JP4109991B2 - 小分けにした材料を射出成形機に供給するためのシステム - Google Patents

Description

発明の分野および背景

本発明は、成形機の分野に関するものであり、より詳しくは、小分けにした材料（portions of material）をプラスチック射出成形機に供給するためのシステムに関するものである。

数種類の重量式計量供給装置およびシステムが公知である。これらの装置およびシステムは、多量の材料の供給に使用される。生産システムにおいて、例えば、着色剤のように少量が必要とされる場合には、容量式の計量法（volume methods）を用いて所要の重量を達成している。容量式の計量法は、ひどく騒々しく振動も多い生産現場において数グラム単位の重量計測を行うことは困難であるという理由から、少量の材料を供給する際に使用されている。

重量式計量供給を達成するために使用される容量式計量供給法には、いくつかの欠点がある。材料の比重は、例えば、新たな生産バッチにおいて変化する場合があり、よって、新たな尺度変換（scaling）が必要となる。体積／重量間の尺度変換（volume-weight scaling）は長い過程であり、熟練した作業者が必要である。さらに、供給される体積の制御は不可能であるため、容量式計量供給法においては、供給手段が永続的に均等な量の材料を排出するものと仮定しており、よって、材料流動（material streaming）の問題は無視されている。

供給ホッパーは、通常、材料を供給するための排出口を有している。材料の一部、すなわち、排出口に対して垂直な軸内に存在する材料は、ホッパーに圧力を加えない。この「排出口軸（outlet-shaft）」は、ホッパーの重量計測における誤差の原因となる。これは、前記排出口軸内に存在する材料、もしくはこの材料の少なくとも一部が重量計測されないためである。このようなホッパーを重量計測する際には、ロードセルを校正する。

したがって、供給する少量の材料を正確に重量計測する能力を有する、小分けにした材料を射出成形機に供給するためのシステムの必要性が認められており、またこのようなシステムを有することは極めて有利であると考えられる。

発明の要旨

本発明は、供給する少量の材料を正確に重量計測する能力を有する、小分けにした材料を射出成形機に供給するためのシステムに関するものである。

本発明の教示によれば、小分けにした材料を射出成形機に供給するためのシステムであって、（ａ）供給手段と、（ｂ）前記供給手段に取り付けられた、充填用開口部（fill opening）と排出口とを有する容器と、（ｃ）前記容器内に配置された、充填用開口部と排出口とを有する材料ホッパーと、（ｄ）前記材料ホッパーに接続されたロードセルと、（ｅ）制御器とを備え、前記制御器は、（i）前記ロードセルおよびロスインウェイト法を用いて、供給された材料の重量を算出する機能と、（ii）前記供給手段を制御する機能とを有するシステムが提供される。

記載されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、前記システムの前記材料ホッパーは、じょうご型の下部と、上部とを有し、前記上部の断面積は、垂直方向の各高さにおいて同一である。前記材料ホッパーの前記上部は、互いに平行な傾斜した壁を有していてもよい。

記載されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、前記システムの前記制御器は、少なくとも１個の小分け材料を前記材料ホッパーから排出するように前記供給手段に命令し、所定重量の小分け材料を排出させるため、各小分け材料を、所与の時点で、所与の期間にわたって排出させる機能をさらに有している。

記載されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、前記制御器は、排出された前記小分け材料の重量の算出を行う機能をさらに有し、前記算出は、（１）多数の小分け材料を排出させ、（２）ロスインウェイト法を用いて前記多数の小分け材料の重量を算出し、（３）前記多数の小分け材料の前記重量を、前記小分け材料の個数で割ることによって行われる。

記載されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、前記供給手段がスクリューフィーダであり、前記制御器は、前記小分け材料の前記重量が前記所定重量と異なる場合には、前記スクリューフィーダの回転速度を増加もしくは減少させることによって、後続の小分け材料の重量を調節する機能をさらに有している。

