(57)【要約】  【課題】材料の流れの滞留等を抑制できる新規な構造を有するブレーカープレートを提供する。  【解決手段】ブレーカープレートは、第１半径を有する第１の円の周上に配置され最外周の貫通孔列を形成する第１貫通孔と、第１の円と同心で第１半径よりも小さい第２半径を有する第２の円の周上に配置された第２貫通孔とを有し、第１の円の中心と一方の面側に形成された第１貫通孔の開口を結ぶ方向と、中心と他方の面側に形成された第１貫通孔の開口を結ぶ方向とが第１のねじれ角をなすように第１貫通孔が延在しており、中心と一方の面側に形成された第２貫通孔の開口を結ぶ方向と、ブレーカープレートの中心と他方の面側に形成された第２貫通孔の開口を結ぶ方向とが第２のねじれ角をなすように第２貫通孔が延在しており、第１のねじれ角よりも第２のねじれ角が大きい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の貫通孔が円周上に並んで形成された貫通孔列を同心円状に複数列有するブレーカープレートであって、
第１の半径を有する第１の円の周上に配置され、最外周の貫通孔列を形成する第１貫通孔と、
前記第１の円と同心で前記第１の半径よりも小さい第２の半径を有する第２の円の周上に配置された第２貫通孔と
を有し、
前記第１の円の中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第１のねじれ角をなすように、前記第１貫通孔が延在しており、
前記中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第２のねじれ角をなすように、前記第２貫通孔が延在しており、
前記第１のねじれ角よりも、前記第２のねじれ角が大きいブレーカープレート。
【請求項２】
さらに、
前記第１の円および前記第２の円と同心で前記第２の半径よりも小さい第３の半径を有する第３の円の周上に配置され、最内周の貫通孔列を形成する第３貫通孔を有し、
前記中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第３貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第３貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第３のねじれ角をなすように、前記第３貫通孔が延在しており、
前記第２のねじれ角よりも、前記第３のねじれ角が小さい請求項１に記載のブレーカープレート。
【請求項３】
さらに、
前記中心に配置され、前記ブレーカープレートの厚さ方向と平行な方向に延在する貫通孔を有する請求項１または２に記載のブレーカープレート。
【請求項４】
円板状部材と、
前記円板上部材に形成された複数の貫通孔と
を有し、
前記円板状部材の中心と前記貫通孔の一方の面側の開口を結ぶ方向と、前記円板状部材の中心と前記貫通孔の他方の面側の開口を結ぶ方向とがなす角であるねじれ角が、前記円板状部材の径方向中間で相対的に大きく、中心側、外周側にそれぞれ離れるにつれて相対的に小さくなるような分布を持つように、前記複数の貫通孔が形成されているブレーカープレート。
【請求項５】
シリンダーと、
前記シリンダー内に配置されたスクリューと、
前記スクリューの前方に配置され、複数個の貫通孔が円周上に並んで形成された貫通孔列を同心円状に複数列有するブレーカープレートと
を有し、
前記ブレーカープレートは、
第１の半径を有する第１の円の周上に配置され、最外周の貫通孔列を形成する第１貫通孔と、
前記第１の円と同心で前記第１の半径よりも小さい第２の半径を有する第２の円の周上に配置された第２貫通孔と
を有し、
前記第１の円の中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第１のねじれ角をなすように、前記第１貫通孔が延在しており、
前記中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第２のねじれ角をなすように、前記第２貫通孔が延在しており、
前記第１のねじれ角よりも、前記第２のねじれ角が大きい押出機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーカープレートおよび押出機に関する。
【背景技術】
【０００２】
押出成形機において、押出機のスクリュー前方に、ブレーカープレートが配置される。ブレーカープレートに関して、種々の技術が提案されている（例えば特許文献１〜５参照）。例えばエンジニアリングプラスチック系やゴム系の材料、特に高充填・高粘度の材料を押し出す際、ブレーカープレート周辺での樹脂流れの滞留により、樹脂の焼けや材料の分解が生じたり、スクリューに掛かる負担が増加して正常な押し出しができなくなったりする場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１６２０７号公報
【特許文献２】特開平６−２０５４４号公報
【特許文献３】実開平７−２１３２７号公報
【特許文献４】特開２００７−１１８５１９号公報
