JP3467849B2 - フランジボルト締結方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は配管用フランジのボル
ト締結方法に係り、特に配管をフランジ結合する場合
に、ボルトを引っ張り所定の軸力を与えることで適正な
軸力を与えてボルト・ナットを締め付けることができる
管フランジボルトの締結方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、配管同志の接続はフランジ接続に
よって行うのが一般的であり、このフランジ締結作業は
フランジに穿設したボルト孔に一方のフランジ側からボ
ルトを通し、他方のフランジ側で締付ナットを螺着する
ことで行われる。配管と同心の円周方向に沿って配列し
た複数のボルト孔に対してボルト・ナットが装着され
る。このようなフランジボルトの締結方法は、片締め現
象の防止のため、フランジのボルト位置に合わせて、そ
の対角線上を３〜４回移動する繰り返し締め付けを行い
ながら、ボルトの共回りに注意しつつ、適正な締付トル
クまで増し締め作業を続けるものである。このようなフ
ランジ締結作業で、特に油圧用高圧配管のフランジ締付
作業などは、漏洩防止のため高い締付精度が必要とされ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の作業
は多数の配管が乱立する狭隘な作業環境で行うことが多
いため、小型軽量な動力工具を使用しているが、それも
作業スペースが狭いときはユニバーサルジョイントを利
用して締め付けたり、さらに狭い場合には、スパナ等の
手動工具と共にハンマ、チェーン等を用いる非常に困難
な締付作業を強いられていた。特に、狭い作業スペース
の中でのボルト締付作業は、片締め現象の防止のため上
述のようにフランジのボルト位置に合わせて、その対角
線上を３〜４回移動する繰り返し締め付けを行いなが
ら、ボルトの共回りに注意しつつ、適正な締付トルクま
で増し締め作業を続けるため、作業性が著しく悪く、作
業効率、作業時間、締付トルク精度等の多くの問題があ
った。

【０００４】また、各種動力工具を用いる場合は、その
サイズが大きく、重量も重い上に、電動工具では電源ケ
ーブル、エアー駆動ではエアーホース、油圧駆動では耐
圧ホースが接続されており、それらホース類の可撓性が
低いため、動力工具の移動作業には作業者に多大な負担
がかかっていた。さらに、小径の配管では配管とボルト
の距離が小さく、電動工具が配管と接触するためユニバ
ーサルジョイントを使用しなければならず、シャフトの
傾斜角度により伝達トルクが大きく変化することから、
正確なトルクで締め付けることができなかった。

【０００５】また、手動工具の場合は、作業スペースの
関係でトルクレンチが使用できないことが多く、小形の
スパナ等を用い配管工の感で締め付けたり、さらに作業
環境が狭い場合にはハンマやチェーン等を利用して強引
に締め付けなければならず、締付精度上大きな問題があ
り、油漏れの原因となることも多かった。

【０００６】その上、トルク管理方式の締付方法は、締
付トルクが正確にコントロールされたとしても、各部材
の表面状態により摩擦係数の変動幅が大きく、ボルトの
軸力が大きく変化するため、締付精度が根本的に低くな
る問題があった。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、狭隘な作業環境の中でも、配管フランジのボル
ト・ナットの締め付けを容易に、かつ迅速に、高精度の
締め付けができる配管フランジ締付方法および締結補助
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、配管フラン
ジの締付作業が狭い作業スペースの中で、フランジのボ
トル位置に合せて、その対角線上を複数回移動し、増し
締めを行いながら所定のトルクまで締め付けることに問
題があることに着目して、まず、複数のボルトを同じに
締め付けることで片締めを防止すると共に、ボルトに間
接的に軸力を発生させるトルク締結方式ではなく、直接
軸力を発生できる軸力締結方式を採用することによって
上記目的を達成できるとの知見を得たものである。

【０００９】そこで、本発明に係るフランジボルト締結
方法は、配管フランジをボルトとナットにより締結する
方法において、前記フランジに貫通させた複数のボルト
に締付ナットを仮締めしておき、前記フランジを反力支
承面とし前記各ボルト軸端に螺着するナット部を有する
ピストンロッドを備えた複数のシリンダ機構を設けてお
き、当該シリンダ機構への昇圧は、流体圧により初期軸
圧力から段階的に複数に分けて行うことで、前記複数の
ピストンを押し上げることにより前記ボルト軸に引っ張
り保持し、この保持状態で前記締付ナットを回転操作し
た後、流体圧を開放することにより配管フランジの締付
を行うように構成したものである。また、配管フランジ
をボルトとナットにより締結する方法において、前記フ
ランジに貫通させた複数のボルトに締付ナットを仮締め
しておき、前記フランジを反力支承面とし前記各ボルト
軸端に螺着するナット部を有するピストンロッドを備え
た複数のシリンダ機構を設けておき、当該シリンダ機構
への昇圧は、流体圧により初期軸力圧力時に脈動を与え
つつ徐々に昇圧させることで、前記複数のピストンを押
し上げることにより前記ボルト軸に引っ張り保持し、こ
の保持状態で前記締付ナットを回転操作した後、流体圧
を開放することにより配管フランジの締付を行うように
構成することもできる。

