(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト穴を有する第１の部材と、
めねじ部を有する第２の部材と、
前記ボルト穴と前記めねじ部に挿入され、前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するボルトと、
前記第１の部材に配置され、前記第２の部材に向かって突出する凸部を有するナットと、を備え、
前記ボルトの長さ方向を軸方向とし、
前記ナットは、前記凸部の前記軸方向に垂直な断面積が、前記ボルトの前記軸方向に垂直な断面積よりも大きく、
前記第２の部材は、前記めねじ部の前記第１の部材側にボルト穴を有し、前記ボルト穴の長さが前記ナットの前記凸部の突出長さよりも長い、
ことを特徴とするボルト締結構造。
【請求項２】
前記第１の部材の前記ボルト穴は、前記ナット側に位置する第１の部分ボルト穴と、前記第２の部材側に位置する第２の部分ボルト穴とを備え、
前記第１の部分ボルト穴は、直径が前記第２の部分ボルト穴の直径と前記ナットの前記凸部の外径よりも大きく、長さが前記ナットの前記凸部の突出長さよりも長い、請求項１に記載のボルト締結構造。
【請求項３】
前記第１の部材と前記ナットとの間に座金を備える請求項１に記載のボルト締結構造。
【請求項４】
前記第１の部材に接するフートを有するボルトテンショナをさらに備え、
前記フートは、前記座金と一体となっている請求項３に記載のボルト締結構造。
【請求項５】
前記フートは、前記軸方向に垂直な断面形状が開環形状である請求項４に記載のボルト締結構造。
【請求項６】
前記フートは、テーパ形状である請求項４に記載のボルト締結構造。
【請求項７】
請求項１に記載のボルト締結構造を備えるターボ機械。
【請求項８】
請求項１に記載のボルト締結構造を備える、ターボ機械のケーシング。
【請求項９】
請求項１に記載のボルト締結構造で前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するのに用いられ、前記第１の部材に接するフートを有し、
前記フートは、前記軸方向に垂直な断面形状が開環形状である、
ことを特徴とするボルトテンショナ。
【請求項１０】
請求項１に記載のボルト締結構造で前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するのに用いられ、前記第１の部材に接するフートを有し、
前記フートは、テーパ形状である、
ことを特徴とするボルトテンショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ機械におけるボルト締結部の構造（ボルト締結構造）と、ボルト締結構造を用いたターボ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、ポンプ、及び蒸気タービンなどに代表されるターボ機械は、筺体の役割を担うケーシングを備える。ケーシングは、ボルトにより締結される部分（ボルト締結部）を有し、高い気密性が求められる。石油、ガス産業の発展に伴い、ターボ機械には高圧化や大径化が求められている。しかしながら、ターボ機械の高圧化や大径化により、ケーシングのボルト締結部から、ケーシング内部の高圧ガスが漏洩する可能性が高まっている。高圧ガスの漏洩を防止するために、締結部はボルトによって強固に締結されることが要求され、その締結にはボルトテンショナが広く用いられる。ボルトテンショナは、ボルトの先端を把持し、油圧でボルトを伸長させる。この後、ナットを被締結体（例えば、ケーシング）に着座させ、ボルトテンショナの油圧を開放することにより、ボルトによる締結（ボルト締結）が完了する。ボルトテンショナを用いると、油圧によってボルトに高軸力を負荷でき、かつ、締結部材（ボルトやナット）の接触摩擦による軸力のばらつきを少なくすることができる。
【０００３】
ただし、ボルトテンショナを用いたボルト締結では、油圧で負荷を与えたボルトの軸力が、油圧の開放後に、ボルトと被締結体の剛性変化や変形により、低減する可能性がある。したがって、ボルトテンショナによって被締結体をより強固に締結するためには、油圧開放後にボルトの軸力が低減するのを抑制する必要がある。
