JPWO2020203846A1 - ルーズフランジ及び管継手 - Google Patents

Abstract

機械的強度が高く、ボルト締め付けトルクに耐え得るルーズフランジを提供する。ルーズフランジ４０は、繊維強化樹脂の射出成形によって作製される。ルーズフランジ４０の環状のフランジ本体４１の１又は複数箇所にウェルド部４７が形成されている。フランジ本体４１の前記各箇所には、ウェルド部４７を跨ぐようにウェルド位置リブ４４Ａが設けられている。ルーズフランジ４０は、スタブエンド３０の外周に回転可能に嵌められて、接合相手のフランジ２４と接合される。

Description

本発明は、管どうしの接合に用いられるルーズフランジ及びルーズフランジ付きの管継手に関する。

一般に、工場配管などの各種の管の端部には、他の管との接合用のフランジが設けられている。２つの管のフランジどうしがボルトなどで連結される。このとき、これらフランジのボルト穴どうしを一致させる必要があるところ、管全体を回すことでフランジを角度調節するのは容易でない。そこで、少なくとも一方の管のフランジとして、ルーズフランジが用いられる（特許文献１など参照）。ルーズフランジは、管の端部のスタブエンドの外周に回転可能に遊嵌される。

従前の工場配管の多くは金属製であり、ルーズフランジにおいても金属製のものが多かった。一方、近年の樹脂合成技術の進歩によって、樹脂の機械強度、耐候性、耐薬品性、耐震性等が改良されたのに伴い、工場配管が金属管から、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン等の樹脂管に置き換わりつつある。これに応じて、樹脂製のルーズフランジが要望されている。
特許文献２には、フランジ付きの繊維強化樹脂短管を、繊維強化樹脂管の端部に接合することが開示されている。

特開平５−２８０６７４号公報 特開２００１−２０５７０７号公報

発明者等は、樹脂製ルーズフランジの開発を進める中で、例えばポリ塩化ビニルなどの一般的な樹脂で成形しただけでは、該樹脂製ルーズフランジのボルト穴の付近がボルトの締め付けトルクによって破断されやすいという問題に直面した。そこで、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ；glass fiber reinforced plastics）を用いて射出成形を試行したところ、該ＧＦＲＰ製ルーズフランジにおいては、ボルト締め付けトルクを付与した時、ウェルド部において破断されやすいとの、新たな課題が生じた。ウェルド部においては、強化繊維の配向が、射出成形時の樹脂の流れ方向と直交する方向へ向けられるためと考えられる。
本発明は、かかる知見及び考察に基づくものであり、機械的強度が高く、ボルト締め付けトルクに耐え得る、繊維強化樹脂からなるルーズフランジを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明は、スタブエンドの外周に回転可能に嵌められて、接合相手のフランジと接合される、繊維強化樹脂からなるルーズフランジであって、
環状のフランジ本体と、
前記フランジ本体の１又は周方向に離れた複数箇所に形成されたウェルド部と、
前記フランジ本体の前記各箇所に、前記ウェルド部を跨ぐように設けられたウェルド位置リブ（保護リブ）と、
を備えたことを特徴とする。

ルーズフランジを繊維強化樹脂製とすることによって、ルーズフランジの剛性が高まる。
該ルーズフランジは、好ましくは射出成形によって製造される。すなわち、強化繊維が混入された原料樹脂の溶融体をゲートからルーズフランジ成形用環状キャビティへ供給する。溶融体は、ゲートから環状キャビティの周方向の２方向に分かれて流れる。ゲートから周方向に離れた所定位置で、前記２方向の溶融体どうしが合流され、ウェルド部が形成される。
強化繊維は、溶融体の流れに沿うために、ウェルド部から離れた非ウェルド部では概略周方向へ配向される。ウェルド部では周方向と交差する向きへ配向される。
該ウェルド部を跨ぐようにウェルド位置リブを設けることによって、応力が分散され、ウェルド部への応力集中が緩和される。これによって、繊維強化樹脂からなるルーズフランジの機械強度が高まり、ボルト締め付けトルク、管内圧、熱応力などによるウェルド部の割れが防止される。

