JP7360252B2 - 管継手及び結合方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば樹脂等からなる管継手及び結合方法に関するものである。

金属材料を使うことのできない薬液に用いられるチューブや、使用流体中に金属イオンを発生させてはならない装置等に用いられるチューブには、テフロン等の樹脂製のものが用いられ、かかる樹脂製チューブを接続する継手も樹脂製のものが用いられる。

このような樹脂製の管継手としては、特許文献１に示すように、継手本体に樹脂製チューブを差し込み、その継手本体にナット部材を締め付けることにより、管継手と樹脂製チューブとが連結されるように構成されたものがある。

しかしながら、樹脂等の比較的柔らかい材料からなる管継手は、材料特性として降伏点が低いことから、クリープ現象が起こりやすく、これに起因する応力緩和により、漏れが発生する恐れがある。このことから、樹脂等からなる管継手を使用する場合、気密性を維持するべく、定期的な増し締めが必要となる。

特開２０１２－１６３１３２号公報

これに対して、本発明は、管継手にセルフシール機能を発揮させることにより、定期的な増し締めをすることなく、恒久的な気密維持を実現できるようにすることをその主たる所期課題とするものである。

すなわち、本発明に係る管継手は、チューブの差し込み口が形成された継手本体と、前記チューブの差し込み方向に沿って前記継手本体に外嵌されるナット部材とを備え、前記差し込み口の自由端部が、前記ナット部材の締め付けによって絞り込まれていることを特徴とするものである。

このように構成された管継手によれば、差し込み口の自由端部が、ナット部材の締め付けによって絞り込まれているので、この自由端部とチューブとの間でセルフシール機能を発揮させることができる。具体的には、クリープ現象によりナット部材の応力緩和が生じてチューブが抜け方向に移動したとしても、チューブが自由端部に押し当てられ、自由端部がナット部材に押し当てられるので、チューブと自由端部との間の気密性は維持される。このように、チューブと自由端部との間でセルフシール機能を発揮させることで、定期的な増し締めをすることなく、恒久的な気密維持を実現することができる。
そのうえ、差し込み口の自由端部は、ナット部材とチューブとの間に介在するので、ナット部材を締め付ける際に、チューブが供回りしてしまうことを防ぐことができ、チューブの捩じれに起因するナット部材の緩みを抑制することができる。

前記チューブを流れる流体の圧力により、前記チューブが前記自由端部に押し当てられることが好ましい。
これならば、流体の圧力を利用した簡易な構成でセルフシール機能を発揮させることができる。

セルフシール機能をより確実に発揮させるためには、前記チューブの先端内部に設けられ、前記チューブを前記自由端部に押し当てるためのインサート部材をさらに備えることが好ましい。

インサート部材を用いた場合の具体的な実施態様としては、前記チューブの先端部に内径が拡がる拡径部が形成されており、前記インサート部材が、前記拡径部内に設けられている態様が挙げれる。

自由端部を無理なく絞り込むためには、前記ナット部材が、その内周面に前記差し込み方向に向かって徐々に拡径するテーパ面が形成されており、前記ナット部材の締め付けによって、前記自由端部が前記テーパ面に沿って絞り込まれていることが好ましい。

前記継手本体又は前記ナット部材の少なくとも一方が、樹脂製のものであれば、上述した作用効果がより顕著に発揮される。

また、本発明に係る結合方法は、差し込み口が形成された継手本体にチューブを差し込み、前記チューブの差し込み方向に沿って前記継手本体にナット部材を外嵌し、前記ナット部材を締め付けることによって前記差し込み口の自由端部を絞り込むことを特徴とする方法である。
このような結合方法であれば、上述した管継手と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、本発明に係る管継手は、チューブの差し込み口が形成された継手本体と、前記チューブの差し込み方向に沿って前記継手本体に外嵌されるナット部材とを備え、前記チューブ内を流れる流体の圧力により、前記チューブの外周面が、前記差し込み口を形成する前記継手本体の内周面に押し当てられて、前記外周面及び前記内周面の間の気密性が保たれるように構成されていることを特徴とするものである。
このような構成であれば、チューブの外周面と継手本体の内周面との間でセルフシール機能を発揮させることができ、定期的な増し締めをすることなく、恒久的な気密維持を実現することができる。

