(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が加圧されたプラスチックチューブを移動させながらその外径を制御するサイジングスリーブであって、このサイジングスリーブは前記プラスチックチューブの移動に関して上流端と下流端とを有し、そのサイジングスリーブの内面とチューブとの間に潤滑流体層を形成するように、そのチューブの円周面の周囲に加圧流体を注入するための注入手段を備えた少なくとも２箇所の加圧部を有するサイジングスリーブにおいて、前記加圧部が、径方向に貫通する多数の流体注入穴がある内側スリーブ部材と、この内側スリーブ部材を取り囲みかつ前記流体注入穴と連通する環状の注入流体マニフォールドを含む流体供給手段とからなり、この内側スリーブ部材が端部を順次突き合わせるように並べた複数の同軸リングにより構成されると共に前記流体注入穴が同軸リングの端面に形成された１つまたはそれ以上の溝と隣接する同軸リングの端面によって形成され、この溝が前記流体供給手段の注入流体マニフォールドに連通するとともに前記サイジングスリーブの内面に伸びていることを特徴とするサイジングスリーブ。
【請求項２】
上記同軸リングの端面に形成された溝が、その端面において放射状に伸びていることを特徴とする請求項１記載のサイジングスリーブ。
【請求項３】
上記流体注入穴が、潤滑流体層に５０％の圧力変動があっても、この流体注入穴を通る流体注入量の変動を２０％以下とするように、マニフォールドと潤滑流体層との間に十分に高い圧力差を生じさせることを特徴とする請求項１記載のサイジングスリーブ。
【請求項４】
上記マニフォールド内の圧力が、上記プラスチックチューブの内部圧力を超えていることを特徴とする請求項３記載のサイジングスリーブ。
【請求項５】
上記マニフォールド内の圧力が、上記プラスチックチューブの内部圧力の１５０％を超えていることを特徴とする請求項４記載のサイジングスリーブ。
【請求項６】
上記流体注入穴の直径が、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３記載のサイジングスリーブ。
【請求項７】
上記流体注入穴の直径が、０．２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項６記載のサイジングスリーブ。
【請求項８】
上記サイジングスリーブには、内面より内側方向に突出するリードが設けられた入口部が含まれていることを特徴とする請求項１記載のサイジングスリーブ。
【請求項９】
上記サイジングスリーブの入口部には、上記流体を注入するための注入手段が備えられていることを特徴とする請求項８記載のサイジングスリーブ。
【請求項１０】
上記入口部に形成された注入手段が、環状の流体注入スロットを備えていることを特徴とする請求項９記載のサイジングスリーブ。
【請求項１１】
上記入口部とマニフォールドとの間には、環状の流体注入スロットの断面積を調節するためにネジ連結部が備えられていることを特徴とする請求項１０記載のサイジングスリーブ。
【請求項１２】
上記入口部が、硬化された接触面を有することを特徴とする請求項８記載のサイジングスリーブ。
【請求項１３】
上記同軸リングが、保持ロッド列によって支持されていることを特徴とする請求項１記載のサイジングスリーブ。
【請求項１４】
上記保持ロッドが、サイジングスリーブの上流端と下流端においてそれぞれ締結リングと係合していることを特徴とする請求項１３記載のサイジングスリーブ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明はプラスチックチューブの外径を制御するためのサイジングスリーブ装置（直径寸法規定装置）に関する。ここでプラスチックチューブは押出しのような連続チューブ製造工程もしくは国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ９０／０２６４４に記載されているような拡張工程によって製造され、サイジングスリーブ領域内のプラスチックチューブは少なくとも正の内部圧力下にある。本発明はまたスリーブを使ってプラスチックチューブの直径を制御するためのサイジングスリーブに関する。
