(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機繊維質微細粒子と無機質充填材を含有する熱可塑性合成樹脂を中空押出材として押出成形し、マンドレルを有する押出ダイと、押出ダイの出口に接合されたサイジングダイとからなる合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置において、
上記サイジングダイは中空押出材外面を冷却すると共に成形する外面サイジングダイと、マンドレルに接合され中空押出材中空内面を冷却すると共に成形する内面サイジングダイとからなり、
上記外面サイジングダイは液体冷却媒体及び／又は気体冷却媒体で冷却され、
上記内面サイジングダイは液体冷却媒体及び／又は気体冷却媒体で冷却されると共に、上記外面サイジングダイより長く形成して該外面サイジングダイから突出して形成される突出部を有し、
上記気体冷却媒体をマンドレル支持部から導入し、内面サイジングダイの先端部から放出し、上記異形材中空内面を冷却し、
上記内面サイジングダイ及び／又は外面サイジングダイ表面の出口近傍に中空押出材押出方向と平行に内外面サイジングダイと中空押出材中空内面の非接触部として複数の凹状溝を設けると共に、該凹状溝の幅をサイジングダイ出口方向へ行くに従い広げ、中空押出材中空内面とサイジングダイの摩擦抵抗を低減することを特徴とする押出成形ダイ装置。
【請求項２】
上記中空押出材の中空内面にビスホールやＬ字状の所定形状の内面リブを形成することを特徴とする請求項１に記載の押出成形ダイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置に係り、特に有機繊維質微細粒子を含んだ熱可塑性合成樹脂を中空断面の押出材に押出成形するダイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
断熱サッシの框等の押出材を軽量化、質感向上のため、木粉や籾殻などを原料とする有機繊維質微細粒子を含む熱可塑性合成樹脂で押出成形したいという要望がある。このような押出材は内面に中空部やリブ等が形成されており、複雑な中空部内面形状を有するものである。
【０００３】
従来、熱可塑性樹脂押出材、特に管材を押し出し成形する方法として、特公平５−２８１６８号公報に記載されているように、マンドレルを有する押出金型により押し出し成形するに際して、押出出口近傍にて管材の内周面を所定温度まで加熱して該管材の内周面を溶融状態とし、押出し直後の溶融状態の該内周面先端に、冷却気体を吹き付けて該管材を拡径状態に維持しつつ冷却する方法が知られている。
【０００４】
また、特許第２８７２５９０号公報に記載されているように、中空樹脂成形板を製造するに当たり、成形ダイの導入部に設けた案内部から押出方向に平行に突出し、溶融部を経て成形室の徐冷部に延長する中子体を介して押出し、所定の肉厚に成形すると共に中空部を成形する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、有機繊維質微細粒子を含んだ熱可塑性合成樹脂で中空異形断面の押出材を製造するに際して、上述した従来の押出材の成形方法を単純に適応したのでは、押出成形品の形状及び内面リブの寸法が安定しない等の問題がある。これに対処して押出ダイに取り付けられたサイジングダイを冷却することにより、押し出された押出材を外側から冷却することも考えられるが、以下の問題が生じる。
【０００６】
即ち、中空部を外面から冷却しても、押出材中空部の表面を滑らかにし内面を高精度かつ均質に冷却固化させるには、サイジングの冷却部を長くする必要があることから、成形抵抗が大きくなり押出設備への負荷が大きくなるという問題がある。
【０００７】
また、このような場合には、上記のとおり、成形抵抗が大きくなり押出設備への負荷が大きくなるため、押出速度を上げることができず、押出材の生産性が悪いという問題がある。
【０００８】
さらに、上述の場合には中空部内のリブ部までの冷却が難しく、製作できる押出材の形状が限定され、また、中空部の複雑な形状部分の成形精度がよくないという問題がある。
【０００９】
そして、上述の場合にはサイジング設備が大きくなり、かつ押出設備も大きな成形抵抗に耐えうるものでなくてはならないため、押出ダイ、サイジングの製作コストが嵩むという問題がある。
【００１０】
