JP2020527463A - 遊星型リフォームローラー及び容器空洞のリフォーム方法 - Google Patents

Abstract

中央シャフトと、中央シャフトに連結された中央ギアと、中央ギアに連結された複数のローラーギアとを備え、複数のローラーギアのそれぞれが中央部を有する、容器空洞のリフォーム用装置が提供される。近位支持部材は、複数のローラーギアと、中央ギア及び中央シャフトのうち少なくとも一方とを連結する。複数のローラーのそれぞれが複数のローラーギアのそれぞれの中央部に連結された、複数のローラーもまた、提供される。一形態として、少なくとも一つのアイドラ部材が複数のローラー間に配置される。遠位支持部材は、複数のローラーと、中央ギア及び並進部材のうち少なくとも一つとを連結する。また、固定部材は容器空洞の遠位部に固定される。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１７年７月１７日に出願された米国仮出願第６２／５３３，５７０号の優先権と利益を主張し、その全体を参照により本明細書に援用する。

分野
本開示は、パイプ、タンク、チューブ、容器、及び内部に空洞又は通路を有する他の物品の空洞のリフォーム又は歪み矯正に関する。

背景
この項の説明は、単に本開示に関する背景の情報を提供するものであり、先行技術を構成しない場合がある。

鋳造は、輸送、貯蔵及び他の物流上の要件を容易にするため、材料のインゴットを作成する。インゴットは一般に金属容器の空洞内で鋳造され、鋳造容器は複数回のインゴット鋳造に使用される。それらのライフサイクルによって、鋳造容器は最終的に、鋳造において溶融した材料によって変形する。また、鋳造容器は、インゴットが鋳造容器から取り除かれる際にも変形し得る。

歴史的には、鋳造容器は、炉内で鋳造容器を加熱し、次いで液圧リフォーム装置（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）又は液圧プレスを使用して、円筒壁を内側から徐々に押し出すことによってリフォームされてきた。この熱間リフォームプロセスは、多大なコスト及び時間を必要とする。例えば、平均で、鋳造容器のリフォームには、最大１２時間かかることがあるため、深刻な生産休止時間を引き起こす。

パイプ、チューブ及びタンクなどの他の塑性変形可能な物品の中でも鋳造容器のリフォームに関する問題は、本開示によって解決される。

概要
本開示の一形態として、容器空洞（ｖｅｓｓｅｌ ｃａｖｉｔｙ）のリフォーム用装置が提供される。装置は、中央シャフトと、中央シャフトに連結された中央ギアと、中央ギアに連結された複数のローラーギアとを備え、複数のローラーギアのそれぞれは中央部を有する。装置は、さらに、複数のローラーギアと中央ギア及び中央シャフトのうちの少なくとも一方とを連結する近位支持部材を備える。複数のローラーは、複数のローラーギアのそれぞれの中央部に連結される。さらに、装置は、複数のローラーと中央ギア及び並進部材のうちの少なくとも一方とを連結する遠位支持部材を備える。並進部材は、容器空洞の遠位部に固定された固定部材を係合するように構成され、装置が回転するにつれて、装置を、容器空洞中を移動させるように機能する。

本装置の変形形態として、中央シャフトは、固定部材と係合し、装置を、容器空洞中を遠方に及び近方に移動させるように操作可能である。別の形態として、ラムは、装置を、容器空洞中を遠方に及び近方に係合及び移動させるように構成される。複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーは、湾曲形状、セグメント形状、ストレート形状及びテーパー形状のうち少なくとも一つである形状を有する。中央ギアは、中央ギアと複数のローラーギアとの間にギア減速が生じるように、複数のローラーギアよりも小さい。別の変形形態として、少なくとも一つのスタビライザが、遠位支持部材と近位支持部材との間に連結される。別の形態として、装置は、複数のローラー間に設けられた少なくとも一つのアイドラ部材をさらに備え、アイドラ部材は複数のローラーを係合するように適用される周面を規定し、周面はアーチ状表面、Ｂ−表面、多角形状表面及び平面状表面のうち少なくとも一つを規定する。駆動器は、アイドラ部材を複数のローラーに対し前もって組み込むように構成されてもよく、駆動器は、液圧ラム及びバネからなる群から選択される。さらに、複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーは、デバリングセグメント、緩衝セグメント、研磨セグメント、及びそれらの組み合わせのうち少なくとも一つをさらに備える。さらなる別の変形形態として、複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーは、螺旋状リッジ、螺旋状の溝、同心円状のリッジ、同心円状の溝、滑面、及びそれらの組み合わせのうち少なくとも一つを有する表面を規定する。

