JP4101226B2 - 圧送排水用管継手装置 - Google Patents

Description

本発明は、排水部から外部排出部に排水を圧送する管体を接続するための管継手装置に関するものである。

圧送用排水管を接続する継手装置としては、
１）接続する２本の管端部に、円周廻りに多数のボルト孔を設けたフランジを溶接し、両フランジ間に例えばゴムから成るパッキングを挟み、両フランジをボルト締めして耐圧接続するものと、
２）接続する２本の管端部の外周にネジを切り、シーリングテープで防水処理後、両端に雌ねじ嵌合部を持った圧送用継手装置で両管を回転挿入し、耐圧接続するものがあった。しかし近年、耐久性、防音性及び環境性能の向上のために、内周に防錆樹脂処理を行った排水用硬質塩化ビニルライニング鋼管（いわゆるＤＶＬＰ）が多用されるようになり、管外層を加工する上記従来の方法を使用することができなくなってきた。

管外層を加工しない継手装置としては、台形状の断面形を有する円環状パッキングを管上に挿入し、２個の継手金具を用いて当該パッキングを締め付けることによりパッキングの摩擦力を増大し管の抜け出しを防止する可撓管継手装置がある（Ａ継手と略称する）。その改良型として、パッキングに複数個の剛体球を配置し、継手の斜辺により剛体球を加圧して管表面に食い込みを生じさせ、その抵抗力により耐抜け出し力を向上させた実登第３０９９３７０号に係る装置がある（Ｂ継手と略称する）。

ところで、圧送用排水管を接続する継手装置の場合、ポンプアップ時の脈動水圧に耐えるという条件が必要となる。そこで上記の継手装置を用いて３０ｃｍの管材を接続し、水圧０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａを繰り返し毎分２１回の周期で印加する、一般的な脈動水圧試験法により試験を行ったところ、Ａ継手では４０回未満（２分未満）で脱落し、実用上使用に耐えないことが明らかになった。また剛体球を併用したＢ継手では長期限界試験の結果５１万回（約１７日間）程度で脱落した。これは実際の使用状態における使用期間として約１年弱から２年半の範囲に相当するので、このままでは使用できないと判断される。

さらに、Ａ継手を圧送排水用配管に使用するために、管継手装置と共締めして使用す
る、管抜け防止用の締め付け金具も提供されている。しかし、この締め付け金具は、パッキングを内包する継手金具とともに数箇所のボルトによって共締めする構造であるため、ボルトナットを締め付けても、締め付け金具の内径変位は僅かであり、管表面に対する締め付け金具内面による把持力の向上を望むことは殆んどできないと考えられる。前記と同様に３０ｃｍの管材を継手装置で、接続し、引き抜き荷重を印加する試験を行ったとこ
ろ、Ａ継手は２ＫＮ〜２０ＫＮで抜け出したのに対して、締め付け金具付きの継手は２０ＫＮ〜３０ＫＮと、ばらつきは減少するが、引き抜き耐荷重は１．５倍程度増加するに過ぎず、Ｂ継手の４０ＫＮ〜６０ＫＮという耐引き抜き荷重に対しても不足であり、圧送排水用管継手として適当とはいえない。

実用新案登録第３０９９３７０号

本発明は前記の点に着目してなされたもので、その課題は、管種を選ぶことなく適用可能であり、圧送排水用管継手として高い耐引き抜き力を発揮し、継手接続の信頼性を著しく向上することである。また本発明の他の課題は、現場にて継手接続を容易に施工することができる圧送排水用管継手装置を提供することである。

前記の課題を解決するため本発明は、排水部から外部排出部に排水を圧送する管体を接続するための管継手装置であって、管体の外周面と継手リングの内側斜面との間に複数個の剛体球を配置したパッキングを挿入し、継手リングの締め付け時に内側斜面の分力によって剛体球を管体の外周面に加圧する構成を有し、かつ継手リングを締め付ける締結手段とは別に、管体の外周面を締め付けるグリップ部を継手リング部との間に間隙を存した一体構造のものとして有しているものとするという手段を講じたものである。

