JP2012132549A - 継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】接続管が傾くことを抑制し、高い気密性および信頼性で接続可能な継手構造を提供する。
【解決手段】ホルダー８を介して金属製ガスケット２０を保持する接続管１ａに他の接続管１ｂを近接対向させ、フランジ２ａ，２ｂの外周を取り囲むようにセンターリング９を装着する。傾斜面３ａ，３ｂを両側辺とする台形部分を溝１４内に挿入しながら、セグメント１０ａ〜１０ｃを閉じてリング状にする。ボルト１１をねじ穴１３にねじ込み、傾斜面３ａ，３ｂを両側辺とする台形部分を溝１４内へ挿入し、フランジ２ａ，２ｂ間の間隔を小さくし、ガスケット２０の両面に突起６ａ，６ｂを圧接させる。この時、フランジ２ａ，２ｂの傾斜面３ａ，３ｂとフランジ側つば部４ａ，４ｂとの間の溝部５ａ，５ｂ内に、クランプリング１０の突条１９を進入させることにより、クランプリング１０の縮小動作をガイドする。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は接続管の接続用の継手構造に関する。

半導体製造装置や一般産業機械などにおいて、空気、純水、温度調整用の冷水または温水、有機系薬液などの流体の搬送のために、接続管を含む管路構成が用いられている。このような管路構成には、接続管を他部材、例えばもう１つの接続管や装置筐体の流体出入口に接続させるための継手構造が含まれている。

従来、１対の接続管を互いに接続させる継手構造として、例えば各接続管の先端面同士を互いに密着させて保持する構成がある。その場合、気密性を高めるために両先端面間にゴム製のＯリングが挟み込まれる。各先端面にはＯリングを保持するための溝が形成される。なお、各接続管の先端面にそれぞれフランジが形成されている場合もある。

しかし、近年、例えば半導体製造装置などにおいて、特に反応室への気体供給部では、ほんの僅かでも不純物が混入したり、流体の圧力や流量が変動したりするだけで、使用不能な不良品を製造してしまうことがある。従って、このような位置に設けられる管路構成には、以前に比べてはるかに高いレベルの気密性が要求される。前記したようにＯリングを用いた構成では、Ｏリングの材料であるゴムの性質上、格別に高い気密性を実現するのは困難であり、また、ゴムの経年劣化による信頼性の低下を招き易い。さらに、流通する気体とゴムとが化学反応を生じて変質してしまう可能性も否定できない。

そこで、特許文献１および特許文献２には、Ｏリングに替えて、リング状の金属製のガスケットを、接続管（管状継手部材）の先端面同士の間に挟み込む構成が提案されている。これらの構成では、各先端面に環状のシールビード（突起）を設け、これらのシールビードをガスケットの両面にそれぞれ当接させている。特許文献１，２の構成では、一方の接続管の外周の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部と、他方の接続管に係合する係合部とを有する連結ナットが用いられている。連結ナットの雄ねじ部を接続管の雌ねじ部に深くねじ込むことによって、両先端面の各シールビードによってガスケットを両側から強く押圧して、高い気密性を実現している。

特許文献１に記載された構成では、一方の接続管の雄ねじ部を連結ナットの雌ねじ部に深くねじ込むことによって高い気密性を実現しているが、このねじ込みの際に、摩擦力によって連結ナットと一緒に他方の接続管も回転することがある。その際に、回転する接続管のシールビードと、そのシールビードが圧接するガスケットとの間に摩擦が生じ、金属の微細粒子（パーティクル）が発生して浮遊する。この微細粒子は、流通する気体中に混入する不純物となる。また、パーティクルの発生だけでなく、接続管の回転により面シール部に傷ができ、そこからリークし易くなる。

仮に、この継手の組立完了時には微細粒子が発生しなかった場合や、組立完了直後に微細粒子を除去してから実際の使用に供した場合であっても、長期の使用の間に微細粒子が発生する可能性がある。すなわち、前記したように連結ナットの回転と一緒に他方の接続管が回転した場合、他方の接続管の先端部分がねじれた状態で保持されることがある。この場合、接続管の反発力によってその接続管がねじれを解消する方向に徐々に移動したり、温度変化に伴う膨張または収縮によって１対の接続管を互いに固定させる力が弱まったときに、接続管がねじれを解消する方向に移動したりする可能性がある。その結果、シールビードとガスケットの間に摩擦が生じて、金属の微細粒子が発生して浮遊する可能性がある。また、このようなパーティクルの発生に加えて、前述した１対の接続管を互いに固定させる力が弱まったことにより保持力が低下し、リークし易くなる。

このように、特許文献１の構成によると、継手構造の、外部に対する高い気密性が得られるものの、継手構造の内部において金属の微細粒子が発生して、継手構造内を流通する流体に混入する不純物となる可能性がある。特に、半導体製造装置の気体供給部にこの継手構造が採用されている場合に、シールビードと金属製ガスケットとの摩擦により生じた微細粒子が不純物として混入することは、所望の半導体を製造できなくなる致命的な問題になる。

特許文献２に記載の構成では、他方の接続管（管状継手部材）と連結ナットの係合部との間に、スラスト玉軸受が配置されている。このスラスト玉軸受によって、連結ナットと他方の接続管とが共回りすることが防げる。その結果、金属の微細粒子（パーティクル）の発生を抑えることができ、また、リークの危険性を小さくすることができる。しかし、この構成では、スラスト玉軸受を用いるために、この継手構造の組み立て工程が煩雑になり、製造コストおよび組み立て時間が増大する。

