JP2016014468A - 高圧用配管継手と高圧用バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧流体の流路に適しており、過大な締付け力によるガスケットや接続端部側の変形や破損を防いで耐久性を向上しながら高いシール性を発揮して超高圧流体の漏れも確実に防止でき、配管施工も容易な高圧用配管継手と高圧用バルブとを提供する。【解決手段】一対の管状接続部材１０の接続端部面１５をガスケット１１を介してねじ部材１２の締付けによりシールして接続し、ガスケット１１は接続端部面１５より硬度が低い金属であり、接続端部面１５には最内側又は最内側近傍に狭小平面シール部２０を形成し、狭小平面シール部２０の外径側に沿って鈍角テーパ面２１を形成し、ねじ部材１２を締付けた際に締付荷重の大きさによって狭小平面シール部２０と鈍角テーパ面２１とでガスケット１１とのシール部２２を拡げた状態でシールし、最大締付荷重で締付けた際には、外径側の鈍角テーパ面２１がストッパとなるシール構造で超高圧流体にもシール性を維持する。【選択図】図１

Description

本発明は、高圧用配管継手に関し、例えば、水素等の超高圧流体が流れる水素ステーションの流路などにも適用可能な超高圧用の配管継手と高圧用バルブに関する。

近年、例えば、自動車用燃料電池の水素ステーションの供給インフラが普及しつつあり、この水素ステーションの配管設備では、約９９ＭＰａの超高圧に達する高圧水素が流れる場合もある。このため、高圧用配管継手には、この種の超高圧流体と呼ばれる高圧流体にも耐え得る性能を有していることが望まれている。

高圧流体用の配管継手としては、例えば、特許文献１の管継手が開示されている。この管継手においては、一組の継手部材において、突合せ端面に断面半円形の環状突起がそれぞれ形成され、この突合せ端面の間に金属製ガスケットを介在させて、おねじ・めねじ部材をねじ込んでこれら突起の先端がガスケットの両面をそれぞれ押圧してシールするように設けられている。
特許文献２の管継手においては、両側の継手部材の各突合せ端面の内周部にガスケット押え用環状突起がそれぞれ形成されている。これらのガスケット押え用環状突起の断面形状は、円の約４分の１の扇形であり、これらの内周面を含む各継手部材の内周面は先端側に広がったテーパ面に形成されている。この管継手には、締過ぎ防止用環状突起がガスケット押え用環状突起よりも締付け方向に突出するように形成され、締付け時にガスケットを継手部材に保持するためのリテーナを両面側から押圧可能に設けられている。
図１２においては、約９９ＭＰａの超高圧用の水素ステーションに使用される従来の管継手１を示している。この管継手１は、配管チューブ２の先端にシール用の凸状テーパ面３が形成され、配管チューブ２取付け用の雄ねじナット４の内周にはシール用のカラー５が装着可能に設けられ、被取付側である雌ねじボデー６の奥側には凸状テーパ面３が当接してシール可能な凹状テーパ面７が形成されている。この管継手において、雄ねじナット４の外周に形成された雄ねじ８と、雌ねじボデー６の内周に形成された雌ねじ９との螺合により、配管チューブ２が雄ねじナット４、カラー５を介して雌ねじボデー６に接続される。

これらの配管継手を締付ける場合、その締付荷重は、ＪＩＳＢ８２６６付属書３「圧力容器のボルト締めフランジ」により求められる。この場合、締付荷重としては、Ａ．使用状態で必要なボルト荷重、Ｂ．ガスケット締付時に必要なボルト荷重があり、例えば、使用温度が常温と仮定すると、材料強度は同じであるために管継手の締付荷重を、これらのうちの、より大きい荷重以上で締付ける必要がある。
締付荷重のうち、Ａ．使用状態で必要なボルト荷重Ｗｍ１は、内圧力によって加わる全荷重Ｈと、気密を十分に保つためにガスケットまたは継手接触面に加える圧縮力Ｈｐとの和（Ｗｍｌ＝Ｈ＋Ｈｐ）によって表される。このとき、内圧力によって加わる全荷重Ｈ＝π×Ｇ＾２×Ｐ／４、気密を十分に保つためにガスケットまたは継手接触面に加える圧縮力Ｈｐ＝２×π×ｂ×Ｇ×ｍ×Ｐで表され、Ｐ：内圧力、Ｇ：ガスケット反力円の直径、ｂ：ガスケット座の基本幅、ｍ：ガスケット係数であり、使用温度でのねじ材料強度：σｂにより評価する。
一方、Ｂ．ガスケット締付時に必要なボルト荷重Ｗｍ２は、Ｗｍ２＝π×ｂ×Ｇ×ｙで表され、ｙ：ガスケットの最小設計締付圧力であり、常温でのねじ材料強度：σａで評価する。

ところで、上述のようなガスケット挟着型の配管継手において、ガスケットの挟着位置にシール用の環状突起以外の突起物が設けられる場合がある。
例えば、特許文献３の配管継手では、ガスケットのシールに寄与するビードが継手部材のグランド端面に内輪として設けられ、このビードの外周側に外輪としてリムが設けられている。この場合、ビードがアーチ形、リムが略台形状にそれぞれ形成され、これらの間には環状の平らな区域が形成され、リムには切欠き状の凹みが形成されている。この配管継手においては、継手部材同士を締め込んだときに、ガスケットを区域やガスケットの凹みに入り込ませることで配管継手同士の円周方向の滑りや捩れを防止し、大きなトルクに対するガスケット及び継手部材の相対的な回転を防ごうとしている。

