JPH11510443A - 延伸プラスチックチューブの製造に関する制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラスチック材料を用いたチューブを拡張する方法が開示されており、ここで前後方向に移動するチューブ（１０）は、上流側のプラグ（２４）と膨張可能な下流側のプラグ（２６）の間の拡張領域（２０）で、内部流体圧力によって拡張される。チューブの拡張は、上流側チューブの速度の検知装置（３８）、初期の拡張時のチューブ径の測定装置（３６）、寸法規制装置（２８）での軸方向の力の測定装置（３９）もしくは拡張領域直前のチューブ径の測定装置（４１）などの測定結果にもとづき、材料が拡張領域に供給される速度と移動する速度の相対速度の変化を直接的もしくは間接的に示す変数に応答して制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 延伸プラスチックチューブの製造に関する制御方法 発明の背景 この発明は延伸プラスチックチューブの製造、特に円周方向に高延伸率を有す るチューブの製造に関する。

国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ ９０／０２６４４には、耐フープ応力などの特性の 改良のため円周方向に高延伸率を有する、特に給排水に適したチューブ、例えば 無可塑ポリ塩化ビニルのような熱可塑性チューブの製造プロセスが開示されてい る。このプロセスは特許出願には次のように記載されている。

１）プラスチック材料のチューブを押し出すこと ２）ポリマーの分子配向を生じるようチューブの拡張に適した押出しチューブ を一定温度分布領域に移動し、チューブの温度を、好ましくは温度８５から１１ ５℃、より好ましくは温度９０から１００℃に調節する ３）プラグにより下流側端部を制限されるチューブの内部を加圧し、拡張領域 においてその圧力を維持することで、膨らまされまたは広げられることによって チューブを直径方向に拡張すること ４）直径方向に拡張された中にチューブを配置し、拡張チューブを冷却するこ と 拡張領域の下流側の終端において、拡張チューブが寸法（直径）規制装置の円 形通路をスライドしながら通過することで、チューブの直径方向の拡張が制限さ れる。チューブが拡張領域を通過し、冷却される間に、微少量即ち数ｍｍもしく はそれ以下（”スナップ−バック”）の直径の縮径が起こりうるが、内部圧力が 解放されたときに拡張チューブはその最終的な直径が付与される。

給排水パイプとして使用され、それゆえ端部同志を結合されねばならないチュ ーブの場合は、チューブが継手装置内で、もしくは洩れを防ぐために接続される 近隣のチューブの拡張された端部内に、正確にしっかりと一致することができる ように拡張チューブ径、特に外径が管理されるされる必要がある。しかしながら 、チューブの最終拡張径と肉厚を測定することによる従来のフィードバック制御 を用いての拡張プロセスの制御では、結果的に十分に正確にチューブの特性をコ ントロールし得ないし、またプロセスそれ自体の安定した作動も得られないこと が分かった。

発明の概要 本発明は、実質的に拡張前のチューブ内径に一致する上流側プラグと拡張工程 後の内径に一致する下流側プラグとの間の拡張領域で、内部流体圧力によって段 階的に直径方向に拡張される、前後方向に移動するチューブで、ここで材料が拡 張領域に供給される相対速度と、拡張領域から移動する相対速度の変化を直接的 もしくは間接的に示すひとつもしくはそれ以上の変数に応答してチューブの拡張 が制御される、プラスチック材料を用いたチューブを拡張する方法を提供する。

相対速度の変化に応答してのプロセス制御は、拡張領域の流体圧力の変化によ って好ましくは成し遂げられる。好ましい一つの形態としてはこれが、拡張可能 な下流側プラグの直径を変化させることで、下流側プラグを通過する拡張用流体 の洩れを制御することによってなされることである。下流側プラグが膨張できる ような最も好ましい場合に、洩れはプラグ内の膨張用流体の圧力を調整すること によって制御される。

拡張領域の内外での相対速度の変動は好ましくは間接的に測定され、そして以 下の方法の一つもしくはそれ以上の方法で測定されても良い： （ａ）拡張領域の上流の拡張前のチューブと下流の拡張チューブの絶対速度が 測定され、比較される。好ましくは上流側の測定は実質的に拡張領域の直前の点 で行われる。この測定は拡張領域でのチューブの拡張を予測するもので、これは 拡張領域に入る材料の速度の増加に依存し、外側への膨らみは上流側プラグの上 流において材料を牽引することにより始まる。実際には、下流側の速度は、拡張 領域の下流のチューブ冷却部でさらなる引っ張りが生じることがないときには、 牽引率に基づいて十分に正確に知ることができると考えられる。このように相対 速度の妥当な近似値は、上流側の速度のみを検出することで決定でき、下流側の 牽引機による牽引率が検出できるときには、上流側の速度の変化だけを制御変数 として用いることができ、これは牽引率の故意の変化による以外は大きく変動す ることはない。

