KR20080092456A - 평편 말단 절삭구를 구비한 급경사 커터 허브 - Google Patents

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KR20080092456A
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마이클 프리들리
제이. 웨인 마틴
(다니엘) 쳉 창
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갈라 인더스트리스 인코포레이티드
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Abstract

펠렛제조기의 다이 페이스로부터 압출된 고분자 가닥을 절단하기 위한 커터 허브(cutter hub) 및 절삭구(cutter blade)의 조립체는, 상기 커터 허브에 급경사각으로 장착된 절삭구를 가진다. 상기 절삭구는 그의 선두 말단을 따라 경사져서, 다이 페이스에 일반적으로 수직인 상기 절삭구에 평편 절단 말단 또는 평편 절단 면을 형성한다. 급경사각으로 지지되는 절삭구의 선두 말단을 경사지게 하여 평편 절단 말단을 형성함으로써, 다이 페이스와 접촉하고 있는 절삭구의 바닥면은 유의적으로 감소하게 된다. 감소된 접촉면은 펠렛의 깨끗한 절단 및 다이 페이스에 절삭구를 위치시킬 때 보다 신속한 절삭구 연마를 포함하는 장점을 제공한다.
커터 허브, 절삭구, 조립체

Description

평편 말단 절삭구를 구비한 급경사 커터 허브{Steep Angle Cutter Hub With Blunt Edge Blades}
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 용융 고분자를 다이 플레이트(die plate) 내의 압출구를 통해 가닥(strand)으로 압출하고, 그 가닥을 절삭구를 이용하여 펠렛으로 절단하는 펠렛제조기에 사용하는 회전 커터 허브(cutter hub) 및 절삭구(cutter blade)의 조립체(assembly)에 관한 것이다. 본 발명에서, 절삭구는 일반적으로 단면이 평행육면체이고(parrallelepiped), 다이 플레이트에 대한 급경사로 커터 허브에 장착된다. 각 절삭구의 전면 또는 선두 말단의 표면은 경사져서(beveled) 평편(blunt), 일반적으로 수직인 선두(leading) 또는 절단(cutting) 말단(edge)을 제공하거나, 다이 페이스를 따라 압출된 가닥에 접촉하여 전단하도록 하였다.
선행기술에 대한 기술
수중 또는 다른 펠렛제조기에 있는 다이 플레이트의 다이 페이스와 연계되어 다수의 절삭구를 구비한 커터 허브의 사용은 잘 알려져 있다. 미합중국 특허 제 4,123,207호는 커터 허브가 워터 박스내에 위치하는 다이 페이스, 커터 허브 및커터 허브와 결합한 절삭구를 구비한 구동축(drive shaft)에 의해 지지되고 회전하며, 압출된 고분자 가닥을 펠렛으로 절단하는 수중 펠렛제조기의 다이 페이스에 결합된 절단 말단을 가지는 다수의 교체가능한 절삭구를 지지하는 커터 허브의 초기 개발을 개시하고 있다. 이후에 발행된 여러 특허들은 유사한 펠렛제조기의 구조들을 개시하고 있다.
도 11a에 도시하였듯이, 반대위치의 절삭구 절단 말단의 경사가 다이 페이스에 대해 약 49°인, 반대 위치에 경사진 절단 말단을 가지는 직사각형 형태의 절삭구는 상업적으로 입수가능하다. 통상적으로, 경사진 절단 말단이 절삭구의 반대편 끝 말단에 형성되어, 양 끝 말단이 펠렛제조기의 다이 페이스와 연계하여 절단 말단이 되도록 하였다. 이러한 형태의 절삭구는 커터 허브 가로대(cutter hub arm) 위에 장착되어, 수중 펠렛제조기의 다이 페이스에 대해 표준화된 각도로 절삭구를 지지하도록 하였다.
다이 페이스에 대해 약 75°의 바람직한 각도로 장착된 절삭구를 구비한 급경사 커터 허브와 절삭구의 조립체는 본 출원의 양수인이 소유한 미합중국 특허공개 US 2005-0220920-A1에 개시되어 있고, 이는 전문이 온전하게 본 명세서에 기술된 것처럼 본 명세서의 참고문헌으로 인용되었다. 미합중국 특허공개 2003- 0102395-A1은 또한 분리기 본체(separator body) 또는 다이 페이스에 대해 일반적으로 수직이며 가로대 위에 설치한 절삭구를 구비한 수중 펠렛제조기의 커터 허브를 개시하고 있다. 상기 특허문헌에서, 충격 슬랫(impact slat) 또는 분리기 본체는 차단장치 꼭대기(cutoff head)를 향하는 말단 지점(edge pointing) 위에서 모서리를 깍을 수 있다. 이러한 두 가지의 선행기술의 형태는 도 11b와 11c에 각각 도시하였다.
그러나, 이러한 선행기술의 구조는, 절삭구가 절삭구의 두께에 관계없이 조절되며 감소되고, 압출된 가닥을 펠렛으로 전단하는 평편 또는 일반적으로 수직인 선두(leading) 말단을 제공하며, 기존의 커터 허브에 사용할 수 있고, 다이 페이스, 특히 이미 사용하고 조금 마모된 다이 페이스에 대해 용이하게 배치할 수 있는 바닥 접촉면(bottom surface contact area)을 갖는, 펠렛제조기를 위한 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공할 수 없었다.
본 발명의 목적들은 이후의 설명에서 더 분명해질 다른 목적과 이점들과 함께 구성과 작용이 더 상세하게 본 명세서와, 유사한 부호가 유사한 부분을 의미하는 첨부된 도면에서 충분히 기술되고 주장될 것이다. 도면은 오로지 기술하기 위한 것으로, 수치를 고려해서는 안된다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 펠렛제조기의 통상적인 다이 플레이트와 연계된 대표적인 커터 허브와 절삭구의 조립체를 도시한 분해단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 커터 허브와 절삭구의 조립체의 제 1실시태양의 사시도로서, 커터 허브 및 다이 플레이트를 구비한 절삭구를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시한 커터 허브와 절삭구의 확대 측면도이다.
