JPH08501250A

JPH08501250A - 複数の成分から混合複合材料を形成するための混合装置と混合方法

Info

Publication number: JPH08501250A
Application number: JP6508055A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．ソンタグ，ドナルド; スキューズ，ブライアン
Original assignee: リエイジャントケミカルアンドリサーチ，インコーポレイテッド
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1993-05-05
Publication date: 1996-02-13
Also published as: AU673177B2; EP0674540A1; WO1994006552A1; AU4370693A; CA2145186C; US5350233A; EP0674540A4; CA2145186A1

Abstract

(57)【要約】混合装置（１０）が計量された成分（１２，１６）から混合された複合材料を分配する。本装置（１０）は前記成分を混合して複合材料とし、その後複合材料を分配ノズル（３６）から分配する混合組立体を含む。本装置（１０）はまた、各成分と連通し、測定モードと排出モードとの間でそれぞれ切り換え可能の計量組立体（２０，４０）を有している。制御装置が計量組立体（２０，４０）を同時に排出モード位置させ、射出組立体が同時に成分の選択された量を混合組立体（６０）に射出しその後分配ノズル（３６）から排出する。混合組立体（６０）は静的あるいは動的として開示されている。計量組立体（２０，４０）は機械的に結合されるか、あるいは他の方法で制御され成分を測定し、分配する計量シリンダ（２４，４４）を含めてよく、成分の比率と量との変動を許容する構造体が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】複数の成分から混合複合材料を形成するための混合装置と混合方法技術分野本発明は一般に、成分材料、特に粘性材料を混合して複合製品とすることに関する。しかしながら、特に、本発明は好ましくは分包するためにある量の複合粘性製品を周期的に分配し、分配されている間に複合製品が混合されるオンラインの製造装置と処理方法とに関する。発明の背景分配技術分野は自動包装装置を近代的な生産設備に組込みすることの結果益々重要になってきている。１９９０年１２月４日発行された米国特許第４，９７４，７５５号である本発明者の先行特許において記載のように、粘性材料の自動分配は、該材料の表面張力が比較的高いため材料が関連の分配装置に粘着するため特に問題がある。前記先行特許において、本発明者は、比較的簡単で、かつ耐久性があり、しかも粘性材料の分配が極めて正確である分配弁組立体と装置とを開示している。この改良された分配弁組立体と装置とは、望ましくない流出、滴下等の排除を指向した「スナッフバック」性を組み入れていた。本発明者の特許に述べているように粘性材料は流動性があるものの扱いが困難であり、自動分配装置の対象となるこれら粘性材料の例を列挙した。食品産業においては、バター、ピーナッツバター、ジエリ、チーズ等の材料がこの範疇に入る。化粧品産業においては、粘性材料は厚ローション、ゲル、クリーム等の成分を含む。化学工業においては、粘性材料は家庭用化学工業と産業用化学工業の双方において見られる。家庭用化学薬品は例えば靴みがき剤、グリース、ハンドクリーム等の諸々の製品を含み、産業用化学薬品は若干を列挙しただけでもグリースやその他の石油製品、密封剤および接着剤を含む。本発明者の先行特許はこれらの粘性材料の正確な分配について述べているが、複数の成分から混合された複合粘性材料を製造者が分配することを所望するような包装産業ではさらに別の問題が直面している。例として、粘性食品に製造者は処理中に粘性の基本材料に調味料、保存料あるいは着色剤を添加したいと思うことが多い。化粧品産業においては、種々の色合いや明度の製品や、種々の嗅感の製品を作るために種々の着色剤や芳香剤を共通の基本担体材料に添加する。同様に、化学産業においては、着色剤やその他の添加物が合成粘性製品に組み込まれることがよくある。そのような一例は、使用者が種々の装飾見栄えを得ることができるように基本複合材を種々の色で染色できるコーキング化合物の製造である。低粘度材料に関しては、複数の成分が緊密に混合されるようにそれらを混合しても顕著な問題を提起しない。他方、粘性材料はその材料の性質自体が混合に抵抗し、そのため基本粘性材料に複数の粘性材料あるいは添加成分を緊密に混合することは意義ある挑戦である。従来、製造業者は大きな混合容器において多成分の粘性材を混合するために「最小の作業」としても著しい量の材料を調製する必要のあることを承知している。