【特許文献５】特許第４１６３１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、材料の流れの滞留等を抑制できる新規な構造を有するブレーカープレート、および、そのようなブレーカープレートを用いた押出機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一観点によれば、
複数個の貫通孔が円周上に並んで形成された貫通孔列を同心円状に複数列有するブレーカープレートであって、
第１の半径を有する第１の円の周上に配置され、最外周の貫通孔列を形成する第１貫通孔と、
前記第１の円と同心で前記第１の半径よりも小さい第２の半径を有する第２の円の周上に配置された第２貫通孔と
を有し、
前記第１の円の中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第１のねじれ角をなすように、前記第１貫通孔が延在しており、
前記中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第２のねじれ角をなすように、前記第２貫通孔が延在しており、
前記第１のねじれ角よりも、前記第２のねじれ角が大きいブレーカープレート
が提供される。
【０００６】
本発明の他の観点によれば、
シリンダーと、
前記シリンダー内に配置されたスクリューと、
前記スクリューの前方に配置され、複数個の貫通孔が円周上に並んで形成された貫通孔列を同心円状に複数列有するブレーカープレートと
を有し、
前記ブレーカープレートは、
第１の半径を有する第１の円の周上に配置され、最外周の貫通孔列を形成する第１貫通孔と、
前記第１の円と同心で前記第１の半径よりも小さい第２の半径を有する第２の円の周上に配置された第２貫通孔と
を有し、
前記第１の円の中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第１貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第１のねじれ角をなすように、前記第１貫通孔が延在しており、
前記中心と前記ブレーカープレートの一方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向と、前記中心と前記ブレーカープレートの他方の面側に形成された前記第２貫通孔の開口を結ぶ方向とが、第２のねじれ角をなすように、前記第２貫通孔が延在しており、
前記第１のねじれ角よりも、前記第２のねじれ角が大きい押出機
が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
最外周の貫通孔列に配置された第１貫通孔の第１のねじれ角に対し、径方向内側に配置された第２貫通孔の第２のねじれ角を大きくすることにより、ブレーカープレートへ流入する材料をスムーズに通過させることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態による押出成形機の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ、シミュレーションで想定したスクリューモデルの正面図、断面図、および側面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、シミュレーションで想定したシリンダーモデルの平面図および断面図であり、図３Ｃは、全体的な解析モデルを示す概略断面図である。
【図４】図４Ａは、スクリュー先端位置における成形材料の流れを示すベクトル図であり、図４Ｂは、スクリュー先端位置における成形材料の流れの径方向分布を示すグラフである。
【図５】図５Ａは、スクリューの先端近傍における成形材料の流れを概略的に示す斜視図であり、図５Ｂは、実施形態によるブレーカープレートの貫通孔形状を概略的に示す斜視図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、実施形態の第１の例によるブレーカープレートの概略的な平面図および断面図であり、図６Ｃは、第２の例によるブレーカープレートの概略平面図であり、図６Ｄは、第３の例によるブレーカープレートの概略平面図である。
【図７】図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、比較形態によるブレーカープレートの概略的な平面図および断面図であり、図７Ｃは、比較形態のブレーカープレートの破断状態を示す概略平面図であり、図７Ｄおよび図７Ｅは、それぞれ、比較例によるブレーカープレートの概略的な平面図および断面図である。
【図８】図８は、実施例および比較例におけるスクリュー回転数、ブレーカープレート構造、および評価結果についてまとめた表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１を参照して、本発明の実施形態による押出成形機について説明する。図１は、実施形態による押出成形機１００の構造の一例を示す概略断面図である。本例による押出成形機１００は、押出機１０と、クロスヘッド２０と、搬送機構３０とを含んで形成されている。
【００１０】
