JP4998606B2 - 押出ダイヘッド - Google Patents

Description

本発明は、押出機の先端部に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料を一定の断面形状で押し出すための押出ダイヘッドに関する。

押出成形にあっては、通常、押出機の先端部に取り付けられた押出ダイヘッド内の樹脂流路を通して、押出機によって溶融混練された樹脂材料を押し出すことにより、一定の断面形状を有する成形品を連続的に成形するが、この際、成形を長時間続けると、押出ダイヘッドの吐出口に、劣化した樹脂が付着してしまうことが知られている（従来の押出ダイヘッドの一例の概略を示す図５参照）。このような付着物は、一般にはメヤニと称され、押出ダイヘッドの吐出口にメヤニが付着したまま成形を続けると、成形品にメヤニが混入して、その品質を低下させてしまったり、メヤニの痕跡（ダイライン）が成形品の表面に筋状に形成されて外観を損ねてしまったりするという問題がある。
このため、定められた時間ごとに成形作業を中止して、押出ダイヘッドを分解・清掃してメヤニを除去するという煩雑な作業が必要となるばかりか、その都度、生産ラインを停止しなければならず、メヤニの除去作業が生産性を低下させる要因にもなっていた。

従来、このようなメヤニ対策として種々の技術が提案されており、例えば、特許文献１では、ダイプレートにノズルピースを交換可能に取り付けておき、ノズルピースごとメヤニを取り除くようにして、メヤニの除去に要する手間やコストの低減を図っている。また、特許文献２では、内面にテーパー部を有する筒形の部材をダイリップ部に取り付けて、ダイリップ部に発生したメヤニがテーパー部に付着し、押出の力によってダイリップ部からテーパー部に転移するようにしてメヤニを除去するようにしている。

特開２０００−５２４０３号公報 特開２００５−１１１８０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、メヤニの除去に要する手間やコストを低減することができるものの、ノズルピースを交換する際に生産ラインを停止しなければならず、生産性を改善するまでには至らなかった。また、特許文献２に開示された技術では、例えば、ブロー成形に用いられる筒状のパリソンなどを押出成形する際には、かかるパリソンの内側に発生するメヤニを除去することができないというように、いずれの技術においても満足できる結果は得られていない。

メヤニの発生メカニズムは複雑であり、その全貌は完全には解明されていないが、本発明者らは、押出ダイヘッドの吐出口に付着した樹脂が、経持的に劣化しながら徐々に堆積してメヤニとなっていくことに鑑みて鋭意検討を重ねたところ、押出ダイヘッドの吐出口に樹脂が付着し難くすることでメヤニの発生を抑止できると考え、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、押出成形を長時間連続して行うにあたり、その吐出口にメヤニが発生するのを抑止することができる押出ダイヘッドの提供を目的とする。

本発明に係る押出ダイヘッドは、押出機の先端部に取り付けられる押出ダイヘッドであって、前記押出機によって溶融混練された樹脂材料が押し出される吐出口が形成されたシェルを備え、前記吐出口の周縁に沿って前記吐出口を囲んで配設される開口部が形成された板状のシェルチップが、前記シェルに着脱可能に取り付けられているとともに、少なくとも前記シェルチップに形成された開口部の内周に沿って、非粘着性のコーティングが施され、前記シェルに形成された前記吐出口の口径φＡと、前記シェルチップに形成された前記開口部の口径φＢとの間に、φＡ≦φＢなる関係が成り立つ構成としてある。

本発明の押出ダイヘッドによれば、その吐出口におけるメヤニの発生を完全に又は長期にわたって抑止することができる。

本発明に係る押出ダイヘッドの第一実施形態の概略を示す要部断面図である。 本発明に係る押出ダイヘッドの第一実施形態の要部拡大断面図である。 図１に示す押出ダイヘッドの吐出口付近を図中下方からみた概略平面図である。 本発明に係る押出ダイヘッドの第二実施形態の概略を示す要部断面図である。 従来の押出ダイヘッドの一例の概略を示す要部断面図である。

以下、本発明に係る押出ダイヘッドの好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第一実施形態］
まず、本発明に係る押出ダイヘッドの第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における押出ダイヘッドの吐出口を中心に、その要部の概略を示す断面図である。また、図２は、図１中一点鎖線で囲む部分を示す要部拡大断面図であり、図３は、図１に示す押出ダイヘッドの吐出口付近を図中下方からみた概略平面図である。
なお、これらの図において、各部の寸法は必要に応じて誇張して描写している（後述する図４，図５においても同様）。

