製造光纜帶槽杆芯的設備和方法
2023-06-09 18:48:46 1
專利名稱：製造光纜帶槽杆芯的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種製造光纜帶槽杆芯的設備和方法。該帶槽杆芯可保護容納在其中的多條光導纖維。
通常用於光纜的帶槽杆芯是如
圖1所示的帶槽杆芯S(也可稱為隔離件)，其上可容納光導纖維的溝槽G彎彎曲曲地構成所謂的SZ槽以避免過大的張力作用到其容納的光導纖維上，從而改善了光纜因作分路而對光纖進行纏繞時的施工性能。通常，這種帶槽杆芯S是這樣加工製造的熔化的樹脂經過旋轉模具環繞在抗拉元件周圍並由一擠壓器擠出，所述模具在彼此反向的方向上交替轉動，以便在擠壓出的樹脂層的外圓周上形成上述槽G。
然而在上述方法中，由於旋轉模具交替地反向運行(交替地變更旋轉方向運行)，抗拉元件L0有可能被扭曲，於是在這種模壓帶槽杆芯S中的溝槽G的反轉角θ(與在旋轉模具的一個反轉周期內形成的槽相對應的帶槽杆芯的橫截面上的中心角，所述反轉周期即模具在其轉動方向上的二次連續反轉之間的期間)有可能變得比旋轉模具的旋轉角度要小(即旋轉模具反向旋轉一周形成的角)。因此，為了使得溝槽G獲得一個理想的反轉角度，旋轉模具必須有一個大的旋轉角，這就給提高加工製造的速度帶來了困難。因為該速度取決於交替反向運行的速度。在圖2中，P是旋轉模具在反轉一周時所需的反相節距，它對應了一段距離，該距離是抗拉元件在一個轉動周期內(以下稱反轉節距)通過的距離。
這種已知的有一個旋轉模具(其旋轉方向是交替地反向旋轉)的加工製造設備在日本專利申請NO.3-110509和NO.1-303408中已有揭示。日本專利申請NO.3-110509揭示了一種製造設備，該設備為了限制抗拉元件被扭轉，其抗拉元件是在旋轉模具的前方被夾緊。而在日本專利申請NO.1-303408所揭示的製造設備中，當抗拉元件在旋轉模具的前方被夾緊的狀態下，夾緊機構與旋轉模具的反轉運行同步，從而使得抗拉元件的扭轉方向與旋轉模具的旋轉方向相同。
本發明的目的是要提供一種製造光纜帶槽杆芯的設備和方法，它能夠減小旋轉模具的旋轉角度，從而可提高加工效率，並同時減小作用到加工設備上的載荷。
本發明涉及一種製造光纜帶槽杆芯的設備和方法。這種帶槽杆芯是由中心為抗拉元件並外包一層樹脂構成的。在樹脂層的外表面上至少要加工出一道溝槽，其中多條光導纖維便可束集在其中。
按照本發明所述的用來製造上述光纜帶槽杆芯的設備至少應包括一個抓緊抗拉元件的夾緊裝置；一臺擠壓器，它有一個帶有空腔的頭部，抗拉元件便穿過它從夾緊裝置輸出，與此同時將被熔化的樹脂注入頭部，樹脂便從該頭部的樹脂擠壓孔擠出並塗敷到抗拉元件周圍。在頭部的樹脂擠壓孔處還安裝了一個可旋轉的模具。該模具有一個讓抗拉元件穿過的通孔，還有若干個突起部分用來在包圍在抗拉元件周圍的樹脂表面上形成溝槽。當樹脂被擠出至抗拉元件周圍時，所述旋轉模具以所述抗拉元件的輸出方向為其旋轉軸，按抗拉元件的各反轉節距交替反轉其轉向，由此形成如圖1所示的帶槽的槽杆。
按照本發明所述的設備還包括一個第一驅動系統，它以抗拉元件的輸出方向為軸線來旋轉夾緊裝置，並將抗拉元件按一預定大小的角度扭轉。它還包括一個第二驅動系統，用來根據抗拉元件的輸出方向驅動安裝在頭部樹脂擠壓孔處的可旋轉的模具。第一和第二驅動系統由與其相連接的電氣控制器驅動和控制。具體地講，控制器控制第二驅動系統，使旋轉模具的旋轉方向在抗拉元件的每一個預定節距內交替地反向，同時它還控制第一驅動系統，使抗拉元件在與旋轉模具的旋轉方向相反的方向上交替地並與旋轉模具的旋轉同步地扭轉。按照這一驅動和控制程序，旋轉模具和夾緊裝置相互之間總是按相反的方向旋轉。
換句話說，在按照本發明所述採用上述設備配置的加工方法中，當上述抗拉元件被引入到擠壓器時，在樹脂從頭部被擠壓覆蓋到抗拉元件上時，旋轉模具以抗拉元件的運動方向為軸線旋轉，於是按抗拉元件的每個預定的反轉節距，旋轉模具交替地反轉其旋轉方向。抗拉元件是在與旋轉模具的旋轉方向相反的方向上交替地並與旋轉模具的旋轉同步地扭轉。此間，夾緊裝置設置成可施加外力作用，以扭轉進入頭部的小孔中的抗拉元件。
按照本發明，由於夾緊裝置的旋轉運行是與旋轉模具的旋轉運行方向相反，因此旋轉模具的旋轉角度可用做得很小。結果，即使當加工的線速度增加時，旋轉模具也能完全緊緊跟隨，這樣就可提高在較高的加工線速度時的加工速率。另外，由於旋轉模具的驅動載荷能夠減小，因此設備也可以做得較小從而可節省製造費用。
