JP2004202815A - ストランド冷却装置及び冷却方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ストランドを冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するとともに、ストランドの冷却温度及び冷却速度の制御を精密に行うことが可能なストランド冷却装置を提供する。
【解決手段】ダイヘッド２から押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂のストランドＳを、冷却液とともに案内溝４を流下させながら冷却するストランド冷却装置１において、ストランドＳの流線に沿った少なくとも３箇所において、ストランドＳの表面温度を検出し、ストランドＳの径、熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び検出されたストランドＳの表面温度からストランドＳの内部温度を推定し、この内部温度に基づき、冷却液の流量又は冷却液の温度を制御することにより、冷却後のストランドの温度を制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】ダイヘッド２から押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂のストランドＳを、冷却液とともに案内溝４を流下させながら冷却するストランド冷却装置１において、ストランドＳの流線に沿った少なくとも３箇所において、ストランドＳの表面温度を検出し、ストランドＳの径、熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び検出されたストランドＳの表面温度からストランドＳの内部温度を推定し、この内部温度に基づき、冷却液の流量又は冷却液の温度を制御することにより、冷却後のストランドの温度を制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融した熱可塑性樹脂からなるストランドの冷却技術に関し、特にストランドを冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランドの冷却技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂をペレット化する際には、溶融した熱可塑性樹脂をダイヘッドから押し出してストランド（細条体）を生成し、このストランドを細断してペレット化する。このように、溶融した熱可塑性樹脂から押出成型されるストランドを冷却する装置として、ストランド冷却装置が使用される。
【０００３】
ストランド冷却装置においては、ストランドを冷却しすぎるとストランドのゴム弾性が失われ、ヒゲ状物が発生したり、ストランドが案内溝から外れたりする不都合が生じる。一方、ストランドの冷却が足りないと、ストランド同士が融着を起こしたり、ストランドの裁断時に裁断機の刃にストランドが付着してトラブルを生じる。従って、ストランド冷却装置においては、ストランドの温度管理は極めて重要な技術課題である。
【０００４】
従来のストランド冷却装置としては、特許文献１〜３に、ストランドの案内溝の溝底部の複数箇所に測温抵抗、熱電対、サーミスタ等の温度センサを設け、温度を検出し、検出温度によって冷却液の流量又は冷却液の温度を制御するストランド冷却装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献４には、ストランドの案内溝上端のシュート板の上面近傍及びストランドの案内溝下端の裁断機直前の案内溝の上面近傍に温度検出手段を設けたストランド冷却装置が記載されている。
【０００６】
更に、特許文献５には、ストランドの案内溝上端のストランドガイド板の上部に放射温度計を設けて、ストランドの温度を監視するストランド冷却装置が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７３６７３２号公報
【特許文献２】
実用新案登録第３０３８０８１号公報
【特許文献３】
実用新案登録第３０６２０４０号公報
【特許文献４】
特開平１１−３００７３８号公報
【特許文献５】
特開平７−２３２３２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実際のストランドの性状は、温度に対して極めて敏感である。すなわち、例えば、ストランドの冷却速度が僅かに遅いとストランド内に熱可塑性樹脂の結晶が生じて白濁し、ストランドの品質が低下する。また、裁断機手前において、ストランド表面はガラス転移温度以下に冷却されていても、ストランド内部は溶融状態にある場合もある。逆に、ストランドの冷却速度が僅かに速いと、ストランド表面が早期に固化し、内部が除冷されてストランド内部に気泡が生じる場合がある。また、ストランドの収縮により、ストランドが案内溝に沿って滑らかに移送されず、案内溝から飛び出す、いわゆる「暴れ」現象が生じる場合もある。このように、ストランドの温度管理は高い精度が要求される。特に、近年は、プラスチック製品の高品質化の要求に伴い、プラスチックペレットにも高い品質や均質性が求められるようになってきており、ストランドの温度管理もより厳しく要求されてきている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１〜５に記載のストランド冷却装置は、大まかなストランドの温度管理はできるものの、その温度管理の精度に限界がある。
【００１０】
特許文献１〜３に記載のストランド冷却装置では、ストランドの案内溝の底部に温度センサを設けて温度検出を行っている。この場合、検出される温度は、ストランドを冷却する冷却液の温度に近く、ストランドの温度を直接検出することはできない。従って、ストランドの温度制御の精度には限界がある。
【００１１】
特許文献４記載のストランド冷却装置では、ダイヘッドからストランドが吐出された直後の温度と、ストランドが裁断機に入る手前のストランド近傍の雰囲気温度を検出している。これは、主としてストランドの流動が滞り堆積するといった異常の発生を検知することを目的としており、ストランドの温度を直接検出するものではない。
【００１２】
特許文献５に記載のストランド冷却装置では、ストランドガイド板の上方から、放射温度計によりストランドの温度を検出するものであるが、これは、ストランド同士が融着を起こす等の異常を検出するためのものであり、ストランドの精密な温度管理は行うことができない。
【００１３】
従って、従来は、結局、最終的なストランドの微妙な温度管理は、作業者が、経験と勘にたよって、冷却液の流量を調節し、又は冷却液の温度を調節することにより行わざるを得ないのが実情であった。
【００１４】
