JP2023531170A - ロール成形及び溶接されたチューブの製造のための金属ストリップを予備成形するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

ロール成形及び溶接されたチューブの製造のための金属ストリップ（４０）を予備成形するための装置及び方法であって、エンボス加工具（２０）及びストリップエッジ面取り工具（３０）を含み、エンボス加工具は、中央エンボス加工部分（３、３’）を備えた円筒面（２）を有するエンボス加工ロール（ｌ）を含み、及びストリップエッジ面取り工具は、凹んだ中央セクション（３４）及び中央セクションの各側の側部セクション（３５）を含むエッジ面取りロール（３１）と、アンビルロール（３２）とを含み、エッジ面取りロール（３１）及びアンビルロール（３２）は、ロール間に形成された間隙（３３）において金属ストリップを受け、且つそれを通すように構成され、間隙（３３）は、金属ストリップの長手方向側部エッジが通る位置にある側部セクションにおいて、減少した高さを有し、それにより、金属ストリップの各側における且つ金属ストリップのエンボス加工側における長手方向側部エッジは、ロール（３１、３２）の対間を通されるときに面取りされる、装置及び方法。

Description

本開示は、ロール成形及び溶接されたチューブの製造のための金属ストリップを予備成形するための装置並びに金属ストリップを予備成形する方法に関する。

溶接パイプ及びチューブは、典型的には、平らな金属ストリップを略完全なチューブに長手方向に成形し、次いで２つのエッジを溶接して合わせることによって製造される。ロール成形チューブには、ＨＶＡＣ＆Ｒ市場（加熱、通気、空調及び冷凍）の分野などの多くの応用領域がある。この技術分野において、環境的要求は、効率が向上した空調及び冷凍器具に向けた開発の動機となっている。これに応じて、幅広い内面強化を備えた直径のより小さいチューブであって、標準的な滑らかな解決策に対してその熱伝達係数を上げることができるチューブを供給する努力がなされてきた。熱交換用途のための内面パターニングを備えた直径の小さい溶接チューブなど、先進的な製品の製造方法は、最適なフロー特性及び熱伝達を得るために、望ましくない内部不均一が最小限である製品をもたらさなければならない。コスト削減の要求が高まるにつれて、従来、空調及び冷凍器具での使用の大半を占めていた銅チューブに対する、アルミニウムチューブの形態の代替物を提供することに関心がもたれてきた。したがって、ＨＶＡＣ＆Ｒの分野等における応用を目的として、競争力のある特徴を有するアルミニウムチューブを製造する方法を見出すことが望ましい。

本開示は、エンボス加工具及びストリップエッジ面取り工具を含む、ロール成形及び溶接されたチューブの製造のための金属ストリップを予備成形するための装置に関する。エンボス加工具は、エンボス加工中央部分を備えた円筒面を有するエンボス加工ロールを含む。ストリップエッジ面取り工具は、凹んだ中央セクション及び中央セクションの各側の側部セクションを含むエッジ面取りロールと、アンビルロールとを含み、エッジ面取りロール及びアンビルロールは、ロール間に形成された間隙において金属ストリップを受け、且つそれを通すように構成される。間隙は、金属ストリップの長手方向側部エッジが通る位置にある側部セクションにおいて、減少した高さを有し、それにより、金属ストリップの各側における且つ金属ストリップのエンボス加工側における長手方向側部エッジは、ロールの対間を通されるときに面取りされる。

好ましくは、エンボス加工具は、エンボス加工ロールの円筒面を含み、前記面は、中央エンボス加工部分と、中央部分の各側に配置された側部部分とを含み、前記中央部分は、エンボス加工パターンを設けられ、且つ前記側部部分は、エンボス加工パターンがなく、及びストリップエッジ面取り工具の中央セクションは、エッジ面取り間隙を通してロールの対間を通る金属ストリップのエンボス加工パターンがロールによって影響されないように寸法決めされる。ストリップエッジ面取り工具（３０）は、好ましくは、エンボス加工具から分離され、且つ予備成形されるストリップの移動方向（Ｔ）においてエンボス加工具の下流に配置される。

代替的に、エンボス加工具及びストリップエッジ面取り工具は、１つの組み合わされたエンボス加工及びエッジ面取りロールを含むように一体化され得、それにより、中央エンボス加工部分は、エッジ面取り間隙の中央セクションに含まれる。

第１及び第２ロールは、ロールの対間を通る金属ストリップのエンボス加工パターンがロールによって影響されないように寸法決めされた中央セクションを間隙が含むように成形される。間隙は、中央セクションの各側に配置された側部セクションをさらに含み、側部セクションにおいて、間隙は、減少した高さを有する。側部セクションは、金属ストリップの長手方向側部エッジが通る位置にあり、それにより、金属ストリップの各側における、金属ストリップの、エンボス加工ロールに向けられた側の長手方向側部エッジは、ロールの対間を通されるときに面取りされる。それにより、完成したロール成形及び溶接されたチューブの溶接ビードの高さが最小化され得る。

