JP2006037338A - 連続フィラメントの溶融紡糸用のノズルプレート保持装置及び紡糸ビーム - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルプレートの領域における熱の適切な伝達を可能にするノズルプレート保持装置を提供する。
【解決手段】 ノズルパッケージは、その下端で、ノズルパッケージ中のノズルプレートに対する良好な熱の伝達を許容する部材によって加熱ボックスに連結される。
【選択図】 図５

Description

この発明はノズルプレート保持装置に関し、かつ連続フィラメント、特に熱可塑性材料（溶融物）の溶融紡糸のための紡糸ビームに関するものである。紡糸ビームは、例えば、その中に溶融物導管が延設される加熱ボックスと、溶融ポンプと、ノズルプレートに至るノズルポット（ノズルパッケージとも称される）から構成される。ノズルポットは加熱ボックスに垂直に挿入される挿入体を構成し、ノズルポットの溶融物入口に至る垂直な中央メルト導管を有するベル形状のレセプタクルに取り付けることができる。ノズルプレート保持装置はノズルポットの一部を構成する。

溶融紡糸の過程で押出機から紡糸ノズルからの吐出にいたる溶融物の温度管理は最大の重要性をもっている。特に留意しなければならないことは、温度及び滞留時間に関して全フィラメントについて熱履歴が同一となるようにすることである。たった２℃といった小さな偏差でも染色差は肉眼で識別可能であり、また、キャピラリ破断割合が大きくなる。温度の一定を確保するために、生産ライン及び紡糸ビームは現在のものは通常は凝縮加熱(condensation-heated) のものである。凝縮加熱は極めて正確な温度管理を可能とするものであり、それは、この原理の採用により、飽和蒸気の凝縮温度より低い温度を持つ飽和蒸気を受けたその部屋の箇所が最初に強力な加熱を受けることによる。この結果、凝縮表面において非常に均等な温度分布を得ることが可能となる。したがって、この加熱原理により、比較的に簡単な手段を採用しているにもかかわらず、溶融分布系全体の温度の正確な制御が可能となる。

しかしながら、溶融物の押出し領域においては、以上のことは幾分かの問題をもたらすことになる。即ち、紡糸ノズルからのフィラメントの押出しに先立って、ノズルパッケージ内では溶融物のろ過及び均質化がさらに行われる。ノズルパッケージは、清掃の目的または異なった数のフィラメントの製造時には再設定のために、取り外し可能の必要がある。ノズルパッケージの組立及び解体はそれに必要となる作業を最小とするように可能な限りにおいて単純化するべきである。この理由で飽和蒸気はノズルパッケージの周囲を直接に循環させることができない。したがって、ノズルパッケージに対する熱の供給はノズルパッケージと紡糸ビームとの間の接触表面での伝導熱及び供給される溶融物だけによって惹起される。他方では、ノズルプレートでの外界に対する熱の損失はノズルプレートの遮熱が行われていないことから極度に大きい。このことは、第１に、フィラメント形成に重要な領域において、正確な温度管理が実際上困難なことを意味している。したがって、この領域についてのより周到な研究が必要である。即ち、フィラメント径の細径化というこれまでの傾向は依然として変わらない。フィラメントの細径化のためにはノズルパッケージを通過する溶融流量の減少及びその結果必然の熱の供給の減少をともなう。

熱の伝わりに対する条件は（温度の伝わりのそれについてもそうであるが）、ずっと前から知られてきており、特許文献でさえも熱の伝わりについて系統的に述べたものがある。たとえば米国特許第4,437,827 号参照。この特許ではこの問題を解決することができるヒータについて提案されている。このためにされた努力は評価に値するものである。さもなければ、不足した熱を溶融物を通して供給しなければならず、これは溶融物の温度の増加が必要となり、品質の低下につながる。

同時に、ノズルパッケージは以下の要求も充足している必要がある。それは、
−交換が容易
−製造中にプロセスに過剰な公差を要求しないこと
−溶融物の漏洩に対する十分なシール性が得られること。

円形のノズルパッケージの場合には、追加的な機能として、垂直軸線の周りで予め規定した角度位置に調整が可能となっていなければならず、これにより、各フィブリルをノズルの下方の空間に正しく配置することができる。これらの要求を実現するべくされた従来の試みは多岐にわたるが、実際的な具体例について数例を以下挙げる。

大抵の場合に紡糸ビームにおけるキャリヤとの接続はノズルパッケージの端部の上（内）端においてなされている。(DE-C-1246221,DE-A-1660697, US 4,696,633等参照。）このことはパッケージをそのためのレセプタクル(receptacle;収容部）に上方からまたは側方から導入しなければならないとき(US 3,655,314 又はUS 3,891,379参照）についてもあてはまるものである。

ノズルパッケージをフランジを介して下側端部にねじにて取り付けることが公知である。たとえば、US 4,494,921参照。しかしながら、この例に使用されている取付手段は必要な密封力を（パッキングリングをパッケージの上端で加圧することによって）惹起させるものである。したがって、フランジとキャリヤ（加熱ボックス）との間に空気間隙が残される。

