JPH0528168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、高度に平滑な内周面を有し、超純水
等の配管材料として用いて好適な熱可塑性樹脂管
の製造方法および製造装置に関する。 （従来の技術） 半導体（LSI）産業では、LSIチツプの製造工
程等で多量の純水あるいは超純水が使用されてい
る。現在、LSIチツプのパターン寸法は、２ミク
ロンメータ（μｍ）程度である。従つて、LSIチ
ツプのエツチング、フオトレジストの現像、除去
などに使用される超純水に2μｍの10分の１（0.2μ
ｍ）以上の不純物が含まれていると、回路の断線
などのLSIの品質の低下を招来する。純水内に含
まれる不純物の中でも、特に、生菌は回路の断線
を招来し、また生菌の細胞中に含まれる有機物・
リン等は、LSI等の製品の品質を低下させる原因
となる。超純水輸送用パイプの内周面に凹凸が存
在すると、この部分で水の滞留が生じ、生菌はこ
の滞留部で増殖する。生菌は、上述のように、製
品の品質低下、歩留まり低下等の原因となるた
め、その増殖を防止すべく、輸送用パイプ内周面
の平滑化が望まれる。 従来、超純水輸送用のパイプとしては、硬質塩
化ビニル樹脂を用いたものが一般的である。しか
し、硬質塩化ビニル樹脂を用いたパイプ内周面に
は、通常、高さが10μｍ程度の凹凸が多数存在す
る。このため、生菌が該凹凸部にて増殖するため
に、周期的にパイプ内を洗浄しなければならない
という欠点があつた。 特公昭52−15628号公報には、熱可塑性樹脂管
の内周面を平滑化する装置が開示されている。該
装置は、押出成形された熱可塑性樹脂管の内部に
加熱装置を設けると共に、管の外部に誘導コイル
を配設し、加熱装置からの熱の放射により管の内
周面を加熱して、該内周面の微細な凹凸を平滑化
する。 また、熱可塑性樹脂製の管内周面の凹凸を平滑
化するために、樹脂を押出成形するに際し、その
押出温度を高温度にすることも考えられている。 （発明が解決しようとする問題点） 熱可塑性樹脂管の内周面を加熱すると、凹凸は
単に高い部分が丸みを帯びるにすぎず、該内周面
は完全に平滑化されない。また単に加熱するだけ
では、加熱後に管を熱変形可能な温度で放置する
と、管内周面の凹凸は若干復元される。このよう
に、従来の製造方法では、超純水配管用として、
望まれる水準の平滑度の内周面を有する熱可塑性
樹脂管が得られない。 また、塩化ビニル樹脂製の管を押出成形するに
際し、管内周面の凹凸が平滑化するほどの高温度
で加熱することは、樹脂が分解して偏流が生じ、
所定の肉厚の管を連続して成形することができな
くなる。さらに、内周面を高温にすると、管内周
面と管外周面との温度差が大きくなり、該内周面
を十分に冷却しなければ残留歪みが生じ、寸法的
に不安定なものとなる。 本発明はこのような問題点を解消すべくなされ
たものであり、その目的は、内周面を、表面粗さ
の表示（JIS Ｂ 0601）で最大高さ（Rmax）が
0.5μｍ以下の高度に平滑な状態とすることがで
き、従つて、内周面に生菌の滞留を防止し得る熱
可塑性樹脂管の製造方法および製造装置を提供す
ることにある。 本発明の他の目的は、所望の内周面の表面粗さ
を有する熱可塑性樹脂管が、安定的にかつ連続的
に得られる熱可塑性樹脂管の製造方法および製造
装置を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は、塩化ビニル樹脂・ポリエチレン樹
脂・ポリプロピレン樹脂等の押出成形可能な熱可
塑性樹脂を、マンドレルを有する金型から押出機
により管状に押出して熱可塑性樹脂管を製造する