本開示の別の形態として、上述の装置を容器空洞に近接して配置することと、並進部材を容器の固定部材に係合させることと、中央シャフトを係合させることと、装置を、容器空洞中を移動させることとを含む、容器空洞をリフォームする方法が提供される。一形態において、装置は回転によって移動させる。

適用可能性のさらなる領域は、本明細書で提供された記載から明らかであろう。本記載及び特定の例は例示のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定することを目的としていないことは理解されるべきである。

図面
開示を十分に理解できるようにするために、一例として与え、以下の添付図面を参照しながら、様々な形態について記載する。
図１は、本開示の教示に従ってリフォームされた例示の鋳造容器の側面図である。 図２は、本開示の教示に従って構成された、容器空洞のリフォーム用装置の一形態の側面図である。 図３は、回転するように構成され、本開示の教示に従う例示の鋳造容器の上に配置された、図２の装置の斜視図である。 図４は、本開示の教示に従って容器空洞近くに配置された図２の装置の側面図である。 図５Ａは、本開示の教示に従って容器空洞中を次第に移動する際の図２の装置の側面図である。 図５Ｂは、本開示の教示に従って容器空洞中を次第に移動する際の図２の装置の側面図である。 図５Ｃは、本開示の教示に従って容器空洞中を次第に移動する際の図２の装置の側面図である。 図６は、本開示の教示に従って構成された側面支持体を有する図２の装置の一形態の斜視図である。 図７は、本開示の教示に従って構成された容器空洞のリフォーム装置の別の一形態の側面図である。 図８は、本開示の教示に従うローラーの例示のセグメントを図示する、図２の装置の変形形態の側面図である。 図９は、本開示の教示に従う容器空洞のリフォーム方法を図示する、フロー図である。

本明細書で記載された図面は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を決して限定することを意図するものではない。

詳細な説明
後述の記載は、本質的に単なる例示であり、本開示、適用又は使用を限定することを意図していない。図面全体を通して、対応する参照番号は、類似又は対応する、部分及び特徴を示している。方法における工程は、本開示の原理を変更することなく、異なる順番で実行されてよいこともまた理解されるべきである。

図１を参照すると、本開示の教示が適用される例示の鋳造容器１０は、一般に、鋳造操作の間に溶融した金属が注がれる容器空洞１２を備える。鋳造操作を繰り返した後、この容器空洞１２は歪み、容器空洞１２は最終的に、元の形状の仕様の範囲内に戻すための再加工を必要とする。本開示の教示は、特にパイプ、タンク及びチューブ等の空洞を有する様々な物品に適用可能であることは理解されるべきである。それゆえ、鋳造容器１０は、本開示の範囲を限定していると解釈されるべきではない。

図２から図４までを参照すると、本開示の一形態は容器空洞１２のリフォーム用装置を含み、この装置は図示され、共通して、参照番号２０によって表示される。装置２０は、中央シャフト２２と、中央シャフト２２に連結された中央ギア２４と、中央ギア２４に連結された複数のローラーギア２６とを備え、各ローラーギア２６は中央部２８を有している。一般に、中央ギア２４は、中央ギア２４とローラーギア２６との間にギア減速が生じるように、各ローラーギア２６よりも小さい。

装置２０は、複数のローラーギア２６と中央ギア２４と中央シャフト２２とを連結している近位支持部材４０も含む。さらに具体的には、近位支持部材４０は、中央シャフト２２がその内部を延び、かつ、ローラーギア２６及び中央ギア２４が備え付けられる、複数の開口を含む。

さらに、図に示すように、装置２０は複数のローラー５０を備え、各ローラー５０は複数のローラーギア２６の各中央部２８に接続されている。本形態においては、合計で３つのローラー５０が用いられているが、本開示の範囲内にとどまる限り、任意の数のローラー５０を使用してもよいことは理解されるべきである。装置２０は、複数のローラー５０間に配置された少なくとも一つのアイドラ部材６０、及び複数のローラー５０と並進部材３０とを連結する遠位支持部材７０も含む。さらに、（図１及び図４に示される）固定部材６２は、容器空洞１２の遠位部６４に固定される。アイドラ部材６０は、一般に、各ローラー５０を分離及び安定化するように機能するが、下記においてより詳しく説明する。一形態における並進部材３０は、近位端部３１において装置２０に固定され、遠位端部３３において固定部材６２を係合する（図５Ｃに最も良く示されている）。以下により詳細に説明するように、並進部材３０は、装置２０が回転するにつれて、装置２０を、容器空洞１２中を移動させるように機能する。

