(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-04
(45)【発行日】2024-10-15
(54)【発明の名称】管状部材の接続構造
(51)【国際特許分類】
F16L 15/04 20060101AFI20241007BHJP
F16L 21/04 20060101ALI20241007BHJP
【ＦＩ】
F16L15/04 Z
F16L21/04
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2020200147
(22)【出願日】2020-12-02
(65)【公開番号】P2022087974
(43)【公開日】2022-06-14
【審査請求日】2023-10-20
(73)【特許権者】
【識別番号】598163248
【氏名又は名称】株式会社清水製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100124419
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 敬也
(74)【代理人】
【識別番号】100162293
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷 久生
(72)【発明者】
【氏名】藤野 昭
(72)【発明者】
【氏名】清水 勉
(72)【発明者】
【氏名】森木 信一
【審査官】岩瀬 昌治
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－２５７０１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１２４８６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１５８７８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－００００８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１３４７０７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｌ １５／０４
Ｆ１６Ｌ ２１／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端が円筒状に形成された第一部材と、円柱状の流路を有する第二部材とを接続するための接続構造であって、第一部材の内部から第二部材の流路に向かって流体を流すためのものであり、
第一部材の先端に雄ネジ部が形成されており、その雄ネジ部と隣接する基端側に、弾性を有するＯリングと、そのＯリングを流路に沿った方向から押圧するためのリング状の押圧手段とが設けられているとともに、
第二部材の基端に雌ネジ部が設けられており、
第一部材の先端の雄ネジ部を第二部材の基端の雌ネジ部に螺合させ、
それらの螺合部分の基端に、第一部材に外嵌されたＯリングを押圧手段によって流路に沿った方向から押圧して押し付けるとともに、その押圧力によるＯリングの径方向への変形を規制手段によって規制するものであり、
前記押圧手段が、扁平なドーナッツ板状のワッシャであり、基端側に螺合されたナットによって前記Ｏリングを流路に沿った方向から押圧可能になっているとともに、
前記規制手段が、前記Ｏリングの外側に配置されたリング状で内径を前記押圧手段の内径より大きくしてなるリテーナであり、前記押圧手段の板面との成す角度が７０°以上８３°以下となるように、内面を基端から先端にかけて外向きに傾斜させたものであり、
その規制手段が、内面を前記押圧手段に当接させ、かつ、外面を第二部材の外面に当接させた状態で、前記Ｏリングの径方向への変形を規制することを特徴とする管状部材の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、流路を設けた管状部材同士を高いシーリング力で繋ぎ合わせるための接続構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
水、油、エアー、ガス等の流体を流す配管同士を接続するための継手（管継手）には、流体を漏洩させないことが要求される。そのような流体用の継手としては、特許文献１の如く、開口端部にテーパ状の雌ネジ部を設けた継手本体と、そのテーパ状の雌ネジ部に螺合する雄ネジ部およびパイプ抜止め用の小円盤を設けた円筒状の締付固定部材と、開口端部から挿入された被接続パイプの外周面に接触させるシール材（Ｏリング）とを備えた継手が知られている。かかる特許文献１の継手によれば、継手本体の開口端部から被接続パイプを挿入して締付固定部材を締め付けることによって、被接続パイプを抜け止めするとともに、シール材にて被接続パイプと継手本体との隙間をシールすることが可能になる。