そこで、本発明の解決すべき課題は、ストランドを冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するとともに、ストランドの冷却温度及び冷却速度の制御を精密に行うことが可能なストランド冷却技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るストランド冷却装置は、ダイヘッドから押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂からなるストランドを、冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランド冷却装置において、前記ストランドの流線に沿った少なくとも３つの離隔した点において、前記ストランドの表面温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出するストランドの表面温度に基づき前記冷却液の流量又は前記冷却液の温度を制御することで、冷却後のストランドの温度を制御する温度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、温度検出手段がストランドの表面温度を直接検出し、その表面温度に基づき、温度制御手段が冷却液の流量又は冷却液の温度を制御するため、ストランドの温度制御を精度よく行うことが可能となる。
【００１７】
また、ストランドの流線方向に沿った少なくとも３箇所においてストランドの表面温度を検出することで、ストランドの流線方向に沿ったストランドの温度変化の勾配、すなわち冷却速度を検出することができる。従って、ストランドの流線に沿った各点の温度変化（冷却速度）を精度よく予測することができるため、温度制御手段により冷却速度の精密な制御が可能となる。
【００１８】
尚、ここで冷却液には、一般に、水や有機溶媒等が使用される。
【００１９】
また、本発明においては、前記温度制御手段は、ストランドの径、前記熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び前記温度検出手段の検出するストランドの表面温度からストランドの内部温度を推定する内部温度推定手段と、前記ストランドの内部温度に基づき前記冷却液の流量を調節する流量調節手段、又は前記ストランドの内部温度に基づき前記冷却液の温度を調節する温度調節手段とを具備する構成とすることができる。
【００２０】
ストランドを構成する熱可塑性樹脂の種類によって、熱伝導率が異なるため、ストランドの表面温度の検出のみではストランドの過冷又は冷却不足が生じ得る。しかし、内部温度推定手段により、ストランドの表面温度の実測値及び熱可塑性樹脂の熱伝導率からストランドの内部温度を推定することで、ストランド冷却装置で冷却されるストランドの品質をより正確に管理することが可能となる。
【００２１】
また、本発明においては、前記案内溝の溝底面を、１つ以上の段差を有する傾斜面状に形成するとともに、前記溝底面の段差付近の下流側においてストランドに気体を吹き付ける第１の気体噴射手段と、前記第１の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側のストランドの表面温度を非接触で検出する温度センサとを具備する構成とすることができる。
【００２２】
これにより、溝底面の段差部分においては、ストランドは段差に追従せずに、滑らかな曲線を描いて案内溝の下流方向に流下する。一方、冷却液は、液体であるため、溝底面の段差部分で滝状に段差下方に流れ落ちる。更に、第１の気体噴射手段が、ストランドを伝わって流下しようとする冷却液を段差の下部に吹き落とすため、第１の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側においては、ストランドが空気中に露出する。温度センサは、この露出したストランドの表面温度を検出する。従って、冷却液の影響を受けることなく、ストランドの表面温度を精度よく検出することが可能となる。
【００２３】
ここで、ストランドに吹き付ける「気体」としては、空気（エア）、窒素ガス、不活性ガス等の気体が使用される。尚、気体がストランドと反応せず安定であるという点からは、窒素ガスや不活性ガスを使用することが好ましい。但し、ストランドと気体との反応が問題とされない場合には、経済性の点から、空気（エア）を用いるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては、前記案内溝の溝底面に設けられ、多数の孔が形成された冷却液排出部と、前記冷却液排出部の上方から前記ストランドに気体を吹き付ける第２の気体噴射手段と、前記第２の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側のストランドの表面温度を非接触で検出する温度センサとを具備する構成とすることができる。
【００２５】
この構成により、冷却液排出部においては、ストランドは溝底面に沿って案内溝の下流方向に流下する。一方、冷却液は、液体であるため、冷却液排出部に形成された多数の孔から下方へ排出される。更に、第２の気体噴射手段が、ストランドを伝わって流下しようとする冷却液を冷却液排出部の孔に吹き落とすため、第２の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分よりも下流側においては、ストランドが空気中に露出する。温度センサは、この露出したストランドの表面温度を検出する。従って、冷却液の影響を受けることなく、ストランドの表面温度を精度よく検出することが可能となる。
【００２６】
ここで、冷却液排出部としては、多数の開口が穿孔されたパンチングメタルや、格子網等が使用される。
【００２７】
本発明に係るストランド冷却方法は、ダイヘッドから押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂からなるストランドを、冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランド冷却方法において、ストランドの流線に沿った少なくとも３箇所において、ストランドの表面温度を検出し、ストランドの径、前記熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び検出されたストランドの表面温度からストランドの内部温度を推定し、前記ストランドの内部温度に基づき、前記冷却液の流量又は前記冷却液の温度を制御することにより、冷却後のストランドの温度を制御することを特徴とする。
【００２８】
このように、ストランドの流線方向に沿った３点以上の位置におけるストランドの表面温度からストランド内部温度を推定して冷却液の流量又は温度を制御することで、上述したように、ストランドの品質を正確に管理することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は本実施形態に係るストランド冷却装置の構成図、図２は案内溝の上流側端部付近の斜視図、図３は案内溝の下流側端部付近の斜視図である。
【００３１】
図１〜３において、本実施形態のストランド冷却装置１は、溶融状態の熱可塑性樹脂を押し出してストランドＳを形成するダイヘッド２、ダイヘッド２の下部に設けられたシュート板３、シュート板３の下流側に傾斜して設けられた案内溝４を有する。
【００３２】
ダイヘッド２は、溶融状態の熱可塑性樹脂を、一列に配列された小孔から押し出すことにより、複数本の溶融状態のストランドＳを形成する。シュート板３は、ダイヘッド２から押し出された溶融状態のストランドＳを受け、案内溝４の方向へ誘導する。案内溝４の上流側端部付近は、段差Ａが形成されている。段差Ａの上部は段差上部板４ａが傾斜状に配設されており、段差上部板４ａの上面にはストランドＳが通る複数の軌道調整溝４ｂが形成されている。この軌道調整溝４ｂは、一列に配列された複数本の溶融状態のストランドＳ同士が、互いに融着することがないように、ストランドＳ同士を適当な間隔となるように調整する。案内溝４の下流側端部付近には、多数の打抜孔が形成された冷却液排出部４ｃが形成されている。この冷却液排出部４ｃの溝底面は、パンチングメタル（打抜金網）からなる液切板４ｄによって構成されている。
