JPH0780104B2 - フランジボルトの自動歩行式締緩装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は熱交換器、管フランジ等のフランジを締結する
フランジボルト．ナットの自動締管装置に関する。

＜従来の技術＞ 従来、円形フランジ上の複数のボルト．ナットを自動的
に連続して締緩する装置は開発されておらず、フランジ
ボルトの締緩はスパナとハンマ等を使用して人手によっ
て行われていた。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 大径のフランジにあっては、締付けに使用されるボル
ト．ナットの数は非常に多くなり、これらを二人あるい
は四人掛かりで所謂対角締めして行く作業は単調な重労
働であり、また締付力は作業員の勘にたよっているため
その大きさが不均一となってしまうという問題点があっ
た。

一方、原子力発電プラントの熱交換器等の人が近づくと
放射線に被曝する惧れがある機器や、温度、湿度、騒音
等において作業安全、衛生上、人体に好ましくない環境
下で使用される機器のフランジボルトの締緩に関して
は、作業員が悪環境下に立入ることなく遠隔操作で取扱
可能な締緩装置が望まれる。

本発明は上述した実情に鑑みて成されたものであり、フ
ランジに沿って移動しながら複数のフランジボルトの締
緩を順次自動的に行うことのできる自動歩行式締緩装置
を提供することを目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ この目的を達成する本発明にかかるフランジボルトの自
動歩行式締緩装置は、フレームと、前記フレームに揺動
自在に支持された歩行用シリンダと、同軸上に対向して
位置し作動シリンダによって互いに接近離反駆動されて
フランジボルトに係合すると共に前記歩行用シリンダに
連結されて往復駆動されるトルクレンチ付フランジボル
ト締緩具と、同軸上に対向して位置すると共に前記フレ
ームに設けられたクランプ用シリンダにより互いに接近
離反駆動されてフランジをクランプするクランプ用ソケ
ットとを具えたことを特徴とする。

＜作用＞ フランジボルト締緩具とクランプ用ソッケトとによるフ
ランジのクランプ．アンクランプと歩行用シリンダの伸
縮によってフレームがフランジに沿って逐次移動し、そ
の移動過程で各フランジボルトについてフランジボルト
締緩具のトルクレンチによってフランジボルトの締緩が
行われる。

＜実 施 例＞ 以下、本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例にかかるフランジボルトの自
動歩行式締緩装置の斜視図、第２図はその平面図、第３
図は同じくその正面図、第４図は第２図のおけるIV−IV
線断図面、第５図は第２図におけるＶ−Ｖ線断図面であ
る。

本実施例の自動歩行式締緩装置は、原子力発電プラント
等に使用されている熱交換器の円形鍔状のフランジa,b
に円周上に等間隔で配される多数の締付ボルトc,ナット
ｄを締緩するものであり、通常180度の角度間隔をもっ
て２台使用されて所謂対角締め、または対角緩めを行な
う。

本自動歩行式締緩装置は、主要構成部材として、フラン
ジa,bの外周面に沿う細長のフレーム11と、フレーム11
に固定されたクランプ用シリンダ22によって駆動される
クランプ用ソケット21と、フレーム11に揺動自在に支持
された歩行用シリンダ28と、その歩行用シリンダ28によ
って往復駆動される駆動側ソケット39、反力受側ソケッ
ト40、トルクレンチ52から成るフランジボルト締緩具と
を有している。

フレーム11は、細長の前面板12及び後面板13と、これら
前面板12と後面板13の両端部及び外側辺縁部においてそ
れぞれ前後面板12,13に掛渡して設けられて前後面板12,
13を間隔を開けて互いに平行に固定する端面板14,15及
び外側板16,17,18とから成っている。この前面板12及び
後面板13は対象となるフランジa,bの外周面にその長手
方向がフランジa,bの周方向に向いた状態で外接できる
寸法となっており、前後面板12,13には、そのフランジ
a,bに外接した状態において、フランジa,bのボルト孔の
ピッチ円と同心の円弧状の案内長孔19がそれぞれ穿設さ
れている。

