(57)【要約】【課題】  一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長と異なっている場合であっても、均一なストランドを得ることができる押出機のダイスを提供する。【解決手段】  溶融樹脂をストランド状に吐出する複数の吐出孔５１，５５，・・・を有し、かつ一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長とは異なるダイス４０において、全吐出孔の圧力損失の標準偏差を１５以内にする。【選択図】        図１
2005119049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂をストランド状に吐出する複数の吐出孔を有し、かつ一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長とは異なるダイスであり、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内であることを特徴とする押出機のダイス。
【請求項２】
前記圧力損失が、下記式（Ｉ）に示す指数法則を用いて算出されたものであることを特徴とする請求項１記載の押出機のダイス。
【数１】
2005119049.tif 000015
（式中、ΔＰは圧力損失［Ｐａ］、ｌは流路長［ｃｍ］、ｄは流路径［ｃｍ］、Ｑは体積流量［ｃｍ3 ／ｓ］、ｋ’は下記式（II）で求められるみかけの動粘度、ｎはせん断応力およびせん断速度に応じた定数である。）
【数２】
2005119049.tif 000016
（式中、ＳＲは下記式(III）で求められるＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅであり、μは粘度指数［ｋｇ・ｓ／ｃｍ2 ］である。）
【数３】
2005119049.tif 000017
【請求項３】
一部の吐出孔が、拡径された部分を有し、
拡径された部分を有する吐出孔の圧力損失が、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内となるように、拡径された部分の長さにより調整されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の押出機のダイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂をストランド状に吐出する複数の吐出孔を有する押出機のダイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂のペレットは、例えば、押出機を用いて、溶融樹脂を押出機のダイスの吐出孔からストランド（ひも）状に押し出し、このストランドを冷却水槽に導いて冷却した後、切断することによって製造される（例えば、非特許文献１参照）。
押出機の先端に連結される従来のダイスは、例えば図４および図５に示すように、押出機１との連結面１１から溶融樹脂の吐出面１２にわたって貫通した複数の吐出孔２１，２２，２３，２４，２５が、同一円周上に設けられているものである。
【０００３】
しかしながら、このダイス２から溶融樹脂を押し出した場合、ダイス２の上方の吐出孔２１から吐出されたストランド３１と、ダイス２の下方の吐出孔２５から吐出されたストランド３２とでは、各吐出孔から冷却水槽１３のローラ１４までの長さに大きな差が生ずる。
冷却水槽１３までのストランドの長さに差が生じてしまうと、ストランドの冷却を均一に行うことができず、特にダイス２の上方の吐出孔２１から吐出されたストランド３１が切れやすくなる傾向にある。
【０００４】
そこで、冷却水槽１３までのストランドの長さの差を小さくすることを目的に、図６に示すような、吐出面１２を冷却水槽１３に向かって傾斜させたダイス３が考えられる。
しかしながら、このダイス３においては、上方の吐出孔２１から吐出されるストランド３１のストランド径が、下方の吐出孔２５から吐出されるストランド３２よりも細くなり、ストランド３１が切れやすいという問題点があった。
【非特許文献１】「樹脂／フィラー系  混合技術」、技術情報協会出版、２０００年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明の目的は、吐出面が下方に向かって傾斜している場合であっても、均一なストランドを得ることができる押出機のダイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題につき鋭意研究を重ねた結果、ストランド径の不均一化は、上方の吐出孔の流路長が、下方の吐出孔の流路長よりも長くなるため、上方の吐出孔の圧力損失（溶融樹脂が吐出孔を通過する際に生ずる抵抗）が大きくなってしまうことに原因があること、つまり、圧力損失が大きくなると、上方の吐出孔から吐出される溶融樹脂の量が減ってしまうが、ストランドの引き取り速度は上方のストランドと下方のストランドとで同じであるため、上方のストランドのストランド径が、下方のストランドよりも細くなってしまうことを突き止め、本発明に到った。
