JP4981266B2 - 管継手 - Google Patents

Description

本発明は、流体を移送する管相互を接続する管継手に関する。

流体を移送する管相互を接続する管継手としては、カムレバー式カップリングが知られており、例えば特許文献１、特許文献２に記載されている。図２は、特許文献１に記載されているカムレバー式カップリングである。図２はプラグ２とソケット１が分離した状態を示している。接続する場合は、ソケット１にプラグ２を挿入し、カムレバー３を操作することにより、ソケット１に取り付けられたカムレバー３のカム形状部７がプラグ２に設けられたくぼみであるカム受部６に接触し回動することにより、ソケット１のガスケット受部２１に設置したガスケット５にプラグ２の先端部２２を圧接した状態で水密、もしくは気密（以降、水密と気密を合わせてシールと表現する）を保ち接合される。このようにカムレバー式カップリングは、管相互の脱着作業が比較的短時間で行うことができるという特徴がある。

また、ガスケットを用いずにフェルール構造で管相互を接続する管継手も知られており、例えば特許文献３に記載されている。図３は、特許文献３に記載されているフェルール構造の管継手である。図３では、前部フェルール３１と後部フェルール３２とフェルールが２段になり、継手ナット３３はネジ条３４を介して本体と連結し、管８の表面にフェルールが圧接され、シールを保ち管相互が接続される。このような管継手では、ガスケットを用いないので、ガスケットの材質の選定等が不要という利点がある。

特開平１０−２２０６６９号公報 特開２００５−５４８５７号公報 特表２０００−５０９７９７号公報

カムレバー式カップリングの場合、脱着作業が容易との利点はあるが、ブチルゴムやシリコーンゴム等の有機系のガスケットを用いて、ガスケットの弾性によりシールを保っている。そのため、環境条件によっては、ガスケットの材質が制限され、使用できない場合がある。

電荷を帯びた素粒子やイオンを高いエネルギー状態に加速し標的に衝突させて、原子核の構造などの研究を行なうために、各種の加速器が用いられている。この装置では、素粒子もしくはイオンの加速や、方向の制御にローレンツ力を用いるので、高磁場を発生させるための電磁石を多数設置する必要があり、この多数の電磁石に応じて多数の冷却水の配管が為されている。このような加速器においては、粒子の加速に伴う各種放射線の発生が避けられず、用いる材料についても、放射線に対する対策が必要となる。

従来、加速器に用いる電磁石の電磁コイルは、放射線量が１０⁶Ｇｙ（グレイ）ないし１０⁸Ｇｙの環境で使用され、放射線による電磁コイルの絶縁劣化の対策として、放射線量が１０⁸Ｇｙ以下のレベルでは、耐放射線特性の高い有機物の絶縁体が用いられ、放射線量が１０⁸Ｇｙ以上のレベルでは、無機物の絶縁体が用いられている。放射線量が１０⁸Ｇｙ以上で、特に高いレベルでは、絶縁体を無機物だけで構成することが必要となる。これは、配管系等においても同じであり、ガスケットの材質も無機物のみで構成することが必要となる。

従来のカムレバー式カップリングでは無機質のガスケットを用いる場合は、管内圧が低い場合を別として、シールを保つのが困難なため、ガスケットを用いないフェルール構造の管継手が用いられている。このフェルール式の管継手は、高圧水にも対応できるが、配管表面が滑らかである必要があり、接続の際にネジで締め付けるが、ネジの締付け時に締め付けのトルクの調整を厳密に行う必要があり、脱着作業に長時間を要するという問題がある。特に、上述のような放射線が発生するような環境では、脱着作業に長時間を要することは、致命的な欠点となる。

