(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心線上に揃えて圧力配管を中央孔に差し込む側の面と他の部品と接続する側の面との間を外周面で連結したフランジ継手であって、前記中央孔と平行に前記差し込む側の面と他の部品と接続する側の面との間を貫通して、横ボルトにより締結される横孔と、前記差し込む側の面との他の部品と接続する側の面との間であって、前記横孔に交差するように、前記外周面から前記中央孔に貫通し、内壁に螺子山が設けられた縦孔を有するフランジ継手を有し、
前記フランジ継手の中央孔に差し込まれる圧力配管の外周面には、前記縦孔に対応する位置に有底の凹みが設けられ、該凹みと前記縦孔が前記フランジ継手及び圧力配管の夫々に等角度間隔にかつ差し込む側の面と他の部品と接続する側の面との間に前記中心線上の位置を互いにずらして配置されており、
前記フランジ継手の縦孔に前記外周面から螺合されたボルトが、前記縦孔を貫通して前記凹み部に嵌合されていることを特徴とするフランジ継手接続構造。
【請求項２】
請求項１のフランジ継手接続構造において、前記フランジ継手は前記中心線を中心とした螺旋状の螺子山が前記中央孔に設けられていることを特徴とするフランジ継手接続構造。
【請求項３】
請求項２のフランジ継手接続構造において、前記フランジ継手は前記他の部品と接続する側の面の前記中央孔の入口は、前記中心線を中心とする平坦な曲面であることを特徴とするフランジ継手接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の据付現場において溶接を必要とすることなく、圧力配管を結合させることを可能としたフランジ継手の接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力配管を接続する1つの方法として、フランジ式管継手が知られている。フランジ式菅継手には、溶接式フランジやルーズフランジ等があり、例えば、特許文献1においては、パイプ端部にそれぞれフランジを溶接し、両パイプのフランジ間に密封部材を介在させてから、両フランジをボルトで締め付ける溶接式フランジが示されている。ここに用いられるフランジは、所謂「板フランジ」と称されるもので、フランジの上面とフランジの内径の内側を夫々溶接する差込み溶接の例である。一方、特許文献１にはさらにルーズフランジ式管継手も示されており、ルーズフランジをパイプに嵌合させてから、パイプ端部を鍔出し加工し、鍔部の両表面にシートパッキンを介在させて突き合せ、フランジ同士をボルトで締め合わせる。ルーズフランジは、比較的低圧なパイプの接続に用いられる。特許文献1に開示されたもの以外のフランジとしては、突合せ溶接式フランジ、ソケット溶接式フランジ、ねじ込み式フランジ等が知られている。ねじ込み式フランジ以外は溶接を必要とする。【０００３】
特許文献５には、フランジをパイプにネジで固定した例が示されている。
この例においては、フランジの中央部にパイプが挿入され、フランジの側面からパイプに向けてネジを螺入してパイプをフランジに固定する例が示されている。この例では、螺子の先端が鋭角状であり、ネジが螺入されるとき、パイプにネジの先端が食い込む。特許文献５に示された技術は、真空気密に用いられるパイプに対する技術であり、パイプ同士は互いに大気圧で押さえ合う状態である。【０００４】
フランジを用いずに接着剤やボルトにより、パイプを接続する手法として、例えば特許文献２及び３には、筒状の継手の両側からパイプを挿入し、パイプを結合する方法が開示されている。これらは、電線を収容する管の周面壁にその半径方向に沿って螺着されたボルトの締め付け力で管側を変形させて固定している。このようなボルトにより結合される管は、内部の電線を保護するものであり、流体とは違って、電線自体が圧力をもったり、液が漏れたりするものではない。又特許文献４では、ボルトで棒同士を結合する技術が開示されているが、これも特許文献２、３と同様に、ボルトの締め付け力で棒側を変形させて固定する。
特許文献６には、パイプ同士に跨るように被される筒状スリーブが開示されている。スリーブには、パイプに向けてボルトが螺入される透孔が設けられ、一方パイプ側には、ボルトの先端部をクリアランスの無い状態で受ける嵌合溝が設けられている。シールをパイプ端面に挟んでパイプ同士を押し付けた状態で、ボルトを嵌合溝に嵌合させることにより、シールに対する適正な圧力を掛けた状態とすることができる。
