JP2007160568A - 中空円筒体の押出ダイおよび発泡押出成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成によって、コルゲートの発生を効果的に抑制することができる高発泡倍率の中空円筒体の押出ダイおよび発泡押出成形装置を提供すること。
【解決手段】サーキュラーダイからなる押出ダイ４において、発泡押出成形時に、外リップ３８の回転リング部材４５を、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間の中心軸線を回転中心として、周方向に回転させる。これによって、成形材料（溶融樹脂）には、押出方向に負荷される高剪断力に加えて、押出方向と直交する方向にも剪断力が負荷されるので、押出方向に負荷される高剪断力を維持しつつ、コルゲートの発生を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空円筒体の押出ダイおよび発泡押出成形装置に関する。

熱可塑性樹脂を、発泡押出成形装置を用いて発泡押出し、発泡倍率５倍以上の高倍率発泡シートを成形する技術がある。高倍率発泡シートの成形において、コルゲートと呼ばれる発泡シートの表面に発生する凹凸状の波うちまたは帯状の縞模様は、発泡シートの外観を低下させるだけでなく、発泡シートの製品寸法に影響を与える一つの要因となる。
このコルゲートは、発泡体の密度が小さくなるほど、そして発泡体内の気泡が小さくなるほど顕著に発生する傾向がある。特に、二酸化炭素や窒素のような不活性ガスを発泡剤として用いた場合、二酸化炭素はフロンや炭化水素に比べて蒸気圧がはるかに高いので、押出ダイの出口での蒸発速度が速く、コルゲートが発生しやすい。

コルゲートの発生を抑制するために、発泡性樹脂溶融物を、環状のダイリップから押出された直後にサイジング部で押圧して形状を整えながら冷却する技術が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の技術によれば、通過する発泡性樹脂溶融物に対して適度の摩擦抵抗を与えるために、サイジング部の表面にサンドブラスト処理を施し、また、サイジング部における発泡性樹脂溶融物の滑りを確保するために、サイジング表面に水を流している。
特開２００４−３５２８６８号公報

しかし、特許文献１においては、ダイリップ部の構造およびサイジング室の形状は開示されておらず、発泡性樹脂溶融物の滑りを調整するためにサイジング部の表面に水を流すことは、サイジング部の構造を複雑にし、また、加水分解性樹脂には不向きである。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成によって、コルゲートの発生を効果的に抑制することができる高発泡倍率の中空円筒体の押出ダイおよび発泡押出成形装置を提供することにある。

上述目的を達成するために、本発明の中空円筒体の押出ダイは、溶融樹脂に不活性流体を混合して押し出す発泡押出成形装置に装着され、中空円筒体を成形する押出ダイであって、前記溶融樹脂内の圧力を下げる外減圧部を備え、貫通孔が形成された外ダイと、前記外減圧部と対向し、前記外減圧部とともに前記溶融樹脂内の圧力を下げる内減圧部を備え、前記貫通孔に挿入される内ダイとを備え、前記外ダイの前記外減圧部および前記内ダイの前記内減圧部の少なくともいずれか一方が、前記溶融樹脂の押出方向を中心軸線として周方向に回転することを特徴としている。

このような押出ダイは、発泡押出成形装置における押出方向上流側から押出されてくる溶融樹脂を、外ダイの貫通孔と、その貫通孔に挿入される内ダイとの間を通過させて中空円筒体に成形する、いわゆるサーキュラーダイである。
このような押出ダイを用いた発泡押出成形において、高発泡倍率を実現するためには、溶融樹脂の内部の、減圧部（外減圧部および内減圧部）の通過前後での圧力差（圧力損失）を大きく（高く）することが重要である。そのためには、溶融樹脂が減圧部を通過する間に、上述した高い圧力損失を確保する必要がある。

また、溶融樹脂が減圧部を通過する前に、発泡することを防ぐために、溶融樹脂内の圧力が高く維持されるように、外減圧部と内減圧部との間に形成される溶融樹脂が通過する隙間を、狭く設定する必要がある。
そのため、この隙間を通過する溶融樹脂の通過速度は高くなり、これに伴って、溶融樹脂の、外減圧部および内減圧部の表面と接触する部分には、押出方向に高剪断力が負荷されて、これが、コルゲートの発生要因となる。

しかし、本発明の押出ダイでは、外ダイの外減圧部および内ダイの内減圧部の少なくともいずれか一方が、溶融樹脂の押出方向を中心軸線として周方向に回転する。すると、溶融樹脂には、押出方向に負荷される高剪断力に加えて、押出方向と直交する方向にも剪断力が負荷され、押出方向の高剪断力による樹脂内部に生じた二次流れや不均一な応力分布を均一化させることができる。その結果、本発明の押出ダイでは、押出方向に負荷される高剪断力を維持しつつ、コルゲートの発生を防止することができる。

そして、本発明の発泡押出成形装置では、樹脂を溶融するシリンダと、前記シリンダにおいて溶融された溶融樹脂を押し出すためのスクリューと、前記シリンダに接続され、前記溶融樹脂に不活性流体を供給するための不活性流体供給部とを備える発泡押出成形装置において、前記シリンダの押出方向下流側端部に、本発明の中空円筒体の押出ダイが装着されていることを特徴としている。

この発泡押出成形装置では、シリンダにおいて溶融された溶融樹脂に、不活性流体供給部から供給された不活性流体が混合された後に、その不活性流体が混合された溶融樹脂がスクリューによって押し出される。そして、この発泡押出成形装置では、シリンダの押出方向下流側端部に、本発明の中空円筒体の押出ダイが装着されているので、簡易な構成により、コルゲートの発生を効果的に抑制することができる。

本発明の押出ダイによれば、簡易な構成によって、コルゲートの発生を効果的に抑制することができる。そのため、本発明の押出ダイが装着される発泡押出成形装置では、コルゲートの発生を効果的に抑制しつつ、高発泡倍率の中空円筒体を成形することができる。

