JP2017504509A - 計量混合システム - Google Patents

Abstract

本発明は、プラスチック製品を製造するために加工機械によって必要とされた顆粒状成分の混合物を準備するための計量混合システムである。特に、本発明は、特定のプラスチック製品で所望された色合いを得るために、少なくとも２つの異なるマスターバッチからなる計量した混合物を準備するのに適している。

Description

本発明は、工業工程で材料を計量する分野からのものである。具体的には、本発明は、顆粒体材料を計量する分野からのものである。

現代において、プラスチックは、一見すると無制限の数の製品を製造するために選択された材料である。これら製品は、様々な工業工程、例えば射出成形、吹込成形、押出成形及び３Ｄプリンタなどによって生産される。最終製品を生産するために使用される機械に供給される原材料は、小さいビーズの形態にあるポリマー（業界では樹脂と称される）と着色料と例えば紫外線抑制剤などの他の添加物とからなる混合物である。着色料及び他の添加物は、マスターバッチとして供給され、これらマスターバッチは、加熱工程中に担体樹脂内に被包される顔料及び／または添加物の濃縮混合物であり、この担体樹脂は、その後、冷却されて顆粒状形状に切断される。

ここで、用語「マスターバッチ」は、着色マスターバッチを称して使用される。ここで、用語「ビーズ」、「ペレット」及び「顆粒体」は、主として０．０１ｇから０．０４ｇの範囲の重量を有する材料小片を称して使用される。

今日、プラスチック産業において慣習的であることは、加工機械、例えば射出成型機、吹込成形機、押出成形機などに、予め混合したプラスチック調合物を供給すること、または、大部分の場合に適用されるように、これら重量設定に基づいて様々な成分を計量して配合する重力配合器を用いて加工機械に直接供給すること、である。予め混合した調合物は、溶融状態にある樹脂、顔料及び添加物を混合することによって準備され、所望の質及び色を達成する。

より詳細には、重力配合器を用いて、各成分は、単一の計量チャンバ内に別個に分配され、そして、全ての成分は、混合チャンバ内に落とされ、この混合チャンバは、均質な配合物を自由落下式ホッパを通してプラスチック加工機械に送達する。重力配合器は、加工機械の喉部に、機械の次に、または、機械から比較的離れた中央配合領域に、据え付けられ得る。

現在、所望の色のプラスチック製品は、重力配合器を通して、または、加工機械の喉部に据え付けられた重力もしくは重量供給器によって、着色添加物であり、最終製品の必要な色合いと同じ色合いを有しているマスターバッチを供給することによって達成されている。

多量の着色添加物（マスターバッチ）を使用するプラスチック加工会社にとって非常に有利であることは、既定数のマスターバッチから選択した組合せを加工機械内に加えることによって所望の色合いを作り出す新規の方法を行うこと、または、選択した組合せのマスターバッチを押出成形機及びペレット化機械を通過させて所望の色合いを有する新たなペレットを形成すること、である。この方法を成功裏に行うために、非常に高度な正確性を必要とし、この正画成は、現在の供給器システムでは得られない。

したがって、本発明の目的は、正確に、０．０３グラム未満であり得る顆粒体混合物の各成分を別個に計量し得る計量混合システムを提供することである。

本発明のさらなる目的及び利点は、説明を進めると明らかであろう。

本発明の第１態様において、本発明は、プラスチック製品を製造するために加工機械によって必要とされた顆粒状成分の混合物を準備するための計量混合システムである。システムは、
ａ．混合物の成分の各成分に対する少なくとも１つの別個の計量ユニットであって、少なくとも１つの第１開口部及び少なくとも１つの第２開口部と、計量ホッパと、ロードセルと、少なくとも１つの供給システムと、を備える、計量ユニットと、
ｂ．計量した成分を計量ユニット全てから受け取り、加工機械に送達されることができる均質な配合物を作り出すように構成されたチャンバと、
を備える。

