JPH1034385A - レーザ光を用いた配管組立治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】直管や曲がり管等の配管の端部にフランジを溶
接する作業を容易にし、作業者の技量に左右されること
なく精度の高い溶接作業を可能にする。 【解決手段】フランジを支持する固定板と、固定板に取
り付けられるレーザユニットと、固定板の向きを調整す
る機構と、架台とを備える。レーザユニットはレーザ発
光体と光軸調整機構とを有する。レーザ発光体からレー
ザ光が照射され、ターゲットに命中するように調整する
ことにより、フランジを配管に対し正確に位置決めす
る。途中に定偏角プリズムを配置すれば曲がり管にも適
用できる。 【効果】溶接作業が容易になり、長い寸法の配管でもフ
ランジ同士の相対的な位置を合致させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直管又は曲がり管
等の配管の両端又は一端に、フランジを所定の角度で正
確に取り付けるための配管組立治具に関し、建物用配
管、輸送機器用配管、発電施設用配管などに広く適用す
ることができる。

【０００２】

【従来の技術】直管又は曲がり管等の配管の両端にフラ
ンジを溶接する場合には、両側のフランジを正確に正対
させ、両フランジのボルト穴の位置を合致させ、フラン
ジ面間の距離を正しくセットし、その状態を保持したま
まで溶接することが必要とされる。

【０００３】直管から成る配管の両端にフランジを取り
付ける作業は、一般に次のような煩雑な工程で行われ
る。 （１）直管の一端にフランジの中央穴を差し込んで、差
し込み代を目視で調整し、１カ所のみ仮付け溶接を行
う。 （２）フランジ溶接用の定規で測定しながら、ハンマー
で叩いて管軸に直角になるように調整しながら、残りの
３カ所に仮付け溶接を行う。 （３）直管の他端に第２のフランジを差し込んで、両フ
ランジの面間距離を巻き尺を用いて調整する。 （４）差し金により、両端のフランジのボルト穴位置を
目視で調整し、１カ所を仮付け溶接する。 （５）フランジ溶接用の定規で測定しながら、ハンマー
で叩いて管表面に直角になるように調整しながら、残り
の３カ所を仮付け溶接する。 なお、差し金の代わりに水準器を使用する場合もある。

【０００４】中央付近から直角に曲がった曲がり配管の
両端にフランジを取り付ける作業は、配管を両端の２つ
の直管と中央の曲がり管（エルボ）とに３分割して用意
し、次のような複雑な工程で行われる。 （１）第１の直管の一端にフランジの中央穴を差し込ん
で、差し込み代を目視で調整し、１カ所のみ仮付け溶接
を行う。 （２）フランジ溶接用の定規で測定しながら、ハンマー
で叩いて管軸に直角になるように調整しながら、残りの
３カ所に仮付け溶接を行う。 （３）第２の直管の一端にフランジの中央穴を差し込ん
で、差し込み代を目視で調整し、１カ所のみ仮付け溶接
を行う。 （４）フランジ溶接用の定規で測定しながら、ハンマー
で叩いて管軸に直角になるように調整しながら、残りの
３カ所に仮付け溶接を行う。

【０００５】（５）第１の直管に取り付けられたフラン
ジの穴を基準にして、差し金で合せながら、中央の曲が
り管の一端を第１の直管に当接させて４カ所に仮付け溶
接を行う。 （６）第２の直管に取り付けられたフランジのボルト穴
の位置が第１の直管と所定の角度になるように差し金で
合わせて、中央の曲がり管の他端を第２の直管に当接さ
せて１カ所仮付け溶接を行う。 （７）相手側のボルト穴位置とフランジ面の角度が一致
するように、差し金で合わせて１カ所仮付け溶接を行
う。 （８）差し金をフランジ面に当てて、差し金と配管上面
との距離を測定しながら、フランジ角度を調整し、残り
の２カ所を仮付け溶接する。 なお、差し金の代わりに水準器を使用する場合もある。

【０００６】上記の方法による配管組立方法では、 （１）フランジ溶接用定規や差し金、水準器などを使っ
て繰り返し測定しながらの作業になるため、作業時間が
かかる （２）フランジ面の向き及びボルト穴の位置合わせは、
差し金による目視あるいは水準器を使った測定のため、
作業者の技量により、精度のばらつきが生じる （３）長い寸法の配管はフランジ同士の相対的な位置を
合致させるのが困難 （４）２人以上の作業者が必要になる などの欠点がある。

