(57)【要約】【課題】水中カット造粒装置におけるカット刃でのキャビテーションの発生を抑制する。【解決手段】循環箱７は、カッタホルダ２に保持されたカッタ刃１を収納するカッタ収納部７ｇが形成されており、側面７ｃには流入口７ａが形成され、上面７ｄには排出口７ｂが形成されている。流入口７ａは、その中心軸７ａｃが、カッタ刃１の回転により、流入口７ａ内の主流７ａｆの流れ方向と対向する速度成分Ｖｃ７ａ’を生じていない側に位置するように設けられている。また、排出口７ｂも、その中心軸７ｂｃが、主流７ｂｆの流れ方向に対向する速度成分Ｖｃ７ｂ’を生じていない側に位置するように設けられている。【選択図】図４
2005131932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融樹脂を粒状に切断するカッタ刃が回転可能に収納されるカッタ刃収納部と、前記カッタ刃収納部内に連通し、冷却水を流出入させる流入口および排出口とが形成されている循環箱を有する水中カット造粒装置において、
前記流入口の管路中心軸は、前記カッタ刃の周速度が冷却水に前記流入口内の主流の流れ方向の速度成分を生じさせる側に位置していることを特徴とする水中カット造粒装置。
【請求項２】
前記排出口の管路中心軸は、前記周速度が冷却水に前記排出口内の主流の流れ方向の速度成分を生じさせる側に位置している請求項１に記載の水中カット造粒装置。
【請求項３】
溶融樹脂を粒状に切断するカッタ刃が回転可能に収納されるカッタ刃収納部と、前記カッタ刃収納部内に連通し、冷却水を流出入させる流入口および排出口とが形成されている循環箱を有する水中カット造粒装置において、
前記カッタ刃の回転中心から前記流入口および前記排出口の管路中心軸までの距離をＢ、前記カッタ刃収納部の内径をＣとしたとき、前記流入口および前記排出口の少なくとも一方の管路中心軸がカッタ刃の回転中心よりも順回転方向に存在し、Ｂ＜Ｃの関係を満たしていることを特徴とする水中カット造粒装置。
【請求項４】
前記流入口および前記排出口の管路幅をＡとしたとき、  Ａ／２＋Ｂ≦Ｃ  の関係を満たしている請求項３に記載の水中カット造粒装置。
【請求項５】
前記流入口および前記排出口の管路幅をＡとしたとき、  Ａ／２＜Ｂ  の関係を満たしている請求項３または４に記載の水中カット造粒装置。
【請求項６】
前記カッタ刃の背面に気泡を供給するための気泡供給手段を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の水中カット造粒装置。
【請求項７】
前記流入口の壁面に、前記気泡を注入するための注入口が形成されている請求項６に記載の水中カット造粒装置。
【請求項８】
カッタ刃が回転可能に収納されるカッタ刃収納部と、前記カッタ刃収納部内に連通し、冷却水を流出入させる流入口および排出口とが形成されている循環箱内で、前記カッタ刃により溶融樹脂を粒状に切断してペレットを製造する造粒方法において、
前記カッタ刃の周速度が前記流入口内の主流の流れ方向の速度成分を生じる側に管路中心軸が位置する前記流入口から冷却水を流入させる工程を含むことを特徴とする造粒方法。
【請求項９】
前記カッタ刃の周速度が前記排出口内の主流の流れ方向の速度成分を生じる側に管路中心軸が位置する前記排出口から冷却水を排出させる工程を含む請求項８に記載の造粒方法。
【請求項１０】
前記カッタ刃の背面に気泡を供給する工程を含む請求項８または９に記載の造粒方法。
【請求項１１】
前記流入口側から前記気泡を供給する請求項１０に記載の造粒方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融した合成樹脂を水中に押出して造粒する合成樹脂の水中カット造粒装置および造粒方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂製ペレットを製造する水中カット造粒装置は、冷却水流が流れる循環箱と、樹脂材押出装置により押し出される樹脂が通る樹脂流路が形成されたダイスと、押し出された樹脂をカットするための回転駆動されるカッタ刃とを有する構造が一般的である。ダイスは循環箱の一方の壁面に設けられ、カッタ刃は、このダイスに対向する他方の壁面から循環箱内へ突出するように設けられている。
【０００３】
また、この種の装置は、水を循環箱下方の入口または中央から上方へ向けて流すものが一般であった。例えば、特許文献１、あるいは特許文献２には、冷却水流を下方から上方へ水を流す構成の造粒装置が開示されている。
【０００４】
このような、冷却水流を下方から上方へ水を流す構成の水中カット造粒装置の一般的な構成を図１３〜図１５に示す。