【０００４】
ボルトテンショナに関連する技術として、特許文献１には、油圧負荷前と油圧負荷後のボルトの長さの差を測定することで、油圧によって負荷されているボルトの予荷重を確認する方法が開示されている。また、特許文献２には、角度を自由に変更可能なガイド装置をボルトテンショナの左右に設置することで、大きさの異なる圧力容器にも対応可能なボルトテンショナが開示されている。さらに、特許文献３には、複数段の油圧作動部を設置することで、油圧開放後にボルトテンショナの取り外しが容易なタービンケーシングボルト締付装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１０−５０１８７５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２２７１０号公報
【特許文献３】特開平１１−３００５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のとおり、ボルトテンショナを用いたボルト締結（ボルトによる締結）では、油圧で負荷を与えたボルトの軸力が油圧の開放後に低減するという課題がある。特許文献１、２、３は、ボルトテンショナに関連する発明であるが、いずれも油圧開放後のボルト軸力の低減を抑制する技術を開示していない。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ボルトテンショナの油圧で負荷を与えたボルトの軸力が油圧の開放後に低減するのを抑制できるボルト締結構造と、それを用いたターボ機械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】
【０００８】
本発明によるボルト締結構造は、以下のような特徴を有する。ボルト穴を有する第１の部材と、めねじ部を有する第２の部材と、前記ボルト穴と前記めねじ部に挿入され、前記第１の部材と前記第２の部材とを締結するボルトと、前記第１の部材に配置され、前記第２の部材に向かって突出する凸部を有するナットとを備える。前記ボルトの長さ方向を軸方向とすると、前記ナットは、前記凸部の前記軸方向に垂直な断面積が、前記ボルトの前記軸方向に垂直な断面積よりも大きい。前記第２の部材は、前記めねじ部の前記第１の部材側にボルト穴を有し、前記ボルト穴の長さが前記ナットの前記凸部の突出長さよりも長い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ボルトテンショナの油圧で負荷を与えたボルトの軸力が油圧の開放後に低減するのを抑制できるボルト締結構造と、それを用いたターボ機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１によるボルト締結構造の構成を示す断面図である。
【図２】従来のボルト締結構造の構成を示す断面図である。
【図３Ａ】実施例１によるボルト締結構造を適用した遠心圧縮機の水平分割型ケーシングの外観図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ断面図でありボルト締結構造の断面図である。
【図３Ｃ】図３ＢのＢ−Ｂ断面図である。
【図３Ｄ】植込みボルトの位置が図３Ｃとは異なる場合の、図３ＢのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１、図３Ｃ、及び図３Ｄとは異なる形状のフートを備えるボルトテンショナを、実施例１によるボルト締結構造に用いた場合の構成を示す断面図である。
【図５】実施例２によるボルト締結構造の構成を示す断面図である。
【図６】実施例３によるボルト締結構造の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によるボルト締結構造は、ボルト穴（溝が設けられていない穴）を有する第１の部材と、めねじ部（溝が設けられた穴）を有する第２の部材と、ボルト穴とめねじ部に挿入され、第１の部材と第２の部材とを締結するボルトと、第１の部材に配置され、第２の部材に向かって突出する凸部を有する凸型形状のナットを備える。ナットの凸部の断面積（ボルトの長さ方向に垂直な断面積）は、ボルトの断面積（長さ方向に垂直な断面積）よりも大きい。第２の部材は、めねじ部の第１の部材側にボルト穴を有し、ボルト穴の長さがナットの凸部の突出長さよりも長い。
