JPH11504267A - プラスティック管の金属鎧装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明によるプラスティック管に金属鎧装を施す方法においては、金属帯（20）がプラスティック管（14）の周りに配されており、前記金属帯（20）は夫々が共通の側に折り曲げられた長手方向のエッジ（32）を有し、前記金属帯（20）がプラスティック管（14）の周りに配されたときにこれら長手方向のエッジは衝合されてプラスティック管（14）の長手方向における軸に対して略平行に延びる形で互いに溶接される。折り曲げられた長手方向のエッジ（32）の体積と溶接エネルギーとは、溶接後に長手方向に沿って溶接された金属帯（20）の外側表面が、長手方向における継目（46）の領域において金属鎧装（16）の略外側周表面（48）内に位置されるように決定される。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスティック管の金属鎧装方法 本発明はプラスティック管に金属鎧装を施す方法に関し、その方法において金 属帯をプラスティック管の周りに配する際に金属帯は一側に折り曲げられた長手 方向のエッジを有し、これらエッジは金属帯がプラスティック管の周りに配され るときには互いに衝合され、プラスティック管の長手方向軸に対して略平行に延 びる形で互いに溶接される。 プラスティック−金属複合管を製造するためには、とりわけプラスティック内 管の周りに金属帯を非押込み成形方式にて成形する必要がある。プラスティック 内管に金属帯によって鎧装を施した後、その上に別のプラスティック管が外側か ら押出し成形される。このような複合管は、金属製の中間層を有することにより プラスティック管の柔軟性と金属管に同様の良好な拡散バリヤー性とを有する純 粋なプラスティック管と金属管との両方の利点を併せ持つ。 プラスティック−金属複合管を製造するための方法は例えばドイツ特許公開公 報第 2,045,973号、ドイツ特許公告公報第2,923,544号、ドイツ特許公開公報第 3,225,869号、ドイツ特許公開公報第 4,310,272号およびヨーロッパ特許公開公 報第 639,411号公開において開示されている。 プラスティック管に金属帯を鎧装する際の問題点は、金属帯をプラスティック 管の周りに配した後に金属帯の長手方向のエッジを連結する方法にある。主にこ の目的のために金属帯の長手方向のエッジは互いに溶接される。問題は、溶接の 際にプラスティック管を破損する危険性が生じることにある。 従来技術により、プラスティック管の周りに配された金属帯の長手方向のエッ ジを互いに重ねあわせて溶接する方法が公知である。前述のドイツ特許公告公報 第2,923,544 号には金属帯の突き合った長手方向のエッジを溶接することが開示 されている。しかしながら、この場合には金属帯と金属帯の衝合される長手方向 のエッジとの両方に対する精密なプロセス制御と誘導の必要性が生じる。 前述のドイツ特許公開公報第 2,045,973号およびドイツ特許公開公報第3,225, 869 号においても金属帯を用いて金属管を製造する際に、金属帯の長手方向のエ ッジを一側に折り曲げ、折り曲げられた長手方向のエッジが互いに突き合うよう に管体に形成する方法が提案されている。この状態において、長手方向のエッジ は夫々の自由端において互いに溶接される。したがって、溶接されたジョイント は長手方向のエッジの自由端の領域にのみ亘り、長手方向のエッジの残りの領域 、特に金属帯の中間中央部へのつなぎ目においてはお互いに連結されていない。 これは溶接継目が長手方向のエッジの全長に亘っていないということを意味する 。長手方向のエッジによって形成されて溶接後も残る半径方向の突出部は折り重 ねられる。この領域において金属管は（ちなみに長手方向のエッジを重ねあわせ ることによって管形に形成された金属帯と同様に）好ましくない厚み部分、すな わち不規則な横断面を有している。 ドイツ特許公開公報第 4,310,272号およびヨーロッパ特許公開公報第 639,411 号に開示される方法においても、プラスティック内管の周りに配される金属帯は 帯体エッジを有しており、これが外側に向かって上に突出し、互いに溶接されて いる。 本発明の目的は、それに添って折り曲げられた金属帯の長手方向のエッジが、 溶接されている長手方向における継目に対して後処理が不要であるようにプラス ティック管に金属鎧装を施す方法を提供 することにある。 