JPH0645136B2 - 水中カット装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、押出機から水中に押出される溶融樹脂材料
を、カッタナイフで切断してペレット状に形成する水中
カット装置に関する。

（従来の技術） 第１、５図を参照して従来の水中カット装置を説明す
る。

水中カット装置による樹脂ペレットの製造は、樹脂材料
及び添加物を第１、２フィーダ１，２から混練機３へ供
給して、溶融・混練して、押出機12を介して水中カット
造粒機４へ送り、この水中カット造粒機４の水室５内で
押出されてくる溶融樹脂を冷却水で冷却しながら切断
し、その樹脂ペレットを冷却水と共に搬送管６を介して
予備脱水機７及び乾燥機８を有する分水機９へ供給し、
樹脂ペレットを冷却水と分離した後に篩分機10へ送って
製品ペレットとして取出す。

前記水中カット造粒機４は、押圧機12によって、溶融樹
脂をダイ13に設けた多数本の細いノズル穴14から水室５
内に押出し、回転軸15の先端ナイフホルダ16に取付けら
れたカッタナイフ17で所要寸法に切断する。

この水中カット造粒機４は空中カット造粒機と異なり、
ノズル穴14から押出されてくる溶融樹脂を切断時に凝固
させるため、また、樹脂ペレット相互の接着を防止する
ために、水室５には冷却水が充満されており、そしてこ
の冷却水は樹脂ペレットの搬送媒体としても使用してい
る。

冷却水は約50℃に保たれた温水であり、ポンプ18からク
ーラ19を経て水室５へ供給され、水室５から搬送管６を
介して予備脱水機７送られ、予備脱水機７からタンク20
へ戻されて、循環使用されている。

搬送管６は運転開始時に出るオフ品をタンク20の上部に
設けたフィルタ21で除却するために、その中途部に三方
弁22を設けて分岐管23を接続しており、その中途部の高
さは、タンク20及び篩分機10によって影響を受ける予備
脱水機７及び乾燥機８の上部よりわずかに高くなってい
て、第１図２点鎖線で示す如く、三方弁22から水平に延
長された配管24で予備脱水機７の上部に接続されてい
る。この配管24は従来では水室５から２〜４ｍの高さに
あり、冷却水を予備脱水機７の上部から送り込み得る高
さでしかなかった。

（発明が解決しようとする課題） 前記水中カット造粒機４は従来、水圧管理はされていな
く、搬送管６の中途部の高さが２〜４ｍあることから、
水室５内の水圧は２〜４ｍH₂Oとなっており、溶融粘度
の高い樹脂の造粒には支障がなかった。

しかしながら、高MEIのポリプロピレンや高MIのポリエ
チレン等の溶融粘度の低い樹脂では、ペレットの切れが
悪く、第７、８図に示すような、ヒゲ付きペレット26、
連球ペレット27等の不良ペレットになることがある。

このようなヒゲ付きペレット26や連球ペレット27は、成
形加工をする際の着色剤の分散不良や、押出量の変動の
原因となり、また、嵩比重が正規のペレットと異なるた
めにフィーダの供給精度にバラツキ等が生じる原因とな
り易く、ペレットはヒゲの無い独立した粒に形成する必
要がある。

ところで、低粘度樹脂の切れ味は、粘度及び冷却水温度
等によっても影響されるが、主にカッタナイフの回転速
度によって決まり、回転速度が10m/secより低速では切
れ味が悪いことが知られている。特に、ポリプロピレン
樹脂等の低粘度グレードでは、刃元の方でも良好な切れ
味を確保するためには、刃中央部の回転速度をおよそ12
m/sec程度以上が必要である。

ただし、この種の装置では、生産量が必ずしも一定でな
く、最大生産量の2/3程度まで落として使うことも多
い。一方、製品ペレットの長さはほとんど一定である事
が要求される。

すなわち、良好な切れ味を保ちながら生産量を最大生産
量からその2/3程度の減速運転までカバーするために
は、12〜18m/sec程度のカッタ周速が必要となる。

そこで、搬送管６の中途部の最大高さを４ｍにしたま
ま、カッタナイフの回転速度を12〜18m/secにしてペレ
ットを製造してみると、12m/secのときよりも18m/secの
ときの方が、不良等が高くなることが明らかとなり、最
大生産量で生産することが困難になっている。

