異形湾曲押出成形品の製造方法およびその製造装置
【課題】 バリエーションに富んだ複雑に湾曲する異形の押出成形品を得ることができ、可塑性材料を押し出すときに、押し出された成形素材を型崩れさせることなく引き取ることができて、異形の湾曲成形品を合理的に製造する方法および装置を提供すること。
【解決手段】 押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度で横振り回転させることにより、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、
こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度と同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内する。
【解決手段】 押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度で横振り回転させることにより、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、
こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度と同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形品の製造方法とその製造装置の改良、更に詳しくは、可塑性材料を押し出すときに、押し出された成形素材を型崩れさせることなく引き取ることができ、複雑な湾曲部を有する異形の押出成形品を製造することができる画期的方法と、そのための製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントなどの水硬性材料を用いて円弧状の役物を連続的に押出成形する方法として、本件発明者は、嘗て、「ダイスシフトを使用した押出加工方法およびその装置」を提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
この押出成形技術は、コンテナに形成した押出口に押出口正面からみて平行に２つのダイス(dies)を配置し、この２つのダイスを平面視において押出方向に対して前後にずらして取り付け、押出材料を出口から押し出すことにより押し出される材料に曲がりを発生させるものであって、前記“ずれ量”を必要に応じて適宜調整することにより種々の曲がり製品を押出成形しようとしたものである。
【０００４】
しかしながら、この発明においては、２つのダイスを平行に保持しながら目的とする湾曲成形品を得るに必要な“ずれ量”に正確に設定しなければならず、この“ずれ量”の設定が頗る困難であるうえ、折角“ずれ量”を正確に設定しても、当該ダイスから押し出された湾曲成形物が引取りの際に摩擦抵抗によって変形してしまい、所期する形状に仕上がらないという問題があった。
【０００５】
そこで、本件発明者は湾曲押出成形品の製造方法および製造装置を発明した（特許文献２および３参照）。しかしながら、かかる製造方法および製造装置によって得られる成形品にあっては、一定曲率を有する曲がり製品に限られているため、成形品の形態バリエーションに乏しく、例えば、自動車部品に用いるシーリング部材や、電化製品における水漏れ防止パッキン部材などのように多様化する複雑な湾曲パターンを有する形状の押出成形品への要望に十分に応えられないという不満があった。
【特許文献１】特開２００１−１０３９号公報
【特許文献２】特開２００６−３２６９２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１０３２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の湾曲成形品の製造方法と装置に、上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、バリエーションに富んだ複雑に湾曲する異形の押出成形品を得ることができ、可塑性材料を押し出すときに、押し出された成形素材を型崩れさせることなく引き取ることができて、異形の湾曲成形品を合理的に製造することができる画期的方法と、そのための製造装置を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を添付図面に基づいて説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
即ち、本発明は、押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度αで横振り回転させることにより、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、
こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内することにより、当該引取りテーブル３との摩擦による湾曲成形物Ｍの接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイ２の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを製造するという技術的手段を採用したことによって、異形湾曲押出成形品の製造方法を完成させた。
【０００９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、得るべき湾曲成形物Ｍの形状に基づいて、押出工程の各時刻Ｔにおいて、回転ダイ２から押し出される成形素材ｍが引取りテーブル３上に受継する着地点ｐの各座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）を制御手段に入力する一方、
これら入力された各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいた位置および角度に引取りテーブル３が移動して、押し出される成形素材ｍを次々と搬送案内するという技術的手段を採用した。
【００１０】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαとの相関関係によって、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））が演算されるようにするという技術的手段を採用した。
【００１１】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）において、不動点を絶対座標系上の原点として設定する一方、引取りテーブル３上に設けた定点を制御基準点として定義し、絶対座標系において刻々と移動する制御基準点の各座標（ｘ′，ｙ′，θ′）を求める一方、
この制御基準点（ｘ′，ｙ′，θ′）を原点とする座標系において、引取りテーブル３上の各着地点ｐに対応する各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）をそれぞれ算出して、
これら各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）を制御手段にデータ入力して、引取りテーブル３の移動を制御するという技術的手段を採用した。
【００１２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、得るべき湾曲成形物Ｍの形状に一致する複数のポイントを引取りテーブル３上にプロットする一方、これらのポイントの各座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαを決定するという技術的手段を採用した。
【００１３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料をセメントなどの水硬性物質にするという技術的手段を採用した。
【００１４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料をセラミックス捏和材などの焼結性物質にするという技術的手段を採用した。
【００１５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料が帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂にするという技術的手段を採用した。