この案内長孔19は少なくともフランジa,bのボルト孔の
１配列ピッチ相当の長さを有している。また、前後面板
12,13の内側辺縁、つまりフランジa,bの外周面に面する
辺縁は案内長孔19と平行に湾曲して形成され、後述の案
内ローラ38のための案内レール20とされている。

前面板12及び後面板13の一端部には、同軸上に対向して
位置する一対のクランプ用ソケット21を互いに接近離反
駆動させるクランプ用のシリンダ22が各々前後方向に起
立した状態で固定されている。第５図に示すように、こ
のクランプ用シリンダ22は圧縮空気により往復動するピ
ストン23を有し、このピストン23のロッドの先端部に連
結板24が内側（フランジa,b側）に延出して固定される
と共に、締付ボルトｃのナットｄが嵌入し得る穴が凹設
された短円筒形のクランプ用ソケット21が互いに向い合
うようにその連結板24の延出部に固定されている。而し
て、両ピストン23のロッドを引込めると、第５図で実線
で示すように、両クランプ用ソケット21の先端がそれぞ
れフランジa,bに当接してそれを挟圧する一方、両ピス
トン23のロッドを突出させると、第５図中想像線で示す
ように、両クランプ用ソケット21の間隔が拡がって両ク
ランプ用ソケット21とフランジa,bとの係合が解除され
るようになっている。ここで、上述のクランプ、アンク
ランプ動作に対応するピストン23の下死点、上死点にお
ける確認信号をシーケンサ等の図示しないコントローラ
に送信するため、第５図に示すように、連結板24に垂下
してブラケット60を固定してそこに小マグネット61を固
定する一方、それに対向してフレーム11に立設された取
付台62に前記下死点及び上死点の位置に対応して一対の
ホールIC63が固定されており、下死点及び上死点で小マ
グネット61の近接によってそれぞれのホールIC63が作動
するようになっている。また、第１図、第３図に示すよ
うに、連結板24には各々一対の案内ピン25がピストン23
の移動方向と平行に突設されると共に、これらの案内ピ
ン25がクランプ用シリンダ22の上端部に固定された案内
フランジ26の案内孔に摺動自在に嵌入しており、案内ピ
ン25と案内フランジ26の案内孔との係合によってクラン
プ用ソケット21の円滑な直線移動を確保している。

また、前面板12及び後面板13には、第２図、第３図に示
すように、フレーム11の姿勢を保持するための複数の保
持シリンダ70が固定されており、そのロッドの先端にフ
ランジa,bの外周面上を転動し得る支持ローラ71が枢支
されている。これらの保持シリンダ70におけるロッドの
突出を制御することで、フランジa,bに対するフレーム1
1の姿勢が一定の状態、つまり前後面板12,13の案内長孔
19がボルト孔のピッチ円と同心となる状態に維持され
る。

一方、前面板12と後面板13の間には歩行用シリンダ28が
フランジa,bの外周の湾曲に沿うことができるように揺
動自在に支持されている。すなわち、歩行用シリンダ28
の両端には支持ピン29が突設されており、これらの支持
ピン29が前面板12及び後面板13に穿設された円弧状の長
孔30内にそれぞれ遊嵌されている。また、前面板12及び
後面板13の端部（第１図において下端）には長孔30に近
接して角度補正シリンダ31が固定されると共に、このロ
ッドがその支持ピン29に連結されていて、角度補正シリ
ンダ31の作動によって歩行用シリンダ28の揺動角度が調
節できるようになっている。

