JP2021506588A - パイプ溝切デバイス - Google Patents

Abstract

円周方向溝をパイプ要素内に形成するためのデバイスは、固定ピニオンを中心として回転する、キャリッジ上に搭載される、複数の歯車付きカム本体を使用する。歯車は、ピニオンと係合し、これは、歯車付きカム本体をキャリッジに対して回転させる。カム本体上の牽引表面およびカム表面は、パイプ要素の外側表面を横断し、円周方向溝をその中に圧造する。パイプ要素の回転を実質的に防止するために、ピニオンのピッチ円直径は、パイプ要素の外径と等しく、牽引表面のピッチ円直径は、歯車のピッチ円直径と等しい。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、両願とも、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１７年１２月１９日に出願された、米国仮出願第６２／６０７，３４０号、および２０１８年８月１０日に出願された、米国仮出願第６２／７１７，０８６号に基づき、その優先権の利益を主張する。

（発明の分野）
本発明は、カムを使用して、パイプ要素を冷間加工するための機械に関する。

（背景）
例えば、円周方向溝をパイプ要素内に圧造し、機械的パイプカップリングを受け入れる、パイプ要素の冷間加工は、有利には、パイプ要素の内側表面に係合する、内側ローラと、同時に、内側ローラと反対のパイプ要素の外側表面に係合する、外側ローラとを有する、ロール溝切機械を使用して遂行される。パイプが、多くの場合、内側ローラを駆動することによって、その縦軸を中心として回転されるにつれて、外側ローラは、徐々に、内側ローラに向かって押進される。ローラが、回転するにつれて、パイプ要素円周上に圧造され、それによって、円周方向溝を形成する、表面外形を有する。

必要精度に対して要求される公差を伴ってパイプ要素を冷間加工する場合、本技法が直面する、種々の課題が存在する。大部分のプレス加工は、所望の公差範囲内の所望の半径（パイプ要素ボアの中心から溝の床まで測定される）の溝を生産することと関連付けられた難点を有する。加えて、円周方向溝をパイプ要素の端部の近傍に圧造することは、多くの場合、パイプ要素の端部領域の直径を拡張させ、本現象は、「拡開」として知られる。拡開およびパイプ要素公差は、機械的カップリングおよびシールの設計において、考慮されなければならず、これは、その設計および製造を複雑にする。これらの考慮点は、複雑な先行技術デバイスをもたらしており、これは、例えば、アクチュエータが、ローラをパイプ要素と係合させるように押進させることと、オペレータが、所望の溝半径を達成するために、ローラ進行を調節する必要性とを要求する。加えて、先行技術ロール溝切機械は、有意なトルクをパイプ要素に印加し、低生産率を有し、多くの場合、仕上げられた円周方向溝を達成するために、パイプ要素の多くの旋回を要求する。明確に、より少ないオペレータ関与を伴って、単純であるが、より高速の結果を生産する、パイプ要素を正確に冷間加工するための、デバイス、例えば、カムを使用するものの必要がある。

（要約）
本発明は、円周方向溝をパイプ要素内に形成するためのデバイスに関する。一例示的実施形態では、デバイスは、ピニオンと同軸方向に配列されるピニオン軸を中心とする回転に対して固定される、ピニオンを備える。拡張ダイが、ピニオンに隣接して位置付けられ、ピニオン軸と同心である。拡張ダイは、ピニオン軸に向かって、かつそこから離れるように、半径方向に移動可能である、複数のダイ区画を有する。各ダイ区画は、ピニオン軸から見て外方に向き、そこから離れるように移動されると、パイプ要素の内側表面と係合可能である、ダイ面を有する。アクチュエータが、ピニオン軸に向かって、かつそこから離れるように、ダイ区画を移動させるために、拡張ダイに結合される。キャリッジが、拡張ダイを囲繞する。キャリッジは、ピニオン軸を中心として回転可能である。キャリッジは、パイプ要素を受容するために、ピニオン軸と同軸方向に配列される開口部を画定する。複数の歯車が、キャリッジ上に搭載される。各歯車は、個別の歯車軸を中心としてキャリッジに対して回転可能である。各歯車は、ピニオンと係合する。複数のカム本体のうちの１つがそれぞれ、歯車の個別のもの上に搭載される。複数の第１のカム表面のうちの１つが、カム本体の個別のものの周囲に延在する。第１のカム表面のそれぞれのものは、増加半径の領域および断続面を備える。パイプ要素は、パイプ要素が開口部内に受容されると、ダイ面と第１のカム表面との間に位置付けられる。

例示的実施形態では、アクチュエータは、拡張ダイと同軸方向に位置付けられ、ピニオン軸に沿って移動可能である、牽引棒を備える。牽引棒の運動は、ピニオン軸に向かって、かつそこから離れるように、ダイ区画を移動させる。シリンダが、牽引棒をピニオン軸に沿って移動させるために、牽引棒に結合される、ピストンを有する。

実施例として、各歯車は、同一ピッチ円直径を有してもよい。少なくとも１つの牽引表面は、カム本体のうちの１つの周囲に延在してもよい。少なくとも１つの牽引表面は、パイプ要素と係合可能である。さらなる実施例として、ピニオンは、パイプ要素の外径と等しいピッチ円直径を有してもよい。

例示的実施形態では、少なくとも１つの牽引表面は、カム本体のうちの１つの周囲に延在する。少なくとも１つの牽引表面は、パイプ要素と係合可能である。少なくとも１つの牽引表面は、歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する。

ある実施例では、第１のカム表面のそれぞれのものはさらに、断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える。

実施例として、少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、間隙は、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面の断続面と軸方向に整合される。加えて、実施例として、少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、間隙は、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面の断続面と軸方向に整合される。

例示的実施形態はさらに、複数の牽引表面を備える。牽引表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在する。牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有する。各間隙は、カム本体のそれぞれのもの上の第１のカム表面の断続面の個別のものと軸方向に整合される。ある実施例では、少なくとも１つの牽引表面は、１つのカム本体の周囲に延在する、第１のカム表面と離間関係において、１つのカム本体上に位置付けられる。さらなる実施例では、少なくとも１つの牽引表面は、１つのカム本体の周囲に延在する、第１のカム表面と離間関係において、１つのカム本体上に位置付けられる。

例示的実施形態は、少なくとも３つの歯車を備えてもよい。別の例示的実施形態は、少なくとも４つの歯車を備えてもよい。さらなる実施例として、第１のカム表面のうちの１つは、歯車と少なくとも１つの牽引表面との間に位置付けられる。別の実施例では、第１のカム表面のうちの１つは、少なくとも１つの牽引表面に近接して位置付けられる。例示的実施形態では、少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える。

例示的実施形態はさらに、複数の第２のカム表面を備える。第２のカム表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在し、第１のカム表面の個別のものと離間関係において位置付けられる。第２のカム表面のそれぞれのものは、増加半径の領域および断続面を備えてもよい。第２のカム表面の各断続面は、第１のカム表面の断続面の個別のものと整合される。さらなる実施例として、第２のカム表面のそれぞれのものは、第２のカム表面の断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備えてもよい。別の例示的実施形態では、第２のカム表面のそれぞれのものは、一定半径を有する。

例示的実施形態はさらに、カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面を備える。少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有する。間隙は、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面の断続面と軸方向に整合される。さらなる実施例では、少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える。例示的実施形態では、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面は、少なくとも１つの牽引表面と、１つのカム本体を囲繞する、第２のカム表面との間に位置付けられる。

例示的実施形態では、１つのカム本体を囲繞する、第１および第２のカム表面は、少なくとも１つの牽引表面と、その上に１つのカム本体が搭載される、歯車のうちの１つとの間に位置付けられる。さらなる実施例では、第１のカム本体を囲繞する、第１のカム表面は、少なくとも１つの牽引表面に近接して位置付けられる。少なくとも１つの牽引表面は、歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有してもよい。実施例はさらに、複数の牽引表面を備える。牽引表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在する。牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有する。各間隙は、カム本体のそれぞれのもの上の第１のカム表面の断続面の個別のものと軸方向に整合される。牽引表面のそれぞれのものは、そこから外向きに延在する、複数の突起を備えてもよい。

別の例示的実施形態では、第１のカム表面のそれぞれのものは、牽引表面の個別のものと各カム本体上の第２のカム表面の個別のものとの間に位置付けられる。第１および第２のカム表面は、牽引表面と各カム本体上の歯車との間に位置付けられてもよい。第１のカム表面は、各カム本体上の牽引表面に近接して位置付けられてもよい。

