ヘッダ配管構造および配管接続方法
【課題】本発明は、ヘッダと枝管との接続部が破損しないヘッダ配管構造および配管接続方法を提供する。
【解決手段】流体が流れる主配管から分岐する複数の枝管２０を繋ぎ合わせるヘッダ構造であって、直線形状のヘッダ本体１１と、枝管２０を嵌め込んで接続する枝管接続口部１２とで構成されるヘッダ１０と、枝管接続口部１２に嵌め込んで接続される枝管２０で構成される。枝管接続口部１２と先端嵌合部管２１との嵌め代４１の一部を溶融し、溶融された先端嵌合部２１を枝管接続口部１２に嵌め込んで溶着する。
【解決手段】流体が流れる主配管から分岐する複数の枝管２０を繋ぎ合わせるヘッダ構造であって、直線形状のヘッダ本体１１と、枝管２０を嵌め込んで接続する枝管接続口部１２とで構成されるヘッダ１０と、枝管接続口部１２に嵌め込んで接続される枝管２０で構成される。枝管接続口部１２と先端嵌合部管２１との嵌め代４１の一部を溶融し、溶融された先端嵌合部２１を枝管接続口部１２に嵌め込んで溶着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッダの配管構造およびそのヘッダに枝管を接続する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体供給用の配管設備において、複数の枝管接続口部を有するヘッダから枝管を通して給水口や給湯口等に流体を供給する配管ユニットが用いられている。この配管ユニットは、一般に予め工場等でヘッダに枝管を接続させてから出荷される。
【０００３】
図７は従来の枝管接続部と枝管とが溶着した際の断面図を示している。図７に示すヘッダ１０と枝管２０との接続は、ヘッダ１０の枝管接続口部１２に枝管２０を嵌め込み、枝管接続口部１２と枝管２０の先端嵌合部２１とが重なり合う嵌め代４１のほぼ全長にわたり溶着し、さらに枝管接続口部１２の開口１３周辺を溶着させて接続強度を上げるようにしていた。
【０００４】
しかし、作業現場で配管ユニットを設置する際、配管ユニット全体、またはヘッダや枝管のみを持ち上げて設置するため、枝管の自重によりヘッダと枝管との接続部に負荷が掛かり、溶着した部分を基点にして枝管が破損する。特に、温度が低くなると、熱溶着領域が収縮して溶着した部分を基点にして枝管が破損する傾向が強かった。
【０００５】
なお、特許文献１には、ヘッダ本体の回転溶着用受口に架橋ポリエチレンからなる回転溶着用受口を設け、架橋ポリエチレンからなる枝管を架橋ポリエチレンからなる円筒状体を介して挿入し、該円筒状体の外面と前記回転溶着用受口の内面間、および、該円筒状体の内面と前記枝管の外面間を回転摩擦溶着させる方法が開示されている。
【０００６】
この特許文献１では、ヘッダに架橋ポリエチレンからなる円筒状体を介して枝管を挿入し、それら部材を回転させて回転摩擦溶着させている。そのため、ヘッダと枝管との接続部が強固に固定されるので、負荷や低温等によりヘッダと枝管との接続部の破損を防ぐことができる。
【特許文献１】特開２００３−１７６８９７号公報（段落００１１〜段落００１２、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、ヘッダに枝管を接続する際、円筒状体の部材を用いているため、部品点数が多くなりコスト高となる。また、回転摩擦により溶着させるために、各部材を加工する必要があり、生産効率も悪くなるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、少ない部材と作業行程で接続部の破損を防止できるヘッダ配管構造および配管接続方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、第１配管の接続口部に第２配管を嵌め込んで接続する配管接続方法であって、前記第１配管と第２配管の管方向で重なり合う嵌め代のうち、前記第２配管の先端側、および、前記記第１配管の接続口部の奥側のみを溶融して、これらを溶着するようにしている。
【００１０】
ここで、嵌め代とは、第２配管を第１配管に嵌め込んで接続した際に、第１配管と第２配管とが重なり合う部分である。
【００１１】
この嵌め代のうち、溶融する部分は、第２配管の先端側外周面と、これに対応する第１配管の接続口部の奥側内周面とである。この熱溶着領域で第１配管と第２配管との接続強度を担保する。
【００１２】
また、嵌め代のうち、溶融しない部分、すなわち、非溶着領域は、第１配管の接続口部の開口側内周面と、これに対応する第２配管の外周面である。この非溶着領域により、第２配管は、その配管方向と直交する方向から負荷が掛かった場合でも熱溶着領域を基点として可動することができる。これにより、第２配管の配管方向に直交する方向の負荷に対し、第１配管の接続口の口縁と第２配管との接触部位が負荷の一部を負担し、熱溶着領域に掛かる負荷を軽減することができる。したがって、熱溶着領域が破損することを防止することができる。
【００１３】
なお、非溶着領域である第１配管の接続口部の開口側内周面と第２配管との間にわずかな隙間を形成しても良い。この場合、少なくとも第２配管の外径が、第１配管の接続口部の内径よりも小さく形成する。すなわち、非溶着領域において、第１配管の接続口部と第２配管との間に隙間を形成することができる。この隙間によって、第２配管は、その配管方向と直交する方向から負荷が掛かった場合でも熱溶着領域を基点として可動することができる。これにより、第２配管の配管方向に直交する方向の負荷に対し、第１配管の接続口の口縁と第２配管との接触部位が負荷の一部を負担し、熱溶着領域に掛かる負荷を軽減することができる。したがって、熱溶着領域が破損することを防止することができる。
【００１４】
