JPH1158075A - パイプインナークランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 裏当金に欠落部分がなく、動きが滑らかで、
状況に合わせて微妙なコントロールを行うことのできる
パイプインナークランプ装置を提供する。 【解決手段】 パイプインナークランプ装置１は、二本
のパイプ３、７を内側から固定する装置である。同装置
１は、主フレーム１１と、その後部を既設パイプ３の内
面に固定する後部クランプ２０を有する。また、主フレ
ーム１１に対して揺動可能に連結された揺動部材４３
と、パイプの突き合せ端部内面に押し付け可能な複数の
主クランプパッド５１を有する。さらに、主クランプパ
ッドの分割部を埋めるコッター１３１と、端面合わせ用
のスペーサ１５１を有する。各手段を駆動するアクチュ
エータが全て電動である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプライン工事
等におけるパイプの継ぎ溶接の際に、溶接する二本のパ
イプの端部を突き合わせてパイプの内側から固定するた
めのパイプインナークランプ装置に関する。特には、両
パイプの芯合せ及び管端間の間隔（ルートギャップ）設
定を、管端面全周にわたって均一適正に行いやすく、か
つそのための労力を低減することのできるパイプインナ
ークランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスや石油などを輸送するためのパイプ
ラインを引く際には、パイプ（一般的には鋼製）を次々
に溶接して接続していく。この際、パイプの接続部にお
いて、溶接する二本のパイプ端面を適正に位置合せ（芯
出し）してしっかりと固定することが、溶接作業の品質
管理上必要とされる。そのために用いられるのがパイプ
インナークランプ装置である。

【０００３】インナークランプ装置の本体はパイプ内面
に挿入される。そして、何らかのクランプ機構を用い、
突き合わされた二本のパイプの管端近傍の内面に円弧状
のクランプパッドを押し当てることにより、両パイプの
軸芯を合わせるとともに両パイプを強固に固定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の一般的なクラン
プ装置にあっては次のような問題点があった。 クランプパッド作動時に、インナークランプ装置が
パイプに対してずれることがあった。 ルートギャップ設定時にスペーサ（厚み基準板）を
人手で両パイプ端面間に３ヵ所以上差し込んでいたた
め、人手がかかっていた。 カーブ区間のパイプラインにおいては、接続する二
本のパイプの軸芯がやや傾く（〜３．０度）ことがあ
る。そのような場合に、クランプパッドの動きの自由度
がないと、クランプパッドの押し当てが不均一となる場
合もあった。 特に大径のパイプの場合、インナークランプ装置及
びパイプの重量も重くなるので、パイプ芯出し・ギャッ
プ設定及びパイプ固定の諸作業をできるだけ機械化する
必要があった。

【０００５】 分割式複数クランプパッド方式の場
合、クランプパッド間の隙間に裏当金の欠落部分が生
じ、その部分で溶接欠陥が起る危険性が増していた。 従来のパイプインナークランプ装置は油圧駆動であ
ったため、作動に滑らかさが欠け、押し付け力や各機器
の作動タイミングを適宜、微妙にコントロールすること
に限界があった。特に、コンピュータＮＣとの相性が悪
かった。

【０００６】本発明は、パイプの芯合せや管端間の間隔
（ルートギャップ）設定を、管端面全周にわたって均一
適正に行いやすく、かつそのための労力を低減すること
のできるパイプインナークランプ装置を提供することを
目的とする。また、裏当金に欠落部分がなく、動きが滑
らかで、状況に合わせて微妙なコントロールを行うこと
のできるパイプインナークランプ装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のパイプインナークランプ装置は、 端部に
おいて突き合わされる二本のパイプを、該パイプの内側
から固定するパイプインナークランプ装置であって；
該二本のパイプのうちの一方のパイプ（既設パイプ）内
にその後部が挿入可能であり、他方のパイプ（継ぎパイ
プ）内にその前部が挿入可能な主フレームと、 この主
フレーム後部を既設パイプの内面に固定する手段（後部
クランプ）と、 既設パイプ端面部において、主フレー
ムに対して揺動可能に連結された揺動部材と、 この揺
動部材の外周部に円周方向に分割されて設けられた、該
二本のパイプの突き合せ端部内面に押し付け可能な複数
の主クランプパッドと、 この複数の主クランプパッド
の分割部を埋めるコッターと、 上記二本のパイプの両
端面間に突き出すとともに、該端面間から内径側に引き
込むことの可能な、円周方向に分散して主クランプパッ
ド又はコッター部に設けられた複数のスペーサと、 上
記揺動部材を上記主フレームに寄せることにより、上記
各スペーサを既設パイプ端面に当接させる手段（端面合
せ手段）と、を具備することを特徴とする。

【０００８】インナークランプ装置本体を既設パイプに
対して固定するための手段（後部クランプ）を設けたの
で、主クランプパッドを同端部内面に押し付ける際にイ
ンナークランプ装置がパイプに対してずれるようなこと
がなくなる。また、ルートギャップ設定用のスペーサを
機械化してインナークランプ装置に組み込み、さらにそ
のスペーサを一方のパイプ（一般的には既設側のパイ
プ）の端面に当接させる手段をも設けた。そのため、ギ
ャップ設定にかかる手間は大幅に低減された。さらに、
主クランプパッドの分割部を埋めるコッターを設けたの
で、裏当金の欠落部分がなくなり、溶接欠陥の発生を防
止できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のパイプインナークランプ
装置においては、上記各手段を駆動するアクチュエータ
が全て電動であることが好ましい。電動（サーボモータ
駆動等）とすることにより、スピードや停止位置を自由
にコントロールすることもできるため、滑らかな再現性
の高い作動が得られる。また、コンピュータコントロー
ルＮＣと組み合わせて、クランプ押し付け力や各機器の
作動タイミングを適宜、微妙にコントロールすることが
できる。

【００１０】本発明においては、さらに、パイプ長手方
向に上記パイプインナークランプ装置を走行させるため
の駆動輪を具備することが好ましい。従来のパイプイン
ナークランプ装置では、溶接終了後に装置を次の溶接箇
所まで移動させる際に、装置をチェーンブロック等に引
っ張っていたため手間がかかっていたが、この場合は、
スイッチによる指令だけでパイプインナークランプ装置
が次の溶接点に移動できるので省力化できる。

