(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック材料に、前処理および後続の樹脂加工を行う装置であって、前記装置は前記材料を加工するための容器（１）を備え、前記容器（１）には、回転軸（１０）周りに回転可能であり、前記プラスチック材料を混合および加熱、さらに任意に粉砕するための少なくとも一つの混合用および／または粉砕用器具（３）が配置され、
前処理後の前記プラスチック材料を前記容器（１）の内部から取り出すための開口（８）が、容器（１）の側壁（９）に、前記混合用および／または粉砕用器具（３）と同じ高さまたは基台に最も近い最下位に位置する前記混合用および／または粉砕用器具（３）の領域に形成されており、
少なくとも一つの押出機またはコンパクタ（５）が前処理後の前記材料を受け取るために設けられ、ハウジング（１６）内で回転し、樹脂加工作用を有する少なくとも一つのスクリュー６を備え、ハウジング（１６）は、その端部（７）またはジャケット壁に、前記スクリュー（６）が前記材料を受け取るための取入れ口（８０）を有し、前記取入れ口（８０）と開口（８）は接続されており、
前記混合用および／または粉砕用器具（３）の回転方向は、前記取入れ口（８０）側において前記搬送機の搬送方向と反対方向であり、
前記ハウジング（１６）が、２つの空間的に分離したチャンバ（４０、４１）に分割されるか、または、２つの空間的に分離したチャンバ（４０、４１）があり、さらに上流にある前方チャンバ（４０）が取入れ口（８０）を有し、さらに下流にある後方チャンバ（４１）がガスを逃がすための複数個の脱気開口（４２）を有し、洗浄されて脱気された溶融物のための出口開口（４３）も備え、
前記２つのチャンバ（４０、４１）が、前記溶融物が通過する少なくとも１つの溶融物濾過機（４５）がある少なくとも１つの流路（４４）を介して互いに接続されており、
前記押出機（５）の搬送方向において、各脱気開口（４２）が、前記後方チャンバ（４１）内への各流路（４４）の取入れ開口（４６）よりも下流でかつ前記出口開口（４３）よりも上流に位置しており、
前記押出機（５）の中心軸線（１５）または前記取入れ口（８０）に最も近い前記スクリュー（６）の軸線を、前記押出機（５）の搬送方向（１７）の反対方向に仮想的に延長した延長線が、前記回転軸（１０）と交差はせず、前記混合用および／または粉砕用器具（３）の回転方向または移動方向（１２）の流出側では、前記押出機（５）の軸線（１５）または前記取入れ口（８０）に最も近い前記スクリュー（６）の軸線と、前記軸線（１５）に平行かつ前記押出機（５）の搬送方向（１７）で前記混合用および／または粉砕用器具（３）の回転軸（１０）から外方へ向かう前記容器（１）における半径（１１）との間にはオフセット距離（１８）が存在し、
最上流に位置しかつ前記溶融物濾過機（４５）につながる前記流路（４４）の前記ハウジング（１６）に形成された前記出口開口（４７）に対してスクリューの搬送方向下流に位置する取入れ口（８０）の端縁（２０’）から測定される前方チャンバ（４０）におけるスクリュー（６）の長さ（Ｌ）が、前記スクリュー（６）の公称径（ｄ）の１０から４０倍、望ましくは１５から３０倍の範囲にあり、
前記後方チャンバ（４１）内の前記流路（４４）の前記開口（４６）から、最上流に位置する前記脱気開口（４２）までの距離が、前記スクリュー（６）の公称径（ｄ）の１．５から１５倍、望ましくは３から１２倍の範囲にある、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記後方チャンバ（４１）内の前記流路（４４）の前記開口（４６）の後かつ最上流に位置する前記脱気開口（４２）の前の下流において、前記濾過された溶融物を均質化するために接続された均質化ユニット（４８）がある、または、この領域において、前記スクリュー（６）が前記溶融物の均質化をもたらすねじ山形状を有し、前記溶融物が、望ましくは激しい剪断応力および引っ張り応力を受け、極めて加速される、ことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の装置であって、前記スクリュー（６）が、上流に位置しかつ前記溶融物が剪断を受ける部分を有するとともに、その下流に位置しかつ前記溶融物が混合される他の部分を有する、ことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記容器（１）、前記押出機（５）、前記チャンバ（４０、４１）、前記溶融物濾過機（４５）および前記脱気開口（４２）が、軸線方向に順次形成されるか、または、共通の長手軸線（１５）上にあるか、または、共通の長手軸線（１５）まわりにある、ことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記後方チャンバ（４１）内の前記流路（４４）の前記取入れ開口（４６）と最上流に位置する前記脱気開口（４２）との間において、前記スクリューが、減圧作用を有して設計されているか、または、前記脱気開口（４２）まで延在する非加圧ゾーンを生み出すねじ山形状を有する、ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記混合用および／または粉砕用器具（３）の径方向最も外側の点の回転方向（１９）における方向ベクトルと、前記押出機（５）の搬送方向における方向ベクトル（１７）の間の角度（α）は、前記混合用および／または粉砕用器具（３）の回転方向または移動方向（１２）に対して上流側の前記開口（８）における流入側縁部で二つの前記方向ベクトル（１７、１９）が交差する点（２０）で測定された場合、９０°以上かつ１８０°以下の範囲である、ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記回転方向または移動方向（１２）における方向ベクトル（１９）と、前記押出機（５）の搬送方向における方向ベクトル（１７）の間の角度（β）は、前記開口（８）の中間位置にある二つの前記方向ベクトル（１７、１９）が交差する点で測定された場合、１７０°から１８０°の範囲である、ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記距離（１８）は、前記押出機（５）またはスクリュー（６）のハウジング（１６）内径の２分の１と同等またはそれよりも大きく、および／または、前記容器（１）の半径の７％以上又は２０％以上であり、前記距離（１８）は、前記容器（１）の半径と同じまたはそれより大きい、ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記押出機（５）の軸線（１５）を、前記搬送方向の反対方向に仮想的に延長した延長線は、前記容器（１）内部のスペースを、少なくとも一部において、前記容器（１）の断面に対して割線状に通過する、ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記押出機（５）は、前記容器（１）に対して接線方向に取り付けられているか、または前記容器（１）の断面に対して接線方向に沿っており、または、前記押出機（５）またはスクリュー（６）の軸線（１５）、または前記取入れ口（８０）に最も近い前記スクリュー（６）の軸線は、容器（１）の側壁（９）の内側、または前記ハウジング（１６）の内壁、または前記スクリュー（６）の包絡端に対して接線方向に沿っており、前記スクリュー（６）の端部（７）に駆動機が接続され、前記スクリューが、その反対端において、前記ハウジング（１６）の端部に設けられた排出口へ搬送を行う、ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記開口（８）と取入れ口（８０）との間を、分離しないように、移送部または搬送スクリューを介在させずに直接接続する、ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記混合用および／または粉砕用器具（３）は、前記回転方向または移動方向（１２）に前記プラスチック材料に粉砕、切断および加熱作用有する器具および／またはブレード（１４）を備え、前記器具および／またはブレード（１４）は、基底面（２）に平行に配置される搬送ディスク（１３）である、回転可能な器具搬送機（１３）に配置または形成される、ことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記混合用および／または粉砕用器具（３）またはブレード（１４）の、前記回転方向または移動方向（１２）における前方領域または前方縁部（２２）の形成、構成、曲率および／または配置の態様は、前記回転方向または移動方向（１２）における後方領域と異なっている、ことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記容器（１）はその断面が円形の円筒形状を有し、基底水準面（２）とこれに対して垂直方向のシリンダージャケットの形状を有する側壁（９）を有し、および／または前記混合用および／または粉砕用器具（３）の回転軸（１０）が前記容器（１）の中心軸線と一致し、および／または前記回転軸（１０）または中心軸線が前記基底面（２）に対して、垂直および／または法線方向である、ことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれかの請求項に記載の装置であって、最下位に位置する前記器具搬送機（１３）または最下位に位置する前記混合用および／または粉砕用器具（３）および／または前記開口（８）は、前記容器（１）の高さ寸法の下から４分の１の領域において、前記基底面（２）から１０ｍｍ〜４００ｍｍの距離を置いて、前記基台に近接して配置される、ことを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記押出機（５）は一つの圧縮スクリュー（６）を有する一軸スクリュー押出機（６）、または二軸／多軸スクリュー押出機であり、各前記スクリュー（６）の直径ｄはすべて同一である、ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載の装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の方法および同様の形態の装置は、先行技術から既に長く公知である。例えば、まず、任意に低減した圧力にさらしながら高温でカッターコンパクタにおいてリサイクルされる予定のプラスチック材料を処理した後、押出機において溶融し、溶融物を濾過した後に脱気し、最後に、例えばペレット化にさらされることが知られている。そのような方法を実行する装置は、例えば欧州特許第１２３７７１号明細書、欧州特許第３９０８７３号明細書またはオーストリア特許第３９６９００号明細書から公知である。
【０００３】
また、例えば溶融物の脱気などの個々のステップを最適化するための既存の多数の方法および装置がある。したがって、例えば、プラスチック材料の信頼性の高い脱気を確実にするために、非加圧ゾーンが脱気開口前に設けられることができる。外来固形物質および／または溶融していない残留ポリマーを除去するために、既存の様々な溶融物濾過の多数の実施形態もある。
【０００４】
これらすべては、主に最終品の質を高めるのに役立つ。
【０００５】
導入部分において述べられた公知のカッターコンパクタおよび容器に共通する特徴としては、混合・粉砕用器具の搬送方向や回転方向、材料の粒子が受け器（受け容器）内を循環する方向、押出機の搬送方向が、基本的に同一もしくは同様の向きを有する。これは、できるだけ多くの材料をスクリューへ送り込んだり、スクリューを強制循環させるために意図的に選択された構成である。また、搬送スクリューや押出機のスクリューにその搬送方向に粒子を送り込むことは自明であり、当業者が精通した考えである。これの意味するところは、粒子はその移動方向を反転する必要はなく、したがって、方向を転換する力を別に加える必要がない、ということである。これまで、また今後の進展においても、その目標は常に、スクリューへの充填量を最大化することと、送り込み作用を向上することである。例えば、押出機の取入れ領域を円錐状に拡大したり、粉砕用器具を鎌の形状に湾曲させ籠手のように用いて軟化材料をスクリューへ供給する等、様々な試みがなされた。押出機が流入側において、容器に対して径方向位置から接線方向位置まで変位すると、さらに送り込み作用が高まり、プラスチック材料を循環用器具から押出機へと運んだり送り込んだりする力が強くなる。