【０００５】
図１３は、従来の水中カット造粒装置の模式的な外観斜視図であり、図１４は、模式的な斜視断面図であり、図１５は模式的な側断面図である。なお、図１３および図１４にはダイスは省略されている。
【０００６】
従来この種の装置は、ダイス１１０に対向するカッタ刃１０１、カッタ刃１０１を保持するカッタホルダ１０２、カッタホルダ１０２を回転させる軸１０３、軸１０３を保持するカッタユニット１０４、軸１０３を回転させるモータ１０５、造粒された樹脂を冷却し、運ぶための冷却水１０６を導く循環箱１０７から構成されている。
【０００７】
次に動作について説明する。ダイス１１０に設けられた複数の樹脂流路１０８から押出された溶融樹脂１０９はモータ１０５で回転駆動されるカッタ刃１０１によって連続的に切断・造粒され、循環箱１０７の下方に形成された流入口１０７ａから流入してくる冷却水１０６で冷却固化されることでペレット化される。このようにして製造されたペレット１１１は、冷却水流によって上方に形成された排出口１０７ｂから排出される。
【０００８】
一方、特許文献３には、ミニペレットの製造方法としてペレットの目詰まり、ダイス表面の温度低下の防止を目的として冷却水中に循環箱の入口より気体を混入させ、気泡を形成することで解消する技術が開示されている。
【特許文献１】特公平２−４６１２９号公報
【特許文献２】実開昭６３−２１００８号公報
【特許文献３】特開平６−１８２７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の従来の水中造粒装置は、冷却水入口が上下対称（あるいは左右対称）となっているため、冷却水流は、循環箱の中心、すなわち、カッタ刃の軸中心に向かって流れる構成となっていた。
【００１０】
カッタ刃の軸中心に向かって流れる構成の循環箱内の冷却水の流れの数値計算結果の一例を図１６に示す。冷却水は下方の流入口１０７ａから循環箱１０７内に流れ込み、上方に排出口１０７ｂから排出され、カッタ刃１０１は時計方向に回転している。この数値計算例からもわかるように、カッタ刃１０１の冷却水中での回転による水流と冷却水の流入による水流がぶつかる領域では水流に乱流が発生し、流入口１０７ａから排出口１０７ｂへと冷却水がスムーズに流れていない。また、この計算例は、カッタ刃１０１の周速度を２５ｍ／ｓｅｃとして計算しているが、カッタ刃１０１の後方、かつ、水流のぶつかり合う領域では渦１２０が発生していることがわかる。
【００１１】
渦が発達するような乱流を生じさせる流れ、すなわち、カッタ刃と冷却水との相対速度の大きい流れはキャビテーションを発生させやすい。キャビテーションが発生すると、キャビテーション気泡は、その崩壊時に液体マイクロジェットあるいは衝撃波を発生することでカッタ刃やダイスの表面に損傷を与える。このため、カッタ回転数を高くできない、振動・騒音の原因となるという問題とともに、ダイスにもエロージョンを発生させ寿命を短くしてしまうという問題も生じてしまう。さらに、このような乱流は、製品である樹脂ペレットに水中で複雑な作用力を及ぼすため、均一かつ良好な形状のペレットを形成することが困難となる場合があった。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、キャビテーションの発生を抑制することが可能な、合成樹脂の水中造粒方法および装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本発明の水中カット造粒装置は、溶融樹脂を粒状に切断するカッタ刃が回転可能に収納されるカッタ刃収納部と、カッタ刃収納部内に連通し、冷却水を流出入させる流入口および排出口とが形成されている循環箱を有する水中カット造粒装置において、流入口の管路中心軸は、カッタ刃の周速度が冷却水に流入口内の主流の流れ方向の速度成分を生じさせる側に位置していることを特徴とする。
【００１４】
上述の通りの本発明の水中カット造粒装置は、流入口から流入する冷却水を、カッタ刃の回転により生じる流れと同方向になるようにカッタ刃収納部内に流入させる構成となっている。すなわち、カッタ刃による流れが、流入口から流入する冷却水に対して逆流となるような領域にできるだけ冷却水を流入させないようにすることで、流入口から流入する冷却水とカッタ刃との相対速度が高くなってしまうのを防止する構成となっている。これにより、カッタ刃後方での圧力の低下によるキャビテーションの発生を抑制することができるとともに、乱流や渦の発達も抑制できるので、カッタ刃の回転速度を上げることが可能となる。また、カッタ刃収納部内の乱流の発達が抑制されることで粒状に切断された樹脂、すなわち、ペレットの形状も良好なものとすることができる。
