JP2012101522A - 回転式フィードブロック - Google Patents

Abstract

【課題】複数の円筒状樹脂を順次積層して多層円筒状樹脂を成形するダイにおいて、樹脂の注入口と反対側の流路まで樹脂が充満しないで、円筒の円周方向の一部で欠落しその樹脂の特性が発現出来ない部分が生じたり、充満しても境界面の融着力が弱くて耐圧力が不足する問題や、単層Ｔダイで多層のシート、フィルムを成形するためのフィードブロックにおいて層数を増やすには構造が複雑、高価になるなどの問題が有り、これらの問題を解消する。
【解決手段】環状流路の円周を分割するように樹脂を注入し、円筒状樹脂の接触する境界面と樹脂の層を螺旋状に拡げて樹脂の欠落部分を補い、増えた接着面積で接着強度を高め、また樹脂の層数を増やすためにフィードブロックのノズル又はマンドレルの少なくとも一方を回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂の特性の欠落を解消し、接着強度を高めて、円筒状樹脂成形用ダイや多層フィルム成形用などのＴダイなどに、円筒状や矩形状樹脂を供給する回転式フィードブロックに関するものである。

食品等の酸化を防止するために酸素を透過させにくい樹脂、吸湿を防止するために水分を透過させにくい樹脂、炭酸ガスを透過させにくい樹脂などをそのまま多層にするためや、異種樹脂の間に接着剤を介在させるため、複数の円筒型のダイを順次重ね合わせたダイ（例えばチューブ成形用、インフレーションフィルム成形用）が使用されているが、ダイの構造上、樹脂の注入口の反対側まで樹脂が行き渡らず、円周の一部に特性の欠落部が生じてしまうことが有る（例えば図３、図４及び図２４参照）。

生分解性樹脂、生崩壊性樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などは、熔融状態の樹脂を接触させても融着力が弱く、注入口と反対側で接触した境界面の接着強度が低いため、全体の厚さを増やして接着強度を補うために樹脂の使用量を増やして材料コストが上がったり、円筒状樹脂の容器としての柔軟性が損なわれてしまう。

Ｔダイにより多層フィルム等を成形する場合は、複数の流路を持った複雑で断面が大きく高価なＴダイも使用されているが、実用的には３層が限界なので、一般的には多層の矩形断面を形成するフィードブロックと単層のＴダイとを組合わせて、多層のフィルムやシートを成形している。

上記の多層矩形断面を形成する従来のフィードブロックは、各樹脂を板状に形成してから順次積層して多層の矩形断面に形成するものだが、薄くてもその樹脂の特性を十分に発揮出来るので薄くしたい、高価な樹脂なので薄くしたい、熔融粘度が高く硬いので薄く速く出したい、などのために各層の厚さ比率を変更したり、樹脂の種類の変更時には隙間の調整の手間とその機構が必要なのでランニングコストもフィードブロックのイニシャルコストも高くなっている。

特許公開平０５−３１８５６４ 特許公開平１０−０２９２３７ 特許公開平１１−３０９７７０ 特許公開２００６−３２６８９１

環状流路の注入口と反対側に生じ易い樹脂の未充填部分の特性欠陥を解消し、接触境界部の接着強度不足を解消した円筒状樹脂と多層矩形状樹脂を供給するフィードブロックを提供する。

隙間の調整や機構が不要で、運転操作が容易で低コストなフィードブロックを提供する。

図５及び図７に示すように、環状流路の円周を分割するように１〜複数の樹脂６を注入し、境界面８を形成する。

図５又は図７に示される環状樹脂６は境界面８を保持したまま、連続して後から注入される樹脂に押されて円筒状樹脂となってフィードブロック出口１０側に進む。

図１４に示すように円筒状樹脂の外側の回転ノズル１Ａを回転させるか、図１８に示すように円筒状樹脂の内側の回転マンドル２Ａを回転させるか、少なくともその一方を回転させる。

円筒状樹脂が回転ノズル１Ａに入ると円筒状樹脂の外側は回転ノズル１Ａに粘着して回転ノズル１Ａと共に回転しながらダイ出口１０側に進み、円筒状樹脂の内側は固定マンドレル２Ｂに粘着して回転しないでダイ出口１０側に進むため、円筒状樹脂が回転ノズル１Ａを通過する間に回転ノズル１Ａを２回転させると、図５の樹脂６と境界面８は図６の樹脂６と境界面８のように螺旋状に引き伸ばされる。