矩形のパッケージにおいて"支持ストリップ"を設けることで、加熱ボックスの側壁と紡糸ヘッドの側壁との間の金属接触部を介して加熱ボックスから紡糸ヘッドに良好な熱の伝達が惹起され、これらの二つの部分間に実際的な温度差が存在しないようにすることが提案されている(EP-B-271801) 。この点の目的はこの発明の以下の説明から明らかにする通り、それほど重要とは考えられない。円形のノズルパッケージについてこのアイディアを適用することは今までされていない。

ノズルプレート保持装置及びキャリヤの表面圧力に基づく"良好な熱の伝わり"はDE-C-1529819によっても達成される。しかしながら、この実現にはこの部分の有効な加熱を妨げるキャリヤを特別に構成する必要がある。

公知の紡糸ビームはDE-Gbm 84 07945 等に開示されている。この紡糸ビームではノズルポット（ノズルパッケージ）のためのレセプタクルは加熱ボックスに、実際には加熱ボックスの部分に溶接されている。レセプタクルにおけるノズルポットの配置は、ノズルプレートと、フィルタハウジングと、ノズルポット底部とからなる積層構造物がボルトによってレセプタクルの底部にねじ止めされており、このボルトは積層物を貫通してレセプタクルの底部の内ねじ孔にねじ止めされている。清掃等の必要でノズルポットをその部品と共にレセプタクルから取り外す場合は、ねじを緩め、ノズルポットを下方に向けてレセプタクルから引き出さなければならない。ノズルポットの清掃が処理すべき材料によるが一日に何回も頻繁に必要とされるとすると、レセプタクルの底部における内ねじ溝の領域におけるボルトに相当の疲労が発生する。ここに、ボルトはノズルポットに通常約１２０から３５０バール(bar) の圧力が存在していることから強く締結する必要がある。したがって、この締め付けはボルト及びねじ溝の損傷を避けるためにダイナモメータ式のキイを使用して行わなければならない。通常はノズルポットの取り付けのため少なくとも４個のボルトが必要であり、これはノズルポットの清掃のために相当な量の作業を必要としている。

紡糸ビームに関連してレセプタクルにおけるノズルポットの別の配置例は欧州特許公報163 248 （特にその第３及び６図を参照）に公知である。この具体例ではノズルポットは中空シリンダを有し、この中空シリンダは内方に延びる段状部によってノズルプレートを担持する。このノズルプレート上でフィルタハウジングは円形型ジョイントに支持されている。フィルタハウジングの上方において、中心通路孔を有する軸方向可動ピストンが中空シリンダに取り付けられており、中空シリンダは逆皿状の膜を介してその皿状部のエッジでノズルポットを空にして支持される。ノズルポットに加圧充填を行う場合は、フィルタハウジングと膜との間のギャップは溶融物で充填され、この溶融物は、ピストンシリンダに実際上対応する断面を横切って膜を押し下げ、従って、フィルタハウジングからピストンを押し下げる。この運動において、ピストンのストロークは中央開口を包囲するパッキングリングによって制限を受け、このパッキングリングはリングナットに当接する。このナットはボルトを介してポンプブロックに取り付けられ、ポンプブロックは加熱ボックス中にリジッドに配置される。中空シリンダはその内側ねじ溝で外側ねじ山を持つリングナットにねじ込まれる。このねじ山を介して、中空シリンダの段部によって支持されるノズルポットはハウジングボックスに支持される。ノズルポットを取り外すために中空シリンダはリングナットから緩められる。この配置におけるねじ条及び膜は相当な荷重を受けており、それは、中空シリンダの内側空間の全断面にわたって延びる密封膜及びねじ条は前記圧力及び断面積によって決定される力を受けていることによる。この力は、中空シリンダの内部空間の断面が比較的に大きいことにより１５トンにも及びえる。したがって、レセプタクルの底の領域にねじ条を配置することにより、中空シリンダのねじ込み、ねじの緩めのため或る程度の遊びが必要なことから、フィルタポットのために中空シリンダの外面と加熱ボックスの対抗壁との間に必要な自由環状空間が得られる。その結果、加熱ボックスの相当壁から中空シリンダへの熱の伝わりは主としてノズルプレートをその段部にて担持する領域においてリングによって阻止され、その結果ノズルプレートの必要とする連続的な十分な加熱は困難とされる。

本発明の目的は、ノズルプレートの領域における熱の適切な伝達を可能にするノズルプレート保持装置及び紡糸ビームを提供することである。

本発明は、連続フィラメントの紡糸のためのノズルプレート保持装置であって内部が空洞のボディを備え、該ボディは、内部に配置されるノズルプレートの孔が所定の紡糸方向に延びるようにノズルプレートを保持するための保持手段と、紡糸方向に延びる軸線と、外方に突出した支持部を具備した外面とを具備し、該ボディを下側から紡糸ビームの収容開口に導入後に紡糸軸線の周りで回転することにより、該ボディが前記軸線の周りを反対方向に回転するまでは該ボディを収容開口から底部に向けて離脱しないように保持し、前記支持部を紡糸ビームの対応表面と接触状態とすることができ、前記ボディの外面の支持部と前記ボディの内部の保持手段とは半径方向で相互に対向することを特徴とする保持装置を提供する。例えば、ボディは中空シリンダとナットとから構成され、ノズルプレートを保持するための保持手段は中空シリンダの内部に設けた段部として構成される。

