JPS637391Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、管の拡管を自動的に行なうようにし
た小型軽量の自動拡管装置に関する。

従来の拡管装置の代表的なものを第１図に示
す。この装置は、中空軸０１の先端に一体的に設
けられたフレーム０２に軸方向に対し傾斜させて
複数の溝０３を形成し、そこにそれぞれローラ０
４を保持すると共に、中空軸０１及びフレーム０
２内にテーパの付いたマンドレル０５を通して前
記ローラ０４の内面と接触させてなる。前記ロー
ラ０４が傾斜しているので、ローラ０４の外面を
チユーブ０６の内面に接触させ且つマンドレル０
５をローラ０４の内面に接触させた状態でフレー
ム０２が軸方向に固定される。この状態でマンド
レル０５を回転させると、テーパの付いた当該マ
ンドレル０５が、そのくさび作用により回転しな
がら上昇し、上昇量に対応する径の違い分だけチ
ユーブ０６を押し拡げる。

この装置では、拡管長さはローラ０４の長さ分
となるので、通常は段階的にフレーム０２及び中
空軸０１を送り、所要長さに亘つて拡管する方式
がとられている。しかし、このような拡管の方式
をとる従来の装置では、送り機構が複雑となつて
小型化が困難となり、且つ送り機構におけるステ
ツプ溝のミスラツチ等による送りミス等が発生す
る虞もあつた。又、作業者が近付きにくい場所や
環境で拡管を行なわなければならない場合もあ
り、このような場合に対応させるべく拡管作業を
自動的に行なうようにすることが要求されるが、
上記従来の装置では操作の仕方が複雑であること
から自動化が困難であつた。

本考案は以上のような事情に鑑みてなされたも
ので、小型軽量でしかも自動的に拡管作業を行な
える装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本考案の構成は、装
置枠体内に昇降可能に移動架台を設け、外周にね
じを切つてある中空ロツドを回転自在に前記移動
架台に支持すると共にこの中空ロツドの先端部の
周囲に半径方向に出入可能に拡管部材を設け、前
記中空ロツドに螺合するナツト部材をブレーキを
添えて枠体上部に固定及び回転可能に設け、更に
前記ナツト部材に上側にスラスト軸受を介して反
力受を設ける一方、前記拡管部材の内側に接触し
得るように前記中空ロツド内にテーパ付きのマン
ドレルを挿入すると共にこのマンドレルの下部を
昇降手段につなげ、更に前記中空ロツドに回転駆
動源をクラツチを介して連結すると共に前記マン
ドレルに回転駆動源を連結してなることを特徴と
する。

以下、本考案に係る拡管装置を図面に示す一実
施例に基づき詳細に説明する。

ここでは、本考案を熱交換器のチユーブ（伝熱
管）の拡管に適用した実施例を示す。第２，３図
には熱交換器としての蒸気発生器と、拡管装置が
装備されるマニピユレータ（案内装置）を示す。

蒸気発生器１０１は、外殻をなす円筒シエル１
０２と、その中に多数配列されたＵ字形の熱交換
用のチユーブ１０３と、その端部が取付けられる
管板１０４と、その下側に形成されている半球状
の水室１０５と、水室１０５を仕切る隔壁１０６
と水室１０５に接続され、前記チユーブ１０３を
介してホツト側からコールド側への流路を形成す
る冷却水循環用配管１０７と、前記水室１０５に
設けられたマンホール１０８等からなる。尚、マ
ンホール１０８は通常フランジで密閉される。こ
のような蒸気発生器においては、その管板１０４
を介する１，２次側の圧力差による引き抜き力が
生ずるため、チユーブ１０３を管板部で拡管して
管板１０４に取付けてる必要がある。

マニピユレータ１０９は、移動用の車輪等を備
えた固着台１１０と、固着台１１０上に搭載され
た旋回機構１１１と、その上に設けられた伸縮機
構１１２と、この伸縮機構１１２を起伏させる起
伏機構１１３と、伸縮機構１１２の先端に設けら
れた手首起伏機構１１４と、手首旋回機構１１５
等からなり、前記固着台１１０と一体の固定架台
１１６に取付けられている固定板１１７をボルト
１１８でマンホール１０８周辺のボルト穴１１９
に締付けることにより、当該マニピユレータ１０
９は蒸気発生器１０１の水室１０５内に設置され
る。このマニピユレータ１０９の手首旋回機構１
１５の先端に第４図ａ，ｂに示すアタツチメント
１を介して第５図に示す拡管装置２が装備されて
いるのである。第６図及び第７図にはアタツチメ
ント１と拡管装置２とを結合した状態の斜視外観
及び概略断面を示す。