プラスチックチューブの直径を制御するために、サイジングスリーブに、スリーブと移動するプラスチックチューブの間に潤滑流体である水を注入することのできる通路を備えることは知られており、この通路はＰＣＴ／ＦＩ９０／００２１４とＥＰ０３８５２８５Ａ２に記載された、スリーブの回りの螺旋通路である。チューブ内が加圧されない場合に、これらのサイジングスリーブはプラスチックチューブの外側に真空を適用するため、サイジングスリーブに穴が設けられる。
発明の概要
本発明は、サイジングスリーブを通って移動する内部が加圧されたプラスチックチューブの外径を制御するサイジングスリーブであって、このサイジングスリーブは前記プラスチックチューブの移動に関して上流端と下流端とをもち、かつ少なくとも２つのサイジングスリーブ加圧部をもち、これら各加圧部には、サイジングスリーブ内周面とチューブとの間に潤滑流体層を形成するように、チューブの周囲に加圧された流体を注入するための流体注入手段を備えたものにおいて、前記サイジングスリーブの加圧部が、軸方向において、排出領域によって互いに分割、隔離されているものに関する。
一つの態様において、本発明は、サイジングスリーブを通って移動する内部が加圧されたプラスチックチューブの外径を制御するためのサイジングスリーブであって、このサイジングスリーブは前記チューブの移動に関して上流端と下流端とをもち、かつ少なくとも２つの加圧部をもち、これら各加圧部には、サイジングスリーブの内周面とチューブとの間に潤滑流体層を形成するように、チューブの周囲に実質的に加圧された流体を注入するための流体注入手段を備えたものにおいて、この流体注入手段が、潤滑流体層の圧力変動によって生じる注入流量の変動を減少させる流量安定化手段を含む。
また、実施の態様において、内側スリーブ部材は、互いの端部をつき合わせて並べた多数の同軸リングを有し、流体注入穴は同軸リングの端面に形成された１つもしくはそれ以上のリングの端面に形成された溝と隣接する同軸リングの端面によって形成されている。好ましくは、排出領域はすぐ上流の加圧部の全流体注入穴面積より大きい全排出穴面積をもつている。排出領域の排出穴は隣接するリング間の隙間として形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
好ましい参考例および実施例は添付した図に記載されている。
図１は第１の参考例を示す縦断面図である。
図２は第２の参考例を示す縦断面図である。
図３は実施例であるモジュール型サイジングスリーブの部分縦断面図である。
図４は図３のモジュール型サイジングスリーブの横断面図である。
図５は同軸リングの端面の溝の詳細である。
図８は他のモジュール型サイジングスリーブの部分横断面図である。
図７Ａと７Ｂは図６に示された断面７Ａ−７Ａと断面７Ｂ−７Ｂを示す断面図である。
図８はサイジングスリーブの入口部の配置を示す部分断面図である。
図９と１０は他の実施例の断面図である。
好ましい実施例の説明
図１を参照すると、押出しチューブ２は凡そ規定の外径に形成されるが、しかし規定の寸法に確実に合わせるためにキャリブレーションを要求される。チューブの材料が加工するのに十分なほど柔らかい間に、チューブは最終外径の微細なコントロールのため、サイジング装置に到達する。サイジング装置において、押出しチューブの内部は加圧下にあり、この圧力がサイジング装置のシリンダ状のスリーブの内面にチューブを押し付ける。最終的な直径に固定するために、サイジング装置内とその下流において押出しチューブは冷却される。
図示されたサイジングスリーブは、排出領域１２と交互に配置された複数の加圧部１０を備える。図１の例では、各々の排出領域は、隣接する加圧部１０の間の小さな隙間として構成され、これは先の加圧部１０に注入された流体である水を逃がすのに十分な面積をもち、かつ隣接した加圧部を隔離する。ただし隙間の間隔、つまりチューブ不支持部の長さは、チューブを外側にクリープさせない程度に決められている。
各々の加圧部１０は被覆スリーブとして形成され、そのスリーブの内側スリーブ１４は複数の流体注入穴１６を持っている。高圧流体源１７からの加圧冷却水は内側スリーブ１４と外側スリーブ１８との間の環状マニフォールド空間へ導入され、内側スリーブ１４の内面を通過するプラスチックチューブの移動を潤滑にするために、チューブの外側を冷却する水の薄い層が形成されるよう、前記流体注入穴１６を通して注入される。