本発明の管継手装置は、排水を圧力をかけて圧送する管体の接続部分に適用するもの
で、例えば、建物の排水システムにおいて、内部の排水槽からポンプ等を用いて外部排出路に圧送するケースなどが該当する。本発明を適用する管体については種類を問うものではなく、前記したＤＶＬＰと称される排水用の硬質塩化ビニル鋼管にも、また従来から使用されて来た鋼管にも適用可能である。

本発明は自社技術の延長上に位置する改良発明に当たるものであり、管体の外周面と継手リングの内側斜面との間に、挿入したパッキングに複数個の剛体球を配置した構成を有しており、この構成は、前記した実用新案登録第３０９９３７０号の発明の構成と基本的に共通する。この構成では、継手リングの締め付け時に内側斜面の分力によって剛体球を管体の外周面に加圧し、食い込みを生じさせ、その抵抗力により、耐抜け出し力を向上させることができる。継手リングの締め付けの際には管上に挿入されているパッキングも締め付けられて前記Ａ継手、Ｂ継手の場合と同じように摩擦力を増大し、管の抜け出し防止に寄与する。

このような継手装置には、管体の外周面を締め付けるグリップ部が設けられる。グリップ部は、管体に強固な把持力で固定されることを特徴とするもので、継手リングを締め付ける締続手段とは独立に締め付け、かつ継手部と一体構造のものとして設けられている。つまりグリップ部は、独立して管体に強固に固定されるとともに、一部で継手部とつながっていることにより継手装置をも固定するものである。

グリップ部は様々な形状、構造を具備し得るので、その内でも主要な例を示すと、例えばグリップ部は、開閉可能な端部を有するＣ−クランプ形の正面形状を有するものとし、上記端部を閉じる方向にボルトナットにより締め付ける構成を取ることが可能である（図２ないし図４参照）。この例の場合、グリップ部は、挿入すべき管体の外径以下の内径を有しており、挿入時に端部を押し拡げて管体の外径以上の内径に拡大し、管体上への挿入後端部を押し拡げることを止めて、径差により管体の外周面を締め付け、密着性を向上することができる（図３参照）。

またグリップ部は弾性力によって把持力を発揮するものとし、開閉可能な端部から次第に厚みの増す構造として、弾力性を向上することができる（図４参照）。これによって、グリップ部に印加される各種の引き抜き力や様々な振動などの外力に対応可能な弾性力を得ることができる。この構成を有する場合、最大厚みの部分にて継手と一体化した構成とする。グリップ部は対称性を有する方が望ましいので、Ｃ−クランプ形の正面形状の中央部が最大厚み部分となり、かつその箇所で継手部と一体化した構成とする。

またグリップ部は、１対のほぼ半円形状の部分から成る構成を取ることができ、この場合、各グリップ部分は各々の中央部にて継手部と一体化されており、かつ予め離して設けられた端部を閉じる方向へボルトナットにより締め付ける構成を取る（図５参照）。各グリップ部分は、円形を正２分したほぼ同形、同大のものとする。グリップ部は、管体外周面と接触可能な内周面に、管体の抜け方向力に対抗して摩擦抵抗力を高めるための摩擦増大部を有するものとすることが望ましい（図６参照）。摩擦増大部は、グリップ部の内周面に溝又は突部を形成すること、或いは摩擦抵抗力の大きいライニングなどを施すことによって得ることができる。

本発明は以上の如く構成されかつ作用するものであるから、管種を選ぶことなくあらゆる圧送用排水管の接続に適用可能であり、圧送排水用管継手として高い耐引き抜き力を発揮し、継手接続の信頼性を著しく向上することができるという効果を奏する。また本発明のものは、接続すべき管体に対する加工の必要性が殆どないので、現場にて継手接続を容易に施工することができる。

以下図示の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る圧送排水用管継手装置１０を管体１１に取り付けたものの例示である。

