JP2020034123A - フランジ式管継手 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管端部を傾斜状につば出し加工した構造で高圧に耐えることができ、ステンレス鋼管の場合には、両フランジの締め付け時に傾斜つば部の内周面の個所においてステンレス鋼のすき間腐食の発生を防止するフランジ式管継手を提供する。【解決手段】ルーズフランジ３，３の内側端面に傾斜内面の円形凹み１０を形成し、パッキン材１２は、横断面が台形である円環状の硬質ガスケット１４と、該ガスケットの傾斜側面に設けた環状溝に嵌入するＯリング１８と、該Ｏリングの周面に接して取り付けた円環フィン２０とで構成し、この円環フィンはフランジ締め付け時にガスケットの傾斜側面１５と傾斜つば部５の内周面との間で圧縮変形され、傾斜つば部５の内周面の個所のすき間に充填される。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管端部を傾斜状につば出し加工した構造で高圧に耐えることができ、ステンレス鋼管の場合には、両フランジの締め付け時に傾斜つば部の内周面の個所においてステンレス鋼のすき間腐食の発生を防止するフランジ式管継手に関する。

水道や空調などの配管工事では、金属鋼管を接続するためにフランジ式の結合方式を用いることが多く、フランジ式の方式は連結部分の機械強度および配管作業性などの点で他の係合方式よりも優れている。ルーズフランジ式管継手は、一方のフランジを回すだけで配管時に両フランジのボルト貫通孔を一致でき、金属鋼管を強引に捩る必要がないので配管作業が容易である。ルーズフランジ式管継手において、複数のボルト貫通孔を有するルーズフランジは、通常、鋼管端部をつば出し加工したりスタブエンドを溶接する前に、金属鋼管にそれぞれ嵌合しておき、両金属鋼管のつば部端面をパッキン材を介して突き合わせた後に、各貫通孔にボルトを通してナットで締め付ける。

ルーズフランジ式管継手は既に数多く提案されており、Ｏリングを介在させて防水する構造の管継手も多数存在する。この種のフランジ式管継手の一例として、特開平９−１６３５６２号では、両管端の接続部をフランジ成形し、このフランジ部をルーズフランジで直接締め付け、両フランジ部相互の突き合わせ面にＯリングを介在させて防水する。また、特開平５−２７２６７０号は、合成樹脂製の管を接続する配管継手であり、管端フランジ部およびルーズフランジの横断面が湾曲状になるように成形加工し、パッキン材の環状溝にＯリングを嵌入する。特開平９−１４５４５号は、パッキン材の外径はルーズフランジのそれとほぼ等しく、該パッキン材の環状溝にＯリングを嵌入する。

特開平９−１６３５６２号公報 特開平５−２７２６７０号公報 特開平９−１４５４５号公報

特開平９−１６３５６２号の管継手は、両管端の接続部のフランジ部をルーズフランジで直接締め付ける。両フランジ部相互の突き合わせ面は、Ｏリングを介在させて防水するけれども、管内が高圧化したり負圧になった際に、Ｏリングが塑性変形しないように、各ボルトによる締め付け力を相当に強くしなければならない。特開平５−２７２６７０号の配管継手は、合成樹脂製のフランジ部およびルーズフランジの横断面が湾曲状になるように成形加工するため、パッキン材の環状溝にＯリングを嵌入していても、金属管に比べて全体が変形しやすいので耐圧力が低くなる。一方、特開平９−１４５４５号の管継手は、パッキン材の垂直端面の環状溝にＯリングを嵌入するため、ボルトによる締め付け力を強くしても、Ｏリングは管内の液体と直接接触することにより、該Ｏリングの劣化が進行しやすい。

また、特開平９−１６３５６２号および特開平９−１４５４５号に関して、管継手で接続すべき鋼管がステンレス鋼管であると、すき間腐食（Crevice Corrosion）の問題が発生しやすい。すき間腐食とは、金属と金属または金属と非金属が合わさったすき間部が優先的に侵食される現象であり、ステンレス鋼などの不働態化する金属に生じやすい。厳密な意味でのすき間腐食とは，ボルトなどで締め付けたときにできるようなすき間の寸法が１０μｍ程度といった極めて狭い間隔において，不動態化する金属が塩化物イオンなどの影響を受け，すき間内部に生じる酸素濃淡電池腐食である。すき間腐食が発生するとステンレス鋼管を数年で交換することを要する。

