JPH06339792A - 内部心決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ふたつの管を溶接する際に管端部内に挿入し
て心決めを行なう装置を提供することにある。 【構成】 中心支持本体３上にふたつの中空マンドレル
４，５を、少なくともその一方が中心支持本体に関節接
続されかつ軸線方向に移動できるように装架し、かつ３
つの半径方向アクチュエータ２０を設けてこれらにより
中空マンドレルを中心支持本体３に関して角度的に位置
決めできるようにし、さらに各中空マンドレルには液圧
作動の軸線方向アクチュエータによって半径方向に拡張
されるたわみ性外部スリーブ８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な心出し装置、こ
とにふたつの当接する管の中に挿入するに好適なこの種
装置に関する。この装置により、ふたつの当接する管の
端部が接続され、関節接続のこの装置がこれらふたつの
管に良好な５自由度を与えることを可能にしながら比較
的簡単で製作がそれ程高価でなく、信頼性が高く、操作
容易であって、接続するふたつの管の当接端縁部の横断
面形状を効果的に回復しながら、同時にこれらふたつの
管の適切かつ可能な回動およびまたは相対的並進によっ
て前記端縁部の常に完全な並置を可能とするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多くの産業分野、ことに大口径管の端部
を自動溶接する溶接分野では、当接端縁部の注意深い正
確な位置決めが、この端縁部の形状が適度の公差内で回
復されるようになされることが一般に要求されることは
周知である。

【０００３】端部同志接続しようとするふたつの管の端
部を内部からクランプする装置は従来から数多く知られ
ている。これらの既知装置の大部分は当接管端部の円筒
形状を回復することに関するものであって、これら管の
精密な同軸関係ないしは接続しようとする表面間の完全
な共面関係を達成することを可能とするものではない。
多くの従来装置は、当接端縁部の相互近接を計るが、管
端の回動および横方向の移動を許容するものではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の内部から心決め
する従来装置では、当接端縁部の円筒形状性を課しなが
ら、同時に５自由度の関節接続をなすことは可能ではな
い。この５自由度の関節接続は、接続しようとするふた
つの管の端部を常に完全に並置させ、かつ通常の作業公
差による形状の誤定をなくすために全く必須の条件であ
る。

【０００５】従って本発明の目的は、上述の従来装置の
欠点をなくし、比較的構造が簡単で製作費が余り高くつ
かず、作動に信頼性があり操作容易で、他方の管に対す
る一方の管の移動および完全な相対位置決めが、たとえ
これらの管がどのように軸線方向にずれていようともお
よびまたは不整合であっても、さらには接続しようとす
る管端縁部の半径方向変形があっても、形状公差範囲内
に収めることができるようにする、内部から心出しする
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、接続しよ
うとする管の内壁に対して広がることのできるふたつの
中空のマンドレルを包含し、少なくともこれらマンドレ
ルのうちの一方を軸線方向に移動できるようにし、また
これらマンドレルのひとつを、内部に配設され主として
軸線方向に延在する中心支持部材に関節接続し、この中
心支持部材に対してマンドレルを移動させこれにより結
果的に角度的に位置決めする少なくとも３つの半径方向
アクチュエータを設けた、内部心決め装置により実質的
に達成される。

【０００７】事実、単純な１実施例では、挿入されてふ
たつのマンドレルを内部で支持する構造部材である中心
支持部材は、たとえばふたつの管の間で伝達される応力
のような実質的に外から加わる応力、さらにはその主と
して軸線方向への展開に抵抗してマンドレルの関節接続
部同志を相互に充分に間を離すと共に関係する半径方向
アクチュエータからも離して、一方のマンドレルに対す
る他方のマンドレルの回動ないしは横方向移動を容易に
するように形成されている。従って適宜に制御される半
径方向アクチュエータによって一般的に提供される精度
と結び付いたこのような完全な移動の自由度は、接続し
ようとする管の端縁部の根元の同心性の確立および共面
関係の確立を所要形状公差、かつ管の厚さに換算される
仕事公差をもって保証し、かつ管自体が軸線がずれてい
たりおよびまたは非整合であったとしても端縁部の垂直
性を保証するのである。