このサイジングスリーブは、サイジングスリーブに入るプラスチックチューブが押出し成形された直径を持つ代わりに、高分子の円周方向への延伸を付与するために直径方向に拡張されたチューブにも適用できる。国際特許出願Ｎｏ．ＷＯ９０／０２６４４とＰＣＴ／ＡＵ９４／００７８４に記載された装置では、チューブは内部圧力が膨張プラグによって制限されるという方法で拡張される。このような場合には、サイジングスリーブは、拡張チューブの最終直径を制御するためにチューブ拡張域の下流端に設置されるのがよい。
排出領域１２による加圧部１０の分割で、すぐ上流側の加圧部１０から注入された水を逃がし、最終チューブの直径の変動を結果として引き起こすところのチューブとスリーブ内面の間の圧力上昇を防ぐことができる。
さらに、排出領域１２は加圧部１０を独立させ、加圧部１０間での圧力の伝動を制限し、もしくは無くす。本発明の発明者は、もしこのようにしないときには、軸方向に移動するチューブの変形と、注入流体内の圧力分布の間の相互作用によって、振動系が生起されることがあるということを発見した。加圧部の独立は、加熱部間の混流や干渉を起こすことなく、圧力が特定の分布状態に設定、維持されることを可能にする。
サイジングスリーブの内面とチューブ間の潤滑流体層の圧力は、チューブ壁の弾性、粘性抵抗による成分に基づくものよりも、チューブの内圧と実質的に等しい。
実際に、押し出されているチューブの厚さには典型的な±１０％のバラツキがあり、これが内圧に対して、弾性や粘性抵抗と同程度の変動をもたらすだろう。チューブ壁は内圧に対して大きな、一般的には６０から９０％の抵抗をし、潤滑流体層の圧力の影響は残りの１０から４０％であるから、抵抗による１０％のバラツキは潤滑層の圧力で約±５０％のバラツキと解釈される。
サイジング装置には、好ましくは、潤滑流体層の圧力変動によって生じる流体注入流量の変動を減少させる注入流量の安定化手段が含まれる。注入流量の安定化手段は、潤滑流体層の圧力変動が５０％あったとして、注入流量の変動が２０％以下好ましくは１０％以下となるようにする。
一つの実施形態として、注入流量の安定化手段は流体注入穴１６への流体供給を制御することによりできる、例えば、加圧部１０の各々の流体供給経路に設けられた流量制御装置２８（参照）で構成される。流量制御装置２８は、例えば、上流側で提供される高い圧力をオリフィスのような高い圧力降下を生じさせる絞り装置がよく、下流側での正常な圧力変動は絞り装置を通った流量によって影響をほとんど受けない。例えば、絞り装置によって生じる圧力降下は潤滑流体層の圧力より大きくなる。
十分な注入流量の安定が得られるように、高圧流体源から供給される圧力はサイジングスリーブの入口部に隣接する加圧部で、好ましくは最大内圧の少なくとも１００％かそれ以上、望ましくは、少なくとも１５０％となるようにする。この入口部の位置ではチューブ壁は可塑状態にあり、内圧への弾性抵抗は最も小さいが、しかし内圧に比例してたわみ、したがって、高圧流体源の圧力を潤滑流体層の圧力より十分に大きくする必要がある。プラスチックチューブがサイジングスリーブを通過して進む間にチューブの外表面は流体膜によって冷やされ、チューブ外面の硬化部の厚みは、チューブがもはや内圧による応力の下でも、チューブの直径を維持するための圧力による直径方向の保持を必要としないまで次第に増加する。流体供給圧力はもし要望されるならサイジングスリーブに沿って、次第に減少される。
他の方法として高圧流体源とオリフィスとは、比較的一定な流量を保つように調節される機械的流量制御装置によって置き換えられてもよい。
排出領域は、単純には図１に示されるように、隣接する加圧部１０間の隙間１２として形成される。他の方法として排出領域は図２に示されるように連続するサイジングスリーブの一部からなる。この例でサイジングスリーブは被覆スリーブとして形成され、この内側スリーブは多数の流体注入穴すなわち円周上のスロット２６を持っている。
内側スリーブ１４と外側スリーブ１８との間の空間は、一連の放射状の壁２２によって多数の領域２０に分割され、各々の領域２０は流体の供給および排出チューブと接続するための栓口２４もしくは別の手段を持っている。加圧された高圧流体供給源に接続される領域２０ｂは、図１のように加圧部として作用し、流体の排出チューブが接続される領域２０ａは、流体供給のためのマニフォールドとして、また排出領域として作用する。
