JP3796532B2 - 円筒表面への溝形成装置 - Google Patents

Description

本発明は管、棒等の表面のような、円筒状の表面を加工する装置に関し、特に最初に平滑な外壁を有するプラスチック管或いは棒を加工し、環状溝が形成された外壁を有する管或いは棒とする装置に関する。
このような管は、特に光ファイバーを被覆する湾曲制限管として使用するのに好適であり、このような管の構造及び有用性については、例えば私の国際出願公告番号ＷＯ９３／０９４５７に述べられている。
アルミニウム薄肉管を波形にし、この管を通っているケーブルの芯を支持するという方法は、ＧＢ−Ａ−０ ８９６ １６３によって知られている。この波形にするという工程は、ケーブルの芯が通っている表面が平滑な管を、波形ヘッドに通すことにより行われる。
本発明の目的に関し、加工された管や棒を利用する最終目的は制限されない。この明細書においては、特に管の表面の加工について述べられているが、棒の表面も同様に加工できることは当業者には自明である。
本発明により、滑腔管の外壁に複数の平行な溝を形成するための装置が提供され、この装置は、装置を貫通する通路に隣接して取り付けられた溝形成ローラ、使用時にローラを通路内に管周りに回転させる手段、及び通路から張力下で引っ張ることでこの管を溝が管外壁に形成されるときに伸長する供給手段からなり、この溝形成ローラはその周囲に螺旋状に形成されて通路へと至る凸部を有し、また、この溝形成ローラは凸部が通路に至るところで通路の軸に対して直角の延びるように、通路に対して傾斜した軸の周りで回転するように取り付けられている。
本明細書で用いられる「凸部」という語は、通路中の円筒形物体の表面に溝を形成するために溝ローラの表面上に隆起した、いかなる形状のものにも適用される。
この溝形成凸部を設け、ローラを上述のように傾斜させることによって、管が装置中を通過する間に管の表面に複数の環状溝を連続して形成することができる。
溝形成ローラの表面上には、螺旋状に延びる複数の凸部が設けられてもよい。溝形成ローラが一つのみである場合は、各々の凸部は少なくとも円筒表面の円周に等しい長さの弧として設けられなければならない。
溝形成ローラは複数であってもよく、例えば三つの溝形成ローラが通路の周りに設けられる。この場合、各々のローラは、各々の溝の円周長さの三分の一を形成すればよい。しかし実際には、各々のローラが円周長さの三分の一以上を形成するため、形成された溝の端部は各々重なっており、相互に一体化している。複数のローラが設けられている場合、各々の凸部が少なくとも円筒表面の円周に等しい長さの弧である必要はなくなる。
溝が管壁物質を切削して設けられることは意図されておらず、むしろ溝は管壁部の物質を押圧し、ある程度移動させることによって設けられる。従って凸部の断面輪郭はアーチ形状であることが望ましく、またこのアーチの頂部半径は約０．３mm以上であることが望ましい。このアーチは、ゴシック様式のアーチ形状であることが好ましい。
開口を貫通する通路は、通路の軸に対する平行軸上に取り付けられた二つの補助ローラの円筒面及び通路の縁部に接する補助ローラの円周により設けられることが望ましい。また好ましくは、溝形成ローラと二つの補助ローラは通路周囲に１２０°の間隔をおいて配置される。補助ローラは平滑な外側表面を有することが好ましい。上述の通り、３つの溝形成ローラが設けられる場合、補助ローラが第二、第三の溝形成ローラで代替され、通路に対して第一の溝形成ローラと同様に位置する追加の溝形成ローラが設けられてもよい。
本装置は、溝形成ローラの手前に、管が溝形成ローラと係合する前に予め押圧を加えるための管導入部を有していてもよい。この導入部は、溝形成ローラ自体の後部円筒形膨張部と補助ローラの軸方向長さとの組合せによって設けられてもよく、この組合せによって管は溝形成ローラの凸部と接触する前に、把持され押圧される。この後部円筒形膨張部は、螺旋状に形成された凸部の頂部半径より若干小さい半径を有することが好ましい。また好ましくは、この膨張部の半径は表面に形成される溝の深さの分だけ凸部の半径よりも小さい。
本装置は管状通路を備えた胴部を有することが好ましく、この胴部上に溝形成ローラと補助ローラが取り付けられ、これらのローラは各々の軸周りに回転自在であって、この装置はまた胴部を管状通路の軸周りに回転される駆動手段を有している。本装置は、管が装置を通過する際に管自体は回転しないようにする手段をも備えている。