【００１６】
また、本発明は、可塑性成形材料を加圧して圧送する押出機１と、この押出機１の押出ヘッド部11に装着されて前記可塑性材料を所要断面形状の湾曲成形物Ｍに成形して連続的に押し出す回転ダイ２と、この回転ダイ２から押し出されてく湾曲成形物Ｍを載置して搬送する引取りテーブル３とを含み、かつ、
前記回転ダイ２は、成形素材ｍの出口側に左右へ揺動自在な可動口金部21と、この可動口金部21の揺動動作に応じて進退する一対のダイブロック22と、前記可動口金部21を任意の横振り角度に回転駆動せしめるダイ角度調節機構部23とを具備しており、
前記引取りテーブル３はＸＹθ３軸移動自在であって、回転ダイ２の可動口金部21から押し出される湾曲成形物Ｍを乗載し当該可動口金部21が指向して押し出される方向および速度と同じ方向および速度に同調して受継して搬送案内することにより、成形素材ｍを可動口金部21の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを成形できるようにするという技術的手段を採用したことによって、異形湾曲押出成形品の製造装置を完成させた。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にあっては、押出機における回転ダイの可動口金部の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度で横振り回転させることにより、この可動口金部から成形素材を前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材を、前記可動口金部が指向して押し出される方向および速度と同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内するという加工手段を採用したことにより、当該引取りテーブルとの摩擦による湾曲成形物の接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイの回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物を合理的に製造することができる。
【００１８】
したがって、本発明の製造方法を用いることにより、回転ダイの横振り回転角度に応じた湾曲度の湾曲成形物を高精度に連続的に製造することが可能となり、押出ダイの孔径サイズに制約されることはなく、回転ダイの横振り回転角度を任意に調節変更することによって、複雑な異形の湾曲成形物を高能率に量産することができる。
【００１９】
ちなみに、本発明方法が最も効果を発揮する押出成形材料はセメントなどの水硬性物質やセラミックス捏和材などの焼結性物質あるいは帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂であり、これらの材料によって湾曲成形物を製造する場合に特に優れた効用が得られるのであり、得られる成形品は内部歪が極めて少なくて、経年で変形したりクラックが発生する憂いがない。
【００２０】
また、本発明を具体的に実施する装置は、簡素な構造であり、設備費的に頗る安価に製作することができるので、固定費も低くなり損益分岐点の観点に照らしても非常に有利であり、更にまた、口金の交換により種々の断面形状の湾曲成形品を得ることができることから、産業上における利用価値は頗る高いと云える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると次のとおりである。
【００２２】
本発明の実施形態を図１から図８に基づいて説明する。図１中、符号１で指示するものは可塑性成形材料を加圧して圧送押し出しする押出機であり、押出側に押出ヘッド11を備える。この押出ヘッド11には後述の回転ダイ２が装着されており、本実施形態では、可塑性成形材料の押出成形に使用される周知のエクストルダー(extruder)と同じ構造を有している。
【００２３】
次に、符号２で指示するものは回転ダイであり、この回転ダイ２は、上記の押出機１の押出ヘッド11に接続されており、成形素材の出口側に左右へ揺動自在な可動口金部21と、この可動口金部21の揺動動作に応じて進退する一対の一側ブロック筒片22ａと他側ブロック筒片22ｂとから成る割り型のダイブロック22と、前記可動口金部21を任意の横振り角度αに駆動せしめるダイ角度調節機構部23とによって構成されている。
【００２４】
そして、この回転ダイ２における可動口金部21の左右への揺動を可能にする前記ダイ角度調節機構部23は、回転駆動体23ａ（本実施形態では、制御モータ）の回転動により正逆回転するウォーム23ｂと、このウォーム23ｂに噛合するギア23ｃと、このギア23ｃの正逆回転に応じ回転ダイ２の可動口金部21の横振り回転角度αを調節する角度調節ロッド23ｄとから構成されている。ちなみに、本実施形態における前記可動口金部21の押出口形状は、長さ80mm、高さ30mmの横コの字形断面をなしている。
【００２５】
また、符号３で指示するものは引取りテーブルであり、この引取りテーブル３は、前記回転ダイ２の可動口金部21から押し出される湾曲成形物Ｍを乗載し、当該可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度に同調して受継して搬送案内することができる機構である（図２参照）。
【００２６】
本実施形態における引取りテーブル３は、ＸＹθの３軸に移動自在であり、即ち、互いに直交する平面上のＸ軸方向とＹ軸方向に水平運動でき、かつ、角度θで回転運動できるものであって、これら３軸方向の運動を複合して同時に行うことができる。
【００２７】
具体例としては、図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれの軸方向に駆動する機構を備えたテーブルを順次重ね合わせることによって構成することができ、それぞれに設けられた制御モータ31ａ、31ｂ、31ｃを回転して駆動可能である。なお、この重ね合わせる順序が入れ替わっても駆動および制御に問題はない。
【００２８】
そして、この引取りテーブル３は、上記押出機１における回転ダイ２の下側に配設されており、本実施形態では、更に、当該回転ダイ２の可動口金部21における押出口縁21ａと引取りテーブル３との間に送り滑り板24を介設させて、受継を円滑にすることもできる。
【００２９】
ところで、回転ダイ２から押し出される湾曲成形物Ｍを引取りテーブル３が受継する位置は、当該回転ダイ２における可動口金部21の押出口縁21ａから垂れ下がって引取りテーブル３に接地する着地点ｐである（図４参照）。
【００３０】
そして、この着地点ｐにおける引取りテーブル３の方向および速度は、回転ダイ２から押し出されてくる湾曲成形物Ｍの押出方向および速度ｖに同調させておく必要がある。引取りテーブル３の受継位置（着地点ｐ）における回転速度と湾曲成形物Ｍの押出速度とが不一致の場合には当該成形物に引っ張り変形が生じたり、圧縮変形が生じたりするからである。
【００３１】
なお、前記「押出速度」としては、回転ダイ２から押し出されてくる湾曲成形物Ｍ（成形素材ｍ）の単位時間当たりの押出距離（線速ともいう。例えば、ｃｍ／ｓやｍ／ｍｉｎ）を採用することができる。この線速は、可動口金部21の押出口縁21ａの左右の位置によって一様でない（曲線内側が遅く外側が速い）場合があるので、平均値や最大値、最小値などを採用することができる。
【００３２】
また、その他に「押出速度」として、回転ダイ２から押し出されてくる湾曲成形物Ｍ（成形素材ｍ）の単位時間当たりの押出体積（例えば、ｃｍ3 ／ｓ）を採用することもできる。押出機１のスクリューの回転速度を制御する際に、この回転速度に比例する量だからである。なお、この場合には、引取りテーブル３が移動する速度（例えば、ｃｍ／ｓやｍ／ｍｉｎ）の次元に換算して同調させる必要がある。
【００３３】
本実施形態の製造方法において引取りテーブル３を制御する方法について説明する。まず、得るべき湾曲成形物Ｍの形状を決定する。本実施形態では、図５に示すようなＳ字型の形状の湾曲成形物Ｍを製造する。
【００３４】
そして、この湾曲形状に基づいて、各時刻Ｔにおいて、回転ダイ２から押し出される成形素材ｍが引取りテーブル３上に受継する着地点ｐの各座標データＰ（Ｐ0 ・Ｐ1 ・Ｐ2 …Ｐk …Ｐn）を求め（図５参照）、制御手段（本実施形態では、公知の汎用パーソナルコンピュータ）に入力することにより、引取りテーブル３を移動させる。
