(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡ガスを含有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料をＴ−ダイよりシート状に押し出して、厚みが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍の発泡シートを成形する方法であって、
前記Ｔ−ダイの下流側の僅かに離れた位置にして、かつ該Ｔ−ダイから押し出されたシート状材料の両面を両側から挟んで接触するように対向配置された第１および第２サイジングブロック体間を通過する前記シート状材料の両面を、前記Ｔ−ダイより押し出された後速やかに、外部の吸引減圧機構と連なる前記第１および第２サイジングブロック体の各吸引縦孔と各微狭溝を介して前記第１および第２サイジングブロック体の表面に吸引接触させ、両界面の密着度を高めることにより前記第１および第２サイジングブロック体の各冷却媒体流路内を循環する冷却媒体による冷却速度を高め、かつ前記シート状材料の両面の平滑度をも高め、発泡セルの実質的な成長を阻止して平滑なスキン層を形成させて前記の厚みと発泡倍率とを有する発泡シートを成形することを特徴とする薄い低倍率発泡シートの成形法。
【請求項２】
発泡ガスを含有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料をＴ−ダイよりシート状に押し出して、厚みが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍の発泡シートを成形するためのサイジングブロックであって、
前記Ｔ−ダイの下流側の僅かに離れた位置にして、かつ前記Ｔ−ダイから押し出されたシート状材料の両面を両側から挟んで接触するように対向配置された第１および第２サイジングブロック体と、
該第１および第２サイジングブロック体間の間隙を全幅に亘って調節する調節機構とを含み、
前記第１および第２サイジングブロック体には、その前記シート状材料と接触する面側にその両端部を残して、前記シート状材料の流れ方向と直交する方向に適宜の間隔を有して複数の微狭溝が設けられるとともに、これら微狭溝と連通し、かつ外部の吸引減圧機構と連なる複数の吸引縦孔が設けられ、更に各吸引縦孔と干渉しない部位にはその全幅に亘って両サイジングブロック体の表面を冷却する冷却媒体が流れる複数の冷却媒体流路が設けられ、
前記第１および第２サイジングブロック体間を通過する前記シート状材料の両面を、前記Ｔ−ダイより押し出された後速やかに前記吸引減圧機構と連なる各吸引縦孔と各微狭溝を介して前記第１および第２サイジングブロック体表面に吸引接触させ、両界面の密着度を高めることにより前記各冷却媒体流路内を循環する冷却媒体による冷却速度を高め、かつ前記シート状材料の両面の平滑度をも高め、発泡セルの実質的な成長を阻止して平滑なスキン層を形成させて前記の厚みと発泡倍率とを有する発泡シートを成形する構成を特徴とする薄い低倍率発泡シートの成形用サイジングブロック。
【請求項３】
前記第１および第２サイジングブロック体における前記各微狭溝が、それぞれ独立した両端部と中央部との３部屋型に形成されて、個々の微狭溝はそれぞれ独立した減圧状態に調整可能とされていることを特徴とする請求項２の薄い低倍率発泡シートの成形用サイジングブロック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面が平坦なスキン層を有する、厚みが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍のプラスチック等の熱可塑性樹脂材料発泡シートをコンパクトにして、かつ安価に成形する方法とそれのサイジングブロックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱可塑性プラスチック等のシート、フィルムの押出成形においてはＴ−ダイ法が広く用いられている。しかしながら、Ｔ−ダイ法で発泡ガスを有するプラスチック等の発泡シートを押出成形することは困難であった。これは、プラスチック等の材料は、押出機からＴ−ダイ系内に存在する間は内圧によって実質的に未発泡状態に保持されているが、一度Ｔ−ダイ出口から大気中に押し出されると圧力の拘束から解放されて、発泡が一気に進み、シート材料は三次元状に急膨張し、この時シート材料の、特に流れに対して直角方向における膨張の吸収が難しく、所謂コルゲート状の波打ち現象が生じるため、平滑な表面、均一な厚みおよび均質な発泡状態を得ることは困難であることに起因していた。
