JP2002317873A

JP2002317873A - ガスケットの変形防止締付け方法及びフランジ締付け評価装置

Info

Publication number: JP2002317873A
Application number: JP2001123421A
Authority: JP
Inventors: Maki Takaoka; 真樹高岡
Original assignee: Soken Kagaku KK; Soken Chemical and Engineering Co Ltd
Current assignee: Soken Kagaku KK; Soken Chemical and Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ピグ走行下の流体供給システムに組むライン配
管、切換え弁、ピグステーション等をフランジで組立て
るに、装着ガスケットの実機装着前に、はみ出し変形等
を防止できる適正締付けトルクによって、実機システム
の組立て、そのメンテナンス等を容易にさせ、しかも、
ガスケット変形、ピグ損傷等のトラブルを低減できるガ
スケット変形防止締付け方法を提供することである。【解決手段】ライン配管、切換え弁、ピグステーション
等をフランジで取付けるに際し、フランジ締付け評価装
置で得る所定の締付けトルクで、ガスケット４を装着す
る特定フランジ１を締付けると、ガスケット４の内円周
面とフランジ１の内径面とが、互いに凹凸を有さず、そ
のフランジの締付け時に、フランジ接触面２，３のシー
ル性を満たし、ガスケット４の内円周面が、中心軸方向
Ｇ_０Ｇ_１へのはみ出し変形４ａを、事前に防止できるガ
スケットの変形防止締付け方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フランジ用ガスケ
ットの変形防止締付け方法に関し、より詳細には、ピグ
を走行させて複数流体を共通循環ラインへ切換供給させ
る等の実機システムに組込むライン配管、切換え弁及び
ピグステーション等をフランジ継手で組立てるに際し
て、装着ガスケットのはみ出し変形等を防止するフラン
ジボルトの適正締付けトルクを事前に評価することで、
実機システムの組立て及びそのメンテナンスを容易にさ
せ、しかも、ガスケット変形に係わって生ずるピグ損傷
等のトラブルを低減させる使用時ガスケットの変形防止
締付け方法に関する。

【０００２】また、本発明は、特定のガスケット座を有
する実機フランジを取付けるに際して、ガスケットの変
形を防止する適性締付けトルク値を事前に評価できるフ
ランジ締付け評価装置にも関する。

【０００３】

【従来の技術】従来から、医薬・工業薬品、食品、塗
料、インキ、石油化学、石油精製等の各種の産業分野
で、原料及び製品としての複数の流体を切換え供給させ
て原料の調製や、製品を製造するために、その調製及び
製造工程に複数流体を切換えて供給循環させるシステム
が広く用いられている。このようなシステムには共通循
環ラインが設けられ、通常、この共通ラインを介して複
数流体を切換えて供給させる。この切換え供給には、ラ
インの洗浄を交えて洗浄−流体供給を交互に実施するこ
れらの単位サイクルの全てが、このライン内にピグを走
行させて行われる。また、この共通循環ラインは、通
常、ライン配管、方向切換え弁及びピグステーション等
が、通常、フランジ継手で連結されているのが一般的で
ある。従って、これらの継手部のフランジ接触面から、
気体又は液体等の流体漏れを起こさせてはならず、継手
部に使用するフランジとそのシール材のガスケット材に
係わるシール性が重要な課題になる。

【０００４】このフランジ継手部のシール材には、シー
ルの機能性、形態、材質、硬さ、展延性、用途等から分
類され、特にその機能面から分類すると、通常、静的シ
ールと動的シールとに分類される。前者の静的シール
は、通常、ガスケットと称されて装置や配管フランジの
ように動きのない部分の漏れ止めとして用いられてい
る。一方、後者の動的シールは、通常、パッキンと称し
て、ポンプやバルブの軸のように、回転や、摺接等の動
きを伴う部分のシールに用いられ、例えば、グランドパ
ッキン、リップパッキン、スクイズパッキン（Ｏリン
グ）、オイルシール及びメカニカルシール等が挙げられ
る。

【０００５】ところで、前者のガスケットは、その目的
である継手部のフランジ接触面のシール性に係わって、
フランジ接触面の凹凸や、表面粗さや、うねりを吸収で
きる柔軟性と、フランジの動きや、ボルトの緩みに追従
できる弾力性を備えていなければならない。通常、この
ガスケットは、２枚のフランジ間のフランジ接触面に装
着されるシール材である。従って、このフランジ接触面
からの流体の漏れとは、例えば、図６に図示する平面フ
ランジの接合部における流体の流れとして説明すると、
この接合部接触面の内部から外部へ漏れ出る流体が、層
流状態とすれば、その漏れ量ＬＱは、通常、下記式
［１］のように示される。

