(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【符号の説明】
【0015】
F;フレキ管、FT;先端、FP;環状凸部
1;継手本体、1a; ガス入口内孔、1b;オネジ部、1c;スパナ掛け部、1d;係止段部、
1f;中央内孔、1k;リテーナ収容内孔、1p;奥側の環状溝、1r;中央の環状溝、
1t;環状凸部、1v;入口側の環状溝
2;リテーナ押え、2a;はみ出し部、2b;リテーナ押え内孔(管挿入孔)、
2d;テーパ内面、2h;環状溝、
3;リテーナ、3b;リテーナ爪、3d;テーパ外面
4;気密パッキン(UT字型)、4b;内層部材、4c;奥側端面、4d;頭部、4e;側面、
4f;横凸部、4h;内凹部、4j;外周面、4k;表層部材、4m;外壁部、4n; 内壁部、
4p;内孔(内周面)、4r;側壁部、4t;入口側端面
5;コイルばね、
6;スプリングガイド、6b;奥側係合片、6f;入口側フランジ部、
7;移動片、11;水密パッキン、12;インジケータリング、13;通気性部材、
14;水密Oリング、15;ストップリング、
16;耐火パッキン、16b;サポート金具
41;鋳包みタイプの二重構造気密パッキン、41b;内層、41k;表層、
42;内腔タイプの二重構造気密パッキン、42b;内層部材(蓋)、42d;頭部、
42f;横凸部、42k;表層部材、42x;内腔
43;出山型の二重構造気密パッキン、43b;内層部材、43k;表層部材、43t;突出部
44;クサビ形・スキマ有の二重構造気密パッキン、44b;内層部材、44d;頭部、
44k;表層部材、44t;端面、44u;横凸部、44v;スキマ、44w;内凹部
45;UT字型・スキマ有の二重構造気密パッキン、45b;内層部材、45d;頭部、
45k;表層部材、45t;端面、45u;横凸部、45v;スキマ、45w;内凹部
【0016】
フレキ管継手の概要
図1・2に示すフレキ管継手の構造は、基本的には、特開2011−52762号公報や特許第5400145号公報に開示されたものと同じである。ここでは、継手全体の構成・作用の概要を説明する(本発明の主要部である気密パッキンの構成・作用は後ほど詳述する)。
図1(A)・
図2(A)に示すように、本発明の実施形態に係るフレキ管継手の内孔には、図の左側から右側に向けてフレキ管Fが挿入されて固定される(フレキ管Fの先端側の7山は被覆FHが剥かれている)。この明細書では、このフレキ管F挿入口の側(図の左側)を「入口側」あるいは「手前」といい、その反対側のフレキ管の挿入方向奥側(図の右側)を「奥側」という。
【0017】
このフレキ管継手は、筒状の継手本体1とその内部に収容された諸部品からなる。継手本体1は、筒状のものであって、図の右側の、ガスを受け入れる孔であるガス入口内孔1aを有する。同内孔1aの外側はオネジ部1b(ガス供給管(図示されず)につなぎ込まれる)となっている。同オネジ部1bの入口側は六角形のスパナ掛け部1cとなっている。継手本体1の軸方向中央部の内孔は、気密パッキン4やスプリングガイド6などを収容する中央内孔1fとなっている。また、継手本体1の入口側の内孔は、リテーナ3やリテーナ押え2などを収容するリテーナ収容内孔1kとなっている。
【0018】
継手本体1の内孔に収容されている諸部品は、
図1・2の右から左に見て(奥側から入口側に見て)、移動片7、スプリングガイド6、コイルばね5、気密パッキン4、リテーナ3、リテーナ押え2などである。移動片7とスプリングガイド6はばね解除機構を構成している。すなわち、フレキ管Fの先端が継手本体内孔の奥の挿入完了位置まで挿入された時点で、