【０００７】特開昭６１−１９８０１１号「管の型取り
方法」には、途中まで設置された配管の端末同士を接続
するための接続用配管を製作するにあたり、レーザ光源
とミラーを利用して位置決めを行う方法が示されてい
る。この方法は既設の配管端末を接続する際には利用で
きるが、新たに製作する配管の端部にフランジを溶接す
るような作業には適用することができない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、配管
の端部にフランジを溶接する作業が容易でかつ短時間で
済むような配管組立治具を提供することにある。本発明
の他の目的は、作業者の技量に左右されることなく精度
の高い溶接組立作業を可能にする配管組立治具を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による配管組立治
具は、配管の両端又は一端にフランジを溶接する作業に
利用することができる。この配管組立治具は、フランジ
を支持するためのフランジ固定板と、このフランジ固定
板に取り付けられるレーザユニットと、このフランジ固
定板の向きを調整するための角度調整機構と、この角度
調整機構を支持するための架台とを備える。各レーザユ
ニットはレーザ発光体とこのレーザ発光体をフランジ固
定板に垂直に位置決めするための光軸調整機構とを包含
しており、レーザ発光体からレーザ光が照射され、ター
ゲットにレーザ光を命中させるように調整することによ
り、フランジが配管に対し正確に位置決めされる。

【００１０】配管の両端にそれぞれフランジを溶接する
場合には、1 対の配管組立治具をそれぞれサブアッセン
ブリとして対向配置し、第１のサブアッセンブリ側のレ
ーザ発光体から第２のサブアッセンブリ側のターゲット
へとレーザ光を命中させることによりフランジを配管に
対して正確に位置決めする。

【００１１】かかる構成に基づき、本発明によれば、配
管の端部にフランジを溶接する作業が、従来のような複
雑で面倒な工程を要することがなく容易でかつ短時間で
済むことになる。また、本発明による治具を用いて作業
すれば、作業者の技量に左右されることなく精度の高い
溶接組立作業が可能になる。さらにまた、長い寸法の配
管であってもフランジ同士の相対的な位置を合致させる
のが容易になり、１人の作業者でもできるようになる等
の利点が得られることになる。

【００１２】フランジからそのボルト穴を通じてレーザ
光を照射するためには、中空ボルトを用いてレーザ発光
体とフランジを取り付け、この中空ボルトの中空部に照
射ターゲットを取り付けるようにすることが好ましい。

【００１３】配管が途中で屈曲しており、両端のフラン
ジが同一軸線上にない場合には、第１のサブアッセンブ
リと第２のサブアッセンブリとの間にレーザ光を屈曲さ
せるための定偏角プリズムを配置して、レーザ光をター
ゲットに命中させることにより、フランジを正確な角度
で位置決めすることができる。以下、本発明による好適
な実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

【００１４】

【発明の実施の形態】第１図、第２図は本発明による配
管組立治具２０の基本的な形態を表しており、フランジ
１１を保持するためのフランジ固定板２１が、架台１６
上の取付座１８に支持されている。架台１６はフリーベ
アリング１４によって床面上を自由に移動することがで
きる。

【００１５】フランジ固定板２１には、レーザ発光体を
内包するレーザユニット２２が取り付けられてレーザ光
が前方へと照射されるが、照射方向を調整するためにフ
ランジ固定板の向きを調整する角度調整機構２４が架台
１６上に設置されている。後述するように、レーザ光を
フランジ１１のボルト穴１３を通じて照射するために、
レーザユニット２２とフランジ１１は中空ボルト２６と
テーパナット２８によって保持される仕組みになってい
る。

【００１６】図２に示すように、フランジ固定板２１に
はレーザユニット２２を取り付けるための切欠きが開口
部２９として形成されており、フランジ１１に設けられ
たボルト穴１３を利用してレーザ光が照射される仕組み
になっている。

【００１７】図３はレーザユニット２２の構造を表して
おり、フランジ固定板２１に着座するためのユニットベ
ース３１と、レーザ発光体３０を収納するホルダー３２
と、間隔調整用のゴム板３３と、３個の光軸角度調整用
ねじ３４とで構成されている。ユニットベース３１の中
央には、図１に示した中空ボルト２６の先端を受け入れ
る雌ねじ３５が形成されている。図３Ｂに示すようにレ
ーザ発光体の光軸Ｒが直角軸Ｔからずれている場合は、
図３Ａに示すようにホルダー３２を回転させながら３個
の調整用ねじ３４を調整し、図３Ｃに示すように光軸を
直角軸に合致させることができる。