有利には、ストリップエッジ面取り工具が、予備成形されるストリップの移動方向（Ｔ）においてエンボス加工具の下流に配置されるとき、エンボス加工ロールの中央部分のエンボス加工パターンは、好ましくは、中央部分の円筒面に配置された複数の溝を含み、各側部部分の円筒面は、好ましくは、溝間の中央部分の円筒面と同じ高さである。これは、内部溶接ビード高さを減少させることにさらに寄与する。エンボス加工ロールは、中央エンボス加工パターンロールパック及び側部ロールから構成され得、側部ロールは、中央エンボス加工パターンロールパックの各側に配置され、中央エンボス加工パターンロールパックは、中央部分を形成する円筒面を有し、及び側部ロールは、側部部分を形成する円筒面を有する。これにより、エンボス加工パターンを柔軟に選択することができる。エンボス加工ロールの円筒面は、好ましくは、１５ｍｍ以上の総幅を有し、及びエンボス加工ロールの中央部分は、好適には、総幅の８５～９９％である幅を有する。

ストリップエッジ面取り工具の第１及び第２ロール間の間隙の中央セクションは、ストリップの中央部分のエンボス加工パターンがエッジ面取り工具の通過によって影響されないことを確実にするために、エンボス加工ロールの中央部分の幅以上である幅を有する。エッジ面取り工具におけるロールの対の第１ロールは、好ましくは、凹部であって、第１ロールの円筒面の円周に沿って延びる、凹部の各側における外向きに傾斜した側部エッジを有する凹部を含むように設計される。傾斜した側部エッジは、好適には、十分なエッジ面取りを与えるために、３０～６０°、好ましくは４３～４７°の角度で傾斜する。

第１及び第２ロール間の間隙の側部セクションは、好適には、側部セクションの各々について、エンボス加工具の総幅（Ｗｌ）と、エンボス加工具の中央部分の幅（Ｗ２）との間の差の半分以上である幅をそれぞれ有し得る。

本開示は、金属ストリップを予備成形する方法であって、ストリップの中央部分の各側の側部部分がエンボス加工パターンなしで圧延される間、ストリップで中央部分においてその長手方向にパターンをエンボス加工するステップと、ストリップの、エンボス加工パターンが設けられている側でストリップの長手方向側部エッジを面取りするステップとを含む方法にさらに関する。面取り中、ストリップの長手方向側部エッジのストリップ材料は、ストリップ厚さの２０～６０％、好ましくは３５～４０％まで押圧され、それにより、完成した溶接チューブの内部溶接ビードを最小化するために、ストリップの長手方向側部エッジに沿って、傾斜したエッジ表面を形成する。ストリップに設けられたエンボス加工パターンは、突出部を含み、及びストリップの側部部分は、好適には、エンボス加工パターンの突出部間のストリップ厚さと略同じ高さであるストリップ厚さまでエンボス加工ステップ中に圧延される。それにより、ストリップの側部部分は、元の金属ストリップの厚さに対してより薄い厚さを有する。これは、チューブにおけるより小さい内部溶接ビードをもたらす。好ましくは、後続のステップにおいて側部エッジの面取りが続く。

本開示は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになる。詳細な説明及び特定の例は、本開示の好ましい実施形態を一例としてのみ開示する。当業者は、詳細な説明における指針から、本開示の範囲内で変更形態及び修正形態がなされ得ることを理解する。

好ましい予備成形セットアップの概略図である。 本開示の好ましい実施形態によるエンボス加工ロールの例の分解斜視図である。 図２のエンボス加工ロールの断面図である。 図３ａに示された円で囲まれた詳細の断面図である。 代替的実施形態の詳細の断面図である。 本開示による例のエンボス加工ロールのエンボス加工部分の詳細を概略的に示す。 本開示による別の例のエンボス加工ロールのエンボス加工部分の詳細を概略的に示す。 内部エンボス加工パターンを有するチューブの部分断面図を示す。 本開示によるエンボス加工ロールによって予備成形されたストリップのエッジを概略的に示す。 エッジ面取りロールの一部を示す。 ストリップが工具に入っている状態のエッジ面取り工具の一部を示す。 ストリップの長手方向側部エッジの溶接中のロール成形されたストリップの継ぎ目部を概略的に示す。 ストリップの長手方向側部エッジの溶接中のロール成形されたストリップの継ぎ目部を概略的に示す。 ストリップの長手方向側部エッジの溶接中のロール成形されたストリップの継ぎ目部を概略的に示す。