【００３５】
ここで、本実施形態では、前記着地点ｐの座標データＰk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）を求める際に、引取りテーブル３の移動制御をよりし易くするために、以下のように、一旦、引取りテーブル３上に「制御基準点Ｑ」を仮に設けたプロセスで演算して決定することが好適である（図６参照）。
【００３６】
即ち、まず、不動点を絶対座標系の原点として設定する一方、引取りテーブル３上に設けた定点（中心点など）を制御基準点Ｑとして定義し、絶対座標系において刻々と移動する当該制御基準点Ｑの各座標Ｑk （ｘ′k ，ｙ′k ，θ′k ）を求める。
【００３７】
次に、この引取りテーブル３上の制御基準点Ｑk （ｘ′k ，ｙ′k ，θ′k ）を原点とする座標系（相対座標系）において、当該引取りテーブル３上の各着地点ｐに対応する各座標（テーブル上座標）ｐk （ｘ″k ，ｙ″k ，θ″k ）をそれぞれ算出する。そして、このテーブル上座標ｐk （ｘ″k ，ｙ″k ，θ″k ）を制御手段に入力することによって、引取りテーブル３の移動を制御する。このプロセスを用いることにより、前記着地点ｐの座標が引取りテーブル３の基準になり制御を単純化することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、図５に示した座標Ｐ（Ｐ0 ・Ｐ1 ・Ｐ2 …）の間隔を、より短い単位時間に区切って設定間隔を狭めることができ、より高精度な制御を行うことができる。また、直線部分や一定曲率部分においては、座標を設けるポイントをその両端（始点と終点）のみに設定することもできる。
【００３９】
また、本実施形態では、湾曲成形物Ｍの形状において、曲率が変化する箇所におけるスムージング処理のために、円弧補間等を行うことも製品を高精度化するための手法の一つとして有効である。
【００４０】
そして、制御手段に入力されたデータに基づいて前記引取りテーブル３を移動する。この際、本実施形態では、制御モータ31ａ、31ｂ、31ｃをそれぞれ駆動することにより、Ｘ軸用可動板、Ｙ軸用可動板、回転用可動板をそれぞれ移動させることができる。
【００４１】
このようにして、入力された各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、引取りテーブル３を移動させて、押し出される成形素材ｍを次々と搬送案内することができる。
【００４２】
この際、押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度αで横振り回転させることによって、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形することができる。
【００４３】
そして、こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内することができる。
【００４４】
このように構成したことにより、当該引取りテーブル３との摩擦による湾曲成形物Ｍの接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイ２の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを製造することができる（図７参照）。
【００４５】
なお、本実施形態では、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαとの各パラメータの相関関係によって、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））を演算することもできる。こうすることにより、押出機１を制御するために入力する装置制御データをそのまま用いてこれに連動させることができ、予め湾曲成形品Ｍの製品形状を決定してデータ入力をしておく必要がなくなるので、製造工程を簡素化することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料がセメントなどの水硬性物質にしたり、可塑性成形材料がセラミックス捏和材などの焼結性物質にしたり、帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂にすることができる。
【００４７】
これらのうち、帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂を押し出す場合には、高温で流動性が比較的高く形態安定性が低いため、押し出されてきた直後に成形物を冷却するための冷却機構を設けることが好ましい。
【００４８】
また、本実施形態では、逆に、得るべき湾曲成形物Ｍの形状に一致する点を引取りテーブル３上にプロットする一方、これらの点の各座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαを決定することができる。
【００４９】
具体例としては、プロットしたある座標間の距離や角度の相対関係からみて、湾曲成形品Ｍの半径が小さくなっている箇所は、傾き角度αの値が大きくなるようにして押出機１を制御しても良いし、また、直線部分であれば、押出速度ｖを大きくしても成形に支障がない場合には、スピードを上げるようにして押出機１を制御することもできる。
【００５０】
なお、このように逆算的に押出機制御のためのデータ値を算出する際には、成形材料ｍの物性についての種々のパラメータが必要になってくるため、例えば、粘性、密度、流動性、滑り摩擦係数などの各数値をデータベース化しておき、適宜、補正などに用いる。
【実施例】
【００５１】
〔実施例１〕
本発明の製造装置を使用して、異なる曲率の湾曲部を有する異形の湾曲押出成形品を製造するプロセスを説明する。実施例１では、次の配合比で調製したセメント捏和材料を可塑性成形材料として用いた。
(1) ポルトランドセメント 30〜50 wt%
(2) 珪 石 20〜40 wt%
(3) 軽量骨材 10〜25 wt%
(4) パルプ ３〜５ wt%
(5) ＰＰ繊維 0.5〜1.5 wt%
(6) ＭＣ（メチルセルロース） ２〜３ wt%（保水・増粘剤として）
【００５２】
押出機１のホッパーに上記配合のセメント捏和材料を投入し、回転ダイ２の可動口金部21を直進方向に対し、最初に３０°左側へ斜向させて、かつ、任意の角度に横振りさせながら引取りテーブル３に載置してあるトレーの上に２ｍ/minの速度にて湾曲成形物Ｍとして押し出す。こうして押し出された湾曲成形物Ｍは未硬化の状態で所定サイズになったところで図示しないカッター装置で切断される。
【００５３】
こうして得られた未硬化セメントの湾曲成形物Ｍは、トレー毎に移動して図示しないオートグレーブ室に搬送して高温高圧下で養生し湾曲押出成形品として完成される。
【００５４】
〔実施例２〕
次いで、実施例２では、以下の配合比で調製したセメント捏和材料を可塑性成形材料として用いた。
(1) ポルトランドセメント 60〜80 wt%
(2) 軽量骨材 10〜25 wt%
(3) パルプ ３〜５ wt%
(4) ＰＰ繊維 0.5〜1.5 wt%
(5) ＭＣ（メチルセルロース） ２〜３ wt%（保水・増粘剤として）
【００５５】
押出機１のホッパーに上記配合のセメント捏和材料を投入し、回転ダイ２の可動口金部21を初めに直進方向に対し30°左側へ斜向させ、かつ、任意の角度に横振りさせながら引取りテーブル３上に湾曲成形物Ｍとして２ｍ/minで押し出した。
【００５６】
こうして傾斜押出された未硬化の湾曲成形物Ｍは受継位置で移動する引取りテーブル３に乗載して搬送され、その搬送軌跡に沿って湾曲成形される。ちなみに、本実施例の製造装置にあっては、引取りテーブル３の上にはトレーが載置してあるので、回転ダイ２から押し出される湾曲成形物Ｍは、トレーの上に乗載された状態で前記成形が営まれることになる。こうして未硬化セメントの湾曲成形物Ｍは予め設計した複数の湾曲部を有する異形の所望形状になったところでカッター装置にて切断される。
【００５７】
こうして得られた湾曲成形物Ｍは、トレー毎に移動して図示しないオートグレーブ室に搬送し、常圧下で蒸気養生されることにより湾曲押出成形品として完成する。
【００５８】
〔実施例３〕
次に、実施例３では、熱可塑性樹脂材料を用いて、異形湾曲押出し成形を行った。
〔設備〕
押出機：笠松化工研究所製 単軸押出機
〔成形条件〕
材料：ミラストマーＥＫ−700（三井化学社製 オレフィン系熱可塑性エラストマー）
