JP7604263B2

JP7604263B2 - 管継手

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Publication number: JP7604263B2
Application number: JP2021024153A
Authority: JP
Inventors: 耀平大川; 歩黒▲崎▼; 慎悟樋口; 一清手嶋
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Filing date: 2021-02-18
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Description

本発明は、管継手に関する。

半導体製造、医療・医薬品製造、及び食品加工・化学工業等の各種技術分野の製造工程では、薬液、高純度液、超純水、或いは洗浄液等の流体が流れる配管経路において、チューブや流体デバイスに形成された流路同士を接続する接続構造として、例えば合成樹脂製の管継手が採用されている。このような管継手として、チューブの先端部の内周側に装着されるインナーリングと、チューブの先端部の外周側に装着される円筒状の継手本体と、継手本体の外周側に装着されるユニオンナットと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

インナーリングは、円筒状の本体部と、本体部の軸方向一端部において径外側へ突出して形成された膨出部と、本体部の軸方向他端部に形成されたシール部と、を有している。インナーリングの内部には流体流路が形成されている。インナーリングの膨出部は、チューブの先端部内に圧入されて、当該チューブの先端部を拡径する。ユニオンナットは、継手本体に装着されるときの推進力により、インナーリングの膨出部によって拡径したチューブの外周面を押圧する。これにより、インナーリングのシール部が、継手本体に形成されたシール溝に圧力されるとともに、チューブの抜け出しを防止することができる。さらに、チューブと膨出部との間で面圧が発生するので、チューブと膨出部との間から流体が漏洩するのを抑制することができる。

特開２０１８－１６８９４７号公報

前記ユニオンナットの推進力によりチューブが押圧されると、チューブの内周面は、インナーリングの膨出部の外周面に対して軸方向の広範囲にわたって接触するので、チューブと膨出部との間で面圧が発生する範囲は軸方向の広範囲に及ぶ。このため、チューブと膨出部との間において、流体の漏洩を抑制するために必要な面圧を確保するためには、ユニオンナットの締め付けトルクを高くする必要があり、施工性が悪いという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ユニオンナットの締め付けトルクを高くしなくても、インナーリングの膨出部とチューブとの間で必要な面圧を確保することができる管継手を提供することを目的とする。

（１）本発明の管継手は、軸方向一方側において径外側に突出して形成されるとともにチューブの先端部内に圧入される膨出部を有するインナーリングと、前記膨出部が前記チューブの先端部内に圧入された状態で前記インナーリングの軸方向他方側の端部が内周に圧入されるとともに、外周に雄ねじ部を有する継手本体と、前記雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部を有するとともに、前記雌ねじ部が前記雄ねじ部に締め付けられることで前記チューブの先端部を軸方向他方側へ押圧するユニオンナットと、を備え、前記膨出部は、その軸方向の途中部から軸方向一方側に向かって先細るように形成されるとともに、前記ユニオンナットの押圧により前記チューブとの間で面圧を発生させる先細り部を有し、前記先細り部の外周面は、軸方向の断面視において凹曲面状に形成された凹曲面部を有する。

本発明の管継手によれば、インナーリングの膨出部における先細り部の外周面に凹曲面部が形成されているので、ユニオンナットがチューブを押圧したときに、凹曲面部の底部分にチューブが接触しにくくなる。これにより、膨出部の先細り部とチューブとの間で面圧が発生する軸方向の範囲は従来よりも狭くなるので、膨出部の先細り部とチューブとの間で発生する面圧を従来よりも高めることができる。したがって、ユニオンナットの締め付けトルクを高くしなくても、インナーリングの膨出部とチューブとの間で必要な面圧を確保することができる。その結果、流体が膨出部とチューブとの間から外部に漏洩するのを抑制することができる。

（２）前記凹曲面部は、前記先細り部の外周面の軸方向全長にわたって形成されているのが好ましい。
この場合、膨出部の先細り部とチューブとの間で面圧が発生する軸方向の範囲をさらに狭くすることができるので、膨出部の先細り部とチューブとの間で発生する面圧をさらに高めることができる。

（３）前記先細り部の外周面は、軸方向の断面視において前記凹曲面部よりも軸方向一方側において凸曲面状に形成された凸曲面部を有するのが好ましい。
この場合、上記（２）の場合と比較して、先細り部における凹曲面部よりも軸方向一方側の端部の径方向の厚みを厚くすることができる。これにより、先細り部の前記端部の強度が増すので、ユニオンナットによりチューブを介して先細り部が押圧されても、先細り部の前記端部が径内側へ倒れ込むのを抑制することができる。その結果、インナーリング内の流体の流れが、膨出部の先細り部によって阻害されるのを抑制することができる。

