JP2015102171A - 配管接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】加水分解による劣化を抑制して、耐久性を向上させた配管接続構造を得る。
【解決手段】樹脂製の筒部材２０には、筒部材２０の外周面から径方向外側にストッパ部２４が形成されている。ストッパ部２４は、管体１８の先端面が突き当てられるストッパ面２４Ａを有している。外周面とストッパ面４４Ａの間には、管体１８の先端面の径方向内端部とを非当接にすると共に外気に連通する非当接空間２８を構成する溝２６が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、配管接続構造に係り、特に樹脂材を介して配管を接続する配管接続構造に関する。

近年、成型の容易性や軽量化の目的から、金属材に代えて樹脂材をホース等の管体との接続部材として用いることが行われている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、樹脂材は金属材に比べて劣化しやすく、特に加水分解による劣化を考慮した対応策が求められている。

特開２００６−２３４１２９号

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、加水分解による劣化を考慮して、耐久性を向上させた配管接続構造を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る配管接続構造は、筒状とされ、筒内に流体の流路が形成された樹脂性の筒部材と、前記筒部材の外周面よりも径方向外側に配置され、前記筒部材に外挿された管体の先端面が突き当てられるストッパ面を有するストッパ部と、前記筒部材の外周面と前記ストッパ面との間に形成され、外挿された前記管体の先端面の径方向内端部と前記ストッパ部とを非当接にすると共に外気に連通する非当接空間を形成する離間部と、を備えている。

請求項１記載の配管接続構造では、管体は筒部材の外周に外挿され、ストッパ部のストッパ面に先端面が突き当てられて接続されている。そして、管体の先端面の径方向内端部とストッパ部とは、非当接空間が形成されていることで非当接とされている。したがって、管体に外力が作用した時に応力集中する筒部材の外周面とストッパ部との境界部分に、管体の先端面（管体の先端面の径方向内端部）が当接しない。また、非当接空間は外気に連通している。これにより、前記境界部分は、管体の内周面と筒状体の間を伝って入り込む水の影響を受け難くなり、加水分解による劣化を抑制することができる。

請求項２記載の発明に係る配管接続構造は、前記ストッパ部が、前記筒部材の外周に互いに離間して複数設けられている、ことを特徴とする。

請求項２記載の発明に係る配管接続構造によれば、複数のストッパ部が互いに離間して設けられているので、非当接空間を簡単に外気と連通させることができる。

請求項３記載の発明に係る配管接続構造は、前記ストッパ部は、前記筒部材の径方向外側へ突出する凸部として形成され、前記凹部は、前記ストッパ部の根元に前記筒部材の外周面に沿って形成された溝として構成されている、ことを特徴とする。

請求項３記載の発明に係る配管接続構造によれば、筒部材の径方向外側へ突出する凸部を形成し、凸部の根元に筒部材の外周面に沿って溝を形成することにより、容易にストッパ部及び離間部を形成することができる。

請求項４記載の発明に係る配管接続構造は、前記筒部材は配管対象部材の配管面から突出形成され、前記ストッパ部は前記配管面から突出形成されると共に前記筒部材の外周面と離間配置されている、ことを特徴とする。

請求項４記載の発明に係る配管接続構造によれば、筒部材が配管対象部材の配管面から突出形成されている場合に、筒部材の外周面と離間配置するようにストッパ部を配管面から突出形成する。これにより、離間部が筒部材の外周面とストッパ部との間に形成され、容易にストッパ部及び離間部を形成することができる。

請求項１に係る配管接続構造によれば、応力集中する筒部材の外周面とストッパ部との境界部分の加水分解による劣化を抑制して、耐久性を向上させることができる。

請求項２に係る配管接続構造によれば、簡易な構成で非当接空間を外気と連通させることができる。

請求項３に係る配管接続構造によれば、ストッパ部及び離間部を簡易な構成にすることができる。

請求項４に係る配管接続構造によれば、ストッパ部及び離間部を簡易な構成にすることができる。

第１実施形態に係る配管接続構造の斜視図である。 第１実施形態に係る配管継手構造の判断面図であり（Ａ）は管体未接続、（Ｂ）は管体接続状態を示すものである。 第１実施形態の変形例の溝の形状を示す断面図である。 第２実施形態に係る配管接続構造の斜視図である。 第２実施形態に係る配管継手構造の判断面図であり（Ａ）は管体未接続、（Ｂ）は管体接続状態を示すものである。 第３実施形態に係る配管接続構造の斜視図である。 第３実施形態に係る配管継手構造の判断面図であり（Ａ）は管体未接続、（Ｂ）は管体接続状態を示すものである。を模式的に示すシステム構成図である。 比較例に係る配管接続構造の側面図である。 ナイロン樹脂の時間と許容応力との関係を示すグラフである。

