(57)【要約】  本発明は、２組に分け、各組内の各枚のクランプ同士が連結パイプ軸に平行であるピンで連結され、組同士がパイプ軸に垂直であるボルトで連結され、各々のクランプの何れの外形も部分的な円環柱であり、裏面は円弧の溝であり、溝の上下面は対称である部分的な内錐面であり、各クランプが環状に連結されるとブロックチェーンになるオレンジピール型の斜平面のパイプ連結用クランプ及び管連結部材を公開する。クランプと連結管のテーパーとの結合面は斜平面であり、石綿マット、金属巻きガスケット及び金属リング等の各種のガスケットを採用してよく、ＤＮ５０以上の口径のフランジの代わりに、中高圧及び可燃物・爆発物媒質の管路の連結に用いられてよく、且つ重量が単にフランジの２０〜３０％であり、製造コストがフランジより遥かに低い。【選択図】図２Ｃ
2019525093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２組に分け、各組内の各枚のクランプ同士がパイプ軸に平行であるピンで連結され、組
同士がパイプ軸に垂直であるボルトで連結され、各々のクランプの何れの外形も部分的な
円環柱であり、裏面は円弧の溝であり、溝の上下面は対称である部分的な内錐面であり、
各クランプが環状に連結されるとブロックチェーンになることを特徴とするオレンジピー
ル型の斜平面のパイプ連結用クランプ。
【請求項２】
クランプの内錐面の円錐角つまり内錐面の法線方向とブロックチェーンの軸方向との夾
角はα＝１０〜２０°であり、前記クランプの枚数Ｎは偶数であり、Ｎは同じ口径のフラ
ンジのボルト数を越えないことを特徴とする請求項１に記載のパイプ連結用クランプ。
【請求項３】
各々のクランプの内錐面の中間部分が突出して台形の平面になり、平面が錐面に平行で
あり、つまり平面の斜角が錐面の円錐角に等しいことを特徴とする請求項１に記載のパイ
プ連結用クランプ。
【請求項４】
単一クランプの台形の斜平面の２つの側辺がブロックチェーンの円心に延ばして形成さ
れた台形角γの合計はΓ＝１８０〜３００°であり、単一クランプの台形角はγ＝Γ／Ｎ
であることを特徴とする請求項１に記載のパイプ連結用クランプ。
【請求項５】
一端が管頭であり、他端が突出したテーパーであり、管頭は管路に溶接され、テーパー
の外円錐角がクランプの内円錐角に等しく、テーパーの外錐面に錐面に平行であるＮ個の
凹んだ台形の斜平面が切削されることを特徴とする請求項１乃至４に記載のパイプ連結用
クランプに合わせた連結管。
【請求項６】
連結管のテーパーにおける台形の斜平面の２つの側辺が連結管の円心に延ばして形成さ
れた台形角の合計はΒ＝９０〜１２０°であり、クランプの台形角と連結管の台形角との
比はγ／β?２であることを特徴とする請求項５に記載の連結管。
【請求項７】
連結管のテーパーの底面は密封面であり、強制的なガスケットを採用し、密封面の形態
は平面、凹凸面、さねはぎ面、リング溝面又は三角ループの内溝面であり、自己締付機能
を持つソフトガスケットを採用してもよいことを特徴とする請求項５に記載の連結管。
【請求項８】
連結管の管頭と管路とは、ねじ山で連結されることを特徴とする請求項５に記載の連結
管。
【請求項９】
請求項１に記載のブロックチェーン及び請求項５に記載の連結管からなる管路の連結部
材において、１セットのブロックチェーン及び１対の連結管が１セットの管路の連結部材
を構成し、２つの連結管のテーパーの間にガスケットが置かれ、２つの連結管の管頭がそ
れぞれ両側の管路に溶接され又はねじ山で連結されることを特徴とする管路の連結部材。
【請求項１０】
バルブの製造に用いられ、つまり従来のフランジで連結されるバルブにおけるフランジ
を請求項５に記載の連結管に変え、バルブと管路とが請求項１に記載のブロックチェーン
で連結され、連結管の口径ＤＮはＤＮ５０〜７００であることを特徴とする請求項９に記
載の管路の連結部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械分野に属し、クランプ及びクランプパイプの連結部材に関し、石油加工、
化学工業、製薬、電力、冶金、ボイラー等の業界における管路の連結に好適に用いられる
。
【背景技術】
【０００２】
工業において、管路の連結として、一般的にフランジを採用し、バルブもフランジ型の
バルブである。フランジは、大きく粗く、材料を無駄にし、取り付けも面倒であるが、好
適な代用物はまだない。ＤＮ５０以下の小口径の管路であれば、フランジの代わりにユニ
オンを使用してもよい。ユニオンは、フランジよりも取り付けやすく、重量がフランジの
２０〜３０％のみであり、コストが３０〜５０％低下する。ユニオン型のバルブも、フラ
ンジ型のバルブの材料及びコストより大体同様な比例で低下し、現在、民間用管路の連結
業界にしか使用されないが、遅かれ早かれ化学工業の業界に普及する。本発明者の提出し
た三角ループ状のガスケットにより、ユニオンの化学工業の業界での使用の密封の問題が
既に解決される（ＣＮ２０３７５６９８２Ｕ、ＣＮ２０４７１７１８１Ｕ参照）。大口径
の管路については、フランジの代わりにクランプを使用してもよいが、クランプはゴムシ
ールであり、水管路の連結のみに適合され、現在、消火用水主管、食品及び製薬の業界の
みに使用されるが、他の業界ではめったに使用されない。石油工業用の高圧クランプは、
硬いシールワッシャーを採用し、加工精度に対する要求が高く、コストが高いので、普及
することはできない。
【０００３】
従来のクランプは、主に、水管の連結に用いられ、クランプ、ハブフランジ、ボルト及
びガスケットからなる。図１を参照されたい。クランプは、一般的に２枚であり、せいぜ
い３枚（中華人民共和国国家標準参照）しかない。取り付けられた後で、クランプの内錐
