JP2005152813A - 液体添加機構付き充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 成形材料の製造プロセスにおける仕掛品材料の充填工程において、単に所定量の粉体状の原料と液体状の原料とを充填し、混合し得るだけでなく、混合を均一にする。
【解決手段】 仕掛材料の充填重量を求めることが可能なロードセル計量器付原料充填用コンテナ台車等の箱体に、粉体状原料の充填中に既に充填された重量に対応して必要な重量の液体状の原料を制御しつつ充填する。またこのため、液体状原料の貯蔵槽にもロードセル計量器を備え、更に液体状原料の供給系には供給量の制御を可能とするポンプと弁を設ける。そして、既に充填された粉体状原料と液体状原料の重量とから、その後の粉体状原料の供給中に供給されるべき液体状原料の適量が演算され、演算結果を基にポンプ、弁が制御される。更に、液体状原料は噴霧しつつ供給する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体定量添加機構付き充填装置に関し、特に成形材料の製造プロセスにおいて、箱体内に充填された粉体状の仕掛品原料へ液体原料を充填する装置に関する。

従来より、成形品の製造等に際して、レゾール樹脂を含むフェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の液体状の原料と無機充填材等の粉体（粉末や粒）状の原料とを所定量ずつ配合することが広くなされている。

ところで、その配合であるが、これは例えばロードセル等の積載重量測定器の付設された充填用の箱体、具体的には材料充填用のコンテナ台車等へあらかじめ所定重量の粉体状の原料を上方から投入し、その後レゾール樹脂等の液体状の原料を投入し、更にその後コンテナ台車内で両原料を撹拌、混合することによりなされている。

ただし、これらの配合そのものやそれに伴う技術的課題の解決は、例えば以下の特許文献１、同２等に記載されている。このため、これ以上の説明は省略する。
特開平１１−４２６４３号公報 特開２００１−１２１５３３号公報

しかしながら、材料充填用の箱体内に最初に粉体（あるいは粉末）状の原料を供給、充填しその後液体状の原料を供給して、あるいはその逆の順に供給して、それらの後両原料を混合するのでは、一方が粉体状、それも多くの場合微小な粉末や粉体自体が複数の原料の混合物であり、他方は樹脂であるため、均一に混合させるのがなかなか困難である。また、粉体に対する液体の重量比が数％以下、１%以下、０、２%程度等小さくなればなるほど困難となる。更にまた、一回の混合量が１トンとまではいかなくても１００ｋｇを超えると一層困難となる。

特に箱体がロードセル等の積載重量測定手段を有しているときや更にはコンテナ台車等の移動体であるときには、採用する撹拌装置にも重量等から一定の限界が生じるため、なおさらこの困難性は増大する。そこで、単に粉体状の原料と液体状の原料とを各々所定重量ずつ配合するだけでなく、両原料が均一にしかも容易に配合されることとなる技術の開発が望まれていた。

また、粉体状の原料そのものがこれまた各種の原料の配合物であるときや、充填用箱体の混合装置にハード面から各種の制約が付いているときにも、両原料を均一にしかも容易に配合することが可能な技術の開発が望まれていた。

本発明は以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、粉体状の原料の供給あるいは投入にあわせて液体状の原料を供給するようにしたものである。

この際、液体状の原料の供給量あるいは時間当りの供給量は、両原料を充填するための箱体や液体用タンクや貯蔵槽に設けられたロードセル等の既に充填された重量や供給した重量を測定する手段から通知された量を基に、その後の液体状の原料の充填にフィードバック制御がなされるようにしたものである。

また、液体状の原料の供給は、単にポンプの供給量や弁の開度を制御して行うだけでなく、充填用の箱体内に霧状に噴霧することにより一層の均一な混合を図るようにしたものである。

また、別途の温度制御手段、例えば冷風発生装置を付設して、充填用の箱体内の温度を絶えず一定範囲内に、例えば２０℃を中心として１０℃〜２７℃や１５℃〜２３℃等に保持する等の制御を行うようにしたものである。

上記手段により、以下の効果が得られる。

粉体状と液体状の原料が所定量ずつ同時に供給され，充填されるため、両原料の均一な配合が容易となる。この際、液体状の原料の供給が、制御が比較的難しい粉体状の原料の供給に即応してのフィードバックシステムでなされるため、両原料の所定量ずつの供給が容易となる。なお、液体状の原料の供給の制御は、ポンプや弁によりなされるため容易である。

更に、液体状の原料は、噴霧用ノズルを使用して霧状にてなされるため、一層均一な混合が容易となる。この際、噴霧は供給用のポンプを利用し得るため、システム的にも低コストとなる。

