(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物等を締結するボルトの固着を緩和するボルトの抜取装置において、
ボルトのねじ込み部に溶剤を注入する注入器と、前記ねじ込み部に側方から超音波を照射する超音波振動子を有し、前記注入器を前記ねじ込み部上部に、また前記超音波振動子を前記ねじ込み部側部の雌ねじ側部材にそれぞれ当接するように保持するホルダとから構成としたことを特徴とする固着ボルトの抜取装置。
【請求項２】
請求項１において、前記注入器は、前記溶剤をねじ込み部に噴射し、またはボルト下端側から真空引きを行う構成としたことを特徴とする固着ボルトの抜取装置。
【請求項３】
構造物等を締結するボルトの頭部に回転トルクを与えるボルト緩め機構をもつボルトの抜取装置において、
ボルトのねじ込み部上部に当接して溶剤を注入する注入器と、ボルトのねじ込み部側部の雌ねじ側部材に当接して超音波を印加する超音波振動子と、前記超音波振動子にパルス信号を供給する発信回路、前記ボルト緩め機構の戻しトルクの管理と検知を行なうトルク制御回路を含む制御装置を備え、
ボルト頭部から上下に振動を与える加振機構を前記ボルト緩め機構と一体的に構成し、該一体的構成の下部とボルト頭部を係合する連結部を設けたことを特徴とする固着ボルトの抜取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物等を締結する一般的なボルトの固着を解消し、ボルトの抜取を容易にする方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部材を締結しているボルトに焼き付きや固着を生じて、ボルトの抜取が困難になることがある。なお、通常はボルトのねじ部の噛み込みや金属同士の溶着した場合を焼き付き、ねじ部に介在する焼付防止剤が変質して凝固した場合を固着と呼ぶことにする。
【０００３】
機器の分解点検のためにボルトの抜取が必要な場合は、焼付防止剤を塗布してボルト締めを行なっているので、防止剤の経年による変質で固着が発生する。特に、火力や原子力の発電プラントのように、高温高圧下で使用する機器にボルト固着の発生頻度が高く、抜取り作業に時間を要し、定検のネックとなっている。
【０００４】
発電プラント等の点検時に実際に行なわれている固着ボルトの抜取は、ねじ部近傍に潤滑剤を注入する方法、インパクトレンチや油圧レンチ等を用いて大きな戻しトルクを与える方法による。それでも抜けない場合は、固着したボルトのねじ部以外を切断し、ボルトと同芯のキリ穴を開け、ボルト残材をドリル等で切除している。
【０００５】
また、固着したボルトに振動を与えて抜取る方法が、特開平６−６３８７２号、実開平４−１２２３９６号等の公報に開示されている。前者の方法では、ねじ穴に固着したスタッドボルトの上部に加振機を装着し、スタッドボルト植え込み部に潤滑浸透液を注入した後、振動によって固着部分を剥離させ、その隙間に潤滑浸透液を浸透させて緩めトルクを軽減する。後者の方法では、スタッドボルト着脱装置内に加振機を持ち、固着して抜けないスタッドボルトに対して上下方向の振動を与えて取り外す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
固着したボルトのねじ部近傍に潤滑剤を噴射または塗布する方法は簡単で、広く実用されている。しかし、潤滑剤はねじ部上端付近のみでねじ部全体への浸透が難しく、確実性に欠ける。また、インパクトレンチや油圧レンチを用いた場合、固着ねじ部に無理な力がかかりやすく、メねじ側に損傷を与えた場合に修理が困難な機器に対しては適用し難い。切除による方法はグラインダーやボール盤を必要とする上に、作業時間が長くなる。またメねじ側に損傷を与える危険性があり、熟練作業者によらなければならない。
【０００７】