[第１実施形態]
本発明の第１実施形態に係る配管接続構造について、図１及び図２を参照して説明する。本実施形態の配管接続構造１０は、円筒状の筒部材２０を備えている。筒部材２０の筒軸方向を一点鎖線で示し符号Ｓを付している。筒部材２０の筒内には、流体の流路Ｒが形成されている。筒部材２０の一端２０Ａ側には、厚肉部２２が形成されている。厚肉部２２は、断面形状が三角形となるように、一端２０Ａから徐々に大径になるテーパー状と、厚肉部２２の最大径の部分から徐々に小径になるテーパー状が連続で形成されている。筒部材２０には、管体１８が接続される。管体１８は、一端２０Ａ側から筒部材２０に外挿される。

筒部材２０の筒軸方向Ｓの中間部には、筒部材２０と一体的にストッパ部２４が形成されている。ストッパ部２４は、筒部材２０の外周から径方向外側へ突出する凸部として形成され、筒部材２０の筒部材２０の周方向を長手方向として形成されている。ストッパ部２４は、筒部材２０の筒軸方向Ｓの中間部の同一円周上に互いに等間隔で離間して４カ所に形成されている。

図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ストッパ部２４の一端２０Ａ側の径方向内側には、離間部としての溝２６が形成されている。溝２６は、断面が矩形状とされている。溝２６により、接続された状態の管体１８の先端面の径方向内端部１８Ａとストッパ部２４とは非当接となっている。また、筒部材２０の外周面２０Ｂとストッパ面２４Ａとの間に非当接空間２８が形成される。非当接空間２８は、ストッパ部２４の周方向両端で外気と連通されている。

図２（Ｂ）に示されるように、管体１８の先端面の径方向内端部１８Ａよりも径方向外側の外端部１８Ｂは、ストッパ部２４の一端２０Ａ側に形成されるストッパ面２４Ａに突き当てられる。ストッパ面２４Ａは、筒部材２０の外周面２０Ｂと略垂直に配置されている。ストッパ部２４のストッパ面２４Ａと反対側の面は、筒部材２０の外周と鈍角をなす傾斜面２４Ｂとされている。

なお、ストッパ部２４の筒部材２０の外周面２０Ｂからの突出長Ｌ１は、管体１８の厚みＷよりも長いことが好ましい。

筒部材２０の他端側（一端２０Ａと反対側）は、他の部材の流路（不図示）と接続可能な構成、例えば、テーパーネジや、フランジ等に形成することができる。筒部材２０は、継手として利用することができる。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

管体１８を筒部材２０と接続する際には、管体１８を筒部材２０の一端２０Ａ側から外挿し、管体１８の外端部１８Ｂをストッパ面２４Ａに突き当てる。そして、厚肉部２２よりもストッパ部２４側に締結バンド１９を施して、管体１８を筒部材２０に固定する。

この状態で使用され、管体１８及び筒部材２０の流路Ｒには液体が流通する。長期の使用により、筒部材２０の内周面２０Ｃ（流路Ｒを構成する内壁）は、加水分解による劣化が進行すると考えられる。また、筒部材２０の外周面２０Ｂで管体１８の内周面１８Ｃと接触している部分についても、分子レベルで液体が浸入し、加水分解が進行すると考えられる。図２（Ｂ）には、加水分解による劣化が進行すると考えられる部分を網掛けで図示している。ここで、管体１８に外力が加わり、筒部材２０に径方向の力が作用すると、筒部材２０の外周面２０Ｂとストッパ部２４との境界部分２９に応力は集中する。本実施形態では、非当接空間２８が形成されていることによって、境界部分２９は管体１８の内端部１８Ａ、内周面１８Ｃと接触せず、加水分解による劣化の進行が抑制されている。したがって、管体１８への外力作用による筒部材２０の損傷が抑制され、配管接続構造１０の耐久性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ストッパ部２４を筒部材２０の外周に４個設けたが、ストッパ部の個数は１〜３個、及び５個以上でもよい。また、ストッパ部を複数設ける場合に、必ずしも互いに等間隔で離間させる必要はないが、等間隔で離間させることにより、バランスよく管体をストッパ面に突き当て、安定した接続を行うことができる。