先ず、アタツチメント１について説明すると、
アタツチメント１はアーム３を有し、そのアーム
３の後端に取付穴４及びその回りにボルト穴５が
設けてあり、当該アタツチメント１は、前記アー
ム３の取付穴４をマニピユレータ１０９の手首旋
回機構１１５上に嵌め込み、ボルト穴５に通した
ボルトを手首旋回機構１１５側に締め付けること
により固定される。アーム３の先端側の上下には
軸受保持部６が形成してあり、そこにスライド軸
受７がそれぞれ保持され、スライド軸受７には摺
動自在にシヤフト８が保持されている。シヤフト
８の上下両端部は、平行動自在に動く受部材とし
ての上下の受板９，１０に保持されたスラスト軸
受１１により支持されている。受板９，１０には
クランプシリンダ１２が取付けてある。クランプ
シリンダ１２内には上下動ピストン１３が挿入し
てあり、このピストン１３と一体の筒状のロツド
１４が上方に延び、その上端にはゴム等の弾性物
１５が固定手段として設けてある。一方、上下動
ピストン１３にはクランプピストン１６が内蔵し
てあり、そのロツド１７は前記ロツド１４内を上
方に延び、前記弾性物１５を貫通し、弾性物１５
をロツド１４上端とで挾むキヤツプ１８に結合さ
れている。尚、上下動ピストン１３の上下両側及
びクランプピストン１６の上下両側には加圧空気
を給排できるようになつている。又、図中、１９
はシール材である。前記受板９，１０には取付板
２０が設けてあり、その上部には幅方向にロツク
シリンダ２１が内蔵してある。このシリンダ２１
内には先端を保持ピンとしてのテーパピン２２ａ
としたピストン２２が背中合せに挿入してあり、
テーパピン２２ａが取付板２０の両側面より出入
し得るようにしてある。取付板２０の側面におい
てテーパピン２２ａの出入個所の上側にはばね力
を付与されたボールプランジヤ２３が突設してあ
る。又、取付板２０の側面下部の適宜位置にはガ
イドピン２４が突設してある。尚、受板９上には
姿勢補正ピン２５が設けてある。

このアタツチメント１に装着される拡管装置２
において、その枠体２６の背面には保持板２７が
あり、その上部及び下部における前記アタツチメ
ント１のテーパピン２２及びガイドピン２５等に
対応する位置には第１取付板２８及び第２取付板
２９が取付けてある。第１取付板２８はアタツチ
メント１の取付板２０を挾むブラケツト部３０を
有し、各ブラケツト部３０には、前記テーパピン
２２が嵌入し得る位置決め孔３１及び前記ボール
プランジヤ２４が嵌合し得る片保持孔３２があけ
てある。又、第２取付板２９も同様にアタツチメ
ント１の取付板２０を挾むブラケツト部３３を有
しており、各ブラケツト部３３には前記ガイドピ
ン２５が係合し得るテーパ状案内溝３４が形成し
てある。