面とハブフランジの外錐面とがぴったり合い、図面においてｂは切点である。仮にガスケ
ットを石綿マットとして、暫く使用された後で従来の漏洩現象が発見され、締め付ける必
要があり、ボルトを締め付けた後でクランプが内へ収縮し、切点がｂからｃ点に移し、こ
の場合、軸方向の断面Ｄ-Ｄにおいて、クランプの雌コーンの直径がハブフランジの雄コ
ーンの直径よりも大きく、他の断面でもその通りである。この場合、２つの錐面が既に緊
密に結合されず、１枚のクランプの内錐面とハブフランジの外錐面とが１枚のクランプの
内錐面の中部に位置する１本の線のみで貼り合わせ、クランプの両側が浮き上がって、２
枚のクランプに対して２本の線のみで貼り合わせる。クランプを取り付ける場合にｂ点に
ならないうちに、ガスケットが既にしっかりシールし又はナットを締め付けることができ
なくなると、この場合、１枚のクランプとハブフランジの錐面とがクランプの外縁に位置
する２本の線で貼り合い、クランプの真ん中が膨れ、隣接する２枚のクランプのラグの距
離が近く、２本の貼り合わせ線の作用が１本に相当する。これにより、従来のクランプガ
スケットとしては、ソフトシールしか採用できず、石綿板、金属巻きガスケット等の強制
的なガスケットを採用できないことが判明される。
【０００４】
まとめていうと、従来のクランプでは、取り付けられた後で、何れもクランプの内錐面
と連結管のテーパーの外錐面とを貼り合わせ、僅かなズレも許さず、所定の位置まで締め
付けられた後でボルトが少し締め付けられると、クランプが浮き上がるので、ゴム製のＯ
リング、ゴム製のＣリングのような自己締付作用を持つソフトシールしか使用できず、使
用範囲が非常に狭い。
【０００５】
石油工業において、クランプを高圧管路の連結に使用されることもあり、ガスケットと
して八角リングを採用し、製造過程としてはクランプにガスケットを加えて環状に取り付
けた後で旋盤で仕上げ、価格が高く、且つ小口径の管路しか適用されない。実際的に、Ｇ
Ｂ１５０．３「圧力容器第３部：設計」には、クランプの「シールリングは自己締付機能
を持つべきである」（ｐ２８１）、シールリングとしてはゴム製のＯリング及びゴム製の
Ｃリングしか採用できないことが指摘されている。
【０００６】
そのため、クランプは、工業でずっと普遍に普及されず、現在、消防及び下降管・上昇
管のみに管理部門により強制に普及され、シールリングはゴム製のＣリングである。化学
工業の業界における管路で輸送される流体は殆ど可燃物・爆発物の媒質であり、且つ温度
が高く、ガスケットとして一般的にゴム材料の使用を許さないので、従来のクランプは、
化学工業の業界に適用されることはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のクランプに基づいて、本発明の目的は、新規なパイプ連結用クランプ及びその管
連結部材を提出することである。オレンジピール型の斜平面クランプ及びオレンジピール
型の斜平面クランプパイプの連結部材を、フラットフープ及びバックルと略称する。クラ
ンプと連結管のテーパーとの結合面は斜平面であり、石綿マット、金属巻きガスケット及
び金属リング等の各種のガスケットを採用してよく、ＤＮ５０以上の口径のフランジの代
わりに、低圧、中高圧及び可燃物・爆発物媒質の管路の連結に用いられてよい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の技術案は、２組に分け、各組内の各枚のクランプ同士が連結パイプ軸に平行で
あるピンで連結され、組同士がパイプ軸に垂直であるボルトで連結され、各々のクランプ
の何れの外形も部分的な円環柱であり、裏面は円弧の溝であり、溝の上下面は対称である
部分的な内錐面であり、各クランプが環状に連結されるとブロックチェーンになるオレン
ジピール型の斜平面パイプ連結用クランプである。
【０００９】
前記クランプにおいて、クランプの内錐面の円錐角、つまり内錐面の法線方向とブロッ
クチェーンの軸方向との夾角はα＝５〜８００であり、最も好ましくは１０〜２００であ
る。前記クランプの枚数Ｎは偶数であり、Ｎは最も好ましくは同じ口径のフランジのボル
ト数を越えず、例えば４枚、６枚、８枚、１０枚、１２枚、１８枚等であってよい。
【００１０】
前記クランプにおいて、各々のクランプの内錐面の中間部分が突出して台形の平面にな
り、平面が軸平面に平行であり、つまり平面の斜角が錐面の円錐角に等しい。
【００１１】
前記クランプにおいて、単一クランプの台形の斜平面の２つの側辺がブロックチェーン
の円心に延ばして形成された台形角γの合計はΓ＝４０〜３３００であり、最も好ましく
は１８０〜３０００であり、単一クランプの台形角はγ＝Γ／Ｎである。
【００１２】
本発明は、上記パイプ連結用クランプに合わせた管連結部材つまり連結管を更に提出し
、従来のクランプの基準ではハブフランジと呼ばれ、ここで連結管と呼ばれる。連結管は
、一端が管頭であり、一端が突出したテーパーであり、管頭が連結管路によって溶接され
、ねじ山で連結されてもよい。テーパーの外円錐角がクランプの内円錐角に等しく、テー
パーの外錐面にバイトで錐面に平行である凹んだＮ個の台形の斜平面が切削される。連結
管の台形の斜平面の２つの側辺が連結管の円心角に延ばして形成された台形角の合計はＢ
＝２０〜１８００であり、最も好ましくは９０〜１２００であり、クランプ台形角と連結
管の台形角との比はγ／β&#8805;１．１であり、最も好ましくはγ／β&#8805;２である
。
【００１３】
前記連結管において、連結管のテーパーの底面は密封面であり、例えば石綿マット、金
属巻きガスケット及び金属リング等の強制的なガスケットを採用し、密封面の形態は平面
、凸凹面、さねはぎ面、リング溝面又は三角ループの内部溝面等である。例えば、ゴム製
