JP4860655B2 - 異種管接合継手 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂管部材（ポリエチレン樹脂管等）と金属管部材（金属ネジ接合部等）という異種の管部材を相対回転可能に接合する異種管接合継手に関する。

従来、管継手としては、接続される管の挿入口側の側壁がテーパ面となった溝を内部に有する筒状の継手本体と、溝に遊嵌され、周方向の一部に切断部を有し、半径方向に拡縮自在となっていて、前記管の管本体の外径より小径で、Ｍスケールで７８以上のロックウェル硬度を有する合成樹脂で形成されている離脱防止リングとを備え、管本体の外周面に形成された突部を離脱防止リングより奥側に配置されるように管が接続され、管および管継手に管の抜け方向の力が加わった時、前記突部が離脱防止リングの前記挿入口と反対側の壁を係止して離脱防止リングをテーパ面に押圧するようになっている構成としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−７３１８９号公報

しかしながら、従来の管継手にあっては、テーパ面を利用して継手本体と管本体のシールを行うものであるため、シール圧を高めて漏水を抑えるシール機能を確保すると継手本体と管本体の相対回転機能を確保することができないし、シール圧を低くし継手本体と管本体の相対回転機能を確保すると漏水を抑えるシール機能を確保することができない、という問題があった。

また、管および管継手に管の抜け方向の力が加わるときはシール圧が高くなり、逆に、管および管継手に管の抜け方向の力が加わらないときはシール圧が低くなるというように、外力の影響を強く受けてシール圧が大きく変動する、という問題があった。

さらに、テーパ面を利用して継手本体と管本体のシールを行うものであるため、地震時等で大きな引っ張り力が管に作用すると、管が抜けやすく、耐震管路を構築することができない、という問題があった。

そこで、予め初期シール圧を高くし、管継手にシール機能のみを持たせ、回転機構を別途付加することで相対回転機能を達成しようとする場合、構造が複雑になり、部品点数が多く高価になる、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、部品点数が少なく構造が簡単で安価としながら、トルク管理によるシール機能と相対回転機能の両立と、軸方向外力の影響によるシール圧変動抑制と、耐震管路の構築と、を併せて達成することができる異種管接合継手を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の異種管接合継手は、
円筒形状であり、片側に合成樹脂管部材を接続する第１管接続部を有し、反対側に鍔部を有する合成樹脂アダプターと、
片側に金属管部材を接続する第２管接続部を有し、反対側に前記合成樹脂アダプターの鍔部外端面と面接触する第１接触面と、前記合成樹脂アダプターの鍔部外径より大きい内径による平行ネジ部を有する金属継手本体部材と、
前記平行ネジ部とネジ嵌合し、端面に前記合成樹脂アダプターの鍔部内端面と面接触する第２接触面を有する袋ナットと、
前記合成樹脂アダプターの鍔部外端面と前記金属継手本体部材の第１接触面のうち、一方の面に形成したシールリング溝に装着したシールリングと、を備え、
前記袋ナットは、前記金属継手本体部材の平行ネジ部に対し予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクにてネジ嵌合し、前記予め規定したトルク範囲として、想定される最大内水圧をシールするのに必要な下限トルクを袋ナット締め付けトルクの最小トルク値とし、前記金属継手本体部材に接続される金属管部材に外部から人力を加えた場合に合成樹脂アダプターに対して相対回転を行える上限トルクを袋ナット締め付けトルクの最大トルク値とする範囲に設定し、
前記袋ナットは、前記金属継手本体部材の平行ネジ部に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて締め付けた後、前記金属継手本体部材に形成した貫通穴と連通する径方向穴を前記袋ナットに形成し、前記貫通穴と径方向穴に、回り止め部材を組み込んだことを特徴とする手段とした。

よって、本発明の異種管接合継手にあっては、金属継手本体部材の第１接触面と袋ナットの第２接触面により、合成樹脂アダプターの鍔部外端面と鍔部内端面を挟圧し、かつ、合成樹脂アダプターの鍔部外端面と金属継手本体部材の第１接触面の間にシールリングを介装したものとなる。
そして、袋ナットをネジ嵌合するに際し、予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクとするトルク管理を行い、予め規定したトルク範囲として、想定される最大内水圧をシールするのに必要な締め付けトルクを最小トルク値とし、金属継手本体部材に接続される金属管部材に外部から人力を加えた場合に合成樹脂アダプターと金属継手本体部材が相対回転可能である締め付けトルクを最大トルク値とする。このため、想定される最大内水圧での流体漏れを防止するシール機能と、合成樹脂アダプターと金属継手本体部材の相対回転位置関係を人力により調整する相対回転機能の両立を図ることができる。
また、管軸方向に外力が加わっても、抜け方向へも差し込み方向へも面接触により移動が規制されるため、軸方向外力の影響によるシール圧変動を抑えることができる。
さらに、テーパ面嵌合構造ではなく、合成樹脂アダプターの鍔部に対する垂直面嵌合構造であるため、地震時に大きな引っ張り力が管に作用しても、管が抜けることないため、耐震管路を構築することができる。
この結果、合成樹脂アダプターと金属継手本体部材と袋ナットとシールリングを備えるだけで、回転機構を付加する場合に比べ、部品点数が少なく構造が簡単で安価としながら、トルク管理によるシール機能と相対回転機能の両立と、軸方向外力の影響によるシール圧変動抑制と、耐震管路の構築と、を併せて達成することができる。
さらに、袋ナットを金属継手本体部材の平行ネジ部に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて締め付けた後、金属継手本体部材に形成した貫通穴をガイドにし、貫通穴と連通する径方向穴を袋ナットに形成する。そして、径方向に互いに連通する貫通穴と径方向穴に、回り止め部材を組み込む。
このため、施工状態で振動等が異種管接合継手に加わっても、金属継手本体部材と袋ナットのネジ嵌合部が緩むことがなく、袋ナットの予め規定した範囲内の締め付けトルクを維持することができる。