【００１０】また、上記フランジボルト締結方法を実施
する場合に使用するフランジボルト締結補助装置は、互
いに接合された配管フランジをボルトとナットにより締
結するための補助装置において、前記ボルト軸が突出さ
れる側のフランジ面にスペーサを介して対面配置され配
管を挟んで開閉分割可能とされた支持板と、この支持板
には複数の前記ボルトに対応してシリンダ部を形成する
とともに、このシリンダ部に内挿されて摺動移動可能と
されたピストンを設け、当該ピストンには前記ボルト軸
に螺合可能なロッドを形成し、前記シリンダには作動流
体の給排手段を接続することにより複数のボルト軸に螺
着されたロッドを同時に流体圧により押し上げ前記ボル
トに所定の軸力を付与した状態でナットを締結位置まで
の回転操作を可能としたものである。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、仮締めされた複数のフラン
ジボルトの先端軸部にピストンロッドのナット部分を螺
着しておき、これを同時にフランジ面を反力支持部とし
て引っ張り駆動する。このボルトに軸力を与える動力と
しては、小形化が可能であり、出力が大きく、かつ制御
性が良い油圧等の流体圧方式を採用しており、これによ
り大きな軸力を任意に設定出力することができる。複数
のフランジボルトを同時に引っ張り駆動するために、シ
リンダ機構を配管を挟んで開閉分離できる支持板に構成
している。したがって、支持板を連結ピン等で合体し一
体化可能な構造とし、狭隘部での着脱を可能にしてい
る。

【００１２】支持板及びスペーサで支持されたシリンダ
にはピストンが装着され、ピストンロッドを各ボルトの
ネジ部の先端に螺着し、これを流体圧により押し上げ、
前記ボルトに所定の軸力を加え伸張させた後、仮締めさ
れた締付ナットを回転締め付けし、その後に流体圧を解
放することにより、ボルト軸は弾性復元し、プレストレ
スが除去されるので、締付ナットはフランジ面に当接さ
れて締付ボルトに所定の軸力を付与することができる。

【００１３】実際の締め付けで問題になることとして、
事前にフランジの面合わせがほぼ平行に調整されている
場合は、片締め等が発生することは無いが、２枚のフラ
ンジ面に傾きがあった場合、特にパッキンを用いる締結
では、フランジが傾いたまま締め付けられ漏れが発生す
ることがある。その対策として、油圧による昇圧方法
は、短時間に所定の軸力まで昇圧せずに、初期軸力とし
て最終軸力の１／２以下を加え、フランジの合わせ面が
ほぼ平行に調整された後、最終軸力まで２段以上分割し
て、又は、連続的に昇圧する。これは、２個以上の圧力
調整弁を用いて行うか、又は、ニードル弁を用い連続的
に行えばよい。別の昇圧方法として、初期軸力加圧時に
脈動を与えつつ徐々に昇圧し、この振動によりフランジ
の合わせ面をほぼ平行に調整することも可能である。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面に従って本発明に係るフラン
ジボルト締結方法の好ましい実施例を詳説する。

【００１５】図１はフランジボルト締結方法を実施する
ためのフランジボルト締結補助装置を、配管のフランジ
結合部に装着した例を示す部分断面側面図である。図２
はフランジボルト締結補助装置の平面図である。

【００１６】図１及び図２に示しているように、フラン
ジボルト締結方法を実施するためのフランジボルト締結
補助装置１０は、接続対象となっている高圧の油圧用配
管１２Ａ、１２Ｂの先端フランジ１４Ａ、１４Ｂ同志を
接合するために用いられる。まず、実施例の装置を使用
するに先立って、配管１２Ａ、１２Ｂ同志のフランジ１
４Ａ、１４Ｂを接合して、締結用の六角ボルト１６を一
方のフランジ１４Ｂ側から通し、反対側のフランジ１４
Ａから貫通突出したボルト軸部１６Ｓに締付ナット１８
を仮締めしておく。

