JP2007196630A

JP2007196630A - Ｔダイ

Info

Publication number: JP2007196630A
Application number: JP2006020948A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Yasutake; 睦実安竹; Toshihiko Kanayama; 利彦金山; Kazuya Sekiya; 一弥関谷
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】リップ部の耐摩耗性や耐食性を確保するのに際して、成形物に異物の混入やスジの発生を招いたり、徒にコスト高となったりすることがなく、そしてたとえ長尺のＴダイであってもリップ部に撓みや歪みが生じるのを抑えることができて、これによりムラのない高い膜厚精度の成形物を製造することが可能な長寿命のＴダイを提供する。
【解決手段】ダイ本体１に形成されたスリット４の開口端縁にリップ部７，８が設けられて、スリット４を通して供給される加熱された溶融材料をリップ部７，８から吐出するＴダイであって、ダイ本体１を鋼材により形成するとともにリップ部７，８は超硬合金により形成し、これらダイ本体１を形成する鋼材とリップ部７，８を形成する超硬合金とを略等しい熱膨張係数とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂フィルム類を溶融押し出し成形により製造する場合などに用いられるＴダイに関するものである。

このようなＴダイを用いた溶融押し出し成形による樹脂フィルム類の製造工程では、ペレット状プラスチックなどの高分子有機材料を押出機においてスクリュー等により粉砕、混和するとともに加熱、溶融してＴダイに供給し、この加熱された溶融材料を、Ｔダイのスリットを通してその開口端縁のリップ部間から吐出することにより膜状に押し出すようにしている。ここで、製造される成形物の膜厚精度等は、溶融材料が吐出するスリット開口端縁のリップ部の精度により影響を受けるので、このリップ部には溝幅偏差が良好であることや溝幅調整が容易であること、またリップ部の温度が均一であること、さらには溶融材料と接触する流下面の耐摩耗性や耐食性が良好であることなどが求められる。

このような要求のうち特に耐摩耗性や耐食性を満足する材質としてＷＣ（炭化タングステン）を主成分とする超硬合金が知られており、特許文献１〜３にはダイ（口金）をこの超硬合金により製造することが、また特許文献４にはリップの材質を超硬合金としたダイが記載されている。その一方で、特許文献５には、このような超硬合金によって製作したリップ部は弾性を利用しての真直度の修正が困難であることを鑑みて、リップ部にセラミックスコーティング層を形成することが提案されており、さらに特許文献６には、ＪＩＳＧ４０５１に規定されるＳ４５Ｃ材よりなる金型母材の少なくとも溶融材料と接触する部分を、低温ＣＶＤ法により炭化タングステンのセラミックスでコーティングすることが提案されている。
特開平１０−２６４２２７号公報特開２００１−１７０９８７号公報特開２００２−１２０２６８号公報特開２０００−３３４３５４号公報特開平６−１２１９５３号公報特開平１０−１６６４１９号公報

しかしながら、このうちまず特許文献５、６に提案されたようなセラミックスコーティング層として炭化タングステンがリップ部に被覆されたＴダイでは、たとえ特許文献６のように低温ＣＶＤ法によってコーティングされたものであってもこのコーティング層が剥がれてしまうおそれがあり、剥がれたコーティング層は異物として製造された成形物に紛れてしまう一方、リップ部には微小ながらも凹みが生じてこれが成形物の表面に転写されるためスジが発生してしまう。また、このようにコーティングされたリップ部の剛性や強度は、コーティングが施されるこのリップ部自体の母材の剛性や強度に左右されてしまうため、リップ部を含めたＴダイ全体の母材が特許文献６に記載されたＳ４５Ｃ材のようなものであると、特に幅広の成形物を製造するためにリップ部の長さが長くされた長尺のＴダイでは、ダイごとリップ部に撓みが生じてしまって所定の真直度等を確保することが困難となり、製造された成形物の膜厚が不均一になる等のおそれがある。

しかるに、この点、理想的にはリップ部を含めたＴダイ全体を、上述のように耐摩耗性や耐食性を満足するとともに高い剛性や強度をも兼ね備えた超硬合金によって形成することが望ましいのであるが、かかる超硬合金は高価である上、高剛性、高強度であるために難加工材であって、リップ部を初めとする各部を所定の寸法精度に成型するには費用と時間がかかり、特に長尺のＴダイの場合には著しくコスト高となってしまうため、現実的ではない。