【０００３】
更に、厚みが薄いシートの場合には、Ｔ−ダイからの押し出し直後のエアギャップ区間において、強度不足による垂れ下がりやシート切れが発生し易く、成形をより困難にする。この現象は発泡倍率が低いシートの押し出しにおいても同様に生じる。従って、厚みが薄く、かつ発泡倍率の低い発泡シートのＴ−ダイ法による押出成形は更に難易度を高めるものであった。
【０００４】
また、溶融したプラスチック等の熱可塑性樹脂材料中に混在、分布する発泡ガスは、押出機からＴ−ダイ系の中で潤滑剤の役割を果たし、見かけ上、材料の溶融粘度を低下させている。発泡ガスが多い程、即ち発泡倍率が高い程、その効果は顕著に現れる。高発泡倍率を有するシートの押出成形においては、発泡ガス量も多いため、見かけ上の粘度低下効果が高く、成形温度を下げても押出機への動力負荷上昇幅は低く抑えられ、低温成形が可能となる。
溶融材料の温度が低い程、該材料の発泡セル捕捉率は高く、該材料内でより均一に分散し、発泡シートにおいては、発泡セルの均一、均質化を進める上、Ｔ−ダイから押し出された後のシート強度をも増加させ、その後の冷却固化工程を容易にするのみならず、より平滑なシートをももたらすものである。
【０００５】
しかしながら、発泡倍率の低い溶融材料のシートでは、逆に粘度低下効果が低く、押出機の動力負荷への制約から低下可能な成形温度範囲も狭く、結果として成形温度は望ましいレベルよりも高くせざるを得なかった。高目の成形温度は、発泡セルの均一、均質分散、シートの強度と平滑および冷却速度に関してマイナスの効果をもたらして、押出成形を困難にし、また、薄い発泡シートの場合は、前述のように、垂れ下がりやシート切れが生じ易くて押出成形を更に難しくしていた。
【０００６】
発泡倍率が極めて低いシートでは、発泡セルの分布比率が少ないため、シート強度の低下が余りなく、シートの垂れ下がりや切れも起こり難く、また、Ｔ−ダイ押し出し後の膨張率も低いことにより押出成形は比較的容易に実施可能である。
【０００７】
Ｔ−ダイ押出法が特に困難なのは、発泡倍率が１．４〜３．０倍の範囲で、かつシート厚みが２mm以下の場合である。この条件を有するシート成形においては、Ｔ−ダイ押し出し後、所謂コルゲート現象が生じ易く、かつ溶融張力の不足したシートに、平滑なスキン層を付与しなければならないという困難な問題を抱えているのである。
そこで、これらの解決を目的として、Ｔ−ダイから押し出されたシート表面をロールや金属ベルトを用いて冷却固化する発泡シートの成形方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロール法では、ロール径を小さくするとエアギャップは狭くできるものの、ロール自体の強度が不足し、撓み易くなるという問題点を有している。逆にロール径を大きくすると、ロールの強度不足は解消されるものの、エアギャップが広くなって、シートの強度不足が顕在化し、シートの垂れ下がりやシート切れが起こり易くなる上、シート表面の冷却固化が遅れ、ロールタッチするまでの間に発泡セルがガス圧によって成長し、所謂コルゲート状の波打ち現象が生じるだけでなく、発泡セルの連続化が進行したり、更には成長した発泡セルがシート表面に到達して穴明け現象や表面粗れをも招き易いという問題点があった。
【０００９】
また、片面ロール接触方式では、発泡シートの非接触面の冷却が不足するのみならず、シート厚み方向における押え力も期待でき得ない。また、二本ロール圧着方式では、圧着時間と圧着面積が限られており、連続して均一な冷却と押え力とをシートに十分に付与することができなかった。
【００１０】
