JP5845020B2

JP5845020B2 - 管継手

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Publication number: JP5845020B2
Application number: JP2011167206A
Authority: JP
Inventors: 山田　哲也; 哲也山田
Original assignee: Ihara Science Corp
Current assignee: Ihara Science Corp
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: JP2013029185A

Description

本発明は、管状で内部に流体流路を有する第１継手部材と第２継手部材とを同軸上で連結する管継手に関する。

管状で内部に流体流路を有する第１継手部材と第２継手部材とを同軸上で連結する管継手として、特許文献１に記載の管継手が知られている。
これは、一対の管状継手部材と、この一対の管状継手部材の対向端面に一体形成され対向面に環状突起を有する鍔部と、この鍔部間に介在された円環状のガスケットと、外面に雄ねじが形成されるとともに軸中心に一方の管状継手部材を挿通させる孔を有する中空ボルトと、内面に中空ボルトの雄ねじに螺合される雌ねじが形成されるとともに底壁に他方の管状継手部材を挿通させる孔を有する袋ナットとを備える構成である。

このような構成において、袋ナットを中空ボルトの雄ねじに対して締め付けていくと、一対の管状継手部材に設けられた鍔部が互いに接近する方向へ引き寄せられる。すると、鍔部の対向面に設けられた環状突起でガスケットの両面が締め付けられるから、一対の管状継手部材を流体密状態で連結することができる。

しかし、このものは、一対の管状継手部材のほかに、ガスケットを用いているため、次のような問題がある。
（ａ）ガスケットは使い捨てのため、ランニングコストおよびイニシャルコストが掛かる。
（ｂ）ガスケットの組み立て分解に伴う工数が掛かるため、施工性が劣る。
（ｃ）締め付け時において、ガスケットが潰されるため、パーティクルが発生しやすい。

そこで、ガスケットを用いない管継手として、特許文献２に記載の管継手が知られている。
これは、連結される管の端部にそれぞれ形成されたフランジ部と、この一方のフランジ部の対向面に形成された円環状の溝と、他方のフランジ部の対向面に突出して形成され外周面が円錐状のテーパ面を有する円環状の突起部と、この突起部が溝に挿入された状態においてフランジ部を互いに接近する方向へ締め付ける圧着手段とを備え、圧着手段によってフランジ部を互いに接近する方向へ締め付けたとき、テーパ面と溝の角縁とを円周上で圧着し、管の端部を密封する構造である。

実開昭６１−４７１７４号公報特許第４１５７４９３号公報

ところが、特許文献２記載の管継手の場合、圧着手段によってフランジ部を互いに接近する方向へ締め付けたとき、テーパ面と溝の角縁とを円周上で圧着し、管の端部を密封する構造であるため、メンテナンス時などにおいてこれらを分解したとき、テーパ面に溝の角縁が圧着された圧痕が生じやすい。すると、再組み立て時において、テーパ面に形成された圧痕に対して溝の角縁が再び位置するとは限らず、その結果、密封性が損なわれる。

本発明の目的は、このような従来の課題を解消し、ガスケットを用いることなく、長期に渡って密封性を確保できる管継手を提供することにある。

本発明の管継手は、第１継手部材と、第２継手部材と、これら第１継手部材および第２継手部材を連結する連結手段とを有する管継手において、前記第１継手部材は、管状で内部に流体流路を有する第１管本体と、この第１管本体の連結される端部に該第１管本体と同軸状に形成された円盤状の第１フランジ部と、この第１フランジ部の先端面から該第１フランジ部と同軸状でかつ第１管本体の軸線方向へ向かって突出形成された円環状の係合突起部と有し、前記第２継手部材は、管状で内部に流体流路を有する第２管本体と、この第２管本体の連結される端部に該第２管本体と同軸状に形成された円盤状の第２フランジ部と、この第２フランジ部の先端面に該第２フランジ部と同軸状に凹設されかつ内周面が前記第２フランジ部の奥部へ向かうに従って次第に縮径し前記係合突起部が接触する係合テーパ面に形成された係合孔部とを有し、前記係合テーパ面に接触される前記係合突起部の先端環状部がアール面に形成されており、前記第１フランジ部の内部には、前記流体流路の内壁から前記第１フランジ部の先端面に向かって次第に拡径する第１内周テーパ面が形成され、前記第２フランジ部の内部には、前記流体流路の内壁から前記第２フランジ部の先端面に向かって次第に拡径する第２内周テーパ面が形成され、前記第２内周テーパ面の先端側に前記係合テーパ面が形成されている、ことを特徴とする。

