JPH09234781A - 管状体成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形される管状体の内外層において強化材が
管状体の周方向にほぼ均一に配向される管状体を成形で
きる管状体成形用金型を提供する。 【解決手段】 環状流路３が内型１と外型２とで構成さ
れ、内型１に回転可能に支持された回転部１１が設けら
れ、この回転部１１が駆動回転手段により駆動回転さ
れ、この回転部１１に環状流路３内に突出する螺旋状の
凸条１２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は繊維等の強化材によ
り補強された合成樹脂管状体の成形に使用して好適な管
状体成形用金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、合成樹脂管状体の強度を大きくす
るために、合成樹脂に繊維等の強化材を混入することが
行われている。しかしながら、繊維状の強化材は押出方
向に配向されるので、押出方向、即ち管状体の長手方向
には補強されるが、管状体の周方向には補強されない問
題点がある。

【０００３】このような問題点を解決するものとして、
例えば、実開昭６１−７１４２１号明細書に記載されて
いるように、ニップルと、このニップルと同軸に設けら
れたダイスとを備え、ニップル及びダイスのいずれか一
方が回転駆動される管状体成形用金型が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな管状体成形用金型においては、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剪断力の影響に
より強化材が剪断力の働く方向に配向するものの、剪断
力の影響が及ばない範囲においては、その効果が発現で
きず、強化材が周方向には配向されない。

【０００５】即ち、図１２に示すように、例えば、ニッ
プルが回転する場合には、成形される管状体８のニップ
ルと接触する内層付近は強化材８２が管状体８の周方向
に配向されるが、ニップルから離れた外層付近において
は、強化材８２は管状体８の周方向に配向せず単に長手
方向に配向されているだけである。

【０００６】本発明は、従来の管状体成形用金型におけ
るこのような問題点に着目してなされたものであり、そ
の目的とするところは、上記の問題を解決し、成形され
る管状体の内外層において強化材が管状体の周方向にほ
ぼ均一に配向される管状体を成形できる管状体成形用金
型を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の管状体成形用金型は、環状流路が内型と外
型とで構成され、内型と外型の少なくとも一方の一部も
しくは全部に回転可能に支持された回転部が設けられ、
この回転部が駆動回転手段により駆動回転され、この回
転部に環状流路内に突出する螺旋状の凸条が設けられて
いることを特徴とするものである。

【０００８】本発明においては、図１に示すように、環
状流路３が内型１と外型２とで構成され、内型１と外型
２のうちの外型２に回転可能に支持された回転部２１が
設けられ、この回転部２１に環状流路３内に突出する螺
旋状の凸条２２が設けられていてもよく、図２及び図４
に示すように、内型１に回転可能に支持された回転部１
１が設けられ、この回転部１１に環状流路３内に突出す
る螺旋状の凸条１２が設けられていてもよく、図３に示
すように、内型１と外型２とに夫々回転可能に支持され
た回転部１１、２１が設けられ、この回転部１１、２１
に環状流路３内に突出する螺旋状の凸条１２、２２が設
けられていてもよい。

【０００９】本発明において、螺旋状の凸条の環状流路
内に突出する高さと環状流路の間隙の大きさとの関係に
ついては、図４に示すように、内型１の回転部１１に設
けられる螺旋状の凸条１２の環状流路３内に突出する高
さｈは環状流路３の間隙の大きさをｔ₂ とすると、ｔ₂
／３〜９９ｔ₂ ／１００の範囲とするのが望ましい。

【００１０】即ち、凸条１２の高さｈがｔ₂ ／３未満の
場合には、凸条１２の効果が得難く、逆に、凸条１２の
高さｈが９９ｔ₂ ／１００を越えると剪断による発熱が
大きく樹脂温度が不均質となり、剪断力の影響も不均質
となることから強化材の均質性が発現し難いのみならず
成形圧力が異常に大きくなる恐れがある。

