(57)【要約】【課題】使用樹脂量が少なく、かつ、接続管を嵌合接続した状態においても、継手の分岐部の分岐方向側あるいは屈曲部の内側コーナー側にかかる応力を低減できて、耐久性に優れた合成樹脂製管継手を提供することを目的としている。【解決手段】合成樹脂製のチーズＡの第１受口１１の奥側に設けられた第１ストッパー段部１２を分岐部２の分岐方向側の肉厚をｔ、第１受口１１の管軸を挟んで肉厚ｔ部分に対向する側の肉厚をＴとするとともに、肉厚ｔ側の第１ストッパー段部１２内周面と第1受口１１内周面との段差をＨ１、肉厚Ｔ側の第１ストッパー段部１２内周面と第1受口11内周面との段差をＨ２としたとき、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足する構成とした。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの受口間に分岐部または屈曲部を有し、各受口の奥側に受口に嵌合される接続管の管端面を受けるストッパー段部を備える合成樹脂製管継手において、
前記ストッパー段部は、分岐部の分岐方向側または屈曲部の内側コーナー側の肉厚をｔ、前記受口の管軸を挟んで肉厚ｔ部分に対向する側の肉厚をＴとするとともに、肉厚ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨ１、肉厚Ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨ２としたとき、
ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足することを特徴とする合成樹脂製管継手。
【請求項２】
肉厚Ｔが１ｍｍ以上、かつ、接続管の受口嵌合部の管肉厚以下である請求項１に記載の合成樹脂製管継手。
【請求項３】
肉厚t側から肉厚Ｔ側に向かって徐々に肉厚が厚くなっている請求項１または請求項２に記載の合成樹脂製管継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力が高い流体、例えば水道用やプラント用の配管に用いる管継手に関し、詳しくは、チーズやエルボなどのように、２つの受口間に分岐部または屈曲部を有する合成樹脂製管継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂製管継手として、２つの受口間に分岐部チーズや２つの受口間に屈曲部を有するエルボなどが、圧力が高い流体、例えば水道用やプラント用の配管に用いられている。
上記のような管継手においては、受口に接続管を嵌合接続した状態で、配管内部に正の静水圧が繰り返し掛かった場合に、分岐部の分岐方向内側のコーナー部（分岐部を首、分岐部の両側を肩としたとき、首と肩との付け根部）、または屈曲部の屈曲方向内側コーナー部に応力が集中するとともに、その応力が他の部分に比べて大きいと考えられている。
そして、分岐部の分岐方向内側のコーナー部または屈曲部の屈曲方向内側コーナー部に応力が集中することで、内部にクラックが発生し、発生したクラックが外面にまで成長して継手が破壊されてしまう恐れがある。
【０００３】
かかる問題を解決することができる合成樹脂製管継手として、図６に示すチーズ１００や図７に示すエルボ２００が提案されている（特許文献１参照）。
すなわち、図６に示すように、上記チーズ１００は、直管状をした本体部１１０と、この本体部１１０から分岐する分岐部１２０とを備えている。
【０００４】
本体部１１０は、両側に第１受口１１１が設けられている。
分岐部１２０は、第１受口１１１の管軸と交差する管軸を有する第２受口１２１が設けられている。
【０００５】
また、チーズ１００は、各受口１１１，１２１に嵌合接続される接続管の管端面が受けられるストッパー段部１３１，１３２が、第１受口１１１及び第２受口１２１の奥側にそれぞれ各受口１１１，１２１の管軸方向に突出するように環状に設けられている。
そして、第１受口１１１の奥側に設けられたストッパー段部１３１は、分岐部１２０の分岐方向側の肉厚をｔａ、第１受口１１１の管軸を挟んで肉厚ｔａ部分に対向する側の肉厚をＴｂとするとともに、肉厚ｔａ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨa、肉厚Ｔｂ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨbとしたとき、ｔa＞Ｔｂ及びＨa＞Ｈbを満足するようになっている。
【０００６】
一方、図７に示すように、上記エルボ２００は、屈曲部２１０を挟んで両側に受口２２０、２２０が設けられている。
