(57)【要約】      （修正有）【課題】ダイ支持装置の下流に位置するダイ出口断面の流路幅方向における流量均一性を実現することができるダイ支持装置およびこれを備えた押出成形用ダイを提供する。【解決手段】ダイ支持装置１は、押出機先端に装着可能であるとともに溶融樹脂を押し出し成形するための装置である。ダイ支持装置１は、流入口と流出口を含む流路４を有する。流入口には溶融樹脂が押出機から流入する。流入口から流入した溶融樹脂は流出口から流出する。流路４は、溶融樹脂の流れ方向に対して垂直な流路幅Ｗが流入口から流出口に向かって拡大するとともに、流れ方向に対して垂直な流路高さｈが流入口から流出口に向かって縮小する。流路４の断面構造は、流路幅方向における中央部５での流路高さｈ3よりも流路幅方向における両端部６での流路高さｈ4の方が大きい。【選択図】図３
2010264629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出機先端に装着可能であるとともに溶融樹脂を押し出し成形するためのダイ支持装置であって、
前記溶融樹脂が前記押出機から流入する流入口と、該流入口から流入した該溶融樹脂が流出する流出口と、を備えた流路を有し、
前記流路は、前記溶融樹脂の流れ方向に対して垂直な流路幅が前記流入口から前記流出口に向かって拡大するとともに、該流れ方向に対して垂直な流路高さが該流入口から該流出口に向かって縮小し、
前記流路の断面構造は、前記流路幅方向における中央部での前記流路高さよりも該流路幅方向における両端部での該流路高さの方が大きい、
ダイ支持装置。
【請求項２】
前記流入口での前記流路の断面形状は円形または楕円形である、請求項１に記載のダイ支持装置。
【請求項３】
前記流入口と前記流出口との間での前記流路の少なくとも１つの断面は、その形状が前記中央部から前記両端部へ繋がる領域では平行な二直線で形成された縁部で構成されているとともに、前記流路幅方向における各端部では円形である、請求項１または２に記載のダイ支持装置。
【請求項４】
前記流出口での前記流路の断面形状は円形または楕円形である、請求項１から３のいずれか１項に記載のダイ支持装置。
【請求項５】
前記流入口における前記流路幅Ｗ1と前記流出口における前記流路幅Ｗ2との関係は、１．３≦Ｗ2／Ｗ1≦５．０である、請求項１から４のいずれか１項に記載のダイ支持装置。
【請求項６】
前記流入口における前記流路幅Ｗ1と該流入口における前記流路高さｈ1との関係は、１．０＜Ｗ1／ｈ1≦２．２である、請求項１から５のいずれか１項に記載のダイ支持装置。
【請求項７】
前記流出口における前記流路幅Ｗ2と該流出口における前記流路高さｈ2との関係は、１０≦Ｗ2／ｈ2≦４０である、請求項１から６のいずれか１項に記載のダイ支持装置。
【請求項８】
前記流入口と前記流出口との距離を流路長Ｌと定義すると、該流路長Ｌと該流出口における前記流路幅Ｗ2との関係は、０．２≦Ｌ／Ｗ2≦１．５である、請求項１から７のいずれか１項に記載のダイ支持装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載のダイ支持装置と、
前記ダイ支持装置から流出する前記溶融樹脂をストランド状に吐出するノズル孔を有するダイプレートと、
を含む、
押出成形用ダイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形機を用いたペレット製造工程に用いるストランドダイ支持装置およびこれを備えた押出成形用ダイに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックやゴムなどでストランドを成形し、それをカッターで裁断してペレットを製造する工程では押出機先端にストランドダイを用いる。ストランドダイ出口のノズル孔の配列は、一般的に横一列か数列、あるいは楕円形状を示すが、一概に横方向に幅広な形状を示す。ストランドダイから押し出された溶融体がストランドを形成する際、この幅広形状がゆえに両端部での流速が中央部に比べて低下し、最終的にペレットのサイズ均一性が保てないケースやストランド切れが頻発するケースが生じる。
【０００３】
この幅方向の流速ムラは、粘度の高い流体よりも低い流体の方が、また幅が狭いダイよりも幅広のダイの方が顕著に表れる。例えばＭＦＲ（Melt Flow Rate）が高い樹脂を高能力で生産する場合などは幅広なダイを使用することになるため、ダイ出口で均一な流速を得るためのダイ設計が必要になる。
【０００４】
図５に一般的なストランドダイの構成図を示す。また、図６に図５のストランドダイの流路出口方向から見た斜視図を示し、図７にその流路断面図を示す。図８から図１０に典型的なダイホルダの入口断面図、流れ方向中央部における断面図、および出口断面図をそれぞれ示す。
