JP6541093B2 - 液状着色剤対応溶融吐出装置および液状着色剤注入装置並びに液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料樹脂を溶融混練して吐出し、所望の色合いの成型品を形成する射出成形機や押出成形機等の溶融吐出機に関連し、この溶融吐出機に液状着色剤を注入する液状着色剤注入装置と、この液状着色剤注入装置を溶融吐出機に付設した液状着色剤対応溶融吐出装置に関する。

種々の形状や種々の色合いを有するプラスチック材料の成形には、色むらを発生させず、また所望の発色が安定して得られるようにマスターバッチや樹脂コンパウンドが用いられている。これらの原料は、既に樹脂に着色されているため、溶融して所望の型に射出したり、溶融樹脂を所定形状のノズルから押し出すことでプラスチック製品を製造したりすることができる。

しかしながら、同色の製品を多量に製造する場合には好適であるが、色揃えが豊富な少量の製品を製造する等の場合には、マスターバッチや樹脂コンパウンドは事前に調色して作製しておくことが必要なため、少量の需要に対しては単価が高くなり、原料の調達が直ぐにはできないという欠点があった。また、溶融吐出機の色替え操作にも新色のマスターバッチ等を多量に使用するため色替えが困難であった。溶融吐出機の運転を工夫して効率良く色替えを行う技術については、例えば特開２０１２−１４３９６０号公報（特許文献１）に記載がある。

特開２０１２−１４３９６０号公報

こうした従来技術に対して、色替えが簡単にでき原料の調達も容易な技術を利用できれば便利である。例えば、マスターバッチや樹脂コンパウンドを利用する代わりに無色または白色の原料樹脂を準備しておき、これに所望の液状着色剤を混練し射出する技術を用いれば色替えが容易で少量のロットにも対応できる。
しかしながら、予め所望の色味がつけられている場合と違い、所望の製品量に応じてその都度、適応量の液状着色剤を混合するため、ロット毎に色味が異なり、安定して所望の色合いを得ることが難しいという課題が生じている。
そこで本発明は、こうした課題に対応するためになされたものであり、所望の色合いが安定して得られる装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
［１］原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機と、その溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置と、を備える液状着色剤対応溶融吐出装置であって、
原料樹脂の供給に対して液状着色剤の供給時間と供給量とを制御する制御装置を備えるものであり、
液状着色剤注入装置は、液状着色剤貯留タンクと、この液状着色剤貯留タンクから溶融吐出機に対して送出管路を通じて液状着色剤を送り出す送出ポンプと、送出管路の開閉を行うバルブと、液状着色剤の送出量を制御するコントローラとを備えるものである液状着色剤対応溶融吐出装置。
［２］原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機と、その溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置と、を備える液状着色剤対応溶融吐出装置であって、
原料樹脂の供給に対して液状着色剤の供給時間と供給量とを制御する制御装置を備えるものであり、
液状着色剤注入装置は、液状着色剤貯留タンクと、この液状着色剤貯留タンクから流入する所定量の液状着色剤を貯留するバレルとを備えるものである液状着色剤対応溶融吐出装置。

［３］液状着色剤貯留タンクとバレルに対してエア流通管路で接続してエアの吐出および吸引を行うエアパルス式コントローラをさらに備える液状着色剤対応溶融吐出装置。
［４］原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機と、その溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置と、を備える液状着色剤対応溶融吐出装置であって、
原料樹脂の供給に対して液状着色剤の供給時間と供給量とを制御する制御装置を備えるものであり、
液状着色剤注入装置は、液状着色剤を噴出可能なディスペンサーである液状着色剤対応溶融吐出装置。

［５］溶融吐出機に付設する原料樹脂搬入量検出装置をさらに備える上記液状着色剤対応溶融吐出装置。
［６］液状着色剤注入装置に設けた液状着色剤吐出管の先端を溶融吐出機に設けた原料投入口の中央に配置する上記液状着色剤対応溶融吐出装置。
［７］制御装置は、原料樹脂の供給開始と液状着色剤の供給開始、および原料樹脂の供給終了と液状着色剤の供給終了とを一致させる同時タイミング制御を行う上記液状着色剤対応溶融吐出装置。
［８］制御装置は、原料樹脂の供給開始から終了までの間に液状着色剤の供給開始から終了までを完了させて液状着色剤の供給を原料樹脂の供給よりも早く完了させる同率タイミング制御を行う上記液状着色剤対応溶融吐出装置。

［９］原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置であって、
液状着色剤貯留タンクと、この液状着色剤貯留タンクから溶融吐出機に対して送出管路を通じて液状着色剤を送り出す送出ポンプと、送出管路の開閉を行うバルブと、液状着色剤の送出量を制御するコントローラとを備える液状着色剤注入装置。
［１０］送出ポンプがスクリューポンプまたはチューブポンプである上記液状着色剤注入装置。
［１１］さらに流量計を備える上記液状着色剤注入装置。

［１２］原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置であって、
液状着色剤貯留タンクと、この液状着色剤貯留タンクから流入する所定量の液状着色剤を貯留するバレルとを備える液状着色剤注入装置。
［１３］液状着色剤貯留タンクとバレルに対してエア流通管路で接続してエアの吐出および吸引を行うエアパルス式コントローラをさらに備える液状着色剤対応溶融吐出装置。
［１４］エアパルス式コントローラは液状着色剤の送出量を制御するコントローラである上記液状着色剤注入装置。

