JP2007516100A - 管状の押出生成物を生成するプロセスおよび押出機ノズル - Google Patents

Abstract

本発明は、管状生成物、特にインフレート・プラスチック箔ホースを押出成形するプロセスと押出機ノズルに関する。このプロセスは、入口を通して加圧材料を押出機ノズルに送り込むステップと、ノズルの内外構成要素の間に形成されたダクトに材料流を強制的に通すステップと、次にダクト端部の環状口を通して材料流を圧迫して、管状生成物を成形するステップを含む。核心は、押出機ノズルに入る材料流を最初は環状拡張室に送り込んで分配することであり、その断面は入口より大きくなるように選択する。断面が細くなって環状拡張室に接続された均質化リング流路の流れ抵抗より圧力が高い材料で、拡張室が完全に充填されると、均質化リング流路内で、材料の流れが入る方向を横切る方向に強制的に移動し、少なくとも均質化リング流路の境界を部分的に決定する表面の相対的回転によって均質化される。材料の流れは、強制的螺旋運動によって引き抜き口へと誘導される。

Description

本発明は、管状の押出生成物を生成するプロセスおよび押出機ノズル、特に管状のインフレート・プラスチック箔（薄膜ホース）に関する。このようなプラスチック箔は、例えば様々な製品の包装に使用することができる。

押出機ノズルを使用して、熱可塑性材料からインフレート箔ホースを生成するために使用されるプロセスおよび装置が、実際に知られている。このようなノズルは主に垂直に配置構成され、概ね水平の押出機スクリューの出口に接続された熱可塑性材料用の半径方向の入口を有する。実際には、連続的に均一な熱可塑性材料の流れを確保することは、重大な問題である。管状製品、主に管状押出機ノズルから出る箔ホースは、必要な直径および肉厚に到達するように伸張される。吹き込みに必要な空気室を提供するために、箔ホースは２つのピンチ・ロールを通して案内され、これは製品の引き取りに必要な力も加える。上述した従来通りのプロセスに適用される主要なパラメータは以下の通りである。
・箔ホースの長手方向の伸張：５から１０倍
・箔ホースの横方向の伸張：１．３から５倍
・ノズルの環状開口のサイズ：０．５から１．５ｍｍ
・引き取り速度：１から２０ｍ／分
・箔ホース直径：２３０から７５０ｍｍ
・押出機ノズルの冷却能力：１から８ｋＷ

均一な厚さの箔を生成するための基本的な前提条件は、押出機ノズルから出るインフレート箔ホースの均一な冷却である。つまり、箔ホースの固化点は同じ水平面になければならず、さもなければ、生成物の部分によって拡張および膨張が異なり、したがってはじき（ｃｒａｗｌｉｎｇ）が生じることがあり、生成物の圧延時に深刻な問題を引き起こすことがある。

上記の押出機ノズルでは、押出機スクリューから到着した材料の流れは、水平の入口から中心の垂直ダクトへと進行し、次に材料の流れは複数の小さい直径の穴へと分配され、これはそれぞれ、ノズルの内部構成要素（芯）と外部構成要素の間に設けた個々の渦巻き状流路に至る。これらの渦巻き状流路は１ピッチの長さであり、流路の案内曲線とノズルの外部スカート表面の両方が円錐形である。これら２つの円錐形の特性の結果、渦巻き状流路はピッチの最後までにはスカート表面から外れ、移行部断面が共通の細い環状断面に変形する。ノズルの内部構成要素と外部構成要素の相対的な軸方向位置を調節することによって、外部断面、つまり仕上げ用「引き抜き」口の直径および開口サイズを調節することができる。

既知のインフレート押出機ノズルのさらなる応用の問題は、主に押出機ねじが概ね水平の配置構成に設置され、箔の吹き込み、したがって押出機ノズルが垂直の軸線を有するということから来る。押出機スクリュー出口ではほぼ均質な材料の流れが生成されるが、水平方向から垂直方向への遷移は、プラスチック材料の流れに不均質な部分を生成することが多く、必然的に仕上げた生成物の品質劣化につながる。

既知の押出機ノズルのさらなる問題は、ノズルの外部構成要素と内部構成要素の構造的ユニットを相互に締結し、したがってその相対的位置（同心性、同軸性）は、個々の構成要素部品の嵌め合い、さらに形状および位置公差によって決定される。しかし、正確さは、現在の製造技術によって制限され、不正確さは概ね、一定でない引き抜き開口サイズをもたらす。

さらに、既知の加熱器ノズルでは、外部ノズル構成要素に配置構成された加熱器ユニットが、プラスチック材料を加熱する。しかし、出願人らの実際的経験によると、プラスチック材料は押出機ノズルの周囲に沿って均一な熱負荷を受けない。通常は電気的に発生する熱の５０％以下が、熱伝達によってプラスチック材料に届くに過ぎない。したがって材料が実際にはノズル芯を加熱し、したがって外部ノズル構成要素の外壁がプラスチック材料より高温になるのは確実であるので、固着、おそらくは焼け落ちの確率が高くなる。知られているように、プラスチックは当然のこととして、固着する傾向がある。

既知の配置構成では、外部と内部のノズル構成要素は通常、一緒に回転するので、固着したプラスチック材料は、軸方向の材料の流れによってのみ引き剥がすことができる。しかし、これは既に固着した粒子へのさらなる粒子の固着を必然的に伴い、したがって膨張し、材料の流れに「跡を残す」。これは、限界サイズに到達すると、材料表面から分離されて、材料の流れに統合され、生成物に「引き剥がし接合部」を生成する。その結果、箔ホースの厚さに±２０％もの差を生じることがある。この現象は、構造の理由までさかのぼることができるので、この欠陥率を削減できないか、わずかしか削減できない。箔ホースに厚さの差がある結果、巻き取り時に円錐形のロールになる。主要な欠陥がある場合、巻き取りが実際的に不可能になる。