製造業者が、例えば着色剤のような異なる改質成分が添加される共通の基本材料を全てが有している製品群を製造したいと思う場合、製造業者は各材料を過剰量事前混合することが必要なことが多い。この手順は極めて非効率であって、一方では過剰の在庫と、他方で著しい無駄を生ぜしめる。これらの欠点の理由は、製品群の中の特定の製品を最小量混合した後製造業者は混合した材料の全量を包装するか、あるいは後で使用するように混合材料を貯蔵する必要があるためである。製品群の中での製造や分配の変更が必要な場合、変更が行われる度毎に分配装置を空にする必要があり、そのため著しい無駄が生じることが多い。さらに、混合および分配装置を空にする必要のあることは製造者にとっては時間のかかる、従って高価につくものである。製品群の中の一方から他の製品に切り換える場合、各種の製品に対する混合装置を掃除し、あるいは分配装置を空にするために有害な清浄化合物を用いることも稀ではない。このことは有害な廃棄物の処理の問題のため、費用がかかり、かつ環境上も魅力の無いことは勿論である。従って、合成材料を分配装置中へ導入する前に該材料を予め混合する必要なく複数の成分から複合材料を混合することができる、粘性材料のために特に構成した混合装置に対する必要性が長きにわたり痛感されてきた。このように、混合された複合材料を一方の種類から別の種類に変更する場合、最小のパージと清浄とで済むように分配作業における最後の点において変更される共通の基本材料を製造者が用いることができるようにする混合および分配装置に対する要求があった。同時に、複数の成分を相互に緊密に混合するように複数成分の混合が成功裡に達成されることが必要である。発明の要約本発明の目的は一方が粘性材料である少なくとも二種類の成分から複合材料を混合する新規かつ有用な装置と方法とを提供することである。本発明の別の目的は分配装置と関連の容器とに介在する混合された材料の量を最小とするために分配の直前に複数の成分からの複合材料の緊密な混合が達成されるような装置と方法とを提供することである。本発明のさらに別の目的は分配装置中へ導入する前に大量の混合材料を予め混合する必要性を排除する混合および分配装置と方法とを提供することである。本発明のさらに別の目的は例えは包装容器中へ分配される直前に粘性の基本材料が第２の成分と混合されるような混合装置および方法を提供することである。本発明の別の目的は製品群内の製品間の切換えが所望されたとき系内に介在する好ましくない混合材料の量を少なくすることにより混合および分配装置の清浄およびパージに伴う、経済的および環境上の双方での代償を排除する装置と方法とを提供することである。本発明のさらに別の目的は分配直前に最終の粘性製品を製造するよう調整可能比率で成分を混合可能とする装置と方法を提供することである。本発明によれば、材料の第１の供給源から測定された第１の成分と、材料の第２の供給源から測定された第２の成分とから混合された選定量の合成材料を混合し、分配する装置と方法とが述べられている。本発明による装置は広義の形態においては第１の計量組立体と第２の計量組立体と流体連通している混合組立体を含む。第１の計量組立体は選定された量の第１の成分を測定するように作動し、かつ第１の測定モードと第１の排出モードとの間で切換え可能である。同様に、第２の計量組立体は選定された量の第２の成分を測定するように作動し、かつ第２の測定モードと第２の排出モードとの間で切換え可能である。前記計量組立体が測定モードにあると、各材料の所望の量を測定すべく材料の第１と第２の供給源とそれぞれ流体連通している。計量組立体が排出モードにあると、分配ノズルを備えた混合組立体と流体連通している。前記計量組立体は測定された量の第１と第２の成分を混合組立体中へ同時に射出し、その後混合された合成材料を分配ノズルから分配する射出手段を含む。第１と第２の測定および排出モードの間で第１と第２の計量組立体を切り換えるために制御装置が設けられている。第１と第２の計量組立体はそれぞれ付属の弁組立体と計量シリンダとを含む。射出手段はその場合計量シリンダの各々に摺動可能に装着したピストン部材でよく、希望に応じピストンは共通のユニットとして往復運動するように機械的に相互に結合させればよい。これらのピストンはマイクロプロセッサでよい制御装置によって作動する制御弁を介して圧縮空気源あるいは流体源に接続された空気あるいは油圧作動のシリンダに接続したピストンロッドによって駆動しうる。同様に、第１と第２の計量組立体の各々の弁組立体は、これも制御装置によって作動する制御弁を介して圧縮空気源あるいは流体源に接続された空気あるいは油圧作動のシリンダによって作動しうる。本発明の実施例によれば、測定された量の第１と第２の成分はまず、分配ノズルと流体連通している混合室中へ導入される。前記混合室は、１個以上の静的混合要素が挿入されている細長い流路として形成しうる。