도 4는 제 1실시태양의 도 2와 유사한, 본 발명에 따른 커터 허브와 절삭구의 조립체의 제 2실시태양의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 커터 허브와 절삭구의 확대 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제 1실시태양의 절삭구를 도시한 정면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 단면선 7-7을 따르는 길이방향의 단면도로서, 제 1실시태양의 절삭구의 급경사 절삭구 지지각 및 평편 선두 말단을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 제 2실시태양의 절삭구를 도시한 정면도이다.
도 9는 도 8에 도시한 단면선 9-9를 따르는 길이방향의 단면도로서, 제 2실시태양의 절삭구의 급경사 절삭구 지지각 및 평편 선두 말단을 나타낸다.
도 10은 도 5와 유사한, 오직 한 말단의 평편 절단 말단을 구비한 본 발명의 제 2실시태양에 따른 커터 허브와 절삭구를 도시한 것이다.
도 11a 내지 11d는 도 11a 내지 11c에 도시한 선행기술의 절삭구와 도 11d에 도시한 본 발명에 따른 절삭구의 제 1실시태양을 비교하여 도시한 것이다.
도 12a 내지 12i는 선행기술의 절삭구에 의해 압출된 가닥으로 부터 펠렛을 절단하는 일련의 과정을 나타내는 그림이다.
도 13a 내지 13d는, 도 12a 내지 12i와 유사하게, 본 발명에 따른 제 1실시태양의 절삭구에 의해 압출된 가닥으로 부터 펠렛을 절단하는 일련의 과정을 나타내는 그림이다.
도 14는 홈이 파여진 다이 페이스에 대하여 배치된 본 발명에 따른 제 1실시태양의 절삭구의 분해사시도이다.
도 15는 도 14와 유사하게 다이 페이스의 홈에 배치된 절삭구를 도시한 사시 도이다.
발명의 요약
상술한 선행기술의 문제점을 극복하기 위해, 본 발명의 커터 허브와 평편 말단 절삭구의 조립체는, 구동축에 고정시킨 허브로부터 바깥쪽으로 방사상으로 뻗어 나오는 다수의 주변에 공간을 둔 지지대(support arm)를 구비한 커터 허브를 포함한다. 각각의 커터 허브 가로대는 일반적으로 다이 페이스에 대해 급경사로 직사각형의 절삭구를 지지하고(평면도에서), 각각의 절삭구는 평편 절단 말단 또는 면을 형성하는 최소한 하나의 말단을 가진다. 절삭구들은 반대편의 평행하고, 평면인 표면을 포함하여, 각각 절삭구에 대해 선두면(leading surface) 또는 전면(front side) 및 후면(trailing side) 또는 배면(back side)을 형성한다. 측면 말단은 바람직하게는 평면의 표면에 대해 수직이다. 각각 절삭구의 선두 또는 전면은 경사져서 절삭구의 절단 말단에서 일반적으로 수직인 선두 평편 말단 또는 표면을 형성한다. 본 발명의 제 1 실시태양에서, 절삭구 말단은 다이 페이스의 압출 표면에 대해 평행인 바닥 표면 접촉면(bottom surface contact area)을 가진다. 본 발명의 제 2 실시태양에서, 절삭구 말단의 후면 또는 배면 역시 경사져서 절삭구에 대해 좁은 끝 평편 말단을 형성한다.
커터 허브 가로대는 다이 페이스에 대해 절삭구를 상대적으로 급경사로, 가장 바람직하게는 약 75°의 절삭구 지지각으로 절삭구를 지지한다. 절삭구의 선두 또는 전면 평면 표면 및 평편 선두 말단 또는 표면 사이의 경사각은 바람직하게는 약 15°이다. 약 75°의 절삭구 지지각과 약 15°의 경사각은 다이 페이스에 대해 대략 수직인 면에서 압출된 가닥에 접근함에 따라, 절삭구의 평편 선두 말단 또는 표면을 특정 방향으로 유도한다. 이렇듯, 본 발명은 동시에 바닥 표면 접촉면을 절삭구의 두께에 관계없이 조정하고 감소시킬 수 있는 한편, 다이 페이스에 대해 대략 90°("평편 말단 각도")인 절삭구의 절단 말단을 위한 평편 선두 말단 또는 표면을 제공한다. 약 75°의 절삭구 지지각은 또한 본 발명의 절삭구가 다른 커터 허브가 필요하지 않고, 상술한 미합중국 특허공개 2005/0220920 A1의 커터 허브와 같이 사용할 수 있도록 한다.
본 발명의 절삭구의 경사진 부분 또는 평편 선두 말단 표면은 절삭구 지지각에 따라 최소한 10%, 바람직하게는 15% 내지 35% 정도로, 절삭구의 대략적인 높이 또는 길이를 연장해야 한다. 바람직한 75°절삭구 지지각을 가지면, 평편 선두 말단 표면의 높이는 절삭구 길이의 약 25%가 된다.
본 발명의 평편 말단 절삭구는 바닥 표면 접촉면이 펠렛화되는 압출물에 대해 원하는 대로 조정되고 감소될 수 있기 때문에, 다이 페이스에 대해 연마하고 위치시키는 것이 보다 용이하고 신속하다. 더욱이, 오직 절삭구의 절단 말단 또는 끝 말단의 아주 작은 면만이 초기에 다이 페이스에 접촉하기 때문에, 본 발명의 좁은 끝 말단의 절삭구 제 2실시태양은 다이 플레이트의 표면에 대해 새로운 절삭구를 보다 신속하게 위치시킬 수 있다.
