JP4451659B2 - マニホルドを中央に配置し区域加熱機能を有するホットメルト接着剤システム - Google Patents

Description

［発明の分野］
本発明は、流動性材料を吐出する吐出システムに関し、特にホットメルト接着剤吐出システムに関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国仮出願第６０／３４５，８８６号および同第６０／３４５，８８７号（ともに２００１年１０月２９日付で出願）の利益を主張し、その開示内容をこの参照により本明細書中に援用する。

［発明の背景］
熱可塑性接着剤（普通なら、「ホットメルト」接着剤としても知られている）は、多種の製品を接着させるために広く業界で用いられている。ホットメルト接着剤吐出システムは通常、１つまたは複数の吐出ガンと、当該吐出ガンに接続された加熱ホースと、接着剤を溶融し、加熱した液状接着剤を加熱ホースを介してガンへ供給する吐出ユニットとを含む。従来のホットメルト接着剤システムの吐出ユニットは、タンクと、ヒーターと、ポンプと、マニホルドと、制御装置とを含む。ヒーターはタンクのベースに配置され、タンクはマニホルドの上に搭載されて、ヒーターがタンクとマニホルドの両方を加熱できるようになっている。マニホルドは、タンクに接続した入口を有し、通常は加熱ホースに接続した複数の出口ポートを有する。接着剤材料は、固形状または半固形状でタンクに供給され、タンクで溶融され、所望の塗布温度まで加熱される。タンクとマニホルドにつながっているポンプは、液状接着剤をタンクからマニホルドと加熱ホースを介して吐出ガンへ送る。制御装置は通常、タンクに隣接して配置され、ヒーターおよび加熱ホースに供給する電力を制御して、液状接着剤を用途に応じて適切な粘度および温度に維持する。制御装置は通常、他の多くのシステム動作も制御する。

上述のような従来のホットメルト接着剤システム用の吐出ユニットは長年使用されているものであるが、デザイン上の改良が依然として必要である。例えば、マニホルドがタンクの下に配置されているため、マニホルドの出口ポートを接着剤ガンに接続する加熱ホースの長さが、タンクに隣接して配置されるガンと、制御装置に隣接して吐出ユニットの反対側に配置されるガンとで異なる非対称レイアウトとなる。この非対称性は、単一の吐出ユニットを２つの製造ラインの間に位置付けて双方のラインに接着剤を供給する場合に問題となる可能性がある。これは、別個の吐出ユニットを用いて別個の製造ラインに供給を行う場合にも問題となる可能性がある。いずれの場合にも、現在の吐出ユニットが非対称的である結果、エンドユーザは、吐出システムの様々な配置構成に対応するために様々な長さの加熱ホースを購入して常備しておかなければならない。

また、共通ヒーターを使用してタンクとマニホルドの両方を加熱することにより、マニホルド内を流れる接着剤は、その適切な粘度および温度を維持するために多くの場合に必要であるよりも多くの熱にさらされ得る。これは特に、タンクの液面が低いときに動作中のタンクに追加された固形または半固形の接着剤を溶融するためにヒーターを駆動する場合に問題となる。この問題は熱衝撃と呼ばれることもあり、制御システムが、オペレータによって追加された比較的低温の固形または半固形の接着剤を速く溶融しようとすることによって起こる。高速かつ強化された加熱は、マニホルド内の接着剤の望ましくない炭化および劣化を生じ、よって様々な接着性能の問題を生じる可能性がある。

従来のホットメルト接着剤システムのもう１つの課題は、ポンプを始動時の動作温度まで加熱するために必要な時間に関する。ポンプはタンク内に位置するため、タンク内の高温接着剤により間接的にしか加熱されない。これは通常、始動時間を長くする。タンク内にポンプが配置されているため、タンクの接着剤保持容量が最小になり、新たな接着剤をタンク内へ受け入れるための有効なタンク開口のサイズが制限される。

少なくとも上記の理由により、ユーザが常備しておく加熱ホースをより統一的な長さのものとすることを可能にする構成を有するホットメルト接着剤システムの吐出ユニットが必要とされている。また、マニホルド内を流れる接着剤のより精密な温度制御を容易に行うとともに始動時にポンプをより速く加熱するホットメルト接着剤システム用の吐出ユニットも必要とされている。