【００１５】
また、本発明の水中カット造粒装置は、排出口の管路中心軸が、周速度が冷却水に排出口内の主流の流れ方向の速度成分を生じさせる側に位置しているものであってもよい。この場合、カッタ刃収納部内の流れの乱れをより好適に抑制しつつ、カッタ刃収納部内から冷却水をスムーズに排出することができる。
【００１６】
本発明の水中カット造粒装置は、溶融樹脂を粒状に切断するカッタ刃が回転可能に収納されるカッタ刃収納部と、カッタ刃収納部内に連通し、冷却水を流出入させる流入口および排出口とが形成されている循環箱を有する水中カット造粒装置において、カッタ刃の回転中心から流入口および排出口の管路中心軸までの距離をＢ、カッタ刃収納部の内径をＣとしたとき、流入口および排出口の少なくとも一方の管路中心軸がカッタ刃の回転中心よりも順回転方向に存在し、Ｂ＜Ｃの関係を満たしていることを特徴とする。
【００１７】
上述の通りの本発明の水中カット造粒装置は、流入口の管路中心軸がカッタ刃の回転中心よりも順回転方向に存在することで流入口から流入する冷却水を、カッタ刃の回転により生じる流れと同方向になるようにカッタ刃収納部内に流入させることができる。また、排出口の管路中心軸がカッタ刃の回転中心よりも順回転方向に存在することでカッタ刃収納部内の流れの乱れを抑制しつつ、カッタ刃収納部内から冷却水をスムーズに排出することができる。さらに、Ｂ＜Ｃの関係が成立するように流入口および排出口を設けることで流入口および排出口とカッタ刃収納部との間の流れの乱れを抑制することができる。これらにより、カッタ刃後方での圧力の低下によるキャビテーションの発生を抑制することができるとともに、乱流および渦の発達も抑制できる。
【００１８】
また、本発明の水中カット造粒装置は、流入口および排出口の管路幅をＡとしたとき、  Ａ／２＋Ｂ≦Ｃ  の関係を満たしているものであってもよい。この場合、流入口および排出口の管壁がカッタ刃収納部の内壁よりも外側に位置することがない、すなわち、流入口および排出口の管壁とカッタ刃収納部の内壁との繋がりが流れを乱すような繋がり方とはならないので、冷却水の乱流の発達を抑制することができる。
【００１９】
また、流入口および排出口の管路幅をＡとしたとき、  Ａ／２＜Ｂ  の関係を満たしているものであってもよい。この場合、流入口および排出口が逆流領域に位置しないので、冷却水とカッタ刃との相対速度が高くなるのをより好適に抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の水中カット造粒装置は、カッタ刃の背面に気泡を供給するための気泡供給手段を有するものであってもよい。この場合、カッタ刃の背面における負圧の発生を効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、本発明の水中カット造粒装置は、流入口の壁面に、気泡を注入するための注入口が形成されているものであってもよい。
【００２２】
本発明の造粒方法は、カッタ刃が回転可能に収納されるカッタ刃収納部と、カッタ刃収納部内に連通し、冷却水を流出入させる流入口および排出口とが形成されている循環箱内で、カッタ刃により溶融樹脂を粒状に切断してペレットを製造する造粒方法において、カッタ刃の周速度が流入口内の主流の流れ方向の速度成分を生じる側に管路中心軸が位置する流入口から冷却水を流入させる工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
上述の通り本発明の造粒方法は、流入口から流入する冷却水を、カッタ刃の回転により生じる流れと同方向になるようにカッタ刃収納部内に流入させる。すなわち、カッタ刃による流れが、流入口から流入する冷却水に対して逆流となるような領域にできるだけ冷却水を流入させないようにすることで、流入口から流入する冷却水とカッタ刃との相対速度が高くなってしまうのを防止する。これにより、カッタ刃後方での圧力の低下によるキャビテーションの発生を抑制することができるとともに、乱流や渦の発達も抑制できるので、カッタ刃の回転速度を上げることが可能となる。また、カッタ刃収納部内の乱流の発達が抑制されることで粒状に切断された樹脂、すなわち、ペレットの形状も良好なものとすることができる。
【００２４】
また、本発明の造粒方法は、カッタ刃の周速度が排出口内の主流の流れ方向の速度成分を生じる側に管路中心軸が位置する排出口から冷却水を排出させる工程を含むものであってもよい。
【００２５】
