JP4173850B2 - Ｕｗｃ装置、ｕｗｃ装置におけるｐｃｗ循環システム、及びｕｗｃ装置を用いたペレット成形加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、ペレット加工装置として知られるＵＷＣ装置（アンダーウォータカッター）、ＵＷＣ装置に用いられＵＷＣ装置により成形加工されたペレットを冷却しつつ搬送するＵＷＣ装置におけるＰＣＷ（ペレット冷却搬送水）循環システム、及びそれによるペレット成形加工方法に関するものである。

図５は、プラスチック可塑化混練押出造粒機の一例を示す側面図である。
図５に示すプラスチック可塑化混練押出造粒機は、プラスチック可塑化混練機１、ギヤポンプ２、溶融プラスチック濾過装置３、ペレット加工装置であるＵＷＣ装置４を備える。

ここで、プラスチック可塑化混練機１は、固体プラスチックを可塑化混練する装置であり、ギヤポンプ２は、溶融プラスチックを下流装置へ押出す装置である。また、溶融プラスチック濾過装置３は、溶融プラスチック中に含まれる固体不純物を濾過する装置であり、ＵＷＣ装置４は、溶融プラスチックを粒（ペレット）に加工する装置である。

図６、図７に従来のＵＷＣ装置４の一例を示す。
図６（Ａ）はＵＷＣ装置４の側面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６においては、ダイス５、循環箱（水槽）６、タイバー７、移動台車８、駆動機（モータ）１２が示されている。ここで、ダイス５と循環箱６は、Ａ−Ａ断面に示す４本のタイバー７にて締結されている。

図７は、図６に示したＵＷＣ装置のペレット加工時における断面図（内面透過図）を示す。図７においては、溶融プラスチック９、穴（ノズル）１０、ペレット冷却搬送水（以下ＰＣＷという）１１、駆動機（モータ）１２、カッター刃１３、ペレット１４、カップリング１５、カッター軸１６が示されている。

ここで、循環箱６、タイバー７、移動台車８、駆動機（モータ）１２、カッター刃１３、カップリング１５、カッター軸１６で構成されているＵＷＣ装置４は、タイバー７による締結を解除することにより、移動台車８によってダイス５から分離移動することが可能である。

図８は、従来のＰＣＷ循環システムの一例を示す系統図である。図８においては、ＵＷＣ装置４、脱水スリット１８、遠心乾燥機１９、ＰＣＷタンク２０、ＰＣＷポンプ２１、三方弁２２が示されている。ＰＣＷは、ＰＣＷポンプ２１により、システム内を循環している。

この構成において、ＵＷＣ装置４で成形されたペレットは、ＰＣＷと共に脱水スリット１８まで運ばれ、脱水スリット１８によりＰＣＷと分離され、遠心乾燥機１９で余分に付着している水分を除去された後、ペレット製品となる。

次に、従来のプラスチック可塑化混練押出造粒機の動作について説明する。
図５において、固体プラスチックは、プラスチック可塑化混練機１に供給され可塑化される。可塑化溶融したプラスチックは、プラスチック可塑化混練機１に内蔵されているスクリュ１ａにより下流装置であるギヤポンプ２へ搬送される。搬送された溶融プラスチックは、ギヤポンプ２により、溶融プラスチック濾過装置３およびＵＷＣ装置４へ搬送される。溶融プラスチック濾過装置３では、溶融プラスチック中の固体不純物を濾過する。ＵＷＣ装置４では、溶融プラスチックを粒（ペレット）に加工するペレット加工操作を水中で実施する。

図６において、ダイス５は加熱媒体（スチーム、熱油、電気ヒータ等）により加熱されている。ＵＷＣ装置４はダイス５と循環箱６外周に設置されている４本のタイバー７にて、図示しない油圧装置に締結される。

ＵＷＣ装置４は、ペレット成形加工をしない場合、タイバー７による締結を解除することにより、ダイス５から分離することが可能である。

図７において、カッター刃１３はカッター軸１６に結合しており、カッター軸１６は駆動機１２とカップリング１５を介して繋がっている。溶融プラスチック９は、ダイス５に加工された多数の穴１０から循環箱６内のＰＣＷ１１中へストランド形状で押出される。

ストランド形状で押出された溶融プラスチック９は、駆動機１２により回転しているカッター刃１３により切断されペレット１４に成形加工される。ペレット１４は、ＰＣＷポンプ２１にて循環箱６の下から上に流されているＰＣＷ１１により冷却されながら搬送され、循環箱６から図示しない脱水スリットに搬送される。