【００１８】図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、フランジ固定
板２１には図２に示したような開口部２９が形成されて
おり、開口部２９の中には中空ボルト２６のプレート２
７を収容するための段差部分３６が形成されている。ま
ず、ユニットベース３１の中心に形成された雌ねじ３５
に、中空ボルト２６の先端をねじ込んで、レーザユニッ
ト２２をフランジ固定板２１に固定する。開口部２９は
水平方向に延伸する長穴になっているので、左右方向の
適当な位置を選んで固定することができる。このとき、
中空ボルト２６に固定されたプレート２７が段差部分３
６に着座する。プレート２７は中空ボルト２６をねじ込
む際の押えとなる部分で、正面から見て円形、正方形、
六角形などに形成される。このようにして、レーザユニ
ット２２はフランジ固定板２１に直角に取り付けられ、
中央には中空ボルト２６が配置された状態になる。

【００１９】図４はフランジ固定板２１の向きを調整す
るための角度調整機構２４を表しており、フランジ固定
板を下から支持する取付座に、等間隔の３カ所にタップ
を立ててハンドルをねじ込み、ボールジョイントと調整
ねじを使って調整する。図４において、円形のハンドル
４０のシャフト部分４１が取付座１８の垂直板４２を貫
通してねじ込まれており、シャフト部分４１の先端に固
定されたボールジョイント４３が、フランジ固定板２１
に固定されたガイド４４とライナー４５の中で摺動する
ことにより、フランジ固定板２１の傾斜を吸収する。３
カ所のハンドル４０を左右に回転させることによってフ
ランジ固定板２１の向きを自由に調整することができ
る。

【００２０】図５は、レーザ発光体からフランジのボル
ト穴を通じて照射されるレーザ光を、相手側フランジの
ボルト穴に命中させることにより、フランジを配管に正
確に位置決めする工程を表している。配管の両側にフラ
ンジを取り付ける場合は、それぞれ図３に示したように
してレーザユニット２２がフランジ固定板２１に取り付
けられ、図４に示すようにしてフランジ固定板２１の角
度が大まかに調整され、レーザ照射を受けるターゲット
側の中空ボルト２６の中央孔３８に差し込み式のターゲ
ット４８が挿入される。ターゲット４８の挿入される部
分の外径は中央孔３８の内径と緩いはめあい関係で挿入
されるような寸法とし、ターゲット４８の頭部には十字
線を刻印することが好ましい。

【００２１】図５の状態で、照射側のレーザユニット２
２からターゲット側へとレーザ光を照射し、レーザ光の
中心がターゲット４８の十字線の中心に当たるように、
フランジ固定板２１の向きをさらに調整する。次に、タ
ーゲットを外して相手側の中空ボルト２６の中央孔３８
にターゲットを挿入し、今度は反対方向に向けてレーザ
光を照射し、ターゲットの中心に当たるように調整す
る。これら一連の調整を終えると、中空ボルトの中央孔
は同一線上に設定され、両側のフランジ固定板は正対す
るようになる。

【００２２】図６は、図５の状態で調整された各フラン
ジ固定板にフランジを取り付ける工程を表している。図
６Ｂにおいて、フランジ固定板２１から突出している中
空ボルト２６上にフランジ１１のボルト穴１３を通過さ
せ、フランジ１１をフランジ固定板２１に当接させた状
態で、中空ボルト２６上にテーパナット２８をねじ込
む。この状態で再度レーザ光を照射すれば、レーザ光は
相手側フランジの中空ボルトの中央孔に命中するはずで
あるが、調整過程でずれを生じていた場合は、図６の状
態で再度光軸の調整を行うこともできる。図６の状態で
両フランジは配管に対し正確に位置決めされたことにな
るので、配管とフランジとを仮溶接し、その後レーザユ
ニットなどを取り外した状態で本溶接作業を行う。

【００２３】

【実施例】図７は、本発明の配管組立治具を用いて直管
１０の両端にフランジ１１，１２を仮溶接する場合の作
業工程を表している。図２に示した例と異なり、本実施
例ではフランジを固定するために２個のボルトを利用し
ている。図７において、本発明による配管組立治具のサ
ブアッセンブリ５１，５２が、床上に置かれたＨ形鋼５
４に固定され、Ｈ形鋼に取り付けられた目盛りによって
所定の距離Ｌをあけて配置されている。

