JP4952206B2 - 押出ダイヘッド - Google Patents

Description

本発明は、押出機の先端に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料を中実状に押し出すための押出ダイヘッドに関する。

近年、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂を、ブロー成形などによってボトル状に成形してなる合成樹脂製容器が、各種飲料品を内容物とする飲料用容器として急速に普及、浸透してきている。このような合成樹脂製容器は、一般には、プリフォームと称される有底筒状の成形中間体を用意して、これを金型内にセットし、必要に応じて延伸ロッドを用いて縦方向に延伸しつつ、ブローエアーによって横方向にも延伸することにより、所定の容器形状に成形される。

このようにしてボトル状の合成樹脂製容器を製造するに際し、従来、プリフォームの多くは射出成形にて成形されてきたが、近年にあっては、経済性、生産効率の点で優れていることから、多数個の成形金型を回転円盤に取り付けた回転式の圧縮成形機（例えば、特許文献１、特許文献２参照）を利用して、圧縮成形にて成形されたプリフォームが用いられることも多くなってきた。

しかしながら、特許文献１や、特許文献２に記載されているような回転式の圧縮成形機は、押出ダイヘッドから押し出された溶融状の樹脂材料（ドロップ）を、回転移動している雌型へ連続的に供給する必要がある。そして、個々の雌型にドロップを供給するにあたっては、各雌型のキャビティ内に、迅速、かつ、正確にドロップが挿入されるようにしなければならず、ドロップの挿入が正確になされないと、ドロップの一部が雌型のキャビティ外にはみ出すなどして、精密なプリフォームを得ることができなくなってしまう。

このような事情に鑑み、本出願人は、回転式の圧縮成形機を利用してプリフォームを量産するにあたり、雌型へのドロップの連続的な供給を、より迅速に、かつ、より正確に行うべく鋭意検討を重ねた。その結果、樹脂材料の流動経路などとの関係で、押出機から押出ダイヘッドに至るまでの樹脂材料の流動経路が途中で方向転換されているような場合、特に、押出機の押出方向とクロスする方向に樹脂材料の流動経路が方向転換されているような場合には、流路内の樹脂材料の流速分布の軸対称性が崩れてしまうため、溶融状態の樹脂材料が押出ダイヘッドの開口部からまっすぐに押し出されずに、不定の方向に曲がりながら押し出されてしまい、ドロップの正確な切断や、ドロップの雌型への正確な挿入に支障をきたしてしまうという問題があることを見出し、このような問題を解決するための手段を、特許文献３において先に提案した。

ここで、特許文献３には、押出ダイヘッドの樹脂経路中に樹脂流動制御ピンを挿入し、樹脂流動制御ピンの位置を調整して樹脂の流動を制御することによって、押出ダイヘッドの先端に形成された押出し開口部から押し出される溶融状態の樹脂の曲がりを矯正する旨が記載されている。

特開２０００−２５７２９号公報 特開２０００−１０８１２７号公報 特開２００５−３１９６６７号公報

しかしながら、本発明者らが、さらなる検討を重ねたところ、上記手段においては、樹脂流動制御ピンの位置調整に煩雑な作業が強いられるとともに、樹脂流動制御ピンの影響により、中実状に押し出される溶融状態の樹脂材料の中心部が過剰に昇温してしまい、樹脂材料を劣化させてしまうおそれがあるという知見を得るに至った。

本発明は、このような不具合を解消するためになされたものであって、煩雑な作業を強いることなく、押出ダイヘッドの開口部から押し出される溶融状態の樹脂材料が、不定の方向に曲がってしまうなどの不具合を有効に回避することができ、さらに、樹脂材料の温度調節も容易として過剰な昇温を抑制することも可能な押出ダイヘッドの提供を目的とする。

本発明に係る押出ダイヘッドは、押出機の先端に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料を中実状に押し出すための押出ダイヘッドであり、前記樹脂材料が押し出される開口部が設けられたダイヘッド本体と、先端側が前記開口部に対向するようにして前記ダイヘッド本体内に装着されるコアとを少なくとも備え、前記ダイヘッド本体の内周面が、前記開口部に向かうにしたがって縮径するように傾斜する第一傾斜面と、前記第一傾斜面よりも前記開口部側に位置して前記第一傾斜面よりも大きな角度で傾斜する第二傾斜面とを有するとともに、前記ダイヘッド本体の内周面と、前記ダイヘッド本体内に装着された前記コアとの間には、前記開口部に向かうにしたがって両者の間隔が徐々に拡がっていくように空隙が形成され、前記コアには、少なくとも一条の螺旋溝が表面に沿って螺旋状に刻設され、かつ、前記螺旋溝は前記コアの先端側に向かって徐々に溝深さが浅くなっている構成としてある。

