JP2014070736A - 回転要素を固定要素に接続する接続デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】回転要素を固定要素に接続することによって、流動性材料が固定要素から回転要素まで又は回転要素から固定要素まで流れることを可能にする接続デバイスを提供する。
【解決手段】接続デバイス（１）は、固定要素に接続されるのに適した固定体（２）と、回転要素に接続されるのに適した回転体（４）と、固定体（２）に形成された導管（５）と、を備えており、導管（５）は、回転体（４）に形成された追加の導管（６）に連通するように形成されている。接続デバイス（１）は、第１のシール形成面（１８）及び第２のシール形成面（１９）を有していて流動性材料の漏洩を防止するシール形成配列体（７）をさらに備えており、第１のシール形成面（１８）が変形可能なシール形成部（１５）に形成されており、それにより、流動性材料がシール形成部（１５）を変形させて第１のシール形成面（１８）を第２のシール面（１９）に押し当てる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転要素を固定要素に接続する接続デバイスであって、流動性物質が接続デバイスを通過して固定要素から回転要素まで又は回転要素から固定要素まで搬送されることを可能にする接続デバイスに関する。この種類のデバイスは「回転継手」の名称で公知である。本発明に係る接続デバイスは、特に、溶融ポリマー材料を処理するのに適した処理装置に挿入されるように形成されており、それにより、この材料が本発明に係るデバイスを通過する。
さらに、本発明は、特に溶融状態にあるポリマー材料を処理するのに適した処理装置における上述した接続デバイスの使用に関する。

流体圧又は空気圧の分野において、固定導管に接続されるのに適した固定子要素と、回転導管に接続されるのに適した回転式要素と、を備える回転継手が公知である。固定子要素と回転子要素との間には、回転継手を通って固定導管から回転導管まで又は回転導管から固定導管まで流れる流体の漏洩を防止することを目的とするシールシステムが配置される。公知の回転継手用のシールシステムは、回転子要素に押し当てられた固定子要素に対して自由に平行移動する主シール部を備える。また、エラストマー材料又はポリマー材料から形成されたリングを備えていて主シールと固定子要素との間に配置される補助シール部も付与される。

公知の種類の回転継手は、流体圧又は空気圧の分野において、すなわち、流体、例えば、オイル、水、又は圧縮空気がそれら回転継手を通過するときに正常に動作する。しかしながら、公知の種類の回転継手は、高温において高粘性を有する物質、例えば、溶融ポリマー材料を処理する目的で形成される機械において使用されるのには適していない。実際に、溶融ポリマー材料の如何なる漏洩であっても補助シールを回復不能に損傷することになり、補助シールがその機能を十分に発揮できなくなるので、機械が停止状態になってしまう。さらに、補助シールが溶融ポリマー材料に接触することが原因で、補助シールが炭化するであろうし、また、補助シールがポリマー材料を汚染するであろう。

本発明の目的は、回転要素を固定要素に接続するのに適した公知の接続デバイスを改良することである。
他の目的は、回転要素を固定要素に接続する接続デバイスであって、高温を有する高粘性材料、例えば、溶融ポリマー材料が処理される場合であっても有効に使用されうる接続デバイスを提供することである。
他の目的は、回転要素を固定要素に接続する接続デバイスであって、高温を有する高粘性材料、特に溶融ポリマー材料を通過させることが可能であり、それにより斯かる材料が実質的に漏洩することを防止する接続デバイスを提供することである。

本発明に従って、回転要素を固定要素に接続することによって、流動性材料が固定要素から回転要素まで又は回転要素から固定要素まで流れることを可能にする接続デバイスが提供される。接続デバイスは、固定要素に接続されるのに適した固定体と、回転要素に接続されるのに適した回転体と、固定体に形成された導管と、を備えており、導管は、回転体に形成された追加の導管に連通するように形成されている。接続デバイスは、第１のシール形成面及び第２のシール形成面を有していて流動性材料の漏洩を防止するシール形成配列体をさらに備えており、第１のシール形成面が変形可能なシール形成部に形成されており、それにより、流動性材料がシール形成部を変形させて第１のシール形成面を第２のシール面に押し当てることを特徴とする。

