JP2009520604A - らせん形に巻かれた構造体を形成するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

複数の直径画定ローラ（７８）が上に設置され、管状構造体（１１６）を形成するために当接するまたは自己重複式に配置され得るストリップ材料（８０）を、作動中らせん形の巻線に塑性変形させる回転面板（７４）を含む、らせん形に巻かれた管状構造体（１１６）を形成するための装置（５０）および方法。

Description

本発明は、らせん形に巻かれた構造体を形成するための装置および方法に関し、詳細には、らせん形の重複関係で金属のストリップを巻き付けることによって形成されるパイプおよび長手構造体の形成に関する。保存容器、タワーおよび支持構造体など他の構造体も、本明細書に記載される特徴から利益を得ることができる。

現在、ストリップが隣接する縁部と噛み合い、これにより最終構造体上の所定の位置にストリップを保持するように、ストリップが心棒上に自己重複式に配置され、その縁部を機械的に変形することによって所定の位置に保持されるような、事前形成された金属ストリップを回転心棒の上に巻きつけることによる管状構造体の形成が知られている。欧州特許番号第０３３５９６９号は、心棒上に巻かれた平坦な金属のストリップから形成された、らせん形に巻かれた管状構造体を形成するための装置を開示する。平坦なストリップは、作成される管状構造体の軸と同心に設置された一組の供給スプールのどちらか一方から供給される。ストリップを心棒上に巻き付けるのに回転巻き上げヘッドが使用され、ストリップが上に巻き付く先行する層に機械的に固定されるように、ストリップを心棒上に配置し、次にストリップの縁部を加圧成形するローラの最終セットにストリップが到達する前に、金属ストリップの断面に初期形状を与える複数の動力式の形成ローラを含む。これは複雑な工程である。また、ストリップの供給を一定に維持することを保証するための機構が設けられ、この機構は、形成ローラの速度制御を含む。それらの供給物を維持するために、同軸の供給ボビンが外部供給スプールから供給される。機械を停止させることなく、ストリップ材料の一端を別の端部と接合するために溶接ステーションが使用される。

またストリップがその最終構造体内に巻き付けられる直前に、複数の半径形成ローラを調整することによって、形成されるパイプの最終直径を調整することが知られている。このような構成は、米国特許第３，８５１，３７６号に開示されており、これは材料のばね戻り力が許容範囲内に調整された、らせん形継ぎ目密封金属パイプを形成するための方法および装置に関する。この目的のために複数の形成ローラが設けられ、これは３ローラ配置の固定式ローラを含み、その位置は、金属ストリップがローラを通過する際、金属ストリップに所望の曲率半径を付与するように選択され設定される。ばね戻り力を確実に所望の範囲内に維持するために必要に応じて形成力を増減させるために、補助ローラは、ばね戻り力を示すフィードバック信号に応答して移動可能である。

また金属ストリップを弾性的に変形し、自己重複式のらせん形に巻かれた構造体内にそれを巻きつけ、その最終形状内にストリップを維持するために接着剤を利用することが知られている。残念なことにストリップは、その弛緩した(平坦な)形状に戻ろうとし続けるため、ストリップが裂け、ほどけるのを防ぐために接着剤が必要である。さらに、最終構造体は、塑性変形されたストリップ内のストレスによって生じる高度の剥離力を受け、これらは、接着剤自体に大きな負荷をかけ、これにより構造体の構造上の完全性が損なわれ、その理論的範囲を大きく下回ってその耐圧強度が制限される。

上記の構成は、完全に許容可能なパイプ製造方法を実現するが、確実に製品を一緒に支持するために材料ストリップの縁部の塑性変形に依拠する、あるいは形成工程で最終製品を回転させる必要があり、これは共に問題となり得る。例えば、金属ストリップの縁部を事前に配置された層の上に配置する際に変形し、このストリップをそこにロック固定するのに必要とする力は、かなり大きい。さらに、このような機械は、不必要に多大なエネルギーを消費し、このような変形工程を高速で行うことは極めて困難なため、非常に低速になる。形成する際製品を回転させる後者の問題は、この構成の使用をパイプの比較的短い部分の生成に制限し、長い部分が必要とされる場合、このような部分を結合しなければならない。大陸横断パイプラインを敷く際、合体には費用がかかり、作業が不確実になりやすいため、このようないずれかの結合を導入しなければならないことは極めて望ましくない。

