JP2006525148A - 押出成形プラスチック・フォイル・ホースを冷却するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、押出成形プラスチック・フォイル・ホースＦを冷却するための方法に関し、フォイル・ホースＦは、フォイル・ホースＦの内側及び／又は外側囲いに沿って与圧冷却剤を押し流すことによって、冷却される。冷却剤は、フォイル・ホースＦに対して接線方向で引き出し開口部４の領域中に送られ、そのように発生された冷却剤は、フォイル・ホースＦの内側及び／又は外側の表面に沿った冷却剤に作用する遠心力によって、かつ冷却剤の様々な部分間の密度及び圧力の差によって、接線方向流入口６から流出口へらせん形流１６、１７として押し流される。前記装置１は、接線方向流入口１３Ａを有したノズル１３を設けられた配給ドラム２を備えた内側冷却ユニット１Ｂを含む。これの外部冷却ユニット１Ａは、管状要素５、Ｐによって区切られた、フォイル・ホースＦのまわりの環状チャネルＧと接続された接線方向流入口６を有する。

Description

本発明は、押出成形プラスチック・フォイル・ホース、すなわち吹込管状プラスチック・フォイルを冷却するための方法及び装置に関する。そのようなプラスチック・フォイル・ホースは、たとえば様々な製品を包装するために使用することができる。

知られているように、プラスチック・フォイル・ホース製造の従来の方法（米国特許第５，６０７，６３９号）では、フォイル・ホースは、押出機ノズルの引き出し開口部から連続的に押し出されるフォイル材料から形成され、それは、吹き込み形成作業による適切な延び及び方向決めの後、迅速に冷却しなければならない。冷却は、通常、フォイル・ホースの外側表面を冷却する空冷リング、及び／又はフォイル・ホースの内側表面を冷却するユニットによる空気流によって実施される。これらの冷却ユニットのそれぞれは、熱伝達によってフォイルから熱を除去する。

米国特許第６，０６８，４６２号に、吹込フォイル・ホースを連続的に製造するための装置が、開示されており、その装置には、押出機ノズルの引き出し開口部に隣接して、内側及び外側の主冷却ユニットがそれぞれ設けられ、フォイル・ホースの上側部分中に補助の内側冷却ユニットが設けられる。内側主冷却ユニットは、一連の同心円板から構成され、その円板には、その外側周辺部に沿って半径方向に溝状の空気流出口が設けられる。外側冷却ユニットも円板から構成され、その円板には、その内側周辺部に沿って環状の半径方向空気流出口が設けられる。冷却空気流は、ホースの内側から上部の流出口を介して排気される。

フォイル製造を考慮したとき、押出機ノズルから出る溶融フォイルの温度は、一般に１５０〜１８０℃の範囲であり、したがって非安定のフォイルは、第１段階で約８０〜１００℃まで比較的迅速に冷却してそれを固体化し、次に第２段階で、収縮しフォイル層が互いに粘着するのを防止するために、約２０〜２５℃の保存温度まで冷却しなければならず、巻き取る前に、これらをすべて実施しなければならない。しかし、上記のフォイルの冷却について、半径方向流出口から流出する空気流によって、迅速で均一なフォイルの冷却は、常に保証することはできない。これは、冷却に使用できる時間が比較的より短いような場合など、より速いフォイル速度において、特別な問題を引き起こす。すなわち、これは、現在、フォイル冷却が、フォイル製造技術全体のなかで、クリティカルな局面であることを意味する。従来の冷却技術では最大の適用可能なフォイル速度は、約１２０ｍ／分であり、それは、さらに製造を増加することへの障害になっている。

本発明の主な目的は、上記で述べた欠点を除去する、すなわち改良した技術を創出し、それによって押出機ノズルから押し出されるフォイル製品を、上記で述べた従来の解決策より、迅速に、均一に、かつ効率的に冷却することができるようにすることである。他の目的は、一般にフォイル冷却効率を高めることによって、フォイル製造の生産性を増加することである。

本発明は、押出成形プラスチック・フォイル・ホースを冷却するための方法を提供し、該フォイル・ホースは、押出機装置の引き出し開口部から連続的に押し出され、圧力媒体によって所定のサイズまで膨張した直後のフォイル・ホースが、引き出し開口部の領域中に送り込まれた与圧冷却剤、主に空気をフォイル・ホースの内側及び／又は外側の囲いに沿って流すことによって、所定の温度まで冷却されるという方法である。冷却空気は、フォイル・ホースを内側及び／又は外側で冷却するために、フォイル・ホースに対して接線方向で引き出し開口部領域中に送り込まれ、冷却剤は、フォイル・ホースの内側及び／又は外側の表面に沿った冷却剤に作用する遠心力によって、及び冷却流の様々な部分間の密度及び圧力の差によって、らせん形の冷却剤の流れとなって接線方向の流入口から流出口へ押し流される。フォイル・ホースの外側表面からある半径方向の間隔で配置された管状の囲いによって区切られ、接線方向流入口を有する環状チャネルが、外側冷却を適用するケースでは、加えられる。