【００１１】本発明においては、 上記主フレームが、
その中心部に、上記一方のパイプの軸面方向に延びる中
心軸を有し、 この中心軸には、球面軸受内輪が軸方向
摺動自在に外嵌されており、 この内輪には、球面軸受
外輪が球面摺動自在に外嵌されており、 上記揺動部材
が、該外輪に固定されて、該球面軸受中心回りに首振り
自在に取り付けられていることが好ましい。パイプライ
ンの曲りにより、既設パイプと継ぎパイプの間には軸の
傾きが生じる場合があるが、このような場合にも主クラ
ンプフランジがスムーズに揺動して、端面合せ作業をス
ムーズに行うことができる。

【００１２】本発明においては、上記クランプパッドを
パイプ内面に押し付ける手段として、 クランプパッド
を径方向突き出し・引き込み自在に案内する手段と、
クランプパッドを径方向に押動するためのテーパ面を有
する、パイプ軸方向に移動可能なウェッジと、 このウ
ェッジのテーパ面と摺動するテーパ面を有し、クランプ
パッドと連結されたクランプブロックと、 ウェッジを
軸方向に駆動する電動のネジ機構と、 を具備すること
が好ましい。ネジ機構やウェッジの増力効果により、小
さいスペースで強力なクランプ力を得ることができる。

【００１３】本発明においては、上記コッターに、径方
向に貫通するスリットが設けられており、上記スペーサ
が該スリット内を摺動して出入りすることが好ましい。
コッターとスペーサとを狭い空間に適切に配置すること
ができる。

【００１４】本発明においては、 上記インナークラン
プ装置が、上記コッターをパイプ軸方向に駆動する手段
を有し、 上記コッターの外表面に裏波溝が形成されて
いるとともに、上記スリットが該裏波溝から平行にずれ
た位置に形成されており、端面合せ時には、スリットが
両パイプ端面中心線上に位置し、 端面合せ終了後のク
ランプ時には、裏波溝が両パイプ端面中心線上に位置す
ることが好ましい。スリットを溶接線からずらして、裏
波溝が溶接線上に来てから溶接を行うことができるた
め、溶接品質を向上させることができる。

【００１５】本発明においては、 上記後部クランプが
上記クランプパッドをパイプ内面に押し付ける手段とし
て、 クランプパッドを径方向突き出し・引き込み自在
に案内する手段と、 クランプパッドを径方向に押動す
るためのテーパ面を有する、パイプ軸方向に移動可能な
ウェッジと、 このウェッジのテーパ面と摺動するテー
パ面を有し、クランプパッドと連結されたクランプブロ
ックと、 ウェッジを軸方向に駆動する電動のネジ機構
と、 を具備することが好ましい。後部クランプについ
ても、ネジ機構やウェッジの増力効果により強力なクラ
ンプ力を期待できる。

【００１６】本発明においては、上記インナークランプ
装置が、上記主クランプパッド及びコッターを同一の駆
動モータ及び増力機構を介してパイプ径方向に駆動する
ことが好ましい。主クランプパッド用とコッター用に別
個の径方向駆動手段を設けるよりも、機構が簡単とな
る。また、主クランプパッドとコッターとの段差も無く
すことができる。

【００１７】本発明においては、 主クランプパッド駆
動ウェッジに第２のテーパ面が形成されており、 上記
コッターの内径側にはコッタブロックが連結されてお
り、このコッタブロックには上記第２のテーパ面と係合
する係合部が設けられており、 上記ウェッジのパイプ
軸方向移動に連れて、コッターがパイプ径方向に駆動さ
れることが好ましい。機器配置を合理的に行うことがで
き、確実な作動を得られる。

【００１８】本発明においては、上記主クランプがクラ
ンプ力を２段階に切替え可能であり、 まず相対的に弱
い力でパイプをクランプし、次に、スペーサを引き込む
とともにコッターを複数の主クランプパッド間に挿入
し、その後に主クランプが強い力でパイプをクランプす
ることが好ましい。主クランプで強力にクランプした後
は、スペーサやコッターの動作が円滑さを欠くおそれが
ある。特に上記インナークランプ装置が、上記主クラン
プパッド及びコッターを同一の駆動モータ及び増力機構
を介してパイプ径方向に駆動する場合は、コッターが強
くパイプ内面に押し当てられた後では、コッターをパイ
プの軸方向に動かすとコッター外周面が面粗れするおそ
れもある。

【００１９】本発明においては、上記インナークランプ
装置の外形が、３ＤＲの９０°エルボ管をも通過可能な
Ｒ形状を有することが好ましい。エルボ中をもパイプイ
ンナークランプ装置を移動させることができるので、エ
ルボとパイプとの溶接部のクランプを行うこともでき
る。

【００２０】本発明においては、上記主クランプパッド
及びコッターがタフピッチ銅製であることが好ましい。
主クランプパッドとコッターは裏当金も兼ねることとな
るため、両者を、熱伝導率及び強度の高いタフピッチ銅
製とすることにより、水冷を行わなくとも、良好な裏波
形成及び高クランプ力を実現できる。

【００２１】本発明においては、上記後部クランプのパ
ッドの外周面にプラスチック層が被覆されていることが
好ましい。後部クランプパッド表面にポリウレタン焼き
付け等を行うことにより、パッドをパイプ内面に押し当
てた際の傷発生を防止できる。

【００２２】本発明においては、上記インナークランプ
装置を走行用走行させるための車輪がパイプ軸方向に２
列設けられていることが好ましい。装置移動時における
揺れ（ピッチング）を防止することができる。

【００２３】本発明においては、上記車輪の外表面がプ
ラスチックからなることが好ましい。パイプ内面におけ
る傷の発生を防止することができる。

【００２４】本発明においては、上記ネジ機構が、上記
主フレームの中心軸の外周を取り囲むように配置されて
いることが好ましい。狭いスペース内で大径のネジを装
備することができ、クランプ力を強くすることができ
る。