【００１２】
本発明によるボルト締結構造は、従来のボルト締結構造と比較し、第２の部材のボルト穴により、ボルトテンショナによる油圧負荷時のボルト剛性を低減させることができ、かつ、凸型形状のナットにより、油圧開放後のボルト剛性を増加させることができる。この油圧負荷時と油圧開放後のボルト剛性の変化により、油圧開放後のボルト軸力の低減を抑制することができる。ボルト軸力の低減が抑制され、従来のボルト締結構造よりも軸力が増加することにより、ターボ機械の被締結体（例えば、ケーシング）をより強固に締結することができ、その高圧化や大径化が実現できる。また、ボルト軸力が増加することで、締結に必要なボルトの数を低減することが可能となり、ボルト締結部の材料、製作、及び作業などに関するコストの削減に繋がる。本発明のボルト締結構造は、圧縮機、ポンプ、及び蒸気タービンなど、各種のターボ機械に汎用的に適用することができ、これらのケーシングなど、任意の部分を締結するのに用いることができる。
【００１３】
以下、本発明の実施例によるボルト締結構造を、図面を用いて説明する。以下の実施例では、本発明のボルト締結構造を遠心圧縮機のケーシング（圧力容器）に適用し、第１の部材である上フランジと第２の部材である下フランジを締結する例を示す。なお、本発明のボルト締結構造は、第１の部材と第２の部材が、以下の実施例に示すように上下に並んで配置された場合でも、左右に並んで配置された場合でも、適用することができる。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例１によるボルト締結構造１００の構成を示す断面図である。図２は、従来のボルト締結構造２００の構成を示す断面図であり、参考として示した。図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、及び図３Ｄは、本発明の実施例１によるボルト締結構造１００を適用した遠心圧縮機３００を示す図である。図４は、図１とは異なるボルトテンショナを用いた場合の構成を示す断面図である。図３Ａ〜図３Ｄと図４については、後で詳述する。なお、図１、図２、図３Ａ〜図３Ｄ、及び図４において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素の繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１５】
図１に示すように、本実施例によるボルト締結構造１００は、上フランジ１０８、上フランジ１０８の下に配置される下フランジ１０９、上フランジ１０８と下フランジ１０９とを締結する植込みボルト１０６、及び上フランジ１０８の上部に配置される凸型ナット１０７を備える。上フランジ１０８と下フランジ１０９とを植込みボルト１０６で締結するために、ボルトテンショナ１０５を用いる。ボルトテンショナ１０５は、植込みボルト１０６を把持するテンションロッド１０２、テンションロッド１０２に油圧を負荷する油圧ジャッキ１０３、及び油圧の反力を受けて上フランジ１０８を圧縮するフート１０４の３部材を備える。フート１０４は、上フランジ１０８の上面に垂直に接する円筒形状である。すなわち、フート１０４は、上フランジ１０８の上面から、この上面の法線方向（図１の上下方向）に円筒状に延伸する。なお、以下の説明において、植込みボルト１０６の長さ方向（図１の上下方向）を「軸方向」と称する。
【００１６】
凸型ナット１０７は、肩部１２０と、肩部１２０から下フランジ１０９に向かって軸方向に突出する凸部１１３を有する。肩部１２０は、直径（軸方向に垂直な方向の最大長さ）が凸部１１３より大きい部分である。凸部１１３の軸方向に垂直な断面積（穴の部分を除く断面積）は、植込みボルト１０６の軸方向に垂直な断面積よりも大きい。凸型ナット１０７の肩部１２０は、上フランジ１０８の上面と接触する。凸型ナット１０７の肩部１２０と上フランジ１０８の上面とが接触する部分を、接触部１１９と呼ぶ。
【００１７】
