JP5085195B2

JP5085195B2 - 水中カット造粒装置

Info

Publication number: JP5085195B2
Application number: JP2007149301A
Authority: JP
Inventors: 浩一本家; 一夫入谷; 和久福谷
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: JP2008302509A

Description

本発明は、樹脂等の水中カット造粒装置におけるダイスへのカッター刃の押しつけ技術に関するものである。

樹脂製ペレットを製造する水中カット造粒装置は、周知のように水室内の一方の壁面に樹脂材押出装置のダイスが設けられ、ダイスのノズル（細孔）から押し出された棒状の加熱溶融樹脂をカッティングするためのカッターを先端に備えた回転軸が、ダイスに対向する他方の壁面から水室内へ突出している。カッターは、回転中心から放射状に配置された複数のナイフを有している。
この種の水中カット造粒装置では、造粒処理中にカッターのナイフがダイスに軽く接触した状態で回転しているときに形状の良好なペレットが得られる。従って、ナイフが磨耗等してダイスとの間にギャップが生じたときは、直ちにカッターの位置調節を行う必要があった。ナイフとダイスとのギャップを観察してカッターの位置調節を行うという作業の煩わしさを取り除くために、例えばカッターを機械的に常時ダイスに押しつけるようにすることがなされていたが、この方法はナイフの磨耗や破損が激しく、耐久性に劣るという欠点があった。

このような欠点を解消するために、ナイフとダイスとの相対位置関係を電気的に監視し、両者間にギャップが検出されたときにカッターの位置を調節する技術が開示されている（特許文献１〜３）。また、カッターを定期的にダイス方向に移動させ、ナイフの摩耗により生じたナイフとダイスとの位置関係を適正化する技術が開示されている（特許文献４）。
特公昭５６−４６９６６号公報実公平２−１７８５０号公報実公平３−２７７７６号公報特開平６−２９７４５１号公報

しかしながら、これらの技術ではいずれも、カッターをダイスに押し付ける力が大きい場合、ナイフの摩耗速度が速くなるためナイフ交換の頻度が高くなる。また、カッターをダイスに押し付ける力が小さくまたはナイフとダイスとが接触していない場合には、溶融樹脂を良好にカッティングできないという問題がある。
特許文献４に記載された技術では、カッターをダイス方向に移動させた直後から次のカッターの移動までの間は、ナイフの摩耗によりダイスとの間のギャップが大きくなっても是正することができない。そのため常に適正なナイフとダイスとの位置関係を維持することが難しく、溶融樹脂のカッティング状態にバラツキが生じる可能性がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、溶融樹脂の良好なカッティングを維持するとともにナイフの長寿命化を図ることができる水中カット造粒装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る水中カット造粒装置は、切断刃と、前記切断刃がその一端に取り付けられダイスのノズルから冷却水の中に吐出された直後の溶融樹脂を切断するために前記切断刃を回転させる回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持しかつ前記回転軸の軸方向に前記回転軸と一体に移動可能な回転軸支持体と、前記回転軸支持体を前記回転軸の軸方向に移動させるための移動装置と、前記移動装置への圧油の供給量を一定の流量とすることで、前記切断刃の摩耗速度に基づいて予め設定された等速度で前記回転軸支持体を前記ダイスの方向に移動させる制御部と、を有する。

前記移動装置は、径小シリンダと、前記径小シリンダが吐出する液体により動作する前記径小シリンダよりも受圧面積の大きな径大シリンダと、を有し、前記径大シリンダは、収縮動作または伸張動作により前記回転軸支持体を移動させるように前記回転軸支持体に連結され、前記制御部は、前記径小シリンダの液体吐出速度を一定に維持するように構成されてなる。
好ましくは、前記径小シリンダは、リニアアクチュエータに接続されて前記リニアアクチュエータの動作により前記液体の吐出を行うように構成される。

本発明によると、溶融樹脂の良好なカッティングを維持するとともにナイフの長寿命化を図ることができる水中カット造粒装置を提供することができる。

図１は本発明に係る水中カット造粒装置１の正面断面図、図２は回転軸移動装置２の概要を示す図、図３は回転軸移動装置２の正面部分断面図、図４は図１におけるＡ−Ａ矢視断面図、図５は図３におけるＢ−Ｂ矢視図である。
図１において、水中カット造粒装置１は、押出機で溶融された樹脂をペレット状に造粒する装置であり、本体３、切断装置４、回転軸移動装置２、スプライン継手５、圧油供給装置６およびモータ７などからなる。
本体３は、ダイプレート８、ハウジング９ａ，９ｂ、軸受ケース１０などからなる。