【0003】
また、流体用の別のタイプの継手としては、外周に雄ネジ部を設けた筒状の継手本体を挿入可能な被接続部材の開口部分に、第一部材と第二部材との間に介在させるＯリングを押し付けるためのテーパ面を設けたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００２－２４３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１の如き従来の接続構造は、シール部材と被接続パイプあるいは継手本体との間に隙間が形成され易いため、常に高いシーリング力を発揮できるとは言えない。そのため、流路内を通過する流体の圧力が上昇すると、流体が被接続パイプと継手本体との隙間から漏洩してしまう虞れがある。また、シール部材が、雌ネジ部の奥側に入り込んだ構造であるため、メンテナンスの際にシール部材を交換しにくい、という不具合もある。一方、被接続部材の開口部分にＯリングを押し付けるためのテーパ面を設ける接続構造は、テーパ面を形成するのに非常に手間が掛かり、被接続部材が大型なものである場合には、その傾向がより顕著なものとなってしまう。
【0006】
本発明の目的は、上記特許文献１の如き従来の接続構造が有する問題点を解消し、流路を設けた部材同士を容易に接続することができる上、シーリング力がきわめて高く、内部を通過する流体が漏洩する事態を効果的に防止することが可能であるとともに、メンテナンスの際にシール部材を交換し易い管状部材の接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項１に記載された発明は、先端が円筒状に形成された第一部材と、円柱状の流路を有する第二部材とを接続するための接続構造であって、第一部材の内部から第二部材の流路に向かって流体を流すためのものであり、第一部材の先端に雄ネジ部が形成されており、その雄ネジ部と隣接する基端側に、弾性を有するＯリングと、そのＯリングを流路に沿った方向から押圧するためのリング状の押圧手段とが設けられているとともに、第二部材の基端に雌ネジ部が設けられており、第一部材の先端の雄ネジ部を第二部材の基端の雌ネジ部に螺合させ、それらの螺合部分の基端に、第一部材に外嵌されたＯリングを押圧手段によって流路に沿った方向から押圧して押し付けるとともに、その押圧力によるＯリングの径方向への変形を規制手段によって規制するものであり、前記押圧手段が、扁平なドーナッツ板状のワッシャであり、基端側に螺合されたナットによって前記Ｏリングを流路に沿った方向から押圧可能になっているとともに、前記規制手段が、前記Ｏリングの外側に配置されたリング状で内径を前記押圧手段の内径より大きくしてなるリテーナであり、前記押圧手段の板面との成す角度が７０°以上８３°以下となるように、内面を基端から先端にかけて外向きに傾斜させたものであり、その規制手段が、内面を前記押圧手段に当接させ、かつ、外面を第二部材の外面に当接させた状態で、前記Ｏリングの径方向への変形を規制することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
請求項１に記載された管状部材の接続構造は、第一部材と第二部材との螺着部分の基端に位置したシール部材が押圧手段および規制手段によって第一部材と第二部材との隙間に強く押しつけられるため、シーリング力（シーリング機能）が高く、内部を通過する流体が漏洩する事態を効果的に防止することができる。また、請求項１に記載された管状部材の接続構造は、シール部材が第一部材と第二部材との螺着部分の中に入り込んでいないので、メンテナンスの際にシール部材を交換し易い。
【0012】
請求項１に記載された管状部材の接続構造は、ナットを締め付けるだけで扁平なドーナッツ板状のワッシャでＯリング（シール部材）を押圧することができるため、締着作業（シーリング作業）が非常に容易である。
【0013】
請求項１に記載された管状部材の接続構造は、押圧されたＯリング（シール部材）が、リング状のリテーナによって径方向へ拡がることなく、高い圧力で第一部材と第二部材との隙間へ押し付けられるため、非常に高いシーリング力を発揮することができる。
【0014】
請求項１に記載された管状部材の接続構造は、押圧されたＯリング（シール部材）が、リング状のリテーナによって径方向へ拡がることなく、第一部材と第二部材との継ぎ目を跨いで広い面積で第一部材あるいは第二部材に押し付けられるため、きわめて高いシーリングを発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】管状部材の接続構造を示す説明図（第一部材と第二部材とを分離させた状態の正面図）である。