このような構成を採用することにより、ダイヘッド本体の内周面と、ダイヘッド本体内に装着されたコアとの間に形成された空隙に導かれた樹脂材料は、コアの表面に沿って刻設された螺旋溝により渦状の流れを生じ、この渦状の流れによって攪拌される。そして、開口部に近づくにつれて、コアに刻設された螺旋溝が浅くなっていくことにより、樹脂材料に生じた渦状の流れは、徐々に軸方向に沿った流れへと変換される。
したがって、本発明に係る押出ダイヘッドによれば、渦状の流れを生じさせて樹脂材料を十分に攪拌した後に、その流れを徐々に軸方向へと向かわせることで、開口部から押し出される際の軸方向に沿う樹脂材料の流速分布の軸対称性を高めることが可能となる。このため、押出機の先端に取り付けるだけで、樹脂材料を中実状に押し出す際に煩雑な作業を強いることなく、樹脂材料が不定の方向に曲がりながら押し出されてしまうのを有効に回避することができる。

また、本発明に係る押出ダイヘッドは、前記ダイヘッド本体の内周面と、前記ダイヘッド本体内に装着された前記コアとの間には、前記開口部に向かうにしたがって両者の間隔が徐々に拡がっていくように空隙が形成されている構成とすることで、ダイヘッド本体の内周面とコアとの間の間隔が拡がっていき、流路内の樹脂圧の異常上昇（急激な圧力上昇）を生じさせないよう流路断面積を確保しつつ、樹脂材料を開口部に向かわせることが可能となる。

また、本発明に係る押出ダイヘッドは、前記押出機の押出方向に対して方向転換する樹脂流路を有し、押出機から押出ダイヘッドに至るまでの樹脂材料の流動経路が途中で方向転換されているような場合、特に、樹脂材料の流れ方向を押出機の押出方向とクロスするように方向転換する樹脂流路を有する場合に、その効果が顕著となる。

また、本発明に係る押出ダイヘッドは、前記コアが冷却機構を備える構成とすることができ、より具体的には、前記コアに、冷媒注入ノズルを埋設した構成とすることができる。
このような構成とすれば、加熱溶融させた樹脂材料からの熱がコアに蓄積されるのを防ぎ、樹脂材料の温度調節を容易として過剰な昇温を抑制することができる。

以上のような本発明によれば、ダイヘッド本体の内周面と、ダイヘッド本体内に装着されたコアとの間に形成された空隙に導かれた樹脂材料に渦状の流れを生じさせ、これによって樹脂材料を十分に攪拌した後に、その流れを徐々に軸方向へと向かわせることで、開口部から押し出される際の軸方向に沿う樹脂材料の流速分布の軸対称性を高めることが可能となる。このため、押出機の先端に取り付けるだけで、樹脂材料を中実状に押し出す際に煩雑な作業を強いることなく、樹脂材料が不定の方向に曲がりながら押し出されてしまうのを有効に回避することができる。

以下、本発明に係る押出ダイヘッドの好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態における押出ダイヘッドの概略を示す断面図であり、本実施形態の押出ダイヘッド１は、加熱溶融させた樹脂材料を混練、押し出しする押出機（図示せず）の先端に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料が中実状に押し出されるようにするためのものである。

図１に示す例において、押出ダイヘッド１は、樹脂材料が押し出される開口部３０が設けられたダイヘッド本体１と、先端側が開口部３０に対向するようにしてダイヘッド本体２０内に装着されるコア１０とを備えている。コア１０は、図示しないボルトなどでダイヘッド本体２０に締め付け固定される押さえ部材４６により、流路形成部材４５を介して上方より押圧されて、ダイヘッド本体２０の内周面との間に所定の間隔で空隙が形成されるように固定されている。

ダイヘッド本体２０の内周面は、図１に示すように、円筒状の垂直面２１と、この垂直面２１に対して角度θ１で傾斜して開口部３０に向かうにしたがって縮径するようにされた円錐台状の第一傾斜面２２と、同様に垂直面２１に対して角度θ２（但し、θ１＜θ２）で傾斜して第一傾斜面２２よりも開口部３０側に位置する円錐台状の第二傾斜面２３とからなっている。