［１５］原料樹脂の溶融吐出機への供給開始信号を受けて所定時間後に液状着色剤注入装置から液状着色剤の送出を開始させるステップと、原料樹脂の供給終了信号を受けて液状着色剤注入装置から液状着色剤の送出をストップさせるステップと、を実行し、原料樹脂の供給開始に応じて液状着色剤の供給を開始し、原料樹脂の供給終了に応じて液状着色剤の供給を終了する液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法。
［１６］原料樹脂の溶融吐出機への供給開始信号を受けて所定時間後に液状着色剤注入装置から液状着色剤の送出を開始させるステップと、設定された原料樹脂量に対する液状着色剤量を吐出するステップと、を実行し、原料樹脂の供給開始に応じて液状着色剤の適量を吐出する液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法。
［１７］原料樹脂の溶融吐出機への供給開始信号を受けて所定時間後に液状着色剤注入装置から液状着色剤の送出を開始させるステップと、原料樹脂の供給量率に関する信号を受けてこの供給量率に対応する液状着色剤の供給量率となるように液状着色剤注入装置からの液状着色剤の送出量を制御する液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法。

本発明の液状着色剤対応溶融吐出装置および液状着色剤注入装置並びに液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法によれば、マスターバッチ等を用いずに液状着色剤を用いることで成型品製造時の色替えを容易にすることができる。

液状着色剤注入装置の第１実施形態の概略説明図である。 液状着色剤注入装置の第２実施形態の概略説明図である。 液状着色剤注入装置の第３実施形態の概略説明図である。 原料樹脂と液状着色剤の供給タイミングの第１実施形態である同時タイミングを説明する概略説明図である。 原料樹脂と液状着色剤の供給タイミングの第２実施形態である同率タイミングを説明する概略説明図である。 原料樹脂と液状着色剤の供給タイミングの第３実施形態である変形同率タイミングを説明する概略説明図である。 液状着色剤対応溶融吐出装置の第１実施形態のブロック図である。 液状着色剤対応溶融吐出装置における液状着色剤吐出管の配置を説明する模式図である。 液状着色剤対応溶融吐出装置における液状着色剤吐出管の別の配置を説明する模式図である。 液状着色剤対応溶融吐出装置の第２実施形態のブロック図である。 液状着色剤対応溶融吐出装置の第３実施形態のブロック図である。

本発明について、種々の実施形態に基づいて図面を参照しつつさらに詳しく説明する。なお、いくつかの実施形態において共通する構成、装置、動作、効果等については重複説明を省略する。

＜１．液状着色剤注入装置＞
まず、原料樹脂を溶融し吐出する射出成形機や押出成形機等の溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置について種々の実施形態に基づいて説明する。

第１−１実施形態［図１］： 図１には第１実施形態として液状着色剤注入装置１１の概略図を示す。この図で示すように、液状着色剤注入装置１１は、液状着色剤貯留タンク１２と、送出ポンプであるスクリューポンプ１３と、流量計１４と、バルブ１５と、コントローラ１６とを備えている。
液状着色剤貯留タンク１２は、予め準備した所定の色味を有する液状着色剤（リキッドカラー）Ｌを蓄えておく容器である。パウチ容器やボトル容器等の利用が可能である。貯留する液状着色剤には、所望の色味を有する調色済みの液状着色剤としても良いが、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色を別々の液状着色剤貯留タンク１２に備えておくこともでき、さらにこれ以外の色味の液状着色剤を蓄えるものとすることもできる。
なお、この液状着色剤貯留タンク１２と同様の装置を、洗浄液を貯留する洗浄液貯留タンクとして備えておくこともできる。色替えが容易なことが特徴であるが、こうした洗浄液貯留タンクを設けておけば、大がかりに掃除する場合などに効果的である。

送出ポンプ１３は、液状着色剤貯留タンク１２から溶融吐出機Ｆに対して送出管路ｔ１を通じて液状着色剤を送るポンプであり、ここではスクリューポンプ１３を用いている。スクリューポンプ１３のポンプモータには、ギヤードステッピングモータやＡＣモータを利用できる。スクリューポンプ１３は、液状着色剤の粘度や含有物の種類、液の性状またはエアの混入等によらずに安定して液体を送ることができるため好ましい。また、吐出停止の直前にスクリューを反対に回転させることで液だれを防止できる点でも好ましい。但し、その送出量を正確に制御することが難しいため、流量計１４を併せて用いることが好ましい。流量計１４は、エアが混入しても所定の送出量を重量換算で計測できるようにコリオリ式の流量計を用いることが好ましい。

バルブ１５は、送出管路ｔ１の開閉を行うものであり、液状着色剤を溶融吐出機に供給しない場合には送出管路ｔ１を閉じることで液状着色剤を密閉状態で維持することができる。バルブ１５には、直動式の電磁弁を利用したバルブとすることができ、また一般的な二方バルブの他、三方バルブを用いることができる。三方バルブを用いる場合は、このバルブ１５から液状着色剤貯留タンク１２に戻す循環経路を準備しておくことで（図示せず）、溶融吐出機Ｆ側に吐出せず、この閉管路内で液状着色剤を循環させることができる。液状着色剤が分離し易い液体であるような場合には、循環経路を使って液状着色剤を循環させておくことで、液状着色剤の分離を防止することができる。バルブ１５の洗浄を不要としたい場合には、ピンチバルブを採用することが好ましい。

