フランジ・ガスケット面圧検証ツール

フランジから蒸気が漏れる、その瞬間に何が起きているか

化学プラントの定修明け、再起動した蒸気配管のフランジから「シューッ」と白い霧が噴き出した。原因はガスケットの座面圧不足。締付トルクは規定通りだったのに、内圧が上がった瞬間にガスケットが「浮いた」のだ。これは2017年に実際に起きた事故報告の一例で、原因は「JIS B 8265のy値（最小座面圧）を満たしていない締付軸力」だった。

逆のパターンもある。新人技術者が「念のため」とトルクを規定値の1.5倍で締めた結果、PTFEガスケットがクリープして数日後に同様の漏れ。締めすぎでも締め足りなさすぎでも、フランジは漏れる。

このツールは、JIS B 8265-2017を日本語UIで「逆引き」できるように作った無料のWeb計算機。呼び圧力・呼び径・内圧・ガスケット種類・ボルト材質・運転温度を選ぶだけで、運転時ボルト荷重 W1、締付時ボルト荷重 W2、設計荷重 W、必要ボルト断面積、ガスケット面圧、推奨締付トルクを自動計算する。プラント設計の初学者から、現場で「このフランジ、本当に持つの？」と疑問に思った保全担当者まで、ブラウザですぐ確認できる手元の道具として置いてほしい。

なぜ作ったのか

きっかけは個人的な「逆引き地獄」体験だった。以前、20K-50Aの蒸気フランジでガスケット交換のトルク値を確認しようとしたとき、JIS B 8265を引いてもボルト本数とサイズしか書いていない。トルク値はメーカーカタログ、m値とy値はASME Sec VIII、温度別許容応力はJIS B 8266。3冊の規格書を机に広げて電卓を叩く羽目になった。

英語ツールはAutodeskや有料の圧力容器設計ソフトに付属するものが多く、JIS B 8265のフランジ表（10K/16K/20K/30K/40K/63K）が初期値として入っていない。ANSI Class 150/300の北米規格ばかりで、現場の図面と合わない。「JIS B 8265で、運転温度を変えて、PTFEとスパイラルガスケットを比較したい」というシンプルな要件を満たす日本語ツールが、検索しても出てこなかった。

そこで、JIS B 8265-2017 §6.5の標準計算を実装し、ASME Sec VIII Div.1 表2-5.1のm値・y値を内蔵し、ボルト材質5種類×温度4点の許容応力を線形補間する形にまとめた。プリセットを呼び出して数字を1つ変えるだけで、「ガスケットを変えたら使用率はどう変わるか」「温度を上げると締付トルクをどう調整すべきか」がリアルタイムで見える。机に規格書を3冊広げる時代を、ブラウザのタブ1つで終わらせたかった。

ついでに、姉妹ツールの配管圧力損失計算でポンプ吐出圧を出した後、「その圧力でフランジが持つか」を即チェックできる導線にした。設計フローのつなぎ目を埋めるのが狙い。

フランジ・ガスケットとは

フランジ締結部の第一原理

フランジとは、配管同士・配管と機器を「分解可能な状態でつなぐ」ための円盤状の継手だ。2枚のフランジでガスケット（薄いシール材）を挟み、ボルトで締め付けることで、内部の流体（水・蒸気・油・薬液）が外に漏れないようにする。

漏れない理由は単純で、ガスケットが「内圧より高い圧力で潰れている」から。ボルトが締めれば締めるほどガスケットの座面圧が上がり、流体が押し広げる力に勝つ。逆に、内圧が高いのに締付軸力が足らないと、ガスケットの座面圧が内圧を下回り、すきまから流体が噴き出す。

水道のホースを蛇口にバンドで巻きつけて止める、あの感覚に近い。バンドを強く巻けば水は漏れない。しかし、強すぎるとホース自体が潰れる。フランジも全く同じで、ボルトの締めすぎはガスケットを「圧潰（クラッシング）」させて、シール能力をかえって失わせる。

m値とy値（JIS B 8265 § 6.5の核心）

JIS B 8265は、ガスケットの密封性能を2つの数値で表現する。

• m値（ガスケット係数）: 内圧Pに対して、必要な座面圧をP×mで表す。ガスケットが流体に押し広げられないためには、運転中の座面圧が m×P 以上必要、という考え方
• y値（最小座面圧）: 内圧0でも、ガスケットを潰して流路をふさぐために必要な最低限の座面圧（MPa単位）。締付時の評価に使う

例えば非石綿シートは m=2.0, y=11.0 MPa。スパイラル巻SUS304は m=3.0, y=69.0 MPa。スパイラル巻のほうがy値が圧倒的に高いのは、金属帯の弾性回復力で密封するため、初期の潰し圧力を稼ぐ必要があるからだ。

ボルト荷重の式はこの2つから導かれる。

W1（運転時）= (π/4)·G²·P + 2π·G·b·m·P
W2（締付時）= π·G·b·y
W（設計荷重）= max(W1, W2)

