JP5133456B2 - 分子配向の前に型内で未完成のパイプを拡張する型に対する、未完成のパイプの保持および解除機構 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔本発明の目的〕
本発明は、分子的に配向されたプロファイルの生成方法、特にインバッチシステムの分野に存在している。本発明は、塑性状態（熱い）の未完成のパイプのための、簡単で、効果的な、無エラーの保持機構に関するものである。これにより、硬質材料、好ましくは金属により構成される複数のボールを備えるシステムを用いながら、順々に保持力および可変移動を加えることが可能となる。

本発明の目的は、未完成のパイプが確実に配向される前に、未完成のパイプの端を型に固定することである。本発明の目的は、パイプが塑性状態であるので、変形しやすいという困難さを有している。プロセスの間、塑性のパイプの状態に変化があり、そのパイプが凝固することに注意しながら、削りくずの生成から保護し、特に、保持を適切に解除可能とせねばならない。

〔本発明の背景〕
配向されたパイプを生成するための様々な方法またはシステムがある。それらは、連続システム（インラインシステム）、および、不連続システム（インバッチシステム）という、２つの広いカテゴリーに分類される。

不連続システム（インバッチシステム）は、型内の空白部分を拡げることによって達成される「個別の」分子配向の生成に、たいていは基づいている。上記型内の空白部分を拡げることによって、管状のプロファイルの最終形状を提供している。

インラインプロセスは、根本的に異なるものである。配向は、押し出し自体に連続して、かつ、一斉に行われる。プロセスの中断や、中間ストックなどがない。

インバッチの分子配向プロセスに戻ると、未完成のパイプは、型の内側に配置され、内部圧力によって型に対し拡張される。拡張される塑性状態のパイプを固定することは、プロセスの根本的な部分である。パイプの内側で生成される内部圧力は、塑性のパイプを保持から離す、軸方向の圧力を引き起こす。作用状態に応じて、この圧力は高くて急激である。

パイプが、例えば、エラストマーのような様子および容易に可鍛性を有する塑性状態であることに注意すると、保持自身が保持されているパイプを変形させ、パイプが保持から滑るため、パイプの確実な固定を確保することは困難である。また、パイプは軟質であるため、上記プラスチックは、引き裂き、削りくずの生成などに特に敏感である。そして、これが起こると、ついには、システムを故障させ、連続的に使用する機構を無効にする。さらに、塑性状態で配向されるパイプの場合、パイプは、１００℃以上の熱い温度となる必要がある。このため、ポリマーなどの、金属以外の材料により構成される保持を使用しにくい。

２つの固体部品を一緒に固定するボールシステムを使用する特許文献、または、パイプを型に固定する方法を説明する特許が、多数挙げられている。

第１のグループは、「ＥＳ １３１８９４」および「ＪＰ １１２１０９６９」を含む。両特許は、パイプ用の高速接続システムを開示している。このパイプ用の高速接続システムは、保持される部品が固体であり、例えば、その部品は接続機構の作用によって変形させることができない、という特徴を有している。また、ボールは、部品の遮断要素としてのみ作用し、圧力要素としては作用しない。

部品を固定するというコンセプトを持つ他の文献を、以下に示す。
・ＤＥ ３５１８５０６：「ボール／戻り止めの接続を有する、気体媒体および流体媒体の低圧締結（Low pressure closure for gaseous and fluid media, having a ball/detent connection）」
・ＥＳ ２１８２９７９：「交換式の回転ツールを駆動するための、急速接続方法および装置、並びに外科用器具（Quick connection method and device, and surgical instrument for driving interchangeable rotary tools）」
・ＥＳ ２５７６６３７：「管状本体の急速接続装置（Quick connection device for tubular bodies）」

次に、配向されたパイプを型と一緒に製造するシステムの例を挙げる。
・ＷＯ ９８５６５６７：「軸方向に配向された塑性のパイプを製造し、取得するためのプロセス（Process for fabricating an axially oriented plastic pipe thus obtained）」
・ＵＳ ４３４０３４４:「熱可塑性のパイプの製造装置（Apparatus for manufacture of thermoplastics pipes）」
・ＵＳ ４４２８９００:「配向された熱可塑性ポリマーのパイプの形成方法（Method of forming a pipe of oriented thermoplastic polymer）」
・ＥＰＯ ００７２０６４：「分子配向されたチューブの製造方法および製造装置（Method and apparatus for manufacturing molecular oriented tubes）」

