(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料の流路を有する高分子材料を賦形するための口金の製造方法であって、同種で且つ同質の金属材料からなる複数のプレート上に、口金の完成時に高分子材料の流路を形成する溝を加工し、加工時の残留応力を除去したのち、隣接するプレート上の溝が一つの流路を形成するように各プレートを固相拡散接合することを特徴とする賦形用口金の製造方法。
【請求項２】
前記金属材料がステンレス鋼である請求項１記載の賦形用口金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子材料を所望の形状に賦形する、例えば溶融紡糸、乾式紡糸、湿式紡糸などの紡糸口金やブロー成形、押出成形などの各種成形用口金に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
通常、この種の賦形用口金は、ドリル、エンドミル、パンチング等の機械加工や放電加工、エッチングなど、様々な加工方法を単独あるいは組み合わせて加工している。近年では高性能、高付加価値を付与するため、賦形品の形状や構造に複雑なものが要求され、それと共に賦形用口金の流路も複雑且つ精密な形状が必要となる。しかしながら、賦形用口金内の流路形状によっては、現行の加工方法では加工が不可能な形状や、加工コストが非常に高くなる形状もあり、目的とする賦形品を得ることが出来なかった。
【０００３】
従来、薄い板材に多数の開口を形成し、それらの板材を積層して拡散接合又は焼結によって一体構造としたブレーカープレートを製造する方法が、例えば特開平３−２４１００２号公報に開示されている。また、例えば特開平４−３２３３９３号公報には拡散接合により製造されるインクジェットプリンターなどに適用される微小ノズルが開示されている。これらの方法では、部材の厚みがせいぜい２ミリ程度の薄いもの同士の接合であり、接合前の加工部材に残留する応力の除去処理がなされていなくとも接合後に所定の形状を得ることが可能である。また、これらの公報に開示された接合を行う各材料の調質が同一でないことから、材料の線膨張係数が異なり、接合時の高温処理によって部材が大きく変形する可能性がある。特に、特開平３−２４１００２号公報に開示された接合部品は、部品の開口面積が接合面積よりも十分に大きいため、接合後の歪みは余り問題とならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、本発明が対象とする賦形用口金の場合、接合する部材の厚みが使用条件、目的によって多種多様であり、多くの場合、数ミリ以上の厚い部材と数ミリ以下の薄い部材の接合となり、接合前の部材に残留する応力を除去することなく接合処理を行うと、部材が変形し所定の形状が得られない。これは精密に加工された多数の吐出孔や押出口から均一に賦形して吐出し、或いは押し出すことを目的とするこの種の賦形用口金にとって致命的なものとなる。また、この種の賦形用口金は、口金内に形成される高分子材料の流路形状も精密で且つ複雑になることが多く、積層して接合する薄い板材の加工のみによる場合には、接合時の同一平面上に独立した多数の接合面が存在することもあり、接合時の位置合わせなど、逆に精密な接合技術が要求される。
【０００５】
一方、賦形用口金の高分子材料流路部を分割した状態で流路を加工した後、それらの分割材をボルト等によって締結一体化する方法も考えられるが、その分割材同士を締結するための治具が配置スペースをとり、賦形用口金のコンパクト化を困難にし、口金における賦形部の有効面積も減少せざるを得ない。
【０００６】
また、母材を分割して流路や吐出口、押出口を加工した後に、融接接合やろう接接合、液相インサート拡散接合法などによって接合を行うことも可能ではあるが、接合時に加工部材を溶融させたり、ろう材を液化させるため、流路の周辺を接合すると所定の流路形状が保持できなくなり、或いは流路を閉塞してしまう可能性がある。
【０００７】