［発明の概要］
本発明は、接着剤供給マニホルドへの供給ホース接続部がユニットの左右の側面の中央に配置されるホットメルト接着剤システム用の吐出ユニットを提供する。本発明は、液状接着剤を１つまたは複数の製造ラインに供給するために共通の長さの加熱ホースを用いることができるという点で利点を提供する。エンドユーザは、接着剤吐出システムの様々な設置で用いるのに、単一長のホースを購入して常備しておくだけでよい。このデザインにより、加熱ホースコードセットの制御装置上の電気接続部に対するアクセス性が改善され、ユニットが占める垂直方向の外囲容器（envelope）または空間が著しく小さくなる。

より具体的には、ホットメルト接着剤システム用の吐出ユニットは、タンクと、マニホルドと、制御装置とを含む。マニホルドは、タンクに隣接して配置されるとともに、タンクと制御装置の間に位置付けられる。マニホルドの出口ポートは、ユニットのタンク側および制御装置側端部に対して略中央に配置されるように構成されている。マニホルドがタンクの下に配置されないため、吐出ユニットの全高を低くして、常用外囲容器（service envelope）を短くすることができる。もう１つの利点は、従来のポンプ（例えばピストンポンプ）をタンクの外側に配置することができることである。これにより、ポンプの保守を容易にし、かつポンプを垂直方向に向けることが可能になり、ポンプ作用が向上する。また、タンクからポンプを取り除くことで、タンク内のポンプが作る障害物がなくなり、タンクの開口および容量が最大となる。

別の態様において、吐出ユニットのマニホルドはタンクから断熱されており、個別制御可能なマニホルドヒーターを有する。したがって、マニホルド内を流れる接着剤の温度をより精密に制御して、ホットメルト接着剤が適切な粘度および温度で接着剤ガンに確実に供給されるようにすることができる。具体的には、マニホルドの温度とタンクの温度を個別に制御することにより、特に比較的低温の接着剤をタンクに追加した場合に、マニホルド内の接着剤の望ましくない炭化および劣化を防ぐ。マニホルド内での過度の熱の上昇が防止され、マニホルドが確実に適切な塗布温度に常に維持されるようにする。

本発明の別の態様において、マニホルドに連結したポンプは、タンクの外側に配置され、マニホルドに熱結合されマニホルドヒーターにより加熱されるようになっている。この配置構成により、タンクの接着剤保持容量を最大化することができ、ポンプの加熱をより直接的に行って始動時間を短縮する。

本発明のさらに別の態様において、マニホルドヒーターはマニホルドから容易に取り外すことができ、ヒーターの保守または交換を容易にする。

本発明の上記および他の特徴、利点および目的は、当業者が以下の好適な実施形態の詳細な説明を検討し、添付図面と併せて理解すればより容易に明らかとなろう。

本明細書に組み込まれてその一部をなす添付図面は、本発明の実施形態を例示し、上記の本発明の概要と以下の詳細な説明とともに、好適な実施形態の詳細を説明するのに役立つ。

［詳細な説明］
図１を参照して、本発明の原理を組み込んだ吐出ユニット２０を含むホットメルト接着剤システム１０を示す。吐出ユニット２０は、固形または半固形の接着剤材料２４ａを受け取って溶融するタンク２２と、タンク２２に接続されたマニホルド２６と、制御装置２８とを含む。タンク２２は、側壁３０と、取り外し可能なカバー３１と、ベース３２とを含み、ベース３２は、タンク２２内の液状接着剤材料２４を溶融加熱する１つまたは複数のタンクヒーター３４を含む。このベース３２は、タンク２２と一体的であってよく、１つまたは複数のヒーター３４は所定位置に鋳込んでもよい。ベース３２に近接するタンク出口３６は、マニホルド２６の入口４０に接続する通路３８に連結している。

マニホルド２６は、スペーサ４１によりタンク２２の側壁３０に取り付けられ、タンク２２とマニホルド２６の断熱を行うのに十分な距離４２だけタンク２２から離れている。例示的な実施形態において、スペーサ４１はアルミニウムでできている。マニホルド２６に連結された垂直方向に向けられたピストンポンプ５８が、液状接着剤２４をタンク２２からマニホルド２６内へ送り、そこで別個の流れに分割する。マニホルド２６は、１つまたは複数の接着剤ガン４８、５０につながった加熱ホース４６を嵌めて、液状接着剤２４をガン４８、５０に供給することができる複数の出口ポート４４を有する。