通路に入る前に管を加熱或いは冷却する温度制御段階が設けられてもよい。想定されるように、もしこの装置が管押出成形機の直後に配置されるとすれば、冷却が必要であると思われる。管表面に溝を形成する凸部の作業は、管の物質が最適な温度に保持されることによって確実なものとなる。この最適な温度は管の物質により異なる。
胴部駆動手段は、平行して取り付けられた駆動スプロケット或いは歯車からのベルト或いはギアドライブにより駆動する、胴部周りの歯付環によって設けられてもよい。
供給手段は、管を所定の割合で装置に供給し、装置から出てきた加工された管を取りまとめるように設けられてもよい。この供給手段は（装置の管入口側或いは管出口側のどちら側にあっても）装置における管の回転を防ぐことができる。
溝が形成されるとき、管を少し伸長することも有用である。必要な張力は、装置の管出口側の供給手段によって管に加えられる。
本装置を用いて薄肉管の外側表面を加工することも本発明の範囲内である。この場合、管の壁がローラの溝形成凸部の形状に一致するように、管内部に加圧する必要があるであろう。
本発明はまた、滑腔管の外壁に平行な溝を形成する方法をも提供し、この方法は、通路に沿って管を通過させ、この通路に隣接して溝形成ローラを取り付け、このローラの周囲に螺旋状に通路へと至る凸部を設け、溝形成ローラの軸を、この凸部が通路へと至るところで通路の軸と直角に延びるように通路に対して傾斜させ、溝形成ローラをこの軸周りで回転するように取り付け、これによってローラが管周りに回転し、ローラ上の凸部が管壁を押圧して溝を形成し、溝形成ローラから取り出される管を引っ張って溝が管の壁部に形成されるときに管を伸長するという工程からなる。
本発明は更に、下記の添付図面に関し、例を用いて説明される。
図１ａは、本発明に係る装置により加工された管の第一例の部分断面図である。
図１ｂは、本発明に係る装置により加工された管の第二例の部分断面図である。
図２は、あらかじめ決められた最小曲半径まで湾曲した図１の管である。
図３は、本発明に係る装置の略図である。
図４は、図３の装置の一部の一端からみた斜視図である。
図５は、図３の装置の一部を示す詳細図である。
図１に示される被覆管１０は、ポリプロピレンのようなプラスチックの原材料から、管壁が平滑な管として押出成形されたものである。この管は外壁１２と、内径１６を形成する内壁１４を有する。
管壁が平滑な管は実質上いかなる曲半径まででも湾曲可能であり、曲げるのに必要な力の大きさは、特に曲半径が小さくなるにつれて、管壁がねじれて管の横断面が壊れるまで累進的に増加する。内径１６内で光ファイバーが過度に湾曲するのを防ぐために、管壁が平滑な管は制限され、比較的小さな力を加えることによっては管はあらかじめ決められた曲半径までしか湾曲しないが、特に強い力を加えることによってこの範囲を超えて湾曲することも可能である。管を曲げるために、押出成形された後、管の外壁１２には複数の環状溝１８が形成される。溝は主に壁物質を局部的に押圧して形成されるが、壁物質を切削して溝を形成することも本発明の範囲に含まれる。
図１ａは溝１８が全て等しい深さである管を示し、図１ｂは溝１８の深い部分と浅い部分が交互に並んでいる管を示す。
溝１８の機能は図２に基づいて最も良く説明することができ、図２においてはカーブの内側では溝１８ａが閉じ、更なる湾曲を防ぐために溝の周縁が接触していることが示される。カーブの外側では１９で示されるように溝が開く。溝１８の基部に残された壁物質によって形成されたヒンジ２０が曲がることによりこの段階までの湾曲が可能になる。この段階を超えて極度に力を加えると、更に湾曲させることはできるが、そうするとプラスチック物質が歪むこととなる。
壁物質を押圧して溝を形成しすることによる好ましい結果の一つは、ヒンジ２０が十分に押圧された周囲のプラスチックに比べて局部的により密なプラスチック物質で形成されることであり、この密な部分にポリマー鎖がそろっていることが有用である。溝を形成する間に管を伸長することによりこの工程が支持されることとなる。
図３乃至図５により説明される装置は、壁に溝１８を形成することによって、最初は平滑な壁を有し押出成形された管を加工するのに有効である。この装置はポロプロピレン、ポリブチルテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン、ポリエチレン及び、ＰＢＴとアクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）が混合されたプラスチックからなる管に好適に用いられた。