본 발명에 따른 커터 허브의 절삭구 지지각은, 가장 바람직하게는 약 75°이나, 낮게는 60°, 높게는 79°, 바람직하게는 약 72°내지 약 76°일 수 있다. 경사각은 일반적으로 수직인 평편 선두 말단 또는 표면을 만들도록 90°와 같거나 낮아야 한다. 그러므로, 경사각은 약 11°와 약 30°사이, 바람직하게는 약 14°와 약 18°사이, 가장 바람직하게는 약 15°이다. 평편 말단 각도는 또한 90°로 부터 약간 변화할 수 있지만, 85°보다 작으면 안되고, 95°보다 크면 안 된다.
본 발명에 따른 절삭구를 위한 경사지거나 평편한 선두 말단은 절삭구의 상대적 단면(comparative cross-sectional area)보다 최소 25% 만큼, 바람직하게는 50% 내지 75%만큼 바닥 표면 접촉면을 감소시켜야 하고, 절삭구의 후면(trailing side) 또는 배면(back side)을 가지는 실시태양에서는 좁은 끝 말단 절삭구를 형성하기 위해 경사를 주었다. 이러한 접촉면의 감소는 다이 페이스로의 절삭구 말단의 연마(grinding)와 배치(seating)를 도모하여, 절단 도중에 발생할 수 있는 압출물의 얼룩(smearing)을 줄이고 미세입자 형성(fines formation)의 가능성을 감소시킨다.
결국, 본 발명의 목적은 절삭구가 커터 허브에 급경사로 지지되어 전면의 낮은 부분에서 경사져서 일반적으로 다이 페이스에 수직인 평편 선두 말단 또는 표면을 형성하는, 펠렛제조기, 특히 수중 펠렛제조기에 대한 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 절삭구가 평면적으로 보았을때 직사각형의 형태를 가지고, 절삭구 위에 두 가지 평편 절단 말단을 제공하도록 절삭구의 두 끝 말단을 마주하도록 경사지게 해서 단면이 평행육면체 형태(parallelepiped configuration)를 갖음으로써, 절삭구를 역전시켜서 교체하기 전에 두 절단 사이클(cutting cycle)에 사용하도록 하는, 상술한 본 발명의 목적에 따른 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 펠렛제조기의 응용에 따라, 원하는 경우, 절삭구의 두께에 관계없이 조정하고 감소시킨 절삭구의 바닥 표면 접촉면을 갖는 상술한 본 발명의 목적에 따른 절삭구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 미합중국 특허공개 US 2005-0220920-A1에 개시된 바와 같이, 별도의 커터 허브가 필요하지 않아, 기존의 커터 허브에 사용할 수 있는 상술한 본 발명의 목적에 따른 절삭구를 제공하여, 상술한 출원에 개시한 각진 절단 말단 또는 본 출원에 개시한 수직의 절단 말단을 구비한 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 다이 페이스에 대해, 특히 기존에 사용하고/사용하거나, 약간 마모된 다이 페이스에 대해 용이하게 연마하고 위치시킬 수 있는, 상술한 본 발명의 목적에 따른 절삭구를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 차후의 공정에서 펠렛으로부터 분리할 수 있는 펠렛에 붙어 있는 미세입자의 형성을 감소시키도록, 절삭구의 평편 절단 말단이 완전하게 다이 플레이트의 압출구(extrusion orifice)를 덮지 않는, 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하나의 실시태양에서 절삭구가 절삭구의 상대적 단면보다 최소한 25%, 바람직하게는 약 50% 내지 약 75% 만큼 감소된, 다이 페이스에 대해 평행인 바닥 표면 접촉면을 가지는, 상술한 본 발명의 목적에 따른 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 또 다른 실시태양에서 절삭구의 평편 절단 말단을 후면 또는 배면을 따라 경사지게 해서 절삭구에 대한 좁은 끝 말단을 형성하는, 상술한 본 발명의 목적에 따른 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 명세서에 기술한 본 발명의 최종 목적은, 제조시 편이성과 경제성을 도모하도록 용이하게 입수가능하고 공지된 구성요소로부터 용이하게 제조할 수 있으며, 작동 및 사용시에 견고하고 장기간 사용이 가능한, 상술한 본 발명의 목적에 따른 수중 펠렛제조기에 대한 커터 허브와 절삭구의 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명은 바람직한 응용인 수중 펠렛제조기를 위주로 기술하였지만, 당업계의 숙련된 자라면 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니나, 드라이-페이스(dry-face), 에어 나이프(air knife) 및 워터-링 펠렛제조기(water-ring pelletizer)를 포함하는 모든 페이스-컷 펠렛제조기에 응용가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 모든 펠렛제조기에 동일하게 응용할 수 있을 것이다.
본 발명의 목적들은 이후의 설명에서 더 분명해질 다른 목적과 이점들과 함께 구성과 작용이 더 상세하게 본 명세서와, 유사한 부호가 유사한 부분을 의미하는 첨부된 도면에서 충분히 기술되고 주장될 것이다. 도면은 오로지 기술하기 위한 것으로, 수치를 고려해서는 안된다.
