JPH1016032A - 管状体成形用金型及び管状体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円周方向の強度・剛性に優れた管状体を成形
することができる金型及び該金型を使用した管状体の製
造方法を提供する。 【解決手段】 金型４４には内型１と外型２との間に環
状流路３が形成され、内型１の上流部は樹脂の押出方向
に平行な軸Ｃを中心として回転可能な回転型部１１、下
流部は固定型部１２とされている。固定型部１２の流路
面には、樹脂の押出方向から見て、前記回転型部の回転
方向とは逆方向に進む螺旋状溝９が形成され、固定型部
の最下流部１２ｅに環状流路出口が設けられている。強
化繊維３１と架橋性熱可塑性樹脂３２とを含む成形材料
混合物を、金型４４より押し出す。強化繊維の円周方向
への配向と、管状体の回転抑制効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化樹脂管状
体の押出成形用金型及び繊維強化樹脂管状体を製造する
方法に関し、より詳しくは、金型の横断面環状の流路
（以下、環状流路という）内を流れる強化繊維混入樹脂
を回転させる工程を含む成形において、強化繊維の配向
状態を制御できると共に、管状体の回転を抑制すること
のできる管状体成形用金型及び管状体の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、樹脂管状体の強度を大きくするた
めに、繊維状の強化材を混入することが行なわれてい
る。しかし、従来法によれば、繊維状の強化材は、通
常、押出方向に配向されるため、押出方向すなわち管状
体の長手方向には繊維が強化されるが、管状体の周方向
には強化されないという欠点があった。

【０００３】そこで、このような欠点を解決するものと
して、例えば実開昭６１−７１４２１号公報に記載され
ているように、ニップル（内型）と、このニップルと同
軸に設けられたダイス（外型）とを備え、ニップル及び
ダイスの何れか一方が回転駆動される管状体成形用金型
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この公
報記載の管状体成形用金型を用いた成形においては、成
形用金型から押出成形された管状体に混入されている強
化繊維は、ニップル及びダイスのいずれか一方の回転に
より与えられるせん断力の影響によりおおよそせん断力
の働く方向に配向するものの、管状体が金型より高温の
まま押し出され、かつ金型の出口部分が回転しているた
め、該金型から押し出された管状体は、回転しながら次
工程に送られることとなり、従って次工程では、回転引
取機等の設備を必要として、装置の構造が複雑でかつ高
価なものとなるという問題があった。

【０００５】すなわち、図１に示すように、例えば、内
型としてのニップル(51)及びダイス(52)のうち、ニップ
ル(51)が回転する場合には、成形される管状体(56)のニ
ップル(51)と接触する樹脂(54)の内層付近は、強化繊維
(55)が管状体(56)の周方向に配向されるが、ニップル(5
1)から離れた樹脂(54)の外層付近においては、強化繊維
(55)は管状体(56)の周方向に配向されず、単に長手方向
（押出方向）に配向されてしまい、しかも管状体(56)は
ニップル(51)と共にこれの回転方向と同方向に回転しな
がら金型出口から押し出されるため、成形された管状体
(56)が冷却される過程において、引取機等による押出方
向引取力の影響で、金型内で与えられた短繊維の周方向
の配向状態が、いくらか押出方向に傾くように再配向さ
れてしまい、管状体(56)に周方向の強度・剛性を発現さ
せるためには不充分であるという問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記の従来技術
の問題を解決し、金型から押し出される管状体の回転を
抑制することができ、成形される管状体の内外層におい
て強化繊維が管状体の周方向にほぼ均一に配向された管
状体を成形できて、周方向の強度・剛性に優れた管状体
を成形することができる管状体成形用金型及び該金型を
使用した管状体の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の管状体成形用金
型は、内型と外型との間に環状流路が形成され、内型お
よび外型のうちの少なくとも一方の型の一部に、樹脂の
押出方向に平行な軸を中心として回転可能な回転型部が
設けられ、この回転型部が駆動手段により回転されるよ
うになされ、回転型部の樹脂の押出方向の下流側に非回
転型部が延設されて、非回転型部の流路面の少なくとも
一部には、樹脂の押出方向から見て、前記回転型部の回
転方向とは逆方向に進む螺旋状の溝が形成され、非回転
型部の最下流部に環状流路出口が設けられていることを
特徴とするものである。

【０００８】また、本発明の管状体の製造方法は、上記
の金型を用いて管状体を製造する方法であって、強化繊
維と熱可塑性樹脂とを含む成形材料混合物を、押出機よ
りこれに取り付けられた前記金型の環状流路内に導入
し、前記回転型部を回転させながら成形材料混合物を通
過させて、混合物が回転型部から回転方向にねじりせん
断力を受けるように管状に成形して、強化繊維が周方向
に配向した管状成形体を形成し、ついでこの管状成形体
を、環状流路内の非回転型部に対応する流路部分を通過
させて、管状成形体の回転を抑制した後、環状流路出口
から押し出すことを特徴とする。