また、金属ベルト方式は、均一な冷却と押え力とをシートに付与することはできるものの、ベルト駆動ロールが大きく、エアギャップを狭くできないために、シートの垂れ下がりやシート切れが発生し易いこと、冷却遅延による発泡セルの過成長が生じ易いこと、ロールとロールとの間において、上下ベルト間隙を一定に保持しにくいこと等の問題点を持っており、平面が平滑なスキン層と均一な発泡セルを有する薄く、かつ発泡倍率の低いシートを製造するには多くの問題点を抱えていた。更にこの金属ベルト方式では、装置自体が大型化して複雑となり、設備費が高額になるだけでなく、維持管理費も嵩むという問題点もあった。
【００１１】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、平面の平滑性に優れたスキン層と、均一性が良好な発泡セルとを有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料の厚み２mm以下で発泡倍率１．４〜３．０倍の発泡シートを成形する方法とそのサイジングブロックを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、請求項１に係る発明は、発泡ガスを含有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料をＴ−ダイよりシート状に押し出して、厚みが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍の発泡シートを成形する方法であって、
前記Ｔ−ダイの下流側の僅かに離れた位置にして、かつ該Ｔ−ダイから押し出されたシート状材料の両面を両側から挟んで接触するように対向配置された第１および第２サイジングブロック体間を通過する前記シート状材料の両面を、前記Ｔ−ダイより押し出された後速やかに、外部の吸引減圧機構と連なる前記第１および第２サイジングブロック体の各吸引縦孔と各微狭溝を介して前記第１および第２サイジングブロック体の表面に吸引接触させ、両界面の密着度を高めることにより前記第１および第２サイジングブロック体の各冷却媒体流路内を循環する冷却媒体による冷却速度を高め、かつ前記シート状材料の両面の平滑度をも高め、発泡セルの実質的な成長を阻止して平滑なスキン層を形成させて前記の厚みと発泡倍率とを有する発泡シートを成形することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、発泡ガスを含有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料をＴ−ダイよりシート状に押し出して、厚みが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍の発泡シートを成形するためのサイジングブロックであって、前記Ｔ−ダイの下流側の僅かに離れた位置にして、かつ前記Ｔ−ダイから押し出されたシート状材料の両面を両側から挟んで接触するように対向配置された第１および第２サイジングブロック体と、該第１および第２サイジングブロック体間の間隙を全幅に亘って調節する調節機構とを含み、該第１および第２サイジングブロック体には、その前記シート状材料と接触する面側にその両端部を残して、前記シート状材料の流れ方向と直交する方向に適宜の間隔を有して複数の微狭溝が設けられるとともに、これら微狭溝と連通し、かつ外部の吸引減圧機構と連なる複数の吸引縦孔が設けられ、更に各吸引縦孔と干渉しない部位にはその全幅に亘って両サイジングブロック体の表面を冷却する冷却媒体が流れる複数の冷却媒体流路が設けられ、前記第１および第２サイジングブロック体間を通過する前記シート状材料の両面を、前記Ｔ−ダイより押し出された後速やかに前記吸引減圧機構と連なる各吸引縦孔と各微狭溝を介して前記第１および第２サイジングブロック体表面に吸引接触させ、両界面の密着度を高めることにより前記各冷却媒体流路内を循環する冷却媒体による冷却速度を高め、かつ前記シート状材料の両面の平滑度をも高め、発泡セルの実質的な成長を阻止して平滑なスキン層を形成させて前記の厚みと発泡倍率とを有する発泡シートを成形する構成を特徴とするものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記第１および第２サイジングブロック体における前記各微狭溝が、それぞれ独立した両端部と中央部との３部屋型に形成されて、個々の微狭溝はそれぞれ独立した減圧状態に調整可能とされていることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。