바람직한 실시태양의 상세한 설명
상술한 설명 및 도면은 오로지 본 발명의 원리를 기술하는 것으로 고려되어야만 한다. 본 발명의 여러가지 응용들은 당업계의 숙련된 자들에게 용이하게 실행될 것이다. 따라서, 본 발명을 바람직한 실시태양으로 한정하거나, 혹은 도시하고 기술한 바람직한 실시태양의 구성이나 작동으로 한정하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 모든 적절한 변형 및 균등물이 본 발명의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 응용할 수 있는 커터 허브와 절삭구의 조립체는 일반적으로 도면부호 10으로 지정되고, 그의 사용방법이 도 1에 도시되었다. 전체적인 구조는 본 명세서에 전문이 완전히 기술된 것처럼, 본 명세서에 참고문헌으로서 인용된 미합중국 특허 제 4,123,308호 및 제 4,251,198호에 더욱 상세하게 개시되어 있다. 수중 펠렛제조기는 당업계에 공지된 방식으로, 절삭구 14가 워터박스 20 내에서 다이 플레이트 18의 페이스 16을 따라 이동할 수 있도록, 구동샤프트(drive shaft) 12의 축에 대한 커터 허브와 절삭구의 조립체 10을 구동하기 위한 구동샤프트 12를 포함한다.
본 발명의 커터 허브와 절삭구의 조립체의 제 1 실시태양은 도 2 및 3에 도시되고, 일반적으로 도면부호 22로 지정된다. 상기 제 1 실시태양의 절삭구는 일반적으로 도면부호 24로 지정되고, 도 6 및 7에 상세하게 도시되었다. 도 6 및 7에서 보듯이, 본 발명의 각 절삭구 24는 각각 평행하게 마주보는 평편한 전면(front surface) 또는 선도면(leading surface), 및 배면(rear surface) 또는 후면(trailing surface) 28 및 30을 가지는 직사각형의 단단한 금속 본체 26을 포함하고, 평행하는 측 말단(side edge) 32 및 34 역시 서로 평행하다. 일반적으로 도면부호 36 및 38로 지정되는 절단 말단은 경사져서, 평행육면체 형태(parallelepiped configuration)로부터 삼각형 섹션 44를 제거함에 따라 평편한 선두면(leading surface) 40 및 42를 형성한다. 각 절삭구 24는 커터 허브 48을 구비한 지지대(support arm) 46에 의해 지지되고, 각 지지대 46은 평편한 표면(planar surface) 30이 맞물려진 경사면 50을 제공하여, 상기 절단 말단 36이 다이 페이스 16과 맞물려진다. 조임나사(capscrew) 52와 같은 파스너(fastener)가 지지대 46 내로 조여져서, 다이 페이스 16과 맞물려진 상태로 평편 절단 말단 36 부분에 절삭구 24를 고정시킨다.
절삭구 24의 평편 절단 말단 36이 충분히 마모되면, 볼트 52를 풀어 절삭구 24를 역전시킨다. 절삭구가 역전되면, 사용하지 않은 평편 절단 말단 38이 다이 페이스 16과 맞물리도록, 평편한 표면 28이 지지대면 50과 접촉하고 지지된다. 따라서, 절삭구 24의 각 말단에 평편 절단 말단 36 및 38을 갖는 것은 각 절삭구의 수명을 효과적으로 배가시킨다.
도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 절삭구 24는 경사면 50의 경사(slope) 또는 각도(angle)에 의하여 결정되는 급경사로 커터 허브 지지대 46에서 지지된다. 경사면 50에 의하여 결정되는 이러한 지지각은 낮게는 60°에서 높게는 79°까지, 바람직하게는 약 72 내지 약 76°, 및 가장 바람직하게는 약 75°로 변화될 수 있고, 상기 지지각은 도 2 및 3에 도시되어 있다. 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 일반적으로 수직인 평편 선두 말단을 생성하도록, 경사면 40 및 42는 90°와 같거나 지지각보다 작은 경사각을 가져야만 한다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 경사각은 약 11 내지 약 30°, 바람직하게는 약 14 내지 약 18°, 가장 바람직하게는 약 15°로 변화될 수 있다. 평편 표면 40 및 42를 갖는 90°의 평편 말단 각도가 다이 페이스에 대하여 수직임에 반하여, 일부 변형체는 각 방향으로 ±5°까지 허용될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 절삭구 24를 위한 경사지거나 평편한 말단 36은 절삭구의 상대적 단면보다 적어도 25%, 바람직하게는 약 50 내지 약 75% 적은, 감소된 바닥면 접촉면 54를 갖는다. 상기 절삭구의 상대적 단면은, 도 7의 점선 55로 나타낸 바와 같이, 바닥면 54에 평행인 평면으로 경사면 40 및 42 사이의 절삭구의 단면을 통과시켜 측정한다. 이러한 접촉면의 감소는 다이 페이스 16의 위에서의 절삭구 말단 36 및 38의 연마(grinding) 및 배치(seating)를 돕고, 절단 도중에 압출물이 얼룩지는 것을 감소시킨다. 또한, 후술하는 바와 같이, 잠재적인 미세입자 형성의 가능성을 감소시킨다.
도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 상기 각 평편 선도면 40 및 42는 절삭구 높이 또는 길이보다 더 연장된다. 이는 상술한 바닥 접촉면의 충분한 감소를 보장하기 위하여, 절삭구 지지각에 따라 절삭구 길이의 적어도 10%, 바람직하게는 약 15 내지 약 35%가 되어야 한다. 약 75°의 바람직한 절삭구 지지각 및 약 15°의 바람직한 경사각을 갖는 경우, 상기 평편 선도면 40 및 42의 높이는 상기 절삭구 길이의 약 25%이 된다.
본 발명의 커터 허브와 절삭구의 조립체의 제 2 실시태양은 도 4 및 5에 도시되어 있고, 일반적으로 도면부호 60로 지정된다. 제 2 실시태양의 절삭구는 일반적으로 도면부호 62로 지정되고, 도 8 및 9에 상세하게 도시되었다. 도 8 및 9에서 보듯이, 제 2 실시태양의 각 절삭구 62는, 평편 절단 말단 64 및 66의 배면 또는 후면이 68 및 70 부위에서 경사지거나 또는 절단되어, 도 9에 도시한 절삭구 62의 맞은편 말단에서 날카로운 팁(sharp tip) 76 및 78의 형태로 좁은 절단 말단을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 제 1 실시태양의 절삭구 24와 동일하다. 제 2 실시태양의 절삭구 62는 상기 제 1 실시태양의 절삭구 24에 대하여 상술한 바와 마찬가지로 역전될 수 있다.