【０００９】本発明の金型において、非回転型部の流路
面に形成された螺旋状の溝は、必ずしも連続的に形成さ
れたものである必要はない。すなわち上流の回転型部で
形成された管状成形体の回転を抑制し得るものであれ
ば、不連続的に形成されたものでもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。

【００１１】図２は、本発明の管状体成形用金型の一部
縦断面図である。図３(a) 及び(b)は、図２の金型の螺
旋状溝付近の模式的拡大断面の第１例及び第２例であ
る。

【００１２】図２及び３において、金型(44)は、内型
(1) と外型(2) とで構成され、内型(1) と外型(2) との
間に環状流路(3) が形成されている。内型(1) の樹脂の
押出方向前流部には回転型部(11)が設けられている。こ
の回転型部(11)は、樹脂押出方向に平行な軸(C) を中心
として、樹脂の押出方向から見て右回りに回転可能とな
されている。回転型部(11)の樹脂の押出方向下流側には
非回転型部(12)が設けられ、非回転型部(12)の流路面に
は、樹脂の押出方向から見て左回りに進む螺旋状の溝
(9) が形成されている。非回転型部(12)の最下流部(12
e) に環状流路出口が設けられている。ここに、「押出
方向から見て」とは、詳しくは、「押出方向上流側から
下流側を見て」の意味である。

【００１３】本発明において、螺旋状溝(9) の環状流路
面からの深さ(H) と環状流路出口の間隙の大きさ(t) と
の関係については、深さＨは、１／１００ｔ以上ｔ未満
の範囲とすることが好ましい。螺旋状溝(9) の深さＨが
１／１００ｔ未満の場合には、螺旋状溝(9) の管状体回
転抑制効果が得難く、一方、螺旋状溝(9) の深さＨがｔ
以上の場合には、螺旋状溝に沿って管状体が再配向し始
め、所望の配向状態とは異なった管状体が押出されて、
配向状態の制御が出来ないため好ましくない。

【００１４】また、螺旋状溝(9) の押出方向の幅(a) と
環状流路出口の間隙の大きさ(t) との関係については、
幅ａは、１／１０ｔ以上３ｔ以下の範囲とすることが好
ましい。螺旋状溝(9) の幅ａが１／１０ｔ未満である場
合には、螺旋状溝(9) の管状体回転抑制効果が得難く、
一方、螺旋状溝(9) の幅ａが３ｔより大きい場合には、
該管状体の回転方向と反対の方向に流動しやすい流路と
ならない。尚、ここで、螺旋状溝(9) の幅ａとは溝(9)
の最深部における押出方向の幅であり、図３(b) に示す
ように、溝(9) の側壁(9b)に勾配がある場合には、溝
(9) の底部(9a)における押出方向の幅である。

【００１５】また、図３(b) に示すように、溝(9) の側
壁(9b)に勾配がある場合の勾配角度θｋは、４５度以下
が好ましく、さらに好ましくは１５度以下である。この
勾配角度θｋが４５度より大きい場合、側壁(9b)の傾斜
が緩やかすぎて、螺旋状溝(9) を溶融樹脂が容易に流動
し、管状体回転抑制効果が少ない。

【００１６】螺旋状の溝(9) の円周方向に対する進行角
度θｍは、１度以上４５度未満が好ましく、さらに好ま
しい範囲は１度以上３０度未満である。θｍが１度未満
では、実質上螺旋状の溝を設けることが困難であり、一
方、θｍが４５度より大きい場合、回転方向より押出方
向に流動しやすくなり、管状体の回転はある程度抑制さ
れるが、強化材がより押出方向に再配向されることとな
る。また、螺旋状の溝(9) のピッチ(p) については、螺
旋状溝の幅ａと円周方向に対する進行角度θｍより、１
／１０ｔ＜ｐ＜２πｒ（ただし、ｒは螺旋状の溝が設け
られている金型部、即ち非回転型部の半径）となる。

【００１７】非回転型部(12)における螺旋状溝(9) の設
定位置については、できる限り回転型部(11)の直ぐ下流
から設けられることが好ましい。また、螺旋状溝(9) を
設定する（押出方向の）範囲Ｌｍについては、非回転型
部(12)の押出方向の長さをＬｓとすると、Ｌｍは１／１
０Ｌｓ以上９／１０Ｌｓ以下が好ましい。Ｌｍが１／１
０Ｌｓ未満では、管状体の回転を充分抑制できず、一
方、Ｌｍが９／１０Ｌｓより大きい場合、管状体の整流
効果が少なく、安定的に押出できない。また、螺旋状溝
(9) の設定範囲Ｌｍの下流には、整流部としての出口部
(12e) が押出方向の長さＬｅとして、１／１０Ｌｓ以上
９／１０Ｌｓ以下設けられることが好ましい。整流作用
により、さらに容易に管状体を得ることができる。

