JP2011148188A - 溶融樹脂整流用ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】押出成形装置の流路内における溶融樹脂の滞留を十分に解消すること。
【解決手段】本発明に係る溶融樹脂整流用ユニット２０は、押出成形装置の流路に設けられるものであって、濾材１５を保持する第１の面Ｓ１からその裏面である第２の面Ｓ２に向けて貫通する複数の貫通孔１２Ｂを有するブレーカープレート１０Ｂと、ブレーカープレート１０Ｂの第２の面Ｓ２と当接する第３の面Ｓ３に形成された溝２３Ａ及び第３の面Ｓ３からその裏面である第４の面Ｓ４に向けて貫通する排出孔２８を有する整流プレート２１Ａとを備える。溝２３Ａはブレーカープレート１０Ｂの貫通孔１２Ｂの開口１３に対向する位置に設けられており、当該溝２３Ａとブレーカープレート１０Ｂの第２の面Ｓ２とによって構成される滞留防止用流路２５が排出孔２８と連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、押出成形装置の流路に設けられる溶融樹脂整流用ユニットに関し、より詳細にはブレーカープレートとその下流側に配置される整流プレートとを備えたユニットに関する。

溶融樹脂からフィルムやペレットを製造するにあたり、押出成形装置が一般に使用される。押出成形装置は、溶融樹脂を可塑化する円筒状のシリンダと、溶融樹脂が押し出されるダイスとを備える。図１３は従来の押出成形装置の内部構造を部分的に示す模式断面図である。同図に示すように、シリンダ５０の内部には、溶融樹脂を混練して可塑化するとともに、これをダイスへと連続的に送るためのスクリュー５２が設けられている。スクリュー５２とダイス（図示せず）の間には、ブレーカープレートと称される部材が設けられる。図１３〜１５に示すブレーカープレート１０Ａは、多数の貫通孔１２Ａを有し、溶融樹脂がこれらの貫通孔１２Ａを通過することで、スクリュー５２の回転に起因する旋回流を層流に変化させるとともにシリンダ５０内に背圧をかけることができる。なお、ブレーカープレート１０Ａの表面上に濾材１５を装着することにより溶融樹脂に混入した異物（樹脂の架橋物を含む）等を取り除くことができる。

通常、ブレーカープレートとして平板に多数の貫通孔を形成したものが用いられる（図１４参照）。かかる構成のブレーカープレートを使用した場合、図１５に示すように、貫通孔１２Ａが設けられていない部分の近傍に溶融樹脂が滞留する箇所Ｖが生じやすい。溶融樹脂の滞留が生じると、その箇所で樹脂の熱劣化が進行するおそれがある。熱劣化した成分は、樹脂組成物から製造されるフィルムや成形品の外観不良（例えば、いわゆるフィッシュアイ）の原因となる。

溶融樹脂の滞留は、溶融樹脂の流れ方向Ｆとブレーカープレート１０Ａの面Ｓとが直交していることが主因と考えられる。そこで、ブレーカープレートの貫通孔の端部をテーパー状に形成する等して、溶融樹脂の流れ方向と直交する面の面積を低減して溶融樹脂の滞留を低減させるといった技術が知られている（下記特許文献１参照）。

特開平６−３１５９６７号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、溶融樹脂の流れ方向と直交する面の面積を低減するにも限界があるため、溶融樹脂の滞留に起因する不具合を十分に解消するには未だ改善の余地があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、押出成形装置の流路内における溶融樹脂の滞留を十分に解消するのに有用な溶融樹脂整流用ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る溶融樹脂整流用ユニットは、押出成形装置の流路に設けられるものであって、溶融樹脂を濾過するための濾材を保持する第１の面からその裏面である第２の面に向けて貫通する複数の貫通孔を有するブレーカープレートと、ブレーカープレートの第２の面と当接する第３の面に形成された溝及び第３の面からその裏面である第４の面に向けて貫通する排出孔を有する整流プレートとを備える。整流プレートの溝は、第２の面と第３の面とを当接させた際、ブレーカープレートの貫通孔の開口に対向する位置に設けられており、当該溝とブレーカープレートの第２の面とによって構成される滞留防止用流路が排出孔と連通している。

