JP4086779B2 - オリフィスから流出する熱可塑性材料を粒状化するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、オリフィスから流出する熱可塑性材料を粒状化するための装置であって、これらのオリフィスは、オリフィス板にほぼ円形状に配置され、且つブレード保持体軸のまわりに回転するブレードによって掃かれ、これらのブレードは、ブレード保持体によって半径方向に関して斜めの位置に保持され、このブレード保持体軸はこの円形状配置の中心を通して延び、冷却媒体が、粒状化された可塑性材料を冷却するためにこのオリフィス板とこれらのブレードとに供給される、ように構成された熱可塑性材料粒状化装置に関する。したがって、この装置は、オリフィスから流出する可塑性押出材がオリフィスで直接に、すなわち、まだ溶融状態にある間に切断される、いわゆる溶融体（ホットメルト）粒状化のための装置である。

上記のような装置は、米国特許第３，３１７，９５７号公報に提示されている。この既知の装置の特徴は、冷却媒体が溶融状態の熱可塑性材料と同じ側から供給されること、すなわち、冷却媒体が、ブレード保持体軸と並行に延びオリフィスの円形状配置内に半径方向に位置する流路を経由して供給されることから成る。ブレード保持体は同様に、溶融状態の熱可塑性材料が供給される側と同じ側から駆動されるのでその結果、溶融状態の熱可塑性材料の供給用及び冷却媒体の供給用の配置全体を駆動軸が貫通し、この駆動軸はブレード保持体軸となる。結果として、構造が複雑になる。この複雑さは特に、密封手段を要することに起因する。そして、冷却媒体の供給流路として利用可能な空間が制限されるため、これらの供給流路は比較的小断面で形成されるのでこの結果として、必要量の冷却媒体を流すためにかなりの圧力をかける必要がある。

その結果、ホットメルトプロセスで生産された粒状体を冷却するために別の手法が採用された。すなわち、密閉されたハウジング内部にブレードをブレード保持体と共に収容し、ハウジングの一方の壁はオリフィス板を含む板状体であり、冷却剤はハウジング内部へ／から供給／除去されるという手法である。この際の冷却剤の供給／除去は、対応する流線がブレード保持体の軸に向けられるように行われる。これは、ブレード保持体が回転する際にハウジング内部で粒状体と共に冷却剤にかなりの乱流が生じることになる。そして生じた乱流により、流れが全く制御不能になり、これで粒状体の凝塊化が助長されてしまう。この種類の冷却水供給／除去の例が、米国特許第４２３，２０７号公報及びドイツ公開特許第１９８４２３８９号公報に開示されている。
米国特許第３，３１７，９５７号公報 米国特許第４２３，２０７号公報 ドイツ公開特許第１９８４２３８９号公報

本発明の目的は、本装置内部の冷却媒体の流れに対して概して乱流のない均一な流れを可能にするような流路を提供することにある。

本発明の目的は、ブレード保持体が、オリフィス板まで延びるほぼ円形のハウジング内に前記ブレード保持体軸と共に設置され、冷却剤入口が、環状流を発生させるために、ハウジングに接線方向に接合され、ブレード保持体がハウジング内で回転し、流れ開口部を通して冷却媒体がブレードに到達するそのブレード保持体内の流れ開口部の回転速度及び回転方向にほぼ応じた速度及び回転方向でハウジング内で、冷却媒体が回転するように構成することで達成される。

この設計によれば、冷却媒体は、冷却媒体入口の接線方向の配置を経てこのように供給されるので次の結果が得られる。その結果とは、ほぼ円形のハウジング内で、環状流から、このハウジング内で回転するブレード保持体内の流れ開口部を経て冷却媒体のブレードへの供給が可能であり、環状流の回転速度をブレード保持体内の流れ開口部の回転速度及び回転方向にたやすく適用できる。冷却媒体はこのようにしてハウジング内の環状流からブレード保持体内の、同一速度で回転する流れ開口部を経て流れの向きが変えられ、その後、流れ開口部から出て来ると新たな環状流の形で、同様に回転中のブレードに供給される。ここで得られる全体としての結果は、回転中のどの箇所でも流れが均一化するので、ブレードからの乱流のない粒状体搬出が高い信頼性で可能になる。