ダイプレート８は、略円板状であって一方の面に環状の凸部１１を有し、凸部１１にはダイプレート８を貫通し断面が円形の多数のノズル１２，…，１２がほぼ等間隔に設けられている。ダイプレート８は、上流側の押出機のチャンバー１３から送られる溶融樹脂をノズル１２，…，１２によって一定の断面形状に整えて水室１４に吐出する。
ハウジング９ａ，９ｂは、ダイプレート８とともに水室１４を構成する。ハウジング９ａ，９ｂは、水室１４内に冷却水を流通させるための給水口ＰＴ１および排水口ＰＴ２を備えている。

軸受ケース１０は、ハウジング９ｂに連続し、ハウジング９ｂに連続する側の側面の一部が水室１４を形成しており、水室１４におけるダイプレート８に対向する側には切断装置４の回転軸１５を支持する軸受け１６が設けられている。軸受ケース１０は、ハウジング９ｂに連続する側とは逆側の側面に開口する円筒状の摺動筒体支持部１７を備えている。摺動筒体支持部１７の中心は、軸受け１６の軸芯の延長上にある。
切断装置４は、回転軸１５およびカッター１８からなる。
回転軸１５は、後に説明する摺動筒体１９の軸芯を貫通しており、軸受け１６に回転可能に支持されてその先の端にカッター１８が取り付けられている。回転軸１５の他端には、スプライン継手５のスプライン軸部材２０が固定的に一体化されている。

カッター１８は、図５に示されるように、４つのナイフ２１，…，２１およびナイフホルダ２２などからなる。
ナイフ２１，…，２１は、長さに比べて幅が狭い略矩形の形状を有しており、略円盤状のナイフホルダ２２に互いに９０度の間隔をあけて、回転軸１５の回転方向に適度に傾斜させて固定されている。ナイフホルダ２２は回転軸１５に固定的に一体化されている。カッター１８は、ナイフ２１，…，２１がダイプレート８の凸部１１の直近に、および回転軸１５の回転中心が環状の凸部１１の中心になるように配置されている。カッター１８は、ノズル１２，…，１２から吐出された柱状の溶融樹脂を、回転しながらナイフ２１，…，２１によって一定長さのペレットに切断する。

回転軸移動装置２は、図２ないし図４を参照して、摺動筒体１９および４つの同一仕様の油圧シリンダ２３，…，２３などからなる。
摺動筒体１９は、摺動部２４およびフランジ部２５からなる。
摺動部２４は、摺動筒体支持部１７の内径に略等しい外径を有する外観が円柱状の部位であり、摺動筒体支持部１７内に収容される。フランジ部２５は、略円盤状の形状を有し、摺動部２４における摺動筒体支持部１７から外方に突出する側の側面に固定的に一体化されている。

摺動筒体１９は、切断装置４の回転軸１５を回転自在に軸芯に貫通させかつ回転軸１５と一体になって摺動筒体支持部１７内を摺動可能なように構成されている。
油圧シリンダ２３，…，２３は、図４によく示されるように、摺動筒体支持部１７の外周に９０度間隔で４つ、そのロッド２６が回転軸１５と平行になるように配置され、支持台２７，…，２７を介して摺動筒体支持部１７に固定されている。油圧シリンダ２３，…，２３は、ロッド２６，２６の先端がフランジ部２５に固定されている。
スプライン継手５は、スプライン軸部材２０およびボス部材２８からなる。

スプライン軸部材２０は、円柱状の本体２９と、その端部に位置し本体２９よりも径大であって外周にスプラインが設けられたスプライン軸３０とにより構成される。ボス部材２８は、全体として円筒状の形状を有し、空洞部分の内周面にスプライン軸３０のスプラインと噛み合う溝が設けられている。スプライン軸部材２０とボス部材２８とは、互いに制約されずに軸方向に移動可能であり、かつボス部材２８が回転するとスプラインが内周の溝に係合して回転がスプライン軸部材２０に伝えられる。
スプライン軸部材２０は回転軸１５の先端に固定的に一体化され、ボス部材２８は切断装置４回転用のモータ７の駆動軸３１に固定的に一体化されている。つまり、スプライン継手５は、モータ７の回転をボス部材２８およびスプライン軸部材２０の係合によって回転軸１５に伝えるものである。

