JP2010058363A - 中空押出成形物の水冷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形物の径変化や真円度の低下を防止でき、成形物の歪みも生じにくく、高い寸法精度の中空押出成形品が得られる水冷装置の提供。
【解決手段】押出機Ｅから押し出される中空押出成形物Ｍを水Ｗ中に通過させて冷却する減圧水冷槽１と、下位に配置した調整水槽２と、調整水槽２内の水Ｗを給水ポンプＰ１を介して減圧水冷槽１内へ底部側から供給する給水管路Ｌ１と、調整水槽２内の水Ｗを冷却する冷水器３とを備える。減圧水冷槽１と調整水槽２の間に、減圧水冷槽１の水Ｗをオーバーフローさせて調整水槽２に流下させる溢流管路Ｌ２と、減圧水冷槽１内の水Ｗをその底部側から調整水槽２へ自然流下させる自然流下管路Ｌ３とが接続され、給水手段による給水量が自然流下管路Ｌ３による調整水槽への排水量より多く、その差に相当する水Ｗが溢流管路Ｌ２より調整水槽２に流下する。
【選択図】図２

Description

本発明は、押出機より連続的に略水平方向へ押し出される合成樹脂パイプやチューブ等の中空押出成形物を水中に通過させて冷却硬化させるための水冷装置に関する。

一般的に、長尺の押出成形品の製造ラインでは、押出機から下流側に順次、水冷槽、引取り機、切断機が配置しており、押出機で加熱溶融した合成樹脂を押出機出口のダイを通して所要の断面形状として連続的に略水平方向へ押し出し、この高温の押出成形物を引取り機を介して引き取りながら、水冷槽の水中を通過させることによって冷却硬化させ、切断機で所定長さに切断して製品化する。

しかして、水冷槽の水は、傍らに設けた貯水槽からポンプで供給し、水冷槽内の一定の水位を越える分を溢流管よりオーバーフローさせて該貯水槽へ戻す形で循環させるのが普通であるが、成形速度を高める目的で、溢流管とは別にポンプを介して強制的に貯水槽へ排出させる排出手段を設け、もって循環水量を多くして冷却効率を高めることも提案されている（特許文献１）。
特許第３５１４７４０号公報

しかしながら、近年における押出成形品の用途の広がりに伴い、特に精密機器や医療機器等に用いる合成樹脂パイプやチューブの如き中空押出成形品として、１０μｍ台の高い寸法精度が要求されるようになっており、従来の水冷槽による冷却方式では対応困難になっている。すなわち、押出直後の中空押出成形物は元来より形態的に変形し易い上、このような高い寸法精度では、水冷槽の水中を通過する際の水圧による径変化や真円度の低下と共に、水流、水揺動、波立ち等による歪みまでが問題になる。従って、例えば前記提案のように強制的排水で循環水量を多くする方式では、水圧による径変化や真円度の低下に対処できない上、水流が速くなって水揺動や波立ちも生じ易くなるため、逆に寸法精度が悪化することになる。

本発明は、上述の情況に鑑み、中空押出成形物の水冷装置として、水冷槽の水中を通過する際の水圧による成形物の径変化や真円度の低下を防止でき、しかも水流、水揺動、波立ち等による成形物の歪みも生じにくく、高い寸法精度の中空押出成形品が得られるものを提供することを目的としている。

前記目的を達成するための手段を図面の参照符号を付して示せば、請求項１の発明に係る中空押出成形物の水冷装置は、押出機Ｅから連続的に略水平方向へ押し出される中空押出成形物Ｍを水Ｗ中に通過させて冷却する減圧水冷槽１と、該減圧水冷槽１よりも下位に配置した調整水槽２と、この調整水槽２内の水Ｗを給水ポンプＰ１を介して前記減圧水冷槽１内へその底部側から供給する給水手段（給水管路Ｌ１）と、該調整水槽２内の水Ｗを冷却する水冷却手段（冷水器３）とを備え、前記減圧水冷槽１及び調整水槽２が密閉式で上部に空気層１０，２０を有し、これら両槽１，２の空気層１０，２０同士を連通する通気管路ＡＬが設けられると共に、その空気層１０，２０を所定の減圧状態に設定する真空吸引手段（真空ポンプＶＰ）が付設され、前記減圧水冷槽１と調整水槽２の間に、減圧水冷槽１の水面が所定高さ越える際に水Ｗをオーバーフローさせて調整水槽２に流下させる溢流管路Ｌ２と、減圧水冷槽１内の水Ｗをその底部側から調整水槽２へ自然流下させる自然流下管路Ｌ３とが接続され、前記給水手段による減圧水冷槽２への給水量が前記自然流下管路Ｌ３による調整水槽への排水量より多く、その差に相当する水Ｗが前記溢流管路Ｌ２より調整水槽２に流下するように構成されてなる。