即ち、本発明の課題は、従来では加工が不可能又は困難とされた流路形状や加工コストが高騰化する流路形状の加工性を容易にし、低コストで製造し得る賦形用口金を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題は、高分子材料の流路を有する高分子材料を賦形するための口金の製造方法であって、同種で且つ同質の金属材料からなる複数のプレート上に、口金の完成時に高分子材料の流路を形成する溝を加工し、加工時の残留応力を除去したのち、隣接するプレート上の溝が一つの流路を形成するように各プレートを固相拡散接合することを特徴とする賦形用口金の製造方法により解決される。
【０００９】
前記賦形用口金の流路形態は、単純な直線形態である場合は少なく、例えば曲線形態であったり、その曲線形態の流路を更に合流させ、或いは分岐させるような複雑な形態である場合が多い。かかる形態の流路は、そもそもが単一の機械加工が不可能であることは勿論、レーザ加工やエッチングなどによっても単一工程で加工することは不可能であるため、従来もそれらの流路の加工を可能にする形態に母材を分割して所望の流路を加工し、その加工面を合わせて既述したようにボルト等によって締結し、或いは融接接合やろう接接合、液相インサート拡散接合法などによって接合を行っているが、こうした接合等では既述したとおりの課題が発生している。
【００１０】
本件発明にあっては、流路加工は従来と同様であるが、その接合に上記公報に開示されている拡散接合法、特に固相拡散接合法を採用する。しかして、この固相拡散接合法にあっても、接合する材質や流路加工時の条件などが一致していない場合には、それらの物性や加工履歴に影響されて高精度の接合が難しい。そこで、本発明にあっては前述のように固相拡散接合法を採用するとともに、口金材料を同一素材で構成し、しかも加工履歴に最も大きく影響を与える、特に加工時の残留応力を除去したのちに、対応する分割流路を合わせて固相拡散接合するものである。
【００１１】
ここで、本発明の賦形用口金とは、高分子材料を均一に特定の形状で吐出或いは押し出すことが可能であるが、その流路や吐出口又は押出口の加工が単一工程では不可能であり、上述のように固相拡散接合法を用いることにより得られる賦形用口金をいう。こうして得られる本発明の賦形用口金は、加工コストが低下し、更には賦形時の耐圧強度や耐磨耗性が向上するといった予期せぬ利点を生じる。また、本発明における口金内の流路とは、賦形用口金と高分子材料が接する全ての部分をいい、その形状は特に限定されるものではなく、貫通孔や分配溝、スリット部などがある。
【００１２】
本発明の流路が少なくとも２つ以上に分割されてなるとは、賦形用口金内の流路の加工が可能ならしめる部分を予め別個のプレートに加工することであり、流路の分割位置は加工の難易度、形状に応じて適宜変更される。
【００１３】
本発明の残留応力の除去とは、孔や溝といった高分子材料の流路を賦形用口金に加工する際に、加工によって部材内部に残存する応力を除去することをいい、熱処理によって残留応力を除去することが望ましい。
【００１４】
一方、前記分割流路などの加工方法として、応力が発生しにくい方法を採用することも可能ではあるが、全ての加工方法によって残留応力を低減させることは不可能であり、加工による応力が発生しない加工法を見出す煩雑さやコスト高を考えたとき、熱処理による方法が最も経済的且つ効果的である。残留応力の除去は、除去自体を単独で実施してもよいが、接合時の加熱、冷却を併用することもできる。ただし、この残留応力の熱処理条件は、部材の厚みや大きさによって変化するため、部材の温度が均一となるように、急加熱・急冷却を避けて昇温と降温を行う必要がある。
【００１５】
本発明で採用する固相拡散接合とは、拡散接合法の１種であり、加圧と、加熱又は非加熱下で、インサート材料を用いずに材料を直接接合する方法である。接合時の加圧は、接合面が密着するように力が作用すれば如何なる方法を用いてもよく、例えば締結治具で挟んだり、おもりを載せるなどの方法がある。好ましくは可能な限り塑性変形を生じさせない程度の密着力とするのがよい。
【００１６】
接合時の加熱は、アーク加熱、通電抵抗加熱、輻射熱による加熱、伝熱による加熱、非加熱と多様であるが、好ましくは輻射熱や伝熱による加熱がよく、このとき、より好ましくは急激な温度変化を避け、被加熱物の温度が均一となるようにするのがよい。接合時の昇温から降温までの熱処理時間は、２時間以上が好ましく、より好ましくは８時間以上がよい。接合は酸化皮膜が形成されないよう真空炉中や不活性ガス雰囲気などに置換した炉中で行い、好ましくは、接合強度を高めるため接合面がより密着するよう、接合面の加工精度を０．８Ｓ以下にするのがよい。
