JP5150956B2 - カムロック式フランジ継手の締結方法、締結治具、及びフランジ締結装置 - Google Patents

Description

本発明は、カムロック式フランジ継手の締結方法、その方法の実施際に使用される締結治具、及び当該カムロック式フランジ継手と当該締結治具を備えたフランジ締結装置に関するものである。

給油等に用いられる配管等の管の端部に設けられたフランジ同士を接続する場合、複数のボルトを使用して接続するのが一般的であるが、近年、タンカ等の運搬船からの石油の搬送時等、フランジ同士の着脱頻度が多い場合等には、特許文献１に記載されているようなカムロック式フランジ継手が使用されてきている。

カムロック式フランジ継手は、管の端部のフランジ同士を重ねてカム体を回転するだけで、フランジ間をシールしつつ密着固定する継手であり、通常のボルト締結式フランジ継手に比し、ボルトを締め付ける必要がなく、簡単、迅速に管同士を接続することができるという利点を有している。

ここで、特許文献１に開示のようなカムロック式フランジ継手について、図面を参照しながら説明する。
図３（ａ）はカムロック式フランジ継手の構成を示す正面図、図３（ｂ）は側断面図、図３（ｃ）はカム体を回すための棒状の工具の構成図である。また、図４はカムロック式フランジ継手を用いてフランジ同士を接続する場合の手順説明図であり、図４（ａ）は相手フランジをカムロック式フランジ継手のフランジに合わせられる直前の状態を示す斜視図、図４（ｂ）はカム体を回してフランジ同士を締結させた状態を示す斜視図である。

図３（ａ）、（ｂ）中、符号１で示すものは、所定の管（図示略、また以下「自身の管」ともいう。」）の端部に固定される円環状のフランジであり、その外周縁部の３箇所にはカム支持部２が周方向に等間隔に設けられている。また、フランジ１の合わせ面にはＯリング１７が装着されている。ここでは、フランジ１は、図示しない自身の管の端部側のフランジに設けられたボルト挿通孔にボルト１４を通し、そして、そのボルト１４の先端部を当該フランジ１に形成されたネジ孔１３にねじ込むことで自身の管の端部に固定できるようになっている。
なお、図示例では、相手側の管の端部に設けられたフランジ（以下、相手フランジともいう。）２０の例として、管端を閉じる蓋板２５を例に図示している。相手側の管を接続する場合は、この蓋板２５を外して、相手フランジを、このカムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１に重ねることになる。

フランジ１の外周縁部に設けられたカム支持部２は、フランジ１の基準外形円から半径方向外方へ突出した耳状の部分であり、これらカム支持部２にそれぞれカム体３が、回転中心となるネジ部材４により、フランジ１と平行な面内で回転可能にそれぞれ取り付けられている。

即ち、ネジ部材４は、円形の頭部５と、この頭部５の軸方向内側に位置する軸部６と、更にその軸方向内側に位置する先端雄ネジ部７とを有しており、円形の頭部５の首下部分をカム体３の端面に突き当て、軸部６をカム体３の貫通孔９に回転可能に挿通させ、先端雄ネジ部７をカム支持部２の雌ネジ孔８に螺合固定させることにより、カム体３をフランジ１のカム支持部２に対して回転可能に取り付けている。

カム体３は、軸方向平面視で円の一部を弓状に切欠いたような形状をなしており、ネジ部材４に支持される貫通孔９を備えたボス部１０から鍔状のカム部１１が半径方向に延出し、一方カム部１１の反対側に切欠部１２を有している。そして、鍔状のカム部１１のフランジ１側の側面には、相手フランジ２０の外面２０ａに当接して、これをフランジ１に押し付けるように機能するカム面１１ａが設けられており、また、このカム面１１ａは、ネジ部材４を中心とする円の周方向に傾斜した傾斜面により構成されている。

また、カム体３には、このカム体３を回転させる際に図３（ｃ）に示す棒状の工具２９が嵌め込まれる凹溝１５が設けられている。凹溝１５は、カム部１１の外周縁部に周方向に所定の間隔をおいて３個設けられており、そのうち２個はカム体３の回転中心を挟んで対向する位置に設けられている。また、ネジ部材４の頭部５の端面には、グリース注入部１８が設けられている。