【００１８】また、本発明において、非回転型部(12)の
押出方向長さＬｓは、環状流路出口の間隙の大きさ(t)
との関係については、Ｌｓ／ｔの値は１以上１００以下
の範囲内にあることが好ましい。Ｌｓ／ｔの値が１未満
である場合には、金型の出口から、成形困難な回転数で
回転しながら、管状体が押し出される恐れがあり、Ｌｓ
／ｔの値が１００を越えると、合成樹脂に混入される強
化繊維がせっかく管状体の周方向に配向していたのが、
押出方向のせん断力を受けるため、管状体の長手方向に
再配向してしまう恐れがあるので好ましくない。

【００１９】以降の図面（図４〜１３、１７）において
は、螺旋状溝(9) の図示は省略する。

【００２０】本発明の管状体成形用金型は、図４(a) に
示すように、内型(1) の出口端面と外型(2) の出口端面
とが同一垂直面上に一致していても良い。また、図４
(b) に示すように、内型(1) の出口端面が外型(2) の出
口端面より突出していても良く、さらに図４(c) に示す
ように、内型(1) の出口端面が外型(2) の出口端面より
その内部に入り込んでいても良い。

【００２１】なお、内型(1) 及び外型(2) は、単一の部
材のみならず、複数個の部材から構成されていても良
く、その部材に加熱手段や冷却手段が含まれていても良
い。

【００２２】本発明の金型においては、内型および外型
のうちの少なくとも一方の型の一部に、樹脂の押出方向
に平行な軸を中心として回転可能な回転型部が設けら
れ、どちらか一方もしくは両方の回転型部が駆動手段に
より回転されるようになされ、両方が回転駆動する場
合、両回転型部の回転方向は同方向・逆方向を問わな
い。

【００２３】ここで、回転型部の回転数については、特
に限定されるものではないが、せん断発熱による樹脂温
度の上昇には注意しなければならない。従って、回転型
部の回転数は、０．１〜１０００ｒｐｍが好ましく、さ
らに好ましくは１〜１００ｒｐｍである。回転型部の回
転数が０．１ｒｐｍ未満では、配向の効果が充分得られ
ず、回転数が１０００ｒｐｍよりも大きいと、せん断発
熱が著しく成形困難となる。

【００２４】回転型部及び非回転型部の態様について述
べる。

【００２５】本発明において、図５に示すように、本発
明による金型(44)は、内型(1) の一部を回転型部(11)と
し、内型(1) の他の部分を回転しない非回転型部(12)と
した場合には、回転型部(11)と非回転型部(12)との間に
ベアリング(B) を介在させれば良い。

【００２６】また図６に示すように、外型(2) の一部を
回転型部(21)とし、外型(2) の他の部分を非回転型部(2
2)とした場合には、回転型部(21)と非回転型部(22)との
間にベアリング(B) を介在させれば良い。

【００２７】また図７に示すように内型(1) の一部を回
転型部(11)とし、内型(1) の他の部分を非回転型部(12)
とするとともに、外型(2) の一部を回転型部(21)とし、
外型(2) の他の部分を非回転型部(22)とした場合には、
内型(1) 及び外型(2) の回転型部(11)(21)と非回転型部
(12)(22)との間に、それぞれベアリング(B)(B)を介在さ
せれば良い。

【００２８】さらに図８に示すように、内型(1) の一部
を回転型部(11)とし、内型(1) の他の部分を非回転型部
(12)とした場合であって、回転型部(11)の端部に軸部(1
1a)を突設し、非回転型部(12)の端部に筒部(12a) を設
け、回転型部(11)の軸部(11a) を非回転型部(12)の筒部
(12a) 内に挿入し、回転型部(11)の軸部(11a) と非回転
型部(12)の筒部(12a) との間にベアリング(B) を介在さ
せれば良い。

【００２９】また図９に示すように、外型(2) の一部を
回転型部(21)とし、外型(2) の他の部分を非回転型部(2
2)とした場合には、回転型部(21)の端部に軸部(21a) を
突設し、非回転型部(22)の端部に筒部(22a) を設けて、
回転型部(21)の軸部(21a) を非回転型部(22)の筒部(22
a) 内に挿入し、回転型部(21)の軸部(21a) と非回転型
部(22)の筒部(22a) との間にベアリング(B) を介在させ
れば良い。