【００１７】
また、変形の大きさは、賦形用口金の特性上、極力小さくすることが望ましく、接合後の変形を生じさせないことは当然であるが、接合後に接合によって生じる変形分を後加工によって除去するようにすることもできる。好ましくは、賦形用口金として使用する際に、重ね合わせ面或いは吐出面の平面度を賦形用口金吐出面の大きさに対し、双方共に公差１ｍｍ以内にすることが理想的であり、更に好ましくは平面度公差を０．５ｍｍ以内とするのがよい。
【００１８】
特に、紡糸時の耐圧性を向上するために、口金の板厚は厚いほうがよいが、この肉厚を厚くし過ぎると、加工時間及び加工コストが増加し、しかも重量も増加するため、その取り扱い性が低下する。従って、加工板厚は賦形用口金としての機能が発揮できる必要最小限に止めることが好ましい。
【００１９】
接合面は一つの口金内に複数箇所あってもよいが、接合面が多すぎると孔部の位置ずれや接合面の仕上げ部分が増加するなどにより、加工コストが増加し、或いは口金の性能を十分発揮させることができなくなるため、極力少なくすることが好ましい。また、接合は何回かに分けて行っても良いが、加熱と冷却を繰り返すことによる変形などを抑えるためには、より少ない回数で行うのが好ましい。
【００２０】
本願発明は、前記流路の分割方向を規定している。本願発明は、前記流路が縦断面に沿って分割されるものであり、流路形態が湾曲状に延び、或いは流路が途中で分岐したり合流したりしている場合に特に有効である。
【００２１】
請求項２に係る発明は、口金材料としてステンレス鋼を使用することを規定している。接合後に生じる歪み、そりなどや、紡糸時の吐出圧力による撓みなどの賦形用口金の変形は極力抑止することが必須条件となることから、本発明における同種且つ同質材料の同質とは、同じ熱処理など、同種の材料にあって接合前の履歴を同じくすることである。基本的には接合時の高温処理の温度範囲にあって、材料の線膨張係数が全て一致することが望ましいが、異種類の材料や、調質の種類によっては線膨張係数が大きく異なるため、同種類の金属を同質で用いることが必要で、好ましくは加工性、耐食性に優れるステンレス鋼がよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を代表的な図示実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明はこれらに限定されるものではないことは勿論である。
図１に示す第１実施例に係る賦形用口金１の流路形態は、垂直下方に延びる２つの入口流路３が合流して１つの垂直下方に延びる出口流路５からなる。同賦形用口金１には、前述の形態をもつ流路が同一の水平平面内に多数形成されている。そして、各流路は円柱状をなしており、その直径Ｄは０．４ｍｍ、接合するプレート２の幅Ｗは１０ｍｍ、入口流路３の孔長さＬ１が１０ｍｍ、出口流路３の孔長さＬ２が５ｍｍ、２つの上記入口流路３の孔間距離Ｐは５ｍｍである。
【００２３】
まず、加工が可能となるよう接合面４を、流路の中心線上を結んだ垂直平面に決め、この平面で分割した形状になるようＳＵＳ３１６の各プレートに流路加工を行った後、応力除去のため、同一の焼鈍処理を各プレートに行った。次いで、加工した流路を一致させて前述の形状となるよう重ね合わせ、固相拡散接合法を用いて分割した面の接合を２４時間かけて行った。接合後の賦形用口金の平面度は吐出及び重ね合わせ面の大きさに対し、双方共に公差が０．５ｍｍとなり、接合後に流路の閉塞は見られず、該賦形用口金による高分子材料の賦形が可能となった。更には、紡糸後にも接合面の剥離は見られなかった。
【００２４】
こうして、従来では加工が不可能とされ、或いは困難とされていた流路形態をもつ賦形用口金が容易に得られるようになり、同時に加工コストが高い流路形態をもつ賦形用口金を低加工コストで得ることができた。
【００２５】
