JP5621974B2 - 押出造粒装置のスクリーン及び押出造粒装置 - Google Patents

Description

本発明は、押出造粒装置のスクリーン及び押出造粒装置に関する。また、本発明は、押出造粒装置のスクリーンの形成方法に関する。

薬品、調味料、洗剤、加工食品、飼料、肥料、燃料等の粉状の原料を混練し、混練した原料を、多数の孔を有するスクリーンの内側から外側に押出すことによって造粒する押出造粒装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。原料は、スクリーンの内側に配置された回転羽根によってスクリーンの孔を通して横方向に押出され、造粒された原料は、生産者の希望に応じて、短い棒状であったり、球状であったりする。

スクリーンは、一般的には、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で作られ、その厚さは、例えば、約０．８〜１．２ｍｍである。また、多数の孔は、パンチング加工によって形成され、孔径は、例えば、約０．８〜１．８ｍｍである。

特開２００１−２９３３５３号公報 特開２００７−０６１７９３号公報 特開２００６−２３１１８６号公報

上述したスクリーンが比較的短期間で使用できなくなるという問題が従来からあった。具体的には、スクリーンの内側で回転する羽根が、原料をスクリーンに周期的に押付けることによって、スクリーンの一部が膨らんで亀裂が生じることがあった。この亀裂は、スクリーンの変形、疲労破壊によって生じるものである。生産中にかかる亀裂が生じると、その時点で押出造粒装置を停止させなければならず、その結果、製品ロスが生じ、生産性が低下する。また、生産中の亀裂が生じないように、スクリーンを比較的短いサイクルで新品のスクリーンに交換することも行われている。すなわち、同じ仕様のスクリーンであっても、その実際の耐久性は一様ではなく、１〜２週間で亀裂が生じるものがある。このため、スクリーンの実際の耐久性が３週間以上あるかもしれないものであっても、生産中に機械を停止させないことを優先して、スクリーンを１〜２週間で新品に交換する。その結果、スクリーンのコストが増大する。

特許文献１では、スクリーンの耐久性を向上させるために、スクリーンの厚さを厚くする技術が開示されている。しかしながら、スクリーン自体が重くなり、交換作業の負担が大きくなる。

そこで、本発明は、耐久性を向上させた押出造粒装置用のスクリーン、及びかかるスクリーンを有する押出造粒装置、及びかかるスクリーンの形成方法を提供することを目的とする。

本願の発明者は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４（疲労強度２４０ＭＰａ）に代えて、それよりも疲労強度の大きいステンレス鋼（例えば、ＬＤＸ２１０１（登録商標）、疲労強度５００ＭＰａ）を用いて、従来と同様のスクリーンを製作することによって、スクリーンの耐久性を向上させることを試みた。しかしながら、予想に反して、耐久性を向上させることができなかった。そこで、疲労強度の大きいステンレス鋼をスクリーンとして使用して、スクリーンの耐久性を向上させるために、様々な試行錯誤を行った結果、本願発明者は、本願発明に想到することができたのである。

上記課題を解決するために、本発明によるスクリーンは、押出造粒装置用のスクリーンであって、内面及び外面と、内面から外面に材料を通過させる多数の孔とを有し、疲労強度が少なくとも３００ＭＰａのステンレス鋼で形成され、各孔は、内面側の直線部分と、外面側のテーパ部分とを有し、ドリル加工で形成されることを特徴としている。

疲労強度の大きいステンレス鋼のスクリーンの耐久性を向上させることができなかった理由は、多数の孔をパンチング加工で形成していたことにあった。すなわち、疲労強度の大きい（少なくとも疲労強度３００ＭＰａの）ステンレス鋼に、疲労強度の小さい（例えば、疲労強度２４０ＭＰａ）のステンレス鋼と同じ大きさの孔をパンチング加工であけた場合、孔を無理にあけようとするため内部応力が残り、結果的に、疲労破壊に至るまでの時間が短くなっていた。また、孔の形状は、外面側にテーパ部分を形成すると、造粒性がよいことが分かった。従って、スクリーンが、少なくとも３００ＭＰａの疲労強度を有するステンレス鋼で形成される場合、各孔が、内面側の直線部分と、外面側のテーパ部分とを有し、各孔をドリル加工で形成することによって、スクリーンの耐久性を、疲労強度が比較的小さいステンレス鋼で形成されるスクリーンよりも延長させることができることを見出した。

本発明のスクリーンの実施形態において、好ましくは、スクリーンは、円筒状又はその一部分であり、スクリーンの外面は、ショットピーニング加工される。

スクリーンが円筒状又はその一部分である場合、平らなステンレス鋼を曲げ加工する必要がある。一方、スクリーンが疲労破壊する際、スクリーンが外側に膨らんで亀裂が入ることがしばしばあった。そこで、スクリーンの外面をショットピーニング加工することによって、スクリーンを湾曲させることができると同時に、スクリーンの外方への膨らみに抵抗する内部応力をスクリーン内に残すことができる。その結果、スクリーンの耐久性を更に延長させることができた。