請求項２の発明は、前記請求項１の中空押出成形物の水冷装置において、前記真空吸引手段が前記調整水槽２側の空気を吸引するように設定されてなる構成としている。

請求項３の発明は、前記請求項１又は２の中空押出成形物の水冷装置において、前記減圧水冷槽１と調整水槽２の少なくとも一方に、真空圧力計ＰＧと、その計測値に応じて作動・停止する真空自動調整弁ＡＶとが付設されてなる構成としている。

請求項４の発明は、前記請求項１〜３のいずれかの中空押出成形物の水冷装置において、前記給水手段による調整水槽２から減圧水冷槽１への給水管路Ｌ１と、前記の自然流下管路Ｌ３とに、それぞれ流量計Ｆ１，Ｆ２が介装され、これら流量計Ｆ１，Ｆ２の計測値に基づいて給水手段による給水量を調整するように構成されてなる。

以下に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。まず、請求項１の発明に係る水冷装置では、押出機Ｅから連続的に略水平方向へ押し出される中空押出成形物Ｍを減圧水冷槽１の水Ｗ中に通過させて冷却するが、該減圧水冷槽１内の空気層１０を真空吸引手段で減圧することにより、中空押出成形物Ｍに加わる水圧が軽減ないし相殺されると共に、両槽１，２の空気層１０，２０同士が通気管路ＡＬによって連通しているため、減圧水冷槽１内の空気層１０の減圧状態が安定する一方、該減圧水冷槽１と調整水槽２との間の水循環において、ポンプＰ１による調整水槽２から減圧水冷槽１への給水が該減圧水冷槽１の底部側に導入されると共に、該減圧水冷槽１から調整水槽２への排水が溢流管路Ｌ２及び自然流下管路Ｌ３による自然流下によって行われるから、該減圧水冷槽１内での水流が穏やかで乱れのない安定したものとなり、波立ちや揺動を生じず、波立ちによる空気層１０の圧力変動も発生しない。従って、減圧水冷槽１の水Ｗ中を通過する中空押出成形物Ｍは、中空内部の空気圧で張り詰めた状態になり、もって径変化を生じず高い真円度が得られ、しかも水の流れ、揺動、波立ち、圧力変動等に起因した歪みも抑えられ、高い寸法精度を持つ中空押出成形品となる。

請求項２の発明によれば、前記の水冷装置において、前記真空吸引手段が調整水槽２側の空気を吸引することから、その吸引に伴う気流の影響が減圧水冷槽１内の空気層１０に直接には及ばず、該空気層１０全体が均一な減圧状態に保持され、もって中空押出成形物Ｍの寸法精度がより向上する。

請求項３の発明によれば、前記の水冷装置において、減圧水冷槽１と調整水槽２の少なくとも一方に、真空圧力計ＰＧと、その計測値に応じて作動・停止する真空自動調整弁ＡＶとが付設されているから、減圧水冷槽１内の空気層１０を一定の減圧状態を維持するように自動調整できる。

請求項４の発明によれば、前記の水冷装置において、給水管路Ｌ１と自然流下管路Ｌ３に介装された流量計Ｆ１，Ｆ２の計測値に基づいて、給水手段による給水量を容易に調整できると共に、その給水量調整の自動化も容易になる。

