(57)【要約】【課題】ロータの交換を行う度にボルト通し穴の内径が拡大することなく、フランジ同士を結合させることが可能なフランジ結合用構造及びフランジ結合方法を提供する。【解決手段】フランジ結合用構造８は、外径が第１フランジ３の第１ボルト通し穴５の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第１ボルト通し穴５に嵌め合わされた第１外側スリーブ３１と、外径が第２フランジ４の第２ボルト通し穴６の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第２ボルト通し穴６に嵌め合された第２外側スリーブ３２とを有する。さらにテーパー内壁２２を有し、中間ばめにより第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の径方向内側に嵌め合される内側スリーブ２０と、テーパー外壁１５を有し、当該テーパー外壁１５が、前記テーパー内壁２２に嵌め合される通しボルト１０を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト通し穴がそれぞれ複数配列された第１フランジと第２フランジとを結合させるフランジ結合用構造であって、
略円筒状をなしており、外径が第１フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第１フランジのボルト通し穴に嵌め合わされる第１外側スリーブと、
略円筒状をなしており、外径が第２フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第２フランジのボルト通し穴に嵌め合される第２外側スリーブと、
円筒状をなしており、軸方向を第２フランジ側から第１フランジ側に向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたテーパー内壁を有し、外径が第１外側スリーブ及び第２外側スリーブの内径となるよう構成され、中間ばめにより第１外側スリーブ及び第２外側スリーブの径方向内側に嵌め合される内側スリーブと、
略円柱状をなしており、軸方向を第２フランジ側から第１フランジ側に向かうに従って外径が小さくなるよう構成されたテーパー外壁を有し、当該テーパー外壁が、前記内側スリーブのテーパー内壁に嵌め合される通しボルトと、
を有することを特徴とするフランジ結合用構造。
【請求項２】
第１外側スリーブ及び第２外側スリーブのうち少なくとも一方の端部には、径方向外側に突出する突出部が形成されており、
第１フランジ及び第２フランジのうち少なくとも一方には、当該突出部に対応して設けられ、ボルト通し穴に比べて内径が大きくなるよう構成されており、当該突出部が嵌め合される座ぐり部が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のフランジ結合用構造。
【請求項３】
前記座ぐり部は、前記ボルト通し穴の軸心を中心とする円環状をなしている
ことを特徴とする請求項２に記載のフランジ結合用構造。
【請求項４】
第１フランジ及び第２フランジのうち少なくとも一方において、ボルト通し穴は、
締りばめにより第１外側スリーブ又は第２外側スリーブが嵌め合わされる大径部と、
当該大径部と同軸に設けられ、当該大径部に比べて内径が小さく構成された小径部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のフランジ結合用構造。
【請求項５】
第１フランジは、第１ロータの端部において回転中心軸の径方向外側に突出して設けられ、回転中心軸の周方向に前記ボルト通し穴が複数配列されており、
第２フランジは、第２ロータの端部において回転中心軸の径方向外側に突出して設けられ、回転中心軸の周方向にボルト通し穴が複数配列されており、
第１ロータ及び第２ロータは、回転機械を構成するものである
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のフランジ結合用構造。
【請求項６】
ボルト通し穴がそれぞれ複数配列された第１フランジと第２フランジとを結合させるフランジ結合方法であって、
略円筒状をなしており、外径が第１フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成された第１外側スリーブを、締りばめにより第１フランジのボルト通し穴に嵌め合せる工程と、
略円筒状をなしており、外径が第２フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成された第２外側スリーブを、締りばめにより第２フランジのボルト通し穴に嵌め合せる工程と、
第１外側スリーブの内壁により画定される穴の軸心位置及び内径と、第２外側スリーブの内壁により画定される穴の軸心位置及び内径が一致するよう、第１外側スリーブの内壁及び第２外側スリーブの内壁のうち少なくとも一方について切削加工を行う切削工程と、
略円筒状をなしており、軸方向を一方側から他方側に向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたテーパー内壁を有し、外径が第１外側スリーブ及び第２外側スリーブの内径となるよう構成された内側スリーブを、中間ばめにより第１外側スリーブ内及び第２外側スリーブ内に嵌め合せる工程と、
略円柱状をなしており、軸方向を一方側から他方側に向かうに従って外径が小さくなるよう構成されたテーパー外壁を有する通しボルトを、前記内側スリーブ内に圧入することにより、当該テーパー外壁を前記内側スリーブのテーパー内壁に嵌め合せる工程と、
前記通しボルトの両端部に設けられている雄ねじに、それぞれナットを螺合する工程と、
を含むことを特徴とするフランジ結合方法。
【請求項７】
前記切削工程は、
第１外側スリーブが嵌め合された第１フランジと、第２外側スリーブが嵌め合された第２フランジとを合わせた状態で、第１外側スリーブ及び第２外側スリーブのうち少なくとも一方の内壁を切削する
ことを特徴とする請求項６に記載のフランジ結合方法。
【請求項８】
前記切削工程は、