本発明は、円周方向溝をパイプ要素内に形成するための別の例示的デバイスを包含する。本実施例では、デバイスは、ピニオンと同軸方向に配列されるピニオン軸を中心とする回転に対して固定される、ピニオンを備える。キャリッジが、ピニオンを囲繞する。キャリッジは、ピニオン軸を中心として回転可能であり、パイプ要素を受容するために、ピニオン軸と同軸方向に配列される、開口部を画定する。複数の歯車が、キャリッジ上に搭載される。各歯車は、個別の歯車軸を中心としてキャリッジに対して回転可能である。各歯車は、ピニオンと係合する。各カム本体が歯車の個別のもの上に搭載される、複数のカム本体は、複数の第１のカム表面を含む。第１のカム表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在し、パイプ要素と係合可能であり、開口部内に受容される。第１のカム表面のそれぞれのものは、増加半径の領域を備える。第１のカム表面のそれぞれのものは、第１のカム表面の第１の断続面を備える。ある実施例では、各歯車は、同一ピッチ円直径を有する。例示的実施形態はさらに、複数の第２のカム表面を備えてもよい。第２のカム表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在し、第１のカム表面のうちの１つと離間関係において位置付けられる。

例示的実施形態では、第２のカム表面のそれぞれのものは、第２の増加半径の領域を備える。第２のカム表面のそれぞれのものは、第２のカム表面の第２の断続面を備える。第２の断続面は、各カム本体上の第１の断続面と整合される。実施例として、第１のカム表面のそれぞれのものは、第１の断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える。さらなる実施例では、第２のカム表面のそれぞれのものは、第２の断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える。第２のカム表面のそれぞれのものは、一定半径を有してもよい。例示的実施形態はさらに、カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面を備える。少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有する。間隙は、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面の第１の断続面と軸方向に整合される。

例示的実施形態では、少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備えてもよい。さらなる実施例として、少なくとも１つの牽引表面は、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面に近接して位置付けられてもよい。別の実施例では、ピニオンは、パイプ要素の外径と等しいピッチ円直径を有する。さらなる実施例では、少なくとも１つの牽引表面は、歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有してもよい。

例示的実施形態はさらに、複数の牽引表面を備えてもよい。牽引表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在する。牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有する。各間隙は、カム本体のそれぞれのもの上の第１のカム表面の断続面の個別のものと軸方向に整合される。牽引表面のそれぞれのものは、歯車のピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する。実施例として、少なくとも１つの牽引表面は、カム本体のうちの１つの周囲に延在する。少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有する。間隙は、１つのカム本体を囲繞する、第１のカム表面の第１の断続面と軸方向に整合される。実施例として、ピニオンは、パイプ要素の外径と等しいピッチ円直径を有する。また、ある実施例では、少なくとも１つの牽引表面は、歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有してもよい。例示的実施形態では、第１のカム表面は、少なくとも１つの牽引表面と、１つのカム本体を囲繞する、第２のカム表面との間に位置付けられてもよい。さらなる実施例として、第１および第２のカム表面は、少なくとも１つの牽引表面と、その上に１つのカム本体が搭載される、歯車との間に位置付けられてもよい。

別の例示的実施形態はさらに、複数の牽引表面を備える。牽引表面のそれぞれのものは、カム本体の個別のものの周囲に延在する。牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有する。各間隙は、カム本体のそれぞれのもの上の第１のカム表面の断続面の個別のものと軸方向に整合される。牽引表面のそれぞれのものは、歯車のピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する。実施例として、第１のカム表面のそれぞれのものは、牽引表面の個別のものと各カム本体上の第２のカム表面の個別のものとの間に位置付けられてもよい。さらなる実施例では、第１および第２のカム表面のそれぞれのものは、牽引表面の個別のものと各カム本体上の歯車の個別のものとの間に位置付けられてもよい。また、実施例として、第１のカム表面のそれぞれのものは、各カム本体上の牽引表面の個別のものに近接して位置付けられてもよい。

例示的実施形態は、少なくとも３つの歯車を備えてもよい。例示的実施形態は、少なくとも４つの歯車を備えてもよい。例示的実施形態はさらに、ピニオンに隣接して位置付けられ、開口部に面している、カップを備えてもよい。パイプ要素は、カップに当接する。

本発明はまた、パイプ要素を冷間加工するための複数のカムを包含する。カムは、パイプ要素を中心として円周方向に回転される。実施例として、各カムは、回転軸を有する、カム本体を備える。第１のカム表面が、カム本体の周囲に延在する。第１のカム表面は、第１の増加半径の領域および第１のカム表面の第１の断続面を備える。第２のカム表面が、カム本体の周囲に延在し、第１のカム表面の回転軸に沿って離間関係において位置付けられる。実施例として、第２のカム表面は、第２の増加半径の領域および第２のカム表面の第２の断続面を備えてもよい。第２の断続面は、第１の断続面と整合される。第１のカム表面は、第１の断続面に隣接して位置付けられる、一定半径の領域を有してもよい。第２のカム表面は、第２の断続面に隣接して位置付けられる、一定半径の領域を有してもよい。例示的実施形態では、第２のカム表面は、一定半径を有してもよい。

例示的実施形態はさらに、カム本体の周囲に延在する、牽引表面を備えてもよい。牽引表面は、その中に間隙を有する。間隙は、第１の断続面と軸方向に整合される。ある実施例では、牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える。実施例として、第１のカム表面は、牽引表面と第２のカム表面との間に位置付けられてもよい。別の例示的実施形態は、カム本体上に搭載される、歯車を備える。歯車は、回転軸と同軸方向に配列される。例示的実施形態では、第１および第２のカム表面は、牽引表面と歯車との間に位置付けられてもよい。

図１は、円周方向溝をパイプ要素内に形成するための例示的デバイスの縦方向断面図である。 図１Ａは、図１に示されるデバイスの一部の拡大尺度における縦方向断面図である。 図２は、円周方向溝をパイプ要素内に形成する、図１に示されるデバイスの縦方向断面図である。 図２Ａは、図２に示されるデバイスの一部の拡大尺度における縦方向断面図である。 図３および３Ａは、図１に示されるデバイスの選択された構成要素の分解等角図である。 図３および３Ａは、図１に示されるデバイスの選択された構成要素の分解等角図である。 図４は、拡大尺度における、図１に示されるデバイスにおいて使用される例示的カムの等角図である。 図５は、拡大尺度における、図１に示されるデバイスにおいて使用される例示的カムの端面図である。 図６は、拡大尺度における、図１に示されるデバイスにおいて使用される例示的カムの側面図である。 図７は、図１に示されるデバイスにおいて使用される歯車減速アセンブリの等角図である。 図８は、図１に示されるデバイスにおいて使用される選択された構成要素の端面図である。 図９は、円周方向溝をパイプ要素内に形成するための例示的デバイスの縦方向断面図である。 図９Ａは、図９に示されるデバイスの一部の拡大尺度における縦方向断面図である。 図１０は、円周方向溝をパイプ要素内に形成する、図９に示されるデバイスの縦方向断面図である。 図１０Ａは、図１０に示されるデバイスの一部の拡大尺度における縦方向断面図である。 図１１は、図９に示されるデバイスの選択された構成要素の分解等角図である。 図１２は、拡大尺度における、図９に示されるデバイスにおいて使用される例示的カムの側面図である。 図１３は、拡大尺度における、図９に示されるデバイスにおいて使用される例示的カムの端面図である。 図１４は、図９に示されるデバイスにおいて使用される選択された構成要素の端面図である。

（詳細な説明）
図１および１Ａは、円周方向溝をパイプ要素内に形成するための例示的デバイス１０を示す。デバイス１０は、１．２５インチまたはそれを上回る公称直径を有するパイプ要素を溝切するために有利である。デバイス１０は、中間シャフト１４上に搭載される、ピニオン１２を備える、（また、図３参照）。ピニオン１２および中間シャフト１４は、ピニオンおよびシャフトと同軸方向に配列されるピニオン軸１６を中心とする回転に対して固定して搭載される。ピニオン１２の回転固定は、ピニオンと中間シャフト１４との間のキー１８ならびに中間シャフト１４の部分１４ａと固定搭載部２０の係合を使用して遂行される。固定搭載部２０は、基部２２上に固定して搭載される。中間シャフト１４の部分１４ａは、多角形断面を有し、これは、固定搭載部２０を通して延在する、開口部２４に係合する。開口部２４の形状は、中間シャフト１４の部分１４ａのものと合致され、したがって、ピニオン軸１６を中心とするシャフトの回転を防止するが、シャフトの軸方向運動を可能にするであろう。本例示的実施形態では、部分１４ａは、正方形断面を有し、開口部２４は、実質的に合致する正方形形状を有する。