本発明は、従来のフランジ式管継手に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、比較的小さなパッキン材であるのに、管内が高圧化したり負圧になっても漏水が発生することがなく、ステンレス鋼管は端部を傾斜状につば出し加工することでつば部の加工が容易でその内部応力を減らすフランジ式管継手を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、ステンレス鋼のすき間腐食を防ぐために、すき間が発生しないような構造であるフランジ式管継手を提供することである。

本発明に係るフランジ式管継手は、両ステンレス鋼管のつば部端面間にパッキン材を介在させ、嵌合した両ルーズフランジをボルトで締め付ける。このフランジ式管継手は、各ルーズフランジの内側端面に傾斜内面の円形凹みを形成するとともに、前記パッキン材は、横断面が台形である円環状の硬質ガスケットと、該ガスケットの傾斜側面に設けた環状溝に嵌入するＯリングとで構成し、該ガスケットの傾斜側面は外開き状の傾斜つば部およびフランジ円形凹みの傾斜内周面と角度的に対応する。

本発明に係るフランジ式管継手は、各ルーズフランジの内側端面に傾斜内面の円形凹みを形成し、前記パッキン材は、横断面が台形である円環状の硬質ガスケットと、該ガスケットの傾斜側面に設けた環状溝に嵌入するＯリングと、該Ｏリングの周面に接して取り付けた円環フィンとで構成してもよく、この円環フィンはフランジ締め付け時にガスケットの傾斜側面と傾斜つば部の内周面との間で圧縮変形され、傾斜つば部の内周面の個所のすき間に充填される。

本発明に係るフランジ式管継手において、Ｏリングは円環フィン付きの円形断面を有すると好ましく、該Ｏリングを矩形断面のガスケット環状溝に嵌入すると、フランジ締め付け時にＯリングがガスケット環状溝に対応して圧縮変形されるとともに、円環フィンがガスケットの傾斜側面と傾斜つば部の内周面との間に充填される。また、Ｏリングの断面中心において、その上方から外側の円環フィンを内側の円環フィンと線対称に斜め下方へ設け、両ルーズフランジを締め付けた際に、両円環フィンが圧縮変形され、ステンレス鋼管の傾斜つば部の内周面とガスケット側面との間のすき間に充填される。

本発明に係るフランジ式管継手では、内側の円環フィンが両ステンレス鋼管の通過流体と一部接触することがあっても、台形断面の硬質ガスケットによってＯリングおよび外側の円環フィンは通過流体と直接接触しないので、該Ｏリングの経時劣化の進行は遅くなる。一方、ステンレス鋼管内部が負圧化した場合でも、硬質ガスケットは変形せず、Ｏリングおよび円環フィンとで漏水事故が発生することを防ぐ。本発明のフランジ式管継手は、ゴム製のＯリングの介在で小型または大型に拘わらず水漏れを起こすことが少なく、ゴム製のＯリングからのゴム成分の漏出および経時劣化を軽減化できる。

本発明に係るフランジ式管継手は、両ルーズフランジを締め付けた際に、Ｏリングおよび円環フィンが圧縮されることにより、ステンレス鋼管つば部の内周面とガスケット側面との間のすき間を解消し、ステンレス鋼管２のすき間腐食を防止する。本発明のフランジ式管継手は、ステンレス鋼管端部を傾斜状につば出し加工することにより、直角にフランジ加工する場合と比べて加工が容易であり、しかもつば部の内部応力が小さくなって耐久性を増す。

