JP5501794B2 - 押出成形用フラットダイ - Google Patents

Description

本発明は、溶融樹脂等の流体を押出すことによってシート状に形成する押出成形用フラットダイに関する。

溶融樹脂等を押出成形機でシート状に成形する際には、フラットダイと呼ばれる口金が押出成形機の吐出口に設けられる。溶融可塑化装置から送られてきた溶融樹脂等の流体を、フラットダイが吐出口に設けられた押出成形機で押出すことによって、該溶融樹脂等の流体はフラットダイの形状に合わせてシート状に形成される。また、フラットダイは、種類の異なる複数の樹脂をシートの厚み方向に積層させるために用いられることもある。

図１は、押出成形用フラットダイ１の外観を示す斜視図である。図１で示すように、押出成形用フラットダイ１は、第１のダイ本体２と第２のダイ本体３とが本体結合ボルト４で結合されることによって構成され、押出成形用フラットダイ１の内部には流路５が形成されている。さらに、押出成形用フラットダイ１には、流体を押出成形用フラットダイ１の外部から流路５に取り込むためのダイ入口６と、該流体を薄く広い幅に形成した状態で押出成形用フラットダイ１の外部に排出するダイ出口７と、が設けられている。

なお、本書の説明において、ダイ出口７の長手方向を幅方向とする。また、ダイ出口７の短手方向を厚み方向とし、幅方向及び厚み方向と垂直な方向を流れ方向とする。

押出成形用フラットダイ１では、流路５の形状が押出品の形状に影響を与えるため、流路５として様々な形状が提案されている。例えば、非特許文献１では、Ｔ型ダイと呼ばれる押出成形用フラットダイ１が開示されている。

図２は、非特許文献１で開示されているＴ型ダイにおける流路５ａの概略図である。図２に示すように、Ｔ型ダイにおける流路５ａは、ダイ入口６からダイ出口７へ、幅方向の端部への流体の流動を確保するためのマニホールド８と、流体を所望の厚さに形成するためのスリット９と、をこの順に備えている。したがって、溶融樹脂等の流体をスリット９に通過させることによって、流体がシート状に押出形成される。

図２に示すＴ型ダイの流路５ａでは、マニホールド８は円柱形状であり、マニホールド８の中心軸が幅方向と平行に配置されているため、流体の経路によって流体が受ける抵抗が異なる。例えば、ダイ入口６からマニホールド８及びスリット９の幅方向の中央を通ってダイ出口７へ向かう流れＦ１が最も短く、ダイ入口からマニホールド８及びスリット９の幅方向の端部を通ってダイ出口７へ向かう流れＦ２が最も長い。流れＦ１、Ｆ２とも、スリット９における経路の長さは同じであり、スリット９から受ける抵抗は同じである。しかし、流れＦ２の方が流れＦ１に比べてマニホールド８での経路が長くなる分だけ、流れＦ２の経路で生じる抵抗が大きくなる。したがって、流れＦ２の流量は流れＦ１の流量よりも小さくなり、押出品は幅方向の中央部が厚く端部が薄い形状になりやすい。

上記問題を解消するために、非特許文献１ではコートハンガー型ダイが開示されており、また特許文献１では傾斜ランド型ダイが開示されている。図３は、非特許文献１で開示されているコートハンガー型ダイにおける流路５ｂの概略図であり、図４は、特許文献１で開示されている傾斜ランド型ダイにおける流路５ｃの概略図である。

図３に示すように、コートハンガー型ダイにおける流路５ｂでは、マニホールド８の幅方向の中央部とダイ出口７との距離が、マニホールド８の幅方向の端部とダイ出口との距離よりも大きくなるように、マニホールド８が形成されている。

図３に示すコートハンガー型ダイでは、流れＦ１のスリット９における経路の長さは流れＦ２におけるスリット９の経路よりも大きくなり、スリット９が流体に与える抵抗は流れＦ１の方が流れＦ２よりも大きくなる。特に、スリット９の隙間はマニホールド８の径よりも小さいため、スリット９が流体に与える単位長さ当たりの抵抗は、マニホールド８が流体に与える単位当たり長さの抵抗よりも大きい。したがって、流れＦ１及びＦ２の経路の長さに差があったとしても、流れＦ１及びＦ２を経路とする流体が受ける抵抗を同じにすることができ、ダイ出口７の幅方向における流量の分布を均一にすることができる。

