(57)【要約】  本発明は、プラスチック材料に前処理とそれに続く搬送および可塑化処理を行う装置に関し、この装置は、回転軸（１０）を中心として回転可能な混合用および／または粉砕用器具（３）を有する容器（１）を備え、プラスチック材料の取り出し用開口（８）が側壁（９）に形成され、ハウジング（１６）内で回転する少なくとも二つのスクリュー（６）を有する多軸スクリュー搬送機（５）が設けられている。  本発明は、搬送機（５）の軸線（１５）を搬送方向（１７）の反対方向に仮想的に延長した延長線が回転軸（１０）を通過し、流出側では、容器（１）に最も近いスクリュー（６）の軸線（１５）とこの軸線（１５）に平行な半径（１１）との間にオフセット距離（１８）が存在することと、取入れ口（８０）に最も近い二つのスクリュー（６）は互いに対して反転性であることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック材料、特にリサイクルを目的とする熱可塑性プラスチック廃棄物に、前処理とそれに続く搬送、可塑化、または凝集処理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）を中心として回転しかつ前記プラスチック材料を混合し加熱しかつ場合により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、
少なくとも一つの多軸スクリュー搬送機（５）が前処理後の前記材料を受け取るために設けられ、かつハウジング（１６）内で回転しかつ運搬作用、具体的には可塑化または凝集作用を有する少なくとも二つのスクリュー６を備え、前記ハウジング（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、かつ前記取入れ口（８０）と前記開口（８）との間には接続部が存在し、
前記搬送機（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、前記搬送機（５）の搬送方向（１７）の反対方向に仮想的に延長した延長線は、前記回転軸（１０）を通過するが交差はせず、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、前記搬送機（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、前記容器（１）に関連づけられる、前記軸線（１５）に平行かつ前記搬送機（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）の前記回転軸（１０）から外方へ向かう半径（１１）との間にオフセット距離（１８）が存在することと、
前記取入れ口（８０）に最も近い前記二つのスクリュー（６）は、互いに対して反転性で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、精確に二つのスクリュー（６）が設けられ、かつ前記搬送機（５）は、反転性の二軸スクリュー搬送機として設計されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１から請求項２のいずれかに記載の装置であって、前記スクリュー（６）は円筒形であって互いに並列していることと、前記搬送機（５）は並列二軸スクリュー搬送機として設計されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの任意の請求項に記載の装置であって、前記スクリュー（６）は円錐形であることと、前記搬送機（５）は円錐二軸スクリュー搬送機として設計されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの任意の請求項に記載の装置であって、前記スクリュー（６）のうちの一つは他のスクリューより長いことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までの任意の請求項に記載の装置であって、前記スクリュー（６）は、少なくとも前記取入れ口（８０）の領域内でかみ合う、または接することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの任意の請求項に記載の装置であって、前記スクリュー（６）の断面は、上下して垂直に存在し、かつ前記取入れ口（８０）の直近エリアにおける前記スクリュー（６）は、具体的には前記取入れ口（８０）の中心に対して対称に配置され、かつ前記取入れ口（８０）の平面から等距離で離隔されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までの任意の請求項に記載の装置であって、前記スクリュー（６）の断面は、斜めに上下して、または水平に隣接して存在し、かつ前記取入れ口（８０）に最も近いスクリュー（６）のみが前記取入れ口（８０）の直近エリアに配置されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８までの任意の請求項に記載の装置であって、前記取入れ口または容器に最も近いスクリュー（６）の始点から、または前記取入れ口（８０）から前記搬送機（５）の端または排出口を見た場合に前記取入れ口（８０）に最も近いスクリュー（６）または最下位のスクリュー（６）は、時計方向に回転することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までの任意の請求項に記載の装置であって、前記容器（１）と接している搬送機（５）において、前記混合用および／または粉砕用器具（３）の径方向最も外方の点で描かれる円または前記開口（８）を通過して搬送される前記プラスチック材料に対して接線方向であり、前記容器（１）の径方向（１１）に対して法線方向であり、前記混合用および／または粉砕用器具（３）の移動方向または回転方向（１２）を指し示す回転方向（１９）における方向ベクトルと、前記開口（８）の個々の点または全領域、または前記開口（８）の径方向すぐ手前の各点または全領域における前記搬送機（５）の搬送方向における方向ベクトル（１７）とのスカラー積は、ゼロまたはマイナス値であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までの任意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、前記搬送機（５）の搬送方向における方向ベクトル（１７）との間の角度（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、具体的には前記縁部または開口（８）上にあって最遠の上流側に位置する点（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１２】