本発明にかかる計量混合システムにおいて、計量ユニットそれぞれが、所定重量の成分を二段計量処理を用いてチャンバに送達するように構成されている。第１計量段階では、最終バッチに必要な重量よりも若干小さい重量に等しい制御した量の材料を重力によって材料ホッパから少なくとも１つの第１開口部を通して計量ステーション内へ及びロードセルへ落とすことを可能とする。第２計量段階では、少なくとも１つの供給システムを動作させ、ロードセルによって計量された材料の重量が必要な重量に等しくなるまで、重力によって少なくとも１つの第２開口部を通して供給システム内へ落ちた少量の材料を計量ホッパ内へ落とさせ、ロードセルによって計量された材料の重量が必要な重量に等しくなると、少なくとも１つの供給システムの作動を停止して計量した成分が重力によってチャンバ内へ落ちることを可能とする。

供給システムそれぞれは、（ａ）オーガ、ネジ、投与シリンダ、供給管、振動機構及び搬送ベルトのうちの１つと、（ｂ）オーガ、ネジ、投与シリンダもしくは供給管を回転させるまたは搬送ベルトもしくは振動機構を駆動させるモータと、を備える。

本発明の形態にかかる計量混合システムにおいて、供給管は、強固に嵌められた圧縮バネを有する中空内部セクションと、材料ホッパから第２開口部を通して落ちた顆粒体材料が中空内部セクション内に入ることを可能とする開口部と、を備える。これら形態において、バネを形成するワイヤの直径及びバネの内部の直径は、モータを作動させて供給管を供給管の長手方向軸回りに回転させると、顆粒体材料がバネの端部に到達すると同時に一の顆粒体材料を計量ホッパ内に落とされるまで、供給管の中空内部セクション内の顆粒体材料が一列で螺旋経路においてバネの内部を通って移動するように、選択されている。これら形態において、供給管は、筒状スリーブによって囲まれ得、供給管の外壁には、ネジ山セクションが形成され得、ネジ山セクションにあるネジ山は、供給管とスリーブとの間の空間に入ろうとする顆粒体を供給管の開口部に向けて押し戻すために、供給管を回転させる方向とは逆方向に形成されている。

本発明の形態にかかる計量混合システムにおいて、計量ユニットは、０．０３ｇ未満の精度を有して所望の重量を実現するように構成されている。

本発明の形態にかかる計量混合システムにおいて、混合物の成分は、樹脂、マスターバッチ及び添加物から選択されている。

本発明の形態にかかる計量混合システムにおいて、混合物の成分は、色合いが異なる少なくとも２つのマスターバッチを備えており、少なくとも２つのマスターバッチは、システムによって組み合わせられ、加工機械が使用して単一の所望の色合いを有するプラスチック製品を製造する混合物を作り出す。

第２態様において、本発明は、所望の色合いを有するマスターバッチである。マスターバッチは、少なくとも２つのマスターバッチからなり、少なくとも２つのマスターバッチは、本発明の第１態様にかかる計量混合システムによって組み合わせられ、その後、押出成形機及びペレット化機械を通過させて所望の色合いを有する新たなペレットを形成する。

本発明の上記及び他の特徴全ては、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態の以下の例示的なかつ非限定的な説明を通してさらに理解される。

本発明のシステムを示す概略斜視図である。 本発明の計量ユニットを示す概略図である。 従来のオーガを示す概略図である。 ピッチが非常に細かい従来のオーガを示す概略図である。 本発明の供給管を示す概略側面図である。 本発明の供給管を示す概略横断面図である。

本発明は、プラスチック製品を製造するための加工機械によって必要な成分の混合物を準備するための計量混合システムである。特に、本発明は、特定のプラスチック製品のための所望の色合いを得るために、少なくとも２つの異なるマスターバッチからなる計量した混合物を準備するのに適している。