以下、本発明の異種管接合継手を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の異種管接合継手Ｊを仕切弁へのポリエチレン樹脂管の継手として適用した耐震管路の一例を示す全体図である。

実施例１の異種管接合継手Ｊを適用した耐震管路は、図１に示すように、仕切弁ボックス１と、仕切弁２（金属管部材）と、ＥＦソケット３と、ポリエチレン樹脂管４（合成樹脂管部材）と、を備えている。

前記異種管接合継手Ｊ，Ｊの一端側は、図１に示すように、上部にハンドル２１を有する仕切弁２の下部に設けられた一対の金属ネジ接合部２２，２２にそれぞれネジ込みにより接続される。前記異種管接合継手Ｊ，Ｊの他端側には、図１に示すように、ＥＦ（電気融着）ソケット３，３を有するポリエチレン樹脂管４，４がそれぞれ融着により接続される。

図２は、実施例１の異種管接合継手Ｊを示す全体断面図である。図３は、実施例１の異種管接合継手Ｊにおけるポリエチレンアダプターを示す断面図である。図４は、実施例１の異種管接合継手Ｊにおける金属継手本体部材をあらわし、(a)は断面図を示し、(b)は右側面図を示す。図５は、実施例１の異種管接合継手Ｊにおける袋ナットをあらわし、(a)は左側面図を示し、(b)は断面図を示す。図６は、実施例１の異種管接合継手Ｊにおける回り止めピンのねじ込み状態を示す要部断面図である。実施例１の異種管接合継手Ｊの構成を、図２〜図６に基づき説明する。

実施例１の異種管接合継手Ｊは、図２に示すように、ポリエチレンアダプター５（合成樹脂アダプター）と、金属継手本体部材６と、袋ナット７と、Ｏリング８（シールリング）と、回り止めピン９（回り止め部材）と、有底ピン穴１０（径方向穴）と、を備えている。

前記ポリエチレンアダプター５は、図３に示すように、円筒形状の短管構造であり、片側にポリエチレン樹脂管４（合成樹脂管部材）を接続する円筒外周面５１（第１管接続部）を有し、反対側に鍔部５２を有する。前記円筒外周面５１は、２回融着が可能な長さ（例えば、150mm前後）に設定される。前記鍔部５２は、金属継手本体部材６の第１接触面６２と面接触する鍔部外端面５３と、袋ナット７の第２接触面７２と面接触する鍔部内端面５４と、を有する。このポリエチレンアダプター５は、射出成形することにより、または、ポリエチレン樹脂管を切削加工することにより、製造することが出来る。

前記金属継手本体部材６は、図４(a)に示すように、片側に仕切弁２の金属ネジ接合部２２（金属管部材）に対しネジ込み接続する雄ネジ差口６１（第２管接続部）を有し、反対側に前記ポリエチレンアダプター５の鍔部外端面５３と面接触する第１接触面６２と、前記ポリエチレンアダプター５の鍔部５２の外径より大きい内径による平行ネジ部６３を有する。前記第１接触面６２には、図４(a)に示すように、Ｏリング８を埋設状態で装着するＯリング溝６４（シールリング溝）が環状に形成されている。前記平行ネジ部６３の外周面には、図４(b)に示すように、パイプレンチにより対角位置で挟み込み、回転させるための多角面６５（１２角面）を有する。また、多角面６５には、内面にメネジを切った貫通穴６６が形成されている。この金属継手本体６は、砲金であり、連鋳棒を切削加工することにより、または、鋳造により製造することが出来る。なお、雄ネジ差口６１に代えて、雌ネジ差口としても良い。

前記袋ナット７は、図５(b)に示すように、平行ネジ部６３とネジ嵌合する雄ネジ部７１と、端面にポリエチレンアダプター５の鍔部内端面５４と面接触する第２接触面７２を有する。前記雄ネジ部７１の反対側の外周面には、図５(a)に示すように、パイプレンチにより対角位置で挟み込み、回転させるための多角面７３（８角面）を有する。また、袋ナット７のナット内径Ｄ’は、ポリエチレンアダプター５のアダプター外径をＤ”としたとき、アダプター外径Ｄ”よりバラツキ分と最小限隙間分を合わせた間隔程度だけ僅かに大きな径とし（例えば、ナット内径Ｄ’＝64.2mm、管外径Ｄ”＝63.2mm）、組み付け時に最小クリアランスＣ（図６参照）を確保する設定している。そして、袋ナット７のナット軸方向長さＬ（例えば、Ｌ＝29mm）を、ポリエチレンアダプター５のアダプター内径の半分程度の長さに設定している。この袋ナット７は、金属継手本体６と同様に砲金であり、連鋳棒を切削加工することにより、または、鋳造により製造することが出来る。

前記Ｏリング８は、図６に示すように、金属継手本体部材６の第１接触面６２に形成したＯリング溝６４に装着している。このＯリング８は、Ｏリング溝６４に装着した後、シリコン系等の滑材を塗布し、その後、袋ナット７を締め込むことで、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６を一体化している。このＯリング８の素材としては、耐老化性・耐候性・耐オゾン性・耐油性（アルコール・ケトン(MEK)・酢酸エチル）に優れたEPDM（「エチレンプロピレンジエンゴム」の略称）等が用いられる。

