JP2022107398A - 押出成形用ダイ及び押出成形機 - Google Patents

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Abstract

【課題】成形材料の種類にかかわらず、厚さが均一なシート状に成形することが可能な押出成形用ダイを提供する。【解決手段】スリット口20を構成するように対向して配置された一対のリップ部11a,11bと、導入口30を構成するように対向して配置された一対の導入部12a,12bとを有する一対のダイ本体10a,10bを備える押出成形用ダイ100である。一方のダイ本体10aは、厚み調整機構を有するコートハンガーダイ50であり、他方のダイ本体10bがフィッシュテールダイ60である。【選択図】図1

Description

本発明は、押出成形用ダイ及び押出成形機に関する。
成形材料を押出成形機でシート状に成形する場合、押出成形機の吐出口にフラットダイ(以下、「ダイ」と略す)が設けられる。このダイは、スリット口を構成するように対向して配置された一対のリップ口と、導入口を構成するように対向して配置された一対の導入部とを有する一対のダイ本体を一般に備えている。押出成形機で押出された成形材料は、導入口からダイ内部に導入され、スリット口を通過することにより、シート状に成形される。
ダイ本体の種類としては、マニホールド部を有するコートハンガーダイが広く用いられている。ここで、本明細書において「コートハンガーダイ」とはTダイを含む概念である。また、スリット口の短手方向の幅を制御する機構を有するコートハンガーダイも知られている(例えば、特許文献1)。
また、フィッシュテールダイもダイ本体として用いられている(非特許文献1)。フィッシュテールダイは、コートハンガーダイほど広く用いられてはいないが、熱安定性が低い樹脂材料の成形などに用いられている。ただし、スリット口の短手方向の幅を制御する機構を有するフィッシュテールダイは現時点で存在していない。
なお、これらのダイ本体は、同種のダイ本体を2つ一組として用いられている。
特許第5204147号公報
伊藤公正、「フラットダイ内の流動 第1報 フィッシュテールダイ」、高分子化学、第20巻、第216号、第193~200頁、1963年
近年、様々な成形材料をシート状に成形することが多くなってきた。しかしながら、成形材料の種類によっては、コートハンガーダイやフィッシュテールダイをダイ本体に用いてもシート状に成形することが難しかったり、シート状の成形体の厚さが不均一になったりすることがある。例えば、セラミックス粒子を含む成形材料を用いた場合、コートハンガーダイでは、スリット口の長手方向において中央部に比べて端部側の成形速度が著しく遅くなってしまい、シート状に成形することができないことがある。また、フィッシュテールダイでは、シート状に成形することはできるものの、スリット口の短手方向の幅を制御できないため、均一な厚さのシート状の成形体を得ることが難しい。なお、フィッシュテールダイの欠点は、スリット口の短手方向の幅を制御する機構を有するフィッシュテールダイの開発によって解消されると考えられるが、この開発には費用がかかるため、実用的とはいえない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、成形材料の種類にかかわらず、厚さが均一なシート状に成形することが可能な押出成形用ダイ及び押出成形機を提供することを目的とする。
本発明者は、押出成形用ダイについて鋭意研究を行った結果、一対のダイ本体として、厚み調整機構を有するコートハンガーダイと、フィッシュテールダイとを組み合わせて用いることにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、スリット口を構成するように対向して配置された一対のリップ部と、導入口を構成するように対向して配置された一対の導入部とを有する一対のダイ本体を備える押出成形用ダイであって、
一方の前記ダイ本体が、厚み調整機構を有するコートハンガーダイであり、他方の前記ダイ本体がフィッシュテールダイである押出成形用ダイである。
また、本発明は、前記押出成形用ダイを備える押出成形機である。
本発明によれば、成形材料の種類にかかわらず、厚さが均一なシート状に成形することが可能な押出成形用ダイ及び押出成形機を提供することができる。
本発明の実施形態に係る押出成形用ダイの模式的な拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る押出成形用ダイに用いられるコートハンガーダイの模式的な斜視図である。 図2のコートハンガーダイの模式的な上面図である。 本発明の実施形態に係る押出成形用ダイに用いられるフィッシュテールダイの模式的な斜視図である。 図4のフィッシュテールダイの模式的な上面図である。 ディッケル部を設けたコートハンガーダイの模式的な上面図である。 比較例3で用いたフィッシュテールダイの模式的な斜視図である。 実施例及び比較例における幅方向の各位置の成形速度の結果を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