本発明の目的は、従来技術に関連するいくつかの問題を減少させ、可能であれば克服する管状構造体を形成するための装置および方法を提供することである。

したがって、本発明は、長手軸の周りを回転するように設置される面板と、長手軸の周りを第１の方向に面板を駆動するための駆動機構と、管状構造体内に形成される前に、ストリップ材料を所定の直径まで曲げるために面板の上に設置される直径画定ローラとを備えた、らせん形に巻かれたストリップの管状構造体を形成するための装置を提供する。

好ましくは、装置は、面板と共に回転し、所定の直径に形成される前にストリップ材料に断面形状を形成するために設置される成形ローラ組立体を含む。１つまたは複数の成形ローラは従動ローラであってよい。

好ましくは、直径画定ローラは、３つの相互に向き合うローラを含み、ローラ間の位置関係によって定義される曲率半径を採るために、いずれのストリップ材料もローラ間を進むように、ローラの１つは他の２つに対して調整可能である。

特定の構成において、直径画定ローラは、この間を材料のストリップが通過し、それぞれ固有の長手軸の周りを回転可能な一組のピンチローラと、第２の軸の周りを回転することによって第１ピンチローラに対して調整可能なリングローラとを含む。

最も簡便な構成において、装置は、第２ピンチローラに対して効果的に調節するために、リングローラに接続される作動装置を含む。

有利には、装置は、リングローラによって曲率半径を採るようになされる際に、いずれのストリップにも及ぼされる形成力が反発される反作用ローラを備えてよい。

好ましくは、装置は、ピンチローラに対して反作用ローラの軸方向の位置を変えるために第２の作動装置を含む。また、ピンチローラの１つを他のピンチローラに対して効果的に軸方向に調整をするために、作動装置を設けることもできる。

有利には、装置は、１つまたは複数の直径画定ローラを駆動するための駆動手段を含む。

特定の簡便な構成において、装置は、ローラまたは複数のローラの位置関係を調整するために、作動装置または複数の作動装置に結合されたコンピュータを含む。このコンピュータは、所定のプログラムに従ってローラまたは複数のローラを制御するようにプログラムされたコンピュータを備えてよい。

好ましくは、装置は、面板の上に設置され、面板と同軸に配置された固定ギアによって駆動される第１ギア組立体を含み、第１ギア組立体は直径画定ローラを駆動するために、直径画定ローラに係合される。

好都合には、装置はさらに、面板の上に設置され、面板と同軸に配置された固定ギアによって駆動される第２ギア組立体を含み、第２ギア組立体はローラを駆動するために、形成ローラに係合される。装置はまた、第１の方向に面板を駆動するための主要駆動部材を含んでよく、これは面板上で対応するギア部に係合される従動ギアを備える。

好都合には、装置は、管状構造体内に形成されるストリップ材料のストックの供給物を支持するためのストック支持体を含む。ストック支持体は、その外径上で面板の周囲に延在する外周上に延在するカセットを備えてよい。

好都合には、カセットは、長手軸の周りで外周上に離間する複数の支持ローラを備え、これがストリップのストックの供給物の一部と協働し、ストックが軸の周りを回転することができる。支持ローラは、組立体の非回転部分に固定されるスピンドルの周りを回転するように設置されてよい。

特定の構成において、形成ローラは、長手軸に沿って互い違いに配置され、軸に対するローラの回転軸は、トリップがその供給源から直径画定ローラへ進む際、トリップのねじれ角によって変化する。

好都合には、装置は、その貯蔵所から形成ローラにストリップ材料の供給物を誘導するために第１ストリップ供給ガイドローラを含む。装置はまた、形成されたストリップの供給物を直径画定ローラから、形成される管状部材の内径まで誘導するために第２ストリップ供給ガイドローラを含む。

有利には、装置は、直径形成ローラを通り過ぎた後、任意のストリップの少なくとも一部の上に接着剤を塗布するための接着剤塗布具を含む。接着剤塗布具は、接着ストリップのロールを蓄積するための接着剤蓄積カセットを備えてよい。接着剤蓄積カセットは、それと共に回転するために面板の上に設置され、その周りに接着ストリップの供給物を配置することができ、管状構造体形成ストリップに接着ストリップが塗布されると回転するスピンドルを含んでよい。

装置はさらに、接着ストリップが管状構造体形成ストリップに付加される前に、接着ストリップ上のいかなる保護裏当ても除去するために裏当て除去機構を含む。

有利には、面板は、最終管状構造体を形成するために管状形成ストリップを上に巻き付けることができるコアライナを受けるための中央穴を含む。好都合には、コアライナを受けるために中央穴を画定する中空の中央部を有する中央支持トラニオンが設けられる。