【００３３】
案内溝４の下流側には、案内溝４で冷却されたストランドＳをペレット（チップ）Ｐに裁断する裁断機１０が設けられている。この裁断機１０は、案内溝４を移送されるストランドＳを引っ張り下げるニップロール装置５、並びにニップロール装置５により引っ張り下げられたストランドＳをペレットＰに裁断する固定刃６ａ及び回転刃６ｂから構成されている。また、ニップロール装置５は、アッパーロール５ａとフィードロール５ｂとからなり、この２つのロール間にストランドＳを挟んで、ストランドＳを引っ張り下げる。裁断機１０で生成されたペレットＰは、搬出シュート７へ搬出され、ペレットＰと冷却液が分離される。
【００３４】
シュート板３の上流側には、冷却液供給ノズル８が設けられており、また、案内溝４の上部には、冷却液散布管９が設けられている。冷却液散布管９は、案内溝４に沿って、複数の箇所から、案内溝４の溝底部にあるストランドＳに冷却水を噴射散布する。また、ニップロール装置５の下部には、コンベヤ液供給ノズル１１が設けられておる。このコンベヤ液供給ノズル１１からは、裁断機１０で生成されたペレットＰを搬出シュート７へ搬送するためのコンベヤ液（冷却液と兼用される。）が供給される。
【００３５】
冷却液は冷却液供給タンク１２に貯留されている。循環ポンプ１３は、冷却液供給タンク１２から冷却液を汲み上げて、熱交換器１４に送る。熱交換器で冷却された冷却液は、分岐管１５で分岐され、それぞれ、冷却液供給ノズル８、冷却液散布管９、及びコンベヤ液供給ノズル１１へ送られる。なお、冷却液供給ノズル８、冷却液散布管９、及びコンベヤ液供給ノズル１１へ送られる冷却液の流量は、それぞれ、流量調節弁１６，１７，１８により調節される。
【００３６】
また、熱交換器１４は、冷却液と冷媒との熱交換を行って冷却液を降温させるものであるが、流量調節弁１９によって冷媒の流量を調節することにより、熱交換器１４から流出する冷却液の液温を調節することが可能とされている。
【００３７】
案内溝４の上流側の段差Ａ付近の下流側には、ストランドＳにエアを吹き付ける気体噴射手段２０が設けられている。また、冷却液排出部４ｃの上方には、ストランドＳにエアを吹き付ける気体噴射手段２１が設けられている。これらの気体噴射手段２０，２１には、送風機２５から加圧されたエアが供給される。
【００３８】
また、気体噴射手段２０，２１によりエアが吹き付けられる部分近傍の下流側には、ストランドＳの表面温度を非接触で検出する温度センサ２２，２３がそれぞれ設けられている。更に、ダイヘッド２の下部から押し出される溶融状態のストランドＳの表面温度を非接触で検出する温度センサ２４が設けられている。尚、温度センサ２２，２３，２４には、例えば、赤外線温度センサなどの非接触型温度センサが使用される。
【００３９】
これらの温度センサ２２，２３，２４により検出されたストランドＳの表面温度の検出値は、電気信号として制御部２６に送信される。制御部２６は、各温度センサ２２，２３，２４から送信されるストランドＳの温度検出値の値に基づき、流量調節弁１６，１７，１８の開度を制御して、冷却液の流量制御を行い、又は、流量調節弁１９の開度を制御して冷却液の温度を制御する。
【００４０】
以上のように構成された本実施形態に係るストランド冷却装置において、以下そのストランド冷却方法の説明をする。
【００４１】
運転開始時においては、まず、制御部２６は、循環ポンプ１３を起動して冷却液を冷却液供給ノズル８、冷却液散布管９、及びコンベヤ液供給ノズル１１へ供給する。この状態で、ダイヘッド２から、溶融状態のストランドＳが押し出される。このとき、ダイヘッド２から押し出された直後のストランドＳの温度、すなわち、冷却液により冷却される前のストランドＳの温度は、温度センサ２４により検出されて、制御部２６に送信される。
【００４２】
ダイヘッド２から押し出されたストランドＳは、冷却液の流れにより、シュート板３から案内溝４を通って、裁断機１０に冷却されながら搬送される。そして、ストランドＳは裁断機１０の先端はニップロール装置５に達して、下流側に引っ張られる。ニップロール装置５を通過したストランドＳは、固定刃６ａ及び回転刃６ｂによりペレットＰに裁断される。ペレットＰは、コンベヤ液供給ノズル１１から供給される冷却液によって、搬出シュート７に搬出される。搬出シュート７では、ペレットＰと冷却液とが分離され、冷却液は、再び冷却液供給タンク１２に戻される。このとき同時に、気体噴射手段２０，２１には、送風機２５から加圧されたエアが供給される。そして、気体噴射手段２０，２１より、ストランドにエアが噴射される。
【００４３】
案内溝４の上流側端部の段差Ａにおいては、段差上部板４ａに達したストランドＳは、冷却液によって表面が冷却され、或る程度のゴム弾性を有する弾性体である。従って、段差上部板４ａを通過するストランドＳは、段差Ａに追随して折れ曲がることはなく、緩やかな曲線を描いて段差Ａの下部の案内溝の溝底部に達する。一方、冷却液は、液体であるため、段差Ａにおいては大部分は、滝のように段差の下部に流れ落ちる。但し、一部の冷却液は、ストランドＳを伝って流れようとする。しかしながら、気体噴射手段２０により、ストランドＳの表面にはエアが吹き付けられるため、ストランドＳを伝って流れる冷却液は、ストランドＳから吹き落とされる。従って、気体噴射手段２０の下流側の短い区間においては、ストランドＳが空気中に露出する。温度センサ２２はこのストランドＳが露出した部分において、ストランドＳの表面温度を検出する。このため、温度センサ２２は、冷却液に影響されることなくストランドＳの表面温度を精度よく検出することができる。
【００４４】
更に、案内溝４の下流側端部付近においては、冷却液排出部４ａに達したストランドＳは、液切板４ｄの上面を通過してニップロール装置５に搬送される。一方、ストランドＳと共に案内溝４を流下した冷却液の大部分は、液切板４ｄの打抜孔から液切板４ｄの下部に流れ落ちる。しかし、冷却液の一部は、ストランドＳを伝って流れようとする。しかしながら、気体噴射手段２１により、ストランドＳの表面にはエアが吹き付けられるため、ストランドＳを伝って流れる冷却液は、ストランドＳから液切板４ｄの下方に吹き落とされる。従って、気体噴射手段２１の下流側からニップロール装置５までの区間においては、ストランドＳが空気中に露出する。温度センサ２３はこのストランドＳが露出した部分において、ストランドＳの表面温度を検出する。このため、温度センサ２３は、冷却液に影響されることなくストランドＳの表面温度を精度よく検出することができる。
【００４５】
以上のようにして温度センサ２２，２３により検出されたストランドＳの表面温度は、電気信号として制御部２６に送信される。
【００４６】
制御部２６は、温度センサ２４，２２，２３から送信されたストランドＳの表面温度の値に基づいて、ストランドの中心温度を推定する。ストランドＳの中心温度の推定は、例えば以下のようにして行われる。
【００４７】
まず、ストランドの表面温度は、検出された３点におけるストランドの表面温度の値を補間又は補外して求められる。実際には、補間又は補外曲線は、理論計算により求めることも可能であるが、ストランド冷却装置に合わせて、予め実験式を用意しておくことが好ましい。