【図2】管状部材の接続構造を示す説明図（第一部材と第二部材とを分離させた状態の鉛直断面図）である。
【図3】リテーナを示す説明図（斜視図）である（ａは斜視図であり、ｂは平面図であり、ｃはｂにおけるＡ－Ａ線断面図である）。
【図4】管状部材の接続構造を示す説明図（第一部材と第二部材とを接続させた状態の鉛直断面図）である（ｂはａにおけるＢ部分の拡大図である）。
【図5】管状部材の接続構造の変更例を示す説明図（第一部材と第二部材とを接続させた状態の鉛直断面図）である（ｂはａにおけるＣ部分の拡大図である）。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る管状部材の接続構造の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【0017】
＜継手および被接続部材の構造＞
図１、図２は、本発明に係る管状部材の接続構造Ｓを利用して接続される継手（第一部材）ａおよび被接続部材（第二部材）ｂを示したものである。継手ａは、押圧部材として機能するワッシャ２、ナット３、規制手段として機能するリテーナ４、シール部材として機能するＯリング５によって構成されている。
図１、図２は、本発明に係る管状部材の接続構造Ｓを利用して接続される継手（第一部材）ａおよび被接続部材（第二部材）ｂを示したものである。継手ａは、押圧部材として機能するワッシャ２、ナット３、規制手段として機能するリテーナ４、シール部材として機能するＯリング５によって構成されている。
【0018】
継手ａは、金属（鉄）によって、所定の径（外径＝１５．０ｍｍφ、内径＝９．０ｍｍφ）を有する円筒状に形成されており、内部が流体を通過させる流路Ｒ１として機能するようになっている。また、表面には、防錆の目的で亜鉛メッキが施されている。そして、先端際の外周には、雄ネジ部として機能するネジ山６が形成されている（ネジ高さ＝１．０ｍｍ）。また、当該ネジ山６と隣接する基端側には、他の部分より小径（１３．０ｍｍφ）となるように一定幅（軸方向に沿って５．０ｍｍ幅）の外嵌凹状部１０が形成されている。さらに、その外嵌凹状部１０と隣接する基端側には、ナット３を螺着するためのナット螺着用ネジ山７（ネジ高さ＝１．０ｍｍ）が形成されている。
【0019】
ワッシャ２は、金属（鉄）によって、所定の径（外径＝２５．０ｍｍφ、内径＝１３．１ｍｍφ）で厚みが１．０ｍｍの扁平なドーナッツ状に形成されており、表面に亜鉛メッキが施されている。また、図３は、リテーナ４を示したものであり、リテーナ４は、所定の径（外径＝２４．０ｍｍφ）で厚みが約１．７ｍｍの肉厚なドーナッツ状に形成されている。そして、内周面が、基端から先端にかけて外向きに傾斜した状態になっており、その傾斜状の内周面９と後端面との成す角（図３（ｂ）におけるθ）が約７５°になっている。また、リテーナ４の後端の内径は１６．５ｍｍφになっており、先端の内径は１７．５ｍｍφになっている。
【0020】
一方、Ｏリング５は、ニトリルゴムによって所定の径（外径＝１８．０ｍｍφ、内径＝１３．０ｍｍφ）のリング状に形成されており、２．５ｍｍの線径（太さ）を有している。また、ナット３は、金属（鉄）によって、円柱状の挿通孔を穿設した六角柱状に形成されている。そして、挿通孔の内周には、継手ａのナット螺着用ネジ山７と螺合するネジ溝８が形成されている。
【0021】
そして、継手ａにおいては、ナット螺着用ネジ山７にナット３が螺着しているとともに、外嵌凹状部１０にワッシャ２が嵌め込まれており、そのワッシャ２の先端側に、リテーナ４が嵌め込まれている。さらに、そのリテーナ４と外嵌凹状部１０との間の空間を埋めるように、Ｏリング５が外嵌された状態になっている。
【0022】
一方、被接続部材ｂは、金属（鉄）によって、所定の径（外径＝３５．０ｍｍφ）で所定の厚みを有する円筒状に形成されており、表面に亜鉛メッキが施されている。また、内部に、流体を通過させる所定の径（内径＝９．０ｍｍφ）の流路Ｒ２が形成されており、その流路Ｒ２の外端際の部分に、継手ａの先端を挿入させるための挿入部Ｉが、他の部分より大径（内径＝１４．０ｍｍφ）に形成されている。そして、その挿入部Ｉの内周面には、雌ネジ部として機能するネジ溝（溝深さ＝１．０ｍｍ）１１が形成されている。
【0023】
＜管状部材の接続構造＞