（４）本発明の他の観点から見た管継手は、軸方向一方側において径外側に突出して形成されるとともにチューブの先端部内に圧入される膨出部を有するインナーリングと、前記膨出部が前記チューブの先端部内に圧入された状態で前記インナーリングの軸方向他方側の端部が内周に圧入されるとともに、外周に雄ねじ部を有する継手本体と、前記雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部を有するとともに、前記雌ねじ部が前記雄ねじ部に締め付けられることで前記チューブの先端部を軸方向他方側へ押圧するユニオンナットと、を備え、前記膨出部は、その軸方向の途中部から軸方向一方側に向かって先細るように形成されるとともに、前記ユニオンナットの押圧により前記チューブとの間で面圧を発生させる先細り部を有し、前記先細り部の外周面の軸方向一端の直径Ｄと、前記チューブにおいて前記膨出部が圧入されても変形しない非変形部の内径ｄとが、１．０ｄ≦Ｄ≦１．４ｄの関係を満たしている。

本発明の管継手によれば、インナーリングの膨出部における先細り部の外周面の軸方向一端の直径Ｄと、前記チューブの非変形部の内径ｄとが、Ｄ≦１．４ｄの関係を満たしているので、ユニオンナットの締め付けトルクが高くなることはない。また、先細り部の外周面の軸方向一端の直径Ｄと、前記チューブの非変形部の内径ｄとが、１．０ｄ≦Ｄの関係を満たしているので、ユニオンナットの締め付けトルクを高くしなくても、インナーリングの膨出部とチューブとの間で必要な面圧を確保することができる。その結果、流体が膨出部とチューブとの間から外部に漏洩するのを抑制することができる。

本発明によれば、ユニオンナットの締め付けトルクを高くしなくても、インナーリングの膨出部とチューブとの間で必要な面圧を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係る管継手の軸方向の断面図である。前記管継手のインナーリングを示す軸方向の断面図である。前記インナーリングの膨出部を示す図２の要部拡大断面図である。前記膨出部の先細り部とチューブとの接触状態を示す断面図である。前記膨出部の先細り部が径内側へ倒れ込んだ状態を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る管継手におけるインナーリングの膨出部を示す軸方向の拡大断面図である。第２実施形態における膨出部の先細り部とチューブとの接触状態を示す断面図である。本発明の本発明の第３実施形態に係る管継手におけるインナーリングの膨出部付近を示す軸方向の拡大断面図である。第３実施形態におけるインナーリングの膨出部の変形例を示す軸方向の拡大断面図である。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る管継手を示す軸方向の断面図である。図１において、管継手１は、例えば、半導体製造装置で使用される薬液（流体）が流れる配管経路に用いられる。管継手１は、継手本体２と、ユニオンナット３と、インナーリング４と、を備えている。以下、本実施形態では、便宜上、図１の左側を軸方向一方側といい、図１の右側を軸方向他方側という（図２～図９も同様）。

インナーリング４は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、又はフッ素樹脂（パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等）の合成樹脂材料によって、円筒状に形成されている。

インナーリング４は、円筒状に形成された本体部５と、本体部５の軸方向一方側に形成された膨出部６と、本体部５の軸方向他方側に形成されたシール部７と、を備えている。インナーリング４における本体部５、膨出部６、及びシール部７の各径内側には、流体流路４ａが形成されている。流体流路４ａは、チューブ８の内部に形成された流路８ａと、継手本体２の内部に形成された流路２ｃとを連通する。

膨出部６は、本体部５の軸方向一方側において径外側に突出して形成されている。膨出部６は、合成樹脂製（ＰＦＡ等）のチューブ８の先端部内に圧入され、当該チューブ８の先端部を拡径する。膨出部６の詳細については後述する。シール部７は、環状の一次シール部７ａと、円筒状の二次シール部７ｂと、を有している。

一次シール部７ａは、本体部５の軸方向他端部の径内側から軸方向他方側に突出して形成されている。一次シール部７ａの外周面は、軸方向一端から軸方向他端へ向かって漸次縮径して形成されている。一次シール部７ａは、継手本体２の一次シール溝２ｄ（後述）に圧入される。二次シール部７ｂは、本体部５の軸方向他端部の径外側から軸方向他方側に突出して形成されている。二次シール部７ｂは、継手本体２の二次シール溝２ｅ（後述）に圧入される。

