JP4249386B2 - 重合体切断装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
この発明は、重合体、特に重合体ストランドなどを切断するための回転切断ヘッドおよびこのヘッドを使って重合体を切断するための方法に関する。
【０００２】
（技術的な背景）
重合体は、商業上の豊富かつ重要な物品であり、無数の応用に役立っている。重合体の取り扱いや処理または再利用中に、種々の大きさおよび／または形状のより小さい小片に重合体を切断することがしばしば必要である。例えば、熱可塑性物質が生産される場合、これらが射出成形機や押出機の如き成形機械に容易に送給されることができるように、これらは比較的小さな寸法のペレットまたは細粒にしばしば切断される。
【０００３】
重合体用のカッタは、多くの形態で利用可能である。１つの一般的な形態において、回転軸線とほぼ平行なナイフを有する回転ヘッドは、重合体がカッタヘッドに送給されるように、ベッドナイフにぶつかって重合体を切断するために用いられる。このようなカッタは、図２に概略的に図示される。これらのカッタにおいて、ナイフは、これらが薄切り動作により、重合体を薄切りする狭い主切刃で切断するようなものである。このタイプのカッタは、何年もの間に亙って普及しているけれども、これらはある特定の欠点を有している。特に、硬質および／またはざらざらした重合体が切断される場合、これらの中にはカッタナイフの折損および／または摩耗がある。鋭角の鋭い削り角を持ったナイフが使われる場合、切刃における少量の金属は、刃先が比較的弱く、折損し易くおよび／または比較的速く摩耗すると考えられている。折損または極端な摩耗が発生した場合、切断品質は逆に悪影響を与えられ、このカッタは摩耗または折損したブレードを再研摩または交換するために止められる必要がある。この操業停止時間は、実際の整備経費と失われた生産時間との両方で高価であり、良好な切断品質で高速切断することができると同時に、より少ない操業停止時間を必要とする重合体切断装置が有利であろう。
【０００４】
（発明の概要）
この発明は、１つ以上のナイフを具えて回転軸線を有する回転カッタヘッドを含み、それぞれのナイフは、前記回転カッタヘッドの外周縁に切刃を有し、それぞれのナイフは、＋１０°以下の正のナイフ角と、８５°を越える切刃角とを有し、前記ナイフの刃面上の点が前記切刃よりも前記回転カッタヘッドの前記回転軸線からさらに遠くないように設けられる。
【０００５】
また、ここに記述されているのは、ベッドナイフと、回転カッタヘッドと、前記回転カッタヘッドに重合体を推進するための手段とを具えた重合体を切断するための回転カッタであり、前記回転カッタヘッドは、回転軸線と１つ以上のナイフとを有し、それぞれのナイフは、前記回転カッタヘッドの外周縁に切刃を有し、それぞれのナイフは、＋１０°以下の正のナイフ角と、８５°を越える切刃角とを有し、前記ナイフの刃面上の点が前記切刃よりも前記回転カッタヘッドの前記回転軸線からさらに遠くないように設けられている。
【０００６】
この発明はまた、回転カッタによって重合体を切断するための方法に関し、その改良点は、回転軸線と１つ以上のナイフとを有する回転カッタヘッドを使用することを含み、それぞれのナイフは、前記回転ヘッドの外周縁に切刃を有し、それぞれのナイフは、＋１０°以下の正のナイフ角と、８５°を越える切刃角とを有し、前記ナイフの刃面上の点が前記切刃よりも前記回転ヘッドの前記回転軸線からさらに遠くならないように設けられる。
【０００７】
（発明の詳細）
ここにある重合体に関しては、重合体に通常見られる任意の添加剤あるいは添加剤の任意の組合わせを含む重合体と同様に、それ自体添加剤を含まない重合体を意味する。このような添加剤は、ＴiＯ₂の如き顔料、酸化防止剤、オゾン分解防止剤、強化剤、難燃剤、滑剤、染料、帯電防止剤、染色防止剤、および充填剤、ならびにタルク，粘土，カーボンブラック，粉砕ガラス，ガラス繊維，炭素繊維およびアラミド繊維の如き補強剤を含む。好ましい重合体は、（エラストマーと対立するような）プラスチックであり、熱可塑性物質が特に好ましい。