このカムロック式フランジ継手Ｍを用いる場合は、まず、図４（ａ）に示すように、カムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１を、管１００側のフランジ１０１にボルト１４を用いて固定しておく。管１００を閉鎖しておく時は、図３（ｂ）に示すような蓋板２５をフランジ１に固定しておく。

次に、管１００を相手側の管２００と接続する場合は、カム体３を、その切欠部１２が内側を向くように回転させ、蓋板２５のフランジ２０を離脱させる。この状態で、図４（ａ）に示すように、相手側の管２００の端部のフランジ（相手フランジ）２０を、カムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１に合わせる。このとき、カム体３は内側に切欠部１２が向くように保持されているので、鍔状のカム部１１に緩衝することなく、相手フランジ２０をフランジ１の合わせ面（接続面）に合わせることができる。

相手フランジ２０をカムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１に合わせたら、カム体３の凹溝１５に棒状の工具２９の先端を差し込み、工具２９を用いてカム体３を所定方向に回転させる。そうすると、鍔状のカム部１１が相手フランジ２０の外面に重なるようになり、それと共にカム部１１の斜面状のカム面１１ａが相手フランジ２０の外面に当接することになる。更に回転させると、カム面１１ａの斜面の作用により、相手フランジ２０がフランジ１側に向けて強い力で押し付けられ、最終的にフランジ１と相手フランジ２０が互いに密着固定されて管の接続、即ち締結が行われることになる。

相手フランジ２０を外したい場合は、カム体３を前述と逆に回転させ、切欠部１２が内側に向くように位置させるだけでよい。

特公昭６２−１２４３０号公報

ところで、従来では、カム体３を回転させる際に、カム体３の凹溝１５に専用の棒状の工具２９の先端を差し込んで、工具２９を用いてカム体３を回転させていた。

しかし、棒状の工具２９で回すと、手加減でカム体３を締め付けることになるため、３箇所あるカム体３の締め付け力が不均等になり、片締め状態になって、管内の液体が漏れるおそれがあった。また、凹溝１５１つ１つに差し込んで回転させるため、その凹溝１５に直接力が加わってしまい、カム体３を破損させてしまうおそれがあった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、片締め状態をなくし、複数のカム体を均等に締め付けることのでき、フランジ間の接続信頼性を高めることができるカムロック式フランジ継手の締結方法、その方法の実施に使用する締結治具、及び、前記カムロック式フランジ継手と締結治具の組み合わせよりなるフランジ締結装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る締結治具は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１） 所定のカム面をそれぞれ有する複数のカム体が互いに周方向で略等間隔に位置するようにフランジの外周部に回転可能にそれぞれ取り付けられたカムロック式フランジ継手に対し、当該カム面をそれぞれ回転させるために当該カム体に嵌着される締結治具であって、 当該カム体に嵌着されたときに当該カム体と一体的に回転するように構成されると共に、
自身の外面の、当該カム体の回転中心と略一致する位置に、トルクレンチのソケット部と嵌合可能なレンチ連結頭部が突設され、
前記カム体には、当該カム体の回転中心上に円形凸部が設けられていると共に、当該カム体の回転中心の径方向外方に形成された複数の凹溝が設けられ、当該複数の凹溝は、前記カム体の回転中心の周方向に互いに離れて配置され、
前記締結治具自身の内面側には、当該円形凸部に嵌合するための円形凹部と、当該複数の凹溝の総てに嵌合するための複数の係合凸部と、が設けられていることを特徴とする締結冶具。
（２） 前記円形凹部は中央のボス部に形成され、前記複数の係合凸部は前記ボス部の周囲から外向きに突出した複数の矩形フランジ部の各々に形成されていることを特徴とする上記（１）の締結治具。
（３） 前記円形凹部および前記複数の係合凸部が、前記円形凸部および前記複数の凹溝に嵌合する際に、前記ボス部が前記カム体に密着することを特徴とする上記（２）の締結治具。