これらの特許は全て、２つの分割された準円周状の部品の簡単な型締めを用いた、または、普通の圧力を用いた、基本の接続システムを使用している。この理由は、これらの装置では、配向されるパイプが、冷たく、固体状態で保持されており、型自体で熱せられるためである。分子配向用の熱せられたパイプを挿入するというコンセプトは、本発明と同じ出願人によって提出された特許出願に開示されたコンセプトである。

また、既に組み立てられ、配向されたパイプまたはチューブに、永久的な変形を形成する解決法がいくつかある。上記解決法の中で貴重なものを示す。
・ＵＳ ３６４０１１５：「管状のスペーサツール（Tube spacer tool）」
・ＥＰ ０６１１６１４：「２つの同心のチューブ間の機械的な接続を形成する装置（Device for forming a mechanical connection between two concentric tubes）」
・ＵＳ ４５１２１７８：「管状の変形ツール（Tube and deforming tool）」
前述のように、上記の文献は、塑性のパイプに永久的な変形を形成する解決法を開示している。

さらに、ドイツ特許出願「ＤＥ ３４２８１９１：耐圧梱包容器を生成するプロセス（Process for producing a pressure-resistant packaging container）」は、保持および解除ツールの構造を開示している。この構造は、パイプを拡張する型への使用には適切ではない。

〔本発明の説明〕
本発明は、後の配向に向けて、塑性状態の熱ポリマーのパイプの端を型に保持するという上述の課題を克服する、簡単な機構を提案している。上記機構は、軟質材料を扱うプロセスの困難さを考慮している。軟質材料は、流れること、削りくずを生成すること、著しい大きさの隙間を有することができ、プロセス後に固体状態に戻ることさえできる。

まず、上記機構は、穴付きの管状の部品を備えている。上記穴付きの管状の部品は、先細りの径方向の穴を有している。上記先細りの径方向の穴には、硬質材料、好ましくは金属により構成される保持ボールが、部分的に挿入される。上記穴の形状に応じて、ボールは径方向にて変化範囲まで移動する。

また、上記機構は、軸方向に移動することができる少なくとも１つの溝付きの管状の部品を有している。上記溝付きの管状の部品は、最大深さにて保持ボールを収容することが可能な深さで、変化する深さを持つ軸方向の溝を有している。これらの溝の幅は、保持ボールの直径に、保持ボールを摩擦無く移動させるための少しの隙間を加えた寸法に対応する。溝は、最大深さの地点から上に向かって湾曲している。これにより、穴付きの部品に対する溝付きの部品の軸方向の移動によって、溝の底が径方向にボールを押す。ボールは、径方向の移動によって、塑性状態の配向されるパイプに挿入され、パイプを変形させる。

また、上記機構は、管状の部品を備えている。上記管状の部品は、塑性のパイプを同心で収容し、かつ、該パイプを支えるのに適した寸法を持っている。これにより、ボールが径方向の移動を開始する際、ボールがパイプへ「入り込み」、統合した変形は無い。ゆえに、パイプが堅固に保持されることはない。明らかに、パイプは、塑性のパイプの上のボールの圧力によって保持される。これにより、パイプの移動は、固定された部品によって制限される。その結果、パイプは、変形および伸張という点に終わる。この固定された部品は、ボールに対向する領域に、粗い表面仕上げを有している。上記粗い表面仕上げは、パイプの保持を改善する。

塑性のパイプを解除するために、溝付きの部品は、溝付きの部品の最初の位置に引き出される。このことは、例えばボールを再び引っ込ませるなど、ボールを元の位置に自由に移動させる。ここで、ボールが最初の位置に押されない場合、ボールはそこに残存することになる。しかし、塑性のパイプ自身は、冷たいボールとの接触後に凝固されている。それゆえ、パイプが牽引および軸方向の移動により取り除かれる際に、ボールは引っ込められる。したがって、前に保持されたパイプ自身は、一度ボールが圧力から解放されると、ボールを後方に押すものである。

本発明は、同一のコンセプトの下では常に、異なる形態をとることができる。第１の実施形態では、ボールは、固定された管状の部品に対して外側にパイプを押す。第２の実施形態では、ボールは、固定された管状の部品に対して内側にパイプを押す。第３の実施形態では、ボールのラインが２つあり、対応する溝付きの部品に部分的に組み入れられている。溝付き部品の移動の間、一方のラインのボールは外側の径方向に移動し、他方のラインのボールは内側の径方向に移動し、２つのラインのボール間のパイプを固定している。

上記機構は、軸方向の作動機構をさらに備えている。上記軸方向の作動機構は、ボールを移動する溝付きの部品の軸方向の移動を与える。上記軸方向の作動機構は、システム自身に統合させることもできるし、例えば、水圧ピストンや空圧ピストン、ネジ付きロッドなどのような外部の要素を使用することもできる。