図2(A)に示すように、移動片7がフレキ管先端FTに押されて奥側に進みスプリングガイド6との係合が外れる。すると、スプリングガイド6の奥側係合片6bは、内側に変形可能になり、本体内孔係止段部1dから脱離可能となる。これにより、コイルばね5は圧縮された状態を解除され、入口側に伸長する。そして、コイルばね5は、その入口側の気密パッキン4、耐火パッキン16及びリテーナ3を入口側に押す。
【0019】
気密パッキン4は、継手本体1の中央内孔1f内に配置されており、フレキ管挿入完了後にコイルばね5に押された後、フレキ管Fの外周面に密着して、フレキ管Fの内部を通るガスが継手外に洩れるのを防ぐ。この気密パッキン4が本発明の主要部であり、その構成・作用は後ほど詳述する。気密パッキン4の入口側には、耐火パッキン16が配置されている。この耐火パッキン16は、火災時に膨張して継手内孔とフレキ管F外面との間を塞ぐ。
【0020】
リテーナ3は、拡縮径可能であって縮径時にフレキ管Fの環状凹部に係合する爪3bや、その入口側のテーパ外面3dを有する。リテーナ押え2は、継手本体1のリテーナ収容内孔1kの入口部に取り付けられている。リテーナ押え2の奥側内面には、奥側に向かって大径になるテーパ内面2dが形成されている。このテーパ内面2dは、リテーナ3がコイルばね5によって入口側に押されたときに、リテーナ3のテーパ外面3dと当接し、リテーナ爪3bを縮径させる。
【0021】
リテーナ押え2の外面には、入口側から奥側に向かって、インジケータリング12、通気性部材13、水密リング14、ストップリング15が配置されている。また、入口側内孔には水密パッキン11が配置されている。
【0022】
ストップリング15は、C字状の止めリングであり、リテーナ押え2を(結局リテーナ3を介してフレキ管Fを)継手本体1に固定するものである。ストップリング15は、リテーナ押え2の外周に切られた環状溝2hにその内側が入り込んでいる。リテーナ押え2の環状溝2hは、深さがストップリング15の径よりも大きく、ストップリング15は外側から圧迫されると、環状溝2h内に入り込むことも可能である。
【0023】
ストップリング15の存在する部分の継手本体1の内孔には、
図1(C)に示すように、奥側から入口側に向かって奥側の環状溝1p・中央の環状溝1r・環状凸部1t・入口側の環状溝1vが形成されている。ストップリング15の外側は、
図1の状態では、継手本体1内孔に切られた中央の環状溝1rに入り込んでおり、
図2の状態では入口側の環状溝1vに入り込んでいる。これら二つの環状溝1r・1vの間には環状凸部1tが存在する。しかし、コイルばね5が延びてリテーナ押え2が入口側に押されると、ストップリング15は縮径して、この環状凸部1tの内側を奥側から入口側に通過できる。
【0024】
このようにストップリング15は、この両環状溝1r・1v間を、図示の距離Sだけ、継手軸方向に移動可能である。したがって、リテーナ押え2も、
図1の状態から
図2の状態まで、距離Sだけ移動可能である。なお、コイルばね5の伸長ストロークは、前記寸法Sやリテーナ3の移動寸法、気密パッキン4の軸方向圧縮寸法を足した寸法である。本実施形態においては、継手本体1内孔の奥側の環状溝1pが径大(深溝)となっており、メンテ時などに次述のインジケータリング12を取り外して、リテーナ押え2を継手本体1から抜くことができる。
【0025】
インジケータリング12はC字型の止め輪であり、リテーナ押え2の入口側部分の外周に固定されている。リテーナ押え2は、継手接続完了時に、リテーナ3を介してコイルばね5に前側に押されて僅かにスライドして、リテーナ押え2の入口側の一部(はみ出し部2a)が継手本体内孔1kの中から外にはみ出す。このとき、はみ出し部2aの外側に配置されているインジケータリング12は外部から視認可能となる。インジケータリング12の外面は、視認しやすいように、隣接する他の部分(リテーナ押え2、継手本体1)とは違う色(例えば青)に着色されている。
