(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融した処理材が押し出されるノズルが設けられたダイプレートと該ノズルから押し出された処理材を粒状に切断するカッタとが内蔵され、且つ切断された粒状の処理材を冷却すると共に外部に移送する冷却水が流れる水室を備えた水中カット造粒装置において、
前記水室は正面側から見た面が円形状であって、該水室の径方向の一方側には水室内に冷却水を導入する入口部を有し、前記径方向の他方側には水室内の冷却水を外部に排出する出口部を有しており、
前記入口部は、冷却水の流入方向に沿って広がり形状となっていると共に、当該入口部を流れる冷却水が水室内のダイプレート側に向くよう傾斜して水室に配設され、且つ前記入口部における冷却水流出側の断面積と冷却水流入側の断面積との比が１．５〜３．０であり、
前記出口部は、冷却水の流出方向とは反対の方向に沿って広がり形状となっていると共に、前記円形状の水室の中心を通る中心線（Ｙ）により前記出口部の冷却水流入側の幅が一方幅（ＯＬ２２）と他方幅（ＯＬ２１）とに分けられ、前記出口部の広がり度合いが、冷却水流入側の一方幅（ＯＬ２２）／冷却水流入側の他方幅（ＯＬ２１）＝０．５３５／０．８６９とされることで、水室の径方向に対して非対称となっていて、且つ前記出口部における冷却水流入側の断面積と冷却水流出側の断面積との比が１．５〜３．０である
ことを特徴とする水中カット造粒装置。
【請求項２】
前記入口部の傾斜の角度（α）が、５°〜４５°であることを特徴とする請求項１に記載の水中カット造粒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂製のペレットを製造するために用いられる水中カット造粒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、樹脂製のペレットを製造するために用いられる水中カット造粒装置は、押出機の下流側に設けられており、溶融樹脂（溶融した処理材）が押し出されるノズルが設けられたダイプレートとこのノズルから押し出された樹脂を回転しながら粒状に切断するカッタとを有している。加えて、これらダイプレートやカッタを覆う循環箱が設けられ、この循環箱の内側は循環する冷却水で満たされた水室となっている。
水室には、その内部に冷却水を導入するための入口部が設けられており、この入口部を介して水室内に供給された冷却水は、ダイプレートやカッタを冷却すると共にペレットを所定の温度まで冷却して、水室の出口部から外部に流出する。この際に切断されたペレットも同時に水室の外側に排出する。
【０００３】
かかる水室において、冷却水が所定の流れ方をすることは非常に重要である。例えば、冷却水が、ダイプレートやカッタの近傍をよどみなく確実に流れるようにする必要がある。そうすることで、カッタやダイプレート、加えて切断されたペレットを所定の温度まで冷却することができる。
ところが、冷却水の流れがスムーズでなく水室内でよどむようなことがあると、切断されたペレットが水室内に長時間滞留したり、逆にあまりにも短時間に水室から排出されたりすることがあり、ペレットの冷却時間が所定のものとならず、その品質が劣化する可能性がある。ペレットが水室内に長時間滞留することで、残存するペレットがカッタや水室内壁に当たるなどして、樹脂のカット作業に悪影響を及ぼす可能性もある。
【０００４】
このような不都合を回避する技術としては、特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１には、ダイプレートに接触する冷却水の温度を均一にして、製造されるペレットの形状や大きさが均一化するために、(i)水室に冷却水を導入する入口部を、少なくとも３つ以上の複数個設ける、(ii)冷却水を外部に排出する出口部を、いずれの入口部の延長線上から外れた位置に設けるものとしている。
【特許文献１】特開２００３−２６０７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本願発明者らが、特許文献１の技術を採用した水室における冷却水の流れのシミュレーションを行った結果、入口部と水室との接合部位ならびに出口部と水室との接合部位の各近傍において、冷却水の流れによどみが生じやすく、このよどみに滞留したペレットは水室外に排出されない、複数ある入口部からの冷却水の流れと、水室内のカッタの回転に伴う冷却水の撹拌とによって、水室内には複雑な流れが形成されるため、切断されたペレットの水室内滞留時間にバラツキが生じる、ということが明らかとなった。
これらの現象は、ペレットの冷却時間に差を生じさせることとなり、ペレットの品質や形状・大きさにバラツキを生じさせる可能性大である。
