JP3786685B2 - 高粘性流体の均質化装置 - Google Patents

Description

本発明は請求の範囲の請求項１の序文に基づく高粘性流体の均質化装置及び同装置の使用方法に関する。
均質の、特に温度が均一の熱可塑性材を押出成形及び射出成形する時に、静的ミキサを用いて融性物が生成される。特別な措置をとらないと、可塑化機におけるプラスチック融性物はスクリューを離脱する際に大幅な温度差を示す。着色剤及び／又は添加剤を加える時に、これらの分配が不規則になったりもする。射出成形機において、プラスチック融性物に必要な均質性はノズルにミキシングヘッドを備えることにより得られる（例えば、１９８５年発行のエストライクンストシュトッフ・ツァイトシュリフト（Oesterr.Kunststoff-Zeitschrift）、８６〜８９頁のゲー．シュナイダー（G.Schneider）及びエル．マウラー（R.Maurer）著の論文を参照されたい。）。
ミキシングヘッド又はメルトミキサはスリーブを備え、この中に幾つかのミキシングエレメントが配置される。プラスチック融性物は高粘性であるため、ミキシングエレメント及びミキシングエレメントとスリーブとの間にも大きな力が作用する。ミキシングヘッドの好ましい実施例において、ミキシングエレメントは一体構造（即ち、継ぎ目のない密着性であり、かつこのスリーブにはんだ接合された鋳物形状をなしている。当然ながら、この種のミキシングヘッドには極端な条件においてははんだ接合がもたないという問題がある。稼動に障害がある時に生じ得る、この種の極端な条件とは、例えば冷態始動（最大圧力が約２０００バール）、急速加熱、火炎による直接的な清浄、焼ナマシ温度での水冷である。
本発明の目的は、高粘性流体を均質化し、極端な条件下においても極力破損しない状態を維持する装置、例えばミキシングヘッド又はメルトミキサを提供することにある。この種の装置は充分に洗浄可能であるようにする必要もある。この装置は静的ミキシングエレメントに加えて、リブフィルタのようなフィルタエレメントも備える必要があると思われる。請求の範囲の請求項１において、本発明の目的を達成する手段となる特徴を挙げている。「一体構造部材」（monolithischem Bauteil）という用語ははんだ接合のような継手を原因とする弱点を全く有さない構造要素を意味するとする（一方、溶接継手を備えた構造部材は一体構造であると言える。）。請求の範囲の請求項１において、前記スリーブは複数のスリーブ部分を備え、前記複数のミキシングエレメントは複数の一体構造部材であり、一体構造部材の少なくともいくつかはフランジ状部分を有し、そのフランジ状部分は、前記スリーブ軸に関して横方向に突出し、かつ、前記スリーブ部分の間でそのスリーブ部分に固定されるように係合している。さらに、前記ミキシングエレメントは前記スリーブ軸に沿って配置された複数のウェブを備え、隣接するウェブは互いに交差し、これらウェブはスリーブ軸に対して１０〜７０度の単一角度をなす。その単一角度は４５度であることがより一層望ましい。
前記フランジ状部分は輪形であってスリーブ軸に対して垂直に延びていることが望ましい。
前記フランジ状部分は一体構造部材のいずれかの中心部に配置されていることが望ましい。
前記一体構造部材のいずれかにおいて、リブが設けられ、そのリブはスリーブ軸に対して並行に延びていることが望ましい。
前記装置は更にフィルタエレメントとしてリブフィルタを備えることが望ましい。
前記一体構造部材は金属合金製であり、精密鋳造及び焼結射出成形のいずれかによって製造されることが望ましい。
前記一体構造部材はセラミック製であることも可能である。
前記一体構造部材はプラスチック製であることも可能である。
上述した装置を、射出成形機のノズルにおけるミキシングヘッド及び押出機のスクリューの下流におけるメルトミキサのいずれかとして使用することも可能である。
本発明を図面を基に更に詳細に説明する。
図１は設計方法が周知のミキシングヘッドを有する射出成形機のノズルの断面図である。
図２は本発明に基づくミキシングヘッドである。
図３は本発明に基づく装置のミキシングエレメントである。
図４は本発明に基づくミキシングエレメントの第２実施例である。
図５は図４のミキシングエレメントの断面図である。
図６，７はミキシングエレメントの異なる変形例である。
図８は本発明に基づく装置のリブフィルタエレメントである。
図９は２つのミキシングエレメントを備えた本発明に基づく装置の一体構造部材を示す。
図１に示す周知のノズル２は以下の部品、即ちミキシングエレメント１１，１２及びスリーブ１３を備えたミキシングヘッド１、同ミキシングヘッド１に対するノズルオリフィス２２及び孔２３を備えたノズルヘッド２１、一点鎖線で示したストリップヒータ２４並びに押出しスクリュー３を有している。図２は周知の設計のように一体型スリーブ１３を有するのではなく部分４，５からなる複合スリーブを有する本発明に基づくミキシングヘッド１の側面図を示す。部分４はミキシングエレメント１１とともに一体構造部材１０を形成している。図３は第１実施例を示す。部分４は構造部材１０のフランジ状部分であり、この部分４はスリーブ部分５の間に固着されている。部分４は輪形であり、スリーブ軸１５に対して垂直に配置されている。図示した例において、部分４はミキシングエレメント１１の中心部に配置されている。ミキシングエレメント１１はプリーツ薄層の積層１０１からなり、プリーツ加工に起因し、これらの間に度々互いに交差する流路が形成されている。一点鎖線で示す円１０２は端面の外形を示している。
図４に示す一体構造部材１０も、輪形で、かつミキシングエレメント１１の中心部に配置されたフランジ状部分４を有している。フランジ状部分４は構造部材１０が一体型であることを示すために部分的に剥離されている。ミキシングエレメント１１は長手方向に配置された複数のウェブ１１０を備えている。隣接層のウェブ１１０は互いに交差し、スリーブ軸１５に対して４５度の角度をなしている（１０〜７０度の角度をなすことも可能）。
図５は図４の構造部材１０、管状スリーブ部分５の一部及び構造部材１０に隣接し、かつミキシングエレメント１２を備えた構造部材２０の断面図を示している。スリーブ部分５とウェブ１１０との間に間隙５１が存在し得る。周知の事柄とは対照的に、スリーブ部分５の外径及びリング４の外径は勿論同径を有し得る。リング４上にボス４５が設けられ、スリーブ部分５にこれに対応する凹部５４が設けられて、構造部材１０と隣接する構造部材２０との緊密な整合を予め設定することができる。
構造部材１０とスリーブ部分５とは互いにはめ込まれただけである（部分５間の連結ははめ合せ形状によるものである。）。従って、部分５は容易に分離可能であり、これは本発明に基づく装置の洗浄が容易であらねばならないという要件にも適っている。
図６は構造部材１０の変形例を示し、一点鎖線で示すミキシングエレメント１１′は立方形又は立方形に近い形状である。図３及び図４に示すミキシングエレメント型に加え、周知の別のタイプのものも原理的に利用可能である（例えば、１９８０年発行の化学工学技術誌（Chem.-Ing.-Tech.）第５２巻２８５〜２９１頁、エム．ハー．パール（M.H.Pahl）及びエー．ムッシェルクナウツ（E.Muschelknautz）著の論文、特に図１ｄを参照されたい。）。
図７に示す構造部材１０において、２つのリブ４ａ，４ｂがスリーブにおける固着を行っている。端面４０は（スリーブ軸１５を中心として）中心角α内に存在する環状部分である。この角度の大きさは、例えば６０度である。構造部材１０に対して、薄肉チューブ５０及びリブ４ａ，４ｂ間の空間を補うような形状の２部分５１ａ，５１ｂを備えたスリーブ部分５が組み合わせられる。
均質化される融性物が粒子形状の不純物からなるとすると、本発明に基づく装置にはフィルタエレメントを付加したほうがよい。この種のフィルタエレメントの例、即ちリブフィルタ６を図８に示す。融性物は供給流路６１を介して軸方向に沿った分配流路６２に達し、リブ６４を超えて収集流路６３に流入する。リブ６４はスリーブ部分（図示せず）とともに狭路をなし、この狭路により不純物の粒子が分配流路６２に保持される。流路６２の端部はリング６５により閉鎖される。一方、流路６３の一部は融性物が更に流れて、例えば下流のミキシングエレメントに流入するように解放される。この場合でも、フィルタエレメント６及びリング４は一体構造部材６０を形成している。
図９は隣接する２つのミキシングエレメント１１及び１２が常に合体されて一体構造部材３０をなすことを示す。この一対のエレメントはスリーブ部分間にて確実に固着するための共通フランジ状部分４を有している。ミキシングヘッド又はメルトミキサとして使用するには、好ましくは一体構造部材１０，２０，３０，６０は精密鋳造（好適には）又は焼結射出成形により金属合金から製造される。他の用途では、これら一体構造部材をセラミック材、更にはプラスチックから製造してもよい。