内側及び外側のらせん形冷却流が、同時に及び互いに反対方向の流れで加えられることが好ましい。

冷却の最終ステージ中又はその直後に、フォイル・ホースは、まだ円柱状の形であるが、少なくとも２箇所（又はそれより多い箇所）で縦に切り分けることができ、このように製造された平らなフォイル・ストライプが１つずつ巻き上げられる。

本発明によれば、押出成形フォイル・ホースを冷却するために押出機ノズルの引き出し開口部の領域中に配置された装置が提供される。この装置は、製造されるフォイル・ホースの内側スペース中及び／又はその外側囲いに沿って配置された、少なくとも１つの内側及び／又は外側の冷却ユニットを有しており、その冷却ユニットは、流入口及び流出口を設けられ、冷却剤供給源に接続される。外側及び／又は内側の冷却ユニットは、冷却剤、具体的には冷気を送るために、フォイル・ホースに対して接線方向に配置された少なくとも１つの流入口を有する。さらに、外側冷却ユニットを適用するケースでは、内部からは冷却されるフォイル・ホースの外側表面によって区切られ、外部からは囲いによって区切られた環状チャネルが、そのユニットに設けられる。

この装置の好ましい実施例では、外側冷却ユニットの環状チャネルが、アーチ型の境界要素、具体的には管状の囲い及び／又は円錐形漏斗によって、有利にも外側から区切られる。

外側冷却ユニットは、押出機ノズル上に同軸で取り付けられる冷却剤配給ドラムを有することができ、そのドラムの接線方向の流入口が、フォイル・ホースを同軸で囲繞したスロット状の流入ダクトと連通し、そのダクトは、環状チャネルと連通する。

内側冷却ユニットには、冷却剤配給ユニットを設けることができ、その配給ユニットには、フォイル・ホースの内側囲い周辺部に沿って接線方向の給気口を有したノズルが設けられ、その給気口は、有利にも制御可能な与圧冷却剤供給源に接続され、その半径方向の位置は、冷却されるフォイル・ホースの内側スペース内で調節可能である。さらに、内側スペースには、ノズルとは反対側の末端部に排出パイプを設けることができる。この排出パイプの一端はフォイル・ホースの内側スペースから排気冷却剤を排出するための排気末端部で開口し、その他端は（有利にも制御可能な）真空源に接続される。

実験の過程において、従来の解決策に適用された基本原理及び構成から離れて、与圧冷却剤流を接線方向に送り、らせん形冷却流を発生させることによって冷却剤とフォイルの間で相対速度の差を発生させることによって、驚くべき効果的なフォイル冷却を実現することができることが認められた。そのように外側環状チャネル中に発生された冷却流は、有利にも滑らかな壁を有し、及び／又はフォイルの内側スペース中にあり、具体的には冷却媒体の粒子に作用する遠心力によって、及び様々な温度の媒体の部分の密度及び圧力の差によって、らせん形運動軌道に沿って進むように強いられる。媒体は、このようにして環状スペースを介してその流出口まで進まなければならない。

したがって、上記で述べたらせん形冷却流は、冷却媒体流のより熱い部分と比較的より冷たい部分の間の密度及び圧力の差によって発生され、その差は、本発明によれば、冷却剤流入口が接線方向のため、重要な役割を果たす。したがって、前述で規定した速度で接線方向に送り込まれる冷却剤は、回転するように強いられ、らせん形軌道に沿って環状スペースを通って進行し、したがってその粒子には、遠心力が作用する。

しかし、実験によれば、冷却剤らせん形流は、遠心力、及び冷たい冷却剤部分と熱い冷却剤部分の間の密度差の結果として、所与の断面内での層から構成される。一般に知られているように、冷気の密度はより高く（したがってより重く）、それゆえ遠心力は、より強い影響をそれに与え、したがって環状スペースに沿って流動する媒体内のより冷たい層が、環状スペース中で常に半径方向外側に位置付けられる。

上記の原理に基づいて、本発明による装置は、様々な温度の媒体、たとえば気体を円筒形のスペース、たとえばフォイル・ホースの外側環状チャネル及び内側環状スペース中に、有利にも互いに反対の流動方向に高速で、かつ常に接線方向に送ることによって、動作する。最初は冷たい媒体が下方で接線方向に送られた場合（垂直構成のケース）、媒体の温度上昇から生じる空気の上昇流は、らせん形の媒体流を妨げず、逆に該らせん形の媒体流をさらに促進する。一方、同じ理由から、最初に比較的熱い媒体が上方において接線方向で環状スペースに送られた場合、冷却されて生じた下降空気流は、やはり媒体のらせん形流を促進するはずである。