図において、１１は管体、１２は継手管であり、継手管１２は、管体内径と同径の中央部１３を有し、かつ両端にボルト締め部１４、１４′を有しており、ボルト締め部１４、１４′には継手リング１５が組み合わされている。ボルト締め部１４、１４′及び継手リング１５にはボルト孔が設けられており、締結手段であるボルト１６を挿通しナット１７とともに緊締することができる。なお、ナット１７は、継手リング１５のボルト孔に雌ねじを設けて代用することも可能であるから必須ではない。継手管１２と継手リング１５とは本発明における継手部１８を構成する。継手部１８の内周には、本発明に係るパッキングを取り付けるパッキング配置部が設けられており、継手リング１５の内周には内側斜面１９として、継手部１８の外方へ向かってテーパー状となる斜面が設けられている。

パッキング本体２０は、管体１１の外面に嵌合可能な環状部２１と、環状部２１の一端から管軸方向へ延びる一端部分２２と、環状部２１の他端から管軸方向へ延びる他端部分２３とから成り、これに、剛体球２５等を設けて構成されている。剛体球２５は、周方向に等間隔でパッキング本体２０の一端部分２２に取り付けられ接触点列２６を形成しており、各剛体球２５は、テーパー状断面を有する一端部分２２の取り付け部肉厚よりも大径であるので、内面側、外面側ともに露出し、管体１１の外面及び継手リング１５の内側斜面１９に接触可能になっている。パッキング本体２０の圧縮じわの発生を防止し、管体
１１の位置変動に対する追従性能を向上するように一端部分２２にスリットを形成することもできる。

パッキング本体２０の他端部分には、管体１１の端部に、覆うように係止する係止端部２７が設けられている。係止端部２７は、環状部２１の他端部分２３の先端に位置しており、他端部分２３は薄膜状であるので伸縮性が良好であり、環状部２１及び係止端部２７が夫々所期の位置に配置されることを妨げない。なお、パッキング本体２０の環状部２１は管体１１と継手部１８との間を埋めて水密性を発揮する肉厚のほぼ台形状の断面形状を有している（図１参照）。

このような継手リング１５の外側に位置して、管体１１の外周面を締め付けるグリップ部３０が、継手リング１５と一体構造のものとして設けられている。図１ないし図４に例示されているグリップ部３０は、開閉可能な端部３１、３２を有するＣ−クランプ形の正面形状を有しており、その中央部の連結部３３において継手リング１５と一体につながっている。例示の連結部３３は、図２に斜線で示されているように全周のほぼ３分の１に及んでおり、従って端部３１、３２を含む残りの３分の２の範囲でグリップ部３０は可撓即ち撓み可能である。端部３１、３２にはボルト穴が開いており、そこに締め付け手段であるボルト３４を通し、ナット３５で締め付ける構成となっている。

図３は、図１、図２の構成を持つグリップ部３０における、締め付け部の密着性を向上する例を示しており、これにより経時或いは温度変化に対する耐引き抜き力を向上することができる。図３は、グリップ部３０の内径Ｄｓを、挿入すべき管体１１の外径ｄ₂ 以下に成型した例を示している。管体上に挿入する場合には、グリップ部３０の開口部３６に楔３７を挿入することによりＤｓ＞ｄ₂ として取り付け、継手部１５を締め付けたのち楔３７を取り外すと、取り外したときにグリップ部３０は管体１１の外周面を加圧保持することになる。さらに、ボルトナット３１、３２で正規トルクに締め付けることによ
り、経時、温度変化があっても耐引き抜き力を一段と向上することができる。

図４は、グリップ部３０の把持力弾性の向上する例であり、この場合、グリップ部３０は開閉可能な端部３１、３２から次第に厚み（幅）の増す構造を有する。グリップ部３０には各種の外力が印加されるので、それらに対抗して十分な把持力を得るには弾性力が必要となるために有効となるものである。各部の厚みの代表値をｔ１、ｔ２、ｔ３とするとき、ｔ３＜ｔ２＜ｔ１と厚み傾斜を付けることにより中央部から開口部３６にかけてのベンディング幅が増加し弾性力が向上する。