【００３０】また図１０に示すように、内型(1) 及び外
型(2) のそれぞれ一部を回転型部(11)(21)とし、内型
(1) 及び外型(2) の他の部分を非回転型部(12)(22)とし
た場合には、回転型部(11)(21)の端部に軸部(11a)(21a)
を突設し、非回転型部(11)(22)の端部に筒部(11a)(21a)
を設け、回転型部(11)(21)の軸部(11a)(21a)と非回転型
部(12)(22)の筒部(12a)(22a)との間にベアリング(B)(B)
を介在させれば良い。

【００３１】なお、図１１に示すように、内型(1) の一
部を回転型部(11)とし、内型(1) の他の部分を非回転型
部(12)とした場合に、回転型部(11)の端部に軸部(11a)
を突設し、非回転型部(12)の端部に筒部(12a) を設け、
回転型部(11)の軸部(11a) を非回転型部(12)の筒部(12
a) 内に挿入し、回転型部(11)の軸部(11a) と非回転型
部(12)の筒部(12a) との間に、リン青銅製あるいはテフ
ロン製などの摺動部材(T) を介在させても良い。またこ
の摺動部材(T) には、好ましくは接触抵抗を減らす工夫
がなされるものである。

【００３２】本発明において、図１２に示すように、内
型(1) の回転型部(11)の樹脂接触部の押出方向の長さを
Ｌｒとし、内型(1) と外型(2) との間の環状流路(3) の
間隙の大きさをＤｒとすると、合成樹脂に含まれる強化
繊維の周方向への配向のためには、Ｌｒ／Ｄｒの値は、
１以上とするのが好ましく、３以上１００以下とするこ
とがさらに好ましい。ここで、Ｌｒ／Ｄｒの値が１未満
では、強化繊維をおおよそ回転方向に配向させることが
困難である。なお、内型(1) の回転型部(11)の回転軸部
(13)はホルダー(14)と軸受(15)とにより保持され、回転
軸部(13)の先端部はモーター(45)に接続されている。

【００３３】本発明において、図１３に示すように、溶
融状態の合成樹脂を速やかに固化させて、強化繊維の配
向を所望の程度とするためには、環状流路(3) の出口付
近の内型(1) 及び外型(2) の少なくとも一部に、冷却水
流通用銅管を巻き付けるなどの冷却手段(4) が設けられ
ていることが好ましい。冷却温度の目安としては、使用
する合成樹脂（後述）により異なるが、ポリエチレン樹
脂やポリプロピレン樹脂のように結晶性樹脂の場合は結
晶化温度付近とすることが好ましく、塩化ビニル樹脂の
ような非結晶樹脂の場合は軟化点付近とすることが好ま
しい。なお、冷却温度をあまり下げすぎると、異常な成
形圧力となり、成形困難となるので好ましくない。

【００３４】本発明において、内型もしくは外型の回転
型部の回転手段としては、図１４に示すように、金型(4
4)の内型もしくは外型の回転型部から回転軸(Sa)を突設
し、回転軸(Sa)にスプロケットホイール(W1)を取り付
け、このスプロケットホイール(W1)とモーター(45)の回
転軸に取り付けたスプロケットホイール(W2)との間にベ
ルトやチェーン等の動力伝達機構(C) を掛け渡して、モ
ーター(45)の回転を金型(44)の回転型部に伝達するよう
にしても良い。

【００３５】また図１５に示すように、金型(44)の回転
型部と、モーター(45)の回転軸とをユニバーサルジョイ
ントを備えた動力伝達機構(U) により直結し、モーター
(45)の回転を金型(44)の回転型部に伝達するようにして
も良い。

【００３６】さらに図１６に示すように、金型(44)の回
転型部の回転軸(Sa)とモーター(45)の回転軸(Sm)とをウ
ォーム減速機やサイクロン減速機等の減速機(48)で直結
し、伝達するようにしても良い。

【００３７】あるいはまた図１７に示すように、内部に
スクリュー(65)を装備した押出機シリンダー(64)の先端
部(64a) を延長して、これを外型(2) とみなし、この押
出機シリンダー(64)の先端部(64a) 内に、図８の場合と
同様に、内型(1) を設ける。すなわち押出機シリンダー
先端部(64a) よりなる外型(2) 内においてスクリュー(6
5)の先端部(65a) に、スクリュー(65)に同行回転する回
転成形コア（回転型部）(11)及びこれにベアリング(B)
を介して、駆動回転しない非回転型部(12)を接続し、こ
の回転成形コア（回転型部）(11)及び非回転型部(12)を
内型(1) とみなして機能させれば良い。なお図１７にお
いて、図８の場合と同じものには同じの符号を付した。