知られているように、熱エネルギーは、「放熱熱伝達」によって流動気体と固体間で伝達することができる。このケースでは、熱伝達は、熱伝導及び流動粒子による対流からなっている。したがって、熱エネルギーは、固体と接触した気体粒子を暖め、そのように暖められた粒子は、熱を運搬する。熱伝達は、比較的迅速である。というのは、気体を移動することによって熱エネルギーは、迅速に伝達することができるからである。このように、静止空気（断熱特性を有する）は、流動することによって良好な熱伝達媒体になる。

実験によれば、単位時間当たりの熱伝達量は、熱伝達係数、熱伝達面、熱伝達用媒体の温度、及びフォイルの温度に依存する。しかし、空気が絶えず大気から取り入れられ、大気中に吹き返されるので、冷却空気を発生するために大容量空気冷却システムが必要である。一方、熱伝達面は、変更することができない。というのは、たとえばフォイル製造過程で良質品を得るために、いくつかの幾何的条件及び特性を厳守しなければならないからである。これは、フォイルの表面が定められていること（一定）であることを意味する。第３に、熱伝達係数は、制限範囲内で変えることができる。空気のケースでは、これは、主に空気の相対含水率及び流速（フォイルと空気の間の相対速度差）によって、動かすことができる。熱伝達の程度は、その両方の要因によってかなり左右させることができる。静止乾燥空気の熱伝達係数は、約５Ｗ／ｍ^２Ｋであり、一方湿った激しく流動する空気の熱伝達係数は、約２５０Ｗ／ｍ^２Ｋである。したがって、放熱量は、熱伝達係数によって５０倍の大きさで増加することができる。

実験結果は、冷却気体の速度がフォイル・ホースの強度によって限定されることを示している。しかし、フォイルと冷却剤の速度差は、本発明によって冷却剤を接線方向に送ることによって、驚くべき程度までさらに増加することができる。さらに、実験によれば、フォイル・ホースに作用するらせん形冷却流からの遠心力は、フォイル・ホースの安定化にも都合のよい影響を与え、思いがけない余分の技術的効果をもたらすことにもなる。

本発明のさらに細部は、添付の図面を参照して述べる。図面に、例として本発明のいくつかの実施例を示す。

図１〜４に、本発明による、フォイルを冷却するための方法及び装置の理論的説明及びいくつかの可能性のある具現化を示す。

図１に、本発明による冷却技術の第１の実施例による、押出機ノズル開口部（図示せず）からまさに押し出されたフォイル・ホースＦの内側冷却を示す。冷却剤として、与圧空気が、横方向で接線方向に送り込まれる（半径方向で、フォイルの上向き進行方向に平行で空気を押し流す従来の解決策とは全く異なる）。このように、接線方向の流入口によって、渦巻き（回転）が冷却流に与えられ、したがって本発明によって、フォイル・ホースＦの内側表面に沿った冷却流に作用する遠心力のため、及び冷却流の様々な部分間の密度及び圧力の差のため、冷却流は、らせん形軌道（実線で示す）に沿ってフォイル・ホースＦの円筒型内側スペース内で流れることになる。それによって、知られた引き取りローラー・ペアＨへ上向きに進むフォイル・ホースとらせん形経路に沿って上向きに流れる冷却流の間の速度差が、実験で示されたように実際に増加された。

フォイル・ホースＦの外側表面（制御下で内側から冷却される）が大気環境とも接触し、その結果フォイル・ホースＦが外側からもある程度冷却されることに留意すべきである。フォイル・ホースＦ内で下方から上方に進む（同時に加熱される）内側冷却空気流が、フォイル・ホースＦ内に同軸で配置された中央パイプＣの上側流出開口部（鎖線で示す）を介して吸い出された。フォイル・ホースＦを巻き取る前に、図１の上部で、引き取りローラー・ペアＨが、フォイル・ホースＦを引き込むことになる。

図２による実施例では、内側冷却だけが、図１に示した解決策と同様に実施され、冷却空気流も、下方から少なくとも１つの接線方向流入口（矢印で示す）を介してフォイル・ホースＦの内側スペース中に押し流され、らせん形冷却流（実線で示す）も発生された（上記で述べたように）。

しかし、冷却空気が吹き込まれず、すでに加熱された空気が、常に吸い出されるわけではない点で著しい差があるが、内側らせん形の空気循環、したがって比較的大きい速度差がフォイル・ホースＦの内側スペース内に発生される。フォイル・ホースＦの内側スペース中のらせん形空気流は、フォイル・ホースＦの内側スペース内で中央に配置されたパイプＣ及び空気／液体熱交換器Ｅを介して押し流される。前記熱交換器Ｅ、及びらせん形冷却流を利用することによって、熱をフォイル・ホースＦから除去することができる（たとえば、図示していないが熱交換器Ｅの水循環器を使用することによって）。上部引き取りロール・ペアＨが、上記で述べた機能と同じ機能を有する。

