JPH0839352A - タッピング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送りねじの前後に加わる作動荷重を減少さ
せ、加工に要するトルク量を減少させ、また、加工速度
をエネルギ効率良く制御することのできる、タッピング
装置を提供する。 【構成】 内圧が作用しているパイプラインに開口部を
タッピングで形成するための装置であって、パイプライ
ンに取り付けるための手段を一端に有する細長いタッピ
ング装置本体（１０）と、内部に送りねじ（２４）を有
し、この送りねじ（２４）によって軸線方向に位置決め
される穿孔バー（２２）と、パイプラインの内部とタッ
ピング装置本体（１０）との間の差圧によって作動さ
れ、タッピング装置（１０）の内側の液圧を制御するこ
とによって穿孔バー（２２）に加わる液圧力の均衡をと
る圧力応答弁（５４）とを有するタッピング装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧タッピング装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプラインへの開口部をタッピングで
形成するためにタッピング装置を使用することは周知で
ある。「タッピング装置」という標題の米国特許第３，
６１４，２５２号、「水中タッピング装置」という標題
の米国特許第４，５７９，４８４号、及び「仕上げ機
械」という標題の米国特許第４，８８０，０２８号が、
こうした装置の例である。

【０００３】従来の特許には、水中のパイプラインに、
このパイプラインを通っている気体又は液体の輸送を中
断することなく、タッピングで開口部を形成するための
技術が開示されている。以下に説明するように、基本的
な作動は同じであるが、本発明はその作動を幾つかの方
法で改善し、タッピング装置の作動範囲を拡げ、エネル
ギ効率よく速度制御を行うようにしたものである。

【０００４】パイプラインの壁に開口部を切断すること
は困難であると共に非常に時間がかかり、よくできたタ
ッピング装置を必要とする。こうしたタッピング装置
は、圧力が加わった状態で厚味のある鋼を切断しなけれ
ばならない。パイプラインからの圧力はタッピング装置
に作用し、かくして切断速度を遅くし、装置の内部作動
機構の前後の作動荷重を増大させるということが知られ
ている。タッピング装置の摩耗が増大するため、効率が
低下し使用寿命が短くなる。本発明は、高圧のパイプラ
インに切り込む際にタッピング装置が更に効率的に且つ
効果的に作動できるようにする手段に関する。

【０００５】現在のタッピング装置は、パイプラインの
高圧によってその性能が制限される。パイプラインの圧
力は、タッピング装置の穿孔バーの投影領域に作用し、
装置の送りねじ及びナットの前後に荷重を発生させる。
送りねじ機構は、穿孔ビットをパイプライン内に前進さ
せるための主要な手段である。送りねじの前後に作用す
る荷重が増大すると、装置の作動に高い入力トルクが必
要とされる。大きな荷重は、タッピング装置の構造部材
に亘って大きな応力を発生し、これは、最終的には早期
破損につながる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、送り
ねじの前後に加わる作動荷重を減少させ、かくして、タ
ッピング装置を高いパイプライン圧力で作動するのに必
要なトルクの量を減少させる。これは、液圧動力、気体
動力、又は現存のパイプラインのガス圧等をタッピング
装置本体の内側で使用することによって行われる。供給
された圧力は、穿孔バーの投影領域に作用し、送りねじ
及びナット及び関連したスラストベアリングの前後に荷
重を発生する。この荷重は、この荷重と反対方向のパイ
プラインから解放された圧力を相殺し、装置の作動に必
要な全入力トルクを減少する。これは、構造部材全体に
亘って通常加えられている応力を減少し、かくして重要
な構成要素の早期破損を少なくする。

【０００７】本発明の別の目的は、速度を更にエネルギ
効率良く制御することである。現在、穿孔バーの回転速
度は、動力ユニットのポンプのシャフト速度によって制
御されている。この方法には、二つの主要な問題点があ
る。その一つは、オペレータが動力ユニットの速度を調
節することによって回転切断速度を動力ユニットを介し
て調節しなければならないということであり、もう１つ
の問題点は、低い回転速度では、動力ユニットのエンジ
ンが、パイプラインに貫入するのに十分なトルクを発生
させるのに必要な最適のレベルで作動しないということ
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、荷重検出ポン
プ、及び回転切断速度をエンジンの速度と無関係の実質
的に一定の速度に設定し維持する回路を使用する。この
種の荷重検出ポンプは、荷重を作用するのに必要な圧力
とポンプの出口圧力との間に一定の差圧を維持する。流
れは、ポンプシャフト速度に関わらず、圧力制御弁の開
口に比例する。

