(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外環部材とコア部材を備えた環状ダイスによって成形材料を所定の形状に押出成形する押出成形装置において、
前記環状ダイスの出口側端部に、前記外環部材の一部を構成しかつ前記外環部材と離して配置され、前記環状ダイスから押出される前記成形材料に、その流れに対して垂直方向の振動を与える径振動共振体と、
この径振動共振体の外周面に接合し、超音波振動子からの超音波振動を伝達する縦振動ホーンとを具備し、
前記径振動共振体が、前記外環部材と同じ内径を有するとともに、前記コア部材の外環部材からの突出量と同じ厚みを有する環状としてあることを特徴とした押出成形装置。
【請求項２】
外環部材とコア部材を備えた環状ダイスによって成形材料を所定の形状に押出成形する押出成形装置において、
前記環状ダイスの出口側端部から外側にかけて前記外環部材と離して配置され、前記環状ダイスから押出される前記成形材料及び前記環状ダイスから押出された直後の固化していない状態の前記成形材料に、その流れに対して垂直方向の振動を与える径振動共振体と、
この径振動共振体の外周面に接合し、超音波振動子からの超音波振動を伝達する縦振動ホーンとを具備し、
前記径振動共振体が、前記外環部材と同じ内径を有するとともに、一部が前記環状ダイスの外環部材の一部を構成するとともに、残りの一部が環状ダイスの出口部分より突出した環状としてあることを特徴とした押出成形装置。
【請求項３】
前記縦振動ホーンまたは前記径振動共振体にフランジを設け、このフランジを固定部材で前記環状ダイスに固定した請求項１又は２記載の押出成形装置。
【請求項４】
前記フランジを、振動の節部に設けた請求項３記載の押出成形装置。
【請求項５】
前記径振動共振体に、振動の節部が一個の共振体を用いた請求項１〜４のいずれかに記載の押出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、成形材料の押出成形装置に関し、特に、環状のダイス又はダイスの近傍において、固化されていない成形材料に、成形材料の流れに対して垂直方向の振動を与えながら押出成形を行なう押出成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
押出成形装置は、プラスチック等の成形材料を溶融，混練して所望の断面形状をした成形品を連続的に押出して製品を得る装置であり、成形原料としてのペレットの配合押出しをはじめとして、フィルム，シートのほかパイプ，異形材などの成形に多く利用されている。
ところが、押出成形において、ダイスからの押出速度を高くすると、成形材料のダイス内部での流動性が悪化し、メルトフラクチャーと呼ばれる成形品の表面荒れを生じてしまう。このメルトフラクチャーを防ぐには、押出速度を一定の速度以上とすることができず、したがって生産速度の高速化にも限界があり、生産性の向上を図る上で、ネックとなっていた。
【０００３】
一方、メルトフラクチャーの発生を抑制するために、成形材料の温度を上げる方法もある。しかし、成形材料の温度を高くするとプラスチックフィルムの主要な成形法であるインフレーション成形においては、押出後のフィルムを冷却する装置の冷却能力を増強しなければならないという問題が発生する。
また、ボトルを成形する中空成形法においては、パリソンと呼ばれるチューブ状の予備成形物が自重で伸びてしまうドローダウンと呼ばれる現象が著しくなり、良好な形状の成形品を得ることができなくなるという問題が発生する。このため、成形材料の温度を上げてメルトフラクチャーの発生を抑制する方法は、いずれの成形法においても好ましい方法ではなかった。
【０００４】
そこで、これらの問題を生じないで、押出成形速度を高くする方法がいくつか提案されており、例えば、特開平２−１４１２２２号で提案されているものがある。この特開平２−１４１２２２号における押出成形装置によれば、ダイスを共振するように、かつ成形材料が押出口から流出する方向に対して垂直な方向に振動が伝達するように、超音波を印加する構成としてあるので、成形材料の流動抵抗が減少するとともに、非常に高速度の押出速度までメルトフラクチーの発生を抑えることができ、生産性の向上を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平２−１４１２２２号における成形装置は、縦振動共振体を利用しているので、超音波振動を押出される成形品に対して均一に伝達させようとすると、押出口の形状がシート状あるいはストランド状のものに限定されてしまう。このため、極薄，極細の製品の押出には適しているが、プラスチック製品の主要な成形法であるインフレーション成形，中空成形，パイプ成形，丸棒成形等の、押出口形状が環状のものに適用した場合には十分な効果を得ることができなかった。