また、このエルボ２００は、両受口２２０に嵌合接続される接続管の管端面が受けられるストッパー段部２３０が、両受口２２０の奥側にそれぞれ管軸方向に突出するように環状に設けられている。
【０００７】
ストッパー段部２３０は、屈曲部２１０の内側コーナー側の肉厚をｔａ,各受口２２０の管軸を挟んで肉厚ｔａ部分に対向する側の肉厚をＴａとするとともに、肉厚ｔａ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨa、肉厚Ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨbとしたとき、ｔa＞Ｔa及びＨa＞Ｈbを満足するようになっている。
上記チーズ１００及びエルボ２００においては、ｔa＞Ｔaとすることで、すなわち、分岐部１２０の分岐方向側のストッパー段部１３２の肉厚、屈曲部２１０の内側コーナー側の肉厚を厚肉にすることによって、応力が集中しても内部にクラックが発生し、発生したクラックが外面にまで成長して破壊されてしまうことを防止するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４００２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、本発明者の知見によれば、上記特許文献１の継手では、受口に接続管を嵌合接続した場合、分岐部の分岐方向側や屈曲部の内側コーナー側への応力集中を低減することができない。
一方、ストッパー段部全体の厚さを厚くすれば、接続管を嵌合接続した場合において、ある程度応力集中に低減が図れるものの、使用樹脂量が増加し、コストがかかるとともに、継手製品重量の増加につながる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて、使用樹脂量が少なく、かつ、接続管を嵌合接続した状態においても、継手の分岐部の分岐方向側あるいは屈曲部の内側コーナー側にかかる応力を低減できて、耐久性に優れた合成樹脂製管継手を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明にかかる合成樹脂製管継手（以下、「本発明の管継手」と記す）は、２つの受口間に分岐部または屈曲部を有し、各受口の奥側に受口に嵌合される接続管の管端面を受けるストッパー段部を備える合成樹脂製管継手において、前記ストッパー段部は、分岐部の分岐方向側または屈曲部の内側コーナー側の肉厚をｔ、前記受口の管軸を挟んで肉厚ｔ部分に対向する側の肉厚をＴとするとともに、肉厚ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨ１、肉厚Ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨ２としたとき、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足することを特徴としている。
【００１２】
本発明の管継手は、特に限定されないが、上記肉厚Ｔが１ｍｍ以上、かつ、接続される接続管の受口嵌合部の管肉厚以下であることが好ましい。
また、環状のストッパー段部の肉厚は、肉厚ｔ側から肉厚Ｔ側に向かって徐々に厚くなっていることが好ましい。
【００１３】
本発明において用いられる合成樹脂としては、特に限定されないが、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられる。
受口への配管の接続方法は、嵌合状態で接続固定することができれば、特に限定されないが、例えば、ＴＳ接続（接着）、溶接接続、融着接続、ねじなどのメカニカル接続が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる合成樹脂製管継手は、以上のように、２つの受口間に分岐部または屈曲部を有し、各受口の奥側に受口に嵌合される接続管の管端面を受けるストッパー段部を備える合成樹脂製管継手において、前記ストッパー段部は、分岐部の分岐方向側または屈曲部の内側コーナー側の肉厚をｔ、前記受口の管軸を挟んで肉厚ｔ部分に対向する側の肉厚をＴとするとともに、肉厚ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨ１、肉厚Ｔ側のストッパー段部内周面と受口内周面との段差をＨ２としたとき、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足するので、実際に接続管を受口に嵌合接続した場合に、分岐部の分岐方向、屈曲部の屈曲方向に内側コーナー側への応力集中を回避することができ、こうした応力に伴って長期的に進行する破壊を低減することができる。