その正確性に起因して、システムは、例えばマスターバッチ、添加物及び樹脂など成形成分全ての混合物であって加工機械の自由落下式ホッパを通して加工機械に供給される混合物を、または、マスターバッチと添加物との混合物のみであって機械の喉部に位置する単一成分用の重量または容積供給器を通して機械に供給される混合物を、作り出し得る。第１の選択肢は、小型処理の量用途により適している。

各成分を単一の計量チャンバ内に別個に分配し、その後に成分全てを混合チャンバ内に落とし、この混合チャンバが均質な配合物を加工機械に送達させる従来の重力配合器と異なり、本発明にかかるシステムには、各成分のための計量チャンバが備え付けられている。したがって、計量は、並行して行われ、このため、より小さいロードセル、したがってより良好な正確性を使用することを可能とするが、依然として比較的高い処理能力を有する。

極度の正確性及び最高速を達成するために、計量ユニットは、まず、特定の設定点に近いが設定点より若干小さい重量を分配する。第２のかつ最終的な分配は、供給システムを用いて行われ、この供給システムは、それぞれが一度に少量の材料を分配できるオーガ、ネジ、搬送ベルトもしくは投与シリンダまたは振動機構と、オーガ、ネジもしくは投与シリンダを回転させるまたは搬送ベルトもしくは振動機構を駆動させるモータと、を備える。

図１は、本発明のシステムを示す概略斜視図である。システム１００は、モジュール式のシステムであり、このシステムは、所定の方法で配列された１以上の計量ユニット１０からなり得、この方法は、ユニットそれぞれにおいて計量された材料が個別のシュートを通って共通ファンネルを介してチャンバ１４内に落下することを可能としており、計量ユニット１０全ての出力を均一な混合物に混ぜ合わせ、この混合物は、加工機械内に供給され得る。計量ユニット１０それぞれは、顆粒状の異なるタイプの樹脂、マスターバッチまたは添加物を含む。正確な重量の個別の成分を混合器に供給するために、コンピュータ（図面に示さず）は、個別の計量ユニット１０それぞれの動作を制御する。既定の混合物を準備するため、コンピュータは、計量ユニット１０のうちコンピュータに最初から組み込まれている調合にしたがってその混合物に必要な材料を含む計量ユニットのみを動作させる。ここで、計量ユニットが構造的に及び機能的に同一であるので、システム１００の個別の計量ユニット１０は、同じく称されるが、商業用途において、サイズが異なり様々な量の材料を収容し得る。

図２は、本発明にかかる計量ユニット１０のうちの１つを概略的に示す。多くの点において、計量ユニット１０は、技術的によく知られている従来の計量システムと同様であり、したがって、ユニット１０の大部分の構成部材は、本明細書において詳細には説明しない。

計量ユニット１０は、一のタイプの材料、すなわち樹脂、マスターバッチまたは添加物を材料ホッパ２０内に落下させる真空（ベンチュリ）供給器１６を備える。ホッパ２０は、その底部に供給機構、例えばフラップ、オーガ、ネジ、振動機構またはパドルなどを有する第１開口部２４と、第２開口部２２と、を有する。第１計量段階において、素子（図面に示さず）によって必要なときに、第１開口部２４を開閉し、供給機構を動作させ、この素子は、システムコンピュータ（図面に示さず）によって制御されて制御した量の材料が重力によって計量ステーション３０内に落下することを可能とし、この計量ステーションでは、材料をロードセル３２上に計量する。計量ステーション３０に入った材料の重量が最終バッチに必要な重量よりも若干少ないと、コンピュータは、フラップ２４を閉じさせる。

実施形態にかかるシステムにおいて、例えば計量処理の第１段階中に材料ホッパ２０から計量ステーション３０への材料のより速い流動を可能とするため、材料ホッパは、供給機構を有する２以上の「第１開口部」２４を有する。

