JP5121817B2 - 金属チューブの切断、または拡張に適した多目的拡張作業デバイス - Google Patents

Description

本発明は、作動ツールの拡張による金属チューブの切断、切開、または拡張に適した多目的作業デバイスに関し、特に本発明は、例えば熱交換器等の金属チューブを切断してそれを分解したり、或いはその熱交換器自体を組み立てる際に新しい金属チューブを拡張したりするために、手動で使用できるような多目的作業デバイスに関する。

一般に、金属チューブを内側から切断する手動操作のデバイスが幾つか知られており、それらは通常金属チューブ内に軸方向に挿入される支持本体と、本体自体によって移動可能に径方向に支持された少なくとも一つの切断ツールとを備え、さらに軸方向に移動可能な円錐状ヘッドを備え、切断ツールのチューブ内面に対する移動と調整可能な径方向押圧力を制御する。

このようなデバイスはさらに、切断ツールを支持本体に対して回転可能にする制御手段を備え、そのような回転によりツール自体が次第にチューブ内面に喰い込んで切断ツールがさらに径方向に外側の位置になるようにされる。

しかしながら、このタイプのあるデバイスでは、支持本体と切断ツールのチューブ内での回転を許容するために、円錐状ヘッドからツール自体に伝達される径方向の押圧力の最大値が制限され、そのためチューブ内面に対するツールの切断力も制限され、結局はチューブを切断するためにはツールを多数回転させる必要があり、作業を実行するにはかなりの時間を要することとなる。

この欠点を多少なりとも解消するため、自動式の多目的作業機の分野では、例えば特許文献１に開示されるような拡張可能扇形ツールを利用した金属チューブの剪断デバイスが提案されている。

このような文献に記載されたデバイスは、金属チューブ内に軸方向に挿入可能な作業ツールが取り付けられるチューブ状の支持本体を備え、作業ツールは支持本体に固定されるチューブ状の基部と、及び作業ツールの基部から軸方向に延びた弾性的に拡張可能な複数のアームを有し、アームの外側には金属チューブの切断用刃が設けられている。

このデバイスにはさらにその第１端に、ツールの分枝アームの円錐台状の分枝ヘッドを備えた拡張部材を含み、ツールは拡張部材の第２端に位置するリニアアクチュエータに軸方向の接続桿により動作可能に接続されている。

円錐台状の分枝ヘッドは、リニアアクチュエータに向かって拡大する側面を有し、そこから前記の軸方向の接続桿が延びるが、接続桿の直径は円錐台状ヘッドの大きい基部の直径に対応して大きな直径である。

接続桿の直径が大きいということは、ツールの拡張可能なアームは対応して径方向に限られた断面を有しているに違いないことを意味しており、切断すべきチューブの内径寸法によって外側から拘束される。そのため、ツールのアームは曲げ応力に対して限られた対抗力を有するとともに、分枝した後も限られた弾性的復元力を有しているので、デバイスには円錐台状キャップに取り付けられ、一旦チューブ切断を実施した後に拡張アームを再度閉じるのを補助するためのキャップが必要となるに違いない。

従って、このようなデバイスは構造が複雑になり、ツールのアームがその強度不足により破損し易くなり、デバイス自体の信頼性を損ねることとなる。
ヨーロッパ特許庁公開公報 ＥＰ−Ａ−０２６８３２７

本発明の目的は、金属チューブの切断、切開、拡張のための、好ましくは手動操作用の、多目的拡張作業ツールであって、構造的に簡単で高信頼性であり、且つ従来のデバイスと比較してより短時間でチューブの切断や拡張を可能とするツールを提供することである。

上記の目的を達成する金属チューブの切断、切開、拡張のための多目的拡張作業ツールは、
長手方向の軸を有するチューブ状の支持本体と、
金属チューブに軸方向に挿入される作業チューブで、支持本体に固定されたチューブ状の基部と、複数の弾性的に拡張可能な軸方向に延びたアームを有し、アームは作業ツールの前記基部から伸び出しており、各アームはその外側にそれぞれ、金属チューブの内面に接するように意図された作動エッヂが設けられているものと、
ツールの前記弾性アームを分枝するための拡張部材であって、該拡張部材はその第１端に円錐状の分枝ヘッドを備え、第２端にリニアアクチュエータに操作可能に接続されているもの、
を含み、分枝ヘッドはリニアアクチュエータに向かって収束若しくは拡大する押圧側面を有し、リニアアクチュエータは分枝ヘッドに接続されてその同じヘッドを前記作業ツールの中で、金属チューブ内面に対して、前進して解除する位置と、後退して作業ツールの弾性アームが分枝する位置と、若しくはその逆、の間で移動するようにされ、且つ
金属チューブ内へのツールの挿入深さを調節するための手動操作のストップ手段を含むことを特徴とする。

