KR20220086576A - 다이스, 다이스의 제조 방법, 압출기 및 펠릿의 제조 방법 - Google Patents

다이스, 다이스의 제조 방법, 압출기 및 펠릿의 제조 방법 Download PDF

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KR20220086576A
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heat insulating
die
injection
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소이치로 마츠다
히로유키 가와노
토모노리 하시모토
후미야 야마베
나오키 우에다
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가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼
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Abstract

다이스의 성능을 향상시킨다. 다이스(DI)의 중앙 부재(DIa)에는 압출면(ES)으로부터 주입면(IS)에 걸쳐, 주입 구멍(IH), 노즐(NZa) 및 노즐(NZb)이 형성되어 있다. 또한, 중앙 부재(DIa)의 내부에는 열원(HT) 및 복수의 단열층(HI1)이 형성되어 있다. 복수의 단열층(HI1)의 일부는 노즐(NZb)에 인접하고, 또한, 열원(HT)보다도 압출면(ES)측에 위치하고 있다. 복수의 단열층(HI1)의 다른 일부는 열원(HT)보다도 노즐(NZb)로부터 이격된 위치에 있어서, 압출면(ES)으로부터 주입면(IS)을 향하는 방향으로 연장되어 있다.

Description

다이스, 다이스의 제조 방법, 압출기 및 펠릿의 제조 방법
본 발명은 다이스, 다이스의 제조 방법, 다이스를 구비하는 압출기 및 압출기를 사용한 펠릿의 제조 방법에 관한 것으로, 예를 들어, 단열층을 갖는 다이스에 적절하게 이용할 수 있다.
종래부터, 열가소성 수지(일례로서 폴리프로필렌(PP) 등)의 펠릿 제조에 있어서, 다이스의 플레이트 본체의 내부에 형성되어 있는 노즐 구멍에, 용융 상태의 수지가 통과할 경우, 수지가 고화하는 현상(눈막힘)이 문제가 되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 다이 플레이트 본체의 내부에 형성되어 있는 노즐 구멍의 주위에 있어서, 다이면과 커버 플레이트 사이에, 단열을 위한 공기 챔버를 형성하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 국제공개특허 제2012/500131호
열가소성 수지(PP 등)를 펠릿으로서 압출기에 의해 제조하는 경우, 펠릿의 품질 의 향상이 요구되고, 특히, 펠릿의 각 입자간 사이즈의 균일성을 향상시키는 기술이 중요해진다. 그로 인해, 압출기에 구비되어 있는 다이스 등의 각 기구의 성능을 높일 필요가 있다.
기타 과제와 신규한 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명확해진다.
일 실시 형태에 있어서의 다이스는, 압출면과, 상기 압출면과 반대측인 주입면과, 제1 금속재료로 이루어지는 제1 부재와, 상기 주입면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성된 주입 구멍과, 상기 제1 부재의 내부에 형성되고, 또한, 상기 주입 구멍에 접속된 제1 노즐을 갖는다. 또한, 다이스는 상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 노즐에 접속되며, 또한, 상기 제1 노즐의 평균 구경보다도 작은 평균 구경을 갖는 제2 노즐과, 상기 압출면측으로부터 본 평면에서 볼 때 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 겹치지 않도록, 상기 제1 부재의 내부에 설치된 제1 열원을 갖는다. 여기서, 상기 제1 부재의 내부에는 상기 제1 금속재료보다도 낮은 열전도율을 갖는 복수의 제1 단열층이 형성되고, 상기 복수의 제1 단열층 중 일부는 상기 제2 노즐에 인접하고, 또한, 상기 제1 열원보다도 상기 압출면 근처에 위치하며, 상기 복수의 제1 단열층 중 다른 일부는 상기 제1 열원보다도 상기 제2 노즐로부터 이격된 위치에 있어서, 상기 압출면에서 상기 주입면을 향하는 방향으로 연장되어 있다.
또한, 일 실시 형태에 있어서의 다이스의 제조 방법은 (a) 3D 프린터를 사용하여 제조되고, 압출면 및 상기 압출면과 반대측인 주입면을 가지며, 또한, 제1 금속재료로 이루어지는 제1 부재를 준비하는 공정, (b) 제2 금속재료로 이루어지는 제2 부재를 준비하는 공정, (c) 상기 제1 금속재료보다도 높은 경도를 갖는 경질 플레이트를 준비하는 공정, (d) 상기 압출면측으로부터 본 평면에서 볼 때 상기 제1 부재를 둘러싸도록, 상기 제1 부재에 제2 부재를 접합하는 공정, (e) 상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면에, 상기 경질 플레이트를 접합하는 공정을 포함한다. 여기서, 상기 제1 부재는 상기 주입면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성된 주입 구멍과, 상기 제1 부재의 내부에 형성되고, 또한, 상기 주입 구멍에 접속된 제1 노즐과, 상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 노즐에 접속되며, 또한, 상기 제1 노즐의 평균 구경보다도 작은 평균 구경을 갖는 제2 노즐을 갖는다. 또한, 상기 제1 부재는 상기 제1 부재의 내부에 형성된, 제1 단열층용 복수의 제1 구멍과, 상기 평면에서 볼 때 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 겹치지 않도록, 상기 제1 부재의 내부에 형성된, 제1 열원용 제2 구멍을 갖는다. 또한, 상기 복수의 제1 구멍 중 일부는 상기 제2 노즐에 인접하고, 또한, 상기 제2 구멍보다도 상기 압출면 근처에 위치하며, 상기 복수의 제1 구멍 중 다른 일부는 상기 제2 구멍보다도 상기 제2 노즐로부터 이격된 위치에 있어서, 상기 압출면에서 상기 주입면을 향하는 방향으로 연장되고, 상기 경질 플레이트에는 상기 경질 플레이트를 관통하고, 또한, 상기 제2 노즐에 접속되는 제3 노즐이 형성되어 있다.
일 실시 형태에 따르면, 다이스의 성능 및, 다이스를 구비하는 압출기의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 압출기를 사용하여 제조되는 펠릿의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 압출기를 도시하는 모식도이다.
도 2는 실시 형태 1에 있어서의 다이스를 도시하는 평면도이다.
도 3은 실시 형태 1에 있어서의 다이스를 도시하는 평면도이다.
도 4는 실시 형태 1에 있어서의 다이스를 도시하는 평면도이다.
도 5는 실시 형태 1에 있어서의 다이스를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본원 발명자들에 의한 실험 결과를 도시하는 모식도이다.
도 7은 본원 발명자들에 의한 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시 형태 1에 있어서의 다이스의 중앙 부재를 도시하는 평면도이다.
도 9는 실시 형태 1에 있어서의 다이스의 중앙 부재를 도시하는 단면도이다.
도 10은 실시 형태 2에 있어서의 다이스를 도시하는 평면도이다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 다이스의 중앙 부재를 도시하는 단면도이다.
이하, 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 부여하고, 그 반복되는 설명은 생략한다. 또한, 이하의 실시 형태에서는 특별히 필요한 때를 제외하고 동일 또는 마찬가지인 부분의 설명은 원칙적으로 반복하지 않는다.
또한, 실시 형태에서 사용되는 도면에서는 도면을 보기 쉽게 하기 위하여, 단면도라 해도 해칭이 생략되어 있는 경우도 있고, 평면도라 해도 해칭이 부여되어 있을 수도 있다.
