JP5589022B2

JP5589022B2 - フランジ連結構造

Info

Publication number: JP5589022B2
Application number: JP2012108521A
Authority: JP
Inventors: 智史井上
Original assignee: Inoue Sudare Co Ltd
Current assignee: Inoue Sudare Co Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: JP2013234734A

Description

本発明は、フランジを有するパイプを相互に密封状に接続するためのフランジ連結構造に関する。

従来、フランジを有するパイプ相互を、そのフランジとフランジとを重ね合わせて、ボルトにて、又は、ボルトとナットにて、連結する構造は、古くから実施されている（例えば特許文献１参照）。

特許第３３９７２３２号公報

従来の上述したフランジ連結構造にあっては、外径が例えば 110mm以上の大径パイプを、高所作業する場合、又は、ビル内の狭小空間にて配管接続作業する場合、フランジの複数の貫孔にボルトを挿通し、かつ、ナット（又はボルト）をスパナやレンチ等にて回転しつつ螺着する作業が、危険であったり、又は、スパナやレンチ等の作業工具を差込めずに作業に手間取る等の問題があった。しかも、高所や狭小配管空間に於て、相互に接続するパイプのフランジとフランジとを相互に平行に接近させることが、（パイプとパイプの軸心が相互に微小角度をもって交叉して、）人力で困難な場合があり、配管作業に一層手間が掛って、作業能率が悪いという問題があった。

そこで、本発明は、端部に外鍔状第１フランジを有する第１パイプと、端部に外鍔状第２フランジを有する第２パイプとを、シール材を介在して相互に接続するためのフランジ連結構造に於て；上記第１フランジの外側面を押圧可能な円環状流体圧用ピストンと；上記第１パイプに外嵌状に遊嵌されて、上記ピストンを上記第１パイプの軸心方向に進退自在に収容するピストン空間部を有する第１リング体と；上記第２フランジの外側面に当接可能として、上記第２パイプに外嵌状に遊嵌される第２リング体と；上記ピストンの後退状態で、上記第１リング体と第２リング体を、分離連結自在に組立てる結合手段とを；具備し、上記ピストンの後退状態で上記第１パイプの軸心と上記第２パイプの軸心が交叉して非平行状態となった上記第１フランジと第２フランジを、上記ピストンを流体圧によって前進させることにより引寄せて、上記第１パイプの軸心と上記第２パイプの軸心を平行状態に修正して上記第１フランジと上記第２フランジを平行状態とするように構成し；上記第１リング体に、円環状の上記ピストン空間部よりもラジアル方向外側位置に於て、複数個のネジ孔がアキシャル方向に貫設され、該ネジ孔に、外部から作業工具にて螺進退自在としてネジ部材を螺着し、かつ、上記ピストンは、横断面略矩形状のピストン本体と、該ピストン本体の外端面と外周面の角部近傍から、ラジアル外方向へ突設されたネジ押圧力受持突部とを、一体に有し、上記受持突部に、螺進した上記ネジ部材の先端が押圧して、上記ピストンが上記第１フランジの外側面を押圧する状態を維持するように構成した。

また、上記ピストン空間部内へ流体を注入する逆止弁付き注入部を、上記第１リング体に付設した構成である。また、上記流体がグリースであって、上記逆止弁付き注入部がグリースニップルである。

本発明によれば、ピストンが前進することによって、ルースに組立てられた第１リング体の上記ピストンと、第２リング体が相互に接近して、第１フランジと第２フランジとを（シール材を介在しつつ）圧接し、接続できるので、配管作業（パイプとパイプの接続作業）が能率的に行うことができる。特に、大径パイプの軸心と軸心が相互に一致せず、微小角度をもって交叉していて、フランジとフランジとが非平行状態であった場合に、流体圧によって、自動的に平行状態に修正しつつ、フランジ相互を迅速かつ容易に連結・接続できる。また、高所作業や狭小空間内での作業であっても、従来のボルト（又は、ボルト・ナット結合）を、スパナやレンチ等にて人力で回転させる作業を省略して、圧力流体を注入するのみにて、容易，迅速，かつ，安全に、作業を行うことが可能となる。