前記ウェルド位置リブが、前記フランジ本体における前記接合相手のフランジとは反対側を向く背面から突出されていることが好ましい。
これによって、ウェルド位置リブが、接合の邪魔にならないようにできる。ルーズフランジにおける前記接合相手のフランジを向く前面は平坦面にできる。

前記ウェルド位置リブが、前記フランジ本体の径方向に延びていることが好ましい。
これによって、ウェルド位置リブをウェルド部に沿わせることができる。

前記ウェルド位置リブが、前記フランジ本体の内周面及び外周面に達していることが好ましい。
これによって、ウェルド位置リブをウェルド部の延び方向の全域に被せることができる。

前記フランジ本体の径方向から見た前記ウェルド位置リブの幅方向の両側の側端面と、前記フランジ本体の背面とによって一対の入隅コーナー部が形成されており、これら入隅コーナー部の間に前記ウェルド部が挟まれるように配置されていることが好ましい。
これによって、ボルト締め付け等によって、入隅コーナー部でも応力集中が起き得る。つまりは、ウェルド部に集まろうとする応力が、その両側直近の入隅コーナー部に分散される。これによって、ウェルド部が割れるのを確実に防止できる。

前記周方向に沿う、前記ウェルド位置リブの幅は、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、１３ｍｍ以上１６ｍｍ以下であることがより好ましい。
これによって、ウェルド位置リブによる、ウェルド部からの応力分散効果ひいてはウェルド部での応力集中の抑制効果を確実に発揮できる。ウェルド位置リブの幅が狭すぎるとウェルド部での応力集中抑制効果が低下する。幅が広すぎると応力集中抑制効果が低下するうえに材料費が嵩む。

前記軸方向に沿う、前記ウェルド位置リブの前記フランジ本体からの突出高さは、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以上６ｍｍ以下であることがより好ましい。
ウェルド位置リブの突出高さが小さ過ぎると、ウェルド部での応力集中抑制効果があまり得られない。突出高さが大き過ぎると応力集中抑制効果が低下するうえに材料費が嵩む。

前記フランジ本体には周方向に互いに離れて複数のリブが形成されており、前記リブの少なくとも一部が、前記ウェルド部上に配置されて前記ウェルド位置リブを構成していることが好ましい。
ウェルド部の位置は、射出成形のゲートの位置に応じて決まる。したがって、ゲートの位置に応じて、ウェルド位置リブの配置を設定することが好ましい。
リブは、周方向に等間隔置きに配置されていることが、より好ましい。

前記フランジ本体には、前記ウェルド位置リブから周方向に離れてボルト穴が形成されていることが好ましい。
ウェルド位置リブは、隣接する２つのボルト穴の中間部に配置されていることが好ましい。

また、本発明は、スタブエンドの外周に回転可能に嵌められて、接合相手のフランジと接合される、繊維強化樹脂からなるルーズフランジであって、
環状のフランジ本体と、
前記フランジ本体の１箇所又は周方向に離れた複数箇所に設けられたウェルド位置リブと、
を備え、前記フランジ本体内における前記繊維強化樹脂の強化繊維が、前記ウェルド位置リブの配置箇所では実質的に周方向と交差する方向へ配向され、前記ウェルド位置リブから周方向に離れた箇所では実質的に周方向へ配向されていることが好ましい。
ウェルド部にウェルド位置リブを設けることによって、ウェルドに加えて強化繊維の配向変化があっても、機械強度の低下を回避できる。

