JP5913263B2 - 押出成形装置及び熱可塑性エラストマー成形品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、押出成形装置及び熱可塑性エラストマー成形品の製造方法に関する。

従来から、画像形成装置等の紙送り機構においては、熱可塑性エラストマーからなる給紙ローラー及び搬送ローラーが用いられている。このような給紙ローラー及び搬送ローラーは、記録紙等を正確なタイミングや速度で画像形成部に搬送するために、その真円度と内径及び外径寸法に高度な精度が要求されている。

給紙ローラー及び搬送ローラーは、例えば、チューブ状の熱可塑性エラストマーを母材としている。一般的に、チューブ状の熱可塑性エラストマーを成形する押出成形装置においては、押出機から下流側に冷却用の水槽、引取機、切断機等が順次配設されている。

押出機で加熱溶融された合成樹脂材料は、押出機出口のダイス及びマンドレルを通過する際に、所定の断面形状になるように成形され、略水平方向に連続的に押し出される。押出機から押し出された高温のチューブ状成形物は、引取機によって引き取られながら、押出機と引取機との間に配設されている水槽内の冷却水中を通過する際に冷却されて硬化する。その後、硬化したチューブ状成形物は、切断機で切断され、製品としての給紙ローラー又は搬送ローラーが得られる。

水槽内を通過するチューブ状成形物には、水圧に加え、引取機による水平方向の張力や鉛直方向にかかる重力の影響を受ける。これらの合力が大きくなるとチューブが潰れ、チューブの断面形状が扁平化する等の問題が生ずる。

そこで、高い寸法精度が要求されるチューブ状成形物の押出成形装置にあっては、サイジングダイを用いた真空冷却水槽が用いられている。サイジングダイは、所定の口径を有する貫通孔を備えており、水槽の入口に装着されている。チューブ状成形物の内外に生ずる圧力差によって、サイジングダイの貫通孔にチューブが引きつけられ、チューブの外形寸法がサイジングダイによって規制される。

サイジングダイと真空冷却水槽とを併用する技術として、例えば、下記特許文献１では、筒状成形品の外形寸法を所望の値に保つために、フィードバック制御される真空ポンプにより冷却水槽内の気圧を調整する押出成形方法が開示されている。この押出成形方法においては、サイジングダイの内部に真空ゾーンが設けられ、真空ゾーンの負圧状態によりサイジングダイの貫通孔に成形品の外面が密着され、成形品の外面がなめらかに成形される。

下記特許文献２では、優れた寸法精度、膜厚精度を有する熱可塑性ポリイミド系チューブ状フィルムを成膜するために、真空ポンプにより内部が減圧状態とされたサイジングスリーブと冷却水槽とを用い、サイジングスリーブの内環に少量の水を供給する熱可塑性ポリイミド系チューブ状フィルムの製造方法が開示されている。

特許第２７３１６９４号公報 特許第３２３７７１５号公報

しかしながら、例えば、熱可塑性ポリウレタン樹脂等の給紙ローラー及び搬送ローラーに適する熱可塑性エラストマー材料は、上記特許文献１、２に記載された発明において使用される材料と比較すると、サイジングダイとの摩擦により変形が生じやすいという傾向を有している。そのため、このような熱可塑性エラストマー材料を押出成形する場合にあっては、上記特許文献１、２に記載された技術を適用しても摩擦による変形を十分に抑制できない。その結果、成形物がサイジングダイを通過できずに、成形そのものが行えなくなったり、成形できたとしてもチューブ状成形物の寸法が変化する等の問題が新たに生じていた。

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、摩擦により変形が生じやすい熱可塑性エラストマー材料を用いても、高度な寸法精度が得られる押出成形装置及び熱可塑性エラストマー成形品の製造方法を提供することを主たる目的としている。

本発明は、熱可塑性エラストマーを押し出し成形する押出成形装置であって、熱可塑性エラストマーを加熱して、ダイスから押し出す押出手段と、前記押し出された熱可塑性エラストマーを引き取る引取手段と、前記押出手段と前記引取手段との間に配されかつ前記押し出された熱可塑性エラストマーの形状を整える形状調整手段とを有し、前記形状調整手段は、熱可塑性エラストマーを冷却する冷却水が満たされた水槽を有し、前記水槽を区画する側壁には、熱可塑性エラストマーが前記水槽内に入るための貫通孔からなる入口と、前記熱可塑性エラストマーが前記水槽から出るための貫通孔からなる出口とが設けられ、少なくとも前記入口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きく、前記冷却水の水位は、前記入口及び前記出口の上端よりも高いことを特徴とする。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記水槽は、前記側壁に装着される第１部材を有し、前記入口は、前記第１部材に形成されているのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記ダイスは、前記熱可塑性エラストマーをチューブ状に押し出すものであり、前記水槽は、前記押出手段から押し出された熱可塑性エラストマーが最初に通過する常圧水槽と、前記常圧水槽の下流側に設けられた減圧水槽とを有するのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記水槽は、前記常圧水槽と前記減圧水槽とを仕切る第１仕切壁を含み、前記第１仕切壁には、前記熱可塑性エラストマーが通過する貫通孔からなる第１通過口が設けられ、前記第１通過口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きく、前記冷却水の水位は、前記第１通過口の上端よりも高いのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記水槽は、前記第１仕切壁に装着される第２部材を有し、前記第１通過口は、前記第２部材に形成されているのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記第１通過口の押出方向の長さは、０．５〜１０mmであるのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記減圧水槽は、第１減圧水槽と、前記第１減圧水槽の下流側に設けられた第２減圧水槽と、前記第１減圧水槽と前記第２減圧水槽とを仕切る第２仕切壁を含み、前記第２仕切壁には、前記熱可塑性エラストマーが通過する貫通孔からなる第２通過口が設けられ、前記第２通過口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きく、前記冷却水の水位は、前記第２通過口の上端よりも高いのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記入口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径の１．０４〜１．２６倍であるのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記第１通過口の口径及び前記第２通過口の口径は、前記熱可塑性エラストマーの仕上げ外径の１．０８〜１．４５倍であるのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記減圧水槽には、該減圧水槽内を水平方向に通過する前記熱可塑性エラストマーの上下又は左右の位置を規制する位置規制手段が設けられているのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記位置規制手段は、回転しながら熱可塑性エラストマーと当接し、前記熱可塑性エラストマーの位置を規制するローラーと、前記ローラーを回転自在に軸支する回転軸とを有するのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、少なくとも一つの前記貫通孔の表面には、前記熱可塑性エラストマーとの摩擦を低減するコーティング膜が形成されているのが望ましい。