【０００８】
図１は、この発明による回転カッタヘッドの一部および切断装置の他の部品の概略断面図である。図示された回転カッタヘッドの部品は、図示された方向に回転する１の回転カッタヘッド本体，複数のナイフ２および１の所定箇所にナイフを保持する（例えばボルトと共に、それらの穴が示されるが、ボルトは図示されない）２つの楔６である。また、取り付け台が図示されていない静止ベッドナイフ３，図示された方向に供給される重合体ストランド４および丁度切断し終えた重合体細粒５が示されている。
【０００９】
これに対し、図２は、回転カッタ本体７と、複数のナイフ８と、所定箇所にナイフを保持するための楔９とを有する一般的な重合体カッタの同様な図を示す。また、ベッドナイフ１０と、重合体ストランド１１と、切断した重合体細粒１２とが示されている。
【００１０】
図１および図２の全体的な比較によって理解できるように、本発明と通常のカッタとの間の主たる相違は、通常のカッタが、かみそり刃があごひげを剃るような切断様式で振る舞うけれども、この発明のカッタは、重合体を剪断することによって、さらに振る舞うということである。両方のカッタにおいて、それぞれのナイフの切刃とベッドナイフとの間の隙間は、できるだけ小さいことが好ましい。これは最も円滑な切断をもたらすことに役立ち、通常、およそ０.０２５からおよそおよそ０.２５mm、好ましくは０.０５０からおよび０.１２mmである。
【００１１】
一般的に言って、このようなカッタにおいて、重合体は連続的にロータナイフに推進され、それで、それぞれのナイフの切刃がベッドナイフを通過した後、それぞれのカッタナイフがベッドナイフの刃から離れて後方に傾けられる。換言すれば、回転カッタヘッドの回転軸線から最も遠くにあるナイフ上の点は、通常ナイフの切刃であり、切刃面上のすべての点は、切刃よりも回転カッタヘッドの回転軸線にさらに近い。しかも、適用可能であるならば、回転カッタヘッドまたはナイフ以外のそれらの部品は、好ましくは重合体が推進することを可能にするように意図される。図１の場合において、ロータ本体および楔は、図示されるように、カッタヘッドの外縁から離れて後方に傾けられる。これを達成するため、他の構造がこの技術者にとって明白であろう。
【００１２】
ナイフは、研摩または交換のために回転カッタヘッドから取り外すことができるか、あるいは他の形態が可能である別部品であってよく、ボルトまたは図示されたような楔によって回転カッタヘッドに保持できる。あるいは、回転カッタヘッドは、硬化された切刃を持つ金属の単一部品であってよい。これは、図１に示された楔や穴などの多くの機械加工を排除する。これは、ナイフの刃が欠損や頻繁に研摩する必要がないところで特に有用である。
【００１３】
図３は、この発明による完全な回転カッタヘッドの回転軸線と直交する断面図を示している。このヘッドは、回転中心２４と、本体２５と、多数の楔２７によって本体に保持される多数のナイフ２６とを有する。稼働中において、ヘッドは図示された方向に回転する。
【００１４】
図４は、この発明の回転カッタヘッドの重要な要素と、これらの相互関係とを示す概念図である。また、完全なものにするためにベッドナイフも有する。図４の回転ヘッドカッタは、回転軸線１３を有する。説明の利便性のために破線１４（実際には半径である）が１３から、１７のカッタ本体から突出する１８のナイフ上の点まで描かれている。また、図４には、１６を有する切刃１５を持ったベッドナイフ１６も含まれている。回転カッタヘッドの本体１７から突き出ているのは、ナイフ切削面１９と切刃２０とを有するナイフ１８である（もちろん、１つよりも多くのナイフが提供可能である）。さらに、このナイフはまた、切刃角２１と、ナイフ前面２３と、ナイフ角２２とを有する。２２は、１８が１７から突出する点を通って延在する１４の如き半径から測定される。２２の正負の角度が図３に表されている。
【００１５】
通常、１６および１７の位置は、１５がほぼ１３と平行になり、また、この位置は、回転カッタヘッドが稼働中の場合、１５と２０との間の隙間を好ましくは最小にしよう。