前記回り止めピン９は、図６に示すように、金属継手本体部材６のメネジを切った貫通穴６６に埋め込み状態でネジ込まれるネジ込み頭部９１と、袋ナット７の有底ピン穴１０に差し込まれるピン部９２と、を有する。この回り止めピン９を組み込む有底ピン穴１０は、袋ナット７に予め形成されているのではなく、金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて袋ナット７を締め付けた後、金属継手本体６に形成されている貫通穴６６をガイドにし、ボール盤等により袋ナット７の途中位置まで達する径方向の有底ピン穴１０を形成する。そして、径方向に互いに連通する貫通穴６６と有底ピン穴１０に、回り止めピン９を組み込んでいる。この回り止めピン９は、ピン部９２のピン径ｄを、現場施工者が袋ナット７の多角面７３をパイプレンチで回転させる締め付け操作を想定し、仮に締め付け操作が行われた場合にピン部９２に作用するトルクを仮想トルク（＝想定施工トルクＴ）とし、この仮想トルクに基づき締め付け操作が行われても破断することがない径寸法に設定している。
ピン径ｄの演算式は、例えば、
ピン径ｄ＝（想定施工トルクＴ／ピン部の半径Ｒ／ピン材料の許容応力×４／π）^0.5
＝（1500(kgf・cm)／4(cm)／2000(kgf/cm²)×４／π）^0.5
＝0.49cm
となる。したがって、仮に想定施工トルクＴを超えるトルク入力があっても、破断を防止できるように、計算値に対し安全係数を見積もって、例えば、ピン径ｄ＝φ6mmとしている。

また、袋ナット７は、内水圧に対して漏水することがなく、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６が相対回転可能である予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクにてネジ嵌合している。
そして、予め規定したトルク範囲をより詳しく述べると、想定される最大内水圧をシールするのに必要な下限トルクを袋ナット締め付けトルクＴの最小トルク値とし、仕切弁２のハンドル２１に外部から人力を加えた場合に相対回転を行える上限トルクを袋ナット締め付けトルクＴの最大トルク値とする範囲に設定している。
これを具体的数値に置き換えると、袋ナット締め付けトルクをＴ(kgf・cm)とし、ポリエチレン樹脂管外径をＤ(cm)とした時、
0.5Ｄ³≦Ｔ≦1000
の式にて表される範囲である。さらに、この範囲内のうち、1.5Ｄ³−100≦Ｔ≦1.5Ｄ³＋100を最適トルク範囲として設定している。

次に、作用を説明する。
まず、「異種管接合継手の開発経緯」の説明を行い、続いて、実施例１の異種管接合継手Ｊにおける作用を、「袋ナット締め付けトルクのトルク範囲設定作用」、「継手組み立て作用」、「継手を用いた耐震管路の施工作用」に分けて説明する。

［異種管接合継手の開発経緯］
図７は、従来の異種管接合継手の一例を示す断面図である。図８は、従来の異種管接合継手を用いて耐震管路を構築する場合に短管部分をＥＦソケットで接合した状態を示す図である。図９は、埋め戻しによる管の捩れで仕切弁のハンドルが仕切弁ボックスの内面まで傾いた状態を示す図である。図１０は、従来の異種管接合継手に回転機構を付加した回転機構付き継手の一例を示す断面図である。

ポリエチレン樹脂管と仕切弁、ネジ継手等の金属継手を接合する継手には、図７に示すようなオスアダプターが知られている。
この継手は、袋ナットを管に通して、管を継手本体に挿入し、袋ナットを締め付けることにより、インサートコアで管が拡径し、管の内面とインサートコアとの間でハードシール（強固の水密）され、ロックリングにより、拡径された管外径が抜けるのを防止する構造を持つ継手である。

この継手は、袋ナットの締め付け力が少ないと、ハードシールは確保されるが、管の抜け防止力は不十分で、水道等の水圧試験で漏水が無くても、地震時等管の引張り力が作用すると、管が抜けることがある。

そこで、上記品質バラツキを少なくするため、短管と継手を予め締め付け力を管理し、工場で接合することが可能である。この場合、現場での施工は、ポリエチレン樹脂管の場合、図８に示すように、ポリエチレン樹脂短管部分をＥＦソケット等で接合することで、耐震管路を構築することになる。

しかし、図８のような配管をした後、金属継手や仕切弁の締め込み（ネジ接合）が不十分で、水圧試験でネジ部から漏水した場合、配管が固定された状態でネジ接合部を無理矢理増し締めすると、工場で締め込んだポリエチレン樹脂短管部分と継手締込み部から漏水する可能性がある。

また、上記継手にネジ式仕切弁を、そのハンドルが上になるように締め込んだ後、埋め戻しを行うと、図９に示すように、管がねじれて仕切弁のハンドルが傾き、ハンドルが仕切弁ボックスの内面に接触し、弁操作に支障を招く場合がある。この時も、仕切弁のハンドルを真直ぐ上にしようとすると、工場で締め込んだポリエチレン樹脂短管部分と継手締込み部から漏水する可能性がある。

そこで、図１０に示すように、継手の金属部分に回転機構を持たせ、工場で短管を組み込み、一体化した継手が考えられる。
この継手は、継手本体と回転ソケットが分離されており、そこに、回転リングを埋め込んでカバーを組み込む構造であるが、構造が複雑、部品点数が多く高価であり、かつ、回転リングの強度が不十分で、軸方向の抜け力に対して強度が弱い弱点がある。
さらに、袋ナットと継手本体の締め付けは、平行ネジであり、埋設時の車両荷重等による振動で、このネジ部分が緩み、管が抜けてしまう可能性がある。