特許文献４のチューブカップリングでは、継手部材に形成されたガスケットを挟着するための各ビードに加えて、ガスケット両面の継手部材の端面側には、突起が設けられている。

実公平１−２８３９８号公報 特許第３５６９７８６号公報 特表２００１−５１６８６２号公報 米国特許第５１４５２１９号公報

前述した特許文献１の管継手を締付ける場合において、前記計算式における、Ａ．使用状態で必要なボルト荷重Ｗｍ１ではガスケット反力円の直径Ｇを２乗していることから、このＡ．使用状態で必要なボルト荷重Ｗｍ１の計算値は、Ｂ．ガスケット締付時に必要なボルト荷重Ｗｍ２の値よりも相対的に大きくなる。これにより、管継手の締付荷重として、Ａ．使用状態で必要なボルト荷重Ｗｍ１が必要になるが、この場合、ガスケット反力円の直径Ｇが配管内径に対して大きくなっていることから、締付荷重の絶対値が甚大になる。
そして、この締付荷重によって管継手のねじを締付けたときには、管継手のシール用のビード幅が狭く、締付時のストッパ機構もないため締付力が過大になり、この締付力によりガスケットやシール用ビードを構成する材料の許容面圧の限界を超え、これらガスケットやシール用ビードが大きく変形したり破断して面圧を確保することができないおそれが生じる。このため流体が漏れやすくなり、シール部の耐久性も悪くなるという問題もある。さらに、ガスケットが内径側にはみ出して流体に悪影響を及ぼす可能性もある。

特許文献２の管継手の場合には、管の最内径側にシール用ビードが形成されつつ、ガスケット面及びスリーブのツバがストッパの役割を果たすため、Ｂ．ガスケット締付時に必要なボルト荷重Ｗｍ２以上の締付荷重で締付け過ぎた場合にも、これらガスケット面及びストッパのツバのストッパ機能によってシール用ビードやガスケットの異常な変形や破断は防がれる。しかし、その結果、Ａ．使用状態で必要なボルト荷重Ｗｍ１よりも小さい荷重でシール用ビードを介してシールすることになり、このシール用ビード全体でガスケットを押圧しているため、ガスケットの部分的に押圧された部分にクリープ現象が生じることになる。この場合、クリープ現象による伸び変形によりガスケットに加えられている応力が緩和してシール面圧が低下し、漏れを生じやすくなるという問題がある。
さらに、このようなシール面圧を回復するためにナットを増し締めしようとしても、締め過ぎ防止用のツバが設けられていたり、突合せ端面の全面でガスケットを押圧していることで、十分な増し締めをおこなうことができない。
このような理由から、特許文献１や特許文献２の管継手は、例えば、２６ＭＰａ程度の圧力流体、いわゆる中圧流体のシールが限界であり、９９ＭＰａ程度の超高圧流体用の管継手として用いることには適していない。

図１２における管継手の場合、超高圧流体を流すことは可能ではあるが、接続する配管チューブ２が雄ねじナット４を介してボデー側に深く挿入されてシールされる構造であるため、配管チューブ２の凸状テーパ面３を、雌ねじボデー６の奥側まで確実に挿入し、凹状テーパ面７に当接させた状態を維持しながらナット４を締付けて接続する必要が生じ、配管施工の作業が難しいという問題がある。

一方、特許文献３の配管継手では、ガスケットをビードやリム、及び区域や凹みに当接させて供回りを防止するため、継手部材に対するガスケットの接触面積が大きくなる。この構造の配管継手では、継手部材でガスケットを局部的にシールすることが難しくなり、超高圧流体などの高圧流体には十分なシール性を確保できないおそれがある。

特許文献４において、ガスケット両面に設けた突起を継手部材の端面に当接させて供回りを防止しようとする場合、この突起が所定間隔で断続的に形成されていることで挟圧力を周面方向に均等に働かせることが難しくなり、過大な締付け力により供回りが生じてガスケットが損傷する可能性がある。さらに、突起に力が集中して加わることでこの突起が損傷しやすくなり、ガスケットに突起を形成加工する必要も生じるという問題もある。

本発明は、上記の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、高圧流体の流路に適した配管継手であり、過大な締付け力によるガスケットや接続端部側の変形や破損を防いで、耐久性を向上しながら高いシール性を発揮して超高圧流体の漏れも確実に防止でき、配管施工も容易な高圧用配管継手と高圧用バルブとを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、一対の管状接続部材の接続端部面をガスケットを介してねじ部材の締付けによりシールして接続する高圧用配管継手であって、ガスケットは、接続端部面より硬度が低い金属であり、接続端部面には、最内側又は最内側近傍に狭小平面シール部を形成し、かつ、この狭小平面シール部の外径側に沿って鈍角テーパ面を形成し、ねじ部材を締付けた際に、締付荷重の大きさによって狭小平面シール部と鈍角テーパ面とでガスケットとのシール部を拡げた状態でシールすると共に、最大締付荷重で締付けた際には、外径側の鈍角テーパ面がストッパとなるシール構造で超高圧流体にもシール性を維持するようにした高圧用配管継手である。