このような、接続方法および接続構造は、ヘッダに対する枝管の接続にも応用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、第１配管と第２配管の嵌め代の一部のみを溶着しているので、第２配管の可動域が増し、熱溶着領域を基点として第２配管の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るヘッダの全体斜視図、図２は枝管接続口部と先端嵌合部の分解断面図、図３は枝管接続口部と先端嵌合部とが溶着した断面図、図４は本発明の他の実施例を示す枝管接続口部の断面図である。
【００１７】
配管ユニットは、図１に示すように、給水や給湯等の流体が流れる主配管から台所や洗面台、浴室、トイレ等に分岐する複数の枝管を繋ぎ合わせるもので、枝管接続口部１２を複数設けたヘッダ１０と、枝管接続口部１２に嵌合して接続される枝管２０とで構成される。
【００１８】
枝管２０は、図２、図３に示すように、枝管接続口部１２と嵌合する先端嵌合部２１と、枝管接続口部１２と嵌合されず外部に露出する管本体部２５とで構成される。枝管２０は、例えば、熱可塑性樹脂で形成されるものであるが、ヘッダ１０と同一材料で形成されていることが好ましい。
【００１９】
ヘッダ１０は、直管状のヘッダ本体１１と、該ヘッダ本体１１の管方向に直交する方向に突出する複数の枝管接続口部１２とで構成されている。このヘッダ本体１１と枝管接続口部１２は、ポリブデンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂によって一体的に成形されている。
【００２０】
枝管接続口部１２は、ヘッダ本体１１の管方向に等間隔に配列される。各枝管接続口部１２は、開口１３側から奥に向かって、嵌め代４１と管止部１４とが配される。
嵌め代４１は、枝管２０を枝管接続口部１２に嵌め込んで接続した際に、枝管２０の先端嵌合部２１と枝管接続口部１２とが重なり合う部分である。このとき、嵌め代４１において、枝管接続口部１２の奥側内周面と先端嵌合部２１の先端側外周面とを溶融して溶着する部分を熱溶着領域１５，２２とし、残りの溶着しない部分を非溶着領域１６，２３とする。
【００２１】
熱溶着領域１５は、先端嵌合部２１の先端側外周面に配された熱溶着領域２２と溶着する領域である。枝管接続口部１２の内径は、枝管２０の外径と同等、もしくは、若干小さく形成される。これにより、熱溶着領域１５の内周面および先端嵌合部２１の熱溶着領域２２の外周面を溶融した際、枝管接続口部１２の熱溶着領域１５の内径と先端嵌合部２１の熱溶着領域２２の外形とで重なった厚みが溶融され、互いに密着することができる。非溶着領域１６は、嵌め代４１において、熱溶着領域１５以外の枝管接続口部１２の内周面、すなわち、先端嵌合部２１と溶着しない領域である。
【００２２】
なお、図４に示すように、枝管２０の外形を枝管接続口部１２の内径よりも小さくして、枝管接続口部１２および先端嵌合部２１の非溶着領域１６，２３に隙間４２を形成しても良い。但し、枝管２０の外径は、熱溶着領域２２において、熱溶着により枝管接続口部１２に溶着できる程度の径である。
【００２３】
管止部１４は、枝管接続口部１２に枝管２０が嵌め込まれた際、管方向の嵌め込み過ぎを防止するストッパである。その機能を発揮するために、管止部１４の内径は、枝管２０の外径より小さく形成される。これにより、管止部１４は、枝管接続口部１２の内周面と先端嵌合部２１の外周面との隙間から、ヘッダ本体１１内を通る流体が漏れないようにすることができる。また、管止部１４の内径は、少なくとも接続する枝管２０の内径よりも大きく形成される。これにより、管止部１４は、枝管２０の内部を通る液体の流れを止めることがない。
【００２４】
また、枝管２０の先端嵌合部２１には、ヒータ等で溶融する際に熱変形しないように保形スリーブ５０が内嵌されている。この保形スリーブ５０は、管本体５１と、その管本体５１の片側端部にフランジ５２を設けたものであって、枝管２０の先端嵌合部２１の長さより若干長く形成される。保形スリーブ５０の管本体５１の外径は、枝管２０の内径より小さく形成されているため、先端嵌合部２１に内嵌することができる。フランジ５２は、枝管２０の内径より大きく、かつ、枝管２０の外形より小さく形成される。そのため、フランジ５２によって、枝管２０を枝管接続口部１２に挿入する際に妨げにならない。
【００２５】
また、保形スリーブ５０のフランジ５２側の管本体５１表面には、複数の凸状の突起５３が円周方向に統一幅で配列され形成される。この突起５３の頂点は、枝管２０の内径よりも若干大きく形成される。そのため、保形スリーブ５０を先端嵌合部２１に挿入した際、突起５３が先端嵌合部２１に無理嵌めされ、保形スリーブ５０が固定される。これにより、枝管２０の熱溶着領域２２の溶融や枝管接続口部１２への嵌め込み等の作業時に、保形スリーブ５０がはずれることが防止できる。
【００２６】
また、保形スリーブ５０は、枝管２０より溶融温度が高い、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂等で形成される。これにより、先端嵌合部２１の熱溶融部２２を溶融しても、保形スリーブ５０によって形状が維持される。なお、保形スリーブ５０の材質は、ポリフェニレンエーテル樹脂を使用しているが、特にこの限りではない。例えば、アルミやステンレス、鉄等のように溶融温度が枝管２０の材質より高いものであれば良い。
次に、枝管接続口部１２において、非溶着領域１６、熱溶着領域１５、管止部１４が夫々形成される位置は、表１に示すように、ヘッダ１０および枝管２０のサイズによって決定される。
【００２７】
【表１】