上フランジ１０８は、ボルト穴として、凸型ナット１０７側に位置する上フランジ内上部ボルト穴１１０と、上フランジ内上部ボルト穴１１０の下部（下フランジ１０９側）に位置する上フランジ内下部ボルト穴１１１を備える。上フランジ内上部ボルト穴１１０の長さ（軸方向の長さ）は、凸型ナット１０７の凸部１１３の軸方向の長さ（突出長さ）よりも長い。上フランジ内上部ボルト穴１１０の直径は、上フランジ内下部ボルト穴１１１の直径よりも大きく、凸型ナット１０７の凸部１１３の外径よりも大きい。上フランジ内上部ボルト穴１１０には、凸型ナット１０７の凸部１１３が挿入される。上フランジ内下部ボルト穴１１１には、植込みボルト１０６が挿入される。
【００１８】
上フランジ１０８と下フランジ１０９を植込みボルト１０６で締結するために、下フランジ１０９は、めねじ部１１８を備える。さらに下フランジ１０９は、めねじ部１１８の上部（上フランジ１０８側）に、下フランジ内ボルト穴１１２を備える。下フランジ内ボルト穴１１２は、上フランジ１０８の上フランジ内下部ボルト穴１１１と連通する。下フランジ内ボルト穴１１２とめねじ部１１８には、植込みボルト１０６が挿入される。下フランジ内ボルト穴１１２の長さは、凸型ナット１０７の凸部１１３の突出長さよりも長い。
【００１９】
図２に示すように、従来のボルト締結構造２００は、上フランジ１０８、下フランジ１０９、植込みボルト１０６、及び上フランジ１０８の上部に配置されるナット２０１を備える。ボルトテンショナ１０５は、上フランジ１０８と下フランジ１０９とを植込みボルト１０６で締結する。上フランジ１０８は、ボルト穴２０２を備える。ボルト穴２０２には、植込みボルト１０６が挿入される。
【００２０】
従来のボルト締結構造２００では、下フランジ１０９は、めねじ部１１８のみを備え、めねじ部１１８によって上フランジ１０８と下フランジ１０９とが植込みボルト１０６で締結される。
【００２１】
図１に示した本実施例によるボルト締結構造１００では、ボルトテンショナ１０５の油圧ジャッキ１０３がテンションロッド１０２に油圧を負荷すると、テンションロッド１０２が上方に押し上げられ、植込みボルト１０６が軸方向の上向きに伸長する。植込みボルト１０６が伸長することにより、接触部１１９では、凸型ナット１０７の肩部１２０と上フランジ１０８の上面との間に間隙が生じる。植込みボルト１０６が伸長している状態で、凸型ナット１０７を回転させ、肩部１２０を上フランジ１０８の上面に着座させ、肩部１２０と上フランジ１０８の上面とを接触部１１９で接触させる。この状態のまま油圧ジャッキ１０３の油圧を開放することで、上フランジ１０８と下フランジ１０９をボルト締結することができる。
【００２２】
ここで、油圧ジャッキ１０３がテンションロッド１０２に油圧を負荷した際に植込みボルト１０６に発生する初期軸力Ｆと、油圧を開放した際に植込みボルト１０６に残留する残留軸力Ｆ’の比を、有効軸力係数γと定義し、式（１）で表す。
γ＝Ｆ’／Ｆ                    （１）
油圧開放後の残留軸力Ｆ’は、植込みボルト１０６と上フランジ１０８の剛性変化や変形により、初期軸力Ｆよりも小さくなる。このため、式（１）の関係から、有効軸力係数γは、１よりも小さくなる。本発明の目的である油圧開放後のボルト軸力の低減を抑制することとは、有効軸力係数γを１に近付けることである。
【００２３】
有効軸力係数γは、油圧負荷時と油圧開放後における、植込みボルト１０６と上フランジ１０８の変位と植込みボルト１０６の軸力とから導出することができる。油圧負荷時は、テンションロッド１０２により植込みボルト１０６が伸長し、フート１０４により上フランジ１０８が圧縮される。この時、植込みボルト１０６には初期軸力Ｆが負荷され、接触部１１９には間隙が生じている。油圧負荷時に凸型ナット１０７の肩部１２０が上方に移動する量をλｂ、上フランジ１０８の上面が下方に移動する量をλｕｆとすれば、接触部１１９の間隙の距離Δλは、式（２）で表わされる。
Δλ＝λｂ＋λｕｆ                （２）
λｂ＝Ｆ／Ｋｂ                    （３）
λｕｆ＝Ｆ／Ｋｕｆ                （４）
また、植込みボルト１０６の剛性をＫｂ、上フランジ１０８の剛性をＫｕｆとすれば、λｂとλｕｆは、それぞれ式（３）、式（４）で表わされる。
【００２４】