また、コア１０は、先細り状の先端部を有し、その全体形状がほぼ円錐状とされている。そして、図１及び図２に示すように、垂直部１０ａ、第一傾斜部１０ｂ、第二傾斜部１０ｃ及び第三傾斜部１０ｄを有し、軸方向に対する各傾斜部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの側面の傾斜角度が、先端側になるほど大きくなるっている。
なお、図２は、コア１０の概略を示す正面図である。

ダイヘッド本体２０内にコア１０が装着されると、コア１０の垂直部１０ａの上部側が、ダイヘッド本体２０側の垂直面２１に密着する。これとともに、コア１０の垂直部１０ａの下部側にあっては、ダイヘッド本体２０側の垂直面２１との間に、一定のクリアランスＣ１が確保されるようになっている。

また、ダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０内に装着されたコア１０との間には、これらの下方に位置する開口部３０に向かうにしたがって両者の間隔が徐々に拡がっていくように空隙が形成される。この空隙は、コア１０側の各傾斜部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの外側面１０ｂｂ，１０ｃｃ，１０ｄｄの傾斜角度と、ダイヘッド本体２０側の各傾斜面２２，２３の傾斜角度を適宜調整することにより、所定の間隔で形成されるようにすることができる。

例えば、図示する例のように、コア１０側の第一傾斜部１０ｂの外側面１０ｂｂと、ダイヘッド本体２０側の第一傾斜面２２とのなす角度をθ３とするとともに、コア１０側の第一傾斜部１０ｂよりも先端側に位置するコア１０側の第二傾斜部１０ｃの外側面１０ｃｃと、ダイヘッド本体２０側の第一傾斜面２２よりも開口部３０側に位置するダイヘッド本体２０側の第二傾斜面２３とのなす角度をθ４とし、さらに、θ３＜θ４とすることで、ダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０内に装着されたコア１０の外側面との間に形成される空隙を、開口部３０に向かうにしたがって徐々に拡がっていくようにすることができる。このようにすることで、樹脂材料が流れていくに際して、ダイヘッド内における急激な圧力上昇を抑制することができる。
なお、図示する例において、コア１０の第三傾斜部１０ｄの外側面１０ｄｄは、第二傾斜部１０ｃの側面に対してさらにθ５だけ傾斜角度が大きくなっている。

また、ダイヘッド本体２０内にコア１０を装着するに際して、押さえ部材４６、流路形成部材４５、コア１０のそれぞれは、互いに密着して樹脂流路を形成している。押出機から押し出されてきた樹脂材料は、この樹脂流路を通ってダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０内に装着されたコア１０との間に形成された空隙に導かれて、ダイヘッド本体２０の下方に位置する開口部３０から中実状に押し出される。

ここで、流路形成部材４５と押さえ部材４６とが密着することにより、両者の間には水平方向に延在するように樹脂流路が形成されるが、図示する例にあっては、押出機側から延びてきた主流路４０が、第一水平流路４１ａと第二水平流路４１ｂとに分岐している（図３参照）。そして、第一水平流路４１ａと第二水平流路４１ｂのそれぞれが、流路形成部材４５をほぼ垂直に貫通する第一垂直流路４２ａと第二垂直流路４２ｂに連続している。
さらに、第一垂直流路４２ａと第二垂直流路４２ｂのそれぞれは、図示するように流路形成部材４５からコア１０の上端側へと連通し、二重螺旋を描くようにしてコア１０の表面に沿って刻設された第一螺旋溝１１ａと第二螺旋溝１１ｂに連続している。
なお、図３は、上記各樹脂流路４０，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂと、コア１０との位置関係を示す図１のＡ−Ａ断面に相当する説明図である。

前述したように、押出ダイヘッド１は押出機の先端に取り付けられ、押出機から押し出された樹脂材料は、主流路４０を通って第一水平流路４１ａと第二水平流路４１ｂとに分かれていく。そして、第一水平流路４１ａと第二水平流路４１ｂのそれぞれに流れていった樹脂材料は、第一水平流路４１ａから第一垂直流路４２ａへ、第二水平流路４１ｂから第二垂直流路４２ｂへと、その流れ方向が押出機の押出方向とクロスするように、下方に向かってほぼ直角に方向転換されていく。