【０００５】
高圧の流体を案内する圧力配管を結合するには、内部流体に対するシール性を確保する必要がある。管と管の間を密閉するシール材は圧縮状態で装填されて、シール性を発揮するものであるが、内部流体の圧力、温度、侵食などにより経年変化し、当初のシール性を持続できなくなった場合には、交換する必要がある。フランジを用いた接合方法によれば、フランジ同士を締め付けているボルトを外せばシール材の交換が容易である。上記した従来技術の筒状の継手は、圧力配管に関するものではないが、仮に用いたとすると筒状の継手自体をパイプから外さなければならず作業量が多くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実登第３１５２１７２号公報
【特許文献２】実公昭５１−９６６７号公報
【特許文献３】特開２００３−１８００１１号公報
【特許文献４】特開２０１０−１８０９５７号公報
【特許文献５】実開昭６３−２０９４６号公報
【特許文献６】特開２０１１−１２７６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フランジ式管継手は、シール材の交換が容易であるとの利点はあるものの、パイプに対して溶接作業や鍔出し作業が必要である。特許文献５の技術は、真空気密に用いられるパイプに対する技術であり、パイプを互いに引き離そうとする引張が生じる高圧の流体を扱う技術に適用すると、引張力によりネジの先端がパイプを少しでも滑ると、パイプ端面のワイヤーガスケットに蓄えられていた圧縮力が消失し、パイプ内の高圧流体が吹き出ることになる。特許文献２及び３のように、半径方向に沿って螺着されたボルトの締め付け力でパイプを締め付けて固定する方法では、溶接等の作業の必要はないが、圧力配管の継手として利用するためには、筒状の継手とパイプとの間の隙間から、パイプ内の流体が漏れることの無いようにシールしなければならない。【０００８】
本出願人は、国際特許出願PCT/JP2011/74116により半径方向に沿って螺着されたボルト（以下、縦込みボルトと称する）を利用したフランジ継手を提案している。本提案によれば、ＪＩＳ規格上において圧力配管に必要とされる接合強度よりも強い接合強度を持ち、かつシール性を確保した継手が提供される。【０００９】
本発明は、半径方向に沿って螺着されたボルトを用いたフランジ継手接続構造において、据付現場における作業性を容易にしたボルト式フランジ継手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】
【００１０】
上記課題を達成するため本願発明では、中心線上に揃えて圧力配管を中央孔に差し込む側の面と他の部品と接続する側の面との間を外周面で連結したフランジであって、前記中央孔と平行に前記差し込む側の面と他の部品と接続する側の面との間を貫通して、横ボルトにより締結される横孔と、前記差し込む側の面と他の部品と接続する側の面との間であって、前記横孔に交差するように、前記外周面から前記中央孔に貫通し、内壁に螺子山が設けられた縦孔を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフランジ継手接続構造によれば、引張強度が要求される圧力配管の配管工事において、溶接を用いずにボルトにより圧力配管の結合を行うことができる。さらに、フランジ同士のボルトの接続の作業も従来通りに行うことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施例によるフランジ継手を示す図である。
【図２】フランジ継手の正面、側面、断面を表す図である。
【図３】他のフランジ継手の正面、側面、断面を表す図である。
【図４】フランジ継手を用いた据付要領を示す図である。
【図５】インサートの一例を示す図である。
【図６】比較例を示す図である。
【図７】他の実施例のフランジ継手である。
【図８】他の実施例のフランジ継手である。
【図９】他の実施例のフランジ継手である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
