JP2007320056A - 押出成形用ダイ - Google Patents

Abstract

【課題】溶融樹脂の熱劣化を防止し、長期間の連続運転が可能押出成形用ダイを提供する。
【解決手段】溶融樹脂導入部（Ａ）、流路の拡大と分配を行う分配部（Ｂ）、流路の分岐と縮小を行う分割部（Ｃ）、成形品の賦形を行う整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）から構成される、押出成形用ダイであって、分配部（Ｂ）に流路の拡大部（Ｂ１）と流れの均一化部（Ｂ２）とが設けられていて、拡大部（Ｂ１）は拡大部壁面と導入部（Ａ）の下流近傍壁面とのなす内角（α１）が２００〜２４０度の範囲であり、分割部（Ｃ）に流路の分岐部（Ｃ１）と縮小部（Ｃ２）とが設けられていて、分岐部（Ｃ１）の分岐角度（α２）が３０〜１２０度の範囲であり、均一化部（Ｂ２）の下流近傍壁面と分岐部（Ｃ１）とのなす内角（α３）が１２０〜１６５度の範囲であり、縮小部（Ｃ２）の縮小角度（α４）が３０〜１２０度の範囲である、押出成形用ダイ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱可塑性樹脂等の材料を押出成形してストランドなどの押出成形品を製造する際に使用する押出成形用ダイに関する。

押出成形法は、押出成形装置を使用して熱可塑性樹脂等のプラスチック材料を押出機で溶融可塑化、混練して押出成形用ダイから連続的に押し出し、ペレタイザー又は引取装置等に向けて押し出す方法であり、ペレット製造用の押出成形装置は、押出機、押出成形用ダイ、及びペレタイザーなどから構成される。
押出成形で得られる製品の形態は、成形材料のストランド、繊維の他、棒材、異形材等があり、さらに、ダイから押し出した後で延伸や熱加工されることもある。押出成形法は基本的に量産型の成形法であり、特定の製品を大量に生産することができる。

押出機には、スクリュー式押出機、ギアポンプ式押出機、プランジャ式押出機等があるが、スクリュー式押出機が最も広く使用されており、スクリュー溝内ではプラスチック材料が渦を巻いたような状態で前方に押し出されてくる。通常、この押出機内部での材料の滞留は比較的少ない。
押出機の出口には通常スクリーンパックとブレーカプレートが設けられている。スクリーンパックは、２０〜１５０メッシュ程度のステンレス鋼の金網を１枚〜数枚重ねたもので、バレル内の圧力を高めて、かつ溶融樹脂中の異物を除く作用を有する。ブレーカプレートは、２〜８ｍｍ程度の孔が多数あけられた金属製部品で、スクリーンパックを保持すると共に溶融樹脂の流れを整える作用を有する。

押出成形用ダイは、プラスチック材料を所定の断面形状をもつ連続体にするために押出機の先端に接続される器具であり、押出機に対するダイの取付け位置の関係から、ストレートダイ、クロスヘッドダイなどに分類される。ストレートダイは主にペレット、シート、フラットフィルム、パイプ、繊維状物等に、クロスヘッドダイは主にストランド、フィラメント、パイプ、インフレーションフィルム、ラミネーション、電線の被覆等に用いられている。

押出成形用ダイは、押出機で溶融可塑化されたプラスチック材料を所望の形に賦形するものであるので、開口部は成形品の形状に応じて当然異なり、いずれの場合にもプラスチック材料がダイの内部を滑らかに流れて、局部的な滞留が生じないように注意する必要がある。滞留が生じると、樹脂の熱分解や共存する酸素による酸化劣化などのトラブルの原因となる。
さらに、成形材料であるストランド等を成形する場合には、通常、押出成形用ダイに複数の吐出口が設けられている。これらの吐出口における溶融樹脂の流量の違いが大きい場合には、複数のストランドの引き伸ばされる倍率が互いに異なってしまうために、各ストランドからペレタイザーで切断されたペレットの太さのバラツキも大きくなって、好ましくない。

