JP4741857B2 - フィルム・シート成形用ダイス - Google Patents

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Description

この発明は、フィルム・シート成形に用いられるダイスに関し、特に、チョーカ部（チョーク部）隙間調整機構を具備したフィルム・シート成形用ダイスに関するものである。
ダイス（Ｔダイ）によるフィルム・シート成形では、成形するフィルム・シートの厚さが均一になるには、スリット状のダイス出口より流出する溶融樹脂の流量分布がダイスの幅方向において均一で、且つダイ停滞時間分布もダイスの幅方向において均一である必要がある。
このことに対して、均一な流量分布、均一なダイ停滞時間分布が得られるよう、フィルム・シート成形用ダイスのマニホールドや圧損調整ランドの形状を、コンピュータを用いた分析、解析によって決定することが行われている。この場合のマニホールドや圧損調整ランドの形状は、かなり複雑な曲面形状になるが、高精度な数値制御機械加工によって複雑な曲面形状の加工も可能になってきている。
しかし、フィルム・シート成形機の運転条件により、樹脂特性が変わるため、前述したようにマニホールドや圧損調整ランドの形状を最適に設定しても、全ての運転条件で、フィルム・シート厚さを均一することは難しい。
従来技術として、フィルム・シート成形用ダイスに、リップ隙間調整機構やチョーカ部を設け、運転条件に応じてリップ隙間調整機構によってダイス出口のリップ隙間調整を行ったり、チョーカ部隙間を変えたりすることにより、運転条件毎に、フィルム・シート厚さを均一にすることが行われている。
チョーカ部の隙間調整は、チョーカ調整ボルトを回し、チョーカバーを上下方向（ダイス内部における溶融樹脂流路の断面積に変化を与える方向）に移動させることにより行われる。チョーカ調整ボルトは、一般的なダイスで、ダイス幅方向に、３０〜６０ｍｍ程度のピッチをもって複数個設けられている。
フィルム・シート厚さを均一にするには、これらのチョーカ調整ボルトを操作し、チョーカ部の隙間を、各チョーカ調整ボルトの配置部位毎に調整する。チョーカバーは、一般に、角棒構造で、ダイス本体と同種の鋼材により構成されている。
各チョーカ調整ボルトを回してチョーカバーの移動量を変えて行うチョーカ部隙間調整は、数本のチョーカ調整ボルトピッチ毎にチョーカバーを曲げて、その形状でチョーカ部隙間を変える程度であり、各チョーカ調整ボルト毎に波状にチョーカバーを曲げることはできない。つまり、狭いピッチでの微細なチョーカ部隙間調整は困難であり、狭いピッチでの厚さ調整を行うことができない。
各チョーカ調整ボルトに回転アクチュエータを取り付け、フィルム・シート厚さを自動計測し、その計測値によって各回転アクチュエータをフィードバック制御し、自動的にフィルム・シート厚さを自動制御するシステムがある。
この場合、チョーカ部の隙間調整は、自動になるが、手動のものと同様に、狭いピッチでの微細なチョーカ部隙間調整ができず、狭いピッチでの厚さ調整を行うことができない。
また、ダイス本体のマニホールド部分あるいはリップ付近にカートリッジヒータを埋め込み、ヒータ加熱によってダイスにおける溶融樹脂の粘性特性を変え、溶融樹脂の流量調整によってフィルム・シート厚さを調整するフィルム・シート成形用ダイスも知られている。
カートリッジヒータがダイス背面よりダイス幅方向に所定ピッチで複数個配置され、各ヒータの温度調整によってマニホールド内樹脂の流れ特性を変えてフィルム・シート厚さを調整する方式のものでは、ダイス中央よりマニホールド内に流入した溶融樹脂がマニホールド内でダイス幅方向に広がる時に、ダイス中央側のヒータによって制御した影響がダイス端部側へ流れる溶融樹脂に及ぶことになる。
このため、フィルム・シート厚さ調整において、ダイス端部側についてはダイス中央側上流の制御影響を考慮した複雑な制御が必要になる。樹脂特性から、上流側と下流側の温度制御の相互干渉により、フィルム・シート厚さを均一にすることが困難になる場合も生じる。
カートリッジヒータがリップ出口幅方向に所定ピッチで複数個配置され、各ヒータを温度調整する方式のものでは、幅方向に個別に制御可能であるため、フィルムや薄物シートの成形に有効的に使用されている。しかし、厚物シートの場合は、ヒータの熱量不足により、十分な制御が困難で、使用されることが少ない。
この発明が解決しようとする課題は、狭いピッチでの微細な調整を可能にし、高精度な厚さのフィルム・シートを成形することである。
