(57)【要約】【課題】金型における時間当たりの溶融樹脂の流量を高めた場合にも、管の肉厚を均等化して、生産性および品質を向上させることのできる押出成形金型及び押出成形装置を提供する。【解決手段】内孔３１ａ〜３１ｉを形成した外型３１と内孔３１ａ〜３１ｉに配置されるとともに複数条からなるスパイラル溝３８を外周面に形成した内型６１との間に、溶融樹脂を流動させて混練する混練部３５Ｍと、外型３１と内型６１との間において混練部３５Ｍの下流側に形成され、複数条のスパイラル溝３８を通過した前記溶融樹脂を合流させる断面円環状の環状流路部３５Ｓと、環状流路部３５Ｓを通過した前記溶融樹脂を所定形状に成形して送り出すランドＰ３とを備えた押出成形金型３０において、環状流路部３５Ｓに形成され、環状流路部３５Ｓの一部の断面積の変化率よりも大きい変化率で断面積が拡大し、溶融樹脂の流れを滞留させる滞留部３５Ｃを備えてい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】
内孔を形成した外型と前記内孔に配置されるとともに複数条からなるスパイラル溝を外周面に形成した内型との間に、溶融樹脂を流動させて混練する混練部と、
前記外型と前記内型との間において前記混練部の下流側に形成され、複数条の前記スパイラル溝を通過した前記溶融樹脂を合流させる断面円環状の環状流路部と、
前記環状流路部を通過した前記溶融樹脂を所定形状に成形して送り出すランドとを備えた押出成形金型において、
前記環状流路部に形成され、前記環状流路部の一部の断面積の変化率よりも大きい変化率で断面積が拡大し、前記溶融樹脂の流れを滞留させる滞留部を備えていることを特徴とする押出成形金型。
【請求項２】
前記滞留部は、前記外型と前記内型との間の流路断面積が漸次増大する断面積増大部と、前記断面積増大部よりも前記溶融樹脂の流れ方向下流側に形成され、前記流路断面積が漸次縮小する断面積縮小部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の押出成形金型。
【請求項３】
前記環状流路部の下流側には、この環状流路部を通過した溶融樹脂を絞り込む絞り部が形成され、
前記滞留部は、前記絞り部の直前に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の押出成形金型。
【請求項４】
前記滞留部は、前記溶融樹脂の流れ方向において複数段に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の押出成形金型。
【請求項５】
溶融樹脂を混練溶融して押し出す押出機と、
前記押出機から押し出された前記溶融樹脂を管状体に成形する請求項１から４のいずれか一項に記載の押出成形金型と、
前記押出成形金型で成形された前記管状体を冷却及び固化させる冷却装置とを備えていることを特徴とする押出成形設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成樹脂からなる成形品を押出成形する押出成形金型及び押出成形設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばポリエチレンをはじめとする合成樹脂からなる円筒状の管を成形するには押出成形法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
このような押出成形法は、押出機、押出成形金型（以下、単に「金型」ということもある）、冷却装置を用いて以下のようにして成形される。まず、押出機に供給された樹脂材料が、押出機のシリンダ及びスクリューによって混練及び溶融されて溶融樹脂の状態で金型に送り込まれる。送り込まれた溶融樹脂は、金型で所定寸法の形状に成形され、金型の送出口から例えば円筒状の管が送出される。送出された管は冷却装置により冷却され、これによって所定形状の円筒状の管が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１８５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の押出成形金型では、押出成形時に、生産性を高めるために、押出速度、つまり時間当たりの溶融樹脂の流量を上げると、形成される円筒状の管の肉厚が、その周方向においてばらつくという問題がある。
