JP2000508263A

JP2000508263A - 押出成形された中空製品の冷却方法及び装置

Info

Publication number: JP2000508263A
Application number: JP9536787A
Authority: JP
Inventors: キルジヤバイネン，カリ; イエルベンキレ，イリ
Original assignee: コネノール・オー・ワイ
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2000-07-04
Also published as: ES2180037T3; KR20000005496A; EP0904188B1; WO1997038844A1; FI961682A0; IL126594A; IL126594A0; KR100453611B1; DE69714731T2; ATE222170T1; DE69714731D1; FI108117B; EP0904188A1; AU2570797A; US6551534B1; FI961682A

Abstract

(57)【要約】本発明は押出成形された中空製品の冷却方法と装置に関する。本発明によれば、押出機（１）にはパイプ（２）を通って空気を吸引するための手段が設けられている。吸引される空気はしたがってパイプ（２）の内側表面と接触し、製品を内部から冷却する。そのため、パイプ（２）の冷却が効率よく簡単に実現できる。吸引が円錐形の押出機（１）の中央で生じるような配置にすることにより、ウェルドラインが押出成形製品に生じることがなく、押出機（１）を内部から効果的に冷却できる。本発明によれば、パイプ（２）を通って吸引された空気に含まれる熱を利用することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】押出成形された中空製品の冷却方法及び装置本発明は押出成形された中空製品（extruded hollow product）の冷却方法に関し、この方法では製品を押出機（extruder）の後（after）に、製品から空気を吸引（sucking）することにより製品を内部から冷却するもので、その際空気は冷却している製品の内側表面と接触している。本発明はさらに、押出成形された中空製品を冷却するための装置に関し、装置は押出機と、空気が製品を内側から冷却するような配置にした、空気を製品の中から吸引するための手段とからなる。 US 3,613,162に、マンドレル内部に設置した導管（conduit）からなる押出機が開示されている。マンドレルを冷却しかつ、マンドレルによって押出成形されたパイプをその内部から冷却するために、冷却流体（cooling fluid）が導管に供給される。しかし、マンドレルを先に冷却しなければならないために、パイプの冷却が不十分になる。さらに、装置の構造が煩雑で高価であり、かなり大量のエネルギーを消費する。 DE 2,519,705では、パイプ内部のノズルの後（after the nozzle）に較正手段 (calibration means)を配置し、冷却媒体を較正手段に供給することでパィプを内部から較正（calibrated）すると同時に冷却することができる押出機が開示されている。内部較正器（interior calibrator）につづけて外部較正器（exterio r calibrator）が設けられ、これもプラスチック・パィプの較正と冷却を同時に行うように配置されている。この場合、冷却媒体はまず較正手段を冷却した後にパイプを冷却するため、パイプの冷却が十分ではない。さらにこの装置は構造が煩雑で、そのため高価で複雑になる。また加熱、冷却に用いられたエネルギーがすべて無駄になる。 EP 0,079,104は、押出成形しようとするパイプを冷却するために、該パイプから気体（gas）を吸引するための手段を設けた装置を開示している。該装置はマンドレル中央に配置した導管を介して空気を吸引するようになっており、押出機のハウジング（housing）を通って導管を横切る（traverse to the conduit）ダクトを介して空気が導管から導かれる。この装置の場合、押出成形しようとする製品にウェルドライン（weld line）が生じる。