本開示は、エンボス加工具及びストリップエッジ面取り工具を含む、ロール成形及び溶接されたチューブの製造のための金属ストリップを予備成形するための装置に関する。ストリップエッジ面取り工具は、好ましくは、予備成形されるストリップの移動方向においてエンボス加工具の下流に配置され得る。しかしながら、代替形態として、エンボス加工前のストリップエッジの面取り又は単一の組み合わされたエンボス加工及びエッジ面取りロール並びにアンビルを含む１つの工具におけるエンボス加工及びエッジ面取りオペレーションの統合が想定され得る。エッジ面取り工具がストリップ移動方向においてエンボス加工具の前に配置された装置において、エンボス加工ロール及びエッジ面取りロールは、エッジ面取り工具がストリップ移動方向においてエンボス加工具の後に配置された実施形態について説明されたものと同じ特徴及び構成を含み得る。単一の組み合わされたエンボス加工及びエッジ面取りロールを備えた組み合わされたエンボス加工及びエッジ面取り工具を含む装置において、エンボス加工及びエッジ面取りは、同時に実施される。これは、エンボス加工パターンがストリップ受け入れ間隙の凹部内に配置されることを意味する。ストリップ受け入れ間隙は、ストリップの中央部分がその表面でエンボス加工パターンを受け、長手方向側部エッジが面取りされ、且つ好ましくは非パターン部分がストリップのエンボス加工された中央部分の各側に設けられるように寸法決めされる。

ストリップ予備成形装置がどのようにセットアップされるかにかかわらず、意図された結果は、予備成形金属ストリップであって、その中央部分のエンボス加工された表面パターンと、面取りした長手方向側部エッジ部分とを有する予備成形金属ストリップの製造である。これにより、予備成形されたストリップをロール成形及び溶接することによる、直径の小さいチューブの効率的な製造が可能となる。以下において、装置は、基本的に、エンボス加工具及びエッジ面取り工具が、それぞれストリップ予備成形ロール及びアンビルを含む別個の工具である好ましい実施形態に基づいて説明される。しかしながら、別段の定めがない限り、以下で説明される詳細は、全てのこれらの実施形態に当てはまることが理解されるべきである。

別個の後続のステップでエンボス加工及びエッジ面取りを行うことにより、ストリップ予備成形プロセスがよりフレキシブルなものとなり、結果としての予備成形されたストリップの特性が制御し易くなる。この実施形態において、エンボス加工具は、中央部分及び中央部分の各側に配置された側部部分を備えた円筒面を有するエンボス加工ロールを含む。中央部分は、エンボス加工パターンを設けられる。側部部分は、エンボス加工パターンがない。ストリップエッジ面取り工具は、第１及び第２ロールの対を含む。第１ロールは、凹んだ中央セクション及び中央セクションの各側の側部セクションを含むエッジ面取りロールである。第２ロールは、アンビルロールである。エッジ面取りロール及びアンビルは、ロール間に形成された間隙において金属ストリップロールを受け、且つそれを通すように構成される。第１及び第２ロールは、ロールの対間を通る金属ストリップのエンボス加工パターンがロールによって影響されないように寸法決めされた中央セクションを間隙が含むように成形される。間隙は、中央セクションの各側に配置された側部セクションをさらに含む。間隙は、減少した高さを有する。側部セクションは、金属ストリップの長手方向側部エッジが通る位置にある。それにより、金属ストリップの各側における、金属ストリップの、エンボス加工ロールに向かって向けられた側の長手方向側部エッジは、ロールの対間を通されるときに面取りされる。それにより、以下でより詳細に説明されるとおり、完成したロール成形及び溶接されたチューブの溶接ビードの高さが最小化され得る。したがって、本装置により、金属ストリップが溶接を円滑にするために予備成形され得、及び溶接品質が向上した最終チューブ製品がもたらされ得る。

最終チューブ製品は、好適には、２０ｍｍ以下、好ましくは５～１０ｍｍの直径を有するアルミニウム又はその合金でできている先進的な直径の小さいチューブ製品であり得る。チューブ製品は、好ましくは、５００ｍを超える、好ましくは１０００ｍ超える長さを有する連続的なチューブコイルとして製造される。そのようなチューブ製品の用途は、例えば、加熱、通気、空調又は冷凍の分野において見出される。

溶接チューブロール成形のプロセスは、予備成形されたストリップを管形にロール成形することと、誘導加熱溶接コイルにおける高周波数溶接により、チューブを得るためにストリップの長手方向エッジを一緒に溶接することとを含む。これを達成するために、ストリップは、同数の成形ロールによって実施される異なる連続的な成形ステップを通してストリップを成形する成形ミル又は装置に送られる。ストリップが溶接コイルを通過する際、電磁場が溶接コイルの周りに引き起こされる。電磁場は、ストリップにおいて接合されるエッジに大部分が集中して流れるように電流を誘導する。電流に対する金属の抵抗は、融点に速やかに到達するこれらのエッジで必要な熱の発生を生じさせる。エッジが依然として溶融状態にあるとき、それらは、側部絞りロールとの相互作用のために一緒に鍛造され、ストリップに力をかけ、したがって２つのエッジの境界面で必要とされる圧力を生じさせる。溶接ロールを通過するとき、酸化金属及び溶融金属が接合部から押出成形され、下にある清浄な金属が接合される。溶接に続いて、サイジングロールがプロセスを完了し、必要な最終形状をチューブに与える。

金属ストリップからの熱交換用途のための内面パターニングを備えた直径の小さい溶接チューブなど、先進的なチューブ製品の製造は、ストリップを予備成形する段階と、ストリップを管状にロール成形し、それを溶接してチューブにする段階とを含む２段階プロセスを含む。