請求項１に記載の発明は、溶融樹脂流路の途中にチョーカバーが配置され、ダイス幅方向に所定のピッチで配置された複数個のチョーカ調整ボルトによってチョーカバーを動かしてチョーカ部の隙間調整を行うチョーカ部隙間調整機構を有するフィルム・シート成形用ダイスにおいて、前記各チョーカ調整ボルトは、中空ボルトにより構成されて前記チョーカバーに接続され、前記中空ボルト内に、サーマルコンダクタおよび温度センサが内蔵され、前記サーマルコンダクタの先端が前記チョーカバーの近傍に位置し、前記チョーカバーと前記サーマルコンダクタの先端との間に前記温度センサが位置していることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィルム・シート成形用ダイスにおいて、ダイス出口のリップ隙間を調整するリップ隙間調整機構を有することを特徴とする。
この発明によるフィルム・シート成形用ダイスは、サーマルコンダクタによってチョーカバーの表面温度をチョーカ調整ボルトの配置ピッチで制御できる。チョーカ部の溶融樹脂は、チョーカバーの表面温度が高いと、樹脂特性によって粘性を下げることにより、多く流れ、その部位に相当する部分のフィルム・シート厚さが厚くなり、これとは、反対に、チョーカバーの表面温度が低いと、流れが少なくなり、その部位に相当する部分のフィルム・シート厚さが薄くなるから、サーマルコンダクタ制御によって狭いピッチでの微細な調整が可能になり、高精度な厚さのフィルム・シートを成形することができる。
この発明によるフィルム・シート成形用ダイスの一つの実施形態を、図１を参照して説明する。
本実施形態のフィルム・シート成形用ダイスは、締結ボルト１３によって互いに締結された上部ダイス本体１１と下部ダイス本体１２との締結体によるダイス本体１０を有する。
ダイス本体１０は、ダイス幅方向中央の背面側に樹脂入口流路１４を有する。ダイス本体１０はダイス幅方向に長いマニホールド部１５を有している。樹脂入口流路１４は、ダイス幅方向中央にてマニホールド部１５に連通している。
マニホールド部１５の出口側には、マニホールド部１５と同様に、ダイス幅方向に長い圧損調整ランド１６、溶融樹脂流路１７が形成されている。圧損調整ランド１６、溶融樹脂流路１７の形状は、コンピュータによるシミュレーションによって最適に設定されている。
ダイス本体１０の前面側には、上部ダイス本体１１による上部リップ部１８と、下部ダイス本体１２に上下方向に移動可能に取り付けられた可動下部リップ部材１９とによりダイス幅方向に長いダイス出口２０が画定されている。そして、マニホールド部１５の出口側は、圧損調整ランド１６、溶融樹脂流路１７を介してダイス出口２０に連通している。
可動下部リップ部材１９は、下部ダイス本体１２に設けられた調整ボルト２１、調整ボルト２１にキャップ部材２２を介してねじ係合した調整ナット２３により、上下方向位置を変更可能になっており、締結ボルト２４によって調整位置で下部ダイス本体１２に固定されるようになっており、ダイス出口２０のスリット幅（リップ隙間）を可変設定できるようになっている。この構造がリップ隙間調整機構である。このリップ隙間調整機構により、成形するフィルム・シートの厚さを可変設定できる。
上部ダイス本体１１には、ダイス幅方向に所定のピッチで、複数個のリップ調整ボルト２５が取り付けられている。リップ調整ボルト２５には調整ナット２６がねじ係合している。調整ナット２６を回すことによって、各リップ調整ボルト２５毎に上部リップ部１８を弾性変形させ、ダイス出口２０のリップ隙間を微調整できるようになっている。
上部ダイス本体１１と下部ダイス本体１２の各々に、ダイス幅方向に所定のピッチで、ダイス加熱カートリッジヒータ２７、２８が埋め込み装着されている。
溶融樹脂流路１７の途中にはチョーカバー３１が配置されている。チョーカバー３１は、上部ダイス本体１１側にあって、下部ダイス本体１２とでチョーカ部３０を構成している。
上部ダイス本体１１には、ダイス幅方向に所定のピッチ（２０〜６０ｍｍ程度）で、複数個の中空チョーカボルト（チョーカ調整ボルト）３２が配置されている。中空チョーカボルト３２はチョーカバー３１に接続されている。中空チョーカボルト３２にはキャップ部材３３を介して調整ナット３４がねじ係合している。調整ナット３４を回すことにより、中空チョーカボルト３２が上下に移動し、それによってチョーカバー３１が上下に移動し、チョーカ部３０の隙間調整が行われる。これがチョーカ部隙間調整機構である。
なお、チョーカバー３１のためのチョーカ調整ボルトを熱媒ボルトにより構成し、チョーカ調整ボルト自体をサーマルコンダクタとすることもできる。また、中空チョーカボルト３２は上部ダイス本体１１にねじ係合した直動式のものとすることもできる。
複数個の中空チョーカボルト３２の各々の中空部３５には細棒状のサーマルコンダクタ３６がチョーカバー３１部分まで挿入されている。つまり、中空チョーカボルト３２の中空部３５にサーマルコンダクタ３６の先端側がチョーカバー３１部分に届くように挿入されている。