このように、従来の異種管接合継手は、いずれも解決すべき課題を持っている。これらの課題を総合勘案すると、構造が単純で安価であり、シール性を確保しつつ、ポリエチレン樹脂管部分と金属ネジ部分が回転可能であり、軸方向の抜け力に対して強度が強い継手の開発が希求されている。本発明者は、このような継手を取り巻く環境の中で、継手構造の見直しを試み、構造を最大限に単純化しながらも、全ての要求性能を達成することを開発の狙いとし、本発明の異種管接合継手を提案した。

［袋ナット締め付けトルクのトルク範囲設定作用］
図１１は、必要な袋ナット締め付けトルクの範囲を説明するための袋ナット締め付けトルクと金属継手本体回転トルクの関係を示すトルク関係特性図である。

実施例１では、袋ナット締め付けトルクＴ(kgf・cm)の予め規定したトルク範囲として、上記のように、ポリエチレン樹脂管外径をＤ(cm)とした時、0.5Ｄ³≦Ｔ≦1000の式にて表される範囲とし、さらに、この範囲内のうち、Ｔ＝1.5Ｄ³±αを最適トルク範囲として設定した。この式が得られる理由と、臨界的意義について説明する。

ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６の面圧（Ps）は、シールするためには、内部流体の内水圧より、高いのが望ましい。
袋ナット７の締め付けトルク（Ｔ）と、締め付け力（Ｆ）は、一般に次式から求められる。
Ｆ＝Ｔ／(Ｅ・Ｃ) …式(1)
ここで、Ｔ：締め付けトルク (kgf・cm)
Ｅ：袋ナットネジ径 (8.1534cm(G2 3/4))
Ｃ：ネジの摩擦係数 (0.2)
また、面圧（Ps）は、次式から求められる。
Ps＝Ｆ／Ａ …式(2)
ここで、Ａ：ポリエチレンアダプターと金属継手本体接触面の面積(cm²)
今、ポリエチレンアダプター５の鍔部５２の外径＝78mm、内径＝51.8mm、金属継手本体部材６のＯリング溝６４の外径＝72mm、内径＝57mmとすると、ポリエチレンアダプターと金属継手本体接触面の面積Ａは、
Ａ＝(π/4)×(78²-51.8²-(72²-57²))＝11.51cm²
となる。

したがって、式(1)、式(2)により、面圧（Ps）は、
Ps＝Ｔ／18.77kgf/cm² …式(3)
となり、面圧（Ps）が既知であれば、式(3)により締め付けトルクＴを算出できる。
ここで、内水圧（＝必要面圧）を10kgf/cm²とすると、式(3)により初期必要締め付けトルクは、185kgf・cmになる。

一方、袋ナット７を締め付け、回り止めピン９を施した後に、ポリエチレンアダプター５を固定し、金属継手本体部材６が回転する初期トルクの関係を、袋ナット締め付けトルク毎に、測定した結果を図１１に示す。

呼び径50mmの仕切弁２のハンドル２１までの高さＨは、約23cmである（図１参照）。仕切弁ボックス１が周辺にある状態で、ハンドル２１を回転出来る人間の力は、せいぜい30kgfであると考えると、仕切弁２のネジは左右２箇所にあるので、金属継手本体回転トルクは、
23cm×30kgf/2＝345kgf・cm
つまり、345kgf・cm以下である必要がある。言い換えると、345kgf・cmを超えるとハンドル２１を人力で回転させるのが困難になる。

これらの関係を、図１１に併記したもので、工場で締め付けるトルクは、185kgf・cm〜1000kgf・cmの範囲内にする必要がある。

そして、仕切弁２のハンドル２１の回転力は少なければ、少ないほど良い。また、実験から、ポリエチレンアダプター５の応力緩和特性から、50年使用を想定した長期では初期面圧の1/3になる可能性がある。しかがって、最適締め付けトルクは、
185×3＝555kgf・cm
になる。

これらの関係を一般化したものは、ポリエチレン樹脂管外径をＤ(cm)とすると、水道配水用ポリエチレン樹脂管では、SDR11より、
管内径＝Ｄ−Ｄ/11×2
となる。鍔外径は、管肉厚のほぼ２倍で、
鍔外径＝Ｄ＋Ｄ/11×2
となる。Ｏリング溝６４の面積Ａは、接触面の約半分であり、
Ａ＝π/4(鍔外径²−管内径²)×1/2
となる。トルクＴと軸力Ｆの関係は、Ｆ＝Ｔ／鍔外径であり、初期面圧は、10kgf/cm²必要とすると、
シールに必要な初期締め付けトルクＴは、
Ｔ≧0.5D³kgf・cm
となる。
一方、図１１から明らかなように、仕切弁２のハンドル２１の回転可能な初期締め付けトルクＴは、1000kgf・cmである。したがって、
0.5D³≦Ｔ≦1000
の範囲内の締め付けトルクＴ(kgf・cm)にて袋ナット７を締め付けた後、回り止めピン９を打つことにする。このトルク下限値とトルク上限値の臨界的意義は、初期締め付けトルクＴが0.5D³kgf・cm未満の場合には、最大圧域の内水圧が作用したときに水漏れが起き易いことを意味し、初期締め付けトルクＴが1000kgf・cmを超える場合、配管固定後に人力にて仕切弁２のハンドル２１を回転させるのが困難になることを意味する。