好ましくは、支持トラニオンは、非回転式であり、ローラを駆動する固定ギアをその上に形成するギアを含む。

好都合には、面板は、支持トラニオン上で回転するように設置される。

有利には、面板は、管状構造体内に形成される平坦なストリップ材料の供給物を受けるための収容ステーションを含む。収容ステーションは、カセットの直径に対応する直径を有するリングを備えてよく、これによりカセットからの材料が消耗されると、容易にその間へのストリップ材料を送達する。

好都合には、装置は、ステーションが回転する際、収容ステーションにストリップ材料を供給するための供給手段を含み、これによりカセット上の材料が消耗される前に、収容ステーション上にストリップ材料を巻きつける。

本発明の別の態様によって、塑性変形によって材料のストリップをらせん形態に曲げるステップと、曲げられたストリップを自己重複式に管状構造体内に巻きつけるステップとを含み、ストリップが、形成される構造体の最終半径より小さい曲率半径のらせん形態に曲げられる、管状構造体を形成する方法が提供される。

好ましくは、方法は、ストリップが所望される曲率半径を採るように、ストリップが一組のピンチローラ、およびピンチローラの１つに対して調整可能なリングローラの間を通過するステップを含む。

有利には、方法は、ストリップが一組のピンチローラを通過するステップを含み、ストリップがその長さに沿った曲げ部を得るようにし、これによりストリップに側部の曲げを与え、一端が他端より長い縁部を有するストリップを形成するために、このピンチローラの回転軸は互いに対してずらされる。

方法は、管状構造体内に形成される際、ストリップの重複する部分に接着剤を塗布するステップを含む。接着剤は、接着剤のストリップとして接着剤を塗布することによって塗布されてよい。

有利には、方法は、接着ストリップの少なくとも１つの面に保護コーティングを塗布することによって接着剤のストリップを保護し、管状構造体を形成するストリップ上に接着剤を塗布する前に保護コーティングを除去するステップを含む。

好都合には、方法は、内部コア、およびらせん形に巻かれた材料の外部ケーシングを有する管状構造体を形成するために、管状コアを設け、コアの上にストリップを巻きつけるステップを含む。好ましくは、管状コアを形成するステップは、材料のストリップをその長さに沿ってロール形成し、当接する長手方向の縁部を継ぎ目溶接することによる。

代替として、方法は、一連の別々の長さの管として管状コアを形成し、コアの上にストリップ材料を巻き付ける前に、それらを連続したまたはほぼ連続した長さに組み立てるステップを含む。あるいは、管状コアは、一定の長さのプラスチック材料が押出成形されたパイプとして設けてもよい。

一構成において、別々の長さの管はセラミック材料製である。

添付の図面を参照して、本発明を例示の目的のみでより詳細に記載する。

図面の図１を参照すると、全体を１０で示される管状体は、高温の流体を運ぶ（加圧下であり得る）パイプラインなどパイプシステムで使用するためのパイプを形成する。管状体は、上記したいくつかの形成工程のいずれか１つによって形成され得る内部中空コア１２の形態の内側部分と、本明細書で後に詳細に考察される外部負荷担持ケーシングとを備える。好ましい工程において、内部パイプは、本明細書で後に詳細に考察される連続して形成されたコアを備えるが、長い長さを形成するために、互いに相互係合された複数の別々の長さで作成されたコアを有する場合もある。全体を１４で示される外部ケーシングは、コア１２の外面１２ａの上に材料のストリップ１６が自己重複式にらせん形に巻き付くことによって内部中空コア１２の上に形成され、これは英国特許第２，２８０，８８９号および米国特許第５，８３７，０８３号の出願人の詳細な記載の中で心棒上でのパイプの形成に関して詳細に記載されている方法と同様である。本発明の一態様によると、ストリップは、張力を受けて巻きつけられてよい。外部ケーシングを形成するストリップ１６は、それぞれ深さがストリップ１６の厚みに一致する１つまたは複数の斜めの断面の段差１８および２０を有してよい。段差１８および２０は、好ましくはストリップ１６内に事前形成され、それぞれがストリップ１６の一端から他端に延在し、ストリップのそれぞれの回旋部が、次の回旋部の重複する部分を収容し、重なり合う芯のない巻き付け動作を促進する。ストリップは、プラスチック、合成材料または実際の金属などのいくつかの材料のいずれか１つを備えてよく、金属は、本明細書で後に記載されるようにその一般的な高い耐衝撃性、形成および接合の容易さから見て、特に好適であることがわかっている。好適な金属の実施例は、鋼鉄、ステンレス鋼、チタンおよびアルミニウムを含み、これらのいくつかは、その耐食性により特に適している。ストリップ１６の内部面１６ｉおよびパイプ１２ｏの外面は、構造接着剤によって共に固定することができ、ストリップの重なり合う部分１６ａも同様であってよい。接着剤の使用は、確実に管状部材１０の全ての個々の構成要素に同様の比率で圧力をかける助けをする。接着剤の塗布は、いくつかの手段のいずれか１つによって行うことができるが、特に好適な構成を、いくつかの他の選択肢と共に本明細書で後に詳細に考察する。