請求項２に係る発明は、前記鈍角テーパ面の外径側には、ストッパ構造を有しない逃げ部を設けた高圧用配管継手である。

請求項３に係る発明は、管状接続部材の接続端部面の流路側に面取りを設け、狭小平面シール部が流路側に変形するのを防止した高圧用配管継手である。

請求項４に係る発明は、ガスケットの外径をねじ部材を構成する雌ナットの内径に嵌合可能に設け、このガスケットを雌ナット内に芯出し状態で位置保持した高圧用配管継手である。

請求項５に係る発明は、一対の管状接続部材の接続端部面をガスケットを介してねじ部材の締付けによりシールして接続する高圧用配管継手であって、ガスケットは、接続端部面より硬度が低い金属であり、接続端部面の内径付近に環状突起部を形成し、接続端部面の外径側には、ねじ部材の締付けにより管状接続部材の円周方向の供回りを防止する外周環状部を設けた高圧用配管継手である。

請求項６に係る発明は、外周環状部と環状突起部との挟圧面をフラット面とした高圧用配管継手である。

請求項７に係る発明は、外周環状部と環状突起部との間を凹状フラット面とした高圧用配管継手である。

請求項８に係る発明は、外周環状部に、凹状フラット面内の圧力を逃がすスリットを設けた高圧用配管継手である。

請求項９に係る発明は、高圧用配管継手をバルブボデーの接続部側に設けた高圧用バルブである。

請求項１に係る発明によると、接続端部面の狭小平面シール部と鈍角テーパ面とによって締付荷重の大きさに応じてガスケットとのシール部を拡げながらシールすることで、過大な締付け力が発生した場合にも、ガスケットを狭小平面シール部から鈍角テーパ面にかけてシールすることで、狭小平面シール部に過大な締付荷重が加わることを回避してこの締付力によるガスケットや接続端部側の変形や破断を防ぎつつ耐久性を向上することができる。締付時の推力の全荷重を狭小平面シール部に作用させて面圧力により高いシール性を発揮し、約９９ＭＰａの高圧水素などの超高圧流体であっても漏れを防止できる。さらに、振動に対しても、最大締付荷重による反力により緩みにくくなり、締付力の増加に応じて面圧が上がるため増し締めにも対応できる。クリープ現象によりガスケットに加わっている応力が緩和してシール面圧が低下しても、この増し締めによりシール面圧を回復できる。

請求項２に係る発明によると、締付荷重が大きくなってガスケットが外径方向に変形しようとした場合、逃げ部により外径側のガスケットへの締付荷重をストップすることで、ガスケットや狭小平面シール部並びに鈍角テーパ面の変形を防ぐことができる。このため、ガスケットの耐久性を向上して高いシール性を維持できる。

請求項３に係る発明によると、面取りにより狭小平面シール部の流路側への変形を防止してシール性を維持でき、ガスケットの流路側への変形を抑制することで、ガスケットによる流体への影響を最小限に抑えることができる。

請求項４に係る発明によると、着脱用リテーナを必要とすることなくガスケットを芯出ししながら容易に装着可能になる。この場合、狭小平面シール部と鈍角テーパ面とによりガスケットをシールすることでガスケットの変形が抑えられ、このガスケットが接続端部面に貼り付くことがないため容易に取外しできる。

請求項５に係る発明によると、管状接続部材同士の間に挟着されたガスケットとの間の円周方向の滑りや捩れを外周環状部により防止し、管状接続部材同士の供回りを阻止しながら接続できる。このように供回りを防止しつつシールすることにより、ガスケットに摺接溝や損傷が発生することを防止して耐久性を向上してシール性をより向上させることができ、高圧水素などの超高圧流体が流れる場合にも漏れを確実に防止する。さらに、増し締めによって外周環状部で管状接続部材の供回りを防ぎつつ、環状突起部によるガスケットの挟圧を向上させてシール性を回復できる。外周環状部により環状突起部のシール時の応力を緩和し、均一なシール力を発揮する。

請求項６に係る発明によると、フラット面からなる挟圧面で面圧力を高めて環状突起部によるシール性を向上して流体の漏れを防止しつつ、外周環状部により管状接続部材の供回りを阻止することでガスケットに摺接溝が発生したり損傷が生じることを防止してシール性を維持できる。

請求項７に係る発明によると、外周環状溝、環状突起部の小さい接触面積によりガスケットを局部的に当接させた状態で管状接続部材を接続し、これにより、当接部位同士の押圧力を向上して超高圧流体に対しても十分なシール性を発揮して漏れを防止する。

請求項８に係る発明によると、凹状フラット面側の内圧をスリットにより外部に逃がし、環状突起部、外周環状部を安定した状態で均等に圧接シールさせて供回りを防止しつつシール性を向上できる。

請求項９に係る発明によると、超高圧流体が流れる流路の開閉及び流量操作が可能となり、例えば、高圧水素が流れる水素ステーションなどの流路に適用すれば、低圧から超高圧流体までの流体を、漏れを防止しながら制御して大流量で流すこともできる。