本発明は、従来法におけるこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記の課題を解決し、有機繊維質微細粒子を含有する熱可塑性合成樹脂の中空押出材を良好に製造するためのダイ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機繊維質微細粒子を含有する熱可塑性合成樹脂の押出材成形ダイ装置は、中空押出材成形するに際し、押出ダイとサイジングダイを押出ダイ出口で接合し、中空押出材外面を外面サイジングダイで、中空押出材中空内面をマンドレルと一体接合する内面サイジングダイで、内外両面から冷却することにより、急速かつ均一に賦形と冷却固化するダイ装置としたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のダイ装置によれば、押出機先端に取り付けられた押出ダイと一体に接合したサイジングダイとで構成し、サイジングダイは外面サイジングダイ及び内面サイジングダイで構成される。外面サイジングダイは液体冷却媒体及び／又は気体冷却媒体により、内面サイジングダイは液体冷却媒体及び／又は気体冷却媒体により中空押出材を内外両面から冷却し、押出ダイから押出された溶融状態の中空押出材が冷却固化される。
【００１３】
本発明において、有機繊維質微細粒子含有熱可塑性合成樹脂における合成樹脂としては、特に限定されるものではなく、例えば、硬質塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリエステル等の熱可塑性樹脂、有機繊維質微細粒子としては、木粉、セルロース繊維、籾殻、ケナフ、竹等の繊維質微細粒子等があり、無機質充填材としては、炭酸カルシウム、タルク、セラミックス粉末、金属粉末等が使用できる。
【００１４】
上記した請求項１に記載の本発明は、有機繊維質微細粒子と無機質充填材を含有する熱可塑性合成樹脂を中空押出材として押出成形し、マンドレルを有する押出ダイと、押出ダイの出口に接合されたサイジングダイとからなる合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置において、
上記サイジングダイは中空押出材外面を冷却すると共に成形する外面サイジングダイと、マンドレルに接合され中空押出材中空内面を冷却すると共に成形する内面サイジングダイとからなり、
上記外面サイジングダイは液体冷却媒体及び／又は気体冷却媒体で冷却され、
上記内面サイジングダイは液体冷却媒体及び／又は気体冷却媒体で冷却されると共に、上記外面サイジングダイより長く形成して該外面サイジングダイから突出して形成される突出部を有し、
上記気体冷却媒体をマンドレル支持部から導入し、内面サイジングダイの先端部から放出し、上記異形材中空内面を冷却し、
上記内面サイジングダイ及び／又は外面サイジングダイ表面の出口近傍に中空押出材押出方向と平行に内外面サイジングダイと中空押出材中空内面の非接触部として複数の凹状溝を設けると共に、該凹状溝の幅をサイジングダイ出口方向へ行くに従い広げ、中空押出材中空内面とサイジングダイの摩擦抵抗を低減することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の押出成形ダイ装置において、上記中空押出材の中空内面にビスホールやＬ字状の所定形状の内面リブを形成することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係るの実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図９は本発明に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の実施の形態を示すものである。
【００２６】
本例では、合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置は、図７に示すように、押出機１００の樹脂押出口１０１に取り付けられている。この例では押出機１００は単軸であり、図中１０２はスクリューであり、このスクリュー１０２はギヤ減速機１０３を介して図示していないモータによって駆動され、バレル１０４内で回転する。この回転するスクリュー１０２により、ホッパ１０６から投入された有機繊維質微細粒子、無機質充填材、熱可塑性合成樹脂からなる材料樹脂のペレットが混練されながらスクリューの前方へ押し出される。
【００２７】
