JP3859233B2

JP3859233B2 - 押出成形プラスチック形材を処理する方法およびそのための押出成形装置

Info

Publication number: JP3859233B2
Application number: JP53320096A
Authority: JP
Inventors: フイツスヘル，ヤン; プレンヘル，ヤン・ヘンドリツク; スフールマン，ヨーハン
Original assignee: ヴアヴイン・ベスローテム・ヴエンノツトシヤツプ
Priority date: 1995-05-03
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2016-05-02
Also published as: CA2219531C; JPH11508196A; ATE182838T1; AU707485B2; EP0823873B1; DE69603595D1; PL179830B1; NL1001259C2; EP0823873A1; CA2219531A1; MX9708455A; AU5660296A; US6214283B1; PL323194A1; WO1996034733A1; DE69603595T2; BR9608173A; DK0823873T3; ES2137692T3

Description

本発明は、押出成形装置から出てくる、請求の範囲第１項の前文部分に記載の押出成形プラスチック形材を処理する方法に関する。本発明はまた、請求の範囲第１３項の前文に記載の押出成形装置に関する。
このような方法および押出成形装置は、たとえばNL 7612518で公知である。この刊行物で公知の装置の場合、押出成形された管状形材は、最も普通の冷却方法と同様に外部から冷却されるばかりでなく、冷却水をプラスチック形材の内面と直接接触させて冷却する内部冷却も行われている。付加的に内部冷却を行う結果、形材の冷却効率が向上すると共に、冷却セクションの長さをかなり短くすることができる。理論的には、外部冷却のみを行った場合に比べて４分の１だけ短くなる。
この公知の装置の場合、冷却水で内部冷却を行うために、密閉区画室を、一方では押出成形機の内部マンドレルの断熱端面によって境し、他方では押出し方向において下流側に設置した閉鎖手段によって境する。この公知の装置の場合、閉鎖手段は円筒形の金属ストッパであり、これが中空のアンカー・ロッドによって押出成形機のマンドレルに固定してある。ストッパの外径は、冷却しつつあるプラスチック形材が収縮してストッパの剛性の外壁面に沿って摩擦を伴いながら摺動するような寸法となっている。この過程では、ストッパとプラスチック形材の接触圧力は区画室の密封を意図した流体シールを生じさせる。これはストッパに設けた複数の周方向溝（ラビリンス・シールの効果を奏する）によって助けられる。中空のアンカー・ロッドを通して閉鎖手段の上流から密閉区画室内に冷却水を導入することができ、この冷却水は次いで被冷却プラスチック形材に沿って逆方向へ流れ、押出成形機のマンドレルを経て排出される。
NL 7612518に開示されている方法および装置は、実用上、特にそこで使用される閉鎖手段に関して満足できないことが証明されている。前記公知の閉鎖手段で得られるシールは実際に制御することができず、その結果、望ましくない漏洩が生じるか、あるいは、プラスチック形材がストッパの剛性周壁に力を加えて大きな摩擦力を生じさせ、これらがプラスチック形材に損傷を与え、ストッパの取り付け部に望ましくない大きな（引っ張り）荷重がかかるという問題が生じる。
上記理由のために、今までのところ、内部冷却を行う目的は、たとえばDE 25 06 517に記載されているように、好ましくは可撓性のある閉鎖手段を使用することによって果たされてきた。この刊行物に示される閉鎖手段の場合、閉鎖手段の外壁が可撓性材料で作ってあり、この可撓性のある外壁が被冷却形材を押圧する圧力が制御できる。押出成形機が実際には連続的に操作されるので、特に圧倒的な温度と圧力ならびに押出成形形材との摩擦接触の影響の結果、必然的に閉鎖手段の可撓性壁が摩耗し、それを定期的に交換しなければならず、そのためには押出成形機を停機させなければならない。
本発明の目的は、押出成形プラスチック形材を製作するための方法および押出成形装置であって、プラスチック形材の中空スペース内の区画室シール状態を改善し、その結果として、プラスチック形材にその製造中でも随意に１回以上の回数の内部処理を行うことができるようにした方法および押出成形装置を提供することにある。