図２に示す参考例に係る賦形用口金１は、一部が極小孔径部からなる高分子材料の流路形態を有しており、垂直下方に延びる大口径の入口流路３の下端に微小な口径の出口流路５がつながっている。本参考例によれば、前記入口流路３が上下に３分割されるとともに、同入口流路３と前記出口流路５の切り換え部分で水平に分割され、賦形用口金１が総数で４枚のプレートを上下に積層して接合することにより構成される。
【００２６】
即ち、３枚のプレートの同一位置に同一径の入口流路３ａ〜３ｃをそれぞれ穿孔するとともに、残る１枚のプレートの前記入口流路３ａ〜３ｃの中心位置に対応する位置を中心として、前記入口流路３ａ〜３ｃよりも小さな口径の出口流路５を穿孔する。前記入口流路３ａ〜３ｃ及び出口流路５は各プレートに所定の間隔をおいて複数形成される。次いで、各プレートの各対応する位置に形成された前記入口流路３ａ〜３ｃ及び出口流路５の中心を合わせて上下に積層し、上記第１実施例と同一条件で固相拡散接合法を用い、各分割面４を接合して本発明の賦形用口金１を得た。この賦形用口金１も、上記第１実施例と同様に接合後に流路の閉塞は見られず、高分子材料の賦形後にも接合面の剥離は見られなかった。
【００２７】
図３に示す第２実施例に係る賦形用口金１としての押出用口金の流路形態は、水平方向に延びる断面が矩形状をなしている。本実施例によれば、上下に２枚の幅の広いプレート２ａの間にあって、同プレート２ａの幅方向の両端縁に沿ってそれぞれ小幅プレート２ｂを配し、その中央に形成される矩形断面の中空部を高分子材料の押出流路３とするものである。こうして組み立てられた４枚のプレート２ａ，２ｂを上記第１実施例と同一の接合条件で固相拡散接合法を用い、各分割面４を接合して本発明の賦形用口金１を得た。この賦形用口金１も、上記実施例と同様に接合後の流路形態に変化が見られず、高分子材料の押出成形後にも接合面の剥離は見られなかった。
【００２８】
図４は本発明の第３実施例を示しており、この実施例における賦形用口金１の流路形態は菱形断面の直線状をなしている。図示例によれば、前記菱形断面の流路３の対向する一組の隅部同士を結ぶ対角線に沿った分割面４で分割し、得られる各分割プレート２の対応位置に前記菱形の１／２の断面形状を有する三角溝を形成する。その後、対応する接合面を合わせて上記実施例と同一の接合条件で固相拡散接合し、分割面４を接合することにより所望の流路形態と接合強度とを有する前記賦形用口金１を得た。
【００２９】
図５は本発明の第４実施例を示しており、この実施例における賦形用口金１の流路形態は矩形断面をもつ直線状の流路である。図示例によれば、前記矩形断面の対向する各長辺の中点を結ぶ直線に沿って分割しており、得られる各分割プレート２の対応位置に前記矩形の１／２の矩形溝を形成する。その後、対応する接合面を合わせて上記実施例と同一の接合条件で固相拡散接合し、分割面４を接合一体化することにより所望の形態の流路と接合強度とを有する前記賦形用口金１を得た。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、従来では加工が不可能であるか、或いは加工が困難な流路形態を有する賦形用口金が低コストで、しかも容易に得ることが可能となる。また、本発明によれば、肉厚の板材であっても微小な孔形状の貫通孔が加工可能となるため、耐圧性の向上も図ることができ、しかも接合後に流路の閉塞も見られず、紡糸或いは成形後も接合面の剥離が見られないことから、賦形用口金として十分に実用に耐え得ることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例である紡糸用口金の一部を切開して示す斜視図である。
【図２】  参考例である紡糸用口金の一部を切開して示す斜視図である。
【図３】  本発明の第２実施例である紡糸用口金の一部を切開して示す斜視図である。
【図４】  本発明の第３実施例である紡糸用口金の一部を切開して示す斜視図である。
【図５】  本発明の第４実施例である紡糸用口金の一部を切開して示す斜視図である。
【符号の説明】
１            賦形用口金
２            プレート
３，５        流体の流路
４            分割面（接合面）
【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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