本発明の実施形態に係る押出成形用ダイ(以下、「ダイ」と略すことがある)は、スリット口を構成するように対向して配置された一対のリップ部と、導入口を構成するように対向して配置された一対の導入部とを有する一対のダイ本体を備える。
一対のダイ本体のうち、一方のダイ本体は、厚み調整機構を有するコートハンガーダイであり、他方のダイ本体はフィッシュテールダイである。このような異種のダイ本体を組み合わせて用いることにより、コートハンガーダイによる厚み調整機能を活かしつつ、フィッシュテールダイによるシート状への成形機能を得ることができる。したがって、成形材料の種類にかかわらず、厚さが均一なシート状に成形することが可能となる。
以下、押出成形用ダイの詳細について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る押出成形用ダイの模式的な拡大断面図を示す。
図1に示されるように、ダイ100は、一対のダイ本体10a,10bを組み合わせることによって構成される。一対のダイ本体10a,10bは、一般にボルト(図示していない)などを用いて接合される。
ダイ本体10a,10bのそれぞれには、リップ部11a,11bが設けられており、ダイ本体10a,10bを組み合わせたときに一対のリップ部11a,11bが対向し、スリット口20が形成される。
また、ダイ本体10a,10bのそれぞれには、導入部12a,12bが設けられており、ダイ本体10a,10bを組み合わせたときに一対の導入部12a,12bが対向し、導入口30が形成される。
ダイ本体10aは、厚み調整機構を有するコートハンガーダイである。
コートハンガーダイとしては、厚み調整機構を有していれば、その形状などについては特に限定されない。
厚み調整機構としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の機構を採用することができる。例えば、厚み調整機構は、スリット口20の長手方向(方向Y)に複数並んでリップ部11aに配置され、リップ部11aの少なくとも一部を変形させることによりスリット口20の短手方向(方向Z)の幅を増減可能に構成されていることが好ましい。具体的には、調整ボルト40をスリット口20の長手方向(方向Y)に複数並んでリップ部11aに配置し、調整ボルト40の締め付けを制御することにより、リップ部11aの少なくとも一部を変形させることができる。このような構造を有する厚み調整機構とすることにより、厚さが均一なシート状に成形材料を成形することができる。
ここで、本発明の実施形態に係る押出成形用ダイに用いられる典型的なコートハンガーダイの模式的な斜視図を図2に示す。なお、図2では、成形材料の流路側を上面とし、厚み調整機構を省略している。また、図3は、図2のコートハンガーダイの模式的な上面図を示す。
図2及び3に示されるように、ダイ本体10aとしてのコートハンガーダイ50は、リップ部11aと、導入部12aと、導入部12aとリップ部11aとの間に形成されたマニホールド部13と、マニホールド部13とリップ部11aとの間に形成されたランド部14とを有する。
コートハンガーダイ50は、導入部12aに対するマニホールド部13の開き角αが120~180°であることが好ましい。このような角度に開き角αを制御することにより、コートハンガーダイ50をフィッシュテールダイと組み合わせて用いた場合に、スリット口20の長手方向(方向Y)における成形材料の速度分布を安定して小さくすることができる。そのため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することが可能となる。
なお、マニホールド部13の開き角αとは、導入部12aの流路方向(方向X)に対するマニホールド部13が拡がる方向の角度のことをいう。
コートハンガーダイ50は、ランド部14が、水平面14a及び傾斜面14b,14cを含むことが好ましい。このような形状にランド部14を制御することにより、コートハンガーダイ50をフィッシュテールダイと組み合わせて用いた場合に、スリット口20の長手方向(方向Y)における成形材料の速度分布を安定して小さくすることができる。そのため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することが可能となる。
ダイ本体10bは、フィッシュテールダイである。
フィッシュテールダイとしては、特に限定されず、各種形状のものを用いることができる。
ここで、本発明の実施形態に係る押出成形用ダイに用いられる典型的なフィッシュテールダイの模式的な斜視図を図4に示す。また、図5は、図4のフィッシュテールダイの模式的な上面図である。
図4及び5に示されるように、ダイ本体10bとしてのフィッシュテールダイ60は、リップ部11bと、導入部12bと、導入部12bとリップ部11bとの間に形成された拡大部15とを有する。