記載されている好ましい実施形態におけるさらなる特徴によれば、前記材料ホッパーの前記排出口が、前記容器の前記排出口からずれた、より高い位置にある。

本発明のさらに別の態様によれば、正確な重量計測を行うための材料ホッパーであって、（ａ）排出口を有するじょうご型の下部と、（ｂ）互いに平行な壁もしくは円筒状の壁を有する上部とを備え、前記壁が傾斜していてもよい材料ホッパーが提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、供給される小分け材料を正確に重量計測するための方法であって、（ａ）傾斜した円筒であるか、もしくは互いに平行な傾斜した壁である上部を有する材料ホッパー内に材料を貯蔵することと、（ｂ）所定個数の小分け材料を供給することと、（ｃ）ロードセルを使用し、前記材料ホッパーの重量減少を用いて、前記所定個数の小分け材料の重量を算出することと、（ｄ）前記所定個数の小分け材料の前記重量を前記小分け材料の個数で割ることにより、前記所定個数の小分け材料に含まれる各小分け材料の重量を算出することとを含む方法が提供される。前記所定個数の小分け材料は、前記ロードセルの感度を、供給された前記小分け材料の推定重量で割ることによって算出できる。

本発明は、供給する少量の材料を正確に重量計測する能力を有する、小分けにした材料を射出成形機に供給するためのシステムを提供することにより、既存の技術における欠点に首尾よく対処している。

好ましい実施形態の説明

本発明は、供給する少量の材料を正確に重量計測する能力を有する、小分けにした材料を射出成形機に供給するためのシステムである。

図面および本明細書に記載の説明を参照することにより、本発明に係るシステムの原理および作用に対するさらなる理解が得られるであろう。

本明細書ならびに後に示す請求の範囲の項目に使用されている「ウェイトインロス（weight-in-loss）」という用語は、ホッパーから排出もしくは消費された材料を重量計測する公知の方法であって、排出前重量を有する、材料を取り出す前の前記ホッパーをまず重量計測し、次に、排出後重量を有する、材料を取り出した後の前記ホッパーを重量計測し、それから、前記排出前重量から前記排出後重量を引くことによって、取り出された材料の重量に相当する前記ホッパーの重量減少を求める方法を指す。

本明細書ならびに後に示す請求の範囲の項目に使用されている「排出口軸」という用語は、ホッパーの排出口に対して垂直な軸内に位置し、前記ホッパーの壁に対して圧力を加えない、前記ホッパー内の材料の一部を指す。

ここで図面を参照すると、図１は、前記システムの概略ブロック図を示している。前記システムは、容器１０と、前記容器１０内に配置された材料ホッパー１１と、前記材料ホッパー１１に接続されたロードセル１６と、前記ロードセル１６の情報に基づいて重量を算出し、小分けにした材料を成形機１５に排出するようにスクリューフィーダ１２のモーター１４に命令する制御器１３とを備えている。

前記ホッパー１１の上部は、傾斜した壁を有している。この形状により、前記ホッパー内における材料の高さを最低限に保つことによって、前記排出口軸内の材料を一定に保つことが可能となる。さらに、前記ホッパー１１の上部の壁は互いに平行であり、このため、排出された各小分け材料によって前記ホッパー１１内に新たに生じる空間の形状が。したがって、前記ホッパー１１内における材料圧力の分布（the profile of the material-pressure）が一定に保たれる。前記ホッパー１１の互いに平行な傾斜した壁により、重量の誤差が最小限に抑えられ、重量の校正が容易になる。

前記材料は、正確な重量の小分け材料として成形機に供給しなければならず、また、各小分け材料は、所与の時点で、所与の継続時間にわたって供給しなければならない。この目的を達成するため、前記制御器１３は、前記スクリューフィーダ１２の前記モーター１４に対し、所与の時点で、所与の継続時間にわたる特定の回転速度（spin）での回転を開始するように命令する。供給を行う前記所与の時点および継続時間は、前記成形機１５によって与えられる事項であるため、前記スクリューフィーダ１２の回転速度は、供給される小分け材料の重量を制御するために使用できる唯一の変数である。まず始めに、前記制御器１３は、前記ホッパー１１の第１の重量を前記ロードセル１６から取得し、前記モーター１４に対し、前記スクリューフィーダ１２を、前記システムの操作員によってあらかじめ決められた回転速度で、所与の継続時間にわたって回転させるように命令する。所定個数の小分け材料が排出された後、前記制御器１３は、前記ホッパー１１の第２の重量を取得する。前記制御器１３は、前記ホッパー１１の前記第１の重量と、前記ホッパー１１の前記第２の重量と、ロスインウェイト法とを用いて、供給された前記小分け材料の総重量を取得する。前記制御器１３は、前記総重量を供給された前記小分け材料の個数で割り、前記各小分け材料の重量を得る。得られた小分け材料の重量が所定重量と異なる場合には、前記制御器１３は、前記スクリューフィーダ１２の前記モーター１４の回転速度を増加もしくは減少させることによって、次に排出される一連の小分け材料の重量を調節する。この処理は順次行ってもよいし、または所定の時間に行ってもよい。

