フランジ締結構造
【課題】 セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなるフランジと、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトとを有機的に組み合わせて、フランジ締着面のシール性を向上させ、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトの耐久性を高め得るフランジ締結構造を提供する。
【解決手段】 セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジ１，２をボルトによって締着するフランジ締結構造であって、ボルト１１をセラミックス材で構成して一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通し、ボルト１１の締結側端部にテーパ面１１ａまたは水平面１１ｂからなる締結面を形成するとともに、締付ナット１３を締結ピース１２にねじ込むことにより締結ピース１２の加圧面とボルト１１の締結面とを圧着させてボルト１１に締付力を発生せしめるように構成する。
【解決手段】 セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジ１，２をボルトによって締着するフランジ締結構造であって、ボルト１１をセラミックス材で構成して一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通し、ボルト１１の締結側端部にテーパ面１１ａまたは水平面１１ｂからなる締結面を形成するとともに、締付ナット１３を締結ピース１２にねじ込むことにより締結ピース１２の加圧面とボルト１１の締結面とを圧着させてボルト１１に締付力を発生せしめるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温機器のケーシング固定部や高温配管の接続部等に適用されるフランジであって、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するように構成されたフランジ締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温機器のケーシング固定部や高温配管の接続部等に適用される金属製フランジにおいては、一般に、金属材からなるメタルボルトによる締結構造が採用されている。このような、メタルボルトによるフランジ締結構造は、ボルト材料とフランジ材料との線膨張係数の差が比較的大きくないため、高温時においても所要のボルト軸力が保持され、フランジ締着面は所要のシール機能を発揮している。
【０００３】
一方、腐食環境が厳しく、且つ高温下での使用条件にある原子力水素製造装置、化学プラント等の配管フランジは、前記のような金属製のフランジ及びボルトでは耐食性が不充分であるため、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックス材が金属材と併せて使用されている。
【０００４】
このような、セラミックス材と金属材とを併用したフランジ構造については、たとえば特許文献１（特開平９−１９６２６０号公報）、特許文献２（特開平１１−２４８０６６号公報）等で、セラミックス製フランジと金属製フランジとの締着面における高温使用時におけるシール性を保持せしめる技術が提案されている。
【特許文献１】特開平９−１９６２６０号公報
【特許文献２】特開平１１−２４８０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術は、いずれも、セラミックス材からなるフランジと金属材からなるメタルボルトとの線膨張係数による熱膨張量の差を所定値以下に抑えて、フランジとの締着面における高温使用時におけるシール性を保持せしめるように構成されているにとどまり、セラミックス材あるいは金属材からなるフランジと、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトとを有機的に組み合わせて、フランジ締着面のシール性を向上させ、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトの耐久性を高める手段については示されていない。
【０００６】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなるフランジと、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトとを有機的に組み合わせて、フランジ締着面のシール性を向上させ、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトの耐久性を高め得るフランジ締結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部にテーパ面または水平面からなる締結面を形成するとともに、該締結面と同形状の加圧面を有する締結ピース及び該締結ピースの外周に螺合される締付ナットを備え、該締付ナットを前記締結ピースにねじ込むことにより前記締結ピースの加圧面と前記ボルトの締結面とを圧着させて前記ボルトに締付力を発生せしめ、該締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成している。
【０００８】
前記発明に加えて、次のように構成するのが好ましい。
【０００９】
（１） 前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、皿バネが介装され、該締付ナットの締付力が前記皿バネを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されている。
【００１０】
（２） 前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、金属材からなるメタルワッシャが介装され、前記締付ナットの締付力が前記メタルワッシャを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されている。
【００１１】
（３） テーパ面または水平面のようなセラミックス材との接触部においては、片当たりによるセラミックス部材の破壊を防ぐために、メタル側の部材の接触面に軟質のめっきを施工したり、軟質の金属板を挿入して極力広い面で接触するように構成されている。
【００１２】
また、本発明は、前記フランジ締結構造において、前記ボルトを金属材からなるメタルボルトで構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通するとともに、セラミックス材からなり前記一対のフランジの締着面を相互に圧接させた状態で該一対のフランジを挟み込むセラミックスピースを設け、前記メタルボルトの熱膨張量が一定量以上になったとき前記セラミックスピースの締付力により前記一対のフランジを締着するように構成している。
【００１３】
前記発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
【００１４】
（１） 前記一対のフランジは多角形状の角型フランジに構成され、前記セラミックスピースを該角型フランジの辺部と同数設けて該辺部に刻設された溝に挿入し、前記セラミックピースにより前記一対のフランジが挟み込まれている。
【００１５】
（２） 前記一対のフランジは円形状の円形フランジに構成され、前記一対のフランジと前記セラミックスピースとの当接面には円周方向に沿ってキー溝が刻設され、前記メタルボルトと併設された複数の前記セラミックスピースを前記円形フランジの円周方向複数箇所で前記円形フランジの端部を挟み込むとともに、前記キー溝に嵌合したキーによって前記セラミックスピースが前記円形フランジに係止されている。
【００１６】
（３） 前記セラミックスピース及び一対のフランジを貫通して設けられたセラミックス材からなるセラミックスボルトを備え、該セラミックスボルトの締付力により前記セラミックスピースを介して前記一対のフランジが締着されている。
【００１７】
さらに、本発明において、前記一対のフランジの端部及び前記セラミックスピースの端部が当接する当接部は、前記セラミックスピースの前記フランジ半径方向の移動に従い前記一対のフランジ間の締着力が増加可能な傾斜面に形成されているとともに、前記セラミックスピースに前記フランジ半径方向の荷重を付与する金属材からなるメタルボルトを備え、前記メタルボルトにより前記セラミックスピースと前記一対のフランジの端部とを締め付けることにより、前記傾斜面に形成された前記当接部を介して前記一対のフランジが締着されている。
【００１８】
かかる発明において、好ましくは、前記メタルボルトと前記セラミックスピースとの間には、断熱材からなる断熱座金が介装されている。
【００１９】
また、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材からなるセラミックスボルトで構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材からなるメタルワッシャを介装している。
【００２０】
また、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部の外周に外周段部を形成するとともに、該外周段部に係合する内周段部が形成された締結ナット及び該締結ナットに螺合されて前記締結ナットを固定する止めリングを備え，前記締結ナットと前記ボルトとを前記外周段部及び内周段部を介して係合し、前記止めリングを前記締結ナットに締め付けて発生する締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成している。
【００２１】
この発明において、前記ボルト端部の一方側の外周には、前記外周段部が形成されているとともに、前記内周段部を有する締結ナット及び前記止めリングが取り付けられ、前記ボルト端部の他方側にはボルト頭が形成されている。
【００２２】
また、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材料からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材あるいは金属材料のいずれか一方で構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材料からなる皿バネを介装している。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、セラミックス材からなるボルトをフランジのボルト孔に挿通して、ボルトの締結側端部のテーパ面または水平面からなる締結面に締結ピースの加圧面を当てて該締結ピースの外周に螺合される締付ナットを締結ピースにねじ込むことにより、該締結ピースの前記加圧面と前記ボルトの締結面とを圧着させて発生したボルト締付力によって一対のフランジを締着しているので、高温時に前記一対のフランジが熱膨張しても、かかる熱膨張よる力を締付ナット、締結ピース及びテーパ面または水平面からなる締結面を介してセラミックス材からなるボルトで受けることとなり、熱膨張係数の小さいセラミックス材からなるボルトでフランジの熱膨張を規制することができる。