由於旋轉模具的旋轉角度小，在擠壓時作用到樹脂上的剪切應力也就比較小，因此，這樣製成的帶槽杆芯的的表面(特別是槽的底部)就能夠做得光滑。而如果表面很粗糙，表面形狀不規則，就很有可能將應力作用到光導纖維上，從而有可能影響其傳輸性能。此外，用於夾緊裝置交替反向旋轉的機構可以做得比與複雜的擠壓機構相匹配的旋轉模具的旋轉機構更為簡單，因而容易實現更高的生產率。
最好是，夾緊裝置的旋轉角度(即由夾緊裝置在其任意二次連續反轉之間旋轉而成的角度)是這樣設定的旋轉模具的旋轉角度與模壓帶槽杆芯中槽的反轉角度彼此相等。在這種情況下，在旋轉模具安裝處，也就是在頭部的樹脂擠壓小孔處，通過實施擠壓以便在抗拉元件的樹脂覆蓋層的外圓表面上形成溝槽。事實上這時在被擠壓的抗拉元件上並未出現扭轉，因此，帶槽杆芯能夠在一個比較穩定的加工條件下進行加工製造。當線速度較高時，從改善加工效率的角度來看，穩定的加工條件對於加工製造是一個重要的因素。因此，在模壓加工帶槽杆芯的製造過程中，加工質量就可以期望得到改進。
此外，夾緊裝置的旋轉角度最好是設定為大於按反方向旋轉的旋轉模具的旋轉角度。在該種情況下，旋轉模具的旋轉角度就可以做得較小，這樣一來就有可能實現較高的線速度。雖然安裝在複雜擠壓機構中的旋轉模具作為一個旋轉件它有較大的慣量，但是，也同樣是旋轉件的夾緊裝置，由於實現了結構簡化方案其慣量就比較小。因此，具有較大慣性的旋轉模具的旋轉角度可以做得較小，從而可改善它的高速可跟蹤性能。同時，也可相應地增加具有較小慣性的夾緊裝置旋轉角度。由於夾緊裝置的慣性較小，因此即使當它的旋轉角度較大時也完全能適應較高的線速度。在頭部，旋轉模具以相反的方向交替地旋轉，特別是在它的樹脂擠壓小孔處，由於作用到被擠壓樹脂上的剪切應力可以減小，因而被加工的帶槽杆芯的表面就可變得更為光滑。
按照本發明所述的設備還包括一個角度測量機構，它與控制器電氣相連接，在樹脂完全冷卻之後，根據旋轉模具在旋轉方向上旋轉一次所形成的槽的位置與在下一次旋轉中得到的位置之間的偏差，角度測量裝置測量覆蓋所述抗拉元件的樹脂表面上形成的槽的反轉角，從角度測量機構測量到的結果被輸入控制器，控制器便控制第一和第二驅動系統中的至少一個，並修正旋轉模具的旋轉角度與已形成的溝槽的反轉角度之間的角度偏差。
這樣的配置可以將實際加工出來的帶槽杆芯中的溝槽的反轉角度反饋到旋轉模具和(或)夾緊裝置的旋轉控制中，從而可使得溝槽反轉角度的精確度進一步得到提高。溝槽反轉角對帶槽杆芯的質量是至關重要的。為了得到理想的反轉角度，在採用了控制器之後，旋轉模具和(或)夾緊裝置的反轉角度便能自動調整。由於實現了自動調整，因此可減少操作人員的數量和材料的消耗，從而可以指望節約資源和勞動力。
按照本發明所述的設備中的驅動系統可以這樣配置第一驅動系統有一個第一驅動馬達，用來在相反方向上交替地轉動夾緊裝置；第二驅動系統有一個第二驅動馬達，用來在與第一驅動系統的旋轉方向向反的方向上交替地轉動旋轉模具。這裡，控制器輸出的控制循環信號分別對於第一和第二驅動馬達來說彼此是反相的，因此旋轉模具和夾緊裝置按互相相反方向旋轉。
這樣一種配置可以在一個比較簡單的結構中來實現旋轉模具和夾緊裝置彼此按相反的方向旋轉。由於旋轉模具的旋轉與夾緊裝置的旋轉是互相同步的，它們之間的差別僅僅在於它們的旋轉角度和旋轉方向。因此，如果驅動第一和第二兩個驅動馬達中之一的控制信號一旦產生，則對於另一驅動馬達的控制信號也就很容易地由此而產生。這就是說，當由同一控制信號產生的兩個控制信號被送到第一和第二驅動馬達時，這兩個馬達都能最有效地受到控制。
另一方面，按照本發明所述設備的驅動系統還可以這樣配置即第二驅動系統有一個用來驅動旋轉模具的驅動馬達，而第一驅動系統有一個用來將驅動馬達的驅動力傳送到夾緊裝置的傳動機構。
在這樣一種配置中，旋轉模具和夾緊裝置實際上是連接到同一個驅動馬達上，因此它們按互相相反的旋轉方向可以做到彼此完全同步。在這裡，旋轉模具的旋轉與夾緊裝置的旋轉彼此間的不同之處僅僅在於它們的旋轉角度和旋轉方向，而它們的旋轉角度之間的比率藉助於傳動機構是很容易改變的。這就是說，一個單獨的驅動馬達所產生的驅動力可以用來驅動旋轉模具和夾緊裝置中的一個，而該驅動力通過傳動機構又可以很容易地被用來產生另一個驅動力去驅動另一機構。
夾緊裝置上有一套機構是用來保持抗拉元件不會由於旋轉模具的旋轉而被扭曲以及在垂直於抗拉元件輸送的方向上夾持抗拉元件，使其在該位置上不會產生擺動。這就是說，夾緊裝置可以包含一套沿抗拉元件排列的第一滾輪組以及同樣沿抗拉元件排列的第二滾輪組，而後者將抗拉元件與前者夾緊在一起。每一套滾輪組中有多個滾輪，每一個滾輪上都有一個曲面與抗拉元件相接觸。
最好是，為了有效地對抗拉元件進行扭轉，夾緊機構應安裝在頭部前側處與旋轉模具儘可能近的位置上。