【００１１】又、凸条の押出方向の幅と環状流路の出口
の間隙の大きさとの関係については、図４に示すよう
に、凸条１２の押出方向の幅ａはｔ₂ ／１０〜１０ｔ程
度とするのが望ましい。即ち、凸条１２の押出方向の幅
ａがｔ₂ ／１０未満である場合には、凸条１２に負荷さ
れる樹脂圧力に耐え難くなる恐れがあり、逆に、凸条１
２の押出方向の幅ａが１０ｔ₂ を越えると、剪断による
発熱が大きく樹脂温度が不均質となり易く剪断力の影響
も不均質になり易いことから、強化材の均質性が発現し
難いのみならず成形圧力が異常に大きくなる恐れがあ
る。

【００１２】又、螺旋状の凸条のピッチと環状流路の間
隙の大きさとの関係については、図４に示すように、螺
旋状の凸条１２のピッチＰについては、ｔ₂ ／５〜１０
ｔ₂の範囲とするのが望ましい。即ち、螺旋状の凸条１
２のピッチＰがｔ₂ ／５未満では、凸条１２の影響が過
大となり、凸条１２、１２間の凹部１３からの剪断力が
小さくなるので強化材の均質性が発現し難い恐れがあ
る。逆に、凸条１２のピッチＰが１０ｔ₂ を越えると、
凸条１２、１２間の凹部１３からの剪断力の影響が過大
となり、凸条１２による効果が得難く強化材の均質性が
発現し難い恐れがある。

【００１３】又、螺旋状の凸条１２のピッチＰを叙上の
ように、ｔ₂ ／５〜１０ｔ₂ の範囲とすれば、螺旋状の
凸条１２のピッチＰが均一なものであっても、均一では
なく変則ピッチであっても螺旋状の凸条１２による効果
は変わらない。

【００１４】又、回転部の螺旋状の凸条１２が設けられ
ている押出方向の凸条１２のゾーンの長さＬ₁ は回転部
の押出方向の有効長さをＬ₂ とするとＬ₂ ／２〜Ｌ₂ の
範囲内程度とする。

【００１５】押出方向の凸条１２のゾーンの長さＬ₁ が
Ｌ₂ ／２未満では、凸条１２の効果が得られずに強化材
の均質性が発現できず、凸条１２のゾーンの長さＬ₁ が
回転部の押出方向の有効長さをＬ₂ より大きい場合には
凸条１２のゾーンを構造上回転部に設けることができな
い。

【００１６】又、凸条１２のゾーンの終端から環状出口
までの長さＬ₃ を環状流路３の出口の間隙の大きさｔ₁
〜１０ｔ₁ の範囲内程度とする。凸条１２のゾーンの終
端から環状出口までの長さＬ₃ が環状流路３の厚さｔ₁
未満では管状体を成形するに当たって整流効果がなく、
肉厚の安定性に欠ける恐れが生じる。又、凸条１１２ゾ
ーンの終端から環状出口までの長さＬ₃ が１０ｔ₁ を越
えると、回転部上にある最終凹部からの剪断力の影響が
過大であり、凸条１２の効果が得られ難く強化材の均質
性が発現し難い。

【００１７】螺旋状の凸条は必ずしも連続的である必要
はなく、合成樹脂と強化材に剪断力を与えることがで
き、これらを押出下流側に移送できる機能を備えている
ものであれば不連続でもかまわない。

【００１８】本発明においては、内型と外型の少なくと
も一方の一部が回転可能に支持され、この回転部が外部
からの回転手段により駆動回転されるものであり、内型
及び外型の両方が回転する場合には、両者が同一方向に
回転してもよく、逆方向に回転してもよい。

【００１９】内型と外型の少なくとも一方に設けられる
回転部の回転数については、回転による剪断発熱による
合成樹脂の温度の上昇には注意する必要があり、回転数
は好ましくは１〜１０００ｒｐｍ程度であり、望ましく
は、３〜１００ｒｐｍ程度である。即ち、回転数が１ｒ
ｐｍ未満では、回転による剪断力が過少であって配向の
効果が十分得難い恐れがあり、回転数が１０００ｒｐｍ
より越えると剪断発熱が過大となり成形困難となる恐れ
がある。