【００２４】
これにより、高温時においても前記一対のフランジの締着面は良好なシール機能を保持できる。また、前記フランジ側からの力を前記締付ナット、締結ピース及びテーパ面という緩衝機能を有する要素を介してセラミックス材からなるボルトで受けるので、セラミックス材のボルトに過大な荷重が掛かるのを防止でき、セラミックス材のボルトは高い耐久性を保持することができる。さらに、テーパ面または水平面のようなセラミックス材のボルトとの接触部においては、メタル側部材の接触面に軟質のめっきを施工したり、軟質の金属板を挿入して極力広い面で接触させ、片当たりによる破壊を防ぐことによりセラミックス材のボルトは高い信頼性を保持することができる。
【００２５】
また、前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間に、皿バネを介装し、該締付ナットの締付力を該皿バネを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成し、あるいは、前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間に、金属材料からなるメタルワッシャを介装し、該締付ナットの締付力を該メタルワッシャを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成すれば、弾力性を有する前記皿バネあるいはメタルワッシャを介してフランジ側とセラミックス材のボルトとが連結されていることから、フランジ側からの過大荷重を皿バネあるいはメタルワッシャで緩衝でき、セラミックス材のボルトに過大荷重が掛かるのを回避できる。
【００２６】
また、高温時における前記フランジ側の熱膨張を前記皿バネあるいはメタルワッシャで吸収でき、セラミックス材のボルトに掛かる熱膨張による力を低減できる。これらにより、セラミックス材のボルトの耐久性向上が図れる。
【００２７】
また、本発明によれば、常温時には一対のフランジを締着しているメタルボルトによって、角型フランジ、円形フランジ等の一対のフランジを締めつけてフランジ締着面のシール性を保持し、高温時に前記メタルボルトの熱膨張量が一定量以上になったときには，前記フランジを挟み込むセラミックスピースによって前記一対のフランジを締着しているので、全温度域においてフランジ締着面のシール性を良好に保持できる。
【００２８】
そして、セラミックスピース及び一対のフランジを貫通して設けられたセラミックスボルトの締付力により、前記セラミックスピースを介して前記一対のフランジを締着するように構成すれば、フランジ側からの熱膨張力をセラミックスピース及びセラミックスボルトの双方で受け持つことになり、フランジ締着面のシール性向上効果がさらに大きくなる。
【００２９】
また、本発明によれば、メタルボルトによりセラミックスピースと一対のフランジの端部とを締め付けることにより、セラミックスピースの傾斜面に形成された当接部を介して一対のフランジを締着するように構成したので、メタルボルトの引張力をセラミックスピースの傾斜面に加えることにより、一対のフランジの締着面の面圧を増大でき、該締着面のシール性の向上効果が大きくなる。
【００３０】
しかも、前記メタルボルトと前記セラミックスピースとの間に断熱材からなる断熱座金を介装すれば、該断熱座金によってセラミックスピース側からメタルボルト側への伝熱が遮断でき、メタルボルトの熱膨張を抑制できる。
【００３１】
また、本発明によれば、一対のフランジの締付用ボルトをセラミックスボルトで構成するとともに、ボルトの座面にメタルワッシャを介装したので、弾力性を有するメタルワッシャを介してフランジ側とセラミックス材のボルトとが連結されているため、フランジ側からの過大荷重をメタルワッシャで緩衝できて、セラミックス材のボルトに過大荷重が掛かるのを回避できる。そして、高温時におけるフランジ側の熱膨張をメタルワッシャで吸収でき、セラミックス材のボルトに掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００３２】
また、本発明によれば、セラミックス材からなるボルトと締結ナットとを段部にて係合し、止めリングの締付力で該段部の係合を強固になすので、脆性の大きいセラミックスボルトと締結ナットとをねじ結合することが不要となって、該セラミックスボルトと締結ナットとの係合時における該セラミックスボルトの破損の発生を防止できる。
【００３３】
したがって、本発明のフランジ締結構造は、腐食環境が厳しく、且つ高温下での使用条件にある原子力水素製造装置、化学プラント等の配管フランジに適用することが可能となり、高い信頼性を有する配管フランジを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
［第１実施形態］
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１は本発明の第1実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は平面図である。また、図２及び図２-1は前記第1実施形態におけるボルト締結部の詳細を示し、（Ａ）はテーパ部を有する場合の図１のＺ部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ矢視図である。また、（Ａ'）は水平部を有する場合のＺ部拡大図、（Ｂ'）は（Ａ'）におけるＢ矢視図である。
【００３６】
図１及び図２において、１はセラミックス材からなる上フランジ、２は金属材からなる下フランジであり、これら一対のフランジ１，２は、締結機構１０によって締着面１ａで流体シールされて締着されている。なお、前記上フランジ１及び下フランジ２は、前記した配置とは逆に上フランジ１が金属材、下フランジ２がセラミックス材でも、あるいは双方がセラミックス材でもよい。1ｓはシール流体管である。
【００３７】
前記締結機構１０の詳細を示す図２において、１１はセラミックス材からなるセラミックスボルトであり、該セラミックスボルト１１は、前記一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通されている。セラミックスボルト１１の締結側端部外周には、締結面であるテーパ面１１ａまたは水平面１１ｂが形成されている。１２は半割りに構成された金属製締結ピースであり、この締結ピース１２の内周には、前記テーパ面１１ａまたは水平面１１ｂと同一形状で該テーパ面１１ａまたは水平面１１ｂと圧接される加圧面１２ａまたは１２ｂが形成されている。１３はロックナット（締付ナット）であり、該ロックナット１３は、締結ピース１２の外周に螺合されるようになっている。なお、締結ピース１２の加圧面１２ａまたは１２ｂには、片当たりを防止すべく、めっきが施工されている。
【００３８】
ロックナット１３の下面と上フランジ１の上面との間には、皿バネ１４が介装されており、ロックナット１３の締付力は、皿バネ１４及び上フランジ１の上面を介して締着面１ａに伝達されるようになっている。
【００３９】
この第1実施形態において、セラミックスボルト１１をフランジ１，２のボルト孔１５に挿通して、セラミックスボルト１１の締結側端部のテーパ面１１ａまたは水平面１１ｂを半割りの締結ピース１３の加圧面１２ａまたは１２ｂに当てて、締結ピース１２の外周に螺合されるロックナット１３をねじ込むことにより、締結ピース１２の加圧面１２ａまたは１２ｂとセラミックスボルト１１のテーパ面１１ａまたは１１ｂとを圧着させ、これにて発生したボルト締付力により一対のフランジ１，２が締着されることになる。
【００４０】
従って、高温時に一対のフランジ１，２が熱膨張を起こしても、かかる熱膨張による力をロックナット１３、テーパ面１１ａまたは水平面１１ｂ及び締結ピース１２の加圧面１２ａまたは１２ｂからなる締結面を介して、セラミックスボルト１１で受けることとなり、熱膨張係数の小さいセラミックス材からなるセラミックスボルト１１で前記フランジ１，２の熱膨張を規制することが可能となる。
【００４１】
これにより、高温時においても一対のフランジ１，２の締着面１ａは良好なシール性を保持できる。また、フランジ１，２側からの力をロックナット１３、テーパ面１１ａ及び締結ピース１２の加圧面１２ａという緩衝機能を有する要素を介してセラミックスボルト１１で受けるため、セラミックスボルト１１に過大な荷重が掛かるのを防止でき、セラミックスボルト１１は高い耐久性を保持することができる。
【００４２】
また、ロックナット１３と当該ロックナット１３の締付面に対向する上フランジ１の上面との間に皿バネ１４が介装され、ロックナット１３の締付力が皿バネ１４を介して一対のフランジ１，２の締着面１ａに伝達するように構成されており、弾力性を有する皿バネ１４を介してフランジ１，２側とセラミックスボルト１１とが連結されているため、フランジ１，２側からの過大荷重を皿バネ１４で緩衝でき、セラミックスボルト１１に過大荷重が掛かるのを回避できる。
【００４３】
また、高温時におけるフランジ１，２側の熱膨張を皿バネ１４で吸収することが可能となるため、セラミックスボルト１１に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００４４】
さらに、テーパ面または水平面のようなセラミックス材のボルトとの接触部においては、締結ピースの加圧面に軟質のめっきを施工して、片当たりによるセラミックス材のボルトの破壊を回避できる。
【００４５】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部詳細図である。
【００４６】
図３において、１はセラミックス材からなる上フランジ、２は金属材からなる下フランジであり、これら一対のフランジ１，２は、締結機構１０によって締着面１ａで流体シールされて締着されている。なお、前記第１実施形態と同様に、上フランジ１及び下フランジ２は前記した配置とは逆に上フランジ１が金属材、下フランジ２がセラミックス材でも、あるいは双方がセラミックス材でもよい。
【００４７】
１１は前記締結機構１０を構成するもので、セラミックス材からなるセラミックスボルトであり、該セラミックスボルト１１は、前記一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通されている。
【００４８】
セラミックスボルト１１の締結側端部外周には、締結面であるテーパ面１１ａが形成されている。５は半割りに構成された金属製締結ピースであり、この締結ピース５の内周には、前記テーパ面１１ａと同形状で該テーパ面１１ａと圧接される加圧面５ａが形成されている。６はロックナット（締付ナット）であり、該ロックナット６は、締結ピース５の外周ねじ部５ｂに螺合されるようになっている。
【００４９】
ロックナット６の下面と上フランジ１の上面との間には、メタルワッシャ５４が介装されており、ロックナット１３の締付力は、メタルワッシャ５４及び上フランジ１の上面を介して締着面１ａに伝達されるようになっている。
【００５０】