本発明に係る前記押出成形装置においては、前記引取手段によって引き取られた熱可塑性エラストマーを、所定の長さに切断する切断手段をさらに有するのが望ましい。

さらに、本発明は、前記押出成形装置を用いてチューブ状の熱可塑性エラストマーが輪切りされた成形品を製造することを特徴とする。

本発明の押出成形装置は、水槽の側壁に設けられた貫通孔からなる入口の口径が、押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きいので、前記押し出された熱可塑性エラストマーと入口との間に摩擦が生ずることが抑制される。すなわち、熱可塑性エラストマーの外面に密着するサイジングダイを水槽に装着する替わりに、水槽の側壁に熱可塑性エラストマーの外径よりも口径の大きい貫通孔を設けることにより、熱可塑性エラストマーが摩擦により変形することが抑制され、優れた寸法精度を得ることが可能になる。

さらに、冷却水の水位が、入口及び出口の上端よりも高いので、入口及び出口とそれらを通過する熱可塑性エラストマーとの間に介在する冷却水の水膜により、水槽内への空気の進入が防止される。さらに、冷却水の潤滑作用により、熱可塑性エラストマーと入口及び出口との間に生ずる摩擦がより一層抑制される。

本発明の押出成形装置の一実施形態を示す断面図である。 図１の水槽の断面図である。 図１の第１常圧水槽の断面図である。 図１の第１減圧水槽の断面図である。 図４の位置規制具の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
図１は、本実施形態の押出成形装置１の断面図である。押出成形装置１は、熱可塑性エラストマーの押出成形に用いられる。

図１に示されるように、本実施形態の押出成形装置１は、押出機（押出手段）２と、引取機（引取手段）３と、形状調整機（形状調整手段）４と、切断機（切断手段）５とを備える。

押出機２は、押出成形装置１の最上流に配設され、熱可塑性エラストマー１０を加熱して、押し出す。引取機３は、押出機２によって押し出された熱可塑性エラストマー１０を引き取る。形状調整機４は、押出機２と引取機３との間に配設され、押出機２によって押し出された熱可塑性エラストマー１０の形状を整える。切断機５は、引取機３によって引き取られた熱可塑性エラストマー１０を所定の長さに切断する。

押出機２は、例えば、ホッパー２１と、シリンダー２２と、スクリュー２３と、マンドレル２４と、ダイス２５とを有している。ホッパー２１には、熱可塑性エラストマー１０の材料となるペレット１１が投入される。ホッパー２１は、投入されたペレット１１をシリンダー２２に供給する。シリンダー２２は、ホッパー２１によって供給されたペレット１１を加熱して溶融させ、流動性を有する熱可塑性エラストマー１０を生成する。シリンダー２２には、ペレット１１を加熱するためのヒーター（図示せず）が設けられている。スクリュー２３は、シリンダー２２に内蔵され、加熱溶融された熱可塑性エラストマー１０をシリンダー２２の先端側に押し出す。

マンドレル２４は、例えば、スクリュー２３と同軸かつ一体に設けられ、スクリュー２３によって押し出された熱可塑性エラストマー１０を中空に形成する。ダイス２５は、シリンダー２２の先端に設けられ、スクリュー２３によって押し出された熱可塑性エラストマー１０の外形を形成する。マンドレル２４とダイス２５とによってチューブ状の熱可塑性エラストマー１０が形成され押出機２の出口から押し出される。

引取機３は、例えば、押出機２から押し出された熱可塑性エラストマー１０に接触し、熱可塑性エラストマー１０を引き抜く一対のローラー３１と、ローラー３１を回転駆動するローラー駆動部（図示せず）とを有している。ローラー３１の回転数は、例えば、スクリュー２３の回転数等と連動するように制御されている。

形状調整機４は、熱可塑性エラストマー１０を冷却する冷却水Ｗが満たされた水槽４０を有している。水槽４０は、底壁４１と、上流側の側壁４２と、下流側の側壁４３と、天壁４４とによって区画される。上流側の側壁４２には、押出機２から押し出された熱可塑性エラストマー１０が水槽４０の内部に入るための貫通孔からなる入口４５ａが設けられている。下流側の側壁４３には、熱可塑性エラストマー１０が水槽４０の内部から出るための貫通孔からなる出口４５ｂが設けられている。水槽４０は、例えば、熱可塑性エラストマー１０の押出方向の上流側から下流側に向かって、第１常圧水槽６１、第１減圧水槽６２、第２減圧水槽６３及び第２常圧水槽６４に順次区画されている。