さらに図５により、分割構造を有するグリップ部の例を示す。この例は大口径用に適しており、継手リング１５と連結部４３、４３′にて一体構造となるグリップ部分４１、
４２は２個１対のほぼ半円形状のものである。従って開閉可能な端部は左右２箇所３１、３２、３１′、３２′となり、左右夫々の開口部３６、３６′が締め付け手段のボルトナット３４、３５、３４′、３５′によって締め付けられ、１対のグリップ部分４１、４２の弾性で管体１１を確実に把持する。大口径管の場合、図５の２箇所の連結部４３、４３′を有する構成により耐振動性が格段に向上する。

図６は、グリップ部３０及びグリップ部分４１、４２の内周面に、摩擦増大部４５を設ける例を示している。例示の摩擦増大部４５は、グリップ部等の内周面に鋸歯状の歯を加工したものであり、グリップ部等を締め付けたとき、管体の引き抜き力に対抗して鋸歯状の歯が管体１１の外周面に食い込み大きな摩擦力を発揮する。各図中、２８は間隙部であり、継手リング１５とグリップ部３０を分離している。

このような構成を有する本発明の装置１０を使用して可撓管継手を施工するには、予め管体１１に継手リング１５を嵌め合わせ、次いでパッキング本体２０を管体１１に同様に嵌め合わせる。その際、係止端部２７が管体１１の端部を確実に覆うように注意し、パッキング本体２０の一端部分２２が継手リング１５の内側斜面１９と管体外面との間に入り込むようにする。さらに、パッキング本体２０の外側を覆うよう継手管１２に嵌め合わ
せ、そのフランジ部１４と前記継手リング１５のボルト孔にボルト１６を差し込み、かつナット１７を螺合して締結作業を行うとともに、管体上に挿入した状態にあるグリップ部３０…の端部３１、３２…にボルト３４を通しナット３５を締め付けて、管体外周面を強固に把持した状態とする。

ボルト１６、ナット１７の緊締により、継手リング１５にパッキングの一端部分２２が押し込まれる結果、内側斜面１９によって剛体球２５が管体１１の外面に加圧され食い込み、またグリップ部３０…においても連結部以外の可撓部の弾性変形の下で管体外周面に加圧され食い込むような状態となる。このような締結状態になると、継手リング１５とフランジ１４に挟まれているパッキング本体２０の環状部２１も変形を生じ水密な継手を完成する。また、管体１１と継手管１２とを管軸方向にずらそうとする外力が働いても、グリップ部３０…の把持力によって強固に固定されており、かつ連結部３３、４３…で継手リング１５と一体構造のため管体１１の引き抜き力に対抗するので、抜け出しに到ることはない。

本発明の特徴
排水鋼管用可撓管継手の加速試験としてＢ継手について行った反復曲げ試験法を図７に示す。加速劣化試験のため印加水圧を通常の０．１ＭＰａから０．７５ＭＰａとし、管軸方向に対する直交荷重を繰り返し加え、抜け出した管体の外側面を観察したところ、図８(ａ)に示すように、パッキングに配置した剛体球の食い込んだ痕跡が管端部に向かってほぼ直線状に掘られており、このことから剛体球と管本体が互いに堅く接触しながら水圧によって押し出されていったことが理解される。図８（ｂ）は反復曲げ試験の継手内部の動作を解明するもので、本試験における曲げ角度Δθは±３０／１０００ラジアンであり、管体を剛体とすれば継手部内における内径１１４．３ｍｍの管体の曲げにより剛体球の接触部に生じる変位Δδは１／２（１１４．３）×３０／１０００≒１．７ｍｍとなる。つまり反復曲げ試験により継手内で管体と剛体球との接触店は強制的に±１．７ｍｍクリープすることになる。換言すれば、反復曲げが加わるだけで内圧によりクリープを生じ、外部からの引き抜き力がなくとも遂には抜け出しに到ることが分かる。

