JP2019060352A

JP2019060352A - Ｖクランプフランジ構造

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Publication number: JP2019060352A
Application number: JP2017183015A
Authority: JP
Inventors: 高紀安齋; Takanori Anzai
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2019-04-18

Abstract

【課題】金属製のビードタイプのガスケットを用いながらも、高温環境下でシール性が低下することがないＶクランプフランジ構造の提供。【解決手段】２つの管状体の連結端部の全周に亘ってそれぞれ設けられ、互いに突き合わせられたフランジ継手と、各フランジ継手の突き合わせ面間に挟まれた金属製の円環状ガスケット6と、内周部に環状溝5aを有してリング状に形成され、環状溝5a内に、各フランジ継手の外周部を挿入させたＶクランプ5とを備え、一方のフランジ継手3の突き合わせ面3aには、他方のフランジ継手4の突き合わせ面4aに向けて突設された環状突条31が、管状体の内周面に沿って全周に亘って設けられており、円環状ガスケット6は、環状突条31及び他方のフランジ継手4の突き合わせ面4aにより挟まれるとともに、環状突条31よりも外周側において、各フランジ継手の突き合わせ面間にビード部6bが挟まれて、突き合わせ面間をシールすることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、２つの管状体のフランジ継手同士を締結させるＶクランプフランジ構造に関し、詳しくは、金属製のビードタイプのガスケットを用いながらも、高温環境下でシール性が低下することがないＶクランプフランジ構造に関する。

従来、２つの管状体の端部同士を連結させる構造として、各管状体の連結端部に全周に亘る鍔状のフランジ継手を設け、これらフランジ継手同士を締結させるフランジ構造が知られている。フランジ構造としては、各フランジ継手を貫通する複数のボルト及びナットにより締め付けるボルト締結構造に代わるものとして、Ｖクランプフランジ構造が提案されている（特許文献１、２）。

Ｖクランプフランジ構造は、図６に示すように、互いに突き合わされた各管状体１０１，１０２のフランジ継手１０３，１０４を、リング状のＶクランプ１０５により外周側から締め付けて、各フランジ継手１０３，１０４を締結させるものである。

図６では、各管状体１０１，１０２のフランジ継手１０３、１０４は、管状体１０１，１０２の連結端部近傍に円環状部材が溶接されることによって形成された溶接タイプフランジである。

Ｖクランプ１０５は、横断面が略Ｖ字形状の長尺部材が円弧状に屈曲されてリング状に形成されている。横断面のＶ字形状の開き側は、Ｖクランプ１０５の内周側に向いている。つまり、Ｖクランプ１０５は、内周部に環状溝を有するリング状となっている。Ｖクランプ１０５の内周部の環状溝には、突き合わせられた各フランジ継手１０３，１０４の外周部が挿入される。

Ｖクランプ１０５は、図示しない締め付け機構によって締め付けられるようになっている。締め付け機構は、Ｖクランプ１０５の切断された部分の突き合わせ箇所同士をネジ等により締結させて間隔を詰めることができるように構成されている。

Ｖクランプ１０５の内周部の環状溝は、内周側の開き部よりも、外周側がテーパ状に幅が狭くなっている。そのため、Ｖクランプ１０５は、フランジ継手１０３，１０４を外周側から締め付けることにより、これらフランジ継手１０３，１０４の突き合わせ面同士を互いに押圧させる。

各フランジ継手１０３，１０４の間には、ガスケット１０６が挟まれている。ガスケット１０６は、各フランジ継手１０３，１０４の平面状の突き合わせ面の間に挟まれている。ガスケット１０６は、フランジ継手１０４の突き合わせ面に形成された円環状の溝内に配置されている。ガスケット１０６は、合成樹脂材料からなり、各フランジ継手１０３，１０４の突き合わせ面同士が互いに押圧され、これらの間の間隔が狭くなることによって、各フランジ継手１０３，１０４間をシールする。