Claims (10)

1. スリーブ軸（１５）に沿ってスリーブ（１３）内に配置された複数のミキシングエレメント（１１，１２）を備えた高粘性流体の均質化装置において、
   前記スリーブは複数のスリーブ部分（５）を備え、前記複数のミキシングエレメントは複数の一体構造部材（１０，２０；６０）であり、一体構造部材の少なくともいくつかはフランジ状部分（４）を有し、そのフランジ状部分（４）は、前記スリーブ軸（１５）に関して横方向に突出し、かつ、前記スリーブ部分（５）の間でそのスリーブ部分（５）に固定されるように係合し、
   前記ミキシングエレメント（１１，１２）は前記スリーブ軸（１５）に沿って配置された複数のウェブ（１１０）を備え、隣接するウェブは互いに交差し、これらウェブはスリーブ軸（１５）に対して１０〜７０度の単一角度をなす
   ことを特徴とする装置。
2. 前記フランジ状部分（４）は輪形であってスリーブ軸（１５）に対して垂直に延びていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記フランジ状部分（４）は一体構造部材（１０，２０；６０）のいずれかの中心部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記一体構造部材（１０）のいずれかにおいて、リブ（４ａ，４ｂ）が設けられ、そのリブはスリーブ軸（１５）に対して並行に延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記装置は更にフィルタエレメントとしてリブフィルタ（６０）を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記一体構造部材（１０，２０；６０）は金属合金製であり、精密鋳造及び焼結射出成形のいずれかによって製造されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記一体構造部材（１０，２０；６０）はセラミック製であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記一体構造部材（１０，２０；６０）はプラスチック製であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記単一角度は４５度であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置を、射出成形機のノズルにおけるミキシングヘッド（１）及び押出機のスクリューの下流におけるメルトミキサのいずれかとして使用する方法。

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