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伸縮継手（または可動継手）とは、建材の温度変化による膨張・収縮を安全に吸収しながら、部材同士をしっかりと固定するように設計された部材です。建物、橋梁、歩道、鉄道線路、配管システム、船舶、その他の構造物の各部材間によく用いられます。
建物の外壁、コンクリートスラブ、パイプラインなどは、日中や季節による温度変化、あるいはその他の熱源によって膨張・収縮します。これらの構造物に伸縮継手が設けられる以前は、発生する応力によってひび割れが生じていました。
橋梁伸縮継手は、鉄筋コンクリート、プレストレストコンクリート、複合構造物、鋼構造物の動き、収縮、温度変化に対応しながら、構造物間の交通を途切れることなく維持できるように設計されています。極端な条件下で橋梁が曲がるのを防ぎ、また、橋梁伸縮継手を分解することなく支承の交換ができるように十分な垂直方向の動きを許容します[ 1 ]。伸縮継手にはさまざまな種類があり、30～1,000ミリメートル（1.2～39.4インチ）の動きに対応でき、小動き用、中動き用、大動き用の継手があります。
モジュラー伸縮継手は、橋梁の動きが単一ギャップ継手またはフィンガー型継手の許容範囲を超える場合に使用されます。モジュラー多重ギャップ伸縮継手は、あらゆる方向の動きとあらゆる軸周りの回転に対応できます。160 mm 程度の短い縦方向の動きから、3000 mm を超える非常に大きな動きまで対応できます。橋桁全体の動きは、水平表面梁によって形成される複数の個別のギャップに分割されます。個々のギャップは、防水エラストマープロファイルによって密閉され、表面梁の動きは弾性制御システムによって制御されます。継手の排水は、橋桁の排水システムを介して行われます。一部の継手には、表面にいわゆる正弦板が設けられており、通過交通の騒音を最大 80% 低減します。[ 2 ]
石積みの伸縮目地は、橋梁のスラブにも使用されることがある。
粘土レンガは熱と水分を吸収すると膨張します。これによりレンガとモルタルに圧縮応力がかかり、膨らみや剥離が生じます。[ 3 ]モルタルの代わりに弾性シーラントを使用した目地は、損傷なく圧縮力を吸収します。[ 4 ]コンクリートデッキ（最も一般的には歩道）も同様の水平方向の問題を抱えることがありますが、これは通常、スラブ間に木製のスペーサーを追加することで解消されます。木製の伸縮目地は、コンクリートが膨張すると圧縮されます。通常は乾燥した耐腐朽性の杉が使用され、コンクリートに埋め込まれてスペーサーを所定の位置に保持する釘が一列突き出ています。[ 5 ]
制御目地、または収縮目地は、伸縮目地と混同されることがありますが、目的と機能が異なります。コンクリートやアスファルトは引張強度が比較的弱く、経年劣化、収縮、環境ストレス（熱膨張や収縮によるストレスを含む）にさらされると、通常はランダムなひび割れが発生します。制御目地は、応力緩和のための線を指定することでひび割れを緩和しようとします。これらは舗装に一定間隔で切り込まれます。ひび割れは、他の場所でランダムに発生するのではなく、切り込みに沿って発生する傾向があります。これは主に美観の問題であり、目地の隙間に隠れる可能性のある均一で規則的なひび割れの外観は、ランダムなひび割れよりも好まれることがよくあります。[ 6 ]
このように、伸縮継手は構造全体におけるひび割れを低減する一方、制御継手は主に目に見える表面に沿ったひび割れを管理する。
道路の伸縮継目は、熱タール、冷間シーラント（シリコーンなど）、または圧縮シーラント（ゴムやポリマーベースの架橋発泡体など）で密封することができます。[ 7 ]伸縮継目には、剥離結合モルタルを使用することもできます。
伸縮目地は、効果を発揮するためには十分な深さがあり、最大間隔を超えてはならない。厚さ4インチのスラブの一般的な仕様は次のとおりである。[ 8 ]
伸縮継手は、熱膨張と収縮、湿度の変化、構造的なずれによる下地床とタイル自体の動きを吸収するように設計されています。これらの継手は基本的に隙間であり、通常はシリコンやゴムなどの柔軟な材料で満たされ、タイルを分離して動きを可能にし、タイルがひび割れたり、反ったり、分離したりすることを防ぎます。[ 9 ] [ 10 ]