ここで G はガスケット反力円の径（mm）、b はガスケット有効幅（mm）。W1 の第1項は「内圧が末端を押し開く力」、第2項は「ガスケットを密封維持するための余剰荷重」。W2 は「初期締付で潰すための荷重」。両者の大きい方が、設計に使うべき荷重になる。

ガスケット反力円の径 G と有効幅 b の求め方

G と b は、ガスケットの寸法から JIS B 8265 附属書G の定義で決まる。まずガスケットがフランジに実際に当たっている幅（接触幅 N）を出す。平面座（RF）のフランジでは、ガスケットの外径が座面より大きくても、座面の外にはみ出した部分は締め付けられないので、接触面の外径は座面の径で頭打ちになる。

接触面の外径 = min(ガスケット外径, 平面座の径 g)
N  = (接触面の外径 − ガスケット内径) / 2
b0 = N / 2                     （平形ガスケットを平面座で挟む場合）
b0 ≦ 6 mm: b = b0,       G = 接触面の中心円の直径
b0 ＞ 6 mm: b = 2.5 √b0, G = 接触面の外径 − 2b

幅の広いガスケットで b を √b0 に抑えるのは、締め付けたとき面圧が外周寄りに集中し、幅いっぱいには効かないからだ。同じ理由で G も外周寄りになる。本ツールは、シートガスケット（非石綿・PTFE）は JIS B 2404 のリングガスケットの内外径、うず巻形は外輪付きの本体（外輪はシールしない）の内外径を使っている。10K-100A なら、シートは接触幅18 mm で b = 7.5 mm、うず巻形は本体の幅が10 mm で b = 5 mm になる。メタルジャケットと軟鉄リングは規格の寸法が無く製造業者ごとに違うので、シートのリングガスケットと同じ内外径を仮定している。

JIS B 8265-2017の構成

JIS B 8265 は「圧力容器の構造－一般事項」の標準規格。第6章にフランジ計算、第8章にボルト関連規定がある。フランジそのものの寸法（外径・ボルト穴中心円・ボルト本数・ねじの呼び）は別の規格で、呼び圧力10K/16K/20K/30K/40K/63Kの寸法表はJIS B 2220（鋼製管フランジ）にある。本ツールはボルト本数とサイズ、平面座の径を JIS B 2220 から、ガスケットの内外径を JIS B 2404 から取り、JIS B 8265 の式に入れている。

実務での重要性

漏れたときに失うもの

化学プラントでフランジが漏れると、何が起きるか。最も軽いケースで「定修延長＋ガスケット交換工事」、数百万円の損失。最悪のケースは可燃性流体の引火・爆発で、数十億円規模の被害と人命被害になる。

2014年に発生したある石油精製工場の漏洩事故では、フランジ締結部からの可燃性ガス漏れに静電気が引火し、工場が数週間停止。原因は「ガスケット交換時に対角締めの順序が守られず、座面圧が不均一になった」とされる。たかがフランジ、と思われがちだが、計算通りに締めても、締め方を間違えれば漏れる。

逆に、過剰締付の被害も無視できない。ボルトを規定の1.5倍で締めた結果、ガスケットが圧潰してクリープし、数ヶ月後に微小漏れが発生。プラント運転中に増し締めできない場所で、次の定修まで「漏れたまま運転」する羽目になった例もある。

規格と法令の縛り

圧力容器は労働安全衛生法 §37 の「特定機械等」に該当し、容器検査が義務化されている。検査時にはフランジ締結部の「設計計算書」が必要で、計算根拠はJIS B 8265、ボルトの許容応力はJIS B 8266、ASME相当の m値・y値はASME BPVC Sec VIII Div.1 表2-5.1を参照するのが慣例。

検査官は計算書の W1/W2/Wdesign の値とボルト本数を電卓で再計算する。数値が合わなければ差し戻し、最悪の場合は「容器検査不合格」で運転許可が下りない。設計時の数値感覚を養っておくことは、コンプライアンス上も重要だ。

設計の感覚を養う

例えば「20K-100A、内圧2MPa、SS400ボルト」と「20K-100A、内圧2MPa、SCM435ボルト」では、必要ボルト断面積が同じでも、温度300℃時の使用率がSS400=過大、SCM435=余裕、と全く違う。この「材質を変えると運転温度範囲がどう変わるか」の感覚は、机上計算で何度も比較しないと身につかない。本ツールはその比較を3秒で回せるように設計した。

活躍する場面

シーン	使い方
新規プラント設計	配管リストの全フランジに対し、呼び圧力・口径・ガスケット仕様を入れて使用率を一覧化。設計余裕がない箇所を一発で抽出
メンテナンス計画	定修前にガスケット種類を変更検討。非石綿→スパイラル巻に変えると締付トルクがどれだけ上がるか事前に確認
容器検査の事前チェック	検査官提出前に計算書の数値再現。Wdesign・必要As・ガスケット面圧を電卓代わりに即確認
トラブル対応	漏れたフランジで「現状の締付トルクで本当に密封できているか」を逆算。座面圧 < y値 なら締付不足が確定

