JP3751014B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、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関し、特に、カッター刃の位置を検出して、カッター刃の押付け力の制御を行い、カッター刃の長寿命化等を行うことに関する。

一般に、プラスチックス原料を溶融混練し、ペレット化する大容量の造粒方法として、スクリュ式混練押出機により溶融混練し、ダイスを経て水中カッティング装置へ押出し、回転するカッター刃により連続的に切断することが行われている。水中カッティング装置において、カッター刃はダイス表面に所定の押付け力により押付けられた状態で摺動し、運転時間の経過とともに摩耗する。このようなカッター刃の摩耗に対して、正常なカッティングによる造粒を継続されるように、カッター刃がダイス表面に常時所定の押付け力を維持して押付けられるための制御が、従来より行われている（例えば、特許文献１参照）。

従来のプラスチックスの造粒方法におけるカッター刃の押付け力の制御方法を、図４により説明する。図４において、符号１で示されるものはプラスチック水中カッティング装置であり、この水中カッティング装置１は図示しないスクリュ式混練押出機（図の左側に配置されている）の先端に設けられたマニホールド２に密着固定され、マニホールド２に固定されたダイス３、このダイス３に組付けられたカッターケース４およびカッターケース４に組付けられたカッター装置５により構成されている。また、水中カッティング装置１は制御装置２０１を内蔵する押圧用媒体供給装置２００に連結されている。

前記ダイス３は厚板のほぼ円盤形状に構成され、一方の面すなわち表面（図の右側の面）に幅を持ったリング状の突出面すなわちダイス面３ａが形成され、ダイス面３ａには厚み方向に貫通する多数のダイス孔３ｂが貫通して形成されている。前記カッターケース４はほぼ直方体の箱形状に構成され、下面に冷却用温水４ａの流入口８、上面に流出口９、一方の側面（図の左側の面）に前記ダイス３の突出口、対向する側面（図の右側の面）に前記カッター装置５の突出口がそれぞれ形成されている。流入口８および流出口９には、図示しない冷却用温水配管が連結されている。すなわち、カッターケース４の一方の側面からダイス３の表面が、他方の側面からカッター装置５の先端がカッターケース４の内部に突出し、ダイス３のリング状のダイス面３ａの中心とカッター装置５の後述するカッター駆動軸１２の回転軸芯とが一直線上に位置するように構成されている。

前記カッター装置５は、前記ダイス３に対面する前記カッターケース４の側壁の突出口に組付けられたハウジング１５、このハウジング１５の内孔に軸方向摺動可能に挿入されたスリーブ５２、複数箇のラジアル軸受およびアンギュラ軸受またはスラスト軸受に支持されてスリーブ５２の内孔に両端を突出させて挿入されたカッター駆動軸１２、前記カッターケース４の内部に突出したカッター駆動軸１２の先端に組付けられたカッタホルダ１０および前記ダイス３に対面するカッタホルダ１０の前面に放射状に組付けられた複数箇のカッター刃１１により構成されている。

前記カッター装置５の後端部（図の右端付近）には前記スリーブ５２と前記ハウジング１５との間にピストン・シリンダ構造が設けられ、前側（カッターケース４側）に第１空隙室５６、後側（反カッターケース４側）に第２空隙室５７がそれぞれ形成されている。前記ハウジング１５には、第１空隙室５６に連通する第１孔５８および第２空隙室５７に連通する第２孔５９がそれぞれ壁を貫通して形成されている。前記カッター駆動軸１２の前記ハウジング１５および前記スリーブ５２から突出した後端（図の右端）には、図示しない回転駆動装置が連結されている。すなわち、カッター駆動軸１２はスリーブ５２に対して回転可能であるが軸方向の相対移動は不可能な状態に、スリーブ５２はハウジング１５に対して軸方向の相対移動が可能な状態に各々構成されている。

前記押圧用媒体供給装置２００は圧力媒体装置６９、前記第１孔５８と圧力媒体装置６９とを連結する配管に設けられた第１圧力調整弁６８および第１切替弁７０、前記第２孔５９と圧力媒体装置６９とを連結する配管に設けられた第２圧力調整弁７１および第２切替弁７２、前記カッター駆動軸１２の後端部に非接触状態で設けられカッター駆動軸１２の回転数Ｎｃ信号を出力する信号変換器２０２、前記カッターケース４内の冷却用温水４ａのヘッド圧力Ｐｗ信号を出力する圧力伝送器１６２および回転数Ｎｃ信号およびヘッド圧力Ｐｗ信号を受けて第１圧力調整弁６８および第２圧力調整弁７１へ圧力設定信号を出力する制御装置２０１により構成されている。