請求項１から請求項１１までの任意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）における前記方向ベクトル（１９）と、前記搬送機（５）の搬送方向における前記方向ベクトル（１７）との間の角度（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゜までの範囲であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までの任意の請求項に記載の装置であって、前記距離（１８）は、前記搬送機（５）または前記スクリュー（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、好ましくは２０％以上であること、または、前記距離（１８）は、前記容器（１）の半径と同等またはそれより大きいことを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までの任意の請求項に記載の装置であって、前記搬送機（５）の前記軸線（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）の断面に対して正割状に通過することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４までの任意の請求項に記載の装置であって、前記搬送機（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いること、または、前記搬送機（５）または前記スクリュー（６）の前記軸線（１５）、または前記取入れ口（８０）に最も近い前記スクリュー（６）の前記軸線は、前記容器（１）の前記側壁（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）の包絡線に対して接線方向に沿っており、好ましくは前記スクリュー（６）の端部（７）に駆動機が接続されていることと、前記スクリューは、その反対端において、具体的には押出機のヘッド部でありかつ前記ハウジング（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１６】
請求項１から請求項１５までの任意の請求項に記載の装置であって、前記開口（８）と前記取入れ口（８０）との間を、分離しないように、具体的には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１７】
請求項１から請求項１６までの任意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、前記回転および移動方向（１２）に前記プラスチック材料に対して粉砕、切断および加熱作用を実行する器具および／またはブレード（１４）を備え、好ましくは、前記器具および／またはブレード（１４）は、具体的には基底面（２）に平行に配置される回転可能な器具搬送機（１３）、具体的には搬送ディスク（１３）上に配置または形成されることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１７までの任意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）または前記ブレード（１４）の、前記プラスチック材料に作用しかつ前記回転方向または移動方向（１２）を指し示す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）後部に位置する各領域と比較して違っていることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８までの任意の請求項に記載の装置であって、前記容器（１）は基本的に、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（１２）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２０】
請求項１から請求項１９までの任意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、具体的には前記容器（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）から僅かな距離を置いて、好ましくは、前記基底面（２）から１０ｍｍから４００ｍｍまでの距離を置いて、前記基台に近接して配置されることを特徴とする装置。
【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】
従来より、設計の異なる同様の装置が数多く開示されている。これらの装置には、リサイクル対象のプラスチック材料に粉砕、加熱、軟化等の処理を行う受け器またはカッターコンパクタと、これに取り付けられて上記調製材料を溶融する搬送機または押出機が備えられている。本発明は、可能な限り高品質の最終品を、主にペレット状で得ることを目的とする。
【０００３】
例えば、ＥＰ１２３７７１やＥＰ３０３９２９に記載の装置が従来技術として知られている。これらの装置は、受け器（受け容器）と、この受け器に取り付けられた押出機を備え、受け器に導入されたプラスチック材料を、粉砕・混合用器具を回転させて粉砕することで流体化すると同時に、導入エネルギーで加熱するよう構成されている。このような工程を経て、良好な熱的均質性を有する混合物が形成される。こうして得られた混合物は、適当な滞留時間経過後、受け器からスクリュー型押出機へと排出されて搬送され、この間に、該混合は可塑化されたり、溶融される。これらの装置では、スクリュー型押出機が、粉砕用器具とほぼ同じ高さに配置されている。こうすることで、軟化したプラスチック材料は、混合用器具によって押出機内へと確実に送り込まれる。
【０００４】