【００２５】以下、図面を参照しつつ具体的に説明す
る。図１は、本発明の１実施例に係るパイプインナーク
ランプ装置の概念的な構成を示す図である。図２及び図
３は、図１のパイプインナークランプ装置の動作（Ａ→
Ｈ）を概念的に示す模式図である。図２、図３（Ａ）〜
（Ｆ）においては、本実施例のパイプインナークランプ
装置１と既設パイプ３とが示されている。図１及び図３
（Ｇ）、（Ｈ）においては、さらに、左側の既設パイプ
３の右側に、継ぎパイプ７が、管端面同士を突き合わさ
れている。既設パイプ３は、既にパイプラインの一端に
敷設されているパイプである。継ぎパイプ７は、既設パ
イプ３の先（右側）に、これから溶接接続されるパイプ
である。

【００２６】パイプラインがカーブする部位において
は、既設パイプ３と継ぎパイプ７とは、それらの軸芯が
少し傾いて接続される。この傾きは、両パイプ３、７端
面を各パイプ軸芯に対して少しずつ傾斜させることによ
り吸収される。パイプ端面には、開先スロープ３−１、
７−１と、切り立った面であるルート面３−２、７−２
からなるＶ字開先が加工されている。この開先部は、イ
ンナークランプ装置でパイプを固定した後に、図３
（Ｈ）に示されているように、溶接機ヘッド５の溶接ト
ーチ５−１によって溶接される。なお、ヘッド５は既設
パイプ３外周に巻かれたガイドレール６上を円周方向に
走行する。

【００２７】本実施例のインナークランプ装置１の概要
について図１を参照しつつ説明する。このパイプインナ
ークランプ装置１は、中心軸１３と主フレームフランジ
１５を中心として構成される主フレーム１１を有する。
この主フレーム１１は、後部クランプ２０によって既設
パイプ３内に固定されるとともに、後部クランプ２０を
開放して駆動ローラー２５を駆動すれば、パイプ内を走
行可能である。中心軸１３の中央部には、球面軸受４０
を介して主クランプ装置５０及びコッタ装置１３０、ス
ペーサ装置１５０が設けられている。また、球面軸受４
０の外輪４３と中心軸１３の前部フランジ４７間には端
面合せアクチュエータ３１が設けられている。

【００２８】以下、各装置について説明する。 （１）主クランプ５０：インナークランプ装置１の前端
（図の右側）から１／３くらいのところの外周に、ほぼ
全周にわたって存在する。なお、本明細書中では、図１
の右側（継ぎパイプ７側）を前、左側（既設パイプ３
側）を後ろという。この主クランプ５０は、接続される
二本のパイプの突き合せ部内面に押し付けられて、両パ
イプの芯出し・固定を行うものであり、本インナークラ
ンプ装置の最も重要な動作部である。図５に詳細に示さ
れているように、本実施例の装置の主クランプパッド５
１は、円周方向に３分割されており、それらの間の隙間
を除いて全円周上に存在する。この主クランプパッド５
１は、主クランプアクチュエータ５２（詳細は後述）に
よって半径方向に駆動される。この主クランプ装置５０
は、球面軸受４０によって、中心軸１３に対して揺動及
び摺動可能に連結されている。

【００２９】（２）後部クランプ２０：インナークラン
プ装置１の主フレームフランジ１５の外周に、全周上約
１２０°振り分けで３カ所設けられている（図６参
照）。この後部クランプ２０は、後部クランプアクチュ
エータ２１で後部クランプパッド２３を半径方向に駆動
する。後部クランプパッド２３を外方向に突き出してパ
イプ３の内面に押し当てると、インナークランプ装置１
の主フレーム１１が既設パイプ３に対して固定される。

【００３０】（３）駆動輪２５：後部クランプ２０の後
ろ寄り下面に、主フレームフランジ１５に接続されて、
周方向に２列（図６参照）設けられている。この駆動輪
２５は、電動アクチュエータ２６によって駆動される。
この駆動輪２５が回転するとインナークランプ装置１
は、パイプ内を図の左右に動く。インナークランプ装置
が大形化すると（本実施例は６００Ａパイプ用、自重３
００kg）、人手によるインナークランプ装置の左右移動
（引き出し、押し込み）が面倒になるので、電動となっ
ている。また、この駆動輪２５による速度は可変（０．
５〜１．５ｍ/min）であり、クランプ作業終了後に次の
クランプ場所（パイプ１本分１２ｍ右）に移動する場合
も、短時間に移動できる。なお、後部クランプ２０の前
側下面にあるのは従動輪２８である。この従動輪２８は
アイドルローラである。また、主フレームフランジ１５
の上部に示されているガイドローラ２９は、実際は図６
に示すように両脇に付いている。

【００３１】（４）コッター装置１３０（コッターパッ
ド１３１）：従動輪２６の前側外面に、全周上約１２０
°振り分けで３カ所設けられている（図５参照）。この
コッター装置１３０は、コッターパッド１３１を、円周
方向に３個に分割されている主クランプパッド５１の周
方向隙間（図５参照）に差し込むものである。コッター
パッド１３１の外面（図８参照）が溶接時の全周裏当金
の一部となる。このコッター装置１３０は、次に述べる
スペーサ装置１５０とともに、前後及び半径方向に移動
可能であり、その役目を果すときのみ、主クランプパッ
ド５１と並んだ（同じ前後方向）位置に来る。すなわ
ち、中心軸１３に対して揺動・摺動可能な球面軸受外輪
４３に対してアクチュエータ５２′（主クランプアクチ
ュエータ５２とほぼ兼用）によって半径方向に可動であ
り、コッターアクチュエータ１３２によって前後方向に
可動である。

【００３２】（５）スペーサ装置１５０（スペーサ１５
１）：コッター装置１３０のコッターパッド１３１内
に、全周上約１２０°振り分けで３カ所設けられている
（図５参照）。このスペーサ装置１５０のスペーサ１５
１は、スペーサアクチュエータ１５２によって駆動さ
れ、既設パイプ３端面ルート部３−２と継ぎパイプ７端
面ルート部７−２との間に差し込まれて、溶接開先のル
ートギャップ設定に供せられる。