この歩行用シリンダ28はピストンロッドがない所謂ロッ
ドレスシリンダであり、シリンダに内装されたピストン
とシリンダの外側に位置する出力部32とがシール部材を
介して直接連結され、ピストンの移動によって出力部32
はシリンダの側面に沿って移動するようになっている。
この出力部32には、第４図に示すように、歩行用シリン
ダ28を取囲んで軸方向に摺動自在に取付けられたスライ
ダ33が連結されている。スライダ33には両側にそれぞれ
軸部34が突設され、これらの軸部34は各々ブッシュ35を
介して前面板12及び後面板13の前記案内長孔19に摺動自
在に嵌入されている。さらに、両軸部34の先端にはそれ
ぞれ取付板36が固定され、この取付板36にブラケット37
を介して枢支された案内ローラ38が各々前面板12及び後
面板13の前記案内レール20に当接している。而して、歩
行用シリンダ28の作動によってスライダ33が駆動され、
案内ローラ38を介して案内レール20に案内されつつその
軸部34が案内長孔19内を往復動する。ここで、上述のス
ライダ33の往復動作の確認信号を得るため、取付板36に
小マグネット64が固定される一方、それに対向して前面
板12の外側辺縁部に一対のホールIC65が固定されてお
り、スライダ33の往復動の始点及び終点である原点位置
及び移動位置において小マグネット64がそれぞれホール
IC65に近接してそれを検知できるようになっている。

軸部34に固定された両取付板36には、同軸上に対向して
位置する駆動側ソケット39と反力受側ソケット40からな
るフランジボルト締緩具を互いに接近離反駆動させるた
めの作動シリンダ41がそれぞれ固定されている。これら
の作動シリンダ41は前述のクランプ用シリンダ22と同様
な構成を有している。すなわち、圧縮空気により往復動
するピストン42のロッド先端にそれぞれ連結板43が固定
され、この連結板43にそれぞれ駆動側ソケット39及び反
力受側ソケット40が回動自在に取付けられる一方、第１
図、第３図に示すように、連結板43には案内ピン44が突
設されると共に、その案内ピン44が作動シリンダ41の上
端部に固定された案内フランジ45の案内孔に摺動自在に
嵌入されている。さらに、これらの連結板43には、第３
図に示すように、クランプ板46が固定されていて、両ピ
ストン42のロッドを引込めたときにクランプ板46の先端
がフランジa,bの側面に当接し、それを挟圧するように
なっている。ここで、前述のクランプ用シリンダ22の場
合と同様に、ピストン42の下死点及び上死点の位置確認
信号を得るため、第４図に示すように、連結板43にブラ
ケット66を介して小マグネット67を固定する一方、それ
に対向して取付板36に立設された取付台68に一対のホー
ルIC69を固定し、ピストン42の下死点及び上死点におい
てそれぞれ小マグネット67がホールIC69に近接するよう
にしている。

ここで、フランジボルト締緩具について詳説する。第６
図はそのソケット部分の拡大断面図、第７図は同じくそ
のソケット部分の平面図、第８図は第６図のVIII−VIII
断面図、第９図はソケット本体の第７図のIX−IX断面
図、第10図はその取付軸の平面図である。

両ソケット39,40はそれぞれ、前記連結板43にブッシュ8
1を介して回動自在に支持されたソケット本体82と、こ
のソケット本体82がナットｄにスムーズに被さるように
案内する３本の案内ピン83と、ソケット本体82に±30゜
の角度範囲に亘って回動自在に取付けられた取付軸84
と、取付軸84をその中立点に保持するための引張りコイ
ルばね85とを備えている。

ソケット本体82は、第６図〜第９図に示すように、六角
ナットｄを収受し締緩トルクを伝達する規制壁面86で囲
繞されて成る六角柱状の腔所87を有する略伏せ椀形状を
している。この腔所87を取り囲む周壁88には120゜の角
度間隔にて規制壁面86の中央に臨むように長手方向に切
欠き溝89が凹設されており、これらの溝89の中心点を通
るピッチ円はナットｄの対角寸法よりも大きい寸法とな
っている。また、溝89はソケット本体82の肩部90におい
て円形状に開口し、その上部に座ぐり部91が形成されて
いる。

これらの溝89内には、第６図，第８図に示すように、そ
れぞれ先端が細長い円錐形をした案内ピン83が長手方向
摺動自在に挿入される。案内ピン83はその上端部に前記
溝89の座ぐり部91に収まる鍔92が突設されていて、ソケ
ット本体83の肩部90に固定されたばね受筒93内に装入さ
れている圧縮コイルばね94がその鍔92に当接すること
で、案内ピン83は鍔92が座ぐり部91の底部に当たるよう
に第６図で下方へ付勢されている。