第１外側スリーブが嵌め合された第１フランジと、第２外側スリーブが嵌め合された第２フランジとを合わせた状態で、第１外側スリーブ及び第２外側スリーブのうち少なくとも一方の内壁の軸心位置及び形状を計測し、
第１フランジから第１外側スリーブを外し、且つ第２フランジから第２外側スリーブを外した状態で、第１外側スリーブ及び第２外側スリーブのうち少なくとも一方の内壁を切削する
ことを特徴とする請求項６に記載のフランジ結合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フランジ同士を結合するための構造および結合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンや発電機等の回転機械は、通常、ロータ（回転体）を有している。このような回転機械のロータは、他の回転機械のロータと結合されることが多い。例えば、発電設備において、蒸気タービンのロータは、一般的に、当該ロータからの機械的動力を電力に変換する発電機のロータに結合される。
【０００３】
このようなロータ同士を結合する手法には、それぞれのロータの軸方向の端において径方向外側に突出する部分、いわゆるフランジを形成しておき、これらフランジ同士をボルト等により結合する、いわゆるフランジ継手により結合する手法、いわゆる「フランジ結合」がある。フランジ同士をボルトにより結合する場合、それぞれのフランジには、ボルトを通すための貫通穴（以下、ボルト通し穴と記す）が形成される。一方のロータのフランジに形成されたボルト通し穴と他方のロータのフランジに形成されたボルト通し穴とを合わせて、これらボルト通し穴にボルトを通して、ナット等を締結することにより、フランジ同士は結合される。
【０００４】
高速で回転するロータ同士をフランジ継手により結合する場合、振動等のトラブルを防止するため、フランジに形成されるボルト通し穴には、内径、回転中心軸に対する径方向及び周方向の位置、円筒度等について高い精度で管理されていることが求められる。一方のロータの回転中心軸と他方のロータの回転中心軸に合わせたときに、一方のフランジに形成されたボルト通し穴が、他方のフランジに形成されたボルト通し穴と、内径、位置、円筒度等が高い精度で一致することが求められる。
【０００５】
また、ロータ同士をフランジ継手により結合する場合に、フランジに形成されたボルト通し穴とボルトとの間に、略円筒状の部材であるスリーブ（sleeve）を配設する技術が知られている。ボルト通し穴の内径と略同一の外径を有し、且つボルトの外径と略同一の内径を有するスリーブを、ボルト通し穴とボルトとの間に配設する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。加えて、特許文献１には、一方のフランジから他方のフランジに向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたスリーブ、すなわち先細（テーパ）形状の内壁が形成されたスリーブ（いわゆるテーパ・スリーブ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２４７８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一方のフランジと、他方のフランジで、それぞれ別個にボルト通し穴を加工する場合、フランジ同士を合わせたときに、一方のフランジのボルト通し穴と他方のフランジのボルト通し穴で、位置や内径等が合わない場合がある。例えば、一方のフランジのボルト通し穴と他方のフランジのボルト通し穴との間に段差（図６に示す寸法Ｓを参照）が生じることがある。
【０００８】
このような段差を所定の許容値以下とするため、回転機械を構成するロータ同士をフランジ継手により結合する際には、例えば、図７に示すような工作機械１００を用いて、フランジ同士を突き合わせた状態で、一方のボルト通し穴と他方のボルト通し穴にリーマ１０１を通し、一方のボルト通し穴の内壁と他方のボルト通し穴の内壁とを一度に切削加工することがある。フランジ同士を実際に突き合わせた状態でのリーマ加工（以下、結合リーマ加工と記す）を行うことにより、同一寸法の内径を有し、穴の中心軸が一致したボルト通し穴を双方のフランジに加工することができる。
【０００９】
ところで、このような結合リーマ加工は、フランジ継手により結合される２つのロータの組み合わせが、新たなものとなる度に必要となる。このため、例えば、タービンにおいてロータの入れ替えが生じた場合等においては、タービンの運転を停止した状態で、当該タービンが据え付けられている現場で上述した結合リーマ加工を行う必要が生じる。
【００１０】
また、フランジ継手に用いられるボルトは、回転機械の種類によっては、数十本に及ぶこともあり、このような多数のボルト通し穴を回転機械が据え付けられた現場において、一様に高い精度で加工することは、困難な作業であり、ロータを交換する際に結合リーマ加工を行うために、回転機械の運転を停止する時間が長くなってしまうという問題がある。
【００１１】
また、上述した結合リーマ加工を行う度に、フランジに形成されるボルト通し穴の内壁面が切削されるため、上述したロータの交換を行う度に、フランジのボルト通し穴の内径が拡大してしまうという問題がある。ロータの交換を行う度にボルト通し穴径が拡大すると、当該ボルト通し穴の内径の拡大それ自体が、ロータの寿命の一因となるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の実施形態は、ロータの交換を行う度にボルト通し穴の内径が拡大することなく、フランジ同士を結合させることが可能なフランジ結合用構造及びフランジ結合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態のフランジ結合用構造は、ボルト通し穴がそれぞれ複数配列された第１フランジと第２フランジとを結合させるフランジ結合用構造であって、略円筒状をなしており、外径が第１フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第１フランジのボルト通し穴に嵌め合わされる第１外側スリーブと、略円筒状をなしており、外径が第２フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第２フランジのボルト通し穴に嵌め合される第２外側スリーブと、円筒状をなしており、軸方向を第２フランジ側から第１フランジ側に向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたテーパー内壁を有し、外径が第１外側スリーブ及び第２外側スリーブの内径となるよう構成され、中間ばめにより第１外側スリーブ及び第２外側スリーブの径方向内側に嵌め合される内側スリーブと、略円柱状をなしており、軸方向を第２フランジ側から第１フランジ側に向かうに従って外径が小さくなるよう構成されたテーパー外壁を有し、当該テーパー外壁が、前記内側スリーブのテーパー内壁に嵌め合される通しボルトとを有することを要旨とする。