紡糸ビームの、レセプタクルは、ノズルプレートの領域に内方に延びる肩部を具備し、該肩部はノズルプレートの対応する支持部と対抗しており、これによりノズルポットはレセプタクルに差し込むことができ、前記肩部と支持部とは接触時にノズルポットをレセプタクルに対して軸方向に錠止すると共に、ノズルポットの溶融物流入部とレセプタクルの底部との間にはガスケット（密封部材）が配置され、ノズルポットに流入される溶融物は、レセプタクルの底部及びノズルポットの内部エッジに対してガスケットを密封的に加圧し、かつ溶融物の通路は残している。

このような構成により、加熱ボックスの内方を向いたレセプタクルからノズルプレートの領域におけるノズルポットに向けての熱の伝達が、内方に延びる肩部により、換言すれば、レセプタクルの肩部とノズルポットの支持部との間の接触を介して、行われる。その結果、ノズルポット及び必然的にノズルポット中に直接に配置されたノズルプレートは十分かつ好適に必要な熱を供給される。ガスケットをノズルポットの内壁に位置決めしていることにより、通過孔の直接領域における表面に相当するガスケットの範囲において比較的に限定された運動のみが得られ、これにより、ガスケットの対応領域は大きな力を支える必要はない。

有利な構成としては、ガスケットは中心通過孔を有したベル形状をなし、組立状態ではガスケットは前記通過孔を包囲するその底部がレセプタクルの底部に載置され、ガスケットの外側エッジはノズルポット中のリング肩部に載置される。ガスケットをこのように形成することにより、ノズルポットの充填中に、溶融物の圧力下で、ガスケットはレセプタクルの底部を加圧し、かくして、ガスケットの中心通過孔の領域におけるノズルポットとレセプタクルの底部との間の密封効果をその圧力に自動的に適合することができる。

ノズルポットは有利な構造としては、ノズルポットの中空シリンダにおいて、ノズルプレートと、フィルタハウジングと、その上方の、中心開口を有したノズルポット床面を形成するリングナットとは積層構造ををなし、中空シリンダはその段部によりノズルプレートを担持し、かつリングナットは中空シリンダの内ねじ条にねじ込まれ、かつ積層された部材を相互に加圧し、ナットの肩部はフィルタハウジングに配置されたガスケットをリングナットの円錐状内面に対して加圧しており、これにより、通過孔を包囲している領域を具備したガスケットはリングナットの中心開口からわずかに突出している。

この構造のために、ガスケットはリングナットの円錐内面を介して芯出しされ、その結果、ノズルポットの組み立て後にノズルポットはレセプタクルに取り付けることができ、かつ上記したバヨネットロックによりガスケットの適切な位置決めがなされる。それから、ガスケットはレセプタクルの底部に対して正しい位置に即座に加圧され、かつノズルポットは密封され、かつ処理すべき材料により充填すべき準備がされる。

フィルタハウジングとノズルプレートとの間のシールの形成のために有利な構成としては、ノズルポットの組立状態ではフィルタハウジングはそのシリンダ状突起によりノズルプレートに着座され、この突起はフィルタハウジングのリング形状の凹部を包囲し、この凹部にパッキングリングが配置される。

ノズルポットの組立完了後でノズルポットを圧力下においた後に、フィルタハウジングのシリンダ状の突起はノズルプレートに当接され、かくして、この突起内に形成されるリング状凹部はこの突起の高さにより制限される。凹部に配置されたパッキングリングは過剰な圧縮を受けることはない。パッキングリングの密封効果はここではノズルポット内の圧力により自動的に決定される。なぜなら、この圧力は突起に抗してパッキングリングを外方に加圧し、かつ突起とノズルプレートの対向する表面との間に取りえる隙間を自動的に閉鎖するからである。他の利点として、この突起はこの突起によりノズルポットの全高さをも決定し、したがって、組み立て時に決まった寸法をもたせることができることがある。

有利な構成として、レセプタクルに配置された肩部及びノズルポットに設けられる支持部はバヨネットロックとして設計される。その結果、極めて容易に、即ち最大約９０°回すだけで開閉が可能なノズルポットとレセプタクルとの間の連結が提供される。必然的に、このバヨネットロックではノズルポットの取り外しを頻繁に行う場合でも摩耗が実質上生ずることがない。

有利な構成として、レセプタクルに設けられる内方に延びた肩部がノズルポットの対応の支持部と面している構成と、ガスケットをレセプタクルの底部上に支持させる構成とを組み合わせることにより、双方が補完しあう結果となり、迅速かつ安全な組立及び解体が実現する。