アルミニウムストリップから作られるロール成形及び溶接されたチューブの製造において、アルミニウム材料の特徴に起因して生じる問題を緩和することが重要である。必要な熱伝達特性を達成するために、チューブは、内部エンボス加工表面パターンを有する。ストリップ幅のばらつきは、好ましくは、溶接プロセスにおける安定性及び完成チューブ製品の品質を向上させるために最小限に保たれるべきである。

ストリップは、典型的には、予備成形段階にブランクストリップコイルの形態で提供される。予備成形段階において、ストリップは、次の段階におけるチューブ成形及び溶接の準備が整うように用意される。予備成形段階は、チューブの内部溝を形成するエンボス加工パターンを得るためにチューブの内部を形成する表面でストリップをエンボス加工するステップを含む。予備成形段階後、ストリップは、チューブの形態でロール成形及び溶接されるまで、好適にはコイルの形態で保管され得る。

エンボス加工ステーションにおいて実施されるエンボス加工手順は、表面パターンを得ることを目的としてストリップで実施される冷間変形プロセスを含む。エンボス加工ロールの中央部分のエンボス加工パターンは、好ましくは、特定の深さを有し、且つエンボス加工ロールの回転の方向に対してある角度で配置された複数の長尺状溝を含む。エンボス加工ロールパターンの溝深さは、好ましくは、０．３５ｍｍ未満である。様々なエンボス加工パターンが施され得る。例えば、らせん状パターンは、蒸発用途における性能を向上させる。ヘリンボンパターンは、凝縮用途における性能を向上させる。

エンボス加工により、ストリップ表面に必要なパターンを施すことは、ブランクストリップが、エンボス加工ロールとアンビルロールとを含む結合されたロールのシステムに送られ、必要な成形圧力をかける冷間ロール成形プロセスである。エンボス加工ロールは、エンボス加工パターンを有する中央部分と、中央部分の各側に配置された側部部分とを含む円筒面を有する。側部部分は、エンボス加工パターンがない。エンボス加工ロールの中央部分は、必要なストリップパターンのネガを設けられ、アンビルロールに支持されたストリップに押し付けられ、それによりストリップを冷間ロール成形及びエンボス加工する。エンボス加工ロールに設けられたエンボス加工パターンは、ストリップ表面に対応するエンボス加工パターンの跡をもたらす。エンボス加工ロールパターンの溝は、ストリップの突出フィンに対応する。それにより、フィンのパターンがストリップ表面に作り出される。フィン高さは、エンボス加工ロールパターンの溝深さの最大値に対応する。

アンビルロールは、水平な位置に固定され得る。一方、エンボス加工ロールは、垂直方向に自由に調整され得、ロール間の隔たりを変え、したがってストリップ上の成形圧力を調整し、最適に分配することを可能にする。

エンボス加工ロールの中央部分は、中央エンボス加工パターンロールパックから構成され得る。側部部分は、中央エンボス加工ロールパックの各側に配置された側部ロールから構成され得る。中央エンボス加工パターンロールパックは、エンボス加工ロールの中央部分を形成する円筒面を有する。側部ロールは、エンボス加工ロールの側部部分を形成する円筒面を有する。このような方法において、エンボス加工パターンに関する柔軟性が得られる。代替的に、エンボス加工ロールは、一体のものとして作られ得る。

中央エンボス加工パターンロールパックは、単一のエンボス加工パターンディスク又は間にスペーサディスクを備える若しくは備えない２つ以上のエンボス加工パターンディスクから構成され得る。エンボス加工パターンディスク及び任意選択的に含まれた滑らかなスペーサリングは、好ましくは、それらの間の境界面において、傾斜したエッジを有することができる。それにより、円周方向チャネルは、傾斜したエッジによって前記境界面に形成される。これにより、材料における局所的応力が最小化し、したがって工具が破損するリスクが低下する。

中央エンボス加工パターンロールパックは、パターン形成の処理を行う。側部ロールは、ストリップの外側部分を押圧することにより、以下に記載の非パターン化側部分を提供する役割を果たす。２つの側部ロールは、中央エンボス加工リングにボルト締めされ得る。中央エンボス加工リングは、中央シャフトに締め付けられ得、且つエンボス加工ステーションにおいて適所に固定され得る。

述べたとおり、エンボス加工ロールの側部部分は、エンボス加工パターンがない。それにより、冷間ロール成形及びエンボス加工ストリップに沿った外側部分は、いずれのエンボス加工パターンもなく、滑らかな表面を有する。予備成形段階中にストリップの長さに沿ってこれらの非パターン化側部分を提供することにより、ストリップエッジ厚さが変わるリスクが最小化され得、ストリップエッジの不均一な幾何学的形状が溶接ポイントに存在するリスクが減少し得、エンボス加工フィンが一緒に溶接されて大きい内部溶接ビードの形成を引き起こすリスクが回避され得る。したがって、エンボス加工ストリップでの非パターン化側部分の提供は、ストリップエッジ形状の最適な制御を可能にする。これは、プロセス安定性及び溶接後のチューブ品質を向上させるために最適な溶接条件を確保する際に極めて重要である。