また、原則的には、二軸スクリュー押出機を用いること、およびこれらをカッターコンパクタへ取り付けることも知られている。
【０００５】
しかしながら、かねてから公知のこうした装置の多くは、スクリューの送出端で得られる処理済みプラスチック材料の質、および／またはスクリューの処理量が十分ではない、という課題がある。特に、二軸スクリューを用いる場合、一軸スクリューで得られる結果からは転用できない特別な考慮事項が適用される。
【０００６】
スクリューとその相対的回転方向との間の軸方向スペーシングに依存して、二軸スクリュー搬送機または押出機の同時回転性と二重反転性、ならびに接線方向性とかみ合い性とを区別することができる。
【０００７】
二重反転スクリューの場合、二つのスクリューは反対方向へ回転する。
【０００８】
これらのタイプは各々、特定の使用分野および使用目的を有する。同時回転性の二軸スクリュー押出機では、搬送および圧力の増成は、本質的に、スクリューにより回転される材料と静止したハウジング壁との摩擦によって引き起こされ、かつこの搬送は、主としてドラグ流によって引き起こされる。一方で、反転性の二軸スクリュー押出機では、強制搬送の原則が主流である。
【０００９】
製品の最終品質にとって最も重要なことは、まず、カッターコンパクタから搬送機または押出機へ入る前処理された、または軟化されたポリマー材料の品質であり、さらには、取入れ時および搬送中または、必要に応じて押出しにおける状況である。この場合の関連因子には、スクリューの個々の領域またはゾーンの長さが含まれ、かつ例えばスクリューの厚さ、ねじ山の高さ、等々のようなスクリューパラメータも含まれる。
【００１０】
したがって、本件のカッターコンパクタ／搬送機の組合せでは、搬送機へ入ってくる材料は未処理で低温のまま直に導入されるわけではなく、カッターコンパクタにおいて既に前処理されている、即ち加熱、軟化かつ／または部分的結晶化、等の処理をされていることから、特定の状況が存在する。これは、材料の取入れおよび品質の共同決定因子である。
【００１１】
二つのシステム、即ちカッターコンパクタおよび搬送機、は互いに影響し合い、よって取入れおよびその後の搬送の結果、および必要に応じて圧縮の結果は、材料の前処理および一様性に大きく依存する。
【００１２】
したがって、重要な一領域は、カッターコンパクタと搬送機との界面、言い替えれば、前処理された均質な材料がカッターコンパクタから搬送機または押出機へ送られる領域である。一方で、これは、異なる動作をする二つのデバイスを互いに結合する必要がある、純粋に機械的問題のある部位である。さらに、この時点では、材料は通常、溶融領域に近づいていて高度に軟化されているが、溶融されてはならない状態にあることから、この界面は、ポリマー材料にとっても油断のならない場所である。温度は、低すぎれば処理量および品質が低下し、高すぎれば、かつ所定の場所で望ましくない溶融が発生すれば、取入れが遮断される。
【００１３】
さらに、搬送機の精確な計測および供給も、システムが閉システムであって取入れ口への直接的アクセスが存在しないことに起因して困難であるが、材料の供給はカッターコンパクタ経由で行われ、よって、例えば重量計測デバイスを介しては直接影響され得ない。
【００１４】
したがって、この移行は、機械的に考慮された方法、言い替えればポリマーの性質を理解した上でだけでなく、同時に全体的稼働の経済性、言い替えれば高い処理量および適切な品質を考慮して設計されることが極めて重要である。ここで守られるべき事前条件は、事例によっては、互いに背反関係にある。
【００１５】
反転性の多軸または二軸スクリュー搬送機は、概して、極めて良好な取入れ挙動を有する。しかしながら、装入口における背部通気は少ない。それにも関わらず、剪断量および剪断速度または二重反転二軸スクリューの材料へのエネルギー導入は低値である。このようなシステムの分配混合作用は、経験から、一軸スクリューおよび同時回転二軸スクリューの場合より劣ることも知られている。しかしながら、このようなシステムであっても、押出機の終端に例えばプロファイルノズル等の適切な器具を接続するための適正圧力を増成することは可能である。
【００１６】
具体的には、搬送機または押出機がカッターコンパクタへ接続されるシステムでは、二軸スクリュー搬送機への取入れまたは供給は、到底容易に調整できず、よって例えば、計測を重量計測デバイスによって行うことはできない。これに対して、カッターコンパクタにおいては、循環性の混合および粉砕用器具により、搬送機または押出機の取入れ口に向かう前処理されかつ軟化された材料の連続供給または連続する材料の流れが生じる。
【００１７】
これに加えて、これらの公知のデバイスに共通するさらなる特徴は、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内を循環する方向、および搬送機、特に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という事実がある。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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や搬送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やスクリュー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ある程度固化し、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、押出機による取入れ、および混合・粉砕用器具による粘結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、搬送機や押出機の出力や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。
【００２０】
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。
【００２１】
