WO2021079413A1 - 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

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 Download PDF

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WO2021079413A1
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nozzle
die
hole
heat insulating
injection
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PCT/JP2019/041373
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松田　宗一郎
河野　裕之
知典 橋本
郁也 山邊
植田　直樹
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株式会社日本製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to dies, a method for producing dies, an extruder equipped with dies, and a method for producing pellets using an extruder, and can be suitably used for, for example, dies having a heat insulating layer.
  • thermoplastic resin for example, polypropylene (PP), etc.
  • PP polypropylene
  • Patent Document 1 discloses a technique of providing an air chamber for heat insulation between a die surface and a cover plate around a nozzle hole provided inside a die plate main body.
  • thermoplastic resin PP, etc.
  • a technique for improving the uniformity of the size between each grain of the pellets is important. Therefore, it is necessary to improve the performance of each mechanism such as the die provided in the extruder.
  • the die in one embodiment includes an extrusion surface, an injection surface on the side opposite to the extrusion surface, a first member made of a first metal material, and the first member from the surface of the first member on the injection surface side. It has an injection hole formed over the inside of the first member and a first nozzle formed inside the first member and connected to the injection hole. Further, the die is formed from the surface of the first member on the extrusion surface side to the inside of the first member, is connected to the first nozzle, and has an average diameter smaller than the average diameter of the first nozzle. It has a second nozzle having a diameter and a first heat source provided inside the first member so as not to overlap the first nozzle and the second nozzle in a plan view seen from the extrusion surface side. ..
  • a plurality of first heat insulating layers having a thermal conductivity lower than that of the first metal material are provided inside the first member, and a part of the plurality of first heat insulating layers is the first. Adjacent to the two nozzles and located closer to the extrusion surface than the first heat source, the other part of the plurality of first heat insulating layers is farther from the second nozzle than the first heat source. At this position, it extends in the direction from the extrusion surface to the injection surface.
  • the first member is formed in an injection hole formed from the surface of the first member on the injection surface side to the inside of the first member, and inside the first member, and said.
  • the first member does not overlap with the plurality of first holes for the first heat insulating layer formed inside the first member and the first nozzle and the second nozzle in the plan view. It has a second hole for a first heat source formed inside the first member.
  • a part of the plurality of first holes is adjacent to the second nozzle and is located closer to the extrusion surface than the second hole, and the other one of the plurality of first holes.
  • the portion extends in the direction from the extrusion surface to the injection surface at a position away from the second nozzle than the second hole, and the hard plate penetrates the hard plate and A third nozzle connected to the second nozzle is formed.
  • the kneading unit EM includes all or one of the cylinder 1, the screw 2, the rotating mechanism 3, the raw material supply unit 4, the liquid injection nozzle 5, the plunger pump 6, the exhaust port 7, and the vacuum pump 8. Including the part. Further, although the raw material supply unit 4, the liquid injection nozzle 5, the plunger pump 6, the exhaust port 7, and the vacuum pump 8 are provided one by one in FIG. 1, when a plurality of these are provided in excess of one. There is also.
  • the granulated portion GM includes a die DI and a pelletizer 9, and the pelletizer 9 includes a water tank 10 and a cutter holder 11.
  • the kneading unit EM in the first embodiment is exemplified as a single-screw extruder, the kneading unit EM may be a twin-screw extruder or an extruder equipped with a plurality of screws having more than two shafts. Good.
  • a screw 2 is provided inside the cylinder 1, and the screw 2 is rotated by a rotation mechanism 3 connected to the upstream end of the cylinder 1.
  • the rotation mechanism 3 is provided with a gear, a motor for rotating the gear, and the like, and the screw 2 is rotated by rotating the gear connected to the screw 2.
  • a heat source (not shown) is provided around the cylinder 1, and each region of the cylinder 1 is adjusted to a desired temperature by the heat source.
  • heat sources include, but are not limited to, electric heaters or heating media (hot water, pressurized water, hot oil, hot silicon, etc.), but the heat source can be heated to a temperature at which the thermoplastic resin can be melted. Any means may be used.
  • a cooling source may be provided around the cylinder 1. Examples of the cooling source include water (water cooling) and air (air cooling), but the cooling source is not limited to these, and any means capable of cooling to a desired temperature may be used.
  • the cylinder 1 has a plasticizing region R1, a kneading region R2, and a volatilization region R3 in order from the upstream side (rotating mechanism 3 side) to the downstream side (dice DI side).
  • the configuration of 1 is not limited to these.
  • the raw material supply unit 4, the liquid injection nozzle 5, the plunger pump 6, the exhaust port 7, and the vacuum pump 8 are provided one by one in FIG. 1, but a plurality of these are provided in excess of one. It may be provided individually.
  • the screw 2 may be formed by combining a screw shape that gives priority to the function of transporting the resin, or conversely, a screw shape that intentionally slows down the transport.
  • a raw material supply unit (hopper) 4 is provided in the cylinder 1 in the plasticization region R1, and a resin as a raw material is supplied from the raw material supply unit 4 to the inside of the cylinder 1.
  • the cylinder 1 in the kneading region R2 is provided with a liquid injection nozzle (injection nozzle) 5 for injecting additives and the like, and the plunger pump 6 is connected to the liquid injection nozzle 5.
  • Additives and the like are supplied from the plunger pump 6 to the inside of the cylinder 1 via the liquid injection nozzle 5. Further, a filler or a filler dispersion liquid may be supplied to the inside of the cylinder 1.
  • An exhaust port 7 is provided in the cylinder 1 in the volatilization region R3, and a vacuum pump 8 is connected to the exhaust port 7. Moisture gasified in the devolatile region R3 is exhausted from the exhaust port 7.
  • the downstream end of the cylinder 1 is connected to the die DI of the granulation part GM.
  • the die DI is attached to a pelletizer 9 including a water tank (circulation box) 10 and a cutter holder 11.
  • the injection surface (upstream surface) IS of the die DI is connected to the downstream end of the cylinder 1, and the extrusion surface (downstream surface) ES of the die DI opposite to the injection surface IS is arranged in the water tank 10.
  • the inside of the water tank 10 is filled with a liquid called pellet circulating water (PCW).
  • PCW pellet circulating water
  • the liquid constituting the pellet circulating water is water.
  • the cutter holder 11 is provided inside the water tank 10 and is arranged in the vicinity of the extrusion surface ES of the die DI.
  • a plurality of cutters are provided on the cutter holder 11 so as to face the extrusion surface ES of the die DI, and the resin material extruded from the extrusion surface ES is cut by the cutter in water and individualized as a plurality of pellets 12. Will be done.
  • the resin as a raw material is supplied from the raw material supply unit 4 to the inside of the cylinder 1, and the resin is plasticized and kneaded (mixed) by the screw 2. As a result, a molten resin based on the resin is formed, and the molten resin is transferred to the kneading region R2.
  • FIGS. 2 to 4 are plan views of the die DI seen from the extrusion surface ES side
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIGS. 2 to 4.
  • the plane in FIGS. 3 and 4 is different from the position of the plane in FIG. 2 in the thickness direction of the die DI (direction from the extrusion surface ES to the injection surface IS), and shows the inside of the die DI more than in FIG. ing.