すなわち、継手全体の強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の継手の第１の実施の形態であるチーズの断面図である。
【図２】図１のチーズの側面図である。
【図３】図１の要部拡大断面図である。
【図４】図１のチーズに配管材を接続した状態の断面図である。
【図５】本発明の継手の第２の実施の形態であるエルボの断面図である。
【図６】公知のチーズの断面図である。
【図７】公知のエルボの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１〜図４は、本発明の管継手の第１の実施の形態であるチーズをあらわしている。
【００１７】
図１〜図４に示すように、このチーズＡは、ポリ塩化ビニル樹脂を射出成形することによって形成されていて、両側に第１受口１１を有する直管状の本体部１と、この両第１受口１１間で本体部１から直角に分岐する分岐部２とを備えている。
分岐部２は、第１受口１１と同径の第２受口２１を備えている。
【００１８】
また、各第１受口１１の奥側には、図４に示すように、第１受口１１に嵌合接続される接続管としてのポリ塩化ビニル樹脂製パイプＰの管端面を受ける環状をした第１ストッパー段部１２がそれぞれ設けられている。
第２受口２１の奥側には、第１受口１１に嵌合接続される配管材であるポリ塩化ビニル樹脂製パイプＰの管端面を受ける環状をした第２ストッパー段部２２が設けられている。
【００１９】
第１ストッパー段部１２は、図１〜図４に示すように、分岐部２の分岐方向の肉厚をｔ、第１受口１１の管軸を挟んで反対側の肉厚をＴとするとともに、分岐部２の分岐方向の受口内周面とストッパー段部内周面との段差をＨ１、第１受口１１の管軸を挟んで反対側の受口内周面とストッパー段部内周面との段差をＨ２としたとき、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足する。
しかも、肉厚Ｔは、１ｍｍ以上で接続管の管壁の肉厚以下で、肉厚ｔ側から肉厚Ｔ側に向かって徐々に厚くなっている。すなわち、肉厚Ｔが第１ストッパー段部１２の周方向で最大厚さとなっている。
【００２０】
第２ストッパー段部２２は、全周がｔ〜Ｔの間の均一な肉厚（好ましくは（ｔ+Ｔ）／２）になっている。
【００２１】
このチーズＡは、上記のように、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足するので、実際にポリ塩化ビニル樹脂製パイプＰを第１受口１１及び第２受口２１に嵌合して接着剤を介して接続した場合に、内水圧を受けた時に発生する分岐部２の本管部からの分岐方向内側コーナー側への応力集中を回避することができ、こうした応力に伴って長期的に進行する破壊を低減することができる。すなわち、分岐部２側に集中していた応力を180度反対側に徐々に応力分散させ、結果として分岐部２側への応力集中を低減させることができ、継手全体の強度を向上させることができる。
また、肉厚ｔを薄くすることで、製品重量の増加を防ぐことができる。
【００２２】
さらに、肉厚Ｔが、１ｍｍ以上で接続管の管壁の肉厚以下で第１ストッパー段部１２の全周で最大肉厚になっているので、第１ストッパー段部１２、１２が内部を流れる流体の障害となることがない。
また、第１ストッパー段部１２の肉厚が、肉厚ｔ側から肉厚Ｔ側に向かって徐々に厚くなっているので、図２に示す分岐部２側で矢印Ｘ方向に働く引張応力に対して剛性を増すことができる。
しかも、肉厚Ｔを最も厚くすることで、応力の分散が少ない肉厚T側に分岐部２側からの応力を上手く分散することができ、製品重量の点でも好ましい。
【００２３】
図５は、本発明の管継手の第２の実施の形態であるエルボをあらわしている。
図５に示すように、このエルボＢは、ポリ塩化ビニル樹脂を射出成形することによって形成されていて、受口４と受口４との間に屈曲部３を備えている。
【００２４】
両受口４の奥側には、それぞれストッパー段部５が設けられている。
ストッパー段部５は、図５に示すように、屈曲部３の屈曲方向の肉厚をｔ、受口４の管軸を挟んで反対側の肉厚をＴとするとともに、屈曲部３の屈曲方向の、受口内周面とストッパー段部内周面との段差をＨ１、受口４の管軸を挟んで反対側の受口内周面とストッパー段部内周面との段差をＨ２としたとき、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足するように形成されている。
【００２５】
しかも、肉厚Ｔは、１ｍｍ以上で接続管の管壁の肉厚以下で肉厚ｔ側から肉厚Ｔ側に向かって徐々に厚くなっている。すなわち、肉厚Ｔがストッパー段部５の周方向で最大厚さとなっている。