充填用の箱体内は、原料の性質に対応しての一定の温度に保存されるため、原料の予想外の変質、例えば予想外のあるいは好ましくない粘度の変化等も防止される。またケースによっては、液体状の原料を供給前は供給に適切な温度としておき、供給後は均一な混合に適した温度となるようにすることも可能である。

そしてこれらの面からも両原料の均一な混合がなされる。また、粉末状の１ロット分の原料を投下等で一度に供給するのではなく、弁等を介して少しずつ供給すると充填の面からは多少時間がかかることとなるかもしれないが、均一な混合に要する時間がそれ以上に少なくなることが多いため、製造時間の短縮もなされる。

以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態の液体定量添加機構付き充填装置の全体構成図である。本図において、１０は充填用の箱体である。１１は、その内部に充填された原料物の重量を測定するロードセルであり、１２はその出力装置である。２１は箱体の上部に設置された粉体状の原料の充填用の導入管である。２２は、粉体状の原料の貯蔵槽である。２３は、その下方にある開閉用扉である。３０は、液体状の原料の貯蔵槽であり、３１はその下部に設置されたロードセルである。３２は、液体状の原料の供給用ポンプであり、３３は流量調整弁であり、３４は噴射用のノズルである。４０は、充填用の箱体内への冷気供給用ダクトであり、４１は送風ファンであり、４２は送気の冷却用のクーラーである。５０は、液体状の原料の供給量を制御するＣＰＵである。また、本図において、実線はＣＰＵへ入力される信号線（ＩＳＬ）であり、点線はＣＰＵから出力される制御用の信号線（ＣＳＬ）である。

その他、冷気の供給系にも制御システムがあり、充填用の箱体内には充填物の混合用装置が付設されていたり、粉体状の原料の供給のための開閉用扉にはそのための駆動機構が設けられていたり、充填用箱体にはその移動のための把時部が設けられていたりあるいは別途車輪やレールが付設されていたりすることもある。ただし、それらは本願発明の趣旨に直接の関係はないので、わざわざの図示や説明は省略する。

以下、この装置の本発明に直接関係する作用、機能について説明する。先ず粉体状の原料の供給であるが、その貯蔵槽２２の下部の扉が所定の開度若しくは隙間寸法で所定の時間だけ開となることで、所定の時間内にほぼ一定の割合で１ロット分の重量の粉体状の原料が導入管２１を介して充填用の箱体１０内へ供給される。

次に、液体状の樹脂原料の供給であるが、基本的には粉体状の原料の投入開始にあわせて両原料の配合比に応じた量の投入が開始される。従って、ポンプの回転数や弁の開度は、最初は理論値あるいは設定値通りとされる。またこのため、ポンプは基本的には定量供給型である。

次に、液体状の原料の投入の制御であるが、粉体状の原料の投入更にはこれにあわせての液体状の原料の投入に伴い充填用の箱体の重量が増加するが、粉体の一定量での投入は、重量もあるだけに現実には砂時計と異なり実用上はなかなか困難である。特に他種の樹脂の粉や粒子、炭素粒子、顔料、耐酸化剤等各種の物質、それも各種の粒度や寸法、形状の原料や物質が混合された粉体の場合にはなおさらである。このため、理論値とのかなりのずれが生じてくる。

ところで、充填用の箱体１０に備えつけられているロードセル１１は、箱体１０の重量を絶えず測定し、ロードセルの出力装置１２が測定量を所定の電気信号に変換してＣＰＵ５０に入力する。また、液体状の原料の貯蔵槽３０にもロードセル３１が備えられているため、その重量の減少、ひいては既に供給された液体状原料の重量もＣＰＵ５０に入力される。なお勿論、配管系の内部に在る重量は補償されている。

このため、ＣＰＵ５０は箱体１０内に既に投入された粉体状の原料の重量と液体状の原料の重量を常時認識あるいは把握可能となる。この下で、既に投入された粉体状の原料の重量を基準として、現実の液体状の原料の投入量、供給量の理論上のあるいは設定された配合比からのずれを認識する。そして、液体状原料の投入量が設定値どおりならその状態を継続し、もし少なければ弁３３の開度やモーター３２の回転数を上げる。またもし多ければ、逆に下げる。なおここで、弁３３とモーター３２の両方を制御するのは、供給精度を一層向上させるためである。

次に、最終段階では、粉体状の原料の投入終了後も液体状の原料の投入が多少続行されるように、液体状の原料の投入量が少し低下するよう制御される。これにより、精密な投入量の制御が難しい粉体状の原料の投入終了後、その正確な投入量が検知され、その投入量に応じて配合比に従った液体状の原料が供給される。これにより、粉体状の原料の貯蔵槽に一度に複数ロット分の貯蔵をなすことが可能となる。