冷却媒体は、回転中のブレードの領域を経て流れた後、ブレードから離れるようにガイドする同様に接線方向の冷却剤出口を経てハウジングから除去され、粒状体も搬出されるので有利である。

ハウジングはブレードの領域においてブレードを囲む壁体を有し、壁体においては、ブレードと壁体との間の空間において冷却媒体の流れ速度が事実上一定に維持されるように、この空間が冷却媒体の流れ方向に沿って螺旋状に拡大する、ので有利である。この設計により、ブレード保持体のブレード保持領域と壁体との間の空間がブレード保持体の回転方向に沿って均一に拡大し、その結果として、この領域において同空間の直径が増す際に冷却水の流速は事実上一定に維持される。このことは冷却水の乱流のない流れにとって重要である。結果として、切断後の粒状体を、対応する均一性をもって搬出される。

装置の運転を外から常に監視可能にするには、ハウジングは少なくとも部分的に透明材料、特にアクリル樹脂から構成する。

本装置は、ハウジングが、ブレードの領域で別個に接合される２つのハウジング部分に分割して構成すると修理が容易になる。

ブレード保持体軸を駆動するように作動するモータがオリフィス板と反対の側に設置されるような構成にすると、有利である。この場合、オリフィスに溶融体を供給する溶融体配分器の設計の邪魔にならない。

本発明の実施例について以下、添付図面を参照して説明する。

図１Ａは、本発明に基づく装置の断面を示し、本発明に属さない構成要素、すなわち溶融状態の可塑性材料を供給するための押出機は省略してある。本装置は、既知の方法で用いられ複数の溶融物流路、ここでは２個の流路２、３から成る溶融体分配器１を有する。この溶融体分配器１には取り付け手段（図示しない）によってオリフィス板４がフランジ付けされる。オリフィス板４内へは溶融物流路２、３が合体してオリフィス５、６となる。装置の運転中、粒状化されるべき熱可塑性材料がオリフィス５、６から溶融状態で流出する。オリフィス板４は更に、オリフィスから成る。図１０から明らかなようにオリフィスは円形状に配置される。オリフィス板４の反対側には環状板７が設けられる。環状板７からはブレード８及び９（更なるブレードは図示しない）が突出し、環状板７に面するオリフィス板４の表面を既知の方法で掃き、オリフィス５、６から流出する熱可塑性の押出材を剪断（切断）する。環状板７におけるブレード８、９の配置及び支持に関して、図４〜図６を参照して説明する。環状板７は、ブレード保持体軸１１の端部に位置するベル形のブレード保持体１０に取り付けられ、ブレード保持体軸１１は駆動モータ１２（外形のみを示す）に結合される。ブレード保持体軸１１を介して駆動モータ１２がブレード保持体１０を、したがってブレード８、９を有する環状板７を回転させ、供給された熱可塑性の押出材が上記のように粒状化される。

本装置の内部の部品はハウジング１３によって密閉され、ハウジング１３はオリフィス５、６及びブレード８、９の領域上に延びるカバー１４内に続く。可塑性材の供給及び粒状化という２つの連関する領域が、ハウジング１３及び溶融体分配器１各々のフランジ形肩部、それぞれ１５及び１６、によって一体に保持される。この保持は、ねじボルト１７によって達成される。すなわち、ねじボルト１７が締め込まれると、カバー１４が強固に密閉され、これにより装置全体が、部品１３及び１４からなるハウジングを通して溶融物分配器１の領域内へ延びる。下で更に詳しく述べるが図２に示すように、図１に基づく装置は、ほぼ回転対称形である。すなわち、カバー１４付きのハウジング１３は外側がほぼ円形状の表面を有する。取付座３９により、オリフィス板４に不可欠なセンタリング（心出し）が得られる。

ハウジング１３に付属するカバー１４は、ここではアクリル樹脂（plexiglass）で形成される。この材料は透明であるため、粒状化の行われる領域で何が起きているかを観察することが可能になる。