第１の実施例に係るフランジ継手１を図１に示す。図１Ａに示したフランジと、図１Ｂに示したフランジの相違は、図１Ａのフランジ継手１の縦孔６（後述する）は同周円上に設けられているが、図１Ｂのフランジ継手１の縦孔６は、その位置を中心線Ｃ方向にずらして配置されている点である。尚、図１において、二点鎖線ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５は縦孔６の中心位置を示しており、二点鎖線ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５は圧力配管４０の凹み４１（後述する）の中心位置を示している。【００１４】
フランジ継手１は、いわゆる板フランジであり、円板状の外形を有している。フランジ継手１には、中心線Ｃに沿って圧力配管４０が差し込まれる。図面左側が金属製の圧力配管４０を差し込む差込側の面２であり、右側が他の部品（他のフランジ）と対面する接続側の面３であり、両方の面２、３がリング状であって中心線Ｃに垂直に設けられている。これらの面２、３の間は円筒状の外周面４で接続している。【００１５】
図２は、図１Ａに示したフランジ継手１の差込側の面２を正面とした場合の正面（図２Ａ）、側面（図２Ｂ）、Ｘ−Ｘ断面（図２Ｃ）を示している。
シール材が直接に当接されるときには、シール材（図３参照）を傷つけないように、接続側の面３はその荒さを調整されるが、シール材が直接当接しない場合には特別な荒さの調整は必要ない。尚、説明の便宜のため以下においては、左側の面２を差込側の面２と、右側の面３を接続側の面３と称するが、両者は同じ形状であっても、異なっても良い。【００１６】
フランジ継手１には、圧力配管４０を差し込む中央孔１０を有している。中央孔１０はフランジ継手１の中心線Ｃを中心とした円形の空洞である。中央孔１０を形成する内周面５は、フランジ継手１の両側の面２、３を同一内径で貫通している。フランジ継手１には、等角度間隔にフランジ継手１の中心に向いて外周面４から内周面５に貫通した孔６を有している。孔６の壁面には螺子山６ｂが設けられている。この孔６の螺子山６ｂに螺合するボルト２０は、後に説明するように、円筒状の尾部２１先端部の範囲Ｔには螺子山２３が設けられていない。尚、以降、この孔６はフランジ継手１の中心線Ｃに向かって垂直な孔であるので、縦孔と称することにし、この縦孔６に螺合するボルト２０は同様に中心に向かって螺合されるので、縦ボルト２０と称することにする。【００１７】
フランジ継手1には、さらに、中央孔１０と平行に孔７が設けられている。この孔７には、螺子山が設けられていない。この孔７は、縦孔６と区別するため、横孔７と称することにする。横孔７は、フランジ継手１同士をボルト３０（図３参照。以下、横ボルト３０と称する）とナットで結合するときにボルトが貫通する孔である。横孔７は、フランジ継手１の差込側の面２から接続側の面３にかけて貫通しており、一方、縦孔６は、差込側の面２から接続側の面３の間において、横孔７と交差するように設けられている。【００１８】
縦孔６と横孔７とがこのような位置関係であるため、縦孔６に対して縦ボルト２０を螺合するときには、フランジ継手１の差込側の面２と接続側の面３の間の外周面４をドーナッツ状に取り囲む空間が作業領域となる。一方、横孔７に対して横ボルト３０を螺合するときには差込側の面２から左側の空間が作業領域となる。【００１９】
圧力配管４０には、フランジ継手１の中央孔１０に差し込まれたときに、縦孔６が正対する位置に、断面が円形状の非貫通の凹み４１が設けられる。この有底の凹み４１に、フランジ継手１のボルト孔に縦込みボルトが螺合したとき、螺子山が設けられていない尾部が嵌合するようになっている。【００２０】
図３は、図１Ｂに示したフランジ継手１の差込側の面２を正面とした場合の正面（図３Ａ）、側面（図３Ｂ）、Ｘ−Ｘ断面（図３Ｃ）を示している。フランジ継手１の縦孔６及び、圧力配管の凹み４１は、その位置を中心線Ｃ方向にずらして配置されている。【００２１】
次に、据付現場において、フランジ継手１を用いて２本の圧力配管４０を結合する要領を説明する。図４において、長さの調整された圧力配管４０の端部面４２を、差込側の面２から中央孔１０内に差し込む。この際、端部面４２が接続側の面３と同一面となるように位置付けるのが良い。この状態の下で、ボルト孔の位置に対応する圧力配管４０の位置をマーキングする。圧力配管４０をフランジ継手１から取り外し、マーキングした位置に凹み４１を設ける。凹み４１の深さは圧力配管４０の肉厚を超えない程度の深さであり、凹み４１の形状は縦ボルト２０の尾部２1の先端部の範囲Ｔがちょうど隙間なく嵌合する円筒状である。【００２２】