そこで、本発明は、金型における溶融樹脂の時間当たりの流量を高めても、管の肉厚を均等化して、生産性および品質を向上させることができる押出成形金型及び押出成形設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、鋭意検討の結果、上記問題は、金型の構造に起因することを見出した。
図７に示すように、従来の押出成形金型１は、筒状の外型１ａと外型１ａ内に設けられた内型１ｂとの間に形成された流路９に、押出機から押し出された溶融樹脂を送り込むことによって所定形状の管を成形する。この押出成形金型１は、注入口２側から送出口３側に向けて、不図示の押出機から送り込まれた溶融樹脂をさらに混練する混練部４と、混練された溶融樹脂の流路を絞り込む供給部５と、供給部５から吐出される溶融樹脂を所定形状に成形するランド６とを有している。
【０００６】
そして、混練部４には、溶融樹脂を混練するために、内型１ｂの外周面に、螺旋状に連続するスパイラル溝７が形成されている。
このようなスパイラル溝７は、内型１ｂの外周面に、周方向に間隔を隔てて複数条が並設されている。
【０００７】
このようなスパイラル溝７を有した押出成形金型１で例えば管を成形し、その周方向における厚さ寸法の分布を計測してみると、図８に示すように、周方向複数個所において、厚さが小さくなっている肉厚部分Ｃが存在していた。
このような複数個所の肉厚部分Ｃについて、周方向の分布を観察してみると、その数、間隔が、内型１ｂに形成されているスパイラル溝７の条数及び間隔と相関があることが推察された。
【０００８】
つまり、注入口２から外型１ａと内型１ｂとの間の流路９に流れ込んできた溶融樹脂は、複数条のスパイラル溝７を通過することで、その下流側で螺旋状の流れを維持する。この螺旋状の流れは、本来、一定径に成形されるランド６に至るまでのスパイラル溝７の下流側に設けられた流路において十分に融合されなければならない。しかし、生産性を高めるために溶融樹脂の流量を高めると、ランド６に至るまでに十分に融合し切らず、これがランド６で成形される管の肉厚分布に上記したような影響を与えてしまうと推察される。
【０００９】
このような推察をふまえてなされた本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の押出成形金型は、内孔を形成した外型と前記内孔に配置されるとともに複数条からなるスパイラル溝を外周面に形成した内型との間に、溶融樹脂を流動させて混練する混練部と、前記外型と前記内型との間において前記混練部の下流側に形成され、複数条の前記スパイラル溝を通過した前記溶融樹脂を合流させる断面円環状の環状流路部と、前記環状流路部を通過した前記溶融樹脂を所定形状に成形して送り出すランドとを備えた押出成形金型において、前記環状流路部に形成され、前記環状流路部の一部の断面積の変化率よりも大きい変化率で断面積が拡大し、前記溶融樹脂の流れを滞留させる滞留部を備えていることを特徴とする。
この構成により、混練部の複数条のスパイラル溝を通過した溶融樹脂が、断面円環状の環状流路部で合流し、さらに、この溶融樹脂の流れを滞留部で滞留させることによって、混練部における溶融樹脂を融合させ、溶融樹脂の不均一性を緩和することができる。
【００１０】
このような滞留部は、前記外型と前記内型との間の流路断面積が漸次増大する断面積増大部と、前記断面積増大部よりも前記溶融樹脂の流れ方向下流側に形成され、前記流路断面積が漸次縮小する断面積縮小部とを備えているものとするのが好ましい。
この構成により、断面積増大部で溶融樹脂の流路断面積が増大することによって、溶融樹脂の流速が低下し、さらに、断面積減少部で断面積が縮小することで、溶融樹脂の流れを効果的に滞留させることができる。
【００１１】
また、前記環状流路部の下流側には、この環状流路部を通過した溶融樹脂を絞り込む絞り部が形成され、前記滞留部は、前記絞り部の直前に形成されていることが望ましい。
この構成により、滞留部が絞り部の直前に設けられている、すなわち、滞留部の直後に絞り部が設けられていることにより、より効果的に溶融樹脂を均一化される。
【００１２】
さらに、このような滞留部は、前記溶融樹脂の流れ方向において複数段に設けられていてもよい。
この構成により、溶融樹脂を、より一層十分に融合させることができる。
【００１３】
本発明は、溶融樹脂を混練溶融して押し出す押出機と、前記押出機から押し出された前記溶融樹脂を管状体に成形する前述に記載の押出成形金型と、前記押出成形金型で成形された前記管状体を冷却及び固化させる冷却装置とを備えていることを特徴とする。