【数１】

【０００６】式中、ｈはフランジの間隙［ｃｍ］で、P
_１，P₂は内部及び外部圧力［ｋｇｆ／ｃｍ^２］で、
ｒ_１、ｒ_２はフランジの内径及び外径［ｃｍ］で、ηは
流体の粘性で、ｋは係数を表わす。上記［１］式から明
らかなように、フランジ接触面からの流体の漏れ量は、
フランジ接触面間の隙間の３乗に比例している。従っ
て、漏れを防止又は減少させるためには、フランジ継手
部をフランジボルトの締付け下において、この隙間を可
能な限り零にすることであり、そのためには、フランジ
の接触面を超精密仕上げするか、又は柔軟性と弾力性に
富むガスケット材で、この隙間を完全に埋めることにな
る。従って、このようなガスケット材は柔軟性に富み、
ボルト締付け時に、容易に表面変形をして、フランジ面
になじみ密着することが重要である。また、使用条件及
び使用目的にあって、ガスケット材は、耐熱性、耐薬品
性、耐久性、耐圧力性、ち密性等を備えているものであ
る。

【０００７】このような観点から、フランジ継手部の接
触面に用いられるシール材のガスケットは、その材質又
は形態から、例えば、非金属ガスケットとして、ゴムシ
ート、プラスチックシート、石綿ジョイントシート、膨
張黒鉛ガスケットや、セミメタリックガスケットとし
て、渦巻型、メタルジャケット型や、また、メタリック
ガスケットとして、平形金属被覆（石綿入り）、みぞ付
金属、平形金属等に分類され、これらの金属としては、
軟質アルミニウム、軟質銅、黄銅、ステンレス等が挙げ
られる。

【０００８】また、これらのガスケットを装着するフラ
ンジ継手部は、通常、ボルト締めフランジが用いられて
いて、そのフランジ継手部の接合面のガスケット座は、
フランジの材料、流体の性質、温度、圧力、継手の接続
状態、使用するガスケットの種類等によって選択され
る。通常、そのフランジ接合面のガスケット座の形状か
ら、図４（ｃ）に示す全面座形、大平面座形、小平面座
形、図３に示すはめ込み形及び図４（ａ）に示す溝形等
の形式に分類されている。従って、装着されるガスケッ
トは、これらのフランジのガスケット座に対応する形状
の適材適所のガスケットが選択使用される。ところが、
このように継手接合部のフランジ接触面からの流体漏れ
を防止させるためのシール材のガスケットは、特に、フ
ランジ締付け時において、そのシール性とその変形防止
とが、常に重要な課題になっている。

【０００９】そこで、従来から、これらの課題を解消さ
せるため、種々なる提案がなされていて、例えば、実開
昭６０−１４５６１４号公報には、ガスケット締付けボ
ルトの先端に、ネジ山径より細い径で、最適締め代を得
る首下長さを決めるボスを設け、蓋側にそのボスを受け
入れてその下端と接触する底を有するインローを設け
て、シートパッキンの最適締め代を得るシールが記載さ
れている。しかしながら、この首下長さとインロー深さ
及びそのインロー底の平坦化の正確な加工を要す。ま
た、ガスケットの応力緩和後の増し締めが困難であり、
また、パッキンの位置合わせを正確に出せない。また、
実開昭５９−６６０７号公報には、フランジ間のフラン
ジ面上に、パッキンの圧縮される量を所定値に特定する
スペーサー兼用のナットを装着することが記載されてい
る。しかしながら、正確なナット厚み加工を要し、その
適正ナット厚みを事前に求める必要があり、しかも、ガ
スケットの応力緩和後の増し締め及びパッキンの位置合
わせを困難にさせる。また、実開昭６１−１２８４１４
号公報には、パッキンの締付け性及び密閉性に係わっ
て、締め代（しろ）を決めるワッシャーをボルト孔に挿
入させてガスケットの圧縮変形量を規制するワッシャー
付きパッキングが記載されている。しかしながら、パッ
キンに凹溝や、特殊形状のワッシャーで、そのワッシャ
ー突起部に嵌合う貫通穴等の加工を要し、しかも、パッ
キンの位置合わせを正確に出せない等の問題がる。ま
た、特開昭６２−１０１９７０号公報には、ガスケット
の過度の締付けを防止するために、ガスケットの超弾性
を示す限界ひずみに達した時に、ガスケット厚みより小
さい厚さのストッパーをフランジ間に介在させてフラン
ジを締付けることが記載されている。しかしながら、ス
トッパー厚さの正確な加工を要し、その適正ストッパー
厚を事前に求める必要があって、しかも、ガスケットの
位置合わせが困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】既に上述した如く、各
種の産業分野で、原料及び製品として複数の流体からな
る流体原料の調製や、流体製品を製造する分野に複数流
体を共通循環ラインに切換えて自動供給循環させるシス
テムが広く用いられている。この共通循環ラインに組込
まれているライン配管や、多方向切換え弁や、ピグを走
行管理するピグステーション等は、通常、ボルト締めフ
ランジで連結されている。このフランジ継手部のフラン
ジ接触面から、上述するライン内に供給循環され流体
が、漏洩しないように、そのフランジ接触面には、シー
ル材のガスケットが装着されている。

