JP5917819B2 - 回転引き取り式押し出し成形方法およびその成形方法を可能とする押出成形装置およびその成形方法で製作したチューブ管壁に螺旋状の独立管腔を設けたチューブ体 - Google Patents
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Description
図13は、従来のチューブの押出成形装置10の構成例を簡単に示す図である。
押出成形装置10はインライン型の製造装置となっており、上流側から順に、材料ホッパー11、押出機12、冷却水槽13、引取機14及びカッター15が配列されている。
近年、NOTES(Natural Orifice Translumenal Endoscopic Surgery:経管腔的内視鏡手術)と呼ばれるまったく新しい次世代低侵襲内視鏡治療法が台頭してきている。NOTESとは従来の腹腔鏡手術(外科系)と消化器内視鏡治療(内科系)が発展的に統合された治療法と言える。NOTESのような次世代内視鏡治療においては、これまで消化器内視鏡治療で用いられてきた軟性内視鏡および軟性処置具が重要な部品と位置づけられる。しかし、これらの軟性処置具は、外科系の腹腔鏡手術などで使用されている硬性手術器具に比べて発揮できる機能が小さく、種類も十分ではない等の多くの課題を抱えており、次世代内視鏡治療の普及を妨げる大きな要因の一つとなっている。そのため次世代内視鏡治療を安全に臨床導入し広く普及させてゆくためには、様々な種類の高機能な軟性内視鏡用の処置具の開発が急務である。
一つの想定されうる方法は、直管状の大径のメインのチューブを独立して製作するとともに、別個に直管状の小径のチューブを独立して製作し、後から直管状の大径のメインのチューブの外壁面に直管状の小径のチューブを螺旋状に巻いて接着することが想定される。しかし、この方法であれば、工程が複雑になるとともに、小径のチューブを螺旋状に接着するために接着剤を使用すると接着作業が難しく手間がかかる上に人体の内腔の使用には不適切である。また、接着剤を使用せずに融着する場合であっても融着作業が難しく手間がかかってしまう。
もし、押し出し成形技術を用いて、大径のメインのチューブに対して所望の設計通りに小径のチューブを螺旋状に外壁面に設けた複雑な形状のチューブが一体として一度の押し出し成形で製作できれば理想的であるが、従来の押し出し成形技術においてそのような押し出し成形技術が確立していなかった。
本発明は、大径のメインのチューブに対して所望の設計通りに小径のチューブを螺旋状に外壁面、内周壁面または肉厚内に設けた形状のチューブを一体として一度の押し出し成形で製作する押し出し成形方法およびその成形方法に用いる押出成形装置およびその成形方法により製造されたチューブ管壁に螺旋状の独立管腔を設けたチューブ体を提供することを目的とする。
上記構成の押出成形装置によれば、押し出し成形されつつあるチューブ管を回転させながら引き取ることができ、従来は引取方向に直線状に押し出されるのみであった押し出し成形物ではなく、メインのチューブ管の外壁面や内壁面に沿ってまたは肉厚内に螺旋状に回転した構造物を設けた押し出し成形物を成形することができる。
また、例えば、引取機の回転体が2つの回転体が対向して配置されたものであり、対向し合う回転体の間にチューブ管が挟持された状態で回転体の回転により引き取られて行く構成において、対向し合う回転体の一方の回転体の回転方向が引取方向に対して傾いているものが挙げられる。
例えば、大径のメインのチューブに対して1本または複数本の小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体であり、そのうち少なくとも1本の小径のチューブが、大径のメインのチューブの外壁面に沿うように設けられたものである。
また、例えば、大径のメインのチューブに対して1本または複数本の小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体であり、そのうち少なくとも1本の小径のチューブが、大径のメインのチューブの内壁面に沿うように設けられたものである。
また、例えば、大径のメインのチューブに対して1本または複数本の小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体であり、そのうち少なくとも1本の小径のチューブが、大径のメインのチューブの肉厚内に設けられたものである。
