JP5204147B2 - 押出成形用フラットダイ - Google Patents

Description

本発明は、樹脂等の溶融材料をシート状に押出す押出成形用フラットダイに関する。

押出成形用フラットダイ（以下、フラットダイと称す）は、溶融可塑化装置等で融解された樹脂などの溶融材料を薄く幅広いシート状に成形するために押出機の吐出口に設けられる付帯装置である。フラットダイは、単一の溶融材料を押出してシート状に成形するだけでなく、厚み方向に異なる溶融材料を積層させる場合にも用いられることがある。

フラットダイには、スリット口を形成するように対向して配置された一対のリップ部が設けられている。スリット口に溶融材料を通過させることにより、溶融材料が所望の厚さでシート状に成形される。

フラットダイでは、成形品の幅方向、すなわちスリット口の長手方向において溶融材料の厚みを均一に吐出することが求められる。スリット口の長手方向における溶融材料の厚みの均一性は、スリット口の形状だけでなく、溶融材料の粘度や溶融材料をスリット口に送るための流路の形状により決定付けられる。そのため、厚みの均一性を高める流路の形状として、例えば非特許文献１に開示されているＴ型ダイやコートハンガー型ダイなどが知られている。

溶融材料をスリット口の長手方向に均一な厚みで吐出するように、溶融材料の粘度に合わせて流路の形状を設計しても、実際の溶融材料の押出成形においては溶融材料の厚みがスリット口の長手方向に均一にならないことがある。溶融材料の厚みが均一にならない要因の一つは、溶融材料の流動による内部圧力によって生じるリップ部の口開き（スリット口の長手方向においてリップ部がスリット口の短手方向に不均一にたわむ現象）である。

口開きに対して、リップ部に力を加えてリップ部のたわみを矯正するリップたわみ調整機構を備えたフラットダイが提案されている。リップたわみ調整機構はスリット口の長手方向において複数設けられており、口開きの程度が大きい位置におけるリップたわみ調整機構を操作してリップ部のたわみを矯正する。その結果、口開きが解消されて溶融材料がスリット口の長手方向において均一の厚さで吐出される。

また、近年では、フラットダイの交換のために生じる押出機の稼働率の低下の抑制や、フラットダイの個体数を減らすために、一つのフラットダイを用いて複数の厚みの成形品を製造することが要求されている。成形品の厚みを変化させる方法の一つとして、スリット口の短手方向の幅を、スリット口の長手方向の全部において変化させる方法がある。

前述のリップたわみ調整機構を備えるフラットダイでは、スリット口の長手方向の全部においてリップたわみ調整機構の全てを操作しなければならないため、多大な作業時間を要し、生産効率の低下を招く虞がある。そこで、特許文献１では、一対のリップ部のうちの一方のリップ部を、スリット口の短手方向に移動させることができるリップ変位付与機構を備えるフラットダイが開示されている。図８は、特許文献１で開示されているフラットダイ１の断面図である。

図８に示すように、フラットダイ１のスリット口２は一対のリップ部３を対向させることによって形成されている。一対のリップ部３のうちの一方のリップ部３ａにはリップたわみ調整機構４が設けられており、他方のリップ部３ｂにはリップ変位付与機構５が設けられている。リップ部３の口開きを解消するためには、口開きの程度が大きい位置におけるリップたわみ調整機構４を操作して一方のリップ部３ａの一部を矯正する。押出される溶融材料のスリット口２の長手方向の全部において厚さを変化させるためにはリップ変位付与機構５を操作して他方のリップ部３ｂをスリット口２の短手方向に移動させる。

特許文献１で開示されているフラットダイを用いることにより、一つのフラットダイで、容易に複数の厚みの成形品を製造することができ、また口開きが発生しても容易に口開きを解消することができる。

特許３２２９１４３号

伊藤公正著、「押出成形用ダイの設計」、工業調査会発行

しかしながら、図８に示すように、リップたわみ調整機構４やリップ変位付与機構５を備えるフラットダイ１では、リップ部３の矯正や移動を容易にするために、リップ部３は、フレキシブル部６を介してダイ本体７に結合される。特許文献１で開示されているフラットダイ１は、一方のリップ部３ａにリップたわみ調整機構４が設けられ、他方のリップ部３ｂにリップ変位付与機構５が設けられているため、双方のリップ部３がフレキシブル部６を介してダイ本体７に結合されている。