【００２０】又、本発明において、回転部の下流方向に
スラストベアリング等を介して非回転部が延設されてい
てもよく、この非回転部に冷却手段が設けられていて非
回転部により形成される環状流路内の合成樹脂を冷却で
きるようにしてもよい。

【００２１】本発明において、回転部の押出方向の有効
長さＬ₂ と回転部における環状流路の間隙の大きさｔ₂
との関係はＬ₂ ／ｔ₂ の数値が１以上とするのが好まし
い。即ち、Ｌ₂ ／ｔ₂ の数値が１未満であると強化材を
剪断力方向に配向させることが困難となる恐れがある。

【００２２】本発明において、内型もしくは外型の回転
部を駆動回転する手段としては、図５、６に示すよう
に、内型１の回転部１１の軸１４のスプロケットホイー
ル１４１と駆動モーター４の駆動軸４１のスプロケット
ホイール４１１とをチェイン５により懸架することによ
って回転部１１を駆動回転してもよく、或いは、内型も
しくは外型の回転部の軸と駆動モーターの駆動軸との間
にユニバーサルジョイントを設けて内型もしくは外型の
回転部を駆動回転してもよく、或いは、内型もしくは外
型の回転部の軸と直交する駆動モーターの駆動軸との間
にヘリカルギアやウォームギア等を設けてギアの伝達に
より内型もしくは外型の回転部を駆動回転するようにし
てもよい。

【００２３】叙上の駆動回転手段を使用することにより
クロスヘッド押出方式やストレート押出方式等の種々の
押出方式を採用することができる。又、内型もしくは外
型の回転部付近での合成樹脂の偏流を防止するために回
転部の軸にブレ防止手段を施してもよい。

【００２４】本発明において、成形材料である合成樹脂
としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂等の熱可
塑性樹脂が使用できる。合成樹脂に強化材を混入する場
合の強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊
維、有機繊維等の短繊維や金型内で剪断力を受けること
により繊維状強化材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。

【００２５】合成樹脂に混入する強化材の寸法として
は、アスペクト比（繊維長／繊維径）は１．０以上が好
ましい。即ち、アスペクト比が１．０未満では補強効果
が発揮されない恐れがあり、強化材として、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
以下であることが望ましく、アスペクト比が１０００を
越えると押出機のスクリュー軸で切断されて長さに見合
う補強効果が期待できない恐れがある。尚、繊維径は１
〜１００μｍ程度、繊維長は１μｍ〜１００ｍｍ程度が
好ましい。

【００２６】（作用）本発明の管状体成形用金型におい
ては、環状流路が内型と外型とで構成され、内型と外型
の少なくとも一方の一部もしくは全部に回転可能に支持
された回転部が設けられ、この回転部が駆動回転手段に
より駆動回転され、この回転部に環状流路内に突出する
螺旋状の凸条が設けられているので、合成樹脂に繊維状
強化材を混入した場合には、回転部の凸条間の凹部表面
付近の強化材混入合成樹脂は回転部の凸条間の凹部の回
転による剪断力の影響を受けて環状流路の周方向に配向
され、回転部の凸条の先端面付近の強化材混入合成樹脂
は回転部の凸条による剪断力により剪断力の影響を受け
て環状流路の周方向に配向される。

【００２７】その結果、成形される管状体の内層から外
層にかけて強化材がほぼ均一に周方向に配向された均質
な管状体を得ることができる。又、環状流路の出口付近
の内型もしくは外型を冷却しておけば溶融状態の合成樹
脂を適宜固化させて強化材の配向を所望のものとするこ
とが一層容易となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図５は本発明管状体成形用金
型の一例を示す説明図である。図５において、Ａは本発
明管状体成形用金型であり、１は管状体成形用金型Ａの
内型、２は管状体成形用金型Ａの外型であり、内型１と
外型２との間に環状流路３が形成されている。