ダイス５の多数の穴１０から溶融プラスチック９の押出しが停止すると、溶融プラスチック９はＰＣＷ１１により冷却されダイス５の穴１０内で固化してしまう。

このため、溶融プラスチック９の押出が停止した後、ペレット１４の成形加工を再開する場合、次のような操作が必要となる。

（１）ＵＷＣ装置をダイス５から分離し、ダイス５を加熱媒体で十分加熱する。
（２）プラスチック可塑化混練機１およびギヤポンプ２を起動し、溶融プラスチック９がダイス５の多数の穴１０から均一に押出されるのを確認する。
（３）ギヤポンプ２を停止し、ダイス５のカッティング面を清掃する。
（４）ＵＷＣ装置４をダイス５と締結する。
（５）カッターモータ１２を起動しカッター刃１３を回転させダイス５と接触させる。
（６）ギヤポンプ２を起動し、溶融プラスチック９をダイス５の多数の穴１０から押出す。
（７）ＰＣＷ１１をＰＣＷポンプ２１で循環箱６内に供給する。

（６）（７）の操作は、ＰＣＷ１１がダイス５および溶融プラスチック９を冷却し、ダイス５の多数の穴１０内で固化させてしまわないように、ほぼ同時に行われることが望ましい。また、ペレット１４の成形加工の再開操作は、ペレット１４の形状を均一にするため必要である。

ＰＣＷ１１によりＵＷＣ装置４から搬送されたペレット１４は、図８に示すように、配管を通り脱水スリット１８に搬送される。脱水スリット１８では、ＰＣＷ１１とペレット１４が分離される。その後、ペレット１４は、遠心乾燥機１９へ送られ、表面に余分に付着している水が遠心分離されペレット製品となる。

一方、脱水スリット１８および遠心乾燥機１９で分離されたＰＣＷ１１は落下し、ＰＣＷタンク２０内に戻る。ＰＣＷタンク２０に戻ったＰＣＷ１１は、図示しない濾過装置にてＰＣＷ１１中のゴミを濾過し、ＰＣＷポンプ２１にて再度ＵＷＣ装置４へ送られる。

ＰＣＷポンプ２１とＵＷＣ装置４間には、三方弁２２が設置されており、ペレット成形加工が実施されない場合、ＰＣＷ１１をＰＣＷタンク２０へ戻し（バイパスし）、ＵＷＣ装置４をダイスから分離させることができる。

なお、従来のＵＷＣ装置として、例えば下記特許文献１，２が知られている。
特開平６−１８２７６０号公報 特開平１０−２６４１５１号公報

従来のＵＷＣ装置４は、以上のような構成であり、溶融プラスチック９がダイス５の穴１０から押出されない場合、ＰＣＷ１１により溶融プラスチック９がダイス５の穴１０内で固化する。そのため、ペレット成形加工を再開する場合、必ず上述した以下の操作が必要である。

（１）ＵＷＣ装置４をダイス５から分離し、ダイス５を加熱媒体で十分加熱する。
（２）プラスチック可塑化混練機１およびギヤポンプ２を起動し、溶融プラスチック９がダイス５の多数の穴１０から均一に押出されるのを確認する。
（３）ギヤポンプ２を停止し、ダイス５のカッティング面を清掃する。
（４）ＵＷＣ装置４をダイス５と締結する。
（５）カッターモータ１２を起動し、カッター刃１３を回転させダイス５と接触させる。
（６）ギヤポンプ２を起動し、溶融プラスチック９をダイス５の多数の穴１０から押出す。
（７）ＰＣＷ１１をＰＣＷポンプ２１で循環箱６内に供給する。

かかる操作は、多大な人的作業を必要として人的コストを高めるという問題があり、特にＵＷＣ装置が大型になればなる程、その問題は大きなものとなる。

この発明は、上述した従来の問題点を解決するために成されたものであり、上述したＵＷＣ装置によるペレット成形加工再開に際しての事前操作において、人的作業を軽減することができ、もって人的コストを低くすることができて、低コストに且つ効率良くペレットを製造することができるＵＷＣ装置及びそれを用いたペレット加工方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、この発明は、ＵＷＣ装置において成形加工されたペレットを冷却しながら搬送するペレット冷却搬送水（ＰＣＷ）を循環させるＵＷＣ装置におけるＰＣＷ循環システムにおいて、前記ペレット冷却搬送水の流量を調整する開度調整バルブを備えると共に、ダイスの穴より低い適所に、圧縮空気を前記ペレット冷却搬送水中に注入するための圧縮空気注入部を備え、かつ前記圧縮空気の注入量を調整する調整部を前記ＵＷＣ装置に備えたことを特徴とする。

