JP2016175370A - 水中カット造粒装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ダイスの出側面に対するカッター刃の接触圧を一定とし、カッター刃の長寿命化及び樹脂ペレットの品質向上を得ることである。【解決手段】本発明による水中カット造粒装置及び方法は、カッター刃(2)又はカッターホルダ(4)又は回転軸(5)に設けた応力センサ(3又は3a又は3b又は3c)によって、カッター刃(2)の歪 (3a)又はダイス(1)に対するカッター刃(2)の接触圧(2aA)を用いて、ダイス(1)に対するカッター刃(2)を一定圧で接触させるようにした構成と方法である。【選択図】図１

Description

本発明は、水中カット造粒装置及び方法に関し、特に、カッター刃又はカッターホルダ又は回転軸に設けられた応力センサを用いて、カッター刃をダイスに対して一定圧で接触させるための新規な改良に関する。

一般に、樹脂ペレットを造粒する水中カット造粒装置では、カッター刃がダイスに押付けられた状態で回転運動し、ダイスから押し出される樹脂を連続的に切断する。従って、前記カッター刃とダイスとの位置関係を水中カット造粒中は一定に維持することが求められ、カッター刃の回転軸の前進圧力及び後進圧力のバランスによって制御されている。

前述の水中カット造粒装置としては、多くの装置が提案されているが、例えば、特許文献１〜３等の構成を挙げることができる。
すなわち、特許文献１の「プラスチック水中カッティング装置におけるカッター刃押付け圧力曲線の作成方法」においては、図示していないが、カッター刃の回転数に応じて変化する前方方向への推力を、生産運転前に基準となる圧力曲線を作成することで適正に制御し、良好なカッティングを得る方法が開示されている。

また、特許文献２の「プラスチック水中カッティング装置におけるカッター刃押付け圧力の補正方法」においては、カッター刃の摩耗量を位置センサによって検知し、基準摩耗量と比較、摺動抵抗力の予測を行うことで押付け圧力の補正を行う方法が開示されている。
また、特許文献３の「水中カット造粒装置」においては、カッター刃の回転数・樹脂圧から回転数による押付け力変化、生産条件による樹脂圧変化を検知し、押付け力の自動調整によって最適化する方法が開示されている。

特開２００６−２４０２４２号公報 特開２００５−５９４１１号公報 特開平６−２１８７２７号公報

従来の水中カット造粒装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、回転数や樹脂圧といったカッター刃とダイスの相対位置関係からは間接的な値で判断されているため、実際の位置関係を知ることはできない。また、位置センサによって摩耗量を検知する方法では、異常を検知できるまで過剰な、または、不足した押圧を与えることになるなどの問題があった。

本発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、特に、応力センサによりカッター刃又はカッターホルダ又は回転軸の応力から過不足ない押圧を与える水中カット造粒装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明による水中カット造粒装置は、ダイスのノズルから押し出された溶融樹脂を水中で切断するために回転軸を中心に回転するカッターホルダに設けられたカッター刃と、前記回転軸の軸方向に前記回転軸を支持しつつ前後進可能なスリーブと、前記スリーブを前記回転軸の軸方向に前後進させるための移動装置と、前記移動装置を制御するための制御回路と、前記カッター刃又は前記カッターホルダ又は前記カッターホルダに設けられた弾性部材又は前記回転軸に設けられた応力センサと、を備え、前記ダイスに対する前記カッター刃の押圧を前記応力センサで計測可能としたことにより、前記カッター刃を前記ダイスに対して一定圧で接触させる構成であり、また、前記移動装置は、前進圧力調整弁及び後進圧力調整弁を有している構成であり、また、前記回転軸内にその軸方向に沿って形成された穴と、前記回転軸の端部に設けられた無線機と、前記応力センサと前記無線機を接続するため前記穴内に設けられたセンサ配線と、を備え、前記無線機と前記制御回路とは無線接続されている構成であり、また、本発明による水中カット造粒方法は、ダイスのノズルから押し出された溶融樹脂を水中で切断するために回転軸を中心に回転するカッターホルダに設けられたカッター刃と、前記回転軸の軸方向に前記回転軸を支持しつつ前後進可能なスリーブと、前記スリーブを前記回転軸の軸方向に前後進させるための移動装置と、前記移動装置を制御するための制御回路と、前記カッター刃又は前記カッターホルダ又は前記カッターホルダに設けられた弾性部材又は前記回転軸に設けられた応力センサと、を用い、前記ダイスに対する前記カッター刃の押圧を前記応力センサで計測可能としたことにより、前記カッター刃を前記ダイスに対して一定圧で接触させる方法であり、また、前記移動装置は、前進圧力調整弁及び後進圧力調整弁を有している方法であり、また、前記回転軸内にその軸方向に沿って形成された穴と、前記回転軸の端部に設けられた無線機と、前記応力センサと前記無線機を接続するため前記穴内に設けられたセンサ配線と、を備え、前記無線機と前記制御回路とは無線接続されている方法である。