上記ユニットによれば、ブレーカープレートの貫通孔を通過した溶融樹脂はその直後に滞留防止用流路に流入する。この滞留防止用流路は、上述の通り、整流プレートの第３の面（上流側の面）に形成された溝によって画されるものであるため、ブレーカープレートの第２の面（下流側の面）に沿う方向に溶融樹脂が流れる。これにより、図１５に示すような溶融樹脂の滞留を十分に低減できる。また、従来の押出成形装置に上記ユニットを装着した場合であっても、ブレーカープレートからダイスまでの行路容積を大幅に増大させるものではなく、当該ユニットの下流側の配管を工夫することで行路容積を削減することも可能である。

上記滞留防止用流路は、ブレーカープレートの第２の面における貫通孔の複数の開口のうちの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを連通し且つ排出孔が設けられた整流プレートの中心部の方向に延在する部分を有することが好ましい。かかる構成を採用することにより、ブレーカープレートの半径方向外側の開口から流出した溶融樹脂と、これよりも中心部側の開口から流出した溶融樹脂とを合流させて整流プレートの排出孔へと移送することができる。

上記滞留防止用流路は、圧力損失低減の観点から、ブレーカープレートの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを連通する部分を複数有し、これらの部分が下流側から上流側に向けてそれぞれ分岐していることが好ましい。

上記ブレーカープレートは、当該ブレーカープレートの中心部側の内壁面が滞留防止用流路の下流方向に湾曲した貫通孔を有することが好ましい。かかる構成を採用することにより、ブレーカープレートの貫通孔から滞留防止用流路へと至る溶融樹脂の流線が描く曲線の曲率半径が大きくなるため、溶融樹脂の滞留をより一層低減できる。なお、溶融樹脂が流れる流路が直角やこれに近い角度で折れ曲る部分を有するものであると、その近傍に滞留が生じやすい。また、ブレーカ貫通孔の湾曲は、隣接する貫通孔に干渉しない程度のものであってもよく、一部又は全てが隣接する貫通孔に干渉していてもよい。

上記滞留防止用流路は、上流側から下流側に向かうに従って流路断面積が大きくなることが好ましい。滞留防止用流路の流路断面積を適宜設定して圧力損失を調整することにより、ブレーカープレートの各貫通孔を通過する溶融樹脂の量が十分均一となるように調整できる。