拡管装置２の枠体２６の上下には上板３５、下
板３６があり、上板３５には昇降用モータ３７が
取付けてある。上板３５には又、電磁クラツチ３
８が取付けてあり、その入力側はギヤ３９，４０
を介して前記昇降用モータ３７の出力軸に連結さ
れ、出力側は枠体２６に回転自在に支持されてい
るスプラインシヤフト４１に直接或いはギヤを介
して連結されている。枠体２６内には昇降可能に
移動架台４２が組み込んであり、この移動架台４
２にギヤ４３を一体に具えたスプラインナツト４
４が軸受４５を介して回転自在に支持され、この
スプラインナツト４４と前記スプラインシヤフト
４１とが摺動自在に嵌め合つている。前記移動架
台４２の上部には外周におねじ４６ａを切つてあ
る中空ロツド４６の下端部が軸受４７を介して回
転自在に支持してある。このロツド４６の下部に
は一体にギヤ４８が設けてあり、このギヤ４８が
前記スプラインナツト４４のギヤ４３と噛み合わ
せられている。つまり、前記電磁クラツチ３８が
入となつていれば、前記昇降用モータ３７の回転
駆動力がギヤ３９，４０、スプラインシヤフト４
１、スプラインナツト４４、ギヤ４３及びギヤ４
８を介して前記中空ロツド４６に伝達されるよう
になつているのである。中空ロツド４６は枠体２
６内を上方に延び、上板３５に設けられた電磁ブ
レーキ４９によつて抱持されたナツト５０に螺合
して枠体２６外へ延び、その先端部に拡管機構５
１が構成されている。尚、前記ナツト５０は前記
電磁ブレーキ４９によつて枠体２６に固定或いは
回転自在とされる。又、ナツト５０にはスラスト
軸５２を介して反力受５３が結合され、ナツト５
０は反力受５３に対し回転自在となつている。前
記拡管機構５１は、中空ロツド４６の先端部にフ
レーム５４を形成し、このフレーム５４にその軸
線に対し傾斜させて複数の溝５５を設けると共に
各溝５５に拡管部材若しくは拡管工具としてのロ
ーラ５６を保持し、ローラ５６の内面に接触し得
るようにフレーム５４及び中空ロツド４６内にテ
ーパの付いたマンドレル５７を挿入してなる。こ
の拡管機構５１は第１図に示したものと同じ構成
である。前記マンドレル５７の下端は、前記移動
架台４２の下側に設けられた押上げシリンダ５８
のピストン５９に連結され、シリンダ５８の作動
によりマンドレル５７は中空ロツド４６及びフレ
ーム５４内を上下動し得るようになつている。図
面中、６０はシリンダ５８に設けられた加圧流体
給排口であり、図示されていない圧力調整装置に
接続されている。又、マンドレル５７には前記移
動架台４２に軸受６１を介して回転自在保持され
ているスプラインギヤ６２が嵌合している。前記
移動架台４２にはギヤ６３を一体に具えたスプラ
インナツト６４が軸受６５を介して回転自在に保
持されており、このスプラインナツト６４に摺動
自在に嵌合させてスプラインシヤフト６６が枠体
２６に回転自在に支持されている。このスプライ
ンシヤフト６６の下部には一体にギヤ６７が設け
てある。一方、枠体２６の下板３６には拡管用モ
ータ６８が取付けてあり、その出力軸に固定され
たギヤ６９が前記スプラインシヤフト６６下部の
ギヤ６７と噛み合わせられている。つまり、拡管
用モータ６８の駆動回転力が、ギヤ６９，６７、
スプラインシヤフト６６、、スプラインナツト６
４、ギヤ６３及びスプラインギヤ６２を介して前
記マンドレル５７に伝達されるようになつている
のである。

前記移動架台４２には移動量検出装置７０が装
備されている。この移動量検出装置７０は、枠体
２６の上部に設けられキヤプスタン７１を具える
検出器７２と、枠体２６下部に設けられたアイド
ルプーリ７３と、キヤプスタン７１とアイドルプ
ーリ７３とに掛け渡されると共に適当な張力をも
つて移動架台４２の上下両側に繋留された検出ロ
ープ（若しくはチエーン）７４とからなり、移動
架台４２の直線移動量に対応した回転量を前記検
出器７２が発信するようになつている。

尚、拡管装置２の枠体２６の上面にもアタツチ
メント１と同様に姿勢補正ピン７５，７６が設け
てある。

次に、上記装置による拡管作業について説明す
る。

先ず、拡管装置２がマニピユレータ１０９に装
着される。この装置及び離脱はアタツチメント１
を介してなされる。アタツチメント１はマニピユ
レータ１０９に常に取りつけられた状態で使用す
るが、着脱時には第３図中２点鎖線で示すよう
に、マニピユレータ１０９の位置はマンホール１
０８の直上にくる。この状態でマンホール１０８
から手を入れ拡管装置２の第２取付板２９の案内
溝３４をアタツチメント１のガイドピン２４に嵌
め込み、ガイドピン２４を中心にして回転させる
ようにして、第１取付板２８の位置決め孔３１を
テーパピン２２ａに合わせる。このとき案内溝３
４のテーパは挿入を容易にし、仮保持孔３２とボ
ールプランジヤ２３はその位置が合つたときに互
いに嵌まり合い、仮保持される。同時に嵌まり合
い時には「カチツ」と音がし、嵌め合い感覚が手
に伝わるので、位置決めの完了が感知できる。仮
保持孔３２とボールプランジヤ２３が嵌め合い状
態となると、位置決め孔３１とロツクシリンダ２
１及びテーパピン２２ａは同一軸線位置に配置さ
れた状態となつて保持されるので、テーパピン２
２ａが突出する方向の圧力をピストン２２面に加
わえると、テーパピン２２ａは位置決め孔３１に
挿入嵌合されて、拡管装置２がアタツチメント１
に完全に固着される。このとき、位置決め孔３１
とテーパピン２２ａが若干の芯ずれを有していて
も、テーパピン２２ａのテーパ部がこれを修正す
るので容易に挿入が行なわれる。