【００１７】このような予備処理されたフランジ結合部
において、前記ボルト軸１６Ｓの先端が突出されている
側のフランジ１４Ａに対して締結補助装置１０を装着す
るものである。この装置１０は、フランジ１４Ａに対面
するように形成された平板ブロックを中央で２分割した
一対の支持板２０を有している。分割面の中央部で配管
１２Ａを挟み込むように分割面には半円状の凹部が形成
されている。一対の支持板２０を開閉し得るように、そ
の接合面の端部に開閉軸２２を設けており、これを支点
にして開閉可能となっている。また、他方の開閉端には
止めピン２４を着脱可能とし、これを取り外すことによ
り支持板２０を開閉分離できるようにしている。また、
このような支持板２０の各下面には、フランジ１４Ａに
対する支柱となるスペーサ２６が設けられている。この
スペーサ２６は支持板２０をフランジ１４Ａと平行保持
させるとともに、後述する引っ張り反力をフランジ１４
Ａに支承させるためのものとなっている。また、締結補
助装置１０が締付ナット１８と干渉しないように、この
スペーサ２６は支持板２０を締付ナット１８の厚さ以上
の高さに維持するようにその長さが設定されている。

【００１８】前記一対の支持板２０は接合一体化するこ
とにより平板ブロック構造となり、前記フランジ１４Ａ
と対面配置されるが、このような両支持板２０には、フ
ランジ１４Ａから突出しているボルト軸１６Ｓに対応し
た箇所に、油圧シリンダ機構２８が形成されている。す
なわち、図１に示しているように、支持板２０には前記
ボルト軸１６Ｓとの同心位置に対応して、外面側の大径
孔とフランジ１４Ａ側の小径孔とが穿設されており、外
表面大径孔をシリンダ３０としてこれにピストン３２を
摺動可能に装着している。ピストン３２の下面部にはロ
ッド３４を突設し、これを前記小径孔としてのロッド貫
通孔３６に通し、ロッド３４の先端をボルト軸１６Ｓに
向けている。シリンダ３０の内部にはピストン３２とロ
ッド３４とにより囲まれる油圧室３８が形成される。そ
して、ロッド３４の中心部にはピストン３２を貫通した
雌ねじ孔４０が形成され、これをボルト軸１６Ｓに螺着
可能としているものである。

【００１９】このような油圧シリンダ機構はフランジ１
４を連結するボルト１６の数だけ設けられ、同時にこれ
ら複数のボルト軸１６Ｓに対して前記ロッド３４を螺着
連結することができる。したがって複数のロッド３４は
フランジボルト１６へのナット部材として螺着され、ピ
ストン３２とボルト１６の連結が可能となする。それ
故、ピストン３２とシリンダ３０の間に形成された油圧
室３８への油圧導入によってピストン３２が押し上げら
れることにより、ロッド３４に連結されたボルト軸１６
Ｓには引っ張り力が作用するものとなる。

【００２０】なお、前記油圧室３８に作動油を供給する
ための供給路４２が支持板２０に形成され、これを外部
に設置された油圧源に接続している。油圧源は油圧ポン
プ４４を有し、ポンプ出口にはニードル弁４６を介装し
た耐圧ホース４８を接続して支持板２０に導き、油圧室
３８に作動油を供給させるようにしている。

【００２１】このように構成されたフランジボルト締結
補助装置は次のように使用される。まず、上述したよう
に配管１２Ａ、１２Ｂ同志のフランジ１４Ａ、１４Ｂを
接合して、締結用の六角ボルト１６を一方のフランジ１
４Ｂ側から通し、反対側のフランジ１４Ａから貫通突出
したボルト軸部１６Ｓに締付ナット１８を仮締めしてお
く。そして、配管フランジ１４Ａから突出する六角ボル
ト１６のボルト軸１６Ｓの先端に、締結補助装置１０の
支持板２０上のピストンロッド３４に形成した雌ねじ孔
４０を接合し、ピストン３２を回して螺着連結する。

【００２２】その後、油圧ポンプ４４の圧力をニードル
弁４６で加圧開始時は特にゆっくり昇圧し、ピストン３
２を押し上げ、六角ボルト１６に初期軸力をかける。

【００２３】これによりフランジの合わせ面がほぼ平行
に調整された後、所定の軸力まで昇圧する。これにより
ボルト１６は頭部１６Ｈが下面フランジ１４Ｂにより支
承されるとともに、軸部先端が油圧により引っ張られる
ため、引っ張り力に応じた弾性伸びが生じる。この状態
で仮締めされた締付ナット１８を回して着座させ、次い
で油圧を解放して締結装置１０を取外すのである。これ
によってピストン３２によって引っ張られていたボルト
軸１６Ｓは弾性により復元しようとするが、締付ナット
１８が引っ張り状態のときにフランジ１４Ａに着座する
まで回されているので、ほぼピストン３２により与えら
れた引っ張り力がプレストレスとして残留することにな
る。このため、フランジ１４Ａ、１４Ｂの連結状態は、
締付ナット１８を一定のトルクレンチによって回転締め
付けたのと同様な作用が得られ、しかも締付ナット１８
のアンカ面との摺動抵抗差に起因するような締付トルク
のバラツキが全くないものとなる。