図２は、前記材料ホッパー内に材料が存在し、かつ前記システムが動作位置もしくは動作可能位置（work or ready to work position）にある状態における前記システムの断面図である。前記材料ホッパー１１に材料１７が充填されている。前記材料１７は、前記材料ホッパー１１の排出口１８を介して、前記材料ホッパーの排出口１８と前記容器１０の排出口２０との間に形成された空間１９へと供給される。この空間１９から、前記材料１７が、前記容器の排出口２０を介して、前記スクリューフィーダ１２へと供給される。前記材料ホッパーの排出口１８は、前記容器の排出口２０からずれた位置にあり、これにより、前記材料の高さ２２が前記排出口軸２１の上端よりも高い位置にある限り、前記排出口軸２１を一定に保つことが可能となり、さらに、騒音および前記スクリューフィーダ１２およびそのモーター１４の振動から前記材料ホッパー１１が隔離される。前記制御器１３は、前記材料の高さ２２が低下して限界高さに達すると、補給手段２３に対し、前記材料ホッパー１１に材料を補給するよう命令する。前記材料１７の一部は前記空間１９内に位置し、バッファとして働く。このバッファは、前記材料ホッパー１１を隔離し、騒音および前記スクリューフィーダ１２およびそのモーター１４の振動を防ぎ、前記ロードセル１６による前記材料ホッパー１１の正確な重量計測を可能にする。

上述の説明は、あくまでも例示目的に示したものであり、さらに本発明の範囲および精神から逸脱しない範囲において、その他の多くの実施形態が可能であることが理解されるであろう。

図１は、システムの概略ブロック図である。 図２は、材料ホッパー内に材料が存在し、かつシステムが動作位置もしくは動作可能位置にある状態におけるシステムの断面図である。

Claims (9)

1. 小分けにした材料（portions of material）を射出成形機に供給するためのシステムであって、
   （ａ）前記小分けにした材料を前記射出成形機に供給する供給手段と、
   （ｂ）前記供給手段に取り付けられた、充填用開口部（fill opening）と排出口とを有する容器と、
   （ｃ）前記容器内に配置された、充填用開口部と排出口とを有する材料ホッパーと、
   （ｄ）前記材料ホッパーに接続されたロードセルと、
   （ｅ）制御器とを備え、
   前記制御器は、
   （i）前記ロードセルおよびロスインウェイト法を用いて、供給される材料の重量を算出する機能と、
   （ii）前記供給手段を制御する機能とを有するシステム。
2. 前記材料ホッパーは、じょうご型の下部と、上部とを有し、前記上部の断面積は、垂直方向の各高さにおいて同一である請求項１に記載のシステム。
3. 前記材料ホッパーの前記上部は、互いに平行な傾斜した壁を有している請求項２に記載のシステム。
4. 前記制御器は、（iii）少なくとも１個の小分け材料を前記材料ホッパーから排出するように前記供給手段に命令し、所定重量の小分け材料を排出させるため、前記各小分け材料を、所与の時点で、所与の期間にわたって排出させる機能をさらに有している請求項３に記載のシステム。
5. 前記制御器は、（iv）前記小分け材料の重量を算出する機能をさらに有し、
   前記算出が、
   １．多数の小分け材料を排出させ、
   ２．ロスインウェイト法を用いて前記多数の小分け材料の重量を算出し、
   ３．前記多数の小分け材料の前記重量を、前記小分け材料の個数で割ることによって行われる請求項４に記載のシステム。
6. 前記供給手段がスクリューフィーダである請求項５に記載のシステム。
7. 前記制御器は、（ｖ）前記小分け材料の前記重量が前記所定重量と異なる場合には、前記スクリューフィーダの回転速度を増加もしくは減少させることによって、後続の小分け材料の重量を調節する機能をさらに有している請求項６に記載のシステム。
8. 前記材料ホッパーの前記排出口が、前記容器の前記排出口からずれた位置にある請求項７に記載のシステム。
9. 前記材料ホッパーの前記排出口が、前記容器の前記排出口より高い位置にある請求項８に記載のシステム。

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