本発明の実施の一形態を示す連結完了状態の断面図である。要部拡大断面図である。第１リング体を示す正面図である。図３のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。第２リング体を示す正面図である。図５のＢ−Ｏ−Ｂ断面図である。流体圧用ピストンの断面図である。相互に接続されるべきパイプの状態を示す要部断面図である。接続方法及び作用説明のための要部断面図である。接続方法及び作用説明のための要部断面図である。接続方法及び作用説明のための要部断面図である。接続方法及び作用説明のための要部断面図である。接続方法及び作用説明のための要部断面図である。本発明の参考例を示す簡略構成説明断面図である。参考例の流体圧用ピストンの断面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１〜図13に示した本発明の実施の一形態に於て、Ｐ₁ ，Ｐ₂ は、被接続パイプであって、ステンレス鋼，Ｃｕ管，Ａｌ管等の金属製であって、第１パイプＰ₁ には、その端部に外鍔状第１フランジ１が、塑性加工にて（一体ものとして）突設され、また、第２パイプＰ₂ には、その端部に外鍔状第２フランジ２が、塑性加工にて（一体ものとして）突設されている。

各フランジ１，２は、各パイプＰ₁ ，Ｐ₂ の軸心Ｌ₁ ，Ｌ₂ に直交面状（直角）に突設されている。いわゆるフレヤ管の一種である。また、本発明のフランジ連結構造は、外径寸法が 110mm以上の大径のパイプＰ₁ ，Ｐ₂ に適用するのが望ましい。
３はシール材であり、第１フランジ１の内側面と、第２フランジ２の内側面の間に、挾着して密封作用をなすガスケットの場合を示す。このシール材３を介在して、第１パイプＰ₁ と第２パイプＰ₂ が相互にフランジ１，２に於て接続（連結）される。
４は、第１フランジ１の外側面１Ａを押圧可能な円環状の流体圧用ピストンであり、第１パイプＰ₁ に外嵌状に遊嵌された第１リング体11に上記ピストン４は内蔵される。具体的には、第１リング体11は、上記ピストン４を、第１パイプＰ₁ の第１軸心Ｌ₁ に沿った軸心方向に進退自在として収容する円環状ピストン空間部５を有する。
12は、円環状の第２リング体であって、第２フランジ２の外側面２Ａに当接可能として、第２パイプＰ₂ に外嵌状に遊嵌される。

そして、図９〜図11に示したように、ピストン４がピストン空間部５内で後退位置にある状態―――後退状態―――で、第１リング体11と第２リング体12を、分離連結自在に組立可能なように、結合手段Ｗを、備えている。
この結合手段Ｗは、第１リング体11に於て、ラジアル内方向へ突設された複数の円弧状の係合内鍔片13と、第２リング体12からラジアル外方向へ突設された複数の円弧状の係合外鍔片14，14と、から構成される。

さらに詳しく説明すると、第１リング体11は、円環状ピストン空間部５を有する肉厚円環盤状本体ボディ11Ａと、この本体ボディ11Ａの外周縁から、第２パイプＰ₂ の存在するアキシャル方向に、第１フランジ１と第２フランジ２を越えて、延伸状に形成（延設）された円筒部11Ｂの先端縁から、ラジアル内方向に、（図例では）４個の係合内鍔片13，13，13，13が（アキシャル方向から見て）円弧状に形成されている（図３参照）。そして、第２リング体12は、図５と図６等に示すように、外周壁15とラジアル壁16と内周壁17とをもって、側外方へ開口状の凹周溝部18を形成した横断面コの字型の本体部19と、この本体部19の凹周溝部18内にラジアル方向の多数のリブ片部20によって、内周壁17と外周壁15とを連結して、扇型凹窪部21を多数個形成している。上記外周壁15からラジアル外方向に（図例では）４個の係合外鍔片14，14，14，14が（アキシャル方向から見て）円弧状に形成されている（図５参照）。しかも、外周壁15に於て、ラジアル壁16寄りに係合外鍔片14が配設される。