ガン４８、５０は、接着剤２４を所望の製品（図示せず）に塗布する１つまたは複数の接着剤吐出モジュール５４を含む。接着剤吐出モジュール５４は、ガンヒーター５３を有するとともにフレーム５２上に支持されたガン本体５１に取り付けられる。図１に示すホットメルト接着剤システム１０は２つのガン４８、５０を吐出ユニット２０の両側に１つずつ含むが、代わりに異なる数および構成を用いてもよい。

図１に示すように、マニホルド２６はタンク２２に隣接して、タンク２２と制御装置２８の間に配置される。マニホルド２６がユニット２０の中央に配置される他の構成も同様に使用できることが理解されるだろう。マニホルド２６の出口ポート４４は、吐出ユニット２０の略中央に構成され、所定の出口ポート４４からユニット２０のタンク側または制御装置側への距離が略同一となるようになっている。この出口ポート４４を中央に配置した構成により、同一長のホース４６を使用して液状接着剤２４を、吐出ユニット２０の両側に配置される吐出ライン４８、５０に供給することができる。

マニホルド２６は、タンクヒーター３４とは別個で、かつ制御装置２８により個別に制御することができるマニホルドヒーター５６を含む。本発明の吐出ユニット２０は、タンク２２から断熱された別個のマニホルドヒーター５６およびマニホルド２６を有するため、マニホルド２６内を流れる接着剤２４の温度は、単一のヒーターを利用してタンク２２内の接着剤２４を溶融加熱する機能とマニホルド２６を加熱する機能の両方を行う従来のシステムよりも精密に制御することができる。さらに、別個のマニホルドヒーター５６により、タンク２２に新たに追加した比較的低温の固形または半固形の接着剤２４ａを溶融するためにタンクヒーター３４に電力供給しているときに、マニホルド２６内の接着剤２４を過熱する可能性がなくなるか、あるいは著しく低くなる。

別個のタンクヒーター３４およびマニホルドヒーター５６を利用するもう１つの利点は、加熱要素のデザインを単純化し、在庫品がある手持ちの品目として市場からいつでも入手できることである。マニホルドヒーター５６はまた、例えばマニホルドヒーター５６をマニホルド２６に固定するために用いられるボルト５７を取り外すことによって、マニホルド２６から容易に取り外しできるように構成してもよい。図１ではマニホルドヒーター５６をマニホルド２６にボルトで留めた状態で示すが、マニホルドヒーター５６は他の方法でマニホルド２６に取り付けてもよいことが理解される。マニホルドヒーター５６が容易に取り外し可能であることにより、マニホルド２６またはマニホルドヒーター５６の保守が容易になる。

本発明の別の態様において、ポンプ５８はタンク２２の外部にある。ポンプ５８は、マニホルド２６に取り付けられて、マニホルドヒーター５６により加熱されることが好ましい。この配置構成により、タンク開口６０を広くし、タンク容量を大きくし、ポンプ５８を加熱するために必要な時間を短縮することができる。また、ポンプ５８のピストン（図示せず）が垂直方向に移動することも可能になり、ポンプ作用が向上する。

吐出ユニット２０は、吐出ユニット２０用の電源および電子制御部（electronic controls）を収容する制御装置２８を含む。加熱ホース４６は、各ホース４６に関連するコードセット６２によって制御装置２８に電気的に結合されている。制御装置２８は、タンクヒーター３４、マニホルドヒーター５６、加熱ホース４６、およびガンヒーター（複数可）５３を個別に監視および調整して、タンク２２内に受け入れた固形または半固形の接着剤２４ａを溶融し、かつ溶融した接着剤２４の温度を維持して、ガン４８、５０に供給され接着剤吐出モジュール５４によって吐出される接着剤２４が確実に適切な粘度であるようにすることが好ましい。