【００１１】このボルト締めフランジに装着するガスケ
ット材は、フランジボルトを所定の締付け荷重（トル
ク）で締付けることで、フランジ面にシール性が維持さ
れるが、この締付け荷重下にあるガスケットは、変形す
るのが一般的である。特に、実機システムの取付け時に
は、過度に締付ける傾向にあって、必要以上にガスケッ
トを変形させて、そのシール性及びその継手部のメンテ
ナンスに支障を来すことから、このフランジ部に対する
適正締付け荷重（トルク）とそのシール性及びそのガス
ケットの変形防止との係わりが、従来から、重要な課題
になっているのが実状である。このボルト締めフランジ
において、フランジ接触面に装着するガスケットは、フ
ランジボルトを締付けることで、フランジ接触面の凹凸
部にガスケットをなじませ、ライン内に流れる流体の内
圧が漏れないように密封（シール）される。このシール
に係わって、一般的に［ボルト荷重−流体の内圧力＝
ガスケットの圧縮力］なる関係式が成立し、ボルト締
めフランジを取付ける場合には、通常、ＪＩＳ−Ｂ８２
４３並びにＪＩＳ−８２５０に準拠させて実施されてい
る。そこで、ボルトを締付けるに際して、このボルト荷
重は、一般的に、使用状態でのボルト荷重Ｗ_ｍ１と、ガ
スケット締付け時のボルト荷重Ｗ_ｍ２として検討され
る。その使用状態でのボルト荷重のＷ_ｍ１は、下記式
［２］で表され、

【数２】

【００１２】式中、Ｈは直径Ｇの円までしみ込んで作用
する荷重で、Ｈｐは流体の内圧を密封させる（流体の漏
洩を防止させる）ためにフランジ接触面に作用するガス
ケットの圧縮力で、Ｇはガスケット圧縮力の作用円直径
で、ｍはガスケット係数で、ｙは最小設計締付圧力［ｋ
ｇｆ／ｍｍ^２］で、初期の組立て状態において、ガスケ
ットをフランジ接触面の凹凸部になじませる。すなわ
ち、降伏させるに必要な締付け圧力で、ｂはガスケット
座の有効幅［ｍｍ］で、ｐは全内圧（フランジの強度計
算用の内圧）である。また、ガスケット締付け時のボル
ト荷重Ｗ_ｍ２は、下記式［３］表され、初期の組立て
状態において、ガスケットをフランジ接触面の凹凸部に
なじませるための締付け力である。

【数３】

【００１３】ところが、上述するＪＩＳ規格やＪＰＩ規
格等で規定されているフランジ及びボルト寸法を用いて
所定のガスケットを装着するフランジ継手部を、上記
［２］及び上記［３］式を満足させるように締付ける
と、例えば、テフロン製ガスケットにおいても、ガスケ
ットの締付けが、過度になってしまいガスケットに必要
以上の変形を生じさせる傾向になる。すなわち、例え
ば、フッ素樹脂系ガスケットは、低締め付け圧力でフラ
ンジ面によくなじみ、良好なシール性を発揮させるが、
その反面、低締め付け圧力でコールドフロー[低温流れ
（cold flow）]を容易に起こし、ガスケット自体の変形
量を必要以上に増大させ、図２に図示する如く、装着す
るガスケット４が、はみ出し変形４ａ部を生じさせる。
そこで、このようにガスケットが、はみ出し変形を起こ
すようなフランジ継手部の締付け状況下では、例えば、
共通循環ラインにピグを走行させて複数流体を切換え供
給させる場合には、ライン配管内で、ピグのスムーズな
走行の障害になり、ピグ詰まりや、ピグ損傷を起こす原
因となる。

【００１４】また、既に上述した如く、フランジ継手部
の接合面のガスケット座は、フランジの材料、流体の性
質、温度、圧力、継手の接続状態、及び使用するガスケ
ットの種類等によって選択され、従来から、そのフラン
ジ接合面のガスケット座の形状から、図４（ｃ）に示す
全面座形、大平面座形、小平面座形、図３に示す嵌め込
み形及び図４（ａ）に示す溝形を有するフランジ等が使
用されている。

【００１５】これらのフランジにおいて、図３に示す嵌
め込み形又は図４（ａ）に示す溝形を除いて、一般的
に、２枚のフランジ間のフランジ接触面に装着するガス
ケットが、上述したようなガスケット変形に係わる障害
の他に、ガスケットの軸合わせ（芯出し）が著しく困難
な傾向にある。

【００１６】更には、既に上述したように共通循環ライ
ンに、複数流体を切換え供給させる場合には、上述した
ようなフランジの何れにおいても、図５（ｂ）、（ｃ）
に図示する如く、フランジ間に挟んだガスケットの内円
面側のフランジ間にガスケットの無い間隙を有するよう
なガスケットの装着では、この間隙に流体供給の切換え
時に先に供給させた流体が残留してしまい、流体切換え
時のコンタミ発生の要因となって好ましくない。

【００１７】そこで、本発明の目的は、複数流体を切換
えて供給循環させる実機システムに用いるライン配管
や、多方向切換え弁や、ピグステーション等をボルト締
めフランジで取付けるに際して、少なくとも、そのフラ
ンジ継手とそのフランジ接触面に装着させるシール材の
ガスケットが、継手配管の中心合わせ及び装着するガス
ケットの軸合わせ（芯出し）等の煩雑な取付け操作を必
要としない特定するフランジ継手を使用する。すなわ
ち、ピグを走行させて共通循環ラインに複数流体を切換
え供給させる実機システムを組立てるに際して、ライン
配管、方向切換え弁及びピグステーション等に、上述す
るようなフランジ継手を使用することで、既に上述した
諸問題を可能な限り解消させ、特に、使用時のフランジ
接触面のシーリング用ガスケット部材が、そのフランジ
ボルトを締付け時、フランンジ継手の内径中心軸方向に
ガスケットが、はみ出すようなガスケットに求められる
必要以上の変形を、事前に評価して得られるその適正締
付けトルクで防止できることを特徴とする実機フランジ
を取付ける使用時におけるガスケットの変形防止締付け
方法を提供することである。