この目的は請求の範囲第１項に記載の方法と請求の範囲第１３項に記載の押出成形装置によって達成される。ちょうどNL 7612518に示されているように、閉鎖手段の剛性外壁は、本発明による流体薄膜のない状態では閉鎖手段とプラスチック形材との間に摩擦接触が存在するような寸法を有することが好ましい。本発明によれば、閉鎖手段の外壁の少なくとも一部を覆って、閉鎖手段とプラスチック形材の間に流体の薄膜、すなわち非圧縮性またはほんのわずか圧縮性の媒体の薄膜が生じるので、摩擦力はかなり減る。本発明はさらに、閉鎖手段の外壁の表面を覆って薄膜の流体を逆流方向に、すなわちプラスチック形材の押出し方向と逆の方向に流すようにもなっている。この手段は、押出成形機から出て、冷却しつつあるプラスチック形材が閉鎖手段の外壁をますます大きくなる力で押圧する傾向があるという洞察に基づいている。薄膜の下流側端で送り込まれる薄膜形成流体によって、適当な供給手段によるその部位での流体の供給を利用して少なくとも１つの供給オリフィスがプラスチック形材で閉鎖されるのを防ぐ。通常の装置動作中、プラスチック形材は、前記少なくとも１つの供給オリフィスの下流側で、閉鎖手段の周壁面を直接押圧し、その結果、流体シールを形成することになる。この押圧作用は、プラスチック形材を閉鎖手段の位置でさらに冷却することによって促進される。この冷却は、たとえば閉鎖手段そのものを冷却することによってかあるいは冷却材として使用されている薄膜を形成する流体によって、または、これら両方によって行う。
本発明に従って閉鎖手段とプラスチック形材との間の摩擦を低下させた結果、プラスチック形材の損傷を回避し、閉鎖手段の摩耗を低減し、閉鎖手段の取り付け部に加わる力をNL 7612518に開示されている装置よりもかなり小さくすることができる。本発明のさらなる利点は、プラスチック形材の中空スペースの壁面を非常に滑らかにすることができるということにある。
本発明による方法および押出成形装置は、閉鎖手段が膨張マンドレルとして作用し、膨張マンドレルとして形成された閉鎖手段上を移動するプラスチック形材が周方向に膨張するような形状、たとえば押出し方向に円錐状に増大する横断面を持つ形状を有する場合にも非常に有利に応用できる。このような押出成形されたプラスチック形材の膨張は、特に、二軸延伸チューブを熱可塑性材料で作る場合に用いられる。この場合でも、本発明による閉鎖手段によって、従来公知の、剛性外壁を備えた膨張マンドレルを有する装置に関して、一方ではプラスチック形材と閉鎖手段の間、他方ではプラスチック形材と膨張マンドレルとの間の摩擦力がかなり減る。
本発明のさらに有利な実施例を請求の範囲および以下の説明に示す。以下、本発明を添付図面に示す実施例に関連してより詳しく説明する。添付図面において：
図１は、本発明による押出成形装置の第１実施例の概略図である。
図２は、図１の細部Ａを拡大して示す図である。
図３は、本発明による押出成形装置の第２実施例の概略図である。
図４は、本発明による押出成形装置の第３実施例の概略図である。
図５は、図４の細部Ｂを拡大して示す図である。
図１に示す押出成形装置は、押出成形機１（本実施例では、円筒形のチューブ形材２を熱可塑性材料から押出成形する押出成形機）と、押出し方向（矢印Ｃ）において押出成形機１の下流側に設置してあり、チューブ形材２の外径について用いられるサイジング装置３と、押出成形されたチューブ形材２を外側から冷却する外部冷却装置４と、普通の引っ張り装置５とを包含する。
ここでは、「下流」および「上流」という用語は、それぞれ、押出成形したプラスチック形材の移動方向とそれと逆の方向を示すものである。
外部冷却装置４は、図１に概略的に示すように、複数の連続したセグメントを包含し、冷却効果を各セグメントで別々に制御することができる。
プラスチック形材２の中空スペース６、この実施例では円筒形の中空スペースを形成する目的で、押出成形機１はマンドレル８を有する押出成形機ヘッド７を備えている。
高温で押出成形機１から出てくるチューブ形材２を冷却するために、外部冷却装置４による外部冷却に加えて、チューブ形材２を内側から冷却する設備も設ける。この目的を達成すべく、チューブ形材２の中空スペース６は、押出成形機１の下流側で、ここでは概略的に示す第１の閉鎖手段９によって閉鎖される。この第１閉鎖手段９はアンカー・ロッド１０によって押出成形機１のコア８に固定してある。第１閉鎖手段９は、たとえば軟らかいチューブ形材２の横断面を局部的に延伸する寸法的に剛性の円板体あるいは可撓性のあるシリコーン・ゴム製フラップを有するシールを包含し得る。
プラスチック形材２の内部冷却のために、第１閉鎖手段９から下流側に隔たったところに第２の閉鎖手段１１が設けてある。この第２閉鎖手段１１は、同様に形材２の中空スペース６を閉鎖し、同様にプル・ロッド１０に取り付けてある。第１、第２の閉鎖手段９、１１は、それらの間に密閉区画室１３を構成する。
さらに、押出成形装置は、詳細には示さないが、押出成形機ヘッド２、マンドレル８およびアンカー・ロッド１０を通り、押出成形装置の作動中に区画室１３を通して冷却流体、たとえば水を循環させる導管手段を包含する。この過程で、好ましくは区画室１３の下流側端付近で供給される冷却流体は中空スペース６を境する形材２の壁面と直接接触し、逆流方向、すなわち形材２の押出し方向と逆の方向へ、区画室１３の上流側端付近に設けた排出口に向かって流れる。押出成形されたチューブ形材２のこの内部冷却の結果、冷却セクションにとって必要な長さが外部冷却のみを使用している場合よりもかなり短くなる。理論的に可能な短縮効果は４分の１にもなる可能性があり、これは本発明による押出成形装置によって実際に達成できる。さらに、チューブ形材２の内部冷却により、このチューブ形材２のプラスチック材料を有利に冷却することもできる。
