JP2021075048A - 多次元制御システムを備えたポリマー管形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管の肉厚および同心度を調節するための自動化されたシステムを有する管形成装置を提供する。【解決手段】ポリマー管の多次元制御による形成のための管形成装置（１０）が、長手軸（Ｌ）の周りを後端（１２Ａ）から吐出端（１２Ｂ）まで延びているハウジング（１２）を含む。管形成装置は、コア管アセンブリ（１４）を含む。管形成装置は、ダイ（１８）を含む。ダイバータチップ（１６）が、第１の内側管端部からダイ（１８）へと延びる。管形成装置は、コア管調整システム（３０）を含む。コア管調整システム（３０）は、管（２０）の肉厚を調節するためにコア管アセンブリ（１４）の軸方向における位置決めを行うように構成された軸方向変位装置（４０）、および管（２０）の同心度を調節するために長手軸（Ｌ）に対して内側コア管を調節するように構成された角度変位装置（５０）の一方または両方を含む。【選択図】図２Ａ

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、２０１９年１０月９日に出願された米国特許仮出願第６２／９１２，８９８号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。

本発明は、広くには、ポリマー管を形成するための装置に関し、より具体的には、ポリマー管の肉厚および同心度の多次元制御のための調節システムを有するポリマー管形成装置に関する。

図１に示されるように、従来技術の管形成装置が、要素番号１００によって示されている。管形成装置１００は、ハウジング１１２を含んでおり、ハウジング１１２内にコア管１１４が配置されている。コア管１１４は、管１２０の内径Ｄ１０を形成するための先端部１１６を含む。ダイアセンブリ１１８が、ハウジング１１２の吐出部に配置される。環状のダイブッシング１１８Ｂが、ダイアセンブリ１１８内に配置される。先端部１１６は、ダイブッシング１１８Ｂ内に配置され、環状のダイ開口部Ｇ１が、先端部１１６とダイブッシング１１８Ｂの内面との間に形成される。ダイ開口部Ｇ１は、ガム空間と呼ばれることが多い。ポリマー材料などの溶融材料が、入口１２４を介してハウジング１１２へと供給され、マンドレル１１７および先端部１１６の周囲の流路ＦＰを介してハウジング１１２内を流れ、外径Ｄ２１と、内径Ｄ１０と、肉厚Ｔ１とを有する中空管１２０の形態で、ダイ開口部Ｇ１を通ってダイアセンブリ１１８から排出される。流路ＦＰは、所定の範囲の押出速度および多数の異なるポリマー材料に関して、流れの分布を生成するように構成される。

ダイアセンブリ１１８から排出される管１２０の肉厚Ｔ１および同心度を制御することは困難である。典型的な従来技術の管形成装置１００では、管１２０の肉厚Ｔ１および同心度を制御するダイ開口部Ｇ１のサイズを調整するために、ダイブッシング１１８Ｂを先端部１１６に対して手作業で位置決めする必要があった。ダイ開口部Ｇ１のそのような調整は、典型的には、ハウジング１１２へとねじ込まれ、ダイブッシング１１８Ｂを先端部１１６に対して移動させるように構成された調整ねじ１２２を、手作業で回転させることによって達成される。測定値を使用して、ダイ開口部Ｇ１の調整は、典型的には、従来技術の管形成装置１００を休止させているときに実行される。従来技術の管形成装置１００を使用して管１２０の適切な肉厚および同心度を確立させるためのダイブッシング１１８Ｂの調整は、仕様を満たさない材料を生み出す結果となるとともに、材料を大いに無駄にする結果となる時間のかかる反復プロセスである。

ダイ開口部Ｇ１の調整を自動化する試みがなされている。しかしながら、そのような試みは、追加のメンテナンスおよび構成部品を必要とし、そのような追加の構成部品を収容するための追加の空間を必要とする過度に複雑なシステムをもたらしている。

したがって、上述の問題に対処するために、管の肉厚および同心度を調節するための自動化されたシステムが必要とされている。

本発明は、ポリマー管の多次元制御による形成のための管形成装置に関する。管形成装置は、長手軸の周りを後端から吐出端まで延びるハウジングを含む。ハウジングは、後端と吐出端との間を延びる内面を有する。内面は、ハウジングの内側に内部領域を形成する。管形成装置は、枢支端とチップ係合端との間を延びる外側コア管を有するコア管アセンブリを含む。外側コア管は、チップ係合端がハウジングの吐出端の近くに位置し、枢支端がハウジングの後端の近くに位置するように、内部領域へと延びている。管形成装置は、第１の内側管端部と第２の内側管端部との間を延びる内側コア管を含む。第１の内側管端部は、外側コア管内に配置され、第２の内側管端部は、外側コア管の外へと延びる。管形成装置は、ハウジングに対して固定された関係にあるダイを含み、ダイは、内側ダイ表面を有する。管形成装置は、第１の内側管端部に取り付けられて第１の内側管端部から延びるダイバータチップを含む。ダイバータチップは、外側チップ表面を有する。ダイバータチップは、内側ダイ表面と外側チップ表面との間にダイ開口部が形成されるように、ダイ内へと延びる。管形成装置は、ハウジングの後端の近くに取り付けられたコア管調整システムを含む。コア管調整システムは、ダイ開口部から吐出される管の肉厚を調節するためにコア管アセンブリの軸方向における位置決めを行うように構成された軸方向変位装置、およびダイ開口部から吐出される管の同心度を調節するために長手軸に対して内側コア管を調節するように構成された角度変位装置の一方または両方を含む。