一方、上記公報開示されている固着ボルトの抜取方法は、振動によって固着部分を物理的に剥離するもので、比較的大がかりな加振機の取付けを必要とし、ボルトサイズや締結位置によっては適用の困難となる場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点や制約を克服し、ボルトに損傷を与えることなく簡単に、または確実に固着ボルトを抜き取る方法と装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本的なメカニズムは、ねじ部に介在して固着の原因となっている焼付防止剤を特定の溶剤によって溶解すること、溶剤のねじ部全体への浸透を促進するために超音波振動を与えることにある。
【００１０】
すなわち、上記目的は、部材等を締結するボルトの固着状態を緩和して、ボルトを抜取る方法において、ボルトのねじ込み部に溶剤を注入すると共に当該ボルトに戻しトルクを印加し、当該ボルトの回転が不能な場合に当該ボルトに超音波を照射することにより達成される。
【００１１】
前記溶剤には、固着の原因となる介在物質である炭化油脂類に対して溶解性を有する高沸点芳香族炭化水素類とアルコール類等の混合溶剤を用いることを特徴とする。
【００１２】
前記超音波は、当該ボルトの頭部および／または雌ねじ側の部材から当該ボルトの側部に対して連続照射することを特徴とする。更に、超音波照射から所定時間を経過してもボルトの回転が困難な場合は、更に当該ボルトの頭部から上下方向に加振することを特徴とする。
【００１３】
本発明においても一見、振動を利用している。しかし、公知例のような機械的な剥離作用を発生させるものではなく、身体に感じることのない静的な超音波振動を利用し、そのミクロの振動を通じて溶剤とねじ部介在物の化学反応を促進して溶剤の浸透（介在物の液化）を促進する、いわば触媒に似た作用を発生させている。実験によれば、溶剤だけの場合に比べて、超音波照射を併用した場合の戻しトルクは約５０％低下する。しかも、超音波の照射時間は５分程度で効果が現われ、作業時間に与える影響は少ない。また、小形軽量の超音波振動子をボルト頭部またはボルト植え込み部材側に当接するので、ボルト形状や締結位置による適用の困難性が少ない。
【００１４】
さらに、本発明では、使用する溶剤に高沸点芳香族炭化水素類とアルコール類等の混合溶剤で、たとえば前者に炭素数９〜１０のアルキルベンゼン、後者に３‐メチル‐３‐メトキシ‐１‐ブタノールを所定比で混合したものを使用するので、従来の市販の溶剤に比べて、戻しトルクは約５０％低下し、超音波印加の効果と併せると、戻しトルクの値はおよそ１／４に低下する。
【００１５】
本発明の方法を適用したボルト抜取装置は、ボルトのねじ込み部に溶剤を注入する注入器と、ボルトのねじ部に側方から超音波を印加する超音波振動子を有し、前記注入器を前記ねじ込み部上部に、また前記超音波振動子を前記ねじ込み部側部の雌ねじ側部材にそれぞれ当接するように保持するホルダとから構成される。このホルダは、前記雌ねじ側部材の適所に係止して固定する。前記溶剤注入器は、前記溶剤をねじ部に噴射する加圧型、またはねじ部下端側から真空引きを行う吸引型、あるいは両者の組合せでもよい。
【００１６】
上記の抜取装置に、ボルトの頭部に戻しトルクを与えるボルト緩め機構を備え、前記超音波振動子に高周波パルスを印加する超音波発信回路、ボルト緩め機構の戻しトルクの管理と検知を行なうトルク制御回路を含み、各回路の動作のタイミング制御する制御装置を設けている。これによれば、装置セット後の固着ボルトの抜取作業をほぼ自動化できる。
【００１７】
さらに、ボルト頭部から上下に振動を与える加振機構を前記ボルト緩め機構と一体的に構成し、該一体的構成の下部とボルト頭部を係合する連結部を設けたことを特徴とする。これによって、溶剤注入と超音波照射によっても抜取が困難な強固な固着に対して対応可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２に、本発明を適用する原子力発電プラント主蒸気隔離弁の概略図を示す。主蒸気管の隔離弁ボディ１１に、駆動機構１５によって駆動されるディスク１２が、ボディフランジ１３とボンネット１４のボルト締結により設置されている。主蒸気隔離弁の点検時、ナット１７を緩めて駆動機構１５、ボンネット１４、ディスク１２を取り外した後、スタッドボルト１６を抜き取る。以下は、スタッドボルト１６に固着が生じ、抜き取り困難な場合に適用した実施例である。
