JP3616010B2 - ハウジングの通過中に流動化するまで加熱される、プラスチック材料の流れを制御する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハウジング内をのびる流路と、流路の長さ方向に対して横方向に流路を横切って、ハウジングの穴内に長さ方向に移動される、断面が円形のプランジャとからなり、溝なしスクレーパリングが、ハウジングから突出するプランジャの部分にハウジングの外部で取り付けられ、ハウジングに結合されたストッパは、プランジャが、スクレーパリングに対して移動自在となるように、スクレーパリングに設けられる、ハウジングの通過中に流動化するまで加熱される、プラスチック材料の流れを制御する装置、特に、この種のプラスチック材料用濾過装置又は方向変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の措置として種々のものが知られている。一例が、可塑化された熱可塑性材料用の濾過装置であって、この装置では、プランジャが、濾過装置が作動状態にあるとき、流路内におかれる濾過部材を支持し、濾過部材が、可塑化されたプラスチック材料から不純物を取り除いている。別のタイプは、プラスチック材料の流れの方向を変える装置である。この場合、ハウジング内のプラスチック材料の流れは、絶えず、プランジャの長さ方向移動によって制御される。濾過装置の場合、プランジャを長さ方向に移動することにより、濾過部材をスクリーン交換位置または、逆洗位置に移動させて、濾過部材を交換または洗浄できるようにする（例えば、ＡＴ３９５８２５Ｂ及びＥＰ２５０６９５Ｂ）。方向制御装置の場合には、プランジャを移動させて、ハウジングに導入したプラスチック材料を、通常の運転状態における場合とは異なる出口を通じてハウジングから排出し、また、たとえば、仕切り弁の場合、プラスチック材料を、ハウジング中を全く通過しないようにさせる。
【０００３】
この種の装置では、たとえ、クリアランスを小さくしてできるだけ漏出が小さくなるように、プランジャをハウジング内で移動させても、プラスチック材料が、プランジャの長さ方向移動中にハウジングから漏出するのを避けることはできない。プランジャの移動中に、ハウジングの内部から強制的に引き出されたプラスチック材料は、熱と、大気中の酸素による作用とによって分解する。こうしてできた炭化物は、硬い層となり、プランジャを取り囲んで、可塑性特性をほぼ失ってしまう。スクレーパリングの目的は、プランジャをハウジングに対して長さ方向に移動する間、プランジャから漏出した材料からなる硬い層を掻き落すことにある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試験によれば、次の問題が生ずることがわかった。
ハウジングから突出するプランジャの部分は、加熱されないため、その軸線方向の非加熱部分にわたって約１００℃の温度低下にさらされる。このことは、プランジャの直径が、低下温度に従った熱膨張の減少が原因で、直径の大きさに応じて、ハウジングから突出する端部では、プランジャの他の部分よりも、数十分の１ｍｍ小となることを意味する。したがって、プランジャが、加熱されたハウジング内に入るとき、焼き付き層は、プランジャが、ハウジングの穴の径またはスクレーパリングの内径と一致するまで、ハウジングの端部またはスクレーパリングによってのみ擦り落とされる。その結果、この焼き付き層は、プランジャの冷温端に残り、プランジャのこの端部の減少した熱膨張により縮んだ直径に見合う厚さとなる。プランジャがハウジングに引き込まれているプランジャの停止中、たとえば、濾過装置の場合では濾過位置、また、方向制御装置などの通常位置では、プランジャのこの部分は、ハウジングの温度まで、温度が上がるため、それに応じて膨張する。その結果、プランジャの表面に付着した炭化プラスチックからなる被覆は、稠密化する。こうして、制御不能となり、プランジャを再び突出させることができなくなり、プランジャをつかえさせ、ひいては装置全体をつかえさせることもある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、これらの問題を解決し、冒頭に述べたような装置を、その動作がより確実化するように改善することにある。本発明は、この目的を、スクレーパリングの内径が、ハウジングの穴の径よりも小であるとともに、ハウジングから突出し、ハウジングから離れたプランジャの部分の端部の、最も温度が低い状態にある時の径よりも小にして、スクレーパリングがプランジャに絶えずテンションを掛けるようにすることによって達成する。