この形態では、流体の供給部すなわち加圧部と出口に接続される排出領域の数と順序を変化させ、加圧部と排出領域をプロセスの条件に適合するように変えることが可能な、機能上の自由度がある。例えば、図２の例で加圧部１０は１つの排出領域に繋がる２つの連続領域からなる長さがある。
図２において、各々のサイジングスリーブの加圧部の流体注入穴は比較的大きく、例えば１００ミリのチューブ径に対して少なくとも１ミリの径の穴か、もしくは流体の注入と排出との間に最小の圧力降下をもたらすような円周スロット２６とする。それゆえ、マニフォールドの圧力は凡そ流体潤滑層の圧力に等しい。加圧された各マニフォールドは上述されたような別々の流量安定化手段２８を経由して高圧流体源１７に接続される。各マニフォールドは、チューブの板厚の変動が、他のチャンバーでの圧力消費をもたらし、１つのチャンバーに過度の水を注入することのないようにするため、独立した流量安定化手段２８を経由して流体源１７に接続されることか好ましい。
図２の例の改良において、注入スロット２６すなわち流体注入穴は円周上の多数の部分に分け、流体は流体量安定化手段を各々の部分に設けることで、独立である各々の部分に供給することができる。他の方法として、各々の部分は別々の圧力流体源に接続することもできる。この後者の配置は、各々のスリーブの内面への流体供給圧力を独立して制御するときに用いることができる。
本発明の発明者はサイジング装置に到達するプラスチックチューブの中心の偏心とチューブの板厚の偏心は、しばしばチューブを製造する押出し機のヘッドのピンのオフセットによって生じることを見出した。このような偏心は通常のことで予期しうることであり、円筒状のいくつかの、例えば、図３から図８のサイジング装置において、注入流量を独立的に制御することによって補償することができる。
注入流量の安定性を得る他の方法は、多数の微細な穴、例えば約０．５ｍｍ以下、好ましくは約０．２５ｍｍ以下の直径の穴から流体を注入することである。１００ｍｍ以上のチューブ径について、注入流量の安定はチューブ径の０．５％以下の直径の流体注入穴を使って達成される。これらの微細な流体注入穴は流体供給部と潤滑流体層との間の高い圧力降下を維持するために流量を制限し、これによって各々の注入穴からの注入流量は実質的に独立し、たとえ、チューブ壁がチューブの局部変形もしくは偏心のためにサイジングスリーブの内面との間に隙間があいたとしても、実質的に変動することはない。流入注体穴と高圧流体源との間の高い圧力降下の利点は、サイジングスリーブ内の全流量の安定と同様に流体注入を安定化させることである。
図３から図５は微細な流体注入穴の形成を容易にするための、実施例としてのモジュール式のサイジングスリーブを示している。
サイジングスリーブは、内側スリーブを形成する内輪部３２と、側面の橋渡し部５４と、流体供給口もしくは排出口となる穴３７を持つ同軸の外側スリーブである外輪部３４とからなる、互いに統合されたセグメント３０すなわち同軸リングによって形成される。
各内輪部３２は、一緒に組み合う各セグメント３０の環状マニフォールド３８によって囲まれ、連続的なサイジングスリーブ内表面を形成するように、一部が互いに軸方向且つ放射状にオフセットしている。各々のマニフォールドは次の隣接セグメントに当接する溝４２のＯリング４０によって外部への洩れに対してシールされる。そしてセグメントは拘束棒４８によって繋かれた一対の締結リング４４、４６からなる締結装置によって決まった位置に保持される。上流側の締結リング４４はサイジングスリーブの入口部となる内面５０を有し、ここには高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）のような高分子材料で形成された丸い入口部材５２が備えられる。
各々の内輪部３２の入口側の前端面にはフライス加工によって加工された一連の放射状の溝５６を持ち、隣接する同軸リングであるセグメントの橋渡し部５４の後端面に接し、流体注入穴６６が形成される。すなわち、隣接するセグメントが互いに連結され、高圧流体源にマニフォールド３８が接続されると、これらの溝５６はサイジングスリーブの内面への流体注入のための流体注入穴として機能する。