これらの問題を解決するための形状の最適化は、一般に、例えば、適当に仮定したある形状に対して溶融樹脂の粘弾性的な性質を考慮して流動状態を解析し、その解析結果により形状を適宜変化させて試作すること、を繰り返して実現できる可能性がある。より定性的には、溶融樹脂の流れを妨げず、かつ、溶融樹脂の流れが溜まることのないような滑らかな連続曲面で構成された形状に近づけることで、実現できる可能性がある。しかし、一般に、そのような形状の解析的な最適化は高度な作業であり、数値計算の費用が無視できなかった。また、最終結果が高度に複雑な内部形状では、装置部品の具体的な金属加工などが高価なものになってしまうため、扱う溶融樹脂が比較的高価でないと費用対効果の点で採用が困難であった。

また、上記の問題を解決する方法として、特許文献１には、熱可塑性樹脂とフィラーとを溶融混練する際に、吐出口に至る流路が滞留部の少ないテーパー状に形成されたダイヘッドを用いることを特徴とするフィラー高充填樹脂組成物の製造方法が開示されている。
特許文献２には、ペレット長のばらつきを低減することが可能な押出機用ダイ、押出機および熱可塑性樹脂ペレットの製造方法が開示されていて、ブレーカプレートなどを使用しないで、溶融樹脂の出口穴側に少なくとも２段のテーパー部を有する押出機用ダイが記載されている。
特許文献３には、押出成形用ダイ内での溶融樹脂の熱劣化による異物の生成を抑制することにより、それらが樹脂フィルム、シート、発泡体、異形押出品など押出成形品の内部に混入することを防止する方法として、樹脂を押出成形する際に、押出成形用ダイ内を流れる溶融樹脂の流路壁面表面上のせん断速度を、ダイの全流路壁面表面積の６０％以上において１００ｓｅｃ^−１〜１０ｓｅｃ^−１とすることを特徴とする熱劣化物生成の防止方法が開示されている。

特開２００３−０６４２６６号公報 特開２００３−０５３８２０号公報 特開２００５−０２２１９５号公報

従来、商業的に使用されてきたストランド等の製造用の押出成形装置は、ダイヘッド先端の吐出口上流近傍に設けられている分岐部の形状を最適化していない場合が多い。そのため、分岐部近傍の平坦部に溶融樹脂が滞留して、その溶融樹脂に各種の化学反応が起こり、酸化、架橋、固化、着色、分解などの各種劣化を生じるおそれがある。この問題を解決するために上記のようないくつかの改良が提案されている。
しかし、上記特許文献１の製造方法では、押出機から押し出された溶融樹脂をダイの各流路に均一に分配することについては記載されておらず、またダイ内における樹脂流路全体がテーパー形状で吐出口に接続されているので、流れが乱れ気味になるという問題がある。
特許文献２では、吐出穴自体の形状については問題ないが、複数の穴の中間に位置する部分の形状が最適化されていない場合には、その部分で滞留が発生するという問題がある。
特許文献３では、せん断速度の制御により自己発熱を制限することを目的としていて、スパイラルダイにおいてせん断発熱による熱劣化異物の付着例が示されているが、せん断発熱が小さいほど樹脂の発熱が小さいのは自明であり、溶融樹脂の滞留による熱劣化についての記載はされていない。押出成形用ダイ内での熱劣化を防止するには、溶融樹脂の滞留が生じないようなダイの形状を考慮する必要があり、せん断速度の制御のみで熱劣化生成物が生じるのを防止することは現実的には不可能である。

以上のように、押出成形用ダイ内で樹脂の滞留を少なくすることで樹脂の熱劣化を防止して長期間の連続運転を可能にすること、押出成形用ダイの滞留部をなくして成形品の品種の切替時における操作を簡素化すること、さらに、複数の吐出口を有する押出成形用ダイにおいて各吐出口から排出されるストランド形状の溶融樹脂の流量をほぼ一定とすること、の各技術開発は十分に行われていないのが実情である。

