JP6541354B2 - 相補式ローラを有するペレット化装置およびその装置用のローラ - Google Patents

Description

本発明はペレット化装置に関するものであり、このペレット化装置は、作用面と称する第１の表面および実質的に第１の表面と平行な第２の表面を有し第１の表面と第２の表面との間にペレット形成用の複数の通し穴を有するダイと、シャフト周りに回転可能な少なくとも２つのローラと、を備えており、ローラとダイは互いに相対移動可能であり、ローラのそれぞれはペレット化される素材を径方向上のダイの通し穴を通じて押圧するための作用押圧面を有するものである。本発明はこの装置用のローラにも関するものである。

多くの産業において、製品をペレット形状で提供することが行われている。こうしたペレットは、元は細かく粒状化された素材から作られた大きい粒子型または小さい棒型の形状を有する。このペレット形状の素材は、取り扱い、保管、包装、そして輸送が行い易い。ペレットは例えば家畜飼料産業やリサイクル産業だけでなく、プラスチック産業やバイオマス産業においても見られる。

例として、木材産業においておがくずおよび／または木材片がペレット状に圧縮されてあると、包装や輸送が行い易くなるだけでなく、正確に計量して例えば焼却炉やボイラーに供給することができる。

ペレットの形成はペレット化装置にて行われる。ペレット化装置は様々な様式のものが存在する。総じてどのような様式でもダイを備えており、このダイは作用面と称する第１の表面と、実質的に第１の表面と平行な第２の表面を有するものとなっている。このダイは、第１の表面と第２の表面との間に、ペレット形成用の通し穴を複数備えている。またペレット化装置はシャフト周りで回転可能なローラを少なくとも１つ備えており、このローラとダイはお互いがお互いに対して動くことが可能になっており、ローラのそれぞれは、その径方向上にあるダイの通し穴を抜けてペレット化される素材を押圧するための作用押圧面を有している。ペレット化装置としてはダイの平らな作用面を有するものがあり、別の装置としてはダイの円筒状作用面を有するものがある。１つまたは複数のローラとダイは互いに相対移動可能になっていて、これにより１つまたは複数のローラがダイの作用面上をその作用押圧面で転がるようになっており、ダイの作用面上に配置されたペレット化される素材を押圧して、ダイの通し穴を抜けさせてペレットを作るようになっている。ローラがダイ上を転がるように駆動されてもよいが、ローラを駆動しない代わりにダイがローラ下で動かされるようになっていてもよく、あるいは共同で駆動されて運動するようになっていてもよい。各ローラの作用押圧面の幅は、ダイの作用面の幅と等しいか、それより少し大きくなっている。ローラはダイ内側の予め定められた最小限の距離のところに位置させられ、ローラとダイとの間で、ペレット化されるべき素材が径方向上のダイの通し穴に押し込められる。ダイが駆動される場合は、ローラがそれと別に駆動される必要はないが、ダイの回転につられて回転を行うことになり、ペレット化されるべき素材はダイとローラの間に位置させられる。また、ローラを回転するようにして、ダイを静止させてもよい。ペレットの押圧を行う間は、大きな力が発生させられる。こうした力を発生させるために、ダイまたはローラは相当な力で駆動される。

上述したような原理において、ペレット化装置の設計についてはいまだかなりの変更を行うことができる。例えば、使用するローラの数についての設計変更が見られる。ローラを１つだけ有するものも１つの可能性としてはあり得る。しかし、現今において最も一般的に見られるのは２つ以上のローラを有する機械である。これは主に、ペレット押圧中に前述したような大きな力を発生させるためである。こうした力はローラに作用するので、もしローラが１つならば、この大きな力の下でローラを安定に保つための構造が複雑化、重量化しかねず、何より高価なものとなりかねない。２つのローラが使われている場合は、ローラを安定に保つための構造ははるかに簡便なものとなる。同様のことが３つ以上のローラについても言え、幾分か小規模なものとすることができる。