ここでの流路は数個の平行部分を備えた蛇紋状でよく、数個の混合要素の各流路部分に位置させることができる。いずれにしても、混合要素は、材料が流路に沿って進行するにつれてその上の全体トルクを最小にするために同数の左巻きおよび右巻きのらせん状羽根を有している。代替的に、混合要素は適当なモータによって駆動される動的混合要素でもよい。第１と第２の成分の比率の変更を可能とするために、第２の計量シリンダには、計量シリンダハウジングに万能的に装着可能の種々の容積押退け量を有する種々押退けセットのピストン要素を設けることができる。このように、第２の成分の量は、ピストンと関連のロッドシールおよびブッシュを画成する摺動可能ロッドを含む押退けセットを単に交換することにより変更することができる。代替的に、計量ピストンの押退けストロークを変更しうるように各計量シリンダに対して個別の機械駆動装置を用いることができる。本発明はまた、前述した装置によって達成しうる、二種類の成分からの混合された複合材料を混合する方法を開示する。本方法は広義の形態において、第１の成分材料の第１の供給源と、第２の成分材料の第２の供給源とを提供する段階を含む。選定された量の第１の成分と、選定された量の第２の成分とが次に測定される。次に、第１と第２の選定された量の材料は細長い流路に同時に導入され、かつ貫流し、一方前記流路にある間、完全に混合され、混合された複合材料を形成する。最終的に、混合された複合材料は分配ノズルを介して分配される。第１と第２の選定された量を測定する段階は同時に、あるいは個別の段階において行うことができ、中間製品の混合は静的あるいは動的混合ノズルのいずれかにより達成しうる。本発明の前記およびその他の目的は添付図面を参照した本発明の好適実施例の以下の詳細説明を検討することから直ちに認識かつ理解される。図面の簡単な説明第１図は本発明の第１の実施例による混合および分配装置の斜視図、第２（ａ）図から第２（ｃ）図までは本発明の実施例において用いている本発明者の先行米国特許第４，９７４，７５５号による第１の計量弁の断面図、第３図は測定モードの開始時点で示す第１図の混合および分配装置の計量シリンダ、弁組立体および混合組立体を示す断側面図、第４図は排出モードの開始時で示す第３図と同様の断側面図、第５図は第３図および第４図に示す混合組立体において用いる静的混合要素を示す断側面図、第６（ａ）図および第６（ｂ）図は、各々異なる寸法の計量ロッドを有する異なる押退け量の二セットを示す第３図と第４図とに示す第２の計量シリンダの遠位部分の部分的な断側面図、第７図は基本材料を着色する上で使用する本発明による混合および分配装置を示す線図、第８図は本発明の好適方法による処理段階を示すフローチャート、第９図は代替的な第２の弁組立体と動的混合装置とを示す本発明の代替実施例の斜視図、第１０図は第９図に示す第２の弁組立体の一部を示す断側面図、第１１図は動的混合装置を用いている本発明の実施例による混合ノズルの代替実施例を示す部分断側面図、第１２図は基本材料を着色するために使用される本発明の代替実施例による混合装置を示す線図、第１３図は第１図から第１２図までに示す実施例のいずれかと共に用いる機械的駆動および比率制御装置の線図である。実施例の詳細説明本発明は材料を混合および分配することに関し、特に、本発明は多成分の粘性材料を混合して最終の複合材料とすることを指向する。本発明の例示形態において、２種類の成分から複合製品を混合する装置と方法とが示されている。本発明の実施例は、例えばコーキング化合物のような粘性の基本材料を着色剤と混合するために使用する場合を例を通して説明する。本発明による装置と方法の可能適用例は若干を列挙すれば化学、食品および化粧品産業におけるその他の複合製品に対して採用することができる。一般に粘性材料は製造および包装装置や方法において困難な問題を提起する。複合製品を製造するために多成分材料が用いられる場合、比較的高粘度の材料は容易に相互に混合しないことが判明している。従って、混合や包装における製造段階は典型的には独立した作業である。すなわち、製造者は大量の複合材料を混合し、該材料が次に分配装置に供給され、そのため選定された量の複合材料が包装容器中へ分配されることが多い。そのような粘性材料が単一の成分であろうと、予め混合した複合材料であろうとも調整して分配することに対する改良が本発明者の米国特許第４，９７４，７５５号に開示されている。前述の製造および分配技術は貴重な用途があるものの、これらの方法は多くの場合欠点がある。諸成分の材料の可成り大量である最小量を事前混合する必要があるので、全ての材料は分配して貯えておく必要がある。しかしながら、本発明は単一の処理段階において粘性材料を混合して分配し、製品を予め混合する必要性を排除することができる。このように、本発明は基本材料が、例えば着色剤のような第２の成分と混合すべき第１の成分を提供する場合特に有用である。