特に化学・製薬・食品プラントの保全担当者には、現場で「このボルトサイズで本当に大丈夫？」と聞かれたときの即答用ツールとして使ってほしい。

基本の使い方

1. 呼び圧力を選ぶ — フランジ規格の10K/16K/20K/30K/40K/63Kから選択。図面の表記（例: 「10KSOP」）の前2桁で判断
2. 呼び径を選ぶ — 25A〜300Aの12種類から。Aは公称呼び径（mm）の意味
3. 内圧を入力 — 運転圧力（MPa）を入力。検査圧力ではなく常用運転圧力を使う
4. ガスケット・ボルトを選ぶ — 6種類のガスケット、5種類のボルト材質から選択
5. 運転温度を入力 — 常温20℃ならそのまま、高温なら実運転温度を入力（許容応力が線形補間で低減）

入力すると下部の結果カードに W1/W2/Wdesign/必要ボルト断面積/使用率/ガスケット面圧/推奨締付トルク/総合判定が一気に表示される。プリセット「代表シナリオ」ボタンを押すと、典型ケースの全入力が一発で入る。

具体的な使用例

実際の入力値と結果を、6ケース以上で比較する。すべてツール本体に同じ値を入れれば再現できる。

ケース1: 蒸気配管の標準ケース 10K-100A 非石綿 SS400 内圧1.0MPa 20℃

中圧蒸気の主配管によくある構成。

• 入力: 呼び圧力10K、呼び径100A、内圧1.0MPa、非石綿、SS400、20℃
• 結果: G=136mm、b=7.5mm、W1=27,344N、W2=35,249N、Wdesign=35,249N
• 必要ボルト断面積=441mm²、規格ボルトM16×8本（実断面積1,256mm²）
• 使用率=35.1%、ガスケット面圧=11.0MPa、推奨トルク=28.1N·m、判定=OK
• 解釈: 内圧1MPa程度では、ガスケットを潰すための締付荷重 W2 のほうが大きい。シートガスケットは接触幅が18mmと広く、有効幅 b が7.5mmになるぶん、潰すのに要る力も大きくなる。設計余裕は十分だが、面圧はy値=11.0ちょうどなので、増し締めの余裕はあまりない

ケース2: 高圧プロセス配管 20K-50A スパイラル304 SCM435 2.0MPa 20℃

液化ガスや高圧プロセス配管の典型例。

• 入力: 20K-50A、2.0MPa、スパイラル巻SUS304、SCM435、20℃
• 結果: G=79mm、b=5.0mm、W1=24,694N、W2=85,624N、Wdesign=85,624N
• 必要As=349mm²、ボルトM16×8本（実断面積1,256mm²）、使用率=27.8%、ガスケット面圧=69.0MPa、推奨トルク≈86.2N·m、判定=OK
• 解釈: 注目点は W2 >> W1。スパイラル巻はy値が大きい（69MPa）ため、内圧2MPaでも締付荷重のほうが支配的。20K の 50A は JIS B 2220 でボルト8本（10K の 50A は4本）なので、同じ呼び径でも呼び圧力を上げるとボルト本数が倍になり、使用率は3割弱に収まる

ケース3: 締付のみ評価 10K-100A 非石綿 SS400 0MPa 20℃

定修明けの「内圧をかける前の初期締付」の妥当性確認。

• 入力: 10K-100A、内圧0MPa、非石綿、SS400、20℃
• 結果: W1=0、W2=35,249N、Wdesign=35,249N、使用率=35.1%、判定=OK
• 解釈: W1=0でも W2 だけで判定できる。「内圧0で締付不足になっていないか」を別で確認する用途。これがNGなら、内圧をかけた瞬間に漏れる

ケース4: 超高圧フランジ 63K-50A メタルジャケット SCM435 6.0MPa 100℃

水素ステーション、化学反応器周りの超高圧。

• 入力: 63K-50A、6.0MPa、メタルジャケット、SCM435、100℃
• 結果: G=88.4mm、b=8.3mm、W1≈140,481N、W2≈120,685N、Wdesign≈140,481N
• 必要As=585mm²、ボルトM20×8本（実断面積1,960mm²）、使用率=29.9%、ガスケット面圧=61.0MPa（圧潰200未満OK）、推奨トルク≈165N·m、判定=OK
• 解釈: 6MPa環境では W1 が W2 を上回り、内圧荷重支配。SCM435のM20を8本で受けるので使用率は余裕がある。推奨トルク165N·mは、手持ちのクリック式トルクレンチでは上限に近い

