JP6578054B2 - 重合体配管の噴射スタック成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、高分子材料加工成形の技術分野に関し、特に重合体配管の噴射スタック成形方法及び装置に関する。

金属配管などの従来の配管と比較して、高分子配管は、耐食性が優れ、取り付けが行われやすく、省エネであり、輸送流体抵抗が小さく、環境にやさしく、熱媒体輸送時の熱損失が小さく、耐震性が優れ、質量が小さく、輸送・工事・メンテナンスの包括的コストが低く、接続が迅速かつ信頼可能に行われ、使用寿命が長くかつ周期費用が低く、生産効率が高く、工業化量産に適し、原料資源が豊富であり、リサイクルと再利用が可能であるといった利点を有する。したがって、高分子配管は、水の供給と排水、天然ガス輸送、建物の暖房、電力通信ケーシング、節水灌漑などの分野で広く使用されている。

現在、重合体配管成形方法は、押出成形と巻付熔接成形がある。

押出成形は、下記の不備が存在する。すなわち、専用の金型を必要とする。大径配管の成形時に、大型押出機と押出金型が必要になる。大径配管の押出成形は、配向作用により配管の円周方向の強さが軸方向の強さより小さくなる。大径配管の管壁が厚いので、成形工程中に溶融体の流れの制御が難しく、垂れ現象が生じやすく、成形欠陥（例えば窪みや気泡など）が生じやすく、配管の機械的性能が悪く、直接の押出しにより大径配管を成形することが難しい。また、径毎に配管を押し出すたびに、金型、押出装置、関連補助装置の交換が必要となり、大径配管の押出成形コストが高く、柔軟性が劣る。

巻付熔接成形とは、一定断面形状のプラスチックストリップ（純粋なプラスチックストリップまたは複合材料）を押し出しておき、巻付装置によって重ね合わせるようにプラスチックストリップをマンドレル型に巻き付け、プラスチックストリップの間で局所的に加熱して接着剤をスプレーし（または直接溶融状態でマンドレル型に巻き付けるか、外面にプラスチック溶融体を有する小径プラスチック配管を直接巻き付ける）、ロールで圧着させることで互いに熔接して複合させ、最後にマンドレル型を取り出して最終的に配管を成形する。ドイツのＫＲＡＨＡＧ社の特許出願および特許文献１には、大径配管の巻付熔接方法が開示されているが、このような方法は、小径配管を予め成形する必要があり、成形時に、小径配管をプラスチック溶融体塗付後にマンドレルに巻き付ける。巻付成形時に専用のマンドレル型を必要とし、径毎の配管を成形するたびにマンドレル型の交換が必要となり、同時に成形時に二次加熱装置を必要とする。また、成形時に溶融体プラスチックストリップと小径配管に熔接跡が存在するため、当該成形方法は、巻付工程が複雑であり、柔軟性が劣り、エネルギー損失が高く、材料損失が多く、流動抵抗が大きく、漏洩しやすく、耐圧性が低いといった不備が存在する。

これに対し、現在の重合体配管成形に存在する問題に鑑み、成形に柔軟性があり、成形製品の機械特性が高く、低コストで表面品質に優れ、エネルギー損失が低く、工程が簡単で生産効率が高い、新しい方法と装置を開発する必要がある。

中国特許出願公開第１０１３８０８１９号明細書

本発明の目的は、従来技術の不備を克服することにあり、重合体配管の噴射スタック成形方法を提供することによって、重合体配管の成形において成形サイズが制限され、金型のコストが高く、成形工程が複雑であり、エネルギー損失が高く、機械性能が劣り、成形効率が低く、成形原料が制限されるといった問題を解決する。

本発明の別の目的は、上記方法を実現するための重合体配管の噴射スタック成形装置を提供することである。

本発明の技術手段は、重合体配管の噴射スタック成形方法であり、螺旋巻付スタック成形（すなわち重合体溶融体を一定圧力下で中心軸周りに一定空間内に螺旋的に蓄積させ、螺旋層同士は隙間なく巻き付けられて融合される）工程において、形成済みの素管に溶融体を埋め込み、溶融体による噴射熔接作用と局部圧延による整形作用とを組み合わせることによって、連続的に配管を形成する。

