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JP5032302B2 - 非対称な環状ピストンを使用して管状予備成形体を製造するための装置 - Google Patents
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JP5032302B2 - 非対称な環状ピストンを使用して管状予備成形体を製造するための装置 - Google Patents

非対称な環状ピストンを使用して管状予備成形体を製造するための装置 Download PDF

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Description

本発明は、共押出しで管状の熱可塑性樹脂でできた多層予備成形体を製造するための装置に関する。このような装置はほぼ同軸に設けられた複数の流路を備えた共押出しヘッドを有しており、この複数の流路には各々、個々の流入開口部から、管状に分配されかつ円錐切頭体に沿って流れる溶融材料が供給され、この場合流路は漏斗状に拡張している環状の共通流路内に移行する。環状蓄圧室内において、摺動可能な環状ピストンは往復直線運動可能であり、その際環状蓄圧室内において、遮断可能な環状ノズル間隙を備えた供給−環状管路が接続する。
同出願人の特許文献1から多層壁を備えた合成樹脂でできた大容積の中空体を製造するための方法と装置が知られている。各流路内の間隙幅は環周囲に沿って一定である。従って溶融材料は一方の側に供給されるので、環に沿って及び円錐切頭体に沿って様々な圧力条件が生じ、この圧力条件は溶融材料の一様な流れを妨げ、これにより予備成形体の品質が損なわれる材料の混合が生じる。
さらに同出願人の特許文献2から熱可塑性樹脂でできた皿状の成形部品を製造するための装置が知られている。さらにこの装置では共押出しヘッドが使用され、この共押出しヘッドにおいて溶融材料が多層内に流れ、これから多層の管状予備成形体が製造される。
本発明は先の二つの特許文献による従来技術に基づいている。これらの特許文献の内容はこれと関連付けることにより本願発明の開示内容に取り入れられる。
欧州特許第0326584号明細書 独国特許出願公開第19545441号明細書
本発明の課題は、共押出しヘッド内での溶融材料の一様な流れが達せられる先に挙げた様式の装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、溶融材料を供給するための簡単な供給装置を提供することにある。
本発明の別の課題は、溶融材料による環状蓄圧室の充填が慎重に行われ、かつ高い均一性をもって行われる装置を提供することにある。
これらの課題は、請求項で規定された対象により解決される。他の有利な実施例は従属請求項に規定してある。
以下に本発明を実施例に基づき説明する。
図1には共押出しヘッドの一部が縦断面図で示してあり、この共押出しヘッドは蓄圧器ジャケットを備え、この蓄圧器ジャケット8は放出されるべき溶融材料を収容する環状蓄圧室14を取囲んでいる。環状蓄圧室14は図示していないケーシングと接続している。第一溶融材料は流入開口部ZF1を経由して、環状ピストン16に所属する第一分配環26に供給されている。この環状ピストン16はその縦方向軸線内で摺動可能であり、かつスリーブ(スリーブ)6と蓄圧器ジャケット8に沿って滑動する。環状ピストン16は(図示していない)液圧装置とピストンロッドK1,K2を介して接続している。同様にスリーブ6はその上端部において(図示していない)液圧装置と接続している。
第一溶融材料は第一分配環26に沿って水平方向に移送され、かつ同時に円錐切頭体として形成されている環状の流路FK1に沿って下方へ流れる。次いで下方へ流れる第一溶融材料は第一シリンダ環22内に達し、そこからオリフィス30に達し、このオリフィス内に第二溶融材料が合流する。この第二溶融材料は流入開口部ZF1と180°正反対の位置に設けられた第二流入開口部ZF2を経由して供給される。同様にして第二溶融材料は第二流入開口部から、所属しておりかつ周りを取囲んでいる第二分配環28を介して分配され、かつ円錐切頭状の第二流路FK2内に達する。第二溶融材料は第二流路から第二シリンダ環24内に流入し、かつさらにオリフィス30に達する。
両溶融材料は、両溶融材料の間の境界面ができる限り平滑に進行するように流れ、かつ渦流により妨害されていないように流れる。オリフィス30には緩衝区間が接続しており、この緩衝区間は共通のシリンダ環34として形成されている。この緩衝区間は、溶融材料がオリフィス30で統合した後、両溶融材料の一様流れが得られ、これにより両溶融材料間の境界の平滑な進行が生じる。次いで両溶融材料は拡張位置32まで流れ、そこで両溶融材料はそれ自体拡張している共通の流路12内に合流する。この流路12は横断面が漏斗状であり、かつ環状ピストン16内では環状に形成されている。
