JP2017030361A - 押出機出力の自動圧力調整のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押出機を出てダイに入る前の流体の圧力を直接のオペレータの介入無しで制御する手法を提供すること。
【解決手段】流路がバルブブロック入口部とバルブブロック出口部との間に延びていて、バルブを有するバルブ組立体が前記流路内で選択的に位置決め可能である。流路と流体連通状態にあってモータの制御部と信号通信状態にあるトランスデューサが、流路を通る流体の圧力を検出可能である。トランスデューサは、モータの制御部へ前記圧力を表す信号を送信することも可能である。前記信号が、前記圧力が目標圧力より下であることを示す場合、流路に対して第１方向にバルブを駆動するべく前記モータが駆動される。前記信号が、前記圧力が目標圧力より上であることを示す場合、流路に対して第１方向とは逆の第２方向にバルブを駆動するべく前記モータが駆動される。
【選択図】図７

Description

本発明は、押出機に関しており、特には、押出機出力の圧力を自動調整するためのシステム及び方法に関している。

押出は、相対的に一定の断面外形を有する製品を製造するために用いられるプロセスである。プラスチック押出では、プラスチックのペレットまたはチップが、少なくとも１つのスクリューを有する押出機内部に供給される。プラスチックは、押出機内の加熱要素によって、及び／または、押出スクリューからの剪断熱によって、溶融して溶融状態になる。１以上のスクリューの回転が、溶融したポリマーを押出機を通してダイまで強制的に移動させる。このことが、溶融したプラスチックを所望の形状に成形する。

全体として、本発明は、押出機出力の自動圧力調整のためのシステム及び方法に関している。例えば溶融ポリマーのような流体が、全体的に、フィルムのような所望構造への成形のために、押出機の出口を出てダイに入る。本明細書に記載されるシステム及び方法は、押出機を出てダイに入る前の流体の圧力を直接のオペレータの介入無しで制御する手法を提供する。

一例では、本明細書は、押出機の出口と流体連通状態のバルブブロック入口部と、ダイと流体連通状態のバルブブロック出口部と、を有するバルブブロックを用いて流体の圧力を調整する方法を開示する。一実施形態では、流路がバルブブロック入口部とバルブブロック出口部との間に延びていて、バルブを有するバルブ組立体が前記流路内で選択的に位置決め可能である。前記流路と流体連通状態にあってモータの制御部と信号通信状態にあるトランスデューサが、前記流路を通る流体の圧力を検出可能である。当該トランスデューサは、前記モータの前記制御部へ前記圧力を表す信号を送信することも可能である。前記信号が、前記圧力が目標圧力より下であることを示す場合、例示の方法は、前記流路に対して第１方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動する工程を含み得る。あるいは、前記信号が、前記圧力が目標圧力より上であることを示す場合、例示の方法は、前記流路に対して前記第１方向とは逆の第２方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動する工程を含み得る。そして、前記信号が、前記圧力が目標範囲内にあることを示す場合、前記モータは、例示の方法によって作動されない。

別の例では、本明細書は、ダイに入る流体の圧力を調整するために有用なシステムを開示する。一実施形態では、当該システムは、押出機の出口と流体連通状態のバルブブロック入口部と、ダイの入口と流体連通状態のバルブブロック出口部と、前記バルブブロック入口部及び前記バルブブロック出口部の間に延びる流路と、を有するバルブブロックを含む。当該システムは、また、モータによって前記流路内で選択的に位置決め可能なバルブを有するバルブ組立体と、前記流路と流体連通状態にあって前記モータの制御部と信号通信状態にあるトランスデューサと、を含み得る。前記トランスデューサは、前記流路を通る流体の圧力を検出可能で、前記モータの前記制御部へと前記圧力を表す信号を送信可能である。前記制御部は、前記信号が、前記圧力が目標圧力より下であることを示す場合、前記流路に対して第１方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動可能であって、且つ、前記信号が、前記圧力が目標圧力より上であることを示す場合、前記流路に対して前記第１方向とは逆の第２方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動可能である。