図４は、上記した継手ａと被接続部材ｂとを接続した状態を示したものである。継手ａと被接続部材ｂとを接続する際には、継手ａの先端に設けられたネジ山６を、被接続部材ｂの流路Ｒ２の基端に設けられたネジ溝１１に螺合させる。そのように、継手ａを被接続部材ｂに螺着させると、継手ａの流路Ｒ１と被接続部材ｂの流路Ｒ２とが連通した状態となる。さらに、継手ａを被接続部材ｂに接続した状態において、継手ａのナット３を締め付けると（ナット螺着用ネジ山７に沿って回転させながら先端方向に移動させると）、ワッシャ２とリテーナ４と継手ａの外嵌凹状部１０との間の空間内に入り込んだＯリング５が、被接続部材ｂの表面に押し付けられて変形し、継手ａと被接続部材ｂとの継ぎ目を跨いで広い面積で継手ａおよび被接続部材ｂと密着する。そのため、継手ａと被接続部材ｂとの継ぎ目（螺合部分）は、高度にシーリングされ、継手ａの流路Ｒ１および被接続部材ｂの流路Ｒ２内の流体の圧力が上昇した場合でも、高い精度で流体の漏洩を防止する。
図４は、上記した継手ａと被接続部材ｂとを接続した状態を示したものである。継手ａと被接続部材ｂとを接続する際には、継手ａの先端に設けられたネジ山６を、被接続部材ｂの流路Ｒ２の基端に設けられたネジ溝１１に螺合させる。そのように、継手ａを被接続部材ｂに螺着させると、継手ａの流路Ｒ１と被接続部材ｂの流路Ｒ２とが連通した状態となる。さらに、継手ａを被接続部材ｂに接続した状態において、継手ａのナット３を締め付けると（ナット螺着用ネジ山７に沿って回転させながら先端方向に移動させると）、ワッシャ２とリテーナ４と継手ａの外嵌凹状部１０との間の空間内に入り込んだＯリング５が、被接続部材ｂの表面に押し付けられて変形し、継手ａと被接続部材ｂとの継ぎ目を跨いで広い面積で継手ａおよび被接続部材ｂと密着する。そのため、継手ａと被接続部材ｂとの継ぎ目（螺合部分）は、高度にシーリングされ、継手ａの流路Ｒ１および被接続部材ｂの流路Ｒ２内の流体の圧力が上昇した場合でも、高い精度で流体の漏洩を防止する。
【0024】
＜管状部材の接続構造による効果＞
継手ａと被接続部材ｂとの接続構造Ｓは、上記の如く、継手ａの先端にネジ山（雄ネジ部）６が形成されており、そのネジ山６と隣接する基端側に、弾性を有するＯリング（リング状のシール部材）５と、そのＯリング５を流路Ｒ１に沿った方向から押圧するためのワッシャ（リング状の押圧手段）２とが設けられているとともに、被接続部材ｂの流路Ｒ２の基端にネジ溝（雌ネジ部）１１が設けられており、継手ａの先端のネジ山６を被接続部材ｂの流路Ｒ２の基端のネジ溝１１に螺合させ、それらの螺合部分の基端に、継手ａに外嵌されたＯリング５をワッシャ２によって流路Ｒ１に沿った方向から押圧して押し付けるとともに、その押圧力によるＯリング５の径方向への変形をリテーナ４によって規制するものである。したがって、接続構造Ｓは、シーリング力が高く、流路Ｒ１，Ｒ２内部を通過する流体が漏洩する事態を効果的に防止することができる。また、接続構造Ｓは、Ｏリング５が継手ａと被接続部材ｂとの螺着部分の中に入り込んでいないので、メンテナンスの際にＯリング５を交換し易い。
継手ａと被接続部材ｂとの接続構造Ｓは、上記の如く、継手ａの先端にネジ山（雄ネジ部）６が形成されており、そのネジ山６と隣接する基端側に、弾性を有するＯリング（リング状のシール部材）５と、そのＯリング５を流路Ｒ１に沿った方向から押圧するためのワッシャ（リング状の押圧手段）２とが設けられているとともに、被接続部材ｂの流路Ｒ２の基端にネジ溝（雌ネジ部）１１が設けられており、継手ａの先端のネジ山６を被接続部材ｂの流路Ｒ２の基端のネジ溝１１に螺合させ、それらの螺合部分の基端に、継手ａに外嵌されたＯリング５をワッシャ２によって流路Ｒ１に沿った方向から押圧して押し付けるとともに、その押圧力によるＯリング５の径方向への変形をリテーナ４によって規制するものである。したがって、接続構造Ｓは、シーリング力が高く、流路Ｒ１，Ｒ２内部を通過する流体が漏洩する事態を効果的に防止することができる。また、接続構造Ｓは、Ｏリング５が継手ａと被接続部材ｂとの螺着部分の中に入り込んでいないので、メンテナンスの際にＯリング５を交換し易い。
【0025】
また、接続構造Ｓは、継手ａのネジ山６より基端側に外嵌された扁平なドーナッツ板状のワッシャ２が、基端側に螺合されたナット３によってＯリング５を流路Ｒ１に沿った方向から押圧可能になっており、ナット３を締め付けるだけでワッシャ２でＯリング５を押圧することができるため、締着作業（シーリング作業）が非常に容易である。
【0026】
さらに、接続構造Ｓは、規制手段がＯリング５の外側に配置されたリング状のリテーナ４であり、ワッシャ２によって押圧されたＯリング５が、リング状のリテーナ４によって径方向へ拡がることなく、高い圧力で継手ａと被接続部材ｂとの隙間へ押し付けられるため、非常に高いシーリング力を発揮することができる。
【0027】
加えて、接続構造Ｓは、リテーナ４の内面が基端から先端にかけて外向きに傾斜した状態になっており（内周面９）、ワッシャ２によって押圧されたＯリング５が、リテーナ４によって径方向へ拡がることなく、継手ａと被接続部材ｂとの継ぎ目を跨いで広い面積で継手ａおよび被接続部材ｂに押し付けられるため、きわめて高いシーリング力を発揮することができる。