第一水平流路４１ａから第一垂直流路４２ａへと導かれた樹脂材料は、その一部がコア１０の垂直部１０ａと、ダイヘッド本体２０の垂直面２１との間に形成されたクリアランスＣ１を通って、そのまま流れ方向を変えずにダイヘッド本体２０の内周面に沿って流れていくが、第一垂直流路４２ａを流れてきた樹脂材料の多くは第一螺旋溝１１ａ内に流入して、図１中手前側に向かっていくとともに、コア１０の表面に沿って螺旋状に旋回しながら下方に流れていく。
同様に、第二水平流路４１ｂから第二垂直流路４２ｂへと導かれた樹脂材料も、一部がクリアランスＣ１を通ってダイヘッド本体２０の内周面に沿って流れていくものの、その多くは第二螺旋溝１１ｂ内に流入して図１中奥手側に向かっていくとともに、コア１０の表面に沿って螺旋状に旋回しながら下方に流れていく。

このとき、本実施形態にあっては、コア１０の先端側に向かうにしたがって、徐々に螺旋溝１１ａ，１１ｂの溝深さを浅くしていくとともに、ダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０内に装着されたコア１０との間には、開口部３０に向かうにしたがって両者の間隔が徐々に拡がっていくように空隙を形成してある。

このようにすることで、ダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０内に装着されたコア１０との間に形成された空隙に導かれた樹脂材料は、コア１０の表面に沿って刻設された螺旋溝１１ａ，１１ｂにより渦状の流れを生じ、この渦状の流れによって攪拌されるが、開口部３０に近づくにつれて、螺旋溝１１ａ，１１ｂ内を流れていた樹脂材料が、ダイヘッド本体２０の内周面とコア１０との間に形成された空隙へと流出していき、樹脂材料に生じた渦状の流れは、徐々に軸方向に沿った流れへと変換される。
そして、前述したように、ダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０内に装着されたコア１０の外側面との間に形成される空隙を、開口部３０に向かうにしたがって徐々に拡げていくことで、ダイヘッド内における急激な圧力上昇を抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、渦状の流れを生じさせて樹脂材料を十分に攪拌した後に、その流れを徐々に軸方向へと向かわせて、開口部３０から押し出される際の軸方向に沿う樹脂材料の流速分布の軸対称性を高めることが可能となる。このため、本実施形態の押出ダイヘッド１は、押出機の先端に取り付けるだけで、樹脂材料を中実状に押し出す際に煩雑な作業を強いることなく、樹脂材料が不定の方向に曲がりながら押し出されてしまうのを有効に回避することができる。

特に、図示する例のように、樹脂材料の流れ方向を押出機の押出方向とクロスするように方向転換する樹脂流路を有する場合には、押出ダイヘッド１の開口部３０において、開口部３０の中心を挟んで押出機側と反押出機側とで材料樹脂とでの流速に差が生じるため、樹脂材料が押出機の押出方向と同方向に向かって曲がりながら押し出されてしまう傾向が強いが、本実施形態の押出ダイヘッド１は、このような場合に顕著な効果を示す。

また、加熱溶融させた樹脂材料が、ダイヘッド本体２０の内周面と、ダイヘッド本体２０に装着されたコア１０との間に形成される空隙を通って、開口部３０から押し出されるに際し、樹脂材料の熱に加えて、樹脂材料の剪断発熱による熱によりコア１０は蓄熱され、かなりの高温にまで昇温してしまうことがある。そして、コア１０に蓄積された熱によって、樹脂材料の温度が過剰に昇温してしまうと、樹脂材料を劣化させるおそれがある。

本実施形態にあっては、樹脂材料からの熱がコア１０に蓄積されるのを防ぎ、より積極的には、コア１０により樹脂材料を冷却するようにして樹脂材料の劣化を避けるために、コア１０が冷却機構を備えるようにすることができ、図示する例では、冷媒注入ノズル６０をコア１０に埋設してある。すなわち、図示する例にあっては、コア１０の中心に冷媒排出孔６１を穿設しておき、この冷媒排出孔６１内に冷媒注入ノズル６０を挿通、固定している。

これにより、冷媒注入ノズル６０から注入された冷媒によって、コア１０を内部から冷却するようにしてある。このようにすれば、加熱溶融させた樹脂材料からの熱がコア１０に蓄積されるのを防ぎ、さらには、樹脂材料を冷却することにより、樹脂材料の温度調節を容易として過剰な昇温を抑制することができるようになる。
なお、冷媒注入ノズル６０から注入された冷媒は、冷媒排出孔６１を通じて外部へ排出させることができる。