本発明における高圧用配管継手の実施形態を示した縦断面図である。 図１の要部を示す縦拡大断面図である。 図１のねじ部材を締付けた状態を示す一部拡大断面図である。 ガスケットリテーナを示す概略図である。 本発明における高圧用配管継手の他の実施形態を示した縦断面図である。 高圧用配管継手の更に他の実施形態を示した縦断面図である。 図６の高圧用配管継手の一部拡大断面図である。 図６の管接続部材の接続端部面付近を示す拡大断面図である。 図６の管状接続部材の一部切欠き側面図である。 締付けトルクと回転角度との関係を示すグラフである。 高圧用バルブの一例を示した縦断面図である。 従来の管継手を示す断面図である。

以下に、本発明における高圧用配管継手の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１においては、本発明における高圧用配管継手の実施形態を示しており、図２、図３においては、この高圧用配管継手の要部拡大図を示している。図１に示すように、本発明における高圧用配管継手は、管状接続部材１０、ガスケット１１、ねじ部材１２を有している。継手の呼び径は、例えば、１／４インチ〜９／１６インチを対象としており、各図は３／８インチの実施形態を示している。

図１において、管状接続部材１０は、例えば、ＳＵＳ３１６などの高強度オーステナイト系ステンレス鋼などを材料として略円筒状に形成され、その接続側に接続端部面１５が形成される。この一対の管状接続部材１０の接続端部面１５がガスケット１１を介してねじ部材１２の締付けによりシールしながら接続可能に設けられている。ねじ部材１２は、例えば、ステンレス合金等を材料として雄ねじ部材１６と雌ナット１７との態様に形成され、これらが互いに螺合可能に設けられている。ねじ部材１２の内側には、管状接続部材１０の端部側に形成された環状鍔部１８が収納され、一方の管状接続部材１０の環状鍔部１８が雌ナット１７の内周に形成された環状の突起部１９に係止され、他方の管状接続部材１０の環状鍔部１８の端部側が雄ねじ部材１６の端部側に押圧されることで締付け可能に設けられる。

接続端部面１５には、最内側近傍に狭小平面シール部２０が形成され、かつ、この狭小平面シール部２０の外径側に沿って、この平面シール部２０に対して鈍角に形成された鈍角テーパ面２１が設けられている。図２、図３において、本実施形態における狭小平面シール部２０は、接続端部面１５の最内側近傍位置に、例えば径方向において０．２〜０．６ｍｍの幅Ｌの環状に設けられ、この狭小平面シール部２０から２〜６°の傾斜角度θで鈍角テーパ面２１が形成される。

この場合、狭小平面シール部２０の幅Ｌが０．２ｍｍを下回ると、この狭小平面シール部２０がガスケット１１と線接触することとなり、荷重の一極集中によりガスケット１１が損傷するおそれがある。
また、幅Ｌが０．６ｍｍを越えると、ねじ部材１２の締付時に得られるガスケット１１のシール面圧が低くなり、超高圧流体に対するシール性が低下するおそれがある。従って、幅Ｌは０．２〜０．６ｍｍが好ましい。

鈍角テーパ面２１の傾斜角度θが２°を下回ると、ガスケット１１が鈍角テーパ面２１の全体にわたって接してしまうおそれがある。
また、傾斜角度θは６°を超えると、締付荷重の増加に伴うガスケット１１とのシール部の幅の広がりが小さくなり、荷重の一極集中によりガスケット１１が損傷するおそれがある。

一対の管状接続部材１０は、接続端部面１５側にガスケット１１が挟まれた状態でねじ部材１２の締付けにより接続され、ねじ部材１２を締付けた際に、その締付荷重の大きさによって狭小平面シール部２０と鈍角テーパ面２１とにより、ガスケット１１とのシール部２２を拡げた面シール状態でシールするようになっている。この場合、管状接続部材１０を最大締付荷重で締付けた際には、外径側の鈍角テーパ面２１が、ガスケット１１と鈍角テーパ面２１との当接領域が拡がらないよう、ストッパとして機能するシール構造になっている。すなわち、ガスケット１１のうち、鈍角テーパ面２１に当接した部分に締付荷重が加わり、鈍角テーパ面２２に当接していない部分には荷重が加わることがないようなシール構造に形成されている。
具体的には、鈍角テーパ面２１では、ガスケット１１の変形が鈍角テーパ面２１の途中でストップされるストッパ機能が働き、ストッパ機能が働いた位置よりも外径側の鈍角テーパ面２１では、ガスケット１１が鈍角テーパ面２１に当接しない空間が確保される。

以上の構成により、管状接続部材１０を最大締付荷重で締付けた際に、ガスケット１１と鈍角テーパ面２１とが当接した部分において、超高圧流体に対するシール性が確保される。
そして、ストッパ機能が働いた位置よりも外径側の鈍角テーパ面２１とガスケット１１との間に前記の空間が確保されていることにより、管状接続部材１０を徐々に増し締めすることができ、超高圧流体に対するシール性を増すことができる。

ここで、超高圧流体とは、約９９ＭＰａの圧力流体をいい、その一例として自動車用燃料電池の水素ステーションで用いられる燃料水素が挙げられる。本発明の高圧用配管継手では、例えば、５ＭＰａ程度の低圧の流体からこのような超高圧流体までの圧力の流体を流すことが可能になっている。