いくつかの実施形態において、コア管調整システムは、１つ以上のサーボモータを含む。

いくつかの実施形態において、軸方向変位装置は、管形成装置の動作中に自動的にコア管アセンブリの軸方向の位置決めを遂行するように構成される。

いくつかの実施形態において、角度変位装置は、内側コア管の調節を、管形成装置の動作の最中に自動的に遂行するように構成される。

いくつかの実施形態において、管形成装置は、管の肉厚を測定して、管肉厚信号を生成するように構成された管肉厚センサシステム、および管の同心度を測定して、管同心度信号を生成するように構成された管同心度センサシステムの一方または両方を含むセンサシステムを含む。管形成システムは、コア管調整システムと通信する制御システムを含む。制御システムは、実行可能ソフトウェアで構成されたコンピュータプロセッサを含む。コンピュータプロセッサは、信号（例えば、管肉厚信号、管内径信号、および管外径信号）および／または同心度信号を受信するように構成される。実行可能ソフトウェアは、信号および／または同心度信号を分析し、管調整システムを制御して、管の肉厚および同心度を自動的に調節するように構成される。

いくつかの実施形態において、管形成装置は、管形成装置の動作の最中のコア管アセンブリの軸方向における位置決めの遂行を容易にするための外側コア管およびハウジングに連通したスラストベアリングを含む。

いくつかの実施形態において、軸方向変位装置は、外側コア管の外面の駆動ねじと、駆動ねじに連通した歯車装置とを備え、これにより歯車装置の動作によってコア管アセンブリの軸方向の移動が生じる。

いくつかの実施形態において、ダイバータチップは、球状の外側スリーブ面を有し、外側コア管のチップ係合端は、外側コア管に対する内側コア管の調節に応答して外側スリーブ面とスライド可能に係合する球状の内側係合面を有する。

いくつかの実施形態において、管形成装置は、外側部材を内側部材の周囲に配置して有する球面ベアリングを含む。外側部材は、円柱形の外面および球状の内側支持面を有する。内側部材は、球状の外側支持面および円柱形の内面を有する。外側コア管の外面が、内部部材の円柱形の内面とスライド可能に係合する。

いくつかの実施形態において、内側コア管は、外側管に対する角度が調節可能である。

いくつかの実施形態において、角度変位装置は、内側コア管を第１の半径方向（Ｙ軸）に調節するように構成された第１のアクチュエータと、内側コア管を第１の半径方向（Ｙ軸）に垂直な第２の半径方向（Ｘ軸）に調節するように構成された第２のアクチュエータとを備え、これにより第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータの協働が、長手軸の周りにおける内側コア管の調節を可能にする。

いくつかの実施形態において、軸方向変位装置は、外側コア管との連通を介してコア管アセンブリを軸方向に移動させるように構成される。

いくつかの実施形態において、内側コア管は、ロッキングアセンブリによって外側コア管に軸方向について固定された関係にあり、ロッキングアセンブリは、内側コア管上に通されたブッシングおよびロックナットを備え、これにより内側コア管は、軸方向についてブッシングとダイバータチップの球状の外側スリーブ面との間に固定される。ブッシングの軸方向の面が、外側コア管の枢支端に角度のスライドが可能であるように係合する。いくつかの実施形態において、軸方向の面は、球状の輪郭を有する。

いくつかの実施形態においては、耐摩耗性コーティングが、内側ダイ表面、外側チップ表面、および／または内側ブッシング表面に施される。いくつかの実施形態において、耐摩耗性コーティングは、クロム系の材料である。

いくつかの実施形態において、マンドレルアセンブリは、ハウジングに対するマンドレルアセンブリの組み込みおよび取り外しを容易にするように構成された先細りの領域を有する。

いくつかの実施形態において、流路は、所定の範囲の押出速度および多数の異なるポリマー材料に関して、均一な流れの分布および管の均一な肉厚を生じる。

いくつかの実施形態において、管形成装置は、第１のリニアベアリングおよび第２のリニアベアリングをさらに含む。 第１のリニアベアリングは、ハウジングと第１のアクチュエータとの間に位置し、ハウジングに対する第１のアクチュエータの第２の半径方向（Ｘ軸）の移動を容易にする。第２のリニアベアリングは、ハウジングと第２のアクチュエータとの間に位置し、ハウジングに対する第２のアクチュエータの第１の半径方向（Ｙ軸）の移動を容易にする。

本発明は、外側コア管および内側コア管を含むコア管アセンブリを含む。外側コア管は、枢支端とチップ係合端との間を延びている。外側コア管は、チップ係合端がハウジングの吐出端の近くに位置し、かつ枢支端がハウジングの後端の近くに位置するように、内部領域へと延びている。コア管アセンブリは、第１の内側管端部と第２の内側管端部との間を延びる内側コア管を含む。第１の内側管端部は、外側コア管内に配置され、第２の内側管端部は、外側コア管の外へと延びる。ダイバータチップが、第１の内側管端部内に取り付けられ、第１の内側管端部から延びている。ダイバータチップは、外側チップ表面と、外側チップ表面から軸方向内側に延びる球状の外側スリーブ表面とを有する。外側コア管のチップ係合端は、外側スリーブ表面とスライド可能に係合する球状の内側係合面を有する。内側コア管は、ロッキングアセンブリによって外側コア管に軸方向について固定された関係にあり、ロッキングアセンブリは、内側コア管上に通されたブッシングおよびロックナットを備え、これにより内側コア管は、軸方向についてブッシングとダイバータチップの球状の外側スリーブ面との間に固定される。ブッシングの軸方向の面が、外側コア管の枢支端に角度のスライドが可能であるように係合する。