本発明による水中カット造粒装置及び方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、ダイスのノズルから押し出された溶融樹脂を水中で切断するために回転軸を中心に回転するカッターホルダに設けられたカッター刃と、前記回転軸の軸方向に前記回転軸を支持しつつ前後進可能なスリーブと、前記スリーブを前記回転軸の軸方向に前後進させるための移動装置と、前記移動装置を制御するための制御回路と、前記カッター刃又は前記カッターホルダ又は前記カッターホルダに設けられた弾性部材又は前記回転軸に設けられた応力センサと、を備え、前記ダイスに対する前記カッター刃の押圧を前記応力センサで計測可能としたことにより、前記カッター刃を前記ダイスに対して一定圧で接触させることにより、カッター刃に作用する応力を計測することができ、この計測値に基づいて押圧制御にフィードバックし、過不足のないカッター刃押圧を与えることができ、カッター刃の摩耗量の低減、生産品の不良率を下げ、高品質の樹脂ペレットを得ることができる。
また、前記移動装置は、前進圧力調整弁及び後進圧力調整弁を有していることにより、回転軸を介してカッター刃の前進及び後進を円滑に行うことができる。
また、前記回転軸内にその軸方向に沿って形成された穴と、前記回転軸の端部に設けられた無線機と、前記応力センサと前記無線機を接続するため前記穴内に設けられたセンサ配線と、を備え、前記無線機と前記制御回路とは無線接続されていることにより、応力センサからのセンサ配線を水中カット造粒装置の動作にとって障害とならない状態で配設することができ、さらに、応力センサの計測信号を回転軸に設けられた無線機を介して制御回路に送信することができる。

本発明による水中造粒装置及び方法を示す断面構成図である。 図１のカッター刃の斜視図である。 図１のカッター部の断面図である。 図１の応力センサを示す拡大図である。 図１のカッター刃の押圧制御のブロック図である。 図２の他側を示すブロック図である。 図２の他側を示すブロック図である。

本発明は、カッター刃又はカッターホルダ又は前記カッターホルダに設けられた弾性部材又は回転軸に応力センサを取付け、この応力センサによってカッター刃又はカッターホルダのセンサ出力からカッター刃のダイスへの押付け状態を検知し、この検知情報を用いてカッター刃の押圧制御にフィードバックすることにより、過不足のないカッター刃の押圧をダイスに与えるようにすることである。

以下、図面と共に本発明による水中カット造粒装置及び方法の好適な実施の形態について説明する。
図１において、符号１で示されるものは、押出機２の先端に設けられノズル１２を有するダイスであり、このダイス１の出側１ａには、カッターホルダ４に設けられたカッター刃２が回転軸５によって回転自在に配設され、この回転軸５はカップリング１０を介してモータ１１に接続されている。

前記回転軸５は、前記ダイス１の出側１ａに設けられたハウジング８内のスリーブ１３において回転自在に保持されており、このハウジング８の循環箱９内には前記カッターホルダ４及びカッター刃２が配設されている。
前記循環箱９内には、図示しない冷却装置によって冷却された冷却水Ｗが入口９ａから出口９ｂに向けて循環供給されるように構成されている。

前記ハウジング８の内側には、前記回転軸５を回転自在に保持すると共に、この回転軸５を前進及び後進の移動動作を可能とする周知（例えば、特開２００５−５９４１１号公報の図４に同様構造が開示されている）の前記スリーブ１３が設けられており、このスリーブ１３とハウジング８との間に第１、第２圧力供給部１４Ａ，１４Ｂが設けられ、各圧力供給部１４Ａ，１４Ｂへの圧力供給による前記スリーブ１３の前後進によって前記回転軸５が前後進できると共に、前記カッター刃２の前記ダイス１の出側１ａの出側面１Ａに対する接触圧を変えることができるように構成されている。