ホッパ２０の底部にある第２開口部２２は、材料が、重力によって、ホッパ２０から供給システム２５の喉部４０内に、及び、供給システムの喉部から筒状スリーブ２６の内部に、落下することを可能とする。計量処理の第２段階において、システムコンピュータによって制御されているモータ２８は、オーガ、ネジまたは供給管を筒状スリーブ２６内で回転させ、スリーブ２６内に入った顆粒体材料を管の端部に向けて押し出し、この管の端部では、顆粒体材料は、計量ホッパ３０内に落下する。そして、開口部２４から及び供給システム２５を通して計量ホッパ３０内に導入され、ロードセル３２によって計量された材料の全重量が必要な重量に等しい場合に、システムコンピュータは、モータ２８を停止してフラップ３４を開き、材料が重力によってファンネル１２を通ってチャンバ１４内に流動することを可能とし、このチャンバでは、材料は、計量ユニット１０と同一の他の個別のユニットによって並行して計量された他のタイプの材料と一緒にされる。

実施形態にかかる計量ユニットは、ホッパ２０の底部に２以上の「第２開口部」２２を備え得、これら第２開口部それぞれは、材料が重力によってホッパ２０から別個の供給システム２５の喉部４０内に落下することを可能とする。

筒状管２６の内側にあるオーガまたはネジは、所望の計量精度及び／または計量される材料の寸法に応じて、様々な形態を有し得る。例えば、図３は、約２０ｍｍの粗いピッチを有する従来のオーガを示しており、図４は、約３ｍｍの細かいピッチを有するオーガを示しており、このオーガは、粉体を計量する際に使用するために設計されている。図３に示すオーガの各回転は、プラスチック産業で使用される多数の典型的な顆粒体（推測される数は、０．０２グラム／顆粒体で計量すると約２００顆粒体）を計量ホッパ内に押し出し、したがって、絶対的な正確性が高い必要がなくまたは各バッチが多量の材料からなりそれにより相対的な正確性が所望の混合物を得るのに十分である用途において使用し得る。別の実施形態において、供給システムは、搬送ベルト、投与シリンダまたは振動機構を備え得る。

図５は、供給管３６の側面を概略的に示しており、図６は、供給管の横断面を示しており、この供給管は、１回転で１つのペレットを投与させるために発明者らによって設計されている。供給管３６の後方セクション４２は、中実であり、その長手方向対称軸回りに供給管３６を回転させるように構成されたモータ２８に連結されるように機械加工されている。供給管３６の残りの長さ部分の内部４４は、中空である。供給管３６の各回転において、開口部４１は、材料ホッパ２０（図２参照）の底部にある開口部２２の下方にある供給システムの喉部４０と位置合わせされる。これが発生すると、顆粒体材料は、供給管３６の中空内部４４内に入る。

供給管３６の前端部には、圧縮バネ４６が緊密に嵌め込まれている。バネ４６を形成するワイヤの直径及びバネの中空内部の直径は、供給管３６の前端部の内部に入った単一の顆粒体材料がバネの隣接するコイル間の概略三角状空間に適合するように選択されている。供給管３６が回転するにしたがって、顆粒体材料は、顆粒状材料がバネの端部に到達して同時に一の顆粒体材料をファンネル１８を通してかつそこから計量ホッパ３０内に落とすまで、一列で螺旋経路に沿ってバネ４６の内部を通って移動し、この計量ホッパでは、顆粒状材料は、ロードセルにある材料の重量に加えられる。

計量ユニット１０において、供給管３６は、筒状スリーブ２６で囲まれている。顆粒体材料が供給管３６の壁の外側とスリーブ２６の内壁との間を移動して結果的に供給管３６が回転することを阻害するまたは防止することを防止するために、供給管３６の外壁には、ネジ山セクション３８が形成されている。供給管とスリーブとの間の空間に入ろうとする顆粒体を供給管の開口部４１に押し戻すために、ネジ山セクション３８にあるネジ山は、供給管３６を回転させる方向とは逆方向に形成されている。供給システム２５が供給管３６を備える場合、コンピュータは、フラップ２４を閉じさせ、計量ステーション３０に入った材料の重量が最終バッチに必要な重量よりも小さい例えば０．１グラムから２０グラムに等しくなると、第１計量段階を終わらせる。