図５及び図７に示された樹脂６と境界面８は、回転ノズル１Ａ又は回転マンドレル２Ａの回転により、図６と図８に示されるように円周方向に螺旋状に引き伸ばされて、注入された１〜複数の樹脂は層を形成する。

樹脂の種類が多い場合は図７による注入口３を増やせばよく、樹脂の種類が少ない製品に切り替えて製造するときは注入口をプラグで閉塞すればよい。

各樹脂層の厚さ比率を変更する場合は、注入する樹脂の量の比率を変更すればよく、具体的には樹脂を供給する押出機やギアポンプの回転数を調整するだけでよい。

図８に示された多層円筒状樹脂の内面及び外面は複数の樹脂が筋状となって異なる性質を持つので、必要に応じて図１７及び図２０に表す構造により、多層円筒状樹脂の外面及び内面に樹脂６Ｅ、６Ｆを注入口３Ｅ、３Ｆから注入して円周３６０°被覆を追加出来る。

円筒状樹脂が回転ノズル１Ａ又は回転マンドレル２Ａを通過する間に２．２５回転させ、外面にのみ３６０°被覆を追加した時の多層円筒状樹脂の断面形状を図２に示す。

図２に示された多層円筒状樹脂は、螺旋状の各樹脂が少なくとも内外面の間に途切れること無く２層形成されているので、例えば６Ａが水分を通しにくい樹脂であれば、円周方向に欠落が無く２層に形成された樹脂６Ａは十分にその水分遮断性能を発揮する。

図２において、樹脂６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが６Ａに比べて水分を透過し易い樹脂であったとしても、水分は６Ａに挟まれて螺旋を形成する樹脂６Ｂ、６Ｃ、６Ｄの長い螺旋方向の距離は円周の略２倍となり、この距離すなわち厚さを水分が透過することは実用上無視出来る。

図２において、各境界面８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄは少なくとも円周に２枚形成されているので、異樹脂間の融着力は弱くても、内圧に抗する接着強度は十分に保持出来る。

層数をより増やしたい場合は、円筒状樹脂が回転ノズル１Ａか回転マンドレル２Ａを通過するまでに、より多く回転させればよく、回転ノズル１Ａと固定マンドレル２Ｂ又は固定ノズル１Ｂと回転マンドレル２Ａとの隙間を大きくして円筒流路の断面積を増やし円筒状樹脂が通過する時間を長くしたり、回転ノズル１Ａ又は回転マンドレル２Ａを長くして通過時間を長くしたり、回転ノズル１Ａ又は回転マンドレル２Ａの回転速度を上げればよい。

本考案の回転式フィードブロックにより形成される図２の多層円筒状樹脂を、そのままフィードブロック出口１０から、又はフィードブロック出口１０にパイプ用ダイ、インフレーションフィルム成形用ダイ、ブロー成形用ダイ等の円筒ダイを接続して、多層パイプ、多層フィルム、多層容器等に成形出来る。

図２１、図２２及び図２３に示す矩形ノズル１Ｃ及び矩形マンドレル２Ｃを組み込んだ本考案による回転式フィードブロックでは、一旦フィードブロック内部で形成された図８に示す多層円筒状樹脂を図１３に示す多層矩形樹脂に変形しフィードブロック出口１０より吐出する。

本考案による回転式フィードブロックで形成された図１に示す多層矩形状樹脂は、単層Ｔダイに送られて多層フィルム、多層シートに成形される。

運転時にフィードブロックを調整する必要も無く、樹脂の特性の欠落もないので、運転操作が容易で品質チェックの手間が軽減出来る安価なフィードブロックを提供出来る。

酸素を透過しにくい等の特性を有する１〜複数の樹脂を、円周方向の欠落無しに円筒状樹脂や多層矩形状樹脂に形成出来るので、本考案による回転式フィードブロックを使用して成形される食品等の包装材等は樹脂の厚さを薄くし、樹脂の使用量を減らせる。

異樹脂の接着又は同じ樹脂の接着において、融着力が弱くても、境界の面積が増えて全体としての接着強度を上げられるので、円筒状の樹脂の厚さを薄くし、樹脂の使用量を減らせる。