【００１４】
また、本発明の実施形態のフランジ結合方法は、ボルト通し穴がそれぞれ複数配列された第１フランジと第２フランジとを結合させるフランジ結合方法であって、略円筒状をなしており、外径が第１フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成された第１外側スリーブを、締りばめにより第１フランジのボルト通し穴に嵌め合せる工程と、略円筒状をなしており、外径が第２フランジのボルト通し穴の内径以上となるよう構成された第２外側スリーブを、締りばめにより第２フランジのボルト通し穴に嵌め合せる工程と、第１外側スリーブの内壁により画定される穴の軸心位置及び内径と、第２外側スリーブの内壁により画定される穴の軸心位置及び内径が一致するよう、第１外側スリーブの内壁及び第２外側スリーブの内壁のうち少なくとも一方について切削加工を行う切削工程と、略円筒状をなしており、軸方向を一方側から他方側に向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたテーパー内壁を有し、外径が第１外側スリーブ及び第２外側スリーブの内径となるよう構成された内側スリーブを、中間ばめにより第１外側スリーブ内及び第２外側スリーブ内に嵌め合せる工程と、略円柱状をなしており、軸方向を一方側から他方側に向かうに従って外径が小さくなるよう構成されたテーパー外壁を有する通しボルトを、前記内側スリーブ内に圧入することにより、当該テーパー外壁を前記内側スリーブのテーパー内壁に嵌め合せる工程と、前記通しボルトの両端部に設けられている雄ねじに、それぞれナットを螺合する工程とを含むことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、フランジに形成されたボルト通し穴の内壁を、軸心位置及び内径を一致させるために切削加工する必要がなくなり、フランジに配列されたボルト通し穴に代えて、外側スリーブの内壁が切削加工される。これにより、ロータを交換する度に、ボルト通し穴の内壁が切削されて、ボルト通し穴の内径が拡大することをなく、フランジ同士を結合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態のフランジ結合用構造が適用されるロータのフランジ周辺の構造を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施形態のフランジ結合用構造の構成を示す縦断面図である。
【図３】ロータの第１フランジにテンプレートを合わせた態様を示す縦断面図である。
【図４】第２の実施形態のフランジ結合用構造の詳細な構成を示す縦断面図である。
【図５】第３の実施形態のフランジ結合用構造の詳細な構成を示す縦断面図である。
【図６】一方のフランジのボルト通し穴と他方のフランジのボルト通し穴との間に生じる段差を説明する図である。
【図７】ボルト通し穴の切削加工（リーマ加工）の一例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００１８】
〔第１の実施形態〕
まず、本実施形態のフランジ結合用構造が適用されるロータの一例について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態のフランジ結合用構造が適用されるロータのフランジ周辺の構造を示す縦断面図である。
【００１９】
本実施形態のフランジ結合用構造が適用されるロータの一例としては、例えば、図１に示すように、蒸気タービンを構成するロータ（以下、第１ロータと記す）１と、発電機を構成するロータ（以下、第２ロータと記す）２がある。第１ロータ１及び第２ロータ２は、通しボルト１０により結合されて回転中心軸（図に一点鎖線Ａで示す）を中心に一体に回転する。第１ロータ１の端部１ａには、回転中心軸の径方向外側に突出しているフランジ（以下、第１フランジと記す）３が設けられている。同様に、第２ロータ２の端部２ａには、回転中心軸の径方向外側に突出しているフランジ（以下、第２フランジと記す）４が設けられている。第１フランジ３と第２フランジ４との間には、スペーサー７が配設されている。第１フランジ３と第２フランジ４は、回転中心軸の軸方向に延びている通しボルト（through bolt）１０を介して結合される。
【００２０】
第１フランジ３には、通しボルト１０が挿通される貫通穴であるボルト通し穴（以下、第１ボルト通し穴と記す）５が複数形成されている。第１ボルト通し穴５は、回転中心軸と並行な軸心（図に一点鎖線Ｃで示す）を有する略円柱状の貫通穴である。第１ボルト通し穴５は、回転中心軸の軸方向と平行に延びており、回転中心軸の周方向に複数配列されている。なお、スペーサー７にも、ボルト通し穴７ａが形成されている。
【００２１】
同様に、第２フランジ４には、通しボルト１０が挿通される貫通穴であるボルト通し穴（以下、第２ボルト通し穴と記す）６が複数形成されている。第２ボルト通し穴６は、回転中心軸と並行な軸心を有する略円柱状の貫通穴である。第２ボルト通し穴６は、回転中心軸の軸方向に延びており、回転中心軸の周方向に複数配列されている。
【００２２】
第１フランジ３の第１ボルト通し穴５と、第２フランジ４の第２ボルト通し穴６は、第１フランジ３と第２フランジ４を回転中心軸が一致するように合わせると、回転中心軸の軸方向においてスペーサー７のボルト通し穴７ａを挟んで互いに対向するように配置されている。
【００２３】
