(57)【要約】【課題】小さなクランプ力でシール性を維持できるフランジ継手装置を提供する。【解決手段】背面側周囲に第１の傾斜部１９、２０が形成された対となるフランジ部１３、１４と、第１の傾斜部１９、２０に係合する第２の傾斜部２１、２２を有し、第２の傾斜部２１、２２がフランジ部１３、１４の軸心方向に移動することによって、フランジ部１３、１４を締結するクランプ部材２８とを有するフランジ継手装置１０において、第１の傾斜部１９、２０に、フランジ部１３、１４の軸心方向にその傾斜角度β、γが順次小さくなる複数の外傾斜面１５、１６、１７、１８をそれぞれ設け、第２の傾斜部２１、２２に、外傾斜面１５、１６、１７、１８に対応する傾斜角度β、γを有する内傾斜面２４、２５、２６、２７を設け、クランプ部材２８の締結を段階的に強化した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面側周囲に第１の傾斜部が形成された対となるフランジ部と、該対となるフランジ部の前記第１の傾斜部に係合する第２の傾斜部を有し、該第２の傾斜部が前記フランジ部の軸心方向に移動することによって、該対となるフランジ部を締結するクランプ部材とを有するフランジ継手装置において、
前記第１の傾斜部に、前記フランジ部の軸心方向にその傾斜角度が順次小さくなる複数の外傾斜面をそれぞれ設け、前記第２の傾斜部に、前記第１の傾斜部の複数の外傾斜面に対応する傾斜角度を有する複数の内傾斜面を設け、前記クランプ部材の締結を段階的に強化したことを特徴とするフランジ継手装置。
【請求項２】
請求項１記載のフランジ継手装置において、前記外傾斜面及び内傾斜面のいずれか一方又は双方には、窒化、メッキ、溶射、表面研摩及び他金属コーティングのいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われていることを特徴とするフランジ継手装置。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載のフランジ継手装置において、前記クランプ部材は、該クランプ部材を前記対となるフランジ部に係合させて締結するねじ機構を備え、該ねじ機構に用いる雄ねじ、雌ねじ及び座金には、該締結時のねじ機構の抵抗力を下げる窒化、メッキ、溶射及び表面研摩のいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われていることを特徴とするフランジ継手装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のフランジ継手装置において、前記対となるフランジ部の一方のフランジ部の当接面側には、先側に１又は複数のリング状のシール突起が設けられたシール機構を備え、対向する他方のフランジ部のシール面と前記シール突起とのメタルタッチによって、前記対となるフランジ部のシールが行なわれることを特徴とするフランジ継手装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対となるフランジ部の背面側周囲に形成された傾斜部に係合するクランプ部材の傾斜部をフランジ部の軸心方向に移動することによって、対となるフランジ部を締結するフランジ継手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、医薬品製造や食品製造等の衛生用の配管に使用するフランジ継手装置の一例として、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すフランジ継手装置７０が知られている。フランジ継手装置７０においては、腐食や劣化等によりシール性能が低下したり、また、配置する位置により液溜まりが生じ、その結果、管内でバクテリア等が繁殖して不衛生な状態を作り出す恐れのあるＯリング等のシール部材を使用せず、メタルタッチによりシール性を維持すると共に、取替えを短時間で行えるように構成されている。このため、フランジ継手装置７０においては、図４（Ａ）に示すように、雄型継手部（左側継手部）７１の端部に設けられたフランジ部７９の軸端に形成され、弾性を有する密接片部７２を、雌型継手部（右側継手部）７３の端部に形成されたフランジ部８０の軸端に中央部に段差状に形成されたシール面７４に嵌合して当接させると共に、図４（Ｂ）に示すように、先端部同士がヒンジされ、２分割された半割リング７５、７６を備えたクランプ部材７７を用い、半割リング７５、７６の後端部７５ａ、７６ａを、蝶ねじ７８を介して締め付け、半割リング７５、７６を半径方向（軸心方向）に縮小するように構成されている。