さらに、本発明の造粒方法は、カッタ刃の背面に気泡を供給する工程を含むものであってもよいし、特に、流入口側から気泡を供給するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、循環箱に対する流入口および排出口の配置が、カッタ刃収納部に対して流出入する冷却水とカッタ刃との相対速度が抑制されるように設けられているため、カッタ刃後方での圧力の低下によるキャビテーションの発生を抑制することができる。このため、キャビテーションに起因する装置各部のエロージョンを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
図１に本実施形態の水中カット造粒装置の一例の模式的な外観斜視図を、また、図２に、模式的な斜視破断図を、図３に模式的な側断面図を、図４に、循環箱内のカッタ刃に対する流入口および排出口の位置関係を示す模式図をそれぞれ示す。なお、図１および図２にはダイスは省略されている。また、図４では、カッタ刃１そのものは図示せず、カッタ刃１の回転外周を示している。
【００２８】
本発明の水中カット造粒装置は、基本的構造として、不図示の樹脂材押出装置により押し出されて供給される溶融樹脂９が通る複数の樹脂流路８が形成されたダイス１０と、押し出された樹脂をカットする回転駆動されるカッタ刃１と、ペレット化された樹脂を冷却する冷却水流が流れる循環箱７とを有する。ダイス１０は循環箱７の一方の壁面７ｅに設けられ、カッタ刃１は、このダイス１０に対向する他方の壁面から循環箱７内へ突出するように設けられている。
【００２９】
カッタ刃１はカッタホルダ２に保持され、ダイス１０に対向するように配置されている。また、カッタホルダ２は、カッタユニット４に回転可能に保持された軸３に取り付けられており、モータ５によって回転駆動される。
【００３０】
循環箱７は、カッタホルダ２に保持されたカッタ刃１を収納するカッタ収納部７ｇが形成されており、側面７ｃには流入口７ａが形成され、上面７ｄには排出口７ｂが形成されている。流入口７ａおよび排出口７ｂはいずれもカッタ収納部７ｇに連通し、冷却水は、流入口７ａからカッタ収納部７ｇ内に流入し、排出口７ｂから排出される。
【００３１】
上述したカッタ刃１は、図４中、時計方向（順方向）に周速度Ｖｃで回転している。このため、カッタ刃１は、例えば、ａ点では流入口７ａ内の主流７ａｆの流れ方向と対向する速度成分Ｖｃ７ａ’を生じ、ｂ点で速度成分Ｖｃ７ａ’がゼロとなり、ｃ点では主流７ａｆの流れ方向の速度成分Ｖｃ７ａを生じる。また、カッタ刃１は、例えば、ｄ点では排出口７ｂ内の主流７ｂｆの流れ方向の速度成分Ｖｃ７ｂを生じ、ｅ点で速度成分Ｖｃ７ｂがゼロとなり、ａ点では主流７ｂｆの流れ方向に対向する速度成分Ｖｃ７ｂ’を生じる。
【００３２】
なお、本発明における「主流」とは、流入口７ａあるいは排出口７ｂ等の管路内を、管路の中心軸方向と略平行に流れる水流を指す。つまり、流入口７ａ内の主流の流れ方向とは、流入口７ａからカッタ収納部７ｇへと流入する、流入口７ａの中心軸７ａｃと略平行に流れる水流の方向を指す。また、排出口７ｂ内の主流の流れ方向とは、カッタ収納部７ｇから排出口７ｂから排出される排出口７ｂの中心軸７ｂｃと略平行に流れる水流の方向を指す。
【００３３】
本実施形態では、図４に示すように、流入口７ａを、その中心軸７ａｃがｂ点よりも下方に位置するように設けている。すなわち、流入口７ａは、その中心軸７ａｃが速度成分Ｖｃ７ａの生じている側に位置するように設けられている。また、排出口７ｂも、その中心軸７ｂｃがｅ点よりも左側に位置するように設けている。すなわち、排出口７ｂは、その中心軸７ｂｃが速度成分Ｖｃ７ｂの生じている側に位置するように設けられている。
【００３４】
このように、本実施形態の水中カット造粒装置は、流入口７ａから流入する冷却水を、カッタ刃１の回転により生じる流れと同方向になるようにカッタ刃収納部７ｇ内に流入させる構成となっている。すなわち、カッタ刃１による流れが、流入口７ａから流入する冷却水に対して逆流となるような領域にできるだけ冷却水を流入させないようにすることで、流入口７ａから流入する冷却水とカッタ刃１との相対速度が高くなってしまうのを防止する構成となっている。これにより、カッタ刃１後方での圧力の低下によるキャビテーションの発生を抑制することができるとともに、乱流や渦の発達も抑制できるので、カッタ刃１の回転速度を上げることが可能となる。また、カッタ刃収納部７ｇ内の乱流の発達が抑制されることで粒状に切断された樹脂、すなわち、ペレットの形状も良好なものとすることができる。また、排出口７ｂも逆流領域に設けられていないのでカッタ刃収納部７ｇ内から冷却水をスムーズに排出することができる。