【０００６】
また、入口部を複数有するため、冷却水を供給する配管の取り回し設計や製作が煩雑なものとなる、水室内の流れが、複数の入口部や出口部の位置関係、及び冷却水の流量に依存する場合があり、これら位置関係や流量の最適値を決定するには多くの試行を必要とする、などの問題点もあることが明らかとなった。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、水室内に放出されたペレットが速やかに水室外に排出されると共にペレットの水室内滞留時間が均一となる水室を備えた水中カット造粒装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる水中カット造粒装置は、溶融した処理材が押し出されるノズルが設けられたダイプレートと該ノズルから押し出された処理材を粒状に切断するカッタとが内蔵され、且つ切断された粒状の処理材を冷却すると共に外部に移送する冷却水が流れる水室を備えた水中カット造粒装置において、前記水室は円形状であって、該水室の径方向の一方側には水室内に冷却水を導入する入口部を有し、前記径方向の他方側には水室内の冷却水を外部に排出する出口部を有しており、前記入口部は、冷却水の流入方向に沿って広がり形状となっていることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記入口部における冷却水流入側の断面積Ａと冷却水流出側の断面積Ｂとの比Ｂ／Ａが、１．５〜３．０となっているとよい。
また、本発明にかかる水中カット造粒装置は、溶融した処理材が押し出されるノズルが設けられたダイプレートと該ノズルから押し出された処理材を粒状に切断するカッタとが内蔵され、且つ切断された粒状の処理材を冷却すると共に外部に移送する冷却水が流れる水室を備えた水中カット造粒装置において、前記水室は円形状であって、該水室の径方向の一方側には水室内に冷却水を導入する入口部を有し、前記径方向の他方側には水室内の冷却水を外部に排出する出口部を有しており、前記入口部は、当該入口部を流れる冷却水が水室内のダイプレート側に向くよう傾斜して水室に配設されていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記入口部の傾斜の角度αが、５°〜４５°であるとよい。
また、本発明にかかる水中カット造粒装置は、溶融した処理材が押し出されるノズルが設けられたダイプレートと該ノズルから押し出された処理材を粒状に切断するカッタとが内蔵され、且つ切断された粒状の処理材を冷却すると共に外部に移送する冷却水が流れる水室を備えた水中カット造粒装置において、前記水室は円形状であって、該水室の径方向の一方側には水室内に冷却水を導入する入口部を有し、前記径方向の他方側には水室内の冷却水を外部に排出する出口部を有しており、前記出口部は、冷却水の流出方向とは反対の方向に沿って広がり形状となっており、水室の径方向に対して非対称となっていることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記出口部における冷却水流入側の断面積Ｃと冷却水流出側の断面積Ｄとの比Ｃ／Ｄが、１．５〜３．０となっているとよい。
より好ましくは、溶融した処理材が押し出されるノズルが設けられたダイプレートと該ノズルから押し出された処理材を粒状に切断するカッタとが内蔵され、且つ切断された粒状の処理材を冷却すると共に外部に移送する冷却水が流れる水室を備えた水中カット造粒装置において、前記水室は円形状であって、該水室の径方向の一方側には水室内に冷却水を導入する入口部を有し、前記径方向の他方側には水室内の冷却水を外部に排出する出口部を有しており、前記入口部は、冷却水の流入方向に沿って広がり形状となっていると共に、当該入口部を流れる冷却水が水室内のダイプレート側に向くよう傾斜して水室に配設されていて、前記出口部は、冷却水の流出方向とは反対の方向に沿って広がり形状となっていると共に、水室の径方向に対して非対称となっているとよい。
