JP4521530B2 - 超音波振動印加方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路内を流れる溶融樹脂に超音波振動を印加するための超音波振動印加方法およびその装置に係り、特に溶融樹脂に超音波振動を印加してペレット製造時の物性特性を向上させる際に使用するのに好適な超音波振動印加方法およびその装置に関する。

従来から、汚水処理システム等においては、被処理液やスラリー等に超音波振動を印加して処理することが汎く行なわれている。
特開２００２−１７２３８９公報

ところで、従来の超音波振動印加装置においては、その対象となる被処理液やスラリー等の流速が極めて遅く、また粘性も極めて低いため、比較的容易に超音波振動を印加することができるが、溶融樹脂の場合には、その流速が極めて速く、また粘性も高いため、従来の超音波振動印加装置をそのまま適用すると、流路内を流れる溶融樹脂全体に超音波振動を伝えることができず、ペレットを製造した際に、その物性特性に斑が生じて品質を安定させることができないと云う問題がある。

本発明は、かかる現況に鑑みなされたもので、流速が速くしかも粘性が高い溶融樹脂であっても、斑なく超音波振動を印加することができる超音波振動印加方法およびその装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、溶融樹脂の流速が極めて速い場合であっても、流路内を流れる総ての溶融樹脂に均等に超音波振動を印加することができるようにすることにある。

本発明のさらに他の目的は、撓み棒の長さを長くしたり、流路面積を大きくすることなく、撓み棒と溶融樹脂との接触面積を拡大することができるようにすることにある。

前記目的を達成するため本発明は、一端側から縦振動が入力される駆動ホーンの他端部に撓み棒を逆Ｔ字状に接続し、撓み棒は、ケース本体内に設けた溶融樹脂の流路と相似形で流路を構成するケース本体の内面と撓み棒の外面との間に２ｍｍから５ｍｍの隙間が形成される程度の断面積を有し、ケース本体内にて、撓み棒の外面を前記流路を構成するケース本体の内面との間に隙間を形成した状態で配置し、駆動ホーンに縦振動を入力することにより、撓み棒を前記流路内で流れ方向と直交方向に振動させるようにしたことを特徴とする。

本発明はまた、撓み棒を角棒状とし、流路の形状を撓み棒と相似形で、流路を構成するケース本体の内面と撓み棒の外面との間に２ｍｍから５ｍｍの隙間が形成される程度の断面積となるように寸法設定したことを特徴とする。

本発明はさらに、撓み棒の外面や内部に、溶融樹脂との接触面積拡大用の溝等の凹凸や貫通孔を設けるようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、流路を半割り状の２つの単位ケース本体を突き合わせたケースで構成したことを特徴とする。
さらに本発明は、駆動ホーンのノード位置にフランジを設け、ケース本体にこのフランジを支持する支持部を設けたことを特徴とする。

本発明は、溶融樹脂の流路内に撓み棒を配設し、この撓み棒に超音波振動を加えて撓み振動させるようにしているので、流速が速くしかも粘性が高い溶融樹脂であっても、斑なく超音波振動を印加することができる。

本発明はまた、撓み棒を、流路と相似形で流路とほぼ同一の断面積となるように寸法設定しているので、溶融樹脂の流速が極めて速い場合であっても、流路内を流れる総ての溶融樹脂に均等に超音波振動を印加することができる。

本発明はまた、一端側から縦振動が入力される駆動ホーンの他端部に撓み棒を接続し、この撓み棒を、溶融樹脂の流路内に配置するようにしているので、撓み振動する撓み棒の表面全域が溶融樹脂と接触することになり、駆動ホーンで直接超音波振動を印加する場合に比較して、溶融樹脂に斑なく超音波振動を印加することができる。

本発明はさらに、撓み棒の外面や内部に、溶融樹脂との接触面積拡大用の凹凸や貫通孔を設けるようにしているので、撓み棒の長さを長くしたり、あるいは流路面積を大きくすることなく、撓み棒と溶融樹脂との接触面積を拡大することができる。

以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１ないし図４は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波振動印加装置を示すもので、この超音波振動印加装置１は、図示しない溶融樹脂の流路３を有するケース本体２と、このケース本体２に組込まれて溶融樹脂に超音波振動を印加する印加手段４とで構成されている。

前記印加手段４は、図５に示すように、ノード位置に固定用フランジ６を有する駆動ホーン５と、この駆動ホーン５の図中上端部に取付られて駆動ホーン５に縦振動を入力する縦振動子７と、前記駆動ホーン５の図中下端部に逆Ｔ字状に取付けられた例えば角棒状の撓み棒８とで構成されている。

一方、この印加手段４が組込まれるケース本体２は、図１ないし図４に示すように半割り状２つの単位ケース本体２ａ，２ｂを突合わせて構成されており、このケース本体２の内部には、両端部に流路入口３ａおよび流路出口３ｂを有する流路３が設けられ、また上面には、駆動ホーン５の下部を収容して上端部に固定用フランジ６の取付け座１０を有する支持筒９が設けられている。

前記流路３は、図３および図４に示すように、前記撓み棒８と相似形をなしているとともに、撓み棒８の外面との間に２〜５ｍｍ程度の間隔が形成される程度の大きさ，すなわち撓み棒８とほぼ同一の大きさになるように寸法設定されている。そしてこれにより、流路３内を流れる溶融樹脂の流速が速くても、溶融樹脂の全量に対して超音波振動を確実に印加できるようになっている。

