部２９まで上り勾配になるように形成された円錐部２７及び鍔部２２を含む小径部２１とを有する。また、小径部２１は鍔部２２の端面２０１からその端部に向って上り勾配となる斜面に形成され、かつ端部の内周には溝１５に係止される円周突起２３が設けられている。小径部２１には軸方向に沿って複数の切り欠け部２８が設けられている。スリーブ２０は、円周突起２３を溝部１５に押し込むことにより、弾性変形を利用して継手本体１１に装着される。
【００１１】
図５に示す状態から、図３に示すように圧縮工具４０でスリーブ２０を軸方向に圧縮することにより、接続管３０と継手１０とが接続される。すなわち図３に示すように、スリーブ２０の鍔２２の端面２０１と大径部２４の端面２０２を工具で挟み付け、鍔２２が段違い部２５に突き当たるまで押し付けることにより、スリーブ２０は薄肉部２６（図１参照）でせん断され大径部２４の内周に円錐部２７が縮径されながら挿入される。それに伴って接続管３０がスリーブ２０と円筒部１２との間で押し付けられ（縮径され）、円筒部１２の外周に設けられた凸条１３の刃先が接続管３０の内周に食い込むことにより、接続管３０と継手１０とが強固に接続される。スリーブ２０は、小径部２１に切り欠け部２８が設けられているので、小径部２１の剛性は大径部２４に比べて小さくなり、容易に縮径することができる。図５に示す工具は、手動タイプの工具の一例であり、接続管が小サイズ（外径１３ｍｍ以下）の場合に使用される。
【００１２】
上記の手順で本発明の管継手に接続管を接合する際、工具によって軸方向に圧縮する推力と圧縮量（変位）の関係は、例えば図４に示す関係になる。すなわち圧縮を開始するとその直後から急激に推力が上昇し、第１の極大値Ａ（せん断荷重）を示す。この推力Ａでスリーブ２０の薄肉部２６がせん断する。せん断直後は、圧縮推力が急激に低下するが、さらに圧縮を続けると小径部２１の円錐部２７の外周へ大径部２４が乗り上げてゆき、徐々に推力が上昇し、段違い部２８が円錐部２７の最大径部２９に達した時（Ｃ点）に、推力は第２の極大値Ｂ（最大乗り上げ荷重）を示す。その後圧縮を続けると推力はなだらかに減少するが最後に段違い部２８が鍔２２に突き当った時（Ｄ点）に、再び推力が上昇する。本発明者は、スリーブの材質及び形状を変化させてスリーブを軸方向に圧縮する推力と圧縮量（変位）の関係を検討した結果、スリーブ２０の大径部２４と小径部２１の境界部に位置する薄肉部２６がせん断する時のせん断推力（極大値Ａ）を５０００Ｎ未満にすること、及び小径部２１の外周（円錐部２７）に大径部２４の内周が乗り上げる時の推力（極大値Ｂ）を５０００Ｎ以下にすることにより、小型の工具でも接続部の性能（シール性能、抜け防止性能）を確保できることが判明し、さらに薄肉部がせん断される推力を５００Ｎ以上にすることにより、搬送時に継手に外力が加わるあるいは取扱い時の落下などにより、施工前に薄肉部２５で破損することを防止できることが分った。詳述すると、せん断及び乗り上げに必要な推力が５０００Ｎを超えると、人の握力（２５０Ｎ）の２０倍以上の推力が得られる倍力機構が必要となり、大型で重い工具が必要になるため、せん断及び乗り上げに必要な推力は５０００Ｎを超えないことが好ましく、４，０００Ｎ未満であることがより好ましい。なお、スリーブ圧縮用の工具は手動タイプに限らず電動タイプあるいは油圧タイプであっても良いが、いずれのタイプであっても継手の接続に必要な推力は小さいほど、工具の大きさや重さを軽減出来るので望ましい。
【００１３】
本発明において、スリーブ２０の大径部２４と小径部２１との境界にある薄肉部２６がせん断する時のせん断推力（極大値Ａ）を５０００Ｎ未満にするためには、薄肉部２６の幅（Ｂ１）が大径部の幅（Ｂ２）の０．１〜０．２倍の範囲にあることが好ましい。これは、Ｂ１／Ｂ２が０．１未満であると、大径部２４と小径部２１とがわずかな衝撃でも容易に分断され、例えばスリーブが組み付けられた継手本体を１ｍ位の高さから落としただけで、大径部２４と小径部２１とが分断されてしまい、一方Ｂ１／Ｂ２が０．２以上であると、５０００Ｎより大きな推力でスリーブが圧縮されないと、大径部２４と小径部２１とが分断されなくなる。また、小径部２１の円錐部２７に大径部２４の内周が乗り上げる時の最大推力（極大値Ｂ）を５０００Ｎ以下にするためには、スリーブ２０の材質をプラスチックの中から選定し、特に動摩擦係数の小さいものを選定すればよいことがわかった。スリーブを動摩擦係数の小さいプラスチックで形成すること及び円錐部２７の勾配（図１にθで示す）を１５°以下、好ましくは１０°以下にすることにより、接続性能の確保と接続時の必要推力の低減（５０００Ｎ未満）を両立させることが可能となり、スリーブ圧縮用工具の小型軽量化が可能となり、また操作力も小さくすることができる。ただし、円錐部２７の勾配を５°未満にすると、必要な径方向の圧縮代を得るためには、スリーブの全長を勾配に反比例して長くする必要があるので、工具によってスリーブを圧縮する際のストロークも長くなる。したがって工具の小型化及び取り扱いの容易さを考慮すると、円錐部２７の勾配は５°以上にすることが望ましい。上記のように人の握力（２５０Ｎ）の２０倍未満の乗り上げ推力であると、工具が大型化せず片手で作業することが可能となる。