従って、本発明の解決すべき課題は、管相互の脱着作業が短時間で行え、無機物のガスケットを用いてもシールを保つことができる管継手を提供することである。

本発明によれば、一方の管に取り付けられるプラグと、他方の管に取り付けられ前記プラグが内挿されるソケットからなり、前記ソケットまたはプラグの内周部にリング状のガスケット受部が設けられ、前記ガスケット受部には、金属ガスケットが保持され、前記プラグまたはソケットの外周上にカム受部が設けられ、前記ソケットまたはプラグの外周上に中心軸と平行でカム形状部を有するカムレバーが設けられ、回転軸を挿入して前記カムレバーを前記ソケットまたはプラグに固定し、前記カム受部に前記カム形状部が前記回転軸を中心に接触回動することにより、前記プラグまたはソケットの先端部を前記金属ガスケットに圧接して前記管相互を接続する管継手であって、前記回転軸は、円筒状で長手方向に隙間が設けられた割りピンからなり、前記回転軸に直交する方向にばね性を有する管継手が得られる。

また、本発明によれば、３個以上の上記カムレバーが上記ソケットまたはプラグの外周上のほぼ回転対称の位置に配置されている管継手が得られる。

また、本発明によれば、上記ガスケット受部にリング状突起を設けた管継手が得られる。

また、本発明によれば、上記プラグまたはソケットの先端部にリング状突起を設けた管継手が得られる。

また、本発明によれば、上記金属ガスケットが硬度Ｈｖ９０以下、望ましくは硬度Ｈｖ５０のもの、具体例として、銅、アルミニウム、もしくはこれらの合金等からなるものを用いた管継手が得られる。

また、本発明によれば、上記回転軸に波型ピンを用いた管継手が得られる。

また、本発明によれば、上記ソケットまたはプラグの内周側にガスケットの内周面を覆うカバー部を設けた管継手が得られる。

本発明の管継手によれば、金属製のガスケットを用いてシールを保ち、しかも管相互の脱着作業が短時間で行うことができる。また、常用２ＭＰａと高圧の流体の管継手に使用できる。従って、放射線対策の必要な電磁コイルの冷却水配管に最適な管継手が得られる。

本発明の管継手は、カムレバー式カップリングであり、金属のガスケットを用いても、シールを保つことが可能な管継手である。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の管継手の構造を示す説明図である。本発明の管継手は、一方の管に取り付けられるプラグ２と他方の管に取り付けられるソケット１からなっている。ソケット１の内周部には、リング状のガスケット受部２１を設け、このガスケット受部２１にガスケット５を設置する。管相互を接続する際には、ソケット１にプラグ２を挿入し、プラグ２の先端部２２をガスケット５に圧接して、シールを保つ構造になっている。

ソケット１にはカムレバー３が取り付けられ、プラグ２の外周には、カム受部６が設けられており、管相互を接続した状態でカム受部６とカムレバー３のカム形状部７が回動できるように構成している。カムレバー３を軸４を支点として駆動することにより、カム形状部７とカム受部６の接触状態を変化させ、管相互の接合、分離を切替えられるようにする。

本実施の形態では、図１は管相互が接合された場合を示し、カムレバー３がこの図のような状態にある場合にはプラグ２の先端部２２をガスケットに圧接すると共に、プラグ２がソケット１から分離するのを防止するようになっている。図４は管相互を分離する場合を示しており、カムレバー３がこの図のような状態にある場合は、カム形状部７とカム受部６がフリーとなっており、プラグ２をソケット１から引き抜くことや、プラグ２をソケット１に挿入することが可能である。

カムレバー３の回転軸４には、回転軸に直交する方向にばね性を持たせる。具体的には波型ピンやロールピン等の割りピンを用いることによりばね性を持たせることができる。特に図７に示すような波型ピンを用いると、ばね性の調整が容易であり、強度も高く、取付が容易である上に、ばね性の異なる各種寸法のものが市販されているため入手も容易である。

管相互が接続された状態では、カムレバー３の回転軸４に持たせた、回転軸に直交する方向のばね性により、プラグの先端がガスケットに圧接される方向の力が常時与えられた状態にあることにより、シールを保つことができる。