また、ストッパ部は、筒部材２０の外周の全周に亘るように環状としてもよい。この場合には、溝２６を外気と連通させるために、ストッパ部に溝２６と連通する貫通孔を形成すればよい。

また、本実施形態では、溝２６の断面は矩形状としたが、他の形状、例えば、図３（Ａ）に示すように半円状の溝２６Ａとしてもよいし、図３（Ｂ）に示すように三角形状の溝２６Ｂとしてもよい。

[第２実施形態]
次に、本発明に係る配管接続構造の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図４及び図５に示すように、本実施形態の配管接続構造１２は、筒部材３０、配管対象壁３２、及びストッパ部３４を備えている。

配管対象壁３２は、ラジエータなどの、外部からの配管が接続されて内部に流体が供給される器機の筐体や外壁の一部で構成されている。筒部材３０は、円筒状とされ、配管対象壁３２の壁面３２Ａから突出して形成されている。筒部材３０の筒内には、流体の流路Ｒが形成されている。流路Ｒは、配管対象壁３２の内側の配管（不図示）と連通されている。また、筒部材３０の先端３０Ａ側には、厚肉部２２が形成されている。

配管対象壁３２には、筒部材３０の基端側の径方向外側に、ストッパ部３４が一体的に形成されている。ストッパ部３４は、筒部材３０の外周面３０Ｂに沿って等間隔に４個形成されている。ストッパ部３４は、配管対象壁３２の壁面３２Ａから突出形成され、筒部材３０の外周面３０Ｂと離間配置され、壁面３２Ａ、ストッパ部３４、及び外周面３０Ｂの間に離間部３６が形成されている。この離間部３６により、接続された状態の管体１８の内端部１８Ａとストッパ部３４とは非当接となる。ストッパ部３４の先端には、平坦状のストッパ面３４Ａが形成されている。離間部３６には、非当接空間３８が構成される。

図５（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ストッパ面３４Ａは、筒部材３０の外周面３０Ｂと略垂直に配置されている。管体１８の外端部１８Ｂは、ストッパ面３４Ａに突き当てられる。非当接空間３８は、ストッパ部３４の周方向両端で外気と連通されている。

なお、筒部材３０、配管対象壁３２、及びストッパ部３４は、樹脂製とされ、樹脂としては、ナイロン（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を用いることができる。また、ストッパ部３４の筒部材３０の外周面３０Ｂからの突出長Ｌ２は、管体１８の厚みＷよりも長いことが好ましい。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

管体１８を筒部材３０と接続する際には、管体１８を筒部材３０の先端３０Ａ側から外挿し、図５（Ｂ）に示されるように、管体１８の外端部１８Ｂをストッパ面３４Ａに突き当てる。そして、厚肉部２２よりもストッパ部３４側に締結バンド１９を施して、管体１８を筒部材３０に固定する。

本実施形態でも、長期にわたって使用されると、筒部材３０及び配管対象壁３２の経年劣化が進行し、特に、筒部材３０の内周面３０Ｃ、及び、管体１８の内周面１８Ｃと接触する外周面３０Ｂについて加水分解が進行すると考えられる。図５（Ｂ）には、加水分解による劣化が進行すると考えられる部分を網掛けで図示している。管体１８に外力が加わり、筒部材３０に径方向の力が作用する際に応力集中するのは、筒部材３０の外周面と配管対象壁３２との境界部分３９である。本実施形態では、境界部分３９は、管体１８の内端部１８Ａ及び内周面１８Ｃと接触せず、加水分解による劣化の進行が抑制されている。したがって、管体１８への外力作用による筒部材３０の損傷が抑制され、耐久性を向上させることができる。

なお、本実施形態でも、ストッパ部３４を４個設けたが、ストッパ部の個数は１〜３個、及び５個以上でもよい。また、ストッパ部は、筒部材３０の外周の全周に亘るように環状としてもよい。ストッパ部を、筒部材３０の外周の全周に亘る環状とする場合には、径方向に貫通孔を形成して非当接空間３８を外気と連通させる。