【０００６】
このように構成された装置は原則、その機能や動作は概ね満足のいくものであるが、以下に述べる問題が繰り返し発生している。
【０００７】
例えば、ＰＥＴ繊維やＰＥＴ箔等のエネルギー量の低い材料や、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等の低温で粘着したり軟らかくなったりする材料では、同じ向きに各部が移動することで、プラスチック材料が圧力下で押出機の取入れ領域に意図的に送り込まれると、材料がその直後押出機の取入れ領域で溶融を始めてしまうことが、何度も確認されている。このことによって、まず、押出機の搬送作用が弱まり、次に、前記溶融物がカッターコンパクタや受け器の領域に逆流することもあり、その結果、まだ溶融していないフレークが溶融物に付着する。溶融物は冷却されて部分的に固化し、その結果、この固化した溶融物や固形プラスチック材料が凝集したり、団塊が形成される。これにより、押出機が材料を取入れたり、混合・粉砕用器具が粘結させたりする作業が妨害されることになる。さらに、スクリューへの充填が十分に行われないことから、押出機の処理量が低下する結果にもつながる。また、混合・粉砕用器具の移動が抑えられる可能性もある。その様な場合、通常、システムを停止して徹底的に洗浄する必要がある。
【０００８】
また、すでに溶融域近くまでカッターコンパクタで加熱されているポリマー材料でも問題は起こる。取入れ領域への充填量が過剰であると、材料が溶融して上手く取入れることができない。
【０００９】
また、繊維材料でも問題はある。繊維材料はその多くが配向性を持ち線形であり、例えば、短冊状に切断されたプラスチック箔のように、ある程度縦に長く厚みや剛性が小さかったりする。ある程度縦に長く厚みや剛性が小さかったりする。細長い材料は、スクリューの取入れ口の流出端に留まり、短冊片の一端が受け器に延出し、その他端が取入れ領域に延出する。混合用器具やスクリューは同じ向きに移動しており、材料に対して同じ搬送方向や圧力を付与するため、短冊片は、その両端が同方向に張力や圧力を受け、取り除くのが不可能になる。その結果、前述の領域に材料が集積して取入れ口の断面が狭まり、取入れ性能が低下し、また、最終的に処理量の低下にもつながる。この領域でフィード圧が高まると、さらに溶融が起き、本明細書の導入部分で述べた問題につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許第１２３７７１号明細書
【特許文献２】欧州特許第３０３９２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、高品質の最終品を生み出すプラスチックのリサイクル用に改善した装置であって、高生産性および高処理量を有して動作可能である装置を提供することを、目的とする。
【００１２】
請求項１に記載の特徴により、本明細書の導入部分で説明した構成の装置において、この目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第一に、押出機が一つのスクリューを有する場合は押出機の中心軸線、または押出機が二つ以上のスクリューを有する場合は取入れ口に最も近いスクリューの軸線を、押出機の搬送方向の反対方向に仮想的に延長した延長線は、回転軸を通過するが交差はしない。流出側では、押出機が一つのスクリューを有する場合は押出機の軸線、または取入れ口に最も近いスクリューの軸線と、該軸線に平行かつ押出機の搬送方向で混合用および／または粉砕用器具の回転軸から外方へ向かう、容器に関連する半径との間には、オフセット距離が存在する。
【００１４】
したがって、従来技術からわかるように、混合用器具の搬送方向と押出機の搬送方向は同じ向きではなく、わずかに逆向きであり、本明細書の導入部分で述べた送り込み作用は、これによって低下する。公知の装置と比較して、混合・粉砕用器具の回転方向を意図的に反転させることで、取入れ領域のフィード圧は低下し、過剰充填のリスクは下がる。こうして、余分な材料が過度の圧力で押出機の取入れ領域に送り込まれることがない。一方、取入れ領域に常に十分な材料がある状態で、それ以上の加圧を小さくするかゼロにすることで、むしろ該領域から材料の余剰分が除去されることになる。この方法では、スクリューへの過剰充填や、その結果材料の溶融を引き起こす局所的圧力ピークの発生を抑えることで、押出機スクリューへ適量が充填され、かつスクリューが十分な材料を安定して取入れることが可能になる。
【００１５】
このように、押出機の取入れ領域の材料が溶融することを防ぎ、作業効率を向上させ、メインテナンス作業の回数を減らし、修理や洗浄による動作不能時間を減らすことができる。
【００１６】
フィード圧が下がることで、可動部位はスクリューの充填度を規制するように用いられてよりきめ細かく作用し、スクリューの充填度をより正確に調整することができる。こうすることで、特に、比較的重量の大きい材料、例えば、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）やＰＥＴ等から成る粉砕再生材料の場合、システムを作動する理想点を特定することがより容易になる。
【００１７】
また、本発明では、混合用および／または粉砕用器具の回転方向は、取入れ口側において押出機又は搬送機の搬送方向と反対方向に作動することで、すでにほぼ溶融点まで軟化した材料の取入れがより効率的に行える、という利点があることもわかった。特に材料がすでにドウ状または軟化状態にある場合、スクリューは材料を、容器の壁部に隣接するダウ状リングから切断する。押出機スクリューの搬送方向に回転する場合、このリングは前方に押されてスクリューによる外層の除去が不可能になり、その結果、取入れ作業が損なわれる。本発明では、回転方向を反転することで、この問題を回避する。
【００１８】