次に、圧力配管４０をフランジ継手１内に押し込み、圧力配管４０とフランジ継手１との相対位置を、マーキングしたときの状態に戻す。この後、縦ボルト２０を縦孔６に螺入し、縦孔６を貫通させ尾部２1を凹み４１に嵌合させて締結する。【００２３】
そして、フランジ継手１の接続側の面３から覗く圧力配管４０の端部面４２同士の間にシール材５０が当接するように配置し、フランジ継手１同士を横ボルト３０とナット３１により接続する。【００２４】
横ボルト３０とナット３１の締め付け圧力を調整して、シール材５０にプレストレスをかける。圧力配管４０の端部面４２の位置でシールするのは、圧力配管の内部から大気を遮蔽すべき位置として、この位置が唯一の位置となるからである。従って、シール材５０は、圧力配管４０の肉厚しかない端部面４２をシールすることになる。このようなシール材としては圧力配管４０を流れる流体（液体、気体、低圧、高圧）に応じて様々なシール材を用いることができ、例えばガスケットやパッキンを用いた場合、圧力配管４０の端部面４２をはみ出してフランジ継手の端面にまで至る大きさのものが使用できる。一方、Ｏリングを用いる場合には、Ｏリングが圧力配管４０の端部面４２に留まる様なインサートを用いる。図５は、そのようなインサートの例である。【００２５】
図５Ａに示したインサート６０は、リング状であり、中心線Ｃに直交する環状面６１、６２を有している。それぞれの環状面６１、６２に１つの環状のリング溝６３、６４が形成されている。Ｏリング６５はリング溝６３、６４のそれぞれに嵌装されている。リング溝の深さは、横ボルトとナットにより、適正な圧縮力を与えたときに、ちょうどＯリング６５がリング溝６３、６４から突出しない深さに設定しておく。そして、このインサート６０を用いる場合、図５Ｂに示すように、圧力配管４０の端部面４２とフランジ継手１の接続側の面３とを同一平面に設定する。
そのようにしておけば、圧力配管４０の端部面４２に環状面６１、６２が当接したときに、Ｏリング６５は適正な圧縮力で圧縮された状態になる。【００２６】
図５Ｃに示すインサート７０は、インサート６０とは異なり、リング溝６３、６４の代わりに、片側の壁の無いステップ状の溝７３、７４が設けられている。インサート７０の外径は、フランジ継手１のシール面側の中央孔１０の内径に等しい。図５Ｄに示すように、圧力配管４０の端部面４２をフランジ継手１の接続側の面３から内側に控えて設定したとき、インサート７０の外周面７５はちょうど、中央孔１０に入り込むようになっている。【００２７】
図６に示されるフランジ継手は、従来のハブフランジにおいて差込み面側から突出して圧力配管を溶接していたハブｈを延長して延長部９１を形成し、この延長部９１に縦孔６を設けたフランジ継手９０である。このような形態のフランジ継手９０では図６Ａのように、圧力配管４０を延長部９１に縦ボルト２０で固定した後、図６Ｂのように横ボルト３０を横孔７に挿入して締め付け作業をしようとすると、縦ボルト２０の頭部２２が横ボルトの締め付け作業の作業領域に干渉することになる。また、縦ボルト２０及び横ボルト３０の頭部が密集した状態になってしまう。【００２８】
これに対して、フランジ継手１によれば、据付現場においては、縦ボルト２０の頭部２２は、差込側の面２と接続側の面３の間の外周面４をドーナッツ状に取り囲む空間に存在するので、横ボルト３０の締結作業時の邪魔にはならず、従来の溶接フランジ継手と同じように作業できる。尚、上記実施例においては、縦ボルト２０は尾部２１の範囲Ｔを含めて先端まで螺子山が有っても良い。この場合、縦ボルト２０が、凹み４１に嵌合されたときには、縦ボルト２０の螺子山の尾根部分が凹み４１に当ることになる。
【実施例２】
【００２９】
図１Ａのフランジ継手１の縦孔６は同周円上に設けられ、図１Ｂのフランジ継手１の縦孔６はその位置を中心線Ｃ方向にずらして配置されている。図７のフランジ継手１００は、図１Ｂのフランジ継手１のように縦孔６がその位置を中心線Ｃ方向にずらして配置されているが、そのずらし方は差込側の面２から接続側の面３にかけて中心線Ｃの中心に時計周りに螺旋を描くように、縦孔６が配置されるようにずらすずらし方である。【００３０】
すなわち、差込側の面２を正面とした場合に、右側面、平面、左側面、底面に配置される縦孔が徐々に接続側の面３の方にずれている。このズレ量を図７において「ｊ」として示してある。また、縦孔６同士の開口は同周円上において重なりあっている。この重なりを図７において「ｋ」として示してある。一方、縦孔を螺旋状の順序だった配置にせずに、右側面、左側面、底面、平面の順にずらして配置しても良く、そのずらし方は任意である。フランジ継手１００の縦孔６の位置が互いにずれることに対応して、圧力配管４０に設けられる凹み４１も互いにずれた位置に配置される。