ここで説明されるように、そのような例示的な方法及びシステムは、直接のオペレータの介入無しでダイに入る流体の圧力を調整するために有用であり、製品を均一にするべく比較的一定の圧力の流体をダイに提供できる。

１以上の実施例の詳細が、添付の図面ないし以下の説明において規定されている。他の特徴、目的及び利点が、本説明ないし図面から、また、添付の特許請求の範囲から、明らかとなる。

図１は、本発明の一実施形態による、例示的なバルブブロックを含むシステムの第１側面図である。幾つかの特徴が隠れ線で示されている。

図２は、本発明の一実施形態による、システムの概略図である。

図３は、図１のシステムの第２側面図である。

図４は、図１のシステムの端面図である。

図５Ａは、本発明の一実施形態による、第１位置のバルブを示す、システムの側方一部破断（切欠）図である。

図５Ｂは、本発明の一実施形態による、第２位置のバルブを示す、図５Ａのシステムの側方一部破断（切欠）図である。

図５Ｃは、図５Ｂの位置のバルブの拡大図である。

図６Ａは、本発明の一実施形態による、システムの分解斜視図である。

図６Ｂは、本発明の一実施形態による、バルブ組立体の分解斜視図である。

図７は、本発明の一実施形態による、例示的な方法を示すフローチャートある。

以下の詳細な説明は、本質的に例示であって、本発明の範囲、適用可能性、構成、形態等を限定することは意図されていない。本明細書は、本発明の好適な実施形態を実施するための実際的な図示ないし説明を提供する。構成、材料、寸法、及び製造方法の例示は、選択された要素のために提供されている。全ての他の要素は、本発明の分野において当業者に知られたものを採用する。当業者は、所与の実施形態の多くが様々な好適な代替物を有することを、認識するであろう。

本発明は、押出機を出てダイに入る前の溶融ポリマーのような流体の圧力を自動調整するシステム及び方法に関している。一実施形態では、押出機は、バルブブロックと流体連通状態の出口を有している。トランスデューサが、押出機を出てバルブブロック内にある流体の圧力を検出し、当該圧力を表す信号をモータの制御部に送る。制御部は、圧力を表す当該信号を目標圧力に対して比較する。検出された圧力が目標圧力よりも下であれば、制御部は、バルブブロック内の流体の圧力を増大するための第１方向へバルブを駆動するべく、モータを駆動する。逆に、検出された圧力が目標圧力よりも上であれば、制御部は、バルブブロック内の流体の圧力を低減するための第２方向へバルブを駆動するべく、モータを駆動する。幾つかの実施形態では、目標圧力は単一の設定圧力である（例えば、設定圧力±誤差マージン）。他の実施形態では、目標圧力は圧力範囲を含む。そのようなシステム及び方法は、直接のオペレータの介入無しで、所望の圧力範囲内、例えば約４５００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）〜約４８００ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）、の流体の流れをダイに提供するのに有用である。

図１は、押出機５０の出口４０と流体連通状態のバルブブロック入口部３０を有するバルブブロック２０を含むシステム１０の側面図である。バルブブロック２０は、押出機５０から、溶融した熱可塑性材料のような流体を受容する。バルブブロック２０は、ダイ（図１では不図示）の入口７０と流体連通状態のバルブブロック出口部６０を有している。流路８０が、バルブブロック入口部３０とバルブブロック出口部６０との間で延びている。従って、押出機５０から排出される流体は、フィルムのような構造への成形のため、バルブブロック２０の流路８０を通過して、ダイの入口７０へと流れる。

図１は、モータ１２０によって流路８０内で選択的に位置決め可能なバルブ１１０を有するバルブ組立体１００を図示している。モータ１２０は、所望の圧力を達成するべく、流路内を通過する流体の圧力を増減するように流路８０内でバルブ１１０を位置決め可能である。従って、バルブ１００は、流路内のバルブの位置に基づいて、押出機からダイへと供給される溶融ポリマーのような流体の圧力を調整可能である。