本発明者は、研究の結果、不良ペレットの発生主因が、
カッタ回転速度ではなく、むしろ回転速度に応じてカッ
タナイフに生じるキヤビテーション（真空泡）であるこ
とを発見し、そのキヤビテーションが水室５内の水圧と
相関関係にあることを認知した。

即ち、カッタナイフ17はダイ13の表面に摺接している
が、キヤビテーションによって動圧変動によるビビリ
（不規則な変形）を生じ、カッタナイフ17とダイ13表面
との管にクリアランスが形成され、またそのクリアラン
スの大きさが変動し、主にヒゲ付きペレット26を造る。

また、第６図に示すように、キヤビテーションの泡28
が、カッタナイフ17の回転方向後方側に発生し、ノズル
穴14から突出した溶融樹脂及び切断後の樹脂ペレットの
表面を被い、冷却速度を遅らせ、これによって、樹脂表
面が固まる前に他の樹脂ペレットと接触して互着させ、
主に連球ペレット27を造る。

そして、このキヤビテーションの特性は、水室５内の水
圧が一定であれば、カッタナイフ17の回転速度が高くな
ればなるほど増加し、回転速度が一定であれば、水圧を
高くすると減少するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、カッタナイフ17を切れ味良好な回転速度であ
る12m/secを確保した上で、水室５内の水圧を所要圧ま
で高めることによって、最大生産量の生産時にもキヤビ
テーションの発生が極めて少なく、不良ペレットの発生
を減少できるようにすることを目的とする。

即ち、本発明における課題解決のための具体的構成は、
水質５内で12m/sec以上の切断速度Ｖで回転されるカッ
タナイフ17を備えた水中カット造粒機４と、水室５へ冷
却水を供給するポンプ18と、水室５内の樹脂ペレットを
冷却水と共に分水機９へ搬送する搬送管６とを有する水
中カット装置において、前記水室５に所要水圧をかける
べく搬送管６の中途部を高く持上げ、水室５からその頂
部30までの高さＨを 但し、ｇ：重力加速度 Ｐ：水の飽和蒸気圧（ゲージ圧） ｐ：水の密度 の関係が得られるように７ｍ以上設定したことである。

（作用） 例えば、2/3減速運転時のカッタナイフ17の回転速度Ｖ
が12m/secの水中カット造粒機４を最大生産運転する
と、カッタナイフ17の回転速度Ｖは18m/secとなる。水
室５から搬送管６の中途頂部30までの高さＨが約７ｍで
あると、水室５内の水圧は約７ｍH₂Oとなり、18m/secで
回転するカッタナイフ17の近傍にはほとんどキヤビテー
ションは発生せず、樹脂ペレットにはヒゲ及び連なりが
生じなく、不良ペレットの発生率は低率となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示す第１実施例において、水中カット造粒機４
の水室５と分水機９とを接続する搬送管６の中途部、特
に三方弁22と分水機９との間を高く持上げて、頂部30を
逆Ｕ字形に曲げ、水室５から頂部30までの高さＨを従来
より大幅に高くしている。

前記頂部30の分水機９側には、同じく逆Ｕ字状のエアー
吹込用枝管31が接続されており、この枝管31の頂部は前
記頂部30より高く設定され、冷却水が入らないようにし
ており、枝管31の下端はエアーフィルタ32が設けられ、
大気に開放されている。

これにより、頂部30より下降側ではエアーが入り、大気
開放状態となり、上昇側では頂部30の高さＨ分だけの水
頭が得られ、水室５には約ＨｍH₂Oの水圧が加わる。

水中カット造粒機４の水室５内で、キヤビテーションが
発生する水圧はカッタナイフ17の回転速度の関係は、次
式で求められる。

但し、ｇ：重力の加速度 Ｐ：水の飽和蒸気圧（ゲージ圧） ｐ：水の密度 そして、カッタナイフ17の回転速度Ｖは良好な切れ味を
確保するためには、12m/sec以上必要であり、約2/3減速
運転でこの回転速度を得るにはＶ≧18m/secとなる。