【００２４】最初に、治具ａ、治具ｂ各々のフランジ固
定板に対し、中空ボルトで光軸がフランジ固定板に垂直
になるように調整されたレーザユニットを取り付ける。
このとき、レーザ光が相手側のレーザユニットの中心
（ターゲット）に照射されるように、ターゲット側のレ
ーザユニットをフランジ固定板内の開口部２９内で移動
させる。あるいは、互いの調整ねじを使ってフランジ固
定板２１の向きを合わせる。これにより、１対のフラン
ジ固定板２１は正対し、同一線上にレーザユニットが配
置される。

【００２５】図８に示すように、各々のレーザユニット
を固定している中空ボルト２６に、フランジの第１のボ
ルト穴を通過させ、さらにフランジ固定板２１の開口部
２９に取り付けてある第２の固定用ボルト５５にフラン
ジの第２のボルト穴を通す。すなわち、１個のフランジ
１１を２個のボルトで固定する。

【００２６】次に、第２の固定用ボルト５５を水準器を
使って中空ボルト２６に対して水平になるように調整す
る。これにより、両フランジのボルト穴の位置が整合す
ることになる。次に、図８Ｂ及び図８Ｃに示すように、
２カ所のボルト穴にテーパナット２８を締め込んで、フ
ランジを固定板２１に固定する。ここで、配管１０をセ
ットして、両側のフランジに仮溶接すれば、フランジと
配管が正確に位置決めされたことになる。なお、別の作
業手順として、フランジをフランジ固定板に固定した後
で、固定板の向きを調整する作業を行うこともできる。

【００２７】図９は、曲がり配管の両端にフランジを取
り付ける場合の作業工程を表わしている。配管が途中で
屈曲しており、両端のフランジが同一軸線上にない場合
には、第１のサブアッセンブリと第２のサブアッセンブ
リとの間にレーザ光を屈曲させるための定偏角プリズム
６２を配置して、レーザ光をターゲットに命中させるこ
とにより所定の角度で位置決めすることができる。

【００２８】図９において、本発明による配管組立治具
のサブアッセンブリ５１，５２が、床上に置かれたＨ形
鋼６４，６５に固定され、Ｈ形鋼に取り付けられた目盛
りによって所定のピッチＳをあけて配置されている。各
治具に対しフランジ固定板を取り付けてフランジを位置
決めする一連の工程は、図７及び図８を参照した工程と
全く同様である。定偏角プリズム６２はレーザ光の光軸
の向きを変えるだけであり、必要に応じて高さや角度の
微調整が行えるようにスタンド６３上に支持されてい
る。

【００２９】図１０は、配管の両端の径が異なる異径配
管７０の両端にフランジを溶接する作業に本発明による
配管組立治具を用いる例を表している。図１０におい
て、サブアッセンブリ５１，５２を所定の間隔でセット
し、フランジ固定板２１上に異径配管専用のプレート７
２を取り付ける。異径配管には、軸線が同心の場合と、
偏心（オフセット）している場合とがあるので、図１１
に示すようにプレート７２に同心の場合のボルト穴７４
と偏心の場合のボルト穴７６とを複数形成しておき、対
象とするフランジ７８に合わせてボルト穴を選定し、位
置決め作業を行うようにする。

【００３０】図１２は、配管８０の片側にだけフランジ
を溶接する作業に本発明による配管組立治具２０を用い
る例を表している。図１２Ａ，図１２Ｂにおいて、ター
ゲット支持台８１上にレーザ光の照射ターゲットとなる
ターゲット板８２が垂直方向及び水平方向に移動可能に
支持され、さらにターゲット板８２には配管の径に合わ
せた複数の十字線８３が刻印されている。配管８０の径
が決められると、ターゲット板８２が上下左右に調整さ
れて目標とすべき十字線８３が選定される。フランジ固
定板２１の向きが調整されて、レーザユニットからレー
ザ光が目標とする十字線に命中するように照射され、フ
ランジが位置決めされて配管端部に仮溶接される。