(실시 형태 1)
도 1은 실시 형태 1에 있어서의 압출기(EGM)를 도시하는 모식도이다. 압출기(EGM)는 혼련부(EM) 및, 혼련부(EM)의 하류단에 접속된 조립(造粒)부(GM)를 포함한다. 실시 형태 1의 주된 특징은 조립부(GM)에 포함되는 다이스(DI)의 구조이나, 그 상세한 특징을 설명하기 전에, 도 1을 사용하여, 압출기(EGM)의 구조와, 압출기(EGM)를 사용하여 형성되는 펠릿(12)의 제조 방법을 이하에 설명한다.
<압출기(EGM) (혼련부(EM), 조립부(GM))의 구조>
도 1에 도시하는 바와 같이, 혼련부(EM)는 실린더(1), 스크류(2), 회전 기구(3), 원료 공급부(4), 주액 노즐(5), 플런져 펌프(6), 배기구(7) 및 진공 펌프(8) 중 전부 또는 일부를 포함한다. 또한, 원료 공급부(4), 주액 노즐(5), 플런져 펌프(6), 배기구(7) 및 진공 펌프(8)는 도 1에서는 각각 1개씩 설치되어 있으나, 이들이 1개를 초과하는 복수개가 설치될 수도 있다. 조립부(GM)는 다이스(DI) 및 펠리타이저(9)를 포함하고, 펠리타이저(9)는 수조(10) 및 커터 홀더(11)를 포함한다. 또한, 실시 형태 1에 있어서의 혼련부(EM)는 단축 압출기로서 예시되어 있으나, 혼련부(EM)는 2축 압출기 또는 2축을 초과하는 복수의 스크류를 탑재한 압출기이여도 좋다.
실린더(1) 내부에는 스크류(2)가 설치되고, 스크류(2)는 실린더(1)의 상류단에 접속된 회전 기구(3)에 의해 회전한다. 회전 기구(3)에는 기어 및 기어를 회전시키기 위한 모터 등이 설치되고, 스크류(2)에 접속되는 기어를 회전시킴으로써 스크류(2)가 회전한다.
실린더(1)의 주위에는 도시되어 있지 않은 열원이 설치되고, 열원에 의해 실린더(1)의 각 영역은 원하는 온도로 조절된다. 열원의 예로서는 전기 히터 또는 가열 매체(온수, 가압수, 핫 오일, 핫 실리콘 등)를 들 수 있으나, 열원은 이들에 한정되지 않고, 열가소성 수지를 용융시킬 수 있는 온도까지 가열할 수 있는 수단이면 된다. 또한, 실린더(1)의 주위에는 냉각원이 설치될 수도 있다. 냉각원의 예로서는 물(수냉) 또는 공기(에어 냉각) 등을 들 수 있으나, 냉각원은 이들에 한정되지 않고, 원하는 온도까지 냉각할 수 있는 수단이면 된다.
도 1에서는 실린더(1)는 상류측(회전 기구(3)측)으로부터 하류측(다이스(DI)측)을 향하여 순차적으로, 가소화 영역(R1), 혼련 영역(R2) 및 탈휘 영역(R3)를 갖고 있으나, 실린더(1)의 구성은 이들에 한정되지 않는다. 상술한 바와 같이, 원료 공급부(4), 주액 노즐(5), 플런져 펌프(6), 배기구(7) 및 진공 펌프(8)는 도 1에서는 각각 1개씩 설치되어 있으나, 이들이 1개를 초과하는 복수개가 설치될 수도 있다. 또한, 스크류(2)는 수지를 반송하는 기능을 우선하는 스크류 형상 또는 반대로 의도적으로 반송을 천천히 시키는 스크류 형상이 조합되어 구성될 수도 있다. 또한, 실린더(1) 중 배출구가 설치되어 있는 장소에서는 수지 중의 수분 등을 가스화하여 배출(탈휘)하는 것을 촉진하기 위하여, 반송 기능이 없고, 수지의 혼련 또는 표면 갱신에 특화된 스크류 형상을 채용하여 스크류(2)를 구성할 수도 있다. 또한, 이들에 한정되지 않고, 압출기 당업자가 생각하는 스크류 형상의 조합일 수도 있다.
가소화 영역(R1)에 있어서의 실린더(1)에는 원료 공급부(호퍼)(4)가 설치되고, 원료 공급부(4)로부터 실린더(1) 내부로 원료가 되는 수지가 공급된다.
혼련 영역(R2)에 있어서의 실린더(1)에는 첨가제 등을 주입하기 위한 주액 노즐(주입 노즐)(5)이 형성되고, 주액 노즐(5)에는 플런져 펌프(6)가 접속되어 있다. 플런져 펌프(6)로부터 주액 노즐(5)을 통하여, 실린더(1) 내부에 첨가제 등이 공급된다. 또한, 실린더(1) 내부에 필러 또는 필러 분산액이 공급될 수도 있다.
탈휘 영역(R3)에 있어서의 실린더(1)에는 배기구(7)가 설치되고, 배기구(7)에는 진공 펌프(8)가 접속되어 있다. 탈휘 영역(R3)에 있어서 가스화한 수분 등은 배기구(7)로부터 배기된다.
실린더(1)의 하류단은 조립부(GM)의 다이스(DI)에 접속되어 있다. 다이스(DI)는 수조(순환 상자)(10) 및 커터 홀더(11)를 포함하는 펠리타이저(9)에 설치되어 있다. 다이스(DI)의 주입면(상류면)(IS)은 실린더(1)의 하류단에 접속되고, 주입면(IS)과 반대측인 다이스(DI)의 압출면(하류면)(ES)은 수조(10) 내에 배치되어 있다. 수조(10)의 내부는 펠릿 순환수(PCW)로 불리는 액체로 채워져 있다. 여기에서는 펠릿 순환수를 구성하는 액체는 물이다.
커터 홀더(11)는 수조(10)의 내부에 설치되고, 다이스(DI)의 압출면(ES) 근방에 배치되어 있다. 다이스(DI)의 압출면(ES)에 대향하도록, 커터 홀더(11)에는 복수의 커터가 설치되고, 압출면(ES)으로부터 압출되어 나오는 수지 재료가, 수중에서 커터에 의해 절단되어 복수의 펠릿(12)으로서 개편화된다.
<펠릿(12)의 제조 방법>
먼저, 가소화 영역(R1)에 있어서, 원료 공급부(4)로부터 실린더(1) 내부로 원료가 되는 수지를 공급하고, 스크류(2)에 의해 수지를 가소화시킴과 함께 혼련(혼합)한다. 이에 의해, 상기 수지를 기초로 한 용융 수지가 형성되고, 상기 용융 수지는 혼련 영역(R2)으로 이송된다.
원료가 되는 수지로서는 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 열가소성 수지는 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리이미드이다. 실시 형태 1에 있어서의 수지는 단체의 열가소성 수지일 수도 있고, 2개 이상의 열가소성 수지를 포함하는 혼합물일 수도 있으며, 필러가 포함된 상기 혼합물일 수도 있다.
혼련된 용융 수지는 주입면(IS)측으로부터 다이스(DI) 내부의 주입 구멍으로 주입되고, 주입 구멍과 연통하고 있는 노즐을 통하여, 압출면(ES)으로부터 펠리타이저(9)의 수조(10)로 압출된다.