金型形状：中空パッキン形状（図８に示す断面形状）
金型温度：１８０℃
樹脂温度：１６２℃
〔結果〕
上記条件で熱可塑性樹脂成形品を金型から出た直後にエアー冷却を行い、形状を固化させながら成形テーブルに乗載し、任意の半径（Ｒ＝10ｍｍ以上にて可変成形が可能）を持つ異形断面形状品を得た。また、平板形状（高さ8.5ｍｍ×巾34ｍｍ、高さ12.5ｍｍ×幅34ｍｍ）においても同じ曲率範囲を持つ成形品が得られた。
【００５９】
本発明の実施例は概ね上記のとおりであるが、本発明は上記実施例に限定されるものでは決してなく「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、上記実施例においては可塑性成形材料として水硬性のセメント捏和材料を使用する例を挙げて説明している。しかし、本発明は、焼結性を有する各種の陶土、磁器土、アルミナ・ジルコニア・ムライト・コージライトなどのファインセラミックス原料を粘土状に捏和した捏和材の湾曲成形にも適用可能であり、本発明の技術的範囲に属することは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上、実施例を挙げて説明したとおり、本発明によれば従来の押出成形装置に比較して然程に複雑な機構に依ることなく、押出機から押し出される成形素材をして簡易かつ正確に複雑な任意曲率の湾曲形状を付与して異形の押出成形品を得ることができうえに、押し出された湾曲成形物を引き取る際にも不用意に変形させることもなく、その産業上の利用価値は頗る大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態の製造装置の概略を示した斜視説明図である。
【図２】本発明の実施形態の製造装置を示した説明上面図である。
【図３】本発明の実施形態の製造装置を示した分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の製造装置を示した説明側面図である。
【図５】本発明の実施形態の製造方法の制御手段を示した説明上面図である。
【図６】本発明の実施形態の製造方法の制御手段を示した説明上面図である。
【図７】本発明の実施形態の製造装置の運動機構の概略を示した部分平面図である。
【図８】本発明の実施例３における可動口金部の押出口形状を示した正面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 押出機
11 押出ヘッド
２ 回転ダイ
21 可動口金部
21ａ 押出口縁
22 ダイブロック
22ａ 一側ブロック筒片
22ｂ 他側ブロック筒片
23 ダイ角度調節機構
23ａ 回転駆動体
23ｂ ウォーム
23ｃ ギア
23ｄ 角度調節ロッド
24 送り滑り板
３ 引取りテーブル
31ａ Ｘ軸制御モータ
31ｂ Ｙ軸制御モータ
31ｃ θ軸制御モータ
Ｍ 湾曲成形物
ｍ 成形素材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押出成形品の製造方法とその製造装置の改良、更に詳しくは、可塑性材料を押し出すときに、押し出された成形素材を型崩れさせることなく引き取ることができ、複雑な湾曲部を有する異形の押出成形品を製造することができる画期的方法と、そのための製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメントなどの水硬性材料を用いて円弧状の役物を連続的に押出成形する方法として、本件発明者は、嘗て、「ダイスシフトを使用した押出加工方法およびその装置」を提案した（特許文献１参照）。
【０００３】
この押出成形技術は、コンテナに形成した押出口に押出口正面からみて平行に２つのダイス(dies)を配置し、この２つのダイスを平面視において押出方向に対して前後にずらして取り付け、押出材料を出口から押し出すことにより押し出される材料に曲がりを発生させるものであって、前記“ずれ量”を必要に応じて適宜調整することにより種々の曲がり製品を押出成形しようとしたものである。
【０００４】
しかしながら、この発明においては、２つのダイスを平行に保持しながら目的とする湾曲成形品を得るに必要な“ずれ量”に正確に設定しなければならず、この“ずれ量”の設定が頗る困難であるうえ、折角“ずれ量”を正確に設定しても、当該ダイスから押し出された湾曲成形物が引取りの際に摩擦抵抗によって変形してしまい、所期する形状に仕上がらないという問題があった。
【０００５】
そこで、本件発明者は湾曲押出成形品の製造方法および製造装置を発明した（特許文献２および３参照）。しかしながら、かかる製造方法および製造装置によって得られる成形品にあっては、一定曲率を有する曲がり製品に限られているため、成形品の形態バリエーションに乏しく、例えば、自動車部品に用いるシーリング部材や、電化製品における水漏れ防止パッキン部材などのように多様化する複雑な湾曲パターンを有する形状の押出成形品への要望に十分に応えられないという不満があった。
【特許文献１】特開２００１−１０３９号公報
【特許文献２】特開２００６−３２６９２０号公報
【特許文献３】特開２００６−１０３２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来の湾曲成形品の製造方法と装置に、上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、バリエーションに富んだ複雑に湾曲する異形の押出成形品を得ることができ、可塑性材料を押し出すときに、押し出された成形素材を型崩れさせることなく引き取ることができて、異形の湾曲成形品を合理的に製造することができる画期的方法と、そのための製造装置を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本件発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を添付図面に基づいて説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
即ち、本発明は、押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度αで横振り回転させることにより、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、
こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内することにより、当該引取りテーブル３との摩擦による湾曲成形物Ｍの接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイ２の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを製造するという技術的手段を採用したことによって、異形湾曲押出成形品の製造方法を完成させた。
【０００９】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、得るべき湾曲成形物Ｍの形状に基づいて、押出工程の各時刻Ｔにおいて、回転ダイ２から押し出される成形素材ｍが引取りテーブル３上に受継する着地点ｐの各座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）を制御手段に入力する一方、
これら入力された各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいた位置および角度に引取りテーブル３が移動して、押し出される成形素材ｍを次々と搬送案内するという技術的手段を採用した。
【００１０】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαとの相関関係によって、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））が演算されるようにするという技術的手段を採用した。
【００１１】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）において、不動点を絶対座標系上の原点として設定する一方、引取りテーブル３上に設けた定点を制御基準点として定義し、絶対座標系において刻々と移動する制御基準点の各座標（ｘ′，ｙ′，θ′）を求める一方、