本発明によると、固定要素を回転要素に接続する接続デバイスであって、高温かつ高粘性を有する流動性材料、例えば溶融ポリマー材料を処理する処理装置の内部においても首尾よく使用されうる接続デバイスを得ることが可能になる。流動性材料が本発明に係る接続デバイスを通過すると、接続デバイス内を循環する流動性材料から加えられる圧力によって、シール形成部が実際に変形される。結果的に、第１のシール形成面が追加のシール形成面に押し当てられることによって、流動性材料が第１のシール形成面と第２のシール形成面との間において漏洩することが防止される。

シール形成部は、比較的高い温度に容易に耐えうる材料から形成されうる。シール形成部は、その幾何形状に作用することによって変形可能に形成されうる。このようにして、シール形成部は、溶融ポリマー材料の場合のように高温かつ高粘性を有する流動性材料に接触する際に、制御された態様で所望の方法に従って変形されうる。

従って、エラストマー材料又はポリマー材料製のシール形成リングの使用を回避できるようになる。それらシール形成リングは、溶融ポリマー材料に接触すると修復不能に損傷されるので、接続デバイスが取り付けられるプラントが正常に動作することの妨げになっていた。

固定要素を回転要素に接続する接続デバイスを示す接続デバイスの軸線に沿った概略断面図である。 停止形態における図１の接続デバイスのシール形成配列体を示す拡大断面図である。 図２の詳細を示す断面図である。 作動形態におけるシール形成配列体を示す図２と同様の断面図である。

本発明は、例示的かつ非限定的な実施形態を示す添付図面を参照することによって、さらに良好に理解され実施されうる。
図１は、固定要素（図示しない）を回転要素（図示しない）に接続するのに適した接続デバイス１を示している。接続デバイス１によると、流動性材料は、固定要素から回転要素まで又は回転要素から固定要素まで流れることによって、接続デバイス１に形成された導管の配列体を通過することができる。

接続デバイス１は、例えば、対応するネジ穴３における係合に適した複数のボルトによって固定要素に接続されるように形成される固定体２を備える。それらネジ穴３のうちの１つが図１に示されている。接続デバイス１は、固定システム（図示しない）によって回転要素に接続されるように形成される回転体４をさらに備える。

使用の際には、固定体２が固定要素に対して固定されるとともに、回転体４が回転要素と一緒に回転する。回転要素が固定要素に対して回転する間も、流動性材料は、固定体２を回転体４に連通する導管の配列体を通って、固定体２から回転体４まで又は回転体４から固定体２まで流れることができる。

従って、接続デバイス１は、回転継手、すなわち、固定要素を回転要素と結合可能にすることによって、固定要素及び回転要素が互いに流体連通することを保証する継手であるとみなされうる。
接続デバイス１は長軸線Ｚを有する。
導管５が固定体２に形成されており、導管５は回転体４に形成される追加の導管６に連通している。図示された実施例において、導管５及び追加の導管６は互いに同心であるとともに、両者はいずれも長軸線Ｚに沿って延在している。しかしながら、導管５及び追加の導管６の他の相互配列を採用することも可能である。

接続デバイス１を通過する流動性材料は、溶融ポリマー材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、又は分子量が大きい他のポリマー材料である。図示される実施例において、接続デバイス１は、特に型成形によってポリマー材料製の物品を製造する製造装置において使用されるように形成されている。従って、接続デバイス１は、溶融ポリマー材料の出口である押出機と、所望の物品を溶融プラスチック材料から形成する複数の型を有する型カルーセルと、の間に挿入されるように形成される。

特に、固定体２は、押出機の下流に位置決めされる固定要素に接続されるように形成されており、それにより、導管５が押出機から流出する溶融ポリマー材料を取入口として受容する。溶融ポリマー材料は、導管５から追加の導管６に流入するととともに、次いで、回転体４に直接的又は間接的に接続された型カテーテルに向かって流出する。
従って、溶融ポリマー材料は、接続デバイス１の内側で矢印Ｆによって示される方向に移動する。

図示される実施例において、固定体４は概ね管状の形態を有する。しかしながら、回転体４は、追加の導管６を形成する中心孔が設けられた円板として概ね形成されうる。

固定体２と回転体４との間には、流動性材料が固定体２と回転体４との間の境界部から流出するのを防止すること、すなわち、流動性材料が固定体２と回転体４との間において漏洩するのを防止することを目的とするシール形成配列体７が付与される。そのような漏洩は、接続デバイス１を通過する材料が溶融ポリマー材料である場合に特に危険であろう。その理由は、固定体２と回転体４との間において漏洩した溶融ポリマー材料が固化しうるし、それゆえに、固定体２に対する回転体４の回転を妨げうるからである。これにより接続デバイス１が停止させられるであろう。