サーマルコンダクタ３６は、カートリッジヒータや二重パイプ式の熱媒式パイプ等により構成することができ、チョーカバー３１側の先端部に精密な温度測定を行える温度センサ３７を内蔵し、各々独立して温度制御される。
温度センサ３７により計測される温度によってサーマルコンダクタ３６の電流制御を行うことにより、各サーマルコンダクタ３６の温度を個別に精密に制御することが可能になる。なお、要求されるフィルム・シート厚さ精度によっては、温度センサ３７を省略できる。
ダイス流路をコンピュータによってシミュレーションした時の条件と実際に運転した時の樹脂特性が異なる場合や、シミュレーション時と異なる品種の樹脂を用いて運転する場合には、ダイス幅方向全体の流れが大きなうねりで変化する。この大きなうねりは、中空チョーカボルト３２の操作によって調整、補償する。
サーマルコンダクタ３６の熱はチョーカバー３１に伝導し、サーマルコンダクタ３６によってチョーカバー３１の表面温度が決まる。チョーカ部３０の溶融樹脂は、チョーカバー３１の表面温度が高い部位では、樹脂特性によって粘性を下げることにより、多く流れ、その部位に相当する部分のフィルム・シート厚さは厚くなる。これとは、反対に、チョーカバー３１の表面温度が低い部位では、溶融樹脂の流れが少なくなり、その部位に相当する部分のフィルム・シート厚さは薄くなる。
チョーカ部３０は、狭い流路構造になっているから、流路内樹脂の流れ特性を温度で制御することは、十分達成可能である。これにより、中空チョーカボルト３２によるチョーカ部隙間調整では調整できない狭いピッチでの調整は、サーマルコンダクタ３６の温度制御によって行うことができる。
このことから、中空チョーカボルト３２によるチョーカ部隙間調整は手動式で、サーマルコンダクタ３６によるサーマルコンダクタ制御（温度制御）は自動式であることが好ましい。
このことから、この発明によるフィルム・シート成形用ダイスは、フィルム・シート厚さの自動計測によってフィードバック制御する自動制御システムのフィルム・シート成形機での使用が好ましく、フィルム・シート厚さの自動計測結果によって、フィルム・シート厚さが均一になるように、サーマルコンダクタ制御（温度制御）を行うことができる。
なお、簡易機では、フィルム・シート厚さの自動計測結果に基づいて、各サーマルコンダクタ３６の設定温度を手動入力してもよい。
サーマルコンダクタ３６が熱媒式の場合には、チョーカバー３１の表面温度を強制的に低い温度に設定することが可能であるので、温度による制御量を大きいレンジで設定することができる。
中空チョーカボルト３２によるチョーカ部隙間調整と、サーマルコンダクタ３６によるサーマルコンダクタ制御とを併用すると、運転条件が大きく違った場合や、樹脂品種が変わっても、高精度の厚さのフィルム・シートが成形可能になる。
同一樹脂品種の場合には、サーマルコンダクタ３６によるサーマルコンダクタ制御とリップ調整ボルト２５によるリップ隙間調整によって高精度の厚さのフィルム・シートが成形可能になる。
この発明によるフィルム・シート成形用ダイスの一つの実施形態を示す縦断面図である。
符号の説明
１０ ダイス本体
１１ 上部ダイス本体
１２ 下部ダイス本体
１３ 締結ボルト
１４ 樹脂入口流路
１５ マニホールド部
１６ 圧損調整ランド
１７ 溶融樹脂流路
１８ 上部リップ部
１９ 可動下部リップ部材
２０ ダイス出口
２１ 調整ボルト
２２ キャップ部材
２３ 調整ナット
２４ 締結ボルト
２５ リップ調整ボルト
２６ 調整ナット
３０ チョーカ部
３１ チョーカバー
３２ 中空チョーカボルト
３３ キャップ部材
３４ 調整ナット
３５ 中空部
３６ サーマルコンダクタ
３７ 温度センサ

Claims (2)

  1. 溶融樹脂流路の途中にチョーカバーが配置され、ダイス幅方向に所定のピッチで配置された複数個のチョーカ調整ボルトによってチョーカバーを動かしてチョーカ部の隙間調整を行うチョーカ部隙間調整機構を有するフィルム・シート成形用ダイスにおいて、
    前記各チョーカ調整ボルトは、中空ボルトにより構成されて前記チョーカバーに接続され、
    前記中空ボルト内に、サーマルコンダクタおよび温度センサが内蔵され、
    前記サーマルコンダクタの先端が前記チョーカバーの近傍に位置し、
    前記チョーカバーと前記サーマルコンダクタの先端との間に前記温度センサが位置している、
    ことを特徴とするフィルム・シート成形用ダイス。
  2. 請求項１に記載のフィルム・シート成形用ダイスにおいて、
    ダイス出口のリップ隙間を調整するリップ隙間調整機構を有する、
    ことを特徴とするフィルム・シート成形用ダイス。
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