JP5416505B2 - 継手装置 - Google Patents

Description

本発明は、異なる接続対象物の継手となる継手装置に関し、より詳しくは、捻り力等の荷重が加わる接続対象物が溶接接合される第１の継手部材を第２の継手部材にて鋳包み、一体的に成形した継手装置に関するものである。

溶接性の良好な材料からなる継部を鋳鉄による鋳ぐるみにて形成した継手部材として、特許文献１が知られている。特許文献１においては、継手部材の一方にフランジを形成し、ボルト・ナットによりフランジ同士を互いに突き合わせてパイプを連結するようにしている。
しかしながら、特許文献１に記載の継手部材では、継部に溶接された部材に捻り力等の荷重が加わった場合に、継部が接続部本体から抜けたり、継部が変形したりするおそれがあった。

特開２００１−９９３６７号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、溶接により接続された接続対象物に捻り力等の荷重が加えられても、溶接された第１の継手部材と、この第１の継手部材を鋳包んだ第２の継手部材との一体性を強固にすることができ、第１の継手部材が変形したり、第２の継手部材から抜けたりすることを防止できる継手装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、接続対象物と接続される継手装置であって、前記継手装置は、前記接続対象物と溶接で接続される溶接性の良好な第１の継手部材と、該第１の継手部材の一部を露出した状態で鋳包むことにより、前記第１の継手部材と一体的に形成されている鋳鉄製の第２の継手部材とを備え、前記第１の継手部材は、前記第２の継手部材内に埋め込まれた端面と、前記端面の周方向に間隔を存して配置され、前記端面の外側縁から中央に向けて延び、かつ、前記端面に対して垂直に形成され前記端面の周方向に離間した内壁面を有する複数の切欠き部とを備え、前記内壁面間の間隔が前記端面の外側縁に近づくにつれて拡開されていることを特徴とする継手装置を提供する。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記第１の継手部材の周面に、前記周方向に連続した単数又は複数の周溝を備え、該周溝は前記切欠き部とともに前記第２の継手部材内に埋め込まれていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、第２の継手部材に鋳包まれている第１の継手部材の端面には、端面の外側縁から中央に向けて延び、周方向に離間した内壁面を有する切欠き部が備わり、内壁面の間隔が端面の外側縁に向かって拡開している。このため、切欠き部に鋳鉄からなる第２の継手部材の溶湯が切欠き部に入り込み、強固に歯合して周方向に対して強固に固定される。これにより、接続対象物に捻り力が加わっても、そのトルクを複数の切欠き部で分散して受けることができるので、このような捻り力に対して高い強度（耐性）を発揮することができる。また、切欠き部の内壁面は、端面の外側縁に向かって広がって形成されているため、捻り力が加わった場合にそのトルクが第１の継手部材の外周側に集中せず、そのトルクを切欠き部の内壁面でも受けることができる。したがって、第１の継手部材と第２の継手部材のいずれかの歯合部分が変形または破壊してしまうことを防止することができ、耐久性の向上を図ることができる。また、第２の継手部材より溶接性の良好な第１の継手部材を用い、これを第２の継手部材に鋳包んだことにより、第１の継手部材と溶接により接続される接続対象物との接続性を強固にすることができる。

請求項２の発明によれば、第１の継手部材の周面に、周方向に連続した単数又は複数の周溝を備え、これが切欠き部とともに第２の継手部材に鋳包まれ（埋め込まれ）ているので、周溝に溶湯が入り込み凝固することで第１の継手部材と第２の継手部材とが係合し、軸方向に対しても強固に固定される。このため、軸方向に加わる引っ張り、圧縮荷重を周溝で受けることになり、請求項１の効果である周方向に加わる捻り力に対する高い強度に加え、引っ張りや圧縮荷重に対しても高い強度を発揮することができる。また、第１の継手部材に溶接される接続対象物に曲げ荷重が加わり、第１の継手部材が反った場合に、周溝が引っ掛かり、第１の継手部材が第２の継手部材から抜けてしまうことを防止できる。

本発明に係る継手装置の正面図である。 本発明に係る継手装置に用いる第１の継手部材の正面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る他の継手装置の正面図である。 他の第１の継手部材の正面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係る継手装置を用いて接続対象物を接続したときの断面図である。 本発明に係る他の継手装置を用いて接続対象物を接続したときの断面図である。

図１は本発明に係る継手装置の正面図である。また、図２は本発明に係る継手装置に用いる第１の継手部材の正面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
図１に示すように、本発明に係る継手装置１は、第１の継手部材２と第２の継手部材３で構成されている。第１の継手部材２は、上端部分のみが突出して露出した形で、それ以下の部分は第２の継手部材３に鋳包まれている。鋳包んでいるので、第１の継手部材２と第２の継手部材３とは隙間なく密着しているが、溶着はされていない。