キャリッジ２６が、ピニオン１２を囲繞する。キャリッジ２６は、外側シャフト３０のフランジ２８上に搭載される。外側シャフト３０は、中空であり、中間シャフト１４を囲繞し、それと同軸である。外側シャフト３０と中間シャフト１４との間に位置付けられる、軸受３２が、外側シャフト、故に、そこに取り付けられるキャリッジ２６が、中間シャフト１４に対してピニオン軸１６を中心として回転することを可能にする。キャリッジ２６は、その中に溝が形成されるべきパイプ要素を受容するために、開口部３４を画定する。開口部３４は、ピニオン軸１６と同軸方向に配列される。停止プレート３６が、ピニオン１２を介して、中間シャフト１４上に搭載される。停止プレート３６は、中間シャフト１４およびピニオン１２とともに、ピニオン軸１６に沿って軸方向に移動可能である。停止プレート３６、中間シャフト１４、およびピニオン１２は、シャフトフランジ２８を介してピニオンと外側シャフト３０との間に作用する、ばね３８によって、開口部３４に向かって付勢される。中間シャフト１４は、基部２２に対して回転が固定されるため、スラスト軸受４０が、ばね３８を保護するために、ピニオン１２とばね４０との間で使用されてもよく、これは、フランジ２８および外側シャフト３０とともに回転し、ピニオン１２とフランジ２８との間の摩擦を低減させる。停止プレート３６は、ピニオン１２およびスラスト軸受４０と協働し、確動停止を提供し、これは、溝の適切な位置付けのために、パイプ要素を位置決めする。

複数の歯車４２が、キャリッジ２６上に搭載される。図１、２、および３に示される例示的実施形態では、キャリッジは、相互から９０°の角度で離間される、４つの歯車を有する。各歯車４２は、個別の歯車軸４４を中心として回転可能である。実践的実施形態では、各歯車は、キャリッジ２６を構成する、正面および背面プレート４８と５０との間に固定される、歯車シャフト４６上に搭載される。各歯車４２とその個別のシャフト４６との間に位置付けられる、軸受５２は、キャリッジ２６内に歯車の低摩擦回転を提供する。各歯車４２は、ピニオン１２と係合する。

図４に示されるように、カム本体５４が、各歯車４２上に搭載される。第１のカム表面５６が、各カム本体５４の周囲に延在する。第１のカム表面５６は、開口部３４を通して受容される、パイプ要素と係合可能である。図５に示されるように、第１のカム表面５６は、増加半径の領域５８と、カム表面の断続面６０とを備える。断続面６０は、カム表面５６がパイプ要素に接触しない、カム本体５４上の位置である。さらに、各第１のカム表面５６の一部として、断続面６０に隣接して位置付けられる、一定半径の領域６２を含むことが有利である。少なくとも１つの牽引表面６４が、カム本体５４のうちの１つの周囲に延在してもよい。図３に示される実施例では、個別の牽引表面６４が、各カム本体５４の周囲に延在する。牽引表面６４はまた、キャリッジ２６内に受容される、パイプ要素と係合可能であるが、各牽引表面は、各カム本体５４上の第１のカム表面５６内の断続面６０と軸方向（すなわち、歯車軸４４に沿った方向）に整合される、間隙６６を有する。図４に示されるように、牽引表面６４は、そこから外向きに延在する、複数の突起６８を備えてもよい。突起は、デバイス動作の間、パイプ要素と牽引表面６４との間に滑車を提供し、例えば、牽引表面をローレット加工することによって、形成されてもよい。牽引表面は、直径１２８を伴う、ピッチ円を有する。突起６８が、牽引表面６４上に存在するとき、牽引表面のピッチ直径１２８は、突起６８によってパイプ要素７９上に作製された圧造を含む、突起６８とパイプ要素７９の相互作用によって判定されるであろう。突起６８が、存在しない場合、牽引表面６４のピッチ円直径１２７は、牽引表面のものと等しいであろう。図４にさらに示されるように、第１のカム表面５６は、牽引表面と離間関係にあるが、歯車と比較して、それに近接して、歯車４２と牽引表面６４との間に位置付けられる。

図１および４に示されるように、第２のカム表面７０もまた、カム本体５４上に位置付けられ、その周囲に延在する。第２のカム表面７０は、制御された拡開表面である。拡開部は、パイプ要素の端部の半径方向拡張であり、これは、円周方向溝がその端部の近傍に形成されるときに生じる傾向にある。第２のカム表面７０（制御された拡開表面）は、その端部の近傍のパイプ要素に接触するように、歯車４２に隣接して位置付けられ、拡開部は、溝形成の結果として、最も顕著となるであろう。図４および６に示されるように、その断続面７０ａを除き、第２のカム表面７０は、パイプ要素に係合し、拡開部を制御し、例えば、その端部を溝形成の間および後、パイプ要素の元の公称直径に維持するように定寸される、一定半径７２を有する。断続面７０ａは、第１のカム表面５６内の断続面６０と整合され、カム表面７０は、パイプ要素と接触しない、カム本体５４上の位置である。代替実施形態では、第２のカム表面７０は、増加半径の領域と、一定半径の終了領域とを有してもよい、または第２のカム表面７０は、その弧長全体にわたって、増加半径を有してもよい。

図１、３、および３Ａに示されるように、デバイス１０はさらに、ピニオン１２に隣接して位置付けられる、拡張ダイ７４を備える。本実施例では、ダイ７４は、ピニオン１２上に半径方向に摺動可能に搭載され、アクチュエータに結合される、４つの区画７６を備える。本実施例では、アクチュエータは、牽引棒７８を備え、これは、中間シャフト１４の中空ボア８０を通して延在する。牽引棒７８は、テーパ状のファセット加工された端部８２を有し、これは、各ダイ区画７６上の対合ファセット表面８４に係合する。牽引棒７８は、中間シャフト１４に対してボア８０内で軸方向に移動可能であり、ダイ区画７６は、ピニオン１２に対してピニオン軸１６に向かって、かつそこから離れるように、半径方向に移動可能である。ダイ区画７６の半径方向運動は、牽引棒７８の軸方向運動によってもたらされる。図１および１Ａは、後退位置における、牽引棒７８およびダイ区画７６を図示し、図２および２Ａは、拡張位置における、牽引棒およびダイ区画を図示する。牽引棒７８が、キャリッジ２６の開口部３４（図１、１Ａ）に向かって延在されると、ダイ区画７６は、牽引棒７８のテーパ状端部８２のより小さい部分上に位置付けられ、ダイ区画は、その後退位置にある。ダイ７４はさらに、円形ばね８６（図３Ａ参照）を備え、これは、ダイ区画７６を囲繞し、後退位置に付勢する。牽引棒７８が、キャリッジ２６の開口部３４（図２、２Ａ）から離れるように引っ張られると、ピニオン１２上に軸方向に固定される、ダイ区画７６は、各区画７６上のファセット表面８４と牽引棒７８のテーパ状のファセット加工された端部８２との間の相互作用を通して、半径方向外向きに押進される。牽引棒７８が、キャリッジ２６の開口部３４に向かって戻されると、ダイ区画７６は、円形ばね８６の影響下で半径方向内向きに進行し、後退位置に戻る。

図１Ａおよび３Ａにさらに示されるように、各ダイ区画７６は、ダイ面８８を有し、これは、キャリッジ２６内に受容される、パイプ要素の内側表面に係合するように、ピニオン軸１６から半径方向に離れるように面する。ダイ面８８は、カム本体５４上の第１のカム表面５６の形状と協調される、外形形状を有する。下記に説明されるように、第１のカム表面５６およびダイ面８８は、協働して、所望の形状の円周方向溝をパイプ要素内に形成する（図２、２Ａ参照）。１．２５インチまたはそれを上回る公称直径を有する、パイプ要素に関して、ダイ７４を第１のカム表面５６と併用し、パイプ要素の最終溝形状および寸法をより精密に制御することが有利であり得る。ダイ７４の使用は、カム表面を単独で使用して可能である場合より良好に画定された円周方向溝を生産することが予期される。ダイ面８８は、テーパ状表面８８ａ（図１Ａ、２Ａおよび３Ａ）を有し、これは、公称直径を上回るとき、第２の（制御された拡開部）カム表面７０がパイプ要素の端部を形成するための自由空間を提供することに留意されたい。表面８８ａはまた、制御された拡開表面７０がパイプ要素の外径を低減させるために使用されるとき、有用である。