また、本発明は、１の管の管端部に設けられて接合相手と接合される管継手であって、
前記管端部が挿入される筒状の管挿入部、及び前記管挿入部における接合相手側の端部から外周側へ突出するように設けられた環状のフレア部を含むスタブエンドと、
繊維強化樹脂からなり、前記スタブエンドの外周に回転可能に嵌められるルーズフランジと、
を備え、前記ルーズフランジが、
環状のフランジ本体と、
前記フランジ本体の１箇所又は周方向に離れた複数箇所に形成されたウェルド部と、
前記フランジ本体の前記各箇所に、前記ウェルド部を跨ぐように設けられたウェルド位置リブと、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、機械的強度が高く、ボルト締め付けトルクに耐え得る繊維強化樹脂製ルーズフランジを提供できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る管継手構造の側面断面図である。 図２は、前記管継手構造の分解側面断面図である。 図３（ａ）は、前記管継手構造における１の管継手のスタブエンドの平面図である。図３（ｂ）は、前記スタブエンドの側面図である。 図４は、前記管継手の一部を拡大して示す断面図である。 図５は、前記管継手のルーズフランジの正面図である。 図６（ａ）は、前記ルーズフランジの第１態様を示す背面図である。 図６（ｂ）は、前記ルーズフランジの第２態様を示す背面図である。 図６（ｃ）は、前記ルーズフランジの第３態様を示す背面図である。 図７（ａ）は、図６（ｂ）のＶＩＩａ−ＶＩＩａ線に沿う断面図である。図７（ｂ）は、図６（ｂ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う断面図である。 図８は、図６（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係るルーズフランジの断面図である。 図１０は、実施例２の解析結果を示し、ウェルド位置リブの幅寸法とウェルドに作用する応力との関係を示すグラフである。 図１１は、実施例２の解析結果を示し、ウェルド位置リブの高さ寸法とウェルドに作用する応力との関係を示すグラフである。 図１２は、ルーズフランジの射出成形時の繊維強化樹脂溶融体の流動解析の結果を示す解説図である。 図１３は、図１２の一部の拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、工場配管における１の管１０と相手管２０との接合構造を示す。管１０，２０の材質は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）その他の樹脂であり、強度、耐候性、耐薬品性等の観点から好ましくはＰＶＣである。２つの管１０，２０が、管軸Ｌ上に一列に並んで配置され、管継手構造１によって接合されている。

管継手構造１は、管継手１３，２３と、ボルト６０及びナット６１と、パッキン５０を含む。各管１０，２０における対向端部１２，２２に管継手１３，２３が設けられている。これら管継手１３，２３のフランジ４０，２４どうしが、パッキン５０を挟んで突き当てられ、かつボルト６０及びナット６１からなる締結具によって連結されている。

図２に示すように、１の管１０に設けられた管継手１３は、筒状のスタブエンド３０と、環状のルーズフランジ４０を含む。
スタブエンド３０の材質は、例えばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）など）その他の樹脂であり、管１０との接着性などを考慮して、管１０と同じ材質であることが好ましい。管１０がＰＶＣ製である場合、スタブエンド３０の材質は、好ましくはＰＶＣである。

図３（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、スタブエンド３０は、管挿入部３１と、フレア部３２を一体に有している。図２に示すように、管挿入部３１は、挿入穴３３を有する筒状に形成されている。挿入穴３３は、前方（接合相手との対向側）へ向かって縮径するテーパ状になっている。管挿入部３１の外周面には、抜け止め突起３５が形成されている。管挿入部３１の前端部（接合相手側の端部）には、フレア部３２が設けられている。フレア部３２は、厚肉の環状に形成され、管挿入部３１から外周側へ突出されている。
図１に示すように、挿入穴３３に管端部１２が挿入される。更に、管挿入部３１と管端部１２とは樹脂用接着剤（図示省略）で接着される。

図２に示すように、スタブエンド３０の外周にルーズフランジ４０が設けられている。ルーズフランジ４０は、スタブエンド３０に対して回転可能に遊嵌されている。
ルーズフランジ４０の材質は、樹脂及び強化繊維を含む繊維強化樹脂である。ルーズフランジ４０を構成する樹脂としては、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリオレフィン（ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）など）その他の熱可塑性樹脂が挙げられ、好ましくはＰＥ、ＰＰなどのポリオレフィンであり、より好ましくはポリプロピレン（ＰＰ）である。

ルーズフランジ４０の強化繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維などが挙げられる。強化繊維の直径は、１０μｍ〜１５μｍ程度が好ましい。強化繊維の長さは、２００μｍ〜１０００μｍ程度が好ましい。強化繊維によって、ルーズフランジ４０の剛性が高められている。

図４〜図６（ｃ）に示すように、ルーズフランジ４０は、環状のフランジ本体４１と、複数のリブ４４を有している。図２に示すように、フランジ本体４１は、フレア部３２より大径の円環板状に形成されている。フランジ本体４１の中心穴４１ｃにスタブエンド３０が通されている。図５及び図７（ａ）に示すように、中心穴４１ｃの内周面には、ルーズフランジ４０をスタブエンド３０に装着する際に抜け止め突起３５を越えるための逃げ凹部４１ｇが形成されている。
中心穴４１ｃの前側部（接合相手側の部分）には、フレア部３２が収容される環状凹部４２が形成されている。