以上のように構成されるプラスチック水中カッティング装置１および制御装置２０１を内蔵する押圧用媒体供給装置２００において、プラスチックスの造粒運転およびカッター刃１１の押付け力の制御が以下のように行われている。まず、カッターケース４において、冷却用温水配管を経て冷却用温水４ａを流入口８から流入させ、カッターケース４内を充満して流出口９から流出させる。次に、カッター装置５において、圧力媒体装置６９から第１空隙室５６および第２空隙室５７へ圧力を適宜に制御された圧力媒体を供給し、スリーブ５２を図の左方向すなわちスリーブ５２の先端がカッターケース４の内部へ突出されるように移動させる。この動作により、スリーブ５２と共にカッター駆動軸１２が一体となって軸方向移動し、カッター駆動軸１２の先端にカッタホルダ１０を介して設けられたカッター刃１１がダイス面３ａに接触する。

前記カッター刃１１がダイス面３ａに接触した状態で、次に、カッター駆動軸１２を回転駆動し、カッター刃１１をダイス面３ａに沿って摺動させる。他方において、スクリュ式混練押出機を運転し、プラスチックス原料を混練溶融し、先端のマニホールド２を経てダイス３のダイス孔３ｂを経てダイス面３ａからカッターケース４内へ押出す。カッターケース４内へ押出された紐状のプラスチックスは冷却用温水４ａにより冷却されて固化するとともに、カッター刃１１によりペレット状に切断される。ペレット状のプラスチックスは、冷却用温水４ａの流れに乗って流出口９から排出され、冷却されながら次工程へ輸送される。

このような運転状態において、ダイス面３ａに対するカッター刃１１の押付け力Ｐは以下の式により求められる。
Ｐ＝Ｆｆ＋Ｆｓ−Ｆｂ−Ｆｗ−Ｆｒ
上式において、Ｆｆは第２空隙室５７において圧力媒体により前方へ押付ける力、Ｆｓはカッター刃１１の回転による前方への推力、Ｆｂは第１空隙室５６において圧力媒体により後方へ引戻す力、Ｆｗはカッターケース４内の冷却用温水４ａのヘッド圧力によりスリーブ５２が後方へ押し戻される力、Ｆｒはスリーブ５２とハウジング１５との摺動抵抗力である。

カッター刃１１がダイス面３ａから押出されるプラスチックスをペレット状に正常に切断するには、カッター刃１１がダイス面３ａに接触して摺動する必要があるが、摺動によりカッター刃１１は摩耗するため、正常な切断状態を維持しながらカッター刃１１の摩耗を極力小さくするように、カッター刃１１の押付け力Ｐは所定の大きさに制御される必要がある。押付け力Ｐを構成する各要素において、Ｆｓはカッター駆動軸１２の回転数Ｎｃにより、Ｆｗはカッターケース４内のヘッド圧力Ｐｗにより、それぞれ予め推定が可能である。また、Ｆｒについても予め予測が可能である。ＦｂおよびＦｆについては、第１圧力調整弁６８および第２圧力調整弁７１の設定圧を設定することにより設定が可能である。すなわち、運転時のカッター駆動軸１２の回転数Ｎｃを信号変換器２０２により、カッターケース４内のヘッド圧力Ｐｗを圧力伝送器１６２によりそれぞれ検出し、制御装置２０１において各検出値、推定値および予測値により演算し、適宜の第１圧力調整弁６８の設定圧力信号Ｐｂおよび第２圧力調整弁７１の設定圧力信号Ｐｆを出力することにより各圧力調整弁を制御し、所定の押付け力Ｐを得ている。

特公平７−８０１８１号公報

従来のプラスチックスの造粒方法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、ダイス面３ａに対するカッター刃１１の押付け力Ｐを構成する摺動抵抗力Ｆｒの予測値が一定ではなく、運転条件の変化に応じて変化する。その結果、所定の押付け力Ｐが得られず、押付け力Ｐが大きくなるとカッター刃１１の摩耗が激しく、交換頻度が高くなり、押付け力Ｐが小さくなると正常な切断が行われず、不良品質のペレットを製造することになり、ともに生産性を低下させていた。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、摺動抵抗力Ｆｒの変化を考慮して補正することにより適正な押付け力Ｐを得て、生産性を低下させない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を提供することを目的とする。

本発明による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補正方法は、カッター刃の摩耗量を検出し、基準摩耗量と比較し、比較結果に基いてカッター刃の押付け圧力の補正を行うことを特徴とする。