【0026】
次に本発明の主要部である気密パッキン(UT字型)について説明する。
図3に詳しく示すように、この実施形態の気密パッキン4は、全体として円筒(リング)状であり、内層部材4bと表層部材4kを嵌合組立したものである。内層部材4bは比較的柔らかいゴム(例えばNBR・硬度A10〜30)製であり、表層部材4kは比較的硬いゴム(例えばNBR・硬度A50〜70)製である。
【0027】
表層部材4kは、断面形状が横たわった略U字形をしている。同表層部材4kは、円筒状の外壁部4mと、同部4mの入口側の端に接続し内径側に張り出す円環状の側壁部4r(U字の底)と、同部4rの内径側の端に接続し奥側に広がる円筒状の内壁部4nを有する。表層部材4kの外壁部4mの内面と、側壁部4rの奥側の面、内壁部4nの外径側の面に囲まれた空間は、継手軸方向にえぐれた溝状の内凹部4hとなっている。同内凹部4hには、内層部材4bの横凸部4fが嵌合している。
【0028】
内層部材4bは、断面形状が横たわった略T字形をしている。内層部材4bは、T字の頭である円環状の頭部4dと、同部4dの入口側の面中央部から入口側に延びる横凸部4fを有する。頭部4dは、その内外径がほぼ表層部材4kの内外径と等しく、表層部材4kの奥側にフランジ状に内外に張り出している。同頭部4dの入口側の側面4e・4e´は、内外に分かれており、それぞれ表層部材4kの外壁部4mの奥側端面・内壁部4nの奥側端面に当接している。横凸部4fは、前述のように、表層部材4kの内凹部4hに嵌合している。なお、横凸部4fの入口側端部(先端)と、内凹部4hの底とは当接している。
【0029】
次に、
図1(B)・
図2(B)を参照しつつ、気密パッキン4と周囲の部品との関係を説明する。継手の組立て状態において、気密パッキン4は、継手本体1の中央内孔1fの内側に嵌め込まれている。気密パッキン4の外周面4jと継手本体1の中央内孔1fとの間は密着している状態である。気密パッキン4の入口側端面4tは、その入口側にある耐火パッキン16のサポート金具16bの奥側端面に接着されている。これは、耐火パッキン16の位置決めと組み立てを容易にするためである。なお、耐火パッキン16の本体(膨張性黒鉛)は、サポート金具16bに外嵌めされている。
【0030】
図1のフレキ管Fの先端FTを気密パッキン4まで挿入した状態(ばね解除機構の移動片7をフレキ管先端FTが押していない状態)では、気密パッキン4の内孔(内周面)4pと、フレキ管Fの環状凸部FPの外面との間には、スキマcが存在する。このスキマcの値は、一例として呼び径15Aの継手で0.175mm(公差上の最小値)である。
【0031】
このスキマcの存在により、フレキ管Fが気密パッキン4内孔4pを通るときに、作業者は手にほとんど抵抗を感じることはない。そのため、移動片7をフレキ管F先端FTで押すときの抵抗感や、ばね解除機構が作動してコイルばね5でフレキ管Fが押し戻される感覚と、フレキ管Fの気密パッキン4通過時の感覚を混同するようなことはない。また、ばね解除機構作動前は、フレキ管Fを気密パッキン4に通した後でも、フレキ管Fを入口側(手前側)に引けば、格段の抵抗なくフレキ管Fを継手から引き出せるので、まだフレキ管Fを奥まで差し込んでいないことを手の感覚で覚知できる。その後、今度はフレキ管Fを十分に奥まで差し込めば、すなわちばね解除機構の作動やコイルばね5の反発が手に感じられるまで差し込めば、フレキ管Fを継手に正常に接続できる。その後は、フレキ管Fを手前に引いても、フレキ管Fは引き出せない。
【0032】
一方、
図2のフレキ管差込接続完了後(ばね解除機構作動・コイルばね5伸長後)の状態では、気密パッキン4の奥側端面4cは、スプリングガイド6の入口側フランジ部6fを介して、コイルばね5に入口側に押されている。このコイルばね5の気密パッキン4に対する押圧力(軸力)により、気密パッキン4は継手軸方向には縮み、径方向には内径側に張り出す。そのため、気密パッキン4の内孔(内周面)4pと、