本発明の目的は、効率の向上した動作を行うことができるペレット化装置を提供することである。

この目的は、請求項１に係るペレット化装置により達成される。本発明に係るペレット化装置によれば、従来のペレット化装置と比べて、同じ成果を同じ時間で挙げるのに、すなわち単位時間当たりの処理量を同じにして同じ品質のペレットを作るのに、使うエネルギーが１０％少なくなることが、実験により示されている。このエネルギー消費の低減は、単純にコスト的優位性があるというだけではない。従来技術に係るペレット化を行う機械では実現できなかった、ペレット化を行う機械の設計最適化の多様性を生み出す機会が広がるのである。これは、エネルギー消費の低減はペレット化装置の設計において明らかに最も重要な要素の１つであるという事実によるものである。エネルギー消費は直に、処理によって生み出される熱となる。この熱はさらに、種々の部品の耐用年数に大きな影響を及ぼすことになる幾つかの必須部品の動作温度を決定することになる。これはペレット化される素材が木材片のような高い粘性を有するものである場合にとりわけ当てはまる。こうした機械において、本発明によれば、例えばダイの作用面の幅を大きくでき、機械の生産性を高めることができ、また、主要な磨耗部品の寿命を改善することができる。これは通常、機械の他の寸法を変えることなく行うことができる。

本発明の請求項１に係るペレット化装置においては、各ローラの作用押圧面は、ダイの作用面のうち他のいずれのローラにも通過されない部分を通過するように配置される。ダイの作用押圧面のうち１つより多くのローラの作用押圧面によって転がり通過される分の割合は、本発明によって得られる消費力量低減量に反比例することが、実験から明らかである。

本発明の好ましい実施形態においては、ダイとローラとの間の相対移動が繰り返しパターンで行われるように、そしてダイの作用面の少なくとも９０％が繰り返しパターンの１サイクル中において１度だけローラの作用押圧面によって転がり通過されるようなレイアウトに各ローラの作用押圧面がなるように、ペレット化装置が構成される。本発明のこの実施形態によれば、可能な限りほぼ完全な効率性の向上が実現される。この状態は同じ長さの複数のローラによって実現され、これはダイの作用面の幅全体にわたる長さである一方で各ローラの作用押圧面はローラの幅方向のうち別々の部分を占めておりそしてこれにより各ローラについてこの作用面はダイの作用面の別々の部分に対して作用するようになっている。この場合、ローラの作用押圧面は間隔を空けた複数の部分を有することが明らかであろう。もう一つの方法は、小さな複数のローラを用いることであり、これらは各ローラの各作用押圧面がダイ作用面の別々の部分に対して作用するように互いに対してローラの軸方向内でオフセットされており、その一方でローラ自体の作用押圧面は実質的にそのローラの幅全体を占めるようになっている。

本発明に係るペレット化装置による消費力量の低減の利益を十分に得るためには、ダイの作用面のうち２つのローラの作用押圧面による転がり通過を受ける割合を最小限に留めるべきであることは明らかである。理想的には、そのような表面の範囲はゼロであるべきだが、それは実際には、不可能とまではいかない場合があるにしても、困難であろう。重要なのは、径方向上の通し穴のそれぞれは複数のローラのうち少なくとも１つによって完全に転がり通過されるということである。こうする理由は、もしもローラが通し穴の一部分上しか転がり通過しないとしたら、ペレット化されるべき素材が圧縮されて通し穴を抜けるのが適正なやり方でなされないことになるばかりか、通し穴の一部が空のままになるので通し穴のその空部分では素材を押して通し穴を通り抜けさせるために必要な力が緩和されるため、素材が漏れ出てしまいやすくなるためである。

ダイの通し穴が、ダイとローラの相対運動の向きにおいて重なりのない複数列内に並ぶよう配置されている場合は、全ての通し穴が常に完全かつ常に同じローラによって転がり通過されるようにローラの作用押圧面を寸法決めすることがいくらか容易である。ただし、ダイにそうした並びが成されていない場合は、実用上の最適設計は請求項３に係るペレット化装置に帰着し、これはダイの作用面のうち１回転につき１度より多く転がり通過される径方向上の通し穴を有する領域がローラとダイの相対運動に対する直交方向内で測って２つの隣接する径方向上の通し穴の中心から中心にかけての距離の幅を少なくとも有する領域となるようにされている。この方法では全ての径方向上の通し穴がダイの回転ごとに少なくとも１度は完全に転がり通過されることを保証でき、またローラの１つによって部分的にのみ転がり通過される通し穴はごく少数のみとなり、これらはエネルギーを必要とするがさほど大エネルギーではない。