なお、特許文献１，２のいずれにおいても、一方の接続管（管状継手部材）の外周に雄ねじを形成するために製造が煩雑になっている。また、一方の接続管の雄ねじ部と連結ナットの雌ねじ部とを螺合させる際には、例えば工具として２つのスパナ等を用いて、接続管と連結ナットのうちの一方を固定しつつ他方を回転させるのが一般的である。このとき、雄ねじ部と雌ねじ部とを十分に締め付けるためにスパナ等の工具を取り扱うスペースが十分でないことがある。すなわち、一方の接続管の雄ねじ部を連結ナットの雌ねじ部にねじ込んで継手構造を構成した状態では、この継手構造の周囲にあまり広いスペースが存在せず、管路を構成する様々な部材や、装置の筐体の一部などが存在することが多い。また、半導体製造装置等において多系統の管路構成が設けられ、それぞれの管路に前記した継手構造がそれぞれ含まれている場合がある。このような状態で、何らかの理由で両ねじ部の締め付けが不十分である時には、前記したように２つのスパナ等を用いてさらに締め付ける必要があるが、作業者がスパナ等の工具を自由に操作することが困難である。具体的には、例えば特許文献１，２の構成の場合、一方の接続管が回転しないように押さえるためのスパナと、連結ナットを回転させるためのスパナとの２本のスパナを用いる必要があり、しかも、比較的大きな力を加えて効率よくしっかりと締結するためには、作業時のスパナのストロークを大きくとることが望ましい。その際に、前記したように継手構造の周りに十分な空きスペースがないと、作業者が２本のスパナを用いて作業するのが困難であり、その結果、十分な締め付け力が得られない可能性がある。特に、一旦締め付けを行った後に締結が緩んだ際の再締め付けの作業は困難である。

そこで、特許文献３は、図７に示すように、１対の接続管２１ａ，２１ｂにそれぞれ設けられたフランジ２２ａ，２２ｂ同士を、金属製ガスケット２６を介して対向させた状態で、複数のセグメントからなり、各フランジ２２ａ，２２ｂに設けられた下り勾配の傾斜面２３ａ，２３ｂに対応する対応傾斜面２４ａ，２４ｂが設けられているクランプリング２５を、両フランジ２２ａ，２２ｂの外周を取り囲むように装着する構成が提案されている。この構成によると、フランジ２２ａ，２２ｂの傾斜面２３ａ，２３ｂを両側辺とする台形部分をクランプリング２５の内周部の溝内に挿入しながら、両端のセグメントを近接させて互いに固定することにより、両フランジ２２ａ，２２ｂが金属製ガスケット２６に密着する。従って、接続管２１ａ，２１ｂがねじれた状態で保持されることなく、高い気密性および高い信頼性で接続管２１ａ，２１ｂを接続でき、内部において金属の微細粒子が発生するおそれが小さくなる。

特公平２−６２７５６号公報 特許第３５１７７１９号公報 特開２００８−２８６３２５号公報

前記したように特許文献３は優れた効果を有するが、対応傾斜面２４ａ，２４ｂが傾斜面２３ａ，２３ｂ上を摺動しながらクランプリング２５が固定される構成であるため、操作が容易である反面、接続管２１ａ，２１ｂが少し傾いた状態（例えば±３度程度の傾斜状態）でも固定可能である。このように接続管２１ａ，２１ｂが傾いた状態で固定されると、気密性が失われる可能性がある。また、仮に気密性が確保できたとしても、接続管２１ａ，２１ｂが傾いて保持されるため、外観を損なうとともに、無駄に広いスペースが必要となり、継手構造を含む機械のレイアウトの制限となるおそれがある。

そこで本発明の目的は、接続管が傾くことを抑制し、高い気密性および高い信頼性で接続可能であって、内部において金属の微細粒子が発生するおそれが小さい継手構造を提供することにある。

本発明は、先端部にフランジを有する１対の接続管を接続する継手構造において、１対の接続管の前記フランジ同士が対向した状態で、両フランジによって両側から圧接される、平らなリング状の金属製ガスケットと、金属製ガスケットの少なくとも一部に係合する係合部を有し、一方の接続管に保持されるホルダーと、１対の接続管のフランジ同士が金属製ガスケットを挟んで対向した状態で、両フランジの外周を取り囲むように装着可能なセンターリングと、一続きに並べられ、隣り合うもの同士が互いに揺動可能に連結されている複数のセグメントからなり、複数のセグメントのうち一端に位置するセグメントと他端に位置するセグメントとが締結部材によって互いに固定されたときに、全てのセグメントにより、金属製ガスケットを挟んで互いに対向するフランジの外周の全周を覆って保持するリング形状を構成するクランプリングと、を有し、金属製ガスケットと各フランジの互いに当接する面のいずれか一方に環状の突起が設けられており、１対の接続管の各フランジと金属製ガスケットは、それぞれの開口部が連通し、かつ両フランジの中心線が一致するように配置されており、各フランジは、その外周から接続管の先端部と反対側に向かう下り勾配の傾斜面を有し、クランプリングの各セグメントは、内周部に、各フランジの傾斜面にそれぞれ対応する対応傾斜面を有し、フランジとクランプリングの各セグメントの内周面とのいずれか一方にはつば部が形成されており、他方にはつば部に当接する当接面が形成されていることを特徴とする。

各フランジに、傾斜面に対向するフランジ側つば部が形成され、クランプリングの各セグメントの内周部に、各フランジのフランジ側つば部に当接する当接面が形成されていてもよい。その場合、各フランジの傾斜面とフランジ側つば部との間に、フランジの外周に位置する溝部が形成されており、クランプリングの各セグメントの対応傾斜面と当接面との間に、各フランジの溝部に対応する形状の突条が形成されている。

クランプリングは、金属製ガスケットを挟んで互いに対向するフランジの外周の全周を覆って保持するリング形状を構成している状態で、締結部材が一端のセグメントと他端のセグメントとをより近接させるほど、クランプリングの各セグメントは、各対応傾斜面が各フランジの各傾斜面に沿って摺動するとともに各当接面が各フランジの各フランジ側つば部に沿って摺動しながら突条が溝部内に進入するように、半径方向内側に移動して、金属製ガスケットを挟んでフランジ同士をより緊密に保持可能なものであり、クランプリングによって金属製ガスケットを挟んでフランジ同士が緊密に保持された状態で、突起がそれに対向する面に食い込みまたは潰される。