なお、長期使用によって締め付けトルクが1/3程度になることを考慮し、シールに必要な初期締め付けトルクＴの３倍程度が、長期使用によってもシール性能を確保することができる締め付けトルクとなる。したがって、最適値は、
0.5D³×3＝1.5D³
となる。なお、図１１に示すように、1.5D³の前後の許容量である±α（例えば、α＝100kgf・cm）を、袋ナット締め付けトルクＴ(kgf・cm)の最適トルク範囲（1.5Ｄ³−100≦Ｔ≦1.5Ｄ³＋100）とすることができる。
この実施例１では、雄ネジを有する金属継手本体部材６の例を示したが、雌ネジを有する金属継手本体部材でも同じことがいえる。

［継手組み立て作用］
図１２は、実施例１の異種管接合継手Ｊを工場にて組み立て完了した状態を示す要部断面図である。

実施例１の異種管接合継手Ｊを工場にて組み立てる継手組み立て作用を説明する。
まず、金属継手本体部材６の第１接触面６２に形成したＯリング溝６４にＯリング８を装着し、Ｏリング８の装着後、シリコン系等の滑材を塗布し、その後、鍔部５２の鍔外端面５３をＯリング８に押し当てるようにしてポリエチレンアダプター５を金属継手本体部材６に差し込む。そして、金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対し袋ナット７の雄ネジ部７１を螺合し、袋ナット７をパイプレンチにより回しながら締め込むことで、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６を一体化する。ここで、袋ナット７の締め込みトルクは、上記のように、内水圧に対して漏水することがなく、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６が相対回転可能である予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクに管理される。

このように、金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて袋ナット７を締め付けた後、金属継手本体６に形成されている貫通穴６６の内径をガイドにし、ボール盤等により袋ナット７の途中位置まで達する径方向の有底ピン穴１０（φ6mm）を形成する。そして、径方向に互いに連通する貫通穴６６と有底ピン穴１０に、回り止めピン９をネジ込んで埋め込み状態とする。

以上の工程を経過して工場にて組み立てられた実施例１の異種管接合継手Ｊは、図１２に示すように、金属継手本体部材６の第１接触面６２と袋ナット７の第２接触面７２により、ポリエチレンアダプター５の鍔部外端面５３と鍔部内端面５４を挟圧し、かつ、ポリエチレンアダプター５の鍔部外端面５３と金属継手本体部材６の第１接触面６２の間に弾性変形したＯリング８を介装したものとなる。

そして、実施例１の異種管接合継手Ｊでは、上記のように、袋ナット７をネジ嵌合するに際し、内水圧に対して漏水することがなく、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６が相対回転可能である予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクとするトルク管理を工場での組み立て時に行う。このため、管系を流れる流体の漏水を防止するシール機能と、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６の相対回転を許容する相対回転機能の両立を図ることができる。
前記「シール機能」については、試作品での水圧試験によると、「2.5MPaで３分の間に漏れ等の異常がないこと」という試験基準をクリアすることが確認された。試作品での脈動水圧試験によると、「0MPa−3.0MPaの脈動水圧を10万回繰り返したとき異常がないこと」という試験基準をクリアすることが確認された。試作品での熱間内圧クリープ試験によると、「80℃の水で1.1MPaの水圧を加えたとき165時間異常がないこと」という試験基準をクリアすることが確認された。
前記「相対回転機能」については、試作品でのスクレイプ性試験によると、「金属部を手で持ちスクレイプできること」という試験基準を、共回りすること無くクリアすることが確認された。

さらに、第１接触面６２と第２接触面７２により、ポリエチレンアダプター５の鍔部外端面５３と鍔部内端面５４を挟圧していることで、管軸方向に外力が加わっても、抜け方向へも差し込み方向へも面接触により移動が規制されるため、テーパ面シールの場合のような軸方向外力の影響によるシール圧変動がなく、軸方向外力の影響によるシール圧変動を抑えることができる。したがって、実施例１の異種管接合継手Ｊを施工状態としたとき、様々な要因により管軸方向に外力が加わっても、「シール機能」と「相対回転機能」の両立を維持することができる。

［継手を用いた耐震管路の施工作用］
図１３は、埋め戻しによる管の捩れで傾いた仕切弁をハンドルに人力を加えるだけで元の垂直状態に戻す戻し作用説明図である。図１４は、実施例１の異種管接合継手Ｊを用いた管路の曲げ耐水圧試験を示す説明図である。

実施例１の異種管接合継手Ｊを用いて耐震管路を施工する際は、仕切弁２の一対の金属ネジ接合部２２，２２に対し、パイプレンチを用いて異種管接合継手Ｊ，Ｊの一端側の金属継手本体部材６の雄ネジ差口６１，６１をネジ込む。そして、図１に示すように、異種管接合継手Ｊ，Ｊのポリエチレンアダプター５，５に対しＥＦソケット３，３を融着し、さらに、ＥＦソケット３，３にポリエチレン樹脂管４，４を融着する。そして、配管のために掘った土の埋め戻しを行って、耐震管路を施工する。なお、ＥＦソケット３は、ポリエチレンアダプター５に対し、予め工場にて融着しておいても良い。

このように耐震管路を施工すると、埋め戻しによる力がポリエチレン樹脂管４に作用し、左右のポリエチレン樹脂管４，４が捩れることで、図１３の仮想線に示すように、仕切弁２が傾いてしまうことがある。この場合、異種管接合継手Ｊ，Ｊが相対回転機能を有するため、ハンドル２１に人力を加えるだけで、図１３の実線に示すように、傾いた仕切弁２を元の垂直状態に戻すことができる。ちなみに、試作品でのバルブ締め込み後回転性の実験によると、「バルブを取り付けた後、ポリエチレン樹脂を固定して手でバルブが回転できること」という試験基準をクリアし、ハンドル２１に荷重17kgfを加えることで、傾いた仕切弁２を元の垂直状態に戻すことができた。