【０００７】
すなわち、本発明の押出機のダイスは、溶融樹脂をストランド状に吐出する複数の吐出孔を有し、かつ一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長とは異なるダイスであり、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内であることを特徴とするものである。
ここで、前記圧力損失は、例えば、下記式（Ｉ）に示す指数法則を用いて算出される。
【０００８】
【数１】
2005119049.tif 000003
【０００９】
（式中、ΔＰは圧力損失［Ｐａ］、ｌは流路長［ｃｍ］、ｄは流路径［ｃｍ］、Ｑは体積流量［ｃｍ3 ／ｓ］、ｋ’は下記式（II）で求められるみかけの動粘度、ｎはせん断応力およびせん断速度に応じた定数である。）
【００１０】
【数２】
2005119049.tif 000004
【００１１】
（式中、ＳＲは下記式(III）で求められるＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅであり、μは粘度指数［ｋｇ・ｓ／ｃｍ2 ］である。)
【００１２】
【数３】
2005119049.tif 000005
【００１３】
また、本発明の押出機のダイスにおいては、一部の吐出孔が、拡径された部分を有し、拡径された部分を有する吐出孔の圧力損失が、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内となるように、拡径された部分の長さにより調整されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の押出機のダイスは、溶融樹脂をストランド状に吐出する複数の吐出孔を有し、かつ一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長とは異なるダイスであり、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内になるように、各吐出穴の圧力損失を調整してあるものであるので、吐出面が下方に向かって傾斜しているなどして、一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長と異なっている場合であっても、均一なストランドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の押出機のダイスの一例を示す概略断面図であり、図２は、図１の正面図である。このダイス４０は、押出機１との連結面４１から溶融樹脂の吐出面４２にわたって貫通した複数の吐出孔５１，５２，５３，５４，５５が、同一円周上に設けられている円板状のものであり、吐出面４２が下方（冷却水槽１３）に向かって傾斜しているものである。そして、吐出面４２の傾斜によって、吐出孔５１，５２，５３，５４，５５の流路長は、ダイス４０の上方側ほど長くなっている。
【００１６】
このダイス４０においては、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内であることに特徴がある。この圧力損失の標準偏差は、１３以内が好ましく、１０以内が特に好ましい。
ここで、前記圧力損失は、例えば、伊藤公正著「押出ダイの設計  構造編」（平成１０年９月１６日工業調査会発行プラスチックス別冊）に記載された、下記式（Ｉ）に示す指数法則を用いて算出される。
【００１７】
【数４】
2005119049.tif 000006
【００１８】
（式中、ΔＰは圧力損失［Ｐａ］、ｌは流路長［ｃｍ］、ｄは流路径［ｃｍ］、Ｑは体積流量［ｃｍ3 ／ｓ］、ｋ’は下記式（II）で求められるみかけの動粘度、ｎはせん断応力およびせん断速度に応じた定数である。）
【００１９】
【数５】
2005119049.tif 000007
【００２０】
（式中、ＳＲは下記式(III）で求められるＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅであり、μは粘度指数［ｋｇ・ｓ／ｃｍ2 ］である。)
【００２１】
【数６】
2005119049.tif 000008
【００２２】
ここで、定数ｎは、低い値（せん断応力１、せん断速度１）と高い値（せん断応力２、せん断速度２）の十分に離れた２点を選び、これらから下記式（IV）で求められる。例えば、熱可塑性樹脂がポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）の場合は、２．５５である。
