(57)【要約】パイプ切断装置が、固定位置にパイプを保持するための中央開口を具えるハウジングを具える。回転可能なカラーが、カラーに取り付けられた切断ヘッドとともに固定されたハウジングの外面に取り付けられている。切断ヘッドは前後に並進運動するように構成されており、カラーの回転運動と切断ヘッドの並進運動とを組み合わせて、パイプを常に動かすこと無く複雑な切断を行うことが可能である。様々な異なる切断工具（レーザ、プラズマなど）を切断ヘッドに取り付けてもよく、様々な異なる作業が、パイプ全体にわたる切断、パイプ表面の銘、及びパイプに沿った貫通孔の形成などを含んで行われても良い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ切断装置において、
固定位置で切断されるようにパイプの一部を支持する中央開口を具えるハウジングアセンブリと；
前記ハウジングアセンブリの外側面に取り付けられた回転可能なカラーであって、切断される前記パイプが前記回転可能なカラーを通って露出されるように、前記中央開口を囲んでおり、所望の回転を伝えるために連結された第１の電動部材を具える回転可能なカラーと；
前記回転可能なカラーに取り付けられた切断ヘッドであって、前記切断ヘッドを前記ハウジングに対して横方向に移動させるために連結された第２の電動部材を具える切断ヘッドと；
前記第１及び第２の電動部材に接続されており、前記パイプの寸法、材料、及び所望の切断プロファイルを規定する複数の入力信号に応答するプロセッサであって、前記所望の切断を実行するために必要な前記第１及び第２の電動部材の必要な動きを算出して、前記切断部の制御コマンドを伝送するプロセッサと；
を具えることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパイプ切断装置において、前記プロセッサがさらに、複数の異なる切断を実行するために必要な第１及び第２の電動部材の移動の記録を保持するメモリを具えることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパイプ切断装置がさらに、切断工具の終端部がパイプの一部の前記所望の切断を提供すべく配置されるように、前記切断ヘッドに連結された切断工具を具えることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項４】
請求項１に記載のパイプ切断装置において、構成部品が、可搬型のパイプ切断装置を形成するのに十分に一体化されていることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項５】
請求項１に記載のパイプ切断装置において、前記プロセッサがさらに、切断動作を行う前に所望の切断部の図を示す可視ディスプレイを具えることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項６】
請求項１に記載のパイプ切断装置において、前記プロセッサが、円筒形の第２のパイプに連結するための複合的な切断部を形成するための内側パイプ縁部から外側パイプ縁部へ移動する切断プロファイルを作り出すことを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項７】
請求項１に記載のパイプ切断装置がさらに、最初の切断位置を規定しうる位置合わせ位置を具えることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項８】
請求項１２に記載のパイプ切断装置において、前記プロセッサがさらに、ある位置での第１の切断と別の位置の第２の切断との間の予め定められた向きを提供するために前記位置合わせ位置を用いることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項９】
請求項１に記載のパイプ切断装置において、前記プロセッサがさらに、複数の軸についての入力データを受信し、円筒形及び非円筒形のパイプ形状に関する切断情報を生成できることを特徴とするパイプ切断装置。
【請求項１０】
パイプを切断する方法において：