図１は、本発明の発泡押出成形装置の一実施形態として、タンデム型発泡押出成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。
図１において、このタンデム型発泡押出成形装置１は、押出機２と、不活性流体供給部３と、押出ダイ４と、これら各部を制御するためのＣＰＵ５とを備えている。
押出機２は、第１押出機６、連結部７および第２押出機８を備えている。

第１押出機６は、シリンダ９、および、そのシリンダ９内に２本のスクリュー１０（図１では１本のスクリューのみが現われている。）を備える二軸押出機から構成されており、さらに、駆動モータ１１、ホッパ１２およびヒータ１３などを備えている。
シリンダ９は、筒状部材からなり、そのシリンダ９内に内装される２本のスクリュー１０の軸方向一端部（成形材料の押出方向上流側端部）を、回転可能に軸受支持している。

また、このシリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向一端部には、ホッパ１２が接続される供給口１４が形成されている。また、このシリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向他端部（成形材料の押出方向下流側端部）には、成形材料を連結部７に向けて押し出すための押出口１５が形成されている。また、このシリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向途中には、後述するノズル３０が接続されるノズル接続口３２が形成されている。

２本のスクリュー１０は、シリンダ９内において、軸方向に沿って並行に配置されている。これら２本のスクリュー１０の径、条数、回転方向（同方向回転または異方向回転）、噛み合いの有無などは、その用途および目的によって、適宜選択される。
駆動モータ１１は、シリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向一端部において、図示しない減速装置などを介して、２本のスクリュー１０の軸方向一端部にそれぞれ連結されている。

ホッパ１２は、シリンダ９の供給口１４に接続されている。このホッパ１２には、熱可塑性樹脂を含む成形材料が投入される。
ヒータ１３は、シリンダ９における外周面に、スクリュー１０の軸方向に沿って複数のブロックごとに設けられている。シリンダ９内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない温度センサが設けられており、この温度センサによって検知された検知温度に基づいて、ヒータ１３がブロック単位で温度制御される。

なお、シリンダ９内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない圧力センサが設けられている。
連結部７は、第１押出機６の押出口１５に接続される出口部１６と、第２押出機８の次に述べるシリンダ２２の供給口２６に接続される入口部１７と、これら出口部１６および入口部１７を接続する接続管１８とを一体的に備えている。

出口部１６には、絞り１９が設けられている。この絞り１９は、出口部１６の流路２０に臨み、流路２０に対して矢印方向に進退自在に設けられている。そして、絞り１９は、ＣＰＵ５の制御によって、進出により流路２０を閉鎖し、退避により流路２０を開放するように動作され、その進退動作により、流路２０の開閉および開度を調整して、第１押出機６から第２押出機８に押し出される成形材料の押出量を調整可能に構成されている。

また、出口部１６における絞り１９よりも成形材料の押出方向上流側には、ＣＰＵ５に接続される図示しない圧力センサが設けられており、この圧力センサによって検知される検知圧力に基づいて、絞り１９の進退動作が制御される。
第２押出機８は、第１押出機６と大略同様の構成とされ、シリンダ２２、および、そのシリンダ２２内に２本のスクリュー２３（図１では１本のスクリューのみが現われている。）を備える二軸押出機から構成されており、さらに、駆動モータ２４およびヒータ２５などを備えている。

シリンダ２２は、筒状部材からなり、そのシリンダ２２内に内装される２本のスクリュー２３の軸方向一端部（成形材料の押出方向上流側端部）を、回転可能に軸受支持している。
また、このシリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向一端部には、連結部７の入口部１７が接続される供給口２６が形成されている。また、このシリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向他端部（成形材料の押出方向下流側端部）には、成形材料を押出ダイ４に向けて押し出すための押出口２７が形成されている。

押出口２７が開口するシリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向他端部には、押出方向に対して直交する方向に延び、後述する上流側鍔部４０が当接するフランジ部３４が形成されている。
２本のスクリュー２３は、シリンダ２２内において、軸方向に沿って並行に配置されている。これら２本のスクリュー２３の径、条数、回転方向（同方向回転または異方向回転）、噛み合いの有無などは、その用途および目的によって、適宜選択される。

駆動モータ２４は、シリンダ２２におけるスクリュー２３の軸方向一端部において、図示しない減速装置などを介して、２本のスクリュー２３の軸方向一端部にそれぞれ連結されている。
ヒータ２５は、シリンダ２２における外周面に、スクリュー２３の軸方向に沿って複数のブロックごとに設けられている。シリンダ２２内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない温度センサが設けられており、この温度センサによって検知された検知温度に基づいて、ヒータ２５がブロック単位で温度制御される。

なお、シリンダ２２内には、ＣＰＵ５に接続される図示しない圧力センサが設けられている。
不活性流体供給部３は、タンク２８、定量供給ポンプ２９、ノズル３０および供給ライン３１を備えている。
タンク２８には、超臨界流体となる流体（ガス）として、たとえば、炭酸ガス（二酸化炭素ガス）や窒素ガスなどの不活性流体（不活性ガス）が貯蔵されている。また、タンク２８は、供給ライン３１を介して定量供給ポンプ２９に接続されている。

定量供給ポンプ２９は、供給ライン３１を介してノズル３０に接続されている。この定量供給ポンプ２９は、ノズル３０を介して、シリンダ９内に、タンク２８に貯蔵されているガスを、超臨界流体として、単位時間あたり一定量で供給することができる定量供給ポンプから構成されている。
ノズル３０は、シリンダ９のノズル接続口３２に接続されている。このノズル３０は、逆止弁を備えており、超臨界流体がシリンダ９内に供給されないときには、シリンダ９内から供給ライン３１への逆流を防止し、一方、超臨界流体がシリンダ９内に供給されるときには、超臨界流体の供給ライン３１からシリンダ９内への流入を許容している。

