JP5456853B2 - クランプ器具 - Google Patents

Description

本発明は、横断面Ｕ字形又はＶ字形の締結溝を有する略Ｃ字環形状のクランプ本体、並びに、ボルト及びナットを備え、ボルト及びナットを締め付けることで締結溝内に配置された被締結物に対し締結力を及ぼすクランプ器具に関する。

上記のようなクランプ器具は、例えば自動車エンジンの排気系における配管部品（特にターボチャージャー用配管部品）同士の連結に使用されており、いくつかの関連技術が、特許出願又は実用新案登録出願されている。例えば、特許文献１の「過給機用クランプ」、特許文献２の「ボルト固定型カップリング」、特許文献３の「環状クランプ」などである。特に特許文献３に開示された環状クランプの基本構造は、本願が比較例（従来例）と位置付けている本願図１〜３のクランプ器具の構造と非常に近似している。以下では、先行技術の説明に代えて、図１〜３のクランプ器具（比較例）について説明する。

図１〜図３に示すように、本発明の比較対象となるクランプ器具は、上下で一対をなす第１及び第２クランプ片１１，１２からなるクランプ本体１０と、連結リング２１と、ボルト２２と、ナット２３とを備えている。第１及び第２クランプ片１１，１２の各々は半円弧形状をなすと共に、各クランプ片の内周側において、横断面がＵ字形又はＶ字形の締結溝１３を有している。第１及び第２クランプ片１１，１２の各々は、一方端においてカール部１４を有し、他方端において耳部１５を有している。第１クランプ片１１のカール部１４と第２クランプ片１２のカール部１４とが前記連結リング２１を介して連結されており、この連結部位を中心に両クランプ片１１，１２が相対回動可能（つまり開閉可能）となっている。第１クランプ片１１の耳部１５（第１の耳部）と第２クランプ片１２の耳部１５（第２の耳部）とを近接対向配置することで、二つのクランプ片からなるクランプ本体１０は正面視Ｃ字状をなす。この比較例では、第１の耳部にボルト２２のヘッドが溶接により固着され、そのボルト２２の軸部が第２の耳部に形成された孔（図示略）に挿通されている。そして、第２の耳部の下側に突出したボルト２２の軸部に対してナット２３を螺着することで、クランプ本体１０は全体として正面視略円環状をなす。

図１〜図３からわかるように、第１及び第２の耳部１５の各々は、一対の側壁３１と、これら一対の側壁３１を各耳部の外端側にて連結するストレートな（直線状の）外端壁３２と、前記一対の側壁３１及び外端壁３２に連続すると共に前記ボルト２２又はナット２３の座面を提供する座面壁３３と、を備えている。更に、各耳部１５のストレート外端壁３２の下側（又は上側）には、平面視が長方形状の支点部３４が張り出すように形成されている。この支点部３４は、クランプ片の耳部１５をプレス成形する際に、プレスによる「曲げ加工」によって形成される。

クランプ器具の使用時には、例えば図４に示すように、第１の配管部品４１のフランジ４１ｆと第２の配管部品４２のフランジ４２ｆとを相互接合させた状態で、接合フランジ（４１ｆ，４２ｆ）の外側からクランプ本体１０を外嵌する。そして、クランプ器具のボルト２２の軸部に対してナット２３を螺着し締め付けることで、円環状のクランプ本体１０を徐々に縮径させ、クランプ本体の締結溝１３内に接合フランジ（４１ｆ，４２ｆ）を次第に深く進入させる。これに伴って、両フランジ４１，４２には互いに接合を強める方向（図４では水平方向）の締結力（フランジ締結力Ｆ）が発現し、クランプ器具によるフランジ間の締結が達成される。

実開昭５９−６７５３８号公報（第３図，第４図） 特開平７−２３３８８８号公報（図７，図８） 特開２００８−２０２７９１号公報

しかしながら、比較例（従来例）のクランプ器具では、ナット締付けトルクの大きさの割にフランジ締結力Ｆが十分とは言えず、排気ガスの漏れ等を完全に防止できない。いきおい現場作業者は、ナット締付けトルクをできるだけ大きくしてより大きなフランジ締結力Ｆを得ようとするのであるが、過大なナット締付けトルクによって次のような不具合（欠点、欠陥）を露呈することがある。即ち、
（１）クランプ本体の各耳部がボルト・ナットの軸力に耐え切れず、各耳部におけるボルト又はナットの座面壁３３が塑性変形を起こしてしまう。
（２）耳部の座面壁３３が塑性変形を起こす結果、ボルト・ナット軸力の大きさにもかかわらず、期待されるほどのフランジ締結力Ｆが得られない。そして、より大きなフランジ締結力Ｆを得ようとして、（１）→（２）→（１）→（２）の悪循環に陥ってしまう。また、結果的にフランジ締結力Ｆも安定せず、フランジ締結作業は再現性や信頼性に乏しいものになってしまう。
（３）更に、外部からの不可避的な機械的入力（例えば振動）にも継続的に耐え得るフランジ締結力Ｆを得ようとしてボルト・ナット軸力を大きくすると、過大な軸力によってボルトが曲がってしまい、クランプ器具本来の機能が失われてしまう。