【０００６】
本発明は、上記の問題にかんがみてなされたもので、インフレーション成形，中空成形，パイプ成形等の、押出形状が環状のものについても、押出口部において押出される成形材料に対し、その押出方向と垂直な方向に超音波振動を均一に伝達させることによって成形材料のダイス内の流動性を良好にし、また、押出された後の成形材料が固化しない部分において、超音波振動を押出方向と垂直な方向に均一に伝達させることによって、高速押出の際に発生する成形品の不良現象を低減することにより、生産速度を飛躍的に向上させ、成形品のコストダウンを図ることができるようにした押出成形装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成すべく、請求項１記載の発明は、外環部材とコア部材を備えた環状ダイスによって成形材料を所定の形状に押出成形する押出成形装置において、前記環状ダイスの出口側端部に、前記外環部材の一部を構成しかつ前記外環部材と離して配置され、前記環状ダイスから押出される前記成形材料に、その流れに対して垂直方向の振動を与える径振動共振体と、この径振動共振体の外周面に接合し、超音波振動子からの超音波振動を伝達する縦振動ホーンとを具備し、前記径振動共振体が、前記外環部材と同じ内径を有するとともに、前記コア部材の外環部材からの突出量と同じ厚みを有する環状としてある。
【０００８】
また、請求項２記載の押出成形装置は、外環部材とコア部材を備えた環状ダイスによって成形材料を所定の形状に押出成形する押出成形装置において、
前記環状ダイスの出口側端部から外側にかけて、前記外環部材と離して配置され、前記環状ダイスから押出される前記成形材料及び前記環状ダイスから押出された直後の固化していない状態の前記成形材料に、その流れに対して垂直方向の振動を与える径振動共振体と、この径振動共振体の外周面に接合し、超音波振動子からの超音波振動を伝達する縦振動ホーンとを具備し、前記径振動共振体が、前記外環部材と同じ内径を有するとともに、一部が前記環状ダイスの外環部材の一部を構成するとともに、残りの一部が環状ダイスの出口部分より突出した環状としてある。
【０００９】
また、請求項３記載の押出成形装置は、前記縦振動ホーンまたは径振動共振体にフランジを設け、このフランジを固定部材で前記環状ダイスに固定した構成としてある。
【００１０】
また、請求項４記載の押出成形装置は、前記フランジを、振動の節部に設けた構成としてある。
【００１１】
また、請求項５記載の押出成形装置は、前記径振動共振体に、振動の節部が一個の共振体を構成としてある。
【００１２】
また、本発明の押出成形装置は、前記フランジと、振動ホーン又は径振動共振体との接続部の厚みを１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１３】
さらに、本発明の押出成形装置は、前記超音波振動子を複数設け、それぞれ縦振動ホーンを介して前記径振動共振体の外周面に軸対称に取付けることが好ましい。
【００１４】
【作用】
上記構成からなる押出成形装置によれば、環状又は棒状をした、環状ダイスから押出される成形材料又は／及び環状ダイスから押出された直後の固化していない成形材料に対して、その成形材料の流れる方向に対し垂直方向の振動を与えることにより、環状ダイスからの押出成形を高速に行なわせることができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明押出成形装置の実施例について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第一実施例装置であって、振動の節部を有しない径振動共振体を用いた例を示す要部断面図であり、図２は振動ホーンの取付け状態を示す図１のＡ−Ａ平面図である。
【００１６】
これら図面において、１は円筒状のフィルムを押出成形する環状ダイスで、外環部材１ａとコア部材１ｂとで形成してあり、コア部材１ｂは外環部材１ａより突出している。
【００１７】
２は環状をした径振動共振体で、外環部材１ａと同一の内径を有し、かつコア部材１ｂの外環部材１ａからの突出量とほぼ同じ寸法の厚みを有している。この径振動共振体２は、後で詳述するパッキン７を介して外環部材１ａの上面に配置され、環状ダイス１の一部を構成している。
３は超音波振動子であり、超音波発振器４によって発生された超音波振動を縦振動ホーン５を介して径振動共振体２に伝達する。
９はエアリングでありダイス１から押出された円筒状フィルムを冷却する。
【００１８】
次に、各構成部材について詳述する。