また、この不活性流体供給部３では、供給ライン３１が全体的に温度調整可能および圧力調整可能に構成されており、定量供給ポンプ２９によって、タンク２８に貯蔵されている不活性流体（不活性ガス）を、超臨界状態にして、すなわち、超臨界流体（超臨界ガス）として、ノズル３０からシリンダ９内に供給できるように構成されている。
また、ノズル接続口３２には、ノズル３０の先端からシリンダ９の内周面までの間に、シリンダ９内に供給される超臨界流体を、シリンダ９内の成形材料に分散させるための多孔質部材３３が埋設されている。

多孔質部材３３は、たとえば、その平均孔径が１〜１００μｍ、好ましくは、１０〜１００μｍ、さらに好ましくは、３０〜６０μｍ、気孔率が１０〜６０％、好ましくは、２０〜４０％のセラミックまたは金属からなる焼結多孔質体であって、超臨界粒体の供給量にもよるが、その厚さが２〜１５ｍｍ、好ましくは、５〜１０ｍｍ、直径が３〜２０ｍｍφ、好ましくは、６〜１０ｍｍφの円柱状に形成されている。

なお、多孔質部材３３の平均孔径が１０μｍ未満であると、超臨界流体の供給圧力が高くなり過ぎて、超臨界流体の供給効率が低下し、１００μｍを超えると、超臨界流体を数十μｍのサイズで成形材料に供給することができず、超臨界流体を高分散状態で成形材料に混合できない場合がある。
なお、ノズル接続口３２は、シリンダ９におけるスクリュー１０の軸方向途中、すなわち、ホッパ１２よりもスクリュー１０の軸方向下流側であって、かつ、押出口１５よりも上流側において、シリンダ９の外周面から内周面までを貫通するように形成されている。ノズル接続口３２の形成位置は、その目的および用途により、適宜決定すればよいが、ノズル接続口３２が形成されるスクリュー９の軸方向途中位置から、押出口１５が形成される軸方向他端部までの間において、成形材料と超臨界流体とを十分に混合分散して溶解できる軸方向距離が確保される位置に設定される。

ＣＰＵ５には、第１押出機６の駆動モータ１１およびヒータ１３、絞り１９、第２押出機８の駆動モータ２４およびヒータ２５、定量供給ポンプ２９などや、これらに設けられている、図示しない、温度センサ、圧力センサおよびヒータなどの各部に、接続されており、これら各部を制御している。
そして、このタンデム型発泡押出成形装置１を用いて、発泡押出成形するには、まず、第１押出機６において、ＣＰＵ５によって、駆動モータ１１を、２本のスクリュー１０が所定の回転速度（たとえば、１〜２００回転／分、好ましくは、３０〜１５０回転／分）で回転するように駆動制御するとともに、ヒータ１３を、シリンダ９内が成形材料の溶融温度以上（成形材料（樹脂）の種類にもよるが、たとえば、１００〜３５０℃、好ましくは、１２０〜３００℃であり、たとえば、成形材料（樹脂）の溶融温度の５〜５０℃以上、好ましくは、１０〜３０℃以上）となるように温度制御する。また、ＣＰＵ５によって、シリンダ９内が所定の圧力（上述の温度制御において、成形材料に対して超臨界流体が溶解する所定の圧力、たとえば、５〜４０ＭＰａ、好ましくは、１０〜３０ＭＰａ）となるように、絞り１９の進退動作を制御する。

そして、ホッパ１２から所定量の成形材料を、第１押出機６のシリンダ９内に連続的に投入する。
成形材料は、特に制限されないが、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン共重合体（たとえば、ブタジエン・スチレン共重合体、アクリロニトリル・スチレン共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体など）、ポリブテン、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、生分解性ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂のペレットが貯蔵されている。

そして、シリンダ９内に投入された成形材料が、溶融されながらシリンダ９内を押出方向下流側に向かって連続的に流動する。
また、これとともに、ＣＰＵ５によって、定量供給ポンプ２９を駆動制御して、所定量の超臨界流体を、タンク２８から、供給ライン３１を介してノズル３０に送り、その所定量の超臨界流体を、ノズル３０から多孔質部材３３を介してシリンダ９内に連続的に供給する。

なお、ＣＰＵ５による定量供給ポンプ２９の駆動制御によって供給される超臨界流体の供給量は、成形材料の種類や、目的とするマイクロセルラーフォームの物性により、適宜決定すればよいが、シリンダ９内において混合される成形材料および超臨界流体の合計に対して、０．０１〜１５重量％、好ましくは、たとえば、超臨界流体が、二酸化炭素の超臨界流体である場合には、０．１〜１５重量％、たとえば、超臨界流体が、窒素の超臨界流体である場合には、０．０４〜６重量％となるように設定される。超臨界流体の供給量がこれより少ないと、発泡せずあるいはセル径が大きくなる場合があり、また、超臨界流体の供給量がこれより多いと、合泡および破泡により連通気泡になったり、あるいは発泡倍率が低下する場合がある。

そして、シリンダ９内を溶融されながら流動する成形材料（溶融樹脂）が、ノズル３０が接続されるノズル接続口３２に到達すると、その成形材料（溶融樹脂）に、ノズル３０から多孔質部材３３を介して供給される超臨界流体が連続的に混合され、シリンダ９内の温度および圧力によって、成形材料（溶融樹脂）に超臨界流体が均一に分散され、連続的に溶解される。