なお、課題を解決するための手段として最も適する形態としては、溶融した処理材が押し出されるノズルが設けられたダイプレートと該ノズルから押し出された処理材を粒状に切断するカッタとが内蔵され、且つ切断された粒状の処理材を冷却すると共に外部に移送する冷却水が流れる水室を備えた水中カット造粒装置において、前記水室は正面側から見た面が円形状であって、該水室の径方向の一方側には水室内に冷却水を導入する入口部を有し、前記径方向の他方側には水室内の冷却水を外部に排出する出口部を有しており、前記入口部は、冷却水の流入方向に沿って広がり形状となっていると共に、当該入口部を流れる冷却水が水室内のダイプレート側に向くよう傾斜して水室に配設され、且つ前記入口部における冷却水流出側の断面積と冷却水流入側の断面積との比が１．５〜３．０であり、前記出口部は、冷却水の流出方向とは反対の方向に沿って広がり形状となっていると共に、前記円形状の水室の中心を通る中心線Ｙにより前記出口部の冷却水流入側の幅が一方幅ＯＬ２２と他方幅ＯＬ２１とに分けられ、前記出口部の広がり度合いが、冷却水流入側の一方幅ＯＬ２２／冷却水流入側の他方幅ＯＬ２１＝０．５３５／０．８６９とされることで、水室の径方向に対して非対称となっていて、且つ前記出口部における冷却水流入側の断面積と冷却水流出側の断面積との比が１．５〜３．０であるように構成されているものがある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切断後のペレットが水室内に滞留する時間を略均一とすることができ、ペレットの温度バラツキを最小限に抑えることができる。加えて、ペレットの滞留時間を可能な限り短くすることができて、水室内壁やカッタとの接触を防げるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる水中カット造粒装置について、図を基に説明する。
図１は、本発明にかかる水中カット造粒装置１の側面断面図である。
水中カット造粒装置１は、多数のノズル２（ダイ孔）を有するダイプレート３と、このダイプレート３上の切断面３Ａを移動しノズル２から押し出される溶融樹脂４（溶融した処理材）を切り取るカッタ５とを有している。また、水中カット造粒装置１は、カッタ５をダイプレート３上で回転駆動させる駆動手段６を有している。
これらダイプレート３とカッタ５とは循環箱７の内部に収められており、その内部はダイプレート３とカッタ５を取り囲む水室８となっている。水室８の下壁９（図１の左側壁）はダイプレート３により構成されている。ダイプレート３の反水室側すなわち水室外側には、２軸押出機又はギアポンプ等が接続されており、２軸押出機から供給された溶融樹脂４は、ダイプレート３に設けられた樹脂導入孔１１を介してノズル２に達しそこから水室８内へ押し出される。
【００１３】
一方、水室８の上壁１２（図１の右側壁）側には駆動手段６が設けられている。すなわち、上壁１２には軸受け部１３が配備され、軸受け部１３には回転軸１４が回転自在に挿通されている。回転軸１４の基端部は電動モータ等の駆動部（図示せず）に連結されている。回転軸１４の先端部は水室８内に突出していて、円盤状のカッタホルダ１５がその中心部において回転軸１４の最先端に固定されており、このカッタホルダ１５の周縁に放射状にカッタ５（ナイフ又は刃と呼ぶこともある）が取り付けられている。カッタホルダ１５の回転軸心と回転軸１４の回転軸心とは同軸となっているため、回転軸１４を回転させることでカッタ５が回転軸１４の軸心周りに回転する。
【００１４】
図２に示す如く、水室８を正面側から見ると略円形であって、水室８の下部（図２の下側）には、冷却水を水室８内に導入するために断面矩形の入口部１６が設けられている。水室８の上部（図２の上側）には、水室８内の冷却水を切断されたペレット１０と共に外部に排出する断面矩形の出口部１７が設けられている。
正面から見て略円形である水室８の右側と左側には、水室８内部の様子を観察することができる窓部１８が形成されている。窓部１８は水室８の内側から見ると凹部となっている。かかる窓部１８は無い場合もある。
【００１５】
図２（ａ）に示す如く、本実施形態の場合の入口部１６は、水室８への冷却水流入方向に沿って広がり形状となっていてホーン形となっている。入口部１６の冷却水流入側２０の断面積Ａと冷却水流出側２１の断面積Ｂとの比Ｂ／Ａが、１．５〜３．０となっている。
特に、
Ｂ／Ａ＝（ＩＬ２・ｄ）／（ＩＬ１・ｄ）＝１．５〜３．０      ・・・（１）
の関係を満たす形状となっている。
【００１６】
ここで、ＩＬ１は入口部１６における冷却水流入側の幅である。ＩＬ２は、入口部１６における冷却水流出側の幅（入口部１６の水室８側の幅）である。ＬＩ３は、冷却水流入側２０と冷却水流出側２１との間の距離であって、正確には、冷却水流入側２０と水室８内壁の延長ラインとの間の距離である。
本実施形態の場合、水室８の上壁１２と下壁９との距離はｄである。また、入口部１６の上壁１２Ａと下壁９Ａとの間の距離も同じｄとしている。ゆえに、式（１）を満たすということは、入口部１６における冷却水流入側２０の幅ＩＬ１と冷却水流出側２１の幅ＩＬ２との比が、１．５〜３．０となっていることと同義である。
【００１７】
また、図２（ｂ）に示す側面図から判るように、入口部１６内を流れる水流がダイプレート３側に当たるように、ダイプレート３の延長線と入口部１６の中心線とが角度αで傾くものとなっている。