配管固定後において、仕切弁２の金属ネジ接合部２２に対する金属継手本体部材６の雄ネジ差口６１，６１の締め込みが不十分で、水圧試験によりネジ部から漏水した場合、配管が固定された状態のままで、ネジの増し締めが要求される。この場合、異種管接合継手Ｊ，Ｊが相対回転機能を有するため、配管固定状態のまま、パイプレンチを用いて異種管接合継手Ｊ，Ｊの一端側の金属継手本体部材６の雄ネジ差口６１，６１を回すことで、ネジの増し締めを行うことができる。この点は、試作品でのネジ増し締め施工性実験において、「ポリエチレン樹脂部を固定し、雄ネジ差口をパイプレンチで回転できること」という試験基準をクリアし、ネジの増し締めが施工可能であることが確認された。

耐震管路を構築するためには、地震により管軸方向に大きな引っ張り力が加わっても、継手の構成部品が抜けて破損することがないという耐久性能が要求される。これに対し、異種管接合継手Ｊは、テーパ面嵌合構造ではなく、ポリエチレンアダプター５の鍔部５２に対する垂直面嵌合構造であるため、管軸方向に大きな引っ張り力が加わっても、ポリエチレン樹脂管４が破断し、継手部に弱点がなく、耐震管路を構築することができる。ちなみに、試作品での原管引張試験によると、「管が破壊すること」という試験基準をクリアし、引っ張り力を加え、引っ張り力が3.24kNとなったときに管の破壊が確認された。

実施例１の異種管接合継手Ｊでは、袋ナット７のナット内径Ｄ’とポリエチレンアダプター５のアダプター外径Ｄ”のクリアランスＣを最小にし、ナット長さＬをアダプター内径の半分程度にしている。このため、継手を有する管系を大きく曲げてもシール面の開きが抑えられ、漏水を防止することができる。ちなみに、試作品を用いて図１４に示すように管路の曲げ耐水圧試験を行った結果、「片側22.5度曲げて水圧1.0MPaを加えて異常ないこと」という試験基準をクリアし、片側33度曲げて水圧1.0MPaを加えてもシール面の開きは見られなかった。このことは、大きな曲げ力が作用する地震時にシール性を保てることを意味し、耐震性に優れる。

実施例１では、金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて袋ナット７を締め付けた後、袋ナット７に有底ピン穴１０を形成し、貫通穴６６と有底ピン穴１０に、回り止めピン９を組み込んでいる。このように、金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対して袋ナット７をネジ込んだ後、金属継手本体部材６と袋ナット７を回り止めする回り止めピン９を打つため、施工状態で振動等が異種管接合継手Ｊに加わっても、金属継手本体部材６と袋ナット７のネジ嵌合部が緩むことがない。

加えて、回り止めピン９は、ピン部９２のピン径ｄを、仮に締め付け操作が行われた場合にピン部９２に作用するトルクを仮想トルクとし、この仮想トルクに基づき締め付け操作が行われても破断することがない径寸法に設定している。このため、現場施工者が、間違って袋ナット７の多角面７３をパイプレンチで回転させる締め付け操作を行っても、回り止めピン９が破断することなく、金属継手本体部材６と袋ナット７のネジ嵌合部の緩み防止が確保される。

次に、本発明の効果を説明する。
実施例１の異種管接合継手Ｊにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 円筒形状であり、片側に合成樹脂管部材を接続する第１管接続部を有し、反対側に鍔部５２を有するポリエチレンアダプター５と、片側に金属管部材を接続する第２管接続部を有し、反対側に前記ポリエチレンアダプター５の鍔部外端面５３と面接触する第１接触面６２と、前記ポリエチレンアダプター５の鍔部外径より大きい内径による平行ネジ部６３を有する金属継手本体部材６と、前記平行ネジ部６３とネジ嵌合し、端面に前記ポリエチレンアダプター５の鍔部内端面５４と面接触する第２接触面７２を有する袋ナット７と、前記ポリエチレンアダプター５の鍔部外端面５３と前記金属継手本体部材６の第１接触面６２のうち、一方の面に形成したシールリング溝（Ｏリング溝６４）に装着したシールリング（Ｏリング８）と、を備え、前記袋ナット７は、前記金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対し予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクにてネジ嵌合し、前記予め規定したトルク範囲として、想定される最大内水圧をシールするのに必要な下限トルクを袋ナット締め付けトルクの最小トルク値とし、前記金属継手本体部材６に接続される金属管部材に外部から人力を加えた場合にポリエチレンアダプター５に対して相対回転を行える上限トルクを袋ナット締め付けトルクの最大トルク値とする範囲に設定した。このため、部品点数が少なく部品点数が少なく構造が簡単で安価としながら、トルク管理によるシール機能と相対回転機能の両立と、軸方向外力の影響によるシール圧変動抑制と、耐震管路の構築と、を併せて達成することができる。このシール機能により、想定される最大内水圧が加わっても流体漏れを防止することができる。また、相対回転機能により、人力を加えるだけでポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６を正規の位置関係に戻すことができる。

(2) 前記袋ナット７は、予め規定したトルク範囲として、袋ナット締め付けトルクをＴ(kgf・cm)とし、ポリエチレン樹脂管外径をＤ(cm)とした時、
0.5Ｄ³≦Ｔ≦1000
の式にて表される範囲に設定した。このため、シール機能と相対回転機能を両立する袋ナット７の初期締め付けトルクのトルク範囲を、ポリエチレン樹脂管外径Ｄに基づいて規定することができる。