【００４８】
次に、このようにして得られたストランド表面温度の変化曲線から、ストランドの内部温度を推定する。この内部温度の推定のためには、熱伝導モデルを用いる。最も単純なモデルとして、ストランド内の熱伝導率は一様であり、ストランドの流線方向への熱伝導は無視することができる（すなわち、ストランドの半径方向への熱伝導のみを考える。）と仮定すれば、ストランド内部の熱伝導は、以下の（数１）で表される。
【数１】
ここで、ｑは伝熱量〔Ｗ／ｍ２〕、λは熱伝導率〔Ｗ／ｍＫ〕、ｒはストランド中心からの距離〔ｍ〕、Ｔは半径ｒにおけるストランドの内部温度〔Ｋ〕である。
【００４９】
一方、伝熱量ｑの境界条件として、ストランド表面と大気又は冷却液間の伝熱量ｑｗ〔Ｗ／ｍ２〕は、次の（数２）で表される。
【数２】
ここで、ｈはストランドと空気又は冷却液間の熱伝達率〔Ｗ／ｍ２Ｋ〕、Ｔ１はストランドの表面温度〔Ｋ〕、Ｔｗは空気又は冷却液の温度〔Ｋ〕である。更に、初期条件として、ダイヘッド２から押し出された直後のストランドの内部温度は一様であると仮定する。すなわち、温度センサ２４の検出する温度を初期のストランドの内部温度とする。
【００５０】
以上の条件の下で、上記（数１）を数値積分により解けば、各時刻におけるストランドの内部温度を求めることができる。尚、ストランドを構成する熱可塑性樹脂の相転移時における潜熱は、内部温度の変化に大きく影響を与えるため、計算にあたってはこれを考慮する必要がある。
【００５１】
図４は温度センサの検出値から補間及び補外されたストランドの表面温度及び推定されたストランド中心部の温度の変化の一例を示した図である。熱可塑性樹脂としてはナイロンを使用した。尚、図４の実験例において使用したストランド冷却装置は、図１の構成とは一部異なり、ストランドＳが冷却液排出部４ｃを通過してからニップロール装置５に到達するまでの区間においても、所定の長さの冷却区間を設けてある。
【００５２】
図４において、横軸はストランドＳがダイヘッド２から押し出されてから経過した時間（すなわち、ストランドＳが移送された距離に比例）、縦軸は温度を表す。また、Ｔ１はストランドＳの表面温度、Ｔ２はストランドＳの中心温度を表す。点ｘ１は、温度センサ２４が検出する温度、点ｘ２は温度センサ２２が検出する温度、点ｘ３は温度センサ２３が検出する温度である。また、時刻ｔｃは、ストランドＳは裁断機１０により裁断される時点を表している。
【００５３】
ダイヘッド２から押し出されたストランドＳは、冷却液により冷却され、表面温度Ｔ１は早期に降温するが、ストランドＳの中心温度はなかなか降温せず、或る時間までは溶融状態に近い状態を保つ。そして、一定の時間が経過すると、ストランドＳの中心温度は急速に下降し始める。従って、ストランドＳの中心温度が急速な下降を始める前にストランドＳを裁断すると、ペレット同士が融着を起こしたり、裁断機１０の固定刃６ａや回転刃６ｂに熱可塑性樹脂が付着して切断できなくなる等のトラブルが発生する。また、逆に、ストランドの冷却速度が速すぎると、例えば、ポリカーボネートのような樹脂では、熱収縮の影響によりストランド内部に気泡が生じたり、ストランドがいわゆる「暴れ」現象をおこしたりする。
【００５４】
そこで、制御部２６は、ストランドＳが裁断機１０により裁断される時点におけるストランドＳの中心温度Ｔ２（ｔｃ）を推定し、このＴ２（ｔｃ）の値が目標値Ｔｆに達するように流量調節弁１６，１７，１８，１９の開度を制御する。
【００５５】
すなわち、ストランドＳの中心温度Ｔ２（ｔｃ）が目標値Ｔｆよりも高い場合には、流量調節弁１６，１７，１８の開度を大きくし、冷却液の流量を増加させるか、又は、流量調節弁１９の開度を大きくし、冷却液の温度を下げる。逆に、ストランドＳの中心温度Ｔ２（ｔｃ）が目標値Ｔｆよりも低い場合には、流量調節弁１６，１７，１８の開度を小さくし、冷却液の流量を減少させるか、又は、流量調節弁１９の開度を小さくし、冷却液の温度を上げる。尚、制御部２６による温度制御の方式としては、一般に広く用いられているＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等の方式を用いることができる。
【００５６】
このように、裁断機１０による裁断直前のストランドＳの中心温度を制御することによって、ストランドＳの温度管理を極めて精密に行うことが可能となり、高品質の熱可塑性樹脂ストランド及び熱可塑性樹脂ペレットを得ることが可能となる。また、従来、作業者が経験的に行っていた微妙な冷却水の流量及び温度の管理を、自動化することも可能となる。
【００５７】
また、裁断直前のストランドＳの中心温度を管理することで、同時に、ストランドＳの冷却速度も管理することができるが、より厳密な冷却速度の管理が要求される場合には、冷却液散布管９を複数の区間ごとに分けて、各区間ごとに冷却液の流量制御を行うようにしてもよい。
【００５８】
尚、本実施形態においては、ストランド冷却装置を、ストランドを裁断してペレット化する装置に応用した例について説明したが、本発明のストランド冷却装置は、熱可塑性樹脂の繊維、光ファイバー等の製造にも応用することが可能である。
【００５９】
また、本実施形態においては、ストランドの表面温度の検出は３点で行うこととしたが、本発明はこれに限るものではなく、ストランドの流線に沿った４点以上の位置においてストランドの表面温度を検出するように構成してもよい。検出点の数は多いほど、ストランドの中心温度の推定精度が向上し、より精密な温度管理が可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、冷却されるストランドの温度及び冷却速度の制御を精度よく行うことができるため、従来、作業者が経験的に行っていた冷却液の温度管理を、自動的に行うことが可能となる。また、冷却により製造されるストランドの品質を常に一定のものとすることが可能となる。更に、ストランド内部の結晶の発生の抑制及び気泡生成の抑制ができるため、高品質のプラスチック原料の製造が可能となる。
【００６１】
また、温度変動によるストランドの不良の発生が抑えられ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るストランド冷却装置の構成図である。
【図２】案内溝の上流側端部付近の斜視図である。
【図３】案内溝の下流側端部付近の斜視図である。
【図４】温度センサの検出値から補間されたストランドの表面温度及び推定されたストランド中心部の温度の変化の一例を示した図である。
【符号の説明】
１ ストランド冷却装置
２ ダイヘッド
３ シュート板
４ 案内溝
４ａ 段差上部板
４ｂ 軌道調整溝
４ｃ 冷却液排出部
４ｄ 液切板
５ ニップロール装置
５ａ アッパーロール
５ｂ フィードロール
６ａ 固定刃
６ｂ 回転刃
８ 冷却液供給ノズル
９ 冷却液散布管
１０ 裁断機
１１ コンベヤ液供給ノズル
１２ 冷却液供給タンク
１３ 循環ポンプ
１４ 熱交換器
１５ 分岐管
１６，１７，１８，１９ 流量調節弁
２０，２１ 気体噴射手段
２２，２３，２４ 温度センサ
２５ 送風機
２６ 制御部
Ａ 段差
Ｓ ストランド
Ｐ ペレット