本発明に係るフランジ式管継手の部品配置状態を示す分解断面図である。 図１のフランジ式管継手を示す側面図である。 本発明で用いるルーズフランジの一例を示す正面図である。 本発明で用いるルーズフランジの変形例を示す正面図である。 本発明で用いるパッキン材を示す正面図である。 図５のパッキン材を切り欠いて示す断面図である。 図５のＡ−Ａ線に沿って切断したパッキン材の拡大横断面図である。 管継手を締め付けた際のＯリングの変形状態を示す断面図である。

本発明を図面によって説明すると、図２に示すフランジ式管継手１において、接続すべき金属鋼管は主にステンレス鋼管２，２であり、同一または異なる合金鋼管、鋳鉄管、鋳鋼管、炭素鋼鋼管または樹脂被覆鋼管なども使用可能である。１対のルーズフランジ３，３は、コストの点から鋳鉄、鋳鋼、合金鋼または炭素鋼製であると好ましく、ステンレス鋼も使用可能であり、鋳鉄や鋳鋼製などの場合は亜鉛めっきやプラスチックコーティングを施してもよい。

各ステンレス鋼管２の端部は、図１のように傾斜状につば出し加工して、外開き状のつば部５を形成する。つば部５の傾斜角度は４５〜７０度程度であり、従来のように直角（９０度）に加工する場合と比べて曲げ加工が容易であり、該つば部の内部応力が小さくなって耐久性を増すことになる。

ルーズフランジ３は、図３に例示するようなドーナツ形平面であり、円周方向に等間隔に３個（図３）、４個（図４）または５〜８個程度の貫通ボルト孔６を設ける。ルーズフランジ３は、図３に示すようなドーナツ形でも、図４に示すような２個の半割り型でもよい。ルーズフランジ３は、その輪郭を複数個のボルト孔６が存在する部分以外を凹まして小型軽量化すると好ましい。ボルト孔６は、角形（図３）、円形または異形断面（図４）のいずれでもよく、矩形ボルト孔６であると加工が容易であり、角根ボルト８（図２）を挿入すると取り付け時に回り止めできるので好ましい。

ルーズフランジ３の内側端面には、その内径つまり中心貫通孔９（図３）と同心状に円形凹み１０を設け、該凹みの外周壁はボルト孔６の周壁と離隔させる。円形凹み１０の内面は、図１や図８に示すように、軸心に向かって下降するように傾斜しており、その傾斜角度はつば部５のそれとほぼ等しい。両円形凹み１０，１０の傾斜内面は、通常同じ傾斜角度であるが、異なる傾斜角度にすることも可能である。円形凹み１０の直径は、鋼管端部のつば部５の外径やガスケット１４の外径とほぼ等しいかまたはそれらよりも多少大きくする。また、ルーズフランジの中心貫通孔９の直径は、通常、接続すべきステンレス鋼管２の外径よりも若干余裕を持たせる。

円環状のパッキン材１２（図５、図７）は、高耐候性の硬質プラスチックまたは金属製である硬質ガスケット１４と、該ガスケットの両傾斜側面１５に設けた環状溝１６に嵌入するＯリング１８，１８とで構成する。硬質ガスケット１４は、図１、図６や図７に示すように横断面が台形であり、該ガスケットの両傾斜側面１５をつば部５の傾斜度および円形凹み１０の傾斜内面と角度的に対応させる。ガスケット下周面の横幅は、フランジ３，３を締め付けた際に、図２のように両フランジの内側面が近接し、傾斜つば部５の内周面がガスケット側面１５と密接するような長さに定める（図８参照）。

硬質ガスケット１４に関して、該ガスケットの傾斜側面１５に設けた環状溝１６，１６は、通常、同一の断面形状であり、該環状溝の断面は矩形状や半円形であるのが一般的である。Ｏリング１８は、環状溝１６に嵌入するとその直径が該環状溝の高さより若干大きく、Ｏリング１８の上方部は傾斜側面１５から突出する。フランジ３，３を締め付けた際に、圧縮されたＯリング１８は環状溝１６内で広がり、該Ｏリングは環状溝１６に近似の断面形状になる（図８参照）