一方、例えば精度が要求されるリップ部のみを超硬合金により形成して、他のダイの本体部分は安価で加工性のよい鋼材により形成したとしても、上述のようにＴダイにおいては加熱されて溶融した樹脂材料がスリット内を流下してリップ部から吐出するため、ダイ本体やリップ部の温度上昇により熱膨張することから、単にリップ部を一般的な超硬合金材料で、またダイ本体を一般的な例えば炭素鋼等の鋼材で形成しただけでは、その熱膨張率がリップ部とダイ本体とで異なるためにリップ部に歪みが発生してしまい、やはり精度低下等が生じて所定の膜厚精度の成形物を製造することができなくなってしまう。そして、このような歪みは、やはりＴダイが長尺となるほど大きくなって、場合によっては応力集中によりリップ部が破損するなどダイ寿命の低下を招くことになるため、幅の小さい成形物を製造したりする短尺のＴダイにしか適用することができない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、リップ部の耐摩耗性や耐食性を確保するのに際して、成形物に異物やスジの発生を招いたり、徒にコスト高となったりすることがなく、そしてたとえ長尺のＴダイであってもリップ部に撓みや歪みが生じるのを抑えることができて、これによりムラのない高い膜厚精度の成形物を製造することが可能な長寿命のＴダイを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、ダイ本体に形成されたスリットの開口端縁にリップ部が設けられて、上記スリットを通して供給される加熱された溶融材料を上記リップ部から吐出するＴダイであって、上記ダイ本体が鋼材により形成されるとともに、上記リップ部は超硬合金により形成され、これらダイ本体を形成する鋼材とリップ部を形成する超硬合金とが略等しい熱膨張係数とされていることを特徴とする。

このような構成のＴダイでは、リップ部が超硬合金により形成されているため、耐摩耗性および耐食性が高く、その寿命の長期化を図ることができるのは勿論、高剛性、高強度であるのでＴダイが長尺となっても撓みを抑制することができ、しかもリップ部先端をシャープなエッジ状とすることができるので、高い真直度等の精度を得ることが可能となる。また、難加工材である超硬合金製のリップ部はスリットの開口端縁に設けられているだけであって、ダイ本体は鋼材により形成されているので、Ｔダイ全体としては長尺であってもその加工が容易であるとともに安価であり、さらにたとえリップ部が摩耗してもダイ本体はそのままにリップ部を取り外して再研磨したり交換したりすることも可能となるので、いっそうの寿命延長と低コスト化とを促すことができる。

そして、例えばこのダイ本体を形成する鋼材を、平均熱膨張係数が０〜５００℃の範囲で１０×１０^−６／℃以下であり、かつヤング率が０〜５００℃の範囲で１２０ｋＮ／ｍｍ^２以上である合金とするとともに、上記リップ部を形成する超硬合金は、そのＷＣの平均粒径を１０μｍ以下としたりすることによって、これらダイ本体を形成する鋼材とリップ部を形成する超硬合金とを略等しい熱膨張係数とすることにより、ダイ本体のスリットを通ってリップ部から吐出する加熱溶融材料によって温められてこれらリップ部とダイ本体とが熱膨張しても、リップ部とダイ本体との間に歪みが生じるのを抑制することができる。従って、上記構成のＴダイによれば、このような歪みによる真直度の低下やリップ部の破損を防いで、吐出される成形物の膜厚が均一で、より高精度の押し出し成形を長期に亙って安定して促すことが可能となる。

ここで、上記ダイ本体を形成する鋼材とリップ部を形成する超硬合金との熱膨張係数は厳密に一致していなくてもよく、温度にもよるがその差が例えば±０．５×１０^−６／℃の範囲内であればよい。特にダイ本体を形成する鋼材とリップ部を形成する超硬合金とがそれぞれ上述のような組成である場合には、互いの熱膨張係数自体が０〜３５０℃で８．０×１０^−６／℃以下と小さく、すなわち熱膨張による変形自体を小さく抑えることができるので、さらにいっそう高精度の押し出し成形加工を図ることが可能となる。

図１は本発明のＴダイの一実施形態を示す断面図である。本実施形態のＴダイは、そのダイ本体１が複数（本実施形態では２つ）の本体部材２，３により構成され、ダイ本体１の先端側（図１において下側）においてこれらの本体部材２，３の側面２Ａ，３Ａ同士が間隔をあけて互いに対向することにより、これらの側面２Ａ，３Ａの間に、このダイ本体１の先端に開口する溝状のスリット４が、当該ダイ本体１の長手方向（図１の図面に直交する方向）に延びるように画成される。

ここで、このスリット４の後端側（図１において上側）には、上記長手方向に延びる断面円形状のマニホールド５が形成されてスリット４に連通させられるとともに、このマニホールド５には、上記長手方向の適宜箇所においてダイ本体１の後端面１Ａから延びる供給口６が連通させられている。この供給口６は図示されない押出機に接続されていて、この押出機において粉砕、混和させられるとともに加熱されることにより溶融した例えば高分子有機材料の溶融材料が、該供給口６からダイ本体１に供給され、上記マニホールド５を介してダイ本体１の長手方向に給送されるとともに、スリット４を通ってそのダイ本体１先端側の開口端縁から吐出させられる。