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融した熱可塑性樹脂からなるストランドの冷却技術に関し、特にストランドを冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランドの冷却技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂をペレット化する際には、溶融した熱可塑性樹脂をダイヘッドから押し出してストランド（細条体）を生成し、このストランドを細断してペレット化する。このように、溶融した熱可塑性樹脂から押出成型されるストランドを冷却する装置として、ストランド冷却装置が使用される。
【０００３】
ストランド冷却装置においては、ストランドを冷却しすぎるとストランドのゴム弾性が失われ、ヒゲ状物が発生したり、ストランドが案内溝から外れたりする不都合が生じる。一方、ストランドの冷却が足りないと、ストランド同士が融着を起こしたり、ストランドの裁断時に裁断機の刃にストランドが付着してトラブルを生じる。従って、ストランド冷却装置においては、ストランドの温度管理は極めて重要な技術課題である。
【０００４】
従来のストランド冷却装置としては、特許文献１〜３に、ストランドの案内溝の溝底部の複数箇所に測温抵抗、熱電対、サーミスタ等の温度センサを設け、温度を検出し、検出温度によって冷却液の流量又は冷却液の温度を制御するストランド冷却装置が記載されている。
【０００５】
また、特許文献４には、ストランドの案内溝上端のシュート板の上面近傍及びストランドの案内溝下端の裁断機直前の案内溝の上面近傍に温度検出手段を設けたストランド冷却装置が記載されている。
【０００６】
更に、特許文献５には、ストランドの案内溝上端のストランドガイド板の上部に放射温度計を設けて、ストランドの温度を監視するストランド冷却装置が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７３６７３２号公報
【特許文献２】
実用新案登録第３０３８０８１号公報
【特許文献３】
実用新案登録第３０６２０４０号公報
【特許文献４】
特開平１１−３００７３８号公報
【特許文献５】
特開平７−２３２３２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実際のストランドの性状は、温度に対して極めて敏感である。すなわち、例えば、ストランドの冷却速度が僅かに遅いとストランド内に熱可塑性樹脂の結晶が生じて白濁し、ストランドの品質が低下する。また、裁断機手前において、ストランド表面はガラス転移温度以下に冷却されていても、ストランド内部は溶融状態にある場合もある。逆に、ストランドの冷却速度が僅かに速いと、ストランド表面が早期に固化し、内部が除冷されてストランド内部に気泡が生じる場合がある。また、ストランドの収縮により、ストランドが案内溝に沿って滑らかに移送されず、案内溝から飛び出す、いわゆる「暴れ」現象が生じる場合もある。このように、ストランドの温度管理は高い精度が要求される。特に、近年は、プラスチック製品の高品質化の要求に伴い、プラスチックペレットにも高い品質や均質性が求められるようになってきており、ストランドの温度管理もより厳しく要求されてきている。
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１〜５に記載のストランド冷却装置は、大まかなストランドの温度管理はできるものの、その温度管理の精度に限界がある。
【００１０】
特許文献１〜３に記載のストランド冷却装置では、ストランドの案内溝の底部に温度センサを設けて温度検出を行っている。この場合、検出される温度は、ストランドを冷却する冷却液の温度に近く、ストランドの温度を直接検出することはできない。従って、ストランドの温度制御の精度には限界がある。
【００１１】
特許文献４記載のストランド冷却装置では、ダイヘッドからストランドが吐出された直後の温度と、ストランドが裁断機に入る手前のストランド近傍の雰囲気温度を検出している。これは、主としてストランドの流動が滞り堆積するといった異常の発生を検知することを目的としており、ストランドの温度を直接検出するものではない。
【００１２】
特許文献５に記載のストランド冷却装置では、ストランドガイド板の上方から、放射温度計によりストランドの温度を検出するものであるが、これは、ストランド同士が融着を起こす等の異常を検出するためのものであり、ストランドの精密な温度管理は行うことができない。
【００１３】
従って、従来は、結局、最終的なストランドの微妙な温度管理は、作業者が、経験と勘にたよって、冷却液の流量を調節し、又は冷却液の温度を調節することにより行わざるを得ないのが実情であった。
【００１４】
そこで、本発明の解決すべき課題は、ストランドを冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するとともに、ストランドの冷却温度及び冷却速度の制御を精密に行うことが可能なストランド冷却技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るストランド冷却装置は、ダイヘッドから押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂からなるストランドを、冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランド冷却装置において、前記ストランドの流線に沿った少なくとも３つの離隔した点において、前記ストランドの表面温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出するストランドの表面温度に基づき前記冷却液の流量又は前記冷却液の温度を制御することで、冷却後のストランドの温度を制御する温度制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成により、温度検出手段がストランドの表面温度を直接検出し、その表面温度に基づき、温度制御手段が冷却液の流量又は冷却液の温度を制御するため、ストランドの温度制御を精度よく行うことが可能となる。
【００１７】
また、ストランドの流線方向に沿った少なくとも３箇所においてストランドの表面温度を検出することで、ストランドの流線方向に沿ったストランドの温度変化の勾配、すなわち冷却速度を検出することができる。従って、ストランドの流線に沿った各点の温度変化（冷却速度）を精度よく予測することができるため、温度制御手段により冷却速度の精密な制御が可能となる。
【００１８】
尚、ここで冷却液には、一般に、水や有機溶媒等が使用される。
【００１９】
また、本発明においては、前記温度制御手段は、ストランドの径、前記熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び前記温度検出手段の検出するストランドの表面温度からストランドの内部温度を推定する内部温度推定手段と、前記ストランドの内部温度に基づき前記冷却液の流量を調節する流量調節手段、又は前記ストランドの内部温度に基づき前記冷却液の温度を調節する温度調節手段とを具備する構成とすることができる。
【００２０】
ストランドを構成する熱可塑性樹脂の種類によって、熱伝導率が異なるため、ストランドの表面温度の検出のみではストランドの過冷又は冷却不足が生じ得る。しかし、内部温度推定手段により、ストランドの表面温度の実測値及び熱可塑性樹脂の熱伝導率からストランドの内部温度を推定することで、ストランド冷却装置で冷却されるストランドの品質をより正確に管理することが可能となる。