Ｏリング１８は、一般に円形や楕円形などの断面形状を有し、ステンレス鋼管２，２を接続する場合には、円環フィン２２付きの円形断面であると好ましい。Ｏリング１８は、弾性に富んだゴムまたはプラスチック製であり、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール樹脂などを用いる。

Ｏリング１８に関して、ステンレス鋼管２，２を接続する際には円環フィン２０を取り付け、通常の鋼管の場合には取り付けなくてもよい。Ｏリング１８と一体の円環フィン２０は、円形状の薄いシート体であり、その横断面においてＯリング１８の上方中心から斜め下方へ延びる。円環フィン２０は、Ｏリング１８を環状溝１６に嵌入した際にガスケット側面１５と離隔しており、フランジ３，３を締め付けた際に圧縮変形され、傾斜つば部５の内周面とガスケット側面１５との間のすき間に充填され、ステンレス鋼管２のすき間腐食を防止する。円環フィン２０の幅は、環状溝１６から内方のつば部５の傾斜内周面をほぼ被う間隔を有する。

一方、Ｏリング１８の断面中心の上方から、外側の円環フィン２２を内側の円環フィン２０と線対称に斜め下方へ設けてもよく、円環フィン２２はフィン２０と同様に円環状の薄いシート体である。円環フィン２０，２２は、ともに厚さが約１ｍｍ以下である。円環フィン２２は、Ｏリング１８を環状溝１６に嵌入した際にガスケット側面１５と離隔し、フランジ３，３を締め付けた際に傾斜つば部５の内周面とガスケット側面１５との間のすき間に充填される。円環フィン２２の幅は、環状溝１６から外方のつば部５の傾斜内周面をほぼ被う間隔を有する。円環フィン２０，２２は、Ｏリング１８と別体に成形し、あらかじめガスケット側周面１５またはつば部５の傾斜内周面に貼り付けてもよい。

図４に示すルーズフランジ２４は、ルーズフランジ３の代わりに使用でき、傾斜つば部５の成形後でもステンレス鋼管２に取り付け可能であり、ボルト孔２６は４個であってボルト孔３個のフランジ３と異なる。ルーズフランジ２４では、一方の半割り接合部２８において、半割りフランジ部３０，３０’を相欠き状に加工し、両相欠き部に貫通孔を同中心状に形成し、両貫通孔に皿頭ボルト３２を通し、ナット３４によって両方の半割りフランジ部３０，３０’を相互旋回可能に保持する。このルーズフランジにおいて、他方の半割り接合部４０は、図４のように蟻ほぞ部３６とほぞ凹み３８を形成しても、図示しないけれども、一方の相欠き部に突起部を設け且つ他方の相欠き部に凹みを形成しても、両相欠き部の貫通孔に皿頭ボルトを通してナットで締め付けてもよい。

図４のルーズフランジ２４では、一方の半割り接合部２８において、ボルト３２とナット３４によって両半割りフランジ部を相互旋回可能に保持する。この組み合わせ状態のまま工事現場へ運搬しても、半割りフランジ部３０，３０’とボルト−ナットを個別に工事現場へ運搬でき、工事現場において組み立てできる。ボルト３２とナット３４で保持した半割りフランジ部３０，３０’は自由に開閉でき、且つ相互に軸方向へも動かすことができる。したがって、両半割りフランジ部３０，３０’をステンレス鋼管２に嵌め、他方の半割り接合部４０において、ほぞ凹み３８を横方向から蟻ほぞ部３６に差し込んでから、ナット３４を締め付けて横方向の動きを抑制して一体化すればよい。

フランジ式管継手１では、通常、ステンレス鋼管２，２にルーズフランジ３をそれぞれ嵌合した後に、該ステンレス鋼管の端部を傾斜状につば出し加工する。このつば出し加工は、例えば、配管現場や管加工工場において、公知のつば出し加工機によってつば部５を直径方向の外方へ傾斜状に形成し、ついで該ステンレス鋼管の他方の端部も同様につば出し加工する。この後に、ステンレス鋼管２のつば部５の端面間にパッキン材１２を配置させ、ついで各角根ボルト８を矩形ボルト孔６に通してナット４２で両フランジ３，３を締め付けると、締め付け時に角根ボルト８が空回りすることがない。

