WO2012096042A1 - 圧力配管の接続構造 - Google Patents

Abstract

　配管現場での溶接を要することなく、流体密性を確保して圧力配管を結合する。　円筒状のスリーブ１ａには、長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔ｈ１が設けられている。圧力配管Ｐ１、Ｐ２には、孔ｈ１の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔ｈ２が設けられている。インサート２ａは、対向した一対の環状面ｂ１、ｂ２を具備し、環状面ｂ１、ｂ２のそれぞれにＯリング３を収容する環状のリング溝ｂ１１、ｂ２１が形成されている。インサート２ａをスリーブ１ａに挿入した後、スリーブ１ａの内部中空に圧力配管ｐ１、Ｐ２を両側から挿入して、スリーブ１ａの複数の孔ｈ１にボルト４を挿入して、圧力配管Ｐ１、Ｐ２の螺子山に螺合する。

Description

圧力配管の接続構造

　本発明は、配管現場などにおいて溶接を必要とすることなく、圧力配管を結合させることを可能とした圧力配管の接続構造に関する。

　ＪＩＳ規格には、接続する圧力配管に応じて使用すべき継手の強度が規定されている。具体的には、継手の強度は、引張試験において、継手に接続される圧力配管の母材の方が切断されるような強度とすることを要求している。また、溶接による接続についても同様に圧力配管の母材の方が切断するような溶接強度を持たせるため、全周に渡って圧力配管に対して脚長を延ばすことが求められている。このような溶接作業には熟練を要し、作業を行える者には限りがある。

　溶接によらない結合手段として、接着剤やボルトなど手段がある。例えば特許文献１及び２にはボルトで管と管を結合するものが開示されている。これらの技術は、電線を収容する管の周面壁にその半径方向に沿って螺着されたボルトの締め付け力で管側を変形させて固定するものである。このようなボルトにより結合される管は、内部の電線を保護するものであり、内部の電線自体が圧力をもったり漏れたりするものではない。又特許文献３では、ボルトで棒同士を結合する技術が開示されているが、これも先の特許文献と同様に、ボルトの締め付け力で棒側を変形させて固定する。

実公昭５１－９６６７号公報 特開２００３－１８００１１号公報 特開２０１０－１８０９５７号公報

　溶接を用いずに、高圧の流体を案内する圧力配管を結合するには、強い引張強度や、内部流体に対するシール性を確保する必要がある。上記のボルトによる結合においては、ボルトの材質の強度、ボルト径、締め付け圧力を高めれば、結合強度が向上することは予測される。しかしながら、強度を向上させるためにどのような構成が良いか、また圧力配管内を流れる流体の扱いをどのようにシールするかについての課題が解決されていない。本発明は、ボルトを結合手段として利用した圧力配管の結合構造を提供することを目的とする。

　上記課題を達成するため本願発明では、圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管を結合する結合構造において、長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔を有し、内部の中空に前記圧力配管が挿入される円筒状のスリーブと、前記スリーブの複数の孔に挿入される複数のボルトとを有し、前記圧力配管は、前記孔の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔が設けられ、前記圧力配管が前記スリーブの内部中空に挿入されたときに、夫々の孔同士が連通し、前記ボルトは当該連通した孔に螺合されることを特徴とする。

　本発明の管継手によれば、引張強度が要求される圧力配管の配管工事において、溶接を用いずにボルトにより圧力配管の結合を行うことができる。

結合構造の試験試料を示す図である。 結合構造の他の試験試料を示す図である。 結合構造のさらに他の試験試料を示す図である。 第１の実施例に係る結合構造を示す図である。 第２の実施例に係る結合構造を示す図である。 第３の実施例に係る結合構造を示す図である。 第４の実施例に係る結合構造を示す図である。 第６の実施例に係る結合構造を示す図である。 第７の実施例に係る結合構造を示す図である。 第８の実施例に係る回り止めを使用した結合構造を示す図である。 第９の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１０の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１１の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１２の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１３の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１４の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１５の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１６の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１７の実施例に係る結合構造を示す図である。 第１８、１９の実施例に係る結合構造を示す図である。 第２０、２１の実施例に係る結合構造を示す図である。 第２２の実施例に係る結合構造を示す図である。

　圧力配管同士をボルトにより結合した結合構造の引張強度について検証する。先に示した特許文献では、螺着されたボルトの押圧力で生じた管の外周壁の変形で結合している。一方、圧配管設備においてはＪＩＳ規格により圧力配管に対する引張強度が決められており、これを満足する結合力を得るために、外周壁の変形では足りず圧力配管に孔を開けてボルトを差し込む形態とする。
　尚、圧力配管に孔を開けるということは、圧力配管自体がもつ破断強度が低下することであるが、本実施例では、結合強度が圧力配管の降伏荷重を超えることを目標とする。

　図１は試験のために用いた試料を説明する図である。図１に示す試料は円筒状のスリーブ１の両側から圧力配管ｐ１、ｐ２を差し込み、スリーブ１と圧力配管ｐ１、ｐ２とを連通したボルト孔ｈ１、ｈ２により同周上に９０度間隔をおいて４個のボルト４を螺合した試料である。図１Ｂは、図２のｘ－ｘ断面であり、ボルト孔ｈ１が９０度ごとにスリーブ１に穿孔されている状態を示し、図１Ｃはボルト４を螺合した状態を示し、図１Ｄはその断面図を示している。

　ボルト４を締め付けたとしても、スリーブ１の内壁と圧力配管ｐ１、ｐ２の外壁を、均一に密着できない。一方側のボルト４を締め付けて壁同士を密着させると１８０度反対側の壁同士は離れる方向に動くからである。したがって、本試料のような結合構造の場合、結合構造の引張強度を、ボルト４の締結による壁同士の摩擦力に期待することはできず、専らスリーブと圧力配管とが引張力によりずれることによるせん断力に対して、ボルトが耐える力に期待することになる。