即ち、雄型及び雌型継手部７１、７３のフランジ部７９、８０の背面側にはそれぞれ、傾斜面８１、８２が形成されており、半割リング７５、７６の内周部には、傾斜面８１、８２に当接して半径方向に摺動する傾斜面８３、８４が形成されている。蝶ねじ７８により半割リング７５、７６を半径方向に縮小することにより、半割リング７５、７６の傾斜面８３、８４がフランジ部７９、８０の傾斜面８１、８２に沿って半径方向内側に摺動して、楔作用によりフランジ部７９、８０同士を近接させ、密接片部７２の当接面８５の外周部にリング状に形成されたシール突起８６をシール面７４に押し付けることにより、シール性を維持するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
なお、シール構造については、ここで示す弾性を有する密接片部７２とシール面７４とのメタルタッチのシール構造以外にも、他のメタルタッチのシール構造もあり、さらに、Ｏリング等のシール部材を用いる場合もある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３０３６６号公報（図８〜図１１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されたフランジ継手装置７０においては、未だ解決すべき以下のような問題があった。
雄型継手部７１の密接片部７２と雌型継手部７３のシール面７４とのメタルタッチによりシールする構造となっているので、シール部材を用いてシールする場合に比較して、クランプ部材７７には蝶ねじ７８による大きなクランプ力が必要となった。
また、フランジ部７９、８０の傾斜面８１、８２及び半割リング７５、７６の傾斜面８３、８４は、軸方向に直交する方向に対して傾斜角度αで傾斜しているが、通常、傾斜角度αは３０°程度と大きくして、傾斜面８３、８４の半径方向の移動量を小さくしているので、フランジ部７９、８０の軸心方向にメタルタッチによるシールを維持するために必要な力を付与するためには、蝶ねじ７８にはさらに大きなクランプ力が必要となった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、小さなクランプ力でシール性を維持できるフランジ継手装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係るフランジ継手装置は、背面側周囲に第１の傾斜部が形成された対となるフランジ部と、対となるフランジ部の第１の傾斜部に係合する第２の傾斜部を有し、第２の傾斜部がフランジ部の軸心方向に移動することによって、対となるフランジ部を締結するクランプ部材とを有するフランジ継手装置において、第１の傾斜部に、フランジ部の軸心方向にその傾斜角度が順次小さくなる複数の外傾斜面をそれぞれ設け、第２の傾斜部に、第１の傾斜部の複数の外傾斜面に対応する傾斜角度を有する複数の内傾斜面を設け、クランプ部材の締結を段階的に強化している。これによって、第１の傾斜部に設けられた複数の外傾斜面と第２の傾斜部に設けられた対応する複数の内傾斜面の傾斜角度が大きい最初の段階では、当接摺動する外傾斜面及び内傾斜面同士の楔作用により、軸心方向の移動距離が大きく、軸心方向の推進力が小さいが、段階的に傾斜角度が小さくなるに従って、軸心方向の移動距離が小さく、軸心方向の推進力が段階的に大きくなる。
【０００７】
本発明に係るフランジ継手装置において、外傾斜面及び内傾斜面のいずれか一方又は双方には、窒化、メッキ、溶射、表面研摩及び他金属コーティングのいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われるように構成することもできる。これによって、第１の傾斜部に設けられた外傾斜面と第２の傾斜部に設けられた内傾斜面との間に作用する摩擦力を小さくできると共に、各傾斜面の硬度が高くなるので、クランプ部材に作用するクランプ力を軽減できると共に、当接摺動する外傾斜面及び内傾斜面の耐摩耗性が向上する。
【０００８】
本発明に係るフランジ継手装置において、クランプ部材は、クランプ部材を対となるフランジ部に係合させて締結するねじ機構を備え、ねじ機構に用いる雄ねじ、雌ねじ及び座金には、締結時のねじ機構の抵抗力を下げる窒化、メッキ、溶射及び表面研摩のいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われるように構成することもできる。これによって、ねじ機構を介して作用させるクランプ力を軽減することができる。
