JP4623908B2 - プラスチック予備成形物のコンディショニングのための改良型赤外線オーブン - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、その内部で略連続して且つ略一列に並んで移動する個々の成形品をコンディショニングする改良型赤外線オーブンに関する。特に、本発明は、複数のプラスチック成形品を同時に成形できる成形機械に好適に適用できる。このプラスチック成形品は、当該分野では一般に「予備成形物」として知られており、次の段階で、特にプラスチックボトルのような適宜の最終容器に吹込成形されるものである。
【０００２】
最終容器を成形するのに用いられる機械、即ち、前記予備成形物を前記最終容器に吹込成形することに使用される機械を、通常、単段形機械と定義している。何故なら、このような機械は、プラスチック原材料を、機械に投入するためのペレット形状から、完成品即ち前記最終容器へ変換するのに必要な全工程を実行することが可能であるからである。
【０００３】
しかしながら、予め成形した予備成形物を最終容器に変換するだけのことに使用する機械もまた、本発明の目的のために、単段形機械と考えることができる。何故なら、吹込成形段階の前には、いずれにしても予備成形物の温度コンディショニング段階、即ち本発明でまさに取り扱う主題である段階がなければならないからである。
【０００４】
この特定の分野における単段形機械と二段形機械との間に存在する相違点は、当業者に周知であるから、本明細書ではこれ以上説明しない。
【０００５】
よりいっそうの便宜のため、この関連で興味を覚えるならば、本願出願人による特許出願ＰＣＴ／ＥＰ９８／０８３８０及び特許ＥＰ０７６８１６５を参照されたい。
【０００６】
実際の吹込成形段階に進む前に、予備成形物を吹込成形のために予め最適に決定した温度まで加熱することは、当該分野における周知の事実である。そして、この工程は、加熱手段として赤外線ランプを使用する適宜のコンディショニングオーブン内で通常行われている。
【０００７】
前記予備成形物の首部は、低温、即ち、ガラス転移温度より低い温度にともかく保持しなければならない。これにより、次段階の吹込成形操作で、この首部を歪ませることがない。
【０００８】
予備成形物の本体は、下記の効果を組み合わることによって加熱されることが、同様に周知である。即ち、
予備成形物の本体の厚みを透過する赤外線（対流効果）と、
オーブンの内部の加熱された周囲空気との接触（伝導効果）と、
予備成形物の壁面内における内部熱伝導による熱拡散（熱安定化効果／熱反転分布効果）とである。
【０００９】
オーブンの内部及びこのオーブン内に配置された予備成形物の外側表面には、予め設定された、いかなる場合においても比較的に低い温度の空気の流れを流通させる必要があると一般に考えられており、これにより、予備成形物の内側表面にある材料が必要な吹込成形温度に到達するまで、予備成形物の外側表面にある材料が、該材料を結晶化するほど過度な高温に達しないようになっている。
【００１０】
このような通風によって、オーブンの内部の温度を所望の水準に保持でき、吸収されなかった、即ち予備成形物自身に保持されなかった赤外線によるいかなる余剰熱も、予備成形物における軽減すべき表皮温度と同様に、排除することができる。
【００１１】
このような、オーブンの内部温度の所望の水準とは、オーブンのエネルギー効率の最適化が実際に可能となる水準である。この所望の水準が、予備成形物の厚みに依存し、予備成形物の厚みの関数であることは、実際に周知な点である。
【００１２】
このような作用を十分に行わせるために、オーブンの通風は適切な流速で行わなければならない。確実に、加熱すべき予備成形物の壁の全表面が、実際に均一に処理されるように、オーブンの内部全域にまんべんなく通風されることが望ましい。
【００１３】
オーブンを通過する時に加熱される空気が予備成形物の首部に接触すること、即ち、該首部の上を流れ過ぎるのを避ける必要があり、それどころか該首部は可能な限り冷ましておかなければならない。
【００１４】
ともかく予備成形物の首部を巻き込まずに該予備成形物の均衡のとれた加熱を確実にするという問題は、多くの調査及び研究、並びにこれに対応する数の解決案における課題であり、該解決案は、以下に一部引用されるような、該問題を取り扱う既存の先行技術特許文献に記載されている。
【００１５】