更に、図２、図３に示すように、鈍角テーパ面２１の外径側には、ストッパ機能を有しない逃げ部２５が設けられている。この逃げ部２５の形状としては、本実施形態においては、鈍角テーパ面２１の最外径側から狭小平面シール部２０と平行なフラット面状に形成される。これによって、鈍角テーパ面２１におけるストッパ位置（ガスケット１１と鈍角テーパ面２１との接触の境界）同士の軸方向の離間距離よりも逃げ部２５同士の離間距離が長くなり、逃げ部２５へのガスケット１１の接触が確実に防がれる。このため、逃げ部２５においてはガスケット１１が接続端部面１５とガスケット１１との間に挟着されることがなく、ガスケット１１の外径側への変形が許容される。

管状接続部材１０の接続端部面１５の流路側には面取り２６が設けられる。面取り２６は、１０〜４５°の角度で０．５ｍｍ程度の幅に設けられ、このように面取り２６を設けていることにより、本実施形態の高圧用配管継手の場合には、最内側に面取り２６、この面取り２６よりも外径側の最内側近傍に狭小平面シール部２０が形成される。面取り２６を設けた場合、この面取り２６により管状接続部材１０の最内側の挟着が防がれ、これにより、狭小平面シール部２０が流路側に変形するのが防止される。なお、狭小平面シール部２０は、接続端部面１５の最内側又は最内側近傍に形成されていればよい。

ガスケット１１は、接続端部面１５よりも硬度が低い金属によって環状に形成され、例えば、ニッケル、ステンレス、Ｃ１０２０などの銅や銅合金を材料として設けられる。ガスケット１１の内径は流路と同じか流路よりもやや大径に設けられ、ガスケット１１の外径は、雌ナット１７の内周側よりもやや小径に設けられる。このガスケット１１の外径は、雌ナット１７の内径と略同径に設けられていてもよい。本実施形態において、ガスケット１１の厚さは、０．８ｍｍ程度に設定されている。

図１〜図３に示すように、ガスケット１１の外周側にはガスケットリテーナ３０が装着され、このガスケットリテーナ３０を介して接続端部面１５へのガスケット１１の着脱が可能になっている。ガスケットリテーナ３０の外周には環状突部３１が形成され、この環状突部３１の内径は、ガスケット１１の外径よりもやや小さく形成されている。これにより、環状突部３１内周にガスケット１１を嵌合状態で取付け可能になっている。図４（ａ）の斜視図、図４（ｂ）の縦断面図に示すように、環状突部３１には所定間隔で弾性係止部３２が複数形成され、図２、図３に示すように、この弾性係止部３２の内周方向への弾性力により、ガスケット１１が装着されたガスケットリテーナ３０を接続端部面１５の外周側に装着可能に設けられている。この弾性係止部３２を接続端部面１５から外すことで、ガスケット１１を取外しできる。

ガスケット１１の外周には適宜の形状や大きさ、数の切欠き部３３が形成されており、この切欠き部３３を視認してガスケット１１の種類等を識別可能になっている。これにより、接続端部面１５に適合した径のガスケット１１をガスケットリテーナ３０に装着し、これを取付けできる。本実施形態では、識別用として切欠き部３３を設けているが、ガスケットとしてのシール機能を発揮可能であれば、突起部などの異なる態様の識別用部位を設けるようにしてもよい。

なお、前述した管状接続部材１０をＳＵＳ３１６よりも高硬度の材料により形成し、ガスケット１１をＳＵＳ３１６により形成することも可能である。また、逃げ部２５は、ガスケット１１に接触することなくストッパとならないものであれば、狭小平面シール部２０と平行なフラット面以外の態様であってもよく、例えば、逃げ部を鈍角テーパ面２１から延長するテーパ状に形成することもできる。
また、上記の高圧用配管継手を継手として用いる場合の用途としては、通常のストレート管以外にも、例えば、エルボ管やチーズ管などが挙げられ、これ以外にも各種の接続部分に用いることができる。

続いて、本発明の高圧用配管継手の上記実施形態における作用を説明する。
本発明の高圧用配管継手は、ガスケット１１が接続端部面１５より硬度が低い金属により形成され、接続端部面１５の最内側近傍に狭小平面シール部２０を形成し、かつ、この狭小平面シール部２０の外径側に沿って鈍角テーパ面２１を形成しており、ねじ部材１２を締付けた際に、締付荷重の大きさに応じて狭小平面シール部２０と鈍角テーパ面２１とでガスケット１１とのシール部２２を拡げた状態でシールするようになっている。

この場合、ねじ部材１２を締付けたときに、先ず、図２に示すようにシール面である狭小平面シール部２０がガスケット１１に幅Ｌによるシール幅Ｗ１で当接し、さらに続けて締付けると、狭小平面シール部２０の外径側に沿って形成された鈍角テーパ面２１により、ガスケット１１がこの鈍角テーパ面２１に沿うように次第に軸方向に変形して、シール部２２が図３に示したシール幅Ｗ２まで広がる。これにより、前述したガスケット締付時に必要なボルト荷重Ｗｍ２と、使用状態で必要なボルト荷重Ｗｍ１とが同等以上になるような締付力による締付けが可能になり、管状接続部材１０に働く締付荷重の全荷重をシール荷重として狭小平面シール部２０を中心とした鈍角テーパ面２１側にも作用させることが可能になる。このため、締付荷重を大きくしてシール荷重を大きくすることができる。