【０００９】
本発明に係るフランジ継手装置において、対となるフランジ部の一方のフランジ部の当接面側には、先側に１又は複数のリング状のシール突起が設けられたシール機構を備え、対向する他方のフランジ部のシール面とシール突起とのメタルタッチによって、対となるフランジ部のシールが行なわれるように構成することもできる。これによって、シール部材を使用することなくフランジ部の接続ができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係るフランジ継手装置の締結前の要部断面図、図２は同フランジ継手装置の締結動作の説明図、図３は本発明の第２の実施の形態に係るフランジ継手装置の締結前の要部断面図である。
【００１１】
図１に示す本発明の第１の実施の形態に係るフランジ継手装置１０は、対となる雄型継手部（左側継手部）１１及び雌型継手部（右側継手部）１２のフランジ部１３、１４の背面側周囲に第１の傾斜部１９、２０が形成され、フランジ継手装置１０に設けられたクランプ部材２８には、第１の傾斜部１９、２０に係合する第２の傾斜部２１、２２が形成されて、第２の傾斜部２１、２２がフランジ部１３、１４の軸心方向に移動することによって、対となるフランジ部１３、１４をクランプ部材２８により締結するようになっている。以下、これらについて詳しく説明する。
【００１２】
図１に示すように、フランジ継手装置１０のフランジ部１３、１４は、フランジ部１３、１４の軸心方向にその傾斜角度β、γが順次小さくなる２個の外傾斜面１５、１６、外傾斜面１７、１８がそれぞれ設けられた第１の傾斜部１９、２０を有し、フランジ継手装置１０のクランプ部材２８は、第１の傾斜部１９、２０に係合し、外傾斜面１５、１６、外傾斜面１７、１８に対応する（即ち、半径方向外側に順次小さくなる）傾斜角度β、γを有する内傾斜面２４、２５、内傾斜面２６、２７がそれぞれ設けられた第２の傾斜部２１、２２を備えている。なお、一例として、傾斜角度β＝３０°、γ＝１５°としている。
【００１３】
雄型継手部１１のフランジ部１３の当接面側の軸端部には、弾性を有する環状の密接片部３２が設けられており、密接片部３２の当接面３４の外周部にはリング状に形成されたシール突起３５が設けられている。一方、対向する雌型継手部１２のフランジ部１４の当接面側の軸端部には、密接片部３２のシール突起３５が嵌合して当接可能なシール面３３が段差状に形成されている。なお、シール機構はシール突起３５及びシール面３３を備えている。
なお、クランプ部材２８（図４（Ｂ）の符号７７に相当するもの）においては、フランジ部１３、１４に設けられた第１の傾斜部１９、２０に係合する第２の傾斜部２１、２２が形成された２分割された半割リング２３（図４の半割リング７５に相当するもの）及び半割リング２３と対となる２分割された半割リング（半割リング７６に相当するもので省略している）の先端部同士がヒンジ金具を介してヒンジされている。
【００１４】
外傾斜面１５〜１８及び内傾斜面２４〜２７のいずれか一方又は双方には、窒化、メッキ、溶射、表面研摩及び他金属コーティングのいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われており、これにより外傾斜面１５〜１８と内傾斜面２４〜２７との摩擦係数がフランジ部１３、１４の他の部分より小さくなると共に、外傾斜面１５〜１８、内傾斜面２４〜２７の硬度もフランジ部１３、１４の他の部分より高くなる。
【００１５】
半割リング２３と対となる半割リングとの後端部（図４（Ｂ）の符号７５ａ、７６ａに相当）は、蝶ねじ（図示せず）を介して締め付け、半割リング２３と対となる半割リングとを実質的に半径方向（軸心方向）に縮小するように構成されている。蝶ねじの雄ねじ、雄ねじに螺合する雌ねじ及び、締め付け時に蝶ねじの頭部と当接し、回転摺動する座金を有してねじ機構が構成されており、雄ねじ、雄ねじ及び座金についても、外傾斜面１５〜１８、内傾斜面２４〜２７と同様に、締結時のねじ機構の抵抗力を下げるために、窒化、メッキ、溶射及び表面研摩のいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われている。
【００１６】