しかし、外部と内部のノズル構成要素が同時に回転するので、さらなる問題も引き起こす。軸受けシステムが高温（約２００〜２５０℃）で動作するので、潤滑剤が溶け出し、連続的な交換が必要になる。さらに、機械制御に必要な電気接続部および加熱装置への電力供給は、スリップ・リングを通して供給しなければならず、加熱装置の制御ユニットを外部の回転部品上に設置しなければならない。したがって、押出機ノズルの構造的設計、動作、および保守が過度に複雑になる。

米国特許第４，５４１，７９３号は、プラスチック製品を生成する別の押出機ノズルを開示し、材料を均質化するために、相互に対して反対方向に回転する内部と外部のノズル部品の間に１組の軸受けの玉を配置し、このような玉が混合要素として作用する。ノズルの外部部品を、その内部部品と対向した状態で軸受けの玉で構成される軸受けシステムにはめ込み、それぞれ内部部品および外部部品によって形成された環状溝の軸方向に次々に配置構成し、軸受けの玉の間のギャップを通してプラスチック材料の流れを、環状流路の出口端にある引き抜き口の方向に圧迫する。

外部および内部ノズル部品の回転に関して上述した問題が、一方ではここでも現れ、異なる方向での回転は、はるかに複雑な回転駆動システムを必要とし、費用および構造的複雑性をさらに上げることになる。さらに、上述した渦巻き状流路の場合と同様に、軸受けの玉間のギャップを通して圧迫される材料の「後引き」現象が生じ、これは製品の品質を害する。

出願人の実践によると、押出機ノズルは複雑な役割を果たす。つまり、材料の流れの方向を変更し、材料を環状断面に供給し、方向転換によって引き起こされる不均質性を解消し、出口断面の一定の引き抜き口サイズを確保する。完璧な製品は、材料が完全に均質で、引き抜き口のサイズが一定であった場合のみ生成することができるが、これは先行技術で知られている解決法では保証することができない。

本発明の主要な目的は、上述した欠点を解消することである。つまり、例えばプラスチック箔、特にインフレート箔ホースのような押出生成物を、既知のテクノロジより経済的に、およびはるかに均一で、より良い製品品質で生産できる改良された解決法を生み出すことである。

本発明のさらなる目的は、ノズルに完全に均質な材料の流れを提供する、つまり構造的に単純化した押出機ノズル内に、均一に分布する同一の温度を提供し、動作中ずっと一定の出口断面、つまり引き抜き口のサイズを有することである。

本発明によるプロセスは、管状生成物、特にインフレート・プラスチック箔ホースの押出成形に使用することができる。これは、加圧した材料、特に熱可塑性材料の流れを押出機ノズルに供給するステップと、押出機ノズルの外部構成要素と内部構成要素の間に形成されたダクトに材料の流れを強制的に通すステップと、次に押出機ノズルのダクト端にある環状引き抜き口を通して圧迫することにより、管状生成物を成形するステップとを含む。このプロセスの核心は、入口を通して押出機ノズルに入る材料の流れが、最初に環状拡張室へと導かれることによって、入る材料の流れの進行方向に供給されることであり、その断面は、入口よりはるかに大きく選択され、これは少なくとも１桁大きいと有利である。環状拡張室が、材料の流れによって完全に充填され、流れの圧力が、環状拡張室へと捕捉され、それに接続された移行部断面を有する均質化リング流路の流れ抵抗より高くなっている場合、均質化リング流路内で材料の流れが強制的に入る方向に対して横断する方向に移動し、均質化リング流路の境界を少なくとも部分的に決定する表面の相対的（相互の）回転によって均質化され、材料の流れは、強制された渦巻き状（螺旋状）運動によって引き抜き口へと導かれる。

プロセスのさらなる形体によると、ノズル芯を外部ノズル部品にはめ込み、強制運動で維持された材料の流れによって、少なくとも部分的に集中化することができる。

押出機ノズル内の材料の流れは、材料の流れの強制運動によって実行された混練作業の結果として、材料の流れ自体に発生する内部熱によって、必要な温度に維持される。

上記のプロセスは、本発明により管状生成物を生成する押出機ノズルによって実行することができ、外部ノズル構成要素およびそれにはめ込まれた内部ノズル芯、および外部ノズル構成要素と内部ノズル芯の間に配置構成された材料供給ダクトを有する。外部ノズル構成要素は、加圧した材料を受け取る入口を有し、ダクトを通して引き抜き口に接続される。押出機ノズルの外部ノズル構成要素と内部ノズル芯は、相対的に（相互に）回転可能であるように配置構成され、そのために外部ノズル構成要素および／または内部ノズル真に好ましくは回転速度が制御可能である回転駆動装置を設ける。前記材料供給ダクトは、入口に接続された環状拡張室を有し、環状拡張室の断面は、入口よりはるかに大きく、少なくとも１桁大きいことが有利である。前記材料供給ダクトは、その一方端が環状拡張室の出口に接続された均質化流路を有し、その断面は、環状拡張室と比較して必要な割合まで細くされ、他方端は引き抜き口に接続される。

本発明によると、外部ノズル構成要素およびそれにはめ込まれた内部ノズル芯、およびその間に形成または配置構成された材料供給ダクトを有するような押出機ノズルの実施形態も可能である。外部ノズル構成要素は、少なくとも１つの加圧材料を受け取るために少なくとも１つの出口を有し、これは少なくとも１つのダクトを通して引き抜き口に接続される。押出機ノズルは、多層管状生成物を生成するのに適切であることを特徴とし、材料供給ダクトは、第１材料流を受け取る第１入口に接続された第１環状拡張室を有し、前記拡張室の断面は、第１入口よりはるかに大きく、少なくとも１桁大きいことが有利である。さらに、材料供給ダクトは、拡張室に好ましくは同軸で接続される第１均質化リング流路も有する。第１均質化リング流路の断面は、前記第１拡張室と比較して必要な割合まで細くされ、自由に回転可能な状態で外部ノズル構成要素にはめ込まれた境界決定スリーブの内部スカート表面によって部分的に境界を決定される。境界決定スリーブの外部スカート表面は、必要な割合まで細くされた断面の第２均質化リング流路の境界を決定し、その端部の一方は、第２均質化リング流路または第２入口の断面よりはるかに大きく、少なくとも１桁大きいことが有利である第２環状拡張室を通して、第２材料を受ける第２入口に接続される。第１および第２均質化リング流路の他方端は、均質化流路を接合する共通のリング室に接続され、これは引き抜き口に接続される。外部および内部ノズル構成要素および少なくとも１つの境界決定スリーブは、相対的に（相互に）回転可能な状態で配置構成され、外部ノズル部品および／または内部ノズル芯および／または境界決定スリーブは、回転駆動装置に接続可能である。