特開２０１６−１８６３１４号公報特開２０１６−１８６３１５号公報

ところで、前述のようなＶクランプフランジ構造において、締結荷重（各フランジ継手１０３，１０４が互いに押圧される力）は、図６中の矢印Ａ及び矢印Ｂで示すように、各フランジ継手１０３，１０４の外周側が強く、内周側が弱い。これは、Ｖクランプ１０５の内周部の環状溝が、内周側の開き部よりも、外周側がテーパ状に幅が狭くなっているためである。

Ｖクランプフランジ構造においては、各フランジ継手１０３，１０４の内周側の締結荷重が弱いことにより、図６中の矢印Ｃで示すように、各フランジ継手１０３，１０４の突き合わせ面の内周部（管状体１０１，１０２の内周面に沿う箇所）が離間してしまういわゆる口開きが生ずる虞がある。口開きが生ずると、図６中の矢印Ｄで示すように、管状体１０１，１０２内の高熱のガスがガスケット１０６の周囲に流入し、ガスケット１０６が高温環境下に置かれることとなる。

高温環境下のシールにはフッ素樹脂製の包みガスケットやジャケットガスケットが適しているが、Ｖクランプフランジ構造は、ボルト締結構造に比較すると締結荷重が低いため、フッ素樹脂製のガスケット１０６では十分なシールができない虞がある。一方、金属製のビードタイプのガスケットは、高温環境下では、ビード部の塑性変形（へたり）により締結荷重を低下させてしまい、シール性を低下させる虞がある。

そこで、本発明の課題は、金属製のビードタイプのガスケットを用いながらも、高温環境下でシール性が低下することがないＶクランプフランジ構造を提供することにある。

本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
２つの管状体の連結端部の全周に亘ってそれぞれ設けられ、互いに突き合わせられたフランジ継手と、
前記各フランジ継手の突き合わせ面間に挟まれた金属製の円環状ガスケットと、
内周部に環状溝を有してリング状に形成され、該環状溝内に、前記各フランジ継手の外周部を挿入させたＶクランプとを備え、
一方のフランジ継手の突き合わせ面には、他方のフランジ継手の突き合わせ面に向けて突設された環状突条が前記管状体の内周面に沿って全周に亘って設けられており、
前記円環状ガスケットは、前記環状突条及び前記他方のフランジ継手の突き合わせ面により挟まれるとともに、前記環状突条よりも外周側において、前記各フランジ継手の突き合わせ面間にビード部が挟まれて、該突き合わせ面間をシールすることを特徴とするＶクランプフランジ構造。
（請求項２）
前記Ｖクランプは、前記突き合わせ面の裏面部の、前記環状突条に相当する箇所に当接する折り曲げ装着部を有していることを特徴とする請求項１記載のＶクランプフランジ構造。
（請求項３）
前記各フランジ継手の少なくとも一方は、前記突き合わせ面の裏面部の、前記管状体の外周面近傍に、突起部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のＶクランプフランジ構造。

本発明によれば、金属製のビードタイプのガスケットを用いながらも、高温環境下でシール性が低下することがないＶクランプフランジ構造を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の分解斜視図図１に示したＶクランプフランジ構造の要部断面図本発明の第２の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の要部断面図本発明の第３の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の要部断面図本発明の第４の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の要部断面図従来のＶクランプフランジ構造の要部断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の分解斜視図である。
図２は、図１に示したＶクランプフランジ構造の要部断面図である。

本発明の実施形態に係るＶクランプフランジ構造は、図１及び図２に示すように、２つの管状体１，２の端部同士を連結させる構造であり、管状体１，２の連結端部に全周に亘る鍔状のフランジ継手３，４を設け、これらフランジ継手３，４同士を締結させる構造である。

このＶクランプフランジ構造においては、互いに突き合わされた各管状体１，２のフランジ継手３，４を、リング状のＶクランプ５により外周側から締め付けて、各フランジ継手３，４を締結させる。