切断装置内の固定位置にパイプを取り付けるステップであって、切断装置が、固定位置で切断されるようにパイプの一部を支持する中央開口を具えるハウジングアセンブリと、  前記ハウジングアセンブリの外側面に取り付けられた回転可能なつばであって、切断される前記パイプが前記回転可能なカラーを通って露出されるように、前記中央開口を囲んでおり、所望の回転を伝えるために連結された第１の電動部材を具える回転可能なカラーと、前記回転可能なカラーに取り付けられた切断ヘッドであって、前記切断ヘッドを前記ハウジングに対して横方向に移動させるために連結された第２の電動部材を具える切断ヘッドと、前記第１及び第２の電動部材に接続されており、前記パイプの寸法、材料、及び所望の切断プロファイルを規定する複数の入力信号に応答するプロセッサであって、前記所望の切断を実行するために必要な前記第１及び第２の電動部材の必要な動きを算出して、前記切断部の制御コマンドを伝送するプロセッサとを具えるステップと；
前記プロセッサに前記複数の入力信号を入力するステップと；
前記所望の切断を作成するのに必要な並進及び回転運動を決定するステップと；
前記第１及び第２の電動部材を使用して、前記プロセッサによって指令される並進及び回転運動を介して前記切断ヘッドを移動させるステップと；
前記所望の切断プロファイルを作り出すように前記パイプを切断するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法がさらに、前記所望の切断部に関して前記決定された並進及び回転運動を前記プロセッサのメモリ内に保存するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、前記切断するステップの前に：
可視ディスプレイユニットに、前記決定された並進及び回転運動に基づいて意図される切断プロファイルを表示するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法において、当該方法が、パイプの一部に沿って少なくとも２つの別個の切断をこの間の予め定められた向きで実行するために用いられ、前記方法がさらに：
位置合わせ位置を前記ハウジングアセンブリに規定するステップと；
第１の切断動作を前記位置合わせ位置に対する第１の位置で開始するステップと；
第２の切断動作を前記位置合わせ位置に対する第２の位置で開始するステップと；
を具え、前記第１及び第２の位置が前記所望の予め定められた向きを提供するよう選択されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年７月１１日に出願された仮特許出願Ｎｏ．６０／８１９，８４５の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、パイプ切断装置、特に、切断ヘッドがパイプを中心に半径方向及び横方向に移動するように固定手段でパイプを保持し、ヘッドが、表面に所望の複合的／複雑な切断、貫通孔および／または銘を形成するようにプロセッサ制御される切断装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、パイプの切断を望む場合、それは、施盤のチャックに取り付けられて把持され回転しつつ、非回転切断工具が回転しているパイプに向けて横方向に移動する。工具ビットが漸次、回転しているパイプへ移動する際に、パイプがいくらか連続的に回動することによって切断が達成される。施盤は、機械工場など恒久的な場所に固定され収容される大きなベッドを必要とする。さらに、工具ビットは、固定であるが移動可能であり、支持を保持することを必要とする。さらに、大型動力設備が、パイプ切断装置の様々な部品を動作させるために必要である。
【０００４】
従来、パイプ切断設備が可搬型ではなかったため、パイプはすべて、取付場所に運ばれる前に予め切断することが必要とされていた。しかしながら、多くの場合、特定の取付のために必要なパイプの正味長さは、パイプが、セクションごとの基台に取り付けられるまで分からない。施盤システムを用いるときは、パイプを必要な長さに切断するために機械工場へ頻繁に通うことが必要とされてきた。
【０００５】