継手本体２は、例えば、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥ又はフッ素樹脂（ＰＦＡやＰＴＦＥ等）の合成樹脂材料によって円筒状に形成されている。継手本体２の内径は、薬液の移動を妨げないように、インナーリング４の内径と略同一寸法に設定されている。継手本体２の軸方向一端部には、受口部２ａが形成されている。受口部２ａの内周には、チューブ８の先端部内に膨出部６が圧入されたインナーリング４のシール部７（軸方向他方側の端部）が圧入されている。これにより、継手本体２の軸方向一端部は、チューブ８の先端部の外周に装着されている。受口部２ａの外周には、雄ねじ部２ｂが形成されている。

継手本体２は、受口部２ａよりも径内側に形成された、環状の一次シール溝２ｄ及び環状の二次シール溝２ｅを有している。一次シール溝２ｄは、継手本体２の径内側において、軸方向一端から軸方向他端へ向かって漸次縮径するように切り欠かれたテーパ形状とされている。二次シール溝２ｅは、継手本体２において一次シール溝２ｄよりも径外側に形成されている。

ユニオンナット３は、例えば、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥ又はフッ素樹脂（ＰＦＡやＰＴＦＥ等）の合成樹脂材料によって円筒状に形成されている。ユニオンナット３は、軸方向他方側の内周に形成された雌ねじ部３ａと、軸方向一方側において径内側に突出して形成された押圧部３ｂと、を有している。

ユニオンナット３の雌ねじ部３ａは、継手本体２の雄ねじ部２ｂに締め付けられている。その締め付けによって、ユニオンナット３は継手本体２に装着されるとともに、押圧部３ｂの軸方向他端部に形成された角部３ｃは、インナーリング４の膨出部６により拡径されたチューブ８の拡径部８ｂを軸方向他方側へ押圧する。なお、本実施形態では、押圧部３ｂにおけるチューブ８を押圧する部分は、角部３ｃに限定されるものではない。例えば、押圧部３ｂの軸方向他端部において角部３ｃの替わりに面取り部を形成し、その面取り部によりチューブ８を押圧してもよい。

以上の構成により、ユニオンナット３の雌ねじ部３ａを継手本体２の雄ねじ部２ｂに締め付けると、インナーリング４の一次シール部７ａ及び二次シール部７ｂは、それぞれ継手本体２の一次シール溝２ｄ及び二次シール溝２ｅに圧入される。これにより、インナーリング４と継手本体２との接続部分のシール性能を確保することができる。また、ユニオンナット３の角部３ｃがチューブ８の拡径部８ｂを軸方向他方側へ押圧することで、チューブ８の抜け出しを防止することができる。

図２は、インナーリング４を示す軸方向の断面図である。図１及び図２において、インナーリング４の膨出部６は、その径方向の厚みが最大となる最大厚み部１１と、最大厚み部１１の軸方向他方側に形成された基端部１２と、最大厚み部１１の軸方向一方側に形成された先細り部１３と、を有している。

最大厚み部１１は、軸方向の所定長さにわたって形成されている。基端部１２の外周面は、最大厚み部１１の軸方向他端から軸方向他方側へ向かって徐々に縮径するように形成されている。これにより、基端部１２は、最大厚み部１１の軸方向他端から軸方向他方側へ向かって、径方向の厚みが徐々に薄くなるように形成されている。基端部１２の軸方向他端は、本体部５に接続されている。なお、図２の断面視において、基端部１２の外周面は、平面状に傾斜しているが、曲面状に傾斜していてもよい。

先細り部１３の内周面１４は、軸方向他方側から軸方向一端に向かって徐々に拡径するように形成されている。先細り部１３の外周面１５は、最大厚み部１１の軸方向一端から軸方向一方側へ向かって徐々に縮径するように形成されている。これにより、先細り部１３は、膨出部６の軸方向の途中部から軸方向一方側へ向かって径方向の厚みが徐々に薄くなるように、つまり先細るように形成されている。先細り部１３の外周面１５とチューブ８の拡径部８ｂの内周面との間では、ユニオンナット３の角部３ｃにより拡径部８ｂが押圧されることで、面圧が発生するようになっている。

