JP2007218388A - ベローズ伸縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で管の接続／分離作業が迅速にできるベローズ伸縮装置を提供すること。
【解決手段】ベローズ伸縮装置は、伸縮する円筒形状のベローズ１３、ベローズの一端に気密に接続されたフランジ１１付きの第１の管１２、ベローズの他端に気密に接続されたフランジ１５付きの第２の管１４、第１の管と第２の管とを所定の軸方向距離において固定するクランプ装置２３〜２８、ベローズが伸縮しても第１の管と第２の管との軸が一致するように第１の管と第２の管との相対位置を規制するガイド装置２２、３１とを備える。レバー２６を回動するのみの操作によってベローズ伸縮装置を伸張した位置で固定できるので、チェーンクランプ装置１７の装着／分離が容易にでき、管の接続／分離作業が短時間でできる。
【選択図】図１

Description

この発明はベローズ伸縮装置に関し、特に、短時間で接続、分離作業を行うことができるベローズ伸縮装置に関する。

シンクロトロンなどの素粒子の高エネルギー加速器施設では、一般に真空ダクトを多数連結し、粒子軌道を真空状態にすることでビームロスを低減している。ところがビームハロー等に起因するロスのため電磁石や真空ダクトが放射化し、その結果、特に真空ダクトの接続、分離のように時間の要する作業では作業員の放射線被曝が問題になっている。

従来真空ダクト間の接続方法としては、ベローズダクトと呼ばれる伸縮可能な特殊なダクトを利用し、タイロッドと呼ばれるボルトとナットを使った機構を使って面間を調整してダクトの接続作業を行っていた。ところが、この方法ではタイロッド複数個を手作業で微調整する必要があるため、接合や分離には時間を要する難点があった。

そこで、パイプの連結の自動化または半自動化作業が望まれており、本発明者らはこのような情勢に鑑みて下記特許文献１に示すような遠隔位置からパイプの連結、切り離しが可能な金属ラジアルシール締め付け装置（パイプ連結装置）を開発した。
特開２００５−１１４０５６号公報

上記したような従来のパイプ連結装置は構造が複雑で装置全体が大型化し、価格も高価なものとなってしまうという問題点があった。この発明の目的は、上記したような従来技術の問題点を解決し、放射能レベルが低く、短時間であれば人が近づける環境において使用するのに好適な、チェーンクランプ装置を使用し、構造が簡単で管の接続／分離作業が迅速にできるベローズ伸縮装置を提供することにある。

本発明のベローズ伸縮装置は、伸縮する円筒形状のベローズと、前記ベローズの一端に気密に接続されたフランジ付きの第１の管と、前記ベローズの他端に気密に接続されたフランジ付きの第２の管と、前記第１の管と前記第２の管とを所定の軸方向距離において固定するクランプ装置と、前記ベローズが伸縮しても前記第１の管と前記第２の管との軸が一致するように前記第１の管と前記第２の管との相対位置を規制するガイド装置とを備えたことを主要な特徴とする。

また、上記したベローズ伸縮装置において、前記クランプ装置は軸対称に前記第１の管と前記第２の管の周囲に均等に複数個配置され、前記ガイド装置は軸対称に前記第１の管と前記第２の管の周囲に均等に複数個配置された点にも特徴がある。

また、上記したベローズ伸縮装置において、前記クランプ装置は伸張位置および収縮位置において位置が固定される点にも特徴がある。
また、上記したベローズ伸縮装置において、前記クランプ装置は伸縮する軸の長さを調節する機構を備えており、かつ所定長の遊びを備えている点にも特徴がある。

本発明のベローズ伸縮装置によれば、トグルクランプとガイド機構を利用したロック機能を持つ伸縮機構を採用することにより、以下のような効果がある。
（１）レバーの回動という極めて簡便な操作のみでベローズ伸縮装置を伸張した位置で固定できるので、チェーンクランプ装置の装着／分離が容易にでき、真空ダクトの接続、分離における大幅な時間短縮が可能となる。
（２）従来の装置と比較すると構造が簡単で安価に製造可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明のベローズ伸縮装置の構成を示す断面図である。また、図３は、本発明のベローズ伸縮装置の構成を示す正面図である。接続すべきそれぞれの管の端部のフランジ１０および１６は所定の距離を隔てて対向している。本発明によるベローズ伸縮装置は、大きく分けて、伸縮するベローズ１３、ベローズ１３の両端に気密に接続された所定長の第１および第２の管１２、１４、２本の管１２、１４それぞれのベローズ１３と反対側に接続されたフランジ１１、１５からなる。

ベローズ１３、管１２、１４、フランジ１１、１５はステンレス鋼などの金属製であり、それぞれ例えば溶接により気密に接続されている。ベローズ１３は薄い金属製の中空円形部材を多数重ねて外周同士および内周同士を交互に溶接した伸縮性のある公知の部品である。