接触部１１９に間隙が生じている状態で、凸型ナット１０７を回転させ、間隙の距離Δλの分だけ下方に移動させることで、凸型ナット１０７の肩部１２０が上フランジ１０８の上面に着座する。この状態で油圧を開放することにより、凸型ナット１０７が、植込みボルトを伸長させ、かつ、上フランジ１０８を圧縮する。このとき、植込みボルト１０６には残留軸力Ｆ’が発生している。油圧開放後に、凸型ナット１０７の肩部１２０が着座位置から上方に移動する量をλ’ｂ、上フランジ１０８の上面が初期位置から下方に移動する量をλ’ｕｆとすれば、この和が間隙の距離Δλに等しくなることから、式（５）が成り立つ。
Δλ＝λ’ｂ＋λ’ｕｆ              （５）
λ’ｂ＝Ｆ’／Ｋ’ｂ                （６）
λ’ｕｆ＝Ｆ’／Ｋ’ｕｆ            （７）
また、この時の植込みボルト１０６の剛性をＫ’ｂ、上フランジ１０８の剛性をＫ’ｕｆとすれば、λ’ｂとλ’ｕｆは、それぞれ式（６）、式（７）で表わされる。
【００２５】
式（２）から式（７）により、式（８）が得られる。有効軸力係数γは、式（１）と式（８）より、式（９）で表わされる。
Ｆ・（１／Ｋｂ＋１／Ｋｕｆ）＝Ｆ’・（１／Ｋ’ｂ＋１／Ｋ’ｕｆ）      （８）
γ＝（１／Ｋｂ＋１／Ｋｕｆ）／（１／Ｋ’ｂ＋１／Ｋ’ｕｆ）            （９）
式（９）より、有効軸力係数γを増加するためには、油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂ、または上フランジ１０８の剛性Ｋｕｆを低減させるか、油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性Ｋ’ｂ、または上フランジ１０８の剛性Ｋ’ｕｆを増加させればよいことが分かる。
【００２６】
本実施例によるボルト締結構造では、従来のボルト締結構造と比較して、植込みボルト１０６の剛性を変化させている。
【００２７】
図２に示した従来のボルト締結構造において、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位としては、ナット２０１の噛み合い部２１５、植込みボルト１０６の非噛み合い部２１６、及びめねじ部１１８の噛み合い部２１７の３部位が挙げられる。なお、ナット２０１やめねじ部１１８は、全部の長さでなく、一部の長さの範囲で植込みボルト１０６と噛み合うことが一般的に知られている。この一部の長さの範囲が、ナット２０１の噛み合い部２１５と、めねじ部１１８の噛み合い部２１７である。
【００２８】
図１に示した本実施例のボルト締結構造では、従来のボルト締結構造と異なり、ナットが凸型ナット１０７であり、下フランジ１０９のめねじ部１１８の上部に下フランジ内ボルト穴１１２を備える。このため、本実施例のボルト締結構造における植込みボルト１０６の剛性に関わる部位は、凸型ナット１０７の噛み合い部１１５、植込みボルト１０６の非噛み合い部１１６、及びめねじ部１１８の噛み合い部１１７という従来のボルト締結構造と同じ３部位の他に、凸型ナット１０７の非噛み合い部１１４が加わる。
【００２９】
下フランジ内ボルト穴１１２の長さを凸型ナット１０７の凸部１１３の突出長さよりも長くすることで、植込みボルト１０６の非噛み合い部１１６の長さを、従来のボルト締結構造（図２を参照）での植込みボルト１０６の非噛み合い部２１６の長さよりも長くすることができる。この結果、本実施例のボルト締結構造における噛み合い部１１５、１１７と非噛み合い部１１６の合計の長さは、従来のボルト締結構造における噛み合い部２１５、２１７と非噛み合い部２１６の合計の長さよりも長くなる。さらに、本実施例のボルト締結構造では、この合計の長さに、凸型ナット１０７の非噛み合い部１１４の長さが加わった長さが、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さである。したがって、本実施例のボルト締結構造における植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さは、従来のボルト締結構造における長さよりも長い。
【００３０】