のＯリング、ゴム製のＣリングのような、自己締付機能を持つソフトガスケットを採用し
てもよい。
【００１４】
上記ブロックチェーンが連結管に合わせて、オレンジピール型の斜平面クランプパイプ
の連結部材（バックルと略称する）と呼ばれる新しい管路の連結部材を形成する。１セッ
トのブロックチェーン及び１対の（２つの）連結管が１セットのバックルを構成して、２
つの連結管のテーパーの間にガスケットが置かれ、２組のクランプの連結ボルトを締め付
け、２つの連結管の管頭をそれぞれ両側の管路に溶接すると、バックルの取り付けが完成
される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の提出したバックルは、ＤＮ１５〜３０００管路の連結に用いられてよいが、最
も好ましくはＤＮ５０〜７００である。圧力で、低圧から高圧にする。温度で、零下の低
温から高温にする。クランプ材は、亜鉛メッキ炭素鋼であり、黒変、リン酸塩処理、ニッ
ケルメッキ等をされてもよく、ステンレス材料を採用してもよい。連結管材は炭素鋼又は
ステンレスであり、他の材料を採用してもよい。クランプ及び連結管の製造は、何れも半
完成品を鍛造した後で機械加工し、主に、化学工業の業界に用いられ、民間用管路の連結
に使用される場合に鋳造されてもよい。
【００１６】
本発明の提出したバックルは、連結管直段の重量を除去すれば、１対のフランジの重量
と比較すると、単にフランジの重量の２０〜３０％である。直管段を除去した連結管の重
量のみを算出すれば、重量は１対のフランジの２．５〜６％のみである。バックルの製造
に当たっては、円錐角に対して厳しく要求する以外、他のサイズに対する要求は高くなく
、製造しやすい。バックルが市販された後で、低圧炭素鋼のバックルは、価格がフランジ
の半分のみであり、中高圧の価格の優勢がより大きい。ステンレスのバックルは、価格が
ステンレスのフランジの２０〜３０％のみである。バックルは、バルブの製造に用いられ
ることができ、バルブの両側のフランジを連結管に変え、管路用クランプに連結させて、
バルブの製造コスト及び価格を大幅に低下させる。本発明のバックルの普及により、工業
パイプ弁部材の業界及び管路の連結分野で革命が起こる可能性があり、現代工業の発進や
国民経済に重大な意義がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】Ａは従来のクランプの取付図であり、ＢはＡの局部拡大図である。
【図２】バックルの３次元図であり、Ａはめど辺箍であり、Ｂはラグ辺箍であり、Ｃは組立図である。
【図３】バックル部品の３次元投影図であり、Ａは連結管であり、Ｂはラグ辺箍であり、Ｃはめど辺箍である。
【図４】バックルの断面図であり、１は連結管であり、２はガスケットであり、３はクランプであり、４は下連結管である。
【図５】連結管の標識図であり、Ａ、Ｂはそれぞれ上連結管の縦断面図及び上面図であり、ＣはＢにおける局部拡大図であり、Ｄ、Ｅはそれぞれ下連結管の下面図及び縦断面図である。
【図６】４枚のクランプの標識図である。Ａ、Ｂはそれぞれ縦断面図及びＡにおける局部拡大図の上面図であり、Ｃ、ＤはそれぞれＡ図面におけるＡ-Ａの左右の部材の断面図であり、Ｅ、Ｆはそれぞれ図Ｃにおける２点での断面図であり、Ｇ、Ｈはそれぞれ図Ｄにおける２点での断面図である。
【図７】６枚のクランプの標識図である。Ａ、Ｂはそれぞれ縦断面図及びＡにおける局部拡大図の上面図であり、Ｃ、ＤはそれぞれＡ図面における左右の部材及び上下の部材の断面図であり、Ｅ、Ｆはそれぞれ図Ｃ、Ｄにおける２点での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．命名
【００１９】
本発明は新規な製品であり、述べる前に製品及び部品を命名しなければならず、図２〜
７を参照されたい。
【００２０】
本発明では、クランプを４枚以上に分け、従来のクランプの錐面のよる貼り合わせを斜
平面による貼り合わせに変え、学術名はオレンジピール型の斜平面クランプであり、フラ
ットフープと略称する。従来のクランプを錐箍と略称する。クランプの連結部材と管路と
の溶接部を、従来の基準及び文献でハブフランジと呼ばれ、ここで連結管という。連結管
の管路に連結される辺を溶接端と称し、クランプに連結される辺をテーパーと称する。
【００２１】
クランプパイプの連結部材は、クランプ、連結管、ボルト及びピンの４つのパーツから
なり、クランプ及び連結管は主材であり、ボルト及びピンは連結部材（付属品）である。
クランプは周辺箍及び中央箍の２つに分け、周辺箍はまためど辺箍及びラグ辺箍に分け、
めど辺箍、ラグ辺箍及び中央箍はまた単箍と称される。クランプの枚数は２の倍数（偶数
）であり、少なくとも４枚である。図２、３は４枚の箍の管路の連結部材の３次元図及び
３次元投影図であり、Ａはめど辺箍であり、Ｂはラグ辺箍であり、ｃは組立図であり、ク
ランプパイプの連結部材をまとめてバックルと略称する。周辺箍（Ａ、Ｂ）の一端はラグ
であり、めど辺箍（Ａ）の他端はピンめどであり、ラグ辺箍（Ｂ）の他端はピンラグであ
る。４枚からなるクランプについては、１つのめど辺箍及び１つのラグ辺箍をピンで連結
すると、１組のクランプになり、２組のクランプをボルトで連結すると、ブロックチェー
ンと呼ばれる１つの全体になり、ブロックチェーンと連結管とがバックルを構成する。
【００２２】
図７は６枚のクランプであり、６枚の箍が２組に分け、１組に３枚がり、両側はめど辺
箍、ラグ辺箍であり、中間は中央箍である。中央箍は、一端がピンめどであり、一端がピ
ンラグである。中央箍がピンによって周辺箍に連結される。６枚以上のクランプからなる
ブロックチェーンであれば、何れもめど枚箍、ラグ辺箍及び中央箍の３つの単箍からなり
、３つの金型だけで製造することができる。