上記（１）の構成の締結治具によれば、締結治具をカム体に嵌着させることにより、トルクレンチを用いてカム体を回転させることができるようになる。即ち、締結治具はカム体に嵌着されると共にトルクレンチにレンチ連結頭部が嵌合される。そして、相手フランジが自身のフランジに重ねられた状態で、そのトルクレンチにより回転されることにより、カム体それぞれが回転され、カム面それぞれにより相手フランジがフランジに押し付けられて、相手フランジと自身のフランジとが締結されることになる。したがって、各カム体による締め付け力を均一に管理することが容易にできるようになり、片締めを無くして、フランジ間の接続信頼性を高めることができる。
また、締結治具の汎用性を高めることができ、対向配置された少なくとも２つの係合凸部により、カム体に対してバランスよく回転力を伝えることができる。

前述した目的を達成するために、本発明に係るフランジ締結装置は、下記（４）、（５）を特徴としている。
（４） 所定のカム面をそれぞれ有する複数のカム体が、互いに周方向で略等間隔に位置するように回転可能にフランジの外周部にそれぞれ取り付けられ、そして相手フランジを前記フランジに重ねられて前記カム体が回転されることにより、前記カム面それぞれにより前記相手フランジが前記フランジに押し付けられて、前記相手フランジと前記フランジとを締結するためのカムロック式フランジ継手と、
上記（１）〜（３）のいずれか１つの締結治具と、
を備える
ことを特徴とするフランジ締結装置。
（５） 前記フランジの合わせ面には、相手フランジのボルト挿通孔に挿入されるための複数のピンが立設されており、
これにより、前記フランジと相手フランジとの合わせ面の位置決めが行われる
ことを特徴とする上記（４）のフランジ締結装置。

上記（４）の構成のフランジ締結装置によれば、カムロック式フランジ継手と締結治具をセットにすることで、装置として例えば市場に提供されることができ、トルクレンチを使用した締結方法の実施を直ぐに行うことができ、フランジ間の接続信頼性を高めることに寄与することができる。
上記（５）の構成のフランジ締結装置によれば、上記（４）の構成と同様に、フランジ間の接続信頼性を一層高めることができる。
さらに本発明に係るカムロック式フランジ継手の締結方法は、下記（６）を特徴としている。
（６） 前記複数のカム体を有するフランジを相手フランジに重ね合わせ、上記（１）〜（３）のいずれか１つの締結治具を前記カム体に嵌着し、前記締結治具の前記レンチ連結頭部にトルクレンチのソケット部を嵌合させて、当該トルクレンチにより前記カム体をそれぞれ回転させることにより、前記相手フランジと前記フランジとを締結することを特徴とするカムロック式フランジ継手の締結方法。
上記（６）の構成の締結方法によれば、トルクレンチを用いて複数のカム体を回転させるので、各カム体による締め付け力を均一に管理することが容易にできるようになる。従って、片締めを無くして、フランジ間の接続信頼性を高めることができる。

本発明によれば、カムロック式フランジ継手の各カム体による締め付け力を均一に管理することが容易にできるようになり、片締め状態をなくし、複数のカム体を均等に締め付けることのでき、フランジ間の接続信頼性を高めることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係る好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態の締結治具の構成を示し、図１（ａ）は外面側から見た締結治具とそれに組み合わせるトルクレンチの構成を示す図、図１（ｂ）は内面側から見た斜視図、図１（ｃ）は側面から見た図、図１（ｄ）は締結治具にトルクレンチを嵌めた状態を示す外面側から見た図である。図２は、本発明の実施形態の締結方法の手順を説明するための図であり、図２（ａ）はカムロック式フランジ継手により蓋板が取り付けられている状態を示す斜視図、図２（ｂ）は蓋板を外して相手フランジをカムロック式フランジ継手のフランジに合わせようとしている状態を示す斜視図、図２（ｃ）は締結治具を用いてカムロック式フランジ継手のカム体を回している状態を示す斜視図である。
なお、本実施形態のカムロック式フランジ継手の締結方法は、図３及び図４に示したカムロック式フランジ継手Ｍを締結の対象とするものである。

カムロック式フランジ継手Ｍの構成については先に説明した通りであるが、本実施形態では、このカムロック式フランジ継手Ｍのカム体３に対応させるように、図１に示す締結治具５０が別途設けられている構成になっている。

即ち、この締結治具５０は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、中央のボス部５１と、その周囲に外向きに突出した３つの矩形フランジ部５２とを有するものであり、ボス部５１の内面側中央部には円形凹部５４が設けられ、３つの矩形フランジ部５２の内面側にはそれぞれ係合凸部５５が設けられている。