【００２６】
以下に、本発明の作用効果を示す実施例及び比較例を対比してあららわす。
【００２７】
（実施例１）
3次元CADソフトウェアSolid Works2007(ソリッドワークス社)を使用し、第１受口１１の管壁厚さ＝３ｍｍ、第２受口２１の管壁厚さ３ｍｍ、第１ストッパー段部１２のｔ＝１ｍｍ、Ｔ＝３ｍｍ、中間位置の厚さｔ２＝２ｍｍ、第２ストッパー段部２２の肉厚２ｍｍの呼び径５０のポリ塩化ビニル樹脂製パイプ（ＶＰ）の接続に用いる図１〜図４に示すチーズＡの、3次元モデルを作製した。また、このチーズＡの第１受口１１及び第２受口２１のそれぞれにポリ塩化ビニルパイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、得られた両３次元モデルを使用し、内面に内圧1.0MPaを負荷した時の局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した。
【００２８】
その結果、実施例１に示す３次元モデルのチーズＡは、本体部１の、分岐部２との交差部近傍での応力発生値が、パイプ無しで２７．７ＭＰaであり、パイプ有りで１２．８ＭＰaであった。
【００２９】
（比較例１）
第１ストッパー段部１２の肉厚を全周３ｍｍ、第２ストッパー段部２２の肉厚を３ｍｍとした以外、実施例１と同様にしてチーズの３次元モデルと、この三次元モデルのチーズの第１受口１１及び第２受口２１のそれぞれにポリ塩化ビニルパイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例１と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで２５．８ＭＰaであり、パイプ有りで１５．０ＭＰaであった。
【００３０】
（比較例２）
第１ストッパー段部１２の肉厚をｔ＝３ｍｍ、Ｔ＝１ｍｍ、中間位置の厚さｔ２＝２ｍｍとした以外、実施例１と同様にしてチーズの３次元モデルと、この三次元モデルのチーズの第１受口１１及び第２受口２１のそれぞれにポリ塩化ビニル樹脂製パイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例１と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで２６．７ＭＰaであり、パイプ有りで１４．９ＭＰaであった。
【００３１】
（比較例３）
第１ストッパー段部１２の肉厚を、ｔ＝３ｍｍ、Ｔ＝３ｍｍ、ｔ２＝１ｍｍとした以外、実施例１と同様にしてチーズの３次元モデルと、この三次元モデルのチーズの第１受口１１及び第２受口２１のそれぞれにポリ塩化ビニル樹脂製パイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例１と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで２４．６ＭＰaであり、パイプ有りで１３．７ＭＰaであった。
【００３２】
上記実施例１及び比較例１〜３で得られた局所的最大応力の算出結果を対比して表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
上記表１から、本発明のように、チーズにおいては、パイプが接続された実使用状態であるパイプ有りでは、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足させれば、局所的最大応力が小さくなることがわかる。
【００３５】
（実施例２）
第１ストッパー段部１２のｔ＝1.69mm、Ｔ＝5.54ｍｍである以外、上記実施例１にほぼ類似した硬質ポリ塩化ビニル製チーズ(50A-チーズ形状)を試作して成形品状態での繰り返し静水圧試験(以下脈動試験と記載)を以下のように実施した。
〔脈動試験〕
試作品の第１受口１１及び第２受口２１に、それぞれ長さ150mmに切断した呼び径50の硬質ポリ塩化ビニル製パイプを、接着剤を介して嵌合接着して供試体を得た。
この供試体に2.5秒周期、0と2.0MPaの2つの水圧値を往復する脈動水圧を与え、破壊するまでの回数を測定した。
その結果、n=2にて行ったが、どちらの供試体においても10万回でも破壊に至らなかった。
【００３６】
（比較例４）
第１ストッパー段部１２の肉厚を全周で1.69mmとした以外、比較例１にほぼ類似した硬質ポリ塩化ビニル樹脂製チーズ(50A-チーズ形状)を試作してこの試作品を用いて実施例２と同様の供試体の脈動試験をｎ＝２で実施した。
その結果、供試体の一方に50048回で、他方に53342回の脈動回数で割れが発生した。
【００３７】