エンボス加工ロールの円筒面は、好適には、１５ｍｍ以上の総幅を有することができる。中央部分は、総幅の８５～９９％である幅を有する。最大で６４ｍｍなど、１５ｍｍ以上のストリップ幅がＨＶＡＣ＆Ｒ用途のための熱交換器チューブの製造に好適である。

非パターン化エンボス加工ロールの側部部分の幅は、完成チューブの溶接の容易さ及び熱伝達性能に関連する検討に基づいて決められる。平滑ストリップ溶接の標準的な手順に近づくため、非パターン化側部分の幅が広いほど溶接し易くなる。しかしながら、非パターン化側部分の幅が広すぎると、理想的な場合、チューブの内部円周全体の連続的なパターンが必要となり得るため、最終熱伝達性能に悪影響を及ぼし得る。したがって、エンボス加工フィンが内部溶接ビードに含まれていないことを確保しつつ、非パターン化側部分の幅は、可能な限り小さくなければならない。ストリップが１５ｍｍ以上の総幅を有するとき、両方の非パターン化ストリップ側部分の組み合わされた幅は、好ましくは、総ストリップ幅の１～１５％であるべきであることが分かっている。

エンボス加工ロールの側部部分の円筒面は、好ましくは、エンボス加工ロールパターンの溝間の中央部分の円筒面と同じ高さである。これは、完成した溶接チューブの内部溶接ビードの高さをさらに減少させ得るため、以下に記載の予備成形の後続のステップで行われるストリップのエッジ面取りとの組み合わせで特に有益である。したがって、非パターン化側部分の領域におけるストリップは、好ましくは、エンボス加工段階中、ストリップの公称底部壁厚さ、すなわちエンボス加工された表面パターンのフィン間の溝の底部と同じ高さまで圧延される。したがって、側部部分は、滑らかに保たれるが、依然としてブランクフォームにおける元のものよりも薄い厚さまで圧延される。これは、内部溶接ビード高さが減少し得るため、最終チューブの性能を向上させ、結果として最終チューブ内の流体力学へのかく乱がより少なくなる。非パターン化側部分の必要な厚さは、側部部分でのエンボス加工ロールの外径をエンボス加工ロールの外径と同じになるように選択することによって得ることができる。

誘導加熱溶接コイルにおけるロール成形チューブの高周波数溶接中、溶接ビードは、通常、チューブの内側に形成される。高周波数溶接プロセスは、正確な熱間鍛造プロセス（true hot forging process）である。正確な熱間鍛造プロセス中、チューブエッジの溶融部分は、チューブの内側及び外側の両方の溶接領域から出される。内部放出は、固化後、内部ビードを形成する。直径がより大きいチューブについて、溶接ビードは、めったに問題を生じない。しかしながら、ＨＶＡＣ＆Ｒ用途に好適な内部強化チューブは、典型的には、好適には２０ｍｍ以下の小さい直径を有する。したがって、内部溶接ビードが可能な限り小さいことが重要である。必要とされるレベルのチューブ破裂圧力を維持しつつ、最小の内部ビード高さを確実にするために、入ってくるエンボス加工ストリップのストリップエッジは、形状において修正される。ストリップエッジは、冷間ロール成形プロセスにおいてチューブの内部を形成する側で面取りされる。面取り角度並びに面取りの斜面及び寸法を画定する長さを調整することにより、内部ビードの高さは、エンボス加工された表面パターンの深さに含まれるのに十分に低く保たれ得る。

述べたとおり、好ましい実施形態によると、ストリップエッジ面取り工具は、ロール間に形成された間隙において金属ストリップを受け、且つそれを通すように構成された第１及び第２ロールの対を含む。第１及び第２ロールは、ロールの対間を通る金属ストリップのエンボス加工パターンがロールによって影響されないように寸法決めされた中央セクションを間隙が含むように成形される。これは、エンボス加工パターンが、エッジ面取り工具に入る前にエンボス加工されているストリップ上で損傷を受けないままであることを確実にする。間隙は、中央セクションの各側に配置された側部セクションをさらに含む。側部セクションにおいて、間隙は、減少した高さを有する。側部セクションは、金属ストリップの長手方向側部エッジが通る位置にある。それにより、金属ストリップの各側における、金属ストリップの、エンボス加工ロールに向かって向けられた側の長手方向側部エッジは、ロールの対間を通されるときに面取りされる。ストリップをほとんど完成したチューブ形態にロール成形した後、ストリップのエッジは、一緒に溶接される。エッジ面取りに起因して、ストリップの長手方向エッジに存在する材料は、より少ない。これは、非パターン化ストリップの側部部分が、上述のとおりエンボス加工パターンの底部と同じ高さまで圧延されたときに特に顕著となる。このような方法において、内部溶接ビードは、より大きい元のストリップ厚さの代わりに、底部壁厚さレベルからチューブの内面に蓄積し始める。溶接領域から取り出される材料は、より少なくなる。面取りしたエッジは、溶融材料の一部が含まれ得る空間を形成する。それにより、完成したロール成形及び溶接されたチューブの溶接ビードの高さは、完成した製品の性能が機械的要件を満たすように維持しつつ、最小化され得る。

