JP5623732B2 - 押出成形金型の温調構造 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性樹脂を筒状のシームレス（無継目）製品になるよう成形する押出成形金型の温調構造に関する。

特許文献１，２は、シームレス製品を製造する押出成形金型を開示している。押出成形金型のマンドレル、又はダイボディーにはヒータが取付けられ、これらのヒータの熱でマンドレルとダイボディーとの間に供給される原料を加熱する。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂を原料として押出成形を行う場合、原料の温度が約２２０℃になるようヒータの発熱温度が設定される。

上記の原料がフッ素系樹脂であれば、ヒータの発熱温度は約４５０℃に設定される。この温度は、ジュール熱を熱源とするヒータの発熱温度の上限に近いが、４５０℃を下回るとフッ素系樹脂の流動性が損なわれる。このような高温の樹脂は冷却される過程で収縮する割合が比較的大きいので、シームレス製品の寸法に狂いが生じやすい。

そこで、特許文献３に示されるように、マンドレルの端部をダイボディーの外方へ延出し、ダイボディーから押出された直後のシームレス製品の内周面がマンドレルの端部の外周面に押し当たるようにする。これにより、シームレス製品が径方向に収縮するのを規制し、シームレス製品の内周面の仕上がりを向上できる。更に、マンドレルの端部の温度が相対的に低くなるように、マンドレルの端部に冷却水が導入される。これにより、シームレス製品の冷却を促し、シームレス製品がマンドレルの端部から離脱した後で余計に収縮するのを予防できる。

しかしながら、マンドレルがヒータの熱を伝導し冷却水へ逃がす分、ヒータの出力を高くしなければならない。このような熱の伝導は、マンドレルの全体の温度が一様化する傾向を強くするので、マンドレルの端部の温度を制御するのが難しい。

特開２００２−３３１５７０号公報 特開平６−９１７３１号公報 特開昭５２−１０７０５７号公報

本発明の目的は、あらゆる熱可塑性樹脂を原料とする押出成形を良好に行え、しかもシームレス製品の品質を安定させることのできる押出成形金型の温調構造を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、軸状のコアをマンドレルに接合し、前記マンドレルの挿入されるダイボディーに、前記コアの周りに間隙を形成するダイを接合し、前記マンドレルと前記ダイボディーとの間に供給される熱可塑性樹脂を、前記間隙から押出すことにより筒状に成形する押出成形金型の温調構造であって、前記コアをその軸方向に貫く挿通孔と、前記コアに設けたインナヒータと、前記間隙から押出される熱可塑性樹脂の径方向の収縮を規制するインサイドマンドレルと、前記コアの挿通孔に挿通され前記インサイドマンドレルに冷媒を導入する冷媒導入管と、前記ダイに設けたアウタヒータとを備え、前記インナヒータが前記冷媒導入管の周りに空隙を介して配置され、
前記冷媒導入管が、前記冷媒導入管の周りに空隙を確保するスペーサを介して、前記コアに連結され、前記スペーサは、該スペーサの内側へ向けて突出し前記冷媒導入管を挟着する歯形部を備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記インサイドマンドレルが、前記コアに対して空隙を挟む位置で前記冷媒導入管に支持され、前記間隙から押出される筒状の熱可塑性樹脂の内側に嵌入することを特徴とする。

また、本発明は、前記スペーサが、前記挿通孔に嵌入し前記冷媒導入管を内側に挿通させる環形部と、前記環形部の内側へ向けて突出し前記冷媒導入管を挟着する歯形部とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、前記インサイドマンドレルが、冷媒を導入する蓄冷チャンバを有し、前記冷媒導入管は、前記蓄冷チャンバに供給される冷媒を通す送り管を、前記蓄冷チャンバから排出される冷媒を通す戻り管の内側に挿通させた二重管であることを特徴とする。

また、本発明は、前記冷媒導入管を断熱材で前記インナヒータから遮蔽したことを特徴とする。

本発明に係る押出成形金型の温調構造は、コアの軸方向を貫く挿通孔に冷媒導入管を挿通し、冷媒導入管の周りに、コアを加熱するインナヒータが空隙を介して配置されている。このため、コアとダイをそれぞれ加熱するインナヒータとアウタヒータの熱が、冷媒導入管からインサイドマンドレルへ伝導するのを空隙によって断つことができる。