ケース5: 大口径低圧 10K-300A 非石綿 SS400 0.5MPa 20℃

冷却水ヘッダ、空気配管などの大口径低圧。

• 入力: 10K-300A、0.5MPa、非石綿、SS400、20℃
• 結果: G=350.9mm、b=8.6mm、W1≈67,234N、W2≈103,905N、Wdesign≈103,905N
• 必要As=1,299mm²、ボルトM22×16本、使用率=26.8%、ガスケット面圧=11.0MPa（y値ちょうど）、推奨トルク≈74.7N·m、判定=OK
• 解釈: 大口径だと面積が二乗で効いて荷重も大きいが、ボルト本数16本で分散するため使用率は意外と低い。注意点は座面圧がy値=11.0をぎりぎり満たすこと、面積が広いぶん対角締めの順序を間違えると不均一になりやすい

ケース6: PTFEの圧潰危険 20K-100A PTFE SUS304-B8 0.8MPa 20℃

薬液配管や食品配管でよく使うPTFEガスケット。

• 入力: 20K-100A、0.8MPa、PTFE、SUS304-B8、20℃
• 結果: G=143.2mm、b=8.4mm、W1≈24,964N、W2≈41,504N、Wdesign≈41,504N
• 必要As=307mm²、ボルトM20×8本、使用率=15.7%、ガスケット面圧=11.0MPa（PTFE crushing=35 OK）、判定=OK
• 解釈: 使用率は15.7%と低いが、これは「ボルトが余ってる」の意味であって、PTFEは圧潰しやすいため締めすぎ厳禁。SUS304-B8のσ_allow=135MPaで強度設定すると、機械的にはほぼ何もしなくても良い計算になる。実運用では「軽く締めて、運転後に漏れがあれば追加」の戦略が現実的

ケース7: 高温時の劣化 20K-50A スパイラル304 SCM435 2.0MPa 300℃

蒸気タービン回りや高温反応器の典型条件。ケース2と同じ仕様で温度だけ変えると、何が変わるか。

• 入力: 20K-50A、2.0MPa、スパイラル巻SUS304、SCM435、300℃
• 結果: Wdesign=85,624N（同じ）、必要As=428mm²（ケース2の349から増加）、使用率=34.1%（ケース2の27.8%から悪化）、ガスケット面圧69.0MPa、推奨トルク≈70.3N·m
• 解釈: 同じ荷重でも、SCM435の許容応力が20℃時245→300℃時200MPaに低下するため、必要断面積が2割強増え、使用率も同じ割合で悪化する。推奨トルクも86→70N·mに下がる。許容応力が下がった分だけ締付軸力の目標も下げる、というのが温度補正の意味だ

仕組み・アルゴリズム

候補手法の比較

ボルト荷重の計算手法は、実は3系統に大別される。

1. JIS B 8265 (= ASME Sec VIII Div.1) 方式: m値・y値を使う伝統的なテイラー・フォージ法。1937年提唱、80年以上の実績
2. EN 1591-1方式: 欧州規格、ガスケット個別の応力ひずみ曲線を使う詳細法
3. ASME PCC-1 / PVRC方式: 米国の最新研究、ガスケットのリーケージレートまで定量評価

本ツールはJIS B 8265方式を採用した。理由は3つ。

• 日本国内の容器検査では実質これが標準
• m値・y値はメーカーカタログにほぼ必ず記載されており、入力データが手に入る
• 計算式が簡素で、Webブラウザ上でリアルタイム計算が可能

EN 1591-1やPVRC法は精度が高い反面、ガスケット個別の弾性係数や圧縮永久ひずみが必要で、データ入手の手間が大きい。「設計初期の見積もり」「現場の即時判断」というツール用途には、JIS B 8265で十分と判断した。

実装フロー

計算は以下の順序で進む。

1. JIS B 2404 のガスケット内外径と JIS B 2220 の平面座の径から、接触幅 N・b0・b・G を計算
   （ボルト本数とサイズは JIS B 2220 の寸法表から）
2. ガスケット材質からm, y値を取得
3. ボルト材質と運転温度から、温度補正後の許容応力を線形補間
4. W1 = (π/4)G²P + 2πGbmP（運転時）
5. W2 = πGby（締付時）
6. Wdesign = max(W1, W2)
7. 必要As = Wdesign / σ_allow_at_temp
8. 使用率 = 必要As / (N × boltArea)
9. ガスケット面圧 = Wdesign / (πGb)
10. 推奨トルク T = 0.2 × d × (σ_allow × A × 0.7) × 1e-3 [N·m]
11. 使用率と面圧から判定（OK/要確認/NG）

温度補正は、ボルト材質ごとに 20/100/200/300/400℃ の許容応力データを内蔵し、入力温度を線形補間する。例えばSCM435で運転温度150℃なら、σ_allow(100℃)=240とσ_allow(200℃)=225の中間で、σ_allow(150℃)=232.5 MPaと算出する。