エッジ面取り工具のロールは、様々な方法で設計され得る。好ましくは、エッジ面取り工具におけるロールの対の第１ロールは、ストリップのエンボス加工側が第１ロールに面するように配置され、且つ凹部を含むように設計される。凹部は、第１ロールの円筒面の円周に沿って延びる、凹部の各側における外向きに傾斜した側部エッジを有する。傾斜した側部エッジは、好適には、十分なエッジ面取りを提供するために、３０～６０°、好ましくは４３～４７°の角度で傾斜する。第１及び第２ロール間の間隙の側部セクションは、好適には、側部セクションの各々について、エンボス加工具の総幅（Ｗｌ）と、エンボス加工具の中央部分の幅（Ｗ２）との間の差の半分以上である幅をそれぞれ有し得る。エッジ面取り工具のロール間の間隙は、最大ストリップ厚さを超える高さを有することによってエンボス加工パターンに影響を及ぼさないように寸法決めされる。ストリップの外縁は、エンボス加工ステップに続くステップにおけるエッジ面取り動作を示す図７に概略的に示されるとおり、面取りローラ側部セクションの傾斜した側によって面取りされる。

本開示は、金属ストリップを予備成形する方法であって、ストリップの中央部分の各側の側部部分がエンボス加工パターンなしで圧延される間、ストリップで中央部分においてその長手方向にパターンをエンボス加工することと、ストリップの、エンボス加工パターンが設けられている側でストリップの長手方向側部エッジを面取りすることとを含む方法にさらに関する。上で言及したとおり、エンボス加工は、好ましくは、エッジ面取り前に別個に実施されるが、必要に応じてエッジ面取り後又はエッジ面取りと同時に実施され得る。面取り中、ストリップの長手方向側部エッジのストリップ材料は、ストリップ厚さの２０～６０％、好ましくは３５～４０％まで押圧され、それにより、完成した溶接チューブの内部溶接ビードを最小化するために、ストリップの長手方向側部エッジに沿って、傾斜したエッジ表面を形成する。ストリップに設けられたエンボス加工パターンは、突出部を含む。ストリップの側部部分は、好適には、エンボス加工ステップ中、エンボス加工パターンの突出部間のストリップ厚さと略同じ高さであるストリップ厚さまで圧延される。これは、エンボス加工がエッジ面取り前に実施されるときに特に有利である。それにより、ストリップの側部部分は、チューブにおけるより小さい内部溶接ビードの原因となる、より薄い厚さを有する。

本開示は、ここで、本開示の好ましい例示的実施形態が示された添付図面を参照して説明される。本開示は、しかしながら、他の形態でも実施され得、本明細書において開示された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。開示された実施形態は、当業者に対して本開示の範囲を完全に伝えるために提供される。

図１は、金属ストリップ４０を予備成形するためのセットアップ２０の概略図である。セットアップは、エンボス加工ロール１及びアンビル２２を備えたエンボス加工ステーションと、一対のロール３１、３２を含むエッジ面取り工具３０とを含む。ストリップ４０は、移動方向Ｔに予備成形工具を通して移動する。

図２は、エンボス加工ロールの例の分解斜視図である。図３ａは、同じロールの断面図である。図３ｂは、詳細を示す。エンボス加工ロール１は、エンボス加工パターン１０を有する中央部分３と、中央部分３の各側に配置された側部部分４ａ、４ｂとを含む円筒面２を有する。側部部分４ａ、４ｂは、図３ｂに示されるとおりエンボス加工パターンがない。エンボス加工ロールの円筒面は、総幅Ｗｌを有する。中央部分は、総幅Ｗ１の８５～９９％である幅Ｗ２を有する。

図示の例において、エンボス加工ロール１の中央部分３は、中央エンボス加工パターンロール６から構成される。側部部分４ａ、４ｂは、側部ロール７ａ、７ｂから構成される。側部ロールは、中央エンボス加工ロールの各側に配置される。エンボス加工ロールの中央部分のエンボス加工パターン１０は、深さＤｌを有し、且つエンボス加工ロールの回転の方向に対してある角度で配置された複数の長尺状溝１１を含む。エンボス加工パターンの前記溝深さＤｌは、好ましくは、０．３５ｍｍ未満である。図３ａ～ｂに示されるとおり、側部部分４ａ、４ｂの円筒面は、溝間の中央部分３の円筒面と同じ高さである。

図３ｃは、組み合わされたエンボス加工及びエッジ面取りロールの詳細の概略断面図である。この場合、エンボス加工部分３’は、凹部３７’の中央セクション３４’に配置される。非パターン化側部分４ａ’も中央セクション３４’に含まれる。側部セクション３５’は、傾斜したエッジ面取り側部エッジ３６’を含む。