α＝５°〜４５°        ・・・（２）
この傾きαを満たす入口部１６であると、当該水室８内に放出されたペレット１０が速やかに水室８外に排出されると共にペレット１０の水室内滞留時間が均一となる。より好ましくは、かかる傾きαは、α＝５°〜３０°の範囲であるとよい。
【００１８】
本実施形態の場合、入口部１６の側面視形状は平行四辺形となっているため、入口部１６の上壁１２Ａと下壁９Ａとは略平行であり、ダイプレート３の延長線と入口部１６の下壁９（又は上壁１２）とが角度αで傾く構造を有するものとなっている。
一方、出口部１７は、図２（ａ）に示す如く、水室８からの冷却水の流出方向とは反対方向に沿って広がり形状となっていて、入口部１６と略同様のホーン形である（以降、この形を逆広がり形状又は先細り形状と呼ぶこともある）。出口部１７の冷却水流入側２０の断面積Ｃと冷却水流出側２１の断面積Ｄとの比Ｃ／Ｄが、１．５〜３．０となっている。
【００１９】
加えて、平面視での出口部１７の形状が水室８の径方向に対して非対称となっている。
特に、
Ｃ／Ｄ＝（ＯＬ２・ｄ）／（ＯＬ１・ｄ）＝１．５〜３．０      ・・・（３）
ＯＬ２２／ＯＬ２１＝０．５３５／０．８６９≒２／３          ・・・（４）
の関係を満たしている。
【００２０】
ここで、ＯＬ１は出口部１７における冷却水流出側２１の幅である。ＯＬ２は、出口部１７における冷却水流入側２０の幅である。ＯＬ３は、冷却水流入側２０と冷却水流出側２１との間の距離であって、正確には、冷却水流出側２１と水室８内壁の延長線との間の距離である。
本実施形態の場合、出口部１７の上壁１２Ｂと下壁９Ｂとの距離もｄである。ゆえに、式（３）を満たすということは、出口部１７の冷却水流入側２０の幅ＯＬ１と冷却水流出側２１の幅ＯＬ２との比が、１．５〜３．０となっていることと同義である。
【００２１】
入口部１６、出口部１７の形状は、後述する「水室８における冷却水の流れのシミュレーション」を基に決定されている。すなわち、以下述べる形状を満たす水室８は、当該水室８内に放出されたペレット１０が速やかに水室８外に排出されると共にペレット１０の水室内滞留時間が均一となり、逆に、以下述べる形状を満たさない水室ではペレット排出に問題が生じることを、本願発明者らは流体シミュレーションを通して確認している。
【００２２】
なお、図２の示された本発明にかかる水室の各部位の寸法は、以下の通りとなっている。
ＩＬ１＝０．６２５
ＩＬ２＝０．４５８
ＩＬ３＝１．０７３
ＯＬ１＝０．６２５
ＯＬ２１＝０．８６９                          ・・・（５）
ＯＬ２２＝０．５３５
ＯＬ２＝ＯＬ２１＋ＯＬ２２
ＯＬ３＝０．４５８
ｄ＝０．７５０
Ｒ＝１．０００
なお、上記各寸法は、水室８の半径Ｒで正規化（無次元化）している。また、出口部１７の非対称の度合いは、出口部１７の冷却水流出側２１と左右側壁２３，２２とのなす角度により出口部１７の非対称形状を規定しても構わない。右側壁２２の長さと左側壁２３の長さで非対称形状を規定しても構わない。
【００２３】
水中カット造粒装置１で、２軸押出機から供給された溶融樹脂４を用いてペレット１０を製造する方法は、以下の通りである。
２軸押出機やギヤポンプで圧力を高められたされた溶融樹脂４は、ダイプレート３に設けられた樹脂導入孔１１を介してノズル２に達しそこから水室８内へひも状に押し出される。それと同時に、ダイプレート３の切断面３Ａを回転しているカッタ５で所定の寸法長さに切断され、ペレット１０に成形される。水室８内では、その下部に設けられた入口部１６から上部に設けられた出口部１７に向かって、冷却水の水流が形成されており、その流れにしたがって、ペレット１０は水室８外部に運ばれ、乾燥後に製品となる。
【００２４】
特に、本実施形態の場合、水室８の入口部１６と出口部１７の形状を式（１）〜式（６）とすることで、切断されたペレット１０が水室８内に滞留する時間が均一となるため、ペレット１０の温度バラツキを最小限に抑えることができるようになる。加えて、ペレット１０の滞留時間が短くなって、水室８内壁やカッタ５との接触を防ぐことができるようになっている。
以上述べた水室８の入口部１６と出口部１７の形状を決定するために、本願発明人らは、「水室８における冷却水の流れのシミュレーション」をコンピュータを用いて行っている。その詳細について以下説明する。なお、水室８における冷却水の流れのシミュレーションを単に、流体シミュレーション又はシミュレーションと呼ぶこともある。
［従来の水室における流体シミュレーション］
始めに予備実験として、従来からある水中カット造粒装置１の水室８内の流れを解析し、水室８の形状変更によるペレット排出性の改善について検討した。