この目的を達成するために、本発明は、前述のような金属鎧装をプラスティッ ク管に施す方法において、長手方向のエッジが溶接された金属帯の長手方向のエ ッジの領域で、その外表面が金属帯の残りの部分の外周表面に実質的にあるよう に、折り曲げられた長手方向のエッジの体積と溶接エネルギーとを設定すること を提案している。 本発明においては、「溶接体積」と溶接エネルギーとが所定の方法によって互 いに調節されている。なお、溶接は一方では折り曲げられた長手方向のエッジを 互いに接合し、他方では折り曲げられた長手方向のエッジによって生じる半径方 向の突出が「溶接によって押さえられる」ことを目的とする。溶接体積は、長手 方向のエッジの高さおよびその厚み、言い換えれば金属帯の厚みによって決定さ れる。溶接継目に取り入れられる溶接エネルギーは、一方では溶接装置によって 放たれるエネルギーと、溶接装置と金属帯との間の相対移動速度とに依存する。 従って、進行接合路毎の溶接エネルギーは、溶接体積に応じて次のように設定さ れなければならない。即ち、溶接処理後に、長手方向のエッジが残りの金属帯の 部分の外周表面にまで押さえられるように、言い換えれば、金属帯が折り曲げら れた長手方向のエッジを有するにもかかわらず、溶接後には金属鎧装の外側への 顕著な突出が見受けられないように設定される。 本発明の方法によって、通常アルミニウム製である金属帯の厚さを現在プラス ティック−金属複合管の製造に用いられているアルミニウム製金属帯の厚さの約 半分にまで減少することができる。直立状の長手方向のエッジによって、実地に おいて起こり得るように金属帯の長手方向のエッジが複合管の長さ方向における 波形状の半径方向のオフセットを有する場合でも、十分に大きい衝合表面を得る ことができる。金属帯の長手方向のエッジは、一方では、内側に突出しすぎない が十分に顕著であり、金属帯に連接する小さな左右両側のノッチを有する溶接継 目ルート（内側方向へのビード状の突出）を形成するために十分な素材体積を設 定し、他方では、溶接後には半径方向の顕著な突出が認められないほど小さいよ うにその素材体積を設定する。溶接時において、長手方向のエッジの全素材が融 解されて長手方向における溶接継目を形成するのに使用され、金属帯の中央部の 左右の端部を密接に接合することができる。さらに、曲げられている長手方向の エッジは溶接処理が施されるまで金属帯をよりよくガイドできるという利点を有 する。 本発明による決定的な利点は、溶接エネルギーと溶接体積との独創的な調節に よって、外側にも内側にも顕著な突出部分を有しない溶接継目を得られる点にあ る。後者はすでに完成した内管に対する溶接継目の領域において、横断面上の変 形が全くあるいはほんのわずかしか生じないという利点がある。外側へのほんの 小さな突出は外管のためのプラスティック層を設けるのに全く妨げとならず、よ ってこの外管も横断面の 360°に亘って均等となる。 本発明による方法の主たる利点は、金属帯の長手方向における継目に対する機 械仕上げが全く不要であるという点にある。溶接されてプラスティック管の周り に配される金属帯に対する再調整あるいは直径の減少が不要であるため、このこ とは金属鎧装そのものについても言える。その理由は、金属帯が折り曲げられた 長手方向のエッジを有することによって、溶接継目の領域においてもプラスティ ック内管に対して金属帯がより近くに配され得るためである。これは、突出する 長手方向のエッジのために、プラスティック内管に対する溶接装置との距離が大 きくなり得るような、例えば互いに重なり合ったり衝合したりする長手方向のエ ッジである場合よりも近く に配される。従って、長手方向のエッジを溶接する際の内管に与える熱による影 響が減少し、継目領域においてさえも金属帯が内管に対してかなり近い位置に配 されることになる。溶接後に金属帯を冷却することによってこれが縮み、プラス ティック管と金属帯との係止状態がさらに改善される。 有利であるように、溶接エネルギーと溶接体積とは、金属帯中央部によって形 成される外側（円筒）表面の（想像状の）延長線上に、（好ましくは金属帯の厚 さの約1/10〜1/5 であるように）わずかに突出する適当に小さく平らな突出を有 するように溶接継目が設定される。溶接ルートは好ましくは２つの突出部を有し 、その間に凹部を設ける。