但し外径が２７ｍｍ以上の接続管を接続するためには、３、８００Ｎ以上の推力を必要とするため、１５倍以上の倍力機構を付加した工具を使用することにより、片手で作業することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、上述したスリーブの動摩擦係数は０．４以下であることが望ましく、具体的な材質としては、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）あるいはフッ素樹脂を添加したＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が好適である。本発明において、スリーブの動摩擦係数は、同材質の試料を準備し、Ｐ（面圧）＝０．９８ＭＰａ（１０Ｋｇｆ／ｃｍ２）、Ｖ（滑り速度）＝０．３ｍ／Ｓ）の条件でスラスト型試験機により測定した値である。例えば外径１３ｍｍのポリブテン管を、ＰＰＡ製スリーブ２０を組み付けた継手本体１１を有する継手に接続する際の推力を測定すると、推力と圧縮量は図４に示す関係となり、せん断推力は３、１００Ｎ、最大乗り上げ荷重は３、８００Ｎになることが確認された。これに対して継手に金属製スリーブを組み付けた場合、スリーブの機械的強度（特に縦弾性係数）が大きいため、せん断及び乗り上げに必要な推力は外径１３ｍｍのポリブテン管の場合で１２、０００Ｎ程度になり、外径２７ｍｍのポリブテン管の場合で２５０００Ｎ程度にもなることから、金属製スリーブは本発明には適用できない。
【００１５】
また給湯配管に使用出来る耐熱性のある｛耐熱温度＞１５０℃、かつ、引張り強さ＞０．９８ＭＰａ（１０Ｋｇｆ／ｃｍ２）｝プラスチックとして知られているＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）、ＰＰＥ（変性ポリフェニレンエーテル）、ＰＰＳＦ（ポリフェニルサルホン）などは動摩擦係数が０．４５〜０．７程度と大きいため、そのままではスリーブ２０の材質としては不適当である。しかしてスリーブ２０の円錐部２７の表面や大径部２４の内周面に潤滑剤を塗布することにより、乗り上げ時の最大推力を小さくできるので、これによって上記の動摩擦係数の大きな材質で形成したスリーブを採用することができる。潤滑剤としては、例えば脂肪酸、石鹸、ワックス、二硫化モリブデン、有機化合物等の固体潤滑剤を使用することが好ましい。
【００１６】
本発明の実施の形態に係わるスリーブ型継手は、継手本体１１にスリーブ２０があらかじめ組み付けてあるため、管を継手に挿入してスリーブ２０を軸方向に圧縮するだけの作業で管を接続することができる。従って、配管施工業者が部品を組付けることが不要となり、施工ミスが生ずる機会が少なくなる。また、継手に対する管の挿入が確実に行われたか否かはスリーブ２０の切り欠け部２６によって外部から目視で管端当接面１４に管３０の端部３１が突き当たっていることで確認できるため、管の挿入不足が防止される。さらに、スリーブ２０の圧縮作業完了はスリーブ２０の鍔２２と段違い部２５が突き当たることで確認できるので、施工後の管理者の確認作業も簡単に行える。
【００１７】
【発明の効果】
以上に記述の如く、本発明によれば、スリーブの小径側の剛性を小さくしたこと、及びスリーブのせん断時の推力と乗り上げ時の推力を５０００Ｎ未満に押さえることにより、操作力を小さくすることができるので、小型の工具で継手と管とを強固に接続できるという効果が得られる。
【００１８】
さらに本発明によれば、次のような効果も奏しえることはもちろんである。継手本体にスリーブをあらかじめ組み付けたことにより、配管施工現場における管の接続作業は継手に管を挿入し、工具を使ってスリーブを圧縮するだけとなり、作業が容易で施工ミスの可能性も少なくなる。また、接続の際、工具による圧縮によって単一の部材であるスリーブが中央部でせん断し、２つの部品として機能するため、あらかじめ２つの部品を作って組み合わせる構造に比べて製造コストが低減出来、組立の手間を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるスリーブ型管継手の断面図で、接続管を継手内に挿入しスリーブの圧縮を開始する直前の状態を示す。
【図２】図１で使用されるスリーブの斜視図である。
【図３】図１のスリーブ型継手の管接続完了後の部分断面図である。
【図４】本発明の管継手を接続する際の推力と圧縮量との関係を示す図である。
【図５】本発明の管継手を施工するために使用される工具の正面図である。
【符号の説明】
１０：管継手、１１：継手本体、１２：円筒部、１３：凸条部、１４：管端側端面、１５：溝部
２０：スリーブ、２１：小径部、２２：鍔部、２３：突起部、２４：大径部、２５：段違い部、２６：薄肉部、２７：円錐部、２８：切欠部、２９最大径部
２０１、２０２：端面
３０：接続管、３１：端部
４０：工具
【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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