本実施形態の押出ダイヘッド１は、吐出口３を形成するシェル２と、シェル２に形成された吐出口３との間に所定の空隙を隔ててシェル２内に設置したコア４とを備えている。これにより、押出ダイヘッド１は、図示しない押出機の先端部に取り付けられて、押出機によって溶融混練された樹脂材料が、シェル２とコア４との間に形成された樹脂流路５を経て、環状に開口する吐出口３から中空状に押し出されるようになっている。

図１に示す例にあっては、吐出口３の開口側（図中、シェル２の下面側）に、板状のシェルチップ６がシェル２に対して着脱可能に取り付けられている。そして、このシェルチップ６には、シェル２に形成された吐出口３の周縁に沿って、当該吐出口３を囲んで配設される開口部７が形成されているとともに（図３参照）、非粘着性のコーティングが施されている。
なお、特に図示しないが、シェルチップ６をシェル２に対して着脱可能に取り付けるには、装置運転時にシェルチップ６が脱落することがないように、ボルト締めなどの適宜手段によって取り付けるようにすればよい。

シェルチップ６に施す非粘着性のコーティングとしては、吐出口３から押し出される樹脂が付着し難いものであれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素系樹脂を単独で、又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などの耐熱性に優れた他の樹脂成分を配合してなる焼成塗膜を例示することができるが、特に、耐摩耗性が良好で、傷付きによる影響が製品に転写されにくいという理由から、ＰＦＡとＰＥＥＫとを配合してなるＰＦＡ−ＰＥＥＫ複合塗膜が好ましい。
このような焼成塗膜は、上記樹脂成分とともに必要に応じて各種の添加剤が加えられた分散液を、必要に応じて下地処理を施した金属母材に塗工した後に、所定の温度で焼成することによって３０〜１３０μｍ程度の厚みで形成することができる。

本実施形態の押出ダイヘッド１は、このようなシェルチップ６を吐出口３の開口側に取り付けて、吐出口３の周縁に沿ってその周りを囲むように、非粘着性のコーティングが施されたシェルチップ６の開口部７を配設させることにより、押出ダイヘッド１から押し出される樹脂が吐出口３に付着し難くなるようにしている。これによって、メヤニの原因と考えられる劣化した樹脂が吐出口３に蓄積されないようにして、メヤニの発生を完全に又は長期にわたって抑止できるようにしている。

さらに、シェル２に対してシェルチップ６を着脱可能に取り付けておくことで、装置のメンテナンス時や、樹脂の入れ換え時など、必要に応じて押出ダイヘッド１を清掃する際にシェルチップ６を取り外せるので、その作業が容易になる。シェル２から取り外したシェルチップ６を、清掃済みのシェルチップ６や、新しいシェルチップ６と交換するようにしておけば、清掃作業をより短時間で終了させることも可能になる。

シェルチップ６に施す非粘着性のコーティングは、少なくともシェルチップ６に形成した開口部７の内周に沿って施されていればよい。ただし、コーティングが経時的に剥がれてしまうのを防止する上で、シェル２への取り付け面、すなわち、シェル２と対向する面にも回り込むようにしてコーティングを施しておくのが好ましく、コーティング作業を容易にするという観点からは、シェルチップ６の全面に非粘着性コーティングを施してもよい。
なお、図１に示す例にあっては、シェルチップ６の全面に非粘着性コーティングを施している。

また、シェルチップ６に形成する開口部７の口径φＢは、吐出口３から押し出される樹脂の流れを妨げないように、当該吐出口３の口径φＡ以上（φＡ≦φＢ）となるようにする。
ただし、シェルチップ６に形成された開口部７の内周縁と吐出口３の周縁とが離れすぎてしまうと、吐出口３に樹脂が付着し難くなるようにするという所期の目的を達成できなくなってしまう傾向にある。このような不具合を避けるために、シェル２に形成された吐出口３の口径φＡと、シェルチップ６に形成された開口部７の口径φＢとの間には、φＢ≦φＡ＋０．２ｍｍなる関係が成り立つようにするのが好ましく、開口部７の口径φＢを吐出口３の口径φＡよりも若干大きめとなるようにして、初期の目的を達成できる範囲で両者の寸法を適宜調整するのが好ましい。