  • the hard plate (hardened member) CP is shown by hatching
  • FIG. 3 the heat insulating layer HI1 and the heat insulating layer HI2 are shown by hatching
  • FIG. 4 the heat source HT and the heat sensor HTS are shown by hatching. ..
  • the structure assumes the use of an electric heater (cartridge heater).
  • the “plane” means a plane parallel to the extrusion surface ES or the injection surface IS
  • the “plan view” means the extrusion surface ES side or the injection surface IS side. Means to see from.
  • the "cross section” means a surface perpendicular to the extrusion surface ES or the injection surface IS
  • the "cross section view” means to see the vertical surface.
  • each configuration may be described with the injection surface IS side as the lower side and the extrusion surface ES side as the upper side in a cross-sectional view.
  • the die DI includes a central member DIa and an outer peripheral member DIb surrounding the central member DIa in a plan view.
  • the central member DIa and the outer peripheral member DIb are separately manufactured members, and are joined to each other by welding or the like to be integrated. Further, the central member DIa and the outer peripheral member DIb are made of, for example, stainless steel, but may be made of different materials.
  • the die DI is provided with connecting holes CH1 and CH2 for connecting to another member such as a cylinder 1.
  • one connecting hole CH1 is provided in the central portion of the central member DIa so as to penetrate the central member DIa, and four connecting holes CH2 are provided in the outer peripheral member DIb so as to penetrate the outer peripheral member DIb. Is provided.
  • the die DI and the cylinder 1 are connected by providing the connecting members CM1 and CM2 such as bolts in the respective connecting holes CH1 and CH2.
  • the cutter provided in the cutter holder 11 is movable on the extruded surface ES side, the peripheral parts of the connecting holes CH1 and CH2 are not cut so that the connecting members CM1 and CM2 do not protrude from the die DI and are scraped. It is formed so as to be recessed toward the injection surface IS side from the location of.
  • the hard plate CP is provided with a nozzle NZc
  • the central member DIa is provided with a nozzle NZb, a nozzle NZa, and an injection hole IH.
  • Nozzles NZa to NZc are nozzles that communicate with each other and are integrated with each other.
  • the injection hole IH communicates with a plurality of integrated nozzles NZa to NZc.
  • the molten resin injected from the cylinder 1 is injected into the injection hole IH on the injection surface IS side, and is extruded from the extrusion surface ES to the water tank 10 via the nozzles NZa to NZc.
  • the injection hole IH is formed from the surface of the central member DIa on the injection surface IS side to the inside of the central member DIa, has a relatively wide opening area, and is connected to a plurality of nozzles NZa.
  • the nozzle NZa is formed inside the central member DIa and is connected to the injection hole IH and the nozzle NZb.
  • the diameter (opening area) of the nozzle NZa becomes smaller from the injection surface IS side to the extrusion surface ES side.
  • the nozzle NZb is formed from the surface of the central member DIa on the extrusion surface ES side to the inside of the central member DIa, and is connected to the injection hole IH via the nozzle NZa.
  • the diameter (opening area) of the nozzle NZb is smaller than the diameter of the nozzle NZa except for the connection point between the nozzle NZa and the nozzle NZb. That is, the average diameter of the nozzle NZb is smaller than the average diameter of the nozzle NZa.
  • the nozzle Na having a continuously small diameter is provided between the injection hole IH and the nozzle NZb, but the nozzle NZa is provided between the injection hole IH and the nozzle NZb.
  • a plurality of nozzles having different average diameters may be provided.
  • the injection hole IH and the nozzle NZb do not have to be directly connected to the nozzle NZa, and other nozzles are provided between the injection hole IH and the nozzle NZa and between the nozzle NZb and the nozzle NZa. You may.
  • the die DI mainly measures the temperature from the plurality of heat source HTs for heating the surroundings of the injection hole IH and the nozzles NZa to NZc, and the temperatures from the plurality of heat source HTs.
  • the heat sensor HTS is provided.
  • Each heat source HT is provided so as not to be in direct contact with the injection hole IH and the nozzles NZa to NZc, and is provided at a position not overlapping the injection hole IH and the nozzles NZa to NZc in a plan view. Further, the two heat source HTs adjacent to the nozzles NZa to NZc are located on opposite sides of the injection hole IH and the nozzles NZa to NZc.
  • the heat source HT in the first embodiment is composed of a hole formed in the outer peripheral member DIb and the central member DIa, and a heating mechanism provided inside the hole.
  • a heating mechanism include an electric heater using a coil or a heat transfer rod, hot oil, steam, and the like.
  • hot oil or steam is used as the heating mechanism, for example, the tips of the two adjacent holes may be communicated with each other via the heat sensor HTS, and these may be used as a circulation path.
  • one of the above holes may be used as an inlet and the other may be used as an outlet.
  • such a communicating hole and hot oil or steam circulating inside the hole are also included in the heat source HT.
  • the die DI is provided with a plurality of heat insulating layers HI1 and a plurality of heat insulating layers HI2.
  • the plurality of heat insulating layers HI1 are formed inside the central member DIa and are annular in a plan view.
  • the annular shape is not particularly limited, but here it has a circular shape centered on the center of the connecting hole CH1.
  • the thickness of each of the plurality of heat insulating layers HI1 is, for example, 1 to 2 mm.
  • the width of each of the plurality of heat insulating layers HI1 is, for example, 8 to 10 mm, and the width between the heat insulating layers HI1 adjacent to each other is, for example, 1 to 2 mm.
  • the plurality of heat insulating layers HI1 have a lower thermal conductivity than the materials constituting the central member DIa and the hard plate CP.
  • the plurality of heat insulating layers HI1 are composed of a hole formed in the central member DIa and an inert gas such as air or argon existing inside the hole. Further, the pressure inside the hole is atmospheric pressure, or reduced pressure or vacuum lower than atmospheric pressure. Further, as will be described in detail later, the holes constituting the plurality of heat insulating layers HI1 are connected to the powder removal holes DH leading to the outside of the central member DIa.
  • a part of the plurality of heat insulating layers HI1 may be connected to each other in a plan view. All or part of the plurality of heat insulating layers HI1 may be connected to each other or separated from each other.
  • the plurality of heat insulating layers HI2 are provided on the side surface of the central member DIa and surround the plurality of heat insulating layers HI1 in a plan view.
  • the plurality of heat insulating layers HI2 have a lower thermal conductivity than the materials constituting the central member DIa and the hard plate CP, and are formed as a closed space.
  • the space can be filled with an inert gas such as air or argon. Further, the pressure in the space can be set to atmospheric pressure, or can be reduced to a reduced pressure or vacuum lower than the atmospheric pressure.
  • the main feature in the first embodiment is a plurality of heat insulating layers HI1 and a plurality of heat insulating layers HI2 provided on the die DI, thereby increasing the uniformity of the size of the resin material extruded one after another from the die DI. It is possible to suppress the possibility that the temperature of the resin material drops inside the nozzles NZa to NZc and causes clogging. Such features will be described in detail below.
  • the resin material kneaded inside the cylinder 1 is extruded into the water tank 10 through the nozzles NZa to NZc provided on the extrusion surface ES side of the die DI, and the cutter provided in the cutter holder 11 is provided. Is separated into a plurality of pellets 12 by.
  • the inside of the water tank 10 is filled with, for example, water, and the temperature thereof is about 60 ° C.