第１図および第７図に示すように、本発明の第１の実施例による混合および分配装置１０は例えば基本材料のような第１の成分の供給源１２と、例えば着色剤のような第２の成分の供給源１６とに関連して示されている。供給源１２は導管１４を介して混合および分配装置１０と流体連通しており、第２の供給源１６は導管１８によって混合および分配装置１０に流体連通して接続することができる。以下により完全に説明するように、導管１４からの材料の流れは第１の弁と計量組立体２０によって調整され、導管１８からの材料の流れは第２の計量組立体４０とその関連の逆止弁とによって調整される。また、混合組立体６０が第１図と第７図とに示されており、混合組立体６０は計量組立体２０および４０によってそれぞれ計量された選定された量の第１と第２の成分を受け入れ、かつ完全に混合するように作動する。第１の弁および計量組立体２０は、弁の構造自体に関しては本発明者の米国特許第４，９７４，７５５号に記載のものと同じである弁組立体２２に接続された第１の計量シリンダ２４を含む。前記特許の開示を参考のため本明細書に組み入れ、かつ第２（ａ）図から第２（ｃ）図までに示している。しかしながら、弁組立体２２は従来技術の範囲内におけるその他の形態をとってもよいことを理解すべきである。第１の計量シリンダ２４は当該技術分野で周知のように空気あるいは油圧で作動するシリンダ２６によって制御され、そのため供給源１２からの材料をノズル３６を有する分配部分３０を介して分配することができる。シリンダ２６は第１図において矢印「Ａ」の方向に上方に進み、往復運動して戻りうる駆動軸２４を含む。第１図に示すように、第１の材料供給源１２と、第２の材料供給源１６と、第１の計量組立体２０と、第２の計量組立体４０とは共通のフレーム１９によって支持することができる。しかしながら、前記材料供給源１２，１６は遠隔位置させ、その他の支持フレーム構造を採用しうることを理解すべきである。第１の弁および計量組立体２０は第２（ａ）図から第２（ｃ）図までに示されており、これらの図は本発明者の米国特許第４，９７４，７５５号に詳細に記載されている弁組立体構造を示していることを理解すべきである。ここでは弁要素３００は弁組立体２２の弁体すなわちケーシング３０４内の弁通路３０２内に往復運動可能に受け入れられているものとして示されている。弁通路３０２の下流端は内部混合室１２０に開放している。入口ポート３０６と計量部分３０８は弁通路３０２から半径方向外方に延在しており、それぞれ導管１４と第１の計量シリンダ２４と連通している。弁要素３００は第２（ａ）図に示すサイクル開始位置から第２（ｂ）図に示す中間位置を介して第２（ｃ）図に示す排出位置まで往復運動する。弁要素は次に第２（ｂ）図に示す中間位置を通して第２（ａ）図に示すサイクル開始位置まで戻る。米国特許第４，９７４，７５５号に記載しているように適当なシールが設けられている。第２の弁と計量組立体６０が混合組立体６０と共に第３図および第４図とに最良に示され、第１の弁および計量組立体２０との前記２個の組立体との相互作用は前記二葉の図面を参照すればより完全に理解され、かつ認識される。前記図面に示すように第２の弁と計量組立体４０は計量シリンダ４４を含み、該シリンダは、計量ロッド４６が貫通して計量シリンダ４４の内部４８中へ延びている押退けロッドおよび端シール構造体４２によって一端が閉鎖されている。内部４８は、導管１８および材料が内部４８へ一方向に流れるようにする導管１８および第１の逆止弁５０とを介して第２の供給源１６と流体連通している。計量シリンダ４４は材料が計量シリンダ４４から一方向に流れうるようにする第２の一方逆止弁５４を介して内部４８と出口ポート５２を有している。計量ロッド４６はリンク５６によって駆動軸２７に物理的に接続されている。このため駆動軸２７がシリンダ２６によって作動すると駆動軸２７と計量ロッド４６とは共通往復運動するように結合されている。従って、第３図に示すように、駆動軸２７と計量ロッド４６とが測定モードの開始時に矢印「Ａ」の方向に動くと、計量シリンダ２４は第１の測定モードにあり、第１の材料１３が計量シリンダ２４を充たし始める。同様に、第２の計量シリンダ４４が第２の測定モードにされると、第２の材料１７が逆止弁５０を介して計量シリンダ４４の内部４８を充たし始める。第１と第２の測定モードの終了時、第４図に示すように、逆止弁５０は自動的に閉鎖し、弁要素３００が駆動されて左方へ移行し、そのため計量シリンダ２４を導管１４との連通から閉鎖する。駆動軸２７と計量ロッド４６とは矢印「Ｂ」の方向に動き始め、計量された材料１３，１７を混合組立体６０中へ分配する。本サイクルの終了時、弁要素３００は図３に示すように右方へ移動し、本発明者の米国特許第４，９７４，７５５号に関して全て説明したようにノズル３６内の混合された複合材料３５を「スナッフバック」する。