押出機２から押し出された高温の熱可塑性エラストマー１０は、引取機３によって付与される張力によって引き延ばされて、その外径は徐々に小さくなる。さらに、その間に水槽４０を通過する熱可塑性エラストマー１０は、冷却水Ｗとの熱交換により、冷却されて収縮する。やがて、熱可塑性エラストマー１０の温度が十分に低下すると、熱可塑性エラストマー１０の形状は安定する。

切断機５は、例えば、引取機３によって引き取られた熱可塑性エラストマー１０を切断するカッター５１と、カッター５１を上下方向に往復駆動するカッター駆動部（図示せず）とを有している。カッター５１の往復周期は、例えば、引取機３のローラー３１の回転数等と連動するように制御されている。これにより、チューブ状の熱可塑性エラストマー１０が所定の長さで切断される。切断されたチューブは、例えば、画像形成装置等の紙送り機構に用いられる給紙ローラー１２等の成形品として使用される。

図２は、水槽４０の構成を示している。水槽４０は、第１常圧水槽６１と、第１減圧水槽６２と、第２減圧水槽６３と、第２常圧水槽６４とを有している。第１常圧水槽６１は、押出機２から押し出された熱可塑性エラストマー１０が最初に通過するように、水槽４０の最上流側に配置されている。第１常圧水槽６１を通過した熱可塑性エラストマー１０は、第１減圧水槽６２、第２減圧水槽６３及び第２常圧水槽６４を順次通過する。

第１常圧水槽６１と、第１減圧水槽６２とは、第１仕切壁４６によって仕切られている。第１仕切壁４６には、熱可塑性エラストマー１０が通過する貫通孔からなる第１通過口７２ａが設けられている。第１減圧水槽６２と、第２減圧水槽６３とは、第２仕切壁４７によって仕切られている。第２仕切壁４７には、熱可塑性エラストマー１０が通過する貫通孔からなる第２通過口７３ａが設けられている。第２減圧水槽６３と、第２常圧水槽６４とは、第３仕切壁４８によって仕切られている。第３仕切壁４８には、熱可塑性エラストマー１０が通過する貫通孔からなる第３通過口７４ａが設けられている。

第１常圧水槽６１及び第２常圧水槽６４の上部は、大気に開放されている。これにより、第１常圧水槽６１及び第２常圧水槽６４の圧力は常圧に維持される。一方、第１減圧水槽６２及び第２減圧水槽６３の上部は、天壁４４によって閉鎖されており、かつ真空ポンプＰによって第１減圧水槽６２及び第２減圧水槽６３の内部の空気が引き抜かれている。これにより、第１減圧水槽６２及び第２減圧水槽６３の圧力は大気圧よりも低く、略真空状態が維持される。

熱可塑性エラストマー１０が第１減圧水槽６２及び第２減圧水槽６３を通過する際、常圧のチューブ内部と減圧されたチューブ外部において圧力差が生ずる。この圧力差によって、熱可塑性エラストマー１０は、径方向の外側に均一に張り出し、熱可塑性エラストマー１０の形状が維持される。

第１減圧水槽６２及び第２減圧水槽６３を減圧する手法は、特に限定されない。例えば、ベンチュリー管を用いた手法等、一般的な減圧手法が適用され得る。

各水槽の押出方向の長さは、適宜設定できる。例えば、第１常圧水槽６１の押出方向の長さは、第１減圧水槽６２の押出方向の長さよりも小さく設定されていてもよい。さらに、各水槽の押出方向の容積は、適宜設定できる。例えば、第１常圧水槽６１の容積は、第１減圧水槽６２の容積よりも小さく設定されていてもよい。第１減圧水槽６２の容積と、第２減圧水槽６３の容積とは、同等である。第２常圧水槽６４の容積は、第２減圧水槽６３の容積よりも大きく設定されている。

第１常圧水槽６１及び第２常圧水槽６４には、給水タンクＴが接続されており、各水槽内で所望の水位が得られるように、流量調整弁（図示せず）等により給水量が調整されている。第１減圧水槽６２及び第２減圧水槽６３についても、上記と同様である。

図３は、第１常圧水槽６１及びその周辺の構成を示している。第１常圧水槽６１は、側壁４２と、第１仕切壁４６と、筒状部材６６等によって区画されている。側壁４２と筒状部材６６との接合部、及び第１仕切壁４６と筒状部材６６との接合部には、リング状のガスケット６７が設けられている。筒状部材６６の上部には、開口６６ａが形成され、筒状部材６６の上部は、大気に開放されている。側壁４２及び筒状部材６６の下方には、水受け部４９が設けられている。

側壁４２は、その上部及び下部に一対の給水口４２ａを有している。それぞれの給水口４２ａには、給水管継手４２ｂが装着されている。各給水管継手４２ｂは、給水タンクＴと接続されており、給水口４２ａは、給水タンクＴから供給された冷却水を第１常圧水槽６１に流入させる。第１常圧水槽６１に流入した冷却水Ｗは、第１常圧水槽６１を通過する熱可塑性エラストマー１０を冷却した後、入口４５ａ及び開口６６ａから溢れ出し、水滴状の冷却水Ｗ１となって落下し、水受け部４９に溜められる。

給水タンクＴと給水管継手４２ｂとの間の配管経路に設けられている流量調整弁を調整することにより、第１常圧水槽６１における冷却水Ｗの水位は、入口４５ａの上端よりも高く維持されている。このため、入口４５ａを通過する熱可塑性エラストマー１０の全表面は、冷却水Ｗによる水膜に覆われている。