【００２３】
１セットのブロックチェーン及び１対の（２つの）連結管が１セットの管路の連結部材
を構成し、２つの連結管の錐底は密封面であり、密封面及びガスケットとしては各種の形
態を採用してよく、２つの連結管の管頭がそれぞれ両側の管路に溶接され、ねじ山で連結
されてもよい。
【００２４】
ブロックチェーンの材料は炭素鋼、ステンレス等の金属であり、半完成品の鍛造、機械
加工の方法で製造され、高温・高圧に耐え、可燃物・爆発物媒質に用いられることができ
る。
【００２５】
前記クランプパイプの連結部材は、バルブの製造の連結に使用され、つまり従来のフラ
ンジで連結されるバルブにおけるフランジの代わりに前記連結管を使用し、バルブと管路
とが前記ブロックチェーンで連結されてよい。
【００２６】
前記クランプパイプの連結部材として、強制型ガスケットを採用し、そのサイズを化学
工業及び石油化学工業の設計基準に基づいて設計し、中高圧、可燃物・爆発物媒質の管路
及び設備の連結に用いられる。
【００２７】
前記クランプパイプの連結部材において、クランプは鋳造の方法で製造されてもよく、
連結管の管頭と管路とが溶接され又はねじ山で連結され、ガスケットとして強制ガスケッ
ト又はソフトガスケットを採用し、民間用、低圧及び不燃媒質の管路の連結に使用される
。
【００２８】
前記クランプパイプの連結部材（バックル）として、連結管の口径はＤＮ１５〜３００
０であり、最も好ましくはＤＮ５０〜７００である。
【００２９】
２．定義
【００３０】
バックルは、新しい製品であり、主に、ＤＮ５０以上の大口径のフランジの代わりに、
化学工業、石油、発電、精錬等の工業分野に使用され、圧力容器の中華人民共和国国家標
準及び工業金属管路の中華人民共和国国家標準の規範に基づいて設計されなければならな
い。設計式を導き出す前に、まず、添付図面を参照して、各部位について命名し及び標識
符号を選択すべきである。
【００３１】
Ｂ――ガスケットの有効幅であり、
Ｃ１――連結管の溶接端の管肉厚の負偏差であり、Ｃ１＝１２．５％であり、
ＣＤｎ――連結管のテーパーの斜平面の内接円Ｄｎで形成された弓形の弓長であり、算
出時に円の直径としてＤｎ＋２ｖＤを取るべきであり、
ＣＤｗ――連結管のテーパーの斜平面の外接円ＤＷで形成された弓形の弓長であり、
ＣＥｎ――クランプの斜平面の内接円Ｄｎで形成された弓形の弓長であり、算出時に円
の直径としてＤｎ＋２ｖＥを取るべきであり、
ＣＥｗ――クランプの斜平面の外接円Ｄｗで形成された弓形の弓長であり、
Ｄｉ――連結管の溶接端の内径であり、
Ｄｏ――連結管の溶接端の外径であり、
Ｄ１――連結管と錐面との過渡円弧が錐面と交差して形成された円の直径であり、Ｄ１
＝Ｄｏ＋２ｒ１（１-ｓｉｎα）であり、
Ｄｎ――内接円の直径であり、つまり連結管のテーパーの切点での直径であり、ブロッ
クチェーンの孔径にも等しく、
ＤＷ――外接円の直径であり、つまり連結管のテーパーの底面直径であり、
ＤＧ――密封面の有効直径であり、
ｄ１――スタッドの最小断面の直径であり、
ｄ２――ボルト孔の直径であり、
ｄ３――ピンの直径であり、
ｄ４――ダウエルホールの直径であり、
ｄ５――ピンラグの外径であり、
Ｅｉ――クランプの内径であり、
ＥＯ――クランプの外径であり、
ｆｎ――クランプ孔での直段高度であり、つまり内切点でクランプの厚さであり、
ｆＷ――クランプの切点での厚さであり、つまり外切点でクランプの厚さであり、
ｇＤ――連結管のテーパーの錐面と斜平面との間隔であり、
ｇＥ――クランプの錐面と斜平面との距離であり、
Δｇ――バックルが組み立てられた後で連結管のテーパーの斜平面とクランプの斜平面
との距離であり、
ｈｎ――連結管のテーパーの切点での厚さであり、つまり連結管のテーパーの内切点で
の厚さであり、
ｈＷ――連結管のテーパーの円柱段の高度であり、つまり連結管のテーパーの外切点で
の厚さであり、
Ｌａ――ラグの力臂の長さであり、
Ｌｗ――ラグの幅であり、
Ｌｎ――ラグの厚さであり、
Ｍ――ガスケットの係数であり、ディメンションゼロであり、
Ｎ――クランプの枚数であり、
ｎｂ――材料の引っ張り強度の安全係数であり、
ｎＳ――材料の降伏強度の安全係数であり、
ＰＮ――公称圧力、設計の最大使用圧力、ｂａｒであり、
Ｐ――内圧（ＭＰａ）であり、ｐ＝（ＰＮ＋１）／１０であり、
ｒ１――連結管の錐面との過渡円弧の半径であり、
ｒ２――加工内過渡円弧の半径、つまり内面取りであり、１〜２ｍｍを取り、
ｒ３――加工外過渡円弧の半径、つまり外面取りであり、０．５〜１ｍｍを取り、
ｕ１――ピンラグの高度であり、
ｕ２――ピンめどの高度であり、
ｖＤ――連結管のテーパーの斜平面の外接円で形成された弓形の弓高であり、
ｖＥ――クランプの斜平面の内接円で形成された弓形の弓高であり、
ｙ――ガスケットの密封単位圧力（ＭＰａ）であり、
α――円錐角又は斜角であり、錐面の錐底に対する夾角であり、つまり錐面の法線方向
と錐軸方向との夾角であり、連結管頭の外錐面とクランプの内錐面との円錐角、連結管の
斜平面及びクランプの斜平面の軸方向の断面との夾角を含み、４つの角が等しく、
Ｂ――連結管のテーパーのＮ個の台形角の合計であり、
βＷ――連結管の台形角であり、連結管のテーパー台形の斜平面の２つの側辺が連結管
の円心に延ばして形成された台形角であり、外接円ＤＷを基準として、β＝Ｂ／Ｎであり
、
βｎ――連結管の台形角であり、内接円Ｄｎを基準とし、
Γ――ブロックチェーンのＮ個の単一クランプの台形角の合計であり、
γｎ――クランプの台形角であり、単一クランプの台形の斜平面の２つの側辺がブロッ
クチェーンの円心に延ばして形成された台形角であり、内接円Ｄｎを基準として、γ＝Γ
／Ｎであり、
γｗ――クランプの台形角であり、外接円ＤＷを基準とし、
δＤ――連結管の溶接端の肉厚であり、