このダイ本体１の先端側においては、両本体部材２，３の上記側面２Ａ，３Ａとは反対側の側面が先端側に向かうに従いスリット４側に向かうように傾斜させられて先細り形状とされており、ただしその突端面はスリット４に直交する平面状とされている。そして、スリット４の開口端縁となるこの突端面と上記側面２Ａ，３Ａとの交差稜線部には、それぞれの本体部材２，３にリップ部７，８が各々設けられている。

これらのリップ部７，８は、本体部材２，３とは別体に形成された平板状のリップ部材９，１０を、本体部材２，３の上記交差稜線部２Ｂ，３Ｂに、本実施形態では例えばセラミックス系接着剤による接着等によって接合することにより、各本体部材２，３と一体化されて上記開口端縁に設けられている。こうして設けられたリップ部７，８は、本体部材２，３の上記側面２Ａ，３Ａの先端側に連なって互いに対向する側面７Ａ，８Ａがあり、上記長手方向にはスリット４の全長に亙って延びるように配設されている。なお、このリップ部７，８の側面７Ａ，８Ａは、ダイ本体１の本体部材２，３の上記側面２Ａ，３Ａと面一に研磨されていてもよい。

そして、ダイ本体１は、上記本体部材２，３が鋼材により形成されるとともに、リップ部７，８は、上記リップ部材９，１０が超硬合金により形成されており、ただしこれらダイ本体１を形成する鋼材とリップ部７，８を形成する超硬合金とが略等しい熱膨張係数とされている。ここで本実施形態では、ダイ本体１を形成する鋼材が、例えばＣ：０．０６wt％以下、Ｓｉ：０．３５wt％以下、Ｍｎ：１．００wt％以下、Ｓ：０．０１５wt％以下、Ｎｉ：３６．０〜４０．０wt％、Ｃｒ：１．００wt％以下、Ｆｅ：残、Ｃｕ：０．５０wt％以下、その他Ａｌ０．３０〜１．１５wt％、Ｂ：０．０１２wt％以下、Ｃｂ：２．４０〜３．５０wt％、Ｃｏ：１３．０〜１７．０wt％、Ｔｉ：１．００〜１．２５wt％のような組成を有して、その平均熱膨張係数が０〜５００℃の範囲で１０×１０^−６／℃以下であり、かつヤング率が０〜５００℃の範囲で１２０ｋＮ／ｍｍ^２以上とされる析出硬化Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金（低膨張合金）であるとともに、リップ部７，８を形成する超硬合金は、ＷＣ（炭化タングステン）の平均粒径を１０μｍ以下としている。また、特にこのような組み合わせとすることにより、これらダイ本体１を形成する鋼材とリップ部７，８を形成する超硬合金の熱膨張係数は、例えば３００℃でともに８．０×１０^−６／℃以下とされていて、本実施形態では両者とも約７．７×１０^−６／℃とされている。

このように、上記構成のＴダイでは、スリット４が画成されたダイ本体１が鋼材により形成されるとともに、このスリット４先端の開口端縁に設けられるリップ部７，８は超硬合金により形成されているので、Ｔダイ自体がその長手方向に長尺のものであっても、その大部分を占めるダイ本体１においては、良好な加工性を確保して加工時間や労力を軽減するとともに素材自体が安価であることから、低コスト化を図ることができる一方、成形される成形物の膜厚等の精度に大きな影響を及ぼすリップ部７，８にあっては、剛性および強度の向上を図って撓みを抑制し、高精度の成形を促すことが可能となる。

また、こうしてリップ部７，８が高剛性、高強度の超硬合金によって形成されることにより、該リップ部７，８先端のエッジを鋭利なシャープエッジとすることができ、高い真直度を確保して均一な厚さの成形物の成形を行うことが可能となる。勿論、このリップ部７，８に高い耐摩耗性および耐食性を確保してＴダイの寿命の延長を図ることもでき、さらにリップ部７，８自体が超硬合金製であるため、セラミックスコーティングのように剥離による成形品への異物の混入や成形品にスジが発生するのも防ぐことができて、より高品位の成形品を製造することが可能となる。

そして、これらダイ本体１を形成する鋼材とリップ部７，８を形成する超硬合金とが、本実施形態ではそれぞれ上述のような組成とされることにより、その熱膨張係数が略等しくなるようにされているので、加熱されて溶融した高温の溶融材料がダイ本体１の上記スリット４を通してリップ部７，８から吐出されるＴダイにあって、この溶融材料により温められることでダイ本体１とリップ部７，８が熱膨張を生じても、このような熱膨張によって特にリップ部７，８に歪みが生じたりするのを抑えることが可能となる。このため、上記構成のＴダイによれば、このような熱膨張による歪みによってリップ部７，８の上述した高い真直度が損なわれるのを防ぐことができ、すなわち成形時にもリップ部７，８間のスリット４の溝幅偏差を良好に維持することができるので、成形された成形物に膜厚ムラが生じたりするのを防いで確実に高精度、高品位の成形を行うことが可能となる。これは、特にスリット４の上記長手方向の寸法が例えば１ｍ以上になるような長尺のＴダイにおいて、特に効果的である。