バレル１０４の外面にはバンドヒータ１０５が設けられており、このバンドヒータ１０５により加熱された材料樹脂がスクリュー１０２の溝に沿って前方に輸送されながら漸次溶解混練される。そしてダイゲート１０及びアダプタ２０を経て、このアダプタ２０の先に接続された押出成形ダイ装置１から押し出され成形される。
【００２８】
本例では、材料樹脂は、例えば熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを２５W％、有機繊維質微細粒子として籾殻を６０W％、無機質充填材として炭酸カルシウムを１５W％含有するものとしている。
【００２９】
そして本例に係る押出形成ダイ装置１は、図８に示すように、押出機１００のアダプタ２０に接続された押出ダイ２と、この押出ダイ２に接続されたサイジングダイ３とからなる。また、押出ダイ２は、押出機１００側の第１ダイ３０と、第１ダイに接続される第２ダイ４０とからなり、それらの内部にはマンドレル３５が配置されて構成される。
【００３０】
本例では第１ダイ３０は、内部に先細り形状の空間３２が形成された外型３１と、この空間３２の先端側に配置されたマンドレル頭部３３とからなり、外型３１とマンドレル３５を構成するマンドレル頭部３３との間に樹脂通路３４を形成してなる。また、第２ダイ４０は、その内部に前記樹脂通路３４に連通した先細り形状の空間４２が開設された外型４１と、この空間４２の内部に配置されたマンドレル３５を構成するマンドレル本体４３とからなり外型４１とマンドレル本体４３との間に断面形状を環状とした樹脂通路４４を形成してなる。
【００３１】
また、本例では、サイジングダイ３は、この押出ダイの外側ダイに接続された外面サイジングダイ５０と、この外面サイジングダイ５０との間に樹脂冷却成形通路５１を形成して、前記マンドレル本体４３に接続されて配置される内面サイジングダイ６０とからなる。内面サイジングダイ６０は、外面サイジングダイ５０の内部に配置される基部６１と外面サイジングダイ５０から突出して形成される突出部６２とからなり、外面サイジングダイ５０と内面サイジングダイ６０の間には樹脂成形冷却用の通路５１が形成されている。尚、図中符号７０は押出ダイ２とサイジングダイ３とを接続する断熱層を示している。
【００３２】
そして、本例では押出ダイ２で溶融賦形された原料樹脂は、押出ダイ２の樹脂通路４４の出口に配置された外面サイジングダイ５０及び内面サイジングダイ６０で、内面および外両の両面から冷却固化される。
【００３３】
本例では、成形する押出材８０は図１及び図2に示すように、その断面において３つの中空部８１，８２，８３を備え、その輪郭を押出ダイ２の外型４１及び外面サイジングダイ５０で成形し、前記３つの中空部８１，８２，８３をその内部に配置されるマンドレル本体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ及び内面サイジングダイ６０ａ，６０ｂ，６０ｃで成形するものとしている。
【００３４】
そして、本例ではサイジングダイ３はその内部に導管を配置して、この導管に冷却媒体を流通させることにより冷却するものとしている。この例では外面サイジングダイ５０には液体冷却媒体を導入し、内面サイジングダイ６０内には気体冷却媒体を導入して両サイジングダイ５０，６０を冷却するものとしている。
【００３５】
即ち、外面サイジングダイ５０には、図２に示すように、複数本、例えば４本の液体冷媒用の導管５４を、それぞれ２本ずつの導管５４が上記樹脂通路４４を上下に挟むように設け、この導管に液体冷媒である冷水を導通するものとしている
【００３６】
また、内面サイジングダイ６０は、図３に示すように、マンドレル支持部４７から導管４６を延設し、導管４６内に気体冷却媒体を導通させる。内面サイジングダイ６０には、マンドレル本体４３内部に設けた断熱層５３で断熱された気体通路４９内を経て気体通路５２を延設し、この気体通路４９，５２内に気体冷却媒体である空気を導通して、内面サイジングダイ６０を冷却する。
【００３７】
また、本例では、内面サイジングダイ６０の突出部６２の先端には外側に向け、気体放出用の孔部６４を開設して、空気を放出するものとしている。したがって、本例では、気体冷却媒体である空気は、内面サイジングダイ６０の先端部から放出され、押出材の中空内面に当たり、押出材の中空内面を直接冷却する。
【００３８】