【００１９】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の第１の実施形態による固着ボルト抜取装置の構成を示す。ボディフランジ１３のメねじにスタッドボルト１６のねじ部１８が植え込まれている。フランジ１３の上面に、ボルト１６を間挿する貫通孔２１を有した溶剤注入器２０を配置する。溶剤注入器２０は、スタッドボルト１６の貫通部とボディフランジ１３上面をＯリング２４、２５でシールし、溶剤を加圧注入するための注入口２２と、溶剤を溜めるキャビティ２３を有している。加圧注入時に注入器２０が動かないように、部材４２とボルト４４によってホルダ４０に固定されている。ホルダ４０は、Ｌ字状の部材４１の一片で、フランジ１３の下面に開口しているスタッドボルト穴１９にボルト４３で固定している。溶剤は固着ボルトのねじ部に介在する焼付防止剤の変質した炭化油脂類に対して溶解性を持つものが適し、たとえば高沸点芳香族炭化水素類とアルコール類の混合溶剤が有効である。
【００２０】
超音波振動子３０は前方に接触子３１、後方にフランジ１３方向に押圧するバネ３２を備え、電気的シールドとホルダ４０への固定を兼ねたケース３３に実装されている。接触子３１は固着ボルトの大小に係わらず、あらゆる角度から有効に振動を伝達できるように、その接触面をなだらかな球面としている。接触子３１は適用場所にあわせた形状のものと交換可能である。制御装置５０はタイミング制御回路５１と高周波パルス発信回路５１を備え、超音波振動子３０への電気パルスの印加と、超音波照射時間の制御を行う。
【００２１】
本実施例によるボルト抜取装置の動作を説明する。まず、溶剤注入器２０に溶剤を加圧注入する。次に、図示していないトルクレンチ（トルク測定機能付きレンチ）を、スタッドボルト１６のねじ部１７に噛ませたダブルナット７０（点線で図示）に装着して、通常の戻しトルクを加える。この結果、固着が解消されず、ボルト１６が回転しない場合はトルクが測定される。
【００２２】
制御装置５０は測定トルク値を検知すると、超音波振動子３０に高周波パルスを印加して超音波を発生させ、ボディフランジ１３の側面からスタッドボルト１６のねじ込み部１８に対して超音波振動を与える。タイミング制御回路５２は超音波の印加から所定時間、たとえば５分間隔でトルクの測定を行い、２０分以上経過してもトルクの低下（通常の戻しトルク値の５０〜６０％程度）が認められない場合、アラームなどによって報知する。トルクが低下すれば、トルクレンチによりスタッドボルト１６が回転され、抜取りが可能になる。
【００２３】
次に、本実施例の効果を追試した試験結果を説明する。供試の固着ボルトは、実機の１／３縮小サイズのモデル（Ｍ２０標準ボルト，首下４０mm，ピッチ２．５，炭素鋼ＳＳ−４１）を用い、焼き付き防止剤を塗布後、締め付け時のねじ部の面圧が実機と同程度となるように締め付け、４００℃雰囲気で加熱処理して固着状態を模擬し、室温まで放冷したものを使用した。溶剤には市販の溶剤Ａと、本発明者等が開発した溶剤Ｂ（高沸点芳香族炭化水素類として炭素数９〜１０のアルキルベンゼンと、アルコール類として３−メチル‐３‐メトキシ‐１‐ブタノールを所定割合で混合したもの）を使用した。超音波振動子はピエゾ結晶型で周波数４０ｋＨｚ、トルクレンチはＬＣＫ型を用いた。
【００２４】
図３は、試験結果の戻しトルク特性図である。同図（ａ）は、溶剤注入行った場合の戻しトルクの推移を示す。溶剤Ａの場合は５分後で初期値の７２％程度、２０分後で６５％程度に減少している。また、溶剤Ｂの場合は５分後で初期値の５５％程度、２０分後で４３％程度に減少している。
【００２５】