従って、金属ガスケットのように、ガスケットの弾性が小さい場合でもシール可能である。さらに、弾性の高いブチルゴムやシリコーンゴム等の有機物のガスケットを用いても有機物が劣化すると、弾性が低下するが、このような場合でもシールを保つことができる。また、流体温度が変化することによる材料の熱膨張等による寸法変動をも吸収してシールを保つことができる。例えば１０〜１００℃程度の熱サイクルなら充分対応することが可能である。

また、カムレバーは、流体の管内圧力が低い場合はソケットの外周上に対称に２個配置するだけでも充分であるが、管内圧力が高い場合には少なくとも外周上の回転対称の位置に３個、望ましくは４個以上取り付ける必要がある。外周上に２個の場合は、カムレバー間を結ぶ、ほぼ線状の力でプラグ先端部がガスケットに圧接されているため、力のバランスが崩れるとこの仮想線の片側から流体の漏れが起こる場合がある。流体の静水圧を変えて行った水漏れ試験によれば、カムレバーが２個の場合は静水圧が０．５ＭＰａまでは、水漏れが見られなかったが、それ以上では水漏れが生じる場合があったのに対し、カムレバーを４個とした場合には静水圧５ＭＰａでも水漏れが見られず、常用２ＭＰａの管継手として充分使用可能であることが確かめられた。

ガスケット受部や、プラグの先端部のガスケットと接触する箇所は、流体の圧力が低い場合は従来のカムレバー式カップリングと同様に平面であってもよい。ただし、弾性の低い金属ガスケットを用いる場合には、ガスケット及びガスケット受部や、プラグの先端部の平面の精度を高くして、均一に圧接されるようにする必要がある。

しかしながら、流体が高圧の時や、シールの信頼性を高めたいときには、ソケットのガスケット受け部や、プラグの先端部にリング状突起を設けることが望ましい。この突起はガスケットに喰い込ませてシールするためのもので、接触面が滑らかに形成されるように突起断面の形状は３角形状やＲ形状が良い。また辺が曲線もしくは折線の多角形状であっても良いが、先端以外はシールのための接触面を考慮した滑らかな形状とするのが望ましい。

図５は、図１の部分拡大図で、プラグの先端部、ガスケット、及びソケットのガスケット受部の断面を示す拡大図である。プラグ２の先端部２２及びソケット１のガスケット受部２１には図示のように断面三角形状のリング状突起２３，２４を有し、このリング状突起２３，２４が圧接されてガスケット５に喰い込むことで均一に接触し、シール性を高めるようになっている。

この場合のガスケット５の材質はソケット１やプラグ２の材質に比較して柔らかい金属を用いると良い。例えば、ソケット１やプラグ２の材質が鉄、鋼やステンレス鋼の場合には、銅や銅合金（黄銅、青銅等）、アルミやアルミ合金等の金属ガスケットを用いれば良い。他の材質の金属ガスケットを用いても良いが、一般的には硬度Ｈｖ９０以下、望ましくはＨｖ５０以下の柔らかい金属を用いることが望ましい。このような金属ガスケットを用いることにより、リング状突起２３，２４をガスケット５に喰い込ませることができ、喰い込むことにより、多少の接触の不均一性をも解消でき、シール性を高めることが可能となる。しかも圧接して喰い込ませても金属ガスケットの場合は崩壊するようなことも起こらない。

また、プラグまたはソケットにガスケットの内周面を覆うカバー部を設けて、ガスケットを包み込むような構造としても良い。図６は図５に相当する箇所の別の実施の形態を示すプラグの先端部、ガスケット、及びソケットのガスケット受け部の一部断面図であり、図６ａはプラグにカバー部を設け、ソケットに凹部を設けた例、図６ｂはプラグにカバー部を設け、凹部を設けない例、図６ｃはソケットにカバー部を設け、プラグに凹部を設けた例を示す。図６ａに示す例はプラグ２の内周側の先端部にカバー部２５を設け、ソケット１の内周側の先端部にカバー部２５に対応する凹部２６を設けて、ガスケットを包みこむ構造にしたものである。この場合はプラグ先端部２２の部分も一種のガスケット受部とも言える構造となっている。流速が早い場合には、流体に接触する部分が減肉する場合があるが、このような構成にすることにより、ガスケット５の部分には静水圧がかかるが、早い流速の流体には直接曝されないため、シール性を損なうことを防止できる。また、図６ｂに示す例では、図６ａと同じくプラグ２の内周側の先端部にカバー部２５を設け、対応する凹部は設けていないが、この形状でもガスケットを包み込む構造であり、早い流速の流体には直接曝されない。また、図６ｃに示す例は図６ａとは逆にソケット１の内周側の先端部にカバー部２５を設け、プラグ２の内周側の先端部にカバー部２５に対応する凹部２６を設けて、ガスケットを包み込む構造としたものである。カバー部２５はソケット１及びプラグ２のどちら側に設けても同様な効果が得られる。