【００３３】（６）端面合せアクチュエータ３１：端面
合せアクチュエータ３１は、中心軸１３から立設された
前部フランジ４７と球面軸受外輪４３との間で突っ張っ
て、スペーサ１５１を既設パイプ３の端面に押し付ける
ものであり、円周上３カ所に別個独立に配置されてい
る。パイプラインの湾曲部ではパイプの軸芯とパイプ端
面とが直角でない所もあるが、中心軸１３の傾きに関係
なく、この端面合せアクチュエータ３１の作用によって
円周上３カ所のスペーサ１５１を全て既設パイプ３の端
面に当てることができる。

【００３４】次に、図１の実施例のパイプインナークラ
ンプ装置の動作について図２及び図３を参照しつつ説明
する。図２（Ａ）では、クランプ装置１は前回のクラン
プ位置におけるクランプ作業を終えて、既設パイプ３内
を駆動ローラー２５により走行しつつ右に移動中であ
る。すなわち、既設パイプ３の左側の既設パイプ３´と
既設パイプ３との端部間内面（溶接ビード２の内側）
を、主クランプパッド５１でクランプした後、クランプ
パッド５１は溶接ビード２の初層溶接の裏当金の役目を
果し、その後クランプを解除する。そして、装置１は次
のクランプ作業位置に移動している。このとき、主クラ
ンプ５０や後部クランプ２０、コッター装置１３０、ス
ペーサ装置１５０は全て内径側に引き込まれている。

【００３５】図２（Ｂ）に進んで、インナークランプ装
置１は、既設パイプ３の右端部まで来たところである。
既設パイプ３の端面の外側近傍（約５mmの位置）に、主
クランプパッド５１の中心線やスペーサ１５１が来るよ
うに、インナークランプ装置１の前後位置合せを行う。
このときの主クランプパッド５１及びコッターパッド１
３１の外周面とパイプ３内面との隙間Ｃ₁ は約５mmであ
る。

【００３６】図２（Ｃ）に進んで、主クランプパッド５
１が外側に少し開いて、パッド外面とパイプ内面との隙
間がＣ₂ ＝１．２mm程度になる。このように隙間を詰め
るのはスペーサを突出させた時、既設パイプ３の内径よ
り外に出るようにしたいためである。次に、スペーサ１
５１を外径方向に突出させる。

【００３７】図２（Ｄ）に進んで、駆動輪２５を駆動し
て、インナークランプ装置１を既設パイプ３の奥方向に
後退させる。これにより、インナークランプ装置１は、
円周方向３カ所あるスペーサ１５１のうちの少なくとも
一つが既設パイプ３のルート部３−２に接するまで動い
て停止する。なお、このときには、３個のスペーサ１５
１全てがルート部３−２に接している保障はない。既設
パイプ３端面のパイプ軸芯に対する傾きやインナークラ
ンプ装置１自身の傾きがあるからである。

【００３８】図３（Ｅ）に進んで、後部クランプが作動
してパッド２３をパイプ３の内面に押しつけ、インナー
クランプ装置１の本体が既設パイプ３内面に固定され
る。なお、この時インナークランプ装置１の姿勢が変っ
て（傾いて）スペーサ１５１とパイプ端面（ルート部３
−２）との間が少し開くようなこともある。

【００３９】図３（Ｆ）に進んで、端面合せアクチュエ
ータ３１を用いて、スペーサ１５１を、既設パイプ３に
固定されている主フレームフランジ１５側に寄せる。端
面合せシリンダ３１は、円周方向に３カ所設けられてお
り、全てのスペーサ１５１が既設パイプ３端面に接する
までスペーサ１５１を奥側に移動させる。このとき、主
フレーム１１とスペーサ１５１間には、揺動・摺動可能
な球面軸受４０が存在するので、スペーサ１５１は既設
パイプ３端面に倣うように押し付けられ、３か所のスペ
ーサ１５１がすべて既設パイプ３端面ルート部３−２に
当接する。

【００４０】図３（Ｇ）に進んで、継ぎパイプ７をセッ
トした状態である。すなわち、継ぎパイプ７の左端部内
面をクランプパッド５１の外周部右側にはめ込んであ
る。そして、継ぎパイプ７端面ルート部７−２がスペー
サ１５１の右側面に当接している。このような作業は人
手で行う。

【００４１】図３（Ｈ）に進んで、継ぎパイプ７をセッ
トし終ったら、クランプパッド５１及びコッターパッド
１３１を外側に突き出して、既設パイプ３及び継ぎパイ
プ７の端部内面に押し付ける。この時の押し付け力は全
力（一例１８０トン）の１／２以下程度とする。これに
よって、両パイプ３と７が、その軸芯が合い、かつルー
トギャップが正規寸法となった状態で固定される。次
に、スペーサ１５１を内側に引き込む。このとき、クラ
ンプパッド５１はパイプ３、７の内面に押し付けたまま
である。続いて、コッターパッド１３１を主クランプパ
ッド５１相互の円周隙間（図８参照）に進出させる。こ
のコッターパッド１３１によって主クランプパッド５１
の円周方向隙間が埋められ、全円周にわたって隙間のな
い裏当金が完成する。次に、主クランプパッド５１（コ
ッターパッド１３１含む）の押し付け力をフルにまで上
げて最終クランプする。

【００４２】その後、溶接ヘッド５、トーチ５−１を用
いてパイプ外面から突き合せ溶接を行い、両パイプ３、
７を接続する。初層溶接が終わって、裏当の必要がなく
なったら、クランプパッド５１やコッタパッド１３１、
及び後部クランプ２３を内側に引き込み、インナークラ
ンプ装置１をフリーにして、次の作業地点（継ぎパイプ
７の右側端部）へとインナークランプ装置１を移動させ
る。以下、同様な作業・動作を繰り返していく。

【００４３】具体的なインナークランプ装置の構造につ
いて説明する。図４は、図１、図２及び図３に概念的に
示されているインナークランプ装置の内部構造例を具体
的に示す側面断面図である。図５は、図４のインナーク
ランプ装置のクランプパッド部を示す正面断面図であ
る。なお、この実施例のインナークランプ装置は、６０
０Ａパイプ（外径６０９．６mm×厚さ１５．０mm）用の
ものである。