また、この発明は、ＵＷＣ装置により溶融プラスチックをダイスの穴から押出し、カッター刃により切断するとともに、切断されてなるペレットをＰＣＷ循環システムにより循環されるペレット冷却搬送水（ＰＣＷ）により冷却しつつ搬送するようにしたＵＷＣ装置を用いたペレット成形加工方法において、ＰＣＷを循環させたままペレット成形加工を再開する前に、前記ペレット冷却搬送水に前記ダイスの穴より低い位置から圧縮空気を注入し、前記ダイスの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする。

また、この発明は、ＵＷＣ装置により溶融プラスチックをダイスの穴から押出し、カッター刃により切断するとともに、切断されてなるペレットをＰＣＷ循環システムにより循環されるペレット冷却搬送水（ＰＣＷ）により冷却しつつ搬送するようにしたＵＷＣ装置を用いたペレット成形加工方法において、ＰＣＷを循環させたままペレット成形加工を再開する前に、前記ペレット冷却搬送水の流量を減少させて前記ダイスの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする。

また、この発明は、ＵＷＣ装置により溶融プラスチックをダイスの穴から押出し、カッター刃により切断するとともに、切断されてなるペレットをＰＣＷ循環システムにより循環されるペレット冷却搬送水（ＰＣＷ）により冷却しつつ搬送するようにしたＵＷＣ装置を用いたペレット成形加工方法において、ＰＣＷを循環させたままペレット成形加工を再開する前に、前記ペレット冷却搬送水の流量を減少させると共に、前記ペレット冷却搬送水に前記ダイスの穴より低い位置から圧縮空気を注入し、前記ダイスの温度を上昇させるようにしたことを特徴とする。

以上のように、この発明によれば、ダイスの温度を上昇させ、ダイス穴へ一度固化したプラスチックを再度溶融させることができるため、ＵＷＣ装置によるペレット成形加工を再開する場合、ＵＷＣ装置を分離することなく実施することが可能となる。また、ＵＷＣ装置によりペレット成形加工する場合、少人数でかつ簡単な操作で実施することが可能となる。従って、この発明によれば、ＵＷＣ装置によるペレット成形加工再開に際しての事前操作において、人的作業を軽減することができ、もって人的コストを低くすることができて、低コストに且つ効率良くペレットを製造することができるという効果を奏する。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるＰＣＷ循環システムの一例を示す系統図、図２はＵＷＣ装置を示す側面図である。図１に示すＰＣＷ循環システムにおいては、配管によって構成される循環路に沿って、ＵＷＣ装置４Ａ、脱水スリット１８、遠心乾燥機１９、ＰＣＷタンク２０、ＰＣＷポンプ２１、三方弁２２、開度調整弁２３が設けられ、ＰＣＷポンプ２１により、ＰＣＷが循環システムを循環している。

図２に示す実施の形態におけるＵＷＣ装置４Ａにおいては、穴１０を有するダイス５、循環箱６、カッターモータ１２、カッター刃１３、カップリング１５、カッター軸１６、流量計２５、流量調整バルブ２６を備えている。なお、同図において２４は圧縮空気を示している。ここで、ＵＷＣ装置４Ａには、ＰＣＷ循環システムにおける配管接続部４ｂのダイス５より低い位置に、圧縮空気供給配管接続部４ｃが接続され、この圧縮空気供給配管接続部４ｃに流量計２５、流量調整バルブ２６が備えられて圧縮空気注入部が構成され、また流量調整バルブ２６により圧縮空気の注入量を調整する調整部が構成されている。

図３は循環箱６内の圧縮空気の挙動の一例を示す動作説明図であり、同図において、２７は第１空気層、２８は第２空気層を示している。

以下、実施の形態の動作について説明する。
図１において、ＵＷＣ装置４Ａにて成形加工されたペレットは、ＰＣＷ１１により搬送され配管を通り、脱水スリット１８に搬送される。脱水スリット１８では、ＰＣＷ１１とペレット９が分離される。ペレット９は、遠心乾燥機１９へ送られ、表面に余分に付着している水が遠心分離されペレット製品となる。

一方、脱水スリット１８及び遠心乾燥機１９で分離されたＰＣＷ１１は、落下し、ＰＣＷタンク２０内に戻る。ＰＣＷタンク２０に戻ったＰＣＷ１１は、濾過装置３（図５参照）にてＰＣＷ中のゴミを濾過し、ＰＣＷポンプ２１にて再度ＵＷＣ装置４Ａへ送られる。