配管成形工程において、重合体溶融体は、連続的に螺旋巻付動作をし、かつプレ埋め込み式の溶融体噴射機構を経由して成形済みの配管に噴射されて先の重合体と溶着し、局部圧延機構の圧延作用によって整形され、管径整形調整機構と回転牽引機構の補助作用で連続的な重合体配管を成形する。

上述の方法を実現するための本発明の重合体配管の噴射スタック成形装置は、押出機と、押出機の押出し末端に設けられ、形成済みの素管に埋め込まれた溶融体噴射機構と、局部圧延機構と、管径整形調整機構を含む。局部圧延機構、管径整形調整機構は、素管の円周方向の管壁に分布し、かつ局部圧延機構は、溶融体噴射機構に対応する位置に設けられる。管壁内に位置する溶融体噴射機構と、管壁外に位置する局部圧延機構との間には、制限空間が形成されている。

前記溶融体噴射機構は、プレ埋め込み式の供給ノズルであり、配管成形時に制限空間に入り込み、プレ成形の配管溶融体内部に埋め込んで噴射する。

前記押出機の底部にフレームが設けられている。押出機の押出し末端のフレーム側に取付プレートが設けられている。溶融体噴射機構、局部圧延機構、管径整形調整機構は、それぞれ取付プレートに取り付けられている。

前記素管の外周には、螺旋牽引具と支持棒を含む回転牽引機構がさらに設けられている。素管の外周に複数の螺旋牽引具が分布し、各螺旋牽引具は、対応する支持棒によって取付プレートに接続される。回転牽引機構は、素管を牽引して、成形済みの素管を螺旋的に運動させ、連続的な重合体配管を成形する。

前記局部圧延機構は、マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロール、駆動モータを含む。マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロールは、それぞれ素管の内外両側に設けられている。マスタ圧延ロールは、駆動モータに接続されている。溶融体噴射機構は、マスタ圧延ロールとスレーブ圧延ロールとの間の空間に設けられている。２つの圧延ロールは、成形時に局部圧延整形の機能を働く。圧延ロールは、外部の温度調整システムに接続されている。圧延ロールの位置は、調整可能である。すなわち、調整部材の機能により、圧延ロールを交換しないまま、圧延ロールの位置を調整し、同時に管径整形調整機構によって整形ロールの管径方向位置を自動的に調整して、径、管壁の厚さの異なる配管が成形される。

前記局部圧延機構の上方に、管壁の厚さを調整するための調整部材がさらに設けられている。

前記マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロールは、さらに外部の温度調整システムに接続されている。

前記管径整形調整機構は、複数組の整形ロール群と調整具を含む。各整形ロール群と調整具は、一対一に対応して素管の円周方向に分布している。素管内の中心にアルキメデス渦線溝カムが設けられる。各組の整形ロール群と、対応する調整具は、それぞれアルキメデス渦線溝カムに接続され、径、管壁の厚さの異なる配管が整形される。

前記複数組の整形ロール群は、同一構造である。各整形ロール群は、素管の内側に位置する内側整形ロールと、素管の外側に位置する外側整形ロールを含む。内側整形ロールと外側整形ロールとの間に制限バネが設けられている。

上記重合体配管の噴射スタック成形装置は、使用原理として、押出機から供給される重合体溶融体がノズルを経由して制限空間に噴射され、溶融体の噴射とともに、局部圧延機構で溶融体を圧延して回転させ、管径整形調整機構の整形ロールの案内で一定長さの配管を成形してから、配管を回転牽引機構と管径整形調整機構の共同作用で螺旋的に前進させ、連続的な配管を成形する。ここで、素管は、最初に局部圧延機構の２つの圧延ロールで回転駆動され、螺旋牽引具と配管表面との間の螺旋伝達によって連続的に配管を成形する。