従って、当該温調構造によれば、冷媒導入管に導入された冷媒にコアから熱が逃げるのを抑制できるので、シームレス製品の原料となる熱硬化性樹脂をインナヒータとアウタヒータで有効に加熱することができる。しかも、インサイドマンドレルの温度はインナヒータとアウタヒータの熱に影響されることがない。このため、熱硬化性樹脂の良好な流動性を確保するために設定されるインナヒータとアウタヒータの発熱温度に関わらず、当該温調構造によれば、あらゆる熱硬化性樹脂を原料とするシームレス製品を安定した品質で製造することができる。

更に、本発明に係る押出成形金型の温調構造によれば、インサイドマンドレルがコアに対して空隙を挟む位置で冷媒導入管に支持されているので、コアにインサイドマンドレルを直に連結することなく両者を空隙によって断熱できる。このため、インサイドマンドレルの温度をコアの温度に関わりなく、インサイドマンドレルを所望の温度に冷却することができる。

更に、本発明に係る押出成形金型の温調構造によれば、媒導入管の周りに空隙を確保するスペーサの環形部をコアの挿通孔に嵌入し、環形部の内側へ向けて突出した歯形部で冷媒導入管を挟着するので、スペーサが冷媒導入管に接触する面積を小さくすることができる。これにより、インナヒータとアウタヒータの熱がスペーサを介して冷媒導入管に伝導するのを抑制することができる。

本発明に係る押出成形金型の温調構造は、インナヒータによる輻射熱を冷媒導入管がある程度受けることになるが、冷媒導入管が送り管を戻り管の内側に挿通させた二重管である場合、インサイドマンドレルの蓄冷チャンバから戻り管に排出される冷媒に、上記の輻射熱を吸収させることができる。このため、当該温調構造は、送り管を通り蓄冷チャンバに供給される冷媒が不要に加熱されないという利点がある。

更に、本発明に係る押出成形金型の温調構造によれば、冷媒導入管を断熱材でインナヒータから遮蔽しているので、インナヒータによる輻射熱で冷媒が不要に加熱されないという利点がある。

本発明の実施形態に係る押出成形金型の温調構造の軸方向の断面図。 本発明の実施形態に係る押出成形金型の温調構造を図１のＡ−Ａ線で破断した断面図。 本発明の実施形態に係る押出成形金型の温調構造の腰部を、そのコアを径方向に横切る位置で破断した断面図。 本発明の実施形態に係る押出成形金型の温調構造の腰部の変形例を示す断面図。 本発明の実施形態に係る押出成形金型の温調構造の腰部の更なる変形例を示す断面図。 （ａ）は本発明の実施形態に係る押出成形金型に適用したスペーサの変形例を示す平面図、（ｂ）はその断面図。 （ａ）は本発明の実施形態に係る押出成形金型に適用したスペーサの他の変形例を示す平面図、（ｂ）はその断面図。

図１は、軸状のコア１をマンドレル３に接合し、マンドレル３の挿入されるダイボディー５にダイ７を接合した押出成形金型９を示している。図面は特に断らない限り図１〜図３を参照する。押出成形金型の温調構造１１は、コア１とマンドレル３をそれぞれ軸方向に貫く挿通孔１３と、コア１とマンドレル３に挿通孔１３の内側から取付けたインナヒータ１５と、インサイドマンドレル１７と、コア１の挿通孔１３に挿通されインサイドマンドレル１７に冷媒を導入する冷媒導入管１９と、ダイボディー５とダイ７に設けたアウタヒータ２１，２３とを備える。

マンドレル３は、その一端に設けたフランジ２５を、ボルト等によりダイボディー５に取付けられている。マンドレル３の他端はコア１に滑らかに連なる。図示のマンドレル３は他端を上向きにしているが、この姿勢に押出成形金型９の使用される向きが限定されることはない。マンドレル３の周面には、導入路２７と複数のスパイラル溝２９が形成されている。ダイボディー５の端部にアジャストリング３３がボルト等で取付けられており、ダイ７は、コア１の周りに円形の間隙３１を形成するように、アジャストリング３３の内側に位置決めされている。

インナヒータ１５は、冷媒導入管１９の周りに空隙３５を介して配置された真鍮鋳込みヒータと称する筒状の電熱器である。アウタヒータ２１，２３は、ダイ７とダイボディー５のそれぞれの周面に巻掛されたバンドヒータと称する電熱器である。インサイドマンドレル１７は、その内部に冷媒を導入する蓄冷チャンバ３７が形成された円柱状の中空体である。インサイドマンドレル１７の外周面には、マンドレル３の他端から矢印Ｆで指した向きに離れるに従いインサイドマンドレル１７の直径が減少するように、微少なテーパを設けるのが好ましい。