この、スクレーパリングをプランジャに締まり嵌めするということは、プランジャが受けているのが温度による膨張または収縮にかかわらず、スクレーパリングが、絶えずプランジャにテンションを掛けることを意味する。当然ながら、このことは、相応する引っ張り応力が、スクレーパリングに生じているが、ここに起こりえる温度は、少なくともほぼわかっているので、スクレーパリング用の材料を選択することによって、特に、ここに生ずる引張り応力が、スクレーパリングを破壊させることなく吸収されるような耐熱値を選択することによって、何らの問題も生じさせないようにすることを意味する。
【０００６】
本発明によれば、スクレーパリングの内径は、好ましくは、ハウジングの穴の径よりも０．１２％ないし０．１５％だけ小にする。実験によれば、この範囲が多くの適用例に適していることが示された。
【０００７】
スクレーパリングをプランジャの部分に取り付ける場合のプリテンションの量は、優勢な条件に従って選択される。一般に、本発明の構造の場合、スクレーパリングは、プランジャに、平均接触圧１０００−２０００Ｎ／ｃｍ^２で取り付けられる。本発明の変形態様では、スクレーパリングとハウジングとの間には、プランジャの軸線方向において、ストッパにより囲まれた、０ｍｍないし４ｍｍのクリアランスが設けられる。０値、すなわち、クリアランスのない態様は、低粘度プラスチック、たとえば、ＰＥＴプリモノマーまたはワックスなどに用いる装置に適用される。これらのプラスチックの場合、プランジャが突出して、ハウジング内のプラスチック材料の圧力が高い場合には、プラスチック材料が漏出する恐れがある。この場合、軸線方向にクリアランスを持たないスクレーパリングは、パッキン押さえのように機能する。高粘度プラスチックの場合には、スクレーパリングとハウジングとの間に上述した大きさのクリアランスを設けることができ、この軸線方向のクリアランスの箇所では、漏出したプラスチック材料が、プランジャが突出すると自由に流出する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の対象を、添付図面に実施の形態として概略的に示す。
図１に示す濾過装置において、ハウジング１には、濾過すべき流動体、特に、リサイクルを行うために、不純物を取り除くべき熱可塑性材料用の流路２を備える。濾過すべき材料は、この流路２に、入口４から矢印３の方向に入る。濾過物は、ハウジング１から出口６を通って矢印５の方向に流れ出る。流路２を横切る穴７は、流路の軸線方向に対し垂直方向に伸びる。断面が円形のプランジャ８が、この穴７内で締まり嵌め状態で案内されながら長さ方向に移動可能になっている。一組のスクリーン９が、プランジャ８に組み込まれていて、プランジャには、濾過すべき材料用の入口室１０が形成され、この入口室１０は、流路２よりも直径が大きく、流路２の出口側に至る円錐台形状の出口室１２に段部１１を介して移行する。供給された材料から不純物を分離する濾過部材１３が、入口室１０と出口室１２との間に設けられる。この濾過部材１３は、実際に濾過作用を果たす層１４を備え、この濾過作用を果たす層は、分離すべき不純物をせき止める大きさの、細かな貫通口を設けられた金属板から形成できる。この濾過作用を果たす層１４は、段部１１に押し付けられた支持板１５によって補強される。この支持板は、流路状の穴１６を備え、穴の直径は、濾過作用を果たす層１４の貫通口よりもかなり大きい。
【０００９】
濾過装置と、濾過装置内を流れる可塑材料とが、所望の作業温度に保たれるようにする、電気抵抗発熱体１７が、ハウジング１の外側ケーシングに設けられる。
濾過部材１３を清掃しまたは交換することができるように、スクリーン支持体を構成するプランジャ８は、穴７により形成されるガイド内を軸線方向（双方向矢印１８）に移動できる。この移動目的のために、駆動装置（図示せず）が設けられる。この軸線方向移動により、プランジャ８の軸線方向に伸びる部分１９（図３）が、少なくとも断続的にハウジング１から突出して、その結果、加熱されなくなる。したがって、この部分１９は、ハウジング１内にあるプランジャ８の部分よりも温度が低く、あるいは、時間の経過とともに温度が低くなる。さらに、プランジャ８が上述のように軸線方向に移動することにより、溶融したプラスチック、特に、薄膜のプラスチックが、どうしても避けることのできない非締まり嵌め箇所を通って、ハウジング１の内部から引き出され、ハウジング１から突出しているプランジャの部分１９の少なくとも一部に滞留する。ハウジング１から突出しているプランジャ８の部分１９は、大気中の酸素にさらされるので、この部分にある溶融プラスチックは、分解され、短時間に炭化する。