本発明によれば、押出成形装置の流路内における溶融樹脂の滞留を十分に解消することができる。

本発明の溶融樹脂整流用ユニットが装着された押出成形装置の内部構造を部分的に示す模式断面図である。 本発明の溶融樹脂整流用ユニットの好適な実施形態を示す断面図である。 本発明の溶融樹脂整流用ユニットが備える整流プレートの好適な例を示す斜視図である。 図３の整流プレートの表面に設けられた溝の構成を示す平面図である。 （ａ）は図２に示すものと異なる構成のブレーカープレートを備える溶融樹脂製流用ユニットを示す断面図であり、（ｂ）はこのブレーカープレートの開口と整流プレートの溝との位置関係を示す平面図である。 （ａ）は図２に示すものと異なる構成のブレーカープレートを備える溶融樹脂製流用ユニットを示す断面図であり、（ｂ）はこのブレーカープレートの開口と整流プレートの溝との位置関係を示す平面図である。 （ａ）は整流プレートの表面に設けられた溝の他の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は当該溝の構成を示す平面図である。 （ａ）は図４に示す整流プレートのＡ−Ａ’線の一形状の断面図であり、（ｂ）は図４に示す整流プレートのＢ−Ｂ’線の一形状の断面図であり、（ｃ）は図４に示す整流プレートのＣ−Ｃ’線の一形状の断面図である。 （ａ）は図４に示す整流プレートのＡ−Ａ’線の他の形状の断面図であり、（ｂ）は図４に示す整流プレートのＢ−Ｂ’線の他の形状の断面図であり、（ｃ）は図４に示す整流プレートのＣ−Ｃ’線の他の形状の断面図である。 （ａ）は整流プレート及びその表面に設けられた溝の一態様を示す部分断面図であり、（ｂ）は整流プレート及びその表面に設けられた溝の他の態様を示す部分断面図である。 整流プレートの他の例を示す斜視図である。 整流プレートの表面に設けられた溝の他の態様を示す平面図である。 従来のブレーカープレートが装着された押出成形装置の内部構造を部分的に示す模式断面図である。 従来のブレーカープレートの一例を示す斜視図である。 従来のブレーカープレートを使用した場合に生じる滞留を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。図１に示す通り、本実施形態に係る溶融樹脂整流用ユニット２０（以下、単に「ユニット２０」と記載することがある。）は、押出成形装置のシリンダ５０の先端に装着できるようになっており、スクリュー５２の下流側に設けられる。ユニット２０は、ブレーカープレート１０Ｂと整流プレート２１Ａとを備え、これを押出成形装置の流路に設けることで以下のような効果が奏される。すなわち、図２に示す通り、ブレーカープレート１０Ｂの貫通孔１２Ｂを通過した溶融樹脂の流れ方向Ｆを、ブレーカープレート１０Ｂの下流側の面（第２の面）Ｓ２に垂直な方向からこれに沿う方向に変えることができ、面Ｓ２の近傍における溶融樹脂の滞留を高度に低減できる。以下、各構成要素について詳細に説明する。

ブレーカープレート１０Ｂは、上流側に配置される面（第１の面）Ｓ１から下流側に配置される面（第２の面）Ｓ２にかけて貫通する多数の貫通孔１２Ｂを有する。ブレーカープレート１０Ｂは、貫通孔の形状が異なることの他は、図１４に示したブレーカープレート１０Ａと同様の構成を有する。すなわち、ブレーカープレート１０Ａの貫通孔１２Ａは内径が一定であるのに対し、ブレーカープレート１０Ｂの貫通孔１２Ｂは、図２に示す通りブレーカープレート１０Ｂの中心部側の内壁面が滞留防止用流路の下流方向に湾曲した形状となっている。貫通孔１２Ｂがこのような形状を有することで溶融樹脂の流線が描く曲線の曲率半径が大きくなり、溶融樹脂の滞留をより一層低減できる。ただし、ブレーカープレート１０Ｂの中心に設けられた貫通孔１２Ｃは内径が一定である。また、貫通孔１２Ｂの湾曲は、図４に図示するように隣接する貫通孔に干渉しない程度のものであってもよく、図５及び図６に示すように一部又は全てが隣接する貫通孔に干渉していてもよい。

ブレーカープレート１０Ｂによれば、スクリュー５２の回転に起因する旋回流を層流に変化させるとともにシリンダ５０内に背圧をかけることができる。また、ブレーカープレート１０Ｂの面Ｓ１上に濾材１５を装着することで、溶融樹脂に混入した異物（樹脂の架橋物を含む）等を取り除くことができる。なお、本発明において、ブレーカープレート又は整流プレートの表面の中心から外側に向かう方向を半径方向（Ｒ）といい、ブレーカープレート又は整流プレートの表面の中心とする円に沿う方向を周方向（Ｃ）という（図１４参照）。

整流プレート２１Ａは、ブレーカープレート１０Ｂの下流側の面Ｓ２と当接する上流側の面（第３の面）Ｓ３に溝２３Ａを有する。この溝２３Ａは、ブレーカープレート１０Ｂの面Ｓ２とともに滞留防止用流路２５を構成するものであり、ブレーカープレート１０Ｂの面Ｓ２と整流プレート２１Ａの面Ｓ３とを当接させた際、ブレーカープレート１０Ｂの貫通孔１２Ｂの開口１３に対向する位置に設けられている。図４に示す略楕円形の破線はブレーカープレート１０Ｂの開口１３の位置を示すものである。