この発明を以下図面をベースに詳細に説明する。
ノズルパッケージの熱バランス
第１図はノズルパッケージでの熱の流れを示すものである。

キャリヤは参照番号５０をもって示しており、ノズルパッケージは５２で示している。キャリヤ５０は加熱ボックスの一部であり、この加熱ボックスは最近は２系統(dihpyl)スチームで加熱されるのが普通である(1993 年９月７日のDE-Gbm 9313586.6参照）。ノズルパッケージ５２はキャリヤ５０のレセプタクル（"ノズルキャビティ"）５４に収容されている。ノズルパッケージ５２は必須のものとしてノズルプレート５６とノズルプレート保持装置５８とから成る。ノズルプレート保持装置５８は中空部６０を備え、この中空部６０はノズルパッケージ５２のさらに他のエレメントを有しており、このエレメントについては第５図を参照して以下に説明する。これらのエレメントは第１図の熱バランスの概略的な説明には余計なものであり、これらの図に関連しては詳細な説明はされない。第１図において本質的な熱の流れは以下のようになる。

矢印１：流入溶融物によるノズルパッケージへの熱の流れ
矢印２：キャビティとの接触によるノズルパッケージへの熱の流れ
矢印３：空気間隙によるノズルパッケージへの熱の流れ
矢印４：流出溶融物によるノズルパッケージからの熱の流れ
矢印５：ノズルプレートの熱放射によるノズルパッケージからの熱の流れ
プロセスに基づいて溶融物は熱供給及び収奪熱の大部分を占める。理想的には両者の熱が量的に均衡することである。これは溶融物はノズルからの放出に至るまで一定温度を維持することを意味する。このことを確保するため他の熱の流れがバランスしている必要がある。これはノズルプレートでの熱損失によって特に困難である。ノズルプレートの断熱はできないことから、大量の熱が放射または対流によって周囲に逃れる。この熱は可能な限りにおいて紡糸ビームからノズルパッケージを介してノズルプレートに案内することにより溶融物の冷却を最小限に減少することができる。

通常型の構成のノズルパッケージではこの熱の供給は上部のみから起こる。これはノズルパッケージの密封によるものである。溶融物がノズルプレートの隣接部から横方向に流出しないようにするために、ノズルパッケージは上部のガスケットに対してきつく加圧される。この圧縮によって、ノズルプレートの反対側であるが、良好な熱ブリッジが生成される。フランジによって紡糸ビームの底部に取り付けられた実施例においても、下側フランジを通して起こりうる付加的な熱の流れは無視することができる。それは、フランジと紡糸ビームとの間に空気間隙が位置していることによる。しかしながら、空気の熱伝導値はノズルパッケージ及び紡糸ビームのそれより1000倍程低い。たった１／１０mm程度の空気間隙であっても、熱の供給はそれにともなって生ずる放射表面の拡大によって過剰保証されることから、起こりうる熱の流れは無視できる程に小さい。

FEM-計算
ノズルパッケージ及びノズルキャビティ内での熱分布は有限要素法(FEM) によって演算することが可能である。熱の流れの解析の際に重要なのは現実の装置の部材を通しての加熱がどのように起こっているかであることから、溶融物のない状態での計算がされ、その結果第２図のようなモデルが得られた。二元的温度に対する温度差は溶融物から引き出される熱量の指標となる。無ポリマーでの溶融物に対するノズルプレートの１０°Ｃの温度差を補償するために、ポリマー、ノズル直径、及び紡糸速度に応じて製造中に溶融物は平均約０．５°Ｃ冷却される。

計算上、加熱ボックス及びノズルパッケージは均質な熱伝導性を有しているものとする。キャビティ及びノズルパッケージに接触している部品の表面圧力は比較的高いことから、これらの熱移動の計算は熱伝導容量が同一であるとして行われる。ノズルパッケージと空気で充填したキャビティとの間の空間は極めて小さく、空気の移動はないものとすることができる。空気間隙を通しての熱移動は熱伝導のみによって起こるものと仮定する。第２図に示されるノズルキャビティ及びノズルパッケージの有限要素モデルが作られた。モデルの境界では各種の熱伝達係数及び周囲温度が採用することができる。蒸気凝縮、流体熱キャリヤ、外部への熱の放射、絶縁物中での熱伝導が考慮される。与えられた境界条件に基づいて、定常状態での温度分布が計算され、ＦＥＭ−プログラムで示される。

第３図は、ノズル直径が９０mmのときに計算されたノズルパッケージの温度分布を示す。約３０°Ｃの温度差（Δθ）が二元蒸気室とノズルプレートとの間で計算された。実施例の構成（空気間隙、壁厚等）に依存して、この値は数度変化することができる。パイロットプラントでの計測の結果、これらの計算の結果が確認された。これは、温度差の均等化のために、溶融物の吐出はノズルからの流出時に１．５°Ｃの冷却を受けるような熱量で行うべきであるということを示す。しかしながら、この温度差はどのノズルでも一定であるとは考えるべきではない。むしろ、この温度差は熱伝導の条件が変化すると大いに変化する。ノズルキャビティの汚染により熱的なブリッジが構成され、ノズルプレートに対する熱の均等な熱の供給に影響を及ぼす。従って、温度差はノズル出口での溶融物の温度管理の精度の指標となる。このことはフィラメントが極めて細いものであるときは非常に重要である。製造プラントでのノズルプレートでの計測の結果、通常型のノズルパッケージの場合において、温度の広がりは２°Ｃの範囲内であることが確認された。

