JP2017505233A - ねじ山転造ツール - Google Patents

Abstract

ねじ山を転造及び／または修理するためのねじ山転造ツールに関し、パイプ端部（１８）に固定されるべき留め装置（１２）と、パイプ端部（１８）の中にねじ山を転造するためまたはパイプ端部（１８）においてねじ山を修理するための少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）とを備える。少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）は、プロファイル転造体（１４）が進む方向において先細りし、先細りする特に円錐形のねじ山を、パイプ端部（１８）の中に転造することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、ねじ山を転造するための、及び／またはねじ山を修理するためのねじ山転造ツールに関し、このねじ山転造ツールは、（ａ）パイプ端部に固定するための留め治具と、（ｂ）パイプ端部の中にねじ山を転造するための、またはパイプ端部においてねじ山を修理するための、少なくとも１つのプロファイル転造体とを有する。

そのようなねじ山転造ツールは、例えば特許文献１から既知である。そのようなねじ山転造ツールの不利な点は、それが円筒形のねじ山にのみ適していることである。換言すれば、円錐形のねじ山は、そのようなツールによって転造できない。

独国特許出願公開第１０２０１２００４７０１号

本発明の課題は、ねじ山転造ツールを提案することであり、このねじ山転造ツールは、先細りになる、特に円錐形のねじ山を転造するのに、かつ／またはそのようなねじ山を修理するのに適している。

本発明は、問題の部類のねじ山転造ツールによって課題を達成するが、このねじ山転造ツールでは、少なくとも１つのプロファイル転造体が、プロファイル転造体の供給方向において先細りしており、その結果、先細りになる、特に円錐形のねじ山を、パイプ端部の中に転造することが可能である。

本発明は、円錐形のプロファイル転造体が使用される場合、円錐形のねじ山を製造することが可能であるという認識に基づいている。もしパイプ端部上のこのプロファイル転造体が先細り的に、特に円錐形的に終わる場合、プロファイル転造体は、その殻表面の大部分にわたって、パイプ端部と接触する。パイプ端部の長手軸の周りに、螺旋経路上でプロファイル転造体を回転することによって、プロファイル転造体は、パイプ端部の中にねじ山を切る。プロファイル転造体の包絡面輪郭、即ち、溝の無いプロファイル転造体の輪郭は、それ故に、製造されるべき、先細りするねじ山の輪郭と補完的であるような方法で、形作られるのが好ましい。

特に好ましいのは、プロファイル転造体が円錐形の基本構造を有する場合であるが、このことは、溝の稜が円錐形の表面上にあることを意味する。このようにして、円錐形のねじ山が得られる。

本説明の文脈において、留め治具は、この治具によって、ねじ山転造ツールをパイプ端部で固定することが可能な治具として理解されるであろう。特に、留め治具の設計では、パイプ端部においてパイプの中に挿入するように、かつパイプ端部においてねじ山転造ツールを固定するように設計されるが、これらのことは、留め治具の外部直径を拡大することによって、例えば、留め要素を半径方向の外側へ移動させることによって達成される。留め治具は、機械的に、空気的に、または液圧的に作動させてもよい。原理的に、留め治具はまた、異なる留め原理に基づいてもよく、例えば、異なる原理が、凍結留めチャックを表してもよい。しかしながら、これは、しばしば費用の増加に関連付けられる。

プロファイル転造体によって、１つの構成部品が理解されるであろうが、それは、この構成部品によって、パイプ端部の中にねじ山を転造することが可能であるということである。好ましくは、プロファイル転造体は、円錐形の包絡面輪郭を有するが、このことが意味するのは、ねじ山転造のために使用されるプロファイルを備える部分において、円錐形部分の中にプロファイルを機械加工することによって、プロファイル転造体を製造できるということである。

パイプ端部の中にねじ山を転造することが可能であるという特徴によって、特に、次のことが理解されるであろう。即ち、既に存在するが、しかし損傷したねじ山を、機能的に有効なねじ山が得られるねじ山転造ツールによって、そのように改造できるということである。

プロファイル転造体は、ピッチが無いのが好ましい。このことは、特に高いプロセス信頼性で、かつ単純な方法で、ねじ山を転造できる、かつ／またはねじ山を修理できるという利点を有する。