径振動共振体２としては、径方向の幅を狭くして振動の節部（振動しない部分を有しないようにした共振体（図１，２に示すもの）と、径方向の幅を広くして振動の節部を有するようにした共振体とのいずれかの共振体を用いることができる。
ここで、振動の節部を有しない径振動共振体は、振幅の大きな振動がその径方向に表われ、その振幅は共振体の中心軸に対して軸対称である。
また、振動の節部を有する共振体も、振幅の大きな振動がその径方向に表われ、またその振幅は共振体の中心軸に対して軸対称である。
【００１９】
径振動共振体２の共振周波数は、振動節部を有しない共振体の場合には共振体外周の円周の長さによってほぼ決定され、振動の節部を有する共振体の場合には共振体の径方向の幅（外径と内径の幅）によって決定される。したがって、振動の節部を有する共振体の方が、振動の節部を有しない共振体に比べ共振周波数の選択の自由度が大きい。
【００２０】
径振動共振体２と縦振動ホーン５は、あらかじめ、使用する超音波振動子３と環状ダイス１の必要とされる押出口径、及び共振周波数を考慮して設計，製作されている。
また、径振動共振体２と振動ホーン５としては金属，セラミックス，グラファイト等を用いることができるが、振動の伝達損失の観点からすると、伝達損失の小さいアルミ合金，チタン合金が好ましい。
【００２１】
径振動共振体２の固定は、共振をできるだけ妨げないようにして行なう必要がある。したがって、径振動共振体２が振動の節部を有しないものであるときは、図１に示すように、振動ホーン５の中間部にフランジ５ａを設け、このフランジ５ａを固定部材６とボルト６ａで環状ダイス１の外環部材１ａに固定する。
振動ホーン５とフランジ５ａの接続部又は共振体２とフランジ２ａの接続部の厚さは、振動の伝達を少なくするため１０ｍｍ以下、好ましくは機械強度の耐え得る範囲でできるだけ薄くすることが好ましい。
【００２２】
超音波発振器４によって超音波振動子３に超音波振動を発生させ、振動ホーン５，径振動共振体２を振動させる。超音波発振器４は、温度変化に伴う共振周波数の変化、あるいは成形条件の変化に伴う音響的な負荷変動に対応するため、振幅制御回路付自動周波数追尾型の発振器を使用することが望ましい。
【００２３】
また、必要な超音波出力が一個の超音波振動子では要求される値に達しない場合には、振動子を複数個使用することも可能である。その際には、同じ振動特性をもつ振動子を必要な本数用意し、径振動共振体の外周面に、径振動共振体の中心軸と軸対称に取付ければよい。
【００２４】
また、超音波出力合成器を用いることもできる。例えば、図３に示すような、振動特性を損なわないように多角形（八角形以上）に形成した振動板８の各辺に超音波振動子３を接合し、これら超音波振動子３を同一位相で振動させ、その出力を中央部に集めて径振動共振体２に付与する構成とした超音波出力合成器を用いることもできる。このような超音波出力合成器を用いると大きな振動を径振動共振体２に付与できる。
【００２５】
パッキン７は、環状ダイス１と径振動共振体２の間に成形材料が入り込むのを防ぐために用いられるが、径振動共振体２の共振を妨げないようにし、かつ、振動の損失を最小にするために、径振動共振体２の接触部が線接触となるような形状、例えばＯリングとすることが好ましい。材質については、成形温度に耐えられるシリコーンゴム、ふっ素含有樹脂等を用いることができるが、径振動共振体２の共振を妨げないようにし、かつ、振動の損失を最小にするために、自己潤滑性の高いふっ素含有樹脂を用いることが好ましい。
【００２６】
上記構成からなる押出成形装置によれば、成形材料を溶融して押出すときに、超音波発振器４によって超音波振動子３から環状ダイス１の一部を構成する径振動共振体２に超音波振動を付与する。これにより、環状ダイス１から押出される成形材料に、その流れに対して垂直方向に振動を与えることができ、成形材料の押出しを円滑ならしめる。したがって、メルトフラクチャー等を生じることなく、高速度の押出成形が可能となる。
【００２７】
なお、上記押出成形時に径振動共振体２に付与する振動の共振周波数は、超音波振動子３や径振動共振体２の材質，形状及び使用温度等を考慮に入れて決定されるが、流動状態の材料に振動効果を有効に作用させるためには１０〜１００ｋＨｚの周波数とすることが好ましい。
また、振動の振幅（径振動共振体の内径面の振幅）は、超音波振動を有効に作用させるために０．１〜５０μｍとすることが好ましい。
【００２８】
図４は、本発明の第二実施例装置を示す要部断面図である。
この第二実施例装置においては、径振動共振体２を環状ダイス１の出口部分の外側に配置してある。この場合も、径振動共振体２の内径は、環状ダイス１の外環部材１ａとほぼ同一径としてある。