ＰＣＷポンプ２１とＵＷＣ装置４Ａの間には、三方弁２２および開度調整弁２３が設置されている。三方弁２２は、ＵＷＣ装置４Ａに内蔵されているカッター刃１３が磨耗し交換を行う際に短時間停止する場合、およびＵＷＣ装置４Ａ自体のメンテナンスをする場合、ＰＣＷ１１をＰＣＷタンク２０へ戻し（バイパス）、ＵＷＣ装置４Ａを循環システムから分離することが可能となるように設けられているものである。

開度調整弁２３は、ＰＣＷポンプ２１の背圧に対するポンプ能力特性を利用し、開度を調整することにより系内のＰＣＷ圧力を調整し、かつＵＷＣ装置４Ａに供給されるＰＣＷ流量を調整することが可能となるように設けられているものである。

この開度調整弁２３により、ペレット成形加工が再開された場合、開度調整弁２３を開くことでＰＣＷ流量をペレット１４を十分冷却搬送できる流量に増加させ、またダイス５から溶融プラスチック９が押出されない場合、開度調整弁２３を閉めＰＣＷ流量を低下させることが可能となる。

図２において、ダイス５は加熱媒体（スチーム、熱油、電気ヒータ等）により加熱されている。ＵＷＣ装置４Ａは、ダイス５と循環箱６外周に設置されている４本のタイバー（図６（Ｂ）参照）にて、図示しない油圧装置に締結される。

カッター刃１３はカッター軸１６に結合しており、カッター軸１６は駆動機１２とカップリング１５を介して繋がっている。
溶融プラスチック９は、ダイス５に加工された多数の穴１０からストランド形状で循環箱６内のＰＣＷ１１中へ押出される。ストランド形状で押出された溶融プラスチック９は、駆動機１２により回転しているカッター刃１３により切断され、ペレット１４に成形加工される。

ペレット１４は、図示していないＰＣＷポンプ２１にて、循環箱６の下から上に流されているＰＣＷ１１により冷却搬送され、循環箱６から図示していない脱水スリットに搬送される。このとき、圧縮空気２４を流量計２５で確認しながら流量調整バルブ２６にて注入量を調整し、ＰＣＷ１１中へ適量注入される。

圧縮空気２４の注入は、ダイス５の穴１０より低い位置からならばどこから供給してもよい。また、圧縮空気２４の注入は、ペレット成形加工を再開する前より供給し始める。ダイス５に設置されている図示していない温度計にて、ダイス５の温度が十分に上昇していることを確認後、ペレット成形加工を再開する。

図３において、ダイス５の下方より供給された圧縮空気２４は、ＰＣＷポンプ２１にて循環箱６を下から上に流れているＰＣＷ１１の流れおよび比重差により上昇する。上昇した圧縮空気２４は駆動機１２により回転しているカッター刃１３の近傍に集まり、第１空気層２７を形成する。また、ダイス５とカッター刃１３の間の空隙は、カッター刃１３が図示していない駆動機１２で回転させられることにより、外部との圧力差が発生し、圧縮空気２４が進入し、第２空気層２８が形成される。

第１空気層２７および第２空気層２８から圧縮空気２４は、ＰＣＷポンプ２１にて循環箱６を下から上に流れているＰＣＷ１１の流れ、および比重差により更に上昇し、循環箱６外へ排出される。循環箱６外へ排出された圧縮空気２４は、ＰＣＷ循環システムの脱水スリット１８でＰＣＷ循環系外へ排出される。

第１空気層２７および第２空気層２８は、常に注入される圧縮空気により更新される。第２空気層２８が形成されることにより、ダイス５の表面とＰＣＷ１１との接触が少なくなり、ダイス５の温度が上昇する。

ダイス５の穴１０内で固化したプラスチックは、ダイス５の温度が上昇することにより溶融する。

以上に説明したように、この発明の実施の形態では、ＰＣＷ内に圧縮空気を注入する設備、ＰＣＷ循環システム中のＰＣＷポンプとＵＷＣ装置間に開度調整弁を整備し、ＰＣＷ内に圧縮空気を注入することにより、ＰＣＷが加熱されたダイス表面と接触する機会を低下させ、ダイス温度を上昇させることができる。

また、開度調整弁を絞ることにより、ＰＣＷ循環システム内のＰＣＷ圧力が上昇し循環箱に供給されるＰＣＷ流量が低下する。ＰＣＷは循環箱内で加熱されているダイスから熱を奪い温度が上昇する。ＰＣＷ流量が低い場合、ＰＣＷ流量が多いときよりも循環箱内でのＰＣＷ温度は上昇する。ＰＣＷ温度が上昇することにより、ダイス温度を高く維持することができる。