上記課題を解決するために検討した結果、押出成形用ダイにおいて、所定形状の流路を拡大して流量の分配を行うための分配部の形状及び、流路の分岐と各流路の縮小を行う分割部の形状を改善することにより、上記課題を解決できることを見出して本発明を完成させた。
すなわち本発明は、プラスチック材料の押出成形用ダイであって、
（ｉ）当該ダイは、少なくとも、溶融樹脂の流れ方向に沿って押出機から溶融樹脂を受け入れる導入部（Ａ）、流路を拡大して樹脂流れの分配を行うための分配部（Ｂ）、流路の分岐と分岐後の各流路の縮小とを行う分割部（Ｃ）、樹脂圧調整と成形品の賦形とを行うための整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）から構成されており、
（ii）分配部（Ｂ）には、その断面形状が流れ方向に直線的又は曲線的に拡大するようにして流路を拡大する拡大部（Ｂ１）と流れの均一化を行う均一化部（Ｂ２）とが設けられていて、拡大部（Ｂ１）は拡大部壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と導入部（Ａ）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α１）が２００〜２４０度の範囲で除々に拡大されていく形状であり、
（iii）分割部（Ｃ）には、流路の分岐を行う分岐部（Ｃ１）と直線的又は曲線的に流路の縮小を行う縮小部（Ｃ２）とが設けられていて、分岐部（Ｃ１）の分岐角度（壁が曲面の場合は最も小さい角度になる位置での角度）（α２）が３０〜１２０度の範囲であり、均一化部（Ｂ２）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と分岐部（Ｃ１）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α３）が１２０〜１６５度の範囲であり、縮小部（Ｃ２）の縮小角度（縮小部の壁面の成す角度）（α４）が３０〜１２０度の範囲である、
ことを特徴とする押出成形用ダイ、に関する（実施形態１）。

実施形態１においては、さらに次の態様とすることができる。
（２）ダイアダプターとダイヘッドから組立てられる構造の押出成形用ダイであり、導入部（Ａ）及び分配部（Ｂ）の一部分がダイアダプター側に配設され、分配部（Ｂ）の残りの部分、分岐部（Ｃ）、整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）がダイヘッド側に配設されていること。

また、本発明は、（３）ペレット製造用の押出成形装置であって、請求項１記載の押出成形用ダイを用いて、押し出して得られたストランドをペレタイザーで切断することを特徴とするペレット製造用の押出成形装置に関する（実施形態２）。

押出成形ダイに特定形状の分配部（Ｂ）、分割部（Ｃ）、及び整流部（Ｄ）を設けることにより、滞留を少なくして樹脂の熱劣化を防止することで長期間の連続運転が可能となり、また滞留を少なくすることにより成形品の切替時の操作が簡素化でき、切替時の廃棄物も少なく、さらに各吐出口から排出されるストランド形状の溶融樹脂の流量をほぼ一定とすることによりペレタイザーにおいてストランドをほぼ一定の太さで切断することが可能になる。

以下、本発明の実施形態１及び２について説明する。
本発明の押出成形用ダイは、図１〜３に例示するように、少なくとも押出機から溶融樹脂を受け入れる導入部（Ａ）、流路を拡大して樹脂流れの分配を行うための分配部（Ｂ）、流路の分岐と分岐後の各流路の縮小とを行う分割部（Ｃ）、樹脂圧調整と成形品の賦形とを行うための整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）から構成されている。
尚、図１、２及び３において、それぞれ（ａ）は樹脂流路拡大方向に厚みの中心部を通る水平の断面から奥を見た図（断面説明図）であり、（ｂ）は樹脂流路拡大方向に厚みの中心部を通る垂直の断面から奥を見た図（断面説明図）であり、（ｃ）は（ａ）を切断していない状態で左側から見た側面説明図（左側面説明図）であり、（ｄ）は（ａ）を切断していない状態で右側から見た側面説明図（右側面説明図）である。上記したように、図１、２及び３の断面説明図（ａ）と（ｂ）、及び側面説明図（ｃ）と（ｄ）において、本発明の押出成形用ダイの立体形状を容易に理解するために、該断面又は側面から更に奥に存在する形状の一部も示してある。
また、これらの図では分岐部（Ｃ１）における曲面と曲面が交わる部分にできる曲線（以下、稜線ということがある。）も描いている。例えば、図１（ｂ）に示す分岐部に沿って上下方向に曲線状に描かれている部分が稜線に相当する。この稜線は、図１（ａ）において分岐部から左側に水平方向にそれぞれ伸びている４本の実線に相当し、図１（ｃ）及び（ｄ）においてはそれぞれ水平方向に４本ずつ破線で示してある。図２と図３においてもそれぞれ図１と同様に稜線を示してある。
図１、２及び３において、それぞれ１は押出成形用ダイ、２は吐出口（（Ｅ）と同じ）、３は溶融樹脂の導入口を示す。