ボルトの剛性Ｋは、ボルトの剛性に関わる部位の長さＬ、断面積Ａ、及び弾性係数Ｅを用いて、式（１０）で表わされる。
Ｋ＝Ａ・Ｅ／Ｌ                （１０）
すなわち、長さＬが増加するほど剛性Ｋは低減し、断面積Ａや弾性係数Ｅが増加するほど剛性Ｋは増加する。
【００３１】
上記で説明したとおり、本実施例のボルト締結構造における植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さは、従来のボルト締結構造における長さよりも長い。すなわち、本実施例のボルト締結構造での植込みボルト１０６の剛性は、従来のボルト締結構造での剛性よりも低減する。これは、式（９）の油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。
【００３２】
また、本実施例のボルト締結構造での、油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性には、従来のボルト締結構造と比較して、凸型ナット１０７の非噛み合い部１１４の長さに対応する剛性が追加される。これは、式（９）の油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性Ｋ’ｂが増加することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。
【００３３】
油圧開放後において、凸型ナット１０７の凸部１１３には、植込みボルト１０６に発生している残留軸力Ｆ’と同等の軸力が発生する。よって、凸部１１３の強度や変形を考慮し、凸部１１３の軸方向に垂直な断面積（穴の部分を除く断面積）は、植込みボルト１０６の軸方向に垂直な断面積よりも大きくすることが望ましい。凸部１１３の軸方向に垂直な断面積が増加するほど、油圧開放後における植込みボルト１０６の剛性Ｋ’ｂが増加するので、有効軸力係数γをさらに増加させることができる。
【００３４】
図３Ａ〜図３Ｄを用いて、本実施例によるボルト締結構造１００をターボ機械に適用した例を説明する。図３Ａ〜図３Ｄは、本実施例によるボルト締結構造１００を適用したターボ機械の一例として、遠心圧縮機３００を示している。図３Ａは、遠心圧縮機３００の水平分割型ケーシングの外観図、図３Ｂは、図３ＡのＡ−Ａ断面図でありボルト締結構造１００の断面図、図３Ｃは、図３ＢのＢ−Ｂ断面図、図３Ｄは、植込みボルト１０６の位置が図３Ｃとは異なる場合の、図３ＢのＢ−Ｂ断面図である。なお、図３Ｃと図３Ｄには、図３Ａと図３Ｂに示していないボルトテンショナのフート１０４の断面も示している。
【００３５】
遠心圧縮機３００は、ケーシング（圧力容器）と、ケーシングの内部に配置されたインペラと回転軸と、ケーシングの端部を封止するシールケースを備える。図３Ａ〜図３Ｄでは、インペラ、回転軸、及びシールケースを示していない。なお、図３Ａでは、水平分割型のケーシングを備える遠心圧縮機３００を示しているが、本実施例によるボルト締結構造１００は、バレル型のケーシングを備える遠心圧縮機にも適用できる。
【００３６】
水平分割型のケーシングは、バレル型のケーシングに比べて、メンテナンス性に優れるが、気密性に課題がある。このため、水平分割型のケーシングの高圧化や大径化を達成するためには、ボルト締結部をより強固に締結する必要がある。
【００３７】
図３Ａに示すように、水平分割型のケーシングは、上ケーシング３０１、下ケーシング３０２、及びボルト締結部３０３を備える。水平に分割された２つのケーシング（上ケーシング３０１と下ケーシング３０２）の周囲にはフランジがあり、上ケーシング３０１のフランジと下ケーシング３０２のフランジは、ボルト締結部３０３により締結され、ケーシング内部の高圧ガスを封止する。
【００３８】
図３Ｂに示すように、ボルト締結部３０３には、本実施例によるボルト締結構造１００を用いる。すなわち、上ケーシング３０１のフランジの上部には凸型ナット１０７が配置され、下ケーシング３０２のフランジは、めねじ部１１８の上部に下フランジ内ボルト穴１１２を備える。水平分割型ケーシングの場合、ケーシングの端部３０４や中央部３０５（図３Ａを参照）からガスが漏洩しやすい。本実施例によるボルト締結構造１００は、ケーシングの端部３０４や中央部３０５のボルト締結部３０３にのみ適用してもよいし、全てのボルト締結部３０３に適用してもよい。