上記の手順で極めて短時間でマニピユレータ１
０９に取り付けられた後、拡管装置２は所要のチ
ユーブ１０３下へ案内される。すなわち、マニピ
ユレータ１０９は旋回機構１１１、伸縮機構１１
２、起伏機構１１３の３自由度を有するので、先
端部を水室１０５の管板１０４下のチユーブ１０
３下へ案内することができる。更に、手首起伏機
構１１４の動作によつて姿勢を正し、手首旋回機
構１１５によつて拡管装置２のマンドレル５７の
軸芯をチユーブ１０３の中心に位置されることが
可能となつている。

以上のようにして拡管装置２は、マニピユレー
タ１０９によつて十分高い精度でチユーブ１０３
の直下へ位置決めされるが、更に、アタツチメン
ト１で次の作用を付加することができる。

拡管装置２のマンドレル５７の位置とクランプ
シリンダ１２との間の距離はチユーブ１０３の配
列ピツチの整数倍となつているのでマニピユレー
タ１０９でマンドレル５７を位置決めした後、ク
ランプシリンダ１２の下室に加圧空気を供給する
と、上下動ピストン１３が上昇し、先端部がチユ
ーブ１０３に挿入される。この後、上下動ピスト
ン１３の上室を加圧するとクランプピストン１６
が下降し、先端のキヤツプ１８を引き下げる。こ
れによつて弾性物１５はロツド１４の先端とキヤ
ツプ１８によつて圧縮され、チユーブ１０３内面
に圧接される。この状態になると、弾性物１５と
チユーブ１０３の摩擦力によつて、結果的に上下
動ピストン１３はチユーブ１０３（管板１０４）
に固定される。ここで、クランプシリンダ１２の
下室圧力を解放し、クランプシリンダ１２の上室
を加圧すると、上下動ピストン１３は固定されて
いるので、クランプシリンダ１２、すなわち拡管
装置２全体がシヤフト８を滑りながら持ち上げら
れることとなる。クランプシリンダ１２が持ち上
げられると３本の姿勢補正ピン２５，７５，７６
が管板１０４面に接し、これらが拡管装置２の姿
勢を決定する（この場合は管板１０４面に対し垂
直）。

以上の動作時クランプシリンダ１２はスラスト
軸受１１によつて水平動自在となつているため、
万一、チユーブ１０３との位置ずれがあつても容
易に修正される。

次に、拡管装置２の動きについて説明する。

先ず、マンドレル５７を昇降させるのである
が、このとき、電磁クラツチ３８をON、電磁ブ
レーキ４９をON（ブレーキ状態）とする。この
状態で昇降用モータ３７を駆動させると、その回
転駆動力はギヤ３９→ギヤ４０→電磁クラツチ３
８→スプラインシヤフト４１→スプラインナツト
４４→ギヤ４３→ギヤ４８→中空ロツド４６の順
に伝達され、電磁ブレーキ４９で固定されたナツ
ト５０のネジ作用で中空ロツド４６すなわちマン
ドレルヘツド（フレーム５４、ローラ５６等の総
称）が上昇し、所要の挿入距離まで送られる。こ
のとき、移動架台４２は一体となつて上昇（下
降）するので、移動架台４２に設置された検出ロ
ーラ７４も移動し、検出器７２を回転させるので
その移動量を把握できる。この位置検出はネジの
回転数から検出せず、移動架台４２の移動量を直
接検出するので正確な検出が行なわれる。

チユーブ１０３の拡管はマンドレル５７の回転
が基本となるがこのとき、ローラ５６、フレーム
５４（中空ロツド４６）も共に回転し、マンドレ
ル５７は拡管が進むにしたがつて上昇する。した
がつて、拡管時にフレーム５４の上昇を完全に零
にしないと正確な拡管量の管理を行なうことがで
きない。又、拡管中はローラ５６、マンドレル５
７のテーパ作用で中空ロツド４６には極めて大き
な上向きの推力が発生するので、本推力を拡管装
置２に伝える構造とすると、装置の強度増強のた
めに軽量化小型化等に大きな困難が発生する。

以上の諸問題を解決するために、拡管装置２の
持ち上げ時には、反力受けが管に接する位置関係
になると共に、電磁クラツチ３８がOFF（空転）、
電磁ブレーキ４９がOFF（空転）の状態となるよ
うにしてある。