通過對照後面的內容以及結合附圖所作的詳細說明將能對本發明有更充分的了解。這些附圖只是用來進行圖解說明的，而不應該被認為是對本發明的限制。
通過後面將要給出的詳細說明將會使得本發明更深一層的應用範圍變得更為明顯。然而，應該理解的是，這些詳細說明和特定實例(舉出發明的推薦實例)只是一種圖解說明的方法，因為只有通過這種詳細的說明才會使得那些熟悉此項技術的專業人員對於在本發明基本精神範圍內的對本發明的各種不同的變更和修改有更為明確的了解。
圖1是一透視圖，表示出光纜的帶槽杆芯，其中心有一條抗拉元件，其外圓表面上有若干溝槽；圖2是外圓表面的展開圖，用來說明在光纜的帶槽杆芯內的一條溝槽的反轉角度；圖3是光纜內部結構的透視圖；圖4A,4B是斷面圖，表示在圖3中沿線Ⅰ-Ⅰ截開的光纜的斷面結構，以及在圖4A中容納在每一條溝槽內的光導纖維的斷面結構；圖5是一方框圖，它表示出為了製造按照本發明所述的光纜的帶槽杆芯而舉出的設備實例的配置方框圖；圖6A是一局部透視圖，表示出圖5中夾緊裝置4的結構；圖6B也是透視圖，它表示出圖6A中滾輪41的結構；圖7A和7B均為透視圖，它們分別表示出圖5中的擠壓器5的內部結構以及旋轉模具的結構；圖8A和8B分別表示出圖5中角度測量裝置8的結構俯視圖和側剖視圖9是為了說明控制信號如何輸送到圖5中的馬達11和12的圖解示意圖；圖10是一示意圖，用來說明在圖9所示的控制信號的基礎上，旋轉模具52和夾緊裝置4的旋轉運行動作；圖11是一示意圖，用來說明傳統製造設備中存在的問題和本發明的原理；圖12是一示意圖，說明夾緊裝置4和旋轉模具52的相對安裝位置；圖13是一方框圖，部分展示出為了製造按照本發明所述光纜的帶槽杆芯而舉出的另一設備實例的結構。
下面將參照圖3,4A,4B，圖5，圖6A至8B，以及圖9至13對本發明製造光纜帶槽杆芯的設備和方法作一說明。必要時，也將參照圖1和圖2。在這些圖中，彼此間相同的組成部分均用相同的數字或字母標出，因而不再重複地加以說明。
圖3是表示包含100條光導纖維的一條光纜的內部結構剖視圖。圖4A表示出在圖3中沿線Ⅰ-Ⅰ截開的斷面結構。在光纜100中，包封在保護膜120內的帶槽杆芯被包在蒙皮110內。帶槽杆芯130由置於其中心的抗拉元件140和環繞在抗拉元件140上的樹脂層構成。在樹脂層的表面上有若干條沿著抗拉元件140的長度方向上彎彎曲曲延伸的溝槽135。這裡，抗拉元件140可以由單股鋼纜或多股鋼纜構成。每一道溝槽135內可容納一束光導纖維組150。
在光纜100中，容納在帶槽杆芯130的每一道溝槽135中的光導纖維組150是由一層一層的光導纖維帶155a至155d構成，如圖4B所示。在這些光導纖維帶中每一層都包含有多根光導纖維158(每一根都有一個芯子和一個覆蓋層)，每一根纖維都有一個彩色塗層157，在其外面表上再覆蓋樹脂層156。
現參照圖5對具有上述結構的用於製造帶槽杆芯的設備實例作一說明。
如圖5所示，該設備實例是這樣配置的抗拉元件L1從圖5的左側輸入，當它向右移動並穿過擠壓機2,5等裝置時，在抗拉元件L1上便塗敷上第一道塗層而形成抗拉元件L2，從而帶槽杆芯便逐漸形成。此後，帶槽杆芯就被最後纏繞起來。下面根據這一配置，將從流程的上遊一側開始，按照流程的各個步驟對每一個零部件逐一加以說明。
位於流程上遊最前端的是一臺纏繞著由鋼纜製成的抗拉元件L1的抗拉元件供給器1，它被預定的張緊力拉著輸出抗拉元件L1。可以使用的抗拉元件L1除了前面已經提到的鋼纜以外還可以使用其他金屬纜線，合股鋼纜，某種增強型塑料纖維(FRP)等。
安裝在緊鄰著抗拉元件供給器1的流程下方的是擠壓器2，它將第一道樹脂層環繞塗敷到被輸送過來的抗拉元件L1上。抗拉元件L1在擠壓器2的頭部處被塗上樹脂然後再被輸送到下一工序(有如圖中被塗上第一道塗層的抗拉元件L2所示)。這裡，用來塗敷第一道塗層的樹脂是放置在形成溝槽G時所使用的樹脂(後面將要對此加以說明)與抗拉元件L1之間，其作用是為了提高兩者之間的粘接強度。這第一道樹脂塗層還能起到改進被加工的帶槽杆芯S的尺寸精確度的作用。
安裝在擠壓器2流程下方的是注滿冷卻水的冷卻槽3。由於被塗敷的樹脂如果尚未完全凝固，抗拉元件L2就不可能被位居流程更下方的夾緊裝置4夾持住。而當抗拉元件2通過冷卻槽3後附在其上的樹脂就可凝固到一定程度從而能被夾緊裝置4夾緊。
夾緊裝置4位於冷卻槽3的流程下方，它有互相對置的多個夾緊滾輪(夾緊滾柱)41，抗拉元件L2就被夾持在這些互相對置的夾緊滾輪41之間。在每一個夾緊滾輪41的外圓面上沿著其圓周方向都加工了凹槽，以便抗拉元件L2很容易被夾緊。這裡，在夾緊滾輪41的接觸面上可以塗敷橡膠之類的塗物，以避免它們與抗拉元件L2之間發生打滑。