再び第３図と第４図とを参照すれば、混合組立体６０は運動部分を何ら有さない静的装置であることを認識すべきである。第１の成分１３と第２の成分１７との第１と第２の計量された量が入口ポート６２において混合組立体６０中に導入される。混合組立体６０は細長い蛇紋状流路の形態の混合室６４を画成しており、この細長い流路には静的混合要素が配置されている。例えば、第３図と第４図とに示されているように、細長い流路は、各々が混合要素部分８１，８２，８３および８４を受け入れる４個の平行の流路部分７１，７２，７３および７４を含むことが好ましい。混合要素部分８１〜８４は、ボルト、ねじ等によって混合組立体６０の本体６８に取り付けられた取外し可能の端キャップ６６によって適所に保持されている。混合要素部分８１〜８４によって画成される混合要素は計量シリンダ２４，４４からの測定された量の成分を完全、かつ緊密に混合するように作用し、混合された材料は蛇紋状流路の下流端に位置する出口７０において排出され、前記材料は室３４を、次いで分配ノズル３６を通過する。このように、計量シリンダ２４と４４とは第１と第２の成分の選定量を測定するよう作用するのみならず、第１と第２の測定された量を同時に射出し、最終的に複合材料をノズル３６から分配する射出手段を提供する。代表的な混合要素部分８１の構造が第５図に示されており、混合要素部分８１〜８４の各々は例えば羽根８６のような複数の右巻き羽根と、例えば羽根８７のような複数の左巻き羽根とから形成されており、これらの羽根８６，８７の各々はらせん状であって左巻き部分８８および右巻き部分８９に組織されている。このように、混合要素部分８１〜８４は、各々が同数の右巻き部分８８と左巻き部分８９とを有すること以外は円筒形のねじ状部材として形成されており、材料が各混合要素を流れるにつれて、一連の左巻きおよび右巻き部分が各混合要素を反対方向に回転させようとするため混合要素に対する正味トルクは最小となる。第４図および第５図に関して前述した構造は第２の成分の量を比較的簡単に変えうるという利点を有している。この目的に対して、押退けロッドの移動距離が一定である場合には、押退けロッドの直径（従って断面積）を変えることにより前記ロッドが押し退ける第２の成分の量を変える。従って、第２の計量シリンダ４４から射出される材料の量は押退けロッドの移動距離と押退けロッドの直径とによって調整される。第６（ａ）図と第６（ｂ）図とを参照すれば、共通のロッドシール・ハウジング１０６と、該ロッドシール・ハウジング１０６にねじ係合可能に受け入れられた共通のねじキャップ１１２と共に使用する状態で寸法の異なる円筒形の押退けロッド４６，４６′の二例が示されていることが認められる。ロッド４６，４６′を交換することにより第１の成分と混合される第２の成分の量を調整することができる。しかしながら、選定された押退けロッド４６または４６′が使用されると、適当な寸法のブッシュ・シールとブッシュ・リテイナを使用する必要がある。このように適合したブッシュ・シールと対応するブッシュ・リテイナは混合された複合材料に混合すべき成分の比率を変えるために使用しうる押退けセットを形成する。第６（ａ）図においては、押退けロッド４６が、ブッシュ・リテイナ１１７，１１８およびねじ付きのシールキャップ１１２によりロッドシールハウジング１０６に対して適所に保持されたブッシュシール１１６によって摺動可能に取り付けられている。ロッド１１４は移動距離「Ｌ」と直径「ｄ₁」とを有している。このようにＶ₁は押し退けるべき材料の量に等しい。すなわちＶ₁＝（Ｌ）（ｄ₁）²／４。前述のように、この量は押退けロッド４６の直径を変更することにより変えることができ、その一例が第６（ｂ）図に示されている。ここでは押退けロッド４６′は直径「ｄ₂」を有し、ロッド４６′の直径を受け入れる開口寸法を有するブッシュ・シール１１６′に摺動可能に受け入れられている。ブッシュ１１６′はブッシュリテイナ１１７′，１１８′およびシールキャップ１１２′によってロッドシールハウジング１０６に適所で保持されている。ブッシュ１１６′とブッシュリテイナリング１１８′の外径は第６（ａ）図の各部材と同じであって、標準的な端キャップ１０６とシールキャップ１１２に取り付けることが可能なことが注目される。端キャップ１０６はボルト孔１０７を通して第２の計量シリンダ４４にボルト止めされるように設計されている。従って、押退け容積Ｖ₂を変更するにはロッド・シール、シールキャップ、ブッシュ、ブッシュリテイナおよび勿論押退けロッドからなる押退けセットを交換するのみでよい。従って、所定の押退け距離「Ｌ」に対して、押退けロッド４６′によって押し退けられる容積、すなわち、Ｖ₂は次の式によって表わされる。Ｖ₂＝（Ｌ）（ｄ₂）²／４。本発明による混合装置の作動は第７図と第８図とを参照すれば完全に認めることができる。