本発明の押出成形用ダイを使用して成形する原料樹脂である熱可塑性樹脂には、特に制限はなく、汎用の熱可塑性樹脂、エンジニアリングプラスチック、高耐熱性樹脂等を使用することができる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル等のポリオレフィン系樹脂；ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のスチレン系樹脂；ポリメチルメタクリレートなどの（メタ）アクリル系樹脂；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、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂；ポリアミド６、ポリアミド６６、ポリアミドＭＸＤ６等のポリアミド系樹脂；ビスフェノールＡポリカーボネートなどのポリカーボネート樹脂；変成ポリフェニレンエーテル、ポリアセタールなどのポリエーテル樹脂；ポリ塩化ビニルなどのハロゲン含有樹脂；ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホンなどのイオウ含有樹脂；ポリブタジエンなどのゴム系樹脂；ポリアリレート樹脂；ポリエーテルイミド樹脂；ポリアミドイミド樹脂；ポリエーテルケトン樹脂；ポリエーテルエーテルケトン樹脂；ポリエステルカーボネート樹脂を例示することができる。また、上記熱可塑性樹脂を複数使用したポリマーアロイを用いることもできる。

さらに上記熱可塑性樹脂に、必要に応じて公知の種々の添加剤を加えてもよい。このような添加剤として、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、マイカ、タルクなどの補強剤；酸化チタン、シリカ、アルミナ、カーボンブラック、炭酸カルシウムなどの充填剤；パラフィンワックス、シリコンオイルなどの離型剤；各種可塑剤；さらに、ヒンダードフェノール系、亜リン酸エステル系などの酸化防止剤；ハロゲン化合物、リン酸化合物などの難燃剤、紫外線吸収剤あるいは耐候性付与剤；染料；顔料；発泡剤などを例示することができる。また、公知の、他の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を含めた各種樹脂をさらに添加してもよい。

本発明のプラスチック材料の押出成形用ダイを使用する場合に使用可能な押出機には、スクリュー式押出機、ギアポンプ式押出機、プランジャ式押出機等がある。本発明の押出成形用ダイはペレット製造用のストランドの成形を主な目的とするが、ファイバー、棒状物、異形材等の成形にも適用することが可能である。

[実施形態１]
以下に実施形態１を図１（Ａ）を使用して説明する。
実施形態１に係る押出成形用ダイは、
（ｉ）少なくとも、溶融樹脂の流れ方向に沿って押出機から溶融樹脂を受け入れる導入部（Ａ）、流路を拡大して樹脂流れの分配を行うための分配部（Ｂ）、流路の分岐と分岐後の各流路の縮小とを行う分割部（Ｃ）、樹脂圧調整と成形品の賦形とを行うための整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）から構成されており、
（ii）分配部（Ｂ）には、その断面形状が流れ方向に直線的又は曲線的に拡大するようにして流路を拡大する拡大部（Ｂ１）と流れの均一化を行う均一化部（Ｂ２）とが設けられていて、拡大部（Ｂ１）は拡大部壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と導入部（Ａ）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α１）が２００〜２４０度の範囲で除々に拡大されていく形状であり、
（iii）分割部（Ｃ）には、流路の分岐を行う分岐部（Ｃ１）と直線的又は曲線的に流路の縮小を行う縮小部（Ｃ２）とが設けられていて、分岐部（Ｃ１）の分岐角度（壁が曲面の場合は最も小さい角度になる位置での角度）（α２）が３０〜１２０度の範囲であり、均一化部（Ｂ２）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と分岐部（Ｃ１）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α３）が１２０〜１６５度の範囲であり、縮小部（Ｃ２）の縮小角度（曲線的に流路が縮小している場合は最も大きな角度になる位置での角度）（α４）が３０〜１２０度の範囲である、
ことを特徴とする。

押出成形用ダイに接続される押出機の押出口の口径よりも、押出成形用ダイの吐出面に配置されている複数からなる吐出口の端部間の幅が広い場合には、成形機から溶融樹脂の供給を受ける導入部（Ａ）から流路を拡大する必要がある。特に吐出面に多くの吐出口が設けられている場合には樹脂の流れに滞留部が生じないように溶融樹脂の流路を拡大する拡大部（Ｂ１）、及び拡大後の樹脂の流れを均一化するために均一化部（Ｂ２）を設けて、各吐出口から排出される樹脂の流量をほぼ同一にする。その結果、複数のストランドの引き伸ばされる倍率もほぼ同一になり、ペレタイザーで切断されるペレットの太さをほぼ同一にすることができる。

