JP7238151B2 - ダイス、ダイスの製造方法、押出機およびペレットの製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1における押出機EGMを示す模式図である。押出機EGMは、混練部EM、および、混練部EMの下流端に接続された造粒部GMを含む。実施の形態1の主な特徴は、造粒部GMに含まれるダイスDIの構造であるが、その詳細な特徴を説明する前に、図1を用いて、押出機EGMの構造と、押出機EGMを用いて形成されるペレット12の製造方法とを以下に説明する。
図1に示されるように、混練部EMは、シリンダ1、スクリュ2、回転機構3、原料供給部4、注液ノズル5、プランジャーポンプ6、排気口7および真空ポンプ8のうち全部または一部を含む。さらに、原料供給部4、注液ノズル5、プランジャーポンプ6、排気口7および真空ポンプ8は、図1ではそれぞれ1つずつ設けられているが、これらが1つを超える複数個設けられる場合もある。造粒部GMは、ダイスDIおよびペレタイザー9を含み、ペレタイザー9は、水槽10およびカッタホルダ11を含む。なお、実施の形態1における混練部EMは単軸押出機として例示されているが、混練部EMは、二軸押出機、または、二軸を超える複数のスクリュを搭載した押出機であってもよい。
まず、可塑化領域R1において、原料供給部4からシリンダ1の内部へ原料となる樹脂を供給し、スクリュ2によって樹脂を可塑化させると共に混練(混合)する。これにより、上記樹脂を基にした溶融樹脂が形成され、上記溶融樹脂は混練領域R2へ移送される。
以下に図2~図5を用いて、実施の形態1におけるダイス(ダイプレート)DIの構造を説明する。
実施の形態1におけるダイスDIの主な特徴は、図3~図5に示されるように、複数のノズルNZbの周囲および複数の熱源HTの周囲に、複数の断熱層HI1および複数の断熱層HI2が設けられていることである。
ところで、実施の形態1におけるダイスDIの中央部材DIaは3Dプリンタによって製造されるのが好適である。3Dプリンタを用いた製造方法としては、例えば、金属材料からなる粉末を層状に敷き詰め、高出力のレーザービームまたは放電などによって、粉末を直接焼結する粉末焼結式積層法、または、インクジェット方式によって粉末にバインダを添加し、これらを固める粉末固着式積層法が挙げられる。
以下に、実施の形態2におけるダイスDIを、図10および図11を用いて説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。図10は、押出面ES側から見たダイスDIの平面図であり、実施の形態1で使用した図3に対応している。図10では断熱層HI1および断熱層HI2がハッチングによって示されている。また、図11は、図10に示されるC-C線に沿った断面図である。
2 スクリュ
3 回転機構
4 原料供給部
5 注液ノズル
6 プランジャーポンプ
7 排気口
8 真空ポンプ
9 ペレタイザー
10 水槽
11 カッタホルダ
12 ペレット
CH 連結孔
CM1、CM2 連結部材
CP 硬質プレート(硬化部材)
DH 除粉孔
DI ダイス(ダイプレート)
DIa 中央部材
DIb 外周部材
EM 混練部
EGM 押出機
ES 押出面(下流面)
GM 造粒部
HI1、HI2 断熱層
HT 熱源
HTS 熱センサ
IH 注入孔
IS 注入面(上流面)
NZa、NZb、NZc ノズル
R1 可塑化領域
R2 混練領域
R3 脱揮領域
Claims (19)
- 押出面および前記押出面と反対側の注入面を有するダイスであって、
第1金属材料からなる第1部材と、
前記注入面側における前記第1部材の表面から前記第1部材の内部に亘って形成された注入孔と、
前記第1部材の内部に形成され、且つ、前記注入孔に接続された第1ノズルと、
前記押出面側における前記第1部材の表面から前記第1部材の内部に亘って形成され、前記第1ノズルに接続され、且つ、前記第1ノズルの平均口径よりも小さい平均口径を有する第2ノズルと、
前記押出面側から見た平面視において前記第1ノズルおよび前記第2ノズルと重ならないように、前記第1部材の内部に設けられた第1熱源と、
を有し、
前記第1部材の内部には、前記第1金属材料よりも低い熱伝導率を有する複数の第1断熱層が設けられ、
前記複数の第1断熱層のうち一部は、前記第2ノズルに隣接し、且つ、前記第1熱源よりも前記押出面の近くに位置し、
前記複数の第1断熱層のうち他の一部は、前記第1熱源よりも前記第2ノズルから離れた位置において、前記押出面から前記注入面へ向かう方向へ延在している、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスにおいて、
前記第1断熱層は、前記第1部材に設けられた第1孔と、前記第1孔の内部に存在する空気または不活性ガスとからなる、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスにおいて、
前記第1断熱層は、前記第1部材に設けられた第1孔を含み、
前記第1孔の内部の圧力は、大気圧、または、大気圧よりも低い圧力である減圧もしくは真空である、ダイス。 - 請求項2に記載のダイスにおいて、
前記第1部材の内部に設けられ、前記第1断熱層の前記第1孔に接続され、且つ、前記第1孔から前記第1部材の側面または前記注入面に向かって延在する第2孔を更に有する、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスにおいて、
前記押出面側における前記第1部材の表面に設けられ、且つ、前記第1金属材料よりも高い硬度を有する硬質プレートを更に有し、
前記硬質プレートには、前記硬質プレートを貫通し、且つ、前記第2ノズルに接続される第3ノズルが形成されている、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスにおいて、
前記第1部材を貫通するように、前記第1部材の中央部には第1連結孔が設けられ、