本発明のさらなる形体によると、所定の方法でギャップの断面のサイズおよび形状を制御し、それによって均質化リング流路の材料流を制御するように形成された少なくとも１つのギャップ制御溝が提供される。

本発明のさらなる形体および改良点について、以下の説明および請求の範囲で開示する。

本発明を、添付の図面に基づいてさらに詳細に例示し、ここでは例示により、本発明による解決法の３つの実施形態を示す。

図１で示すように、本発明による押出機ノズル１は、単層箔ホースの押出に使用することができ、箔ホースは、包装用箔として使用することができる。押出機ノズル１は、２つの主要部品、つまり外部ノズル構成要素２およびその中にはめ込まれ、相対的に回転可能である内部ノズル芯３で構成される。この場合、外部ノズル構成要素２は固定した状態で配置構成され、ほぼ回転対称の要素として形成される。つまり、垂直の縦軸４を有する円筒形外被として設計される。

外部ノズル構成要素２は、この場合では軸方向に分割され、長手方向軸線４に同軸に配置構成され、脱着可能な状態でねじ５により相互に固定され、中心に位置決めされた上部部品２Ａ、中心部品２Ｂおよび２Ｃ、および下部部品２Ｄで構成される。外部ノズル構成要素２の中心部品２Ｂには半径方向の入口６が設けられ、ポリエチレンなどの溶融した熱可塑性プラスチックは、既知の押出機スクリュー（図示せず）から出た後、これを通して加圧状態で押出機ノズル１に供給される。半径方向入口６の直径Ｄ₁は、このケースでは３５ｍｍになるように選択されている。

本発明によると、押出機ノズル１の入口６は、環状拡張室７に接続し、その断面は、入口６の断面よりはるかに大きく選択され、これは少なくとも１桁大きいことが好ましい。このケースでは、環状拡張室７は長手方向軸線４と同心で形成され、その外径Ｄ₂は、このケースでは３６０ｍｍになるように、円筒形の外部スカート表面８の高さＭは５０ｍｍになるように、それぞれ選択されている。

図１は、環状拡張室７が、回転可能な状態で外部ノズル構成要素２にはめ込まれたノズル芯３の円筒形のスカート表面９によって、内側から境界を決定されていることを明白に示す。ノズル芯３の直径Ｄ₃は、このケースでは３００ｍｍになるように選択されている。図１はさらに、ノズル芯３にはその下部に円筒形の肩１０を設けてあることも示し、このケースではそれは回転可能な状態でそれぞれ円筒形の肩１０の上および下の軸方向軸受け１１および半径方向軸受け１２にはめ込まれている。このケースでは、軸受け１１および１２にはテフロン（登録商標）のブッシュを適用しているが、これは回転するノズル芯３の下部を抱き込み、それによって上部のわずかな半径方向の変位、つまり多少の「自動位置決め」が可能になる。

図１によると、環状拡張室７上で、静止する外部ノズル構成要素２および回転するノズル芯３が、拡張室７と比較して断面が相対的に細くなった円形の均質化リング流路１３を構成し、押出機ノズル１の上部にあるその出口は、環状の生成物形成（「引き抜き」）開口１４を構成する。このケースでは、均質化リング流路１３は、ほぼ円筒形の下部区画１５、上方向へと円錐状に細くなる中間区間１６ｍおよび上部区間１７を有する。下部区間１５は、円錐形表面１８によって環状拡張室７に接続される。均質化リング流路１３の境界を内側から決定する回転ノズル芯３の外部スカート表面は、下部円筒形表面１９、円錐状に上方向へと細くなる表面２０、および円錐状に多少広がる上部表面２１で構成される。

図１は、内部ノズル芯３が回転対称のユニットとして形成されることも示し、したがってそのスカート表面は、単純な機械加工によって生成することができる。ノズル芯３の下端には、軸方向の溝付き穴２２が設けられ、これは既知の回転駆動装置（図示せず）のリブ付きシャフトに接続することができ、これによってノズル芯３を回転することができる。さらに、ノズル芯３には、長手方向の中心ダクト２３を設けて、生成した箔ホースに加圧した空気を送り込む。したがって、既知の方法で箔ホースを吹き込み形成、伸張、および場合によっては冷却することができる。押出機ノズル１の引き抜き開口１４を通して出て、加圧した空気によってダクト２３を通して吹き込み形成された箔ホースは、細い一点鎖線および参照文字「Ｔ」で示される（図１）。

図１では、熱伝達を減少させるために相対的に細いリング２５を通してのみ相互に接続されている外部ノズル構成要素２の中心部品２Ｂと２Ｃの間には、距離２４が残されている。したがって、外部ノズル構成要素２の上部部品２Ａと中心部品２Ｂは約２５０℃の作業温度で作業するが、部品２Ｃおよび２Ｄの作業温度が１５０℃を超えないことが達成される。この方法で、軸受け１１および１２を抱き込む部品２Ｃおよび２Ｄの熱負荷を効果的に減少させることができる。

ノズル芯３の穴２２に接続された回転駆動装置（図示せず）は、ハイドロモータ（例えばリブ付きシャフトを有する）を含んでよく、その回転数は、経験から例えば２０回／分になるように選択されている。

図１の押出機ノズル１に関して、引き抜き開口１４の外径Ｄ₄は３０３ｍｍになり、引き抜き開口１４のギャップｖは１．５ｍｍになるように選択されている。垂直の押出機ノズル１から出る箔チューブＴの厚さは、実験中に１０マイクロメートルに設定され、この箔チューブＴの円筒形部分は、約１０００ｍｍの直径に吹き込み成形された。

