JP6957386B2 - ダイプレート、造粒装置及びペレット製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された造粒用ダイス(ダイプレート)は、押出機から押出される溶融樹脂を複数のノズル(ノズル孔)から吐出するよう構成され、ノズル(ノズル孔)に近接する位置に棒状ヒータを備える。より詳細には、造粒用ダイスは、ダイスを固定するためのダイホルダの下流側フランジに保持され、吐出面に対して円状又は円弧状に並べられるように形成された複数のノズルを有し、各複数のノズルの中央部に吐出面に対して鉛直方向にかつ下流側フランジ部の背面から吐出面近くまで棒状ヒータが挿入されている。
特許文献1に記載された造粒用ダイスによれば、棒状ヒータは、円状又は円弧状に配置された複数のノズルに対し、長区間にわたり平行に配置され、またその先端が造粒用ダイスの吐出面近くまで挿入されている。このため、各流路及びノズルの内部を流動する溶融樹脂は、長区間均等にそしてノズル先端部まで充分に加熱され、ダイスの吐出面が冷却水で冷却された状態においても、ノズル部分で樹脂材料の凝固に起因する目詰まりをおこしにくい。
しかし、特許文献1に記載された造粒用ダイス(ダイプレート)では、棒状ヒータが下流側フランジ部の背面から挿入されているため、挿入口が形成された専用のダイホルダを用いる必要があり構成が複雑になる。
そこで、本発明は、上述した課題を鑑み、装置の構成が単純で、樹脂材料を均等に加熱可能な、ダイプレート、造粒装置及びペレット製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係るダイプレートでは、複数の第1のノズル孔は第1のヒータから等距離に位置しているため、ノズル孔における樹脂材料を均一に加熱できる。また、第1のヒータはダイプレートの側面から本体の内部に延びるため、第1のヒータは、ダイホルダを貫通する必要がなく、構成が単純となる。
本発明に係る造粒装置は、上記のダイプレートと、前記ダイプレートの前記吐出面と対向するカッタ刃と、前記吐出面と前記カッタ刃とを覆い、冷却液が充填可能なカッタボックスと、を有する。
本発明に係るペレット製造方法は、上記ダイプレートを有する造粒装置において、前記第1のヒータがダイプレートを加熱する工程と、前記ダイプレートの樹脂材料を吐出する工程と、前記吐出した樹脂材料を切断する工程と、を有する。
[第1実施形態]
<構成>
図1は本発明の第1実施形態に係るダイプレートを備える造粒装置の構成を示す断面図である。図1を参照すると、造粒装置1は、ダイプレート2と、ダイホルダ81と、ヒータ82と、複数の締結ボルト83と、モータ91と、カッタ駆動装置92と、カッタユニット93と、カッタボックス94と、を備える。造粒装置1は、樹脂材料を溶融させて細い糸状に押出し、この細い糸状に押出された樹脂材料を切断することでペレットに加工する。以下に造粒装置1の各構成部品の構成を説明する。
ヒータ82は、ダイホルダ81の導管部811の外周に取り付けられている。また、ヒータ82は、通電することで発熱する。このため、ヒータ82は、発熱することで、導管部811の内部、すなわち溶融樹脂流路813を流通する樹脂材料を加熱することができる。
カッタボックス94は、ダイプレート2のノズル孔21の下流側つまり、樹脂材料が吐出する側のダイプレート2の面である吐出面25を覆っている。カッタボックス94の内部は、冷却液で満たされている。この冷却液は、カッタボックス94の内部を下から上に向かって循環する。本実施形態では、冷却液は、水である。
カッタユニット93は、回転軸931、カッタホルダ932、カッタ刃933を備える。カッタホルダ932は、カッタ刃933を保持し、回転軸931の先端に位置している。また、カッタホルダ932には、カッタ刃933がダイプレート2のノズル孔21の樹脂材料が吐出する吐出開口27に接触するように取付けられている。回転軸931は、回転可能であり、入力された回転をカッタホルダ932に伝達する。このため、回転軸931が回転することで、カッタホルダ932を介して、カッタ刃933は、回転軸931の軸線の周りを回転する。このとき、カッタ刃933は、ダイプレート2の表面の吐出開口27に接した状態で表面をなぞるように移動する。これにより、カッタ刃933は、吐出開口27から吐出する樹脂材料を切断できる。なお、樹脂材料の切断が可能ならば、カッタ刃933は、ダイプレート2の表面の吐出開口27に接していない状態、すなわち、カッタ刃933がダイプレート2の表面の吐出開口27から浮いている状態でもよい。また、ダイプレート2の中心点O(図2(a)参照)は、カッタ刃933の回転軸931の軸線上に位置している。
カッタ駆動装置92は、モータ91の回転を適切な回転数に調節した後に、その回転を回転軸931へと伝達する。
ヒータ22は、温度センサ23の計測した温度に応じて、発熱し、ダイプレート2のノズル孔21の部分を暖める。このとき、8つのヒータ22は、温度センサ23の計測した温度に応じて独立に温度調整ができる。また、ヒータ22は、側面26から本体30の内部まで直線状に延びる。ヒータ22は、図2に示すように第1のヒータ22aと第2のヒータ22bと第3のヒータ22cとを有する。
複数のノズル孔21は、図2に示すように複数の第1のノズル孔21aと、複数の第2のノズル孔21bと、複数の第3のノズル孔21cと、を有する。複数の第1のノズル孔21aの吐出面25における開口は第1のノズル孔列211aを形成している(図2(c)参照)。同様に、複数の第2のノズル孔21bの吐出面25における開口は第2のノズル孔列211bを形成し、複数の第3のノズル孔21cの吐出面25における開口は第3のノズル孔列211cを形成している。また、第1のノズル孔列211aの中心線212aと第2のノズル孔列211bの中心線212bは吐出面25上の第1の仮想円31における互いに異なる接線と重なっている。また、複数の第1のノズル孔21aは、第1のヒータ22aから等距離に位置している。同様にして、複数の第2のノズル孔21bは、第2のヒータ22bから等距離に位置し、複数の第3のノズル孔21cは第3のヒータ22cから等距離に位置している。また、第1のノズル孔列211aと第3のノズル孔列211cは平行に延び、かつ吐出面25と直交する方向からみて第1のヒータ22aと第3のヒータ22cとの間に位置している。さらに詳細には、第3のノズル孔列211cは、第1の仮想円31と同心の第2の仮想円32における接線と重なる。また、第3のノズル孔列211cの中心線212cが重なる第2の仮想円32における接線と、第1のノズル孔列211aの中心線212aが重なる第1の仮想円31における接線とは平行である。
また、ダイプレート2では、1組の、ノズル孔列211、ヒータ22、及び温度センサ23が吐出面25と直交する方向から見て4方向に延びる。すなわち、吐出面25と直交する方向からみて、正方形を構成する辺と同方向に各1組のノズル孔列211、ヒータ22、及び温度センサ23が延びている。
次に造粒装置1を用いたペレット製造方法について、図1を参照して説明する。
造粒装置1では、公知の方法で溶融混練された樹脂材料が、溶融樹脂流路813を通して、ダイプレート2の方向に送られる。このとき、ヒータ82は、ダイホルダ81の内部を暖めている。そして、樹脂材料がダイプレート2の位置に到達すると、ダイプレート2に樹脂材料からの圧力が加わり、樹脂材料は、ダイプレート2のノズル孔21から吐出する。このとき、ダイプレート2は、ダイプレート2の内部に備えられている複数のヒータ22に加熱されており、複数のヒータ22の各温度は、温度センサ23の計測した温度に応じて独立に調整される。これにより、樹脂材料の各ノズル孔21での温度が一定に保たれる。吐出した樹脂材料は、ダイプレート2の正面に配置されたカッタ刃933に切断されペレットへと加工される。ペレットに加工された樹脂材料は、カッタボックス94の内部の冷却液に冷却され、形状が固定される。その後、形状が固定されたペレットは、カッタボックス94の内部の冷却液と共に公知の乾燥設備へと送られ、ペレットは、乾燥される。以上の工程で、樹脂材料は、造粒装置1によりペレットへと加工される。
本実施形態に係る造粒装置1の作用・効果について以下に説明する。
本実施形態に係る造粒装置1は、上述したペレット製造方法に従い樹脂ペレットを製造できる。
また、本実施形態に係る造粒装置1では、ダイプレート2の樹脂材料の吐出先に冷却液が充満したカッタボックス94が配置されている。これにより、樹脂材料は、カッタ刃933により小径の樹脂ペレットへと切断されると共に、カッタボックス94の内部の冷却液により冷却されることで、切断直後の溶融状態にある樹脂ペレットの形状が固定される。
また、カッタボックスの内部に充満された冷却液は、吐出した樹脂材料を冷却するだけではなく、ダイプレート吐出面にも接触している。このため、ヒータを備えない造粒装置では、カッタボックスの内部の冷却液は、同時にダイプレートも冷却してしまう。この冷却のために、ダイプレートの内部を流れる樹脂材料がノズル孔の部分で固化してしまい、樹脂材料がノズル孔に固着することで目詰まりを起こすおそれがある。しかし、本実施形態に係る造粒装置1のダイプレート2では、各ノズル孔21がヒータ22により加熱されている。樹脂材料は、ノズル孔21の位置で温度低下をすることによる固化が生じにくい。すなわち、ダイプレート2では、ノズル孔21が詰まる不具合が生じにくい。
また、カッタ刃933の刃長さが長い場合、撓みによりカッタ刃933に大きな変位が生じやすく、カッタ刃933と吐出面25との間に隙間が生じてしまい、ペレットの形状が不均一になってしまうおそれがある。カッタ刃933を吐出面25に強く押し付けることで、カッタ刃933と吐出面25との間の隙間の発生を抑えることもできるが、この場合、カッタ刃933に強い力が働くので、カッタ刃933の磨耗が激しく望ましくない。したがって、刃長さは、短い方がよい。そして、本実施形態に係るダイプレート2は、カッタ刃933の刃長さが短いため、刃長さが長いことに起因する不具合が発生しにくい。
さらに、特許文献1に記載された造粒用ダイス(ダイプレート)ではダイホルダにヒータを取付けるための構成を設ける必要があったが、本実施形態に係る造粒装置1では、ヒータ22を取付けるための構成が不要である。すなわち、造粒装置1は構成を単純化できる。
本実施形態では、ダイプレート2の使用方法の一例として造粒装置1に用いたが、ダイプレート2は、押出成形機やその他の装置などのダイプレートを用いるあらゆる装置で用いることができる。
また、本実施形態のダイプレート2では、複数のノズル孔21の並ぶ列は、ダイプレート2の中心点Oを中心とする仮想円31,32の接線上に配置されている。しかし、複数のノズル孔21の並ぶ列の向きは、中心点Oを中心とする円の接線方向の向きに限られない。複数のノズル孔21の並ぶ列は、中心点Oから放射状に延びる線と交わる線上に位置すればよい。
<構成>
本発明の第2実施形態に係る造粒装置は、ダイプレートが異なる以外は、第1実施形態の造粒装置1と同様の構成を有する。
図4は、第2実施形態に係る造粒装置が備えるダイプレート4の構成を示す正面図である。図4を参照すると、ダイプレート4は、吐出面45及び側面46を備え、円盤形状を有している。ダイプレート4には、ノズル孔41と、10のヒータ42と、5つの温度センサ43と、締結ボルト83用の締結用孔44と、を有する。
上述した第1実施形態に係るダイプレート2では、吐出面45上の複数のノズル孔21から形成されるノズル孔列211は、4方向に延びている。また、ノズル孔列211が延びる方向は、正方形の各辺と重なる。従って、言い換えると、第1のノズル孔列211aの中心線212aと第3のノズル孔列211cの中心線212cがそれぞれ重なる接線は、吐出面25上の正方形の互いに異なる2つの辺と重なっている(図2参照)。
本実施形態では、第1実施形態に係るダイプレート2と異なり複数のノズル孔41から形成されるノズル孔列411は、5方向に延びている。また、ノズル孔列411の中心線412は、正五角形の各辺と同方向に延びる。
上記構成により、本実施形態に係る造粒装置は、第1実施形態に係る造粒装置1と同様の効果を奏する。
本実施異形態では、吐出面45の方向から見た場合に、正五角形を構成する辺が延びる方向と同方向にノズル孔列411が形成されている。しかし、ノズル孔列411が形成される方向は、この方向に限らない。例えば、正五角形以外の正多角形を構成する辺が延びる方向と同方向にノズル孔列411が形成されてもよい。
しかし、正多角形を構成する辺の数は、4以上、7以下が好ましい。正3角形以下の場合、ノズル孔41を形成するスペースがとりにくく、正8角形以上の場合、ヒータ42を配置するスペースがとりにくいからである。
ノズル孔41を正多角形を構成する辺上に形成する場合、ノズル孔41は、中心点Oに近い位置に形成するほうがよい。ノズル孔41が中心点Oから離れた位置に形成されるほど、カッタ刃933の刃長さを長くする必要があるからである。
<構成>
本発明の第3実施形態に係る造粒装置は、ダイプレートが異なる以外は、第1実施形態の造粒装置1と同様の構成を有する。
図5は、第3実施形態に係る造粒装置が備えるダイプレート5の構成を示す正面図である。図5を参照すると、ダイプレート5は、吐出面55及び側面56を備えた本体58を有している。ダイプレート5には、ノズル孔51と、8つのヒータ52と、8つの温度センサ53と、締結用孔54と、が形成されている。
複数のノズル孔51は、ヒータ52よりダイプレート5の中心点Oに近い位置に形成され、かつ、吐出面55と直交する方向にダイプレート5の本体58を貫通している。また、複数のノズル孔51は、ヒータ52からの最短距離がそれぞれ等しい位置に形成されている。また、複数のノズル孔51は、複数の第1のノズル孔51aと複数の第2のノズル孔51bとを有する。複数の第1のノズル孔51aの吐出面55における開口は第1のノズル孔列511aを形成し、複数の第2のノズル孔51bの吐出面55における開口は第2のノズル孔列511bを形成している。第1のノズル孔列511aの中心線512aと第2のノズル孔列511bの中心線512bは吐出面55上の一つの仮想円57における互いに異なる接線と重なっている。
温度センサ53は、ダイプレート5のノズル孔51に近接する位置であって、ヒータ52とノズル孔51との間に直線上に位置している。
ダイプレート5は、第1実施形態に係るダイプレート2と同様に、ヒータ52からそれぞれのノズル孔51までの最短距離が等しい。このため、ノズル孔51の部分の温度を均等に保つことができる。すなわち、ダイプレート5は、第1実施形態に係るダイプレート2と同様の効果を奏することができる。
22:ヒータ、23:温度センサ、24:締結用孔、25:吐出面、26:側面、
27:吐出開口、28:入口開口、29:流入面、30:本体、31:第1の仮想円、
32:第2の仮想円4:ダイプレート、41:ノズル孔、411:ノズル孔列、
412:中心線、42:ヒータ、43:温度センサ、44:締結用孔、45:吐出面、
46:側面、5:ダイプレート、51:ノズル孔、511:ノズル孔列、512:中心線、
52:ヒータ、53:温度センサ、54:締結用孔、55:吐出面、56:側面、
71:ダイプレート、72:ダイプレート、81:ダイホルダ、811:導管部、
812:フランジ部、813:溶融樹脂流路、82:ヒータ、83:締結ボルト、
91:モータ、92:カッタ駆動装置、93:カッタユニット、931:回転軸、
932:カッタホルダ、933:カッタ刃、94:カッタボックス
Claims (11)
- 樹脂材料が流入する流入面と、前記流入面の裏側に位置し前記樹脂材料が吐出する吐出面と、前記流入面と前記吐出面との間に位置する側面と、を備えた本体と、
前記流入面と前記吐出面との間で前記本体を貫通し、前記樹脂材料を吐出する複数の第1のノズル孔と、
前記側面から前記本体の内部まで直線状に延びる第1のヒータと、
前記流入面と前記吐出面との間で前記本体を貫通し、前記樹脂材料を吐出する複数の第3のノズル孔と、
前記側面から前記本体の内部まで直線状に延びる第3のヒータと、を有し、
前記複数の第1のノズル孔の前記吐出面における開口は第1のノズル孔列を形成し、
前記複数の第3のノズル孔の前記吐出面における開口は第3のノズル孔列を形成し、
前記複数の第1のノズル孔は前記第1のヒータから等距離に位置し、
前記複数の第3のノズル孔は前記第3のヒータから等距離に位置し、
前記第1のノズル孔列と前記第3のノズル孔列は平行に延び、かつ前記吐出面と直交する方向からみて前記第1のヒータと前記第3のヒータとの間に位置している、
ダイプレート。 - 前記第1のノズル孔列は前記吐出面上の第1の仮想円における第1の接線と重なり、前記第3のノズル孔列は前記吐出面上の前記第1の仮想円と同心の第2の仮想円における前記第1の接線と平行な第2の接線と重なっている、
請求項1に記載のダイプレート。 - 前記第1のヒータと前記第3のヒータは互いに独立して温度調整可能である、
請求項1又は2に記載のダイプレート。 - 前記流入面と前記吐出面との間で前記本体を貫通し、前記樹脂材料を吐出する複数の第2のノズル孔と、
前記側面から前記本体の内部まで直線状に延びる第2のヒータと、を有し、
前記複数の第2のノズル孔の前記吐出面における開口は第2のノズル孔列を形成し、
前記複数の第2のノズル孔は前記第2のヒータから等距離に位置し、
前記第1のノズル孔列と前記第2のノズル孔列は前記吐出面上の一つの仮想円における互いに異なる接線と重なっている、請求項1から3のいずれか1項に記載のダイプレート。 - 前記第1のノズル孔列と前記第2のノズル孔列がそれぞれ重なる前記接線は、前記吐出面上の正多角形の互いに異なる2つの辺と重なっている、
請求項4に記載のダイプレート。 - 前記正多角形の辺の数は4以上、7以下である、
請求項5に記載のダイプレート。 - 前記第1のヒータと前記第2のヒータは互いに独立して温度調整可能である、
請求項4から6のいずれか1項に記載のダイプレート。 - 前記側面から前記本体の内部まで延び、前記複数の第1のノズル孔に近接する温度センサを有する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のダイプレート。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載のダイプレートと、
前記ダイプレートの前記吐出面と対向するカッタ刃と、
前記吐出面と前記カッタ刃とを覆い、冷却液が充填可能なカッタボックスと、を有する
造粒装置。 - 前記カッタ刃は前記吐出面の中心の周りを回転可能である、
請求項9に記載の造粒装置。 - 請求項9又は10に記載の造粒装置において、
前記第1のヒータでダイプレートを加熱する工程と、
前記ダイプレートの内部の樹脂材料を吐出する工程と、
吐出した前記樹脂材料を切断する工程と、を有する、
ペレット製造方法。
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