【０００８】さらに、前述の中心支持部材上に対称的に
配設されるかまたは直列に配置されたふたつの中空のマ
ンドレルは、それぞれスリーブばね、板ばねまたは他の
型式のばねをそなえた弾性型のたわみ性外部スリーブか
ら成り、その端部には、ふたつの対向するスレッドをそ
なえた液圧作動の軸線方向内部アクチュエータの作用に
よって管内壁に対して半径方向にクランプ止めされる膨
張つめを有する。中空マンドレルは一方の端部を中心支
持部材に関節接続されこの一方の端部に近いところに環
状の突起部を有する中空本体により構成されており、こ
の環状の突起部で、前記中空本体で軸線方向に滑動でき
るように支持され一方の端部にくさび形状の拡張頭部を
有する環状のジャケットをそなえたふたつの環状の作用
室を画成している。これらふたつの環状の作用室のうち
の第２の作用室は、中空ステムによって境界を形成され
ている。この中空ステムもまた、軸線方向に滑動するこ
とができ、第３の環状の作用室を画成するように前記ジ
ャケットの内部に同心に配設されている。中空ステムは
また前記中空本体により支持され、前記ジャケットから
出ているその一方の端部にくさび形状の拡張頭部を有す
る。前記半径方向アクチュエータは前記中心支持本体お
よび中空ステムの上述の端部に作用するか、または前記
中心支持体と前記中空本体との間に作用するようにされ
ている。

【０００９】このようにして、加圧媒体を前述のふたつ
の環状の作用室に供給することによって、内部心決め装
置の各マンドレルの液圧アクチュエータの中空ステムお
よび環状ジャケットに関して対向スレッドの軸線方向移
動を得ることが可能となり、くさび形状の頭部がスリー
ブ自体の弾性的反動を克服して、クランプしようとする
従って接続しようとするふたつの管の内面に対して内部
心決め装置のマンドレルの弾性スリーブのつめの拡張を
強制的に生じさせることが可能となる。また、内部心決
め装置の特別の形状に関して今や可能となった寛容な寸
法は、各管に対するつめによる力の一層有効な作用、お
よびこの結果接続しようとする管の当接端部の形状の保
証された回復を可能とする。さらに、内部心決め装置の
中空マンドレルによる管の正確なクランプ止めの後、他
方の管に対して接続しようとする一方の管を軸線方向に
位置決めすることが可能となる。これは、内部心決め装
置の中心本体に対する関係マンドレルの軸線方向または
長手方向の移動による。この移動は、前述のふたつの環
状の作用室間における流体の移送により、さらに詳しく
は前述の第２の環状作用室内の流体を増加させ、これに
対応して他方の環状作用室内の流体を減少させることに
より、容易に達成することができる。この流体の増加は
事実前記中空本体の環状の突起部と前記中空のステムと
の間で実質的に生じ、前記内部心決め装置の中心本体に
関節接続され従って不動の前記中空本体は、環状のジャ
ケットおよびアクチュエータの中空ステム、従って中空
マンドレルのたわみ性スリーブおよびこれにクランプ止
めした管が内部心決め装置の他方のマンドレルに向けて
軸線方向の移動を行なうことを強制せししめる。次いで
関係する管からのマンドレルの移動が、前述のふたつの
環状の作用室の双方の圧力を減じ、環状のジャケットと
内部アクチュエータの中空ステムとにより画成される第
３の環状の作用室内の圧力を増すことによって実行せし
められる。

【００１０】次に、内部心決め装置のふたつの中空のマ
ンドレルの一方が、関係するクランプ止めされた管の軸
線方向移動を行ってはならない場合には、本発明の第２
の実施例に従って前記中心支持部材に関節接続され環状
の突起部を有する前述の中空本体を前述の中空ステムと
一体となして、前述の環状の移動可能のジャケットと共
にふたつの環状の作用室を画成する環状の突起部を有す
る単一の本体を形成せしめることにより、内部アクチュ
エータの実質的な簡易化を計ることができる。さらに詳
しくは、液圧作動で、軸線方向に不動のマンドレルにつ
いてふたつの対向するスレッドを有する内部の軸線方向
アクチュエータは、本発明によれば、前述の中心支持部
材上に一端部を関節接続され他端部にくさび形状の拡張
頭部を有する中空本体によって構成されている。これは
また環状の突起部を有し、この突起部は環状のジャケッ
トと共にふたつの作用室を画成している。環状のジャケ
ットは前記中空本体に軸線方向に移動可能とされてお
り、その中空本体の関節接続部に近い端部にくさび形状
の拡張頭部を有する。