圧油供給装置６は、径小シリンダ３２、リニアアクチュエータ３３、第１圧力源３４、第２圧力源３５、三方弁３６および制御部３７からなる。
径小シリンダ３２は、油圧シリンダ２３，…，２３に比べてピストンの受圧面積が小さなシリンダであり、ロッド３８の収縮動作によりシリンダ室内の圧油を収縮動作用配管３９，３９を経由して油圧シリンダ２３，…，２３に供給する。
リニアアクチュエータ３３は、径小シリンダ３２のロッド３８を収縮動作させるためのものであり、リニアサーボモータ、リニアステッピングモータなどの高精度な駆動装置が用いられる。

第１圧力源３４は、収縮動作用配管３９，３９を経由して油圧シリンダ２３，…，２３に圧油を供給してダイプレート８の凸部１１に対するナイフ２１，…，２１の初期押しつけを行うためのものである。
第２圧力源３５は、伸張動作用配管４０，４０を経由して油圧シリンダ２３，…，２３に圧油を供給して第１圧力源３４との油圧の差によりナイフ２１，…，２１の初期押しつけ力を調節し、またカッティング処理を終了した後に油圧シリンダ２３，…，２３を伸張動作させるためのものである。

三方弁３６は、収縮動作用配管３９，３９に供給される圧油を第１圧力源３４と径小シリンダ３２との間で切り替えるためのものである。
制御部３７は、第１圧力源３４の油圧、第２圧力源３５の油圧、三方弁３６の動作、およびリニアアクチュエータ３３の動作を制御するためのものである。
次に、カッティング処理時における水中カット造粒装置１の動作について説明する。
最初に、制御部３７は三方弁３６が動作させて第１圧力源３４と収縮動作用配管３９，３９とを連通させ、続いて第１圧力源３４の油圧および第２圧力源３５の油圧をそれぞれの初期設定値に調整する。第１圧力源３４の油圧および第２圧力源３５の油圧と油圧シリンダ２３，…，２３のピストンにおける収縮側受圧面積および伸張側受圧面積とから、ナイフ２１，…，２１の初期押し付け力が決定される。

その後モータ７が起動され、スプライン継手５によりモータ７の回転が回転軸１５に伝えられてカッター１８が回転する。チャンバー１３から供給された溶融樹脂は、ノズル１２，…，１２から柱状に吐出されて、ナイフ２１，…，２１によりカッティングされ、水室１４を流通する冷却水により冷却され排出される。
カッティング処理の開始と同時に三方弁３６が動作し、収縮動作用配管３９，３９を第１圧力源３４から遮断して径小シリンダ３２に連通させる。これ以降、リニアアクチュエータ３３は微小速度で前進し、径小シリンダ３２を一定の速度で収縮動作させてヘッド側の容積を減少させ、圧油を油圧シリンダ２３，…，２３のロッド２６，２６側シリンダ室に一定の流量で供給する。

圧油を供給された油圧シリンダ２３，…，２３は微小かつ一定の速度でロッド２６，２６を収縮させ、ロッド２６，２６はその先端に固定されたフランジ部２５を軸受ケース１０側に引き寄せる（誇張して図３（位置Ｃから位置Ｄ）に示す）。フランジ部２５の移動つまり摺動筒体１９が水室１４側に移動することにより、回転軸１５つまり切断装置４がダイプレート８方向に移動する。これによりナイフ２１，…，２１がダイプレート８方向（ノズル１２，…，１２の方向）に前進する。
制御部３７には、リニアアクチュエータ３３の動作とナイフ２１，…，２１をダイスに近づける速度とを関連づけて記憶されており、設定された条件に応じて、制御部３７は、カッティング処理の作業時間の経過に対して一定の割合で、つまり等速度でナイフ２１，…，２１をダイスに近づけるようにリニアアクチュエータ３３の動作を制御する。