充填作業の開始時に、参照符号15と関連した破線で概略的に示したように、環状ピストン16はその下側部分に配置されている。漏斗状の共通流路12は管状予備成形体を製造するための事前生産工程から来る両溶融材料で充填されている。両溶融材料の流れが再流することにより、環状ピストン16は上方に動く。共通流路12の形状が漏斗状であり、かつ溶融材料供給系が別に幾何学形状であるために、両溶融材料の間に形成する境界は広範囲にわたり平滑であり、かつ乱流状態にはならない。
環状ピストン16がその上側作業点に達すると、スリーブ6は下方に動き、かつノズル茸状体6aでもって環状ノズル間隙20を開放し、従って環状ピストン16が下方に動く際に、管状予備成形体は両溶融材料の間の境界面でもって押出される。境界面の平滑な経過を達成するために、供給環状流路18はその幾何学形状が特別に形成されている。押出し工程が終了すると、スリーブ6は再度上方へ動いて、ノズル間隙20を閉鎖し、それに基づいて環状蓄圧室14のための新たな充填作業が始まる。
以下に環状ピストン16の構造の幾何学的な特徴を説明する。この特徴により供給される溶融材料は一様に流れる。図1よりわかるように、第一分配環26は中心軸線mに対して対称に形成されていない。むしろ第一分配環は、第一流入開口部ZF1の領域内で、第一流入開口部ZF1の相対する側よりも大きな横断面積を有する。図2はこのことをA−A線に沿った断面図により明確に説明している。第一分配環26の間隙幅s1は、第一流入開口部ZF1の領域内においては、相対する側の間隙幅s2よりも広い。溶融材料はこの第一分配環26から第一環状流路FK1に達する。図3にはB−B線に沿った横断面図が示してある。間隙幅s3、言い換えれば円錐切頭環のほぼ中心における、垂線方向での間隙幅は、第一流入開口部ZF1の側においては、相対する側の間隙幅s4よりも狭い。断面A−Aに沿った第一分配環26の中心における環状の横断面面積F26は、断面B−Bに沿った第一環状流路FK1の横断面面積FFK1よりも大きい。従って溶融材料流の絞り弁調節が行われ、圧力は上昇する。
図4及び5は第二溶融材料に関する状況を示す。第二分配環28の間隙幅s5は、第二流入開口部ZF2の側においては、反対側の間隙幅s6よりも広い。第二流路FK2において、第二流入開口部ZF2の側の間隙幅s7は、相対する側の間隙幅s8よりも狭い。さらにここでは第二流入開口部ZF2から第二流路FK2内に第二溶融材料が流れる際に圧力上昇が生じる。なぜなら、環状の横断面面積F28が第二流路FK2の横断面面積FFK2よりも大きいからである。
第一溶融材料は第一流路FK1を貫流した後、第一シリンダ環22内に達する(図1参照)。この第一シリンダ環22はその長さと周囲において一定の間隙幅s9を有する。この間隙幅s9は第一シリンダ環22の横断面面積F22が第一流路FK1の横断面面積FFK1よりも大きい程度に設計されている。この際第一流路FK1は第一シリンダ環22内に移行する。F22はFFK1の2倍であるのが好ましい。似たような状況は第二流路FK2からシリンダ環24内に合流する第二溶融材料にも当てはまる。このシリンダ環24は一定の間隙幅s10を有しており、この間隙幅は横断面面積F24が第二流路FK2の横断面面積FFK2よりも広いように形成されている。先に挙げた幾何学的な配設とそれから生まれる非対称な案内と溶融材料の流れの調節とにより、分配環26あるいは28から円錐切頭状の流路FK1あるいはFK2を経由してシリンダ環22あるいは24までの一様な流れが得られる。
図6は分配環26と流路FK1とシリンダ環22を備えた部分図に基づいた幾何学的関係、並びに間隙幅s1,s3,s9及び環面積F26,FFK1及びF22のための所属する大きさの関係を示している。ZF1において流れる第一溶融材料は分配環26に沿った水平方向で一様に分散しており、かつ垂直方向で第一流路FK1内にすぐには流れない。というのも第一流路は第一流入開口部ZF1の領域内で、縮小された間隙幅s3<s4を有しており、F26>FFK1であるからである。s4>s3なので、s3における流速は、容積/時間が同じ場合、s4における流速よりも高い。s9>s3であるシリンダ環22において、材料は安定し、シリンダ環22の周囲方向での材料流の速度は一様になり、結果としてオリフィス30において第一溶融材料は周囲に沿って同じ流速を有する。
間隙幅s1〜s10のための寸法は、第一溶融材料と第二溶融材料のための材料に依存して選択しなければならない。シリンダ環22あるいは24の横断面面積F22あるいはF24は、その都度の分配環26あるいは28の横断面面積F26あるいはF28の最大で半分の大きさであるのが一般的である。