そして、図３に示すように、隣り合う係合内鍔部13，13の間に形成される嵌込用切欠円弧部22の周方向寸法Ｌ ₂₂に比較して、図５に示した係合外鍔片14の周方向寸法Ｌ₁₄を小さく設定している。つまり、Ｌ₁₄＜Ｌ₂₂に設定して、これによって、第２リング体12を第１リング体11にアキシャル方向から接近させてゆくと、係合外鍔片14が切欠円弧部22へ嵌込まれて通過し、約45°の回転にて、外鍔片14が内鍔片13に係合可能に構成されている。
なお、外鍔片14と内鍔片13の各個数は、２個（又は３個）として約90°（又は60°）の回転によって相互に係合するようにしても良い（図示省略）。あるいは、５個以上に設定しても良い場合もある。ところで、第２リング体12を上述の回転を行う際に、図５に示したようなリブ片20と凹窪部21が形成されていることによって、作業者が指を掛けて、容易に回転トルクを与え得る利点がある。

そして、図１，図２，図12，図13（あるいは図14）に示すように、ピストン空間部５内へ、グリースや作動油等の流体を注入するための逆止弁６付きの注入部７を、第１リング体11に付設する。このような注入部７としては、図11，図12に示したグリースガン等のグリース注入具８によってピストン空間部５内へ（流体としての）グリースを注入するグリースニップル９を用いることも好ましい。

ところで、図３と図４等に示したように、グリースニップル９（注入部７）を取付けるためのネジ付き孔部24は、第１リング体11の本体ボディ11Ａのアキシャル方向外側面11Ｃに配設することが望ましい。その理由は、突出したグリースニップル９（注入部７）が第１リング体11の外周面に存在したと仮定すると、他の物体に干渉（衝突）しやすく、損傷を受けやすいが、図３，図４のように外側面11Ｃに存在することで、その危険性を低減できる。
また、第１リング体11には、円環状のピストン空間部５よりもラジアル方向外側位置に於て、複数個（図３では４個）のネジ孔25が貫設され、このネジ孔25に、外部から作業工具29（図13参照）にて螺進退自在としてネジ部材30を螺着している。

ネジ孔25へのネジ部材30の螺進によって、（後述する）図13と図１，図２のように、ピストン４が第１フランジ１の外側面１Ａを押圧した押圧位置に、維持する。即ち、長期間にわたって、ピストン空間部５内の圧力（ピストン４を押圧する圧力）Ｐ₄ を保持することが困難な場合もあることを予測して、代りに、ネジ部材30が機械的な外力をピストン４に付与して、第１・第２フランジ１，２を挾着状に固定保持する。
ピストン４は、図７に示すように、内シール溝31と外シール溝32を有するピストン本体４Ａと、横断面略矩形状の該ピストン本体４Ａの外端面と外周面の角部近傍から、ラジアル外方向へ突設されたネジ押圧力受持突部４Ｂとを、一体に有する。
この受持突部４Ｂに螺進したネジ部材30の先端が押圧して、ピストン４が第１フランジ１の外側面１Ａを強力に押圧する状態を維持する（図１，図２，図13参照）。
また、ピストン本体４Ａの内外シール溝31，32には、Ｏリング33，33を装着している。

また、図14は簡略図であって、図１のネジ部材30を図示省略し、さらに、第２リング体12を２点鎖線にて示す。そして、図14と図15に示す他の実施形態では、ピストン４の形状が、図１〜図13の場合とは異なっている。即ち、図７のシール溝31，32を簡略化して、横断面小矩形状切欠部31Ａ，32Ａを形成して、この切欠部31Ａ，32Ａに、Ｏリング33，33を嵌着して、ピストン４の加工の容易化を図っている。

本発明に係るフランジ連結構造の作用及び使用方法等について説明すると、図８に於て、第１フランジ１を有する第１パイプＰ₁ の軸心Ｌ₁ と、第２フランジ２を有する第２パイプＰ₂ の軸心Ｌ₂ とが、微小角度θを成している状況を示す。さらに、間隙Ｇも、第２フランジ２と、第１フランジ１側のシール材３との間に、存在している状況を示す。配管作業現場では、図８のような状況となることが多い。
なお、図８の右方向と左方向の図外には、予め第１リング体11と第２リング体12が外嵌（遊嵌）されており、図９に示すように、第１リング体11を矢印Ｃ方向にスライド（移動）させて、図10に示すように、第１・第２フランジ１，２をラジアル外方側から覆うようにすると共に、第２リング体12を矢印Ｅのようにスライド（移動）させて、図３〜図６に示した、第１リング体11の切欠円弧部22に、第２リング体12の係合外鍔片14を対応させつつ、外鍔片14を第１リング体11の内部へ押込んで、かつ、図11の矢印Ｆのように約45°回転させると、図11のように係合内鍔片13の内側面に係合外鍔片14の外側面が近接乃至当接する。このような係合状態となるためには、後退位置のピストン４のピストン本体４Ａの（第１フランジ１への）当接面と、第２リング体12の（第２フランジ２への）当接面とのアキシャル方向間隔寸法が、図９に示した第１・第２フランジ１，２の外側面の相互間距離Ｈよりも大であることが必要である。