【００２９】内型１には回転部１１が設けられ、回転部
１１には環状流路３内に突出する螺旋状の凸条１２が設
けられている。回転部１１には回転軸１４が設けられ、
回転軸１４の先端にはスプロケットホイール１４１が取
付けられ、スプロケットホイール１４１にはモーター４
の回転軸４１に取付けられたスプロケットホイール４１
１の回転がチェーン５により伝達されてモーター４によ
り回転部１１が駆動回転されるようになっている。

【００３０】６は内型１と外型２との間の環状流路３の
出口と反対側に設けられたブッシュ、７は押出機であ
り、押出機７からガラス繊維の短繊維が混入された合成
樹脂を管状体成形用金型Ａの内型１と外型２との間の環
状流路３に供給できるようになっている。

【００３１】次に、図５に示す本発明管状体成形用金型
Ａの作用について説明する。押出機７からガラス繊維の
短繊維が混入された合成樹脂を本発明管状体成形用金型
Ａの内型１と外型２との間の環状流路３に供給すると、
ガラス繊維の短繊維８２が混入された合成樹脂８１は環
状流路３を前進する。

【００３２】図７に示すように、ガラス繊維の短繊維８
２が混入された合成樹脂８１のうち凸条１２間の凹部１
３の表面付近の樹脂層８７の強化材８２は凹部１３の回
転による剪断力τ₁ により環状流路３の周方向に配向さ
れ、内型１の回転部１１の螺旋状の凸条１２の先端面付
近の樹脂層８８の強化材８２は凸条１２の先端面の回転
による剪断力τ₂ により環状流路３の周方向に配向さ
れ、その結果、凹部１３の表面付近の樹脂層８７から螺
旋状の凸条１２の先端面付近の樹脂層８８に到るまでガ
ラス繊維の短繊維８２が環状流路３の周方向に配向さ
れ、環状流路３の全域でガラス繊維の短繊維８２が環状
流路３の周方向にほぼ均質配向した管状体８が押し出さ
れる。

【００３３】〔実施例１〕図５に示す本発明管状体成形
用金型Ａを使用して、外径６０．０ｍｍ、厚さ５．０ｍ
ｍの管状体８を成形した。成形材料である合成樹脂は密
度０．９３５ｇ／ｃｍ³ 、メルトインデックスが２．０
ｇ／１０ｍｉｎである中密度ポリエチレンを使用した。
成形材料である合成樹脂に混入した強化材としては、直
径が１０μｍ、長さが３．０ｍｍであるガラス短繊維を
合成樹脂１００重量部に対して１０重量部使用した。

【００３４】内型１の回転部１１の回転数は１０．０ｒ
ｐｍ、内型１の回転部１１の押出方向の有効長さＬ₂ は
１２０ｍｍ、内型１の回転部１１付近の環状流路３の間
隙の大きさｔ₂ は６．０ｍｍ（Ｌ₂ ／ｔ₂ は１２０／６
＝２０）。螺旋状の凸条１２の高さｈは４．０ｍｍ、凸
条１２の押出方向の幅ａは４．０ｍｍ、凸条１２のピッ
チＰは１２．０ｍｍ、凸条１２の押出方向のゾーンの長
さＬ₁ は９０ｍｍ、凸条１２の押出方向のゾーンの終端
から環状流路出口までの長さＬ₃ は３０ｍｍであった。
押出成形時の合成樹脂温度は２００℃、押出機７の温度
は２００℃とし、内型１は加熱も冷却もしなかった。

【００３５】〔実施例２〕実施例１において、凸条１２
のピッチＰを２４．０ｍｍとした。

【００３６】〔実施例３〕実施例１において、凸条１２
の高さｈを２．０ｍｍとした。

【００３７】〔実施例４〕実施例１において、図５に示
す本発明管状体成形用金型Ａを使用する代わりに図６に
示す本発明管状体成形用金型Ｂを使用した。図６に示す
本発明管状体成形用金型Ｂにおいいては、内型１の先端
にスラストベアリング１５を介して非回転部１６が延設
され非回転部１６をサーモオイルの循環により使用材料
の結晶化温度である１２０℃に設定したものである。そ
の他の点については図５に示す本発明管状体成形用金型
Ａと同様であり、図５に示す本発明管状体成形用金型Ａ
と同一部分は図５に示す本発明管状体成形用金型Ａに付
けた符号と同一の符号を付けることにより説明を省略す
る。