その最も深い位置においてこの凹部は金属帯の内部の 内側周表面の延長上のあたりに位置される。その左右に配される２つの突出部は 金属帯の厚さの約 1/5だけ内側に突出する。 または、溶接継目の外側に平らな部分を生ぜしめ、溶接ルートが溶接継目に対 向する突出部を有するように、溶接エネルギーと溶接体積とを互いに調節する。 前述のとおり、金属帯の長手方向のエッジは一側に折り曲げられている。金属 帯の中央部分は、２つの長手方向のエッジの間に拡がっている。金属帯の２つの 長手方向のエッジが折り曲げられる角度はそれぞれ異なり、両方の角度の合計が 約 180°になるように選択され得る。両方の角度が同じである場合、言い換えれ ば夫々の角度が約90°である場合には、金属帯がプラスティック管の周りに配さ れるとき、その長手方向のエッジが半径方向に突出する。 本発明の有利な結果によって、突出する長手方向のエッジは滑らかな金属帯を 成形することによって形成されている。その目的のために金属帯は少なくとも１ つの成形ステーションを通過させられる。この成形ステーションは２つの成形ロ ーラを備え、これらは平行な 回転軸を中心に回動し、互いに対向する周表面を有している。変形されるべき金 属帯は、これら２つの成形ローラーの周表面間（成形）又は成形表面間の隙間に 導かれて、元は変形されていなかった金属帯が折り曲げられた長手方向のエッジ を有するようになる。 金属帯の変形は（特にそのために前述のような種類の成形ステーションを用い た）連続作業を連続的に行っても、あるいは金属帯の長手方向における部分を成 形手段に供給してこれらを部分毎に変形するというように断続的に行ってもよい 。 長手方向のエッジを得るとき、金属帯に対して最初の段切り状の長手方向にお ける側部を与えることが都合がよい。この段切り状は金属帯の横断面がその横断 面方向から見た場合に帯体の中央部と長手方向における側面とがＺ字状の形状を 有するのに都合よく設けられる。中央部の各側面において金属帯の中央部はそれ に隣接する角を形成するように突出する角部を有し、そこから金属帯の中央部に 対して略平行に延びるエッジ部が設けられている。よって、横断面から見た場合 に金属帯は金属帯の配置によっては突出するあるいは窪んだ形の深中央部を有し 、この中央部はその両側において突出し、中央部に対して平行で互いに分離され るエッジ部が設けられている角部を有するＬ字状フランジによって画定されてい る。このようにして形成され得る角部は極めて短いもので有り得、言い換えれば 金属帯の中央部とエッジ部との高さ分のオフセットは極めて小さいものであり得 る。変形工程に続くトリミングステーションにおけるトリミング工程によってエ ッジ部は角部より分離される。こうして成形された金属帯は中央部とその両側に 隣接する角部とを備え、これらが金属帯を溶接するために折り曲げられた長手方 向の衝合エッジを構成するようになる。 トリミング装置とは、具体的には角部のすぐ横に連なるエッジ部 を分離するための、角部の外側表面に係止される回転ナイフ又は回転カッティン グエッジを有するカッティングツールである。角部の外側表面とは、互いに離隔 する方向に配される角部の表面のことである。これに対して角部の内側表面は互 いに対向している。トリミング工程において金属帯は中央部と角部とがアバット メントによって支えられている。このアバットメントは好ましくはカッティング ローラーの回転ナイフの軸と平行である回転軸を有する対向ローラーである。対 向ローラーの軸端部には段切りが設けられている。各段切りは直径を縮小するこ とによって形成され、この縮小の量は金属帯の角部の高さ、言い換えれば金属帯 の中央部とエッジ部との間のオフセット分と等しくなるように、またオフセット の軸の長さは金属帯の角部における厚さ、言い換えれば金属帯の厚さと等しくな るように設定される。 突出する又は窪んだ中央部とその中央部に対してオフセットされるエッジ部と を有する段切り状の金属帯の製造と、それに続くエッジ部を分離させることによ る金属帯のトリミングとに関する前述の方法によって、極めて短い突出した長手 方向のエッジを有する金属帯を製造することが可能である。金属帯の変形は連続 作業として連続的に、又は非連続的に、すなわち断続的に行われ得る。また金属 帯は深絞り成形によって成形され得る。 前述の方法によって製造された鎧装されたプラスティック内管は、プラスティ ック−金属−プラスティック複合管の製造における中間製品として用いられ得る 。