従来技術の管形成装置の上面断面図である。

本発明の管形成装置の上面断面図である。

図２Ａの詳細２Ｂの拡大図である。

図２Ａの詳細２Ｃの拡大図である。

本発明の角度変位装置が取り付けられた本発明のコア管アセンブリの断面図である。

本発明のコア管アセンブリの断面図であり、内側コア管を調節している角度変位装置を示している。

本発明の管形成装置について、装置の後端から見た斜視図であり、コア管調整システムを示している。

図３の管形成装置の別の斜視図である。

図３の管形成装置の別の斜視図である。

調整前の管の肉厚の測定のコンピュータ画面表示の概略図である。

調整後の管の肉厚の測定のコンピュータ画面表示の概略図である。

管の肉厚および調整を時間の関数として示すグラフである。

管の壁の同心度および調整を時間の関数として示すグラフである。

管の壁の同心度、管の壁の偏心度、および管の肉厚の測定値を示す表示である。

コア管アセンブリを軸方向に移動させるための軸方向変位装置の断面図である。

図９の軸方向変位装置の斜視図である。

図２Ａに最もよく示されるとおり、ポリマー管の多次元制御による形成のための本発明の管形成装置が、全体として番号１０によって示される。管形成装置１０は、長手軸Ｌの周りを後端１２Ａから吐出端１２Ｂまで延びているハウジング１２を含む。ハウジング１２は、後端１２Ａと吐出端１２Ｂとの間を延びている内面１２Ｆ（図２Ｃにおいて最もよく見て取ることができる）を有する。内面１２Ｆは、ハウジング１２の内側に内部領域１２Ｃを形成する。本明細書においてさらに説明されるように、ダイ１８が、ハウジング１２の吐出端１２Ｂの近くに配置される。

図２Ａに示されるように、管形成装置１０は、ハウジング１２の内部領域１２Ｃに配置されたコア管アセンブリ１４を含む。管形成装置１０は、内部領域１２Ｃに配置されたマンドレル１７を含む。マンドレル１７は、コア管アセンブリ１４の一部を取り囲み、ハウジング１２の後端１２Ａにしっかりと固定されている。本明細書においてさらに説明されるとおり、ダイバータチップ１６が、コア管アセンブリ１４の一部に配置されている。本明細書においてさらに説明されるとおり、中空管２０（例えば、円形の断面を有する）が、ダイ１８のうちのダイバータチップ１６に隣接する部分から吐出されて図示されている。管形成装置１０は、円形の断面を有する中空管の形成において有用であるが、管形成装置１０は、直線的、長円形、三角形、および星形の断面を有する管、ならびにリブまたは突出部を有する管など、他の幾何学的形状の製品および管の形成にも使用可能であるため、本発明はこの点に関して限定されない。

図２Ａに示されるように、コア管調整システム３０が、ハウジング１２の後端１２Ａの近くに取り付けられる。コア管調整システム３０は、本明細書においてさらに説明されるとおり、（ａ）ハウジング１２から吐出される管２０の肉厚を調節するためにコア管アセンブリ１４の軸方向における位置決めを行うように構成された軸方向変位装置４０と、（ｂ）コア管アセンブリ１４の一部分（すなわち、図２Ｂおよび図２Ｃに示されるとおりの内側コア管１４Ｂ）を長手軸Ｌに対して調節する（例えば、円錐形の領域を形成する角度範囲にわたって長手軸Ｌに対してチルトさせ、傾け、斜めにし、あるいは傾斜させる）ように構成された角度変位装置５０とを含む。角度変位装置５０は、ダイ１８から吐出される管２０の同心度を調節するうえで有用である。角度変位装置５０は、本明細書においてさらに説明されるように、コア管アセンブリ１４の一部分に連通したベアリング６０を含む。

図２Ａに示されるとおり、管形成装置１０は、管２０の厚さ、内径、外径、および同心度の自動制御のための制御システム７５を含む。管形成装置１０は、（ａ）管２０の肉厚、管２０の内径、および／または管２０の外径を測定して、管サイズ信号７１Ｆ（例えば、管の肉厚および直径の信号）を生成するように構成された管サイズセンサシステム７１と、（ｂ）管２０の同心度を測定し、管同心度信号７２Ｆを生成するように構成された管同心度センサシステム７２とを含むセンサシステム７０を含む。制御システム７５は、コア管調整システム３０およびセンサシステム７０と通信する。制御システム７５は、管２０の肉厚および同心度を分析および制御するアルゴリズムを含む実行可能ソフトウェア７６で構成されたコンピュータプロセッサ７５Ｐを含む。コンピュータプロセッサ７５Ｐは、管サイズ信号７１Ｆおよび／または同心度信号７２Ｆを受信するように構成される。実行可能ソフトウェア７６は、管サイズ信号７１Ｆおよび／または同心度信号７２Ｆを分析するように構成され、管調整システム３０を制御して、管２０の肉厚および同心度を自動的に調節するように構成される。複数のディスプレイ７５Ｄ１、７５Ｄ２（例えば、コンピュータ画面、タブレット画面、制御パネルディスプレイ、携帯電話機のディスプレイ）が、コンピュータプロセッサ７５Ｐと通信する。いくつかの実施形態において、管サイズセンサシステム７１および／または管同心度センサシステム７２は、Ｘ線ゲージ、超音波ゲージ、核ゲージ、および／または他の適切なゲージを使用する。

図２Ｄに最もよく示されるように、コア管アセンブリ１４は、外側コア管１４Ａを含み、内側コア管１４Ｂの一部分が外側コア管１４Ａ内に配置される。外側コア管１４Ａは、枢支端１４Ｍとチップ係合端１４Ｃとの間を延びている。内側コア管１４Ｂは、外面１４Ｆを有し、第１の内側管端部１４Ｇと第２の内側管端部１４Ｈとの間を延びている。内側コア管１４Ｂの第１の内側管端部１４Ｇは、外側コア管１４Ａ内に配置され、内側コア管１４Ｂの第２の内側管端部１４Ｈは、ハウジング１２（図２Ａを参照）の後端１２Ａ（図２Ａを参照）の付近において外側コア管１４Ａから延出する。