本発明のもう一つ好ましい実施形態では、ダイの作用面が、実質的に相対運動の方向に延びる境界線で区切られた２つ以上の領域を有する。これによれば、ダイとの接触をしているローラの作用押圧面が、ダイの作用面の２つ以上の領域間でのみ少量の重複をすることになるようペレット化装置が構成されることになり、またそれによりエネルギー消費低減の可能性を最大限に実現できる。

ローラの作用面はよく、ダイの径方向上の通し穴を通じての素材押圧中に素材を操作するような所定の表面構造を有する。この表面構造は径方向上の通し穴から素材が離れて脇に逸れる動きを顕著に抑制し、またグリップを増強する。好ましい実施形態においては、そうした表面構造は平行な溝のパターンを有する。ペレットの均一性を向上するために、２つ以上のローラを有する従来技術に係るペレット化装置においては、各ローラが他のローラとは異なるパターンの表面構造を有するようになっている。この方法では、ローラの１つが径方向上の通し穴を通過するたびに、例えばペレット化される素材にかけられる圧力に関していくらか異なる方法でペレット化される素材が押圧されることになる。２つ以上のローラを有するペレット化装置の、従来技術に係る装置の場合でのこの利点は、本発明に係るペレット化装置にも、各ローラに表面構造を有する作用面を設けることで持たせることができ、その表面構造は、例としては互いに平行な複数の溝のパターンだがその表面構造が表面全体にわたって変化するもの、例えば互いに平行な溝の実施形態の場合には溝の向きが変化するものである。言い換えるならば、例えばローラの円周面を複数の区域に区分し、その区域毎で作用面の溝入りパターン内の溝の向きを変えるとよいということである。この方法では、より多くの、ただし作用面内の溝の向きが異なるローラを用いる場合のような、同様の利点が得られる。

請求項５にて規定されるようなローラは、本発明に係るペレット化装置において用いられるローラであることが明白である。このローラは、使用中に回転するローラを囲む線である回転中心線を備える。ローラは、少なくとも２つの領域に分かれた作用押圧面を有する。これらの領域のそれぞれは、ローラの回転中心線の一部分に被さる、すなわち回転中心線の一部分はその領域にとっての回転中心線でもあるということである。２つの隣接する作用押圧面の領域は、これまたローラの回転中心線の一部分に被さる非作用押圧面によって区切られている。総ての作用押圧面によって被さりを受ける回転中心線の部分の総計は、全作用押圧面の領域および分断領域によって被さりを受ける回転中心線の部分の合計の６０％より少ない。転がり通過されるべきダイの領域は２つの側方領域と１つの中央領域に区分けされ、請求項５に係るローラはこの２つの側方領域を転がり通過する。明らかにこのローラは作用押圧面の領域を１つ有するローラと共に動作する、これはこの目的のために用いることができるローラが現在使用されているので請求項には記載していない。ただし、通過を受けるべきダイの全領域が３つより多くに、例えば５つに分かれていたら、本発明に係るペレット化装置の両ローラは請求項５に係るローラとなる。

本発明は、以下の図面を参照しながら、本発明に係るペレット化装置の好ましい実施形態の描写によりさらに詳しく説明される。

従来技術に係るダイの作用面および２つのローラの概略図。 本発明に係るペレット化装置の発展実施形態におけるダイの作用面および２つのローラの概略図。 本発明に係るペレット化装置の第２の実施形態におけるダイの作用面および２つのローラの概略図。 本発明に係るペレット化装置の第３の実施形態におけるダイの作用面および２つのローラの概略図。 本発明に係るペレット化装置の第４の実施形態におけるダイの作用面および２つのローラの概略図。 本発明に係るローラの外周面の一部の概略斜視図。

