JP6054428B2 - 押出機用乾式較正装置 - Google Patents

Description

本発明は、押出成形によって熱可塑性ポリマー管を製造するための装置、例えば押出機などに用いる乾式較正装置に関する。本装置は、管の引き抜き／押し出し工程の仕上げ処理である乾式較正を行うために用いられる。「較正」とは、管の外面を引き伸ばすことにより、これを平滑化して全てのしわを除去し、製品の直径の精度を高める処理をいう。

従来技術では、上記処理は較正される製品が挿入されるダクト（金属製、あるいは、ガラスおよび/またはテフロン（登録商標）などの材料で構成される）により形成された較正ヘッドを備える装置によって実行されていた。ダクトは、使用時に引抜機の出口および出口部に対向し、出口部とは反対側に位置する入口部を有する。引抜きヘッドは、ダクトの内部に通じ、管壁を引き伸ばすための負圧を発生させる複数の吸引開口を有する。

上記装置は、押し出された製品を冷却するために、較正ヘッドを覆う冷却ジャケットを有する。冷却ジャケットは、ダクトの延伸方向、すなわち、軸方向に沿って、適切に離間した吸引ダクトと交互に配置された複数の冷却要素を含む。

従来技術の装置は、円筒形状であり、特にダクトの入口部において較正ヘッドに接続されたフランジを有する。フランジの目的は、較正ヘッドを引抜機の一定位置に維持しながら固定することである。上述した装置には、較正ヘッド内における断続的な温度分布の偏りという問題がある。つまり、各冷却要素間の分離帯域（冷却効率が低い）と各冷却回路に近接する溝で温度が最大になる傾向がある。これは、装置の効率を低下させるだけでなく、較正装置から管を抜き出す際に管表面に歪みを生じさせるため、製品の品質低下につながる。

また、フランジを冷却すること（より一般的には、熱プロファイルを制御すること）は極めて困難であるため、フランジの存在もダクトの入口部に温度ピークを生じさせる要因となる。

したがって、本発明の基礎をなす技術的目的は、従来技術の上述の欠点を克服した乾式較正装置を提案することである。

より具体的には、本発明の目的は、管の均一な処理を確実にすることができる乾式較正装置を提供することである。

本発明の別の目的は、較正される製品の内部の温度ピークの発生を防止することができる乾式較正装置を提案することである。

上述の技術的な目的および課題は、実質的に、添付の特許請求の範囲に記載の技術的特徴を備えた押出機用乾式較正装置によって達成される。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面に示された乾式較正装置の好ましい実施形態に関する以下の非限定的な記載によってより明らかとなる。
図１は、本発明に係る乾式較正装置の断面図である。 図２は、図１の乾式較正装置の分解断面図である。 図３は、図１および図２の乾式較正装置をより詳細に示すためにその一部を切り取った斜視図である。

添付の図面を参照すると、図１は、本発明に係る乾式較正装置を示す。

上記装置は、較正される製品（図示しない）を挿入可能な較正ヘッド２を有する。較正ヘッドは、長手延伸軸Ａと、上記製品の入口端２ａおよび出口端２ｂを備える。入口端２ａと出口端２ｂは、較正ヘッド２の長手延伸方向Ａに沿って配置されている。

また、較正ヘッド２は、較正ダクト３を形成する内表面４ｂと、内表面４ｂとは反対側の外表面４ａを有する壁４を備える。較正ダクト３の目的は、較正を行う製品を受容することである。さらに、較正ダクト３は、較正ヘッド２の入口端２ａ、出口端２ｂにそれぞれ位置する入口部３ａ、出口部３ｂを有する。すなわち、較正ダクト３は、長手延伸軸Ａに沿って延びている。

また、特に図３を参照すると、較正ヘッド２は、従来周知の標準的な円筒形状とは異なる形状、より具体的には、円錐形とすることができる。すなわち、長手延伸軸Ａは、較正ヘッド２の対称軸である。

