JP7401733B2

JP7401733B2 - 継手金具

Info

Publication number: JP7401733B2
Application number: JP2019165209A
Authority: JP
Inventors: 博奥村
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2023-12-20
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: JP2021042812A

Description

本発明は、継手金具に関する。

従来、継手金具として、機器などにホースを接続するために、ホースの端部に取り付けられるホース継手金具が提供されている（特許文献１参照）。
ホース継手金具は、互いに結合されたニップルとソケットとを有し、それらニップルとソケットは、同軸上で軸方向の一端が開放されたニップル側筒状部と、前記ニップル側筒状部の半径方向外側に位置するソケット側筒状部とを有している。
そして、ニップル側筒状部の外周面とソケット側筒状部の内周面との間にホースの端部が挿入される環状空間を有している。
ホース継手金具のホースの端部への取り付けは、環状空間にホースの端部を挿入したのち、加締め装置によりソケット側筒状部を加締めることにより、ソケット側筒状部とホースの端部とニップル側筒状部とを一体的に取り付けることでなされる。

特開２０１４－１８１７８９号公報

ところで、上述のようなホース継手金具では、ホースが取り付けられる端部と反対側のニップルの端部に、筒状のパイプ部を接続する場合、ニップルの内径と同じ内径のパイプ部を接合していたため、比較的小さい寸法の内径が連続することにより圧力損失が増加するという課題があった。
このため、ニップルの端部にニップルの内径より大きい内径のパイプ部を接合することで圧力損失を低下させることができるが、ニップルの端部の内径部に段差が形成されてしまう。
また、ニップルとパイプ部とを摩擦圧接により接合すると、接合面の外周面および内周面にカール形状のバリが環状に形成されるが、内部に形成されたバリは圧力損失を発生させるため切削除去する。
しかしながら、内部のバリを切削除去している際にバリが残ってしまうことがあり、この残ったバリがニップルの内径部に形成された段差に隠れてしまうとバリの検出性が低下するため残ったバリを見逃してしまい、バリによる圧力損失が発生してしまう。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、圧力損失の低下を図るとともに、内部に形成されたバリの検出性を確保してバリによる圧力損失の発生を抑制する継手金具を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため本発明は、第１パイプ部の一方の端部と第２パイプ部の端部とが摩擦圧接されて構成された継手金具であって、前記第２パイプ部の内径Ｄ２を前記第１パイプ部の内径Ｄ１より大きい寸法で形成し、前記第１パイプ部の前記一方の端部の内径を前記第２パイプ部の内径Ｄ２と等しい大内径部で形成し、前記大内径部から前記第１パイプ部の他方の端部に向かう箇所を内径が次第に小さくなり前記第１パイプ部の内径Ｄ１の内周面に接続される傾斜面部で形成し、前記他方の端部から前記傾斜面部までの距離をＬとし、前記傾斜面部で形成される円錐面の直径上に位置する一対の傾斜面がなす角度をθとした場合、ｔａｎ（θ／２）＜Ｄ１／Ｌを満たすことを特徴とする。
また、本発明は、前記角度θは、０°より大きく、４０°以下であることを特徴とする。
また、本発明は、前記第１パイプ部は、前記他方の端部側がホースの端部に連結されるニップルとして形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記第２パイプ部の前記摩擦圧接されている端部と反対側の端部に、前記パイプ部本体を機器に着脱可能に結合する口金が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第２パイプ部の内径Ｄ２を第１パイプ部の内径Ｄ１より大きい寸法で形成し、第１パイプ部の一方の端部の内径を第２パイプ部の内径Ｄ２と等しい大内径部で形成し、大内径部から第１パイプ部の他方の端部に向かう箇所を内径が次第に小さくなり第１パイプ部の内径Ｄ１の内周面に接続される傾斜面部で形成し、他方の端部から傾斜面部までの距離をＬとし、傾斜面部で形成される円錐面の直径上に位置する一対の傾斜面がなす角度をθとした場合、ｔａｎ（θ／２）＜Ｄ１／Ｌを満たすものであるため、第２パイプ部の内径Ｄ２を第１パイプ部の内径Ｄ１より大きくすることで圧力損失の低下を図るとともに、内部に形成されたバリの検出性を確保してバリによる圧力損失の発生を抑制する上で有利となる。
また、第１パイプ部の大内径部から傾斜面部を設けて内径Ｄ１の内周面に接続することで、バリ取り性が向上するとともに、内周面の洗浄度を向上させる上で有利となる。
また、本発明によれば、角度θを０°より大きく、４０°以下で設定しているため、圧力損失の増加を抑制する上で有利となる。