次に、本実施形態のフランジ結合用構造について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態のフランジ結合用構造の構成を示す縦断面図である。なお、図２においては、通しボルト１０の周辺の構造についてのみ示している。
【００２４】
図２に示すように、本実施形態のフランジ結合用構造８は、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６に挿通される通しボルト１０と、略円筒状をなして通しボルト１０を囲う部材（以下、内側スリーブと記す）２０と、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６にそれぞれ対応して設けられ、略円筒状をなして内側スリーブ２０を囲う部材（以下、外側スリーブと記す）３１，３２とを有している。
【００２５】
通しボルト１０は、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸方向に軸心を有する略円柱状をなしており、その両端部には、それぞれ第１ナット５１及び第２ナット５２が螺合される第１雄ねじ１１及び第２雄ねじ１２が形成されている。通しボルト１０は、軸方向を第２フランジ４から第１フランジ３に向かうに従って外径が小さくなるよう構成された外壁面（以下、テーパー外壁と記す）１５を有する。テーパー外壁１５は、通しボルト１０のうち軸方向において略中央に設けられており、且つ第１雄ねじ１１及び第２雄ねじ１２から所定の距離をあけて設けられている。
【００２６】
内側スリーブ２０は、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸方向に軸心を有する略円筒状をなしている。内側スリーブ２０は、通しボルト１０のテーパー外壁１５の径方向外側を囲うように設けられており、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸方向に延びている。内側スリーブ２０には、軸方向を第２フランジ４から第１フランジ３に向かうに従って内径が小さくなるよう構成された内壁面（以下、テーパー内壁と記す）２２が形成されている。すなわち、内側スリーブ２０は、先細（テーパ）形状のテーパー内壁２２が形成された、いわゆるテーパ・スリーブとして構成されている。
【００２７】
テーパー内壁２２は、通しボルト１０のテーパー外壁１５に対応して設けられており、テーパー外壁１５とほぼ同じの形状をなしている。テーパー内壁２２は、内側スリーブ２０内に通しボルト１０を挿通すると、上述したテーパー外壁１５と係合して、当該テーパー外壁１５が嵌め合わされるよう構成されている。また、内側スリーブ２０は、軸方向において外径が一定の値となるよう外壁２４が構成されている。
【００２８】
テーパー内壁２２にテーパー外壁１５を嵌め合せ、通しボルト１０を第２フランジ４側から第１フランジ３側に向けて軸方向に押すと、テーパー内壁２２には、テーパー外壁１５からの力が作用する。テーパー外壁１５からテーパー内壁２２に作用する力のうち径方向外側に向かう成分は、内側スリーブ２０の外壁２４から、後述する外側スリーブ３１，３２に伝達される。
【００２９】
外側スリーブ３１は、第１フランジ３の第１ボルト通し穴５に対応して設けられており、以下の説明において「第１外側スリーブ」３１と記す。一方、外側スリーブ３２は、第２フランジ４の第２ボルト通し穴６に対応して設けられており、以下の説明において「第２外側スリーブ」３２と記す。第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２は、それぞれ第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸方向に軸心を有する円筒形状をなしている。第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２は、内側スリーブ２０の外壁２４を囲うように設けられており、それぞれ第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸方向に延びている。本実施形態において、第１外側スリーブ３１は、その軸方向の長さが、第１ボルト通し穴５の軸方向の長さ、すなわち第１フランジ３の厚さと同じになるよう構成されている。同様に、第２外側スリーブ３２は、その軸方向の長さが、第２ボルト通し穴６の軸方向の長さ、すなわち第２フランジ４の厚さと同じになるよう構成されている。
【００３０】
第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２は、軸方向において内径が一定の値となるよう、それぞれ内壁３３及び３４が構成されている。加えて、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２は、軸方向において外径が一定の値となるようそれぞれ外壁３５及び外壁３６が構成されている。このように、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２は、いわゆるストレート・スリーブとして構成されている。
【００３１】
第１外側スリーブ３１は、その内径が、内側スリーブ２０の外径と同じ値となるよう構成されている。第１外側スリーブ３１は、その内壁３３内に内側スリーブ２０を挿入すると、当該内壁３３が、内側スリーブ２０の外壁２４と接するように構成されている。同様に、第２外側スリーブ３２は、その内径が、内側スリーブ２０の外径と同じ値となるよう構成されており、その内壁３４内に内側スリーブ２０を挿入すると、当該内壁３４が、内側スリーブ２０の外壁２４と接するように構成されている。つまり、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２と、内側スリーブ２０は、いわゆる中間ばめにより嵌め合されるように構成されている。
【００３２】