そして、最大締付荷重により締付けた場合であっても、鈍角テーパ面２１でストッパとなってこの鈍角テーパ面２１と当接していないガスケット１１部分には締付力が加わることがないため、ガスケット１１の径方向の変形や、荷重の一極集中による破断を防止しつつ、ねじ締付推力の全荷重をシール部２２により受けて超高圧流体の場合でも高いシール性を維持し、しかも温度変化や振動の発生に対しても最大締付荷重による反力により緩みにくい特性が得られる。特に、狭小平面シール部２０同士による平行なシール面でシール性を確保しているため、締付け時に面圧が高効率で上がる機能が発揮されて増し締めにも対応できる。この増し締め時には、狭小平面シール部２０によるシール力を回復しつつ、ガスケット１１がこの狭小平面シール部２０と鈍角テーパ面２１に当接した状態でシールされるため、ガスケット１１の変形や破断が防がれる。

このとき、前述したように、狭小平面シール部２０の径方向の幅Ｌを０．２〜０．６ｍｍとすれば、この幅Ｌを０．２ｍｍ以上とすることで局部変形が過大になることを防ぎ、０．６ｍｍ以下とすることでシールに必要な面圧を確保できる。さらに、鈍角テーパ面２１の傾斜角度θを２〜６°の範囲とすれば、最大締付荷重で締付けた際に、狭小平面シール部２０を徐々に平面状に変形させて面圧を向上して高いシール性を発揮でき、漏れを防ぎつつストッパ機能を確実に発揮して過大な締付けによるガスケット１１の変形や破断を防止できる。鈍角テーパ面２１の全面にガスケット１１が接触することもないため、ガスケット１１が接続端部面に貼り付くことがなく、このガスケット１１が交換やメンテナンス時に傷付くおそれがない。
鈍角テーパ面２１によるガスケット１１の軸方向への変形量は、シール部２２の表裏で０．２〜０．３ｍｍ程度に小さく抑えられるため、継手や配管を移動することなく機器等の管状接続部材１０への着脱を容易におこなうことができる。

一方、仮にシール部同士を平行な平面とし、そのシール幅が上記の狭小平面シール部と鈍角テーパ面とによるシール幅Ｗ２と同じになるように接続端部面を設けたとしても、締付け荷重に余裕がなくなるためシール性が確実に発揮されることはない。しかも、この場合には、ガスケット反力円の直径がシール幅の中間位置になってその値が大きくなるため、受圧面積が増加してシール荷重が大きくなるという問題も生じる。
なお、本発明の高圧用配管継手によれば、図１２の従来技術のように、配管チューブ２のテーパ面３とボデー６のテーパ面３とを当接させた状態を維持しながらねじ部材８、９を締付けて接続する必要がないので、配管施工が容易である。

また、ガスケット１１の外周側にガスケットリテーナ３０を装着していることにより、このガスケットリテーナ３０を介してガスケット１１を管状接続部材１０に位置決め状態で容易に着脱可能となり、継手全体の組み立ても容易になる。ガスケットリテーナ３０に識別用の切欠き部３３を設けていることにより、配管径などに応じて適切な径のガスケット１１を装着して漏れを確実に防止することができる。

図５においては、本発明の高圧用配管継手の他の実施形態を示している。なお、この実施形態以降において、前記実施形態と同一部分は同一符号によって表し、その説明を省略する。
この実施形態では、ガスケット４０を、ねじ部材１２を構成する雌ナット１７の内径に嵌合可能な外径に設けたものである。この場合、前記のガスケットリテーナ３０を使用することなく、雌ナット１７の内径側でこのガスケット４０を保持しながら容易に装着でき、装着後にはガスケット４０が雌ナット１７内に芯出し状態で位置保持される。さらに、ガスケット４０外径側や内径側の変形量が少なくなるため、このガスケット４０が管状接続部材１０に貼り付くことがなく容易に雌ナット１７から取外しできる。

図６においては、高圧用配管継手の更に他の実施形態を示している。ここで、図のような高圧用配管継手では、ねじ部材１２の雌ナット１７を締付けると、突起部１９の係止面１９ａが管状接続部材７０の環状鍔部１８の対向面１８ａに圧接し、雌ナット１７と管状接続部材７０とが供回りしながら接続がおこなわれる。この場合、係止面１９ａは、例えば１°程度の角度で内径側に向けてテーパ状に形成されることもある。

このように雌ナット１７の回転により管状接続部材７０を接続したときに、管状接続部材同士７０が供回りした状態でガスケット１１を挟着すると、ガスケット１１に摺接による溝や損傷が発生してシール性の低下につながる可能性がある。この理由から、管状接続部材７０による接続時にガスケット１１によるシール性を高めるためには、ガスケット１１の挟着と同時に管状接続部材７０の供回りを防ぐことが重要になる。

これを解消するために、この実施形態の高圧用配管継手では、図６〜図８に示すように、管状接続部材７０の接続端部面１５の内径付近に狭小平面状のシール部である環状突起部７２が形成され、接続端部面１５の外径側には外周環状部７３が設けられている。図９においては、環状突起部７２、外周環状部７３をクロスハッチングにより示している。