溶融材料は両方ともオリフィス30で互いに出会い、かつ共通のシリンダ環34を一緒に過流し、両溶融材料間の境界層の乱流を回避するためにこのシリンダ環は再度緩衝区間を形成する。この共通のシリンダ環34の横断面面積F34はシリンダ環22及び24の横断面面積F22とF24の和に一致する(F34=F22+F24)。共通のシリンダ環34の長さL34は、シリンダ環22及びシリンダ環24の間隙幅の和の2倍と同じかそれよりも大きい(L342×(s9+s10))。
一緒になった溶融材料は緩衝区間と拡張位置を通過した後、漏斗状に拡張された共通の流路12内に達する。この流路12は内側の円錐切頭ジャケット面36と外側の円錐切頭ジャケット面38により区画されている。縦断面で見ると、この円錐切頭ジャケット面36,38は非対称な漏斗状体を形成し、この場合垂直線と円錐切頭−ジャケット面36の間の第一角度は、垂直線と外側の円錐切頭ジャケット面38の間の第二角度よりも小さい。この第一角度は0°のオーダーにあり、すなわち内側の円錐切頭ジャケット面36は円筒面として形成されているのが一般的である。
図7は第一流路FK1の材料流がバッフルを使用した絞り部により制御されている。第一流路FK1は円錐切頭環として形成されており、かつ外壁40と内壁41により区画されている。外壁40内には、バッフル44を保持する環状のノッチ42が取付けられている。このバッフル44は流路FK1内の溶融材料の貫流を絞るために所属する円錐切頭環内に摺動可能である。弾性的バッフル44を使用し、このバッフルの内径が調節装置を用いて変化できるのが好ましい。この内径の縮小により材料流は絞られる。図7には単に第一流路FK1のためのバッフル44が示してあるにすぎない。さらに両流路FK1あるいはFK2の一つにおいて、あるいは両流路ならびに別の流路においてこのような絞り装置を設けることも可能である。
図8と9は特殊な供給装置が溶融材料を供給するために使用されている実施例である。図8では第一流入開口部ZF1が供給装置50と接続しており、この供給装置は再度共押出しヘッド10のケーシングと強固に接続しており、例えばコラム57によりアキュムレータジャケット8上で不動に設置されている。先に説明したように、環状ピストン16は上下に摺動する。供給装置50は凹部54を含んでおり、この凹部は環状ピストン16の行程時に溶融材料を第一流入開口部ZF1に移送する。凹部54は(図示していない)共押出し導管と強固に接続している入口流路55を経由して溶融材料を収容する。さらに凹部56を備えた同じような供給装置52が、第二流入開口部ZF2に割当てられている溶融材料のために設けられている。凹部54,56は垂直方向で環状ピストン16の行程に一致した長さを有している。供給装置50,52は環状セグメントとして形成され、かつ環状ピストン16の周囲に沿って延在しているのが好ましい。この実施例によれば、共押出し導管は環状ピストン16の行程時に何の回転運動も行わず、したがって可動部品を削減することができる。コラム57は供給装置50,52を支持しており、かつ十分自由な空間を供給装置50,52の周囲に残しており、従って凹部54,56の領域内には十分でありかつ固まった材料が簡単に分離できる。
図9は供給のための代替え的解決手段を示す。流入開口部ZF1は供給シリンダ60と強固に接続している。従って供給シリンダ60は環状ピストン16の上昇運動を行う。供給シリンダ60内では中空供給ピストン62が摺動可能に収容されている。中空供給ピストン62は固定式で、例えばジャケット環8と強固に接続している。さらに中空供給ピストン62は、溶融材料を供給する押出し導管64とも強固に接続している。この配設においても、押出し導管64は流入開口部ZF1の運動に対応する傾斜運動あるいは回転運動は一切行う必要はない。さらに類似の供給装置が第二供流入開口部ZF2のために設けられている。
図7は環状ピストン16が液圧装置70と強固に接続している別の例を示している。この液圧装置には液圧導管72を経由して液圧液体が作用している。液圧装置70は負荷を除去するために使用され、かつ液圧装置が、環状蓄圧室14が充填された際に環状蓄圧室内にある溶融材料にかかる、環状ピストン16の重量の一部を担うように機能する。環状ピストン16は数トンの重量を有しており、従ってこの圧力下で溶融材料の材料特性は変化する。したがって液圧装置70は環状蓄圧室14の充填時に重量の一部を相殺する。環状ノズル20を経由して環状蓄圧室14から溶融材料を押出す際、液圧装置70は作用しない状態で接続され、従って環状ピストン16の重量は押出しをサポートする。液圧装置70がピストン76を備えたシリンダ74を有しているのは有利であり、この場合シリンダ74は環状ピストン16と強固に接続している。ピストン76はケーシングあるいは環状ジャケット8に支持されており、これによりコンパクトな配設が得られる。環状ピストン16の両側に対して直径上で相対するようにシリンダとピストンを備えたユニットが各々設けられているのは有利である。