そのため、特許文献１で開示されているフラットダイ１は、フレキシブル部６が片方にしかない場合に比べて強度が低下し、溶融材料の粘度や吐出速度などの成形条件の変化に伴い口開きが発生しやすくなる。

特に、近年では樹脂フィルムなどの成形品の高機能化の要求に伴い、より粘度の高い溶融材料を押出成形しなければならない。その結果、スリット口２の長手方向における液膜の厚さにばらつきが生じやすく、そのたびにリップ部３を矯正しなければならず、作業時間が増加し生産効率が低下する。

そこで、本発明は、リップたわみ調整機構とリップ変位付与機構との両方を備え、かつ口開きを抑制できる押出成形用フラットダイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の押出成形用フラットダイは、溶融材料を通過させてシート状に成形するためのスリット口を形成するように対向して配置された一対のリップ部を備えた一対のダイ本体と、一対のリップ部のうちの一方のリップ部にスリット口の長手方向に並んで配置され、スリット口の長手方向における一方のリップ部の一部の、スリット口の短手方向におけるたわみを調整するための複数のリップたわみ調整機構と、を備える。リップたわみ調整機構の全てを保持して、一対のリップ部のうちの他方のリップ部に対してシート状に成形された溶融材料と交わる第１の方向に移動することが可能なリテーナと、リテーナを第１の方向に移動させるリテーナ移動機構と、リテーナと一方のダイ本体との間に互いに接して設けられた一対のテーパプレートと、を備え、一対のテーパプレートのうちの少なくとも一方が第１の方向と交わる第２の方向に移動可能に設けられており、一対のテーパプレートの互いに接する面が、第１の方向に向けられ、且つ第２の方向に平行な面に対して傾斜した面であることを特徴とする。

本発明の押出成形用フラットダイによれば、リップたわみ調整機構とリップ変位付与機構との両方を備え、かつ口開きを抑制することができる。

本発明の実施形態における押出成形用フラットダイの斜視図である。 図１に示す押出成形用フラットダイの側面の断面図である。 図１に示す押出成形用フラットダイの正面の断面図である。 図１に示す押出成形用フラットダイの上面図である。 比較例における押出成形用フラットダイの側面図である。 本発明の実施形態におけるリテーナの移動量とスリット口の短手方向の幅の変化量を示したグラフである。 本発明及び比較例における押出成形用フラットダイの口開き量を示したグラフである。 従来の押出成形用フラットダイの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態における押出成形用フラットダイ（以下、フラットダイ１と称す）の斜視図である。図２は、側面（図１に示す方向Ａ）からフラットダイ１を見たときの断面図である。

図１及び図２に示すように、フラットダイ１は、２つのダイ本体７を組み合わせることによって構成される。２つのダイ本体７は、本体結合ボルト８を用いて固定されている。

ダイ本体７のそれぞれには、リップ部３が設けられており、２つのダイ本体７を組み合わせたときに一対のリップ部３が互いに対向し、スリット口２が形成される。スリット口２に樹脂などの溶融材料を通過させることによって、溶融樹脂がシート状に形成される。

２つのダイ本体７のうちの一方（以下、ダイ本体７ａと称す）に設けられているリップ部３（リップ部３ａと称す）は、フレキシブル部６を用いてダイ本体７ａと結合されている。フレキシブル部６は、スリット口２から押出されたシート状の溶融材料と交わる第１の方向ｘ１へ移動可能にリップ部３ａとダイ本体７ａとを結合する。したがって、リップ部３ａを第１の方向ｘ１に沿って移動させることにより、スリット口２の短手方向の幅を変えることができる。