プラスティック内管の鎧装に続いて、その鎧装の上に別のプラスティック外管 を形成するプラスティック層を設け得る。プラスティック内管と金属鎧装との間 および金属鎧装とプラスティック外管との間には粘着層であるさらに別のプラス ティック層を設けてもよい。溶接後の溶接継目は機械による後処理を 行うことなく平らにされており、その外輪郭は金属帯の中央部における周表面に 略接近させられているので、その後に粘着性を付与するためにプラスティック層 を設けたり、外管を製造することは問題なく行われ得て、常に長手方向における 継目の領域において過度なプラスティック素材を用いる必要がなく無端部層を製 造することが可能である。このことにより外側の層を極めて薄く成形し得て、し かもこれらの層が長手方向における継目の領域においても十分なサイズ（厚さ等 ）を有することが可能となる。 次に、本発明による実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。 図１は、多層式複合管を製造するための装置の側面図、 図２は、図１による多層式複合管を製造するために必要な金属帯のための成形 およびトリミング装置の側面図、 図３〜図５は、金属帯を図２における平面III−III、IV−IVおよびＶ−Ｖの各 レベルから見た横断面図、 図６〜図８は、金属帯がそれを囲むようにあるいはそれに接近した状態に配さ れている内管を図１における平面VI−VI、VII−VIIおよびVIII−VIIIの各レベル から見た横断面図であって、図７はさらに溶接ステーションにおいて金属帯を突 出した長手方向のエッジが互いに隣接するような状態に保持するための成形手段 を示しており、 図９は、溶接継目のルート形成および外側への平らな突出が見られる図８のIX 線によって囲まれる部分に対応する溶接継目の拡大図、 図10および図11は、図２における平面Ｘ−ＸおよびXI−XIに沿った成形および トリミング装置の一対の成形ローラーおよび一対のトリミングローラーを通る横 断面図である。 図１において極端に図式化された形のプラスティック内管14、プラスティック 内管14のための金属鎧装16および金属鎧装16の外側に設けられる外側プラスティ ック管18とからなる多層式複合管12を製 造するための装置10が示されている。金属鎧装16のために、成形およびトリミン グ装置22において突出した長手方向のエッジが形成される金属帯20が用いられる 。この成形およびトリミング装置22は図２においてこれも極端に図式化した形で の側面図として示されている。装置22の各ステーションに関するさらなる詳細は 後述されるように図10および図11において示されている。 複合管12を製造するためには、それ自体公知である方法によって装置10を操作 する。まずプラスティック管14はエクストルーダ24によって成形される。別のエ クストルーダ26によって粘着材27としてプラスティック層がこの内管14の外側か ら供給される。横、下、あるいは上方向から（アルミニウム製の）金属帯20がエ クストルーダの下流側に供給され、この帯体はローラー成形ステーション28によ って外側から内管14の周りに配される。金属帯20の供給スピードは、内管14が形 成される速度と同期するように設定される。図６において示されているように、 金属帯20はその長手方向の側面において突出する長手方向のエッジ32が設けられ ている中央部30を有している。ローラー成形ステーション28によってこの金属帯 20は内管14と係止させられて約90°の角度で突出する長手方向のエッジ32が互い に突き合うようにその周りに配される。このようにして互いに衝合される長手方 向のエッジ32は内管14より略半径方向に突出し、溶接ステーション34において溶 接される。この溶接については図７〜図９を参照しつつ後述する。（互いに接触 する金属帯20の長手方向のエッジ32は内管14および複合管12の各軸方向に延びて いる形で）長手方向における継目溶接に続いて別のプラスティック層が粘着剤38 としてエクストルーダ36によって金属鎧装16の上に配される。こうして、別のエ クストルーダ40によってプラスティック外管18のためのプラスティック層が粘着 層38の上に形成される。それ自体知られている 方法によって粘着層27および38は配されて、外管および内管18、14のためのプラ スティック層が交差結合される。これについてはここでは詳述しない。 