典型的なマスターバッチの一ペレットの重量が約０．０２ｇであるので、供給管３６を用いるシステムは、０．０３ｇ未満の正確性で所望の重量を達成できる。この正確性は、特に約１〜２キログラムの小さい成分混合物の場合において所望の色合いを得るためにマスターバッチ混合物を作り出すために、必須である。

成分それぞれに関する約０．０３ｇの正確性は、既存の重力配合器におけるまたはプラスチック産業の加工機械のために成分の混合物を準備するために使用される他のシステムにおける正確性をはるかに超える。

チャンバ１４から出た製品は、個別のペレットの均一な混合物であり、これらペレットは、個別の計量ユニットで計量されている。この混合物は、加工機械内で溶融された後、調合に起因して所望色を実現し、これら調合は、特定の重量の複数のマスターバッチそれぞれの組合せから所望の色合いを実現するために先行して計算されている。

本発明は、２以上のマスターバッチから顆粒体混合物を準備するために使用され得る。そして、この混合物は、押出成形機内で溶融され、その後、ペレット化機械を通過されてマスターバッチのペレットを作り出し得、これらペレットは、もともとの２以上の色の組合せである色を有する。この新たなマスターバッチは、製造業者に販売され、この製造業者は、このマスターバッチを樹脂及び例えば紫外線抵抗性を付与する他の添加物と加工機械へ一緒にし、所望の色を有する製品を製造する。

マスターバッチ生産者にとってこのようにする利点は、生産者が想定され得る色合いの利用可能なマスターバッチ全ての大きな在庫を有する必要がなく、生産者の顧客の選択からなる色であって限定的な色数のマスターバッチから作り出せる色を有するマスターバッチを顧客に迅速に提供できることである。顧客にとっての利点は、顧客の生産設備で使用される少量のマスターバッチ注文をより速くかつ低価格で受け取ることである。

多量の着色添加物（マスターバッチ）を使用する加工会社にとって、既定数のマスターバッチから選択した組合せを加工機械に加えることによって、または、新たな均質なマスターバッチを作り出すために、選択した組合せのマスターバッチを押出成形機及びペレット化機械を通過させて所望の色合いを有する新たなペレットを形成することによって、所望の色合いを作り出すために本発明にかかる新規な方法を行う利点は、多くの色合いのマスターバッチの在庫リストを低減することにより可能性のある低コストであり、これら多くの色合いのマスターバッチのうちの一部は、これら一部が少量で注文されまたあまり注文されないので、非常に高価である。

システムの基本構成において、分配することは、必要なレシピにしたがって予め設定された量のマスターバッチによって制御される。

別の構成において、必要な基準に対する結果として生ずる色の正確性を改善するため、分配することは、結果として生ずる製品の色についての外部フィードバックによって制御される。これは、分光光度計、色センサ及び同様の装置のような様々な手段を用いることによって、達成され得る。

本発明をプラスチック産業で使用するために上述したが、同様の要求を有する他の産業、例えば化学産業などで使用され得る。また、システムは、供給システムにおいて、図４に示すような例えば３ｍｍのピッチを有する、従来ではない細かいネジ山を有するオーガを用いることによって粉体と共に使用するように設計され得る。

本発明の実施形態を実例として説明したが、本発明は、特許請求の範囲を逸脱することなく、多くの変形、改変及び適応を用いて行われ得ることを理解されたい。

１０ 計量ユニット，ユニット、１４ チャンバ、２０ 材料ホッパ，ホッパ、２２ 第２開口部，開口部、２４ 第１開口部，開口部、２５ 供給システム、２６ 筒状管，筒状スリーブ，スリーブ、２８ モータ、３０ 計量ホッパ，計量ステーション、３２ ロードセル、３６ 供給管、３８ ネジ山セクション、４１ 開口部、４４ 中空内部，内部、４６ 圧縮バネ，バネ、１００ システム

Claims (10)