本実施形態では、ダイ本体７ａの外周から他方のダイ本体７（ダイ本体７ｂと称す）に向けて、ダイ本体７ａを貫通しない溝９を形成することによってフレキシブル部６を形成した。溝９は、溶融材料の押出方向と交わる方向に延在している。ダイ本体７ａに溝９を形成したときのダイ本体７ａの残存部のうち、溝９よりもスリット口２の側の残存部をリップ部３ａとし、ダイ本体７ａとリップ部３ａとの間の残存部をフレキシブル部６とした。

ダイ本体７ｂに設けられている他方のリップ部３（リップ部３ｂと称す）は、フレキシブル部を介すことなくダイ本体７ｂと一体となっている。すなわち、リップ部３ｂはほとんど変動することがなく、リップ部３ｂに対してリップ部３ａが変形又は移動することによって、スリット口２の形状やスリット口２の短手方向の幅が変化する。

また、フラットダイ１には、リップたわみ調整機構４とリップ変位付与機構５とが備えられている。リップたわみ調整機構４は、リップ部３ａの、スリット口２の長手方向における所望の一部を第１の方向ｘ１に向かって変形させることができる。リップ変位付与機構５は、リップ部３ａの、スリット口２の長手方向における全部を第１の方向ｘ１に移動させることができる。

ここで、本実施形態におけるリップたわみ調整機構４の構造について説明する。

リップたわみ調整機構４は、リップ調整棒１０と、リップ調整棒１０の一の端部をリップ部３ａに連結する連結部１１と、リップ調整棒１０の他の端部又は胴部を保持する保持部１２とからなる。リップ調整棒１０は、リップ調整棒１０の軸（以下、調整棒軸と称す）が第１の方向ｘ１に平行に配置されている。

連結部１１は、リップ調整棒１０が調整棒軸を中心に回転可能に且つ軸調整棒の方向に移動しないように、リップ調整棒１０をリップ部３ａに連結する。

また、リップ調整棒１０の、保持部１２によって保持される位置には雄ねじが形成されており、保持部１２には該雄ねじに対応した雌ねじが形成されている。したがって、リップ調整棒１０の雄ねじと保持部１２の雌ねじとを螺合させることにより、リップ調整棒１０が保持部１２に保持される。

なお、リップ調整棒１０の雄ねじ及び保持部１２の雌ねじは、締め付けによってリップ調整棒１０と保持部１２とが固定されるものではなく、リップ調整棒１０を回転させることによって雄ねじと雌ねじの形状に合わせてリップ調整棒１０が移動するものである。リップ調整棒１０は保持部１２を貫通してもよい。また、リップ調整棒１０の雄ねじは、リップ調整棒１０の、保持部１２の雌ねじと接する範囲に形成されていればよい。

リップ調整棒１０の一端がリップ部３ａに連結されているため、保持部１２を固定した状態でリップ調整棒１０を回転させることにより、リップ調整棒１０が第１の方向ｘ１に沿って移動する。

リップ調整棒１０は、スリット口２の長手方向において複数設けられている。所望の位置におけるリップ調整棒１０を回転させることにより、その位置におけるリップ部３ａが変形しスリット口２の短手方向の幅を変えることができる。また、リップ調整棒１０が回転していないときには、リップ調整棒１０は、リップ部３ａを固定させるため、リップ部３ａの変形を抑制することができる。

リップ変位付与機構５は、複数のリップたわみ調整機構４と、複数のリップたわみ調整機構４の全てが固定されているリテーナ１３と、リテーナ１３を移動させるリテーナ移動機構１４と、からなる。リテーナ１３は、第１の方向ｘ１に沿って移動可能に設けられている。

本実施形態では、リップたわみ調整機構４の保持部１２はリテーナ１３に固定されている。リテーナ１３と保持部１２とを一体形成することによっても得られる。具体的には、リテーナ１３に保持部１２となる雌ねじを形成すればよい。

リテーナ移動機構１４は、変位付与ボルト１５と、ヘッド１６とからなる。変位付与ボルト１５は、変位付与ボルト１５の軸（以下、変位ボルト軸と称す）がスリット口２から押出されたシート状の溶融材料と交わるように配置されている。