夾緊裝置4作為一個整體(包括壓緊滾輪41)可以插入的抗拉元件L2為軸線旋轉。夾緊裝置4有一個皮帶輪42用來接收從第一驅動馬達12傳來的動力，並由第一驅動馬達12驅動著按彼此不同的方向交替地旋轉。用來作為第一驅動馬達12的馬達可以有各種不同的類型。如像交流伺服馬達，這種馬達的旋轉角度大小，旋轉方向和旋轉速度都是可以控制的。第一驅動馬達12有一個皮帶輪121，用來將驅動力傳送到夾緊裝置4。驅動力的傳遞可以通過皮帶輪42和121以及它們之間的皮帶並採用上述方式進行調節來實現。另一種辦法是採用齒輪傳動機構來代替皮帶輪42,121和皮帶來傳遞驅動力。
圖6A是一局部透視圖，表示了圖5所示的夾緊裝置4的特殊結構。夾緊裝置4包括多個壓緊滾輪41，它們被分成第一和二滾輪組，沿著圖中用箭頭D1所表示的拉動(輸出)抗拉元件L2的方向排列，以便將抗拉元件L2夾在兩組之滾輪間。每一個壓緊滾輪41可繞著它自己的軸線41b轉動，如圖6B所示。特別是它與抗拉元件L2相接觸的接觸面41a可與抗拉元件L2的外圓表面相匹配。
第一滾輪組安裝在抗拉元件L2的上側，被支承和夾持在夾板4a和4b之間。而第二滾輪組安裝在抗拉元件L2的下側，被支承和夾持在夾板4c和4d之間。夾板4a,4b和夾板4c,4d由螺栓43a和螺母43b緊固，從而將抗拉元件L2從上下兩側夾緊。作為這種配置的結果，夾緊裝置4將抗拉元件L2夾持住使其免受扭曲，並使其與在輸出方向D1相垂直的方向上不會出現位置上的擺動。夾緊裝置4的皮帶輪42通過皮帶42a與第一驅動馬達12的皮帶輪121相連接，當它接收到第一驅動馬達12的驅動力後便以方向D1為軸線旋轉，於是，抗拉元件L2便按預定的方向扭轉。
當夾緊裝置4旋轉時，被夾緊滾輪41夾持的抗拉元件L2就在被扭轉的同時被陸續輸送到擠壓器5中。雖然在本實例中為了減小作為旋轉件的夾緊裝置4的慣量，夾緊滾輪41並未被驅動著旋轉，但實際上夾緊滾輪41也是可以被驅動著旋轉的，以便於強制輸出抗拉元件L2。此外，一種皮帶絞盤或者其他類似機構也可以用來代替夾緊滾輪41。
在位於夾緊裝置4下方的擠壓器5，用來為光纜加工出傳統的外圓面上有溝槽的帶槽杆芯。
圖7A是在圖5中表示的擠壓器5的內部結構的透視示意圖。在圖7A中，熔化的樹脂從孔53a引入到擠壓器5的頭部51。在頭部51上，皮帶輪54安裝在一個開口部分，塗有第一道樹脂層的抗拉元件L2便從開口處引入。一個帶有旋轉模具52的中空管53被安置在樹脂擠壓小孔處。在中空管53的側面上有一通孔53a，已熔化的樹脂便通過孔53a進入到由皮帶54a傳遞的驅動力來驅動旋轉的管53中，然後經過旋轉模具52上的開孔被擠壓出去。圖7B是旋轉模具52的透視圖。這裡，旋轉模具52有一個用來讓被擠壓的樹脂通過的內孔52a以及用來在被擠壓的帶槽杆芯S的表面上形成溝槽G的若干個突起部位52b。
這就是說，在擠壓器5的前端有一個頭部51，用來將樹脂擠壓到插入其中的抗拉元件L2的周圍。在頭部51的樹脂擠壓孔處安裝著旋轉模具52，它的內孔形狀與生產出來的帶槽杆芯S的橫斷面形狀實際上是相同的。抗拉元件L2便插入到該開孔的中心處。旋轉模具52以插入的抗拉元件L2為軸線旋轉。
前端帶有旋轉模具52的管53與通過皮帶54a和從第二驅動馬達11接收到驅動力的皮帶輪54相連接，並由第二驅動馬達11驅動著交替地反向旋轉。與前面提到的第一驅動馬達12一樣，各種不同類型的馬達都可以用作第二驅動馬達11。第二驅動馬達11還有一個用來將驅動力傳遞給旋轉模具52的皮帶輪111。與前面提到的第一驅動馬達12和夾緊裝置4一樣，齒輪機構也可以用來代替皮帶輪54和111以及皮帶54a以傳遞驅動力。
在擠壓器5的下方安裝了冷卻槽6。在冷卻槽6的下方安裝了纏繞裝置7，它以預定的速度將帶槽杆芯纏繞起來。在纏繞裝置7的下方安裝了用來測量模壓帶槽杆芯S的溝槽G的反轉角度的角度測量裝置8。如圖8A和8B所示，角度測量裝置8固定在底板80上。在圖8A和8B中，帶槽杆芯S是從左側向右側輸送。
一個導向圓柱81利用直角形支架82被固定到底板80上。在導向圓柱81的通孔前端有一個朝著帶槽杆芯S前進方向傾斜的錐面開口，在流程前方的帶槽杆芯的振動能被錐面開口吸收。在導向圓柱81的下方，有一個旋轉圓筒83，它通過軸承84a和軸承座84可旋轉地固定在底板80上。該旋轉圓筒83是這樣安裝定位的即它的軸線與導向圓柱81的軸線彼此相重合。