次に、本実施の形態の作用について説明する。
図４に示す超音波振動印加装置１において、溶融樹脂は、流路入口３ａから流路３内に流入するとともに、流路３内に流入した溶融樹脂は、流路出口３ｂから流路３外に排出されることになるが、この際、縦振動子７に通電して駆動ホーン５に縦振動を入力すると、この縦振動は撓み棒８に伝えられて、撓み棒８が撓み振動することになる。

図６（ａ），（ｂ）は、撓み棒８の撓み振動の状態を、有限要素法を用いて解析した結果を示すもので、駆動ホーン５の縦振動に合わせて、撓み棒８全体が撓み振動していることが判る。

このように、撓み棒８が流路３内で撓み振動すると、その振動は、撓み棒８の外面に接触して流れる溶融樹脂に伝えられ、これにより、溶融樹脂に超音波振動が印加されることになる。

ところで、流路３の内面と撓み棒８の外面との間には、２〜５ｍｍ程度の狭い間隔しか形成されていない。このため、溶融樹脂の粘性が高く、またその流速が速い場合であっても、流路３内を流れる溶融樹脂の全量に対して、斑なく超音波振動を印加することができる。

図７は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における撓み棒８の外面に、溶融樹脂との接触面積を拡大するための溝１１を複数条設けるようにしたものである。
なお、その他の点については、前記第１の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。

しかして、撓み棒８の外面に、複数条の溝１１を設けるようにしているので、撓み棒８の外形寸法を大きくしたり、あるいは長さを長くすることなく、表面積を拡大することができる。このため、より有効に溶融樹脂に超音波振動を印加することができる。

なお、撓み棒８の外面に、溝１１以外の凹凸を設けても、溝１１と同様の効果を得ることができる。例えば、撓み棒８の外面全域に、多数の突起を設けるようにしてもよい。

図８は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、前記第１の実施の形態における撓み棒８の内部に、溶融樹脂との接触面積を拡大するための貫通孔２１を複数個設けるようにしたものである。
なお、その他の点については、前記第１の実施の形態と同一構成となっており、作用も同一である。

しかして、撓み棒８の内部に、複数個の貫通孔２１を設けるようにしているので、撓み棒８の外形寸法を大きくしたり、あるいは長さを長くすることなく、表面積を拡大することができる。このため、より有効に溶融樹脂に超音波振動を印加することができる。

なお、前記第３の実施の形態においては、撓み棒８に貫通孔２１のみを設ける場合について説明したが、この貫通孔２１と図７に示す溝１１とを組合わせて撓み棒８に設けるようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る超音波振動印加装置は、流体に超音波振動を印加する装置として有用であり、特に粘性が高く流速が速い溶融樹脂に超音波振動を印加する装置として適している。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波振動印加装置を示す全体構成図である。 図１の分解斜視図である。 単位ケース本体内に印加手段が組込まれている状態を示す斜視図である。 図３の正面図である。 印加手段の構成を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は、図５に示す印加手段の振動状態を有限要素法による解析結果で示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図５相当図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図５相当図である。

符号の説明

１ 超音波振動印加装置
２ ケース本体
２ａ，２ｂ 単位ケース本体
３ 流路
３ａ 流路入口
３ｂ 流路出口
４ 印加手段
５ 駆動ホーン
６ 固定用フランジ
７ 縦振動子
８ 撓み棒
９ 支持筒
１０ 取付け座
１１ 溝
２１ 貫通孔

Claims (7)

1. 一端側から縦振動が入力される駆動ホーンの他端部に撓み棒を逆Ｔ字状に接続し、
   前記撓み棒は、ケース本体内に設けた溶融樹脂の流路と相似形で、前記流路を構成するケース本体の内面と前記撓み棒の外面との間に２ｍｍから５ｍｍの隙間が形成される程度の断面積を有し、前記ケース本体内にて、前記撓み棒の外面を前記流路を構成するケース本体の内面との間に隙間を形成した状態で配置し、
   前記駆動ホーンに縦振動を入力することにより、
   前記撓み棒を前記流路内で流れ方向と直交方向に振動させるように構成した
   ことを特徴とする超音波振動印加装置。
2. 前記撓み棒は、その外面に溶融樹脂との接触面積拡大用の凹凸を有していることを特徴とする請求項１に記載の超音波振動印加装置。
3. 前記撓み棒を角棒状とし、
   前記流路の形状を前記撓み棒と相似形で、前記流路を構成するケース本体の内面と前記撓み棒の外面との間に２ｍｍから５ｍｍの隙間が形成される程度の断面積とし、
   前記撓み棒を、前記撓み棒の外面と前記流路を構成するケース本体の内面との間に隙間を形成した状態で配置した
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の超音波振動印加装置。
4. 前記撓み棒は、その内部で溶融樹脂の流れ方向と同方向に、溶融樹脂との接触面積拡大用の貫通孔を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波振動印加装置。
5. 前記撓み棒は、その表面で溶融樹脂の流れ方向と同方向に、溶融樹脂との接触面積拡大用の溝を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波振動印加装置。
6. 前記流路は、半割り状の２つの単位ケース本体を突き合わせたケースで構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波振動印加装置。
7. 前記駆動ホーンのノード位置にフランジを設け、
   前記ケース本体に、前記駆動ホーンのノード位置に設けたフランジを支持する支持部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の超音波振動印加装置。

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