JP6026122B2 - シールワッシャ及び流体管フランジ部の締結方法 - Google Patents

Description

本発明は、水道管等を代表とする流体管のフランジ部に形成されたボルト孔を密封するためのシールワッシャ及び流体管フランジ部の締結方法に関する。

水道管等の流体管同士は、流体管の端部に設けられたフランジ部同士をナット及びボルト等の固着具を用いて締結することで接合されるのが通例である。

フランジ接合された流体管は、地震等の外力や老朽化によりフランジ部同士の間から流体（水）が漏出する場合がある。この流体漏出を未然に防止するため、又は、現に流体の漏出が発生している場合に漏出を止めるための一つの有効な手段として、例えば特許文献１には、フランジ部の径方向先端同士の間を密封すべく、フランジ部の径方向先端同士の間を閉塞する位置に巻き付けたパッキンをフランジ部に押圧した状態で固定するための配管補強金具が開示されている。

意匠登録第１３０５８２５号公報

上記に併せて、フランジ部に形成されたボルト孔からの流体漏出を防止するために、図７の部分断面図で示すように、ボルト２又はナット３の座面２０・３０とフランジ部４０との間にボルト孔４０ｓを密封するためのシールワッシャ１０１を介在する。シールワッシャ１０１は、フランジ部側となる端面にボルト孔４０ｓの周縁部位４０ｆと密接するためのシール面１１０ｆが設定され、弾性部材で形成され且つボルト２の軸部２１を挿通させる挿通孔１１０ｓを有する環状をなすシール部材１１０と、シール部材１１０よりも硬質の枠部材１１１とを有する。ボルト２及びナット３を締め付けると、枠部材１１１を介してシール部材１１０のシール面１１０ｆがフランジ部４０に押圧され、フランジ部４０のボルト孔の周縁部位４０ｆとシール面１１０ｆが密接して、ボルト孔４０ｓが密封される。

ところが、現場には、実際のボルト孔の径が製造誤差により規格径と若干異なる場合や、フランジ部同士が相対的に径方向にオフセットしている場合、フランジ面同士が平行ではなく若干の開き姿勢にある場合などの種々の環境があり、環境に応じてボルト孔とボルトの軸部との間の隙間の大きさが種々変わり得る。この隙間が、例えば図７に示すように、シール部材１１０の軸心ＣＬ１とボルト孔４０ｓの軸ＣＬ２とのズレを許容してしまう。仮に、同図に示すように、シール部材１１０のボルト孔４０ｓに対するオフセットが大きくなると、シール面１１０ｆがボルト孔周縁部位４０ｆから脱落したり、シール面１１０ｆによる密封が不十分になったりして、その部位から液体漏出を招来してしまうおそれがある。シール部材１１０（ボルトの軸部２１）とボルト孔４０ｓとが同軸になるように位置合わせしながら、ボルト２及びナット３を締め付けるのが望ましいが、現場においては難しい作業となる。特に、現に液体漏出が生じている場合には目視が難しいので困難を極める作業である。

一方、シール部材１１０の軸心ＣＬ１がボルト孔４０ｓの軸ＣＬ２に対して径方向のいずれかにオフセットしても、シール面１１０ｆがボルト孔周縁部位４０ｆから脱落することを防止するためには、シール部材１１０の外径を大きくしてシール面１１０ｆの面積を増大させることが一つの有効な手段として挙げられる。しかし、ボルト及びナットを締めるための工具代となるスペースを水道管４（流体管）の本体との間に確保しなければならず、シール部材の外径の上限にもおのずと限度がある。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、シールワッシャを大径化することなく、シール面がボルト孔周縁部位から脱落することを抑制可能なシールワッシャ及び流体管フランジ部の締結方法を提供することである。

本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち、本発明のシールワッシャは、ボルト又はナットの座面と前記ボルト及びナットにより締め付けられる流体管のフランジ部との間に介在し、前記フランジ部に形成されたボルト孔を密封するためのシールワッシャであって、前記フランジ部側となる端部に前記ボルト孔の周縁部位と密接するためのシール面が設定され、弾性部材で形成され且つ前記ボルトの軸部を挿通させる挿通孔を有する環状をなすシール部材と、前記シール部材よりも前記ボルト又はナットの座面側に配置され且つ前記シール部材よりも硬質の枠部材とを具備し、前記シール部材の前記挿通孔の周縁部には、外力が作用しない自然状態において前記シール面から軸方向に突出し、前記ボルト孔と前記ボルトの軸部との間の隙間に挿入可能なヒレ部が設けられていることを特徴とする。