また、各フランジの、接続管の先端部と反対側に当接面が形成され、クランプリングの各セグメントの内周部に、フランジの当接面に当接するクランプリング側つば部が形成されていてもよい。

本発明の継手構造によると、接続管がねじれた状態で保持されることがないので、簡単な構成で、継手外部に対する高い気密性を確保することができる。そして、継手外部に対する高い気密性と、継手内部における不純物である微細粒子の発生防止とを容易に両立することができる。

さらに、本発明によると、接続の信頼性を高めるには締結部材を強く締め付ければよい。特に、この締結部材として、例えばボルトおよびナットやアイボルトを用いる場合には、複数のスパナ等を用いる必要はなく、ドライバーやレンチ等を回転させるだけでよい。このボルトおよびナットやアイボルトは継手全体の大きさに比べて比較的小さくてもよく、しかも、スパナのように大きなストロークを必要としない。従って、多系統の管路構成が設けられ、それぞれの管路に継手構造がそれぞれ含まれているような場合にも、作業性よく接続作業が行え、接続の信頼性を高めることができる。

そして、本発明によると、接続管のフランジに、傾斜面と対向するフランジ側つば部が設けられるか、あるいは、クランプリングに、フランジの当接面に当接するクランプリング側つば部が設けられることによって、接続管が傾いた状態でクランプリングにより固定されることが抑制され、より高い気密性および信頼性を確保できる。

本発明の第１の実施形態の継手構造の正面断面図である。 本発明の第１の実施形態の継手構造の側面図である。 本発明の第１の実施形態の継手構造の組立工程を示す正面断面図である。 本発明の第１の実施形態の継手構造の、図２に続く組立工程を示す正面断面図である。 本発明の第１の実施形態の継手構造に用いられるクランプリングの、締結部材を取り外して開いた状態の斜視図である。 本発明の第１の実施形態の継手構造の、図３に続く組立工程を示す正面断面図である。 本発明の第１の実施形態の継手構造の、図３に続く組立工程を示す側面図である。 本発明の第２の実施形態の継手構造の側面図である。 特許文献３に記載の継手構造の一例の正面断面図である。 本発明の第３の実施形態の継手構造の正面断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１Ａ，図１Ｂに本発明の第１の実施形態の継手構造の完成状態が示されている。本実施形態の継手構造は、１対の接続管１ａ，１ｂを気密に接続するためのものである。この接続管１ａ，１ｂは、端部にフランジ２ａ，２ｂがそれぞれ形成されている。フランジ２ａ，２ｂは、その外周部から接続管１ａ，１ｂの先端部と反対側に向かう下り勾配の傾斜面（接続管１ａ，１ｂの先端部と反対側に向かうにつれて半径方向内側に向かって傾斜した面）３ａ，３ｂをそれぞれ有している。

そして、フランジ２ａ，２ｂの、傾斜面３ａ，３ｂから見て先端部と反対側に、傾斜面３ａ，３ｂに対向するつば部（フランジ側つば部）４ａ，４ｂが設けられている。従って、フランジ２ａ，２ｂの外周面に、傾斜面３ａ，３ｂとフランジ側つば部４ａ，４ｂを内壁として凹状に形成された溝部５ａ，５ｂが存在する。

フランジ２ａ，２ｂの対向面（接続管１ａ，１ｂの先端面）には、環状の突起（シールビード）６ａ，６ｂが形成されている。両フランジ２ａ，２ｂの各突起６ａ，６ｂは同じ形状および同じ寸法に形成されている。傾斜面３ａ，３ｂは、フランジ２ａ，２ｂの対向面と反対側（接続管１ａ，１ｂの先端面の反対側）に設けられているので、両接続管１ａ，１ｂが、先端面同士が互いに対向するように近接配置されると、両傾斜面３ａ，３ｂが側辺をなす台形部分（断面形状が略台形である部分）が構成される。この時、突起６ａ，６ｂの先端同士が対向する。フランジ２ａ，２ｂには、対向面側に段部７ａ，７ｂが形成されている。この段部７ａ，７ｂは、後述するホルダー８の筒状部８ａおよびセンターリング９の突起９ａが填め込まれる小径の円周面を構成している。なお、接続管１ａ，１ｂは、流体を流通させる長い管の一部であってもよいが、そのような長い管の端部に溶接等によって連結された接続用部材（いわゆるグランド）であってもよい。

接続管１ａと１ｂの間に、平らなリング状の金属製ガスケット２０が配置されている。図１Ａに示す完成状態では、金属製ガスケット２０は、突起６ａ，６ｂによって両側から圧接されている。接続管１ａ，１ｂと金属製ガスケット２０はそれぞれの内径が一致しており、継手構造の完成状態においてそれぞれの中心線が一致し、それぞれの開口部が連通するように配置されている。

図２，３に示すように、一方の接続管１ａにはホルダー８が保持されており、このホルダー８によって金属製ガスケット２０が一方の接続管１ａに保持されている。ホルダー８は、筒状部８ａの一端に、半径方向内側に延びる爪状の係合部８ｂが設けられた構成である。筒状部８ａは、接続管１ａに形成された段部７ａに嵌合可能な形状および寸法である。係合部８ｂの内径は金属製ガスケット２０の外径よりも小さく、係合部８ｂは金属製ガスケット２０に係合可能である。従って、係合部８ｂが金属製ガスケット２０の外周部に係合して、ホルダー８の内側に金属製ガスケット２０を収容した状態で、筒状部８ａが接続管１ａの段部７ａに嵌合させられる。これによって、ホルダー８および金属製ガスケット２０は接続管１ａに保持される。このとき、金属製ガスケット２０は、一方の面が係合部８ｂに係止され、他方の面が接続管１ａの突起６ａの先端に当接された状態である。なお、係合部８ｂは筒状部８ａの一端の全周に亘って設けられていてもよいが、筒状部８ａの内周の一部のみに形成されていてもよい。