ホース継手金具の半部断面図である。ホース継手金具の半部断面図である。バリが発生しているホース継手金具の半部断面図である。本実施の形態のホース継手金具の断面図である。（Ａ）は本実施の形態のニップルの断面図であり、（Ｂ）は比較対象のニップルの断面図である。パイプ（管）の角度θと損失係数εの関係を示すグラフである。実験例の説明である。バリの切削除去手順を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態の継手金具をホース継手金具に適用した例について図面を参照して説明する。
まず、図１を参照してホース継手金具について説明する。
ホース継手金具１０は、ホースの端部に連結され、ホース内を流れる流体を適宜機器に供給し、あるいは、適宜機器から排出させるものである。
図１に示すように、ホース継手金具１０は金属製であり、ニップル１２と、ソケット１４と、パイプ部１６と、ナット部１８と、を含んで構成されている。

ニップル１２（第１パイプ部）は、基部２０とカラー部２２と結合用溝２４とニップル側筒状部２６とが同軸上に並べられて構成されている。
基部２０は、パイプ部１６に接合される箇所であり筒状をなし、端部は接合面Ｊとして形成されている。
カラー部２２は、基部１６の端部近傍に設けられ、基部２０よりも大きい寸法の外径で形成されている。
結合用溝２４は、ソケット１４の軸方向の一端１４Ａが結合される箇所である。
結合用溝２４に隣接して鍔部２８が設けられている。
鍔部２８の両側の端面のうち一方の端面は結合用溝２４の側面で形成され、鍔部２８の他方の端面からニップル側筒状部２６が突出している。
ニップル側筒状部２６は、ホースの内周面に挿入される部分である。
ニップル側筒状部２６の外周面には、周方向に延在する複数の係止用凹凸部２６０２が軸方向に間隔をおいて形成されている。

ソケット１４は、その軸方向の一端１４Ａが結合用溝２４に加締められ、結合されて配設されている。
ソケット１４は、結合用溝２４に加締められた部分に連続しニップル側筒状部２６の半径方向外側の箇所で筒状に延在するソケット側筒状部３０を有している。
ソケット側筒状部３０の内周面には、周方向に延在する複数の係止用凸部３００２が軸方向に間隔をおいて形成されている。

ホースの端部が挿入される環状空間Ｓは、ニップル側筒状部２６の外周面とソケット側筒状部３０の内周面との間に形成されている。
環状空間Ｓは、それらニップル側筒状部２６とソケット側筒状部３０の軸方向の一端が開口部とされ、長手方向の他端はソケット１４の一端１４Ａが結合用溝２４に結合されることにより閉塞されている。
なお、ホース継手金具１０は多種のものが存在し、本発明は、ニップル１２の外周部にソケット１４の軸方向の一端１４Ａが結合され、ニップル１２の外周部とソケット１４の内周部との間にホース挿入用の環状空間Ｓがソケット１４の軸方向の他端に開放状に設けられるホース継手金具１０の全てに適用可能である。

ホース継手金具１０にホースを連結する場合は、環状空間Ｓにホースを挿入し、ソケット側筒状部３０の半径方向外側に配置された加締め装置の複数の加締め爪を縮径させ、ソケット側筒状部３０を加締めることで、ソケット側筒状部３０とホースの端部とニップル側筒状部２６とを結合する。

パイプ部１６（第２パイプ部）は、均一内径の筒状に形成されている。
パイプ部１６の端部の接合面Ｊと、ニップル１２（第１パイプ部）の接合面Ｊとは摩擦圧接で接合されている。
すなわち、パイプ部１６の一方の端部１６Ａは、ニップル１２の一方の端部１２Ａ、つまり基部２０の端部２０Ａに摩擦圧接により接合される。
パイプ部１６の他方の端部１６Ｂには、ナット部１８が回転可能にかつ抜落不能に設けられている。
ナット部１８は、パイプ部本体１０Ａを機器や他のパイプ部などに着脱可能に結合する口金の一例であって、ナットを有していない口金が接続されてもよい。