前記第１圧力供給部１４Ａには前進圧力調整弁１４ａが接続され、前記第２圧力供給部１４Ｂには後進圧力調整弁１４ｂが接続され、前記各圧力調整弁１４ａ，１４ｂは、カッター刃２と回転軸５とスリーブ１３を前後進させるための移動装置３０を形成し、かつ、その弁の開弁度を制御するための制御回路７に接続されている。
図１から図４のように、前記カッター刃２（又は前記カッターホルダ４又は前記カッターホルダ４に設けられた弾性部材４１又は前記回転軸５）の外面には歪み計等からなる応力センサ３又は３ａ又は３ｂ又は３ｃが設けられ、この応力センサ３、３ａ、３ｂ、３ｃの何れか又は複数又は全てによって前記ダイス１の出側面１Ａに対する前記カッター刃２の押圧を検知することができるように構成されている。

前記応力センサ３、又は３ａ又は３ｂに接続されたセンサ配線３Ａは、前記カッターホルダ４内を経て前記回転軸５内に軸方向Ａに沿って形成された穴５Ａ内に配設されている。尚、前記応力センサ３ｃのセンサ配線３Ａは穴ＳＡ内を経て前記無線機６に接続されている。
前記回転軸５の端部５Ｂの外周には、小型の無線機６が回転軸５と供回りするように設けられ、前記センサ配線３Ａの端線３Ｂが周知のスリップリングを介して前記無線機６に接続されている。
前記無線機６からの応力の計測信号であるセンサ出力３Ｃは無線によって制御回路７に送信され、前記各圧力調整弁１４ａ，１４ｂの開弁度の制御を行うことができるように構成されている。

前記応力センサ３、３ａ、３ｂ、３ｃの取付位置は、図１では概略的にしか示されていないが、図２、図３及び図４には図１の取付状態をより詳細に示している。
図２は前記カッターホルダ４に設けられた前記カッター刃２の刃部２Ａの近傍の刃側部２ａ及び背部２ｂに一対の前記応力センサ３が設けられ、この応力センサ３に接続されたセンサ配線３Ａは、前記カッターホルダ４及びこのカッターホルダ４に接続された前記回転軸５の穴５Ａを経て前記無線機６に接続されるように構成されている。

次に、図１のカッターホルダ４に設けられた前記応力センサ３ａは、具体的には図３に示されるように、カッターホルダ４の回転軸５の先端に設けられたボルト４０によって固定された円盤状の弾性部材４１の薄肉部４１Ａに設けられ、前記弾性部材４１の前面側には盤状のサポート部材４２が取付ねじ４３によって取付けられている。

前記薄肉部４１Ａの全面に設けられた前記各応力センサ３ａは、前記サポート部材４２の内面に形成された凹部４２ａ内に位置し、前記各応力センサ３ａに接続されたセンサ配線３Ａは、前記回転軸５内の穴５Ａを経て前記無線機６に接続されている。

次に、前述の図１の回転軸５に設けられた前記応力センサ３ｂは、詳細に示すと、図４に示される通りである。
すなわち、図４における回転軸５の一部形成された溝部６０又はくびれ部６１に一対の前記応力センサ３ｃが取り付けられ、前記各応力センサ３ｃに接続されたセンサ配線３Ａは、前記回転軸５内に設けられた穴５Ａを介して前記無線機６に接続されている。

前述の構成の場合、前記溝部６０又はくびれ部６１と前記穴５Ａとを連通させるため、前記回転軸５の半径方向Ｒ及び軸方向Ａに対して傾斜する方向に形成された複数の連通穴６０Ａが形成されており、前記各応力センサ３ｂのセンサ配線３Ａは前記連通穴６０Ａを経て前記穴５Ａに案内されている。

次に、前述の構成による水中カット造粒装置２０を用いて、実際に水中カット造粒を行い、樹脂ペレットを造粒する場合について説明する。
まず、前記水中カット造粒装置２０のモータ１１を駆動させて回転軸５を回転させ、回転軸５を前進させてカッター刃２を前記ダイス１の出側面１Ａに所要の押圧で摺接させた状態下で、前記押出機２から溶融樹脂を各ノズル１２を介して循環箱９内にストランドとして押し出すと、回転する前記カッター刃２によってペレット状に切断され、切断された樹脂ペレット(図示せず)は、循環箱９内で冷却水Ｗと共に図示しない樹脂ペレット乾燥装置に送られて乾燥した樹脂ペレットとして製品化される。

前述の場合、前記ダイス１の出側面１Ａに対するカッター刃２の接触圧力である押圧は、過不足のない一定圧であることが、製品品質及びカッター刃２の摩耗防止の観点から望ましいところである。
そこで、前記応力センサ３又は３ａ又は３ｂ又は３ｃから得られた歪等の応力変化の計測信号であるセンサ出力３Ｃは、センサ配線３Ａ及び無線機６を介して制御回路７に入力され、この制御回路７では、このセンサ出力３Ｃに比例した押圧になるように、油圧等の圧力媒体を供給する前記各圧力調整弁１４ａ，１４ｂの開弁度を調整すると、前記回転軸５が前進又は後進となるように制御されることにより、前記カッター刃２の押圧が適時に制御（押圧制御）される。