（ａ）導入部（Ａ）
導入部（Ａ）は、押出機から排出されてくる溶融樹脂を分配部（Ｂ）に送り込む部分であり、通常押出成形機の排出口とほぼ同じ内径を有する円筒形状のものなどが使用されるが、多少のテーパー形状を有するものも使用可能である。また、押出機に対するダイの取付け位置によって３０〜９０度程度の角度で下方に屈曲させることもできる。
溶融樹脂の滞留時間を短くするために、通常、導入部（Ａ）は短い方が望ましいが、押出機から出てくる溶融樹脂の流れが特に不均一な場合には、適宜長くしてもよい。

（ｂ）分配部（Ｂ）
分配部（Ｂ）は、導入部（Ａ）から供給された溶融樹脂の滞留を防止しながら流路の断面積を直線的又は曲線的に除々に拡大し、樹脂流れの均一性を増して、その樹脂流量を分割部（Ｃ）に分配する作用を有する。
分配部（Ｂ）には、拡大部（Ｂ１）の他に、拡大部（Ｂ１）下流側端部近傍から分割部（Ｃ）上流側端部に至る間に樹脂流れを均一化するための均一化部（Ｂ２）が設けられている。

（ｂ−１）拡大部（Ｂ１）
分配部（Ｂ）における拡大部（Ｂ１）は、分割部（Ｃ）、多数の吐出口（Ｅ）等の配置に対応させて、流路を直線的又は曲線的に、水平方向、又は水平方向及び垂直方向に拡大させる形状を有する。
即ち、押出成形用ダイの吐出面上における多数の吐出口の配置に対応させて、吐出口の数が比較的少ない場合には水平方向へ拡大させ、吐出口の数が多い場合や径が比較的大きい場合には、水平方向及び垂直方向へ拡大させる形状である。

拡大部（Ｂ１）の形状は、溶融樹脂の局所的な滞留が発生するのを防止するために、拡大部壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と導入部（Ａ）下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α１）が２００〜２４０度の範囲で直線的又は曲線的に除々に拡大されていく形状であり、また樹脂流れの均一性を増すためには拡大部（Ｂ１）の形状は流れ方向の中心線を含む水平または水平と垂直の断面に対して対称となる形状が好ましい。
拡大部（Ｂ１）の形状は、フィルム、シートの押出成形で流路拡大に使用されるいわゆるコートハンガー状又はフィッシュテイル状のＴダイにおける拡大部の形状と類似している点もあるが、Ｔダイの場合には成形品が薄い平板状であることで本発明の拡大部（Ｂ１）とはその形状と作用が基本的に異なる。

（ｂ−２）均一化部（Ｂ２）
均一化部（Ｂ２）は拡大部（Ｂ１）から来た溶融樹脂の流れを整え、できるだけ均一な流れにする作用を有する。その流れ方向の長さは、拡大部（Ｂ１）または分割部（Ｃ）の長さと同程度以上が望ましい。

（ｃ）分割部（Ｃ）
分割部（Ｃ）は、分配部（Ｂ）から整流部（Ｄ）に至る流路の分岐と、該分岐後の各流路の縮小を行う部分である。分割部（Ｃ）は、さらに流路の分岐を行う分岐部（Ｃ１）と縮小部（Ｃ２）に分けられる。

（ｃ−１）分岐部（Ｃ１）
分配部（Ｂ）でその流れを拡大、分配された溶融樹脂をさらに複数の各整流部（Ｄ）に滞留しないように均一に分割するために、各分岐部（Ｃ１）の先端は、ほぼ等間隔に配置されて、かつそのダイ側先端近傍の流れ方向の断面形状が分岐角度（壁が曲面の場合は最も小さい角度になる位置での角度）（α２）で３０〜１２０度の範囲となるように構成されていることが望ましい。また、各分岐部（Ｃ１）先端の相互間の距離は、整流部（Ｄ）における下流側端部近傍の内径の２〜８倍程度の範囲になることが望ましい。
均一化部（Ｂ２）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と分岐部（Ｃ１）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α３）は、１２０〜１６５度の範囲とすることが望ましい。また、例えば、図１ないし３の（ｂ）にそれぞれ分岐部から上下方向に曲線的に示してある稜線の形状は特に制限されるものではなく、ダイ形状、ダイ内流路の形状、吐出部の配置等や、ダイ内の溶融樹脂の物性と流速等により適宜決められるものである。