ステップバイステップの計算例

ケース1（10K-100A 非石綿 SS400 1.0MPa 20℃）を実際に計算してみる。

ガスケット: 内径 115 mm, 外径 159 mm（JIS B 2404 リングガスケット 10K-100A）
平面座の径: g = 151 mm（JIS B 2220 10K-100A）
接触面: 外径 = min(159, 151) = 151 mm, 内径 = 115 mm
N  = (151 − 115) / 2 = 18 mm
b0 = N / 2 = 9 mm（> 6 mm）
b  = 2.5 × √9 = 7.5 mm
G  = 151 − 2 × 7.5 = 136 mm

m = 2.0, y = 11.0 MPa（非石綿）
σ_allow = 80 MPa（SS400 20℃）
P = 1.0 MPa

W1 = π/4 × 136² × 1.0 + 2π × 136 × 7.5 × 2.0 × 1.0
   = 14,527 + 12,818
   ≈ 27,344 N

W2 = π × 136 × 7.5 × 11.0
   ≈ 35,249 N

Wdesign = max(27344, 35249) = 35,249 N
必要As = 35249 / 80 = 441 mm²
実As = 8 × 157 = 1256 mm²
使用率 = 441 / 1256 = 0.351 → 35.1%

ガスケット面圧 = 35249 / (π × 136 × 7.5) ≈ 11.0 MPa
F per bolt = 80 × 157 × 0.7 ≈ 8792 N
推奨トルク = 0.2 × 16 × 8792 × 1e-3 ≈ 28.1 N·m

判定: 使用率 35.1% < 80% → OK

締付トルク式の根拠

T = 0.2 × d × F は、機械工学便覧でおなじみのトルク係数法。係数0.2は乾燥摩擦下のJIS標準値で、潤滑油の有無やめねじ材質によって0.13〜0.25まで変動する。本ツールは安全側に0.2固定で、軸力Fは「許容応力の70%（SEATING_LOAD_RATIO）」で設定。これはASME PCC-1の推奨値で、降伏点に対する余裕を確保しつつ、ガスケットを十分潰す軸力を確保する目安になっている。

JIS 10K と ANSI 150 の違い — ボルト穴が合う呼び径・合わない呼び径

海外製のポンプやバルブを国内の配管につなぐとき、必ず出てくるのが「JIS 10K のフランジに ANSI 150 のフランジは付くのか」という問いだ。答えは「規格としては互換性なし。ただし一部の呼び径ではボルト穴の位置がほぼ一致する」。どの呼び径が合うかを並べた表が意外と見つからないので、画面下の対応表で全呼び径を判定できるようにした。

JIS フランジと ANSI フランジの寸法の違い

JIS B 2220 はミリ系、ASME B16.5（旧 ANSI B16.5）はインチ系で、ボルト穴中心円（PCD）もボルト本数もボルトの呼びも独立に決められている。偶然近い値になる呼び径もあるが、そろっているわけではない。JIS 10K / 20K と ASME Class 150 / 300 を25A〜300Aで突き合わせると次のようになる（PCD は mm、ASME のボルトはインチ。寸法は ASME の公表値を mm に換算）。

呼び径	JIS 10K（PCD・本数）	Class 150（PCD・本数）	判定	Class 300（PCD・本数）	判定
25A（1"）	90・4-M16	79.4・4-1/2"	✕ ずれ	88.9・4-5/8"	○
32A（1-1/4"）	100・4-M16	88.9・4-1/2"	✕ ずれ	98.4・4-5/8"	○
40A（1-1/2"）	105・4-M16	98.4・4-1/2"	△	114.3・4-3/4"	✕ ずれ
50A（2"）	120・4-M16	120.6・4-5/8"	○	127.0・8-5/8"	✕ 本数
65A（2-1/2"）	140・4-M16	139.7・4-5/8"	○	149.2・8-3/4"	✕ 本数
80A（3"）	150・8-M16	152.4・4-5/8"	✕ 本数	168.3・8-3/4"	✕ ずれ
100A（4"）	175・8-M16	190.5・8-5/8"	✕ ずれ	200.0・8-3/4"	✕ ずれ
125A（5"）	210・8-M20	215.9・8-3/4"	△	234.9・8-3/4"	✕ ずれ
150A（6"）	240・8-M20	241.3・8-3/4"	○	269.9・12-3/4"	✕ 本数
200A（8"）	290・12-M20	298.4・8-3/4"	✕ 本数	330.2・12-7/8"	✕ ずれ
250A（10"）	355・12-M22	361.9・12-7/8"	✕ ずれ	387.3・16-1"	✕ 本数
300A（12"）	400・16-M22	431.8・12-7/8"	✕ 本数	450.8・16-1-1/8"	✕ ずれ