このように、ダイス温度を高くすることにより、ダイス穴内に固化したプラスチックを溶融させることができ、ＵＷＣ装置によるペレット成形加工を再開する場合、ＵＷＣ装置分離、ダイスを十分加熱、ダイスから溶融樹脂を押出しダイス穴内にプラスチックが固化していないことを確認、ダイス表面清掃、ダイスにＵＷＣ装置を装着という多くの操作を削減することを可能にできる。

次に、上記装置を使用した本発明の実施結果を以下に示す。

原料：ポリエステル系プラスチック
ダイス温度：３６０℃
ポリマー温度：２９０℃
ＰＣＷ供給温度：８０℃
溶融プラスチックのダイスから押し出される速度：２４０ｃｍ／ｓ

とし、圧縮空気注入量、ＰＣＷ流量を変化させ、ダイス穴の開口率を比較し、
結果を図４にまとめた。

図４より、圧縮空気を注入することにより、ダイス穴の開口率は、２．３倍以上上昇した。ＰＣＷ流量を低下することにより、ダイス穴の開口率は上昇した。
圧縮空気注入量／ＰＣＷ流量比が大きいと、ダイス穴の開口率は上昇した。

この発明の実施の形態におけるＰＣＷ循環システムの一例を示す系統図である。 ＵＷＣ装置を示す側面図である。 循環箱内の圧縮空気の挙動の一例を示す動作説明図である。 実施例の結果を示す図である。 プラスチック可塑化混練押出造粒機の一例を示す側面図である。 従来のＵＷＣ装置の一例を示す図であり、図６（Ａ）はＵＷＣ装置の側面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図６に示したＵＷＣ装置のペレット加工時における断面図である。 従来のＰＣＷ循環システムの一例を示す系統図である。

符号の説明

１ プラスチック可塑化混練機、２ ギヤポンプ、３ 溶融プラスチック濾過装置、４Ａ ＵＷＣ装置、４ｂ 配管接続部、４ｃ 圧縮空気供給配管接続部、５ ダイス、６ 循環箱（水槽）、７ タイバー、８ 移動台車、１０ 穴（ノズル）、１１ ペレット冷却搬送水、１２ 駆動機（モータ）、１３ カッター刃、１４ ペレット、１５ カップリング、１６ カッター軸、１８ 脱水スリット、１９ 遠心乾燥機、２０ ＰＣＷタンク、２１ ＰＣＷポンプ、２２ 三方弁、２３ 開度調整弁、２４ 圧縮空気、２５ 流量計、２６ 流量調整バルブ、２７ 第１空気層、２８ 第２空気層。

Claims (3)

1. アンダーウォータカッターにおいて成形加工されたペレットを冷却しながら搬送するペレット冷却搬送水（ＰＣＷ）を循環させるアンダーウォータカッターにおけるペレット冷却搬送水循環システムにおいて、
   前記ペレット冷却搬送水の流量を調整することにより、ダイス温度を調整する開度調整バルブを備えると共に、ダイスの穴より低い適所に、圧縮空気を前記ペレット冷却搬送水中に注入するための圧縮空気注入部を備え、かつ前記圧縮空気の注入量を調整する調整部を前記アンダーウォータカッターに備えたことを特徴とするペレット冷却搬送水循環システム。
2. アンダーウォータカッターにより溶融プラスチックをダイスの穴から押出し、カッター刃により切断するとともに、切断されてなるペレットをペレット冷却搬送水循環システムにより循環されるペレット冷却搬送水（ＰＣＷ）により冷却しつつ搬送するようにしたアンダーウォータカッターを用いたペレット成形加工方法において、
   ＰＣＷを循環させたままペレット成形加工を再開する前に、
   前記ペレット冷却搬送水に前記ダイスの穴より低い位置から圧縮空気を注入し、前記ダイスと前記カッター刃間の空間に空気層を形成し、前記ダイスと前記ペレット冷却搬送水との接触を減少させることにより、前記ダイスの温度を上昇させるようにしたことを特徴とするアンダーウォータカッターを用いたペレット成形加工方法。
3. 請求項２に記載のペレット成形加工方法において、
   ＰＣＷを循環させたままペレット成形加工を再開する前に、
   更に前記ペレット冷却搬送水の流量を減少させて前記ダイスの温度を上昇させることを特徴とするアンダーウォータカッターを用いたペレット成形加工方法。

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