他の方法によれば、環状ピストン16の上方には、収容装置80が設けられており、この収容装置は環状ピストン16とスリーブ6のための液圧装置から滴下する液圧油を収容する。この液圧油は作動中は高温の環状ピストン16の頭部側から滴下し、これにより汚れ及び他の不都合が生じる。排出導管82を経由して液圧油は環状ピストン16の領域から出されかつ除去される。
図示した例は、二つの溶融材料を加工するための共押出しヘッドに関する。二つより多くの溶融材料を加工する場合、相応して多数の流入開口部、分配リング、流路等が類似の方法で備えていなければならない。実際には、五つあるいはそれどころか六つの異なる溶融材料を加工することができ、これにより環状ピストン16と他の所属する構造部材の構造は複雑である。
共押出しヘッドの縦断面図である。 第一分配環の横断面図である。 第一流路の横断面図である。 第二分配環の横断面図である。 第二流路の横断面図である。 間隙幅を示す部分図である。 バッフルと負荷軽減シリンダを備えた共押出しヘッドの縦断面図である。 第一供給装置を備えた共押出しヘッドの縦断面図である。 第二供給装置の縦断面図である。
6 スリーブ
8 蓄圧器ジャケット
10 共押出しヘッド
12 共通流路
14 環状蓄圧室
ZF1 第一流入開口部
ZF2 第二流入開口部
16 環状ピストン
K1 ピストンロッド
K2 ピストンロッド
15 環状ピストンの下側位置
18 供給環状管路
20 ノズル間隙
22 第一シリンダ環
24 第二シリンダ環
26 第一分配環
28 第二分配環
30 オリフィス
32 拡張位置
34 共通シリンダ環
s1〜s10 間隙幅
F26 第一分配環の横断面面積
F28 第二分配環の横断面面積
FK1 第一流路
FK2 第二流路
FFK1 第一流路の横断面面積
FFK2 第二流路の横断面面積
F22 第一シリンダ環の横断面面積
F24 第二シリンダ環の横断面面積
F34 共通シリンダ環の横断面面積
L34 長さ
36 内側円錐切頭ジャケット面
38 外側円錐切頭ジャケット面
40 外壁
42 ノッチ
44 バッフル
50 供給装置
52 供給装置
54 凹部
56 凹部
55 入口流路
57 コラム
60 供給シリンダ
62 供給ピストン
64 押出し導管
70 液圧装置
72 液圧導管
74 シリンダ
76 ピストン
80 収容装置
82 排出導管

Claims (22)

  1. 共押出しで管状の熱可塑性樹脂でできた多層予備成形体を製造するための装置であって、
    ほぼ同軸に設けられた複数の流路(FK1,FK2)を有する共押出しヘッド(10)を備え、
    この複数の流路に各々、個々の流入開口部(ZF1,ZF2)から、分配環(26,28)内で環状に分配されかつ円錐切頭環に沿って流れる溶融材料が供給され、
    この場合溶融材料が漏斗状に拡張している流路(12)内に流れ、
    その内部において移動可能な環状ピストン(16)が往復直線運動可能な環状蓄圧室(14)と、
    遮断可能な環状ノズル間隙(20)を有する、環状蓄圧室(14)に接続している引渡し−環状管路(18)を備えている装置において、
    共押出しヘッドを通る縦断面で見て、各分配環(26,28)内の流入開口部(ZF1,ZF2)側の領域内における間隙幅(s1,s2)が、流入開口部(ZF1,ZF2)と反対側の領域内の間隙幅(s2,s6)よりも広いことと、
    共押出しヘッドを通る縦断面で見て、各流路(FK1,FK2)内の流入開口部(ZF1,ZF2)側の領域内における流入間隙幅(s3,s7)が、流路(FK1,FK2)と反対側の領域内の間隙幅(s4,s8)よりも狭いことを特徴とする装置。
  2. 各分配環(26,28)の横断面面積(F26,F28)が、所属する流路(FK1,FK2)の横断面面積(FFK1,FFK2)よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 流路(FK1,FK2)は各々、第一シリンダ環(22;24)内に合流し、この場合第一シリンダ環(22;24)の各々の横断面面積(F22,F24)が、横断面面積(FFK1,FFK2)よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
  4. 第一シリンダ環(22;24)の各々の横断面面積(F22,F24)が、所属する分配環(26;28)の横断面面積(F26,F28)の最大で2倍の大きさであることを特徴とする請求項3記載の装置。
  5. 複数の溶融材料が互いに出会う合流箇所(30)と、一緒になった溶融材料を漏斗状に拡張された共通の流路(12)内に合流する拡張箇所(32)の間に、共通のシリンダ環(34)として形成されている緩衝区間が設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の装置。
  6. 共通のシリンダ環(34)の横断面面積(F34)が第一シリンダ環(22,24)の横断面面積(F22,F24)の和に一致していることを特徴とする請求項5記載の装置。
