JP4347152B2

JP4347152B2 - 樹脂押出機のシリンダ冷却装置

Info

Publication number: JP4347152B2
Application number: JP2004208042A
Authority: JP
Inventors: 和久福谷; 武彦若園; 直行多代
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP2006027031A

Description

本発明は、樹脂押出機におけるシリンダを冷却する装置に関する。

この種の冷却装置は、例えば特許文献１の図１に開示される。特許文献１の図１において、その軸を水平に向けて設置された押出機のシリンダは、囲いによって被覆され、その囲いの下面から低温の空気がブロワによって供給される。囲いの内部に供給された空気は、冷却ゾーンを通過しながらシリンダの両側を循環し、囲いの頂部に作られた出口を通過して排出される。

また特許文献１は、上記構成ではいわゆる煙突効果によってシリンダの頂部の冷却効率が底部に比して低くなってしまうことを指摘して、以下の構成を開示する。即ち、特許文献１の図２あるいは図３に示すように、空気の出口を、前記ブロワの位置とはシリンダ軸方向で異なった位置で、且つ囲いの底面に設ける。この結果、ブロワから囲いの内部に供給された空気は、バッフルによってシリンダの外周上に分散させた後、シリンダ部分に沿って実質的に縦方向（シリンダ軸方向）に流して、出口から排出される。即ち、囲いによって形成される冷却ゾーンの全長にわたってシリンダ軸方向の空気の流れが形成される。特許文献１は上記構成とすることで、シリンダの横断面にわたって温度を均一にすることができ、押出スクリュー及びシリンダの磨耗及び破損が大いに減少できるとする。
特開平６−２５４９４４号公報（図１、段落番号０００３、図２・図３、段落番号００１３、００１４）

しかし、上記特許文献１の図２あるいは図３の構成は、シリンダの上部と下部とで冷却空気の軸方向の流速を等しくしようとすると、囲いの内部において空気がブロワから流入する部分に、大きなヘッダーが必要となってしまう。従って、煙突効果を回避してシリンダを周方向にある程度均一に冷却することはできるものの、囲いをコンパクトな構成とすることが難しかった。

また、特許文献１の図２や図３のように単にシリンダ軸方向の空気の流れを形成しただけでは、シリンダの冷却効率が十分に良好であるとは言いがたい。この点、特許文献１の図４ではシリンダの外周に冷却フィンを設けた構成を開示しているが、このように補助的な熱交換手段を付加すると製造コストや組立工数が増大するとともに、冷却フィンの取付スペース確保のために囲いが大型化してしまうことになる。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

◆本発明の第１の観点によれば、樹脂押出機のシリンダ冷却装置であって、シリンダを囲むスリーブと、このスリーブに設けられる空気入口及び空気出口と、前記空気入口から空気を供給するブロワと、前記シリンダと前記スリーブとの間の空間をシリンダ軸方向に仕切る少なくとも１枚の仕切板と、その仕切板に開口される空気流通口と、を有してなる、樹脂押出機のシリンダ冷却装置が提供される。

これにより、仕切板によって、シリンダとスリーブとの間の空間においてシリンダの周方向の流れを積極的に形成できる。この結果、コンパクトな構成で、シリンダの周方向の冷却ムラが生じにくい構成とできる。また、仕切板によって流路が狭くなる分、流速が増大するので、冷却効率を向上させ得る。従って、補助的な熱交換手段を設ける必要性を小さくでき、コスト及び製造工数の低減が容易なコンパクトな構成とできる。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、前記仕切板は複数枚設けられるとともに、隣り合う仕切板で挟まれた空気流路をシリンダ軸を含む平面で切った流路断面積をＳ１、当該空気流路をシリンダ軸に垂直な平面で切った流路断面積をＳ２としたときに、Ｓ１＜Ｓ２であることが好ましい。

これにより、仕切板で挟まれた空気流路において、空気の周方向の流速を軸方向の流速よりも大きくできる（確実に周方向の空気の流れを形成できる）。従って、シリンダの周方向の冷却ムラを一層確実に低減できる。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、Ｓ１＜０．５×Ｓ２であることが好ましい。

これにより、空気の周方向の流速を更に大きくでき、シリンダの周方向の冷却ムラを確実に低減できる。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、前記仕切板の空気流通口は、その開口面積の比率が３０％以上かつ５０％以下であることが好ましい。

これにより、スリーブ内での空気の周方向の流れを確実に形成すると同時に、空気入口から空気出口までスムーズに冷却空気を通過させることができる。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、前記仕切板は前記シリンダの外周面に接触するように設けられていることが好ましい。