さらに、構造上の特徴の影響についても評価するために、寸法が変えられ、かつ温度分布が決定された。ノズルパッケージ上での熱移動表面を拡大させてみたが、即ち、より大きな密封部材を使用したが、ノズルプレートの温度に実際上の影響は見られなかった。ノズルパッケージの全上面をキャビティと接触させた場合でさえも温度増大は最大１から２℃であった。そこに現われる勾配をみると、この影響は無視しうるほど小さい。この理由は一つにはノズルパッケージの上側からノズルプレートへの熱伝導路が比較的に長いことによる。もう一つには、熱の流れは熱の伝導体の最も狭い部分の断面により制限され、これはノズルパッケージの壁厚によって本質的には予め定めることができることによる。

ノズルプレートへの熱の流れの改善
熱の流れの解析に基づいて提案された新規なノズルパッケージでは二元流室からノズルプレートへの熱伝導路は大いに短縮されている。このような解決策の目的はノズルプレートでの熱の補償を改善することにある。したがって、この解決策の好ましい実施例ではバヨネットロックがノズルプレートの高さ位置のところに取り付けられている。この結果、付加的な熱の伝導路が生成され、これは熱流をして熱損失の箇所に可能な限りにおいて接近させることを可能とする。

この熱供給を可能な限りにおいて大きくするために、紡糸ビームについても変更が必要である。従って、凝縮表面は特にノズルキャビティの下側において可能な限りにおいて大きいことが重要である。必要なことは、十分な熱量をノズルプレートの温度補償のために利用できるようなっていることである。この点が確保されていないと、逆効果が発生することすらあって、熱が十分にノズルプレートに供給されず、むしろノズルプレートから持ち出されることになる。紡糸ビームの構成の場合には、二つの対策が立てられているが、これについてはドイツ実用新案第9313586.6 に記載されている。即ち、加熱ボックスの内部は二元流が迅速に流出され、液体の停滞がキャビティ領域に形成されないようになっている。さらに、凝縮の拡大のために表面リブがノズルキャビティに付加されている。このようにして、ノズルパッケージに対する十分な量の熱の供給を保証することができる。この構成による結果を第４図に示している。ノズルプレートに対する二元流室の温度勾配は有限要素法による計算によれば、約１０℃から２０℃減少することが可能である。これは、通常型の構成に対して約３０℃の温度管理上の改善となる。

第５図はこの発明によるノズルパッケージ（特にノズルプレート保持装置）を有した紡糸ビームの断面図である。紡糸ビームは加熱ボックス１を有し、この加熱ボックスに対して溶融物ライン及び溶融ポンプが上述のDE-Gmb 84 07 945の図に示すように延出する。加熱ボックス１において、レセプタクル２は溶接等によって挿入される。ここに、レセプタクルは壁３を備え、この壁３は底部４によって内部に向かって終端している。レセプタクル２はシリンダ状の内部空間５を包囲しており、この内部空間５に対してノズルポット６が挿入されている。この目的で内部空間５はシリンダ状開口７を介して外部室に移行している。底部４を溶融物導管８が貫通しており、この導管８は溶融物ポンプ（図示しない）に接続されている。

ノズルポット６は回転体をなしており、図ではレセプタクル２と同様な断面を持つべく図示されている。ノズルポット６は積層された部材、即ち、ノズルプレート９、フィルタハウジング１０及びナット１１より構成される。これらの３つの要素は中空シリンダ１２に配置され、中空シリンダ１２はその段部１３においてノズルプレート９を担持している。ねじ付ナット１１の側で中空シリンダ１２は内部ねじ条１４を形成しており、この内部ねじ条１４にナット１１の外部ねじ条がねじ込まれる。ねじ付ナット１１を中空シリンダ１２にねじ込むために、ねじ付ナット１１はポケット状孔１６及び１７を有しており、該孔にこれに合った鎌状スパナが嵌着される。中空シリンダ１２へのねじ付ナット１１のねじ込みは、ノズルプレート９に面したフィルタハウジング１０のシリンダ状突起１８によって制限される。ねじ付ナット１１のねじ込みの間に突起１８がノズルプレート９の表面１９に突き当たったときにノズルポット６の全長が決定される。シリンダ状の突起１８にはリング状の凹部が設けられ、ここにパッキングリング２０が充填される。パッキングリング２０は、被処理材料の圧力によってシリンダ状突起１８に対して外側に向かって加圧される。即ち、材料はその圧力のために表面１９とフィルタハウジング１０の底面２２との間の中間室２１を充填し、この圧力によって、圧力に見合った密封がフィルタハウジング１０とノズルプレート９との間に自動的に達成される。