【０００９】本発明のこれらの目的及びその他の目的、
利点、及び特徴は、当業者には、添付図面及び特許請求
の範囲を含む本明細書を読めば明らかであろう。

【００１０】

【実施例】添付図面のうち、先ず最初に、本発明のホッ
トタッピング装置を一部断面で示す図１及び図２を参照
することにする。タッピング装置をパイプラインに取り
付けるための方法は周知である。このような取り付け
は、「仕上げ機械」という標題の米国特許第４，８８
０，０２８号に例示されている。この従来の米国特許に
ついて触れたことにより、その特許に開示されている内
容は本明細書中に組み入れたものとする。このような取
り付けの詳細な説明は、米国特許第４，８８０，０２８
号の第１Ａ図及び第１Ｂ図、及び第３コラムの第１０行
乃至第３１行を参照されたい。

【００１１】本願の図１及び図２を参照すると、ホット
タッピング装置の全体に参照番号１０が附してある。こ
の装置は、下管状部材１２、管状ハウジング部分１４、
カラー部分１６、歯車ハウジング１８、及びカッター部
分１９を含む。駆動チューブ２０がハウジング部材１４
及び管状部材１２内に同心に且つこれらと同軸に位置決
めされている。穿孔バー２２が駆動チューブ２０内に同
心に且つこれとと同軸に位置決めされている。送りねじ
機構２４が穿孔バー２２内に同心に且つこれと同軸に位
置決めされている。

【００１２】タッピングが施されるべきパイプライン内
に流体圧力がある場合には、この圧力によりタッピング
装置の構成要素に荷重が加わる。カッター部分１９をタ
ッピングが施されるべきパイプライン（図示せず）に切
り込んだとき、パイプの圧力が穿孔バー２２及び送りね
じ機構２４の下端に上方に向かって及ぼされる。パイプ
の圧力は、カッター部分１９に取り付けられたカッター
（図示せず）がパイプの壁（図示せず）を通して切断し
たとき、穿孔バー及び送りねじの下方への力に抗して作
用する。穿孔バー２２及び送りねじ２４を回転させるの
に十分な力を加えたとき、管状駆動部材２７の雌ねじ２
５が送りねじの雄ねじ２３と噛み合って穿孔バー２２を
軸線方向に前進させる。パイプライン内の流体圧力は送
りねじに作用し、及び従って送りねじを回転させるため
の追加のトルクを必要とする。

【００１３】従来周知の代表的なタッピング装置には、
流体即ちオイルは全く含まれていない。しかしながら、
本発明では、パイプラインの圧力により穿孔バー及び送
りねじのような、装置構成要素に作用する荷重を減少さ
せるため、タッピング装置内に流体がある。タッピング
が行われているパイプライン内の流体圧力を使用し、タ
ッピング装置の構成要素に上方へのパイプ圧力を相殺す
る液圧を加えるのに使用される液圧信号を提供する。穿
孔バー及び送りねじのような構成要素の前後に作用する
圧力を均衡させることによって、構成要素に作用する荷
重を減少させ、タッピング装置を更に効率的に且つ効果
的に作動させることができる。

【００１４】下管状部材１２の下端２８は、タッピング
が施されるべきパイプライン（図示せず）に取り付けら
れるプラグ（図示せず）に取り付けられるように形成さ
れている。下端２８は、穿孔バー２２を受入れる管状開
口部３０及び通路３２と連通した小径の開口部３４を有
する。タッピングが行われているパイプラインからの開
口部３４での圧力は、通路３２を通して開口部４０に伝
えられる。開口部４０には、検出手段５４（図３参照）
に連結された導管４１が受入れられている。検出手段５
４は、入口３４のところに存在するパイプの圧力を検出
し、検出手段内の流体流路を開閉することによって、カ
ラー部分１６の入口開口部（６２（図１参照）への加圧
流体の流れを調節する。

【００１５】検出装置５４からの調節された流体が開口
部６２に進入し、駆動ベアリング６４に浸入し、リザー
バ領域６８と連通した通路６６を通って流れる。リザー
バ領域６８内の調節された流体は、送りねじ機構２４及
び穿孔バー２２に対して下方に圧力を加え、ベアリング
６４に加えられた応力との均衡をとるのを助ける。更
に、調節された流体は、駆動チューブ２０の内側壁７２
と穿孔バー２２の外側壁７４との間に配置された長手方
向通路７０にリザーバ領域６８から進入する。通路７０
内の調節された流体は、通路１０２と連通し、調節され
た流体圧力を領域６９に伝達する。領域６９内の流体圧
力は、穿孔バー２２に上方に加わえられるパイプ内の流
体の圧力を相殺するのを助ける。これにより、ねじの送
り荷重が更に減少し、従って、送りねじを作動させて穿
孔バーを前進させるのに必要なトルクが減少する。