  • the resin material is cooled and hardened to a certain degree of hardness, or the viscosity of the resin material becomes high, so that the resin material is easily cut by the cutter.
  • the die DI is provided with a plurality of integrated nozzles NZa to NZc, if the ambient temperature of each nozzle NZa to NZc varies, the degree of clogging in each nozzle NZa to NZc varies. Likely to happen. Alternatively, the nozzles NZa to NZc without clogging and the nozzles NZa to NZc with clogging may coexist. Then, the sizes of the pellets 12 extruded from each nozzle NZa to NZc will vary. Therefore, it becomes difficult to produce a plurality of pellets 12 having a uniform size.
  • the die DI is required to suppress the occurrence of clogging in each nozzle NZa to NZc and to improve the uniformity of the size of the pellet 12 extruded from each nozzle NZa to NZc. Therefore, it is preferable that the resin material has a viscosity as close to the water tank 10 as possible, and the resin material is cured or has a viscosity suitable for cutting immediately before being extruded into the water tank 10. Is preferably high.
  • the resin has viscosity inside each of the nozzle NZa and the nozzle NZb, and from the vicinity of the boundary between the nozzle NZb and the nozzle NZc. It is preferable that the resin is cured inside the nozzle NZc. That is, it is preferable that the heat from the heat source HT is conducted to the periphery of the state-of-the-art nozzle NZb in the central member DIa. Further, it is preferable that the ambient temperature of each of the plurality of integrated nozzles NZa to NZc is as uniform as possible.
  • the main feature of the die DI in the first embodiment is that, as shown in FIGS. 3 to 5, a plurality of heat insulating layers HI1 and a plurality of heat insulating layers HI2 are provided around the plurality of nozzles NZb and around the plurality of heat source HTs. Is provided.
  • a part of the plurality of heat insulating layers HI1 is provided around the plurality of nozzles NZb and is provided above the heat source HT. That is, a part of the above is adjacent to the plurality of nozzles NZb in a cross-sectional view, and is located closer to the extrusion surface ES than the heat source HT.
  • the other part of the plurality of heat insulating layers HI1 is adjacent to the heat source HT provided near the connecting hole CH1 and is provided between the heat source HT and the connecting hole CH1. That is, the other part is provided so as to cover the upper side and the side surface of the heat source HT in a cross-sectional view.
  • the other part extends from the extrusion surface ES toward the injection surface IS at a position farther from the nozzles NZa to NZc than the heat source HT, and extends from the end of the heat source HT on the extrusion surface ES side. It is provided over the end of the heat source HT on the injection surface IS side.
  • each of the plurality of heat insulating layers HI2 is provided at the boundary between the central member DIa and the outer peripheral member DIb, and is adjacent to the heat source HT provided near the connecting hole CH2. That is, each of the plurality of heat insulating layers HI2 is provided between the heat source HT and the connecting hole CH2, and is provided so as to cover the side of the heat source HT in a cross-sectional view.
  • the heat insulating layer HI2 extends in the direction from the extrusion surface ES toward the injection surface IS at a position farther from the nozzles NZa to NZc than the heat source HT, and extends from the end of the heat source HT on the extrusion surface ES side to the injection surface. It is provided over the end of the heat source HT on the IS side.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the experimental results by the inventors of the present application, showing the temperature distribution when the die DI is provided with the heat insulating layer (heat insulating layer HI1 and heat insulating layer HI2) and when it is not provided. There is.
  • FIG. 7 is a graph summarizing the experimental results of FIG. 6, showing the relationship between the distance from the surface (extruded surface ES) of the hard plate CP and the temperature.
  • the temperature inside the die DI becomes lower as it approaches the extrusion surface ES side. That is, the temperature near the heat source HT is a relatively high temperature T7, but the internal temperature decreases from the temperature T6 to the temperature T1 as the temperature approaches the exit surface ES side.
  • the die DI is provided with the connecting holes CH1 and CH2, but the peripheral parts of the connecting holes CH1 and CH2 are set from other parts so that the connecting member CM is not cut by the cutter holder 11.
  • the heat insulating layer HI1 is provided between the heat source HT and the connecting hole CH1
  • the heat insulating layer HI2 is provided between the heat source HT and the connecting hole CH2. It is difficult for each heat source HT to be cooled. Therefore, the heat from the heat source HT is easily transferred to the injection hole IH and the nozzles NZa to NZc, and the ambient temperature of each of the plurality of integrated nozzles NZa to NZc is less likely to vary. Therefore, it is possible to improve the size uniformity of the plurality of pellets 12 extruded from each nozzle NZa to NZc. That is, the quality of the plurality of pellets 12 can be improved.
  • the location where the die DI is in direct contact with the water tank 10 may be not the entire extrusion surface ES of the die DI, but only the central member DIa or the location where the hard plate CP is provided. That is, from the viewpoint of reducing the area of the extruded surface ES to be cooled and the viewpoint that the pellet 12 can be produced, it is conceivable that only the periphery of the nozzle NZc is connected to the water tank 10.
  • the connecting hole CH2 does not come into contact with water, it seems that the heat insulating layer HI2 is unnecessary.
  • the heat insulating layer HI2 is provided between the heat source HT and the connecting hole CH2.
  • the melting point (160 ° C.) of polypropylene is also shown as a reference.
  • the polypropylene starts to be cured inside the nozzle NZa having a relatively wide diameter. Therefore, clogging may occur inside each of the nozzle NZb or the nozzle NZc having a relatively narrow diameter.
  • the die DI according to the first embodiment it is possible to suppress the possibility of clogging occurring inside the nozzle NZb or inside the nozzle NZc. That is, by using the technique disclosed in the first embodiment, the performance of the die DI and the performance of the extruder EGM including the die DI can be improved. In addition, the uniformity of the size of the pellets 12 produced by using the extruder EGM can be improved, and the quality of the pellets 12 can be improved.
  • the heat from the heat source HT is transferred to the extrusion surface ES side at an early stage, so that the resin is solidified. It becomes easier to melt the resin that had been used. Therefore, the occurrence of clogging due to the residual resin can be suppressed.
  • the central member DIa of the die DI in the first embodiment is preferably manufactured by a 3D printer.
  • a manufacturing method using a 3D printer for example, a powder sintering type lamination method in which powder made of a metal material is spread in layers and the powder is directly sintered by a high-power laser beam or discharge, or an inkjet method is used.
  • An example is a powder-fixed additive manufacturing method in which a binder is added to powder and these are solidified.
  • the outer peripheral member DIb and the hard plate CP are manufactured separately from the central member DIa, but these may also be manufactured using a 3D printer.
  • the central member DIa, the outer peripheral member DIb, and the hard plate CP are prepared, the central member DIa and the outer peripheral member DIb are joined to each other by welding as described above, and the central member DIa is surrounded by the outer peripheral member DIb. At this time, a closed space is formed as the heat insulating layer HI2 in a part between the central member DIa and the outer peripheral member DIb.
  • the central member DIa and the hard plate CP are connected to each other by brazing, and the hard plate CP is provided on the surface of the central member DIa on the extrusion surface ES side.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view showing a plurality of heat insulating layers HI1 among the central member DIa of the die DI.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view of the die DI seen from the extrusion surface ES side, and corresponds to FIG. 3 used in the first embodiment.