図４に示す通り、滞留防止用流路２５を画する溝２３Ａは、ブレーカープレート１０Ｂの複数の開口１３のうちの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを連通し且つ整流プレート２１Ａの中心部の方向に延在する部分を有する。また、滞留防止用流路２５は圧力損失の低減の観点からブレーカープレート１０Ｂの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを連通する部分を複数有し、これらの部分が下流側から上流側に向けてそれぞれ分岐している。かかるパターンからなる溝２３Ａを設けることで、ブレーカープレート１０Ｂの半径方向外側の開口から流出した溶融樹脂と、これよりも中心部側の開口から流出した溶融樹脂とを合流させて下流側へと移送することができる。２つの流路が合流する部分は一方の流路を中心方向にカーブさせることで、当該箇所における溶融樹脂の滞留をより一層確実に防止できる。なお、図７に、整流プレート２１Ａとは溝のパターンが異なる整流プレート２１Ｂを示す。整流プレート２１Ｂの面Ｓ３には途中で分岐した溝２３Ｂが形成されている。

滞留防止用流路２５の各部分は、溶融樹脂の滞留防止及び圧力損失低減の観点から、いずれも整流プレート２１Ａの中心方向に延在していることが好ましい。ただし、ブレーカープレートの開口の配置によっては、図４に示すようにすべての部分を中心方向に延在させることは困難である。このような場合にあっては流路の延在方向と半径方向とのなす角度は好ましくは６０°以内であり、より好ましくは４５°以内であり、更に好ましくは３０°以内である。

図４に示す通り、滞留防止用流路２５の最も上流側の位置とブレーカープレート１０Ｂの開口位置が一致するように溝２３Ａを形成することが好ましい。このように溝２３Ａを形成することで、滞留防止用流路２５において溶融樹脂が滞留する部分を極力排除できる。同様の観点から、溝２３Ａの幅とブレーカープレート１０Ｂの開口の幅とを一致させることが好ましい。

図８（ａ）は図４に示す整流プレートのＡ−Ａ’線の断面図であり、図８（ｂ）は図４に示す整流プレートのＢ−Ｂ’線の断面図であり、図８（ｃ）は図４に示す整流プレートのＣ−Ｃ’線の断面図である。図８（ａ），（ｃ）に示すように、溝２３Ａの深さは上流側から下流側に向けて一定であってもよいが、圧力損失の観点から図９に示すように上流側から下流側に向けて溝の深さが徐々に深くなるように設定することが好ましい。

すなわち、図４に示すように、滞留防止用流路２５には複数の貫通孔１２Ｂが連通しており、下流に進むにつれて滞留防止用流路２５を流れる溶融樹脂の流量が増加する。流量の増加に見合う程度に溝２３Ａを徐々に深くしていくことで、滞留防止用流路２５における過大な圧力損失の発生を防止できる。滞留防止用流路２５において過大な圧力損失が生じると複数の貫通孔１２Ｂの入口側の圧力が大きくばらつくことに起因して半径方向の外側に位置する貫通孔１２Ｂの流量が低下して当該貫通孔における溶融樹脂の滞留が生じやすくなる。溝２３Ａの深さを適宜設定して滞留防止用流路２５における圧力損失を低くすることにより、かかる問題の発生を防止することができる。

溝２３Ａの深さは、溶融樹脂の粘弾性、単位時間当りの流量などに応じて適宜設定すればよい。例えばシリンダ直径４０ｍｍの単軸押出機を使用する場合、上流側の深さが１ｍｍ〜５ｍｍであり、下流に向かうに従って徐々に深くなり下流側の深さが２ｍｍ〜２０ｍｍの場合を例示することができる。