本発明による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。
（１）カッター刃の摩耗量を検出し、基準摩耗量と比較し、比較結果に基いて複数箇の圧力調整弁の制御を補正することにより、摺動抵抗力Ｆｒの変化に無関係に、所定の押付け力Ｐの制御が容易かつ正確に行えることにより、カッター刃の長寿命化が得られる。
（２）カッター駆動軸の軸方向変位を位置センサにより検出することにより、一次的かつ正確にカッター刃の摩耗量を検出することが可能になり、装置の信頼性が向上した。
（３）適正な押付け力Ｐによる運転を継続することが可能になり、適正なカッター刃の交換頻度と良品質のペレットの製造が実現され、生産性の向上を維持することが可能になった。

以下、図面と共に本発明による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の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、従来例と同一あるいは同等部分には同一符号を用いて説明すると共に、図４の構成を援用するものとする。
図１において、符号５で示されるものは水中カッティング装置を構成するカッター装置であり、本発明に係わる部分のみが示され、その他の部分は図４に示す従来のカッター装置５と同様に構成されている。また、スクリュ式混練押出機、マニホールド２、ダイス３およびカッターケース４についても、図４に示す従来の構成と同様に構成されている。すなわち、マニホールド２に組付け固定されたダイス３に対面して、カッター駆動軸１２先端のカッタホルダ１０の前面に複数のカッター刃１１が放射状に組付けて構成されている。カッター駆動軸１２の後端には回転駆動モータＭが連結されている。以上の従来の構成に対し、本発明では以下の構成が付加されている。すなわち、カッタホルダ１０の外周には、外周面上の一箇所に位置検出マーク１０ａが設けられ、位置検出マーク１０ａから放射線方向に離れた位置に、位置検出マーク１０ａの軸方向変位を検出する位置センサ２０７が設けられている。

さらに、従来の前記押圧用媒体供給装置２００の前記制御装置２０１に付加してシーケンサ２０６が設けられている。このシーケンサ２０６は、前記位置センサ２０７に接続される基準位置設定部（メモリ回路１）２０６ａおよび摩耗検出時間設定部（比較回路動作時間設定回路）２０６ｂ、この摩耗検出時間設定部２０６ｂに連結される現在値設定部（メモリ回路２）２０６ｃ、この基準位置設定部２０６ａおよび現在値設定部２０６ｃに接続されるカッタ摩耗検出部（比較回路）２０６ｄ、このカッタ摩耗検出部２０６ｄに接続されるカッター駆動軸前進圧力グラフ自動変更部（嵩上げ（バイアス）設定変更回路）２０６ｅおよびカッター駆動軸前進圧力制御部２０６ｆにより構成され、カッター駆動軸前進圧力制御部２０６ｆが前記制御装置２０１へ接続されている。

前述の構成において、造粒運転により、図３に示すように、所定の押付け力Ｐが維持されてダイス３のダイス面３ａに沿って摺動するカッター刃１１は、図３（Ａ）に示す交換直後の状態すなわち初期状態から、時間の経過とともに刃部１１ａが徐々に摩耗し、図３(Ｂ)の状態となる。このカッター刃１１は、造粒中の刃部１１ａが消失する直前に造粒運転が一時停止され、水中カッティング装置１の所定箇所が分解され、未使用のカッター刃１１と交換され、水中カッティング装置１が再組立され、造粒運転が再開される。

図１において、造粒運転開始に先立ち、カッター刃１１の回転数、プラスチックス原料の種類等の運転条件に対するカッター刃１１の適正な時間当たりの摩耗量すなわち適正摩耗速度をカッタ摩耗検出部２０６ｄへ、摩耗検出時間（検出サイクル時間）を摩耗検出時間設定部２０６ｂへ、それぞれ入力し設定する。また、カッター刃１１の回転による前方方向への推力は、図２に示すように、計算値の基準推力ａが回転数に応じて変化する。従って、基準推力ａ、摩耗量が適正値より大きい場合のマイナスバイアスｂおよび摩耗量が適正値より小さい場合のプラスバイアスｃの各グラフを予め設定し、前記カッター駆動軸前進圧力グラフ自動変更部２０６ｅへ入力し設定する。