冷媒導入管１９は、インサイドマンドレル１７を、コア１に対して空隙３９を挟む位置に支持する支持体としての役割を兼ねている。冷媒導入管１９の材質は銅、又はステンレス鋼である。また、インサイドマンドレル１７と冷媒導入管１９の端部の何れか一方に形成した雄ネジを、両者の他方に形成した雌ネジに螺合することにより、両者を連結しても良い。或いは、両者を溶接しても良い。

シームレス製品の原料となる熱可塑性樹脂は、予め押出成形金型９の外部で溶融され、ダイボディー５に設けたアダプターノズル４１から導入路２７を通り、マンドレル３とダイボディー５との間に供給され、スパイラル溝２９に流入する。更に、熱可塑性樹脂は、マンドレル３とダイボディー５との間を満たしながら、矢印Ｆで指した向きに流動し、間隙３１から押し出された時点で筒状のシームレス製品となる。また、インサイドマンドレル１７が、間隙３１から押出された直後のシームレス製品の内側に嵌入し、シームレス製品が径方向に収縮するのを規制する。

以上に述べた押出成形金型の温調構造１１によれば、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３の熱はコア１とマンドレル３に伝導するが、挿通孔１３の内側へ伝導しようとする熱を空隙３５によって断つことができる。また、コア１に対してインサイドマンドレル１７は空隙３９によって断熱されている。これにより、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３の熱が冷媒に逃げるのを抑制し、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３の熱で原料を有効に加熱することができる。

しかも、押出成形金型の温調構造１１によれば、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３の熱にインサイドマンドレル１７の温度が影響されないので、熱硬化性樹脂の良好な流動性を確保するために設定されるインナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３の発熱温度に関わらず、あらゆる熱硬化性樹脂を原料とするシームレス製品を安定した品質で製造することができる。符号３８で指した一点鎖線は、押出成形金型９の４箇所の温度を測定するための熱電対の位置を示している。例えば、フッ素系樹脂を原料として押出成形を行う場合、上記の４箇所の温度を約４５０℃に保てるように、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３のそれぞれの発熱温度が制御されるが、これらの熱でインサイドマンドレル１７が加熱されることはない。

更に、押出成形金型の温調構造１１は、冷媒導入管１９の周りに空隙３５を確保するスペーサ４３，４５を介して、冷媒導入管１９をコア１とマンドレル３にそれぞれ連結することが好ましい。スペーサ４３，４５は、冷媒導入管１９に支持されたインサイドマンドレル１７をコア１に位置決めするものであれば良い。特に、スペーサ４３として、挿通孔１３に嵌入し冷媒導入管１９を内側に挿通させる環形部４４と、環形部４４の内側へ向けて突出し冷媒導入管１９を挟着する歯形部４６とを一体に成形したものを適用するのが好ましい。この場合、歯形部４６は、冷媒導入管１９に接触する面積の小さい複数の突起であるので、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３の熱がスペーサ４３を介して冷媒導入管１９に伝導するのを抑制できる。スペーサ４５として、スペーサ４３と同様のものを適用しても良い。

冷媒導入管１９は、送り管４７を戻り管４９の内側に挿通させた二重管であることが、次の理由で好ましい。即ち、冷媒導入管１９の送り管４７には、図に表れていない金型温調装置から冷媒となる冷却水が供給される。冷媒は、矢印Ｆで指す向きに送り管４７を通り、インサイドマンドレル１７の蓄冷チャンバ３７に達したところで端面５１に突き当たり、その流動する向きを反転する。続いて、蓄冷チャンバ３７から戻り管４９へ排出される冷媒は、上記の金型温調装置へ戻り管４９を通って循環する。インナヒータ１５による輻射熱を冷媒導入管１９が受けるのを完全に避けることはできないが、蓄冷チャンバ３７から排出される冷媒に輻射熱を吸収させることにより、送り管４７を通る冷媒が蓄冷チャンバ３７に達する前に不要に加熱されるのを防止できる。

また、押出成形金型の温調構造１１によれば、ポリオレフィン系樹脂を原料として成形を行う場合、アウタヒータ２１，２３の熱だけで原料を加熱し、インナヒータ１５に通電しなくても良いが、アウタヒータ２１，２３の発熱する熱量は、インナヒータ１５に比べ小さく、またアウタヒータ２１，２３の熱の多くは、ダイ７に伝わる前に大気へ放出される。このため、アウタヒータ２１，２３による発熱だけでは、ダイ７を上記のように約４５０℃に保つことができないので、押出成形金型の温調構造１１は、インナヒータ１５とアウタヒータ２１，２３とを必須の要素としている。