このような構成によれば、連結手段によって第１継手部材および第２継手部材を連結すると、係合突起部が係合孔部の係合テーパ面に接触される。このとき、係合突起部の先端環状部、つまり、係合孔部の係合テーパ面に接触される部分にはアール面に形成されているから、従来のように、テーパ面に圧痕が発生するのを軽減できる。よって、ガスケットを用いることなく、長期に渡って密封性を確保できる。
また、第１フランジ部および第２フランジ部の内部に、それぞれの流体流路の内壁から対向するフランジ部の先端面に向かって次第に拡径する内周テーパ面が形成されているから、流体流路を流れる流体は、例えば、第１フランジ部に形成された第１内周テーパ面に沿って第２フランジ部へ向かって流れた後、第２内周テーパ面から管内壁に流れるから、比較的抵抗が少ない状態を確保できる。
しかも、第１内周テーパ面および第２内周テーパ面によって形成されるデッドスペースも少ないから、流体流路内を流す流体を異なる種類の流体に変更する場合でも、流体流路内に残っている流体を短時間にパージすることができる。つまり、ガス置換性に優れている。

本発明の管継手において、前記係合突起部は、外周面が前記第１フランジ部の先端面から前記第２フランジ部の先端面に向かうに従って次第に縮径する外周テーパ面を有するとともに、この外周テーパ面と前記係合突起部の先端面とが交差する角部に前記アール面が形成され、前記外周テーパ面のテーパ角よりも、前記係合テーパ面のテーパ角が大きく形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、係合突起部の外周面が第１フランジ部の端面から第２フランジ部の先端面に向かうに従って次第に縮径する外周テーパ面に形成され、この外周テーパ面と係合突起部の先端面とが交差する角部にアール面が形成されているから、係合テーパ面と接するアール面の接触面積を大きく確保できる。従って、圧痕の発生をより軽減できる。
また、外周テーパ面のテーパ角よりも、係合テーパ面のテーパ角が大きく形成されているから、係合突起部のアール面が係合テーパ面に沿って案内されながら奥へ侵入していくため、係合突起部のアール面を係合テーパ面に確実に係合させることができる。その際、係合突起部の外観形状は円錐形になるから、連結力にも十分耐えうる構造にでき、係合突起部が変形するなどの問題も生じるのを防げる。

本発明の管継手において、前記アール面は、半径が０．８ｍｍ〜２ｍｍに形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、係合テーパ面と接するアール面の半径が０．８ｍｍ〜２ｍｍに形成されているから、圧痕の発生を軽減できる。

本発明の管継手において、前記第１内周テーパ面および第２内周テーパ面のテーパ角は、３０°以下に形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、第１内周テーパ面および第２内周テーパ面のテーパ角は、３０°以下に形成されているから、管内壁内を流れる流体をより抵抗が少ない状態に維持できる。

本発明に係る管継手の実施形態を示す断面図。同上実施形態の一部拡大断面図。同上実施形態の一部拡大部分の寸法を表示した拡大図。同上実施形態の管継手とガスケットタイプの管継手を用いたガス置換試験の結果を示す図。

本実施形態は、半導体製造装置などに用いられる流体の配管に適用される管継手の例である。
＜管継手の構造＞
本実施形態の管継手は、図１に示すように、第１継手部材１０と、第２継手部材２０と、これら第１継手部材１０および第２継手部材２０を同軸上でかつ密封状態で連結する連結手段３０とから構成されている。