ＳＩＤＥＬの米国特許５，２５６，３４１によれば、温度コンディショニング操作中に、各々の単一予備成形物の内部にある中子の反射特性を利用することから直接的及び間接的に予備成形物を加熱する。この解決法は、エネルギー効率に関する限り何らかの利点をもたらすが、前記中子の取り扱い及び操作を同期して行う必要があることに関連して、甚だしい構造上及び操作上の複雑さを生じる。さらに、加熱からできるだけ防御しなければならない予備成形物の首部に求められる上記引用した要件を満足する可能性が十分保証されていない。
【００１６】
ＨＵＳＫＹ ＩＮＪＥＣＴＩＯＮ ＭＯＬＤＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ ＬＴＤ．の米国特許４，９２３，３９５は、１つの解決法を開示している。この解決法によれば、予備成形物自身に向けた、即ち、一群の加熱素子を様々に配置することにより、予備成形物に焦点を合わせた、ある種の加熱動作を提供している。ここで、該加熱素子は、予備成形物の各々特異なタイプ（厚さ、材質、外側寸法等）を取り扱うことに関連して生じる特定の要件に正確に対応した赤外線の流れを発生するように配置する。しかしながら、この解決法は、実際的な視点から実施が極めて困難であることが証明されている。予備成形物の首部への照射を回避するため、構造関連及び動作の性質上の、実に多くの禁忌があり、またそれらに一般的に関連して高コストであるからである。
【００１７】
ＢＥＫＵＭ ＭＡＳＣＨＩＮＥＮＦＡＢＲＩＫ ＧｍｂＨの米国特許５，０６６，２２２は、予備成形物が加熱ランプに沿ってオーブンを移動して通過する時に、予備成形物どうしの間隔を形成することと、温度コンディショニング操作の後に取り外し可能な熱絶縁シースを用いて同予備成形物の首部を保護することとを含んでなる解決法を開示している。しかしながら、この解決法は、いかなる場合においても、上記の解決法といくつかの特異性及び特徴を共有することが明らかであり、この解決法は、関連コストの顕著な増大だけでなく、構造に関連した且つ操作における明らかな禁忌を依然として有しており、またますますこれを強めている。
【００１８】
ＳＩＤＥＬの米国特許４６０６７２３による解決法には、以下にまとめる多くの欠点がある。
ａ）第一に、冷却空気の流れは、冷却のためにランプの上をほんのわずか通過する、即ち、ランプに接触するだけであるため、その同じ流れの流速を相応に増大する必要性が実際に生じる。しかしそれにより、加熱輻射に対し表面をさらしていない予備成形物は、実際、過剰冷却されるという問題がもたらされる。
【００１９】
ｂ）第二に、予備成形物の底部、即ち予備成形物の首部と正反対の閉塞部は、上部のランプにより適切な程度に照射されることができない。従って、この底部は不確実で、一般的に不満足な加熱効果しか得られない。もし、このような問題をなくすために、これらのランプの数を増やそうとすると、この場合のランプ自身は冷却空気の流れにより多くさらされ、異なる放射特性を示すために、他の問題が生じる。
【００２０】
ｃ）オーブンの構成及び空気の流れの循環が非対称であることにより、縦方向下流、即ち頭部から底部に、そして横切る方向でない方向に、空気に包まれることにより予備成形物は、不均一に、従って不正確にコンディショニングされる。
【００２１】
ｄ）最後に、記載された解決法において、加熱素子のソケットが、予備成形物の本体を冷却するのに使用される空気と同じ流れで冷却される可能性は、実際に存在しない。しかしながら、これらのソケットは、いずれにしてもむしろ集中的に冷却する必要があるために、特別な冷却システムを設ける必要が生じ、この必要性により、もちろん、プラント構築がより複雑になり、相応してコストが高くなる。
【００２２】
ＳＩＤＥＬ ＳＡの米国特許５，３２２，６５１は、空気の流れにより冷却される複数の予備成形物を、制御された方式で加熱することを説明しており、該空気の温度は、以下のように制御されている。即ち、該空気が、オーブンから排気されて新鮮な外気と混合した空気であることにより、常に同一温度の冷却空気が得られるように制御されている。しかしながら、この解決法は、他の技術的及び機能的側面に関する限り、上記引用した特許文献に例示した、実質的に同一の構築及び操作の基準に言及しているために、上記解決法と関連して例示したと同様の欠点を避けることができない。
【００２３】