また、繊維状材料でも問題点はあり、繊維状材料はその多くが方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、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、その他端が取入れ口に延出する。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。
【００２２】
したがって、反転性の二軸スクリュー搬送機の場合も、取入れは高感受性である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【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】
【００２４】
したがって、本発明の目的は、前述した問題点を解決し、かつ本明細書の導入部分で説明した構成の装置を、有感材料や短冊状の材料であってもスクリューによる材料の取入れを問題なく行え、これらの材料に加工や処理を施して高品質材料を高い処理量で提供できるように改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
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。
【００２６】
第一に、搬送機、特に押出機が一つのスクリューを有する場合は搬送機の中心軸線、または搬送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、搬送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、搬送機が一つのスクリューを有する場合は搬送機の軸線、または取入れ口に最も近いスクリューの軸線と、該軸線に平行かつ搬送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、容器における半径との間には、オフセット距離が存在する。
【００２７】
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搬送機の搬送方向は同じ向きではなく、僅かに逆向きであり、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搬送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、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。
【００２８】
このように、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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、本発明では、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ドウ状リングから切断する。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。
【００３１】
さらに、先に述べた短冊状または繊維状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搬送機の方向ベクトルは、ほぼ反対方向または僅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。
【００３２】
本発明による全体的な作用効果は、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搬送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。
【００３３】
反転性の二軸スクリューにとって格段に利のある材料は、二重反転性器具によって予め均質化されているカッターコンパクタからの材料である。さらに、このようなシステムは、例えばＰＬＡ／木質複合材等の温度および剪断に感応する材料に特に適する。回転方向に起因して低下される送り込み力により、カッターコンパクタは、反転二軸スクリューへの詰め込みを穏やかに行い、反転二軸スクリューは元来充填が容易であることから、過剰充填のないこと、および早期溶融のないことが保証される。既に均質化されている加熱された材料は、次に、穏やかに動作する反転二軸スクリューによって溶融される。
【００３４】
次に、特にＷＰＣ（木材プラスチック複合材）、具体的にはＰＬＡ／長木材繊維複合材が関わる場合、溶融物は通常、直ちに異形材へと処理される。長い木材繊維または天然繊維は、押出システムへの導入が極めて困難である。カッターコンパクタにおける器具の特定の回転方向は、複合材重量の７０〜８０％までを占める場合もある前記繊維の安全な充填を保証する。
【００３５】
以下の特徴を通して、本発明のさらに有利な実施形態を説明する。
【００３６】
具体的には、二つのスクリューが精密に設けられれば、または搬送機が反転性の二軸スクリュー押出機として設計されれば効果的である。最も信頼性の高い結果は、この事例において達成することができる。
【００３７】
本発明の好適なさらなる展開によれば、スクリューは円筒形であって互いに並行していること、および搬送機は並列二軸スクリュー搬送機、具体的には二軸スクリュー押出機として設計されることが規定される。
【００３８】
代替的なさらなる展開によれば、スクリューは円錐形であること、および搬送機は円錐形の二軸スクリュー搬送機または押出機として設計されることが規定される。このような搬送機は、軽量のばら積み品を受け入れるために特に適する。
【００３９】
また、スクリューのうちの一つが他のスクリューより長いことも規定される場合がある。
【００４０】
さらに、処理されるべき材料のニーズを満たすことができるように、スクリューは、少なくとも取入れ口領域においてかみ合う、または接することも規定される場合がある。
【００４１】
さらに、取入れ効果のよい省スペースの有利な実施形態によれば、スクリューの断面は、上下して垂直に存在し、取入れ口の直近エリアにおけるスクリューは、具体的には取入れ口の中心に対して対称に配置され、かつ取入れ口の平面から等距離で離隔されることが規定される。
【００４２】
ある代替例として、スクリューの断面は、斜めに上下して、または水平に隣接して存在し、かつ取入れ口に最も近いスクリューのみが取入れ口の直近エリアに配置されることが規定される場合もある。
【００４３】