例えば、枝管２０のサイズが１３Ａ（管外径：１７ｍｍ）の場合、非溶着領域１６の位置は開口１３からヘッダ本体１１の方向に８ｍｍとされ、熱溶着領域１５の位置は非溶着領域１６の奥側からヘッダ本体１１の方向に７ｍｍとされる。すなわち、枝管接続口部１２と先端嵌合部２１との嵌め代４１の長さは接続口１２から１５ｍｍとされる。なお、非溶着領域１６の長さは、ヘッダ１０および枝管２０のサイズに関係なく、枝管接続口部１２の開口１３からヘッダ本体１１の方向に８ｍｍの長さに統一される。
【００２８】
管止部１４の位置は、枝管接続口部１２の開口１３から１８ｍｍの位置、すなわち、嵌め代４１の奥側からヘッダ本体１１側に３ｍｍ奥に形成される。この３ｍｍの幅は、枝管接続口部１２および先端嵌合部２１の熱溶着領域１５，２２を溶着する際、枝管２０を挿入することで、溶融された表面が互いにこすれあって奥に押しやられる溶融残留分を貯めるスペースとなる。この溶融残留分を貯めるスペースがあることで、想定した枝間接続部１２と枝間２０との溶着面積を確保することができる。
【００２９】
ヘッダ１０と枝管２０は、枝管２０を枝管接続口部１２から嵌め込んで接続される。このとき、あらかじめ枝管接続口部１２および枝管２０の嵌め代４１の一部を溶融して嵌め込むことで、枝管接続口部１２の内周面と枝管２０の外周面とが溶着される。
【００３０】
枝管接続口部１２および先端嵌合部２１を溶融し溶着する長さは、例えば、表１に示すように、枝管２０のサイズが１３Ａ（管外径：１７ｍｍ）の場合は、嵌め代４１を１５ｍｍとし、熱溶着領域１５，２２の長さを７ｍｍとする。なお、枝管接続口部１２の非溶着領域１６は、開口１３から奥側に向かって８ｍｍの範囲の内周面、熱溶着領域１５は、さらに奥に向かって７ｍｍの範囲の内周面である。先端嵌合部２１の熱溶着領域２２は、開口２４から７ｍｍの範囲の外周面に形成される。
【００３１】
上記のように構成されたヘッダ構造の組立て手順を、図５、図６に基づいて説明する。図５はヘッダ用溶融ヒータを示し、同図（ａ）はヘッダ用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６は枝管用溶融ヒータを示し、同図（ａ）は枝管用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００３２】
先ず、枝管接続口部１２の熱溶着領域１５の内周面および先端嵌合部２１の熱溶着領域２２の外周面を溶融する。このとき、枝管接続口部１２および先端嵌合部２１の熱溶着領域１５，２２の溶融は、図５、図６に示すように、電熱ヒータ３１，３２を用いて溶融する。
【００３３】
枝管接続口部１２の場合は、図５に示すような、電熱ヒータ３１を枝管接続口部１２に挿入し、管止部１４まで挿入したら、近傍の内周面を溶融する。このとき、電熱ヒータ３１は、枝管接続口部１２に内嵌する部分の先端側にある電熱部３３で溶融する。
【００３４】
先端嵌合部２１の場合は、図６に示すような、先端嵌合部２１を電熱ヒータ３２に挿入し、先端が電熱ヒータ３２の奥まで挿入したら、近傍の外周面を溶融する。このとき、電熱ヒータ３２は、先端嵌合部２１に外嵌する部分の奥側、すなわち、枝管嵌合部２１の開口２４側と対向する位置にある電熱部３４によって溶融する。
【００３５】
溶融された先端嵌合部２１を枝管接続口部１２の開口１３から嵌め込む。このとき、枝管接続口部１２に形成された管止部１４に当るまで嵌め込む。これにより、枝管接続口部１２の熱溶融領域１５と先端嵌合部２１の熱溶融領域２２とが溶着することができる。
【００３６】
枝管接続口部１２と先端嵌合部２１との溶着は、先端嵌合部２１の開口２４側、および、枝管接続口部１２の奥側となる。また、枝管接続口部１２の開口１３側、および、先端嵌合部２１の熱溶着領域２２以外の外周面は溶融しない。これにより、枝管接続口部１２の開口１３側内周面と先端嵌合部２１の熱溶着領域２２以外の外周面とは、溶着しない非溶着領域１６，２３が形成される。
【００３７】
この非溶着領域１６，２３は、熱溶着領域１５，２２を基点にして枝管２０を自由に可動させることができる。そのため、枝管２０の配管方向に直交する方向の負荷に対し、枝管接続口部１２の開口１３の口縁と枝管２０との接触部位が負荷の一部を負担し、熱溶着領域１５，２２に掛かる負荷を軽減することができ、熱溶着領域１５，２２が破損することを防止することができる。
【００３８】
［実施例］
次に、本発明の配管接続方法の効果試験結果を表２に示す。効果試験は、ヘッダ１０の枝管接続口部１２に枝管２０を嵌め込んで接続し、ヘッダ１０を固定した状態で枝管２０を熱溶着領域２２から１２５ｍｍの管本体部２５を垂直方向に毎分５０ｍｍの速さで持ち上げ、その最大荷重と座屈または破断時の変位を測定した。
【００３９】
測定試料は、１０Ａ（管外径：１３ｍｍ），１３Ａ（管外径：１７ｍｍ），１６Ａ（管外径：２２ｍｍ）の３サイズについて、図７に示す従来例と、枝管２０と枝管接続口部１２との間に隙間のない本発明の実施品（実施例１）とを対比し、室内温度が常温（２３℃）で測定した。
【００４０】
効果試験は、各サイズで夫々３回ずつ行い、その平均値を表に記載した。また、備考欄に記載の「熱溶着際破断」とは、先端嵌合部２１の熱溶着領域２２と、非溶着領域２３との境目が破断したことを示し、「奥部破断：３／５」および「破断せず：２／５」とは、熱溶着領域２３を管方向に５等分し、先端嵌合部２１の開口側から順に１／５、２／５、３／５、４／５、５／５とし、枝管２０が破断した箇所を示している。
【００４１】
【表２】
この試験結果によると、室内温度が常温の場合は、従来例も実施例１もさほど差異はない。
【００４２】
次に、低温（０℃）時の溶着強度試験結果を表３に示す。常温（２３℃）時の測定試料（従来例、実施例１）に、さらに、枝管接続口部１２の内周面と先端嵌合部２１の外周面との間に隙間４１を形成した試料（実施例２、実施例３）を追加して実験を行った。
【００４３】