本発明は上記のような問題点を解消することを目的とする。即ち、本発明の主たる目的は、従来よりも相対的に小さなナット締付けトルクで、従来よりも相対的に大きなフランジ締結力を得ることができるクランプ器具を提供することにある。

［比較例（従来例）における問題原因の解析］
ボルト・ナットの軸力によって耳部の座面壁３３が塑性変形を起こし易い原因について調べたところ、単に耳部の座面壁３３、外端壁３２、側壁３１の厚さ設定の問題ではなく、外端壁３２から突片状に形成された支点部３４の剛性の低さが悪影響を及ぼしていることが判明した。即ち、この種のクランプ器具では、ボルト軸部に対しナットを締め付けるときに二つの耳部の支点部３４が相互当接することで「支点」を形成し、この当接点が環状クランプ器具にとっての支点となることで、ナットの締め付け作用がクランプ本体の縮径作用に転化し、フランジ締結力Ｆが発現する。その際、比較例のクランプ器具では、各耳部の支点部３４が、それ自体の剛性の低さ故に、ナット締付力が大きくなると真っ先に塑性変形を起こす。そして、各支点部３４の塑性変形の影響が比較的早期に耳部の外端壁３２及び座面壁３３にも波及し、座面壁３３等の塑性変形を誘発する。換言すれば、支点部３４の塑性変形に引きずられる形で、座面壁３３等も塑性変形を起こし易くなっているのである。

また、各耳部で一対の側壁３１を連結している外端壁３２は、両側壁に対して直角配置されたストレートな形状であることから、外端壁３２はそれ自体、殊更に支点部３４の剛性向上に貢献するものではない。より正確に言うならば、比較例における外端壁３２と支点部３４との関係、及び、外端壁３２と両側壁３１との関係は、互いに連結しあうことによる積極的ないし相乗的な効果を導出するものではなく、互いの機械的剛性を向上させるような緊密な構造関係にあるとは言い難い（この真意は後述する本発明によってより明確となる）。
以上のような解析に基づいて、以下に説明するような本発明が完成された。

［本発明］
本発明は、クランプ本体が、一対の溝形成壁によって画成される横断面Ｕ字形又はＶ字形の締結溝と、その締結溝の端部付近に位置する第１及び第２の耳部とを有し、対向配置された両耳部にボルト及びナットを取り付けることで環状をなすと共に、当該ボルト及びナットを締め付けることで前記締結溝内に配置された被締結物に対し締結力を及ぼすクランプ器具において、
前記第１及び第２の耳部の各々は、
前記締結溝を画成する一対の溝形成壁にそれぞれつながる一対の側壁と、
前記一対の側壁を各耳部の外端側にて連結する湾曲した外端壁と、
前記一対の側壁及び外端壁に連続すると共に前記ボルト又はナットの座面を提供する座面壁と、を備えており、
前記各耳部の湾曲した外端壁には、その湾曲方向に沿って延びる弧状の支点部が形成されている、ことを特徴とするクランプ器具である。

本発明によれば、クランプ本体の耳部を構成する一対の側壁を耳部外端側にて連結する外端壁を湾曲形状とすると共に、その湾曲した外端壁に、その湾曲方向に沿った弧状の支点部を形成している。その結果、従来の支点部（つまり、ストレート外端壁から突片状に張り出された長方形状の支点部）に比べて、本発明の弧状支点部の剛性は格段に高められている。また、外端壁が湾曲形状であることから、弧状支点部が負担する荷重も二つの側壁に対し無理なく分散されるので、耳部全体としての剛性も高いものとなっている。それ故、ナット締め付け時に過大な締付けトルクが付与されたとしても、弧状支点部は容易に塑性変形せず、耳部（特に座面壁）も容易に塑性変形しない。従って、比較的小さなナット締付けトルクでも、大きなフランジ締結力を得ることができる。

本発明のクランプ器具において、前記弧状支点部の両端が、前記一対の側壁上にそれぞれ到達すると共に、各側壁に一体化していることは好ましい。この構成によれば、弧状支点部の剛性も耳部全体としての剛性も共に更に高いものとなり、本発明の効果が更に高められる。