前述のとおり、金属帯20はその中央部30において内管14および粘着層27と全面 的に衝合するように内管14の周りに配され、この状態（図６）では互いに対向し 、金属帯20がまっすぐ伸ばされたときに外側表面を形成する長手方向のエッジ32 の内側表面42（図６）は互いに接触する。対応する成形ローラ又は成形保持ロー ラー44によって金属帯20は長手方向のエッジ32が溶接される間この状態において 保持される。溶接ステーション34において放たれる進行接合路毎の溶接エネルギ ーと長手方向のエッジによって与えられる素材の量（溶接体積）とは、溶接前に は存在する長手方向のエッジ32の半径方向の突出が溶接後には存在しないように 設定される。言い換えれば溶接継目46の外輪郭が金属帯20の残りの領域における 金属鎧装16の外輪郭に近くなるように設定される。図９は、溶接継目46を通る拡 大断面図である。ここでは溶接継目46がその外側にわずかな突出50を有し、金属 鎧装16、すなわち金属帯20の外周表面48に実質的に収まることが見受けられる。 図９には溶接継目46の突出50の領域に周表面48が破線で加えられている。溶接継 目46の内側には溶接継目の左右両側面における２つの内部突出52と中間深部53と を有するルートが見られる。ルートの内部突出52から金属帯20の中央部32へのつ なぎ目にはわずかなノッチ54が設けられ、その深さ、内部突出52および中間深部 53は溶接体積と溶接エネルギーとによって決定される。したがって、溶接エネル ギーと溶接体積（長手方向のエッジ32の高さと金属帯20の厚み）とを選択するこ とによって、溶接継目46又は金属鎧装16そのものに対する機械的仕上げ処理を施 すことなくそのルート形成が十分に顕著である溶接継目46が、金属鎧装16の外 輪郭に適応され、金属帯20に対する機械的に確実なつなぎ目を有する外輪郭を有 するように、金属帯20を長手方向のエッジ32において溶接することができる。こ のことにより、一方では方法の手順あるいは処理の手順を省くことができ、他方 では金属鎧装を確実に溶接することができることを保証しながらも、より薄い金 属帯を用いることができるため、製造コストを押さえることができるという決定 的な効果を奏する。 次に、折り曲げられた長手方向のエッジを有する金属帯の製造方法について、 図２〜図５、図10および図11に基づいて説明する。この金属帯20は、コイル58（ 図２参照のこと）に巻き付けられた平らで平面な幅広の元の金属帯56から成形さ れる。ローラー成形ステーション60において金属帯56に図４における横断面図に て示されている形状になる。ローリング成形ステーション60は補足的な周表面を 有する２つの成形ローラー62、64を有し、これらによって金属帯56が両側（すな わち上方および下方）から支持される。金属帯56を平行な軸を中心に回動するよ うに支持される２つの成形ローラー62、64の間に導入することによって金属帯56 はプレスされて成形され、図４におけるような横断面を有するようになる。成形 ローラー62は、軸の長さの略全長に亘って拡がり、軸端部においてステップ状の 立上部分68を有する深部66が設けられ、成形ローラー64の周表面には周方向にお ける立上部70と、段切りされて直径が縮小されている軸端部72とが設けられてい る。金属帯56の側面あるいは横断面においては、金属帯56の長手方向の側面に連 続するＬ字フランジ76を両側に有する平らな中央部74が特徴的である。各Ｌ字フ ランジ76は中央部74になってそこから略直角に突出する第１の短脚部78を有する 。この短脚部78（「角部」とも称する）に連なり、中央部74に対して平行に延び 、角部78の長さ分だけその高さが中央部74に対してオフ セットされる第２の長脚部80（以後「エッジ部」と称する）が設けられている。 こうしてプレスすることによって成形された金属帯56は、金属帯56を両側から 係止するローラー84、86を備えるトリミングステーション82に供給される。（図 ４に示されているように）上方から金属帯56を係止するローラー84は、角部78の 両側に設けられＬ字フランジ76のエッジ部80をカットするための半径方向に突出 する外周カッティングエッジ88を有している。上部（トリミング）ローラー84は 、凹状の中央周表面とその両側に連なる突出カッティングエッジ80とを有するの に対して、下部ローラー（対向ローラー）86にはその軸端部において段切り部90 が設けられている。