上記したような押出成形金型を備えることで、混練部における溶融樹脂の流れの影響を緩和して管状体を成形することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、混練部から送り出される溶融樹脂の流れを滞留部で滞留させることによって、混練部における溶融樹脂の流れの影響を緩和して融合させ、金型における溶融樹脂の流量を高めても、管の肉厚を均等化して、生産性および品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態にかかる押出成形設備の全体構成を示す図である。
【図２】押出成形金型の構成を示す断面図である。
【図３】押出成形金型に備えられた滞留部を示す断面図である。
【図４】本実施形態における押出成形設備で形成した管体の肉厚分布の例を示す図である。
【図５】本実施形態にかかる押出成形金型において、滞留部の他の例を示す断面図である。
【図６】本実施形態にかかる押出成形金型において、滞留部のさらに他の例を示す断面図である。
【図７】従来の押出成形金型の構成を示す断面図である。
【図８】従来の押出成形設備で形成した管体の肉厚分布の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明による押出成形金型及び押出成形設備を実施するための最良の形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１に示すように、樹脂管を成形するための押出成形設備１０は、押出機２０と、押出成形金型３０と、冷却装置４０とを備えている。
【００１８】
押出機２０は、所定配合の樹脂原料１００が投入されるホッパー２１と、一端にホッパー２１からの原料投入口２２ａが形成されたシリンダ２２と、シリンダ２２内で図示しないモータ等の駆動源によって回転駆動し、螺旋状の撹拌翼２３ａを備えたスクリュー２３と、シリンダ２２の他端に形成された吐出口２４と、シリンダ２２内を加熱する図示しないヒータ等を備えている。
【００１９】
シリンダ２２は、図示しないヒータによって加熱されるとともに、撹拌翼２３ａを備えたスクリュー２３がその軸線周りに回転駆動するようになっている。
この構成により、押出機２０は、シリンダ２２内に供給された樹脂原料１００を加熱しながら溶融，混練及び加圧し、溶融樹脂１１０として吐出口２４から押出成形金型３０へと吐出するようになっている。
【００２０】
冷却装置４０は、フォーミング金型４１と、フォーミング金型４１を冷却する水槽４２等を備えており、送出口３４から送出された管状体１２０の外周面をフォーミング金型４１で成形しつつ冷却及び固化させ、排出部４３から所定径・形状・肉厚に成形された管体１３０を送出するようになっている。
【００２１】
図２に示すように、押出成形金型３０は、シリンダ２２（図１参照）の一端に接続され、吐出口２４（図１参照）に注入孔３３ａを連通させるアダプタ３３と、内孔３１ａ〜３１ｉ（内孔３１ｃ〜３１ｅは図３参照）を備えた外型３１と、外型３１の内孔３１ａ〜３１ｉに配置された内型６１とを備えている。
この押出成形金型３０は、押出機２０の吐出口２４から吐出された溶融樹脂を、注入孔３３ａを経て外型３１の内周面と内型６１の外周面との間に形成された流路３５に流入させ、この溶融樹脂を管状体に成形して、送出口３４から冷却装置４０へと送出するようになっている。
【００２２】
図２に示すように、押出成形金型３０は、注入孔３３ａから送出口３４に向けて一方向に連通しており、押出機２０から送り込まれた溶融樹脂をさらに混練して送出する混練送出部Ｐ１と、流路３５を絞り込んで混練された溶融樹脂を供給する供給部Ｐ２と、供給部Ｐ２から吐出される溶融樹脂を所定形状に成形するランドＰ３とを有している。
なお、混練送出部Ｐ１とアダプタ３３との間には、注入孔３３ａと、外型３１と内型６１の間に形成された流路３５との間を連通させる、円錐状に広がった拡散流路３７が形成されている。
外型３１の内周面及び内型６１の外周面は、混練送出部Ｐ１、供給部Ｐ２、ランドＰ３のそれぞれの領域で、以下のように示す形状に成形されている。
【００２３】
拡散流路３７の下流端３７ａに近接した領域において、外型３１の内周面は、一定径に形成されたストレート内周部３１ａとされている。
一方、内型６１の外周面には、拡散流路３７の下流端３７ａから、ストレート内周部３１ａの中間部付近に対向する領域まで、溶融樹脂を流動させて混練する螺旋状のスパイラル溝３８が形成されている。
【００２４】
