JP2006200550A - フランジおよびフランジを備えたパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】人が近づき難い環境において使用するのに好適であり、複数のクランプ方式に適合可能なフランジおよびフランジを備えたパイプを提供すること。
【解決手段】パイプ１０の端部に形成されるフランジ１１は、チェーンクランプ装置用に接合面と反対側の面１７が傾斜しており、接合面と反対側の面とフランジの外周面との接合部が、角の無い丸い曲面１６であり、フランジの接合面の外側に厚さがシールの半分より薄いリング状の突起部１２を備え、フランジの接合面の内側に、パイプ連結装置用のシールが嵌合するリング状の凹部１４を備える。また、凹部１４の更に内側に、パイプ連結装置の接続管のためのリング状の凹部を備えていてもよい。本発明のフランジによれば、必要に応じて同じフランジで複数種類の規格のシールや連結方式が使用できるので、装置の費用が低減すると共に検査、保守等の作業性が著しく向上する。
【選択図】図１

Description

この発明はフランジおよびフランジを備えたパイプに関し、特に、人が近づき難い環境において使用するのに好適であり、複数のクランプ方式やシール規格に適合可能なフランジおよびフランジを備えたパイプに関する。

シンクロトロンなどの原子核素粒子の加速装置においては、内部を真空にして実験を行うパイプの周囲に電磁石を設置した実験装置ユニットを多数連結して加速装置が構成されている。シンクロトロンなどの実験装置においては、実験装置の稼働に伴って実験装置が放射能を帯び、実験装置に長時間近づいて作業することが困難な状況となるので、保守等の作業時間の短縮や遠隔保守が期待されている。

一方、従来一般的なパイプ連結方法として、パイプの端部にフランジという縁を設け、フランジ同士をボルトとナットで締結する方法が採用されている。ところが、実験装置ユニットを交換する場合などにおいて、上記したような従来のフランジを用いた一般的なパイプ連結構造では、パイプを分離あるいは連結するために作業員が長時間パイプの連結部分に接近して作業を行う必要があるという問題点があった。

そこで、現在は例えば下記特許文献１あるいは２に示すようなチェーンクランプ装置が採用されている。更に、パイプの連結の自動化または半自動化作業が望まれており、本発明者らはこのような情勢に鑑みて先に遠隔位置からパイプの連結、切り離しが可能な金属ラジアルシール締め付け装置（パイプ連結装置とも記す）および新規な構成のチェーンクランプ装置を開発した。
特開平７−１９０２６４号公報 特開２００３−２２２２８０号公報 金属ラジアルシール締め付け装置およびチェーンクランプ装置においてはそれぞれ専用のシールを使用するため、フランジはそれぞれのシールに適合する固有の構造を有していた。

近年、パイプの接合部を気密状態に保つシールの材質は放射線により劣化するゴムから金属シールに変更されつつある。また、同じ装置でも装置の放射能状態や実験の内容により、安全性の確保等のために複数の規格のシール方法によるシールが必要になってくる場合があり、１箇所のシールに対して適宜材質を変えたシール規格をいろいろ使用する場合があった。ところが、従来のチェーンクランプ装置用のフランジにおいては、１つの規格のシールのみが使用されるような構造になっており、例えばラジアルシール締め付け装置を使用することができないという問題点があった。また、ラジアルシール用フランジは通常のシール方法に対応していないため、簡単なシールでよい場合でもチェーンクランプ装置を使用できないという問題点があった。

この発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を解決し、人が近づき難い環境において使用するのに好適であり、複数のクランプ方式やシール規格に適合可能なフランジおよびフランジを備えたパイプを提供することにある。

本発明のフランジは、パイプの端部に形成されるフランジにおいて、フランジの厚さが中心軸からの距離が遠いほど薄くなるように、他のフランジとの接合面と反対側の面が傾斜しており、他のフランジとの接合面と反対側の面とフランジの外周面との接合部が、角の無い丸い曲面であり、フランジの接合面の外側に、厚さがシールの半分より薄いリング状の突起部を備え、フランジの接合面の内側に、パイプ連結装置用のシールが嵌合するリング状の凹部を備えたことを主要な特徴とする。