旋轉圓筒83的內部通孔直徑大體上是等於或稍大於插入其中的帶槽杆芯S的外徑。在旋轉圓筒83下遊一端的內表面上有一短銷83a，它伸進到帶槽杆芯S的溝槽G內。與旋轉圓筒83上遊一側相連接的是齒輪85，其旋轉中心線與旋轉圓筒的軸線相重合。這裡，為了更容易地克服被測量的帶槽杆芯S的外徑及溝槽G的寬度偏差帶來的影響，旋轉圓筒83可以做成包括了兩個圓柱體的可伸縮的結構，這樣一來，當提供了可更換的內圓柱體時，該結構就能適應各種不同尺寸規格的帶槽杆芯S。
在導向圓柱81和旋轉圓筒83的側面，一個旋轉解碼器86通過直角支架87被固定到底板80上。連接到旋轉解碼器86的探測軸上的是一個與旋轉圓筒83的齒輪85相嚙合的齒輪88。這就是說，旋轉圓筒83的轉動量可被旋轉解碼器86通過齒輪85和88探測到。於是，帶槽杆芯S上的溝槽G的反轉角度便能從這個探測到的轉動量中獲得。這裡，也可以使用各種不同類型的傳感器去代替旋轉解碼器86來測量轉動量。
安裝在角度測量裝置8下方的是一纏繞裝置9，它陸續地將生產出來的帶槽杆芯S纏繞起來。另外，角度測量裝置8還與控制器10電氣相連，而控制器10又與前述的第一驅動馬達12和第二驅動馬達11電氣相連。控制器10根據角度測量裝置8測得的溝槽G的反轉角度來控制第一驅動馬達12和第二驅動馬達11的運轉。
特別是，如果由角度測量裝置8測得的溝槽G的反轉角度大於期望的角度，則第一驅動馬達12和(或)第二驅動馬達11將接收到控制信號並減小旋轉模具52的旋轉角度和(或)夾緊裝置4的旋轉角度，從而將溝槽G的反轉角度降低到期望的數值。與此相反，如果由角度測量裝置8測得的溝槽G的反轉角度小於期望的角度，則第一驅動馬達12和(或)第二驅動馬達11將接收到控制信號並加大旋轉模具52的旋轉角度和(或)夾緊裝置4的旋轉角度，從而將溝槽G的反轉角度增加到期望的數值。
現在參照圖9對產生的控制信號如何從控制器10送到第一驅動馬達12和(或)第二驅動馬達11的機製作一說明。由於旋轉模具52的旋轉與夾緊裝置4的旋轉是彼此同步的，它們之間實際上的差別僅在於它們的旋轉角度和旋轉方向。這就是說，如圖9中S100所示，控制信號可以用以時間t為橫坐標，以旋轉模具52或夾緊裝置4的旋轉角度θ(這裡旋轉角度的最大幅度便是反轉角度)為縱坐標來表示。這裡，S110和S120分別表示送到第二驅動馬達11和第一驅動馬達12的控制信號。這些控制信號S110和S120之間的差別僅在於它們的縱坐標的數值大小(最大旋轉角度)。當乘以數值-1後它們的相位將發生改變。換句話說，當縱坐標的數值大小如圖9所示發生改變時(或者不需要這樣的改變)，如果一個控制信號能夠與另一控制信號相重合，就可以認為它們相互間是同步的。
例如，如圖9所示，控制器10產生的控制信號S100(這裡橫坐標和縱坐標分別表示時間t和轉角θ)，可被利用來控制信號S110，然後再送到第二驅動馬達11(將它作為一個控制信號用於第二驅動馬達11)。為了產生控制信號S120並送到第一驅動馬達12，縱坐標θ的數值當相位反向時在控制信號S100中會轉化。其結果是，從用於一個驅動馬達的控制信號出發便能夠很容易地派生出用於另一個驅動馬達的控制信號。
另一方面，可以產生一個具有常態波形的參考信號。在該參考信號中，縱坐標分量的大小可以改變以便產生用於第二驅動馬達的控制信號。並且，在該參考信號中，縱坐標分量的大小還可以轉化(比如它的相位總是反向的)，從而產生出每一個單獨的控制信號。另外，在利用角度測量裝置8測到的帶槽杆芯S的實際反轉角度的基礎上，當使得第一驅動馬達12和(或)第二驅動馬達11的運轉服從反饋控制時，在每一個送入的控制信號中其縱坐標分量的大小將會被調整。
當這種彼此間有相位差的生成控制信號被分別送到驅動馬達11和12時，旋轉模具52和夾緊裝置4便同步旋轉起來，但彼此反向，如圖10所示。這就是說，當旋轉模具52按箭頭S1所示方向旋轉時，夾緊裝置4便按箭頭S2所示方向旋轉。與此相反，當旋轉模具52按箭頭P1所示的方向旋轉時，夾緊裝置4便按箭頭P2所示方向旋轉。
現在將對使用上述加工設備為光纜製造帶槽杆芯的方法的實例作一說明。
如圖5所示，抗拉元件L1從抗拉元件供給器1被輸送到擠壓器2。輸送到擠壓器2的抗拉元件L1在頭部51內被塗敷了第一道樹脂。由此得到的抗拉元件L2被送進冷卻槽3。在冷卻槽3中，抗拉元件L2穿過冷卻水，於是塗敷在抗拉元件L1周圍的樹脂便凝固。周圍環繞著已凝固樹脂的抗拉元件L2被送到夾緊裝置4，從這裡它再被送到位於其下遊的擠壓器5，同時被夾緊滾輪41夾持住。
夾緊裝置4作為一個整體由第一驅動馬達12驅動著按彼此相反的方向交替地旋轉。馬達12由來自控制器10的控制信號驅動和控制。雖然夾緊裝置4的旋轉與旋轉模具52的旋轉是同步的(後面將要解釋)，但它們的旋轉方向彼此總是相反的。這樣，處在被夾緊滾輪41夾持狀態下的抗拉元件L2被扭轉，並同時跟隨著夾緊裝置4一起旋轉。