接続管１ｂは接続管１ａに対向するように配置されており、突起６ｂが、前記したようにホルダー８によって接続管１ａに保持されている金属製ガスケット２０の一方の面に当接している。このように互いに対向した接続管１ａ，１ｂの各フランジ２ａ，２ｂの外周を取り囲むように、センターリング９が装着されている（図３参照）。なお、両フランジ２ａ，２ｂは互いに同一の形状および同一の寸法であり、両フランジ２ａ，２ｂの外周面同士が連なって、外径が一定である周面が構成される。従って、この外径と等しい大きさの内径を有するセンターリング９内に、両フランジ２ａ，２ｂが殆ど隙間なく填め込まれる。センターリング９は内周側の一部に突起９ａを有しており、この突起９ａが接続管１ｂの段部７ｂ上に配置されて、センターリング９は安定して保持されている。

以上説明した構成の、接続管１ａ，１ｂと金属製ガスケット２０とホルダー８とセンターリング９からなる組立体が、クランプリング１０によって保持されている。クランプリング１０は、図４に示すように、複数の（本実施形態では３つの）セグメント１０ａ〜１０ｃが１列に連結された構成である。隣り合うセグメント同士は軸１５を中心として相対的に揺動可能にそれぞれ連結されている。各軸１５は、互いに平行であり、各セグメント１０ａ〜１０ｃの開閉動作方向に対し垂直な軸である。具体的には、中央のセグメント１０ｂが、一端のセグメント１０ａおよび他端のセグメント１０ｃと、軸１５を中心として相対的に揺動可能にそれぞれ連結されている。従って、一端のセグメント１０ａと他端のセグメント１０ｃとが近接するように揺動させると、図１Ｂに示すようにリング形状を構成することができる。

各セグメント１０ａ〜１０ｃの内周には、接続管１ａ，１ｂの傾斜面３ａ，３ｂに対応する対応傾斜面１４ａ，１４ｂを有する溝１４が設けられている。溝１４の両側には、対応傾斜面１４ａ，１４ｂと、各セグメント１０ａ〜１０ｃの外側面（フランジ側つば部４ａ，４ｂに当接する当接面である）によって構成され、内側に突出する突条１９が設けられている。なお、セグメント１０ａ〜１０ｃの外側面とは別に、フランジ側つば部４ａ，４ｂに当接する当接面が形成された構成にすることもできる。

溝１４は、前記したように両接続管１ａ，１ｂが互いに対向するように近接配置されたときに両傾斜面３ａ，３ｂを両側辺として構成される台形部分を収容する形状および寸法である。そして、突条１９は、フランジ２ａ，２ｂの傾斜面３ａ，３ｂとフランジ側つば部４ａ，４ｂとで形成された溝部５ａ，５ｂに挿入可能な形状および寸法である。

一端のセグメント１０ａには、締結部材であるボルト１１のねじ部１１ａが収容され、頭部１１ｂが通過不能な大きさの溝状の切欠部１２が設けられている。切欠部１２には、ボルト１１の頭部１１ｂを収容する拡大部分１２ａが設けられている。他端のセグメント１０ｃには、ボルト１１のねじ部１１ａがねじ込まれるねじ穴１３が設けられている。なお、各図面において、雄ねじ部および雌ねじ部は省略して図示している。図１Ｂに示すように、ボルト１１のねじ部１１ａには抜け止めリングが取り付けられている。

各セグメント１０ａ〜１０ｃにより、前記したようにリング形状を構成した状態で、ボルト１１の頭部１１ｂを一端のセグメント１０ａの切欠部１２の拡大部分１２ａに収容して係止させ、ねじ部１１ａを、切欠部１２を貫通させて他端のセグメント１０ｃのねじ穴１３にねじ込む。これによって、各セグメント１０ａ〜１０ｃを互いに固定することができる。図１Ａ，図１Ｂに示す完成状態では、金属製ガスケット２０およびホルダー８を挟んで対向するフランジ２ａ，２ｂを各セグメント１０ａ〜１０ｃの内側に配置し、溝１４内に、両傾斜面３ａ，３ｂを両側辺として構成される台形部分を挿入している。このとき、クランプリング１０の突条１９が、フランジ２ａ，２ｂの溝部５ａ，５ｂ内に挿入される。そして、前記したように、ボルト１１を、切欠部１２を貫通させて他端のセグメント１０ｃのねじ穴１３にねじ込んで固定している。この構成では、ボルト１１をねじ穴１３へ深くねじ込むほど、傾斜面３ａ，３ｂ上を対応傾斜面１４ａ，１４ｂが摺動して、溝１４内に台形部分がくさび状に深く入り込み、接続管１ａ，１ｂのフランジ２ａ，２ｂ同士がより接近しようとする。すると、金属製ガスケット２０に対する突起６ａ，６ｂの接触圧力が大きくなり、最終的には、突起６ａ，６ｂが金属製ガスケット２０の両面に食い込む。その結果、金属製ガスケット２０とフランジ２ａ，２ｂの突起６ａ，６ｂとの密着により得られる気密性が高くなる。この原理を利用して、ボルト１１のねじ穴１３へのねじ込み量を適切に設定することによって、所望の気密性が得られる。このようにして、図１Ａ，図１Ｂに示す本実施形態の継手構造が構成されている。

さらに、この構成によると、ボルト１１の締め付けに伴って、傾斜面３ａ，３ｂを両側面とする台形部分が溝１４内にくさび状に入り込みながらクランプリング１０が縮小する際に、フランジ側つば部４ａ，４ｂがクランプリング１０の縮小方向への移動をガイドする。従って、クランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対して相対的に傾いた状態になることが防げる。