また、前記したフランジにおいて、前記フランジの接合面内側のシールが嵌合するリング状の凹部の更に内側に、パイプ連結装置の接続管のためのリング状凹部を備えていてもよい。また、前記したフランジにおいて、前記他のフランジとの接合面と反対側の面の内側に、パイプ連結装置の位置決め用リング状の突起部を備えていてもよい。本発明のパイプは、前記したフランジのいづれかを端部に形成したことを主要な特徴とする。

本発明のフランジによれば、以下のような効果がある。
（１）本発明のフランジによれば、必要に応じて同じフランジで複数種類の規格のシールが使用できるので、装置の費用が低減すると共に保守、検査等の作業性が著しく向上する。
（２）放射線レベルが低い時や気密試験、検査を行う時など、従来の安価な有機材ゴムのガスケットが使える。

（３）必要に応じてシールとクランプ装置の組み合わせとして、弾力性があり、繰り返し使用できるゴムのＯリングとＶバンドリテーナー、メタル中空Ｏリングとクランプチェーン、デルタ突起を有するデルタシールとクランプチェーン、ラジアルシール（パイプ連結装置）方式が利用できる。
（４）断面がＴ字状またはＬ字状の金属板を備えたシールを使用し、予めフランジの所定位置への装着、分離したフランジに装着されているシールを後から回収することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明のフランジを備えたパイプ端部の構成を示す断面図である。２本のパイプ１０とそれぞれのフランジ１１が対向して配置されている場合を示している。パイプ１０と本発明のフランジ１１とは例えば図示した複数の接合部２０、２１、２２のいずれかの位置において溶接により固着されている。パイプ１０とフランジ１１はそれぞれステンレス鋼などの金属製である。

フランジ１１は、他のフランジとの接合面の軸から最も遠い外周部に薄いリング状突起部１２を備えている。この突起部は通常のシールであるＯリングを装着する場合にＯリングがシール用の円盤状平面１３から逸脱しないようにするためのものである。

また、断面がＴ字状あるいはＬ字状の金属板を備えたシール（後述する）を使用する場合に、シールの金属板をはさんでこのリング状突起部１２同士が当接し、シールに十分圧力がかからなくなることを防ぐために、クランプ装置を最大締めてもリング状突起部１２同士が当接しないように、突起部１２の厚さ（高さ）はシールの半分より薄くなっている。

他のフランジとの接合面のシール用円盤状平面１３の内側には、ラジアルシール（パイプ連結装置）用の断面が長方形のリング状凹部１４が設けられている。前記断面の大きさは例えば使用するＯリングの直径より少し小さい正方形であってもよい。

他のフランジとの接合面のリング状凹部１４の内側には、ラジアルシール用のパイプ連結装置のテーパー状接続管が挿入されるための、断面が長方形のリング状凹部１５が設けられている。

フランジ１１の厚さが軸からの距離が遠いほど薄くなるように、他のフランジとの接合面と反対側の面１７が傾斜しており、テーパー面１７を形成している。そして、他のフランジとの接合面と反対側の面１７とフランジの外周面との接合部が、角の無い丸い曲面１６に成形されている。これは、チェーンクランプ装置を装着するときに角に引っかからないようにするためである。

フランジ１１のテーパー面１７内側のパイプ１０との間にはリング状の突起部があり、突起部の角には傾斜面１８が形成されている。この傾斜面１８は、パイプ連結装置を装着し易くするためのものである。また、フランジの後面１９は後述するようにパイプ連結装置の位置決め用に使用される。

図２は、本発明のその他のフランジの実施例を備えたパイプ端部の構成を示す断面図である。この実施例は図１のフランジから断面が長方形のリング状凹部１５およびテーパー面１７とパイプ１０との間のリング状の突起部を省略したものである。フランジ３１の他のフランジとの接合面の構造３３、３４および曲面３６、テーパー面３７の構造は図１に示したフランジ１１と同じである。