次に図３をより詳細に参照すると、コア５４が形成される任意の事前形成部５２と、概略的に５６で示され本明細書で後に詳細に記載される形成ステーションと、全体を５８で示され後に考察されるいくつかの任意の機能を含む事後形成部分とを備えた、らせん形に巻かれた構造体を形成するための装置５０が見られる。任意の事前形成部５２の一構成において、互いに当接する対面する縁部（図示せず）を有する管状構造体５４を形成するために、金属ストリップのロール６０の形態の平坦なストリップ材料の貯蔵所と、複数の供給ローラ６２とが設けられ、このローラが、ストリップを形成ローラ６４および６６に供給し、形成ローラが中央心棒６８の周りにストリップの端部を一緒に巻きつける。全体が７０で示され溶接ヘッド７２を含む溶接装置は、対面する縁部を一緒に溶接するために使用されるが、これは当分野でよく知られた方法であるため、本明細書では特に記載しない。代替のコア形成工程は、複数の別々の長さの管状構造体の形成を含むことがあり、この場合それぞれが、複数の長さをコアの長い部分に組み立てることができるように、それらの対面する端部上に相互に係合する機能を備える。このようなコア構成を利用するとき、ストリップ形成および溶接構成を、形成ステーション内に複数の別々の長さを連続式に供給するための好適な供給機構（図示せず）で置き換えてもよい。形成されると、どのような種類のコアも形成ステーション５６内に供給され、これは図４および５を参照すると最もよく見られる。

図面全体に戻り特に図４を参照すると、これは形成ステーション５６の側部立面図であり、複数の成形ローラ７６、および全体が７８で示される１セットの直径画定ローラが上に設置された面板７４を備える。示されるように、成形ローラは図１また２で最もよく見られるようにストリップに断面形態を形成するように、外形を成形される。しかしながら、成形ローラはストリップに代替の形態を付与することもあり、またはある状況においては、全て除去されてもよい。設置される際、成形ローラは、複数の対面するローラ（図５に最もよく示される）として最適に設けられ、漸進的にストリップに所望の形状を付与するために、その間をストリップ８０が通過する際、その間にストリップ８０が挟まれ、ローラの各組が、最終的な所望の形状が形成されるまでストリップの変形を増加させる。示されるように、面板上の軸の周りを回転するようにそれぞれ設置され、片側が成形ローラに係合し、反対側が本明細書に後に詳細に記載される非回転部８６上に形成されたサンギア８４に係合する各駆動ギア８２によって、成形ローラはそれぞれ駆動される。面板７４が矢印Ｃ（図５）の方向に回転する際、これと共にギア７６および８２が回転するが、これらはサンギア８４に結合されているため、それぞれの軸の周りを回転するようになされ、対面する成形ローラ７６の間に形成されたわずかなピンチにストリップを駆動する。示されるように、成形ローラはそれぞれ長手軸Ｘに沿ってわずかに互い違いに配置され、ストリップ８０がその供給源から直径画定ローラ７８に進む際、それぞれのローラの回転軸は、ねじれ角によって変化する。しかしながら、互い違いでないより簡素な構成を使用してもよく、この場合ストリップを成形し半径成形ローラ７８にそれを付加する前に、正確にそれを配置するために十分な空間があることを理解されたい。 その供給源からのストリップ材料の供給を確実に一定の速度にするために、ストック供給源８８の形態でその供給源を設けることが望ましい。有利にはこのストック供給源は、カセット、または形成ステーションの外側に配置され長手軸Ｘの周りの外周上に離間する複数の支持ローラ９２を備えるストック支持体９０内に設けることができる。支持ローラ９２は、ストリップ材料のストック８８の一部と協働し、ストックが軸Ｘの周りを回転するようにする。ストリップ材料８０は、そのストックの内径から外され、そこにほぼ垂直な軸の周りで面板７４の上で回転するように設置された第１ストリップ供給ガイドローラ９４によって供給される。面板７４を駆動するために、非回転部８６が中に延在する環状部１０４を介して面板に直接結合された裏板１０２の上に設けられたモータ９６およびギアドライブ９８を設けることができる。