【００２５】
まず、従来の水室８内の流れ解析を行い、問題点を把握した。その後、ペレット１０を模擬した模擬粒子の軌跡と水室８内での滞留時間を計算し、ペレット１０の滞留状況を検討した。
図３は、シミュレーションで用いた従来からある（現状用いられている）水室８の形状データをワイヤフレーム表示したものであって、Ｃａｓｅ（ａ）の水室８と呼ぶことにする。
【００２６】
Ｃａｓｅ（ａ）の水室８の各部位と図２の各部位とは対応し、その寸法は以下の通りである。
ＩＬ１＝ＩＬ２＝０．６２５
ＩＬ３＝０．５００
ＯＬ１＝０．６２５
ＯＬ２１＝０．５３５
ＯＬ２２＝０．５３５                            ・・・（６）
ＯＬ２＝ＯＬ２１＋ＯＬ２２
ＯＬ３＝０．４５８
ｄ＝０．７５０
Ｒ＝１．０００
なお、上記各寸法は、水室８の半径Ｒで正規化（無次元化）している。
【００２７】
本シミュレーションは、水室８内の流れを把握することを目的としているため、回転するカッタホルダ１５やそれに取り付けられたカッタ５周りの詳細な流れは問題としていない。ゆえに、カッタ５およびカッタホルダ１５は回転する円盤により模擬し,シミュレーションにかかる計算負荷を低減するようにした。
カッタホルダ１５の回転数や冷却水の流量は、実機の運転条件から図４のようにし、冷却水の物性値には、３３０Ｋでの水道水の物性値を用いた。
本シミュレーションに用いたプログラムは、汎用の流体解析コードＦｌｕｅｎｔ Ｖｅｒ．６を用いた。Ｆｌｕｅｎｔは、有限体積法をベースとした非構造格子に対応するソルバーを搭載し、並列処理計算も可能な数値流体力学モデルであって、多くの研究開発で用いられている。
【００２８】
図５〜図６には、Ｃａｓｅ（ａ）の水室８（図３）の流れに関するシミュレーション結果が示してある。
図５は、水室８内の速度ベクトルを示している。水室８内の流速は入口部１６〜水室８中央（回転軸１４近傍）にかけては比較的速く、出口部１７の近傍では流速はやや速い。ところが水室８の側部（窓部１８の近傍）では流速が非常に遅くなっていることがわかる。
図６には、水室８内を流れる冷却水の流線が示されている。この図から明らかなように、入口部１６から流入し水室８中央を通る冷却水は、出口部１７に向けて滑らかに流れている。しかしながら、入口部１６から流入し水室８の側部を通る冷却水は、水室８内壁、特に窓部１８近傍において出口部１７に向かわず蛇行するか円を描いている。このことから水室８の側部は流れがよどみやすい状況にあることが推測される。
【００２９】
以上述べた傾向は、水室８の形状をＣａｓｅ（ａ）−１〜Ｃａｓｅ（ａ）−４と変え、カッタ５回転数や冷却水の流量を変更した場合であっても略同様であることは、図５，図６を見ることで明らかである。つまり、「水室８の側部ではよどみが生じやすい」等の特性が、水室８の形状やカッタホルダ１５の回転数、冷却水の流量によらないことを意味する。ただし、カッタホルダ１５の回転数を増やすと、回転軸１４に対する流れの非対称性（図５での左右非対称性）は大きくなる。
図７には、先に計算した流れにペレット１０が混在する場合のペレット軌跡と滞留時間をシミュレーションした結果が示してある。
【００３０】
このシミュレーションを行うにあたっては、ペレット１０としては模擬粒子を採用し、計算条件としては以下のものを採用している。
・模擬粒子の直径：２．０，２．４，２．８ｍｍ
・模擬粒子の密度：９００ｋｇ／ｍ3
・粒子の放出面  ：ダイプレート３とカッタ５との接触面３Ａ
・粒子の放出個数：３６（１０°ごと）×３列＝１０８個
・粒子の初速    ：０．１ｍ／ｓ（粒子の放出面３Ａに垂直）
なお、模擬粒子には冷却水の抗力および浮力が作用するとした。模擬粒子に働く抗力を求める際には、下記に示す学術文献１や学術文献２に開示された計算式を用いて抗力係数Ｃdを求めるようにするとよい。
【００３１】
例えば、学術文献１に開示された計算式によれば、レイノルズ数Ｒeが０．１〜１．０の範囲では、抗力係数Ｃd＝２２．７３／Ｒe＋０．０９０３／Ｒe2＋３．６９で求めることができる。
・学術文献１：An investigation of particle trajectories in two-phase flow sysytems, S.A.Morsi & A.J.Alexander,J.Fluid Mech.(1972),vol55,part2,pp193-208.
・学術文献２：Drag Coefficient and Terminal Velocity of Spherical and Nonspherical Particles, A.Haider & O.Levenspiel, Powder Technology,58(1989),pp63-70.