（ｂ）部分的な拡張チューブの直径が、拡張領域内で、好ましくは上流側プラ グよりも下流において、拡張前のチューブ径の３倍以内の位置で測定される。こ の直径は切頭形円錐の拡張領域での正確な形状を反映する。例えばもし拡張領域 を出たチューブの速度が拡張領域へ入る速度に比較して低下しているなら、円錐 状の拡張領域のチューブは測定位置での直径を増加するように外側へ膨らむだろ う、一方でもし拡張領域を出る速度が拡張領域に入る速度に比較して増加してい るなら、切頭形円錐の拡張領域は軸方向により伸ばされ、同一位置で測定される 直径は減少するだろう。

（ｃ）寸法（直径）規制装置での拡張チューブに発生した軸方向の力が測定さ れても良い。第一の操作モードにおいて、チューブ径は寸法規制装置に一致する ように拡張され、そして寸法規制装置の内周面に沿っての変形に伴って下流側へ の軸方向力を発生する。軸方向力の大きさは、拡張チューブが寸法規制装置と接 触する軸方向長さ、及びまたは寸法規制装置に働く半径方向圧力に依存し、その 結果適切なフィードバック制御によりチューブが最初に設定された点で寸法規制 装置に接触する点を維持する。

第二の操作モードにおいては、チューブは寸法規制装置を通って直径を減少す るよう引かれる前に若干過剰に拡張される。寸法規制装置での軸方向力は、寸法 規制装置に入るため過剰に拡張されたチューブの変形と、内周面に対する変形と の両方を反映するだろう。どちらの操作においても、測定された力は拡張領域の 形状と、上述されたように相対速度にも関連する。

（ｄ）拡張領域直前の拡張前のチューブの直径、例えば上流側プラグよりも上 流に向かって予備拡張チューブ径の約１０倍以内の位置での、を測定してもよい 。この測定値はは拡張領域に入る平均速度を反映し、設定値を超えるとても速い 入口速度のときは、材料に予備拡張領域からの引っ張りを生じ、結果としてチュ ーブ材の薄肉化と拡張領域上流でのチューブ径の減少をもたらす。

図の概略説明 好ましい実施例は添付した図に基づいて記述される。

図１はチューブの製造と拡張工程の概略図である。

図２Ａと２Ｂは第一と第二の各々の操作モードにおいて寸法（直径）規制スリ ーブに入る拡張チューブの詳細図である。

実施例の説明 図１を参照すると、プラスチックチューブ１０は押し出し機１２によって製造 され、そしてその直径を修正するため、第１の冷却噴霧槽１４のなかの寸法（直 径）規制スリーブ１３のようなサイジング装置にセットされる。チューブ１０は 第一の牽引機１６によって前記押し出し機から引っ張られる。

チューブ１０は次いで温度調整域１８に進み、ここでチューブの壁周りに特定 の均一温度となるように処理され、これにより次のチューブの拡張行程でポリマ ー分子が主として円周方向に延伸され、結果的に物理的特性、とくにフープ応力 が増加するようになる。さらにチューブは一対のプラグ２４と２６との間の拡張 領域２０に入り、これらプラグは前記押し出し機のヘッドを通して（図示されて いない）スラスト規制部材に接続される配給チューブ２２によって内側から支持 される。

チューブ１０の進行方向に対して上流側の第一のプラグ２４は、拡張前のチュ ーブ１０の内周に一致するような寸法である。チューブの周囲を囲む一連のコン トロールホイール２５は、拡張領域での圧力を維持するため確実なシールができ るように、チューブをプラグ２４にしっかりと押し付ける。下流側のプラグ２６ はその直径が膨張可能となっていて、本プロセスを実行するため、拡張前の状態 から拡張された状態まで変化できる。

プラグ２６は好ましくは出願中の国際特許出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＡＵ９４／００ ７８４に記載されたようなものである。プラグは拡張領域で圧力を維持するため に十分に膨張される一方で、チューブの内部で相対移動するプラグを潤滑できる ようにプラグ周囲を拡張用流体が通過するのを許容する。配給チューブ２２は一 対の同心のチューブを持ち、一つは下流のプラグ２６に膨張用流体、例えば空気 を送りつづけるものであり、他方はアウトレット２７を経由して拡張領域に入る 拡張用流体好ましくは温水を上流プラグ２４に供給するものである。