図１のフランジにおいては、パイプ連結装置を使用した場合においても内径はパイプ１０の内径より小さくはならないが、図２のフランジ３１ではパイプ連結装置を使用した場合には連結部において内径が小さくなる。また、パイプ連結装置の位置決め機構が図１のフランジと多少異なる。しかし、それ以外は図１のフランジと同じ機能を備えている。この実施例の方がフランジ３１の構成はより単純である。

図３は、本発明のフランジに適合するチェーンクランプ装置の構成を示す平面図である。チェーンクランプ装置４０は、複数のクランプユニット４１を軸４６および連結板４２によって１列に連結した構成を有している。各連結板４２はクランプユニット４１に対して回動可能である。

複数個のクランプユニット４１それぞれの内側のパイプのフランジ１１と係合する溝（４８）の内部には、クランプユニットと摺動可能に係合し、弾性変形する棒状バネ部材４５が配置され、２本のピン４７によって各クランプユニット４１と係合している。

この実施例においては、上部及び下部の２カ所は、連結板４２ではなく、クランプユニット同士を連結する連結ボルト４３、４４によって連結されている。また、下部の連結部分において、棒状バネ部材４５は切れており、連結ボルト４４を外すことによってチェーンクランプ装置４０を開放可能となっている。

図４は、解放時のチェーンクランプ装置４０の構成を示す正面図である。棒状バネ部材４５は、断面が円形あるいは長方形の金属部材であり、外部から力がかからない状態においては、全体形状がパイプのフランジの外径よりも大きな内径を有するＣ字状あるいはＵ字状もしくはその中間形状のいずれかの形状を有している。従って、チェーンクランプ装置４０も開放状態においてはＣ字状あるいはＵ字状もしくはその中間形状のいずれかの形状を維持している。

チェーンクランプ装置４０を締める場合には、棒状バネ部材４５が切れている連結部を図４に図示するように開放状態とし、両端を外側に引っ張るなどしてパイプのフランジ１１に被せる。この際にはチェーンクランプ装置４０が図４に示すような形状を維持しており、かつ作業者が容易に変形可能であるので、簡単にフランジに被せることができる。

次に、連結ボルト４４を対向するチェーンユニットに係合している円柱状のナットに嵌合させて締める。円柱状のナットはクランプユニットに回転しないように係合されており、連結ボルト４４の先端が円錐状に加工されているので、連結ボルト４４を対向するクランプユニットの孔に挿入して回転することにより、容易に締めることができる。最後に、複数箇所の連結部の間隔が等しくなるように、それぞれの連結ボルト４３、４４を均等なトルクで締める。

図５は、チェーンクランプ装置のクランプユニットの構成を示す断面図である。連結すべき２つの各々のパイプ先端のフランジ１１はシール手段である金属製のＯリング４９を挟んで対向している。フランジ１１は傾斜面（テーパー面）１７を備えている。

クランプユニット４１は金属製の直方体であり、チェーンクランプ装置４０の内面にはパイプのフランジ１１と係合する傾斜面を備えた溝４８が設けられている。溝の深さはフランジ１１の高さよりも深く、溝４８の底とフランジ１１の外周部の隙間に、溝４８を横断するように２本の金属製のピン４７が打ち込まれており、このピン４７と溝４８の底の間に実施例では３本の棒状バネ部材４５（４５ａ、４５ｂ、４５ｃ）が配置されている。

チェーンクランプ装置の連結ボルト４３、４４を締めることにより、溝４８の傾斜面が両フランジ１１のテーパー面１７を押圧し、シール４９が押圧、変形して接合部が密封される。

図６は、本発明のフランジに使用可能なシールの例を示す断面図である。本発明のフランジにおいては、通常使用されるゴムのＯリングの他、金属製のＯリングも使用可能である。図６（ａ）は金属製のＯリングの断面を示している。このＯリングは隙間無く巻いた弾性を有する金属製のコイル５２の外側に金属板５１を巻き付けたものである。