図３は全体として２２で表される装置と共に、供給リール２４から取り出しリール２６まで装置２２を貫通する管１０を示す。装置２２の左側の管は管壁が平滑で、一方装置の右側に現れる管には溝１８が形成されている。
装置２２を管を形成する押出成形装置の直後に置き、押出装置が供給リール２４を代替し、管１０が装置１２に入る速さを制御することも可能である。
取り出しリール２６はいかなる便利な形とされてもよいが、加工された管を取り出すために使われる設備としては、管が装置２２を通る時にいくらかの張力を加えることができるものが望ましい。管を装置２２から引っ張るための要素と、取り出しリールに管を移動させるための要素は別々であってもよい。
管を取り出すために、あるいは供給するために使われるリール２４及び２６の半径はいずれも、あらかじめ設定された管の最小曲半径よりも大きいものでなければならない。
装置２２は管を取り入れる部分に溝形成ユニット３０を有した胴部２８からなる。胴部２８は、図示されない固定した構造に支持されており、胴部２８の外表面にある歯車３６と係合する歯車３４を動かすモータ３２により管１０の軸周りに回転させられる。
当業者であれば、例えばベルトドライブでモータ３２を胴部に結合させるといった、胴部２８を回転させるのに使用できる多くの変更例を評価する。
溝形成ユニット３０と胴部２８はどちらも管１０が貫通するための軸状の通路を有する。溝形成ユニットの通路の壁はローラの表面によって形成されており、胴部の通路の壁は孔３８の内部表面によって形成されている。
図４は胴部２８の表面に取り付けられた溝形成ユニット３０を示し、管が貫通するように胴部２８を通っている軸状の孔３８を点線で示している。
溝形成ユニット３０は３つのローラ４０、４２及び４４から構成されている。これらのローラはそれぞれの軸が１２０°の間隔をおくように配置されている。それぞれのローラが相互に近づく円周の間には、ローラが相互に接触しないようにわずかな空隙が設けられている。
ローラ４０と４２は平滑な表面４６を有し、これらのローラは通路の壁の一部を形成しており、胴部２８の回転軸と平行に回転自在に配置されている。
しかしながら、溝形成ローラ４４はその円筒表面に形成された溝形成凸部を有する。また、溝形成ローラは、胴部２８に対して適切な方向に回転自在に取り付けられており、ローラ４４の回転軸５４は通路３８と胴部２８の回転軸に対して傾いている。
ローラ４４は、溝形成凸部４８の手前に位置する膨張部を有している。この膨張部により、補助ローラ４０と４２の手前端も管が最初に受け入れられる部分に「ニップ」を形成するように共に作動する。このニップで半径方向に多少押圧されると、管は溝形成凸部４８に接触するようにして保持され支えられる。管が凸部４８に接触すると、管がローラ４０、４２及び４４を通過するときに管の表面に溝１８が形成されるが、その方法は図５を用いて以下に述べられる。
図５において装置の軸は５０として示されている。この軸は管１０が通過する管状の通路の中央にあり、また胴部２８の回転の中心となっている。
図５はローラ４４が回転軸５４が軸５０に対してある角度で傾斜するように取り付けられていることはっきりと示す。この傾斜角度は溝形成凸部４８が軸５０に対して直角に配されるように定められる。図５から、もしローラ４４が矢印５２の方向からみて時計まわりの方向に回転すれば、溝形成凸部４８は矢印５２が示す方向に進むということがはっきりとわかる。一たん導入凸部４８が管壁の物質に係合すると、ローラ４４が更に回転し、管が装置を貫通するように導く。
意図された機能をもつ装置においては、まず第１にローラ４４がその軸を中心に回転し、第２にローラ４４の軸が管の軸を中心に回転するかあるいは、管自体がその軸を中心に回転しなければならない。
ここで述べられている装置においては、管を回転に対して固定する一方で、管周りにローラ軸を保持した胴部２８を回転させることにより、上記第２の動きがおこる。第２の動きがおこると、管とローラの間に溝を形成するための摩擦あるいは接触がおこり、第１の動きを導く。