本発明の全般的な特徴は、以下の幾つかの実施例により示される。

図１〜図３では、多目的拡張作業デバイスの第１の実施例が示され、特に本発明による金属チューブの切断について示される。そこに示すのは、手動用のピストル型のデバイスで、例えば熱交換器等を分解するために、金属チューブを切断するのに使用できる。

作業デバイスはその全体が番号１０で参照され、長手方向の軸を有するチューブ状の支持本体１１、そこに接続されて金属チューブＴの中に同軸的に挿入される作業ツール１２を含む。

作業チューブ１２は、例えば鋼鉄やその他の材料で高い強度と弾性を備え、支持本体１１に固定されるチューブ状の基部１３と、作業ツール１２の基部１３から伸び出しする複数の弾性的に拡張可能な長手のアーム１４を有しており、各アーム１４はその外側にそれぞれ、金属チューブＴの内面Ｔ'に接するように意図された作動エッヂ１５が設けられている。

図示の場合においては、各弾性アーム１４の各作動エッヂ１５は鋭利な切断エッヂ１５の形であり、チューブＴ自体の前記内面Ｔ'を通して金属チューブＴに径方向に食い込むように意図される。

作動デバイス１０はまた、弾性アーム１４を分枝するための拡張部材１６を有し、その第１端には円錐状の分枝ヘッド１７を備え、第２端には例えば油圧シリンダや電気式リニアアクチュエータのような直線的な駆動力の伝達ロッド１８'を備えたリニアアクチュエータ１８が操作可能に接続されている。

分枝ヘッド１７は、リニアアクチュエータ１８に向かって、好ましくは６°〜１４°のテーパで収束する（本発明の他の実施例では押圧側面１９はリニアアクチュエータ１８に向かって広がるが）押圧側面１９を有し、リニアアクチュエータ１８はヘッド１７自体に接続されて、図２ないし図３に示すように、前記作業ツール１２の中でツール１２の弾性アーム１４を、金属チューブＴの内面Ｔ'に対して前進して解除する位置と後退して分枝する位置（本発明の別の実施例では逆になるが）との間で移動するようにされる。

デバイス１０はさらに、金属チューブＴ内へのツール１２の挿入深さを調節するための手動操作のストップ手段を含む。

そのようなストップ手段は例えば、支持本体１１に調節可能な態様で軸方向に取り付けられ、且つ作業ツール１２の外側に同軸的に配置されたチューブ状のストップ手段２０を含む。

ストップ素子２０は、作業対象となる金属チューブＴの周囲に予期される肩部表面、例えば熱交換器のチューブＴの束を支持するチューブ・プレートＰの側面、に当接するように意図される前端部２０'を有する。

チューブ状のストップ素子２０は、好ましくは支持本体１１に予期されるネジ部２１に螺合して軸方向の位置決めをする調整ネジ手段２０''を備え、さらにチューブ状素子２０は、支持本体１１に予期される適当なロック環Ｂにより所望の位置に維持することができる。

金属チューブを切断するためには、そのチューブＴ自体の径方向への変形に抗するために各チューブＴの周囲にストップ素子が配置され、ツール１２の切断エッヂ１５がチューブＴの内面Ｔ'に喰い込むようにされる。

図２ないし図３に示す例では、ストップ素子は例として熱交換器のチューブ・プレートＰより成る。一方、図４に示す実施例では、チューブ状のストップ素子２０がツール１２の作動エッヂに至るまで同軸状に延びており、ストップ素子は同じストップ素子２０より成る。

代替案として、図７ないし図８に示すように、ストップ素子は分離ツール２２により構成することもできる。ストップ素子は、例えば、一端でヒンジ接合される第一、第二の顎部２３，２４を備えており、作業対象の金属チューブＴの周囲を取り囲むような形状を有し、適当なロック手段２５にて結合されるようにできる。