（ｃ−２）縮小部（Ｃ２）
縮小部（Ｃ２）は、分岐部（Ｃ１）から整流部（Ｄ）に向かって、流路が３０〜１２０度の縮小角度（α４）で直線的又は曲線的に減少していく形状であるが、分岐後にさらに１〜３段階で縮小する形状とすることもでき、この場合もそのすべての内角が３０度〜１２０度の範囲にあることが好ましい。他方、α２＝α４とした場合は分岐部（Ｃ１）と縮小部（Ｃ２）の境界が無くなり、無段階になる。また、均一化部（Ｂ２）において、その中央と周辺とで溶融樹脂の流速が相対的に異なる場合には、吐出量の均一化を図るために、縮小部（Ｃ２）で該中央と該周辺の各縮小部で互いに異なる段階的縮小を行って全体の吐出量の均一化を図ることも可能である。
分割部（Ｃ）における各流路の縮小割合は、流れ方向に垂直の断面積で０．００１〜０．１程度となる範囲が望ましい。

（ｄ）整流部（Ｄ）
整流部（Ｄ）は、上記流路分岐後における樹脂の流れの調整及び成形品の賦形を行う作用を有する。この整流部（Ｄ）においても、縮小部（Ｃ２）から流入する溶融樹脂の流速が中央と周辺で相対的に異なる場合には、吐出量の均一化を図るために、複数の整流部（Ｄ）でその大きさ（流れ方向に垂直な断面の直径など）や長さを互いに異なる寸法に設定してもよい。
整流部（Ｄ）における下流側端部近傍の流れ方向に垂直な断面形状（これは後記の吐出口（Ｅ）とほぼ一致する）は、製造対象により異なる。対象がストランドであれば直径１〜５ｍｍ程度の円形が望ましい。

整流部（Ｄ）の適当な長さは、溶融樹脂の種類と製品形状、及び温度と溶融樹脂圧等の条件により異なるので試行錯誤で決定する必要があるが、縮小部（Ｃ２）の下流端の大きさ（直径など）の３〜２０倍程度となる範囲が望ましい。
さらに、整流部（Ｄ）の流れ方向に垂直の内側断面の形状や寸法は、すべて同一にしなくてもよい。ただし、少なくとも吐出口（Ｅ）から上流に向かって、整流部（Ｄ）における下流側端部近傍の流れ方向に垂直な断面形状における内径に相当する長さ（楕円形や長円形の場合には長径、異形の場合には断面の最長の長さ、以下、内径等ということがある）の２〜１０倍程度の長さに相当する部分は同一の形状や寸法であることが望ましい。

（ｅ）吐出口（Ｅ）
吐出口（Ｅ）は、押出成形用ダイの下流端に位置する成形物の出口である。その形状は製造対象により異なり、例えば対象がストランドであれば円形などになる。また、その大きさは、例えば対象がストランドであれば、その直径などに対応させて通常１〜５ｍｍなどとする。
互いに隣接する２つの吐出口（Ｅ）において、それらの中心間の距離（間隔）は吐出口の大きさ（内径等）の２〜１０倍が望ましい。
多数の吐出口（Ｅ）の配置は、図１の（ｄ）に示すように１〜５列程度の左右に広がった直線状で各直線上に並べること、図２の（ｄ）に示すように長円の周上に並べること、同じく図３の（ｄ）に示すように１〜５重程度の同心円状で各円周上に並べること、などが可能である。直線状の場合であれば各列に２〜５０個程度、同心円状の場合であれば各円に１０〜１００個程度の吐出口を並べればよい。
さらに、この吐出口（Ｅ）の部分や整流部（Ｄ）の下流側に、目ヤニ除去を目的として、特許第３６８１１７２号公報、特開２００４−２６８５２１号公報や特開２００５−２８８７８１号公報に開示されている形状や器具を用いてもよい。

上記図２に示すように吐出口（Ｅ）が長円の周上に並べられている場合には、図２（ａ）に示す箇所の分岐角度（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α５）が４０〜１５０度の範囲にあることが望ましい。尚、図２（ｂ）に示す箇所の角度（α５’）は、前記分岐角度（α５）と独立に決めてよいが、通常は前記分岐角度（α５）よりも小さい角度が望ましいので、ここでは分岐角度（α５）のみを考慮しておけばよい。
また、上記図３に示すように吐出口（Ｅ）が同心円状で各円周上に並べられている場合には、図３（ａ）に示す箇所の分岐角度（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α６）が４０〜１５０度の範囲にあることが望ましい。

