JP4369973B2 - カッタ装置 - Google Patents

Description

本発明は樹脂ペレタイジング用に使用されるカッタ装置に関する。

図９に従来の一般的なカッタ装置を用いた造粒装置の一部側断面図を示す。また、図１０に従来の固定式のカッタホルダの一例の側断面図を示す。

カッタ装置は、ダイス１００から押出された溶融樹脂を回転駆動するカッタ刃１０１により切断しペレットを得る。カッタ刃１０１を備えたカッタホルダ１０６はカッタ軸１０２に対して固定ボルト１０７により固定されている。

良好なペレットを得るにはダイス面１００ａとカッタ刃１０１の平行が運転中保持されている必要がある。そのため運転前、またはカッタ刃１０１を交換する際等、その都度ダイス面１００ａとカッタ軸１０２との精度調整がなされる。しかしながら、この精度調整は目標とする精度を得るまでに時間を要する。また、目標精度まで調整し運転を開始しても周辺機器の運転中の微妙な温度変化によりダイス面１００ａとカッタ刃１０１との平行度に狂いが生じてカッティング不良を起こすことがある。

そこで、これらの問題を解決するためカッタ刃を保持するカッタホルダに調芯機能を持たせ、ダイスとカッタ刃の平行度を運転中も維持する方法が従来より提案されている。

図１１に特許文献１に開示された造粒装置の側断面図を示す。特許文献１に開示された装置は板バネの弾性力を利用して可動部の調芯性を確保しようとするものである。また、図１２に示すように弾性部材としてゴムブッシュをカッタ軸とカッタホルダとの間に内挿入した例もある。

一方、球面体を利用することでカッタホルダに調芯機能を持たせ、ダイスとカッタ刃の平行度を運転中も維持する方法も提案されている。図１３、図１４、図１５に特許文献２、３、４の造粒装置の例を示す。

特許文献２及び特許文献３に開示されたカッタ装置は、調芯機能を持たせるため、ボール２１０、３１０が用いられている。また、特許文献４に開示されたカッタ装置は、調芯機能を持たせるため、ピン４１０が用いられている。
特許第２６４２５７９号公報 特開２０００−３０１５３２号公報 米国特許５，６２４，６８８号明細書 特開２００３−３２６５１９号公報

しかしながら、特許文献２及び特許文献３に開示された装置の場合、ボールをトルク伝達部材としているので大トルクの伝達が困難である。また、特許文献４に開示された装置においてもトルク伝達部材はピン（軸）であり、ボールよりは有利であるとはいえ、やはり、大トルク伝達には不向きである。

前述のようにカッタ刃を取り付けるホルダにおいてフレキシブル性を確保するための方式として、いままでトルク伝達部が点あるいは線接触であり、大トルク伝達を行うとボールの破損やピッチング、ピン（軸）の変形などが起きる可能性があった。またこれらのトルク伝達部材の寿命が短く、交換頻度が短いなどの問題があった。以下に今までの発明の課題を具体的に示す。

特許文献２に開示された装置は、「カッタホルダは軸芯方向を変位可能なフレキシブル継手を介してカッタ軸に設けられている」とあるが、具体的に継手のフレキシブル機構がどのようなしくみであるかの説明がない。但しその実施形態によれば、明らかに回転トルクをボールを介して伝達している。つまり、回転トルクは点接触により行われており、大きな回転力を伝達すると、ボールの接触面にへこみが発生し、ボールの滑らかな移動が妨げられてしまう。この結果、フレキシブル性能が阻害されることで振動発生やペレタイジング不能の問題が起きる可能性がある。よって特許文献１に開示された構造では大きなトルクには不向きといえる。