さらに、上述された短冊形態または繊維の材料を処理する場合にこれらの材料が留まったり集積したりする現象は、まったく起こらないか、起こっても簡単に解決可能である。その理由としては、流出側または下流側で混合用器具の回転方向に位置する開口縁部では、混合用器具の方向ベクトルや押出機の方向ベクトルは、ほぼ反対方向またはわずかに逆の方向を指し示し、細長い短冊片は屈曲することなく前記縁部で保持され、受け器内の混合渦に再び同伴されるからである。
【００１９】
本発明による全体的な作用効果としては、取入れ性能が向上し、処理量が著しく増えることである。カッターコンパクタや押出機を備えるシステム全体の安定性や性能はこうして向上する。
【００２０】
最上流に位置しかつ溶融物濾過機につながる流路のハウジングに形成された開口に対してスクリューの搬送方向下流に位置する取入れ口端縁から測定される前方チャンバにおけるスクリューの長さＬが、スクリューの平均公称径ｄの１０から４０倍の範囲にあるようにさらなる実施が行われる。
【００２１】
後方チャンバ内の流路の開口から最上流に位置する脱気開口までの距離が、スクリューの平均公称径の１．５から１５倍の範囲にあるようにさらなる実施が行われる。
【００２２】
逆方向回転を有するカッターコンパクタを設けることにより、比較的高温で動作することができ、材料のより効率的な均質化を達成することができるということが、驚くべきことに明らかになっている。したがって、溶融物濾過までまたは最も早い地点における溶融物濾過構造までの距離を短縮することができる。さらに、温度増加の結果として、脱気が改善され、最初の脱気開口までの部分を短縮することもできる。比較的高温でのカッターコンパクタにおける材料の処理は、この早い領域で揮発性ガスが材料から離れるのを可能とする。これは、通常はフィルム状材料または粉砕ストック状材料の形態である粒子の表面積が大きい場合に特に効率的であり、したがって、水分または揮発性物質が材料からより容易に逃げることが可能となり、集中的混合の結果として、粒子は繰り返し到達するかまたは繰り返し交換され、したがって、ガスは容易に容器から離れることが可能となる。この理由のために、少数の揮発性物質しか溶融されることになる材料に残留せず、それゆえに、溶融物はより効率的に脱気されることができる。
【００２３】
したがって、より高品質の溶融物、したがって最終品により、本装置の構成は、より簡便になり、短縮される。
【００２４】
以下の特徴により、本発明のさらに有利な実施形態を説明する。
【００２５】
本発明の１つの有用な実施形態によれば、濾過された溶融物を均質化する均質化ユニットは、後方チャンバ内の流路の開口の後および最上流に位置する脱気開口の前方の下流に接続される。ここで、溶融物は、激しい剪断応力および引っ張り応力を受け、極めて加速される。あるいは、この領域において、スクリューは、溶融物の均質化をもたらすねじ山形状を有する。
【００２６】
濾過の後までに均質化ステップが起こらないが溶融物の脱気前には起こる場合には、このようにして均質化がいかなる粗悪な不純物や外来固形物質またはプラスチックの溶融していないクラスタによって逆に影響を受けず、溶融物からの気泡のほぼ完全な除去の可能性とともに、後続の脱気動作が効果的かつ効率的に同時に達成されることができることから有用である。このようにして、様々な後作業に使用可能な高品質の最終材料を実現することができる。
【００２７】
これに関連して、均質化ユニット、より具体的にはスクリューが、溶融物が剪断される望ましくは上流に位置する部分を有するとともに、溶融物が混合される望ましくは下流に位置する他の部分を有する場合には有用である。
【００２８】
均質化の動作は、比較的複雑なものである。ここで、混合物の温度の同時増加及び剪断が低い部分と剪断された部分の同時混合とともに、材料が剪断のみならず後続の混合も受ける場合には有用である。このようにして、後に最適で効果的な脱気を受ける微細に分割されて非常に小さな混入物質を有する均一な混合物を達成することができる。
【００２９】
さらに有用な処理形態によれば、均質化中または少なくとも均質化の終わりかつ脱気の開始前における材料または混合物の温度が、すべての他の処理ステップにおける温度と少なくとも同じ程度に高いか、望ましくはより高いという実施が行われる。
【００３０】
構造的に有用なプラントは、容器、押出機、チャンバ、溶融物濾過機、均質化ユニットおよび脱気開口が、軸線方向に順次形成されるか、または、共通の長手軸線上にあるか、または、共通の長手軸線まわりにあるというものである。これにより、装置全体が非常に狭くスペースの節約になる。
【００３１】
チャンバを互いに分離する１つの効果的な手段は、スクリューの周囲に設けられた裏搬送スレッドによって分離されるべき２つのチャンバについてのものである。
【００３２】
これに関連して、流路の開口が、それぞれ、裏搬送スレッドの直前および直後のそれぞれに開口する場合には有用である。
【００３３】
脱気を強化するために、後方チャンバ内の流路の開口と最上流に位置する脱気開口との間におけるスクリューは、減圧作用を有して設計されてもよく、または、望ましくは脱気開口まで延在する非加圧ゾーンを生み出すねじ山形状を有してもよい。
【００３４】
本発明の有利な展開の一つとしては、混合用および／または粉砕用器具の径方向最も外方の点で描かれる円、または開口を通過して移送されるプラスチック材料に対して接線方向かつ受け器の半径に対して法線方向であり、混合用および／または粉砕用器具の移動方向または回転方向を指し示す方向ベクトル（回転方向における方向ベクトル）と、開口の全領域または個々の点、または開口の径方向すぐ手前の全領域または個々の点における押出機の搬送方向における方向ベクトルのスカラー積が、ゼロまたはマイナス値であるように、押出機が受け器上に配置されている。開口の径方向すぐ手前に位置する領域とは、開口をまさに通過しようとしている未通過材料が位置する開口手前の領域である。本明細書の導入部分で挙げた有用性はこのようにして実現され、送り込み作用によって発生する取入れ口の領域での凝集をすべて有効に防ぐことができる。ここで、混合用器具とスクリューを互いに対してどう空間配置するかに依存するものではなく、例えば、回転軸の方向は、基底面や押出機やスクリューの軸線に対して法線方向である必要はない。回転方向における方向ベクトルや搬送方向における方向ベクトルは、好ましくは、水平面、または回転軸に対して法線方向になるように方向づけられた面内に存在する。