【００３１】図１３は、途中で２回屈曲している曲がり
配管９０の両端にフランジを取り付ける場合の作業工程
を表わしている。配管が途中で２回屈曲しており、両端
のフランジが同一軸線上にない場合には、第１のフラン
ジと第２のフランジとの間にレーザ光を屈曲させるため
の定偏角プリズム６２を２個配置して、所定の角度で位
置決めすることができる。作業工程は、図９を参照しな
がら説明した場合と同様である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明によれ
ば、配管の端部にフランジを溶接する作業が容易でかつ
短時間で済むことになり、作業者の技量に左右されるこ
となく精度の高い溶接組立作業が可能になり、長い寸法
の配管であってもフランジ同士の相対的な位置を合致さ
せるのが容易となり、１人の作業者でもできるようにな
る等の利点が得られ、その技術的効果には極めて顕著な
ものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による配管組立治具の側面図である。

【図２】本発明による配管組立治具の正面図である。

【図３】レーザユニットの正面図Ａ及び側断面図Ｂ，Ｃ
である。

【図４】フランジ固定板の角度調整機構を表す斜視図Ａ
及び水平断面図Ｂである。

【図５】レーザ照射のターゲットを表す側断面図であ
る。

【図６】フランジの固定状態を表す正面図Ａ及び側断面
図Ｂである。

【図７】１対のサブアッセンブリを用いた作業工程を表
す斜視図である。

【図８】フランジの固定状態を表す正面図Ａ及び側断面
図Ｂ，Ｃである。

【図９】曲がり管に対し配管組立治具を用いた作業工程
を表す斜視図である。

【図１０】異径配管に対し配管組立治具を用いた作業工
程を表す斜視図である。

【図１１】異径配管専用プレートを表す正面図である。

【図１２】直管の片側にだけ組立治具を用いた例を表す
側面図Ａ及び正面図Ｂである。

【図１３】２回屈曲した曲がり管に対する作業工程を表
す斜視図である。

【符号の説明】

１０ 配管 １１，１２ フランジ １３ ボルト穴 １６ 架台 ２０ 配管組立治具 ２１ フランジ固定板 ２２ レーザユニット ２４ 角度調整機構 ２６ 中空ボルト ２８ テーパナット ２９ 開口部 ３０ レーザ発光体 ３１ ユニットベース ３３ ゴム板 ３４ 調整用ねじ ３８ 中央孔 ４０ ハンドル ４３ ボールジョイント ４８ ターゲット ５１，５２ サブアッセンブリ ６２ 定偏角プリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 洋喜 茨城県つくば市和台41番地 新菱冷熱工業 株式会社中央研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直管又は曲がり管等の配管の端部に、フ
   ランジを所定の角度で正確に取り付けるための配管組立
   治具であって、 配管の端部に取り付けるフランジを支持するためのフラ
   ンジ固定板と、 前記フランジ固定板に取り付けられるレーザユニット
   と、 前記フランジ固定板の向きを調整するための角度調整機
   構と、 この角度調整機構を支持するための架台とを備え、 前記レーザユニットはレーザ発光体とこのレーザ発光体
   を前記フランジ固定板に垂直に位置決めするための光軸
   調整機構とを包含しており、 前記レーザ発光体から照射されるレーザ光をターゲット
   に命中させることによりフランジを配管に正確に位置決
   めすることを特徴とするレーザ光を用いた配管組立治
   具。
2. 【請求項２】 直管又は曲がり管等の配管の両端にそれ
   ぞれフランジを所定の角度で正確に取り付けるための配
   管組立治具であって、対向配置された１対のサブアッセ
   ンブリから成り、各サブアッセンブリは、 配管の端部に取り付けるフランジを支持するためのフラ
   ンジ固定板と、 前記フランジ固定板に取り付けられるレーザユニット
   と、 前記フランジ固定板の向きを調整するための角度調整機
   構と、 この角度調整機構を支持するための架台とを備え、 前記レーザユニットはレーザ発光体とこのレーザ発光体
   を前記フランジ固定板に垂直に位置決めするための光軸
   調整機構とを包含しており、 第１のサブアッセンブリのレーザ発光体から照射される
   レーザ光を第２のサブアッセンブリ上のターゲットに命
   中させることにより、それぞれのフランジを配管に正確
   に位置決めすることを特徴とするレーザ光を用いた配管
   組立治具。
3. 【請求項３】 前記フランジ固定板に対し、中空ボルト
   を用いてレーザ発光体とフランジを取り付け、この中空
   ボルトの中央孔に照射ターゲットを取り付けるようにな
   っている請求項２記載の配管組立治具。
4. 【請求項４】 第１のサブアッセンブリと第２のサブア
   ッセンブリとの間にレーザ光の光軸を屈曲させる定偏角
   プリズムが配置されている請求項２記載の配管組立治
   具。