前記複数の第1断熱層のうち他の一部は、前記第1熱源と前記第1連結孔との間に設けられている、ダイス。 - 請求項6に記載のダイスにおいて、
前記第1断熱層は、前記平面視において環状である、ダイス。 - 請求項6に記載のダイスにおいて、
前記第1断熱層は、前記平面視において前記第1連結孔から前記第1部材の外部へ向かう方向に延在している、ダイス。 - 請求項6に記載のダイスにおいて、
前記平面視において前記第1部材を囲むように、前記第1部材に接合された第2部材を更に有し、
前記第2部材を貫通するように、前記第2部材には第2連結孔が設けられ、
前記平面視において前記第1ノズルおよび前記第2ノズルと重ならないように、前記第1部材の内部には第2熱源が設けられ、
前記第1熱源および前記第2熱源は、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルを挟んで互いに反対側に位置し、
前記第1金属材料よりも低い熱伝導率を有する第2断熱層が、前記第2熱源と前記第2連結孔との間に設けられている、ダイス。 - 請求項9に記載のダイスにおいて、
前記第2断熱層は、前記第1部材と前記第2部材との間の密閉された第1空間であり、
前記第1空間には空気または不活性ガスが充満されている、ダイス。 - 請求項9に記載のダイスにおいて、
前記第2断熱層は、前記第1部材と前記第2部材との間の密閉された第1空間であり、
前記第1空間の圧力は、大気圧、または、大気圧よりも低い圧力である減圧もしくは真空である、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスにおいて、
前記第1金属材料は、ステンレス鋼である、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスにおいて、
前記第1熱源は、前記第1部材の内部に形成された第4孔と、前記第4孔の内部に設けられた加熱機構によって構成され、
前記加熱機構は、コイル若しくは伝熱棒を用いた電気熱源、ホットオイル、または、スチームである、ダイス。 - 請求項1に記載のダイスを備えた押出機であって、
その内部にスクリュが設けられたシリンダと、
前記シリンダの上流端に接続された回転機構と、
前記シリンダの第1領域に設けられた原料供給部と、
前記シリンダの下流端が前記注入面に接続された前記ダイスと、
その内部に前記ダイスの前記押出面が配置されるように、前記ダイスに取り付けられた水槽と、
前記水槽の内部に取り付けられ、且つ、前記ダイスの前記押出面に対向するように設けられた複数のカッタを有するカッタホルダと、
を有する、押出機。 - 請求項14に記載の押出機を用いたペレットの製造方法であって、
(a)前記原料供給部から前記シリンダの内部へ樹脂を供給する工程、
(b)前記第1領域において前記樹脂を混練することで、溶融樹脂を形成する工程、
(c)前記第1領域よりも前記シリンダの下流側である第2領域において前記溶融樹脂を混練することで、混練物を形成する工程、
(d)前記混練物を前記注入面側から前記注入孔へ注入する工程、
(e)前記(d)工程後、前記混練物を、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルを介して前記押出面から前記水槽へ押し出す工程、
(f)前記(e)工程後、前記混練物を前記カッタによって切断することで、樹脂材料からなる複数のペレットを取得する工程、
を有し、
少なくとも前記(d)工程および前記(e)工程は、前記第1熱源が駆動された状態で行われる、ペレットの製造方法。 - 請求項15に記載のペレットの製造方法において、
前記樹脂は、単体の熱可塑性樹脂、2つ以上の熱可塑性樹脂を含む混合物、または、フィラーが含まれた前記混合物からなる、ペレットの製造方法。 - (a)3Dプリンタを用いて製造され、押出面および前記押出面と反対側の注入面を有し、且つ、第1金属材料からなる第1部材を用意する工程、
(b)第2金属材料からなる第2部材を用意する工程、
(c)前記第1金属材料よりも高い硬度を有する硬質プレートを用意する工程、
(d)前記押出面側から見た平面視において前記第1部材を囲むように、前記第1部材に第2部材を接合する工程、
(e)前記押出面側における前記第1部材の表面に、前記硬質プレートを接合する工程、
を含むダイスの製造方法であって、
前記第1部材は、
前記注入面側における前記第1部材の表面から前記第1部材の内部に亘って形成された注入孔と、
前記第1部材の内部に形成され、且つ、前記注入孔に接続された第1ノズルと、
前記押出面側における前記第1部材の表面から前記第1部材の内部に亘って形成され、前記第1ノズルに接続され、且つ、前記第1ノズルの平均口径よりも小さい平均口径を有する第2ノズルと、
前記第1部材の内部に形成された、第1断熱層用の複数の第1孔と、
前記平面視において前記第1ノズルおよび前記第2ノズルと重ならないように、前記第1部材の内部に形成された、第1熱源用の第2孔と、
を有し、
前記複数の第1孔のうち一部は、前記第2ノズルに隣接し、且つ、前記第2孔よりも前記押出面の近くに位置し、
前記複数の第1孔のうち他の一部は、前記第2孔よりも前記第2ノズルから離れた位置において、前記押出面から前記注入面へ向かう方向へ延在し、
前記硬質プレートには、前記硬質プレートを貫通し、且つ、前記第2ノズルに接続される第3ノズルが形成されている、ダイスの製造方法。 - 請求項17に記載のダイスの製造方法において、
前記第1部材には、前記第1孔に接続され、且つ、前記注入面側または前記第1部材の側面側において、前記第1部材の外部に通じている第3孔が設けられ、
前記(a)工程後、前記第3孔を介して、前記第1孔の内部の除粉処理が行われる、ダイスの製造方法。 - 請求項17に記載のダイスの製造方法において、
前記(d)工程において、前記第1部材と前記第2部材との間の一部には、密閉された空間が第2断熱層として形成される、ダイスの製造方法。
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