【００３５】
他の有用な形成態様としては、混合用および／または粉砕用器具の回転方向における方向ベクトルと、押出機の搬送方向における方向ベクトルの間の角度は、回転方向または移動方向の上流側に位置する開口における縁部、特に該縁部または開口上にあって最上流側に位置する点におけるこの二つの方向ベクトルの交差する点で測定された場合、９０°以上かつ１８０°以下の範囲である。効果を得るには、押出機を受け器上に配置する際の角度範囲をこのように構成する必要がある。開口の全領域またはその個々の点において、材料に作用する力はわずかに逆向きに作用し、極端な場合、この力の作用の向きは圧力が中和される垂直方向となる。混合用器具とスクリューの方向ベクトルのスカラー積は、開口のどの点においてもプラス値ではなく、開口の領域では、たとえその一部の領域であっても、送り込み作用が過剰になることはない。
【００３６】
本発明の他の有用な形成態様としては、回転方向または移動方向における方向ベクトルと、搬送方向における方向ベクトルの間の角度は、開口の中間位置にある二つの方向ベクトルが交差する点で測定された場合、１７０°から１８０°の範囲である。これは、押出機がカッターコンパクタ上に接線方向に配置される場合の構成例である。
【００３７】
送り込み作用が必要以上に大きくならないように、軸線と径との間の距離またはオフセットは、押出機またはスクリューのハウジングの内径の２分の１以上とするのが望ましい。
【００３８】
上記目的を達成するには、軸線と径との間の距離またはオフセットを、受け器の半径の７％以上とするのがさらに望ましく、２０％以上とするのが特に望ましい。長い取入れ領域や溝付きブッシュや延長ホッパーを有する押出機の場合、この距離またはオフセットを、受け器の半径と同等かそれ以上とすることが望ましい。この構成は、特に、押出機が受け器に対して接線方向に取り付けられるか、容器の断面に対して接線方向に沿っている場合にも、当てはまる。
【００３９】
ここで特に望ましい実施形態において、押出機またはスクリューの軸線、または取入れ口に最も近いスクリューの軸線は、容器の側壁の内側、またはハウジングの内壁、またはスクリューの包絡線に対して接線方向に沿っている。好ましくは、スクリューの端部に駆動機が接続され、スクリューがその反対端において、排出口、具体的には、押出機のヘッド部であってハウジングの端部に設けられた排出口へ搬送を行う。
【００４０】
径方向にオフセットされているが、接線方向に設けられていない押出機の場合、押出機の軸線を搬送方向の反対方向に仮想的に延長した延長線が、受け器内部のスペースを、少なくともその一部において、割線状に通過することが望ましい。
【００４１】
開口と取入れ口との間を、互いから分離したり搬送スクリュー等の移送部をその間に介在させずに、直接接続することが望ましい。こうすることで、材料を効果的かつ非侵襲的に移送することができる。
【００４２】
容器内を循環する混合・粉砕用器具の回転方向は、無作為な行為や過失で反転するものではない。混合・粉砕用器具は一定方向に非対称または方向性をもって配置されており、これらの器具は一方側または一方向のみに作用する。そのため、−公知の装置や本発明の装置であっても−混合用器具を単に反対方向に回転させるのは可能ではない。仮に、このように構成された装置を間違った方向に意図して回転させた場合、良好な混合渦が形成されず、材料の粉砕や加熱が十分に行われない。したがって、各カッターコンパクタでは、混合・粉砕用器具は所定の回転方向が変更不可となっている。
【００４３】
このことに関連して、混合用および／または粉砕用器具における、プラスチック材料に作用し、回転方向または移動方向を指し示す前方領域または前方縁部の形成、構成、曲率および／または配置の態様は、回転方向または移動方向後部に位置する各領域と比較して違っていることが、特に望ましい。
【００４４】
この場合、混合用および／または粉砕用器具上において、その構造がプラスチック材料を回転方向または移動方向に加熱、粉砕、および／または切断する器具および／またはブレードを有することが、望ましい。これらの器具やブレードは、軸に直接締結されるか、好ましくは、回転可能な器具搬送機、またはそれぞれ基底面に平行に配置された搬送ディスクに配置されるか、またはこれらの内部に、例えば、一体成形して設けられる。
【００４５】
原則として、こういった効果は、非常に圧縮混合用押出機や凝集器だけでなく、圧縮作用が小さい搬送スクリューからも得られる。繰り返して言うが、局所的な過剰供給の発生が抑えられる。
【００４６】
他の有用な形成態様として、受け器が、基本的に円筒形状であり、受け器は、基底水準面と、これに対して垂直方向のシリンダージャケットの形状を有する側壁を有する。他の基本的な設計として、回転軸が受け器の中心軸線と一致している。他の有用な形成態様として、容器の回転軸または中心軸線が、基底面に対して垂直方向および／または法線方向である。これらの配置構成により、安定した簡単な構造を有する装置により、取入れ性能が最適化される。
【００４７】
これに関連して、混合用および／または粉砕用具、または混合用および／または粉砕用具が互いに重ねて載置されて複数設けられる場合は基台の最も近くに位置する最下位の混合用および／または粉砕用具が、特に受け器の高さ寸法の下から４分の１の領域に、基底面から小さな距離を置いて配置され、開口が同様に配置されることが、望ましい。上記の距離は、開口または取入れ口の最下位の縁部から、容器の縁部における容器台まで測定された距離である。隅にある縁部は幾分丸められており、したがって、該距離は、開口の最下位の縁部から、側壁を下方へ仮想的に延長した延長線にそって、容器台を仮想的に外方へ延長した延長線までの距離を測定する。該距離の適切な範囲は、１０〜４００ｍｍである。
【００４８】