区画室１３を通って逆流方向に流れる冷却流体により、押出成形機１の押出し方向において冷却流体が徐々に暖まり、その結果、形材２が区画室１３の下流側端よりも区画室１３の上流側端においてより暖かい冷却流体と接触することになるという効果を得ることができる。これは、形材２それ自体が区画室１３に沿って見て押出し方向にだんだんと冷えて行き、その結果、冷却流体の温度が冷却すべきチューブ形材２の温度に関して有利な範囲内に納まるために有利である。
明らかに、閉鎖手段９、１１は冷却流体が区画室１３から漏れるのを防ぐことができなければならない。この目的のために、本発明は閉鎖手段１１の特殊なデザインを与える。このデザインは図２により詳しく示してある。さらに、第１閉鎖手段９も第２閉鎖手段１１について記述するような方法で構成することができる。
図２において、押出成形されたプラスチック・チューブ形材２が縦断面で示してあり、このチューブ形材２は矢印Ｃで示す押出し方向に移動している。また、中空の金属チューブとして構成したアンカー・ロッド１０ならびにそれに取り付けた閉鎖手段１１も示してある。閉鎖手段１１は外壁１５を有し、この外壁は剛性であり、通常生じる力では変形しない材料、たとえば金属で作ってある。この場合、外壁１５は閉鎖手段１１を中実の金属シリンダとした結果こうなる。
図２でわかるように、閉鎖手段１１の外壁１５は、プラスチック形材２がこの外壁１５に沿って摩擦移動する傾向を持つような外径を有する。形材２と閉鎖手段１１の間の接触圧力によって、区画室１３の意図した密封効果を得ることができる。この接触圧力は、閉鎖手段１１の外径と形材２の内径に依存する。したがって、いずれにしても、意図した流体シールを得るのに望ましいものは、閉鎖手段１１の外壁１５の環状周方向領域での形材２の外壁１５との堅固な嵌合である。
本発明によれば、閉鎖手段１１は少なくとも１つの供給オリフィス１６を備えており、この供給オリフィスは閉鎖手段１１の、形材２に沿って位置する外壁１５に設けてある。この場合、複数の供給オリフィス１６が、閉鎖手段１１の下流側端から隔たって外壁まわりに規則的に設けてある。これらの供給オリフィス１６は、閉鎖手段１１の外壁１５まわりにややくぼんで設けた環状の溝内に位置しており、供給管路１７と連通している。この供給管路１７は閉鎖手段１１からアンカー・ロッド１０、押出成形機１のマンドレル８（図１参照）を通って流体供給手段（図示せず）まで延びている。供給オリフィス１６の上流側に隔たって、閉鎖手段１１は少なくとも１つの排出オリフィス１８、この場合、環状の溝１８を備えており、この溝は外壁１５の周面まわりに延びている。環状溝１８は閉鎖手段１１に設けた１つまたはそれ以上の円筒形の孔１９を通して排出管路２０と連通している。排出管路２０は閉鎖手段１１からアンカー・ロッド１０、押出成形機１のマンドレル８を通して流体供給手段（図示せず）に戻る。
流体供給手段内には、ポンプ装置が設けてあり、流体を閉鎖手段１１の外壁１５に設けた供給オリフィス１６に送るようになっている。送られてきた流体は閉鎖手段１１とチューブ形材２の間に到達し、次いで上流方向（矢印Ｄ）に溝１８まで流れる。流体の流入は、供給オリフィス１６と溝１８の間にある領域内の流体が流体の薄膜２１を形成するように制御される。この薄膜２１はチューブ形材２を図２にかなり誇張して示すように閉鎖手段１１の外壁１５からほんの少し隔離する。流体薄膜２１は、溝１８と閉鎖手段１１の上流側端の間の領域において、形材２が閉鎖手段１１と係合する結果、区画室１３から隔離されている。供給オリフィス１６と閉鎖手段１１の下流側端の間の領域においては、形材２は同様に閉鎖手段１１の外壁１５と係合することになる。押出し方向において形材２を徐々に安定して冷却し、区画室１３内のいかなる圧力の影響をも減少させ、さらに、好ましいことに、閉鎖手段１１の位置において形材２をさらに徐々に冷却するために、形材２は供給オリフィス１６の上流側ではなくて下流側の外壁に押しつけられる傾向が大きくなる。事実、これが図示した流体薄膜２１が確立され、薄膜を形成する流体が送り込まれる限り維持される理由である。必要に応じて、流体薄膜２１の最初の形成を、閉鎖手段１１の外壁１５に設けた、供給オリフィス１６と排出溝１８の間に延びるくぼんだ部分を形成することによって促進してもよい。
閉鎖手段１１の位置において形材２をさらに冷却するために、もし充分に低い流体温度を選んだならば、供給管路１７を経由して送り込む流体を使用してもよい。
閉鎖手段１１および区画室１３によって得られる流体シールの信頼性および最終的に得られるプラスチック・チューブ形材の品質にとってかなり重要なのは流体薄膜２１の安定性である。この目的のために、本発明では、供給オリフィス１６に流体を供給する流体供給手段が圧力に依存しない流量で前記流体を送り込むように設計してある。これは、プラスチック形材２が閉鎖手段１１の外壁１５に係合し、その結果、供給オリフィス１６を全体的にあるいは部分的に閉ざし、流体に対して絶えず変化する流動抵抗を与える傾向があるためである。薄膜を形成する流体を供給オリフィス１６へ調節可能であるが特に圧力に依存しない流量で送ることができる流体供給手段を使用することによって、流体薄膜２１の不安定性をかなり避けることができる。ひとたび適当な流量が決まり、或る特定のタイプのプラスチック形材について設定されたならば、押出成形装置の作動中に安定した流体薄膜を維持するためのそれ以上の制御は全く不要である。