図４に示すように、本実施の形態のホース継手金具１０では、パイプ部１６の内径Ｄ２がニップル１２の内径Ｄ１より大きい寸法で形成されており、ニップル１２は、一方の端部１２Ａ側から大内径部１２０２、傾斜面部１２０４、本体内径部１２０６が同軸上に連続して形成されている。
大内径部１２０２は、ニップル１２の一方の端部１２Ａに設けられており、その内径はパイプ部１６の内径Ｄ２と等しい寸法で形成されている。
傾斜面部１２０４は、大内径部１２０２からニップル部１２の他方の端部１２Ｂに向かう箇所に設けられており、その内径は内径Ｄ２と等しい寸法から内径Ｄ１と等しい寸法になるよう次第に小さくりニップル１２の内径Ｄ１の内周面に接続されるように形成されている。
本体内径部１２０６は、傾斜面部１２０４からニップル部１２の他方の端部１２Ｂまでに設けられており、均一内径Ｄ１で形成されている。

ここで、本実施の形態のホース継手金具１０が、ニップル１２の内径は変更せずにパイプ部１６の内径を大きくし、ニップル１２にテーパー（傾斜面部１２０４）を形成した経緯を説明し、その後にテーパーの角度（傾斜面部１２０４の角度）について説明する。
図１に示すように、一般的には、ホース継手金具１０は、パイプ部１６の内径がニップル１２の内径と等しい寸法で形成されている。
ホース継手金具１０の内部に流体が流れる際の圧力損失は、内径を大きくするほど低下することが知られているが、ホースの内径はＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）規格に基づいて形成されるため、ニップル部１２の内外径寸法もホースの内径に合わせて制約を受けることになる。
従って、図２に示すように、ニップル１２のニップル側筒状部２６の内径は変更せずに、パイプ部１６の内径を大きくすることで圧力損失を低下させる。
なお、図２以降に示すホース継手金具１０は、ソケット１４を省略した図となっている。

図２に示すホース継手金具１０は、パイプ部１６の内径Ｄ２を、ニップル１２の内径Ｄ１より大きい寸法で形成している（Ｄ１＜Ｄ２）。
これにより、パイプ部１６を接合するニップル１２の一方の端部１２Ａの内径に段差Ｘが形成され、この段差Ｘによっても圧力損失が発生するが、パイプ部１６の内径Ｄ２を大きくしたことによる圧力損失の低下により、ホース継手金具１０全体としての圧力損失は低下することになる。
しかし、この段差Ｘにより異なる問題が生じる。

具体的には、ニップル１２とパイプ部１６とを摩擦圧接により接合する際、接合面Ｊの外周面および内周面にカール形状のバリＢ（図８（Ｂ）参照）が環状に形成されてしまうが、外周面のバリＢは他の部品に引っ掛かったり接触により怪我をする恐れがあり、内部のバリＢは、圧力損失を発生させるため、外周面および内周面のバリＢは切削除去する。
しかしながら、内部のカール形状のバリＢを切削除去している際に、バリＢが残ってしまうことがあり、図３に示すように、この残ったバリＢがニップル１２の内径に形成された段差Ｘの近傍まで移動して段差Ｘに隠れてしまうと、残ったバリＢを見逃してしまい除去できないことがある。
そこで、本実施の形態では、図４に示すように、ニップル１２の内径は変更せずにパイプ部１６の内径を大きくし、さらにニップル１２の内径の段差Ｘをなくすためにニップル１２にテーパーを形成している。
なお、ニップル１２の内部のバリは、ナット部１８側より距離が近いニップル１２側の開口部から検出するのが一般的である。

次に、テーパーの角度、すなわち傾斜面部１２０４の角度について説明する。
大内径部１２０２および傾斜面部１２０４に残ってしまったバリを検出する場合、ニップル１２側の開口部から大内径部１２０２および傾斜面部１２０４の内周面が視認できるように、傾斜面部１２０４の傾斜角を形成する。
すなわち、図５（Ａ）のＶ１に示すように、傾斜面部１２０４の内周面の延長線がニップル１２の他方の端部１２Ｂ側の開口部に達するように角度θを設定した場合は、その開口部から傾斜面部１２０４および大内径部１２０２が視認できることになり、ニップル１２の内部に形成されたバリを検出できる。
一方、図５（Ｂ）のＶ２に示すように、傾斜面部１２０４の内周面の延長線がニップル１２の開口部に達することなくニップル側筒状体２６の内周面にぶつかるように角度θを設定した場合は、その開口部から傾斜面部１２０４および大内径部１２０２が視認できないことになる。