図２および図３は、吐出ユニット２０’、２０”の好ましい実施形態をそれぞれ示し、これら２つのユニットの違いは主に容量が小さいか大きいかである。図２は容量の小さいユニット２０’の背面図を示し、図３は、外側ハウジングを部分的に切断して中央に配置されたマニホルド２６”およびポンプ５８”を示す容量の大きいユニット２０”の正面図を示す。本発明によれば、これらの実施形態の各々に関して、マニホルド２６’、２６”はユニット２０’、２０”の左右の側面の間の中央に配置される。好ましくは、マニホルド２６’、２６”はそれぞれ、タンク２２’、２２”と制御装置２８’、２８”の間に配置される。図１の概略図と同様に、垂直方向に向けられたピストンポンプ５８”は、マニホルド２６”の前面に取り付けられ、マニホルド２６”の上に延在している（図３）。図２には示さないが、同様の垂直方向に向けられたピストンポンプがマニホルド２６’の前面でカバー５８ａの下に取り付けられ、マニホルド２６’の上に延在する。さらに図２に示すように、出口ポート４４がマニホルド２６’の後ろ側に設けられ、適切なホース（図示せず）に接続する。同様の出口ポート（図示せず）がマニホルド２６”の後ろ側に設けられる。

図４のブロック図は、マニホルドヒーター５６、タンクヒーター３４、加熱ホース４６、およびガンヒーター（複数可）５３との制御装置の接続を示す。制御装置２８は、タンクヒーター３４、加熱ホース４６、マニホルドヒーター５６、およびガンヒーター５３にそれぞれ電気的に結合された個々の制御装置部分７０、７２、７４、７６を含む。始動時に、タンクヒーター３４、マニホルドヒーター５６、および加熱ホース４６は十分に電力供給されて、各構成部品の温度を所定の設定値温度（通常は３５０°Ｆ〜４００°Ｆ）まで上昇させる。これらの構成部品の温度がそれぞれの設定値温度に近くなると、ガンヒーター制御部分７６がガンヒーター５３を駆動し、個々の制御装置部分７０、７２、７４、７６がそれぞれタンクヒーター３４、マニホルドヒーター５６、加熱ホース４６、およびガンヒーター（複数可）５３のオン・オフの繰り返しを開始し、所望の温度を過度に超えたり、所望温度に過度に達しなかったりすることを防ぐ。このようにして制御装置２８は、動作温度までの滑らかな上昇を行い、次に制御装置部分７０、７２、７４、７６がそれぞれの構成部品のオン・オフサイクルを実行してそれぞれの設定値温度を維持することにより、動作温度を吐出ユニット２０の動作中ずっと維持する。

新たな接着剤材料２４ａがタンク２２に追加されると、タンクヒーター制御部分７０が温度の低下を検知し、タンクヒーター３４のオンサイクルを実行して、新たに追加された接着剤２４ａを溶融し、その一方で、マニホルドヒーター制御部分７４、加熱ホース制御部分７２、およびガンヒーター制御部分７６はそれぞれマニホルド２６、加熱ホース４６、および接着剤ガン４８、５０を略一定の温度に維持する。上述のように各構成部品内の接着剤２４の温度を個別に制御することにより、接着剤２４を過熱して炭化あるいは劣化させる過度の温度に接着剤２４をさらすことなく、液状ホットメルト接着剤２４が確実に適切な塗布温度および粘度で接着剤吐出モジュール５４に供給されるようにする。

本発明を様々な実施形態の説明により例示し、これらの実施形態をかなり詳細にわたって説明してきたが、添付の特許請求項の範囲をかかる詳細に制限すること、あるいは何ら限定することは意図されていない。さらなる利点および変更が当業者には容易に明らかとなろう。したがって、本発明はより広い態様において、図示および説明した特定の詳細、代表的な装置および方法、ならびに例示的な実施例に限定されない。したがって、出願人の全般的な発明概念の範囲または精神を逸脱することなく、上記の詳細を発展させることができる。

本発明の原理を組み込んだ吐出ユニットを含むホットメルト接着剤システムの概略図である。 吐出ユニットの第１の実施形態の背面立面図である。 部分的に切断されてポンプおよびマニホルドを示す吐出ユニットの第２の実施形態の正面立面図である。 本発明の吐出ユニット用のヒーター制御システムを示すブロック図である。

Claims (18)