これらの図面は混合装置の線図と、本発明による駆動シリンダと弁組立体との作動を示すフローチャートとをそれぞれ示す。この目的に対して、混合装置と、計量組立体とは、複数の弁１５２，１５４，１５６を開閉するように作動するマイクロプロセッサユニットあるいはその他のサイクル制御装置１５０によって制御しうることを認識すべきである。さらに、第７図に示すように、駆動シリンダは空気作動シリンダとして示されているが、代りに油圧シリンダ、その他のアクチュエータあるいは機械式駆動装置を用いることも理解すべきである。計量および分配サイクルの開始時、２００において弁要素３００（第２（ａ）図）は第１の成分の供給源１２に対して開放する。第１の成分の供給源は着色剤が第２の成分として添加される基本材料として説明の便宜上示してある。従って、着色剤供給源１６からの着色剤は逆止弁５０においては正の圧力を有しており、そため第２の計量シリンダが着色剤を受け入れるように開放している。この状態が第８図において２０２，２０４で示されている。このように２０６，２０８の段階で示すように計量シリンダ２４，４４が充てんされ、サイクル制御装置１５０が弁１５２を開放するよう信号を出す。弁１５２が開放すると、空気源１５６からの圧縮空気が導管１６０を介して二方空気弁３７の第１の部分３８に供給される。前記部分３８が作動して弁要素３００が、第２（ｂ）図の２１０の段階で示すように、入口部分３０６を閉鎖して計量シリンダ２４を供給源１２から遮断させ、その後、第２（ｂ）図の中間位置を通して弁要素を第２（ｃ）図の排出位置まで運動させる。この連続した運動により計量ポート３０８を開放させ、２１４の段階で示すように混合組立体６０の入口ポート６２と連通させる。このため逆止弁５０を閉鎖させ、そのため充てんした計量シリンダ４４は供給源１６から遮断される。逆止弁５４は２１２および２１６の段階で示すように開放しうる。次に、サイクル制御装置１５０が弁１５４を開放し導管１６２を介してシリンダ２６に圧縮空気を供給する。シリンダ２６を作動させることによりロッド２７，４６を同時に下方へ駆動し、計量された基本材料と計量された着色材料とを、２１８および２２０で示すように、同時に混合組立体６０中へ分配する。例えば基本材料と着色材料のような第１と第２の成分が２２２の段階において静的混合要素８１〜８４によって完全に混合され、その後ノズル３６によって適当な容器中へ分配される。計量シリンダ２４，４４により測定された材料が分配されると、サイクル制御装置１５０が弁１５２，１５４を閉鎖し、次に弁１５６を開放して圧縮された空気を二方空気シリンダの部分３９に供給する。このため弁要素３００を中間位置を通して戻し、計量ポート３０８を閉鎖する。排出モードからの計量シリンダの閉鎖は「サイクル終了」２３０に対応して２２６，２２８の段階で示され、充てんモードへの計量シリンダの開放は「サイクルの開始」２００に対応して２０２，２０４の段階に示されている。前述の説明から、本発明は二種類の成分を混合して混合複合材料とする新規かつ有用な方法も含むことを認識すべきである。しかしながら、特に、この混合法を用いて多成分材料における二種類以上の成分を混合しうることも理解すべきである。しかしながら、説明上は二成分材料を混合する本方法は第１の成分材料の第１の供給源と、第２の成分材料の第２の供給源とを提供する第１の段階を含む。次に、例えば前述の第１の計量シリンダによって第１の成分の第１の選定した量が測定され、これも例えば前述の計量シリンダによって第２の成分材料の第２の選定した量が測定される。第１と第２の選定された量は同時に測定することができる。測定の後、第１と第２の選定された量は同時に細長い混合流路中へ流入し、かつ貫流し、混合流路を貫流するにつれて完全に混合され、混合複合材料を作る。最終的に、混合された複合材料は分配ノズルを通して分配される。多成分材料が用いられる場合、各成分の各々の量の測定は同時に行われ、多成分材料の選定された量の各々が概ね同時に混合室中へ導入される。混合流路において第１と第２の成分を完全に混合して複合材料とする段階は静的あるいは動的混合要素を設けることにより達成しうる。本発明の代替実施例が第９図から第１２図に示されており、この代替実施例は第２の測定モードと第２の排出モードとの間で第２の計量シリンダ４４を切り換えるための異なる弁構造が示されている。また、この代替実施例は、前述の実施例の静的混合組立体の代りに動的混合組立体を採用している。従って、第９図と第１２図とに示すように、混合および分配装置４１０は、それぞれ導管１４，１８を介して提供される成分材料の第１と第２の供給源と共に用いるものとして示されている。導管１４からの第１の材料の流量は第１の弁および計量組立体２４０によって制御され、導管１８からの第２の材料の流量は第２の弁および計量組立体４４０によって制御される。第１の弁および計量組立体４２０は本発明の第１の実施例に関して説明した弁および計量組立体２０と概ね同一なので、その説明はここでは省略する。