ノズルポット６の要素である中空シリンダ１２は、その段部１３にノズルプレートを担持し、それ自身がレセプタクル２内に肩部２３によって支持される。即ち、肩部２３は図示した組付状態では中空シリンダ１２の支持部２４に面する。肩部２３は挿入ピース２５の要素を形成しており、この挿入ピース２５はレセプタクル２の壁３に挿入され、かつボルト２６によって壁３と一緒に強固にねじ止めされている。肩部２３及び支持部２４は一緒になってノズルポット６をロックするバヨネットロックを形成する。同時に、バヨネットロックは肩部２３と支持部２４を介して直接的な熱ブリッジを形成し、この熱ブリッジを介してノズルプレート９の加熱が直接的に行われる。中空シリンダ１２を回すことにより、即ち、ノズルポット６を９０°回すことにより、レセプタクル２とノズルポット６との間の連結は解除される。次に、ノズルポット６をシリンダ状開口７を通してレセプタクル２から取り外し、その部品に分解し、フィルタハウジング１０やノズルプレート９の清掃等を行うことができる。

ノズルポット６をレセプタクル２に挿入するとき、ガスケット２７（密封部材）は円錐状のねじ付ナット１１中に主に配置される。即ち、ねじ付ナット１１はガスケット２７の収容のための円錐状内面２８を有する。ガスケット２７は、その外側エッジ２９が、フィルタハウジング１０上に載置される溶融物ディストリビュータ３１の一部であるリング状肩部３０に載置される。この溶融物ディストリビュータ３１は、この実施例では、ノズルポット６の要素であり、溶融物導管８を通して供給される溶融物をノズルポット６の内部で好適に分配するのに役立つものであり、この作動については以下詳細に説明することになろう。

ノズルポット６の組立状態では、ガスケット２７は上述のようにリング状肩部３０に支持され、かつガスケット２７は、ねじ付ナット１１の円錐状内面２８と接触しつつ上方に向けて底部３２にまで上方に延びており、この底部３２の箇所で通過孔（入口孔）３３を包囲し、この通過孔３３は溶融物導管８と整列する。

図に示すようにガスケット２７の底部３２はねじ付リング１１の表面３４とからわずかに突出しており、その結果、バヨネットロック２４／２５が締結されると底部３２はレセプタクル２の底部４の底面３５に強固に載置される。このようにして、溶融物導管が通過するレセプタクル２の底部４とノズルポット６との密封が得られ、この際ノズルポット６の内部の圧力はその高さ如何に依存するが、ガスケット２７を底面３５及びねじ付ナット１１の円錐状内面２８に対して加圧する。さらに、ガスケット２７はねじ付ナット１１とフィルタハウジング１０との間の界面部位３６において外方に加圧され、ここにおいても確実な密封が得られる。

作動時において溶融物の流れは以下のように起こる。即ち、溶融物は導管８から連通孔３３を介して溶融物ディストリビュータ３１に流れ、このディストリビュータ３１を溶融物が溢れ、導管３７（多数設けられるがそのうちの２本のみ図示）に達する。図示の実施例ではそのような導管が約２４本存在している。それから、溶融物はフィルタ３８を介して流れる。フィルタ３８は底部に向かって格子３９によって閉じ込められている。更に、フィルタハウジング１０内において、導管４０が設けられ（このような導管が約４０本存在）、この導管４０から溶融物は中間空間２１に流入する。このとき、溶融物はノズルプレート９を通して、即ち、ボア（孔）４１を通して流通する。このボア４１はノズルプレート９の下側限界面４２内のキャピラリにおいて終端している。そして、フィラメントは１本づつ出てきて、これらフィラメントにより１本の糸条が構成される。

理論的な研究の証明のために紡糸ビームでの温度計測もなされた。紡糸ビームは次のように変更された。即ち、通常型のノズルパッケージと第５図の新規なノズルパッケージ"Quick Fit" がサイドバイサイドで採用された。この実験的な配置により構成の差を超える影響を広範囲にわたって排除することができた。実験のために、紡糸ビームは２９０℃の二元流温度まで加熱された。それに引き続き、二つのノズルパッケージが冷却を受け（約２０℃）、温度がノズル端部とノズル中心で計測された。第６図はこの実験の結果を示している。

第６図において、破線Ａはノズル中心での通常型のノズルパッケージの加温挙動（無ポリマーでの紡糸ビームに組み立てた後の温度の時間変化）を表わし、一方、破線Ｂは通常型パッケージの端部領域での対応挙動を示す。曲線Ｃはこの発明（第５図）のノズルパッケージのノズル中心の加温挙動を示し、曲線Ｄ（この曲線Ｄは大部分が曲線Ｃと一致する）は新規なノズルパッケージの端部での加温挙動を示す。

熱流を改善した新規なノズルパッケージは、通常型のノズルパッケージと比較してより速く最終温度に到達することは明らかである。更に、新規なノズルパッケージの最終温度は約１０℃高く、これは計算と一致をみた。ノズル中心とノズル端部との温度差は通常型のノズルパッケージでは無視できるほど小さいが、新規構造のノズルパッケージでは微妙な差ではあるが改善されている。従って、試験結果は演算結果と一致しており、これによれば、新規なノズルパッケージでの溶融物の冷却は通常型の構成のノズルパッケージと比較して約0.5 ℃低い。この値は極めて些少なようにみえるが、製造された糸条、特に、マイクロフィラメントの製造には品質に大きな影響を及ぼすものである。

