JP2010174999A - 継手の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】チューブ内を高圧流体が流れる場合であっても簡便かつ確実に封止することができる継手の構造を提供する。
【解決手段】流体の流路を形成するチューブと、チューブを継ぎ合わせる流体の流路を有し、外周側面に段差面が形成されたインナー部材と、インナー部材を嵌挿する嵌合孔を有する継手本体とを備え、嵌合孔は段差面と係合する係合面を有する。チューブは流路方向に対し所定角度傾斜したテーパ状の接合端面を有し、インナー部材は接合端面と係合する接合受面を有し、継手本体は、接合端面を接合受面に押圧するように締付け力を付与する螺刻が施され、螺刻と歯合するボルト部材を備え、ボルト部材はチューブに取り付けられたフランジと係合する嵌合部を有する。
【選択図】 図９

Description

本発明は継手の構造に関し、さらに詳細には高圧の流体を移送するチューブを接合する継手の構造に関する。

従来、化学合成や生化学分析の分野において、水や二酸化炭素を超臨界状態として利用するマイクロリアクタと呼ばれる反応装置が開発されている。特に、水を利用するマイクロリアクタでは、水の臨界点（３７４℃，２２．１ＭＰａ）に耐え得る継手の構造が必須である。

このような高温高圧に耐え得る継手として、継手本体にテーパ状である受面を設け、フロントフェルールとフロントフェルールを拡開するバックフェルールを挟んでナット部材を継手本体に螺合する構造が知られているが、高圧流体に利用すると、特に内径が小さい金属管の場合にあっては、フロントフェルールがチューブから脱落するおそれがあるという欠点があった。

この脱落防止のため、第１及び第２の係合リブを設けて、フレアナット螺合時におけるフロントフェルールとバックフェルール相互の食い込み力を確実に維持する継手の構造が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、このような構造では、精密に加工されたフロントフェルールとバックフェルールと第１及び第２の係合リブが必要であるため、構造が複雑になり製造コストも増加するという欠点があった。

上記欠点を解決すべく、より簡単な構造の継手も開発されている（特許文献２参照）。しかしながら、なお精密に加工されたアダプタ部材などが必要であり、さらに異径のチューブを接続するにはインナーが必要になるなど構造が複雑であり製造コストも高くなるという問題がある。

特開２００３−７４７６８号公報（段落［００８７］、［図６］） 特開２００８−１２８２５５号公報（段落［００３５］、［図５］）

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、チューブ内を高圧流体が流れる場合であっても簡便かつ確実に封止することができる継手の構造を提供することを課題とする。

本発明に係る継手の構造は、流体の流路を形成するチューブと、チューブを継ぎ合わせる流体の流路を有し、外周側面に段差面が形成されたインナー部材と、インナー部材を嵌挿する嵌合孔を有する継手本体とを備え、嵌合孔は段差面と係合する係合面を有することを特徴とする。

本発明に係る継手の構造によれば、チューブを継ぎ合わせる流体の流路を有するインナー部材の外周側面に段差面が形成され、該段差面が継手本体の嵌合孔にある係合面に係合するので、継手本体にインナー部材を嵌挿し、チューブを押圧することによって、簡便かつ確実に封止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る継手の構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るインナー部材を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る継手の構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半割フランジの取り付けを示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る半割フランジの正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半割フランジの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る押しフランジの正面図である。 本発明の第２の実施形態に係るフランジの取り付け状態を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る継手の構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る継手の構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る継手の構造１０を示す。
本実施形態に係る継手の構造１０は、２つのチューブ１とそれらを継ぎ合わせるインナー部材７とインナー部材７を収容する継手本体３とで構成され、いずれも金属からなる。

本実施形態の継手本体３は、ステンレスＳＵＳ３１６からなり、インナー部材７を嵌挿する嵌合孔３ａを有する。嵌合孔３ａには係合面３ｂが形成され、インナー部材７を嵌挿するとインナー部材７の段差面７ｂと係合する。継手本体３の材料としてニッケル合金であるインコネル６２５（商品名）も使用できる。
本実施形態のチューブ１は、流体の流路１ａを形成し、インナー部材７と継ぎ合わさる端面（本明細書において「内端面」ということがある。）には、流路１ａ方向に対し所定角度傾斜した円錐テーパ状の接合端面１ｂに形成されている。接合端面１ｂから一定の長さの位置にアーク溶接によってフランジ１５が取り付けられている。フランジ１５の材質は、ステンレスＳＵＳ３１６であるが、ニッケル合金であるインコネル６２５（商品名）も使用できる。フランジ１５のチューブへの取り付けは、アーク溶接の他、高温高圧に耐え得る金属ろう付けなどによることもできる。

