JP3568524B1

JP3568524B1 - スパイラルダイ

Info

Publication number: JP3568524B1
Application number: JP2003131774A
Authority: JP
Inventors: 利昭永井; 己規康真崎; 茂次郎山口
Original assignee: 株式会社山口製作所
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2023-05-09
Also published as: JP2004330698A

Abstract

【課題】流入樹脂を周囲均等に分散成形し、均一化、均質化の優れた管状体、インフレーション無延伸、延伸フィルム及び機能フィルムが得られ、且つ多種の溶融樹脂、押出条件に対応出来るスパイラルダイの提供。
【解決手段】ダイ本体１内部に、スパイラル溝３を外面に有するマンドレル２を嵌設すると共に、ダイ本体１の内面を形成するダイシリンダー部の一部分の範囲であって、かつスパイラル溝３の始めの部分から終りの部分までの間に対応する部位に所望幅寸法の回転リング５を前記スパイラル溝３の外周面に沿って回動自在に装着して成ることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出し成形法による管状体の成形に好適なスパイラルダイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の押出法による管状体の成形に用いるダイとしては、スパイダーマークの頻発するスパイダーダイや、偏肉を伴いがちなストレートダイは余り使用されず、マンドレル外面にスパイラル溝を設け、押出機から供給される溶融樹脂をマンドレル内に導入し、２〜８の流路に分割してスパイラル溝を経てダイリップまで移動させることが多い。スパイラル溝は先端から末端に向けて順次浅くなり、溶融樹脂はスパイラル溝を移動する過程でダイシリンダー内面とマンドレルの間に一部移行し、溜り部及び直線部（ランド部：リップギャップ部）で整流され、層流状態でダイリップに達するという構成が従来例として挙げられる。
【０００３】
ダイリップ出口での溶融高分子の均一化及び均質化を得るため、現在までに種々の提案がなされて来ている。
【０００４】
１）高粘弾性物質の多孔性パイプを製造するに際して、ブレーカープレート後のストランドの分散、又は、原料粉体の接着、架橋のため昇温をするのにシリンダー、マンドレル間の材料を摩擦発熱させる。その摩擦発熱は、シリンダー全域を回転させることで得られる。これは「押出成形の金型と成形物とが相対的に回転するように構成し、回転は連続したものでも振動でもよく、回転の仕方や程度を制御することによって、成形物の特性を制御する」（図５参照）という提案が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
２）パイプ押出成形に際し、肉厚修正をダイと回転可能な偏心ニップル（マンドレル）との隙間と円周方向の温度差検出値で行うというもので、「ダイスとニップル間の樹脂流路を先端を除いて偏心させたクロスヘッドと、樹脂流路の周方向の樹脂温度を検出する温度センサーとを備え、前記ダイス又はニップルの何れか一方が軸心のまわりに回転できるようになされている偏肉防止押出し装置」（図６参照）という提案が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
３）「異なる材料で複数積層物を製造するに際して、分配され、複数スパイラル流路溝からの漏洩流となる材料は、スパイラルを設けたマンドレルを回転することで、異なる樹脂からなる溶融樹脂流を一定の順序で積層させ得る」（図７参照）という提案が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−５７９３６号公報
【特許文献２】
特開昭５９−９０３５号公報
【特許文献３】
特開平１０−２９２３７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
通常ダイ本体は、シリンダー内壁に沿って移動する溶融樹脂流（以下、ランドフローと称する）とスパイラル溝を移動する溶融樹脂流（以下、スパイラルフローと称する）は、量的に一定のバランスを保ってダイリップへ移動するが、このバランスは重要であり、このバランスがくずれると管状体の外観不良が発生し、スジ、ムラ、偏肉、シワ、強度ムラ等を惹き起す。
【０００９】
ランドフローとスパイラルフローの適正なバランスは、経験的にスパイラル溝幅、溝深さ、ピッチ等により決定している。然し各フローの適正バランスは、溶融樹脂の流量、温度、粘弾性等によっても変化するが、その変化に対応する適当な手段がないため、ウエルドマークを頻発するが、混練によってこれを解消するため、温度を上げ粘弾性を下げようとして偏肉を生じたり、樹脂の熱劣化によるダイリップの汚れ（ダイマーク等）を惹き起す等の問題がある。