ペレット化装置は、様々な形状、形式、実施形態のものが存在する。それらは作用面および作用面と実質的に平行な第２の面を有するダイを備えており、作用押圧面はもう一方の面を終端とする多数の通し穴を有しており、またペレット化装置はこの他に通常少なくとも２つのローラを備えており、このローラはそれぞれ、ダイの作用面上を転がる作用押圧面を有している。ダイとローラの間に、ペレット化される素材があり、これはローラがダイの通し穴を通過してダイ上を転がるときにローラによって押圧され、他端でペレットとして出てくる。ダイとローラの組み合わせとしては、ダイが円筒状の形式のものがあり、その円筒状の空隙内部でローラがダイの円筒状作用面上を転がる。他の実施形態としては、実質的に平らなダイを有するペレット化装置があり、このダイは通常リング状または大きなワッシャ状の形状とされ、そのワッシャ様ダイの中心点と一致する中心点の円を描く平らなワッシャ上でローラが転がる。以下においては、従来技術に係るダイとローラの例のほか、本発明に係る２つの異なる実施形態でのダイとローラの例を示す。どの場合でも、ダイは真っ直ぐで平らな面として概略的に示されているが、これは概略的に表現しているに過ぎず、上述したような円筒状のダイや平らなワッシャ状のダイ、あるいはそれ以外のペレット化機械のダイ／ローラの構成についても同様に当てはまるものであることを留意されたい。

図１は、ダイの作用面２と、ダイ１の図示しない反対側の面を終端とする作用面２上の複数の通し穴３と、を有するダイ１を示している。同じく示されているのは、それぞれ作用面６，７を有する２つのローラ４，５である。図１に係るダイ１とローラ４，５は、従来技術に係る典型的な配置を表している。

従来技術に係る図１のローラ４，５はそれぞれダイ１の作用面２の幅と同じかそれよりも少し大きい幅の作用押圧面６，７を有する。これはつまり、ダイ１の作用面２は各回転の間に、１度目はローラ４の作用面６によって、２度目はローラ５の作用面７によって、２度転がり通過されるということである。

図２は、本発明に係るペレット化装置の第１の実施形態におけるダイ１１の作用面１２および２つのローラ１４，１５の概略図である。図２の、本発明に係るペレット化装置のダイ１１は、図１の、従来技術のダイ１と類似している。しかし、各自の作用押圧面１６，１７を有するローラ１４，１５はそれぞれ、ローラ１４の作用押圧面１６がダイ１１の作用面１２のうちローラ１５の作用面１７が転がり通過するのとは異なる部分を転がり通過するという点で、異なるものである。よって、この実施形態における本発明に係るペレット化装置では、ダイ１１の作用面１２の各部分は、相対的な繰り返しの運動の１回転の間に、それぞれローラ１４，１５の作用押圧面１６，１７のうち１つだけによって転がり通過される。これはまさに、本発明に係るペレット化装置の、エネルギー消費量の低減をもたらすという、従来技術に係るペレット化装置に対しての効果である。ここで、本発明に係るペレット化装置の実施形態の、図２に示されている例においては、繰り返し運動の１サイクルの間にダイ１１の全作用面１２が１度だけ転がり通過されるという状況において、最大限可能なエネルギー消費量の節約が達成されるということに注意されたい。実際には、ダイ１１の作用面１２の転がり通過する部分がわずかに重複するように、ローラ１４，１５の作用押圧面１６，１７が選択されることもある。本発明の利益は、その重複が１００％よりも小さいところから得られる。そしてその利益は、重複が少なくなるにつれ増加する。すべての場合というわけではないが、重複は０％にまで減らすことができる。この利益と重複の減少との間の線的関係により、本発明の利益は、重複が７０％を下回ったときに十分なものとなる。ダイ１１の通し穴１３が整列はしていないが通し穴の各列が隣の列とずらしてある場合に、そのようになり得る。その場合には、重複は少なくとも、ダイ１１の全通し穴のそれぞれが、ローラ１４，１５の作用押圧面１６，１７のうち少なくとも１つによって完全に転がり通過されるようになっている必要がある。なお、より大きな重複を有する構造であってもなおエネルギー消費量は低減されること、そしてそうした構造もなお特許請求の範囲で規定される本発明の保護範囲に含まれることも明白であろう。

