JP2014530131A - プラスチック材料処理装置 - Google Patents

Abstract

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）周りに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）内で回転するスクリュー（６）を有する搬送機（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、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）が存在し、かつ、器具と容器（１）の側壁（９）の内面との間の径方向距離が、１５ｍｍから１２０ｍｍの範囲にあり、かつ次の関係式であるｍｂ＝ｋ?ＤＢに従い、ＤＢは容器（１）のミリメートル単位での内径であり、ｋは０．００６から０．１６までの範囲にある定数であることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の装置に関する。

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。

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、受け器に供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。

しかし、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における処理済みプラスチック材料の品質、および／またはスクリューの出力量が十分ではない、という課題がある。

製品の最終品質にとって重要なのは、まず、カッターコンパクタから搬送機または押出機に入る前処理後のポリマー材料または軟化ポリマー材料の品質であり、加えて、取入れでの状況や搬送または、必要に応じて、押出における状況である。ここでの関連要因としては、スクリューの個々の領域の長さが含まれ、また、例えばねじ山の厚み、ねじ山の高さなどのようなスクリューパラメータが含まれる。

本カッターコンパクタ／搬送機を組み合わせた装置の場合、搬送機に進入する材料は処理や冷熱を経ずに直接導入されることはなく、カッターコンパクタにおいて、加熱や軟化および／または一部の結晶化といった前処理が済んだ後送られてくるため、特定の状況が発生する。これもまた、材料の取入れや品質を決定する要因となる。

二つのシステム、すなわちカッターコンパクタおよび搬送機は、互いに影響を及ぼし、かつ取入れの結果および更なる搬送の結果、そして、必要に応じて、圧縮の結果は、材料の前処理および恒常性に大いに依存する。

したがって、一つの重要な領域は、カッターコンパクタと搬送機との間の境界であり、言い換えれば、均質化された前処理材料が、カッターコンパクタから搬送機または押出機の中へと通過する領域である。一方で、これは純粋に機械的問題の範囲であり、二つの別々に動作するデバイスの互いに対する結合が要求される。また、この境界はポリマー材料にとっては同様に扱いにくく、その理由は、この点で材料が通常、溶融範囲に近く、非常に軟化した状態にあるが、しかし溶融可能ではないからである。温度が低すぎると、その場合には、処理量および品質における低下がある。温度が高すぎて、しかもある場所で不要な溶融が起こると、その場合には、取入れが妨害される。

さらに、システムが閉じたシステムであり、かつ取入れへの直接アクセスがないので、搬送機の正確な計量および供給は困難である。代わりに、材料の供給はカッターコンパクタから起こり、それゆえに、材料供給が、例えば重量計量デバイスを介して、直接影響されることはない。

それゆえに、機械的に考慮された方法におけるだけでなく、言い換えれば、ポリマーの性質を理解することでこの移行を設計し、同時に全体的な動作の経済問題を、言い換えれば、高処理量および適切な品質を考慮することも重要である。ここで守られるべき前提条件は、相互に矛盾する場合もある。

先行技術から公知であり、かつ本明細書の導入部分で述べた装置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。

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。

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、押出機の取入れ作業や混合・粉砕用器具が粘結させ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。

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。

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。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。

この種の共同回転カッターコンパクタは、これらに取り付けられる様々な押出機または搬送機を有してきたが、結果として、これらは原則的に完全に許容でき、かつ魅力的なものであった。しかし、出願人は、全体としてシステムをさらに改良するために、総合的な研究を行ってきた。

欧州特許第１２３７７１号明細書 欧州特許第３０３９２９号明細書

本発明は、前述した問題点を解決し、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も含めて、スクリューによる従来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し、同時に、時間の有効利用、エネルギーの節約、設置スペースの最小化も達成するように構成することを、目的とする。

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。

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。

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、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。

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。

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。

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。

さらに、上述され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。

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。

出願人はさらに、容器の壁部に対して混合・粉砕用器具を特別に配置すること、およびブレード間に特別な距離を規定することによって、搬送機または押出機の取入れ動作に対して直接影響を与える格別に有利な効果が達成されることを見出した。

したがって、本発明によれば、器具と容器側壁の内面との間の径方向距離（ｍｂ）が規定されるが、この径方向距離（ｍｂ）は、基台に最も近い混合用および／または粉砕用器具の径方向最も外側の点、または器具の径方向最も外側の点、および／またはブレードの径方向最も外側の点から測定される場合、またはその点によって描かれるように定義される円から測定される場合、１５ｍｍから１２０ｍｍの範囲にあり、好ましくは２０ｍｍから８０ｍｍの範囲にあるべきものである。