図３（ｂ）は、溶剤注入と共に超音波の印加を行った場合の戻しトルクの推移を示す。溶剤Ａの場合は５分後で初期値の５５％程度、２０分後で４３％程度に減少している。溶剤Ｂの場合は５分後で初期値の２５〜３０％程度、２０分後で１８％程度に減少している。
【００２６】
この試験結果によれば、戻しトルクの低下には溶剤の種類が影響し、本実施例に使用した溶剤Ｂの効果が顕著であることが認められた。さらに、超音波の併用は戻しトルクを溶剤だけの値を半減するのみならず、その低下速度を著しく早め、ほぼ数分の超音波照射で抜取り可能なトルクに低下することが確認された。
【００２７】
なお、図３（ｂ）の溶剤Ｂの場合に、超音波振動子を図１のようにねじ部の側部に設置した場合と、ボルトの上端に設置した場合の測定値を示している。両者の測定結果は大差がなく、超音波振動子の配置は作業環境によって、ボルトの側部や上部など適宜に選択可能であることが分かる。
【００２８】
図４に、実施形態１の変形例を示す。図示のように、超音波振動子３０−２をボルト１６の上端に配置している。ここでは、振動子３０−２と溶剤注入器２０を一体的に配置、固定するホルダ４０は省略されている。また、ボルト１６の下部にスタッドボルト穴１９のある場合、漏斗形状のカップ２６をＯリング２７でシールしてボディフランジ１３の下面に配置し、真空引き装置（図示を省略）により吸引して、溶剤のねじ部隙間への浸透を更に促進する。
【００２９】
〔実施形態２〕
実施形態１では、戻しトルクの測定やボルトの抜取などを手動のトルクレンチで行う例を説明した。実施形態２はそれらを自動化した構成を説明する。
【００３０】
図５に、本実施形態によるボルト抜取装置の構成を示し、図１と同等の要素には同一の符号を付してある。スタッドボルト１６の頭部に連結部７０を介して自動トルクレンチ６０を設置し、制御装置５０のトルク検出・制御部５３によって制御する。自動トルクレンチ６０は駆動用エアホース６１から、吸・排気量を制御する電磁弁６２を介して回転ドライバ６３に駆動エアを取り込み、回動軸６５に戻しトルクを与えてトルク検出やボルト１６の回転（抜取）を行う。
【００３１】
回動軸６５は、例えばソケットレンチのようにナット径に応じて取り替えられるソケット６６により、ボルト１６上端のダブルナット等による連結部７０と連結される。駆動用空気量（圧）に応じて増減する戻しトルクは、定期的にトルクセンサ６４で検出され、タイミング制御部５１の制御に利用される。なお、自動トルクレンチ６０の機構は周知の機械的構造によるので、その詳細な説明は省略する。また、電磁的駆動による方式など、周知の種々の機械的構造の採用が可能である。
【００３２】
図６に、本実施形態によるボルト抜取装置の動作手順を示す。本手順は、溶剤注入により開始する（Ｓ１０１）。この後、タイミング制御部５１はトルク検出・制御部５３から電磁弁６２を介して、ドライバ６３に通常の戻しトルクを連続的に印加し（Ｓ１０２）、トルクの計測が行われる（Ｓ１０３）。この時、印加トルクによりボルト１６が回転すれば、ボルト抜取りが可能となる（トルク検出が困難になる）。なお、Ｓ１０３のトルク計測に代えて、ボルト回転角を計測するようにしてもよい。
【００３３】
一方、ボルト回転不能の結果としてトルクが検出されると、タイミング制御部５１は高周波パルス発信器５２から超音波振動子３０に電気パルスを印加し、ねじ込み部１８への超音波照射を行う（Ｓ１０４）。タイミング制御部５１は超音波照射後、予め設定した設定時間１または設定時間２に到達したか監視し（Ｓ１０５）、設定時間１（例えば１分）毎にステップＳ１０３に戻って上記処理を繰り返す。一方、設定時間２（例えば２０分）を超えると、ボルト固着の解消が困難と判断して処理を終了する。設定時間１は、例えば計測の開始から５分経過後からは、５分毎の繰返しとなるように変化させてもよい。また、ボルト抜取りが成功の場合、あるいは不可能な場合に、制御装置５０はアラームや表示によって報知するようにしてもよい。
【００３４】