また、コア１０の冷却は、コア１０全体についてなされるようにしてもよいが、コア１０の周りを覆うようにして流れてきた樹脂材料が合流するコア１０の先端部において、より多くの熱が蓄積される傾向にある。このため、コア１０の冷却は、その先端部が優先してなされるようにするのが効果的であり、図示する例にあっては、コア１０の先端部の内側に冷媒が直接注入、又は冷媒が循環して冷却されるように、冷媒注入ノズル６０を埋設してある。冷媒としては、圧縮空気、水、油などが挙げられる。

また、ヒートパイプとよばれる熱伝達率の高い材料を冷媒排出孔６１に相当する部分に埋設し、コア１０先端の冷却効率を高めることもできる。ここで、熱伝達率の高い材料としては、水（蒸気）、代替フロンを真空パイプ内に封入したものや、ベリリウム銅、銅、アルミなどが挙げられる。

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、前述した実施形態では、コア１０の表面に二条の螺旋溝１１ａ，１１ｂを刻設した例を示したが、螺旋溝は二条に限られない。螺旋溝は、少なくとも一条あればよく、また、三条以上を設けるようにすることもできる。さらに、樹脂材料を螺旋溝に導く樹脂流路は、螺旋溝の数に対応させて適宜変更することもできる。

また、前述した実施形態で図示した例において、螺旋溝１１ａ，１１ｂは、その延在方向に直交する面で切り取った断面が、いずれの位置においても曲率半径がほぼ等しい円弧を共通に含む断面形状を有しており、溝深さのみがコア１０の先端側に向かって徐々に浅くなるようにしているが、螺旋溝の断面形状は、このようなものには限定されない。すなわち、螺旋溝に沿った渦状の流れを生じさせるために樹脂材料に及ぼされる抵抗が、コア１０の先端側に近づくほど少なくなり、螺旋溝内から樹脂材料が流出する割合が多くなるように溝深さが浅くなっていれば、螺旋溝の断面形状などは任意に設定することができる。

以上説明したように、本発明は、押出機の先端に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料を中実状に押し出すための押出ダイヘッドを提供する。

本発明に係る押出ダイヘッドの概略を示す断面図である。 コアの概略を示す正面図である。 各樹脂流路とコアとの位置関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 押出ダイヘッド
１０ コア
１１ａ 第一螺旋溝
１１ｂ 第二螺旋溝
２０ ダイヘッド本体
３０ 開口部
６０ 冷媒注入ノズル
６１ 冷媒排出孔

Claims (5)

1. 押出機の先端に取り付けられて、溶融状態の樹脂材料を中実状に押し出すための押出ダイヘッドであり、
   前記樹脂材料が押し出される開口部が設けられたダイヘッド本体と、先端側が前記開口部に対向するようにして前記ダイヘッド本体内に装着されるコアとを少なくとも備え、
   前記ダイヘッド本体の内周面が、前記開口部に向かうにしたがって縮径するように傾斜する第一傾斜面と、前記第一傾斜面よりも前記開口部側に位置して前記第一傾斜面よりも大きな角度で傾斜する第二傾斜面とを有するとともに、前記ダイヘッド本体の内周面と、前記ダイヘッド本体内に装着された前記コアとの間には、前記開口部に向かうにしたがって両者の間隔が徐々に拡がっていくように空隙が形成され、
   前記コアには、少なくとも一条の螺旋溝が表面に沿って螺旋状に刻設され、かつ、前記螺旋溝は前記コアの先端側に向かって徐々に溝深さが浅くなっていることを特徴とする押出ダイヘッド。
2. 前記コアが、第一傾斜部と、前記第一傾斜部よりも先端側に位置するとともに、側面の傾斜角度が前記第一傾斜部の側面の傾斜角度よりも大きくなっている第二傾斜部とを有し、
   前記コア側の前記第一傾斜部の外側面と、前記ダイヘッド本体側の前記第一傾斜面とのなす角度をθ３とし、前記コア側の前記第二傾斜部の外側面と、前記ダイヘッド本体側の前記第二傾斜面とのなす角度をθ４としたときに、θ３＜θ４なる関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の押出ダイヘッド。
3. 前記押出機の押出方向に対して方向転換する樹脂流路を有する請求項１〜２のいずれか1項に記載の押出ダイヘッド。
4. 前記コアが冷却機構を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の押出ダイヘッド。
5. 前記コアに、冷媒注入ノズルを埋設した請求項４に記載の押出ダイヘッド。

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