段切り部90のサイズは、ローラー86が金属帯のサイズに等し い距離分だけ、角部78とＬ字フランジ76の長脚部80とに係止するように決定され る。こうしてローラー86上の段切り部の表面と残りの周表面とは、トリミング処 理の間金属帯56を支持するために角部78の領域において衝合する表面を形成する 。カットされた金属帯56の側面は図５において示されており、分離されたエッジ 部80は破線によって示されている。前述のとおりの金属帯20に対応する金属帯の この側面は、本実施例において、前述のとおり下方からプラスティック内管に導 入されてその周りに配される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．プラスティック管に金属鎧装を施す方法において、金属帯（20）がプラス ティック管（14）の周りに配され、前記金属帯（20）はその共通の側に折り曲げ られた長手方向のエッジ（32）を有しており、前記金属帯（20）がプラスティッ ク管（14）の周りに配されたときにこれら長手方向のエッジは互いに突き合わさ れ、プラスティック管（14）の長手方向の軸に対して略平行に延びて互いに溶接 され、溶接後に、長手方向のエッジを溶接した金属帯（20）が長手方向の継目（ 46）の領域に実質的に金属鎧装（16）の外周表面（48）に位置する外表面（50） を有するように、折り曲げられた長手方向のエッジ（32）の体積と溶接エネルギ ーとを決定することを特徴とするプラスティック管の金属鎧装方法。 ２．前記金属帯（20）の２つの長手方向のエッジ（32）が中間中央部（30）に 対して形成する角度の合計は約 180°であることを特徴とする請求項１に記載の 方法。 ３．前記金属帯（20）の長手方向のエッジ（32）は夫々約90°の角度を成すこ とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．前記長手方向の継目（46）の外側表面（50）は溶接後にわずかに突出して いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 ５．前記長手方向における継目（46）はその内側に２つの突出部（52）を有し 、それらの間に深部（53）が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のい ずれかに記載の方法。 ６．前記突出する長手方向のエッジ（32）を有する金属帯（20）は、初期の金 属帯（56）の長手方向の側面にＬ字フランジ（76）を形成し、Ｌ字フランジ（76 ）の第１の脚部（78）が初期の金属帯 （56）の長手方向の各側面において中央部（74）から突出し、Ｌ字フランジ（76 ）の第２の脚部（80）が第１の脚部から中央部に対して平行に突出することによ って形成され、前記第２の脚部（80）は第１の脚部（78）が金属帯（20）の残り の部分の長手方向のエッジ（32）を成すように、初期の金属帯（56）の長手方向 の側面を変形した後に、第１の脚部（78）から分離することを特徴とする請求項 １〜５のいずれかに記載の方法。 ７．前記初期の金属帯（56）は、Ｌ字フランジ（76）をその長手方向における 側面に成形するために、少なくとも一対のローラーの２つの成形ローラー（62、 64）の周表面（66、68、70、72）の隙間に案内され、前記成形ローラー（62、64 ）は初期の金属帯（56）を両側で係止するための補足的な周状の成形表面を有す ることを特徴とする請求項６に記載の方法。 ８．一成形ローラー（64）は、周状の成形表面の外周面に盛り上がった中央部 を有し、他の成形ローラー（62）は周状の成形表面の外周面の中央部に深部を有 することを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．初期の金属帯（56）のＬ字フランジ（76）における第２の脚部（80）の分 離はカッティングローラー（84）と対向ローラー（86）とを有する一対のトリミ ングローラーによって行われ、前記カッティングローラー（84）は初期の金属帯 （56）の中央部（74）とＬ字フランジ（76）における第１の脚部（78）とに係止 し、前記対向ローラー（86）は中央部（74）と、Ｌ字フランジ（76）における第 １の脚部（78）と、Ｌ字フランジ（76）における第２の脚部（80）とに、初期の 金属帯（56）の厚さと同等の距離分だけ係止することを特徴とする請求項６また は７に記載の方法。