この構造の利点は流体注入穴の加工において、サイズと形状が精度よく制御できることである。なぜならば、その製造がサイジングスリーブのボディを貫通してのレーザーもしくは穴あけ加工ではなく、各々のセグメントの先端面に対するノッチ加工を含むからである。超微細な流体注入穴が、例えば、深さ約０．１から０．２ｍｍ、幅約０．１から０．３ｍｍ（参照）の三角形断面の溝５６の形成により、通常の機械加工技術によって製造できる。この構造のもう１つの利点は、流体注入穴６６が詰まった場合には、サイジングスリーブから同軸リングすなわちセグメントを取り外して、洗浄できることである。
超微細な径の穴は高い圧力降下を生じ、かつ前述したように、各々の穴によって独立した流量とすることができる。例えば、流体注入穴を通過させて３から４ＭＰａの圧力降下が達成される。これは実際には排出領域の流体排出口へと流体を移動させる流体潤滑層の圧力より何倍も高く、そして発明者は各々の排出領域の流体排出口が、先行する加圧部より広い開口面積を持つことが、非常に好ましいことであることを見出した。これを達成するために、排出領域として使われる各々のセグメントには、僅かな隙間が、例えば、円周上の排出スロットを作り出すためにシムのような隙間決めメンバーによって形成される。なお、隣接する前のセグメントから０．２から２ミリの隙間であってもよい。この例によれば、サイジングスリーブは１２個のセグメントからなり、排出領域として作用する各第４番目のセグメントには、０．５ｍｍの隙間があけられる。なお、他の方法として、流体注入穴面積より大きな穴面積をもつ特別な排出口のあるセグメントを備えることもできる。
図６から図７Ｂは別のもう１つのモジュール式サイジングスリーブを示している。ここでサイジングスリーブの長さ方向に沿った幾つかのセグメント７０の位置から水を注入することができる。これは特に冷却と潤滑の要求が厳しい、サイジングスリーブの最初（入口側）の第１加圧部に適用される。しかし、もし要求されるなら、この構造はサイジングスリーブの長さ方向に沿って延長されてもよい。
このサイジングスリーブの構造は、流体の供給口もしくは排出口への接続部３７を持っている多数の重複した同軸リングすなわちセグメント７０によって形成される。図７Ａに示されるように、次の第２のセグメント３０ｂは、流体接続部３７を含む外側スリーブである外側部６０と共にサイジングスリーブの内面を形成する内側スリーブである内側部５８が一体である。内側部５８の端面６２には注入口もしくは排出口３７を形成するため、図４〜６に示されるようなノッチが加工される。そして流体通路６４は流体を流体注入穴６６へと流体接続部３７から導く。
第１のセグメント３０ａは、第２セグメントに繋がるそして流体接続部３７がある外側スリーブである外側保持リング６８と、サイジングスリーブの内面を形成すべき内側に嵌められた一連の短い同軸リング７０とからなる。図７Ａと図７Ｂに示されるように、内側の同軸リング７０には角の隙間を形成した穴７２が形成されている。内側の同軸リング７０には、それらの端面に放射状の溝６６があり、隣接する同軸リングと互いに接する時、溝６６によって形成された放射状の経路と連通する流体供給路７４を円周部に形成するため、外周側のエッジが面取りされている。各々の同軸リング７０を貫通する穴７２の端面は円周上の経路と連通させるために面取りが施され、これにより流体注入穴へ流体を供給する。
図８は他の幅調整式の流体注入穴を一体に組み込んだサイジングスリーブの入口装置の他の例を示している。
図に示された入口装置は、図７Ａで３０ｂの符号で示されたタイプのセグメントからなるサイジングスリーブに固定される。しかしこれは他のタイプのサイジングスリーブに使うこともできる。前面の経路を兼ねるリング７６は、サイジングスリーブの入口部を取り囲む内側に傾いた前面８０をもち、サイジングスリーブの内面に合わせるように内側に伸びたフランジ７８がある。経路の外側部は経路内に画成されたマニフォールド８４に水を供給するために、流体入口ポート８２と一体となる。前記経路前側部は外周にねじが切られた入口フランジ８６によって閉ざされる。フランジ８６は経路の外側部の内側に形成したネジ８８と螺合し、リング７６と締結される。入口フランジ８６と前面から内側に延びる部位９０に、サイジングスリーブの内面直径よりわずかに小さい、例えば１ｍｍ以下もしくは好ましくは約０．２ｍｍだけ小さい直径の切頭形円錐のリードが設けられる。より小さな直径のリップは高圧の流体に耐えうるプラスチックチューブのシールとして機能する。接触面９１は好ましくはＤＬＣ（ダイヤモンドのような被膜）のような硬い被膜を持つ。