【００３８】なお、上記各種の回転手段は、これを単独
で用いても良いし、併せて用いても良い。

【００３９】また、合成樹脂の環状流路(3) 内での偏流
を防止するために、回転型部の回転軸にブレ防止手段を
施すことが望ましい。

【００４０】本発明において、回転型部(11)と非回転型
部(12)との区別は、溶融樹脂が接する部分で区別するも
のとし、例えば図８に示すように、回転型部(11)から突
設された軸部(11a) と非回転型部(12)に設けられた筒部
(12a) との構造上の重複部分は無視できるものとする。

【００４１】次に、本発明の方法で用いる熱可塑性樹脂
及び強化繊維について説明する。

【００４２】本発明において、熱可塑性樹脂としては、
特に限定されるものではないが、例えば、ＡＢＳ樹脂、
フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプ
ロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル、ポリカ
ーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン等、及びこれ
らの変性材あるいはブレンド材（アロイ材）等の溶融成
形可能な樹脂が挙げられる。

【００４３】合成樹脂に混入する強化繊維としては、ガ
ラス繊維、炭素繊維、金属繊維、超高分子量ポリエチレ
ン繊維等の有機繊維、セラミック繊維等の無機繊維など
の短繊維や、金型内でせん断力を受けることにより強化
繊維となる液晶ポリマー等が使用でき、コスト面からは
ガラス繊維が有利である。

【００４４】混合する繊維の形態としては、ミルドファ
イバーやカットファイバーのようにモノフィラメント状
のものをそのまま用いても良いし、何本かを集束したチ
ョップドストランドでも良い。

【００４５】また、繊維には混合される熱可塑性樹脂に
応じて適宜表面処理剤やバインダーが付与されたもので
あっても良い。

【００４６】合成樹脂に混入する強化繊維の形状として
は、ガラス繊維のような連続繊維を適当な長さをカット
したものでも良いし、いわゆるウィスカー状のものでも
良い。

【００４７】また、強化繊維の長さも特に限定されない
が、アスペクト比（繊維長／繊維径）は１以上のものが
好ましい。アスペクト比が１未満では、繊維による強化
効果が発揮されない恐れがある。

【００４８】強化繊維として、ガラス繊維の短繊維を使
用した場合には、アスペクト比が１０００以下であるこ
とが好ましく、アスペクト比が１０００を超えると、押
出機のスクリュー軸で切断されて長さに見合う強化効果
が期待できない恐れがある。

【００４９】なお、繊維径は１〜１００μｍ程度、繊維
長は１μｍ〜１００ｍｍ程度が好ましい。

【００５０】強化繊維と熱可塑性樹脂の混合は、タンブ
ラー等のミキサーでドライ混合された後に、押出機中で
達成される。また、場合によっては、ストランドダイ等
を用いて成形された混合ペレットを用いても良い。

【００５１】熱可塑性樹脂に対する強化繊維の混合割合
は、組成物全体として以下の押出工程で成形可能な範囲
にあり、かつその割合は熱可塑性樹脂の組成や製品に必
要な性能によって適宜選択されるが、通常、１〜６０重
量％、好ましくは１０〜４０重量％の範囲が適当であ
る。

【００５２】次に、本発明の管状体の製造方法について
説明する。

【００５３】上記熱可塑性樹脂と強化繊維は、該樹脂の
融点以上で、例えば図１８に示す押出機(41)より押し出
され、この時、金型(44)内にて、内型(1) と外型(2) と
で構成される環状流路(3) を通過する。内型(1) もしく
は外型(2) の一部は、押出方向と直角の垂直面内で回転
する回転型部を有しており、環状流路(3) の通過の間
に、該混合物は、回転型部の回転によるせん断力の影響
を受け、強化繊維の管状体周方向への配向が促される。

【００５４】その後、混合物は、回転型部の下流方向に
延設された駆動回転されない非回転型部を通過し、そこ
で整流され、さらに環状流路(3) 出口付近で冷却され
て、所望の配向状態を維持しながら、非回転型部の終端
流路である出口から押し出される。

【００５５】本発明における押出方法としては、従来公
知の任意の方法が採用されて良く、例えば１軸押出機、
２軸押出機が使用される。

【００５６】図１８において、金型(44)から押し出され
た管状体(36)の冷却は、少なくとも引き取る工程におい
て管状体の形状及び内径と外径の寸法が塑性的に変化し
ない温度まで冷却される必要があり、雰囲気温度（外気
温）まで冷却されるのが望ましい。

【００５７】管状体を冷却する手段(46)としては、管状
成形体を水槽等の冷媒の中を通過せしめる方法、ブロア
等で冷気を当てる方法、冷媒の流れる冷却ダイスを通過
せしめる方法等が挙げられ、管状成形体の寸法、成形ラ
インに応じて適宜選択される。