また、他の構成もパッキン７を外環部材１ａと径振動共振体２の間に介在させないほか（外環部材１ａと径振動共振体２の間に成形材料が入り込むような場合は、パッキン７を介在させることもある）は、第一実施例装置と同様の構成となっている。
【００２９】
この第二実施例の押出成形装置によれば、環状ダイス１から押出されてきて、まだ固化されていない状態の成形材料に、その流れに対して垂直方向に振動を与えることができる。したがって、環状ダイス１からの成形材料の押出しを促進し
、高速度の押出成形が可能となる。
【００３０】
図５は、本発明の第三実施例装置を示す要部断面図である。
この第三実施例装置においては、径振動共振体２の一部を環状ダイス１の一部として構成させるとともに、残りの一部を環状ダイス１のコア部材１ｂより突出させてある。
この第三実施例の押出成形装置によれば、成形材料が、環状ダイス１から押出されるとき及び押出された直後に振動を与えることができ、第一及び第二実施例装置と同様の効果を得られる。
【００３１】
なお、本発明の押出成形装置は、インフレーション成形だけでなく、パイプ成形，中空成形，丸棒成形等、環状ダイス（コア部材を有しないものを含む）を用いた押出成形全般に適用できる。また、第二，第三実施例装置に振動の節部を有する径振動共振体を用いることもできる。
【００３２】
＜実験例と比較例＞
インフレーション成形装置を用いて行なった実験結果を、比較例と比較しつつ説明する。
［実験例１］
0003582606.tif 000002
径振動共振体は、振動を妨げないよう非接触式の遠赤外線ヒーターを用いて上記温度に加熱した。以上の条件で径振動共振体を振動させながら、インフレーション成形を行ない、そのときのメルトフラクチャーの発生状況を調べた。
【００３３】
［実験例２］
径振動共振体をその下面がインフレーション成形ダイスの押出口から５ｍｍ上方になるように配置した、図４に示すインフレーション成形装置を用い、成形材料が押出口から押出された直後の固化していない状態で超音波振動を与えるようにした以外は、実験例１と同じ条件で実験を行なった。
【００３４】
［比較例１］
径振動共振体の振動を停止した以外、実験例１と同じ条件で実験を行なった。
【００３５】
［比較例２］
径振動共振体の振動を停止した以外、実験例２と同じ条件で実験を行なった。
【００３６】
［比較例３］
径振動共振体のない、通常のインフレーション成形ダイスを使用した以外、実験例１と同じ条件で実験を行なった。
実験例１，２、比較例１，２，３の結果を表１に示す。
【００３７】
［表１］
0003582606.tif 000003
○：メルトフラクチャー発生せず
△：メルトフラクチャー若干発生
×：メルトフラクチャー著しく発生
−：製膜せず（径振動共振体に溶融樹脂が接着したため）
【００３８】
この結果、径振動共振体を用い、成形材料の押出口から流出する方向に対して垂直な方向に超音波振動を印加することにより、環状の押出口をもつ成形ダイスにより成形される押出成形装置においても、非常に高速度の押出速度までメルトフラクチャーの発生を抑えることができ、生産性の向上を図れることが判明した。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の押出成形装置によれば、成形材料の環状ダイスから押出されるとき及び／又は押出された直後において、成形材料にその流れに対して垂直な方向の超音波振動を付与することによって、メルトフラクチャーの発生を抑制又は低減しつつ押出成形速度の高速化を可能とする。したがって、押出成形の生産性を飛躍的に高めることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例装置であって、振動の節部を有しない径振動共振体を用いた例を示す要部断面図である。
【図２】振動ホーンの取付け状態を示す図１のＡ−Ａ平面図である。
【図３】超音波振動合成器を用いた例の本発明押出成形装置の概略平面図である。
【図４】本発明の第二実施例装置を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第三実施例装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  環状ダイス
１ａ  外環部材
１ｂ  コア部材
２  径振動共振体
２ａ  フランジ
３  超音波振動子
４  超音波発振器
５  縦振動ホーン
５ａ  フランジ
６  固定部材
７  パッキン
【図１】
0003582606.tif 000004
【図２】
0003582606.tif 000005
【図３】
0003582606.tif 000006
【図４】
0003582606.tif 000007
【図５】
0003582606.tif 000008