好ましい実施形態によれば、ねじ山転造ツールは、転造体ホルダを備え、この転造体ホルダ上に少なくとも１つのプロファイル転造体が固定され、かつ転造体ホルダによって、少なくとも１つのプロファイル転造体がパイプ端部の周りで螺旋状に整然と案内され得るので、少なくとも１つのプロファイル転造体は、パイプ端部の中にねじ山を転造する。プロファイル転造体が、パイプ端部の周りで螺旋状に案内され得るという特徴によって、プロファイル転造体が螺旋経路上で案内され得ることが理解されるであろう。この螺旋経路は、特に、パイプ端部の長手軸の周りで先細りしていない。確かに、螺旋経路が先細りすることは可能であるが（先細りすることは、長手軸に沿う距離を増加させるにつれて、その直径が小さくなることを意味する）、しかしこのことは、要求されていない。加えて、螺旋経路が広くなることも可能である。しかしながら、転造体ホルダが、長手軸の周りで先細りせず、広がりもしない螺旋経路上を移動する場合、ねじ山転造ツールは、特に単純に構築される。

好ましくは、転造体ホルダは、ねじ山によって留め治具と結合され、その結果、パイプ端部のパイプ長手軸の周りで転造体ホルダを回転させることは、パイプ長手軸に沿った、転造体ホルダの軸方向移動をもたらす。このことは、転造体ホルダをパイプ長手軸の周りに螺旋経路上で移動させるのに、特に単純な方法であり、かつ、加えて、プロセス信頼性の高い方法であることを表す。特に好ましいのは、ねじ切りされた相手の少なくとも一方が、焼入鋼で作られるか、または少なくとも４５ＨＲＣのロックウェル硬度を有する別の硬質材料で作られる場合である。従って、ねじ山を転造する間に発達する力は、吸収することが可能であり、この力が過度の摩耗をもたらすことはない。

好ましい実施形態によれば、ねじ山転造ツールは、少なくとも１つの第２プロファイル転造体を備え、この第２プロファイル転造体は転造体ホルダにしっかりと固定されているので、第２プロファイル転造体は、パイプ長手軸の周りに転造体ホルダを回転させる間に、第１プロファイル転造体によって転造された溝において、少なくとも部分的に転造し、かつ動作中は、第２プロファイル転造体は、第１プロファイル転造体上に作用する第１の受動的な力と少なくとも部分的に反対の方向において、第２の受動的な力を発生させる。第２プロファイル転造体は、それ故に、小さめのトルクをもたらすが、この小さめのトルクは、ねじ山を転造するために、ねじ山転造ツール上に加えなければならないものである。

第２プロファイル転造体の代わりに、ねじ山転造ツールが対抗要素を有することも可能である。この対抗要素は、第１の受動的な力と少なくとも部分的に反対に向けられた第２の受動的な力を発生させる。この場合、しかしながら、有意な摩擦力が容易に発達し、この摩擦力は、ねじ山に対する到達可能な品質を減じ、かつ作動のために必要なトルクを大幅に増加させる。

第２プロファイル転造体は、ピッチが無いのが好ましい。好ましいのは、プロファイル転造体が、少なくともプロファイル部分において、同様な構造をしている場合である。特に、プロファイル転造体は、同一であるのが好ましい。第１プロファイル転造体の回転軸に関して、第２プロファイル転造体のプロファイルは、第１プロファイル転造体のプロファイルに対して、中心がずれている。

好ましいのは、少なくともプロファイル転造体の１つが、軸方向に変位可能であるように取り付けられる場合であるが、しかしこれは要求されるものではない。好ましくは、第１プロファイル転造体は、第１プロファイル転造体回転軸の周りに回転するように取り付けられ、かつ第２プロファイル転造体は、第２プロファイル転造体回転軸の周りに回転するように取り付けられ、ここで第２プロファイル転造体回転軸は、第１プロファイル転造体回転軸に関して、０°から２°の角度を形成する。

好ましい実施形態によれば、第１プロファイル転造体は、第１プロファイル転造体回転軸の周りに回転するように取り付けられ、かつ第１プロファイル転造体回転軸（Ｄ_14.1）とパイプ長手軸との間の第１ずれ角度は、最大で２°、特に最大で１°になる。しかしながら、その角度は、定量的には可能な限り小さいことが好ましい。パイプ長手軸は回転軸に対応し、この回転軸の周りに、転造体ホルダを回転させることが可能である。

ずれ角度が存在するという事実は、長手軸と第１プロファイル転造体回転軸が交差することを必ずしも意味しない。ずれ角度は、回転軸及び長手軸のベクトル表現の方向ベクトルから、角度計算に対する数学的規則に従って計算され、ここで方向ベクトルは、ずれ角度が最大で９０°になるように、特別に選ばれる。ずれ角度は常に正で表され、かつ、そのため、例えば回転軸と長手軸との間の０．５°の理論的角度は、０．５°のずれ角度と見なされる。