【0028】
また、接続構造Ｓは、被接続部材ｂの開口部分にＯリングを押し付けるためのテーパ面を設ける必要がないため、被接続部材ｂが大型のものであっても、安価かつ容易に構築することができる。
【0029】
＜管状部材の接続構造の変更例＞
本発明に係る管状部材の接続構造は、上記した実施形態の態様に限定されず、第一部材、第二部材、押圧手段（ワッシャ）、ナット、規制手段（リテーナ）、シール部材（Ｏリング）の材質、大きさ、形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
本発明に係る管状部材の接続構造は、上記した実施形態の態様に限定されず、第一部材、第二部材、押圧手段（ワッシャ）、ナット、規制手段（リテーナ）、シール部材（Ｏリング）の材質、大きさ、形状、構造等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。
【0030】
たとえば、本発明に係る管状部材の接続構造は、上記実施形態の如く、ワッシャとリテーナとを分離させたものに限定されず、ワッシャとリテーナとが一体になったものでも良い。なお、上記実施形態の如く、ワッシャとリテーナとを分離させた場合には、Ｏリングの線径に応じて、リテーナの厚み、内径を変更し易い、というメリットがある。
【0031】
また、本発明に係る管状部材の接続構造は、上記実施形態の如く、リテーナの内周面を傾斜状にしたもの（すなわち、内周面が基端から先端にかけて外向きに傾斜したもの）に限定されず、図５の如く、リテーナ４’が単純な円筒状（内径が一定であるもの）に変更することも可能である。なお、上記実施形態の如く、リテーナの内周面を傾斜状にした場合には、リテーナが単純な円筒状である場合に比べて、流路内の流体の圧力の上昇時における漏洩の防止機能をより高めることが可能となる（なお、上記実施形態に示した内周面を傾斜状にしたリテーナと単純な円筒状のリテーナ（外径＝２４．０ｍｍφ×内径１７．０ｍｍφ）とを用いた比較実験では、漏洩させない限界の流体圧力を約２０％上昇させることが可能であった）。加えて、リテーナの内周面を傾斜状にする場合には、当該内周面と押圧部材（ワッシャ）の板面との成す角度が７０°以上８３°以下となるように傾斜角度を調整すると、流路内の流体の圧力の上昇時における漏洩の防止機能を効果的に高くすることが可能となるので好ましく、内周面と押圧部材の板面との成す角度が７５°以上７８°以下となるように傾斜角度を調整すると特に好ましい。
【0032】
加えて、本発明に係る管状部材の接続構造は、上記実施形態の如く、ニトリルゴムからなるＯリングを用いたものに限定されず、加硫ゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム等の加硫ゴム以外の材料によって形成されたＯリングを用いたものでも良い。なお、管状部材の接続構造を、上記実施形態の如く、ニトリルゴムからなるＯリングを用いたものとする場合には、Ｏリングの耐油性が向上するため、長期間に亘ってメンテナンスが不要なものとなる、というメリットがある。
【0033】
また、本発明に係る管状部材の接続構造は、上記実施形態の如く、第一部材の流路から第二部材の流路に向かって流体が流れる管状部材を接続するものに限定されず、第二部材の流路から第一部材の流路に向かって流体が流れる管状部材を接続するものや、流体の流れる方向が変化する２つの管状部材を接続するものでも良い。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明に係る管状部材の接続構造は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、流路を設けた管状部材同士を高いシーリング力で繋ぎ合わせるための接続構造として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【0035】
Ｓ・・接続構造
ａ・・継手（第一部材）
ｂ・・被接続部材（第二部材）
２・・ワッシャ（押圧手段）
３・・ナット
４・・リテーナ（規制手段）
５・・Ｏリング（シール部材）
６・・ネジ山（雄ネジ部）
１１・・ネジ溝（雌ネジ部）
ａ・・継手（第一部材）
ｂ・・被接続部材（第二部材）
２・・ワッシャ（押圧手段）
３・・ナット
４・・リテーナ（規制手段）
５・・Ｏリング（シール部材）
６・・ネジ山（雄ネジ部）
１１・・ネジ溝（雌ネジ部）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】