압출된 상기 용융 수지는 압출면(ES) 근방에 설치되어 있는 커터 홀더(11)에 장착된 커터에 의해 차례로 절단되고, 수조(10) 내부에서 냉각된다. 이와 같이 하여, 상기 용융 수지가, 복수의 펠릿(입자)(12)으로서 개편화된다. 그 후, 복수의 펠릿(12)은 수조(10)의 외부로 이송된다. 이상과 같이 하여, 실시 형태 1에 있어서의 압출기(EGM)를 사용함으로써 복수의 펠릿(12)을 취득할 수 있다.
또한, 적어도, 상기 혼련물이 다이스(DI)에 주입되는 공정과, 상기 혼련물이 수조(10)에 압출되는 공정은, 다이스(DI) 내부에 설치된 후술하는 열원(HT)이 구동되어 상기 주입 구멍 및 상기 노즐의 주위가 가열된 상태에서 행해진다.
<다이스(DI)의 구조>
이하, 도 2 내지 도 5를 사용하여, 실시 형태 1에 있어서의 다이스(다이 플레이트)(DI)의 구조를 설명한다.
도 2 내지 도 4는 압출면(ES)측에서 본 다이스(DI)의 평면도이며, 도 5는 도 2 내지 도 4에 도시되는 A-A선을 따른 단면도이다. 도 3 및 도 4에 있어서의 평면은 다이스(DI)의 두께 방향(압출면(ES)으로부터 주입면(IS)을 향하는 방향)에 있어서, 도 2의 평면의 위치와 다르고, 도 2보다도 다이스(DI)의 내부를 나타내고 있다. 또한, 도 2에서는 경질 플레이트(경화 부재)(CP)가 해칭에 의해 도시되고, 도 3에서는 단열층(HI1) 및 단열층(HI2)이 해칭에 의해 도시되고, 도 4에서는 열원(HT) 및 열 센서(HTS)가 해칭에 의해 도시되어 있다. 도 4에서는 열원(HT)의 예로서, 전기 히터(카트리지 히터)의 사용을 상정한 구조로 하고 있다.
또한, 본원에서 다이스(DI)의 구조를 설명할 경우, "평면"이라 함은, 압출면(ES) 또는 주입면(IS)에 평행한 면을 의미하고, "평면에서 불 때"라 함은, 압출면(ES)측 또는 주입면(IS)측에서 보는 것을 의미한다. 또한, "단면"이라 함은, 압출면(ES) 또는 주입면(IS)에 수직한 면을 의미하고, "단면에서 볼 때"라 함은, 상기 수직한 면을 보는 것을 의미한다. 또한, 본원에서는 설명의 편의상, 단면에서 볼 때, 주입면(IS)측을 하방으로 하고, 압출면(ES)측을 상방으로 하여 각 구성을 설명할 수도 있다.
또한, 본원에서는 "주입면(IS)"은 실린더(1)측(상류측)에 있어서의 다이스(DI)의 표면 전체를 가리키고, "압출면(ES)"은 수조(10)측(하류측)에 있어서의 다이스(DI)의 표면 전체를 가리키고 있다. 그러나, 이들을 보다 엄밀하게 정의하면, "주입면(IS)"은 다이스(DI) 중 주입 구멍(IH)이 개구되어 있는 면이며, "압출면(ES)"은 다이스(DI) 중 노즐(NZb)이 개구되어 있는 면 또는 경질 플레이트(CP) 중 노즐(NZc)이 개구되어 있는 면이다.
도 2 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 다이스(DI)는 중앙 부재(DIa) 및, 평면에서 볼 때 중앙 부재(DIa)를 둘러싸는 외주 부재(DIb)를 포함한다. 중앙 부재(DIa) 및 외주 부재(DIb)는 따로따로 제조된 부재이며, 용접 등에 의해 서로 접합되어 일체화되어 있다. 또한, 중앙 부재(DIa) 및 외주 부재(DIb)는 예를 들어, 스테인리스강으로 이루어져 있으나, 서로 다른 소재일 수도 있다.
다이스(DI)에는 예를 들어, 실린더(1)와 같은 다른 부재와 접속하기 위한 연결 구멍(CH1, CH2)이 형성되어 있다. 여기에서는 중앙 부재(DIa)를 관통하도록, 중앙 부재(DIa)의 중앙부에는 1개의 연결 구멍(CH1)이 형성되고, 외주 부재(DIb)를 관통하도록, 외주 부재(DIb)에는 4개의 연결 구멍(CH2)이 형성되어 있다. 도 5에 있어서 파선으로 나타내는 바와 같이, 각각의 연결 구멍(CH1, CH2)에 볼트 등의 연결 부재(CM1, CM2)를 설치함으로써 다이스(DI)와 실린더(1)가 연결된다.
또한, 압출면(ES)측에서는 커터 홀더(11)에 구비된 커터가 이동 가능하므로, 연결 부재(CM1, CM2)가 다이스(DI)로부터 돌출되어 깎이는 일이 없도록 연결 구멍(CH1, CH2)의 주변 개소는 다른 개소보다도 주입면(IS)측으로 오목하게 형성되어 있다.
또한, 다이스(DI)는 압출면(ES)측에 있어서의 중앙 부재(DIa)의 표면에 설치되고, 중앙 부재(DIa)를 구성하는 재료보다도 경도가 높은 재료로 이루어지는 경질 플레이트(CP)를 갖는다. 경질 플레이트(CP)는 예를 들어, 탄화티타늄(TiC)을 포함하는 소재로 이루어지고, 예를 들어, 4 내지 5 mm의 두께를 갖는다. 경질 플레이트(CP) 및 중앙 부재(DIa)는 예를 들어, 자용화(自溶化) 합금을 사용하여 경납땜함으로써 서로 접합된다. 이러한 경도가 높은 경질 플레이트(CP)가 압출면(ES)측에 설치되어 있음으로써, 중앙 부재(DIa)가 커터 홀더(11)에 구비된 커터에 의해 깎이는 우려를 억제할 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 경질 플레이트(CP)에는 노즐(NZc)이 형성되고, 중앙 부재(DIa)에는 노즐(NZb), 노즐(NZa) 및 주입 구멍(IH)이 형성되어 있다. 노즐(NZa) 내지 노즐(NZc)은 서로 연통하고, 일체화되어 있는 노즐이다. 주입 구멍(IH)은 복수가 일체화된 노즐(NZa 내지 NZc)에 연통하고 있다. 실린더(1)로부터 주입된 용융 수지는 주입면(IS)측에 있어서 주입 구멍(IH)에 주입되어 노즐(NZa 내지 NZc)을 통하여 압출면(ES)으로부터 수조(10)로 압출된다.
주입 구멍(IH)은 주입면(IS)측에 있어서의 중앙 부재(DIa)의 표면으로부터 중앙 부재(DIa)의 내부에 걸쳐 형성되고, 상대적으로 넓은 개구 면적을 갖고, 복수의 노즐(NZa)에 접속되어 있다.
노즐(NZa)은 중앙 부재(DIa)의 내부에 형성되고, 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZb)에 접속되어 있다. 노즐(NZa)의 구경(개구 면적)은 주입면(IS)측에서 압출면(ES)측을 향함에 따라 작게 되어 있다.
노즐(NZb)은 압출면(ES)측에 있어서의 중앙 부재(DIa)의 표면으로부터 중앙 부재(DIa)의 내부에 걸쳐 형성되고, 노즐(NZa)을 통하여 주입 구멍(IH)에 접속되어 있다. 노즐(NZb)의 구경(개구 면적)은 노즐(NZa)과 노즐(NZb)의 접속 개소를 제외하고, 노즐(NZa)의 구경보다도 작다. 즉, 노즐(NZb)의 평균 구경은 노즐(NZa)의 평균 구경보다도 작다.