以下に、本発明の一実施形態に係る中空押出成形物の水冷装置について、図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の水冷装置を適用した中空押出成形物の製造ラインの概略側面図、図２は同水冷装置の配管系統を含む概略縦断側面図、図３は同水冷装置の減圧水冷槽の縦断正面図である。

図１に示す中空押出成形物の製造ラインでは、押出機Ｅから下流側に順次、水冷装置Ａ、引取り機Ｐ、切断機Ｃが配置しており、押出機Ｅ内で加熱溶融した合成樹脂を該押出機Ｅ出口のダイＤを通してパイプやチューブの如き所要の中空断面形状として連続的に略水平方向へ押し出し、この高温の中空押出成形物Ｍを引取り機Ｐを介して引き取りながら、水冷装置Ｃにおける減圧水冷槽１の水中を通過させることによって冷却硬化させ、切断機Ｃで所定長さに切断して製品化するようになっている。

図２に示すように、水冷装置Ａは、水平方向に長尺な箱状で密閉式の減圧水冷槽１の下方に、横長直方体形状で密閉式の調整水槽２と、同じく横長直方体形状で上方へ開放した貯水槽４とが配置すると共に、該減圧水冷槽１の側方に、水冷却手段としての冷水器３が配置している。

減圧水冷槽１は、槽体１１の中空押出成形物Ｍの入口となる前端壁１１ａに、該成形物Ｍの外径を規制するアウトサイジング器１２が嵌装されると共に、内部の前部側に、各々上端を開口した溢流パイプ５及び通気パイプ６が内底から垂直に立設されている。しかして、通気パイプ６の上端は溢流パイプ５の上端よりも高位に設定され、減圧水冷槽１内には冷却用の水Ｗが溢流パイプ５の開口位置で規制される水位で収容され、その上部側が空気層１０をなしている。また、減圧水冷槽１の底部には、複数の水導入口１３及び水導出口１４ａ，１４ｂが設けてある。更に、この減圧水冷槽１には、槽前部側の水温を測定表示する水温計ＷＴ、空気層１０に繋がる真空調整弁ＣＶ、空気層１０の圧力を計測する真空圧力計ＰＧ、真空圧力計ＰＧの計測値に応じて作動・停止する自動圧力調整弁ＯＶがそれぞれ付設されている。

一方、減圧水冷槽１の出口側である後端には、槽体１１の延長部としてシール槽７が一体形成され、該シール槽７と減圧水冷槽１との隔壁７ａならびに該シール槽７の後端壁７ｂには、中空押出成形物Ｍを液密に通過させるシール材７１が嵌装されている。そして、シール槽７内にも、上端を槽頂部近くに開口した溢流パイプ７２が内底から垂直に立設されると共に、底部に水導入口７３が設けてある。

更に図３で詳細に示すように、減圧水冷槽１の内底部には断面Ｔ字形のガイド取付レール１５が長手方向に沿って配設されており、このガイド取付レール１５には略Ｌ字形の複数のガイド支持枠１６…が所定間隔置きに嵌装されている。そして、各ガイド支持枠１６の垂直片１６ａの上部に、糸巻形のガイドローラー１７を回転自在に枢支した水平支軸１７ａが保持されており、中空押出成形物Ｍがこれらガイドローラー１７…の下側を通って浮上防止されながら該減圧水冷槽１内の水Ｗ中を移動するように設定されている。なお、ガイド支持枠１６は、下端のコ字枠部１６ａをガイド取付レール１５に摺動自在に嵌合し、固定ねじ１５ｃの締め付けによって任意の位置で固定できると共に、垂直片１６ａにおける水平支軸１７ａの保持位置を中空押出成形物Ｍの外径に応じて上下に調整できる構造になっている。また、溢流パイプ５及び通気パイプ６は、パイプ本体５ａ，６ａの頂部に、上端を斜め切りした短筒状の筒口部材５ｂ，６ｂが上下摺動自在に外嵌し、これら筒口部材５ｂ，６ｂを蝶ねじ５ｃ，６ｃの締め付けによって所定高さで固定するようにしている。