図５に示すように、フランジ本体４１には、複数（例えば８つ）のボルト穴４３が形成されている。これらボルト穴４３は、ルーズフランジ４０の周方向に間隔を置いて、好ましくは等間隔で配置されている。図４に示すように、各ボルト穴４３は、フランジ本体４１の接合相手側を向く前面４１ａから反対側の背面４１ｂへ、厚み方向（管軸方向）に貫通している。

図１に示すように、ルーズフランジ４０が、相手管２０（接合相手）の端部に設けられた管継手２３のフランジ２４とパッキン５０を挟んで対向され、各ボルト穴４３が、フランジ２４のボルト穴２５と位置合わせされている。これらボルト穴４３，２５にボルト６０が通されて、ナット６１で締め付けられている。これによって、管継手１３，２３どうしがボルト接合され、ひいては管１０，２０どうしが接合されている。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、フランジ本体４１の背面４１ｂ（接合相手のフランジ２４とは反対側を向く面）には、複数（例えば４つ）のリブ４４（後記ウェルド位置リブ４４Ａを含む）が形成されている。リブ４４は、ルーズフランジ４０の周方向に間隔を置いて配置されている。ルーズフランジ４０全体の重量バランスや意匠性の観点から、リブ４４は、ルーズフランジ２０の周方向に沿って等間隔で配置されていることが好ましい。

図７（ａ）に示すように、各リブ４４は、背面４１ｂから突出されるとともに、ルーズフランジ４０の径方向（図７（ａ）において上下）へ延びている。好ましくは、リブ４４の両端部は、ルーズフランジ４０の外周面及び内周面に達している。
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、リブ４４は、ボルト穴４３から周方向に離れて配置されている。すなわち、ルーズフランジ４０におけるリブ４４とボルト穴４３の配置角度が互いにずれている。９０°離れた２つのリブ４４の間に、２つのボルト穴４３が配置されている。

図７（ｂ）に示すように、さらに、フランジ本体４１の背面４１ｂには、複数の肉抜き凹部４５が周方向に間隔を置いて形成されている。図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、各肉抜き凹部４５は、隣接する２つのボルト穴４３の間に配置されている。一部の肉抜き凹部４５の配置角度がリブ４４の配置角度と重複している。該重複する肉抜き凹部４５は、リブ４４によって二つに分割されている。
肉抜き凹部４５によって、ルーズフランジ４０が軽量化されている。
なお、肉抜き凹部４５は省略してもよい。

ルーズフランジ４０は射出成形品である。
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、ルーズフランジ４０（フランジ本体４１）の１又は周方向に離れた複数箇所には、射出成形によるウェルド部４７が形成されている。ウェルド部４７は、ルーズフランジ４０の周方向と略直交する非平坦な断層面状である。
ルーズフランジ４０においては、前記リブ４４の少なくとも一部（以下「ウェルド位置リブ４４Ａ」と称す）が、ウェルド部４７の形成箇所に配置されている。見方を変えると、ルーズフランジ４０におけるウェルド部４７の形成箇所の厚みが、その周辺の非ウェルド部の厚みより大きい。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、ウェルド位置リブ４４Ａ（保護リブ）は、対応するウェルド部４７を跨いでいる。
図８に示すように、ウェルド部４７は、フランジ本体４１からウェルド位置リブ４４Ａ内に入り込んで、ウェルド位置リブ４４Ａの突出端面４４ｅに達している。好ましくは、ウェルド位置リブ４４Ａ内のウェルド部４７は、ウェルド位置リブ４４Ａの幅方向の中央部に配置されている。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、ウェルド位置リブ４４の内周側端面は、フランジ本体４１の内周面と面一をなしている。かつウェルド部４７の内周側端部が、これらフランジ本体４１の内周面及びウェルド位置リブ４４Ａの内周側端面に達している。
ウェルド位置リブ４４の外周側端面は、フランジ本体４１の外周面と面一をなしている。かつウェルド部４７の外周側端部が、フランジ本体４１の外周面及びウェルド位置リブ４４Ａの外周側端面に達している。