本発明は、従来技術と比較して、以下の有益な効果を有する。
１．本発明の重合体配管の噴射スタック成形方法および装置を利用して、大径の重合体配管を成形することができる。
２．本発明の重合体配管の噴射スタック成形装置は、従来の重合体押出成形と比較して、押出金型を必要としないので、成形した大径配管の品質が金型を利用して成形した配管以上である。
３．本発明の重合体配管の噴射スタック成形方法および装置を利用して配管を成形する際に、埋め込み式ノズルから噴射される重合体溶融体により局部の圧力を生じて、先に成形した配管と後に成形した配管を充分に融合させ、熔接跡の発生を大幅に減少させるため、成形した重合体配管の機械的性能が、巻付熔接成形より根本的に向上する。
４．本発明の重合体配管の噴射スタック成形方法によれば、配管を柔軟に成形することができ、すなわち押出機を変更する必要がなく、ポイントとなる部材の相対的位置を局部的に変更することのみで、径、管壁の厚さの異なる多種類の配管を生産することができる。
５．本発明の重合体配管の噴射スタック成形方法および装置を利用して配管を成形する際に、従来の大径配管成形と比較して、噴射熔接と圧延局部整形作用によって、配管の円周方向に沿って成形するため、配管の円周方向の強さが軸方向の強さより大きく、一定の自己強化作用を有する。
６．本発明の重合体配管の噴射スタック成形方法および装置を利用して、大径の重合体配管を直接溶融体から作製し、中間段階を必要としないので、巻付成形と比較して、エネルギー損失を軽減させることができる。同時に比較的小さい可塑化性能の押出機で大径の配管を成形することで、大型装置への投資を減少する。成形工程で金型を必要としないため、製品のコストが低減する。

本発明の重合体配管の噴射スタック成形装置の概略構造図である。 図１のプレ埋め込み式の供給ノズルの一部拡大図である。 局部圧延機構と供給ノズルとの位置関係図である。 管径整形調整機構の原理図である。

以下、実施例を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の実施形態を限定するものではない。

（実施例）
本実施例は、重合体配管の噴射スタック成形方法および装置であって、押出機がその溶融体供給装置である。

図１または４に示すように、本発明の噴射スタック成形装置は、押出機１（重合体溶融体供給装置とする）と、プレ埋め込み式の供給ノズル３（溶融体噴射機構とする）と、マスタ圧延ロール６、と、スレーブ圧延ロール７と、駆動モータ２と、回転牽引機構と、フレーム１２と、管径整形調整機構とを含む。マスタ圧延ロール６、スレーブ圧延ロール７、駆動モータ２で局部圧延機構が形成される。回転牽引機構は、螺旋牽引具１０と支持棒９からなる。プレ埋め込み式供給ノズル３は、押出機１に接続される。供給ノズルには、遮断板１５がさらに設けられ、かつプレ埋め込み式供給ノズル３が遮断板１５に固定されている。マスタ圧延ロール６、スレーブ圧延ロール７は、それぞれ取付プレート４に固定されている。マスタ圧延ロール６は、駆動モータに接続し、マスタ回転運動をすることができ、かつマスタ圧延ロール６、スレーブ圧延ロール７は、重合体配管の径方向に沿って移動することができる。管径整形調整機構では、図１に示すように、整形ロール群８は、調整具１３の作用で管の径方向に沿って位置調整ができる。押出機１、取付プレート４は、フレーム１２に固定されている。

押出機１は、一定の圧力と温度の高分子溶融体を押し出す。溶融体は、供給ノズル３を経由して制限空間（図２または図３に示すように、マスタ圧延ロールマスタ圧延ロール６、スレーブ圧延ロール７、遮断板１５からなる）に噴射される。しかも供給ノズル３は、溶融体の内部に入り込む。２つの圧延ロールの制限および圧延整形作用によって、同時に管径整形調整機構の作用により、圧延されたプラスチック溶融体は、管径整形調整機構の整形ロール群８に沿って一定長さの重合体配管を成形しておく。当該部分の配管は、螺旋牽引具１０および管径整形調整機構の共同作用で螺旋的に前進する。後に、重合体溶融体は、引き続き噴射され、２つの圧延ロールと初期重合体配管の間にスタックする。成形時に、供給ノズルが一定して動かず、マスタ圧延ロール６、スレーブ圧延ロール７が回転する。圧力の作用で、先に成形した配管は、後続に噴射される溶融体と充分に融合し、冷却整形して連続的な重合体配管１１を形成する。所要の長さの重合体配管の成形後に、切断装置で配管を切断する。このように循環して、一定の長さの重合体配管を成形する。局部圧延機構の上方には、管壁の厚さを調整する調整部材５も設けられている。重合体配管のサイズ、例えば管の径、厚さが変化する場合に、マスタ圧延ロール６、スレーブ圧延ロール７、螺旋牽引具および整形ロール群８の取付プレートでのそれぞれの位置を調整して、同時に供給ノズル３の位置を調整することによって、異なる規格の配管を成形することができる。