また、ペレット１０の密度からその浮力を求めるようにした。加えて、カッタ５の回転数は７５０ｒｐｍ，冷却水の流量は７００ｍ3／ｈとした。
【００３２】
図７（ｂ）において、横軸は模擬粒子の放出位置を示している。放出位置は、図７（ａ）や図２に示すように、水室８の中心を原点としたＸ−Ｙ座標を考え、Ｘ軸プラス上に「位置１」を設け、そこから正の回転方向に１０°刻みに「位置３６」まで設定している。これら「位置１〜位置３６」の場所から模擬粒子が放出される。また、Ｘ−Ｙ座標の第１象限（位置１〜位置１０）をＺｏｎｅ１、第２象限（位置１０〜位置１９）をＺｏｎｅ２、第３象限（位置１９〜位置２８）をＺｏｎｅ３、第４象限（位置２８〜位置３６）をＺｏｎｅ４としている。縦軸は、模擬粒子の滞留時間（以降、単に滞留時間と呼ぶこともある）を示している。
【００３３】
図７（ｂ）から明らかなように、出口部１７の左側に位置するＺｏｎｅ２では、模擬粒子の滞留時間が２ｓｅｃ〜７ｓｅｃと他の領域に比べて長く、全ゾーンにおける平均滞留時間（＝１．８３３ｓｅｃ）と比較すると、非常に長いものとなっている。つまり、この領域から放出された模擬粒子は水室８内に留まりやすいと言える。この現象の原因としては、Ｚｏｎｅ２の領域ではカッタ５の回転により出口部１７から離れる方向に流れが発生すると共に、入口部１６から出口部１７への流れも生じているため、それぞれの流れに誘起された複雑な流れが形成され、流れによどみが発生していることが挙げられる。
【００３４】
同様に、図７（ａ）に示される模擬粒子の軌跡（流跡）をみると、Ｚｏｎｅ２から放出された模擬粒子は、一旦カッタ５の回転方向に移動した後に、入口部１６から出口部１７に向かって形成された流れにのって出口部１７の方向に押し戻されている。この結果として、水室８内での模擬粒子の滞留時間が長くなる。
これらのことから、本願出願人らは、水室８内での模擬粒子（ペレット１０）の平均滞留時間を短くするためには、Ｚｏｎｅ２における模擬粒子の滞留時間を短くすることが必要であることを明らかとした。
【００３５】
［本発明の水室における流体シミュレーション］
次に、Ｚｏｎｅ２を中心とした水室８内の流れをよどみのないものとし、ペレット１０の排出がスムーズとなる水室８の形状を考えることとする。
本願発明人は、現状の水室８内の流れ分布および模擬粒子の滞留時間分布から,模擬粒子の滞留時間を短くするために、次の５つが有効であるとの考えに至った。
（１）入口部１６を拡大する：水室８内に流入する冷却水の流速を均一にすることで、水室８側部のよどみを防止する。
（２）入口部１６をダイプレート３に対して斜めにする：ダイプレート３に垂直な方向の流速成分を持たせ、模擬粒子がダイプレート３から離れやすいようにする。
（３）入口部１６の高さを小さくする：ダイプレート３付近の流速を高めることで、模擬粒子をダイプレート３から離れやすくする。
（４）出口部１７を拡大する：出口部１７の冷却水流入側２０を大きくすることで模擬粒子が出口部１７から排出されやすくなる。そのため、出口部１７の形状は逆広がり形状となる。
（５）出口部１７を水室８の径方向に対して非対称にする：Ｚｏｎｅ２領域と出口部１７との連通する部分の開口が大きなものとなるため、Ｚｏｎｅ２に存在する模擬粒子が出口部１７から排出されやすくなる。
【００３６】
以上の予想に基づいて、図８に示すＣａｓｅ（ｂ）〜Ｃａｓｅ（ｇ）の形状の水室８を設定し、それぞれについて流れの計算を行った。図８の条件において、「入口拡大」とは入口部１６が広がり形状を有していることであって、「入口斜め」とは、入口部１６が水室８内のダイプレート３側に向くように側面視で傾斜して水室８に配設されていることである。「速度平行」とは、入口部１６へ導入される冷却水の流れ方向がダイプレート３と略平行であって、「速度傾斜」とは、入口部１６へ導入される冷却水の流れ方向がダイプレート３側に向くことである。「出口拡大」とは、出口部１７の冷却水流入側２０の断面積を大きくすることで、出口部１７を逆広がり形状とすることであり、「出口非対称」とは、平面視での出口部１７の形状が水室８の径方向に対して非対称となっていることである。
【００３７】
幾つかの条件の水室８は、窓部１８を有さず内側壁が凹凸がない形状としている（Ｃａｓｅ（ａ）’，Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’，Ｃａｓｅ（ｇ）’）。
図９には、７つの形状の水室８についてのシミュレーション結果が示されている。
これからわかるように、Ｃａｓｅ（ｄ），Ｃａｓｅ（ｆ）の模擬粒子の滞留時間が他の条件に比べて短くなっている。また、Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’の水室８、すなわち窓部１８を有さないＣａｓｅ（ｄ），Ｃａｓｅ（ｆ）の条件の水室８においても、模擬粒子の滞留時間が他の条件に比べて短い。
【００３８】
図１０には、窓部１８を有無のみが異なる水室８において、模擬粒子の平均滞留時間をシミュレーションした結果が示してある。