노즐(NZc)은 경질 플레이트(CP)를 관통하고, 노즐(NZb)에 접속되어 있다. 노즐(NZc)의 구경(개구 면적)은 노즐(NZb)의 구경과 동일하거나, 노즐(NZb)의 구경보다도 작다.
또한, 실시 형태 1에서는 주입 구멍(IH)과 노즐(NZb) 사이에는 구경이 연속적으로 작아지는 노즐(Na)이 형성되어 있으나, 주입 구멍(IH)과 노즐(NZb) 사이에는 노즐(NZa)뿐만 아니라, 다른 평균 구경을 갖는 복수의 노즐이 더 형성되어 있을 수도 있다. 환언하면, 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZb)은 노즐(NZa)과 직접 접속되어 있을 필요는 없고, 주입 구멍(IH)과 노즐(NZa) 사이 및 노즐(NZb)과 노즐(NZa) 사이에, 다른 노즐이 형성되어 있을 수도 있다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 다이스(DI)에는 주로 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)의 주위를 가열하기 위한 복수의 열원(HT)과, 복수의 열원(HT)으로부터의 온도를 측정하기 위한 열 센서(HTS)가 설치되어 있다. 각 열원(HT)은 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)에 직접 접하지 않도록 설치되고, 평면에서 볼 때 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)에 겹치지 않는 위치에 설치되어 있다. 또한, 노즐(NZa 내지 NZc)에 인접하는 2개의 열원(HT)은 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)을 사이에 두고 서로 반대측에 위치한다.
또한, 실시 형태 1에 있어서의 열원(HT)은 외주 부재(DIb) 및 중앙 부재(DIa)에 형성된 구멍과, 상기 구멍의 내부에 설치된 가열 기구에 의해 구성된다. 그러한 가열 기구로서는 코일 혹은 전열 막대 등을 사용한 전기 히터, 핫 오일 또는 스팀 등을 들 수 있다. 핫 오일 또는 스팀을 가열 기구로 할 경우, 예를 들어, 열 센서(HTS)를 통하여 인접하는 2개의 상기 구멍의 선단을 연통시켜 이들을 순환 경로로 할 수도 있다. 그 경우, 한쪽의 상기 구멍을 주입구로 하고, 다른 쪽의 상기 구멍을 배출구로 할 수도 있다. 본원에서는 이러한 연통한 상기 구멍 및, 그 상기 구멍의 내부를 순환하는 핫 오일 또는 스팀도, 열원(HT)에 포함된다.
도 3 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 다이스(DI)에는 복수의 단열층(HI1) 및 복수의 단열층(HI2)이 형성되어 있다. 복수의 단열층(HI1)은 중앙 부재(DIa)의 내부에 형성되고, 평면에서 볼 때 환 형상이다. 상기 환 형상의 형태는 특별히 한정되지 않지만, 여기에서는 연결 구멍(CH1)의 중앙을 중심축으로 한 원 형상으로 되어 있다. 또한, 단면에서 볼 때, 복수의 단열층(HI1)의 각각의 두께는 예를 들어, 1 내지 2 mm이다. 평면에서 볼 때, 복수의 단열층(HI1)의 각각의 폭은 예를 들어, 8 내지 10 mm이며, 서로 인접하는 단열층(HI1) 사이의 폭은 예를 들어, 1 내지 2 mm이다.
복수의 단열층(HI1)은 중앙 부재(DIa) 및 경질 플레이트(CP)를 구성하는 재료보다도 낮은 열전도율을 갖는다. 예를 들어, 복수의 단열층(HI1)은 중앙 부재(DIa)에 형성된 구멍과, 상기 구멍의 내부에 존재하는 공기 또는 아르곤과 같은 불활성 가스로 이루어진다. 또한, 상기 구멍의 내부 압력은 대기압이거나, 대기압보다도 낮게 한 감압 또는 진공이다. 또한, 나중에 상세하게 설명하지만, 복수의 단열층(HI1)을 구성하는 상기 구멍은 중앙 부재(DIa)의 외부에 통하는 분말 제거 구멍(DH)에 접속되어 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 단열층(HI1)의 일부는 평면에서 볼 때 서로 접속되어 있을 수도 있다. 복수의 단열층(HI1)의 전부 또는 일부는 서로 접속되어 있을 수도 있고, 서로 분리되어 있을 수도 있다.
복수의 단열층(HI2)은 중앙 부재(DIa)의 측면에 형성되고, 평면에서 볼 때 복수의 단열층(HI1)을 둘러싸고 있다. 복수의 단열층(HI2)은 중앙 부재(DIa) 및 경질 플레이트(CP)를 구성하는 재료보다도 낮은 열전도율을 갖고, 밀폐된 공간으로서 형성된다. 상기 공간에는 공기 또는 아르곤과 같은 불활성 가스를 충만시킬 수 있다. 또한, 상기 공간의 압력을 대기압으로 할 수도 있고, 대기압보다도 낮게 한 감압 또는 진공으로 할 수도 있다.
복수의 단열층(HI1) 및 복수의 단열층(HI2) 각각의 내부를 대기압보다도 낮은 감압 또는 진공으로 한 경우, 각각의 내부를 대기압으로 한 경우보다도, 높은 단열 효과를 발생시킬 수 있다.
실시 형태 1에 있어서의 주된 특징은 다이스(DI)에 형성된 복수의 단열층(HI1) 및 복수의 단열층(HI2)이며, 이들에 의해, 다이스(DI)로부터 차례로 압출되는 수지 재료의 사이즈 균일성을 높이고, 노즐(NZa 내지 NZc)의 내부에 있어서 수지 재료의 온도가 저하되어 눈막힘을 일으킬 우려를 억제할 수 있다. 이하에, 그러한 특징에 대하여 상세하게 설명한다.
<본원 발명자들이 구하는 다이스(DI)의 특성에 대해서>
상술한 바와 같이, 실린더(1) 내부에서 혼련된 수지 재료는 다이스(DI)의 압출면(ES)측에 형성되어 있는 노즐(NZa 내지 NZc)을 통하여 수조(10)에 압출되고, 커터 홀더(11)에 설치된 커터에 의해 복수의 펠릿(12)으로 개편화된다. 이때, 수조(10)의 내부는 예를 들어, 물로 채워져 있고, 그 온도는 60℃ 정도이다. 압출면(ES) 부근에서 수지 재료는 냉각되어 어느 정도 단단하게 경화되어 있거나 또는 수지 재료의 점도가 높아지므로, 수지 재료가 커터에 의해 절단되기 쉬워진다.
한편, 수지 재료가 압출면(ES)측에서 안정적으로 압출되도록, 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)의 각각의 내부에 있어서, 수지 재료에는 어느 정도의 점성이 구비되어 있는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 다이스(DI)에는 복수의 열원(HT)이 설치되고, 각 열원(HT)의 온도는 수지의 종류에 적합한 온도로 설정되어 있다.
여기서, 경질 플레이트(CP)는 수조(10)에 직접 접하므로, 경질 플레이트(CP)의 표면으로부터 어느 정도의 두께에 걸치는 영역에서는 열원(HT)으로부터의 가열 효과보다도, 수조(10)로부터의 냉각 효과 쪽이 현저해진다. 그리고, 펠릿(12)의 사이즈(구경)를 대략 결정하게 되는 노즐(NZc) 및 노즐(NZb)의 각각의 구경은 작고, 3 내지 4mm 정도이다. 따라서, 상대적으로 큰 구경을 갖는 노즐(NZa)의 내부 또는 노즐(NZa)에 가까운 노즐(NZb)의 내부에 있어서 수지 재료가 경화되면, 수지 재료가 압출면(ES)으로부터 압출되기 어려워져, 노즐(NZb)의 내부 또는 노즐(NZc)의 내부에 있어서 눈막힘이 발생한다.