シール形成配列体７は、接続デバイス１を通過する流動性材料から加えられる圧力によって回転体２に押し当てられるのに適した浮動体８を備える。浮動体８は、固定体２と回転体４との間に軸線方向に配置される。

浮動体４は、固定体２に対して軸線方向に自由に滑動する。しかしながら、浮動体８は固定体２に対して回転しえない。この目的のために、回転防止要素９、例えばピンが、浮動体８と固定体２との間に配置される。回転防止要素９は、浮動体８が固定体２に対する長軸線Ｚ回りの向きを変更することを防止する。

浮動体８は、長軸線Ｚと交差するように、特に、長軸線Ｚと直交するように配列されるシール形成面１１を有する。シール形成面１１は回転体４の追加のシール形成面１２に接触するのに適している。浮動体８が回転体４に押し当てられると、シール形成面１１が追加のシール形成面１２に当接する。これにより、接続デバイス１を通過する流動性材料が回転体４と浮動体８との間において漏洩することが防止される。
浮動体８を、予め定められた最小限の力、すなわち、予め定められた予荷重で回転体４に押し当てる弾性要素１０、特に螺旋バネがさらに付与されうる。

浮動体８には貫通孔１３が設けられており、貫通穴１３は、接続デバイス１が組み立てられた形態を有するときに長軸線Ｚに対して同心に配列される。貫通孔１３は、固定体２に形成された導管５を、回転体４に形成された追加の導管６に連通させる接続導管を形成している。

貫通孔１３は、図２に示されるように、断面が縮小する断面縮小部１４を有しており、それにより、貫通孔１３の断面積は、固定体２から回転体４に向かって移動する間に減少している。断面縮小部１４は、例えば、２つの円筒部の間に配置される貫通孔１３のテーパ部によって形成されうる。断面縮小部１４によって、接続デバイス１及び特に貫通孔１３を通過する流動性材料が、固定体２から回転体４に向かう軸線方向の直接的な力を浮動体８に作用させる。これにより、回転体４が固定体２及びそれゆえに浮動体８に対して回転する場合であっても、浮動体を回転体４に接触した状態に保つことが可能になる。

シール形成配列体７は、固定体２と浮動体８との間における流動性材料の漏洩を防止するのに適したシール形成部１５を備える。
図示される実施例において、シール形成部１５は、固定体２、特に、浮動体８に挿入される固定体の一端部に形成される。シール形成部１５は固定体２の変形可能領域を有しており、変形可能領域の幾何形状は、接続デバイス１を通過する流動性材料によって固定体２の内側に圧力が加えられる結果として変形されうる。特に、図３に示されるように、シール形成部１５を形成する固定体２の変形可能領域は、固定体２の側壁部を内側に有する環状領域でありうる。側壁部の肉厚は、例えば直線的に、数ミリメートルの程度の初期値Ｓ１から数十分の一ミリメートル又は実に数百分の一ミリメートル程度の最終値Ｓ２まで縮小する。より一般的に、最終的な肉厚Ｓ２は、固定体２を形成する材料の強度限界値に適応する実用上達成可能な最小の肉厚でありうる。

図示される実施例において、固定体２のシール形成部１５は、概ね円筒状の外面１６及び円錐状の内面１７によって境界決めされている。後者によって、シール形成面１５の肉厚を初期値Ｓ１から最終値Ｓ２まで減少させることが可能になる。
シール形成部１５において、浮動体８に挿入された固定体２の端部の近傍において長軸線Ｚの周囲に延在している第１のシール形成面１８を特定することが可能である。
第１のシール形成面１８は、浮動体８の貫通孔１３に形成された第２のシール形成面１９と相互作用するのに適している。
第２のシール形成面１９は長軸線Ｚの周囲に延在している。

非変形時の形態において、すなわち、接続デバイス１が作動していない場合には、図２に示される半径方向のクリアランスＤが第１のシール形成面１８と第２のシール形成面１９との間に形成される。図４の符号２２によって示される流動性材料が接続デバイス１に流入すると、流動性材料自体の圧力の結果として、シール形成部１５が特に最終肉厚部Ｓ２の近傍において変形される。それにより、図４に示されるように、シール形成部１５の自由端部の近傍におけるシール形成部１５の内径及び外径がいずれも増大するとともに、第１のシール形成面１８が第２のシール形成面１９に接触する。従って、流動性材料が固定体２と浮動体８との間において半径方向に漏洩することが防止される。