また、径方向距離ｍｂは、ｍｂ＝ｋ×Ｄ_Ｂの関係に従い、ここでＤ_Ｂは、円形断面を持つ円筒状容器のミリメートル単位での内径、または同じ容積を有するように計算された円筒状断面を持つ同じ高さの仮想的円筒状容器のミリメータ単位での内径であり、ｋは０．００６から０．１６の範囲にある定数である。

器具と容器壁との間の距離は小さく保たれるのが有利であり、その理由は、これによって、取入れ動作の改善が生まれ、かつ取入れの間の材料のいかなる「ピンチング」も回避されるからである。それにもかかわらず、十分な許容範囲の距離が保証されなければならない。この距離が大きすぎると、結果として、装入における劣化が起こる。

混合用器具の回転方向が反対方向であることで、スクリューの取入れ動作は侵襲的なものではなく、それによって、侵襲的な動作でより多くのエネルギーを材料に付与する器具として、カッターコンパクタを使用可能であることが意外にもわかった。したがって、カッターコンパクタは比較的高温で動作可能になり、その結果として、少ない滞留時間で均質性が向上する。本発明によれば、器具の反対方向回転との組み合わせにおける特別な空間的関係によって、エネルギーの特別に良好かつ効果的な導入が達成される。

既に十分に予備加熱された粒子がスクリューの中を通過するので、カッターコンパクタと押出機とのこのタイプの組み合わせにおけるもう一つの予想外の結果として、取り付けられた押出機において材料の溶融性能が改善される。これによって不均質性のリスクが補われることになり、容器からスクリューのハウジングへと運ばれて圧縮・溶融される材料では、高い熱的・機械的均質性が達成される。これに応じて、押出機のスクリューまたは凝集スクリューの端部における可塑化または凝集化材料の品質は最終的に非常に高いものになる。さらに、前処理や取入れに際して、ポリマーに非侵襲的な処理を施し、材料を小さな剪断で溶融するスクリューを用いることが可能になる。

また、時間に対する処理量の安定度はより高く、かつ／または処理量性能はより均一であり、しかも取入れは、スクリューの充填に関する問題もなく、安定に動作する。

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。

一つの有利な展開によれば、容器において、回転軸の周りに回転可能な少なくとも一つの循環器具搬送機が設けられ、これの上および／または中に、混合用および／または粉砕用器具が配置される、または形成される。

器具搬送機が搬送ディスクであり、特に基底面に平行に配置されれば、有利である。
器具は、これの上に容易かつ簡単に取り付けることができる。

このことに関連して、混合用および／または粉砕用器具、および／または器具搬送機が、器具および／またはブレードを備え、これらが、回転方向または移動方向において、プラスチック材料に対して、粉砕、切断および／または加熱作用を有していれば、有利である。

ブレードの変更が非常に容易である変形例では、混合用および／または粉砕用器具、または器具および／またはブレードが、器具搬送機の上側に配置されるか、または形成される。

さらに有利には、径方向最も外側に位置し、かつ側壁の内面に面する器具搬送機のほぼ垂直な外側縁部の上に配置された器具および／またはブレードは、これの中に組み込まれるか、または形成される、もしくは可逆的に分離可能な方法で固定される。

有利な展開によれば、器具搬送機と容器の側壁の内面との間の径方向距離ｍｃは、基台に最も近い器具搬送機の径方向最も外側の点から測定される場合、またはその点によって描かれるように定義される円から測定される場合、３０ｍｍから２１０ｍｍの範囲にあり、好ましくは４０ｍｍから１５０ｍｍの範囲にある。

容器の内径Ｄ_Ｂと基台に最も近い器具搬送機の径方向最も外側の点によって描かれる円の直径との間の比が、次の関係式であるＤ_Ｂ＝ｋ_２×Ｄ_Ｗに従うならば特に有利であり、ここでＤ_Ｂはミリメートル単位での容器の内径、Ｄ_Ｗは器具搬送機の径方向最も外側の点によって描かれるミリメートル単位での円の直径、ｋ_２は１．０１から１．５の範囲にある定数である。

一つの有利な展開によれば、１３００ｍｍ以上の内径Ｄ_Ｂを持つ容器の場合、定数ｋ_２は１．０１から１．１２までの範囲にある。この場合には器具は特に効果的であることがわかっており、処理量を極めて一定に保つことができる。