δＥ――クランプの円筒段の肉厚であり、
ΔＣ――弓長許容量であり、取り付けられた後で、同一の円周においてクランプの斜平
面の弓長が連結管のテーパーの斜平面の弓長より長い部分であり、両側に同様な長さが出
ることを指し、
ΔＬ――バックルの間隔であり、ブロックチェーンの孔辺と連結管のテーパーの台形の
斜平面における底線との距離であり、
μ――摩擦角であり、鋼・鋼のμ＝５〜８°、小さい値μ２＝５°、大きい値μ２＝８
°であり、
σｂ１――連結管材の引っ張り強度（ＭＰａ）であり、
σｂ２――クランプ材の引っ張り強度（ＭＰａ）であり、
σｓ３――ボルト及びピン材料の降伏強度（ＭＰａ）であり、
[σ]ｂ１――連結管材の許容応力（ＭＰａ）であり、
[σ]ｂ２――クランプ材の許容応力（ＭＰａ）であり、
[σ]ｓ３――ボルト及びピン（軸）材料の許容応力（ＭＰａ）であり、
φ――溶接係数であり、連結管の溶接端にグローブ、電気溶接が設計され、φ＝０．８
を取ってよく、
ω――弓長比であり、取り付けられた後で、同一の円周においてクランプの斜平面と連
結管のテーパーの斜平面の弓長との比である。
【００３２】
３．はめ合い寸法
【００３３】
（１）台形角
【００３４】
台形の斜平面の２つの側辺が円心まで延伸して形成された台形角の略称であり、実際的
に、斜平面の２つの側辺は直線ではなく、単に直線に近似する。連結管の斜平面の面積を
連結管の外錐の総面積の１／４と規定し、つまり連結管の台形角の合計Ｂ＝９００であり
、連結管のテーパーの円柱段の直径ＤＷを基準として、連結管のテーパーにおける単一の
斜平面の夾角は、下記の通りである。
【００３５】
2019525093.tif 000003
（３-１）
【００３６】
このような設計によれば、バックルの連結部材の接触面（クランプと連結管との斜平面
）がフランジの連結部材の接触面（フランジとボルト）より遥かに大きく、フランジが浮
き上がって曲がる現象はなく、ガスケットの名義幅ｂＯを矯正する必要はなく、つまりｂ
＝ｂＯである。
【００３７】
クランプ台形角の合計はΓであり、設計案により比較すると、Γ＝１８０〜３０００を
取ることが好ましく、クランプ孔の直径Ｄｎを基準として、各々のクランプの斜平面の夾
角は下記の通りである。
【００３８】
2019525093.tif 000004
（３-２）
【００３９】
公差、加工誤差及び取り付ける場合のズレを考慮すると、クランプの斜平面と連結管の
斜平面とがぴったり合うように保証するために、γ／β&#8805;２を取ることが好ましい
。
【００４０】
（２）斜平面と錐面との間隔
【００４１】
図５に示すように、連結管のテーパーの斜平面の外接円ＤＷで形成された弓形の弓高ｖ
Ｄは下記の通りである。
2019525093.tif 000005
（３-３）
【００４２】
連結管のテーパーの斜平面と錐面との間隔ｇＤは下記の通りである。
2019525093.tif 000006
（３-４）
【００４３】
図６に示すように、クランプの斜平面の内接円Ｄｎで形成された弓形の弓高ｖＥは下記
の通りである。
2019525093.tif 000007
（３-５）
【００４４】
クランプの錐面と斜平面との距離ｇＥは下記の通りである。
2019525093.tif 000008
（３-６）
【００４５】
バックルが組み立てられた後で、連結管の出縁の錐面とクランプの錐面との距離Δｇは
下記の通りである。
2019525093.tif 000009
（３-７）
【００４６】
設計によると、Δｇをできるだけ大きくするように要求され、０．７ｍｍより小さくし
てはならず、つまり２つの錐面はできるだけ大きい間隔を有するべきである。
【００４７】
斜平面が錐面に平行であり、ｇＤが何処でも等しいので、ｖＤは何処でも等しく、製図
する場合に、これにより、台形の斜平面側辺の投影曲線を作ってよく、直線に近似する。
【００４８】
（３）弓長比
【００４９】
図５に示すように、連結管の出縁の斜平面の外接円Ｄｗ（錐底円）で形成された弓形の
弓長ＣＤｗは下記の通りである。
2019525093.tif 000010
（３-８）
【００５０】
斜平面が錐面に平行であり、ｇＤが何処でも等しいので、ｖＤは何処でも等しく、これ
により、下記のことが判明される。内接円Ｄｎ（ブロックチェーン孔円）における連結管
の出縁の台形角βｎは下記の通りである。
2019525093.tif 000011
（３-９）
【００５１】
連結管の出縁の斜平面の内接円で形成された弓形の弓長ＣＤｎは下記の通りである。
2019525093.tif 000012
（３-１０）
【００５２】
同様に、クランプの斜平面の内接円で形成された弓形の弓長ＣＥｎは下記の通りである
。
2019525093.tif 000013
（３-１１）
【００５３】
外接円におけるクランプの台形角γｗは下記の通りである。
2019525093.tif 000014
（３-１２）
【００５４】
クランプの斜平面の外接円で形成された弓形の弓長ＣＥｗは下記の通りである。
2019525093.tif 000015
（３-１３）
【００５５】
クランプと連結管の出縁の内外接円での弓長との比はそれぞれ下記の通りである。
2019525093.tif 000016
（３-１４）
2019525093.tif 000017
（３-１５）
【００５６】
クランプと連結管のテーパーの内外接円での弓長許容量はそれぞれ下記の通りである。
2019525093.tif 000018
（３-１６）
2019525093.tif 000019
（３-１７）
【００５７】
弓長比ω及び弓長許容量ΔＣにより、クランプの斜平面の連結管のテーパーの斜平面に
貼り合う信頼度が反映される。ＤＮ５０以上のバックルに対しては、ω&#8805;２、ΔＣ&