(3) 前記袋ナット７は、予め規定したトルク範囲として、袋ナット締め付けトルクをＴ(kgf・cm)とし、ポリエチレン樹脂管外径をＤ(cm)とした時、
1.5Ｄ³−100≦Ｔ≦1.5Ｄ³＋100
の式にて表される最適トルク範囲に設定した。このため、シール機能と相対回転機能の両立を長期にわたって維持する袋ナット７の締め付けトルクのトルク範囲を、ポリエチレン樹脂管外径Ｄに基づいて規定することができる。

(4) 前記袋ナット７は、前記金属継手本体部材６の平行ネジ部６３に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて締め付けた後、前記金属継手本体部材６に形成した貫通穴６６と連通する径方向穴（有底ピン穴１０）を前記袋ナット７に形成し、前記貫通穴６６と径方向穴（有底ピン穴１０）に、回り止め部材（回り止めピン９）を組み込んだ。このため、施工状態で振動等が異種管接合継手Ｊに加わっても、金属継手本体部材６と袋ナット７のネジ嵌合部が緩むことがなく、袋ナット７の予め規定した範囲内の締め付けトルクを維持することができる。

(5) 前記ポリエチレンアダプター５は、合成樹脂管部材としてポリエチレン樹脂管４を、円筒外周面５１による第１管接続部に接続する部材であり、前記金属継手本体部材６は、金属管部材として仕切弁２の金属ネジ接合部２２，２２を、ネジ構造による第２管接続部（雄ネジ差口６１）に接続する部材であり、前記袋ナット７は、前記仕切弁２のハンドル２１に外部から人力を加えた場合に相対回転を行える上限トルクを袋ナット締め付けトルクの最大トルク値とする。このため、埋め戻し等により管径に捩れが生じて仕切弁２が傾いた場合、仕切弁２のハンドル２１に人力を加えるだけで継手が相対回転し、仕切弁２を正規の位置に復帰させることができる。

(6) 前記袋ナット７は、ナット内径Ｄ’とアダプター外径Ｄ”のクリアランスＣを、バラツキ吸収分と最小限隙間分を合わせた程度の間隔に設定すると共に、ナット軸方向長さＬを、ポリエチレンアダプター５のアダプター内径の半分程度の長さに設定した。このため、継手を有する管系を大きく曲げてもシール面の開きが抑えられ、漏水を防止することができ、耐震性に優れる。

(7) 前記シールリングは、前記金属継手本体部材６の第１接触面６２に形成したＯリング溝６４に装着したＯリング８とし、前記Ｏリング溝６４にＯリング８を装着した後、滑材を塗布し、その後、前記袋ナット７を締め込むことで、前記ポリエチレンアダプター５と前記金属継手本体部材６を一体化する。このため、シールリングを押し潰し変形により高いシール性を発揮するＯリング８としながら、ポリエチレンアダプター５と金属継手本体部材６の相対回転をスムーズにすることができる。

(8) 前記回り止め部材は、前記金属継手本体部材６のネジ溝を有する貫通穴６６に埋め込み状態でネジ込まれるネジ込み頭部９１と、前記袋ナット７の有底ピン穴１０に差し込まれるピン部９２と、を有する回り止めピン９であり、前記回り止めピン９は、前記ピン部９２のピン径ｄを、現場施工者が前記袋ナット７の多角面７３をパイプレンチで回転させる締め付け操作を想定し、仮に締め付け操作が行われた場合にピン部９２に作用するトルクを仮想トルクとし、この仮想トルクに基づき締め付け操作が行われても破断することがない径寸法に設定した。このため、現場施工者が、間違って袋ナット７の多角面７３をパイプレンチで回転させる締め付け操作を行っても、袋ナット７のネジ嵌合緩みを防止する回り止めピン９の破断を回避することができる。

以上、本発明の異種管接合継手を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、回り止め部材として、回り止めピン９を用いる例を示した。しかし、袋ナット７の締め付け後、金属継手本体部材６と袋ナット７を一体化する部材であれば、回り止めピン９以外の回り止め部材を用いるものであっても良い。

実施例１では、シールリングとして、Ｏリング８を用いる例を示した。しかし、合成樹脂アダプターと金属継手本体部材６のシール性を確保すると共に、相対回転を許容するシールリングであれば、他の構造のメカニカルシールを用いるようにしても良い。また、シールリングを設定する面は、金属継手本体部材６側ではなく、合成樹脂アダプター側としても良い。また、シールリングを装着した面の対向面に、シールリングの滑りを良くする滑りシート等を設定しても良い。

実施例１では、耐震管路を構築する仕切弁へのポリエチレン樹脂管の継手として実施例１の異種管接合継手Ｊを適用する例を示したが、異種管を有する通常管路の継手としても勿論適用することができる。