入口フランジ８６の後面は、環状の流体注入スロット９２を作るために内側のフランジ７８の前面８０と平行になっている。これは移動するプラスチックチューブに沿って潤滑流体層を形成するため、部位９０のリードから突き出たリップの後ろから潤滑用流体である水が注入される。スロット９２の幅、すなわち潤滑流体層に注入される流体の量は、リング７６に対してねじ切りフランジ８６を内もしくは外にねじ込むことで調整することができる。
サイジングスリーブの入口の第１圧力部に注入される流体は、この流体が注入された位置より下流に注入される流体の温度より高くてもよい。これは、プラスチックチューブを容易にサイジングスリーブの内周形状に適合させるように、サイジングスリーブの入口部に進行してきたチューブを冷却することなしに潤滑するためである。サイジングスリーブの他の領域部分では、注入流体はチューブの潤滑と冷却の両方を行う。
さらなる改良において、サイジングスリーブの長さに沿った圧力と、もしくは温度分布とは、サイジングスリーブの長さに沿って種々の点で注入される流体の温度と圧力を変化させることによって制御される。この方法ではチューブの最終直径を精度よく制御することが可能となる。例えば、各々の加圧サイジングスリーブ部は独立に温度と圧力を制御する別の流体源を持ってもよい。
図９、１０は、モジュール式のサイジングスリーブの更なる他の実施例を示し、いわゆる同軸リングである円環状の部材の各セグメント９４が、内側面を環状経路９６、外側に保持フランジ９８をもっている。
軸ロッド１００の配列は軸方向に間隔を持ってセグメントを保持するようにその保持フランジ９８を貫通する。
各々のセグメント９４には一対の硬化された内面１０２ａ、１０２ｂがあり、これらは移動するプラスチックチューブ１０４を保持するためのサイジングスリーブの内面として機能する。また、セグメント９４は、流体供給部１０６が設けられており、経路とチューブ１０４と間の限定された環状スペース１１０に通じる流体注入穴１０８が形成されている。この部分でチューブを支持するために加圧流体が環状スペース１１０へ供給される。穴１０８を通じての水量は、に示されるようにネジ結合された調整部材１１２などの手段によって調整される。
隣接するセグメント間のスペース１１４は、加圧部と排出領域の相対的な割合を決めるためのサイジングスリーブの排出領域を形成する。加圧部と排出領域の相対的割合はセグメントの隙間を変えることによって調整できる。図示されたようにサイジングスリーブの内面１０２ａと１０２ｂの面積は、凡そスペース１１０と１１４によって示される残存領域に等しくてもよい。さらに、プラスチックチューブ１０４とサイジングスリーブが位置している冷却槽（図示されていない）の冷却水との間の自由な接触で、温度制御は注入水よりむしろ冷却水によって成し遂げられてもよい。また、排出領域でチューブの外側へ真空を作用させることも容易に行うことができる。サイジングスリーブの内面にチューブが適合するのを補助するために、最初のセグメント部位に温水を注入してもよい。
加えて、各セグメントと相互に一致することがない時には、チューブがサイジングスリーブを通過する際の冷却によるチューブの収縮に応じて、連続的にセグメントの内径を僅かずつ縮小していけばよい。
この発明の代表的な実施例は上記の通り記載されているが、当業者にとってこの発明の本質的な特徴から離れることなく、他の特定の形態に具現化できることは明白である。上記の実施例及び例示は全ての点において制限的ではなく考慮され、発明の範囲は前述の詳細な説明よりむしろ添付された請求の範囲に示され、そして請求の範囲と実質的に同義及び均等な範囲の中に入る変更も全てそこに含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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