次いで、本発明の第１の実施の形態に係るフランジ継手装置１０の作用について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、図２はわかりやすく説明するために、対向するフランジ部１３、１４をより広げた状態で記載している。
（１）雄型継手部１１のフランジ部１３の軸端部に設けられ、弾性を有する密接片部３２を、雌型継手部１２のフランジ部１４の軸端部に段差状に形成されたシール面３３に嵌合して、密接片部３２の当接面３４に形成されたシール突起３５をシール面３３に軽く当接するように配置する。
【００１７】
（２）クランプ部材２８の半割リング２３及び対となる半割リングの内周部に形成された第２の傾斜部２１、２２の内傾斜面２４、２６（傾斜角度β）の先端側をそれぞれ、対となるフランジ部１３、１４の第１の傾斜部１９、２０の対応する外傾斜面１５、１７（傾斜角度β）の先端側に当接させるようにクランプ部材２８を配置する。
（３）クランプ部材２８のねじ機構により、半割リング２３及び対となる半割リングを半径方向内側に縮小させると、第２の傾斜部２１、２２が軸心方向に移動し、軸心方向の推進力によりフランジ部１３、１４同士も接近して内傾斜面２４と外傾斜面１５とが、また、内傾斜面２６と外傾斜面１７とが略全面にわたり当接した状態となる。
【００１８】
（４）ねじ機構により、さらに、第２の傾斜部２１、２２が軸心方向に移動すると、内傾斜面２４、２６の後端（図１の上側端）が、外傾斜面１５、１７の後端（図１の下側端）まで移動する。前記（３）及び（４）では、傾斜角度βでの楔作用のため、軸心方向の移動距離は大きいが推進力は小さい。
（５）もっと、第２の傾斜部２１、２２が軸心方向に移動すると、傾斜角度γの内傾斜面２５、２７の前端（内傾斜面２４、２６の後端）が外傾斜面１６、１８の前端（外傾斜面１５、１７の後端）から外傾斜面１６、１８に沿って摺動しながら移動する。この際、小さい傾斜角度γでの楔作用のため、軸心方向の移動距離は小さいが推進力は大きくなる。
【００１９】
従って、前半の大きな傾斜角度βでの楔作用により、フランジ部１３、１４が大きな移動距離で接近し、後半の小さな傾斜角度γでの楔作用により、フランジ部１３、１４に大きな推進力により、密接片部３２のシール突起３５をシール面３３に強く当接させて弾性変形させることができる。
また、後半の大きな推進力を発生させる際には、締結時のねじ機構の抵抗力を下げるために必要な処理が行われているので、小さな作用力又はモーメントにより締結でき、大きなクランプ力が不要となる。
【００２０】
図３に示す本発明の第２の実施の形態に係るフランジ継手装置４０が、フランジ継手装置１０と基本的に異なる点は、シール構造がメタルタッチではなく、Ｏパッキン等のシール部材（図示せず）を嵌装する構造とした点である。なお、説明を簡略にするため、シール部材及びシール溝等を省略している。
【００２１】
対となる左側継手部１１ａ及び右側継手部１２ａのフランジ部１３ａ、１４ａの背面側周囲にそれぞれ、第１の傾斜部１９ａ、２０ａの一部を構成する２段の外傾斜面１５ａ、１６ａ、外傾斜面１７ａ、１８ａが形成されており、一方、図示しないクランプ部材を構成する半割リング２３ａ及び半割リング２３ａと対となる半割リング（図示せず）の内周部には、第１の傾斜部１９ａ、２０ａに係合する第２の傾斜部２１ａ、２２ａの一部をそれぞれ構成する２段の内傾斜面２４ａ、２５ａ、内傾斜面２６ａ、２７ａが形成されている。
【００２２】
また、外傾斜面１５ａ〜１８ａ及び内傾斜面２４ａ〜２７ａにも、フランジ継手装置１０と同様に、窒化、メッキ、溶射、表面研摩及び他金属コーティングのいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われている。さらに、クランプ部材のねじ機構についても、フランジ継手装置１０と同様に、窒化、メッキ、溶射及び表面研摩のいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理が行われている。なお、フランジ継手装置４０の作用については、フランジ継手装置１０の場合と略同じであるので、説明を割愛する。
【００２３】
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明のフランジ継手装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、フランジ継手装置１０（４０も同じ）にて、第１の傾斜部及び第１の傾斜部に係合する第２の傾斜部にそれぞれ、２段の外及び内傾斜面を形成したが、これに限定されず、状況に応じて、３段以上の外及び内傾斜面を形成しても構わない。