第１外側スリーブ３１は、第１ボルト通し穴５から取り外された状態において、その外径が、第１ボルト通し穴５の内径以上となるように構成されている。第１外側スリーブ３１は、第１ボルト通し穴５内に挿入されると、外壁３５が、いわゆる「締りばめ」により当該第１ボルト通し穴５に嵌め合されるよう構成されている。同様に、第２外側スリーブ３２は、第２ボルト通し穴６から取り外された状態において、その外径が、第２ボルト通し穴６の径以上となるよう構成されている。第２外側スリーブ３２は、第２ボルト通し穴６内に挿入されると、外壁３６が、締りばめにより当該第２ボルト通し穴６に嵌め合されるよう構成されている。
【００３３】
なお、本明細書において、締りばめ（interference fit）とは、穴（例えば、ボルト通し穴５，６）に、軸（例えば、外側スリーブ３１，３２）を嵌め合せたときに、締め代（しめしろ）ができる嵌め合いである。すなわち、締りばめにより嵌め合わされる場合、穴の最大寸法（内径）は、軸の最小寸法（外径）に比べて小さいか、場合によっては、同一である。これに対して、中間ばめ（transition fit）とは、穴に軸を嵌め合せたときに、締め代又は隙間のいずれかができる嵌め合いである。すなわち、中間ばめにより嵌め合される場合、穴の内径は、軸の外径と同一であることが好ましい。
【００３４】
以上のように構成された第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２、内側スリーブ２０、及び通しボルト１０を用いて、第１フランジ３と第２フランジ４は結合される。以下に、本実施形態のフランジ結合方法について、以下に、図２及び図３を用いて説明する。図３は、ロータの第１フランジにテンプレートを合わせた態様を示す縦断面図である。
【００３５】
まず、図２に示すように、第１フランジ３の第１ボルト通し穴５に、第１外側スリーブ３１を挿入し、締りばめにより第２外側スリーブ３１を第１ボルト通し穴５に嵌め合せる。同様に、第２フランジ４の第２ボルト通し穴６には、第２外側スリーブ３２を挿入し、締りばめにより第２外側スリーブ３２を第２ボルト通し穴６に嵌め合せる。これにより、第１フランジ３には、対応する第１外側スリーブ３１が結合され、第２フランジ４には、第２外側スリーブ３２が結合される。
【００３６】
その後、図３に示すように、第１外側スリーブ３１が第１ボルト通し穴５に嵌め合された第１フランジ３に、予め用意されたテンプレート７０を装着する。テンプレート７０は、第１フランジ３及び第２フランジ４と略同一の径を有する板状の部材であり、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸心の位置（以下、軸心位置と記す）及び内径について、切削加工の基準となるボルト穴（以下、基準ボルト穴）７２が予め複数形成されている。このテンプレート７０に形成された基準ボルト穴７２を基準として、第１外側スリーブ３１の内壁３３について切削加工を行う。内壁３３の切削加工には、例えば、リーマ加工がある。当該リーマ加工は、例えば、図７に示す工作機械（ＮＣ横中ぐり盤）１００により実現することが可能である。
【００３７】
これと同じテンプレート７０を、第１外側スリーブ３２が第２ボルト通し穴６に嵌め合された第２フランジ４（図２参照）に装着する。第２外側スリーブ３２の内壁３４についても、テンプレート７０の基準ボルト穴７２を基準として切削加工（リーマ加工）を行う。
【００３８】
このように同一の基準ボルト穴７２を基準として、第１外側スリーブ３１の内壁３３、及び第２外側スリーブ３２の内壁３４の双方について切削加工を行う。これにより、切削加工された内壁３３により画定される第１外側スリーブ３１の穴の軸心位置及び内径と、切削加工された内壁３４により画定される第２外側スリーブ３２の穴の軸心位置及び内径を一致させる。
【００３９】
なお、上述した切削工程において、テンプレート７０を、第１フランジ３又は第２フランジ４に装着した状態で切削加工を行っても良いし、テンプレート７０を取り外した状態で切削加工を行うものとしても良い。
【００４０】
その後、内壁３３及び内壁３４がそれぞれ切削加工された第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２内に、外径が第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の内径となるよう構成された内側スリーブ２０を挿入する。すなわち当該内側スリーブ２０を、中間ばめにより第１外側スリーブ３１の内壁３３及び第２外側スリーブ３２の内壁３４に嵌め合わす。
【００４１】
その後、内側スリーブ２０内に、テーパー内壁２２の径の大きい側、すなわち第２フランジ４側から通しボルト１０を圧入して、通しボルト１０のテーパー外壁１５を内側スリーブ２０のテーパー内壁２２に嵌め合せる。
【００４２】
通しボルト１０を第２フランジ４側から第１フランジ３側に向けて軸方向に押すことにより、テーパー内壁２２には、テーパー外壁１５からの力が作用する。テーパー外壁１５からテーパー内壁２２が受けた力のうち径方向外側に向かう成分は、内側スリーブ２０の外壁２４から、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２に伝達される。これにより、内側スリーブ２０は、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２に対して軸方向に移動することがなくなる。
【００４３】
その後、通しボルト１０の第１雄ねじ１１にナット（以下、第１ナットと記す）５１を螺合する。一方、通しボルト１０の第２雄ねじ１２にもナット（以下、第２ナットと記す）５２を螺合する。これにより、第１フランジ３と第２フランジ４が通しボルト１０により結合される。すなわち第１ロータ１と第２ロータ２（図１参照）がフランジ結合される。第１ナット５１及び第２ナット５２には、それぞれエンドプレート５５及びエンドプレート５６が取り付けられる。
【００４４】