二つのプラグの間でプラスチックチューブ１０は外部拘束なしに内圧により半 径方向に拡張される。拡張領域の下流側の端部には、寸法（直径）規制スリーブ ２８もしくは他の寸法規制装置と拡張チューブ３２の最終直径を設定するための 冷却噴霧槽３０が備えられる。この下流には、もしもチューブの軸方向延伸が望 まれるなら前記第一牽引機より速い速度に設定される第二牽引機３４と、（図示 されていない）切断機が配置される。

図２Ａと２Ｂは本プロセスの拡張作用と寸法（直径）規制部の二つの操作モー ドを図示している。図２Ａで示された第一の操作モードにおいては、膨張プラグ によって拡張領域で維持される圧力は低く、チューブ拡張部の切頭形円錐形状は より緩やかに形成される。チューブ１０は寸法規制スリーブ２８のその入口もし くはそれよりも下流側の最初に接触する点まで徐々に拡張する。プラグ膨張圧力 を変更することで行われる拡張領域での圧力の調整により、チューブと寸法規制 スリーブの最初の接触点は、上流と下流側の間を移動する。

図２Ｂに示された第二の操作モードでは、拡張圧力は寸法規制スリーブの直径 よりもわずかに大きいチューブの拡張を生じるのに十分に保たれる。拡張し過ぎ たチューブは寸法規制スリーブに入って調整される。

膨張プラグ２６が、上述の二つの操作モードのどちらであっても、寸法規制ス リーブに拡張チューブが接触するように十分に膨らまされるならば、チューブの 最終外径は”スナップ−バック”もしくは寸法規制スリーブと下流側プラグ間の クリープの僅かな差のための稀なバラツキを除いて、主として寸法規制スリーブ によって決定される。しかしながらこの誤差はチューブの直径を決定する拡張チ ューブの冷却が始まるその点で最小となる。

そのため膨張プラグの拡張度合の正確性は、最終直径に僅かな影響を及ぼすに すぎない。その代わりに発明者は、このプラグの過大あるいは過小の膨脹が、拡 張領域に対するチューブの出入りの速度、これにより拡張領域で生じる軸方向の 伸び量、そしてプロセス自体の安定した動きに変化を及ぼすことを発見した。

前記チューブの平均的な軸方向伸びは第一と第二牽引機の牽引比率によって決 まる。軸方向伸びは拡張領域と、第一牽引機１６と上流側プラグ間の予備拡張領 域の両方で生じる。実質的には軸方向伸びはチューブが冷却される拡張領域の以 降では生じない。如何なる場合でも拡張領域と予備拡張領域で生じる軸方向伸び の総量は牽引比に等しく、それゆえ一定である。発明者は各々の領域で生じる伸 びの量を制御するため一貫して生産することと、プロセス自身の作用とが重要で あるということを見い出した。

拡張前もしくは拡張中のチューブ１０の種々のパラメータ（変数）を測定する いくつかの装置が、チューブ材料が拡張領域２０に入り、そして出ていくその比 率を示すために備えられる。

チューブの直径を測定する装置３６は拡張領域に備えられ、好ましくは上流側 プラグより下流であって、好ましくは拡張前のチューブ径の３倍以内、より好ま しくは１倍以内の位置に備えられる。この拡張の初期段階でのチューブの直径は 拡張領域の形状、相対的な速度と驚くべき正確な相関関係をもち、したがってこ れは精度のよい制御のために適切な情報を提供できる。

チューブの過剰な拡張は上流側プラグより上流側における材料の引っ張りを始 めさせるかもしれず、そのためプラグのすぐ上流に位置した速度測定装置３８は プロセス制御のための適正情報を提供することができる。加えて規定速度と異な る相対速度の平均値の設定点からのわずかなズレでさえ、装置４１で測定される 拡張前の直径に変動を生じる原因となる。

寸法規制装置２８によってチューブに生じる進行方向への推力は装置３９で測 定することができ、これは拡張領域の形状の変化に極めて敏感であるので、この 測定値はプロセス制御に用いられる。

上記に加えて発明者は拡張状態を決定する重要な因子が拡張チューブ１０の板 厚であり、そして拡張領域の前に位置した板厚の測定装置４０によって測定され る測定値が、プロセスのフィードフォワード制御に役立つを見いだした。

拡張領域に入るときの板厚の増加は円錐の広がりを狭め、これは拡張圧力に対 してより強い、大きな抵抗をもたらすだろう。そしてこれは、拡張領域の上流側 の材料の引っぱりを少なくし、上流側の速度を低下させる。これは材料の流れの 点からの部分的な自己修正である。しかしながら発明者はこれが全体の製造ライ ンのバランスを変えることを発見した。本発明に係わる制御システムでは、拡張 領域に入る材料の速度変化を検出し、拡張圧力を増加させている。これは、たと え材料の流れを増加したとしても、上流側の速度の低下を元に戻す。