フィッシュテールダイ60の導入部12bは、コートハンガーダイ50の導入部12aと略同一の形状を有する部分を含むことが好ましい。このような形状とすることにより、ダイ100の内部に成形材料を安定して供給することができる。
ここで、「コートハンガーダイ50の導入部12aと略同一の形状を有する」とは、コートハンガーダイ50の導入部12aの流路形状(例えば、流路幅及び流路深さ)と略同一であることを意味する。また、「略同一の形状」とは、基準となる形状に対する形状の差が±5%以内であることを意味する。
フィッシュテールダイ60は、導入部12bに対する拡大部15の開き角βが30~120°であることが好ましい。このような角度に開き角βを制御することにより、フィッシュテールダイ60をコートハンガーダイ50と組み合わせて用いた場合に、スリット口20の長手方向(方向Y)における成形材料の速度分布を安定して小さくすることができる。そのため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することが可能となる。
なお、フィッシュテールダイ60の開き角βとは、導入部12bの流路方向(方向X)に対する拡大部15の両端が拡がる方向の角度のことをいう。
フィッシュテールダイ60は、拡大部15が、導入部12bからリップ部11bまで延びる稜線15aを有し、稜線15aによって分けられた2つの傾斜面15b,15cを含むことが好ましい。このような形状に拡大部15を制御することにより、フィッシュテールダイ60をコートハンガーダイ50と組み合わせて用いた場合に、スリット口20の長手方向(方向Y)における成形材料の速度分布を安定して小さくすることができる。そのため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することが可能となる。
2つの傾斜面15b,15cは、略同一の面積を有することが好ましい。このような構成とすることにより、スリット口20の長手方向(方向Y)の両端に均一に成形材料を流動させることができる。そのため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することが可能となる。
ここで、「略同一の面積」とは、面積の差が±5%以内であることを意味する。
稜線15aの傾斜角は、1~75°であることが好ましい。このような構成とすることにより、拡大部15において成形材料を長手方向(方向Y)に安定して拡げることができるため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することが可能となる。
ここで、「稜線15aの傾斜角」とは、導入部12bの底部と接する稜線15aの位置を水平面の基準とし、方向Yに傾斜した稜線15aの角度のことを意味する。
コートハンガーダイ50とフィッシュテールダイ60とを組み合わせた場合、コートハンガーダイ50のマニホールド部13の両端において成形材料が流動し難い箇所が生じることがある。したがって、ダイ100は、図6に示されるように、フィッシュテールダイ60の拡大部15と略同一の開き角γとなるようにコートハンガーダイ50の流路を規制可能なディッケル部70を更に備えていてもよい。ディッケル部70を設けることにより、コートハンガーダイ50とフィッシュテールダイ60とを組み合わせたときに、コートハンガーダイ50のマニホールド部13の両端の成形材料が流動し難い箇所を低減することができるため、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形し易くなる。
ここで、ディッケル部70による開き角γとは、導入部12aの流路方向(方向X)に対する一対のディッケル部70の流路側端面の角度のことをいう。
なお、ディッケル部70の材質は、特に限定されず、例えば、樹脂などを用いることができる。
ダイ100は、スリット口20の長手方向(方向Y)の幅L1に対する導入口30からスリット口20までの長さL2の比(L2/L1)が0.2~2.0であることが好ましい。このような範囲に当該比を制御することにより、スリット口20に対応したシート状に成形材料を安定して成形することができる。
ダイ100は、様々な種類の成形材料の押出成形に用いることができる。特に、ダイ100は、粘度が低い成形材料でもシート状に押出成形することができる。したがって、ダイ100は、セラミックス粒子を含む成形材料の押出成形に用いることが好ましく、セラミックス粒子を主成分として含む成形材料(セラミックス成形材料)の押出成形に用いることがより好ましい。
ここで、「主成分」とは、全成分に占める割合が50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上であることを意味する。
成形材料の粘度(せん断粘度)は、せん断速度10s-1で1.0×102Pa・s以上であることが好ましい。このような粘度を有する成形材料は、一対のダイ本体10a,10bとして2つのコートハンガーダイ50を組み合わせて用いた場合には、シート状に成形することが難しい。また、一対のダイ本体10a,10bとして2つのフィッシュテールダイ60を組み合わせて用いた場合は、均一な厚さのシート状の成形体を得ることが難しい。したがって、このような粘度の成形材料を用いる場合には、ダイ100を用いることが特に有用である。
