JP3609732B2 - 中空品の押出成形装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム、合成樹脂あるいはサーモプラスティック等の樹脂材によって断面が円形または異形の中空チューブや中空パイプ等の中空品を押し出し成形するための装置に関するもので、より詳細には、コアの外周面とこのコアの周囲を囲繞するように設けたシェルの内周面との間に画成される環状流路に溶融して軟化状態の樹脂材を供給することにより、該環状流路の下流端部から中空品を押し出し成形するようにした装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ゴム、合成樹脂あるいはサーモプラスティック等の樹脂材によって横断面が円形または異形の中空チューブや中空パイプを押し出し成形する場合には、コアとシェルとの間に画成される環状流路に溶融して軟化状態の樹脂材を供給するようにした装置が多く用いられている。この種の押出成形装置は、樹脂材を環状流路に継続的に供給することで継ぎ目のない連続した中空品を得ることが可能であり、特に長尺となるチューブやパイプの製造に好適である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような押出成形装置では、コアを支持するための支持部材が環状流路の内部に少なくとも１つは必要となるため、溶融して軟化状態の樹脂材が、この支持部材によって一旦分離した後に再び溶着することになり、中空品にウェルドマーク（あるいはウェルド部）と称される溶着痕が形成されるようになる。このウェルドマークは、他の部分と比較して強度が劣る、表面に凹部を形成する、等々、中空品の品質に多大な影響を与えるものである。特に、昨今においては、中空品に要求される品質がより厳しいものとなっており、このウェルドマークが品質に及ぼす影響を如何に小さくできるかが重要な課題となる。
【０００４】
しかしながら、従前の押出成形装置にあっては、樹脂材の再溶着位置がほぼ一定のままで中空品が押し出し成形されることになる。この結果、上述したウェルドマークが押し出し方向に沿う態様で直線状に目立って現れるようになり、中空品の外観品質が著しく低下する事態を免れ得ない。しかも、中空品の一方向部分に強度の劣る部分が集中することになるため、物性的にも好ましいものとは言い難い。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて、ウェルドマークの影響を抑え、より高品質の中空品を得ることのできる押出成形装置を提供することを解決課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、コアの外周面とこのコアの周囲を囲繞するように設けたシェルの内周面との間に画成される環状流路に溶融して軟化状態の樹脂材を供給することにより、該環状流路の下流端部から中空品を押し出し成形するようにした装置において、前記シェルを固定配置する一方、前記シェルを構成する筒状のヘッド本体の中心孔の内周面に円環状を成し内周面の全周に多数の外周側突起を設けた高摩擦カラーを保持すると共に、前記コアにおいて少なくとも樹脂材に接触する外筒部材を回転可能に配設し、前記外筒部材において前記高摩擦カラーの内周面に対向する部位の外周面の全周に前記外周側突起に並設して摩擦係数を増大させる内周側突起を設け、前記外周部分を回転させた状態で前記環状流路に樹脂材を供給するようにして、前記環状流路に供給された樹脂材に対して強制的に押し出し方向に沿った軸心回りの旋回運動を与えるようにし、前記コアは、前記環状流路の上流端部側において所定の固定体に保持させた固定軸と、この固定軸の外周部に回転可能に配設した外筒部材と、前記固定軸において前記外筒部材よりも下流端部側となる位置に取り付けたニップルとを具備し、前記環状流路に供給された樹脂材に対して回転状態の外筒部材および静止状態のニップルを順次接触させるものであり、前記外筒部材との回転シール部となる部位に、当該外筒部材が回転した場合に前記環状流路に向けて螺進するように螺旋溝を設けたことを特徴とする中空品の押出成形装置である。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記螺旋溝を複数条設けた請求項１に記載の中空品の押出成形装置である。