円形凹部５４は、カム体３の回転中心上に存在するネジ部材４の頭部（円形凸部）に嵌合するための部分であり、一方、３つの係合凸部５５は、カム体３の回転中心外に存在する工具２９の差し込み用の３つの凹溝１５にそれぞれ嵌合する部分である。

また、図１（ａ）に示すようにボス部５１の外面の中央には、円形凹部５４と係合凸部５５がそれぞれカム体３側のネジ部材４の頭部５と凹溝１５に嵌合されたときにカム体３の回転中心上に位置することになる六角頭部（レンチ連結頭部）５３が突設されている。この六角頭部５３は、図１（ａ）に示すトルクレンチ（ラチェットレンチとも呼ばれている。）７０のソケット部７１を、図１（ｄ）のように嵌合させることができる部分である。トルクレンチ７０は、ハンドル７２の先端にソケット部７１を有する汎用の工具であり、回転方向を選択できるラチェット機構を内蔵し、加えて、締め付けトルクを所定の値に適宜設定することができるものである。

次に、この締結治具５０を使用して、カムロック式フランジ継手Ｍを締結する方法について説明する。
図２（ａ）に示すように、カムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１に対し蓋板２５を固定した状態から、蓋板２５を外すには、各カム体３を矢印Ａ方向に回し、カム体３の切欠部１２を内側に全て向ける。その際のカム体３を回す作業は、本発明の締結治具５０を用いて良いが、カム体３の凹溝１５に、図３（ｃ）に示す棒状の工具２９の先端を差し込んで行っても良い。

次に、図２（ｂ）に示すように、管１００を相手側の管２００と接続する場合は、カム体３を、切欠部１２が内側を向くように保持した状態のまま、相手側の管２００の端部のフランジ（相手フランジ）２０を、カムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１に合わせる。

このとき、予めカムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１の合わせ面には、フランジ１のボルト挿通孔を利用して２本のピン（ピンにはボルトも含まれる）２８が立設されており、これらピン２８を相手フランジ２０のボルト挿通孔２４に挿入することで、フランジ１と相手フランジ２０を周方向及び並進方向に位置決めすることになる。

相手フランジ２０をカムロック式フランジ継手Ｍのフランジ１に合わせたら、図２（ｃ）に示すように、カム体３に前述の締結治具５０を装着する。即ち、締結治具５０の円形凹部５４をカム体３のネジ部材４の頭部５に嵌合させながら、締結治具５０の３つの係合凸部５５をカム体３の３つの凹溝１５にそれぞれ嵌合させる。このように締結治具５０をカム体３に装着すると、カム体３の回転中心（ネジ部材４の頭部）上に六角頭部５３が位置することになる。

ここで、その六角頭部５３にトルクレンチ７０のソケット部７１を嵌合させて、トルクレンチによりカム体３を回転させる。このとき、設定したトルクでカム体３を回転させて、フランジ１と相手フランジ２０とを締結させる。
そして、各カム体３について同様の操作を行うことにより、互いに等しい均一なトルクで３つのカム体３を締結させることができる。したがって、棒状の工具２９により手加減で締め付ける場合と違って、３箇所のカム体３を均等な力で締結させることができ、これにより、片締め状態を無くして、フランジ１、２０間の接続信頼性を高めることができる。

また、フランジ１に立設したピン２８により相手フランジ２０を周方向に位置決めしているので、常に適正な位置に相手フランジ２０を締め付けることができ、フランジ１、２０間の接続信頼性を一層高めることができる。また、カム体３の回転中心を挟んで対向配置された２つの係合凸部５５により、カム体３に対してバランスよく回転力を伝えることができるので、その点からも、片締め状態を無くす効果を高めることができ、またカム体３の回転時に締結治具５０を介して伝達される荷重を分散させることができるので、カム体３の凹溝１５における破損を防止することができる。