本実施例では、リップ調整棒１０と同様に、変位ボルト軸が第１の方向ｘ１と平行に配置されている。調整棒軸と変位ボルト軸とを平行に配置することによって、リップ調整棒１０や変位付与ボルト１５に曲げの力が加わらず、リップ部３ａを移動させやすくなる。

変位付与ボルト１５はリテーナ１３を挿通して設けられ、変位付与ボルト１５の一端は、ダイ本体７ａに固定されている。ダイ本体７ａはダイ本体７ｂに固定され、リップ部３ｂはダイ本体７ｂに対してほとんど変動しないため、変位付与ボルト１５及びリップ部３ｂは一定の位置関係を維持することになる。

また、変位付与ボルト１５の他端には雄ねじが形成されており、変位付与ボルト１５の雄ねじに対応する雌ねじを有するヘッド１６が変位付与ボルト１５の他端に設けられている。

図３は正面（図１に示す方向Ｂ）から見たときのリテーナ１３の周辺を拡大した断面図であり、図４は上面（図１に示す方向Ｃ）から見たときのリテーナ１３の周辺における図である。なお、図３、図４ではリップたわみ調整機構４は省略されている。

図３及び図４に示すように、リテーナ１３にはヘッド１６を部分的に覆うヘッド押さえ１７が固定されている。ヘッド１６は、変位付与ボルト１５に螺合した状態でヘッド押さえ１７によって変位ボルト軸を中心に回転可能に、且つリテーナ１３に当接された状態で保持されている。ヘッド１６とヘッド押さえ１７との間や、ヘッド１６とリテーナ１３との間に、ヘッド１６の回転を容易にさせるため、ベアリングを設けてもよい。

ヘッド１６を回転させることにより、ヘッド１６に形成された雌ねじと変位付与ボルト１５に形成された雄ねじの形状に合わせてヘッド１６が変位付与ボルト１５に対して移動する。リテーナ１３とヘッド１６とは、ヘッド押さえ１７によって当接された状態で保持されているため、ヘッド１６の移動に伴い、リテーナ１３も移動する。変位付与ボルト１５はダイ本体７ａに固定されているため、リテーナ１３がダイ本体７ａに対して変位ボルト軸の方向に移動する。

リテーナ１３はリップたわみ調整機構４を介してリップ部３ａに連結されているため、リテーナ１３の移動に伴いリップ部３ａが移動する。特に、リップ部３ａは複数設けられたリップ調整棒１０によってリテーナ１３との位置関係が維持されるため、リップ部３ａのスリット口２の長手方向における全部が移動する。すなわち、ヘッド１６を回転させることによって、スリット口２の長手方向の全域におけるスリット口２の短手方向の幅を変更することができる。

リテーナ１３が変位ボルト軸方向に沿ってスライド移動できればよいため、リテーナ１３と変位付与ボルト１５とは摺動可能に設けられていればよい。

また、リテーナ１３のスライド移動を補助するためのリテーナサポート１８をダイ本体７ａに設けてもよい。リテーナサポート１８に沿ってリテーナ１３がスライド移動することにより、リテーナ１３のがたつきが押えられる。その結果、変位付与ボルト１５やリップ調整棒１０への曲げの力が抑制され、リテーナ１３のスライド移動が容易になるとともに変位付与ボルト１５やリップ調整棒１０の破損を防ぐことができる。

リテーナサポート１８を設けたとき、リテーナサポート１８とリテーナ１３とをボルトなどを用いてリテーナ１３の位置の固定を補助することができる。リテーナ１３を移動させるときにはリテーナサポート１８とリテーナ１３とを固定するボルトを緩める。

さらに本実施形態では、リテーナ１３の移動及び固定を補助するための一対のテーパプレート１９を、リテーナ１３とダイ本体７ａとの間に備えている。

図３に示すように、一対のテーパプレート１９は互いに接して設けられており、第１のテーパプレート１９ａがリテーナ１３に固定され、第２のテーパプレート１９ｂが変位ボルト軸と交わる第２の方向ｘ２に移動可能にダイ本体７ａに設けられている。また、一対のテーパプレート１９の対外に接する面が、第１の方向ｘ１に向けられ且つ第２の方向ｘ２に平行な面に対して傾斜して設けられている。