さらに、幾分単純ではあるが重要な考察を行うことは、現時点で適切であると考えられる。即ち、冷却空気の幾分一定な流れを得るためには、関連した導管ができるだけ大きな断面積を有する必要性が生じる。
【００２４】
逆に、同一の導管の壁による、該導管に含まれる予備成形物に向けた赤外線輻射の満足な反射を達成するためには、少なくとも予備成形物近傍の領域において、導管自身が、極めて狭い断面積の領域を有する必要性が生じる。
【００２５】
従って、これらの拮抗する要件の間には明白な差異が存在し、従来技術のいかなる解決法によっても、満足する程度までそれは除外されてこなかったように思われる。
【００２６】
上記の考察に基づいて、本発明の主たる目的は、上記の欠点のない、さらに信頼性があり、容易に利用できる手法及び材料を使用して単純に実施でき、一定の空気の流れと導管の内壁上での適切な反射効率との相反する要件を、満足できる折衷案により解決することが可能な、予備成形物のコンディショニングオーブンを提供することにある。
【００２７】
本発明のさらなる特徴とともに、本発明のこのような主たる目的は、付属する請求の範囲において開示したように製作され動作するオーブンによって達成される。
【００２８】
本発明は、好ましいがしかし唯一のものでない下記の態様を取り得る。即ち、この態様は、添付の１枚の図面を参照して下記において非限定的に例示され、詳細に説明されている。この図面は、本発明によるオーブンの縦方向の断面図を象徴的に示している。
【００２９】
本発明による加熱及びコンディショニングオーブンは、本質的には下記を具備してなる。即ち、中に冷却空気が吹き込まれ、予備成形物５がこれを通って冷却空気の流れ６と略垂直な方向に移動する導管１と、前記導管はさらに、前記冷却空気用の取入口２と、前記冷却空気の排出口３と、一群の加熱ランプ４と、該加熱ランプより下流に配置された反射壁７と、空気の流れが通過し、前記予備成形物に向かい、予備成形物を横切る開口８１を備えた正面グリッド８と、取入口を通して新鮮な空気を取り入れ、前記予備成形物及び前記正面グリッド８の方向へ前記導管内に空気を吹き込むようになっている送風機２２とである。
【００３０】
本発明の好ましい態様によれば、正面グリッド８、ランプ群４、及び反射壁７を、各々の平面に配置し、これら全ての平面は、前記予備成形物が前記導管の中に且つこれを横切る方向に移動する平面に略平行である。
【００３１】
特に、予備成形物に対する、より均衡のとれた且つより均一な加熱を達成するためには、少なくとも前記予備成形物が移動する平面と前記ランプの平面とが互いに平行である必要がある。
【００３２】
さらに、反射壁７は、複数の開口１０を備える必要があり、加熱ランプ４は適切な隙間又は間隔４０を保持して互いから分離する必要がある。このようにすれば、前記反射壁や前記加熱ランプを通過する冷却空気の通風が促進されることとなって有利である。ランプ４上を流れ且つランプ４に接触した後、前記空気の流れがさらに排出口３に向かって流れる場合、前記空気の流れは反射壁７に到達し、開口１０を通過し、該開口を越えて、排出口３に向かう。
【００３３】
本発明には、多くの改良が可能である。１番目の改良は、予備成形物の首部の冷却に関する。これは本明細書で既に述べているが、このような首部を加熱してはならない。そのような加熱の可能性を回避すべく、予備成形物はその首部が下向きになるように配置され且つ方向付けられることが適当であり、この結果、本体の下部は言うまでもなく上向きとなる。
【００３４】
しかしながら、正面グリッド８により反射された赤外線の少量でも、前記予備成形物の首部に到達してこれを加熱することを回避するため、好ましくは、水平の、分離したバッフル板１３を前記首部に設けるのが有利であることがわかっている。バッフル板１３は、グリッド８に反射されて下方に、即ち、予備成形物の首部領域に向かう赤外線を遮断したり阻止したりすることが可能となるべく、その寸法と配置が決定される。
【００３５】
なおいっそう、予備成形物の裏側に対して、及び予備成形物の環部又は突起リングに対応する高さに対して、前記ランプから直接発生して予備成形物の首部に向かう赤外線を妨害することができるように、第２バッフル板１４を配置するのが有利である。
【００３６】