[第３実施形態]
次に、本発明に係る配管接続構造の第３実施形態について説明する。なお、本実施形態において、第１、第２実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６、に示すように、本実施形態の配管接続構造１４は、筒部材４０及び大径接続部４２を備えている。筒部材４０は、第２実施形態の筒部材３０と同一形状とされ、一端４０Ａ側に厚肉部２２が形成されている。筒部材４０の筒軸方向Ｓの厚肉部２２と反対側には、筒部材４０と一体的に大径接続部４２が形成されている。大径接続部４２は、筒部材４０よりも大径の円筒状とされ、筒内に流路Ｒと連通する流路Ｒ１が形成されている。

筒部材４０と大径接続部４２の間には、環状の段差壁面４２Ａが形成されている。段差壁面４２Ａは、筒部材４０の外周面４０Ｂと略垂直に配置されている。段差壁面４２Ａには、ストッパ部４４が形成されている。ストッパ部４４は、筒部材４０の外周に沿って等間隔に４個形成されている。

ストッパ部４４は、段差壁面４２Ａから一端４０Ａ側に突出形成されている。ストッパ部４４の径方向外側面は、大径接続部４２の外周面４２Ｂと面一とされている。ストッパ部４４は、筒部材４０の外周面４０Ｂと離間配置され、段差壁面４２Ａ、ストッパ部４４、及び外周面４０Ｂの間に離間部４６が形成されている。この離間部４６により、接続された状態の管体１８の内端部１８Ａとストッパ部４４とは非当接となる。ストッパ部４４の先端には、平坦状のストッパ面４４Ａが形成されている。離間部４６には、非当接空間４８が構成される。

図７（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ストッパ面４４Ａは、筒部材４０の外周と略垂直に配置されている。 図７（Ｂ）に示されるように、管体１８の外端部１８Ｂは、ストッパ面４４Ａに突き当てられる。非当接空間４８は、ストッパ部４４の周方向両端で外気と連通されている。

なお、筒部材４０、大径接続部４２、及びストッパ部４４は、樹脂製とされ、樹脂としては、ナイロン（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を用いることができる。また、ストッパ部４４の筒部材４０の外周面４０Ｂからの突出長Ｌ３は、管体１８の厚みＳよりも長いことが好ましい。

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

管体１８を筒部材４０と接続する際には、管体１８を筒部材４０の一端４０Ａ側から外挿し、管体１８の外端部１８Ｂをストッパ面４４Ａに突き当てる。そして、厚肉部２２よりもストッパ部４４側に締結バンド１９を施して、管体１８を筒部材４０に固定する。

本実施形態でも、長期にわたって使用されると、筒部材４０の経年劣化が進行し、特に、筒部材４０の内周面４０Ｃ、大径接続部４２の内周面４２Ｃ、及び、筒部材４０の外周面４０Ｂで管体１８の内周面１８Ｃと接触している部分の加水分解が進行すると考えられる。図７（Ｂ）には、加水分解による劣化が進行すると考えられる部分を網掛けで図示している。管体１８に外力が加わり、筒部材４０に径方向の力が作用する際に応力集中するのは、筒部材４０の外周面と大径接続部４２との境界部分４９である。本実施形態では、境界部分４９は、管体１８の内端部１８Ａ、内周面１８Ｃと接触せず、加水分解による劣化の進行が抑制されている。したがって、管体１８への外力作用による筒部材４０の損傷が抑制され、耐久性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、ストッパ部４４を４個設けたが、ストッパ部の個数は１〜３個、及び５個以上でもよい。また、ストッパ部は、筒部材４０の外周の全周に亘るように環状としてもよい。ストッパ部を、筒部材４０の外周の全周に亘る環状とする場合には、径方向に貫通孔を形成して非当接空間４８を外気と連通させる。
また、非当接空間４８の通気を確保するために、非当接空間４８に対応する段差壁面４２Ａに筒軸Ｓ方向に貫通する孔を形成してもよい。なお、当該孔は、第１、第２実施形態の非当接空間に同様に形成してもよい。

以上の第１〜第３実施形態に係る配管接続構造は、自動車のエンジンルーム内の配管接続に用いることができる。特に、ラジエータなどの熱交換器の出入口や、冷却水用のエンジンのインレット／アウトレットに好適に用いることができる。

本発明の実施例として第３実施形態の配管接続構造１４を用い、比較例として図８に示す配管接続構造Ｃを用いる。実施例及び比較例の筒部材に管体を接続し、管体に所定の外力を加え、筒部材の特定位置における応力測定を行った。