方法および装置に関する。 一般に、管の押出成形は、樹脂の微粒子までを
完全に溶融状態とし得る温度以下で行われる。特
に塩化ビニル樹脂は熱で分解しやすいため、押出
成形に際し、押出機での混練温度は低く抑えら
れ、未溶融の粒子が多く存在している。このた
め、金型から所定の形状に押出しても未溶融粒子
によつてその表面には微細な凹凸が生じている。
従つて、押出金型より押出される直前の管材の内
周面を完全な溶融状態にまで加熱すれば、未溶融
粒子による凹凸は存在しない。しかし、押出金型
より押出された管材は、押出し圧力が解放される
ことにより元の状態に復元して、その内周面には
凹凸が再び生じる。本願発明者らは、この凹凸の
復元を防止するためには、押出し直後の管材内周
面に、該管材を拡径するように冷却気流を吹き付
ければよいことを知見した。 本発明は、このような背景のもとになされたも
のであり、マンドレルを有する押出金型により熱
可塑性樹脂管を製造するに際し、該押出金型の押
出口近傍にて管材の内周面を所定温度にまで加熱
して該管材の内周面を溶融状態とし、押出し直後
の溶融状態の該内周面に、冷却気流を吹付けて該
管材を拡径状態に維持しつつ冷却することを包含
してなり、そのことにより上記目的が達成され
る。 本発明方法の実施に使用される装置は、マンド
レルを有する押出金型により熱可塑性樹脂管を製
造する装置であり、該マンドレルの押出口近傍に
配設され、管材内周面が溶融状態になるまで加熱
する加熱装置と、該マンドレルの先端に同心状に
配設され、押出し直後の管材を拡径状態に維持し
つつ冷却すべく該管材内周面に冷却気流を吹付け
る吹出口が周方向に形成された円筒状の補助マン
ドレルと、を具備してなり、そのことにより上記
目的が達成される。 （実施例） 以下に、本発明の実施に使用される装置の一例
について説明する。該装置は、図に示すように、
押出金型１０と、該押出金型１０の押出口外側に
配設された補助マンドレル２０とを有する。押出
金型１０は、円筒状の外型１１と、該外型１１と
は同心状に内嵌された円筒状のマンドレル１２と
を有し、外型１１とマンドレル１２との間に環状
の樹脂通路１３が形成されている。マンドレル１
２の樹脂通過面には、硬質クロムメツキの鏡面仕
上げ、フツ素樹脂コーテイング等が施されてい
る。該押出金型１０は、図示しない押出機の先端
に取付けられており、押出機にて溶融混練された
熱可塑性樹脂が樹脂通路１３を通過せしめられ、
押出口１４から筒状の管材３０が押出される。 押出口１４を形成するマンドレル１２先端部に
は、断熱材１５が介装されており、該断熱材１５
の押出金型１０内部側に相隣して、例えば電熱ヒ
ーターを用いた加熱装置１６が設けられている。
加熱装置１６は、管材３０内周面の表層付近のみ
を、未溶融粒子が存在しなくなる完全溶融状態に
まで加熱する。加熱装置１６は、管材３０を完全
に溶融できる温度まで加熱できるものであればよ
く、電熱ヒーターのほか、加熱流体を循環させる
ものも使用し得る。しかし加熱装置１６は狭小の
マンドレル１２内に装着されるために、電気を使
用するものが好ましく、特に電熱ヒーターは、温
度制御が容易であり、しかも経済的でもあるの
で、最適である。 該加熱装置１６の近傍には、温度センサ１７が
設けられており、押出口１４近傍のマンドレル１
２表面付近の温度を検出する。該温度センサ１７
の検出結果に基づいて、例えば可変式変圧器の電
圧を変更して電熱ヒーター等の加熱装置１６の加
熱温度を制御し、樹脂管材３０の内周面の溶融温
度を所定値に維持する。 マンドレル１２先端には、補助マンドレル２０
が断熱材１５を介して取付けられている。該補助