図２Ｄに最もよく示されるように、管形成装置１０は、内側コア管１４Ｂの第１の内側管端部１４Ｇに取り付けられ（例えば、ねじ込まれ、溶接され、あるいは他の適切な不動の接続によって固定され）、かつ内側コア管１４Ｂの第１の内側管端部１４Ｇから外へと延びるダイバータチップ１６を含む。内側コア管１４Ｂは、ダイバータチップ１６とロッキングアセンブリ３９との間の外側コア管１４Ａに対して不動の軸方向の関係にある。ダイバータチップ１６およびロッキングアセンブリの詳細は、それぞれ図２Ｃおよび図２Ｂに関して、本明細書においてさらに説明される。

図２Ｃに最もよく示されているように、ダイバータチップ１６は、先細りの外側チップ表面１６Ｆを有する。先細りの外側チップ表面１６Ｆは、おおむね円錐形であり、内側コア管１４Ｂの第１の内側管端部１４Ｇから軸方向に遠ざかるにつれて、外側コア管１４Ａから半径方向内側へと先細りである。ダイバータチップ１６は、ダイ１８内へと延びる。ダイ１８は、おおむね円錐形であり、かつダイバータチップ１６の先細りの外側チップ表面１６Ｆと相補的な形状である内側ダイ表面１８Ｆを有する。ダイ開口部Ｇ１が、内側ダイ表面１８Ｆと外側チップ表面１６Ｆとの間に形成される。

図２Ｃに最もよく示されるように、ダイバータチップ１６は、先細りの外側チップ表面１６Ｆの最も半径方向外側の部分から内側コア管１４Ｂに向かって半径方向および軸方向内側にダイバータチップ１６から延びる凸状の外側球状面１６Ｃを含む。外側コア管１４Ａのチップ係合端１４Ｃは、ダイバータチップ１６の凸状の外側球状面１６Ｃと相補的な形状の凹状の係合球状面を有する。凸状の外側球状面１６Ｃは、図２Ｅに関して本明細書においてさらに図示および説明されるように、静止している外側コア管１４Ａに対する内側コア管１４Ｂの調節に応答して、外側コア管１４Ａの静止しているチップ係合面１４Ｃとスライド可能に係合する。

図２Ｃに最もよく示されるように、流路ＦＰが、マンドレル１７とハウジング１２の内面１２Ｆとの間に形成される。流路ＦＰは、先細りの外側チップ表面１６Ｆと内側ダイ表面１８Ｆとの間を延び、ダイ開口部Ｇ１において終わり、ダイ開口部Ｇ１において管２０が形成され、管形成装置１０から吐出される。

図２Ｂに示されるように、ロッキングアセンブリ３９は、ブッシング３１およびロックナット３２を含み、ブッシング３１およびロックナット３２は、外側コア管１４Ａがブッシング３１の軸方向の面３１Ｍに係合し、ロックナット３２がブッシング３１に係合して軸方向について内側コア管１４Ｂへと固定するように、内側コア管１４Ｂへと通される。ブッシング３１の軸方向の面３１Ｍは、凹状かつ球状の輪郭を有し、外側コア管１４Ａの枢支端１４Ｍは、ブッシング３１の軸方向の面３１Ｍの凹状かつ球状の輪郭と相補的な形状の凸状かつ球状の輪郭を有する。軸方向の面３１Ｍは、例えば、図２Ｅに関して本明細書においてさらに図示および説明されるように、角度変位装置５０によって引き起こされる内側コア管１４Ｂの調節時に、外側コア管１４Ａの静止している枢支端１４Ｍとスライド可能に係合する。

図２Ｂに最もよく示されるように、軸方向変位装置４０は、長手軸Ｌに平行に延び、内側にねじ山４１Ｔ（例えば、雌ねじ）が形成されている長手方向のレグ４１Ｌを有するＬ字形のカラー４１を含む。半径方向のレグ４１Ｒが、長手方向のレグ４１Ｌから半径方向外向きに延びている。Ｌ字形のカラー４１は、外側コア管１４Ａの外面１４Ｅの駆動ねじ１４ＥＴ（例えば、雄ねじ部分）にねじ込まれる。スラストベアリング３８が、スラスト荷重を支持するために、半径方向のレグ４１Ｒとハウジング１２との間に配置される。例えば、スラストベアリング３８は、半径方向のレグ４１Ｒとハウジング１２の後端１２Ａに固定されたカバープレート３５Ａとの間に配置され、これらと係合する。

図２Ｂに完全な断面図にて全体的に示されるように、軸方向変位装置４０は、外側コア管１４Ａの外面１４Ｅに形成された駆動ねじ１４ＥＴと、歯車装置３７（さらなる断面図および斜視図に関して、図９および図１０をそれぞれ参照されたい）とを含み、歯車装置３７は、歯車装置３７の動作によってコア管アセンブリ１４の軸方向の移動が生じるように、駆動ねじ１４ＥＴに連通している。例えば、図９は、キー４１ＫでＬ字形のカラー４１に固定されたブルギア３７Ａ（例えば、主歯車）を含む歯車装置３７を示している。図２Ｂに戻ると、ブルギア３７Ａは、カバープレート３５Ａとエンドプレート３５Ｂとの間に取り付けられている。図９に示されるように、ブルギア３７Ａは、ハウジング３７Ｈに回転可能に取り付けられたピニオンギア３７Ｂによって駆動される。ピニオンギア３７Ｂは、サーボモータなどの駆動ユニット９２の駆動軸９２Ａによって回転する。ブルギア３７Ａの回転により、コア管アセンブリ１４の軸方向の移動が生じる。軸方向変位装置４０は、管形成装置１０の動作中にコア管アセンブリ１４の軸方向の位置決めを達成するように構成される。