継手本体３は、チューブ１の接合端面１ｂを接合受面７ｃに押圧するように締付け力を付与する螺刻３ｃが施され、該螺刻３ｃと歯合する螺刻９ｃを有するボルト部材９を備える。ボルト部材９は、中心軸方向にチューブ１を挿入する円柱形状の貫通孔９ｂを有する。
チューブ１に取り付けられたフランジ１５をインナー部材７の方向に押す力を与えるために、ボルト部材９には押力部９ａが形成されている。本実施形態では、継手本体３に形成された螺刻３ｃと該螺刻３ｃと歯合する螺刻９ｃを有するボルト部材９の構成とするが、フランジ１５をインナー部材７の方向に押す力を与える構造であれば、螺刻に限られない。

図２は、インナー部材７を示す。インナー部材７は、外径の異なる２つの円柱が中心軸を共通にして結合した形状であり、外周側面に段差面７ｂが形成されている。その中心軸方向には、流体の流路７ａを有し、該流路７ａには、チューブ１の内端面の形成された接合端面１ｂと係合する接合受面７ｃが形成されている。

本実施形態に係る継手の構造１０において、インナー部材７の流路７ａ、チューブ１の内径はいずれも１．２ｍｍである。インナー部材７とチューブ１の材質は、ニッケル合金のインコネル６２５（商品名）である。インナー部材７とチューブ１とが同じ材質であると、チューブ１の接合端面１ｂがインナー部材７の接合受面７ｃに強く押圧されると、接合部での封止が向上するというメリットがある。

本実施形態に係る継手の構造１０は、上記のような構造を有するので、継手本体３の嵌合孔３ａにインナー部材７を嵌挿すると、インナー部材７の外周側面に形成された段差面７ｂが嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂと係合する。
次に、ボルト部材９の貫通孔９ｂにチューブ１を通し、嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂにインナー部材７の段差面７ｂを押し付ける方向に、チューブ１（図１の右側のチューブ１）を、その接合端面１ｂがインナー部材７の接合受面７ｃと係合するように取り付ける。
そして、ボルト部材９を螺入するとボルト部材９がチューブ１に形成されたフランジ１５を押圧するので、フランジ１５に溶接されているチューブ１の接合端面１ｂがインナー部材７の接合受面７ｃに押圧し、封止できる。

本実施形態の継手の構造１０では、インナー部材７の外周側面に形成された段差面７ｂが、継手本体３の嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂと係合する構造であり、チューブ１の接合端面１ｂがインナー部材７の接合受面７ｃに強く押圧できるので、チューブ１内の流体を簡単かつ確実に封止することができる。また、インナー部材７とチューブ１がニッケル合金のインコネル６２５（商品名）であるので、チューブ１内を流れる物質によらず、長時間に亘って強い密封性が得られる。例えば、亜臨界又は超臨界状態の水に反応基質を加えた混合流体について、圧力２２．１ＭＰａ以上（水の亜臨界状態）あるいは温度３７４℃以上かつ圧力２２．１ＭＰａ以上（水の臨界状態）の条件下で使用できる。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る継手の構造２０を示す。
本実施形態に係る継手の構造２０では、チューブ２１は２層構造であり、フランジ２５がチューブ２１に着脱可能に取り付けられる。その他の構造は、第１の実施形態に係る継手の構造１０と同じである。本実施形態において、第１の実施形態と同一部材については同一の符号を付し、その重複する説明は省略することがある。

チューブ２１は、内壁に耐食材料であるチタン合金がライニングされた２層構造である。インナー部材７も耐食材料であるチタン合金からなる。耐食材料としては、チタン、タンタル、白金もしくは金又はそれら合金を使用することができる。
チューブ２１の外側層の材質は、ステンレスＳＵＳ３１６である。ニッケル合金であるインコネル６２５（商品名）も使用できる。