上記機構の別の補助的な要素は、継ぎ手により構成されている。上記継ぎ手によって、塑性のパイプ内部の密閉および昇圧を確立することができる。

また、上記機構は、配向される塑性のパイプを収容するキャビティに、検出器を備えることができる。上記検出器は、続いてパイプを保持することができるように、パイプの位置が適切であることを検出し、示す。

ボールを備える他の保持解決法とは異なって、本発明によれば、保持力は、自由に規定され、かつ、分配されるであろう。別の重要な違いは、他のケースでは、ボールの移動が定められ、部品の形状に依存しているのに対し、本発明では、ボールの移動を規定することが可能であり、これによりボールが塑性のパイプへ入り込む量を規定することが可能である、という事実にある。

本発明と、技術分野における他の解決法との間のさらなる根本的な違いは、提案した機構は一定の伸張を必要とし、また、塑性のパイプは、ボールにより加えられた圧力に応じて、固定された部品上に静止しなければならない、という事実に関係している。これにより、塑性のパイプは、固定された部品とボールとの間に固定されるが、他の装置では、接続部品はセルフロッキングとなっている。

違いが分かるさらなる特徴は、次の点にある。つまりは、他の解決法では、保持される部品が、ボールが収容されるハウジングを有し、結合位置を制定している一方、本発明では、ボールは、ボールが結合されるときにパイプを変形させている。

また、提案した本発明によれば、システムによって移動および強度の点で保持の程度を変化することができるので、変化する深さ、または、大きな隙間を有しつつ、塑性状態のパイプを固定することができるということが、圧力を加えるのに重要である。これに対し、他の保持解決法では、接合される部品は、ぴったりの寸法で固定されている。

〔図面の説明〕
この説明を完全にするために、かつ、本発明の特徴のさらなる理解を助けるために、いくつかの好ましい実際の実施形態にかかる、上述の説明に不可欠な、実例となるが限定されない設計図を示す３枚の紙面が、以下の通りある。

図１は、内側のボールを装備した、分子配向の前に未完成のパイプを型に保持する機構を示す断面図であり、保持される前にそこに配置されたパイプを示している。

図２〜図４は、図１に示した機構の断面図であり、パイプの挿入、保持、および解除に対応するシーケンスを観察することができる。

図５は、外側のボールを装備した、未完成のパイプを保持する機構を示す断面図であり、保持される前にそこに配置されたパイプを示している。

図６および図７は、ボールのラインを２つ装備した、パイプを保持する機構を示す断面図である。図６では、保持される前に配置されたパイプを観察することができ、図７では、パイプの配置の固定を観察することができる。

〔本発明の好ましい実施形態〕
図面を参照しながら、本発明の目的を構成する機構であって、未完成のパイプ（１）を、それの分子配向の前に、型（３０）に保持する機構の好ましい実施形態を、以下に説明する。

上記機構は、未完成のパイプ（１）に適用可能である。上記未完成のパイプ（１）は、好ましくは、熱く、かつ変形可能であり、かつ塑性状態であるポリマー材料により構成される。

図１によれば、上記機構は、固定された管状の部品（２）と、穴付きの管状の部品（３）と、溝付きの管状の部品（６）とを備えていることを観察することができる。上記固定された管状の部品（２）は、パイプ（１）の外側表面を収容するのに適した寸法を持つ。上記穴付きの管状の部品（３）の外側は、パイプの（１）の内側表面を収容するのに適した寸法を持つ。上記穴付きの管状の部品（３）は、外径が内径よりも小さい、先細りの径方向の穴（４）を有する。上記先細りの径方向の穴（４）には、ラインの硬い、好ましくは金属のボール（５）が、部分的かつ移動可能に収容されている。上記溝付きの管状の部品（６）は、穴付きの部品（３）の内側にて軸方向に移動することができる。上記溝付きの管状の部品（６）は、軸方向の溝（７）を有する。上記軸方向の溝（７）は、ボール（５）の直径よりも少し大きい幅を持ち、かつ、変化する深さを有する。上記軸方向の溝（７）には、ボール（５）が部分的に収容される。溝（７）の最大深さと、穴付き部品（３）の外側表面との間の距離は、ボール（５）の直径よりも大きい。溝付きの部品（６）の軸方向の移動は、パイプ（１）に向かうボール（５）の径方向の移動を決定し、パイプ（１）を固定する。または、反対の方向における溝付きの部品（６）の軸方向の移動は、パイプ（１）を解除する。