【００１０】
このため、溶融プラスチックは、熱可塑性を失い、時間の経過とともに、このプランジャの部分１９を囲む硬い層を形成する。この硬い層は、プランジャ８がハウジング１内に戻るとき、ハウジングの端部２０により擦れ落とされるものと従来考えられてきた。しかしながら、そのようなことは、限られた部分でしか当てはまらなかった。というのは、ハウジング１から突出しているプランジャ８の部分１９は、熱可塑性材料を処理するとき、加熱されない間では約１００℃にもわたる、かなりの温度低下にさらされるからである。このことは、ハウジング１から突出しているプランジャの部分１９の端部２１（図３）の直径は、熱膨張の減少により、ハウジング１内に留まっているプランジャ８の部分の直径よりも数十分の１ミリ小さいことを意味する。したがって、炭化したプラスチック材料からなる層は、厚さが、熱膨張の上述した相違に対応したものとなり、プランジャ８がハウジング１内に戻るとき、プランジャ８の温度が低下した端部２１に滞留したままとなる。しかしながら、プランジャ８がハウジング１内に戻るとプランジャ８の温度が低下した部分１９は、ハウジング１の温度まで加熱され、それに応じて膨張する。プランジャ８の周囲に形成された炭化プラスチックの被膜は、このプランジャの膨張により稠密にされ、プランジャ８の再突出を遅らせるか妨げる。
【００１１】
このような問題を解決するため、溝なしスクレーパリング２３を、プランジャ８の自由端２１に面するハウジング１の側壁２２に、プランジャ８の長さ方向移動中、側壁２２に対して移動しないかまたはある範囲内でのみ移動できるように固定する。こうして、スクレーパリング２３により掻き取り作用をもたらして、プランジャ８がハウジング１から突出するときに、プランジャにより運ばれるプラスチック層をプランジャ８から掻き落とす。このことを、プランジャ８すなわちその部分１９があらゆる温度条件にあっても保証できるように、スクレーパリング２３は、温度変化によってもたらされる膨張または収縮に耐えるようにプランジャ８に取り付けられる。内径ｄ_２（図３）を、プランジャ８をガイドする、ハウジング１の穴７の直径ｄ_０よりも０．１２％ないし０．１５％小さくなるようにすれば十分であると証明された。この直径ｄ_０は、ハウジング１の端部２０における直径でもある。スクレーパリング２３の内径ｄ_２は、プランジャ８が突出するときに、プランジャの部分１９の最冷点（先端２１）の直径ｄ_１よりも確実に小となる。すなわち、
ｄ_１＝ ｄ_０−（ｄ_０・α・Δｔ）
となり、ここで、ｄ_０は、上述した意味であり、αは、プランジャ８の膨張係数であり、Δｔは、先端２１と、ハウジング１内に残っているプランジャ８の部分との間の温度差である。図３に示すように、この小径ｄ_１により、プランジャの端部２０に対し、先端２１に、下式で表されるクリアランスｓがもたらされる。
ｓ＝（ｄ_０−ｄ_１）／ ２
スクレーパリング２３と、掻き取るべきプランジャ８の部分１９との間の接触圧は、好ましくは、１０００ないし２０００Ｎ／ｃｍ^２の間であることが好ましい。スクレーパリング２３に生ずる引張り力が、スクレーパリング２３に用いた材料の許容耐熱値を超えないように留意する必要がある。
【００１２】
スクレーパリング２３は、ハウジング１の側壁２２に、たとえばねじ結合２４（図４）によりしっかりと固定できる。こうして、スクレーパリングは、パッキン押さえのようにハウジング１に取り付けられる。このような構造は、低粘度プラスチック、たとえば、ＰＥＴプリモノマーまたはワックスに適している。しかしながら、高粘度プラスチックの場合には、スクレーパリング２３にクリアランスを与えて、スクレーパリングが、ハウジング１に対してプランジャ８の軸線方向に移動できるようにするのがより好ましい。このクリアランス２６は、図１及び２に示した実施の形態に示してある。クリアランスは、ねじ結合２４により保持されたストッパー２５によって制限される。４ｍｍまでのクリアランスが、好適であることがわかった。プランジャ８がハウジング１から突出するとき、このクリアランス２６により、漏洩材料が、端部２０の箇所でハウジング１とプランジャ８との間で避けることのできない非締まり嵌め箇所を通じて、矢印２７の方向に流出できる。図２に示す図示の形態では、斜切面２８をスクレーパリング２３に設け、特に、濾過装置を、プランジャ８の長さ方向軸線が垂直方向に伸びるようにして、漏洩材料が下に向かって流れることができるように配置すると、漏洩材料の放出が向上する。