この第２実施形態において、セラミックスボルト１１をフランジ１，２のボルト孔１５に挿通して、セラミックスボルト１１の締結側端部のテーパ面１１ａを半割りの締結ピース５の加圧面５ａに当てて，締結ピース５の外周に螺合されるロックナット６を締結ピース５にねじ込むことにより、締結ピース５の加圧面５ａとセラミックスボルト１１のテーパ面１１ａとを圧着させ、これにて発生したボルト締付力により一対のフランジ１，２が締着されることになる。
【００５１】
従って、高温時に一対のフランジ１，２が熱膨張を起こしても、かかる熱膨張による力をロックナット６、テーパ面１１ａ及び締結ピース５の加圧面５ａからなる締結面を介して、セラミックスボルト１１で受けることとなり、熱膨張係数の小さいセラミックス材からなるセラミックスボルト１１でフランジ１，２の熱膨張を規制することが可能となる。
【００５２】
これにより、高温時においても一対のフランジ１，２の締着面１ａは良好なシール性を保持できる。また、フランジ１，２側からの力をロックナット６、締結ピース５の加圧面５ａ及びテーパ面１１ａという緩衝機能を有する要素を介してセラミックスボルト１１で受けるので、セラミックスボルト１１に過大な荷重が掛かるのを防止でき、セラミックスボルト１１は高い耐久性を保持できる。
【００５３】
また、ロックナット６と該ロックナット６の締付面に対向する上フランジ１の上面との間にメタルワッシャ５４が介装され、ロックナット６の締付力がメタルワッシャ５４を介して一対のフランジ１，２の締着面１ａに伝達するように構成されており、弾力性を有するメタルワッシャ５４を介してフランジ１，２側とセラミックスボルト１１とが連結されているため、フランジ１，２側からの過大荷重をメタルワッシャ５４で緩衝でき、セラミックスボルト１１に過大荷重が掛かるのを回避できる。
【００５４】
また、高温時におけるフランジ１，２側の熱膨張をメタルワッシャ５４で吸収することが可能となるため、セラミックスボルト１１に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００５５】
［第３実施形態］
図４は本発明の第３実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ線断面図である。
【００５６】
図４（Ａ），（Ｂ）において、一対の上フランジ1及び下フランジ２は四角形（多角形であればよい）の角型フランジに構成されている。２２は上フランジ1と下フランジ２とを一定の面圧で締着する金属材からなるメタルボルトであり、図４（Ａ）のように、一対のフランジ１，２の外周辺部の４箇所でメタルボルト２２により、上フランジ1と下フランジ２とが一定面圧で圧接した状態で締着されている。５１は一対のフランジ１，２の締着面１ａの流体シール用に設けられたシールリングである。
【００５７】
２１はセラミックス材からなるセラミックスピースである。このセラミックスピース２１は、図４（Ａ）のように、上フランジ1及び下フランジ２の辺部と同数個設けられており、各辺部に刻設された溝１ｅ，２ｅに挿入配置されるようになっている。
【００５８】
すなわち、セラミックスピース２１は、図４（Ｂ）のように、断面略コの字状に形成され、対向する内周壁には爪部２１ａが互いに内方へ突出すべく形成されており、爪部２１ａが上フランジ1及び下フランジ２に刻設された溝１ｅ，２ｅに挿入されて、前記のように、一対のフランジ１，２の締着面１ａを一定の面圧で圧接させた状態で、一対のフランジ１，２を挟み込むようにして取り付けられている。
【００５９】
この第３実施形態においては、常温時にメタルボルト２２によって一対のフランジ１，２を一定面圧で圧接させた状態で締着するとともに、かかる一定面圧で圧接させた状態で、各セラミックスピース２１の爪部２１ａを上フランジ1及び下フランジ２の溝１ｅ，２ｅに挿入して、これら一対のフランジ１，２を挟み込む。
【００６０】
このように構成することにより、高温時にメタルボルト２２の熱膨張量が一定量以上になったときには、高温時の熱膨張量が微小なセラミックスピース２１の締付力により、前記一定面圧を保持して一対のフランジ１，２を締着することが可能となり、前記一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を保持することになる。その結果、全温度域において一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を良好に保持できるとともに、高温時におけるメタルボルト２２への過大荷重が回避されて、メタルボルト２２の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
［第４実施形態］
図５は本発明の第４実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ―Ｃ線断面図である。
【００６２】
この第４実施形態においては、前記一対のフランジ１，２が円形状の円形フランジに構成されている点が、前記第３実施形態と異なる点である。
【００６３】
すなわち、図５（Ａ），（Ｂ）において、前記一対のフランジ１，２は円形フランジに形成され、内外周辺部のメタルボルト２７，２８と併設したセラミックスピース２１は円周方向に沿って複数個（この例では４個）設けられており、円形のフランジ１，２の円周方向複数箇所（この例では４箇所）でセラミックスピース２１によって円形のフランジ１，２の端部が挟み込まれている。
【００６４】
そして、一対のフランジ１，２とセラミックスピース２１との当接面のフランジ１，２側には円周方向に沿ってキー溝２６が刻設されているとともに、セラミックスピース２１側にはキー溝２１ｂが刻設されており、該キー溝２６及び２１ｂに嵌合したキー２５によってセラミックスピース２１は一対のフランジ１，２に係止されるようになっている。
【００６５】
この第４実施形態によれば、前記第３実施形態と同様に、高温時にメタルボルト２７，２８の熱膨張量が一定量以上になったときには、高温時の熱膨張量が微小なセラミックスピース２１の締付力により、前記一定面圧を保持して一対のフランジ１，２を締着することが可能となり、前記一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を保持することになる。従って、全温度域において一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を良好に保持できるとともに、高温時におけるメタルボルト２７，２８への過大荷重が回避されて、メタルボルト２７，２８の耐久性向上を図ることができる。
【００６６】
［第５実施形態］
図６は本発明の第５実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示すもので、フランジのボルト締結部の断面図である。
【００６７】
この第５実施形態においては、前記セラミックスピース２１及び一対のフランジ１，２を貫通して設けられたセラミックス材からなるセラミックスボルト３２が追加して設けられており、前記第３及び第４実施形態のような各セラミックスピース２１の爪部２１ａ、上フランジ1及び下フランジ２の溝１ｅ，２ｅを除去して、セラミックスボルト３２の締付力により、セラミックスピース２１を介して一対のフランジ１，２を締着するように構成されている。
【００６８】
この第５実施形態によれば、セラミックスピース２１及び一対のフランジ１，２を貫通して設けられたセラミックスボルト３２の締付力によりセラミックスピース２１を介して一対のフランジを締着するように構成したので、高温時において、フランジ１，２側からの熱膨張力をセラミックスピース２１及びセラミックスボルト３２の双方で受け持つことになり、前記第３及び第４実施形態よりも、さらにフランジ締着面１ａのシール性及びメタルボルト２２の耐久性の向上効果が大きくなる。
【００６９】
［第６実施形態］
図７は本発明の第６実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、図６に対応した断面図である。
【００７０】
この第６実施形態において、前記一対のフランジ１，２の端部及び前記セラミックスピース２１の端部が当接する当接部は、セラミックスピース２１のフランジ半径方向の移動に従い、一対のフランジ１，２間の締着力が増大可能となる傾斜面２１ｃ，２１ｃに形成されている。
【００７１】
さらに、この第６実施形態におけるセラミックスピース２１には、これと関連して、前記フランジ半径方向の荷重、つまり前記傾斜面２１ｃ，２１ｃにおいて前記セラミックスピース２１と一対のフランジ１，２とが圧接されるような半径方向荷重を付与する金属材からなるメタルボルト３６が設けられており、該メタルボルト３６により、断熱材からなる断熱座金３７を介して、セラミックスピース２１と一対のフランジ１，２の端部とが締め付けられるようになっている。
【００７２】
その他の構成は前記第３実施形態（図４）と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示している。
【００７３】
かかる第６実施形態によれば、メタルボルト３６により、セラミックスピース２１と一対のフランジ１，２の端部とを、セラミックスピース２１及び一対のフランジ１，２の傾斜面２１ｃを介して締着するように構成したので、メタルボルト３６の引張力を傾斜面２１ｃに加えることにより、一対のフランジ１，２の締着面１ａの面圧を増大できて、締着面１ａのシール性の向上効果がより一層大きくなる。
【００７４】
また、メタルボルト３６とセラミックスピース２１との間に断熱材からなる断熱座金３７を介装したので、断熱座金３７によってセラミックスピース２１側からメタルボルト３６側への伝熱を遮断でき、メタルボルト３６の熱膨張を抑制することができる。
【００７５】
［第７実施形態］
図８は本発明の第７実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、図６に対応した断面図である。
【００７６】
この第７実施形態においては、セラミックス材からなるセラミックスボルト３９及びナット３９ａにより一対のフランジ１，２が締着されるとともに、一対のフランジ１，２におけるセラミックスボルト３９及びナット３９ａの座面には、金属材料からなるメタルワッシャ４０が介装されている。なお、セラミックスボルト３９とナット３９ａとの組み合わせは、次の４通りが好ましい。
（１）ＳｉＣボルトとＳｉＣナット
（２）ＳｉＣボルトとＣ／Ｃナット
（３）ＳｉＣボルトと金属製ナット
（４）Ｃ／ＣボルトとＣ／Ｃナット
＊Ｃ／Ｃはカーボン／カーボン複合材料
かかる第７実施形態によれば、一対のフランジ１，２の締付用のボルト及びナットをセラミックス材で構成するとともに、セラミックスボルト３９及びナット３９ａの座面にメタルワッシャ４０を介装しており、弾力性を有するメタルワッシャ４０を介してフランジ側とセラミックス材からなるボルト３９及びナット３９ａとが連結されているため、フランジ側からの過大荷重をメタルワッシャ４０で緩衝できて、セラミックス材からなるボルト３９及びナット３９ａに過大荷重が掛かるのを回避できる。また、高温時におけるフランジ側の熱膨張がメタルワッシャ４０で吸収可能となるため、セラミックス材からなるボルト３９に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００７７】
