フランジ

2023.12.26

備忘のため、前職在籍時にOneNoteに記載していたメモを転記。

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フランジとは｜管フランジ規格・材質や接続方法による種類・用途、レーティングなど

ここでは、配管材料・部品として用いられるフランジとはどんなものか、どのような用途があるかなど、フランジに関する説明や、JISやJPI、ANSIフランジ規格等のフランジ規格に関すること、フランジ材質の種類とは？、配管・パイプとフランジの接続方法の種類とは？、フランジフェイス面（フランジシール面）の形状種類とは？、レーティングとは？、など、フランジに関することを詳しく解説しています。

 フランジとは？

フランジとは、配管継手の一種であり、パイプとパイプの接続や配管に繋がる機器類のノズルとの接続、バルブ・温度計・流量計器・液面計器などの各種計器との接続、或いはパイプの末端の閉止（閉鎖）などに使われる、つば状の配管継手のことをいいます。

フランジは、　スラリー（粉体）や粘性流体を扱う配管で、配管内部の詰まりなどのために配管を分解・取外してパイプ内部を清掃・メンテナンスする必要がある配管などによく用いられます。

一般に、フランジを用いた配管のフランジ接続は、ねじ込み接続に比べて、その漏れ・強度・作業性なども良好で信頼性もあり、分解・組立が容易であるなどのメリットがあります。

配管などの接続に用いられるフランジは、以下の図のように円盤、或いは円盤と円筒を組み合わせた形状になっていて、例えばパイプ同士を接続する場合には、円盤部分同士をボルト・ナットなどで締結することによって、パイプ同士を繋ぎ合わせます。

パイプとの接続方法の違いにより、差込み溶接フランジ（スリップオンフランジ）、ソケット溶接フランジ（ソケットウェルドフランジ）、突合せ溶接形フランジ（ウェルドネックフランジ）、ねじ込み形フランジ、遊合形フランジ（ルーズフランジ、ラップジョイント）などの形式があります。

※ここで説明するフランジとは、上述のような配管に使われる配管継手の一種としてのフランジになります。

広義の意味でのフランジとは、円筒形あるいは部材からはみ出すように出っ張った部分のことなどを総称して、フランジと呼ばれています。

配管継手としてのフランジ以外にフランジと呼ばれるフランジとは、以下のようなフランジのことを指していう場合があります。

H形鋼などのはり部材におけるフランジ

H形鋼のような梁部材（はり部材）に用いられる形鋼などの場合は、以下のH形鋼の例のように、フランジとウェブから構成されます。

上下に設けた水平の板要素がフランジとフランジどうしを結ぶ鉛直の板要素がウェブと呼ばれ、主にH形鋼におけるフランジは曲げモーメント、ウェブはせん断力に抵抗力として作用することにより、断面二次モーメントが大きくなり、曲げ剛性がアップします。

H形鋼のフランジ

車輪などにおけるフランジ

以下のような、車輪に用いられる部分にもフランジと称される部分があります。

・自転車用、オートバイ用、自動車用などの、タイヤがリムと嵌合する部分に用いられるフランジ。

・自転車などのハブにおけるフランジ。

スポークの取付用としてハブからつば状にはみ出した部分がフランジと呼ばれます。

・鉄道車両のフランジ。

鉄道車両の車輪がレールからはずれないようするために、車輪の縁に設けられた出っ張りがフランジと呼ばれます（下図参照）。

鉄道車両の車輪のフランジ

これらのフランジは、配管継手としてのフランジとは、全く用途や分野が異なったり、それぞれのフランジに関連性はあまりありませんが、いずれもつば状の形状をしているという点において、いずれも『フランジ』と言われます。

これらの各種フランジとは区別しないと混乱する場合などは、配管継手としてのフランジは、『フランジ継手』や『管フランジ』などと呼ばれます。

なお、JIS規格では、配管継手としてのフランジは、『管フランジ』という呼び名で規定されていますが、以降の説明で言うフランジとは、特に断りの無い限り、フランジ継手或いは管フランジのことを指します。