【００１３】
スクレーパリング２３をプランジャ８に締まり嵌めすると、上述したように、スクレーパリング２３は、プランジャ８がハウジング１から突出するとき、プランジャ８により運ばれてくる漏洩材料をプランジャの面から掻き取る。スクレーパリング２３内の中央穴３０（図３）の、ハウジング１に近接した端部２９が、主として機能を果たす。プランジャの周囲に残ってしまう材料も、プランジャ８が戻る、すなわち、ハウジング１内に引き込むとき、スクレーパリング２３の穴３０の、ハウジング１から離れた端部３１によって、プランジャ８から掻き取られる。
【００１４】
本発明による装置は、必ずしも、濾過装置として構成する必要はない。プランジャ８は、閉塞部材、たとえば、プランジャ８の軸線方向移動により流路２を閉塞する、閉塞部材の機能を有していてもよい。こうした変形形態では、プランジャ８に複数個の流路を設けて、プランジャ８が、正常な運転状態にある場合、流路２を通過する被処理材料の流れを妨げないようにし、プランジャ８がその他の運転状態にある場合には、プランジャ８を、ハウジング１に対して軸線方向に移動させて、被処理材料を、入口４からハウジング内に流入させながら、出口６以外の開口を通じてハウジングから排出させて、被処理材料の流れが、プランジャ８に設けた前記流路によって方向を変るようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラスチック材料用濾過装置として形成された装置であって、スクレーパリング用軸線方向クリアランスを備えたものの、プランジャの軸線方向断面図である。
【図２】図１に示したスクレーパリングの変形態様の断面図である。
【図３】図１に示した、ハウジングから突出するプランジャを、スクレーパリングを取り外した状態で示す概略図である。
【図４】図１に示した実施の形態において、スクレーパリング用クリアランスを設けない場合を示すものである。

Claims (5)

1. ハウジング（１）内をのびる流路（２）と、流路（２）の長さ方向に対して横方向に流路（２）を横切って、ハウジング（１）の穴（７）内に長さ方向に移動される、断面が円形のプランジャ（８）とからなり、溝なしスクレーパリング（２３）が、ハウジング（１）から突出するプランジャの部分（１９）にハウジング（１）の外部で取り付けられ、ハウジング（１）に結合されたストッパ（２５）は、プランジャ（８）が、スクレーパリングに対して移動自在となるように、スクレーパリングに設けられる、ハウジング（１）の通過中に流動化するまで加熱される、プラスチック材料の流れを制御する装置において、スクレーパリング（２３）の内径（ｄ₂）は、スクレーパリング（２３）が、プランジャに絶えずテンションを掛けるように、ハウジング（１）の穴（７）の径（ｄ₀）よりも小であるとともに、ハウジングから突出し、ハウジング（１）から離れたプランジャの部分（１９）の端部（２１）の、最も温度が低い状態にある時の径（ｄ₁）よりも小であることを特徴とする装置。
2. 前記スクレーパリング（２３）の内径（ｄ₂）は、前記ハウジング（１）の穴（７）の径（ｄ₀）よりも０．１２％乃至０．１５％小であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記スクレーパリング（２３）は、平均接触圧１０００−２０００Ｎ／ｃｍ²でプランジャ（８）に取り付けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記スクレーパリング（２３）と前記ハウジング（１）との間には、前記プランジャ（８）の軸線方向において前記ストッパ（２５）に囲まれた部分が、０ｍｍ乃至４ｍｍのクリアランス（２６）が設けられることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１に記載の装置。
5. 前記ハウジングは、前記プラスチック材料用の濾過装置又は方向変換装置であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１に記載の装置。

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