図７（ａ）に示すように、ウェルド位置リブ４４Ａは、ルーズフランジ４０の径方向（図７（ａ）において上下）に沿って一定の高さになっている。ルーズフランジ４０の周方向から見たウェルド位置リブ４４Ａの断面形状は、長辺と短辺の比が大きい矩形状である。
図８に示すように、ルーズフランジ４０の径方向から見たウェルド位置リブ４４Ａの断面形状は、長辺と短辺の比が前記周方向から見た比より小さい矩形状である。

図８に示すように、ルーズフランジ４０の径方向から見たウェルド位置リブ４４Ａの幅方向の両側の側端面４４ｆと、フランジ本体４１の背面４１ｂとによって、一対の入隅コーナー部４４ｇが形成されている。２つの入隅コーナー部４４ｇの間にウェルド部４７が挟まれるように配置されている。
入隅コーナー部４４ｇの角度θ_４４ｇは、好ましくは６０°以上１００°以下であり、より好ましくは９０°程度である。

ウェルド位置リブ４４Ａの突出端面４４ｅと両側の側端面４４ｆとによって、一対の出隅コーナー部４４ｈが形成されている。出隅コーナー部４４ｈの角度θ_４４ｈは、好ましくは６０°以上１００°以下であり、より好ましくは９０°程度である。

図８に示すように、ウェルド位置リブ４４Ａの幅Ｗ_４４（ルーズフランジ４０の周方向に沿う寸法）は、好ましくは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、より好ましくは１３ｍｍ以上１６ｍｍ以下である。幅Ｗ_４４が小さ過ぎると、入隅コーナー部４４ｇがウェルド部４７に近すぎるために、ウェルド部４７からの応力分散効果が低下する。幅Ｗ_４４が大き過ぎると、入隅コーナー部４４ｇがウェルド部４７から離れすぎるために、ウェルド部４７からの応力分散効果が低下するうえに、材料費が嵩む。
フランジ本体４１の背面４１ｂからのウェルド位置リブ４４Ａの突出高さＨ_４４（管軸Ｌ方向に沿う寸法）は、好ましくは０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、より好ましくは２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、一層好ましくは４ｍｍ以上６ｍｍ以下である。高さＨ_４４が小さ過ぎると、ウェルド部４７での応力集中抑制効果があまり得られない。高さＨ_４４が大き過ぎると、ウェルド部４７での応力集中抑制効果が低下するうえに、材料費が嵩む。

図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、ウェルド部４７の形成箇所は、射出成形のゲート位置４６に応じて決まる。
例えば、図６（ａ）に示すルーズフランジ４０Ａにおいては、該ルーズフランジ４０Ａの外周における１のリブ４４の配置箇所に、白抜き矢印にて示すゲート位置４６が１つだけ配置されている。ウェルド部４７は、前記１つのゲート位置４６に対して１８０°反対側のリブ４４Ａと同じ箇所に形成されている。

図６（ｂ）に示すルーズフランジ４０Ｂにおいては、該ルーズフランジ４０Ｂの内周における、互いに１８０°離れた２つのリブ４４の配置箇所に、２つのゲート位置４６が配置されている。これら２つのリブ４４と９０°離れた２つのリブ４４Ａと同じ箇所に、２つのウェルド部４７が形成されている。

図６（ｃ）に示すルーズフランジ４０Ｃにおいては、該ルーズフランジ４０Ｃの内周面における、各リブから４５°離れた４つの箇所にゲート位置４６が配置されている。ゲート位置４６どうしは９０°間隔で配置されている。各ゲート位置４６は、隣接する２つのボルト穴４３の中間部に配置されている。４つのリブと同じ箇所に、４つのウェルド部４７が形成されている。４つのリブがすべてウェルド位置リブ４４Ａとなっている。
何れのルーズフランジ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにおいても、ウェルド部４７及びウェルド位置リブ４４Ａは、ボルト穴４３から周方向に離れて配置されている。
ルーズフランジ４０Ｂ，４０Ｃのようにゲート位置４６が複数ある場合は、周方向に隣接する２つのゲート位置４６の中間地点がウェルド部４７となる。
ウェルド位置リブ４４Ａとそれ以外のリブ４４との寸法及び形状は同一であるが、異なっていてもよい。