【００１８】また、本発明の他の目的は、ガスケットを
装着する所定の実機フランジを取付けるに際して、実機
フランジに係わって、継手部のシール性を満たし、且つ
ガスケットに求められる必要以上の変形を生じさせない
適性締付けトルク値を、事前に評価できるフランジ締付
け評価装置を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで、上述する課題を
達成するために、鋭意検討した結果、本発明によれば、
ピグの走行下に複数流体を切換供給させる実機システム
に組込むライン配管や、切換え弁や、ピグステーション
等を所定のボルト締めフランジ継手で取付けするに際し
て、そのフランジ面が所定のシール性を維持し、締付け
られたガスケットの内径円面が、フランジ内径面から、
はみ出し変形を生じさせないフランジボルトの適正締付
けトルクを事前に評価できることを特徴とする実機フラ
ンジを取付ける使用時におけるガスケットの変形防止締
付け方法を提供する。

【００２０】すなわち、所定のガスケットを装着する実
機使用時のフランジが、そのガスケット座の形式で表し
て、嵌め込み形ガスケット座を有する特定するボルト締
めフランジを用いる。また、このガスケット座に対応さ
せて装着する所定のガスケットは、その内円周面とフラ
ンジ継手の内径面とが、少なくとも互いに凹凸を有さな
いように装着される。また、この実機フランジをフラン
ジボルトで締付け時には、フランジ締付け評価装置に準
拠させて得られる適正締付けトルクで、そのフランジボ
ルトを締付けて、この特定するフランジのフランジ接触
面に所定のシール性を維持される。しかも、このシール
性維持下のフランジボルトの所定の締付けトルクが、実
機フランジを取付けるに際して、所定のガスケットの内
円周面が、フランジの内径中心軸方向へ、はみ出し変形
を生じさせない、使用時におけるフランジボルトの必要
最小ボルト荷重であって、本発明における特定のフラン
ジに対する適正締付けトルクとして実機フランジ取付け
に際して事前に評価されるものである。

【００２１】また、本発明によれば、このような実機フ
ランジ使用時におけるフランジ用ガスケットの変形防止
締付け方法において、ガスケットを装着する実機フラン
ジのフランジボルトに対する適正締付けトルクを事前に
評価するために用いる、トルクレンチと、シクネスゲー
ジと、基準棒との冶具と、特定のテストフランジと所定
のガスケット及び気密試験装置とを一式とすることを特
徴とするフランジ締付け評価装置を提供する。

【００２２】すなわち、この気密試験装置に装着する所
定のテストフランジが、ガスケット座形式で表して、嵌
め込み形ガスケット座を有する特定のフランジである。
このテストフランジのフランジ接触面に装着するガスケ
ットが、そのガスケットの内円周径面が、このテストフ
ランジの内径面に対して、少なくとも互いに凹凸を有さ
ない所定のガスケットである。

【００２３】このようなガスケットを装着するテストフ
ランジのフランジボルトを、トルクレンチで所定の締付
けトルクで締付けた後、気密試験装置によって、このテ
ストフランジ内を所定の加圧下に保持させて、このテス
トフランジのフランジ接触面の耐気密性を評価する。こ
の時点で、所定の締付けトルクによるボルト締付け後、
充分な応力緩和下に、シクネスゲージでこのテストフラ
ンジのフランジ間隙を測定する。次いで、このテストフ
ランジ継手部の一端のメクラフランジを外して、そのフ
ランジ内径に略同等径の基準棒を挿入させて、装着する
ガスケット内円周面が、テストフランジの内径中心軸方
向へのはみ出し変形の有無を評価する。このような［所
定の締付けトルク−応力緩和−はみ出し変形］の評価テ
ストを繰り返すことによって、所定の締付けトルク下に
おいて、必要以上のガスケット変形であるはみ出し変形
を無しとする装着ガスケットに対する必要最小ボルト荷
重が得られる。その結果、この必要最小ボルト荷重が、
実機フランジのフランジボルトを締付ける適正締付けト
ルクであって、その実機フランジのフランジ接触面のシ
ール性を満たし且つガスケットのはみ出し変形を防止す
るフランジボルトの必要にして最小の締付けトルクとし
て事前に評価されるものである。