本考案による回転式フィードブロックにより形成される多層矩形状樹脂の断面図である。 回転式フィードブロックにより形成される多層円筒状樹脂の断面図である。 円筒状樹脂を成形するときに、高価だが薄くても特性を十分に発揮する樹脂を薄くしようと注入量を減らしたり、粘度が高く硬い樹脂を注入したときに、注入口３の反対側の環状流路に生じる未充填部分９を示す断面図である。 順次積層式による円筒状３層樹脂の成形において、未充填部分９が生じたときに、未充填部分９が、他の粘度の低い柔らかい樹脂などで補填され、円周上に各樹脂の欠落を生じた例を表す断面図である。 注入口３から注入された樹脂６が２つに分かれ、環状流路を通って注入口と反対側で接触した境界面８を示す図１４のＡ−Ａ断面図である。 ノズル１Ａ又はマンドレル２Ａを２回転させた時に、図５に示された断面を持つ円筒状樹脂が螺旋を形成した樹脂６と境界面８を表す円筒状樹脂の断面図である。 ４種類の樹脂６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが各注入口３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄから注入された時の４本の境界面８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを表す図１４のＡ−Ａ断面図である。 ４種類の樹脂６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄが各注入口３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄから注入され、回転ノズル１Ａ又は回転マンドレル２Ａを２．２５回転させた時に螺旋を形成した境界面８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ及び４種類の樹脂６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄの層を示す、図２２のＡ−Ａ断面における円筒状樹脂の断面図である。 図８に示す円筒状樹脂を、矩形マンドレル２Ｃにより、多層円筒状樹脂の内側から左右に押しつぶしていく、図２２のＢ−Ｂ断面における多層樹脂の断面図である。 図９に示す多層樹脂が矩形マンドレル２Ｃにより、さらに左右に押しつぶされ、上下に２分割された、図２２のＣ−Ｃ断面における多層樹脂の断面図である。 図１０に示す多層樹脂が、矩形マンドレル２Ｃの上下方向の厚さの減少と、矩形ノズル１Ｃの上下空間の縮小により、上下方向に押しつぶされていく、図２２のＤ−Ｄ断面における多層樹脂の断面図である。 図１１に示す多層樹脂が、矩形マンドレル２Ｃの先端で上下の厚さが無くなり、矩形ノズル１Ｃでさらに上下方向に押しつぶされて、上下の多層樹脂が一体となった、図２２のＥ−Ｅ断面における多層樹脂の断面図である。 図１２に示す多層樹脂が、矩形ノズル１Ｃにより、さらに上下方向に押しつぶされた、図２２のＦ−Ｆ断面における多層樹脂の断面図である。 回転ノズル１Ａを有する回転式フィードブロックの１例を示す断面図である。 フィードブロックの一部を切り欠き、回転ノズル１Ａ又は回転マンドレル２Ａに創成された歯車４をピニオン５で駆動する方法を示す断面図である。 回転ノズル１Ａのフィードブロック出口１０側に固定ノズル１Ｂを配した回転式フィードブロックの断面図である。 回転ノズル１Ａと固定ノズル１Ｂを有し、螺旋状の樹脂６と境界面８を形成した多層円筒状樹脂の内側と外側に、全周の層を追加して形成する回転式フィードブロックの断面図である。 回転マンドレル２Ａを回転させる回転式フィードブロックの断面図である。 回転マンドレル２Ａのフィードブロック出口１０側に固定マンドレル２Ｂを配した回転式フィードブロックの断面図である。 回転マンドレル２Ａと固定マンドレル２Ｂを有し、螺旋状の樹脂６と境界面８を形成する円筒状樹脂の内側と外側に全周の層を追加して形成する回転式フィードブロックの断面図である。 矩形マンドレル２Ｃにより多層円筒状樹脂が上下に分割された後、固定ノズル１Ｂに組み込まれた矩形ノズル１Ｃにより上下方向に押しつぶされて、矩形マンドレル２Ｃの上下厚さが徐々に無くなって、上下一体の多層矩形状樹脂が形成され、フィードブロック出口１０に圧送される部分を示す、長手方向のタテ断面図である。 図２１の水平断面図である。 本考案による多層矩形状樹脂を成形する回転式フィードブロックの断面図である。 円筒型ダイを順次複数重ねた、従来の順次積層式多層ダイの断面図である。

図１４及び図１４のＡ−Ａ断面を表す図７により説明する。フィードブロック本体７と固定マンドレル２Ｂの間に環状流路を設け、フィードブロック本体７に１〜複数の注入口３を環状流路に導通させて設ける。