成形材料の粘度は、JIS K7199:1999に準じて測定することができる。
セラミックス粒子としては、特に限定されないが、例えば、アルミナ、コージェライト、炭化珪素、珪素-炭化珪素系複合材料、ムライト、チタン酸アルミニウムなどから形成される粒子が挙げられる。
成形材料は、セラミックス粒子に加えて、必要に応じて分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤などを含むことができる。これらの成分は、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
ダイ100は、押出成形機に設置して用いることができる。
押出成形機としては、ダイ100を備えることが可能な構造を有していれば特に限定されない。
典型的な押出成形機は、押出部と、押出部に接続された成形部とを備えている。押出部は、成形材料を押出す機能を有していれば特に限定されず、必要に応じて成形材料を混錬する機能を有していてもよい。
成形部は、一端にダイ100が配置され、他端が押出部の押出口に接続される。
上記のような構造を有する押出成形機は、ダイ100を備えているため、成形材料の種類にかかわらず、厚さが均一なシート状に成形することができる。
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
(成形材料の調製)
成形材料として、アルミナ粉末(セラミックス粒子)100質量部、メチルセルロース(有機バインダ)10質量部及び水(分散媒)30質量部を混合及び混錬したセラミックス成形材料を用いた。この成形材料の一部は、成形速度の評価を行うために着色剤を用いて青色に着色させた。
成形材料は、せん断速度0.1s-1における粘度が1.5×105Pa・s、せん断速度1s-1における粘度が2.0×104Pa・s、せん断速度10s-1における粘度が3.0×103Pa・sであった。
なお、成形材料の粘度は、JIS K7199:1999に準拠して測定した。測定には、市販のキャピラリーレオメータを用いた。細管は、直径1~2mm、長さ25~50mmとした。
(実施例1)
一対のダイ本体として、厚み調整機構を有するコートハンガーダイと、フィッシュテールダイとを組み合わせたダイを用い、上記の成形材料の押出成形を行った。
コートハンガーダイには、図2及び3に示す形状(導入部の流路幅19mm、導入部の流路深さ:9.5mm、マニホールド部の開き角α:180°)のものを用いた。フィッシュテールダイには、図4及び5に示す形状のもの(導入部の流路幅:19mm、導入部の流路深さ:9.5mm、拡大部の開き角β:80°、稜線の傾斜角:10°)を用いた。また、スリット口の長手方向(方向Y)の幅L1は200mm、導入口からスリット口までの長さL2は200mm、スリット口の短手方向(方向Z)の幅は1.5mmとした。
押出成形は、一端にダイを配置したシリンダ内に上記の成形材料を充填し、シリンダの他端からピストンを挿入することによって行った。このとき、成形材料は、着色した成形材料の層と、無着色の成形材料の層とが5mmごとに交互に配置されるようにシリンダ内に充填した。ピストンの挿入速度は、ダイに成形材料が供給される前を0.8mm/sとし、ダイに成形材料が供給された後を2.4mm/sとした。
押出成形されたシート状の成形体について、シート状の成形体の幅方向(5箇所)の成形速度を速度計(株式会社キーエンス製FC-2000)により測定した。
(比較例1)
一対のダイ本体として、厚み調整機構を有していない2つのコートハンガーダイを組み合わせたダイを用い、実施例1と同様にして押出成形を行った。そして、実施例1と同様にしてシート状の成形体の幅方向(5箇所)の成形速度を測定した。
2つのコートハンガーダイは、厚み調整機構を有していないこと以外は実施例1で用いたコートハンガーダイと同じ構造である。また、スリット口の長手方向(方向Y)の幅L1は200mm、導入口からスリット口までの長さL2は200mm、スリット口の短手方向(方向Z)の幅は1.5mmとした。
(比較例2)
一対のダイ本体として、厚み調整機構を有するコートハンガーダイと、厚み調整機構を有していないコートハンガーダイを組み合わせたダイを用い、実施例1と同様にして押出成形を行った。そして、実施例1と同様にしてシート状の成形体の幅方向(5箇所)の成形速度を測定した。
厚み調整機構を有するコートハンガーダイには、実施例1と同じ構造のものを用いた。厚み調整機構を有していないコートハンガーダイには、比較例1と同じ構造のものを用いた。また、スリット口の長手方向(方向Y)の幅L1は200mm、導入口からスリット口までの長さL2は200mm、スリット口の短手方向(方向Z)の幅は1.5mmとした。
(比較例3)
一対のダイ本体として、2つのフィッシュテールダイを組み合わせたダイを用い、実施例1と同様にして押出成形を行った。そして、実施例1と同様にしてシート状の成形体の幅方向(5箇所)の成形速度を測定した。