第１の継手部材２は例えば低炭素鋼等の溶接性の良好な鋼製であり、第２の継手部材３は鋳鉄（球状黒鉛鋳鉄）である。第２の継手部材３としては、脆性的な破壊を防ぐため、伸びの基準値を定めることが好ましい。また、溶湯の流動性を向上させ、複雑形状の作製を実現でき、比較的低温で鋳造でき、製造コストが安価等の利点を得るために、炭素当量を定めることが好ましい。

第２の継手部材３は炭素含有量が多いため溶接性に劣るものであるが、溶接性の良好な鋼製の第１の継手部材２が第２の継手部材３から露出しているため、溶接により接続すべき接続対象物１１（図７参照）と容易に接合（接続）することができる。すなわち、第２の継手部材より溶接性の良好な第１の継手部材を用い、これを第２の継手部材で鋳包んだことにより、第１の継手部材と溶接により接続される接続対象物との接続性を強固にすることができる。

また、第２の継手部材３が図１で示したようなユニバーサルジョイントの継手となる場合は、第１の継手部材を鋳込んだ側と反対側が円弧状のヨーク４となり、所定位置に設けられた貫通孔５を用いて十字スパイダ、又は球体等を介して別の継手装置におけるヨークと接続する。
図２及び図３では、第１の継手部材２が中実の場合を示している。第１の継手部材２の端面には、複数の切欠き部６が設けられている。この切欠き部６は、第１の継手部材２における埋め込まれた端面の外側縁から中央に向けて切欠かれ、端面の周方向に等間隔に形成されている。この切欠き部６が形成された側の端面を第２の継手部材３で鋳包むため、切欠き部に鋳鉄からなる第２の継手部材３の溶湯が入り込み、強固に歯合して周方向に対して強固に固定される。これにより、接続対象物に捻り力が加わっても、そのトルクを複数の切欠き部６で分散して受けることができるので、このような捻り力に対して高い強度（耐性）を発揮することができる。切欠き数（切欠き部６の数）が少ないと、各切欠き部６の内壁面に作用する応力が大きくなり、第１の継手部材２と第２の継手部材３のいずれかの歯合部分が変形または破壊してしまうため、これを考慮して切欠き数を決定することが好ましい。

切欠き部６の数及び切欠き高さ並びに切欠き幅は、切欠き部６の内壁面に加わる支圧、切欠き部６に挟まれた突起部８の根元面に加わるせん断力、及び切欠き部６に歯合する第２の継手部材３側に加わるせん断力のそれぞれに対する許容応力が、継手装置１の降伏ねじりモーメント時に発生する応力より大きくなるように設定することが好ましい。
上記を満たした上で、切欠き数を極力少なく、切欠き高さを低く設定した方が、鋳包み深さを浅くすることができ、製品重量を軽減できる。

切欠き部６の周方向に存する内壁面７、７の間隔は、第１の継手部材２の中央から外側縁に近づくにつれて拡開されている。すなわち、内壁面７は、第１の継手部材２の端面における中心からそれぞれ放射状となるように形成されている。このため、捻り力が加わった場合にそのトルクが第１の継手部材２の外周側に集中せず、そのトルクを切欠き部６の内壁面７でも受けることができる。したがって、第１の継手部材２の変形を防止することができ、耐久性の向上を図ることができる。

第１の継手部材２の側面たる外周面には、全周に亘って周方向に複数本の周溝９が設けられている（図２では３本の周溝９）。この周溝９は、上述した切欠き部６とともに第２の継手部材３に鋳包まれる。これにより、周溝９に溶湯が入り込み凝固することで第１の継手部材２と第２の継手部材３とが係合し、軸方向に対しても強固に固定される。このため、軸方向に加わる引っ張り、圧縮荷重を周溝９で受けることができる。また、第１の継手部材２に溶接される接続対象物に曲げ荷重が加わり、第１の継手部材２が反った場合に、周溝９が引っ掛かり、第１の継手部材２が第２の継手部材３から抜けてしまうことを防止できる。なお、周溝９は１本であってもよい。

この周溝９の深さは、周溝９の残存肉厚部分（第１の継手部材２における周溝９が形成された部分の肉厚部）の許容引張力、及び周溝部における許容支圧力（周溝９の上側面及び下側面に作用する支圧力に対する許容量）が、継手部材１の許容引張力より大きく、周溝９の残存肉厚部分の全塑性モーメントが、継手部材１の全塑性モーメントより大きく、周溝９の残存肉厚部分における降伏ねじりモーメントが、継手部材１の降伏ねじりモーメントより大きくなるよう設定される。