【００３５】
また、本実施形態において流入口７ａおよび排出口７ｂの位置は、以下のようにも定義される。すなわち、管路幅Ａの流入口７ａの中心軸７ａｃは、カッタ刃１の回転中心よりも順方向側に位置し、かつ、カッタ刃１の回転中心から中心軸７ａｃまでの距離Ｂがカッタ収納部７ｇの内径Ｃよりも小さくなる（Ｂ＜Ｃ）ように位置している。Ｂ＜Ｃの関係が成立するように流入口７ａおよび排出口７ｂを設けることで流入口７ａおよび排出口７ｂの管壁とカッタ刃収納部７ｇの内壁との間に極端な段差が生じることがなく、よって、乱流の発達を抑制することができる。
【００３６】
さらに、Ａ、Ｂ、Ｃの関係は、Ａ／２＋Ｂ≦Ｃを満たすように構成するのが好適である。この場合、流入口７ａおよび排出口７ｂの管壁がカッタ刃収納部７ｇの内壁よりも外側に位置する（例えば、図４では、流入口７ａの下側の管壁が、カッタ刃収納部７ｇの内径Ｃを示している内壁よりも下方に位置する状態）ことがない。これにより、流入口７ａおよび排出口７ｂの管壁とカッタ刃収納部７ｇの内壁との繋がりが流れを乱すような繋がり方とはならないので、冷却水の乱流の発達を抑制することができる。
【００３７】
また、さらには、ＡとＢの関係が、Ａ／２＜Ｂを満たすように構成すると、より好適である。この場合、流入口７ａおよび排出口７ｂが逆流領域に位置しない（例えば、図４では、流入口７ａの上側の管壁が、ｂ点より下方に位置する状態）ので、冷却水とカッタ刃１との相対速度が高くなるのをより好適に抑制することができる。
【００３８】
このように流入口７ａおよび排出口７ｂは、いずれも各管路内を流れる流れが、カッタ刃１の回転によって生じる流れに対して逆流を生じにくいように配置している。このため、カッタ刃１と冷却水との相対速度を小さくすることができ、よってカッタ刃１の表面において圧力の低下を抑えることができキャビテーションを発生しにくくすることができる。
【００３９】
次に、本実施形態の水中カット造粒装置によるペレットの製造方法について説明する。
【００４０】
不図示の押出機から送られ、ダイス１０の樹脂流路８を通って吐出された溶融樹脂９、循環箱７のカッタ収納部７ｇ内へ連続的に吐出される。このとき、溶融樹脂９の吐出量は、単位時間当たり一定の量に保たれている。
【００４１】
カッタ収納部７ｇ内へ吐出された溶融樹脂９は軸３周りに回転するカッタ刃１によって粒状に切断される。このように溶融樹脂９が粒状に切断されて形成されたペレットは、流入口７ａからカッタ収納部７ｇ内に流入してきた冷却水によって冷却されて固化した後、この冷却水と共に排出口７ｂよりカッタ収納部７ｇ外へと排出される。排出口７ｂより排出されたペレットは、不図示の処理部に送られ、乾燥処理される。
【００４２】
本実施形態の場合、上述したとおり、キャビテーションを発生させにくい構成となっているため、カッタ刃１、およびダイス１０でのエロージョンによる損傷を防止することができる。これにより、部品交換回数も減って装置の停止時間を短縮することができる。また、カッタ刃１の回転数を速くすることが可能となるので、単位時間当たりのペレットの収量を上げることができる。
【００４３】
また、本実施形態の場合、カッタ収納部７ｇ内での乱流の発達、渦の発達も抑制されるので、ペレットが冷却水の流れの影響を受けて変形するといったことが少なく、よって、良好な形状のペレットを製造することができる。
（第２の実施形態）
図５に本実施形態の水中カット造粒装置の一例の模式的な外観斜視図を示す。本実施形態の水中カット造粒装置の構成は、冷却水内に気泡を注入させるための気体源３０を有する点に特徴があり、基本的な構成は第１の実施形態に示した水中カット造粒装置と同様である。よって、用いる符号は、第１の実施形態と同じ構成部材に関しては第１の実施形態と同じ符号とし、基本的な構成に関する説明は省略する。
【００４４】
循環箱７に形成された流入口７ａに連通する連通管路１７ａの側壁１８には気泡を注入するための気泡注入口１９が形成されている。気泡注入口１９には連通パイプ２１の一端が取り付けられており、また、連通パイプ２１の他端には、気泡を発生させるための気体源３０が取り付けられている。
【００４５】
気体源３０は所定の圧力により、空気、あるいは窒素等のガスを連通管路１７ａ内に供給するものである。
【００４６】
連通パイプ２１にはバルブ２０が設けられている。このバルブ２０を開くことで、気体源３０にて所定の圧力が印加されたガスが気泡注入口１９より連通管路１７ａ内を流れる冷却水に対して気泡として注入されることとなる。
【００４７】