図１および２に示されるように、牽引棒７８を軸方向に移動させ、ダイ７４を拡張および後退させる、アクチュエータはさらに、シリンダおよびピストン９０を備える。本例示的実施形態では、シリンダおよびピストン９０は、牽引棒７８に結合されるピストン９４を有する、複動式空気圧シリンダ９２を備える。空気圧シリンダ９２は、フレーム９６上に搭載され、これは、中間シャフト１４に取り付けられ、基部２２に対して移動可能である。したがって、空気圧シリンダ９２は、中間シャフト１４とともに軸方向に移動するが、そのピストン９４は、中間シャフト１４に対して牽引棒７８を移動させることができる。位置センサ９８が、牽引棒７８と、ダイ７４と、ピニオン１２と、中間シャフト１４と、空気圧シリンダ９２およびそのフレーム９６とを含む、アセンブリの位置を検出するために使用される。位置センサ９８は、例えば、近接度センサまたはマイクロスイッチを備えてもよい。圧力センサ１００は、空気圧シリンダ９２の圧力ステータスを検出するために使用される。位置センサ９８および圧力センサ１００は両方とも、コントローラ１０２と通信し、これは、例えば、プログラマブル論理コントローラまたは他のマイクロプロセッサを備えてもよい。コントローラ１０２は、下記に説明されるように、位置センサ９８および圧力センサ１００からの情報を使用して、デバイス１０の動作を制御する。

図１および７に示されるように、減速歯車列１０４が、外側シャフト３０をピニオン軸１６を中心として回転させるために使用される。本例示的実施形態では、減速歯車列１０４は、コントローラ１０２によって制御されるサーボモータ（図示せず）によって駆動される、ウォームねじ１０６を備える。サーボモータは、間欠割出装置として作用し、エンコーダを有し、これは、モータシャフトの位置に関する精密な情報を提供し、それによって、ウォームねじ１０６の回転の精密な制御を可能にする。

ウォームねじ１０６は、ウォームホイール１０８と噛合する。図１および７に示されるように、ウォームホイール１０８は、出力シャフト１１０と、基部２２に固定される、歯車ボックス１１４との間の軸受１１２上のピニオン軸１６を中心とする回転のために支持される、出力シャフト１１０上に搭載される。出力シャフト１１０は、キー１１６によって外側シャフト３０に結合され、したがって、出力シャフト１１０がウォームねじ１０６およびウォームホイール１０８によって回転されると、外側シャフト３０の回転を確実にする。

デバイス１０の動作は、カム本体５４が図８に示されるように位置付けられた状態から開始し、その個別の第１内のおよび第２のカム表面５６および７０（不可視）内の断続面６０および７０ａは、ピニオン軸１６に面し、その個別の牽引表面６４（存在するとき）内の間隙６６もまた、ピニオン軸１６に面している。カム本体５４の本配向は、歯車４２とキャリッジ２６内のピニオン１２の組立に応じて確立され、ウォームねじ１０６およびウォームホイール１０８を通して作用する、コントローラ１０２（図１）およびサーボモータ（図示せず）によって、開始位置として設定される。ダイ区画７６は、その後退位置（図１Ａ）にある。

図１および１Ａに示されるように、カム本体５４が開始位置にあり、ダイ区画７６が後退された状態において、溝切されるべきパイプ要素１１８が、キャリッジ２６内の開口部３４を通して、停止プレート３６に対して挿入される。牽引表面６４（存在するとき）内の間隙６６と第１および第２のカム表面５６、７０内の個別の断続面６０、７０ａの整合ならびにダイ区画７６の後退位置は、パイプ挿入のための隙間を提供する。パイプ要素１１８は、停止プレート３６に対してさらに押圧され、ばね３８を圧縮し、ダイ７４と、ピニオン１２と、牽引棒７８と、スラスト軸受４０と、空気圧シリンダ９２とを備える、アセンブリを、基部２２およびそこに取り付けられる固定搭載部２０に対して軸方向に移動させ、それによって、スラスト軸受４０がフランジ２８に当接すると、確動停止状態に到達する。アセンブリの位置は、位置センサ９８によって感知され、これは、アセンブリ位置を示す信号をコントローラ１０２に送信する。位置信号の受信に応じて、コントローラ１０２は、空気圧シリンダ９２に、牽引棒７８をキャリッジ２６の開口部３４から離れるように引動させるようにコマンドする。これは、ダイ区画７６を拡張位置（図２、２Ａ）に半径方向外向きに移動させ、それによって、ダイ面８８とパイプ要素１１８の内側表面１２０を係合させる。ダイ区画７６の拡張位置は、パイプ要素の内径に応じて変動するであろう。空気圧シリンダ９２は、牽引棒７８上の力を維持し、それによって、ダイ７６をパイプ要素内側表面に対して係止する。圧力センサ１００が、牽引棒７８が引動されたことを示す、閾値を下回る圧力を、空気圧シリンダ９２の後退側で感知すると、拡張されるにつれてダイ区画７６のステータスを示す信号を、コントローラ１０２に送信する。圧力センサ１００からのダイステータス信号の受信に応じて、コントローラ１０２は、サーボモータに、ウォームねじ１０６を転回させるようにコマンドし、これは、ウォームホイール１０８を展開させる。本実施例では、ウォームホイール１０８の回転は、出力シャフト１１０を反時計回り（図８において視認されるとき）に回転させ、これは、それに対してキー止めされる（キー１１６、図２Ａ参照）外側シャフト３０を回転させる。外側シャフト３０の回転は、キャリッジ２６をピニオン軸１６を中心として反時計回りに回転させる。（キャリッジ２６の回転の方向は、カム本体５４上の第１のカム表面５６の配列によって事前判定される。）これは、歯車４２およびその関連付けられたカム本体５４をピニオン軸１６を中心として軌道を描いて回らせる。しかしながら、ピニオン１２は、中間シャフト１４が中間シャフト部分１４ａと固定搭載部の開口部２４との間の相互作用によって固定搭載部２０に係止されるため、回転に対して固定される。歯車４２は、（固定）ピニオン１２に係合するため、ピニオン軸１６を中心としたキャリッジ２６の相対的回転は、歯車４２およびその関連付けられたカム本体５４をその個別の歯車軸４４（図２、２Ａ、および８参照）を中心として回転させる。カム本体５４の回転は、牽引表面６４および第１のカム表面５６をパイプ要素１１８の外側表面１２４と接触させる。牽引表面６４は、パイプ要素を把持する一方、第１のカム表面５６は、各第１のカム表面５６の増加半径の領域５８および一定半径の領域６２が、パイプ要素１１８を横断するにつれて、溝をパイプ要素外側表面１２４の中に圧造する。ダイ区画７６は、パイプ要素１１８の内側表面１２０に係合し、それを支持し、ダイ面８８は、第１のカム表面５６と協働し、円周方向溝を形成する。

カム本体５４上の第１のカム表面５６および第２の（制御された拡開）カム表面７０の場所は、溝が、パイプ要素１１８の端部から所望の距離に形成され、パイプ要素の端部の拡開が、制御される、すなわち、おおよそその公称直径にまたはより小さく限定もしくは低減されるように、キャリッジ２６内に受容されるパイプ要素１１８の位置と協調される。コントローラ１０２は、パイプ要素が均一壁厚を有するために、必要な回数の旋回を通して（歯車４２とピニオン１２との間の歯車率に応じて）、キャリッジ２６を回転させ、実質的に一定深度の円周方向溝を形成する。本例示的実施形態では、キャリッジの１回のみの旋回が、一定深度の完全な円周方向溝を形成するために必要である。溝形成の完了に応じて、コントローラ１０２は、サーボモータおよび歯車列１０４を通して作用し、キャリッジ２６を、牽引表面６４内の間隙６６ならびに第１および第２のカム表面５６および７０内の断続面６０および７０ａが、再びピニオン軸１６（図８）に面する、位置に戻す。コントローラ１０２は、次いで、空気圧シリンダ９２に、牽引棒７８を開口部３４に向かって移動させ、ダイ区画７６が半径方向内向きにその後退位置に移動し、円形ばね８６（図１および３Ａ）の付勢力下でパイプ要素１１８から係脱することを可能にさせるようにコマンドする。カム本体５４およびダイ７４の本位置は、パイプ要素１１８がキャリッジ２６から引き出されることを可能にする。パイプ要素１１８が、引き出されるにつれて、ばね３８は、牽引棒７８と、ピニオン１２と、スラスト軸受４０と、中間シャフト１４と、空気圧シリンダ９２と、ダイ７４とを備える、アセンブリを、その初期位置に戻るように押動し、デバイス１０は、再び、別のパイプ要素に溝切する準備ができる。