【００５８】冷却された管状成形体を引き取る手段(47)
としては、ベルト式引き取り機、キャタピラ式引き取り
機、ロール式引き取り機、回転引き取り機等が適宜使用
できる。

【００５９】（作用）本発明の管状成形用金型(44)は、
内型(1) と外型(2) との間に環状流路(3) が形成され、
内型(1) と外型(2) のうちの少なくとも一方の型の一部
（もしくは全部）に、回転可能に支持された回転型部(1
1)が設けられ、この回転型部(11)が駆動手段により回転
されるようになされ、この回転型部(11)の下流方向に駆
動回転されない非回転型部(12)が延設され、非回転型部
(12)の流路面の少なくとも一部には、樹脂の押出方向か
ら見て、前記回転型部(11)の回転方向とは逆方向に進む
螺旋状の溝(9) が形成され、さらに、非回転型部(12)の
最下流部(12a) に流路出口が設けられ、好ましい場合に
は、該環状流路の出口付近において内型および外型のう
ちの少なくとも一方の型の非回転型部に冷却手段が設け
られている。

【００６０】そして、本発明の管状体の製造方法によれ
ば、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む混合物を、図１９
に示す押出機(41)よりこれに接続された上記金型(44)の
環状流路(3) 内に導入し、該混合物が環状流路(3) 内を
通過する間に回転型部(11)からおおよそ回転方向にねじ
りせん断力を受けるように管状に成形して、強化繊維が
周方向に配向した管状成形体を形成し、ついでこの管状
成形体を、環状流路(3) 内の非回転型部(12)に対応する
流路部分を通過させて、非回転型部(12)の流路面に形成
された螺旋状溝(9) によって管状成形体の回転を抑制し
た後、好ましくは冷却されている環状流路出口から押し
出すものである。

【００６１】従って、本発明の装置及び方法によれば、
回転型部の回転によって強化繊維が管状体の周方向に配
向され、かつ非回転型部の流路面に形成された螺旋状溝
によって管状成形体の回転を抑制することができる。ま
たこのとき、環状流路の出口付近を冷却可能にしておく
と、溶融状態の合成樹脂を適宜固化させて、強化繊維の
配向を所望の程度とすることが容易になる。

【００６２】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００６３】［実施例１］図２、図３及び図１９は、本
発明で用いる金型の概略を示す図であり、図１８は本発
明の製造方法の工程を示す図であり、図２０は得られた
管状体の斜視図である。

【００６４】本発明により管状体を製造するにあたり、
まず強化繊維には、直径１０μｍ、長さ３ｍｍのガラス
繊維チョップドストランド（日東紡績社 ＣＳ３Ｅ−４
７１Ｓ）を用い、熱可塑性樹脂には、密度０．９３５ｇ
／ｃｍ³ 、メルトインデックス(MI)２．０ｇ／１０分の
ポリエチレン（昭和電工社 ＴＲ４１８）を用いた。そ
して、ガラス繊維の混合量を２０重量％とし、タンブラ
ーミキサーにて予備混合を行なった。

【００６５】ついで、得られた混合物を、図１８に示す
スクリュー径５０ｍｍの１軸押出機(41)を用いて、樹脂
温度１９０℃にて金型(44)に押し出した。

【００６６】混合物は、図１９に示す金型(44)内にて、
内型(1) と外型(2) とで形成される環状流路(3) を通過
するが、同時に、内型(1) の回転型部(11)を、金型外部
に設置した図１８及び１９に示すモーター(45)により減
速機(48)を介して、回転数１０ｒｐｍで回転させた。

【００６７】ここで、強化繊維(31)と熱可塑性樹脂(32)
とからなる混合物は、図１９に示すマニホールド(42)よ
り内型(1) と外型(2) との間の環状流路(3) の始端部に
環状に展開され、回転型部(11)に対応する環状流路上流
部(3A)へと押し出され、さらに回転しない非回転型部(1
2)に対応する環状流路下流部(3B)に押し出される。

【００６８】本実施例において、内型(1) の外径５５ｍ
ｍ、外型(2) の内径６６ｍｍとした。また回転型部(11)
については、Ｌｒ／Ｄｒ＝１３．６（Ｌｒ＝７５ｍｍ、
Ｄｒ＝５．５ｍｍ）（図１２参照）とした。非回転型部
(12)については、Ｌｓ／ｔ＝７．３（Ｌｓ＝４０ｍｍ、
ｔ＝５．５ｍｍ）（図２参照）とした。