全ての場合において、予備成形物の首部はできるだけ低温に保持できるようにすることが所望されており、前記導管が、前記予備成形物をその全体の高さについて収容できることは有利なことである。一方、前記首部に向かい且つこれを越える冷却空気流の部分２５をそらすようになっている手段１５を設ける。ここで、前記空気に、前記ランプの加熱動作が及ぶことは少しもない。
【００３７】
さらに、予備成形物本体に当たり、加熱ランプを通過する冷却空気の同じ流れを、前記ランプの不図示のソケットを冷却するのにも使用することが可能である。ここで、上記の目的のために特に他の空気を付加するといった必要は生じない。これに反して、従来技術の解決法においては空気の付加を行っている。
【００３８】
予備成形物の底部１６も適切に加熱されることがさらに確実となるように、さらなる反射壁１７を、導管内を移動する予備成形物の前記底部に面した導管の内壁と底部自身との間に配置することが有利であるとわかっている。ここで、このさらなる反射壁１７は、ランプ４から発生した赤外線を反射するようになっているため、前記壁１７によりこのように反射された赤外線が、導管内部を移動する予備成形物の底部１６に照射され得ることを確実にする。
【００３９】
加えて、予備成形物に向けての流速及びその分布パターンに関して、空気の流れを調節可能とするために、前記導管は、グリッド８の周囲取り付け部に対応して、適切なロックイン式スリット１８を備えている。これにより、グリッドは、異なる特徴を有する他のグリッドと容易に交換可能となっているが、ロックイン式スリット１８と係合することが同様に可能でなければならない。
【００４０】
運転中には、予備成形物は、連続的且つ規則的にその各回転軸の周りに回転する。このことにより、実際に、予備成形物本体の連続している部分に加熱ランプから直接照射することが可能となり、一方では、前記連続した部分の反対側の他の部分は冷却される。これにより、予備成形物の壁の厚みを透過し厚みの中に入り込むように熱が伝播し、均衡がとれるように且つ徐々に、底部を含む予備成形物の本体全体にかけて、均一な温度に到達する。但し、連続した前記空気の流れにより確実に冷却する動作のため、過剰な温度に到達することはない。
【００４１】
ここに至って、当業者であれば、本発明及び本発明の改良により達成され得る様々な効果を理解することが可能である。
ランプ間を通過する空気の流れを形成することによって、完全に反射性の壁１７を予備成形物の底部の上に用いて、一方では、適切な通風路を保持し、ランプから発生する赤外線を最も効果的に使用できることを確実にする可能性を得る。
【００４２】
冷却空気の流れが前記予備成形物の首部をただ包み込むように形成させることができ、その流れはランプの加熱動作に全く影響されず、この結果、今度は流れが前記首部を加熱できないようにしている。
【００４３】
冷却空気の前記流れが予備成形物が移動する平面に直交し、このことが冷却効果のより大きい均一性を確実にする。さらに、ランプの平面は予備成形物の平面と平行に配置され、この特別な２つの条件が組み合わせられると、予備成形物のコンディショニングにおける最大の均一性を確実にする。
【００４４】
冷却空気の前記流れが、加熱ランプとは反対側の側面から導管に入り、前記流れが排出口に接近しながら、前記流れは前記ランプ間を通過する。これ故に、予備成形物のより効果的な冷却のみならず、従来よりも、全体としてより冷えたオーブンを得ることができ、これはより速いコンディショニング工程に有効である。
【００４５】
グリッド８の開口が多様でありうるために、予備成形物を冷却する空気の流速は、製品及び／又は工程に関する様々な条件を満たすように制御することができるかも知れない。その際、いずれにしても予備成形物の冷却空気の流れに関わり合ったり又はこれに影響を与えたりせず、この冷却空気の前記流れは、実際は、前記首部に向けられており、前記グリッドの開口の位置及び特性に従属しないし、その影響も受けない。
【００４６】
最後に、空気の取入口２が上向きである環境は、自然と下方に移動する傾向にある新鮮な空気の流入に有利であり、一方では、排出口３も上向きである環境は、周知の煙突効率（stack effect）のために、熱い空気を排出するのに有利である。
【００４７】
これらの環境は、共に組み合わせられると、冷却空気の自然循環を促進し、送風機（２２）による強制循環を付加することによって、その効果は高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるオーブンの一部縦断面図である。