気泡注入口１９より注入した気泡は、連通管路１７ａおよび流入口７ａを通り、カッタ収納部７ｇ内へと冷却水とともに注入される。
【００４８】
次に、図６を用いて、気泡の注入によってキャビテーションの発生が抑制されるメカニズムの概要について説明する。
【００４９】
図６は、ダイスの表面に沿って移動するカッタ刃周りの流体の流れを模式的に示した図であり、図６（ａ）は、気泡が注入されていない場合を示し、図６（ｂ）は気泡が注入された場合を示す。
【００５０】
図６（ａ）に示すように、気泡が注入されずに水のみがカッタ刃１の周りを流れる場合、カッタ刃１の背面１ａとダイス１０の表面との間の領域５０は負圧状態となる。この負圧が水の飽和蒸気圧以下になることで水が気液変態を起こし、キャビテーションが発生することとなる。
【００５１】
これに対して、図６（ｂ）に示すように、気泡が注入されると、注入された気泡は、水とともにカッタ刃１周りを流れ、カッタ刃１の後端１ｂを回り込んで背面１ａ側へと誘導される。水のみの場合、領域５０では上述したようにキャビテーションが発生することとなるが、気泡が注入されることで、領域５０に水が存在する代わりに気泡５１が存在することとなりキャビテーションが発生しにくくなる。すなわち、気泡５１内の圧力はカッタ収納部７ｇ内の冷却水の圧力と等しいため、背面１ａでの圧力が飽和蒸気圧以下になるのを抑制することとなる。また、この圧力を供給する気泡５１自体は気体である。よって、カッタ刃１の背面１ａにおいて気泡５１が存在する領域では気液変態を生じる水が存在しなくなりキャビテーションが発生する条件が成立しないこととなる。
【００５２】
これにより、本実施形態の水中カット造粒装置は、カッタ刃１の回転数を速くすることが可能となり、単位時間当たりのペレットの収量を上げることが可能となる。また、キャビテーションが発生しにくい構成であるため、カッタ刃１、あるいはカッタ収納部７ｇの内壁がキャビテーションに起因するエロージョンを生じにくくすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、連通管路１７ａに形成された気泡注入口１９より連通管路１７ａ内を流れる冷却水に対して気泡として注入する構成を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、カッタ刃１の背面１ａに気泡５１を供給可能であれば、どこから気泡を注入するものであってもよい。例えば、流入口７ａの壁面に気泡注入口が形成されているものであってもよいし、ダイスや、カッタ収納部７ｇに形成し、ここから気泡を供給するものであってもよいし、あるいは、流入口７ａよりさらに上流側より気泡を供給する構成としてもよい。
【００５４】
また、軸３や、カッタホルダ２から気泡を供給する構成としてもよい。例えば、軸３を中空構造とし、軸３の後方を大気に開放しておく。さらに、カッタホルダ２の半径方向に、軸３の中空部からカッタ刃１の取り付け部分にまで連通する複数の連通孔を形成しておく。水中を回転しているカッタ刃１の背面１ａにおける圧力は、キャビテーションが発生するような条件では大気圧（１０１．３ｋＰａ）以下（例えば水温６０℃での水の飽和蒸気圧は２０ｋＰａ）となっているため、この負圧によって軸３内および連通穴を介して外気がカッタ刃１の背面１ａまで導入される。カッタ刃１は回転しているので、軸３から供給された外気は遠心力によってカッタ刃１の背面１ａの内周側から外周側へと供給されることとなる。このようにしてキャビテーションの発生条件が成立するのを阻止する構成としてもよい。なお、このような構成の場合、カッタ刃１の背面１ａにおける負圧を利用することで気泡をカッタ刃１の背面１ａに供給することも可能であるので気体源を省略することも可能である。
【００５５】
以上、本実施形態の水中カット造粒装置は気泡を注入することで、キャビテーションを発生させにくい構成となっているため、第１の実施形態と同様に、カッタ刃１、およびダイス１０でのエロージョンによる損傷を防止することができる。これにより、部品交換回数も減って装置の停止時間を短縮することができる。また、カッタ刃１の回転数を速くすることが可能となるので、単位時間当たりのペレットの収量を上げることができる。また、カッタ収納部７ｇ内での乱流の発達、渦の発達も抑制されるので、ペレットが冷却水の流れの影響を受けて変形するといったことが少なく、よって、良好な形状のペレットを製造することができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、第１の実施形態に示した構成の水中カット造粒装置に気泡を混入させてキャビテーションの発生を抑制する方法および装置について説明したが、従来例に示した構成の水中カット造粒装置にも適用可能であることは言うまでもない。