各ローラー５０の下部５２における全周寸法（ｏｖｅｒａｌｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が各ローラー５０の上部５４における全周寸法よりも小さくなるように、各ローラー５０は遠位方向にかけてテーパー形状を有している。このテーパー形状によって、ローラー５０は、より容易に容器空洞中を移動され、かつ、徐々に容器空洞１２の壁をリフォームすることが可能であるが、下記においてより詳しく説明する。また、本形態におけるローラー５０は、図示したように円形である。図示していない代替形態として、ローラー５０は、本開示の教示の範囲内にとどまる限り、他の形状を、特に湾曲形状、セグメント形状、ストレート形状を採ってもよい。

各ローラー５０は、図示のように、螺旋状リッジ５８を備える表面を有する。これらの螺旋状リッジ５８は、装置２０及びローラー５０が容器空洞１２中を移動されるにつれて、容器空洞１２をリフォームするように構成される。ローラー５０の表面は、代替として、例えば螺旋状の溝、同心円状のリッジ、同心円状の溝、滑面及びそれらの組み合わせを用いてもよい。本形態において、各ローラー５０は、その外表面に機械加工された螺旋状リッジ５８を有する、単一の構成部材である。しかしながらローラー５０は、本開示の範囲内にとどまる限り、シャフトに取り付けられた個別のローラーを含んでもよいことは理解されるべきである。一形態におけるローラー５０は、硬質工具鋼（Ｈａｒｄ ｔｏｏｌ ｓｔｅｅｌ）から作成される。一般に、以下により詳細に説明するように、装置２０がそこを通って移動するにつれて、ローラー５０の表面は、そのテーパー形状とともに、容器空洞１２を、徐々にリフォームするために使用される。

特に図４を参照すると、並進部材３０は固定部材６２と係合するが、本形態では、並進部材３０が雄ネジであり、固定部材６２が雌ネジ（例えば、ナット）である螺合を有する。並進部材３０と固定部材６２との間の係合は、装置２０を、容器空洞１２中を遠方に及び近方に移動させる操作を可能とするが、ここで、遠方にとは矢印Ｘの方向のことを示し、かつ、近方にとは矢印Ｙの方向のことを示す。さらに具体的には、中央シャフト２２が回転されるにつれて、並進部材３０のネジ（図示せず）は、徐々に固定部材６２のネジ（図示せず）と係合し、それにより装置２０の全体を容器空洞１２の中に、遠方に移動させる。中央シャフト２２が反対方向に回転される場合、装置２０の全体が近方に容器空洞１２から出されるが、これは下記において詳しく説明する。代替形態において、装置２０は、装置２０を係合し、装置２０を、容器空洞１２中を移動させるラム（図示せず）をさらに備えてもよい。このラムは、固定部材６２と係合している並進部材３０の代替として使用することができる。

さらに図２に示したように、アイドラ部材６０は、複数のローラー５０を係合させるように適合された周面を規定する。図示のこの周面６３はアーチ状又は湾曲形状であり、かつ、各ローラー５０の長さのほぼ中間に位置した、対応する溝６５を係合させる。一般に、アイドラ部材６０は、ローラー５０が容器空洞１２を横断するにつれて、ローラー５０を安定化する。代替形態において、周面６３は、一例として特に、Ｂ−表面、多角形状表面及び平面状表面など、アーチ状以外の別の形状でもよい。装置２０が容器空洞１２を横断及びリフォームするにつれて、アイドラ部材６０は、安定化し、空洞の壁からの内部に対する圧力に耐え、ローラー５０が容器空洞１２の壁に対する接触／圧力を維持することを可能にする。ローラー５０と容器空洞１２との係合を維持することで、装置２０のリフォーム速度及び有効性を改善する。

図５Ａから図５Ｃまでを参照すると、容器空洞中の遠方への装置２０の移動が示されており、ここでより詳細に説明する。図示したように、装置２０は、容器１０及び容器空洞１２の上方に配置される。並進部材３０は、装置が容器１０と動作可能に係合するように固定部材６２と係合される。中央シャフト２２が回転される（ネジ部の方向に応じて、時計回りに又は反時計回りに）につれて、中央ギア２４が回転し、各ローラーギア２６と係合する。各ローラーギア２６が回転するにつれて、各ローラー５０もまた回転する。従って、遠位支持部材７０は、各ローラー５０を受け、各ローラー５０が回転することを可能にする、内部ベアリング（図示せず）を備えてもよい。