特許文献３に開示された装置も上述したようにトルク伝達部にボールを使用しており、やはり大きなトルク伝達ができない。

特許文献４に開示された装置は、回転トルクをピン（円柱体）または球体で伝達する構成となっている。さらにカッタ軸芯方向の力も同じピンで伝達している。この結果、ピンに負担が強いられ、また回転トルクはこのピンとピン穴の線接触で受けるため、大きな力を伝達するには不向きといえる。また、運転中に大きな力が継続して付加されると、このピンまたはピン穴に「ヘタリ」が発生し、ガタツキが生じ、精度不良による振動発生や、ペレタイジング性能不良、フレキシブル性能不良、さらに進むとピンの切断が起き、装置自身の破損に至る可能性がある。よって特許文献４に開示された構造でも大トルクを伝達をしながら継続的にフレキシブル性を維持し、良好なペレタイジングを行うことは困難であった。

以上のように、今まで考案された球面を利用したフレキシブルホルダはいずれも大きなトルク伝達に耐える構造となっておらず、装置の高性能化、大型化などの要求に対し充分な機能を発揮することができない。

そこで本発明は、大きなトルク伝達が可能な調芯機能を有するカッタ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のカッタ装置は、カッタ軸と、カッタ軸を保持するための貫通孔と、固定ホルダ側係合部を有する球面の外周面とを備えた固定ホルダと、固定ホルダを保持するための、内周面が球面であり、かつ第１の球面筒側係合部を有する貫通孔と、第１の球面筒側係合部に対して回転軸周りにずれた位置に第２の球面筒側係合部を有する球面の外周面とを有する球面筒と、
球面筒を保持するための、内周面が球面であり、かつカッタホルダ側係合部を有する貫通孔と、樹脂を切断するための複数のカッタ刃とを有するカッタホルダとを備え、固定ホルダと球面筒とは、固定ホルダ側係合部と第１の球面筒側係合部との面接触により、固定ホルダの回転トルクを球面筒に伝達可能かつ固定ホルダと球面筒とが固定ホルダの回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合され、かつ、球面筒とカッタホルダとは第２の球面筒側係合部とカッタホルダ側係合部との面接触により、球面筒の回転トルクをカッタホルダに伝達可能かつ球面筒とカッタホルダとが球面筒の回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合されている。

上記のとおり、本発明のカッタ装置は、固定ホルダ、球面筒及びカッタホルダが互いに球面で保持しあうことで調芯機能を有するとともに、トルク伝達部を点接触や線接触ではなく面接触とすることで大きな回転トルクを伝達することができる。

また、本発明のカッタ装置は、球面筒の内周面及びカッタホルダの内周面がそれぞれ球面であってもよい。

また、本発明のカッタ装置は、球面筒の内周面及びカッタホルダの内周面の端部側がそれぞれ円錐台形状に形成されているものであってもよい。

また、本発明のカッタ装置は、固定ホルダ側係合部と第１の球面筒側係合部との結合及び第２の球面筒側係合部とカッタホルダ側係合部との結合が、キー結合またはスプライン結合であってもよい。

また、本発明のカッタ装置は、固定ホルダ及び球面筒の外形形状が、側面が球面からなる円錐台形状をなしているものであってもよい。

また、本発明のカッタ装置は、固定ホルダ側係合部から第１の球面筒側係合部へと固定ホルダの回転トルクを伝達しかつ互いに摺動する、固定ホルダ側係合部及び第１の球面筒側係合部の各トルク伝達摺動面と、第２の球面筒側係合部からカッタホルダ側係合部へと球面筒の回転トルクを伝達しかつ互いに摺動する、第２の球面筒側係合部及びカッタホルダ側係合部の各トルク伝達摺動面とは、それぞれ摩擦係数を低減するための表面処理が施されているものであってもよい。これにより、トルクの伝達効率の低下を抑制することができるとともに、部品の長寿命化を図ることができる。