前記(1)式を変換すると であり、これにＶ≧18m/secを代入すると となり、水温が約50℃のときにＨ≧７ｍとなる。

前記(1)式で高さ（水圧）Ｈと回転速度Ｖとの関係を表
わしたのが第４図に示すキヤビテーション限界グラフで
あり、線33より左側（矢印α方向）がキヤビテーション
を発生しない領域であり、右側（矢印β方向）がキヤビ
テーションを発生する領域であり、線33近傍では僅かな
泡立ちはあるが、不良ペレット発生にはほとんど影響し
ない。

尚、このＶ−Ｈ関係は、ストロボを使った実験から得ら
れた結果によって確認されている。

従って、高さＨが従来技術のように４ｍ以下である場
合、カッタナイフ回転速度Ｖが16m/secを越えるとキヤ
ビテーションが発生し始め、18m/secでは激しく泡立
つ。これに対し、高さＨを８ｍまで高くすると、回転速
度Ｖが18m/secを越えてもキヤビテーションを発生しな
い。

水中カット装置は、処理能力、製造するペレットの材料
等によって、水中カット造粒機４のカッタナイフ17の大
きさ及びモータ回転数が多少異なるが、標準的な数値は
カッタナイフ17の直径Ｄが320mm、回転数が1080rpmであ
り、その場合にキヤビテーションを発生させない又は多
少発生しても実用上支障のない状態となる水圧は約７ｍ
H₂Oであり、従って、搬送管６は上下方向に伸縮できな
いので、固定された頂部30高さＨは７ｍに設定しておけ
ば良い。しかし、できれば許容範囲を持たせるために８
ｍ程度に設定しておくことが好ましい。

第２図は本発明の第２実施例を示しており、エアー吹込
用枝管31の下端を予備脱水機７に接続しており、予備断
水機７内部は冷却水が落下するだけで空間があり、その
内部空間から枝管31を介してエアーが吸込まれ、搬送管
６の下降側に入り、頂部高さＨによる水頭を、水室５に
効果的に与えている。

第３図は本発明の第３実施例を示しており、搬送管６の
頂部30からの下降側を太管34として予備脱水機７に接続
しており、エアー吹込用枝管を設けていないが、冷却水
は細い頂部30から太管34に至ることによって圧抜きが為
され、水室５に高さＨ相当分の水頭が効果的に加わるこ
とになる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、種
々変形することができる。例えば、第１実施例におい
て、三方弁22やエアーフィルタ32を割愛したり、分水機
９を脱水機のみで構成したり、分水機９を第１、２フィ
ーダ１，２等と同高さに配置したりすることができる。

（発明の効果） 以上詳述した本発明によれば、搬送管６の中途部を高く
持上げて、水室５からその頂部30までの高さＨを７ｍ以
上に設定しているので、水室５内には７ｍH₂O以上の圧
力を加えることができ、最大生産量の2/3程度まで減速
運転される装置であって、良好な切れ味を確保するため
にカッタナイフ17の回転速度Ｖが12m/sec以上を要求さ
れるものにおいて、その装置の最大生産時でも、キヤビ
テーションをほとんど発生させることなく樹脂表面を適
正に冷却しながら切断することができ、ヒゲ付きペレッ
ト、連球ペレット等の発生を防止又は減少させることが
でき、歩留りを大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す全体図、第２、３図
は第２、３実施例の要部を示す夫々説明図、第４図はキ
ヤビテーション限界を示すグラフ、第５図は水中カット
造粒機の断面図、第６図はカッタナイフ回転中のキヤビ
テーション発生状況を示す説明図、第７、８図はヒゲ付
きペレット及び連球ペレットを示す夫々斜視図である。 ４……水中カット造粒機、５……水室、６……搬送管、
９……分水機、17……カッタナイフ、18……ポンプ、30
……頂部、Ｈ……高さ（水圧）、Ｖ……回転速度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水室(5)内で12m/sec以上の切断速度(V)で
   回転されるカッタナイフ(17)を備えた水中カット造粒機
   (4)と、水室(5)へ冷却水を供給するポンプ(18)と、水室
   (5)内の樹脂ペレットを冷却水と共に分水機(9)へ搬送す
   る搬送管(6)とを有する水中カット装置において、 前記水室(5)に所要水圧をかけるべく搬送管(6)の中途部
   を高く持上げ、水室(5)からその頂部(30)までの高さ(H)
   を７ｍ以上に設定したことを特徴とする水中カット装
   置。