第１フランジ３と第２フランジ４とを結合させるために、上述したフランジ結合用構造８及びフランジ結合方法を採用することにより、ロータの交換を行う際、第１フランジ３側の穴の軸心位置及び内径と、第２フランジ４側の穴の軸心位置及び内径が一致するよう切削加工する対象が、外側スリーブ３１，３２であるため、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６を切削加工することがなくなる。これら第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６に代えて、第１外側スリーブ３１の内壁３３及び第２外側スリーブ３２の内壁３４が切削される。これら第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２は、締りばめにより、それぞれ第１フランジ３及び第２フランジ４に嵌め合されている。このため、再びロータの交換を行う際には、これら内壁が既に切削加工された外側スリーブ３１，３２を、それぞれフランジ３，４から取り外して、新たな外側スリーブをボルト通し穴５，６に嵌め合せることができる。このようにして、ロータの交換を行う度に、ボルト通し穴の内径が拡大することがなくなる。
【００４５】
以上に説明したように本実施形態のフランジ結合用構造８は、フランジ結合用構造８は、略円筒状をなしており、外径が第１フランジ３の第１ボルト通し穴５の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第１フランジ３の第１ボルト通し穴５に嵌め合わされた第１外側スリーブ３１と、略円筒状をなしており、外径が第２フランジ４の第２ボルト通し穴６の内径以上となるよう構成され、締りばめにより第２フランジ４の第２ボルト通し穴６に嵌め合された第２外側スリーブ３２とを有している。
【００４６】
加えて、フランジ結合用構造８は、円筒状をなしており、軸方向を第２フランジ側４から第１フランジ側３に向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたテーパー内壁２２を有し、中間ばめにより第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の径方向内側に嵌め合される内側スリーブ２０と、略円柱状をなしており、軸方向を第２フランジ４側から第１フランジ３側に向かうに従って外径が小さくなるよう構成されたテーパー外壁１５を有し、内側スリーブ２０内に圧入することにより、当該テーパー外壁１５が、前記テーパー内壁２２に嵌め合される通しボルト１０を有するものとした。
【００４７】
このように構成されたフランジ結合用構造８を用いて、本実施形態のフランジ結合方法は、ボルト通し穴５，６がそれぞれ複数配列された第１フランジ３と第２フランジ４とを結合させるものであって、略円筒状をなしており、外径が第１フランジ３の第１ボルト通し穴５の内径以上となるよう構成された第１外側スリーブ３１を、締りばめにより第１フランジ３の第１ボルト通し穴５に嵌め合せる工程と、略円筒状をなしており、外径が第２フランジ４の第２ボルト通し穴６の内径以上となるよう構成された第２外側スリーブ３２を、締りばめにより第２フランジ４の第２ボルト通し穴６に嵌め合せる工程（外側スリーブ嵌合工程）を有している。
【００４８】
加えて、第１外側スリーブ３１の内壁３３により画定される穴の軸心位置及び内径と、第２外側スリーブ３２の内壁３４により画定される穴の軸心位置及び内径が一致するよう、第１外側スリーブ３１の内壁３３及び第２外側スリーブ３２の内壁３４のうち少なくとも一方について「切削工程」を有する。
【００４９】
そして、略円筒状をなしており、軸方向を一方側から他方側に向かうに従って内径が小さくなるよう構成されたテーパー内壁２２を有し、外径が第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の内径となるよう構成された内側スリーブ２０を、中間ばめにより第１外側スリーブ３１内及び第２外側スリーブ３２内に嵌め合せる工程（内側スリーブ嵌合工程）を有している。
【００５０】
さらに、略円柱状をなしており、軸方向を一方側から他方側に向かうに従って外径が小さくなるよう構成されたテーパー外壁１５を有する通しボルト１０を、内側スリーブ２０内に圧入することにより、当該テーパー外壁１５を内側スリーブ２０のテーパー内壁２２に嵌め合せる工程（ボルト嵌合工程）を有している。
【００５１】
さらに、前記テーパー外壁が前記テーパー内壁に嵌め合わされた通しボルト１０の両端部にある第１雄ねじ１１，１２に、それぞれ第１ナット５１，５２を螺合する工程（ナット螺合工程）を有している。
【００５２】
以上のようなフランジ結合用構造８及びフランジ結合方法を用いることで、フランジに形成されたボルト通し穴の内壁を、軸心位置及び内径を一致させるために切削加工する必要がなくなり、フランジに配列されたボルト通し穴に代えて、外側スリーブの内壁が切削加工される。これにより、ロータを交換する度に、ボルト通し穴の内壁が切削されて、ボルト通し穴の内径が拡大することをなく、フランジ同士を結合させることができる。なお、外側スリーブは、締りばめによりフランジのボルト通し穴に嵌め合されるものであるため、ロータを交換する度に、併せて交換することができる。
【００５３】
なお、上述した「切削工程」においては、第１外側スリーブ３１の内壁３３と及び第２外側スリーブ３２の内壁３４の双方について切削加工するものとしたが、切削加工の態様は、これに限定されるものではない。第１外側スリーブ３１の内壁３３により画定される穴の軸心位置及び内径と、第２外側スリーブ３２の内壁３４により画定される穴の軸心位置及び内径が一致すれば、第１外側スリーブ３１の内壁３３と第２外側スリーブ３２の内壁３４のうち一方のみを切削するものとしても良い。
【００５４】
また、上述した「切削工程」が行われる前に、第１外側スリーブ３１の内壁３３により画定される穴の軸心位置及び内径と、第２外側スリーブ３２の内壁３４により画定される穴の軸心位置及び内径が一致していれば、当該「切削工程」を省略することが可能である。
【００５５】
また、本実施形態の「切削工程」においては、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２を、それぞれ第１フランジ３及び第２フランジ４に嵌め合せた状態で、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２のそれぞれの内壁３３及び内壁３４を切削加工するものとしたが、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の内壁３３及び内壁３４を切削加工する態様は、これに限定されるものではない。