このように、シール部材のうちボルト孔を挿通する挿通孔の周縁部には、外力が作用しない自然状態においてシール面から軸方向に突出し、ボルト孔とボルトの軸部との間の隙間に挿入可能なヒレ部が設けてあるので、ヒレ部をボルト孔に挿入すれば、シール部材のボルト孔に対する径方向移動がヒレ部によって或る程度規制されることになり、シール部材のシール面がフランジ部のボルト孔周縁部位から脱落することを抑制することが可能となる。

ボルト孔を均一に密封して安定性を向上させるためには、前記ヒレ部は、前記挿通孔の周縁部に沿って環状をなすと共に、先端から基端に向かうにつれて内周面との間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面を有することが好ましい。

このように構成すれば、ボルト及びナットを締め付けるのに伴って、ヒレ部がボルト孔の奥側へ向けて押圧される。ヒレ部は、先端から基端に向かうにつれて内周面との間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面を有するので、弾性反発力を蓄積する。このとき、ボルト孔の軸に対してシール部材の軸心が径方向一方にズレていると、ヒレ部のうち径方向一方側にある部位の方が他端側にある部位に比して圧縮される。この圧縮量の差に起因して、ボルト軸部の軸心をボルト孔の軸に一致させる方向に弾性反発力が作用し、シール部材とボルト孔の芯ズレが補正される。したがって、締着時にボルト孔とボルト軸部とが芯ズレようとしても、シール部材の弾性反発力によりシール部材とボルト孔の芯ズレが適切に補正されるので、ボルト孔を均一に密封でき、安定性を向上させることが可能となる。このような芯ズレ防止機能を発揮するので、特に、位置合わせしにくい漏出状態での作業時やボルト孔径に製造誤差が存在するとき、フランジ同士が相対的な位置ズレしている場合に好適となる。

また、締結後（施工後）においても、流体管へ荷重が作用してボルト軸部に曲げ荷重が作用したとしても、ヒレ部によりボルト軸部の軸をボルト孔の軸に一致させる方向に弾性反発力が作用するので、曲げ荷重による芯ズレを抑制又は防止することが可能となる。

本発明の流体管フランジ部の締結方法は、流体管のフランジ部に形成されたボルト孔にボルトを挿通し、前記ボルトの先端部にナットを取り付けて、前記ボルト及び前記ナットを締め付けて前記フランジ部を締結する流体管フランジ部の締結方法であって、前記フランジ部と前記ボルト又はナットの座面との間に、弾性部材で形成されたシール部材を有するシールワッシャを介在させるとともに、前記シール部材に突設されたヒレ部を前記ボルト孔と前記ボルトの軸部との間の隙間に挿入し、前記ボルト及びナットを締め付けて前記フランジ部を締結することを特徴とする。

このように、シールワッシャを構成するシール部材に突設されたヒレ部をボルト孔に挿入すれば、シール部材のボルト孔に対する径方向移動がヒレ部によって或る程度規制されることになるので、シール部材のシール面がフランジ部のボルト孔周縁部位から脱落することを抑制することが可能となる。

上記方法において、ボルト孔を均一に密封して安定性を向上させるためには、前記ヒレ部は、前記挿通孔の周縁部に沿って環状をなすと共に、先端から基端に向かうにつれて内周面との間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面を有することが好ましい。

上記方法において、ボルト及びナットを共通化して製造コストを低減させるためには、前記ボルト又はナットの座面と前記シールワッシャとの間にスペーサを介在させていることが好ましい。このようにスペーサを用いることで、厚みの異なる種々のフランジ部に対して共通のボルト及びナットを利用でき、部品共通化により製造コストを低減させることが可能となる。

ボルト及びナットによりフランジ接合された水道管を模式的に示す斜視図。 図１のＡ−Ａ部位の部分断面図。 本発明のシールワッシャを示す図。（ａ）シールワッシャをフランジ部側から視た正面図。（ｂ）シールワッシャの軸心を通る断面図。 シールワッシャの軸心がボルト孔の軸に対してズレた状態を模式的に示す部分断面図。 配管補強金具の取付作業を模式的に示す斜視図。 配管補強金具の取付作業を模式的に示す斜視図。 従来のシールワッシャを用いた接合部分を模式的に示す部分断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、シールワッシャ１は、水道管４（流体管の一例）の端部に設けられたフランジ部同士４０・４０をボルト２及びナットを用いて締結することで水道管同士４・４を接合する際に用いられるもので、具体的には、図２に示すように、ボルト２又はナット３の座面２０・３０とボルト２及びナット３により締め付けられる水道管４のフランジ部４０との間に介在し、フランジ部４０に形成されたボルト孔４０ｓを密封するために使用される。なお、図２は、図１におけるＡ−Ａ部位の部分断面図である。