【００３９】
図３Ｃは、図３ＢのＢ−Ｂ断面図で、植込みボルト１０６、凸型ナット１０７、フート１０４、及び上ケーシング３０１の位置関係を示している。図３Ｃに示すように、通常、フート１０４は、軸方向に垂直な断面形状が円環形状である。
【００４０】
図３Ｄは、図３Ｃと同様に図３ＢのＢ−Ｂ断面図で、植込みボルト１０６、凸型ナット１０７、フート１０４ａ、及び上ケーシング３０１の位置関係を示している。ただし、図３Ｃと異なり、フート１０４ａは、軸方向に垂直な断面形状が開環形状（Ｃ型形状）である。上ケーシング３０１と下ケーシング３０２をより確実に密閉し、ケーシング内部の高圧ガスの封止効果を高めるためには、植込みボルト１０６と凸型ナット１０７を上ケーシング３０１の内径側に寄せるのが好ましい。しかし、植込みボルト１０６と凸型ナット１０７を上ケーシング３０１の内径側に寄せると、図３Ｃに示したような軸方向に垂直な断面形状が円環形状のフート１０４を用いることができない。そこで、図３Ｄに示したような開環形状のフート１０４ａを用い、開環部が上ケーシング３０１の内径側に位置するようにフート１０４ａを配置する。開環形状のフート１０４ａは、例えば、円環形状のフート１０４の一部を加工して作製できる。
【００４１】
図４は、図１、図３Ｃ、及び図３Ｄとは異なる形状のフート１０４ｂを備えるボルトテンショナ１０５を、本実施例によるボルト締結構造１００に用いた場合の構成を示す断面図である。図１、図３Ｃ、及び図３Ｄでは、ボルトテンショナ１０５のフート１０４の形状は、上フランジ１０８の上面や上ケーシング３０１のフランジ部の上面に垂直に接する円筒形状である。ボルトテンショナ１０５のフートの形状は、円筒形状に限るものではなく、図４に示したフート１０４ｂのように、上フランジ１０８の上面や上ケーシング３０１のフランジ部の上面と垂直以外の角度で接するような形状、すなわち、テーパ形状でもよい。ただし、上フランジ１０８の上面や上ケーシング３０１のフランジ部の上面から、油圧ジャッキ１０３に向かって広がるようなテーパ形状が好ましい。
【００４２】
フート１０４ｂをテーパ形状にすると、フートが円筒形状の場合よりも、ボルトテンショナ１０５の油圧負荷時に発生するフート１０４ｂの反力が大きくなり、上フランジ内上部ボルト穴１１０の近傍での圧縮変形が増加する。これは、式（９）の油圧負荷時における上フランジ１０８の剛性Ｋｕｆが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。
【実施例２】
【００４３】
図５は、本発明の実施例２によるボルト締結構造４００の構成を示す断面図である。図５において、図１と同一の符号は、図１と同一のまたは対応する構成要素を示す。図５に示したボルト締結構造４００のうち、図１に示した実施例１によるボルト締結構造１００と同一の構成と機能については、説明を省略する。
【００４４】
本実施例のボルト締結構造４００は、実施例１のボルト締結構造１００に対して、上フランジ１０８の上面と凸型ナット１０７の肩部１２０との間に座金４０１を備える構成である。上フランジ内上部ボルト穴１１０には、凸型ナット１０７の凸部１１３の一部が挿入される。
【００４５】
上フランジ１０８と凸型ナット１０７との間に座金４０１を追加することにより、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さを、実施例１のボルト締結構造１００と比較して、座金４０１の高さ４０２の分だけ長くすることができる。すなわち、本実施例のボルト締結構造４００では、実施例１のボルト締結構造１００よりも、式（１０）の長さＬが増加するので植込みボルト１０６の剛性Ｋが低減する。これは、式（９）の油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。
【００４６】