【００１１】本発明の内部心決め装置の利点は、ふたつ
の対向するスレッドをそなえた特別の液圧アクチュエー
タは、両方の管をクランプ止めし、次いで何の引きずり
を生じさせることなくつめを釈放することを可能とする
ことにある。また、内部心決め装置の外面、さらに詳し
くは内部心決め装置のマンドレルの外面をなす外形状は
内部心決め装置の管内への挿入を容易にする一方、構造
を簡略にし、部品点数を減らし、コストを低減せしめ、
その上信頼性を向上せしめる。

【００１２】

【実施例】図面において、対応する部材には同一の符号
を付して示してある。符号１および２は、本発明内部心
決め装置によって端部同志を接続しようとするふたつの
管を示す。この内部心決め装置は主として軸線方向に延
びる中心支持本体３により構成されており、この中心支
持本体３には完全に同形のふたつの中空マンドレル４お
よび５が嵌めてある。これらの中空マンドレル４および
５は中心支持本体３上に互いに対称に配置してあり（図
１および２参照）、継手６および７によって中心支持本
体３の両端部で関節接続してある。各中空マンドレル４
または５は図１に示すようにスリーブばねによって弾性
を与えられたたわみ性外部スリーブ８によって構成され
ている。このたわみ性外部スリーブ８の端部には、管の
内壁に対して半径方向にクランプ止めするつめ９が設け
られている。このつめ９は内部軸線方向アクチュエータ
により半径方向に拡張されるようにしてある。内部軸線
方向アクチュエータは液圧式のもので、ふたつの対向す
るスレッドを有する。このアクチュエータは中空本体１
０から成り、その一端部は継手６または７に関節接続さ
れ、かつ環状の突起部１１を有する。この環状の突起部
１１はふたつの環状の作用室１２および１３を環状のジ
ャケット１４と共に画成している。ジャケット１４は中
空本体１０上を軸線方向に滑動できるように支持されて
おり、くさび形の拡張頭部１５を有する。環状の作用室
１５はまた中空ステム１６によっても境界を定められて
いる。この中空ステム１６も軸線方向に滑動できるよう
にしてある。中空ステムはジャケット１４の内側にこれ
と同心に配設してあり、ジャケット１４と共に環状の作
用室１７を画成している。中空ステム１６はまた中空本
体１０によっても支持されており、環状のジャケット１
４の外側の端部にはくさび形の拡張頭部１８と、中心支
持本体３と中空ステム１６との間で作用するようにした
少なくとも３つの半径方向アクチュエータ２０のための
作用室１９を有する。

【００１３】上述のような内部心決め装置の作動のシー
ケンスおよび作動の様子を述べると次のとおりである。

【００１４】一旦管１および２に嵌入せしめると、内部
心決め装置はその場で鎖錠され、各マンドレル４および
５はそれぞれひとつの管をクランプ止めすることができ
る（図３参照）。次いで液圧中央ユニット２１からたと
えば図１および図２に示す適宜のパイプ２２および２３
を介して、加圧流体を環状の作用室１２および１３へ供
給する。これにより、環状ジャケット１４および中空ス
テム１６のふたつの対向するスレッドによって両作用室
１２および１３が動く。このため、くさび形の拡張頭部
１５および１８がマンドレル４および５のたわみ性スリ
ーブ８上のつめ９を管１および２の内面に押し付ける
（図４参照）。こらの管を正しくクランプ止めした後、
既知手段によって管１および２の当接端縁部をもち上げ
てそれらを所要の形状にするのに必要な作業を行ない次
いで両者が接続できるように並置するのである。こと
に、半径方向アクチュエータ２０がこの目的のために用
いられる。作用室１９内の加圧流体は一方の管を他方の
管に対して整合させるように作用する。これは４自由
度、すなわちふたつの回動とふたつの横方向移動で作用
する（図５参照）。次いで位置決めは、作用室１２およ
び１３内の流体を両管の端縁部が当接するまで（図６参
照）変化させることにより管の相対的軸線方向移動を生
じさせることによって完了する。接続の後または所望の
時に、マンドレル４および５を、前述の作用室内の圧力
を減じ他方中空ステムと環状ジャケット１４との間の環
状の作用室１７に圧力を供給することによって、最終的
に釈放する。

【００１５】図７は、図１と実質的に同じであるがふた
つのマンドレルのうちの一方がこれにクランプ止めして
ある管２の軸線方向移動を許容しないようにした内部心
決め装置を示す。中心支持本体３に符号７で示すように
関節接続された中空本体１０′が中空ステム１６の位置
まで延びており、くさび形拡張頭部１８で終わっている
ことがわかる。このようにして、環状ジャケット１４は
それぞれ符号１２および１３′で示すふたつだけの環状
作用室を画成している。