この点について説明すると、図７に示すようにフランジ側つば部４ａ，４ｂが存在しない構成の場合には、傾斜面２３ａ，２３ｂを両側面とする台形部分がクランプリング２５の溝内にくさび状に入り込みながらクランプリング２５が縮小する際に、相対位置やクランプリング２５の姿勢がずれたり、ボルトを締め付けるために加える力が偏って伝わったりした場合に、クランプリング２５が接続管２１ａ，２１ｂに対して相対的に（±３度程度）傾く可能性がある。このような傾きを生じると、接続の気密性および信頼性が低下する可能性がある。また、接続管２１ａ，２１ｂが傾いて保持されるため、外観を損なうとともに、無駄に広いスペースが必要となり、継手構造を含む機械のレイアウトの制限となるおそれがある。

これに対し、本発明では、傾斜面３ａ，３ｂを両側面とする台形部分がクランプリング１０の溝１４内にくさび状に入り込むと同時に、溝１４の両側に位置する突条１９がフランジ２ａ，２ｂの溝部５ａ，５ｂ内にくさび状に入り込む。従って、クランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対して相対的に傾いた状態のまま縮小することはできない。ボルト１１の締め付け開始当初にクランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対して傾いていたとしても、台形部分が溝１４内への進入動作と、溝１４の両側に位置する突条１９の溝部５ａ，５ｂへの進入動作が、その傾きを矯正する。その結果、クランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対してほとんど（±１度程度しか）傾くことなく、ほぼ垂直な状態でフランジ２ａ，２ｂを固定する。それによって、接続の高い気密性および信頼性が確保され、外観およびスペース効率が良好になり、継手構造を含む機械のレイアウトを無用に制限することがない。

次に、この継手構造を組み立てる方法について説明する。

まず、図２に示すように、ホルダー８の係合部８ｂを金属製ガスケット２０の外周部に係合させ、金属製ガスケット２０を筒状部８ａ内に収容する。その状態で、筒状部８ａを一方の接続管１ａの段部７ａに嵌合させる。これによって、金属製ガスケット２０がホルダー８を介して接続管１ａに保持される。なお、ホルダー８と金属製ガスケット２０と段部７ａとを高精度に形成しておくことによって、金属製ガスケット２０を位置精度良く、かつしっかりと接続管１ａに保持させることができる。こうして、ホルダー８を用いることによって、金属製ガスケット２０を接続管１ａに位置合わせする。すなわち、金属製ガスケット２０と接続管１ａの中心線を一致させる。

次に、図３に示すように、他方の接続管１ｂを一方の接続管１ａに近接対向するように配置し、突起６ａ，６ｂを金属製ガスケット２０の両面にそれぞれ当接させる。この状態で、両接続管１ａ，１ｂのフランジ２ａ，２ｂの外周を取り囲むように、センターリング９を装着する。これによって、接続管１ｂを、金属製ガスケット２０を位置精度良く保持している接続管１ａに対して、接続管１ａ，１ｂの長手方向に直交する方向に位置ずれしないように位置合わせすることができる。ただしこの時点では、各部材は概ね適切な位置関係にある（金属製ガスケット２０と接続管１ａ，１ｂのそれぞれの中心線が全て一致している）ものの、まだ固定されてはおらず、高い気密性は得られていない。

そこで、クランプリング１０を用いて、各部材を強固に固定するとともに、接続管１ａと１ｂの接続の気密性を高める。図４に示すように開いた状態の各セグメント１０ａ〜１０ｃを閉じてリング形状を構成し、各接続管１ａ，１ｂのフランジ２ａ，２ｂを内側に閉じ込めるようにする。この時、図５Ａ，図５Ｂに示すように、溝１４内に、フランジ２ａ，２ｂの傾斜面３ａ，３ｂを両側辺として構成されている台形部分が挿入され、かつ、クランプリング１０の突条１９がフランジ２ａ，２ｂの溝部５ａ，５ｂ内に挿入されるようにする。そして、前記したようにボルト１１を、切欠部１２を貫通させて他端のセグメント１０ｃのねじ穴１３にねじ込んで固定している。

図５Ａ，図５Ｂに示すように、ボルト１１のねじ穴１３へのねじ込み量が小さい時点では、一端のセグメント１０ａと他端のセグメント１０ｃとの間隔が十分に狭くなってはいない。すなわち、各セグメント１０ａ〜１０ｃが構成するリング形状（溝１４が構成するリング形状）の内径が、まだ十分に小さくなってはいない。従って、フランジ２ａ，２ｂの傾斜面３ａ，３ｂを両側辺として構成された台形部分の、溝１４内への挿入量が小さい。そのため、接続管１ａ，１ｂの長手方向に見て、フランジ２ａと２ｂがまださほど互いに近接していない。図５Ａ，図５Ｂに示す状態では、金属製ガスケット２０の両面に突起６ａ，６ｂがそれぞれ当接しているものの、その接触圧力が低い。この時点では、気体の流通を遮断するほどの気密性は得られておらず、このままでは継手構造として不十分である。

そこで、ボルト１１をねじ穴１３にさらにねじ込んでいく。そして、図１Ａ，図１Ｂに示すように、ボルト１１のねじ穴１３へのねじ込み量が大きくなると、一端のセグメント１０ａと他端のセグメント１０ｃとの間隔が十分に狭くなる。そして、各セグメント１０ａ〜１０ｃが構成するリング形状（溝１４が構成するリング形状）の内径が十分に小さくなる。従って、フランジ２ａ，２ｂの傾斜面３ａ，３ｂを両側辺として構成された台形部分の、溝１４内への挿入量が大きくなる。そのため、接続管１ａ，１ｂの長手方向に見て、フランジ２ａと２ｂの間の間隔が十分に小さくなる。この状態では、金属製ガスケット２０の両面に突起６ａ，６ｂが大きな接触圧力で圧接し、突起６ａ，６ｂが金属製ガスケット２０の両面に食い込み、金属製ガスケット２０が僅かに凹む。その結果、フランジ２ａ，２ｂの突起６ａ，６ｂと金属製ガスケット２０の両面との圧接により、気体の流通を遮断することができ、継手構造として十分な気密性が得られる。