この実施形態においては、一方の管状体１のフランジ継手３は、管状体１の連結端部近傍が、へら絞り加工やプレス加工等によって外周側に屈曲されることによって形成された板金タイプフランジである。このフランジ継手３は、管状体１の連結端部近傍がほぼ直角に屈曲されて形成され、一方の管状体１の中心軸に垂直な平板状の円環円盤状に形成されている。

一方の管状体１のフランジ継手３の突き合わせ面（一方の管状体１の連結端部側の面）３ａには、環状突条３１が、管状体１の内周面に沿って全周に亘って設けられている。環状突条３１は、他方の管状体２のフランジ継手４の突き合わせ面４ａに向けて突設されている。環状突条３１は、フランジ継手３の内周部が、へら絞り加工やプレス加工等によって管状体１の端部側に膨出されて形成されたものである。

他方の管状体２のフランジ継手４は、管状体２の連結端部近傍に円環状部材が溶接されることによって形成された溶接タイプフランジ又はねじ込み型フランジである。このフランジ継手４となる円環状部材は、他方の管状体２と同様の材料により、旋盤加工（切削加工）等によって形成されたものである。この円環状部材は、台形又は三角形の断面を有している。この円環状部材からなるフランジ継手４は、内周側が厚く、外周側ほどテーパ状に薄くなっている。フランジ継手４の突き合わせ面４ａの裏側の面は、他方の管状体２の連結端部側に傾斜した円錐面となっている。

このフランジ継手４の突き合わせ面（他方の管状体２の連結端部側の面）４ａは、他方の管状体２の中心軸に垂直な平面となっている。

Ｖクランプ５は、横断面が略Ｖ字形状の長尺部材が円弧状に屈曲されてリング状となされて構成されている。横断面のＶ字形状の開き側は、Ｖクランプ５の内周側に向いている。すなわち、Ｖクランプ５は、内周部に環状溝５ａを有するリング状に形成されている。

Ｖクランプ５の内周部の環状溝５ａには、突き合わせ面３ａ，４ａ同士を突き合わせられた各フランジ継手３，４の外周部が挿入される。各フランジ継手３，４は、その全体（外周部から内周部まで）が環状溝５ａ内に挿入される。

Ｖクランプ５は、図１に示すように、締め付け機構７によって締め付けられるようになっている。Ｖクランプ５は、一部が切断されたリングか、又は、図１に示すように、２つの半円から構成されたリングとして構成されている。締め付け機構７は、Ｖクランプ５の切断された部分の突き合わせ箇所同士、又は、２つの半円の突き合わせ箇所７ａ，７ｂ同士を、ボルト及びナット等により連結させるとともに、ボルトを締め込むことによって突き合わせ箇所７ａ，７ｂ同士の間隔を狭めることができる。これら突き合わせ箇所７ａ，７ｂ同士の間隔が狭まることにより、Ｖクランプ５は、締め付けられる。

なお、締め付け機構７は、ボルト及びナット等により連結させるものに限定されず、Ｖクランプ５の突き合わせ箇所同士を連結させるとともにこれら突き合わせ箇所同士の間隔を狭められるものであればよく、クランプ式やバックル式等、種々の構造及び方式のものを用いることができる。

また、Ｖクランプ５は、図２に示すように、折り曲げ装着部５１を有していてもよい。折り曲げ装着部５１は、一方のフランジ継手３の突き合わせ面３ａの裏面部の、環状突条３１に相当する箇所に当接する。この折り曲げ装着部５１は、Ｖクランプ５の環状溝５ａの一側縁部分が、環状溝５ａの内側に屈曲されて形成されている。
また、折り曲げ装着部５１は、折り曲げ加工等で、Ｖクランプ５と一体的に形成されていてもよいし、Ｖクランプ５と別体で、Ｖクランプ５に溶接されて設けられていてもよい。