【００１６】図８に示す内部心決め装置は、中空マンド
レル４および５が対称配置ではなく中心支持本体３に直
列に関節接続されていることだけが図１または図２に示
す内部心決め装置とは異なっている。

【００１７】図９に示す内部心決め装置は、図８に示す
ものと類似であるが、軸線方向の移動を許さず従って図
７の内部心決め装置と同じように簡略化を果すひとつの
マンドレル５′を用いている。

【００１８】最後に、図１０は中心支持本体３のまわり
に中心線上で関節接続されているひとつのマンドレル５
を有する内部心決め装置を示している。他方のマンドレ
ル４′は関節接続されておらず、このため半径方向アク
チュエータは不要である。その他はすべて第１の実施例
と構造的に同一である。

【００１９】以上本発明を添付図面に例示したその好適
な実施例について詳述したが、本発明はこれらの特定の
実施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱
しないで幾多の変化変形がなし得ることはもちろんであ
る。

【００２０】たとえば、ここに例示の特定の構造形態
は、洋上プラットフォームの係留部分を構成する管体の
垂直組立体であると仮定して示したものである。この管
体の内部に本発明内部心決め装置を重力によってキー止
めするものであるが、本発明はこれに簡単な変更を加え
ることで、傾斜している管体と水平方向に延びる管体と
の間の接続に有効なものとすることが可能である。さら
に、例示の便宜上選んだ実施例の構造においては半径方
向アクチュエータは中心支持本体と中空ステムとの間に
作用するものとし、関係する作用室はこの中空ステムに
形成したが、前記半径方向アクチュエータは中心支持本
体との間で作用するものとし、その結果関係する作用室
は中空本体内または中心支持本体内のいずれかに設ける
ことが同様に可能である。

【００２１】また、図面を簡単にするため、流体を供給
し制御する液圧手段、たとえばセンサ、位置トランスジ
ューサ、圧力トランスジューサ、単一の液圧中央ユニッ
トに合体せしめた各種の電気電子装置類のような他の補
助装置は図面に示していない。これらの手段、装置は周
知のもので、本発明の必須構成要件ではないからであ
る。同様に、図面を簡略にするために中心支持本体と軸
線方向アクチュエータの中空本体との間の関節接続は球
状の形状として図示したが、当業界で知られている他の
多くの関節接続の形態のいずれによってもよい。ただ中
心支持本体に対するマンドレルの回動を許すものであれ
ばよいのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】ふたつの管の端部に挿入した本発明内部心決め
装置の１実施例の一部を断面で示す斜視図である。

【図２】図１に示す内部心決め装置の長手方向断面図で
ある。

【図３】接続しようとするふたつの管の内部に本発明内
部心決め装置を入れる状態を示す図２と同様な断面図で
ある。

【図４】接続しようとするふたつの管の内壁に対し本発
明内部心決め装置の中空マンドレルをクランプ止めし、
これら管の当接端縁部の円筒形状を回復せしめた状態を
示す断面図である。

【図５】接続しようとする管の回動および相対的な横方
向移動の状態を示す断面図である。

【図６】接続しようとする管の相対的な軸線方向移動の
状態を示す断面図である。

【図７】本発明内部心決め装置の他の実施例の長手方向
断面図であって、マンドレルの一方がこれにクランプ止
めされている管の軸線方向の移動を許容していない状態
を示す図である。

【図８】本発明内部心決め装置のさらに他の実施例の長
手方向断面図であって、この実施例においてふたつの中
空マンドレルが中心支持本体上に直列に配設してある状
態を示す図である。

【図９】図８に示した内部心決め装置の変形例の長手方
向断面図であって、この変形例においてマンドレルの一
方がこれにクランプ止めされた管の軸線方向移動を許し
ていない状態を示す図である。