【００２４】（作用）以上から、フランジ継手を実機シ
ステムに取付けるに際して、そのフランジのガスケット
座が、嵌め込み形である特定するフランジを使用し、本
発明によるフランジ締付け評価装置で事前に評価された
適正締付け圧力（トルク）は、従来から、ボルト締めフ
ランジに係るＪＩＳ−Ｂ８２４３並びにＪＩＳＢ−８
２５０に準拠させてフランジボルトを締付けるとフラン
ジボルトが過度に締付けられて、一般的に生じ易いガス
ケットのコールドフローを増大させてガスケットに求め
られる必要以上の変形量となって生ずるはみ出し変形
を、効果的に、事前に防止しながら、実機フランジを取
付けることができる。その結果、ピグ走行下に流体供給
させる実機システムの組立て及びそのメンテナンスを容
易にさせ、しかも、ピグ、ガスケットの損傷、実機シス
テムにおける混ざりコンタミ等を低減させることができ
るガスケットの変形防止締付け方法及びそれに用いるフ
ランジ締付け評価装置を提供することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】既に上述した如く、ピグの走行下
に複数流体を切換供給させるシステムに組込むライン配
管、方向切換え弁及びピグステーション等をボルト締め
フランジ継手で、取付けるに際して、従来法において
は、ＪＩＳ圧力容器規格及び圧力容器安全規則のフラン
ジ強度計算書に準拠するフランジ締付け圧力（トルク）
で、所定のガスケットを装着する実機フランジのフラン
ジボルトを締付けると、既に上述した如く過度に締付け
られたガスケットが、コールドフローに基づく変形量を
増大させて、ガスケットに求められている変形量以上に
変形して、フランジ内径面からガスケットの内円周面
が、はみ出して、実機システムの組立て及びそのメンテ
ナンスに支障を来たす等の種々なるトラブルを発生させ
る要因となっていた。

【００２６】以上から、本発明によれば、既に上述した
如く、ガスケットの変形防止締付け方法及びこの方法に
用いるフランジ締付け評価装置によって、実機フランジ
として、ガスケット座が、嵌め込み形である特定するフ
ランジを使用し、装着したガスケットが、フランジボル
トの締付け下に、従来のようなはみ出し変形を、事前に
防止できるボルト締付け下に、実機フランジを取付ける
ことを特徴とするものである。以下に、その実施の形態
について、図１〜図７を参照しながら説明する。

【００２７】本発明においては、既に上述した特定のフ
ランジとして、好ましくは、図１に図示する如くの、ガ
スケット座が嵌め込み形フランジ１が挙げられる。すな
わち、２個のフランジ間が、フランジ接触面に凹形面２
ａを有する凹形フランジ２と、フランジ接触面に凸形面
３ａを有する凸形フランジ３とからなり、ガスケット４
が、このフランジ接触面２ａ，３ａの凹凸面間に装着さ
れる。図３（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、このフ
ランジ継手を取付けるに際して、そのフランジ継手とそ
のフランジ接触面に装着させるシール材ガスケットが、
継手配管の中心合わせ及び装着するガスケットの軸合わ
せ（芯出し）が、適宜容易にできることがよく判る。ま
た、本発明においては、このはめ込み形フランジに限定
するものではなく、例えば、ガスケット座が、図４
（ｂ）に図示するような、他のはめ込み形ガスケットも
好適に使用される。

【００２８】また、本発明における実機フランジが、複
数流体を切換え供給させる共通循環ラインに用いる場合
には、図５（ｂ）、（ｃ）に図示する如く、フランジ間
に挟んだガスケットの内円面側のフランジ間にガスケッ
トの無い間隙を有するようなガスケットの装着では、流
体の切換え時に先にラインに供給させた流体が、この間
隙に残留して流体切換え時のコンタミ発生の要因となっ
て好ましくない。従って、本発明において、装着するガ
スケットは、好ましくは、図５（ａ）に図示する如く、
ガスケット４の内円周面４ｓが、フランジ２，３の内径
面に対して、少なくとも凹凸を有さないように適宜装着
できるものが好適である。

【００２９】そこで、本発明において、好ましくは、非
金属ガスケットが好適に使用され、例えば、（ｉ）ゴム
質ガスケットとして、その硬さＨｓが３０〜９０のゴム
シートや、織布で補強された布入りゴムシートや、テフ
ロン製等の各種のプラスチックシートが挙げられる。そ
の中でもテフロン製ガスケット材としては、四フッ化エ
チレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフロ
ロアルキルビニールエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、四
フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合樹脂、三フ
ッ化塩化エチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデ
ン樹脂（ＰＶＤＦ）、四フッ化エチレン・エチレン共重
合樹脂（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エ
チレン共重合樹脂（ＥＣＴＦＥ）等のフッ素系樹脂を主
成分に、特に、ガスケット材として適度の硬さ等を付与
させるためから、通常、ガラス繊維、ガラス粉末、石綿
繊維、カーボン繊維、グラファイト、マグネシア系及び
チタン酸カリ系無機繊維、シリカ粉末、アルミナ粉末、
スメクタイト系合成粘土鉱物系粉末等の無機フィラーの
１種又は少なくとも２種を充填した成型体として適宜好
適に使用される。特に、テフロン系は、耐化学薬品性、
耐熱性も−２４０〜+３１５℃温度範囲で使用され、良
好なシーリング性を発揮する。また、ゴム製ガスケット
材も耐熱性、耐薬品性であるガスケット材も、真空から
０．９８ＭＰａＧの範囲で使用される。また、（ii）石
綿ジョイントシートは、柔軟性、弾力性に優れるが、耐
熱性や耐圧力性に劣るゴムシートに対して、石綿繊維を
ゴムに混ぜてシート状に加熱圧縮させたものであり、中
温・中圧条件で好適に使用され、使用温度が−１００〜
３００℃範囲で、最高使用圧力が３ＭＰａＧまで使用さ
れる。また、（iii）膨張黒鉛ガスケットは、天然黒鉛
を膨潤化処理し接着剤を入れてシート状に圧縮成形した
もので、耐熱性、耐寒性、耐薬品性、低膨張性、応力緩
和特性が小さく、しかも、ゴム弾性体に優れ、ノンアス
ベスト代替品としても使用される。