図３は図１に関連して説明したとほぼ同じ押出成形装置を示しており、同じ構成要素には同じ参照符号が付けてある。しかしながら、重要な差異があり、それは互いに分離した２つの密閉区画室３０、３１がプラスチック形材２の中空スペース６内に形成してあることである。この目的のために、第１閉鎖手段９と第２閉鎖手段１１との間のほぼ中間で、第３の閉鎖手段３２がアンカー・ロッド１０に嵌合させてある。この第３閉鎖手段３２は図２を参照しながら説明した第２閉鎖手段１１とほぼ同じである。
第３閉鎖手段３２の位置で、形材２との間に薄膜を形成する流体の供給、排出のために、第２閉鎖手段１１について別個の手段が設けてある。同様に、区画室３０、３１の各々について別個の手段が設けてあり、対応する区画室を通しての形材処理媒体の循環を調節、維持するようにしてある。この実施例では、形材２の内側に２回の連続した処理を施すことができる。したがって、各区画室３０、３１内で好ましくは逆流方向に冷却流体を循環させ、下流側の区画室３１に供給する冷却流体よりも暖かい冷却流体を区画室３０に供給することができる。
形材２の外部、内部冷却の組み合わせは冷却効果を正確に制御して、既に冷却しすぎている形材２の外層と内層との間に、体積の点でさらにまた収縮するはずの中間層が生じるのを防ぐ必要がある。収縮した瞬間に、前記中間層に空洞が生じ、プラスチック形材２全体の品質が劣化する。
図３に示す押出成形装置により、形材２を内側で徐々に冷却することが可能となる。
提案した冷却流体を含む密閉区画室を伴う内部冷却方法で生じる可能性のある問題は、より冷たい流体が区画室の上部よりも下部に存在することになることである。その結果、プラスチック形材が不均一に冷却する可能性がある。この欠点は、区画室内に、好ましくはアンカー・ロッドに取り付けた螺旋形成手段を設けることによって解決する。これにより、冷却流体が被冷却形材に沿って区画室を通って螺旋状に循環することになる。別の可能性は、区画室内に良好な熱伝導性を持つ材料、たとえばアルミニウムで作ったスリーブがある。その結果、区画室内の冷却流体のいかなる温度差も滑らかになる。
さらに別の応用例としては、形材の壁で境する中空スペースを閉鎖手段によって形成された１つ以上の密閉区画室内で化学的に処理することがある。たとえば図３に示す押出成形装置では、適当な化学流体を区画室３０、３１の一方あるいは両方で循環させる。たとえば、適当に選んだ酸度の流体を押出成形した形材２と接触させることによって、形材２の製造中でも、形材２のプラスチック材料から金属を放出させることができるという利点がある。これはまた（飲用）水パイプのようなチューブ形材２の使用初期に金属を排出させ得るので有利である。
水パイプとして使用されるチューブ形材の場合、区画室３０、３１の一方あるいは両方に非常に純度の高い水を供給することも可能である。純度の高い水によってなし得ることは、配水管としての使用初期にＰＥのようなある種のプラスチック材料に通常ある不快な味をかなり減らすか、全くなくすことができることにある。
また、１つ以上の密閉区画室において押出成形された形材と接触させられる流体を用いて形材のプラスチック材料を架橋結合することも可能である。これは押出成形形材の温度安定性を高めるので望ましい。
ここで明らかなように、図３に示すような２つの区画室の代わりに、互いに直列にもっと多くの閉鎖手段を設けることによって形材の中空スペースにもっと多くの密閉区画室を形成することもできる。この場合、流体薄膜を生じさせる閉鎖手段によって区画室を構成し、流体薄膜が、たとえば図２を参照しながら説明したように、プラスチック形材との間を押出し方向と逆の方向に流れるという点で非常に有利である。この手段で達成される、各閉鎖手段と移動している押出成形形材との間の摩擦力の低減作用により、閉鎖手段の固定部に過剰な荷重を加えることなく、また、プラスチック形材へ摩擦による損傷あるいは望ましくない影響を与えることなく複数の閉鎖手段を互いに直列に設置することが可能となる。閉鎖手段の固定部への荷重付与は、特に閉鎖手段を嵌合したアンカー・ロッド（たとえば、図３のアンカー・ロッド１０）が押出成形機のマンドレルに固定してある場合に重要である。これは、押出成形機ヘッドへのマンドレルの取り付けを、できるだけ溶融プラスチック材料の流れを乱さない細いスポークによって行うのが好ましいからである。
プラスチック形材を処理する目的で１つ以上の区画室へ流体を供給する代わりに、１つ以上の区画室の位置においてガスをプラスチック形材と接触させることももちろん可能である。
図４は本発明の別の応用例を示しており、ここでは、滑らかな円筒形の壁面を備えた熱可塑性材料（たとえば、ＰＶＣあるいはＰＥ）のチューブ形材を作ることができる。ここで明らかなように、必要に応じて以下に説明する構成要素のデザインを調節することによって、異なった横断面を有する形材の製作にも本発明を使用することができる。
図４は、熱可塑性材料で中空チューブ４２を連続的に製作するのに使用する押出成形機４１を示している。押出成形機４１を出たとき、チューブ４２は丸い環状の初期横断面を有する。