なお、上フランジ１０８に形成している上フランジ内上部ボルト穴１１０の長さは、座金４０１の高さ４０２に応じて任意に変更してよい。例えば、座金４０１の高さ４０２が凸型ナット１０７の凸部１１３の突出長さよりも大きければ、上フランジ内上部ボルト穴１１０の長さを実施例１での長さより短くしてもよく、または上フランジ内上部ボルト穴１１０を上フランジ１０８に形成しなくてもよい。上フランジ内上部ボルト穴１１０を上フランジ１０８に形成しない場合には、凸型ナット１０７の凸部１１３は、上フランジ１０８の上面に配置される。
【実施例３】
【００４７】
図６は、本発明の実施例３によるボルト締結構造５００の構成を示す断面図である。図６において、図１、図５と同一の符号は、図１、図５と同一のまたは対応する構成要素を示す。図６に示したボルト締結構造５００のうち、図１に示した実施例１によるボルト締結構造１００及び図５に示した実施例２によるボルト締結構造４００と同一の構成と機能については、説明を省略する。
【００４８】
本実施例のボルト締結構造５００は、フート座金５０１を備える点が実施例１及び実施例２と異なる。フート座金５０１は、実施例２のボルト締結構造４００（図５）において、ボルトテンショナ１０５のフート１０４と座金４０１とが一体となっている構成要素である。すなわち、フート座金５０１は、実施例２のフート１０４に対応するフート部５０１ａと、実施例２の座金４０１に対応する座金部５０１ｂを有する。フート座金５０１の座金部５０１ｂは、上フランジ１０８の上面と凸型ナット１０７の肩部１２０との間に配置される。
【００４９】
フートと座金が一体となったフート座金５０１を用いることにより、ボルトテンショナ１０５の油圧負荷時に発生するフート座金５０１のフート部５０１ａの反力が、フート座金５０１の座金部５０１ｂにも伝達される。したがって、本実施例のボルト締結構造５００では、フート１０４と座金４０１が別体である実施例２のボルト締結構造４００（図５）と比較して、フート座金５０１の座金部５０１ｂにもフート部５０１ａの反力が伝達されるので、上フランジ内上部ボルト穴１１０の近傍での圧縮変形が増加する。これは、式（９）の油圧負荷時における上フランジ１０８の剛性Ｋｕｆが低減することを意味し、この結果、有効軸力係数γを増加させることができる。
【００５０】
さらに、本実施例のボルト締結構造５００では、フート座金５０１の座金部５０１ｂにより、実施例２で説明した効果と同様の効果が得られる。すなわち、植込みボルト１０６の剛性に関わる部位の長さが、実施例１のボルト締結構造１００と比較して、フート座金５０１の座金部５０１ｂの高さ４０２の分だけ長くなり、この結果、式（９）の油圧負荷時における植込みボルト１０６の剛性Ｋｂが低減し、有効軸力係数γを増加させることができる。
【００５１】
実施例１〜実施例３で説明したように、本発明によるボルト締結構造は、式（１）と式（９）に示した有効軸力係数γを増加させて１に近付けることができ、したがって、ボルトテンショナの油圧で負荷を与えたボルトの軸力が、油圧の開放後に低減するのを抑制することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１００、４００、５００…ボルト締結構造、１０２…テンションロッド、１０３…油圧ジャッキ、１０４、１０４ａ、１０４ｂ…フート、１０５…ボルトテンショナ、１０６…植込みボルト、１０７…凸型ナット、１０８…上フランジ、１０９…下フランジ、１１０…上フランジ内上部ボルト穴、１１１…上フランジ内下部ボルト穴、１１２…下フランジ内ボルト穴、１１３…凸型ナットの凸部、１１４…凸型ナットの非噛み合い部、１１５…凸型ナットの噛み合い部、１１６…植込みボルトの非噛み合い部、１１７…めねじ部の噛み合い部、１１８…めねじ部、１１９…接触部、１２０…凸型ナットの肩部、２００…従来のボルト締結構造、２０１…ナット、２０２…ボルト穴、２１５…ナットの噛み合い部、２１６…植込みボルトの非噛み合い部、２１７…めねじ部の噛み合い部、３０１…上ケーシング、３０２…下ケーシング、３０３…ボルト締結部、３０４…ケーシングの端部、３０５…ケーシングの中央部、４０１…座金、４０２…座金の高さ、５０１…フート座金、５０１ａ…フート座金のフート部、５０１ｂ…フート座金の座金部。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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