また、全体的に７８で見られ、排出されるストリップの直径を画定するために、それを１つのローラの周りで塑性変形することによって、ストリップ材料をその間で曲げるように作用する直径画定ローラ構成が図４および５に示されている。この構成は、図６および７を参照すると最もよく見られ、本明細書で後に詳細に記載する。また、任意の接着剤塗布具１０６を、それと共に回転するように面板７４上に配置することができる。塗布具は、ストリップが形成された後、ストリップに接着剤を与えるためにいくつかの形態をとることができ、貯蔵カセット１０８が接着ストリップのロール１１０を備える、ある特定の構成が示されている。面板が回転し、コア５４（図３）の上にストリップが分配される際、接着ストリップをストリップ８０の表面上に分配することができるように、貯蔵カセット１０８は、面板の上にそれと共に回転するために設置されたスピンドル１１２の周りを回転するように設置される。接着ストリップは、裏当てを有するストリップの形態で形成され、この裏当ては、接着剤が塗布される前に裏当て除去手段（図示せず）によって除去することができる。図４の断面図から、最終構造体１１６を形成するために、その上にストリップ材料８０を巻きつけることができるコアまたはライナ５４を受けるために、面板７４が中央穴１１４を含むことが理解されるであろう。中央穴は、コアまたはライナ５４を受けるために中央の開口１１４を画定する中空の中央部を有する中央支持トラニオン８６を備えてよい。設ける場合、トラニオンは、面板７４がトラニオン８６の周りを回転することができるように、軸受け１１６によって中央穴１１４の中に設置することができる。図４に、カセットの直径に対応する直径を有し、これによりカセット上の材料が消耗するとストリップ材料をその間に容易に送達するリング１２０の形態の収容ステーション１１８が示される。ストリップ材料の供給源１２２は、ステーションが回転する際、収容ステーションにストリップ材料を供給するための供給手段を形成し、これによりカセットからストリップが消耗されるのと同じ割合でストリップを供給ステーション上に巻きつける。

図６および７に戻ると、直径形成ローラ７８の様式をより詳細に示しており、一組のピンチローラ１２４、１２６、およびピンチローラの一方の回転軸の周りを枢動可能なピボットアーム１３０の上に設置されたリングローラ１２８を含めた複数のローラが見られる。どちらの回転軸をピボットアームが回転するかは問題ではない。概略的に１３２で示される作動装置が、本明細書で後に詳細に考察される所望の制御パラメータによって、矢印Ｄ−Ｄの方向でリングローラの枢動回転を開始し、これを制御するために、ピボットアーム１３０に接続される。ピンチローラの一方１２６の位置を他のピンチローラ１２４に対して矢印Ｅ−ＥおよびＦ−Ｆの方向で変更するために、別の作動装置１３４が設けられ、これもまた本明細書で後に詳細に考察される。ストリップがピンチローラ１２４、１２６およびリングローラ１２８の間をそれぞれ通る際、ストリップを曲げることにより受けるいずれの力にも反発するために、最終反作用ローラ１３６が設けられる。またこの反作用ローラは、所望により矢印Ｇ−Ｇの方向でストリップ８０内に、またはそこから離れるように移動するように、作動装置１３８によって制御可能であってよい。図７は、断面図によって、より詳細に作動装置およびローラ制御システムを示す。この図面から、作動装置１３４は好ましくは、ローラ１２６の軸位置を差動式また均一に変更することができるように、ローラ１２６の各端部に同等の一組として設けられることを理解されたい。この特定の構成において、作動装置スピンドル１４０は、接地された作動装置から穴１４２を通って上部ブロック部１４４を貫通し、前のローラスピンドル１４６（そこに対して配置される）を過ぎ、下部ブロック部１４６内に進み、この中で１４８でアンカー固定される。スピンドル１４０を配置するためにブロックの間に形成された小さな空隙１５０により、ローラ１２６が作動装置制御パラメータによって、ローラ１２４に近づいたり離れたりして移動する。