尚、前述の場合、例えば、前記カッター刃２の歪量におけるカッター刃２とダイス１の出側面１Ａとの接触圧の関係をあらかじめ把握しておき、この接触圧が所定の範囲内になるように前記制御回路７によってカッター刃２の押圧を制御することにより、カッター刃２とダイス１の出側面１Ａとの適正な接触状態を保つことができる。

さらに、前記カッター刃２の回転によって、前記カッター刃２に作用する前方への力と回転数の関係を前もって把握するか、又は、前記関係を計算によって把握して周知の例えばルックアップテーブルに格納しておき、前記カッター刃２に対する押圧制御を行うことができる。

尚、前記水中カット造粒装置２０におけるカッター刃２の歪量から押圧制御までの流れを直線的にその概略を表現すると、図５で示されるように、前記カッター刃２の歪２ａに基づく前記歪センサ３からのセンサ出力３Ｃが前記無線機６を介して前記制御回路７に送られる。
前記制御回路７では、前述の予め設定された前記カッター刃２に作用する前方への力と回転数の前記関係に基づいて前記各圧力調整弁１４ａ，１４ｂの開弁・閉弁を制御することにより、前記スリーブ１３の軸方向Ａに沿う移動が制御され、前記ダイス１の出側面１Ａに対する前記カッター刃２の押圧力（接触圧）が一定となり、良好な樹脂ペレットの生産が行われるように構成されている。

前述の図５では、前記押圧制御を概略的に示したが、実際に前述の押圧制御を具体的に示すと、図６に示されるカッター刃２への接触圧をフィードバックする制御構成となる。
すなわち、図６において、前述のように、カッター刃２の歪量におけるカッター刃２とダイス１の出側面１Ａとの接触圧の関係をあらかじめ把握した接触圧２ａＡからなる指令Ｃｏｍが減算器２１を介して制御回路７に送られると、制御回路７からの制御値７ａが各圧力媒体供給弁１４ａ，１４ｂに送られてスリーブ１３の移動が行われ、カッター刃２のダイス１に対する押圧状態（接触圧）が制御される。

前述の場合、前記カッター刃２に設けられた応力センサ３からの歪２ａは応力センサ３により常時検出され、センサ出力３Ｃとして無線機６を介して歪／接触圧変換機２２に送られ、接触圧２２ａに変換されて前記減算器２１にフィードバックされ、フィードバック制御によってダイス１に対するカッター刃２の接触圧２ａＡが指令Ｃｏｍに沿って最適となるように制御が行われる。

さらに、前述の図５の押圧制御のブロック図を指令Ｃｏｍとして歪２ａを用いてフィードバック制御を行うと、図７のブロック図として示すことができる。すなわち、図６における歪／接触圧変換機２２を用いることなく、応力センサ３からの歪２ａであるセンサ出力３Ｃを無線機６を介して直接減算器２１に入力させて、歪２ａに基づくフィードバック制御を行うことができる。また、図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

前述の本発明における水中カット造粒装置及び方法の要旨をまとめると、次の通りである。
すなわち、ダイス１のノズル１２から押し出された溶融樹脂を水中で切断するために回転軸５を中心に回転するカッターホルダ４に設けられたカッター刃２と、前記回転軸５の軸方向Ａに前記回転軸５を支持しつつ前後進可能なスリーブ１３と、前記スリーブ１３を前記回転軸５の軸方向Ａに前後進させるための移動装置３０と、前記移動装置３０を制御するための制御回路７と、前記カッター刃２又は前記カッターホルダ４又は前記カッターホルダに設けられた弾性部材４１又は回転軸５に設けられた応力センサ３と、を備え、前記ダイス１に対する前記カッター刃２の押圧を前記応力センサ３又は３ａ又は３ｂ又は３ｃで計測可能としたことにより、前記カッター刃２を前記ダイス１に対して一定圧で接触させる構成と方法であり、また、前記移動装置３０は、前進圧力調整弁１４ａ及び後進圧力調整弁１４ｂを有している構成と方法であり、また、前記回転軸５内にその軸方向Ａに沿って形成された穴５Ａと、前記回転軸５の端部に設けられた無線機６と、前記応力センサ３又は３ａ又は３ｂと前記無線機６を接続するため前記穴５Ａ内に設けられたセンサ配線３Ａと、を備え、前記無線機６と前記制御回路７とは無線接続されている構成と方法である。