図３は、インナーリング４の膨出部６を示す図２の要部拡大断面図である。膨出部６の先細り部１３の外周面１５は、径方向内側に窪むように凹曲面状に形成された凹曲面部１５ａを有している。凹曲面部１５ａは、例えば凹円弧状に形成されている。本実施形態の凹曲面部１５ａは、先細り部１３の外周面１５の軸方向全長にわたって形成されている。

以上のように、インナーリング４の膨出部６における先細り部１３の外周面１５に凹曲面部１５ａが形成されているので、図４に示すようにチューブ８の拡径部８ｂがユニオンナット３（図示省略）により軸方向他方側へ押圧されたときに、凹曲面部１５ａの底部分１５ａ１にチューブ８の内周面が接触しにくくなる。これにより、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で面圧が発生する軸方向の範囲は従来よりも狭くなるので、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で発生する面圧を従来よりも高めることができる。したがって、ユニオンナット３の締め付けトルクを高くしなくても、インナーリング４の膨出部６とチューブ８との間で必要な面圧を確保することができる。その結果、インナーリング４の流体流路４ａを流れる薬液が、膨出部６とチューブ８との間から外部に漏洩するのを抑制することができる。

また、凹曲面部１５ａは、先細り部１３の外周面１５の軸方向全長にわたって形成されているので、凹曲面部１５ａが先細り部１３の外周面１５の軸方向の一部だけに形成されている場合と比較して、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で面圧が発生する軸方向の範囲をさらに狭くすることができる。これにより、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で発生する面圧をさらに高めることができる。

ところで、本実施形態では、先細り部１３の先端部（軸方向一端部）における径方向の厚みが薄いので、ユニオンナット３によりチューブ８を介して先細り部１３が押圧されたときに、図５に示すように、先細り部１３の先端部が径内側（流体流路４ａ側）へ倒れ込み易く、チューブ８と内周面１４とが面一とならない。このように先細り部１３の先端部が倒れ込むと、インナーリング４の流体流路４ａにおける薬液の流れが、先細り部１３の先端部によって阻害されるおそれがある。そこで、後述する第２実施形態では、先細り部１３の先端部の倒れ込みを抑制する構成を備えている。

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る管継手１におけるインナーリング４の膨出部６を示す軸方向の拡大断面図である。第２実施形態では、膨出部６の先細り部１３の外周面１５の形状が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

膨出部６の先細り部１３の外周面１５は、径方向内側に窪むように凹曲面状に形成された凹曲面部１５ａと、凹曲面部１５ａよりも軸方向一方側において径方向外側に突出するように凸曲面状に形成された凸曲面部１５ｂと、を有している。凹曲面部１５ａは、例えば凹円弧状に形成されている。凸曲面部１５ｂは、例えば凸円弧状に形成されている。

凹曲面部１５ａは、外周面１５の軸方向他端から軸方向一方側の途中部までの間に形成されている。凸曲面部１５ｂは、外周面１５の前記途中部から軸方向一端までの間に形成されている。これにより、先細り部１３の外周面１５には、凹曲面部１５ａと凸曲面部１５ｂとが軸方向に連続して形成され、凸曲面部１５ｂは、先細り部１３の先端部に形成されている。第２実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

以上、第２実施形態の管継手１においても、インナーリング４の膨出部６における先細り部１３の外周面１５に凹曲面部１５ａが形成されているので、図７に示すようにチューブ８の拡径部８ｂがユニオンナット３（図示省略）により軸方向他方側へ押圧されたときに、凹曲面部１５ａの底部分１５ａ１にチューブ８の内周面が接触しにくくなる。これにより、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で面圧が発生する軸方向の範囲は従来よりも狭くなるので、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で発生する面圧を従来よりも高めることができる。したがって、ユニオンナット３の締め付けトルクを高くしなくても、インナーリング４の膨出部６とチューブ８との間で必要な面圧を確保することができる。その結果、インナーリング４の流体流路４ａを流れる薬液が、膨出部６とチューブ８との間から外部に漏洩するのを抑制することができる。

また、先細り部１３の外周面１５には、凹曲面部１５ａよりも軸方向一方側に凸曲面部１５ｂが形成されているので、第１実施形態と比較して、先細り部１３の先端部における径方向の厚みを厚くすることができる。これにより、先細り部１３の先端部の強度が増すので、ユニオンナット３によりチューブ８を介して先細り部１３が押圧されても、第１実施形態（図５参照）のように先細り部１３の先端部が径内側へ大きく倒れ込むのを抑制することができる。その結果、インナーリング４の流体流路４ａにおける薬液の流れが、膨出部６の先細り部１３によって阻害されるのを抑制することができる。