さらに詳細に図６および７を参照して、全体的に制御原理を記載する。上記のように、ローラ１２６は、独立してまたは全体的に制御された作動装置１３４ａ、１３４ｂによって矢印Ｅ−ＥおよびＦ−Ｆの方向で調節可能である。ローラ１２８は、作動装置１３２によって矢印Ｄ−Ｄ_１の方向に可動であり、ローラ１３６は、作動装置１３８によって矢印Ｇ−Ｇ_１の方向に可動である。各作動装置は、コンピュータ１４０（図３）に接続され、これによって制御される。ストリップ８０に所望の曲率半径Ｒを生成するためには、管状構造体を形成するためにそれが配置される前に、任意のばね戻り効果の後で所望の最終曲げ度が実現されるように、ストリップ８０がローラ１２６の軸の周りで曲げられ塑性変形されるように、ローラ１２８の位置を設定し、場合により調整する必要があるだけである。ストリップがピンチローラ１２４、１２６の間を進む際ストリップが受ける挟まれ度を設定し調節するためには、単にローラ１２４に対するローラ１２６の軸方向の位置を調整するだけである。この調整は、相対的なまたは差動式の調整であり得る。差動式の調整は、ストリップの片側が反対側より強く挟まれ、塑性変形が生じる場合、これによりストリップの片側が反対側よりわずかに長い長さが採用される。この構成は、多層製品の事前に配置された層の上にストリップが配置される際、ストリップを無理なく着座させる助けとなる。より長い縁部はより大きな直径の縁部であり、その下の層の直径に適合しなければならないため、最初に配置される縁部であることを理解されたい。矢印Ｅ−Ｅの方向の差動式移動の代替として、ローラ１２６を矢印Ｆ−Ｆの方向に差動式に移動させてもよく、これは異なる厚みに対して同様の作用を有する。ストリップが被る曲げ度を増加させるまたは変更する必要がある場合、作動装置１３８を作動させローラ１３６を適切に移動することによって、ローラ１３６の軸方向の位置を調節することが必要な場合がある。

次に図３に戻りこれを参照すると、任意の事後形成部５８は、任意の駆動機構１５２および接着硬化ヒータ１５４などのような物を含んでよい。

図面全体を参照すると、面板７４を回転させることによって、管状構造体を形成することができることが理解されるであろう。この作用は、ストリップ材料８０をカセットから引き出し、成形ローラ７６を通って、直径画定ローラ７８内に進ませ、この地点でローラ１２４、１２６および１２８の適切な位置制御によって所望の直径が形成される。ストリップが直径画定ローラを出ると、コア５４に向かって進められ、図１および２を参照すると最もよく理解される自己重複構成でその周りに巻きつけられる。ストリップが最終的にコアの上に配置される前に、分配器１０６からそのストリップとして分配された接着剤によって、ストリップを補強することができる。面板７４の連続回転により、ストリップ８０は連続的に変形および配置され、この工程はカセット貯蔵部にストリップ材料の供給がある限り続けられる。ストリップ材料が消耗されると、カセットの両端にわたってステーション１１８から第２の供給物を移送し、操作を再開する前に一端を他端に溶接する必要がある。また、構造体のいくつかの形態は、コアを有する必要がなく、面板に与えられるコアなしで上記の工程を行うことができることを理解されたい。このような構成において、形成される管状構造体の最初の部分に支持体を設けることが必要な場合があるが、最初の部分が形成された後、固定された多層構造体の上に新規の層が効果的に配置されるため、構造体は自己支持式となる。実際は、先細の内部コアを生成することが困難であると思われる先細の構造体を形成することを望む場合、このような構成を良好に適合することができる。したがって、コアなしの構造体は本発明の範囲内にある。このような先細の構造体の形成では、単にストリップに加えられる曲げ度を変更する必要があり、これは所望により回転半径を変更するために、リングローラ１２８に可変の力配置を付与することによって行うことができる。この工程は、所定の制御方法論に従って、コンピュータ１４０によって制御することができる。

この機械の別の特徴は、製品の直径を所望の範囲内に維持するおよび／または所望のパラメータに従って変更することを保証するために、コンピュータからのフィードバック制御を含む。ストリップが半径形成ローラ内を通る際、ストリップの塑性変形の度合いを調整することができるため、この装置によって形成されるいずれの管状構造体の最終直径も調整することができることを理解されたい。この機械の重要な特徴の１つは、半径曲率Ｒを、それが巻き付けられるコアのものよりわずかに小さくなるように形成する能力である。ストリップがこのように形成される（所望の半径より小さく）際、外側にらせん形に巻かれたストリップが効果的に先行する層またはコアを把持し、その間に確実に近接して接触し、これによりその間の良好な機械的結合を実現するため、このような構成は、この特徴なしで可能なものよりも最終製品に対して重要な影響を有する。さらに、ストリップを塑性変形することによって、従来技術で知られるストリップの弾性的変形より、使用するいずれの接着剤もさほど下まで離れずに、または場合により全く剥離負荷なしで配置され、したがって、最終構造体の完全性を維持するのを助け、その耐圧強度をその理論的最大値付近まで増加する。

上記の方法および装置は、外部ケーシングを備えたすでに既存のパイプラインを包含するために使用することもできることを理解されたい。この構成において、すでに既存のパイプラインは、コアを形成し、パイプラインの上にストリップ材料の外部包装を配置するために、機械は単にコアの周りを回転しそれに沿って移動する。このような手法は、すでに既存のパイプラインを修理または強化しようとする際に利用することができる。