押出機１０は、ホッパー１１、シリンダー１２、スクリュー１３、およびブレーカープレート１４を含んで形成されている。ホッパー１１を介して、シリンダー１２の入口に成形材料４０が投入される。本例における成形材料４０は、絶縁樹脂材料である。成形材料４０は、シリンダー１２内で加熱・溶融され、スクリュー１３の回転により、混練されるとともにスクリュー１３の前方側へと移動する。成形材料４０の概略的な移動方向を、矢印ＡＲで示す。
【００１１】
スクリュー１３の前方に、ブレーカープレート１４が配置されている。スクリュー１３の先端部まで移動した成形材料４０は、ブレーカープレート１４の貫通孔を通過して、クロスヘッド２０に注入される。ブレーカープレート１４は、成形材料４０の流れに交差する面内における流れの均一性を高める整流部材である。ブレーカープレート１４は、大きな異物を除去する機能も有する。なお、説明の便宜上、図１に示すブレーカープレート１４の断面は、Ｘ状のハッチングで示している。実施形態によるブレーカープレート１４の具体的な断面形状例については、後に図６Ｂを参照して説明する。
【００１２】
クロスヘッド２０は、心金２１と、ダイス２２と、心金２１およびダイス２２を収納するハウジング２３とを含んで形成されている。搬送機構３０は、芯線送出機３１と、ケーブル巻取機３２とを含んで形成されている。
【００１３】
押出機１０のスクリュー１３の回転により、クロスヘッド２０に注入された成形材料４０は、さらに、心金２１とダイス２２との間を通過し、所望の断面形状となるようにダイス２２から押し出される。これと同時に、芯線送出機３１から送出された芯線５０が、心金２１を介してクロスヘッド２０に挿入され、心金２１とダイス２２との間に注入された成形材料４０中を通り、ダイス２２からクロスヘッド２０の外に送り出される。
【００１４】
ダイス２２の開口内において、芯線５０は中心部を通り、成形材料４０は芯線５０の外側を通る。このようにして、芯線５０の周囲に成形材料（絶縁樹脂材料）４０を被覆する押出成形を行うことができ、芯線５０に絶縁被覆４１が形成された絶縁ケーブル６０を形成することができる。絶縁ケーブル６０を、ケーブル巻取機３２が巻き取る。スクリュー１３の回転速度（成形材料４０の押出速度）や、芯線送出機３１からの芯線５０の送り出し速度等は、それぞれ適当な条件となるように、制御装置７０により制御することができる。なお、これらの適当な条件は、例えば実験的に求めることができる。
【００１５】
絶縁樹脂材料４０は、例えばポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）である。芯線５０は、材質が例えばすずめっき銅線であり、直径が例えば２．５ｍｍである。絶縁ケーブル６０は、絶縁被覆４１の厚さが例えば０．３５ｍｍであり、芯線５０と絶縁被覆４１とを合わせた全体の直径が例えば３．２ｍｍである。
【００１６】
次に、比較形態による押出成形機と、比較形態において生じやすい問題について説明する。比較形態の押出成形機は、実施形態の押出成形機と、ブレーカープレートの構造が異なる。他の構造は、実施形態と同様である。
【００１７】
図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、比較形態によるブレーカープレート１１４の概略的な平面図および断面図（厚さ方向に対し垂直な視線で見た厚さ方向断面図であり、平面図７Ａに示すＡＡ方向の断面図）である。ブレーカープレート１１４は、円形の平面形状を有し、厚さ一定で、厚さ方向に貫通する複数個の貫通孔１１５を有する。各貫通孔１１５の開口形状は、所定の直径を有する円形である。
【００１８】
ブレーカープレート１１４の中心に１つの貫通孔１１５が配置され、その他の貫通孔１１５は、中心の周りに同心円状に配置されている。より具体的には、複数個の貫通孔１１５が円周上に並んで形成された貫通孔列が、同心円状に複数列形成されている。図７Ａおよび図７Ｂに示す例では、２列の貫通孔列が形成されており、内側の貫通孔列は６０°間隔で配置された６個の貫通孔１１５を有し、外側の貫通孔列は３０°間隔で配置された１２個の貫通孔１１５を有する。
【００１９】
比較形態によるブレーカープレート１１４においては、すべての貫通孔１１５の延在方向が、厚さ方向と平行になっている。つまり、すべての貫通孔１１５の長さ方向が、成形材料が流入するスクリュー側表面（流入側表面）、または、成形材料が流出するスクリュー反対側表面（流出側表面）に対して垂直となっている。
【００２０】
比較形態によるブレーカープレート１１４を用いた押出機においては、例えばエンジニアリングプラスチック系やゴム系の材料、特に高充填・高粘度の材料を押し出す際、ブレーカープレート周辺での樹脂流れの滞留により、樹脂の焼けや材料の分解が生じたり、スクリューに掛かる負担が増加して正常な押し出しができなくなったりする問題が生じやすい。また、図７Ｃに示すように、特に高粘度材料を押し出す際、最外の円周上に配置された貫通孔間の部分（破線で示す部分）が連続的に破断する現象もみられる。
【００２１】
本願発明者は、以下に説明するように、このような問題を抑制できるブレーカープレートを提案する。まず、事前の検討として、押出機内における成形材料の流動状態を調べたシミュレーションについて説明する。本シミュレーションは、粒子法によるシミュレーションソフトであるプロメック・ソフトウェア株式会社製のＰａｒｔｉｃｌｅｗｏｒｋｓ（登録商標）を用いて行った。