回転ノズル１Ａは外側に歯車４を創成し、フィードブロック外部のピニオン５により駆動出来るよう回転自在に保持する。

フィードブロックの一部は切り欠き、歯車４とピニオン５の咬み合う空間を設ける（図１５参照）。

ピニオン５は可変速モーターから減速機等を介して駆動され、シャフトは適宜ベアリング等で保持される。

回転ノズル１Ａは歯車とピニオンの他に、ウォームとウォームホイール、ベベルギア、スプロケットとチェーン等の駆動手段を適宜採用して駆動出来る。

１〜複数の樹脂、例えば４種類の樹脂６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄをそれぞれ注入口３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄより同量注入すると、図７の様に各樹脂は、環状流路を４等分して充満し、それぞれの境界面８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを放射状に形成する。

境界面８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを放射状に形成した環状流路の樹脂は連続して注入される樹脂に押されて、そのままの断面形状の円筒状樹脂となってフィードブロック出口１０側へと移動する。

回転ノズル１Ａを回転させると、回転ノズル１Ａの内面に接している円筒状樹脂の外側は回転ノズル１Ａの内面に粘着して回転しつつフィードブロック出口１０へと移動するが、固定マンドレル２Ｂに接している円筒樹脂の内側は回転しないままフィードブロック出口１０へと移動する。

円筒樹脂の外側が回転し、内側は回転しないので、放射状であった境界面８と樹脂６は円周方向に螺旋状に引き伸ばされながら、フィードブロック出口１０より吐出される。

境界面８と樹脂６が、螺旋状に引き伸ばされて円周方向３６０°以上になるように回転ノズル１Ａの長さや隙間を設定、又は回転ノズル１Ａの回転数を調整し、樹脂の特性の円周方向の欠落を無くし、境界面８の接着強度不足を解消する。

複数の樹脂を多層にする場合は、異なる樹脂が乱流を起こして混合しないよう、回転ノズル１Ａと固定ノズル２Ｂとの隙間の数値と、乱流を起こさないせん断速度範囲とを考慮して、最高回転数を決める。

図１４の回転式フィードブロックの構造で課題の解消は出来るが、回転ノズル１Ａの回転により樹脂６に円周方向の分子配向が起こり、回転式フィードブロックから吐出される円筒状樹脂には回転ノズル１Ａの回転方向とは逆の方向に収縮して戻ろうとする残留歪が発生する。

図１６は、円周方向に収縮しようとする残留歪を緩和するために、回転ノズル１Ａのフィードブロック出口１０側に回転しない固定ノズル１Ｂを付加した例である。

酸素を透過させにくい樹脂、水分を透過させにくい樹脂、炭酸ガスを透過させにくい樹脂や生分解性樹脂等融着力の弱い樹脂を、本考案による回転式フィードブロックで円筒状に成形し、円筒内に食品等を充填して食品容器とする場合、使用された樹脂が食品等の内容物と化学反応を起こさないよう化学的に安定なポリエチレン等の樹脂を円筒状樹脂の内面全体に構成させる必要が生じる場合が有る。

酸素を透過させにくい樹脂、水分を透過させにくい樹脂、炭酸ガスを透過させにくい樹脂や生分解性樹脂等融着力の弱い樹脂を、本考案による回転式フィードブロックで円筒状に成形し、円筒内に食品等を充填して食品容器とする場合、使用された樹脂の種類により外側の光沢が異なって筋状に見えたり、表面の硬さが異なって傷の付き易さに斑が出たり、印刷した時にインキの付き易さや発色に斑が出たりするのを防ぐため、表面硬さが実用上十分でインキの付着性も良く強度も大きいポリプロピレン等を、円筒状樹脂の外側全周に構成させることが望ましい。

図１７は、回転ノズル１Ａを回転させて１〜複数の樹脂を、各樹脂の特性が十分に発現出来るように又円周方向に特性の欠落が生じないよう、螺旋状に多層として形成させ、ポリエチレンやポリプロピレン等を円筒状樹脂の内面及び外面の全周に形成するときの、本考案による回転式フィードブロックの構造を示す。

本考案による回転式フィードブロックの回転は外側の回転ノズル１Ａを回転させる他に、内側の回転マンドレル２Ａを回転させても課題を解決出来る（図１８、図１９、図２０参照）。