また、前述の構成の締結治具５０は、カムロック式フランジ継手Ｍと組み合わせてフランジ締結装置として例えば市場に提供されることにより、トルクレンチを使用した締結方法の実施が誰でも直ぐに可能になり、フランジ間の接続信頼性を高めることに寄与することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明の実施形態の締結治具の構成を示し、（ａ）は外面側から見た締結治具とそれに組み合わせるトルクレンチの構成を示す図、（ｂ）は内面側から見た斜視図、（ｃ）は側面から見た図、（ｄ）は締結治具にトルクレンチを嵌めた状態を示す外面側から見た図である。 本発明の実施形態の締結方法の手順を説明するための図で、（ａ）はカムロック式フランジ継手により蓋板が取り付けられている状態を示す斜視図、（ｂ）は蓋板を外して相手フランジをカムロック式フランジ継手のフランジに合わせようとしている状態を示す斜視図、（ｃ）は締結治具を用いてカムロック式フランジ継手のカム体を回している状態を示す斜視図である。 （ａ）はカムロック式フランジ継手の構成を示す正面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）はカム体を回すための棒状の工具の構成図である。 カムロック式フランジ継手を用いてフランジ同士を接続する場合の手順説明図であり、（ａ）は相手フランジをカムロック式フランジ継手のフランジに合わせられる直前の状態を示す斜視図、（ｂ）はカム体を回してフランジ同士を締結させた状態を示す斜視図である。

符号の説明

Ｍ カムロック式フランジ継手
１ フランジ
２ カム支持部
３ カム体
４ ネジ部材（回転中心）
５ 頭部（円形凸部）
１１ カム部
１１ａ カム面
１２ 切欠部
２０ 相手フランジ
２４ ボルト挿通孔
２８ ピン
５０ 締結治具
５３ 六角頭部（レンチ連結頭部）
５４ 円形凹部
５５ 係合凸部
７０ トルクレンチ
７１ ソケット部

Claims (6)

1. 所定のカム面をそれぞれ有する複数のカム体が互いに周方向で略等間隔に位置するようにフランジの外周部に回転可能にそれぞれ取り付けられたカムロック式フランジ継手に対し、当該カム面をそれぞれ回転させるために当該カム体に嵌着される締結治具であって、 当該カム体に嵌着されたときに当該カム体と一体的に回転するように構成されると共に、
   自身の外面の、当該カム体の回転中心と略一致する位置に、トルクレンチのソケット部と嵌合可能なレンチ連結頭部が突設され、
   前記カム体には、当該カム体の回転中心上に円形凸部が設けられていると共に、当該カム体の回転中心の径方向外方に形成された複数の凹溝が設けられ、当該複数の凹溝は、前記カム体の回転中心の周方向に互いに離れて配置され、
   前記締結治具自身の内面側には、当該円形凸部に嵌合するための円形凹部と、当該複数の凹溝の総てに嵌合するための複数の係合凸部と、が設けられていることを特徴とする締結治具。
2. 前記円形凹部は中央のボス部に形成され、前記複数の係合凸部は前記ボス部の周囲から外向きに突出した複数の矩形フランジ部の各々に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の締結治具。
3. 前記円形凹部および前記複数の係合凸部が、前記円形凸部および前記複数の凹溝に嵌合する際に、前記ボス部が前記カム体に密着することを特徴とする請求項２に記載の締結治具。
4. 所定のカム面をそれぞれ有する複数のカム体が、互いに周方向で略等間隔に位置するように回転可能にフランジの外周部にそれぞれ取り付けられ、そして相手フランジを前記フランジに重ねられて前記カム体が回転されることにより、前記カム面それぞれにより前記相手フランジが前記フランジに押し付けられて、前記相手フランジと前記フランジとを締結するためのカムロック式フランジ継手と、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の締結治具と、
   を備える
   ことを特徴とするフランジ締結装置。
5. 前記フランジの合わせ面には、相手フランジのボルト挿通孔に挿入されるための複数のピンが立設されており、
   これにより、前記フランジと相手フランジとの合わせ面の位置決めが行われる
   ことを特徴とする請求項４に記載のフランジ締結装置。
6. 前記複数のカム体を有するフランジを相手フランジに重ね合わせ、請求項１〜３のいずれか１項記載の締結治具を前記カム体に嵌着し、前記締結治具の前記レンチ連結頭部にトルクレンチのソケット部を嵌合させて、当該トルクレンチにより前記カム体をそれぞれ回転させることにより、前記相手フランジと前記フランジとを締結することを特徴とするカムロック式フランジ継手の締結方法。

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