上述した本発明によれば、管継手にセルフシール機能を発揮させることができ、定期的な増し締めをすることなく、恒久的な気密維持を実現することができる。

本発明の一実施形態における管継手の分解断面図。 同実施形態における管継手の連結状態を示す断面図。 同実施形態における管継手の拡大断面図。 同実施形態における管継手の連結手順を説明するための断面図。 その他の実施形態における管継手の断面図。 その他の実施形態における管継手の断面図。 その他の実施形態における管継手の断面図。 その他の実施形態における管継手の断面図。 その他の実施形態における管継手の断面図。 その他の実施形態における管継手の断面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態の管継手１００は、金属材料を使うことのできない薬液や、使用流体中に金属イオンを発生させてはならない装置等に用いられる例えば樹脂製のチューブＴが連結されるものであり、図１に示すように、チューブＴの差し込み口１０ａが形成された継手本体１０と、継手本体１０に螺合するナット部材２０とを備えている。

まず、継手本体１０について説明する。
継手本体１０は、チューブＴと同様、例えば樹脂製のものであり、図１及び図２に示すように、少なくとも管軸方向一方側からチューブＴが差し込まれて連結されるものである。なお、以下の説明では、チューブＴが差し込まれる方向を差し込み方向といい、その反対方向を抜け方向という。

ここでの継手本体１０は、例えばチューブＴの内径と同じ径寸法の直線状の内部流路Ｌが形成されたものであり、管軸方向一方側からチューブＴが差し込まれるとともに、管軸方向他方側は、流体機器等のポートや別のチューブＴに連結される。
なお、継手本体１０としては、直線状の内部流路Ｌが形成されており、管軸方向一方側及び他方側の両方向からチューブＴが差し込まれるものや、Ｔ字状やＬ字状の内部流路Ｌが形成されており、例えば管軸方向と直交する方向からチューブＴが差し込まれるものなど、種々のタイプのものを用いることができる。また、内部流路Ｌの径寸法も上述したものに限らず、適宜変更して構わない。

この継手本体１０に形成された差し込み口１０ａは、図１に示すように、内部流路Ｌよりも径寸法が大きく、継手本体１０の内周面には段部１１が形成されている。なお、この段部１１には、後述するインサート部材３０が設けられる。

差し込み口１０ａの自由端部１２は、当該自由端部１２よりも差し込み方向側に比べて外径が小さい薄肉状のものであり、継手本体１０にナット部材２０が締め付けられていない状態においては、例えば薄肉円筒状をなす。なお、この自由端部１２の形状は、薄肉円筒状に限らず、例えば薄肉の切頭円錐形状などであっても良い。

次に、ナット部材２０について説明する。
ナット部材２０は、図１及び図２に示すように、差し込み方向に沿って継手本体１０に外嵌されるものであり、継手本体１０の外周面に設けられた雄ネジ部１３に螺合する雌ネジ部２１と、チューブＴが貫通する貫通孔２０ａとが形成されている。

このナット部材２０は、クリープ現象を起こし得る材料からなるものであり、具体的には、継手本体１０に対する締付応力の緩和を起こし得る樹脂製のものである。

ナット部材２０の抜け方向側の端部は、その内周面が差し込み方向に向かって徐々に拡径するテーパ面２２として形成されている。

然して、本実施形態の管継手１００は、図３に示すように、ナット部材２０を継手本体１０に締め付けることにより、差し込み口１０ａの自由端部１２が絞り込まれるように構成されている。

より具体的に説明すると、ナット部材２０を継手本体１０に螺合させて締め付けることにより、図３の上段に示すように、ナット部材２０のテーパ面２２が、差し込み口１０ａの自由端部１２に押し当てられ、さらにナット部材２０を締め付けることにより、図３の下段に示すように、自由端部１２が縮径するように絞り込まれて、円筒形状から切頭円錐形状に変形する。

ここで、本実施形態のチューブＴは、図１～図３に示すように、先端部（差し込み方向の端部）に、内径が拡がる拡径部Ｔ１が形成されている。なお、この拡径部Ｔ１は、チューブＴの製造時に形成されている必要はなく、チューブＴを継手本体１０に差し込む前に形成されていれば良い。そして、上述したように縮径した自由端部１２は、図３の下段に示すように、チューブＴの拡径部Ｔ１の外周面Ｔ２と、ナット部材２０のテーパ面２２との間に介在する。

さらに、チューブＴの拡径部Ｔ１内には、図１～３に示すように、チューブＴを自由端部１２に押し当てるためのインサート部材３０が設けられている。

このインサート部材３０は、継手本体１０の内周面に形成された段部１１に配置されており、差し込み方向への移動が規制されるとともに、抜け方向への移動は許容されたものである。