コントローラ１６は、液状着色剤の送出量を制御するものであり、ＭＣＵ等を内蔵するものとすることができる。このコントローラ１６は、スクリューポンプ１３や流量計１４、バルブ１５と有線ｔ３や無線で接続し、送出ポンプ１３の稼働および出力（回転数等）制御とバルブ１５の開閉制御を行い、クローズドループを採用した流量監視を実行する。液状着色剤貯留タンク１２を色ごとに複数個設けている場合には、この液状着色剤貯留タンク１２とも接続し、コントローラ１６からの信号で所望の色の液状着色剤貯留タンク１２を所定時間開放することで、溶融吐出機Ｆには調色後の液状着色剤を吐出させることもできる。

液状着色剤注入装置１１による溶融吐出機Ｆへの液状着色剤の供給は、スクリューポンプ１３を稼働しバルブ１５を開くことにより、液状着色剤貯留タンク１２側の送出管路ｔ１に負圧を発生させ、液状着色剤貯留タンク１２から液状着色剤を送出管路ｔ１内に引き込んで流出させる。スクリューポンプ１３を通過した液状着色剤の流量は、流量計１４で通過液量を積算監視しながら、バルブ１５を通った液状着色剤は溶融吐出機Ｆに送出される。所定流量が流れればコントローラ１６からの信号でバルブ１５を閉じる。こうして、溶融吐出機Ｆ内に所定量の液状着色剤を供給することができる。
三方バルブ１５を利用するときには、溶融吐出機側の管路を閉鎖し、液状着色剤貯留タンク１２に戻る循環経路側の管路を開放してスクリューポンプ１３を稼働すれば、液状着色剤は液状着色剤貯留タンク１２から送出されてまた液状着色剤貯留タンク１２に戻るため、液状着色剤中に含有される着色剤等の分散の安定性を保つことができる。

第１−２実施形態［図２］： 図２には第２実施形態として液状着色剤注入装置２１の概略図を示す。この図で示すように、液状着色剤注入装置２１は、液状着色剤貯留タンク１２と、送出ポンプであるチューブポンプ２３と、バルブ１５と、コントローラ１６とを備えている。ここで、液状着色剤貯留タンク１２とバルブ１５、コントローラ１６は第１実施形態で説明したものと同じである。

チューブポンプ２３は、液状着色剤注入装置１１で用いた流量計１４を用いなくても正確に送出量をコントロールできる点で好ましい。即ち、チューブポンプ２３によれば、その回転速度を制御することにより、液状着色剤の流量を算出することができる。また、チューブポンプ２３を用いれば、チューブごと交換することにより色替えが簡単であるという利点も有する。
第２実施形態でのコントローラ１６は、チューブポンプ２３およびバルブ１５と有線ｔ３や無線で接続し、チューブポンプ２３の稼働および出力（回転数等）制御とバルブ１５の開閉制御を行い、クローズドループを採用した流量監視を実行する。

液状着色剤注入装置２１による溶融吐出機Ｆへの液状着色剤の供給は、チューブポンプ２３を稼働しバルブ１５を開くことにより、液状着色剤貯留タンク１２側の送出管路ｔ１に負圧を発生させ、液状着色剤貯留タンク１２から液状着色剤を引き込み送出管路ｔ１内に流出させる。チューブポンプ２３を通過した液状着色剤の流量は、チューブポンプ２３の回転速度やチューブ（送出管路ｔ１）の断面積等から算出しておき、チューブポンプ２３を回転させることでバルブ１５を通じて液状着色剤を溶融吐出機に送出する。チューブポンプ２３で所定量の液状着色剤を送出すればコントローラ１６はバルブ１５を閉じる。こうして、溶融吐出機内に所定量の液状着色剤を供給することができる。

第１−３実施形態［図３］： 図３には第３実施形態として液状着色剤注入装置３１の概略図を示す。この図で示すように、液状着色剤注入装置３１は、液状着色剤貯留タンク１２と、バレル３４と、エアパルス式コントローラ３６とを備えている。そして、エアパルス式コントローラ３６と液状着色剤貯留タンク１２、およびエアパルス式コントローラ３６とバレル３４の間はエア流通管路ｔ２で接続している。

液状着色剤貯留タンク１２は第１実施形態で説明したものと同じである。
バレル３４は、例えばワンショット分の吐出量等、所望の液量の液状着色剤を液状着色剤貯留タンク１２から取り込んで一時的に貯留するものである。換言すれば、バレル３４に貯留させる液状着色剤はワンショット分等の所定量の液状着色剤である。このバレル３４と液状着色剤貯留タンク１２とを連通する送出管路ｔ１のバレル側端部には液状着色剤充填ノズル３４ａを有し、これを開放することで液状着色剤貯留タンク１２からバレル３４へ液状着色剤を注入可能としている。また、バレル３４には溶融吐出機Ｆに液状着色剤を排出する吐出口３４ｂも有している。
エアパルス式コントローラ３６は、エア流通管路ｔ２を通じて圧縮エアを送ったり吸引したりするものであり、液状着色剤貯留タンク１２からバレル３４への所定量の液状着色剤の供給を行い、またバレル３４から溶融吐出機Ｆ側への液状着色剤の送出を行うことができる。

