(57)【要約】  本発明は、熱可塑性プラスチック材料のための造粒装置の穴あきプレート（１）であって、ノズル開口部（２）を有し、穴あきプレート（１）の少なくとも１つの側面が、少なくとも１つの領域において機能層（３）を有し、機能層（３）が、穴あきプレートの基材と比べて断熱性が高く、穴あきプレートの基材と比べて耐摩耗性が高く、かつエナメルのコーティングで構成されている穴あきプレートに関する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性プラスチック材料のための造粒装置の穴あきプレート（１）であって、ノズル開口部（２）を有し、前記穴あきプレート（１）の少なくとも１つの側面が、少なくとも１つの領域において機能層（３）を有する穴あきプレートにおいて、
前記機能層（３）が、前記穴あきプレートの基材と比べて断熱性が高く、前記穴あきプレートの前記基材と比べて耐摩耗性が高く、かつエナメルのコーティングで構成されていることを特徴とする、穴あきプレート（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）が、５．０ｍｍから１０．０ｍｍまでの範囲内にある層の厚さ（ｄ）を有することを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項３】
請求項１または２に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）が微小孔を有するものであることを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）は、前記穴あきプレートの、前記熱可塑性プラスチック材料が前記ノズル開口部（２）を通って現れる表面上に配置され、好ましくは前記プレートの当該表面の全面上に配置されることを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）が、好ましくは異なる組成を有するエナメル材料から、多層化された形態で構築されていることを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記ノズル開口部（２）の各々が、前記エナメルの機能層（３）を同様に貫通する毛細管（４）によって被覆されていることを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）が、５００ＨＶから７００ＨＶまでの範囲内の硬度、好ましくは６００ＨＶの硬度を有することを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）が、１Ｗ／ｍＫから２Ｗ／ｍＫまでの範囲内の熱伝導係数を有することを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記エナメルの機能層（３）が、前記穴あきプレートの純粋な基材の熱膨張係数と一致する熱膨張係数、または少なくともそこからのずれが±１０％の範囲内でしかない熱膨張係数を有することを特徴とする、穴あきプレート。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載の穴あきプレートであって、前記穴あきプレートの前記基材は、金属または金属合金、好ましくはスチールまたはスチール合金であることを特徴とする、穴あきプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、熱可塑性プラスチック材料のための造粒装置の、ノズル開口部を有する穴あきプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどの熱可塑性材料を粒状化するために、造粒装置が使用されることが多い。この装置においては、溶融プラスチック材料が、穴あきプレートのノズル開口部を通ってたとえば水などの冷却剤の中に押し出され、そこでカッター器具により切断されるが、カッター器具は、その少なくとも１つのブレードが穴あきプレートのノズル開口部上を通過することにより、ペレットが製造されるようになっている。たとえば水中造粒のための方法を実行する、対応する装置は、たとえばＡｕｔｏｍａｔｉｋ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ＧｍｂＨ社によるＳＰＨＥＲＯ（登録商標）の製品名を有する、水中造粒機として知られている。そのような造粒装置においては、カッター器具が穴あきプレート上を駆動されるときにかかる強い力によって、とくにノズル開口部の領域において、比較的高度な摩耗が生じる。加えて、穴あきプレートが、高温の溶融プラスチック材料と冷却剤および造粒装置の他の構成要素とに対して直接的に接触するために、穴あきプレートの領域においては高度な熱応力が発生する。さらに、たとえば水中高温ダイフェースペレット製造のためのダイヘッドを有するシステムを設計する過程においては、冷却剤（たとえばプロセス用水）との接触が、ダイヘッドさらには溶融物通路を激しく冷却してしまうという問題が発生する。そのため、造粒装置のための穴あきプレートにおいては、第１には対応する造粒装置の信頼性の高い動作を確保するため、第２には運用寿命をできるだけ長くすることを可能にするために、良好な断熱と摩耗からの高度な保護とが求められる。
【０００３】
米国特許第４，６７８，４２３号には、造粒装置の中で使用されるダイプレート器具であって、その中の本体部と、その中のノズル開口部を有する前部金属プレートと、の間に、ガラス質材料で作成され得る断熱層が設けられた器具を記載されている。
【０００４】