【００２２】
図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ、シミュレーションで想定したスクリューモデルＳＣの正面図、断面図（長さ方向に対し垂直な視線で見た長さ方向断面図であり、正面図２Ａに示すＡＡ方向の断面図）、および側面図である。スクリューＳＣは、根元部とスクリュー部とを有する。直径２８ｍｍで長さ２８ｍｍの根元部に、長さ８８ｍｍのスクリュー部が取り付けられている。スクリュー部は、スクリュー軸の周りに羽根が形成されたスクリュー構造部と、スクリュー構造部の前方に配置され、前方ほど径が狭まる先端部とを有する。
【００２３】
スクリュー構造部は、根元側部分と、先端側部分と、根元側部分と先端側部分との間に配置された中間部分とを有し、根元側部分の軸の直径は２０ｍｍであり、先端側部分の軸の直径は２４ｍｍであり、中間部分の軸の直径は根元側から先端側に向かって太くなるように変化している。根元側部分の長さは２８ｍｍであり、根元側部分と中間部分とを足した長さは５６ｍｍであり、根元側部分と中間部分と先端側部分とを足したスクリュー構造部全体の長さは８４ｍｍである。スクリュー構造部と先端部とを足したスクリュー部全体の長さは８８ｍｍである。
【００２４】
スクリュー羽根の直径は２８ｍｍであり、スクリュー羽根の回転の１ピッチは２８ｍｍである。スクリュー羽根の厚さは４ｍｍである。
【００２５】
図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、シミュレーションで想定したシリンダーモデルＣＹの平面図（入口側から見た上面図）および断面図（側方から見た側方断面図であり、平面図３Ａに示すＡＡ方向の断面図）である。
【００２６】
シリンダーＣＹの外側の幅は４０ｍｍであり、長さは１６８ｍｍ（４０ｍｍ＋１２８ｍｍ）である。シリンダー内部に形成され、スクリューを収納し成形材料が注入されるシリンダー室の直径は、２８ｍｍである。シリンダーＣＹの一端の、シリンダーＣＹの中心軸上に、成形材料の流出口となる、直径８ｍｍの出口部が形成されている。シリンダー室と出口部とが、出口部に向けて径が狭まる中間部分で接続されている。シリンダーＣＹの出口側を下流側、その反対側を上流側と呼ぶこととする。
【００２７】
平面視上、シリンダーＣＹの中心軸上の上流側に、成形材料の流入口となる、幅８ｍｍ、長さ２４ｍｍの入口が形成されている。シリンダーＣＹの出口側（下流側）の端から、入口の上流側の端までの長さは、１２８ｍｍである。シリンダー室の出口側（下流側）の端（中間部分との接続位置）から、入口の上流側の端までの長さは、１００ｍｍである。中間部分の長さは、２４ｍｍである。シリンダーＣＹの上流側の端から、入口の上流側の端までの長さは、４０ｍｍである。
【００２８】
図３Ｃは、図２Ａ〜図２Ｃに示したスクリューモデルＳＣと、図３Ａおよび図３Ｂに示したシリンダーモデルＣＹとを組み合わせた全体的な解析モデルを示す概略断面図（側方から見た側方断面図）である。なお、図示を容易にするため、スクリューＳＣは断面図でなく側面図を示す。
【００２９】
スクリューＳＣの回転軸方向およびシリンダーＣＹの中心軸方向に延在するＺ軸、スクリューＳＣの回転軸およびシリンダーＣＹの中心軸からシリンダーＣＹの入口に向かう方向に延在するＹ軸、および、Ｚ軸とＹ軸とに直交するＸ軸を有するＸＹＺ直交座標系を定義する。スクリューＳＣはＸＹ面内で回転し、成形材料はＺ方向に押し出される。
【００３０】
シリンダー室内にスクリューＳＣが配置されている。シリンダー室内には、スクリューＳＣの前方に、さらに、ブレーカープレートＢＰが配置されている。ブレーカープレートＢＰの中心は、スクリューＳＣの回転軸上に配置されている。
【００３１】
シミュレーションで想定したブレーカープレートモデルＢＰは、図７Ａおよび図７Ｂを参照して説明した比較形態のブレーカープレート１１４と同様な構造のものである。ブレーカープレートＢＰの直径は２８ｍｍであり、厚さは８ｍｍである。貫通孔の直径は４ｍｍである。ブレーカープレートＢＰは、中心に配置された１つの貫通孔と、直径１０ｍｍの円周上に６０°間隔で配置された６個の貫通孔を有する内側の貫通孔列と、直径２０ｍｍの円周上に３０°間隔で配置された１２個の貫通孔を有する外側の貫通孔列とを有する。スクリューＳＣの先端と、ブレーカープレートＢＰのスクリュー側（上流側）の面との間隔は、４ｍｍである。
【００３２】
解析のその他の条件は、以下のようなものである。計算モデルとして、粘度一定のニュートン層流モデルを用いた。粒子径は０．５ｍｍとし、粒子数は約３０万粒子とした。成形材料の密度は１０００ｋｇ／ｍ３とし、成形材料の粘度は１０００Ｐａ・ｓｅｃとした。成形材料のシリンダーＣＹの入口への流入速度は５ｍｍ／ｓｅｃとし、スクリュー回転数は３０ｒｐｍとした。シリンダーＣＹの出口における流出口圧力は０Ｐａとした。
【００３３】
次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、シミュレーション結果について説明する。図４Ａは、スクリュー先端位置における成形材料の流れを示すベクトル図である。左側部分が全体図を示し、右側部分が拡大図を示す。成形材料の流れは、回転軸（Ｚ軸）から径方向へ離れるにつれ大きくなり、回転軸からシリンダー内面までの中央近傍を超えてシリンダー内面に近づくにつれ小さくなる傾向を示す。