本発明による水中カット造粒装置及び方法は、カッター刃又はカッターホルダ又はカッターホルダに設けられた弾性部材又は回転軸に設けられた応力センサからのセンサ出力を用いて前進圧力調整弁及び後進圧力調整弁の開弁／閉弁を制御できるため、予め設定された指令に基づくダイスに対するカッター刃の接触圧を一定とし、カッター刃の長寿命化及び樹脂ペレットの品質向上を得ることができる。

１ ダイス
１ａ 出側
１Ａ 出側面
２ カッター刃
２ａ 歪
２ａＡ 接触圧
２ｂ 刃側部
２ｃ 背部
３又は３ａ又は３ｂ又は３ｃ 応力センサ（歪センサ）
３Ｂ 端線
３Ｃ センサ出力（歪出力）
３Ａ センサ配線
４ カッターホルダ
５ 回転軸
５Ａ 穴
６ 無線機
７ 制御回路
８ ハウジング
９ 循環箱
１０ カップリング
１１ モータ
１２ ノズル
１３ スリーブ
１４ａ 前進圧力調整弁
１４ｂ 後進圧力調整弁
２０ 水中カット造粒装置
２１ 減算器
３０ 移動装置
４１ 弾性部材
４１Ａ 薄肉部
６０ 溝部
６０Ａ 連通穴
６１ くびれ部
Ａ 軸方向
Ｗ 冷却水
Ｒ 半径方向

Claims (6)

1. ダイス(1)のノズル(12)から押し出された溶融樹脂を水中で切断するために回転軸(5)を中心に回転するカッターホルダ(4)に設けられたカッター刃(2)と、前記回転軸(5)の軸方向(A)に前記回転軸(5)を支持しつつ前後進可能なスリーブ(13)と、前記スリーブ(13)を前記回転軸(5)の軸方向(A)に前後進させるための移動装置(30)と、前記移動装置(30)を制御するための制御回路(7)と、前記カッター刃(2)又は前記カッターホルダ(4)又は前記カッターホルダ(4)に設けられた弾性部材(41)又は前記回転軸(5)に設けられた応力センサ(3又は3a又は3b又は3c)と、を備え、
   前記ダイス(1)に対する前記カッター刃(2)の押圧を前記応力センサ(3又は3a又は3b又は3c)で計測可能としたことにより、前記カッター刃(2)を前記ダイス(1)に対して一定圧で接触させることを特徴とする水中カット造粒装置。
2. 前記移動装置(30)は、前進圧力調整弁(14a)及び後進圧力調整弁(14b)を有していることを特徴とする請求項１記載の水中カット造粒装置。
3. 前記回転軸(5)内にその軸方向(A)に沿って形成された穴(5A)と、前記回転軸(5)の端部に設けられた無線機(6)と、前記応力センサ(３又は3a又は3b)と前記無線機(6)を接続するため前記穴(5A)内に設けられたセンサ配線(3A)と、を備え、前記無線機(6)と前記制御回路(7)とは無線接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水中カット造粒装置。
4. ダイス(1)のノズル(12)から押し出された溶融樹脂を水中で切断するために回転軸(5)を中心に回転するカッターホルダ(4)に設けられたカッター刃(2)と、前記回転軸(5)の軸方向(A)に前記回転軸(5)を支持しつつ前後進可能なスリーブ(13)と、前記スリーブ(13)を前記回転軸(5)の軸方向(A)に前後進させるための移動装置(30)と、前記移動装置(30)を制御するための制御回路(7)と、前記カッター刃(2)又は前記カッターホルダ(4)又は前記カッターホルダ(4)に設けられた弾性部材(41)又は前記回転軸(5)に設けられた応力センサ(3又は3a又は3b、3c)と、を用い、
   前記ダイス(1)に対する前記カッター刃(2)の押圧を前記応力センサ(3又は3a又は3b)で計測可能としたことにより、前記カッター刃(2)を前記ダイス(1)に対して一定圧で接触させることを特徴とする水中カット造粒方法。
5. 前記移動装置(30)は、前進圧力調整弁(14a)及び後進圧力調整弁(14b)を有していることを特徴とする請求項４記載の水中カット造粒方法。
6. 前記回転軸(5)内にその軸方向(A)に沿って形成された穴(5A)と、前記回転軸(5)の端部に設けられた無線機(6)と、前記応力センサ(3、3a、3b)と前記無線機(6)を接続するため前記穴(5A)内に設けられたセンサ配線(3A)と、を備え、前記無線機(6)と前記制御回路(7)とは無線接続されていることを特徴とする請求項４又は５記載の水中カット造粒方法。

Images