システム１０は、流路８０と流体連通状態のトランスデューサ１３０をも含み得る。トランスデューサ１３０は、流路を通過する流体の圧力を検出するために有用である。トランスデューサ１３０は、流路内の流体の圧力を検出するのに好適な任意のタイプのものであり得る。図２の概略図に示されるように、トランスデューサ１３０は、また、バルブ１１０を位置決めするモータ１２０の制御部１４０と信号通信状態であり得る（例えば、電気的な接続のような、一時的ではないワイヤレスないし有線の信号通信状態）。そのような実施形態では、トランスデューサ１３０は、流路８０を通過する流体の圧力を検出して、当該圧力を表す信号を制御部１４０に通信する。制御部１４０は、検出された圧力を、当該制御部１４０に予め提供されていた目標圧力と比較可能である。当該信号が、検出された圧力が目標圧力より下であることを示す場合、制御部１４０は、流体の圧力を増大するべく、流路８０に対して第１方向にバルブ１１０を駆動するべく、モータ１２０を駆動可能である。幾つかの実施形態では、第１方向は、バルブを横切る圧力降下を低減するべく流路におけるバルブの障害を低減するような開放方向である。前記信号が、検出された圧力が目標圧力より上であることを示す場合、制御部１４０は、流体の圧力を低減するべく、流路８０に対して第２方向にバルブ１１０を駆動するべく、モータ１２０を駆動可能である。幾つかの実施形態では、第２方向は、バルブを横切る圧力降下を増大するべく流路におけるバルブの障害を増大するような閉鎖方向である。第１方向及び第２方向は、互いに反対であり得る。前記信号が、検出された圧力が目標圧力であることを示す場合、制御部１４０は、流路８０に対してバルブ１１０の位置を変化させるようモータ１２０を駆動することはしない。従って、そのようなシステムは、押出機５０の出口を出てダイ１５０の入口に入る前の、溶融ポリマーのような流体の圧力を自動調整するために、有用であり得る。

トランスデューサ１３０は、任意の所望の位置に載置され得る。図１の実施形態では、トランスデューサ１３０は、流路８０を通過する流体の移動方向に見て、バルブ１１０の上流側に位置している。他の実施形態では、トランスデューサ１３０は、流路８０を通過する流体の移動方向に見て、バルブ１１０の下流側に位置し得る。更に、トランスデューサ１３０は、バルブ１１０の上流側と下流側との両方に設けられ得る。図３は、バルブ１１０の下流側に位置決めされたトランスデューサ１３０Ｂを有するシステム１０を図示しており、図４は、バルブの上流側に位置決めされたトランスデューサ１３０Ａとバルブ１１０の下流側に位置決めされたトランスデューサ１３０Ｂとを有するシステムを図示している。開口（aperture）が、流路へのトランスデューサのアクセスを提供するべく、バルブブロック内に形成され得る。

幾つかの実施形態では、バルブは、流路に対して平行移動する。図５Ａ及び図５Ｂは、流路８０に対して、それぞれ、第１位置及び第２位置のバルブ１１０を図示している。より具体的には、図５Ａが、図５Ｂに図示された位置よりも、流路８０内でより少ない位置のバルブ１１０を図示している。図５Ｃは、バルブ１１０の周りのギャップＧを示す図５Ｂの位置のバルブの拡大図である。ギャップＧの大きさは、材料や所望の圧力に依存し得るが、約０．０５インチ乃至約０．１インチの範囲内であり得る（例えば、約０．０７インチ）。バルブ１１０を横切る圧力降下は、流路８０に対するその位置の関数として変化可能であるので、流路を通過する流体の圧力は、バルブの位置決めによって調整可能である。幾つかの実施形態では、バルブは、バルブ移動の範囲内の無限数の位置に位置決め可能である。他の実施形態では、バルブは、バルブ移動の範囲内の不連続の位置に位置決め可能である。図示の実施形態では、移動の範囲は、約２インチから約３インチの間（例えば、約２．５インチ）である。