【００２１】
また、本発明においては、前記案内溝の溝底面を、１つ以上の段差を有する傾斜面状に形成するとともに、前記溝底面の段差付近の下流側においてストランドに気体を吹き付ける第１の気体噴射手段と、前記第１の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側のストランドの表面温度を非接触で検出する温度センサとを具備する構成とすることができる。
【００２２】
これにより、溝底面の段差部分においては、ストランドは段差に追従せずに、滑らかな曲線を描いて案内溝の下流方向に流下する。一方、冷却液は、液体であるため、溝底面の段差部分で滝状に段差下方に流れ落ちる。更に、第１の気体噴射手段が、ストランドを伝わって流下しようとする冷却液を段差の下部に吹き落とすため、第１の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側においては、ストランドが空気中に露出する。温度センサは、この露出したストランドの表面温度を検出する。従って、冷却液の影響を受けることなく、ストランドの表面温度を精度よく検出することが可能となる。
【００２３】
ここで、ストランドに吹き付ける「気体」としては、空気（エア）、窒素ガス、不活性ガス等の気体が使用される。尚、気体がストランドと反応せず安定であるという点からは、窒素ガスや不活性ガスを使用することが好ましい。但し、ストランドと気体との反応が問題とされない場合には、経済性の点から、空気（エア）を用いるのが好ましい。
【００２４】
また、本発明においては、前記案内溝の溝底面に設けられ、多数の孔が形成された冷却液排出部と、前記冷却液排出部の上方から前記ストランドに気体を吹き付ける第２の気体噴射手段と、前記第２の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側のストランドの表面温度を非接触で検出する温度センサとを具備する構成とすることができる。
【００２５】
この構成により、冷却液排出部においては、ストランドは溝底面に沿って案内溝の下流方向に流下する。一方、冷却液は、液体であるため、冷却液排出部に形成された多数の孔から下方へ排出される。更に、第２の気体噴射手段が、ストランドを伝わって流下しようとする冷却液を冷却液排出部の孔に吹き落とすため、第２の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分よりも下流側においては、ストランドが空気中に露出する。温度センサは、この露出したストランドの表面温度を検出する。従って、冷却液の影響を受けることなく、ストランドの表面温度を精度よく検出することが可能となる。
【００２６】
ここで、冷却液排出部としては、多数の開口が穿孔されたパンチングメタルや、格子網等が使用される。
【００２７】
本発明に係るストランド冷却方法は、ダイヘッドから押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂からなるストランドを、冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランド冷却方法において、ストランドの流線に沿った少なくとも３箇所において、ストランドの表面温度を検出し、ストランドの径、前記熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び検出されたストランドの表面温度からストランドの内部温度を推定し、前記ストランドの内部温度に基づき、前記冷却液の流量又は前記冷却液の温度を制御することにより、冷却後のストランドの温度を制御することを特徴とする。
【００２８】
このように、ストランドの流線方向に沿った３点以上の位置におけるストランドの表面温度からストランド内部温度を推定して冷却液の流量又は温度を制御することで、上述したように、ストランドの品質を正確に管理することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は本実施形態に係るストランド冷却装置の構成図、図２は案内溝の上流側端部付近の斜視図、図３は案内溝の下流側端部付近の斜視図である。
【００３１】
図１〜３において、本実施形態のストランド冷却装置１は、溶融状態の熱可塑性樹脂を押し出してストランドＳを形成するダイヘッド２、ダイヘッド２の下部に設けられたシュート板３、シュート板３の下流側に傾斜して設けられた案内溝４を有する。
【００３２】
ダイヘッド２は、溶融状態の熱可塑性樹脂を、一列に配列された小孔から押し出すことにより、複数本の溶融状態のストランドＳを形成する。シュート板３は、ダイヘッド２から押し出された溶融状態のストランドＳを受け、案内溝４の方向へ誘導する。案内溝４の上流側端部付近は、段差Ａが形成されている。段差Ａの上部は段差上部板４ａが傾斜状に配設されており、段差上部板４ａの上面にはストランドＳが通る複数の軌道調整溝４ｂが形成されている。この軌道調整溝４ｂは、一列に配列された複数本の溶融状態のストランドＳ同士が、互いに融着することがないように、ストランドＳ同士を適当な間隔となるように調整する。案内溝４の下流側端部付近には、多数の打抜孔が形成された冷却液排出部４ｃが形成されている。この冷却液排出部４ｃの溝底面は、パンチングメタル（打抜金網）からなる液切板４ｄによって構成されている。
【００３３】
案内溝４の下流側には、案内溝４で冷却されたストランドＳをペレット（チップ）Ｐに裁断する裁断機１０が設けられている。この裁断機１０は、案内溝４を移送されるストランドＳを引っ張り下げるニップロール装置５、並びにニップロール装置５により引っ張り下げられたストランドＳをペレットＰに裁断する固定刃６ａ及び回転刃６ｂから構成されている。また、ニップロール装置５は、アッパーロール５ａとフィードロール５ｂとからなり、この２つのロール間にストランドＳを挟んで、ストランドＳを引っ張り下げる。裁断機１０で生成されたペレットＰは、搬出シュート７へ搬出され、ペレットＰと冷却液が分離される。
【００３４】
シュート板３の上流側には、冷却液供給ノズル８が設けられており、また、案内溝４の上部には、冷却液散布管９が設けられている。冷却液散布管９は、案内溝４に沿って、複数の箇所から、案内溝４の溝底部にあるストランドＳに冷却水を噴射散布する。また、ニップロール装置５の下部には、コンベヤ液供給ノズル１１が設けられておる。このコンベヤ液供給ノズル１１からは、裁断機１０で生成されたペレットＰを搬出シュート７へ搬送するためのコンベヤ液（冷却液と兼用される。）が供給される。
【００３５】
冷却液は冷却液供給タンク１２に貯留されている。循環ポンプ１３は、冷却液供給タンク１２から冷却液を汲み上げて、熱交換器１４に送る。熱交換器で冷却された冷却液は、分岐管１５で分岐され、それぞれ、冷却液供給ノズル８、冷却液散布管９、及びコンベヤ液供給ノズル１１へ送られる。なお、冷却液供給ノズル８、冷却液散布管９、及びコンベヤ液供給ノズル１１へ送られる冷却液の流量は、それぞれ、流量調節弁１６，１７，１８により調節される。
【００３６】
また、熱交換器１４は、冷却液と冷媒との熱交換を行って冷却液を降温させるものであるが、流量調節弁１９によって冷媒の流量を調節することにより、熱交換器１４から流出する冷却液の液温を調節することが可能とされている。