図８に示されるように、配管接続構造Ｃは、ストッパ部４４を有していない点が配管接続構造１４と異なっている。配管接続構造Ｃでは、ストッパ部４４に代えて大径接続部４２の段差壁面４２Ａに管体１８の先端１８Ａが突き当てられる。また、配管接続構造Ｃでは、段差壁面４２Ａが、筒軸方向Ｓでストッパ面４４Ａに対応する位置に配置されている。

応力の測定は、配管接続構造１４では、境界部分４９と、外周面２０Ｂの筒軸方向Ｓでストッパ面４４Ａに対応する位置４７とで測定し（図７（Ｂ）参照）、比較例の配管接続構造Ｃでは、外周面４０Ｂと段差壁面４２Ａの境界部分４３で測定した。比較例の境界部分４３の応力をＡ、実施例の境界部分４９の応力をＢ、位置４７の応力をＣとすると、応力の大きさは、Ｂ＞Ａ＞Ｃ、となる。

図９には、樹脂（ナイロン）について、時間（経時）と許容応力との関係を示すグラフが示されている。破線Ｉは樹脂（ナイロン）の熱による経時劣化を示し（以下、破線Ｉを「熱劣化ラインＩ」という）、実線ＩＩは熱に加えて加水分解（配管内の液体に起因するもの）も含む経時劣化（以下、実線ＩＩを「熱＋加水分解劣化ラインＩＩ」という）を示している。実施例の位置４７及び比較例の境界部分４３については、管体１８の内端部１８Ａと接触しているため、樹脂寿命は、熱＋加水分解の劣化ラインＩＩから得られる。一方、実施例の境界部分４９については、管体１８の内端部１８Ａとの非接触であるため、樹脂寿命は、熱劣化ラインＩから得られる。

測定によって得られた応力Ａ、Ｂ、Ｃを、図９のグラフに当てはめて樹脂寿命を考察する。実施例の位置４７における樹脂寿命（熱＋加水分解の劣化ラインＩＩで許容応力がＣになるまでの劣化時間ＣＴ）は、比較例の境界部分４３における樹脂寿命（熱＋加水分解の劣化ラインＩＩで許容応力がＡになるまでの劣化時間ＡＴ）の約３．５倍になる。実施例の位置４７では、外力が加わった時の応力が小さいので、許容応力も小さくてよいからである。なお、実施例の境界部分４９に関して、熱劣化ラインＩはＢまで低下しておらず、劣化時間は位置４７よりも長いと考えられる。したがって、実施例と比較例において、樹脂寿命は、位置４７と境界部分４３における樹脂寿命で比較することができる。前述のように、実施例の樹脂寿命は、比較例の３．５倍となり、実施例の耐久性が優れていることが確認できた。

１０、１２、１４ 配管接続構造
１８ 管体
１８Ａ 径方向内端部
２０Ｂ 外周面
２０ 筒部材
２４ ストッパ部
２４Ａ ストッパ面
２６ 溝（離間部）
２８ 非当接空間
３０Ｂ 外周面
３０ 筒部材
３２ 配管対象壁（配管対象部材）
３２Ａ 壁面（配管面）
３４ ストッパ部
３４Ａ ストッパ面
３６ 離間部
３８ 非当接空間
４０Ｂ 外周面
４０ 筒部材
４４ ストッパ部
４４Ａ ストッパ面
４６ 離間部
４８ 非当接空間
Ｒ 流路

Claims (4)

1. 筒状とされ、筒内に流体の流路が形成された樹脂製の筒部材と、
   前記筒部材の外周面よりも径方向外側に配置され、前記筒部材に外挿された管体の先端面が突き当てられるストッパ面を有するストッパ部と、
   前記筒部材の外周面と前記ストッパ面との間に形成され、外挿された前記管体の先端面の径方向内端部と前記ストッパ部とを非当接にすると共に外気に連通する非当接空間を形成する離間部と、
   を備えた配管接続構造。
2. 前記ストッパ部は、前記筒部材の外周に互いに離間して複数設けられている、ことを特徴とする、請求項１に記載の配管接続構造。
3. 前記ストッパ部は、前記筒部材の径方向外側へ突出する凸部として形成され、
   前記離間部は、前記ストッパ部の根元に前記筒部材の外周面に沿って形成された溝として構成されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配管接続構造。
4. 前記筒部材は配管対象部材の配管面から突出形成され、前記ストッパ部は前記配管面から突出形成されると共に前記筒部材の外周面と離間して配置されている、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の配管接続構造。

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