  • the heat insulating layer HI1 and the heat insulating layer HI2 are shown by hatching.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG.
  • the plurality of heat insulating layer HI1 and the heat insulating layer HI2 are annular in a plan view, respectively.
  • the plurality of heat insulating layers HI1 extend in the direction from the central portion (connecting hole CH1) of the central member DIa toward the outside of the central member DIa in a plan view, and are radial. It is provided in.
  • the heat insulating layer HI2 surrounds a plurality of heat insulating layers HI1 in a plan view, and is provided on the side surface of the central member DIa.
  • the dust removal hole DH is provided inside the central member DIa.
  • the dust removal hole DH is connected to the heat insulating layer HI1 and is connected to the outside of the central member DIa on the injection surface IS side or the side surface side of the central member DIa. Also in the second embodiment, after the dedusting treatment is performed, the outlet of the dedusting hole DH is closed.

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Abstract

ダイスの性能を向上させる。ダイスＤＩの中央部材ＤＩａには、押出面ＥＳから注入面ＩＳに亘って、注入孔ＩＨ、ノズルＮＺａおよびノズルＮＺｂが形成されている。また、中央部材ＤＩａの内部には、熱源ＨＴおよび複数の断熱層ＨＩ１が設けられている。複数の断熱層ＨＩ１の一部は、ノズルＮＺｂに隣接し、且つ、熱源ＨＴよりも押出面ＥＳ側に位置している。複数の断熱層ＨＩ１の他の一部は、熱源ＨＴよりもノズルＮＺｂから離れた位置において、押出面ＥＳから注入面ＩＳへ向かう方向へ延在している。

Description

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
　本発明は、ダイス、ダイスの製造方法、ダイスを備える押出機および押出機を用いたペレットの製造方法に関し、例えば、断熱層を有するダイスに好適に利用できる。
　従来から、熱可塑性樹脂（一例としてポリプロピレン（ＰＰ）等）のペレット製造において、ダイスのプレート本体の内部に設けられているノズル穴に、溶融状態の樹脂が通過する場合、樹脂が固化する現象（目詰まり）が問題となっている。
　例えば、特許文献１には、ダイプレート本体の内部に設けられているノズル穴の周囲において、ダイ面とカバープレートとの間に、断熱のための空気チャンバを設ける技術が開示されている。
国際公開第２０１２／５００１３１号
　熱可塑性樹脂（ＰＰ等）をペレットとして押出機によって製造する場合、ペレットの品質の向上が求められ、特に、ペレットの各粒間のサイズの均一性を向上させる技術が重要となる。そのため、押出機に備えられているダイスなどの各機構の性能を高める必要がある。
　その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。
　一実施の形態におけるダイスは、押出面と、前記押出面と反対側の注入面と、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、を有する。また、ダイスは、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、を有する。ここで、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。
　また、一実施の形態におけるダイスの製造方法は、（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。ここで、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、を有する。また、前記第１部材は、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、を有する。また、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。
　一実施の形態によれば、ダイスの性能、および、ダイスを備える押出機の性能を向上させることができる。また、押出機を用いて製造されるペレットの品質を向上させることができる。
実施の形態１における押出機を示す模式図である。 実施の形態１におけるダイスを示す平面図である。 実施の形態１におけるダイスを示す平面図である。 実施の形態１におけるダイスを示す平面図である。 実施の形態１におけるダイスを示す断面図である。 本願発明者らによる実験結果を示す模式図である。 本願発明者らによる実験結果を示すグラフである。 実施の形態１におけるダイスの中央部材を示す平面図である。 実施の形態１におけるダイスの中央部材を示す断面図である。 実施の形態２におけるダイスを示す平面図である。 実施の形態２におけるダイスの中央部材を示す断面図である。
　以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
　また、実施の形態で用いられる図面では、図面を見易くするために、断面図であってもハッチングが省略されている場合もあり、平面図であってもハッチングが付されている場合もある。
　（実施の形態１）
　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。
　＜押出機ＥＧＭ（混練部ＥＭ、造粒部ＧＭ）の構造＞
　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。
　シリンダ１の内部にはスクリュ２が設けられ、スクリュ２は、シリンダ１の上流端に接続された回転機構３によって回転する。回転機構３には、ギアおよびギアを回転させるためのモータなどが設けられ、スクリュ２に接続されるギアを回転させることで、スクリュ２が回転する。
　シリンダ１の周囲には図示されてない熱源が設けられ、熱源によってシリンダ１の各領域は所望の温度に調節される。熱源の例としては、電気ヒータまたは加熱媒体（温水、加圧水、ホットオイル、ホットシリコンなど）が挙げられるが、熱源は、これらに限定されず、熱可塑性樹脂を溶融させることができる温度まで加熱できる手段であればよい。さらに、シリンダ１の周囲には、冷却源が設けられる場合もある。冷却源の例としては、水（水冷）または空気（エア冷却）などが挙げられるが、冷却源は、これらに限定されず、所望の温度まで冷却できる手段であればよい。