ブレード８、９によって切断された粒状体の冷却のために、ハウジング１３及び内部で粒状化が行われる領域には冷却媒体が供給される。冷却媒体はこの場合冷却水であり、冷却水は冷却剤入口１８を通して供給される。冷却剤入口１８は、ハウジング１３の内部１９に対して実質上接線方向に取り付けられ、その結果としてハウジング１３内で回転流が生じ、その回転速度は供給される水の量によって調整可能である。冷却水は内部１９から流れ開口部２０、２１、及び２２を経てベル形のブレード保持体１０の中空空間部２４へと通過する。ブレード保持体１０は、駆動モータ１２によって伝達を受けた回転速度で回転する。流れ開口部２０、２１、２２を経てブレード保持体１０の中空空間部２４へと冷却水を供給する際に、内部１９内で回転（環流）する冷却水が十分に乱流のないような流れ方で流れ開口部２０、２１、２２から流出するようにこの供給を行うには、冷却水の供給流量、したがって内部１９における冷却水の回転速度を調整するする必要がある。この調整は、内部１９内で流れ開口部２０、２１、２２の領域における冷却水が、流れ開口部２０、２１、２２の回転時の速度と同じ回転速度で環流するような仕方で行われる。これにより、速度が異なることに起因するこの段階でのエネルギー損失が回避される。回転速度調整のこの手法は、冷却剤入口１８を経て冷却水を接線方向に供給することで可能になる。

自明のように、ブレード保持体１０の中空空間部２４はブレード８、９の領域とオリフィス板４の領域とに直接に連通する。その理由は、ベル形のブレード保持体１０がオリフィス板４の方向に開口し、その結果ブレード保持体の中空空間部２４に入る冷却水がブレード８、９を通過してオリフィス板４の表面を過ぎ外部へと流出することができるからである。この流出は、同様に接線方向に設置されオリフィス板４と環状板７との間の中間空間部２６から外部に至る冷却剤出口２５によって更に容易になる。中間空間部２６においては、ブレード保持体１０及びブレード８、９の回転により環流する。この環流の方向は、冷却剤出口２５に基づく接線方向へと変遷する。したがって、これにより冷却水の通流量のすべてに対して、流れの方向と領域から領域への変遷部分の方向を形成する。この方向は、冷却剤の通流に対する抵抗が可能な最も小さいものとなるような方向であり、その結果、駆動モータ１２に関してこの抵抗減少に対応したエネルギー低減効果が得られる。

図１Ｂに、図１ＡのＡ−Ａ断面で矢印方向に見た断面を示す。したがって、この断面はオリフィス板４のブレードに面する側に沿って延びる。この結果として、図１Ｂのようにブレード８、９を有する環状板７の平面図が得られる。環状板７は、ブレード保持体１０によって保持され、ブレード保持体１０には流れ開口部２０、２１、２２が設けられる（第４の流れ開口部は図１では見えない）。図１Ｂは更にカバー１４を示す。カバー１４は、冷却剤出口２５の位置から環状板７のまわりに螺旋形状で延び、ブレード８、９を有する環状板７とカバー１４の外壁との間の空間は絶え間なくせばまり、逆に流れ方向（矢印参照）に対して絶え間なく広がる。その結果、この領域ではこの空間の直径が増大しても冷却水の流速は実質上一定に維持され、このことは冷却水の流れを乱流のないものとするために重要である。乱流がなければ、それに対応した均一さで切断後の粒状体を搬出することができる。

図２に、ブレード保持体に取り付けられブレードのない状態の環状板７の、詳しくはブレードが突出する側の上面図を示す。そして、図２は、個々の単一ブレードが挿入される個々の貫通部２７の開口部を示す。これについては下で更に詳しく述べる。図２では、３個の円形状配置２８、２９、３０を設けた場合の環状板を示す。