【００３７】
案内溝４の上流側の段差Ａ付近の下流側には、ストランドＳにエアを吹き付ける気体噴射手段２０が設けられている。また、冷却液排出部４ｃの上方には、ストランドＳにエアを吹き付ける気体噴射手段２１が設けられている。これらの気体噴射手段２０，２１には、送風機２５から加圧されたエアが供給される。
【００３８】
また、気体噴射手段２０，２１によりエアが吹き付けられる部分近傍の下流側には、ストランドＳの表面温度を非接触で検出する温度センサ２２，２３がそれぞれ設けられている。更に、ダイヘッド２の下部から押し出される溶融状態のストランドＳの表面温度を非接触で検出する温度センサ２４が設けられている。尚、温度センサ２２，２３，２４には、例えば、赤外線温度センサなどの非接触型温度センサが使用される。
【００３９】
これらの温度センサ２２，２３，２４により検出されたストランドＳの表面温度の検出値は、電気信号として制御部２６に送信される。制御部２６は、各温度センサ２２，２３，２４から送信されるストランドＳの温度検出値の値に基づき、流量調節弁１６，１７，１８の開度を制御して、冷却液の流量制御を行い、又は、流量調節弁１９の開度を制御して冷却液の温度を制御する。
【００４０】
以上のように構成された本実施形態に係るストランド冷却装置において、以下そのストランド冷却方法の説明をする。
【００４１】
運転開始時においては、まず、制御部２６は、循環ポンプ１３を起動して冷却液を冷却液供給ノズル８、冷却液散布管９、及びコンベヤ液供給ノズル１１へ供給する。この状態で、ダイヘッド２から、溶融状態のストランドＳが押し出される。このとき、ダイヘッド２から押し出された直後のストランドＳの温度、すなわち、冷却液により冷却される前のストランドＳの温度は、温度センサ２４により検出されて、制御部２６に送信される。
【００４２】
ダイヘッド２から押し出されたストランドＳは、冷却液の流れにより、シュート板３から案内溝４を通って、裁断機１０に冷却されながら搬送される。そして、ストランドＳは裁断機１０の先端はニップロール装置５に達して、下流側に引っ張られる。ニップロール装置５を通過したストランドＳは、固定刃６ａ及び回転刃６ｂによりペレットＰに裁断される。ペレットＰは、コンベヤ液供給ノズル１１から供給される冷却液によって、搬出シュート７に搬出される。搬出シュート７では、ペレットＰと冷却液とが分離され、冷却液は、再び冷却液供給タンク１２に戻される。このとき同時に、気体噴射手段２０，２１には、送風機２５から加圧されたエアが供給される。そして、気体噴射手段２０，２１より、ストランドにエアが噴射される。
【００４３】
案内溝４の上流側端部の段差Ａにおいては、段差上部板４ａに達したストランドＳは、冷却液によって表面が冷却され、或る程度のゴム弾性を有する弾性体である。従って、段差上部板４ａを通過するストランドＳは、段差Ａに追随して折れ曲がることはなく、緩やかな曲線を描いて段差Ａの下部の案内溝の溝底部に達する。一方、冷却液は、液体であるため、段差Ａにおいては大部分は、滝のように段差の下部に流れ落ちる。但し、一部の冷却液は、ストランドＳを伝って流れようとする。しかしながら、気体噴射手段２０により、ストランドＳの表面にはエアが吹き付けられるため、ストランドＳを伝って流れる冷却液は、ストランドＳから吹き落とされる。従って、気体噴射手段２０の下流側の短い区間においては、ストランドＳが空気中に露出する。温度センサ２２はこのストランドＳが露出した部分において、ストランドＳの表面温度を検出する。このため、温度センサ２２は、冷却液に影響されることなくストランドＳの表面温度を精度よく検出することができる。
【００４４】
更に、案内溝４の下流側端部付近においては、冷却液排出部４ａに達したストランドＳは、液切板４ｄの上面を通過してニップロール装置５に搬送される。一方、ストランドＳと共に案内溝４を流下した冷却液の大部分は、液切板４ｄの打抜孔から液切板４ｄの下部に流れ落ちる。しかし、冷却液の一部は、ストランドＳを伝って流れようとする。しかしながら、気体噴射手段２１により、ストランドＳの表面にはエアが吹き付けられるため、ストランドＳを伝って流れる冷却液は、ストランドＳから液切板４ｄの下方に吹き落とされる。従って、気体噴射手段２１の下流側からニップロール装置５までの区間においては、ストランドＳが空気中に露出する。温度センサ２３はこのストランドＳが露出した部分において、ストランドＳの表面温度を検出する。このため、温度センサ２３は、冷却液に影響されることなくストランドＳの表面温度を精度よく検出することができる。
【００４５】
以上のようにして温度センサ２２，２３により検出されたストランドＳの表面温度は、電気信号として制御部２６に送信される。
【００４６】
制御部２６は、温度センサ２４，２２，２３から送信されたストランドＳの表面温度の値に基づいて、ストランドの中心温度を推定する。ストランドＳの中心温度の推定は、例えば以下のようにして行われる。
【００４７】
まず、ストランドの表面温度は、検出された３点におけるストランドの表面温度の値を補間又は補外して求められる。実際には、補間又は補外曲線は、理論計算により求めることも可能であるが、ストランド冷却装置に合わせて、予め実験式を用意しておくことが好ましい。
【００４８】
次に、このようにして得られたストランド表面温度の変化曲線から、ストランドの内部温度を推定する。この内部温度の推定のためには、熱伝導モデルを用いる。最も単純なモデルとして、ストランド内の熱伝導率は一様であり、ストランドの流線方向への熱伝導は無視することができる（すなわち、ストランドの半径方向への熱伝導のみを考える。）と仮定すれば、ストランド内部の熱伝導は、以下の（数１）で表される。
【数１】
【００４９】
一方、伝熱量ｑの境界条件として、ストランド表面と大気又は冷却液間の伝熱量ｑｗ〔Ｗ／ｍ２〕は、次の（数２）で表される。
【数２】
【００５０】
以上の条件の下で、上記（数１）を数値積分により解けば、各時刻におけるストランドの内部温度を求めることができる。尚、ストランドを構成する熱可塑性樹脂の相転移時における潜熱は、内部温度の変化に大きく影響を与えるため、計算にあたってはこれを考慮する必要がある。
【００５１】
図４は温度センサの検出値から補間及び補外されたストランドの表面温度及び推定されたストランド中心部の温度の変化の一例を示した図である。熱可塑性樹脂としてはナイロンを使用した。尚、図４の実験例において使用したストランド冷却装置は、図１の構成とは一部異なり、ストランドＳが冷却液排出部４ｃを通過してからニップロール装置５に到達するまでの区間においても、所定の長さの冷却区間を設けてある。
【００５２】
図４において、横軸はストランドＳがダイヘッド２から押し出されてから経過した時間（すなわち、ストランドＳが移送された距離に比例）、縦軸は温度を表す。また、Ｔ１はストランドＳの表面温度、Ｔ２はストランドＳの中心温度を表す。点ｘ１は、温度センサ２４が検出する温度、点ｘ２は温度センサ２２が検出する温度、点ｘ３は温度センサ２３が検出する温度である。また、時刻ｔｃは、ストランドＳは裁断機１０により裁断される時点を表している。
【００５３】