　まず、図１の試料において、圧力配管ｐ１、ｐ２よりも強度の低いボルト４を、夫々に８本ずつ使用して、引張強度とボルト４の断面積の関係を検討する。使用した圧力配管ｐ１、ｐ２は、ＳＴＰＴ４１０（圧力配管用炭素鋼管）、ｓｃｈ１６０，２０Ａである。ボルト４は直径２．５ｍｍと４ｍｍの２種類を用いた。結果として、いずれの試験においてもボルト４が破断し、２．５ｍｍでは破断荷重は２０ＫＮ、４ｍｍでは破断荷重は５４ＫＮとなった。いずれの試験においても、ボルト４の単位断面積当たりの強度は、０．５４ＫＮ／ｍｍ^２～０．５１ＫＮ／ｍｍ^２であってほぼ一致し、ボルト４の断面積や本数に応じて、引張強度が求められることが確認できる。

　次に、図２の試料において、ボルト４は圧力配管ｐ１、ｐ２よりも高強度のものを使用した。使用した圧力配管ｐ１、ｐ２は、ＳＴＰＧ３７０（圧力配管用炭素鋼管）、ｓｃｈ８０，２０Ａである。この圧力配管ｐ１、ｐ２は、断面積が２８５ｍｍ^２であり、引張破断荷重が１０６ＫＮ（１０５，４５０＝３７０×２８５）以上であり、降伏荷重が６２ＫＮ以上である。この圧力配管ｐ１、ｐ２の同周内に直径１０ｍｍ、深さ３．９ｍｍの孔を４つ開けた場合、圧力配管ｐ１、ｐ２の周方向でみた断面積の減少分は、１５６ｍｍ^２（１０×３．９×４）となる。孔のない状態の引張強さ１０６ＫＮ以上から断面積が減少したことにより、圧力配管ｐ１、ｐ２の母材の引張破断荷重は、４８ＫＮ以上となり、降伏荷重を下回る可能性が予想される。

　この試料に対して引張試験を行った結果、ボルト孔ｈ１が開けられた周の位置において７８ＫＮで破断し、降伏荷重よりも大きな張力に対して耐えるものであることが分かった。一方、図２の試料の圧力配管ｐ１、ｐ２の断面積から計算により得た引張破断荷重よりも大きい値を有する理由の1つとして、使用した圧力配管ＳＴＰＧ３７０がそもそも、規格で定められた強度３７０Ｎ／ｍｍ^２よりも強いものであったと推測される。

　さらに、図３に示す試料は、圧力配管ｐ１、ｐ２の長さ方向に位置をずらして異なる周上に各１本ずつ９０度角度をずらして４本のボルトにて締結した試料である。尚、図中紙面手前になる孔は一点鎖線で示してある。図３Ｂは、スリーブ１の斜視図を示しており、圧力配管の長さ方向に位置をずらした周ａ１、ａ２、ａ３、ａ４に、夫々１つずつボルト孔が設けられている状態を示している。図中、２点破線は、孔ｈ１の中心位置を通る円周を示している。各周のずれ量とは、隣り合うボルト孔において、中心線ｃ方向で最も近い外径間の距離をいい、本試料ではずれ量ｔは、２ｍｍとした。ずれ量は、０（零）よりも大きくなければならない。図３Ｃは、ボルトを螺合した際の断面図である。使用したボルトは、直径１０ｍｍ、引張強度１０００Ｎ／ｍｍ^２である。

　この試料の場合、周における断面積の減少分は１つの孔により失われた３９ｍｍ^２であり、これが強度の減少分として、周ａ１、ａ２、ａ３、ａ４位置での圧力配管ｐ１、ｐ２の母材の引張荷重は９２ＫＮ以上になると予想される。この値は、降伏荷重６２ＫＮを上回る。一方、スリーブ1及びボルトが圧力配管ｐ１、ｐ２よりも十分に強度があるとすると、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２の後側の位置ａ５（図３Ａ）が引張力により破壊すると予想される。図３の各試料に対して引張試験を行った結果、１０９ＫＮで破断した。破断面は、孔から孔へ斜めに連続していた。一方、圧力配管ｐ１、ｐ２の周ａ１、ａ２、ａ３、ａ４の位置での破壊が見られなかった。

　同様に、ＳＴＰＴ４１０、ｓｃｈ１６０，２０Ａの圧力配管についても、図３の試料を作り試験をした。この圧力配管は、断面積が３７５ｍｍ^２であり、引張破断荷重が１５４ＫＮ（１５３，７５０＝４１０×３７５）以上であり、降伏荷重が９２ＫＮ以上である。予想される周ａ１、ａ２、ａ３、ａ４位置での圧力配管ｐ１、ｐ２の母材の引張荷重は、断面積から１３１ＫＮである。試験の結果では１３４ＫＮで破断した。破断面は、先の試験例と同様に孔から孔へ斜めに連続していた。ボルト孔は、全周にわたり等角度間隔に、かつ、中心線方向に互いに重なり合わないように配置している。ボルトへせん断力を均一化するためである。

　この結果、ボルトの単位面積当たりの引張破断荷重を高めれば少ない断面積、ボルト数で強度を持たせることができ、かつボルトにより失われる圧力配管の断面積を少なく出来るということがわかる。ここにおいて、ボルトの強度は、せん断強度が引張強度の６０％と予測されることから、使用される圧力配管の引張強さよりも１．６７倍（１／０．６）の強度であり、これに匹敵する強度を持つボルトを使用することが望ましい。

　なお、図３の試料において、圧力配管とスリーブの間に接着剤をさらに塗布したものについても試験をしたが、引張強度の向上は見られなかった。従って、接着剤の使用は、圧力配管内と外気のシール性をより向上させる点を期待することになる。

　また、スリーブの材質は、少なくとも接続する圧力配管と同じ、或いはより引張強度の高い材質、或いは圧力配管よりも引張破断荷重が大きくなる断面積を持つものを用いる。

　以上のように、圧力配管をボルトで接続した場合に、ボルトの引張せん断荷重、本数及び配置を適正化すれば、すくなくともボルト孔により断面積を減少した圧力配管の周ａ１～ａ４位置における破断は無く、圧力配管の降伏強度以上の引張破断荷重を発揮することを示した。
　具体的には、異なる周の位置に対してボルトを配置することとし、その際のボルトの本数、ボルトの単位面積当たりの強度は、圧力配管の降伏強度に対して以下のように決めると良い。