図２Ｂおよび図２Ｄに示されるように、角度変位装置５０は、外側部材６２を内側部材６４の周りに配置して有する球面ベアリング６０を含む。外側部材６２は、円柱形の外面６２Ｅおよび凹状かつ球状の内側支持面６２Ｆを有する。内側部材６４は、凸状かつ球状の外側支持面６４Ｆおよび円柱形の内面６４Ｅを有する。内側コア管１４Ｂの外面１４Ｆが、例えば軸方向変位装置４０（図２Ｂを参照）を用いてコア管アセンブリ１４の軸方向位置を調整する際に、内側部材６４の円柱形の内面６４Ｅと軸方向にスライド可能に係合する。

図２Ｂ、図２Ｄ、図３、図４Ａ、および図４Ｂに示されるように、角度変位装置５０は、内側コア管１４Ｂを第１の半径方向（Ｙ軸）に調節するように構成された第１のアクチュエータ５１を含む。図３、図４Ａ、および図４Ｂに示されるように、角度変位装置５０は、内側コア管１４Ｂを第１の半径方向（Ｙ軸）に垂直な第２の半径方向（Ｘ軸）に調節するように構成された第２のアクチュエータ５２を含み、第１のアクチュエータ５１と第２のアクチュエータ５２との協働により、内側コア管１４Ｂを長手軸Ｌに対して（例えば、円錐形の範囲内で）広範囲の角度方向に調節することができる。

図４Ａに最もよく示されるように、第１のアクチュエータ５１は、ハウジング１２に対して第２の半径方向（Ｘ軸）に移動可能であることを除いて、ハウジング１２に対して不動の関係にあり、第２のアクチュエータ５２は、ハウジング１２に対して第１の半径方向（Ｙ軸）に移動可能であることを除いて、ハウジング１２に対して不動の関係にある。

図３に示されるように、第１のアクチュエータ５１は、調節カラー５３の外面５３Ｘ（すなわち、Ｘ軸平面）に係合したアクチュエータロッド５１Ｒを有する第１のサーボモータ９０Ｙを含む。第２のアクチュエータ５２は、調節カラー５３の外面５３Ｙ（すなわち、Ｙ軸平面）に係合したアクチュエータロッド５２Ｒを有する第２のサーボモータ９０Ｘを含む。図２Ｂ、図２Ｅ、および図２Ｄに示されるように、調節カラー５３は、球面ベアリング６０の外側部材６２の円柱形の外面６２Ｅを取り囲んで係合する内側円柱面５３Ｆを有する。

図３に示されるように、角度変位装置５０は、ハウジング１２に対する第１のアクチュエータ５１の第２の半径方向（Ｘ軸）の移動を容易にするために、ハウジング１２（図４Ａを参照）と第１のアクチュエータ５１との間に配置された第１のリニアベアリング５１Ｂを含む。第２のリニアベアリング５２Ｂが、ハウジング１２（図４Ａを参照）に対する第２のアクチュエータ５２の第１の半径方向（Ｙ軸）の移動を容易にするために、ハウジング１２（図４Ａを参照）と第２のアクチュエータ５２との間に配置される。

図２Ｅに示されるように、内側コア管１４Ｂは、長手軸Ｌに平行な基準線ＲＬに対して最大５度の角度θに調節可能であり、反対向きの最大調節角度θの間の合計の夾角は１０度である（すなわち、夾角はθの２倍に等しい）。図２Ｅに示されるように、角度θに及ぶ内側コア管１４Ｂの調節は、ダイ開口部Ｇ１の同心度を調整するためにダイ１８におけるダイバータチップ１６の調整をもたらす。角度変位装置５０は、管形成装置１０の動作中に、ハウジング１２の後端１２Ａよりも軸方向外側の位置から、内側コア管１４Ｂの調節を達成するように構成される。図２Ｄに示されるように、コア管アセンブリ１４は、内側コア管１４Ｂが外側コア管１４Ａおよび長手軸Ｌと同軸に示されている中立位置に図示されている。中立位置において、アクチュエータロッド５１Ｒは、基準線Ｒ１において調節カラー５３の外面５３Ｘと係合する位置にある。図２Ｅに示されるように、アクチュエータロッド５１Ｒをストローク長Ｌ１０だけ伸ばすことで、アクチュエータロッド５１Ｒは、基準線Ｒ１からストローク長Ｌ１０に等しい距離だけ遠ざかった基準線ＲＥにおいて外面５３Ｘと係合する。また、アクチュエータロッド５１Ｒをストローク長Ｌ１０だけ伸ばすことで、内側コア管１４Ｂが角度θだけ調節される。内側コア管１４Ｂの調節は、図２Ｅに要素番号Ｇ１およびＧ２によって示されるように、ダイ開口部の大きさの調整をもたらす。

一実施形態においては、耐摩耗性コーティングが、内側ダイ表面１８Ｆ、外側チップ表面１６Ｆ、および内側ブッシング３１の軸方向の面３１Ｍに施される。一実施形態において、耐摩耗性コーティングは、クロム系の材料である。

一実施形態において、マンドレルアセンブリ１７は、ハウジング１２に対するマンドレルアセンブリ１７の組み込みおよび取り外しを容易にするように構成された先細りの領域を有する。