液状着色剤注入装置３１による液状着色剤の供給は次のように行う。エアパルス式コントローラ３６から液状着色剤貯留タンク１２に通じるエア流通管路ｔ２を通じて圧縮エアを送り、液状着色剤貯留タンク１２を加圧してバレル３４側に液状着色剤が流れやすいようにする。そして、バレル３４に設けた液状着色剤充填ノズル３４ａを開放するとバレル３４内に液状着色剤が流れ込むのでワンショット分の液状着色剤をバレル３４に取り込んでこの液状着色剤充填ノズル３４ａを閉じる。ワンショット分の液状着色剤の計量は、バレル３４の液高さを目視またはセンサで読み取るか、流入した液状着色剤の重量を測定して行う。

次に、バレル３４から液状着色剤を溶融吐出機Ｆへ送出するには、エアパルス式コントローラ３６からバレル３４に通じるエア流通管路ｔ２を通じて、エアパルス式コントローラ３６からバレル３４へ圧縮エアを送り込みバレル３４内を加圧する。そして、バレル３４の吐出口３４ｂを開校すれば溶融吐出機Ｆ側に液状着色剤が流れ出す。その後、バレル３４内の液状着色剤の排出を目視またはセンサで検出して、バレル３４の吐出口３４ｂを閉じる。また、エアパルス式コントローラ３６からの圧縮エアの送出を停止して吸引に切り替え、バレル３４内を減圧にする。こうした操作サイクルを繰り返してバレル３４内への所定量の液状着色剤の供給とバレル３４から溶融吐出機Ｆへの所定量の液状着色剤の吐出を行う。

上記過程で、バレル３４の液高さやバレル３４重量の計測を液高さ検出センサや重量測定機等を取り付けて自動で行えるようにし、これらの装置とエアパルス式コントローラ３６を有線ｔ３や無線で接続し、かつ液状着色剤充填ノズル３４ａや吐出口３４ｂの開閉も自動で行えるようにすれば、液状着色剤貯留タンク１２からバレル３４への所定量の液状着色剤の流入と溶融吐出機Ｆへの所定量の液状着色剤の吐出をエアパルス式コントローラ３６で自動制御することもできる。この場合のエアパルス式コントローラ３６は、バレル３４の吐出口３４ｂや液状着色剤充填ノズル３４ａの開閉を制御し、液状着色剤の総出量を制御するコントローラとしても機能する。

本実施形態の変形例として、エアパルス式コントローラ３６を用いない態様を取ることもできる。液状着色剤貯留タンク１２をバレル３４の上方に配置するなどすれば、液状着色剤充填ノズル３４ａを開閉することで、液状着色剤貯留タンク１２からバレル３４への液状着色剤の流入を可能とすることができる。また、この液状着色剤充填ノズル３４ａの開閉は、エアパルス式コントローラ３６に代えて上記コントローラ１６を用いることで自動開閉させることもできる。

また、液状着色剤注入装置は、上記実施形態の変形例として、液状着色剤を噴出可能なディスペンサーとすることができる。このディスペンサーは、液状着色剤の所定量を圧縮エアで噴出させるものであり、離間した目的箇所まで液滴を飛ばすことができるため、溶融吐出機の原料樹脂投入口に向けて離れたところから液状着色剤を注入することができる点で好ましい。

＜２．原料樹脂と液状着色剤の供給タイミング＞
上述の液状着色剤注入装置１１，２１，３１により、所定量の液状着色剤を所定時間をかけて溶融吐出機に供給することができるが、液状着色剤注入装置からの液状着色剤の供給は、原料樹脂を溶融吐出機Ｆに供給する供給量と供給時期とを考慮して行うことが好ましい。即ち（１）製造する成型品の重量中の液状着色剤の重量（液状着色剤の充填割合）と、（２）原料樹脂と液状着色剤の混合時期（液状着色剤の混合時期）とを考慮することにより、均一の色味を有する成型品を安定して製造することができるからである。

まず、単位成型品当たりの原料樹脂に対する液状着色剤の充填割合は予め決定することができる。最適な色合いを出すために必要な着色剤量は原料樹脂の材質、樹脂量に応じて決定することができるからである。
次に、液状着色剤の混合時期については以下に説明する種々の態様を適用することができる。溶融吐出機Ｆは、原料樹脂を搬入し移動させながら溶融するスクリューを有しているため、その装置機序に則した混合方法を採用することが均一の色合いを有する成型品の安定製造に結びつくからである。
次には、液状着色剤の混合時期、換言すれば、原料樹脂と液状着色剤の供給のタイミング（「供給タイミング」ともいう）について、いくつかの態様を挙げて説明する。