押出ダイの形を工夫すれば、上記の多様な組み合わせも可能であることは言うまでもない。例えば、大径のメインのチューブに対して4本の小径のチューブが螺旋状に設けられており、そのうち1本の小径のチューブが、大径のメインのチューブの外壁面に沿うように螺旋状に設けられ、他の1本の小径のチューブが、大径のメインのチューブの内壁面に沿うように螺旋状に設けられ、残りの2本の小径のチューブが、大径のメインのチューブの肉厚内に螺旋状に設けられたチューブなども可能である。
本発明の押出成形装置を用いた押し出し成形方法によれば、大径のメインのチューブに対して小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体を成形することが可能となり、従来は押し出し成形では供給できなかった形状のチューブ体を供給することが可能となる。例えば、大径のメインのチューブに消化器内視鏡治療の軟性内視鏡を挿入し、小径のチューブに腹腔鏡手術の鉗子類などの硬性処置具を挿入することができるという高機能なプラットフォームとしてチューブ体を提供することができる。
まず、本発明の押出成形装置100の基本構成について説明する。
図1は、本発明の押出成形装置100全体の構成を模式的に示した図である。
実施例1の構成例において、押出成形装置100は、原材料供給装置110、押出機120、冷却装置130、引取機140、切断機150の組み合わせとなっている。これらを上流から下流へ並べることによりインライン装置として構成している。
原材料として、例えば、シリコン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリウレタン、フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなど多様なものがあり得る。主原料となる樹脂材料に対して炭素や炭酸カルシウムなどの添加剤も添加する場合もある。成形するチューブ体に応じて原材料を選択すればよい。
押出機120はスクリューなどを内蔵したシリンダー121、シリンダー121の出口部分の押出ダイ122を備えており、シリンダー121は加熱筒となっている。
水冷式、空冷式など多様な冷却装置が適用可能であるが、ここでは、水槽を用いた水冷式の冷却装置130とする。
なお、水槽132内の水の温度を常に低く保つために水道から冷水を流し入れつつ溢れた水を排出するいわゆるかけ流し方式としても良い。水槽132の長さは限定されないが、押出機120から押し出されたチューブ管を十分に冷却する時間、水に浸水できるような距離であることが好ましい。
引取機140は、冷却装置130で冷却されたチューブ管を所定速度で引き取る装置であり、さらに、本発明の押出成形装置100の引取機140では、チューブ管に対して、チューブ管の引取方向の力に加え、チューブ管に対する回転トルクを与えることが可能となっている。引取機構としては多様な機構があり得るが、ここでは、回転体で引き取るものとして説明する。
まず、対向し合う回転体のうち、一方の回転体のみがインラインのチューブ引取方向に対して少し時計回りに傾いており、他方の回転体はインラインのチューブ引取方向と同じ方向のままとしている例について説明する。
図2(a)は、引取機140の回転体141a,141bと引き取られるチューブを側面から見た様子を示す図であり、図2(b)は、引取機140の回転体141a,141bと引き取られるチューブを上面から見た様子を示す図である。
図2(c)は回転体141aの回転方向をインラインのチューブ引取方向に対して傾きを持たせた場合において、回転体141により挟み込まれてグリップされたチューブに対して印加される力を図示化したものである。回転体141aの回転により与えられる力Faは実線、回転体141bの回転により与えられる力Fbは点線で示している。回転体141aの回転により与えられる力Faはチューブ体200の上面、回転体141aの回転により与えられる力Fbはチューブ体200の下面にかかっており、力Fbは見やすいように左横にずらして示している。
結局、回転体141aの回転により与えられる力Faは、インラインのチューブ引取方向に引っ張る力Fa1とチューブ体の回転トルクを与える力Fa2となる。
図3(a)は、引取機140の回転体141a,141bと引き取られるチューブを側面から見た様子を示す図であり、図3(b)は、引取機140の回転体141a,141bと引き取られるチューブを上面から見た様子を示す図である。
図3(c)は回転体141aの回転方向および回転体141bの回転方向をインラインのチューブ引取方向に対して傾きを持たせた場合において、両者の回転体141aおよび回転体141bにより挟み込まれてグリップされたチューブに対して印加される力を図示化したものである。回転体141aの回転により与えられる力Faは実線、回転体141bの回転により与えられる力Fbは点線で示している。回転体141aの回転により与えられる力Faはチューブ体200の上面、回転体141aの回転により与えられる力Fbはチューブ体200の下面にかかっており、力Fbは見やすいように左横にずらして示している。