【００２４】
フランジ継手装置１０（４０も同じ）にて、フランジ部１３、１４の対となる外傾斜面１５、１６、外傾斜面１７、１８に対応する内傾斜面２４、２５、内傾斜面２６、２７を半割リング２３に設けたが、これに限定されず、必要に応じて、半割リングの内傾斜面２４、２６を内傾斜面２５、２７と同一面（傾斜角度γ）に形成したり、また、フランジ部１３、１４の外傾斜面１５、１７を外傾斜面１６、１８と同一面（傾斜角度γ）に形成することもできる。
【００２５】
半割リング２３を備えたクランプ部材には、クランプ部材を対となるフランジ部に係合させて締結するねじ機構を備えたが、これに限定されず、必要に応じて、その他の締結手段（例えば、楔作用による締結）を用いることもできる。
外及び内傾斜面には、窒化、メッキ、溶射、表面研摩及び他金属コーティングのいずれか１又は２以上からなる摩擦係数低減処理を行って、当接摺動する外及び内傾斜面の摩擦係数がフランジ部の他の部分より小さくなると共に、その硬度がフランジ部の他の部分より高くなるようにしたが、これに限定されず、状況に応じて、この処理を省略しても構わない。
【００２６】
対となる一方のフランジ部１３の当接面側には、先側に１状のリング状のシール突起３５を設けたシール機構を備え、対向する他方のフランジ部１４のシール面３３とシール突起３５とのメタルタッチによって、対となるフランジ部１３、１４のシールを行なうようにしたが、これに限定されず、必要に応じて、他のシール構造のメタルタッチによって、対となるフランジ部のシールを行なうようにすることもできる。
フランジ部、半割リング及びねじ機構の材質について言及しなかったが、ステンレス鋼、軟質鋼、硬質鋼等を使用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１〜４記載のフランジ継手装置においては、傾斜面の傾斜角度が大きい最初の段階では、軸心方向の移動距離が大きく、軸心方向の推進力が小さいが、段階的に傾斜角度が小さくなるに従って、軸心方向の移動距離が小さく、軸心方向の推進力が段階的に大きくなるので、従来の一段の傾斜面同士の楔作用に較べて、大きな軸心方向の推進力を発揮でき、この結果、小さなクランプ力の作用でフランジ部の締結ができる。
【００２８】
特に、請求項２記載のフランジ継手装置においては、当接摺動する各傾斜面に作用する摩擦力を小さくできると共に、各傾斜面の硬度が高くなるので、クランプ部材に作用するクランプ力を軽減できると共に、当接摺動する外傾斜面及び内傾斜面の耐摩耗性が向上するため、締結の作業性が向上し、また、耐用年数が長くなる。
【００２９】
請求項３記載のフランジ継手装置においては、ねじ機構を介して作用させるクランプ力を軽減することができるので、締結の作業性がさらに向上する。
請求項４記載のフランジ継手装置においては、シール部材を使用することなくフランジの接続ができるので、医薬品製造や食品製造等の衛生用の配管に使用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフランジ継手装置の締結前の要部断面図である。
【図２】同フランジ継手装置の締結動作の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るフランジ継手装置の締結前の要部断面図である。
【図４】（Ａ）は従来例に係るフランジ継手装置の締結前の要部断面図、（Ｂ）はクランプ部材の斜視図である。
【符号の説明】
１０：フランジ継手装置、１１：雄型継手部、１１ａ：左側継手部、１２：雌型継手部、１２ａ：右側継手部、１３、１３ａ：フランジ部、１４、１４ａ：フランジ部、１５、１５ａ：外傾斜面、１６、１６ａ：外傾斜面、１７、１７ａ：外傾斜面、１８、１８ａ：外傾斜面、１９、１９ａ：第１の傾斜部、２０、２０ａ：第１の傾斜部、２１、２１ａ：第２の傾斜部、２２、２２ａ：第２の傾斜部、２３、２３ａ：半割リング、２４、２４ａ：内傾斜面、２５、２５ａ：内傾斜面、２６、２６ａ：内傾斜面、２７、２７ａ：内傾斜面、２８：クランプ部材、３２：密接片部、３３：シール面、３４：当接面、３５：シール突起、４０：フランジ継手装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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