さらに、パイプと冷却手段の熱エネルギーが全くに無駄になる。米国特許5,028,376は、押出機中央に漏斗形吹込成形装置（funnel-shaped blo wing apparatus）を設けて、装置に加圧気体を供給すると空気流が生じるようにした装置を開示している。空気流が生じる結果、冷却空気がパイプ内側表面に沿って流れてパイプ内側表面を冷却し、加熱された空気はパイプ中央から排出される。この装置は複雑かつ煩雑であり、またこの方法は、大径をもつパイプにしか適用できない。またある程度は押出機を中央から冷却することができるが、冷却のための空気流は押出機端部付近でしか循環しないため、押出機の冷却が効果的に行われない。また、この装置を押出機の中央に設けるのが難しい。さらに、パイプや冷却装置の熱エネルギーもすべて無駄になる。本発明の目的は、上記のような問題がまったくなく、簡単な方法で冷却を行え、かつトータル・コストの低い装置を提供することにある。本発明による方法は、製品の中を通って吸引された空気をさらに押出機に導くことにより、押出機も同時に冷却することを特徴とする。さらに、本発明装置は製品の中を通って吸引された空気が、押出機の中を流れるような配置にしたことを特徴とする。本発明の基本的な考えは、押出成形しようとする製品の中を通って空気を吸引できるようにした吹込み手段（blower）を押出機に設けることにより、空気が製品の内側表面と接触して同時にパイプを内部から冷却することにある。空気は押出機を介して吸引される。さらに、吹込み手段によって吸引された空気を、たとえば供給しようとする材料の中に導くことにより、製品を介して吸引してきた加熱空気の発する熱を、押出機に供給される材料を温めるために利用することも意図している。好ましい実施例では、冷却要素をパイプの外側にも設けて、パイプを外部、内部の両側から同時に冷却することを意図している。本発明の利点は、押出機で押出成形されるパイプを効率よくかつ簡単な方法で冷却できる点にある。空気が押出機の中を通って吸引されると、製品にウェルドラインがつくこともなく、押出機も内部から効果的に冷却することができる。製品を介して吸引された空気を、例えば、押出機に供給される材料に送り込むことにより、全く無駄になるはずだった熱エネルギーを有用な目的のために回収することができる。供給しようとする材料を加熱することで、加熱材料を使用できるため、押出機の歩留まりを高めることができる。押出成形パイプを外部、内部両側から同時に冷却することで冷却効率が高まり、冷却区間を短縮できる。外部、内部から同時に冷却するため、残留応力が小さくなる。また、本発明装置ではパイプを切断する際に生じるノコ屑（sawing waste）を回収して、供給材料に戻して再利用することもできる。本発明を添付図面を参照しながらさらに詳述する。図中、図１は本発明装置の概略を示す。図２は本発明の他の装置の詳細を断面で示す側面略図（schematic side view in cross section）である。図３は本発明の第３の装置の詳細を断面で示す側面略図である。図１に押出機１を示す。押出機はパイプ２、フィルムまたはその他の中空製品を製造するためのものである。パイプ２が押出機１を出る時点では、パイプはかなり熱く、そのため外側からパイプを冷却するための冷却用ます（cooling basi n）３が設けられている。このように冷却用ます３は、例えば水などを用いてパイプ２を外側から冷却する。他の冷却媒体の使用も可能である。押出機１および冷却用ます３の構造は、当該技術分野の熟練者には周知であり、したがってこの点に関連しては、これらについて詳細に論じない。パイプ２の製造に必要なプラスチック材料４は、たとえば供給ホッパー８を用いて押出機に供給される。プラスチック材料４としては、例えば粒状プラスチック（plastic granulate）あるいはその他、適切な形状をもつプラスチック材料を、それ自体公知の方法で用いることができる。さらに材料は、供給ホッパー８のかわりに供給スクリュー（feed screw）あるいは他のそれ自体公知の方法を用いて供給してもよい。本装置はさらに吹込み手段装置（blower）６を備える。吹込み手段６は接続パイプに接続して、吹込み手段６によって空気が接続パイプ５沿いに吸引されるようにする。