なお、予備試験等によって、十分な気密性が得られるようなボルト１１のねじ込み量を予め求めておいてもよいが、前記した継手構造の組立工程中（ボルト１１のねじ穴１３へのねじ込み作業中）に随時気密性を調べて、十分な気密性が確認できた時点でねじ込み作業を停止するようにしてもよい。

図１Ｂに示すように、ボルト１１のねじ穴１３への十分なねじ込み量が得られた時点で、切欠部１２とねじ穴１３が一直線になって、ボルト１１が水平に保持されるように構成されている。そして、ボルト１１の頭部１１ｂが切欠部１２の拡大部分１２ａ内に安定して保持される。しかし、ねじ込み作業中、すなわちねじ込み量がまだ不十分な段階では、図５Ｂに示すように、切欠部１２とねじ穴１３が一直線にはなっておらず、ボルト１１が切欠部１２に対して斜めになって保持される。この時、ボルト１１の頭部１１ｂが切欠部１２の拡大部分１２ａの内壁に部分的に偏って当接する。そこで、本実施形態では、頭部１１ｂと、切欠部１２の拡大部分１２ａの、それぞれの当接部を、ほぼ同じ曲率の、対応する球面状に形成している。これによって、各当接部のどの部分がどのように偏って当接したとしても、角部が存在しないため、頭部１１ｂまたは切欠部１２が破損したりボルトの進行に支障が生じたりするおそれがない。

本実施形態では、比較的厚く複雑に加工された形状のフランジ２ａ，２ｂが設けられているが、接続管１ａ，１ｂの先端面を拡げただけの単純な形状のフランジを形成することもできる。ただし、前記したように溝１４内に進入してくさび効果を生み出す台形部分を構成するための傾斜面３ａ，３ｂと、それに対向するフランジ側つば部４ａ，４ｂは必ず設けられる。

［第２の実施形態］
図６には本発明の継手構造の第２の実施形態が示されている。なお、第１の実施形態と同様な構成については、同一の符号を付与し説明を省略する。

本実施形態では、ボルト１１に替えてアイボルト１６を用いている。このアイボルト１６は、ねじ部１６ａと、セグメント１０ｃにピン１７によって揺動可能に取り付けられている係止部１６ｂとからなる。ねじ部１６ａは、セグメント１０ａの切欠部１２内に挿入可能である。そして、ねじ部１６ａにはナット１８が螺合し、ナット１８は、切欠部１２の拡大部分１２ａに係合する。ナット１８と切欠部１２の拡大部分１２ａのそれぞれの当接部は、ほぼ同じ曲率の、対応する球面状に形成されている。

本実施形態の継手構造は、第１の実施形態と同様な効果が得られるとともに、アイボルト１６を用いることによって、組立作業の簡略化が図れる。

［第３の実施形態］
図８には本発明の継手構造の第３の実施形態が示されている。なお、第１の実施形態と同様な構成については、同一の符号を付与し説明を省略する。

本実施形態の継手構造は、１対の接続管１ａ，１ｂの端部のフランジ２ａ，２ｂに、フランジ側つば部４ａ，４ｂおよび溝部５ａ，５ｂが形成されていない。その代わり、クランプリング１０の溝１４の両側であって対応傾斜面１４ａ，１４ｂの外側に、つば部（クランプリング側つば部）１９ａ，１９ｂがそれぞれ設けられている。図８に示す例では、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂは、突条１９の端部から中心側にさらに突出するように形成されており、クランプリング１０の中心軸に対して実質的に垂直である。そして、フランジ２ａ，２ｂの、接続管１ａ，１ｂの先端部と反対側の端部には、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂと当接する当接面２７ａ，２７ｂがそれぞれ設けられている。図８に示す例では、当接面２７ａ，２７ｂは接続管１ａ，１ｂの中心軸に対して垂直に形成されており、この当接面２７ａ，２７ｂに連続して傾斜面３ａ，３ｂが形成されている。その他の構成は、前記した第１の実施形態と実質的に同じである。

本実施形態の継手構造を組み立てる場合には、ホルダー８によって金属製ガスケット２０を一方の接続管１ａに保持させた状態で、その接続管１ａを他方の接続管１ｂに近接対向させ、センターリング９を用いて位置合わせする。そして、両接続管１ａ，１ｂのフランジ２ａ，２ｂをクランプリング１０で包囲し、ボルト１１をねじ穴１３にねじ込んで固定する。この時、クランプリング１０の溝１４内に、フランジ２ａ，２ｂの傾斜面３ａ，３ｂを両側辺として構成されている台形部分が挿入され、ボルト１１のねじ穴１３へのねじ込み量が大きくなるにつれて、接続管１ａ，１ｂの長手方向に見て、フランジ２ａと２ｂの間の間隔が小さくなる。その結果、金属製ガスケット２０の両面にフランジ２ａ，２ｂの突起６ａ，６ｂが大きな接触圧力で圧接し、気体の流通を遮断するような高い気密性が得られる。

そして、本実施形態によると、ボルト１１をねじ穴１３にねじ込んでクランプリング１０の各セグメント１０ａ〜１０ｃが構成するリング形状（溝１４が構成するリング形状）の内径を小さくする過程で、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂが、フランジ２ａ，２ｂの当接面２７ａ，２７ｂに当接する。仮に、ボルト１１の締め付け開始当初にクランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対して傾いていたとしても、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂがフランジ２ａ，２ｂの当接面２７ａ，２７ｂに当接することによって、この傾きが矯正される。その結果、クランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対してほとんど傾くことなく、ほぼ垂直な状態でフランジ２ａ，２ｂを固定する。それによって、接続の高い気密性および信頼性が確保され、外観およびスペース効率が良好になり、継手構造を含む機械のレイアウトを無用に制限することがない。すなわち、本実施形態では、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂとフランジ２ａ，２ｂの当接面２７ａ，２７ｂとを用いることによって、第１の実施形態と同様な効果が得られる。そして、本実施形態の場合、当接面２７ａ，２７ｂを非常に容易に形成できるため、比較的大型の部材であって継手構造の主要部である接続管の作製が煩雑になることはない。また、比較的小型の部材であるクランプリング１０にクランプリング側つば部１９ａ，１９ｂを形成することも、突条１９の一部に加工を加えるだけで比較的容易に行える。