また、請求項３に記載の発明は、前記螺旋溝に対してその周囲から樹脂材を供給する手段を付設した請求項１または請求項２に記載の中空品の押出成形装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１乃至図３は、本発明に係る押出成形装置の一実施形態を示したもので、ゴム、合成樹脂あるいはサーモプラスティック等の樹脂材によって横断面が円形の中空パイプＰを押し出し成形する押出成形装置を例示している。
【０００９】
この押出成形装置の押出成形ヘッド１は、スクリュ型、もしくはラム型等、適宜型式の押出機２から供給される樹脂材を所望の横断面形状に成形する部分であり、シェル１０を構成するヘッド本体１１０、ダイホルダ１２０およびダイ１３０と、コア２０を構成する樹脂分流部材２１０、固定軸２２０、ニップル２３０および外筒部材２４０とを備えている。
【００１０】
ヘッド本体１１０は、筒状を成す基準部材であり、中心孔の内周面に円環状を成す高摩擦カラー１４０を保持している。この高摩擦カラー１４０には、その内周面の全周に多数の外周側突起１４１を設けてある。外周側突起１４１のそれぞれは、図２および図３に示すように、高摩擦カラー１４０の内周面からごく緩やかな傾斜をもって内周側に突出する緩斜面部１４２と、高摩擦カラー１４０の内周面から急激に立ち上がるように内周側に突出する急斜面部１４３とによって囲まれる部分である。これら外周側突起１４１は、緩斜面部１４２と急斜面部１４３との会合部となる稜線１４４が高摩擦カラー１４０の軸心に沿って延在し、かつそれぞれの斜面部１４２，１４３が周方向に沿って相互に同一の向きとなるように互いに並設してある。
【００１１】
ダイホルダ１２０およびダイ１３０は、それぞれ円環状を成すもので、個々の内周面が上述した高摩擦カラー１４０の内周面に連続する態様でヘッド本体１１０の先端部に取り付けてある。図からも明らかなように、高摩擦カラー１４０、ダイホルダ１２０およびダイ１３０によって形成される連続した内周面は、先端に向けて漸次内径が減少するテーパ状を成しており、最終的にダイ１３０の最先端内周面が、成形すべき中空パイプＰの外径を規定するように構成してある。
【００１２】
なお、図中の符号１１１は、ヘッド本体１１０の壁内部に温水を循環させるためのウォータジャケットである。また、図中の符号１５０は、ヘッド本体１１０に対するダイホルダ１２０およびダイ１３０の位置調整を行うための調整ボルトである。
【００１３】
樹脂分流部材２１０は、筒状を成す樹脂受部２１１と、この樹脂受部２１１の基端外周から延在したフランジ部２１２とを有して構成したものである。この樹脂分流部材２１０は、樹脂受部２１１をヘッド本体１１０の中心孔に挿入し、さらにフランジ部２１２がヘッド本体１１０の基端面を覆う状態で当該ヘッド本体１１０に取り付けてある。図からも明らかなように、樹脂分流部材２１０の樹脂受部２１１は、その基端部がヘッド本体１１０の中心孔に嵌着する一方、その先端部が中心孔の内周面から離隔した状態にある。
【００１４】
固定軸２２０は、樹脂分流部材２１０よりも基端となる位置から該樹脂分流部材２１０の中心孔を貫通し、先端がダイホルダ１２０の中心孔に至る長尺の軸状部材である。この固定軸２２０は、その基端部が樹脂分流部材２１０に取り付けたカバー部材２５０にネジ止めしてあり、当該樹脂分流部材２１０に対する移動および回転が阻止された状態にある。
【００１５】
ニップル２３０は、固定軸２２０の先端部に取り付けた固定部材である。このニップル２３０は、先端に向けて漸次外径が減少するテーパ状を成し、その最先端の外周面が成形すべき中空パイプＰの内径を規定するように構成してある。
【００１６】
外筒部材２４０は、上述した固定軸２２０の外周を囲繞するように設けた筒状部材であり、当該固定軸２２０との間に介在させた３つのベアリング２６０，２６１，２６２により、固定軸２２０の軸心回りに回転することが可能である。外筒部材２４０と固定軸２２０との間に介在させたベアリングのうちもっとも基端側に位置するものには、スラストベアリング２６２を適用してある。
【００１７】