図１による押出機ノズル１の暫定的加熱に関し、固定された前記外部ノズル構成要素２の部品２Ａおよび２Ｂの外部スカートに沿って加熱装置２６が配置構成され、それ自体が知られている電気的加熱でよい。外部ノズル構成要素２が静止していることを鑑みて、加熱装置２６を配置構成し、それに電力供給して、制御することは、極めて単純である。本発明の好ましい実施形態では、加熱装置２６は、作業前に押出機ノズル１を加熱し、それを作業温度（以下で検討）に維持するように意図される。

図１の押出機ノズル１は以下の方法で動作する。

最初に、加熱装置２６をオンに切り換えて、押出機ノズル１を例えば２５０℃の作業温度まで加熱する。次に、溶融して均質化したポリエチレン材料の流れを、例えば３０ＭＰａの圧力および約２５０℃の温度の押出機スクリュー（図示せず）によって半径方向入口６を通して押出機ノズル１へと連続的に送り込む。（ホースを引っ張り、引き抜きロール対の間に挿入するなど、それ自身が知られている箔生成物の他の準備作業については言及しない。）

材料の流れが、入口６を通ってこれより非常に大きい断面の環状拡張室７へと突然入り、後者はそのサイズのせいで、ノズル芯３が例えば約２０回／分の回転数で回転する間に、流体のプラスチック材料が動き回って最初に環状拡張室７を充填することを可能にし、それによって拡張したプラスチック材料を拡張室７内で時計回りに確実に移動させる。

図１は、（拡張室７と比較して）相対的に細い均質化リング流路１３が、拡張室７の上部部品の円錐形表面１８のせいで細くなった状態で接続されることを明白に示している。流路１３は細いのでその流れ抵抗は環状拡張室７よりはるかに高い。ノズル芯３が回転する結果、環状拡張室７を形成する静止した外部ノズル構成要素２の内面８と、相対的に細い均質化リング流路１３の境界を決定するその区間１５、１６および１７との間、さらに環状拡張室７内で、さらに流体のプラスチック材料が渦巻き状に上昇するにつれて、均質化リング流路１３内でも、摩擦抵抗の結果としてプラスチック材料を強制的に移動させ続ける回転ノズル芯３の外部スカートの表面９、１９、２０および２１との間に、有意の想定的な速度差が生じる。この速度差は、（出願人らの実験結果によると）約３７ｍ／分にもなることがある。

したがって、外部ノズル構成要素２に対してノズル芯３が回転することにより、高い速度差が発生し、その結果、静止したノズル構成要素２と回転するノズル芯３の間のプラスチック材料は絶えず移動し、したがってノズル芯３の回転は環状拡張室７および均質化リング流路１３内のプラスチック材料で連続的な混練および剪断作業を実行する。この混練作業の過程で、流体材料中に熱が発生し、本発明はこれを使用して、押出機ノズル１内のプラスチック材料に必要な温度を維持する。その結果、初期の加熱作業期間の後は電気的加熱装置２６をオフに切り換えることができ、したがって運転費用を大幅に削減することができる。

したがって、構造的部品間の上述した相対的（相互の）回転速度差のせいで、さらに材料の混練および剪断作業によって、材料自体の中で熱が発生し、先行技術で使用する間接的な熱伝達の場合より、温度分布をはるかに均衡させる。

図１は、入口６を通して水平方向および半径方向に入る材料の流れが、図１による配置構成内で箔ホースＴが垂直方向で上へと吹き込まれるにつれ強制的に方向転換することを、当業者に明白かつ正確に示す。しかし、このような方向転換から生じる潜在的な不均質性は、上記で詳述したように、均質化リング流路１３および拡張室７の特殊な設計によって完全に解消され、それによって本発明によりプラスチック材料の非常に効果的で完璧な均質化を実行する。

本発明による解決法では、均質化リング流路１３の細くなった断面は、上部区域ではさらに細くなって、環状拡張室７より材料に対する流れ抵抗がはるかに大きくなり、したがって材料の流れは、環状拡張室７を完全に充填した後でしか、生じた圧力差の結果として均質化リング流路１３内を上方向に始動しない。にもかかわらず、プラスチック材料の流れは、環状拡張室７内でも多少均質化されている。任意のケースで、均質化リング流路１３の流れ抵抗は、例えば内部ノズル芯３の回転数を選択することによって、正確に調節することができる。

箔ホースＴの吹き込みおよび冷却ステップについては、本明細書では詳述しない。これらのステップは従来通りに実行してよい（本発明の核心に属さない）。

押出機ノズル１の環状拡張室７から流れる材料が、強制的に均質化リング流路１３内の「渦巻き状の線」に沿って引き抜き口１４に向かい一定かつ連続的に移動するので、ノズル表面へ固着する確率は最低になる。しかし、固着した材料部分があれば、それは本発明による押出機ノズル１内で軸方向および接線方向の両方に移動する材料の流れにより、即座に引き剥がされる。出願人の実験結果は、プラスチック材料のこのような強制的移動が、仕上げた生成物に非常に好ましい特性を与えるプラスチックの驚くほど均一で特に網目状のきめを生成することを示す。

上述したように、環状拡張室７とそれに同心の均質化リング流路１３との相対的な速度差および高い圧力によって、強制的に移動する流体のプラスチック材料自体が、「滑り軸受け」と「潤滑剤」とを同時に構成し、ノズル芯３の上方部分を抱き込む。これは、回転するノズル芯３の上方部分が動作中に常にその中心位置へと正確に調節されているという驚くべき追加の技術的効果と結合され、したがって出願人の試験によると、引き抜き口１４のギャップｖは、作業全体で絶対的に一定かつノズル１の長手方向軸線４と同軸に維持され、このことは箔ホースＴの製品品質に関しては極めて重要である。実験によると、本発明により生成された生成物の厚さ誤差は、従来の解決法と比較して、数桁低くすることができる。したがって、回転するノズル芯３の「自動位置決め」する上方部分を半径方向にわずかに変位可能にするように、軸受け１１および１２の「遊び」を選択しなければならない。