ボール（５）がパイプ（１）に対して静止する位置に対応する、固定された管状の部品（２）の内側表面の一部分は、粗面（８）を有している。上記粗面（８）は、ボール（５）と、固定された管状の部品（２）との間のパイプ（１）の保持を改善する。

溝付きの部品（６）の軸方向の移動は、例えば、水圧ピストン、ねじ付きロッドなどの機械的または電気的な手段（ここでは図示せず）によって駆動することができる。

この場合、溝付きの部品（６）は、未完成のパイプ（１）を拡張させる拡張流体の進行を与える部品でもあることが観察できる。このために、溝付きの部品（６）は、パイプ（１）の内部を型の外部と接続する、軸方向の穴（９）を有している。

また、固定された管状の部品（２）は、拡張される未完成のパイプ（１）を密閉する、弾性の継ぎ手（１０）、好ましくはＯリングを含むこともできる。

上記機構は、パイプ（１）が静止する限界として働くことで、続いて保持するための適切な位置を検出する、パイプ（１）の適切な位置の検出要素として、検出器（１１）を有することができる。上記検出器（１１）は、穴付きの部品（３）と、固定された管状の部品（２）との間に配置されている。

図２〜図４は、図１に示した機構の動作のシーケンスを示している。図２は、保持機構への塑性状態のパイプ（１）の挿入を示す。図２に示す矢印は、パイプ（１）の移動方向を示している。

図３では、溝付きの部品（６）が、矢印の方向において軸方向に移動し、移動しながらボール（５）を外側に押していることを観察することができる。ボール（５）は、ボール（５）が径方向の穴（４）によって確立された限界に到達するまで、塑性のパイプ（１）へ入り込み、塑性のパイプ（１）を保持し、変形させる。

型の内側のパイプ（１）の拡張および配向プロセスの後、溝付きの部品（６）は、図４に示すように、溝付きの部品（６）の最初の位置に再び移動する。ボール（５）は径方向に自由に移動する。一度配向され、それゆえ凝固状態であるパイプ（１）が取り除かれる間、ボール（５）によって受けた変形の形状によって、ボール（５）は最初の位置に移動する。すなわち、パイプ（１）自身が、パイプ（１）の軸方向の解除移動において、抵抗無く、溝（７）の最大深さの位置までボール（５）を押す。

図５に示す本発明の第２の変形によれば、上記機構は、外側のボールを持つシステムにより構成されている。そのシステムでは、ボール（５）を内側の径方向へ移動させることで、ボール（５）によって塑性のパイプ（１）を保持している。

この場合、溝付きの部品（６'）は、塑性のパイプ（１）の外側に配置されている。上記塑性のパイプ（１）は、溝付きの部品（６'）に保持され、かつ、溝付きの部品（６'）に同心である。また、固定された管状の部品（２'）は、塑性のパイプ（１）の内側に配置されている。上記固定された管状の部品（２'）は、保持を改善する粗面（８）を有することができる。穴付きの部品（３'）は、塑性のパイプ（１）の外側であって、溝付きの部品（６'）の内側に配置されている。穴付きの部品（３'）は、塑性のパイプ（１）を密閉する継ぎ手（１０'）を有している。

図６および図７に示す本発明の第３の実施形態によれば、この場合、塑性のパイプ（１）は、対向する２つのラインのボール（５，５'）の作用によって保持される。上記機構は、パイプ（１）の内側に配置された、穴付きの部品（３''）を有している。上記穴付きの部品（３''）では、溝付きの部品（６''）が移動する。上記機構は、パイプの外側に配置された、固定された管状の部品（２''）を有している。上記固定された管状の部品（２''）は、穴が形成されており、第１のラインのボール（５）とは別の第２のラインのボール（５'）を収容する、先細りの径方向の穴（４''）を有している。

さらに、上記機構は、固定された管状の部品（２''）の外側に配置された、第２の溝付きの部品（６'''）を有している。上記第２の溝付きの部品（６'''）は、溝（７'''）を有している。上記溝（７'''）では、第２のラインのボール（５'）が移動する。

溝付きの部品（６''，６'''）の移動をもたらす軸方向のアクチュエータ（ここでは図示せず）は、両部品が頑丈に接合されていれば、両部品に対し単一のアクチュエータとすることもできるし、または、両部品のそれぞれに対し独立にすることもできる。