図１は本発明に係るサイジングブロックの一例での概略正面図、図２は概略平面図で、各冷却媒体流路の配管系を示し、図３は両サイジングブロック体の概略側断面図である。これら図において、発泡ガスを含有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料は押出機（図示しない）内で加熱され、可塑化溶融し、均質に混練混合された状態で押出機先端に連結のＴ−ダイ１に流入し、次いで、該Ｔ−ダイ１内でシート状に付形された後、Ｔ−ダイ１から押し出され、この押し出されたシート状材料２は、本サイジングブロックを介して平滑なスキン層が形成された厚みが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍の発泡シート３とされる。
【００１６】
本サイジングブロックは、金属製の一対の第１および第２サイジングブロック体と、該第１および第２サイジングブロック体間の間隙を全幅に亘って調節する調節機構とを含んでいる。
【００１７】
第１サイジングブロック体４ａと第２サイジングブロック体４ｂは同等であって、平面視四角形状を呈し、これら第１および第２サイジングブロック体４ａ、４ｂは、Ｔ−ダイ１の下流側にして、かつＴ−ダイ１の出口から極く僅か離れた位置に、Ｔ−ダイ１から押し出されたシート状材料２の両面を両側から挟んで接触するように対向配置されている。
【００１８】
第１および第２サイジングブロック体４ａ、４ｂがＴ−ダイ出口から極く僅か離れた位置に配置されているのは、所謂コルゲート状の波打ち現象を発生させることなく、表面が平滑なスキン層を得るために、Ｔ−ダイ１より押し出された後、短時間のうちに本発泡状態のシート両面を、希望する温度に設定されたサイジングブロック体４ａ、４ｂに接触させ、速やかに冷却固化を進行させる必要があることと、サイジングブロック体４ａ、４ｂの温度場をＴ−ダイ１のそれから独立させるためからである。
【００１９】
なお、図示の実施例においては、Ｔ−ダイ１と両サイジングブロック体４ａ、４ｂは水平に配置されているが、これに限定されず、縦方向に配置してもよいことは勿論である。
【００２０】
図２および図３に示されているように、サイジングブロック体４ａ、４ｂのシート状材料２側の側面近傍には、全幅に亘ってやや小径の１本の冷却媒体流路５ａ、５ｂと、適宜の間隔を有してやや大径の４本の冷却媒体流路６ａ、６ｂが設けられ、これら冷却媒体流路５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂの内部には、図２に示された後述の配管系をもって温調された水、油等の冷却媒体が流れ、サイジングブロック体４ａ、４ｂの温度を所定のレベルに保持している。
【００２１】
サイジングブロック体４ａ、４ｂのシート材料２側の壁面にして、かつ各冷却媒体流路５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ間におけるシート状材料２の流れに対する直交方向全幅に亘り、それぞれその両端部を残して幅方向３部屋型の微狭溝７ａ、７ｂが設けられるとともに、各微狭溝７ａ、７ｂの溝奥底部には、該微狭溝７ａ、７ｂと連通する吸引縦孔８ａ、８ｂが幅方向に複数（４個ずつ３列で計１２個）設けられ、これら吸引縦孔８ａ、８ｂには後述する圧力調整弁と減圧吸引機構が連結されている。
【００２２】
なお、吸引縦孔８ａ、８ｂにおけるシート状材料２と接触する下端流出側にはやや大きなＲ面部９ａ、９ｂが形成され、吸引接触時にシート状材料２が引っ掛からないようになっている。
【００２３】
両サイジングブロック体４ａ、４ｂにおける冷却媒体流路は図２に示された配管系をもって接続されている。なお、第１サイジングブロック体４ａと第２サイジングブロック体４ｂの配管系は同じであるため、第１サイジングブロック体４ａにつき説明し、第２サイジングブロック体４ｂについての説明は省略する。
【００２４】