図示の実施形態では、環状拡張室７の円錐状に細くなる表面１８に丸まった隅部を与えて、プラスチック材料の流れの「アイドル」部分を防止する（図１）。

図１は、回転するノズル芯３がこのケースでは軸方向にも分割されることを示す。つまり、上部部品３Ａおよび下部部品３Ｂで構成され、一緒に回転できるように、同軸で相互に固定される。これが押出機ノズル１の使用者にとって重要なのは、様々な厚さの様々な箔製品を生産するために、単純に部品３Ａを引き抜き開口の対応する校正済み開口と交換することによって、引き抜き開口１４の様々なギャップｖを適切かつ単純に調節できるからである。

本発明のプロセスに従い、上記の押出機ノズル１を使用して生成された箔ホースＴは、均一に構築され、一様な肉厚であり、したがって引き抜きロール対（それ自体が知られており、図面では図示せず）を通した後で滑らかに巻き取り、（既知の方法で）さらに処理することができる。

本発明による押出機ノズル１の重要で顕著な特徴の一つは、上記で開示したように材料を特別に処理するために、少なくとも拡張室７と均質化リング流路１３の境界を決定する表面の間に相対的（相互の）速度差が生じることである。この相対的運動は、外部ノズル構成要素２が静止し、内部ノズル芯３が回転した場合に、またはこれが同じ方向または異なる方向で同時に異なる速度で回転した場合にさえ生成することができるが、上記の開示に基づいてこれらの実施形態を実現するために、当業者にはさらなる説明は必要ないと考える。

包装テクノロジでは、包装用多層箔を必要とすることが多く、例えば衛生面の理由で、その１つの層だけが食品などの包装される製品と接触してよく、この層はポリエチレン（通気性）で作成することができ、他の層はポリアミドで作成することができ、これは食品に接触しないが、緊密な密封を提供する。

本発明による押出機ノズルの図２に示す第２の実施形態は、このような２層の箔ホースを生成するのに適切である。図２の同様の部品は、単純さおよび互換性の向上のために、（図１と）同一の参照文字で指示してある。

図２で示すような押出機ノズル１は、構造および動作原理の両方について、図１による解決法とほぼ対応する。前記押出機ノズル１も２つの主要構成要素部品を有する。つまり静止した外部ノズル構成要素２と、前記外部構成要素２内にはめ込まれて回転可能な内部ノズル芯３である。外部ノズル構成要素２は軸方向に分割され、それぞれ部品２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄで構成される。回転するノズル芯３は、既知の方法（図示せず）で回転駆動装置に接続される。

静止した外部ノズル構成要素２には、溶融した第１プラスチック材料の流れを加圧状態で第１押出機スクリュー（図示せず）から送り込む半径方向の第１入口６も設けられ、これはこれよりはるかに大きい断面を有する第１環状拡張室７へとつながる。第１環状拡張室７は、流れの断面がこれより非常に小さい第１均質化リング流路１３にも接続され、後者は押出機ノズル１の出口として上部環状引き抜き開口１４に接続し、そこで２層の箔ホースＴ’が出て、既知の方法で加圧した空気によって引き伸ばされる。

回転するノズル芯３には、回転駆動装置（図示せず）のリブ付きアクスル頭部を受けるのに適切な穴２２、および加圧した空気で箔ホースＴ’を引き伸ばす中心の空気入口ダクト２３も設ける。静止したノズル構成要素２の中間部品２Ｂと２Ｃの間の熱伝達を低下させるために、ここには距離２４および接続リング２５も適用する。固定した外部ノズル構成要素２の部品２Ａおよび２Ｂの外部スカートに沿って、電気加熱装置２６も配置構成される。ノズル芯３を回転するために、好ましくはハイドロモータ、または電気モータまたは他の従来通りの回転駆動装置（主に高いトルク、低い回転数および均衡した動作を有する）を適用することができる。

図１による実施形態と比較した違いは、図２による配置構成では、円形の第１均質化リング流路１３が大部分は環状境界決定スリーブ２７の内面２８によって外側から境界を決定されることである。前記スリーブ２７は、その底部にはリム２９が、頂部には開口縁が設けられ、このケースでは自由に回転可能な状態で同軸にて外部ノズル構成要素２の軸受け３０内にはめ込まれた肉薄の管として配置構成される。しかし、スリーブ２７の外部スカート表面３１は、断面が非常に大きい第２環状拡張室３２の境界と、前記拡張室３２と比較すると断面が小さく、頂部でそれに接続した第２均質化リング流路３３の境界とを内側から決定する。

静止したノズル構成要素２には、このケースでは第１入口６とは反対側の部分で第２環状拡張室３２へと半径方向につながる第２入口３４を設ける。前記第２入口３４を通って、第２溶融（約２５０℃）プラスチック材料の流れが加圧状態で別の押出機スクリュー（図示せず）から送り込まれる。第２入口３４と第２環状拡張室３２と第２均質化リング流路３３との断面の比率は、第１の実施形態で言及した比率とほぼ対応することに留意されたい。

作業に入る時に、押出機ノズル１は、電気加熱装置２６で約２５０℃の作業温度に加熱する。次に、第１プラスチック溶融物を、高圧で第１入口６に通して送り込み、同時に第２入口３４を通して第２プラスチック溶融物を送り込んで、これらのステップの間、ノズル芯３は、回転駆動装置によって毎分２０回転で回転する。第１プラスチック材料を、３０ＭＰａの圧力で第１入口６を通して送り込み、これは例えばポリエチレンでよく、箔ホースＴ’の内層はこれで作成し、それと同時に第２溶融プラスチック材料を、３０ＭＰａの圧力で第２入口３４を通して送り込み、これは例えばポリアミドでよく、箔ホースＴ’の外層はこれで作成する。

高圧で入る第１溶融材料流が、最初に第１環状拡張室７を充填し、第２材料流は第２環状拡張室３２を、これも回転ノズル芯３の強制的な回転衝撃によって充填する。しばらくは上記で詳述したように剪断および混練作業が、ノズル１の両方のプラスチック材料で実行され、これには内部熱が発生する。したがって、外部加熱装置２６は、特定量の作業時間が経過した後に停止することができる。