本発明のスクリーンの実施形態において、好ましくは、スクリーンの厚さは、０．８〜１．２ｍｍである。

このように構成されたスクリーンでは、本発明によるスクリーンを、在来のスクリーンにそのまま置き換えることが可能である。

また、上記目的を達成するために、本発明による押出造粒装置は、上述したスクリーンを有することを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、押出造粒装置のスクリーンの本発明による形成方法は、内面及び外面を有し且つ疲労強度が少なくとも３００ＭＰａのステンレス鋼の板を準備する段階と、ステンレス鋼の板に、多数の孔をドリル加工によって形成する段階と、を有し、各孔は、内面側の直線部分と、外面側のテーパ部分とを有することを特徴としている。

本発明による形成方法において、好ましくは、更に、多数の孔をドリル加工によって形成したステンレス鋼の板の外面をショットピーニング加工することによって、外面が凸になるようにステンレス鋼の板を湾曲させる段階を有する。

本発明により、耐久性を向上させた押出造粒装置用のスクリーン、及びかかるスクリーンを有する押出造粒装置、及びかかるスクリーンの形成方法を提供することができた。

押出造粒装置の正面図である。 押出造粒装置の平面図である。 本発明によるスクリーンの斜視図である。 本発明によるスクリーンの孔の断面図である。 本発明によるスクリーンの孔の変形例の断面図である。

図１及び図２はそれぞれ、押出造粒装置の正面図及び平面図である。図１に示す押出造粒装置１は、粉状の原料を混練してできた混練材料を造粒するためのものである。原料は、例えば、薬品、調味料、洗剤、加工食品、飼料、肥料、燃料である。

押出造粒装置１は、混練原料が投入される円筒状のホッパー２と、ホッパー２の下に配置され且つホッパーと略同じ径を有する円筒状のスクリーン４と、ホッパー２及びスクリーン４の内部で回転する複数の羽根６を有している。ホッパー２には、投入口２ａが設けられている。

図３は、スクリーンの斜視図である。図３に示すように、本実施形態では、スクリーン４は、２つのスクリーン部分４ａ、４ｂに分割にされている。各スクリーン部分４ａ、４ｂは、半円筒状のスクリーン本体８と、スクリーン部分４ａ、４ｂをボルト等によって互いに連結するためにスクリーン本体８の両側に設けられた連結部１０とを有している。スクリーン本体８は、内面１２及び外面１４と、内面１２から外面１４に材料を通過させる多数の孔１６を有している。スクリーン４が押出造粒装置１に取付けられるとき、スクリーン４は、その周囲を補強するフレーム（図示せず）と一緒に取付けられるのがよい。

再び図１及び図２を参照すると、押出造粒装置１は、スクリーン４の多数の孔１６を通過した材料を排出するためにスクリーンの下方に且その周囲に配置された環状の排出コンベヤ１８と、排出コンベヤの１つの箇所に設けられた排出シュート２０を有している。

スクリーン４は、疲労強度が少なくとも３００ＭＰａ、好ましくは少なくとも５００ＭＰａのステンレス鋼で形成されている。かかるステンレス鋼は、例えば、ＬＤＸ２１０１（登録商標、疲労強度５００ＭＰａ）、ＳＵＳ３０１Ｈ（疲労強度６４０ＭＰａ）である。疲労強度は、ＪＩＳ Ｚ２２７５ に規定されている試験によって測定される。この試験では、応力毎に試験片が疲労破壊するまでの繰り返し回数を測定するが、試験片は、繰り返し回数が１０の７乗以上になる応力で疲労破壊を起こさないと定義し、繰り返し回数が１０の７乗のときの応力（応力振幅）を疲労強度と呼ぶ。

図４は、スクリーンの孔の断面図である。各孔は、内面側の直線部分２２と、外面側のテーパ部分２４とを有している。テーパ部分の断面輪郭は、直線であってもよいし、孔の中心に向かって凸をなすように湾曲していてもよい（図５参照）。各孔は、ドリル加工で形成される。また、直線部分２２の内面側端部に、面取り部２６を有することが好ましい。

ステンレス鋼の厚さＷは、例えば、０．５〜５０ｍｍである。また、多数の孔は、ドリル加工によって形成され、孔径Ｄは、例えば、約０．８〜１．８ｍｍである。直線部分２２の長さＬは、例えば、０〜１．８ｍｍである。また、テーパ部分のテーパ角度θは、例えば、０°〜４５°である。

次に、スクリーン４の形成方法を説明する。

スクリーン４の形成方法は、内面１２及び外面１４を有し且つ疲労強度が少なくとも３００ＭＰａ、好ましくは少なくとも５００ＭＰａのステンレス鋼の板を準備する段階と、ステンレス鋼の板に、多数の孔１６をドリル加工によって形成する段階を有する。