第２−１実施形態（同時タイミング）［図４］： 第１の態様としての原料樹脂と液状着色剤の供給タイミングは、原料樹脂の供給の開始（Ａｓ）と液状着色剤の供給の開始（Ｂｓ）をほぼ同時とし、原料樹脂の供給の終了（Ａｅ）と液状着色剤の供給の終了（Ｂｅ）もほぼ同時とするものである。この供給タイミングを示す概略説明図を図４に示す。図４から原料樹脂の供給開始（Ａｓ）のときに同時に液状着色剤の供給を開始（Ｂｓ）し、また、原料樹脂の供給が終了（Ａｅ）すれば、それと同時に液状着色剤の供給も終了（Ｂｅ）していることがわかる。また、原料樹脂および液状着色剤の供給開始（Ａｓ，Ｂｓ）から終了（Ａｅ，Ｂｅ）までの間、供給量率（単位時間当たりの供給量）はそれぞれ一定であることが好ましい。図４では、原料樹脂の供給量率はαで一定であり、液状着色剤の供給量率はβで一定である場合を示している。

同時タイミングで原料樹脂と液状着色剤を供給することにより、原料樹脂の供給の開始から終了までの間、原料樹脂に対して液状着色剤が混合されるため、原料樹脂に対する液状着色剤の充填割合が一定し易く偏りが少なくなる。このとき原料樹脂と液状着色剤の供給量率をそれぞれ一定とすれば、原料樹脂に対する液状着色剤の充填割合が常に一定であるため、より色味を安定させることができる。この実施形態による供給タイミングは、射出成形でも押出成形でも好ましく利用することができるが、押出成形の場合により好ましく利用できる。
なお、図４では原料樹脂と液状着色剤が断続的に供給される場合を示しているが、連続成形の場合は、原料樹脂と液状着色剤がともに連続して供給されることになる。

原料樹脂の供給開始と液状着色剤の供給開始をほぼ同時とする解釈には、液状着色剤の供給口に原料樹脂が供給され始めてから液状着色剤を供給し始めるまでの液状着色剤供給の若干の遅れを含むものとする。原料樹脂の供給が始まってから液状着色剤の供給を始めれば、供給される液状着色剤は原料樹脂に確実に付着することになり、溶融吐出機の一部を汚すことが少なくなるからである。
また、原料樹脂の供給停止と液状着色剤の供給停止をほぼ同時とする解釈には、液状着色剤の供給が完全に停止してから原料樹脂の供給も停止する程度の原料樹脂供給停止の若干の遅れを含むものとする。液状着色剤の供給停止前に原料樹脂の供給が停止すると、液状着色剤は原料樹脂以外の溶融吐出機Ｆの機器部分に付着して、その部分を汚す恐れがあるからである。

第２−２実施形態（同率タイミング）［図５］： 第２実施形態としての供給タイミングは、原料樹脂の供給の開始（Ａｓ）と液状着色剤の供給の開始（Ｂｓ）をほぼ同時とするが、原料樹脂の供給の終了（Ａｅ）よりも液状着色剤の供給の終了（Ｂｅ）を早くするものである。この供給タイミングは、図５に示すように、原料樹脂の一定の供給時間に対して、液状着色剤の供給時間はそれより短い一定の時間で終了するものである。

例えば、射出成形品を形成する場合に、溶融樹脂のワンショット分の原料樹脂の供給が仮に３０秒で行われるとすると、液状着色剤の供給は原料樹脂の供給開始と同時に開始するが１０秒後に終了するような場合である。連続して射出成型品を形成する際は、この３０秒のサイクルを連続すれば良く、結果として原料樹脂を供給し続ける一方で、液状着色剤は１０秒間供給し２０秒間供給を休止し、次の１０秒間で供給し、その次の２０秒間で休止する、といったサイクルを繰り返すことになる。
本実施形態においても、原料樹脂と液状着色剤のそれぞれの供給開始から終了までの間、供給量率は一定であることが好ましい。液状着色剤を供給する際の吐出制御が容易になるからである。

この方法によれば、原料樹脂の供給終了時に液状着色剤の供給終了時を合わせる必要がなく、供給量の多い原料樹脂の供給時間とは別に供給量の少ない液状着色剤の供給時間を決定し易い。そのため、少量ずつ長い時間にわたって液状着色剤の送出を続ける必要がなく、液状着色剤の吐出制御が容易になる。本実施形態では、液状着色剤の供給量率については、供給開始から終了にかけて徐々に増やすことも好ましい。原料樹脂と液状着色剤それぞれの供給量率を同じにすると、供給初期段階での原料樹脂に対する液状着色剤の供給割合が高くなり、供給末期段階での原料樹脂に対する液状着色剤の濃度が低くなりやすいため、終了に至るに従って供給量を多くすれば、初期段階でも末期段階でもそれらの段階における原料樹脂に対する液状着色剤の割合を、成型品における原料樹脂に対する液状着色剤の割合に近づけることができるからである。
なお、同率タイミングにおいても同時タイミングと同様に、原料樹脂の供給開始と液状着色剤の供給開始をほぼ同時とする解釈には、原料樹脂の供給を液状着色剤の供給よりも若干早める場合を含むものとする。

第２−３実施形態（変形同率タイミング）［図６］： 上記第２実施形態で説明した同率タイミングの変形形態である。原料樹脂と液状着色剤の供給開始時をほぼ同時とする代わりに、液状着色剤の供給時を原料樹脂の供給時よりも遅らせることとしたものである。この供給タイミングの概略説明図を図６に示す。こうした態様として、原料樹脂が供給されている間に液状着色剤の供給開始と停止を完了すれば、第２実施形態で示した同率タイミングの場合と同様に、単位成型品あたりの原料樹脂に対する液状着色剤の供給割合は同じになる。