第７Ａ図は"ノズルキャビティ"での溶融物供給領域、即ち、ノズルパッケージ６を収容する加熱ボックス１のレセプタクル２における"最適"条件を示している。レセプタクル２はそれ自身軸方向の表面１００を有しており、この表面１００は紡糸方向を向いている。この表面１００はノズルパッケージ６がその作動条件に来た後のノズルパッケージ６の前面１０２と面している。隙間１０４がその間に存在している。前面１０２とレセプタクル２の表面１００との間の間隔はノズルパッケージ６の製造若くは組み立ての間（製造中）に決定することができ、加熱ボックス１の製造公差を考慮する必要はない。

可撓性絶縁リップ１０６は表面１００に接触するようにノズルパッケージ６の上端から延出している。この可撓性リップ１０６の固さ、可撓性リップ１０６の座屈強度、及び可撓性リップ１０６の寸法は、第７Ａ図の面対面接触が惹起されるように選定される。理想的には可撓性リップ１０６は表面１００不均等性を調節する。

溶融物が導入通路を通して最初に入る際の可撓性リップ１０６と表面１００との間の漏洩の恐れは小さい。それは、溶融物の圧力は、可撓性リップ１０６の下方のノズルパッケージ６内のチャンバが充填されるまでは、低いからである。充填が起こるまでは可撓性リップ１０６は溶融物によって表面１０２に対して付加的に加圧を受け、これが漏洩の恐れに対抗するように作用することになる。

溶融物の流入に先立つ接触条件が重要であり、このことを第７Ｂ図の欠陥構造によって説明する。ここで、可撓性リップ１０６の弾性は過大となるように選定されている。したがって、リップエッジは再度底部に向かって曲げられており、これによりリップエッジと表面１００との間にくさび状の隙間が開いたままとなる。これは流入溶融物の攻撃表面を生じ、可撓性リップ１０６は表面１００から"剥離"され、漏洩を招く。もちろん、漏洩は、可撓性リップ１０６を表面１００に加圧する弾性の選定が過小である場合にも発生することがあり、流入溶融物は可撓性リップ１０６と表面１００との間に残留する隙間に浸透してくる。

可撓性リップ１０６は、ノズルパッケージ６中に"埋設"される密封ボディ上に設けられ、その結果ボディはノズルパッケージにより溶融物圧力に対して支持され、かつ可撓性リップ１０６だけが溶融物圧力下で変形しなければならない。好ましくは、可撓性リップ１０６はボディに対して１枚ものとして構成されるか、またはノズルパッケージ６自身において付加的密封機能を受け入れることができるように配置される。

密封エレメント（リップ）は作動圧力下において塑性変形可能であり、エレメントは、ノズルパッケージ６をキャビティから取り出した後の更新のための挿入に先立って交換すべきものである。しかしながら、このエレメントの材質は、エレメントが弾性的に変形可能であり、作動圧力下でも再使用可能ということから選定が行われる。溶融物が流入するに先立ってのノズルパッケージ６の再挿入時に密封エレメントは弾性的に変形可能であることが好ましい。

密封エレメント（密封リップ及び密封ボディ）は作動時に溶融物に対してむき出しとなっている。そのため、密封材料は溶融物に対して反応しないようなものを選定しなければならない。金属が好ましく、アルミニュームや鉄が大抵の場合において適している。円錐状の本体部がパッケージ内の円錐支持表面と接触下にある第５図の密封部材（１枚ものとして構成した本体部とリップ部とを備える）は深しぼり法またはメタルスタンピングによって形成することができる。約３mmまでのシート厚み（鉄の場合は１mm、アルミニュームの場合は１．５から２mmまで）が採用可能である。

好ましくは、ノズルパッケージ６はリミットストッパを備えており、このストッパはパッケージの作動位置において垂直軸線の周りでのノズルパッケージの角度位置を決定する。かくして、ノズルプレート９内での孔の配置を冷却ダクトに向かって予め規定することができる。キャリヤに対する連結がバヨネットロックにより行われている場合は、少なくとも１つのエレメントはリミットストッパの機能を発揮することが可能である。

多数型のバヨネットロックを使用可能である。この場合はロックの支持部２４にわたって表面圧力を分布させるための対策が必要となる。通常はこれはきつい製造公差を要求する。これら支持部２４の半径方向寸法が紡糸ビームにおけるノズルパッケージ６の分割（相互距離）に強く影響を及ぼすとすると、最小の分割が一般的に望ましいことから、この寸法は可及的に小さく維持する必要がある。ノズルパッケージの外面と各支持部２４の外端との間の半径方向間隔は１０mm以下であることが好適である。多数型ロックの場合はこの寸法は５mmより小さく維持することが可能である。好ましくは、３個以下のレスト部が各糸条毎に存在する。