図2(B)に示すように、フレキ管Fの環状凸部FPの外面との間のスキマc(
図1(B))は消滅し、さらに気密パッキン4の内孔(内周面)4pが、フレキ管Fの環状凸部FPの外面を押圧するようにめり込む。このため、気密パッキン4の内孔(内周面)4pと、フレキ管Fの環状凸部FPの外面との間は、気密にシールされ、ガスの継手外への漏れを阻止する。なお、気密パッキン4の入口側は、耐火パッキン16・リテーナ3・リテーナ押え2・ストップリング15によって押えられている。
【0033】
この気密パッキン4の内径縮小→フレキ管F外面への押し付けメカニズムと、気密パッキン4の内表二重構造・作用の関係について説明する。
まず、気密パッキン4が軟質ゴムの内層部材4bと硬質ゴムの表層部材4kとの二重構造となっている理由について説明する。ゴムは、当り前のことながら、柔らかいほど変形しやすく、堅いほど変形しにくい。この観点からは、軸方向に圧縮して内径方向に張り出し変形させ、これによりシール性を確保するためには、気密パッキン全体を軟質ゴムの一層構造とすることが、まず考えられる。
【0034】
しかしながら、軟質ゴムは揮発し易い油分を比較的に多く含む。そのため、時間が経つと痩せて(収縮して)周りの部品との圧迫力が落ち(スキマが開き)、気密パッキンのガス漏れが生じ易くなる欠点がある。
【0035】
そこで、内層が軟質ゴム・表層が硬質ゴムの気密パッキンとして、内層の軟質ゴムでパッキンの変形性を増し、表層の硬質ゴムで経年劣化を防ぐ(ゴムの痩せを防止して周囲部品との圧迫力低減を防止する)ことを着想した。具体的には、
図3の気密パッキン4では、断面U字状の表層部材4kと、断面T字状の内層部材4bの組合せとした。なお、大量生産上の要解決事項はあるかもしれないが、後述する気密パッキンの変形例(
図4〜6)も考えられる。
【0036】
内層部材4bの横凸部4fは、軸方向に圧縮されて内径方向に膨れる部分である(外径方向には継手本体1の中央内孔1fで膨張を拘束される)。この内層部材4bの横凸部4fは、表面が硬質ゴム(表層部材4k)で保護されて、油分揮発がほとんど無いように配慮が施されている。内層部材4bの頭部4dは、気密パッキン4の奥側端面4cにかかるコイルばね5の圧縮力(
図2(B)の太矢印参照)を、横凸部4fに伝えるとともに、表層部材4kへの圧縮力の不均一な伝わりを防止する部分である。この頭部4dの内外面や端面は経年劣化により痩せることはあっても、次述するように表層部材4kとフレキ管Fの環状凸部FPとの間でシール性が確保されているのでガス漏れは生じない。
【0037】
表層部材4kの内壁部4nは、気密パッキン4がコイルばね5で押されると、
図2(B)に示すように、フレキ管Fの環状凸部FP(先端FTから二番目の凸条)に押し付けられ、同環状凸部FPのピークの近傍にめり込むように密着する。これにより、気密パッキン4とフレキ管Fとの間がシールされる。気密パッキン4と継手本体1との間も、気密パッキン4外周面4jと中央内孔1fとの間のパッキン圧迫によりシールされる。表層部材4kは油分蒸発による痩せのほとんどない硬質ゴム製であり、内部の内層部材4bの油分蒸発も表層部材4kによって防止されているので、長年に亘ってパッキン圧迫は維持されシール性も維持される(高温加速試験で実証済み)。
【0038】
なお、この例では、表層部材4kの側壁部(底部)4rが耐火パッキン16の側にあり、内層部材4bの頭部4dがスプリングガイド6の入口側フランジ部6fの側にあるが、その逆であってもよい。
【0039】
この例の気密パッキン4の具体的寸法例を以下に挙げる。
継手呼び径;15A