［第８実施形態］
図９は本発明の第８実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は第１例を示す図６に対応した断面図、（Ｂ）は第２例を示す図６に対応した一部断面図である。
【００７８】
この第８実施形態においては、一対のフランジ１，２の締付用のボルトをセラミックス材で構成した段付きボルト６０として、一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通されている。また、段付きボルト６０の締結側端部の外周には、複数の外周段部６０ａが形成されている。なお、適用フランジに応じて、段部６０ａの段数は１段でも良い。
【００７９】
この第８実施形態においては、段付きボルト６０の外周段部６０ａに係合する内周段部４８が形成された半割れナット４５が設けられているとともに、半割れナット４５の外周に螺合されて半割れナット４５を固定する止めリング４６が設けられており、半割れナット４５と段付きボルト６０とを外周段部６０ａ及び内周段部４８を介して係合し、止めリング４６を半割れナット４５に締め付け、これにて発生する締付力により一対のフランジ１，２が締着面１ａにて締着されている。
【００８０】
また、この第８実施形態では、図９（Ｂ）に示す第２例のように、段付きボルト６０の端部の一方側の外周に前記第１例と同様な複数の外周段部６０ａを形成して、内周段部４８が形成された半割れナット４５及び前記止めリング４６を取り付け、段付きボルト６０端部の他方側にはボルト頭６０ｂを形成した構造とすることも可能である。
【００８１】
かかる第８実施形態によれば、セラミックス材からなる段付きボルト６０と半割れナット４５とを段部６０ａ，４８にて係合し、止めリング４６の締付力で部６０ａ，４８の係合を強固に行うので、脆性の大きいセラミックスボルト（段付きボルト６０）と締結ナット（半割れナット４５）とをねじ結合することが不要となり、セラミックスボルトと締結ナットとの係合時におけるセラミックスボルトの破損の発生を防止できる。
【００８２】
なお、この第８実施形態において、止めリング４６の締付け座部にメタルワッシャ４７を介装してもよい。
【００８３】
［第９実施形態］
図１０は、本発明の第９実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、図６に対応した断面図である。
【００８４】
この第９実施形態においては、一対のフランジ１，２の締付用のボルト４１がセラミックス材あるいは金属材のいずれか一方で構成されているとともに、一対のフランジ１，２におけるボルト４１の座面に、金属材からなる皿バネ４２が介装されている。
【００８５】
かかる第９実施形態によれば、弾力性を有する皿バネ４２を介してフランジ１，２側とボルト４１側とが連結されているため、フランジ側１，２側からの過大荷重を皿バネ４２で緩衝でき、ボルト４１に過大荷重が掛かるのを回避できる。また、高温時におけるフランジ１，２側の熱膨張が皿バネ４２で吸収可能となり、ボルト４１に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００８６】
さらに、皿バネ４２の枚数を変化させることにより、フランジ側１，２の締着面１ａの面圧を調整できる。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】前記第1実施形態におけるボルト締結部の詳細を示し、（Ａ）はテーパ部を有する場合の図１のＺ部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ矢視図である。
【図２−１】前記第1実施形態におけるボルト締結部の詳細を示し、（Ａ'）は水平部を有する場合のＺ部拡大図、（Ｂ'）は（Ａ'）におけるＢ矢視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部詳細図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ―Ｃ線断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、フランジのボルト締結部の断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示す図６に対応した断面図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示す図６に対応した断面図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は第１例を示す図６に対応した断面図、（Ｂ）は第2例を示す図６に対応した一部断面図である。
【図１０】本発明の第９実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示す図６に対応した断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 上フランジ
２ 下フランジ
５，１２ 締結ピース
５ａ 加圧面
６，１３ ロックナット
１０ 締結機構
１１，３２ セラミックスボルト
１１ａ テーパ面
１１ｂ 水平面
１４，４２ 皿バネ
１５ ボルト孔
２１ セラミックスピース
２２，２７，２８，３６ メタルボルト
２１ｂ，２６ キー溝
２５ キー
３７ 断熱座金
３９ セラミックスボルト
３９ａ ナット
４０ メタルワッシャ
４１ ボルト
４５ 半割れナット
６０ 段付きボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温機器のケーシング固定部や高温配管の接続部等に適用されるフランジであって、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するように構成されたフランジ締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温機器のケーシング固定部や高温配管の接続部等に適用される金属製フランジにおいては、一般に、金属材からなるメタルボルトによる締結構造が採用されている。このような、メタルボルトによるフランジ締結構造は、ボルト材料とフランジ材料との線膨張係数の差が比較的大きくないため、高温時においても所要のボルト軸力が保持され、フランジ締着面は所要のシール機能を発揮している。
【０００３】
一方、腐食環境が厳しく、且つ高温下での使用条件にある原子力水素製造装置、化学プラント等の配管フランジは、前記のような金属製のフランジ及びボルトでは耐食性が不充分であるため、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミックス材が金属材と併せて使用されている。
【０００４】
このような、セラミックス材と金属材とを併用したフランジ構造については、たとえば特許文献１（特開平９−１９６２６０号公報）、特許文献２（特開平１１−２４８０６６号公報）等で、セラミックス製フランジと金属製フランジとの締着面における高温使用時におけるシール性を保持せしめる技術が提案されている。
【特許文献１】特開平９−１９６２６０号公報
【特許文献２】特開平１１−２４８０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術は、いずれも、セラミックス材からなるフランジと金属材からなるメタルボルトとの線膨張係数による熱膨張量の差を所定値以下に抑えて、フランジとの締着面における高温使用時におけるシール性を保持せしめるように構成されているにとどまり、セラミックス材あるいは金属材からなるフランジと、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトとを有機的に組み合わせて、フランジ締着面のシール性を向上させ、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトの耐久性を高める手段については示されていない。
【０００６】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなるフランジと、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトとを有機的に組み合わせて、フランジ締着面のシール性を向上させ、セラミックス材あるいは金属材からなるボルトの耐久性を高め得るフランジ締結構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部にテーパ面または水平面からなる締結面を形成するとともに、該締結面と同形状の加圧面を有する締結ピース及び該締結ピースの外周に螺合される締付ナットを備え、該締付ナットを前記締結ピースにねじ込むことにより前記締結ピースの加圧面と前記ボルトの締結面とを圧着させて前記ボルトに締付力を発生せしめ、該締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成している。
【０００８】
前記発明に加えて、次のように構成するのが好ましい。
【０００９】
（１） 前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、皿バネが介装され、該締付ナットの締付力が前記皿バネを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されている。
【００１０】
（２） 前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、金属材からなるメタルワッシャが介装され、前記締付ナットの締付力が前記メタルワッシャを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されている。
【００１１】
（３） テーパ面または水平面のようなセラミックス材との接触部においては、片当たりによるセラミックス部材の破壊を防ぐために、メタル側の部材の接触面に軟質のめっきを施工したり、軟質の金属板を挿入して極力広い面で接触するように構成されている。
【００１２】
また、本発明は、前記フランジ締結構造において、前記ボルトを金属材からなるメタルボルトで構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通するとともに、セラミックス材からなり前記一対のフランジの締着面を相互に圧接させた状態で該一対のフランジを挟み込むセラミックスピースを設け、前記メタルボルトの熱膨張量が一定量以上になったとき前記セラミックスピースの締付力により前記一対のフランジを締着するように構成している。
【００１３】
前記発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
【００１４】
（１） 前記一対のフランジは多角形状の角型フランジに構成され、前記セラミックスピースを該角型フランジの辺部と同数設けて該辺部に刻設された溝に挿入し、前記セラミックピースにより前記一対のフランジが挟み込まれている。