したがって、第２のテーパプレート１９ｂの位置によって、第１のテーパプレート１９ａと第２のテーパプレート１９ｂとが干渉し、リテーナ１３とダイ本体７ａとの位置関係が維持される。

リテーナ１３をダイ本体７ａから離す方向に移動させるときには、ヘッド１６を回転させるとともに第２のテーパプレート１９ｂを、第１のテーパプレート１９ａにより干渉させる方向に移動させる。その結果、第２のテーパプレート１９ｂから第１のテーパプレート１９ａに力が加えられるため、リテーナ１３が移動しやすくなる。

また、リテーナ１３をダイ本体７ａに近づける方向に移動させるときには、所望のリテーナ１３の位置で第１のテーパプレート１９ａと第２のテーパプレート１９ｂとが干渉する位置に、第２のテーパプレート１９ｂを移動させておく。

その後、ヘッド１６を回転させて、リテーナ１３をダイ本体７ａに近づけることによって、所望の位置で第１のテーパプレート１９ａと第２のテーパプレート１９ｂとが干渉する。その結果、リテーナ１３の移動が停止するため、リテーナ１３をダイ本体７ａに近づけすぎることが抑制される。

第１のテーパプレート１９ａと第２のテーパプレート１９ｂとが干渉している状態で、リテーナ１３を第１のダイ本体７ａに近づける方向にヘッド１６を回転させる。その結果、リテーナ１３がテーパプレート１９とヘッド１６とに締め付けられ、より強くリテーナ１３を固定することができる。

次に、本発明におけるフラットダイ１の動作について説明する。

一定の厚さで溶融材料の吐出を継続するときには、リテーナ１３をリテーナサポート１８にボルトなどで固定しておく。スリット口２の長手方向の一部の位置において溶融材料の厚さが均一でない場合、該位置におけるリップ調整棒１０を操作してリップ部３ａの形状を矯正する。その結果、スリット口２の長手方向において、液膜の厚さを均一に調整することができる。

スリット口２の長手方向の全体におけるスリット口２の短手方向の幅を変化させるためには、以下のように行う。まず、リテーナサポート１８とリテーナ１３とを固定するボルトを緩める。その後、ヘッド１６を回すことによって、リテーナ１３を第１の方向ｘ１に移動させる。リップ部３ａは複数設けられたリップ調整棒１０によってリテーナ１３との位置関係が維持されるため、リップ部３ａのスリット口２の長手方向における全部が移動する。その結果、スリット口２の長手方向の全部におけるスリット口２の短手方向の幅が変化する。

また、一対のテーパプレート１９を用いることによって、リテーナ１３を容易に移動させることができる。

本発明によれば、リップたわみ調整機構４とリップ変位付与機構５とを備えるフラットダイ１においても、一対のダイ本体７のうちの一方のダイ本体７ａにフレキシブル部６を設ければよい。したがって、従来の、フレキシブル部６を一対のダイ本体７の両方に設けたフラットダイよりも高い強度が得られる。

実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。なお、以下の説明では上述した実施形態において示したのと同じ部分に対しては同じ符号を用いて説明する。

（実施例）
図１及び図２に示すフラットダイ１において、スリット口２の長手方向の幅を５００ｍｍとした。図６は、横軸にリテーナ１３の移動量を示し、縦軸にスリット口２の短手方向の幅の変化量を示したグラフである。

図６に示すように、リテーナ１３の移動量に略比例してスリット口２の短手方向の幅が変化している。特に、スリット口２の短手方向の幅の変化量として必要とされる範囲は、２．５ｍｍであり、その範囲においてはリテーナ１３の移動量とスリット口２の短手方向の幅の変化量は十分に比例関係を有している。したがって、本発明におけるフラットダイ１は、実用範囲にあることが分かる。