【実施例】
【００５７】
以下の各実施例では、上述した各実施形態で用いた符号を用いて説明するものとする。
（第１の実施例）
本実施例では、循環箱７に対する流入口７ａおよび排出口７ｂの配置が、カッタ収納部７ｇ内での冷却水の流れに及ぼす影響を数値計算にて検証するとともに、キャビテーションの発生に及ぼす影響を実験により検証した。
【００５８】
図７に、第１の実施形態に示した水中カット造粒装置の、カッタ刃１、カッタ収納部７ｇ、流入口７ａおよび排出口７ｂをモデル化し、カッタ刃１が回転している状態におけるカッタ収納部７ｇ内での冷却水の流れの数値計算の一例を示す。
【００５９】
カッタ刃１の周速度度は２５ｍ／ｓｅｃとした。
【００６０】
流入口７ａは、カッタ刃１の周速度が流入口７ａからカッタ収納部７ｇ内へと流れ込む方向への速度成分が生じる側、すなわち、流入口７ａの中心軸７ａｃは、カッタ刃１の回転中心よりも順方向側に位置するように配置して計算を行った。
【００６１】
図７に示す計算結果によれば、流入口７ａからカッタ収納部７ｇ内への入口付近での冷却水のよどみがみられず、また、図中、カッタ刃１の右上部分における冷却水の流れも渦が発達するほど乱れてはいない。このように、カッタ刃１の回転によって生じる、カッタ収納部７ｇ内へと流れ込む冷却水の流れに対する逆流の影響を受けにくい位置からカッタ収納部７ｇ内へと冷却水を流し込み、さらに、冷却水の排出も逆流の影響を受けにくい位置に設けた排出口７ｂより排出することでカッタ収納部７ｇ内で、渦が発達するほどの乱流を生じさせずに冷却水を流すことができる。
【００６２】
次に、循環箱７に対する流入口７ａおよび排出口７ｂの配置がキャビテーションの発生に及ぼす影響について実験により調べた。
【００６３】
本実施例では、以下の４種類の循環箱について、カッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度を実験的に求めた。
【００６４】
第１に、比較例としての従来の構成の循環箱について調べた。すなわち、図１３等に示す構成の循環箱１０７であり、流入口および排出口ともに各中心軸が、カッタ刃１０１の軸１０３の中心軸上に位置する循環箱についてカッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度を求めた。
【００６５】
第２に、図８に示す、流入口７ａのみ逆流の影響を受けにくい位置に配置し、排出口７ｂは従来と同じくカッタ刃１の軸３の中心軸上に排出口７ｂが配置された循環箱１０７について調べた。
【００６６】
第３に、図９に示す、排出口７ｂのみが逆流の影響を受けにくい位置に配置された循環箱３０７について調べた。
【００６７】
第４に、図７に示す、流入口７ａおよび排出口７ｂが双方ともに、逆流の影響を受けにくい位置に配置された循環箱７について調べた。
【００６８】
これら各循環箱のダイスが取り付けられる面に、ダイスに代えて透明なアクリル板を取り付け、カッタ刃におけるキャビテーションの発生を観察した。
【００６９】
冷却水の温度は６０℃、流量２０ｍ3／ｈ、水圧１４７．１ｋＰａとし、気泡は注入していない。
【００７０】
図１０に、各循環箱の、カッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度を示す。なお、ここでいうカッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度とは、カッタ刃に目視によりキャビテーションが確認された際のカッタ刃の周速度をいう。
【００７１】
循環箱２０７（グラフ中、本発明（入口））は発生限界周速度が約２５ｍ／ｓｅｃに、循環箱３０７（グラフ中、本発明（出口））は発生限界周速度が約２３ｍ／ｓｅｃに、循環箱７（グラフ中、本発明（入出口））は発生限界周速度が約２６ｍ／ｓｅｃ以上となった。
【００７２】
一方、比較例は、約２２ｍ／ｓｅｃでキャビテーションが発生した。
【００７３】
このように、逆流の影響を受けにくい位置に流入口７ａ、排出口７ｂを配置した各循環箱７、２０７、３０７はいずれも、従来の構成の循環箱と比較してキャビテーションの発生限界周速度が向上した。
（第２の実施例）
本実施例では、気泡を冷却水内に注入した場合のキャビテーションの発生限界周速度について調べた。なお、気泡の影響のみをみるため、本実施例では、水中カット造粒装置は従来例に示したものを用いた。
【００７４】