　Ｆ＜（Ｓ－Ｌ）×Ｎ１=ｎ×（ｒ／２）^２×π×Ｎ２×０．６・・・・式1
　尚、式1において、
単位面積当たりの圧力配管の引張破断強度　Ｎ１
単位面積当たりのボルトの引張破断強度　Ｎ２
ボルトの径　ｒ
管の断面積　Ｓ
ボルトの本数　ｎ
圧力配管の降伏荷重　Ｆ
同周におけるボルト孔により失われる断面積　L
０．６は、せん断力によるボルト強度の修正係数である。
　断面積Ｌについて、同周にボルト孔が複数ある場合は、その複数のボルト孔により失われた断面を合計した値となる。また、断面積Ｌは、周により失われる断面積が異なる場合、最も大きく失われた周の断面積となる。なお、同周に複数のボルト孔を穿孔すると圧力配管の強度を失わせるため、同周のボルトは１箇所が良い。このように決めることにより、圧力配管の断面積を減少したことによる当該周位置ａ１～ａ４での破断や、ボルト自体の破断を避けることができることになる。

　また、圧力流体を内部に流す配管の結合構造として、以下の構成を用いる。
　圧力配管へのボルト孔は、貫通孔とはしない。内部流体が、ボルト孔を介して外部に漏れるからである。また、シールする位置を圧力配管の端面において行うものとする。内部流体が接触する範囲を限定するためである。さらに、Ｏリングを用いる場合には、Ｏリングの溝は、圧力配管の端面に設けるのではなく、インサート側に設ける。圧力配管は配管現場で長さ調整のため切断されることが多く、圧力配管の肉厚内に現場でＯリング溝を刻むことが困難であるからである。
　以下、ボルトで得られる接続強度を利用して、圧力配管を接続する具体例について、図面を参照して詳細に説明する。

　第１の実施例に係る結合構造１００を図４に示す。結合構造１００は、スリーブ１ａ、インサート２ａ、Ｏリング３、及び、多数のボルト４からなっている。
　スリーブ１ａは直線状の円筒管であり、内周面にはインサート２ａが挿入されている。
　インサート２ａは、スリーブ１ａの中心線ｃ方向に環状面ｂ１、ｂ２を有しており、それぞれの環状面ｂ１、ｂ２に１つの環状のリング溝ｂ１１、ｂ２１が形成されている。Ｏリング３はリング溝ｂ１１、ｂ２１のそれぞれに嵌装されている。ボルト４は、図３の結合構造と同様に中心線ｃ方向に位置をずらした異なる周上に各１本ずつ９０度角度をずらして締結されている。圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は貫通していない。これは、内部の流体が螺子山を伝わって外部に漏れるのを防ぐためである。スリーブ１ａ側の孔ｈ１には螺子山が切られておらず、孔ｈ２のみが螺子山を有する。これに対応して、ボルト４も孔ｈ２に螺合する位置ｓのみ螺子山が切られており、ボルト４の頭部との間は螺子山が無い。これは、ボルトの強度を向上させるためである。また、インサート２ａに代えて、圧力配管ｐ１、ｐ２を流れる流体（液体、気体、低圧、高圧）に応じて様々なシール材をインサートとして用いることができる。シール材としては、気密性、水密性を持たせるために用い
るガスケットやパッキン等（図４Ｂ、２ｃ）を用いることが出来る。

　次に、結合構造１００による２本の圧力配管ｐ１、ｐ２を結合する要領を説明する。
　各圧力配管ｐ１、ｐ２の端部を、インサート２ａを挟んで、スリーブ１ａ内に押し込み、これらの圧力配管ｐ１、ｐ２を互いに押し付け、インサート２ａのＯリング３が圧縮された状態とする。圧縮時の圧力は、Ｏリング３の使用状態におけるプレストレスに相当する圧力である。

　この状態の下で、必要な複数の孔ｈ１の位置に対応する圧力配管ｐ１、ｐ２の位置をマーキングする。圧力配管ｐ１、ｐ２をスリーブ１ａから取り外し、マーキングした位置に孔ｈ２を設ける。孔ｈ２の深さは、圧力配管ｐ１、ｐ２の肉部を超えない程度の深さである。孔ｈ２に対して螺子加工を施す。

　次に、インサート２ａを挟んで、各圧力配管ｐ１、ｐ２をスリーブ１ａ内に押し込み、Ｏリング３のプレストレスに相当する圧力で押圧し、各圧力配管ｐ１、ｐ２とスリーブ１ａとの相対位置を、孔ｈ２をマーキングしたときの状態に戻す。この後、ボルト４をスリーブ１ａの孔ｈ１から螺入し締結する。また、スリーブ１ａ側の孔ｈ１に螺子山を切る場合においては、マーキングをせずに圧力配管ｐ１、ｐ２の双方から圧力を掛けた状態で孔ｈ１、ｈ２に同時に螺子山を刻み、孔ｈ１、ｈ２の箇所にねじ山を有するボルトを使用して締め付けた後、圧力を開放しても良い。
　尚、インサート２ａのリング溝ｂ１１、ｂ１２の深さをＯリング３に適切なシール圧力が付与されたときにちょうどリング溝ｂ１１、ｂ１２の中に沈み込む深さにしておけば、圧力配管ｐ１或いはｐ２の端面がインサート２ａの環状面ｂ１、ｂ２に突き当たるまでスリーブ１ａ、或いは１ｂに押し込むことにより、自然にＯリング３に適正な圧力が加えられるようになる。このように、予め、リング溝ｂ１１、ｂ１２の深さを決めておけば、最も押し込まれたときにおけるスリーブ１の孔ｈ１の位置が圧力配管ｐ１、ｐ２のどの位置に有るかは事前に分かるので、マーキングせずとも孔ｈ２の位置を特定し加工できる。