これに関しては、取入れ口または容器に最も近いスクリューの、恐らくはモータ側の始点から、または取入れ口から搬送機の端または排出口を見た場合に取入れ口に最も近いスクリューが時計方向に回転すれば、取入れ挙動にとって特に効果的である。
【００４４】
粉砕再生材料は通常、易流動性が高いことから、これは、粉砕再生材料にとって特に効果的である。スクリューの回転方向が従来的である公知の装置では、スクリューは、専ら剪断力の作用によって充填され、器具による作用は極く僅かである。その結果、具体的には、外的な器具はその高さの大幅な低減を要する場合が多い、または省略されなければならない場合さえ多いことに起因して、エネルギーを材料に導入することは困難である。材料は、カッターコンパクタにおいて十分には加熱されていないことから、結果として、スクリューにおける溶融性能は害される。粉砕再生材料は薄膜よりも比較的厚いことから、粉砕再生材料の場合、この点はさらに決定的に重要であり、かつ粒子が内部まで加熱されることもまたさらに重要である。
【００４５】
スクリューの回転方向が反転されれば、スクリューはもはや自動的には充填されず、よって材料をスクリューの上側領域へ搬送するための器具が必要である。その結果、後続の可能な溶融を促進するに足るエネルギーを材料に導入することも可能である。その結果、低温の粒子が少なくなってスクリュー内の剪断低減が可能となり、延てはＭＦＩ値の向上が促進されることに起因して、処理量は増大し、かつ品質は向上する。
【００４６】
好ましくは、双方のスクリューは、同じ直径を有する。
【００４７】
本発明の有利な展開の一つとしては、搬送機は、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搬送機の搬送方向における方向ベクトルとのスカラー積が、ゼロまたはマイナス値であるようにして受け器上に配置される。開口の径方向の直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。この場合、具体的には、やはり混合用器具とスクリューとの互いに対する空間的配置に対する依存性は存在せず、例えば、回転軸の方向が、基底面や搬送機または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、水平面内に、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。
【００４８】
別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、搬送機の搬送方向における方向ベクトルとの間の角度は、回転方向または移動方向の上流側に位置する開口の縁部における、具体的にはこの縁部または開口上にあって最も遠位の上流側に位置する点における、これら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、搬送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。したがって、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少なくとも僅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。
【００４９】
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との間の角度は、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、搬送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。
【００５０】
送り込み作用が必要以上に大きくならないように、軸線と径方向の間の距離またはオフセットは、搬送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。
【００５１】
上記目的を達成するには、軸線と径方向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搬送機の場合、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、搬送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。
【００５２】
この場合の特に効果的な一実施形態では、搬送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、具体的には押出機のヘッド部でありかつハウジングの端部に設けられる排出口へ搬送を行う。
【００５３】
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搬送機の場合、搬送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、正割状に通過することが望ましい。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
ある効果的な装置では、混合用および／または粉砕用器具上に、プラスチック材料に対して回転方向または移動方向に加熱、粉砕および／または切断作用を実行する器具および／またはブレードが配置される。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設けられるか、またはこれらの内部に、例えば、一体成形して設けられる。
【００５８】
原則として、こういった効果は、圧縮用押出機や凝集器だけでなく、圧縮を行わないか圧縮作用が小さい搬送スクリューからも得られる。この場合もやはり、局所的な過剰供給の発生が抑えられる。
【００５９】
別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。別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。
【００６０】
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、基底面から僅か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沿って、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、１０ｍｍから４００ｍｍまでである。