水受け部４９の下部には、排水口４９ａが形成され、排水口４９ａには、排水管継手４９ｂが設けられている。水受け部４９に溜められた冷却水Ｗ２は、排水口４９ａ及び排水管継手４９ｂを介して水受け部４９の外部に排出される。排水管継手４９ｂを介して排出された冷却水Ｗ２は、給水タンクＴに循環するように構成されていてもよい。図２に示される第２常圧水槽６４も、上記と同等の構成により、水位が維持されている。

側壁４２には、熱可塑性エラストマー１０を挿通させるための開口４２ｃが形成され、開口４２ｃには板状の第１部材７１が装着されている。第１部材７１には、水槽４０の入口４５ａが第１部材７１を貫通して形成されている。入口４５ａの口径は、開口４２ｃの口径よりも小さく、かつ押出機２から押し出された後、入口４５ａに進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径よりも大きく設定されている。

入口４５ａの口径Ｄ１が入口４５ａに進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径Ｄ０以下である場合、サイジングダイを用いた従来技術と同様に、熱可塑性エラストマー１０と入口４５ａとの間で生ずる摩擦が大きくなり、熱可塑性エラストマー１０の仕上げ寸法の精度に影響を及す。一方、入口４５ａの口径Ｄ１が過度に大きい場合、入口４５ａから大量に冷却水Ｗ１が流出し、第１常圧水槽６１の水位を維持することが困難となる。このような観点から、入口４５ａの口径Ｄ１は、押出機２から押し出された後、入口４５ａに進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径Ｄ０の１．０４〜１．２６倍であることが望ましい。

出口４５ｂの口径についても、上記と同様であるが、出口４５ｂに進入する熱可塑性エラストマー１０の温度は、水槽４０内の冷却水Ｗとの熱交換によって低下しているので、出口４５ｂの口径は、入口４５ａの口径Ｄ１よりも小さく設定されていてもよい。

入口４５ａは、水槽４０に設けられている貫通孔のうち、熱可塑性エラストマー１０が最初に通過する貫通孔であり、押出直後の高温で形状が不安定な状態の熱可塑性エラストマー１０が通過する。従って、熱可塑性エラストマー１０の変形を抑え、寸法精度を高めるためには、熱可塑性エラストマー１０と入口４５ａとの間で生ずる摩擦を抑制するのが効果的である。

本実施形態にあっては、入口４５ａが形成されている第１部材７１の押出方向の長さは、後述する第１通過口７２ａが形成されている第２部材７２の押出方向の長さと同等か小さく設定されていてもよい。これにより、入口４５ａの押出方向の長さ（板状の第１部材７１の厚さに相当）は、第１通過口７２ａの押出方向の長さ（筒状の第２部材７２の長さに相当）よりも小さくなり、熱可塑性エラストマー１０が最初に通過する貫通孔における摩擦が低減され、熱可塑性エラストマー１０の押出寸法の精度をより一層高めることができる。

第１減圧水槽６２は、第１仕切壁４６に装着された板状部材４６ａと、第２仕切壁４７に装着された板状部材４７ａと、底壁４１と、天壁４４等によって区画されている。板状部材４６ａ及び板状部材４７ａは、ねじ等を介して第１仕切壁４６及び第２仕切壁４７に接合され、板状部材４６ａと第１仕切壁４６との接合面及び板状部材４７ａと第２仕切壁４７との接合面には、シート状のガスケット７５が設けられている。

第１仕切壁４６には、熱可塑性エラストマー１０を挿通させるための開口４６ｂが形成され、開口４６ｂには筒状の第２部材７２が装着されている。第２部材７２には、熱可塑性エラストマー１０を第１常圧水槽６１から第１減圧水槽６２に導くための第１通過口７２ａが、第２部材７２を軸方向に貫通して形成されている。第１通過口７２ａの口径Ｄ２は、開口４６ｂの口径よりも小さく、かつ押出機２から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径Ｄ０よりも大きいのが望ましい。第１通過口７２ａに進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径は、上記外径Ｄ０よりも小さいので、上記口径Ｄ２が、外径Ｄ０よりも小さい場合であっても、第１通過口７２ａに進入する直前の外径よりも大きければ、第１通過口７２ａにおける摩擦が低減される。

第１通過口７２ａの口径Ｄ２が第１通過口７２ａに進入する熱可塑性エラストマー１０の外径以下である場合、熱可塑性エラストマー１０と第１通過口７２ａとの間で生ずる摩擦が大きくなり、熱可塑性エラストマー１０の押出寸法の精度に影響を及す。一方、第１通過口７２ａの口径Ｄ２が過度に大きい場合、第１通過口７２ａから大量に冷却水Ｗ１が流出し、第１常圧水槽６１の水位を維持することが困難となる。このような観点から、第１通過口７２ａの口径Ｄ２は、熱可塑性エラストマー１０の仕上げ外径の１．０８〜１．４５倍であることが望ましい。ここで、仕上げ寸法又は仕上げ外径とは、成形品として仕上げられた熱可塑性エラストマー１０の寸法又は外径である。

第１減圧水槽６２内の水圧は、第１常圧水槽６１内の水圧よりも低いので、第１常圧水槽６１に満たされた冷却水Ｗの一部は、第１仕切壁４６の第２部材７２に設けられている第１通過口７２ａから第１減圧水槽６２に流入する。このとき、空気が第１通過口７２ａを通過しないように、第１常圧水槽６１の水位は、第１通過口７２ａの上端よりも高く維持されている。一方、第１減圧水槽６２は、真空ポンプＰによって減圧されているので、第１減圧水槽６２の水位は、第１常圧水槽６１の水位よりも高くなる。