従って、ニップル１２の他方の端部１２Ｂから傾斜面部１２０４までの距離である本体内径部１２０６の軸心方向の距離をＬとし、傾斜面部１２０４で形成される円錐面の直径上に位置する一対の傾斜面がなす角度をθとした場合、以下の式（１）を満たすように、傾斜面部１２０４の傾斜角を形成する。
ｔａｎ（θ／２）＜Ｄ１／Ｌ……（１）

さらに、本実施の形態のホース継手金具１０は、ニップル１２のニップル側筒状部２６の内径は変更せずに、パイプ部１６の内径を大きくすることで圧力損失を低下させるため、ニップル１２に傾斜部１２０４によるテーパーを形成した場合の圧力損失が、ニップル１２の内径に段差Ｘが形成された場合（図２）の圧力損失より増加しないように角度θの範囲を定める必要がある。

図６では、パイプ（管）の断面積を拡大していった場合の角度θと損失係数εの関係をグラフに示している。
内径Ｄ１のパイプを１．５倍の内径Ｄ２に拡大していった場合の角度θと損失係数εの関係をグラフＧ１で示し、内径Ｄ１のパイプを３倍の内径Ｄ２に拡大していった場合の角度θと損失係数εの関係をグラフＧ２で示している。
損失ヘッド（ｈ）は、以下の式（２）で表すことができる。
ｈ＝ε（ｑ１－ｑ２）^２／２ｇ……（２）
ε：損失係数
ｑ１：管径内径Ｄ１の平均流速
ｑ２：管径内径Ｄ２の平均流速
ｇ：重力加速度

図６において、角度θ＝０°は、パイプを拡大しない場合であり、図１に示すように均一内径の場合である。
また、角度θ＝１８０°は、パイプを半径方向外側に拡大した場合であり、図２に示すようにニップル１２の内径に段差Ｘが形成されている場合であって、グラフＧ１、Ｇ２において損失係数ε≒１となっていることがわかる。
従って、本発明者は、損失係数ε＜１となるような角度θを設定するための実験を行い、実験例を図７に示している。

図７の実験例では、ニップル１２の軸心方向の長さを７１．０ｍｍ、ニップル１２の本体内径部１２０６の軸心方向の長さ（距離Ｌ）を５２．０ｍｍ、ニップル１２の本体内径部１２０６の内径Ｄ１をφ１５．０ｍｍ、ニップル１２の大内径部１２０２およびパイプ部１６の内径Ｄ２をφ１９．４ｍｍとした。
角度θを４０°、３５°、３０°、２５°、２０°、１５°、１０°とした場合のそれぞれ実験例１～７では損失係数εが１未満となり、圧力損失がニップル１２の内径に段差Ｘが形成された場合（図２）の圧力損失より低下する。
一方、角度θを４５°、５０°とした場合の比較例１、２、すなわち角度θを４０°より大きくした場合では、損失係数εが１以上となり、圧力損失がニップル１２の内径に段差Ｘが形成された場合（図２）の圧力損失より増加してしまう。
以上より、角度θは、０°より大きく、４０°以下であればよい。
なお、角度θは３０°以上４０°以下であることが好ましいが、ニップル１２の軸方向の長さにより適宜調整する。

次に、図８を参照して、ニップル１２とパイプ部１６を摩擦圧接により接合したのちバリＢを切削除去するまでの手順について説明する。
まず、ニップル１２の一方の端部１２Ａと、パイプ部１６の一方の端部１６Ａとを摩擦圧接により接合すると（図８（Ａ））、接合面Ｊの外周面および内周面にカール形状のバリＢが環状に形成される（図８（Ｂ））。
外周面に形成されたバリＢをバリ取り工具４０により除去し、ドリル４２によるドリル加工により内周面に形成されたバリＢを除去し、摩擦を抑えたりホース継手金具１０を冷却するためにパイプ部１６からニップル１２に向けて内部に切削油を流す（図８（Ｃ））。
内周面に形成されたバリＢはドリル加工だけでは除去できないため、内径バリ取り工具４４を挿入してバリＢを除去し、内径の仕上げ処理を行う（図８（Ｄ））。
ドリル加工に加え、仕上げ処理を行っても内周面に形成されたバリは除去できない場合があり、小さくなった環状のバリが切削油によって傾斜面部１２０４に押し付けられてしまう（図８（Ｅ））。
本実施の形態のホース継手金具３０のニップルは、上述した式（１）を満たし、かつ０°より大きく４０°以下の角度θにより傾斜面部１２０４が形成されており、ニップル１２側の開口部から内周面を視認できるため、バリ取り用パイプ４６を挿入してパイプの内径に残ったバリを除去する（図８（Ｆ））。