図２１、図２２及び図２３により説明する。固定ノズル１Ｂに矩形ノズル１Ｃを付設し、回転マンドレル２Ａのフィードブロック出口１０側に矩形マンドレル２Ｃを付設する。

矩形マンドレル２Ｃは、図２２のＡ−Ａ断面において図８に示す多層円筒状樹脂がフィードブロック出口１０側に進むにつれてＢ−Ｂ断面を示す図９のように多層円筒状樹脂を内側から押し広げ、さらにＣ−Ｃ断面を示す図１０のように樹脂を上下に分割し、さらに矩形ノズル１Ｃの上下空間距離が小さくなるのに合わせて矩形マンドレル２Ｃの上下厚さを縮小して、Ｄ−Ｄ断面に示す図１１のように押しつぶし、さらに矩形ノズル１Ｃの上下空間距離が小さくなり矩形マンドレル２Ｃの先端で厚さが無くなるとＥ−Ｅ断面を示す図１２のように上下に分割されていた多層樹脂を一体とし、さらに矩形ノズル１Ｃの空間距離を小さくしてＦ−Ｆ断面を示す図１３のように押しつぶして必要な厚さの多層矩形状樹脂にする。

本考案による回転式フィードブロックで形成される多層矩形状樹脂は、このまま多層の板に成形出来るので、樹脂製板の成形ダイとして使用出来る。

本考案による回転式フィードブロックで形成される多層矩形状樹脂は、Ｔダイに送られて多層のシートやフィルムの成形に使用される。

本考案による回転式フィードブロックは、チューブ、パイプの成形用ダイとして用いられるだけでなく、ブロー成形機のパリソン成形用ダイとして使用されたり、内部に圧力空気を注入して膨らませるインフレーション成形により、薄いフィルムを成形するためのダイとして使用出来るし、それらのダイに順次積層式フィードブロックの欠点を解消した、接着強度が大きく樹脂の特性が欠落していない円筒状樹脂を供給するフィードブロックとして利用される。

Ｔダイで多層のシートやフィルムを成形するときに使用されている、板状の複数の樹脂を順次積層する高価で隙間調整が必要な従来のフィードブロックに替えて、安価で調整の不要な本考案の回転式フィードブロックを利用出来る。

１ ノズル
１Ａ 回転ノズル
１Ｂ 固定ノズル
１Ｃ 矩形ノズル
２ マンドレル
２Ａ 回転マンドレル
２Ｂ 固定マンドレル
２Ｃ 矩形マンドレル
３ 注入口
３Ａ 注入口１
３Ｂ 注入口２
３Ｃ 注入口３
３Ｄ 注入口４
３Ｅ 注入口５
３Ｆ 注入口６
４ 歯車
５ ピニオン
６ 樹脂
６Ａ 樹脂１
６Ｂ 樹脂２
６Ｃ 樹脂３
６Ｄ 樹脂４
６Ｅ 樹脂５
６Ｆ 樹脂６
７ フィードブロック本体
８ 境界面
８Ａ 境界面１−２
８Ｂ 境界面２−３
８Ｃ 境界面３−４
８Ｄ 境界面４−１
９ 樹脂の未充填部
１０ フィードブロック出口

Claims (5)

1. フィードブロック内の環状流路に、１〜複数の樹脂（接着剤を含む、以下同様）を円周方向に環状流路を分割するように注入し、放射状の境界面が形成された円筒状樹脂がフィードブロック出口に圧送される過程で、円筒状樹脂の外側に位置するノズル、又は内側に位置するマンドレルの少なくとも一方を回転させて、樹脂と境界面を円周方向に螺旋状に拡げてなる円筒状樹脂形成用の回転式フィードブロック。
2. 前記請求項１に記載された回転式フィードブロックにおいて、回転させるノズルの後に回転しないノズル、又は回転させるマンドレルの後に回転しないマンドレルの少なくとも一方を付設した回転式フィードブロック。
3. 前記請求項１及び請求項２に記載された回転式フィードブロックにおいて、樹脂と境界面が螺旋状になった円筒状樹脂の外側又は内側の少なくとも一方の全周に樹脂を被覆する回転式フィードブロック。
4. 前記請求項１、請求項２及び請求項３に記載された回転式フィードブロックを使用した円筒状樹脂成型用ダイ。
5. 前記請求項１、請求項２及び請求項３に記載された回転式フィードブロックを使用して、多層樹脂を矩形断面にしてＴダイなどに供給するフィードブロック。

Images