第１継手部材１０は、管状で内部に流体流路を有する第１管本体１１と、この第１管本体１１の連結される端部に一体的に形成された円盤状の第１フランジ部１２と、この第１フランジ部１２の先端面から突出形成された円環状の係合突起部１３と有する。
第１管本体１１は、薄肉管状部１１Ａと、この薄肉管状部１１Ａと同軸状に形成され薄肉管状部１１Ａの肉厚より厚い厚肉管状部１１Ｂとを有する。
第１フランジ部１２は、厚肉管状部１１Ｂの先端にこれと同軸状でかつ円盤状に形成されている。

係合突起部１３は、図２に示すように、外周面が第１フランジ部１２の先端面から第１フランジ部１２と同軸状でかつ第１管本体１１の軸線方向へ向かうに従って（図２中右方向に向かうに従って）次第に縮径する外周テーパ面１３Ａを有する円錐形状に形成されている。
また、外周テーパ面１３Ａと係合突起部１３の先端面１３Ｂとが交差する角部にはアール面１３Ｃが形成されている。アール面１３Ｃは、半径が０．８ｍｍに形成されている。
さらに、第１フランジ部１２の内部には、流体流路の内壁から第１フランジ部１２の先端面、具体的には係合突起部１３の先端面１３Ｂに向かって次第に拡径する第１内周テーパ面１３Ｄが形成されている。

第２継手部材２０は、管状で内部に流体流路を有する第２管本体２１と、この第２管本体２１の連結される端部に一体的に形成された円盤状の第２フランジ部２２と、この第２フランジ部２２の先端面に形成された係合孔部２３とを有する。
第２管本体２１は、薄肉管状部２１Ａと、この薄肉管状部２１Ａと同軸状に形成され薄肉管状部２１Ａの肉厚より厚い厚肉管状部２１Ｂとを有する。
第２フランジ部２２は、厚肉管状部２１Ｂの先端にこれと同軸状でかつ円盤状に形成されている。

係合孔部２３は、図２に示すように、第２フランジ部２２の先端面から第２フランジ部２２と同軸状に凹設され、内周面が第２フランジ部２２の奥部へ向かうに従って次第に縮径し係合突起部１３が接触する係合テーパ面２３Ａを有している。
さらに、この係合孔部２３と第２管本体２１の内壁との間には、第２管本体２１の内壁から第２フランジ部２２の先端面、具体的には係合テーパ面２３Ａに向かって次第に拡径する第２内周テーパ面２３Ｄが形成されている。

連結手段３０は、第１フランジ部１２と第２フランジ部２２とを互いに接近する方向へ締め付けて係合突起部１３を係合孔部２３に接触させるもので、第１管本体１１の外周の挿入されたスリーブボルト３１と、第２管本体２１の外周に装着されスリーブボルト３１に螺合される袋ナット３２とから構成されている。
スリーブボルト３１は、内径寸法が厚肉管状部１１Ｂの外周に嵌合可能な大きさを有する筒状で、一端外周に雄ねじ部３１Ａが形成されている。また、他端外周には六角部３１Ｂが形成されている。
袋ナット３２は、内径寸法が第１フランジ部１２および第２フランジ部２２の外径寸法よりも大きい筒状で、一端に厚肉管状部２１Ｂの外周に嵌合可能な大きさの挿通孔３２Ｃが形成されているとともに、内周面に雄ねじ部３１Ａに螺合される雌ねじ部３２Ａが形成されている。また、他端外周には六角部３２Ｂが形成されている。

＜施工方法の説明＞
（ａ）第１継手部材１０の第１管本体１１の外周にスリーブボルト３１を挿入するとともに、第１管本体１１の他端に配管を溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）する。また、第２継手部材２０の第２管本体２１の外周に袋ナット３２を挿入したのち、第２管本体２１の他端に配管を溶接（例えば、ＴＩＧ溶接）する。
（ｂ）スリーブボルト３１の雄ねじ部３１Ａに袋ナット３２の雌ねじ部３２Ａを螺合し、係合突起部１３が係合孔部２３の係合テーパ面２３Ａに突き当たるまで手で締め付ける。
（ｃ）この位置で、スリーブボルト３１の六角部３１Ｂと袋ナット３２の六角部３２Ｂに合いマークを付す。
（ｄ）トルクレンチで袋ナット３２をスリーブボルト３１に対して規定の締付トルクまで締め付ける。
これにより、第１継手部材１０と第２継手部材２０とが連結される。なお、再締め付け時の際も（ａ）〜（ｄ）の手順で締め付け操作を行う。