接続デバイス１は図１に示されるハウジング要素２０をさらに備えており、ハウジング要素２０は回転体４と一体的に回転するように回転体４に固定されている。概ね管状の形態を有しうるハウジング要素２０は固定体２を包囲している。ハウジング要素２０が固定体２の周囲において回転可能に支持されることを可能にする１つ又は２つ以上の支持要素２１、例えば、転がり軸受又は滑り軸受が、固定体２とハウジング要素２０との間に配置される。

固定体２、回転体４、及び浮動体８は、比較的高い温度、特に溶融ポリマー材料の温度に対して耐性を有する材料から形成される。特に、固定体２、回転体４、及び浮動体８は、金属材料、特に鉄含有材料から形成されうる。

使用の際には、固定体２が押出機に接続された固定要素に固定されるとともに、回転体４が型カルーセルに接続された回転要素に固定される。
接続デバイス１は、温度調節デバイス（図示しない）による温度制御が行われた状態に維持される。
押出機から流入する溶融ポリマー材料は、接続デバイス１を２０メガパスカル（２００バール）程度の圧力及び１５０℃〜２００℃からなる温度で通過する。

特に、溶融ポリマー材料は、固定体２に形成された導管５に沿って流れるとともに、次いで、浮動体に形成された貫通孔１３を通って流れる。そして、溶融ポリマー材料は、最終的に、回転体４に形成された追加の導管６を通って接続デバイス１から流出する。

溶融ポリマー材料が浮動体８を通って流れると、予め弾性要素１０によって回転体４に押し当てられた浮動体８が、回転体４に対してさらに圧迫される。これは矢印Ｆの方向に方向付けされた軸線方向の力に起因する。その軸線方向の力は、断面縮小部１４の形態、及び溶融ポリマー材料と貫通孔１３の内面との間に発生する牽引摩擦作用の双方を原因として、溶融ポリマー材料から浮動体８に加えられる。

浮動体８が回転体４に押し当てられている間に、回転防止要素９が浮動体８を固定体２に対して軸線方向にガイドされた状態に保つことによって、浮動体８が固定体２に対して回転することが防止される。しかしながら、回転体４は浮動体８に接触した状態で回転する。

浮動体８のシール形成面１１は、上述したように、回転体４の追加のシール形成面１２に押し当てられる。それにより、浮動体８と回転体４との間における溶融ポリマー材料の漏洩が防止される。従って、前方シールが浮動体８と回転体４との間に形成される。

同時に、溶融ポリマー材料が固定体２のシール形成部１５を変形させることによって、シール形成部１５が半径方向に拡大される。それにより、シール形成部１５の第１のシール形成面１８が、浮動体８の第２のシール形成面１９に押し当てられる。それにより、固定体２と浮動体８との間における溶融ポリマー材料の漏洩が防止される。従って、シール形成部１５は半径方向のシールとして作用する。

シール形成配列体７によると、溶融ポリマー材料は、接続デバイス１の正常動作の障害になりうる重大な漏洩を経ることなく、接続デバイス１を通って固定要素から回転要素まで流れることができる。溶融ポリマー材料に接触する接続デバイス１の構成部品は、溶融ポリマー材料によって損傷されることのないように、高温に対する耐性を有する材料、特に金属材料を用いて形成されうる。さらに、エラストマー材料又はポリマー材料製のシール形成リングの使用が回避される。それらシール形成リングは、当該技術分野の技術水準によるデバイスにおいて、溶融ポリマー材料が高温であることを原因とする多数の不利益を生じさせた。

前述した説明では溶融ポリマー材料が広範囲にわたって参照されたものの、接続デバイス１が他の種類の流動性材料又は流体材料を特に高温で処理する目的のために使用されうることが理解される。

さらに、流動性材料から加えられる圧力が原因で変形されることにより固定体２と浮動体８との間にシールを形成するシール形成部１５は、図面に示される幾何形状とは異なる幾何形状を有していてもよい。
また、シール形成部１５は、固定体２に形成される代わりに、浮動体８に形成されうる。