この制御基準点（ｘ′，ｙ′，θ′）を原点とする座標系において、引取りテーブル３上の各着地点ｐに対応する各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）をそれぞれ算出して、
これら各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）を制御手段にデータ入力して、引取りテーブル３の移動を制御するという技術的手段を採用した。
【００１２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、得るべき湾曲成形物Ｍの形状に一致する複数のポイントを引取りテーブル３上にプロットする一方、これらのポイントの各座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαを決定するという技術的手段を採用した。
【００１３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料をセメントなどの水硬性物質にするという技術的手段を採用した。
【００１４】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料をセラミックス捏和材などの焼結性物質にするという技術的手段を採用した。
【００１５】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料が帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂にするという技術的手段を採用した。
【００１６】
また、本発明は、可塑性成形材料を加圧して圧送する押出機１と、この押出機１の押出ヘッド部11に装着されて前記可塑性材料を所要断面形状の湾曲成形物Ｍに成形して連続的に押し出す回転ダイ２と、この回転ダイ２から押し出されてく湾曲成形物Ｍを載置して搬送する引取りテーブル３とを含み、かつ、
前記回転ダイ２は、成形素材ｍの出口側に左右へ揺動自在な可動口金部21と、この可動口金部21の揺動動作に応じて進退する一対のダイブロック22と、前記可動口金部21を任意の横振り角度に回転駆動せしめるダイ角度調節機構部23とを具備しており、
前記引取りテーブル３はＸＹθ３軸移動自在であって、回転ダイ２の可動口金部21から押し出される湾曲成形物Ｍを乗載し当該可動口金部21が指向して押し出される方向および速度と同じ方向および速度に同調して受継して搬送案内することにより、成形素材ｍを可動口金部21の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを成形できるようにするという技術的手段を採用したことによって、異形湾曲押出成形品の製造装置を完成させた。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にあっては、押出機における回転ダイの可動口金部の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度で横振り回転させることにより、この可動口金部から成形素材を前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材を、前記可動口金部が指向して押し出される方向および速度と同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内するという加工手段を採用したことにより、当該引取りテーブルとの摩擦による湾曲成形物の接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイの回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物を合理的に製造することができる。
【００１８】
したがって、本発明の製造方法を用いることにより、回転ダイの横振り回転角度に応じた湾曲度の湾曲成形物を高精度に連続的に製造することが可能となり、押出ダイの孔径サイズに制約されることはなく、回転ダイの横振り回転角度を任意に調節変更することによって、複雑な異形の湾曲成形物を高能率に量産することができる。
【００１９】
ちなみに、本発明方法が最も効果を発揮する押出成形材料はセメントなどの水硬性物質やセラミックス捏和材などの焼結性物質あるいは帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂であり、これらの材料によって湾曲成形物を製造する場合に特に優れた効用が得られるのであり、得られる成形品は内部歪が極めて少なくて、経年で変形したりクラックが発生する憂いがない。
【００２０】
また、本発明を具体的に実施する装置は、簡素な構造であり、設備費的に頗る安価に製作することができるので、固定費も低くなり損益分岐点の観点に照らしても非常に有利であり、更にまた、口金の交換により種々の断面形状の湾曲成形品を得ることができることから、産業上における利用価値は頗る高いと云える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施形態を具体的に図示した図面に基づいて更に詳細に説明すると次のとおりである。
【００２２】
本発明の実施形態を図１から図８に基づいて説明する。図１中、符号１で指示するものは可塑性成形材料を加圧して圧送押し出しする押出機であり、押出側に押出ヘッド11を備える。この押出ヘッド11には後述の回転ダイ２が装着されており、本実施形態では、可塑性成形材料の押出成形に使用される周知のエクストルダー(extruder)と同じ構造を有している。
【００２３】
次に、符号２で指示するものは回転ダイであり、この回転ダイ２は、上記の押出機１の押出ヘッド11に接続されており、成形素材の出口側に左右へ揺動自在な可動口金部21と、この可動口金部21の揺動動作に応じて進退する一対の一側ブロック筒片22ａと他側ブロック筒片22ｂとから成る割り型のダイブロック22と、前記可動口金部21を任意の横振り角度αに駆動せしめるダイ角度調節機構部23とによって構成されている。
【００２４】
そして、この回転ダイ２における可動口金部21の左右への揺動を可能にする前記ダイ角度調節機構部23は、回転駆動体23ａ（本実施形態では、制御モータ）の回転動により正逆回転するウォーム23ｂと、このウォーム23ｂに噛合するギア23ｃと、このギア23ｃの正逆回転に応じ回転ダイ２の可動口金部21の横振り回転角度αを調節する角度調節ロッド23ｄとから構成されている。ちなみに、本実施形態における前記可動口金部21の押出口形状は、長さ80mm、高さ30mmの横コの字形断面をなしている。
【００２５】
また、符号３で指示するものは引取りテーブルであり、この引取りテーブル３は、前記回転ダイ２の可動口金部21から押し出される湾曲成形物Ｍを乗載し、当該可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度に同調して受継して搬送案内することができる機構である（図２参照）。
【００２６】
本実施形態における引取りテーブル３は、ＸＹθの３軸に移動自在であり、即ち、互いに直交する平面上のＸ軸方向とＹ軸方向に水平運動でき、かつ、角度θで回転運動できるものであって、これら３軸方向の運動を複合して同時に行うことができる。
【００２７】
具体例としては、図３の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、それぞれの軸方向に駆動する機構を備えたテーブルを順次重ね合わせることによって構成することができ、それぞれに設けられた制御モータ31ａ、31ｂ、31ｃを回転して駆動可能である。なお、この重ね合わせる順序が入れ替わっても駆動および制御に問題はない。
【００２８】
そして、この引取りテーブル３は、上記押出機１における回転ダイ２の下側に配設されており、本実施形態では、更に、当該回転ダイ２の可動口金部21における押出口縁21ａと引取りテーブル３との間に送り滑り板24を介設させて、受継を円滑にすることもできる。
【００２９】
ところで、回転ダイ２から押し出される湾曲成形物Ｍを引取りテーブル３が受継する位置は、当該回転ダイ２における可動口金部21の押出口縁21ａから垂れ下がって引取りテーブル３に接地する着地点ｐである（図４参照）。
【００３０】