■ フランジを規定する場合の区分

フランジを規定する場合には、主に以下のような項目で区分することができます。

配管・パイプへの接続方法（取付方法）

フランジシール面（フランジフェイス面）の形状

フランジの材料・材質

フランジの圧力-温度基準（P-Tレーティング）

■ 配管・パイプへの接続方法（取付方法）によるフランジの種類

配管・パイプへのフランジの接続方法の違いによって分類すると、主に以下の種類のフランジがあります。

差込み溶接式フランジ（スリップオンフランジ：Slip-On Flange）

ソケット溶接式フランジ（ソケットウェルドフランジ：Socket Weld Flange）

突合せ溶接式フランジ（ウェルドネックフランジ：Weld Neck Flange）

遊合形フランジ（ルーズフランジ：Loose Flange／ラップジョイント：Lapped Joint Flange）

ねじ込み式フランジ（スレーデッドフランジ：Threaded Flange）

以下、それぞれの接続方法によるのフランジの特徴・用途など。

差込み溶接式フランジ（スリップオンフランジ：SO）

差込み溶接フランジとは、スリップオンフランジとも言われ、溶接式フランジの一種で一般的に広く使われている接続方式のフランジです。

その形状は、上図のように、ハブのあるもの（ハブフランジ：SOH）とハブをもたないもの（板フランジ：SOP）があり、その呼び径などで分けられている場合もありますが、一般的には板フランジ（SOP）は小口径・低圧の配管系に使用されます。

差込み溶接フランジは、上図のようにフランジにパイプ・配管を差し込んでフランジの上面と、フランジ内径の内側をそれぞれ隅肉溶接して接続します。

JISフランジでは、呼び圧力20K及び30Kのスリップオンフランジ（ハブフランジ：SOH）には、A形、B形 及び C形 の3種類のハブフランジがあります。

ソケット溶接式フランジ（ソケットウェルドフランジ：SW）

ソケット溶接フランジとは、ソケットウェルドフランジとも言われ、これも溶接式フランジの一種です。

ソケット溶接フランジも差込み溶接式フランジと同様に、上図のようにフランジにパイプ・配管を差し込んで接続します。

ソケット溶接フランジの場合は、フランジ内径に段差があるため、その段にパイプを載せて、溶接はフランジの上面だけを隅肉溶接して取り付けます。

差込み溶接フランジでは、フランジのシート面を隅肉溶接の余盛などで傷つける恐れがあり、それを防止するために特に小口径配管・フランジの接続に用いられる場合が多いフランジです。

突合せ溶接式フランジ（ウェルドネックフランジ：WN）

突合せ溶接フランジとは、ウェルドネックフランジとも言われ、石油・化学装置関連などには非常に多く使用されている溶接式フランジの一種です。

突合せ溶接フランジは、パイプや配管部品類と直接溶接接続が可能であるため、溶接工数が少ない利点があり、また、熱応力や振動などの外力に対する強度も強い上に、突合せ溶接であるために内面の仕上がりも平滑であるという利点もあり、最も信頼のおけるフランジです。

一方で、他のフランジと比べてフランジ価格が高価なため溶接工数を含めても高価でありなどの欠点もあります。

遊合形フランジ（ラップジョイント：LJ／ルーズフランジ）

遊合形フランジとは、ラップジョイント、又は、ルーズフランジとも言われるフランジです。

ルーズフランジは、一般には、上図のようなスタブエンドと呼ばれるつば状の配管継手と組み合わせて使用されます。

スタブエンドのつばの無い側にパイプを突合せ溶接して、パイプとスタブエンドを接続します。

ルーズフランジとスタブエンドはスタブエンドのつば部分で引っかかりをもつだけなので、両者には拘束がなく、ルーズフランジは自由に回転することができます。

そのため、相手側のフランジにボルト・ナットで取り付ける際、配管自体をを軸方向に回転させることなく、ルーズフランジだけを回転させてルーズフランジのボルト穴の位置を自由に調整することができます。

ルーズフランジは、一般には以下のよう場合に使用されます。

・腐食流体などを扱う配管で、その材料が高価であって、フランジもそのパイプ材質と同材質で作るとフランジが非常に高価になる場合。

・銅や鉛などのように、フランジ材料としては不向きな場合。

・接続する相手側が変わってその都度フランジボルト穴位置も変わるような場合。

上記のような用途に使われることから、一般にはルーズフランジ材質とパイプ材質とは異なる場合が多くなります。

ルーズフランジは、一般に溶接が不可能なパイプとの接合に用いられ、低圧・低温の、あまり危険のない配管などの接続に用いられます。

例えば、鋳鉄管、飲料水配管、計装用空気配管などの配管系に用いる亜鉛メッキ管などの接続に使用され、フランジ材質も可鍛鋳鉄が一般的材質になります。

ねじ込み式フランジ（スレーデッドフランジ：TR）

ねじ込みフランジとは、スレーデッドフランジとも言われ、フランジに配管をねじ込んで接続するフランジです。

ねじ込みフランジは、フランジ内径にテーパーめねじが切ってあり、パイプの先端部分にテーパーおねじを切った配管をねじ込んで接続します。

ねじ込みフランジは、溶接作業が不要で、そのコストがかかりませんが、ねじによる接続のため、シール性に信頼がおけず、主に小口径・低圧・常温の配管系のフランジなどに利用されます。