【０００５】
押出成形用ダイ１００は、ダイホルダ１０１と、ダイホルダ１０１から流出する溶融樹脂をストランド状に吐出するノズル１０７を有するダイプレート１０８とを備えている。ダイホルダ１０１は押出機の先端に接続配管１０９およびブレーカー１１０を介して装着される。ダイホルダ１０１の端部には多孔ノズル１０７を有するダイプレート１０８が装着され、ダイプレート１０８の先端からストランド状の溶融樹脂が押し出される。一般的に流路１０４の入口部を構成するダイホルダ流入口１０２の断面形状は円形あるいは楕円形であることが好ましい。一方、流路１０４の出口部を構成するダイホルダ流出口１０３の断面形状は流入口１０２に比べ流路高さ寸法ｈが小さく幅方向寸法Ｗが大きくなるため、そのアスペクト比Ｗ／ｈは入口に比べて大きくなる。また、一般的にダイホルダの本体形状は一体物のブロック構造であり、流路１０４の加工の際にはその加工性からある程度の制限が生じる。そのため、従来のダイホルダ流路１０４は図７から図１０に示すように流入口１０２の断面から流出口１０３の断面までのアスペクト比Ｗ／ｈを線形に変化させた形状が多い。小型実験用設備を除き、一般的な生産設備の場合、流出口１０３の断面の流路幅Ｗ2と流入口１０２の断面の流路幅Ｗ1との比はＷ2／Ｗ1＞１である。この場合の流路形態を用いると、流路の幅方向において両端部の流速よりも中央部の流速の方が高くなる。
【０００６】
ダイ出口の流路幅方向における流速分布を均一化するために、特許文献１や特許文献２の公知技術が提案されている。
【０００７】
特許文献１では、ダイ出口のノズル孔が一列あたり３０個以上あるダイにおいて、ノズル孔のランド長が中央部よりも端部を短くするためにテーパー加工を施す技術が開示されている。一方、特許文献２では、ダイホルダの流路拡大角度が規定以上のもので、ノズル孔のランド長を中央部から端部へ段階的に短くする技術が開示されている。また、特許文献１および２には、ダイホルダで流路を薄くかつ幅広に変形させた際、端部に比べ中央部の流速が高くなることから、出口孔の流動抵抗を変化させ最終的に幅方向へ均一な流れを生じさせる技術が開示されている。さらに、これらの特許文献には、ダイ先端のダイプレートで各孔の幅方向圧力損失を意図的に変化させることで、ダイプレート入口部で生じている流路幅方向における流速分布をダイプレート出口で均一化する技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２６８２７４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ダイ出口に相当するダイプレートのノズル吐出口は剪断速度が高くなる領域である。さらに、非ニュートン特性を示すプラスチック流体では剪断速度によって粘度が大きく変化する。そのため、様々な粘度特性を示す材料をこのようなダイでペレット製造を行うにあたっては、ダイ出口断面の流路幅方向における流量均一性の確保が困難になる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダイ支持装置の下流に位置するダイ出口断面の流路幅方向における流量均一性を実現することができるダイ支持装置およびこれを備えた押出成形用ダイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ダイプレート出口部のノズル吐出口でより安定した流量均一性を得るには、ダイプレート入口部であるダイホルダ流出口で既に流量を均一化するとよい。つまり、ダイプレートの上流に位置するダイホルダにおいて流路幅方向における流量を均一化する流路構造とすると効果的である。
【００１２】
そのため、本発明の一態様のダイ支持装置は、押出機先端に装着可能であるとともに溶融樹脂を押し出し成形するためのダイ支持装置であって、溶融樹脂が押出機から流入する流入口と、流入口から流入した溶融樹脂が流出する流出口と、を備えた流路を有し、流路は、溶融樹脂の流れ方向に対して垂直な流路幅が流入口から流出口に向かって拡大するとともに、流れ方向に対して垂直な流路高さが流入口から流出口に向かって縮小し、流路の断面構造は、流路幅方向における中央部での流路高さよりも流路幅方向における両端部での流路高さの方が大きい。
【００１３】