フランジ式管継手１において、角根ボルト８とナット４２でルーズフランジ３，３を締め付けると、パッキン材１２において、台形断面の硬質ガスケット１４の環状溝１６に嵌入したＯリング１８，１８は適宜に圧縮され、該Ｏリングのフィン２０，２２も圧縮変形する。パッキン材１２は、ルーズフランジ３よりも相当に小径で小さくても、硬質ガスケット１４は管内が高圧化や負圧化しても変形せず、該ガスケットから漏水が発生することはない。管継手１において、ステンレス鋼管２はその端部を傾斜状につば出し加工するのでつば部５の加工が容易であり、該つば部の内部応力を減らすことができる。

フランジ３，３を締め付けた際に、Ｏリング１８の円環フィン２０，２２が適宜に圧縮変形される結果、傾斜つば部５の内周面とガスケット側面１５との間のすき間に充填され、このすき間を解消することにより、ステンレス鋼管２のすき間腐食を防止する。円環フィン２０は、ステンレス鋼管２，２の通過流体と一部接触することがあっても、Ｏリング１８および円環フィン２２は通過流体と接触しないので、該Ｏリングの経時劣化の進行は遅くなる。一方、ステンレス鋼管内部が負圧化した場合でも、硬質ガスケット１４は変形せず、Ｏリング１８とフィン２０とで漏水事故が発生することを防ぐ。

パッキン材１２では、図１に示すように、組み立て時に硬質ガスケット１４の傾斜両側面１５，１５が鋼管つば部５の傾斜内面と密接するので、該パッキン材をつば部５に嵌めるだけでほぼ正確に位置決めできる。このため、硬質ガスケット１４の一方の側面に両面接着テープや接着剤を塗布しておけば、配管の接続部が水平であっても、つば部５に嵌めて接着剤で仮固定すると容易に位置決めでき、多少の位置ズレがあってもフランジ３，３を締め付けの際に補整される。

次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。図１に示すフランジ式管継手１において、鋳鋼製のルーズフランジ３，３は、図３に示すように中心貫通孔９を有するほぼドーナツ形平面であり、該貫通孔の直径は６２．７ｍｍである。ルーズフランジ３には、直径７４．８ｍｍの円形凹み１０よりも外側に３個の矩形ボルト孔６を円周方向に等間隔に設ける。

ステンレス鋼管２，２は、呼び径５０Ａであり、その外径が６０．５ｍｍおよび内径が５８．１ｍｍである。ステンレス鋼管２，２は、同一のフェライト系ステンレス鋼製である。ステンレス鋼管２には、そのステンレス鋼管端部を傾斜状につば出し加工する前に、ルーズフランジ３を嵌合しておく。つば部５の傾斜角度は６５度であり、その外径は７０．１ｍｍである。ステンレス鋼管２を傾斜状につば出し加工するのでつば部５の加工が容易であり、該つば部の内部応力を減らすことができる。

ルーズフランジ３は厚さ９ｍｍであり、直径６２．７ｍｍの中心貫通孔９は接続すべきステンレス鋼管２の外径６０．５ｍｍよりも大きい。円形凹み１０の直径は７１．８ｍｍであり、ステンレス鋼管端部のつば部５の外径よりも半径で約１．７ｍｍ大きい。また、円形凹み１０の内面は、図２に示すように、軸心に向かって下降するように傾斜しており、外周面で深さが約３ｍｍであり、内方への傾斜角度は６５度である。

パッキン材１２において、硬質ガスケット１４は硬質エンジニアプラスチック製であり、台形横断面の傾斜側面１５，１５の角度は６５度である。硬質ガスケット１４は、上周幅５ｍｍおよび下周幅１２．９ｍｍであり、その外径６７．１ｍｍおよび内径５８．１ｍｍである。環状溝１６，１６は、幅３．７ｍｍ、深さ２ｍｍであり、該環状溝の上周端とガスケット外周縁とは３．１２ｍｍの間隔を有する。一方、環状溝１６に嵌入するＯリング１８は、所望の締め付け力を得るために弾性に富んだＥＰＤＭ製であり、円環フィン２０，２２を有するほぼ円形の断面を有する。