ノズル１内で発生した圧力差の結果、ノズル芯３によって回転し続ける高圧の第１材料の流れは、第１均質化リング流路１３内で第１環状拡張室７から「渦巻き」の形態で上昇し始め、一方で摩擦接続によって境界決定スリーブ２７を回転させる。同様の現象が第２環状拡張室３２および第２均質化リング室３３内でも生じるが、この材料流の境界の大部分は、回転スリーブ２７（第１材料の流れによって強制的に回転する）の外部スカート表面３１によって、さらに外部ノズル構成要素２の内面２Ｘによって決定される。このようにして、本発明により、均質化リング流路１３と３３それぞれの境界決定要素の間、さらに環状拡張室７と３２それぞれで、相対的な回転速度差が発生する。

作業時に、第１材料流によって強制的に回転し続ける回転中の境界決定スリーブ２７は、常にセンタリングした位置を維持する。第１拡張室７から第１均質化リング流路１３へと強制的に渦巻き状で上昇する第１材料流の圧力が、回転する境界決定スリーブ２７によって第２環状拡張室３２から第２均質化リング流路３３へと強制的に渦巻き（螺旋）状で上昇する第２材料流のそれとほぼ同一だからである。それと同時に、これらの材料の流れは、ノズル芯３の上方部分にも集中して、上述したように引き抜き口１４にて口の一定のギャップｖを確保し、これは製品品質の向上のためには極めて重要な要素である。

図２は、境界決定スリーブ２７の頂部より上の区域では、均質化リング流路１３および３３両方の出口が共通の環状接合室３５に統一され、このケースでは上方向に円錐状に細くなり、そこで最終的な箔生成物Ｔ’の内層と外層とを構成する第１および第２プラスチック材料流が相互に合流することを明示している。このケースでは、合流室３５は、環状リング区間３６を通して校正済みの引き抜き口１４に接続される。

図１および図２によると、縁部を丸めて上方向に細くなった円錐形の移行首部３７が、環状拡張室７および３２それぞれと均質化リング流路１３および３３それぞれとの間に挿入され、後者は前者と比較すると移行部断面が細くなり、それによって流れの状態がさらに好ましくなるように意図される。（円錐形表面１８も移行首部３７の一部を形成する。）

回転する境界決定スリーブ２７の回転数は、言うまでもなく直接駆動される内部ノズル芯３のそれより少ない。環状拡張室７および３２それぞれと均質化リング流路１３および３３それぞれの境界決定表面の間に、相対的な速度差が発生し、その結果、本発明によると第１の実施形態で詳細に説明したように材料中に驚くほど好ましい均質化効果が生じる。

本発明によると、押出機ノズル１中で流れの方向が変化することによって引き起こされる材料流の不均質性は、押出機ノズル１の流れ抵抗を制御することによって、特定の方法で完全に解消される。比較のために、従来の押出機ノズルのケースについて言及すると、相対的に均質な水平リングを形成してから、引き抜き口へと上方向に流れるように強制されないので、材料が方向転換した直後に上昇を開始できる。これに対して、本発明によると、材料は上記した相対的回転の結果として、材料の流れが既に、どの場所の圧力の少なくとも突然に細くなる均質化リング流路の流れ抵抗を克服できるほど均質になった場合しか、環状拡張室７および３２それぞれから均質化リング流路１３および３３それぞれへと上方向に出ることができない。逆の場合、材料はまだ環状拡張室に留まろうとする。この流れ抵抗は、例えば上述したようにノズル芯３の回転速度によって制御することができる。

上記実施形態のケースのように、外部ノズル構成要素２は静止しているが、内部ノズル芯３は回転子、材料流の境界を決定する表面の間では速度の非常に大きい相対的差が生じる。その結果、材料流は連続的に軸方向および半径方向に動作し、したがって固着の確率が最低となる。固着する可能性がある粒子は、軸方向ばかりでなく半径方向にも移動する材料の流れによって、即座に引き剥がされる。上述した高速回転および圧力の状態の結果、渦巻き形で上方向に流れる材料中に発生する網目状のきめは、仕上げた生成物に好ましい特性を与える。

本発明による押出機ノズルの別の特性は、オリジナルな方法で、均質化リング流路１３および３３それぞれが、処理したプラスチック材料自体によって回転ノズル芯３の上方部分を特殊にセンタリングして「はめ込む」以外に、材料流の環状ダクトとしても働くことである。回転可能な状態で外部ノズル構成要素２内にはめ込まれた内部ノズル芯３は、「滑り軸受け」としても作用する溶融プラスチック材料によっても「潤滑」され、従来のノズル軸受けで生じる問題を解消する。このような「はめ込み」によって、ほぼ「理想的な潤滑状態」が生じる。高圧の「潤滑剤」材料が室を完全に充填し、一定の材料流が常に新鮮な「潤滑剤」を提供するからである。したがって、ノズル芯３の上方部分は、従来通りの潤滑を必要とせず、これによって構造がさらに単純化され、運転費用が削減される。

特定のケースでは、図２による解決法を３層またはそれ以上もの層がある箔ホースの生産に適用することができる。３層以上の包装用箔は、例えば製品の最も外側にある第３層に必要な良好な印刷特性によって、利用価値がある。

本発明によると、特に多層生成物を生成する押出機ノズル１に関して、他の実施形態も実現可能である。例えば、回転するノズル芯３が材料の剪断によって第１限界決定スリーブを回転させ、後者もプラスチック材料を通して次の１つまたは複数の限界スリーブを回転させ、このスリーブも回転可能な状態ではめ込まれる配置構成（図示せず）とすることができる。駆動の性質から、限界決定スリーブの速度は、半径方向外側に向かって徐々に低下する。この配置構成は、融点および粘度の値が近い材料で構成された層の場合に有利である。この構造は、外部ノズル構成要素２が回転し、後者が材料の剪断によって限界決定スリーブを回転するというタイプでも実現することができる。