図５Ａは、図２Ａに示したディスプレイ７５Ｄ１、７５Ｄ２のうちの１つ以上に現れる画面画像２００の再現を示している。画面画像２００は、図２Ａに示したセンサシステム７０の管サイズセンサシステム７１によって測定される管２０の肉厚を示している。管サイズセンサシステム７１は、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の円周を巡って等間隔に位置する８つの別個の地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８において管の肉厚「Ｔ」を測定する。ダイ開口部Ｇ１から吐出された管２０は、例えば管形成装置１０の動作の最中に、８つの別個の地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８における肉厚を測定するためのゲージ（例えば、Ｘ線ゲージ、超音波ゲージ）に通される。図５Ａに示される実施形態において、厚さＴ２は、ユーザまたはオペレータによって設定された最小肉厚を下回り、厚さＴ６は、ユーザまたはオペレータによって設定された最大肉厚を上回る。コンピュータプロセッサ７５Ｐ（図２Ａに示されている）が、管の肉厚信号７５Ｆを分析し、管調整システム３０を制御して、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の肉厚を調節する。図５Ｂは、管調整システム３０によって管２０の肉厚を調節した後の８つの別個の地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８における管２０の肉厚を示す画面画像２００’を示している。図５Ｂに示される画面画像２００’は、８つの地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８のすべてにおける厚さの測定値が許容範囲内にあることを示している。

図６は、図５Ａおよび図５Ｂを参照して本明細書において論じたように、管調整システム３０が管２０の肉厚の厚さＴを自動的に調整するときに管２０の肉厚Ｔを時間の関数として示すグラフ２２０である。グラフ２２０は、時間を、グラフ２２０において要素番号２２２として指し示されているＸ座標軸上に示している。グラフ２２０は、管２０の肉厚Ｔを、グラフ２２０において要素番号２２４として示されている左側のＹ座標軸上に示している。グラフ２２０は、管調整システム３０（図２Ａを参照）によって行われた調整を、グラフ２２０において要素番号２２５として示されている右側のＹ座標軸上に示している。８つの別個の地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８が示されて説明されているが、本発明は、８つよりも多数の地点または８つよりも少数の地点をセンサシステム７０によって測定してもよいため、この点に関して限定されない。

図６のグラフ２２０に示されるように、プロット２２８は、図５Ａに示した肉厚測定地点Ｔ６を時間の関数として示しており、プロット２２６は、肉厚測定地点Ｔ２を時間の関数として示している。さらに、グラフ２２０は、時間の関数としての調整の数のプロット２２９（図６に点線として示されている）を含む。また、グラフ２２０は、目標の公称肉厚を指定する水平線２２３も含んでいる（例えば、グラフ２２０に約０．０５４インチであるとして示されている）。

コンピュータプロセッサ７５Ｐ（図２Ａを参照）内の実行可能ソフトウェア７６が、管２０の肉厚が所定の時間にわたって目標公称肉厚２２３（図６を参照）を超えるとき、管調整システム３０による調整を自動的に開始させる。調整は、コンピュータプロセッサ７５Ｐによって処理された管サイズ信号７１Ｆが減少し、図６に示される目標公称肉厚２２３に近づくことに基づいて、測定地点Ｔ６における管２０の肉厚を自動的に調節する。測定地点Ｔ６における管２０の厚さＴが減少するにつれて、測定地点Ｔ２における管２０の厚さは、それに応じて増加する。図６に示されるように、測定地点Ｔ６における管２０の厚さのプロット２２８および測定地点Ｔ２における管２０の厚さのプロット２２６の両方が、管調整システム３０による調整２２９に応答して、目標公称肉厚２２３に近づく。図６を参照すると、調整２２９は、グラフ２２０上に示されているとおりの適切な時点において自動的に開始される。管調整システム３０は、自動的に、測定地点Ｔ６において管２０の厚さを減少させ、管の測定地点Ｔ２の厚さを増加させる。管調整システム３０が測定地点Ｔ６およびＴ２において管の厚さを調整するたびに、測定値が、目標公称肉厚２２３と比較される。

図７は、Ｘ軸２３４に示される時間の経過に対して、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の同心度を左側のＹ軸２３２上に示すグラフ２３０である。グラフ２３０は、角度変位装置５０（図２Ａを参照）のモータ９０Ｘおよび９０Ｙによる調整を、グラフ２３０において要素番号２２５として示されている右側のＹ座標軸上に示している。

図７を参照すると、最初に、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０は、管の厚さが或る厚さ測定地点Ｔ２において目標公称肉厚２２３よりも著しく薄く、管の厚さが別の厚さ測定地点Ｔ６において目標公称肉厚２２３よりも著しく厚いことにより、約７０％の同心度２３６を有している。管調整システム３０による調整は、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の同心度２３６の向上をもたらす。初期の同心度は、おおむね７０〜８０％であると予想される。ひとたびモータ調整が自動的に開始されると、実行可能ソフトウェア７６（図２Ａを参照）内のアルゴリズムが、管調整システム３０（図２Ａに全体的に示されている）に対して、両方の地点Ｔ２、Ｔ６における厚さを調整して目標公称肉厚２２３に近づけるように指示し、約９７％というダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の最終的な同心度２３６をもたらす。管調整システム３０と協働するコンピュータプロセッサ７５Ｐによる自動調整は、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の同心度２３６を最大化し、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の偏心度２３７（図８に示される）を最小化する。管形成装置１０のコンピュータプロセッサ７５Ｐは、ダイ開口部Ｇ１から吐出される管２０の厚さおよび同心度を監視し続け、必要に応じて管サイズ信号７１Ｆおよび／または同心度信号７２Ｆを送信し続ける。コンピュータプロセッサ７５Ｐは、昼または夜の制約に基づく変動ならびにガム空間の調整の補正に必要な変動を含む管２０がダイ開口部Ｇ１を出るときの変動を考慮する。