図３は、本発明に係るペレット化装置の第２の実施形態の概略図を示す。作用面２２および通し穴３を有するダイ２１は、図１，２のダイ１，１１と類似している。図３に示す実施形態のローラ２４，２５は、図２に示すローラ１４，１５と異なるものであり、ローラ２４，２５はより小さいものの、ローラ２４，２５の凡そ全幅を覆う作用押圧面２６，２７をそれぞれ有しているというところが異なる。原理的には、ダイ２１の作用面２２の各部分が、繰り返し運動の１サイクルの間にローラ２４，２５の作用押圧面２６，２７によってそれぞれ１度だけ転がり通過されるという、同じ結果になる。もしもダイ２１における通し穴３の配置がそれを必要とするなら、ローラ２４，２５も、その両方が転がり通過する作用面２２の領域で重複するように作られてもよい。

図４および図５は、それぞれ本発明に係るペレット化装置の第３の実施形態および第４の実施形態を示しており、ここでのローラはそれぞれ図２，３に示す第１，第２の実施形態のローラと類似の形状を有しているが、図４，５にそれぞれ示す第３，第４の実施形態のダイ３１，４１は、図２，３にそれぞれ示すダイ１１，２１とは差異がある。その差異は、ダイ３１，４１の作用面３２，４２が、作用面の部位ではない小さな領域によって区切られて分割されている点に見られる。ダイ３１，４１のそれぞれの作用面３２，４２の２つの領域同士の間のこの非作用面の小さな帯は、ローラ３４，３５，４４，４５の作用押圧面３６，３７，４６，４７同士が重複をする領域である。

図６は、本発明に係る作用押圧面１６，１７，２６，２７，３６，３７，４６，４７を伴っているローラ１４，１５，２４，２５，３４，３５，４４，４５の一部を斜視図で示している。通常、ペレット化装置のローラは、その作用押圧面にある程度は所定の表面構造を有する。その構造は径方向上の通し穴から素材が離れて脇に逸れる動きを抑制し、またグリップを増強するように設計される。ペレットの均一性を向上するために、従来技術に係る２つ以上のローラを有するペレット化装置においては、各ローラは他のローラと異なるパターンの作用表面構造を有しており、これにより「溝形成」を避け、製造されるペレットの均一性を向上している。本発明に係るペレット化装置においては、同じ効果を得るために、この装置のローラが転がり方向内で２つ以上の領域に分かれた作用押圧面を有し、その領域は相異なる表面構造を有するようになっている。好ましくは、この領域は、ダイの作用面の各領域が、連続する繰り返し運動のたびに前回の転がり通過の間に通っていったローラの表面領域とは異なる表面領域によって転がり通過されるように、選択される。図６においては、表面構造を有するそうした区域８，９の２つが示されている。この例示においては、表面構造は互いに平行な複数の溝のパターンを有しているが、この溝の方向は区域８から区域９にかけて異なっている。このようにすると、より多くの、ただしそれぞれが作用押圧面の相異なる表面構造を有するローラを用いる場合のような、同様の利点が得られる。

１，１１，２１，３１，４１ ダイ
２，１２，２２，３２，４２ ダイの作用面
３ ダイの通し穴
４，１４，２４，３４，４４ ローラ
５，１５，２５，３５，４５ ローラ
６，１６，２６，３６，４６ ローラ＊４の作用押圧面
７，１７，２７，３７，４７ ローラ＊５の作用押圧面
８， ９ 作用押圧面の区域

Claims (5)

1. − 作用面（１２，２２，３２，４２）、および、前記作用面（１２，２２，３２，４２）と実質的に平行な第２の表面、を有するダイ（１１，２１，３１，４１）であって、前記作用面と前記第２の表面との間にペレット形成用の複数の通し穴（３）を有するダイ（１１，２１，３１，４１）
   と、
   − シャフト周りに回転可能な少なくとも２つのローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）であって、このローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）と前記ダイ（１１，２１，３１，４１）とが互いに相対運動可能となっていて、前記ダイ（１１，２１，３１，４１）の前記通し穴（３）を抜けてペレット化される素材を押圧するための作用押圧面（１６，１７；２６，２７；３６，３７；４６，４７）をそれぞれが有する複数のローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）
   と、を備えるペレット化装置において、
   前記ローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）のそれぞれの前記作用押圧面（１６，１７；２６，２７；３６，３７；４６，４７）の幅が、前記ダイ（１１，２１，３１，４１）の前記作用面（１２，２２，３２，４２）の幅よりも小さく、
   前記ダイの作用面（１２，２２，３２，４２）が、実質的に前記ローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）と前記ダイ（１１，２１，３１，４１）との間の相対運動の方向に延びる境界線で区切られた複数の領域上に分散しており、
   各ローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）の、作用押圧面（１６，１７；２６，２７；３６，３７；４６，４７）が、相異なる表面構造を有する領域の円周面にわたって分散しており、
   相異なる表面構造を有する領域（８，９）が、互いに平行な複数の溝を備える領域（８，９）であり、その溝の向きが隣接する領域（８，９）間で異なること
   を特徴とするペレット化装置。
2. 動作中にはローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）とダイ（１１，２１，３１，４１）との間の相対運動が繰り返しパターンで行われるよう装置が構成されており、ダイ（１１，２１，３１，４１）の作用面（１２，２２，３２，４２）の少なくとも３０％が繰り返しパターンの１サイクル中において１度だけローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）の作用押圧面（１６，１７；２６，２７；３６，３７；４６，４７）によって転がり通過されるように、ローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）のそれぞれの作用押圧面（１６，１７；２６，２７；３６，３７；４６，４７）が設計されていること
   を特徴とする請求項１に記載のペレット化装置。
3. ダイの作用面（１２，２２，３２，４２）のうち、繰り返しパターンの１サイクルにつき１度より多く転がり通過される領域が、ローラ（１４，１５；２４，２５；３４，３５；４４，４５）とダイ（１１，２１，３１，４１）との間の相対運動に対する直交方向内で測って２つの隣接する通し穴（３）の中心から中心にかけての距離に相当する幅の領域であること
   を特徴とする請求項２に記載のペレット化装置。
4. ダイの作用面（１２，２２，３２，４２）の各部分が、２回分の連続する転がり通過において、別々の領域（８，９）による転がり通過を受けるように、相異なる表面構造を有する領域（８，９）が配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載のペレット化装置。
5. ペレット化装置用のローラ（１４；３４）であって、回転中心線と作用押圧面（１６；３６）とを備え、前記作用押圧面が前記ローラ（１４；３４）の回転中心線の少なくとも一部分に被さるローラにおいて、
   ペレット形成用の複数の通し穴（３）が設けられており境界線で区切られた複数の領域上に分散している作用面（１２，２２，３２，４２）を有する前記ペレット化装置用のダイ（１１，２１，３１，４１）に対して、前記境界線が延びる方向に相対運動が可能であり、
   前記作用押圧面は少なくとも２つの領域（１６；３６）に分かれており、これらの領域はそれぞれ前記ローラ（１４；３４）の回転中心線の一部分に被さっており、２つの隣接する作用押圧面の領域は非作用分断領域によって区切られており、この非作用分断領域も前記ローラ（１４；３４）の回転中心線の一部分に被さっており、総ての作用押圧面（１６；３６）が被さる回転中心線の部分の総計は、全作用押圧面の領域（１６；３６）および分断領域が被さる回転中心線の部分の合計の６０％より少なく、
   作用押圧面が、相異なる表面構造を有する領域の円周面にわたって分散しており、
   相異なる表面構造を有する領域（８，９）が、互いに平行な複数の溝を備える領域（８，９）であり、その溝の向きが隣接する領域（８，９）間で異なること
   を特徴とするペレット化装置用のローラ。

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