なお、粉体状の原料がその貯蔵槽に１ロット分ずつ貯蔵され、充填がなされるシステムでは、液体状の原料の供給の最終段階にかかる複雑な制御を採用しないのは勿論である。

次に、冷気の供給であるが、これは充填用箱体１０内への両原料の投入開始前から所定の温度、例えば２０℃の空気の投入を開始し、あらかじめ箱体そのものを所定の温度に保持しておく。そしてこれにより、両原料の充填、混合中を通じて極力温度変化が少なくなることを図っている。なおここで、冷気供給用のダクト４０が充填用の箱体１０の上部より下方へ吹き込むようになっているのは、上方より落下してくる粉体状原料や噴霧される液体状原料を極力吹き上げないようにするためである。

以上、本発明をその好ましい実施の形態に基づいて説明して来たが、本発明は何もこれに限定されないのは勿論である。すなわち、例えば以下のようにしていても良い。
（１）粉体状の原料とは、純粋な粉体、粉末ではなく、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍ程度の、そして液体状原料に溶解したりするペレットであったり、かかるペレットを含有していたりする。
（２）液体状の原料とは、アルコール、アセトン、ＭＥＫ、酢酸エチル、水等の
如き溶媒や別途の粉末や粒状原料が溶解されている液体である。
（３）充填用箱体の内部へ充填された重量を検出する測定機器は、荷重を受けて
縮むロードセルでなく、伸びるバネ計り等他の手段としている。

（４）供給する冷気は、充填、混合する物質の種類に応じて窒素、アルゴン等と
している。また、温度も調節可能としている。更に、ケースによっては充填物内へ供給して一定温度の維持を図りつつ上方へ逃げる泡の作用で、より一層均一な混合を図ることが可能なようにしている。
（５）充填の最終段階では、充填重量のより正確な検出をなしうるべく、液体状
原料の供給を中止して充填済の重量を正確に測定する時間には、冷気の供給が中止される機能を備えている。
（６）両原料の正確な配合比に基づく所定量の充填後、更に他の物質の投入がな
されるシステムとしている。

（７）用途は成形材料以外としている。
（８）両原料の配合比や１ロットの重量の変化に応じて、ポンプの回転数等を調
整可能としている。
（９）ポンプは定量供給型とし、弁の開度のみで供給量を制御するシステムとし
ている。
（１０）粉体状原料の供給は、ダンパーや弁の開閉でなすようにされている。
（１１）混合方法は、タンブラ式のブレンダ−等他の手段でなされるようにしている。

本発明の第１の形態の液体の定量添加機構付き充填装置の全体構成図である。

符号の説明

１０ 充填用の箱体
１１ 充填用箱体付きのロードセル
１２ ロードセルの出力装置
２１ 粉体（粉末）状の原料の充填用導入管
２２ 粉体状の原料の貯蔵槽（タンク）
２３ 開閉用扉
３０ 液体状の原料の貯蔵槽
３１ 液体状の原料の貯蔵槽付きのロードセル
３２ 液体状原料の供給用のポンプ
３３ 弁
３４ ノズル
４０ 冷気供給用ダクト
４１ 送風ファン
４２ 送気用クーラー
５０ ＣＰＵ

Claims (4)

1. その内部に充填された粉粒体供給装置から投入される粉体や粒体状の原料等
   の重量が測定できる測定器付の箱体と、
   内部の液体状原料の重量が測定できる測定器付の液体用タンクと、
   該液体用タンクから液体状原料を前記箱体へ定量供給するポンプと、
   前記箱体内に粉体や粒体状の原料の充填中に、前記箱体の測定器からの充填済の重量の通知と前記液体用タンクの測定器からの減量の通知を受け、それらから前記箱体内に供給する液体状原料の適量を算出して供給する適量液体供給装置とを有していることを特徴とする液体添加機構付き充填装置。
2. 前記適量液体供給装置は、
   上記算出した適量を基に前記ポンプの供給量や供給系の弁の開度を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の液体添加機構付き充填装置。
3. 前記適量液体供給装置は、
   液体状原料を前記箱体内へ噴霧して供給する噴射手段を有していることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の液体添加機構付き充填装置。
4. 前記ポンプによる液体状原料を供給中に、前記箱体内の雰囲気を２０℃以下等の所定の温度範囲に制御可能な温度制御手段を有していることを特徴とする請求項１から同３のいずれか１項に記載の液体添加機構付き充填装置。
   

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