さらに、各フランジ継手３，４の少なくとも一方には、突起部４１を設けてもよい。突起部４１は、突き合わせ面４ａの裏面部の内周部分に、管状体２の外周面近傍に位置して、膨出形成されている。突起部４１は、図２では断面三角形の突条として示しているが、この形状の限定されず、断面四角形（台形）や、断面半円形の突条としてもよい。

Ｖクランプ５は、締め付け機構７によって締め付けられることにより、突き合わせられた各フランジ継手３，４を外周側から締め付ける。Ｖクランプ５の内周部の環状溝５ａは、内周側の開き部よりも、外周側がテーパ状に幅が狭くなっている。そのため、Ｖクランプ５は、フランジ継手３，４を外周側から締め付けることにより、これらフランジ継手３，４の突き合わせ面３ａ、４ａ同士を互いに管状体１，２の軸方向に押圧させる。

各フランジ継手３，４の間には、円環状ガスケット６が挟まれている。この円環状ガスケット６は、ステンレス（ＳＵＳ）や耐熱鋼等の金属によりリング状に構成されている。円環状ガスケット６は、各フランジ継手３，４の突き合わせ面３ａ，４ａの間に挟まれている。

円環状ガスケット６は、平坦部６ａと、ビード部６ｂとが一体的に連設されている。ビード部６ｂは、フルビードやハーフビードと称される屈曲形成されたビード部であり、このようなビード部を有する円環状ガスケット６は、いわゆるビードタイプのガスケットである。平坦部６ａは、ビード部とは異なり、平坦な平板状に形成されている。

円環状ガスケット６の平坦部６ａは、環状突条３１及び他方のフランジ継手４の突き合わせ面４ａにより挟まれている。この環状突条３１は、他方のフランジ継手４の突き合わせ面４ａ側に膨出されていることにより、突き合わせ面４ａとの間の面圧が極めて高くなっている。したがって、この環状突条３１と、平坦部６ａ及び突き合わせ面４ａとは、極めて高い圧力によって密着された状態となる。

ビード部６ｂは、平坦部６ａよりも外周側に設けられている。ビード部６ｂは、平坦部６ａ及び環状突条３１よりも外周側において、各フランジ継手３，４の突き合わせ面３ａ，４ａ間に挟まれている。このビード部６ｂは、各突き合わせ面３ａ，４ａ同士が互いに押圧されてこれらの間隔が狭くなることによって、これらの間で潰され、各突き合わせ面３ａ，４ａ間をシールする。

このＶクランプフランジ構造においては、金属製のビードタイプの円環状ガスケット６を用いながらも、環状突条３１及び突き合わせ面４ａが平坦部６ａを挟んで密着するので、管状体１，２内の高温ガスがビード部６ｂの周囲に流入することがない。したがって、ビード部６ｂが高温環境下に置かれず、塑性変形しないので、シール性が低下することがない。

なお、環状突条３１及び突き合わせ面４ａにより挟まれる平坦部６ａは、屈曲形成してビード部としておいてもよい。

また、Ｖクランプ５に折り曲げ装着部５１を設けた場合には、各フランジ継手３，４の内周側における締結荷重（各フランジ継手３，４が互いに押圧される力）が大きくなり、平坦部６ａを挟んでの環状突条３１及び突き合わせ面４ａの密着性が向上するので、シール性の低下をより確実に防止することができる。

なお、折り曲げ装着部５１が当接する箇所を円環状の溝３２としておけば、Ｖクランプ５が各フランジ継手３，４を締め付けた状態から脱落することを防止することができる。

さらに、各フランジ継手３，４の少なくとも一方に突起部４１を設けた場合には、各フランジ継手３，４の内周側における締結荷重が大きくなり、平坦部６ａを挟んでの環状突条３１及び突き合わせ面４ａの密着性が向上するので、シール性の低下をより確実に防止することができる。