（比較例５）
第１ストッパー段部１２の肉厚を全周で3.84mmとした以外、比較例１にほぼ類似した硬質ポリ塩化ビニル樹脂製チーズ(50A-チーズ形状)を試作してこの試作品を用いて実施例２と同様の供試体の脈動試験をｎ＝２で実施した。
その結果、供試体の一方に68375回で、他方に39945回の脈動回数で割れが発生した。
【００３８】
（比較例６）
第１ストッパー段部１２の肉厚を、ｔ＝4.95ｍｍ、Ｔ＝1.64ｍｍとした以外、比較例４にほぼ類似した硬質ポリ塩化ビニル樹脂製チーズ(50A-チーズ形状)を試作してこの試作品を用いて実施例２と同様の供試体の脈動試験をｎ＝２で実施した。
その結果、供試体の一方に60014回で、他方に61031回の脈動回数で割れが発生した。
【００３９】
上記実施例２及び比較例４〜６から、上記実施例１及び比較例１〜３の算出結果が実証できた。
【００４０】
（実施例３）
ストッパー段部５のｔ＝１ｍｍ、Ｔ＝３ｍｍ、中間位置の厚さｔ２＝２ｍｍ、受口１１の管壁厚さ＝３ｍｍの呼び径５０のポリ塩化ビニル樹脂製パイプ（ＶＰ）の接続に用いる図５に示すエルボＢの、3次元モデルを作製した。また、このエルボＢの両受口４にそれぞれポリ塩化ビニル樹脂製パイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例１と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで２１．９ＭＰaであり、パイプ有りで１３．８ＭＰaであった。
【００４１】
（比較例７）
ストッパー段部５の肉厚を全周３ｍｍとした以外、実施例３と同様にしてエルボの３次元モデルと、この三次元モデルのチーズの受口４のそれぞれにポリ塩化ビニル樹脂製パイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例１と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで２３．８ＭＰaであり、パイプ有りで１６．５ＭＰaであった。
【００４２】
（比較例８）
ストッパー段部５の肉厚を、ｔ＝３ｍｍ、Ｔ＝１ｍｍ、ｔ２＝２ｍｍとした以外、実施例３と同様にしてエルボの３次元モデルと、この三次元モデルのエルボの両１受口４にそれぞれにポリ塩化ビニル樹脂製パイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例１と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで２３．４ＭＰaであり、パイプ有りで１６．３ＭＰaであった。
（比較例９）
ストッパー段部５の肉厚を、ｔ＝３ｍｍ、Ｔ＝３ｍｍ、ｔ２＝１ｍｍとした以外、実施例３と同様にしてエルボの３次元モデルと、この三次元モデルのエルボの受口４のそれぞれにポリ塩化ビニル樹脂製パイプを嵌合接続した状態の３次元モデルを作製した。
そして、実施例３と同様にして局所的最大応力を線形解析によりそれぞれ算出した結果、応力発生値はパイプ無しで１９．２ＭＰaであり、パイプ有りで１５．８ＭＰaであった。
【００４３】
上記実施例３及び比較例７〜９で得られた局所的最大応力の算出結果を対比して表２に示す。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
上記表２から、本発明のように、エルボにおいては、パイプが接続された実使用状態であるパイプ有りでは、ｔ＜Ｔ及びＨ１＜Ｈ２を満足させれば、局所的最大応力が小さくなることがわかる。
【００４６】
本発明の合成樹脂製管継手は、上記の実施の形態に限定されない。例えば，上記第１の実施の形態のチーズでは、本管部と分岐部が同径であったが、異径でも構わない。また、Y型に分岐していても構わない。
また、上記の実施の形態では、分岐部が１つであったが、分岐部を並列に備えたヘッダー形状でも構わない。
【符号の説明】
【００４７】
Ａ  チーズ（合成樹脂製管継手）
Ｂ  エルボ（合成樹脂製管継手
１  本体部
１１  第１受口
１２  第１ストッパー段部
２  分岐部
２１  第２受口
２２  第２ストッパー段部
３  屈曲部
４  受口
５  ストッパー段部
Ｐ  ポリ塩化ビニル樹脂製パイプ（接続管）
【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】
2012237351.tif 000009
【図６】
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【図７】
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