図４に示すように、傾斜ランド型ダイにおける流路５ｃでは、Ｔ型ダイと同様にマニホールド８の中心軸が幅方向と平行に配置されている。スリット９は、第１スリット部９ａと、第１スリット部９ａの隙間よりも小さい隙間を有する第２スリット部９ｂと、で構成されている。マニホールド８からダイ出口７にかけて、第１スリット部９ａ及び第２スリット部９ｂがこの順に設けられている。傾斜ランド型ダイでは、第１スリット部９ａの流れ方向における長さは、幅方向の中央部が最も短く、端部が最も長くなっている。逆に、第２スリット部９ｂの流れ方向における長さは、幅方向の中央部が最も長く、端部が最も短くなっている。

図４に示す傾斜ランド型ダイでは、流れＦ１における第１スリット部９ａは、流れＦ２における第１スリット部９ａよりも短く、逆に流れＦ１における第２スリット部９ｂは、流れＦ２における第２スリット部９ｂよりも長い。第２スリット部９ｂの隙間は第１スリット部９ａの隙間よりも小さいため、第２スリット部９ｂが流体に与える単位長さ当たりの抵抗は、第１スリット部９ｂから流体に与える単位当たり長さの抵抗よりも大きい。したがって、流れＦ１及びＦ２の経路の長さに差があったとしても、流れＦ１及びＦ２を経路とする流体が受ける抵抗を同じにすることができ、ダイ出口７の幅方向における流量の分布を均一にすることができる。

さらに、近年では、プラスチックフィルム等の、幅に対して厚みが非常に薄いシートを製造するために、幅方向の厚みにおいて、より高い均一性が求められている。そのため、コートハンガー型ダイ、傾斜ランド型ダイのいずれとも、図５、図６に示すように、流路の先端に、より隙間の小さいリップランド１０を設けることがある。図５は、コートハンガー型ダイにリップランド１０が設けられている場合の流路５ｂの概略図であり、図６は、傾斜ランド型ダイにリップランド１０が設けられている場合の流路５ｃの概略図である。リップランド１０を流路の先端に設けることによって、より薄く且つ幅方向により均一な押出品を得ることが可能になる。

特開昭５６−１３６３２８号公報

伊藤公正著、「押出成形用ダイの設計」、工業調査会発行

しかしながら、粘度が高い流体を用いて製造する場合には、リップランド１０における圧力損失が大きくなり、口開きと呼ばれる、リップランド１０の隙間が厚み方向に広がる変形が生じやすくなる。口開き量が大きいほど、所望の厚さと異なる厚さの押出品が形成され、且つシートの幅方向における厚みが不均一になるため、品質上の問題となる。

口開きは、本体結合ボルト４が支点となり、リップランド１０が主な作用点となって生じる。そのため、本体結合ボルト４は、リップランド１０までの距離が小さくなるように、マニホールド８の縁に沿ってマニホールド８よりダイ入口６の側に配設される。

コートハンガー型ダイでは、図７に示すように、幅方向の中央部における本体結合ボルト４とリップランド１０との距離が、幅方向の端部における本体結合ボルト４とリップランド１０との距離よりも大きくなる。したがって、幅方向の中央部における口開き量が大きくなりやすく、押出品の幅方向における厚みが不均一になりやすい。

一方、傾斜ランド型ダイでは、図８に示すように、本体結合ボルト４がリップランド１０と平行に配置されるため、幅方向の中央部における口開きは抑制される。しかし、傾斜ランド型ダイでは、第１スリット部９ａ及び第２スリット部９ｃを形成する必要があるため、スリット９の流れ方向の長さが大きくなる傾向にある。したがって、本体結合ボルト４からリップランド１０までの距離が大きくなり、幅方向全体の口開き量が大きくなりやすい。スリット９の流れ方向の長さを短くするために第１スリット部９ａ及び第２スリット部９ｂの流れ方向の長さを短くした場合、例えば図４に示す流れＦ１とＦ２とが受ける抵抗を揃える事ができずに幅方向の流量の分布が悪化する。