そして、超臨界流体が溶解された成形材料（溶融樹脂）は、押出口１５から連続的に押し出されると、出口部１６、接続管１８および入口部１７を介して、第２押出機８のシリンダ２２内に連続的に供給される。
また、第２押出機８においては、ＣＰＵ５によって、駆動モータ２４を、２本のスクリュー２３が所定の回転速度（たとえば、１〜２００回転／分、好ましくは、１０〜１５０回転／分）で回転するように駆動制御するとともに、ヒータ２５を、第２押出機８のシリンダ２２内が、第１押出機６のシリンダ９内の温度よりも低く、かつ、溶融温度よりも高い温度であって、押出方向に従って順次ブロックごとに低くなるような温度（成形材料（樹脂）の種類にもよるが、たとえば、押出方向最上流側温度が８０〜３００℃、好ましくは、８０〜２００℃で、押出方向最下流側温度が７０〜２８０℃、好ましくは、７０〜１７０℃）に温度制御する。なお、押出方向の最下流側のブロックは、後述する押出ダイ４とほぼ同じ温度に温度制御する。

また、この第２押出機８のシリンダ２２内は、上述したＣＰＵ５による絞り１９の進退動作の制御により、所定の圧力に設定されている。このシリンダ２２内の圧力は、上述の温度制御において、成形材料（溶融樹脂）に対して超臨界流体が溶解状態を維持できる所定の圧力であって、かつ、後述する押出ダイ４からの押し出し時に所定の圧力差を付与できる圧力、たとえば、１〜３５ＭＰａ、好ましくは、５〜３０ＭＰａに設定されている。

そして、第２押出機８のシリンダ２２内に連続的に供給された、超臨界流体が溶解されている成形材料（溶融樹脂）は、２本のスクリュー２３の回転によって、さらに超臨界流体が成形材料（溶融樹脂）に対して均一に分散溶解され、シリンダ２２内の圧力が保持された状態で、冷却されながら押出方向下流側に流動し、押出口２７から後述する押出ダイ４に向かって連続的に押し出される。

図２は、図１に示すタンデム型発泡押出成形装置に装着される押出ダイの側断面図である。
この押出ダイ４は、図２に示すように、外ダイとしてのアダプタ３７および外リップ３８と、内ダイとしての内リップ３９とを備えている。
アダプタ３７は、中空円筒状をなし、その押出方向上流側には、押出方向と直交する方向に延び、押出口２７のフランジ部３４と当接する上流側鍔部４０と、その押出方向下流側端部には、押出方向と直交する方向に延び、後述するボルト が挿通される下流側鍔部５０とが形成されている。また、アダプタ３７の内部には、貫通孔としてのアダプタ貫通孔４１が形成されている。

アダプタ貫通孔４１は、押出方向上流側のアダプタ入口４２と下流側のアダプタ出口４３とを備え、アダプタ入口４２から押出方向下流側へ向かって次第に広口となり、途中からアダプタ出口４３に向かって次第に狭口となる側断面視略菱形状に形成されている。
外リップ３８は、回転リング部材４４と、固定リング部材４５とを備えている。
固定リング部材４４は、円環部４６と外減圧部４７とを一体的に備えている。円環部４６は、その内周面４８により囲まれる内径が、押出方向下流側へ向かって同一孔径を維持し、かつ、アダプタ３７のアダプタ出口４３とほぼ同径の平板円筒形状に形成されている。外減圧部４７は、外減圧部４７の押出方向下流側の端面における径方向内側部分から、押出方向下流側に向かって突出する円筒形状に形成されている。この外減圧部４７の内周面４９は、その上流側端部が、円環部４６の内周面４８とほぼ同径に形成されており、その上流側端部から下流側端部に向かっては、外方に屈曲して次第に広口となるラッパ形状に形成されている。

また、外減圧部４７の内周面４９には、必要により、その表面全体に、５００〜３０００メッシュのサンドブラスト処理が施されている。
固定リング部材４５は、その内周面が外減圧部４７の外周面と当接した状態において、その外径が下流側鍔部５０の外径と同径に形成される円筒形状に形成されている。
また、固定リング部材４５の押出方向下流側の端面は、径方向内側端部から径方向外側端部に至る途中までが、外サイジング部５１とされており、その外サイジング部５１の表面は、外減圧部４７の内周面４９から連続して、押出方向上流側から押出方向下流側へ向かって、ほぼ同一角度で広口となるよう（径方向内側から径方向外側に向かって傾斜するように）に形成されている。

また、外サイジング部５１には、必要により、その表面全体に、円環状のサンドブラスト面と、円環状のフッ素コーティング面とが押出方向に沿って交互に形成されている。
そして、外リップ３８は、回転リング部材４４の押出方向上流側端面を、下流側鍔部５０の押出方向下流側端面に対向させるとともに、固定リング部材４５の押出方向上流側端面および内周面を、回転リング部材４４の円環部４６の押出方向下流側端面および外減圧部４７の外周面に、それぞれ対向させるようにして、回転リング部材４４の円環部４６を下流側鍔部５０と固定リング部材４５との間で挟持する状態で、下流側鍔部４０と固定リング部材４５とにボルト５２を挿通して、そのボルト５２をナット５３で螺締することにより、アダプタ３７に取り付けられている。

また、外リップ３８において、下流側鍔部５０と円環部４６との間には、リング状のボールベアリングなどからなるスラスト軸受５４が介装されるとともに、固定リング部材４５と円環部４６との間にも、上記スラスト軸受５４と押出方向において対向するように、リング状のボールベアリングなどからなるスラスト軸受５５が介装されている。
また、円環部４６の外周面には、図示しないが、スプロケット歯が形成され、駆動力が伝達されるチェーンが巻回されているか、または、駆動力が伝達されるエンドレスベルトが巻回されているか、もしくは、ギヤ歯が形成され、そのギヤ歯に駆動力が伝達されるギヤが噛合している。