器具搬送機に対する径方向距離ｍｃが、器具に対する径方向距離ｍｂよりも大きいか、または等しいことは有利である。したがって、器具搬送機から突き出る、または突出する器具は、材料に対する効果をさらに促進する。

本発明の有利な展開によれば、混合用および／または粉砕用器具の径方向最も外側の点で描かれる円、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のスカラー積が、ゼロまたはマイナス値であるように、搬送機が受け器上に配置されている。開口の径方向すぐ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、基底面や搬送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。

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、搬送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さらに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、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。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。

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、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。

送り込み作用が必要以上に大きくならないように、軸線と半径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。

上記目的を達成するには、軸線と半径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。

本明細書の特に有利な実施形態においては、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、ハウジングの端部に設けられた排出口、具体的には、押出機のヘッド部へ搬送を行う。

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。

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。

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。

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。

これらの器具および／またはブレードは、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。

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。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。

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。

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、１０〜４００ｍｍである。

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。

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。

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。

後続の図面の例示はすべて、例えば一軸スクリュー押出機のような、単一のスクリューを備えた搬送機を示す。別の選択肢として、二つ以上のスクリューを備えた搬送機、例えば、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・多軸スクリュー搬送機や二軸・多軸スクリュー押出機を用いることもできる。

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は、図１の実施形態の横断面図である。 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は、オフセットが比較的大きい別の実施形態を示す。 図５は、試験結果を示す。 図６は、試験結果を示す。

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。

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。

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の最上部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。

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。

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。

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。

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、押出機の右側端に配置される。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。

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。

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。

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。

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に平行かつ混合用・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が存在する。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。

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。

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。

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。

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。

開口８の回転方向１２に対して上流側に位置する点２０、または開口８における回転方向１２のさらに上流側に位置する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。

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。

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。

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。

器具と容器１の側壁９の内面との間の径方向距離ｍｂは、径方向最も外側の点から測定される場合、またはブレード１４の最も外側の点から測定される場合、もしくはこれによって描かれるように定義される円から測定される場合、図２における例として含まれる。これは、ｍｂ＝ｋ×Ｄ_Ｂの関係式に従う。

器具搬送機と容器１の側壁９の内面との間の径方向距離ｍｃは、搬送ディスク１３の径方向最も外側の点から測定される場合、さらに含まれる。これは、Ｄ_Ｂ＝ｋ_２×Ｄ_Ｗの関係式に従う。

距離ｍｃは距離ｍｂよりも大きく、器具またはブレード１４は、それゆえに、搬送ディスク１３を超えて突出する、またはこれの前に突出する。

図３および図４は、距離ｍｃおよびｍｂを含まない。これらの図は、主に押出機の接続可能性を例示するために役立つ。

図３に示す別の実施形態では、押出機５は、容器１に対して接線方向に取り付けられるのではなく、代わりに、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。

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。

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おり、この場合、この点は、さらに上流側の開口８における縁部に位置する。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。

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。

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における、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。

先行技術（図５）によるシステムを本発明（図６）によるシステムと比較する実験の説明：

両システムは、１１００ｍｍの直径を持つカッターコンパクタと、これに接線方向に取り付けられた８０ｍｍ押出機（原則として、図１または図２に示された構造）を備えたシステムを含む。動作パラメータは同一であった。使用された材料は、粉砕されていないポリプロピレン箔（ＰＰ）を含むものであった。

本発明によるシステムは公知のシステムとは異なり、図２で見られるように、カッターコンパクタにおける器具の回転方向は、反転され、逆方向回転とされた。壁と搬送ディスクを超えて突出する器具との間の距離は、さらに３５ｍｍと決定された。

それぞれの図で各下側曲線は、カッターコンパクタのトルクを示し、これは切断および圧縮のために使われるエネルギーを反映している。

それぞれの図で各上側曲線は、濾過デバイスの前での溶融圧力を示す。これは、処理量または処理量が一定である程度を反映している。

先行技術のシステムでは、本発明によるシステムにおけるよりも、時間に対する処理量の一定さが劣ることが明瞭に見られる。さらに先行技術のシステムでは、少なくともスクリューへの材料の装入に関して少なくとも１回（１２：３０頃に）、問題があったことが見てとれる。

Claims (19)