そこで、本発明は、幅方向の流量の分布を悪化させることなく、口開きの抑制が可能な押出成形用フラットダイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の押出成形用フラットダイは、溶融樹脂を所定の方向に導き入れるダイ入口と、ダイ入口から導き入れられた溶融樹脂を吐出するダイ出口であって、スリット形状を有し、該スリット形状の長手方向が所定の方向と交わっているダイ出口と、ダイ入口およびダイ出口を連通する流路と、を有する。流路は、長手方向へ向かって延びており、長手方向に関して中央部でダイ入口と連通したマニホールドと、マニホールドの一端から他端までの範囲に亘ってマニホールドに連通し、ダイ出口へ向かって延びる第１スリット部と、所定の方向と交わる断面がダイ出口に対応した形状を有し、第１スリット部およびダイ出口を連通する第２スリット部と、を含む。第１スリット部の、所定の方向と長手方向とに対して交わる厚さ方向に関する寸法は、長手方向に関して中央部から端部へいくほど大きいことを特徴とする。

本発明によれば、幅方向の流量の分布を悪化させることなく、口開きの抑制が可能な押出成形用フラットダイが提供される。

押出成形用フラットダイの斜視図である。 従来の押出成形用フラットダイの１つであるＴ型ダイの流路の概略図である。 従来の押出成形用フラットダイの１つであるコートハンガー型ダイの流路の概略図である。 従来の押出成形用フラットダイの１つである傾斜ランド型ダイの流路の概略図である。 コートハンガー型ダイにリップランドを設けた場合の流路の概略図である。 傾斜ランド型ダイにリップランドを設けた場合の流路の概略図である。 コートハンガー型ダイにおける本体結合ボルトの配置を説明する図である。 傾斜ランド型ダイにおける本体結合ボルトの配置を説明する図である。 本発明における押出成形用フラットダイの流路の概略図である。 図９に示す第１スリット部のＡ−Ａ面の断面図である。 図９に示す流路のＢ−Ｂ断面図である。 本発明におえる押出成形用フラットダイにおける本体結合ボルトの配置を説明する図である。 本発明の実施例における押出成形機用フラットダイの第１のダイ本体の斜視図である。 第１のダイ本体と対になって押出成形用フラットダイを構成する第２のダイ本体の斜視図である。 押出成形時におけるダイ出口７の幅方向の流量分布をプロットした図である。 押出成形時におけるダイ出口７の幅方向の口開き量分布をプロットした図である。 比較例２で用いた第１のダイ本体の斜視図である。

以下、この発明の一実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図９は、本発明の実施形態における押出成形用フラットダイの流路５ｄの概略図である。図９に示すように、流路５ｄは、溶融樹脂等の流体を流路５ｄに導入するためのダイ入口６と、押出品の幅及び厚さと略等しいダイ出口７とを備える。

また、流路５ｄは、ダイ入口６からダイ出口７へ、幅方向の端部への流体の流動を確保するためのマニホールド８と、流体を通過させてシート状に形成するスリット１１と、をこの順に備えている。なお、スリット１１の流体の出口はダイ出口７と一致する。マニホールド８からスリット１１に流体を押出すことによって、流体がシート状に形成される。

マニホールド８は円柱形状を有しており、マニホールド８の中心軸が幅方向と平行になるように配設されている。また、マニホールド８の幅方向の中央部において、ダイ入口とマニホールド８とが連通されている。マニホールド８は円柱形状に限定されず、スリット１１の幅方向に流体を広げられる幅を有する形状であれば良い。

スリット１１は、スリット１１への溶融樹脂等の流体の入口側、即ちマニホールド８の側に位置する第１スリット部１１ａと、スリット１１の溶融樹脂等の流体の出口側に位置する第２スリット部と、を含む。第２スリット部１１ｂは、第１スリット部１１ａの、溶融樹脂等の流体の通過する方向に垂直な断面よりも小さい長方形断面を有している。即ち、第２スリット部１１ｂは、押出品の厚さ及び幅に略等しい隙間及び幅を有し、リップランドの機能を担う。