また、内面サイジングダイ６０に、図４に示すように、マンドレル本体４３内部に設けた空洞部４８内を経て導管４６を延設し、この導管４６内に液体冷却媒体である冷水を導通して、内面サイジングダイ６０の内部に設けた空間６３内に導き内面サイジングダイ６０を冷却するものとしてもよい。本例では、液体冷却媒体は、マンドレル支持部４７に配置された導入導管４６ａから内面サイジングダイ６０の内部に設けた空間６３内に導入され、内面サイジングダイ６０を冷却した後、マンドレル支持部４７の排出導管４６ｂからダイ装置系外に排出される。尚本例では、導管４６はマンドレル本体４３に接触しないため、またマンドレル本体４３と内面サイジングダイ６０との間に断熱材７１を配置するようにしているため、マンドレル本体４３は液体冷却媒体ではほとんど冷却されない。
【００３９】
図５は、本発明のさらに他の実施の形態に係る押出成形ダイ装置の内面サイジングダイを示すものである。本例は、内面サイジングダイ先端に押出材押出方向と平行に複数の凹部６５を設け、内面サイジングダイ６０と押出材中空内面とが接触しないようにしている。これにより、押出材中空内面と内面サイジングダイ６０の摩擦抵抗を軽減するようにしている。本例では、前記凹部６５の幅を押出方向に向けて広くすることにより、中空押出材中空内面と内面サイジングダイの摩擦抵抗の値を調整することができ、押出性を良好なものとすることができる。
【００４０】
なお、上述した液体冷却媒体としては、冷水の他、温水、温度制御冷媒等を使用でき、気体冷却媒体としては空気の他、窒素、不活性ガス等を使用できる。
【００４１】
また、押出ダイのサイズは、押出機で混練、溶融した材料樹脂を目的の中空異形形状に賦形できればよく、特に限定されるものではない。
【００４２】
さらに、外面サイジングダイ５０の長さは、１０〜２００ｍｍ、液体冷却媒体を用いた内面サイジングダイ長さは、１０〜２００ｍｍ、気体冷却媒体を用いた内面サイジングダイ長さは、５０〜３００ｍｍが適当である。
【００４３】
外面サイジングダイの長さ及び液体冷却媒体を用いた内面サイジングダイの長さが、１０ｍｍより短いと冷却不足で成形が困難であり、２００ｍｍより長いと成形抵抗が大で押出設備への負荷が大きくなる。上記液体冷却媒体を用いた内面サイジングダイ長さが、５０ｍｍより短いと冷却不足で成形が困難であり、３００ｍｍより長いと成形抵抗が大きくなり押出設備への負荷が大きくなる。
【００４４】
また、上記各例では、外面サイジングダイの冷却は、液体冷却媒体で行なうものとして説明したが、外面サイジングダイを気体冷却媒体のみ、又は液体冷却媒体及び気体冷却媒体の両方の冷却媒体で冷却するようにしてもよい。さらに、上記各例では、内面サイジングダイの冷却は、液体冷却媒体又は気体冷却媒体のいずれかで行なう例を説明したが、内面サイジングダイを液体冷却媒体及び気体冷却媒体の両方の冷却媒体で冷却するようにしてもよい。
【００４５】
またさらに、上記各例では押出材の中空内面にはリブを形成していない例を説明したが、図６（１）、（２）、(３)に示すように、マンドレル及び内面サイジングダイに所望のリブ形状の型部６６，６７，６８，６９を形成しておけば、押出材の中空内面にビスホール（図６（１））やＬ字状の内面リブ（図６（２）、（３））等の所定形状のリブを形成することができる。
【００４６】
以上説明したように、中空押出材の中空内面を内面サイジングダイで直接冷却をすることにより、中空内面の複雑な異形形状を有する中空押出材を高速且つ高精度で押出することができる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の実施例を説明する。
【００４８】
本例では、外面サイジングダイを水冷とし、内面サイジングダイを空冷としたた押出成形ダイ装置を使用して押し出しを行なった。押出材の断面形状は、図１及び図２に示したものと同様に、３つの中空部を備えたものである。また、試験体として有機繊維質微細粒子を含有する２種類の熱可塑性合成樹脂を用い、表１に示すような温度条件となるように加熱をおこない押出を行なった。
試料▲１▼木粉５５％、ポリプロピレン４５％、
試料▲２▼籾殻６０％、ポリプロピレン２５％、無機物１５％
【００４９】
【表１】
0003856660.tif 000002
なお、表１中Ｄ２は上述した第２ダイ、Ｄ１は上述した第１ダイ、ＡＤはアダプタを表している。またＣ１〜Ｃ４は押出機内部（図７に、それぞれの個所を示している）の温度を示している。
【００５０】
本例での押し出し条件は以下のとおりであり、各例とも、サイジングダイ内に冷水を循環させることによりサイジングダイの前方温度は３０〜６０℃となり、押出材は良好に押し出せた。
押出機条件  直径６５ｍｍ単軸押出機
ダイ寸法  １２０（縦）×２００（横）×２５０（長さ）ｍｍ