本発明のベローズ伸縮装置は更に、ベローズを伸張した位置あるいは収縮した位置において静止させるために、管１２、１４の周囲に管に対して軸対称の位置に均等に配置された２つのトグルクランプ装置２３、および伸張させた場合に左右の管１２、１４の軸がずれないようにするために管１２、１４の周囲に軸対称の位置に均等に配置された４カ所のガイド装置２２を備えている。

ガイド装置のガイド管２２は中空の管であり、ベローズ伸縮装置の一方の管１２の側面に溶接によって固着された支持板２０に支持ブロック２１と共に溶接によって固着されている。ベローズ伸縮装置の他方の管１４の側面に溶接によって固着された第２の支持板３０、４０には、管状のスリーブ３１が溶接によって固着されている。スリーブ３１の内径はガイド管２２の外径よりも僅かに大きく、スリーブ３１内をガイド管２２が摺動できるように構成されている。

４カ所のガイド装置２２によって、本発明のベローズ伸縮装置を伸縮させた場合に管の相対位置が規制され、左右の管１２、１４の軸がずれないので、ベローズ１３に無理な力がかかることを防止できると共に、接続／分離作業において例えばチェーンクランプ装置の装着が容易となり、作業時間の短縮を図ることができる。

図３に示すように、２つのトグルクランプ装置２３はガイド装置２２の内の対向する２個と同じ支持板２０に固着された支持ブロック２１に装着されている。トグルクランプ装置２３はレバー２６を回動させることによって、クランプ装置本体２３の貫通孔内を摺動する軸２４を伸縮させるものであり、軸２４が収縮した位置および伸張した位置においてロック（固定）するように構成されている。

軸２４の先端にはネジ孔が設けられており、このネジ孔には変形ボルト２７が嵌合し、ロックナット２８によって固定されている。従って、ロックナット２８を緩めて変形ボルト２７を回動することにより、変形ボルト２７の位置（突出量）を調整することができる。

変形ボルト２７の頭部２９は軸方向の中央部にくびれのあるつづみのような形状であり、くびれ部分がベローズ伸縮装置の他方の管１４の側面に溶接によって固着された第２の支持板３０の孔（実際はＵ字状の切り欠き）と嵌合している。くびれと孔（切り欠き）の間には変形ボルト２７の軸方向に所定の遊びを設けてある。この遊びは以下の理由により必要である。

即ち、変形ボルト２７の位置を適切に調節しても、伸張した位置ではベローズ１３が収縮しようとする力がかかるので、トグルクランプ装置２３の各軸の遊びなどによってフランジ１５とフランジ１６の間には僅かに隙間が生じる。この状態でチェーンクランプ装置（１８）を締めるとベローズ１３がより伸張してこの隙間が無くなるが、前記遊びが無いとトグルクランプ装置２３に無理な力がかかり、変形や破損する恐れがあるためである。

本発明のベローズ伸縮装置は両端をチェーンクランプ装置１７、１８によってそれぞれのフランジと接続／分離可能である。以下に、まず例えば図１左側のフランジ１０とベローズ伸縮装置とをチェーンクランプ装置１７によって接続し、その後右側のフランジ１５、１６を接続／分離する例について説明する。

まず、本発明のベローズ伸縮装置を収縮した状態でロックする。即ち、トグルクランプ装置のレバー２６を図１に示す状態とする。次に、ベローズ伸縮装置を接続すべき位置に挿入し、左側のフランジ１０とベローズ伸縮装置とをチェーンクランプ装置１７によって接続する。

図５は、解放時のチェーンクランプ装置１７（１８）の構成を示す正面図である。チェーンクランプ装置１７は、複数のクランプユニット６１を軸６３および連結板６２によって１列に連結した構成を有している。各連結板６２はクランプユニット６１に対して回動可能である。

複数個のクランプユニット６１それぞれの内側のパイプのフランジ１０、１１と係合するテーパー溝の内部には、クランプユニットと摺動可能に係合し、弾性変形する棒状バネ部材が配置され、２本のピンによって各クランプユニット６１と係合している。

上部及び下部の２カ所は、連結板６２ではなく、クランプユニット６１同士を連結する連結ボルト６４、６５によって連結されている。また、下部の連結部分においては棒状バネ部材は切れており、連結ボルト６５を外すことによってチェーンクランプ装置１７を開放可能となっている。

チェーンクランプ装置１７を締める場合には、棒状バネ部材が切れている連結部を図５に図示するように開放状態とし、両端を外側に引っ張るなどしてパイプのフランジ１０、１１に被せる。次に、連結ボルト６５を対向するチェーンユニットに係合している円柱状のナットに嵌合させて締める。

円柱状のナットはクランプユニットに回転しないように係合されており、連結ボルト６５の先端が円錐状に加工されているので、連結ボルト６５を対向するクランプユニットの孔に挿入して回転することにより、容易に締めることができる。最後に、複数箇所の連結部の間隔が等しくなるように、それぞれの連結ボルト６４、６５を均等なトルクで締める。以上の作業によって、図１に示すような状態となる。