아울러, 상기 제 1 실시태양에서와 같이, 제 2 실시태양의 절삭구 62는 60 내지 79°, 바람직하게는 약 72 내지 약 76°, 가장 바람직하게는 약 75°의 경사각으로 지지대 80에 의해 지지된다. 다이 페이스에 대하여 대체로 수직이거나 또는 약 90°의 각도로 압출된 가닥을 보내는 절삭구에 평편 선두 말단 또는 선도면을 제공하도록, 제 2 실시태양의 절삭구의 선두 말단의 경사각은 제 1 실시태양과 동일하게 한다. 평편 선두 말단 64 및 66의 경사각에 따라, 약 40°정도, 바람직하게는 약 14 내지 약 34°, 가장 바람직하게는 약 30°의 필수적인 유극(clearance)을 제공하기 위하여, 후연(trailing edge)의 절단된 부위와 다이 페이스 사이의 각도 82는 바람직하게는 적어도 10°가 되게 한다.
본 발명의 커터 허브와 절삭구의 조립체는 약 절반정도의 길이를 갖고 역전될 수 있는 두 번째 절단 말단이 없는 절삭구로 제공될 수 있다. 이는, 절삭구 92가 절단 말단 94를 갖지만, 96 위치에서 절단되어 대체로 짧은 높이를 제공하는 도 10에 도시된 커터 허브와 절삭구의 조립체로 설명된다. 짧은 절삭구 높이를 제공함으로써, 도 10에 도시된 커터 허브와 절삭구의 조립체 90은 워터박스 20내의 물속에서 보다 공기역학적이 되고, 이에 따라 샤프트 12를 구동하는 모터의 부하와, 워터박스 20에서의 물의 난류(turbulence) 또는 진공현상(cavitation)을 감소시킨다.
또한, 상술한 이중말단 절삭구(double-edged blade)에 비하여, 상기 절삭구 92가 약 절반정도의 길이만을 가질 때, 절삭구 24 및 62와 같이, 선두 말단 또는 선도면 93의 절삭구 높이 또는 길이의 백분율이 상술한 것보다도 약 두배로 유의하게 높아진다는 것은 당업자에게 있어 자명할 것이다. 따라서, 평편 선도면 93은 절삭구 92의 높이의 적어도 20%, 바람직하게는 약 25 내지 약 60%, 가장 바람직하게는 약 40%가 되어, 누름나사(capscrew) 95를 조절하기 위한 약간의 여분 높이를 확보하게 된다.
도 11a 내지 11c에 도시된 종래기술은 절삭구 각도와 다이 페이스에 대한 절삭구의 바닥 접촉면 사이의 관련성을 나타낸다. 도 11a 및 11b는 49°(도 11a)에서 75°(도 11b)까지 다이 페이스와 관련하여 절삭구 104의 각도변화에 의해 직사각형 100 및 102로 표시되는 바닥 접촉면의 감소를 도시하였다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 상기 바닥 접촉면은 절삭구 각도를 90°까지 증가시킴으로써, 직사각형 108처럼 더욱 감소될 수 있다. 그러나, 추가적인 감소는 미미하다.
수중 펠렛제조에 있어서, 새로운 절삭구가 적용될 때, 그들은 정상적으로 다이 페이스와 관련하여 우선적으로 "배치(seated)"되는 것으로 알려져 있다. 이러한 "배치(seating)"과정은 처음의 상태처럼 다이 페이스가 완벽하게 평편하기만 하다면, 전혀 중요한 것은 아니나, 대부분의 경우 절삭구보다도 더 긴 시간동안 운전되고, 그 결과 마모되어(도 14 및 15에 도시) 약간의 홈 110이 생기는 다이 페이스에 "배치(seat)"하는 것을 필요로 한다. 다이 페이스의 마모는, 다이 홀 114의 외부에 존재하고 다이 페이스 16의 표면 106을 가로질러 전단되고/전단되거나 얼룩지는 고분자 가닥 112(예를 들어, 도 11a 내지 11d를 참조하라)의 마모특성(abrasive nature)의 결과 발생한다. 또한, 이러한 마모(abrasion)는, 고분자 가닥 112에 최초로 충돌하고, 상기 가닥 112를 펠렛 116으로 전단하는 과정을 시작하는, 절삭구 24의 평편 절단 말단 36에서 발생한다. 아울러, 상기 가닥 112는 절삭구 24의 바닥 절단 말단 36을 마모시킨다. 이는 절삭구 24의 전면을 무디게 하고, 절삭구에 홈을 만들어서, 결국 새로운 절삭구의 바닥 말단과 다이 페이스 16간의 틈새(gap) 110을 만들어 낸다. 상기 절삭구가 고분자 가닥을 계속해서 펠렛으로 전단하고, 마모(wear) 및 홈패임(grooving)이 상기 절삭구의 바닥면에서 발생함에 따라, 상기 틈새는 시간이 경과하면서 넓어지게 된다. 더욱이, 여러가지 다양한 고분자와 첨가제 및/또는 충진제의 조합은 마모(abrasiveness)의 다른 특성과 수준을 갖는다.
예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌은 폴리프로필렌보다도 더욱 용이하고 깨끗하게 전단될 것이다. 사실, 여러 등급의 폴리프로필렌은 전단에 대하여 더욱 저항성있고, 견고하며, 인열-저항성 필름(tear-resistant film)과 같이 최종산물을 생산하는데 있어서, 초기 실수(premature failure)에 더욱 저항하도록 화학적으로 설계된다. 또한, 이들 인성(toughness), 인열-저항성(tear-resistance) 및 전단-저항성(shear-resistance)의 동일한 특성이 수중 펠렛제조 과정 중에도 나타난다.