この外筒部材２４０において上述した高摩擦カラー１４０の内周面に対向する部位には、その外周面の全周に多数の内周側突起２４１を設けてある。内周側突起２４１のそれぞれは、図２および図３に示すように、外筒部材２４０の外周面からごく緩やかな傾斜をもって外周側に突出する緩斜面部２４２と、外筒部材２４０の外周面から急激に立ち上がるように外周側に突出する急斜面部２４３とによって囲まれる部分である。これら内周側突起２４１は、緩斜面部２４２と急斜面部２４３との会合部となる稜線２４４が外筒部材２４０の軸心に沿って延在し、かつそれぞれの急斜面部２４３が高摩擦カラー１４０に設けた外周側突起１４１の急斜面部１４３に対向する向きとなるように互いに並設してある。
【００１８】
また、上記外筒部材２４０には、ドリブンプーリ２７０を設けてある。ドリブンプーリ２７０は、上述した樹脂分流部材２１０のフランジ部２１２よりも基端側に位置する部位に取り付けてあり、カバー部材２５０の内部において外筒部材２４０とともに回転することが可能である。このドリブンプーリ２７０には、タイミングベルト２７１、およびドライブプーリ２７２を介して駆動モータ２７３を接続してある。駆動モータ２７３は、回転速度を任意に変更することのできる可変速度型のものであり、回転駆動した場合にドライブプーリ２７２、タイミングベルト２７１、ドリブンプーリ２７０を介して上述した外筒部材２４０を一方方向（例えば、図３中において矢印Ａに示す方向）に回転させる作用を成す。
【００１９】
一方、外筒部材２４０に対して回転シール部となる部位には、それぞれ螺旋溝による非接触式のシール手段３０，３１を構成してある。具体的には、外筒部材２４０の先端部内周面と固定軸２２０の先端部外周面との間においては、固定軸２２０側に螺旋溝３００を刻設することによってシール手段（以下、適宜先端側シール手段３０という）を構成する一方、樹脂分流部材２１０における中心孔の内周面と外筒部材２４０の外周面との間においては、外筒部材２４０側に螺旋溝３１０を刻設することによってシール手段（以下、適宜基端側シール手段３１という）を構成してある。各シール手段３０，３１を構成する螺旋溝３００，３１０は、それぞれ複数条であり、いずれも外筒部材２４０が上述した一方方向Ａに回転した場合に先端側に向けて螺進するように設けてある。
【００２０】
また、各シール手段３０，３１には、それぞれ樹脂材の供給孔３０１，３１１と排出孔３０２，３１２とを付設してある。先端側シール手段３０においては、外筒部材２４０において固定軸２２０に設けた螺旋溝３００の中間部に対向する部位にそれぞれ径方向に沿って放射状に複数の孔を穿設することによって供給孔３０１を構成しているとともに、固定軸２２０において螺旋溝３００の基端側に位置する部位にそれぞれ径方向に沿って放射状に複数の孔を穿設することによって排出孔３０２を構成するようにしている。基端側シール手段３１においては、樹脂分流部材２１０の樹脂受部２１１において外筒部材２４０に設けた螺旋溝３１０の中間部に対向する部位にそれぞれ径方向に沿って放射状に複数の孔を穿設することによって供給孔３１１を構成しているとともに、樹脂分流部材２１０において螺旋溝３１０の基端に位置する部位からフランジ部２１２の基端面に開口するように放射状に複数の孔を穿設することによって排出孔３１２を構成するようにしている。
【００２１】
上記のように構成した押出成形ヘッド１においては、シェル１０を構成するヘッド本体１１０、ダイホルダ１２０およびダイ１３０の各内周面と、コア２０を構成する樹脂分流部材２１０の樹脂受部２１１、固定軸２２０、ニップル２３０および外筒部材２４０の各外周面との間に、基端が閉塞し、かつ先端に向けて開口する円環状流路４０が構成されることになり、さらにこの円環状流路４０が中継ヘッド５０を介して押出機２に接続してある。中継ヘッド５０は、ヘッド本体１１０の外周部において樹脂分流部材２１０の樹脂受部２１１に対向する部位に設けた連絡通路１１２を通じて円環状流路４０に連通し、該ヘッド本体１１０から径外方向に延在する部分である。押出機２は、スクリュ２ａの回転により溶融して軟化状態の樹脂材を順次中継ヘッド５０に供給するものである。なお、上述したヘッド本体１１０と同様に、上記中継ヘッド５０の壁内部にも温水を循環させるためのウォータジャケット５１を設けてある。また、図中の符号５２は、中継ヘッド５０の樹脂通路中に設けたブレーカプレートである。
【００２２】