実施例１の異種管接合継手Ｊを仕切弁へのポリエチレン樹脂管の継手として適用した耐震管路の一例を示す全体図である。 実施例１の異種管接合継手Ｊを示す全体断面図である。 実施例１の異種管接合継手Ｊにおけるポリエチレンアダプターを示す断面図である。 実施例１の異種管接合継手Ｊにおける金属継手本体部材をあらわし、(a)は断面図を示し、(b)は右側面図を示す。 実施例１の異種管接合継手Ｊにおける袋ナットをあらわし、(a)は左側面図を示し、(b)は断面図を示す。 実施例１の異種管接合継手Ｊにおける回り止めピンのねじ込み状態を示す要部断面図である。 従来の異種管接合継手の一例を示す断面図である。 従来の異種管接合継手を用いて耐震管路を構築する場合に短管部分をＥＦソケットで接合した状態を示す図である。 埋め戻しによる管の捩れで仕切弁のハンドルが仕切弁ボックスの内面まで傾いた状態を示す図である。 従来の異種管接合継手に回転機構を付加した回転機構付き継手の一例を示す断面図である。 必要な袋ナット締め付けトルクの範囲を説明するための袋ナット締め付けトルクと金属継手本体回転トルクの関係を示すトルク関係特性図である。 実施例１の異種管接合継手Ｊを工場にて組み立て完了した状態を示す要部断面図である。 埋め戻しによる管の捩れで傾いた仕切弁をハンドルに人力を加えるだけで元の垂直状態に戻す戻し作用説明図である。 実施例１の異種管接合継手Ｊを用いた管路の曲げ耐水圧試験を示す説明図である。

符号の説明

Ｊ 異種管接合継手
１ 仕切弁ボックス
２ 仕切弁（金属管部材）
２１ ハンドル
２２ 金属ネジ接合部
３ ＥＦソケット
４ ポリエチレン樹脂管（合成樹脂管部材）
５ ポリエチレンアダプター（合成樹脂アダプター）
５１ 円筒外周面（第１管接続部）
５２ 鍔部
５３ 鍔部外端面
５４ 鍔部内端面
６ 金属継手本体部材
６１ 雄ネジ差口（第２管接続部）
６２ 第１接触面
６３ 平行ネジ部
６４ Ｏリング溝（シールリング溝）
６５ 多角面
６６ 貫通穴
７ 袋ナット
７１ 雄ネジ部
７２ 第２接触面
７３ 多角面
８ Ｏリング（シールリング）
９ 回り止めピン（回り止め部材）
９１ ネジ込み頭部
９２ ピン部
１０ 有底ピン穴（径方向穴）

Claims (6)

1. 円筒形状であり、片側に合成樹脂管部材を接続する第１管接続部を有し、反対側に鍔部を有する合成樹脂アダプターと、
   片側に金属管部材を接続する第２管接続部を有し、反対側に前記合成樹脂アダプターの鍔部外端面と面接触する第１接触面と、前記合成樹脂アダプターの鍔部外径より大きい内径による平行ネジ部を有する金属継手本体部材と、
   前記平行ネジ部とネジ嵌合し、端面に前記合成樹脂アダプターの鍔部内端面と面接触する第２接触面を有する袋ナットと、
   前記合成樹脂アダプターの鍔部外端面と前記金属継手本体部材の第１接触面のうち、一方の面に形成したシールリング溝に装着したシールリングと、を備え、
   前記袋ナットは、前記金属継手本体部材の平行ネジ部に対し予め規定したトルク範囲内の締め付けトルクにてネジ嵌合し、前記予め規定したトルク範囲として、想定される最大内水圧をシールするのに必要な下限トルクを袋ナット締め付けトルクの最小トルク値とし、前記金属継手本体部材に接続される金属管部材に外部から人力を加えた場合に合成樹脂アダプターに対して相対回転を行える上限トルクを袋ナット締め付けトルクの最大トルク値とする範囲に設定し、
   前記袋ナットは、前記金属継手本体部材の平行ネジ部に対して予め規定したトルク範囲内のトルクにて締め付けた後、前記金属継手本体部材に形成した貫通穴と連通する径方向穴を前記袋ナットに形成し、前記貫通穴と径方向穴に、回り止め部材を組み込んだことを特徴とする異種管接合継手。
2. 請求項１に記載された異種管接合継手において、
   前記袋ナットは、予め規定したトルク範囲として、袋ナット締め付けトルクをＴ(kgf・cm)とし、前記合成樹脂アダプターに接続される合成樹脂管外径をＤ(cm)とした時、
   0.5Ｄ³≦Ｔ≦1000
   の式にて表される範囲に設定したことを特徴とする異種管接合継手。
3. 請求項２に記載された異種管接合継手において、
   前記袋ナットは、予め規定したトルク範囲として、袋ナット締め付けトルクをＴ(kgf・cm)とし、前記合成樹脂アダプターに接続される合成樹脂管外径をＤ(cm)とした時、
   1.5Ｄ³−100≦Ｔ≦1.5Ｄ³＋100
   の式にて表される最適トルク範囲に設定したことを特徴とする異種管接合継手。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載された異種管接合継手において、
   前記合成樹脂アダプターは、合成樹脂管部材としてポリエチレン樹脂管を、円筒外周面による第１管接続部に接続する部材であり、
   前記金属継手本体部材は、金属管部材として仕切弁の金属ネジ接合部を、ネジ構造による第２管接続部に接続する部材であり、
   前記袋ナットは、前記仕切弁のハンドルに外部から人力を加えた場合に相対回転を行える上限トルクを袋ナット締め付けトルクの最大トルク値とすることを特徴とする異種管接合継手。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載された異種管接合継手において、
   前記袋ナットは、ナット内径とアダプター外径のクリアランスを、バラツキ吸収分と最小限隙間分を合わせた程度の間隔に設定すると共に、ナット軸方向長さを、合成樹脂アダプターのアダプター内径の半分程度の長さに設定したことを特徴とする異種管接合継手。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載された異種管接合継手において、
   前記シールリングは、前記金属継手本体部材の第１接触面に形成したＯリング溝に装着したＯリングとし、
   前記Ｏリング溝にＯリングを装着した後、滑材を塗布し、その後、前記袋ナットを締め込むことで、前記合成樹脂アダプターと前記金属継手本体部材を一体化することを特徴とする異種管接合継手。

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