　これにより、Ｏリング３に適正なプレストレスがかけられた状態で、圧力配管ｐ１と圧力配管ｐ２が結合される。孔ｈ２を穿孔後、圧力配管ｐ１、ｐ２をスリーブ１ａに再度押し込む前に接着剤を圧力配管ｐ１、ｐ２の外周或いはスリーブ１ａの内周面に使用しても良い。接着剤を使用すると、流体密性能が向上する。インサート２ａはスリーブ１ａの内壁により管内での位置を規制されるため、圧力配管p1、ｐ２の端面の位置にＯリング３を位置付けることができる。圧力配管ｐ１、ｐ２は、孔ｈ２を穿孔した周囲を浸炭焼入れ法や高周波焼入れ法などにより焼き入れを行って単位面積当たりの引張強度を増加し、孔ｈ２を穿孔したことにより低下した圧力配管ｐ１、ｐ２の引張破壊荷重を増加させても良い。
　この第１の実施例では、圧力配管ｐ１、ｐ２やスリーブ１ａに鋼材を用いるが、他の金属材料としても差し支えない。以降、同様である。

　図５に第２の実施例の結合構造１０１を示す。結合構造１０１においては、スリーブ１ｂの長さ方向中央部には、内周側に突出した環状のネック部５が設けられている。ネック部5の両側面は、中心線ｃに対して垂直な面であり、圧力配管ｐ１、ｐ２と同じ厚さを有する。また、ネック部５の内周側の周面は、圧力配管ｐ１、ｐ２の内周と同じ径を有した曲面である。

　インサート２ａがＯリング３を取り付けた状態で、スリーブ１ｂの両側から挿入されており、ネック部５に当接している。ネック部５が設けられているため、全てのボルト４が破断した際においても、スリーブ１ｂが圧力配管ｐ１、ｐ２上を滑って突合せ箇所から脱落することが抑制される。
　次に、結合構造１０１による、２本の圧力配管ｐ１、ｐ２の結合手順を説明する。スリーブ１ｂからインサート２ａを挿入し、次に２本の圧力配管ｐ１、ｐ２を両側からスリーブ１ｂに押し込んで圧力配管ｐ１、ｐ２に押圧力を付与する。この押圧力は、インサート２ａに装着されているＯリング３が使用状態に受けるプレストレスに相当する。

　この状態の下で、第１の実施例の場合と同様に、孔ｈ１の位置に対応する圧力配管ｐ１、ｐ２の位置をマーキングし、その後、各圧力配管ｐ１、ｐ２をスリーブ１ｂから抜き外し、孔ｈ２を穿孔し、螺子加工を行う。
　インサート２ａをスリーブ１ｂの両側から挿入し、圧力配管ｐ１、ｐ２の端部を押し込み、Ｏリング３のプレストレスに対応する押圧力を掛けて、ボルト４を螺入し締結する。なお、圧力配管ｐ１、ｐ２とスリーブ１ａとの間に接着剤を併用しても良い。
上記と同様、インサート２ａのリング溝ｂ１１、ｂ１２の深さをＯリング３に適切なシール圧力が付与されたときにちょうどリング溝ｂ１１、ｂ１２の中に沈み込む深さにしておけば、マーキングせずとも孔ｈ２の位置を特定し加工できる。

　図６は、第２の実施例のスリーブ１ｂを変形したスリーブ１ｃとインサート２ｂを用いた結合構造１０２（実施例３）を示している。変形箇所はネック部５の前後の部分であり、図ではこの部分を拡大して示している。図３に既述の部位には同一符号を付してある。
　図６において、一対のインサート２ｂの外周面がネック部５側へ向かうほど小径となる円錐状の雄テーパ面に形成されており、またスリーブ１ｃの内周面の一部の面もネック部５側へ向かうほど小径となる円錐状の雌テーパ面に形成されている。
　本実施例によれば、各インサート２ｂが奥側へ押されたとき、円錐状の雌雄のテーパ面によりスリーブ１ｃや圧力配管ｐ１、ｐ２が同心状に位置決めされるようになる。

　図７を参照して、実施例４を説明する。本実施例に係る結合構造１０３は、スリーブ部１ｄ、フランジ部６、インサート２ａ、Ｏリング３、及び、複数のボルト４からなっている。図７において、実施例２と実質的に同一の部位には同一の符号を付してある。
　スリーブ部１ｄとフランジ部６は、一体の部品としてフランジ継手８として構成されている。フランジ部６は流体通路として、スリーブ部１ｄの内部中空と同心の内孔６ａを有し、かつ内孔６ａとスリーブ部１ｄの間には、中心線ｃに垂直な環状面６ｂを有している。そして、フランジ部６の外周側にはフランジ部６を他のフランジ継手に結合するためのボルトを挿通される複数個のボルト孔６ｃが形成されている。スリーブ部１ｄの内周面内にはインサート２ａが挿入される。スリーブ部１ｄには、複数の孔ｈ１が透設されている。

　結合構造１０３による圧力配管ｐ１の結合手順は、実施例２の片方側の圧力配管の接続例と同様である。環状面６ｂを実施例２のネック部５（図５）の両側の面の片方の面に置き換えて、スリーブ部１ｄと圧力配管ｐ１とを結合すればよい。
　このようにフランジ部６を結合された圧力配管ｐ１は、例えば、ボルト孔６ｃに挿通されるボルトやこのボルトに螺合されるナットやパッキンを介して、他の任意な構造のフランジ継手と結合される。

　実施例５の結合構造として、実施例４のスリーブ部１ｄの内周面に環状面６ｂの側へ向かうほど小径となる雌テーパ面を形成して、実施例３のインサート２ｂを用いても良い。このように構成すれば、実施例３と同様にインサート２ａの位置決めが容易になる。

　図８を参照して実施例６を説明する。本実施例に係る結合構造１０４においては、スリーブ１ｅのネック部５ａは、実施例２のスリーブ１ｂのネック部５と相違して、両側面にはそれぞれ１つの環状のリング溝ｂ１１、ｂ２１が同心状に形成されている。リング溝ｂ１１、ｂ２１のそれぞれには、Ｏリング３が嵌装されている。
　この構造は、実施例２におけるネック部５にインサート２ａのシール機能を持たせたものである。本実施例においては、スリーブ１ｅの奥部にあるリング溝ｂ１１、ｂ２１に対してＯリング３を装着することが容易ではないが、インサート２ａを用いないため部品点数が減らせる。