【００１５】
（２） 前記一対のフランジは円形状の円形フランジに構成され、前記一対のフランジと前記セラミックスピースとの当接面には円周方向に沿ってキー溝が刻設され、前記メタルボルトと併設された複数の前記セラミックスピースを前記円形フランジの円周方向複数箇所で前記円形フランジの端部を挟み込むとともに、前記キー溝に嵌合したキーによって前記セラミックスピースが前記円形フランジに係止されている。
【００１６】
（３） 前記セラミックスピース及び一対のフランジを貫通して設けられたセラミックス材からなるセラミックスボルトを備え、該セラミックスボルトの締付力により前記セラミックスピースを介して前記一対のフランジが締着されている。
【００１７】
さらに、本発明において、前記一対のフランジの端部及び前記セラミックスピースの端部が当接する当接部は、前記セラミックスピースの前記フランジ半径方向の移動に従い前記一対のフランジ間の締着力が増加可能な傾斜面に形成されているとともに、前記セラミックスピースに前記フランジ半径方向の荷重を付与する金属材からなるメタルボルトを備え、前記メタルボルトにより前記セラミックスピースと前記一対のフランジの端部とを締め付けることにより、前記傾斜面に形成された前記当接部を介して前記一対のフランジが締着されている。
【００１８】
かかる発明において、好ましくは、前記メタルボルトと前記セラミックスピースとの間には、断熱材からなる断熱座金が介装されている。
【００１９】
また、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材からなるセラミックスボルトで構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材からなるメタルワッシャを介装している。
【００２０】
また、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部の外周に外周段部を形成するとともに、該外周段部に係合する内周段部が形成された締結ナット及び該締結ナットに螺合されて前記締結ナットを固定する止めリングを備え，前記締結ナットと前記ボルトとを前記外周段部及び内周段部を介して係合し、前記止めリングを前記締結ナットに締め付けて発生する締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成している。
【００２１】
この発明において、前記ボルト端部の一方側の外周には、前記外周段部が形成されているとともに、前記内周段部を有する締結ナット及び前記止めリングが取り付けられ、前記ボルト端部の他方側にはボルト頭が形成されている。
【００２２】
また、本発明は、セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材料からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材あるいは金属材料のいずれか一方で構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材料からなる皿バネを介装している。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、セラミックス材からなるボルトをフランジのボルト孔に挿通して、ボルトの締結側端部のテーパ面または水平面からなる締結面に締結ピースの加圧面を当てて該締結ピースの外周に螺合される締付ナットを締結ピースにねじ込むことにより、該締結ピースの前記加圧面と前記ボルトの締結面とを圧着させて発生したボルト締付力によって一対のフランジを締着しているので、高温時に前記一対のフランジが熱膨張しても、かかる熱膨張よる力を締付ナット、締結ピース及びテーパ面または水平面からなる締結面を介してセラミックス材からなるボルトで受けることとなり、熱膨張係数の小さいセラミックス材からなるボルトでフランジの熱膨張を規制することができる。
【００２４】
これにより、高温時においても前記一対のフランジの締着面は良好なシール機能を保持できる。また、前記フランジ側からの力を前記締付ナット、締結ピース及びテーパ面という緩衝機能を有する要素を介してセラミックス材からなるボルトで受けるので、セラミックス材のボルトに過大な荷重が掛かるのを防止でき、セラミックス材のボルトは高い耐久性を保持することができる。さらに、テーパ面または水平面のようなセラミックス材のボルトとの接触部においては、メタル側部材の接触面に軟質のめっきを施工したり、軟質の金属板を挿入して極力広い面で接触させ、片当たりによる破壊を防ぐことによりセラミックス材のボルトは高い信頼性を保持することができる。
【００２５】
また、前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間に、皿バネを介装し、該締付ナットの締付力を該皿バネを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成し、あるいは、前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間に、金属材料からなるメタルワッシャを介装し、該締付ナットの締付力を該メタルワッシャを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成すれば、弾力性を有する前記皿バネあるいはメタルワッシャを介してフランジ側とセラミックス材のボルトとが連結されていることから、フランジ側からの過大荷重を皿バネあるいはメタルワッシャで緩衝でき、セラミックス材のボルトに過大荷重が掛かるのを回避できる。
【００２６】
また、高温時における前記フランジ側の熱膨張を前記皿バネあるいはメタルワッシャで吸収でき、セラミックス材のボルトに掛かる熱膨張による力を低減できる。これらにより、セラミックス材のボルトの耐久性向上が図れる。
【００２７】
また、本発明によれば、常温時には一対のフランジを締着しているメタルボルトによって、角型フランジ、円形フランジ等の一対のフランジを締めつけてフランジ締着面のシール性を保持し、高温時に前記メタルボルトの熱膨張量が一定量以上になったときには，前記フランジを挟み込むセラミックスピースによって前記一対のフランジを締着しているので、全温度域においてフランジ締着面のシール性を良好に保持できる。
【００２８】
そして、セラミックスピース及び一対のフランジを貫通して設けられたセラミックスボルトの締付力により、前記セラミックスピースを介して前記一対のフランジを締着するように構成すれば、フランジ側からの熱膨張力をセラミックスピース及びセラミックスボルトの双方で受け持つことになり、フランジ締着面のシール性向上効果がさらに大きくなる。
【００２９】
また、本発明によれば、メタルボルトによりセラミックスピースと一対のフランジの端部とを締め付けることにより、セラミックスピースの傾斜面に形成された当接部を介して一対のフランジを締着するように構成したので、メタルボルトの引張力をセラミックスピースの傾斜面に加えることにより、一対のフランジの締着面の面圧を増大でき、該締着面のシール性の向上効果が大きくなる。
【００３０】
しかも、前記メタルボルトと前記セラミックスピースとの間に断熱材からなる断熱座金を介装すれば、該断熱座金によってセラミックスピース側からメタルボルト側への伝熱が遮断でき、メタルボルトの熱膨張を抑制できる。
【００３１】
また、本発明によれば、一対のフランジの締付用ボルトをセラミックスボルトで構成するとともに、ボルトの座面にメタルワッシャを介装したので、弾力性を有するメタルワッシャを介してフランジ側とセラミックス材のボルトとが連結されているため、フランジ側からの過大荷重をメタルワッシャで緩衝できて、セラミックス材のボルトに過大荷重が掛かるのを回避できる。そして、高温時におけるフランジ側の熱膨張をメタルワッシャで吸収でき、セラミックス材のボルトに掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００３２】
また、本発明によれば、セラミックス材からなるボルトと締結ナットとを段部にて係合し、止めリングの締付力で該段部の係合を強固になすので、脆性の大きいセラミックスボルトと締結ナットとをねじ結合することが不要となって、該セラミックスボルトと締結ナットとの係合時における該セラミックスボルトの破損の発生を防止できる。
【００３３】
したがって、本発明のフランジ締結構造は、腐食環境が厳しく、且つ高温下での使用条件にある原子力水素製造装置、化学プラント等の配管フランジに適用することが可能となり、高い信頼性を有する配管フランジを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
［第１実施形態］
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１は本発明の第1実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は平面図である。また、図２及び図２-1は前記第1実施形態におけるボルト締結部の詳細を示し、（Ａ）はテーパ部を有する場合の図１のＺ部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ矢視図である。また、（Ａ'）は水平部を有する場合のＺ部拡大図、（Ｂ'）は（Ａ'）におけるＢ矢視図である。
【００３６】
図１及び図２において、１はセラミックス材からなる上フランジ、２は金属材からなる下フランジであり、これら一対のフランジ１，２は、締結機構１０によって締着面１ａで流体シールされて締着されている。なお、前記上フランジ１及び下フランジ２は、前記した配置とは逆に上フランジ１が金属材、下フランジ２がセラミックス材でも、あるいは双方がセラミックス材でもよい。1ｓはシール流体管である。
【００３７】
前記締結機構１０の詳細を示す図２において、１１はセラミックス材からなるセラミックスボルトであり、該セラミックスボルト１１は、前記一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通されている。セラミックスボルト１１の締結側端部外周には、締結面であるテーパ面１１ａまたは水平面１１ｂが形成されている。１２は半割りに構成された金属製締結ピースであり、この締結ピース１２の内周には、前記テーパ面１１ａまたは水平面１１ｂと同一形状で該テーパ面１１ａまたは水平面１１ｂと圧接される加圧面１２ａまたは１２ｂが形成されている。１３はロックナット（締付ナット）であり、該ロックナット１３は、締結ピース１２の外周に螺合されるようになっている。なお、締結ピース１２の加圧面１２ａまたは１２ｂには、片当たりを防止すべく、めっきが施工されている。
【００３８】
ロックナット１３の下面と上フランジ１の上面との間には、皿バネ１４が介装されており、ロックナット１３の締付力は、皿バネ１４及び上フランジ１の上面を介して締着面１ａに伝達されるようになっている。
【００３９】