　図１では、シリンダ１は、上流側（回転機構３側）から下流側（ダイスＤＩ側）へ向かって順次、可塑化領域Ｒ１、混練領域Ｒ２および脱揮領域Ｒ３を有しているが、シリンダ１の構成は、これらに限定されない。上述したように、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。また、スクリュ２は、樹脂を搬送する機能を優先するスクリュ形状、または、逆に意図的に搬送をゆっくりとさせるスクリュ形状が組み合わされて構成される場合もある。また、シリンダ１のうち排出口が設けられている場所では、樹脂中の水分などをガス化して排出（脱揮）することを促進するため、搬送機能が無く、樹脂の混練または表面更新に特化したスクリュ形状を採用してスクリュ２を構成する場合もある。さらに、これらに限定されず、押出機当業者が想到するスクリュ形状の組み合わせであってもよい。
　可塑化領域Ｒ１におけるシリンダ１には、原料供給部（ホッパ）４が設けられ、原料供給部４からシリンダ１の内部へ原料となる樹脂が供給される。
　混練領域Ｒ２におけるシリンダ１には、添加剤などを注入するための注液ノズル（注入ノズル）５が設けられ、注液ノズル５には、プランジャーポンプ６が接続されている。プランジャーポンプ６から注液ノズル５を介して、シリンダ１の内部へ添加剤などが供給される。さらに、シリンダ１の内部へフィラーまたはフィラー分散液が供給される場合もある。
　脱揮領域Ｒ３におけるシリンダ１には排気口７が設けられ、排気口７には、真空ポンプ８が接続されている。脱揮領域Ｒ３においてガス化した水分などは、排気口７から排気される。
　シリンダ１の下流端は、造粒部ＧＭのダイスＤＩに接続されている。ダイスＤＩは、水槽（循環箱）１０およびカッタホルダ１１を含むペレタイザー９に取り付けられている。ダイスＤＩの注入面（上流面）ＩＳはシリンダ１の下流端に接続され、注入面ＩＳと反対側であるダイスＤＩの押出面（下流面）ＥＳは水槽１０内に配置されている。水槽１０の内部は、ペレット循環水（ＰＣＷ）と称する液体で満たされている。ここでは、ペレット循環水を構成する液体は水である。
　カッタホルダ１１は、水槽１０の内部に設けられ、ダイスＤＩの押出面ＥＳの近傍に配置されている。ダイスＤＩの押出面ＥＳに対向するように、カッタホルダ１１には複数のカッタが設けられ、押出面ＥＳから押し出されてくる樹脂材料が、水中においてカッタによって切断され、複数のペレット１２として個片化される。
　＜ペレット１２の製造方法＞
　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。
　原料となる樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂は、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートまたはポリイミドである。実施の形態１における樹脂は、単体の熱可塑性樹脂でもよいし、２つ以上の熱可塑性樹脂を含む混合物でもよし、フィラーが含まれた上記混合物でもよい。
　混練された溶融樹脂は、注入面ＩＳ側からダイスＤＩの内部の注入孔へ注入され、注入孔と連通しているノズルを介して、押出面ＥＳからペレタイザー９の水槽１０へ押し出される。
　押し出された上記溶融樹脂は、押出面ＥＳの近傍に設けられているカッタホルダ１１に装着されたカッタよって次々に切断され、水槽１０の内部で冷却される。このようにして、上記溶融樹脂が、複数のペレット（粒）１２として個片化される。その後、複数のペレット１２は、水槽１０の外部へ移送される。以上のようにして、実施の形態１における押出機ＥＧＭを用いることで、複数のペレット１２を取得することができる。
　なお、少なくとも、上記混練物がダイスＤＩへ注入される工程と、上記混練物が水槽１０へ押し出される工程とは、ダイスＤＩの内部に設けられた後述する熱源ＨＴが駆動され、上記注入孔および上記ノズルの周囲が加熱された状態で行われる。
　＜ダイスＤＩの構造＞
　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。
　図２～図４は、押出面ＥＳ側から見たダイスＤＩの平面図であり、図５は、図２～図４に示されるＡ－Ａ線に沿った断面図である。図３および図４における平面は、ダイスＤＩの厚さ方向（押出面ＥＳから注入面ＩＳに向かう方向）において、図２の平面の位置と異なっており、図２よりもダイスＤＩの内部を示している。また、図２では硬質プレート（硬化部材）ＣＰがハッチングによって示され、図３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、図４では熱源ＨＴおよび熱センサＨＴＳがハッチングによって示されている。図４では、熱源ＨＴの例として、電気ヒータ（カートリッジヒータ）の使用を想定した構造としている。
　なお、本願でダイスＤＩの構造を説明する場合、「平面」とは、押出面ＥＳまたは注入面ＩＳに平行な面を意味し、「平面視」とは、押出面ＥＳ側または注入面ＩＳ側から見ることを意味する。また、「断面」とは、押出面ＥＳまたは注入面ＩＳに垂直な面を意味し、「断面視」とは、上記垂直な面を見ることを意味する。また、本願では説明の便宜上、断面視において、注入面ＩＳ側を下方とし、押出面ＥＳ側を上方として各構成を説明する場合もある。
　また、本願では、「注入面ＩＳ」はシリンダ１側（上流側）におけるダイスＤＩの表面全体を指し、「押出面ＥＳ」は水槽１０側（下流側）におけるダイスＤＩの表面全体を指している。しかし、これらをより厳密に定義するならば、「注入面ＩＳ」は、ダイスＤＩのうち注入孔ＩＨが開口している面であり、「押出面ＥＳ」は、ダイスＤＩのうちノズルＮＺｂが開口している面、または、硬質プレートＣＰのうちノズルＮＺｃが開口している面である。
　図２および図５に示されるように、ダイスＤＩは、中央部材ＤＩａ、および、平面視において中央部材ＤＩａを囲む外周部材ＤＩｂを含む。中央部材ＤＩａおよび外周部材ＤＩｂは、別々に製造された部材であり、溶接などによって互いに接合され、一体化している。また、中央部材ＤＩａおよび外周部材ＤＩｂは、例えばステンレス鋼からなるが、互いに異なる素材であってもよい。
　ダイスＤＩには、例えばシリンダ１のような他部材と接続するための連結孔ＣＨ１、ＣＨ２が設けられている。ここでは、中央部材ＤＩａを貫通するように、中央部材ＤＩａの中央部には１個の連結孔ＣＨ１が設けられ、外周部材ＤＩｂを貫通するように、外周部材ＤＩｂには４個の連結孔ＣＨ２が設けられている。図５において破線で示されるように、各々の連結孔ＣＨ１、ＣＨ２に、ボルト等の連結部材ＣＭ１、ＣＭ２を設けることで、ダイスＤＩとシリンダ１とが連結される。
　なお、押出面ＥＳ側では、カッタホルダ１１に備えられたカッタが可動するので、連結部材ＣＭ１、ＣＭ２がダイスＤＩから突出して削られる事がないように、連結孔ＣＨ１、ＣＨ２の周辺箇所は、他の箇所よりも注入面ＩＳ側へ窪むように形成されている。
　また、ダイスＤＩは、押出面ＥＳ側における中央部材ＤＩａの表面に設けられ、中央部材ＤＩａを構成する材料よりも硬度の高い材料からなる硬質プレートＣＰを有する。硬質プレートＣＰは、例えば炭化チタン（ＴｉＣ）を含む素材からなり、例えば４～５ｍｍの厚さを有する。硬質プレートＣＰおよび中央部材ＤＩａは、例えば自溶化合金を用いてロウ付けすることで、互いに接合される。このような硬度の高い硬質プレートＣＰが押出面ＥＳ側に設けられていることによって、中央部材ＤＩａが、カッタホルダ１１に備えられたカッタによって削られる恐れを抑制できる。