図１０は、図９に示す第１スリット部１１ａを、流れ方向に垂直なＡ−Ａ面で切断したときの断面図である。図１０に示すように、第１スリット部１１ａは、幅方向、即ちスリット１１の長手方向において異なる大きさの隙間を有している。特に、スリット１１の長手方向の中央部の隙間が最も小さく、端部へいくほど隙間が大きくなっている。

また、図１１は、図９に示す流路５ｄを、ある幅方向の位置において、幅方向に垂直なＢ−Ｂ面で切断したときの断面図である。図１１に示すように、第１スリット部１１ａの隙間は第２スリット部１１ｂの隙間よりも大きい。なお、第１スリット部１１ａの隙間の最も小さい部分、即ち幅方向の中央部における第１スリット部１１ａの隙間は、第２スリット部１１ｂの隙間と同じでも良い。

次に、本実施形態における流れの経路と、流体が経路から受ける抵抗と、について説明する。図９に示すように、ダイ入口６からマニホールド８及びスリット９の幅方向の中央部を通ってダイ出口７へ向かう流れＦ１と、ダイ入口６からマニホールド及びスリット９の幅方向の端部を通ってダイ出口７へ向かう流れＦ２について説明する。

図９に示すように、流れＦ２はマニホールド８で幅方向の中央部から端部へ広がるため、流れＦ２の方が流れＦ１よりもマニホールド８での経路が長い。そのため、流体がマニホールド８から受ける抵抗は、流れＦ２の方が流れＦ１よりも大きい。

本実施形態では、流れＦ２における第１スリット部１１ｂの隙間は、流れＦ１における第１スリット部１１ｂの隙間よりも大きい。そのため、流体が第１スリット部１１ｂから受ける抵抗は、流れＦ２の方が流れＦ１よりも小さくなる。

したがって、第１スリット部１１ａの隙間を幅方向において適当な値とすることにより、流れＦ１と流れＦ２がマニホールド８及びスリット１１から受ける抵抗を同じにすることができる。よって、ダイ出口７の幅方向における流量分布を均一にすることが可能となる。

続いて、本発明における押出成形用フラットダイにおける本体結合ボルト４の配置について説明する。図１２は、本実施形態の押出成形用フラットダイにおける本体結合ボルトの配置を説明する図である。

図１２に示すように、複数の本体結合ボルト４が、マニホールド８よりもダイ入口６の側に、マニホールド８の縁に沿って配置されている。本体結合ボルト４はスリット１１の長手方向と平行に配置され、各々の本体結合ボルト４と第２スリット部１１ｂとの距離を同じとすることができる。したがって、従来のコートハンガー型ダイで生じやすい、幅方向の中央部における口開き量の増大を抑制することができる。

また、本発明の押出成形用フラットダイを用いた流路５ｂであれば、第１スリット部１１ａにおける単位長さ当たりの抵抗を、幅方向における隙間によって調整することができるため、第１スリット部１１ａの流れ方向の長さを短縮することができる。具体的には、図９において流れＦ１及び流れＦ２において、第１スリット部１１ａの流れ方向の長さを小さくした場合、流れＦ１における第１スリット部１１ａの隙間と、流れＦ２における第１スリット部１１ａの隙間と、の差を大きくすればよい。

第１スリット部１１ａの流れ方向の長さの短縮により、本体結合ボルト４と第２スリット部１１ｂとの距離を小さくすることができる。したがって、ダイ出口７における幅方向の流量分布を悪化させることなく、口開き量を抑制することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。なお、以下の説明では上述した実施形態において示したのと同じ部分に対しては同じ符号を用いて説明する。

（実施例）
図１３は、本発明の実施例における第１のダイ本体１２の斜視図であり、図１４は、第１のダイ本体１２と対になって押出成形用フラットダイを形成する第２のダイ本体１３の斜視図である。