［第３実施形態］
図８は、本発明の本発明の第３実施形態に係る管継手１におけるインナーリング４の膨出部６付近を示す軸方向の拡大断面図である。第３実施形態では、膨出部６の先細り部１３の形状が第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。

膨出部６の先細り部１３は、第１実施形態における膨出部６の先細り部１３よりも軸方向に短く形成されている。先細り部１３の軸方向一端には、径方向に延びる平坦面１６が形成されている。平坦面１６は、先細り部１３の外周面１５の軸方向一端１５ｃから径内側に延び、先細り部１３の内周面１４の軸方向一端に接続されている。

先細り部１３の外周面１５は、その軸方向全長にわたって凸曲面状（例えば凸円弧状）に形成されている。先細り部１３の外周面１５の軸方向一端１５ｃの直径Ｄ、及びチューブ８の非変形部８ｃの内径ｄは、１．０ｄ≦Ｄ≦１．４ｄの関係を満たすように設定されている。非変形部８ｃは、チューブ８において、インナーリング４の膨出部６がチューブ８の先端部内に圧入されても変形しない部分である。

Ｄ≦１．４ｄとしたのは、軸方向一端１５ｃの直径Ｄが１．４ｄを上回ると、ユニオンナット３の角部３ｃにより軸方向に生じる押圧力が平坦面１６全体に生じることで、ユニオンナット３の締め付けトルクが高くなるからである。１．０ｄ≦Ｄとしたのは、軸方向一端１５ｃの直径Ｄが１．０ｄを下回ると、膨出部６の先細り部１３とチューブ８との間で面圧が発生する軸方向の範囲が長くなり、膨出部６とチューブ８との間で必要な面圧を確保することができなくなるからである。第３実施形態の他の構成は、第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。

なお、先細り部１３の軸方向一端には平坦面１６が形成されているが、平坦面以外の形状（例えばテーパ面等）が形成されていてもよい。
また、先細り部１３の外周面１５の形状は、凸曲面状に限定されるものではなく、例えば図９に示すように平面状に形成されていてもよい。

以上、第３実施形態の管継手１によれば、インナーリング４の膨出部６における先細り部１３の外周面１５の軸方向一端１５ｃの直径Ｄと、チューブ８の非変形部８ｃの内径ｄとが、Ｄ≦１．４ｄの関係を満たしているので、ユニオンナット３の締め付けトルクが高くなることはない。また、先細り部１３の外周面１５の軸方向一端１５ｃの直径Ｄと、チューブ８の非変形部８ｃの内径ｄとが、１．０ｄ≦Ｄの関係を満たしているので、ユニオンナット３の締め付けトルクを高くしなくても、インナーリング４の膨出部６とチューブ８との間で必要な面圧を確保することができる。その結果、インナーリング４の流体流路４ａを流れる薬液が、膨出部６とチューブ８との間から外部に漏洩するのを抑制することができる。

［その他］
本発明の管継手は、半導体製造装置以外に、液晶・有機ＥＬ分野、医療・医薬分野、または自動車関連分野などにおいても適用することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１管継手
２継手本体
２ｂ雄ねじ部
３ユニオンナット
３ａ雌ねじ部
３ｃ角部
４インナーリング
６膨出部
８チューブ
８ｃ非変形部
１３先細り部
１５外周面
１５ａ凹曲面部
１５ｂ凸曲面部
１５ｃ軸方向一端

Claims

軸方向一方側において径外側に突出して形成されるとともにチューブの先端部内に圧入される膨出部を有するインナーリングと、
前記膨出部が前記チューブの先端部内に圧入された状態で前記インナーリングの軸方向他方側の端部が内周に圧入されるとともに、外周に雄ねじ部を有する継手本体と、
前記雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部を有するとともに、前記雌ねじ部が前記雄ねじ部に締め付けられることで前記チューブの先端部を軸方向他方側へ押圧するユニオンナットと、を備え、
前記膨出部は、その軸方向の途中部から軸方向一方側に向かって先細るように形成されるとともに、前記ユニオンナットの押圧により前記チューブとの間で面圧を発生させる先細り部を有し、
前記先細り部の外周面は、軸方向の断面視において、凹曲面状に形成された凹曲面部と、前記凹曲面部よりも軸方向一方側において凸曲面状に形成された凸曲面部と、を有し、
前記凸曲面部は、前記先細り部の先端部に形成されている、管継手。