マンドレル２０は、マンドレル１２より若干小径
の円筒状をしている。該補助マンドレル２０の押
出口１４に近い周面には、冷却気流を噴射する多
数の吹出口２１，２１，…が周方向に所定間隔を
あけて形成されている。各吹出口２１から吹出さ
れる冷却気流は、押出金型１０から押出された直
後の管材３０を拡径しつつその内周面を冷却し、
管材３０内周面における押出し圧力の解放による
復元を防止して、該内周面を高度に平滑な状態と
する。補助マンドレル２０は中空であり、該補助
マンドレル２０には気流チユーブ２２が連結され
ている。該気流チユーブ２２は、例えばフツ素樹
脂のように耐熱性・断熱性に優れた材質にて形成
されている。該気流チユーブ２２は、マンドレル
１２内を挿通し、金型１０のスパイダー部から外
部に延出されている。該気流チユーブ２２には、
コンプレツサーにて加圧された空気・窒素ガス等
の冷却気流が、エアーフイルター・エアードライ
ヤ等により夾雑物を除去されて送給される。該冷
却気流は、補助マンドレル２０内に送給され、該
補助マンドレル２０内の圧力を上昇させる。そし
て各吹出口２１からは、補助マンドレル２０内の
冷却気流が、押出金型１０より押出された直後の
管材３０内周面に吹き付けられる。冷却気流が管
材３０内周面に吹付けられると、管材３０は、マ
ンドレル１２の外径よりさらに大きく拡径され、
その状態を維持しつつ、管材３０の押出し方向に
移動する。 補助マンドレル２０先端部の中心部には、噴霧
ノズル２３が配設されている。該噴霧ノズル２３
は、例えば冷却水等の冷却媒体を周方向に噴霧す
る。該噴霧ノズル２３には、噴霧用チユーブ２４
が連結されている。該噴霧用チユーブ２４は、例
えばフツ素樹脂等の耐熱性・断熱性に優れた材質
にて形成されている。該噴霧用チユーブ２４は、
金型１０のスパイダー部から外部に延出されてい
る。該噴霧用チユーブ２４には、例えば、所定温
度に冷却された冷却水と、圧縮空気とがそれぞれ
送給され、噴霧ノズル２３からは、圧縮空気によ
り冷却水が管材３０の内周面に向かつて放射状に
噴霧される。これにより管材３０は、内周面を高
度に平滑な状態に維持しつつ所定温度にまで冷却
される。噴霧ノズル２３から噴霧される冷却水の
量は、管材３０内周面を所定温度にまで冷却する
ことができ、かつ管材３０内周面を伝わつて水滴
が落下しない程度とされる。管材３０の内周面を
落下する水滴は、管材３０の内周面に冷却むらを
生じさせるからである。噴霧ノズル２３は、上述
のように、圧縮空気にて冷却水を噴霧するものに
限らず、冷却水に直接圧力を加えて、噴霧用チユ
ーブ２４内に冷却水のみを送給し、噴霧ノズル２
３から高圧の冷却水を直接噴射させてもよい。し
かし、冷却効果は、前者の方が大きいので、前者
の方法を用いることが望ましい。また、噴霧ノズ
ル２３から冷却水を噴霧させる代わりに、冷却気
流を、補助マンドレル２０先端に形成した吹出し
口から吹付ける構成としてもよい。 補助マンドレル２０の外径Ｄは、押出金型１０
におけるマンドレル１２の外径ｄに対し、0.9d≦
Ｄ＜ｄの範囲内とすることが好ましく、また補助
マンドレル２０の軸方向長さＬは、0.5d＜Ｌ＜
1.5dの範囲とすることが好ましい。これは、補助
マンドレル２０の外径Ｄが、マンドレル１２の外
径ｄ以上になれば、管材３０が、補助マンドレル
２０の外周面に接して、管材３０の内周面に傷
（大きな凹凸）が発生するおそれがある。反対に、
補助マンドレル２０の外径Ｄが、マンドレル１２
の外径ｄの90％（0.9d）未満であつたり、Ｌが
0.5d以下であると、吹出口２１から吹き出される
気流が、補助マンドレル２０の先端より管材３０
の中心側に流れ込み、補助マンドレル２０と管材