好ましくは、第２プロファイル転造体は、第２プロファイル転造体回転軸の周りに回転するように取り付けられ、かつ第２プロファイル転造体回転軸とパイプ長手軸との間の第２ずれ角度は、最大で２°、特に最大で１°になる。

好ましくは、ねじ山転造ツールは、少なくとも１つの第３プロファイル転造体を備え、この第３プロファイル転造体は、転造体ホルダにしっかりと固定されているので、第３プロファイル転造体は、パイプ長手軸の周りに転造体ホルダが回転する間、第１プロファイル転造体または第２プロファイル転造体によって製造された溝において少なくとも部分的に転造し、かつ動作中は、第３プロファイル転造体は、第３の受動的な力を発生させるが、この第３の受動的な力は、第１の受動的な力及び第２の受動的な力と一緒に、ベクトル的に加算されてゼロとなる。このように、ねじ山は、特に小さなトルクによって生成することが可能である。

特に好ましいのは、第３プロファイル転造体が、第３プロファイル転造体回転軸の周りに回転するように取り付けられ、かつ第３プロファイル転造体回転軸が、転造体ホルダの回転軸に対応するパイプ長手軸に関して、最大で２°、特に最大で１°の第３ずれ角度を形成する場合である。

好ましい実施形態によれば、留め治具は作動接続部品を有し、この作動接続部品によって、留め治具は、留められると共に緩められ、かつこの作動接続部品は、パイプ長手軸の方向に伸長する。特に、接続部品は結合構造を備えており、この結合構造は、例えば、雄の六角形構造または六角形ソケット構造であり、その結果、作動接続部品は、補完的なツールによって作動させることが可能である。

本発明は、加えて、円錐形のねじ山を製造するための、または円錐形のねじ山を修理するための方法によって課題を達成するが、その方法は、（ｉ）留め治具によって、パイプ端部上に、本発明によるねじ山転造ツールを固定するステップと、（ｉｉ）転造体ホルダを回転するステップとを有し、ここでねじ山は、パイプ端部のパイプ長手軸に沿って、転造体ホルダを軸方向に移動させ、その結果、少なくとも１つのプロファイル転造体が、パイプ長手軸の周りで螺旋状に移動し、かつパイプ端部の中に円錐形のねじ山を転造する、または円錐形のねじ山を修理する。

好ましいのは、パイプ端部が、先細り的に、特に円錐形的に終わる場合である。しかしながら、パイプ端部が先細り的に終わらないことも考えられる。この点において、円錐形部分の製造を省くことは有利である。より多くの材料を形作らなければならないことは不利であり、このことは、大幅にプロセス影響力を増加させる。

好ましい実施形態によれば、ねじ山は、あるねじ山幅で転造されるが、そのねじ山幅は、最大で、プロファイル転造体のプロファイル殻表面のプロファイル転造体幅に対応する。

本発明によるねじ山転造ツールの斜視図 図１によるねじ山転造ツールを貫く断面図 円錐形の包絡面体を有するプロファイル転造体説明図 ねじ山転造ツールの第２の斜視図

図１はねじ山転造ツール１０を示し、このねじ山転造ツール１０は、第１プロファイル転造体１４．１、第２プロファイル転造体１４．２及び第３プロファイル転造体１４．３だけでなく、留め治具１２を有する。プロファイル転造体１４（添え数字無しの参照符号は、対応する全ての対象物にそれぞれ関連する）は、転造体ホルダ１６に取り付けられる。

プロファイル転造体１４．１は、第１プロファイル転造体回転軸Ｄ_14.1の周りに回転するように取り付けられ、第２プロファイル転造体１４．２は、第２プロファイル転造体回転軸Ｄ_14.2の周りに回転することが可能であり、第３プロファイル転造体１４．３は、第３プロファイル転造体回転軸Ｄ_14.3の周りに回転することが可能である。３つの回転軸Ｄ_14.1、Ｄ_14.2及びＤ_14.3は、対として互いに最大で２°、特に最大で１°の角度を形成する。

留め治具１２は、パイプ端部１８に固定するように設計されており、かつこの目的のために、留め治具１２は、留め要素２０．１、２０．２、・・・を有し、これらの留め要素は、留め円錐体２２を介して、半径方向に外側へ移動させることが可能である。留め円錐体２２は、ねじ山（図１では見られない）を有し、かつ作動接続部品２４を回すことによって、留め要素２０に対してパイプ長手軸Ｌに対応する軸方向に押し出すことが可能である。