ＷＯ０３／０３１１３２Ａ１には、プラスチックを粒状化するための押出機の造粒ヘッドの前面上に配置される造粒用穴あきプレートが記載されており、この造粒用穴あきプレートは、断熱および摩耗からの保護を目的として、一体形セラミックプレート本体として設計されている。また、このセラミック本体の穴あきプレートは、いわば溶融プラスチックのための対応する供給用入口である造粒ヘッド上にスプレーされることができ、穴あきプレートは、造粒ヘッドに対して焼嵌めにより取り付け可能であり、またはねじ止めも可能である。
【０００５】
一般的にいえば、現状では、穴あきプレートは、製造過程においてたとえばカーバイドコーティングなど所定の比較的高価な表面硬化処理を施されなければならない方法でも利用されているが、その一方で、多くの場合、そのような穴あきプレートが特別に有利な断熱特性を有する訳ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、単純な設計手段を用いてかつ可能な最も経済的な方法において、最適な断熱性と同時に、高度な耐摩耗性とを提供可能とする穴あきプレートを提供することである。加えて、本発明に従えば、穴あきプレートの運用寿命をできるだけ長くすることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を有する、造粒装置の穴あきプレートによって達成される。好適な実施形態は、従属項において定義される。
【０００８】
熱可塑性プラスチック材料のための造粒装置の本発明にかかる穴あきプレートは、ノズル開口部を有する。本発明によれば、穴あきプレートはさらに、穴あきプレートの少なくとも１つの側面上の少なくとも１つの領域に、すなわちたとえば装置の動作中にブレードがその上を通過する、ノズル開口部の少なくとも１つの領域に、機能層を有する。本発明によれば、機能層は、穴あきプレートの基材と比べて断熱性が高く、穴あきプレートの基材と比べて耐摩耗性が高く、かつエナメルのコーティングで構成されている。本発明の穴あきプレートはまた、少なくとも１つの側面全体にわたって機能層を有することができる。本発明にかかるエナメルのコーティングは、好ましくは、断熱および摩耗保護用の層として、アモルファスＳｉＯ2ベースの物質で構成され、溶融挙動、材料強度、接着性、耐摩耗性および耐熱衝撃性に影響を与えるための添加剤を含んでいる。
【０００９】
その結果、穴あきプレートの基材の特性と、本発明にかかる穴あきプレートの機能層の領域におけるエナメルのコーティングの特性との組合せによる特別な利点が、本発明によってもたらされる。とくに、このような性質を有する穴あきプレートは、機能層の領域において、均質な断熱層を提供できると同時に、このように設計された本発明の穴あきプレートの異なる熱膨張係数に起因して発生し得るコーティングへの障害を防止しながら、造粒装置の他の構成要素と比較して遜色ない耐摩耗性を提供することができる。
【００１０】
本発明の第１の応用は、標準的なペレット製造機のための穴あきプレートをエナメル引きにする点にある。このエナメル引きの結果、吸気冷却または空気通過による熱損失が低減される。スプレー水によって発生する局所的な冷却に対する感度も低減される。動作性能は向上する。追加的な応用は、水中および空冷された高温ダイフェースペレット製造の領域内にあり、この領域では、耐熱保護層は耐摩耗保護層としても使用可能である。
【００１１】
本発明にかかるエナメルコーティングは、（たとえばノズルリングとして構成された）ノズル開口部の領域からの、全体的な熱伝達を低減し、その結果、たとえば押出機または溶融物ポンプのフィード圧が、当業界における現状の通例よりも遥かに低い状態で、熱可塑性プラスチック材料またはポリマーがダイヘッドの中で凝固するという危険を伴わずに、動作することが可能となる。
【００１２】
穴あきプレートの領域において、非金属材料と金属材料とを組み合わせて使用する場合には、通常、金属材料と非金属材料とが非常に異なる熱膨張係数を有するという問題を伴う。装置の動作および洗浄に通常必要とされる温度範囲は、この状況では約４５０°Ｃである。したがって、一体的に組み合わされた材料のペアには内部応力が容易に発生し、その結果、それらの最大応力を超える応力が材料に加えられ、それによって破壊という結果が生じる可能性がある。
【００１３】
特殊ガラスとしてエナメルを有する、本発明にかかるコーティングの顕著な特徴および利点は、固体材料の弾性変形を超える弾性変形を可能にする、マイクロクラック構造を応力下で構築できるという事実にある。加えて、熱伝導率を低減しかつ亀裂成長を低減する、微小孔質の形成が可能になる。しかし、エナメルの使用によってまた、いくつかの製造上の利点がもたらされる。すなわち、凹状表面が充填されることができ、製造過程の中で、摩耗保護層が表面に対して一体的に組み合わされる。その結果、ノズル開口部は、円錐形状の壁を有する毛細管ノズルとして設けられることができる。ここで、圧力降下の過程において、毛細管が、強い圧力により管の軸に沿って裂けることもなく、または、壁に伝達された摩擦によるせん断応力の結果として出口以外の部分において円周方向に剥離することもないように、その壁の厚さは全体的に十分な厚さを保つ必要がある。両方の力は、ノズル開口部の出口に向かって減少する。そのため、最適な壁の厚さは、毛細管の起点の近傍において機械力学的な考察によって決定される最小限の壁の厚さから、しかるべく設計されたノズル開口部の出口に向かって、ゼロに近づく。
【００１４】
本発明にかかるエナメルのコーティングは、典型的には、構造用鋼およびステンレス鋼の２５分の１の熱伝導率を有する。
【００１５】