本発明によれば、調芯機能を備えながらも大きなトルク伝達が可能となる。

図１に本発明のカッタ装置の一実施例の側断面図及びＡ−Ａ線矢視図を示す。また、図２に本発明のカッタ装置の分解斜視図を示す。

本発明のカッタ装置は球面構造の駆動力伝達機構を有する。

駆動力伝達機構は、カッタ軸１の回転駆動力をカッタホルダ６に伝達する調芯機能を備えた機構であり、固定ホルダ２、キー３、球面筒４及びキー５を有する。

まず、本実施例のカッタ装置の駆動力伝達機構の各部構造について説明する。

カッタ軸１の外周面１ｃには軸方向に延びたキー溝１ｂが形成されており、キー１ａが嵌め込まれている。

固定ホルダ２は、カッタ軸１が挿入され、かつ固定ホルダ２自体は球面筒４に内挿され、カッタ軸１の駆動力を球面筒４に伝達する部材である。固定ホルダ２には貫通孔２ａが形成されており、この貫通孔２ａにカッタ軸１が挿入される。貫通孔２ａの内周面２ｃにはキー溝２ｅが形成されており、このキー溝２ｅにカッタ軸１のキー１ａが嵌め込まれる。また、固定ホルダ２の外周面２ｂは球面形状であり、２つのキー溝２ｄが軸方向に延びて形成されている。キー溝２ｄどうしは互いに対称な位置に形成されている。

固定ホルダ２のこれらキー溝２ｄにはそれぞれキー３が嵌め込まれ、固定ホルダ側係合部を構成している。キー溝２ｄから突出しているキー３の面のうちの上面３ａの形状は球面形状の他、円筒面あるいは平面であってもよい。なお、上面３ａの形状が平面であっても、後述するキー溝４ｅの底面４ｅ₁と上面３ａとの間に所定の隙間を設けておくことで、固定ホルダ２は球面筒４に対して回転摺動することが可能となる。もっとも、上面３ａの形状を球面形状とした場合、同じスペースであれば、円筒面あるいは平面のものよりもトルク伝達面積を最も広くできる点で有利である。これらキー３はボルト等により固定ホルダ２に固定されている。

球面筒４は固定ホルダ２を内挿し、かつ球面筒４自体はカッタホルダ６に内挿され、固定ホルダ２に伝達された駆動力をカッタホルダ６に伝達する部材である。球面筒４には貫通孔４ａが形成されており、その内周面４ｃの形状は球面形状である。内周面４ｃには軸方向に延びたキー溝４ｅが２つ形成され、第１の球面側係合部を構成している。これらキー溝４ｅどうしは互いに対称な位置に形成されている。各キー溝４ｅには固定ホルダ２のキー溝２ｄに嵌め込まれたキー３の上面３ａ側が嵌め込まれる。各キー溝４ｅの底面４ｅ₁はキー３がキー溝４ｅ内で摺動可能なようにキー３の上面３ａと隙間を持たせて加工されている。また、球面筒４の外周面４ｂも球面形状であり、２つのキー溝４ｄが軸方向に延びて形成されている。これらキー溝４ｄは、キー溝４ｅに対して球面筒４の回転軸周りにずれた位置に形成されている。本実施形態の場合、キー溝４ｄは、内周面４ｃのキー溝４ｅに対して直交する位置であり、かつキー溝４ｄどうしは互いに対称な位置に形成されている。

球面筒４のこれらキー溝４ｄにはそれぞれキー５が嵌め込まれ、第２の球面側係合部を構成している。キー溝４ｄから突出しているキー５の面のうちの上面５ａの形状は球面形状である。これらキー５はボルト等により球面筒４に固定されている。

なお、本実施例の球面筒４の内周面４ｃは、球面形状に限定されるものではない。図３に示すように端部４ｆ側の内周面４ｃは、球面ではなく円錐台形状の円錐台形状面４ｃ₁であってもよい。

これら内周面４ｃが円錐台形状であってもよい理由について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、球面筒の内周面が球面形状の場合に生じる局部応力について説明するための一部拡大断面図である。図５は、球面筒の内周面が円錐台形状を有する場合の応力の係り具合を説明するための一部拡大断面図である。