次に、本実施形態のもう１つの特徴について説明する。図８に示すように、本実施形態では、センターリング９の突起９ａの、接続管１ａ，１ｂの長手方向に沿う長さを短くし、その分だけ、フランジ２ａ，２ｂの外周面の、センターリング９の突起９ａ以外の部分を支持する部分（センターリング支持部分２８ａ，２８ｂ）の、接続管１ａ，１ｂの長手方向に沿う長さを長くしている。例えば、センターリング９の全体の長さが１０ｍｍ程度の場合に、センターリング支持部分２８ａ，２８ｂのそれぞれの長さを２．５ｍｍ以上にしている。それによって、センターリング９の支持の安定性が高まるため、フランジ２ａ，２ｂをクランプリング１０で締め付ける前の段階で、接続管１ａ，１ｂの位置合わせ精度が向上する。このことは、クランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対して傾いて配置されることを防止する効果がある。従って、本実施形態によると、フランジ２ａ，２ｂをクランプリング１０で締め付ける前の段階で、比較的長いセンターリング支持部分２８ａ，２８ｂによって、クランプリング１０が接続管１ａ，１ｂに対して傾いて配置されることを抑制し、さらに、ボルト１１をねじ穴１３にねじ込んでいく過程で、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂと当接面２７ａ，２７ｂとの当接により、クランプリング１０の接続管１ａ，１ｂに対する傾きを矯正できる。従って、完成状態における継手構造の精度および信頼性が非常に高い。

なお、本実施形態では、比較的厚く複雑に加工された形状のフランジ２ａ，２ｂが設けられているが、接続管１ａ，１ｂの先端面を拡げただけの単純な形状のフランジを形成することもできる。ただし、前記したように溝１４内に進入してくさび効果を生み出す台形部分を構成するための傾斜面３ａ，３ｂと、クランプリング側つば部１９ａ，１９ｂに当接する当接面２７ａ，２７ｂは必ず設けられる。

図示しないが、本実施形態のボルト１１に代えて、第２の実施形態と同様なアイボルト１６を用いることも可能である。その場合、組立作業の簡略化が図れる。

以上説明した本発明の第１〜３の実施形態の継手構造によると、金属製ガスケット２０の両面にフランジ２ａ，２ｂの突起６ａ，６ｂがそれぞれ圧接することによって、高い気密性が得られる。しかも、クランプリング１０を用いてフランジ２ａ，２ｂを固定する際に、接続管１ａ，１ｂ自体を回転させようとする力は働かず、従って接続管１ａ，１ｂにねじれは生じない。その結果、金属製ガスケット２０と突起６ａ，６ｂとの間に摩擦は生じず、微細粒子（パーティクル）が発生しない。長期間使用しても、また温度変化によって各部材に多少の伸縮が生じても、接続管１ａ，１ｂが金属製ガスケット２０に対して相対的に回転することはなく、摩擦は生じないので、微細粒子が発生しない。この継手構造によると、外部に対する高い気密性が得られるのみならず、内部における不純物の残留やバクテリア等の発生を防げる。これは、特に、半導体製造装置の気体供給部など、非常に高精度の流体の流通が要求される場合や、缶や瓶などへの充填装置や各種ディスペンサー（飲料注出装置）など、飲料液体のクリーンな状態が要求される場合に適している。

そして、本発明の第１，２の実施形態では、フランジ２ａ，２ｂに、傾斜面３ａ，３ｂと対向するフランジ側つば部４ａ，４ｂが設けられ、第３の実施形態では、クランプリング１０に、当接面２７ａ，２７ｂと当接するクランプリング側つば部１９ａ，１９ｂが設けられている。従って、フランジ側つば部４ａ，４ｂおよびクランプリング側つば部１９ａ，１９ｂが、接続管１ａ，１ｂが傾いた状態でクランプリング１０によって固定されることを抑制し、気密性や信頼性が損なわれることが防止できる。また、外観およびスペース効率が良好であり、継手構造を含む機械のレイアウトの制限になることがない。

なお、図１Ａ，８に示す構成では、フランジ２ａ，２ｂに設けられた環状の突起６ａ，６ｂが金属製ガスケット２０の両面に食い込み、金属製ガスケット２０の両面が僅かに凹むことによって、高い気密性を実現している。しかし、図示しないが、金属製ガスケット２０の両面にそれぞれ、突起６ａ，６ｂに対応する凹部が予め形成されていて、その凹部内に突起６ａ，６ｂが収容されるようになっていてもよい。また、金属製ガスケット２０は変形せず、突起６ａ，６ｂが金属製ガスケット２０の両面に圧接させられて潰れる構成であってもよい。また、突起がフランジ２ａ，２ｂではなく金属製ガスケット２０の両面にそれぞれ形成されていてもよい。その場合、金属製ガスケット２０の両面の突起がフランジ２ａ，２ｂの各先端面に食い込んでフランジ２ａ，２ｂの各先端面が凹むことによって、または、突起がフランジ２ａ，２ｂの各先端面に圧接して潰れることによって、気密性が得られる構成であってもよい。また、フランジ２ａ，２ｂの各先端面にそれぞれ、突起に対応する凹部が予め設けられていてもよい。