図３に示す第３の実施例によれば、外側の冷却及び内側の冷却を組み合わせたフォイル冷却が、本発明によって実施された。フォイル・ホースＦは、主に外側フォイル表面に沿って冷却されるが、これは、内側の冷却と組み合わされる。このシステムは、強力ならせん形状の外側冷却とフォイル・ホースＦ内部の空気循環の特別な組み合わせを基本的に表す。

外側空気冷却の場合、フォイル・ホースＦの円筒形の非安定な区域によって内側から、及び円筒形の囲いＰによって外側から区切られた環状チャネルＧ中に、予め決定された圧力の冷却空気流が送られる。冷却空気は、圧力下において底部の接線方向流入口（破線矢印で示す）で、環状チャネルＧ中に送られる。そこから冷却空気流は、環状チャネルＧの開口した上部末端部にある流出口へ、らせん形で上向きに流れ、（このらせん形流を細線のらせん形点線で示す）、同時にフォイル・ホースＦが外側から効率的に冷却される。

引き取りロール・ペアＨによって上向きにフォイル・ホースＦを送り込む過程において、及び外側からフォイル・ホースＦが冷却される結果として、フォイル・ホースＦの内側スペース内で流動し続ける内側空気も冷却される（らせん形の実線で示す）。冷却された内側空気が、中央パイプＣを介してフォイル・ホースＦの下側区域に導き戻され、冷却効率がさらに向上する。下側流入口領域に導き戻された内側空気流は、フォイル・ホースＦのまだ熱い非安定区域の熱によって加熱され、リターン・パイプＣの上部末端部に達するまでの間に冷却される。

図１〜３による実施例は、どのようなタイプのフォイル・ホースＦを製造することになる場合でも、適用することができる。しかし、平らなフォイルが製造される場合、したがって、まずフォイル・ホースＦが押出機から押し出されて本発明よって冷却され、次に、冷却方法実施の過程で又は追加の操作（図４に示す技術など）中で、２つ以上の所与のサイズのフォイル・ストリップに切り分けられ、これらのフォイル・ストリップを巻き上げることができる。

図１〜３では、フォイル・ホースＦが引き取りロール・ペアＨによって駆動され、すなわち、平らに伸ばされ、後で知られた方法で巻き上げられた。しかし、図４による解決策においては、フォイル・ホースＦがそのままでは送り出されず、切断ユニット（単独では示していないが、たとえば回転切断ディスク）によって、所与のサイズのストライプに縦に切り分けられ、それがロール・ペアＨによって引き取られる。

フォイル・ホースＦの冷却の最終ステージ中又は直後に、フォイル・ホースがまだ円筒形状に膨張している過程中で、それを最低２箇所又はそれより多くの箇所で縦に切り分ける切断ステップが実施されることになり、このように製造されたフォイル・ストライプが１つずつ巻き上げられる。このように、より簡単でより生産的に、そのうえ冷却効率が高められて、平らなフォイルを製造することができる。

図４の構成に関し、フォイル・ホースＦは、冷却空気が下方で接線方向に送られ、らせん形軌道に沿って上向きに流動するように、本発明によって冷却される。しかし、「絞り弁」として働き、フォイル・ホースＦ内で引き取りロール・ペアＨの高さに近接して位置付けられたプラグＤによって、冷却剤らせん形流が自由に流出しないように遮られており、ロール・ペアＨは、互いからある間隔で配置される。暖められた冷却空気は、プラグＤと冷却されたフォイル・ホースＦの上部の安定化した区域の間のギャップを通り、及び／又はプラグＤ中に設けられた開口部（図示せず）を通り、外部領域に制御下で流出することができる。

図４で、プラグＤは、中央パイプＣと関連付けられる。したがって、このシステムでは、フォイル・ホースＦの内側冷却だけが実施された。これは、下側接線方向流入口でフォイル・ホースＦの内側スペースに接線方向で送られた冷却空気流が、らせん形流の形で上向きに移動することになり、したがって流動条件を極めて都合よく、調和したものにすることができる。

さらに、図１〜４に示す解決策の様々な組み合わせ及びバージョンがあり得る。実験では、外側及び内側の冷却を結合して実施すると、フォイル・ホースＦのもっとも効果的な冷却及び最高の可能なフォイル製造速度がもたらされることが示された。