【００１６】
２１のナイフの切刃角は、８５°を越える値である。この角度は、ナイフ切削面１９とナイフ前面２３との間の角度である。仮に１９および２３の一方または両方が湾曲している場合、その場合、２１は、接線とこの角度の他方の腕との間の角度、または２０における（１９および２３の一方または両方の）２つの接線の間の角度として採用される。２１の最大値は、２２と、１９の部分が２０よりも１３からさらに遠くにないという必要条件とによって決定される。２１が比較的大きい角度であるので、考慮すべき量の金属（あるいは他のナイフ材料）が２０の周囲、特に後方にある。切刃の近くのこの材料が２０をより強化し、それで欠損傾向を少なくすると考えられる。また、２０の周囲の大量の材料は、摩耗を遅らせるとも考えられ、それで再研摩される必要頻度を減じている。
【００１７】
さらに、２２は、１３からの半径と、２３（または接線２３が湾曲面の場合には２０における２３に対する接線）との間の角度であって、およそ＋１０°以下の正の値である。２２が大き過ぎるプラスの場合には、１５に対する２０の剪断作用が悪化し、従って重合体を不完全に切断するようになってしまい、また２２が大き過ぎるマイナスの場合には、２１を充分大きくすることができない可能性がある。
【００１８】
１９上の点は、２０よりも１３からさらに遠くにあるべきではない。これは、重合体が切断されている間、人が実施できるように１５に対して接近して２０を有することを一般に好むという事実から単純に起きている。１９の任意の部分が２０よりも１３からさらに遠い場合、１７が回転している時に１５にぶつかる１９を持たず、人が簡単に１５に対して好ましく接近して２０を配することができない。もちろん、２０が重合体の切断から若干の摩耗をこうむるので、２０の直近の１９のわずかな部分は、２０の実際の刃よりも１３からさらに遠い可能性がある。これは許されるけれども、もちろん２０がひどく摩耗した場合、良好な重合体の切断品質を維持するために好ましくは研摩されよう。
【００１９】
必要ではないけれども、ナイフ１８の一部、より好ましくは全部が１７の全長に亙って延びていることが好ましい。これは図５に示される。
【００２０】
１７の長さ（図３に示された断面図と直交する）を横切り、２０が１３と平行か、または実質的に２０の長さ全体が１３から一定の距離にあると共に１３に対して螺旋状に配置されることができる。好ましいねじれ角は、１３を起点におよそ０°からおよそ３°である。１７が非常に長く、例えば多くの重合体ストランドを切断する可能性がある場合、ナイフが連続的に重合体ストランドと接触するならば、ブレードが１３に対して螺旋状に配置されるようにすることにより、任意のナイフの全体的な変形が軽減される。
【００２１】
この発明はまた、上に記述された回転カッタヘッドと、ベッドナイフと、回転カッタヘッドに重合体を推進するための手段とを有する重合体を切断するための装置を含む。ベッドナイフは、回転カッタヘッド１８のナイフとの間の隙間がベッドナイフに対して接近して通過するのを無理なくできるように配置される普通の静止物体である。ベッドナイフの「切刃」は、通常およそ９０°の角度を有し、重合体が曲がったり、さもなければナイフ１８が重合体にぶつかるように動いたりしないように役立つ。最も一般的に、図１および図２に示されるように、重合体はベッドナイフの表面を横切って回転カッタヘッドに供給される。
【００２２】
重合体４または１１は、図１および図２に示されるように、それぞれ回転カッタヘッドのナイフ２または８の通路を通常、連続的に推進する。これは、重合体を推進するための手段を必要とする。カッタ装置がそのように配置されている場合、重合体は重力によって回転カッタヘッドに「落ちる」ことができる。より一般的は、重合体は一対以上の送給ロールか、一対の送給コンベヤによって供給される。送給ロールを使ったものは、それらの間にニップを有する一対のロールを意味している。重合体がニップに送給され、ロールがニップを介して回転カッタヘッドに重合体を移動するように駆動される。同様に、送給コンベヤは、２つのコンベヤベルトを持ち、重合体がこれらベルトの間に駆動されるというコンベヤのような装置である。重合体は、ダイから押し出されることにより、単純に送給されることができ、ダイの外に通り抜ける移動が回転カッタヘッドに対する送給機構である。他の送給方法が知られている。