■ フランジシール面（フランジフェイス面）の形状によるフランジの種類

なお、フランジシール面とは、フランジフェイス面などとも言われ、以下の図のように、フランジのガスケット面（ガスケット座面）のことです。

配管や機器ノズルなどに取り付けたフランジ同士を接続する場合には、配管内部の流体の漏れ防止のために、一般的にはフランジとフランジの間にガスケットを挟み込んだり、フランジに溝を切ってOリングをはめるなどの方法でシールを行います。

フランジシール面（ガスケット座）は、使用するガスケットの種類によって大きく左右されるので、フランジシール面の決定は、ガスケットの選定との関連で決める必要があります。

ガスケット座の種類としてには、主に以下のようなものがあります。

全面座：FF（フラットフェイス：Flat Face）

全面座とは、フラットフェイスとも言われ、上図のようにガスケット座面を全面に平面に仕上たものをいい、記号は FF で表されます。

全面座（FF）は、一般に軟質のガスケットと共に使用され、JISフランジでは呼び圧力が10K以下、JPIフランジではクラス150以下などに利用されます。

特に、機器やバルブなど接続する相手側の相フランジが鋳鉄製の場合は、全面座を使用しなければいけません（ボルト・ナットの締め過ぎに起因する強度上の理由などから）。

平面座：RF（レイズドフェイス：Raised Face）

平面座とは、レイズドフェイスとも言われ、上図のようにボルト穴の内側に平らな座面を設けたものをいい、記号は RF で表されます。

平面座は、上図のようにボルト穴の内側にほぼ接する平面座の大平面座と、大平面座より小さい平面座の小平面座とに区別する場合がありますが、平面座（RF）は、最も広く利用されているフェイス面のフランジです。

はめ込み形：MF（メールアンドフィメール：Male and Female）

メール座：MF-M／フィメール座：MF-F

はめ込み形とは、メールアンドフィメールとも言われ、上図のように一対のフランジを接合面でオス（メール座）・メス（フィメール座）の形に作ったものをいい、記号は MF（メール座：MF-M、フィメール座：MF-F） で表されます。

はめ込み形（MF）は、バルブのボンネットフランジやコンプレッサーの接続フランジなどのように、心出しを正確に行う必要のある場所などのフランジに利用されます。

溝形：TG（タングアンドグルーブ：Tongue and Groove）

タング座：TG-T／グルーブ座：TG-G

溝形とは、タングアンドグルーブとも言われ、上図のように一対のフランジの接合面に、一方は溝形の凸部を設け（タング座）、他方には溝形の溝を設けたもの（グルーブ座）をいい、記号は TG（タング座：TG-T、グルーブ座：TG-G） で表されます。