好ましくは、本発明によるデバイス１０の円錐状分枝ヘッド１７は、軸方向に調節可能なようにリニアアクチュエータ１８に結合される。

例えば、図１の例においては、円錐状拡張ヘッド１７はリニアアクチュエータ１８と結合する長尺桿２６を有し、その端部にはヘッドの軸上での位置調整用ネジ部２７があり、それはリニアアクチュエータ１８の可動ロッド１８'上の対応するネジ部２８に螺合可能である。

このようにして、アクチュエータ１８の可動ロッド１８'の軸方向のストロークは同じであっても、ツール１２のアーム１４の拡大は調節することができ、作業ツール１２自身の中に円錐ヘッド１７を引き込む量は、その都度、切断すべきチューブＴの直径や厚みの特性に応じて、及び、チューブを完全に切断するのか、或いは単に切断位置を決めるために切り込みを入れるだけなのかにより、切断エッヂ１５をチューブＴ自体にどの程度喰い込ませるかに応じて決められる。

同様の構造により、リニアアクチュエータ１８の制御レベルを単純化することができる。というのは、可動ロッド１８'のストロークさえ決めておけば、可動ロッド１８'自体を制御して異なる位置に停止させる必要は無いからである。

好ましくは、作業ツール１２の各弾性アーム１４は、動作エッヂ１５とは反対の側に、分枝ヘッド１７の押圧面１９に接触する斜面２９を有する。

図５により詳細を示すように、分枝ヘッド１７の側面１９はできれば凸状に膨らんだ外形を有し、作業ツール１２の斜面２９との接触領域を画定するように形成され、分枝ヘッド１７が作業ツール１２自体の中で移動する間は、その接触領域自体が、作業ツール１２の作動エッヂ１５の位置に定常的に位置するようにされる。

弾性アーム１４の接触面２９は、好ましくは作業ツール１２の基部１３に向かって収束する方向で１°〜５°の範囲の角度の傾きを有する。

デバイス１０の寿命と信頼性を高めるためには、好ましくは円錐ヘッド１７の側面１９、作業ツール１２の作動エッヂ１５及び／又は作業ツール１２の傾斜接触面２９は、耐磨耗性を高めた表面層を有し、それは例えばそれらの部分を適当な被覆または熱処理をすることで得られる。

デバイス１０の作業ツール１２は、ツール１２自体の直径に応じて様々な数の弾性アーム１４を有することができる。具体的に例えば、ツール１２の直径が６mmの場合には３本の弾性アーム１４が、それより大きい直径のツールの場合には５ないし６本までのアーム１４が考えられる。例えば図６に示すように、作業ツール１２は、４本の弾性アーム１４を有することができ、ツール１２の基部１３にまで達し、適切に丸味を付けた形状にしてツール１２自体に破断点を生じないようにしたスリット３０により互いに分離されている。

以上より、本発明による作業デバイス１０が如何に単純で高信頼な構造であるかがあきらかである。つまり、拡張部材１６の形状は、円錐状分枝ヘッド１７がリニアアクチュエータ１８に向かって収束し、そして接続桿２６が円錐状ヘッド１７自体の頂点に対応して減少された径を有していると考えられるが、これにより径方向厚みを増した弾性アーム１４を有する作業ツール１２の使用が可能となり、弾性アーム１４の強度と弾性特性をかなり向上することができる。

このことは、特に作業ツールのアームの破損リスクについて、デバイスの高信頼性を意味することとなり、且つ簡素な構造を可能とする、というのはアーム自体が十分な弾性力を有するため、一旦チューブの切断処理をした後アームを再び閉じるのを補助するための適切な手段を考えることはもはや必要でないからである。

さらに、本発明による作業デバイスは従来のデバイスに比べて、特に手動での回転ツールに比べて、かなり短時間での金属チューブの切断処理を可能とする。

本発明による作業デバイスのさらに他の実施例が図１０ないし図１１に示されているが、そこでは同じ番号は類似のまたは同一の部品を意味する。

図示された作業デバイス１０は、特に金属チューブの拡張に適したもので、例えば金属チューブＴを熱交換器のチューブ・プレートＰに対して拡張し、チューブＴをプレートＰ自体に溶接する際に、チューブＴとプレートＰとの間に隙間があることに起因する溶接不良のリスクを排除することができる。