図１２に示すように、ルーズフランジ４０の射出成形時には、強化繊維を含む原料樹脂の溶融体が、ゲート位置４６からルーズフランジ４０の周方向の両側に分かれて、ウェルド部となる位置へ向けて、概略周方向に沿って流れる。そして、ウェルド部となる位置で合流される。強化繊維は、溶融体の流れ方向に沿って配向される。
このため、図１３に示すように、ルーズフランジ４０内（フランジ本体４１内）におけるウェルド位置リブ４４Ａから周方向に離れた箇所、すなわち非ウェルド部では、繊維強化樹脂の強化繊維が実質的に概略周方向へ配向されている。ウェルド部４７では、繊維強化樹脂の強化繊維が実質的に概略径方向（周方向と交差する方向）へ配向されている。さらに、ウェルド部４７では、強化繊維どうしの絡み合いが少ない場合もある。

２つの管１０，２０は、次のようにして接合される。
図２に示すように、まず、スタブエンド３０の外周にルーズフランジ４０を嵌めて、管継手１３を組み立てておく。
該管継手１３の管挿入部３１に管端部１２を差し込む。好ましくは、管挿入部３１の内周面又は管端部１２の外周面には接着剤を予め塗布しておき、管挿入部３１に管端部１２を接着する。

このようにして管継手１３を取り付けた１の管１０と、管継手２３を別途取り付けた相手管２０とを一列に並べ、管継手１３，２３どうしをパッキン５０を挟んで互いに向き合わせる。
続いて、管継手１３のボルト穴４３が管継手２３のボルト穴２５と合わさるように、ルーズフランジ４０を角度調整する。ルーズフランジ４０が回転可能であるために、ボルト穴４３，２５どうしを容易に合わせることができる。更に、パッキン５０のボルト穴５３を前記ボルト穴４３，２５と合わせる。
そして、ボルト６０をボルト穴４３，５３，２５に通して、ナット６１で締め付ける。これによって、管継手１３，２３どうしが接合され、ひいては管１０，２０どうしが接合される。

前記ボルト締め付けによって、ルーズフランジ４０内に応力が発生する。特に、ウェルド位置リブ４４Ａにおいては、ウェルド部４７だけでなく、該ウェルド部４７を挟んで両側の入隅コーナー４４ｇ等でも応力集中が起き得る。このため、ウェルド部４７に集まろうとする応力を分散させることができ、ウェルド部４７における応力集中を緩和できる。要するに、ウェルド部４７においては、射出成形樹脂のウェルドが形成されているだけでなく、強化繊維の配向が周囲と異なり、強化繊維どうしの絡み合いも少ないおそれがあるところ、それによる機械特性の低下を抑制できる。
この結果、ボルト締め付けトルクに対するルーズフランジ４０の耐力が高まり、ボルト締め付け時にウェルド部４７が割れるのを防止できる。更に、管内圧、熱応力などに対するルーズフランジ４０の耐力をも高めることができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を簡略化する。
＜第２実施形態＞
図９に示すように、第２実施形態においては、ルーズフランジ４０の周方向（図９において紙面直交方向）から見たウェルド位置リブ４４Ｂの断面形状が、三角形状（山形）になっている。ウェルド位置リブ４４Ｂの頂部４４ｄは、ルーズフランジ４０の内周と外周との中間部よりも内周側に偏って配置されている。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、ウェルド部４７及びウェルド位置リブ４４Ａの数は、１つ、２つまたは４つに限らず、３つでもよく、５つ以上でもよい。
スタブエンド３０は、管１０と一体的に形成されていてもよい。
接合相手は、ルーズフランジ４０と結合されるフランジを備える部材であって、管２０の他、継手、タンクおよびポンプなどが挙げられる。

実施例について述べる。本発明は以下の実施例に限定されない。
図６（ａ）に示すように、１個のウェルド位置リブ４４Ａを有する繊維強化樹脂製ルーズフランジ４０を射出成形によって作製した。ルーズフランジ４０を構成する樹脂はポリプロピレン（ＰＰ）であり、強化繊維はガラス繊維であった。
該ルーズフランジ４０をスタブエンド３０の外周に嵌め込み、管継手１３を作製した。スタブエンド３０の材質はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）であった。
かかる管継手１３を相手側管継手２３と向かい合わせて、パッキン５０を挟んでボルト締めすることで管継手構造１を形成した。締め付けトルクは２００Ｎ・ｍであった。
結果、ルーズフランジ４０には全く破損部分がみられなかった。