以上により、本発明を好適に実現することができる。上述の実施例は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するためのものではない。即ち、本発明の内容から為しえた均等な変化と修飾は、いずれも本発明の特許請求の範囲により保護される範囲に含まれる。

（付記）
（付記１）
螺旋巻付スタック成形工程において、形成済みの素管に溶融体を埋め込み、溶融体による噴射熔接作用と局部圧延による整形作用とを組み合わせることによって、連続的に配管を形成する、
ことを特徴とする重合体配管の噴射スタック成形方法。

（付記２）
付記１に記載の方法を実現する重合体配管の噴射スタック成形装置であって、
押出機と、押出機の押出し末端に設けられ、形成済みの素管に埋め込まれた溶融体噴射機構と、局部圧延機構と、管径整形調整機構を含み、
局部圧延機構、管径整形調整機構は、素管の円周方向の管壁に分布し、かつ局部圧延機構は、溶融体噴射機構に対応する位置に設けられ、
管壁内に位置する溶融体噴射機構と、管壁外に位置する局部圧延機構との間に、制限空間が形成されている、
ことを特徴とする重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記３）
前記溶融体噴射機構は、プレ埋め込み式の供給ノズルである、
ことを特徴とする付記２に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記４）
前記押出機の底部にフレームが設けられ、
押出機の押出し末端のフレーム側に取付プレートが設けられ、
溶融体噴射機構、局部圧延機構、管径整形調整機構は、それぞれ取付プレートに取り付けられている、
ことを特徴とする付記２に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記５）
前記素管の外周には、螺旋牽引具と支持棒を含む回転牽引機構がさらに設けられ、
素管の外周に複数の螺旋牽引具が分布し、
各螺旋牽引具は、対応する支持棒によって取付プレートに接続される、
ことを特徴とする付記４に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記６）
前記局部圧延機構は、マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロール、駆動モータを含み、
マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロールは、それぞれ素管の内外両側に設けられ、
マスタ圧延ロールは、駆動モータに接続され、
溶融体噴射機構は、マスタ圧延ロールとスレーブ圧延ロールとの間の空間に設けられている、
ことを特徴とする付記２に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記７）
前記局部圧延機構の上方に、管壁の厚さを調整するための調整部材がさらに設けられている、
ことを特徴とする付記６に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記８）
前記マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロールは、さらに外部の温度調整システムに接続されている、
ことを特徴とする付記６に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記９）
前記管径整形調整機構は、複数組の整形ロール群と調整具を含み、
各整形ロール群と調整具は、一対一に対応して素管の円周方向に分布している、
ことを特徴とする付記２に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

（付記１０）
前記複数組の整形ロール群は、同一構造であり、
各整形ロール群は、素管の内側に位置する内側整形ロールと、素管の外側に位置する外側整形ロールを含み、
内側整形ロールと外側整形ロールとの間に制限バネが設けられている、
ことを特徴とする付記２に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

Claims (8)