さらに、固定施盤を用いるとき、パイプを中で締め付ける前にチャック内へ軸方向に移動させなければならない。この方法は、チャックへ挿入する前に、パイプの機動性を可能にするためにチャックから延在する十分なスペースを必要とする。
【０００６】
上述した必要性は全て、当然、方法および設備を扱いにくくし高価にする。これらの考慮事項のいくつかに対処している一つの従来技術の切断工具が、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄ Ｇｒｏｏｖｉｎｇ ａ Ｐｉｐｅ」と題された、１９７６年１０月１２日にＣｈａｒｌｅｓ Ｋ．Ｂｒｏｗｎによって発行された米国特許３，９８５，０５１に開示されている。Ｂｒｏｗｎ装置では、アーチ形の部材内に保持されている切断機構を支持する可搬型のフレームを用ている。パイプは、固定位置に保持され、切断機構は、アーチ形の部材に沿って移動して初期切断を行う。パイプを手で回転させて適所で再度固定し、第２のアーチ形の切断が行われる。パイプの円周が完全に切断されるまでこのプロセスを続ける。
【０００７】
可搬型の切断工具の提供に関し従来技術を越える改良がなされているが、Ｂｒｏｗｎの装置は比較的非効率的で複雑な切断を行うことができない。２００６年１月３日に発行されたＧ．Ｏｇａｗａによる米国特許６，９８１，４３７は、異なるタイプの可搬型パイプ切断機を開示しており、この場合、パイプをクランピング器具内に固定して保持する。回転するディスク状の切断ブレードが、パイプを中心に軸方向に移動する回転部材に取り付けられて、切断運動を実行する。しかしながら、複合的な切断（例えば、勾配付のエッジなど）を行う能力は制限されている。
【０００８】
複合的な切断又は他の形状を形成する必要性は、設置式のパイプ切断プロジェクトにおいて重要な要素である。実際には、接合部においてパイプの２つの部材を互いに溶接するために、二つの部材の切断が均一であることが必要である。例えば、パイプを縦軸に対して９０°で切断するとき、一定の角度のベベルがそれぞれにパイプに形成されなければならない。しかしながら、例えば４５°の留め継ぎを形成するために、パイプをある角度で切断するとき、留め継ぎの切断はパイプの表面上の長円形の軌道に従うので、ベベルが切断される角度は変化させなければならない。このベベルが変化する手段は、複雑な三角方程式によって規定される。
【０００９】
また、所望の切断角度および選択されたベベルに対して様々な角度でパイプなどを切断するために、従来技術における装置がある。例えば、米国特許４，１４３，８６２および４，２１６，９４５はともに、トーチを回転させてパイプ周りに機構を駆動することによって、変化する角度のベベルで留め継ぎの切断を自動的に形成する装置を示している。追加の一対のサーボモータが、トーチがパイプの表面に作り出す角度を調整しつつ、２つのサーボモータの組み合わせが、パイプ表面の選択位置に切断トーチを配置させる。所望の切断プロファイルがパイプに付される。光学センサ装置がプロファイルのアウトラインを辿るために用いられる。ベベルの角度を規定する数学的方程式が、カーブの形式でこのプロファイルへ変換される。それぞれのパイプが別々のプロファイルを必要とし、さらに、プロファイルはパイプ表面に相当の注意を払って適用しなければならないので、これは退屈なプロセスであると考えられる。
【００１０】
様々な他の手工具は、複雑なパイプの切断部を形成するために用いられるが、実行されるべき多数の複合的な切断を必要とするには、いかなる設置式又は生産設備においても使用するのにしばしば、遅すぎ、不正確、および／または非効率的であると考えられる。
【００１１】
従って、比較的簡単に使用でき、さらに、切断条件を直ちに変更可能な状況において、複合的な／複雑切断を繰り返して形成可能なパイプ切断装置に関する技術が必要とされている。
【発明の概要】
【００１２】
技術における必要性が、パイプ切断装置、特に、切断ヘッドがパイプを中心に半径方向及び横方向に移動するように、固定手段でパイプを保持し、ヘッドが、表面に所望の複雑／複合切断、貫通孔および／または銘を形成するようにプロセッサ制御される切断装置に関する本発明によって対処される。
【００１３】