孔１６をドリル加工によって形成する段階は、内面側の直線部分２２を形成する段階と、外面側のテーパ部分２４を形成する段階を有する。これらのドリル加工は、適宜、内面側又は外面側から行われる。直線部分２２の内面側端部に、面取り部２６を設けることが好ましい。

孔１６をパンチング加工によって形成しないのは、ステンレス鋼の疲労強度が大きく且つ硬いため、加工後にスクリーン４に亀裂が入ることがあるからである。また、加工に大きい力が必要であり、すなわち、加工時にステンレス鋼が引張られ、加工後に、疲労強度に悪影響を及ぼす内部応力が残るからである。孔をレーザー加工又はフォトエッチング加工で形成しないのは、上述した形状の孔を形成することが困難だからである。

スクリーン４が円筒状又はその一部分である場合、スクリーン４の形成方法は、更に、多数の孔を形成したステンレス鋼の板を、外面１４が凸になるように湾曲させる段階を有する。

ステンレス鋼の板を湾曲させる段階は、ステンレス鋼の板を２つの大きいロールの間に挟んでその間で移動させながら湾曲させるロール加工段階を有していてもよいし、ロール加工段階の前に、ステンレス鋼の板の外面１４をショットピーニング加工することによって湾曲させてもよい。適当なショットピーニング加工を行うと、スクリーン４を湾曲させることができると同時に、スクリーン４の外方への膨らみに抵抗する内部応力をスクリーン４内に残すことができ、それにより、耐久性を延長させることができる。ここでいうショットピーニング加工は、金属表面に高速で球体をぶつけ、金属表面に圧縮の残留応力を加える方法であり、飛行機の翼、車のギア、鉄道のレールなどの金属の塊に対して行われている加工法である。しかしながら、本発明のような多数の孔を開けた薄い金属板のスクリーンの片面のみにショットピーニング加工を行うことはなされていなかった。ショットピーニング加工された面は凸面に変形するので、更に行うロール加工による成型の負担を軽減させることができる。

次に、押出造粒装置１の作動を説明する。

予め混練しておいた造粒すべき原料を、投入口２ａからホッパー２内に投入する。自重によって及び／又は図示しない羽根によって下方に押し込まれた原料は、羽根６によって、スクリーン４の内面１２から外面１４に向かってスクリーン４の孔１６を通して押出され、その結果、造粒される。造粒された原料は、排出コンベヤ１８によって排出シュート２０まで搬送され、排出シュート２０から排出される。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

上記実施形態では、円筒状のスクリーン４が２つのスクリーン部分４ａ、４ｂに分割されていたが、１つのスクリーン部分で形成されてもよいし、３つ以上のスクリーン部分に分割されていてもよい。

また、上記実施形態では、円筒状又はその一部分のスクリーンを説明したが、スクリーンが羽根６の下に位置して原料が下方に押出される押出造粒装置の場合、スクリーンは平らであってもよい。

１ 押出造粒装置
４ スクリーン
１２ 内面
１４ 外面
１６ 孔
２２ 直線部分
２４ テーパ部分

Claims (6)

1. 押出造粒装置用のスクリーンであって、
   内面及び外面と、
   前記内面から前記外面に材料を通過させる多数の孔を有し、
   疲労強度が少なくとも３００ＭＰａのステンレス鋼で形成され、
   各孔は、前記内面側の直線部分と、前記外面側のテーパ部分とを有し、ドリル加工で形成され、
   前記疲労強度は、ＪＩＳ Ｚ２２７５ に規定されている試験によって測定され、繰り返し回数が１０の７乗のときの応力振幅で示されることを特徴とするスクリーン。
2. 前記スクリーンは、円筒状又はその一部分であり、
   前記スクリーンの外面は、ショットピーニング加工されることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記スクリーンの厚さは、０．８〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のスクリーンを有することを特徴とする押出造粒装置。
5. 押出造粒装置用のスクリーンの形成方法であって、
   内面及び外面を有し且つ疲労強度が少なくとも３００ＭＰａのステンレス鋼の板を準備する段階と、
   ステンレス鋼の板に、多数の孔をドリル加工によって形成する段階と、を有し、
   各孔は、前記内面側の直線部分と、前記外面側のテーパ部分とを有し、
   前記疲労強度は、ＪＩＳ Ｚ２２７５ に規定されている試験によって測定され、繰り返し回数が１０の７乗のときの応力振幅で示されることを特徴とする形成方法。
6. 多数の孔をドリル加工によって形成したステンレス鋼の板の外面をショットピーニング加工することによって、前記外面が凸になるようにステンレス鋼の板を湾曲させる段階を有する、請求項５に記載の形成方法。

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