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施でき、以下の態様で実施しても良い。図４に示すように、複数本の棒状のインナヒータ１５をコア１に取付けても良く、冷媒導入管１９を断熱材４８でインナヒータ１５から遮蔽し、コア１による輻射熱で冷媒が加熱されるのを抑制しても良い。図５に示すように、インナヒータ１５をコア１に没入させても良い。

図６（ａ）に示すように、スペーサ４３の歯形部４６は、冷媒導入管１９に接触する４つの突起であっても良い。歯形部４６の冷媒導入管１９に接触する面積を、更に小さくするために、同図（ｂ）に示すように、歯形部４６に傾斜面５０，５２を形成することにより、歯形部４６の断面を山形にしても良い。熱の伝導を規制する複数の貫通孔５３を、環形部４４に形成しても良い。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、スペーサ４５の歯形部４６は、冷媒導入管１９に接触する円弧状の２つの突起であっても良く、歯形部４６に傾斜面５０，５２を形成しても良い。この場合、環形部４４に切欠部５４，５５を形成し、熱電対、及びインナヒータ１５のリード線を切欠部５４，５５の内側に通しても良い。符号５６は、スペーサ４３をマンドレル３の一端に固定するためのボルトの挿通孔を指している。

本発明は、精密な電子部品の製造に加え、あらゆる環状の製品を成形するのに有益な技術である。

１...コア、３...マンドレル、５...ダイボディー、７...アジャストリング、９...押出成形金型、１１...押出成形金型の温調構造、１３...挿通孔、１５...インナヒータ、１７...インサイドマンドレル、１９...冷媒導入管、２１，２３...アウタヒータ、２５...フランジ、２７...導入路、２９...スパイラル溝、３１...間隙、３３...アジャストリング、３５，３９...空隙、３７...蓄冷チャンバ、４１...アダプターノズル、４３，４５...スペーサ、４４...環形部、４６...歯形部、４７...送り管、４８...断熱材、４９...戻り管、５０，５２...傾斜面、５１...端面、５３...貫通孔、５４，５５...切欠部。

Claims (5)

1. 軸状のコアをマンドレルに接合し、前記マンドレルの挿入されるダイボディーに、前記コアの周りに間隙を形成するダイを接合し、前記マンドレルと前記ダイボディーとの間に供給される熱可塑性樹脂を、前記間隙から押出すことにより筒状に成形する押出成形金型の温調構造であって、
   前記コアをその軸方向に貫く挿通孔と、前記コアに設けたインナヒータと、前記間隙から押出される熱可塑性樹脂の径方向の収縮を規制するインサイドマンドレルと、前記コアの挿通孔に挿通され前記インサイドマンドレルに冷媒を導入する冷媒導入管と、前記ダイに設けたアウタヒータとを備え、前記インナヒータが前記冷媒導入管の周りに空隙を介して配置され、
   前記冷媒導入管が、前記冷媒導入管の周りに空隙を確保するスペーサを介して、前記コアに連結され、
   前記スペーサは、該スペーサの内側へ向けて突出し前記冷媒導入管を挟着する歯形部を備えることを特徴とする押出成形金型の温調構造。
2. 前記インサイドマンドレルが、前記コアに対して空隙を挟む位置で前記冷媒導入管に支持され、前記間隙から押出される筒状の熱可塑性樹脂の内側に嵌入することを特徴とする請求項１に記載の押出成形金型の温調構造。
3. 前記スペーサは、前記挿通孔に嵌入し前記冷媒導入管を内側に挿通させる環形部と、前記環形部の内側へ向けて突出し前記冷媒導入管を挟着する歯形部とを備えることを特徴とする請求項１又は２の何れか一つに記載の押出成形金型の温調構造。
4. 前記インサイドマンドレルは、冷媒を導入する蓄冷チャンバを有し、前記冷媒導入管は、前記蓄冷チャンバに供給される冷媒を通す送り管を、前記蓄冷チャンバから排出される冷媒を通す戻り管の内側に挿通させた二重管であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の押出成形金型の温調構造。
5. 前記冷媒導入管を断熱材で前記インナヒータから遮蔽したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の押出成形金型の温調構造。

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