　実施例４に係る結合構造１０３は図９に示すように変形して結合構造１０５とすることができる。結合構造１０５では、２本の圧力配管ｐ１、ｐ２の外周面の先部を先細り状の雄テーパ面に形成する。そしてスリーブ１ｆの内周面を、奥細り状の雌テーパ面とする。
　このようにすれば、スリーブ１ｆの内周面と挿入された圧力配管ｐ１、ｐ２と間に、半径上の隙間ｇ１、ｇ２がある場合にも、雄雌テーパ面の案内作用により自動的に同心配置状態となる。

　図１０に実施例８を示す。本実施例は、スリーブ及びボルトの変形例である。ボルト４ａは、孔ｈ2に対応する箇所に螺子山が設けられたプラス螺子であり、その頭部に対角線上に４箇所に切欠ｒが施されている。ボルト４ｂは、孔ｈ１及びｈ2に対応する箇所に螺子山が設けられている。一方、スリーブ１ｇの孔ｈ１は、スリーブ１ｇの外周側に正方形の窪みｈ３が設けられている。図１０Ｂは回り止め７を示している。回り止め７はボルトを孔ｈ１に挿入したとき、正方形の窪みとボルト頭部の円との間にできる空間形状に対応した平面形状を有している。回り止め７の凸部７ａは、ボルト４ｂ頭部の切欠ｒに挿入される。回り止め7を窪みｈ３とボルト頭部４ａとの隙間の４箇所に嵌めこむことにより、ボルト４ａの回り止め処理をすることが出来る。回り止め７の材質としてはステンレスが良い。

　図１１に実施例９を示す。本実施例は、実施例４の接続構造１０３におけるフランジ継手８を一部変更したフランジ継手１１であり、実質的に同一の部位には同一の符号を付してある。
　スリーブ部１ｈとフランジ部９は、一体の部品である。フランジ部９は流体通路としての内孔９ａを有している。実施例４のフランジ継手８との相違は、フランジ部６とスリーブ部１ｄの間に垂直な環状面６ｂ（図７）が無く、連続的に繋がっているということである。このため、圧力配管ｐ１はフランジ継手１１の中空を通して、その端面をフランジ部９側の端面９ｂに望ませている。圧力配管ｐ１の端部は、フランジ継手１１を貫通し、且つ端面９ｂから突出した位置に達しても良いし、端面９ｂの手前で外を覗いた状態でも良い。フランジ部６の外周側にはボルトを挿通される複数個のボルト孔６ｃが形成されている。図１１Ｂに示すように、圧力配管ｐ1に接続した後、他のフランジ継手と接続する場合は、インサート２ａやパッキン１０（図１１Ｃ）を、圧力配管ｐ１の端面或いは、圧力配管ｐ１の端面とフランジ部９の端面９ｂに宛がって接続する。圧力配管ｐ１の端面が露出状態であり、フランジ継手１１を他の継手から取り外したときに、インサート２ａやパッキン１０等のシール材を直ちに脱落させることが可能である。

　図１２に実施例１０を示す。本実施例は、実施例４の接続構造１０３におけるフランジ継手８を一部変更したフランジ継手１２であり、実質的に同一の部位には同一の符号を付してある。他のフランジ継手と連結するためのボルト孔１２ｂを有するフランジ部１２ａが、スリーブ部１２ｃと重なりあっている。スリーブ部１２ｃに設ける孔ｈ１とボルト孔１２ｂとが互いに干渉しないように、角度をずらして夫々が穿孔されている。本実施例のフランジ１２は、実施例４におけるフランジ部６の外周面がそのままスリーブ部１ｄ（図７）まで連続したものと考えてよい。

　図１３に実施例１１を示す。本実施例は、実施例１の圧力配管ｐ１にフランジ部１２を設けたフランジ継手１４である。圧力配管ｐ２との接続は、実施例１に準じる。

　図１４において、図１２の実施例におけるフランジ継手１２に対して、他のフランジ継手と連結するためにインサート２ａ、あるいはシートパッキン２ｄを用いても良い。

　圧力配管ｐ１、ｐ２とスリーブを繋ぐボルト４は、スリーブと圧力配管の接触面でせん断力を受ける。図１５は、せん断力に対して強度を強くしたボルト４０を示している。接触面ＰＬに位置するボルト４０の円周部分４０ａには、螺子山を設けずにストレートな曲面を設ける。

　また、スリーブに対してインサートをボルトで接続可能なようにしても良い。図１６において、インサート２ｅは圧力配管ｐ１、ｐ２と同じ内径の筒であり、外表面から貫通していない螺子孔ｈ４が設けられている。スリーブ１ａには、螺子孔ｈ４に対応する位置に貫通した孔ｈ５（螺子山があってもなくても良）が設けられており、ボルト４によりインサート２ｅは、スリーブ１ａに接続される。
　この構成において、圧力配管ｐ２を外したい場合には、ボルト４を全て外し、スリーブ１ａを図面左側にスライドさせて圧力配管ｐ２の端部を露出させる。その結果、現場に設置されている圧力配管ｐ１の位置関係を変更することなく、圧力配管ｐ２を外すことができる。