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）周りに回転し、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、
   少なくとも一つの搬送機（５）、特に一つの押出機（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、特に可塑化作用または凝集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位置して、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）は接続されている、装置において、
   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）の中心軸線を、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が、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）の回転軸（１０）から外方へ向かう前記容器（１）に関連する半径（１１）との間にはオフセット距離（１８）が存在し、
   前記器具と前記容器（１）の前記側壁（９）の内面との間の径方向距離（ｍｂ）が、前記基台に最も近い前記混合用および／または粉砕用器具（３）の径方向最も外側の点から測定される場合、または器具および／またはそこに設けられたブレード（１４）から測定される場合、もしくはその点によって描かれるように定義される円から測定される場合、１５ｍｍから１２０ｍｍの範囲にあり、好ましくは２０ｍｍから８０ｍｍの範囲にあり、かつ以下の関係式
   ｍｂ＝ｋ×Ｄ_Ｂに従い、
   ここで、Ｄ_Ｂは、円形断面を有する円筒状容器（１）のミリメートル単位での内径であるか、または同じ容積を有するように計算された円筒状断面を有する同じ高さの仮想的な円筒状容器のミリメートル単位での内径であり、
   ｋは０．００６から０．１６の範囲にある定数である
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記容器（１）において、前記回転軸（１０）の周りに回転可能な少なくとも一つの循環器具搬送機（１３）が設けられ、これの上および／または中に、混合用および／または粉砕用器具（３）が配置されるか、または形成され、前記器具搬送機（１３）が好ましくは搬送ディスク（１３）であり、特に基底面（１２）と平行に配置される、ことを特徴とする装置。
3. 請求項１または２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）、および／または器具搬送機（１３）が、回転方向または移動方向（１２）において、前記プラスチック材料に粉砕、切断および／または加熱作用を有する器具および／またはブレード（１４）を備え、前記混合用および／または粉砕用器具（３）、または器具および／またはブレード（１４）が、好ましくは前記器具搬送機（１３）の上側に配置されるか、または形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記器具搬送機と前記容器（１）の前記側壁（９）の前記内面との間の径方向距離（ｍｃ）が、前記基台に最も近い器具搬送機（１３）の径方向最も外側の点から測定される場合、またはその点によって描かれるように定義された円から測定される場合、３０ｍｍから２１０ｍｍの範囲にあり、好ましくは４０ｍｍから１５０ｍｍの範囲にあることを特徴とする装置。
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、前記容器（１）の内径Ｄ_Ｂと、前記基台に最も近い器具搬送機（１３）の径方向最も外側の点によって描かれる円の直径（Ｄ_Ｗ）との間の比が、以下の関係式
   Ｄ_Ｂ＝ｋ_２×Ｄ_Ｗ
   に従い、
   ここで、Ｄ_Ｂは前記容器（１）のミリメートル単位での内径であり、
   Ｄ_Ｗは前記器具搬送機（１３）の径方向最も外側の点によって描かれる円のミリメートル単位での直径であり、
   ｋ_２は１．０１から１．５の範囲にある定数である
   ことを特徴とする装置。
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、１３００ｍｍ以上の内径Ｄ_Ｂを有する容器（１）の場合、前記定数ｋ_２が、１．０１から１．１２の範囲にあることを特徴とする装置。
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、前記器具搬送機に対する前記径方向距離（ｍｃ）が、前記器具に対する前記径方向距離（ｍｂ）よりも大きいか、または等しいことを特徴とする装置。
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、径方向最も外側に位置し、かつ前記側壁（９）の内面に面する前記器具搬送機（１３）のほぼ垂直な外側縁部の上に配置された前記器具および／またはブレード（１４）が、これの中に組み込まれるかまたは形成される、もしくは可逆的に分離可能な方法で固定されることを特徴とする装置。
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）の半径（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）のスカラー積が、ゼロまたはマイナス値であることを特徴とする装置。
10. 請求項１から９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、前記搬送機（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、特に前記縁部または開口（８）上にあってさらに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。
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、前記搬送機（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。
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、前記距離（１８）は、前記搬送機（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、好ましくは２０％以上であり、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。
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、前記搬送機（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）の断面に対して正割状に通過することを特徴とする装置。
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おり、または、前記搬送機（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）の包絡線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、特に押出機のヘッド部にあり、かつ前記ハウジング（１６）の端部に配置された排出口へ搬送を行うことを特徴とする装置。
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、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。
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、前記材料に作用し、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。
17. 請求項１から１６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。
18. 請求項１から１７までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記基台に最も近い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、特に前記容器（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）から小さい距離を置いて、好ましくは、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。
19. 請求項１から１８までのいずれかの請求項に記載の装置であって、前記搬送機（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。

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