このような構成に設けることより、この高圧用配管継手では、ねじ部材１２を締付けたときに、環状突起部７２による面圧シール力でガスケット１１を挟圧して超高圧流体の漏れを防ぐ機能を発揮しつつ、外周環状部７３でガスケット１１を挟圧して管状接続部材７０の円周方向の供回りを防止する機能を発揮する。このとき、外周環状部７３の回転半径が環状突起部７２よりも長いことで外周環状部７３側のトルクがより高くなり、外周環状部７３でガスケット１１の外周側を確実に供回り防止した状態で、環状突起部７２によりシール性を発揮する。

外周環状部７３と環状突起部７２との対向する各挟圧面７４、７５は、フラット面により設けられる。これらフラット面７４、７５による当接により、外周環状部７３、環状突起部７２の面圧シール力を向上して供回りを阻止し、ガスケット１１の摺接による溝や損傷によるシール力の低下を防止して優れたシール性を発揮する。

さらに、挟圧面７４、７５を軸方向に同じ高さで設けるようにすれば、締付け時に外周環状部７３、環状突起部７２を同時にガスケット１１に圧接させ、環状突起部７２、外周環状部７３の各機能を同時に発生させることが可能となる。
外周環状部７３と環状突起部７２とを断面略同一形状に設けるようにすれば、これらのシール面積を等しくして面圧バランスを均等化させ、偏った力が加わることを防いで面圧力を向上できる。

外周環状部７３と環状突起部７２との間には、凹状フラット面７６が設けられる。この凹状フラット面７６にはガスケット１１が接触しにくくなるため、ガスケット１１に外周環状部７３と環状突起部７２とによる小さい接触面積を局部的に当接させてシール面圧力を向上できる。

本実施形態では、図８に示すように外周環状部７３と環状突起部７２とが断面略台形状に形成され、環状突起部７２の内径側（流路側）に面取り２６、外周環状部７３の外径側に面取り７７がそれぞれ設けられる。凹状フラット面７６は、環状突起部７２の外径側、外周環状部７３の内径側にそれぞれ形成された面取り部７８、７９を介して所定の深さＤにより設けられる。この高圧用配管継手では、例えば、外周環状部７３、環状突起部７２の幅Ｌ１がそれぞれ０．４ｍｍ、面取りの角度γが４５°、面取り部７８、７９が０．２ｍｍのＣ面取り、凹状フラット面７６の深さＤが０．２ｍｍにそれぞれ設けられる。

図９に示すように、外周環状部７３には、ポンチ、プレス等による塑性加工、或は切削加工によりスリット８０が１ヶ所に設けられる。スリット８０は、例えば０．２ｍｍの深さにより４５°のＶ溝状に設けられ、このスリット８０をリーク溝として、凹状フラット面７６内の圧力を逃がすことが可能になっている。これにより、締付け時の凹状フラット面７６内への圧力の残留を防止し、その内部圧力により管状接続部材７０が離間する方向に力が加わったり、ガスケット１１の変形等を防止しながら環状突起部７２、外周環状部７３で均等にガスケット１１を圧接し、環状突起部７２によるシール性の確保、並びに外周環状部７３による供回り防止機構の双方を確保できる。スリット８０は、複数箇所に設けられていてもよい。

外周環状部７３を設ける場合、管状接続部材７０の軸方向において突起部１９の係止面と同じ位置か近接位置に設けるとよく、この場合、雌ナット１７の締付け時に係止面１９ａの押圧力を外周環状部７３方向に直接作用させるように伝達させ、供回り防止効果をより高めることができ、増し締めによるシール性も効果的に向上できる。

ここで、図６の管状接続部材７０同士を接続する高圧用配管継手と、図６の管状接続部材に外周環状部７３を設けることなく、内周側の環状突起部７２のみを設けた管状接続部材同士を接続する高圧用配管継手とに関して、それぞれ締付けに対する供回りの大きさを試験により比較した。便宜上、図６の環状突起部７２と外周環状部７３との２つのリップ状部位を有する高圧用配管継手を「２重リップ」、環状突起部７２のみを有する高圧用配管継手を「１重リップ」と呼ぶものとする。

試験方法としては、ガスケット１１を介してねじ部材１２（雄ねじ部材１６、雌ナット１７）で管状接続部材同士を手締めにより締付け、さらにこの状態で雄ねじ部材１６側を万力等で固定し、雌ナット１７を１０Ｎ・ｍ〜５０Ｎ・ｍまで、１０Ｎ・ｍ間隔の締付けトルクで締付けるようにした。このときの締付けトルクと、雌ナット１７及びこの雌ナット１７側の管状接続部材の回転角度との関係を図１０のグラフに示す。

図１０において、１重リップについて、雌ナット１７を締付けたときには管状接続部材が略同じ回転角度で回転した。すなわち、雌ナット１７の締付け回転と同時に管状接続部材が略同じ角度で供回りする結果となった。
一方、２重リップについて、締付けトルクを上げると共に雌ナット１７の回転角度が加速度的に上昇していることに対し、管状接続部材７０の回転角度は略０°を保っている。すなわち、２重リップでは、雌ナット１７による締結時に、雌ナット１７に対して管状接続部材７０が供回りしにくいことが確認された。

図１１においては、高圧用バルブを示しており、この高圧用バルブのバルブボデー５０の接続部側となる両端側には、高圧用配管継手が設けられている。バルブボデー５０の両端側には、めねじ５１が設けられ、一方、管状接続部材５２のバルブボデー５０との接続側にはおねじ５３が設けられ、おねじ５３とめねじ５１との螺合を介して管状接続部材５２がバルブボデー５０に一体化される。