留め治具１２は、ねじ山２６を介して、転造体ホルダ１６に接合される。もし留め治具１２がパイプ端部１８に安全に固定される場合、かつもし転造体ホルダ１６が長手軸Ｌの周りに回転する場合、プロファイル転造体１４は、長手軸Ｌの周りに螺旋経路上を移動する。

図２は、パイプ長手軸Ｌに垂直な断面における、ねじ山転造ツール１０を示す。

図３は、プロファイル転造体１４の詳細図を示す。本実施形態では、このプロファイル転造体は、円錐形的に先細りしていることが分かる。これによって理解されるであろうが、頭端が切られた円錐体の形をした仮想包絡面体２８は、プロファイル転造体１４上にぴったり合っているので、仮想包絡面体は、その殻表面に沿ってプロファイル転造体１４と接触する。接触点は、同心リング上にあるが、その理由は、プロファイル転造体１４にはピッチが無いからである。

図４は、更なる斜視図において、ねじ山転造ツール１０を示す。転造体ホルダ１６は結合構造３０を有することが分かり、この結合構造３０は、今の場合、雄の六角形構造によって形成される。結合構造３０は、補完的な結合構造を有するレンチと連結相互作用するように設計される。

本発明による方法は、先ずねじ山転造ツール１０がパイプ端部１８に固定されるという事実によって実行される。この目的のために、ねじ山転造ツール１０は、その留め治具１２によって、パイプ端部１８の中に挿入される。その後、作動接続部品２４が適切なツールによって回され、その結果、治具１２は、パイプ端部１８上でねじ山転造ツール１０を固定する。その後、転造体ホルダ１６が回転される。これは、例えば、関連するレンチを結合構造３０に取り付け、かつそれを回すことによって行ってもよい。明らかに、転造体ホルダ１６を回転させるために、駆動機（例えば、電気式、空気式または液圧式の駆動機）を使用することも可能である。

加えて、本発明によるねじ山転造ツールを備える位置決めマシン（特にマシンツールまたはロボット）は、本発明によるものである。位置決めマシンは、留め治具を留めるために、かつ転造体ホルダ１６を回転させるために、パイプ端部１８の中にねじ山転造ツール１０を自動的に挿入するように設計してもよい。必要ならば、位置決めマシンは、ツールチェンジャ及び／または加工品チェンジャを有し、その結果、複数のパイプを、それらそれぞれのパイプ端部で機械加工することが可能であるが、それは、先細りするねじ山を、特に円錐形のねじ山を切ることによって達成される。

図１は、プロファイル転造体の、プロファイル転造体幅Ｂ₁₄を示す。プロファイル転造体１４．１が、その完全なプロファイル転造体幅Ｂ₁₄にわたって、転造されたばかりのねじ山と接触している場合、ねじ山は、Ｂ₁₄に対応するねじ山幅を有する。

１０ ねじ山転造ツール
１２ 留め治具
１４ プロファイル転造体
１６ 転造体ホルダ
１８ パイプ端部
２０ 留め要素
２２ 留め円錐体
２４ 作動接続部品
２６ ねじ山
２８ 包絡面体
３０ 結合構造
Ｄ_14.1 第１プロファイル回転軸
Ｄ_14.2 第２プロファイル回転軸
Ｄ_14.3 第３プロファイル回転軸
Ｌ パイプ長手軸

Claims (10)