（ｆ）押出成形用ダイの組み立て構造
本発明の押出成形用ダイは、機械的強度、製造加工、表面処理、メンテナンス等を考慮すると、ダイアダプターとダイヘッドから組立てられる構造として、かつ、導入部（Ａ）及び分配部（Ｂ）の一部分がダイアダプター側に配設され、分配部（Ｂ）の残りの部分、分岐部（Ｃ）、整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）がダイヘッド側に配設される構造とするのが望ましい。

（ｇ）加工方法
本発明のような角度の規定によるダイの設計は、各種形状のエンドミルを用いた数値制御の加工機械による金属加工に最適であり、より単純な数値制御データで形状を定めて加工することが可能になる。
具体的な設計手順としては、まず、全体の吐出量から吐出口の数を決定し、それに対応させてダイ全体を、導入部（Ａ）、分配部（Ｂ）、分割部（Ｃ）、整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）の各部に分割する。次に、これらの各部をさらに小さな平面や曲面に分割し、その各面について、上記のような各角度などの要請により規定する。その際、流路の内表面を構成する要素の図形として、平面、円筒面または円筒面の一部、円錐面の一部、球面の一部または楕円体面の一部、円環体面の一部、の中から選ばれるいくつかを組み合わせて用いると加工が容易になる。その後、これらの各面や各部分ができるだけ滑らかに接続されるように結ぶ。
以上のように決められた形状は、例えば、先端が平坦なエンドミルや先端が半球状（または楕円体の半分の形状）のエンドミルを用いて、より単純な数値制御データ（その中でも特に単純な場合は、エンドミルを直線的に移動させるための始点と終点のデータ）で自動的に加工することが可能である。

（ｈ）押出成形用ダイ内壁の表面処理
本発明の押出成形用ダイを成形材料の成形に使用する場合には、その流路面における焼けや腐蝕の防止、溶融樹脂の流動性や剥離性の向上、などのために、表面研磨処理や、さらに硬質クロムメッキや窒化などによる表面処理を行うことが望ましい。

[実施形態２]
実施形態２に係る発明は、ペレット製造用の押出成形装置であって、上記した押出成形用ダイを用いて、押し出して得られたストランドをペレタイザーで切断することを特徴とするペレット製造用の押出成形装置に関するものである。
すなわち、本発明のペレット製造用の押出成形装置は、プラスチック材料の押出成形用ダイ、及び該押出成形用ダイで得られたストランドを切断するペレタイザーを含むものである。
熱可塑性プラスチック材料は多くの場合ペレットとして使用される。ペレットの製造方式には、押出成形用のダイから排出された細いひも状のストランドを冷却後に、常温でペレタイザーにより切断するコールドカット方式と冷却前にペレタイザーにより切断するホットカット方式がある。本発明には、これらのいずれの方式を用いてもよい。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。

［実施例１］
図１に示すような内部形状（α１＝２４０度、α２＝１２０度、α３＝１２０度、α４＝３０度、５個の吐出口が間隔２０ｍｍで直線状に並んだ配列、整流部の断面（吐出口と同じ）は直径３ｍｍの円形）のダイを取り付けた二軸押出機を用いて、ポリアミドＭＸＤ６を４５ｗｔ％、ガラス繊維２５ｗｔ％、マイカ３０ｗｔ％を含む原料を２８０℃で２時間押し出し、押し出されたストランドを冷却、ペレタイザーで切断し、さらに目ヤニを除いた。得られたペレットは、劣化の少ない高品質なものであった。また、押し出し後にポリスチレンを５分間押し出して装置内部を置換したところ、内部はほとんどポリスチレンに置換されていた。

［実施例２］
実施例１と同じダイを取り付けた二軸押出機を用いて、ポリフェニレンエーテルを４０ｗｔ％、ポリアミド６，６を４９ｗｔ％、スチレン−エチレンブチレン−スチレンブロック共重合体６ｗｔ％、他成分を５ｗｔ％含む原料を２７０℃で押し出し、実施例１と同様にペレットを得た。
得られたペレットは、劣化の少ない高品質なものであった。また、押し出し後にポリスチレンを１０分間押し出して装置内部を置換したところ、内部にわずかに滞留物が残った以外はほぼポリスチレンに置換されていた。