溝形（TG）は、はめ込み形とは異なり、座面は凹面と凸面からなっているため、ガスケットの当たり面が小さく、面圧を大きく取ることができます。

そのため、気密性がよく、危険性流体、真空配管用、高圧のアンモニア配管用などに使用されます。

リングジョイント座：RJ（リングジョイント：Ring Joint Face）

リングジョイント座とは、上図のようにフランジの接合面で、リングジョイントガスケットが入れられる溝をもつものをいい、記号は RJ で表されます。

リングジョイント（RJ）は、使用するガスケットは金属であり、そのシール面は金属の線接触となるので、そのシール性は非常によく、高温高圧に耐えることができます。

また、他の座面のフランジよりも接続する配管の曲げ方向の外力に対しても強さを発揮し、シール面が露出していないのでシール面の損傷も少ないといった利点もあります。

しかし、メンテナンス時には、フランジの脱着に多少の困難さを伴うといった欠点もあります。

リングには、八角形（オクタゴナル）や印形（オーバル）などがあります。

■ フランジ材料・材質の種類

フランジの製造に使用される材料には、用途や分野により、各種の材料が利用されます。

各JIS規格フランジにおいて使用される材料・材質の一例は以下のとおりです。

JIS B 2220 鋼製管フランジ

■炭素鋼：

・圧延材：SS400（JIS G 3101）、S20C・S25C（JIS G 4051）

・鍛造材：SF390A・SF440A（JIS G 3201）、SFVC1・SFVC2A（JIS G 3202）

・鋳造材：SC410・SC480（JIS G 5101）、SCPH1・SCPH2（JIS G 5151）

■低合金鋼：

・圧延材：－

・鍛造材：SFVAF1・SFVAF11A（JIS G 3203）

・鋳造材：SCPH11・SCPH21（JIS G 5151）

■ステンレス鋼：

・圧延材：SUS304・SUS316・SUS304L・SUS316L（JIS G 4304、JIS G 4305）

・鍛造材：SUSF304・SUSF316・SUSF304L・SUSF316L（JIS G 3214）

・鋳造材：SCS13A・SCS14A・SCS16A・SCS19A（JIS G 5121）

JIS B 2239 鋳鉄製管フランジ

■ねずみ鋳鉄：FC200（JIS G 5501）

■球状黒鉛鋳鉄：FCD-S（JIS B 8270）、FCD350・FCD400・FCD450（JIS G 5502）

■黒心可鍛鋳鉄：FCMB27-5・FCMB35-10・FCMB35-10S（JIS G 5705）

上記の材料と同等以上と認められるASTM材料とISO材料（参考）

■ねずみ鋳鉄：ASTM A126-A/B、ISO 185-200/250

■球状黒鉛鋳鉄：ASTM A395、ISO 1083-350-22/400-15/450-10/600-3、ISO 2531-400-5

■黒心可鍛鋳鉄：ISO/DIS 5922-BF27-05/BF30-06/BF35-10、ASTM A47-32510

JIS B 2240 銅合金製管フランジ

■スリップオンろう付式フランジ（SO）：

・CAC202（YBsC2）（JIS H 5120）

・CAC407（BC7）（JIS H 5120）

■一体フランジ（IT）：

・CAC406（BC6）（JIS H 5120）、UNS No.C83600（ASTM B62/B271/B584）

・CAC402（BC2）（JIS H 5120）、UNS No.C90300（ASTM B271/B584）

・CAC407（BC7）（JIS H 5120）、UNS No.C92200（ASTM B61/B271/B584）

JIS B 2241 アルミニウム合金製管フランジ

■JIS H 4040：A5083BE、A5083BD、A6061BE、A6061BD

・対応ASTM材料規格（参考）：ASTM B221（5083、6061）、ASTM B211（6061）

・対応ISO材料規格（参考）：ISO 6362-1～-5（AlMg4,Mn0,7、AlMg1SICu）、ISO 6363-1,-2,-4及び-5（AlMg4,Mn0,7、AlMg1SICu）

■JIS H 4140：A5083FD、A5083FH、A6061FD、A6061FH

・対応ASTM材料規格（参考）：ASTM B247（5083、6061）

■ フランジの呼び圧力（レーティング）｜圧力-温度基準（P-Tレーティング）

装置配管などには数多くのフランジが使用されますが、これらをそれぞれの使用条件によって一つずつ計算していたのでは大変な労力が必要になります。

そのため、おのおのについて設計するよりも、フランジをいくつかのグループに分けて規格化すれば、設計条件によるフランジの種類を減らして互換性を持たせることができ、頻雑さをなくして総体的には経済設計となります。

このような考えから、JISやANSI、JPIなどのフランジいずれにおいても、フランジには呼び圧力というものを規定して、いくつかの種類に分類しています。

この呼び圧力のことを、レーティングとも呼んでおり、これは、フランジの形状や材質によって異なってきます。

JISフランジ（JIS B 2220 鋼製管フランジ）の場合には、この呼び圧力（レーティング）として、5K、10K、10K薄形、16K、20K 及び 30K の6種類の呼び圧力のフランジレーティングが規定されています。

（この6種類のほかには、2K、40K 及び 63K のフランジレーティングが、参考として附属書に規定されています。）

この呼び圧力に対する流体の温度との関係、つまり、最高使用圧力と流体の温度との関係を定めたもを、圧力-温度基準、或いは、P-Tレーティングといいます。

JPIフランジの場合は、JPI-7S-65（フランジ及びバルブのP－Tレイティング）に規定されており、クラス 75、150、300、400、600、800、900、1500 及び 2500 のJPIフランジが規定されています。

フランジ規格には、このP-Tレーティングが定められており、流体の状態・温度、圧力条件などの設計条件をこの圧力-温度基準に当てはめることによって、呼び径ごとに設計条件に合った適切な形状・材質のフランジを容易に選定することができるようになっています。