【００４４】図４においても、左側の既設パイプ３と右
側の継ぎパイプ７が、図の中央部において、管端面同士
を突き合わされている。パイプ端面にはＶ字開先が加工
されている。この開先部は、インナークランプ装置でパ
イプを固定した後に、自動溶接機を用いて溶接される。

【００４５】パイプインナークランプ装置１は、既設パ
イプ３内にその主要部が位置している。クランプ装置１
は、大きく分けて、左側の主フレームフランジ１５周り
と、右側の球面軸受４０や主クランプ部フランジ４４周
りに分れる。中心軸１３や主フレームフランジ１５は、
後部クランプ２０によって既設パイプ３内に固定され
る。主クランプ部フランジ４４周りの部品は、中心軸１
３に対して、球面軸受４０で揺動かつ摺動可能に連結さ
れている。主クランプ部フランジ４４は、端面合せアク
チュエータ３１によって、主フレームフランジ１５方向
に（既設パイプ３の奥方向に）、スペーサ１５１（円周
方向３か所）の左側面が既設パイプ３端面に当接するま
で、引き付けられる。

【００４６】クランプ装置１は、その中心部に、既設パ
イプ３の軸方向に延びる中心軸１３を有する。この中心
軸１３は中空の部材であり、その中央右側外面に、球面
軸受４０がはめ込まれている。中心軸１３の左端には、
板状の主フレームフランジ１５が径方向に広がるように
設けられている。フランジ１５からは、右方向に屈折す
る板状の構造体（リブ１８、ブラケット等）が接続され
て延びている。この構造体の一つである、図３の下部に
示すフランジ１５のすぐ右隣のリブ１８には、駆動輪２
５駆動用のサーボモータ２６−１等が取り付けられてい
る。またリブ１８の右端に径方向に広がるブラケット１
９には、後部クランプ２０が取り付けられている。

【００４７】この後部クランプ２０は、電動のアクチュ
エータ２１によってクランプパッド２３（外面ポリウレ
タン焼付け）を既設パイプ３の内面に押し付け、装置の
主フレームを既設パイプ３内面に固定するものである。
同後部クランプ２０は、周方向に３台振り分けて配置さ
れている。後部クランプの駆動アクチュエータは、サー
ボモータ２１−１、モータ軸回転を落とす減速機２１−
２（ハーモニックドライブプラス１段歯車）、減速機２
１−２の出力で回転するネジ軸２１−３、ネジ軸２１−
３によって前後方向（パイプ軸方向）に駆動されるウェ
ッジ２１−４からなる。後部クランプパッド２３は、図
示せぬガイドによりブラケット１９に対して半径方向摺
動可能に案内されており、ウェッジ２１−４の動きに応
じて、半径方向に出入りする。クランプ力は１台当り１
トンで全体で３トンである。

【００４８】図６は、図４のインナークランプ装置１の
中央部の構造を示す正面断面図である。この図は、後部
クランプ２０や駆動輪２５、ガイドローラ２９の周方向
の配置を示す。駆動輪２５は、下方に２個配置されてい
る。ガイドローラ２９は、両横に２個配置されている。
駆動輪２５や従動輪２８の配置は、パイプラインのアー
ルがパイプ径の３倍までのカーブに対応できるように考
慮されている。

【００４９】再び図３に戻って説明する。主フレームの
中心軸１３には、球面軸受内輪４１が軸方向摺動自在に
外嵌されており、この内輪４１には、球面軸受外輪４３
が球面摺動自在に外嵌されている。主クランプ部フラン
ジ４４等の外輪４３に接続されている部品は、該球面軸
受４０中心回りに首振り自在に取り付けられている。

【００５０】本実施例のインナークランプ装置は、クラ
ンプパッド５１をパイプ内面に押し付ける手段として、
クランプパッド５１を径方向突き出し・引き込み自在に
案内する手段（主クランプ部フランジ４４）と、クラン
プパッド５１を径方向に押動するためのテーパ面を有す
る、パイプ軸方向に移動可能なウェッジ１１７と、この
ウェッジ１１７のテーパ面と摺動するテーパ面を有し、
クランプパッド５１と連結された主クランプブロック５
５と、ウェッジ１１７を軸方向に駆動するアクチュエー
タ（主クランプナット１１３や主クランプネジ軸１１１
等）を有する。

【００５１】すなわち、球面軸受外輪４３の右端面に
は、主クランプ部フランジ４４が接続されている。主ク
ランプ部フランジ４４は、外方向に広がりフランジ外縁
部４９に至っている。この主クランプ部フランジ４４の
左側であって、球面軸受外輪４３の外側の空間に、主ク
ランプパッド５１の駆動機構が配置されている。

【００５２】具体的には、球面軸受外輪４３の外側（図
４上部）には、摺動板１２１（オイルレスメタル）が貼
られている。摺動板１２１上は、ウェッジ１１７が左右
に移動する。ウェッジ１１７上には、摺動板１１９（ウ
ェッジ１１７に貼られている）を介して主クランプブロ
ック５５が存在する。この主クランプブロック５５は、
主クランプ部フランジ４４に、径方向摺動自在に案内さ
れる。主クランプブロック５５の底面（径方向中心側の
面）はウェッジ１１７と接しており、ウェッジ１１７の
左右動に応じて径方向外側（突き出し）、内側（引き込
み）に駆動される。

【００５３】なお、主クランプブロック５５は、図５及
び図７に示すように、コッタパッド１３１、コッタブロ
ック１３２、スペーサハウジング１３３−６を介して径
方向中心側に向けて、コッタスプリング１３０−１によ
って付勢されている。なお、コッタスプリング１３０−
１の外側端は、押えプレート１３０−２によって押さえ
られている。