【００２３】
ここに記述された回転カッタヘッドを使用して重合体を切断するための方法の説明は、上の論議に本来具わっている。シート、ストランド、リボンおよび管，特に厚い壁で囲まれた管の如き多くの異なった形状の重合体が切断可能である。切断される重合体が小径のファイバまたは薄膜のように薄過ぎる場合、重合体が曲げられて切断されない可能性があるが、切断されるとしても、切断が良好な品質ではなく、すなわち、ぼろぼろになったり、細粒（希望するよりも小さな粒子）を生成したり、不完全または不規則に切断される可能性がある。切断される重合体の最小の断面寸法は、およそ１ミリメートル以上であり、およそ２ミリメートル以上であることが好ましい。その最大寸法は、カッタ装置の動力および切断装置が耐えることができる機械的応力に加え、切断される重合体に依存しよう。
【００２４】
切断される１つの好ましい形態は、１本以上の重合体ストランドである。ストランドについては、最大の断面寸法がその最小断面寸法よりも６倍以下、好ましくは３倍以下、より好ましくは２倍以下の棒のような本質的に連続する長さの重合体を意味する。ストランドに適した好ましい断面は、大体円形または正方形であり、円形が特に好ましい。ストランドの最大断面寸法は、およそ１からおよそ８mmであることが好ましく、好ましくはおよそ２mmからおよそ４mmである。およそ１からおよそ８mmの長さ、または他の方法で表すとペレットの長さ対直径比がおよそ１である比較的短い小片にストランドを切断することは、通常、ペレットまたは細粒と呼称される重合体の特に有用な形態を与える。これは、射出成形機や押出機などに供給される固体重合体の最も一般的な形態である。
【００２５】
（具体例）
アメリカ合衆国ミシガン州 Bay City の Conair Corp. で作られた Model 3508 カッタが円形断面重合体ストランドを切断するために使われた。カッタヘッドは、図５および図６に示されたものが使われた。カッタに入るストランドの直径は、およそ２.３mmであり、生産されたペレットの長さは、およそ２.５mmであった。ストランドは、およそ４.０から４.５mmの直径のダイホールを通って押し出され、ストランド（溶融時）はカッタの送給機構により、およそ２.３mmの直径に引き落とされた。ロータナイフとベッドナイフとの間の隙間は、ほんのわずかの０.０７６mmであった。
【００２６】
所定の操作中に、平均およそ５４５kg/ｈのペレットが、およそ４５５からおよそ６３５kg/ｈの範囲で作り出された。これは、およそ６０からおよそ９０ｍ/min の直線比率で１０から２０本の重合体ストランドを送給することを引き起こす。
【００２７】
最大ロータ速度は１８００rpmであり、上に記述されたようなペレットを生産するように調整された。
【００２８】
およそ４カ月の期間中（およそ１,００５の実稼働時間）、上に記述されたようなカッタを介して合計およそ４５０，０００kgの重合体が処理された。この重合体のすべてにガラス繊維が充填され、このガラス繊維の含有量は、１３から４５重量パーセントまで変動している。また、少量のカーボン・ブラックの如き他の材料もこの重合体の一部に存在していた。
【００２９】
異なる時期に切断された個々の重合体は、芳香族ならびに脂肪族の繰り返しユニットを共に有するポリ（エチレンテレフタレート）、ポリ（ブチレンテレフタレート）、ナイロン−６,６およびポリアミドであった。これらすべての重合体は、この試験を通して良好な切断をもたらし、例えば種々の重合体に対する試験の始まりと終わりとにおいて作り出される細粒の量が甚だしく異なってはいない。また、この結果も、図２で示されるような従来タイプの回転カッタヘッドを使用した同じカッタによって通常得られるものに匹敵した。
【００３０】