　図１７は、ルーズ継手により圧力配管を接続する他の実施例を示している。図１７Ｃにおいて、円筒状のスリーブ１ｉは先の実施例のスリーブ１ａ他と同様に長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔ｈ１を有している。しかしながら、スリーブ１ｉの長さは、圧力配管ｐ２の端部までの長さしかない。一方で、圧力配管ｐ２を他に接続するには、ルーズ継手１３が用いられる。ルーズ継手１３は、スリーブ１ｉの一方の端部ｅに当接する鍔部１３ａと、スリーブ１ｉの外周面を経由してスリーブ１ｉの他端ｆ側に伸びた胴部１３ｂを持っており、他と接続するためのボルト孔１３ｃを有している。本実施例では、胴部１３ｂは、スリーブ１ｉの他端ｆ側に至る長さを有しているが、スリーブ１ｉの他端ｆ側に至らなくても良い。
　図１７Ａに示すように、まずルーズ継手１３を圧力配管ｐ２に通してから、図１７Ｂに示すようにスリーブ１ｉを圧力配管ｐ２に対してボルト４（図には、実施例８のボルト４ｂを示した）により螺合する。ここで用いるボルト４ｂは、頭部がスリーブ１ｉの外周面から突き出さないボルトである。回り止め７と共に用いられるのが良い。圧力配管ｐ２には、孔ｈ１の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔ｈ２が設けられるのは先の実施例の通りである。同様にして、圧力配管ｐ１にもスリーブ１ｉをボルト４ｂで固定し、継手同士をボルトｍとナットｎで固定する。圧力配管ｐ１とｐ２との間には、図１７Ｃの図中矢印で示すようにシールを行う各種インサート（ガスケット、パッキン、Ｏリング等）を挟む。圧力配管ｐ２（或いは圧力配管ｐ１）の端面がシールを配置するシール面となればよく、スリーブ１ｉ或いはルーズ継手の端面にシールは配置されてもされなくても良い。ルーズ継手を接続する相手の継手は、図７や図１２のフランジ継手や、他の形態でも良い。

　図１８は、シールを行うインサート２ａ等に対して圧力配管ｐ１（或いはｐ２）をスリーブ１ａ、１ｂにねじ込むことにより、所定のプレストレスを付与する実施例を示す。図１８Ａは図４Ａの実施例（実施例１）、図１８Ｂは図５Ａの実施例（実施例２）、図１８Ｃは図１６の実施例（実施例１６）を、１例として示している。圧力配管ｐ１、ｐ２の外周には螺子山ｓｃ１が設けられ、スリーブ１ａ、１ｂの内周には螺子山ｓｃ１に螺合する螺子山ｓｃ２が設けられている。圧力配管ｐ１或いはｐ２をスリーブ１ａ、或いは１ｂにねじ込むことにより、インサート２ａ、２ｅに対する圧力が印加される。ねじ込み量を調整することにより、インサートのシール材に対するプレストレスを与えることができる。本実施例は、図７の実施例（実施例４）や図１２の実施例（実施例１０）に開示したフランジ部のスリーブ部１ｄ、１２ｃを、インサート２ａを挟んで圧力配管ｐ１と接続する際にも適用できる。

　インサート２ａのリング溝ｂ１１、ｂ１２の深さをＯリング３に適切なシール圧力が付与されたときにちょうどリング溝ｂ１１、ｂ１２の中に沈み込む深さにしておけば、圧力配管ｐ１或るはｐ２の端面がインサート２ａの環状面ｂ１、ｂ２に突き当たるまでスリーブ１ａ、或るは１ｂにねじ込めば、自然にＯリング３に適正な圧力が加えられるようになる。

　図１０に示した実施例８では、ボルト４ａは、孔ｈ2に対応する箇所に螺子山が設けられた螺子であったが、孔ｈ１に対応する箇所のみ螺子山を設けて、孔ｈ2に対応する箇所は円柱の状態にしても良い。図１９は、孔ｈ１に対応するボルト４ｃの箇所ｓ１に螺子山が設けられており、孔ｈ2に対応する箇所ｓ２は円柱である。圧力配管ｐ１及びｐ２とも、孔ｈ2は螺子山を有しておらず、ボルト４ｃの箇所ｓ２の円柱が嵌る円筒状の非貫通孔になっている。一方、スリーブ１ａは、図４に示したものと同じである。圧力配管ｐ１とｐ２の間には、図４の実施例に示したインサート２ａが挿入されている。圧力配管ｐ１又はＰ２の間にインサートを圧縮状態で配置した後、ボルト４ｃの箇所ｓ２が孔ｈ２に嵌め込むことにより、インサート２ａのＯリング３は必要な適正圧力によりシールを行う。本実施例よれば、圧力間ｐ１、ｐ２の孔ｈ２の内表面が滑らかな円柱曲面となるので、圧力配管側の強度が高くなる。圧力配管の孔ｈ２は螺子山を有さず、スリーブの孔ｈ１にのみ螺子山を設けて、圧力配管側の強度を高くすることは、上記した実施例１～１６に全て適用できる。

　図２０Ａには、図１９のボルト４ｃを利用して、インサート２ｅ（図１６）を用いて圧力配管ｐ１、ｐ２を接続する例を示している。本実施例においては、インサート２ｅをスリーブ１ａに固定した後、圧力配管ｐ１、ｐ２を夫々スリーブ１ａに圧力をかけて押し込み、インサート２ｅの左右のＯリングを適正圧力に圧縮した状態で、ボルト４ｃの箇所ｓ２が孔ｈ２に嵌め込む。

　図２０Ｃは、太さの大きいＯリング３を使用するために改良されたインサート２ｆを示している。
　図２０Ｂは、インサート２ｆを使用して圧力配管ｐ１、ｐ２を接続した状態を示している。
インサート２ｆはリング状であり、その内周面２０は圧力配管ｐ１の内周面と同径であり、外周面２１はスリーブ１ａの内周面の径よりやや小さい。インサート２ｆの外周面２１からインサート２ｆの左右の端面２２の間には、同心円に窪んだステップ状溝２３が設けられている。ステップ状溝２３は、半径方向に平行なドーナツ面２４と中心線方向に並行なリング面２５とを有している。
　尚、インサート２ｆのリング面２５の巾をＯリング３に適切なシール圧力が付与されたときにちょうど端面２２の高さに沈み込む巾にしておけば、圧力配管ｐ１或いはｐ２の端面がインサート２ｆの端面２２に突き当たるまでスリーブ１ａ或いは１ｂに押し込むことにより、自然にＯリング３に適正な圧力が加えられるようになる。
　インサート２ｆには、さらに、スリーブ１ａ内において、固定されるのに利用される非貫通の孔２６が設けられている。スリーブ１ａには、その外周面から内周面に向かって孔ｈ５が貫通しており、インサート２ｆの孔２６とスリーブ１ａの孔ｈ５とはボルト４により締結される。