シールワッシャ１は、図２及び図３に示すように、ゴム等の弾性部材で形成され且つボルト２の軸部２１を挿通させる挿通孔１０ｓを有する環状をなすシール部材１０と、シール部材１０よりもボルト２又はナット３の座面２０・３０側に配置される枠部材１１とを有する。なお、図３（ａ）は、シールワッシャ１をフランジ部側から視た正面図であり、図３（ｂ）は、シールワッシャ１の軸心ＣＬ１を通る断面図である。

シール部材１０は、フランジ部側となる端部にボルト孔周縁部位４０ｆと密接するためのシール面１０ｆが設定されており、シール面１０ｆは軸心ＣＬ１に直交する平坦面をなしている。シール部材１０に形成された挿通孔１０ｓは、ボルト２の軸部２１との間を密封するためにボルト２の軸部２１の外径にほぼ一致する径に設定されている。

シール部材１０の挿通孔１０ｓの周縁部には、外力が作用しない自然状態においてシール面１０ｆから軸方向に突出するヒレ部１２が設けられている。ヒレ部１２は、少なくともその先端部がボルト孔４０ｓとボルト２の軸部２１との間の隙間に挿入可能な寸法に設定されている。ヒレ部１２は、挿通孔１０ｓの周縁部に沿って環状をなしており、先端から基端に向かうにつれて内周面１２ａとの間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面１２ｂを有する。ヒレ部１２は、軸心ＣＬ１を通る断面形状は周方向のいずれの部位でも同一になるように、軸心ＣＬ１回りの対称形状にされている。また、テーパ状の外周面１２ｂの径方向外側端とシール面１０ｆの径方向内側端とは円弧面で接続されており、テーパ状の外周面１２ｂとシール面１０ｆとの接続部位に応力が集中することを避けている。

本実施形態では、図３（ｂ）に例示するように、ボルトの軸部外径Ｄ_１をφ16mmとし、規格となるボルト孔径をφ19mmとした場合に、ヒレ部１２の先端部の外径Ｄ_２をφ17.5ｍｍ（＝ボルトの軸部外径＋1.5ｍｍ）とし、ヒレ部１２の基端部の外径Ｄ_３をφ19.5ｍｍ（＝ボルト孔径＋0.5mm）にしている。ヒレ部１２のシール面１０ｆからの突出距離Ｄ_４は、3mmである。このように、ヒレ部をボルト孔４０ｓとボルト軸部２１との間の隙間に挿入可能にするために、ヒレ部１２の先端部の外径をボルト孔径よりも小さく設定している。さらに、締結に伴いボルト孔４０ｓの周縁を密接するために、ヒレ部１２の基端部の外径をボルト孔４０ｓよりも大きく設定している。これにより、ボルト孔径が規格の値よりも小さい場合や大きい場合でも、ボルト・ナット締結時においてヒレ部１２がボルト孔に嵌入するため、締結に伴ってヒレ部１２が捻れることなく密封することが可能となる。

図２及び図３に示すように、枠部材１１は、シール部材１０よりも硬質な材料（例えば金属）で形成されており、例えば板金加工や鋳造により製造される。枠部材１１は、ボルト２の軸部２１を挿通するための孔１１ｓが形成された環状の底壁１１ａと、底壁１１ａの周縁から軸方向に起立する側壁１１ｂとを有し、底壁１１ａ及び側壁１１ｂとでシール部材１０の一部を収容する形状をなしている。側壁１１ｂの軸方向厚みは、シール部材１０の反フランジ部側端面からシール面１０ｆまでの厚みよりも薄く設定されており、これにより、枠部材１１（側壁１１ｂの先端）とフランジ部４０との間に間隙を設けて、シール部材１０を圧縮するための圧縮代を設定している。なお、使用時には、シール部材１０と枠部材１１とは接着剤で接着されることが好ましい。接着することで水圧により枠部材１１からシール部材１０が外れて破損するおそれを防止することが可能となる。

次に上記構成のシールワッシャ１を用いて、図２に示すように、水道管４のフランジ部４０に形成されたボルト孔４０ｓにボルト２を挿通し、ボルト２の先端部にナット３を取り付けて、ボルト２及びナット３を締め付けてフランジ部４０を締結する方法について説明する。ここでは、ボルト側とナット側とにそれぞれシールワッシャ１を配置するため、二つのシールワッシャを用いる例を示す。まず、ボルト孔に挿通された既存のボルトおよびナットを１本ずつ取り出し、フランジの座面を清掃する。その後、シールワッシャ１を介在させたボルト及びナットで接続する。