伸縮継手が数ミリメートル以上動く橋梁を鉄道線路が通過する場合、線路はこの大きな伸縮を補償できなければなりません。一方で、線路は常に走行する車輪に対して連続した路面を提供しなければなりません。これらの相反する要求を満たすのが特殊な伸縮継手です。伸縮継手では、2本のレールが伸縮時に非常に鋭角で互いに滑り合います。これらは通常、大型鋼橋の両端または片側付近に設置されています。このような伸縮継手は、鉄道の分岐器の舌状の部分に似ていますが、目的と動作は異なります。
大型ダクト式空気システムでは、熱膨張が発生しても固定配管にほとんど応力がかからないようにするために、伸縮継手が必要です。[ 11 ]エルボの曲がりでもこれに対応できます。伸縮継手は、ファンなどの機器を剛性ダクトから隔離し、ダクトの振動を低減するとともに、ファンやダクトの固定部分に応力をかけることなく、ファンが動作空気システム温度まで上昇しても膨張できるようにします。[ 12 ]
伸縮継手は、軸方向（圧縮）、横方向（せん断）、または角度方向（曲げ）のたわみを許容するように設計されています。伸縮継手は、非金属製または金属製（ベローズ型と呼ばれることが多い）があります。非金属製は、ゴム引き材の単層、または耐熱性および耐腐食性に優れた柔軟な材料の複数層からなる複合材です。典型的な層は、ガスシールとして機能する外側カバー、テフロンなどの耐腐食性材料、断熱材として機能し耐久性を高めるグラスファイバー層、排気ガスからの熱伝達を必要な温度まで低減するための複数の断熱層、および内側の層です。
ベローズは、軸方向、横方向、または角度方向のたわみを可能にするために、1つまたは複数の金属の波状の構造から構成されている。
配管伸縮継手は、蒸気や排気ガスなどの高温物質を輸送するシステムや、動きや振動を吸収するシステムにおいて必要不可欠です。一般的な継手は、金属製ベローズ（最も一般的にはステンレス鋼製）、プラスチック製ベローズ（ PTFEなど）、布製ベローズ（ガラス繊維など）、またはゴムなどのエラストマー製ベローズです。ベローズは一連の波状構造で構成されており、その形状は配管の内部圧力に耐えつつ、軸方向、横方向、および角度方向のたわみに対応できる柔軟性を備えています。伸縮継手は、騒音吸収、防振、地震動、建物の沈下など、他の基準に基づいて設計されることもあります。金属製伸縮継手は、伸縮継手製造者協会（Expansion Joint Manufacturers Association）が定める規則に従って設計する必要があります。布製伸縮継手については、布製伸縮継手品質協会（Quality Association for Fabric Expansion Joints）によるガイドラインと最新技術に関する記述があります。配管伸縮継手は、熱膨張による動きを補償するため、補償器とも呼ばれます。
伸縮継手は、システム内の熱的および機械的変化による動きに対応するため、工業用配管システムによく用いられます。プロセスにおいて大きな温度変化が生じると、金属部品のサイズも変化します。金属ベローズを備えた伸縮継手は、特定の動きに対応しつつ、システム内の敏感な部品への力の伝達を最小限に抑えるように設計されています。
ポンプまたは重力によって発生する圧力は、配管システムを通して流体を移動させるために使用されます。加圧された流体は容器の体積を占めます。圧力平衡型伸縮継手のユニークな概念は、パイプによって移動するベローズ（ラインベローズ）の体積変化を平衡ベローズで補償することにより、一定の体積を維持するように設計されていることです。これらの装置の初期の名称は圧力体積補償器でした。[ 13 ]
ゴム製伸縮継手は、主にゴムシートや布で補強されたゴムシートを蛇腹状の製品マンドレルに手作業で巻き付けて製造されます。ゴムや布の他に、補強ゴムや鋼線、金属リングが追加で加えられ、さらに強度を高めます。[ 14 ]マンドレル上に製品全体が組み立てられた後、ナイロン製の剥離層を巻き付けて全体を加圧します。労働集約的な製造工程のため、生産の大部分は東ヨーロッパやアジア諸国に移っています。