接続パイプ５はさらにパイプ２と接続しており、その結果空気はパイプ２を通り吹込み手段６によってパイプ２から吸引される。空気はパイプ２から接続パイプに、そして最終的に吹出しパイプ（outlet pipe）７から排出される。吹出しパイプ７は供給ホッパー８とプラスチック材料４の中に位置していて、空気をプラスチック材料４の中に導くことができるようになっている。プラスチック・パイプ２の中を通って吸引される空気は室温でよいが、しかしその場合、空気はプラスチック・パイプの表面よりかなり低温である。プラスチック・パイプの中を流れている間に空気は温まり、この高温の空気（heated air）が接続パイプ５を通って吹出しパイプからプラスチック材料４の中に導かれる結果、プラスチック材料４は高温の空気によって温められる。吹出しパイプ７の壁には穿孔を設けて、高温の空気がこれら開口を介して供給ホッパー８に流れるようにする、すなわち高温の空気を材料４中に均一に混入させるのが好ましい。添付図面の矢印は空気の流れを示す。冷却用ます３において、パイプ２は外部、内部から同時に冷却される。したがってパイプは効果的に冷却され、大きな残留応力を含むこともない。この装置では、プラスチック材料４に温かい空気を送ることができ、その結果プラスチック材料が温まるため、押出機の歩留まりを高めることができる。パイプ切断で生じるノコ屑を回収して、プラスチック材料４に戻して再利用することもできる。またこの装置では、パイプ２の製造中に押出機の中で発生する熱を回収することも可能である。かつて実施された実験では、約１０ｋＷの熱エネルギーを回収するには、吹込み手段６のパワー（power）を通常（typically）約１ｋＷにしなければならないことが分かっている。また通常約２５％の熱エネルギーを回収できることも実験は示している。図２は本発明の第２の装置の詳細を断面で示す側面略図である。図２の数字は図１の数字に対応する。押出機１は外部固定子（outer stator）１０、内部固定子（inner stator）１１、および固定子の間に回転自在に設けた円錐回転子（conical rotor）１２からなる。円錐回転子１２において、少なくとも外部固定子１０の内側表面と内部固定子１１の外側表面は円錐形をなす。回転子１２はネジ型（screw-shaped groove）の溝からなり（溝は明確さを保つために図２には示さず）、回転子１２はその回転中これら溝の働きよって、プラスチック材料を押出機から外に押出す。上記供給手段の中央部には、循環水（water circ ulation）などの冷却手段からなる中空固定マンドレル（hollow stationary man drel）９があって、パイプ２の内側表面を冷却するようになっているため、パイプ２の内側表面をマンドレル９により薄く（thinly）冷却することができ、パイプ２の内側表面を平滑にできる。マンドレル９の端部は内部に丸みをつけて、吸引される空気の流れを遅らせるような乱流が実質的に生じないようにする。図２の装置の場合、円錐形の供給手段を設けた押出機１の中央部から、マンドレル９とパイプ２を通って空気が吸引される。そのため押出成形される製品にはウェルドラインがつかず、同時に押出機も内側から効率よく冷却される。本発明の冷却装置はまた、固定子の加熱抵抗器（heating resistors）とともに、押出機の余剰熱（surplus heat）の調節に利用することもできる。特に分子量が大きい（hi gh molecular weight）材料を加工する際、例えば架橋ポリエチレン（crosslink ed polyethylene）を使ってパイプを製造する場合、ウェルドラインや、強い摩擦による押出機の過熱化が特に重大な問題になる。本発明の装置では、押出機を内側から連続的に冷却することで、押出機の温度が十分下がり、加熱抵抗器によって正しいレベルに正確に調整される。当然ながら円錐回転子１２は１つ以上あってもよく、また固定子１０、１１は一つだけでもあるいは２つ以上あってもよい。さらに固定子は回転子の内側、外側のいずれか、あるいは２つの回転子の間に設けることができる。図３は本発明の第３の装置の詳細を断面で示す側面概略図である。図３の数字は図１、２の数字に対応する。