예를 들어, TiO2, CaCO3 및 유리섬유와 같은 광물 또는 유리 충진제 등의 첨가제의 다양성은 수중 펠렛제조기의 상위 공정에서 고분자에 혼합된다. 이들 첨가제 및 이들의 함량 백분율은 절삭구, 다이(die) 및 그들이 접촉하는 다른 구성요소의 마모율(rate of wear)에 심각한 영향을 준다. 마모량 또는 마모율은 약한 마모부터 매우 과격한 마모까지 폭넓게 변화될 수 있다. 따라서, 절삭구가 마모됨에 따라, 절삭구 절단면과 다이 페이스면 사이의 틈새가 벌어지고, 결국에는 일정 단계에 이르면 펠렛 형태 및 품질은 이에 영향을 받게 된다.
또한, 펠렛의 형태 또는 품질이 변화되면, 절삭구의 조정(blade adjustment)이 필요하다는 것이 알려져 있다. 이는 커터 샤프트를 이동시키고, 커터 허브와 절삭구를 다이 페이스 방향으로 가까이하거나 혹은 멀리함으로써 달성된다. 커터 샤프트는, 예를 들어, 미합중국 특허 제 4,728,276호에서 기술한 바와 같이 수동으로 조정되거나, 미합중국 특허 제 5,059,103호에 기술한 바와 같이 스프링 장력에 의하여 조정하거나, 또는 타이밍 기능, 전류 피드백 루프(ampere feedback loop), 압력조절 또는 이들 모두에 근거하여 조정하는 복합적인 프로그램가능한 논리 조절기(PLCs)에 의하여 조절되는 공압식 또는 수압식으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 미합중국 특허공개 제 2004-0009254-A1을 참조하라. 상술한 방법, 수동, 스프링, 공압 또는 수압에 상관없이 상기 틈새에 대한 상대적인 절삭구의 조정은, 상기 틈새를 좁히고 절삭구를 재성형하기 위하여, 정상적으로 단단하고, 더욱 내마모성(wear resistant) 재료로 제작된 다이 페이스에 배치된 상기 절삭구를 연마시키는 결과를 야기한다. 이러한 과정은 일반적으로 펠렛제조기가 작동하는 동안 수행되어, 상기 틈새를 좁히며 절삭구가 재성형되어(re-sharpened), 펠렛의 형태 및 품질이 정상으로 유지되거나 또는 정상으로 돌아가도록 함으로써 달성된다.
또한, 마모(wearing) 공정을 다시 재시작하면/계속하면, 틈새(gap)는 다시 벌어지기 시작한다. 그래서, 상기 마모공정은 되풀이하여 진행된다. 따라서, 단계별로 주기적으로 또는 자동화 수단에 의해 계속적으로 절삭구를 조정할 필요성은 다이 페이스에 대한 연마(grinding) 및 홈패임(grooving) 변화에 기여한다. 절삭구의 바닥면은 근본적으로 다이(die) 및 다이 페이스(die face)의 홈으로 부터 떨어져 연마될 필요가 있다. 이러한 배치과정은 도 14 및 15에 도시되어 있는데, 일단 새로운 절삭구가 다이 페이스의 상태에 대하여 배치가 완료되면, 또 다른 다이 플레이트가 설치되거나 또는 절삭구가 완전히 닳을 때까지, 절삭구는 다시 배치될 필요가 없고, 다시 배치가 필요할 때 다른 새로운 세트가 설치된다. 절삭구 24의 바닥 말단 54이 다이 페이스 16에 접촉하는 면적이 감소하면, 어느 정도 다이 페이스 16을 마모시키는 절삭구 24를 연마하는데 필요한 커터 샤프트력(cutter shaft force)에 비례하여 감소된다. 따라서, 다이 페이스의 적은 마모, 적은 힘의 소모, 샤프트를 포함하는 기구의 적은 마모(wear) 및 흠집(tear), 더 바람직한 총체적 조절, 절삭구에 긴요한 야금작업시 적은 온도생성, 및/또는 다이 페이스 제작, 및 적은 절삭구 및/또는 그것이 장착된 기구의 조기파열의 위험성 때문에, 절삭구 배치를 도모하고, 다이 페이스 마모를 감소시키는데 필요한 연마력(grinding force)의 감소는 의미가 있다.
도 11a 내지 11c와 관련하여 기술한 바와 같이, 종래기술에서는 다이 페이스에 접촉하는 표면의 면적을, 도 11c에서와 같이, 샤프트에 평행하거나 또는 다이 페이스에 수직으로 장착된 절삭구를 사용하여 감소시켰다. 종래기술이 표면적을 추가적으로 감소시킬 수 있는 유일한 방법은, 다이 페이스에서 다이 압출 홀 직경 또는 다양한 다이 압출 홀의 배치설계(layout)에 의하여 절삭구를 더 좁게 만드는 것이다. 따라서, 상기 절삭구의 폭은 다이 홀에 의존적이다. 절삭구를 더 얇게 만드는 것은 절삭구에 요구되는 강도에 의하여 제한되는데, 절삭구 길이, 마모력, 절삭구 재질 등과 같은 다양한 변수의 복잡한 조합에 의하여 영향을 받는다. 더욱이, 절삭구 각도가 도 11a에 도시된 49°와 같이, 90°보다 작으면, 휘어지고 기울어질 위험성이 있다. 이러한 위험성은 상기 각도가 0에 근접할수록 증가한다. 그러나, 90°가 되어도. 절삭구는 캔틸레버력(cantilever force)에 매우 취약해진다.