本発明によると、プロセッサ（例えば、コンピュータ又は他の好適なプロセス装置）が、所望の切断を提供するために必要な軸方向（本発明の目的のために±ｚ軸として規定される）と回転方向（本発明の目的のために±θ度として規定される）の両方の切断運動を決定するために用いられる。パイプの壁厚（内径及び外径値）、パイプの組成、及びパイプを切断するために用いる特定の道具は全て、分析要素として考慮される。一実施例において、プロセッサは、ユーザが切断を行う前に切断を「観察する」ことができて、所望の切断パターンを達成しうるように映像による確認を提供するモニタを具える。
【００１４】
本発明の装置の利点は、比較的小さい小型のユニットとして形成してもよく、装置を可搬型にしてパイプの切断を必要とするどんな場所にも簡単に運ぶことができる事である。
【００１５】
本発明の切断ヘッド内にレーザ式の切断工具、水式切断工具、プラズマアークトーチなど、様々な切断工具を用いても良い。これらの特定の切断工具は、金属製のパイプの切断を提供する際に最も有用である。他の切断工具は、他の材料で作られたパイプ（限定ではないが、ガラス又はプラスチック製のパイプなど）を切断するために使用されてもよい。
【００１６】
本発明の別の特性は、パイプの厚さを最後まで切断することなく、パイプの表面に銘を書くことができるように切断の深さを制御する性能である。例えば、パイプ製造業者、販売者、購入者などに関連する印付けが、本発明のプロセッサによって駆動される切断ヘッドの適切なプログラミングによってなされてもよい。切断工具の様々な組合せを用いて、パイプの表面に銘／印を付けても良く、これらの道具をさらに、本発明の装置の切断ヘッドとともに使用することができる。
【００１７】
本発明の利点は、パイプに対し所望の切断方向を提供すべく初期の切断位置が参照位置に関して合わせられるように、参照位置が装置に規定されることである。これは特に、パイプの対向する端部に切断部を形成するときに、一方に対して規定された位置の他方の切断部を必要とするときに利点である（例えば、第１の端部を、他の関係するパイプ部分間と一致するように第２の反対側の端部の切断部に対し３０度回転する）。
【００１８】
さらに、プロセッサ式の切断装置を使用することによって、様々な切断プロファイルを「保存する」ことができ、様々の同じプロファイルの切断を何度も行う場合に、特定のパイプのパラメータに関係する入力データを再度入力したり、切断ヘッドの動きを再度算出したりする必要がない。
【００１９】
本発明の別の実施例において、非円筒形状（例えば、四角形、長方形、長円形、六角形など）のパイプを切断する、および／または道具内でパイプを置き直すことなく連番の貫通孔／銘をパイプの長さに沿って形成することがことができるように、複数の軸（並進及び回転以外）がプロセッサ制御された切断動作に組み込まれても良い。
【００２０】
本発明の他の及びさらなる利点及び実施例が、以下の記述に沿っていく中で、及び添付した図面を参照することによって明らかになりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
ここで図面を参照すると、
【図１】図１は、本発明によって形成された例示的なコンピュータ制御されたパイプ切断工具を示す。
【図２】図２は、パイプを横切ってサドル形状の切断を形成するために用いるときの図１の道具の切断ヘッドの様々な位置を示す。
【図３】図３は、パイプを横切ってサドル形状の切断を形成するために用いるときの図１の道具の切断ヘッドの様々な位置を示す。
【図４】図４は、パイプを横切ってサドル形状の切断を形成するために用いるときの図１の道具の切断ヘッドの様々な位置を示す。
【図５】図５は、パイプを横切ってサドル形状の切断を形成するために用いるときの図１の道具の切断ヘッドの様々な位置を示す。