ダイヘッド２から押し出されたストランドＳは、冷却液により冷却され、表面温度Ｔ１は早期に降温するが、ストランドＳの中心温度はなかなか降温せず、或る時間までは溶融状態に近い状態を保つ。そして、一定の時間が経過すると、ストランドＳの中心温度は急速に下降し始める。従って、ストランドＳの中心温度が急速な下降を始める前にストランドＳを裁断すると、ペレット同士が融着を起こしたり、裁断機１０の固定刃６ａや回転刃６ｂに熱可塑性樹脂が付着して切断できなくなる等のトラブルが発生する。また、逆に、ストランドの冷却速度が速すぎると、例えば、ポリカーボネートのような樹脂では、熱収縮の影響によりストランド内部に気泡が生じたり、ストランドがいわゆる「暴れ」現象をおこしたりする。
【００５４】
そこで、制御部２６は、ストランドＳが裁断機１０により裁断される時点におけるストランドＳの中心温度Ｔ２（ｔｃ）を推定し、このＴ２（ｔｃ）の値が目標値Ｔｆに達するように流量調節弁１６，１７，１８，１９の開度を制御する。
【００５５】
すなわち、ストランドＳの中心温度Ｔ２（ｔｃ）が目標値Ｔｆよりも高い場合には、流量調節弁１６，１７，１８の開度を大きくし、冷却液の流量を増加させるか、又は、流量調節弁１９の開度を大きくし、冷却液の温度を下げる。逆に、ストランドＳの中心温度Ｔ２（ｔｃ）が目標値Ｔｆよりも低い場合には、流量調節弁１６，１７，１８の開度を小さくし、冷却液の流量を減少させるか、又は、流量調節弁１９の開度を小さくし、冷却液の温度を上げる。尚、制御部２６による温度制御の方式としては、一般に広く用いられているＰ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等の方式を用いることができる。
【００５６】
このように、裁断機１０による裁断直前のストランドＳの中心温度を制御することによって、ストランドＳの温度管理を極めて精密に行うことが可能となり、高品質の熱可塑性樹脂ストランド及び熱可塑性樹脂ペレットを得ることが可能となる。また、従来、作業者が経験的に行っていた微妙な冷却水の流量及び温度の管理を、自動化することも可能となる。
【００５７】
また、裁断直前のストランドＳの中心温度を管理することで、同時に、ストランドＳの冷却速度も管理することができるが、より厳密な冷却速度の管理が要求される場合には、冷却液散布管９を複数の区間ごとに分けて、各区間ごとに冷却液の流量制御を行うようにしてもよい。
【００５８】
尚、本実施形態においては、ストランド冷却装置を、ストランドを裁断してペレット化する装置に応用した例について説明したが、本発明のストランド冷却装置は、熱可塑性樹脂の繊維、光ファイバー等の製造にも応用することが可能である。
【００５９】
また、本実施形態においては、ストランドの表面温度の検出は３点で行うこととしたが、本発明はこれに限るものではなく、ストランドの流線に沿った４点以上の位置においてストランドの表面温度を検出するように構成してもよい。検出点の数は多いほど、ストランドの中心温度の推定精度が向上し、より精密な温度管理が可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、冷却されるストランドの温度及び冷却速度の制御を精度よく行うことができるため、従来、作業者が経験的に行っていた冷却液の温度管理を、自動的に行うことが可能となる。また、冷却により製造されるストランドの品質を常に一定のものとすることが可能となる。更に、ストランド内部の結晶の発生の抑制及び気泡生成の抑制ができるため、高品質のプラスチック原料の製造が可能となる。
【００６１】
また、温度変動によるストランドの不良の発生が抑えられ、製品歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るストランド冷却装置の構成図である。
【図２】案内溝の上流側端部付近の斜視図である。
【図３】案内溝の下流側端部付近の斜視図である。
【図４】温度センサの検出値から補間されたストランドの表面温度及び推定されたストランド中心部の温度の変化の一例を示した図である。
【符号の説明】
１ ストランド冷却装置
２ ダイヘッド
３ シュート板
４ 案内溝
４ａ 段差上部板
４ｂ 軌道調整溝
４ｃ 冷却液排出部
４ｄ 液切板
５ ニップロール装置
５ａ アッパーロール
５ｂ フィードロール
６ａ 固定刃
６ｂ 回転刃
８ 冷却液供給ノズル
９ 冷却液散布管
１０ 裁断機
１１ コンベヤ液供給ノズル
１２ 冷却液供給タンク
１３ 循環ポンプ
１４ 熱交換器
１５ 分岐管
１６，１７，１８，１９ 流量調節弁
２０，２１ 気体噴射手段
２２，２３，２４ 温度センサ
２５ 送風機
２６ 制御部
Ａ 段差
Ｓ ストランド
Ｐ ペレット
Claims (5)
- ダイヘッドから押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂からなるストランドを、冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランド冷却装置において、
前記ストランドの流線に沿った少なくとも３つの離隔した点において、前記ストランドの表面温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出するストランドの表面温度に基づき前記冷却液の流量又は前記冷却液の温度を制御することで、冷却後のストランドの温度を制御する温度制御手段と、
を備えていることを特徴とするストランド冷却装置。 - 前記温度制御手段は、ストランドの径、前記熱可塑性樹脂の熱伝導率、前記温度検出手段の検出するストランドの表面温度からストランドの内部温度を推定する内部温度推定手段と、
前記ストランドの内部温度に基づき前記冷却液の流量を調節する流量調節手段、又は前記ストランドの内部温度に基づき前記冷却液の温度を調節する温度調節手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載のストランド冷却装置。 - 前記案内溝の溝底面は、１つ以上の段差を有する傾斜面状に形成されており、
前記溝底面の段差付近の下流側においてストランドに気体を吹き付ける第１の気体噴射手段と、
前記第１の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側のストランドの表面温度を非接触で検出する温度センサと、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のストランド冷却装置。 - 前記案内溝の溝底面に設けられ、多数の孔が形成された冷却液排出部と、
前記冷却液排出部の上方から前記ストランドに気体を吹き付ける第２の気体噴射手段と、
前記第２の気体噴射手段により気体が吹き付けられる部分近傍の下流側のストランドの表面温度を非接触で検出する温度センサと、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のストランド冷却装置。 - ダイヘッドから押し出された溶融状態の熱可塑性樹脂からなるストランドを、冷却液とともに案内溝を流下させながら冷却するストランド冷却方法において、
ストランドの流線に沿った少なくとも３箇所において、ストランドの表面温度を検出し、
ストランドの径、前記熱可塑性樹脂の熱伝導率、及び検出されたストランドの表面温度からストランドの内部温度を推定し、
前記ストランドの内部温度に基づき、前記冷却液の流量又は前記冷却液の温度を制御することにより、冷却後のストランドの温度を制御すること
を特徴とするストランド冷却方法。
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