３０との間隙の圧力は増加せず、管材３０は所望
の大きさに拡径されず、その内周面は高度に平滑
化されない。反対にＬが1.5d以上になると、押出
口４から押出される管材３０が自重により下方に
垂れ下がり、管材３０内周面が補助マンドレル２
０外周面に接触するおそれがあり、管材３０の内
周面を傷つけてしまう。 このような構成の本発明装置は、押出金型１０
から管材３０を押出す際に、該管材３０の内周面
を加熱装置１６により、所定温度にまで加熱し、
該内周面を完全溶融状態として押出す。押出金型
１０から押出された直後の管材３０には、補助マ
ンドレル２０の吹出口２１からその内周面に冷却
気流が吹付けられ、該管材３０は拡径された状態
を維持しつつ冷却される。該管材３０内周面には
未溶融粒子は存在せず、また管材３０は拡径状態
を維持して冷却されているために、該内周面は高
度に平滑な状態を維持しつつ冷却される。気流に
よる冷却の間に管材３０は補助マンドレル２０の
先端方向へ移動される。そして、補助マンドレル
２０先端を通過した直後の管材３０内周面には、
噴霧ノズル２３から冷却水が噴霧され、該内周面
は所定温度にまで冷却される。これにより、管材
３０内周面は、凹凸が復元することなく高度に平
滑化された状状態で固化される。その後、該管材
３０は、図外の冷却水槽により外周面から冷却さ
れ、所定長さに切断されて製品とされる。 なお、上述の実施例では、冷却気流により押出
し直後の管材を拡径しつつ冷却し、さらに、その
後に冷却水を噴霧ノズルにて管材内周面に噴霧し
て冷却するようにしたが、冷却気流により管材内
周面を所定温度にまで冷却することが可能であれ
ば、冷却水の噴霧、冷却気流の吹付けによる冷却
は不要である。 （実験例） 本発明装置を用いて、呼び径75mmの硬質塩化ビ
ニル管を製造した。補助マンドレルとしては、そ
の外径を74mm、軸方向長さを70mmとし、さらに押
出金型のマンドレル先端から20mmの位置に直径１
mmの冷却気流の吹出口を周方向に均等に32個形成
した。成形条件としては、押出樹脂温度（押出金
型に入る直前の樹脂温度）を182℃、押出速度を
0.9ｍ／minとした。加熱装置による加熱温度、
すなわち押出金型から押出される管材３０の内周
面の溶融温度は、180℃、190℃、200℃、210℃の
４段階に設定した。また、補助マンドレルの吹出
口からは、押出金型１０内へ送給される直前の温
度が10℃の冷却空気を、流量が常圧で60／
min、80／min、100／minとなるように設定
して噴射させた。噴霧ノズルからは、冷却水を、
流量がそれぞれ、20ｇ／min、40ｇ／min、60
ｇ／minとなるように設定して噴霧した。それぞ
れの条件で押出し成形された管材の補助マンドレ
ル先端を通過した直後位置での内周面の表面温度
を測定して、冷却状態を調べると共に、それぞれ
の条件にて製品化された管の内周面の平滑度を評
価した。その結果を表に示す。各管の内周面の平
滑度の評価は、表面粗さの定義（JIS Ｂ 0601）
で、最大高さ（Rmax）が0.5μｍ以下の高度に平
滑化された状態を〇印で、それ以上の状態を×印
でそれぞれ表した。各加熱温度の上段は、補助マ
ンドレル通過直後の管材内周面の表面温度を示
す。

【表】 表から明らかなように、硬質塩化ビニル樹脂に
おいては、押出直後の管材内周面が190℃未満の
溶融温度では完全に溶融された状態にならず、内
周面の高度の平滑化が達成されない。また、外径
74mmの補助マンドレルにおいて、冷却空気量が80
／min、すなわち、補助マンドレルの周方向の
単位長さ当りの冷却空気量が80／74π（／min・