1. ねじ山を転造するための、及び／またはねじ山を修理するためのねじ山転造ツールであって、
   ａ）パイプ端部（１８）に固定するための留め治具（１２）と、
   ｂ）前記パイプ端部（１８）の中にねじ山を転造するための、または前記パイプ端部（１８）においてねじ山を修理するための、少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）と、を備え、
   ｃ）少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）が、前記プロファイル転造体（１４）の供給方向において先細りし、その結果、先細りする、特に円錐形のねじ山が前記パイプ端部（１８）の中に転造される
   ことを特徴とするねじ山転造ツール。
2. 前記プロファイル転造体（１４）は、ピッチが無い
   請求項１に記載のねじ山転造ツール。
3. 転造体ホルダ（１６）の上に、前記少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）が固定され、
   この転造体（１６）ホルダによって、前記少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）が、前記パイプ端部（１８）の周りに螺旋状に整然と案内されるので、前記少なくとも１つのプロファイル転造体（１４．１）が前記パイプ端部（１８）の中にねじ山を転造する
   請求項１または２に記載のねじ山転造ツール。
4. 前記転造体ホルダ（１６）は、ねじ山（２６）によって前記留め治具（１２）と結合され、その結果、前記パイプ端部（１８）のパイプ長手軸（Ｌ）の周りの、前記転造体ホルダ（１６）の回転が、前記パイプ長手軸（Ｌ）に沿う、前記転造体ホルダ（１６）の軸方向移動をもたらす
   請求項１ないし３のいずれかに記載のねじ山転造ツール。
5. 少なくとも１つの第２プロファイル転造体（１４．２）であって、この少なくとも１つの第２プロファイル転造体（１４．２）は、前記転造体ホルダ（１６）にしっかりと固定され、
   前記第２プロファイル転造体（１４．２）は、前記パイプ長手軸（Ｌ）の周りの前記転造体ホルダ（１６）の回転の間、前記第１プロファイル転造体（１４．１）によって転造された溝において、少なくとも部分的に転造し、かつ、
   動作中は、前記第２プロファイル転造体（１４．２）は、前記第１プロファイル転造体（１４．１）上に作用する第１の受動的な力と少なくとも部分的に反対である方向に、第２の受動的な力を発生する
   請求項１ないし４のいずれかに記載のねじ山転造ツール。
6. 前記第１プロファイル転造体（１４．１）は、第１転造体回転軸（Ｄ_14.1）の周りに回転するように取り付けられ、かつ前記第１プロファイル転造体回転軸（Ｄ_14.1）と前記パイプ長手軸との間の第１ずれ角度は、最大で２°、特に最大で１°になり、かつ／または、
   前記第２プロファイル転造体（１４．２）は、第２プロファイル転造体回転軸（Ｄ_14.2）の周りに回転するように取り付けられ、かつ前記第２プロファイル転造体回転軸（Ｄ_14.2）と前記パイプ長手軸との間の第２ずれ角度は、最大で２°、特に最大で１°になる
   請求項５に記載のねじ山転造ツール。
7. 少なくとも１つの第３プロファイル転造体（１４．３）であって、この少なくとも１つの第３プロファイル転造体（１４．３）は、前記転造体ホルダ（１６）にしっかりと固定され、
   前記第３プロファイル転造体（１４．３）は、前記パイプ長手軸（Ｌ）の周りの、前記転造体ホルダ（１６）の回転の間、前記第１プロファイル転造体（１４．１）及び／または前記第２プロファイル転造体（１４．２）によって転造された溝において、少なくとも部分的に転造し、かつ、
   動作中は、前記第３プロファイル転造体は、第３の受動的な力を発生させ、この第３の受動的な力は、前記第１の受動的な力及び前記第２の受動的な力と一緒に、好ましくはベクトル的に加算されてゼロとなる
   請求項５または６に記載のねじ山転造ツール。
8. 前記第３プロファイル転造体（１４．３）は、第３プロファイル転造体回転軸の周りに回転するように取り付けられ、かつ、
   前記第３プロファイル転造体（１４．３）は、第３プロファイル転造体回転軸（Ｄ_14.3）の周りに回転するように取り付けられ、かつ前記第３プロファイル転造体回転軸（Ｄ_14.3）と前記パイプ長手軸との間の第３ずれ角度は、最大で２°、特に最大で１°になる
   請求項７に記載のねじ山転造ツール。
9. 円錐形のねじ山を、製造するまたは修理するための方法であって、
   （ｉ）請求項１から８のいずれか一項に記載のねじ山転造ツール（１０）を、前記留め治具（１２）によって、パイプ端部（１８）上に固定するステップと、
   （ｉｉ）前記転造体ホルダ（１６）を回転させるステップと、を備え、
   前記ねじ山は、前記転造体ホルダ（１６）を、前記パイプ端部（１８）のパイプ長手軸（Ｌ）に沿って軸方向に移動させ、その結果、前記少なくとも１つのプロファイル転造体（１４）は、前記パイプ長手軸の周りで螺旋状に移動し、かつ前記パイプ端部（１８）の中に円錐形のねじ山を転造する
   ことを特徴とする方法。
10. ねじ山は、あるねじ山幅で転造され、このねじ山幅は、最大で、前記プロファイル転造体（１４）のプロファイル殻表面の、プロファイル転造体幅（Ｂ₁₄）に対応する
    請求項９に記載の方法。

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