処理装置の他の有用な実施形態において、混合用および／または粉砕用器具の径方向最も外側の縁部が側壁にほぼ達する。
【００４９】
断面を円形とする円筒形状は、実用性や製造技術の観点から有用な形状ではあるが、容器は必ずしもこの形状である必要はない。容器の形状として、断面を円形とする円筒形状の変形、例えば、円錐台の形状や平面視で楕円形の円筒形状を採用する場合、例示した形状容器の高さ寸法はその直径と同等であると想定の上、容積が同じで断面が円形の円筒状容器に換算・計算する必要がある。混合渦（安全上必要な距離を考慮した）を上回る容器の高さ寸法は、材料の加工に貢献することがなく不必要であるため、除外する。
【００５０】
本文書における押出機とは、材料の完全な溶融に使用される押出機を意味する。
【００５１】
後続の図面の例示はすべて、圧縮一軸スクリュー押出機を示す。別の選択肢として、少なくとも同等の直径ｄを有する同一のスクリューを複数備えた、二軸・多軸スクリュー押出機を用いることもできる。
【００５２】
本発明の他の特徴や作用効果は、本発明主題の実施例の記述から明らかであるが、これらの実施例は本発明に何ら限定を加えるものではなく、図面は原寸表示ではない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、ほぼ接線方向に取り付けられた押出機を備える本発明の装置の縦断面図である。
【図２】図２は図１の実施形態の横断面図である。
【図３】図３は、オフセットが最小化された別の実施形態を示す。
【図４】図４は、オフセットが比較的大きい別の実施形態を示す。
【図５ａ】図５ａは、異なる視点からの装置の別の実施形態を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、異なる視点からの装置の別の実施形態を示す。
【図５ｃ】図５ｃは、異なる視点からの装置の別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
各図面では、容器、スクリュー、混合用器具はいずれも、それ単体または互いと比較して原寸での図示ではく、ほとんどの場合、容器やスクリューの実寸は図示より大きい。
【００５５】
図１と図２に示す、プラスチック材料の処理またはリサイクルに有用なカッターコンパクタと押出機が組み合わされた装置は、断面が円形の円筒形状を有する容器、カッターコンパクタ、または粉砕機１と、水平方向基底水準面２と、これに対して法線方向のシリンダージャケットの形状を有する垂直側壁９を備える。
【００５６】
器具搬送機１３または基底面２に平行な基準搬送ディスクが、基底面２から若干離間して設けられている。その離間距離は、−基底面２から側壁９の最も外側の縁部まで測定した場合−側壁９の高さ寸法の最大約１０〜２０％またはそれ以下の小さな距離である。この搬送機またはディスクは、矢印１２で示す回転方向または移動方向１２に、容器１の中心軸線でもある回転中心軸線１０周りに回転可能とされている。容器１の下に設置されたモーター２１によって、搬送ディスク１３が駆動される。搬送ディスク１３の上側に、カッターブレード等のブレードまたは器具１４が配置され、搬送ディスク１３とともに混合用および／または粉砕用器具３を構成する。
【００５７】
図に示すように、搬送ディスク１３上に設けられるブレード１４は対称配置ではなく、プラスチック材料に対して特定の機械的作用を発揮できるように、回転方向または移動方向１２に面したその前方縁部２２において、特定の態様で形成、構成、配置が行われる。混合用・粉砕用器具３の径方向最も外側の縁部は、側壁９の内面に比較的近い点、この内面から容器１の半径１１の約５％程度離間した点に到達する。
【００５８】
容器１は、その頂部近くに、例えばプラスチック箔の部位等の加工対象製品が、矢印で示す方向に搬送機で装入される装入用開口を有する。容器１は密閉された容器であってもよく、この場合、バルブシステムを介して導入された材料を少なくとも産業用真空機で排出可能であればよい。前記製品は、循環している混合用および／または粉砕用器具３で受け取られて上昇し、混合渦３０を形成する。該製品は垂直側壁９に沿って上昇し、有効な容器高さ寸法Ｈの領域のあたりで、容器の内部かつ下方へ、その中心領域に向かって重力により後退する。容器１の有効高さ寸法Ｈは、その内径Ｄとほぼ同等ある。容器１では、混合渦３０が上記のように形成され、材料はこの渦内を、上下方向かつ回転方向１２に循環される。混合用・粉砕用器具３またはブレード１４をこのように配置することで、この構成の装置は所定の回転方向または移動方向１２のみに作動し、回転方向１２は何らかの変更を加えない限りは、容易に反転することはない。
【００５９】
循環している混合用・粉砕用器具３は、導入されたプラスチック材料を粉砕・混合し、導入された機械的摩擦エネルギーを用いてこのプラスチック材料を加熱・軟化するが、溶融はしない。容器１で一定の滞留時間が経過後、均質化かつ軟化されてドウ状になってはいるが溶融はしていない材料は、以下に詳しく説明するように、開口８を介して容器１から取り出され、押出機５の取入れ領域へ運ばれて、そこでスクリュー６で受け取られ、その後溶融される。
【００６０】
本例では、前記開口８は、容器１の側壁９に、混合用・粉砕用器具３と同じ高さ位置に形成され、前処理の済んだプラスチック材料はこの開口を介して容器１の内部から取り出される。該材料は容器１上に接線方向に配置された一軸スクリュー押出機５へと運ばれる。押出機５のハウジング１６は、そのジャケット壁に取入れ口８０を有し、この取入れ口８０を介して材料がスクリュー６によって受け取られる。この実施形態の有利な点は、図に示すスクリュー６の上端が駆動機の影響を受けないように、スクリュー６が駆動機によって図に示す下方端から駆動される、ことである。可塑化または凝集化したプラスチック材料は、排出用開口を介してスクリュー６により搬送されるが、この排出用開口は、例えば、図示されない押出機のヘッド部として、前記上端に配置される。したがって、スクリュー６は、この排出用開口を介して、プラスチック材料を屈折させることなく搬送することができる。この構成は、図３と４に示す実施形態では実現しにくい。