【００６１】
また、処理に関しては、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の近くまで延びていれば効果的である。
【００６２】
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。
【００６３】
搬送手段とは、主に、非圧縮または減圧作用を有するスクリュー、すなわち、搬送作用のみを有するスクリューを備えるシステムを意味するが、圧縮作用を有するスクリューを備えるシステム、すなわち、凝集化または可塑化作用を有する押出機のスクリューを備えるシステムのことも指す。
【００６４】
本明細書に記載する押出機や押出機のスクリューは、材料の完全溶融もしくは部分溶融に用いられる押出機やスクリューを意味するが、軟化材料を溶融ではなく凝集させるのに用いられる押出機のことも指す。凝集化作用を有するスクリューは、材料を短時間で大きく圧縮・剪断するが、スクリューによって材料が可塑化されることはない。したがって、凝集スクリューの送出端は、完全溶融はしていないが、その表面でのみ溶融し始めた、焼結固化されたような粒子から成る材料を送り出す。しかしどちらの場合も、スクリューは材料を加圧して圧縮する。
【００６５】
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】
【００６６】
【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り、前記押出機は、上下に配置されたスクリューを備えている。
【図２】図２は、ほぼ接線方向に取り付けられた押出機を備える代替実施形態の水平断面図であり、前記押出機は、隣り合わせに配置された円錐形のスクリューを備えている。
【図３】図３は、押出機の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、押出機のオフセットが比較的大きい別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
各図面は、容器、スクリュー、混合用器具のいずれも、単体または互いと比較して、原寸表示ではない。したがって、大抵は、容器の実寸は図示より大きく、スクリューの実寸は図示より長い。
【００６８】
図１および図２において異なる位置から示されているカッターコンパクタ−押出機の組合せは、酷似した設計であり、よって、以後は纏めて説明する。主な相違は、後に詳述するように、スクリュー同士の相対的配置にある。
【００６９】
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とが組み合わされた装置は、各々、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。
【００７０】
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％から２０％またはそれ以下の僅かな距離である。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の周りを回転可能とされている。容器１の下に設置されたモータ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と共に混合用および／または粉砕用器具３を構成する。
【００７１】
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。
【００７２】
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と略同一である。容器１では、混合渦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。
【００７３】
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されていない材料は、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。
【００７４】
前記開口８は、容器１の側壁９に、本例では一つである混合用・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二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が線で描かれているだけの駆動機によって図に示す下方端７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、排出口を介してスクリュー６により搬送されるが、この排出口は、例えば、図示されていない押出機のヘッド部として、押出機の上端に配置される。したがって、スクリュー６は、この排出口を介して、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および図４に示す実施形態では実現しにくい。
【００７５】
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。僅かに設けられた移送領域は、非常に短い。
【００７６】
ハウジング１６には、圧縮作用のある二つの円筒スクリュー６が、各々その軸線１５の周りを回転できるように取り付けられている。代替例として、スクリューは、図２に示されているように、円錐であってもよい。押出機５は、材料を矢印１７の方向に搬送する。押出機５は、従来より周知の二軸スクリュー押出機であり、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。
【００７７】
図１による実施形態では、二つのスクリュー６が垂直に配置されて上下し、図２による実施形態では、二つのスクリュー６が水平に配置されて隣り合っている。
【００７８】
これらの二つのスクリュー６は反対方向へ回転し、よって、二重反転スクリューである。
【００７９】
混合用および／または粉砕用器具３またはブレード１４は、図１における下側のスクリュー６の、または取入れ口８０に隣接するスクリュー６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。