#8805;１０ｍｍに設計されることが要求される。クランプと連結管との弓長比ωが台形角
比に近似し、つまりω&#8776;γ／β&#8805;２である。
【００５８】
（４）バックルの間隔
【００５９】
連結管のテーパーの斜平面の中心線における剪断点での円の直径はＤｎであり、クラン
プ孔の直径もＤｎである。連結管の外径と錐面との過渡円弧ｒ１が錐面と交差して形成さ
れた円の直径はＤ１であり、連結管のテーパー台形の斜平面台形における底辺線が円Ｄ１
と交差する。ブロックチェーン孔辺（Ｄｎ円）と連結管のテーパー台形の斜平面台形にお
ける底辺線（Ｄ１円の箇所）との距離をバックルの間隔ΔＬと称し、図５によると、下記
のことが判明される。
2019525093.tif 000020
（３-１８）
【００６０】
ΔＬ＝４〜６ｍｍを取るように設計され、大口径のバックルに対しては、大きいΔＬを
取るべきである。
【００６１】
４．応力分析
【００６２】
下記設計・算出式は、主に、中華人民共和国国家標準ＧＢ１５０-２０１１「圧力容器
」の基準釈義、中華人民共和国国家標準ＧＢ１５０．１〜４-２．１１「圧力容器」、中
華人民共和国国家標準ＧＢ５０３１６-２０００「工業金属管路の設計規範」、国家化学
工業の業界基準ＨＧ／Ｔ２０５８２-２．１１「鋼製化学工業容器強度の算出規定」を参
照する。
【００６３】
４．１軸方向の荷重
【００６４】
（１）内圧の連結管の軸方向の断面に作用する引っ張り強さＦｉは下記の通りである。
2019525093.tif 000021
2019525093.tif 000022
（４-１）
【００６５】
（２）内圧のクランプ及び連結管のテーパーに作用する軸方向の引っ張り強さＦＧは下
記の通りである。
2019525093.tif 000023
（４-２）
【００６６】
（３）ガスケットの軸方向の予締付力Ｆｍは下記の通りである。
2019525093.tif 000024
（４-３）
【００６７】
自己締付型のガスケットを採用する場合、Ｆｍ＝０である。
【００６８】
式中、ｂ＝ｂ０であり、ブロックチェーンの連結管のテーパーにはフランジが浮き上が
って曲がる現象はない。
【００６９】
（４）操作状態でのクランプの受けた軸方向の合計の引っ張り強さ
【００７０】
各国の圧力容器基準の何れも１９４０年代の研究成果に基づいたものであり、操作状態
時の密封面での締固応力は設計圧力ｐの２ｍ倍であると考えられ、つまり下記の通りであ
る。
2019525093.tif 000025
（４-４）
【００７１】
ｍはガスケットの係数と称され、ガスケットの材料、形態及びサイズによって、表３-
４-１に列記される。自己締付型のガスケットを採用する場合、Ｆｐ＝０である。
【００７２】
操作状態での軸方向の引き伸ばし力Ｆｔは媒質圧力による軸方向の力ＦＧとガスケット
の操作状態に必要な密封締固応力による軸方向の力Ｆｐとの合計であるべきであり、下記
のように示されてよい。
2019525093.tif 000026
2019525093.tif 000027
（４-５）
【００７３】
４．２縦方向の荷重
【００７４】
（１）ガスケットの予締付時に発生した縦方向の内圧力
2019525093.tif 000028
は下記の通りである。
2019525093.tif 000029
（４-６）
【００７５】
（２）操作状態でのクランプの受けた縦方向での合計外圧力Ｆｔｊは下記の通りである
。
2019525093.tif 000030
（４-７）
【００７６】
鋼・鋼摩擦係数ｆ＝０．１〜１．５、摩擦角μ＝ｔａｎ-１ｆ＝５．７１〜８．５３０&
#8776;５〜８０であり、算出結果を信頼的にするために、予締付時のμとしてμ２＝８０
の大きい値を取り、使用状態のμとしてμ２＝５０の小さい値を取り、つまり応力として
できるだけ最大値を取る。
【００７７】
４．３ボルト及びピンの荷重
【００７８】
クランプの如何なる縦方向の断面において、その受けた両側への合計引っ張り強さは縦
方向の圧力の
2019525093.tif 000031
倍であるので、クランプの対向する２つのボルトの受けた引っ張り強さ（ボルトの合計荷
重）を算出することができ、その値がクランプの対向する２対のピンの合計荷重にも等し
い。
【００７９】
（１）予締付状態でのボルトの合計荷重
2019525093.tif 000032
は下記の通りである。
2019525093.tif 000033
（４-８）
【００８０】
（２）操作状態でのボルトの合計荷重Ｆｔｍは下記の通りである。
2019525093.tif 000034
（４-９）
【００８１】
ボルトのサイズを算出する場合、
2019525093.tif 000035
における最大値を取るべきであり、つまり下記の通りである。
2019525093.tif 000036
（４-１０）
【００８２】
４．４説明
【００８３】
従来のクランプパイプの連結部材であれば、クランプとハブフランジとの錐面がちょう
ど貼り合わせるという１つの結合状態しか持たず、このような状態は変わらず、ボルトが
固定の作用しか果たさないため、基準及び文献の応力分析及び強度の算出式の何れも実際
に即さない仮設に基づいたものだと言ってもよい。
【００８４】
ＧＢ１５０．３において、クランプ強度の算出に対して更に予荷重状態が規定される。
クランプの連結部材の予締付状態の場合に２つの密封面が互いに接近し、ハブフランジの
外錐面がクランプの内錐面に対して外へ移動し、クランプの錐面に裏への摩擦力Ｆが発生
する。操作状態で、２つの密封面が分離する趨勢にあり、ハブフランジの外錐面がクラン
プの内錐面に対して裏へ移動し、クランプのハブフランジに対する接触面の摩擦力方向が
予締付状態の方向に反対し、クランプの錐面に外への摩擦力Ｆが発生する。予締付状態か