【００３０】また、このようなガスケットは、通常、ゴ
ム、プラスチック、金属などの固体が、荷重下で時間の
経過とともに伸びていくクリープ現象のうち、常温又は
常温以下の温度で伸びる現象であるコールドフロー（低
温流れ、cold flow）を起こす。また、荷重下にあるガ
スケットを装着するフランジには、応力緩和として、機
械の要素や構造部材が一定の応力を生じるような状態に
置かれたままで、変形量が一定の状態にととまらず、時
間の経過とともに変形が増大して応力が緩和されるクリ
ープ現象を呈する。従って、変形量を一定に保持するに
は、これを保つに必要な応力が経時下に減少する応力緩
和に対処させなければならない。

【００３１】そこで、図１、２及び７を参照して、ピグ
の走行下に複数流体を切換供給させるシステムに組込む
ライン配管、切換え弁及びピグステーションをボルト締
めフランジで、取付けるに際しての実機フランジとして
の特定のフランジとして、図１に示す嵌め込み形フラン
ジ１に、市販のテフロン製ガスケット４を装着したフラ
ンジを、図７に図示する本発明によるフランジ締付け評
価装置１０のテストフランジ１１に用いて、本発明によ
るガスケットの変形防止締付け方法及びフランジ締付け
評価装置の実施形態について以下に説明する。

【００３２】図１及び図７に図示する如く、この実機フ
ランジ及びその実機フランジに準用させる特定のテスト
フランジ１１に、装着された所定のガスケット４は、そ
の凹形ガスケット座のフランジ接触面２ａに装着された
ガスケット４内円周面が、このテストフランジ２，３の
内径面に対して、頭出し（少なくとも互いに凹凸を有さ
ない）しないように装着されている。これによって、図
１から明らかなように、ガスケット４が、このフランジ
内を走行するピグ５の障害にならない。

【００３３】次いで、所定のトルクレンチで、フランジ
ボルトを所定の締付けトルクで均等に締付ける。ここ
で、所定の締付けトルクとは、装着されたガスケット４
が、図２に図示する如く、フランジ接触面２ａ，３ａに
フランジボルトをトルクレンチで締付けた時に、既に上
述した下記式［２］で表わされるその使用状態でのボル
ト荷重のＷ_ｍ１であって、本発明においては、図２に示
す如く、使用状態でのボルト荷重のＷ_ｍ１によって、フ
ランジ接触面２ａ，３ａに所定のシールを維持させて、
この接着面に装着されているガスケット４に必要以上の
変形を与えて、はみ出し変形部４ａを生じさせない必要
にして最小の使用状態でのボルト荷重（Ｗ _ｍ１）に相当
する。本発明においては、このはみ出し変形を生じさせ
ない必要最小ボルト荷重と称しているものである。

【数４】

【００３４】ここで、上述したガスケットのはみ出し変
形の評価、すなわち、必要最小ボルト荷重を得るため
に、テストフランジ１１のフランジボルトを、所定の締
付けトルクで締付けた後、図７に図示する気密試験装置
１６にて所定の加圧下に、圧力閉止弁１４を閉時にし
て、テストフランジ１１のフランジ接触面の耐気密性を
評価する。この時点で、シクネスゲージで、図１及び図
２に図示するフランジ間間隙ｈの間隙幅を計測する。次
いで、テストフランジ１１の一端のめくらフランジ１２
を外して、そのフランジ内径と略同等径の基準棒１７を
挿入させて、ガスケット４が、テストフランジの内径中
心軸方向へのはみ出し変形の有無を確認する。本発明に
おいては、この所定の締付けトルクによる［ボルト締付
け−耐気密性を評価−ガスケット変形有無の評価］を繰
り返し評価するに際しては、締付け荷重下にあるガスケ
ットを装着するフランジの応力緩和に対処させる。その
ために、シクネスゲージによるフランジ間間隙１ａの計
測は、所定の締付けトルクによるボルト締付け後、充分
に応力緩和させるため一定経時後に繰返し計測する。

【００３５】以上から、このようにして得られる本発明
における必要最小ボルト荷重は、ボルト締付けフランジ
の実機フランジに反映できるフランジ締付けのフランジ
ボルトの適正締付けトルクとして事前に評価されるの
で、この本発明のフランジ締付け評価装置を用いること
により、ピグの走行下に複数流体を切換供給させるシス
テムに組込むライン配管、方向切換え弁及びピグステー
ション等を、従来のようにＪＩＳ圧力容器規格及び圧力
容器安全規則のフランジ強度計算書に準拠するフランジ
締付け圧力（トルク）で、所定のガスケットを装着する
実機フランジのフランジボルトを締付けると、ガスケッ
トが必要以上に変形して、フランジ内径面にはみ出し
て、既に上述した種々なるトラブルの要因を、事前に防
止できる実機ガスケットの変形防止締付け方法及びこの
方法に用いるフランジ締付け評価装置を提供することが
できた。