図３に、同じ環状板７を示すが、この場合ブレード８が貫通部２７の各々に挿入された状況を示す。自明のようにブレード８は、環状板７の表面に関して斜めに、そして回転方向に関して或る角度で貫通部から突出する。ブレード８は回転方向に関して斜めに位置し、この斜めの位置は、環状板が回転する際にこの斜めの位置に起因して、結果として得られる冷却水の流れに対して流れ抵抗が僅かしかないように選択される。すなわち、冷却水が内側から外側へと流れ（図１Ａに関する説明参照）、冷却水の流れは直接に半径方向に外側へ延びることはせず、螺旋形状を取る。各ブレード８の斜めの位置は、この螺旋角度に調整され、その結果として冷却水が通過する際に流れに対してブレード８の有する流れ抵抗が僅かしかない。環状板７の回転方向を矢印で示す。

図４は、オリフィス５を設けたオリフィス板４に対するブレード８の配置を示す略図である。下で更に詳しく説明するが、ブレード８が環状板７内の貫通部２７に挿入され、内部に取り付けられる。オリフィス板はベル形のブレード保持体１０となり、一点鎖線で示すブレード保持体軸に取り付けられる。

図５に、図４においてブレード８と共に示した環状板７の領域を示し、ブレード８が環状板７から突出した状態にある。ブレード８は一点鎖線で示す貫通部２７に挿入され、ねじ３１により環状板７に取り付けられる。

図６に、図５に示した部分の側面図を示す。この図面により、ブレードがどのようにブレード保持体７に、すなわちこの目的のために設けられた貫通部２７に挿入されるかは明らかである。挿入後、ねじ３１が貫通部内でブレード８を固定する。

図６と同様に図７に、ブレード８が挿入さた貫通部２７を有する環状板７の部分を示す。ここでは、ブレード８が環状板７の中央領域で終わり、ブレード８の後端側がコイルバネ３２に接触し、コイルバネ３２は受け座３３に支持される。コイルバネ３２がブレード８を押し、ブレード８が環状板７内で変位可能に、したがって調整可能に保持され、その結果として、これに対応する加圧力でオリフィス板４に対して定常的に接触する。ブレード８が摩耗しそれにより短くなると、コイルバネ３２が自動的にブレードをオリフィス板４の方向に更に押しつけるので、生じた摩耗を完全に補償できる。

図８に、図７の一変形を示す。ここでは、ブレード８の後端がピストン３４により保持され、ピストン３４がこれに対応する内腔部（ボア）３５にガイドされる。内腔部３５は、いわばオリフィス板４の後側方向への貫通部２７の延長である。ピストン３４には液圧又はガス圧がかかり、この圧力は内腔部３５の特別流路３６を経て供給される。したがって、この場合ブレード８の摩耗は図７に関して上で述べたのと同じ仕方で補償される。

図９は、図８に示す配置で必要になる種類の加圧媒体の供給配置を示す略図である。この場合加圧媒体はブレード保持体軸１１を経て中央分配路３７に入り、そこからブレード保持体１０を介し内腔部３８を経て環状板７内部に流れ込む。

図１０にオリフィス板４を示す。この場合のオリフィス板４には、オリフィス４、５の円形状配置が１個だけ設けられている。オリフィス４、５は、図１１で下に説明するように、同一直径の円形断面を有する内腔部で構成され、ブレード８によって掃かれる。

図１１は、３個のオリフィス５を有するオリフィス板４の部分図でブレード８と共に示す。ブレード８は半径方向に対して斜めに設置される。ブレード８の半径方向の範囲Ｒを図１１に示す。自明のように、半径方向の範囲Ｒはオリフィス５の直径Ｄよりも僅かに大きい。この結果として、ブレード８が、オリフィス５から供給される可塑性溶融体を切断するのに十分であり、半径方向の範囲Ｒをオリフィス５の直径Ｄよりも僅かに大きくしているので、溶融体を切断して粒状体を得る際に切断が個別に且つ他の粒状体から別個に分離した形で行われる。この結果、ブレード８が回転する際に冷却水の流れに関して最小限の抵抗にしか遭遇しない。