そして、この着地点ｐにおける引取りテーブル３の方向および速度は、回転ダイ２から押し出されてくる湾曲成形物Ｍの押出方向および速度ｖに同調させておく必要がある。引取りテーブル３の受継位置（着地点ｐ）における回転速度と湾曲成形物Ｍの押出速度とが不一致の場合には当該成形物に引っ張り変形が生じたり、圧縮変形が生じたりするからである。
【００３１】
なお、前記「押出速度」としては、回転ダイ２から押し出されてくる湾曲成形物Ｍ（成形素材ｍ）の単位時間当たりの押出距離（線速ともいう。例えば、ｃｍ／ｓやｍ／ｍｉｎ）を採用することができる。この線速は、可動口金部21の押出口縁21ａの左右の位置によって一様でない（曲線内側が遅く外側が速い）場合があるので、平均値や最大値、最小値などを採用することができる。
【００３２】
また、その他に「押出速度」として、回転ダイ２から押し出されてくる湾曲成形物Ｍ（成形素材ｍ）の単位時間当たりの押出体積（例えば、ｃｍ3 ／ｓ）を採用することもできる。押出機１のスクリューの回転速度を制御する際に、この回転速度に比例する量だからである。なお、この場合には、引取りテーブル３が移動する速度（例えば、ｃｍ／ｓやｍ／ｍｉｎ）の次元に換算して同調させる必要がある。
【００３３】
本実施形態の製造方法において引取りテーブル３を制御する方法について説明する。まず、得るべき湾曲成形物Ｍの形状を決定する。本実施形態では、図５に示すようなＳ字型の形状の湾曲成形物Ｍを製造する。
【００３４】
そして、この湾曲形状に基づいて、各時刻Ｔにおいて、回転ダイ２から押し出される成形素材ｍが引取りテーブル３上に受継する着地点ｐの各座標データＰ（Ｐ0 ・Ｐ1 ・Ｐ2 …Ｐk …Ｐn）を求め（図５参照）、制御手段（本実施形態では、公知の汎用パーソナルコンピュータ）に入力することにより、引取りテーブル３を移動させる。
【００３５】
ここで、本実施形態では、前記着地点ｐの座標データＰk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）を求める際に、引取りテーブル３の移動制御をよりし易くするために、以下のように、一旦、引取りテーブル３上に「制御基準点Ｑ」を仮に設けたプロセスで演算して決定することが好適である（図６参照）。
【００３６】
即ち、まず、不動点を絶対座標系の原点として設定する一方、引取りテーブル３上に設けた定点（中心点など）を制御基準点Ｑとして定義し、絶対座標系において刻々と移動する当該制御基準点Ｑの各座標Ｑk （ｘ′k ，ｙ′k ，θ′k ）を求める。
【００３７】
次に、この引取りテーブル３上の制御基準点Ｑk （ｘ′k ，ｙ′k ，θ′k ）を原点とする座標系（相対座標系）において、当該引取りテーブル３上の各着地点ｐに対応する各座標（テーブル上座標）ｐk （ｘ″k ，ｙ″k ，θ″k ）をそれぞれ算出する。そして、このテーブル上座標ｐk （ｘ″k ，ｙ″k ，θ″k ）を制御手段に入力することによって、引取りテーブル３の移動を制御する。このプロセスを用いることにより、前記着地点ｐの座標が引取りテーブル３の基準になり制御を単純化することができる。
【００３８】
なお、本実施形態では、図５に示した座標Ｐ（Ｐ0 ・Ｐ1 ・Ｐ2 …）の間隔を、より短い単位時間に区切って設定間隔を狭めることができ、より高精度な制御を行うことができる。また、直線部分や一定曲率部分においては、座標を設けるポイントをその両端（始点と終点）のみに設定することもできる。
【００３９】
また、本実施形態では、湾曲成形物Ｍの形状において、曲率が変化する箇所におけるスムージング処理のために、円弧補間等を行うことも製品を高精度化するための手法の一つとして有効である。
【００４０】
そして、制御手段に入力されたデータに基づいて前記引取りテーブル３を移動する。この際、本実施形態では、制御モータ31ａ、31ｂ、31ｃをそれぞれ駆動することにより、Ｘ軸用可動板、Ｙ軸用可動板、回転用可動板をそれぞれ移動させることができる。
【００４１】
このようにして、入力された各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、引取りテーブル３を移動させて、押し出される成形素材ｍを次々と搬送案内することができる。
【００４２】
この際、押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度αで横振り回転させることによって、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形することができる。
【００４３】
そして、こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内することができる。
【００４４】
このように構成したことにより、当該引取りテーブル３との摩擦による湾曲成形物Ｍの接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイ２の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを製造することができる（図７参照）。
【００４５】
なお、本実施形態では、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαとの各パラメータの相関関係によって、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））を演算することもできる。こうすることにより、押出機１を制御するために入力する装置制御データをそのまま用いてこれに連動させることができ、予め湾曲成形品Ｍの製品形状を決定してデータ入力をしておく必要がなくなるので、製造工程を簡素化することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料がセメントなどの水硬性物質にしたり、可塑性成形材料がセラミックス捏和材などの焼結性物質にしたり、帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂にすることができる。
【００４７】
これらのうち、帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂を押し出す場合には、高温で流動性が比較的高く形態安定性が低いため、押し出されてきた直後に成形物を冷却するための冷却機構を設けることが好ましい。
【００４８】
また、本実施形態では、逆に、得るべき湾曲成形物Ｍの形状に一致する点を引取りテーブル３上にプロットする一方、これらの点の各座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαを決定することができる。
【００４９】
具体例としては、プロットしたある座標間の距離や角度の相対関係からみて、湾曲成形品Ｍの半径が小さくなっている箇所は、傾き角度αの値が大きくなるようにして押出機１を制御しても良いし、また、直線部分であれば、押出速度ｖを大きくしても成形に支障がない場合には、スピードを上げるようにして押出機１を制御することもできる。
【００５０】
なお、このように逆算的に押出機制御のためのデータ値を算出する際には、成形材料ｍの物性についての種々のパラメータが必要になってくるため、例えば、粘性、密度、流動性、滑り摩擦係数などの各数値をデータベース化しておき、適宜、補正などに用いる。
【実施例】
【００５１】
〔実施例１〕
本発明の製造装置を使用して、異なる曲率の湾曲部を有する異形の湾曲押出成形品を製造するプロセスを説明する。実施例１では、次の配合比で調製したセメント捏和材料を可塑性成形材料として用いた。
(1) ポルトランドセメント 30〜50 wt%
(2) 珪 石 20〜40 wt%
(3) 軽量骨材 10〜25 wt%
(4) パルプ ３〜５ wt%
(5) ＰＰ繊維 0.5〜1.5 wt%
(6) ＭＣ（メチルセルロース） ２〜３ wt%（保水・増粘剤として）
【００５２】
押出機１のホッパーに上記配合のセメント捏和材料を投入し、回転ダイ２の可動口金部21を直進方向に対し、最初に３０°左側へ斜向させて、かつ、任意の角度に横振りさせながら引取りテーブル３に載置してあるトレーの上に２ｍ/minの速度にて湾曲成形物Ｍとして押し出す。こうして押し出された湾曲成形物Ｍは未硬化の状態で所定サイズになったところで図示しないカッター装置で切断される。
【００５３】
こうして得られた未硬化セメントの湾曲成形物Ｍは、トレー毎に移動して図示しないオートグレーブ室に搬送して高温高圧下で養生し湾曲押出成形品として完成される。
【００５４】