1. 重合体配管の噴射スタック成形方法を実現する重合体配管の噴射スタック成形装置であって、前記方法は螺旋巻付スタック成形工程において、形成済みの素管に溶融体を埋め込み、溶融体による噴射熔接作用と局部圧延による整形作用とを組み合わせることによって、連続的に配管を形成し、
   重合体配管の噴射スタック成形装置は、押出機と、押出機の押出し末端に設けられ、形成済みの素管に埋め込まれた溶融体噴射機構と、局部圧延機構と、管径整形調整機構を含み、
   局部圧延機構、管径整形調整機構は、素管の円周方向の管壁に分布し、かつ局部圧延機構は、溶融体噴射機構に対応する位置に設けられ、
   管壁内に位置する溶融体噴射機構と、管壁外に位置する局部圧延機構との間に、制限空間が形成されており、
   前記押出機の底部にフレームが設けられ、
   押出機の押出し末端のフレーム側に取付プレートが設けられ、
   溶融体噴射機構、局部圧延機構、管径整形調整機構は、それぞれ取付プレートに取り付けられている、
   ことを特徴とする重合体配管の噴射スタック成形装置。
2. 前記素管の外周には、螺旋牽引具と支持棒を含む回転牽引機構がさらに設けられ、
   素管の外周に複数の螺旋牽引具が分布し、
   各螺旋牽引具は、対応する支持棒によって取付プレートに接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。
3. 重合体配管の噴射スタック成形方法を実現する重合体配管の噴射スタック成形装置であって、前記方法は螺旋巻付スタック成形工程において、形成済みの素管に溶融体を埋め込み、溶融体による噴射熔接作用と局部圧延による整形作用とを組み合わせることによって、連続的に配管を形成し、
   重合体配管の噴射スタック成形装置は、押出機と、押出機の押出し末端に設けられ、形成済みの素管に埋め込まれた溶融体噴射機構と、局部圧延機構と、管径整形調整機構を含み、
   局部圧延機構、管径整形調整機構は、素管の円周方向の管壁に分布し、かつ局部圧延機構は、溶融体噴射機構に対応する位置に設けられ、
   管壁内に位置する溶融体噴射機構と、管壁外に位置する局部圧延機構との間に、制限空間が形成されており、
   前記局部圧延機構は、マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロール、駆動モータを含み、
   マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロールは、それぞれ素管の内外両側に設けられ、
   マスタ圧延ロールは、駆動モータに接続され、
   溶融体噴射機構は、マスタ圧延ロールとスレーブ圧延ロールとの間の空間に設けられている、
   ことを特徴とする重合体配管の噴射スタック成形装置。
4. 前記局部圧延機構の上方に、管壁の厚さを調整するための調整部材がさらに設けられている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。
5. 前記マスタ圧延ロール、スレーブ圧延ロールは、さらに外部の温度調整システムに接続されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。
6. 重合体配管の噴射スタック成形方法を実現する重合体配管の噴射スタック成形装置であって、前記方法は螺旋巻付スタック成形工程において、形成済みの素管に溶融体を埋め込み、溶融体による噴射熔接作用と局部圧延による整形作用とを組み合わせることによって、連続的に配管を形成し、
   重合体配管の噴射スタック成形装置は、押出機と、押出機の押出し末端に設けられ、形成済みの素管に埋め込まれた溶融体噴射機構と、局部圧延機構と、管径整形調整機構を含み、
   局部圧延機構、管径整形調整機構は、素管の円周方向の管壁に分布し、かつ局部圧延機構は、溶融体噴射機構に対応する位置に設けられ、
   管壁内に位置する溶融体噴射機構と、管壁外に位置する局部圧延機構との間に、制限空間が形成されており、
   前記管径整形調整機構は、複数組の整形ロール群と調整具を含み、
   各整形ロール群と調整具は、一対一に対応して素管の円周方向に分布している、
   ことを特徴とする重合体配管の噴射スタック成形装置。
7. 重合体配管の噴射スタック成形方法を実現する重合体配管の噴射スタック成形装置であって、前記方法は螺旋巻付スタック成形工程において、形成済みの素管に溶融体を埋め込み、溶融体による噴射熔接作用と局部圧延による整形作用とを組み合わせることによって、連続的に配管を形成し、
   重合体配管の噴射スタック成形装置は、押出機と、押出機の押出し末端に設けられ、形成済みの素管に埋め込まれた溶融体噴射機構と、局部圧延機構と、管径整形調整機構を含み、
   局部圧延機構、管径整形調整機構は、素管の円周方向の管壁に分布し、かつ局部圧延機構は、溶融体噴射機構に対応する位置に設けられ、
   管壁内に位置する溶融体噴射機構と、管壁外に位置する局部圧延機構との間に、制限空間が形成されており、
   前記管径整形調整機構は、複数組の整形ロール群を含み、
   前記複数組の整形ロール群は、同一構造であり、
   各整形ロール群は、素管の内側に位置する内側整形ロールと、素管の外側に位置する外側整形ロールを含み、
   内側整形ロールと外側整形ロールとの間に制限バネが設けられている、
   ことを特徴とする重合体配管の噴射スタック成形装置。
8. 前記溶融体噴射機構は、プレ埋め込み式の供給ノズルである、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の重合体配管の噴射スタック成形装置。

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