　インサート２ｆがスリーブ１ａ内にボルト４で固定されたとき、ドーナツ面２４とリング面２５とスリーブ１ａの内周面は、Ｏリング３を収容する溝の底面及び両側面となる。
Ｏリングは、一定の圧縮率にした場合、太さの太い方が圧縮永久歪は小さく、太い太さのＯリングを使用する方が密封性を安定させるのに優位である。本実施例によれば、太いＯリングを利用することができる。尚、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山が無いためボルト４ｃを用いた。しかしながら、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山を有してもかまわない。螺子山を有する場合は、ボルト４を用いる。
　又、インサート２ｆのリング面２５の幅をＯリング３に適切なシール圧力が付与されたときにちょうどリング面の幅の中に沈み込む深さにしておけば、圧力配管ｐ１或いはｐ２の端面がインサート２ｆの端面２２に突き当たるまでスリーブ１ａ、或いは１ｂに押し込むことにより、自然にＯリング３に適正な圧力が加えられるようになる。

　図２１Ａにおいて、実施例４（図７）の結合構造１０３に対してインサート２ｇ（図２１Ｂ）を用いた例を示している。インサート２ｇは、インサート２ｆと同じくリング状であり、その内周面２０は圧力配管ｐ１の内周面と同径であり、外周面２１はスリーブ部１ｄの内周面の径よりやや小さい。インサート２ｇの外周面２１からインサート２ｇの左右の端面２２の間には、同心円に窪んだステップ状溝２３が設けられている。ステップ状溝２３は、半径方向に平行なドーナツ面２４と中心線方向に並行なリング面２５とを有している。インサート２ｇは、インサート２ｆに見られたような、非貫通の孔２６を有していない。インサート2ｇは、ネック部６ｂと圧力配管ｐ１との間に挟まれるので、固定される必要がないからである。尚、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山を有してもかまわない。螺子山を有する場合は、ボルト４を用いる。

　図５の実施例２の結合構造１０１の変形例を図２１Ｃに示す。図２１Ｃにおいて、スリーブ１ｂの孔ｈ１に螺子山が設けられており、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２には、螺子山が設けられていない。スリーブ１ｂの内周側に突出した環状のネック部５が設けられており、インサート２ｆが装着されている。ボルト４ｃ（図１９）を用いてスリーブ１ｂと圧力配管ｐ１、ｐ２を結合する。インサート２ｇのＯリングの圧縮については、前述の通りである。尚、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山が無いためボルト４ｃを用いた。しかしながら、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山を有してもかまわない。螺子山を有する場合は、ボルト４を用いる。

　図１８の実施例１６の変形例を図２２に示す。本実施例は、実施例１６と同様にシールを行うインサート２ｆ、２ｇに対して圧力配管ｐ１（或いはｐ２）をスリーブにねじ込むことにより、Ｏリング３を圧縮する実施例である。スリーブ１ａ、１ｂの内周には、孔ｈ１の箇所を含めて全長に螺子山ｓｃ２が設けられている。一方、圧力配管ｐ１、ｐ２の外周には螺子山ｓｃ２に螺合する螺子山ｓｃ１が設けられている。圧力配管ｐ１或いはｐ２をスリーブ１ａ或いは１ｂにねじ込むことにより、インサート２ｆ、２ｇに対する圧力が印加される。ねじ込み量を調整することにより、Ｏリング３に対するプレストレスを与えることができる。
　又、インサート２ｇのリング面２５の幅をＯリング３に適切なシール圧力が付与されたときにちょうどリング面の幅の中に沈み込む深さにしておけば、圧力配管ｐ１或いはｐ２の端面がインサート２ｇの端面２２に突き当たるまでスリーブ１ａ、或いは１ｂに押し込むことにより、自然にＯリング３に適正な圧力が加えられるようになる。尚、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山が無いためボルト４ｃを用いた。しかしながら、圧力配管ｐ１、ｐ２の孔ｈ２は、螺子山を有してもかまわない。螺子山を有する場合は、ボルト４を用いる。

１００～１０５　結合構造
１、１ａ～１ｉ　スリーブまたはスリーブ部
２　インサート
３　Ｏリング
４、４ａ　ボルト
５　ネック部
６　フランジ部
７　回り止め
８　フランジ継手
ｐ１　圧力配管
ｐ２　圧力配管

Claims (22)