1. 接着剤を吐出するための吐出ユニット（２０，２０’，２０”）であって、
   前面、後面、左側面、及び右側面を有するハウジングと、
   接着剤供給源に流体連通する入口（４０）とそれぞれがホース（４６）に連結されるように構成された複数の出口（４４）とを有するマニホルド（２６，２６’，２６”）と、
   前記マニホルド（２６，２６’，２６”）を通して接着剤を送るポンプ（５８，５８”）とを備え、
   前記マニホルド（２６，２６’，２６”）は、前記ハウジングの前記左側面と前記右側面との間の中央に位置づけられて、前記複数の出口が前記左側面及び前記右側面から略等距離となっていることを特徴とする吐出ユニット。
2. 接着剤材料を加熱溶融するためのヒーター（３４）及び内部を有するタンク（２２，２２’，２２”）をさらに備え、
   前記マニホルド（２６，２６’，２６”）は、前記タンク（２２，２２’，２２”）と制御装置（２８）との間に位置づけられていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ユニット。
3. 前記制御装置（２８）は、前記タンクの前記ヒーター（３４）とマニホルドヒーター（５６）とを独立して制御するように動作することを特徴とする請求項２に記載の吐出ユニット。
4. 前記制御装置（２８）は、前記タンクの温度を第１の設定値に維持し、前記マニホルドの温度を第２の設定値に維持することを特徴とする請求項３に記載の吐出ユニット。
5. 接着剤材料を受け入れるためのタンク内部を共同して画定する少なくとも一つの側壁（３０）及び底部（３２）を有するタンク（２２，２２’，２２”）と、
   接着剤材料を加熱溶融するために前記タンクに関連するタンクヒーター（３４）とをさらに備え、
   前記マニホルド（２６，２６’，２６”）は、前記タンク（２２，２２’，２２”）及び前記タンクヒーター（３４）から離間して設けられており、且つ、マニホルドヒーター（５６）を有することを特徴とする請求項１に記載の吐出ユニット。
6. 前記マニホルドヒーター（５６）は、前記マニホルド（２６，２６’，２６”）から取り外すことができることを特徴とする請求項５に記載の吐出ユニット。
7. 前記タンク（２２，２２’，２２”）及び前記マニホルド（２６，２６’，２６”）は、互いに断熱されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の吐出ユニット。
8. 前記ポンプ（５８）は、前記タンク（２２，２２’，２２”）から前記マニホルド（２６，２６’，２６”）を通して液状接着剤を送ることを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載の吐出ユニット。
9. 前記ポンプ（５８）は、前記マニホルド（２６，２６’，２６”）に連結され、前記吐出ユニット内で中央に位置づけられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の吐出ユニット。
10. 前記ポンプは、垂直方向に往復するように動作する向きに配置されたピストンポンプ（５８，５８”）をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の吐出ユニット。
11. （ａ）第１及び第２の接着剤吐出ガン（４８，５０）と、
    （ｂ）第１及び第２の略等しい長さの電気加熱ホース（４６）であって、それぞれ前記出口（４４）と前記第１及び第２の接着剤吐出ガン（４８，５０）との間に連結された電気加熱ホースとを備えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の吐出ユニット。
12. 接着剤の加熱を制御する制御装置（２８）をさらに備え、
    前記制御装置は、第１の側面に沿って配置されており、
    前記マニホルド（２６’，２６”）は、前記吐出ユニットの第２の側面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ユニット。
13. 前記マニホルド（２６’，２６”）は、前記タンク（２２，２２’，２２”）と前記制御装置（２８）との間に位置づけられていることを特徴とする請求項１２に記載の吐出ユニット。
14. 前記後面及び前記前面のそれぞれは、前記左側面及び前記右側面の長さよりも大きい長さを有していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の吐出ユニット。
15. 前記マニホルド（２６’，２６”）は、高さが幅よりも大きいことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の吐出ユニット。
16. 前記マニホルドは、少なくとも二つの垂直方向に隔置された出口（４４）を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の吐出ユニット。
17. 前記出口（４４）は、一又は二以上の垂直方向列で配置されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の吐出ユニット。
18. 各列が二つの出口を含む二列の出口（４４）があることを特徴する請求項１７に記載の吐出ユニット。

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