中央エンボス加工ロールは、複数のエンボス加工パターンロールを含むエンボス加工パターンロールパックの形態であり得る。したがって、エンボス加工ロール１の中央部分３は、同じ又は異なるエンボス加工パターンが上に設けられた円筒形エンボス加工表面を備えた１つ又は複数のエンボス加工パターンディスク１３ａ、１３ｂを含むエンボス加工パターンロールパックから構成され得る。図４は、２つのパターンロールを含むエンボス加工ロールパック、エンボス加工される金属ストリップ４０及びアンビル２２の詳細を示す。この場合、エンボス加工パターンロールパックは、２つのエンボス加工パターンディスク１３ａ、１３ｂを含む。２つのエンボス加工パターンディスク１３ａ、１３ｂは、一緒にエンボス加工ストリップにヘリンボンパターンを形成する、ある角度で配置されるが、ミラーリングパターンを備えた溝からなるエンボス加工パターンをそれぞれ有する。図５は、エンボス加工パターンディスク１３ａ、１３ｂ間に滑らかなスペーサリング１５を含むエンボス加工ロールパックの詳細を示す。この場合、各スペーサリングの円筒面は、溝間の中央部分３の円筒面と同じ高さである。図５に示されるとおり、エンボス加工パターンディスク１３ａ、１３ｂ及び滑らかなスペーサリング１５は、それらの間の境界面において、傾斜したエッジ１６、１７を有する。図６は、内部エンボス加工ヘリンボンパターン１９を有するチューブ１８の部分断面図を示す。

図７は、エンボス加工に続くステップにおいて本開示によるエンボス加工ロールによって予備成形された、完成した予備成形されたストリップの一部の断面を示す。エッジ面取りロール３１において提供された凹部の輪郭は、破線によって示されている。中央セクション３４及び側部セクション３５（そのうちの１つのみが図７に示されている）を含む凹部は、アンビル（図示せず）と一緒にストリップ受け入れ間隙３３を形成する。間隙３３は、ストリップの中央部分４１におけるエンボス加工パターンのフィン４４が影響されないように寸法決めされる。本例において、外向きに傾斜したエッジ面取り側部エッジ３６を含む側部セクション３５は、ストリップの非パターン化側部分４２より大きい幅を有する。ストリップの最外エッジは、破線４３で表された厚さまで下に面取りされる。図面は、側部部分４２の表面が、複数の突出フィン４４（この図面では１つのみのフィンが示されている）を含むエンボス加工パターンが設けられた中央部分４１のフィン４４間に作り出された溝の底部とどのように同じ高さであるかも示す。フィン４４は、エンボス加工ロールのエンボス加工パターン１０の溝１１に対応する（図３ｂ）。

図８ａは、ロールの対間を通る金属ストリップのエンボス加工パターンがロール３１、３２によって影響されないように寸法決めされた中央セクション３４を含むエッジ面取りロール３１の一部を示す。側部セクション３５は、中央セクションの各側に配置される。間隙３３は、減少した高さを有する。中央セクション３４及び側部セクション３５は、第１ロールの円筒面の円周に沿って延びる凹部３７を一緒に形成する。凹部は、側部セクション３５に形成された各側における外向きに傾斜した側部エッジ３６を有する。図８ｂは、ロール３１、３２間に形成された間隙３３において金属ストリップ４０を受け、且つそれを通すように構成されたエッジ面取り工具の一部を示す。この図面において、上側ロール３１は、図８ａにおけるロールに対応する。上側ロールは、ストリップの、完成チューブの内部になる側でエッジ面取りを形成する。ロール３２は、アンビルとして機能する。

図９ａ～ｃは、溶接原理を示し、且つその長手方向側部エッジの溶接中のロール成形されたストリップの継ぎ目部を示す。エンボス加工具及びエッジ面取り工具を含む装置における予備成形後、ストリップは、面取りしたエッジが互いに近づけられるまでロール成形される（図９ａ）。ほとんど閉鎖したチューブは、それを溶接コイルに通すことによって高周波数溶接を受ける。ストリップ材料は、高周波数コイルによって引き起こされたエネルギーに起因して溶融し始める（図９ｂ）。溶接中、溶融材料は、面取りしたストリップのエッジ間に形成された空間を埋め、且つ溶接ビードを形成する（図９ｃ）。この空間及び溶接領域でのストリップの薄い厚さのため、内部溶接ビード高さは、最小限に保たれ得る。

当業者は、本開示が上述の好ましい実施形態に限定されないことを理解する。当業者は、添付の特許請求の範囲内で修正形態及び変更形態が可能であることをさらに理解する。追加的に、開示された実施形態に対する変更形態は、図面、本開示及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求される本開示を実施する当業者によって理解及び実現され得る。

Claims (14)