最後に、図示されない簡素化された態様においては、浮動体８が省略されうるとともに、固定体２と回転体４との間にシールが直接的に形成されることがシール形成部１５によって保証されうる。

Claims (13)

1. 回転要素を固定要素に接続することによって、流動性材料が前記固定要素から前記回転要素まで又は前記回転要素から前記固定要素まで流れることを可能にする接続デバイス（１）であって、
   前記固定要素に接続されるようになる固定体（２）と、
   前記回転要素に接続されるようになる回転体（４）と、
   前記固定体（２）に形成された導管（５）と、を備えており、
   前記導管（５）は、前記回転体（４）に形成された追加の導管（６）に連通するように形成されており、
   さらに、
   第１のシール形成面（１８）及び第２のシール形成面（１９）を有していて前記流動性材料の漏洩を防止するシール形成配列体（７）を備えており、
   前記第１のシール形成面（１８）が変形可能なシール形成部（１５）に形成されており、それにより、前記流動性材料が前記シール形成部（１５）を変形させて前記第１のシール形成面（１８）を前記第２のシール形成面（１９）に押し当てることを特徴とする接続デバイス。
2. 前記シール形成部（１５）は、前記第１のシール形成面（１８）と前記第２のシール形成面（１９）との間の半径方向のシール作用が保証されるように、半径方向に変形可能である、請求項１に記載の接続デバイス。
3. 前記シール形成部（１５）が環状の形態を有しており、
   前記シール形成部（１５）が初期値（Ｓ１）から最終値（Ｓ２）まで減少する肉厚を有する側壁部によって形成されており、それにより、前記シール形成部（１５）が変形可能な状態にされる、請求項１または２に記載の接続デバイス。
4. 前記シール形成部（１５）は、好ましくは外側に位置する第１の円筒面と、好ましくは内側に位置する第２の円筒面と、によって境界決めされる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の接続デバイス。
5. 前記第１のシール形成面（１８）及び前記第２のシール形成面（１９）は、互いに同心の円筒面であり、
   前記第１のシール形成面（１８）が前記第２のシール形成面（１９）の内側に配列される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の接続デバイス。
6. 前記流動性材料が前記接続デバイス（１）内に存在しない停止状態において、半径方向のクリアランス（Ｄ）が前記第１のシール形成面（１８）と前記第２のシール形成面（１９）との間に形成される、請求項１〜５のいずれか１つに記載の接続デバイス。
7. 前記シール形成配列体（７）は、前記固定体（２）及び前記回転体（４）から選択される一方の構成部品（２，４）に前記流動性材料によって押し当てられるようになる浮動体（８）を備えており、
   前記第２のシール形成面（１９）が好ましくは前記浮動体（８）に設けられる、請求項１〜６のいずれか１つに記載の接続デバイス。
8. 前記浮動体（８）が前記固定体（２）と前記回転体（４）との間に配置されており、
   前記導管（５）及び前記追加の導管（６）と好ましくは同心である貫通孔（１３）が前記浮動体（８）に設けられている、請求項７に記載の接続デバイス。
9. 前記貫通孔（１３）は、断面が縮小する断面縮小部（１４）を有しており、
   前記断面縮小部（１４）は、前記流動性材料から前記断面縮小部（１４）に加えられる圧力によって前記浮動体（８）が前記一方の構成部品（２，４）に押し当てられるように位置決めされる、請求項８に記載の接続デバイス。
10. 前記浮動体（８）は、前記一方の構成部品（２，４）の追加のシール形成面（１２）に当接するようになるシール形成面（１１）を有しており、それにより、前記浮動体（８）と前記一方の構成部品（２，４）との間の前方のシール作用が保証される、請求項７〜９のいずれか１つに記載の接続デバイス。
11. 前記接続デバイスは、前記浮動体（８）が前記回転体（４）及び前記固定体（２）から選択される他方の構成部品（４，２）に対して回転することなく滑動することを可能にする回転防止要素（９）をさらに備える、請求項７〜１０のいずれか１つに記載の接続デバイス。
12. 前記シール形成部（１５）は、前記浮動体（８）の内側に配列された前記固定体（２）の一端部に形成される、請求項７〜１１のいずれか１つに記載の接続デバイス。
13. ポリマー材料から物品を成形する成形装置における、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の接続デバイスの使用であって、
    前記接続デバイスを通過する前記流動性材料が溶融ポリマー材料である、接続デバイスの使用。

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