[比較例１]
実施例１に対する比較例１として、ウェルド位置リブ４４Ａを持たない繊維強化樹脂製ルーズフランジを射出成形によって作製した。該ルーズフランジを構成する樹脂はポリプロピレン（ＰＰ）であり、強化繊維はガラス繊維であった。これをスタブエンド３０の外周に嵌め込み、管継手を作製した。スタブエンド３０の材質はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）であった。
かかる管継手を相手側管継手２３と向かい合わせて、パッキン５０を挟んでボルト締めすることで管継手構造を形成した。締め付けトルクは８０Ｎ・ｍであった。
結果、ルーズフランジのウェルド部に沿って破損が確認された。

[比較例２］
比較例２として、ウェルド部４７及びウェルド位置リブ４４Ａを持たず、かつ強化繊維を含まない樹脂製ルーズフランジを用意した。該ルーズフランジを構成する樹脂はポリプロピレン（ＰＰ）であった。これをスタブエンド３０の外周に嵌め込み、管継手を作製した。スタブエンド３０の材質はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）であった。
かかる管継手を相手側管継手２３と向かい合わせて、パッキン５０を挟んでボルト締めすることで管継手構造を形成した。締め付けトルクは１２０Ｎ・ｍであった。
結果、ルーズフランジのボルト穴近傍で破損が確認された。
実施例１によれば、比較例１−２に比べて、剛性が高く機械特性に優れたルーズフランジ、およびルーズフランジ付き管継手を得ることがわかった。

実施例２では、コンピュータシミュレーションによって、繊維強化樹脂製ルーズフランジにおけるウェルド位置リブ４４Ａの幅及び高さと、ウェルド部４７に生じる応力との関係を解析した。
解析モデルとして、図６（ａ）に示す１個のウェルド位置リブ４４Ａを有するルーズフランジ４０Ａを適用した。
対応管１０の口径は、５０Ａ〜２００Ａとした（表１及び表２）。
ウェルド位置リブ４４Ａの幅は、１１．０ｍｍ〜１７．０ｍｍとした（表１）。
ウェルド位置リブ４４Ａの背面４１ｂからの高さは、４．０ｍｍ〜６．０ｍｍとした（表２）。
ウェルド位置リブ４４Ａを挟んで両側の２つのボルト穴４３にそれぞれ通したボルト６０の締め付けによって、これらボルト穴４３の間の部分が、ウェルド位置リブ４４Ａを中心にして後方（図６（ａ）において紙面手前側）へ反るように変形しようとしたときの、ウェルド部４７で発生する応力を解析した。

ウェルド位置リブ４４Ａの幅に応じた応力の解析結果を表１及び図１０に示す。
ウェルド位置リブ４４Ａの高さに応じた応力の解析結果を表２及び図１１に示す。

ウェルド位置リブ４４Ａには、口径に応じて、ウェルド部４７での応力を最小にする幅及び高さが存在することが確認された。
ウェルド位置リブ４４Ａの幅が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であればウェルド部４７での応力が許容範囲に収まると言える。
ウェルド位置リブ４４Ａの高さが２ｍｍ以上１０ｍｍ以下であればウェルド部４７での応力が許容範囲に収まると言える。
５０Ａ〜２００Ａの一般的な口径の場合、ウェルド位置リブ４４Ａの幅は１３．０ｍｍ〜１６．０ｍｍ程度がより好適であり、ウェルド位置リブ４４Ａの高さは４．０ｍｍ〜６．０ｍｍ程度がより好適であることが確認された。

さらに、コンピュータシミュレーションによって、強化繊維含有樹脂の溶融体の射出成形時の流動による強化繊維の配向を解析した。
解析モデルとして、図６（ａ）に示す１個のゲート位置４７と１個のウェルド位置リブ４４Ａを有するルーズフランジ４０Ａを適用した。
フランジ本体１１の厚みは２５ｍｍに設定した。
リブ４４の幅は、１３ｍｍに設定した。
リブ４４の高さは、５ｍｍに設定した。
結果を図１２に示す。図１３は、図１２におけるウェルド位置リブ４４Ａの周辺部分を拡大したものである。
ウェルド部から離れた非ウェルド部では、強化繊維がルーズフランジの概略周方向に配向され、ウェルド部の近傍では、強化繊維がルーズフランジの概略径方向に配向されることが確認された。