【００２３】
【数７】
2005119049.tif 000009
【００２４】
また、圧力損失の標準偏差ｓは、各吐出孔の圧力損失をΔＰ1 、ΔＰ2 、・・・、ΔＰm とし、平均値をΔＰavとすると、下記式（Ｖ）で求められる。
【００２５】
【数８】
2005119049.tif 000010
【００２６】
圧力損失は、吐出孔の流路径が大きくなるほど小さくなる。したがって、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内となるようにするには、例えば、図３に示すように、吐出孔５１，５２，５３，５４に、流路径が拡径された拡径部Ｃを設け、各吐出孔の圧力損失が、最も流路長の短い吐出孔５５の圧力損失と同じとなるように、拡径部Ｃの長さを適宜決定すればよい。
【００２７】
具体的には、まず、吐出孔の出口側の直管部Ａの流路長をｌA 、拡径部Ｃに向かってしだいに拡径しているテーパ部Ｂの流路長をｌB 、拡径部Ｃの流路長をｌC とし、直管部Ａの流路径をｄA 、拡径部Ｃの流路径をｄC とし、さらに、テーパ部Ｂを、直管部Ａの流路径と拡径部Ｃの流路径との中間の流路径ｄB ［＝（ｄA ＋ｄC ）／２］を有する直管と仮定して、上記式（Ｉ）から下記式（VI）を導く。
【００２８】
【数９】
2005119049.tif 000011
【００２９】
別途、基準となる吐出孔５５の圧力損失の値ΔＰをあらかじめ計算し、また、テーパ部Ｂの流路長ｌB を適当な長さに決めておく。ΔＰの値およびｌB を式（VI）を入力し、この式（VI）と、下記の吐出孔の全流路長の式(VII）との連立方程式を解くことによって、流路長ｌA および流路長ｌC を求めることができる。
Ｌ＝ｌA ＋ｌB ＋ｌC     （VII）
【００３０】
ここで、各流路長は、各部の中心軸線の長さとする。また、各吐出孔から吐出されるストランドのストランド径を均一にするために、直管部Ａの流路径ｄA は、各吐出孔で同じ径とし、拡径部Ｃは押出機１との連結面４１側に設けることが好ましい。また、ストランドを安定した形状で吐出するために、直管部Ａの流路長ｌA は、拡径部Ｃの流路長ｌC よりも長くされていることが好ましい。
また、拡径部Ｃを有しない吐出孔があっても全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内となる場合には、拡径部Ｃを有しない吐出孔があってもよい。
【００３１】
このようなダイス４０にあっては、吐出孔５１，５２，５２，５４の全部もしくは一部に拡径部Ｃを設け、この拡径部Ｃの流路長ｌc が、これら吐出孔の圧力損失が吐出孔５５の圧力損失と同じ、もしくは全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内となるように調整されているので、各吐出孔から吐出されるストランドのストランド径のバラツキが小さくなる。
【００３２】
なお、本発明の押出機のダイスは、溶融樹脂をストランド状に吐出する複数の吐出孔を有し、かつ一部の吐出孔の流路長が他の吐出孔の流路長とは異なるダイスであり、全吐出孔の圧力損失の標準偏差が１５以内にあるものであればよく、図示例のものに限定はされない。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
［比較例１］
図６に示すダイス３において、溶融状態のＰＢＴ（比重１．２）を、吐出量２３０ｋｇ／時間、温度２５０℃の条件で吐出した際の各吐出孔の圧力損失を算出した。ここで、各吐出孔の流路長ｌは、表１に示す長さであり、すべての吐出孔の流路径ｄは０．４ｃｍであった。また、定数ｎは、ＰＢＴについては２．５５とした。
まず、体積流量Ｑを求めた。
Ｑ＝吐出量／比重＝（２３０×１０3／６０2）／１．２＝５３（ｃｍ3／ｓ）
【００３４】
このＱの値から、式(III）を用いてＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅを求めた。
ＳＲ＝３２Ｑ／πｄ3 ＝３２×５３×／［π×（４×１０-1）3］＝８４３９（／ｓ）
このＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅ時のＰＢＴの粘度μは、キャピログラフの測定より、
μ＝３０００（Ｐｏｉｓｅ）＝３．１×１０-3（ｋｇ・ｓ／ｃｍ2）
であったので、みかけの動粘度ｋ’は式（II）より以下のように求められた。
ｋ’＝ＳＲ／（ＳＲ・μ）n＝８４３９／（８４３９×３．１×１０-3）2.55＝２．０５
【００３５】
これらの値と式（Ｉ）から、吐出孔２１の圧力損失を求めた。