第２減圧水槽６３は、第１減圧水槽６２と同等の構成を有している。すなわち、第２減圧水槽６３は、第２仕切壁４７に装着された板状部材４７ｂと、第３仕切壁４８（図２参照）に装着された板状部材（図示せず）と、底壁４１と、天壁４４等によって区画されている。板状部材４７ｂは、ねじ等を介して第２仕切壁４７に接合され、板状部材４７ｂと第２仕切壁４７との接合面には、シート状のガスケット７５が設けられている。

第２仕切壁４７には、熱可塑性エラストマー１０を挿通させるための開口４７ｃが形成され、開口４７ｃには筒状の第３部材７３が装着されている。第３部材７３には、熱可塑性エラストマー１０を第１減圧水槽６２から第２減圧水槽６３に導くための第２通過口７３ａが、第２部材７３を軸方向に貫通して形成されている。第２通過口７３ａの口径Ｄ３は、開口４７ｃの口径よりも小さく、かつ押出機２から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径よりも大きいのが望ましい。第２通過口７３ａに進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径は、上記外径Ｄ０よりも小さいので、上記口径Ｄ３が、外径Ｄ０よりも小さい場合であっても、第２通過口７３ａに進入する直前の外径よりも大きければ、第２通過口７３ａにおける摩擦が低減される。さらに、第２通過口７３ａの口径Ｄ３は、第１通過口７２ａの口径Ｄ２と同様に、熱可塑性エラストマー１０の仕上げ外径の１．０８〜１．４５倍であることが望ましい。第３通過口７４ａの口径Ｄ４についても、上記と同様である。

第２減圧水槽６３内の水圧は、第２常圧水槽６４内の水圧よりも低いので、第２常圧水槽６４に満たされた冷却水Ｗの一部は、第３仕切壁４８に設けられている第４通過口７４ａ（図２参照）から第２減圧水槽６３に流入する。このとき、空気が第４通過口７４ａを通過しないように、第２常圧水槽６４の水位の水位は、第４通過口７４ａの上端よりも高く維持されている。一方、第２減圧水槽６３は、真空ポンプＰによって減圧されているので、第２減圧水槽６３の水位は、第２常圧水槽６４の水位よりも高くなる。

貫通孔からなる入口４５ａ、第１通過口７２ａ、第２通過口７３ａ、第３通過口７４ａ及び出口４５ｂは、熱可塑性エラストマー１０が通過する際に、生ずる摩擦を低減するために、熱可塑性エラストマー１０の押出方向に一直線上に配設されている。

水槽４０内を通過する熱可塑性エラストマー１０は、水槽４０内に供給される冷却水Ｗの流れの影響を受け、僅かに振動することがある。従って、入口４５ａ、第１通過口７２ａ、第２通過口７３ａ、第３通過口７４ａ及び出口４５ｂが熱可塑性エラストマー１０の押出方向に一直線上に配設されていても、熱可塑性エラストマー１０が貫通孔の表面に接触する虞がある。従って、少なくともいずれか一つの貫通孔の表面には、熱可塑性エラストマー１０との摩擦を低減するコーティング膜が形成されているのが望ましい。

図４は、第１減圧水槽６２の構成を熱可塑性エラストマー１０の押出方向に垂直な断面で示している。第２減圧水槽６３の構成も第１減圧水槽６２の構成と同等であるので、以下、第１減圧水槽６２について説明する。第１減圧水槽６２は、角形の筒状部材８１と、筒状部材８１を支持する台車８２と、第１減圧水槽６２内を略水平方向に通過する熱可塑性エラストマー１０の位置を規制する位置規制具（位置規制手段）８３等を有する。

筒状部材８１によって、第１減圧水槽６２の底壁４１、天壁４４及び左右の側壁８４ａ、８４ｂが構成されている。天壁４４には、第１減圧水槽６２内に位置規制具８３を挿入するための開口４４ａが設けられ、側壁８４ａには、位置規制具８３を第１減圧水槽６２の底部に固定する作業等を行うための開口８４ｃが設けられている。開口４４ａ及び開口８４ｃには、それぞれハッチ８５ａ及びハッチ８５ｂが装着されている。第１減圧水槽６２の気密性及び水密性を確保するために、開口４４ａの周辺及び開口８４ｃの周辺には、それぞれガスケット８５ｃ及びガスケット８５ｄが設けられている。

第１減圧水槽６２の底壁４１には、給水口４１ａが形成され、給水口４１ａには、給水管継手８７ａが設けられている。給水管継手８７ａは、給水タンクＴと接続されており、給水口４１ａは、給水タンクＴから供給された冷却水Ｗを第１減圧水槽６２に流入させる。

第１減圧水槽６２の側壁８４ｂの下部には、排水口８４ｄが形成され、排水口８４ｄには、排水管継手８７ｂが設けられている。第１減圧水槽６２に流入した冷却水Ｗは、第１減圧水槽６２を通過する熱可塑性エラストマー１０を冷却した後、排水口８４ｄ及び排水管継手８７ｂを介して第１減圧水槽６２の外部に排出される。給水タンクＴと給水管継手８７ａとの間の配管経路に設けられている流量調整弁を調整することにより、第１減圧水槽６２における冷却水Ｗの水位は、第１通過口７２ａ（図３参照）の上端よりも高く維持されている。排水管継手８７ｂを介して排出された冷却水Ｗは、給水タンクＴに循環するように構成されていてもよい。