【００６９】また、螺旋状溝(9) の寸法は、深さＨが
２．０ｍｍ、押出方向の長さａが２ｍｍ、ピッチｐが１
２ｍｍ、螺旋状溝(9) の進行角度θｍは約４度、非回転
型部(12)の長さＬｓが４０ｍｍに対して、螺旋状溝(9)
部の範囲Ｌｍが２５ｍｍ、整流部である出口部(12e) の
長さＬｅが１５ｍｍとした。また、螺旋状溝(9) の側壁
(9b)には勾配を設けなかった（すなわち、図３(a) の態
様）。

【００７０】金型(44)の外型(2) の温度設定を２００℃
とし、金型(44)の内型(1) は、冷却なし及び加熱なしで
行なった。

【００７１】こうして、ポリエチレン樹脂に混入された
強化ガラス繊維が、回転型部(11)の回転により管状体の
周方向に配向され、さらに金型(44)の環状流路(3) の非
回転型部(12)側の出口からは、周方向に配向された強化
繊維を有しかつ回転の抑制された管状体を成形すること
ができた。

【００７２】さらに、金型(44)の出口から押し出された
管状体(36)を、図１８に示す冷却水槽(46)にて冷却し、
引き取り機(47)にて、外径約６０ｍｍ、及び肉厚約５ｍ
ｍの管状体を引き取り、さらに切断機(49)により所要長
さに切断して、管状体製品(37)を製造した。図２０は得
られた管状体(37)の斜視図である。

【００７３】［実施例２］実施例１の場合と同様に行な
うが、以下のように螺旋状溝(9) を異ならしめた。すな
わち、螺旋状溝(9) の寸法は、深さＨが２．０ｍｍ、押
出方向の長さａが４ｍｍ、ピッチｐが２４ｍｍ、螺旋状
溝(9) の進行角度θｍは約８度、非回転型部(12)の長さ
Ｌｓが４０ｍｍに対して、螺旋状溝(9) 部の範囲Ｌｍが
２８ｍｍ、整流部である出口部(12e) の長さＬｅが１２
ｍｍとした。また、螺旋状溝(9) の側壁(9b)には勾配を
設け、その勾配角度θｋを５度とした。

【００７４】このような螺旋状溝(9) が形成された非回
転型部(12)を有する金型を用いた以外は、実施例１と同
様の強化繊維及び熱可塑性樹脂を用いて同様の操作を行
ない、周方向に配向された強化繊維を有しかつ回転の抑
制された管状体を成形することができた。

【００７５】［比較例１］実施例１における螺旋状溝
(9) が形成された非回転型部(12)を有する金型の代わり
に、螺旋状溝が形成されていない非回転型部を有する金
型を用いた以外は、実施例１と同様の強化繊維及び熱可
塑性樹脂を用いて同様の操作を行ない、管状体を成形し
た。

【００７６】［比較例２］実施例１の内型(1) として、
長さＬｓ４０ｍｍの非回転型部(12)と長さＬｒ７５ｍｍ
の回転型部(11)を有する金型の代わりに、長さ１１５ｍ
ｍの回転型部を有する金型を用いた以外は、実施例１と
同様の強化繊維及び熱可塑性樹脂を用いて同様の操作を
行ない、管状体を成形した。

【００７７】（製造工程上の評価及び管状体成形品の評
価）実施例及び比較例の製造工程上の評価として、成形
時における管状体の回転数測定を行った。また、実施例
及び比較例で得られた管状体成形品の評価を次のように
行なった。各管状体成形品から以下のような試験片を切
り出して、各々の管状体成形品の試験片について、軸方
向及び周方向の２種類の引張り試験を、ＡＳＴＭ Ｄ６
３８に準拠してそれぞれ行ない、軸方向及び周方向の引
張り強度を測定した。

【００７８】軸方向の引張試験：管状体成形品から厚さ
５ｍｍ、幅１０ｍｍ、および長さ１００ｍｍの略棒状試
験片を管状体の長手方向に沿って切り出し、該試験片の
両端を各々通常のチャックで把持して引張試験を行なっ
た。

【００７９】周方向の引張試験：管状体成形品から幅３
０ｍｍのリング状試験片を切り出して、該試験片のを半
円治具で把持した状態で径方向に引っ張って、引張試験
を行なった。

【００８０】以上の結果を表１にまとめて示す。

【００８１】

【表１】

【００８２】表１より、実施例１及び２では、成形時に
おける管状体の回転数が非常に小さく、製造工程上問題
がないことが明らかである。これに対して、比較例１及
び２では、成形時における管状体の回転数が大きく、押
し出し工程以降の冷却工程や引き取り工程等において、
複雑な設備が必要になる。

【００８３】表１より管状体の軸方向と周方向の強度の
違いから、ガラス繊維の配向状態の違いを比較検討する
と、実施例１及び２では、軸方向においても十分な強度
を有すると共に、周方向の強度も非常に高い。比較例１
及び２では、軸方向において十分な強度を有するが、周
方向の強度は実施例に比べると小さい。