擠壓器5處在夾緊裝置4的流程下遊。當抗拉元件L2被輸送到擠壓機5的頭部51時被交替地在相反方向扭轉。當抗拉元件L2貫穿頭部51，且當樹脂從頭部51擠出並處在圍繞抗拉元件L2的狀態時，帶槽杆芯S便被模壓擠成。另一方面，安裝在頭部51的樹脂擠壓小孔處的是旋轉模具52，它使得帶槽杆芯S在其外圓表面上形成溝槽G。旋轉模具52是在與夾緊裝置4的旋轉同步以及在與夾緊裝置4的旋轉方向相反的狀態下旋轉。
現在將對旋轉模具52和夾緊裝置4的旋轉角度加以說明。在上述設備中，夾緊裝置4的旋轉角度是這樣設定的即使得旋轉模具52的旋轉角度與最後得到的帶槽杆芯S上的每一個溝槽G的反轉角度相等。當這樣設定後，在頭部51處被擠壓成形的帶槽杆芯S實際上是沒有被扭轉，因此，帶槽杆芯能夠在一個穩定的加工條件下進行加工製造。
另一方面，將夾緊裝置4的旋轉角度設定為大於旋轉模具52的旋轉角度對提高線速度是有效的。在這種情況下，具有大慣量的旋轉模具52的旋轉角度是小的，從而改善了它的高速可跟蹤性。並由此可以相應地增加具有小慣量的夾緊裝置4的旋轉角度。這樣一來，即使當溝槽的反轉角度增加時，它也能充分地適應較高的線速度。此外，在頭部51內，作用到樹脂上的剪切應力也可能減小，因而最後得到的帶槽杆芯S的表面就能變得更為光滑。
隨後，其周圍已形成了溝槽G的帶槽杆芯S在冷卻槽6內冷卻並凝固下來。在已充分冷卻和凝固的下遊一側，通過上述各步驟依次得到的抗拉元件L1-抗拉元件L2-帶槽杆芯S被圖中右方的纏繞器7纏繞起來。接著，最後得到的帶槽杆芯S被送進位於下遊的角度測量裝置8。角度測量裝置8探測帶槽杆芯S的實際反轉角度，並將測量結果(電信號)送到控制器10。然後，帶槽杆芯S被位於角度測量裝置8下遊的纏繞裝置9纏繞起來。當溝槽G的實際反轉角度信號被送到控制器10後便與溝槽G反轉角度的預設定值進行比較，如果它超出了允許範圍，則從控制器10送到第一驅動馬達12和(或)第二驅動馬達11的控制信號S110,S120便要進行調節，於是一個反饋信號將起作用，使得溝槽G的實際反轉角度落到允許範圍以內。
在利用上述設備和方法加工製造帶槽杆芯S的情況下，當夾緊裝置4與旋轉模具52的旋轉方向相反時，旋轉模具52的旋轉角度就可以比較小，這樣就允許採用較高的線速度，從而可提高加工效率。此外，旋轉模具52的驅動部分也可以有較小的容量，因此其加工製造設備的尺寸也可以做得較小而節省費用。
用來使夾緊裝置4按彼此不同的方向交替旋轉的機構可以有比用來使旋轉模具52按彼此不同的方向交替地旋轉的機構更簡單和更輕巧的結構。因此，高速反轉就能容易實現。此外，由於旋轉模具52的旋轉角度和(或)夾緊裝置4的旋轉角度是按照由角度測量裝置8測得的溝槽G的實際反轉角度進行調節的，因此最後得到的帶槽杆芯S的溝槽G的反轉角度的精度就可以進一步提高，從而節省了人力和資源。
旋轉模具52的旋轉角度與溝槽G的反轉角度之間的差別是由圖11所示的效應產生的。這就是說，即使在這種情況下即當抗拉元件L2在圖5中夾緊裝置4內最接近擠壓器5的滾輪的位置(圖5中A表示的位置)上的參考坐標與抗拉元件在製造出的帶槽杆芯S已被纏繞的位置(圖5中B表示的位置)上的帶槽杆芯S內的參考坐標彼此相重合時，當旋轉模具52按(比如)圖中箭頭Q1所表示的方向旋轉時，抗拉元件在旋轉模具52位置(圖5中C表示的位置)上的參考坐標將按箭頭Q2所示的方向轉動。
因此，在日本專利申請NO.3-110509所揭示的加工製造設備中，由於用來夾緊抗拉元件的夾緊裝置與旋轉模具之間即使當抗拉元件在A點被限制扭轉時它也會產生扭轉，因此即使當旋轉模具的旋轉角度可以被減小到某種程度，旋轉模具的旋轉角仍然必須做得大於溝槽的反轉角。另一方面，由日本專利申請NO.1-303408所揭示的加工製造設備是著重於在加工期間減少作用到帶槽杆芯上的扭轉力。由於它並沒有減小旋轉模具的旋轉角度，因此仍然不能提高生產效率。
相反地，在本發明中，當抗拉元件L2被朝著與旋轉模具52的旋轉方向相反的方向扭轉時，與旋轉模具52一起旋轉的參考坐標將能退回到初始狀態(其坐標在圖中由虛線表示出)。結果，形成在帶槽杆芯S表面上的溝槽G的反轉角度就能被正確地控制。此外，如果抗拉元件L2被扭轉到最低程度以便於參考坐標能退回到它們的初始狀態，在這種情況下，即使當旋轉模具52的旋轉角度較小時，一個具有理想反轉角度的溝槽也能形成。
這裡，為了有效地扭轉抗拉元件L2，夾緊裝置4最好是安裝在這樣的位置上即在所述頭部前側儘可能靠近旋轉模具處。如圖12所示，這裡，距離L是由旋轉模具52的內端面與夾緊裝置4中其位置最接近旋轉模具52的滾輪的中心(或者是該滾輪與抗拉元件L2之間的接觸點)之間的距離來確定的。