本発明による上記の冷却システムの共通の特徴は、圧力下でフォイル・ホースＦの接線方向面上で、すなわちフォイルの駆動方向に対して横方向で接線方向に、冷却気体、たとえば空気が送られることである。そうでなければ、接線方向冷却流がフォイルから離れる傾向になるはずである、というのは、本発明によって、フォイル・ホースの内側及び／又は外側の表面に沿った冷却流に作用する遠心力を利用することによって、フォイルに隣接したアーチ型の、有利にもらせん形経路に沿って、冷却流が移動するように強いられているからであることに留意すべきである。冷却流を区切る手段として、内側冷却のために円筒型の吹込フォイル・ホースＦ自体（図１〜４参照）、及び外側冷却のためにフォイル・ホースＦのまわりに、好ましくは同軸で配置され、フォイル・ホースＦの外側表面と囲いＰの内側表面の間に外側環状スペースＧを形成する外側管状の囲いＰ（図３）を使用した。

もし、接線方向冷却剤流入口の流れをそれ自体だけで試験したとすると、冷却流が、フォイル・ホースＦの接線方向面上で円形軌道に沿って進むことになることを証明することができたと考えられるが、実験中、相対圧力差が、フォイル・ホースＦの内側スペース内、又は外側環状チャネルＧ内の冷却流の部分間で確立されることが認められた（以下の図８も参照）。これらの圧力差が存在する理由は２つあり、第１は、接線方向の冷却剤の吹き込み、及び第２は、様々な冷却剤層における暖気の程度の差から生じる冷却流の様々な層における密度の差である。その結果として、熱伝達媒体、すなわち冷却流が、本発明によって環状スペース内で相対的に軸方向にも変位する。したがって、上記に述べた理論的なエンドレスの「円形軌道」が、実際には本発明による冷却流の「らせん形軌道」の形に変換され、驚くべき効果をもたらす（以下参照）。

図５に、吹込押出成形プラスチック・フォイル・ホースＦを冷却するように設計された、本発明による装置１のより詳細な好ましい実施例を示す。動作の原理の点で、この実施例は、図１及び３による解決策の組み合わせに対応し、外側及び内側の冷却がともに適用されることを意味する。

図５において、装置１には、外側冷却ユニット１Ａ及び内側冷却ユニット１Ｂが設けられる。外側冷却ユニット１Ａは、押出機の知られた押出機ノズル３（図５に詳細に図示せず、細線の鎖線で示すだけである）上に取り付けられた冷却剤配給ドラム２を含む。

フォイル製造中、フォイル・ホースＦは、押出機ノズル３から引き出し開口部４を介して、連続したフォイル・ホースＦの形で出てくる。図５に、上方に円錐形で延びて冷却剤配給ドラム２の上側部分上に配置された漏斗５を示し、その円錐形は、フォイル・ホースＦの拡張する円筒形状によって選択され、フォイル・ホースＦは、引き出し開口部４から出た後、空気流を吹き込まれる（それ自体知られた方法で）。

さらに、外側冷却ユニット１Ａは、外側管状囲いＰを備える。この外側管状囲いＰは、すでに円筒形となっているフォイル・ホースＦの非安定区域に対して半径方向の間隔を有し該ファイル・ホースと、同軸で漏斗５の上に設けられる。この実施例では、円錐型漏斗５及び円筒型外側囲いＰは、外側から環状ダクトＧを共同して区切る。フォイル・ホースＦは、それ自体外側環状スペースＧとフォイル・ホースＦの内側スペース８の間で「区切り用壁」を構成する。冷却剤配給ドラム２には、接線方向流入口６が設けられ、それは、ドラム２中に形成されたスロット状の環状ダクト７と連通し、そのダクトは、フォイル・ホースＦの引き出し開口部４と同軸で配置される。

このケースでは、温度が１０℃〜２０℃である冷却空気が、接線方向流入口６及び環状ダクト７を介して、たとえば１．０ＭＰａの圧力下で接線方向に送られ、この冷却空気流は回転した状態で、漏斗５によって区切られた外側環状チャネルＧの下側部分に接線方向で入る。そこで、上記ですでに詳細に述べた作用のため、外側冷却空気流１７は、漏斗５及び囲いＰによって区切られた外側環状チャネルＧ中のフォイル・ホースＦの外側表面に沿って、らせん線形軌道の形で上向きに進み、効果的にフォイル・ホースＦを冷却することになる。この上向きのらせん形冷却空気流１７は、部分的にだけ示してある（図面をより明確化するため）。このケースでは、外側環状チャネルＧは、その上部で開口しており、したがって冷却空気流１７（フォイル・ホースＦの熱によってすでに暖められている）は、囲いＰの上側縁部において周囲環境中に自由に流出することができる（図５に破線矢印で示す）。