図８は、図２Ａに示したような代表的なディスプレイ７５Ｄ１’の再現を示している。図示のディスプレイ７５Ｄ１’は、図２Ａに示したセンサシステム７０の管サイズセンサシステム７１によって測定された管２０の厚さを示す画面画像２００’’を有している。図８に示される実施形態において、すべての地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８における厚さの測定値は、いずれも許容範囲内にある。図示の実施形態において、コンピュータプロセッサ７５Ｐ（図２Ａを参照）は、サーボモータ９０Ｘ、９０Ｙ（図３を参照）を調整して、管の厚さの測定値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８を０．０４９〜０．０６１インチの許容範囲内に維持するが、一方で、偏心度２３７を０．０６インチから０．００５インチへと減少させて、同心度２３６を約８０％から９８％に向上させる。代表的なディスプレイ７５Ｄ１’は、コンピュータプロセッサ７５Ｐに含まれるアルゴリズムまたはユーザが、軸方向変位装置４０および／または角度変位装置５０（図５Ａおよび図５Ｂに示される）を調整して、各地点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、およびＴ８における厚さ、管２０の同心度２３６、および／または管の偏心度２３７を許容範囲内に維持できるように、各地点における厚さの測定値、同心度２３６、および偏心度２３７をリアルタイムで示す。

本発明を、その特定の実施形態を参照して開示および説明してきたが、他の変形および修正がなされてもよく、以下の特許請求の範囲が本発明の真の範囲内の変形および修正を包含するように意図されていることに、注意すべきである。

Claims (15)