　図２～図５に示されるように、硬質プレートＣＰにはノズルＮＺｃが設けられ、中央部材ＤＩａにはノズルＮＺｂ、ノズルＮＺａおよび注入孔ＩＨが設けられている。ノズルＮＺａ～ノズルＮＺｃは、互いに連通し、一体化しているノズルである。注入孔ＩＨは複数の一体化したノズルＮＺａ～ＮＺｃに連通している。シリンダ１から注入された溶融樹脂は、注入面ＩＳ側において注入孔ＩＨに注入され、ノズルＮＺａ～ＮＺｃを介して押出面ＥＳから水槽１０へ押し出される。
　注入孔ＩＨは、注入面ＩＳ側における中央部材ＤＩａの表面から中央部材ＤＩａの内部に亘って形成され、相対的に広い開口面積を有し、複数のノズルＮＺａに接続されている。
　ノズルＮＺａは、中央部材ＤＩａの内部に形成され、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺｂに接続されている。ノズルＮＺａの口径（開口面積）は、注入面ＩＳ側から押出面ＥＳ側へ向かうに連れて小さくなっている。
　ノズルＮＺｂは、押出面ＥＳ側における中央部材ＤＩａの表面から中央部材ＤＩａの内部に亘って形成され、ノズルＮＺａを介して注入孔ＩＨに接続されている。ノズルＮＺｂの口径（開口面積）は、ノズルＮＺａとノズルＮＺｂとの接続箇所を除き、ノズルＮＺａの口径よりも小さい。すなわち、ノズルＮＺｂの平均口径は、ノズルＮＺａの平均口径よりも小さい。
　ノズルＮＺｃは、硬質プレートＣＰを貫通し、ノズルＮＺｂに接続されている。ノズルＮＺｃの口径（開口面積）は、ノズルＮＺｂの口径と同じであるか、ノズルＮＺｂの口径よりも小さい。
　なお、実施の形態１では、注入孔ＩＨとノズルＮＺｂとの間には、口径が連続的に小さくなるノズルＮａが設けられているが、注入孔ＩＨとノズルＮＺｂとの間には、ノズルＮＺａだけでなく、更に異なる平均口径を有する複数のノズルが設けられていてもよい。言い換えれば、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺｂは、ノズルＮＺａと直接接続されている必要はなく、注入孔ＩＨとノズルＮＺａとの間およびノズルＮＺｂとノズルＮＺａとの間に、他のノズルが設けられていてもよい。
　図４および図５に示されるように、ダイスＤＩには、主に注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃの周囲を加熱するための複数の熱源ＨＴと、複数の熱源ＨＴからの温度を測定するための熱センサＨＴＳとが設けられている。各熱源ＨＴは、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃに直接接しないように設けられ、平面視において注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃに重ならない位置に設けられている。また、ノズルＮＺａ～ＮＺｃに隣接する２つの熱源ＨＴは、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃを挟んで互いに反対側に位置する。
　また、実施の形態１における熱源ＨＴは、外周部材ＤＩｂおよび中央部材ＤＩａに形成された孔と、上記孔の内部に設けられた加熱機構とによって構成される。そのような加熱機構としては、コイル若しくは伝熱棒などを用いた電気ヒータ、ホットオイル、または、スチームなどが挙げられる。ホットオイルまたはスチームを加熱機構とする場合、例えば、熱センサＨＴＳを介して隣接する２つの上記孔の先端を連通させ、これらを循環経路とすることもできる。その場合、一方の上記孔を注入口とし、他方の上記孔を排出口としてもよい。本願では、このような連通した上記孔、および、その上記孔の内部を循環するホットオイルまたはスチームも、熱源ＨＴに含まれる。
　図３および図５に示されるように、ダイスＤＩには、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。複数の断熱層ＨＩ１は、中央部材ＤＩａの内部に形成され、平面視において環状である。上記環状の形態は、特に限られないが、ここでは連結孔ＣＨ１の中央を中心軸とした円形状となっている。また、断面視において、複数の断熱層ＨＩ１の各々の厚さは例えば１～２ｍｍである。平面視において、複数の断熱層ＨＩ１の各々の幅は例えば８～１０ｍｍであり、互いに隣接する断熱層ＨＩ１の間の幅は例えば１～２ｍｍである。
　複数の断熱層ＨＩ１は、中央部材ＤＩａおよび硬質プレートＣＰを構成する材料よりも低い熱伝導率を有する。例えば、複数の断熱層ＨＩ１は、中央部材ＤＩａに形成された孔と、上記孔の内部に存在する空気またはアルゴンのような不活性ガスとからなる。また、上記孔の内部の圧力は、大気圧であるか、大気圧よりも低くした減圧または真空である。また、後で詳細に説明するが、複数の断熱層ＨＩ１を構成する上記孔は、中央部材ＤＩａの外部に通じる除粉孔ＤＨに接続されている。
　なお、図３に示されるように、複数の断熱層ＨＩ１の一部は、平面視において互いに接続されている場合もある。複数の断熱層ＨＩ１の全部または一部は、互いに接続されていてもよいし、互いに分離されていてもよい。
　複数の断熱層ＨＩ２は、中央部材ＤＩａの側面に設けられ、平面視において複数の断熱層ＨＩ１を囲んでいる。複数の断熱層ＨＩ２は、中央部材ＤＩａおよび硬質プレートＣＰを構成する材料よりも低い熱伝導率を有し、密閉された空間として形成される。上記空間には、空気またはアルゴンのような不活性ガスを充満させることができる。また、上記空間の圧力を大気圧とすることもできるし、大気圧よりも低くした減圧または真空にさせることもできる。
　複数の断熱層ＨＩ１および複数の断熱層ＨＩ２の各々の内部を大気圧よりも低い減圧または真空とした場合、各々の内部を大気圧とした場合よりも、高い断熱効果を発生させることができる。
　実施の形態１における主な特徴は、ダイスＤＩに設けられた複数の断熱層ＨＩ１および複数の断熱層ＨＩ２であり、これらによって、ダイスＤＩから次々に押し出される樹脂材料のサイズの均一性を高め、ノズルＮＺａ～ＮＺｃの内部において樹脂材料の温度が低下して目詰まりを起こす恐れを抑制できる。以下に、そのような特徴について詳細に説明する。
　＜本願発明者らが求めるダイスＤＩの特性について＞
　上述のように、シリンダ１の内部で混錬された樹脂材料は、ダイスＤＩの押出面ＥＳ側に設けられているノズルＮＺａ～ＮＺｃを介して水槽１０へ押し出され、カッタホルダ１１に設けられたカッタによって複数のペレット１２へ個片化される。この際、水槽１０の内部は例えば水で満たされており、その温度は６０℃程度である。押出面ＥＳ付近において、樹脂材料は冷却され、ある程度の硬さに硬化されている、または、樹脂材料の粘度が高くなるので、樹脂材料がカッタによって切断され易くなる。
　一方で、樹脂材料が押出面ＥＳ側から安定して押し出されるように、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃの各々の内部において、樹脂材料にはある程度の粘性が備えられていることが好ましい。このため、ダイスＤＩには複数の熱源ＨＴが設けられ、各熱源ＨＴの温度は、樹脂の種類に適した温度に設定されている。
　ここで、硬質プレートＣＰは水槽１０に直接接するので、硬質プレートＣＰの表面からある程度の厚さに亘る領域では、熱源ＨＴからの加熱効果よりも、水槽１０からの冷却効果の方が顕著となる。そして、ペレット１２のサイズ（口径）をほぼ決定することになるノズルＮＺｃおよびノズルＮＺｂの各々の口径は、小さく、３～４ｍｍ程度である。従って、相対的に大きい口径を有するノズルＮＺａの内部、または、ノズルＮＺａに近いノズルＮＺｂの内部において樹脂材料が硬化すると、樹脂材料が押出面ＥＳから押し出され難くなり、ノズルＮＺｂの内部またはノズルＮＺｃの内部において目詰まりが発生する。