ΔＰ＝（４ｌ／ｄ）・［３２Ｑ／ｋ’πｄ3］1/n＝（４×５．３１／０．４）×［３２×５３／｛２．０５×３．１４×（０．４）3｝］1/2.55＝１３８９（ｋｇ／ｃｍ2）＝１３６．１（ＭＰａ）
同様にして、吐出孔２２，２３，２４，２５についても圧力損失を求めた。計算結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2005119049.tif 000012
【００３７】
全吐出孔の圧力損失の平均値は、１１１．５ＭＰａであるので、全吐出孔の圧力損失の標準偏差は１８.４となり、１５を超えていた。また、このダイス３を用いて、溶融状態のＰＢＴを、吐出量２３０ｋｇ／時間、温度２５０℃の条件で吐出し、ストランドを得たところ、吐出孔２１から吐出されたストランド３１と、吐出孔２５から吐出されたストランド３２では、ストランド径にばらつきが見られストランド切れが発生しやすかった。
【００３８】
［実施例１］
そこで、全吐出孔の標準偏差が１５以内となるように、最も流路長の短い吐出孔２５を基準にし、吐出孔２５に対して圧力損失の大きい吐出孔２１および吐出孔２２に、図３に示すような拡径部Ｃ（０．６ｃｍ）およびテーパ部Ｂを設けて、吐出孔２１および吐出孔２２の圧力損失を吐出孔２５と同程度となるようにした。
【００３９】
まず、Ａ〜Ｃ部のＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅを計算した。ここで、テーパ部Ｂを流路径０．５ｃｍの直管と仮定した。
ＳＲA ＝８４３９（／ｓ）
ＳＲB ＝３２×５３／π×（０．５）3 ＝４３２１（／ｓ）
ＳＲC ＝３２×５３／π×（０．６）3 ＝２５０１（／ｓ）
このＳｈａｒｅ  Ｒａｔｅ時のＡ〜Ｂ部の粘度μおよびみかけの動粘度ｋ’を求めた。結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
2005119049.tif 000013
【００４１】
吐出孔２１について、テーパ部Ｂの流路長ｌB を０．３７ｃｍとし、目標の圧力損失ΔＰを吐出孔２５と同じ８６.９（ＭＰａ）として、式（VI）、式(VII）の連立方程式を解き、直管部Ａの流路長ｌA および拡径部Ｃの流路長ｌC を求めところ、ｌA ＝２．６６（ｃｍ）、ｌC ＝２．２８（ｃｍ）となった。
また、吐出孔２２について、テーパ部Ｂの流路長ｌB を０．３７ｃｍとし、目標の圧力損失ΔＰを吐出孔２５と同じ８６．９（ＭＰａ）として、同様に直管部Ａの流路長ｌA および拡径部Ｃの流路長ｌC を求めところ、ｌA ＝２．７８（ｃｍ）、ｌC ＝１．８０（ｃｍ）となった。
【００４２】
実際に、上記計算に基づいて、吐出孔２１および吐出孔２２に拡径部Ｃおよびテーパ部Ｂを設けて、図１および図２に示すようなダイス４０を作製した。このダイス４０を用いて、溶融状態のＰＢＴを、吐出量２３０ｋｇ／時間、温度２５０℃の条件で吐出し、ストランドを得たところ、吐出孔５１から吐出されたストランド６１、及び吐出孔５５から吐出されたストランド６２は、均一でありストランド切れは発生しなかった。全吐出孔の標準偏差は９．６であった。
【００４３】
【表３】
2005119049.tif 000014
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の押出機のダイスによれば、均一なストランドを得ることができるので、大きさの揃った品質のよい熱可塑性樹脂のペレットを、安定して生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の押出機のダイスの一例を示す概略断面図である。
【図２】図１のダイスの正面図である。
【図３】拡径部を有する吐出孔を示す拡大断面図である。
【図４】従来の押出機のダイスの一例を示す概略断面図である。
【図５】図４のダイスの正面図である。
【図６】従来の押出機のダイスの他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  押出機
２  ダイス
３  ダイス
１１  連結面
１２  吐出面  
１３  冷却水槽
１４  ローラ
２１  吐出孔
２２  吐出孔
２３  吐出孔
２４  吐出孔
２５  吐出孔
３１  ストランド
３２  ストランド
４０  ダイス
４１  連結面
４２  吐出面
５１  吐出孔
５２  吐出孔
５３  吐出孔
５４  吐出孔
５５  吐出孔
６１  ストランド
６２  ストランド
Ａ  直管部
Ｂ  テーパ部
Ｃ  拡径部
【図１】
2005119049.tif 000018
【図２】
2005119049.tif 000019
【図３】
2005119049.tif 000020
【図４】
2005119049.tif 000021
【図５】
2005119049.tif 000022
【図６】
2005119049.tif 000023