この第1実施形態において、セラミックスボルト１１をフランジ１，２のボルト孔１５に挿通して、セラミックスボルト１１の締結側端部のテーパ面１１ａまたは水平面１１ｂを半割りの締結ピース１３の加圧面１２ａまたは１２ｂに当てて、締結ピース１２の外周に螺合されるロックナット１３をねじ込むことにより、締結ピース１２の加圧面１２ａまたは１２ｂとセラミックスボルト１１のテーパ面１１ａまたは１１ｂとを圧着させ、これにて発生したボルト締付力により一対のフランジ１，２が締着されることになる。
【００４０】
従って、高温時に一対のフランジ１，２が熱膨張を起こしても、かかる熱膨張による力をロックナット１３、テーパ面１１ａまたは水平面１１ｂ及び締結ピース１２の加圧面１２ａまたは１２ｂからなる締結面を介して、セラミックスボルト１１で受けることとなり、熱膨張係数の小さいセラミックス材からなるセラミックスボルト１１で前記フランジ１，２の熱膨張を規制することが可能となる。
【００４１】
これにより、高温時においても一対のフランジ１，２の締着面１ａは良好なシール性を保持できる。また、フランジ１，２側からの力をロックナット１３、テーパ面１１ａ及び締結ピース１２の加圧面１２ａという緩衝機能を有する要素を介してセラミックスボルト１１で受けるため、セラミックスボルト１１に過大な荷重が掛かるのを防止でき、セラミックスボルト１１は高い耐久性を保持することができる。
【００４２】
また、ロックナット１３と当該ロックナット１３の締付面に対向する上フランジ１の上面との間に皿バネ１４が介装され、ロックナット１３の締付力が皿バネ１４を介して一対のフランジ１，２の締着面１ａに伝達するように構成されており、弾力性を有する皿バネ１４を介してフランジ１，２側とセラミックスボルト１１とが連結されているため、フランジ１，２側からの過大荷重を皿バネ１４で緩衝でき、セラミックスボルト１１に過大荷重が掛かるのを回避できる。
【００４３】
また、高温時におけるフランジ１，２側の熱膨張を皿バネ１４で吸収することが可能となるため、セラミックスボルト１１に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００４４】
さらに、テーパ面または水平面のようなセラミックス材のボルトとの接触部においては、締結ピースの加圧面に軟質のめっきを施工して、片当たりによるセラミックス材のボルトの破壊を回避できる。
【００４５】
［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部詳細図である。
【００４６】
図３において、１はセラミックス材からなる上フランジ、２は金属材からなる下フランジであり、これら一対のフランジ１，２は、締結機構１０によって締着面１ａで流体シールされて締着されている。なお、前記第１実施形態と同様に、上フランジ１及び下フランジ２は前記した配置とは逆に上フランジ１が金属材、下フランジ２がセラミックス材でも、あるいは双方がセラミックス材でもよい。
【００４７】
１１は前記締結機構１０を構成するもので、セラミックス材からなるセラミックスボルトであり、該セラミックスボルト１１は、前記一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通されている。
【００４８】
セラミックスボルト１１の締結側端部外周には、締結面であるテーパ面１１ａが形成されている。５は半割りに構成された金属製締結ピースであり、この締結ピース５の内周には、前記テーパ面１１ａと同形状で該テーパ面１１ａと圧接される加圧面５ａが形成されている。６はロックナット（締付ナット）であり、該ロックナット６は、締結ピース５の外周ねじ部５ｂに螺合されるようになっている。
【００４９】
ロックナット６の下面と上フランジ１の上面との間には、メタルワッシャ５４が介装されており、ロックナット１３の締付力は、メタルワッシャ５４及び上フランジ１の上面を介して締着面１ａに伝達されるようになっている。
【００５０】
この第２実施形態において、セラミックスボルト１１をフランジ１，２のボルト孔１５に挿通して、セラミックスボルト１１の締結側端部のテーパ面１１ａを半割りの締結ピース５の加圧面５ａに当てて，締結ピース５の外周に螺合されるロックナット６を締結ピース５にねじ込むことにより、締結ピース５の加圧面５ａとセラミックスボルト１１のテーパ面１１ａとを圧着させ、これにて発生したボルト締付力により一対のフランジ１，２が締着されることになる。
【００５１】
従って、高温時に一対のフランジ１，２が熱膨張を起こしても、かかる熱膨張による力をロックナット６、テーパ面１１ａ及び締結ピース５の加圧面５ａからなる締結面を介して、セラミックスボルト１１で受けることとなり、熱膨張係数の小さいセラミックス材からなるセラミックスボルト１１でフランジ１，２の熱膨張を規制することが可能となる。
【００５２】
これにより、高温時においても一対のフランジ１，２の締着面１ａは良好なシール性を保持できる。また、フランジ１，２側からの力をロックナット６、締結ピース５の加圧面５ａ及びテーパ面１１ａという緩衝機能を有する要素を介してセラミックスボルト１１で受けるので、セラミックスボルト１１に過大な荷重が掛かるのを防止でき、セラミックスボルト１１は高い耐久性を保持できる。
【００５３】
また、ロックナット６と該ロックナット６の締付面に対向する上フランジ１の上面との間にメタルワッシャ５４が介装され、ロックナット６の締付力がメタルワッシャ５４を介して一対のフランジ１，２の締着面１ａに伝達するように構成されており、弾力性を有するメタルワッシャ５４を介してフランジ１，２側とセラミックスボルト１１とが連結されているため、フランジ１，２側からの過大荷重をメタルワッシャ５４で緩衝でき、セラミックスボルト１１に過大荷重が掛かるのを回避できる。
【００５４】
また、高温時におけるフランジ１，２側の熱膨張をメタルワッシャ５４で吸収することが可能となるため、セラミックスボルト１１に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００５５】
［第３実施形態］
図４は本発明の第３実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ線断面図である。
【００５６】
図４（Ａ），（Ｂ）において、一対の上フランジ1及び下フランジ２は四角形（多角形であればよい）の角型フランジに構成されている。２２は上フランジ1と下フランジ２とを一定の面圧で締着する金属材からなるメタルボルトであり、図４（Ａ）のように、一対のフランジ１，２の外周辺部の４箇所でメタルボルト２２により、上フランジ1と下フランジ２とが一定面圧で圧接した状態で締着されている。５１は一対のフランジ１，２の締着面１ａの流体シール用に設けられたシールリングである。
【００５７】
２１はセラミックス材からなるセラミックスピースである。このセラミックスピース２１は、図４（Ａ）のように、上フランジ1及び下フランジ２の辺部と同数個設けられており、各辺部に刻設された溝１ｅ，２ｅに挿入配置されるようになっている。
【００５８】
すなわち、セラミックスピース２１は、図４（Ｂ）のように、断面略コの字状に形成され、対向する内周壁には爪部２１ａが互いに内方へ突出すべく形成されており、爪部２１ａが上フランジ1及び下フランジ２に刻設された溝１ｅ，２ｅに挿入されて、前記のように、一対のフランジ１，２の締着面１ａを一定の面圧で圧接させた状態で、一対のフランジ１，２を挟み込むようにして取り付けられている。
【００５９】
この第３実施形態においては、常温時にメタルボルト２２によって一対のフランジ１，２を一定面圧で圧接させた状態で締着するとともに、かかる一定面圧で圧接させた状態で、各セラミックスピース２１の爪部２１ａを上フランジ1及び下フランジ２の溝１ｅ，２ｅに挿入して、これら一対のフランジ１，２を挟み込む。
【００６０】
このように構成することにより、高温時にメタルボルト２２の熱膨張量が一定量以上になったときには、高温時の熱膨張量が微小なセラミックスピース２１の締付力により、前記一定面圧を保持して一対のフランジ１，２を締着することが可能となり、前記一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を保持することになる。その結果、全温度域において一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を良好に保持できるとともに、高温時におけるメタルボルト２２への過大荷重が回避されて、メタルボルト２２の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
［第４実施形態］
図５は本発明の第４実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ―Ｃ線断面図である。
【００６２】
この第４実施形態においては、前記一対のフランジ１，２が円形状の円形フランジに構成されている点が、前記第３実施形態と異なる点である。
【００６３】
すなわち、図５（Ａ），（Ｂ）において、前記一対のフランジ１，２は円形フランジに形成され、内外周辺部のメタルボルト２７，２８と併設したセラミックスピース２１は円周方向に沿って複数個（この例では４個）設けられており、円形のフランジ１，２の円周方向複数箇所（この例では４箇所）でセラミックスピース２１によって円形のフランジ１，２の端部が挟み込まれている。
【００６４】
そして、一対のフランジ１，２とセラミックスピース２１との当接面のフランジ１，２側には円周方向に沿ってキー溝２６が刻設されているとともに、セラミックスピース２１側にはキー溝２１ｂが刻設されており、該キー溝２６及び２１ｂに嵌合したキー２５によってセラミックスピース２１は一対のフランジ１，２に係止されるようになっている。
【００６５】
この第４実施形態によれば、前記第３実施形態と同様に、高温時にメタルボルト２７，２８の熱膨張量が一定量以上になったときには、高温時の熱膨張量が微小なセラミックスピース２１の締付力により、前記一定面圧を保持して一対のフランジ１，２を締着することが可能となり、前記一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を保持することになる。従って、全温度域において一対のフランジ１，２の締着面１ａのシール性を良好に保持できるとともに、高温時におけるメタルボルト２７，２８への過大荷重が回避されて、メタルボルト２７，２８の耐久性向上を図ることができる。
【００６６】
［第５実施形態］
図６は本発明の第５実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示すもので、フランジのボルト締結部の断面図である。
【００６７】
この第５実施形態においては、前記セラミックスピース２１及び一対のフランジ１，２を貫通して設けられたセラミックス材からなるセラミックスボルト３２が追加して設けられており、前記第３及び第４実施形態のような各セラミックスピース２１の爪部２１ａ、上フランジ1及び下フランジ２の溝１ｅ，２ｅを除去して、セラミックスボルト３２の締付力により、セラミックスピース２１を介して一対のフランジ１，２を締着するように構成されている。
【００６８】