本発明の一実施例による本装置全体を示す断面図である。 図１ＡのＡ−Ａ線において矢印に沿って見た断面図である。 環状板の上面図であってブレードの３個の円形状配置用に片状ブレードを保持するための切り込み穴（貫通部）を貫通させた状態を示す。 図２と同じ環状板の上面図であってブレードを貫通部に挿入した状態を示す。 環状板に取り付けられた１個のブレードがオリフィス板を掃く際の環状板を略図で示す説明図である。 図４に基づく配置を上面から見た説明図である。 環状板内の貫通部中でのブレードの取り付けを示す説明図である。 ブレードにバネによる負荷をかけた場合の環状板の詳細を示す説明図である。 図７に基づく配置からの一変形で、ブレードが油圧作動のピストンで押圧される場合を示す説明図である。 水圧流体がブレード保持体軸を通して環状板まで供給される状態を示す説明図である。 オリフィスが単一の円形配置を取る場合のオリフィス板の上面図である。 図１０に基づくいくつかのオリフィスの拡大図であって、ブレードが半径方向においてオリフィスの直径をちょうど超えた場合を示す。

符号の説明

１ 溶融体分配器
２、３ 流路
４ オリフィス板
５、６ オリフィス
７ 環状板
８、９ ブレード
１０ ブレード保持体
１１ ブレード保持体軸
１２ 駆動モータ
１３ ハウジング
１４ カバー
１５ フランジ状の肩部
１６ フランジ状の肩部
１７ ねじボルト
１８ 冷却剤入口
１９ 内部
２０、２１、２２ 流れ開口部
２４ 中空空間部
２５ 冷却剤出口
２６ 中間空間部
２７ 貫通部
２８、２９、３０ 円形状配置
３１ ねじ
３２ コイルバネ
３３ 受け座
３４ ピストン
３５ 内腔部
３６ 特別流路
３７ 中央分配路
３８ 内腔部
３９ 取付座
４０ 壁体

Claims (6)

1. オリフィス（５、６）から流出する熱可塑性材料を粒状化するための熱可塑性材料粒状化装置であって、 前記オリフィス（５、６）は、オリフィス板（４）にほぼ円形状に配置され、且つブレード保持体軸（１１）のまわりに回転するブレード（８、９）によって掃かれ、前記ブレード（８、９）は、ブレード保持体（１０、７）によって半径方向に関して斜めの位置に保持され、前記ブレード保持体軸（１１）は前記円形状配置の中心を通して延び、冷却媒体が、粒状化されたプラスチック材料を冷却するために前記オリフィス板（４）と前記ブレード（８、９）とに供給される、ように構成された熱可塑性材料粒状化装置において、前記ブレード保持体（１０、７）が、オリフィス板（４）まで延びるほぼ円形のハウジング（１３）内で前記ブレード保持体軸（１１）に設置され、冷却剤入口（１８）が、環状流を発生させるために、前記ハウジング（１３）の内部（１９）に対して接線方向に接合され、前記ブレード保持体（１０、７）が、前記ハウジング（１３）内で回転し、前記冷却媒体が、前記ブレード保持体（１０）内の流れ開口部（２０）を通り、前記冷却媒体が、前記流れ開口部（２０）の回転速度及び回転方向にほぼ応じた速度及び回転方向で前記ハウジング（１３）内で回転し、前記ブレード（８、９）に到達する、ことを特徴とする熱可塑性材料粒状化装置。
2. 前記冷却媒体が、粒状体と共に、回転する前記ブレード（８、９）から接線方向に離れて前記ハウジング（１３）を貫通する冷却剤出口（２５）を経て搬出されることを特徴とする請求項１の装置。
3. 前記ブレード（８、９）の領域において前記ハウジング（１３）が、前記ブレード（８、９）を囲む壁体（４０）を有し、
   前記壁体（４０）においては、前記ブレード（８、９）と前記壁体（４０）との間の空間において前記冷却媒体の流れ速度が事実上一定に維持されるように、前記空間が前記冷却媒体の流れ方向に沿って螺旋状に拡大する、ことを特徴とする請求項１又は２の装置。
4. 前記ハウジング（１３）が少なくとも部分的に、透明材料、特にアクリル樹脂、から成ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つの装置。
5. 前記ハウジング（１３）とカバ−（１４）が、前記ブレード（８、９）の領域に分離可能に接合される２つのハウジング部分であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つの装置。
6. 前記ブレード保持体軸（１１）を駆動するように作動するモータ（１２）が、前記オリフィス板（４）と反対の側に設置されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つの装置。