減圧水冷槽１の槽体１１は、上方に開放しており、その内向きにコ字形に曲成した上縁部１１ａの上面側に貼着したパッキング１８を介して、該槽体１１上にガラス製の蓋板１９が載ることにより、内部が気密に保持される。しかして、減圧水冷槽１の全長は蓋板１９の複数枚でカバーするように構成されており、各蓋板１９は、外面側に幅方向に沿って止着した一対の金属帯板１９ａ，１９ａの各一端側において、槽体１１側に固着されたブラケット１１ｂに枢支ピン１９ｂを介して枢着されており、両金属帯板１９ａ，１９ａの他端間に取り付けた把手１９ｃを利用して開閉できるようになっている。

調整水槽２は、図２に示すように、減圧水冷槽１と同様に、所定の水位まで水Ｗが収容され、内側上部が空気層２０を構成している。そして、この調整水槽２の長手方向一端側において、当該調整水槽２内の水Ｗを給水ポンプＰ１を介して減圧水冷槽１へ供給する給水管路Ｌ１が底部近傍から導出すると共に、上壁部に設けた吸気口２１に空気層２０の空気を真空ポンプＶＰを介して吸引する真空吸引管路ＶＬが接続されている。ＥＣは真空ポンプＶＰに繋がる大気放出器である。

そして、給水管路Ｌ１は、給水ポンプＰ１に近い上流側に開閉弁ＳＶ及び流量計Ｆ１が介装され、下流側では複数に分岐し、その分岐した各管路が開閉弁ＳＶを介して減圧水冷槽１の各水導入口１３に接続している。また、真空ポンプＶＰの出口側には給水管路Ｌ１から分岐した注水管路Ｌ４を有しており、この注水管路Ｌ４が開閉弁ＳＶを介してシール槽７の水導入口７３に接続されている。

一方、調整水槽２の長手方向他端側の上壁部には、下端が内底近くに開口した２本の導水管２２が垂設されると共に、通気口２４が設けてある。その導水管２２の一本には減圧水冷槽１の溢流パイプ５に繋がる溢流管路Ｌ２が接続され、他の一本には減圧水冷槽１の前部側の水導出口１４ａに繋がる自然流下管路Ｌ３が接続され、通気口２４には減圧水冷槽１の通気パイプ６に繋がる通気管路ＡＬが接続されている。そして、自然流下管路Ｌ３には、上流側に流通・閉止の切換えを行う電磁切換弁ＥＶが介装されると共に、下流側に開閉弁ＳＶ及び水流計Ｆ２が介装されている。

また、調整水槽２の底壁部には、開閉弁ＳＶを介して冷水器３への送水管路Ｌ５ａに繋がる送水口２５と、開閉弁ＳＶを介して該冷水器３からの導水管路Ｌ５ｂに繋がる導水口２６と、水抜き用のドレン２７とが設けられている。そして、送水管路Ｌ５ａには送水ポンプＰ２が介装されており、該送水ポンプＰ２によって調整水槽２内の水Ｗを冷水器３へ送り込んで冷却し、その冷却された水Ｗを調整水槽２内へ戻すようにしている。更に、調整水槽２には吸気口２１寄りの位置に水位センサー２８が付設され、該水位センサー２８により、水位が適正範囲にあるか否かと、槽内の水Ｗの有無を検知するようになっている。Ｌ６は市水（水道水）を調整水槽２へ注水するための注水管路である。

貯水槽４は、減圧水冷槽１の後部側の水導出口１４ｂに繋がる排水管路Ｌ７ａからの排水と、シール槽７の溢流パイプ７２に繋がる排水管路Ｌ７ｂからの排水とが、合流排水管路Ｌ７を介して流入し、底部のドレン４１より外部へ排水するようになっている。