呼び径	JIS 20K（PCD・本数）	Class 150（PCD・本数）	判定	Class 300（PCD・本数）	判定
25A（1"）	90・4-M16	79.4・4-1/2"	✕ ずれ	88.9・4-5/8"	○
32A（1-1/4"）	100・4-M16	88.9・4-1/2"	✕ ずれ	98.4・4-5/8"	○
40A（1-1/2"）	105・4-M16	98.4・4-1/2"	△	114.3・4-3/4"	✕ ずれ
50A（2"）	120・8-M16	120.6・4-5/8"	✕ 本数	127.0・8-5/8"	✕ ずれ
65A（2-1/2"）	140・8-M16	139.7・4-5/8"	✕ 本数	149.2・8-3/4"	△
80A（3"）	160・8-M20	152.4・4-5/8"	✕ 本数	168.3・8-3/4"	✕ ずれ
100A（4"）	185・8-M20	190.5・8-5/8"	△	200.0・8-3/4"	✕ ずれ
125A（5"）	225・8-M22	215.9・8-3/4"	△	234.9・8-3/4"	✕ ずれ
150A（6"）	260・12-M22	241.3・8-3/4"	✕ 本数	269.9・12-3/4"	✕ ずれ
200A（8"）	305・12-M22	298.4・8-3/4"	✕ 本数	330.2・12-7/8"	✕ ずれ
250A（10"）	380・12-M24	361.9・12-7/8"	✕ ずれ	387.3・16-1"	✕ 本数
300A（12"）	430・16-M24	431.8・12-7/8"	✕ 本数	450.8・16-1-1/8"	✕ ずれ

○が「ボルトが両方の穴を通る」、△は「通るが穴のすき間をほぼ使い切るか、細いほうのボルトに合わせる必要がある」、✕は穴数が違うか穴がずれて通らない組合せだ。10K と 150 で○が付くのは 50A・65A・150A の3つだけで、よく使う 80A と 100A は合わない。80A は穴数が違い（JIS 8本・ASME 4本）、100A は PCD が 15.5mm 違う。

ボルトが通るかの判定方法

穴数が同じなら、両規格ともボルト穴は中心線をまたぐ配置なので角度はそろう。ずれは半径方向だけで、その量は PCD の差の半分になる。細いほうのボルト径を d、両側の穴径を hJ・hA とすると、ボルトが両方の穴を貫通できる条件は次のとおり。

e = |C_JIS − C_ASME| / 2
e ≤ ((hJ − d) + (hA − d)) / 2

JIS 10K 50A と Class 150 の 2" で計算してみる。JIS は PCD 120mm・M16・穴径19mm、ASME は PCD 4-3/4"（120.65mm）・5/8" ボルト・穴径3/4"（19.05mm）。

e = |120 − 120.65| / 2 = 0.33 mm
d = 5/8" = 15.88 mm（M16 より細いほう）
許容 = ((19 − 15.88) + (19.05 − 15.88)) / 2 = 3.15 mm
0.33 mm ≤ 3.15 mm → 通る（許容の半分以下なので○）

同じ計算を 100A でやると、PCD 175mm と 190.5mm で e = 7.75mm になり、許容 3.15mm を大きく超える。ボルト穴が半分以上ずれるので、どう頑張っても入らない。ツールでは、e が許容の半分を超える組合せと、太いほうのボルトが細いほうの1.1倍を超える組合せ（M16 の穴に 1/2" を通すなど）を△にしている。

ボルト穴が合っても同じフランジではない

○の組合せでも、締結して良いかは別の話だ。違いは少なくとも3つある。

• 圧力–温度定格: JIS の呼び圧力と ASME の Class は、許容圧力の決め方も温度による下がり方も違う。「10K ≒ 150」のような読み替えはできず、材料ごとの定格表を両方引く必要がある
• ガスケット: JIS は JIS B 2404、ASME は ASME B16.20 / B16.21 で寸法が決まっていて、内外径が一致しない。片側に合わせたガスケットは、もう片側の座面からはみ出すか足りなくなる
• 座面の高さ: 平面座（RF）の高さは JIS が呼び径に応じて 1〜3mm、ASME Class 150/300 は 1.6mm（0.06"）

加えて、ボルトはミリねじかインチねじのどちらかにしか合わせられない。△の組合せで細いボルトを使うと、太いボルトを前提にしたフランジで締付力が足りなくなる。現実の対処は、変換フランジ（片面 JIS・片面 ASME のアダプタ）を挟むか、機器側のフランジを指定して発注することになる。ボルト穴が合うかどうかは、あくまで「現場で仮組みできるか」の目安として使ってほしい。

他のフランジ計算ツールと何が違うのか

世の中にフランジ計算のExcelシートやWebツールは存在する。だが多くは「英語版ASMEだけ対応」「JIS規格は表だけで計算は手入力」「ガスケット種類が2-3種類しかない」のいずれかに偏っている。このツールはそこを丸ごと埋めにいった。

JIS B 2220 の寸法を内蔵。10K/16K/20K/30K/40K/63K × 25A〜300Aの代表組合せで、呼び圧力と呼び径を選んだ瞬間に、JIS B 2404 のガスケット寸法と平面座の径からG（ガスケット反力円の径）・b（有効幅）を JIS B 8265 の定義どおりに計算し、ボルト本数・ボルトサイズも決まる。ボルト本数とサイズはフランジメーカー3社の公表寸法表と全行を突き合わせてある。Excelで規格表を引っ張り出して値を写す手間が消える。