図５によれば、フォイル・ホースＦは、内側冷却ユニット１Ｂによって内側から冷却される。フォイル・ホースＦと同軸で、中央冷却用排出パイプＣが加えられ、このケースでは、その上部末端部は、開口しフォイル・ホースＦの内側スペース８と連通しており、パイプＣの底部末端部は、吸気（排気）ユニット（図示せず）と接続される。パイプＣと同軸に、外側パイプ９が配置されドラム２から突出しており、このように、環状チャネル１０が、パイプＣの外側表面とパイプ９の内側表面の間に形成され、このケースでは、それを介して、冷却空気が圧力下でフォイル・ホースＦの内側スペース８に吹き込まれる（圧力下で送られる空気は、点線矢印で示す）。

チャネル１０の上側末端部に、冷却剤配給ユニット１１が接続され、それは半径方向に調節可能な機構部（かさのフレームに類似）を含む。このケースでは、冷却剤配給ユニット１１が、半径方向の傾斜したパイプ１２から構成され、パイプ１２の下側末端部は、シールされたヒンジ付き接続手段によりダクト１０に接続され、その外側末端部のそれぞれには、接線方向の冷却剤供給流入口１３Ａを有した、少なくとも１つのノズル１３が設けられる。パイプ１２は、半径方向でロッド１４の外側末端部にヒンジ接続され、そのロッド１４の内側末端部が、パイプＣに沿って摺動可能で構成されたスリーブ１５に、ヒンジ接続される。スリーブ１５の軸方向変位によって、ノズル１３の半径方向位置をフォイル・ホースＦの近傍で調節することができる。

上記で言及したように、チャネル１０、パイプ１２、及びノズル１３を介してフォイル・ホースＦの内側スペース８内に、温度が２０℃の冷却空気を圧入するためのコンプレッサ（図示せず）に、チャネル１０の下側末端部が接続される。実験で加えた冷却空気圧は、０．４ＭＰａであった。加える冷却剤圧力は、フォイル厚さに常に依存し、したがって、より厚いフォイルのケースでは、より高い流入口空気圧を選択することができ、実験が、１０〜２５ミクロンの範囲の値の厚さのフォイルについて実施されたことに留意すべきである。

本発明によれば、ノズル１３の冷却剤流入口１３Ａは、フォイル・ホースＦの内側表面に対して接線方向であり、該フォイル・ホースＦに対して調節することができる。複数の流入口１３Ａからの冷却流は、内側らせん形冷却流を共同して形成し、その流れは、フォイル・ホースＦの内側囲いに沿ったらせん形運動になる。これらの冷却空気流１６は、下方から上方へ流動し、したがってフォイル・ホースＦを効果的に冷却することになる（図５に、この内側らせん形冷却流１６を部分的に点線で示す）。

内側スペース８中でいくらか暖められた内側らせん形冷却流１６中の空気が、排出パイプＣの上部末端部を介して排気され（図５に、破線の矢印によって示す）、そこには実験中この目的のために、０．０７ＭＰａの真空圧が加えられた。真空ポンプ（図示せず）が、冷却剤排出パイプＣの下側末端部に接続される。

図５において、少なくとも１つのらせん形冷却流１７が、外側環状チャネルＧ中に絶えず加えられ、それは上向きに進み、内部では、内側らせん形冷却流１６も、らせん形で上向きに進むが、流れ１７に対して回転方向が反対である。互いに反対方向で内部及び外部に加えられたこれらのらせん形冷却空気流１６及び１７は、フォイル・ホースＦを効果的に冷却するのみではなく、該フォイル・ホースＦの非安定プラスチック材料の延伸に関して、極めて好都合な影響を及ぼす。その理由は、それらの空気流によってフォイル・ホースＦの中心位置が安定し、該フォイル・ホースＦに沿った釣り合いの取れた内側及び外側の作用が保証される、すなわち、それらの空気流は、フォイル・ホースＦの縦及び横両方向の均一な拡張と壁厚さをもたらす一因になり、それによって、従来の技術と比較して優れた製品品質が保証されることを意味するからである。

実験によれば、図５に示す構成によって、驚くべき効果的なフォイル冷却がもたらされ、それによって、フォイル製造速度をさらに、かなり速めることが可能になり、現在使用されている押出機の生産性に基本的な影響を及ぼす。内側スペース８から排出パイプＣを介して空気を排出することによって、吹込フォイル・ホースＦの直径も同時に制御することができることに留意すべきである。さらに、同様の構成は、フォイル・ホースＦの直径について一定値を保証するために使用することができ、これは、押出成形フォイル製造において大きな効果である。

速度ベクトル三角形（図６に示す）の理論的説明において、冷却空気の流速をｖ_ｉで、フォイル・ホースＦの送り速度をｖ_ｆで、これらの速度ベクトルの間の角度を「α」で、及び速度差ベクトルをｖ_ｄで示すことに留意されたい。