本発明の押出成形装置100のインライン構成において、引取装置140の下流側には切断装置150が配置されている。
切断装置150はこのようにして長尺で製造されたチューブを所定長さで切断するものであり、切断装置150の切断によりチューブ体として切り出される。この構成例では、チューブの先端が位置センサ152に触れるとカッター刃151がチューブを切断するようになっており、カッター刃151と位置センサ152との間隔に応じた長さのチューブ体が得られる。
その他の補助設備を設けることも可能である。例えば、外径測定器(図示せず)を備えた構成も可能である。外径測定器とは、インラインで製造されているチューブの外径が所望の外径であるかをチェックしてそのデータを制御装置にフィードバックする装置である。外径測定器により冷却装置130から出てきたチューブの外径を測定し、制御装置は、予め定められた目標値及び許容誤差と、外径測定器が測定した実測値とを比較し、実測値が基準値の範囲に含まれるよう、必要に応じて押出機120の押し出し速度、引取機140の引取速度などのチューブ外径や肉厚の厚さに関係する動作条件を変更するフィードバック制御を行うことができる。
なお、実際の本発明の押出成形装置100を構成するには、さらに制御装置やスイッチ類やローラーなどの必要な周辺装置を取り付けて構成する。
第1のパターンは、大径のメインのチューブの外壁に沿って小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体である。
第2のパターンは、大径のメインのチューブの内周壁に沿って小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体である。
第3のパターンは、大径のメインのチューブの肉厚内に小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体である。
図8は、実際に構成した本発明の押出成形装置100の一例を示す図である。
図9は、実際に構成した本発明の押出成形装置100の押出ダイ122付近の拡大図である。
図10は、実際に構成した本発明の押出成形装置100の引取機140においてチューブ200が引き取られる様子を示す図である。
図11は、実際に構成した本発明の押出成形装置100の切断装置150においてチューブ200が切断される様子を示す図である。
図12は、実際に得られた大径のメインのチューブ210に対して小径のチューブ220が螺旋状に設けられたチューブ体200の試作例を示す図である。
このように実際に構成した本発明の押出成形装置100を稼働すると、実際にチューブ200は引取機140により自転しながら引き取られ、大径のメインのチューブ210に対して小径のチューブ220が螺旋状に設けられたチューブ体200が得られた。
一方、従来技術として大径のチューブに腹腔鏡手術の鉗子類などの硬性処置具を挿入した場合、大径のメインのチューブから突出する消化器内視鏡の視軸に対して偏位角が小さく鉗子類などの硬性処置具の動きの自由度が小さく、剥離・切除などの処理がしにくいことがわかる。
110 原材料供給装置
120 押出機
121 シリンダー
122 押出ダイ
130 冷却装置
131 上流からのチューブ管の受け入れ口
132 水槽部
133 下流へのチューブ管の繰り出し口
140 引取機
141 回転体
150 切断装置
151 カッター刃
152 位置センサ
200 チューブ
210 大径のチューブ部分
220 小径のチューブ部分
Claims (14)
- メインのチューブ管の外壁面や内壁面に沿ってまたは肉厚内に螺旋状に小径のチューブを備えたチューブ管を形成する押し出し成形装置であって、
供給された原材料を溶融し、押出ダイから押し出してチューブ管を形成する押出機と、
上流からの前記チューブ管の受け入れ口と下流への前記チューブ管の繰り出し口を備え、前記押出機から押し出された前記チューブ管を受け入れて冷却する冷却装置と、
前記冷却装置で冷却された前記チューブ管を所定速度で引き取る引取機と、
前記引取機を通過した前記チューブ管を所定長さのチューブ体に切断する切断装置を備え、
前記引取機が、前記チューブ管に対して、前記チューブ管の引取方向の力に加え、前記チューブ管に対する回転トルクを与えることが可能であり、前記引取機により前記チューブ管を回転させながら引き取ることを特徴とする押出成形装置。 - 前記引取機が、前記チューブ管の外壁に接しながら回転する少なくとも1つの回転体を備え、前記回転体のうち少なくとも1つの前記回転体の回転方向が前記引取方向に対して傾いていることを特徴とする請求項1に記載の押出成形装置。