【００３１】
先の実施例１のフランジ継手１によれば、圧力配管４０は凹み４１が設けられることにより肉部が失われ強度は低下している。フランジ継手１は、圧力配管４０の径とは別個に肉厚を設定し強化できるが、圧力配管４０の肉厚は変えられない。一方、フランジ継手１００のように縦孔６の配置位置をずらすことにより、圧力配管に設けられる凹み４１の位置も、長さ方向にずれて配置され、凹み４１による圧力配管の同周上（例えば、二点鎖線b1上）での圧力配管の肉部の減少を分散することができる。この結果、引っ張りに対する強度を高めることができる。凹み４１の孔の重なりｋを完全に無くせば、同周上に一周連続した箇所が出現してより強化される。ズレ量ｊを縦孔６或いは凹み４１の直径よりも大きくすれば、重なりｋは完全に零（zero）である。
【実施例３】
【００３２】
フランジ継手の外周面に、縦ボルト２０の頭部を埋設しても良い。例えば、図８に示す縦ボルト２０’は、頭部２２’、尾部２１’及び胴部２３’が同一径のプラス螺子であり、頭部２２’の対角線上に４箇所に切欠ｒが施されている。フランジ継手１００の縦孔６には、その入口に正方形の窪み６ａが設けられている。図８Ｂは回り止め２４を示している。回り止め２４は縦ボルト２０’を縦孔６に挿入したとき、正方形の窪み６ａと頭部２２’との間にできる空間形状に対応した平面形状を有している。回り止め２４の凸部２４ａは、頭部２２’の切欠ｒに挿入される。回り止め２４を窪み６ａと頭部２２’との隙間の４箇所に嵌めこむことにより、縦ボルト２０’の回り止め処理をすることが出来る。そして、フランジ継手１００の外周面４から突出することはなく、縦ボルトの頭部を保護することができるし、かつ据付後の見栄えも良い。
【実施例４】
【００３３】
図９は、中央孔に圧力配管をねじ込むようにして接続したフランジ継手２００を示している。フランジ継手２００は、ねじ込み式フランジ（スレーデッドフランジ）の一種である。中央孔２１０内には、中心線Ｃを中心に螺旋状を描く螺子山２２０が設けられている。ここにおける螺子山２２０は、所謂テーパー螺子では無く平行螺子である。一方、圧力配管４０側には、中央孔２１０の螺子山（雌ねじ）に螺合する螺子山（雄螺子）４３が設けられている。【００３４】
さらに、圧力配管４０が長年の使用により緩むことを防止するため、縦孔６が設けられ、これに縦ボルト２０が挿入されて圧力配管４０に設けられた凹み４１と嵌合する（図９Ｂ）。横孔７を用いてボルト３０とナット３１で接続することは、先の例と同じである（例えば、図９Ｄ）。本実施例において、インサート７０を用いた場合、接続側の面３の中央孔２１０の入口２１０ａについては、インサート７０の外周面７５が入り込む分だけ、中央孔２１０の螺子山を設けずに、中心線Ｃを中心とした平坦な曲面が設けられ、インサート７０の外周面７５と嵌合する。シール材５０或いはインサート６０を用いる場合は、接続側の面３の中央孔２１０の入口２１０ａに螺子山を設けて、端部面４２を接続側の面３と同一面まで、圧力配管４０を螺込んでも良い。【００３５】
以上各実施例を説明したが、フランジ継手は、円板でなくとも良い。例えば、方形でも或いは他の多角形でも良い。また、差込み側の面に、溶接式差込フランジのハブフランジに見られるハブを設けても良い。また、周面は滑らかな曲面でも、凹凸を持った面でも良い。例えば、特許文献１の図４に示されたフランジの形状の場合、フランジ継手の横孔の間の中心線側に凹ませた位置に縦孔を設ける。
【符号の説明】
【００３６】
１、１００、２００  フランジ継手
２  差込側の面
３  接続側の面
４  外周面
５  内周面
６  縦孔
７  横孔
２０  縦ボルト
３０  横ボルト
【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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【図８】
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【図９】
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