また、シェルチップ６の開口部７側には、図１に示すように、樹脂の押し出し方向に沿って拡径するテーパー部８を設けておくことができる。このようにすることで、吐出口３から押し出されてきた樹脂が、シェルチップ６の開口部７により付着し難くなる。その結果、劣化した樹脂の堆積をより有効に回避して、メヤニの発生をより効果的に抑止することができる。
このとき、シェルチップ６のシェル２への取り付け面、すなわち、シェル２に対向する面に対するテーパー部８の傾斜角度θａは２０゜以下とするのが好ましい。このような角度とすることで、より効果的にシェルチップ６への樹脂の付着を抑えることができる。

また、このようなテーパー部８をシェルチップ６の開口部７側に設けるにあたり、開口部７の内周縁が鋭利なエッジ状となっていると、押し出された樹脂の表面に筋状の痕跡が形成されてしまうおそれがある。このような不具合を未然に防止するためには、開口部７の内周を、樹脂の押し出し方向に平行な厚みＴａが０．１〜０．５ｍｍの内側面９とするのが好ましい（図２参照）。さらに、このような厚みの内側面９を開口部７の内周に形成することで、開口部７の内周に沿って非粘着性のコーティングを施すのが容易になる。
なお、かかる内側面９の厚みＴａが上記範囲の上限を超えても同様の効果が得られるが、シェルチップ６が必要以上に厚くなってしまわないようにするとともに、コーティングを施す部分を少なくするという観点から、当該内側面９の厚みＴａの上限を設定した。

一方、本実施形態にあっては、シェル２とともに吐出口３を形成するコア４に対しても、同様の非粘着性のコーティングが施されたコアチップ１０を着脱可能に取り付けており、これによって、押出ダイヘッド１から押し出される樹脂がコア４側にも付着し難くなるようにして、コア４側におけるメヤニの発生を抑止している。

コア４に対してコアチップ１０を着脱可能に取り付けるにあたり、図1に示す例では、コア４の先端面を覆う板状のコアチップ１０を取り付けてある。
特に図示しないが、コアチップ１０をコアに４対して着脱可能に取り付けるに際しても、シェルチップ６について説明したのと同様に、ボルト締めなどの適宜手段によって取り付けるようにすればよい。

また、コア４に対してコアチップ１０を着脱可能に取り付けておくことで、必要に応じて押出ダイヘッド１を清掃する際にコアチップ１０取り外せるため、その作業が容易になり、コア４から取り外したコアチップ１０を、清掃済みのコアチップ１０や、新しいコアチップ１０と交換するようにしておけば、清掃作業をより短時間で終了させることも可能になるのも、シェルチップ６について説明したのと同様である。

コアチップ１０に施す非粘着性のコーティングは、少なくともコアチップ１０の外周に沿って施されていればよい。このとき、シェルチップ６にコーティングを施すのと同様に、コーティングが経時的に剥がれてしまうのを防止する上で、コア４への取り付け面、すなわち、コア４と対向する面にも回り込むようにしてコーティングを施しておくのが好ましく、コーティング作業を容易にするという観点からは、コアチップ１０の全面に非粘着性コーティングを施してもよい。
なお、図１に示す例にあっては、コアチップ１０の全面に非粘着性のコーティングを施している。

また、コアチップ１０の外径φＤは、吐出口３から押し出される樹脂の流れを妨げないように、コア４の先端面の外径φＣ以下（φＤ≦φＣ）となるように、その大きさを設定するのが好ましい。
この場合も、コアチップ１０の外周縁とコア４の先端面の周縁とが離れすぎてしまわないように、コアチップ１０の外径φＤと、コア４の先端面の外径φＣとの間には、φＣ≦φＤ＋０．２ｍｍなる関係が成り立つようにするのが好ましく、コアチップ１０の外径φＤが、コア４の先端面の外径φＣよりも若干小さめとなるように、両者の寸法を適宜調整するのが好ましい。

また、コアチップ１０の外周側には、図１に示すように、樹脂の押し出し方向に沿って縮径するテーパー部１１を設けておくことができる。このようにすることで、吐出口３から押し出されてきた樹脂が、コアチップ１０により付着し難くなる。その結果、劣化した樹脂の堆積をより有効に回避して、メヤニの発生をより効果的に抑止することができる。
このとき、コアチップ１０のコア４への取り付け面、すなわち、コア４に対向する面に対するテーパー部１１の傾斜角度θｂは２０゜以下とするのが好ましく、このような角度とすることで、より効果的にコアチップ１０への樹脂の付着を抑えることができるのも、シェルチップ６について説明したのと同様である。

