K1803-18

配 管
最新技術情報設 備

ステンレス鋼製拡管式管継手の耐熱温度の拡大
Enlargement of heatproof temperature on the stainless steel pipe expanding type pipe fitting＜ナイスジョイントの蒸気配管への用途拡大＞■はじめに

オーエヌ工業㈱常藤和治

ナイスジョイントを対象に、封止箇所に採用さ建築設備において、蒸気は、暖房用の加熱やれているフッ素ゴム製ガスケットの劣化状況を熱媒としての直接利用、吸収式冷凍機への熱源分析調査し、その分析結果に基づいてナイスジ供給による冷水製造、さらに、殺菌用としてオョイントの蒸気配管に対する耐久性評価を検討

ートクレーブなどの器具への供給など、医薬品

し、150℃での蒸気配管での使用可能性につい生産工場、医療施設、食品を扱う給食センター、て紹介する。

地域施設など、多くの建物で利用されている。
これらのシステムや建物で利用される蒸気配管の施工に際して、注意する重要項目として、腐食対策が挙げられる。
特に、蒸気の還水管では、発生する凝縮水の■劣化状況分析用試料
本試験で採用した、劣化状況用試料の設置状
況を写真１および第１図に示す。設置条件などは、次の通りである。

影響により、炭酸腐食とも呼ばれる、蒸気還水管特有の腐食が発生する。
現在、蒸気の還水系統に発生する炭酸腐食の対策として、多くの場合、配管の取り換えコストなどを考慮し、鋼管に比べて優れた耐食性、耐久性を示す、ステンレス鋼管が採用されているが、配管自体は耐食性を有するものの⑴、継手、バルブなどが同等の耐食性を持ち得ない場
合、凝縮水の漏れなどが発生し、ステンレス鋼管を採用した目的である、蒸気配管の長寿命化は期待できなくなる。特に、薄肉ステンレス鋼管は、メカニカル形管継手による管の接合が採用されており、管継手の止水箇所に採用されて

写真１

試験配管

第１図

試験配管図

いる合成ゴム製のガスケットは、配管を構成する他の部品材料よりも耐久性が劣る傾向がある
ため、ガスケットの耐久性によって、寿命が決定される⑵ ⑶。
本稿では、薄肉のステンレス鋼管接合用に使用されるメカニカル形管継手であるナイスジョ
イントのフッ素ゴム製ガスケットを取り上げ紹介する。
試験装置は、蒸気ボイラーから洗浄機に蒸気を送る配管路中の蒸気ボイラー出口に設けた。
その上で、10年間、試験配管中に設置した建築設備と配管工事

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ステンレス鋼製拡管式管継手の耐熱温度の拡大①

設置配管：‌150℃の蒸気ボイラー出口配管②

設置期間：10年間③

運転条件：１日当たり８時間の稼働、■拡管式管継手（ナイスジョイント）の構造
試験配管に用いた拡管式管継手であるナイスジョイントの構造を写真２に示す。

他の時間は室温④

観察試料：10年間使用したガスケットと未使用品
圧 縮永久歪み率測定は試験開始２年後、３年後、４年後、５ 年 後、 ７ 年 後 お よ び10年後の６種類について測定⑤

ガスケットの材質と呼び径：⑥

凝 縮 水：溶存酸素量4.6mg/L、pH8.8、フッ素ゴム、40Su
Mアルカリ度12.6mg/L、塩化物イオン4.8mg/L■劣化評価と方法

写真２

ナイスジョイントの構造

拡管式管継手は1986年に初めてステンレス

分析・測定項目は、次の９種類とした。

協会規格として規格化された。それまでのメカ① デジタルマイクロスコープによる外観観

ニカル形管継手と異なりJIS G 3448のステンレ
ス鋼管の管端を施工現場で太鼓形状に加工し、察②

綿棒による黒粉付着量評価

袋ナットで太鼓形状部を管継手内に固定するこ③

硬さ分布測定とで管継手と管を接続すると共に合成ゴム製ガ④ 顕微鏡FT-IR（赤外分光分析）による劣スケットを圧縮することにより封止性能の維持と管の抜けだしの防止を図る構造である。