【００５４】主クランプウェッジ１１７の駆動メカニズ
ムについて説明する。インナークランプ装置１の後端
（図４の左端）部には、主クランプ駆動用のサーボモー
タ９７が配置されている。モータ９７には、その軸回転
数を数十分の１以下（一例１／３３）に落とすための減
速機９９（いわゆるハーモニックドライブ減速機）が接
続されている。この減速機９９からは、出力軸であるピ
ニオン軸１０１が図の右方向に出ている。このピニオン
軸１０１のピニオン１０１は、半径方向に配置された２
段のギヤ１０５、１０７と螺合して回転が減速される。
ギヤ１０７の軸１０９の右端には、ピニオン１１０が形
成されており、このピニオン１１０は、主クランプネジ
軸１１１の左端外周のギヤ１１１ａと螺合している。し
たがって、減速機９９出側のピニオン軸１１０の回転
は、さらに約１／１０に減速されて主クランプネジ軸１
１１に伝えられる。

【００５５】主クランプネジ軸１１１は、球面軸受外輪
４３の左側に接続されているスリーブ１１５の外周に遊
嵌されている。ネジ軸１１１の右半部外周面にはピッチ
５mmのオネジ１１１ｂが切られている。ネジ軸１１１の
右半部外周には主クランプナット１１３が螺合してい
る。オネジ１１１には、主クランプナット１１３内面の
メネジ１１３ｂが螺合している。主クランプナット１１
３の右端面には、ウェッジ１１７が固定接続されてい
る。したがって、主クランプネジ軸１１１が回転する
と、主クランプナット１１３が図の左右方向（パイプ軸
方向）に移動し、これに連動してウェッジ１１７も左右
に動く。本実施例の主クランプの力は、１８０トンであ
る。

【００５６】主クランプの駆動機構が、中心軸１３の回
りから、中心軸１３の後方にかけて配置されているの
は、できるだけ大径のネジを限られたスペース中に配置
するためである。また、インナークランプ装置の後部に
重量を持たせて、ローラ２５、２８の左右（前後）で装
置の重量がバランスするようにするためでもある。

【００５７】なお、主クランプ駆動モータ９７等のイン
ナークランプ装置後部の周囲は後部カバー８１で覆われ
ている。同カバー８１の後面は後部エンドカバー８５で
フタがされている。主クランプ駆動モータ９７周辺の符
号８３は、ロッド９４やカバー８１の固定用ブラケット
である。ロッド９４は固定用ブラケット８３と主フレー
ムフランジ１５とを連結するものである。符号９１、９
２、９３はウェイトバランス用のバネ付勢機構である。

【００５８】次に、主クランプパッド５１の開閉（半径
方向の動き）と連動しているコッタパッド１３１の開閉
について説明する。図５の右上に示すように、コッタパ
ッド１３１の内側には、コッタブロック１３２が固定さ
れている。コッタブロック１３２は、コッタパッド１３
１との接続部である外径部が幅狭で、内径部が羽根のよ
うに広がった形をしている。この羽根のように広がった
内径部には、突部１３２ａが形成されている。この突部
１３２ａは、ライナー１２０を介してウェッジ１１７の
鍔１１７ａにはさまれている。

【００５９】ウェッジ鍔１１７ａは、ウェッジ１１７の
外面と同様の傾斜を有するテーパ面となっている。ま
た、ライナー１２０は厚さの同じ板である。したがっ
て、コッタブロック１３２の突部１３２ａは、ウェッジ
１１７の軸方向移動と連動して、クランプ装置１の半径
方向に出入りする。つまり、主クランプパッド５１を駆
動する機構が、コッタパッド１３１を半径方向に駆動す
る機構を兼ねているのである。なお、外径側のライナー
１２０は主クランプブロック５５（正確には同ブロック
に固定されている中央ブロック５５ａ）に対して固定さ
れており、ウェッジ１１７が図４の左方向に移動する
と、主クランプブロック５５は、ウェッジ１１７に引っ
張られて内径側に引っ込む。つまり、主クランプパッド
５１は、拡大時にも縮小時にもウェッジ１１７によって
駆動される。

【００６０】次にコッター及びスペーサ周りについて説
明する。図７は、図４のパイプインナークランプ装置の
コッター及びスペーサ周りの詳細を示す側面断面図であ
る。図８は、図７のコッター及びスペーサを外面から見
た平面図である。コッタパッド１３１は、スペーサハウ
ジング１３３−６の外面に固定されている。スペーサハ
ウジング１３３−６内には、スペーサ１５１の出し入れ
機構が内蔵されている。スペーサハウジング１３３−６
は、コッタナット１３３−５に対して径方向に摺動可能
に取り付けられている。そして、コッタナット１３３−
５の外径部に被せられている押えプレート１３０−２の
内側に入っているコッタスプリング１３０−１によっ
て、内径方向に付勢されている。スペーサハウジング１
３３−６は前述のコッタブロック１３２（図５）に接続
されており、主クランプ駆動ウェッジの動きに応じて径
方向内外に駆動される。

【００６１】コッタナット１３３−５は、その内径側部
分において、コッター駆動ネジ１３３−４と螺合してお
り、同ネジ１３３−４が回転すると、図の左右方向（装
置の前後方向）に駆動される。この前後方向の動きは、
コッタパッド１３１及びスペーサ１５１のパイプ端面
（ルート部３−２、７−２）に対する位置を調整するた
めである。すなわち、パイプ端面合せ時には、スペーサ
１５１がパイプ端面の位置にあり、端面合せ終了後の溶
接時には、コッタパッド１３１外周の裏波溝１３１−１
（図８も参照）がパイプ端面の内側に来るようにコッタ
パッド１３１が移動する。なお、この移動の際には、主
クランプパッドがパイプ内面に当接してパイプ３、７を
固定しているが、コッタパッド１３１とパイプ内面間に
は、少し隙間がある。なお、コッター駆動ネジ１３３−
４は、図１に示されているように、ピニオン１３３−３
（同周３カ所のコッター駆動ネジに動力を配分する）、
減速機１３３−２を介してモータ１３３−１に接続され
ている。コッター駆動ネジ１３３−４の前端は、ベアリ
ングを介して球面軸受外輪４３に支持されている。

【００６２】スペーサ１５１は、スペーサハウジング１
３３−６内に、径方向にスライド可能に収められてい
る。スペーサ１５１の先端部は、コッタパッド１３１を
貫通するスリット１３１−３（図８も参照）内を摺動
し、コッタパッド１３１の外周側に出入りする。なお、
このスペーサ１５１は、工具鋼にタフトライド処理を施
して、耐摩耗性を向上させている。