周溝９の深さ、及び周溝９間の距離は、それぞれ相互に影響するため、適宜バランスをとるよう設定される。
図４は本発明に係る他の継手装置の正面図である。
図示したように、第２の継手部材３が、フランジ１０を有する形状に形成されている。このフランジ１０を用いて、第２の継手部材３は、他の接続対象物たる種々の部材と接続される。フランジを用いた接続例については後述する（図７参照）。その他の構成、作用、効果は図１の例と同様である。

図５は他の第１の継手部材の正面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ断面図である。
図示したように、第１の継手部材２は管状に形成されている。したがって、その端面は、切欠き部６と突起部８にて、凹凸形状が連続して形成されている。この切欠き部６においても、その内壁面７、７の間隔は、端面の中央（軸芯）から外側縁に向かって広がるように形成されている。すなわち、第１の継手部材２の端面側から見た時に平面視ハ字状となるように内壁面７が形成されている。この第１の継手部材２とともに、第２の継手部材３（図７参照）も管状とすることにより、管状の接続対象物１１から同じく管状の他の接続対象物１６に向けて、継手装置１を介して流体や紛体の流通を行うことができる（図７参照）。その他の構成、作用、効果は図１の例と同様である。

図７は本発明に係る継手装置を用いて接続対象物を接続したときの断面図である。
図示したように、本発明に係る継手装置１を構成する第１の継手部材２に接続対象物１１が、第２の継手部材３に他の継手装置１’がそれぞれ接続される。接続対象物１１はパイプ管であり、これが管状の第１の継手部材２と溶接により接続されている。第２の継手部材３と他の継手装置１’とは、互いのフランジ１０、１０’を突き合わせ、ボルト孔１３を用いてボルト１４及びナット１５により接続されている。このような構成により、他の継手装置１’の第１の継手部材２’に他の接続対象物（パイプ管１６）を溶接により接続し、パイプ管１１とパイプ管１６を継手装置１、１’を介して接続することができる。このように、複数の継手装置１、１’を用いることにより、パイプ管の材質に合わせてそれぞれの第１の継手部材２、２’の材質（例えばアルミや銅等）を選択して用いることができる。これにより、金属間化合物の形成や熱応力割れ等による溶接の困難性を回避でき、つなげるべき対象物の材質が異なっていても、溶接により強固に接続することができる。

図８は本発明に係る別の継手装置を用いて接続対象物を接続したときの断面図である。
図示したように、第２の継手部材３の両端に溶接性の良好な第１の継手部材２、２’が鋳包まれている。したがって、この例では、第１の継手部材２、２’、及び第２の継手部材３により、継手装置１が構成されている。この場合は、パイプ管１７とパイプ管１１を継手装置１の両端において溶接で接続するものであり、接続対象物たるパイプ管１１は第１の継手部材２と、他の接続対象物たるパイプ管１７は第１の継手部材２’と接続される。これを実現するため、第２の継手部材３の両端に第１の継手部材２、２’を鋳包むことで両接続対象物１１、１７を継手装置１により接続している。また、この場合も、パイプ管の材質に合わせてそれぞれの第１の継手部材２、２’の材質を選択して用いることができる。したがって、図７のように継手装置１を２つ用いて接続するよりは部品点数が減少し、構造が簡単で容易に接続することが可能となる。その他の構成、作用、効果は図７の例と同様である。

１ 継手装置
２ 第１の継手部材
３ 第２の継手部材
４ ヨーク
５ 貫通孔
６ 切欠き部
７ 内壁面
８ 突起部
９ 周溝
１０ フランジ
１１ 接続対象物（パイプ管）
１３ ボルト孔
１４ ボルト
１５ ナット
１６ パイプ管
１７ パイプ管

Claims (2)

1. 接続対象物と接続される継手装置であって、
   前記継手装置は、前記接続対象物と溶接で接続される溶接性の良好な第１の継手部材と、
   該第１の継手部材の一部を露出した状態で鋳包むことにより、前記第１の継手部材と一体的に形成されている鋳鉄製の第２の継手部材とを備え、
   前記第１の継手部材は、前記第２の継手部材内に埋め込まれた端面と、前記端面の周方向に間隔を存して配置され、前記端面の外側縁から中央に向けて延び、かつ、前記端面に対して垂直に形成され前記端面の周方向に離間した内壁面を有する複数の切欠き部とを備え、
   前記内壁面間の間隔が前記端面の外側縁に近づくにつれて拡開されていることを特徴とする継手装置。
2. 前記第１の継手部材の周面に、前記周方向に連続した単数又は複数の周溝を備え、
   該周溝は前記切欠き部とともに前記第２の継手部材内に埋め込まれている請求項１に記載の継手装置。

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