実施例２は、枝管接続口部１２の内径を１８ｍｍ（隙間４２が０．５ｍｍ）、実施例３は、枝管接続口部１２の内径を１７．６ｍｍ（隙間４２が０．３ｍｍ）とした。また、効果試験は、各試料とも夫々３回ずつ行い、その平均値を記載した。
【００４４】
【表３】
表３に示すように、いずれの実施例においても、従来例よりも溶着強度が大幅に増加した。さらに、第１実施例にいたっては、枝管２０が座屈するまで熱溶着領域１５，２２が破断することはなかった。
【００４５】
最大荷重においては、実施例１が一番高い値を示しており、次に、実施例３、実施例２の順となる。また、変位においては、実施例３の場合が一番高い値を示しており、次に、実施例１、実施例２の順となる。これは、非溶着領域１６，２３に隙間４１が形成されることで、枝管２０が荷重方向に稼動できる範囲が広くなるためである。
【００４６】
以上により、実施例１は、非融着領域１６，２３によって枝管２０が可動可能となるので、枝管自体が伸縮することができ、熱溶着領域１５，２２への負荷を低減することができる。すなわち、ヘッダ１０および枝管２０のサイズにより効果に差はあるが、従来例より本発明の実施例の方が破断荷重、変位共に効果があり、特に低温持においてはその効果は大きい。
【００４７】
また、実施例２、実施例３は、実施例１と同様に、非溶着領域１６，２３の隙間４２によって枝管２０の可動範囲が広くなり、枝管自体が伸縮することができ、熱溶着領域１５，２２への負荷を低減することができる。したがって、従来例より本発明の実施例の方が破断荷重、変位共に効果が大きくなる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正、変更を加えることができる。本実施例のヘッダおよび枝管は、ポリブデンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂を使用しているが、特にこの限りではなく、アルミやステンレス、鉄等の材料を用いてもよい。
【００４９】
また、枝管接続部の形状は、側方断面から見て直管状に形成されているが、例えば、側方断面から見て接続口から挿入部までをテーパ状にし、熱溶着領域から奥側を階段状にしても良い。また、枝管接続部の全体、すなわち、接続口から管本体までの間をテーパ状にしても良い。また、枝管接続部の接続口の内側端部は、本実施例において特に加工をしていないが、枝管を挿入し易い形状、または、傷付けない形状にしても良い。例えば、面取り加工や、端面形状を丸くする加工等しても良い。これによって、枝管は、枝管接続部に嵌め込むのをスムーズに行うことができる。また、設置時における取り扱いや枝管の自重等で枝管が撓んで端部に接触し、枝管自身が破損することを防止することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ヘッダ配管と枝管との接続方法としたが、接続するものはこの限りでなく、エルボ継手やＹ字型継手と配管との接続に用いてもよい。さらに、本実施例では、ヘッダおよび枝管の形状を円筒としているが、特にこの限りではなく、四角や六角等の多角形形状、楕円や長丸等の円形形状等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るヘッダの全体斜視図
【図２】枝管接続口部と先端嵌合部の分解断面図
【図３】枝管接続口部と先端嵌合部とが溶着した断面図
【図４】本発明の他の実施例を示す枝管接続口部の断面図
【図５】（ａ）はヘッダ用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図６】（ａ）は枝管用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図７】従来の枝管接続部と枝管とが溶着した際の断面図
【符号の説明】
【００５２】
１０ ヘッダ
１１ ヘッダ本体
１２ 枝管接続口部
１３ 開口
１４ 管止部
１５ 熱溶着領域
１６ 非溶着領域
２０ 枝管
２１ 先端嵌合部
２２ 熱溶着領域
２３ 比熱溶融領域
２４ 開口
２５ 管本体部
３１ 枝管接続部用電熱ヒータ
３２ 枝管用電熱ヒータ
３３ 電熱部
３４ 電熱部
４１ 嵌め代
４２ 隙間
５０ 保形スリーブ
５１ 管本体
５２ フランジ
５３ 突起
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッダの配管構造およびそのヘッダに枝管を接続する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体供給用の配管設備において、複数の枝管接続口部を有するヘッダから枝管を通して給水口や給湯口等に流体を供給する配管ユニットが用いられている。この配管ユニットは、一般に予め工場等でヘッダに枝管を接続させてから出荷される。
【０００３】
図７は従来の枝管接続部と枝管とが溶着した際の断面図を示している。図７に示すヘッダ１０と枝管２０との接続は、ヘッダ１０の枝管接続口部１２に枝管２０を嵌め込み、枝管接続口部１２と枝管２０の先端嵌合部２１とが重なり合う嵌め代４１のほぼ全長にわたり溶着し、さらに枝管接続口部１２の開口１３周辺を溶着させて接続強度を上げるようにしていた。
【０００４】
しかし、作業現場で配管ユニットを設置する際、配管ユニット全体、またはヘッダや枝管のみを持ち上げて設置するため、枝管の自重によりヘッダと枝管との接続部に負荷が掛かり、溶着した部分を基点にして枝管が破損する。特に、温度が低くなると、熱溶着領域が収縮して溶着した部分を基点にして枝管が破損する傾向が強かった。
【０００５】
なお、特許文献１には、ヘッダ本体の回転溶着用受口に架橋ポリエチレンからなる回転溶着用受口を設け、架橋ポリエチレンからなる枝管を架橋ポリエチレンからなる円筒状体を介して挿入し、該円筒状体の外面と前記回転溶着用受口の内面間、および、該円筒状体の内面と前記枝管の外面間を回転摩擦溶着させる方法が開示されている。