第１減圧水槽６２の側壁８４ｂの上部には、排気口８４ｅが形成され、排気口８４ｅには、排気管継手８７ｃが設けられている。排気管継手８７ｃは、真空ポンプＰと接続されており、第１減圧水槽６２の上部空間の空気は、真空ポンプＰによって引き抜かれ、第１減圧水槽６２の減圧状態が維持されている。

冷却水Ｗが満たされた第１減圧水槽６２は、例えば、台車８２によって支持されている。台車８２は、第１減圧水槽６２の底壁４１、すなわち筒状部材８１の下部に溶接等によって接合されている。台車８２の下部には、レール８２ａ及び車輪８２ｂ等が設けられている。レール８２ａ及び車輪８２ｂ等により、台車８２は、熱可塑性エラストマー１０の押出方向に平行な前後方向及びそれに垂直な左右方向に移動可能に構成されている。台車８２を上記方向に移動させることにより、押出機２に対する水槽４０の位置が調整される。

位置規制具８３は、ローラー９１と、回転軸９２と、支持部９３とを有し、第１減圧水槽６２内を水平方向に通過する熱可塑性エラストマー１０の上下位置及び左右位置を規制する。

ローラー９１は、回転しながら熱可塑性エラストマー１０の上面と当接し、熱可塑性エラストマー１０の上下位置を規制する。ローラー９１は、熱可塑性エラストマー１０の上面と当接し熱可塑性エラストマー１０をガイドするガイド部９１ａと、ガイド部９１ａの両端に形成された一対のフランジ部９１ｂとを有し、ボビン状に形成されている。ローラー９１が回転しながら熱可塑性エラストマー１０の上下位置及び左右位置を規制しうるように、ローラー９１の外径は、ローラー９１の赤道から軸方向の両端に向かって漸増している。これにより、ローラー９１の断面は、ガイド部９１ａからフランジ部９１ｂにかけて、緩やかな円弧状に形成されている。図４に示すように、回転軸９２を含む断面において、ガイド部９１ａからフランジ部９１ｂにかけての曲率半径は、位置規制具８３を通過する熱可塑性エラストマー１０の外半径よりも若干大きく設定されている。ローラー９１には、ローラー９１が回転軸９２の周りを円滑に回転しうるように、一対のベアリング９１ｃが組み込まれている。

図５は、位置規制具８３の構成及び第１減圧水槽６２における位置規制具８３と第１仕切壁４６及び第２仕切壁４７との位置関係を示している。回転軸９２は、ローラー９１を回転自在に軸支する。回転軸９２は、ねじ９２ａ等によって支持部９３に固定されている。支持部９３には、回転軸９２を挿通させるための貫通穴９３ａが形成されている。

貫通穴９３ａは、上下方向すなわちローラー９１の高さ方向に長い長穴によって構成される。かかる形状の貫通穴９３ａによって、図４において２点鎖線で示すように、回転軸９２の高さすなわちローラー９１の高さが調整可能となる。

図５においては、筒状の第２部材７２（図３参照）の替わりに、板状の第２部材７５が、第１仕切壁４６に装着されている。同様に、板状の第３部材７６が、第２仕切壁４７に装着されている。第２部材７５に第１通過口７２ａが形成され、第３部材７６に第２通過口７３ａが形成されている点は、上記と同様である。

第１常圧水槽６１と第１減圧水槽６２との間には、圧力差が生ずるため、第２部材７２、７５の押出方向の長さが０．５mm未満の場合、第２部材７２、７５の強度が不足する虞がある。一方、上述したように水槽４０内を通過する熱可塑性エラストマー１０は、水槽４０内に供給される冷却水Ｗの流れの影響を受け、僅かに振動しているので、第２部材７２、７５の押出方向の長さが１０mmを超える場合、熱可塑性エラストマー１０と第１通過口７２ａとの間で生ずる摩擦が大きくなり、熱可塑性エラストマー１０の押出寸法の精度に影響を及すことがある。このような観点から、図３に示される筒状の第２部材７２よりも図５に示される板状の第２部材７５が望ましく、第２部材７５の押出方向の長さは、０．５〜１０mmであることが望ましい。

第１減圧水槽６２に満たされている冷却水Ｗよりも比重に小さい熱可塑性エラストマー１０が用いられる場合、浮力の影響によって、熱可塑性エラストマー１０の上面と、第１通過口７２ａ及び第２通過口７３ａの上面とが接触し易い傾向がある。

しかしながら、本実施形態にあっては、ローラー９１のガイド部９１ａの内側下面が熱可塑性エラストマー１０の上面をガイドして、その上下位置さらには左右位置を規制する。このとき、図５に示されるように、第１通過口７２ａの上端、ローラー９１のガイド部９１ａの内側下面及び第２通過口７３ａの上端が一直線上に配置されているので、熱可塑性エラストマー１０は、第１減圧水槽６２内を蛇行することなく、真っ直ぐに通過し、熱可塑性エラストマー１０と、第１通過口７２ａ及び第２通過口７３ａとの接触が効果的に回避される。これにより、熱可塑性エラストマー１０と、第１通過口７２ａ及び第２通過口７３ａとの間に生ずる摩擦を低減できる。

一方、冷却水Ｗよりも比重に小さい熱可塑性エラストマー１０が用いられる場合には、ガイド部９１ａの内側上面が熱可塑性エラストマー１０の下面をガイドするようにローラー９１の高さを調整すればよい。