【００１６】環状領域８４内の圧力は、開口部８０及び
第２導管７９を通して逃され、図３に示すように液圧流
体サンプに戻される。

【００１７】図３を参照すると、ポンプ１０８は、タッ
ピング装置のハウジング１４の内部の圧力を維持するの
に使用される液圧流体圧力を供給し、この圧力は開口部
６２に加えられる。導管４１によって圧力が検出装置５
４に加えられる。検出装置５４の位置は、タッピングが
行われているパイプライン内の圧力によって、カッター
（図示せず）がパイプラインに貫入すると直ぐに制御さ
れる。パイプラインの圧力は、開口部４０から導管４１
によって加えられ、検出装置５４の位置を制御する。

【００１８】検出装置５４は、装置に作用する差圧で制
御される三つの位置を有する。開口部４０及び６２での
圧力が同じ場合には、検出装置５４は中央位置にあり、
ポンプ１０８からの圧力はタッピング装置に加えられな
い。開口部４０での圧力がタッピング装置内の圧力を越
えたことが開口部６２のところで明らかになったとき、
検出装置５４は、ポンプ１０８からの圧力が開口部６２
に加えられるように移動する。この圧力がパイプライン
内部の圧力と等しくなったことが開口部４０のところで
明らかになったとき、検出装置５４は中央位置即ち閉鎖
位置に移動する。タッピング装置内の圧力が開口部４０
での圧力（パイプラインに貫入した後のパイプラインの
圧力）を越えたとき、検出装置５４は、開口部６２が液
圧サンプ３６に連結され、これによって流体をタッピン
グ装置内から排液する図示の例示の位置に戻る。開口部
４０での圧力及び開口部６２での圧力が均衡したとき、
検出装置は中央位置に戻る。かくして、検出装置５４は
タッピング装置の内部の圧力を自動的に調節し、穿孔バ
ーに加えられる液圧力を均衡させる。これは、送りねじ
は、穿孔作業中にパイプラインの圧力によって生ぜしめ
られた力を相殺する必要がないということを意味する。

【００１９】漏れに対するシールを試験するため、タッ
ピング装置の作動前に試験弁１２０を手で押し込み、ポ
ンプ１０８からタッピング装置の内部に導管６０及び７
９を介して液圧を加える。こうした操作を行わない場合
には、弁１２０は、タッピング装置の自動圧力均衡装置
内に含まれない。

【００２０】ポンプ１２２が液圧を供給し、穿孔バー２
２を回転する液圧モータ１０４、及び送りねじ２４を回
転する駆動列機構１０９、１１０、１００（図１参照）
を回転する液圧モータ１０６を作動させる。

【００２１】穿孔バーの回転は、レバー４６によって手
動で位置決めされる弁４４によって制御される。液圧モ
ータ１０４の一方の側は、常に流体サンプ３６に連結さ
れている。図示の弁４４の位置では、モータ１０４の両
側がサンプ３６に連結されており、モータ１０４が作動
していない。しかしながら、レバー４６を押して弁４４
を最も右に移動すると、ポンプ１２２からの液圧力がモ
ータ１０４に加わり、シャフト１０４Ａを回転させてウ
ォーム歯車１０４Ｂを回転し、歯車９８（図１参照）を
回転し、これによって穿孔バー２２を回転する。オペレ
ータは、弁４４の位置を制御することによって穿孔バー
の回転速度を制御することができる。

【００２２】弁４８は、モータ１０６の回転方向を制御
し、これによって送りねじ２４の回転方向及び回転速度
を制御する。弁４８の位置は、レバー５０の位置で手動
で制御される。駆動ねじの回転速度が穿孔バーの前進及
び後退を制御する。即ち、送りねじ２４が穿孔バー２２
よりも高速で回転する場合に穿孔バーが前進する。送り
ねじ２４が穿孔バー２２よりも低速で回転する場合に
は、前記バーは引っ込められる。更に特定的には、穿孔
バー２２の内側に位置決めされた送りねじ２４を回転さ
せるのにチェーン−スプロケット駆動装置が使用され
る。送りねじに設けられたねじ山は穿孔バーと係合し、
これらは、両方とも、液圧駆動モータ及びチェーン−ス
プロケットアッセンブリにより回転する。チェーン−ス
プロケット駆動装置は、送りねじが穿孔バーよりも僅か
に高速で回転するように設計されている。これらの間の
速度差により、送りねじが穿孔バーを前進させたり引っ
込めたりする。