さらに、本発明の一態様の押出成形用ダイは、上述のダイ支持装置と、ダイ支持装置から流出する溶融樹脂をストランド状に吐出するノズルを有するダイプレートと、を含んでいる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るダイ支持装置は流路を有し、この流路は、押出機から溶融樹脂が流入する流入口から流出口に向かって溶融樹脂の流れ方向に対して垂直な流路幅が拡大するとともに、流れ方向に対して垂直な方向の流路高さが流入口から流出口に向かって縮小している。この流路の流入口と流出口との間での断面構造は、流路幅方向における中央部での流路高さよりも流路幅方向における両端部での流路高さの方が大きい。この領域での流路幅方向における両端部の流速は依然として中央部の流速より低いものの、両端部の流路高さが中央部の流路高さより大きいことで流路断面積は中央部より両端部の方が大きくなる。これにより、流量はその定義から流速と流路断面積との積に比例するため、中央部と両端部との間での流量の差は、両端部において流路断面積の拡大がなされていない従来の流路形態に比べ抑制することができる。そのため、流路幅方向における中央部と両端部との間で流量の均一化が図られる。よって、ダイプレートの上流に位置するダイ支持装置において既に流路幅方向における流量を均一化することができる。
【００１５】
したがって、ダイ支持装置の下流に位置するダイ出口断面の流路幅方向における流量均一性を実現することができるダイ支持装置およびこれを備えた押出成形用ダイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るダイ支持装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示すダイ支持装置の平面図である。
【図３】図２に示すダイ支持装置の流路の流れ方向中央部に相当するＤ―Ｄ断面図である。
【図４】従来のダイ支持装置によるダイ出口の流量分布と本発明の一実施形態に係るダイ支持装置によるダイ出口の流量分布との比較を示すグラフである。
【図５】一般的なストランドダイの構成を示す平面図である。
【図６】図５に示すストランドダイの流路出口方向から見た斜視図である。
【図７】図６に示すダイ支持装置の平面図である。
【図８】図７に示すダイ支持装置の流路の入口部に相当するＡ−Ａ断面図である。
【図９】図７に示すダイ支持装置の流路の流れ方向中央部に相当するＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図７に示すダイ支持装置の流路の出口部に相当するＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に本発明の一実施形態に係るダイ支持装置を示し、図２にその流路断面図を示す。また、図３に図２のダイ支持装置流路の流れ方向中央部に相当するＤ―Ｄ断面図を示す。
【００１９】
本発明の一実施形態に係るダイ支持装置１は、図１に示すように、流入口２と流出口３を含む流路４を有する。流入口２には溶融樹脂が押出機から流入し、流入口２から流入した溶融樹脂は流出口３から流出した後、ダイ支持装置１に装着されたダイプレートの複数のノズル孔から吐出されてストランド状に成形される。また、流出口３は流入口２とともに、流入口２から流出口３に向かって溶融樹脂の流れ方向に対して垂直な流路幅が拡大し、かつこの流れ方向に対して垂直な方向の流路高さが流入口２から流出口３に向かって縮小する流路４の一部を構成している。
【００２０】
この流路構造に関しては、流入口２の流路断面が図８に示す流路幅Ｗ1と流路高さｈ1を有する楕円形であり、流出口３の流路断面が図１０に示す流路幅Ｗ2と流路高さｈ2を有する楕円形であることが好ましい。また、流路４は流入口２から流出口３に向かってその幅方向での外縁が幅Ｗ1からＷ2へと連続的、直線的にテーパー状に拡大するように形成されている。さらに、図３の流れ方向中央領域に相当する断面図に示すように、流入口２と流出口３との間での流路４の断面は、その形状が流路幅方向における中央部５から両端部６へと繋がる領域では平行な二直線で形成された縁部で構成されているとともに、流路幅方向における各端部では円形であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の一実施形態に係るダイ支持装置１の流路構造は、次のような構造となっている。すなわち、流路幅方向の中央部５においては、図８に示す流入口２での流路高さｈ1から図３に示す流れ方向中央領域での流路高さｈ3へと流れ方向に沿って連続的に流路高さが縮小している。この流路高さの縮小傾向は図１０に示す流出口３へと続き、流出口３での流路高さがｈ2となることで流出口３は高アスペクト比な形状を呈している。
【００２２】