또한, 압출기(EGM)의 작업 종료 시에, 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)의 내부에 수지가 잔존하고 있는 경우, 압출기(EGM)의 재기동 시에, 그러한 개소에 잔존에 의해 고화된 수지가 존재하게 된다. 그렇게 되면, 열원(HT)으로부터의 가열 효과가 충분하지 않을 경우, 고화되어 있는 수지가 눈막힘의 원인이 될 우려가 있다.
또한, 다이스(DI)에는 복수의 일체로 된 노즐(NZa 내지 NZc)이 형성되어 있으나, 각 노즐(NZa 내지 NZc)의 주변 온도에 편차가 있으면, 각 노즐(NZa 내지 NZc)에 있어서의 눈막힘의 정도에 편차가 발생하기 쉽다. 또는 눈막힘이 없는 노즐(NZa 내지 NZc)과, 눈막힘이 있는 노즐(NZa 내지 NZc)이 혼재할 수도 있다. 그렇게 되면, 각 노즐(NZa 내지 NZc)로부터 압출되는 펠릿(12)의 사이즈에 편차가 발생하게 된다. 따라서, 균일한 사이즈를 갖는 복수의 펠릿(12)을 제조하는 것이 곤란해진다.
이상을 정리하면, 다이스(DI)에는 각 노즐(NZa 내지 NZc)에 있어서의 눈막힘의 발생을 억제하고, 각 노즐(NZa 내지 NZc)로부터 압출되는 펠릿(12)의 사이즈 균일성을 높이는 것이 요구된다. 그로 인해, 가능한 한 수조(10)에 가까운 영역까지 수지 재료가 점성을 갖고 있는 것이 바람직하고, 수조(10)에 압출되기 직전에, 수지가 경화되는 또는 절단에 적합한 정도까지 수지 재료의 점도가 높게 되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 실시 형태 1의 구조를 사용하여 구체적으로 환언하면, 노즐(NZa) 및 노즐(NZb)의 각각의 내부에 있어서는 수지가 점성을 갖고 있는 것이 바람직하고, 노즐(NZb)과 노즐(NZc)의 경계 부근으로부터 노즐(NZc)의 내부에 있어서, 수지가 경화되는 것이 바람직하다. 즉, 중앙 부재(DIa)에 있어서의 최선단의 노즐(NZb)의 주위까지, 열원(HT)으로부터의 열이 전도되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 복수의 일체로 된 노즐(NZa 내지 NZc)에 있어서, 각각의 주변 온도가 가능한 한 균일한 것이 바람직하다.
<다이스(DI)의 주된 특징>
실시 형태 1에 있어서의 다이스(DI)의 주된 특징은 도 3 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 복수의 노즐(NZb)의 주위 및 복수의 열원(HT)의 주위에, 복수의 단열층(HI1) 및 복수의 단열층(HI2)이 형성되어 있는 것이다.
복수의 단열층(HI1)의 일부는 복수의 노즐(NZb)의 주위에 형성되고, 열원(HT)의 상방에 형성되어 있다. 즉, 상기 일부는 단면에서 볼 때 복수의 노즐(NZb)에 인접하고, 또한, 열원(HT)보다도 압출면(ES)의 근처에 위치하고 있다.
또한, 복수의 단열층(HI1)의 다른 일부는 연결 구멍(CH1) 근처에 설치된 열원(HT)에 인접하고, 상기 열원(HT)과 연결 구멍(CH1) 사이에 형성되어 있다. 즉, 상기 다른 일부는 단면에서 볼 때 열원(HT)의 상방 및 측방을 덮도록 형성되어 있다. 환언하면, 상기 다른 일부는 열원(HT)보다도 노즐(NZa 내지 NZc)로부터 이격된 위치에 있어서, 압출면(ES)으로부터 주입면(IS)을 향하는 방향으로 연장되고, 압출면(ES)측의 열원(HT)의 단부로부터 주입면(IS)측의 열원(HT)의 단부에 걸쳐 형성되어 있다.
또한, 복수의 단열층(HI2)의 각각은 중앙 부재(DIa)와 외주 부재(DIb)의 경계에 형성되고, 또한, 연결 구멍(CH2) 근처에 설치된 열원(HT)에 인접하고 있다. 즉, 복수의 단열층(HI2)의 각각은 상기 열원(HT)과 연결 구멍(CH2) 사이에 형성되고, 단면에서 볼 때 상기 열원(HT)의 측방을 덮도록 형성되어 있다. 환언하면, 단열층(HI2)은 열원(HT)보다도 노즐(NZa 내지 NZc)로부터 이격된 위치에 있어서, 압출면(ES)으로부터 주입면(IS)을 향하는 방향으로 연장되고, 압출면(ES)측의 열원(HT)의 단부로부터 주입면(IS)측의 열원(HT)의 단부에 걸쳐 형성되어 있다.
도 6은 본원 발명자들에 의한 실험 결과를 도시하는 모식도이며, 다이스(DI)에 단열층(단열층(HI1) 및 단열층(HI2))이 형성되어 있는 경우와, 그렇지 않은 경우의 온도 분포를 나타내고 있다. 도 7은 도 6의 실험 결과를 정리한 그래프이며, 경질 플레이트(CP)의 표면(압출면(ES))으로부터의 거리와 온도의 관계를 나타내고 있다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, "단열층 없음"에서는 압출면(ES)측에 가까워짐에 따라, 다이스(DI) 내부의 온도는 저온으로 되어 있다. 즉, 열원(HT)에 가까운 개소는 상대적으로 고온의 온도(T7)이지만, 출사면(ES)측에 가까워짐에 따라, 내부 온도는 온도(T6) 내지 온도(T1)로 낮아지고 있다.
이에 대하여, 실시 형태 1과 같은 "단열층 있음"에서는 노즐(NZb)의 주위에 복수의 단열층(HI1)이 형성되어 있음으로써 "단열층 없음"과 비교하여, 주입 구멍(IH), 노즐(NZa) 및 노즐(NZb)의 주위의 온도가 고온으로 유지되어 있다. 따라서, 출사면(ES)측으로부터의 냉각 효과가 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, "단열층 있음"에서는 열원(HT)의 측방이 단열층(HI1) 또는 단열층(HI2)에 의해 덮여 있으므로, "단열층 없음"과 비교하여, 열원(HT)의 주위의 온도가 고온으로 유지되어 있다.
상술한 바와 같이, 다이스(DI)에는 연결 구멍(CH1, CH2)이 형성되어 있으나, 연결 부재(CM)가 커터 홀더(11)에 깎이는 일이 없도록, 연결 구멍(CH1, CH2)의 주변 개소는 다른 개소보다도 주입면(IS)측으로 오목하게 형성되어 있다. 즉, 연결 구멍(CH1, CH2)이 개구되어 있는 면은, 노즐(NZc(노즐(NZb)))이 개구되어 있는 면보다도 주입면(IS)측에 위치하고 있다. 이 때문에, 연결 구멍(CH1, CH2)의 주변 개소는 수조(10)의 물과 접하는 면적이 크게 되어 있다. 따라서, 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)보다도 연결 구멍(CH1, CH2) 가까이에 설치되어 있는 열원(HT)은 냉각되기 쉬운 상황에 놓여 있다.