そして、駆動力が入力されると、回転リング部材４５は、下流側鍔部５０と固定リング部材４５との間において、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間（貫通孔）の中心軸線を回転中心として、周方向に回転される。なお、回転速度は、例えば、５〜３０００ｍｉｎ^−１に設定される。
内リップ３９は、図２に示すように、側断面視矢羽形状に形成されており、押出方向上流側から押出方向下流側へ向かって順に、挿入部６０と、支持軸部６１と、基部５９とを一体的に備えている。

挿入部６０は、側断面視弾丸形状（先端部の尖った紡錘形状）であり、図示しない、押出方向から見るとスパイラル状のリブにより、アダプタ３７に固定されている。支持軸部６１は、挿入部６０の押出方向下流側端部に螺着されている。
支持軸部６１は、その押出方向上流側端部に螺子部が形成された円柱形状に形成されている。

基部５９は、支持軸部６１の押出方向下流側端部から連続して緩やかに外径が拡大する円錐形状に形成されている。
基部５９において、内リップ３９の外減圧部４７と対向する部分が、内減圧部６４とされており、内リップ３９の外サイジング部５１と対向する部分が、内サイジング部６５とされている。

また、内減圧部６４の表面と、内サイジング部６５の表面とは、押出方向上流側から押出方向下流側へ向かって、ほぼ同一角度（同一勾配）で、径方向内側から径方向外側に向かって傾斜するように形成されている。
また、内減圧部６４には、必要により、その表面全体に、５００〜３０００メッシュのサンドブラスト処理が施されている。

また、内サイジング部６５には、必要により、その表面全体に、円環状のサンドブラスト面と、円環状のフッ素コーティング面とが押出方向に沿って交互に形成されている。
このような押出ダイ４において、図２に示すように、アダプタ３７は、アダプタ３７の上流側鍔部４０を、押出口２７のフランジ部３４と当接させた状態で、アダプタ３７の上流側鍔部４０と押出口２７のフランジ部３４とを図示しないねじにより固定することによって、押出口２７に装着されている。この状態において、押出口２７は、押出方向に沿ってアダプタ入口部４２に対向している。

外リップ３８は、上記したようにアダプタ３７に固定されており、この状態において、アダプタ出口部４３は、押出方向に沿って、円環部４６の内周面４８により囲まれる円柱空間に連通している。
内リップ３９は、押出ダイ４から押し出される成形材料（溶融樹脂）に、後述する圧力損失が付与されるように、外リップ３８に対して所定の隙間をもって、配置されている。

そして、内リップ３９では、挿入部６０が、アダプタ貫通孔４１内に挿入され、支持軸部６１が、円環部４６の内周面４８により囲まれる円柱空間に挿入されている。また、支持軸部６１の外周面と円環部４６の内周面４８との間には、一定間隔の隙間が形成されている。
また、基部５９は、その内減圧部６４の表面が、回転リング部４４の外減圧部４７の表面との間の隙間（支持軸部６１の外周面と円環部４６の内周面４８との間の隙間よりも小さい隙間であって、たとえば、０．１〜２．０ｍｍの隙間）を隔てて対向配置され、その内サイジング部６５の表面が、固定リング部４５の外サイジング部５１の表面との間の隙間（内減圧部６４の表面と回転リング部４４の外減圧部４７の表面との間の隙間から連続し、押出方向上流側から押出方向下流側に向かって徐々に間隔が広がる隙間であって、たとえば、押出方向上流側端部では０．５〜２．０ｍｍ、押出方向下流側端部では２．０〜５．０ｍｍの隙間）を隔てて対向配置されるように、配置されている。

このような押出ダイ４において、発泡押出成形時には、回転リング部材４５は、上記したように、下流側鍔部５０と固定リング部材４５との間において、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間の中心軸線を回転中心として、周方向に回転されている。
そして、発泡押出成形時において、押出口２７から押し出される成形材料（溶融樹脂）は、アダプタ入口部４２を介してアダプタ３７のアダプタ貫通孔４１内に流入し、５〜３５ＭＰａの高圧力にて挿入部６０に当接してから、環状に成形される。

環状に成形された成形材料（溶融樹脂）は、その後、アダプタ出口部４３を介して、圧力を一定に維持したまま、外リップ３８と内リップ３９との間へ進み、支持軸部６１の外周面と、回転している円環部４６の内周面４８との間の隙間を通過した後、次いで、内減圧部６４の表面と、回転している外減圧部４７の表面との間の隙間を通過し、その後、内サイジング部６５の表面と、外サイジング部５１の表面との間の隙間に至り、大気に開放される。

そのため、内減圧部６４の表面と回転している外減圧部４７の表面との間の隙間の通過において、成形材料（溶融樹脂）には、上述したアダプタ貫通孔４１内での高い圧力と、内サイジング部６５の表面と外サイジング部５１の表面との間の隙間での圧力（大気圧）との差に相当する圧力損失が付与され、成形材料（溶融樹脂）内の圧力が降下する。また、成形材料（溶融樹脂）には、内減圧部６４および外減圧部４７の各表面との接触により、押出方向に高剪断力が負荷されるとともに、上記した圧力降下により、成形材料（溶融樹脂）内において気泡核が形成される。

そして、この成形材料（溶融樹脂）は、内サイジング部６５の表面と外サイジング部５１の表面との間の隙間に到達すると、大気に開放され、超臨界流体の気泡核が成長することにより発泡し、膨張しながら、内サイジング部６５および外サイジング部５１の各表面により所定の寸法に整えられる。その後、この成形材料（溶融樹脂）は、中空円筒形状のマイクロセルラーフォームに形成される。上述したように、この成形材料（溶融樹脂）には、内減圧部６４および外減圧部４７の各表面との間の隙間を通過するときに高い圧力損失が付与されるので、高発泡倍率の実現が可能となる。なお、この中空円筒形状のマイクロセルラーフォームを、その周上一箇所で軸方向に沿って切断すると、一枚のシートを形成することができる。