その後、図11に示すように、グリースポンプ等のグリース注入具８を注入部７（グリースニップル９）に押付けて、図12に示す如く、矢印Ｊ方向にグリース（油）をピストン空間部５内に注入してゆく。これに伴って、ピストン４が前進し、ピストン４が矢印Ｋのように第１フランジ１を押圧すると同時に、その反力によって、第１リング体11は矢印Ｎ方向に移動しようとして、第２リング体12に矢印Ｑ方向の力を付与し、第２フランジ２を矢印Ｒのように押圧し、前記矢印Ｋと矢印Ｒによって、（図10，図11に示した）間隙Ｇを減少させて、図13に示すように、シール材３を介して第１・第２フランジ１，２が強力に圧接する挾着状態となる。図12から図13に於て、この挾着状態下でグリース注入具８を取外しても、逆止弁を内有したグリースニップル９（又は逆止弁付の他の注入部７）によって、ピストン４には高圧力Ｐ₄ が作用した押圧（挾持）状態が維持できる。この圧力Ｐ₄ としては、 100kg／cm² 〜 300kg／cm² が好適である。

その次に、図13に示したようにドライバ等の作業工具29にて、ネジ部材30を矢印Ｓのように螺進して、ネジ部材30の先端を、ピストン４の受持突部４Ｂに強く押圧する。ピストン４が高圧力Ｐ₄ をもって予め第１・第２フランジ１，２を圧接（挾持）状態に維持しているため、このネジ部材30の作業工具29による螺進は容易・迅速に行い得ると共に、ネジ部材30は細径の３本〜６本程度で、十分にその後の第１・第２フランジ１，２の挾持状態を長期間に渡って維持可能である。また、ネジ部材30が細径であることに伴って、第１リング体11の外径寸法が、従来の既述の特許文献１等の管継手の外径よりも、著しく減少できて、コンパクト化を図り得る。
なお、結合手段Ｗとしては、図１〜図14に示した構成が、コンパクトで、かつ、作業性も優れているが、これ以外に、第１リング体11と第２リング体12を組立てることが可能な螺合構造、クランプ構造等を用いても良い。また、シール材３は各種断面形状のガスケット、又は、パッキンとするも自由である。

ところで、本発明の参考例について述べると、ピストン４を（円環状ではなくて）短円柱型や短楕円柱型や円弧柱型等として複数個を配設し、さらに、複数個の横断面円形や楕円形や円弧形等としたピストン空間部５を、第１リング体11に、円周等分配（等ピッチ）で配設する（図示省略）。そして、全てのピストン空間部５を周方向に連通連結する（細い）流路を形成して、（１個の）共通の逆止弁付き注入部７―――グリースニップル９―――によって、流体（グリース）を全てのピストン空間部５へ送るようにすることが望ましい。さらに、第１フランジ１の外側面と、全てのピストン４との間に、円環平板材を介在させるのが望ましい。このように、第１パイプＰ₁ と軸心方向と平行な方向に各ピストン４は進退作動する。
また、複数のピストン空間部５が周方向に所定ピッチにて配設される構成であるので、隣り合うピストン空間部５，５の間に、ネジ孔25（ネジ部材30）を、配設することが可能となって、第１リング体11の外径寸法を減少してコンパクト化を図り得る利点もある（図示省略）。