　また、押出機ＥＧＭの作業終了時に、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃの内部に樹脂が残存していた場合、押出機ＥＧＭの再起動時に、それらの箇所に残存により固化した樹脂が存在することになる。そうすると、熱源ＨＴからの加熱効果が十分でなかった場合、固化している樹脂が目詰まりの原因となる恐れがある。
　また、ダイスＤＩには複数の一体となったノズルＮＺａ～ＮＺｃが設けられているが、各ノズルＮＺａ～ＮＺｃの周辺温度にバラつきがあると、各ノズルＮＺａ～ＮＺｃにおける目詰まりの程度にバラつきが発生しやすい。または、目詰まりの無いノズルＮＺａ～ＮＺｃと、目詰まりの有るノズルＮＺａ～ＮＺｃとが混在する場合もある。そうすると、各ノズルＮＺａ～ＮＺｃから押し出されるペレット１２のサイズがバラつくことになる。従って、均一なサイズを有する複数のペレット１２を製造することが困難となる。
　以上を纏めると、ダイスＤＩには、各ノズルＮＺａ～ＮＺｃにおける目詰まりの発生を抑制し、各ノズルＮＺａ～ＮＺｃから押し出されるペレット１２のサイズの均一性を高めることが求められる。そのため、出来るだけ水槽１０に近い領域まで、樹脂材料が粘性を有していることが好ましく、水槽１０に押し出される直前に、樹脂が硬化される、または、切断に好適な程度まで樹脂材料の粘度が高くなっていることが好ましい。
　例えば実施の形態１の構造を用いて具体的に言い換えると、ノズルＮＺａおよびノズルＮＺｂの各々の内部においては、樹脂が粘性を有していることが好ましく、ノズルＮＺｂとノズルＮＺｃとの境界付近からノズルＮＺｃの内部において、樹脂が硬化されることが好ましい。すなわち、中央部材ＤＩａにおける最先端のノズルＮＺｂの周囲まで、熱源ＨＴからの熱が伝導されていることが好ましい。また、複数の一体となったノズルＮＺａ～ＮＺｃにおいて、各々の周辺温度が出来るだけ均一であることが好ましい。
　＜ダイスＤＩの主な特徴＞
　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。
　複数の断熱層ＨＩ１の一部は、複数のノズルＮＺｂの周囲に設けられ、熱源ＨＴの上方に設けられている。すなわち、上記一部は、断面視において複数のノズルＮＺｂに隣接し、且つ、熱源ＨＴよりも押出面ＥＳの近くに位置している。
　また、複数の断熱層ＨＩ１の他の一部は、連結孔ＣＨ１の近くに設けられた熱源ＨＴに隣接し、上記熱源ＨＴと連結孔ＣＨ１との間に設けられている。すなわち、上記他の一部は、断面視において熱源ＨＴの上方および側方を覆うように設けられている。言い換えれば、上記他の一部は、熱源ＨＴよりもノズルＮＺａ～ＮＺｃから離れた位置において、押出面ＥＳから注入面ＩＳへ向かう方向へ延在し、押出面ＥＳ側の熱源ＨＴの端部から注入面ＩＳ側の熱源ＨＴの端部に亘って設けられている。
　また、複数の断熱層ＨＩ２の各々は、中央部材ＤＩａと外周部材ＤＩｂとの境界に設けられ、且つ、連結孔ＣＨ２の近くに設けられた熱源ＨＴに隣接している。すなわち、複数の断熱層ＨＩ２の各々は、上記熱源ＨＴと連結孔ＣＨ２との間に設けられ、断面視において上記熱源ＨＴの側方を覆うように設けられている。言い換えれば、断熱層ＨＩ２は、熱源ＨＴよりもノズルＮＺａ～ＮＺｃから離れた位置において、押出面ＥＳから注入面ＩＳへ向かう方向へ延在し、押出面ＥＳ側の熱源ＨＴの端部から注入面ＩＳ側の熱源ＨＴの端部に亘って設けられている。
　図６は、本願発明者らによる実験結果を示す模式図であり、ダイスＤＩに断熱層（断熱層ＨＩ１および断熱層ＨＩ２）が設けられている場合と、そうでない場合との温度分布を示している。図７は、図６の実験結果を纏めたグラフであり、硬質プレートＣＰの表面（押出面ＥＳ）からの距離と、温度との関係を示している。
　図６から判るように、「断熱層無し」では、押出面ＥＳ側へ近づくに連れて、ダイスＤＩの内部の温度は、低温となっている。すなわち、熱源ＨＴに近い箇所は相対的に高温の温度Ｔ７であるが、出射面ＥＳ側へ近づくに連れて、内部温度は温度Ｔ６～温度Ｔ１へと低くなっている。
　これに対して、実施の形態１のような「断熱層有り」では、ノズルＮＺｂの周囲に複数の断熱層ＨＩ１が設けられていることで、「断熱層無し」と比較して、注入孔ＩＨ、ノズルＮＺａおよびノズルＮＺｂの周囲の温度が高温に保たれている。従って、出射面ＥＳ側からの冷却効果が抑制されていることが判る。
　また、「断熱層有り」では、熱源ＨＴの側方が、断熱層ＨＩ１または断熱層ＨＩ２によって覆われているので、「断熱層無し」と比較して、熱源ＨＴの周囲の温度が高温に保たれている。
　上述のように、ダイスＤＩには連結孔ＣＨ１、ＣＨ２が設けられているが、連結部材ＣＭがカッタホルダ１１に削られる事がないように、連結孔ＣＨ１、ＣＨ２の周辺箇所は、他の箇所よりも注入面ＩＳ側へ窪むように形成されている。すなわち、連結孔ＣＨ１、ＣＨ２が開口している面は、ノズルＮＺｃ（ノズルＮＺｂ）が開口している面よりも注入面ＩＳ側に位置している。このため、連結孔ＣＨ１、ＣＨ２の周辺箇所は、水槽１０の水と接する面積が大きくなっている。従って、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃよりも連結孔ＣＨ１、ＣＨ２の近くに設けられている熱源ＨＴは、冷却され易い状況におかれている。
　しかしながら、実施の形態１では、熱源ＨＴと連結孔ＣＨ１との間には断熱層ＨＩ１が設けられ、熱源ＨＴと連結孔ＣＨ２との間との間には断熱層ＨＩ２が設けられているので、各熱源ＨＴが冷却され難い。このため、熱源ＨＴからの熱が、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃまで伝わり易くなっており、複数の一体となったノズルＮＺａ～ＮＺｃの各々の周辺温度にバラつきが発生し難くなる。従って、各ノズルＮＺａ～ＮＺｃから押し出される複数のペレット１２のサイズの均一性を向上させることができる。すなわち、複数のペレット１２の品質を向上させることができる。
　なお、ダイスＤＩが水槽１０に直接接する箇所は、ダイスＤＩの押出面ＥＳ全体ではなく、中央部材ＤＩａのみ、または、硬質プレートＣＰが設けられている箇所のみであるという形態もあり得る。すなわち、冷却される押出面ＥＳの面積を低減させようという観点、および、ペレット１２が製造できれば良いという観点を考慮すれば、ノズルＮＺｃの周辺のみが水槽１０に接続される形態も考えられる。
　その場合、連結孔ＣＨ２は水に接しないことになるので、断熱層ＨＩ２は不要であるかのように思われる。しかしながら、ダイスＤＩが水槽１０に接している以外の箇所においても、ダイスＤＩの外部の温度が低温である環境も考えられる。その場合、ダイスＤＩの外部から熱源ＨＴが冷却され易くなる。従って、そのような場合も考慮して、熱源ＨＴと連結孔ＣＨ２との間との間には、断熱層ＨＩ２が設けられていることが、より好ましい。
　図７に示されるように、押出面ＥＳに近い領域における温度は、「断熱層無し」と「断熱層有り」とでほぼ変わらないが、ノズルＮＺａおよびノズルＮＺｂの各々の内壁の温度は、「断熱層無し」よりも「断熱層有り」の方が高い。また、「断熱層無し」と「断熱層有り」との最大温度差は、約３６℃であった。
　また、図７には、樹脂がポリプロピレンである場合を想定し、ポリプロピレンの融点（１６０℃）も参考として示されている。図７から判るように、「断熱層無し」では、相対的に広い口径を有するノズルＮＺａの内部において、ポリプロピレンの硬化が開始される。そのため、相対的に狭い口径を有するノズルＮＺｂまたはノズルＮＺｃの各々の内部において、目詰まりが発生する恐れがある。