この図からわかるように、Ｃａｓｅ（ａ），（ｄ），（ｆ）のいずれにおいても、窓部１８を無くすことにより平均滞留時間が短くなることが確認できる。しかしながら、その差は問題とするほど大きなものとはなっていない。
以上の結果を総合的に考えるに、前述した条件（１）〜（５）の予想が正しいか否かを詳細に検討するにあたり、模擬粒子の滞留時間が短いＣａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’の水室８について考察を深めることが有益である。なぜならば、滞留時間の長い水室８については、その形状を採用することはないからである。
【００３９】
そこで、Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’の計算結果を詳細に検討してみる。なお、これらの比較例はＣａｓｅ（ａ）’である。窓部１８のない水室８を用いて計算をしたのは、シミュレーションにおける計算機の負荷を少なくするためである。なお、Ｃａｓｅ（ｄ）’は、入口部１６が広がり形状で傾きαを有し、速度が斜めとなっている水室８である。Ｃａｓｅ（ｆ）’は入口部１６が広がり形状で出口部１７が逆広がり且つ非対称となっている水室８である。
図１１には、Ｃａｓｅ（ｆ）’の条件を満たす水室８をワイヤフレーム表示している。
【００４０】
図１２〜図１４には、Ｃａｓｅ（ａ）’，Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’の場合での流速分布、模擬粒子の滞留時間が示されている。これらをみると、比較例Ｃａｓｅ（ａ）’に比べて、Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’の水室８では、平均滞留時間が約０．１ｓｅｃ以上減少していると共に、Ｚｏｎｅ２での模擬粒子の滞留時間が短くなっていることが確認できる。
また、図１５に示された模擬粒子の流跡から明らかなように、Ｃａｓｅ（ａ）’では入口部１６の横において模擬粒子の軌跡が丸を描き,滞留しているのに対して、Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’の水室８では、このような滞留は認められない。その結果としてＺｏｎｅ２領域の滞留時間が短くなっている。
【００４１】
これらのことより、カッタ５で切断されたペレット１０が長時間滞留することが無いような水室８の形状は、Ｃａｓｅ（ｄ），Ｃａｓｅ（ｆ）または、Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’を満たすとよい。換言すれば、入口部１６を広がり形状にしたり、入口部１６を角度αで傾斜させたり、出口部１７を逆広がり形状にしたりすることで、水室８内におけるペレット１０の滞留時間を均一且つ短くでき、ペレット１０の温度バラツキを最小限に抑えると共に水室８内面やカッタ５との接触を防ぐことができる。
本願発明人は、更なるシミュレーションを行い、水室８の入口部１６の形状が、
（ＩＬ２・ｄ）／（ＩＬ１・ｄ）＝１．５〜３．０      ・・・（１）
入口部１６の傾きが、
α＝５°〜４５°      ・・・（２）
水室８の出口部１７の形状が
（ＯＬ２・ｄ）／（ＯＬ１・ｄ）＝１．５〜３．０        ・・・（３）
ＯＬ２２／ＯＬ２１＝０．５３５／０．８６９≒２／３  ・・・（４）
の関係を満たす形状を採用したときに、もっともペレット１０の滞留が少ないことを見いだしている。
【００４２】
ここで、ＩＬ１は入口部１６における冷却水流入側の幅である。ＩＬ２は、入口部１６における冷却水流出側の幅（入口部１６の水室８側の幅）である。ＬＩ３は、冷却水流入側２０と冷却水流出側２１との間の距離である。
ＯＬ１は出口部１７における冷却水流出側２１の幅である。ＯＬ２は、出口部１７における冷却水流入側２０の幅であって、ＯＬ２＝ＯＬ２１＋ＯＬ２２である。ＯＬ３は、冷却水流入側２０と冷却水流出側２１との間の距離である。
水室８の上壁１２と下壁９との距離はｄであって、入口部１６の上壁１２Ａと下壁９Ａとの間の距離もｄ、出口部１７の上壁１２Ｂと下壁９Ｂとの距離もｄである。
【００４３】
αは、ダイプレート３の延長線と入口部１６の中心線とのなす角度である。
これら式（１）〜式（４）の関係を満たすことで、水室８内におけるペレット１０の滞留時間を特に均一且つ短くすることが可能となる。
なお、入口部１６の冷却水流入側２０の断面積（ＩＬ１・ｄ）と出口部１７の冷却水流出側２１の断面積（ＯＬ１・ｄ）とは略同一であることが好ましい。
【００４４】
［粒子径や流量との関係］
以上のシミュレーションは、模擬粒子径＝２．４ｍｍ、冷却水の流量＝７００ｍ3／ｈの条件下で行われたものであるため、模擬粒子径が変化したり冷却水の流量が変化した場合の影響は考慮されていない。そこで、模擬粒子の直径を変化させたり、冷却水の流量を変えて、シミュレーションを行ってみた。