まず、フォイル・ホースＦの方向と平行に、冷却空気が送り込まれる構成について検討する。このケースでは、速度差は、速度ベクトルの絶対値間の差と同一である。図６に、ｖ_ｄでこれらの速度差ベクトルも示す。言い換えると、これは、たとえば、空気速度が１００ｍ／ｍｉｎで、フォイル速度が５０ｍ／ｍｉｎの場合、速度差ｖ_ｄは５０ｍ／ｍｉｎであることを意味する。しかし、冷却空気が、フォイルに対して角度αで送られる場合、速度差は、速度ベクトルの差になり、絶対ベクトル値間の差よりもちろん大きい。

冷却剤がフォイルに対して反対方向で送られた場合、最大の速度差が発生するはずである。このケースでは、絶対値は、ちょうど総計になるはずである。われわれの観点では、互いに直角（α＝９０°）をなす２つの速度ベクトルは、実現可能な最大であるようの思え（図６参照）、したがって上記に言及したデータのケースでは、最大速度差は、比較的大きく、約１１１ｍ／ｍｉｎとすることができる。

したがって、図６に、フォイル及び冷却剤それぞれの速度ベクトルｖ_ｆ及びｖ_ｉが、所与の角度αである場合、速度差ベクトルｖ_ｄは、既知の方法で容易に決定することができることが明示されている。すなわち、角度α及び速度差ベクトルｖ_ｄの間は、コサイン関数の関係になる。

上記の例として述べた５０ｍ／ｍｉｎのフォイル速度及び１００ｍ／ｍｉｎの空気速度のケースでは、速度差ベクトルの絶対値（ｖ_ｄ）は、図７に示す角度αの関数の図によることになる。この図で、速度差ｖ_ｄを高めることによって、熱伝達係数が明らかに増加することが（当業者に）明示される。しかし、その結果として、冷却アウトプットが増加される。さらに、冷却アウトプットが増加されることによって、フォイル押出機の生産性とともにフォイルの軌道速度を増加することができる。これは、フォイル製造者には著しい付加的影響を表すはずである。というのは、これまで、フォイル冷却技術が不十分なため、フォイル速度が限定されていたからである。

図８に、図５による外側環状ダクトＧ及び内側スペース８の詳細を（尺度を比較的より拡大して）示し、それぞれらせん形冷却流１６及び１７の半径方向の「層」である様々な部分も示す。フォイル・ホースＦと外側管状囲いＰの間の外側環状チャネルＧ中で、冷却流１７の層が形成され、空気流のもっとも冷たい部分である層ｈが、外側囲いＰにもっとも近接して存在し、空気流のもっとも熱い部分である層ｍが、フォイル・ホースＦにもっとも近接して存在するように位置付けられる。一方、フォイル・ホースＦの内側スペース８内のらせん形冷却流１６に関しては、半径方向でもっとも外側にある層ｈが、その流れのもっとも冷たい部分であり、一方もっとも熱い層ｍがフォイル・ホースＦからもっとも離れて位置付けられる。したがって、外側環状ダクトＧ中の流れ１７のもっとも熱い層ｍがフォイル・ホースＦと接触し、同時に他方側、すなわち内側スペース８内では、流れ１６のもっとも冷たい層ｈがフォイル・ホースＦにもっとも近接しており、それによって熱伝達効率がさらに増加される。

最後に、われわれの実験結果によって、本発明による熱伝達方法及び装置によって、フォイル冷却の効率を実際に増加することができることが、明示される。上記に述べた実施例に加え、本発明による解決策は、保護対象の特許請求の範囲内において、多数の他のバージョン及び組み合わせの形で実現することができる。上記に開示されたように、本発明は、実際広く使用することができる。本装置は、比較的低い費用で既存の押出機についてさえ大いに実現可能である。

使用参照記号リスト
Ｆ− フォイル・ホース
Ｃ− パイプ
Ｈ− 引き取りロール・ペア
Ｅ− 熱交換器
Ｇ− 環状チャネル
Ｐ− 囲い
Ｄ− プラグ
ｖ_ｉ− 冷却剤速度ベクトル
ｖ_ｆ− フォイル速度ベクトル
ｖ_ｄ− 速度差ベクトル
α− 角度
１− フォイル・ホース冷却装置
１Ａ− 外側冷却ユニット
１Ｂ− 内側冷却ユニット
２− 冷却剤配給ドラム
３− 押出機ノズル
４− 引き出し開口部
５− 漏斗
６− 接線方向流入口
７− 環状ダクト
８− 内側スペース
９− パイプ
１０− チャネル
１１− 冷却剤配給ユニット
１２− （複数の）パイプ
１３− ノズル
１３Ａ−流入口
１４− ロッド
１５− スリーブ
１６− 内側らせん形冷却流
１７− 外側らせん形冷却流