図１４に示すように、第２のダイ本体１３には、図９に示すマニホールド８及びスリット１１を形成するためのマニホールド形成壁１４ｂ及びスリット形成壁１５ｂが設けられている。スリット形成壁１５ｂは、平坦な面で形成されている。

図１３に示すように、第１のダイ本体１２にもマニホールド形成壁１４ａ及びスリット形成壁１５ａが設けられている。スリット形成壁１５ａは、図９に示す第１スリット部１１ａ及び第２スリット部１１ｂを形成するための第１スリット部形成壁１６ａ及び第２スリット部形成壁１６ｂで構成されている。

本実施例では、図９に示す、第１スリット部１１ａの幅方向の中央部、即ち第１スリット部１１ａの最も小さい隙間を４．０ｍｍとし、幅方向の端部、即ち第１スリット部１１ａの最も大きい隙間を８．４ｍｍとした。第１スリット部１１ａの、スリット１１の長手方向における中央部と端部とを接続する面は、段差のない連続した平面で形成した。また、第１スリット部１１ａの流れ方向の長さを５０ｍｍとし、ダイ出口７の幅を１０００ｍｍとした。

第１及び第２のダイ本体１２、１３が互いに結合されて形成された押出成形用フラットダイに、メルトインデックス（Ｍｅｌｔ ｉｎｄｅｘ：ＭＩ）が５．０のポリエチレンを３００ｋｇ／ｈの流量で押出成形を行った。

図１５は、横軸をダイ出口７における幅方向の中央部からの距離とし、縦軸をダイ出口７におけるポリエチレンの流量としてプロットしたものである。なお、ポリエチレンの流量は、ダイ出口７の幅方向の各位置における流量を、ダイ出口７の幅方向全体の流量平均の比で表している。図１５に示すグラフの実線によるプロットが本実施例における幅方向の流量分布である。図１５に示すように、本実施例における各幅方向における流量は、平均流量に対し、３％以内に収まっており、極めて良好な押出特性を示した。

また、図１６は、押出成形時におけるダイ出口７の幅方向の口開き量分布をプロットした図である。図１６に示すグラフの実線によるプロットが本実施例における幅方向の口開き量分布である。図１６に示すように、ダイ出口７の口開き量が１８０μｍ程度に抑えられた。

次に、以下の比較例に示す押出成形用フラットダイを用いて、本発明の実施例との比較を行った。

（比較例１）
比較例１では、本発明の実施例に示す押出成形用フラットダイの形状に略等しく、寸法が異なる押出成形用フラットダイを用いて行った。具体的には、図９に示す、第１スリット部１１ａの幅方向の中央部の隙間を４．０ｍｍとし、第１スリット部１１ａの幅方向の端部の隙間を５．３ｍｍとした。また、第１スリット部１１ａの流れ方向の長さを８０ｍｍとした。

その他の寸法、例えば、ダイ出口７の幅やその他の寸法は、実施例と同じとした。したがって、本体結合ボルト４とダイ出口７との距離は、実施例よりも３０ｍｍ大きい。

（比較例２）
比較例２では、従来の傾斜ランド型ダイを用いて押出成形を行った。具体的には、図１７に示す第１のダイ本体１７と、図１４に示す第２のダイ本体１３とを結合させて押出成形用フラットダイとした。図１７は、比較例２で用いた第１のダイ本体１７の斜視図である。比較例２で用いる第１のダイ本体１７には、図５に示す第１スリット部９ａ、第２スリット部９ｂ及びリップランド１０を形成するための第１スリット部形成壁１８ａ、第２スリット部形成壁１８ｂ及びリップランド形成壁１９と、が設けられている。

比較例２では、図６に示す、第１スリット部９ａの隙間を５．２ｍｍ、第２スリット部９ｂの隙間を４．０ｍｍとした。また、第１スリット部９ａの幅方向の中央部と端部との流れ方向における距離（図６に示すＴ）を８０ｍｍとした。

その他の寸法、例えば、ダイ出口７の幅や第２スリット部１１ｂの寸法等は、実施例と同じとした。したがって、比較例２における本体結合ボルト４とダイ出口７との距離は、比較例１と同じであり、実施例１よりも３０ｍｍ大きい。