ローラに直接結合したモータにより溝形成ローラ４４を作動させることは可能であるが、胴部２８を軸５０を中心として回転させる一方で、管１０が回転しないように保持するほうがより容易である。ローラ４０、４２及び４４の管１０の表面周りにおける歯車的動きにより、管が装置を貫通するような溝形成ローラ及び補助ローラの回転が生じる。溝形成ローラが管１０の周囲を歯車的に移動することにより、管壁に複数の溝１８が連続して形成される。それぞれの凸部４８がローラ４４の円周に管１０の円周全長と等しく或いはそれよりも長く形成されることが重要であり、そうでなければ不完全な溝１８が形成されてしまうこととなる。
ローラ４４が回転すると、管は溝形成凸部４８によって加えられる半径方向の力に対して補助ローラ４０及び４２によって支えられる。管壁との間の摩擦により補助ローラも回転する。
好適な実施例においては、溝形成ローラは２つの開始ねじ山部、即ち、２つの凸部４８を有し、それぞれ、弧の長さが管１０の円周と等しいか或いは円周より長くなるように形成されている。しかしながら、本発明においては２つ以上の凸部を作動させることもできる。
異なった凸部４８はそれぞれ異なった形態、例えば異なった高さとされてもよい。異なった高さの２つの凸部を有するローラを用いることによって、図１ｂの管には浅い溝１８と深い溝１８が形成されている。凸部４８は必ずしも管の表面に溝を形成する形状である必要はない。正確には、同じ作用原理により、円筒の表面に隆起を形成する適切な溝形成ローラを用いてもよい。
管１０が直接押出成形されるのでなければ、管が溝形成ユニット３０を通過する前に、プラスチック物質を柔らかくするために管を加熱しておくことが望ましい。
当業者には、ローラ４４の表面に形成された溝形成凸部４８のピッチが管１０の溝のピッチを決定し、その結果本装置は、異なったローラ４４を用いることにより異なったピッチで溝を形成できるということが明らかである。
装置には往復運動をする部分がないということが重要である。従って、胴部２８は正確に釣り合いがとれ、振動せずに高速で回転することが可能である。このため、経済的な製造速度で稼働可能な製造ラインが完成できる。
例えば、管の円周７２０°分の長さの溝形成凸部を有する溝形成ローラから製造された４ｍｍのピッチの溝が形成された管では、それぞれの溝を形成するために胴部は２回転しなければならない。従って、１メータの管を加工するには胴部は５００回転（１０００／４×２）しなければならない。３０ｍ／分の製造ライン速度では、胴部は一分間に１５０００回転（３０×５００）する。
このように、本発明は管或いは棒の表面に、複数の独立した環状溝を連続的に形成する簡単で有効な方法を提供する。この方法により加工された製品は、光ファイバーを管の内部で保護し、過度に小さい曲半径で光ファイバーが湾曲することを防ぐので、光ファイバーに使用する湾曲限定管に特に適している。

Claims (20)

1. プラスチック製滑腔管の外壁に複数の平行な溝を形成する装置において、
   該装置を貫通する通路に隣接して取り付けられた溝形成ローラであって、その周囲に螺旋状に形成された前記通路へと至る凸部を有し、該凸部が前記通路へと至るところで前記通路の軸に対して直角に延びるように前記通路に対して傾斜した軸回りに回転するように取り付けられ、前記滑腔管外周面を押圧し該外周面上にのみ溝を形成し該滑腔管の屈曲を制限することを可能とする溝形成ローラと、
   使用時に、前記通路内の管周りに前記ローラを回転させる手段を備え、
   前記装置は更に、供給手段を備え、
   該供給手段は、供給装置と取り出し装置からなり、
   使用時において、前記供給装置が前記装置内に前記滑腔管を供給するとともに、前記溝が前記滑腔管外壁に形成されるにつれて前記滑腔管を構成するプラスチック材料のポリマ鎖が揃うように前記滑腔管を引っ張るようにして、前記取り出し装置が張力下で前記通路から前記滑腔管を引き出すことを特徴とする装置。
2. 前記溝形成ローラ表面に複数の凸部が螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記凸部が、少なくとも加工される表面の円周と等しい長さの弧として形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 前記溝形成ローラに形成された凸部が、円筒表面の物質を押圧することにより円筒表面に溝を形成するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の装置。
5. 前記凸部が、アーチ形状の断面輪郭を有し、このアーチの頂部が０．３ｍｍ以上の半径を有していることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の装置。