溝を固定直径に形成しながら、溝切プロセスの間、最小限のトルクをパイプ要素に印加するため、有意な利点が、デバイス１０を用いて達成される。図８および５に示されるように、本条件は、１）ピニオン１２（図８）のピッチ円直径１２６がパイプ要素の外径と実質的に等しいときと、２）牽引表面６４のピッチ円直径１２８が、歯車４２（図５）のピッチ円直径１３０と実質的に等しいときに達成される。これらの２つの条件が満たされると、パイプを回転させる傾向を殆どまたは全く伴わずに、牽引表面６４は、パイプ要素の外側表面を横断するように制約され、したがって、最小限のトルクのみをパイプ要素に印加する。ピニオン、歯車、および牽引表面のピッチ円直径とパイプ要素の外径との間の関係を指すために本明細書で使用されるような用語「等しい」および「実質的に等しい」は、最小限のトルクがパイプ要素に印加されるように、ピニオンのピッチ円直径が、パイプ要素の外径に十分に近似し、牽引表面のピッチ円直径が、歯車のピッチ円直径に十分に近似することを意味する。ピニオンのピッチ円直径は、実践的目的のために、これらの値間の差異が、約数百分の１インチである場合、パイプ要素の外径と「等しい」または「実質的に等しい」と見なされ得る。実践的パイプは、公称から有意な直径公差を有するため、牽引表面のピッチ円直径とパイプ要素の外径との間の関係は、トルクが、パイプ要素に印加されるであろうように、パイプ直径逸脱によって影響され、それによって、外部クランプの使用をそれらの場合に有利にし得ることが予期される。デバイス１０では、ダイ７４は、回転が固定される、ピニオン１２上に搭載されるため、クランプとして作用し得る。

実践的例示的設計では、２．５インチの公称パイプサイズを有するパイプ要素を溝切するために好適なデバイス１０は、示されるように、４つの歯車４２と、カム本体５４とを使用する。２．５インチ公称パイプの外径は、２．８７５インチである。３６本歯と、７２ｍｍ（２．８３５インチ）のピッチ円直径とを有する、ピニオン１２は、歯車のピッチ円直径および牽引表面のピッチ円直径もまた相互に実質的に等しいとき、最小限のトルクが印加されるように、十分に近似する（０．０４０インチの差異）。本例示的実施形態は、円直径７２ｍｍ（２．８３５インチ）のピッチを伴う、３６本の歯を有する、歯車４２を使用する。牽引表面６４は、ローレット加工または別様に調製されると、歯車ではないが、牽引表面によって横断されるにつれて、パイプの中に圧造される、実質的に同等ピッチ直径（すなわち、実際の歯車と同一運動を与える、シリンダの直径）を有する。約数百分の１インチの牽引表面のピッチ円直径と歯車のピッチ円直径との間の差異は、実践的用途において、「等しい」または「均等物」の本定義を充足する。ピニオン１２と歯車４２との間の歯車比は、本実施例では等しいと見なすと、キャリッジ２６は、１回の旋回を行い、パイプ要素を中心として完全な円周方向溝を形成するであろうことが、明白である。

４．５インチの外径を有する、４インチ公称サイズパイプのために好適な別の例示的設計では、４．５インチのピッチ円直径を伴う、７２本の歯を有する、ピニオンが、実行可能である。本設計は、４つの歯車を使用し、各歯車は、７２本歯と、４．５インチのピッチ円直径とを有する。ピニオンと歯車との間の１：１比率は、単一キャリッジ旋回が完全な溝を形成するために要求されることを示す。ピニオンと歯車との間の他の比率は、完全な溝を形成するために、複数または部分的キャリッジ旋回をもたらすであろう。

デバイス１０は、キャリッジ２６およびその関連付けられた歯車４２、カム本体５４、ピニオン１２、外側シャフト３０、中間シャフト１４、ならびにダイ７４が、他の関連構成要素とともに、歯車列１０４と相互交換可能なアセンブリ１３２を構成し、デバイスが、異なる直径および壁厚を有する、あるパイプの範囲を溝切するように容易に適合されることを可能にするように設計される。相互交換可能性は、外側シャフト３０を歯車ボックス１１４に固着させるための可撤性クリップ１３４および外側シャフト３０とウォームホイール１０８の出力シャフト１１０との間のキー１１６の使用と、フレームと中間シャフト内のスロット１３６を係合することによって、中間シャフト１４を空気圧シリンダ９２のフレーム９６に取り付け、同様にスロットと肩部１３８の相互係合を使用して、ピストン９４を牽引棒７８に取り付けることとによってもたらされる。アセンブリ１３２は、フレーム９６が、中間シャフト１４から係脱し、ピストン９４が、牽引棒７８から係脱するように、空気圧シリンダ９２を持ち上げ、次いで、保定クリップ３４（それによって、外側シャフト３０がウォームホイール１０８から係脱することを可能にする）を除去し、アセンブリをピニオン軸１６に沿って摺動させることによって除去されることができる。異なるパイプ要素を溝切するために好適な異なるキャリッジアセンブリが、次いで、代用されてもよい。

本発明による、デバイス１０は、架台が、パイプ要素を支持することと、その回転を適応させ、整合を確実にすることとの両方の必要なく、急速かつ正確に、広範囲のパイプ要素サイズおよび工程に作用するであろうため、パイプ溝切動作の効率を増加させることが予期される。デバイス１０はまた、屈曲されたパイプ要素およびエルボ継手を有するパイプアセンブリが、横方向のパイプ要素の運動の回転を懸念せず、溝切されることを可能にするであろう。

図９は、円周方向溝をパイプ要素内に形成するための別のデバイス１１を示す。デバイス１１は、ピニオンと同軸方向に配列されるピニオン軸１５を中心とする回転に対して固定して搭載される、ピニオン１３を備える。ピニオン１３の回転固定は、ピニオンシャフト１９の一端１７上に搭載し、ピニオンシャフトの反対端２１がキー２５によって支柱２３に固定されることによって遂行される。支柱は、基部２７上に搭載される。

キャリッジ２９が、ピニオン１３を囲繞する。キャリッジ２９は、駆動シャフト３３のフランジ３１上に搭載される。駆動シャフト３３は、中空であり、ピニオンシャフト１９を囲繞し、それと同軸である。駆動シャフト３３とピニオンシャフト１９との間に位置付けられる、軸受３５が、駆動シャフト、故に、そこに取り付けられるキャリッジ２９が、ピニオン軸１５を中心として回転することを可能にする。キャリッジ２９は、その中に溝が形成されるべきパイプ要素を受容するために、開口部３７を画定する。開口部３７は、ピニオン軸１５と同軸方向に配列される。図９および１１に示されるように、カップ３９が、ピニオン１３と同軸方向に搭載される。パイプ要素は、カップ３９に当接し、本実施例では、カップシャフト４１上に搭載され、これは、中空ピニオンシャフト１９内のボア４３を通して、同軸方向に延在する。カップシャフト４１は、ピニオン軸１５に沿って軸方向に移動可能であり、ピニオンシャフト１９とカップ３９との間に作用するばね４５によって、開口部３７に向かって付勢される。カップ３９と反対のカップシャフト４１の端部４７は、支柱２３に隣接して搭載される、スイッチ４９と併用され、下記に説明されるように、デバイスをアクティブ化する。本例示的実施形態では、スイッチは、近接度センサを備えるが、また、マイクロスイッチ等の接触スイッチでもあり得る。

複数の歯車５１が、キャリッジ２９上に搭載される。図９および１１に示される例示的実施形態では、キャリッジは、相互から１２０°の角度で離間される、３つの歯車５１を有する。各歯車５１は、個別の歯車軸５３を中心として回転可能である。実践的実施形態では、各歯車は、キャリッジ２９を構成する、正面および背面プレート５７と５９との間に固定される、歯車シャフト５５上に搭載される。各歯車５１とその個別のシャフト５５との間に位置付けられる、軸受６１は、キャリッジ２９内の歯車の低摩擦回転を提供する。各歯車５１は、ピニオン１３と係合する。