１ 管継手構造
１０ １の管
１２ 管端部
１３ 管継手
２０ 相手管（接合相手）
２４ フランジ
３０ スタブエンド
３１ 管挿入部
３２ フレア部
３３ 挿入穴
４０ ルーズフランジ
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ ルーズフランジ
４１ フランジ本体
４１ａ 前面
４１ｂ 背面
４４ リブ
４４Ａ ウェルド位置リブ（保護リブ）
４４ｆ 側端面
４４ｇ 入隅コーナー部
４４ｅ 突出端面
４４ｈ 出隅コーナー部
４７ ウェルド部
４６ ゲート位置

Claims (12)

1. スタブエンドの外周に回転可能に嵌められて、接合相手のフランジと接合される、繊維強化樹脂からなるルーズフランジであって、
   環状のフランジ本体と、
   前記フランジ本体の１又は周方向に離れた複数箇所に形成されたウェルド部と、
   前記フランジ本体の前記各箇所に、前記ウェルド部を跨ぐように設けられたウェルド位置リブと、
   を備えたことを特徴とするルーズフランジ。
2. 前記ウェルド位置リブが、前記フランジ本体における前記接合相手のフランジとは反対側を向く背面から突出されていることを特徴とする請求項１に記載のルーズフランジ。
3. 前記ウェルド位置リブが、前記フランジ本体の径方向に延びていることを特徴とする請求項２に記載のルーズフランジ。
4. 前記ウェルド位置リブが、前記フランジ本体の内周面及び外周面に達していることを特徴とする請求項３に記載のルーズフランジ。
5. 前記フランジ本体の径方向から見た前記ウェルド位置リブの幅方向の両側の側端面と、前記フランジ本体の背面とによって一対の入隅コーナー部が形成されており、これら入隅コーナー部の間に前記ウェルド部が挟まれるように配置されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のルーズフランジ。
6. 前記周方向に沿う、前記ウェルド位置リブの幅が、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項１〜５の何れか１項に記載のルーズフランジ。
7. 前記軸方向に沿う、前記ウェルド位置リブの前記フランジ本体からの突出高さが、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１〜６の何れか１項に記載のルーズフランジ。
8. 前記フランジ本体には周方向に互いに離れて複数のリブが形成されており、前記リブの少なくとも一部が、前記ウェルド部上に配置されて前記ウェルド位置リブを構成していることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のルーズフランジ。
9. 前記フランジ本体には、前記ウェルド位置リブから周方向に離れてボルト穴が形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のルーズフランジ。
10. 前記フランジ本体内における前記繊維強化樹脂の強化繊維が、前記ウェルド部では実質的に周方向と交差する方向へ配向され、前記ウェルド部から周方向に離れた箇所では実質的に周方向へ配向されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のルーズフランンジ。
11. スタブエンドの外周に回転可能に嵌められて、接合相手のフランジと接合される、繊維強化樹脂からなるルーズフランジであって、
    環状のフランジ本体と、
    前記フランジ本体の１箇所又は周方向に離れた複数箇所に設けられたウェルド位置リブと、
    を備え、前記フランジ本体内における前記繊維強化樹脂の強化繊維が、前記ウェルド位置リブの配置箇所では実質的に周方向と交差する方向へ配向され、前記ウェルド位置リブから周方向に離れた箇所では実質的に周方向へ配向されていることを特徴とするルーズフランジ。
12. １の管の管端部に設けられて接合相手と接合される管継手であって、
    前記管端部が挿入される筒状の管挿入部、及び前記管挿入部における接合相手側の端部から外周側へ突出するように設けられた環状のフレア部を含むスタブエンドと、
    繊維強化樹脂からなり、前記スタブエンドの外周に回転可能に嵌められるルーズフランジと、
    を備え、前記ルーズフランジが、
    環状のフランジ本体と、
    前記フランジ本体の１箇所又は周方向に離れた複数箇所に形成されたウェルド部と、
    前記フランジ本体の前記各箇所に、前記ウェルド部を跨ぐように設けられたウェルド位置リブと、
    を備えたことを特徴とする管継手。

Images