これにより、空気の流れを案内する仕切板に冷却フィンとしての役割を兼ねさせることができ、簡素な構成で冷却効率を向上させ得る。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、前記仕切板は、前記空気流通口に相当する部分を切り欠いた円弧状の板として構成されていることが好ましい。

これにより、空気流通口を介した空気の流通がスムーズになり、冷却効率が一層向上する。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、前記仕切板は複数枚設けられるとともに、隣り合う仕切板の空気流通口同士は互いに重複しない位置に配置されていることが好ましい。

これにより、各仕切板によって挟まれた空間内で、空気を空気流通口から空気流通口へ、確実に周方向に流すことができる。この結果、シリンダの周方向の冷却ムラが一層低減される。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却装置においては、隣り合う仕切板の空気流通口同士はシリンダ軸を挟んで交互に設けられていることが好ましい。

なお、「交互に設けられている」とは、空気流通口同士が、１５０°以上かつ２１０°以下の角度差を有するように設けられていることを意味する。

◆本発明の第２の観点によれば、樹脂押出機のシリンダ冷却方法であって、シリンダを囲むようにスリーブを設け、前記シリンダと前記スリーブとの間の空間をシリンダ軸方向に部分的に仕切るように少なくとも１枚の仕切板を設けた上で、前記スリーブに設けた空気入口から当該スリーブ内に空気を供給し、この空気を、前記スリーブと前記シリンダと前記仕切板によって構成される流路を通過させた後に前記スリーブに設けた空気出口から排出させる、樹脂押出機のシリンダ冷却方法が提供される。

これにより、仕切板によって、シリンダとスリーブとの間の空間においてシリンダの周方向の流れを積極的に形成できる。この結果、コンパクトな構成で、シリンダの周方向の冷却ムラが生じにくい構成とできる。また、仕切板によって流路が狭くなる分、流速が増大するので、冷却効率を向上させ得る。従って、補助的な熱交換手段を設ける必要性を小さくでき、コスト及び製造工数の低減が容易で且つコンパクトな構成とできる。

◆前記の樹脂押出機のシリンダ冷却方法においては、前記仕切板は複数枚設けられるとともに、隣り合う仕切板で挟まれた空気流路をシリンダ軸を含む平面で切った流路断面積をＳ１、当該空気流路をシリンダ軸に垂直な平面で切った流路断面積をＳ２としたときに、Ｓ１＜Ｓ２であることが好ましい。

次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るシリンダ冷却装置の全体的な構成を示した斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面矢視図、図３は仕切板の構成を示す図である。

図１、図２において、冷却装置１は、その軸を水平に向けて配置された押出装置のシリンダ２に取り付けられている。このシリンダ２内には加熱されて流動状を呈した樹脂が注入されており、図示しない押出スクリューによって樹脂がシリンダの軸方向に押し出される構成になっている。

冷却装置１は、このシリンダ２の長さの一部を囲む有底円筒状のスリーブ３を備える。スリーブ３の内部（シリンダ２の外周面とスリーブ３の内周面との間）には筒状空間７が形成され、この筒状空間７に相当する領域が冷却ゾーンとされている。前記スリーブ３の軸方向一端側の底部には空気入口４が形成され、軸方向他端側の底部には空気出口５が形成される。空気入口４には空気供給手段としてのブロワ６が接続されており、前記筒状空間７に対し前記空気入口４を通じて低温の空気を導入できるようになっている。

スリーブ３の内部には、前記筒状空間７をシリンダ軸方向に仕切るように、５枚の仕切板１１〜１５が設置される。この仕切板１１〜１５により、前記筒状空間７は、シリンダ軸方向に並ぶ環状の６つの空間Ｒ１〜Ｒ６に区画される。仕切板１１の形状を代表して図３に示すが、仕切板１１はシリンダ軸に垂直な円弧状の平板として構成されている。図１や図３に示すように、この仕切板１１は、いわばドーナツを円弧状ないし扇状に切り欠いた如くの形状に構成しており、この切り欠かれた部分は空気流通口８を構成している。なお、５枚の仕切板１１〜１５は同一の形状に構成している。また仕切板１１〜１５は、その内周縁を前記シリンダ２の外周面に接触させた状態で、シリンダ２及びスリーブ３に取り付けられる。

なお、前記筒状空間７は上述のとおり仕切板１１〜１５によって各空間Ｒ１〜Ｒ６に仕切られるのであるが、各仕切板１１〜１５には空気流通口８が形成されており、各空間Ｒ１〜Ｒ６の空気は空気流通口８を介して相互流通可能である。従って、筒状空間７は仕切板１１〜１５によって完全に仕切られるのではなく、部分的に仕切られるということができる。なお、前記空気入口４は空間Ｒ１に、前記空気出口５は空間Ｒ６に、それぞれ形成されている。