また、ソケット本体82の上面中央部には短円筒95が突設
されており、この短円筒95内に取付軸84が60゜の範囲に
亘って回動自在に取付けられている。すなわち、第７
図，第９図に示すように、短円筒95には180゜の角度間
隔を隔てて２個の切欠部96が略60゜の幅に亘って形成さ
れる一方、第10図に示すように、取付軸84には同じく18
0゜の角度間隔を隔てて一対の係合部97が穿設されてい
て、この係合部97が短円筒95の切欠部96内にそれぞれ位
置するようになっている。従って、60゜の範囲内でソケ
ット本体82と取付軸84とは相対回転が可能であり、それ
を越えて回転しようとすると係合部97が短円筒95の切欠
部96の辺縁に当接して両者の相対回転が規制される。ま
た、第６図，第７図に示すように、この取付軸84の係合
部97に穿設された孔98とソケット本体82の肩部90に植設
されたピン99との間に引張コイルばね85とが張設されて
おり、そのばね力により取付軸84をソケット本体82に対
してその60゜の回動範囲の中立点に位置させるようにし
ている。尚、このばね力は案内ピン83による修正回動の
妨げとならない程度の比較的弱いばね力が選定される。

一方、取付軸84には第10図に示すように、その中央部に
正方形断面を有する角孔100が穿設されている。この角
孔100に対して、第４図に示すように、駆動側ソケット3
9については前記連結板43に保持されたトルクレンチ52
の出力角軸53が相対回転不能に嵌入する一方、反力受側
ソケット40については胴体壁ｅに当接する反力受部材54
の角軸55が相対回転不能に嵌入している。このトルクレ
ンチ52は油圧供給の切換えとヘッドの設定位置の変更に
よって出力角軸53を正逆方向に所定のトルクで駆動回転
することが可能であり、これによりナットｄの締緩が行
われる。

このようなソケット39,40によれば、ソケット本体82を
ナットｄの上方から被せて行く過程において、腔所87の
向きがナットｄの向きと整合していない場合は先ずソケ
ット本体82の底面より突出した３本の案内ピン83の先端
部がナットｄの辺縁または角に当たる。そして、さらに
ソケット本体82を進めると、案内ピン83のテーパ部の作
用によって、引張りコイルばね85のばね力に抗してソケ
ット本体82が回動してソケット本体82がナットｄと整合
する向きとなり、その腔所87内にナットｄが収受され
る。ここで、３本の案内ピン83の先端が全てナットｄの
角に正確に当接した場合は、理論上はそのテーパ部によ
る修正回転力は生じないのでそこでロックされてしまう
ことになるが、実際にはナットｄの角には丸みがあり、
いずれかに極僅かに偏っているため、案内ピン83が３本
共ロックされてしまう虞れはない。

尚、この実施例では、六角ナットについて適用した例を
述べたが、その他四角ナット等に対しても同様に構成し
得ることは勿論であり、案内ピン83を４本以上設けるよ
うにしてもよい。また対象がボルト頭部であっても同じ
である。

次に、このような構成を有する本自動歩行式締緩装置の
作用について第11図〜第17図により説明する。尚、同図
（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図を表わしている。
第11図において、トルクレンチ52によるナット緊締時は
反力F₁を受けてヘッドの設定位置が図中実線で表わす位
置に、またナット弛緩時は反力F₂を受けてヘッドの設定
位置が想像線で表わす位置に変更するが、本装置の歩行
動作については緊締時も弛緩時も同じである。

ここで、第11図の状態は、クランプ用ソケット21でナッ
トd₁の所においてフランジa,bをクランプする一方、ス
ライダ33はそのクランプ用ソケット21から離れた移動位
置に位置し、クランプ板46でフランジa,bをクランプす
ると共に、駆動側ソケット39及び反力受側ソケット40は
ナットd₃に被さり、且つ保持シリンダ70には空気圧が供
給されてフレーム11の姿勢を保持している状態であり、
ナットd₃の締緩が完了したものとする。この状態から、
隣りのナットd₄を締緩すべく本装置を移動させる過程を
以下に説明する。