使用時には、較正される管は、入口部３ａから出口部３ｂに向かって較正ダクト３内を摺動する。

また、均一に熱交換を行うために、較正ヘッド２は較正される管に対して無視できない熱容量を有する。換言すれば、壁４は、較正ダクト３の直径に対して無視できない厚みを有する。較正ヘッド２は、（較正ヘッド２への、または較正ヘッド２からの）熱伝達を容易にするために、熱伝導性材料で構成されていることが好ましい。

製品から抽出された熱を放散するために、装置１は、較正ヘッド２と接触して、より具体的には、壁４と接触して配置された熱交換ジャケット５を備える。さらに具体的には、熱交換ジャケット５は、壁４の外表面４ａとの接触している。熱交換ジャケット５の目的は主に、水などの冷却流体を循環させることによって較正ヘッド２を冷却することである。熱交換ジャケット５はまた、その内部に油などの加熱流体を循環させることによって較正ヘッド２を加熱するためにも用いられる。

この時点で、本発明と従来技術の間には相違点がある。すなわち、従来技術では、較正ヘッドは軸方向に離間したダクトを有するため、不連続な熱交換が行われるのに対し、本発明では、熱交換ジャケット５と較正ヘッド２が連続的に接触している（つまり、幾何学的に無視できる吸引ダクト部分を除き、熱交換ジャケット５が較正ヘッド２の外側面のほぼ全体に均一に配置されている）ため、軸方向の温度プロファイルが、較正が行われるキャビティの表面においてほぼ一定となるように較正ヘッド２内の熱エネルギーを除去あるいは伝達することができる。

より詳細には、熱交換ジャケット５は、壁４の外表面４ａと直接接する、つまり、壁４の外表面４ａとの間で接触面６ａを形成するように配置された熱伝導要素６を備える。本発明では、接触面６ａは上記較正ヘッド２の長手延伸軸Ａに沿って連続的に延びている。換言すれば、長手延伸軸Ａを通過する平面に沿った較正ヘッド２および熱伝導要素６の断面において、接触面６ａは、較正ヘッド２全体に沿って、すなわち、入口端２ａから出口端２ｂに向かって延びる連続線を画定する。このようにして、熱伝達のみにより単位面積当たりの伝達熱量に関して極めて均一に、較正ヘッド２から熱交換ジャケット５（またはその逆）へ熱を移動させることができる。

すなわち、熱伝導要素６は、入口端２ａから出口端２ｂまで連続的に延びている。これにより、較正ヘッド２内の温度プロファイルの断続的な偏りを防止できる。

また、上述の形態の熱伝導要素６を備えることで、装置１は、単独で較正ヘッド２全体を冷却（および、必要に応じて加熱）することができる。熱伝導要素６は、一体的に構成されてもよく、好ましくは、熱伝導性材料の単体である。

さらに、熱伝導要素６は、較正ヘッド２を完全に取り囲んでいることが好ましい。

熱交換ジャケット５は、熱伝導要素６の支持体１７を備える。支持体１７の内部には、冷却流体（または、必要に応じて加熱流体）を循環させるための流路７が設けられる。流路７は、熱伝導要素６と一体的に形成されたプレート１３と、プレート１３と対向し、ネジ１５によりこれと締結された対向プレート１４とによって区切られる。プレート１３、対向プレート１４と支持体１７との間に配置された適切なシール１６により、流路７の液密シールが実現される。

また、流路７は、較正される製品から抽出された熱を強制対流により吸収することができるように熱伝導要素６を取り囲む。具体的には、流路７は、実質的にリング形状を有する。さらに、流路７は、冷却流体の流入および/または流出のための２つの開口部７ａを有する。開口部７ａは、流路７の外面７ｂに配置されている。また、特に図３に示されるように、開口部７ａは、冷却流体が流路７全体に沿って移動し、一方の開口部７ａから他方の開口部７ａに向かって流れるようにするため、互いに近接し、分離板８により分離されている。

管の効果的な較正を行うために、装置１は、較正ダクト３に関連付けられた吸引手段９を備える。吸引手段９は、較正ヘッド２に形成され、特に、上記較正ダクト３と流体連通する複数の吸引ダクト１０を有する。吸引ダクト１０は、較正ヘッド２の長手延伸軸Ａに向かって収束するように、径方向に配向されている。