化分析⑤ 固体 F-NMR（核磁気共鳴）法によるポ19

リマー定性および劣化分析⑥ DSC（示差走査熱量計）によるガラス転

この構造は比較的部品点数も少なくシンプルな構造が特徴であり、袋ナットをねじにより管継手本体と接続していることから、施工後も管を取り外すことができる。

移温度の測定⑦ EPMA（電子線マイクロアナライザー）■分析・測定結果

による元素分析⑧ XRD（X線回折）法による無機物質の定性分析⑴

硬さ分布測定結果

写真３に10年間使用したガスケットの外観⑨ 圧縮永久歪み率の測定による寿命推定を示す。縁部は若干の継手すき間へのはみ出し

本稿では、誌面関係から上記９種類の中で、から荒れた状態となっている。写真４に未使用③硬さ分布測定、④顕微鏡FT-IR（赤外分光分析）による劣化分析の結果および⑨圧縮永久歪み率の測定による寿命推定を紹介する。

品の外観を示す。
縁部の荒れた箇所の断面を対象に硬さ分布測定を行い、その測定点を第２図に、測定結果を第１表に示す。

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ステンレス鋼製拡管式管継手の耐熱温度の拡大

第２図

写真３

第１表

10年間使用品

硬さ試験結果（測定箇所内５点の平均値）
10年経過後

測定点

写真４⑵

未使用品

硬さ分布測定点

試料

未使用品

175.374.4

274.873.8374.573.9473.973.7574.974.0

顕微鏡FT-IR（赤外分光分析）による劣化分析結果

各試料の劣化状況について、第３図に試料表周囲５ヶ所の測定点の断面で、それぞれ５点面の状態および第４図に試料内部の状態を示す
FT-IRスペクトルを示す。

測定し、その平均値を測定値とした。
① いずれの試料とも、未使用品と比べて各測定点での平均硬さは、ほぼ同じ硬さの範囲内（ 74～75）であり、明瞭な差は認められなかった。

また、第５図に未使用品の状態を示すFT-IRスペクトルを示す。
① 10年経過後の試料表面では1,800～1,600cm −1 付近のカルボニル基に由来した弱い② 測定箇所断面内５点での硬さの差も認められなかった。

吸収が検出され、さらに水酸基に由来する
3,500～3,200cm −1 付近の吸収が認められ、第３図

試料表面FT-IRスペクトル

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ステンレス鋼製拡管式管継手の耐熱温度の拡大

第４図

第５図

試料内部FT-IRスペクトル

未使用品内部FT-IRスペクトル

若干の劣化の進行がうかがえる。

使用品を示し、実線で示す形状は所定の試験期② 試料内部のスペクトルは、いずれの試料間を経過したガスケットの形状を示している。

においても未使用品と比較し変化が認めら第６図から分かるとおり10年間経過した後れず、内部では劣化は生じていないことがも大きな塑性変形は無く、ガスケットとしての確認された。

性能を維持していることが分かる。

従って、劣化の進行は表面もしくはその近傍

第２表に上記に示した各試験期間において、のみに限定され、ゴムの機能性においても、ほ実際にボイラーが稼働した時間におけるガスケとんど影響がないものと考えられる。

ットの塑性変形の程度を数値化した圧縮永久歪⑶圧縮永久歪み率の測定による寿命推定

み率を示す。この圧縮永久歪み率は、継手にガ

第６図に試験開始２年後、３年後、４年後、スケットが組み込まれた時に、拡管した管によ５年後、７年後および10年後のゴムガスケット

りゴムガスケットを圧縮する比率の内で、使用の断面形状を、未使用品の断面形状と重ねて塑後の塑性変形により元の形状に復帰しない比率性変形の程度を比較できるように示す。この図を示すものである。例えば組み込まれた時の圧において、波線または２点鎖線で示す形状は未縮率が30%とすると、その内の1/3である10%36

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ステンレス鋼製拡管式管継手の耐熱温度の拡大

第６図
第２表

ゴムガスケットの断面形状比較

圧縮永久歪み率測定結果

試用期間
実稼働時間

呼び径
［Su］

２年
4,120時間

25

３年
6,152時間

255030

平均
［%］
4243

４年
7,365時間3043５年
9,108時間

3043８年
13,658時間

404510年
18,298時間

4046.6第７図

寿命推定線図時間を1.5×106 時間と推定している。
この寿命推定時間は約170年となるが、ゴム製ガスケットの寿命に与える他の影響等を考慮が元の形状に復帰しないとすると圧縮永久歪みし、安全率を10倍とすると17年となり、ナイ率は10/30×100＝33.3%となる。

スジョイントを150℃の蒸気配管に使用した場

また、ガスケットとしての寿命との関係は、一般的に設備に多く使用されるOリングでは圧合においても10年以上の寿命が期待できることを確認した。

縮永久歪み率が80%に達した時を寿命としている例が見られる⑷。しかし、ここではそれより■おわりにも厳しく、60%として、第２表に示す各試験期

蒸気ボイラー出口配管に設置し、10年間経間における圧縮永久歪み率から、近似式により、過後に取り外したナイスジョイントについて、圧縮永久歪み率が60%となる時間を寿命とし内部に装着したフッ素ゴム製ガスケットを試料た。