1. プラスチック製品を製造するために加工機械によって必要とされた顆粒状成分の混合物を準備するための計量混合システムであって、
   ａ．前記混合物の成分の各成分に対する少なくとも１つの別個の計量ユニットであって、少なくとも１つの第１開口部及び少なくとも１つの第２開口部と、計量ホッパと、ロードセルと、少なくとも１つの供給システムと、を備える、計量ユニットと、
   ｂ．計量した成分を計量ユニット全てから受け取り、前記加工機械に送達されることができる均質な配合物を作り出すように構成されたチャンバと、
   を備えることを特徴とする計量混合システム。
2. 前記計量ユニットそれぞれが、所定重量の成分を二段計量処理を用いて前記チャンバに送達するように構成されており、
   第１計量段階において、最終バッチに必要な重量よりも若干小さい重量に等しい制御した量の材料を重力によって材料ホッパから少なくとも１つの前記第１開口部を通して計量ステーション内へ及び前記ロードセルへ落とすことを可能とし、
   第２計量段階において、少なくとも１つの前記供給システムを動作させ、前記ロードセルによって計量された材料の重量が必要な重量に等しくなるまで、重力によって少なくとも１つの前記第２開口部を通して前記供給システム内へ落ちた少量の材料を前記計量ホッパ内へ落とさせ、前記ロードセルによって計量された材料の重量が必要な重量に等しくなると、少なくとも１つの前記供給システムの作動を停止して計量した成分が重力によって前記チャンバ内へ落ちることを可能とすることを特徴とする請求項１に記載の計量混合システム。
3. 前記供給システムそれぞれが、
   （ａ）オーガ、ネジ、投与シリンダ、供給管、振動機構及び搬送ベルトのうちの１つと、
   （ｂ）前記オーガ、前記ネジ、前記投与シリンダもしくは前記供給管を回転させるまたは前記搬送ベルトもしくは前記振動機構を駆動させるモータと、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の計量混合システム。
4. 前記供給管が、強固に嵌められた圧縮バネを有する中空内部セクションと、前記材料ホッパから前記第２開口部を通して落ちた顆粒体材料が前記中空内部セクション内に入ることを可能とする開口部と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の計量混合システム。
5. 前記バネを形成するワイヤの直径及び前記バネの内部の直径が、前記モータを作動させて前記供給管を当該供給管の長手方向軸回りに回転させると、顆粒体材料が前記バネの端部に到達すると同時に一の顆粒体材料を前記計量ホッパ内に落とすまで、前記供給管の前記中空内部セクション内の顆粒体材料が一列で螺旋経路において前記バネの内部を通って移動するように、選択されていることを特徴とする請求項４に記載の計量混合システム。
6. 前記供給管が、筒状スリーブによって囲まれており、
   前記供給管の外壁には、ネジ山セクションが形成されており、
   前記ネジ山セクションにあるネジ山が、前記供給管と前記スリーブとの間の空間に入ろうとする顆粒体を前記供給管の前記開口部に向けて押し戻すために、前記供給管を回転させる方向とは逆方向に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の計量混合システム。
7. 前記計量ユニットが、０．０３ｇ未満の精度を有して所望の重量を実現するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の計量混合システム。
8. 前記混合物の成分が、樹脂、マスターバッチ及び添加物から選択されていることを特徴とする請求項１に記載の計量混合システム。
9. 混合物の成分が、色合いが異なる少なくとも２つのマスターバッチを備えており、
   少なくとも２つの前記マスターバッチが、当該システムによって組み合わせられ、加工機械が使用して単一の所望の色合いを有するプラスチック製品を製造する混合物を作り出すことを特徴とする請求項８に記載の計量混合システム。
10. 所望の色合いを有するマスターバッチであって、
    少なくとも２つのマスターバッチからなり、
    少なくとも２つの前記マスターバッチが、請求項１に記載の計量混合システムによって組み合わせられ、その後、押出成形機及びペレット化機械を通過させて所望の色合いを有する新たなペレットを形成することを特徴とするマスターバッチ。

Images