以上説明した本発明の継手構造において、接続管１ａ，１ｂは、流体を流通させる長い管の一部であってもよいが、そのような長い管の端部に溶接等によって連結された接続用部材（いわゆるグランド）であってもよい。後者の場合の溶接による接合は、長い管とグランドの先端面同士を当接させて溶接する、いわゆる突き合わせ式の接合であってもよく、一方の端部を他方の端部の内部に挿入した状態で溶接する、いわゆる差し込み式の接合であってもよい。また、グランドに接続される管として、流体の供給または排出を行う装置の筐体に設けられた管状または開口部状の出入口部を用い、この出入口部にグランドを装着する構成であってもよい。

１ａ，１ｂ 接続管
２ａ，２ｂ フランジ
３ａ，３ｂ 傾斜面
４ａ，４ｂ つば部（フランジ側つば部）
５ａ，５ｂ 溝部
６ａ，６ｂ 突起
７ａ，７ｂ 段部
８ ホルダー
８ａ 筒状部
８ｂ 係合部
９ センターリング
９ａ 突起
１０ クランプリング
１０ａ〜１０ｃ セグメント
１１ ボルト
１１ａ ねじ部
１１ｂ 頭部
１２ 切欠部
１２ａ 拡大部分
１３ ねじ穴
１４ 溝
１４ａ，１４ｂ 対応傾斜面
１５ 軸
１６ アイボルト
１６ａ ねじ部
１６ｂ 係止部
１７ ピン
１８ ナット
１９ 突条
１９ａ，１９ｂ つば部（クランプリング側つば部）
２０ 金属製ガスケット
２７ａ，２７ｂ 当接面
２８ａ，２８ｂ センターリング支持部分

Claims (8)

1. 先端部にフランジを有する１対の接続管を接続する継手構造において、
   前記１対の接続管の前記フランジ同士が対向した状態で、該両フランジによって両側から圧接される、平らなリング状の金属製ガスケットと、
   前記金属製ガスケットの少なくとも一部に係合する係合部を有し、一方の前記接続管に保持されるホルダーと、
   前記１対の接続管の前記フランジ同士が前記金属製ガスケットを挟んで対向した状態で、前記両フランジの外周を取り囲むように装着可能なセンターリングと、
   一続きに並べられ、隣り合うもの同士が互いに揺動可能に連結されている複数のセグメントからなり、該複数のセグメントのうち一端に位置するセグメントと他端に位置するセグメントとが締結部材によって互いに固定されたときに、全ての前記セグメントにより、前記金属製ガスケットを挟んで互いに対向する前記フランジの外周の全周を覆って保持するリング形状を構成するクランプリングと、
   を有し、
   前記金属製ガスケットと前記各フランジの互いに当接する面のいずれか一方に環状の突起が設けられており、
   前記１対の接続管の前記各フランジと前記金属製ガスケットは、それぞれの開口部が連通し、かつ両フランジの中心線が一致するように配置されており、
   前記各フランジは、その外周から前記接続管の前記先端部と反対側に向かう下り勾配の傾斜面を有し、
   前記クランプリングの前記各セグメントは、内周部に、前記各フランジの傾斜面にそれぞれ対応する対応傾斜面を有し、
   前記フランジと前記クランプリングの前記各セグメントの内周面とのいずれか一方にはつば部が形成されており、他方には前記つば部に当接する当接面が形成されている
   ことを特徴とする継手構造。
2. 前記各フランジに、前記傾斜面に対向するフランジ側つば部が形成されており、
   前記クランプリングの前記各セグメントの内周部に、前記各フランジの前記フランジ側つば部に当接する当接面が形成されている
   請求項１に記載の継手構造。
3. 前記各フランジの前記傾斜面と前記フランジ側つば部との間に、前記フランジの外周に位置する溝部が形成されており、
   前記クランプリングの前記各セグメントの前記対応傾斜面と前記当接面との間に、前記各フランジの前記溝部に対応する形状の突条が形成されている
   請求項２に記載の継手構造。
4. 前記クランプリングは、前記金属製ガスケットを挟んで互いに対向する前記フランジの外周の全周を覆って保持するリング形状を構成している状態で、前記締結部材が前記一端のセグメントと前記他端のセグメントとを近接させるほど、前記クランプリングの前記各セグメントは、前記各対応傾斜面が前記各フランジの前記各傾斜面に沿って摺動するとともに前記各当接面が前記各フランジの前記各フランジ側つば部に沿って摺動しながら前記突条が前記溝部内に進入するように、半径方向内側に移動して、前記金属製ガスケットを挟んで前記フランジ同士を緊密に保持可能なものであり、
   前記クランプリングによって前記金属製ガスケットを挟んで前記フランジ同士が緊密に保持された状態で、前記突起がそれに対向する面に食い込みまたは潰される
   請求項３に記載の継手構造。
5. 前記当接面は前記各セグメントの外側面である、請求項１から４のいずれか１項に記載の継手構造。
6. 前記各フランジの、前記接続管の前記先端部と反対側に当接面が形成されており、
   前記クランプリングの前記各セグメントの内周部に、前記フランジの前記当接面に当接するクランプリング側つば部が形成されている
   請求項１に記載の継手構造。
7. 前記クランプリングは、前記金属製ガスケットを挟んで互いに対向する前記フランジの外周の全周を覆って保持するリング形状を構成している状態で、前記締結部材が前記一端のセグメントと前記他端のセグメントとを近接させるほど、前記クランプリングの前記各セグメントは、前記各対応傾斜面を前記各フランジの前記各傾斜面に沿って摺動させるとともに、前記クランプリング側つば部を前記当接面に当接させながら、半径方向内側に移動して、前記金属製ガスケットを挟んで前記フランジ同士を緊密に保持可能なものであり、
   前記クランプリングによって前記金属製ガスケットを挟んで前記フランジ同士が緊密に保持された状態で、前記突起がそれに対向する面に食い込みまたは潰される
   請求項６に記載の継手構造。
8. 前記締結部材は、前記一端のセグメントと前記他端のセグメントとをねじ止めするボルトであり、前記ボルトを深くねじ込むほど前記両セグメントを互いに近接させることができる、請求項１から７のいずれか１項に記載の継手構造。

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