次に、右側のフランジ１５、１６を接続する。図２は、本発明のベローズ伸縮装置を伸張させた場合の構成を示す断面図である。まず、トグルクランプ装置のレバー２６を図２に示す位置まで２本同時に回動させる。トグルクランプ装置はこの位置においてロックし、手を離しても固定されている。

この操作によって変形ボルトの頭部２９が第２の支持板３０を押圧してベローズ１３が伸張し、右側のフランジ１５、１６がほぼ接触する位置まで接近する。なお、フランジ内部には予めＯリングが装着されているものとする。次に、フランジ１６とベローズ伸縮装置のフランジ１５とをチェーンクランプ装置１８によって接続する。

分離する場合には、分離すべき側のチェーンクランプ装置を分離し、次にトグルクランプ装置のレバー２６を２本同時に回動させてベローズ伸縮装置を収縮させる。本発明のベローズ伸縮装置は以上のような構成により、管の接続／分離作業を迅速に行うことが可能となる。

図４は、本発明のベローズ伸縮装置の他の構成例を示す正面図である。図３に示す実施例１の構成においては、レバー２６を回動させるためにベローズ伸縮装置の周囲に空間が必要であるが、このような空間が無い場合もある。そこで、実施例２においては、トグルクランプ装置２３、５５の取り付け方向を９０度回転させてベローズ伸縮装置の周囲が狭い場合でもレバー２６、５６を回動可能にしたものである。

図４に示す例においては、トグルクランプ装置２３、５５の取り付け方向を同じ方向に回転させる例を開示したが、例えば下部のトグルクランプ装置５５を支持ブロックの反対側の面５７に取り付けるようにしてもよい。更に、この場合において、例えば２つのレバー２６、５６を連結する部材を設けて中央部にレバーを装着し、１つのレバーで２つのトグルクランプ装置２３、５５を同時に操作できるようにしてもよい。

以上、実施例を開示したが、本発明のベローズ伸縮装置には以下のような変形例も考えられる。実施例においては、ガイド装置を４個、トグルクランプ装置を２個装着する例を開示したが、ガイド装置の数は例えば２個以上の任意の個数であってもよい。またトグルクランプ装置も、ガイド装置の性能にもよるが、１個でも本発明は実施可能であり、また３個以上であってもよい。

ガイド装置は単純な摺動機構であってもよいが、ボールベアリングを使用したリニアガイドを使用してもよい。
実施例においては、ベローズ伸縮装置の両端ともチェーンクランプ装置によって接続する構成を開示したが、例えば一端は接続したままでよい場合などにおいては、ベローズ伸縮装置の一端あるいは両端ともボルトとナットで締結する従来のフランジとしてもよい。

本発明のベローズ伸縮装置は、粒子加速器に限らず、パイプ間を接続／分離する必要のある任意の装置に適用可能である。

また本発明は加速器施設に限定することなく、ベローズダクトを利用するあらゆる配管連結システムに対し適用可能である。

本発明のベローズ伸縮装置の構成を示す断面図である。 本発明のベローズ伸縮装置を伸張させた場合の構成を示す断面図である。 本発明のベローズ伸縮装置の構成を示す正面図である。 本発明のベローズ伸縮装置の他の構成例を示す正面図である。 解放時のチェーンクランプ装置の構成を示す正面図である。

符号の説明

１０、１１、１５、１６…フランジ
１２…第１の管
１３…ベローズ
１４…第２の管
１７…チェーンクランプ装置
２０…支持板
２１…支持ブロック
２２…ガイド装置（ガイド管）
２３…トグルクランプ装置
２４…軸
２６…レバー
２７…変形ボルト
２８…ロックナット
３０…第２の支持板

Claims (4)

1. 伸縮する円筒形状のベローズと、
   前記ベローズの一端に気密に接続されたフランジ付きの第１の管と、
   前記ベローズの他端に気密に接続されたフランジ付きの第２の管と、
   前記第１の管と前記第２の管とを所定の軸方向距離において固定するクランプ装置と、
   前記ベローズが伸縮しても前記第１の管と前記第２の管との軸が一致するように前記第１の管と前記第２の管との相対位置を規制するガイド装置と
   を備えたことを特徴とするベローズ伸縮装置。
2. 前記クランプ装置は軸対称に前記第１の管と前記第２の管の周囲に均等に複数個配置され、
   前記ガイド装置は軸対称に前記第１の管と前記第２の管の周囲に均等に複数個配置されたことを特徴とする請求項１に記載のベローズ伸縮装置。
3. 前記クランプ装置は伸張位置および収縮位置において位置が固定されることを特徴とする請求項１に記載のベローズ伸縮装置。
4. 前記クランプ装置は伸縮する軸の長さを調節する機構を備えており、かつ所定長の遊びを備えていることを特徴とする請求項１に記載のベローズ伸縮装置。
   
   

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