　これに対して、「断熱層有り」では、ポリプロピレンの硬化は、ノズルＮＺｂの内部において開始されるので、目詰まりが発生する恐れは抑制される。従って、実施の形態１におけるダイスＤＩを用いれば、ノズルＮＺｂの内部またはノズルＮＺｃの内部において目詰まりが発生する恐れを抑制することができる。すなわち、実施の形態１において開示した技術を用いれば、ダイスＤＩの性能、および、ダイスＤＩを備える押出機ＥＧＭの性能を向上させることができる。また、押出機ＥＧＭを用いて製造されるペレット１２のサイズの均一性を向上させ、ペレット１２の品質を向上させることができる。
　また、押出機ＥＧＭの再起動時に、注入孔ＩＨおよびノズルＮＺａ～ＮＺｃの内部に固化した樹脂が残存していたとしても、熱源ＨＴからの熱が押出面ＥＳ側へ早期に伝わるので、固化していた樹脂を溶融させ易くなる。そのため、残存樹脂に起因する目詰まりの発生を抑制できる。
　なお、ここではポリプロピレンが原料である場合を一例として説明したが、上述した他の樹脂が原料である場合にも、実施の形態１における断熱層ＨＩ１および断熱層ＨＩ２を用いれば、上記の各効果を発揮することができる。
　＜ダイスＤＩの製造方法、および、ダイスＤＩの他の特徴＞
　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。
　なお、中央部材ＤＩａを製造した直後においては、断熱層ＨＩ１、断熱層ＨＩ２、除粉孔ＤＨ、熱源ＨＴおよび熱センサＨＴＳは、それぞれ中央部材ＤＩａの内部に形成された単なる孔（空間）である。しかしながら、説明の理解を容易にするため、以下ではこれらの孔を上記の各構成として説明する。
　３Ｄプリンタを用いて中央部材ＤＩａを製造する前後に、外周部材ＤＩｂおよび硬質プレートＣＰを用意する。外周部材ＤＩｂおよび硬質プレートＣＰは、中央部材ＤＩａとは別に製造されるが、これらも３Ｄプリンタを用いて製造されてもよい。
　中央部材ＤＩａ、外周部材ＤＩｂおよび硬質プレートＣＰが用意された後、上述のように、中央部材ＤＩａと外周部材ＤＩｂとは溶接によって互いに接合され、中央部材ＤＩａが外周部材ＤＩｂに囲まれる。このとき、中央部材ＤＩａと外周部材ＤＩｂとの間の一部には、密閉された空間が断熱層ＨＩ２として形成される。
　また、中央部材ＤＩａと硬質プレートＣＰとはロウ付けによって互いに接続され、押出面ＥＳ側における中央部材ＤＩａの表面に硬質プレートＣＰが設けられる。以上で、実施の形態１におけるダイスＤＩが製造される。
　中央部材ＤＩａを３Ｄプリンタによって製造することで、中央部材ＤＩａの内部に中空となる断熱層ＨＩ１を容易に形成することができる。また、断熱層ＨＩ１を含む中央部材ＤＩａが一体成型されるため、中央部材ＤＩａ全体の強度を高めることができる。
　例えば従来技術では、断熱層ＨＩ１となる孔が半分に分けられた２つの部材を製造し、これら２つの部材を溶接させることで、断熱層ＨＩ１を形成する手法が考えられる。しかしながら、複数の断熱層ＨＩ１の間を溶接し、寸法精度の良い断熱層ＨＩ１を形成することは非常に難しい。また、複数の断熱層ＨＩ１には、押出面ＥＳに平行な断熱層ＨＩ１だけでなく、熱源ＨＴに隣接し、且つ、押出面ＥＳから注入面ＩＳへ向かう方向に延在する断熱層ＨＩ１も含まれる。従って、その都度、中央部材ＤＩａを更に複数の部材に分け、各々を溶接させる必要があるので、製造工程が複雑化する。また、複数の部材に分けることで、中央部材ＤＩａ全体の強度も低下する。実施の形態１における中央部材ＤＩａは、３Ｄプリンタを用いて一体成型されるので、それらの不具合を解消できる。
　また、中央部材ＤＩａを３Ｄプリンタによって製造する場合、製造時に使用される粉末が中央部材ＤＩａの一部に残されることがある。特に、断熱層ＨＩ１は中空構造となっているので、断熱層ＨＩ１の内部に粉末が残されると、粉末を完全に除去することが困難となる。断熱層ＨＩ１の内部に粉末が詰まった状態は、断熱層ＨＩ１全体の体積が減少することを意味し、ダイスＤＩにおける断熱効果が低減することを意味する。従って、粉末を出来る限り除去する工夫が必要となる。
　図８は、ダイスＤＩの中央部材ＤＩａのうち、複数の断熱層ＨＩ１を拡大して示した平面図である。図９は、図８に示されるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。
　図８および図９に示されるように、複数の断熱層ＨＩ１の各々の一部には、除粉孔ＤＨが設けられている。除粉孔ＤＨの口径は、非常に狭く、断面視における断熱層ＨＩ１の厚さ、平面視における断熱層ＨＩ１の幅またはノズルＮＺｂの口径よりも狭い。また、除粉孔ＤＨは、断熱層ＨＩ１を構成する孔に接続され、例えば注入面ＩＳ側または中央部材ＤＩａの側面側において、中央部材ＤＩａの外部に通じている。
　中央部材ＤＩａの製造後、除粉孔ＤＨを介して、断熱層ＨＩ１を構成する孔の内部の除粉処理が行われる。除粉処理が行われた後、除粉孔ＤＨの出口は閉鎖される。すなわち、最終的な構造としては、除粉孔ＤＨは、複数の断熱層ＨＩ１に接続され、且つ、複数の断熱層ＨＩ１から中央部材ＤＩａの側面または注入面ＩＳへ向かって延在するが、除粉孔ＤＨの出口は閉鎖されている。
　（実施の形態２）
　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。
　実施の形態１では、図３および図８に示されるように、複数の断熱層ＨＩ１および断熱層ＨＩ２は、それぞれ平面視において環状であった。実施の形態２では、図１０に示されるように、複数の断熱層ＨＩ１は、平面視において中央部材ＤＩａの中央部（連結孔ＣＨ１）から中央部材ＤＩａの外部へ向かう方向に延在し、放射状に設けられている。また、断熱層ＨＩ２は、平面視において複数の断熱層ＨＩ１を囲んでおり、中央部材ＤＩａの側面に設けられている。
　また、図１１に示されるように、実施の形態２においても、除粉孔ＤＨが中央部材ＤＩａの内部に設けられている。除粉孔ＤＨは、断熱層ＨＩ１に接続され、且つ、注入面ＩＳ側または中央部材ＤＩａの側面側において中央部材ＤＩａの外部に通じている。なお、実施の形態２でも除粉処理が行われた後、除粉孔ＤＨの出口は閉鎖される。
　以上、本発明を上記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
１　　シリンダ
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)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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。
  14. 　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。
  15. 　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錬することで、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、前記混錬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。
  16. 　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。
  17. （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。
  18. 　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。
  19. 　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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