比較例１、及び比較例２の押出成形用フラットダイを用いて、実施例１と同様の押出成形を行い、ダイ出口７における流速分布及びダイ出口７の口開き量を測定した結果を図１５及び図１６にプロットした。図１５及び図１６において、破線で示すプロットが比較例１における結果を示し、一点鎖線で示すプロットが比較例２における結果を示す。

図１５に示すように、実施例１、比較例１、比較例２とも、流量分布が略等しいことが確認できる。つまり、本発明の押出成形用フラットダイの流路の形状であっても、従来の傾斜ランド型ダイの流路の形状と同等の、ダイ出口７における幅方向の流量分布を維持することができる。

また、図１６に示すように、比較例１及び比較例２では、口開き量が最大２７０μｍとなった。実施例１において、口開き量の最大が約１８０μｍであり、実施例の押出成形用フラットダイを用いることにより、口開き量を約３５％抑制できる結果となった。

これは、比較例１及び比較例２に対し、実施例では本体結合ボルト位置をダイ出口７の側へ３０ｍｍ近づいたことで、流体から受ける圧力に対する撓みの耐性が増したためである。

以上より、本発明の押出成形用フラットダイの形態を用いることによって、ダイ出口７の幅方向の流量分布を損なうことなく、口開き量をより抑制することが可能となる。

また、本実施例では、第１スリット部１１ａの長手方向の中央部から端部への連続した面を直線的に変化させているが、該面を非直線的、例えば２次放物線のようにすることで、ダイ出口７における幅方向の流量分布をより高精度に均一にすることが可能となる。

１ 押出成形用フラットダイ
２、１２、１７ 第１のダイ本体
３、１３ 第２のダイ本体
４ 本体結合ボルト
５ 流路
６ ダイ入口
７ ダイ出口
８ マニホールド
９ スリット
９ａ 第１スリット部
９ｂ 第２スリット部
１０ リップランド
１１ スリット
１１ａ 第１スリット部
１１ｂ 第２スリット部

Claims (7)

1. 溶融樹脂を所定の方向に導入するダイ入口と、
   前記ダイ入口から導入された前記溶融樹脂を吐出するダイ出口であって、スリット形状を有し、該スリット形状の長手方向が前記所定の方向と交わっているダイ出口と、
   前記ダイ入口および前記ダイ出口を連通する流路と、を有する押出成形用フラットダイにおいて、
   前記流路は、
   前記長手方向へ向かって延びており、前記長手方向に関して中央部で前記ダイ入口と連通して前記ダイ入口から導き入れられた前記溶融樹脂を前記長手方向へ広げるためのマニホールドと、
   前記マニホールドの一端から他端までの範囲に亘って前記マニホールドに連通し、前記ダイ出口へ向かって延びる第１スリット部と、
   前記所定の方向と交わる断面が前記ダイ出口に対応した形状を有し、前記第１スリット部および前記ダイ出口を連通する第２スリット部と、を含み、
   前記第１スリット部の、前記所定の方向と前記長手方向とに対して交わる厚さ方向に関する寸法は、前記長手方向に関して中央部から端部へいくほど大きいことを特徴とする押出成形用フラットダイ。
2. 前記ダイ出口、および前記第２スリット部の前記断面が、長方形形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の押出成形用フラットダイ。
3. 前記マニホールドが、前記長手方向と平行に延びていることを特徴とする、請求項１または２に記載の押出成形用フラットダイ。
4. 前記第１スリット部の、前記厚さ方向に位置する壁面が、段差のない連続した面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の押出成形用フラットダイ。
5. 前記連続した面が、直線的に変化していることを特徴とする請求項４に記載の押出成形用フラットダイ。
6. 前記連続した面が、非直線的に変化していることを特徴とする請求項４に記載の押出成形用フラットダイ。
7. 対になって前記流路を形成する第１のダイ本体と第２のダイ本体と、
   前記第１および前記第２のダイ本体を結合する本体結合ボルトと、をさらに備え、
   前記本体結合ボルトが、前記長手方向に沿って配設されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の押出成形用フラットダイ。

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