まず、第一のシールワッシャ１ａ（１）を挿通したボルト軸部２１をボルト孔４０ｓに通し、フランジ部４０とボルト２の座面２０との間に第一のシールワッシャ１ａを介在させた状態とする。このとき、シール部材１０に突設されたヒレ部１２をボルト孔４０ｓとボルトの軸部２１との間の隙間に挿入する。これにより、シール部材１０のボルト孔４０ｓに対する径方向移動がヒレ部１２によって或る程度規制されることになる。なお、ボルト２の座面２０と第一のシールワッシャ１ａとの間に、必要に応じてスペーサ５を介在させてもよい。

次に、ボルト軸部２１の先端に第二のシールワッシャ１ｂ（１）を挿通し、ボルト２の先端にナット３を取り付ける。このとき、シール部材１０に突設されたヒレ部１２をボルト孔４０ｓとボルト軸部２１との間の隙間に挿入する。これにより、シール部材１０のボルト孔４０ｓに対する径方向移動がヒレ部１２によって或る程度規制されることになる。なお、ナット３の座面３０と第二のシールワッシャ１ｂとの間に、必要に応じてスペーサ５を介在させてもよい。このようにスペーサ５を用いることで、厚みの異なる種々のフランジ部に対して共通のボルト及びナットを利用でき、部品共通化により製造コストを低減させることが可能となる。

そして、ボルト２及びナット３を締め付けてフランジ部４０を締結する。ボルト２及びナット３を締め付けるのに伴って、ヒレ部１２がボルト孔４０ｓの奥側へ向けて押圧され、若干弾性変形する。ヒレ部１２は、図３（ｂ）に示すように、先端から基端に向かうにつれて内周面１２ａとの間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面１２ｂを有するので、弾性変形に伴い弾性反発力を蓄積する。このとき、例えば図４に模式的に示すように、ボルト孔４０ｓの軸ＣＬ２に対してシール部材の軸心ＣＬ１が径方向一方側にズレていると、ヒレ部１２のうち径方向一方側の部位Ｐ１が径方向他方側の部位Ｐ２に比して多く圧縮される。この圧縮量の差に起因して、シール部材１０の軸心ＣＬ１をボルト孔４０ｓの軸ＣＬ２に一致させる方向に弾性反発力Ｆが作用し、シール部材１０とボルト孔４０ｓの芯ズレが補正される。

したがって、締結時にボルト孔４０ｓとシール部材１０（ボルト軸部２１）とが芯ズレしようとしても、ヒレ部１２によりシール部材１０とボルト孔４０ｓの芯ズレを無くす方向に弾性反発力Ｆが作用して、シール部材１０とボルト孔４０ｓの芯ズレが補正されるので、ボルト孔４０ｓを周方向に亘り均一に密封でき、安定性を向上させることが可能となる。特に、位置合わせし難い漏出状態での作業時やボルト孔の製造誤差が存在するとき、フランジ部同士が相対的に位置ズレしている場合に好適である。

また、締結後においても、水道管４（流体管）への荷重によりボルト軸部２１に曲げ荷重が作用したとしても、ヒレ部１２による芯ズレ補正機能により、曲げ荷重に起因するシール部材１０の芯ズレを抑制又は防止することが可能となる。

なお、予め、上記の手順でシールワッシャ付きのボルト・ナットに交換した後、意匠登録第１３０５８２５号公報に示す配管補強金具をフランジ部に取り付けることが好ましい。詳細な説明は省略するが、図５に示すように、ゴム板などのパッキン６１を接着剤にてリング状に接着してフランジ部４０の径方向先端部に配置し、図６に示すように、配管補強金具６０を構成する複数の分割片６０ａ・６０ｂ同士をボルト６２及びナット６３で締結する。フランジ部同士４０・４０の間から漏水が発生している場合は、複数のボルト孔のうち１箇所のボルト孔をシールワッシャ付きのボルト及びナットで締結せずに残しておき、そこから排水しながら配管補強金具６０を取り付けし、最後に残りのボルト孔にシールワッシャ付きのボルト及びナットで締め付けを行う。

ここで、上記配管補強金具を取り付け、上記ヒレ部の無いシール部材を有する従来のシールワッシャを用いた場合と、上記ヒレ部を設けたシール部材を有する本発明のシールワッシャを用いた場合とで漏水確認試験を行ったところ、ヒレ部を設けた場合の方がヒレ部の無い場合よりも１ＭＰａ程度耐圧を向上させることができた。上記比較は、ボルト及びナットの締め付けトルク等のその他条件を一致させてある。