この発明は、ある観点（ノズルパッケージ６の下端での接続）では、加熱ボックス１とノズルプレート９との間の熱の流通路を可及的に短縮せしめるものである。本発明のこの特徴点は密封リップと組み合わせて採用されることに制限されるものではないが、密封部材と組み合わせることにより溶融物圧力に対して十分な密封効果を発揮させることができる。このような密封部材は米国特許第4645444 号等においても公知である。

この新規なタイプの密封はノズルパッケージ６と加熱ボックス１との間の連結とは独立した固有の利点をもっており、DE-C-12 46 221やDE-C-15 29 819やUS-4 696 633のピストン式密封と置き換え可能である。

第５図において、ノズルパッケージ６の円筒外面はＭにて表わされている。この外面Ｍはノズルキャビティの内面より幾分小さな直径を持っており、ノズルパッケージ６をキャビティに容易に挿入することが可能である。支持部２４の底部とノズルパッケージ６の遠い側の前面との間の距離Ａはキャビティの深さより幾分小さくなるように選定されており、キャビティの端面と接触することなくノズルパッケージ６をキャビティに挿入することができる。支持部２４の半径方向寸法はＤにて示される。

ノズルパッケージ６の下端で連結するというコンセプトはそれに対処してノズルキャビティの下端の形成を行うことを要求する。このために加熱ボックス１自体を形成することが可能であるが、好ましくは、ノズルパッケージ６のキャリヤフレームを別個の構造とし、加熱ボックス１に第５図に示すねじ等の手段によって取り付けするものとする。好ましくは、フレームは交換可能であり、即ち、部品を破壊することなく取り付け手段を緩めることができる。

ノズルパッケージにおける熱の流れを概略的に示し、 有限要素法により形成されたパッケージのモデルを示し、 通常構成におけるノズルパッケージの温度分布を概略的に示し、 この発明により構成したノズルパッケージの温度分布を概略的に示し、 この発明の実施例を示し、 ポリマーがない場合に紡糸ビームにおける紡糸ノズルの加熱挙動に関する実験結果を表わすダイヤグラムを示し、 溶融物供給領域での条件を表わす概略図である。 溶融物供給領域での条件を表わす概略図である。

符号の説明

１ 加熱ボックス
２ レセプタクル
６ ノズルポット（ノズルパッケージ）
９ ノズルプレート
１０ フィルタハウジング
１１ ナット
１２ 中空シリンダ
１３ 段部
２３ 肩部
２４ 支持部
２７ ガスケット
１０６ 可撓性リップ

Claims (5)

1. 熱可塑性材料から連続フィラメントの溶融紡糸のための紡糸ビームであって、溶融物ラインが設けられた加熱ボックスと、溶融ポンプと、ノズルプレートに至るノズルパッケージとを具備し、該ノズルパッケージは、加熱ボックスに垂直に挿入される挿入体を構成すると共に、該ノズルパッケージは、ノズルパッケージの溶融物入口孔に至る垂直な中央溶融物導管を有するベル形状のレセプタクルに取り付けられており、レセプタクルはノズルプレートの領域において内方に突出する肩部を有し、ノズルパッケージは中空シリンダを含み、前記肩部は、中空シリンダの中空シリンダ支持部に対向し、ノズルパッケージはレセプタクルに挿入して回転することができ、肩部と中空シリンダ支持部は互いの接触によりノズルパッケージをレセプタクルに軸方向において錠止しており、
   ノズルプレートと、フィルタハウジングと、中央開口を形成するノズルパッケージ上部を形成する上部の中空支持部とは積層されて中空シリンダに配置され、中空シリンダはその段部にノズルプレートを支持し、中空支持部は中空シリンダの内ねじにねじ込まれると共に、積層された部材の圧縮を行い、リング状の肩部はフィルタハウジング上に配置されたガスケットを中空支持部の円錐状内面に対して加圧しており、これによりガスケットは入口孔を包囲するその領域が中空支持部の中心開口から幾分突出することを特徴とする紡糸ビーム。
2. ノズルパッケージの溶融物入口孔とレセプタクルの底部との間にガスケットが設けられ、ノズルパッケージに流入する溶融物は、入口孔を残して、ガスケットをレセプタクルの底部及びノズルパッケージの内縁に対して密封するように加圧することを特徴とする請求項１に記載の紡糸ビーム。
3. ガスケットは中心に入口孔を有するベル形状をなし、組立状態ではその底部が入口孔を包囲するようにレセプタクルの底部に載置され、ガスケットの外側エッジはノズルパッケージのリング状肩部に載置されることを特徴とする請求項２に記載の紡糸ビーム。
4. ノズルパッケージの組立状態ではフィルタハウジングはシリンダ状突起と共にノズルプレートに載置され、前記突起はフィルタハウジングの、パッキングリングの定置のためのリング状開口を包囲していることを特徴とする請求項１に記載の紡糸ビーム。
5. 肩部と中空シリンダ支持部とはバヨネットロックとして構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の紡糸ビーム。

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