本明細書に記載される装置によって形成することができる２つのタイプの管状構造体の部分断面図である。 本明細書に記載される装置によって形成することができる２つのタイプの管状構造体の部分断面図である。 本発明の態様による装置の概略側部立面図である。 図３に概略的に示す形成ヘッドの側部立面図である。 図４の矢印Ａの方向で切り取った形成ヘッドの前面図である。 図４および５で全体的に示される直径形成ローラ構成の詳細な図である。 図６の矢印Ｂ−Ｂの方向で切り取ったピンチローラの断面図である。

Claims (50)

1. 長手軸の周りを回転するように設置された面板と、
   前記長手軸の周りを第１の方向で前記面板を駆動するための駆動機構と、
   管状構造体内に形成される前に、ストリップ材料を所定の直径に曲げるために前記面板の上に設置される直径画定ローラと
   を備える、らせん形に巻かれたストリップの管状構造体を形成するための装置。
2. 前記面板と共に回転し、ストリップ材料が所定の直径に形成される前に、ストリップ材料に断面形状を形成するために設置される成形ローラ組立体を含む、請求項１に記載の装置。
3. １つまたは複数の前記成形ローラが従動ローラである、請求項２に記載の装置。
4. 前記直径画定ローラが、ローラ間の位置関係によって定義される曲率半径を採るために、いずれかのストリップ材料も前記ローラ間を進むように、前記ローラの１つが他の２つに対して調整可能である３つの相互に向き合うローラを含む、請求項２または３に記載の装置。
5. 前記直径画定ローラが、それぞれ固有の長手軸の周りを回転可能であり、この間を材料のストリップが通過することができる一組のピンチローラと、第２の軸の周りを回転することによって第１ピンチローラに対して調整可能なリングローラとを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第２ピンチローラに対して効果的に調節するために、前記リングローラに接続される作動装置を含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記リングローラによる曲率半径を採るようになされる際に、いずれのストリップに対しても及ぼされる形成力が反発される反作用ローラを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. ピンチローラに対して前記反作用ローラの軸方向の位置を変えるために第２の作動装置を含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記ピンチローラの一方を他のピンチローラに対して効果的に軸方向に調整するために作動装置を含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
10. １つまたは複数の前記直径画定ローラを駆動するための駆動手段を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記ローラまたは複数のローラの位置関係を調整するために前記作動装置または複数の作動装置に結合されたコンピュータを含む、請求項６から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記コンピュータが、所定のプログラムに従って前記ローラまたは複数のローラを制御するようにプログラムされたコンピュータを備える、請求項１１に記載の装置。
13. 前記面板の上に設置され、前記面板と同軸に配置された固定ギアによって駆動され、前記直径画定ローラを駆動するために前記直径画定ローラに係合される第１ギア組立体を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記面板の上に設置され、前記面板と同軸に配置された固定ギアによって駆動され、前記ローラを駆動するために前記形成ローラに係合される第２ギア組立体をさらに含む、請求項１３に記載の装置。
15. 前記面板を前記第１の方向に駆動するための主要駆動部材を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 前記主要駆動部材が、前記面板上で対応するギア部に係合される従動ギアを備える、請求項１５に記載の装置。
17. 管状構造体内に形成されるストリップ材料のストックの供給物を支持するためにストック支持体をさらに含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記ストック支持体が、その外径上で前記面板の周囲に延在する外周上に延在するカセットを備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記カセットが、長手軸の周りで外周上に離間する複数の支持ローラを備え、これがストリップストックの供給物の一部と協働し、前記ストックが前記軸の周りを回転することを可能にする、請求項１８に記載の装置。
20. 前記支持ローラが、前記組立体の非回転部分に固定されるスピンドルの周りを回転するように設置される、請求項１９に記載の装置。
21. 前記形成ローラが、前記長手軸に沿って互い違いに配置され、前記軸に対する前記ローラの回転軸が、前記ストリップがその供給源から前記直径画定ローラへ進む際の前記ストリップのねじれ角によって変化する、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
22. ストリップ材料の供給物をその貯蔵所から前記形成ローラに誘導するために第１ストリップ供給ガイドローラを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