さらに、このようなテーパー部１１をコアチップ１０の外周側に設けるにあたり、押し出された樹脂の表面に筋状の痕跡が形成されてしまうおそれがあるという不具合を未然に防止するために、コアチップ１０の外周を、樹脂の押し出し方向に平行な厚みＴｂが０．１〜０．５ｍｍの外側面１２とするのが好ましく（図２参照）、このような厚みＴｂの外側面１２を形成することで、コアチップ１０の外周に沿って非粘着性のコーティングを施すのが容易になるのも、シェルチップ６について説明したのと同様である。コアチップ１０が必要以上に厚くなってしまわないようにするとともに、コーティングを施す部分を少なくすという観点から、当該外側面の厚みＴｂの上限を設定したのも、シェルチップ６について説明したのと同様である。

［第二実施形態］
次に、本発明に係る押出ダイヘッドの第二実施形態について説明する。
図４は、本実施形態における押出ダイヘッドの吐出口を中心に、その要部の概略を示す断面図である。

前述した第一実施形態では、コア４に対してコアチップ１０を着脱可能に取り付けるようにするとともに、コアチップ１０に非貼着性のコーティングを施したが、本実施形態にあっては、コア４に対して非粘着性のコーティングを直に施している点で、前述した第一実施形態と相違する。

図４に示す例では、コア先端部４ａを基部４ｂから分離可能として、分離されるコア先端部４ａの全面に非貼着性のコーティングを施している。コア先端部４ａは、特に図示しないが、ボルト締めなどの適宜手段によって基部４ｂに固定される。

コア４に対して非粘着性のコーティングを直に施す場合、少なくともコア４の先端エッジ部４ｃに沿って施されていればよい。ただし、コーティングが経時的に剥がれてしまうのを防止する上で、コア先端部４ａを基部４ｂから分離できるようにし、分離されたコア先端部４ａにおける先端エッジ部４ｃから側面にかけてコーティングを施すとともに、基部４ｂと対向する面にも回り込むようにしてコーティングを施しておくのが好ましい。さらに、コーティング作業を容易にするという観点からは、図４に示す例のように、コア先端部４ａの全面に非粘着性のコーティングを施すのが好ましい。

本実施形態が前述した第一実施形態と異なるのは、以上の点であり、それ以外は同様の構成を備えているので、他の構成についての詳細な説明は省略する。

以下、具体的な実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。

従来の押出ダイヘッドの概略を図５に示すが、このような押出ダイヘッド１００を用いて、ポリオレフィン系樹脂などの樹脂材料を用いて筒状のパリソンを連続的に押出成形すると、６０〜９０分毎にメヤニ１０１を除去するために生産ラインを停止しなければならなかった。
なお、図５は、従来の押出ダイヘッドの一例において、その吐出口を中心とする要部の概略を示す断面図である。また、図１に示す押出ダイヘッド１と共通する構成については同じ符号で示して説明を省略する。

図５に示す従来の押出ダイヘッドを、図１に示す例のように改良した。具体的には、非粘着性のコーティングが全面に施されたシェルチップ６を吐出口３の開口側に取り付けて、吐出口３の周縁に沿ってその周りを囲むように、シェルチップ６の開口部７を配設させた。一方、コア４の先端面を覆うように、非粘着性のコーティングが全面に施されたコアチップ１０を取り付けた。非粘着性のコーティングとしては、ＰＦＡ−ＰＥＥＫ複合塗膜を平均厚さ１００μｍで焼成した。
このような押出ダイヘッド１を用いて、従来と同じ条件で筒状のパリソンを連続的に押出成形した。成形開始から７２０分経過した後に吐出口を観察したところ、メヤニの発生は認められなかった。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、前述した実施形態では、シェル２に形成された吐出口３との間に所定の空隙を隔ててシェル２内に設置したコア４を備え、溶融樹脂が中空状に押し出されるようにした例を示したが、本発明は、このようなものには限定されない。コア４を省略するなどして、溶融樹脂が中実状に押し出されるようにした押出ダイヘッドとすることもできる。この場合も、前述したようなシェルチップ６をシェル２に対して着脱可能に取り付けるようにすればよい。