【図６】図６は、パイプを横切ってサドル形状の切断を形成するために用いるときの図１の道具の切断ヘッドの様々な位置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明によると、本発明の切断装置は、図１に示されるようにプロセッサ制御される切断装置１０から構成される。図１を参照すると、装置１０は、切断中にパイプ（図示せず）を適所に固定して保持するために用いる中央開口部１２を具える。本発明の記述は、「パイプ」を切断することに関して述べているが、この言葉は、切断部、貫通孔、又は銘を形成することが所望されるチューブ、棒、又はいかなる他の部材（任意の材料の）についても言及していると理解されるべきである。さらに後述するように、図１に示すように本発明の特定の実施例は、円筒形パイプを切断することに十分適しているが、本発明の装置は、様々な非円筒形状の「パイプ」の中及び沿って切断するために複数の軸（並進運動及び回転運動の範囲以外）についての情報を使用してもよい。
【００２３】
図１に戻ると、切断装置１０は、さらに、図１の矢印で示されるように、固定されたパイプを中心に±ｚ及び±θの両方向（すなわち並進及び回転運動）に動くように回転可能なカラー１６に取り付けられた切断ヘッド１４を具える。カラー１６は、回転電動部材１７（カラー１６の後に配置されており、点線で示す）によって制御されて運動する回転運動が可能な方法で装置１０に連結されている。回転電動部材１７は、本発明によると、後述するように付随するプロセッサの制御下で動作する。切断ヘッド１４は、並進電動部材１９（切断ヘッド１４の後に配置されており、点線で示す）によって制御されて運動する並進運動が可能な方法で、カラー１６に取り付けられている。また、並進電動部材１９は、付随するプロセッサの制御下で動作する。実際に、プロセッサ２０が図１に示され、回転電動部材１７及び並進電動部材１９の両方に接続されている。プロセッサ２０は、装置１０内で一体型部材として、又は、代替的に、電動部材１７及び１９への電気接続を介して装置１０に連結されて別個の部材として形成されても良い。電動部材１７及び１９は、ステッパモータ、サーボモータ、又は特定のパイプ切断アプリケーションに必要な程度の移動分解能を提供可能な好適な種類のプロセッサ制御モータから構成されてもよい。
【００２４】
本発明によると、切断の種類、パイプの組成、パイプの壁厚などを含むが限定ではない入力データが、プロセッサ２０に入力され（例えば、キーボード２２を介して）、プロセッサ２０によって切断プロファイルを規定すべく必要な電動部材１７及び１９の動きを算出するために用いられる。例えば、壁厚（パイプの内径及び外径に関して）を用いて、互いに連結される一対のパイプ間により良い合致を形成するように、切断パイプの外縁部を内縁部に合わせる間の切断ヘッドの動きを移動させる切断プロファイルを作成してもよい。コンピュータプロセッサ２０からの出力は、切断ヘッド１４が固定されたパイプを中心に回転するときに電動部材１７及び１９の移動（必要に応じて、同時又は連続のいずれか）を制御するために用いる一連のコマンドである。
【００２５】
「位置合わせ（registration）」／復帰位置２４が、各切断動作の開始位置を規定する恒久的な固定位置を規定するために、装置１０に具えられる。例えば、位置合わせ位置２４から４５°の位置に貫通孔を形成することが所望される。切断を開始する前に、切断ヘッド１４が、最初に位置合わせ位置２４から４５°回転し、切断プロセスを開始する。多くの状況において、パイプ部分の対向する端部に複合的な切断部を形成することが必要とされる（例えば、パイプを別の対のパイプの間に導管として使用するとき）。本発明による固定された復帰位置２４を使用することによって、対向する切断部の開始位置を、反復可能な態様で、２つの切断部間に所望の位置を提供するように制御することができる。
【００２６】
プロセッサ制御された一連の動作を介した切断ヘッド１４の回転／並進中に、固定位置にパイプを保持することは、最新技術における有意な利点であると考えられる。さらに、切断中、パイプを固定して保持することによって、本発明の装置は、曲管を比較的早く、効率的に、安全な方法で切断することができる。
【００２７】