押出機１の内部には空気流路に加えて水用のパイプ１３も設けられている。水用パイプ１３はパイプ２の内側表面を冷却する水を導くために用いられる。水はノズル１４によりパイプ２の内側表面に散布される。ノズル１４の形状は、パイプ２を非常に効果的に冷却する水霧（water fog）としてパイプ２の内側表面に水を散布できるようなものが最も好ましい。水霧を発生するノズルとしては、例えばWO 92/20453に記載されるような種類のものがよい。その場合、用いられる水の量もそれほど多くない。空気をパイプ２および押出機の中から吸引するために別個の吹込み手段を用いてもよく、あるいはスプレー（sprays）を押出機１に向かって斜めに（diagonally）散布し、スプレーによって空気の流れが生じるようにしてもよい。必要であれば、水用パイプ１３に、空気または加圧空気をノズル１４に導くための任意（optional）の手段またはこれに類似の手段を設けてもよい。水用パイプ１３とノズル１４を軸方向に可動にして冷却に最適なポイントを選ぶようにしてもよい。さらに、水用パイプ１３の軸方向の異なる数箇所にノズル１４を設けてもよい。図面およびこれに関する説明は、本発明の概念を例示することのみを目的としたものである。本発明の詳細はクレームの範囲内において変更可能である。したがって例えば加熱ポンプを用いて、冷却空気から熱を供給ホッパー８に伝達してもよい。その場合、ポンプそのものの熱エネルギーも供給ホッパー８に伝達され、プラスチック材料４の中に混入させることができる利点がある。さらに、供給ホッパー８におけるプラスチックの膠着（hanging up ）も、大きな振動エネルギーを生じる吹込み手段６を物理的に供給ホッパー８に固定する（fastened）ことで、簡単かつ効果的に防ぐことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項【提出日】１９９７年９月１０日（１９９７．９．１０）【補正内容】請求の範囲１．押出機（１）の後に、製品の中を通って空気を吸引することで製品が内側から冷却され、空気が製品の内側表面と接触してこれを冷却する、押出成形された中空製品の冷却方法において、製品を通って吸引された空気を、製品の壁部を形成する材料を介して導くことなく、押出機（１）を介して導いて、押出機（１）も同時に冷却することを特徴とする押出成形された中空製品の冷却方法。２．製品を通って吸引される加熱空気の熱エネルギーをさらに利用するために回収して導く請求の範囲１の方法。３．押出機（１）に供給される材料（４）を、製品を通って吸引された空気の熱エネルギーを用いて加熱する請求の範囲２の方法。４．製品を通って吸引された加熱空気が、押出機（１）に供給される材料（４）中に導かれる請求の範囲３の方法。５．水霧を製品の内側表面に散布することで製品をさらに内側から冷却する請求の範囲１〜３のいずれか１の方法。６．押出機（１）は少なくとも１つの固定子（１０、１１）と少なくとも１つの回転自在な円錐回転子（１２）からなり、固定子（１０、１１）はすくなくとも回転子（１２）において円錐形をなし、固定子（１０、１１）と回転子（１２）が押出機の供給手段を構成し、かつ製品を冷却する空気は押出機を通って前記供給手段のほぼ中央から吸引される前記請求の範囲のいずれか１の方法。７．内部冷却に加えて、製品を外部からも冷却する前記請求の範囲のいずれか１の方法。８．製品内部に冷却手段からなるマンドレル（９）が設けられていることにより、マンドレル（９）によって製品の内側表面が薄く冷却される前記請求の範囲のいずれか１の方法。９．押出機（１）と、製品を介して空気を吸引して、空気が製品を内部から冷却するように配設された手段とを具備する押出成形された中空製品を冷却するための装置において、製品を介して吸引される空気は、製品の壁部を形成する材料を介して導かれることなく、押出機（１）を介して流れるような配置になっていることを特徴とする押出成形された中空製品を冷却するための装置。１０．押出機（１）は少なくとも１つの固定子（１０、１１）と少なくとも１つの回転自在な円錐回転子（１２）を備し、固定子（１０、１１）はすくなくとも回転子（１２）において円錐形をなし、固定子（１０、１１）と回転子（１２）が押出機の供給手段を構成し、かつ装置は前記供給手段のほぼ中央から押出機（１）を介して空気を吸引するための手段からなることを特徴とする請求の範囲９の方法。