［付記］本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。
前記クランプ本体は、それぞれ半円弧形状の第１クランプ片及び第２クランプ片を有し、第１及び第２クランプ片の各々は、一方端において連結部を有し、他方端において耳部を有しており、第１クランプ片の連結部と第２クランプ片の連結部とが連結手段を介して連結されることで、当該クランプ本体は前記連結手段による連結部位を中心に開閉可能となっていること。

本発明のクランプ器具によれば、従来よりも相対的に小さなナット締付けトルクで、従来よりも相対的に大きなフランジ締結力を得ることができる。

比較例（従来例）のクランプ器具を示す斜視図。 比較例（従来例）のクランプ器具の正面図。 （Ａ）は比較例クランプ器具の平面図（上面図）、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線での拡大断面図。 クランプ器具による二つのフランジの締結態様を示す概略断面図。 本発明の実施例のクランプ器具を示す斜視図。 本発明の実施例のクランプ器具（締結前）の正面図。 （Ａ）は実施例クランプ器具の平面図（上面図）、（Ｂ）は図６のＢ’−Ｂ’線での拡大断面図。 本発明の実施例のクランプ器具（締結後）の正面図。 実施例及び比較例におけるナット締付けトルクとフランジ締結力との関係を示すグラフ。

以下、本発明の一実施例について図面を参照しつつ説明する。

図５〜図８に示すように、実施例のクランプ器具は、上下で一対をなす第１及び第２クランプ片１１，１２からなるクランプ本体１０と、連結手段としての連結リング２１と、ボルト２２と、ナット２３とを備えている。第１及び第２クランプ片１１，１２の各々は半円弧形状をなすと共に、各クランプ片の内周側において、横断面がＵ字形又はＶ字形の締結溝１３を有している。尚、図４に示すように、クランプ本体１０の締結溝１３は、各クランプ片が備える一対の溝形成壁１７，１８によって画成（区画形成）されている。

第１及び第２クランプ片１１，１２の各々は、一方端において連結部としてのカール部１４を有し、他方端において耳部１５を有している。第１クランプ片１１のカール部１４と第２クランプ片１２のカール部１４とは前記連結リング２１を介して連結されており、この連結リング２１による連結部位を中心に両クランプ片１１，１２が相対回動可能（つまり開閉可能）となっている。

第１クランプ片１１の耳部１５（第１の耳部）と第２クランプ片１２の耳部１５（第２の耳部）とを近接対向配置することで、連結リング２１で連結された二つのクランプ片からなるクランプ本体１０は正面視Ｃ字状をなす（図６参照）。この実施例では、第１の耳部にボルト２２のヘッドが溶接により固着され、そのボルト２２の軸部が第２の耳部に形成された孔（図示略）に挿通されている（図５，６参照）。そして、第２の耳部の下側に突出したボルト２２の軸部に対してナット２３を螺着することで、クランプ本体１０は全体として正面視略円環状をなす（図８参照）。

図５〜図７に示すように、第１及び第２の耳部１５の各々は、略円環状のクランプ本体１０の端部において半径方向外向きに突設されている。各耳部１５は、一対の側壁５１と、湾曲した外端壁５２と、座面壁５３と、円弧状の支点部５４とを備えている。

一対の側壁５１は、前記締結溝１３を画成する一対の溝形成壁１７，１８にそれぞれつながっている。湾曲した外端壁５２は、一対の側壁５１を各耳部１５の外端側にて連結している。なお、一対の側壁５１及び外端壁５２は、各耳部１５の三方を取り囲む立ち壁（三方直立壁）を構成している。座面壁５３は、一対の側壁５１及び外端壁５２に連続すると共にボルト２２又はナット２３の座面（着座面）を提供する壁部である。第１クランプ片１１の耳部１５（第１の耳部）にあっては、その耳部の天井壁部がボルト２２用の座面壁５３を提供する。そして、ボルト２２のヘッドがこの座面壁５３に対して溶接されている。他方、第２クランプ片１２の耳部１５（第２の耳部）にあっては、その耳部の底壁部がナット２３用の座面壁４３を提供する。

更に、第１クランプ片１１の耳部１５（第１の耳部）の外端壁５２の下縁部、及び、第２クランプ片１２の耳部１５（第２の耳部）の外端壁５２の上縁部には、それぞれ弧状（本例では楕円弧状）の支点部５４が、各外端壁４２の湾曲方向に沿って延びるように形成されている。各支点部５４は平面視が楕円弧形状をなすのみならず、各支点部５４の両端５４ａ，５４ｂは、それぞれに一対の側壁５１上にまで到達すると共に、各側壁５１に一体化している。つまり、各耳部５５における三方直立壁（５１，５２，５１）は、刀の鍔のように水平方向に展開する楕円弧状の支点部５４によって相互に連結されている。