押出成形機４１を出たチューブ４２は外部サイジング・スリーブ４３を通って移動し、次いで冷却手段４４（この場合、水冷手段）を通過する。
チューブ４２は、チューブ中空部を通って延び、押出成形機４１に結合された引っ張り部材５１によって所定位置に保持されたマンドレル５０上で、チューブ４２のプラスチック材料の適当な温度でチューブ４２を押すことによって二軸延伸される。
実際に、延伸温度は、冷却時にプラスチック材料が寸法的に安定する温度である。ＰＶＣの場合、延伸温度はＰＶＣのガラス転移温度のすぐ上の範囲にある。ＰＥその他のポリオレフィンは転移温度を有しないが、結晶質から部分結晶質を経てアモルファス構造への転移を示す「アルファ相」を持っている。このようなプラスチック材料の延伸温度は「アルファ相」と関連する温度範囲のすぐ上である。
マンドレル５０を図５に関連して以下により詳しく説明する。
チューブ４２がマンドレル５０に向かって移動する速度を制御するために、チューブ４２の移動方向で見てマンドレル５０の上流側端の上流側に隔たってチューブ速度制御装置４６が設けてあり、この装置４６はチューブ４２の外側に係合する。
マンドレル５０の下流側には、チューブ４２に軸線方向引っ張り力を加えるために引っ張り装置４７が設けてある。この引っ張り装置４７は従来公知のタイプのものであってもよい。
図４を参照しながら説明した押出成形装置の場合、チューブ４２の外面は、装置４６の上流側で冷却手段４４によって冷却され、チューブ４２の外面に隣接する層におけるプラスチック材料はこのプラスチック材料の延伸温度よりも明らかに低い温度になる。これにより、チューブ４２の壁が適当な厚さの冷たい、その結果、比較的堅牢な硬い外層を確実に獲得する。この外層はチューブ４２に係合する装置４６によって加えられる機械的な影響に耐えることができる。
ＰＶＣのような、ガラス転移温度が約８０℃〜８５℃の範囲にあるプラスチック材料の場合、チューブ４２の外面が約７０℃まで冷却すると、充分に厚くて強い外層を得ることができることがわかった。こうして構成された外層の温度は、ＰＶＣの場合、その内部で８０℃、外部で７０℃である。
装置４６とマンドレル５０の間のギャップのために、外層を所望の延伸温度まで温めるのに或る時間を利用できる。チューブ４２が装置４６からマンドレル５０まで移動する時間中、外層によって取り囲まれ、外層よりも高い温度である材料はより冷たい外層へ若干の熱を徐々に与える。その結果、チューブ４２の外面がもはや外部から冷却されない場合には、外層は徐々に薄くなる。最終的に、前記の温める作用は外層の消失に通じる可能性がある。
チューブの最内方壁部分の温度は、たとえばチューブ４２の内部冷却／加熱によって制御すると好ましい。この場合、チューブ４２が装置４６を出たとき、その部分の温度は延伸温度より高い。チューブの前記最内方部分の熱が徐々に外層に与えられる場合、最内方部分は延伸温度に向かって冷却して行く。この内部から外部への熱の伝達は、外層を含むチューブが二軸延伸にとって望ましい延伸温度にあることを意味する。
チューブ４２の外層を上記のように自動的に暖めることによって、均一な延伸温度が常に達成できるとは必ずしも保証できない。したがって、加熱手段４８を設けるのが好ましい。この加熱手段４８は、たとえばマンドレル５０付近で、チューブ４２が押出成形装置を通って移動する経路まわりに規則的な間隔で設置した複数の赤外線加熱ユニットをこの加熱手段が包含することによって、円周方向のセクター毎にチューブ４２の温度に影響を与えるように設計する。
図５においてわかるように、マンドレル５０はアンカー部材５１によって押出成形機（ここでは図示せず）に取り付けてある。マンドレル５０は、本質的に２つのセクションからなる。すなわち、ほぼ円筒形のテークアップ部５０ａおよび円錐形の膨張部５０ｂを包含する被加熱セクション５２と、ほぼ円筒形のテークオフ部５０ｃを包含する被冷却セクション５３とからなる。
断熱材、たとえばプラスチックで作った環状のディスク５４がマンドレル５０の被加熱セクション５２と被冷却セクション５３の間に設置してある。
ほぼ中実の金属製マンドレル・セクション５２に設けた１つ以上のダクト５６にアンカー部材５１中の導管５５を通して暖かい流体、たとえば温水が供給される。各ダクト５６の端にはくぼんだ周方向溝５７が設けてあり、この溝はマンドレル・セクション５２の最外方円錐形面内に位置する。管路５５を通して送り込まれる流体はチューブ４２とマンドレル５０の被加熱マンドレル・セクション５２の間に層を形成し、前記溝５７からチューブ４２の移動方向に対して逆方向に流れる。次いで、暖かい流体はシール手段５９、チューブ４２およびマンドレル・セクション５２によって構成された環状室５８に達する。流体は引っ張り部材５１に設けた引き続く管路６０を通ってスペース５８を出る。暖かい流体は移動するチューブ４２と同じ方向には流れない。これはマンドレル５０の円錐形セクション５２からテークオフ部５３への移行部の領域における溝５７の下流側でのチューブ４２とマンドレル５０との間の接触圧力によって効果的な流体シールが与えられているからである。