【００６１】
取入れ口８０と開口８の間は、材料の搬送や移送をするために接続されており、本例では、取入れ口８０は、分離しないように、延長部材を介在させずに直接開口８と接続されている。非常に短い移送領域が設けられているだけである。
【００６２】
ハウジング１６には、圧縮作用を有するスクリュー６が設けられ、その軸線１５周りに回転可能に取り付けられている。スクリュー６の軸線１５と押出機５の軸線は一致する。押出機５は、材料を矢印１７の方向に搬送する。押出機５は、従来より周知の押出機であり、軟化されたプラスチック材料を圧縮・溶融し、溶融物は反対側端の押出機ヘッド部において排出される。
【００６３】
混合用および／または粉砕用器具３またはブレード１４は、押出機５の中心軸線１５とほぼ同じ高さに設けられている。ブレード１４の最も外側の端部はスクリュー６のねじ山から十分離間している。
【００６４】
図１と２に示す実施形態では、前述したように、押出機５は、容器１に対して接線方向に取り付けられているか、その断面に対して接線方向に沿っている。図面では、押出機５またはスクリュー６の中心軸線１５の、押出機５の搬送方向１７の反対方向から後方へ向かう仮想的延長線は、回転軸１０を通過するが、この軸と交差しない。流出側では、押出機５またはスクリュー６の軸線１５と、軸線１５に平行な容器１に関連する半径１１との間に、オフセット距離１８が存在し、混合用・粉砕用器具３の回転軸１０から搬送機５の搬送方向１７に外方へ向かう。本例では、押出機５の軸線１５の後方へ向かう仮想的延長線は、容器１内部のスペースを完全には通過せず、その通過は短い距離にとどまる。
【００６５】
距離１８は、容器１の半径より多少大きくなっている。したがって、押出機５は外方に若干オフセットしているか、または、取入れ領域の深さ寸法が多少大きくなっている。
【００６６】
本明細書の「反対」や「反〜」「逆向き」の表現は、以下に詳細に説明するように、ベクトルの方向の内、互いに対して非鋭角なベクトル方向を指す。
【００６７】
言い換えれば、回転方向１２における、その向きが混合用および／または粉砕用器具３の最も外側の点により描かれる円または開口８を通過するプラスチック材料に対して接線方向にあり、混合用および／または粉砕用器具３の移動方向または回転方向１２を指し示す方向ベクトル１９と、搬送機５の搬送方向における、中心軸線１５に平行な搬送方向に向かう方向ベクトル１７のスカラー積が、開口８の個々の点、また開口８の径方向すぐ手前の領域ではどの地点においてもすべてゼロまたはマイナス値であり、プラス値ではない。
【００６８】
図１と２に示す取入れ口の場合、回転方向１２の方向ベクトル１９と搬送方向の方向ベクトル１７の前記スカラー積が、開口８の各点において、すべてマイナスである。
【００６９】
回転方向１２の上流側に位置する開口８の点２０、または回転方向１２に対してさらに上流側に位置する開口８の縁部のどちらかで測定される、搬送方向の方向ベクトル１７と回転方向１９の方向ベクトルの間の角度αは、最大で約１７０°である。
【００７０】
図２に示す開口８に沿って下方、すなわち回転方向１２へ進むにつれて、二つの方向ベクトル間の傾斜角は次第に大きくなる。開口８の中心部では、方向ベクトル間の角度は約１８０°であり、上述のスカラー積は最大のマイナス値を示す。そこからさらに下方では、該角度は１８０°より大きくなり、スカラー積は小さくなるが、依然マイナス値のままである。しかし、これらの角度は、点２０で測定されたものではないため、角度αとは呼ばれない。
【００７１】
図２の図示にはないが、開口８の中心部で測定される、回転方向１９の方向ベクトルと搬送方向１７の方向ベクトルの間の角度βは、約１７８°〜１８０°である。
【００７２】
図２の装置は、第１の極限例または極値を表す。この配置構成により、かなり非侵襲的な送り込み作用や非常に有意な材料供給が可能になり、このように構成された装置は、溶融温度範囲近くで処理される有感材料や長い短冊状の材料には特に有用な装置である。
【００７３】
材料の溶融が起こる部分は、特に図２において明確に示されている。同様の装置もまた、側断面図において図５ｃに示されている。
【００７４】
スクリュー６が回転するハウジング１６は、例えば裏搬送スレッド（図５）などの障壁要素４９によって流体的に互いに分離された２つの空間的に分離した隣接するチャンバ４０、４１に分割される。さらに上流に位置して容器１に近い前方チャンバ４０において、スクリュー６の第１のスクリュー部と、容器１からスクリュー６に材料が入れられる取入れ口８０もある。さらに下流に位置する後方チャンバ４１において、第２のスクリュー部があり、また、ガスを逃がすための少なくとも１つの脱気開口４２と、洗浄されて脱気された溶融物が押出機５から出る端部に位置する出口開口４３もある。
【００７５】
２つのチャンバ４０、４１は、少なくとも１つの流路４４を介して互いに流体的に接続されている。この流路４４に形成されているものは、溶融物が必然的に通過する溶融物濾過機４５である。押出機５の搬送方向にみえる脱気開口４２は、後方チャンバ４１内の流路４４の開口４６の後の下流かつ出口開口４３の前方の上流に位置している。
【００７６】
スクリュー６内で容器１を通過する材料は、第１のスクリュー部または前方チャンバ４０において溶融された後、流路４４内の開口４７を通過し、溶融物濾過機４５によって濾過される。そして、濾過された溶融物は、第２のスクリュー部または第２のチャンバ４１内の開口４６を通過する。
【００７７】
その後、溶融物は、均質化ユニット４８に入る。これは、一般に、例えばスクリューのような回転体であり、その設計は、所定の一連の剪断領域および混合領域を呈する。ポリマーを均質化するための徹底的な混合は、回転体内部またはスクリューまたは対応するスクリュー部における複雑な流動状態によってもたらされる。搬送方向１７における軸線方向の流れと同様に、漏れ流れと称される径方向の流れおよび搬送方向１７とは逆の軸線方向の流れもある。剪断領域において溶融物の温度増加があり、混合領域において、剪断部分は、剪断が低い部分と混合され、所定温度の補償を生み出す。このようにして、混入粒子は、粉砕されて分配され、溶融物は、効率的に均質化されて脱気の準備が行われる。