図２において、シート状材料２の流入側である冷却媒体流路５ａには、サイジングブロック体４ａに取り付けられた温度センサ１０により検温され、かつ温度調節ユニット１１内の温度コントローラ１２によって所定の温度に調整保持された冷却媒体が、バルブ、媒体温度計が付設された配管１３、１４を介して循環し、また、各冷却媒体流路６ａには、サイジングブロック体４ａに取り付けられた温度センサ１５により検温され、かつ温度調節ユニット１６内の温度コントローラ１７によって所定の温度に調整保持された冷却媒体が、バルブ、媒体温度計が付設された配管１８、マニフォルド１９、各分岐配管２０、２１、マニフォルド２２、配管２３を介して循環するようになっている。
【００２５】
そして、シート状材料２が流入する側の冷却媒体流路５ａ、５ｂの冷却媒体温度は、シート状材料２により早く未発泡状態のスキン層を生成させるため、シート状材料２の流出側の各冷却媒体流路６ａ、６ｂの冷却媒体温度よりも低目に設定されている。
【００２６】
なお、各冷却媒体流路は、特に図示しないが、貫通孔に代えて、両サイジングブロック体の表面に刻設された溝内に冷却管路を設けて、該冷却管路表面をシート状材料２の表面に直接接触させるようにすることも可能であり、この場合、より多量の熱移動が生じて、シート状材料２の冷却温度が一層高められ、スキン層の生成も早められる。この冷却管路の刻設溝において、該冷却管路のシート状材料２の下流側に冷却管路に対して僅かな間隙を設け、該間隙を減圧狭溝として用いてもよい。
【００２７】
図５に示されているように、各吸引縦孔８ａ、８ｂの先には、微狭溝７ａ、７ｂを介してシート状材料２を吸引してサイジングブロック体４ａ、４ｂの表面に接触させるため、減圧吸引機構が連結されている。
【００２８】
減圧吸引機構は、減圧ポンプ２４、中間タンク２５、バルブ、圧力計が付設された配管２６、各分岐配管２７、２８から構成され、図５においては、第１サイジングブロック体４ａの配管系が概略的に示され、第２サイジングブロック体４ｂについては同じであるため、吸引縦孔８ｂだけを線図的に表わし、それの配管系は図示を省略してある。
【００２９】
このようにして、微狭溝７ａ、７ｂは減圧吸引機構により所定の減圧レベルに保持されるが、微狭溝７ａ、７ｂはその中央部と両端部とではそのレベルが異なり、中央部近傍の方がより強く保持される傾向にある。それ故、本実施例においては、微狭溝は、両サイジングブロック体４ａ、４ｂの幅方向において３部屋型に設けられ、各部屋はそれぞれ独立した減圧レベルに調整可能とされている。これにより、シート状材料２は幅方向に亘り、両サイジングブロック体４ａ、４ｂに対してほぼ同等の密着度を得ることができる。
【００３０】
また、３部屋型微狭溝７ａ、７ｂによって、シート状材料２の表面冷却固化層が薄い入口側微狭溝内の減圧レベルを低目に設定することができる。
【００３１】
第１サイジングブロック体４ａと第２サイジングブロック体４ｂとの間隔をその全幅に亘って調節する間隙調節機構は、図１および図２に概略的に示されているように、４本の支持脚（図示しない）を有するベースフレーム２９の左右両端に回転可能に立設配置され、かつその中央部を境にして上下でネジ方向が逆向きとなっている昇降ネジ杆３０と、第１サイジングブロック体４ａの上面の左右両端中央部位と、第２サイジングブロック体４ｂの下面の左右両端中央部位にそれぞれ固着されたブロック状の昇降ハウジング３１、これら昇降ハウジング３１にそれぞれ内装され、かつ昇降ネジ杆３０と螺合するナット部材３２と、昇降ネジ杆３０を正逆回転させるモータ駆動部３３および該駆動部３３の回転力を受けて昇降ネジ杆３０を回転させるチェーン駆動等の駆動伝導部３４から構成され、シート状材料２の厚みや発泡倍率が異なった場合には、モータ駆動部３３の回転による両駆動伝導部３４、３４の駆動を介して両昇降ネジ杆３０が正（逆）回転し、第１サイジングブロック体４ａが上昇（下降）すると共に第２サイジングブロック体４ｂが下降（上昇）して、両サイジングブロック体４ａ、４ｂ間の間隙が適宜に調節できるようになっている。
【００３２】