以上のように、この押出ダイ４は、サーキュラーダイであって、この押出ダイ４において、回転リング部材４４が、発泡押出成形時には、下流側鍔部５０と固定リング部材４５との間において、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間の中心軸線を回転中心として、周方向に回転される。そのため、成形材料（溶融樹脂）には、押出方向に負荷される高剪断力に加えて、押出方向と直交する方向にも剪断力が負荷され、押出方向の高剪断力による成形材料（溶融樹脂）内部に生じた二次流れや不均一な応力分布を均一化させることができる。その結果、この押出ダイ４では、押出方向に負荷される高剪断力を維持しつつ、たとえば、発泡倍率が５倍以上、好ましくは、２０倍以上のマイクロセルラーフォームを成形する場合でも、コルゲートの発生を防止することができる。

そのため、このタンデム型発泡押出成形装置１では、上記した押出ダイ４が装着されているので、簡易な構成により、コルゲートの発生を効果的に抑制することができる。
なお、以上の説明では、本発明の発泡押出成形装置を、上述したタンデム型発泡押出成形装置１を例示して説明したが、本発明の発泡押出成形装置は、これに限らず、たとえば、シングル型発泡押出成形装置であってもよく、また、スクリューの本数も、その目的および用途によって、単軸または二軸が、適宜選択される。

また、上記した実施形態では、外リップ３８、具体的には、回転リング部材４４を回転させたが、本発明では、外リップ３８とともに内リップ３９を回転させることもできる。
図３は、そのような本発明の押出ダイの他の実施形態を示す側断面図である。次に、図３に示す押出ダイ４について説明する。なお、図３に示す押出ダイ４において、図２に示す押出ダイ４と同様の部材には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

図３において、この押出ダイ４は、紙面上方から成形材料（溶融樹脂）が流入されるタイプであって、その押出方向は、上記と同様に、紙面左右方向であるため、以下の説明においても、紙面左右方向を、便宜上押出方向とする。
この押出ダイ４は、外ダイとしてのアダプタ３７および外リップ３８と、内ダイとしての内リップ３９とを備えている。

アダプタ３７は、円柱状をなし、その押出方向上流側には、後述する内リップ３９の回転軸８６を軸受支持するための支持部７２が設けられている。また、その押出方向下流側端部には、押出方向と直交する方向に延び、後述するボルト５２が挿通される下流側鍔部７３が設けられている。
アダプタ３７には、後述する内リップ３９の回転軸８６を挿通するための貫通孔７４が、アダプタ３７の中心軸線に沿って、アダプタ３７を貫通するように形成されている。アダプタ３７の押出方向上流側端部には、貫通孔７４に臨む軸受８０が設けられている。

また、アダプタ３７には、成形材料（溶融樹脂）が流入する流入口７６と、成形材料（溶融樹脂）が流出する流出口７７とが形成され、それら流入口７６と流出口７７とを連通する押出流路７５が形成されている。
流入口７６は、アダプタ３７の押出方向途中において、押出方向と直交する径方向端部において開口されている。この流入口７６には、図示しないが、上記したタンデム型発泡押出成形装置１の押出口２７が接続されている。また、流出口７７は、アダプタ３７の押出方向下流側端部において、アダプタ３７の中心軸線上において、貫通孔７４と重なるように開口されている。

押出流路７５は、アダプタ３７の押出方向途中に形成され、アダプタ３７の中心軸線を中心とする円筒形状の円筒流路７８と、その円筒流路７８の押出方向下流側端部に連通して形成され、アダプタ３７の中心軸線を中心とする円環錐形状の円環錐流路７９とを備えている。円筒流路７８には、周上の一箇所において流入口７６が連通されている。また、円環錐流路７９の押出方向下流側端部が、流出口７７に連通している。

支持部７２は、アダプタ３７の押出方向上流側端部に対して、押出方向上流側端部において、間隔を隔てて対向配置される円板状の支持板８１と、その支持板８１をアダプタ３７に固定するための固定軸８２と、動力伝達ディスク８４とを備えている。
支持板８１には、後述する内リップ３９の回転軸８６を挿通するための貫通孔７４とほぼ同径の支持孔８３が、押出方向を貫通するように、形成されている。

また、固定軸８２は、支持板８１をアダプタ３７の押出方向上流側端部に対して、間隔を隔てて保持するように、アダプタ３７の押出方向上流側端部から押出方向上流側に向かって突出され、支持板８１の外周部に挿通された後に、ナット９２により固定されている。
動力伝達ディスク８４は、貫通孔７４とほぼ同径の内径を有する中空円板状（ドーナツ状）に形成され、支持板８１の押出方向上流側において、支持板８１に、リング状のボールベアリングなどからなるスラスト軸受８５を介して、回転自在に支持されている。

また、動力伝達ディスク８４の外周面には、図示しないが、スプロケット歯が形成され、駆動力が伝達されるチェーンが巻回されているか、または、駆動力が伝達されるエンドレスベルトが巻回されているか、もしくは、ギヤ歯が形成され、そのギヤ歯に駆動力が伝達されるギヤが噛合している。
そして、駆動力が入力されると、動力伝達ディスク８４は、後述する回転軸８６の中心軸線を回転中心として、周方向に回転される。なお、回転速度は、例えば、５〜３０００ｍｉｎ^−１に設定される。

外リップ３８は、図２に示す押出ダイ４と同様に、回転リング部材４４と、固定リング部材４５とを備えている。
固定リング部材４４には、円環部４６と外減圧部４７とを一体的に備えている。円環部４６は、その内周面４８により囲まれる内径が、押出方向下流側へ向かって同一孔径を維持し、かつ、アダプタ３７の流出口７７とほぼ同径の平板円筒形状に形成されている。外減圧部４７は、外減圧部４７の押出方向下流側の端面における径方向内側部分から、押出方向下流側に向かって突出する円筒形状に形成されている。この外減圧部４７の内周面４９は、その上流側端部が、円環部４６の内周面４８とほぼ同径に形成されており、その上流側端部から下流側端部に向かっては、外方に屈曲して次第に広口となるラッパ形状に形成されている。