ＰＶＣで作ったチューブの二軸延伸の場合、送り込まれる暖かい流体の好ましい温度は約９５℃であり、圧力はチューブ４２と被加熱セクション５２の間に流体層を形成し、維持するのに必要な圧力よりも高くないことが好ましい。
ほぼ中実の金属製マンドレル・セクション５３に設けた１つ以上のダクト６２へアンカー部材５１中の管路６１を通して冷たい流体、たとえば冷水が供給される。各ダクト６２の端にはくぼんだ周方向溝６３が設けてあり、この溝はセクション５３の外面に位置する。前記溝６３から、流体はチューブ４２の移動方向と逆の方向に第２の周方向溝６４に流れる。この第２周方向溝はマンドレル・セクション５３の外面に位置している。流体は、次いで、１つ以上のダクト６５を経てマンドレル５０の下流側にある室６６へ流れる。これにより、マンドレル５０の被冷却セクション５３とチューブ４２の間に流体の層が生じる。室６６はシール手段６７、引っ張り部材５１のマンドレル５０の下流側に延びる部分およびマンドレル・セクション５３によって構成される。室６６に流入した流体は引っ張り部材５１に設けた管路６９を経て前記室６６を出る。
溝６３は、マンドレル・セクション５３の下流側端から、チューブ４２とマンドレル・セクション５３の間の接触圧力によって有効な流体シールが達成されるような距離のところにある。前記圧力は、主としてチューブが冷却されるときの収縮する傾向の結果である。
マンドレル５０のテークオフ・セクション５３とチューブ４２の間の冷たい流体の流れは、チューブ４２の半径方向の膨張が行われたのち、チューブ４２を直接内部から冷却する。
ＰＶＣの二軸延伸の場合に、冷たい流体の温度は、たとえば管路６１に送られたときに約２０℃である。
ここで、チューブ４２とマンドレル５０のセクション５２、５３の間の流体層の厚みが図５で誇張してあることに注意されたい。
上記のことから明らかなように、チューブ４２は、円錐形セクションの溝５７とテークオフ・セクション５３の溝６４の間の領域と、溝６３とテークオフ・セクション５３の下流側端との間の領域とにおいてのみマンドレル５０と接触している。したがって、全接触領域は普通の膨張マンドレルの場合よりもかなり小さくなり、また、マンドレル５０とチューブ４２の間の摩擦は普通のマンドレルを包含する装置に関してかなり低減する。
この摩擦の低減の結果、引っ張り装置４７（図４）によってチューブに加えられる引っ張り力がチューブ４２の膨張およびマンドレル５０のところで生じる摩擦力とによって完全に消散されないが、チューブ４２の残留引っ張り力がマンドレル５０の上流側に残るという現象が観察できる。これにより、チューブ４２が意図したよりも大きい速度で押出成形機４１から引っ張られ、最終的にチューブ４２が破断するおそれがある。この望ましくない影響を避けるために、押出成形機４１とマンドレル５０の間に設置したチューブ速度制御装置４６を調節してチューブ４２に制動力を加える。すなわち、マンドレル５０から離れる方向の軸線方向力を加える。装置４６がチューブ４２に制動をかけない場合、上記タイプのマンドレル５０が用いられるならば、チューブ４２がその軸線方向に延伸されることがなく、少なくとも充分に延伸されることがない。したがって、引っ張り装置４７によってチューブ４２へマンドレル５０の下流側で加えられる引っ張り力と、チューブ速度制御装置４６によってマンドレル５０の上流側で加えられる軸線方向力とが釣り合わなければならない。この釣り合いは両方の装置４６、４７を制御することによって達成される。
本発明によれば、薄膜を形成する流体は、マンドレルに形成され、膨張マンドレル５０の外面、特にその膨張セクションとテークオフ・セクションに開口するダクトによってチューブ４２とマンドレル５０の間に送り込まれる。これにより、DE 23 57 210に記載される方法および装置よりもかなり大きい膨張セクションの角度を得ることができる。マンドレルとチューブの間の流体薄膜を形成する本発明の概念は、押出成形されたチューブ上に冷却した外層を形成することなく適用可能である。
マンドレル・セクション５３とチューブ４２の間の流体層の厚みを安定させるために、容量形ポンプ、すなわち、流体圧力とは独立した一定吐出量を有するポンプを用いて流体を循環させると好ましい。このタイプのポンプは、チューブ４２とマンドレル・セクション５２の間に流体層を形成する暖かい流体を循環させるのに用いると好ましい。
本発明による膨張マンドレルの図示しないバージョンによって、チューブがマンドレルと係合する方法、したがって、そこに生じる摩擦力を制御することができる。この目的に適したマンドレルは、マンドレルに沿ったチューブの移動方向に見てマンドレルに沿った複数の部位に、逆流方向に流れてマンドレル、チューブ間に層を形成する流体のための１つ以上の供給オリフィスあるいは１つ以上の排出オリフィスまたはこれら両方を備えているとよい。各供給、排出オリフィスのために弁手段を組み合わせることによって、マンドレルとチューブの間の流体の層が形成されるマンドレルの位置を調節することができる。