그러나, 실시 형태 1에서는 열원(HT)과 연결 구멍(CH1) 사이에는 단열층(HI1)이 형성되고, 열원(HT)과 연결 구멍(CH2) 과의 사이와의 사이에는 단열층(HI2)이 형성되어 있으므로, 각 열원(HT)이 냉각되기 어렵다. 이로 인해, 열원(HT)으로부터의 열이 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)까지 전달되기 쉽게 되어 있어, 복수의 일체로 된 노즐(NZa 내지 NZc)의 각각의 주변 온도에 편차가 발생하기 어려워진다. 따라서, 각 노즐(NZa 내지 NZc)로부터 압출되는 복수의 펠릿(12)의 사이즈 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉, 복수의 펠릿(12)의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 다이스(DI)가 수조(10)에 직접 접하는 개소는 다이스(DI)의 압출면(ES) 전체가 아니라, 중앙 부재(DIa)만 또는 경질 플레이트(CP)가 설치되어 있는 개소만이라고 하는 형태도 있을 수 있다. 즉, 냉각되는 압출면(ES)의 면적을 저감시키려고 하는 관점 및, 펠릿(12)을 제조할 수 있으면 좋다고 하는 관점을 고려하면, 노즐(NZc)의 주변만이 수조(10)에 접속되는 형태도 생각할 수 있다.
그 경우, 연결 구멍(CH2)은 물에 접하지 않게 되므로, 단열층(HI2)은 불필요할 것 같이 생각된다. 그러나, 다이스(DI)가 수조(10)에 접하고 있는 이외의 개소에 있어서도, 다이스(DI)의 외부의 온도가 저온인 환경도 생각할 수 있다. 그 경우, 다이스(DI)의 외부로부터 열원(HT)이 냉각되기 쉬워진다. 따라서, 그러한 경우도 고려하여, 열원(HT)과 연결 구멍(CH2)과의 사이에는 단열층(HI2)이 형성되어 있는 것이 더 바람직하다.
도 7에 도시된 바와 같이, 압출면(ES)에 가까운 영역에서의 온도는 "단열층 없음"과 "단열층 있음"에서 거의 변하지 않으나, 노즐(NZa) 및 노즐(NZb)의 각각의 내벽의 온도는 "단열층 없음"보다도 "단열층 있음"쪽이 높다. 또한, "단열층 없음"과 "단열층 있음"의 최대 온도 차는 약 36℃이었다.
또한, 도 7에는 수지가 폴리프로필렌인 경우를 상정하고, 폴리프로필렌의 융점(160℃)도 참고로서 나타나 있다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, "단열층 없음"에서는 상대적으로 넓은 구경을 갖는 노즐(NZa)의 내부에 있어서, 폴리프로필렌의 경화가 개시된다. 그로 인해, 상대적으로 좁은 구경을 갖는 노즐(NZb) 또는 노즐(NZc)의 각각의 내부에 있어서, 눈막힘이 발생할 우려가 있다.
이에 대하여, "단열층 있음"에서는 폴리프로필렌의 경화는 노즐(NZb)의 내부에 있어서 개시되므로, 눈막힘이 발생할 우려는 억제된다. 따라서, 실시 형태 1에 있어서의 다이스(DI)를 사용하면, 노즐(NZb)의 내부 또는 노즐(NZc)의 내부에 있어서 눈막힘이 발생할 우려를 억제할 수 있다. 즉, 실시 형태 1에 있어서 개시한 기술을 사용하면, 다이스(DI)의 성능 및, 다이스(DI)를 구비하는 압출기(EGM)의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 압출기(EGM)를 사용하여 제조되는 펠릿(12)의 사이즈 균일성을 향상시켜 펠릿(12)의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 압출기(EGM)의 재기동 시에, 주입 구멍(IH) 및 노즐(NZa 내지 NZc)의 내부에 고화된 수지가 잔존하고 있다 하더라도, 열원(HT)으로부터의 열이 압출면(ES)측에 조기에 전달되므로, 고화되어 있던 수지를 용융시키기 쉬워진다. 그로 인해, 잔존 수지에 기인하는 눈막힘의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 여기에서는 폴리프로필렌이 원료인 경우를 일례로서 설명하였으나, 상술한 다른 수지가 원료인 경우에도, 실시 형태 1에 있어서의 단열층(HI1) 및 단열층(HI2)을 사용하면, 상기 각 효과를 발휘할 수 있다.
<다이스(DI)의 제조 방법 및 다이스(DI)의 다른 특징>
그런데, 실시 형태 1에 있어서의 다이스(DI)의 중앙 부재(DIa)는 3D 프린터에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 3D 프린터를 사용한 제조 방법으로서는 예를 들어, 금속재료로 이루어지는 분말을 층 형상으로 촘촘하게 깔고, 고출력 레이저 빔 또는 방전 등에 의해, 분말을 직접 소결하는 분말 소결식 적층법 또는 잉크젯 방식에 의해 분말에 바인더를 첨가하고, 이들을 굳히는 분말 고착식 적층법을 들 수 있다.
또한, 중앙 부재(DIa)를 제조한 직후에 있어서는 단열층(HI1), 단열층(HI2), 분말 제거 구멍(DH), 열원(HT) 및 열 센서(HTS)는 각각 중앙 부재(DIa)의 내부에 형성된 단순한 구멍(공간)이다. 그러나, 설명의 이해를 용이하게 하기 위하여, 이하에서는 이들 구멍을 상기의 각 구성으로서 설명한다.
3D 프린터를 사용하여 중앙 부재(DIa)를 제조하기 전후에, 외주 부재(DIb) 및 경질 플레이트(CP)를 준비한다. 외주 부재(DIb) 및 경질 플레이트(CP)는 중앙 부재(DIa)와는 별도로 제조되지만, 이들도 3D 프린터를 사용하여 제조될 수도 있다.
중앙 부재(DIa), 외주 부재(DIb) 및 경질 플레이트(CP)가 준비된 후, 상술한 바와 같이, 중앙 부재(DIa)와 외주 부재(DIb)는 용접에 의해 서로 접합되어 중앙 부재(DIa)가 외주 부재(DIb)에 둘러싸인다. 이때, 중앙 부재(DIa)와 외주 부재(DIb) 사이의 일부에는 밀폐된 공간이 단열층(HI2)으로서 형성된다.
또한, 중앙 부재(DIa)와 경질 플레이트(CP)는 경납땜에 의해 서로 접속되고, 압출면(ES)측에 있어서의 중앙 부재(DIa)의 표면에 경질 플레이트(CP)가 설치된다. 이상에 의해서, 실시 형태 1에 있어서의 다이스(DI)가 제조된다.
중앙 부재(DIa)를 3D 프린터에 의해 제조함으로써 중앙 부재(DIa)의 내부에 중공이 되는 단열층(HI1)을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 단열층(HI1)을 포함하는 중앙 부재(DIa)가 일체로 성형되므로, 중앙 부재(DIa) 전체의 강도를 높일 수 있다.