また、外減圧部４７の内周面４９には、必要により、その表面全体に、５００〜３０００メッシュのサンドブラスト処理が施されている。
固定リング部材４５は、その内周面が外減圧部４７の外周面と当接した状態において、その外径が下流側鍔部７３の外径と同径に形成される円筒形状に形成されている。
また、固定リング部材４５の押出方向下流側の端面は、径方向内側端部から径方向外側端部に至る途中までが、外サイジング部５１とされており、その外サイジング部５１の表面は、外減圧部４７の内周面４９から連続して、押出方向上流側から押出方向下流側へ向かって、ほぼ同一角度で広口となるよう（径方向内側から径方向外側に向かって傾斜するように）に形成されている。

また、外サイジング部５１には、必要により、その表面全体に、円環状のサンドブラスト面と、円環状のフッ素コーティング面とが押出方向に沿って交互に形成されている。
そして、外リップ３８は、回転リング部材４４の円環部４６の内周面４８を、アダプタ３７の流出口７７と押出方向において重なるように配置して、回転リング部材４４の押出方向上流側端面を、下流側鍔部７３の押出方向下流側端面に対向させるとともに、固定リング部材４５の押出方向上流側端面および内周面を、回転リング部材４４の円環部４６の押出方向下流側端面および外減圧部４７の外周面に、それぞれ対向させるようにして、回転リング部材４４の円環部４６を下流側鍔部７３と固定リング部材４５との間で挟持する状態で、下流側鍔部７３と固定リング部材４５とにボルト５２を挿通して、そのボルト５２をナット５３で螺締することにより、アダプタ３７に取り付けられている。

また、外リップ３８において、下流側鍔部７３と円環部４６との間には、リング状のボールベアリングなどからなるスラスト軸受５４が介装されるとともに、固定リング部材４５と円環部４６との間にも、上記スラスト軸受５４と押出方向において対向するように、リング状のボールベアリングなどからなるスラスト軸受５５が介装されている。
また、円環部４６の外周面には、図示しないが、スプロケット歯が形成され、駆動力が伝達されるチェーンが巻回されているか、または、駆動力が伝達されるエンドレスベルトが巻回されているか、もしくは、ギヤ歯が形成され、そのギヤ歯に駆動力が伝達されるギヤが噛合している。

そして、駆動力が入力されると、回転リング部材４５は、下流側鍔部７３と固定リング部材４５との間において、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間（貫通孔）の中心軸線を回転中心として、周方向に回転される。なお、回転速度は、例えば、５〜３０００ｍｉｎ^−１に設定される。
なお、回転リング部材４５の回転方向は、動力伝達ディスク８４の回転方向と、逆方向に設定されている。

内リップ３９は、回転軸８６と、基部８７とを一体的に備えている。
回転軸８６は、貫通孔７４よりやや小径に形成されており、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間、アダプタ３７の貫通孔７４、支持板８１の支持孔８３、動力伝達ディスク８４に挿通され、動力伝達ディスク８４からさらに押出方向下流側に突出するように設けられている。

また、回転軸８６の押出方向下流側端部には、ねじ山が形成されており、そのねじ山に、ナット８８が、動力伝達ディスク８４に対して押出方向上流側から当接するように螺着されている。このナット８８の回転軸８６に対する螺進および螺退により、内リップ３９の押出方向における位置決めがなされている。
また、回転軸８６の押出方向上流側端部は、回転軸８６と動力伝達ディスク８４とが一体的に回転するように、キー９１により嵌合されている。これによって、内リップ３９は、動力伝達ディスク８４に駆動力が入力されると、回転軸８６の中心軸線を回転中心として、動力伝達ディスク８４とともに回転される。

基部８７は、回転軸８６の押出方向下流側端部から連続して、外径が拡大する円錐形状に形成されている。この基部８７は、外リップ３８と押出方向に間隔を隔てて対向配置されており、内リップ３９の外減圧部４７と対向する部分が、内減圧部８９とされており、内リップ３９の外サイジング部５１と対向する部分が、内サイジング部９０とされている。

また、内減圧部８９の表面と、内サイジング部９０の表面とは、押出方向上流側から押出方向下流側へ向かって、ほぼ同一角度（同一勾配）で、径方向内側から径方向外側に向かって傾斜するように形成されている。
また、内減圧部８９には、必要により、その表面全体に、５００〜３０００メッシュのサンドブラスト処理が施されている。

また、内サイジング部９０には、必要により、その表面全体に、円環状のサンドブラスト面と、円環状のフッ素コーティング面とが押出方向に沿って交互に形成されている。
このような押出ダイ４において、アダプタ３７の流出口７７は、回転軸８６が貫通孔７４に挿入されることで、円環状に形成され、また、外リップ３８の円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間にも、回転軸８６が挿入されることで、回転軸８６の外周面と円環部４６の内周面４８との間に一定間隔の隙間が形成されるように、円筒状に形成されている。

さらに、基部８７の内減圧部８９の表面と、回転リング部４４の外減圧部４７の表面との間には、後述する圧力損失が付与されるように、回転軸８６の外周面と円環部４６の内周面４８との間の隙間よりも小さい隙間（たとえば、０．１〜２．０ｍｍの隙間）が形成される。
また、内サイジング部６５の表面と、固定リング部４５の外サイジング部５１の表面との間には、基部８７の内減圧部８９の表面と回転リング部４４の外減圧部４７の表面との間の隙間から連続し、押出方向上流側から押出方向下流側に向かって徐々に間隔が広がる隙間（たとえば、押出方向上流側端部では０．５〜２．０ｍｍ、押出方向下流側端部では２．０〜５．０ｍｍの隙間）が形成される。