図１２に示されるように、個別のカム本体６３が、各歯車５１上に搭載される。個別のカム表面６５が、各カム本体６３の周囲に延在する。カム表面６５は、開口部３７を通して受容され、カップ３９に当接する、パイプ要素と係合可能である。図１３に示されるように、各カム表面６５は、増加半径の領域６７と、カム表面の断続面６９とを備える。断続面６９は、カム表面６５がパイプ要素に接触しない、カム本体６３上の位置である。さらに、各カム表面６５の一部として、断続面６９に隣接して位置付けられる、一定半径の領域７１を含むことが有利である。牽引表面７３（図１２参照）が、カム本体６３のうちの少なくとも１つの周囲に延在する。図１１に示される実施例では、個別の牽引表面７３が、各カム本体６３の周囲に延在する。牽引表面７３はまた、キャリッジ２９内に受容される、パイプ要素と係合可能であるが、各牽引表面は、各カム本体６３上のカム表面６５内の断続面６９と軸方向（すなわち、歯車軸５３に沿った方向）に整合される、間隙７５を有する。図１２に示されるように、牽引表面７３は、そこから外向きに延在する、複数の突起７７を備えてもよい。突起は、デバイス動作の間、パイプ要素と牽引表面７３との間の付加的滑車を提供し、例えば、牽引表面をローレット加工することによって形成されてもよい。牽引表面は、直径８７を伴う、ピッチ円を有する。突起６８が、牽引表面６４上に存在するとき、牽引表面のピッチ直径８７は、突起８７によってパイプ要素７９上に作製された圧造を含む、突起８７とパイプ要素７９の相互作用によって判定されるであろう。突起６８が、存在しない場合、牽引表面６４のピッチ円直径８７は、牽引表面のものと等しいであろう。図１２にさらに示されるように、カム表面６５は、牽引表面と離間関係においてであるが、歯車と比較してそれに近接して、歯車５１と牽引表面７３との間に位置付けられる。

図９および７に示されるように、減速歯車列１０４は、駆動シャフト３３をピニオン軸１５を中心として回転させるために使用される。本例示的実施形態では、減速歯車列１０４は、プログラマブル論理コントローラ（図示せず）等のマイクロプロセッサによって制御される、サーボモータ（図示せず）によって駆動される、ウォームねじ１０６を備える。サーボモータは、間欠割出装置として作用し、エンコーダを有し、これは、モータシャフトの位置に関する精密な情報を提供し、それによって、ウォームねじ１０６の回転の精密な制御を可能にする。

ウォームねじ１０６は、ウォームホイール１０８と噛合する。ウォームホイール１０８は、出力シャフト１１０と歯車ボックス１１４との間の軸受１１２上のピニオン軸１５を中心とする回転のために支持される、中空出力シャフト１１０上に搭載される。出力シャフト１１０は、キー９５によって駆動シャフト３３に結合され、したがって、出力シャフト１１０がウォームねじ１０６およびウォームホイール１０８によって回転されると、駆動シャフト３３の回転を確実にする。

デバイス１１の動作は、カム本体６３が図１４に示されるように位置付けられた状態から開始し、その個別のカム表面６５内の断続面６９は、ピニオン軸１５に面し、その個別の牽引表面７３内の間隙７５（図１１参照）もまた、ピニオン軸１５に面している。カム本体６３の本配向は、歯車５１とキャリッジ２９内のピニオン１３の組立に応じて確立され、ウォームねじ１０６およびウォームホイール１０８を通して作用する、制御システムおよびサーボモータ（図示せず）によって、開始位置として設定される。

カム本体６３が図１４に示される開始位置にある状態で、溝切されるべきパイプ要素７９が、キャリッジ２９内の開口部３７を通して挿入され、カップ３９（図９参照）に当接する。牽引表面７３内の間隙７５とカム表面６３（図１１参照）内の断続面６９の整合は、パイプ挿入のための隙間を提供する。パイプ要素は、カップ３９に対してさらに押圧され、ばね４５を圧縮させ、カップシャフト４１の端部４７が、スイッチ４９、本実施例では、近接度スイッチと相互作用するように、カップ３９を確動停止部（本実施例では、ピニオンシャフト１９の面）に対して移動させる。スイッチ４９の閉鎖は、信号を制御システムに送信し、これは、サーボモータに、ウォームねじ１０６を転回させるようにコマンドし、これは、ウォームホイール１０８を転回させる。本実施例では、ウォームホイール１０８の回転は、出力シャフト１１０を反時計回り（図１４において視認されるとき）に回転させ、これは、それに対してキー止めされる（キー９５）駆動シャフト３３を回転させる。駆動シャフト３３の回転は、キャリッジ２９をピニオン軸１５を中心として反時計回りに回転させる。（キャリッジ２９の回転方向は、カム本体６３上のカム表面６５の配列によって判定される。）これは、歯車５１およびその関連付けられたカム本体６３をピニオン軸１５を中心として軌道を描いて回らせる。しかしながら、ピニオン１３は、ピニオンシャフト１９がキー２５によって支柱２３にキー止めされるため、回転に対して固定される。歯車５１は、ピニオン１３に係合するため、ピニオン軸１５を中心とするキャリッジ２９の相対的回転は、歯車５１およびその関連付けられたカム本体６３をその個別の歯車軸５３を中心として回転させる。カム本体６３の回転は、牽引表面７３およびカム表面６５をパイプ要素７９の外側表面８３と接触させる。牽引表面７３は、パイプ要素７９を把持する一方、カム表面６５は、各カム表面６５の増加半径の領域６７および一定半径の領域７１がパイプ要素を横断するにつれて、溝をその外側表面８３の中に圧造する。カム本体６３上のカム表面６５の場所は、溝がパイプ要素の端部から所望の距離に形成されるように、確動停止部に到達し、スイッチ４９を始動させるように十分に挿入されると、パイプ要素の位置と協調される。コントローラは、必要な回数の旋回を通して（歯車５１とピニオン１３との間の歯車比に応じて）、キャリッジ２９を回転させ、実質的に一定深度の円周方向溝をパイプ要素内に形成する。溝形成の完了に応じて、コントローラは、キャリッジ２９を、牽引表面７３内の間隙７５およびカム表面６５内の断続面６９が、再びピニオン軸１５（図１４参照）に面する、位置に戻す。カム本体６３の本位置は、パイプ要素７９がキャリッジ２９から引き出されることを可能にし、デバイス１１は、溝別のパイプ要素を溝切する準備ができる。

溝を固定直径に形成しながら、溝切プロセスの間、最小限のトルクをパイプ要素に印加するため、有意な利点が、デバイス１１を用いて達成される。本条件は、１）ピニオン１３（図１１）のピッチ円直径８５がパイプ要素の外径７９と等しいときと、２）牽引表面７３のピッチ円直径８７が歯車５１の（図１２）ピッチ円直径８９と等しいときに達成される。これらの２つの条件が満たされると、パイプを回転させる傾向を殆どまたは全く伴わずに、牽引表面７３は、パイプ要素の外側表面を横断するように制約され、したがって、最小限のトルクのみをパイプ要素に印加する。ピニオンのピッチ円直径とパイプの外径との間の関係を指すために本明細書で使用されるような用語「等しい」は、最小限のトルクがパイプ要素に印加されるように、ピッチ円直径が外径に十分に近似することを意味する。約数百分の１インチのピッチ円直径とパイプ要素の外径との間の差異は、実践的用途では、「等しい」の本定義を充足する。実践的パイプ要素は、公称から有意な直径公差を有するため、牽引表面のピッチ円直径およびパイプ要素の外径との間の関係は、トルクが、パイプ要素に印加されるであろうように、パイプ直径逸脱によって影響され、それによって、外部クランプ９９（図９参照）の使用をそれらの場合に有利にし得ることが予期される。

実践的例示的設計では、１インチ公称直径パイプを溝切するために好適なデバイス１１は、示されるように、３つの歯車５１と、カム本体６３とを使用する。１インチ公称パイプの外径は、１．３１５インチである。２１本の歯と、円直径１５／１６インチ（１．３１２５インチ）のピッチとを有する、ピニオン１３は、歯車のピッチ円直径および牽引表面もまた相互に等しいとき、最小限のトルクが印加されるように、十分に近似する（０．００２５インチの差異）。本例示的実施形態は、円直径２５／８インチのピッチを伴う、４２本の歯を有する、歯車５１を使用する。牽引表面７３は、ローレット加工または別様に調製されると、歯車ではないが、牽引表面によって横断されるにつれて、パイプの中に圧造される、実質的に同等ピッチ直径（すなわち、実際の歯車と同一運動を与える、シリンダの直径）を有する。約数百分の１インチの牽引表面のピッチ円直径と歯車のピッチ円直径との間の差異は、実践的用途において、「等しい」または「均等物」の本定義を充足する。ピニオン１３と歯車５１との間の歯車比は、本実施例では等しいと見なすと、キャリッジ２９は、２回の旋回を行い、パイプ要素を中心として完全な円周方向溝を形成するであろうことが、明白である。