【００１０】
押出機で溶融混練された高分子材料を目的の形状に成形するために使用するダイとして、丸ダイ、平ダイがある。
【００１１】
丸ダイを使用して成形されるものとして、フィルム、パイプ、ブロー容器、ネット等の管状体が挙げられ、何れもダイリップから押出される溶融高分子の同一円周上の形状が異型を目的とする場合を除いて、ダイの性能が成形品の品質に大きく影響する。同一円周上の形状が均一、均質でない場合、（イ）偏肉、（ロ）外観不良（ウエルドマーク、スジ、ムラ、シワ等）、（ハ）強度ばらつき、（ニ）電気特性ばらつき、などを惹き起す。更に異種原料の切替えの場合、スパイラル溝部等の置換がし難く切替え時間が長く、切替えロスが多いなどの問題が挙げられる。
【００１２】
ダイ内の材料の流れは、材料の特性としての粘弾性が温度、圧力に依存する上、流量によっても変化するので流れの制御手段は、固定的なものではなく、可変的とすることが必要であるが、ダイリップに近い直線部（ランド部）に求められる機能としての整流性のためには、固定的な制御手段が望ましい。
【００１３】
ここで、ウエルドマーク（ウエルドライン）とは、スパイラル溝を流れた溶融樹脂の流れが合流する場合に、均一、均質にならない時に発生する細い線、即ち「筋目状態」を意味するものとする。
【００１４】
前記先行技術（特許文献１〜３）においても、上記課題は、解決されていない。
【００１５】
本発明は、上述の状況に鑑みて成されたもので、流入樹脂を周囲均等に分散成形し、均一化、均質化の優れた管状体、インフレーション無延伸、延伸フィルム及び機能フィルムが得られ、且つ多種の溶融樹脂、押出条件に対応出来るスパイラルダイを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【００１７】
（１）ダイ本体内部に、スパイラル溝を外面に有するマンドレルを嵌設すると共に、ダイ本体の内面を形成するダイシリンダー部の一部分の範囲であって、かつスパイラル溝の始めの部分から終りの部分までの間に対応する部位に所望幅寸法の回転リングを前記スパイラル溝の外周面に沿って回動自在に装着し、回転リングとダイ本体の隣接する摺動部位に使用原料を漏洩させて潤滑材とし、且つ排出流量を調節可能なニードルバルブを備えて、この潤滑材を機外に排出する流路を備えた排出機構を設けて成るスパイラルダイ。
【００１８】
（２）前記回転リングは、その回転数を６０ｒｐｍ以下で回動制御可能とする前項（１）記載のスパイラルダイ。
【００１９】
（３）前記回転リングの内面を、表面あらさ規格における鏡面（０．１Ｓ〜６．３Ｓ）、粗面（梨地深度４μ〜１５０μ）、歯形状面（平歯形状、スパイラル歯形状）のいずれか一つの構成とした前項（１）記載のスパイラルダイ。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスパイラルダイの実施の形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係るスパイラルダイの要部構成を示す説明図、（ａ）は、回転リングとピニオン（小歯車）の噛み合う状態を示した模式的説明図、（ｂ）は、断面図、図２は、本発明に係る回転リングの斜視図、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、回転リング内面の歯形形状の例を示す説明図、図４は、従来例における管状体成形用スパイラルダイの断面図、（ａ）は溜り部のない場合、（ｂ）は溜り部のある場合、図５は、従来例における特許文献１に係る要部構成を示す断面図、図６は、従来例における特許文献２に係る要部構成を示す断面図、図７は、従来例における特許文献３に係る要部構成を示す断面図、図８は、回転リングを回転させない場合の条件による管状体成形品の外観（偏肉）の状況を示すグラフ、図９は、回転リングを右回転させた場合の条件による管状体成形品の外観（偏肉）の状況を示すグラフ、図１０は、回転リングを左回転させた場合の条件による管状体成形品の外観（偏肉）の状況を示すグラフである。
【００２５】
以下、図面を参照して本発明に係るスパイラルダイの実施の形態について説明する。
【００２６】
本発明に係る押出法による管状体の成形に好適なスパイラルダイは、ダイ本体１内部に、スパイラル溝３を外面に有し、フランジ部２ａを一体に成形したマンドレル２をダイ本体１に圧入・嵌設すると共に、ダイ本体１の内面を形成するダイシリンダー部であって、且つスパイラル溝３の始めの部分から終りの部分までの間に所望幅寸法の回転リング５を前記スパイラル溝３の外周面に沿って回動自在に装着して成ることを特徴とする。
【００２７】