図６（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の金属製Ｏリングに断面がＬ字状あるいはＴ字状の金属板５３、５４を付加したものであり、金属板５３、５４はシール部分の金属板５１と一体に形成されている。使用時には、金属板５３、５４がフランジ１１の外周部分を覆うように装着することにより、Ｏリングを所定の位置に係止できるので、パイプの接合作業が迅速かつ容易にできる。なお、このようなＯリングは市販されている。

図７は、本発明のフランジに適合するパイプ連結装置を含む実験装置の主要部の構成を示す正面図である。例えばシンクロトロンのような粒子加速器の場合、パイプ１０の周囲に電磁石を配置した実験装置ユニット６１を円形に多数配置してパイプ同士を連結して装置を構成する。

パイプ連結装置６０は内部に伸縮するベローズを備えており、遠方からの操作によってユニット６１の対向するフランジ１１の間に装着され、パイプを連結し、あるいは分離する。ウィンチ６５はワイヤ６３を介してパイプ連結装置６０を吊り上げ、あるいは吊り下げる。図７（ａ）は、パイプ連結装置６０を接続位置まで吊り下げた状態を示し、（ｂ）は吊り上げた状態を示している。

ユニット６１の上方の２階の床６７には作業用の孔が開いており、パイプ連結装置６０をフランジ１１に接続する、あるいは分離する場合には、作業者は２階から連結棒６４をパイプ連結装置６０に接続し、連結棒６４に回転用ハンドル６６を接続して所望の方向に回転させることにより、パイプ連結装置６０をフランジ１１に接続あるいは分離する。

図８は、パイプ連結装置の構成を示す正面図である。また、図９は、パイプ連結装置の構成を示す一部除去端面図であり、一方のベース板を除去した端面を示している。更に、図１０は、本発明のパイプ連結装置の構成を示す縦断面図であり、図８のＢ−Ｂ断面を示している。パイプ連結装置６０は、概ね２枚のベース板７９、２枚の可動板７０、８８、２枚のガイド板７１、８９およびベローズ装置９１〜９３から構成されている。

ベース板７９は、中央部に円形の孔を有するほぼ円形の板であり、ステンレス鋼などによって形成される（他の部品も同じ）。ベース板の外周の一部は、ギヤボックス８０の取り付けや歯車８６、チェーン８４の保護のため長方形に突出している。２枚のベース板は、図示しないボルトおよびスペーサによって所定の間隔をおいて並行になるように固着されている。

一方のベース板にはパイプ連結装置を吊るための２つのハンドル７８が固着されている。２枚のベース板には６個のリニアベアリングが等間隔に装着されており、リニアベアリングの軸の固着端７５は交互に反対方向に突出して２枚の可動板７０、８８にそれぞれ３個ずつ固着されている。

２枚の可動板７０、８８の孔にはそれぞれベローズ９３の両端に溶接により固着されている接続管９１、９２がネジ７７によって固着されている。接続管９１、９２の端部はパイプの軸方向に突出したテーパー部を備えており、このテーパー部をフランジ１１の凹部１４に嵌合しているＯリング９０に押し付けることにより接続／密閉する。なお、ベローズ９３は、中央に孔の開いた円形の薄い金属板を多数重ねて隣接する金属板の外周同士と内周同士を交互に溶接により固着したものである。

ベース板７９にはボルトによって中央に半円形の切り欠きがある半円形のガイド板７１、８９が固着されている。６本のボルトは可動板を貫通している。ガイド板７１、８９の内側にはパイプのフランジ１１の外周部と係合する帯状の突起が形成されており、この突起とパイプのフランジ１１とが係合することによって、フランジ１１とパイプ連結装置６０の軸が一致する。また、ガイド板７１、８９の内面がそれぞれフランジ１１の突起部の側面１９と係合することにより、軸方向の位置が規制される。