【００３４】
図４Ｂは、スクリュー先端位置における成形材料の流れの径方向（Ｙ方向）分布を示すグラフである。図４Ｂは、成形材料の流れのベクトルを、回転方向（周方向、Ｘ方向）速度成分Ｖｘと、押出方向（軸方向、Ｚ方向）速度成分Ｖｚとに分解して示す。なお、以下、ベクトルの表記とベクトルの大きさの表記とを区別せずに用いることがある。
【００３５】
横軸はＹ方向位置つまり径方向位置をｍｍ単位で示し、Ｙ方向位置０ｍｍが回転軸中心を示し、Ｙ方向位置１４ｍｍがシリンダー内面位置を示す。縦軸は流速をｍｍ／ｓｅｃ単位で示す。回転方向流速（Ｘ方向成分）を菱形のプロットで示し、押出方向流速（Ｚ方向成分）を四角形のプロットで示す。
【００３６】
押出方向流速は、径方向についてほぼ一定となる分布を示す。一方、回転方向流速は、回転軸から離れるにつれて大きくなり、回転軸とシリンダー内面との中央近傍で最大となり、さらにシリンダー内面に近づくにつれて小さくなる放物線的な径方向分布を示す。以上説明したように、上述のシミュレーションより、スクリュー先端近傍における成形材料の流れは、回転方向流速が径方向について大きく変化する分布を持つことがわかった。
【００３７】
比較形態によるブレーカープレートは、厚さ方向つまり押出方向と平行に延びた貫通孔を有する。したがって、成形材料の流れが、押出方向成分しか持たない流れであれば、流れはブレーカープレートの貫通孔をスムーズに通過することになる。
【００３８】
しかし、上述のように、成形材料の流れは、回転方向成分も有し、さらに、回転方向成分の大きさは、径方向に大きく変化する分布を持つ。したがって、比較形態のブレーカープレートを用いる場合、流れの回転方向成分が、ブレーカープレート付近に大きな流れの乱れを引き起こしやすく、これに起因して成形材料（樹脂）の滞留や圧力増加という問題が生じやすいものと考えられる。
【００３９】
そこで本願発明者は、以下に説明するように、成形材料の流れの押出方向成分に加えて回転方向成分も考慮した貫通孔形状を有する、実施形態によるブレーカープレート１４を提案する。まず、実施形態によるブレーカープレート１４の有する貫通孔１５について説明する。
【００４０】
図５Ａは、スクリュー先端近傍（シリンダー先端近傍）における成形材料の流れを概略的に示す斜視図である。流れは、押出方向成分Ｖｚと回転方向成分Ｖｘとを有し、これらの成分が合成された流れのベクトルＶｘ＋Ｖｚは、スクリューの斜め前方に向かう。押出方向成分Ｖｚの大きさは、径方向（Ｙ方向）についてほぼ一定である分布Ｄｚを示し、回転方向成分Ｖｘの大きさは、径方向（Ｙ方向）について、上述のような放物線的な分布Ｄｘを示す。
【００４１】
図５Ｂは、実施形態によるブレーカープレート１４の貫通孔１５の形状を概略的に示す斜視図である。貫通孔１５は、ブレーカープレート１４のスクリュー側表面（流入側表面）に形成された開口ＯＰ１と、ブレーカープレート１４のスクリュー反対側表面（流出側表面）に形成された開口ＯＰ２とをつなぐ。ブレーカープレート１４の中心Ｐから距離ｒだけ離れた位置に開口ＯＰ１が形成されている。ブレーカープレート１４の厚さはＬである。
【００４２】
開口ＯＰ１の位置における流れの押出方向成分を示すベクトルＶｚ、回転方向成分を示すベクトルＶｘ、および、これらを合成した流れのベクトルＶｘ＋Ｖｚに平行なベクトルとして、それぞれ、ベクトルＵｚ、Ｕｘ、および、Ｕｘ＋Ｕｚを示す。ベクトルＶｚ、Ｖｘ、Ｖｘ＋Ｖｚの大きさに対するベクトルＵｚ、Ｕｘ、Ｕｘ＋Ｕｚの比率は、ベクトルＵｚの大きさがブレーカープレート１４の厚さＬと等しくなるように定めている。
【００４３】
スクリュー先端近傍の流れは、上述のようにベクトルＶｘ＋Ｖｚで表され、スクリュー斜め前方に向かう。したがって、ブレーカープレート１４の貫通孔１５の延在方向を、流れに沿うよう、厚さ方向（押出方向）から周方向（回転方向）へずれるように、斜めにずらして設定すれば、ブレーカープレートを通過する成形材料の流れを、比較形態と比べてスムーズにすることができる。
【００４４】
貫通孔１５の好ましい延在方向は、以下のような考え方で見積もることができる。ブレーカープレート１４の流入側開口ＯＰ１に流入した成形材料は、そのまま流れるならば、ブレーカープレート１４の厚さＬ分だけ、つまりベクトルＵｚ分だけ厚さ方向に進むと同時に、周方向にはベクトルＵｘ分だけ進んで、流出側表面に達することとなる。したがって、流出側開口ＯＰ２を、合成ベクトルＵｘ＋Ｕｚの先端の位置に配置すればよい。
【００４５】
このような関係は、以下のような式で表される。（ＸＹ面内で、つまり、ブレーカープレート１４の厚さ方向から見た平面視上、）ブレーカープレート１４の中心Ｐと開口ＯＰ１の中心を結ぶ方向と、ブレーカープレート１４の中心Ｐと開口ＯＰ２の中心を結ぶ方向とのなす角をθとする。開口ＯＰ２は、開口ＯＰ１を角度θだけねじった位置に配置されていると捉えることができるので、角度θを「ねじれ角θ」と呼ぶこととする。
【００４６】