図１６は、水室８内で切断されたペレット１０の直径、すなわち模擬粒子の直径を、２．０，２．４，２．８ｍｍと変化させた場合における模擬粒子の平均滞留時間を示したものである。なお、水室８の形状をＣａｓｅ（ａ），Ｃａｓｅ（ｄ），Ｃａｓｅ（ｆ）としている。
この図からわかるように、水室８の形状が同じであれば、平均滞留時間の長短は粒子径によらずほぼ同じである。逆に、粒子径が変わったとしても、Ｃａｓｅ（ｄ）やＣａｓｅ（ｆ）の水室８では、従来の水室８に比べて模擬粒子の滞留時間が短い。また、全体的な傾向として、粒子径が大きいほど平均滞留時間が短いことも伺い知ることができる。この理由として、粒子径が大きいほど浮力の影響が大きくなり、出口側へ向かう流速が大きい水室８上部側に集まる粒子が増えてその排出が進み、その結果滞留時間が減少したものだと考えられる。
【００４５】
図１７には、冷却水の流量に関し、７００ｍ3／ｈ，４００ｍ3／ｈの２条件でシミュレーションを行った結果が示されている。なお、水室８の形状をＣａｓｅ（ａ），Ｃａｓｅ（ｄ），Ｃａｓｅ（ｆ）ならびにＣａｓｅ（ａ）’，Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’とし、模擬粒子の直径を２．４ｍｍとしている。
【００４６】
この図からわかるように、冷却水の流量が少なくなると、すべての水室８形状において、模擬粒子の滞留時間が長くなっている。これは入口部１６から供給される水量が少なくなると、カッタ５の回転により誘起される回転流れの影響が大きくなり、模擬粒子が水室８内に滞留しやすくなるためと思われる。しかしながら、冷却水の流量が変化しても、本発明にかかる水室８の形状（Ｃａｓｅ（ｄ），Ｃａｓｅ（ｆ），Ｃａｓｅ（ｄ）’，Ｃａｓｅ（ｆ）’）では、平均滞留時間は大きくは変わらず、平均滞留時間≦２ｓｅｃとなっている。
冷却水量が４００ｍ3／ｈと少なくなった場合でも、Ｃａｓｅ（ｆ）’の水室８における平均滞留時間は１．７ｓｅｃであり最も短いものとなっている。逆に、Ｃａｓｅ（ａ）’では、３ｓｅｃであって、ペレット１０の滞留が懸念される状況となっている。
【００４７】
［シミュレーションの結果］
本願発明人らは、水室８における冷却水の流れのシミュレーションを通じて実験を繰り返した結果、水室８形状を適切に変更することで、模擬粒子（ペレット１０）の平均滞留時間の短縮が可能なことを明らかにした。
そのために有効な水室８形状の変更点として次の４つが明らかとなった。
（１）入口部１６を拡大する（入口部１６広がり形状）
（２）入口部１６をダイプレート３に対して斜めにする
（４）出口部１７を拡大する（出口部１７逆広がり形状）
（５）出口部１７を水室８の径方向に対して非対称にする
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】水中カット造粒装置の側面断面図である。
【図２】本発明にかかる水室の形状を示す図である（（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図）。
【図３】シミュレーションに用いた従来の水室の形状を示した図である。
【図４】シミュレーションの条件を示した図である。
【図５】シミュレーションで得られた水室内の流速分布を示した図である（平面視、従来の水室）。
【図６】シミュレーションで得られた水室内の流線を示した図である（斜視、従来の水室）。
【図７】シミュレーションで得られた水室内での模擬粒子の軌跡図と滞在時間分布図である（従来の水室）。
【図８】水室の形状に関する条件を示した図である（Case(a)〜Case(f））。
【図９】図８に示した条件でシミュレーションを行った結果である。
【図１０】水室の窓部の有無と模擬粒子の平均滞留時間との関係を示した図である。
【図１１】Case(f)'の水室の形状を示した図である。
【図１２】模擬粒子の流跡図と滞在時間分布図である（Case(a)'の水室）。
【図１３】模擬粒子の流跡図と滞在時間分布図である（Case(d)'の水室）。
【図１４】模擬粒子の流跡図と滞在時間分布図である（Case(f)'の水室）。
【図１５】模擬粒子の流跡図である（Case(a)'，(d)'，(f)'の水室）。
【図１６】模擬粒子の直径と平均滞在時間との関係を示した図である。
【図１７】冷却水の流量と模擬粒子の平均滞在時間との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      水中カット造粒装置
２      ノズル
３      ダイプレート
４      溶融樹脂
５      カッタ
６      駆動手段
８      水室
１０    ペレット
１５    カッタホルダ
１６    入口部
１７    出口部
１８    窓部
【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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【図１７】
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