マンドレルの上記のバージョンは、特に、装置の始動にも有利である。始動の途中、まずチューブを押出成形し、それをその時に作動している外部冷却手段４４に通すことができる。次いで、チューブ４２をチューブ速度制御装置４６に通す。ここで、チューブ４２を膨張マンドレル上に置かなければならないという問題が生じる。初めに安定したチューブの膨張を行うために、最初の瞬間にチューブ４２を装置４６の背後で長手方向に切断して開く。その結果、チューブをマンドレルまわりに置く必要がなくなる。長手方向の切断がもはや行われなくなると直ちに、チューブはマンドレルに到達し、チューブ壁が円周方向に閉じる。その時には、図５に示す膨張マンドレル５０によって、チューブとマンドレル５０の間に流体層を作ることはまだできない。チューブ４２をマンドレル５０上で引っ張るために引っ張り装置４７を使用することもできない。したがって、チューブ速度制御装置４６を調節してチューブ４２をマンドレル５０の方向へ押し、マンドレル５０上でチューブを押す。
マンドレル５０の代わりに上記バージョンの膨張マンドレルを使用する場合には、流体層をチューブが既にマンドレルまわりに位置している部位で形成することが常に可能である。その結果、チューブとマンドレルの間の摩擦がなくなるか低減する。したがって、このことは、装置を始動したときにチューブをマンドレル上で押す過程で、常時薄膜または層を形成する流体の供給がさらに下流側に位置するマンドレルの部分で生じることを意味する。
図５でわかるように、チューブ４２は、膨張マンドレル５０によって円周方向の延伸が行われたのちに外部的にも冷却される。この外部冷却を行うべく冷却手段７０が設けてある。チューブ４２が通るサイジング・オリフィスを包含するプレート７５がマンドレル５０の下流側に設けてある。このプレート７５はマンドレル５０に関して図５に矢印Ｅで示すように移動できる。プレート７５の下流側には測定装置８０が設けてあり、これはそこを通るチューブ４２の壁厚、横断面形状を定めることができる。
装置８０からの測定値を表す信号は制御装置８１に送られる。この制御装置８１は、この信号を所望のチューブ寸法と比較する。この比較に基づいて、マンドレルに関するプレート７５の位置を制御することができる。同じ比較は、加熱手段４８の動作を制御するのにも使用される。
明らかなように、本発明の概念は、たとえば図２を参照しながら説明したようなタイプの閉鎖手段を使用することによって、シール手段５９、６７にも使用できる。同様に、ダクト６５をスペース６６に接続せず、アンカー部材５１を通る別個の導管を経て外部に通してもよい。

Claims

プラスチック形材の中空スペースを形成するマンドレルを有する押出成形機ヘッドであり、この押出成形機ヘッド（７；41）の下流側で閉鎖手段（９,11；９,11,32；50）が押出成形したプラスチック形材の中空スペース内に押出成形機に関して静止状態に保たれ、前記閉鎖手段が寸法的に剛性の外壁を有し、前記外壁が、押出成形したプラスチック形材の中空スペースに関して、プラスチック形材が前記閉鎖手段の外壁と摩擦係合する傾向を持つような寸法を有し、前記閉鎖手段がその外壁に設けた少なくとも１つの供給オリフィス（17；57；63）に開口する第１導管手段（16；56,62）を包含し、前記第１導管手段がそこに流体を供給するための流体供給手段に接続可能であり、また、前記閉鎖手段が少なくとも１つの排出オリフィス（19；64）に接続する第２導管手段（20；60,65）を包含する押出成形機ヘッドから出る押出成形した中空のプラスチック形材を処理する方法であって、排出オリフィス（19；64）が供給オリフィス（17；57,63）の上流側に位置しており、流体を閉鎖手段の外壁とプラスチック形材との間に流し、この流体が供給オリフィスと排出オリフィスの間の領域でプラスチック形材と外壁の間に流体薄膜を形成し、前記流体が閉鎖手段とプラスチック形材の間を逆流方向、すなわちプラスチック形材の押出し方向と逆の方向へ流れることを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、閉鎖手段とプラスチック形材の間を流れる流体を利用してプラスチック形材を冷却することを特徴とする方法。
請求項１または２記載の方法において、複数の閉鎖手段によってプラスチック形材の中空スペース内に少なくとも１つの密閉区画室が形成してあり、この少なくとも１つの密閉区画室に媒体を供給してプラスチック形材を冷却することを特徴とする方法。
請求項１〜３のいずれかに記載の方法において、少なくとも１つの閉鎖手段の場合に、流体を閉鎖手段の寸法的に剛性の外壁と押出成形したプラスチック形材の間に流し、この流体を閉鎖手段とプラスチック形材の間で逆流方向、すなわちプラスチック形材の押出し方向と逆の方向へ流し、前記閉鎖手段が形材の中空スペース内の２つの密閉区画室間の仕切りを形成し、区画室の各々が冷却水の別の流れを供給されることを特徴とする方法。
請求項３または４記載の方法において、形材が、プラスチック形材の中空スペース内で押出成形装置の下流側に位置する第１密閉区画室を通る間に外面を冷却されることを特徴とする方法。
請求項５記載の方法において、プラスチック形材の外面の処理がプラスチック形材の外部サイジングおよび冷却を含むことを特徴とする方法。