【図１０】本発明内部心決め装置のまた別の実施例の長
手方向断面図であって、この実施例において中空マンド
レルのひとつのみが中心支持本体に関節接続されている
状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 管 ２ 管 ３ 中心支持本体 ４ マンドレル ５ マンドレル ６ 継手 ７ 継手 ８ たわみ性外部スリーブ ９ つめ １０ 中空本体 １１ 突起部 １２ 作用室 １３ 作用室 １４ ジャケット １５ 拡張頭部 １６ 中空ステム １７ 作用室 １８ 拡張頭部 １９ 作用室 ２０ 半径方向アクチュエータ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年４月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中心支持本体と、接続しようとする管の内
   壁に半径方向にクランプ止めする拡張手段とを包含す
   る、管の端部を接続するための内部心決め装置におい
   て、前記拡張手段が前記中心支持本体に装架されたふた
   つの中空マンドレルから成り、前記中心支持本体がこれ
   ら中空マンドレルの中を通り主として軸線方向に延びて
   おり、前記マンドレルの少なくとも一方が軸線方向に移
   動でき、また少なくとも一方のマンドレルが前記中心支
   持本体上に関節接続されており、かつ前記中心支持本体
   に対するこのマンドレル自体の角度的位置決めのために
   対応する関節接続部から充分遠くに配置された少なくと
   も３つの半径方向アクチュエータをそなえ、各中空マン
   ドレルが、ふたつの対向するスレッドを有する液圧式の
   内部軸線方向アクチュエータの作用によって半径方向に
   拡張され得るたわみ性の外部スリーブから成ることを特
   徴とする内部心決め装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の内部心決め装置において、
   前記軸線方向に動ける中空マンドレルのためのふたつの
   対向するスレッドを有する液圧式の内部軸線方向アクチ
   ュエータが、一端部を前記中心支持本体に関節接続され
   この端部近くに環状の突起部を有する中空本体から成
   り、前記環状の突起部が、前記中空本体上を軸線方向に
   滑動するように支持された環状のジャケットと共にふた
   つの環状の作用室を画成し、かつ前記中空本体がその関
   節接続部に近い端部にくさび形の拡張頭部を有し、前記
   環状の作用室の第２のものが前記ジャケット内に同心に
   配設され軸線方向に滑動するようにされている中空ステ
   ムにより画成されており、前記ジャケットにより第３の
   環状の作用室も画成されており、前記中空ステム自体は
   前記中空本体で支持され、前記ジャケットから出る端部
   にはくさび形の拡張頭部を有することを特徴とする内部
   心決め装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の内部心決め装置において、
   軸線方向に動かないマンドレルのためのふたつの対向す
   るスレッドをそなえた前記内部液圧軸線方向アクチュエ
   ータが、前記中心支持本体に一端部を関節接続された中
   空本体から成り、この中空本体がその他端部にくさび形
   の拡張頭部を有すると共に、環状のジャケットと共にふ
   たつの環状の作用室を画成する環状の突起部を有し、前
   記環状のジャケットは、これが前記中空本体上を軸線方
   向に滑動できるように支持されており、さらに前記中空
   本体の関節接続部近くの端部にくさび形の拡張頭部を有
   することを特徴とする内部心決め装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の内部心決め装置において、
   前記中空マンドレルのたわみ性スリーブがスリーブばね
   によって弾性を与えられていることを特徴とする内部心
   決め装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の内部心決め装置において、
   前記中空マンドレルのたわみ性スリーブが板ばねによっ
   て弾性を与えられていることを特徴とする内部心決め装
   置。
6. 【請求項６】請求項１記載の内部心決め装置において、
   前記中空マンドレルが、前記中心支持本体上に互いに対
   称的に配設されるように嵌められていることを特徴とす
   る内部心決め装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の内部心決め装置において、
   前記中空マンドレルが、前記中心支持本体上に互いに直
   列に配設されていることを特徴とする内部心決め装置。
8. 【請求項８】請求項１記載の内部心決め装置において、
   各中空マンドレルのたわみ性スリーブの一端部に、接続
   しようとする管の内壁に対して半径方向にクランプ止め
   するためのつめをそなえていることを特徴とする内部心
   決め装置。
9. 【請求項９】請求項１ないし８のいずれかに記載の内部
   心決め装置において、前記半径方向アクチュエータが、
   前記中心支持本体と前記環状のジャケットから出る中空
   ステムの前記端部との間に作用するようにし、かつ関係
   する作用室が前記中空ステム内に形成されていることを
   特徴とする内部心決め装置。
10. 【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載の内
    部心決め装置において、前記半径方向アクチュエータが
    前記中心支持本体と前記中空本体との間で作用するよう
    にし、かつ関係する作用室が前記中空本体かまたは前記
    中心支持本体のどちらかの中に形成されていることを特
    徴とする内部心決め装置。