（比較例）
図５に、比較例におけるフラットダイ２０の側面図を示す。フラットダイ２０は、リップたわみ調整機構４を備えているが、リップ変位付与機構５を備えていない。リップたわみ調整機構４と連結されるリップ部３ａは、フレキシブル部６を介してダイ本体７ａと結合されている。また、フラットダイ２０におけるスリット口２の長手方向の幅は、実施例と同じ５００ｍｍとした。

実施例、比較例ともに溶融材料を吐出していない状態のスリット口２の短手方向の幅を１ｍｍとして、溶融樹脂を押出成形した場合の口開き量を比較した。フラットダイの剛性を比較するため、リップたわみ調整機構４とリップ変位付与機構５の操作は行わない。

図７は、横軸をスリット口２の長手方向における位置として縦軸に口開き量を示したグラフである。なお、スリット口２の長手方向における位置は、スリット口２の長手方向の中央を基準とした。また、口開き量は、比較例のフラットダイにおける最大口開き量を１としたときの相対値を示している。

図７において、実線は、本実施例のフラットダイ１のリテーナ１３が、リテーナサポート１８に固定され且つテーパプレート１９とヘッド１６とに締め付けられている状態における口開き量を示したものである。また、鎖線は、比較例のフラットダイ２０の口開き量を示したものである。

図７に示すように、本実施例のフラットダイ１では、比較例のフラットダイ２０に比べ、口開き量が約６２％に低減されている。これは、リテーナ１３をリテーナサポート１８に固定させたことにより本実施例のフラットダイ１の剛性が増したことを示している。また、リテーナ１３をリテーナサポート１８に固定しない場合であっても、口開き量は鎖線で示されるものと略等しくなる。本発明のフラットダイ１では、比較例におけるフラットダイ２０と同様にリップ部３ａにしか設けられていないためである。

従来の、図８に示す、リップ部３の双方がフレキシブル部６を介してダイ本体７に結合されているフラットダイと比較して、本発明におけるフラットダイ１では、口開き量が小さくなる。

１ フラットダイ
２ スリット口
３ リップ部
４ リップたわみ調整機構
５ リップ変位付与機構
６ フレキシブル部
７ ダイ本体
８ 本体結合ボルト
９ 溝
１０ リップ調整棒
１１ 連結部
１２ 保持部
１３ リテーナ
１４ リテーナ移動機構
１５ 変位付与ボルト
１６ ヘッド
１７ ヘッド押さえ
１８ リテーナサポート
１９ テーパプレート
２０ フラットダイ

Claims (3)

1. 溶融材料を通過させてシート状に成形するためのスリット口を形成するように対向して配置された一対のリップ部を備えた一対のダイ本体と、
   前記一対のリップ部のうちの一方のリップ部に前記スリット口の長手方向に並んで配置され、前記スリット口の長手方向における前記一方のリップ部の一部の、前記スリット口の短手方向におけるたわみを調整するための複数のリップたわみ調整機構と、を備える押出成形用フラットダイにおいて、
   前記リップたわみ調整機構の全てを保持して、前記一対のリップ部のうちの他方のリップ部に対して前記シート状に成形された前記溶融材料と交わる第１の方向に移動することが可能なリテーナと、
   前記リテーナを前記第１の方向に移動させるリテーナ移動機構と、
   前記リテーナと前記一方のダイ本体との間に互いに接して設けられた一対のテーパプレートと、を備え、
   前記一対のテーパプレートのうちの少なくとも一方が前記第１の方向と交わる第２の方向に移動可能に設けられており、
   前記一対のテーパプレートの互いに接する面が、前記第１の方向に向けられ、且つ前記第２の方向に平行な面に対して傾斜した面であることを特徴とする、押出成形用フラットダイ。
2. 前記リテーナ移動機構が、
   前記リテーナに摺動可能に挿通され、前記一方のリップ部を備えた一方のダイ本体に前記第１の方向に沿って固定された変位付与ボルトと、
   前記変位付与ボルトと螺合し、且つ前記リテーナに当接した状態に保持されたヘッドと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の押出成形用フラットダイ。
3. 前記リテーナを固定するためのリテーナサポートを備え、
   前記リテーナサポートが前記一方のダイ本体に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の押出成形用フラットダイ。

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