滞留防止用流路２５の流路断面積が小さすぎると滞留防止用流路２５における圧力損失が過大になり、半径方向の外側に位置する貫通孔１２Ｂの流量が低下して当該貫通孔における溶融樹脂の滞留が生じやすくなる。他方、滞留防止用流路２５の流路断面積が大きすぎると滞留防止用流路２５内における滞留や行路容積の増大による熱劣化が生じやすくなる。

整流プレート２１Ａの中心部には面Ｓ３からその裏面である下流側の面（第４の面）Ｓ４に向けて貫通する排出孔２８が形成されている（図８（ｂ），図９（ｂ）参照）。この排出孔２８は、上記の滞留防止用流路２５と連通しており、排出孔２８を通じて下流側の配管２９へと溶融樹脂を移送できるようになっている。

排出孔２８の内径（最も細い部分）も溶融樹脂の粘弾性、単位時間当りの流量などに応じて適宜設定するが、例えばシリンダ直径４０ｍｍの単軸押出機を使用する場合、０．５ｍｍ〜１５ｍｍの場合を例示することができる。排出孔２８の内径が小さすぎると、排出孔２８における圧力損失が過大になり、生産性が不十分となりやすい。他方、排出孔２８の内径が大きすぎるとブレーカープレート１０Ｂの面Ｓ２に沿う方向の溶融樹脂の流れが十分に発生せず、滞留防止効果が不十分となりやすい。

図１０（ａ），（ｂ）は、溝２３Ａの流路断面の形状をそれぞれ示したものである。溝２３Ａにおける溶融樹脂の滞留をより一層低減するには、図１０（ａ）に示す通り溝２３Ａのコーナー部２３ａをＲ形状とすることが好ましい。

溶融樹脂がユニット２０の内部をスムーズに流れるためにはブレーカープレート１０Ｂの開口１３と整流プレート２１Ａの溝２３Ａとの位置を合わせる必要がある。両者の位置合わせを容易に行うには、例えば、ブレーカープレート１０Ｂの面Ｓ２及び整流プレート２１Ａの面Ｓ３の一方の突起を設け、他方にこれを嵌め込む凹部を設けるなどすればよい。なおブレーカープレート１０Ｂと整流プレート２１Ａとを溶接などにより完全に一体化してもよいが、掃除のしやすさの点から両者は分離可能であることが好ましい。

ブレーカープレート１０Ｂに装着する濾材１５としては、各種金網や金属繊維焼結フィルターなどを例示することができ、これらを単独で使用してもよいし、２枚以上重ねた積層体にして使用してもよい。

本実施形態に係るユニット２０をシリンダ５０に装着するには、例えばシリンダ５０のフランジ５０ａ，５０ｂにボルト等の締め付け具（図示せず）を設ければよい。フランジ５０ａ，５０ｂの間にユニット２０を配置してボルトを締め付けることによってユニット２０を挟持するとともに溶融樹脂が漏洩しないように密閉することができる。

本実施形態に係るユニット２０を通過させる溶融樹脂は、特に限定しないが、例えばポリエチレンやポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・脂肪酸エステル共重合体、エチレン・α−オレフィン共重合体、複数のα−オレフィンの共重合体、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリカーボネートなどを例示することができる。

また、ユニット２０は、例えば、インフレーションフィルムやＴダイフィルムなどのフィルム押出成形装置やシート成形装置、押出ラミネーション装置など、公知の樹脂製品の成形加工装置に用いることができる。押出成形装置としては、市販の押出機を使用することができ、具体的には、単軸押出機、同方向回転二軸押出機、異方向回転二軸押出機等を用いることができる。同方向回転二軸押出機としては、東芝機械（株）製のＴＥＭ（登録商標）、日本製鋼所（株）製のＴＥＸ（登録商標）及びＣＭＰ（登録商標）などを例示できる。異方向回転二軸押出機としては、日本製鋼所（株）製のＴＥＸ（登録商標）及びＣＭＰ（登録商標）、並びに、神戸製鋼所（株）製のＦＣＭ（登録商標）、ＮＣＭ（登録商標）及びＬＣＭ（登録商標）等を例示できる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、特に好適な例として図４に示すパターンの溝２３Ａが形成された整流プレート２１Ａを示したが、ブレーカープレートの形状や押出成形機のタイプに応じて溝のパターンを適宜変更してもよい。