【００６３】スペーサ１５１の根元部は、図５に示され
ているように中央部がえぐり込まれており、同部の一側
面には、ラック１５２−６が切られている。このラック
１５２−６には、ピニオン１５２−５が噛み合ってお
り、ピニオン１５２−５の回転に連れて、ラック１５２
−６（すなわちスペーサ１５１）が内外に駆動される。
ピニオン１５２−５は、減速ギア１５２−４、ピニオン
１５２−３、ハーモニックドライブ減速機１５２−２を
介して、サーボモータ１５２−１によって駆動される。

【００６４】図８について説明する。コッタパッド１３
１は、前述のように、主クランプパッド５１の隙間を埋
める位置に配置されている。コッタパッド１３１の両側
面１３１−２はテーパのついた楔状をしており、同様の
形状の主クランプパッド５１端面に押し付けられる。な
お、図８は、スペーサ１５１の中心線が主クランプパッ
ド５１の裏波溝５２の中心線（パイプ突き合わせ部中心
線）と合った位置にあり、パイプ端面合せ状態を示して
いる。パイプ端面合せ終了後は、コッタパッド１３１が
図の右方向に駆動されて、コッタパッド裏波溝１３１−
１と主クランプパッド裏波溝５２とが一線上に並ぶ位置
に来て最終クランプがなされる。

【００６５】図４にもどって端面合せアクチュエータに
ついて説明する。端面合せアクチュエータのモータ３１
−１は、前部フランジ４７の下部に固定されている。モ
ータ３１−１の先（図の左側）にはハーモニックドライ
ブ減速機３１−２が接続されている。同減速機３１−２
の先には、出力軸としてのネジ軸３１−３が突出してい
る。このネジ軸３１−３は、ナット３１−４と螺合して
いる。ナット３１−４は、ブラケット３１−５に固定さ
れている。したがって、モータ３１−１の回転により、
主クランプ部ブラケット４４が図の左方向に押され、結
局前述のように、端面合せスペーサ１５１が既設パイプ
の端面に押し付けられる。なお、符号３１−６は、主ク
ランプ部ブラケット４４をブラケット３１−５から離す
方向（左方向）に付勢するバネであり、３１−７はその
バネの中心に組み込まれているシャフトであり、３１−
８はバネを収めているケーシングである。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、パイプの芯合せや管端間の間隔（ルートギャ
ップ）設定を、管端面全周にわたって均一適正に行いや
すく、かつそのための労力を低減することのできるパイ
プインナークランプ装置を提供することができる。ま
た、裏当金に欠落部分がなく、動きが滑らかで、状況に
合わせて微妙なコントロールを行うことのできるパイプ
インナークランプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に係るパイプインナークラン
プ装置の概念的な構成を示す図である。