ねじれ角θを用いて表すと、成形材料は、押出方向に速さＶｚでＬだけ進んだとき、回転方向には速さＶｘでｒｔａｎθだけ進むことになる。つまり、Ｖｘ：Ｖｚ＝ｒｔａｎθ：Ｌという関係が成り立ち、ｔａｎθ＝ＬＶｘ／（ｒＶｚ）と表すことができる。ねじれ角θの好ましい値は、このような関係を満たすように見積もることができ、ねじれ角θに対応する延在方向を持つように、貫通孔１５を形成することができる。
【００４７】
次に、ブレーカープレート１４の全体構造について説明する。まず、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、第１の例によるブレーカープレート１４について説明する。
【００４８】
図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、実施形態の第１の例によるブレーカープレート１４の概略的な平面図および断面図（平面図６Ａに示すＡＡ方向の厚さ方向断面図）である。ブレーカープレート１４は、平面形状が円形で厚さ一定の板状部材１４ＢＳに、複数個の貫通孔１５が形成された構造を有する。各貫通孔１５の、スクリュー側表面（流入側表面）上に配置された開口を破線で示し、スクリュー反対側表面（流出側表面）上に配置された開口を実線で示す。各貫通孔１５の開口形状は円形である。なお、流出側から見た視線で見える貫通孔内面を、ハッチングで示している。
【００４９】
ブレーカープレート１４の中心に１つの貫通孔１５Ｐが配置され、その他の貫通孔１５は、中心の周りに同心円状に配置されている。ブレーカープレート１４の中心と同心の円周１７上に複数の貫通孔１５が並んで、貫通孔列１６が形成されている。ブレーカープレート１４の外側から内側に向かいａ、ｂ、ｃという符号を付して、各貫通孔１５や各貫通孔列１６等を区別する。第１の例によるブレーカープレート１４は、３列の貫通孔列１６ａ〜１６ｃを有する。
【００５０】
円周１７ａ上に２０°間隔で配置された１８個の貫通孔１５ａにより、最も外側の貫通孔列１６ａが形成されている。円周１７ｂ上に３０°間隔で配置された１２個の貫通孔１５ｂにより、貫通孔列１６ａの内側に隣接する貫通孔列１６ｂが形成されている。円周１７ｃ上に６０°間隔で配置された６個の貫通孔１５ｃにより、貫通孔列１６ｂの内側に隣接する（最も内側の）貫通孔列１６ｃが形成されている。
【００５１】
中心の貫通孔１５Ｐの延在方向は、厚さ方向と平行になっている。中心の貫通孔１５Ｐを除く他の貫通孔１５の延在方向は、ブレーカープレート１４の厚さ方向から周方向へずれるように斜めになっており、ブレーカープレートの中心とスクリュー側開口を結ぶ方向と、ブレーカープレートの中心とスクリュー反対側開口を結ぶ方向とが、ねじれ角θをなしている。なお、中心の貫通孔１５Ｐは、ねじれ角θがゼロの貫通孔と捉えることもできる。
【００５２】
成形材料の回転方向流速は、上述のように、回転軸とシリンダー内面との中間で最大となる径方向分布を示す。これに対応させて、ねじれ角θは、ブレーカープレート１４の中心と外周との中間で相対的に大きく、中心側、外周側にそれぞれ離れるにつれて相対的に小さくなるような分布を持つように定めることが好ましい。
【００５３】
第１の例によるブレーカープレート１４では、中間の貫通孔列１６ｂを形成する貫通孔１５ｂのねじれ角θｂに対し、外側の貫通孔列１６ａを形成する貫通孔１５ａのねじれ角θａ、および、内側の貫通孔列１６ｃを形成する貫通孔１５ｃのねじれ角θｃが、それぞれ小さく設定されている。このように、３列（または３列以上）の貫通孔列を配置することにより、回転方向流速の径方向分布に対応したねじれ角の分布を形成することが容易となる。
【００５４】
なお、本例では、貫通孔１５Ｐ、１５ａ〜１５ｃの流入側開口が、ある方向（紙面上下方向）で同一直線上に配置されている。図６Ｂに示す断面図は、このような直線上を通る断面図である。左方が流入側で、右方が流出側である。
【００５５】
中心の貫通孔１５Ｐは、延在方向が厚さ方向と平行であり、太さ一定で流出側表面に開口する。貫通孔１５ｂは、ねじれ角θが最も大きく、この直線上では流出側に開口していない。他の貫通孔１５ａ、１５ｃは、この直線上で流出側に開口しているが、ねじれ角θを有することにより、この直線上での開口幅が、流入側よりも流出側で狭くなっている。
【００５６】
次に、図６Ｃを参照して、実施形態の第２の例によるブレーカープレート１４について説明する。図６Ｃは、第２の例によるブレーカープレート１４の概略平面図である。第１の例では３列の貫通孔列が形成されているのに対し、第２の例では２列の貫通孔列が形成されている。
【００５７】
第２の例では、外側の貫通孔列１６ａを形成する貫通孔１５ａのねじれ角よりも、内側の貫通孔列１６ｂを形成する貫通孔１５ｂのねじれ角の方が大きく設定されている。中心の貫通孔１５Ｐは、第１の例と同様に、ねじれ角がゼロと捉えることができる。
【００５８】
第１の例では、径方向中間に配置され、ねじれ角が相対的に大きい貫通孔１５ｂを有する貫通孔列１６ｂの両側（外側および内側）に、それぞれ、ねじれ角が相対的に小さい貫通孔１５ａ、１５ｃを有する貫通孔列１６ａ、１６ｃを配置している。
【００５９】
一方、第２の例では、ねじれ角θが相対的に大きい貫通孔１５ｂを有する貫通孔列１６ｂの外側のみに、ねじれ角が相対的に小さい貫通孔１５ａを有する貫通孔列１６ａが配置されている。ただし、貫通孔列１６ｂの内側に、ねじれ角がゼロである中心の貫通孔１５Ｐが配置されている。これにより、貫通孔列を２列とした場合でも、回転方向流速の径方向分布に対応したねじれ角の分布を形成することは可能である。