1. ポリマー管の多次元制御による形成のための管形成装置（１０）であって、
   長手軸（Ｌ）の周りを後端（１２Ａ）から吐出端（１２Ｂ）まで延びているハウジング（１２）であって、前記後端（１２Ａ）と前記吐出端（１２Ｂ）との間を延びている内面（１２Ｆ）を有しており、前記内面（１２Ｆ）は、該ハウジング（１２）の内側の内部領域（１２Ｃ）を形成しているハウジング（１２）と、
   コア管アセンブリ（１４）であって、
   （ａ）外側コア管（１４Ａ）であって、枢支端（１４Ｍ）とチップ係合端（１４Ｃ）との間を延びており、前記チップ係合端（１４Ｃ）が前記ハウジング（１２）の前記吐出端（１２Ｂ）の近くに位置し、かつ前記枢支端（１４Ｍ）が前記ハウジング（１２）の前記後端（１２Ａ）の近くに位置するように、前記内部領域（１２Ｃ）へと延びている外側コア管（１４Ａ）と、
   （ｂ）内側コア管（１４Ｂ）であって、第１の内側管端部（１４Ｇ）と第２の内側管端部（１４Ｈ）との間を延びており、これにより前記第１の内側管端部（１４Ｇ）は前記外側コア管（１４Ａ）内に配置され、前記第２の内側管端部（１４Ｈ）は、前記外側コア管（１４Ａ）の外へと延びている内側コア管（１４Ｂ）と
   を備えるコア管アセンブリ（１４）と、
   前記ハウジング（１２）に対して不動の関係にあり、内側ダイ表面（１８Ｆ）を有しているダイ（１８）と、
   ダイバータチップ（１６）であって、前記第１の内側管端部（１４Ｇ）内に取り付けられて前記第１の内側管端部（１４Ｇ）から延びており、外側チップ表面（１６Ｆ）を有し、前記内側ダイ表面（１８Ｆ）と前記外側チップ表面（１６Ｆ）との間にダイ開口部（Ｇ１）が形成されるように前記ダイ（１８）へと延びているダイバータチップ（１６）と、
   前記ハウジングの前記後端（１２Ａ）の近くに取り付けられたコア管調整システム（３０）と
   を備えており、
   前記コア管調整システム（３０）は、
   （ａ）前記ダイ開口部（Ｇ１）から吐出される管（２０）の肉厚を調節するために、前記コア管アセンブリ（１４）の軸方向における位置決めを行うように構成された軸方向変位装置（４０）、および
   （ｂ）前記ダイ開口部（Ｇ１）から吐出される管（２０）の同心度を調節するために、前記内側コア管（１４Ｂ）を前記長手軸（Ｌ）に対して調節するように構成された角度変位装置（５０）
   の少なくとも一方を備える、管形成装置（１０）。
2. 前記コア管調整システム（３０）は、少なくとも１つのサーボモータ（９０Ｙ）、（９０Ｘ）、（９２）を備える、請求項１に記載の管形成装置（１０）。
3. 前記軸方向変位装置（４０）は、前記コア管アセンブリ（１４）の軸方向における位置決めを、当該管形成装置（１０）の動作の最中に自動的に遂行するように構成されている、請求項１または２に記載の管形成装置（１０）。
4. 前記角度変位装置（５０）は、前記内側コア管（１４Ｂ）の調節を、当該管形成装置（１０）の動作の最中に自動的に遂行するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
5. （ａ）前記管（２０）の肉厚を測定して管サイズ信号（７１Ｆ）を生成するように構成された管サイズセンサシステム（７１）、および
   （ｂ）前記管（２０）の同心度を測定して管同心度信号（７２Ｆ）を生成するように構成された管同心度センサシステム（７２）の少なくとも一方を備えるセンサシステム（７０）と、
   前記コア管調整システム（３０）に連通した制御システム（７５）と
   をさらに備え、
   前記制御システム（７５）は、実行可能ソフトウェア（７６）で構成されたコンピュータプロセッサ（７５Ｐ）を備えており、前記コンピュータプロセッサ（７５Ｐ）は、前記管サイズ信号（７１Ｆ）および前記同心度信号（７２Ｆ）の少なくとも一方を受信するように構成され、前記実行可能ソフトウェア（７６）は、前記管サイズ信号（７１Ｆ）および前記同心度信号（７２Ｆ）の少なくとも一方を分析して、前記管の肉厚および同心度を自動的に調節すべく前記管調整システム（３０）を制御するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
6. 当該管形成装置（１０）の動作の最中に前記コア管アセンブリ（１４）の軸方向における位置決めを容易にするための前記外側コア管（１４Ａ）および前記ハウジング（１２）に連通したスラストベアリング（３８）をさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
7. 前記軸方向変位装置（４０）は、前記外側コア管（１４Ａ）の外面（１４Ｆ）の駆動ねじ（１４ＥＴ）と、前記駆動ねじ（１４ＥＴ）に連通した歯車装置とを備え、これにより前記歯車装置の動作によって前記コア管アセンブリ（１４）の軸方向の移動が生じる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
8. 前記ダイバータチップ（１６）は、球状の外側スリーブ面（１６Ｃ）を備え、前記外側コア管（１４Ａ）の前記チップ係合端（１４Ｃ）は、前記外側コア管（１４Ａ）に対する前記内側コア管（１４Ｂ）の調節に応答して前記外側スリーブ面（１６Ｃ）とスライド可能に係合する球状の内側係合面を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
9. 外側部材（６２）を内側部材（６４）の周囲に配置して有する球面ベアリング（６０）をさらに備え、前記外側部材（６２）は、円柱形の外面（６２Ｅ）と、球状の内側支持面（６２Ｆ）とを備え、前記内側部材（６４）は、球状の外側支持面（６４Ｆ）と、円柱形の内面（６４Ｅ）とを備え、
   前記外側コア管（１４Ａ）の前記外面（１４Ｆ）は、前記内側部材（６４）の前記円柱形の内面（６４Ｅ）にスライド可能に係合している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
10. 前記内側コア管（１４Ｂ）は、前記外側管（１４Ａ）に対する角度が調節可能である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
11. 前記角度変位装置（５０）は、前記内側コア管（１４Ｂ）を第１の半径方向（Ｙ軸）に調節するように構成された第１のアクチュエータ（５１）と、前記内側コア管（１４Ｂ）を前記第１の半径方向（Ｙ軸）に垂直な第２の半径方向（Ｘ軸）に調節するように構成された第２のアクチュエータ（５２）とを備え、これにより前記第１のアクチュエータ（５１）および前記第２のアクチュエータ（５２）の協働が、前記長手軸の周りにおける前記内側コア管（１４Ｂ）の調節を可能にする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
12. 前記軸方向変位装置（４０）は、前記外側コア管（１４Ａ）との連通を介して前記コア管アセンブリ（１４）を軸方向に移動させるように構成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
13. 前記内側コア管（１４Ｂ）は、ロッキングアセンブリ（３９）によって前記外側コア管（１４Ａ）に軸方向について固定された関係にあり、前記ロッキングアセンブリ（３９）は、前記内側コア管（１４Ｂ）上に通されたブッシング（３１）およびロックナット（３２）を備え、これにより前記内側コア管（１４Ｂ）は、軸方向について前記ブッシング（３１）と前記ダイバータチップ（１６）の球状の外側スリーブ面（１６Ｃ）との間に固定され、前記ブッシング（３１）の軸方向の面（３１Ｍ）が、前記外側コア管（１４Ａ）の前記枢支端（１４Ｍ）に角度のスライドが可能であるように係合する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の管形成装置（１０）。
14. 前記軸方向の面（３１Ｍ）は、球状の輪郭を有する、請求項１３に記載の管形成装置（１０）。
15. 外側コア管（１４Ａ）であって、枢支端（１４Ｍ）とチップ係合端（１４Ｃ）との間を延びており、前記チップ係合端（１４Ｃ）がハウジング（１２）の吐出端（１２Ｂ）の近くに位置し、かつ前記枢支端（１４Ｍ）が前記ハウジング（１２）の後端（１２Ａ）の近くに位置するように、内部領域（１２Ｃ）へと延びている外側コア管（１４Ａ）と、
    内側コア管（１４Ｂ）であって、第１の内側管端部（１４Ｇ）と第２の内側管端部（１４Ｈ）との間を延びており、前記第１の内側管端部（１４Ｇ）は前記外側コア管（１４Ａ）内に配置され、前記第２の内側管端部（１４Ｈ）は、前記外側コア管（１４Ａ）の外へと延びている内側コア管（１４Ｂ）と、
    前記第１の内側管端部（１４Ｇ）内に取り付けられて前記第１の内側管端部（１４Ｇ）から延びており、外側チップ表面（１６Ｆ）と、前記外側チップ表面（１６Ｆ）から軸方向に内側へと延びている球状の外側スリーブ面（１６Ｃ）とを有しているダイバータチップ（１６）と
    を備えており、
    前記外側コア管（１４Ａ）の前記チップ係合端（１４Ｃ）は、前記外側スリーブ面（１６Ｃ）とスライド可能に係合する球状の内側係合面を備え、
    前記内側コア管（１４Ｂ）は、ロッキングアセンブリ（３９）によって前記外側コア管（１４Ａ）に軸方向について固定された関係にあり、前記ロッキングアセンブリ（３９）は、前記内側コア管（１４Ｂ）上に通されたブッシング（３１）およびロックナット（３２）を備え、これにより前記内側コア管（１４Ｂ）は、軸方向について前記ブッシング（３１）と前記ダイバータチップ（１６）の球状の外側スリーブ面（１６Ｃ）との間に固定され、
    前記ブッシング（３１）の軸方向の面（３１Ｍ）が、前記外側コア管（１４Ａ）の前記枢支端（１４Ｍ）に角度のスライドが可能であるように係合している、コア管アセンブリ（１４）。

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