【００３６】

【実施例】市販の充填剤入りテフロン（ＰＴＦＥ）製ガ
スケット（ガスケット外形：38.0ｍｍ、ガスケット内
径：15ｍｍ、ガスケット係数ｍ：2.0、ガスケット座面
形状：Ia）を、図１に図示するカスケット座が、嵌め込
み形であるボルト締めフランジ１に装着し、それをテス
トフランジ１１として図７に図示するフランジ締付け評
価装置１０に取付けた。次いで、下記に示す方法で、実
機フランジに装着させるに際しての、このガスケットの
最適締付けトルクを事前に評価した。ＪＩＳ圧力容器規格、圧力容器安全規則のフランジ強
度計算書から、実機に用いるフランジ材質、ボルト材
質、フランジ外径、ボルト中心径、ガスケット外径、ガ
スケット内径を想定する。ガスケット形状からガスケッ
ト圧力のかかる位置の円の直径を求める。次いで、フラ
ンジに加わる圧力による全荷重と、気密を保つためガス
ケットにかける圧縮力を求め、更に使用状態での必要最
小ボルト荷重（Ｗｍ_１）、ガスケット締付け時ボルト荷
重（Ｗｍ_２）とを求める。次いで、この値から、使用状
態でのボルトの所要総断面積（Ａｍ_１）、ガスケット締
付け時のボルト所要総断面積（Ａｍ_２）とを求め、これ
らを満足させるボルト径（ボルト谷径）、ボルト本数を
仮定する。そこで、ボルト締付けトルクを仮定し、想定
したボルト本数を、その締付けトルクで、締付けること
によるフランジ面に加わる締付け荷重（Ｑ）を、下記
［４］式により求める。

【数５】なお、［４］式中の各記号は、表１に記載する。このＱ
値が、使用状態での必要最小ボルト荷重（Ｗｍ_１）より
同等か、わずかに大きいこと、実際に使用するボルトの
総断面積Ａｂが、ガスケット締付け時のボルト所要総断
面積Ａｍ_２より同等か、わずかに大きいことを確認し、
そのボルト締付けトルクを用いて、テストを行う。その
結果、表１及び表２にから、本発明を実施するには、Ｑ
≧Ｗｍ_１、Ａｂ≧Ａｍ_２で、且つＷｍ_１＝Ｑ＜１．０５
Ｗｍ _１が、ガスケット材質で異なるが、おおむね適正範
囲となって、ガスケットの事前評価として実施する。所定のボルト締付けトルクで、このフランジを均一に
締付けた後、所定の圧力下に、圧力閉止弁１４を閉じ
て、フランジ接触面の耐気密性を評価する。次いで、フ
ランジに対する締め付けボルトによる応力緩和をさせる
ために一定期間放置後（０．５〜２日後）の経時変化と
して、シクネスゲージでフランジ間間隙ｈを計測する。次いで、テストフランジ１１の一方端のめくらフラン
ジ１２を外して、基準棒１７を差し込んで、ガスケット
４が図２に図示する如くのはみ出し変形４ａの有無を評
価する。 −を繰り返し評価して、変化無しを確認し、変化
ある場合には、ガスケット寸法を変更して再評価テスト
を行う。気密試験圧力の低下、フランジ間間隙の変化が
ないことを確認し、採用フランジ形状、ボルト径、ボル
ト本数を決定する。

【００３７】以上のようにして、表１及び表２に記載す
るその詳細な条件下に、ボルト本数４本で締付けるボル
ト径をＭ８、Ｍ１０、Ｍ１２に振って、ボルトをトルク
レンチで締付ける所定のボルトの締付けトルクを実験値
として得て表に示した。

【表１】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】以上から、本発明によれば、フランジ継
手を実機システムに取付けるに際して、そのボルト締め
フランジを嵌め込み形又は溝形の特定フランジを使用
し、フランジ締付け評価装置で事前に評価されて得られ
る適正締付けトルクは、ボルト締付け時の応力緩和の対
処下に、従来のようなＪＩＳ−Ｂ８２４３並びにＪＩＳ
−Ｂ８２５０に準拠させたフランジ取付では、過度に締
付けられて、ガスケットに求められる必要以上の変形と
して、ガスケットのコールドフローを増大させるはみ出
し変形を、効果的に、事前に防止できる実機フランジの
取付けを可能にさせる。

【００３９】これによって、ピグ走行下に流体供給させ
る実機システムの組立て及びそのメンテナンスを容易に
させ、しかも、ピグ、ガスケットの損傷、実機システム
における混ざりコンタミ等を低減できるボルト締めフラ
ンジ用の実機ガスケットの変形防止締付け方法及びそれ
に用いるフランジ締付け評価装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いるガスケット座が、はめ込み形の
フランジ継手例の概念断面図を示す。