【００６０】
なお、貫通孔列を２列とした場合でも、３列以上とした場合でも、最外周の貫通孔列の貫通孔のねじれ角に対して、この内側に配置された（いずれかの）貫通孔列の貫通孔のねじれ角は大きく設定される。これにより、少なくとも、シリンダー内面から（スクリュー外側から）回転軸に向かって大きくなるような回転方向流速の径方向分布に対応したねじれ角の分布を形成することが可能である。
【００６１】
次に、図６Ｄを参照して、実施形態の第３の例によるブレーカープレート１４について説明する。図６Ｄは、第３の例によるブレーカープレート１４の概略平面図である。第１の例および第２の例では、貫通孔１５の開口形状を円形としているが、貫通孔１５の開口形状は円形に限定されない。例えば、図６Ｄに示す例のように、扇形の中心部分を切り取ったような開口形状とすることもできる。このように円形以外の開口形状であっても、上述のような考え方で、適切なねじれ角を持つ貫通孔を形成することは可能である。
【００６２】
実施形態による押出成形機１００は、押出機１０のブレーカープレートとして、例えば第１の例〜第３の例として説明したような、実施形態によるブレーカープレート１４を用いる。これにより、ブレーカープレートを通過する成形材料の流れを、比較形態と比べてスムーズにすることができるので、ブレーカープレート周辺における樹脂流れの滞留で樹脂の焼けや材料の分解が生じたり、スクリューに掛かる負担が増加して正常な押し出しができなくなったりする等の問題を抑制することができる。
【００６３】
なお、上述の説明では、実施形態による押出成形機１００としてクロスヘッドダイスを用いるものを例示したが、実施形態によるブレーカープレート１４は、他のタイプの成形機、例えばストレートダイスを用いるもの等に適用しても、同様の効果を奏することができる。
【００６４】
なお、上述の実施形態の説明で、説明の便宜上、ブレーカープレート１４の一方側の面および他方側の面について、スクリュー側（流入側）、スクリュー反対側（流出側）という表現を用いたが、これらを相互に反転させても構わない。つまり、上述の説明でスクリュー側（流入側）と説明した面をスクリュー反対側（流出側）に配置し、上述の説明でスクリュー反対側（流出側）と説明した面をスクリュー側（流入側）に配置するように反転させても、実施形態によるブレーカープレート１４は、スクリューの同じ回転方向について、同様の効果を有する。
【００６５】
次に、上述の実施形態によるブレーカープレートを用いた評価実験について説明する。エンジニアリングプラスチックであるポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）に充填剤として水酸化マグネシウムを５０％程度含ませた材料の押出実験を行った。実験条件は、直径２８ｍｍで長さ１１２０ｍｍのスクリューを用い、シリンダーおよびヘッドの押出温度を２００℃で一定とし、スクリュー回転数を２０ｒｐｍ、３０ｒｐｍ、および４０ｒｐｍと変化させた。ブレーカープレートとして実施形態のものを用いた実験（実施例）とともに、比較形態のものを用いた実験（比較例）も行った。
【００６６】
実施例で用いたブレーカープレートは、実施形態の第１の例（図６Ａ参照）と同様な、３列の貫通孔列を有するものとした。ブレーカープレートの中心側から１周目、２周目、３周目の貫通孔列を形成する貫通孔のねじれ角をそれぞれθ１、θ２、θ３とし、ねじれ角θ１〜θ３をさまざまに変化させた。
【００６７】
各スクリュー回転数に対応させたシミュレーションから得られたねじれ角θ１〜θ３を理想値θｓ１〜θｓ３とした。スクリュー回転数２０ｒｐｍの場合の理想値は、θｓ１が１６°、θｓ２が４０°、θｓ３が１０°である。スクリュー回転数３０ｒｐｍの場合の理想値は、θｓ１が２４°、θｓ２が６０°、θｓ３が１５°である。スクリュー回転数４０ｒｐｍの場合の理想値は、θｓ１が３２°、θｓ２が８０°、θｓ３が２０°である。
【００６８】
各スクリュー回転数において、径方向中間の貫通孔のねじれ角の理想値θｓ２が、中心側および外周側の貫通孔のねじれ角の理想値θｓ１およびθｓ３よりも大きくなっている。また、スクリュー回転数が増加するほど、回転方向流速が大きくなることに対応して、ねじれ角の理想値が大きくなっている（図５Ｂも参照）。概ね、このような理想値の傾向と対応するように、各実施例におけるねじれ角を設定している。
【００６９】
実施例のブレーカープレートは、直径２８ｍｍで、直径８ｍｍ、直径１６ｍｍ、および直径２４ｍｍの同心円上に、それぞれ、１周目、２周目、および３周目の貫通孔列が形成されたものである。貫通孔の開口は、円形状で直径は２ｍｍである。１周目は６０°間隔、２周目は３０°間隔、３周目は２０°間隔で貫通孔が配置されている。ブレーカープレートの厚さは８ｍｍである。ブレーカープレートの材質として、例えばステンレス鋼ＳＵＳ３０４を用いることができ、所望の配置や開口形状やねじれ角等を持つように、例えば放電加工により貫通孔を形成することができる。
【００７０】