フィッシュテールダイには、図7に示す形状のもの(導入口の幅:31mm、導入口の深さ:15.5mm、拡大部の開き角β:60°、稜線の傾斜角:10°)を用いた。また、スリット口の長手方向(方向Y)の幅L1は200mm、導入口からスリット口までの長さL2は200mm、スリット口の短手方向(方向Z)の幅は1.5mmとした。
(比較例4)
一対のダイ本体として、厚み調整機構を有していないコートハンガーダイと、フィッシュテールダイとを組み合わせたダイ用い、実施例1と同様にして押出成形を行った。そして、実施例1と同様にしてシート状の成形体の幅方向(5箇所)の成形速度を測定した。
厚み調整機構を有していないコートハンガーダイには、比較例1と同じ構造のものを用いた。また、スリット口の長手方向(方向Y)の幅L1は200mm、導入口からスリット口までの長さL2は200mm、スリット口の短手方向(方向Z)の幅は1.5mmとした。
上記の実施例及び比較例における幅方向の各位置(5箇所)の成形速度の結果を図8に示す。
図8に示されるように、実施例1では、5箇所の成形速度の差が最大で1mm/sと非常に小さく、厚さが均一なシート状に成形することができた。
これに対して比較例1では、5箇所の成形速度の差が最大で13mm/sと大きく、幅方向の端部付近でシート状に成形することができなかった。
比較例2では、5箇所の成形速度の差が最大で11mm/sと大きく、幅方向の端部付近でシート状に成形することができなかった。
比較例3では、5箇所の成形速度の差が最大で2.5mm/sと小さかったが、シート状の成形体の厚さが不均一であった。
比較例4では、5箇所の成形速度の差が最大で4.0mm/sと小さかったが、シート状の成形体の厚さが不均一であった。
以上の結果からわかるように、本発明によれば、成形材料の種類にかかわらず、厚さが均一なシート状に成形することが可能な押出成形用ダイ及び押出成形機を提供することができる。
10a,10b ダイ本体
11a,11b リップ部
12a,12b 導入部
13 マニホールド部
14 ランド部
14a 水平面
14b,14c 傾斜面
15 拡大部
15a 稜線
15b,15c 傾斜面
20 スリット口
30 導入口
40 調整ボルト
50 コートハンガーダイ
60 フィッシュテールダイ
70 ディッケル部
100 ダイ

Claims (13)

  1. スリット口を構成するように対向して配置された一対のリップ部と、導入口を構成するように対向して配置された一対の導入部とを有する一対のダイ本体を備える押出成形用ダイであって、
    一方の前記ダイ本体が、厚み調整機構を有するコートハンガーダイであり、他方の前記ダイ本体がフィッシュテールダイである押出成形用ダイ。
  2. 前記フィッシュテールダイの前記導入部は、前記コートハンガーダイの前記導入部と略同一の形状を有する部分を含む、請求項1に記載の押出成形用ダイ。
  3. 前記コートハンガーダイは、前記導入部と前記リップ部との間にマニホールド部を有し、前記導入部に対する前記マニホールド部の開き角が120~180°である、請求項1又は2に記載の押出成形用ダイ。
  4. 前記フィッシュテールダイは、前記導入部と前記リップ部との間に拡大部を有し、前記導入部に対する前記拡大部の開き角が30~120°である、請求項1~3のいずれか一項に記載の押出成形用ダイ。
  5. 前記拡大部は、前記導入部から前記リップ部まで延びる稜線を有し、前記稜線によって分けられた2つの傾斜面を含む、請求項4に記載の押出成形用ダイ。
  6. 前記2つの傾斜面は略同一の面積を有する、請求項5に記載の押出成形用ダイ。
  7. 前記稜線の傾斜角が1~75°である、請求項5又は6に記載の押出成形用ダイ。
  8. 前記フィッシュテールダイの前記拡大部と略同一の開き角となるように前記コートハンガーダイの流路を規制可能なディッケル部を更に備える、請求項4~7のいずれか一項に記載の押出成形用ダイ。
  9. 前記コートハンガーダイは、前記マニホールド部と前記リップ部との間に、水平面及び傾斜面を含むランド部を有する、請求項3~8のいずれか一項に記載の押出成形用ダイ。
  10. 前記スリット口の長手方向の幅L1に対する前記導入口から前記スリット口までの長さL2の比(L2/L1)が0.2~2.0である、請求項1~9のいずれか一項に記載の押出成形用ダイ。
  11. 前記厚み調整機構は、前記スリット口の長手方向に複数並んで前記リップ部に配置され、前記リップ部の少なくとも一部を変形させることにより前記スリット口の短手方向の幅を増減可能に構成されている、請求項1~10のいずれか一項に記載の押出成形用ダイ。
  12. セラミックス粒子を含む成形材料の押出成形に用いられる、請求項1~11のいずれか一項に記載の押出成形用ダイ。
  13. 請求項1~12のいずれか一項に記載の押出成形用ダイを備える押出成形機。
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