【００２３】弁４４及び４８は、それらの内部通路の開
口部を断続的にでなく連続的に変化させることができ
る。オペレータがこれらの弁を（独立に及び同時にでな
く）位置決めするとき、ポンプ１２２からの流体圧力が
液圧モータ１０４及び１０６の夫々に伝えられる。これ
らのモータに加えられた流体圧力は、導管１０９を通し
てポンプ１２２の流れ制御機構に戻される。流体動力産
業で荷重検出型として一般に知られたポンプ１２２流れ
制御機構は、ポンプの出力流れを調節してその出口圧力
と導管１６９内の圧力との間の差圧を一定に維持する。
弁４４又は４８を更に開くと、ポンプ１２２は更に多く
の流れを供給して一定の圧力差を維持する。従って、モ
ータ１０４及び１０６の速度をポンプ１２２のシャフト
の速度（エンジンの速度）に関わらず可変に制御するこ
とができ、液圧モータ１０４及び１０６を回転させるの
に必要な圧力だけを供給する。

【００２４】上述のように、タッピング工具は、現存の
パイプラインに穴を穿孔する機械加工作業を行うことの
できる装置である。歯車、スプロケット、及び送りねじ
からなる駆動列は、切断ドリルビットを回転させ、前進
させるのに必要な機械的作用を提供する。

【００２５】ひとたびタッピングが完了すると、駆動列
のクラッチを外し、送りモータ１０６を作動させること
によって穿孔バーを延ばしたり引っ込めたりすることが
できる。この送りモータ１０６は、送りねじ２４だけを
回転し、穿孔バー２２を迅速に延ばしたり引っ込めたり
する。

【００２６】タッピング工具の作動は、タップが貫入さ
れるパイプライン内の圧力によって制限される。圧力が
穿孔バーの投影領域に作用し、送りねじ及び関連したス
ラストベアリング上に荷重を発生する。穿孔バーを延ば
したり引っ込めたりするため、この荷重に打ち勝つのに
十分なトルクを送りモータで送りねじに加えなければな
らない。限定要因は、液圧を穿孔バーの内側に加えてパ
イプラインの圧力による逆向きの力を相殺することによ
って、工具を作動するために送りモータから利用できる
トルクとなる。これにより、送りねじに作用する荷重が
減少し、従ってタッピング装置を最大パイプライン圧力
で作動するのに必要なトルクを減少する。送りねじと液
圧補助式穿孔バーの組み合わせにより、液圧装置を使用
して作動スラストを提供し、送りねじを使用して穿孔バ
ー及びカッターの前進速度を機械的に制御するタッピン
グ工具が提供される。

【００２７】液圧は、種々の液圧シールによって工具本
体内に閉じ込められる。シールの配置及び大きさを巧み
に定めることによって、種々のベアリングに作用する荷
重を減少させることができる。荷重を減少させることに
よって、従来の設計と同じ又はそれよりも小型の構成要
素を使用して、更に高圧のパイプラインで工具を作動す
ることができる。

【００２８】タッピング工具の内側の圧力は、圧力源１
０８によって供給される。上述のように、この圧力は、
圧力制御弁５４を使用して制御される。圧力制御弁５４
は、タッピング装置のハウジングの下端にある開口部３
４のところで検出されたパイプライン圧力に基づいてタ
ッピング工具の圧力を調節する。

【００２９】特別の荷重検出ポンプ１２２及び液圧回路
を使用することによって、回転切断速度を、ポンプが駆
動される速度とは関係なく、一定の予め設定されたレベ
ルに設定し維持することができる。この種の荷重検出ポ
ンプは、荷重を作用させるのに必要な圧力とポンプの出
力圧力との間の差圧を一定に維持する。流れは、ポンプ
のシャフトの速度に関わらず、制御弁の開口部と比例す
る。

【００３０】かくして、本願に開示された発明は、タッ
ピングが施されるべきパイプライン内の圧力を相殺する
力を提供するように設計されているということがわか
る。この相殺力は、パイプラインの圧力が加わる穿孔バ
ーの投影領域とは逆側の、タッピング装置の内側の投影
領域に流体圧力を加えることによって発生する。次い
で、パイプラインの圧力によって穿孔バーに発生した荷
重の方向とは反対方向に荷重を発生させる。