【０００６】
この特許文献１では、ヘッダに架橋ポリエチレンからなる円筒状体を介して枝管を挿入し、それら部材を回転させて回転摩擦溶着させている。そのため、ヘッダと枝管との接続部が強固に固定されるので、負荷や低温等によりヘッダと枝管との接続部の破損を防ぐことができる。
【特許文献１】特開２００３−１７６８９７号公報（段落００１１〜段落００１２、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１では、ヘッダに枝管を接続する際、円筒状体の部材を用いているため、部品点数が多くなりコスト高となる。また、回転摩擦により溶着させるために、各部材を加工する必要があり、生産効率も悪くなるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、少ない部材と作業行程で接続部の破損を防止できるヘッダ配管構造および配管接続方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、第１配管の接続口部に第２配管を嵌め込んで接続する配管接続方法であって、前記第１配管と第２配管の管方向で重なり合う嵌め代のうち、前記第２配管の先端側、および、前記記第１配管の接続口部の奥側のみを溶融して、これらを溶着するようにしている。
【００１０】
ここで、嵌め代とは、第２配管を第１配管に嵌め込んで接続した際に、第１配管と第２配管とが重なり合う部分である。
【００１１】
この嵌め代のうち、溶融する部分は、第２配管の先端側外周面と、これに対応する第１配管の接続口部の奥側内周面とである。この熱溶着領域で第１配管と第２配管との接続強度を担保する。
【００１２】
また、嵌め代のうち、溶融しない部分、すなわち、非溶着領域は、第１配管の接続口部の開口側内周面と、これに対応する第２配管の外周面である。この非溶着領域により、第２配管は、その配管方向と直交する方向から負荷が掛かった場合でも熱溶着領域を基点として可動することができる。これにより、第２配管の配管方向に直交する方向の負荷に対し、第１配管の接続口の口縁と第２配管との接触部位が負荷の一部を負担し、熱溶着領域に掛かる負荷を軽減することができる。したがって、熱溶着領域が破損することを防止することができる。
【００１３】
なお、非溶着領域である第１配管の接続口部の開口側内周面と第２配管との間にわずかな隙間を形成しても良い。この場合、少なくとも第２配管の外径が、第１配管の接続口部の内径よりも小さく形成する。すなわち、非溶着領域において、第１配管の接続口部と第２配管との間に隙間を形成することができる。この隙間によって、第２配管は、その配管方向と直交する方向から負荷が掛かった場合でも熱溶着領域を基点として可動することができる。これにより、第２配管の配管方向に直交する方向の負荷に対し、第１配管の接続口の口縁と第２配管との接触部位が負荷の一部を負担し、熱溶着領域に掛かる負荷を軽減することができる。したがって、熱溶着領域が破損することを防止することができる。
【００１４】
このような、接続方法および接続構造は、ヘッダに対する枝管の接続にも応用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、第１配管と第２配管の嵌め代の一部のみを溶着しているので、第２配管の可動域が増し、熱溶着領域を基点として第２配管の破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るヘッダの全体斜視図、図２は枝管接続口部と先端嵌合部の分解断面図、図３は枝管接続口部と先端嵌合部とが溶着した断面図、図４は本発明の他の実施例を示す枝管接続口部の断面図である。
【００１７】
配管ユニットは、図１に示すように、給水や給湯等の流体が流れる主配管から台所や洗面台、浴室、トイレ等に分岐する複数の枝管を繋ぎ合わせるもので、枝管接続口部１２を複数設けたヘッダ１０と、枝管接続口部１２に嵌合して接続される枝管２０とで構成される。
【００１８】
枝管２０は、図２、図３に示すように、枝管接続口部１２と嵌合する先端嵌合部２１と、枝管接続口部１２と嵌合されず外部に露出する管本体部２５とで構成される。枝管２０は、例えば、熱可塑性樹脂で形成されるものであるが、ヘッダ１０と同一材料で形成されていることが好ましい。
【００１９】
ヘッダ１０は、直管状のヘッダ本体１１と、該ヘッダ本体１１の管方向に直交する方向に突出する複数の枝管接続口部１２とで構成されている。このヘッダ本体１１と枝管接続口部１２は、ポリブデンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂によって一体的に成形されている。
【００２０】
枝管接続口部１２は、ヘッダ本体１１の管方向に等間隔に配列される。各枝管接続口部１２は、開口１３側から奥に向かって、嵌め代４１と管止部１４とが配される。
嵌め代４１は、枝管２０を枝管接続口部１２に嵌め込んで接続した際に、枝管２０の先端嵌合部２１と枝管接続口部１２とが重なり合う部分である。このとき、嵌め代４１において、枝管接続口部１２の奥側内周面と先端嵌合部２１の先端側外周面とを溶融して溶着する部分を熱溶着領域１５，２２とし、残りの溶着しない部分を非溶着領域１６，２３とする。
【００２１】
熱溶着領域１５は、先端嵌合部２１の先端側外周面に配された熱溶着領域２２と溶着する領域である。枝管接続口部１２の内径は、枝管２０の外径と同等、もしくは、若干小さく形成される。これにより、熱溶着領域１５の内周面および先端嵌合部２１の熱溶着領域２２の外周面を溶融した際、枝管接続口部１２の熱溶着領域１５の内径と先端嵌合部２１の熱溶着領域２２の外形とで重なった厚みが溶融され、互いに密着することができる。非溶着領域１６は、嵌め代４１において、熱溶着領域１５以外の枝管接続口部１２の内周面、すなわち、先端嵌合部２１と溶着しない領域である。