双方のステンレス鋼管２，２において、つば部５，５間にパッキン材１２を介在させ、ルーズフランジ３，３の端面を突き合わせる。この時に、つば部５，５およびパッキン材１２は、両ルーズフランジ３の円形凹み１０，１０内に収容される。ルーズフランジ３，３を位置合わせした後に、３本の丸頭根角ボルト８を矩形ボルト孔６に通し、ナット４２で締め付けて組み立てる。この際に、パッキン材１２において、硬質ガスケット１４の環状溝１６に嵌入したＯリング１８，１８は圧縮変形されてほぼ矩形断面になり、さらに該Ｏリングの円環フィン２０，２２も圧縮変形して充填されることにより、硬質ガスケット１４から漏水が発生することはない。

フランジ式管継手１では、圧縮されたＯリング１８の円環フィン２０，２２により、傾斜つば部５の内周面とガスケット側面１５との間のすき間を解消し、ステンレス鋼管２のすき間腐食を防止する。Ｏリング１８および円環フィン２２は通過流体と接触しないので、該Ｏリングの経時劣化の進行は遅くなる。一方、ステンレス鋼管内部が負圧化した場合でも、硬質ガスケット１４は変形せず、Ｏリング１８と円環フィン２０とで漏水事故が発生することを防ぐ。締付け用の根角ボルト８の本数は３本で十分であり、ルーズフランジ３は、３個の矩形ボルト孔６の個所を除いて外径を小さくすると、全体がコンパクトになって省スペース化を達成する。

１ フランジ式管継手
２，２ ステンレス鋼管
３ ルーズフランジ
５ つば部
６ ボルト孔
８ 角根ボルト８
９ 中心貫通孔
１０ 円形凹み
１２ パッキン材
１４ 硬質ガスケット
１８，１８ Ｏリング
２０，２２ 円環フィン

Claims (4)

1. 両金属鋼管の傾斜つば部端面間にパッキン材を介在させ、嵌合した両ルーズフランジをボルトで締め付ける管継手であって、各ルーズフランジの内側端面に傾斜内面の円形凹みを形成するとともに、前記パッキン材は、横断面が台形である円環状の硬質ガスケットと、該ガスケットの傾斜側面に設けた環状溝に嵌入するＯリングとで構成し、該ガスケットの傾斜側面は外開き状の傾斜つば部およびフランジ円形凹みの傾斜内面と角度的に対応するフランジ式管継手。
2. 両ステンレス鋼管の傾斜つば部端面間にパッキン材を介在させ、嵌合した両ルーズフランジをボルトで締め付ける管継手であって、各ルーズフランジの内側端面に傾斜内面の円形凹みを形成し、前記パッキン材は、横断面が台形である円環状の硬質ガスケットと、該ガスケットの傾斜側面に設けた環状溝に嵌入するＯリングと、該Ｏリングの周面に接して取り付けた円環フィンとで構成し、この円環フィンはフランジ締め付け時にガスケットの傾斜側面と傾斜つば部の内周面との間で圧縮変形され、傾斜つば部の内周面の個所のすき間に充填されるフランジ式管継手。
3. Ｏリングは円環フィン付きの円形断面を有し、該Ｏリングを矩形断面のガスケット環状溝に嵌入すると、フランジ締め付け時にＯリングがガスケット環状溝に対応して圧縮変形されるとともに、円環フィンがガスケットの傾斜側面と傾斜つば部の内周面との間に充填される請求項１または２記載の管継手。
4. Ｏリングの断面中心において、その上方から外側の円環フィンを内側の円環フィンと線対称に斜め下方へ設け、両ルーズフランジを締め付けた際に、両円環フィンが圧縮変形され、ステンレス鋼管の傾斜つば部の内周面とガスケット側面との間のすき間に充填される請求項１または２記載の管継手。

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