図１や図２に示すように、隣り合う仕切板（１１と１２、１２と１３、・・・）において、空気流通口８同士はシリンダ軸を挟んで交互に（互い違いに）配置されている。即ち、一側に空気流通口８を有する仕切板１１〜１５は、その向き（位相）を１８０°ずつ変えながら、シリンダ２の軸方向に連設している。この結果、隣り合う仕切板同士の空気流通口８は、シリンダ軸方向にみたときに互いに重複しないように配置される。

以上の構成で、図２の太線矢印に示すように、ブロワ６から空気入口４を介して空間Ｒ１へ導入された空気は、当該空間Ｒ１内においてシリンダ２の両側を周方向に流れ、仕切板１１の空気流通口８を通過して空間Ｒ２に入る。次に、空間Ｒ２内においてシリンダ２の両側を周方向に流れ、仕切板１２の空気流通口８を通過して空間Ｒ３へ入る。このように、筒状空間７に空気入口４から導入された空気は、シリンダ２とスリーブ３と仕切板１１〜１５により構成される流路に沿って、シリンダ２の周方向→軸方向→周方向→軸方向→・・・と向きを変えながら流れ、最終的に空間Ｒ６から空気出口５を通じて排出される。

本実施形態では以上に示すように、前記仕切板１１〜１５によって、筒状空間７において積極的にシリンダ２の周方向の流れを形成する構成となっている。この結果、コンパクトな構成で、シリンダ２の周方向の冷却ムラが生じにくい構成とできる。また、仕切板１１〜１５を設けた分、筒状空間７の流路が狭くなるので、筒状空間７を流れる空気の流速が増大し、シリンダ２の外周面の冷却効率が良好である。従って、要求される冷却能力にもよるが、冷却フィン等の補助的な熱交換手段を設ける必要性を小さくでき、低コストで製造が容易な構成とできる。

なお、本実施形態では、隣り合う仕切板で挟まれた環状の空間Ｒ２〜Ｒ５は、以下の条件を満たす形状となっている。即ち、例えば空間Ｒ３について、シリンダ軸を含む平面で切った断面積（流路断面積）をＳ１とする（図２のＢ−Ｂ断面矢視図としての図４を参照）。また、当該空間Ｒ３についてシリンダ軸に垂直な平面で切った断面積（流路断面積）をＳ２とする（図２のＣ−Ｃ断面図としての図５を参照）。このとき、Ｓ１＜Ｓ２である。

ここで、ブロワ６から供給される空気流量をＱとすると、前記空間Ｒ３内の空気の軸方向の流速はＵ２＝Ｑ／Ｓ２であり、周方向の流速はＵ１＝Ｑ／Ｓ１である。即ち、前記空間Ｒ３内の空気の軸方向の流速Ｕ２よりも周方向の流速Ｕ１の方が大きくなるので（Ｕ１＞Ｕ２）、当該空間Ｒ３内を空気は主に周方向に流れることになる。この結果、シリンダ２を周方向に均一に冷却できる。なお、上記のような断面積の関係となるように構成するには、当該空間Ｒ３を挟んで隣り合う仕切板１２，１３の間隔Ｌを、シリンダ２の外径及びスリーブ３の内径との関係で適宜定めれば良い。

なお、上記では、断面積の関係について空間Ｒ３の場合を例に説明したが、本実施形態では、他の空間Ｒ２，Ｒ４，Ｒ５についても上述のＳ１＜Ｓ２の関係が満たされている。なお特に、軸を含む平面で切った流路断面積Ｓ１が軸に垂直な平面で切った流路断面積Ｓ２の半分を下回る（Ｓ１＜０．５×Ｓ２）ように各空間Ｒ２〜Ｒ５を形成すると、空気の周方向の流速を十分大きくでき好適である。

また、前記仕切板１１〜１５の空気流通口８は、その開口面積の比率（図３に示す開口面積Ｔの、前記空間Ｒ２〜Ｒ５を軸に垂直な平面で切った流路断面積Ｓ２（図５）に対する割合）が、３０％以上５０％以下となるように構成すると良い。この構成とすることで、スリーブ３内での空気の周方向の流れを確実に形成すると同時に、空気入口４から空気出口５までスムーズに冷却空気を通過させることができる。

更に本実施形態では、各仕切板１１〜１５は、前記シリンダ２の外周面に接触するように設けられている。この結果、前記仕切板１１〜１５に冷却フィンとしての役割を兼ねさせることができ、簡素な構成で冷却効率を向上させ得る。