mm）であれば、補助マンドレル通過後に、冷却水
を噴霧して冷却することにより、管内周面を高度
に平滑な状態とすることができる。 さらに、溶融温度が210℃と高温であつても、
管内周面を108℃程度にまで冷却すれば、管内周
面を高度に平滑な状態とすることができる。 （発明の効果） 本発明は、このように、高度に平滑化された内
周面を有する熱可塑性樹脂管を、連続的にかつ安
定的に製造することができる。高度に平滑化され
た内周面を有する樹脂管は、超純水の配管用材料
として用いても、内周面に生菌が滞留せず、生菌
の増殖を防止し得る。従つて、管の洗浄回数を減
少させることができ、LSI等の製品の製造に際
し、該製品の品質向上、歩留り向上に寄与すると
ころ大である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明装置の一例を示す断面図である。 １０……押出金型、１１……外型、１２……マ
ンドレル、１４……押出口、１６……加熱装置、
２０……補助マンドレル、２１……吹出口、２３
……噴霧ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マンドレルを有する押出金型により熱可塑性
   樹脂管を製造するに際し、該押出金型の押出口近
   傍にて管材の内周面を所定温度にまで加熱して該
   管材の内周面を溶融状態とし、押出し直後の溶融
   状態の該内周面に、冷却気流を吹付けて該管材を
   拡径状態に維持しつつ冷却することを包含する熱
   可塑性樹脂管の製造方法。 ２ 前記冷却気流は、マンドレル先端に同心状に
   取付けられた円筒状の補助マンドレルから吹付け
   られる特許請求の範囲第１項に記載の熱可塑性樹
   脂管の製造方法。 ３ 前記冷却気流の流量は補助マンドレルの周方
   向の単位長さ当たり80／74π（ｌ／min・mm）以上
   である特許請求の範囲第２項に記載の熱可塑性樹
   脂管の製造方法。 ４ 前記冷却気流により冷却された管材の内周面
   にさらに冷却媒体を吹付けて該内周面を所定温度
   まで冷却する特許請求の範囲第１項，第２項また
   は第３項に記載の熱可塑性樹脂管の製造方法。 ５ 前記熱可塑性樹脂が硬質塩化ビニル樹脂であ
   る特許請求の範囲第第１項、第２項、第３項また
   は第４項に記載の熱可塑性樹脂管の製造方法。 ６ 前記管材の内周面の加熱温度が190℃以上で
   ある特許請求の範囲第５項に記載の熱可塑性樹脂
   管の製造方法。 ７ マンドレルを有する押出金型により熱可塑性
   樹脂管を製造する装置であり、 該マンドレルの押出口近傍に配設され、管材内
   周面が溶融状態になるまで加熱する加熱装置と、 該マンドレルの先端に同心状に配設され、押出
   し直後の管材を拡径状態に維持しつつ冷却すべく
   該管材内周面に冷却気流を吹付ける吹出口が周方
   向に形成された円筒状の補助マンドレルと、 を具備する熱可塑性樹脂管の製造装置。 ８ 前記補助マンドレルの外径Ｄは、前記マンド
   レルの外径ｄに対して下記条件を満足する特許請
   求の範囲第７項に記載の熱可塑性樹脂管の製造装
   置。 0.9d≦Ｄ＜ｄ ９ 前記補助マンドレルの軸方向長さＬは、前記
   マンドレルの外径ｄに対して下記条件を満足する
   特許請求の範囲第７項または第８項に記載の熱可
   塑性樹脂管の製造装置。 0.5d＜Ｌ＜1.5d １０ 前記補助マンドレルの先端には、該補助マ
   ンドレル通過直後の管材内周面に冷却媒体を吹付
   ける手段を有する特許請求の範囲第７項、第８項
   または第９項に記載の熱可塑性樹脂管の製造装
   置。