次に、可動板の伸縮機構について説明する。ベース板７９には等間隔に６個の伸縮機構が設けられている。伸縮機構はベース板に回動可能に固着された軸８７を備えており、軸８７にはチェーン８４と係合する歯車７４が固着されている。

軸８７の両端はそれぞれ逆方向にネジ山が切ってあり、可動板に固着されているナットと嵌合している。軸８７の両端のネジ山がそれぞれ逆方向に切ってあるために、軸８７を回転させることにより、２つの可動板７０、８８の間隔を狭くしたり広げたりすることができる。

チェーン８４は６個の歯車７４と共にギヤボックス軸歯車８６および２個の遊び調整用歯車８５とも係合している。従って、ギヤボックス８０の回転軸８１を所望の方向に回転させることにより、ギヤボックス軸歯車８６が回転し、チェーン８４を介して６個の軸８７が同時に同方向に同じ角度だけ回転するので、２つの可動板７０、８８の間隔が狭く、あるいは広くなる。

パイプ連結装置６０によってフランジ１１を接続する場合には、まず、連結棒６４をギヤボックスの回転軸８１に接続して回し、２枚の可動板７０、８８の間隔を最少にする。次に、図７に示すようにパイプ連結装置６０を吊り下げて、２つのフランジ１１の隙間に挿入する。すると、２個のガイド板７１、８９の内側にある帯状の突起がフランジ外周面と係合することによって、フランジ１１とパイプ連結装置６０の軸が一致する。

次に、２枚の可動板７０、８８の間隔が広がる方向にギヤボックスの回転軸８１を回す。するとギヤボックス軸歯車８６が回転し、チェーン８４を介して６個の軸８７が同時に同方向に同じ角度だけ回転するので、２つの可動板７０、８８の間隔が広がっていく。すると、接続管９１、９２の端部に形成されたテーパー部がフランジの凹部１４に装着されている金属製のＯリング９０と接触する。その後、更に軸８１を回転させる事によりテーパー部がＯリング９０を押圧して、両方のフランジ１１間が密閉され、パイプ１０同士が接続される。

本発明のフランジは、粒子加速器に限らず、パイプ間を接続／分離する必要のある任意の装置に適用可能である。

本発明のフランジを備えたパイプ端部の構成を示す断面図である。 本発明のその他のフランジ実施例の構成を示す断面図である。 本発明のフランジに適合するチェーンクランプ装置の構成を示す平面図である。 解放時のチェーンクランプ装置の構成を示す正面図である。 チェーンクランプ装置のクランプユニットの構成を示す断面図である。 本発明のフランジに使用可能なシールの例を示す断面図である。 本発明のフランジに適合するパイプ連結装置を含む実験装置の主要部の構成を示す正面図である。 パイプ連結装置の構成を示す正面図である。 パイプ連結装置の構成を示す一部除去端面図である。 本発明のパイプ連結装置の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ パイプ
１１ フランジ
１２ リング状突起
１３ シール用円盤状平面
１４ シール用リング状凹部
１５ 連結装置用凹部
１６ 曲面
１７ テーパー面
１８ 傾斜面
１９ フランジ後面
２０、２１、２２ 接合（溶接）部

Claims (4)

1. パイプの端部に形成されるフランジにおいて、
   フランジの厚さが軸からの距離が遠いほど薄くなるように、他のフランジとの接合面と反対側の面が傾斜しており、
   他のフランジとの接合面と反対側の面とフランジの外周面との接合部が、角の無い丸い曲面であり、
   フランジの接合面の外側に、厚さがシールの半分より薄いリング状の突起部を備え、
   フランジの接合面の内側に、パイプ連結装置用のシールが嵌合するリング状の凹部を備えた
   ことを特徴とするフランジ。
2. 前記フランジの接合面の内側のシールが嵌合するリング状の凹部の更に内側に、パイプ連結装置の接続管のためのリング状凹部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のフランジ。
3. 前記他のフランジとの接合面と反対側の面の内側に、パイプ連結装置の位置決め用のリング状の突起部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のフランジ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のフランジを端部に形成したパイプ。
   

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