Claims (9)

1. 複数の予備成形物（５）を加熱するようになっており、
   前記予備成形物が規則正しい順序で内部を通って移動させられる導管（１）と、
   その導管の外部から取り込まれ、送風機（２２）によって前記導管の取入口（２）から排出口（３）を通過するまで該導管に沿って強制的に流される空気の流れ（６）と、
   各間隙（４０）にて離間されている一群の赤外線加熱ランプ（４）とを備えている赤外線オーブンであって、
   反射面（７）が、前記外気の流れの移動方向に関して、前記赤外線加熱ランプ（４）の下流に配置され、前記反射面は複数の開口（１０）を備え、該開口は外気の前記流れ（６）が実質的に該開口を通過するようになっており、
   前記予備成形物は、前記外気の流れを横切る方向に移動し、
   前記予備成形物が、前記外気の流れ（６）の方向と略垂直に方向付けられた回転軸を有し、
   前記赤外線加熱ランプ（４）が、前記外気の流れの移動方向に関して、前記予備成形物の略下流に配置されており、
   前記赤外線加熱ランプが、適宜な間隔（４０）を保持して互いに分離され、前記外気の流れが該間隔を通過可能であり、前記外気の流れが、前記予備成形物を互いに分離している間隔を先ず通過し、次に前記赤外線加熱ランプの前記間隔を通過するように形成されており、
   開口（８１）を備え、前記外気の流れ（６）の少なくとも一部が前記開口を通過することができるようになっている反射グリッド（８）が、前記予備成形物（５）の上流に配置されている
   ことを特徴とする赤外線オーブン。
2. 前記導管（１）の内側端部に、ロックイン式スリット（lock-in slit, １８）が設けられ、該ロックイン式スリットは、少なくとも通過する前記空気の流れの通路に関して異なる特徴を有する複数の前記グリッド（８）を選択的に収容するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線オーブン。
3. 分離手段（１３）として水平隔離バッフル板が設けられ、該バッフル板は、前記グリッド（８）によって反射された赤外線から各々の予備成形物の首部を防御するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の赤外線オーブン。
4. 前記赤外線加熱ランプ（４）から直接発せられる赤外線を妨害するようになっているさらなる手段（１４）が設けられ、前記さらなる手段は前記赤外線加熱ランプと各々の予備成形物の首部の領域との間に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の赤外線オーブン。
5. 前記外気の流れ（６）の少なくとも一部分を分流させるようになっている手段（１５）が設けられ、その手段は該一部分の空気を各々の予備成形物の首部に向けて方向付けることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の赤外線オーブン。
6. 前記予備成形物が前記導管に沿って移動する時、各々の下部が上向きになるように配置され、前記導管の内部に、反射面（１７）が設けられ、該反射表面は、前記赤外線加熱ランプ（４）から放出された赤外線を各々の予備成形物の下部に向けて反射するように作られていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の赤外線オーブン。
7. 前記反射面（７）及び前記正面グリッド（８）は、それぞれ平面上に配置され、それらの平面は、前記予備成形物が前記導管内でそれに沿って移動する平面に平行であることを特徴とする請求項６に記載の赤外線オーブン。
8. 前記赤外線加熱ランプ（４）に当たって、該赤外線加熱ランプを冷却する前記冷却空気の流れ（６）は、少なくとも該冷却空気の一部が、前記赤外線加熱ランプを支持して電力を供給するソケットも冷却するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の赤外線オーブン。
9. 赤外線オーブンであって、空気の前記取入口（２）及び空気の前記排出口（３）は、略上方に面していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の赤外線オーブン。

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