本発明は、以上述べたように、端部に外鍔状第１フランジ１を有する第１パイプＰ₁ と、端部に外鍔状第２フランジ２を有する第２パイプＰ₂ とを、シール材３を介在して相互に接続するためのフランジ連結構造に於て；上記第１フランジ１の外側面１Ａを押圧可能な円環状流体圧用ピストン４と；上記第１パイプＰ₁ に外嵌状に遊嵌されて、上記ピストン４を上記第１パイプＰ₁ の軸心方向に進退自在に収容するピストン空間部５を有する第１リング体11と；上記第２フランジ２の外側面２Ａに当接可能として、上記第２パイプＰ₂ に外嵌状に遊嵌される第２リング体12と；上記ピストン４の後退状態で、上記第１リング体11と第２リング体12を、分離連結自在に組立てる結合手段Ｗとを；具備した構成であるので、第１パイプＰ₁ の第１フランジ１と、第２パイプＰ₂ の第２フランジ２との間に、人力では相互に接近し難い間隙Ｇが平行に存在していたり、図８，図９等のように傾斜状に存在していたとしても、ルースに、第１リング体11と第２リング体12とを結合手段Ｗにて組立ててしまえば、その後は、グリースや作動油等の流体をピストン空間部５へ注入することで、ピストン４が前進して、強力な引寄せ力をもって第１・第２フランジ１，２を引寄せて、上記間隙Ｇを無くして、相互に圧着挾持できるので、配管作業が著しく容易かつ迅速に行うことが可能となり、特に、高所作業に於て、従来の手作業作業工具によるボルト又はボルト・ナット結合を、螺進するような面倒で危険な作業から解放される。このように、 110mmを越える大径パイプＰ₁ ，Ｐ₂ には、特に好適なフランジ連結構造であるといえる。

また、本発明は、端部に外鍔状第１フランジ１を有する第１パイプＰ₁ と、端部に外鍔状第２フランジ２を有する第２パイプＰ₂ とを、シール材３を介在して相互に接続するためのフランジ連結構造に於て；上記第１フランジ１の外側面１Ａを押圧可能な複数個の流体圧用ピストン４と；上記第１パイプＰ₁ に外嵌状に遊嵌されて、上記ピストン４を上記第１パイプＰ₁ の軸心方向と平行な方向に進退自在に収容するピストン空間部５を複数個有する第１リング体11と；上記第２フランジ２の外側面２Ａに当接可能として、上記第２パイプＰ₂ に外嵌状に遊嵌される第２リング体12と；上記ピストン４の後退状態で、上記第１リング体11と第２リング体12を、分離連結自在に組立てる結合手段Ｗとを；具備する構成であるので、第１パイプＰ₁ の第１フランジ１と、第２パイプＰ₂ の第２フランジ２との間に、人力では相互に接近し難い間隙Ｇが平行に存在していたり、図８，図９等のように傾斜状に存在していたとしても、ルースに、第１リング体11と第２リング体12とを結合手段Ｗにて組立ててしまえば、その後は、グリースや作動油等の流体をピストン空間部５へ注入することで、ピストン４が前進して、強力な引寄せ力をもって第１・第２フランジ１，２を引寄せて、上記間隙Ｇを無くして、相互に圧着挾持できるので、配管作業が著しく容易かつ迅速に行うことが可能となり、特に、高所作業に於て、従来の手作業作業工具によるボルト又はボルト・ナット結合を、螺進するような面倒で危険な作業から解放される。このように、 110mmを越える大径パイプＰ₁ ，Ｐ₂ には、特に好適なフランジ連結構造であるといえる。

さらに、本発明によれば、狭小空間に於ける配管接続作業も容易に能率的に行い得るという顕著な効果を奏する。即ち、従来のナットやボルトをスパナやレンチ等で螺着する場合には、スパナやレンチ等を差込めないような、又は、回転させることが至難である、狭小空間に於ても、ピストン４を流体圧力によって前進させるのみにて、第１・第２フランジ１，２相互を強力な圧接（挾着）状態に高能率で接続できる。また、本発明のフランジ構造は、外径寸法が小さく、コンパクトである。

また、上記流体がグリースであって、上記逆止弁付き注入部７がグリースニップル９であるので、グリースニップル９が損傷しても、（容易に入手可能な物品であるので）簡単に交換できて好都合であり、かつ、グリースを供給するためには、手動の簡易なグリースポンプによって、又は、駆動装置付のグリースポンプによって、簡単に注入できて、至便である。