次に作用について説明する。発泡ガスを含有するプラスチック等の熱可塑性樹脂材料は、Ｔ−ダイ１からシート状に押し出されると、大気圧下に解放され、三次元状に膨張を開始する。第１および第２サイジングブロック体４ａ、４ｂは、Ｔ−ダイ１から僅かに離れた位置に配置されているので、エアギャップが極めて短く、Ｔ−ダイ１から押し出されたシート材料２は、所定の間隙に設定されている第１サイジングブロック体４ａと第２サイジングブロック体４ｂ間に直ぐに流入する。
【００３３】
厚み方向にも膨張し、両サイジングブロック体４ａ、４ｂ間に流入したシート材料２は、その両面を各冷却媒体流路５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂを循環する冷却媒体により所定の温度レベルに設定、保持された両サイジングブロック体４ａ、４ｂの表面に速やかに接触させ、冷却固化を開始する。このようにＴ−ダイ１から押し出された後、極く短時間のうちに温度が低下するため、シート状材料２の両面は急速に冷却固化が進行し、発泡セルの成長が妨げられ、その両面には未発泡スキン層が生成する。この冷却を受ける間、シート状材料２は両サイジングブロック体４ａ、４ｂの微狭溝７ａ、７ｂおよび吸引縦孔８ａ、８ｂを介して外部の減圧吸引機構により減圧吸引され、両サイジングブロック体４ａ、４ｂの表面との密着度を増す。
【００３４】
微狭溝７ａ、７ｂからの減圧吸引は、シート状材料２の両面薄層がほぼ冷却固化した状態で行われるので、該シート状材料２の両面を傷付けることなく、逆に両サイジングブロック体４ａ、４ｂ表面への密着度を高め、ために両面の平滑度と冷却除去熱量をも高め、スキン層の仕上げをより早く達成させるものである。
【００３５】
このように平滑性に優れたスキン層の早期生成は、シート材料２の内部において、進行している発泡に伴う幅方向への膨張変形を抑制して、所謂コルゲート状の波打ち現象の発生を妨げるだけでなく、シート材料２の厚みの均一性をも高め、シート材料２の内部により均質な発泡状態をもたらす。
【００３６】
このようにして平滑なスキ層が形成されたシート材料２は、補助冷却ロール３５を経て厚み２mm以下で、発泡倍率１．４〜３．０倍の発泡シート３として引取装置（図示しない）へと進む。
【００３７】
【発明の効果】
しかして、本発明によれば、Ｔ−ダイから押し出されたシート状材料の両面を速やかに冷却でき、同時に減圧微狭溝を介して該シート材料の両サイジングブロック体への密着度を高めることにより、冷却速度を上げてスキン層を早期に生成させるとともに、シート材料の幅方向への膨張変形を抑制し、表面スキン層の平滑度、厚みの均一度および発泡セルの均質性に優れた、厚さが２mm以下で発泡倍率が１．４〜３．０倍の発泡シートを成形することができる。
【００３８】
また、本発明は構造が簡単で、かつコンパクトであるため、製造コストおよび維持管理コスト共に安価であり、コストパフォーマンスにおいても優れたサイジングブロックを提供し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサイジングブロックの一例での概略正面図である。
【図２】概略平面図で、各冷却媒体流路の配管系を示す。
【図３】両サイジングブロック体の概略側断面図である。
【図４】微狭溝の部分拡大断面図である。
【図５】両サイジングブロック体を断面して示す減圧吸引機構における配管説明図である。
【符号の説明】
１    Ｔ−ダイ
２    シート状材料
３    発泡シート
４ａ、４ｂ    サイジングブロック体
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ    吸引縦孔
７ａ、７ｂ    微狭溝
１１、１６    温度調節ユニット
１３、１４、１８、２３    配管
１９、２２    マニフォルド
２０、２１    分岐配管
２４    減圧ポンプ
２６    配管
２７、２８    分岐配管
２９    ベースフレーム
３０    昇降ネジ杆
３１    昇降ハウジング
３２    ナット部材
３３    モータ駆動部
３４    駆動伝導部
【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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