較正ヘッド２上、より具体的には、壁４の外表面４ａ上には複数のキャビティ１１が形成される。すなわち、キャビティ１１は、壁４上に形成されたリング形状を有する。

吸引手段９は、熱交換ジャケット５上、特に熱伝導要素６の内部に配置された少なくとも１つのスロット１２を備える。より詳細には、吸引手段９は、熱伝導要素６の両側に配置された２つのスロット１２を含む。また、吸引手段９は、少なくとも１つのさらなる吸引ダクト１３を備える。さらに、吸引手段９は、それぞれスロット１２と図示されていない吸引装置に関連付けられた一対の吸引ダクト１３を備える。図１および図３に示されるように、さらなる吸引ダクト１３の一方は、有利には、上述の分離板８内に収容されている。

使用時には、較正ヘッド２のキャビティ１１は、吸引ダクト１０を上述のスロット１２と連通させる。そして、較正ダクト３内に負圧を発生させるために、さらなる吸引ダクト１３によって空気が吸引される。

本発明によれば、較正ヘッド２は、入口端２ａから出口端２ｂに向かって先細りになっている。添付の図面に示された実施形態において、較正ヘッド２は、円錐形状を有する。そのため、熱交換ジャケット５の凹部５ａもまた円錐形状を有する。すなわち、凹部５ａの形状は、較正ヘッド２のそれと一致する。

使用時には、入口端２ａと押出機を直接対向させることができる。すなわち、装置１は、較正ヘッド２、特に入口端２ａに直接接続されたフランジを有しない。

本発明の他の態様によれば、装置１は、較正ヘッド２の出口端２ｂに関連付けることができ、較正ヘッド２と較正ヘッド２の出口において製品を水に浸漬するための装置との間に配置された桶（図示せず）を有する。上記桶は、冷却流体を除去するための排水溝を有し、冷却流体と較正ヘッド２の出口端２ｂとの接触を防止するように構成されている。すなわち、上記桶は、較正ヘッド２と、較正後の製品が浸漬される水などの流体を含むさらなる桶との間に配置することができる。このようにすると、水はさらなる桶から装置１の桶の内部に向かって溢流し、排水溝によって除去されるため、較正ダクト３内に水が浸透することで較正中の製品が変形すること（水が製品と壁４との間に入り込んだ場合に発生し得る欠陥）を防止できる。

本発明のさらなる態様によれば、先述の較正ヘッド２の出口端２ｂに関連付けることができる桶は、出口端２ｂと、出口端２ｂから排出された製品の浸漬点との間の距離を変更するための手段を備える。これにより、例えば、延伸容量（従来技術では、較正ヘッド２から排出された後、冷却流体に接触または浸漬されるまでの間に製品が移動する距離に比例する）などの製品の特性を変えることができる。

上記距離を変化させる手段の可能な実施形態においては、桶内に移動可能に設置され、較正ヘッド２に対して所定距離前方に配置された溢流壁が使用される。上記距離は、適切な制御および接続機構を用いて選択/調整可能にされ、上記調整は、例えば、製品が押出成形され、較正されるべきパラメータの関数として最適な距離を決定する特定のソフトウェアによって制御される適切な電子フィードバック制御システムにより手動または自動で行われる。

以上のように、本発明は、先述の課題を克服している。

すなわち、熱伝導要素６と較正ヘッド２の間の接触面６ａは、較正ヘッド２の長手延伸軸Ａに沿って連続的に延びている。その結果、熱は較正ヘッド２の外面全体に沿って伝導によって伝達され、壁４内、ひいては較正中の製品内部の温度プロファイルが均一になる。

また、較正ヘッド２は、入口部２ａから出口部２ｂに向かって先細りになっている。そのため、壁４において製品によって及ぼされる引っ張り作用により、較正ヘッド２が熱伝導要素６に押し付けられることを確実にする。したがって、接続フランジが不要であるため、その冷却を考慮する必要がなく、また、（特に、較正ヘッド２の入口部において）製品内部の温度ピークの発生を防ぐことができる。