23. 形成されたストリップの供給物を前記直径画定ローラから形成される管状部材の内径まで誘導するために第２ストリップ供給ローラを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
24. 前記直径形成ローラを通り過ぎた後、任意のストリップの少なくとも一部の上に接着剤を塗布するための接着剤塗布具を含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
25. 前記接着剤塗布具が、接着ストリップのロールを蓄積するための接着剤蓄積カセットを備える、請求項２４に記載の装置。
26. 前記接着剤蓄積カセットが、それと共に回転するために前記面板の上に設置され、その周りに接着ストリップの供給物を配置することができ、前記管状構造体形成ストリップに前記接着ストリップが塗布されると回転するスピンドルを含む、請求項２５に記載の装置。
27. 前記接着ストリップが管状構造体形成ストリップに付加される前に、前記接着ストリップ上のいかなる保護裏当ても除去するために裏当て除去機構を含む、請求項２５または２６に記載の装置。
28. 前記面板が、最終管状構造体を形成するために前記管状形成ストリップを上に巻き付けることができるコアライナを受けるための中央穴を含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
29. 前記コアライナを受けるために前記中央穴を画定する中空の中央部を有する中央支持トラニオンを含む、請求項２８に記載の装置。
30. 前記支持トラニオンが非回転式であり、前記ローラを駆動する前記固定ギアを上に形成するギアを含む、請求項２９に記載の装置。
31. 前記面板が前記支持トラニオン上で回転するように設置される、請求項２９または３０に記載の装置。
32. 前記面板が、管状構造体内に形成される平坦なストリップ材料の供給物を受けるために収容ステーションを含む、請求項１から３１のいずれか一項に記載の装置。
33. 前記収容ステーションが、前記カセットの直径に対応する直径を有するリングを備え、これにより前記カセットからの材料が消耗されると、その間へ容易にストリップ材料を送達する、請求項３２に記載の装置。
34. 前記ステーションが回転する際、前記収容ステーションにストリップ材料を供給するための供給手段を含み、これにより前記カセット上の材料が消耗される前に、前記収容ステーション上に前記ストリップ材料を巻きつける、請求項３２または３３に記載の装置。
35. 実質的に添付の図面を参照して本明細書に記載される、または図面中に示される装置。
36. 請求項１から３５のいずれか一項に記載の装置上に作成される管状構造体。
37. 塑性変形によって材料のストリップをらせん形態に曲げるステップと、前記曲げられたストリップを自己重複式に管状構造体内に巻きつけるステップとを含み、前記ストリップが、形成される構造体の最終半径より小さい曲率半径の前記らせん形態に曲げられる、管状構造体を形成する方法。
38. 前記ストリップが前記所望される曲率半径を採るように、一組のピンチローラ、および前記ピンチローラの１つに対して調整可能なリングローラの間を通過するステップを含む、請求項３７に記載の方法。
39. 前記ストリップが一組のピンチローラの間を通過するステップを含み、前記ストリップがその長さに沿った曲げ部を得るようにし、これにより前記ストリップに側部の曲げを与え、一端が他端より長い縁部を有するストリップを形成するために、前記ピンチローラの回転軸が互いに対してずらされる、請求項３８に記載の方法。
40. 管状構造体内に形成される際、前記ストリップの重複する部分に接着剤を塗布するステップを含む、請求項３７または３８に記載の方法。
41. 前記接着剤が、接着剤のストリップとして接着剤を塗布することによって塗布される、請求項３９に記載の方法。
42. 前記接着ストリップの少なくとも１つの面に保護コーティングを塗布することによって前記接着ストリップを保護し、前記管状構造体を形成する前記ストリップ上に前記接着剤を塗布する前に、前記保護コーティングを除去するステップを含む、請求項３９または４０に記載の方法。
43. 内部コア、およびらせん形に巻かれた材料の外部ケーシングを有する管状構造体を形成するために、管状コアを設け、前記コアの上に前記ストリップを巻きつけるステップを含む、請求項３７から４２のいずれか一項に記載の方法。
44. 材料のストリップをその長さに沿ってロール形成し、当接する長手方向の縁部を継ぎ目溶接することによって、前記管状コアを形成するステップを含む、請求項４３に記載の方法。
45. 一連の別々の長さの管として前記管状コアを形成し、前記コアの上に前記ストリップ材料を巻き付ける前に、それらを連続したまたはほぼ連続した長さに組み立てるステップを含む、請求項４４に記載の方法。
46. 前記管状コアを一定の長さのプラスチック材料が押出成形されたパイプとして形成するステップを含む、請求項４５に記載の方法。
47. 前記別々の長さの管がセラミック材料製である、請求項４６に記載の方法。
48. 請求項３７から４７のいずれか一項によって形成された管状構造体。
49. 実質的に添付の図面を参照して本明細書に記載される、または図面中に示される管状構造体を形成する方法。
50. 実質的に本明細書に記載され、実質的に本明細書に記載される装置上で行われる管状構造体を形成する方法。

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