6. 前記アーチ形状が、ゴシック様式のアーチ形状であることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記装置を貫通する前記通路が、該通路の軸との平行軸上に取り付けられた２つの補助ローラ及び前記通路縁部へ接する前記補助ローラの円周によって部分的にその境界が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の装置。
8. 開口を貫通する前記通路が、前記補助ローラの円筒表面によって部分的にその境界が形成されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記補助ローラが平滑な外壁を有していることを特徴とする請求項７又は８記載の装置。
10. 前記溝形成ローラと２つの前記補助ローラが、前記通路の周りに１２０°の間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項７乃至９いずれかに記載の装置。
11. 複数の前記溝形成ローラが通路に隣接して取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の装置。
12. 前記溝形成ローラの手前に、前記溝形成ローラと係合する前に管物質を予め押圧する管導入部を備えていることを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の装置。
13. 前記溝形成ローラの手前に、前記溝形成ローラと係合する前に管物質を予め押圧する管導入部を備え、
    該管導入部が、前記溝形成ローラ自体の後部円筒形膨張部と前記補助ローラの軸方向長さとの組み合わせにより形成され、この組み合わせにより前記管が前記溝形成ローラと接触する前に前記管を把持して押圧することを特徴とする請求項７乃至１０いずれかに記載の装置。
14. 前記後部円筒形膨張部が、螺旋状に形成された前記凸部の頂部直径よりわずかに小さい直径を有していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 貫通する管状通路を有するとともに、前記溝形成ローラ及び前記補助ローラが取り付けられた胴部を備え、
    該胴部は、前記溝形成ローラ及び前記補助ローラが各々の軸回りに関し回転自在であり、
    更に、前記管状通路の軸周りに前記胴部を回転させる駆動手段を有することを特徴とする請求項１乃至１４いずれかに記載の装置。
16. 前記胴部駆動手段が、平行して取り付けられた駆動スプロケット又は歯車からのベルト或いはギアドライブにより駆動する、胴部周りの歯付環からなることを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 前記管が、前記装置を通過するときに、前記管の回転を妨げる手段を備える特徴とする請求項１乃至１６いずれかに記載の装置。
18. 前記管を所定の割合で前記装置に供給する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の装置。
19. 前記溝形成ローラの溝形成凸部の形状に管の壁部を一致させるために前記管内部に加圧する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１８いずれかに記載の装置。
20. プラスチック製滑腔管の外壁に複数の平行な溝を形成する方法において、
    溝形成ローラが隣接して取り付けられた通路に管を通過させ、
    前記溝形成ローラの周囲に螺旋状に通路へと延びる凸部を形成し、
    前記溝形成ローラの軸を前記凸部が通路へと至るところで前記通路の軸に対して直角に延びるように通路に対して傾斜させ、
    この軸回りに回転するように前記溝形成ローラを取り付け、
    これによって前記溝形成ローラに設けられた前記凸部が前記管の壁部を押圧して該管の外周面上のみに溝を形成するように前記溝形成ローラを前記管周りに回転させ、該管の屈曲を制限することを可能とし及び
    前記溝形成ローラから取り出される前記管を引っ張って、前記溝が前記管の壁部に形成されるときに前記管を伸長し、前記押圧された部分のポリマ鎖を揃える工程からなることを特徴とする方法。

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