バルブブロック２０は、流路８０を規定してバルブ１１０の移動を許容するのに好適な任意の構造を含み得る。幾つかの実施形態では、流路は、バルブブロック入口部３０からバルブブロック出口部６０まで全体的に直線状である。図５Ａ及び図５Ｂの実施形態では、流路８０は、バルブブロック入口部３０からバルブブロック出口部６０まで非直線状である。より具体的には、図示の実施形態では、流路８０は、バルブ１１０の移動方向に平行な第１部分１８２と、バルブ１１０の移動方向に垂直な第２部分１８４と、を有している。従って、流路８０は、約９０°の屈曲部を含んでおり、バルブ１１０は、当該屈曲部において流路とインタフェースしている（第１部分１８２に平行で第２部分１８４に垂直な線内で）。

当該システムの実施形態は、バルブブロック及び／または流路内に他の構成要素をも含み得る。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示す実施形態を継続的に参酌して、スクリーンパック２００が、流路８０を通過する流体の移動方向に見て、バルブ１１０の上流側に位置決めされ得る。他の例では、ブレーカプレート２１０が、流路８０を通過する流体の移動方向に見て、バルブ１１０の上流側に位置決めされ得る。スクリーンパック２００及びブレーカプレート２１０は、背圧の増大、流体の回転流を平行流に変換すること、不純物の除去、の１以上にとって有用であり得る。

バルブ組立体１００は、流路８０内の流体の圧力を調整するために有用な任意のバルブ１１０を含み得る。任意のタイプのバルブが利用され得て、ステムバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブ、ゲートバルブ、及び、ニードルバルブを含む。図６Ａ及び図６Ｂの分解図に示された実施形態では、バルブ１１０は、バルブ柄部２５０を含んでいる。バルブ組立体１００は、バルブ１１０の位置を調整するためのバルブ調整機構２６０をも含み得る。図示の実施形態では、調整機構２６０は、バルブ１１０に接続されたウォームギヤ２７０を含む。調整機構２６０は、ウォームギヤ２７０のモータ１２０による回転に応答して流路８０に対してバルブ１１０を平行移動させる。図６Ａでは、モータ１２０（例えば、２分の１馬力のＡ／Ｃモータ）が、少なくとも１つのスタンドオフバー２９０によってバルブブロック２０からオフセットされたモータ取付ブラケット２８０に取り付けられている。モータ１２０の出力は、バルブ１１０に接続された調整機構２６０を所望の方向に駆動するための被駆動部材３００に接続可能である。図示の実施形態では、バルブは、バルブブロック２０内に延びるバルブガイド３１０内で平行移動する。

本発明の実施形態は、例えばここで説明されたバルブブロックの任意の実施形態を用いた、バルブブロックを用いて流体の圧力を調整する方法をも含む。このような方法の一実施形態１０００の代表的な工程が、図７に図示されている。図示の実施形態では、方法１０００が、トランスデューサを用いて流路を通る流体の圧力を検出する工程１０１０と、トランスデューサからモータの制御部へと前記圧力を表す信号を送信する工程１０２０と、を含む。制御部は、当該信号を目標圧力と比較することができる（工程１０３０）。目標圧力は、例えば、±誤差マージンを伴った設定圧力である。前記信号が、検出された圧力が目標圧力（予め設定されている）より下であることを示す場合、本方法は、流体の圧力を増大するべく、流路に対して第１方向にバルブを駆動するべく、モータを駆動する工程を含む（工程１０４０）。前記信号が、検出された圧力が目標圧力より上であることを示す場合、本方法は、流体の圧力を低減するべく、第１方向とは逆の第２方向にバルブを駆動するべく、モータを駆動する工程を含み得る（工程１０５０）。前記信号が、検出された圧力が目標圧力であることを示す場合、制御部はモータを駆動せず、バルブはその現在位置に残される。制御部の出力に拘わらず、圧力は、もう一度当該サイクルを開始するために検出される。任意の所望の頻度で、流体の圧力が検出され得る、及び／または、圧力を表す信号が制御部に通信され得る。幾つかの実施形態では、１秒あたり少なくとも約１回（例えば、５ミリ秒あたり少なくとも約１回）、流体の圧力が検出され得て、通信され得る。従って、本発明による方法は、直接のオペレータの介入無しで、略一定の所望の圧力で流体を押出ダイに提供するために有用である。