예를 들어, 종래 기술에서는 단열층(HI1)으로 되는 구멍이 절반으로 나뉜 2개의 부재를 제조하고, 이들 2개의 부재를 용접시킴으로써 단열층(HI1)을 형성하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 복수의 단열층(HI1) 사이를 용접하여 치수 정밀도가 높은 단열층(HI1)을 형성하는 것은 매우 어렵다. 또한, 복수의 단열층(HI1)에는 압출면(ES)에 평행한 단열층(HI1)뿐만 아니라, 열원(HT)에 인접하고, 또한, 압출면(ES)으로부터 주입면(IS)을 향하는 방향으로 연장되는 단열층(HI1)도 포함된다. 따라서, 그 때마다, 중앙 부재(DIa)를 복수의 부재로 더 나누고, 각각을 용접시킬 필요가 있으므로 제조 공정이 복잡해진다. 또한, 복수의 부재로 나눔으로써 중앙 부재(DIa) 전체의 강도도 저하된다. 실시 형태 1에 있어서의 중앙 부재(DIa)는 3D 프린터를 사용하여 일체로 성형되므로, 그러한 문제를 해소할 수 있다.
또한, 중앙 부재(DIa)를 3D 프린터에 의해 제조하는 경우, 제조 시에 사용되는 분말이 중앙 부재(DIa)의 일부에 잔류되는 경우가 있다. 특히, 단열층(HI1)은 중공 구조로 되어 있으므로, 단열층(HI1) 내부에 분말이 잔류되면, 분말을 완전히 제거하는 것이 곤란해진다. 단열층(HI1) 내부에 분말이 가득 찬 상태는 단열층(HI1) 전체의 체적이 감소하는 것을 의미하고, 다이스(DI)에 있어서의 단열 효과가 저감되는 것을 의미한다. 따라서, 분말을 가능한 한 제거하는 고안이 필요해진다.
도 8은 다이스(DI)의 중앙 부재(DIa) 중, 복수의 단열층(HI1)을 확대하여 나타낸 평면도이다. 도 9는 도 8에 나타나는 B-B선을 따른 단면도이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 단열층(HI1)의 각각의 일부에는 분말 제거 구멍(DH)이 형성되어 있다. 분말 제거 구멍(DH)의 구경은 매우 좁고, 단면에서 볼 때의 단열층(HI1)의 두께, 평면에서 볼 때의 단열층(HI1)의 폭 또는 노즐(NZb)의 구경보다도 좁다. 또한, 분말 제거 구멍(DH)은 단열층(HI1)을 구성하는 구멍에 접속되고, 예를 들어, 주입면(IS)측 또는 중앙 부재(DIa)의 측면측에 있어서, 중앙 부재(DIa)의 외부에 통하고 있다.
중앙 부재(DIa)의 제조 후, 분말 제거 구멍(DH)을 통하여, 단열층(HI1)을 구성하는 구멍 내부의 분말 제거 처리가 행해진다. 분말 제거 처리가 행해진 후, 분말 제거 구멍(DH)의 출구는 폐쇄된다. 즉, 최종적인 구조로서는 분말 제거 구멍(DH)은 복수의 단열층(HI1)에 접속되고, 또한, 복수의 단열층(HI1)으로부터 중앙 부재(DIa)의 측면 또는 주입면(IS)을 향하여 연장되지만, 분말 제거 구멍(DH)의 출구는 폐쇄되어 있다.
(실시 형태 2)
이하에, 실시 형태 2에 있어서의 다이스(DI)를, 도 10 및 도 11을 사용하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 실시 형태 1과의 차이점을 주로 설명한다. 도 10은 압출면(ES)측에서 본 다이스(DI)의 평면도이며, 실시 형태 1에서 사용한 도 3에 대응하고 있다. 도 10에서는 단열층(HI1) 및 단열층(HI2)이 해칭에 의해 도시되어 있다. 또한, 도 11은 도 10에 도시되는 C-C선을 따른 단면도이다.
실시 형태 1에서는 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 단열층(HI1) 및 단열층(HI2)은 각각 평면에서 볼 때 환 형상이었다. 실시 형태 2에서는 도 10에 도시하는 바와 같이, 복수의 단열층(HI1)은 평면에서 볼 때 중앙 부재(DIa)의 중앙부(연결 구멍(CH1))로부터 중앙 부재(DIa)의 외부를 향하는 방향으로 연장되고, 방사상으로 형성되어 있다. 또한, 단열층(HI2)은 평면에서 볼 때 복수의 단열층(HI1)을 둘러싸고 있고, 중앙 부재(DIa)의 측면에 형성되어 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 실시 형태 2에 있어서도, 분말 제거 구멍(DH)이 중앙 부재(DIa)의 내부에 형성되어 있다. 분말 제거 구멍(DH)은 단열층(HI1)에 접속되고, 또한, 주입면(IS)측 또는 중앙 부재(DIa)의 측면측에 있어서 중앙 부재(DIa)의 외부에 통하고 있다. 또한, 실시 형태 2에서도 분말 제거 처리가 행해진 후, 분말 제거 구멍(DH)의 출구는 폐쇄된다.
이상, 본 발명을 상기 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능하다.
1: 실린더
2: 스크류
3: 회전 기구
4: 원료 공급부
5: 주액 노즐
6: 플런져 펌프
7: 배기구
8: 진공 펌프
9: 펠리타이저
10: 수조
11: 커터 홀더
12: 펠릿
CH: 연결 구멍
CM1, CM2: 연결 부재
CP: 경질 플레이트(경화 부재)
DH: 분말 제거 구멍
DI: 다이스(다이 플레이트)
DIa: 중앙 부재
DIb: 외주 부재
EM: 혼련부
EGM: 압출기
ES: 압출면(하류면)
GM: 조립부
HI1, HI2: 단열층
HT: 열원
HTS: 열 센서
IH: 주입 구멍
IS: 주입면(상류면)
NZa, NZb, NZc: 노즐
R1: 가소화 영역
R2: 혼련 영역
R3: 탈휘 영역

Claims (19)

  1. 압출면 및 상기 압출면과 반대측인 주입면을 갖는 다이스이며,
    제1 금속재료로 이루어지는 제1 부재와,
    상기 주입면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성된 주입 구멍과,
    상기 제1 부재의 내부에 형성되고, 또한, 상기 주입 구멍에 접속된 제1 노즐과,
    상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 노즐에 접속되며, 또한, 상기 제1 노즐의 평균 구경보다도 작은 평균 구경을 갖는 제2 노즐과,
    상기 압출면측으로부터 본 평면에서 볼 때 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 겹치지 않도록 상기 제1 부재의 내부에 설치된 제1 열원을 갖고,
    상기 제1 부재의 내부에는 상기 제1 금속재료보다도 낮은 열전도율을 갖는 복수의 제1 단열층이 형성되고,
    상기 복수의 제1 단열층 중 일부는 상기 제2 노즐에 인접하고, 또한, 상기 제1 열원보다도 상기 압출면 근처에 위치하고,
    상기 복수의 제1 단열층 중 다른 일부는 상기 제1 열원보다도 상기 제2 노즐로부터 이격된 위치에 있어서, 상기 압출면에서 상기 주입면을 향하는 방향으로 연장되어 있는, 다이스.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 단열층은 상기 제1 부재에 형성된 제1 구멍과, 상기 제1 구멍의 내부에 존재하는 공기 또는 불활성 가스로 이루어지는, 다이스.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 단열층은 상기 제1 부재에 형성된 제1 구멍을 포함하고,
    상기 제1 구멍의 내부 압력은 대기압 또는 대기압보다도 낮은 압력인 감압 혹은 진공인, 다이스.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 부재의 내부에 형성되고, 상기 제1 단열층의 상기 제1 구멍에 접속되며, 또한, 상기 제1 구멍으로부터 상기 제1 부재의 측면 또는 상기 주입면을 향하여 연장되는 제2 구멍을 더 갖는, 다이스.