본 발명에 따르면, 각진 절삭구(angled blade)의 전면 말단(front edge)은 도 11d에 도시된 것처럼 경사지게 된다. 이러한 방식으로, 각진 절삭구에서 절삭구 두께를 줄임으로써, 도 11d의 직사각형 120으로 표시되는 더 작은 바닥 접촉면을 갖는 더 얇은 절삭구를 제작하기 위한 목적을 달성할 수 있다. 더 작은 바닥 접촉면을 갖음으로써, 절삭구 24는 더욱 신속하고 더욱 용이하게, 힘을 더 적게 들이면서 그리고 다이 페이스에 대한 마모를 줄이면서, 다이 페이스에 배치된다; 그럼에도, 회전방향 및 절삭구 커터 허브에 대한 절삭구의 각도로 인하여, 상기 절삭구는 최대의 지지력을 받아 휨(bending), 굽음(flexing), 기울어짐(heeling), 토잉(toeing) 또는 조기파열(premature breakage)도 방지한다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 절대적으로 얇고, 작은 바닥면을 가지는 절삭구로 부터 작업을 개시할 수 있으며, 바람직한 배치를 위해 요구되는 시간과 힘을 절약하는 것이 용이하여 배치과정을 단순화시키고 개선할 수 있다는 커다란 장점을 가진다.
본 발명의 커터 허브와 절삭구의 조립체의 또 다른 장점은, 현존하는 커터 허브/절삭구와의 설계상의 호환성(interchangeability) 및, 매우 다양한 고분자 레진, 플라스틱 및 그들에 다양한 백분율로 포함되는 충진제, 왁스, 검, 식품, 토너(toner), 분말 코팅, 아스팔트, 핫멜트(hot melt) 및 압력 민감성 접착제, 고무 및 탄성체(elastomer)와, 어떠한 가닥/펠렛 형태 또는 크기도 제조할 수 있는 페이스-커트 형태의 펠렛제조기 다이를 통해 압출되는 다른 산물과 함께 사용할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 본 발명의 절삭구는 미합중국 특허공개 제 2005-0220920-A1호에 도시된 커터 허브에 장착될 수 있으며, 그 반대도 가능하다.
비록 일부 다른 제품들은 다른 것보다도 더욱 쉽거나 또는 더욱 어렵게 절단하지만, 본 발명의 절삭구는 가능한 깨끗하게 가닥으로부터 펠렛을 절단한다. 또 다른 장점은 절삭구 및/또는 다이 페이스의 마모수명이 연장된다는 것이다.
본 발명의 다른 결과는 미세입자의 생성을 감소시킨다는 것이다. 수중 펠렛제조에 있어서, 미세입자 생성의 문제점은 일부 고분자가 매우 높은 점도를 갖거나 또는 경화 PVC와 같은 뻣뻣한 성질로부터 비롯된다. 보다 두터운 절삭구가 얇은 절삭구에 비하여 미세입자의 생성을 증가시키는 원인이 된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 도 11a 내지 11c에 도시된 바와 같이, 절삭구가 너무 두터운 절삭구의 바닥면을 갖는다면, 도 12c 내지 12d에 도시된 바와 같이 다이 압출공(die extrusion hole)을 순간적으로 완전히 막아 버릴 수 있을 것이다.
도 12a 내지 12i는 어떻게 다이 홀의 직경보다 더 두터운 바닥 접촉면을 갖는 절삭구가 나중에 미세입자로서 끊어져서 펠렛에 "꼬리(tails)"를 형성하는지를 나타낸다. 도 12a 내지 12d는 절삭구 122가 정상 펠렛 116을 전단하는 일련의 과정을 도시한다. 상류의 공정으로부터 연속되는 고분자 흐름으로 다이 홀 114를 완전히 덮으면, 상기 흐름은 일시적으로 봉쇄되거나 중지된다. 이러한 봉쇄(blockage)는 또한 고분자 흐름 회로(polymer flow circuit)에서 압력을 가할 수 있다. 절삭구 122가 계속해서 홀의 바깥을 지남에 따라, 도 12e에 도시된 것처럼, 덮혀지지 않은 홀은 절삭구의 후면 후방에서 더 빠른 주입속도를 허용하고, 이로 인하여 흐름을 변화시키고, 펠렛의 형태를 만든다. 펠렛 기하학의 효과는 약하게 결합하는 "꼬리(tail)" , "버(burr)" 또는 "껍질(skin)" 124를 갖게 한다. 이들 꼬리, 버 또는 피부 124는 펠렛 116이 워터/슬러리 이동 파이프라인으로 더 이동하고, 건조/탈수 유닛으로 이동함에 따라, 잘려 진다. 이들 절단된 단편 또는 미세입자는 정상적으로 물의 순환(water loop)에 남아 있게 되고, 시간이 경과하면 잔류물이 장치에 축적되는 문제를 일으켜, 차후에 다른 고분자 재료를 오염시키고/오염시키거나 장치를 막히게 한다.
본 발명의 절삭구는 얇은 바닥 말단(bottom edge)을 갖도록 설계되어, 도 13a 내지 13d에 도시된 바와 같이, 높은 점도를 갖는 뻣뻣한 고분자에 사용하기 위한 다이 압출 홀의 대부분을 완전히 덮는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명의 절삭구를 사용함으로써, 미세입자 생성의 위험성은 감소된다.