ら操作状態へ変更する過程中、クランプの斜面における摩擦力Ｆが裏へから外へまで変更
する。媒質圧力が上昇する場合、２つの密封面が分離しようとする趨勢にある瞬間で、ク
ランプの斜面に作用する摩擦力が相変わらず裏に向き、この場合、予荷重状態と呼ばれ、
ボルト荷重と軸方向の応力との関係としては、式（４-９）における（α-μ２）を（α＋
μ）に変える。実際的に、これは、生産におけるある特別な状況、つまり始める場合に操
作不適当による瞬間の超高圧に対するものであり、このような状況ＤＮ１５〜２５以下の
小口径の管路で発生しやすいが、クランプがＤＮ５０以上の大口径の管路の連結のみに適
応され、このような状況は発生することはなく、或いは発生する可能性は非常に低い。
【００８５】
ＧＢ１５０．３において、内圧のクランプ及び連結管のテーパーに作用する軸方向の荷
重Ｆｐは下記のように算出される。
2019525093.tif 000037
（４-２ａ）
【００８６】
これは内圧がクランプ及び連結管のテーパーの軸方向に作用する片面の応力であり、明
らかに誤る。ＧＢ１５０．１において、炭素鋼、低合金鋼材料の引っ張り強度の安全係数
ｎｂ＝２．７、降伏強度の安全係数ｎｓ＝１．５（ボルトを除く）、炭素鋼ボルト材料の
降伏強度の安全係数ｎｓｍ＝２．７であると規定される。ｎｓｍ／ｎｓ＝１．８であり、
ボルト降伏強度の安全係数を大きくするのは、実際的に式（４-２ａ）のミスに対する補
償である。式（４-２）で内圧の軸方向の荷重を算出し、ボルト降伏強度の安全係数とし
て１．５を取るのは、ＧＢ１５０．３による算出結果と実に同じであり、且つより信頼的
であり、このように、ボルト材料の安全係数に対する特別な規定を取り消し、算出方法の
設計を簡単化する。
【００８７】
５．サイズの算出
【００８８】
従来のクランプのサイズの設計・算出式はいずれも非常に複雑であり、例えば、ＧＢ１
５０．３において、算出式が３７個もある。既に連結管の斜平面の面積が連結管の外錐の
面積の１／４を占めると設定され、連結管のテーパーの切点での厚さを算出する場合、切
点での円周の１／４のみに対して強度を算出するが、他の３／４の円周が強化の作用を果
たすことができる。そのため、クランプ及び連結管のサイズに対する算出については、連
結管の管肉厚δ、連結管のテーパーの切点での有効厚さｈｎ、クランプの切点での厚さｆ
ｗのみを算出し、連結管のテーパー及びクランプの錐面の湾曲変形を考慮する必要はなく
、設計・算出過程が大いに簡単化される。
【００８９】
５．１連結管の管肉厚
【００９０】
従来の管肉厚の算出式は、何れも簡単化されて近似式であり、算出過程が複雑であり、
それはコンピュータ及びカルキュレイターが現れる前に得られた式である。応力平衡によ
ると、管肉厚の精確な算出式が得られる。
2019525093.tif 000038
（５-１）
【００９１】
上記式の算出結果がＧＢ５０３１６における算出式の算出結果と同じである。
【００９２】
５．２クランプの肉厚
【００９３】
ブロックチェーンボルトラグ及びピンでの逃げ角を合計で６０°とし、つまりＮ個のク
ランプの円弧の合計円周をブロックチェーンの円周の３００／３６０とし、力平衡から下
記式が得られる。
2019525093.tif 000039
2019525093.tif 000040
（５-２）
【００９４】
ピンラグ及びボルトラグを設計する場合、ブロックチェーンの逃げ角の合計は６０°よ
り小さいべきである。
【００９５】
５．３連結管のテーパーの切点での厚さ
【００９６】
力平衡から、下記式が得られる。
2019525093.tif 000041
2019525093.tif 000042
（５-３）
【００９７】
０．８[σ]ｂ１は許容せん断応力である。
【００９８】
５．４クランプの切点での厚さ
2019525093.tif 000043
（５-４）
【００９９】
５．５ボルト
【０１００】
（１）スタッドの直径
【０１０１】
単一ラグのクランプに対して、力平衡から、下記式が得られる。
2019525093.tif 000044
2019525093.tif 000045
（５-５）
【０１０２】
ダブルラグのクランプについては、算出式は下記の通りである。
2019525093.tif 000046
（５-６）
【０１０３】
（２）ラグの算出
【０１０４】
クランプラグの抗折力、対向する２対のボルトの合計荷重は４つのラグにより分担され
、下記式が得られる。
2019525093.tif 000047
（５-７）
2019525093.tif 000048
（５-８）
【０１０５】
力臂Ｌｗ＝ナットの外接円の直径＋５〜６である。ラグ幅Ｌａ、単一ラグはＬａ＝０．
８Ｅであり、ダブルラグはＬａ＝１．５×ナットの外接円の直径である。ボルトの孔径ｄ
２＝１．２ｄ１である。
【０１０６】
５．６）ピン
【０１０７】
（１）ピンの直径
【０１０８】
各々のピンは４つの剪断面を有し、力平衡から、下記式が得られる。
2019525093.tif 000049
2019525093.tif 000050
（５-９）
【０１０９】
（２）ピンラグ及びピンめど（クランプごとの両端の連結部材）
【０１１０】
孔の直径はピン直径の１．２倍であり、ｄ４＝１．２ｄ３である。ピンラグの高度をｕ
１、ピンめどの高度をｕ２、ｕ２＝２ｕ１、ｕ２＋２ｕ１＝０．８Ｆとすると、ｕ１＝０
．２Ｆである。力平衡から、下記式が得られる。
2019525093.tif 000051
2019525093.tif 000052
（５-１０）
【０１１１】
５．７材料の安全係数
【０１１２】
材料の許容応力を算出するために、材料の引っ張り強度の安全係数ｎｂ及び降伏強度の
安全係数ｎｓを必要とする。ＧＢ１５０により、「現在、圧力容器の安全法規及び技術基