［実施例３］
図１に示すような内部形状（α１＝２１０度、α２＝６０度、α３＝１５０度、α４＝３０度、他は実施例１と同じ）のダイを用いた以外は実施例１と同様にして、ペレットを得た。ペレットは劣化の少ない高品質なものであった。また、実施例１と同様の置換により、内部はほとんどポリスチレンに置換されていた。

［実施例４］
実施例３のダイを用いた以外は実施例２と同様にして、ペレットを得た。ペレットは劣化の少ない高品質なものであった。また、実施例２と同様の置換により、内部にわずかに滞留物が残った（その程度は実施例２よりも少ない）以外はほぼポリスチレンに置換されていた。

［比較例１］
図４に示すような内部形状（α１＝２５０度、α２相当分は１８０度（テーパーなし）、α３＝９０度、α４相当のテーパーなし、他は実施例１と同じ）のダイを用いた以外は実施例１と同様にして、ペレットを得た。ペレットは実施例１と比較して、わずかに着色が認められた。また、実施例１と同様の置換をしても、図５の黒色で塗って示した部分に滞留物が残っていた。

［比較例２］
比較例１のダイを用いた以外は実施例２と同様にして、ペレットを得た。ペレットは実施例２と比較して、わずかに着色が認められた。また、実施例２と同様の置換をしても、図５の黒色で塗って示した部分に劣化した滞留物が残っていた。

産業上の利用分野

本発明の押出成形用ダイを用いて製造されるプラスチック材料のストランド、及びストランドをペレタイザーで切断して得られるペレットなどは、さらに成形されて自動車、家電製品、建築材料、日用品等に使用される。

本発明の、吐出口が直線状に配置された例の押出成形用ダイの概念図 本発明の、吐出口が長円形状の周上に配置された例の押出成形用ダイの概念図 本発明の、吐出口が円形状の周上に配置された例の押出成形用ダイの概念図 比較例１と比較例２で使用した、従来の押出成形用ダイの概念図 比較例１と比較例２で使用した、従来の押出成形用ダイにおける樹脂の滞留状況を示す図

符合の説明

１ 押出成形用ダイ
２ 導入口
３ 吐出口

Claims (3)

1. プラスチック材料の押出成形用ダイであって、
   （ｉ）当該ダイは、少なくとも、溶融樹脂の流れ方向に沿って押出機から溶融樹脂を受け入れる導入部（Ａ）、流路を拡大して樹脂流れの分配を行うための分配部（Ｂ）、流路の分岐と分岐後の各流路の縮小とを行う分割部（Ｃ）、樹脂圧調整と成形品の賦形とを行うための整流部（Ｄ）及び吐出口（Ｅ）から構成されており、
   （ii）分配部（Ｂ）には、その断面形状が流れ方向に直線的又は曲線的に拡大するようにして流路を拡大する拡大部（Ｂ１）と流れの均一化を行う均一化部（Ｂ２）とが設けられていて、拡大部（Ｂ１）は拡大部壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と導入部（Ａ）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α１）が２００〜２４０度の範囲で除々に拡大されていく形状であり、
   （iii）分割部（Ｃ）には、流路の分岐を行う分岐部（Ｃ１）と直線的又は曲線的に流路の縮小を行う縮小部（Ｃ２）とが設けられていて、分岐部（Ｃ１）の分岐角度（壁が曲面の場合は最も小さい角度になる位置での角度）（α２）が３０〜１２０度の範囲であり、均一化部（Ｂ２）の下流近傍壁面（壁が曲面の場合はその端での接平面）と分岐部（Ｃ１）とのなす内角（壁が曲面の場合は最も大きい角度になる位置での角度）（α３）が１２０〜１６５度の範囲であり、縮小部（Ｃ２）の縮小角度（縮小部の壁面の成す角度）（α４）が３０〜１２０度の範囲である、
   ことを特徴とする押出成形用ダイ。
2. ダイアダプターとダイヘッドから組立てられる構造の押出成形用ダイであり、該ダイアダプターとダイヘッドの境界が分配部（Ｂ）の均一化部（Ｂ２）に存在することを特徴とする請求項１記載の押出成形用ダイ。
3. ペレット製造用の押出成形装置であって、請求項１記載の押出成形用ダイを用いて、押し出して得られたストランドをペレタイザーで切断することを特徴とするペレット製造用の押出成形装置。
   
   

Images