本発明は、この曲げモーメントを分散し、剛体球接触点における振動を除去する手段として、継手と一部で一体構造になっているグリップ部３０…を設け、剛体球接触点が構成する第１の把持点と、グリップ部３０…の加圧密着面が構成する第２の把持点とによっ
て、管体内部の水圧による耐引き抜き力を、剛体球のみから成るＢ継手に比較して２桁以上向上させることができるとともに、剛体球２５を支点とした管体１１の振動を排除し、圧送時脈動振動に対抗して、内圧による押し出し現象を解消することを可能にするものである。本発明では継手部１８における管体１１の締め付け（漏水防止と剛体球による把持機能）と、グリップ部３０…の締め付け（管体外周面に対する把持、耐抜け出し摩擦力、耐振防止力）とは、夫々独立した機能であり相互に関係し合わないため効果的に作用す
る。よって本発明によればＢ継手における５１万回（約１７日間）で脱落という結果と比較して一桁或いは二桁台の性能向上が見込まれるので数十年以上の耐用年数を得ることができる。

本発明に係る圧送排水用管継手装置の実施例を示す縦断面図。 同上の一端部分側の端面図。 同じくグリップ部の１例を示す端面図。 同じく他の例を示す端面図。 同じくグリップ部の第３の例を示す端面図。 摩擦増大部の例を示す断面図。 管体の抜け出しメカニズムを示す説明図。 （ａ）は剛体球の痕跡を示す説明図、（ｂ）は同じく継手内部の動きを示す説明図。

符号の説明

１１ 管体
１２ 継手管
１４、１４′ ボルト締め部
１５ 継手リング
１６ ボルト
１８ 継手部
１９ 内側斜面
２０ パッキング本体
２１ 環状部
２２ 一端部分
２３ 他端部分
２５ 剛体球
３０ グリップ部
３１、３２、３１′、３２′ 端部
３３、４３、４３′ 連結部
３４、３４′ ボルト
３５、３５′ ナット
３６、３６′ 開口部
３７ 楔
４１、４２ グリップ部分
４５ 摩擦増大部

Claims (6)

1. 排水部から外部排出部に排水を圧送する管体を接続するための管継手装置であって、管体の外周面と継手リングの内側斜面との間に複数個の剛体球を配置したパッキングを挿入
   し、継手リングの締め付け時に内側斜面の分力によって剛体球を管体の外周面に加圧する構成を有し、かつ継手リングを締め付ける締結手段とは別に、管体の外周面を締め付けるグリップ部を継手リング部との間に間隙を存した一体構造のものとして有していることを特徴とする圧送排水用管継手装置。
2. 排水部から外部排出部に排水を圧送する管体を接続するための管継手装置であって、管体の外周面と継手リングの内側斜面との間に複数個の剛体球を配置したパッキングを挿入
   し、継手リングの締め付け時に内側斜面の分力によって剛体球を管体の外周面に加圧する構成を有し、かつ継手リングを締め付ける締結手段とは別に、管体の外周面を締め付けるグリップ部を継手リング部との間に間隙を存した一体構造のものとして有しており、グリップ部は、弾性力によって把持力を発揮するもので、開閉可能な端部から次第に厚みの増す構造を有し、最大厚みに部分にて継手と一体化されていることを特徴とする圧送排水用管継手装置。
3. グリップ部は、開閉可能な端部を有するＣ−クランプ形の正面形状を有し、上記端部を閉じる方向にボルトナットにより締め付けるように構成されている請求項１又は２記載の圧送排水用管継手装置。
4. グリップ部は、挿入すべき管体の外形以下の内径を有しており、挿入時に端部を広げて内径を管体の外形以上とし、挿入後、端部を広げることを解除する請求項１ないし３のいずれかに記載の圧送排水用管継手装置。
5. グリップ部は、１対のほぼ半円形上のグリップ部分から成り、各グリップ部分は各々の継手部と一体化されており、かつ予め離れて設けられた端部を閉じる方向へボルトナットにより締め付けるように構成されている請求項１又は２記載の圧送排水用管継手装置。
6. グリップ部は、管体外周面と接触可能な内周面に管体の抜け方向力に対抗して摩擦抵抗を高めるための摩擦増大部を有している請求項１又は２記載の圧送排水用管継手装置。

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