【図２】図１に示すフランジ継手におけるフランジボル
トの過度の締付け荷重（トルク）におけるガスケットの
はみ出し変形を説明する概念断面図を示す。

【図３】本発明に用いるはめ込み形のフランジ継手の分
解断面を示す。

【図４】本発明に用いるガスケット座が、溝形のフラン
ジ継手例（ａ）及び他のはめ込み形のフランジ継手例
（ｂ）を示し、更に全平面座形のフランンジ継手例
（ｃ）を示す。

【図５】フランジ接触面に装着するガスケットの各種の
装着例を示す。

【図６】フランジ継手の接合部フランジ接触面における
内部から外部へ漏れ出る流体の概念説明図である。

【図７】本願発明に用いるフランジ締付け評価装置を示
す。

【符号の説明】

１ガスケット座がはめ込み形フランジ継手２凹形フランジ２ａ凹形フランジ接触面３凸形フランジ３ａ凸形フランジ接触面４，７，８ガスケット４ａはみ出し変形部４ｓガスケットの内円周面５ピグ９全面座形フランジ１０フランジ締付け評価装置１１テストフランジ１２めくらフランジ１３接続フランジ短管１４圧力閉止弁１５圧力計１６気密試験装置１７基準棒ｈフランジ間間隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ピグの走行下に複数流体を切換供給させる
システムに組込むライン配管、切換え弁及びピグステー
ション等をフランジで組立て取付けるに際しての実機フ
ランジに装着するガスケットの変形防止締付け方法にお
いて、所定のガスケットを装着する前記実機フランジが、ガス
ケット座の形式で表して、嵌め込み形であって、装着される前記ガスケットの内円周面と前記実機フラン
ジの内径面とが、少なくとも互いに凹凸を有さず、且つ
前記実機フランジのフランジボルトの締付け時には、所
定のフランジ締付け評価装置に準拠させて所定の締付け
トルク値で締付けることで、前記実機フランジのフラン
ジ接触面に所定のシール性を維持させ、前記所定の締付けトルク値が、実機フランジを取付ける
に際して、実機ガスケットの内円周面が、フランジの内
径中心軸方向へのはみ出し変形を生じさせないフランジ
ボルトの適正締付けトルクとして事前に評価されている
ことを特徴とするガスケットの変形防止締付け方法。
【請求項２】トルクレンチと、シクネスゲージと、基準
棒との冶具と、所定のガスケットを装着する特定のテス
トフランジ及び気密試験装置とを一式とするフランジ締
付け評価装置に準拠させて、ピグの走行下に複数流体を
切換供給させるシステムに組込むライン配管、切換え弁
及びピグステーション等に対する実機フランジに使用す
るガスケットの変形防止締付け方法において、前記所定のテストフランジが、ガスケット座形式で表わ
して嵌め込み形であり、前記気密試験装置に装着する前記所定のテストフランジ
のフランジ接触面に、所定のガスケットをその内円周面
と前記テストフランジの内径面とが、少なくとも互いに
凹凸を有さないように装着させ、前記トルクレンチでフランジボルトを所定の締付けトル
クで締付けて、前記シクネスゲージで前記所定のテスト
フランジのフランジ間隙を測定し、更に前記気密試験装
置にて所定の加圧下にて前記テストフランジのフランジ
接触面の耐気密性を評価した後、前記テストフランジの一端から、そのフランジ内径と略
同等径の基準棒を挿入し、前記所定の締付けトルクが、
前記ガスケット内円周面の前記テストフランジの内径中
心軸方向へのはみ出し変形を生じさせぬための必要最小
ボルト荷重として得られ、前記必要最小ボルト荷重が、実機フランジに係るフラン
ジ締付けのフランジボルトの適正締付けトルクとして事
前に評価されていることを特徴とするガスケットの変形
防止締付け方法。
【請求項３】前記所定のガスケットが、テフロン（登録
商標）製であることを特徴とする請求項１又は２に記載
するガスケットの変形防止締付け方法。
【請求項４】ガスケットを装着する実機フランジのフラ
ンジボルトに対する適正締付けトルクを事前に評価する
トルクレンチと、シクネスゲージと、基準棒との冶具
と、所定のテストフランジと所定のガスケット及び気密
試験装置とを一式とするフランジ締付け評価装置におい
て、前記気密試験装置に装着する前記テストフランジが、ガ
スケット座形式で表して、嵌め込み形であり、前記テストフランジのフランジ接触面に装着する前記ガ
スケットが、前記テストフランジの内径面と装着ガスケ
ットの内円周径面とが、少なくとも互いに凹凸を有さ
ず、前記テストフランジのフランジボルトを前記トルクレン
チで所定の締付けトルクで締付けた後、シクネスゲージ
で前記テストフランジのフランジ間隙を測定し、且つ前
記気密試験装置において、所定の加圧下にて前記テスト
フランジのフランジ接触面の耐気密性を評価した後、前記テストフランジの一端から、そのフランジ内径に略
同等径の基準棒を挿入し、前記ガスケット内円周面の前
記テストフランジの内径中心軸方向へのはみ出し変形の
有無を繰り返し評価し、前記所定の締付けトルク値に対して、前記はみ出し変形
を無しとする前記ガスケットの使用時における必要最小
ボルト荷重が、実機フランジのフランジボルトを締付け
る適正締付けトルクとして事前に評価することを特徴と
するフランジ締付け評価装置。