１１．装置は製品を通って吸引された空気の熱エネルギーを回収するための手段からを具備する請求の範囲９又は１０の装置。１２．装置は製品を通って吸引された空気の熱エネルギーを、押出機（１）に供給される材料（４）中に導くための手段からなる請求の範囲１１の装置。１３．装置は製品を通って吸引された空気を押出機（１）に供給される材料（４）中に導くための手段からなる請求の範囲１２の装置。１４．装置は水用パイプ（１３）と、その内部に設けられて水霧を製品内部に散布することで製品を冷却するためのノズル（１４）を具備する請求の範囲９〜１２のいずれか１の装置。１５．装置は製品を外部から冷却するための手段を具備する請求の範囲９〜１４のいずれか１の装置。１６．押出機（１）は製品を内部から冷却するための手段からなる中空マンドレル（９）を備えている請求の範囲９〜１５のいずれか１の装置。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】１．押出機（１）の後に、製品の中を通って空気を吸引することで製品が内側から冷却され、空気が製品の内側表面と接触してこれを冷却する、押出成形された中空製品の冷却方法において、製品を通って吸引された空気を、押出機（１）を介して導いて、押出機（１）も同時に冷却することを特徴とする押出成形された中空製品の冷却方法。２．製品を通って吸引される加熱空気の熱エネルギーをさらに利用するために回収して導く請求の範囲１の方法。３．押出機（１）に供給される材料（４）を、製品を通って吸引された空気の熱エネルギーを用いて加熱する請求の範囲２の方法。４．製品を通って吸引された加熱空気が、押出機（１）に供給される材料（４）中に導かれる請求の範囲３の方法。５．水霧を製品の内側表面に散布することで製品をさらに内側から冷却する請求の範囲１〜３のいずれか１の方法。６．押出機（１）は少なくとも１つの固定子（１０、１１）と少なくとも１つの回転自在な円錐回転子（１２）からなり、固定子（１０、１１）はすくなくとも回転子（１２）において円錐形をなし、固定子（１０、１１）と回転子（１２）が押出機の供給手段を構成し、かつ製品を冷却する空気は押出機を通って前記供給手段のほぼ中央から吸引される前記請求の範囲のいずれか１の方法。７．内部冷却に加えて、製品を外部からも冷却する前記請求の範囲のいずれか１の方法。８．製品内部に冷却手段からなるマンドレル（９）が設けられていることにより、マンドレル（９）によって製品の内側表面が薄く冷却される前記請求の範囲のいずれか１の方法。９．押出機（１）と、製品を介して空気を吸引して、空気が製品を内部から冷却するように配設された手段とを具備する押出成形された中空製品を冷却するための装置において、製品を介して吸引される空気は、押出機（１）を介して流れるような配置になっていることを特徴とする押出成形された中空製品を冷却するための装置。１０．押出機（１）は少なくとも１つの固定子（１０、１１）と少なくとも１つの回転自在な円錐回転子（１２）を備し、固定子（１０、１１）はすくなくとも回転子（１２）において円錐形をなし、固定子（１０、１１）と回転子（１２）が押出機の供給手段を構成し、かつ装置は前記供給手段のほぼ中央から押出機（１）を介して空気を吸引するための手段からなることを特徴とする請求の範囲９の方法。１１．装置は製品を通って吸引された空気の熱エネルギーを回収するための手段からを具備する請求の範囲９又は１０の装置。１２．装置は製品を通って吸引された空気の熱エネルギーを、押出機（１）に供給される材料（４）中に導くための手段からなる請求の範囲１１の装置。１３．装置は製品を通って吸引された空気を押出機（１）に供給される材料（４）中に導くための手段からなる請求の範囲１２の装置。１４．装置は水用パイプ（１３）と、その内部に設けられて水霧を製品内部に散布することで製品を冷却するためのノズル（１４）を具備する請求の範囲９〜１２のいずれか１の装置。１５．装置は製品を外部から冷却するための手段を具備する請求の範囲９〜１４のいずれか１の装置。１６．押出機（１）は製品を内部から冷却するための手段からなる中空マンドレル（９）を備えている請求の範囲９〜１５のいずれか１の装置。