本実施例によれば、固着ボルトの抜取り作業が自動化でき、定検時などにおける機器の多数箇所での分解作業の効率化を促進できる。なお、溶剤注入器２０等についても、その動作を制御装置５０によって制御するようにしてもよい。
【００３５】
〔実施形態３〕
上記実施形態１、２において、従来は抜取りが困難であった固着ボルトの大半は抜取りが可能になる。しかし、これによっても抜取りが困難な場合に、ボルトに打撃を与えて上下に加振することが有効な場合がある。実施形態３では、たとえば図５の自動トルクレンチ６０の回動軸６５に介挿して上下動する打撃器を備え、戻しトルクがしきい値以下に低下しない場合に、この打撃器を下動してボルト１６の上部に機械的振動を与える動作手順を付加する。
【００３６】
図７に、本実施形態によるボルト抜取装置の動作手順を示す。実施形態２の手順に対し、ステップＳ１０６が追加されている。すなわち、設定時間２（例えば１０分）になると、超音波照射と共にボルトの上下方向に打撃器による加振を行う。この場合も、設定時間３（例えば２０分）を超えると、ボルト固着の解消が困難と判断して処理を終了する。
【００３７】
本実施例によれば、溶剤と超音波振動が固着物の溶解に、機械的振動がねじ部の噛み込みなど焼き付きの剥離に有効で、これらの相乗効果によってボルトの抜取りを容易にする。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のボルト抜取方法によれば、固着ねじ部に溶剤を注入すると共に超音波振動を与えるので、ねじ部介在物質の溶解速度を高めて溶剤の浸透を促進し、ボルトの固着を解消して抜取りを容易にする効果がある。また、溶剤には開発した特定の混合溶剤を使用するので、この効果が促進される。あるいは、超音波振動と打撃による機械的振動を併用することで、より困難なボルトの抜取りにも効果がある。さらに、作業が簡単、安全で、熟練を要しないので、定検作業などでの人的確保が容易になる。また、ボルトやめねじに対する加工作業が回避できるので、ボルトの再利用ができるばかりでなく、機器に損傷を及ぼす心配もない。
【００３９】
本発明のボルト抜取装置によれば、ボルトねじ込み部へ溶剤の注入と超音波の照射を容易にするので、作業効率が向上する。さらに、超音波の照射や、戻しトルクの検出や制御を含む作業工程を自動化でき、定検作業等の合理化を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるボルト抜取装置を示す構成図。
【図２】本発明を適用する主蒸気隔離弁の概略断面図。
【図３】第１の実施形態による試験結果を示す戻しトルクの特性図。
【図４】第１の実施形態の変形例を示すボルト抜取装置の概略図。
【図５】本発明の第２の実施形態によるボルト抜取装置を示す構成図。
【図６】第２の実施形態による固着ボルト抜取りの動作手順を示すフローチャート。
【図７】第３の実施形態による固着ボルト抜取りの動作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…主蒸気隔離弁のボディ、１２…ディスク、１３…ボディフランジ、１４…ボンネット、１５…上部駆動機構、１６…スタッドボルト、１７…上部ねじ部、１８…ねじ込み部（植え込み部）、１９…スタッドボルト穴、２０…溶剤注入器、２２…溶剤注入口、２３…キャビティ、２４，２５，２７…Ｏリング、２６…カップ、３０…超音波振動子、３１…接触子、３２…押圧ばね、４０…ホルダ、５０…制御装置、５１…タイミング制御部、５２…高周波パルス発信器、５３…戻しトルク検出・制御部、５４，５５…信号線、６０…自動トルクレンチ、６１…駆動用エアホース、６２…電磁弁、６３…ドライバ、６４…トルクセンサ、６５…回動軸、６６…ソケット（チャック）、７０…連結部（ダブルナット）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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