具体的にこのインサート部材３０は、例えば筒状をなし、差し込み方向側が段部１１にガタ無く配置されるとともに、抜け方向側は差し込み方向側よりも外径が小さく形成されている。これにより、図４（ａ）に示すように、インサート部材３０の抜け方向側の外周面と、継手本体１０の内周面との間には、環状空間３０ａが形成され、この環状空間３０ａにチューブＴの拡径部Ｔ１が嵌め込まれる。

本実施形態では、インサート部材３０として、チューブＴ、継手本体１０、ナット部材２０と同様、樹脂製のものを用いている。

続いて、本実施形態の管継手１００にチューブＴを連結させる手順の一例について、図４を参照しながら説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、継手本体１０にインサート部材３０を挿入する。

次いで、図４（ｂ）に示すように、継手本体１０の差し込み口１０ａにチューブＴを差し込んで、チューブＴの先端部に形成された拡径部Ｔ１を、インサート部材３０の外周面と継手本体１０の内周面との間に形成された環状空間３０ａに嵌め込む。

そして、図４（ｃ）に示すように、ナット部材２０を継手本体１０に螺合させながら締め付けることにより、上述したように、ナット部材２０の内周面に形成されたテーパ面２２によって、差し込み口１０ａの自由端部１２が、縮径するように絞り込まれ、チューブＴの拡径部Ｔ１の外周面Ｔ２と自由端部１２の内周面との間で以下に述べるセルフシール機能が発揮される。

このセルフシール機能は、ナット部材２０を増し締めすることなく、継手本体１０とチューブＴとの気密性を担保する機能であり、チューブＴ内を流れる流体の圧力を利用した以下の原理（現象）により実現される。

ナット部材２０のクリープ現象により、継手本体１０に対する締付応力が緩和して、ナット部材２０の緩みが発生すると、ナット部材２０は抜け方向に僅かに移動する。そうすると、内部流路Ｌを流れる流体が、インサート部材３０と段部１１との隙間（図３の下段において矢印で示す箇所に形成される）に入り込み、その流体の圧力によってインサート部材３０が抜け方向に押し込まれる。

このインサート部材３０により、チューブＴの拡径部Ｔ１が自由端部１２の内周面に押し当てられ、一方で、自由端部１２の外周面はナット部材２０のテーパ面２２により抜け方向への移動が規制されているので、結果として、チューブＴの拡径部Ｔ１の外周面Ｔ２と自由端部１２の内周面との気密性が維持される。

このように、本実施形態の管継手１００であれば、差し込み口１０ａの自由端部１２が、ナット部材２０の締め付けによって絞り込まれているので、この自由端部１２の内周面とチューブＴの外周面Ｔ２との間でセルフシール機能を発揮させることができる。これにより、ナット部材２０を定期的な増し締めをすることなく、恒久的な気密維持を実現することができる。

そのうえ、自由端部１２が、ナット部材２０とチューブＴとの間に介在するので、ナット部材２０を締め付ける際に、チューブＴが供回りしてしまうことを防ぐことができ、チューブＴを組み立て時の損傷等から守ることができる。

さらに、チューブＴの拡径部Ｔ１内に、差し込み方向には移動が規制されるとともに、抜け方向には移動が許容されたインサート部材３０を設けてあるので、ナット部材２０の緩みが発生すると、このインサート部材３０が抜け方向に移動して、チューブＴの拡径部Ｔ１を自由端部１２に確実に押し当てることができ、より確実にセルフシール機能を発揮させることができる。

しかも、インサート部材３０が流体の圧力により抜け方向に移動しようとするので、流体の圧力を利用した簡易な構成でセルフシール機能を発揮させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、図５に示すように、チューブＴの拡径部Ｔ１が前記実施形態よりも抜け方向側に形成されている場合、インサート部材３０を、段部１１に配置することなく、拡径部Ｔ１内に設けてもよい。

また、チューブＴの拡径部Ｔ１は、図６に示すように、外側に折りたたまれていても良い。
この場合のインサート部材３０としては、折りたたまれた拡径部Ｔ１に包み込まれるように配置されていても良く、この場合は例えば環状のものとすることができる。

さらに、管継手１００は、必ずしもインサート部材３０を備えていなくても良い。
具体的には、例えば図７、８に示すように、継手本体１０に、チューブＴの拡径部Ｔ１が差し込まれる環状空間１０ｂが形成されていれば、この環状空間１０ｂに拡径部Ｔ１を差し込んで、ナット部材２０を締め付けるようにしても良い。

また、図９、１０に示すように、拡径部Ｔ１を外側又は内側に折りたたんだ状態で、その拡径部Ｔ１を継手本体１０に形成された環状空間１０ｂに差し込むようにしても良い。

加えて、前記実施形態の継手本体１０は、自由端部１２とそれ以外の部分とが一体成型されたものであったが、例えば自由端部１２をそれ以外の部分とは別部材として、その別部材に溶着したり、締結部材を介して締結することにより、継手本体１０の一部として設けても良い。