〔第２の実施形態〕
図３は、本発明の第２の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の要部断面図である。なお、この実施形態においては、第１の実施形態と同様の箇所については、第１の実施形態の説明を援用し、省略する。

本発明に係るＶクランプフランジ構造においては、各フランジ継手３，４は、図３に示すように、双方ともに管状体１，２の連結端部近傍に円環状部材が溶接されることによって形成された溶接タイプフランジ又はねじ込み型フランジとしてもよい。これらフランジ継手３，４となる円環状部材は、管状体１，２と同様の材料により、旋盤加工（切削加工）等によって構成されたものである。これら円環状部材は、台形又は三角形の断面を有して形成されている。これら円環状部材からなるフランジ継手３，４は、内周側が厚く、外周側ほどテーパ状に薄くなっている。

一方のフランジ継手３の突き合わせ面３ａは、一方の管状体１の中心軸に垂直な平面となっている。一方のフランジ継手３の突き合わせ面３ａの裏側の面は、一方の管状体１の連結端部側に傾斜した円錐面となっている。これは前述した他方のフランジ継手４と同様である。

一方のフランジ継手３の突き合わせ面３ａには、環状突条３１が、管状体１の内周面に沿って全周に亘って設けられている。環状突条３１は、他方のフランジ継手４の突き合わせ面４ａに向けて突設されている。環状突条３１は、フランジ継手３の内周部に、旋盤加工（切削加工）等や円環部材の溶接によって、管状体１の端部側への膨出部として形成されたものである。

これらフランジ継手３，４を用いたＶクランプフランジ構造においても、円環状ガスケット６の平坦部６ａが、環状突条３１及び他方のフランジ継手４の突き合わせ面４ａにより挟まれている。この環状突条３１と、平坦部６ａ及び突き合わせ面４ａとは、極めて高い圧力によって密着された状態となる。

したがって、このＶクランプフランジ構造においても、金属製のビードタイプの円環状ガスケット６を用いながらも、環状突条３１及び突き合わせ面４ａが平坦部６ａを挟んで密着するので、管状体１，２内の高温ガスがビード部６ｂの周囲に流入することがない。したがって、ビード部６ｂが高温環境下に置かれず、塑性変形しないので、シール性が低下することがない。

折り曲げ装着部５１が当接する箇所を円環状の溝３２としておけば、Ｖクランプ５が各フランジ継手３，４を締め付けた状態から脱落することを防止することができる。

さらに、各フランジ継手３，４の少なくとも一方に突起部４１を設けた場合には、各フランジ継手３，４の内周側における締結荷重が大きくなり、平坦部６ａを挟んでの環状突条３１及び突き合わせ面４ａの密着性が向上するので、シール性の低下をより確実に防止することができる。
〔第３の実施形態〕
図４は、本発明の第３の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の要部断面図である。なお、この実施形態においては、第１の実施形態と同様の箇所については、第１の実施形態の説明を援用し、省略する。

本発明に係るＶクランプフランジ構造においては、各フランジ継手３，４は、図４に示すように、双方ともに溶接タイプフランジ又はねじ込み型フランジとし、これら双方に突起部３３，４１を設けてもよい。

各フランジ継手３，４には、それぞれ突起部３３，４１が設けられている。突起部３３，４１は、各突き合わせ面３ａ，４ａの裏面部の内周部分に、管状体１，２の外周面近傍に位置して、膨出形成されている。

この実施形態においては、Ｖクランプ５に折り曲げ装着部５１を設けず、一方のフランジ継手３，４には、円環状の溝３２を設けない。

そして、このＶクランプフランジ構造においては、各フランジ継手３，４に突起部３３，４１が設けられていることにより、各フランジ継手３，４の内周側における締結荷重が大きくなり、平坦部６ａを挟んでの環状突条３１及び突き合わせ面４ａの密着性が向上するので、シール性の低下をより確実に防止することができる。