- 2つの前記回転体が対向して配置され、対向し合う前記回転体の間に前記チューブ管が挟持された状態で前記回転体の回転により引き取られて行く構成において、対向し合う前記回転体の一方の前記回転体の回転方向が前記引取方向に対して傾いていることを特徴とする請求項1または2に記載の押出成形装置。
- 2つの前記回転体が対向して配置され、対向し合う前記回転体の間に前記チューブ管が挟持された状態で前記回転体の回転により引き取られて行く構成において、対向し合う前記回転体の一方の前記回転体の回転方向が前記引取方向に対して傾いていており、他方の前記回転体の回転方向が逆方向に傾いていることを特徴とする請求項1または2に記載の押出成形装置。
- 前記押出ダイが、大径のメインのチューブに対応する口金部分と、前記大径のメインのチューブ管に沿うように設けられる1本または複数本の小径のチューブに対応する口金部分とを備え、前記押出ダイから押し出される前記チューブ管の断面が、前記大径のメインのチューブと前記小径のチューブを備えたものとなり、前記チューブ体が前記大径のメインのチューブに対して前記小径のチューブが螺旋状に設けられたものとなる請求項1乃至4のいずれかに記載の押出成形装置。
- メインのチューブ管の外壁面や内壁面に沿ってまたは肉厚内に螺旋状に小径のチューブを備えたチューブ管を形成する押し出し成形方法であって、
供給された原材料を溶融し、押出ダイから押し出してチューブ管を形成する押出機と、上流からの前記チューブ管の受け入れ口と下流への前記チューブ管の繰り出し口を備え、前記押出機から押し出された前記チューブ管を受け入れて冷却する冷却装置と、前記冷却装置で冷却された前記チューブ管を所定速度で引き取る引取機と、前記引取機を通過した前記チューブ管を所定長さのチューブ体に切断する切断装置を備えた押出成形装置を用いた押し出し成形方法であって、
前記引取機において、前記チューブ管に対して、前記チューブ管の引取方向の力に加え、前記チューブ管に対する回転トルクを与える構成とすることにより、前記引取機により前記チューブ管を回転させながら引き取ることを特徴とする押し出し成形方法。 - 前記引取機において、前記チューブ管の外壁に接しながら回転する少なくとも1つの回転体を備えたものとし、前記回転体のうち少なくとも1つの前記回転体の回転方向が前記引取方向に対して傾いていることを特徴とする請求項6に記載の押し出し成形方法。
- 前記引取機において、2つの前記回転体が対向して配置され、対向し合う前記回転体の間に前記チューブ管が挟持された状態で前記回転体の回転により引き取られて行く構成とし、対向し合う前記回転体の一方の前記回転体の回転方向が前記引取方向に対して傾いていることを特徴とする請求項6または7に記載の押し出し成形方法。
- 前記引取機において、2つの前記回転体が対向して配置され、対向し合う前記回転体の間に前記チューブ管が挟持された状態で前記回転体の回転により引き取られて行く構成とし、対向し合う前記回転体の一方の前記回転体の回転方向が前記引取方向に対して傾いたものとするとともに、他方の前記回転体の回転方向が逆方向に傾いているものとすることを特徴とする請求項6または7に記載の押出成形方法。
- 前記押出ダイが、大径のメインのチューブに対応する口金部分と、前記大径のメインのチューブ管に沿うように設けられる1本または複数本の小径のチューブに対応する口金部分とを備えたものとし、前記押出ダイから押し出される前記チューブ管の断面が、前記大径のメインのチューブと前記小径のチューブを備えたものとなり、前記チューブ体が、前記大径のメインのチューブに対して前記小径のチューブが螺旋状に設けられたものとなる、請求項6乃至9のいずれかに記載の押し出し成形方法。
- 断面が一体に成形された樹脂成型品のチューブ体であって、
前記チューブ体の長手軸に沿った軸方向において、前記断面が前記長手軸に対して徐々に回転していく連続体の形状に製作された、
大径のメインのチューブに対して1本または複数本の小径のチューブが螺旋状に設けられたチューブ体。 - 前記小径のチューブのうち少なくとも1本が、前記大径のメインのチューブの外壁面に沿うように設けられた請求項11に記載のチューブ体。
- 前記小径のチューブのうち少なくとも1本が、前記大径のメインのチューブの内壁面に沿うように設けられた請求項11に記載のチューブ体。
- 前記小径のチューブのうち少なくとも1本が、前記大径のメインのチューブの肉厚内に設けられた請求項11に記載のチューブ体。
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