本発明によるフォイル冷却システムの実施例の理論的動作及び構成を示す概略図である。 本発明によるフォイル冷却システムの実施例の理論的動作及び構成を示す概略図である。 本発明によるフォイル冷却システムの実施例の理論的動作及び構成を示す概略図である。 本発明によるフォイル冷却システムの実施例の理論的動作及び構成を示す概略図である。 本発明によるフォイル冷却装置の他の実施例の縦断面図である。 フォイル及び冷却空気の速度ベクトルの三角形を示す図である。 速度差ベクトルの絶対値を示す他の図である。 本発明によるらせん形冷却流の層構造を示す図である。

Claims (7)

1. 押出成形プラスチック・フォイル・ホースを冷却するための方法において、
   （ａ）前記フォイル・ホースを連続的に押し出すための装置の引き出し開口部、主に押出機ノズルからまさに押し出された前記フォイル・ホースの非安定な区域に、与圧冷却剤、主に冷却空気を送るステップと、
   （ｂ）前記フォイル・ホースの非安定な区域を内側及び／又は外側で冷却し、それによってそれを安定化するために、前記フォイル・ホースの非安定区域の内側及び／又は外側の表面上において接線方向冷却流の形で接線方向流入口を介して、前記与圧冷却剤を誘導するステップと、
   （ｃ）前記フォイル・ホースの内側及び／又は外側の表面に沿った前記冷却流に作用する遠心力を利用することによって、及び前記冷却流の様々な部分間の密度及び圧力の差を利用することによって、前記冷却剤流入口と流出口の間で前記接線方向の冷却流から少なくとも１つのらせん形冷却流を発生するステップと、
   （ｄ）前記外側で冷却するケースでは、前記フォイル・ホースの外側表面からある半径方向間隔にある管状囲いを使用することによって、前記外側らせん形冷却流のための環状チャネルを設けるステップと
   を含む方法。
2. 前記内側及び外側のらせん形冷却流が、同時に、好ましくは互いに反対方向流れである、請求項１に記載の方法。
3. 前記冷却及び安定化するステップの最終ステージ中又はその直後に、前記管状フォイル・ホースが少なくとも２箇所で縦に切り分けられて、平らなフォイル・ストライプを形成する、請求項１に記載の方法。
4. 押出機ノズル引き出し開口部の領域中に配置された、押出成形フォイル・ホースを冷却するための装置において、
   （ａ）製造される前記フォイル・ホースの内側スペース中及びその外側囲いに沿って、それぞれ配置された内側及び／又は外側の冷却ユニットと、
   （ｂ）冷却剤供給源に接続された、前記冷却剤のための少なくとも１つの流入口、及び各前記内側及び／又は外側の冷却ユニットのための流出口であって、
   前記冷却剤流入口が、前記冷却剤、具体的には冷却空気を接線方向流の形で送り、前記フォイル・ホースの内側及び／又は外側の表面に沿った前記冷却流に作用する遠心力を利用して、及び前記冷却流の様々な部分間の密度及び圧力の差を利用して、前記冷却剤流入口と流出口の間で前記接線方向冷却流から、らせん形冷却流を発生するように前記フォイル・ホースに対して接線方向に配置され、それによって、
   前記フォイル・ホースの非安定区域を内側及び／又は外側で冷却する、流入口及び流出口と、
   （ｃ）前記外側の冷却ユニットのケースでは、その内側からは冷却される前記フォイル・ホースの外側表面によって、及びその外側からは管状要素によって区切られた、前記外側らせん形冷却流のための環状チャネルと
   を含む装置。
5. 前記外側冷却ユニットの前記環状チャネルが、囲い及び／又は円錐形漏斗によってその外側から区切られることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記外側冷却ユニットが、前記押出機ノズルに同軸で取り付けられた冷却剤配給ドラムを有し、
   前記ドラムの接線方向流入口が、前記フォイル・ホースを同軸で囲繞するスロット状ダクトと連通し、
   前記ダクトが、前記環状チャネルと結合することを特徴とする、請求項４又は５に記載の装置。
7. 前記内側冷却ユニットには、空気配給ユニットが設けられ、
   前記空気配給ユニットには、前記フォイル・ホースの内側周辺部に沿った接線方向空気流入口を有したノズルが設けられ、
   前記ノズルが、与圧冷却剤供給源と接続され、その半径方向位置が、前記フォイル・ホースの内側スペース内で調節可能であり、さらに、
   前記内側スペースには、前記ノズルに対して反対側の末端部に排出パイプが設けられ、この排出パイプの一端は冷却剤を排気するために開口し、その他端は真空源に接続されていることを特徴とする、請求項４から６までのいずれかに記載の装置。

Images