상술한 설명 및 도면은 오로지 본 발명의 원리를 기술하는 것으로 고려되어야만 한다. 기술하였듯이, 본 발명은 다양한 수치로 구성될 수 있고, 기술된 수치로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 여러가지 응용들은 당업계의 숙련된 자들에게 용이하게 실행될 것이다; 따라서, 본 발명을 바람직한 실시태양으로 한정하거나, 혹은 도시하고 기술한 바람직한 실시태양의 구성이나 작동으로 한정하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 모든 적절한 변형 및 균등물이 본 발명의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 커터 허브(cutter hub) 및,
    다이 플레이트(die plate)의 다이 페이스(die face)를 따라 이동하여, 다이 홀(die hole)을 통하여 압출된 가닥을 펠렛으로 절단하도록, 급경사각(steep angle)으로 상기 커터 허브에 장착된 다수의 절삭구(cutter blade)를 포함하며,
    상기 절삭구는 경사진 선두 말단(beveled leading edge)를 구비하여, 일반적으로 상기 다이 페이스에 대하여 수직인 표면을 가지는 평편 절단 말단(blunt cutting edge)을 형성하는,
    용융된 고분자가 다이 플레이트의 압출구를 통하여 압출되는 페이스-커트 펠렛제조기(face-cut pelletizer)를 위한 커터 허브와 절삭구의 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 급경사각은 약 60 내지 약 79°, 바람직하게는 약 72 내지 약 76°인 것을 특징으로 하는
    조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 경사진 선두 말단은 약 11 내지 약 30°, 바람직하게는 약 14 내지 약 18°사이의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는
    조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 급경사각은 약 75°이고, 상기 경사각은 약 15°인 것을 특징으로 하는
    조립체.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 절삭구는, 상기 다이 페이스에 대하여 대체로 평행하고 상기 다이 페이스에 접촉하는 바닥 접촉면(bottom contact surface)을 추가로 포함하며, 상기 바닥 접촉면은 절삭구의 상대적 단면(comparative cross-sectional area)보다 적어도 25% 적은 접촉면(contact area)을 가지는 것을 특징으로 하는
    조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 접촉면은 상기 절삭구의 상대적 단면보다 약 50 내지 약 75% 적은 것을 특징으로 하는
    조립체.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 바닥 접촉면의 접촉면은 상기 다이 홀의 직경보다 대체로 적은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는
    조립체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 평편 절단 말단은 그의 후연(trailing edge)을 따라 경사진 바닥면을 가져서, 상기 다이 페이스에 최초로 접촉하는 평편 내로우 팁 절단 말단(blunt narrow tip cutting edge)을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는
    조립체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 절삭구는 상기 절삭구의 맞은편 말단(opposite end)에서 마주보는 경사면(opposed beveled surface)에 의하여 형성되는 마주보는 절단 말단(opposed cutting edge)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    조립체.
  10. 다이 페이스에서 끝나는 압출구가 구비된 다이 플레이트(die plate);
    상기 다이 페이스의 맞은 편에서 지지되는 구동회전 커터 허브(driven rotary cutter hub);
    상기 구동회전 커터 허브에 장착되고, 상기 다이 페이스에 대체로 평행하고 상기 다이페이스에 밀접하게 위치하는 평면(plane)에서 작동하여, 상기 압출구를 통하여 압출된 재료의 가닥을 펠렛으로 절단하는 다수의 절삭구(cutter blade); 및,
    상기 다이 페이스, 커터 허브와 절삭구를 감싸는 절단 챔버(cutting chamber)를 포함하고,
    상기 절삭구는 다이 페이스에 대하여 약 85 내지 약 95°의 평편 말단각도(blunt end angle)를 갖는 평편 절단 말단을 형성하는 경사진 선두 말단과, 상기 압출구를 통하여 압출된 재료의 연속적인 이동을 허용하도록 각 압출구의 면보다 적은 다이 페이스의 접촉면을 가지는,
    페이스-커트 펠렛제조기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 절삭구는 약 72 내지 약 76°의 급경사각으로 상기 커터 허브에 장착되는 것을 특징으로 하는
    펠렛제조기.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 경사진 선두 말단은 약 14 내지 약 18°의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는
    펠렛제조기.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 절삭구는 약 75°의 각도로 상기 커터 허브에 장착되고, 상기 경사각은 약 15°인 것을 특징으로 하는
    펠렛제조기.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 접촉면은 상기 절삭구의 상대적 단면보다 적어도 25% 적은 것을 특징으 로 하는
    펠렛제조기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 접촉면은 상기 절삭구의 상대적 단면보다 약 50 내지 약 75% 적은 것을 특징으로 하는
    펠렛제조기.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 평편 절단 말단은 그의 후연(trailing edge)을 따라 경사진 바닥면을 가져서, 상기 다이 페이스에 최초로 접촉하는 평편 내로우 팁 절단 말단(blunt narrow tip cutting edge)을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는
    펠렛제조기.
  17. 절삭구 길이보다 적어도 10% 더 연장되고, 다이 페이스에 대하여 일반적으로 수직으로 연장되는 평편 절단 말단(blunt cutting edge)의 표면을 형성하도록 경사진 선두 말단(leading edge)과 함께 평행육면체 형상(parallelepiped configuration)의 단면을 가지는,
    다이 플레이트의 다이 홀을 통해 압출된 가닥을 펠렛으로 전단하기 위한 수중 펠렛제조기의 다이 플레이트의 다이 페이스에 대하여 급경사각으로 회전하는 커터 허브에 장착하는 절삭구.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 절삭구는, 상기 다이 페이스에 대하여 대체로 평행하고 상기 다이 페이스에 접촉하는 바닥 접촉면을 추가로 포함하며, 상기 바닥 접촉면은 절삭구의 상대적 단면보다 적어도 25% 적은 접촉면을 가지는 것을 특징으로 하는
    절삭구.
  19. 제 17항에 있어서,
    그의 후연(trailing edge)을 따라 경사진 바닥면을 추가로 포함하여, 상기 다이 페이스에 최초로 접촉하는 평편 내로우 팁 절단 말단(blunt narrow tip cutting edge)을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는
    절삭구.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 바닥면은 상기 다이 홀의 직경보다 대체로 적은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는
    절삭구.
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