熱可塑性エラストマー１０をガイドするローラー９１は、ベアリング９１ｃを介して回転軸９２によって回転自在に軸支されているので、熱可塑性エラストマー１０の通過に伴い回転し、熱可塑性エラストマー１０の移動を妨げない。従って、ローラー９１のガイド部９１ａと熱可塑性エラストマー１０との間では、摩擦はほとんど生じないため、熱可塑性エラストマー１０が位置規制具８３を通過する際に、変形することが回避される。

以上のような構成を有する本実施形態の押出成形装置１によれば、水槽４０の側壁４２に設けられた貫通孔からなる入口４５ａの口径Ｄ１が、押出機２から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマー１０の外径Ｄ０よりも大きいので、熱可塑性エラストマー１０と入口４５ａとの間に摩擦が生ずることを抑制できる。すなわち、熱可塑性エラストマー１０の外面に密着するサイジングダイを水槽４０に装着する替わりに、水槽４０の側壁４２に熱可塑性エラストマー１０の外径Ｄ０よりも口径Ｄ１の大きい貫通孔を設けることにより、熱可塑性エラストマー１０が摩擦により変形することが抑制され、優れた寸法精度を得ることが可能になる。

さらに、冷却水Ｗの水位が、入口４５ａ及び出口４５ｂの上端よりも高いので、入口４５ａ及び出口４５ｂとそれらを通過する熱可塑性エラストマー１０との間に介在する冷却水Ｗの水膜により、水槽４０内への空気の進入が防止される。さらに、冷却水Ｗの潤滑作用により、熱可塑性エラストマー１０と入口４５ａ及び出口４５ｂとの間に生ずる摩擦がより一層抑制される。

入口４５ａは、第１部材７１に形成されているので、入口４５ａの口径Ｄ１や長さ等の仕様が異なる第１部材７１を、容易に使い分けることができる。このような第１部材７１を適宜交換することにより、熱可塑性エラストマー１０のサイズ、サイズ及び材質に応じて、最適な仕様の入口４５ａを用いることができ、熱可塑性エラストマー１０の寸法精度を高めることが可能になる。

水槽４０は、押出機２から押し出された熱可塑性エラストマー１０が最初に通過する第１常圧水槽６１を有するので、第１減圧水槽６２に空気が流入することが防止され、第１減圧水槽６２の減圧状態を維持することができる。これにより、熱可塑性エラストマー１０の寸法精度をより一層高めることが可能になる。

押出機２から押し出された熱可塑性エラストマー１０が最初に通過する第１常圧水槽６１は水圧が高いため、通常であれば、適切に形状調整を行うことが困難となる。しかしながら、本実施形態にあっては、第１常圧水槽６１の容積は、第１減圧水槽６２よりも小さいので、第１常圧水槽６１における形状調整作用が小さく、水圧の低い第１減圧水槽６２以降で大きな形状調整作用が得られる。これにより、熱可塑性エラストマー１０の寸法精度をより一層高めることが可能になる。

第１通過口７２ａは、第２部材７２に形成されているので、第１通過口７２ａの口径Ｄ２や長さ等の仕様が異なる第２部材７２を、容易に使い分けることができる。このような第２部材７２を適宜交換することにより、熱可塑性エラストマー１０のサイズ、サイズ及び材質に応じて、最適な仕様の第１通過口７２ａが使用可能となり、熱可塑性エラストマー１０の寸法精度がより一層高められる。第２通過口７３ａ及び第３通過口７４ａについても同様である。

以上、本発明の押出成形装置が詳細に説明されたが、本発明は上記の具体的な実施形態に限定されることなく種々の態様に変更して実施される。

図１の基本構成をなす押出成形装置によって、熱可塑性エラストマーが表１の仕様に基づき試作され、その寸法精度がテストされた。表１の実施例１乃至６及び比較例１乃至３においては、熱可塑性ポリウレタン系樹脂のペレット（ＢＡＳＦジャパン社製のエラストランＣ６０Ａ１０ＷＮ）が８０゜Ｃで３時間乾燥された後、スクリュー径がφ５０mmの単軸押出機に投入され、溶融温度１６０゜Ｃで成形が行われた。実施例７においては、材料が熱可塑性ポリウレタン系樹脂（東レデュポン社製のハイトレル４０４７）に変更されこれに伴い溶融温度１８０゜Ｃで成形が行われたが、その他の仕様は、実施例６と同等である。

比較例１においては、入口、第１通過口乃至第３通過口の口径として２０mmがテストされた。比較例２においては、入口、第１通過口乃至第３通過口の口径として３３mmがテストされた。比較例３においては、入口、第１通過口乃至第３通過口の口径として４０mmがテストされた。テスト方法は、以下の通りである。

＜入口直前径＞
キーエンス社製のレーザー寸法測定機（ＬＳ−３０３２）が使用され、入口に入る直前の熱可塑性エラストマーの外径が測定された。

＜仕上げ外径＞
上記レーザー寸法測定機にて、熱可塑性エラストマーの仕上り製品の外径が測定された。

＜寸法精度＞
新潟精機社製の円筒テーパーゲージ（ＴＰＧ−７１０Ｃ）が使用され、押出成型された熱可塑性エラストマーの仕上り製品の内径が測定された。２時間に亘る連続成形の途中、４分間隔にて３０点の熱可塑性エラストマーがサンプリングされた。評価は、サンプリングされた内径の標準偏差が０．３未満であれば◎、０．３以上０．５未満であれば○、０．５以上又は成形できなかった場合は×とした。