こうした同時タイミング、同率タイミング、変形同率タイミングとして説明した例は何れも一つの実施形態であり、次に説明するような変更も可能である。
例えば、一サイクルごとの原料樹脂や液状着色剤の供給量率はαやβとして一定として説明したが、任意のサイクル目からαをα’にするなどの変更ができる。また、一サイクルごとの原料樹脂や液状着色剤の供給時間も一定として説明したが、任意のサイクル目から液状着色剤の供給時間を長くするなどの変更もできる。こうした変更が可能なように、特に押出成形の場合に液状着色剤の供給量率を徐々に変化させることを意図的に行えば色味の変化する成型品を作製することができる。

＜３．液状着色剤対応溶融吐出装置＞
これまでに説明した液状着色剤注入装置１１，２１，３１（「液状着色剤注入装置Ｇ」とも表記するものとする）は既存の溶融吐出機Ｆに付設して液状着色剤対応溶融吐出装置とすることができる。この液状着色剤対応溶融吐出装置について、種々の実施形態に基づいて説明する。

第３−１実施形態［図７〜図９］： 最初に説明する液状着色剤対応溶融吐出装置１０１は、既存の溶融吐出機Ｆと、液状着色剤注入装置Ｇと、を備えるものである。前述の液状着色剤注入装置Ｇは、既存の溶融吐出機Ｆに対して外付けで利用できるといった利点が特徴であり、溶融吐出機Ｆの大幅な改造なしに液状着色剤注入装置Ｇを設置して液状着色剤対応溶融吐出装置１０１とすることができる。液状着色剤対応溶融吐出装置１０１を図７のブロック図で示す。

溶融吐出機Ｆは、着色済みのマスターバッチや樹脂コンパウンドを溶融して吐出する装置であり、射出成形機や押出成形機、ブロー成型機、真空成型機、圧空成型機等を挙げることができ、原料樹脂を溶融し吐出する機能を備えている装置であればこれらの装置に限定されず、特定の種類や形状についても限定されない。また、既に液状着色剤を注入可能としている溶融吐出機であっても良い。図８で示すように、一般的な溶融吐出機Ｆは、原料樹脂の投入口Ｆａが外部に対して露出しているので、この投入口Ｆａを通じて液状着色剤を注入することができる。また、この投入口Ｆａを通じての液状着色剤の注入は、原料樹脂の溶融過程の上流側で行われるため、原料樹脂と液状着色剤との十分な混合が可能となる。

そして、液状着色剤の吐出管Ｇａの先端Ｇｂは、投入口Ｆａの中央に液状着色剤が流れるように設置することが好ましい。図８で示せば、投入口Ｆａに取り付けられるホッパー１０４との接続部であるホッパー受け１０５に開口を設けて液状着色剤の吐出管Ｇａを挿通し、ホッパー受け１０５の中心部に吐出管Ｇａの先端Ｇｂを配置している。投入口Ｆａの中央に配置することで原料樹脂との確実な接触を図ることができる。

液状着色剤注入装置の吐出管Ｇａは、図９で示すように、ホッパー１０４の開口からその側壁に沿って入れ、吐出管Ｇａの先端Ｇｂをホッパー受け１０５の中心部に配置することもできる。こうした方法によれば、吐出管Ｇａをホッパー１０４に配置するだけでより簡単に液状着色剤注入装置Ｇを付設することができる。

第３−２実施形態［図１０］： 次に説明する液状着色剤対応溶融吐出装置２０１は、図１０のブロック図で示すように、既存の溶融吐出機Ｆと、液状着色剤注入装置Ｇとに加え、さらに制御装置２０６を備えている。溶融吐出機Ｆと液状着色剤注入装置Ｇの配置構成は液状着色剤対応溶融吐出装置１０１と同じである。
液状着色剤対応溶融吐出装置２０１では、制御装置２０６を有することで、原料樹脂の供給に対して液状着色剤の供給のタイミングを合わせることを可能にした液状着色剤対応溶融吐出装置である。

制御装置２０６は、パーソナルコンピュータやクラウド型のコンピュータなどからなり、ＣＰＵ等の演算処理装置２０６ａとプログラムを格納したメモリ２０６ｂを備えるものである。メモリ２０６ｂには、種々の信号を検知して原料樹脂の供給と液状着色剤の供給のタイミングを合わせるための種々のプログラムが格納されている。この制御装置２０６は、溶融吐出機Ｆと液状着色剤注入装置Ｇとに制御信号の授受が可能なように接続している。なお、制御装置２０６は液状着色剤注入装置Ｇのコントローラとは別に設けることができるが、両者の機能を実行することができる一つの装置としても良い。

液状着色剤対応溶融吐出装置２０１における制御装置２０６は、先に説明した同時タイミングや同率タイミングを実行して、原料樹脂の供給と液状着色剤の供給を行うことができる。次には、この供給タイミングごとに液状着色剤対応溶融吐出装置２０１の作用について説明する。

第３−２−１ 同時タイミング： 同時タイミングは、原料樹脂の供給開始および終了と、液状着色剤の供給開始および終了とを一致させるものである。
まず、溶融吐出機Ｆを稼働させるスイッチが押される等、原料樹脂の溶融吐出機Ｆへの供給が開始されるとその信号を受けて制御装置２０６が液状着色剤注入装置Ｇから液状着色剤の送出を開始させる。液状着色剤注入装置１１であればスクリューポンプ１３を稼働し、液状着色剤注入装置２１であればチューブポンプ２３を稼働し、液状着色剤注入装置３１であればバレル３４の吐出口を開放する。