準に採用される安全係数は粗放的なものであり、数多くの細かい問題を全て安全係数によ
って保障するため、装置又は設備の安全限界を正確に評価できないという問題がある」こ
とが指摘される。ＧＢ１５０の紹介した米国動的安全係数の理念を採用し、安全係数とし
て各国の国家基準における低い方、つまりイギリスの国家基準を採用し、ＤＮ&#8804;１
５、ＰＮ&#8804;１００のパイプに係数２（最も操作ミスして超高圧になりやすいもの）
をかけ、ＤＮ２０〜２５、ＰＮ&#8804;４０のパイプに係数１．５をかけ、ＤＮ３２〜５
０、ＰＮ&#8804;４０のパイプに係数１．２をかける。
【０１１３】
2019525093.tif 000053
【０１１４】
５．８材料のパラメーター
【０１１５】
（１）力的性質
【０１１６】
本発明の実例に用いられる材料の力的性質については、ＧＢ１５０．２-２０１１、Ｇ
Ｂ／Ｔ１２２０-２０００から取られ、表５-２を参照されたい。
【０１１７】
2019525093.tif 000054
【０１１８】
（２）ガスケットの係数
【０１１９】
本発明の実例のガスケットとして、ステンレス・石墨巻きガスケットを採用し、ガスケ
ットの係数ｍ＝３、ガスケットの単位圧力ｙ＝１７であり、石綿マットの単位圧力１１の
１．５倍を採用する。本発明の実例では、密封面としてさねはぎ面を採用し、ガスケット
幅ｂ＝（ほぞ幅＋ガスケット幅）／２で算出する。基準及び文献において、ステンレス・
石墨巻きガスケットの単位圧力ｙ＝９０であり、これにより算出すれば、フランジが石綿
マットから金属ガスケットに変わった後で、ボルトを締め付ける力の強さが８倍大きくな
り、フランジの厚さも８倍大きくなり、これは明らかなミスであり、又は機械により測定
された粗末な結果である。実際的に、フランジが石綿マットから金属ガスケットに変わっ
た後で、ボルトを締め付ける力は僅かに増大すればよいが、均一に締め付けなければなら
ず、つまりボルトを締め付ける場合に対向して１回ずつにゆっくりと締め付けなければな
らず、これは石綿マットを締め付ける場合の要求よりも高い。ブロックチェーンの締め付
けは非常に簡単であり、力を入れてボルトを締め付ければよいので、これもバックルの優
勢の一つである。
【０１２０】
６．本発明の設計・算出結果
【０１２１】
前記の本発明の設計方法によって、ＤＮ５０〜６００のバックルのサイズ、圧力ＰＮ２
５、４０、６３を算出し、密封面はさねはぎ面であり、ガスケットはステンレス・石墨巻
きガスケットであり、ガスケットの厚さは３．２であり、設計された連結管を表６-１、
２、３に示し、そのいずれも典型的な実施例である。表中のデータから、弓長許容量は１
３〜３７ｍｍであり、バックルの間隔は４．７〜６．３ｍｍであり、加工精度に対する要
求が高くではなく、製造しやすいことが判明される。クランプのサイズが明らかにフラン
ジより遥かに小さく、大口径のバックルはフランジのように粗いボルトを要するものでは
なく、価格がフランジより遥かに低い。
【０１２２】
更にフランジと比較するために、バックルの重量を算出する。バックルとフランジとの
重量を比較する場合、フランジは、１対の（２枚）の重量であるべきである。バックルの
重量は１セットのクランプの重量に１対の連結管のテーパーの重量を加えるものであるべ
きである。連結管のテーパーの重量を算出する場合に、内径としては管外径を取るべきで
あり、つまりフランジの取り付ける場合にもあるパイプを除去し、便利に説明するために
有効テーパー重量と呼ばれる。バックルボルトとピンとの重量の合計は、フランジの１セ
ットのボルトの重量より軽く、ボルトの価値が低いので、両者の重量を比較する場合にこ
れを計算しない。フランジの重量は、ＧＢ／Ｔ９１２４-２０１０の板型下向き溶接フラ
ンジから由来する。算出結果を表に示す。バックルの重量はフランジの１０〜３０％のみ
であり、口径が大きいほど、圧力が高く、バックルがフランジより軽いことが判明される
。バックル連結管の有効テーパーの重量はフランジの重量の２．５〜６％のみであり、バ
ックルがフランジに取って代わる場合に連結管をステンレスに変えればよいので、クラン
プとして炭素鋼（亜鉛メッキ、ニッケルメッキ）を使用してよい。ステンレスのバックル
はステンレスのフランジよりも価格の優勢が大きい。
【０１２３】
2019525093.tif 000055
2019525093.tif 000056
2019525093.tif 000057
【０１２４】
2019525093.tif 000058
2019525093.tif 000059
2019525093.tif 000060
【０１２５】
2019525093.tif 000061
2019525093.tif 000062
2019525093.tif 000063
【０１２６】
７．実例：１）ＤＮ１００ＰＮ２５バックルを、表６-１のデータに基づいて製造し、
テスト水圧５ＭＰａで、２４時間保持し、漏洩はなかった。
【０１２７】
２）ＤＮ１５０ＰＮ４０バックルを、表６-２のデータに基づいて製造し、テスト水圧
１０ＭＰａで２４時間保持し、漏洩はなかった。
【図１】
2019525093.tif 000064
【図２】
2019525093.tif 000065
【図３】
2019525093.tif 000066
【図４】
2019525093.tif 000067
【図５】
2019525093.tif 000068
【図６】
2019525093.tif 000069
【図７】
2019525093.tif 000070
【国際調査報告】
2019525093.tif 000071
2019525093.tif 000072
2019525093.tif 000073
2019525093.tif 000074