【００５６】
例えば、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２を、それぞれ第１フランジ３及び第２フランジ４に嵌め合せた状態で、第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の位置、形状等を３次元計測機により計測し、第１フランジ３及び第２フランジ４から第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２を取り外し、これら取り外した状態の第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２の内壁３３及び内壁３４について切削加工を行った後、切削加工が行われた第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２を、それぞれ第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６に嵌め合せるものとしても良い。
【００５７】
また、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６にそれぞれ第１外側スリーブ３１及び第２外側スリーブ３２を嵌め合せる「外側スリーブ嵌合工程」の前に、第１ボルト通し穴５及び第２ボルト通し穴６の軸心位置及び形状を、３次元計測機により測定し、得られた情報に基づいて、第１外側スリーブ３１内壁３３及び第２外側スリーブ３２の内壁３４について切削する「切削工程」を行うものとしても良い。
【００５８】
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態のフランジ結合用構造について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態のフランジ結合用構造の詳細な構成を示す縦断面図である。なお、本実施形態においては、外側スリーブの端部には、径方向外側に突出する突出部が形成されており、ボルト通し穴には、当該突出部が嵌め合される座ぐり部が形成されている点で、第１の実施形態と異なっており、以下に詳細を説明する。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図４においては、理解を容易にするために、外側スリーブに形成された突出部の一部を省略して、当該フランジに形成された座ぐり部を表示している。
【００５９】
本実施形態のフランジ結合用構造８Ｂにおいて、第１外側スリーブ３１Ｂのうちスペーサー７側の端部には、第１外側スリーブ３１Ｂの外壁３５から径方向外側に突出する突出部３７が形成されている。突出部３７は、第１ボルト通し穴５の軸心（図に一点鎖線Ｃで示す）を中心とする円環状をなしている。すなわち、突出部３７は、第１外側スリーブ３１Ｂの外壁３５の全周に亘って突出している。
【００６０】
一方、第１フランジ３Ｂには、第１外側スリーブ３１Ｂの突出部３７に対応して、座ぐり部６１が設けられている。座ぐり部６１は、第１ボルト通し穴５の第２フランジ４Ｂ側の端部に設けられており、第１ボルト通し穴５に比べて内径が大きくなるよう構成された部分であり、突出部３７が嵌め合される部分である。本実施形態において、座ぐり部６１は、突出部３７の形状に対応して、第１ボルト通し穴５の軸心を中心とする円環状をなしている。第１フランジ３Ｂの第１ボルト通し穴５に、第１外側スリーブ３１Ｂを嵌め合せると、当該座ぐり部６１には、第１外側スリーブ３１Ｂの突出部３７が嵌め合される。
【００６１】
同様に、第２外側スリーブ３２Ｂのうちスペーサー７側の端部にも、第２外側スリーブ３２Ｂの外壁３６から径方向外側に、円環状に突出する突出部３８が形成されている。一方、第２フランジ４Ｂには、第２外側スリーブ３２Ｂの突出部３８に対応して、座ぐり部６２が設けられている。第２フランジ４Ｂの第２ボルト通し穴６に、第２外側スリーブ３２Ｂを嵌め合せると、当該座ぐり部６２には、第２外側スリーブ３２Ｂの突出部３８が嵌め合される。
【００６２】
このように第１外側スリーブ３１Ｂ及び第２外側スリーブ３２Ｂには、それぞれ突出部３７及び突出部３８を設け、第１フランジ３Ｂ及び第２フランジ４Ｂには、それぞれ突出部３７及び突出部３８が嵌め合される座ぐり部６１及び座ぐり部６２を形成している。これにより、本実施形態のフランジ結合用構造８Ｂは、上述した切削工程等において、第１外側スリーブ３１Ｂが、第１ボルト通し穴５に対して軸方向を第２フランジ４Ｂの反対側に移動することや、第２外側スリーブ３２Ｂが、第２ボルト通し穴６に対して軸方向を第１フランジ３Ｂの反対側に移動することを防止することができる。
【００６３】
なお、本実施形態のフランジ結合用構造８Ｂにおいて、突出部３７，３８及び座ぐり部６１，６２は、それぞれボルト通し穴５，６の軸心を中心とする円環状をなしているものとしたが、本発明に係る突出部及び座ぐり部の態様は、これに限定されるものではない。例えば、外側スリーブに形成される突出部は、外側スリーブの周方向の所定の部位から径方向外側に突出する形状としても良い。また、突出部に対応してフランジに形成される座ぐり部も、上述した突出部が嵌合する形状であれば、ボルト通し穴の周方向の所定の部位から径方向外側に凹む形状としても良い。
【００６４】
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態のフランジ結合用構造について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態のフランジ結合用構造の詳細な構成を示す縦断面図である。なお、本実施形態においては、ボルト通し穴は、外側スリーブが嵌め合わされない小径部と、小径部に比べて内径が大きく構成されており、締りばめにより外側スリーブが嵌め合わされる大径部とを有する点で、第１の実施形態と異なり、以下に詳細を説明する。なお、第１の実施形態と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、図５においては、理解を容易にするために、外側スリーブの一部を省略して、ボルト通し穴を構成する大径部の一部を表示している。