この種のデバイス１０では、ツール１２の弾性アーム１４の作動エッヂ１５は、作業対象の金属チューブを径方向に拡大するために、滑らかな拡張エッヂ１５の形をとる。

弾性アーム１４はまたこの場合にスリット３０により分離されているため、このデバイス１０での一回の拡張作業では前記スリットの位置で拡張自体が不均一になる。

このような不均一は、どの場合でもチューブＴの内部でデバイス１０を数度回転させて第２回目の拡張作業を行うことで解消される。

本発明によるデバイス１０では、前記の実施例と同様にチューブの拡張はストップ素子に対して行われるか、またはツール１２の拡大のみに応じてチューブを自由拡張することも可能である。

デバイス１０の他の特徴と優位性については、他の実施例を参照されたい。

添付の図面を参照して説明した事項は本発明の一般的な特徴の例、及びその好ましい実施例の例示、説明であり、クレームの目的を逸脱しない限りにおいて、金属チューブの切断や拡張のための多目的拡張ツールのその他の変形や変更も可能である。本発明の上記の、また、更なる特徴は、以下の添付図でより明らかとなる。

本発明の第１の実施例による、金属チューブの切断のための多目的拡張作業ツールの一部軸方向の断面図を含む側面図である。 分枝ヘッドが前進して解除位置にいる状態を示す図１のデバイスの拡大詳細図である。 分枝ヘッドが、チューブ自体の外周に配置されたストップ素子に対して後退して分枝位置にいる状態を示し、作業ツールが金属チューブの切断を実行している、図１のデバイスの拡大詳細図である。 金属チューブ切断のためのストップ素子はデバイスのチューブ状ストップ素子から成っている、拡張切断デバイスの第２の実施例の拡大詳細図である。 分枝ヘッドおよび作業ツールの鋭利な切断エッヂの拡大詳細図である。 図５の６−６部分の断面図である。 本発明の作業デバイスによるチューブ自体の切断や拡張のために、チューブの外周にはめる分離ツールの正面図である。 図７の上記分離ツールの側面図である。 鋭利な切断ツールを備えた作業ツールの側面図である。 チューブ拡張用のデバイスの形をとっており、分枝ヘッドが前進して解除位置にいる状態を示す、本発明の作業デバイスの更に別の実施例の拡大詳細図である。 分枝ヘッドがチューブ自体の外周に配置されたストップ素子に対して後退した位置にあり、作業ツールが金属チューブの拡張を実行している図１０のデバイスである。

Claims (17)