この第５実施形態によれば、セラミックスピース２１及び一対のフランジ１，２を貫通して設けられたセラミックスボルト３２の締付力によりセラミックスピース２１を介して一対のフランジを締着するように構成したので、高温時において、フランジ１，２側からの熱膨張力をセラミックスピース２１及びセラミックスボルト３２の双方で受け持つことになり、前記第３及び第４実施形態よりも、さらにフランジ締着面１ａのシール性及びメタルボルト２２の耐久性の向上効果が大きくなる。
【００６９】
［第６実施形態］
図７は本発明の第６実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、図６に対応した断面図である。
【００７０】
この第６実施形態において、前記一対のフランジ１，２の端部及び前記セラミックスピース２１の端部が当接する当接部は、セラミックスピース２１のフランジ半径方向の移動に従い、一対のフランジ１，２間の締着力が増大可能となる傾斜面２１ｃ，２１ｃに形成されている。
【００７１】
さらに、この第６実施形態におけるセラミックスピース２１には、これと関連して、前記フランジ半径方向の荷重、つまり前記傾斜面２１ｃ，２１ｃにおいて前記セラミックスピース２１と一対のフランジ１，２とが圧接されるような半径方向荷重を付与する金属材からなるメタルボルト３６が設けられており、該メタルボルト３６により、断熱材からなる断熱座金３７を介して、セラミックスピース２１と一対のフランジ１，２の端部とが締め付けられるようになっている。
【００７２】
その他の構成は前記第３実施形態（図４）と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示している。
【００７３】
かかる第６実施形態によれば、メタルボルト３６により、セラミックスピース２１と一対のフランジ１，２の端部とを、セラミックスピース２１及び一対のフランジ１，２の傾斜面２１ｃを介して締着するように構成したので、メタルボルト３６の引張力を傾斜面２１ｃに加えることにより、一対のフランジ１，２の締着面１ａの面圧を増大できて、締着面１ａのシール性の向上効果がより一層大きくなる。
【００７４】
また、メタルボルト３６とセラミックスピース２１との間に断熱材からなる断熱座金３７を介装したので、断熱座金３７によってセラミックスピース２１側からメタルボルト３６側への伝熱を遮断でき、メタルボルト３６の熱膨張を抑制することができる。
【００７５】
［第７実施形態］
図８は本発明の第７実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、図６に対応した断面図である。
【００７６】
この第７実施形態においては、セラミックス材からなるセラミックスボルト３９及びナット３９ａにより一対のフランジ１，２が締着されるとともに、一対のフランジ１，２におけるセラミックスボルト３９及びナット３９ａの座面には、金属材料からなるメタルワッシャ４０が介装されている。なお、セラミックスボルト３９とナット３９ａとの組み合わせは、次の４通りが好ましい。
（１）ＳｉＣボルトとＳｉＣナット
（２）ＳｉＣボルトとＣ／Ｃナット
（３）ＳｉＣボルトと金属製ナット
（４）Ｃ／ＣボルトとＣ／Ｃナット
＊Ｃ／Ｃはカーボン／カーボン複合材料
かかる第７実施形態によれば、一対のフランジ１，２の締付用のボルト及びナットをセラミックス材で構成するとともに、セラミックスボルト３９及びナット３９ａの座面にメタルワッシャ４０を介装しており、弾力性を有するメタルワッシャ４０を介してフランジ側とセラミックス材からなるボルト３９及びナット３９ａとが連結されているため、フランジ側からの過大荷重をメタルワッシャ４０で緩衝できて、セラミックス材からなるボルト３９及びナット３９ａに過大荷重が掛かるのを回避できる。また、高温時におけるフランジ側の熱膨張がメタルワッシャ４０で吸収可能となるため、セラミックス材からなるボルト３９に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００７７】
［第８実施形態］
図９は本発明の第８実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は第１例を示す図６に対応した断面図、（Ｂ）は第２例を示す図６に対応した一部断面図である。
【００７８】
この第８実施形態においては、一対のフランジ１，２の締付用のボルトをセラミックス材で構成した段付きボルト６０として、一対のフランジ１，２に貫設されたボルト孔１５に挿通されている。また、段付きボルト６０の締結側端部の外周には、複数の外周段部６０ａが形成されている。なお、適用フランジに応じて、段部６０ａの段数は１段でも良い。
【００７９】
この第８実施形態においては、段付きボルト６０の外周段部６０ａに係合する内周段部４８が形成された半割れナット４５が設けられているとともに、半割れナット４５の外周に螺合されて半割れナット４５を固定する止めリング４６が設けられており、半割れナット４５と段付きボルト６０とを外周段部６０ａ及び内周段部４８を介して係合し、止めリング４６を半割れナット４５に締め付け、これにて発生する締付力により一対のフランジ１，２が締着面１ａにて締着されている。
【００８０】
また、この第８実施形態では、図９（Ｂ）に示す第２例のように、段付きボルト６０の端部の一方側の外周に前記第１例と同様な複数の外周段部６０ａを形成して、内周段部４８が形成された半割れナット４５及び前記止めリング４６を取り付け、段付きボルト６０端部の他方側にはボルト頭６０ｂを形成した構造とすることも可能である。
【００８１】
かかる第８実施形態によれば、セラミックス材からなる段付きボルト６０と半割れナット４５とを段部６０ａ，４８にて係合し、止めリング４６の締付力で部６０ａ，４８の係合を強固に行うので、脆性の大きいセラミックスボルト（段付きボルト６０）と締結ナット（半割れナット４５）とをねじ結合することが不要となり、セラミックスボルトと締結ナットとの係合時におけるセラミックスボルトの破損の発生を防止できる。
【００８２】
なお、この第８実施形態において、止めリング４６の締付け座部にメタルワッシャ４７を介装してもよい。
【００８３】
［第９実施形態］
図１０は、本発明の第９実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、図６に対応した断面図である。
【００８４】
この第９実施形態においては、一対のフランジ１，２の締付用のボルト４１がセラミックス材あるいは金属材のいずれか一方で構成されているとともに、一対のフランジ１，２におけるボルト４１の座面に、金属材からなる皿バネ４２が介装されている。
【００８５】
かかる第９実施形態によれば、弾力性を有する皿バネ４２を介してフランジ１，２側とボルト４１側とが連結されているため、フランジ側１，２側からの過大荷重を皿バネ４２で緩衝でき、ボルト４１に過大荷重が掛かるのを回避できる。また、高温時におけるフランジ１，２側の熱膨張が皿バネ４２で吸収可能となり、ボルト４１に掛かる熱膨張による力を低減できる。
【００８６】
さらに、皿バネ４２の枚数を変化させることにより、フランジ側１，２の締着面１ａの面圧を調整できる。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図２】前記第1実施形態におけるボルト締結部の詳細を示し、（Ａ）はテーパ部を有する場合の図１のＺ部拡大図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ矢視図である。
【図２−１】前記第1実施形態におけるボルト締結部の詳細を示し、（Ａ'）は水平部を有する場合のＺ部拡大図、（Ｂ'）は（Ａ'）におけるＢ矢視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）はフランジのボルト締結部の断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部詳細図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ―Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ―Ｃ線断面図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、フランジのボルト締結部の断面図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示す図６に対応した断面図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示す図６に対応した断面図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示し、（Ａ）は第１例を示す図６に対応した断面図、（Ｂ）は第2例を示す図６に対応した一部断面図である。
【図１０】本発明の第９実施形態に係る高温配管のフランジ締結構造を示す図６に対応した断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 上フランジ
２ 下フランジ
５，１２ 締結ピース
５ａ 加圧面
６，１３ ロックナット
１０ 締結機構
１１，３２ セラミックスボルト
１１ａ テーパ面
１１ｂ 水平面
１４，４２ 皿バネ
１５ ボルト孔
２１ セラミックスピース
２２，２７，２８，３６ メタルボルト
２１ｂ，２６ キー溝
２５ キー
３７ 断熱座金
３９ セラミックスボルト
３９ａ ナット
４０ メタルワッシャ
４１ ボルト
４５ 半割れナット
６０ 段付きボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部にテーパ面または水平面からなる締結面を形成するとともに、該締結面と同形状の加圧面を有する締結ピース及び該締結ピースの外周に螺合される締付ナットを備え、該締付ナットを前記締結ピースにねじ込むことにより前記締結ピースの加圧面と前記ボルトの締結面とを圧着させて前記ボルトに締付力を発生せしめ、該締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項２】
前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、皿バネが介装され、該締付ナットの締付力が前記皿バネを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ締結構造。
【請求項３】
前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、金属材からなるメタルワッシャが介装され、前記締付ナットの締付力が前記メタルワッシャを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ締結構造。
【請求項４】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトを金属材からなるメタルボルトで構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通するとともに、セラミックス材からなり前記一対のフランジの締着面を相互に圧接させた状態で該一対のフランジを挟み込むセラミックスピースを設け、前記メタルボルトの熱膨張量が一定量以上になったとき前記セラミックスピースの締付力により前記一対のフランジを締着するように構成したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項５】