本実施例のクランプ器具の使用方法は、図４を参照して前述した比較例のクランプ器具の使用方法と基本的に同じである。本実施例でも、ボルト２２に対してナット２３を締め付けることでクランプ本体１０の全体に縮径作用が生じ（図８参照）、被締結物としての二つの配管部品フランジ４１ｆ，４２ｆのフランジ締結力Ｆが発現する（図４参照）。

図９のグラフは、本発明の実施例（図５〜８）と上記比較例（図１〜３）とについて、ナット締付けトルク（Ｎｍ）とフランジ締結力Ｆ（ｋＮ）との関係を測定した結果を示すグラフである。なお、実施例と比較例との違いは、耳部１５の構造のみにあり、クランプ本体１０の形状及び寸法において両者に違いはない。図９からわかるように、測定したナット締付けトルクの全範囲にわたり、実施例の方が比較例よりも高いフランジ締結力Ｆを示した。

［実施例の効果］
各耳部１５の座面壁５３が、ボルト・ナットの軸力に耐え切れずに塑性変形を起こす事態を極力回避することができる。その結果として、ボルト・ナットの軸力が比較的小さくても、期待したとおりの十分なフランジ締結力Ｆを得ることができる。また、フランジ締結作業の再現性や信頼性が従来よりも向上する。

従来よりも相対的に小さなナット締付けトルクで、従来よりも相対的に大きなフランジ締結力を得ることができるため、従来例ではありがちであった「過大な軸力によってボルトが曲がってしまい、クランプ器具本来の機能が失われてしまう」という事態を回避することができる。

耳部１５における支点部５４の形状を楕円弧形状としたことで、プレス成形の精度がよくなった。つまり、従来の長方形突片状の支点部３４にあっては、プレス成形後にスプリングバックが発生し、形状及び寸法等の加工精度が必ずしもよくなかったが、本実施例のような楕円弧形状の支点部５４としたことでスプリングバックが生じなくなり、形状及び寸法等の加工精度が向上した。その結果、本実施例のクランプ器具では、出荷前品質検査での合格率が飛躍的に向上した。

［変更例］
上記実施例では、第１クランプ片１１の耳部１５にボルト２２を溶接固定し、ナット２３についてはクランプ片１１，１２とは別体物とした。これに代えて、第２クランプ片１２の耳部１５にナット２３を溶接固定し、ボルト２２についてはクランプ片１１，１２とは別体物としてもよい。あるいは、ボルト２２及びナット２３の双方とも、クランプ片１１，１２とは別体物としてもよい。

［用語の意味］
本明細書及び特許請求の範囲において「弧状の支点部」の「弧状」とは、支点部（５４）の平面視形状が、湾曲した外端壁（５２）の湾曲形状に対応した形状であることを意味し、円弧、楕円弧、弓形といった言葉で表現されるような湾曲態様の全てを含む意味である。

１０…クランプ本体、１１，１２…第１及び第２クランプ片、１３…締結溝、１４…カール部（連結部）、１５…耳部、１７，１８…一対の溝形成壁、２１…連結リング（連結手段）、２２…ボルト、２３…ナット、４１ｆ，４２ｆ…配管部品のフランジ（被締結物）、５１…一対の側壁、５２…湾曲した外端壁、５３…座面壁、５４…弧状の支点部、５４ａ，５４ｂ…弧状支点部の両端、Ｆ…フランジ締結力。

Claims (2)

1. クランプ本体が、一対の溝形成壁によって画成される横断面Ｕ字形又はＶ字形の締結溝と、その締結溝の端部付近に位置する第１及び第２の耳部とを有し、対向配置された両耳部にボルト及びナットを取り付けることで環状をなすと共に、当該ボルト及びナットを締め付けることで前記締結溝内に配置された被締結物に対し締結力を及ぼすクランプ器具において、
   前記第１及び第２の耳部の各々は、
   前記締結溝を画成する一対の溝形成壁にそれぞれつながる一対の側壁と、
   前記一対の側壁を各耳部の外端側にて連結する湾曲した外端壁と、
   前記一対の側壁及び外端壁に連続すると共に前記ボルト又はナットの座面を提供する座面壁と、を備えており、
   前記各耳部の湾曲した外端壁には、その湾曲方向に沿って延びる弧状の支点部が形成されている、ことを特徴とするクランプ器具。
2. 前記弧状の支点部の両端は、前記一対の側壁上にそれぞれ到達すると共に、各側壁に一体化している、ことを特徴とする請求項１に記載のクランプ器具。

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