〔実施例２〕
次いで、実施例２では、以下の配合比で調製したセメント捏和材料を可塑性成形材料として用いた。
(1) ポルトランドセメント 60〜80 wt%
(2) 軽量骨材 10〜25 wt%
(3) パルプ ３〜５ wt%
(4) ＰＰ繊維 0.5〜1.5 wt%
(5) ＭＣ（メチルセルロース） ２〜３ wt%（保水・増粘剤として）
【００５５】
押出機１のホッパーに上記配合のセメント捏和材料を投入し、回転ダイ２の可動口金部21を初めに直進方向に対し30°左側へ斜向させ、かつ、任意の角度に横振りさせながら引取りテーブル３上に湾曲成形物Ｍとして２ｍ/minで押し出した。
【００５６】
こうして傾斜押出された未硬化の湾曲成形物Ｍは受継位置で移動する引取りテーブル３に乗載して搬送され、その搬送軌跡に沿って湾曲成形される。ちなみに、本実施例の製造装置にあっては、引取りテーブル３の上にはトレーが載置してあるので、回転ダイ２から押し出される湾曲成形物Ｍは、トレーの上に乗載された状態で前記成形が営まれることになる。こうして未硬化セメントの湾曲成形物Ｍは予め設計した複数の湾曲部を有する異形の所望形状になったところでカッター装置にて切断される。
【００５７】
こうして得られた湾曲成形物Ｍは、トレー毎に移動して図示しないオートグレーブ室に搬送し、常圧下で蒸気養生されることにより湾曲押出成形品として完成する。
【００５８】
〔実施例３〕
次に、実施例３では、熱可塑性樹脂材料を用いて、異形湾曲押出し成形を行った。
〔設備〕
押出機：笠松化工研究所製 単軸押出機
〔成形条件〕
材料：ミラストマーＥＫ−700（三井化学社製 オレフィン系熱可塑性エラストマー）
金型形状：中空パッキン形状（図８に示す断面形状）
金型温度：１８０℃
樹脂温度：１６２℃
〔結果〕
上記条件で熱可塑性樹脂成形品を金型から出た直後にエアー冷却を行い、形状を固化させながら成形テーブルに乗載し、任意の半径（Ｒ＝10ｍｍ以上にて可変成形が可能）を持つ異形断面形状品を得た。また、平板形状（高さ8.5ｍｍ×巾34ｍｍ、高さ12.5ｍｍ×幅34ｍｍ）においても同じ曲率範囲を持つ成形品が得られた。
【００５９】
本発明の実施例は概ね上記のとおりであるが、本発明は上記実施例に限定されるものでは決してなく「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、上記実施例においては可塑性成形材料として水硬性のセメント捏和材料を使用する例を挙げて説明している。しかし、本発明は、焼結性を有する各種の陶土、磁器土、アルミナ・ジルコニア・ムライト・コージライトなどのファインセラミックス原料を粘土状に捏和した捏和材の湾曲成形にも適用可能であり、本発明の技術的範囲に属することは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上、実施例を挙げて説明したとおり、本発明によれば従来の押出成形装置に比較して然程に複雑な機構に依ることなく、押出機から押し出される成形素材をして簡易かつ正確に複雑な任意曲率の湾曲形状を付与して異形の押出成形品を得ることができうえに、押し出された湾曲成形物を引き取る際にも不用意に変形させることもなく、その産業上の利用価値は頗る大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態の製造装置の概略を示した斜視説明図である。
【図２】本発明の実施形態の製造装置を示した説明上面図である。
【図３】本発明の実施形態の製造装置を示した分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態の製造装置を示した説明側面図である。
【図５】本発明の実施形態の製造方法の制御手段を示した説明上面図である。
【図６】本発明の実施形態の製造方法の制御手段を示した説明上面図である。
【図７】本発明の実施形態の製造装置の運動機構の概略を示した部分平面図である。
【図８】本発明の実施例３における可動口金部の押出口形状を示した正面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 押出機
11 押出ヘッド
２ 回転ダイ
21 可動口金部
21ａ 押出口縁
22 ダイブロック
22ａ 一側ブロック筒片
22ｂ 他側ブロック筒片
23 ダイ角度調節機構
23ａ 回転駆動体
23ｂ ウォーム
23ｃ ギア
23ｄ 角度調節ロッド
24 送り滑り板
３ 引取りテーブル
31ａ Ｘ軸制御モータ
31ｂ Ｙ軸制御モータ
31ｃ θ軸制御モータ
Ｍ 湾曲成形物
ｍ 成形素材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度αで横振り回転させることにより、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、
こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内することにより、当該引取りテーブル３との摩擦による湾曲成形物Ｍの接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイ２の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを製造することを特徴とする異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項２】
得るべき湾曲成形物Ｍの形状に基づいて、押出工程の各時刻Ｔにおいて、回転ダイ２から押し出される成形素材ｍが引取りテーブル３上に受継する着地点ｐの各座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）を制御手段に入力する一方、
これら入力された各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいた位置および角度に引取りテーブル３が移動して、押し出される成形素材ｍを次々と搬送案内することを特徴とする請求項１記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項３】
押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαとの相関関係によって、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））が演算されることを特徴とする請求項２記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項４】
座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）において、不動点を絶対座標系上の原点として設定する一方、引取りテーブル３上に設けた定点を制御基準点として定義し、絶対座標系において刻々と移動する制御基準点の各座標（ｘ′，ｙ′，θ′）を求める一方、
この制御基準点（ｘ′，ｙ′，θ′）を原点とする座標系において、引取りテーブル３上の各着地点ｐに対応する各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）をそれぞれ算出して、
これら各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）を制御手段にデータ入力して、引取りテーブル３の移動を制御することを特徴とする請求項２または３記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項５】
得るべき湾曲成形物Ｍの形状に一致する複数のポイントを引取りテーブル３上にプロットする一方、これらのポイントの各座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαが決定されることを特徴とする請求項１記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項６】
押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料がセメントなどの水硬性物質であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項７】