【００６５】
本実施形態のフランジ結合用構造８Ｃにおいて、第１外側スリーブ３１Ｃは、その長さが、第１フランジ３Ｃの厚さ、すなわち図に一点鎖線Ｃで示す軸方向の長さに比べて、短くなるよう構成されている。第１外側スリーブ３１Ｃの内壁を図に符号３３Ｃで示し、外壁を符号３５Ｃで示す。同様に、第２外側スリーブ３２Ｃも、その長さが、第２フランジ４Ｃの厚さに比べて短くなるよう構成されている。第２外側スリーブ３２Ｃの内壁を図に符号３４Ｃで示し、外壁を図に符号３６Ｃで示す。
【００６６】
第１フランジ３Ｃの第１ボルト通し穴５は、第１外側スリーブ３１Ｃが締りばめにより嵌め合される部分（以下、大径部と記す）５ｃと、大径部５ｃに比べて内径が小さく構成された部分（以下、小径部と記す）５ｅを有している。大径部５ｃと小径部５ｅは、第１ボルト通し穴５を構成する略円柱状の空間であり、同軸（図に軸心を一点鎖線Ｃで示す）に設けられている。つまり、小径部５ｅの内径は、通しボルト１０が挿通可能であり、且つ、第１外側スリーブ３１Ｃが挿入できないように設定されている。一方、大径部５ｃは、その軸方向の長さが、第１外側スリーブ３１Ｃの長さと同一となるよう構成されている。
【００６７】
同様に、第２フランジ４Ｃの第２ボルト通し穴６は、第２外側スリーブ３２Ｃが締りばめにより嵌め合される大径部６ｃと、大径部６ｃに比べて内径が小さく構成された小径部６ｅを有している。
【００６８】
第１フランジ３Ｃにおいて、大径部５ｃと小径部５ｅは、同軸に且つ隣接して設けられている。このため、第１フランジ３Ｃにおいて、小径部５ｅと大径部５ｃとの間には、小径部５ｅのうち大径部５ｃ側の開口から径方向外側に延びている壁面（以下、拡径壁と記す）８１が形成されている。第１外側スリーブ３１Ｃを、大径部５ｃ内に挿入して嵌め合すと、第１外側スリーブ３１Ｃの端面８３が、拡径壁８１に当接する。
【００６９】
同様に、第２フランジ４Ｃにおいても、小径部６ｅと大径部６ｃとの間には、小径部６ｅのうち大径部６ｃ側の開口から径方向外側に延びている拡径壁８２が形成されている。第２外側スリーブ３２Ｃを、大径部６ｃ内に挿入して嵌め合すと、第２外側スリーブ３２Ｃの端面８４が、拡径壁８２に当接する。
【００７０】
これにより、本実施形態のフランジ結合用構造８Ｃは、上述した切削工程等において、第１外側スリーブ３１Ｃが、第１ボルト通し穴５に対して軸方向を第２フランジ４Ｃの反対側に移動することや、第２外側スリーブ３２Ｃが、第２ボルト通し穴６に対して軸方向を第１フランジ３Ｃの反対側に移動することを防止することができる。
【００７１】
〔他の実施形態〕
以上に説明した実施形態の他に、フランジ結合用構造の構成には、種々の変更が可能である。
【００７２】
上述した各実施形態において、第１フランジのボルト通し穴に嵌め合される第１外側スリーブと、第２フランジのボルト通し穴に嵌め合わされる第２外側スリーブの形状は、同様の構造であるものとしたが、本発明に係るフランジと外側スリーブの組み合わせは、これらの態様に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態の第１フランジ３に第１外側スリーブ３１を嵌め合わせると共に、第３実施形態の第２フランジ４Ｃに第２外側スリーブ３２Ｃを嵌め合せ、これら外側スリーブ３１，３２Ｃ内に内側スリーブ２０及び通しボルト１０を挿入して、第１フランジ３と第２フランジ４Ｃとを結合するものとしても良い。
【００７３】
なお、上述した実施形態において、第１フランジ３と第２フランジ４との間には、スペーサー７を挟み込むものとしたが、本発明に係るフランジ結合用構造の態様は、これに限定されるものではない。スペーサー７を省略して、第１フランジ３と第２フランジ４とを直接に結合するものとしても良い。
【００７４】
また、上述した実施形態において、第１フランジ３は、蒸気タービンを構成する第１ロータ１に設けられており、第２フランジ４は、発電機を構成する第２ロータ２に設けられているものとしたが、本発明に係る第１フランジ及び第２フランジが設けられるロータの態様は、これに限定されるものではない。第１フランジ及び第２フランジは、回転機械のロータに設けられれば良く、本発明は、様々な回転機械のロータに適用することができる。
【００７５】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明と均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１  蒸気タービンのロータ（第１ロータ）
１ａ  第１ロータの端部
２  発電機のロータ（第２ロータ）
２ａ  第２ロータの端部
３，３Ｂ，３Ｃ  ロータのフランジ（第１フランジ）
４，４Ｂ，４Ｃ  ロータのフランジ（第２フランジ）
５  第１フランジのボルト通し穴（第１ボルト通し穴）
６  第２フランジのボルト通し穴（第２ボルト通し穴）
５ｃ，６ｃ  大径部
５ｅ，６ｅ  小径部
７  スペーサー
８，８Ｂ，８Ｃ  フランジ結合用構造
１０  通しボルト
１１  雄ねじ（第１雄ねじ）
１２  雄ねじ（第２雄ねじ）
１５  通しボルトのテーパー外壁
２０  内側スリーブ
２２  内側スリーブのテーパー内壁
３１，３１Ｂ，３１Ｃ  外側スリーブ（第１外側スリーブ）
３２，３２Ｂ，３２Ｃ  外側スリーブ（第２外側スリーブ）
３３，３３Ｃ  第１外側スリーブの内壁
３４，３４Ｃ  第２外側スリーブの内壁
３５，３５Ｃ  第１外側スリーブの外壁
３６，３６Ｃ  第２外側スリーブの外壁
３７  第１外側スリーブの突出部
３８  第２外側スリーブの突出部
５１  ナット（第１ナット）
５２  ナット（第２ナット）
５５，５６  エンドプレート
６１，６２  座ぐり部
７０  テンプレート
７２  基準ボルト穴
８１，８２  拡径壁
８３，８４  スリーブの端面
１００  工作機械
１０１  リーマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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