  7. 共通のシリンダ環(34)の長さが所属するシリンダ環(22,24)の環間隙(s9,s10)の和の2倍と同じかあるいはそれより大きいことを特徴とする請求項6記載の装置。
  8. 漏斗状でかつ環状の共通の流路(12)が内側円錐切頭ジャケット面(36)と外側円錐切頭ジャケット面(38)により区画されており、
    この場合共押出しヘッド(10)を通る縦断面で見て、垂直線と内側円錐切頭ジャケット面(36)との間の第一角度が、垂直線と外側円錐切頭ジャケット面(38)との間の第二角度よりも小さいことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の装置。
  9. 第一角度がほぼ0°であることを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 内側ジャケット面がシリンダ面として形成されていることを特徴とする請求項9に記載の装置。
  11. 外側壁(40)における円錐切頭体の各流路(FK1,FK2)の領域内に、バッフル(44)を保持する環状のノッチ(42)が設けられており、このバッフルが溶融材料の貫流を絞るために円錐切頭環内に移動可能であるように構成されていることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載の装置。
  12. 弾性的バッフル(44)の内径が調節装置により変更可能であるように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の装置。
  13. 流入開口部(ZF1,ZF2)が各々、供給装置(50,52)と接続しており、この供給装置が共押出しヘッド(10)と強固に接続しかつ供給凹部(54,56)を有しており、この供給凹部は環状ピストン(16)の行程時に溶融材料を流入開口部(ZF1,ZF2)に移送することと、
    溶融材料が供給装置(50,52)に、溶融材料が強固に接続している共押出し導管を経由して供給されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の装置。
  14. 供給凹部(54,56)が環状ピストン(16)の行程に相当する長さを有していることを特徴とする請求項13に記載の装置。
  15. 供給装置(50,52)が環状セグメントとして形成されていることを特徴とする請求項14に記載の装置。
  16. 二つの異なる溶融材料のために、互いに正反対に設けられた二つの供給装置(50,52)が設けられていることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一つに記載の装置。
  17. 流入開口部(ZF1,ZF2)が各々、供給シリンダ(60)に接続しており、この供給シリンダが摺動可能な環状ピストン(16)に強固に固定され、かつこの供給シリンダ内では押出し導管(64)と不動に接続した空供給ピストン(62)が摺動可能に収容されており、この中空供給ピストンには溶融材料が中空供給ピストンと強固に接続された押出し導管(64)を経由して供給されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の装置。
  18. 摺動可能な環状ピストン(16)が液圧装置(70)と接続しており、この液圧装置が環状蓄圧室(14)が溶融材料で満たされる際に、環状ピストン(16)の重量の一部を受けることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の装置。
  19. 溶融材料を環状蓄圧室(14)から押出す際に、液圧装置(70)が作用しない状態で接続されているように手段が講じられていることを特徴とする請求項18に記載の装置。
  20. 液圧装置(70)がピストン(76)を備えた少なくとも一つのシリンダ(74)を備えており、シリンダ(74)が環状ピストン(16)と強固に接続しており、ピストン(76)が環状蓄圧室(14)を備えたケーシング(8)に支持されていることを特徴とする請求項18または19に記載の装置。
  21. 環状ピストン(16)の両側で環状ピストン(16)の周囲で点対称に存在するように、ピストン(76)を備えたシリンダ(74)が各々設けられていることを特徴とする請求項20に記載の装置。
  22. 環状ピストン(16)の上方に、収容装置(80)が設けられており、この収容装置がピストンロッドK1、K2を介して環状ピストン(16)と接続している、環状ピストン(16)のための液圧装置から滴下する液圧油および/またはスリーブ(6)のための液圧装置から滴下する液圧油を収容することを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の装置。
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