このスパイラル溝３８は、始端３８ａから終端３８ｂに向けて、その溝の深さが漸次浅くなるよう形成されている。このようなスパイラル溝３８は、内型６１の周方向に、間隔を隔てて複数条が並行して形成されている。これらのストレート内周部３１ａとスパイラル溝３８が形成された内型６１の外周面とは、溶融樹脂の混練部３５Ｍを構成している。
【００２５】
混練部３５Ｍよりも先端側において、内型６１は、スパイラル溝３８の終端３８ｂから一定長の領域が、一定径となるよう形成されたストレート外周部６１ｂとされている。そして、外型３１と内型６１とのクリアランスが一定長にわたって一定寸法を維持するように形成されている。
【００２６】
更に、ストレート外周部６１ｂよりも先端の内型６１の外周面は、その断面の外径が一定角度で漸次縮小していくテーパ外周部６１ｃとされている。このテーパ外周部６１ｃに対向する外型３１の内周面は、内径が一定角度で漸次縮小しテーパ状をなすテーパ内周部３１ｂとされている。
ここで、内型６１側のテーパ外周部６１ｃは、外型３１のテーパ内周部３１ｂよりも、大きな傾斜角とされている。そして、テーパ内周部３１ｂとテーパ外周部６１ｃとの間は、流路断面積を漸次増大させる環状流路部３５Ｓとされている。この環状流路部３５Ｓは、断面円環状をなしており、複数条のスパイラル溝３８から流れ出た溶融樹脂をこの環状流路部３５Ｓで合流させ、融合させるようになっている。
以上に示した混練部３５Ｍと環状流路部３５Ｓとは、混練送出部Ｐ１を構成している。
【００２７】
混練送出部Ｐ１に連続する供給部Ｐ２においては、外型３１は、図３に示すようにその内周面が、一定の径で形成されたストレート内周部３１ｃと、ストレート内周部３１ｃから内径が一定角度で漸次縮小していくテーパ内周部３１ｄと、テーパ内周部３１ｄから一定径で形成されたストレート内周部３１ｅとが、連続して形成されている。
【００２８】
この外型３１の内周面３１ｃ，３１ｄ，３１ｅに対し、内型６１の外周面には、外径が漸次縮小していくテーパ外周部６１ｄと、一定径に形成されたストレート外周部６１ｅと、外径が漸次拡大していくテーパ外周部６１ｆとが連続して形成されている。
ここで、テーパ外周部６１ｄは、外型３１のストレート内周部３１ｃと、テーパ内周部３１ｄの中間部に対向する領域に亘って形成されている。このテーパ外周部６１ｄは、図２に示す内型６１のテーパ外周部６１ｃよりも大きな傾斜角で形成されている。
ストレート外周部６１ｅは、外型３１のテーパ内周部３１ｄに対向し、テーパ外周部６１ｆは、テーパ内周部３１ｄの中間部からストレート内周部３１ｅの始点までの領域に形成されている。
【００２９】
これによって、流路３５は、外型３１のストレート内周部３１ｃおよびテーパ内周部３１ｄと、内型６１のテーパ外周部６１ｄ、ストレート外周部６１ｅ及びテーパ外周部６１ｆとによって、その流路断面積が増大する断面積増大部Ａ１と、その下流側で流路断面積が漸次縮小する断面積縮小部Ａ２とを備えた滞留部３５Ｃを形成している。
【００３０】
ここで、滞留部３５Ｃにおいて、溶融樹脂１１０の流れ方向上流側の断面積増大部Ａ１における断面積の増大率（変化率）は、図２に示す滞留部３５Ｃの上流側の環状流路部３５Ｓにおける断面積の増大率よりも大きくなるよう形成されている。
【００３１】
内型６１の外周面において、外型３１のストレート内周部３１ｅに対向する領域は、一定径を有したストレート外周部６１ｇとされている。
流路３５は、内型６１のストレート外周部６１ｇと外型３１のストレート内周部３１ｅとの間で、環状流路部３５Ｓや滞留部３５Ｃに比較して流路断面積が小さい絞り部３５Ｎを形成している。
【００３２】
図２に示すように、ランドＰ３において、外型３１は、その内周面が、図３に示すストレート内周部３１ｅから漸次拡大するテーパ内周部３１ｆと、一定径が連続するストレート内周部３１ｇと、内径が漸次増大するテーパ内周部３１ｈ、一定径が連続するストレート内周部３１ｉとが連続して形成されている。
【００３３】
一方、内型６１は、外型３１の内周面３１ｆ，３１ｇ，３１ｈ及びストレート内周部３１ｉに対向する領域に、それぞれ、その外径が漸次増大するテーパ外周部６１ｈ、一定径に形成されたストレート外周部６１ｉ、外径が漸次増大するテーパ外周部６１ｊ、一定径のストレート外周部６１ｋがこの順で形成されている。
【００３４】
これにより、流路３５は、ランドＰ３において、外型３１のテーパ内周部３１ｆと内型６１のテーパ外周部６１ｈとの間で、その断面積が漸次増大した後は、流路断面積がほぼ一定に形成されている。そして、外型３１のストレート内周部３１ｉと、内型６１のストレート外周部６１ｋとの間で、可及的に一定の厚み寸法となるよう形成された管状体１２０を形成できるようになっている。