上記のように構成した押出成形装置において中空パイプＰを成形するには、上述した駆動モータ２７３を駆動し、コア２０の外筒部材２４０を一定の速度で一方方向Ａに回転させた状態に保持する。この状態から押出機２を駆動すると、中継ヘッド５０に供給された樹脂材が連絡通路１１２を通じて円環状流路４０に達するようになる。円環状流路４０に達した樹脂材は、押出成形ヘッド１の先端側に向けて当該円環状流路４０の内部を順次進行し、最終的にダイ１３０とニップル２３０との間から所望形状の中空パイプＰとして連続的に押し出し成形されることになる。
【００２３】
ここで、中継ヘッド５０を通じて円環状流路４０に達した樹脂材は、樹脂分流部材２１０の樹脂受部２１１によって一旦分離した後、再び溶着することによって当該円環状流路４０を満たすようになるため、上述した押出成形装置においても中継ヘッド５０からほぼ１８０°ずれた位置に溶着痕であるウェルドマークが形成されるようになる。
【００２４】
しかしながら、上記押出成形装置によれば、樹脂材が供給されている間に外筒部材２４０を継続的に回転させるようにし、しかも外筒部材２４０に摩擦係数を増大させる内周側突起２４１を設けるようにしているため、これに接触する樹脂材が滑ることなくコア２０の軸心回りに旋回しながら円環状流路４０を進行することになる。この結果、樹脂材の再溶着によって発生するウェルドマークが螺旋状となって中空パイプＰの全周に広く分散し、表面にぼかされた状態で現れるようになり、外観品質の低下を抑えることができるようになる。しかも、強度的に見ても、強度の劣るウェルドマークの部分が従前の如く特定の箇所に集中することがなく、物性的にもより好ましいものとなる。
【００２５】
中空パイプＰの全周に分散されるウェルドラインの螺旋は、押出機２による樹脂材の押し出し速度に対して駆動モータ２７３による外筒部材２４０の回転速度を適宜調整することにより、その幅を任意に調整することが可能である。従って、例えば押出機２による樹脂材の押し出し速度に対して駆動モータ２７３による外筒部材２４０の回転速度を大きく設定すれば、表面に現れるウェルドラインの螺旋がより細かとなり、外観的にも強度的にもより高品質の中空パイプＰを得ることが可能である。
【００２６】
さらに、上述した押出成形装置では、外筒部材２４０に設けた内周側突起２４１に逆らうように高摩擦カラー１４０に外周側突起１４１を設けているため、これら突起１４１，２４１の協働によって、円環状流路４０を進行する樹脂材の板厚内での撹拌も期待できるようになり、上述した作用効果が一層顕著となる。
【００２７】
また、上記押出成形装置にあっては、外筒部材２４０を回転させることによって円環状流路４０の内部に回転シール部が構成されることになるものの、それぞれに螺旋溝３００，３１０によるシール手段３０，３１を設けてあるため、この回転シール部から円環状流路４０の外部へ樹脂材が漏洩する虞れはない。つまり、回転シール部に到達した樹脂材は、回転する外筒部材２４０と螺旋溝３００，３１０との作用によって円環状流路４０へ押し戻されるようになるため、当該回転シール部を通じて外部に漏洩する虞れがない。仮に、回転シール部の奥部へ樹脂材が進行したとしても、個々に設けた排出孔３０２，３１２を通じて回転シール部から排除されるとともに、個々に設けた供給孔３０１，３１１から供給される樹脂材によって円環状流路４０へ押し出されるようになる。従って、回転シール部に樹脂材が残存してそのまま劣化したり、焼き付いたりする虞れもない。この場合、上記押出成形装置のように、螺旋溝３００，３１０を複数条にすれば、供給孔３０１，３１１から供給される樹脂材が各螺旋溝３００，３１０に対して間欠的となり、円環状流路４０への樹脂材の押し出しがより効果的となり、回転シール部での樹脂材の劣化や焼き付きを一層確実に防止できるようになる。
【００２８】
さらに、上記押出成形装置では、押出成形ヘッド１から中空パイプＰとして最終的に押し出し成形される直前の樹脂材に対して、静止した状態のニップル２３０およびダイ１３０に接触させるようにしている。また、回転する外筒部材２４０と固定体である固定軸２２０との間にスラストベアリング２６２を介在させてあるため、押出機２からの樹脂材の圧力によって外筒部材２４０がスラスト方向へ移動する事態を可及的に防止することができるようになる。これらの結果、中空パイプＰの寸法精度を向上させることができ、さらなる品質の向上を図ることが可能になる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態では、円形の中空パイプを押し出し成形するための装置を例示しているが、その他の形状の中空品を押し出し成形するものにももちろん適用することが可能である。この場合、環状流路の下流端においては、その横断面形状が成形すべき中空品の形状に合致している必要があるものの、樹脂材に旋回運動を与える部分に関しては必ずしも中空品の形状に合致している必要はなく、円環となっていることが好ましい。