中央シャフト２２が回転し続けるにつれて、並進部材３０と固定部材６２との間の係合によって、装置２０の全体は容器空洞１２内へと遠方に移動される。ローラー５０の螺旋状リッジ５８は、容器空洞１２の内壁に次第に係合することで、空洞の壁の塑性変形と、容器空洞１２のリフォームを引き起こす。この回転は、装置２０が容器空洞１２内に最後まで延入され、かつ、各ローラー５０が容器空洞１２を全体的に塑性変形するまで続く。容器空洞１２から装置２０を取り除くために、中央シャフト２２が反対方向に回転されることで、装置２０を近方に容器空洞１２から出させる。この操作は、容器空洞１２の内部における所望の表面形状に応じて、いかなる回数繰り返されてもよい。この例示の形態において、中央シャフト２２は約８５０ＲＰＭで回転し、装置２０の全体は、完全なリフォーム操作のために、約２．５分間に、容器空洞１２の内部へと移動され、外部へと移動される。寸法及び材料等の容器特性の関数として、他の回転速度及び回数を用いてもよいことは理解されるべきである。

本開示の少なくとも一つの変形形態において、複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーの幾何学的形状は、軸力を加える外力源なしに、容器空洞中の装置の遠方への及び／又は近方への移動を可能にする。例えば、ローラー又はローラーギアを係合する駆動器は、ローラーを回転させる。少なくとも一つのローラーは、テーパー形状、螺旋状の溝及びデバリングセグメントを有し、これらは回転するにつれて容器空洞の内側の壁に連結し、装置を容器空洞の内部へと遠方に移動（牽引）する。

ここで図６を参照すると、本開示の一形態において、装置２０は、さらに、遠位支持部材７０と近位支持部材４０との間に連結されるスタビライザ８０を少なくとも一つ備える。スタビライザ８０は、リフォームプロセスの間、装置２０が捻れること、すなわち捻れ、に抵抗する。本形態では、３つのスタビライザ８０が使用され、これらは図示のようにボルト８２で、近位支持部材４０及び遠位支持部材７０のそれぞれに固定される。スタビライザ８０は、また、リフォーム操作、すなわち容器空洞１２の壁との接触を妨げないように、ローラー５０の内側に配置される。加えて、装置２０は、中央シャフト２２が通って延び、ローラーギア２６及び中央ギア２４が取り付けられた複数の開口を含む第２近位支持部材４２をさらに備える。第２近位支持部材４２は、近位支持部材４０と第２近位支持部材４２との間にローラーギア２６が連結された状態で、配置される。

ここで図７を参照すると、本開示の別の形態において、装置２０′は、滑らかな外表面を有するテーパー形状のローラー５０′を備える。図示のように、装置２０′は、複数のバネ６６及び複数のアイドラ部材６０を、さらに備える。各アイドラ部材は、（詳細図に示されている）外側にテーパー付けされた周面６３を規定する。テーパー周面６３は、バネ６６とともにアイドラ部材６０を複数のローラー５０′に対して前もって組み込む操作が可能であり、ゆえに複数のローラー５０′を容器空洞１２の壁に対して半径方向の外側へと押し付けている。

図８を参照すると、本開示の別の一形態において、ローラー５０の少なくとも一つは、リフォーム後の仕上げ等の他の操作を実行するために、螺旋状リッジ５８以外の表面形状を代替として含み得る。例えば、ローラー５０は、デバリングセグメント、緩衝セグメント、研磨セグメント、及びそれらの組み合わせのうち少なくとも一つを備えてもよい。

さらに具体的には、ローラー５０″は、セグメント９０_ｎを備える。図示のように、セグメント９０_ｄはデバリングし、セグメント９０_ｐは研磨し、セグメント９０_ｂは緩衝し、セグメント９０_ｎのうち何れか一つは、また、容器空洞の内壁を成形する。さらに、一部のセグメント９０_ｎは重なり合い、所望の容器空洞の特性に応じた、複数のリフォーム操作を実行する。加えて、セグメント、形状及び表面はいかなる組み合わせで構成されてもよく、例えば容器空洞を再成形し、デバリングし、かつ、研磨する螺旋状リッジを備える、湾曲したセグメント化表面を有するローラーを可能にする。単一のリフォーム部９０_ｎを有する１つのローラーとともにセグメント９０_ｄ、９０_ｐ、及び９０_ｂを備えるローラーを図示したが、本開示の範囲内にとどまる限り、ローラー及びローラーセグメントの何れかの組み合わせを用いてもよいことは理解されるべきである。

アイドラ部材６０を図示している一方で、アイドラは、リフォームプロセスを可能にする任意の構造である。例えば、装置を、容器空洞中を遠方及び近方に移動させるラムを備えた一形態において、ローラーを回転させる駆動器は移動を停止させることができ、リフォーム装置は、容器空洞をある程度までリフォームするか、リフォームが完了すると退出する。