また、本発明は、従来の押出ダイヘッドに、前述したような非粘着性のコーティングを施したシェルチップ６やコアチップ１０を着脱可能に取り付けたり、コア４に対して非粘着性のコーティングを施したりすることができるように適宜改良を加えるだけで適用することができる。

以上説明したように、本発明は、押出機の先端に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料を押し出すための押出ダイヘッドに適用することができる。

１ 押出ダイヘッド
２ シェル
３ 吐出口
４ コア
６ シェルチップ
７ 開口部
８ テーパー部
９ 内側面
１０ コアチップ
１１ テーパー部
１２ 外側面
φＡ シェルに形成された前記吐出口の口径
φＢ シェルチップに形成された前記開口部の口径
φＣ コアの先端面の外径
φＤ コアチップの外径

Claims (14)

1. 押出機の先端部に取り付けられる押出ダイヘッドであって、
   前記押出機によって溶融混練された樹脂材料が押し出される吐出口が形成されたシェルを備え、
   前記吐出口の周縁に沿って前記吐出口を囲んで配設される開口部が形成された板状のシェルチップが、前記シェルに着脱可能に取り付けられているとともに、
   少なくとも前記シェルチップに形成された開口部の内周に沿って、非粘着性のコーティングが施され、
   前記シェルに形成された前記吐出口の口径φＡと、前記シェルチップに形成された前記開口部の口径φＢとの間に、
   φＡ ≦ φＢ
   なる関係が成り立つことを特徴とする押出ダイヘッド。
2. 前記シェルチップの開口部側に、樹脂の押し出し方向に沿って拡径するテーパー部を設けた請求項１に記載の押出ダイヘッド。
3. 前記シェルチップの前記シェルへの取り付け面に対する前記テーパー部の傾斜角度が２０゜以下である請求項２に記載の押出ダイヘッド。
4. 前記シェルチップの開口部の内周を、樹脂の押し出し方向に平行な厚み０．１〜０．５ｍｍの内側面とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の押出ダイヘッド。
5. 前記シェルに形成された前記吐出口の口径φＡと、前記シェルチップに形成された前記開口部の口径φＢとの間に、
   φＢ ≦ φＡ ＋ ０．２ｍｍ
   なる関係が成り立つ請求項１〜４のいずれか一項に記載の押出ダイヘッド。
6. 前記押出機によって溶融混練された樹脂材料が中空状に押し出されるように、前記シェルに形成された前記吐出口との間に所定の空隙を隔てて前記シェル内に設置したコアを備え、
   前記コアの先端面を覆う板状のコアチップを着脱可能在に取り付けるとともに、
   少なくとも前記コアチップの外周に沿って、非粘着性のコーティングを施したこと請求項１〜５のいずれか一項に記載の押出ダイヘッド。
7. 前記コアチップの外周側に、樹脂の押し出し方向に沿って縮径するテーパー部を設けた請求項６に記載の押出ダイヘッド。
8. 前記コアチップの前記コアへの取り付け面に対する前記テーパー部の傾斜角度が２０゜以下である請求項７に記載の押出ダイヘッド。
9. 前記コアチップの外周を、樹脂の押し出し方向に平行な厚み０．１〜０．５ｍｍの外側面とした請求項６〜８のいずれか一項に記載の押出ダイヘッド。
10. 前記コアの先端面の外径φＣと、前記コアチップの外径φＤとの間に、
    φＤ ≦ φＣ
    なる関係が成り立つ請求項６〜９のいずれか一項に記載の押出ダイヘッド。
11. 前記コアの先端面の外径φＣと、前記コアチップの外径φＤとの間に、
    φＣ ≦ φＤ ＋ ０．２ｍｍ
    なる関係が成り立つ請求項１０に記載の押出ダイヘッド。
12. 前記押出機によって溶融混練された樹脂材料が中空状に押し出されるように、前記シェルに形成された前記吐出口との間に所定の空隙を隔てて前記シェル内に設置したコアを備え、
    少なくとも前記コアの先端エッジ部に沿って非粘着性のコーティングを施した請求項１〜５のいずれか一項に記載の押出ダイヘッド。
13. 前記非粘着性のコーティングが、フッ素系樹脂を含む焼成塗膜である請求項１〜１２に記載の押出ダイヘッド。
14. 前記フッ素系樹脂を含む焼成塗膜が、ＰＦＡ−ＰＥＥＫ複合塗膜である請求項１３に記載の押出ダイヘッド。

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