【００８０】
図１および図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、下側のスクリュー６の、または取入れ口８０に隣接するスクリュー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を通過するが交差はしない。流出側では、前記スクリュー６の軸線１５と、容器１に関連する、かつ軸線１５に平行して混合用・粉砕用器具３の回転軸１０から搬送機５の搬送方向１７に外方へ向かう半径１１との間に、オフセット距離１８が存在する。本例では、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。
【００８１】
距離１８は、容器１の半径より幾分か大きい。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い。
【００８２】
本明細書の「反対」、「反〜」および「逆向き」の表現は、後に詳しく説明するように、ベクトルの方向のうちで互いに対して非鋭角なベクトル方向を指す。
【００８３】
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、押出機５の搬送方向における、スクリュー６の中心軸線１５に平行な搬送方向に向かう方向ベクトル１７とのスカラー積は、開口８の個々の点、または開口８の径方向の直前領域の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。
【００８４】
図１および図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とのスカラー積は、開口８の各点においてマイナスである。
【００８５】
開口８の回転方向１２の最遠の上流側に位置する点２０において、または開口８における最遠の上流側に位置する縁部において測定される、搬送方向の方向ベクトル１７と回転方向１９の方向ベクトルとの間の角度αは、最大で約１７０゜である。
【００８６】
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、両方向ベクトル間の角度は約１８０゜であり、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。しかしながら、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。
【００８７】
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の方向ベクトルとの間の角度βは、約１７８゜から１８０゜までである。
【００８８】
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である。
【００８９】
図３および図４は、器具の回転方向に関連する押出機の接続の可能性を単に例示するためのものである。Ｌ、ＢおよびＡの値は、示されていない。
【００９０】
図３に示す代替実施形態では、上下に垂直配置された二つの反転スクリュー６を備える押出機５が容器１へ、接線方向ではなくその端部７によっ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またはスクリュー６のどの部分も、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。
【００９１】
本例の距離１８は、容器１の半径１１の約５％から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、具体的には開口８の全領域を横断している。
【００９２】
最遠の上流側に位置づけられる閾値点２０における図３のスカラー積は精確にゼロであり、これは、開口８に関連しかつ最遠の上流側に位置づけられる縁部に位置する点である。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、精確に９０゜である。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、両方向ベクトル間の角度は次第に大きくなって、９０゜を超える傾斜角となり、同時にスカラー積はマイナス値になる。しかしながら、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。
【００９３】
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゜より小さくなり、図中では開口８の半径１１の上方、またはその上流側、またはその流入側に位置する開口８の各領域では、スカラー積がプラス値になる。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は可能である。
【００９４】
図４は、上下に垂直配置された二つの反転スクリュー６を備える押出機５が、流出側では図３の図示よりも多少オフセットが大きいものの、図１および図２に示すように、依然として接線方向ではない別の実施形態を示している。本例では、図３にも示すように、スクリュー６の軸線１５を仮想的に後方に伸ばした延長線が、容器１内部のスペースを正割状に通過する。この結果、容器１の周方向に測定すると、開口８は図３の実施形態より幅寸法が大きくなる。これに対応して、距離１８も図３より大きくなるが、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、よって、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における、図４の最も左手方向、最遠の下流側に位置づけられる点では、該角度は約１８０゜である。
【図１】
2014534092.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2014534092.tif 000007
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2014534092.tif 000009
2014534092.tif 000010
2014534092.tif 000011
2014534092.tif 000012