已經證實，旋轉模具52的旋轉角度是可以減小的，而通過利用上述方法和設備，一種理想的帶槽杆芯已經被加工製造出來了。
一種多股鋼纜(每股直徑為1.4毫米共7股絞在一起的鋼纜)已被用作抗拉元件L1。當樹脂被擠壓到它的周圍後便形成了一條直徑為8毫米的抗拉元件L2。此後，當抗拉元件L2被擠壓的樹脂再次包圍時，四條溝槽便形成，從而可得到一條直徑為15.5毫米的帶槽杆芯S。抗拉元件L2在夾緊裝置4中被夾緊的位置是在旋轉模具52的前方600毫米處。用於反轉旋轉模具52旋轉方向的反轉節距P被設定為470毫米，旋轉模具52以360°的旋轉角度按照彼此相反的方向交替地旋轉。同時，夾緊裝置4也按照與旋轉模具52的旋轉方向相反的方向以120°的旋轉角度旋轉。因此，在實際生產出來的帶槽杆芯S中的每一個溝槽的G的反轉角度為361°，從而使得旋轉模具52的旋轉角度與溝槽G的反轉角度實際上是彼此相等的。
另一方面，有一種帶槽杆芯S是在與上述條件相同的條件下製成的，但有一點除外，就是將夾緊裝置4的旋轉運行停止，從而不將反向扭轉加到抗拉元件L2上。在這種情況下，在實際製造的帶槽杆芯S中的溝槽G的反轉角度則為275°，它比旋轉模具52的旋轉角度要小。因此，按照本發明所述的方法和設備，旋轉模具52的旋轉角度可以做得較小。此外，在上述條件下，當旋轉模具52的旋轉角度設定為120°，夾緊裝置4的旋轉角度(與旋轉模具52的旋轉方向相反)設定為240°時，在實際生產出來的帶槽杆芯S中的溝槽G的反轉角度便是262°。因此，可以確信，旋轉模具52的旋轉角度可以做成小於溝槽G的反轉角度。
圖13表示了按照本發明所述的用來為光纜製造帶槽杆芯的另一設備實例。因為這一實例設備所具有的結構與前述圖5中的設備基本相同，所以除了要對與圖5所示設備在結構上的不同之處作詳細說明以外，對與圖5所示設備在結構上相同或等效的部分就不再重複說明了。
在另一實例的設備中，一個單一的驅動馬達13用來交替地驅動旋轉模具52和夾緊裝置4，使按照彼此相反的方向交替地旋轉。另外，一個傳動機構14安裝在驅動馬達13和夾緊裝置4之間。驅動馬達13有一個用來向旋轉模具52傳遞驅動力的皮帶輪131，而傳動機構14有一個用來將驅動力從驅動馬達13傳遞到夾緊裝置4的皮帶輪141。在該設備中，旋轉模具52與夾緊裝置4相互之間以不同的方向旋轉可做到彼此完全同步，這是因為它們實際上都是連接到同一個馬達13上。這裡，旋轉模具52的旋轉與夾緊裝置4的旋轉之間的差別僅僅在於它們的旋轉角度和旋轉方向，因此，從單一驅動馬達13傳出的驅動力能夠很方便地通過傳動機構14來轉換。另外，也可以與圖13所示設備的情況相反，夾緊裝置4由一個馬達直接驅動，而讓旋轉模具52通過傳動機構來驅動。
雖然在上述實施例中所使用的抗拉元件L2是由鋼纜或同類材料製成的抗拉元件L1加上其外圍塗上一道以提高粘接性能為目的樹脂構成，但是鋼纜或同類材料也可以直接用作抗拉元件。此外，在擠壓器5中，用一道模具擠壓工序施加樹脂的目的在於改善與抗拉元件L1的粘接性能，且模具擠壓工序可用來同時形成溝槽G。
如前所述，在按照本發明所述的為光纜製造帶槽杆芯的方法中，在旋轉模具的流程前方是一個夾緊裝置，它在抗拉元件被夾緊的狀態下能夠以抗拉元件為其旋轉軸線按照互相相反的方向交替地旋轉。該夾緊裝置的旋轉與旋轉模具旋轉是同步的，其旋轉方向與旋轉模具的旋轉方向相反，因此，旋轉模具的旋轉角度可以較小。而結果是，當施加到加工製造設備上的負荷減輕時，其加工效率還能夠提高。
按照本發明所述的為光纜製造帶槽杆芯的設備包括一個擠壓器，用來將樹脂擠壓到按直線方向輸出的抗拉元件的表面周圍；一個安裝在擠壓器頭部的旋轉模具，它以抗拉元件為其旋轉軸線按彼此相反的方向交替地旋轉；以及一個安裝在旋轉模具前方的夾緊裝置，當它夾持著被輸出的抗拉元件時，它的旋轉與旋轉模具的旋轉同步，而旋轉方向與旋轉模具的旋轉方向相反；因此旋轉模具的旋轉角度可以較小，於是在其加工效率得到提高的同時作用到頭部的負荷還能減輕。
從本發明的這些說明中，可以很明顯地看出，所舉實例在許多方面都可以作不同形式的改變。但所有這些變化都應該被認為是沒有超出本發明的精神和範圍。而所有的修改預計都已包括在下面權利要求書所規定的範圍內，這些對於熟悉本專業技術的人員來講應該是明白無疑的。
權利要求