まず、球面筒の内周面が球面形状の場合に生じる局部応力について説明する。図４に示すように、図中Ｆの方向に力が作用した場合、マクロ的には、Ａ点、つまり角部にて力を受ける状態となり、局部応力の発生要因となる。これを防止するためには、固定ホルダ２の外周面２ｂの半径Ｒ１を球面筒４の内周面４ｃの半径Ｒ２よりも小さくする必要がある。

一方、球面筒４の内周面４ｃが図３に示す円錐台形状面４ｃ₁の場合、図５の拡大図に示すように、固定ホルダ２の外周面２ｂに球面筒４の内周面４ｃの角部が当接することはない。このように、球面筒４の内周面４ｃを円錐台形状面４ｃ₁とした場合も局部応力の発生を防止できる。

カッタホルダ６はその円周上に複数のカッタ刃７を有し、球面筒４から伝達された回転駆動力により回転し、ダイス２０から押し出された溶融樹脂をカッタ刃７により切断しペレット化する。カッタホルダ６には貫通孔６ａが形成されており、その内周面６ｃは球面形状である。内周面６ｃには軸方向に延びたキー溝６ｅが２つ形成され、カッタホルダ側係合部を構成している。これらキー溝６ｅどうしは互いに対称な位置に形成されており、球面筒４のキー５が嵌め込まれる。各キー溝６ｅの底面６ｅ₁はキー５がキー溝６ｅ内で摺動可能なように球面形状に加工されている。

なお、カッタホルダ６は、図６に示すように、カッタ刃７を保持するカッタ刃ホルダ部６０と、回転筒４を揺動可能に保持する揺動ホルダ６１とを結合してなるものであってもよい。

また、本実施例の球面筒４には、固定ホルダ２を挿入するための切り欠き（不図示）が形成されており、これにより、固定ホルダ２を球面筒４内に挿入可能としている。カッタホルダ６にも球面筒４を挿入可能な切り欠きが形成されている。なお、本発明は、このような切り欠きを有する構成に代えて、図７に示すように、球面筒４及びカッタホルダ６は、それぞれ分割面４ｇ、６ｇにて分割可能に構成され、ボルト等で互いに結合されるものであってもよい。すなわち、二分割しておいた球面筒４内に固定ホルダ２を組み込んだ後に二分割の球面筒４を組み合わせ、次いで、二分割しておいたカッタホルダ６内にこの球面筒４を組み込み、その後、二分割のカッタホルダ６を組み合わせるようにしてもよい。

さらに、固定ホルダ２及び球面筒４の外形形状は、図８に示すように、側面が球面からなる円錐台形状であってもよい。

以上の構成により、固定ホルダ２と球面筒４とは、固定ホルダ２の回転トルクを球面筒４に面接触により伝達でき、かつ固定ホルダ２と球面筒４とが固定ホルダ２の回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合されることとなる。つまり、キー３の側面によりトルクを伝達しつつ、キー３の長手方向に固定ホルダ２と球面筒４とが回動可能な構成となっている。

また、球面筒４とカッタホルダ６も同様に、球面筒４の回転トルクをカッタホルダ６に面接触により伝達でき、かつ球面筒４とカッタホルダ６とが球面筒４の回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合されることとなる。つまり、キー５の側面によりトルクを伝達しつつ、キー５の長手方向に固定ホルダ２と球面筒４とが回動可能な構成となっている。

次に、本実施例のカッタ装置の駆動力伝達機構による回転駆動の伝達について説明する。

不図示の回転駆動手段により回転駆動されたカッタ軸１の回転駆動力は、まず、キー１ａの側面から固定ホルダ２のキー溝２ｅの側面へと伝達される。続いて固定ホルダ２に伝達された回転駆動力は１対のキー３の側面から球面筒４の１対のキー溝４ｅの側面へと伝達される。さらに球面筒４に伝達された回転駆動力は１対のキー５の側面からカッタホルダ６の１対のキー溝６ｅへと伝達される。すなわち、本発明のカッタ装置は、回転駆動力が面により伝達されるため、大きなトルク伝達が可能となる。