1. 　圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管同士を結合する結合構造において、
   　長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔を有し、内部の中空に前記圧力配管が両側から挿入される円筒状のスリーブと、
   　前記スリーブの内部の中空に、前記圧力配管に挟まれて位置し、圧力配管をシールするインサートと、
   　前記スリーブの複数の孔に挿入される複数のボルトとを有し、
   　前記圧力配管は、前記孔の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔が設けられ、前記圧力配管が前記スリーブの内部中空に挿入されたときに、夫々の孔同士が連通し、前記ボルトは前記スリーブの孔を通して前記圧力配管の螺子山に螺合されることを特徴とする結合構造。
2. 　前記スリーブは、挿入された圧力配管の端部が対面する位置に、他の内部中空位置よりも小さい径のネック部を有し、前記インサートは前記スリーブの両側から挿入され、各インサートは対応する圧力配管の端部と前記ネック部との間に挟まれていることを特徴とする請求項１記載の結合構造。
3. 　前記インサートは、対向した一対の環状面を具備し、該環状面のそれぞれに環状のリング溝を形成され、前記リング溝にＯリングが嵌合されていることを特徴とする請求項１記載の結合構造。
4. 　前記インサートの外周面が前記ネック部側へ向かうほど小径となる雄テーパ面に形成されており、また前記スリーブの内周面のうち前記雄テーパ面を包囲した箇所が、前記ネック部側へ向かうほど小径となる雌テーパ面に形成されていることを特徴とする請求項３記載の結合構造。
5. 　前記スリーブに挿入された圧力配管の外周面と対面する前記スリーブの内部中空の面との間が接着剤により充填されていることを特徴とする請求項１記載の結合構造。
6. 　前記圧力配管は、螺子山が加工された非貫通の孔の周囲に焼入れ加工がされていることを特徴とする請求項１記載の結合構造。
7. 　圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管にフランジ継手を結合する結合構造において、
   　前記圧力配管が挿入される円筒状の中空を有し、かつ当該中空の長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に当該中空に向けて穿孔された複数の貫通した孔を有したフランジ継手と、
   　前記フランジ継手の複数の孔に挿入される複数ボルトとを有し、
   　前記圧力配管は、前記孔の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔が設けられ、前記圧力配管が前記フランジ継手の内部中空に挿入されたときに、夫々の孔同士が連通し、前記ボルトは前記スリーブの孔を通して前記圧力配管の螺子山に螺合されることを特徴とする結合構造。
8. 　前記フランジ継手の中空に挿入された前記圧力配管の端部が、他の継手との接続側に前記フランジ継手が接続される面側に前記フランジ継手の中空を通して望んでいることを特徴とする請求項７記載の結合構造。
9. 　前記フランジ継手は、前記内部中空と同心であって、かつ小径の内周面を有し、前記小径の内周面と前記内部中空との間に環状面が設けられており、かつ前記圧力配管の端部と前記環状面との間にシールを行うインサートが挟まれていることを特徴とする請求項７記載の結合構造。
10. 　前記インサートの外周面が前記ネック部側へ向かうほど小径となる雄テーパ面に形成されており、また前記スリーブの内周面のうち前記雄テーパ面を包囲した箇所が、前記環状面側へ向かうほど小径となる雌テーパ面に形成されていることを特徴とする請求項９記載の結合構造。
11. 　圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管同士を結合する結合構造において、
    　長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔を有し、内部の中空に前記圧力配管が両側から挿入される円筒状のスリーブであって、前記スリーブは、内部中空よりも小さい径のネック部をその内部中空に有し、前記ネック部の両側の環状面にはそれぞれに環状のリング溝を形成されたスリーブと、
    　前記リング溝に嵌合されたＯリングと、
    　前記スリーブの複数の孔に挿入される複数のボルトとを有し、
    　前記圧力配管は、前記孔の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔が設けられ、前記圧力配管が前記スリーブの内部中空に挿入されたときに、夫々の孔同士が連通し、前記ボルトは前記スリーブの孔を通して前記圧力配管の螺子山に螺合されることを特徴とする結合構造。
12. 　圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管を結合する結合構造において、
    　長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔を有し、内部の中空に前記圧力配管が挿入される円筒状のスリーブと、
    　前記スリーブの複数の孔に挿入される複数のボルトとを有し、
    　前記圧力配管は、前記孔の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔が設けられ、前記圧力配管が前記スリーブの内部中空に挿入されたときに、夫々の孔同士が連通し、前記ボルトは前記スリーブの孔を通して前記圧力配管の螺子山に螺合されることを特徴とする結合構造。
13. 前記ボルトの頭部には切欠きが設けられており、前記スリーブの孔に挿入されたときに前記切欠きにスリーブとの間の相対位置を固定する回り止めが挿入されることを特徴とする請求項１２記載の結合構造。
14. 　前記スリーブの一方の端部に当接する鍔部と、前記スリーブの外周面を経由して前記スリーブの他端側に伸びた胴部とを持つルーズ継手を有することを特徴とする請求項１２記載の結合構造。
15. 　前記インサートの外表面に非貫通の螺子孔が設けられており、当該螺子孔に対応する位置に設けられた前記スリーブの貫通孔を通してボルトにより前記インサートが前記スリーブに止められていることを特徴とする請求項１に記載の結合構造。
16. 　前記圧力配管の外周には螺子山が設けられ、前記スリーブの内周には当該螺子山に螺合する螺子山が設けられており、前記圧力配管を前記スリーブにねじ込むことにより、前記インサートに対する圧力を印加することを特徴とする請求項１に記載の結合構造。
17. 　圧力のかけられた流体を内部に流す圧力配管を結合する結合構造において、
    　長さ方向の位置をずらして周方向に互いに重ならず、かつ等角度間隔に穿孔された複数の貫通した孔を有し、内部の中空に前記圧力配管が挿入される円筒状のスリーブと、
    　前記スリーブの複数の孔に挿入される複数のボルトとを有し、
    　前記圧力配管は、前記孔の対応する位置に、螺子山が加工された非貫通の孔が設けられ、前記圧力配管が前記スリーブの内部中空に挿入されたときに、夫々の孔同士が連通し、前記ボルトは当該連通した前記スリーブの孔に螺合されることを特徴とする結合構造。
18. 　前記圧力配管の非貫通の孔は内周が滑らかな円筒状であり、前記ボルトは、前記非貫通の孔に挿入される箇所は螺子山の無い円柱状であり、前記圧力配管が前記スリーブの内部中空に挿入されたときに夫々の孔同士が連通し、嵌合することを特徴とする請求項１７記載の結合構造。
19. 　前記スリーブの内周面に対向する外周面と、左右の端面と、前記鋼管の内周と同じ径の内周面を有し、当該外周面から左右の端面の間に同心円に窪んで、半径方向のドーナツ面と中心線方向のリング面を有するステップ状溝を有するインサートと、
    　前記インサートのステップ状溝に嵌められるＯリングであって、前記スリーブの内周面と前記インサートのステップ状溝で囲われた空間内で、前記圧力配管の端面に当接するＯリングとからなることを特徴とする請求項１７記載の継手構造。
20. 　前記スリーブは、挿入された圧力配管の端部が対面する位置に、他の内部中空位置よりも小さい径のネック部を有し、前記インサートは圧力配管の端部と前記ネック部との間に挟まれていることを特徴とする請求項１９記載の結合構造。
21. 　前記圧力配管の外周には螺子山が設けられ、前記スリーブの内周には当該螺子山に螺合する螺子山が設けられており、前記圧力配管を前記スリーブにねじ込むことにより、前記インサートに対する圧力を印加することを特徴とする請求項１９に記載の結合構造。
22. 前記スリーブの一方の端部に当接する鍔部と、前記スリーブの外周面を経由して前記スリーブの他端側に伸びた胴部とを持つルーズ継手を有することを特徴とする請求項１７記載の結合構造。

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