本実施形態の継手の構造２０は、インナー部材７がチタン合金からなり、チューブ２の内壁にもチタン合金がライニングされているので、チューブ２内を流れる物質によらず、長時間に亘って強い密封性が得られる。例えば、亜臨界又は超臨界状態の水に反応基質を加えた混合流体について、圧力２２．１ＭＰａ以上（水の亜臨界状態）あるいは温度３７４℃以上かつ圧力２２．１ＭＰａ以上（水の臨界状態）の条件下で使用できる。

図４は、本実施形態に係る半割フランジ２５ｂ，２５ｂの取り付けを示す。
本実施形態では、図４に示すように、チューブ２１の内端面から所定位置の外周に溝２１ｄが形成されている。ボルト部材９の貫通孔９ｂに該チューブ２１を挿入後、２つの半割フランジ２５ｂ，２５ｂをチューブ２１を挟むようにして両側から溝２１ｄにはめ込み、押しフランジ２５ａで嵌合して取り付ける。
上記のようにして取り付けられたフランジ２５とボルト部材９の押力部９ｂとの間に、パッキン２７を挿入し、ボルト部材９で締め付けるとき押力部９ｂの回転力が直接フランジ２５に伝わらないようにしている。このことにより、ボルト部材９で締め付けるときフランジ２５やチューブ２１を回転させる力を小さくすることができる。

図５は、本実施形態に係る半割フランジ２５ｂの正面図を、図６は、その断面図を示す。図７は、本実施形態に係る押しフランジ２５ａの断面図を示す。図５〜図７から判るように、２つの半割フランジ２５ｂを正面から見たとき円形状になるように合わせると、押しフランジ２５ａと勘合するように構成されている。
図８は、本発明の第２の実施形態に係るフランジ２５をチューブ２１に取り付けた状態を示す。
本実施形態の継手の構造２０では、チューブ２１にフランジ２５が着脱可能に取り付けられるので、溶接などの煩雑で高い技術を必要とする作業を省くことができる。

［第３実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態に係る継手の構造３０を示す。
本実施形態の継手の構造３０では、異径のチューブ２１，３１を接続するストレート継手の構造であり、第２の実施形態に係る継手の構造２０と同様に、チューブ２１，３１は２層構造であり、フランジ２５がチューブ２１に着脱可能に取り付けられる。以下の本実施形態において、第１又は第２の実施形態と同一部材については同一の符号を付し、その重複する説明は省略することがある。

本実施形態の継手本体３３は、高温高強度材料であるステンレスＳＵＳ３１６からなり、インナー部材３７を嵌挿する嵌合孔３３ａを有する。嵌合孔３３ａには係合面３ｂが形成され、インナー部材３７を嵌挿すると段差面７ｂと係合する。継手本体３３の材料としてニッケル合金であるインコネル６２５（商品名）も使用できる。
本実施形態のチューブ３１は、チューブ２１よりも小径であり、流体の流路３１ａを形成する。インナー部材３７と継ぎ合わさる内端面は、流路３１ａ方向に対し所定角度傾斜した円錐テーパ状の接合端面３１ｂに形成されている。チューブ３１の内径は０．５ｍｍであり、接合端面３１ｂから所定位置にフランジ３５がチューブ３１に着脱可能に取り付けられている。
チューブ２１，３１は、ステンレスＳＵＳ３１６からなり、その内壁に耐食材料であるチタン合金がライニングされた２層構造である。ステンレスＳＵＳ３１６に替えてニッケル合金であるインコネル６２５（商品名）も使用できる。
フランジ３５の構成は、フランジ２５と同じである。材質も、フランジ２５同様、ステンレスＳＵＳ３１６である。チューブ２１は、第２の実施形態のチューブ２１と同じである。

本実施形態のインナー部材３７は、インナー部材７同様、外径の異なる２つの円柱が中心軸を共通にして結合した形状であり、外周側面に段差面７ｂが形成されている。その中心軸方向には、流体の流路３７ａを有し、該流路３７ａの一方には、チューブ２１の内端面の形成された接合端面２１ｂと係合する接合受面７ｃが形成され、他方にはチューブ３１の内端面の形成された接合端面３１ｂと係合する接合受面３７ｃが形成されている。