一方、流路幅方向の両端部６においても流路高さは中央部５と同様に流れ方向に沿って縮小している。すなわち、図８に示す流入口２での流路高さｈ1から図３に示す流れ方向中央領域での流路高さｈ4へと流路高さが縮小し、さらに、流出口３では流路高さｈ2が中央領域での流路高さｈ4より小さくなっている。ただし、両端部６では中央部５のように一様に流路高さが流れ方向に沿って縮小するのではなく、流れ方向に沿って円形状の空洞部を形成し、その空洞部の半径が縮小するように構成されている。特に、この空洞部のサイズに関して、図３に示す流れ方向中央領域では流路幅方向における中央部５の流路高さｈ3よりも両端部６に形成された空洞部の流路高さｈ4の方が大きくなっている。
【００２３】
以上のような流路構造を有する本発明の一実施形態に係るダイ支持装置、およびこれを備えた押出成形用ダイの構成により、以下のような効果を奏する。すなわち、ダイ支持装置１は流路４を有し、この流路４は、押出機から溶融樹脂が流入する流入口２から流出口３に向かって溶融樹脂の流れ方向に対して垂直な流路幅Ｗが拡大するとともに、流れ方向に対して垂直な方向の流路高さｈが流入口２から流出口３に向かって縮小している。流路４の流入口２と流出口３との間での断面構造は、流路幅Ｗの方向における中央部５での流路高さｈ3よりも流路幅Ｗの方向における両端部６での流路高さｈ4の方が大きい。この領域での流路幅Ｗの方向における両端部６の流速は依然として中央部５の流速より低いものの、両端部６の流路高さｈ4が中央部５の流路高さｈ3より大きいことで流路断面積は中央部５より両端部６の方が大きくなる。これにより、流量はその定義から流速と流路断面積との積に比例するため、これらの中央部５と両端部６との間での流量の差は、両端部６において流路断面積の拡大がなされていない従来の流路形態に比べ抑制することができる。そのため、流路幅Ｗの方向における中央部５と両端部６との間で流量の均一化が図られる。よって、ダイプレートの上流に位置するダイ支持装置１において既に流路幅Ｗの方向における流量を均一化することができる。
【００２４】
したがって、ダイ支持装置の下流に位置するダイ出口断面の流路幅方向における流量均一性を実現することができるダイ支持装置およびこれを備えた押出成形用ダイを提供することができる。
【実施例】
【００２５】
本発明の範囲は以降に詳述する実施例に限定されるものではない。図４に従来のダイ支持装置と本発明に係る一実施形態のダイ支持装置を用いて溶融プラスチックを押し出した際のダイプレートの各ノズル孔の無次元化された流量分布を示す。ダイプレートとしては幅方向に２７個の孔が配置された形態のものを用いている。ダイ支持装置に関しては、図２、図７と同様に幅方向に対して対称的な流路となっていることから、流路の半分側にあたる端部の孔から中央孔における流量分布の結果を示す。ストランドダイについてはダイ支持装置以外の装置および成形条件を同一とし、ダイ支持装置には従来形態の流路および本発明の一実施形態に係る流路の２種類を用いている。ダイ支持装置は双方の形態とも流入口の流路幅Ｗ1と流路高さｈ1との比がＷ1／ｈ1＝１．８、流出口の流路幅Ｗ2と流路高さｈ2との比がＷ2／ｈ2＝２０の関係にある。さらに、流入口と流出口との距離を表す流路長Ｌ（図２参照）がＬ＝０．２Ｗ2、出口断面の流路幅Ｗ2と入口断面の流路幅Ｗ1との比がＷ1／Ｗ2＝２．５の関係にある。
【００２６】
図４の結果から、従来および本発明のダイともに中央部より端部の流速が低下しているものの、従来のダイでは最端部の流速が中央部の流速に対して１６．７％低下している一方、本発明の一実施形態に係るダイでは３．２％の低下となっている。したがって、ダイ支持装置の流出口における流路幅が流入口における流路幅に対して２倍以上であっても本発明の一実施形態に係るダイ支持装置を有するダイの方が従来のダイよりも幅方向における端部での流量低下を抑制することができる。
【００２７】
なお上記の各値は特殊な寸法ではなく、従来装置で使用される値であれば良い。またその値の好適とされる範囲は、
１．３≦Ｗ2／Ｗ1≦５．０
１．０＜Ｗ1／ｈ1≦２．２
１０≦Ｗ2／ｈ2≦４０
０．２≦Ｌ／Ｗ2≦１．５
である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ダイ支持装置
２  流入口
３  流出口
４  流路
５  中央部
６  両端部
Ｗ  流路幅
ｈ  流路高さ
【図１】
2010264629.tif 000003
【図２】
2010264629.tif 000004
【図３】
2010264629.tif 000005
【図４】
2010264629.tif 000006
【図５】
2010264629.tif 000007
【図６】
2010264629.tif 000008
【図７】
2010264629.tif 000009
【図８】
2010264629.tif 000010
【図９】
2010264629.tif 000011
【図１０】
2010264629.tif 000012