マンドレル２の外面に設けたスパイラル溝３の深さは、開始点から終点に至るまでの間、徐々に減じて溜り部及び直線部につながる構成としてある。
【００２８】
回転リング５は、溶融樹脂の流れを円周方向に適度に分散させ均一、均質化する機能を有し、材料の特性、押出条件等に応じて正逆回転の回転方向及び回転数を選択する構成としてある。
【００２９】
回動自在（正逆回転自在）の回転リング５は、その回転数を６０ｒｐｍ以下で回動制御可能であり、回動自在の回転リング５の内面５ｂを、表面あらさ規格（ＪＩＳＢ０６０１−１９７６）における鏡面の仕上げを０．１Ｓ〜６．３Ｓ、好ましくは０．１Ｓ〜１．６Ｓとし、また粗面の程度を梨地深度４μ〜１５０μ、好ましくは４μ〜５０μとし、また歯形状面（平歯形状、スパイラル歯形状）のいずれか一つの構成としたことを特徴とする（図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）参照）。
【００３０】
この回転リング５の内面５ｂの表面あらさは、材料の特性、押出条件等に応じて適正な分散度を得られるように選択することが出来る。
【００３１】
回転リング５は、外周面に歯車を形成する歯５ａを有し、該歯５ａに噛み合う歯４ａを有するピニオン（小歯車）４を３以上複数、ダイ本体１に軸４ｂにより軸支し、前記ピニオン４を介して回動自在としてある。ピニオン（小歯車）４を３以上複数設けることで回転の軸心を精度良く確保する構成となっている。
【００３２】
スパイラル溝３を外面に有するマンドレル２に、スパイラル溝３の末端からダイリップ２ｂの直線部（ランド部：リップギャップ部）までの間に溜り部３３を設けたことを特徴とする。溜り部３３を適正の大きさとすることにより、流入樹脂の整流性を更に向上させ得る。
【００３３】
回転リング５の焼付き防止のために、回転リング５とダイ本体１の隣接する摺動部位に使用原料を漏洩させて潤滑材とし、この潤滑材を機外に排出する流路６を備えた不図示の排出機構を設けてある。この排出機構は、ニードルバルブを備えて排出流量を調節可能であり、更に排出管外周に冷却用フィンを具備し、冷却した使用原料からなる潤滑剤を機外に排出するようになっている。
【００３４】
尚、回転リング５の幅寸法は、スパイラル溝の始めの部分、即ちスパイラル溝３の開始点よりも前段部及びスパイラル溝３末端部よりも後段部に亙って余裕を以って決めることが出来、マンドレル２の外面に設けたスパイラル溝３に対応する位置に最小幅となる「スパイラルピッチ＋溝幅」、最大幅となる「スパイラル溝開始点より終了点まで」とすることも出来、最適構成要件を満たすことが出来る。
【００３５】
回転リング５と他の部位との摺動部の潤滑、高温の押出温度に対する耐熱性が要求され、材料への異種の潤滑剤の混入を回避するため、回転リング５の外周面、且つ歯５ａの両側の部位に対応するダイ本体１内の摺動面に設けた環状溝（以下、軸受リングと称す）に管理された漏洩量の溶融樹脂を潤滑剤として導き、前記回転リング５の外側に排出されないようにし、シール系外に排出する構造としてある。
【００３６】
以下に各種条件を変えた実施例を示し、説明する。
【００３７】
本発明に係るスパイラルダイを用いたポリプロピレン製インフレーションフィルムの製膜を実施する。
【００３８】
＜装置の仕様＞
押出機のスクリュー外径Ｄ＝φ５０ｍｍ、スクリュー有効長さＬ＝１４３３ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２８、フライトピッチ５０ｍｍ一定、スクリュー圧縮比３．８、スパイラルダイの出口径φ１５５ｍｍ、エアーリングの内径３００ｍｍ、冷却リング、安定板、ピンチロール及び製品巻取機を具備。
【００３９】
（実施試験１）
インフレーション用原料を使用し、温度条件として、押出機２００℃、ヘッド２００℃、ダイ２００℃、押出量３３ｋｇ／ｈ、引取速度３０ｍ／ｍｉｎとし、図１に示すスパイラルダイを取り付け、フィルム幅３２０ｍｍ、厚み３０μのインフレーションフィルムを安定して製膜した。
【００４０】
＜実施条件１Ａ＞
回転リングを固定したまま製膜。製膜を安定させた後、偏肉の調整を行った。
【００４１】
＜実施条件１Ｂ〜４Ｂ＞
回転リングを稼動し製膜。
【００４２】
【表１】
【００４３】
記事：
１）右回転は、スパイラルダイのスパイラルねじれ方向と同方向。
２）左回転は、スパイラルダイのスパイラルねじれ方向と逆方向。
【００４４】
（実施試験２）
インフレーション用原料に顔料を１％混合した材料（以下、着色材と称する）を１５ｋｇ作り、その内５ｋｇづつを押出した後に元の状態になるまで、顔料０％材（以下、未着色材と称する）を流す。この時、回転リングを稼動した場合と稼動しない場合の消費未着色材を計量する。
【００４５】
以下に実施試験の比較を示す。
【００４６】
【表２】＜比較例１＞
【００４７】