また、外部から作業工具29にて螺進退自在なネジ部材30を、上記第１リング体11に付設し、上記ピストン４が上記第１フランジ１の外側面１Ａを押圧した押圧位置に維持するように構成したので、長期間後に、ピストン空間部５内の圧力が低下した場合にも、ネジ部材30が常にフランジ挾着状態を維持できる。
また、上記結合手段Ｗは；相互に対向した上記第１フランジ１と第２フランジ２を越えて上記第１リング体11に延伸状に形成された円筒部11Ｂの先端縁からラジアル内方向へ突設された複数の円弧状係合内鍔片13，13と；上記第２リング体12からラジアル外方向へ突設されて、90°以下の回転にて上記係合内鍔片13，13に係合する複数の円弧状係合外鍔片14，14と；から構成されているので、部品製作が容易かつ安価であり、構造も簡素で、手作業にて簡単に組立てることが可能なため、特に、高所作業や狭小空間での作業に好適である。

１第１フランジ
２第２フランジ
１Ａ，２Ａ外側面
３シール材
４ピストン
４Ａピストン本体
４Ｂネジ押圧力受持突部
５ピストン空間部
６逆止弁
７注入部
９グリースニップル
11 第１リング体
11Ｂ円筒部
12 第２リング体
13 係合内鍔部
14 係合外鍔部
25 ネジ孔
29 作業工具
30 ネジ部材
Ｐ₁ 第１パイプ
Ｐ₂ 第２パイプ
Ｗ結合手段

Claims

端部に外鍔状第１フランジ（１）を有する第１パイプ（Ｐ₁ ）と、端部に外鍔状第２フランジ（２）を有する第２パイプ（Ｐ₂ ）とを、シール材（３）を介在して相互に接続するためのフランジ連結構造に於て、
上記第１フランジ（１）の外側面（１Ａ）を押圧可能な円環状流体圧用ピストン（４）と、
上記第１パイプ（Ｐ₁ ）に外嵌状に遊嵌されて、上記ピストン（４）を上記第１パイプ（Ｐ₁ ）の軸心方向に進退自在に収容するピストン空間部（５）を有する第１リング体（11）と、
上記第２フランジ（２）の外側面（２Ａ）に当接可能として、上記第２パイプ（Ｐ₂ ）に外嵌状に遊嵌される第２リング体（12）と、
上記ピストン（４）の後退状態で、上記第１リング体（11）と第２リング体（12）を、分離連結自在に組立てる結合手段（Ｗ）とを、
具備し、上記ピストン（４）の後退状態で上記第１パイプ（Ｐ ₁ ）の軸心と上記第２パイプ（Ｐ ₂ ）の軸心が交叉して非平行状態となった上記第１フランジ（１）と第２フランジ（２）を、上記ピストン（４）を流体圧によって前進させることにより引寄せて、上記第１パイプ（Ｐ ₁ ）の軸心と上記第２パイプ（Ｐ ₂ ）の軸心を平行状態に修正して上記第１フランジ（１）と上記第２フランジ（２）を平行状態とするように構成し、
上記第１リング体（11）に、円環状の上記ピストン空間部（５）よりもラジアル方向外側位置に於て、複数個のネジ孔（25）がアキシャル方向に貫設され、該ネジ孔（25）に、外部から作業工具（29）にて螺進退自在としてネジ部材（30）を螺着し、かつ、上記ピストン（４）は、横断面略矩形状のピストン本体（４Ａ）と、該ピストン本体（４Ａ）の外端面と外周面の角部近傍から、ラジアル外方向へ突設されたネジ押圧力受持突部（４Ｂ）とを、一体に有し、上記受持突部（４Ｂ）に、螺進した上記ネジ部材（30）の先端が押圧して、上記ピストン（４）が上記第１フランジ（１）の外側面（１Ａ）を押圧する状態を維持するように構成したことを特徴とするフランジ連結構造。
上記ピストン空間部（５）内へ流体を注入する逆止弁付き注入部（７）を、上記第１リング体（11）に付設した請求項１記載のフランジ連結構造。
上記流体がグリースであって、上記逆止弁付き注入部（７）がグリースニップル（９）である請求項２記載のフランジ連結構造。