インナー部材３７には、流路３７ａを介して異径のチューブ２１，３１の通路２１ａ，３１ａが繋がるように、チューブ２１の内端面の形成された接合端面２１ｂと係合する接合受面７ｃと、チューブ３１の内端面の形成された接合端面３１ｂと係合する接合受面３７ｃが形成されている。インナー部材３７は耐食材料であるチタン合金からなる。

継手本体３３には、チューブ２１，３１の接合端面２１ｂ，３１ｂを接合受面７ｃ，３７ｃに押圧するように締付け力を付与する螺刻３ｃ，３３ｃが施され、該螺刻３ｃ，３３ｃと歯合する螺刻９ｃ，３９ｃを有するボルト部材９，３９を備える。ボルト部材９，３９は、中心軸方向にチューブ２１，３１を挿入する貫通孔９ｂ，３９ｂを有する。
さらに、チューブ２１，３１に取り付けられたフランジ２５，３５をインナー部材７，３７の方向に押す力を与えるために、ボルト部材９，３９には押力部９ａ，３９ａが形成されている。

本実施形態に係る継手の構造３０では、継手本体３３の嵌合孔３ａにインナー部材３７が嵌挿し、インナー部材３７の外周側面に形成された段差面７ｂが嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂと係合し、次いで、ボルト部材３９の貫通孔９ｂに通したチューブ２１にフランジ２５が取り付けられた後、嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂにインナー部材３７を押し付ける方向にチューブ２１の接合端面２１ｂが接合受面７ｃに係合し、ボルト部材９が螺入すると押圧部９ｂがフランジ２５を押圧するので、チューブ２１の接合端面２１ｃがインナー部材３７の接合受面７ｃを強く押圧して、チューブ２１が継手本体３３に封止して取り付けられる。
次に、チューブ３１についても同様な手順で継手本体３３に封止して取り付けられる。

本実施形態の継手の構造３０は、インナー部材３７の外周側面に形成された段差面７ｂが継手本体３３の嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂと係合し、大径のチューブ２１をインナー部材３７に強く押圧して継手本体３３に接合し、次いで、小径のチューブ３１についても同様に接合できる構造であるので、異径のチューブ２１，３１であっても、流体を簡単かつ確実に封止して継ぎ合わせることができる。

［第４実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る継手の構造４０を示す。
本実施形態に係る継手の構造４０は、３つの同径のチューブ２１を接続する継手の構造４０である。本実施形態において、第２又は第３の実施形態と同一部材については同一の符号を付し、その重複する説明は省略することがある。

本実施形態の継手本体４３は、３つのチューブ２１を継ぎ合わせることができるようにＴ字形状をしており、インナー部材４７を嵌挿する嵌合孔３ａを有し、嵌合孔３ａには係合面３ｂが形成される。材質はステンレスＳＵＳ３１６であるが、ニッケル合金であるインコネル６２５（商品名）も使用できる。
継手本体４３は、チューブ２１の接合端面２１ｃを接合受面７ｃに押圧するように締付け力を付与する螺刻３ｃを有し、該螺刻３ｃと歯合する螺刻９ｃを有するボルト部材９を備える。ボルト部材９の構成は、第２の実施形態にて説明したとおりである。

チューブ２１は、その内端面に流路２１ａ方向に所定角度傾斜した円錐テーパ状の接合端面２１ｂが形成され、該接合端面２１ｂから所定位置にフランジ２５を取り付ける溝２１ｄが形成される。チューブ２１及びフランジ２５の構成は、第２の実施形態にて説明したとおりである。
チューブ２１は、ステンレスＳＵＳ３１６からなり、その内壁に耐食材料であるチタン合金がライニングされた２層構造である。

本実施形態の継手の構造４０では、インナー部材４７は、中心軸方向とそれに垂直な方向にチューブ２１の内径とほぼ同径の流路４７ａを有し、該流路４７ａの出入り口部にはチューブ２１の接合端面２１ｂと係合する円錐テーパ状の接合受面７ｃが３つ形成される。インナー部材４７は、インナー部材７，３７と同様、外径の異なる２つの円柱が中心軸を共通にして結合した形状であり、外周側面に段差面７ｂが形成される。
インナー部材４７は耐食材料であるチタン合金からなる。耐食材料としては、チタン、タンタル、白金もしくは金又はそれら合金を使用することができる。インナー部材４７をステンレスＳＵＳ３１６とし、その内壁に耐食材料であるチタン合金がライニングされた２層構造とすることもできる。