比較例で用いたブレーカープレートは、図７Ｄの平面図および図７Ｅの断面図に示すように、厚さ方向に平行な貫通孔のみを有し、同心の３列の貫通孔列が形成されたものである。貫通孔の配置や、ブレーカープレートの厚さ等は、実施例のブレーカープレートと同様である。
【００７１】
各実験条件における樹脂圧（モーター負荷）、および焼け／分解による外観異常を評価し、さらに、総合的な良否判定を行った。樹脂圧は、モーターに掛かる負荷電流で測定した。なお、本実験で使用したスクリュー押出機は、モーター負荷が８０％を超えると、リミッターの制御により停止する。
【００７２】
図８は、実施例および比較例におけるスクリュー回転数、ブレーカープレート構造、および評価結果についてまとめた表である。比較例のブレーカープレートを用いた場合、スクリュー回転数が３０ｒｐｍ以下の遅さであると、焼けや材料の分解が発生した（比較例１、比較例２）。焼けや材料の分解を防止するためにスクリュー回転数を４０ｒｐｍに増加させると、焼けは見られなくなったが、押し出しを続けるうちに樹脂圧が増加していき、モーターが過負荷により停止してしまった（比較例３）。
【００７３】
一方、実施例によるブレーカープレートを用いた場合、スクリュー回転数が２０ｒｐｍまで遅くなっても焼けが発生せず（実施例１）、また、スクリュー回転数が４０ｒｐｍまで増加してもモーター負荷の極端な増加は見られなかった（実施例５、実施例６）。中間のスクリュー回転数３０ｒｐｍでも、モーター負荷や焼けの問題は生じなかった（実施例２〜実施例４）。このように、ブレーカープレートの貫通孔にねじれ角を採用することにより、モーター負荷を低減し、焼け／分解を抑制することができることがわかった。
【００７４】
実施例２〜実施例４においては、ねじれ角θ１およびねじれ角θ３が等しく、ねじれ角θ２が異なっている。ねじれ角θ２は、実施例３で理想値θｓ２と等しく設定されており、実施例２および実施例４で理想値θｓ２からずれている。実施例２〜実施例４において、実施例３が最も低いモーター負荷を示している。
【００７５】
また、実施例５、実施例６においては、ねじれ角θ１およびねじれ角θ３が等しく、ねじれ角θ２が異なっている。ねじれ角θ２は、実施例６で理想値θｓ２と等しく設定されており、実施例５で理想値θｓ２からずれている。実施例５よりも実施例６の方が低いモーター負荷を示している。
【００７６】
実施例２〜実施例４の結果間の比較および実施例５、実施例６の結果間の比較から、ねじれ角を理想値に近づけるほど、モーター負荷低減等の効果をより高められることがわかった。
【００７７】
なお、実施例１〜実施例６と比較例１〜比較例３との比較結果からわかるように、ねじれ角を理想値と完全に一致させなくとも、ねじれ角を採用することにより、樹脂圧（モーター負荷）の低減効果や、焼け／分解による外観異常の抑制効果を顕著に得ることができる。
【００７８】
以上説明したように、ブレーカープレートの貫通孔にねじれ角を採用することにより、ブレーカープレートを通過する材料の流れをスムーズにすることができる。また、ブレーカープレートの中心と一方の面側の貫通孔開口を結ぶ方向と、ブレーカープレートの中心と他方の面側の貫通孔開口を結ぶ方向とがなす角であるねじれ角を、ブレーカープレートの径方向中間で相対的に大きく、中心側、外周側にそれぞれ離れるにつれて相対的に小さくなるよう分布させることにより、材料の流れを面内の広い領域でスムーズにすることができる。
【００７９】
以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００８０】
１０  押出機
１１  ホッパー
１２  シリンダー
１３  スクリュー
１４、１１４  ブレーカープレート
１４ＢＳ  円板状部材
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５Ｐ、１１５  貫通孔
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  貫通孔列
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ  円周
２０  クロスヘッド
２１  心金
２２  ダイス
２３  ハウジング
３０  搬送機構
３１  芯線送出機
３２  ケーブル巻取機
４０  成形材料
４１  絶縁被覆
５０  芯線
６０  絶縁ケーブル
７０  制御装置
１００  押出成形機
ＳＣ  スクリュー
ＣＹ  シリンダー
ＢＰ  ブレーカープレート
Ｖｘ  回転方向流速
Ｖｚ  押出方向流速
Ｄｘ  回転方向流速の大きさの径方向分布
Ｄｚ  押出方向流速の大きさの径方向分布
ＯＰ１、ＯＰ２  （貫通孔の）開口
θ、θａ、θｂ、θｃ、θ１、θ２、θ３、θｓ１、θｓ２、θｓ３  ねじれ角
Ｐ  ブレーカープレートの中心
ｒ  ブレーカープレートの中心から貫通孔開口までの距離
Ｌ  ブレーカープレートの厚さ
Ｕｘ  回転方向流速と平行なベクトル
Ｕｚ  押出方向流速と平行なベクトル
【図１】
2015196355.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
2015196355.tif 000009
【図８】
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