6種類のガスケット × 5種類のボルト材質。非石綿シート、スパイラル巻SUS304/316、メタルジャケット、軟鉄リング、PTFEのm値・y値を全て持ち、ボルトはSS400/S45C/SCM435/SUS304-B8/SUS316-B8Mを温度別許容応力（20/100/200/300/400℃）込みで内蔵する。ガスケットとボルトの組合せが30通り、温度補間込みなら無段階に拡張する。

温度補正の自動化。運転温度を入力すると、JIS B 8265付表のσ_allow値を線形補間して使用率を再計算する。180℃のような中途半端な温度でも自動で対応するので、高温配管の検証で電卓を出さなくていい。

Kindle第5冊『配管設計入門』第6章と連動。書籍で理論を学んだ読者がそのまま手を動かせるよう、計算式の用語と画面のラベルを揃えてある。書籍の例題と同じ入力をすれば書籍の数値が再現される。

英語ツールはASMEベースで圧力単位がpsi、ガスケット名称も米国規格。日本のプラント・容器設計の現場でそのまま使える日本語UI＋JIS規格内蔵というのが、地味だが効く差別化点だ。

豆知識・読み物

スパイラル巻ガスケット発展史 — 蒸気機関車から原発まで

スパイラル巻ガスケットは1912年、米国フレキシタリック社が蒸気機関車のシリンダーヘッド用に開発したのが起源。薄い金属帯（フープ）と非金属フィラーを交互に渦巻状に巻き上げた構造で、金属の弾性回復力でシール性を維持する仕組みだ。当時の蒸気機関車は走行振動と熱サイクルでパッキンが頻繁に飛んでいたが、スパイラル巻の登場で交換頻度が一気に下がった。

戦後は石油精製・化学プラントに広がり、1970年代以降は原子力発電所の高温高圧配管で標準ガスケットの座を獲得する。フィラーに膨張黒鉛やPTFEを使い分ければ-200℃の液体窒素から+800℃の過熱蒸気まで対応でき、現代でも代替の効かない部材だ。(Wikipedia: スパイラルガスケット)

石綿禁止と非石綿代替の苦闘

1970年代まで世界中の標準ガスケットは石綿（アスベスト）ジョイントシートだった。耐熱性・耐薬品性・しなやかさを兼ね備える奇跡の素材だったからだ。だが1980年代以降、肺中皮腫の原因として規制が始まり、日本では2006年に石綿含有製品が原則禁止された。

代替として登場したのがアラミド繊維＋NBRバインダーの非石綿ジョイントシート。当初は石綿に比べてシール性能が3割ほど低く、現場では「漏れる」「すぐ硬化する」と評判が悪かった。だが2010年代に膨張黒鉛・カーボンファイバー・新型バインダーの組合せが進化し、現在は石綿時代と遜色ない性能を実現している。本ツールが採用しているm=2.0/y=11MPaは、こうした非石綿シートの代表的な数値だ。

増し締めのメカニズム — なぜ運転後に緩むのか

新品のフランジは初期締付直後から徐々にボルト軸力が低下する。これを初期緩みと呼び、原因は3つある。

第一にガスケットの圧縮永久ひずみ。締付直後はガスケットが弾性域で圧縮されているが、時間と温度でクリープが進み、厚みが減る。厚みが減ればボルトのストレッチ量が減り、軸力が抜ける。

第二にフランジ面の馴染み。微視的に見るとフランジ面とガスケット面は完全には平らでなく、初期締付で凸部が潰れて接触面積が広がる。これも軸力低下に効く。

第三に温度サイクル。運転で熱膨張し、停止で冷えるサイクルを繰り返すと、ボルトとフランジの線膨張差で軸力が変動し、結果的に低下方向に振れる。

このため化学プラントでは運転開始から24時間後・1週間後に**増し締め（hot bolting）**を実施するのが標準。本ツールで出てくる推奨トルクは初期締付値で、増し締めを前提とした設計ではトルク管理表を別途作るのが実務だ。