【００２２】
なお、図４に示すように、枝管２０の外形を枝管接続口部１２の内径よりも小さくして、枝管接続口部１２および先端嵌合部２１の非溶着領域１６，２３に隙間４２を形成しても良い。但し、枝管２０の外径は、熱溶着領域２２において、熱溶着により枝管接続口部１２に溶着できる程度の径である。
【００２３】
管止部１４は、枝管接続口部１２に枝管２０が嵌め込まれた際、管方向の嵌め込み過ぎを防止するストッパである。その機能を発揮するために、管止部１４の内径は、枝管２０の外径より小さく形成される。これにより、管止部１４は、枝管接続口部１２の内周面と先端嵌合部２１の外周面との隙間から、ヘッダ本体１１内を通る流体が漏れないようにすることができる。また、管止部１４の内径は、少なくとも接続する枝管２０の内径よりも大きく形成される。これにより、管止部１４は、枝管２０の内部を通る液体の流れを止めることがない。
【００２４】
また、枝管２０の先端嵌合部２１には、ヒータ等で溶融する際に熱変形しないように保形スリーブ５０が内嵌されている。この保形スリーブ５０は、管本体５１と、その管本体５１の片側端部にフランジ５２を設けたものであって、枝管２０の先端嵌合部２１の長さより若干長く形成される。保形スリーブ５０の管本体５１の外径は、枝管２０の内径より小さく形成されているため、先端嵌合部２１に内嵌することができる。フランジ５２は、枝管２０の内径より大きく、かつ、枝管２０の外形より小さく形成される。そのため、フランジ５２によって、枝管２０を枝管接続口部１２に挿入する際に妨げにならない。
【００２５】
また、保形スリーブ５０のフランジ５２側の管本体５１表面には、複数の凸状の突起５３が円周方向に統一幅で配列され形成される。この突起５３の頂点は、枝管２０の内径よりも若干大きく形成される。そのため、保形スリーブ５０を先端嵌合部２１に挿入した際、突起５３が先端嵌合部２１に無理嵌めされ、保形スリーブ５０が固定される。これにより、枝管２０の熱溶着領域２２の溶融や枝管接続口部１２への嵌め込み等の作業時に、保形スリーブ５０がはずれることが防止できる。
【００２６】
また、保形スリーブ５０は、枝管２０より溶融温度が高い、例えば、ポリフェニレンエーテル樹脂等で形成される。これにより、先端嵌合部２１の熱溶融部２２を溶融しても、保形スリーブ５０によって形状が維持される。なお、保形スリーブ５０の材質は、ポリフェニレンエーテル樹脂を使用しているが、特にこの限りではない。例えば、アルミやステンレス、鉄等のように溶融温度が枝管２０の材質より高いものであれば良い。
次に、枝管接続口部１２において、非溶着領域１６、熱溶着領域１５、管止部１４が夫々形成される位置は、表１に示すように、ヘッダ１０および枝管２０のサイズによって決定される。
【００２７】
【表１】
例えば、枝管２０のサイズが１３Ａ（管外径：１７ｍｍ）の場合、非溶着領域１６の位置は開口１３からヘッダ本体１１の方向に８ｍｍとされ、熱溶着領域１５の位置は非溶着領域１６の奥側からヘッダ本体１１の方向に７ｍｍとされる。すなわち、枝管接続口部１２と先端嵌合部２１との嵌め代４１の長さは接続口１２から１５ｍｍとされる。なお、非溶着領域１６の長さは、ヘッダ１０および枝管２０のサイズに関係なく、枝管接続口部１２の開口１３からヘッダ本体１１の方向に８ｍｍの長さに統一される。
【００２８】
管止部１４の位置は、枝管接続口部１２の開口１３から１８ｍｍの位置、すなわち、嵌め代４１の奥側からヘッダ本体１１側に３ｍｍ奥に形成される。この３ｍｍの幅は、枝管接続口部１２および先端嵌合部２１の熱溶着領域１５，２２を溶着する際、枝管２０を挿入することで、溶融された表面が互いにこすれあって奥に押しやられる溶融残留分を貯めるスペースとなる。この溶融残留分を貯めるスペースがあることで、想定した枝間接続部１２と枝間２０との溶着面積を確保することができる。
【００２９】
ヘッダ１０と枝管２０は、枝管２０を枝管接続口部１２から嵌め込んで接続される。このとき、あらかじめ枝管接続口部１２および枝管２０の嵌め代４１の一部を溶融して嵌め込むことで、枝管接続口部１２の内周面と枝管２０の外周面とが溶着される。
【００３０】
枝管接続口部１２および先端嵌合部２１を溶融し溶着する長さは、例えば、表１に示すように、枝管２０のサイズが１３Ａ（管外径：１７ｍｍ）の場合は、嵌め代４１を１５ｍｍとし、熱溶着領域１５，２２の長さを７ｍｍとする。なお、枝管接続口部１２の非溶着領域１６は、開口１３から奥側に向かって８ｍｍの範囲の内周面、熱溶着領域１５は、さらに奥に向かって７ｍｍの範囲の内周面である。先端嵌合部２１の熱溶着領域２２は、開口２４から７ｍｍの範囲の外周面に形成される。
【００３１】
上記のように構成されたヘッダ構造の組立て手順を、図５、図６に基づいて説明する。図５はヘッダ用溶融ヒータを示し、同図（ａ）はヘッダ用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６は枝管用溶融ヒータを示し、同図（ａ）は枝管用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００３２】
先ず、枝管接続口部１２の熱溶着領域１５の内周面および先端嵌合部２１の熱溶着領域２２の外周面を溶融する。このとき、枝管接続口部１２および先端嵌合部２１の熱溶着領域１５，２２の溶融は、図５、図６に示すように、電熱ヒータ３１，３２を用いて溶融する。
【００３３】
枝管接続口部１２の場合は、図５に示すような、電熱ヒータ３１を枝管接続口部１２に挿入し、管止部１４まで挿入したら、近傍の内周面を溶融する。このとき、電熱ヒータ３１は、枝管接続口部１２に内嵌する部分の先端側にある電熱部３３で溶融する。