全体のラインに対する軸方向の引っぱりは二つの牽引機間の牽引比率で決定さ れ、この比率は一定である。この発明は拡張領域とその上流側でどれだけこれが 起きるかを制御する。拡張チューブが寸法規制スリーブを通過すると、チューブ は冷却によって固定されるので、実質的な変化は生じない。

実際には測定装置３６、３８、３９、４０と４１からの信号は処理装置４２に 送られる。もし拡張領域の内外の速度差の相対性を示す信号がプロセスの設定値 からそれるなら、これにしたがって処理装置は配給チューブ２２を通して膨張プ ラグ２６に供給される膨張用流体を制御する。それで例えば、もし初期の直径測 定装置３６の測定値が大きいか、もしくは３８からの速度測定値が第一の牽引機 １６の予め設定した速度よりも遥かに速い値なら、圧力は膨張プラグから解放さ れるだろう。これにより、膨張プラグを介して過剰な膨張用流体を逃がし、プラ グ２６によって保持されている圧力が減少する。

発明者はプラグの膨張圧とプラグ通過時の圧力降下の関係が以下の数式によっ て予測されることを発見した。

Ｐｐ＝ΔＰ＋Ｐｄ ここで Ｐｐ＝プラグに作用する圧力 ΔＰ＝プラグ通過前後の圧力変化量 Ｐｄ＝制限なしにプラグを直径ｄに 拡げる時の圧力（自由膨脹圧力） プラグ圧力を変化させることでの拡張の制御は非常に有効であり、好ましいこ とが、発明者によって発見される一方で、これに制御の他の応答結果が付加もし くは二者択一で用いられても良いことが分かった。例えば牽引機３４での牽引率 を変えることで、拡張領域の内外での相対速度はより直接的に制御できる。

検出された特性は好ましくはプロセス制御の組み合わせとして使われる。例え ば寸法規制スリーブの推力と拡張前のチューブの板厚は、おおまかな調整に使わ れ、一方微細な調整は３８からの直線的な速度の読み取り値と、３６からの拡張 初期の直径の測定値の変化に対応してなされてもよい。制御変数の組み合わせ使 用の好ましい方法としては、設定点での拡張初期の直径を変えるため、寸法規制 スリーブでの推力測定値の変化を用いることである。

この発明の代表的な実施例は上記のとおり記載されているが、当業者にとって この発明の本質的な特徴から離れることなく、他の特定の形態に具現化できるこ とは明白である。上記実施例及び例示は、図示された全ての点において、制限的 ではなく考慮され、発明の範囲は前述の詳細な説明よりむしろ添付された請求の 範囲に示され、そして請求の範囲と実質的に同義及び均等な範囲のなかに入る全 ての変更もそこに含まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ワラス アラン ケネス オーストラリア Ｓ．Ａ．5073，トランメ アー，バーキンシャー アヴェニュー 31 ａ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．実質的に拡張前のチューブの内径に一致する上流側プラグと拡張工程後の 内径に一致する下流側プラグの間の拡張領域で、内部流体圧力によって段階的に 直径方向に拡張された前後方向に移動するチューブで、ここで材料が拡張領域に 供給される速度と、そして拡張領域から移動される速度の相対速度の変化を直接 的もしくは間接的に示すひとつもしくはそれ以上の変数に応答してチューブの拡 張が制御されることを特徴とするプラスチック材料を用いたチューブを拡張する 方法。
2. ２．前記変数が拡張領域の上流と下流のチューブ速度の比較からなることを特 徴とする請求の範囲１に記載の方法。
3. ３．前記変数が拡張領域に入る拡張前のチューブの速度からなることを特徴と する請求の範囲１に記載の方法。
4. ４．前記変数が拡張領域において上流側プラグよりも下流側に向かって拡張前 のチューブ直径の３倍以内の位置での部分的に拡張したチューブの直径からなる ことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
5. ５．前記位置が上流側プラグよりも下流側に拡張前のチューブの直径の１倍以 内の位置であることを特徴とする請求の範囲４に記載の方法。
6. ６．前記変数が寸法規制装置での拡張チューブに生じた軸方向の力であること を特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
7. ７．前記拡張が拡張領域で内部流体圧力を変化させることによって制御される ことを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。
8. ８．前記拡張が下流側プラグを経由しての拡張領域からの流体の洩れを調整す ることで制御されることを特徴とする請求の範囲７に記載の方法。
9. ９．前記下流側プラグが下流側プラグ内の膨張用流体の内部流体圧力によって 膨張でき、そして前述の洩れが前述の膨張流体の圧力を変化することで制御され ることを特徴とする請求の範囲８に記載の方法。