図８（実施条件１Ａの偏肉）
図９（実施条件１Ｂの偏肉）
図１０（実施条件３Ｂの偏肉）
図８〜図１０において、横軸Ｘは溝の長さ方向であり、縦軸Ｙは厚み（μ）の変化を示す。
【００４８】
（考察）
１）表２より、実施条件１Ａの回転リングを固定したままの場合、ウエルドマークが生じ、紙管に製品を巻くと巻き姿が徐々に悪化した。
【００４９】
２）回転の有無では、回転した場合の方が明らかに巻き姿の外観が良好であった。
【００５０】
３）表２より、回転した場合、回転数が早い方の巻き姿が良好であった。
【００５１】
４）図８のグラフでは、４本の局部偏肉が顕著であった。
【００５２】
５）図９のグラフでは、４本の局部偏肉が薄くなり、改善の効果があった。
【００５３】
６）図１０のグラフでは、局部偏肉の傾向が無く、好適な状態が確認された。
【００５４】
【表３】＜比較例２＞
【００５５】
１）押出量１５ｋｇ／時に回転させない場合は、色が消滅するまでに約４０分を要した。
【００５６】
２）押出量１５ｋｇ／時に右回転で稼動した場合は、色が消滅するまでに約２０分を要した。
【００５７】
３）押出量１５ｋｇ／時に左回転で稼動した場合は、色が消滅するまでに約１４分を要した。
【００５８】
４）回転させた場合は、回転させない場合と比べ、ほぼ半分の時間で済んだ。
【００５９】
５）右回転に比べ左回転の方が、未着色材の消費量が少なかった。
【００６０】
（効果の評価方法）
＜評価１＞
同条件下において、製膜の安定性と、製品を紙管に硬く巻き、巻き姿を目視する。同時に製膜したフィルムの厚みを連続に測定する。
【００６１】
＜評価２＞
同条件下において、着色材の切替えの消費量と時間を比較する。
【００６２】
（評価結果）
＜評価結果１＞
比較例１では、表２及び図８〜１０のグラフより、回転リングを回動する効果が明らかであった。
【００６３】
＜評価結果２＞
比較例２では、色替えの効果が回転リングを稼動することによって、好適な効果が得られることも明らかであり、スパイラルダイのスパイラルねじれ方向に対して逆方向の回転の方が、より効果的であることも明らかとなった。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスパイラルダイを用いることで、流入樹脂を周囲均等に分散成形し、均一化、均質化の優れた管状体、インフレーション無延伸、延伸フィルム及び機能フィルムが得られ、且つ多種の溶融樹脂、押出条件に対応出来るスパイラルダイを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスパイラルダイの要部構成を示す説明図、（ａ）回転リングとピニオン（小歯車）の噛み合う状態を示した模式的説明図、（ｂ）断面図
【図２】本発明に係る回転リングの斜視図
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）回転リング内面の歯形形状の例を示す説明図
【図４】従来例における管状体成形用スパイラルダイの断面図、（ａ）溜り部のない場合、（ｂ）溜り部のある場合
【図５】従来例における特許文献１に係る要部構成を示す断面図
【図６】従来例における特許文献２に係る要部構成を示す断面図
【図７】従来例における特許文献３に係る要部構成を示す断面図
【図８】回転リングを回転させない場合の条件による管状体成形品の外観（偏肉）の状況を示すグラフ
【図９】回転リングを右回転させた場合の条件による管状体成形品の外観（偏肉）の状況を示すグラフ
【図１０】回転リングを左回転させた場合の条件による管状体成形品の外観（偏肉）の状況を示すグラフ
【符号の説明】
１ダイ本体
１ａ調整リング
２マンドレル
２ｂダイリップ部
３スパイラル溝
４ピニオン（小歯車）
４ａ歯
４ｂ軸
５回転リング
５ａ歯
６流路
３１溶融樹脂の流入口
３２分割流入部
３３，３３′，３３″ 溜り部

Claims

ダイ本体内部に、スパイラル溝を外面に有するマンドレルを嵌設すると共に、ダイ本体の内面を形成するダイシリンダー部の一部分の範囲であって、かつスパイラル溝の始めの部分から終りの部分までの間に対応する部位に所望幅寸法の回転リングを前記スパイラル溝の外周面に沿って回動自在に装着し、回転リングとダイ本体の隣接する摺動部位に使用原料を漏洩させて潤滑材とし、且つ排出流量を調節可能なニードルバルブを備えて、この潤滑材を機外に排出する流路を備えた排出機構を設けて成ることを特徴とするスパイラルダイ。
前記回転リングは、その回転数を６０ｒｐｍ以下で回動制御可能とすることを特徴とする請求項１記載のスパイラルダイ。
前記回転リングの内面を、表面あらさ規格における鏡面（０．１Ｓ〜６．３Ｓ）、粗面（梨地深度４μ〜１５０μ）、歯形状面（平歯形状、スパイラル歯形状）のいずれか一つの構成としたことを特徴とする請求項１記載のスパイラルダイ。