＜係合突起部と係合テーパ面との具体的寸法（図３参照）＞
第１継手部材１０と第２継手部材２０とが連結されていくと、係合突起部１３が係合孔部２３の係合テーパ面２３Ａに接触される。このとき、図３に示すように、係合突起部１３の外周テーパ面１３Ａのテーパ角θ１が３０°、係合テーパ面２３Ａのテーパ角θ２が４５°に形成されているから、つまり、外周テーパ面１３Ａのテーパ角θ１よりも、係合テーパ面２３Ａのテーパ角θ２が大きく形成されているから、係合突起部１３のアール面１３Ｃが係合テーパ面２３Ａに沿って案内されながら奥へ侵入していく。そのため、係合突起部１３のアール面１３Ｃを係合テーパ面２３Ａに確実に係合させることができる。
なお、係合突起部１３の外観形状は円錐形であるから、連結力にも十分耐えうる構造にでき、係合突起部１３が変形するなどの問題も生じるのを防げる。

また、係合突起部１３の先端環状部、つまり、係合孔部２３の係合テーパ面２３Ａに接触される部分がアール面１３Ｃに形成され、このアール面１３Ｃの半径ｒが０．８ｍｍに形成されている。
従って、従来のように、テーパ面と溝の角縁とを円周上で圧着して封止する管継手に比べ、圧痕の発生を軽減できる。そのため、ガスケットを用いることなく、長期に渡って密封性を確保できる。

組み立て状態において、第１継手部材１０と第２継手部材２０との管内を流れる流体は、例えば、第１フランジ部１２に形成された第１内周テーパ面１３Ｄに沿って第２フランジ部２２へ向かって流れた後、第２内周テーパ面２３Ｄから第２継手部材２０の管内壁に流れる。このとき、第１内周テーパ面１３Ｄおよび第２内周テーパ面２３Ｄのテーパ角θ３，θ４が１５°に形成されているから、比較的抵抗が少ない状態を確保できる。

しかも、第１内周テーパ面１３Ｄおよび第２内周テーパ面２３Ｄの軸方向長さＬ１，Ｌ２は約２ｍｍ前後、その間の寸法Ｌ３は約０．６ｍｍに形成されているから、管内壁から外側において、第１内周テーパ面１３Ｄおよび第２内周テーパ面２３Ｄによって形成されるデッドスペースも少ないから、管内を流す流体を異なる種類の流体に変更する場合でも、管内に残っている流体を短時間にパージすることができる。
例えば、図４は、本実施形態の管継手と、特許文献１記載の構造の管継手（ガスケットタイプ）とを用いて、ガス置換試験を行った結果を示す。この試験結果からも分かるように、本実施形態の管継手の方がガス置換性に優れていることが分かる。

＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態において、係合突起部１３の先端環状部、つまり、係合孔部２３の係合テーパ面２３Ａに接触されるアール面１３Ｃの半径ｒを０．８ｍｍとしたが、これ以上の寸法であってもよい。例えば、０．８ｍｍ〜２ｍｍ程度であってもよい。アール面１３Ｃの半径ｒを大きくすれば、係合孔部２３の係合テーパ面２３Ａに接触される面積も大きくなるため、圧痕の発生をより軽減できる。

前記実施形態において、係合突起部１３の外周テーパ面１３Ａのテーパ角θ１が３０°であったが、これに限られない。例えば、４５°〜７５°の範囲であっても、密封性を確保できる。
また、係合テーパ面２３Ａのテーパ角θ２についても、前記実施形態では４５°であったが、係合突起部１３の外周テーパ面１３Ａのテーパ角θ１との関係で決定すればよい。要は、外周テーパ面１３Ａのテーパ角θ１よりも、係合テーパ面２３Ａのテーパ角θ２が大きく形成されていればよい。