【００３４】
先端嵌合部２１の場合は、図６に示すような、先端嵌合部２１を電熱ヒータ３２に挿入し、先端が電熱ヒータ３２の奥まで挿入したら、近傍の外周面を溶融する。このとき、電熱ヒータ３２は、先端嵌合部２１に外嵌する部分の奥側、すなわち、枝管嵌合部２１の開口２４側と対向する位置にある電熱部３４によって溶融する。
【００３５】
溶融された先端嵌合部２１を枝管接続口部１２の開口１３から嵌め込む。このとき、枝管接続口部１２に形成された管止部１４に当るまで嵌め込む。これにより、枝管接続口部１２の熱溶融領域１５と先端嵌合部２１の熱溶融領域２２とが溶着することができる。
【００３６】
枝管接続口部１２と先端嵌合部２１との溶着は、先端嵌合部２１の開口２４側、および、枝管接続口部１２の奥側となる。また、枝管接続口部１２の開口１３側、および、先端嵌合部２１の熱溶着領域２２以外の外周面は溶融しない。これにより、枝管接続口部１２の開口１３側内周面と先端嵌合部２１の熱溶着領域２２以外の外周面とは、溶着しない非溶着領域１６，２３が形成される。
【００３７】
この非溶着領域１６，２３は、熱溶着領域１５，２２を基点にして枝管２０を自由に可動させることができる。そのため、枝管２０の配管方向に直交する方向の負荷に対し、枝管接続口部１２の開口１３の口縁と枝管２０との接触部位が負荷の一部を負担し、熱溶着領域１５，２２に掛かる負荷を軽減することができ、熱溶着領域１５，２２が破損することを防止することができる。
【００３８】
［実施例］
次に、本発明の配管接続方法の効果試験結果を表２に示す。効果試験は、ヘッダ１０の枝管接続口部１２に枝管２０を嵌め込んで接続し、ヘッダ１０を固定した状態で枝管２０を熱溶着領域２２から１２５ｍｍの管本体部２５を垂直方向に毎分５０ｍｍの速さで持ち上げ、その最大荷重と座屈または破断時の変位を測定した。
【００３９】
測定試料は、１０Ａ（管外径：１３ｍｍ），１３Ａ（管外径：１７ｍｍ），１６Ａ（管外径：２２ｍｍ）の３サイズについて、図７に示す従来例と、枝管２０と枝管接続口部１２との間に隙間のない本発明の実施品（実施例１）とを対比し、室内温度が常温（２３℃）で測定した。
【００４０】
効果試験は、各サイズで夫々３回ずつ行い、その平均値を表に記載した。また、備考欄に記載の「熱溶着際破断」とは、先端嵌合部２１の熱溶着領域２２と、非溶着領域２３との境目が破断したことを示し、「奥部破断：３／５」および「破断せず：２／５」とは、熱溶着領域２３を管方向に５等分し、先端嵌合部２１の開口側から順に１／５、２／５、３／５、４／５、５／５とし、枝管２０が破断した箇所を示している。
【００４１】
【表２】
この試験結果によると、室内温度が常温の場合は、従来例も実施例１もさほど差異はない。
【００４２】
次に、低温（０℃）時の溶着強度試験結果を表３に示す。常温（２３℃）時の測定試料（従来例、実施例１）に、さらに、枝管接続口部１２の内周面と先端嵌合部２１の外周面との間に隙間４１を形成した試料（実施例２、実施例３）を追加して実験を行った。
【００４３】
実施例２は、枝管接続口部１２の内径を１８ｍｍ（隙間４２が０．５ｍｍ）、実施例３は、枝管接続口部１２の内径を１７．６ｍｍ（隙間４２が０．３ｍｍ）とした。また、効果試験は、各試料とも夫々３回ずつ行い、その平均値を記載した。
【００４４】
【表３】
表３に示すように、いずれの実施例においても、従来例よりも溶着強度が大幅に増加した。さらに、第１実施例にいたっては、枝管２０が座屈するまで熱溶着領域１５，２２が破断することはなかった。
【００４５】
最大荷重においては、実施例１が一番高い値を示しており、次に、実施例３、実施例２の順となる。また、変位においては、実施例３の場合が一番高い値を示しており、次に、実施例１、実施例２の順となる。これは、非溶着領域１６，２３に隙間４１が形成されることで、枝管２０が荷重方向に稼動できる範囲が広くなるためである。
【００４６】
以上により、実施例１は、非融着領域１６，２３によって枝管２０が可動可能となるので、枝管自体が伸縮することができ、熱溶着領域１５，２２への負荷を低減することができる。すなわち、ヘッダ１０および枝管２０のサイズにより効果に差はあるが、従来例より本発明の実施例の方が破断荷重、変位共に効果があり、特に低温持においてはその効果は大きい。
【００４７】
また、実施例２、実施例３は、実施例１と同様に、非溶着領域１６，２３の隙間４２によって枝管２０の可動範囲が広くなり、枝管自体が伸縮することができ、熱溶着領域１５，２２への負荷を低減することができる。したがって、従来例より本発明の実施例の方が破断荷重、変位共に効果が大きくなる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正、変更を加えることができる。本実施例のヘッダおよび枝管は、ポリブデンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂を使用しているが、特にこの限りではなく、アルミやステンレス、鉄等の材料を用いてもよい。
【００４９】
また、枝管接続部の形状は、側方断面から見て直管状に形成されているが、例えば、側方断面から見て接続口から挿入部までをテーパ状にし、熱溶着領域から奥側を階段状にしても良い。また、枝管接続部の全体、すなわち、接続口から管本体までの間をテーパ状にしても良い。また、枝管接続部の接続口の内側端部は、本実施例において特に加工をしていないが、枝管を挿入し易い形状、または、傷付けない形状にしても良い。例えば、面取り加工や、端面形状を丸くする加工等しても良い。これによって、枝管は、枝管接続部に嵌め込むのをスムーズに行うことができる。また、設置時における取り扱いや枝管の自重等で枝管が撓んで端部に接触し、枝管自身が破損することを防止することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ヘッダ配管と枝管との接続方法としたが、接続するものはこの限りでなく、エルボ継手やＹ字型継手と配管との接続に用いてもよい。さらに、本実施例では、ヘッダおよび枝管の形状を円筒としているが、特にこの限りではなく、四角や六角等の多角形形状、楕円や長丸等の円形形状等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係るヘッダの全体斜視図