さらに別の実施形態（図示せず）では、回転するノズル芯３が、はめば歯車のような強制的結合を通して第１限界決定スリーブを回転することができ、この限界決定スリーブが、はめば歯車などの別の強制的結合を通して第２のスリーブを回転する（最後の限界決定スリーブまで以下同様となる）。この場合、目的は速度差ではなくて逆回転である。というのは、この方法で、速度が連続的に低下する限界決定スリーブではなく、例えば同一速度であるが反対方向に回転する限界決定スリーブで構成されたノズル１を有することができるからである。このノズルは、粘度が非常に異なる材料のケースに使用すべきである。

しかし、相対的（相互の）速度差は、本発明により、ノズル芯３を「自動位置決め」配置構成（図示せず）にはめ込む方法でも生成することができるが、これは回転せず、限界決定スリーブ２７が代わりに回転する。この場合、プラスチック材料から生成される「滑り軸受け」も生じ、これによってノズル芯３を十分にセンタリングすることができる。この解決法は、主に粘度および融点の値が非常に異なる材料を適用する場合に提供される。

押出機ノズル１の温度は、外部ノズル構成要素２の外面に装着した加熱装置２６によって始動時に調節され、次に回転駆動装置をオンに切り換えた後に、プラスチック材料の流れを所望の温度に維持するために必要な熱が、回転するノズル芯３によって実行される混練作業によって材料自体の中で発生するので、加熱装置２６による加熱は徐々に減らされ、最終的に加熱は停止される。したがって、熱は、実際に入力される回転エネルギによって材料自体の中で直接的に発生し、したがってプラスチック材料の温度も保証することができる。

本発明による解決法では、推奨される配置構成およびノズル芯３のはめ込みによって驚くべき「自動センタリング」効果が達成され、これによって出口断面の現在の同心性、一定の開口ギャップｖ、および材料の一様な内部加熱を保証することができ、それ以外に固着の危険性を完全に排除することができる。出願人の実験によると、このように生成した生成物の品質欠陥率は、既知の解決法のケースより１桁少なく、驚くことに±１％未満に維持することもできる。

別の利点は、本発明による押出機ノズル１が構成要素の数および複雑さに関して大幅に単純化されていることによっても得られる。構成要素は、ほぼ回転対称の表面でのみ構成される。つまり、従来通りの解決法（費用がかかり、特殊な仕上げ用機械を必要とする）で適用された渦巻き状溝を削除することができる。駆動装置以外に、ノズルは９つの構成要素のみで構成される（上述した従来通りのノズルは、少なくとも１５の構成要素で構成される）。

４から８層、さらには１０層も有する複雑な箔の場合は、上述した実施形態のうち１つまたはその組み合わせを、現在の作業パラメータおよび選択した基本的材料の関数として適用すべきであることに留意されたい。

図３および図４は、図２で示した押出機ノズル１の好ましい実施形態を示し、回転可能な状態で外部ノズル構成要素２にはめ込まれている限界決定スリーブ２７は、外部環状インサート３８および／または内部環状インサート３９を伴い、これはここでは交換可能な要素である。このケースでは、環状インサート３８および３９には、個々の外部スカート表面３８Ａおよび３９Ａに軸方向では螺旋固いであるが断面は半円形の溝３８Ｂおよび３９Ｂが設けられ、これは前記ノズル芯３と同軸で配置構成された限界決定スリーブ２７に隣接する（図４）。

本発明のさらなる形体によると、ギャップのサイズおよび形状、つまり水平化リング流路１３および／または３３中の材料流の断面をさらに正確に制御するために、少なくとも１つの特殊な溝３８Ｂおよび３９Ｂを設ける。この実施形態では、ギャップを制御する溝３８Ｂおよび３９Ｂを、上述したように環状インサート３８および３９それぞれの表面に形成する。

この改良型のギャップ制御は、限界決定スリーブ２７の外部および内部スカート表面２８および３１それぞれと、インサート３８および３９の隣接するスカート表面３８Ａおよび３９Ａそれぞれの間の細くなった嵌め合いギャップによって、さらに主に制御溝３８Ｂおよび３９Ｂそれぞれの輪郭の形状およびサイズによって、事前に一部を決定することができ、これは常に処理すべき材料の関数である。

図３および図４による実施形態では、外部環状インサート３８が、外部箔層のプラスチック材料の第２均質化リング流路３３の断面形状を制御し、内部環状インサート３９が、上述した方法で内部箔層の材料の第１均質化リング流路１３の移行部断面形状を制御する。この配置構成により、押出機ノズル１内の粘性トルクも制御することができる。

環状インサート３８および３９それぞれの上記の配置構成により、押出機ノズル１の出口付近、つまり引き抜き開口１４の近傍で、押出機ノズル芯３の「自動センタリング」形態をさらに改良することができる。

他の実施形態（図示せず）では、インサート３８または３９を使用する代わりに、少なくとも１つの限界決定スリーブ２７の外面および／または内面および／または外部ノズル構成要素２の内面および／またはノズル芯３の外面に、少なくとも１つのギャップ制御溝３８Ｂ（３９Ｂ）を形成することができる。前記ギャップ制御溝３８Ｂ（３９Ｂ）は、処理すべき材料およびテクノロジの要因に応じて、軸方向および／または螺旋形の形状および異なる断面を有してよい。

最後に、本書の開示に基づき、本発明による手順および押出機ノズルは、請求の範囲の保護範囲内で多くの他のタイプおよび組み合わせで実現することができるが、これは当業者には明白であることに留意されたい。上記の例では熱可塑性の基本的プラスチック材料に言及したが、本発明は、マカロニのペースト、プラスチックまたは金属管など、他の材料の押出成形にも同様に有利に適用することができる。

本発明による押出機ノズルの第１実施形態の縦断面図を示す。 ２層プラスチック・ホースを生成するように意図された本発明による押出機ノズルの第２実施形態の縦断面図を示す。 図２による押出機ノズルの改良版の縦断面図を示す。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

Claims (10)