【００３１】特許請求の範囲及び明細書は本発明を記載
し、特許請求の範囲で使用された用語の意味は、本明細
書中でのそれらの用語の使用から引き出される。従来技
術で使用された同じ用語は、本明細書中で特定的に使用
した用語よりも意味が広い。従来技術で使用されたこう
した用語のおおまかな定義と本明細書中での用語の特定
的な使用との間に問題点がある場合には、更に特定的な
意味が、意味しようとする意味である。

【００３２】本発明を或る程度特定的に説明したが、構
造の詳細及び構成要素の配置について、本開示の精神及
び範囲から逸脱することなく、多くの変更を行うことが
できるということは明らかである。本発明は、例示の目
的で本明細書中に説明した実施例に限定されず、添付の
特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであるとい
うことは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を使用したタッピング装置の、歯
車ハウジングが設けられている側を示す部分断面側面図
である。

【図２】本発明の原理を使用したタッピング装置の、図
１に示した部分の残りの部分を示す部分断面側面図であ
る。

【図３】タッピング装置がタッピング作動中に行う種々
の作動についての液圧流体の流れを例示する、タッピン
グ装置の液圧システムの概略図である。

【符号の説明】

１０ ホットタッピング装置 １２ 下管状部材 １４ 管状ハウジング部分 １６ カラー部分 １８ 歯車ハウジング １９ カッター部分 ２０ 駆動チューブ ２２ 穿孔バー ２４ 送りねじ機構 ２７ 管状駆動部材 ３０ 管状開口部 ３４ 開口部 ４０ 開口部 ４１ 導管 ５４ 検出装置（圧力制御弁） ６４ ベアリング ６８ リザーバ領域 ７０ 長手方向通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ディー・デュー アメリカ合衆国オクラホマ州74014，ブロ ークン・アロウ，サウス・トゥーハンドレ ッドサーティフォース・イースト・アベニ ュー 6822 (72)発明者 マイケル・リロイ・ウィルソン アメリカ合衆国オクラホマ州74133，タル サ，サウス・エイティフィフス・イース ト・アベニュー 10912

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高い内圧が作用している既設のパイプラ
   イン等の内部への開口部をタッピングで形成するための
   タッピング装置において、 タッピングが施されるべきパイプラインに取り付けるた
   めの手段を下端に有する、細長いタッピング装置本体
   と、 前記タッピング装置本体の内部に長手方向に配置され、
   かつ、その長手方向軸線を中心として回転する、送りね
   じと、 前記送りねじに連結された穿孔バーであって、前記送り
   ねじと前記穿孔バーとが相対的に回転すると、前記送り
   ねじに関して軸線方向に移動するように前記送りねじに
   連結され、前記穿孔バーはカッターへの取り付け手段を
   有し、前記取り付け手段により、前記カッターは、前記
   穿孔バーによって回転され、かつ、パイプラインと係脱
   するように前記穿孔バーによって移動するように、取り
   付けられている、前記穿孔バーと、 前記送りねじを回転させるための手段と、 前記送りねじ及び前記穿孔バーの相対回転によって移動
   し、前記パイプラインと係合したとき、前記穿孔バーを
   回転させてパイプラインにタッピング加工を施すための
   手段と、 パイプライン圧力を検出するための手段と、 前記タッピング装置本体内の液圧流体圧力を前記パイプ
   ライン圧力に基づいて制御し、前記穿孔バーに加わった
   力の均衡を少なくとも部分的にとるための手段と、 前記送りねじ及び前記穿孔バーの回転速度を制御するた
   めの手段と、を有する、タッピング装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のタッピング装置におい
   て、前記穿孔バーは管状であり、前記穿孔バーの中央に
   は長手方向に延びる開口部を有し、前記開口部内に前記
   送りねじが延びている、前記タッピング装置。
3. 【請求項３】 既存のパイプライン等の内部への開口部
   をタッピングによって形成するためのタッピング装置に
   おいて、 カッターを受入れるための手段を備えた穿孔バーを有
   し、前記穿孔バーが軸線方向に移動可能であることによ
   り前記カッターをパイプラインと係脱させる、細長いタ
   ッピング装置本体と、 前記穿孔バーを軸線方向に移動させるための手段と、 パイプラインの液圧を検出するための手段と、 前記パイプラインの液圧に応答して前記タッピング装置
   の内側の液圧を制御し、切断作業中に前記穿孔バーに加
   わる力の均衡を少なくとも部分的にとるための手段と、
   を有する、タッピング装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のタッピング装置におい
   て、前記パイプラインの液圧に応答する前記手段は、パ
   イプラインと前記タッピング装置本体の内部との間の差
   圧に応答する、圧力作動弁である、前記タッピング装
   置。