本実施形態に係る継手の構造４０では、継手本体４３の嵌合孔３ａにインナー部材４７を嵌挿すると、インナー部材４７の外周側面に形成された段差面７ｂが嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂと係合する。次に、第２の実施形態の場合と同様に、ボルト部材９の貫通孔９ｂにチューブ２１を通し、フランジ２５を取り付けた後、インナー部材４７の中心線に垂直な方向（図１０の上から下方向）にボルト部材９を螺入し、インナー部材４７の接合受面７ｃに接合端面２１ｂを押圧する。次いで、嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂにインナー部材４７を押し付ける方向（図１０の右から左方向）にボルト部材９を螺入してチューブ２１（図１０の右側のチューブ２１）の接合端面２１ｂをインナー部材４７の接合受面７ｃに押圧する。最後に、３つ目のチューブ２１（図１０の左側のチューブ２１）の接合端面２１ｂを、ボルト部材９を螺入し、インナー部材４７の接合受面７ｃに押圧し、封止できる。

本実施形態の継手の構造４０は、インナー部材４７の外周側面に形成された段差面７ｂが、継手本体４３の嵌合孔３ａに形成された係合面３ｂと係合する構造であり、チューブ２１をインナー部材４７に強く押圧することができるので、チューブ２１内の流体を簡単かつ確実に封止することができる。

本実施形態の継手の構造４０は、インナー部材４７がチタン合金からなり、チューブ２１の内壁にもチタン合金がライニングされているので、チューブ２１内を流れる物質によらず、長時間に亘って強く密封性が得られる。例えば、亜臨界又は超臨界状態の水に反応基質を加えた混合流体について、圧力２２．１ＭＰａ以上（水の亜臨界状態）あるいは温度３７４℃以上かつ圧力２２．１ＭＰａ以上（水の臨界状態）の条件下で使用できる。

第４の実施形態における継手の構造４０において、チューブ２１は３つとも同径であるが、１つだけ異なる場合、あるいは３つとも異なる場合についても、第１〜３の実施形態に基づいて当業者は容易に推考できる。また、３つのチューブ２１のいずれについても、着脱可能に取り付けられるフランジが設けられているが、いずれかの１若しくは２又はすべてのチューブ２１にフランジを溶接などにより固着することができる。

本発明は、例えば外径が１／８インチ以下の細管を用いるチューブ型マイクロリアクタなどのシステムにおいて使用することが可能である。

１，２１，３１ チューブ
１ａ，１１ａ，３１ａ，７ａ，３７ａ，４７ａ 流路
１ｂ，２１ｂ 接合端面
１ｃ，３１ｃ，３ｃ，３３ｃ，９ｃ，３９ｃ 螺刻
３，３３，４３ 継手本体
３ａ，４３ａ 嵌合孔
３ｂ 係合面
７，３７，４７ インナー部材
７ｂ 段差面
７ｃ，３７ｃ 接合受面
９，３９ ボルト部材
９ｂ，３９ｂ 押力部
１０，２０，３０，４０ 継手の構造
１５，２５，３５ フランジ
２１ｄ 溝
２５ａ，３５ａ 半割フランジ
２５ｂ，３５ｂ 押しフランジ
２７ パッキン

Claims (5)

1. 流体の流路を形成するチューブと、
   前記チューブを継ぎ合わせる流体の流路を有し、外周側面に段差面が形成されたインナー部材と、
   前記インナー部材を嵌挿する嵌合孔を有する継手本体とを備え、
   前記嵌合孔は前記段差面と係合する係合面を有することを特徴とする継手の構造。
2. 前記チューブは、前記流路方向に所定角度傾斜したテーパ状の接合端面を有し、
   前記インナー部材は、前記接合端面と係合する接合受面を有し、
   前記継手本体は、前記接合端面を前記接合受面に押圧するように締付け力を付与する螺刻が施され、該螺刻と歯合するボルト部材を備え、
   前記ボルト部材は、前記チューブに取り付けられたフランジと係合する嵌合部を有することを特徴とする請求項１記載の継手の構造。
3. 前記フランジは、前記チューブに着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項２記載の継手の構造。
4. 前記チューブは、内壁に耐食材料がライニングされた２層構造に構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の継手の構造。
5. 前記インナー部材は、耐食性材料で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の継手の構造。

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