押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料がセラミックス捏和材などの焼結性物質であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項８】
押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料が帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項９】
可塑性成形材料を加圧して圧送する押出機１と、この押出機１の押出ヘッド部11に装着されて前記可塑性材料を所要断面形状の湾曲成形物Ｍに成形して連続的に押し出す回転ダイ２と、この回転ダイ２から押し出されてく湾曲成形物Ｍを載置して搬送する引取りテーブル３とを含み、かつ、
前記回転ダイ２は、成形素材ｍの出口側に左右へ揺動自在な可動口金部21と、この可動口金部21の揺動動作に応じて進退する一対のダイブロック22と、前記可動口金部21を任意の横振り角度αに回転駆動せしめるダイ角度調節機構部23とを具備しており、
前記引取りテーブル３はＸＹθ３軸移動自在であって、回転ダイ２の可動口金部21から押し出される湾曲成形物Ｍを乗載し当該可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度に同調して受継して搬送案内することにより、成形素材ｍを可動口金部21の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを成形できることを特徴とする異形湾曲押出成形品の製造装置。
【請求項１】
押出機１における回転ダイ２の可動口金部21の向きを、当該押出機の押出方向の中心軸に対し任意の角度αで横振り回転させることにより、この可動口金部21から成形素材ｍを前記横振り角度に応じた曲率に傾斜押し出しゝて湾曲部を成形する一方、
こうして湾曲部を成形しつゝ押し出される成形素材ｍを、前記可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度で同調して駆動するＸＹθ３軸移動自在な引取りテーブル３上に乗載して、当該押出方向および速度に合わせて受継して搬送案内することにより、当該引取りテーブル３との摩擦による湾曲成形物Ｍの接地面の歪みを軽減しつゝ、回転ダイ２の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを製造することを特徴とする異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項２】
得るべき湾曲成形物Ｍの形状に基づいて、押出工程の各時刻Ｔにおいて、回転ダイ２から押し出される成形素材ｍが引取りテーブル３上に受継する着地点ｐの各座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）を制御手段に入力する一方、
これら入力された各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいた位置および角度に引取りテーブル３が移動して、押し出される成形素材ｍを次々と搬送案内することを特徴とする請求項１記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項３】
押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαとの相関関係によって、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における着地点ｐの座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））が演算されることを特徴とする請求項２記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項４】
座標データＰ（Ｘ，Ｙ，θ）において、不動点を絶対座標系上の原点として設定する一方、引取りテーブル３上に設けた定点を制御基準点として定義し、絶対座標系において刻々と移動する制御基準点の各座標（ｘ′，ｙ′，θ′）を求める一方、
この制御基準点（ｘ′，ｙ′，θ′）を原点とする座標系において、引取りテーブル３上の各着地点ｐに対応する各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）をそれぞれ算出して、
これら各座標（ｘ″，ｙ″，θ″）を制御手段にデータ入力して、引取りテーブル３の移動を制御することを特徴とする請求項２または３記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項５】
得るべき湾曲成形物Ｍの形状に一致する複数のポイントを引取りテーブル３上にプロットする一方、これらのポイントの各座標データＰ（Ｐ0 （Ｘ0 ，Ｙ0 ，θ0 ）・Ｐ1 （Ｘ1 ，Ｙ1 ，θ1 ）・Ｐ2 （Ｘ2 ，Ｙ2 ，θ2 ）…Ｐk （Ｘk ，Ｙk ，θk ）…Ｐn （Ｘn ，Ｙn ，θn ））に基づいて、各時刻Ｔ（Ｔ0 ・Ｔ1 ・Ｔ2 …Ｔk …Ｔn ）における、押出機１における成形素材ｍの押出速度ｖおよび押出圧力、並びに回転ダイ２の可動口金部21の向きαが決定されることを特徴とする請求項１記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項６】
押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料がセメントなどの水硬性物質であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項７】
押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料がセラミックス捏和材などの焼結性物質であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項８】
押出機１が所要断面形状の湾曲成形物Ｍとして押し出す可塑性成形材料が帯熱軟化状態の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の異形湾曲押出成形品の製造方法。
【請求項９】
可塑性成形材料を加圧して圧送する押出機１と、この押出機１の押出ヘッド部11に装着されて前記可塑性材料を所要断面形状の湾曲成形物Ｍに成形して連続的に押し出す回転ダイ２と、この回転ダイ２から押し出されてく湾曲成形物Ｍを載置して搬送する引取りテーブル３とを含み、かつ、
前記回転ダイ２は、成形素材ｍの出口側に左右へ揺動自在な可動口金部21と、この可動口金部21の揺動動作に応じて進退する一対のダイブロック22と、前記可動口金部21を任意の横振り角度αに回転駆動せしめるダイ角度調節機構部23とを具備しており、
前記引取りテーブル３はＸＹθ３軸移動自在であって、回転ダイ２の可動口金部21から押し出される湾曲成形物Ｍを乗載し当該可動口金部21が指向して押し出される方向および速度ｖと同じ方向および速度に同調して受継して搬送案内することにより、成形素材ｍを可動口金部21の回転角度に応じた湾曲度の湾曲部を有する異形の湾曲成形物Ｍを成形できることを特徴とする異形湾曲押出成形品の製造装置。
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１】
【図３】
【図６】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図１】
【図３】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２７４３２２（Ｐ２００９−２７４３２２Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２７５２０（Ｐ２００８−１２７５２０）
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（５０４１４５３２０）国立大学法人福井大学 (287)
【出願人】（００００１００６５）フクビ化学工業株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（５０４１４５３２０）国立大学法人福井大学 (287)
【出願人】（００００１００６５）フクビ化学工業株式会社 (150)
【Ｆターム（参考）】
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