そして、原料樹脂の供給速度（単位時間当たりの搬入量）に関係する溶融吐出機Ｆのスクリューの回転数等の運転速度に起因する信号に基づいて制御装置２０６の演算処理装置２０６ａがメモリ２０６ｂに内蔵されたプログラムに従って液状着色剤注入装置Ｇからの液状着色剤の単位時間当たりの送出量を決定し制御する。例えば液状着色剤注入装置１１，２１であれば送出ポンプ１３，２３の回転数を制御する。

次に、溶融吐出機Ｆを止めるスイッチが押される等、原料樹脂の供給がストップするとその信号に基づいて制御装置２０６は液状着色剤注入装置Ｇから液状着色剤の送出をストップさせる信号を発し、液状着色剤注入装置１１，２１であれば送出ポンプ１３，２３の稼働を停止する。こうして原料樹脂の供給開始と液状着色剤の供給開始を同時に行い、原料樹脂の供給停止と液状着色剤の供給停止とを同時に行うようにすることができる。

第３−２−２ 同率タイミング： 同率タイミング（ここでは変形同率タイミングを含む）は、所定の単位数量あたりの成型品製造における原料樹脂の供給開始から終了までの間に液状着色剤の供給開始から終了までを完了させるように、原料樹脂の供給時間よりも液状着色剤の供給時間を短くして原料樹脂と液状着色剤のそれぞれを供給するものである。
まず、溶融吐出機Ｆを稼働させるスイッチが押される等、原料樹脂の供給を開始するとその信号に基づいて制御装置２０６が所定時間後（同時を含む）に液状着色剤注入装置Ｇから液状着色剤の送出を開始させる。液状着色剤注入装置１１、２１であれば送出ポンプ１３，２３を稼働し、液状着色剤注入装置３１であればバレル３４の吐出口を開放する。

そして、原料樹脂の供給速度（単位時間当たりの搬入量）に関係する溶融吐出機Ｆの運転速度や溶融スクリューの回転数に起因する信号に基づいて制御装置２０６の演算処理装置２０６ａがメモリ２０６ｂに内蔵されたプログラムに従って液状着色剤注入装置Ｇからの液状着色剤の単位時間当たりの送出量を決定し制御する。液状着色剤注入装置１１，２１であれば送出ポンプ１３，２３の回転数を予め設定された一定割合となるように制御する。そして、予め設定された供給量分の液状着色剤の吐出が終了すれば送出ポンプ１３，２３の稼働を停止する。

液状着色剤対応溶融吐出装置２０１によれば、溶融吐出機Ｆと液状着色剤注入装置Ｇを制御する制御装置２０６を備えるため、原料樹脂と液状着色剤の供給タイミングを合わせることができるので所望の成型品を効率良く製造することができる。

第３−３実施形態［図１１］： 本実施形態の液状着色剤対応溶融吐出装置３０１は、図１１のブロック図で示すように、既存の溶融吐出機Ｆと、液状着色剤注入装置Ｇと、制御装置２０６とに加え、原料樹脂搬入量検出装置３０７を備えている。溶融吐出機Ｆと液状着色剤注入装置Ｇ、制御装置２０６は先に説明した液状着色剤対応溶融吐出装置２０１と同じである。
先の実施形態で示した液状着色剤対応溶融吐出装置２０１では、既存の溶融吐出機Ｆに備わるスイッチ類や制御機構を利用して、そこから発せられる信号を利用して原料樹脂の供給とその停止、および供給量率等を検知し算出したが、本実施形態の液状着色剤対応溶融吐出装置３０１では、こうした信号を利用できないものとして、原料樹脂の供給に関するデータを独自に取得できる原料樹脂搬入量検出装置３０７を設けたものである。

即ち、原料樹脂搬入量検出装置３０７は、溶融吐出機Ｆへの原料樹脂の供給開始や終了、および必要により単位時間当たりの原料樹脂の供給量を検知する装置である。具体的には、原料樹脂を収容し、そこからの取り出し開始と終了とを操作できその間に排出する原料樹脂量を計量可能な計量機が例示でき、ホッパーの上流側に設置する態様が挙げられる。あるいはまた、原料樹脂の供給開始と供給終了とを検知するだけのものとしては（供給量は検知しない）、例えばホッパー受け１０５に突起を挿入し、原料樹脂の供給によるその突起の傾倒を検知する装置などが挙げられる。

液状着色剤対応溶融吐出装置２０１では溶融吐出機Ｆからの信号を利用したのに対して、この液状着色剤対応溶融吐出装置３０１では、溶融吐出機Ｆとは別個に設けた原料樹脂搬入量検出装置３０７と制御装置２０６とを結びつけることで、原料樹脂搬入量検出装置３０７からの信号を利用することができる。したがって、溶融吐出機Ｆからの信号が取り出し難い場合等、既存の溶融吐出機Ｆには手を加えずとも原料樹脂と液状着色剤の供給タイミングを合わせることができる。

上記実施形態は本発明の一例であり、こうした形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限度において、各装置の構成、形状、材質等の変更、取り替えを行い得るものである。