しかしながら、計量された第１の成分は静的混合組立体６０の入口ポート６２中へ排出される代りに内部の混合室５２０中へ直接排出される。この内部混合室５２０は第２（ａ）図から第２（ｃ）図に示す室１２０と同じである。第２の弁および計量組立体４４０が第９図と第１０図とに詳細に示されている。これらの図面においては、第２の弁および計量組立体４４０は第２の分配弁組立体４４２と第２の計量シリンダ４４４とを含む。弁組立体４４２は、長手方向に貫通した通路４５８を有する本体４４６を含む。半径方向のポート４６０が中央本体部４５６を貫通するため計量シリンダ４４４と通路４５８との間で流体連通している。同様に入口ポート４６２と出口ポート４６４の形態の一対の半径方向ポートが中央本体部４５６の側壁を貫通しており、これらのポートはねじ付きニップル４６６，４６８により導管１８，４３２とそれぞれ流体連通している。弁棒４７０が通路４５８において長手方向に延在しており、ピストンヘッド４７２，４７４において外端で終っている。ピストンヘッド４７２は往復運動するよう空気シリンダ４４８の内部４７６に受け入れられており、ピストンヘッド４７２はＯリングシール４７８によってシリンダ４４８の側壁に対して密封されている。同様に、ピストンヘッド４７４は空気シリンダ４５０の内部４８０に受け入れられており、Ｏリングシール４８２によって側壁に対して密封されている。ニップルコネクタ４８４，４８６が空気配管６６０，６６３を圧縮空気源４５６（第１２図）に接続されている空気シリンダ４４８，４５０のそれぞれの内部４７６，４８０と流体連通して接続するように設けられている。第２の分配弁４４２の構造は当該技術分野において公知のように三方弁の形態であって典型的には「二重ダイヤフラム三方弁」として知られている。この目的に対して、弁棒４７０の中央部分は、それぞれ入口ポート４６２および出口ポート４６４と関連した弁構造体４８８，４９０を有する形態とされている。適当なＯリングシール４９２，４９４，４９６および４９８が往復運動の間弁構造体４８８，４９０をシールするように作用する。作動時、ニップル４８４を介して内部４７６に空気が供給されると、弁棒４７０は第１０図に示すように右方に運動し、そのため出口ポート４６４は計量シリンダ４４４と流体連通している。他方、空気シリンダ４５０の内部４８０へ空気が供給されると、弁棒４７０は左方へ運動する。次いで、弁構造体４９０が計量シリンダ４４４から出口ポート４６４までの通路を閉鎖し、入口４６２から計量シリンダ４４４までの流路は弁構造体４８８によって開放される。このように、弁棒４７４が一サイクルにわたり往復運動するにつれて、弁構造体４８８はまず入口ポート４６２から計量シリンダ４４４までの流路を開放することにより第２の成分の供給分を計量シリンダ４４４によって測定できるようにする。この時間中、弁構造体４９０は第２の成分が出口ポート４６４を通して排出されないようにする。第１０図に示すように弁棒４７０が右方へ進行するにつれて、入口４６６を通しての第２の成分の供給分が弁構造体４８８によって遮断され、計量シリンダ４４４に介在する第２の成分の計量された量が次いで出口ポート４６４を通して排出しうる。計量シリンダ４４４も、第２の分配弁４４２の中央本体部４４６にねじ係合可能に第１の端部５０２が受け入れられているハウジング５００のような中空の円筒形ハウジングを含む。ハウジング５００の端部５０２とは反対側の第２の端部５０４は第１の実施例に関して前述した端シール構造体４２と全体的に同じ構造である端シール構造体５０６によって閉鎖され、第２の成分の測定量を変えるために種々の押退けセットを受け入れることができる。第２の弁および計量組立体４４０は、第１１図において最良に示されるように、逆止弁４３４を介して分配部４３０に接続されている導管４３２によって第１の弁および計量組立体４２０の分配部４３０と流体連通している。本図においては、また、材料の第１と第２の成分が、駆動モータ６００と、ベアリング６０１と、駆動軸６０２と、該駆動軸６０２と共に回転するようにしっかりと固定された動的混合要素６０４とを含む動的混合組立体によって完全に混合されて複合材となることも最良に示されている。混合要素６０４は静的混合要素８１〜８４と同様に構成すればよく、ここでは分配ノズル４３６を備えている細長い流路５６４に位置している。著しく長い蛇紋状流路６４と、その中において方向づけられた複数の静的混合要素８１〜８４の必要性は、機械的に駆動される単一の動的混合要素６０４のかきまわし作用により成分の完全混合が達成されるので、この動的混合組立体においては排除される。本発明の第２の実施例による混合装置の作動は第１２図を参照すれば以下完全に認めることができる。本図は混合装置の線図と、本発明の駆動シリンダと弁組立体の作動とを示す。