パイプ（１）の内部の圧力を維持する継ぎ手（１０）は、固定された管状の部品（２''）の上に配置されている。

内側のボールを装備した、分子配向の前に未完成のパイプを型に保持する機構を示す断面図であり、保持される前にそこに配置されたパイプを示している。 図１に示した機構の断面図であり、パイプの挿入に対応するシーケンスを観察することができる。 図１に示した機構の断面図であり、パイプの保持に対応するシーケンスを観察することができる。 図１に示した機構の断面図であり、パイプの解除に対応するシーケンスを観察することができる。 外側のボールを装備した、未完成のパイプを保持する機構を示す断面図であり、保持される前にそこに配置されたパイプを示している。 ボールのラインを２つ装備した、パイプを保持する機構を示す断面図であり、保持される前に配置されたパイプを観察することができる。 ボールのラインを２つ装備した、パイプを保持する機構を示す断面図であり、パイプの配置の固定を観察することができる。

Claims (8)

1. 未完成のパイプ（１）を拡張して上記未完成のパイプ（１）の分子配向を生成する前に、保持によって型内で上記未完成のパイプ（１）の拡張を行う型（３０）に対する、上記未完成のパイプ（１）の保持および解除機構であって、
   第１のラインの硬いボール（５）が部分的に収容され、かつ、径方向に移動可能である先細りの径方向の穴（４）を有する、穴付きの管状の部品（３，３'，３''）と、
   上記ボール（５，５'）が部分的に収容され、上記ボール（５）の直径よりも少し広い幅と変化する深さとを持つ軸方向の溝（７，７'，７''，７'''）を有する、少なくとも１つの溝付きの管状の部品（６，６'，６''，６'''）であって、上記穴付きの部品（３，３'，３''）に対し軸方向に移動することで、上記ボール（５，５'）の径方向の移動を可能にする、少なくとも１つの溝付きの管状の部品（６，６'，６''，６'''）と、
   上記穴付きの管状の部品（３，３'，３''）と同心である、固定された管状の部品（２，２'，２''）とを備え、
   上記固定された管状の部品（２，２'，２''）は、上記穴付きの管状の部品（３，３'，３''）と結合して上記パイプ（１）の端を収容し、上記ボール（５，５'）が上記パイプに向かう一方の方向へ移動するときに、上記パイプ（１）の端を保持し、かつ変形させ、上記ボール（５，５'）が上記一方の方向と反対の方向へ移動するときに、上記パイプ（１）を解除することを特徴とする保持および解除機構。
2. 上記固定された管状の部品（２）は、上記パイプ（１）の外側表面を収容するのに適した寸法を持ち、
   上記穴付きの管状の部品（３）は、上記第１のラインのボール（５）を含み、該部品（３）の外側は、上記パイプ（１）の内側表面を収容するのに適した寸法を持ち、
   上記溝付きの部品（６）は、上記穴付きの部品（３）の内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。
3. 上記ボール（５）が上記パイプ（１）に対して静止する位置に対応する、上記固定された管状の部品（２）の内側表面の一部分は、上記ボール（５）と上記固定された管状の部品（２）との間の上記パイプ（１）の保持を改善する粗面（８）を有していることを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。
4. 上記パイプ（１）が静止する限界として働くことで、続いて保持するための適切な位置を検出する、上記パイプ（１）の適切な位置の検出要素として、上記穴付きの部品（３）と上記固定された管状の部品（２）との間に配置された、検出器（１１）を有していることを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。
5. 上記溝付きの部品（６）は、上記パイプ（１）の内部を上記型の外部と接続する、軸方向の穴（９）を有し、上記未完成のパイプ（１）を拡張させる拡張流体の進行を容易にしていることを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。
6. 上記固定された管状の部品（２）は、拡張される上記未完成のパイプ（１）を密閉する、弾性の継ぎ手（１０）を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。
7. 上記穴付きの部品（３'）は、上記第１のラインのボール（５）を含むとともに、上記塑性のパイプ（１）の外側であって、上記溝付きの部品（６'）の内側に配置され、
   上記固定された管状の部品（２'）は、上記塑性のパイプ（１）の内側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。
8. 上記第１のラインのボール（５）を含む上記穴付きの部品（３''）は、上記パイプ（１）の内側に配置され、該部品（３''）では上記溝付きの部品（６''）が移動し、
   上記固定された管状の部品（２''）は、上記パイプ（１）の外側に配置され、穴が形成されており、上記第１のラインのボール（５）とは別の第２のラインのボール（５'）を収容する、先細りの径方向の穴（４''）を有し、
   上記保持および解除機構はさらに、上記固定された管状の部品（２''）の外側に配置された、溝（７'''）を有する第２の溝付きの部品（６'''）を備え、該溝（７'''）では上記第２のラインのボール（５'）が移動することを特徴とする請求項１に記載の保持および解除機構。

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