前記一対のフランジは多角形状の角型フランジに構成され、前記セラミックスピースを該角型フランジの辺部と同数設けて該辺部に刻設された溝に挿入し、前記セラミックピースにより前記一対のフランジが挟み込まれていることを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結構造。
【請求項６】
前記一対のフランジは円形状の円形フランジに構成され、前記一対のフランジと前記セラミックスピースとの当接面には円周方向に沿ってキー溝が刻設され、前記メタルボルトと併設された複数の前記セラミックスピースを前記円形フランジの円周方向複数箇所で前記円形フランジの端部を挟み込むとともに、前記キー溝に嵌合したキーによって前記セラミックスピースが前記円形フランジに係止されていることを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結構造。
【請求項７】
前記セラミックスピース及び一対のフランジを貫通して設けられたセラミックス材からなるセラミックスボルトを備え、該セラミックスボルトの締付力により前記セラミックスピースを介して前記一対のフランジが締着されていることを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結構造。
【請求項８】
前記一対のフランジの端部及び前記セラミックスピースの端部が当接する当接部は、前記セラミックスピースの前記フランジ半径方向の移動に従い前記一対のフランジ間の締着力が増加可能な傾斜面に形成されているとともに、前記セラミックスピースに前記フランジ半径方向の荷重を付与する金属材からなるメタルボルトを備え、前記メタルボルトにより前記セラミックスピースと前記一対のフランジの端部とを締め付けることにより、前記傾斜面に形成された前記当接部を介して前記一対のフランジが締着されていることを特徴とする請求項３に記載のフランジ締結構造。
【請求項９】
前記メタルボルトと前記セラミックスピースとの間には、断熱材からなる断熱座金が介装されていることを特徴とする請求項８に記載のフランジ締結構造。
【請求項１０】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材からなるセラミックスボルトで構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材からなるメタルワッシャを介装したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項１１】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部の外周に外周段部を形成するとともに、該外周段部に係合する内周段部が形成された締結ナット及び該締結ナットに螺合されて前記締結ナットを固定する止めリングを備え，前記締結ナットと前記ボルトとを前記外周段部及び内周段部を介して係合し、前記止めリングを前記締結ナットに締め付けて発生する締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項１２】
前記ボルト端部の一方側の外周には、前記外周段部が形成されているとともに、前記内周段部を有する締結ナット及び前記止めリングが取り付けられ、前記ボルト端部の他方側にはボルト頭が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のフランジ締結構造。
【請求項１３】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材料からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材あるいは金属材料のいずれか一方で構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材料からなる皿バネを介装したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項１】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部にテーパ面または水平面からなる締結面を形成するとともに、該締結面と同形状の加圧面を有する締結ピース及び該締結ピースの外周に螺合される締付ナットを備え、該締付ナットを前記締結ピースにねじ込むことにより前記締結ピースの加圧面と前記ボルトの締結面とを圧着させて前記ボルトに締付力を発生せしめ、該締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項２】
前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、皿バネが介装され、該締付ナットの締付力が前記皿バネを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ締結構造。
【請求項３】
前記締付ナットと該締付ナットの締付面に対向する前記フランジの締付面との間には、金属材からなるメタルワッシャが介装され、前記締付ナットの締付力が前記メタルワッシャを介して前記フランジの締着面に伝達するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ締結構造。
【請求項４】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトを金属材からなるメタルボルトで構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通するとともに、セラミックス材からなり前記一対のフランジの締着面を相互に圧接させた状態で該一対のフランジを挟み込むセラミックスピースを設け、前記メタルボルトの熱膨張量が一定量以上になったとき前記セラミックスピースの締付力により前記一対のフランジを締着するように構成したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項５】
前記一対のフランジは多角形状の角型フランジに構成され、前記セラミックスピースを該角型フランジの辺部と同数設けて該辺部に刻設された溝に挿入し、前記セラミックピースにより前記一対のフランジが挟み込まれていることを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結構造。
【請求項６】
前記一対のフランジは円形状の円形フランジに構成され、前記一対のフランジと前記セラミックスピースとの当接面には円周方向に沿ってキー溝が刻設され、前記メタルボルトと併設された複数の前記セラミックスピースを前記円形フランジの円周方向複数箇所で前記円形フランジの端部を挟み込むとともに、前記キー溝に嵌合したキーによって前記セラミックスピースが前記円形フランジに係止されていることを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結構造。
【請求項７】
前記セラミックスピース及び一対のフランジを貫通して設けられたセラミックス材からなるセラミックスボルトを備え、該セラミックスボルトの締付力により前記セラミックスピースを介して前記一対のフランジが締着されていることを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結構造。
【請求項８】
前記一対のフランジの端部及び前記セラミックスピースの端部が当接する当接部は、前記セラミックスピースの前記フランジ半径方向の移動に従い前記一対のフランジ間の締着力が増加可能な傾斜面に形成されているとともに、前記セラミックスピースに前記フランジ半径方向の荷重を付与する金属材からなるメタルボルトを備え、前記メタルボルトにより前記セラミックスピースと前記一対のフランジの端部とを締め付けることにより、前記傾斜面に形成された前記当接部を介して前記一対のフランジが締着されていることを特徴とする請求項３に記載のフランジ締結構造。
【請求項９】
前記メタルボルトと前記セラミックスピースとの間には、断熱材からなる断熱座金が介装されていることを特徴とする請求項８に記載のフランジ締結構造。
【請求項１０】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材からなるセラミックスボルトで構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材からなるメタルワッシャを介装したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項１１】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材で構成して前記一対のフランジに貫設されたボルト孔に挿通し、前記ボルトの締結側端部の外周に外周段部を形成するとともに、該外周段部に係合する内周段部が形成された締結ナット及び該締結ナットに螺合されて前記締結ナットを固定する止めリングを備え，前記締結ナットと前記ボルトとを前記外周段部及び内周段部を介して係合し、前記止めリングを前記締結ナットに締め付けて発生する締付力によって前記一対のフランジを締着するように構成したことを特徴とするフランジ締結構造。
【請求項１２】
前記ボルト端部の一方側の外周には、前記外周段部が形成されているとともに、前記内周段部を有する締結ナット及び前記止めリングが取り付けられ、前記ボルト端部の他方側にはボルト頭が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のフランジ締結構造。
【請求項１３】
セラミックス材及び金属材のうち、少なくとも一方がセラミックス材料からなる一対のフランジをボルトによって締着するフランジ締結構造であって、前記ボルトをセラミックス材あるいは金属材料のいずれか一方で構成するとともに、前記一対のフランジにおける前記ボルトの座面に、金属材料からなる皿バネを介装したことを特徴とするフランジ締結構造。
【図１】
【図２】
【図２−１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図２−１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２２０１６４（Ｐ２００６−２２０１６４Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１２６２（Ｐ２００５−３１２６２）
【出願日】平成１７年２月８日（２００５．２．８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月８日（２００５．２．８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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