1. 管状生成物、特にインフレート・プラスチック箔ホースを押出成形するプロセスで、加圧した材料、特にプラスチック材料を押出機ノズルに起こり込むステップと、ノズルの外部構成要素と内部構成要素の間に形成したダクトに、この材料の流れを強制的に通すステップと、次に押出機ノズルのダクト端部にある環状引き抜き口を通して材料流を圧迫することによって、管状生成物を成形するステップとを含むプロセスであって、押出機ノズルに入る材料流が、最初に入口の後に環状拡張室に送り込まれることによって、入る材料流の進行方向でダクトに沿って供給され、環状拡張室の断面は、入口より非常に大きくなるように選択され、これは少なくとも１桁大きいことが有利であり、環状拡張室が、環状拡張室まで細くした断面を有し、これに接続する均質化リング流路の流れ抵抗より高くなった圧力を有する材料流によって完全に充填されると、均質化リング流路内で、材料流が入った方向に対して横切る方向に移動し、少なくとも均質化リング流路の境界を部分的に決定する表面の相対的回転によって均質化され、材料の流れが螺旋状の強制的運動によって引き抜き口まで誘導されることを特徴とするプロセス。
2. 強制的運動状態に維持された材料の流れによって、少なくとも部分的にノズル芯を外部ノズル部品内にはめ込みかつ／またはセンタリングすることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。
3. 材料流の強制的運動によって実行された混練の結果として、材料自体の中で発生した内部熱によって押出機ノズル内の材料流を必要な温度に維持することを特徴とする、請求項１または２に記載のプロセス。
4. 加圧した材料から管状生成物、特にインフレート・プラスチック箔ホースを生成する押出機ノズルで、外部ノズル構成要素およびそれにはめ込まれた内部ノズル芯を有し、材料供給ダクトが外部ノズル構成要素と内部ノズル芯の間に配置構成され、外部ノズル構成要素が、加圧した材料を受け取る入口を有し、これがダクトを通して引き抜き口に接続された押出機ノズルであって、押出機ノズル（１）の外部ノズル構成要素（２）および内部ノズル芯（３）が、相対的に（相互に）回転可能であるように配置構成され、そのために外部ノズル構成要素（２）および／または内部ノズル芯（３）に回転駆動装置を設け、前記材料供給ダクトが、半径方向入口（６）に接続された環状拡張室（７）を有し、環状拡張室（７）の断面が、入口よりはるかに大きく、少なくとも１桁大きいことが有利であり、前記材料供給ダクトが均質化リング流路（１３）を有し、それは一方端が環状拡張室（７）に接続され、その断面は、環状拡張室と比較して必要な割合まで細くなり、その他方端が引き抜き口（１４）に接続されることを特徴とする押出機ノズル。
5. 加圧した材料から管状生成物、特にインフレート・プラスチック箔ホースを生成する押出機ノズルで、外部ノズル構成要素およびそれにはめ込まれた内部ノズル芯を有し、材料供給ダクトが外部ノズル構成要素と内部ノズル芯の間に配置構成され、外部ノズル構成要素が、少なくとも１つの加圧した材料を受け取る入口を有し、これが前記ダクトを通して引き抜き口に接続された押出機ノズルであって、押出機ノズル（１）が多層管状生成物、主に箔ホース（Ｔ’）を生成するのに適切であり、材料供給ダクトが、第１加圧材料流を受け取る第１入口（６）に接続された第１環状拡張室（７）を有し、前記拡張室（７）の断面が、第１入口（６）よりはるかに大きく、少なくとも１桁大きいことが有利であり、さらに材料供給ダクトが、好ましくは同軸で拡張室（７）に接続された第１均質化リング流路（１３）を有し、第１均質化リング流路（１３）の断面は、前記拡張室（７）と比較して必要な割合まで細くなり、自由に回転可能な状態で外部ノズル構成要素（２）にはめ込まれた境界決定スリーブ（２７）のスカート表面（２８）によって部分的に境界を決定され、境界決定スリーブ（２７）が、必要な割合まで断面が細くなった第２均質化リング流路（３３）の境界を決定する別のスカート表面（３１）を有し、その一方端は、第２環状拡張室（３２）を通して第２材料を受け取る第２入口（３４）に接続され、これは第２均質化リング流路（３３）または第２入口（３４）の断面より断面がはるかに大きく、好ましくは少なくとも１桁大きく、第１および第２均質化リング流路（１３、３３）の他方端は、引き抜き口（１４）に接続された共通の合流室（３５）に接続することが好ましく、外部ノズル構成要素（２）、内部ノズル芯（３）および少なくとも１つの境界決定スリーブ（２７）が、相対的に（相互に）回転可能な状態で配置構成され、外部ノズル部品（２）および／または内部ノズル芯（３）および／または境界決定スリーブ（２７）が回転駆動装置に接続されることを特徴とする押出機ノズル。
6. 環状拡張室（７；３２）、均質化リング流路（１３；３３）および引き抜き口（１４）が、押出機ノズル（１）の長手方向軸線（４）に対して同軸で配置構成されることを特徴とする、請求項４または５に記載の押出機ノズル。
7. 回転可能なノズル芯（３）の下端が、外部ノズル構成要素（２）の軸受け（１１、１２）にはめ込まれ、それによってノズル芯（３）の上端に制限された半径方向の変位が可能になり、均質化リング流路（１３；３３）に隣接するノズル芯（３）の上端が、軸受けなしで自動位置決めする状態で配置構成されることを特徴とする、請求項６に記載の押出機ノズル。
8. 回転可能なノズル芯（３）が軸方向に分割され、引き抜き口（１４）の形状を決定する開口を設けたその部品の１つ（３Ａ）が交換可能であることを特徴とする、請求項４または５に記載の押出機ノズル。
9. 外部ノズル構成要素（２）が軸方向に複数の部品（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ）に分割され、前記ノズル芯（３）の軸受け（１１、１２）を有する部品（２Ｃ、２Ｄ）の熱負荷を軽減するために、隣接する部品（２Ｂ、２Ｃ）の間に距離（２４）および少なくとも１つの接続リング（２５）があることを特徴とする、請求項４または５に記載の押出機ノズル。
10. 均質化リング流路（１３；３３）内の材料流の断面のサイズおよび形状を、予め決定した方法で制御するように形成された少なくとも１つのギャップ制御溝（３８Ｂ；３９Ｂ）が設けられることを特徴とする、請求項４または５に記載の押出機ノズル。

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