【図２】図１のパイプインナークランプ装置の動作（Ａ
→Ｄ）を概念的に示す模式図である。

【図３】図１のパイプインナークランプ装置の動作（Ｅ
→Ｈ）を概念的に示す模式図である。

【図４】図１、図２及び図３に概念的に示されているイ
ンナークランプ装置の内部構造例を具体的に示す側面断
面図である。

【図５】図４のインナークランプ装置のクランプパッド
部を示す正面断面図である。

【図６】図４のインナークランプ装置１の中央部の構造
を示す正面断面図である。

【図７】図４のパイプインナークランプ装置のコッター
及びスペーサ周りの詳細を示す側面断面図である。

【図８】図７のコッター及びスペーサを外面から見た平
面図である。

【符号の説明】

１ インナークランプ装置 ２ 溶接ビード ３ 既設パイプ ３−１ 開先 ３−２ ルート部 ５ 溶接機ヘッド ５−１ 溶接トーチ ６ ガイドレール ７ 継ぎパイプ ７−１ 開先 ７−２ ルート部 １１ 主フレーム １３ 中心軸 １５ 主フレームフ
ランジ １８ リブ １９ ブラケット ２０ 後部クランプ ２１ 後部クランプ
アクチュエータ ２１−１ 後部クランプ駆動モータ ２１−２ 減速機 ２１−３ ネジ軸 ２１−４ 後部クランプウェッジ ２３ 後部クランプパッド ２５ 駆動ローラ ２６ ローラアクチュエータ ２６−１ ローラ走
行駆動モータ ２７ プーリーベルト ２８ 従動ローラー ２９ ガイドローラ ３１ 端面合せアク
チュエータ ３１−１ 端面合せ駆動モータ ３１−２ 減速機 ３１−３ ネジ軸 ３１−４ ナット ３１−５ ブラケット ３１−６ バネ ３１−７ シャフト ３１−８ ケーシン
グ ４０ 球面軸受 ４１ 球面軸受内輪 ４３ 球面軸受外輪 ４４ 主クランプ部
フランジ ４７ 前部フランジ ４８ 前部カバー ４９ フランジ外縁部 ５０ 主クランプ ５１ 主クランプパッド ５２ 主クランプア
クチュエータ ５５ 主クランプブロック ８１ 後部カバー ８３ プレート ８５ 後部エンドカバー ９１、９２、９３
バネ付勢機構 ９４ ロッド ９７ 主クランプ駆
動モータ ９９ 減速機 １０１ ピニオン軸 １０３ ギヤ軸 １０５、１０７ ギヤ １０９ 軸 １１１ 主クランプネジ軸 １１１ａ ギヤ １１１ｂ オネジ １１３ 主クランプ
ナット １１３ｂ メネジ １１５ スリーブ １１６ スリーブフランジ １１７ 主クランプ
ウェッジ １１９、１２０、１２１ ライナー １３０ コッタ装置 １３０−１ コッタ
スプリング １３０−２ 押さえプレート １３１ コッタ装置
パッド １３１−１ コッタスプリング １３１−２ 端面 １３１−３ スリット １３２ コッタブロ
ック １３２ａ 突部 １３３−４ コッタ駆動ネジ軸 １３３−５ コッタ
ナット １３３−６ スペーサハウジング １３４ １５０ スペーサ装置 １５１ スペーサ １５２ スペーサアクチュエータ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部において突き合わされる二本のパイ
   プを、該パイプの内側から固定するパイプインナークラ
   ンプ装置であって；該二本のパイプのうちの一方のパイ
   プ（既設パイプ）内にその後部が挿入可能であり、他方
   のパイプ（継ぎパイプ）内にその前部が挿入可能な主フ
   レームと、 この主フレーム後部を既設パイプの内面に固定する手段
   （後部クランプ）と、 既設パイプ端面部において、主フレームに対して揺動可
   能に連結された揺動部材と、 この揺動部材の外周部に円周方向に分割されて設けられ
   た、該二本のパイプの突き合せ端部内面に押し付け可能
   な複数の主クランプパッドと、 この複数の主クランプパッドの分割部を埋めるコッター
   と、 上記二本のパイプの両端面間に突き出すとともに、該端
   面間から内径側に引き込むことの可能な、円周方向に分
   散して主クランプパッド又はコッター部に設けられた複
   数のスペーサと、 上記揺動部材を上記主フレームに寄せることにより、上
   記各スペーサを既設パイプ端面に当接させる手段（端面
   合せ手段）と、 を具備することを特徴とするパイプインナークランプ装
   置。
2. 【請求項２】 上記各手段を駆動するアクチュエータが
   全て電動であることを特徴とする請求項１記載のパイプ
   インナークランプ装置。
3. 【請求項３】 さらに、パイプ長手方向に上記パイプイ
   ンナークランプ装置を走行させるための駆動輪を具備す
   る請求項１記載のパイプインナークランプ装置。
4. 【請求項４】 上記主フレームが、その中心部に、上記
   一方のパイプの軸面方向に延びる中心軸を有し、 この中心軸には、球面軸受内輪が軸方向摺動自在に外嵌
   されており、 この内輪には、球面軸受外輪が球面摺動自在に外嵌され
   ており、 上記揺動部材が、該外輪に固定されて、該球面軸受中心
   回りに首振り自在に取り付けられている請求項３記載の
   パイプインナークランプ装置。
5. 【請求項５】 上記クランプパッドをパイプ内面に押し
   付ける手段として、 クランプパッドを径方向突き出し・引き込み自在に案内
   する手段と、 クランプパッドを径方向に押動するためのテーパ面を有
   する、パイプ軸方向に移動可能なウェッジと、 このウェッジのテーパ面と摺動するテーパ面を有し、ク
   ランプパッドと連結されたクランプブロックと、 ウェッジを軸方向に駆動する電動のネジ機構と、 を具備することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項
   記載のパイプインナークランプ装置。
6. 【請求項６】 上記コッターに、径方向に貫通するスリ
   ットが設けられており、上記スペーサが該スリット内を
   摺動して出入りすることを特徴とする請求項１〜５いず
   れか１項記載のパイプインナークランプ装置。
7. 【請求項７】 上記インナークランプ装置が、上記コッ
   ターをパイプ軸方向に駆動する手段を有し、 上記コッターの外表面に裏波溝が形成されているととも
   に、上記スリットが該裏波溝から平行にずれた位置に形
   成されており、 端面合せ時には、スリットが両パイプ端面中心線上に位
   置し、 端面合せ終了後のクランプ時には、裏波溝が両パイプ端
   面中心線上に位置することを特徴とする請求項６記載の
   パイプインナークランプ装置。
8. 【請求項８】 上記後部クランプが上記クランプパッド
   をパイプ内面に押し付ける手段として、 クランプパッドを径方向突き出し・引き込み自在に案内
   する手段と、 クランプパッドを径方向に押動するためのテーパ面を有
   する、パイプ軸方向に移動可能なウェッジと、 このウェッジのテーパ面と摺動するテーパ面を有し、ク
   ランプパッドと連結されたクランプブロックと、 ウェッジを軸方向に駆動する電動のネジ機構と、 を具備することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項
   記載のパイプインナークランプ装置。
9. 【請求項９】 上記インナークランプ装置が、上記主ク
   ランプパッド及びコッターを同一の駆動モータ及び増力
   機構を介してパイプ径方向に駆動することを特徴とする
   請求項１〜８いずれか１項記載のパイプインナークラン
   プ装置。
10. 【請求項１０】 上記ウェッジに第２のテーパ面が形成
    されており、 上記コッターの内径側にはコッタブロックが連結されて
    おり、 このコッタブロックには上記第２のテーパ面と係合する
    係合部が設けられており、 上記ウェッジのパイプ軸方向移動に連れて、コッターが
    パイプ径方向に駆動されることを特徴とする請求項５記
    載のパイプインナークランプ装置。
11. 【請求項１１】 上記主クランプがクランプ力を２段階
    に切替え可能であり、 まず相対的に弱い力でパイプをクランプし、 次に、スペーサを引き込むとともに、コッターを複数の
    主クランプパッド間に挿入し、 その後に主クランプが強い力でパイプをクランプするこ
    とを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項記載のパイ
    プインナークランプ装置。
12. 【請求項１２】 上記インナークランプ装置の外形が、
    ３ＤＲの９０°エルボ管をも通過可能なＲ形状を有する
    ことを特徴とする請求項１〜１１いずれか１項記載のパ
    イプインナークランプ装置。
13. 【請求項１３】 上記主クランプパッド及びコッターが
    タフピッチ銅製であることを特徴とする請求項１〜１２
    いずれか１項記載のパイプインナークランプ装置。
14. 【請求項１４】 上記後部クランプのパッドの外周面に
    プラスチック層が被覆されていることを特徴とする請求
    項１〜１３いずれか１項記載のパイプインナークランプ
    装置。
15. 【請求項１５】 上記インナークランプ装置を走行させ
    るための車輪がパイプ軸方向に２列設けられていること
    を特徴とする請求項２記載のパイプインナークランプ装
    置。
16. 【請求項１６】 上記車輪の外表面がプラスチックから
    なることを特徴とする請求項２又は１５記載のパイプイ
    ンナークランプ装置。
17. 【請求項１７】 上記ネジ機構が、上記主フレームの中
    心軸の外周を取り囲むように配置されていることを特徴
    とする請求項５記載のパイプインナークランプ装置。