また、一般的な水道圧にてボルト孔から漏水している状態において、本発明のシールワッシャを用いたところ、手締めで止水することができた。これは、ヒレ部によるシール部材の芯ズレ補正が適切に発揮されたためと考える。

本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。

例えば、本実施形態において、ヒレ部１２は、先端から基端に向かうにつれて径方向厚みが太くなるいわゆる先細り形状をなしているが、ボルト孔とボルト軸部との間に挿入することができ、シール部材のボルト孔に対する径方向移動を或る程度抑制することができるのであれば、径方向厚みが変わらない形状であってもよい。また、本実施形態では、ヒレ部１２の外周面１２ｂとシール面１０ｆとは円弧面で連続しているが、これ以外の形状でもよい。また、本実施形態では、ヒレ部１２によるボルト孔４０ｓへの引っかかり効果を的確に得るために、少なくとも5mm以上突出していることが好ましい。

本発明において、流体管は、水道管に限定されるものではなく、各種の液体や気体が流れる流体管であってよい。

１…シールワッシャ
１０…シール部材
１０ｆ…シール面
１０ｓ…挿通孔
１２…ヒレ部
１２ｂ…外周面
１２ａ…内周面
１１…枠部材
２…ボルト
２０…ボルトの座面
２１…ボルトの軸部
３…ナット
３０…ナットの座面
４…水道管（流体管）
４０…フランジ部
４０ｓ…ボルト孔
４０ｆ…ボルト孔の周縁部位
５…スペーサ

Claims (7)

1. 水道管のフランジ部を締め付けるボルト及びナットと、
   前記ボルト又はナットの座面と前記水道管のフランジ部との間に介在し、前記フランジ部に形成されたボルト孔を密封するためのシールワッシャと、を備え、
   前記シールワッシャは、前記フランジ部側となる端部に前記ボルト孔の周縁部位と密接するためのシール面が設定され、弾性部材で形成され且つ前記ボルトの軸部を挿通させる挿通孔を有する環状をなすシール部材と、前記シール部材よりも前記ボルト又はナットの座面側に配置され且つ前記シール部材よりも硬質の枠部材とを具備し、
   前記シール部材の前記挿通孔の周縁部には、外力が作用しない自然状態において前記シール面から軸方向に突出し、前記ボルト孔と前記ボルトの軸部との間の隙間に挿入可能なヒレ部が設けられ、前記ヒレ部の内周面全体が前記ボルトの軸部のうちネジ溝が形成されていない部位と密接している、水道管フランジ部の締結構造。
2. 前記ヒレ部は、前記挿通孔の周縁部に沿って環状をなすと共に、先端から基端に向かうにつれて内周面との間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面を有する請求項１に記載の水道管フランジ部の締結構造。
3. 前記テーパ状の外周面の径方向外側端と前記シール面の径方向内側端とは円弧面で接続されている請求項２に記載の水道管フランジ部の締結構造。
4. 水道管のフランジ部に形成されたボルト孔にボルトを挿通し、前記ボルトの先端部にナットを取り付けて、前記ボルト及び前記ナットを締め付けて前記フランジ部を締結する水道管フランジ部の締結方法であって、
   前記フランジ部側となる端部に前記ボルト孔の周縁部位と密接するためのシール面が設定され、弾性部材で形成され且つ前記ボルトの軸部を挿通させる挿通孔を有する環状をなすシール部材を有するシールワッシャを、前記フランジ部と前記ボルト又はナットの座面との間に介在させるとともに、前記シール部材に突設されたヒレ部の内周面全体を前記ボルトの軸部のうちネジ溝が形成されていない部位に密接させた状態で前記ヒレ部を前記ボルト孔に挿入し、前記ボルト及びナットを締め付けて前記フランジ部を締結することを特徴とする水道管フランジ部の締結方法。
5. 前記ヒレ部は、前記挿通孔の周縁部に沿って環状をなすと共に、先端から基端に向かうにつれて内周面との間の径方向厚みが太くなるテーパ状の外周面を有する請求項４に記載の水道管フランジ部の締結方法。
6. 前記テーパ状の外周面の径方向外側端と前記シール面の径方向内側端とは円弧面で接続されている請求項５に記載の水道管フランジ部の締結方法。
7. 前記ボルト又はナットの座面と前記シールワッシャとの間にスペーサを介在させている請求項４〜６のいずれかに記載の水道管フランジ部の締結方法。