この試験の終わりにおける切刃の摩耗は、０.０３２ミリメートルとして測定された。切刃のさまざまな形状のため、この摩耗を一般的なカッタからの切刃の摩耗と比較することは困難であり、このような摩耗の効果は、切断品質に対して有しよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ベッドナイフ、重合体ストランドおよび切断重合体粒子と共に、この発明の典型的な回転切断ヘッドの部品の回転軸線と直交する断面図を示す。
【図２】 ベッドナイフ、重合体ストランドおよび切断重合体粒子と共に、従来設計の典型的な回転切断ヘッドの部品の回転軸線と直交する断面図を示す。
【図３】 この発明の典型的な回転カッタヘッドの回転軸線と直交する断面図を示す。
【図４】 ここに規定されるようなこの発明の回転カッタヘッドの重要な要素を概略的に示す。
【図５Ａ】 本実施例で使用した回転カッタヘッド本体をcmで示された寸法と共に示す。この本体の平面図を示す。
【図５Ｂ】 本実施例で使用した回転カッタヘッド本体をcmで示された寸法と共に示す。回転軸線と直交する本体の断面図を示す。
【図５Ｃ】 本実施例で使用した回転カッタヘッド本体をcmで示された寸法と共に示す。表示されるように図５Ｂの詳細な断面を示す。
【図６】 本実施例の回転カッタヘッドにおいて用いられる楔およびカッタブレードをcmの寸法と共に示す。図６Ａは、平面図および断面図の両方共に楔であり、図６Ｂは、カッタブレードの断面図である。

Claims (15)

1. １つ以上のナイフを具え、回転カッタヘッドが回転軸線を有する装置であって、それぞれのナイフは、前記回転カッタヘッドの外周縁に切刃を有し、それぞれのナイフは、＋１０°以下の正のナイフ角と、８５°を越える切刃角とを有し、前記ナイフの刃面上の点が前記切刃よりも前記回転カッタヘッドの前記回転軸線からさらに遠くにないように設けられる装置。
2. ベッドナイフと、回転カッタヘッドと、この回転カッタヘッドに重合体を推進するための手段とを具えた重合体を切断するための装置であって、前記回転カッタヘッドは、回転軸線と、１以上のナイフとを有し、それぞれのナイフは、前記回転カッタヘッドの外周縁に切刃を有し、それぞれのナイフは、＋１０°以下の正のナイフ角と、８５°を越える切刃角とを有し、前記ナイフの刃面上の点が前記切刃よりも前記回転カッタヘッドの前記回転軸線からさらに遠くないように設けられた装置。
3. 回転カッタによって重合体を切断するための方法であって、その改良点は、回転軸線と１つ以上のナイフとを有する回転カッタヘッドを使用することを含み、それぞれのナイフは、前記回転ヘッドの外周縁に切刃を有し、それぞれのナイフは、＋１０°以下の正のナイフ角と、８５°を越える切刃角とを有し、前記ナイフの刃面上の点が前記切刃よりも前記回転ヘッドの前記回転軸線からさらに遠くないように設けられた方法。
4. 前記切刃と前記ベッドナイフとの間の距離が０ . ０２５mmから０ . ２５mmである請求項２に記載の装置。
5. 前記切刃とベッドナイフとの間の距離が０ . ０２５mmから０ . ２５mmである請求項３に記載の方法。
6. 前記回転軸線と前記切刃との間のねじれ角が０°から３°である請求項１または請求項２に記載の装置。
7. 前記回転軸線と前記切刃との間のねじれ角が０°から３°である請求項３に記載の方法。
8. 前記重合体が熱可塑性物質である請求項３に記載の方法。
9. 前記重合体は、そもそもストランドの形態である請求項８に記載の方法。
10. 前記重合体は、前記回転カッタヘッドに連続的に送給される請求項８に記載の方法。
11. 前記ストランドの最小断面寸法は、２mmである請求項９に記載の方法。
12. 前記ストランドが円形または正方形の断面を有している請求項９に記載の方法。
13. 前記重合体が少なくとも１つの充填剤または補強剤を有する請求項３に記載の方法。
14. 前記重合体が少なくとも１つの充填剤または補強剤を有する請求項９に記載の方法。
15. 前記重合体のペレットまたは細粒が生産される請求項３に記載の方法。

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