また、本実施例においてはカッタの軸芯方向の荷重は２つの接触球面１１、１２（図１（ａ）参照）によって固定ホルダ２から球面筒４、そしてカッタホルダ６へと伝達される。接触面は実用上は僅かな隙間を設けられるため、付加荷重が小さいと線接触となるが付加荷重が大きいと弾性変形の作用で球面が僅かに変形し面接触となる。この作用で大きな付加荷重に耐えることができる。

このように本発明のカッタ装置は、トルク伝達部を点接触や線接触ではなくキー面による面接触としているので大きな回転トルクを伝達することができる。また、固定ホルダ２、球面筒４及びカッタホルダ６が互いに球面で面接触させて保持しあう構造とすることで回転軸方向の荷重は球面で受けることができる。このように本発明のカッタ装置は、回転トルクはキー３、５の側面により伝達し、軸方向の荷重は各球面で受ける、というようにして機能分割させているので、回転トルクを伝達する部分に過負荷がかからず、大きなトルクを伝達することができるとともに長期間の使用が可能となる。

次に、本発明のカッタ装置の駆動力伝達機構の調芯機構について説明する。

固定ホルダ２と球面筒４の接触球面１１は、図１（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向にキー３が配置されており、球面の中心のＸ軸周りに滑り回転する。また、球面筒４とカッタホルダ６との接触球面１２はＸ軸方向にキー５が配置されており、球面の中心のＹ軸廻りに滑り回転する。この２つの接触球面１１、１２の滑りが組み合わされることで、カッタ軸１の回転に対してカッタ刃７は面を自在に保持することができる。つまり、軸２１とダイス面２０ａの直角が保持されなくてもカッタ刃７は容易にダイス面２０ａに追従することが可能となる。

なお、各キー３、５及びキー溝４ｅ、６ｅの各表面は摩擦係数を削減するため、テフロン（登録商標）加工、あるいはモリブデンをコーティングするといった表面処理を施してもよい。このような表面処理を施すことでトルクの伝達効率の低下を抑制することができるとともに、部品の長寿命化を図ることができる。

本実施例では、固定ホルダ２のキー溝２ｄにキー３を嵌め込んだ状態を固定ホルダ側係合部とし、球面筒４の第１の球面筒側係合部としてのキー溝４ｅと面接触させる構成を説明した。しかし、固定ホルダ２のキー溝２ｄを固定ホルダ側係合部とし、球面筒４のキー溝４ｅにキー３を嵌め込んだ状態を第１の球面筒側係合部としてもよい。

すなわち、固定ホルダ２の回転トルクを球面筒４に面接触により伝達でき、かつ固定ホルダ２と球面筒４とが固定ホルダ２の回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合される構成であればどのようなものであってもよく、例えば、上記キー結合に代えてスプライン結合としてもよい。

また、本実施例では、球面筒４のキー溝４ｄにキー５が嵌め込んだ状態を第２の球面側係合部とし、カッタホルダ６のカッタホルダ側係合部としてのキー溝６ｅと面接触させる構成を説明した。しかし、球面筒４のキー溝４ｄを第２の球面側係合部とし、カッタホルダ６のキー溝６ｅにキー５を嵌め込んだ状態をカッタホルダ側係合部としてもよい。

球面筒４とカッタホルダ６との関係も上述した固定ホルダ２と球面筒４との関係と同様である。すなわち、球面筒４の回転トルクをカッタホルダ６に面接触により伝達でき、かつ球面筒４とカッタホルダ６とが球面筒４の回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合される構成であればどのようなものであってもよい。