以下、このことについて詳述すると、拡管用モ
ータ６８が駆動すると、その駆動回転力はギヤ６
９→ギヤ６７→スプラインシヤフト６６→スプラ
インナツト６４→ギヤ６３→スプラインギヤ６２
の順に伝えられ、マンドレル５７が回転される。
このとき、押上げシリンダ５８を加圧しておくと
マンドレル５７はスプラインギヤ６２の作用で回
転しながら上昇し、ローラ５６と接し、更にロー
ラ５６を外側へ移動させチユーブ１０３内面にロ
ーラ５６外側を圧接させる。ローラ５６がチユー
ブ１０３内壁に圧接されると、摩擦力と、ローラ
５６とマンドレル５７のテーパ作用でマンドレル
５７は上昇し、それに相当する分ローラ５６が更
に外部へ移動し、チユーブ１０３が押し広げら
れ、拡管が行なわれる。同時に中空ロツド４６も
回転するが、電磁ブレーキ４９が空転するため、
ナツト５０も空転し、中空ロツド４６と共回りす
るので、マンドレルヘツド昇降は発生しない。同
様に、中空ロツド４６の回転はギヤ４８→ギヤ４
３→スプラインナツト４４→スプラインシヤフト
４１に伝達されるが、電磁クラツチ３８が空転す
るため、昇降用モータ３７の回転が起こらず、拡
管トルク損失等もなく、極めて滑らかなマンドレ
ル５７の回転が確保される。又、発生する推力
は、ナツト５０→スラスト軸受５２→反力受５３
等の機構によつて管板１０４に伝えられるため、
拡管装置２には何ら外力は作用せず特に強度設計
上の配慮を要しない。当然ながら反力受５３は管
板１０４面で回転するのは望ましくないので、ス
ラスト軸受５２でナツト５０側が回転し、反力受
５３側が固定となるようにしてある。

拡管が終了するとマンドレル５７を逆回転さ
せ、且つ、マンドレル押上げシリンダ５８を吸引
負圧にすると、逆回転によつてローラ５６とマン
ドレル５７の圧接が解放されると、マンドレル５
７はローラ５６から離れ容易に引き下げられる。

この後、再びマンドレルヘツドを上昇させると
次のステツプの拡管を行なうことができる。

以上の手順で所要長の拡管が終了すると、マン
ドレルヘツドを最短位置まで下降させ、チユーブ
１０３から抜き出し、クランプを前述の逆の手順
で解放して、マニピユレータ１０９を動作させ
て、次のチユーブ１０３へ移動させる。

以上、一実施例を挙げて詳細に説明したよう
に、本考案の自動拡管装置によれば、拡管部材等
のマンドレルヘツドに拡管に必要な動きを与える
機構を備えているので、拡管作業の自動化及び遠
隔操作化が可能となる。又、拡管時には反力受を
被拡管側に当接させる構造となつているので、装
置への反力を事実上零とすることができ、それに
よつて装置の超小型化及び軽量化が可能となつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の拡管装置の部分断面図、第２図
及び第３図は拡管装置を取付けるマニピユレータ
の全体構成を示す斜視図及び正面図、第４図ａ，
ｂは拡管装置のマニピユレータの装着に使われる
アタツチメントの一部を破砕した斜視図、第５図
は本考案に係る拡管装置の一実施例の透過斜視
図、第６図及び第７図はアタツチメントに拡管装
置を装着した状態の斜視図及び概略断面図であ
る。 図面中、１０３はチユーブ、１０９はマニピユ
レータ、１はアタツチメント、２は拡管装置、２
６は枠体、３７は昇降用モータ、３８は電磁クラ
ツチ、４２は移動架台、４６ａはおねじ、４６は
中空ロツド、４９は電磁ブレーキ、５０はナツ
ト、５１は拡管機構、５２はスラスト軸受、５３
は反力受、５４はフレーム、５５は溝、５６はロ
ーラ、５７はマンドレル、５８は押上げシリン
ダ、６８は拡管用モータである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 装置枠体内に昇降可能に移動架台を設け、外周
   にねじを切つてある中空ロツドを回転自在に前記
   移動架台に支持すると共にこの中空ロツドの先端
   部の周囲に半径方向に出入可能に拡管部材を設
   け、前記中空ロツドに螺合するナツト部材をブレ
   ーキを添えて枠体上部に固定及び回転可能に設
   け、更に前記ナツト部材の上側にスラスト軸受を
   介して反力受を設ける一方、前記拡管部材の内側
   に接触し得るように前記中空ロツド内にテーパ付
   きのマンドレルを挿入すると共にこのマンドレル
   の下部を昇降手段につなげ、更に前記中空ロツド
   に回転駆動源をクラツチを介して連結すると共に
   前記マンドレルに回転駆動源を連結してなること
   を特徴とする自動拡管装置。