【００３０】
また、上述した実施の形態では、押出成形ヘッドに対してその外周部に押出機を接続するようにしているが、本発明はこれに限定されず、例えば、押出成形ヘッドの基端側に押出機を接続するようにしても同様の作用効果を期待することが可能である。
【００３１】
なお、樹脂材に与える旋回運動は、一定の速度で一方方向に回転させるものに限らず、ランダムに速度や方向を変更するようにしてもよい。また、駆動源からの動力をタイミングベルトによって伝達するようにしているが、タイミングベルトに代えてギア列やチェーンを適用してもよいのはいうまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環状流路に供給された樹脂材に対して強制的に押し出し方向に沿った軸心回りの旋回運動を与えるようにしているため、ウェルドマークが広く分散し、中空品の表面にぼかされた状態で現れるようになり、外観品質の低下を抑えることができる。しかも、強度の劣る部分が特定の箇所に集中することがなく、物性的にもより好ましいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る押出成形装置の一実施形態を示した要部断面側面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】図２における ＩＩＩ−ＩＩＩ 線拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 押出成形ヘッド
２ 押出機
１０ シェル
２０ コア
３０ 先端側シール手段
３１ 基端側シール手段
４０ 円環状流路
５０ 中継ヘッド
１１０ ヘッド本体
１１２ 連絡通路
１２０ ダイホルダ
１３０ ダイ
１４０ 高摩擦カラー
１４１ 外周側突起
２１０ 樹脂分流部材
２１１ 樹脂受部
２１２ フランジ部
２２０ 固定軸
２３０ ニップル
２４０ 外筒部材
２４１ 内周側突起
２５０ カバー部材
２６２ スラストベアリング
２７０ ドリブンプーリ
２７１ タイミングベルト
２７２ ドライブプーリ
２７３ 駆動モータ
３００，３１０ 螺旋溝
３０１，３１１ 供給孔
３０２，３１２ 排出孔
Ｐ 中空パイプ

Claims (3)

1. コアの外周面とこのコアの周囲を囲繞するように設けたシェルの内周面との間に画成される環状流路に溶融して軟化状態の樹脂材を供給することにより、該環状流路の下流端部から中空品を押し出し成形するようにした装置において、前記シェルを固定配置する一方、前記シェルを構成する筒状のヘッド本体の中心孔の内周面に円環状を成し内周面の全周に多数の外周側突起を設けた高摩擦カラーを保持すると共に、前記コアにおいて少なくとも樹脂材に接触する外筒部材を回転可能に配設し、前記外筒部材において前記高摩擦カラーの内周面に対向する部位の外周面の全周に前記外周側突起に並設して摩擦係数を増大させる内周側突起を設け、前記外周部分を回転させた状態で前記環状流路に樹脂材を供給するようにして、前記環状流路に供給された樹脂材に対して強制的に押し出し方向に沿った軸心回りの旋回運動を与えるようにし、
   前記コアは、前記環状流路の上流端部側において所定の固定体に保持させた固定軸と、この固定軸の外周部に回転可能に配設した外筒部材と、前記固定軸において前記外筒部材よりも下流端部側となる位置に取り付けたニップルとを具備し、前記環状流路に供給された樹脂材に対して回転状態の外筒部材および静止状態のニップルを順次接触させるものであり、
   前記外筒部材との回転シール部となる部位に、当該外筒部材が回転した場合に前記環状流路に向けて螺進するように螺旋溝を設けたことを特徴とする中空品の押出成形装置。
2. 前記螺旋溝を複数条設けた請求項１に記載の中空品の押出成形装置。
3. 前記螺旋溝に対してその周囲から樹脂材を供給する手段を付設した請求項１または請求項２に記載の中空品の押出成形装置。

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