請求項３〜６のいずれかに記載の方法において、プラスチック形材が、プラスチック形材の中空スペース内で押出成形装置の下流側に位置する第１密閉区画室を通過するときに、流体の温度が押出成形した形材のプラスチックの固化温度に等しい流体で処理されることを特徴とする方法。
請求項１〜７のいずれかに記載の方法において、押出成形したプラスチック形材が、閉鎖手段の下流側に隔たったところで、プラスチック形材の横断面を縮小するサイジング手段を通ることを特徴とする方法。
請求項３または４記載の方法において、閉鎖手段とプラスチック形材の間を流れる流体の温度が、閉鎖手段の上流側に存在する密閉区画室に送り込まれる形材処理媒体の温度よりも低いことを特徴とする方法。
請求項４記載の方法において、閉鎖手段の上流側に存在する区画室に送り込まれる形材処理媒体の温度が、閉鎖手段の下流側に存在する区画室に送り込まれる形材処理媒体の温度よりも高いことを特徴とする方法。
中空のプラスチック形材（２；42）を押出成形する装置であって、押出成形機（１；41）と、この押出成形機に連結してあり、押出成形した形材に中空スペースを形成するマンドレル(８)を有する押出成形機ヘッド(７)と、押出し方向において押出成形機の下流側に隔たって押出成形した形材の中空スペース内に保持され、押出成形した形材の中空スペースをシールする閉鎖手段（９,11；９,11,32；50）とを包含し、前記閉鎖手段が寸法的に剛性の周壁を有し、この周壁が、押出成形したプラスチック形材の中空スペースに関して、押出成形装置の作動中にプラスチック形材が前記閉鎖手段の周壁と摩擦係合する傾向を持つような寸法を有し、前記閉鎖手段が、その周壁に設けた少なくとも１つの供給オリフィス（17；57；63）に開口する第１の導管手段（16；56,62）と、少なくとも１つの排出オリフィス（19；64）に接続する第２の導管手段（20；60,65）とを包含し、さらに、第１導管手段に流体を供給する流体供給手段を包含する装置において、前記少なくとも１つの排出オリフィス（19；64）が前記少なくとも１つの供給オリフィス（17；57,63）の上流側に位置しており、前記流体供給手段が閉鎖手段の周壁とプラスチック形材の間に流体の薄膜を形成するようになっており、この流体がプラスチック形材の押出し方向と逆の方向に流れるようになっていることを特徴とする装置。
請求項１１記載の装置において、前記少なくとも１つの供給オリフィスを経て送り込まれ、薄膜を形成する流体のための前記少なくとも１つの排出オリフィスが閉鎖手段の周壁に設けてあることを特徴とする装置。
請求項１１または１２記載の装置において、流体供給手段が所望の流量を調節できるようになっていることを特徴とする装置。
請求項１１〜１３のいずれかに記載の装置において、閉鎖手段が複数の供給オリフィスを備え、これらの供給オリフィスが閉鎖手段の円周方向に規則正しい間隔で閉鎖手段まわりに設けてあることを特徴とする装置。
請求項１１〜１４のいずれかに記載の装置において、前記少なくとも１つの排出オリフィスが閉鎖手段まわりを円周方向に延びる溝であることを特徴とする装置。
請求項１１〜１５のいずれかに記載の装置において、押出し方向において前後に互いに隔たって設置した少なくとも３つの閉鎖手段を包含し、押出成形した形材の中空スペース内に互いに分離した複数の密閉区画室を形成していることを特徴とする装置。
請求項１６記載の装置において、２つの閉鎖手段によって境された各密閉区画室について、媒体をそこに供給し、排出させる別個の手段を有することを特徴とする装置。
請求項１１〜１７のいずれかに記載の装置において、２つの閉鎖手段によって境された各密閉区画室について、選ばれた温度の流体をその区画室に供給し、そこから排出する手段が別々に設けてあることを特徴とする装置。
請求項１１〜１８のいずれかに記載の装置において、押出成形した形材を外部から冷却する外部冷却手段を備えていることを特徴とする装置。
請求項１９記載の装置において、外部冷却手段が前後に設置した複数のセグメントを包含し、この外部冷却手段が各セグメント毎に別個に冷却能力を調節できるようになっていることを特徴とする装置。
請求項１１〜２０のいずれかに記載の装置において、閉鎖手段が押出成形したプラスチック形材を円周方向に拡大する膨張マンドレルであり、この膨張マンドレルが、押出し方向に大きくなる横断面を有し、膨張マンドレルに沿って移動するプラスチック形材を拡大することができる少なくとも１つの部分を包含することを特徴とする装置。
請求項２１記載の装置において、膨張マンドレルが、押出し方向に大きくなる横断面を有する第１部分と、押出し方向において下流側でこの第１部分に連結し、均一な横断面を有する第２部分とを包含し、薄膜形成用流体のための前記少なくとも１つの供給オリフィスと前記少なくとも１つの排出オリフィスが膨張マンドレルの第２部分の周壁に設けてあることを特徴とする装置。
請求項２１または２２記載の装置において、膨張マンドレルが、押出し方向に大きくなる横断面を有する第１部分と、押出し方向において上流側でこの第１部材に連結し、ほぼ均一な横断面を有する第２部分とを包含し、流体のための前記少なくとも１つの供給オリフィスが膨張マンドレルの第１部分に設けてあり、少なくとも１つの排出オリフィスが押出し方向において第１部分の上流側に位置していることを特徴とする装置。