様々な実施形態が説明された。これらの実施形態及び他の実施形態は、添付の特許請求の範囲の範囲内のものである。

Claims (14)

1. 押出機の出口及びダイの入口と流体連通状態にある流路内の流体の圧力を、当該流路内で選択的に位置決め可能なバルブと、前記流路と流体連通状態にあってモータの制御部と信号通信状態にあるトランスデューサと、を用いて調整する方法であって、
   前記トランスデューサを用いて、前記流路を通る流体の圧力を検出する工程と、
   前記トランスデューサから前記モータの前記制御部へと前記圧力を表す信号を送信する工程と、
   を備え
   前記信号が、前記圧力が目標圧力より下であることを示す場合、前記流路に対して第１方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動する工程を更に備え、
   前記信号が、前記圧力が前記目標圧力より上であることを示す場合、前記流路に対して前記第１方向とは逆の第２方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動する工程を更に備える
   ことを特徴とする方法。
2. 前記圧力は、前記流路を通る流体移動方向に見て前記バルブの上流で検出される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記流路に対して前記バルブを平行移動する工程を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記バルブは、ウォームギヤに接続されていて、
   前記ウォームギヤを回転することによって前記流路に対して前記バルブを平行移動させる工程を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記圧力は、前記流路を通る流体移動方向に見て前記バルブの下流で検出される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 流体の圧力を調整するためのバルブシステムであって、
   押出機の出口と流体連通状態に載置されるように構成されたバルブブロック入口部と、ダイの入口と流体連通状態に載置されるように構成されたバルブブロック出口部と、前記バルブブロック入口部及び前記バルブブロック出口部の間に延びる流路と、を有するバルブブロックと、
   制御部を有するモータと、
   前記モータによって前記流路内に選択的に位置決め可能なバルブを有するバルブ組立体と、
   前記流路と流体連通状態にあって前記制御部と信号通信状態にあるトランスデューサと、
   を備え、
   前記トランスデューサは、前記流路を通る流体の圧力を検出して前記制御部へと前記圧力を表す信号を送信するように構成されており、
   前記制御部は、前記信号が、前記圧力が目標圧力より下であることを示す場合、前記流路に対して第１方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動するように構成されており、且つ、前記信号が、前記圧力が前記目標圧力より上であることを示す場合、前記流路に対して前記第１方向とは逆の第２方向に前記バルブを駆動するべく前記モータを駆動するように構成されている
   ことを特徴とするシステム。
7. 前記トランスデューサは、前記流路を通る流体移動方向に見て前記バルブの上流に位置決めされている
   ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. モータ取付ブラケットと、少なくとも１つのスタンドオフバーと、を更に備え、
   前記モータは、前記モータ取付ブラケットに接続され、前記少なくとも１つのスタンドオフバーによって前記バルブブロックからオフセットされている
   ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
9. バルブガイドを更に備え、
   前記バルブは、前記バルブガイド内を平行移動するように構成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
10. ウォームギヤを含む調整機構を更に備え
    前記バルブは、前記調整機構に接続されていて、前記ウォームギヤの回転に応じて前記流路に対して平行移動するように構成されている
    ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
11. 前記流路は、前記バルブの移動方向に平行な第１部分と、前記バルブの移動方向に垂直な第２部分と、を有している
    ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
12. 前記トランスデューサは、前記流路を通る流体移動方向に見て前記バルブの下流に位置決めされている
    ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
13. 前記流路を通る流体移動方向に見て前記バルブの上流に位置決めされたスクリーンパックを更に備える
    ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
14. 前記流路を通る流体移動方向に見て前記バルブの上流に位置決めされたブレーカプレートを更に備える
    ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。