1．一種製造光纜帶槽杆芯的設備，所述的設備包括一個用來夾住抗拉元件的夾緊裝置，所述的夾緊裝置有一個用來限制所述的抗拉元件被扭轉的機構，以及一個限制所述的抗拉元件在垂直於其輸送方向的位置發生擺動的機構；一個第一驅動系統，用來驅動所述的夾緊裝置以所述的抗拉元件的輸出方向為軸線旋轉，於是，所述的抗拉元件將被扭轉一預定大小的角度；一個具有帶一定空間的頭部的擠壓器，通過該空間，所述的抗拉元件從所述的夾緊裝置穿過並輸出，與此同時，熔化的樹脂被注入到所述頭部，並通過所述頭部上的一個樹脂擠壓小孔將所述的樹脂擠壓並環繞塗敷到所述的抗拉元件上；一個安裝在所述頭部的所述擠壓小孔處的旋轉模具，在所述的旋轉模具上有一通孔用來讓所述的抗拉元件由此通過，還有至少一個突起部位用來在環繞所述抗拉元件的樹脂表面上形成至少一個溝槽；一個第二驅動系統，用來驅動所述的旋轉模具以所述的抗拉元件的輸出方向為軸線旋轉；以及一個與所述的第一和第二驅動系統電氣連接的控制器，所述的控制器控制所述的第二驅動系統，它使得所述旋轉模具的旋轉方向在所述抗拉元件的每一個預定的反轉節距內交替地反轉，它還控制第一驅動系統，使得所述的抗拉元件的旋轉與所述的旋轉模具的旋轉同步，並使得所述的抗拉元件在與所述的旋轉模具的旋轉方向相反的方向上被交替地扭轉。
2．按照權利要求1所述的設備還包括一個與所述的控制器電氣相連接的角度測量裝置，所述的角度測量裝置的測量涉及到從擠壓器輸出的覆蓋在所述抗拉元件表面上的樹脂表面形成的溝槽，它根據所述的旋轉模具在其一次旋轉形成的一個槽的位置與當所述的旋轉方向再次發生改變時所形成的槽的位置之間的差值來測量所述溝槽的反轉角度。
3．按照權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述的第一驅動系統有一個用來使所述的夾緊裝置旋轉的第一驅動馬達，而所述的第二驅動系統有一個用來使所述的旋轉模具旋轉的第二驅動馬達；以及其另一特徵在於，所述的控制器輸出的控制信號分別對於所述的第一和第二驅動馬達來說是彼此反相的。
4．按照權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述的第二驅動系統有一個用來驅動所述的旋轉模具的驅動馬達，而所述的第一驅動系統有一個用來將所述的驅動馬達的驅動力傳遞給所述的夾緊裝置的傳動機構。
5．按照權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述的夾緊裝置包括沿著所述的抗拉元件排列的第一滾輪組，所述的滾輪組包括若干滾輪，每一個滾輪都有一個曲面與所述的抗拉元件相接觸；以及沿著所述的抗拉元件排列的第二滾輪組，它將所述的抗拉元件與所述的第一滾輪組夾在一起，所述的第二滾輪組含有若干滾輪，每一個滾輪都有一個曲面與所述的抗拉元件相接觸。
6．本發明涉及一種製造光纜帶槽杆芯的方法，所述的方法包括下列各步驟將一條抗拉元件引入到擠壓器中；所述的擠壓器有一個帶空腔的頭部，當所述的抗拉元件貫穿它時，被熔化的樹脂就注入其中，在所述頭部的樹脂擠壓小孔處還有一個可旋轉的模具；以及當覆蓋所述的抗拉元件的樹脂從所述的頭部被擠壓時，所述的旋轉模具便以所述的抗拉元件的移動方向為軸線旋轉，對於每一個所述抗拉元件的預定反轉節距，所述的旋轉模具交替地反轉其旋轉方向，並與所述的旋轉模具的旋轉同步地、按照與所述的旋轉模具的旋轉方向相反的旋轉方向交替地扭轉所述的抗拉元件。
7．按照權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述的抗拉元件是在所述的外力作用的位置上，按與所述的旋轉模具的旋轉方向相反的方向被扭轉，其扭轉程度與從所述的擠壓器輸出的覆蓋在所述的抗拉元件表面的樹脂內已形成的溝槽有關，而所述溝槽的反轉角度是由所述的旋轉模具在其旋轉方向發生改變時的一個表面的位置與所述的旋轉方向再次發生改變並與所述旋轉模具的旋轉角相重合時的該表面的位置之間的差值來確定。
8．按照權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述抗拉元件的扭轉角度大於所述旋轉模具的旋轉角度。
全文摘要
本發明涉及製造光纜帶槽杆芯的設備和方法,它不僅提高了加工效率,同時還減輕了作用到設備上的負荷。在本發明中,一個用來在抗拉元件的樹脂表面覆蓋層上形成溝槽的可旋轉模具繞著以該抗拉元件的移動方向為軸線旋轉。對於抗拉元件的每一個預定的反轉節距,旋轉模具交替地反轉其旋轉方向。抗拉元件在與旋轉模具的旋轉相同步的情況下,按照與旋轉模具的旋轉方向相反的旋轉方向被交替地扭轉。
文檔編號G02B6/44GK1212378SQ9811968
公開日1999年3月31日 申請日期1998年9月22日 優先權日1997年9月22日
發明者末森茂, 岡田武彥, 安井繁騎 申請人:住友電氣工業株式會社