1. 金属チューブ（Ｔ）の切断、切開、拡張のための多目的拡張作業デバイス（１０）であって、長手方向の軸を有するチューブ状の支持本体（１１）と、
   金属チューブ（Ｔ）に軸方向に挿入される作業ツール（１２）で、前記作業ツール（１２）は前記支持本体（１１）に固定されたチューブ状の基部（１３）と、弾性的に拡張可能な軸方向に延びた複数の弾性アーム（１４）を有し、前記弾性アーム（１４）は前記作業ツール（１２）の前記基部（１３）から伸び出しており、前記各弾性アーム（１４）はその外側にそれぞれ、前記金属チューブ（Ｔ）の内面（Ｔ'）に接するように意図された作動エッヂ（１５）が設けられているもの、および、
   前記ツール（１２）の前記弾性アーム（１４）を分枝するための拡張部材（１６）であって、前記拡張部材（１６）はその第１端に円錐状の分枝ヘッド（１７）を備え、第２端にて動作可能にリニアアクチュエータ（１８）に接続されているもの、
   を含み、
   前記分枝ヘッド（１７）は前記リニアアクチュエータ（１８）に向かって収束する押圧側面（１９）を有し、前記リニアアクチュエータ（１８）は前記分枝ヘッド（１７）に接続されてそのヘッド（１７）を前記作業ツール（１２）の中で、前記金属チューブ（Ｔ）の内面（Ｔ'）に対して前進して解除する位置と後退して前記作業ツール（１２）の前記弾性アーム（１４）が分枝する位置、またはそれらの逆の位置、との間で移動するようにされ、且つ
   前記金属チューブ（Ｔ）内への前記ツール（１２）の挿入深さを調節するための手動操作のストップ手段（２０）を含み、
   前記作動ツール（１２）の弾性アーム（１４）のそれぞれは、前記作動エッヂ（１５）の反対側において、前記分枝ヘッド（１７）の押圧側面（１９）に接するための接触斜面（２９）を有し、
   前記円錐状分枝ヘッド（１７）の側面（１９）は凸状に膨らんだ外形を有し、前記作業ツール（１２）の斜面（２９）との接触領域を定めるように形成され、その接触領域自体が、前記分枝ヘッド１７が作業ツール（１２）自体の中で移動する間は、前記作業ツール（１２）の作動エッヂ（１５）の位置に定常的に位置するようにされることを特徴とする多目的拡張作業デバイス。
2. 前記手動操作のストップ手段（２０）が前記支持本体（１１）に軸方向に調節可能に取り付けられたチューブ状のストップ素子（２０）を含み、前記作業デバイス（１２）の外側に同軸状に設けられることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
3. 前記チューブ状のストップ素子（２０）は作業対象の金属チューブ（Ｔ）の周囲に予期される肩面に当接するための前端面（２０'）を有することを特徴とする請求項２に記載の多目的拡張作業デバイス。
4. 前記チューブ状のストップ素子（２０）は前記支持本体（１１）の軸方向の位置を調整するネジ手段（２０''）を有することを特徴とする請求項２に記載の多目的拡張作業デバイス。
5. 特に金属チューブ（Ｔ）を各チューブの周囲に配置されるストップ素子に対して切断または拡張するために、前記金属チューブ（Ｔ）の切断または拡張のための前記ストップ素子（２０）は、チューブ状のストップ素子（２０）より成り、前記作業ツール（１２）の前記作動エッヂ（１５）まで軸方向に延びていることを特徴とする請求項２に記載の多目的拡張作業デバイス。
6. 特に熱交換器の金属チューブ（Ｔ）とそのチューブ（Ｔ）を支持するチューブ・プレート（Ｐ）の作業のために、前記熱交換器のチューブ・プレート（Ｐ）が前記金属チューブ（Ｔ）の切断または拡張のためのストップ素子（Ｐ）を構成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
7. 特に金属チューブ（Ｔ）を各チューブの周囲に配置されるストップ素子に対して切断または拡張するために、前記金属チューブ（Ｔ）の切断または拡張のためのストップ素子（２２）は、一端でヒンジ接合される第１、第２の顎部（２３，２４）であって、該顎部（２３，２４）は作業対象の金属チューブ（Ｔ）の周囲を取り囲むような形をとる分離ツール（２２）であることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
8. 前記拡張部材（１６）の円錐状ヘッド（１７）は前記リニアアクチュエータ（１８）に軸方向位置調整が可能なように取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の多目的拡張作業デバイス。
9. 前記リニアアクチュエータ（１８）は直線状に可動な力伝達ロッド（１８'）を有し、前記円錐状拡張ヘッド（１７）は前記リニアアクチュエータ（１８）に接続される長尺の接続桿（２６）を有し、接続桿（２６）の第１端には円錐状ヘッド（１７）の軸方向位置調整ネジ（２７）が、前記リニアアクチュエータ（１８）の可動ロッド（１８'）側の対応するネジ（２８）に螺合するように設けられることを特徴とする請求項８に記載の多目的拡張作業デバイス。
10. 前記拡張ヘッド（１７）は６°〜１４°の範囲のテーパを有することを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
11. 前記弾性アーム（１４）の接触面（２９）は、前記作業ツール（１２）の基部（１３）に向かって収束するように１°〜５°の範囲の角度の傾斜を有することを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
12. 前記円錐状分枝ヘッド（１７）の側面（１９）、前記作業ツール（１２）の作動エッヂ（１５）及び／又は前記作業ツール（１２）の前記傾斜接触面（２９）は、耐磨耗硬化された表面層を有することを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
13. 前記リニアアクチュエータ（１８）は油圧シリンダであることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
14. 前記リニアアクチュエータ（１８）は電気式であることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
15. 前記作業ツール（１２）は鋼鉄製であることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
16. 特に金属チューブ（Ｔ）の切断のために、前記ツール（１２）の各弾性アーム（１４）の作動エッヂ（１５）は、チューブ（Ｔ）自体の内面（Ｔ'）から金属チューブ（Ｔ）に喰い込むように意図された鋭利な切断エッヂ（１５）の形をとることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。
17. 特に金属チューブ（Ｔ）の拡張のために、前記ツール（１２）の各弾性アーム（１４）の作動エッヂ（１５）は、作業対象の前記金属チューブ（Ｔ）を径方向に拡張するよう意図された滑らかな拡張エッヂ（１５）の形をとることを特徴とする請求項１に記載の多目的拡張作業デバイス。

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