  5. 제1항에서,
    상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면에 설치되고, 또한, 상기 제1 금속재료보다도 높은 경도를 갖는 경질 플레이트를 더 갖고,
    상기 경질 플레이트에는 상기 경질 플레이트를 관통하고, 또한, 상기 제2 노즐에 접속되는 제3 노즐이 형성되어 있는, 다이스.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 부재를 관통하도록, 상기 제1 부재의 중앙부에는 제1 연결 구멍이 형성되고,
    상기 복수의 제1 단열층 중 다른 일부는 상기 제1 열원과 상기 제1 연결 구멍과의 사이에 형성되어 있는, 다이스.
  7. 제6항에서,
    상기 제1 단열층은 상기 평면에서 볼 때 환 형상인, 다이스.
  8. 제6항에서,
    상기 제1 단열층은 상기 평면에서 볼 때 상기 제1 연결 구멍으로부터 상기 제1 부재의 외부를 향하는 방향으로 연장되어 있는, 다이스.
  9. 제6항에서,
    상기 평면에서 볼 때 상기 제1 부재를 둘러싸도록, 상기 제1 부재에 접합된 제2 부재를 더 갖고,
    상기 제2 부재를 관통하도록, 상기 제2 부재에는 제2 연결 구멍이 형성되고,
    상기 평면에서 볼 때 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 겹치지 않도록, 상기 제1 부재의 내부에는 제2 열원이 설치되고,
    상기 제1 열원 및 상기 제2 열원은 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐을 사이에두고 서로 반대측에 위치하고,
    상기 제1 금속재료보다도 낮은 열전도율을 갖는 제2 단열층이 상기 제2 열원과 상기 제2 연결 구멍 사이에 형성되어 있는, 다이스.
  10. 제9항에서,
    상기 제2 단열층은 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이의 밀폐된 제1 공간이며,
    상기 제1 공간에는 공기 또는 불활성 가스가 충만되어 있는, 다이스.
  11. 제9항에서,
    상기 제2 단열층은 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이의 밀폐된 제1 공간이며,
    상기 제1 공간의 압력은 대기압 또는 대기압보다도 낮은 압력인 감압 혹은 진공인, 다이스.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 금속재료는 스테인리스강인, 다이스.
  13. 제1항에서,
    상기 제1 열원은 상기 제1 부재의 내부에 형성된 제4 구멍과, 상기 제4 구멍의 내부에 설치된 가열 기구에 의해 구성되고,
    상기 가열 기구는 코일 혹은 전열 막대를 사용한 전기 열원, 핫 오일 또는 스팀인, 다이스.
  14. 제1항에 기재된 다이스를 구비한 압출기이며,
    그 내부에 스크류가 설치된 실린더와,
    상기 실린더의 상류단에 접속된 회전 기구와,
    상기 실린더의 제1 영역에 설치된 원료 공급부와,
    상기 실린더의 하류단이 상기 주입면에 접속된 상기 다이스와,
    그 내부에 상기 다이스의 상기 압출면이 배치되도록, 상기 다이스에 설치된 수조와,
    상기 수조의 내부에 설치되고, 또한, 상기 다이스의 상기 압출면에 대향하도록 설치된 복수의 커터를 갖는 커터 홀더를 갖는, 압출기.
  15. 제14항에 기재된 압출기를 사용한 펠릿의 제조 방법이며,
    (a) 상기 원료 공급부로부터 상기 실린더의 내부에 수지를 공급하는 공정,
    (b) 상기 제1 영역에서 상기 수지를 혼련함으로써 용융 수지를 형성하는 공정,
    (c) 상기 제1 영역보다도 상기 실린더의 하류측인 제2 영역에서 상기 용융 수지를 혼련함으로써 혼련물을 형성하는 공정,
    (d) 상기 혼련물을 상기 주입면측에서 상기 주입 구멍에 주입하는 공정,
    (e) 상기 (d) 공정 후, 상기 혼련물을, 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐을 통하여 상기 압출면으로부터 상기 수조로 압출하는 공정,
    (f) 상기 (e) 공정 후, 상기 혼련물을 상기 커터에 의해 절단함으로써 수지 재료로 이루어지는 복수의 펠릿을 취득하는 공정을 갖고,
    적어도 상기 (d) 공정 및 상기 (e) 공정은 상기 제1 열원이 구동된 상태에서 행해지는, 펠릿의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 수지는 단체의 열가소성 수지, 2개 이상의 열가소성 수지를 포함하는 혼합물, 또는 필러가 포함된 상기 혼합물로 이루어지는, 펠릿의 제조 방법.
  17. (a) 3D 프린터를 사용하여 제조되고, 압출면 및 상기 압출면과 반대측인 주입면을 가지며, 또한, 제1 금속재료로 이루어지는 제1 부재를 준비하는 공정,
    (b) 제2 금속재료로 이루어지는 제2 부재를 준비하는 공정,
    (c) 상기 제1 금속재료보다도 높은 경도를 갖는 경질 플레이트를 준비하는 공정,
    (d) 상기 압출면측으로부터 본 평면에서 볼 때 상기 제1 부재를 둘러싸도록, 상기 제1 부재에 제2 부재를 접합하는 공정,
    (e) 상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면에, 상기 경질 플레이트를 접합하는 공정을 포함하는 다이스의 제조 방법이며,
    상기 제1 부재는
    상기 주입면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성된 주입 구멍과,
    상기 제1 부재의 내부에 형성되고, 또한, 상기 주입 구멍에 접속된 제1 노즐과,
    상기 압출면측에 있어서의 상기 제1 부재의 표면으로부터 상기 제1 부재의 내부에 걸쳐 형성되고, 상기 제1 노즐에 접속되며, 또한, 상기 제1 노즐의 평균 구경보다도 작은 평균 구경을 갖는 제2 노즐과,
    상기 제1 부재의 내부에 형성된, 제1 단열층용 복수의 제1 구멍과,
    상기 평면에서 볼 때 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐과 겹치지 않도록, 상기 제1 부재의 내부에 형성된, 제1 열원용 제2 구멍을 갖고,
    상기 복수의 제1 구멍 중 일부는 상기 제2 노즐에 인접하고, 또한, 상기 제2 구멍보다도 상기 압출면 근처에 위치하고,
    상기 복수의 제1 구멍 중 다른 일부는 상기 제2 구멍보다도 상기 제2 노즐로부터 이격된 위치에 있어서, 상기 압출면으로부터 상기 주입면을 향하는 방향으로 연장되고,
    상기 경질 플레이트에는 상기 경질 플레이트를 관통하고, 또한, 상기 제2 노즐에 접속되는 제3 노즐이 형성되어 있는, 다이스의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 제1 부재에는 상기 제1 구멍에 접속되고, 또한, 상기 주입면측 또는 상기 제1 부재의 측면측에 있어서, 상기 제1 부재의 외부에 통하고 있는 제3 구멍이 형성되고,
    상기 (a) 공정 후, 상기 제3 구멍을 통하여, 상기 제1 구멍의 내부 분말 제거 처리가 행해지는, 다이스의 제조 방법.
  19. 제17항에서,
    상기 (d) 공정에 있어서, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재 사이의 일부에는 밀폐된 공간이 제2 단열층으로서 형성되는, 다이스의 제조 방법.
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