なお、上記説明ではガスケット受部２１をソケット１側に、カムレバー３をソケット１側にカム受部６をプラグ２側に設ける例のみを示した。この形態がシンプルで製造しやすいが、流体や外部環境によっては、ソケット１とプラグ２の先端を多重管として、多重管どうしの入れ子形式の接続とする場合がある。このような場合は、ガスケット受部２１をプラグ２側に、カムレバー３をプラグ２側にカム受部６をソケット１側に設けることもできる。さらに、本発明のソケット、プラグの内周側形状は円形に限定されず、多角形状等でも良い。また、ガスケット、リング状突起の形状も円環に限定されず、このソケット、プラグの形状に合わせて設定すれば良い。

本発明の管継手の構造を示す説明図（管相互が接合された場合）。 従来のカムレバー式カップリングの構造を示す説明図。 従来のフェルール構造の管継手の構造を示す説明図。 本発明の管継手の構造を示す説明図（管相互が分離される場合）。 本発明のプラグの先端部、ガスケット、及びソケットのガスケット受部の断面を示す拡大図。 本発明のプラグの先端部、ガスケット、及びソケットのガスケット受け部の一部断面図、図６（ａ）はプラグにカバー部を設け、ソケットに凹部を設けた例を示す図、図６（ｂ）はプラグにカバー部を設け、凹部を設けない例を示す図、図６（ｃ）はソケットにカバー部を設け、プラグに凹部を設けた例を示す図。 本発明の回転軸に用いる波型ピンの斜視図。

符号の説明

１ ソケット
２ プラグ
３ カムレバー
４ 回転軸
５ ガスケット
６ カム受部
７ カム形状部
８ 管
２１ ガスケット受部
２２ 先端部
２３，２４ リング状突起
２５ カバー部
２６ 凹部
３１ 前部フェルール
３２ 後部フェルール
３３ 継手ナット
３４ ネジ条

Claims (7)

1. 一方の管に取り付けられるプラグと、他方の管に取り付けられ前記プラグが内挿されるソケットからなり、前記ソケットまたはプラグの内周部にリング状のガスケット受部が設けられ、前記ガスケット受部には、金属ガスケットが保持され、前記プラグまたはソケットの外周上にカム受部が設けられ、前記ソケットまたはプラグの外周上に中心軸と平行でカム形状部を有するカムレバーが設けられ、回転軸を挿入して前記カムレバーを前記ソケットまたはプラグに固定し、前記カム受部に前記カム形状部が前記回転軸を中心に接触回動することにより、前記プラグまたはソケットの先端部を前記金属ガスケットに圧接して前記管相互を接続する管継手であって、前記回転軸は、円筒状で長手方向に隙間が設けられた割りピンからなり、前記回転軸に直交する方向にばね性を有することを特徴とする管継手。
2. ３個以上の前記カムレバーが前記ソケットまたはプラグの外周上のほぼ回転対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の管継手。
3. 前記ガスケット受部にリング状突起を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の管継手。
4. 前記プラグまたはソケットの先端部にリング状突起を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の管継手。
5. 前記金属ガスケットが硬度Ｈｖ９０以下のものを用いたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の管継手。
6. 前記回転軸に波型ピンを用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の管継手。
7. 前記ソケットまたはプラグの内周側にガスケットの内周面を覆うカバー部を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の管継手。

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