【００７８】
その直後に設けられるものは、均質化された溶融物からのいかなる気泡およびガス含有物も除去するための脱気ユニットである。ガスは、脱気開口４２を介して逃がすことができる。
【００７９】
これらの脱気開口４２を通過した後に、プラスチック材料は、器具および／または例えばペレット化装置などの後続の動作ユニットに接続されることができる出口開口４３における例えば低剪断性能を有する排出スクリューの形態の排出ユニットを介して得られる。
【００８０】
チャンバ４０、４１の２つのスクリュー部は、通常、ハウジング１６における孔に取り付けられており、これらの孔は、互いに同軸に配置されており、それぞれ同径を有する。２つのスクリュー部および均質化機４８の同軸構造は、共通コアを有する単一の構造体を形成し、一方側から、換言すれば、図２に示される下側または図５における左側からともに２つのスクリュー部を駆動するために、簡便な方法でこれら２つのスクリュー部を結合するのを可能にする。裏搬送スレッド４９が用いられる場合、それは単一スクリュー６の外部に位置し、容器１から出口開口４３まで連続して延在する。
【００８１】
チャンバ４１における処理されたプラスチック材料の脱気を促進するために、開口４６と脱気開口４２との間の領域に非加圧ゾーンが設けられ、このゾーンは、スクリュー６の低減したコア径によって形成される。脱気開口４２の後に、再度加圧下にかつ十分な樹脂加工によってプラスチック材料を維持するために、この低減したコア径は、排出ユニットの完全なコア径に戻るような遷移を受ける。これは、例えば、図５ｃにかかる装置によってみることができる。
【００８２】
図２において、チャンバ４０、４１またはスクリュー６の特徴付けられた長さおよび部分が例示としてのみ描かれている。図に示された他の特徴と同様に、これらの部品は概略のみであり、縮尺が正確でもそれらの関係が正確でもなく、いくつかの場合においては遮断によって概略的に省略されている。
【００８３】
図３および４は、カッターコンパクタから押出機５までの遷移領域の詳細を示しており、主に回転方向に関して押出機５の接続の可能性を図示するのに役立つ。
【００８４】
図３に示す別の実施形態では、押出機５が、容器１に対して接線方向に取り付けられておらず、代わりに、その端部７を介して取り付けられている。押出機５のスクリュー６とハウジング１６は、開口８の領域において、容器１の内壁形状に合わせた形状をしており、同一平面になるように後方にオフセットされている。押出機５は、どの部分も一切、開口８を介して容器１内部のスペースに突出していない。
【００８５】
本例の距離１８は、容器１の半径１１の約５〜１０％であり、ハウジング１６の内径ｄの約２分の１である。したがって本実施形態は、最小オフセット値あるいは距離１８の第２の極限例または極値を表しており、混合用および／または粉砕用器具３の回転方向または移動方向１２は、押出機５の搬送方向１７に対して若干逆の向きであり、詳しくは開口８の全領域を横断している。
【００８６】
さらに上流側に位置する閾値点２０における図３のスカラー積は丁度ゼロになってあり、この場合、この点は、さらに上流側の開口８の縁部に位置する。図３の点２０で測定された、搬送方向の方向ベクトル１７と回転方向１９の方向ベクトルの間の角度αは、丁度９０°になっている。開口８に沿ってさらに下方、すなわち、回転方向１２に進むと、該方向ベクトル間の角度は次第に大きくなって、９０°より大きい傾斜角となり、同時にスカラー積はマイナス値になる。開口８のどの点や領域においても、スカラー積がプラス値を示すことはなく、該角度が９０°より小さくなることもない。したがって、開口８では、たとえその一部の領域であっても、局所的に過剰供給が発生することはなく、また開口８の領域では悪影響をもたらす過剰な送り込み作用につながることもない。
【００８７】
押出機５を正確に径方向に配置した場合、点２０または縁部２０’において角度αは９０°より小さく、図示における開口８の半径１１の上方、その上流側、または流入側に位置する開口８の各領域では、スカラー積はプラス値になる。このように径方向の配置だけを見ても決定的な差異が生まれる。したがって、局所的に溶融したプラスチック製品をこれらの領域に集積することができる。
【００８８】
図４は別の実施形態を示し、押出機５は、流出側で図３の図示よりも多少オフセットが大きいが、図１と２に示すように、依然として接線方向ではない。本例では、図３に示すように、押出機５の軸線１５を仮想的に後方に伸ばした延長線が、容器１内部のスペースを割線状に通過する。この結果、（容器１の周方向に測定すると）開口８は図３の実施形態よりも幅寸法が大きくなる。これに対応して、距離１８もまた図３よりも大きくなるが、半径１１よりは多少小さい。点２０で測定された角度αは約１５０°であり、送り込み作用は図３の装置と比較して小さくなる。これは、特定の有感材料には有利な構成である。ハウジング１６の内壁または右手方向の内側縁部は、容器１から見て、容器１に対して接線方向である。したがって、図３とは違い、漸次傾斜する縁部はない。開口８の、図４の最も左手方向、さらに下流側に位置する点では、該角度は約１８０°である。
【００８９】
図５ａ、ｂおよびｃに図示されているように、図２のものと非常に類似した装置があり、この装置は、−側方からの断面図（図５ａ）、上方からの断面図（図５ｂ）および９０°だけ回転された側方からの断面図（図５ｃ）という異なる視点から示されている。図２に関してなされたコメントは、これらの図にも同様に適用される。
【図１】
0005980935.tif 000002
【図２】
0005980935.tif 000003
【図３】
0005980935.tif 000004
【図４】
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【図５ａ】
0005980935.tif 000006
【図５ｂ】
0005980935.tif 000007
【図５ｃ】
0005980935.tif 000008