１１，２１，３１ 液状着色剤注入装置
１２ 液状着色剤貯留タンク
１３ スクリューポンプ（送出ポンプ）
１４ 流量計
１５ バルブ
１６ コントローラ
２３ チューブポンプ（送出ポンプ）
３４ バレル
３４ａ 液状着色剤充填ノズル
３４ｂ 吐出口
３６ エアパルス式コントローラ
１０１，２０１ 液状着色剤対応溶融吐出装置
１０４ ホッパー
１０５ ホッパー受け
２０６ 制御装置
２０６ａ 演算処理装置
２０６ｂ メモリ
３０７ 原料樹脂搬入量検出装置
Ｆ 溶融吐出機
Ｆａ 投入口
Ｇ 液状着色剤注入装置
Ｇａ 吐出管
Ｇｂ 液状着色剤の吐出管の先端
Ｌ 液状着色剤（リキッドカラー）
ｔ１ 送出管路
ｔ２ エア流通管路
ｔ３ 有線

Claims (13)

1. 原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機と、その溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置と、を備える液状着色剤対応溶融吐出装置であって、
   原料樹脂の供給に対して液状着色剤の供給時間と供給量とを制御する制御装置を備えるものであり、
   液状着色剤注入装置は、液状着色剤貯留タンクと、液状着色剤充填ノズルと開閉可能な吐出口とを有し前記液状着色剤貯留タンクから流入する所定量の液状着色剤を貯留するバレルとを備えるものである液状着色剤対応溶融吐出装置。
2. 原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機と、その溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置と、を備える液状着色剤対応溶融吐出装置であって、
   原料樹脂の供給に対して液状着色剤の供給時間と供給量とを制御する制御装置を備えるものであり、
   液状着色剤注入装置は、液状着色剤貯留タンクと、この液状着色剤貯留タンクから流入する所定量の液状着色剤を貯留するバレルと、前記液状着色剤貯留タンクと前記バレルに対してエア流通管路で接続してエアの吐出および吸引を行うエアパルス式コントローラと、を備えるものである液状着色剤対応溶融吐出装置。
3. 溶融吐出機に付設する原料樹脂搬入量検出装置をさらに備える請求項１または請求項２記載の液状着色剤対応溶融吐出装置。
4. 液状着色剤注入装置に設けた液状着色剤吐出管の先端を溶融吐出機に設けた原料投入口の中央に配置する請求項１〜請求項３何れか１項記載の液状着色剤対応溶融吐出装置。
5. 制御装置は、均一の色味を有する単位成型品当たりの原料樹脂の供給開始から終了までの間に、前記単位成型品当たりの液状着色剤の充填割合分の液状着色剤を、その供給開始から終了までを完了させて、液状着色剤の供給を原料樹脂の供給よりも早く完了させる同率タイミング制御を行う請求項１〜請求項４何れか１項記載の液状着色剤対応溶融吐出装置。
6. 制御装置は、前記原料樹脂の供給開始から終了までの一単位分を繰り返すことで、当該原料樹脂の連続供給を行わせるものである請求項５記載の液状着色剤対応溶融吐出装置。
7. 制御装置は、原料樹脂の供給開始から終了までの間に液状着色剤の供給開始から終了までを完了させて液状着色剤の供給を原料樹脂の供給よりも早く完了させる同率タイミング制御を行うにあたり、液状着色剤の供給開始から終了までの供給量を徐々に増やす請求項５または請求項６記載の液状着色剤対応溶融吐出装置。
8. 原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置であって、
   液状着色剤貯留タンクと、液状着色剤充填ノズルと開閉可能な吐出口とを有し前記液状着色剤貯留タンクから流入する所定量の液状着色剤を貯留するバレルとを備える液状着色剤注入装置。
9. 原料樹脂を溶融し吐出する溶融吐出機に対して液状着色剤を供給する液状着色剤注入装置であって、
   液状着色剤貯留タンクと、この液状着色剤貯留タンクから流入する所定量の液状着色剤を貯留するバレルと、前記液状着色剤貯留タンクと前記バレルに対してエア流通管路で接続してエアの吐出および吸引を行うエアパルス式コントローラと、を備える液状着色剤注入装置。
10. エアパルス式コントローラは液状着色剤の送出量を制御するコントローラである請求項８または請求項９記載の液状着色剤注入装置。
11. 原料樹脂の溶融吐出機への供給開始信号を受けて所定時間後に液状着色剤注入装置から液状着色剤の送出を開始させるステップと、
    均一の色味を有する単位成型品当たりの原料樹脂の供給開始から終了までの間に、前記単位成型品当たりの液状着色剤の充填割合分の液状着色剤を、その供給開始から終了までを完了させて、液状着色剤の供給を原料樹脂の供給よりも早く完了させるステップと、を行う液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法。
12. 前記原料樹脂の供給開始から終了までの一単位分のステップを繰り返すことで、当該原料樹脂の連続供給を行わせる請求項１１記載の液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法。
13. 原料樹脂の供給開始から終了までの間に液状着色剤の供給開始から終了までを完了させて液状着色剤の供給を原料樹脂の供給よりも早く完了させるステップを行うにあたり、液状着色剤の供給開始から終了までの供給量を徐々に増やす請求項１１または請求項１２記載の液状着色剤対応溶融吐出装置の制御方法。

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