２３／８インチ（２．３７５インチ）の外径を有する、２インチ公称パイプのために好適な別の例示的設計では、２．３６２インチのピッチ円直径を伴う、３０本の歯を有する、ピニオンが、実行可能である（０．０１３インチの差異）。本設計は、５つの歯車を使用し、各歯車は、３０本の歯と、２．３６２インチのピッチ円直径とを有する。ピニオンと歯車との間の１：１比率は、単一キャリッジ旋回が完全な溝を形成するために要求されることを示す。３つを上回る歯車を伴う設計は、薄い壁またはより大きい直径を有するパイプ要素が溝切されるとき、そのようなパイプが、相互から１２０°離れた３つのカム表面間で圧縮されると、カム間の領域にわたって弾性的に膨隆する傾向を有するため、有利である。本弾性挙動は、その公称形状に戻るパイプ要素のより優れた反跳につながり、溝形成を阻止する。しかしながら、より多くの歯車は、より多くのカムが、パイプ要素をより良好に支持するために、力をパイプ要素の周囲のより多くの点に印加し、したがって、弾性膨隆を有意に低減させることを意味する。パイプ要素の周囲により緊密に離間されたより多くの制約は、変形を、主として、反跳が低減および補償される、塑性領域に限る。

別の実施例設計は、１．２５および１．５インチ公称直径のパイプ要素のために、４との歯車およびカムを使用する。１．５：１および１：１の歯車とピニオンの比もまた、本設計のために実行可能であるである。

デバイス１１は、キャリッジ２９およびその関連付けられた歯車５１、カム本体６３、ピニオン１３、カップシャフト４１、カップ３９、ばね４５、駆動シャフト３３、ならびにピニオンシャフト１９が、歯車列１０４と相互交換可能なアセンブリ９１を構成し、デバイスが、異なる直径および壁厚を有する、あるパイプの範囲を溝切するように容易に適合されることを可能にするように設計される。相互交換可能性は、ピニオンシャフト１９と支柱２３との間のキー２５と、駆動シャフト３３と、駆動シャフト３３と螺合され、出力シャフト１１０に対して作用する、保定ナット９７と結合される、出力シャフト１１０との間のキー９５との使用によってもたらされる。アセンブリ９１は、保定ナット９７が駆動シャフト３３との螺合から外れると、ピニオン軸１５に沿って、それを摺動させることによって、除去されることができる。異なるパイプ要素を溝切するために好適な異なるキャリッジアセンブリが、次いで、代用されてもよい。

本発明による、デバイス１１は、架台が、パイプ要素を支持することと、その回転を適応させ、整合を確実にすることとの両方の必要なく、急速かつ正確に、広範囲のパイプ要素サイズおよび工程に作用するであろうため、パイプ溝切動作の効率を増加させることが予期される。デバイス１１はまた、エルボ継手を有するパイプアセンブリが、横方向のパイプ要素の運動の回転を懸念せず、溝切されることを可能にするであろう。

Claims (72)