外面サイジングダイ長  ４０ｍｍ
内面サイジングダイ長  ８０ｍｍ
内面サイジングダイ温度条件  空気注入
【００５１】
【発明の効果】
本発明に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置によれは、サイジングダイの内面サイジングダイで中空押出材を内面からの直接冷却することができて、特に中空部内面の複雑な異形形状及び内面リブを高速且つ高精度で押出することができ、従来、中空部内面の複雑な異形形状及び内面リブを高精度に成形することが困難であったが、内面サイジングダイを外面サイジングダイより長くして外面サイジングダイから突出した突出部を有する構造とすることによって、内面リブ形状の高精度化を可能とした。
更に本発明では、内外面サイジングダイと中空押出材中空内面の非接触部として複数の凹状溝を設け、該凹状溝の幅をサイジングダイ出口方向へ行くに従い広げ、中空押出材中空内面とサイジングダイの摩擦抵抗を低減することとしたため、押出性を一層良好なものとすることができる。
【００５２】
また、本発明に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置によれば押出材内外両面を直接冷却することができるので、冷却効率が良く、サイジングダイの小型化が図れる。特に押出材内面に直接気体冷却媒体を吹き付けて冷却する場合には冷却効率が良好なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の例を示す斜視図である
【図２】図１に示した合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の外面サイジングダイの液体冷却媒体の導管の配置状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示した合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の内面サイジングダイの気体冷却媒体の導管の配置状態を示す平面図である。
【図４】図１に示した合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の内面サイジングダイの液体冷却媒体の導管の配置状態を示す平面図である。
【図５】合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置の内面サイジングダイの気体冷却媒体の導管の他の配置状態を示す平面図である。
【図６】（１）、（２）、（３）は本発明に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置によって製造される合成樹脂中空押出材に形成される内面リブを形成する押出成形ダイ装置を示す部分拡大図である。
【図７】本発明に係る合成樹脂中空押出材の押出成形ダイ装置が使用される押出機の一部断面を示す正面図である。
【図８】本発明が適用される押出成形ダイ装置の合成樹脂の成形通路を装置の全体構成と共に示す平面図である。
【符号の説明】
１  押出成形ダイ装置
２  押出ダイ
３  サイジングダイ
１０  ダイゲート
１１  プレート
２０  アダプタ
３０  第１ダイ
３１  外型
３２  空間
３３  マンドレル頭部
３４  樹脂通路
３５  マンドレル
４０  第２ダイ
４１  外型
４２  空間
４３  マンドレル本体
４４  樹脂通路
４６  導管
４６ａ  導入導管
４６ｂ  排出導管
４７  マンドレル支持部
４８  空洞部
４９  気体通路
５０  外面サイジングダイ
５１  通路
５２  気体通路
５３  断熱層
５４  導管
６０  内面サイジングダイ
６１  基部
６２  突出部
６３  空間
６４  孔部
６５  凹部
６６、６７，６８，６９  型部
７０  断熱層
７１  断熱材
８０  押出材
８１，８２，８３  中空部
１００  押出機
１０１  樹脂押出口
１０２  スクリュー
１０３  ギヤ減速機
１０４  バレル
１０５  バンドヒータ
１０６  ホッパ
【図１】
0003856660.tif 000003
【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】
0003856660.tif 000009
【図８】
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