水中カット造粒装置１では、ナイフ２１，…，２１の押し付け力を制御するのではなく、ナイフ２１，…，２１の前進速度を制御する。ナイフ２１，…，２１の摩耗速度はあらかじめ設定されたナイフ２１，…，２１の前進速度により決まるため、前進速度を制御することによりナイフ２１，…，２１の寿命をコントロールすることができる。
また、回転軸移動装置２では、ナイフ２１，…，２１の移動距離と径小シリンダ３２の収縮長さとの比は油圧シリンダ２３，…，２３の収縮側のピストンの総受圧面積と径小シリンダ３２のピストンの受圧面積との比に反比例するため、油圧シリンダ２３，…，２３と径小シリンダ３２との受圧面積比を大きくすることにより、より精度の良い微小送りが可能となる。

水中カット造粒装置１を上記のように構成することにより、良好なカッティングとナイフの長寿命化を実現することができる。
回転軸移動装置２を構成する油圧シリンダ２３を、摺動筒体支持部１７の外周に１つ、１８０度間隔で２つ、１２０度間隔で３つ配置してもよく、５以上の油圧シリンダ２３を等間隔に配置してもよい。また、油圧シリンダ２３を伸張動作により摺動筒体１９を水室１４側に移動するようにしてもよい。
油圧シリンダ２３，…，２３に変位計を取り付け、変位計の計測結果を制御部３７からリニアアクチュエータ３３にフィードバックすることにより、より高精度なナイフ２１，…，２１の前進制御を行うことができる。また、ホルダーとノズル１２，…，１２の吐出面（凸部１１表面）との相対変位をリニアアクチュエータ３３にフィードバックすることにより、より高精度な前進制御を行うことができる。回転軸１５の温度を測定または推定し、切断装置４の熱ひずみ量を補正するようにアクチュエータを制御してもよい。

油圧シリンダ２３，…，２３を収縮動作させる作動油の圧力に下限値を設け、想定外の状況に備えて最低限の接触圧を保証するようにしてもよい。また、油圧シリンダ２３，…，２３を収縮動作させる作動油の圧力に上限値を設け、過度な押し付け力にならないよう制御してもよい。油圧系の代わりに圧電素子・磁歪素子など精密なリニア駆動が可能なアクチュエータによりナイフを前進させるようにしてもよい。
上述の実施形態において、本体３、切断装置４、回転軸移動装置２、スプライン継手５、圧油供給装置６およびモータ７等は、種々のものを使用することができる。

その他、水中カット造粒装置１、および水中カット造粒装置１の各構成または全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、樹脂等の押出機における水中カット造粒方法および水中カット造粒装置として利用することができる。

本発明に係る水中カット造粒装置の正面断面図である。回転軸移動装置の概要を示す図である。回転軸移動装置の正面部分断面図である。図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。図２におけるＢ−Ｂ矢視図である。

符号の説明

１水中カット造粒装置
８ダイス（ダイプレート）
１２ノズル
１５回転軸
１９回転軸支持体（摺動筒体）
２１切断刃（ナイフ）
２３径大シリンダ（油圧シリンダ）
３２径小シリンダ
３３リニアアクチュエータ
３７制御部

Claims

切断刃と、
前記切断刃がその一端に取り付けられダイスのノズルから冷却水の中に吐出された直後の溶融樹脂を切断するために前記切断刃を回転させる回転軸と、
前記回転軸を回転可能に支持しかつ前記回転軸の軸方向に前記回転軸と一体に移動可能な回転軸支持体と、
前記回転軸支持体を前記回転軸の軸方向に移動させるための移動装置と、
前記移動装置への圧油の供給量を一定の流量とすることで、前記切断刃の摩耗速度に基づいて予め設定された等速度で前記回転軸支持体を前記ダイスの方向に移動させる制御部と、を有することを特徴とする水中カット造粒装置。
前記移動装置は、
径小シリンダと、
前記径小シリンダが吐出する液体により動作する前記径小シリンダよりも受圧面積の大きな径大シリンダと、を有し、
前記径大シリンダは、収縮動作または伸張動作により前記回転軸支持体を移動させるように前記回転軸支持体に連結され、
前記制御部は、前記径小シリンダの液体吐出速度を一定に維持するように構成されてなる
請求項１に記載の水中カット造粒装置。
前記径小シリンダは、
リニアアクチュエータに接続されて前記リニアアクチュエータの動作により前記液体の吐出を行うように構成された
請求項２に記載の水中カット造粒装置。