また、このように熱膨張による歪みが抑制されるため、例えば本実施形態のようにリップ部７，８を形成する超硬合金製のリップ部材９，１０が鋼製のダイ本体１に接着剤等により接合されている場合でも、歪みによってリップ部７，８に無理な力が作用して応力集中により破損が生じたりすることも防ぐことができ、Ｔダイとしてのいっそうの長寿命化を図ることが可能となる。その一方で、長期の使用によりこれらリップ部７，８に摩耗が生じても、本実施形態では接着剤を溶剤等により除去してリップ部材９，１０をダイ本体１の本体部材２，３から取り外し、これを再研磨したり新たなリップ部材９，１０と交換したりすることにより、ダイ本体１はそのままに再利用することができるので、いっそうの低コスト化と寿命の延長とを図ることも可能となる。

しかも、本実施形態ではダイ本体１を形成する鋼材とリップ部７，８を形成する超硬合金とがそれぞれ上述のような組成とされて、互いの熱膨張係数自体が例えば３００℃で８．０×１０^−６／℃以下と熱膨張率が低くなるようにされているので、溶融材料により温められたときの変形そのものも小さく抑えることができる。このため、成形時におけるスリット４の溝幅偏差をさらに良好にして、より高精度の押し出し成形加工を図ることが可能となる。

なお、本実施形態では上述のように、リップ部７，８を形成する超硬合金製のリップ部材９，１０が、接着剤によって各本体部材２，３の上記交差稜線部２Ｂ，３Ｂに接合されてダイ本体１と一体化されているが、例えば脱落防止などのために、リップ部材９，１０の上記側面７Ａ，８Ａとは反対の側面にネジ孔のついたクランプ駒を取り付けるとともに、本体部材２，３の上記側面２Ａ，３Ａとは反対側の側面からクランプネジを挿通して上記ネジ孔に螺着することにより、クランプ方式によってリップ部材９，１０を本体部材２，３に取り付けるようにしてもよく、またこのクランプ方式と接着剤等による接合とを併用するようにしてもよい。

また、スリット４の上記長手方向両端における開口端縁には、吐出される成形物の幅を、このスリット４の長手方向の寸法を調整することによって拡縮する、ディッケルと称される調整機構が備えられていてもよい。さらに、本実施形態では上述のようにダイ本体１を形成する鋼材とリップ部７，８を形成する超硬合金とが略等しい熱膨張係数とされることで、このリップ部７，８の真直度の低下が防がれているが、さらにこれにスリット４の溝幅を調整する溝幅調整機構を備えれば、よりいっそう高精度の成形を促すことも可能となる。さらにまた、本実施形態ではこれらリップ部７，８が超硬合金により形成されることで、その先端をシャープエッジとなるようにすることができるが、例えば吐出される溶融材料の液離れを考慮した場合には、これらリップ部７，８のフロントエッジやバックエッジに面取り加工やＲ形状加工を施したりしてもよい。

本発明のＴダイの一実施形態を示す、該Ｔダイの長手方向に直交する断面図である。

符号の説明

１ダイ本体
２，３本体部材
２Ａ，３Ａ本体部材２，３の互いに対向する側面
２Ｂ，３Ｂ本体部材２，３の突端面と側面２Ａ，３Ａとの交差稜線部
４スリット
５マニホールド
６供給口
７，８リップ部
７Ａ，８Ａリップ部７，８の互いに対向する側面
９，１０リップ部材

Claims

ダイ本体に形成されたスリットの開口端縁にリップ部が設けられて、上記スリットを通して供給される加熱された溶融材料を上記リップ部から吐出するＴダイであって、上記ダイ本体が鋼材により形成されるとともに、上記リップ部は超硬合金により形成され、これらダイ本体を形成する鋼材とリップ部を形成する超硬合金とが略等しい熱膨張係数とされていることを特徴とするＴダイ。
上記ダイ本体を形成する鋼材は、平均熱膨張係数が０〜５００℃の範囲で１０×１０^−６／℃以下であり、かつヤング率が０〜５００℃の範囲で１２０ｋＮ／ｍｍ^２以上である合金からなり、上記リップ部を形成する超硬合金は、ＷＣの平均粒径を１０μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のＴダイ。
上記ダイ本体を形成する鋼材と上記リップ部を形成する超硬合金の熱膨張係数が、０〜３５０℃で８．０×１０^−６／℃以下であり、差が±０．５×１０^−６／℃以内とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＴダイ。