JP7427329B2

JP7427329B2 - 成形機用冷却装置及び成形機

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Publication number: JP7427329B2
Application number: JP2020031613A
Authority: JP
Inventors: 由和小林; 秀匡小林; 昭夫相方
Original assignee: Miike Tekkou KK
Current assignee: Miike Tekkou KK
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2024-02-05
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP2021133308A

Description

本発明は、溶融物と非溶融物を含む被処理物を成形する成形機に用いられる成形機用冷却装置に関する。

以前より、廃棄物の再資源化の一環として、廃プラスチック等の溶融物と、古紙等の非溶融物とを混錬及び成形して固形燃料を製造している。このような固形燃料を製造する成形機として、被処理物が投入されるケーシング内に、回転駆動される２軸の螺旋体を平行に配置し、これらの螺旋体の先端面が対向する側に、成形ノズルが装着された端面板を配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。

図９は、従来の成形機の主要部を示す断面図である。この成形機１０１は、被処理物の投入口１１２を有するケーシング１１０と、このケーシング１１０内に形成された処理室１１１と、この処理室１１１内に収容されて回転駆動され、被処理物の混錬及び圧縮を行う螺旋体１０２を備える。ケーシング１１０の端面には、螺旋体１０２の先端面に対向するように端面板１１５が固定されている。この端面板１１５には、螺旋体１０２の先端面の周縁部に対向して複数の成形ノズル１１６が装着されていると共に、ヒータが内蔵されている。端面板１１５の外側には、成形物を切断する切断装置１１８が設置されている。この切断装置１１８は、成形ノズル１１６の先端の近傍を軸直角方向に通過するように形成された回転刃１２０と、この回転刃１２０の駆動力を生成するモータ１２１と、モータ１２１の出力を回転刃１２０に伝達する伝達機構１２２を備える。

投入口１１２から処理室１１１内に投入された被処理物は、上記螺旋体１０２で混錬及び圧縮され、端面板１１５に向かって送られる。被処理物は、螺旋体１０２で混錬及び圧縮されるに伴い、摩擦熱によって温度が上昇する。混錬及び圧縮されて温度が上昇した被処理物は、成形ノズル１１６の貫通孔に導かれ、この成形ノズル１１６の貫通孔を通るに伴ってヒータの熱で加熱され、成形される。被処理物が成形ノズル１１６で成形されてなる成形物は、切断装置１１８の回転刃１２０で所定長さに切断され、固形燃料が製造される。

上記成形機１０１で固形燃料を製造するに際して、固形燃料の取り扱いを向上するため、成形物のかさ比重を確保することが求められる。成形物のかさ比重を増大するには、成形ノズル１１６を通過する被処理物の温度を高めて、溶融物の流動性を向上することが行われる。

特許第５７９７２３７号公報

しかしながら、上記従来の成形機１０１は、成形ノズル１１６を通過する被処理物の温度を高めると、成形物が成形ノズル１１６から排出されるに伴い、処理室１１１内の圧力から解放されたことに起因して膨張し、かさ比重の増大効果が得られ難い問題がある。また、上記従来の成形機１０１は、成形物の成形性が悪くなる問題がある。詳しくは、成形ノズル１１６から排出されて膨張した成形物が、切断装置１１８の回転刃１２０で切断され難くなり、回転刃１２０に引きずられて曲がりが生じる問題や、所定の長さに切断されない問題や、切断面が毛羽立つ問題が生じる場合がある。

そこで、本発明の課題は、成形機で製造する成形物について、効果的にかさ比重を増大できる成形機用冷却装置及び成形機を提供することにある。また、成形物の成形性の悪化を効果的に防止できる成形機用冷却装置及び成形機を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の成形機用冷却装置は、溶融物と非溶融物を含む被処理物を混合及び加熱し、この被処理物を成形ノズルから押し出して成形物を製造する成形機に設置される成形機用冷却装置であって、
上記成形ノズルの先端部を冷却する冷却部を備えること特徴としている。

上記構成によれば、成形機では、溶融物と非溶融物を含む被処理物が混合及び加熱され、この被処理物が成形ノズルから押し出して成形物が製造される。ここで、成形機用冷却装置の冷却部が、成形機の成形ノズルの先端部を冷却することにより、成形ノズルから排出される被処理物の膨張が効果的に防止される。その結果、成形物のかさ比重の低下を防止でき、効果的にかさ比重を増大できる。また、成形ノズルから排出される被処理物の膨張が防止されることにより、この成形物は切断刃で速やかに切断される。その結果、成形物の成形性の悪化を効果的に防止できる。例えば、成形物の曲がりの発生を抑制でき、成形物を安定して所定の長さに切断でき、切断面の毛羽立ちの発生を抑制できる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記冷却部が、上記成形ノズルの先端部に向かって冷却媒体を吐出する冷却ノズルを有する。

上記実施形態によれば、冷却部の冷却ノズルにより、成形物を押し出す成形ノズルの先端部を効果的に冷却できる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記冷却ノズルから吐出した冷却媒体が、上記成形ノズルの先端部と、この成形ノズルから押し出される成形物とに直接接触するように形成されている。

上記実施形態によれば、冷却ノズルから吐出した冷却媒体が、成形ノズルの先端部と、この成形ノズルから押し出される成形物とに直接接触することにより、成形ノズルから排出された後の成形物の膨張を効果的に防止できる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記冷却媒体が、水である。

上記実施形態によれば、冷却媒体として水を用いることにより、成形ノズルの先端部を効果的に冷却することができる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記成形機の複数の上記成形ノズルの先端部が挿入される複数の貫通孔を有する第１隔壁板と、
上記複数の成形ノズルの先端に対して間隔を置いて配置され、上記複数の成形ノズルから押し出された成形物が通過する複数の通過孔を有する第２隔壁板と
を備え、
上記第１隔壁板と第２隔壁板との間に上記冷却ノズルが配置されている。

上記実施形態によれば、第１隔壁板の複数の貫通孔に、成形機の複数の成形ノズルの先端部が挿入される。この成形ノズルから押し出された成形物が、この成形ノズルの先端に対して間隔を置いて配置された第２隔壁板の複数の通過穴を通過する。上記第１隔壁板と第２隔壁板との間に配置された冷却ノズルから吐出された冷却媒体により、上記第１隔壁板と第２隔壁板との間に位置する成形ノズルの部分と、この成形ノズルから押し出された成形物を、効果的に冷却できる。また、第１隔壁板と第２隔壁板の間で冷却ノズルから冷却媒体を吐出することにより、冷却媒体の拡散を効果的に防止できる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記第１隔壁板の上記成形ノズルの軸方向における設置位置が調節可能に形成されている。

上記実施形態によれば、第１隔壁板の成形ノズルの軸方向における設置位置を調節することにより、成形ノズルへの冷却媒体が接触する範囲を調節できる。これにより、成形ノズルを通過する被処理物に対する冷却の程度を調節できて、成形ノズルから押し出された成形物の膨張量や、かさ比重や、切断刃による切れ味等を調節できる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記第２隔壁板の複数の通過孔に連通して成形物を導く複数の成形物通路と、
上記複数の成形物通路に連通する複数の排出孔が形成され、上記成形物を切断する切断刃の刃部が表面に近接して駆動される切断補助板と
を備える。

上記実施形態によれば、第１隔壁板と第２隔壁板の間で冷却された成形物が、第２隔壁板の複数の通過孔に連通する複数の成形物通路に導かれる。成形物通路を通った成形物は、切断補助板の排出孔から排出される。この切断補助板は、成形物を切断する切断刃の刃部が表面に近接して駆動されるので、この切断補助板と切断刃により、成形物通路の排出孔から排出される成形物を効果的に切断することができる。その結果、例えば、成形物の曲がりの発生を抑制でき、成形物を安定して所定の長さに切断でき、切断面の毛羽立ちの発生を抑制できて、成形性の良好な成形物が得られる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記冷却部が、上記成形ノズルの先端から全長の５％以上２０％以下の範囲の部分を冷却するように形成されている。

上記実施形態によれば、冷却部が成形ノズルの先端から全長の５％以上２０％以下の範囲の部分を冷却することにより、この成形ノズルから押し出される成形物の膨張を効果的に防止でき、また、良好な成形性の成形物が得られる。

一実施形態の成形機用冷却装置は、上記冷却部が、上記成形ノズルの先端部と、上記成形ノズルから押し出された成形物を導く成形物通路とを取り囲むように形成され、内部に冷却媒体が流れる冷却ジャケットを有する。

上記実施形態によれば、冷却部が冷却ジャケットを有し、この冷却ジャケットは、成形ノズルの先端部と、上記成形ノズルから押し出された成形物を導く成形物通路とを取り囲むように形成され、内部に冷却媒体が流れるように構成される。この冷却ジャケットに熱機器を接続し、冷却媒体を循環することにより、成形ノズルの先端部と、成形ノズルから押し出された成形物とを良好な効率で冷却することができる。また、冷却媒体を冷却ジャケットに循環させることにより、冷却媒体の少ない使用量により、冷却媒体を周囲の環境に拡散させることなく、先端ノズルと成形物の冷却を行うことができる。

本発明の成形機は、上記成形機用冷却装置を備える。

上記構成によれば、溶融物と非溶融物を含む被処理物を混合及び加熱し、この被処理物を成形ノズルから押し出して成形物を製造する成形機が成形機用冷却装置を備えることにより、成形ノズルから押し出された後の膨張量の比較的少ない成形物が得られる。したがって、かさ比重が比較的高く、成形性の良好な成形物が得られる。

本発明の第１実施形態の成形機及び成形機用冷却装置を示す平面図である。成形機の先端部分及び成形機用冷却装置を示す断面図である。成形機の先端部分及び成形機用冷却装置を示す平面図である。成形機用冷却装置の第１隔壁板及び冷却ノズルを示す正面図である。成形機用冷却装置の第２隔壁板の一部と切断補助板を示す正面図である。成形機用冷却装置の切断補助板及び切断刃を示す正面図である。切断刃を示す正面図である。切断刃を示す側面図である。第２実施形態の成形機の先端部分及び成形機用冷却装置を示す断面図である。従来の成形機を示す断面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の成形機及び成形機用冷却装置を示す図であり、図２は、第１実施形態の成形機の先端部分及び成形機用冷却装置を示す断面図である。本実施形態の成形機は、被処理物として、溶融物としての例えばプラスチックと、非溶融物としての例えば古紙や木屑等とを含む廃棄物を、混合、加熱及び成形して固形燃料を製造するものである。

本実施形態の成形機１は、被処理物を混練及び圧縮する２個の螺旋体３，４と、これらの螺旋体３，４に各々連結されて回転力を伝達する回転駆動軸８，９と、一方の回転駆動軸８にカップリングＣを介して連結された減速機Ｄ、伝動装置Ｔ及び主電動モータＭを備える。

上記螺旋体３，４は、ケーシング１０内に形成された処理室５に収容されている。上記ケーシング１０は、回転駆動軸８，９側の部分の上側面に、上記処理室５に連通する被処理物の投入口１１が形成されている。また、このケーシング１０は、螺旋体３，４の延在方向の先端面に、このケーシング１０内の処理室５の壁面を形成する端面板６が固定されている。端面板６には、混錬、圧縮及び加熱された被処理物を成形する成形ノズル１３が配置されている。

本実施形態において、螺旋体３，４及び回転駆動軸８，９の延在する方向について、端面板６に向かう側を前側といい、減速機Ｄに向かう側を後側という。

上記螺旋体３，４は、上記回転駆動軸８，９の先端側の嵌合部に取り付けられる回転軸部と、この回転軸の周面に形成された螺旋羽根とを有する。螺旋体３，４の回転軸部は、先端側に底が形成された六角形断面の有底孔が形成されており、この有底孔に、回転駆動軸８，９の六角形断面の篏合部が篏合している。

上記螺旋体３，４は、螺旋羽根が互いに逆回りに形成されている。これらの螺旋体３，４は、軸方向視において互いの螺旋羽根が重なり合うように水平方向に平行に並んで配置されている。一対の回転駆動軸８，９は、図１の矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように、互いに反対向きに回転駆動される。これにより、螺旋体３，４は、互いに重なり合う幅方向の中央部分において、螺旋羽根が上から下に向かうように回転駆動される。これにより、螺旋体３，４は、投入口１１から投入された被処理物を挟み込み、混練及び圧縮しながら端面板６側に移送するように形成されている。

上記螺旋体３，４は、回転軸部の直径が、投入口１１側部分よりも先端側部分の方が大きく形成されている。また、上記螺旋体３，４は、螺旋羽根の軸方向の間隔であるピッチが、投入口１１側部分よりも先端側部分の方が小さく形成されている。さらに、上記螺旋体３，４は、螺旋羽根の厚みが、投入口１１側部分よりも先端側部分の方が大きく形成されている。これにより、螺旋体３，４の螺旋羽根の外周に接する円筒と、回転軸部の外側面との間に形成される室の容積を、投入口１１側部分よりも先端側部分の方が小さくなるようにしている。これにより、螺旋体３，４が回転し、被処理物が処理室５内を投入口１１側から先端側に向かって導かれるに伴い、被処理物に作用する圧縮力が増大するように形成されている。螺旋体３，４の螺旋羽根の先端には、軸直角方向に延在する平坦部が形成されている。

被処理物は、処理室５の前側の壁面を形成する端面板６のヒータの熱と、螺旋体３，４の外側面と被処理物との間に生じる摩擦熱により、この被処理物に含まれる溶融物が溶解する。こうして溶融物が融解して高圧になった被処理物を、端面板６に設けられた成形ノズル１３に導き、成形ノズル１３により成形する。被処理物は、螺旋体３，４の螺旋羽根の先端の平坦部により、成形ノズル１３の貫通孔の入口に向かって効果的に押し込まれる。

端面板６は、ケーシング１０の先端面に設けられたフランジ１０ａに固定されている。この端面板６の側面と、ケーシング１０のフランジ１０ａの縁部との間を連結するリンクヒンジ装置１２によって、端面板６がケーシング１０の先端面を開閉可能に形成されている。端面板６には、処理室５で処理された被処理物を成形する複数の成形ノズル１３，１３，１３，・・・が取り付けられている。また、端面板６には、被処理物を加熱するヒータと、成形ノズル１３から排出される被処理物の温度を検出する温度センサが設けられている。上記ヒータは、抵抗加熱式のヒータである。

端面板６には、螺旋体３，４の先端の平面部が対向して通過する横８の字状の領域に、複数のノズル孔が形成されている。このノズル孔の縁部には段部が形成されている。この段部に、図２の断面図に示すように、成形ノズル１３の基端部に設けられたフランジを係止させて、端面板６のノズル孔に成形ノズル１３を取り付けている。端面板６のノズル孔に装着された成形ノズル１３は、端面板６の他方の面から先端側部分が突出している。

端面板６の前面には、本発明の第１実施形態の成形機用冷却装置２が配置されている。図３は、第１実施形態の成形機１の先端部分及び成形機用冷却装置２を示す平面図である。図４は、上記成形機用冷却装置２が備える第１隔壁板及び冷却ノズルを示す正面図であり、図５は、上記成形機用冷却装置２が備える第２隔壁板の一部と切断補助板を示す正面図である。

第１実施形態の成形機用冷却装置２は、成形ノズル１３の先端部と、この成形ノズル１３から押し出される成形物とを冷却するものである。この成形機用冷却装置２は、複数の成形ノズル１３の先端部が挿入される複数の貫通孔２１ａ，２１ａ，２１ａ，・・・を有する第１隔壁板２１と、上記複数の成形ノズル１３の先端に対して間隔をおいて配置された第２隔壁板２５と、上記第１隔壁板２１と第２隔壁板２５の間に配置されて上記複数の成形ノズル１３の先端部に吐出口を対向して配置された複数の冷却ノズル２３，２３，２３，・・・と、第２隔壁板２５に対して間隔をおいて第１隔壁板２１と反対側に配置された切断補助板２６を備える。

上記第１隔壁板２１は、図４に示すように、端面板６への成形ノズル１３の配置形状と同様に、横８の字を描くように配置された複数の貫通孔２１ａ，２１ａ，２１ａ，・・・を有し、これらの貫通孔２１ａ，２１ａ，２１ａ，・・・に成形ノズル１３の先端部が夫々挿入されている。この第１隔壁板２１は、端面板６の外側面と平行に配置され、この端面板６の外側面にボルト３５，３５，３５，・・・で固定されている。このボルト３５は、端面板６の表面と第１隔壁板２１の表面との間に挟持された固定パイプ内に挿通されており、この固定パイプの高さを調節することにより、端面板６の表面に対する第１隔壁板２１の設置位置を調節するように形成されている。端面板６の表面に対する第１隔壁板２１の設置位置を調節することにより、第１隔壁板２１からの成形ノズル１３の先端部の突出量を調節し、成形ノズル１３の冷却媒体に接する範囲を調節して、成形物の冷却の程度が調節可能になっている。例えば、成形ノズル１３の冷却媒体に接する範囲を、成形ノズル１３の先端から全長の５％以上２０％以下の範囲に設定するのが好ましい。成形ノズル１３のこの範囲を冷却することにより、被処理物の成形を十分に行うと共に、成形ノズル１３から押し出す直前に被処理物の外周部を冷却することができて、押し出した後の成形物の膨張を効果的に防止できる。冷却の範囲が、成形ノズル１３の先端から全長の５％よりも小さいと、被処理物の冷却が不十分となって成形物の膨張を防止できないおそれがある。一方、冷却の範囲が、成形ノズル１３の先端から全長の２０％を超えると、被処理物の成形が不十分となって成形性を向上できないおそれがある。

第２隔壁板２５と切断補助板２６は、第１隔壁板２１と平行に、すなわち、端面板６の表面と平行に配置されている。第２隔壁板２５と切断補助板２６は互いに連結されて、切断補助箱２２を形成している。

第２隔壁板２５は、第１隔壁板２１に対向すると共に、成形ノズル１３の先端から所定の距離を置いて配置されている。第２隔壁板２５には、成形ノズル１３の延長上に、横８の字を描くように配置された複数の貫通孔で形成された通過孔が設けられている。切断補助板２６は、第２隔壁板２５に対して所定の距離を置いて配置され、第２隔壁板２５の複数の通過孔と正面視において同じ位置に、横８の字を描くように配置された複数の貫通孔で形成された排出孔２６ａ，２６ａ，２６ａ，・・・が設けられている。上記第２隔壁板２５と切断補助板２６の間には、上記通過孔と排出孔２６ａとに両端が篏合する複数の接続管２７，２７，２７，・・・が配置されている。この接続管２７の内部は、成形ノズル１３から押し出された成形物を導く成形物通路２７ａになっている。このように、第２隔壁板２５の通過孔と、接続管２７の成形物通路２７ａと、切断補助板２６の排出孔２６ａとが連通しており、成形ノズル１３から押し出された成形物が、上記通過孔と成形物通路２７ａを通り、排出孔２６ａから排出されるように形成されている。

切断補助箱２２は、上記接続管２７の他に、第２隔壁板２５の外周縁を取り囲むように固定された枠により、第２隔壁板２５と切断補助板２６とを連結して構成されている。第２隔壁板２５は、切断補助箱２２の正面視において、切断補助板２６よりも高さが大きく形成されている。これにより、切断補助箱２２の正面視において、切断補助板２６の上端縁よりも上側と下端縁よりも下側に、第２隔壁板２５の上端部と下端部が現れるようになっている。この第２隔壁板２５の上端部と下端部にネジ穴が夫々２個ずつ設けられており、これらのネジ穴に挿通されたボルト３６，３６，３６，・・・によって、切断補助箱２２が端面板６の外側面に固定されている。このボルト３６は、第１隔壁板２１を固定するボルト３５と同様に、端面板６の表面と第２隔壁板２５の表面との間に挟持された固定パイプ内に挿通されている。この固定パイプの高さを調節することにより、端面板６の表面に対する第２隔壁板２５の設置位置を調節するように形成されている。端面板６の表面に対する第２隔壁板２５の設置位置を調節することにより、成形ノズル１３の先端と第２隔壁板２５の通過孔との間の距離を調節し、成形ノズル１３から押し出された成形物が冷却媒体に接する範囲を調節して、成形物の冷却の程度が調節可能になっている。

第１隔壁板２１と第２隔壁板２５の間に配置された冷却ノズル２３は、１つの成形ノズル１３につき１個配置されている。切断補助箱２２の上端面と下端面には、この切断補助箱２２の幅方向の辺に沿って分配管３１が夫々配置されている。分配管３１の第１隔壁板２１の側の周面には複数の分岐管が接続されており、この分岐管の先端に連結された接手３２に、第１隔壁板２１と第２隔壁板２５の間を下方に延びる冷却ノズル２３が接続されている。接手３２は、内部に屈曲した管路が形成されており、水平方向の分岐管の流れの方向を下方に９０度屈曲させるようになっている。

横８の字状に配列された複数の成形ノズル１３のうち、上半分の領域に位置する成形ノズル１３，１３，１３，・・・に、切断補助箱２２の上端面に配置された分配管３１に接続された冷却ノズル２３，２３，２３，・・・で、冷却媒体としての水が供給される。一方、下半分の領域に位置する成形ノズル１３，１３，１３，・・・に、切断補助箱２２の下端面に配置された分配管３１に接続された冷却ノズル２３，２３，２３，・・・で、冷却媒体としての水が供給される。分配管３１には、矢印Ｗで示すように、一端に接続された供給管３３を通して水が供給される。冷却媒体としての水と、この水を供給管３３に圧送する図示しないポンプと、供給管３３と、分配管３１と、分岐管と、接手３２と、冷却ノズル２３により、冷却部が構成されている。

冷却ノズル２３が第１隔壁板２１と第２隔壁板２５の間に配置されていることにより、冷却ノズル２３から吐出された水で成形ノズル１３の先端部を冷却し、この成形ノズル１３の先端部を通過する被処理物を間接的に冷却すると共に、冷却ノズル２３から吐出された水で成形ノズル１３から押し出された成形物を直接冷却するようになっている。冷却ノズル２３から吐出する水の温度は、水道水の温度でよいが、成形物の温度に応じて０～３０℃の間で調節してもよい。

図６は、上記成形機用冷却装置２の切断補助板２６と、この切断補助板２６の表面側で回転駆動される回転刃１６を示す正面図である。この回転刃１６を有する成形物切断装置１５は、成形機用冷却装置２の前側に設置されており、成形機用冷却装置２で冷却された成形物を切断し、所定の長さに形成するものである。

上記成形物切断装置１５は、図３に示すように、切断機ヒンジ２７を介してケーシング１０のフランジ１０ａに取り付けられている。この成形物切断装置１５は、上記成形機用冷却装置２の切断補助板２６の表面に近接して回転駆動される切断刃としての回転刃１６，１６と、回転刃１６の駆動装置を備える。

回転刃１６は、図６に示すように、切断補助板２６の排出孔２６ａの配置形状の横８字を構成する２つの円を中心に回転するように構成されている。図７Ａは切断刃としての回転刃１６を示す正面図であり、図７Ｂは切断刃としての回転刃１６を示す側面図である。この回転刃１６は、回転軸１７に連結される軸部４１と、この軸部４１の周面から延在する２つの切断刃本体４２，４２を有する。軸部４１は円筒形状を有し、回転軸１７の先端部が挿入されて固定される軸孔４１ａを有する。切断刃本体４２，４２は、軸部４１の中心軸に対して傾斜して延在する板状体で形成され、成形ノズル１３に近い側の縁部が鋭角断面を有する刃部４２ａに形成されている。なお、本実施形態では、回転刃１６は、軸部４１の周面に、一直線上に延びる２つの切断刃本体４２，４２を有するが、１個又は３個以上の切断刃本体４２を有してもよい。この回転刃１６は、図６における右側の回転軸１７に連結され、矢印Ｒ１１のように反時計回りに回転駆動される。一方、図６における左側の回転軸１７に連結され、矢印Ｒ１２のように時計回りに回転駆動される回転刃１６は、図７Ａ及び図７Ｂに示した形状と左右対称の形状を有する。

成形物切断装置１５は、支持板４５及びケーシング１８を備え、この支持板４５上とケーシング１８内に、駆動装置や回転刃１６，１６等の構成部品が取り付けられている。支持板４５は、正面視において矩形状を有し、端面板６と平行に配置される。支持板４５の端面板６に臨む側に、回転刃１６が配置される。回転刃１６に連結された回転軸１７は、支持板４５及びケーシング１８内に取り付けられた軸受けによって回転可能に支持されている。ケーシング１８は、支持板４５の端面板６から遠い側に設けられており、回転刃１６に駆動力を伝達するための歯車と軸受を収容している。また、ケーシング１８の表面には、駆動力を生成する動力源としての電動モータ１９と減速機が取り付けられている。電動モータ１９は、三相誘導電動機で形成されている。

２つの回転刃１６，１６は、図６に示すように、互いに９０°の位相差を有して回転駆動されることにより、３つの回転刃１６，１６の外径が、互いに衝突することなく交差した軌跡Ｇ１，Ｇ２を描くように回転可能になっている。また、２つの回転刃１６，１６は、矢印Ｒ１１，１２で示すように、互いに反対方向に回転駆動されるように構成されている。これらの回転刃１６，１６の回転速度は、成形物の材料や、成形物を切断する長さに応じて設定される。

支持板４５及びケーシング１８は、正面視において幅方向の一方に位置する縦方向の縁部に、切断機ヒンジ２７から延びる棒状の第１支持アーム４６が連結されている。第１支持アーム４６の表面には雄螺子が形成されており、支持板４５及びケーシング１８の縦縁部に形成された貫通孔に第１支持アーム４６が挿通される。この第１支持アーム４６に螺合したナット４７，４７で支持板４５及びケーシング１８の表面を挟んで押圧することにより、第１支持アーム４６の軸方向において、この第１支持アーム４６に対する支持板４５及びケーシング１８の固定位置が調節可能になっている。

一方、支持板４５の正面視において幅方向の他方に位置する縦方向の縁部には、端面板６に固定された第２支持アーム４８が連結されている。第２支持アーム４８の表面には雄螺子が形成されており、一端が端面板６に螺合してナットで固定されている。この第２支持アーム４８の他端側が、支持板４５の縦方向の縁部に形成された貫通孔に挿通され、上記第２支持アーム４８に螺合した２つのナット４９，４９で支持板４５を挟んで固定している。これにより、第２支持アーム４８の軸方向において、支持板４５の固定位置が調節可能になっている。

このように、第１支持アーム４６及び第２支持アーム４８に沿った支持板４５の固定位置を調節することにより、成形機用冷却装置２の切断補助板２６の表面と、回転刃１６の刃部４２ａとの間の距離が調節可能になっている。切断補助板２６の表面と、回転刃１６の刃部４２ａとの間の距離は、成形物の材料や特性に応じて種々の値に設定できるが、例えばプラスチックと紙類を材料として固形燃料を製造する場合、０．０１ｍｍ～５０ｍｍに設定することができる。特に好ましくは０．０１ｍｍ～５ｍｍであり、良好な切断効率が得られる。被処理物に金属等の切断が困難なものが混入する可能性がある場合は、刃部４２ａを保護するため、２０ｍｍ～５０ｍｍに設定することができる。

上記成形物切断装置１５の切断機ヒンジ２７は、上記端面板６のリンクヒンジ装置１２が固定された側と反対側の縁に固定されていて、端面板６が回動する方向と反対方向に成形物切断装置１５が回動可能になっている。この成形物切断装置１５は、端面板６が処理室５を閉じた状態で、この端面板６の外側面に設置された成形機用冷却装置２の切断補助箱２２の切断補助板２６の表面に、回転刃１６，１６が近接するように配置される。成形機用冷却装置２の取付作業や保守作業を行う場合は、成形物切断装置１５を切断機ヒンジ２７回りに回動させて、図３に示す位置と９０°の角度をなす位置に配置する。また、端面板６を開く場合は、図３に示す位置と９０°の角度をなす位置に配置した後、この成形物切断装置１５の回動方向と反対方向に端面板６を回動させる。これにより、端面板６の保守作業や、処理室５内の螺旋体３，４の保守作業や、ケーシング１０内の壁面部材の保守作業を容易に行うことができる。

成形機１のケーシング１０の後側の壁面には軸貫通穴が形成され、この軸貫通穴に、一対の回転駆動軸８，９が挿通されている。図１に示すように、回転駆動軸８，９の後側部分は、ケーシング１０の投入口１１の後側に位置するギヤボックス７内に収容され、軸受により回転自在に支持されている。ギヤボックス７内には、上記一対の回転駆動軸８，９に各々設けられて互いに噛み合う平歯車８０，９０が収容されている。一方の回転駆動軸８は、ギヤボックス７に隣接して設けられたカップリングＣに接続されている。上記カップリングＣは減速機Ｄに接続されており、主電動モータＭから伝動装置Ｔを介して伝達された回転力が、この減速機Ｄで減速され、カップリングＣを介して上記一方の回転駆動軸８に伝達される。この一方の回転駆動軸８の平歯車８０と他方の回転駆動軸９の平歯車９０を介して他方の回転駆動軸９に回転力が伝達されて、上記一対の回転駆動軸８，９が互いに反対方向に等速で回転するようになっている。

上記構成の成形機１及び成形機用冷却装置２は、次のように動作する。まず、成形機１が起動されると、主電動モータＭの回転力が、伝動装置Ｔ、減速機Ｄ及びカップリングＣを介して回転駆動軸８に伝達され、この回転駆動軸８に伝達された回転力が平歯車８０，９０によって他方の回転駆動軸９に伝達されて、一対の回転駆動軸８，９が互いに逆向きに回転駆動される。これにより、回転駆動軸８，９に連結された一対の螺旋体３，４が、ケーシング１０内で互いに逆向きに回転する。一対の螺旋体３，４は、平面視において幅方向の内側に向かうと共に、正面視において互いのラップする部分が上から下に向かうように回転駆動される。螺旋体３，４は３０ｒｐｍ（回転毎分）以上８５ｒｐｍ以下の比較的低速度で回転するのが好ましい。

また、成形機用冷却装置２が起動され、図示しないポンプから圧送された冷却媒体としての水が、供給管３３を通って分配管３１に供給され、分岐管と接手３２を介して複数の冷却ノズル２３，２３，２３，・・・に導かれる。冷却ノズル２３に導かれた水は、先端の吐出口から成形ノズル１３の先端部に向かって吐出される。

また、成形物切断装置１５が起動され、電動モータ１９を含む駆動装置によって２つの回転軸１７，１７が互いに反対方向に回転駆動され、２つの回転刃１６，１６が互いに反対方向に回転駆動される。これらの回転刃１６，１６は、図６の矢印Ｒ１１，１２で示すように、正面視において互いに幅方向の外側から内側、かつ、上方から下方に向かって先端部が移動するように回転する。これらの回転刃１６，１６の回転方向は、ケーシング１０内の螺旋体３，４の回転方向と同じである。

螺旋体３，４の回転駆動が開始されると、ケーシング１０の投入口１１に、被処理物である廃棄物が投入される。廃棄物は、プラスチック等の溶融物と、紙屑や木屑等の非溶融物との混合物が好ましい。特に、成形物として固形燃料を製造する場合は、廃棄物の構成物の割合が、乾燥状態の溶融物と非溶融物の合計が１００ｗｔ％であって、溶融物が２０ｗｔ％（質量パーセント）以上８０ｗｔ％以下の間であり、かつ、非溶融物が２０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下であるのが好ましい。

ケーシング１０内では、投入された被処理物を、一対の螺旋体３，４によって挟み込んで混練するとともに、処理室５の先端に向かって移送する。螺旋体３，４で混錬及び圧縮され、処理室５の先端部に送られた被処理物は、端面板６のヒータによる熱と、螺旋体３，４と被処理物との間の摩擦熱により加熱される。こうして被処理物が高い圧力下で加熱されることにより、被処理物が圧縮された状態で溶融物が十分に溶解する。処理室５の先端部で圧縮された被処理物は、溶融した溶融物と非溶融物が混合した状態で、成形ノズル１３の貫通穴内に導かれ、この成形ノズル１３内を通る間に成形される。

上記成形ノズル１３の先端部と、成形ノズル１３で成形されて押し出された成形物は、成形機用冷却装置２の冷却ノズル２３から吐出された水によって冷却される。水で冷却された成形物は、成形機用冷却装置２の接続管２７の成形物通路２７ａを通り、切断補助板２６の排出孔２６ａから排出されたところを、成形物切断装置１５の回転刃１６によって所定長さに切断される。所定長さに切断された成形物は、下方に配置された容器内に落下し、又は、下方に配置されたコンベヤで排出されて回収される。所定長さに切断された棒状の被処理物は、固形再生燃料として用いられる。

ここで、本実施形態の成形機１は、成形機用冷却装置２の冷却ノズル２３から吐出された水により、成形ノズル１３の先端部を冷却すると共に、この成形ノズル１３から押し出された成形物を冷却するので、成形ノズル１３を通過する過程で成形された高温の被処理物を、成形ノズル１３から押し出される前に冷却することができる。これにより、成形ノズル１３から押し出された成形物は、膨張量が従来よりも少ない。その結果、成形物のかさ比重を従来よりも大きくできる。また、膨張の少ない成形物は、形物切断装置１５の回転刃１６によって速やかに切断される。したがって、従来のように、切断刃が成形物に食い込んで引き延ばされ、曲がりが発生する不都合や、成形物の長さが不揃いになる不都合や、成形物の切断面に毛羽立ちが発生する不都合を効果的に抑制できる。このように、本実施形態の成形機１及び成形機用冷却装置２によれば、成形物の成形性の悪化を効果的に防止でき、良好な成形性の成形物が得られる。

また、本実施形態の成形機１は、切断補助箱２２の切断補助板２６の排出孔２６ａ，２６ａ，２６ａ，・・・から成形物を排出し、この切断補助板２６に近接して回転刃１６が回転駆動されている。したがって、排出孔２６ａから排出される成形物に、回転刃１６の切断力を安定して与えることができ、成形物が殆ど曲がることなく切断することができる。また、成形物を回転刃１６で安定して切断できるので、成形物の切断面の毛羽立ちを抑制できる。また、回転刃１６の回転速度を上げても、回転刃１６の切断力を成形物に安定して与えることができるので、回転刃１６が停止することなく成形物を切断することができる。

表１は、本実施形態の成形機１で、成形物を製造する実験を行い、成形物の比重を測定した結果を示している。この実験では、被処理物として、リサイクルの対象として収集されたプラスチック製容器包装材を３０ｍｍ寸法に破砕したものを用いた。この被処理物において、溶融物は、加熱温度以下の融点を有するプラスチックである。また、非溶融物は、加熱温度を超える融点を有するプラスチックや、収集物に混入した紙類、布類又は木質類である。本実験では、端面板６のヒータの温度を複数個設定し、最高の温度以外では成形機用冷却装置２による冷却を行わないで比較例とし、最高の温度で成形機用冷却装置２により冷却を行う実施例と、冷却を行わない比較例を設定した。これらの比較例と実施例について、成形物のかさ比重の違いを確認した。

表１の比較例１～３から分かるように、成形機１の端面板６のヒータの温度を高めても、成形機用冷却装置２による冷却を行わなければ、かさ比重を増加させることはできない。これに対して、実施例１のように成形機用冷却装置２で成形ノズル１３の先端部と成形物の冷却を行うことにより、ヒータの設定温度が同じである比較例３と比較して、かさ比重を大幅に増大させることができる。また、実施例１では、成形物の表面が比較的滑らかに成形され、曲がりの少ない成形物が得られた。また、成形物切断装置１５の回転刃１６による切断面の凹凸が少なく、切断長さのばらつきが比較的少なかった。これに対して、比較例３は、成形物の膨張が発生し、表面の凹凸が比較的大きく、曲がった成形物が多く生成された。また、切断面の凹凸が比較的大きく、切断長さのばらつきが比較的多かった。

図８は、第２実施形態の成形機の先端部分と、成形機用冷却装置を示す断面図である。第２実施形態の成形機５１は、成形機用冷却装置５２の構成が第１実施形態と異なる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には同じ符号を用いて詳細な説明を省略する。

第２実施形態の成形機用冷却装置５２は、成形ノズル１３の先端部と、この成形ノズル１３から押し出された成形物を、冷却媒体に直接接触させずに冷却ジャケットで冷却するものである。第２実施形態の成形機用冷却装置５２は、内部に冷却ジャケットが内蔵された冷却箱体５３を備える。この冷却箱体５３は、端面板６の表面に対向して平行の第１隔壁板５４と、この第１隔壁板５４と平行の第２隔壁板５５と、この第２隔壁板５５と平行の切断補助板５８を有する。上記第１隔壁板５４と第２隔壁板５５とを対向する壁面として、この上記第１隔壁板５４と第２隔壁板５５を含んで冷却ジャケットが構成されている。すなわち、上記第１隔壁板５４と第２隔壁板５５との間が密封されて、冷却媒体としての水が供給される冷却室５７が形成されている。

上記第１隔壁板５４と、第２隔壁板５５と、切断補助板５８は、正面視において成形ノズル１３の配置位置と同一の位置に、貫通孔が夫々形成されている。上記第１隔壁板５４の貫通孔に一端の開口が連通し、上記第２隔壁板５５の貫通孔に中央部が貫通し、上記切断補助板５８の貫通孔に他端の開口が連通するように、冷却管５６が取り付けられている。この冷却管５６の第１隔壁板５４側の開口から成形ノズル１３の先端部が挿入されて、この冷却管５６の内面が成形ノズル１３の先端部の周面に密着している。また、この冷却管５６の成形ノズル１３の先端から切断補助板５８の貫通孔までの部分は、成形ノズル１３から押し出された成形物を導いて切断補助板５８側の開口から排出する成形物通路になっている。このように、冷却ジャケットの冷却室５７が、冷却管５６を介して成形ノズル１３の先端部を取り囲むと共に、冷却管５６の成形物通路の部分を取り囲むように形成されている。

上記冷却箱体５３の冷却ジャケットの冷却室５７には、図示しないポンプと、熱機器としての冷凍機とに接続され、冷却媒体としての水を冷却室５７と熱機器との間で循環して、冷却室５７の水を所定の冷却温度に保持するようになっている。こうして所定温度に保持される冷却室５７の水により、冷却管５６内の成形ノズル１３の先端部分と、成形ノズル１３から押し出されて冷却管５６内を通る成形物を冷却するように構成されている。このように、冷却箱体５３の冷却ジャケットと、この冷却ジャケットの冷却室５７に循環される水と、この水を循環させるポンプと、上記水を冷却する熱機器で冷却部を構成している。

本実施形態の成形機用冷却装置５２の冷却箱体５３は、ボルト５９によって端面板６の表面に固定されている。このボルト５９は、第１実施形態の切断補助箱２２を固定するボルト３６と同様に、端面板６の表面と第１隔壁板５４の表面との間に挟持された固定パイプ内に挿通されている。この固定パイプの高さを調節することにより、端面板６の表面に対する冷却箱体５３の設置位置を調節するように形成されている。端面板６の表面に対する却箱体５３の設置位置、すなわち、第１隔壁板５４の位置を調節することにより、成形ノズル１３の先端部と冷却管５６とが接する長さを調節すると共に、成形ノズル１３から押し出された成形物が冷却管５６の成形物通路の部分に接する長さを調節して、成形物の冷却の程度が調節可能になっている。

上記冷却箱体５３の配置位置は、成形ノズル１３の冷却管５６と重なる長さを、成形ノズル１３の先端から全長の０％以上２０％以下の範囲に設定するのが好ましい。成形ノズル１３のこの範囲を冷却することにより、被処理物の成形を十分に行うと共に、成形ノズル１３から押し出す直前に被処理物の外周部を冷却することができて、押し出した後の成形物の膨張を効果的に防止できる。

第２実施形態の成形機用冷却装置５２によれば、成形ノズル１３の先端部と、成形ノズル１３から押し出された成形物とを良好な効率で冷却することができる。また、冷却媒体としての水を冷却ジャケットに循環させることにより、少ない水の使用量により、水を周囲の環境に拡散させることなく、先端ノズル１３と成形物の冷却を行うことができる。

上記各実施形態において、冷却媒体として水を用いたが、水以外に、例えばアルコール水溶液等を冷却媒体に用いてもよい。

また、上記各実施形態において、成形機１，５１は、２つの螺旋体３，４によって被処理物を混錬、圧縮及び成形する２軸型であったが、１つの螺旋体によって被処理物を混錬、圧縮及び成形する１軸型でもよい。

また、上記実施形態において、成形機１，５１は、被処理物として、溶融物と非溶融物を含む廃棄物を減容及び成形して固形燃料を製造したが、被処理物は溶融物と非溶融物に限定されず、また、廃棄物に限定されない。また、成形物の用途は固形燃料に限定されない。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、多くの変形が、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１，５１成形機
２，５２成形機用冷却装置
３，４螺旋体
５処理室
６端面板
７ギヤボックス
８，９回転駆動軸
１０ケーシング
１０ａケーシングのフランジ
１１投入口
１３成形ノズル
１５成形物切断装置
１６回転刃
１７回転軸
１９電動モータ
２１，５４第１隔壁板
２２切断補助箱
２３冷却ノズル
２５，５５第２隔壁板
２６，５８切断補助板
２７接続管
３１分配管
３３供給管
５３冷却箱体
５６冷却管
５７冷却室
Ｃカップリング
Ｍ主電動モータ
Ｄ減速機
Ｔ伝達装置

Claims

溶融物と非溶融物を含む被処理物を混合及び加熱し、この被処理物を成形ノズルから押し出して成形物を製造する成形機に設置される成形機用冷却装置であって、
上記成形ノズルの先端部を冷却する冷却部を備え、
上記冷却部が、上記成形ノズルの先端部に向かって冷却媒体を吐出する冷却ノズルを有し、
上記冷却ノズルから吐出した冷却媒体が、上記成形ノズルの先端部と、この成形ノズルから押し出される成形物とに直接接触するように形成され、
上記成形機の複数の上記成形ノズルの先端部が挿入される複数の貫通孔を有する第１隔壁板と、
上記複数の成形ノズルの先端に対して間隔を置いて配置され、上記複数の成形ノズルから押し出された成形物が通過する複数の通過孔を有する第２隔壁板と
を備え、
上記第１隔壁板と第２隔壁板との間に上記冷却ノズルが配置されており、
上記第１隔壁板の上記成形ノズルの軸方向における設置位置が調節可能に形成されていることを特徴とする成形機用冷却装置。
請求項１に記載の成形機用冷却装置において、
上記冷却媒体が、水であることを特徴とする成形機用冷却装置。
請求項１に記載の成形機用冷却装置において、
上記第２隔壁板の複数の通過孔に連通して成形物を導く複数の成形物通路と、
上記複数の成形物通路に連通する複数の排出孔が形成され、上記成形物を切断する切断刃の刃部が表面に近接して駆動される切断補助板と
を備えることを特徴とする成形機用冷却装置。
請求項１に記載の成形機用冷却装置において、
上記冷却部が、上記成形ノズルの先端から全長の５％以上２０％以下の範囲の部分を冷却するように形成されていることを特徴とする成形機用冷却装置。
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の成形機用冷却装置を備えた成形機。