【００３８】〔比較例〕実施例１において、内型１の回
転部１１に螺旋状凸条１２が設けられていない成形用金
型を使用した。

【００３９】〔評価〕実施例１、２、３及び比較例につ
いて、得られた管状体８から図８〜１１に示す試験片を
切り出して評価した。即ち、試験片は図８に示すよう
に、管状体８の一側壁から外層部８３、中層部８４、内
層部８５を切り出し、管状体８の外面から内面までを３
等分する切欠８６を穿設したものである。

【００４０】これらの試験片８３、８４、８５を両端か
ら引っ張って引っ張り試験を行い、引っ張り強度の違い
から強化材の均質性を比較した。又、幅３０ｍｍのリン
グ状試験片を切り出して半円治具で保持した状態で径方
向に引っ張り周方向の引っ張り試験を行った。

【００４１】その結果を表１に示す。（各試験値はｎ＝
５の平均値）

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から明らかなように、実施例１、２、
３においては、管状体８の肉厚方向の引っ張り強度分布
に大きな差は見い出せない。これに対して比較例におい
ては、管状体の肉厚方向の引っ張り強度分布に均質性は
見出せない。

【００４４】以上、本発明の実施の形態を図により説明
したが、本発明の具体的な構成は図示の実施の形態に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
の設計変更は本発明に含まれる。例えば、図６に示すス
ラストベアリングの代わりに通常のボールベアリング或
いはロールベアリングを使用してもよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明の管状体成形用金型においては、
合成樹脂に繊維状強化材を混入した場合には、回転部の
凸条間の凹部表面付近の強化材混入合成樹脂は回転部の
凸条間の凹部の回転による剪断力の影響を受けて環状流
路の周方向に配向され、回転部の凸条の先端面付近の強
化材混入合成樹脂は回転部の凸条による剪断力により剪
断力の影響を受けて環状流路の周方向に配向されるの
で、成形される管状体の内層から外層にかけて強化材が
ほぼ均一に周方向に配向された均質な管状体を得ること
ができる。

【００４６】又、環状流路の出口付近の内型もしくは外
型を冷却しておけば、溶融状態の合成樹脂を適宜固化さ
せて強化材の配向を所望のものとすることが一層容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明管状体成形用金型の一例を示す説明図。

【図２】本発明管状体成形用金型の他の一例を示す説明
図。

【図３】本発明管状体成形用金型の更に他の一例を示す
説明図。

【図４】本発明管状体成形用金型の更に他の一例を示す
説明図。

【図５】本発明管状体成形用金型の使用態様を示す説明
図。

【図６】本発明管状体成形用金型の更に他の一例を示す
説明図。

【図７】本発明管状体成形用金型の作用を示す説明図。

【図８】管状体から試験片を切り取る態様を示す斜視
図。

【図９】試験片の一例を示す斜視図。

【図１０】試験片の他の一例を示す斜視図。

【図１１】試験片の更に他の一例を示す斜視図。

【図１２】従来の管状体成形用金型により成形された管
状体を示す斜視図。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ 管状体成形用金型 １ 内型 １１、２１ 回転部 １２、２２ 凸条 １３ 凹部 １４ 軸 １５ スラストベアリング １６ 非回転部 ２ 外型 ３ 環状流路 ４ モーター ５ チェイン ６ ブッシュ ７ 押出機 ８ 管状体 ８１ 合成樹脂 ８２ 強化材 ８３ 外層試験片 ８４ 中層試験片 ８５ 内層試験片 ８６ 切欠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状流路が内型と外型とで構成され、内
   型と外型の少なくとも一方の一部もしくは全部に回転可
   能に支持された回転部が設けられ、この回転部が駆動回
   転手段により駆動回転され、この回転部に環状流路内に
   突出する螺旋状の凸条が設けられていることを特徴とす
   る管状体成形用金型。