また、本実施形態では図３に示すように、前記仕切板１１〜１５は、前記空気流通口８に相当する部分を切り欠いた円弧状の板として構成されている。即ち、空気流通口８の部分を円弧状ないし扇状に切り欠いて仕切板１１〜１５を構成するので、各空間Ｒ１〜Ｒ５の空気が下流側の空間Ｒ２〜Ｒ６へ空気流通口８を介してスムーズに流れることができ、冷却効率が一層向上する。

更に本実施形態では、図１や図２に示すように、隣り合う仕切板（１１と１２、１２と１３、・・・）の空気流通口８同士は、シリンダ軸方向にみて互いに重複しない位置に配置されている。もっと言えば、隣り合う仕切板の空気流通口８は、シリンダ２を挟んで（シリンダ軸）を挟んで、交互に設けられている。従って、各仕切板１１〜１５によって挟まれた空間Ｒ２〜Ｒ５内で、空気を空気流通口８から空気流通口８へ、確実に周方向に流すことができる。この結果、シリンダ２の周方向の冷却ムラが一層低減される。

なお、空気入口４が設けられる空間Ｒ１に面する仕切板１１の空気流通口８は、空気入口４から遠い位置に設けられている。従って、空気入口４から導入された空気は空間Ｒ１内でも周方向に確実に流れることになる。また同様に、空気出口５が設けられる空間Ｒ２に面する仕切板１１の空気流通口８も、空気出口５から遠い位置に設けられている。従って、空気流通口８から空間Ｒ６へ導入された空気は、空間Ｒ６内で周方向に確実に流れて空気出口５から排出されることになる。

以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は更に例えば以下のように変更して実施することができる。

（１）空気入口４及び空気出口５の数や配置は、図１に示したものに限定されない。例えば空気入口をスリーブ３の軸方向中央に設け、空気出口をスリーブ３の軸方向両端に１つずつ設けることが考えられる。この場合、仕切板は、空気入口とそれぞれの空気出口との間に設ければ良い。

（２）仕切板１１〜１５の数は５枚に限らず、１〜４枚であっても良いし、６枚以上であっても良い。ただし、仕切板の数を２枚以上に構成して各空気流通口を互い違いに構成すると、図２に示すような折り返し状の空気の流れがはっきりと実現され、シリンダ２の表面の周方向の冷却ムラを確実に防止できる点で好ましい。

（３）仕切板の空気流通口の形状は、図１や図３のように円弧状ないし扇状の切欠として形成することに限定されない。例えばそれぞれの仕切板に矩形穴状あるいは丸穴状の空気流通口を構成することが考えられる。

（４）隣り合う仕切板の空気流通口８は、必ずしも１８０°の角度差が生じるように設けられている必要はない。１８０°とするのが最も好ましいが、例えば１５０°以上２１０°以下の角度差を有するように配置しても、スリーブ３の内部で空気の周方向の流れを確実に形成することができる。

本発明の一実施形態に係るシリンダ冷却装置の全体的な構成を示した斜視図。図１のＡ−Ａ断面矢視図。仕切板の構成を示す図。図２のＢ−Ｂ断面矢視図。図２のＣ−Ｃ断面矢視図。

符号の説明

１冷却装置
２シリンダ
３スリーブ
４空気入口
５空気出口
６ブロワ
８空気流通口
１１〜１５仕切板
Ｒ１〜Ｒ６空間（空気流路）

Claims

樹脂押出機のシリンダ冷却装置であって、シリンダを囲むスリーブと、このスリーブに設けられる空気入口及び空気出口と、前記空気入口から空気を供給するブロワと、前記シリンダと前記スリーブとの間の空間をシリンダ軸方向に仕切る少なくとも１枚の仕切板と、その仕切板に開口される空気流通口と、を有してなり、
前記仕切板は、前記シリンダの外周面に接触するように複数枚設けられるとともに、前記空気流通口に相当する部分を切り欠いた円弧状の板として構成され、
隣り合う前記仕切板で挟まれた空気流路をシリンダ軸を含む平面で切った流路断面積をＳ１、当該空気流路をシリンダ軸に垂直な平面で切った流路断面積をＳ２としたときに、Ｓ１＜０．５×Ｓ２であり、
前記仕切り板の空気流通口は、その開口面積の比率が３０％以上かつ５０％以下であり、
隣り合う前記仕切り板の空気流通口同士は、互いに重複しない位置に配置され、かつ、シリンダ軸を挟んで交互に設けられていることを特徴とする樹脂押出機のシリンダ冷却装置。