遠位支持部材、アイドラ及び近位支持部材を図示したが、アイドラなしに容器空洞をリフォームする複数のローラーを構造的に支持することが可能な遠位（又は近位）支持部材が、本開示の教示の範囲内にあるとみなされるべきである。同様に、容器空洞とともに、複数のローラーを単独で構造的に支持することが可能な遠位（又は近位）支持部材も、本開示の教示の範囲内にある。

図９を参照すると、本開示に従う方法はフロー図において図示され、参照番号１００によって表示される。方法１００は、工程１０２において、装置を容器空洞に近接して配置すること、及び中央シャフトを固定部材と係合させることを含む。次に、工程１０４において中央シャフトを係合させ、その次に工程１０６において中央ギアを係合させ、続いて工程１０８においてローラーギアを係合させ、そして工程１１０において複数のローラーを回転させ、最終的に工程１１２において装置を、容器空洞中を移動させる。これらの工程及びその順序は、単なる例示であり、他の工程が本明細書の開示と一致して含まれてもよいことは理解されるべきである。

容器１０は、リフォームプロセスの間、室温におかれるが、本開示の範囲内にとどまる限りにおいて、高められた温度を用いてもよい。

本開示の記載は、本質的に単に例示であるから、本開示の内容から逸脱しない変形は、本開示の範囲内であることを意図している。そのような変形は、本開示の精神及び範囲からの逸脱とみなされるべきではない。

Claims (15)

1. 中央シャフト；
   前記中央シャフトに連結された中央ギア；
   前記中央ギアに連結された複数のローラーギアであって、前記複数のローラーギアのそれぞれは中央部を有するもの；
   前記複数のローラーギアと、前記中央ギア及び前記中央シャフトのうち少なくとも一方とを連結する近位支持部材；
   複数のローラーであって、前記複数のローラーのそれぞれは前記複数のローラーギアのそれぞれの中央部に連結されたもの；及び
   前記複数のローラーと前記中央シャフトとを連結する遠位支持部材；
   を備える、容器空洞のリフォーム用装置。
2. 前記容器空洞の遠位部に固定された固定部材と、前記固定部材と係合するように構成され、かつ、前記装置を、前記容器空洞中を遠方に及び近方に移動させるように操作可能な並進部材とをさらに備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記装置を、前記容器空洞中を遠方に及び近方に係合及び移動させるように構成されたラムをさらに備える、請求項１に記載の装置。
4. 前記複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーが、湾曲形状、セグメント形状、ストレート形状及びテーパー形状のうち少なくとも一つの形状を有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記中央ギアは、前記中央ギアと前記複数のローラーギアとの間にギア減速が生じるように、前記複数のローラーギアよりも小さい、請求項１に記載の装置。
6. 第２近位支持部材をさらに備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記遠位支持部材と前記近位支持部材との間に連結されるスタビライザを少なくとも一つ、さらに備える、請求項１に記載の装置。
8. 前記複数のローラー間に配置されたアイドラ部材を少なくとも一つ、さらに備える、請求項１に記載の装置。
9. 前記アイドラ部材は前記複数のローラーを係合させるように適合された周面を規定し、前記周面はアーチ状表面、Ｂ−表面、多角形表面及び平面状表面のうち少なくとも一つを規定する、請求項８に記載の装置。
10. 前記アイドラ部材を前記複数のローラーに前もって組み込むように構成された駆動器をさらに備える、請求項８に記載の装置。
11. 前記駆動器は、液圧ラム及びバネからなる群から選択される、請求項１０に記載の装置。
12. 前記複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーが、デバリングセグメント、緩衝セグメント、研磨セグメント及びそれらの組み合わせのうち少なくとも一つをさらに備える、請求項１に記載の装置。
13. 前記複数のローラーのうち少なくとも一つのローラーが、螺旋状リッジ、螺旋状の溝、同心円状のリッジ、同心円状の溝、滑面、及びそれらの組み合わせのうち少なくとも一つを有する表面を規定する、請求項１に記載の装置。
14. 各前記複数のローラーが螺旋状リッジを有する表面を規定する、請求項１に記載の装置。
15. 容器空洞のリフォーム方法であって、
    請求項１に記載の装置を、前記容器空洞に近接して配置すること；
    前記装置を回転させるように前記中央シャフトを係合させること；及び
    前記容器空洞の内壁がリフォームされるように、前記装置を、前記容器空洞中を移動させること；
    を含む、該方法。

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