上記構成の水冷装置Ａにおいて、押出直後の中空押出成形物Ｍを減圧水冷槽１内の水Ｗ中を通過させて水冷硬化させる際、冷水器３によって所要の温度まで冷却した調整水槽２内の水を、給水ポンプＰ１の稼働により、給水管路Ｌ１を通して複数の水導入口１３から減圧水冷槽１内へ連続的に分配供給すると共に、自然流下管路Ｌ３の電磁切換弁ＥＶを通水状態として、減圧水冷槽１内の水Ｗを底部側から自然流下管路Ｌ３を通して重力によって調整水槽２内へ戻して循環させるが、給水管路Ｌ１からの給水量を自然流下管路Ｌ３からの排水量よりも若干多くし、その差に相当する水Ｗが溢流管路Ｌ２より調整水槽２に流下するように設定する。この水量設定は、給水管路Ｌ１の水量計Ｆ１による計測値と、自然流下管路Ｌ３の水量計Ｆ２による計測値の合量との比較から、給水ポンプＰ１による送水量を適宜調整すればよい。例えば、排水量が５８Ｌ／分であるとき、給水量を６０Ｌ／分に設定すれば、その差の２Ｌ／分の水Ｗが溢流管路Ｌ２より調整水槽２に流下する。なお、この水冷稼働中、水抜き管路Ｌ７ａに繋がる水導出口１４ａを閉止しておくことは言うまでもない。

シール槽７には溢流パイプ７２の上端開口にて規制される水位までの量の水Ｗを収容しておき、中空押出成形物Ｍの水冷中は管路Ｌ４を閉止しておく。また、該水冷稼働中、冷水器３による調整水槽２内の水Ｗの循環冷却は、水温計ＷＴにて測定される減圧水冷槽１内の水温の高低に基づいて継続・停止を行う。なお、水温設定は、減圧水冷槽１内の前部側の水温で８〜１８℃程度、特に１０〜１５℃の範囲が好適である。

また、水冷稼働中、真空ポンプＶＰを作動させて調整水槽２内を減圧するが、減圧水冷槽１と調整水槽２の空気層１０，２０同士が通気管路ＡＬを介して連通しているから、減圧水冷槽１内も調整水槽２内と同じ減圧状態になる。しかして、減圧水冷槽１内の空気層１０の圧力状態は、真空圧力計ＰＧによって測定されるが、過度の減圧になっている場合は真空調整弁ＣＶによって適正圧力範囲に調整する。また、何らかの要因で適正範囲を越える圧力低下を生じた際は、予め作動条件を入力設定した自動真空調整弁ＡＶの作動により、適量の外気が減圧水冷槽１内に流入して適正な減圧状態に自動復帰する。なお、減圧水冷槽１の空気層１０の設定圧力は、中空押出成形物Ｍの径と肉厚、樹脂種、通過速度、水面からの深さ等によって最適値が異なるが、一般的に大気圧から５〜２０ＭＰａ程度低い圧力が好ましい。

このような水冷装置Ａによる中空押出成形物Ｍの水冷硬化では、減圧水冷槽１内の空気層１０が減圧していることから、該中空押出成形物Ｍは水圧の軽減ないし相殺に伴って中空内部の空気圧で張り詰めた状態になり、もって水圧によるへたりや径変化をを生じず高い真円度が得られると共に、減圧水冷槽１の空気層１０と調整水槽２の空気層２０の連通によって安定した減圧状態が維持されることに加え、調整水槽２からのポンプＰ１による給水が減圧水冷槽１の底部側に導入され、しかも該減圧水冷槽１から調整水槽２への排水が溢流管路Ｌ２及び自然流下管路Ｌ３による自然流下によって行われるから、該減圧水冷槽１内での水流が穏やかで乱れのない安定したものとなり、波立ちや揺動を生じず、波立ちによる空気層１０の圧力変動もないから、水Ｗの流れや揺動、波立ち、圧力変動等に起因した中空押出成形物Ｍの歪みも抑えられ、高い寸法精度を持つ中空押出成形品が得られる。

そして、実施形態のように減圧水冷槽１の後端に水Ｗをほぼ一杯に収容したシール槽７を設ければ、中空押出成形物Ｍの出口部分からの気泡の侵入によ減圧水冷槽１の圧力上昇（真空破壊）を防止できる。また、減圧水冷槽１内の減圧はその空気層１０から真空ポンプＶＰで直接吸引して行ってもよいが、実施形態のように調整水槽２側の空気を吸引して減圧水冷槽１を間接的に減圧する方式によれば、その吸引に伴う気流の影響が減圧水冷槽１内の空気層１０に直接には及ばず、該空気層１０全体が均一な減圧状態に保持されるため、中空押出成形物Ｍの寸法精度がより向上するという利点がある。