【図２】枝管接続口部と先端嵌合部の分解断面図
【図３】枝管接続口部と先端嵌合部とが溶着した断面図
【図４】本発明の他の実施例を示す枝管接続口部の断面図
【図５】（ａ）はヘッダ用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図６】（ａ）は枝管用電熱ヒータの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図
【図７】従来の枝管接続部と枝管とが溶着した際の断面図
【符号の説明】
【００５２】
１０ ヘッダ
１１ ヘッダ本体
１２ 枝管接続口部
１３ 開口
１４ 管止部
１５ 熱溶着領域
１６ 非溶着領域
２０ 枝管
２１ 先端嵌合部
２２ 熱溶着領域
２３ 比熱溶融領域
２４ 開口
２５ 管本体部
３１ 枝管接続部用電熱ヒータ
３２ 枝管用電熱ヒータ
３３ 電熱部
３４ 電熱部
４１ 嵌め代
４２ 隙間
５０ 保形スリーブ
５１ 管本体
５２ フランジ
５３ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配管の接続口部に第２配管を嵌め込んで接続する配管接続方法であって、前記第１配管と第２配管の管方向で重なり合う嵌め代のうち、前記第２配管の先端側、および、前記記第１配管の接続口部の奥側のみを溶融して溶着することを特徴とする配管接続方法。
【請求項２】
第１配管および第２配管は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の配管接続方法。
【請求項３】
ヘッダの枝管接続口部に枝管を嵌め込んで接続する配管接続方法であって、前記枝管接続口部と前記枝管の先端嵌合部との管方向で重なり合う嵌め代のうち、前記枝管の先端側、および、前記記枝管接続口部の奥側のみを溶融して溶着することを特徴とする配管接続方法。
【請求項４】
ヘッダの枝管接続口部に枝管が嵌合接続されたヘッダ配管構造であって、前記枝管接続口部と前記枝管の先端嵌合部との管方向で重なり合う嵌め代は、前記枝管の先端側、および、前記枝管接続口部の奥側の熱溶着領域と、枝管接続口部の開口側の非溶着領域とを備えていることを特徴とするヘッダ配管構造。
【請求項５】
少なくとも先端嵌合部の外径と、枝管接続口部の内径とが等しい寸法に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のヘッダ配管構造。
【請求項６】
少なくとも先端嵌合部の外径が、枝管接続口部の内径よりも小さく形成され、非溶着領域で先端嵌合部と枝管接続口部との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項４に記載のヘッダ配管構造。
【請求項１】
第１配管の接続口部に第２配管を嵌め込んで接続する配管接続方法であって、前記第１配管と第２配管の管方向で重なり合う嵌め代のうち、前記第２配管の先端側、および、前記記第１配管の接続口部の奥側のみを溶融して溶着することを特徴とする配管接続方法。
【請求項２】
第１配管および第２配管は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の配管接続方法。
【請求項３】
ヘッダの枝管接続口部に枝管を嵌め込んで接続する配管接続方法であって、前記枝管接続口部と前記枝管の先端嵌合部との管方向で重なり合う嵌め代のうち、前記枝管の先端側、および、前記記枝管接続口部の奥側のみを溶融して溶着することを特徴とする配管接続方法。
【請求項４】
ヘッダの枝管接続口部に枝管が嵌合接続されたヘッダ配管構造であって、前記枝管接続口部と前記枝管の先端嵌合部との管方向で重なり合う嵌め代は、前記枝管の先端側、および、前記枝管接続口部の奥側の熱溶着領域と、枝管接続口部の開口側の非溶着領域とを備えていることを特徴とするヘッダ配管構造。
【請求項５】
少なくとも先端嵌合部の外径と、枝管接続口部の内径とが等しい寸法に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のヘッダ配管構造。
【請求項６】
少なくとも先端嵌合部の外径が、枝管接続口部の内径よりも小さく形成され、非溶着領域で先端嵌合部と枝管接続口部との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項４に記載のヘッダ配管構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１１２４４６（Ｐ２００６−１１２４４６Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９７２４８（Ｐ２００４−２９７２４８）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（５９２０７０８７８）株式会社アトライズヨドガワ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（５９２０７０８７８）株式会社アトライズヨドガワ (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]