Tips（実務で効く小技）

• トルクレンチは推奨値の1.5倍までカバーできるものを選ぶ。本ツールの推奨トルクが80N·mなら、レンジ20-150N·m程度のクリック式またはデジタル式が使いやすい。レンジ上限ぎりぎりで使うと精度が落ちる。
• 対角締めパターンは時計の文字盤順ではなく対角飛び。8本ボルトなら1→5→3→7→2→6→4→8の順で、各ボルトを推奨トルクの30%→60%→100%の3段階で締めると、ガスケット面圧が均一になる。一気に100%締めはNG。
• 潤滑剤の種類でトルクが2倍変わる。本ツールの推奨トルクは標準的な締付係数k=0.2（軽油塗布相当）。二硫化モリブデングリスを塗るとk≒0.13まで下がるので、同じ軸力を出すならトルクは65%でいい。逆にドライ（無潤滑）ではk≒0.3となり、トルクは1.5倍必要。
• ガスケットは新品を使う。スパイラル巻でも一度圧縮されたものは弾性回復が低下し、再使用するとほぼ確実に漏れる。フランジを開けたら必ず新品交換する。
• 運転温度が300℃を超えるなら炭素鋼ボルトは避ける。SS400/S45Cはクリープが急増するため、SCM435またはSUH660（高温用ボルト）を選ぶ。本ツールでも300℃以上で警告が出るので確認すること。

FAQ

JIS B 8265のフランジは差込形と首長形どちらにも使える？

本ツールは差込溶接形（SO）・首長溶接形（WN）・スリップオン形（SO）など板状フランジ全般を対象にしている。ボルト本数・サイズは JIS B 2220 でフランジの形状によらず共通だからだ。ただしハブの剛性差による応力集中は計算に含まれていない。WN形はハブで補強されるためフランジ自体の応力に余裕があり、SO形は応力集中が大きい。詳細応力解析が必要な圧力容器では、JIS B 8265本文§6.6のフランジ応力計算（F係数・hub stress計算）に進む必要がある。

ガスケット中心とボルトピッチ円のオフセット効果は考慮されている？

このツールでは考慮していない。ボルトピッチ円C・ガスケット有効座径Gのオフセット（hG = (C-G)/2）が大きいフランジでは、ボルト軸力がフランジを曲げるモーメント荷重が発生し、ガスケット側の面圧分布が不均一になる。ただし日本のJIS B 8265標準フランジはhGが小さく設計されているため、本ツールが採用する「均一面圧モデル」で実用上の精度は確保できる。大口径かつ高圧（300A以上 × 40K以上）でフランジ厚が薄い設計は、別途FEMで応力解析することを推奨する。

使用済みガスケットを再使用するとどうなる？

スパイラル巻・メタルジャケット・軟鉄リングは原則として再使用不可。一度圧縮されると金属帯の弾性回復力が低下し、再締付しても初期面圧（y値）に到達しない。試験データでは再使用品の漏洩リスクが新品の3-5倍に上がる。非石綿シートやPTFEも同様で、開放したフランジは必ず新品交換が原則。本ツールの計算は新品ガスケットの公称m/y値を前提としているので、再使用品では結果より大きな安全率を見込む必要がある。

フランジ面の表面仕上げ（セレーション・スムース）は計算に影響する？

本ツールでは標準的な**セレーション仕上げ（Ra=3.2-6.3μm相当）**を前提にm/y値を採用している。非石綿シート・スパイラル巻はセレーション面と組み合わせる前提だ。スムース面（Ra<1.6μm）の鏡面仕上げにメタルジャケット・軟鉄リングを使う場合は、ガスケットがフランジ面に「噛み込まない」ためy値を1.2-1.5倍見込むのが安全側。ASME B16.5付録ではフランジ仕上げ別の補正係数が定義されているので、特殊用途の場合はそちらを参照してほしい。

JIS B 8265の対象外（API/ANSI/PN規格）でも使える？

面圧計算はJISフランジ専用なので、ANSI B16.5・API 6A・EN 1092（PN規格）のフランジには直接使えない。JIS と ASME B16.5 Class 150/300 のボルト穴が合うかどうかだけは、画面下の対応表で確かめられる。ただしW1=(π/4)G²P+2πGbmP、W2=πGby の式自体はASME Sec VIII Div 1 App 2と共通の理論で、G・b・N・ボルトサイズを各規格表から拾って手計算に置き換えれば応用できる。ANSI/ASME系のオンライン計算機も別途存在するので、海外プロジェクトはそちらと使い分けるのが現実的だ。

まとめ

フランジの面圧計算は配管設計の地味だが致命的な工程だ。締めすぎてガスケットを圧潰させても、足りなくて漏れさせても、止まるのはプラント全体。このツールは呼び圧力と呼び径を選ぶだけでJIS B 2220のボルト本数・サイズとJIS B 2404のガスケット寸法からG・bを自動で計算し、6種ガスケット・5種ボルト材質・温度補正まで含めて使用率と推奨トルクを出す。電卓と規格表を出す前に、まず1分でアタリを取るのに使ってほしい。

配管系の設計を進めるなら、上流の配管圧力損失計算で配管の運転内圧を見積もり、その値をこのフランジツールに入れる流れが効率的だ。ボルトの引張・せん断・ねじ山破壊を別軸で確認したいときはボルト強度・破断モード診断も併用すると、フランジ・ボルトの両面から安全率を押さえられる。

不明点や「こんな規格にも対応してほしい」という要望があれば、お問い合わせから気軽に送ってほしい。実際の現場で使われる声を反映していきたい。