本発明のカッタ装置の側断面図、Ａ−Ａ線矢視図である。 本発明のカッタ装置の分解斜視図である。 円錐台形状の内周面を有する球面筒の断面図である。 球面筒の内周面が球面形状の場合に生じる局部応力について説明するための一部拡大断面図である。 球面筒の内周面が円錐台形状を有する場合の応力の係り具合を説明するための一部拡大断面図である。 カッタ刃ホルダ部及び揺動ホルダからなるカッタホルダの一例を示す断面図である。 分割可能な構成の球面筒及びカッタホルダの断面図である。 側面が球面からなる円錐台形状の、固定ホルダ及び球面筒の断面図である。 従来の一般的なカッタ装置を用いた造粒装置の一部側断面図である。 従来の固定式のカッタホルダの一例の側断面図である。 特許文献１に開示された造粒装置の側断面図である。 調芯機構としてゴムブッシュを用いた造粒装置の例の側断面図である。 特許文献２に開示された造粒装置の側断面図である。 特許文献３に開示された造粒装置の側断面図である。 特許文献４に開示された造粒装置の側断面図である。

符号の説明

１ カッタ軸
１ａ、３、５ キー
１ｂ キー溝
１ｃ 外周面
２ 固定ホルダ
２ａ、４ａ、６ａ 貫通孔
２ｂ、４ｂ 外周面
２ｃ、４ｃ、６ｃ 内周面
２ｄ、２ｅ、４ｄ、４ｅ 、６ｅキー溝
４ｃ₁ 円錐台形状面
４ｆ 端部
４ｇ、６ｇ 分割面
３ａ、５ａ 上面
４ 球面筒
４ｅ₁、６ｅ₁ 底面
６ カッタホルダ
７ カッタ刃
１１、１２ 接触球面
２０ ダイス
２０ａ ダイス面
２１ カッタ軸
６０ カッタ刃ホルダ部
６１ 揺動ホルダ

Claims (6)

1. カッタ軸と、
   前記カッタ軸を保持するための貫通孔と、固定ホルダ側係合部を有する球面の外周面とを備えた固定ホルダと、
   前記固定ホルダを保持するための、内周面に第１の球面筒側係合部を有する貫通孔と、前記第１の球面筒側係合部に対して回転軸周りにずれた位置に第２の球面筒側係合部を有する球面の外周面とを有する球面筒と、
   前記球面筒を保持するための、内周面にカッタホルダ側係合部を有する貫通孔と、樹脂を切断するための複数のカッタ刃とを有するカッタホルダとを備え、
   前記固定ホルダと前記球面筒とは、前記固定ホルダ側係合部と前記第１の球面筒側係合部との面接触により、前記固定ホルダの回転トルクを前記球面筒に伝達可能かつ前記固定ホルダと前記球面筒とが前記固定ホルダの回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合され、
   かつ、前記球面筒と前記カッタホルダとは前記第２の球面筒側係合部と前記カッタホルダ側係合部との面接触により、前記球面筒の回転トルクを前記カッタホルダに伝達可能かつ前記球面筒と前記カッタホルダとが前記球面筒の回転トルクが伝達される方向と交差する方向に互いに回動可能に結合されているカッタ装置。
2. 前記球面筒の前記内周面及び／または前記カッタホルダの前記内周面がそれぞれ球面である、請求項１に記載のカッタ装置。
3. 前記球面筒の前記内周面及び／または前記カッタホルダの前記内周面の端部側がそれぞれ円錐台形状に形成されている、請求項１に記載のカッタ装置。
4. 前記固定ホルダ側係合部と前記第１の球面筒側係合部との結合及び前記第２の球面筒側係合部と前記カッタホルダ側係合部との結合は、キー結合またはスプライン結合である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のカッタ装置。
5. 前記固定ホルダ及び前記球面筒の外形形状は、側面が球面からなる円錐台形状をなしている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のカッタ装置。
6. 前記固定ホルダ側係合部から前記第１の球面筒側係合部へと前記固定ホルダの回転トルクを伝達しかつ互いに摺動する、前記固定ホルダ側係合部及び前記第１の球面筒側係合部の各トルク伝達摺動面と、
   前記第２の球面筒側係合部から前記カッタホルダ側係合部へと前記球面筒の回転トルクを伝達しかつ互いに摺動する、前記第２の球面筒側係合部及び前記カッタホルダ側係合部の各トルク伝達摺動面とは、それぞれ摩擦係数を低減するための表面処理が施されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載のカッタ装置。

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