【００３５】
このような押出成形金型３０では、混練送出部Ｐ１のスパイラル溝３８によって混練された溶融樹脂は、流路３５の環状流路部３５Ｓを経て、滞留部３５Ｃに至る。滞留部３５Ｃでは、流路３５の断面積が急激に増大するため、流路３５内における溶融樹脂１１０の流速が低下する。また、滞留部３５Ｃの終端側はその断面積が漸次縮小して、流路断面積の小さな絞り部３５Ｎに至るため、この滞留部３５Ｃにおいて、溶融樹脂１１０が溜められる。これによって、溶融樹脂１１０が融合して均一化され、スパイラル溝３８による流れの影響が緩和される。
そして、滞留部３５Ｃを経た溶融樹脂１１０は、断面積の小さな絞り部３５Ｎにおいて流速が高まり、その流れが整流され、ランドＰ３で、所定形状の管状体１２０が形成される。
【００３６】
これにより、図４に示すように、冷却装置４０を経て形成された管体１３０は、図８との比較からも明らかなように、周方向における肉厚のばらつきが小さくなっている。
【００３７】
上述したようにして、押出成形金型３０は、ランドＰ３に至るまでの流路において、溶融樹脂１１０の流路３５の断面積を増大させてその流速を低下させる滞留部３５Ｃを設けることで、スパイラル溝３８による流動の影響を低減し、絞り部３５ＮからランドＰ３に吐出する溶融樹脂１１０を融合させることができる。これによって、押出成形金型３０は、溶融樹脂１１０の流量を高めても、得られる管体１３０の肉厚を均等化して、成形精度を高めることが可能となる。その結果、生産性と品質とを向上させることができるという効果が得られる。
【００３８】
ところで、上記実施形態では、滞留部３５Ｃの具体的な形状に言及したが、断面積を増大させることによって流速を低下させ、溶融樹脂１１０を滞留させることによって、スパイラル溝３８による溶融樹脂１１０の流れへの影響を抑えることが可能であるため、その形状については何ら限定するものではなく、様々な形状とすることができる。
【００３９】
例えば、図５、図６に示すように、外型３１の内周面は、一定の径が連続するストレート内周部３１ｐとし、このストレート内周部３１ｐに対向する領域において、内型６１の外周面側を、その外径が漸次縮小するテーパ外周部６１ｐ、一定の径が連続するストレート外周部６１ｑ及び外径が漸次増大するテーパ外周部６１ｒとを連続させる構成とすることもできる。この場合も、流路３５の断面積は、断面積増大部Ａ１で漸次増大した後、一定の断面積を維持し、しかる後、断面積減少部Ａ２で漸次縮小し、これによって、滞留部３５Ｃが形成される。このような構成においても、上記一実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
このとき、ストレート内周部３１ｐの終端側を直角に形成すると、流量の変化が急激になるため、ストレート内周部３１ｐの終端に、Ｒ形状部５０を形成してもよい。あるいは、図６に示すように、Ｒ形状部５０の曲率半径を大きくするとより好ましい。
【００４０】
（その他の実施形態）
なお、本発明の押出成形金型及び押出成形設備は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、押出成形設備１０において、押出成形金型３０以外の構成については、何ら限定するものではなく、適宜他の構成に変更することが可能である。
また、滞留部３５Ｃは、流路３５の流れ方向に沿って複数段備えていてもよい。
さらに、滞留部３５Ｃを形成するための傾斜面は、外型３１、内型６１の双方に形成してもよいし、外型３１側のみ、内型６１のみに形成してもよい。
加えて、滞留部３５Ｃは、例えば断面半円形の溝を、外型３１，内型６１のいずれか一方または双方に形成する等、他の形状としてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  押出成形設備
２０  押出機
２２  シリンダ
３０  押出成形金型
３１  外型
６１    内型
３５    流路
３５Ｃ  滞留部
３５Ｎ  絞り部
３５Ｓ  環状流路部
３８    スパイラル溝
４０    冷却装置
１１０  溶融樹脂
１２０  管状体
Ａ１    断面積増大部
Ａ２    断面積縮小部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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