先ず、第12図に示すように、クランプ用シリンダ22によ
ってクランプ用ソケット21をナットd₁から外してそのク
ランプを解除し、続いて第13図に示すように、歩行用シ
リンダ28を作動させてスライダ33をクランプ用ソケット
21に接近した原点位置に移動させることでクランプ板46
の所を支点としてフレーム11全体を図中左方へシフトさ
せ、クランプ用シリンダ22をナットd₂上に位置させる。
尚このとき、保持シリンダ70の空気圧は開放しておき、
フレーム11がシフトし易いようにしておく。次に、第14
図に示すように、クランプ用シリンダ22を作動させて、
クランプ用ソケット21をナットd₂に被せてフランジa,b
をクランプする。また同時に、姿勢を保持する複数の保
持シリンダ70に圧力空気を供給し、フレーム11をその案
内長孔19がフランジa,bのボルト孔のピッチ円と同心状
態になるように保持する。

その後、第15図に示すように、締緩の完了しているナッ
トd₃に被せてある駆動側ソケット39、反力受側ソケット
40及びクランプ板46を作動シリンダ41によって互いに離
隔移動させる。続いて、第16図に示すように、歩行用シ
リンダ28によってスライダ33を案内長孔19に沿わせてク
ランプ用ソケット21から離れた移動位置に移動させ、両
ソケット39,40を隣りのナットd₄上に位置させる。ここ
で、両ソケット39,40のナットd₄に対する位置ずれは、
角度補正シリンダ31によって歩行用シリンダ28の揺動角
度を調節することによって補正される。次に、第17図に
示すように、作動シリンダ41により両ソケット39,40を
ナットd₄に被せると同時にクランプ板46でフランジa,b
をクランプして締緩作業の準備を完了し、その後トルク
レンチ52へ油圧を供給してナットd₄の締緩を行う。

以下、上述のような一連の動作を繰返すことで、フレー
ム11をシフトさせながら隣接するナットを順次締緩して
行くことが可能である。尚、この一連のシーケンスはコ
ントローラにより、前記各センサ63,65,67等の信号を基
に各シリンダに対する作動流体の電磁弁を開閉すること
で制御される。

＜発明の効果＞ 以上、一実施例を挙げて詳細に説明したように本発明に
よれば、フランジボルトの締緩作業を自動化することが
でき、従来人間が立入れなかった場所でのボルト・ナッ
トの自動締緩が可能となる。また、遠隔操作によって作
業員数の削減が図れ、且つ作業能率が向上するばかりで
なく、ナットの締付けについてはトルクレンチを使用す
るので常に一定の締付力が得られ、トルク管理が容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるフランジボルトの自
動歩行式締緩装置の斜視図、第２図はその平面図、第３
図は同じくその正面図、第４図は第２図におけるIV−IV
線断面図、第５図は第２図におけるＶ−Ｖ線断面図、第
６図はそのフランジボルト締緩具のソケット部分の拡大
断面図、第７図は同じくそのソケット部分の平面図、第
８図は第６図のVIII−VIII断面図、第９図はソケット本
体の第７図のIX−IX断面図、第10図はその取付軸の平面
図、第11図〜第17図は本装置の作用説明図である。 図面中、 11はフレーム、 21はクランプ用ソケット、 22はクランプ用シリンダ、 28は歩行用シリンダ、 39は駆動側ソケット、 40は反力受側ソケット、 41は作動シリンダ、 52はトルクレンチである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレームと、前記フレームに揺動自在に支
   持された歩行用シリンダと、同軸上に対向して位置し作
   動シリンダによって互いに接近離反駆動されてフランジ
   ボルトに係合すると共に前記歩行用シリンダに連結され
   て往復駆動されるトルクレンチ付フランジボルト締緩具
   と、同軸上に対向して位置すると共に前記フレームに設
   けられたクランプ用シリンダにより互いに接近離反駆動
   されてフランジをクランプするクランプ用ソケットとを
   具えたことを特徴とするフランジボルトの自動歩行式締
   緩装置。