として、劣化状況について分析・評価した。誌

第７図に上記で述べたボイラーの実稼働時間面の都合により詳細に各評価結果について紹介と圧縮永久歪み率の関係を表すグラフを示す。

できていないが、全ての評価から得られた結果このグラフから圧縮永久歪み率が60%に達するを含める形で以下にまとめる。

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ステンレス鋼製拡管式管継手の耐熱温度の拡大① 外観は未使用品に比べてやや潰れた形状

からの平成28年度産学官連携による研究開発に変形し、ガスケットの縁部表面は、継手サポート事業により実施しました。ここに記し隙間へのはみ出しに起因する、荒れた状態て謝意を表します。

を示していた。
② 黒粉付着量評価試験では綿棒に黒粉が僅かに付着していたが、これは若干の表面上の劣化と同じ事象と考えられる。
③ 硬度分布の測定結果では、試料と未使用品に明瞭な差は認められず、劣化による硬度変化は生じていなかった。
④ 10年経過後の試料表面には、水酸基に由来する3,500～3,200cm −1 付近と、カルボ＜参考文献＞⑴ 松島俊久・金子 智・柳原勝広：“蒸気還水系におけるステンレス鋼管の10年間のフィールド試験結果”，日本建築学会大会学術講演梗概集，pp.967-968（1996）⑵ 監修 大武義人：“高分子材料の劣化と寿命予測”，サイ
エンス &テクノロジー，pp.36-37（2009）⑶ 中村 勉・坂上恭助・飯塚 宏・常藤和治・大武義人：“高耐久ステンレス配管システムに関する研究（第４報）合成ゴム回収品の耐久性に関する調査”，空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集，pp.807-810（2009）⑷ 田村珠美・金澤幸雄・中野 修：“ゴム材料の寿命評価
技術，東芝レビュー，Vol.70，No.1，pp.40-43（2015）

ルニル基に由来する1,800～1,600cm −1 付近の弱い吸収が検出され、試料表面もしくはその近傍のみにおいて劣化が進行していた。
⑤ 試料、未使用品とも、内部については、FT-IRおよび 19F-NMRのスペクトルに有意差が認められなかったことから、内部の劣化進行は認められない。このため材料強度やガスケットとしての機能性には長期使用による蒸気からのダメージをほとんど受けていない。
⑥ 試料、未使用品とも、ガラス転移温度に有意な差が認められないことから、材料強度や、性能に影響するような、化学構造が変化する劣化の進行は認められなかった。
⑦ ２年から10年経過品による圧縮永久歪み率による寿命推定では、10年以上の寿命が期待できる結果となった。
以上のことから、10年間使用後のガスケッ
トは、変形、黒粉の付着、表面劣化は認められるものの、ガスケット全体の硬さに変化は認められず、内部の化学構造にも劣化の兆候は認められないことから、蒸気系統においても、長期間、充分に使用に耐えるものと推察される。
〔謝辞〕
本稿は岡山県津山市つやま産業支援センター

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建築設備と配管工事

K2018-06本文.indb 38【筆者紹介】
常藤和治

オーエヌ工業㈱ 技術本部顧問〈主なる業務歴及び資格〉
1982年 オーエヌ工業㈱入社、明治大学理工学研究科建築学専攻博士後期課程修了
博士（工学）〈会社事業内容及び会社近況〉
1964年設立、従業員数約170名、鋳造工場を持ちステンレス製配管部材の製造販売に特化している製造会社。
2017年２月に、新本社・工場への移転を完了し、気持ちも新たに製造販売に励んでいる。
主力製品はJIS G 3448に定められた薄肉のステンレス鋼管を接続し、主に給水給湯用に使用される拡管式管継手およびバルブ（商品名：ナイスジョイント）。
1979年から販売を開始し、大変好評を得ているが、特に2011年の東日本大震災以降、施工のし易さ、高品質、高い耐震性に評価を得ている。
2013年には、第５回ものづくり日本大賞、2014年には、海外展開の足掛かりとして、経済産業省のグローバルニッチトップ企業100選にも選ばれた。
特に最近は、需要の上昇に併せて、採用も大きく拡大したにも関わらず、工事中・工事後のトラブルが極めて少ないことが評価を得て、オーダーに拍車がかかっている。
今後も、海外にも目を向け、独自性の有る商品開発と用途開発を進めていく。

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