そして、このような押出ダイ４において、発泡押出成形時には、外リップ３８の回転リング部材４５は、上記したように、下流側鍔部７３と固定リング部材４５との間において、円環部４６の内周面４８で囲まれる円柱空間の中心軸線（つまり、回転軸８６の中心軸線）を回転中心として、周方向に回転されている。
また、内リップ３９の回転軸８６および基部８７は、上記したように、動力伝達ディスク８４に対する駆動力の入力により、回転軸８６の中心軸線を回転中心として、回転リング部材４５の回転方向と逆方向に回転されている。

そして、発泡押出成形時において、押出口２７から押し出される成形材料（溶融樹脂）は、流入口７６から押出流路７５の円筒流路７８に流入され、円環に形成された状態で、押出方向下流側に向かって進み、円環錐流路７９を介して円環に形成された状態で、流出口７７から流出される。なお、押出流路７５内の圧力は、５〜３５ＭＰａに維持されている。

その後、環状に成形された成形材料（溶融樹脂）は、圧力を一定に維持したまま、外リップ３８と内リップ３９との間へ進み、回転している回転軸８６の外周面と、回転している円環部４６の内周面４８との間の隙間を通過した後、次いで、回転している内減圧部８９の表面と、回転している外減圧部４７の表面との間の隙間を通過し、その後、回転している内サイジング部９０の表面と、外サイジング部５１の表面との間の隙間に至り、大気に開放される。

そのため、回転している内減圧部８９の表面と回転している外減圧部４７の表面との間の隙間の通過において、成形材料（溶融樹脂）には、上述した押出流路７５内での高い圧力と、内サイジング部９０の表面と外サイジング部５１の表面との間の隙間での圧力（大気圧）との差に相当する圧力損失が付与され、成形材料（溶融樹脂）内の圧力が降下する。また、成形材料（溶融樹脂）には、内減圧部８９および外減圧部４７の各表面との接触により、押出方向に高剪断力が負荷されるとともに、上記した圧力降下により、成形材料（溶融樹脂）内において気泡核が形成される。

そして、この成形材料（溶融樹脂）は、内サイジング部９０の表面と外サイジング部５１の表面との間の隙間に到達すると、大気に開放され、超臨界流体の気泡核が成長することにより発泡し、膨張しながら、内サイジング部９０および外サイジング部５１の各表面により所定の寸法に整えられる。その後、この成形材料（溶融樹脂）は、中空円筒形状のマイクロセルラーフォームに形成される。上述したように、この成形材料（溶融樹脂）には、内減圧部８９および外減圧部４７の各表面の間の隙間を通過するときに高い圧力損失が付与されるので、高発泡倍率の実現が可能となる。なお、この中空円筒形状のマイクロセルラーフォームを、その周上一箇所で軸方向に沿って切断すると、一枚のシートを形成することができる。

以上のように、この図３に示す押出ダイ４も、サーキュラーダイであって、この押出ダイ４において、発泡押出成形時には、内リップ３９の回転軸８６と基部８７とが一方向（たとえば、右回り）に回転される一方で、外リップ３９の回転リング部材４４が、他方向（たとえば、左回り）に回転される。そのため、成形材料（溶融樹脂）には、押出方向に負荷される高剪断力に加えて、押出方向と直交する方向にも、正逆に剪断力が負荷される。その結果、この押出ダイ４では、押出方向に負荷される高剪断力を維持しつつ、たとえば、発泡倍率５倍以上、好ましくは、２０倍以上のマイクロセルラーフォームを成形する場合にも、コルゲートの発生を防止することができる。

なお、上記の実施形態では、図２に示す押出ダイ４のように、外リップ３８のみを回転させるか、図３に示す押出ダイ４のように、外リップ３８および内リップ３９の両方を回転させたが、内リップ３９のみを回転させることもできる。内リップ３９のみを回転させるには、たとえば、図３示す押出ダイ４において、回転リング部材４４の回転を停止させる。

本発明の発泡押出成形装置の一実施形態として、タンデム型発泡押出成形装置の要部構成を示す概略全体構成図である。 図１に示すタンデム型発泡押出成形装置に装着される押出ダイの側断面図である。 本発明の押出ダイの他の実施形態を示す側断面図である。

符号の説明

１ タンデム型発泡押出成形装置
３ 不活性流体供給部
４ 押出ダイ
９ シリンダ
１０ スクリュー
２２ シリンダ
２３ スクリュー
３８ 外リップ
３９ 内リップ
４７ 外減圧部
６４，８９ 内減圧部

Claims (2)

1. 溶融樹脂に不活性流体を混合して押し出す発泡押出成形装置に装着され、中空円筒体を成形する押出ダイであって、
   前記溶融樹脂内の圧力を下げる外減圧部を備え、貫通孔が形成された外ダイと、
   前記外減圧部と対向し、前記外減圧部とともに前記溶融樹脂内の圧力を下げる内減圧部を備え、前記貫通孔に挿入される内ダイとを備え、
   前記外ダイの前記外減圧部および前記内ダイの前記内減圧部の少なくともいずれか一方が、前記溶融樹脂の押出方向を中心軸線として周方向に回転することを特徴とする、中空円筒体の押出ダイ。
2. 樹脂を溶融するシリンダと、前記シリンダにおいて溶融された溶融樹脂を押し出すためのスクリューと、前記シリンダに接続され、前記溶融樹脂に不活性流体を供給するための不活性流体供給部とを備える発泡押出成形装置において、
   前記シリンダの押出方向下流側端部に、請求項１ないし３のいずれかに記載の中空円筒体の押出ダイが装着されていることを特徴とする、発泡押出成形装置。

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