1. ロール成形及び溶接されたチューブの製造のための金属ストリップ（４０）を予備成形するための装置であって、エンボス加工具（２０）及びストリップエッジ面取り工具（３０）を含み、
   － 前記エンボス加工具は、中央エンボス加工部分（３、３’）を備えた円筒面（２）を有するエンボス加工ロール（１）を含み、及び
   － 前記ストリップエッジ面取り工具は、凹んだ中央セクション（３４）及び前記中央セクションの各側の側部セクション（３５）を含むエッジ面取りロール（３１）と、アンビルロール（３２）とを含み、
   前記エッジ面取りロール（３１）及び前記アンビルロール（３２）は、前記ロール間に形成された間隙（３３）において前記金属ストリップを受け、且つそれを通すように構成され、
   前記間隙（３３）は、前記金属ストリップの長手方向側部エッジが通る位置にある前記側部セクションにおいて、減少した高さを有し、それにより、前記金属ストリップの各側における且つ前記金属ストリップのエンボス加工側における前記長手方向側部エッジは、ロール（３１、３２）の対の間を通されるときに面取りされる、装置。
2. － 前記エンボス加工具は、前記エンボス加工ロール（１）の前記円筒面（２）を含み、前記円筒面は、前記中央エンボス加工部分（３）と、前記中央部分の各側に配置された側部部分（４ａ、４ｂ）とを含み、前記中央部分には、エンボス加工パターン（１０）が設けられ、且つ前記側部部分は、エンボス加工パターンがなく、及び
   － 前記ストリップエッジ面取り工具（３０）の前記中央セクション（３４）は、前記エッジ面取り間隙（３３）を通して前記ロールの対の間を通る金属ストリップのエンボス加工パターンが前記ロール（３１、３２）によって影響されないように寸法決めされる、請求項１に記載の装置。
3. 前記エンボス加工具及び前記ストリップエッジ面取り工具は、１つの組み合わされたエンボス加工及びエッジ面取りロールを含むように一体化され、それにより、前記中央エンボス加工部分（３’）は、前記エッジ面取り間隙（３３）の中央セクション（３４’）に含まれる、請求項１に記載の装置。
4. 前記中央エンボス加工部分の前記エンボス加工パターン（１０）は、前記中央部分（３）の前記円筒面に配置された複数の溝（１１）を含み、
   各側部部分（４ａ、４ｂ）の前記円筒面は、前記溝間の前記中央部分（３）の前記円筒面と同じ高さであり、
   前記ストリップエッジ面取り工具（３０）は、予備成形される前記ストリップの移動方向（Ｔ）において前記エンボス加工具の下流に配置される、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記エンボス加工ロール（１）は、中央エンボス加工パターンロールパック（６）及び側部ロール（７ａ、７ｂ）から構成され、
   前記側部ロールは、前記中央エンボス加工パターンロールパックの各側に配置され、
   前記中央エンボス加工パターンロールパックは、前記中央部分（３）を形成する円筒面を有し、及び前記側部ロールは、前記側部部分（４ａ、４ｂ）を形成する円筒面を有する、請求項４に記載の装置。
6. 前記エンボス加工ロールの前記円筒面は、１５ｍｍ以上の総幅（Ｗｌ）を有し、
   前記エンボス加工ロールの前記中央部分は、前記総幅（Ｗｌ）の８５～９９％である幅（Ｗ２）を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記ストリップエッジ面取り工具（３０）の前記第１及び第２ロール（３１、３２）間の前記間隙（３３）の前記中央セクション（３４）は、前記エンボス加工ロール（１）の前記中央部分（３）の前記幅（Ｗ２）以上である幅（Ｗ３）を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記エッジ面取り工具における前記ロールの対の前記第１ロール（３１）は、凹部（３７）を含み、
   前記凹部（３７）は、前記凹部の各側における外向きに傾斜した側部エッジ（３６）を有し、前記第１ロールの円筒面の円周に沿って延びる、請求項１～７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記傾斜した側部エッジ（３６）は、３０～６０°、好ましくは４３～４７°の角度で傾斜する、請求項８に記載の装置。
10. 前記第１及び第２ロール（３１、３２）間の前記間隙（３３）の前記側部セクション（３５）は、前記エンボス加工具の総幅（Ｗｌ）と、前記エンボス加工具の中央部分の前記幅（Ｗ２）との間の差の半分以上である幅をそれぞれ有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の装置。
11. 金属ストリップ（４０）を予備成形する方法であって、
    － ストリップの中央部分（４１）の各側の側部部分（４２）がエンボス加工パターンなしで圧延される間、前記ストリップの前記中央部分においてその長手方向にパターンをエンボス加工するステップと、
    － 前記ストリップの、前記エンボス加工パターンが設けられている側で前記ストリップの長手方向側部エッジ（４３）を面取りするステップと
    を含む方法。
12. 前記面取り中、前記ストリップの前記長手方向側部エッジ（４３）のストリップ材料は、ストリップ厚さの２０～６０％、好ましくは３５～４０％まで押圧され、それにより、前記ストリップの前記長手方向側部エッジに沿って、傾斜したエッジ表面を形成する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記エンボス加工パターンは、突出部（４４）を含み、
    前記ストリップの前記側部部分は、前記エンボス加工パターンの前記突出部間の前記ストリップ厚さと略同じ高さであるストリップ厚さまで前記エンボス加工するステップ中に圧延され、その後、前記側部エッジを面取りするステップが続く、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 前記エンボス加工及びエッジ面取りは、一体化されたエンボス加工及びエッジ面取り工具において同時に実施される、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。

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