〔第４の実施形態〕
図５は、本発明の第４の実施形態に係るＶクランプフランジ構造の要部断面図である。なお、この実施形態においては、第１の実施形態と同様の箇所については、第１の実施形態の説明を援用し、省略する。

本発明に係るＶクランプフランジ構造においては、各フランジ継手３，４は、図５に示すように、双方ともに管状体１，２の連結端部近傍が、へら絞り加工やプレス加工等によって外周側に屈曲されることによって形成された板金タイプフランジとしてもよい。これらフランジ継手３，４は、管状体１，２の連結端部近傍がほぼ直角に屈曲されて形成され、管状体１，２の中心軸に垂直な平板状の円環円盤状に形成されている。

各管状体１，２のフランジ継手３，４の突き合わせ面３ａ，４ａには、環状突条３１，４２が、管状体１，２の内周面に沿って全周に亘って設けられている。環状突条３１，４２は、他方の管状体２，１のフランジ継手４，３の突き合わせ面４ａ，３ａに向けて突設されている。環状突条３１，４２は、フランジ継手３，４の内周部が、へら絞り加工やプレス加工等によって管状体１，２の端部側に膨出されて形成されたものである。

これらフランジ継手３，４を用いたＶクランプフランジ構造においては、円環状ガスケット６の平坦部６ａが、各環状突条３１，４２により挟まれている。これら環状突条３１，４２は、極めて高い圧力によって密着された状態となる。

したがって、このＶクランプフランジ構造においても、金属製のビードタイプの円環状ガスケット６を用いながらも、各環状突条３１，４２が平坦部６ａを挟んで密着するので、管状体１，２内の高温ガスがビード部６ｂの周囲に流入することがない。したがって、ビード部６ｂが高温環境下に置かれず、塑性変形しないので、シール性が低下することがない。

また、Ｖクランプ５の環状溝５ａの両側部に折り曲げ装着部５１，５１を設けた場合には、各フランジ継手３，４の内周側における締結荷重（各フランジ継手３，４が互いに押圧される力）が大きくなり、平坦部６ａを挟んでの環状突条３１，４２の密着性が向上するので、シール性の低下をより確実に防止することができる。

折り曲げ装着部５１，５１が当接する箇所を円環状の溝３２，３２としておけば、Ｖクランプ５が各フランジ継手３，４を締め付けた状態から脱落することを防止することができる。

１一方の管状体
２他方の管状体
３一方のフランジ継手
３ａ突き合わせ面
３１環状突条
３２溝
３３突起部
４他方のフランジ継手
４ａ突き合わせ面
４１突起部
４２環状突条
５Ｖクランプ
５ａ環状溝
５１折り曲げ装着部
６円環状ガスケット
６ａ平坦部
６ｂビード部
７締め付け機構

Claims

２つの管状体の連結端部の全周に亘ってそれぞれ設けられ、互いに突き合わせられたフランジ継手と、
前記各フランジ継手の突き合わせ面間に挟まれた金属製の円環状ガスケットと、
内周部に環状溝を有してリング状に形成され、該環状溝内に、前記各フランジ継手の外周部を挿入させたＶクランプとを備え、
一方のフランジ継手の突き合わせ面には、他方のフランジ継手の突き合わせ面に向けて突設された環状突条が前記管状体の内周面に沿って全周に亘って設けられており、
前記円環状ガスケットは、前記環状突条及び前記他方のフランジ継手の突き合わせ面により挟まれるとともに、前記環状突条よりも外周側において、前記各フランジ継手の突き合わせ面間にビード部が挟まれて、該突き合わせ面間をシールすることを特徴とするＶクランプフランジ構造。
前記Ｖクランプは、前記突き合わせ面の裏面部の、前記環状突条に相当する箇所に当接する折り曲げ装着部を有していることを特徴とする請求項１記載のＶクランプフランジ構造。
前記各フランジ継手の少なくとも一方は、前記突き合わせ面の裏面部の、前記管状体の外周面近傍に、突起部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載のＶクランプフランジ構造。