カッター刃１１がダイス３のダイス面３ａに所定圧力で押付けられて摺動する状態で造粒運転が開始されると、その時点で、位置センサ２０７が位置検出マーク１０ａの位置を検出し、検出された位置を基準位置として基準位置設定部２０６ａに記憶する。次に、摩耗検出時間設定部２０６ｂにおいて、設定された摩耗検出時間後、位置センサ２０７が検出した位置検出マーク１０ａの位置を現在位置として現在値設定部２０６ｃに記憶する。次に、カッタ摩耗検出部２０６ｄにおいて、基準位置と現在位置とを比較し、摩耗検出時間における摩耗量すなわち摩耗速度を算出し、計測された実際の摩耗速度を適正摩耗速度と比較し、摩耗の健全性を判断する。カッター駆動軸前進圧力グラフ自動変更部２０６ｅにおいて、実際の摩耗量が適正摩耗量よりも大きい場合はマイナスバイアスを算出し、実際の摩耗量が適正摩耗量よりも小さい場合はプラスバイアスを算出し、実際の摩耗量が適正摩耗量と同等である場合はバイアスを算出せず現状値を維持する。次に、カッター駆動軸前進圧力制御部２０６ｆにおいて、カッター駆動軸前進圧力グラフ自動変更部２０６ｅにおける算出値を制御補正値として制御装置２０１へ出力する。制御装置２０１では、カッター駆動軸前進圧力制御部２０６ｆから入力された制御補正値により、第１圧力調整弁６８の設定圧力信号Ｐｂおよび第２圧力調整弁７１の設定圧力信号Ｐｆを補正する。以上の一連の工程が終了後、基準位置設定部２０６ａにおける基準位置がリセットされ、一連の工程が繰返される。なお、必要に応じて、摩耗検出時間設定部２０６ｂにおける摩耗検出時間およびカッタ摩耗検出部２０６ｄにおける適正摩耗量を、運転条件の変化に応じて再入力することも可能である。

本発明による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、プラスチックス造粒用水中カッティング装置の本発明に係わる部分、付加される制御用機器および制御フローを示す説明図である。 カッター駆動軸の回転数とカッター刃１１の回転による前方への推力との関連を示す線図である。 ダイスとカッター刃との運転時の状態を示す（Ａ）カッター刃交換直後の状態および（Ｂ）運転経過後の状態を示す説明図である。 従来の制御装置のフロー図を含むプラスチックス造粒用水中カッティング装置および押圧用媒体供給装置を示す断面図を含む構成図である。

符号の説明

１ 水中カッティング装置
３ ダイス
３ａ ダイス面
３ｂ ダイス孔
４ カッターケース
５ カッター装置
１０ カッタホルダ
１０ａ 位置検出マーク
１１ カッター刃
１２ カッター駆動軸
１５ ハウジング
５２ スリーブ
６８ 第１圧力調整弁
６９ 圧力媒体装置
７０ 第１切替弁
７１ 第２圧力調整弁
７２ 第２切替弁
２００ 押圧用媒体供給装置
２０１ 制御装置
２０２ 信号変換器
２０６ シーケンサ
２０６ａ 基準位置設定部（メモリー回路１）
２０６ｂ 摩耗検出時間設定部（比較回路動作時間設定回路）
２０６ｃ 現在値設定部（メモリー回路２）
２０６ｄ カッタ摩耗検出部（比較回路）
２０６ｅ カッター駆動軸前進圧力グラフ自動変更部（かさあげ（バイアス）設定変更回路）
２０６ｆ カッター駆動軸前進圧力制御部
２０７ 位置センサ

Claims (2)

1. スクリュ式混練押出機の先端に設けられたダイス(3)、前記ダイス(3)に組付けられたカッターケース(4)、前記カッターケース(4)に組付けられたカッター装置(5)および制御装置(201)を内蔵する押圧用媒体供給装置(200)により構成され、前記カッター装置(5)の回転数を検出し、カッターケース(4)内のヘッド圧力を検出し、複数の圧力調整弁(68、71)を制御することにより、前記カッター装置(5)のカッター刃(11)をダイス(3)のダイス面(3a)に押付ける押付け力(P)を制御するプラスチック水中カッティング装置を用い、前記カッター刃(11)の摩耗量を検出し、基準摩耗量と比較し、比較結果に基いて前記圧力調整弁(68、71)の制御をして前記押付け力(P)を補正することを特徴とする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。
2. 前記カッター装置(5)を構成する前記カッター駆動軸(12)の軸方向変位を位置センサ(207)により検出し、基準位置設定部(206a)、摩耗検出時間設定部(206b)、現在値設定部(206c)、カッタ摩耗検出部(206d)、カッター駆動軸前進圧力グラフ自動変更部(206e)およびカッター駆動軸前進圧力制御部(206f)により構成されるシーケンサ(206)により前記補正を演算することを特徴とする請求項１記載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。

Images