さらに、自由端部１２の内周面は、必ずしも平面である必要はなく、例えば内周側に凸の曲面や外周側に凸の曲面であっても良い。

前記実施形態では、継手本体１０及びナット部材２０の両方が樹脂製である場合について説明したが、継手本体１０又はナット部材２０の少なくとも一方が樹脂であれば良い。このような構成であっても、樹脂製の部材にクリープ現象が生じるので、前記実施形態で述べたセルフシール機能を発揮させることにより、定期的な増し締めをすることなく、恒久的な気密維持を実現することができる。

そのうえ、継手本体１０、ナット部材２０、及びインサート部材３０は、必ずしも全体が樹脂からなる必要はなく、少なくとも流体が接触する部分を樹脂にしておけば良い。このような実施態様としては、例えば剛性を上げるべく、継手本体１０やナット部材２０やインサート部材３０の内部に例えば金属やセラミックスなどを設ける態様を挙げることができる。

また、前記実施形態で述べた、管継手１００とチューブＴとの連結手順は、あくまでも一例であり、例えばナット部材２０を継手本体１０に螺合させる前に、自由端部１２を予め縮径させておいても良い。

１００・・・管継手
Ｔ ・・・チューブ
Ｔ１ ・・・拡径部
Ｔ２ ・・・外周面
１０ ・・・継手本体
１０ａ・・・差し込み口
Ｌ ・・・内部流路
１１ ・・・段部
１２ ・・・自由端部
１３ ・・・雄ネジ部
２０ ・・・ナット部材
２１ ・・・雌ネジ部
２０ａ・・・貫通孔
２２ ・・・テーパ面
３０ ・・・インサート部材
３０ａ・・・環状空間

Claims (7)

1. チューブの差し込み口が形成された継手本体と、
   前記チューブの差し込み方向に沿って前記継手本体に外嵌されるナット部材と、
   前記チューブには、前記差し込み方向に向かって拡径する拡径部が設けられており、前記ナット部材の内周面には、前記差し込み方向に向かって拡径するテーパ面が設けられており、
   前記チューブが前記差し込み口に差し込まれて、前記ナット部材が前記継手本体に螺合した状態において、前記差し込み口の自由端部が、先端に向かって縮径するとともに、前記拡径部の外周面と前記テーパ面との間に介在してこれらの面に接触しており、
   前記チューブの先端内部にその一部または全部が設けられ、前記チューブを前記自由端部に押し当てるためのインサート部材をさらに備え、
   前記インサート部材が、前記ナット部材にゆるみが発生した状態で、前記差し込み方向と反対方向である抜け方向への移動が許容されるよう構成されていることを特徴とする管継手。
2. 前記チューブを流れる流体の圧力により、前記チューブの前記拡径部が前記自由端部に押し当てられる請求項１記載の管継手。
3. 前記インサート部材が、前記拡径部内に設けられている請求項１記載の管継手。
4. 前記ナット部材の締め付けによって、前記自由端部が前記テーパ面に沿って絞り込まれていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の管継手。
5. 前記継手本体又は前記ナット部材の少なくとも一方が、樹脂製のものであることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の管継手。
6. 請求項１に記載の管継手を用いた結合方法であって、
   差し込み口が形成された前記継手本体にチューブを差し込んで、該チューブの先端部に形成された拡径部を、前記インサート部材の外周面と前記継手本体の内周面との間に形成された環状空間に嵌め込み、
   前記チューブの差し込み方向に沿って前記継手本体にナット部材を外嵌し、
   前記ナット部材を締め付けることによって前記差し込み口の自由端部を絞り込むことを特徴とする結合方法。
7. チューブの差し込み口が形成された継手本体と、
   前記チューブの先端内部にその一部または全部が設けられたインサート部材と、
   前記チューブの差し込み方向に沿って前記継手本体に外嵌されるナット部材とを備え、
   前記インサート部材が、前記ナット部材にゆるみが発生した状態で、前記差し込み方向と反対方向である抜け方向への移動が許容されるよう構成されており、
   前記ナット部材のゆるみが発生すると、前記チューブ内を流れる流体の圧力により、前記インサート部材が、前記抜け方向に押し込まれ、前記チューブの外周面が、前記差し込み口を形成する前記継手本体の内周面に押し当てられて、前記外周面及び前記内周面の間の気密性が保たれるように構成されていることを特徴とする管継手。