図１１に示す整流プレート２１Ｃの溝２３Ｃは、ブレーカープレートの半径方向外側の開口位置から渦を描くように中心方向に形成されており、排出孔２８へと連通している。

図１２（ａ）に示す整流プレートの溝２３Ｄは、ブレーカープレートの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを直線的に連通して排出孔２８に至る１本の流路と、この流路に溶融樹脂が合流するように設けられた複数の同心円状の流路とを有する。図１２（ｂ）に示す整流プレートの溝２３Ｅは、ブレーカープレートの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを直線的に連通して排出孔２８に至る６本の流路と、これらの流路に溶融樹脂が合流するようにそれぞれ設けられ、周方向に分岐する複数の流路とを有する。

また、上記実施形態においては、溶融樹脂の滞留防止の点で好ましいという理由で貫通孔１２Ｂの内壁面が湾曲したブレーカープレート１０Ｂを使用する場合を例示したが、場合によってはこれの代わりに図１４に示すブレーカープレート１０Ａを使用してもよい。また、ブレーカープレートの外形は矩形に限られず、円板状であってもよく、貫通孔の数や配置も上記実施形態に限定されるものではない。

１０Ａ，１０Ｂ…ブレーカープレート、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…貫通孔、１３…ブレーカープレートの開口、１５…濾材、２０…溶融樹脂整流用ユニット、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…整流プレート、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ，２３Ｅ…溝、２５…滞留防止用流路、２８…排出孔、２９…配管、５０…シリンダ、５２…スクリュー、Ｆ…溶融樹脂の流れ方向、Ｓ１…ブレーカープレートの上流側の面（第１の面）、Ｓ２…ブレーカープレートの下流側の面（第２の面）、Ｓ３…整流プレートの上流側の面（第３の面）、Ｓ４…整流プレートの下流側の面（第４の面）。

Claims (5)

1. 押出成形装置の流路に設けられる溶融樹脂整流用ユニットであって、
   溶融樹脂を濾過するための濾材を保持する第１の面からその裏面である第２の面に向けて貫通する複数の貫通孔を有するブレーカープレートと、
   前記ブレーカープレートの前記第２の面と当接する第３の面に形成された溝と、前記第３の面からその裏面である第４の面に向けて貫通する排出孔とを有する整流プレートと、
   を備え、
   前記溝は、前記第２の面と前記第３の面とを当接させた際、前記ブレーカープレートの前記貫通孔の開口に対向する位置に設けられており、当該溝と前記ブレーカープレートの前記第２の面とによって構成される滞留防止用流路が前記排出孔と連通していることを特徴とするユニット。
2. 前記滞留防止用流路は、前記第２の面における前記貫通孔の複数の開口のうちの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを連通し且つ前記排出孔が設けられた前記整流プレートの中心部の方向に延在する部分を有することを特徴とする請求項１に記載のユニット。
3. 前記滞留防止用流路は、前記ブレーカープレートの半径方向外側の開口とこれよりも中心部側の開口とを連通する部分を複数有し、これらの部分が下流側から上流側に向けてそれぞれ分岐していることを特徴とする請求項１又は２に記載のユニット。
4. 前記ブレーカープレートは、当該ブレーカープレートの中心部側の内壁面が前記滞留防止用流路の下流方向に湾曲した前記貫通孔を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のユニット。
5. 前記滞留防止用流路は、上流側から下流側に向かうに従って流路断面積が大きくなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のユニット。

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