1. 円周方向溝をパイプ要素内に形成するためのデバイスであって、前記デバイスは、
   ピニオンであって、前記ピニオンは、前記ピニオンと同軸方向に配列されるピニオン軸を中心とする回転に対して固定される、ピニオンと、
   前記ピニオンに隣接して位置付けられ、前記ピニオン軸と同心である、拡張ダイであって、前記拡張ダイは、前記ピニオン軸に向かって、かつそこから離れるように、半径方向に移動可能である、複数のダイ区画を有し、各前記ダイ区画は、前記ピニオン軸から見て外方に向き、そこから離れるように移動されると、前記パイプ要素の内側表面と係合可能である、ダイ面を有する、拡張ダイと、
   前記ピニオン軸に向かって、かつそこから離れるように、前記ダイ区画を移動させるために、前記拡張ダイに結合される、アクチュエータと、
   前記拡張ダイを囲繞する、キャリッジであって、前記キャリッジは、前記ピニオン軸を中心として回転可能であり、前記キャリッジは、前記パイプ要素を受容するために、前記ピニオン軸と同軸方向に配列される開口部を画定する、キャリッジと、
   前記キャリッジ上に搭載される、複数の歯車であって、各前記歯車は、個別の歯車軸を中心として前記キャリッジに対して回転可能であり、各前記歯車は、前記ピニオンと係合する、歯車と、
   複数のカム本体であって、各前記カム本体は、前記歯車の個別のもの上に搭載される、複数のカム本体と、
   複数の第１のカム表面であって、前記第１のカム表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記第１のカム表面のそれぞれのものは、増加半径の領域および断続面を備える、複数の第１のカム表面と
   を備え、
   前記パイプ要素は、前記パイプ要素が前記開口部内に受容されると、前記ダイ面と前記第１のカム表面との間に位置付けられる、デバイス。
2. 前記アクチュエータは、
   前記拡張ダイと同軸方向に位置付けられ、前記ピニオン軸に沿って移動可能である、牽引棒であって、前記牽引棒の運動は、前記ピニオン軸に向かって、かつそこから離れるように、前記ダイ区画を移動させる、牽引棒と、
   前記牽引棒を前記ピニオン軸に沿って移動させるために、前記牽引棒に結合されるピストンを有する、シリンダと
   を備える、請求項１に記載のデバイス。
3. 各前記歯車は、同一ピッチ円直径を有する、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面をさらに備え、前記少なくとも１つの牽引表面は、前記パイプ要素と係合可能である、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記ピニオンは、前記パイプ要素の外径と等しいピッチ円直径を有する、請求項１に記載のデバイス。
6. 前記カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面をさらに備え、前記少なくとも１つの牽引表面は、前記パイプ要素と係合可能であり、前記少なくとも１つの牽引表面は、前記歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記第１のカム表面のそれぞれのものはさらに、前記断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、前記間隙は、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面の断続面と軸方向に整合される、請求項４に記載のデバイス。
9. 前記少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、前記間隙は、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面の断続面と軸方向に整合される、請求項６に記載のデバイス。
10. 複数の前記牽引表面をさらに備え、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有し、各前記間隙は、前記カム本体のそれぞれのもの上の前記第１のカム表面の前記断続面の個別のものと軸方向に整合される、請求項４に記載のデバイス。
11. 複数の前記牽引表面をさらに備え、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有し、各前記間隙は、前記カム本体のそれぞれのもの上の前記第１のカム表面の前記断続面の個別のものと軸方向に整合される、請求項６に記載のデバイス。
12. 前記少なくとも１つの牽引表面は、前記１つのカム本体の周囲に延在する、前記第１のカム表面と離間関係において、前記１つのカム本体上に位置付けられる、請求項４に記載のデバイス。
13. 前記少なくとも１つの牽引表面は、前記１つのカム本体の周囲に延在する、前記第１のカム表面と離間関係において、前記１つのカム本体上に位置付けられる、請求項６に記載のデバイス。
14. 少なくとも３つの前記歯車を備える、請求項１に記載のデバイス。
15. 少なくとも４つの前記歯車を備える、請求項１に記載のデバイス。
16. 前記第１のカム表面のうちの１つは、前記歯車と前記少なくとも１つの牽引表面との間に位置付けられる、請求項４に記載のデバイス。
17. 前記第１のカム表面のうちの１つは、前記歯車と前記少なくとも１つの牽引表面との間に位置付けられる、請求項６に記載のデバイス。
18. 前記第１のカム表面のうちの１つは、前記少なくとも１つの牽引表面に近接して位置付けられる、請求項４に記載のデバイス。
19. 前記第１のカム表面のうちの１つは、前記少なくとも１つの牽引表面に近接して位置付けられる、請求項６に記載のデバイス。
20. 前記少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える、請求項４に記載のデバイス。
21. 前記少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える、請求項６に記載のデバイス。
22. 複数の第２のカム表面をさらに備え、前記第２のカム表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記第１のカム表面の個別のものと離間関係において位置付けられる、請求項１に記載のデバイス。
23. 前記第２のカム表面のそれぞれのものは、増加半径の領域および断続面を備え、前記第２のカム表面の各前記断続面は、前記第１のカム表面の前記断続面の個別のものと整合される、請求項２２に記載のデバイス。
24. 前記第２のカム表面のそれぞれのものは、前記第２のカム表面の前記断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える、請求項２３に記載のデバイス。
25. 前記第２のカム表面のそれぞれのものは、一定半径を有する、請求項２２に記載のデバイス。
26. 前記カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面をさらに備え、前記少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、前記間隙は、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面の断続面と軸方向に整合される、請求項２２に記載のデバイス。
27. 前記少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える、請求項２６に記載のデバイス。
28. 前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面は、前記少なくとも１つの牽引表面と、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第２のカム表面との間に位置付けられる、請求項２６に記載のデバイス。
29. 前記第１および前記１つのカム本体を囲繞する、前記第２のカム表面は、前記少なくとも１つの牽引表面と、その上に前記１つのカム本体が搭載される、前記歯車のうちの１つとの間に位置付けられる、請求項２６に記載のデバイス。
30. 前記第１のカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面は、前記少なくとも１つの牽引表面に近接して位置付けられる、請求項２６に記載のデバイス。
31. 前記少なくとも１つの牽引表面は、前記歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する、請求項２６に記載のデバイス。
32. 複数の牽引表面をさらに備え、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有し、各前記間隙は、前記カム本体のそれぞれのもの上の前記第１のカム表面の前記断続面の個別のものと軸方向に整合される、請求項２２に記載のデバイス。
33. 前記牽引表面のそれぞれのものは、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える、請求項３２に記載のデバイス。
34. 前記第１のカム表面のそれぞれのものは、前記牽引表面の個別のものと各前記カム本体上の前記第２のカム表面の個別のものとの間に位置付けられる、請求項３２に記載のデバイス。
35. 前記第１および第２のカム表面は、前記牽引表面と各前記カム本体上の前記歯車との間に位置付けられる、請求項３２に記載のデバイス。
36. 前記第１のカム表面は、各前記カム本体上の前記牽引表面に近接して位置付けられる、請求項３２に記載のデバイス。
37. 円周方向溝をパイプ要素内に形成するためのデバイスであって、前記デバイスは、
    ピニオンであって、前記ピニオンは、前記ピニオンと同軸方向に配列されるピニオン軸を中心とする回転に対して固定される、ピニオンと、
    前記ピニオンを囲繞する、キャリッジであって、前記ピニオン軸を中心として回転可能であり、前記パイプ要素を受容するために、前記ピニオン軸と同軸方向に配列される開口部を画定する、キャリッジと、
    前記キャリッジ上に搭載される、複数の歯車であって、各前記歯車は、個別の歯車軸を中心として前記キャリッジに対して回転可能であり、各前記歯車は、前記ピニオンと係合する、複数の歯車と、
    複数のカム本体であって、各前記カム本体は、前記歯車の個別のもの上に搭載される、複数のカム本体と、
    複数の第１のカム表面であって、前記第１のカム表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記開口部内に受容される、前記パイプ要素と係合可能であり、前記第１のカム表面のそれぞれのものは、増加半径の領域を備え、前記第１のカム表面のそれぞれのものは、前記第１のカム表面の第１の断続面を備える、複数の第１のカム表面と
    を備える、デバイス。
38. 各前記歯車は、同一ピッチ円直径を有する、請求項３７に記載のデバイス。
39. 複数の第２のカム表面をさらに備え、前記第２のカム表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記第１のカム表面のうちの１つと離間関係において位置付けられる、請求項３７に記載のデバイス。
40. 前記第２のカム表面のそれぞれのものは、第２の増加半径の領域を備え、前記第２のカム表面のそれぞれのものは、前記第２のカム表面の第２の断続面を備え、前記第２の断続面は、各前記カム本体上の前記第１の断続面と整合される、請求項３９に記載のデバイス。
41. 前記第１のカム表面のそれぞれのものは、前記第１の断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える、請求項３７に記載のデバイス。
42. 前記第２のカム表面のそれぞれのものは、前記第２の断続面の個別のものに隣接して位置付けられる、一定半径の領域を備える、請求項４０に記載のデバイス。
43. 前記第２のカム表面のそれぞれのものは、一定半径を有する、請求項３９に記載のデバイス。
44. 前記カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面をさらに備え、前記少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、前記間隙は、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面の前記第１の断続面と軸方向に整合される、請求項３７に記載のデバイス。
45. 前記少なくとも１つの牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える、請求項４４に記載のデバイス。
46. 前記少なくとも１つの牽引表面は、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面に近接して位置付けられる、請求項４４に記載のデバイス。
47. 前記ピニオンは、前記パイプ要素の外径と等しいピッチ円直径を有する、請求項４４に記載のデバイス。
48. 前記少なくとも１つの牽引表面は、前記歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する、請求項４７に記載のデバイス。
49. 複数の前記牽引表面をさらに備え、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有し、各前記間隙は、前記カム本体のそれぞれのもの上の前記第１のカム表面の前記断続面の個別のものと軸方向に整合され、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記歯車のピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する、請求項４７に記載のデバイス。
50. 前記カム本体のうちの１つの周囲に延在する、少なくとも１つの牽引表面をさらに備え、前記少なくとも１つの牽引表面は、その中に間隙を有し、前記間隙は、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第１のカム表面の前記第１の断続面と軸方向に整合される、請求項３９に記載のデバイス。
51. 前記ピニオンは、前記パイプ要素の外径と等しいピッチ円直径を有する、請求項５０に記載のデバイス。
52. 前記少なくとも１つの牽引表面は、前記歯車のうちの１つのピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する、請求項５１に記載のデバイス。
53. 前記第１のカム表面は、前記少なくとも１つの牽引表面と、前記１つのカム本体を囲繞する、前記第２のカム表面との間に位置付けられる、請求項５０に記載のデバイス。
54. 前記第１および第２のカム表面は、前記少なくとも１つの牽引表面と、その上に前記１つのカム本体が搭載される、前記歯車との間に位置付けられる、請求項５０に記載のデバイス。
55. 複数の前記牽引表面をさらに備え、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記カム本体の個別のものの周囲に延在し、前記牽引表面のそれぞれのものは、その中に間隙を有し、各前記間隙は、前記カム本体のそれぞれのもの上の前記第１のカム表面の前記断続面の個別のものと軸方向に整合され、前記牽引表面のそれぞれのものは、前記歯車のピッチ円直径と等しいピッチ円直径を有する、請求項５１に記載のデバイス。
56. 前記第１のカム表面のそれぞれのものは、前記牽引表面の個別のものと各前記カム本体上の前記第２のカム表面の個別のものとの間に位置付けられる、請求項５５に記載のデバイス。
57. 前記第１および第２のカム表面のそれぞれのものは、前記牽引表面の個別のものと各前記カム本体上の前記歯車の個別のものとの間に位置付けられる、請求項５５に記載のデバイス。
58. 前記第１のカム表面のそれぞれのものは、各前記カム本体上の前記牽引表面の個別のものに近接して位置付けられる、請求項５５に記載のデバイス。
59. 少なくとも３つの前記歯車を備える、請求項３７に記載のデバイス。
60. 少なくとも４つの前記歯車を備える、請求項３７に記載のデバイス。
61. 前記ピニオンに隣接して位置付けられ、前記開口部に面している、カップをさらに備え、前記パイプ要素は、前記カップに当接する、請求項３７に記載のデバイス。
62. パイプ要素を冷間加工するための複数のカムであって、前記カムは、前記パイプ要素を中心として円周方向に回転され、各前記カムは、
    回転軸を有する、カム本体と、
    前記カム本体の周囲に延在する、第１のカム表面であって、前記第１のカム表面は、前記第１のカム表面の第１の増加半径の領域および第１の断続面を備える、第１のカム表面と、
    前記カム本体の周囲に延在し、前記第１のカム表面の前記回転軸に沿って離間関係において位置付けられる、第２のカム表面と
    を備える、カム。
63. 前記第２のカム表面は、第２の増加半径の領域および前記第２のカム表面の第２の断続面を備え、前記第２の断続面は、前記第１の断続面と整合される、請求項６２に記載のカム。
64. 前記第１のカム表面は、前記第１の断続面に隣接して位置付けられる、一定半径の領域を有する、請求項６２に記載のカム。
65. 前記第２のカム表面は、前記第２の断続面に隣接して位置付けられる、一定半径の領域を有する、請求項６３に記載のカム。
66. 前記第２のカム表面は、一定半径を有する、請求項６２に記載のカム。
67. 前記カム本体の周囲に延在する、牽引表面をさらに備え、前記牽引表面は、その中に間隙を有し、前記間隙は、前記第１の断続面と軸方向に整合される、請求項６２に記載のカム。
68. 前記牽引表面は、そこから外向きに延在する、複数の突起を備える、請求項６７に記載のカム。
69. 前記第１のカム表面は、前記牽引表面と前記第２のカム表面との間に位置付けられる、請求項６２に記載のカム。
70. 前記カム本体上に搭載される、歯車をさらに備え、前記歯車は、前記回転軸と同軸方向に配列される、請求項６９に記載のカム。
71. 前記第１および第２のカム表面は、前記牽引表面と前記歯車との間に位置付けられる、請求項７０に記載のカム。
72. 前記カム本体上に搭載される、歯車をさらに備え、前記歯車は、前記回転軸と同軸方向に配列される、請求項６２に記載のカム。

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