ゴム製伸縮継手の中には、成形加工によって製造されるものがあります。成形加工される代表的な継手は、ビードリング付きの中型伸縮継手で、大量生産されています。これらのゴム製伸縮継手は、バイアスカットされた布地を巻き付けた円筒形の芯棒上で製造されます。最後にビードリングを配置し、端部をビードリングの上に折り返します。この部品を金型に入れ、成形して加硫処理を施します。これは、同種の継手を大量生産するための高度に自動化されたソリューションです。
ゴムと補強層を（円筒形または蛇腹状の）マンドレルに手動で巻き付ける代わりに産業用ロボットを使用して自動的に巻き付ける新しい技術が開発されました。これは高速かつ正確で、再現性の高い高品質を実現します。ゴム伸縮継手の製造に産業用ロボットを使用するもう1つの側面は、織り済みの布を使用する代わりに個別の補強層を適用できることです。布製の補強材は、あらかじめ織られ、好ましいバイアス角度で切断されます。個別の補強材を使用すると、製品の長さに沿って繊維の角度を変更することにより、製品のさまざまなセクションに繊維材料を増減させることができます。[ 15 ]
内部ライナーは、金属製ベローズの浸食を防ぐため、またはベローズ全体の乱流を低減するために使用できます。パージコネクタが設計に含まれている場合は、ライナーを使用する必要があります。ライナーの設計で十分なクリアランスを確保するには、設計者が適切な横方向および角度方向の動きを指定する必要があります。複合端部を持つ伸縮継手を設計する場合は、流れの方向も指定する必要があります。[ 16 ]
外部カバーまたはシュラウドは、内部のベローズを損傷から保護するために使用する必要があります。また、ベローズの断熱材としても機能します。カバーは、取り外し可能な付属品または固定付属品として設計できます。[ 17 ]
粒子含有量の多い媒体（フラッシュや触媒など）を使用するシステムでは、セラミックファイバーのバリアを使用して、粒子の蓄積による腐食やベローズの柔軟性の制限を防ぐことができます。パージコネクタも同様の機能を果たすために使用できます。伸縮継手にパージコネクタや粒子バリアが含まれる場合は、内部ライナーも設計に含める必要があります。[ 18 ]
リミットロッドは、伸縮継手の設計において、軸方向の圧縮または膨張を制限するために使用されます。リミットロッドは、ナットストップの位置に応じて伸縮継手が一定の範囲内で移動できるようにします。リミットロッドは、システムの全圧力推力を抑制しながら、ベローズの過伸展を防ぐために使用されます。
伸縮継手の破損はさまざまな原因で発生する可能性がありますが、経験上、破損はいくつかの明確なカテゴリに分類されます。このリストには、輸送および取り扱いによる損傷、不適切な設置/不十分な保護、設置中および設置後、システムの不適切なアンカー、ガイド、およびサポート、使用中のアンカーの破損、腐食、システムの過圧、ベローズの過度のたわみ、ねじれ、ベローズの浸食、およびベローズの波形内の微粒子による適切な動きの制限などが含まれますが、これらに限定されません。[ 19 ]
伸縮継手の故障を防止および最小限に抑えるために、さまざまな対策を講じることができます。設置中は、製造元が提供する指示に注意深く従って、ベローズに損傷を与えないようにしてください。[ 20 ]設置後は、配管システム全体を注意深く検査し、設置中に損傷が発生したかどうか、伸縮継手が適切な位置にあるかどうか、伸縮継手の流れ方向と位置が正しいかどうかを確認してください。[ 21 ]また、システムの稼働期間中は、外部腐食、ねじ付き締結具の緩み、アンカー、ガイド、その他のハードウェアの劣化がないかを確認するために、伸縮継手を定期的に検査してください。[ 22 ]
その他の伸縮継手の種類には、布製伸縮継手、金属製伸縮継手（圧力バランス型伸縮継手は金属製伸縮継手の一種）、トロイダル伸縮継手、ジンバル伸縮継手、ユニバーサル伸縮継手、インライン伸縮継手、耐火ライニング付き伸縮継手、ヒンジ付き伸縮継手、補強伸縮継手などがあります。
銅製伸縮継手は、温度変化、荷重、沈下による建物の構成要素の動きに対応するために設計された優れた材料です。銅は成形しやすく、長持ちします。屋根の状態、屋根の端部、床に関する詳細情報が入手可能です。[ 23 ]