管状接続部材５２の外部管路との接続側には、雄ねじ部５４が一体に形成されており、この雄ねじ部５４を介して管状接続部材５２が雌ナット１７に直接螺合され、この雌ナット１７により管路側の管状接続部材１０と接続可能に設けられている。このように、バルブボデー５０に管状接続部材５２が取付けられていることで、この管状接続部材５２と管路側の管状接続部材１０とを有する高圧用配管継手を介して、雄ねじ部５４と雌ナット１７とによるねじ部材の締付けにより高圧用バルブが管路に接続可能になる。この場合にも、前記実施形態と同様に、接続端部面１５には、図１に示した狭小平面シール部２０、鈍角テーパ面２１、逃げ部２５が設けられ、過大な締付け力によるガスケット４０や接続端部側の破損が防がれ、高いシール性が維持される。

高圧用バルブにおいて、管状接続部材５２には装着穴部５５が設けられ、この装着穴部５５に皿ばね５６を介してシートリテーナ５７が装着されている。シートリテーナ５７の先端側にはボールシート５８が装着され、両側のボールシート５８、５８によりステム５９で回転可能に設けられたボール弁体６０がシールされている。この構成により、高圧用バルブは、水素などの超高圧流体を漏れを防ぎながら流すことができ、このとき高圧用バルブが高圧用配管継手を介して外部管路と接続されていることで接続部側の漏れも確実に防止される。

なお、この実施形態においては、高圧用バルブがボールバルブである例を説明したが、ボールバルブ以外の各種のバルブ、例えば、逆止弁やニードルバルブの接続部側に本発明の高圧用配管継手やシール構造を設けることができる。この場合、高圧用配管継手はバルブの接続部側の片側のみに設けられていてもよく、バルブの種類や使用箇所等に応じて任意に設定可能である。雌ナット１７の内径に嵌合可能なガスケット４０が装着されているが、ガスケットリテーナを介して装着するようにしてもよい。また、管状接続部材５２には雄ねじ部５４が一体に形成されているが、前記実施形態と同様に、管状接続部材１０と雄ねじ部材１６とが別体の構造に設けられていてもよい。管状接続部材５２の代わりとして管状接続部材７０を接続することもでき、この場合には、高シール性に加えて上述した供回り防止機能を発揮できる。

１０、７０ 管状接続部材
１１、４０ ガスケット
１２ ねじ部材
１５ 接続端部面
２０ 狭小平面シール部
２１ 鈍角テーパ面
２２ シール部
２５ 逃げ部
２６ 面取り
３０ ガスケットリテーナ
３３ 切欠き溝
５０ バルブボデー
θ 傾斜角度
７２ 環状突起部
７３ 外周環状部
７４、７５ 挟圧面
７６ 凹状フラット面
８０ スリット

Claims (9)

1. 一対の管状接続部材の接続端部面をガスケットを介してねじ部材の締付けによりシールして接続する高圧用配管継手であって、前記ガスケットは、前記接続端部面より硬度が低い金属であり、前記接続端部面には、最内側又は最内側近傍に狭小平面シール部を形成し、かつ、この狭小平面シール部の外径側に沿って鈍角テーパ面を形成し、前記ねじ部材を締付けた際に、締付荷重の大きさによって前記狭小平面シール部と前記鈍角テーパ面とで前記ガスケットとのシール部を拡げた状態でシールすると共に、最大締付荷重で締付けた際には、外径側の前記鈍角テーパ面がストッパとなるシール構造で超高圧流体にもシール性を維持するようにしたことを特徴とする高圧用配管継手。
2. 前記鈍角テーパ面の外径側には、ストッパ構造を有しない逃げ部を設けた請求項１に記載の高圧用配管継手。
3. 前記管状接続部材の接続端部面の流路側に面取りを設け、前記狭小平面シール部が流路側に変形するのを防止した請求項１又は２に記載の高圧用配管継手。
4. 前記ガスケットの外径を前記ねじ部材を構成する雌ナットの内径に嵌合可能に設け、このガスケットを前記雌ナット内に芯出し状態で位置保持した請求項１乃至３の何れか１項に記載の高圧用配管継手。
5. 一対の管状接続部材の接続端部面をガスケットを介してねじ部材の締付けによりシールして接続する高圧用配管継手であって、前記ガスケットは、前記接続端部面より硬度が低い金属であり、前記接続端部面の内径付近に環状突起部を形成し、前記接続端部面の外径側には、前記ねじ部材の締付けにより前記管状接続部材の円周方向の供回りを防止する外周環状部を設けたことを特徴とする高圧用配管継手。
6. 前記外周環状部と前記環状突起部との挟圧面をフラット面とした請求項５に記載の高圧用配管継手。
7. 前記外周環状部と前記環状突起部との間を凹状フラット面とした請求項５又は６に記載の高圧用配管継手。
8. 前記外周環状部に、前記凹状フラット面内の圧力を逃がすスリットを設けた請求項５乃至７の何れか１項に記載の高圧用配管継手。
9. 請求項１乃至８の何れか１項の高圧用配管継手をバルブボデーの接続部側に設けたことを特徴とする高圧用バルブ。

Images