図１１に、冷却水に体積率１０％で空気を気泡として注入した場合と、比較例としての空気を注入していない場合におけるキャビテーションの発生限界周速度の測定結果を示す。
【００７５】
なお、冷却水の温度は６０℃、流量２０ｍ3／ｈ、水圧１４７．１ｋＰａとし、気泡は１４７．１ｋＰａ以上の圧力を印加して注入した。
【００７６】
比較例は、約２２ｍ／ｓｅｃでキャビテーションが発生したのに対して、空気による気泡を混入した場合は、キャビテーションの発生限界周速度を約２４．６ｍ／ｓｅｃまで向上させることができた。
【００７７】
また、冷却水内に対する気泡の注入量を変えた場合のキャビテーションの発生限界周速度について測定を行った。なお、第２の実施形態で図５に示した水中カット造粒装置を用いた。すなわち、流入口７ａおよび排出口７ｂの双方ともに、逆流の影響を受けにくい位置に配置された循環箱７を用い、さらに、連通管路１７ａの気泡注入口１９より気泡を注入するようにしたものを用いた。
【００７８】
冷却水の温度は６０℃、流量２０ｍ3／ｈ、水圧１４７．１ｋＰａとし、気泡は１４７．１ｋＰａ以上の圧力を印加して注入し、気泡の注入量を体積率で０〜８０％まで変えて、キャビテーションの発生限界周速度を測定した。
【００７９】
図１２に測定結果を示す。
【００８０】
冷却水に空気の気泡を注入することで、体積率１０％までは２２ｍ／ｓｅｃから２９ｍ／ｓｅｃまでと、キャビテーションの発生限界周速度を大幅に向上させる効果があることが確認された。また、体積率１０％以上ではキャビテーションの発生限界周速度は、約２９ｍ／ｓｅｃで飽和する結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態の水中カット造粒装置の模式的な外観斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の水中カット造粒装置の模式的な斜視破断図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の水中カット造粒装置の模式的な側断面図である。
【図４】循環箱内のカッタ刃に対する流入口および排出口の位置関係を示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の水中カット造粒装置の模式的な外観斜視図である。
【図６】気泡の注入によるキャビテーション抑制のメカニズムを説明するための説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に示した水中カット造粒装置の、カッタ収納部内での冷却水の流れの数値計算の一例である。
【図８】流入口のみ逆流の影響を受けにくい位置に配置した循環箱の模式図である。
【図９】排出口のみ逆流の影響を受けにくい位置に配置した循環箱の模式図である。
【図１０】流入口および排出口の配置がカッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度に与える影響を示したグラフである。
【図１１】気泡の注入がカッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度に与える影響を示したグラフである。
【図１２】気泡の注入量に対するカッタ刃のキャビテーションの発生限界周速度の変化を示したグラフである。
【図１３】従来の水中カット造粒装置の一例の模式的な外観斜視図である。
【図１４】従来の水中カット造粒装置の一例の模式的な斜視破断図である。
【図１５】従来の水中カット造粒装置の一例の模式的な側断面図である。
【図１６】従来の水中カット造粒装置の一例の、カッタ収納部内での冷却水の流れの数値計算の一例である。
【符号の説明】
【００８２】
１    カッタ刃
１ｂ    後端
１ａ    背面
２    カッタホルダ
３    軸
４    カッタユニット
５    モータ
７ｇ    カッタ収納部
７ｄ    上面
７ａｃ、７ｂｃ    中心軸
７ａｆ、７ｂｆ    主流流れ方向
７、２０７、３０７    循環箱
７ａ    流入口
７ｂ    排出口
７ｃ    側面
７ｅ    壁面
８    樹脂流路
９    溶融樹脂
１０    ダイス
１７ａ    連通管路
１８    側壁
１９    気泡注入口
２０    バルブ
２１    連通パイプ
３０    気体源
５０    領域
５１    気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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