【００８４】

【発明の効果】本発明による管状体成形用金型及び該金
型を使用した管状体の製造方法によれば、金型から押し
出される管状体の回転を抑制することができ、成形され
る管状体の内外層において強化繊維が管状体の周方向に
ほぼ均一に配向された管状体を成形できて、強化繊維に
より周方向に効率的に補強された周方向の強度・剛性に
優れた管状体を連続的に成形することができる。

【００８５】そして、管状体の成形ラインとして考えた
場合、金型から押し出された管状体は、従来のように回
転しながら次工程に送られることはないので、金型以降
の工程において、冷却水槽、引き取り機、あるいは切断
機などについては複雑でかつ高価な設備を用いなくても
よくなり、設備費が非常に安価で済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来法による管状体の成形工程を示す要部拡
大斜視図である。

【図２】 本発明の金型の一部縦断面図である。

【図３】 図２の金型の螺旋状溝付近の模式的拡大断面
図であり、(a) 、(b) の２種の態様を示す。

【図４】 本発明が適用される金型の出口付近の要部拡
大断面図であり、(a) 、(b) 、(c) の３種の態様を示
す。

【図５】 本発明の金型の第１例を示す要部拡大断面図
である。

【図６】 本発明の金型の第２例を示す要部拡大断面図
である。

【図７】 本発明の金型の第３例を示す要部拡大断面図
である。

【図８】 本発明の金型の第４例を示す要部拡大断面図
である。

【図９】 本発明の金型の第５例を示す要部拡大断面図
である。

【図１０】 本発明の金型の第６例を示す要部拡大断面
図である。

【図１１】 本発明の金型の第７例を示す要部拡大断面
図である。

【図１２】 図８の金型の具体例を示す要部拡大断面図
である。

【図１３】 図５の管状体成形用金型の具体例を示すも
ので、外型の外周に冷却手段が設けられた場合の要部拡
大断面図である。

【図１４】 本発明の金型に、回転手段を接続した具体
例を示す概略側面図である。

【図１５】 本発明の金型に、回転手段を接続した他の
具体例を示す概略側面図である。

【図１６】 本発明の金型に、回転手段を接続した他の
具体例を示す概略側面図である。

【図１７】 本発明の金型に、回転手段として押出機シ
リンダー内にスクリューを接続した場合の具体例を示す
概略側面図である。

【図１８】 本発明の製造方法を実施する装置の全体を
示す概略側面図である。

【図１９】 図１８の金型部分の拡大断面図である。

【図２０】 本発明の方法により製造された管状体の斜
視図である。

【符号の説明】

(1) …内型 (2) …外型 (3) …環状流路 (9) …螺旋状溝 (11)…回転型部 (12)…非回転型部 (12e) …非回転型部の最下流部 (44)…金型 (C) …樹脂押出方向に平行な軸 (H) …螺旋状溝(9) の環状流路面からの深さ (a) …螺旋状溝(9) の押出方向の幅 (θｍ) …螺旋状溝(9) の円周方向に対する進行角度 (p) …螺旋状溝(9) のピッチ (Lm)…螺旋状溝(9) を設定する押出方向の範囲 (Ls)…非回転型部(12)の押出方向の長さ (Le)…出口部(12e) の押出方向の長さ (t) …環状流路出口の間隙の大きさ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内型と外型との間に環状流路が形成さ
   れ、内型および外型のうちの少なくとも一方の型の一部
   に、樹脂の押出方向に平行な軸を中心として回転可能な
   回転型部が設けられ、この回転型部が駆動手段により回
   転されるようになされ、 回転型部の樹脂の押出方向の下流側に非回転型部が延設
   されて、非回転型部の流路面の少なくとも一部には、樹
   脂の押出方向から見て、前記回転型部の回転方向とは逆
   方向に進む螺旋状の溝が形成され、 非回転型部の最下流部に環状流路出口が設けられている
   ことを特徴とする、管状体成形用金型。
2. 【請求項２】 請求項１記載の金型を用いて管状体を製
   造する方法であって、強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む
   成形材料混合物を、押出機よりこれに取り付けられた前
   記金型の環状流路内に導入し、前記回転型部を回転させ
   ながら成形材料混合物を通過させて、混合物が回転型部
   から回転方向にねじりせん断力を受けるように管状に成
   形して、強化繊維が周方向に配向した管状成形体を形成
   し、ついでこの管状成形体を、環状流路内の非回転型部
   に対応する流路部分を通過させて、管状成形体の回転を
   抑制した後、環状流路出口から押し出すことを特徴とす
   る、繊維強化樹脂管状体の製造方法。