前記実施形態において、第１内周テーパ面１３Ｄおよび第２内周テーパ面２３Ｄのテーパ角θ３，θ４が１５°に形成されていたが、これに限られない。例えば、第１内周テーパ面１３Ｄおよび第２内周テーパ面２３Ｄのテーパ角θ３，θ４を、０°〜３０°程度であってもよい。要は、流体のデッドスペースが少なくできれば、テーパ角θ３，θ４が１５°以上であってもよい。

前記実施形態では、スリーブボルト３１および袋ナット３２から連結手段３０を構成したが、連結手段３０の構成としては、他の構成であってもよい。
例えば、内周面に第１フランジ部１２および第２フランジ部２２の外周に嵌合する環状溝を有する一対の半円環状バンドの一端同士を回動可能に連結し、他端をボルトなどによって接近する方向へ締め付けて、第１フランジ部１２および第２フランジ部２２を互いに接近させる構造であってもよい。あるいは、第１フランジ部１２および第２フランジ部２２をボルト・ナットによって締め付ける構造であってもよい。

本発明は、管状で内部に流体流路を有する第１継手部材と第２継手部材とを同軸上で連結する管継手、例えば、半導体製造装置などに用いられる流体の配管継手に利用できる。

１０…第１継手部材、
１１…第１管本体、
１２…第１フランジ部、
１３…係合突起部、
１３Ａ…外周テーパ面、
１３Ｂ…先端面、
１３Ｃ…アール面、
１３Ｄ…第１内周テーパ面、
２０…第２継手部材、
２１…第２管本体、
２２…第２フランジ部、
２３…係合孔部、
２３Ａ…係合テーパ面、
２３Ｄ…第２内周テーパ面、
３０…連結手段、
θ１，θ２，θ３，θ４…テーパ角、
ｒ…半径。

Claims

第１継手部材と、第２継手部材と、これら第１継手部材および第２継手部材を連結する連結手段とを有する管継手において、
前記第１継手部材は、管状で内部に流体流路を有する第１管本体と、この第１管本体の連結される端部に該第１管本体と同軸状に形成された円盤状の第１フランジ部と、この第１フランジ部の先端面から該第１フランジ部と同軸状でかつ第１管本体の軸線方向へ向かって突出形成された円環状の係合突起部と有し、
前記第２継手部材は、管状で内部に流体流路を有する第２管本体と、この第２管本体の連結される端部に該第２管本体と同軸状に形成された円盤状の第２フランジ部と、この第２フランジ部の先端面に該第２フランジ部と同軸状に凹設されかつ内周面が前記第２フランジ部の奥部へ向かうに従って次第に縮径し前記係合突起部が接触する係合テーパ面に形成された係合孔部とを有し、
前記係合テーパ面に接触される前記係合突起部の先端環状部がアール面に形成されており、
前記第１フランジ部の内部には、前記流体流路の内壁から前記第１フランジ部の先端面に向かって次第に拡径する第１内周テーパ面が形成され、
前記第２フランジ部の内部には、前記流体流路の内壁から前記第２フランジ部の先端面に向かって次第に拡径する第２内周テーパ面が形成され、
前記第２内周テーパ面の先端側に前記係合テーパ面が形成されている、
ことを特徴とする管継手。
請求項１に記載の管継手において、
前記係合突起部は、外周面が前記第１フランジ部の先端面から前記第２フランジ部の先端面に向かうに従って次第に縮径する外周テーパ面を有するとともに、この外周テーパ面と前記係合突起部の先端面とが交差する角部に前記アール面が形成され、
前記外周テーパ面のテーパ角よりも、前記係合テーパ面のテーパ角が大きく形成されている、
ことを特徴とする管継手。
請求項１または請求項２に記載の管継手において、
前記アール面は、半径が０．８ｍｍ〜２ｍｍに形成されている、
ことを特徴とする管継手。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の管継手において、
前記第１内周テーパ面および第２内周テーパ面のテーパ角は、３０°以下に形成されている、
ことを特徴とする管継手。