このように、本実施の形態のホース継手金具１０は、パイプ部１６の内径Ｄ２をニップル１２の内径Ｄ１より大きい寸法で形成し、ニップル１２の一方の端部１２Ａの内径をパイプ部１６の内径Ｄ２と等しい大内径部１２０２で形成し、大内径部１２０２からニップル１２の他方の端部１２Ｂに向かう箇所を内径が次第に小さくなりニップル１２の内径Ｄ１の本体内径部１２０６の内周面に接続される傾斜面部１２０４で形成し、他方の端部１１２Ｂから傾斜面部１２０４までの距離をＬとし、傾斜面部１２０４で形成される円錐面の直径上に位置する一対の傾斜面がなす角度をθとした場合、ｔａｎ（θ／２）＜Ｄ１／Ｌを満たすものであるため、圧力損失の低下を図るとともに、内部に形成されたバリＢの検出性を確保してバリＢによる圧力損失の発生を抑制する上で有利となる。
また、ニップル１２の大内径部１２０２から傾斜面部１２０４を設けて内径Ｄ１の本体内径部１２０６の内周面に接続することで、バリ取り性が向上するとともに、内周面の洗浄度を向上させる上で有利となる。
また、角度θを０°より大きく、４０°以下で設定しているため、ホース継手金具１０の圧力損失をニップル１２に段差Ｘが形成された場合の圧力損失より低下させることができ、圧力損失の増加を抑制する上で有利となる。

１０ホース継手金具
１２ニップル
１４ソケット
１６パイプ部
１８ナット部
２０基部
２２カラー部
２４結合用溝
２６ニップル側筒状部
２８鍔部
３０ソケット側筒状部

Claims

ホースに接続されるニップルの一方の端部と、パイプ部の端部とが摩擦圧接されて構成され、
前記ニップルは、前記摩擦圧接される環状の接合面を有する筒状の基部と、前記基部よりも大きい寸法の外径で形成されたカラー部と、ソケットの端部が結合される結合用溝と、前記結合用溝を挟んで前記カラー部と対向する鍔部と、前記鍔部から突出され前記ホースの内部に挿入されるニップル側筒状部とが、それらの順に並べられて構成され、
前記カラー部の外径が前記ニップル側筒状部の外径よりも大きい寸法で形成されることで、前記カラー部の半径方向の厚さは前記ニップル側筒状部の半径方向の厚さより大きい寸法で形成され、
前記ソケットの端部が前記結合用溝に結合され、前記ニップル側筒状部と前記ソケットとの間の環状空間に前記ホースが挿入され、前記ソケットが径方向外側から径方向内側に加締められ前記ホースが連結される継手金具であって、
前記パイプ部の内径Ｄ２を前記ニップル側筒状部の内径Ｄ１より大きい寸法で形成し、
前記基部の内径を前記パイプ部の内径Ｄ２と等しい寸法で形成し、
前記カラー部の内周面を内径Ｄ２から内径が次第に小さくなり前記ニップル側筒状部の内径Ｄ１の内周面に接続される傾斜面部で形成し、
前記ニップルの他方の端部から前記傾斜面部までの距離をＬとし、前記傾斜面部で形成される円錐面の直径上に位置する一対の傾斜面がなす角度をθとした場合、
以下の式（１）を満たす、
ことを特徴とする継手金具。
ｔａｎ（θ／２）＜Ｄ１／Ｌ……（１）
前記角度θは、０°より大きく、４０°以下である、
ことを特徴とする請求項１に記載の継手金具。
前記パイプ部の前記摩擦圧接されている端部と反対側の端部に、前記パイプ部を機器に着脱可能に結合する口金が設けられている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の継手金具。