表１から明らかなように、実施例の押出成形装置は、比較例に比べて仕上り製品の寸法精度が有意に向上していることが確認できた。

１ 押出成形装置
２ 押出機（押出手段）
３ 引取機（引取手段）
４ 形状調整機（形状調整手段）
５ 切断機（切断手段）
１０ 熱可塑性エラストマー
２５ ダイス
４０ 水槽
４２ 側壁
４５ａ 入口
４５ｂ 出口
４６ 第１仕切壁
４７ 第２仕切壁
６１ 第１常圧水槽
６２ 第１減圧水槽
６３ 第２減圧水槽
７１ 第１部材
７２ａ 第１通過口
７２ 第２部材
７３ａ 第２通過口
８３ 位置規制具（位置規制手段）
９１ ローラー
９２ 回転軸

Claims (15)

1. 熱可塑性エラストマーを押し出し成形する押出成形装置であって、
   熱可塑性エラストマーを加熱して、ダイスから押し出す押出手段と、
   前記押し出された熱可塑性エラストマーを引き取る引取手段と、
   前記押出手段と前記引取手段との間に配されかつ前記押し出された熱可塑性エラストマーの形状を整える形状調整手段とを有し、
   前記形状調整手段は、熱可塑性エラストマーを冷却する冷却水が満たされた水槽を有し、
   前記水槽を区画する側壁には、熱可塑性エラストマーが前記水槽内に入るための貫通孔からなる入口と、前記熱可塑性エラストマーが前記水槽から出るための貫通孔からなる出口とが設けられ、
   少なくとも前記入口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きく、
   前記冷却水の水位は、前記入口及び前記出口の上端よりも高く、
   前記ダイスは、前記熱可塑性エラストマーをチューブ状に押し出すものであり、
   前記水槽は、前記押出手段から押し出された熱可塑性エラストマーが最初に通過する常圧水槽と、前記常圧水槽の下流側に設けられた減圧水槽とを有し、
   前記減圧水槽には、該減圧水槽内を水平方向に通過する前記熱可塑性エラストマーの上下及び／又は左右の位置を規制する位置規制手段が設けられ、
   前記位置規制手段は、回転しながら熱可塑性エラストマーと当接し、前記熱可塑性エラストマーの位置を規制するローラーと、前記ローラーを回転自在に軸支する回転軸とを有し、
   前記ローラーは、前記熱可塑性エラストマーをガイドするガイド部と、前記ガイド部の両端に形成された一対のフランジ部とを有するボビン状に形成されていることを特徴とする押出成形装置。
2. 前記ローラーの断面は、前記ガイド部から前記フランジ部にかけて円弧状に形成されている請求項１記載の押出成形装置。
3. 前記ガイド部から前記フランジ部にかけての曲率半径は、前記熱可塑性エラストマーの外半径よりも大きい請求項２記載の押出成形装置。
4. 前記水槽は、前記側壁に装着される第１部材を有し、前記入口は、前記第１部材に形成されている請求項１乃至３のいずれかに記載の押出成形装置。
5. 前記水槽は、前記常圧水槽と前記減圧水槽とを仕切る第１仕切壁を含み、
   前記第１仕切壁には、前記熱可塑性エラストマーが通過する貫通孔からなる第１通過口が設けられ、
   前記第１通過口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きく、
   前記冷却水の水位は、前記第１通過口の上端よりも高い請求項１乃至４のいずれかに記載の押出成形装置。
6. 前記水槽は、前記第１仕切壁に装着される第２部材を有し、前記第１通過口は、前記第２部材に形成されている請求項５記載の押出成形装置。
7. 前記第１通過口の押出方向の長さは、０．５〜１０mmである請求項６記載の押出成形装置。
8. 前記減圧水槽は、第１減圧水槽と、前記第１減圧水槽の下流側に設けられた第２減圧水槽と、前記第１減圧水槽と前記第２減圧水槽とを仕切る第２仕切壁を含み、
   前記第２仕切壁には、前記熱可塑性エラストマーが通過する貫通孔からなる第２通過口が設けられ、
   前記第２通過口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径よりも大きく、
   前記冷却水の水位は、前記第２通過口の上端よりも高い請求項５乃至７のいずれかに記載の押出成形装置。
9. 前記入口の口径は、前記押出手段から押し出された後、前記入口に進入する直前の熱可塑性エラストマーの外径の１．０４〜１．２６倍である請求項１乃至８のいずれかに記載の押出成形装置。
10. 前記第１通過口の口径及び前記第２通過口の口径は、前記熱可塑性エラストマーの仕上げ外径の１．０８〜１．４５倍である請求項８記載の押出成形装置。
11. 前記減圧水槽には、開口が設けられ、前記開口には、ハッチが装着される請求項１乃至１０のいずれかに記載の押出成形装置。
12. 前記開口の周辺にはガスケットが設けられている請求項１１記載の押出成形装置。
13. 少なくとも一つの前記貫通孔の表面には、前記熱可塑性エラストマーとの摩擦を低減するコーティング膜が形成されている請求項１乃至１２のいずれかに記載の押出成形装置。
14. 前記引取手段によって引き取られた熱可塑性エラストマーを、所定の長さに切断する切断手段をさらに有する請求項１乃至１３のいずれかに記載の押出成形装置。
15. 請求項１４に記載された押出成形装置を用いてチューブ状の熱可塑性エラストマーが輪切りされた成形品を製造することを特徴とする熱可塑性エラストマー成形品の製造方法。
    

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