なお、給水管路Ｌ１からの給水量設定は、該給水管路Ｌ１及び自然流下管路Ｌ３に介装した流量計Ｆ１，Ｆ２の計測信号に基づいて、給水ポンプＰ１の回転速度や給水管路Ｌ１に介在させた自動絞り弁の開度等を自動的に調整する自動制御方式で行うようにしてもよい。また、貯水槽４からポンプを介して調整水槽２へ給水する水補給管路を設け、調整水槽２の水位低下に対応して貯水槽４の水を補給する構成としてもよい。

その他、本発明の水冷装置Ｍにおいては、減圧水冷槽１における溢流パイプ５及び通気パイプ６の設置位置、減圧水冷槽１の長さ、水導入口１３及び水導出口１４ａ，１４ｂの数と配置構成、減圧水冷槽１と調整水槽２との間の配管構成、各管路に介在する弁の種類と介装位置、冷水器３及び貯水槽４やシール槽７の如き付属設備の構成等、細部構成については実施形態以外に種々設計変更可能である。

本発明に係る中空押出成形物の水冷装置を適用した中空押出成形物の製造ラインの概略側面図である。 同水冷装置の配管系統を含む概略縦断側面図である。 同水冷装置の減圧水冷槽の縦断正面図である。

符号の説明

１ 減圧水冷槽
１０ 空気層
２ 調整水槽
２０ 空気層
３ 冷水器（水冷却手段）
５ 溢流パイプ
６ 通気パイプ
Ａ 水冷装置
ＡＬ 通気管路
ＡＶ 真空自動調整弁
Ｅ 押出機
Ｆ１，Ｆ２ 流量計
Ｌ１ 給水管路（給水手段）
Ｌ２ 溢流管路
Ｌ３ 自然流下管路
Ｍ 中空押出成形物
Ｐ１ 給水ポンプ
ＰＧ 真空圧力計
ＶＰ 真空ポンプ（真空吸引手段）
Ｗ 水

Claims (4)

1. 押出機から連続的に略水平方向へ押し出される中空押出成形物を水中に通過させて冷却する減圧水冷槽と、該減圧水冷槽よりも下位に配置した調整水槽と、この調整水槽内の水を給水ポンプを介して前記減圧水冷槽内へその底部側から供給する給水手段と、該調整水槽内の水を冷却する水冷却手段とを備え、
   前記減圧水冷槽及び調整水槽が密閉式で上部に空気層を有し、これら両槽の空気層同士を連通する通気管路が設けられると共に、その空気層を所定の減圧状態に設定する真空吸引手段が付設され、
   前記減圧水冷槽と調整水槽の間に、減圧水冷槽の水面が所定高さ越える際に水をオーバーフローさせて調整水槽に流下させる溢流排水管と、減圧水冷槽内の水をその底部側から調整水槽へ自然流下させる自然流下管路とが接続され、
   前記給水手段による減圧水冷槽への給水量が前記自然流下管路による調整水槽への排水量より多く、その差に相当する水が前記溢流管路より調整水槽に流下するように構成されてなる中空押出成形物の水冷装置。
2. 前記真空吸引手段が前記調整水槽側の空気を吸引するように設定されてなる請求項１に記載の中空押出成形物の水冷装置。
3. 前記減圧水冷槽と調整水槽の少なくとも一方に、真空圧力計と、その計測値に応じて作動・停止する真空自動調整弁とが付設されてなる請求項１又は２に記載の中空押出成形物の水冷装置。
4. 前記給水手段による調整水槽から減圧水冷槽への給水管路と、前記の自然流下管路とに、それぞれ流量計が介装され、これら流量計の計測値に基づいて給水手段による給水量を調整するように構成されてなる請求項１〜３のいずれかに記載の中空押出成形物の水冷装置。

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