【００２４】なお、油圧による昇圧方法は、短時間に所
定の軸力まで昇圧せずに、初期軸力として最終軸力の１
／２以下を加え、フランジの合わせ面がほぼ平行に調整
された後、最終軸力まで２段以上分割して、又は、連続
的に昇圧する。これは、例えば２個の圧力調整弁を用
い、初期軸力を与える低圧側の圧力調整弁は最終軸力の
１／２以下になるように圧力設定をしておき、規定軸力
を与える高圧側の圧力調整弁は最終軸力に圧力設定をし
ておく。低圧側の圧力調整弁の設定圧まで昇圧し、フラ
ンジの合わせ面がほぼ平行になるまでの任意の時間が経
過後、高圧側の圧力調整弁の設定圧まで昇圧する。又
は、ニードル弁４６を用い連続的に行えばよい。別の昇
圧方法として、初期軸力加圧時に脈動を与えつつ徐々に
昇圧し、この振動によりフランジの合わせ面をほぼ平行
に調整することも可能である。脈動を与える具体例とし
ては、油圧ポンプのＯＮ・ＯＦＦ制御をする方法、初期
軸力を与える低圧側の圧力調整弁を一時的に開放し、昇
圧・降圧を繰り返す方法などがある。また、本実施例で
は、締結装置を左右開閉式としたが、これは配管の締付
環境に応じて、左右分割式としてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるフラ
ンジボルト締結方法によれば、フランジに貫通させた複
数のボルトに締付ナットを仮締めしておき、前記フラン
ジを反力支承面とし前記各ボルト軸端に螺着するナット
部を有するピストンロッドを備えた複数のシリンダ機構
を設けておき、当該シリンダ機構への昇圧は、流体圧に
より初期軸圧力から段階的に複数に分けて行うことで、
前記複数のピストンを押し上げることにより前記ボルト
軸に引っ張り保持し、この保持状態で前記締付ナットを
回転操作した後、流体圧を開放することにより配管フラ
ンジの締付を行う構成としたので、配管フランジのボル
ト・ナットの締め付けを小形軽量な装置で容易に、かつ
迅速に、高精度の締付を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フランジボルト締結装置を示す縦断面図であ
る。

【図２】同装置の平面図である。

【符号の説明】

１０ フランジボルト締結補助装置 １２Ａ、１２Ｂ 油圧用配管 １４Ａ、１４Ｂ フランジ １６ フランジボルト １６Ｓ ボルト軸部 １８ 締付ナット ２０ 支持板 ２２ 開閉軸 ２４ 止めピン ２６ スペーサ ２８ 油圧シリンダ機構 ３０ シリンダ ３２ ピストン ３４ ロッド ３６ ロッド貫通孔 ３８ 油圧室 ４０ 雌ねじ孔 ４２ 油圧供給路 ４４ 油圧ポンプ ４６ ニードル弁 ４８ 耐圧ホース

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管フランジをボルトとナットにより締
   結する方法において、前記フランジに貫通させた複数の
   ボルトに締付ナットを仮締めしておき、前記フランジを
   反力支承面とし前記各ボルト軸端に螺着するナット部を
   有するピストンロッドを備えた複数のシリンダ機構を設
   けておき、当該シリンダ機構への昇圧は、流体圧により
   初期軸圧力から段階的に複数に分けて行うことで、前記
   複数のピストンを押し上げることにより前記ボルト軸に
   引っ張り保持し、この保持状態で前記締付ナットを回転
   操作した後、流体圧を開放することにより配管フランジ
   の締付を行うことを特徴とするフランジボルト締結方
   法。
2. 【請求項２】 配管フランジをボルトとナットにより締
   結する方法において、前記フランジに貫通させた複数の
   ボルトに締付ナットを仮締めしておき、前記フランジを
   反力支承面とし前記各ボルト軸端に螺着するナット部を
   有するピストンロッドを備えた複数のシリンダ機構を設
   けておき、当該シリンダ機構への昇圧は、流体圧により
   初期軸力圧力時に脈動を与えつつ徐々に昇圧させること
   で、前記複数のピストンを押し上げることにより前記ボ
   ルト軸に引っ張り保持し、この保持状態で前記締付ナッ
   トを回転操作した後、流体圧を開放することにより配管
   フランジの締付を行うことを特徴とするフランジボルト
   締結方法。