本発明にかかる穴あきプレートの好適な一実施形態においては、エナメルの機能層は、５．０ｍｍから１０．０ｍｍまでの範囲内にある、層の厚さｄを有する。
【００１６】
本発明にかかる穴あきプレートの好適な他の実施形態においては、エナメルの機能層は、上述したように微小孔を有するものであり、とくには、１０μｍ未満の孔径を有することが好ましい。
【００１７】
実用的には、エナメルの機能層は、本発明にかかる穴あきプレートの、熱可塑性プラスチック材料がノズル開口部を通って現れる表面上に配置され、好ましくはそのプレートのその表面の全面上に配置される。
【００１８】
本発明にかかる穴あきプレートの好ましい別の実施形態においては、エナメルの機能層は、好ましくは異なる組成を有するエナメル材料から、多層化された形態で構築され得る。
【００１９】
本発明にかかる穴あきプレートのノズル開口部の各々が、エナメルの機能層を同様に貫通する毛細管によって被覆されることができる。
【００２０】
エナメルの機能層（すなわち断熱および摩耗保護層）を貫通する毛細管は、任意の所望の内部断面形状を有することができるが、しかし、好ましくは円筒形の断面形状を有することができ、さらに、ノズルの出口に向かって次第に減少するような壁の厚さを有することができ、好ましくは円錐台形状となるように成形されることができる。
【００２１】
ノズル開口部の領域において起こり得る縁部剥離を補償するために、溶融物出口通路の出口には、適切な薄肉の挿入された細管が設けられてもよい。その細管は、たとえばレーザー溶接またははんだ付けによってそこに堅固に取り付けられてもよい。細管は、最初は表面から突出した状態である。次に、穴あきプレートのプロセス用水に面する側面が、できるだけ厚い成層状態でエナメル引きされる。細管が、出口まで届くコーティングを可能にする。次のステップでは、エナメルの表面が細管と一緒に研削され、その工程の中で、ある層の厚さへと等化される。
【００２２】
本発明にかかる穴あきプレートの好ましい一実施形態によれば、エナメルの機能層は、５００ＨＶから７００ＨＶまでの範囲内の硬度、好ましくは６００ＨＶの硬度を有する。
【００２３】
本発明の好ましい一実施形態によれば、エナメルの機能層は、１Ｗ／ｍＫから２Ｗ／ｍＫまでの範囲内の熱伝導係数を有する。
【００２４】
エナメル機能層は、好ましくは、穴あきプレートの純粋な基材の熱膨張係数と一致する熱膨張係数、または少なくともそこからのずれが±１０％の範囲内でしかない熱膨張係数を有することができる。これにより、本発明に従ってしかるべく設計された穴あきプレートの熱膨張特性がさらに向上する。なぜなら、機能層を含めた穴あきプレート全体にわたって、熱膨張係数の最大限の均質性が提供できるからである。
【００２５】
穴あきプレートの最大限に均質で調和的である可能な熱膨張係数の観点から、穴あきプレートの基材は、好ましくは金属または金属合金、とくに好ましくはスチールまたはスチール合金であってもよい。
【００２６】
本発明について、添付の図面を参照しながら以下に例として詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の好ましい一実施形態にかかる機能層を有する穴あきプレートの、拡大された切取部分の概略断面図である。
【図２】本発明にかかる穴あきプレートの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、断面図にて、熱可塑性プラスチック材料のための造粒装置の、穴あきプレート１の拡大された切取部分を概略的に示し、機能層３が、穴あきプレートの基材と比較して断熱性が高く、穴あきプレートの基材と比較して耐摩耗性が高く、かつたとえば５．００ｍｍの層の厚さ（ｄ）を有するエナメルのコーティングから構成されている。ノズル開口部２の各々は、エナメルの機能層３を同様に貫通する毛細管４によって被覆されることができる。
【００２９】
図２は、本発明の好ましい実施形態にかかる穴あきプレートの断面図を概略的に示し、エナメルのコーティングで作成された機能層３を有するこの穴あきプレート１は、たとえば造粒装置の押出機または溶融物ポンプ（図２には図示せず）の出口領域に搭載されることができる。穴あきプレート１は、たとえば１つの部品で形成された、単品型の構成体であり得る。溶融された熱可塑性プラスチック材料は、溶融物通路５を通って、本発明にかかる穴あきプレート１のノズル開口部２に供給されてそこから排出され、排出の後にカッター器具（同様に図２には図示せず）によって切断され、その結果、熱可塑性プラスチック材料からペレットが生成される。本発明にかかる機能層３は、穴あきプレート１の１つの領域だけに設けられてもよく、たとえばノズル開口部２の領域に配置されてもよい。なぜなら、そこで回転しているカッター器具のブレードによって、とくに摩耗からの保護は、主にその位置においてとくに利点がありかつ所望されるからである。対照的に、図２は、穴あきプレート１の全側面または表面に機能層３が設けられている好ましい一実施形態を示し、この実施形態では、熱伝導特性が最適化され、とくに本発明に従ってしかるべく設計された穴あきプレート１の全側面にわたり、熱伝導特性が同様に均一となる。図２の断面図に示す開口部のうちの上方のノズル開口部２は、前記エナメルの機能層３を同様に貫通する毛細管４によって被覆された状態で示されている。
【００３０】
図２に示すような構成は、たとえば水中造粒機において使用可能である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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