本発明は、大きな利点を実現している。すなわち、単体の熱伝導要素が用いられるため、不連続性が解消され、熱伝達の観点からより効率的である。

最後に、上述の技術的解決策（熱伝導要素、円錐形の較正ヘッドおよび桶）は、同時に、あるいは必要に応じて個別に実施することができる。

Claims (9)

1. 製品を挿入することができる較正ダクト（３）を備える較正ヘッド（２）と、
   前記較正ヘッド（２）と接触して配置された熱交換ジャケット（５）と、
   前記較正ダクト（３）に関連付けられた吸引手段（９）と、を有する押出機用乾式較正装置（１）であって、
   前記較正ヘッド（２）はさらに、長手延伸軸（Ａ）と、前記較正ダクト（３）を形成する内表面（４ｂ）と、前記内表面（４ｂ）とは反対側の外表面（４ａ）と、を備え、
   前記熱交換ジャケット（５）は、前記外表面（４ａ）と接触して配置され前記外表面（４ａ）と接触面（６ａ）を形成する熱伝導要素（６）を備え、
   前記接触面（６ａ）は、前記長手延伸軸（Ａ）に沿って連続的に延び、
   前記熱伝導要素（６）は、一体構造であり、前記較正ヘッド（２）を径方向に取り囲んでおり、
   前記較正ヘッド（２）は、較正される管よりも大きな熱容量を有することを特徴とする押出機用乾式較正装置（１）。
2. 前記吸引手段（９）は、前記較正ダクト（３）と流体連通する複数の吸引ダクト（１０）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記較正ヘッド（２）は、円錐形状であり、
   前記熱交換ジャケット（５）は、前記較正ヘッド（２）を受容する円錐形状の凹部（５ａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
4. 前記較正ヘッド（２）は、入口端（２ａ）と、前記入口端（２ａ）とは反対側の出口端（２ｂ）と、を有し、
   前記較正ヘッド（２）は、前記入口端（２ａ）から前記出口端（２ｂ）に向かって先細りとなる形状を有し、
   前記熱交換ジャケット（５）は、前記較正ヘッド（２）の形状と一致する凹部（５ａ）を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
5. 前記入口端（２ａ）は、押出機に直接対向することができ、
   前記押出機は、熱可塑性ポリマー管を製造するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置（１）。
6. 前記入口端（２ａ）において前記較正ヘッド（２）に直接接続されるフランジを有しないことを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
7. 冷却流体を除去するための少なくとも一つの排水溝を備え、前記冷却流体と前記較正ヘッド（２）の出口端（２ｂ）との接触を防止するように構成された桶を有することを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
8. 前記桶は、前記出口端（２ｂ）と前記出口端（２ｂ）から排出される製品の浸漬点との間の距離を変更するための手段を備え、
   前記距離変更手段は、前記桶内に移動可能に設置され前記較正ヘッド（２）に対して所定距離前方に配置された溢流壁により実現されることを特徴とする請求項７に記載の装置（１）。
9. 製品を挿入することができる較正ダクト（３）を備える較正ヘッド（２）と、
   前記較正ヘッド（２）と接触して配置された熱交換ジャケット（５）と、
   前記較正ダクト（３）に関連付けられた吸引手段（９）と、を有する押出機用乾式較正装置（１）であって、
   前記較正ヘッド（２）はさらに、長手延伸軸（Ａ）と、前記較正ダクト（３）を形成する内表面（４ｂ）と、前記内表面（４ｂ）とは反対側の外表面（４ａ）と、を備え、
   前記熱交換ジャケット（５）は、前記外表面（４ａ）と接触して配置され前記外表面（４ａ）と接触面（６ａ）を形成する熱伝導要素（６）を備え、
   前記接触面（６ａ）は、前記長手延伸軸（Ａ）に沿って連続的に延び、
   前記熱伝導要素（６）は、一体構造であり、前記較正ヘッド（２）を径方向に取り囲んでおり、
   前記吸引手段（９）は、前記較正ダクト（３）と流体連通する複数の吸引ダクト（１０）を有し、
   前記吸引ダクト（１０）は、前記較正ヘッド（２）の長手延伸軸（Ａ）に向かって収束するように径方向に配向されていることを特徴とする押出機用乾式較正装置（１）。

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