上述するように、本発明の切断装置に取り付けて、切断を行うために、様々な種類の実際切断工具を用いても良い。例えば、プラズマアーク切断装置、レーザ式装置、水式切断工具などを切断ヘッド１４に取り付けて使用して、パイプ、特に金属パイプに通して（又は内へ）切断しても良い。ガラス又はプラスチック材料など他のパイプの組成は、異なる種類の切断工具（空気式、研磨、エッチ式など）を利用しても良い。さらに、パイプの表面に印をつけたり銘を刻んだりするために、印刷ヘッド、彫刻具などを含むが限定ではない様々な種類の道具を用いても良い。実際に、切断工具の種類は、本発明の装置を使用するのに重要ではなく、装置のユーザによって所望される任意の種類にすることができる。
【００２８】
金属パイプを切断するとき、切断動作によって、いくらかの除去された材料を生じ、パイプの反対側で再び混ざってしまう。この問題を回避するために、切断するパイプ内に「犠牲棒」を挿入し、除去される金属をこの棒に乗せてパイプが汚染されることを防ぐようにしてもよい。
【００２９】
図２乃至６は、本発明の切断装置を用いて９０°のサドル切断を形成する例示的なプロセスである。この特定の切断は例示だけであり、実際には本発明の道具を用いて任意の所望の切断構成／形状を形成しうることを理解されるべきである。図２は、切断ヘッド１４に取り付けられた切断工具３０を具える切断装置１０を示す。この図において、切断ヘッド１４は、その初期の「位置合わせ」／復帰位置に配置され、続いて、カラー１６が回転することによって（回転電動部材１７の使用を介して）、切断ヘッド１４を左回り（左回りの動きは例示である）に移動させる。パイプ４０は、装置１０の開口１２内で保持されて示されている。
【００３０】
図３は、図２と同様の配置を示しており、この場合、切断ヘッド１４は、左回りに回転した−９０°位置の状態である。さらに、並進電動部材１９の線形移動が切断ヘッド１４をその前の位置から外側へ動かすように示されている。さらにその後、回転電動部材１７の動作を介して切断ヘッド１４を左回りに回転運動させ、初期位置から図４に示すように−１８０°にヘッド１４を配置させる。切断は、切断ヘッド１４が回転すると始まり、この場合はまた、所望のサドル型の切断となるよう連続的な線形移動が提供され、さらに接合面として外縁部と接合面として内縁部とを得るよう所望の移動が提供されることを理解されたい。図５は、ヘッド１４が−２７０°の位置へ回転したときの切断プロセスにおけるさらなるステップを示している。図５に示す切断装置は、所望の対称的なサドル切断を行うために図３と同じ直線位置（図４の位置からさらに離れている）にあることを示している。図６は、切断ヘッド１４がその最初の位置へ戻るプロセスの終了を示している。
【００３１】
本発明の切断プロセスの可能な変更は、「開始」と「停止」位置の小さな印を用いて切断プロセスの開始部（すなわち、所定の初期切断部）に「リードイン」を用いて、続いて切断サイクルの終了時に「リードイン」部分へ戻るようにして最終的な切断を達成してもよい。他の特性は、切断プロセスを開始する前に切断部の「形状」を表すために、プロセッサ２０（図１を参照）を具える可視ディスプレイ１００の組込を具え、ユーザは、所望の結果を得ることを必要とするときに切断を修正可能である。また、プロセッサは、行われてきた様々な切断の「履歴」を保存するためにメモリ２５（図１を参照）を具え、切断が重複して行われるときのセットアップ時間を短くする。本発明の装置によって非円筒形パイプタイプ（例えば、四角形のパイプ、長円形のパイプ、六角形など）を切断可能とするように初期の回転及び並進運動以外に複数の軸を追加してもよい。回転／並進速度、参照「復帰」位置、切断されるチューブの種類など様々なパラメータの変更は全て、本発明の範囲内で行うことができると考えられる。さらに、切断動作をプロセッサ制御し、「反転」パラメータによって算出することができるので、対称的な切断を達成するために切断パターンを簡単に「反転する」ことが可能である。
【００３２】
本発明及びその利点は、上記記述から理解しうるとともに、本発明の意図及び範囲から外れることなく又は材料の利点やこの好適なあるいは例示的な実施例にすぎない上記形式のすべてを犠牲にすることなく様々な変更をここになし得ることが明らかであると理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009542453.tif 000008
【国際調査報告】
2009542453.tif 000009
2009542453.tif 000010