気密パッキン4の外径;26.4mm
気密パッキン4の内径(自由時);19mm
表層部材4k;材質NBR・A70、内外壁部の厚さ1mm、幅5.1mm
内層部材4b;材質NBR・A30)、横凸部4f厚さ1.7mm、幅4.1mm、
頭部4d厚さ1.5mm
【0040】
フレキ管F環状凸部FPの径;18.4(+0.15〜−0.35)mm
気密パッキン4の内径(自由時)とフレキ管F環状凸部との間のスキマ;0.175mm(公差の最小値で)
【0041】
次に、
図4〜8を参照しつつ、二重構造の気密パッキンの他の構造例を説明する。
図4は、鋳包みタイプの二重構造気密パッキン41の構成を模式的に示す側面断面図である。このタイプでは、軟質ゴムの内層41bの周りを硬質ゴムの表層41kが覆っている。ただし、内層41bを表層41k成形用の型の所定位置に保持するためのピンなどの跡が表層41kに残ってもよい。
【0042】
図5は、内部内腔タイプの二重構造気密パッキン42の構成を模式的に示す側面断面図である。このタイプでは、表層部材42kは、
図3の気密パッキン4と同じ形状である。しかし、内層部材(蓋)42bは、横凸部42fの軸方向長さが短く、同横凸部4fの奥の表層部材42k内には内腔42xが存在する。この内腔42x内にグリースなどの圧縮性流動体を充填してもよい。なお、内層部材42bの頭部42dは、
図4の内層部材4bのそれと同様の形状である。
【0043】
図6は、
図3に示す気密パッキン4の変形例(出山型)43の構成を模式的に示す側面断面図である。この変形例では、内層部材43bに、表層部材43kのU字の口から外突曲面状に外部に突出する突出部43tが形成されている。同突出部43tは、
図3の気密パッキン4の内層部材4b頭部4dと同様に、内層部材43bの表層部材43kに囲まれている部分にコイルばねからの圧縮力を伝える役割をする。
【0044】
図7は、気密パッキンの変形例(クサビ形・スキマ有)44の構成を模式的に示す側面断面図である。この変形例では、内層部材44bの横凸部44uが断面V字状のクサビ形となっている。それに対応して、表層部材44kの内凹部44wもV字形をしている(この
図7の表層部材44kの全体形状も「略U字形」という)。内層部材44bの頭部44dは、
図4の内層部材4bのそれと同様の形状である。そして、内層部材44bの頭部44dと表層部材44kの端面44tとの間にはスキマ44vが開いている。
【0045】
このクサビ形・スキマ有の気密パッキン44においては、継手接続後にコイルばね5(
図2A・B参照)の力が内層部材44bの頭部44dに軸方向にかかると、スキマ44uが存在するため、ばね力は、内層部材44bのクサビ形の横凸部44uにかかる。そして、同横凸部44uは、表層部材44kの内凹部44wにクサビ状に食込む。すると、表層部材44bは断面が内径外径方向に膨れようとするが、外径方向には継手本体中央内孔1f(
図2A・B参照)によって押えられているので、内径方向に膨れるしかない。これにより、気密パッキン44の内面がフレキ管Fの外面に押し当てられる。
【0046】
図8は、気密パッキンの変形例(UT字型・スキマ有)45の構成を模式的に示す側面断面図である。この変形例では、内層部材45bの横凸部45uは長方形あるいは棒状である。それに対応して、表層部材45kの内凹部45wはU字形をしている。内層部材45bの頭部45dは、
図7の内層部材44bのそれと同様の形状である。そして、内層部材45bの頭部45dと表層部材45kの端面45tとの間にはスキマ45vが開いている。このUT字型・スキマ有気密パッキン45においても、コイルばね5の軸力は、内層部材45bの横凸部45uに全てかかり、同横凸部45uを表層部材45kの内凹部45wに効果的に押し込んで、表層部材45kを内側に膨れさせてフレキ管F外面に押し当てる。