この目的に対して、混合装置と計量組立体とは複数の弁６５２，６５４，６５６を開閉するよう作用するマイクロプロセッサユニットあるいはその他のサイクル制御装置６５０によって制御しうることを認識すべきである。さらに、第１２図に示すように、駆動シリンダは空気作動シリンダとして示してあるが、代りに油圧シリンダあるいはその他のアクチュエータを用いうることも理解すべきである。計量および分配サイクルの開始時、弁要素３００（第２（ａ）図）および弁要素４７０はそれぞれの成分の供給源に対して開放される。該供給源は説明の上では、着色剤が第２の成分として添加される基本材料として示されている。計量シリンダ４２４，４４４が充てんされ、その後サイクル制御装置６５０が弁６５２に開放するよう信号を出す。弁６５２が開放すると、空気源４５６からの圧縮空気が導管６６０により二方空気シリンダ６３７の第１の部分６３８に供給される。前記部分６３８の作動により弁要素３００が入口部分３０６を閉鎖させ計量シリンダ４２４を供給源１２から遮断し、第２（ｂ）図の中間位置を通って弁要素３００の運動は第２（ｃ）図の排出位置まで続く。この継続した運動により計量ポート３０８を開放させ、混合室５２０と流体連通させる。同時に空気シリンダ４４８が弁要素４７０を（第１０図から視て）右方へ移動させ、そのため充てんされた計量シリンダ４４４は供給源１６から遮断され、導管４３２に開放する。サイクル制御装置７５０が次に弁６５４を開放し導管６６２を介して圧縮空気をシリンダ４２６に供給する。シリンダ４２６の作動により、機械リンク６３０があるためロッド４２７，６１４を同時に下方に駆動して計量された基本材料と計量された着色材料を同時に分配部４３０の混合室５２０中へ、ノズル４３６から分配する。測定された材料が計量シリンダ４２４，４４４から分配されると、サイクル制御装置６５０が弁６５２，６５４を閉鎖し、次いで弁６５６を開放して圧縮空気を導管６６３を介して二方空気シリンダ６３７の部分６３９と空気シリンダ４５０へ同時に供給する。このため弁要素３００は中間位置を通って戻り計量ポート３０８を閉鎖し、同時に弁要素４７０は（第１０図から視て）左方へ運動し導管４３２と計量シリンダ４４４との連通を遮断し、シリンダ４４４を開放して供給導管１８と連通させ、次にサイクルが繰り返される。前述の説明から、第１と第２の成分の測定は、同時が必然的ではないものの同時に行われるが、測定された成分の射出は同時に行われるべきである。第１３図を参照すれば、機械的駆動装置と比率制御装置との線図が示されている。この装置は第１図から第１２図に示されている実施例のいずれかと共に採用でき、計量シリンダと寸法の異なる押退けロッドを交換する必要なく分配された複合材料と、該複合材料を形成する成分の比率とを任意に制御することができる。第１３図においては、第１の成分の計量シリンダ７２４が設けられ、一方第２の成分用として計量シリンダ７４４が示されている。それぞれのシリンダから分配される材料の量はそれぞれ円筒形の押退けロッド７２５，７４５の直線移動によって制御される。押退けロッド７２５はモータ７２０の出力軸７２１によって駆動されるギヤボックス７２２を介して作動する第１のモータ７２０によって直線駆動される。押退けロッド７２５には、ウオームギヤ形式でよいねじ７２６が設けられており、軸７２４の回転により押退けロッド７２５を矢印「Ｘ」の方向に進行させることができる。この目的に対して、モータ７２０は可逆式であって、押退けロッド７２５は計量シリンダ７２４へ出入りするように駆動しうる。押退けロッド７２５の速度と位置とは線形符号器７３０によってモニタされ、該符号器はサイクル制御装置７５０に入力を提供し、サイクル制御装置７５０は線形符号器７３０から位置およびフィードバック速度を受け取る。同様に、計量シリンダ７４４から分配すべき材料の量は直線押退けロッド７４５の直線移動によって制御される。ここでも適当なねじ７４６が設けられており、そのためロッド７４５は、第２のモータ７４０の駆動軸７４４に駆動可能に接続されているギヤボックス７４２によって矢印「Ｙ」の方向に駆動しうる。ロッド７４５の速度と位置とは線形符号器７４８によって検出され、この情報は次いでサイクル制御装置７５０に送られる。制御装置７５０は符号器７３０，７４８からのフィードバック情報によりモータ７２０，７４０の双方を逆転可能に駆動し、制御装置７５０は、二種類の成分の比率を調整しうるように押退けロッド７２５，７４５の各々の移動量を制御するように予めプログラム化できる。各押退けロッドの進行速度も、各押退けロッドの選定された移動が同時間に行われるように予めプログラム化でき、最終的に例えば混合組立体６０あるいは駆動モータ７００、ベアリング７０１、駆動軸７０２および動的混合要素７０４からなる第２の実施例に示される混合組立体中へ成分を均一に射出できるようにする。従って、本発明を特に本発明の好適実施例について説明してきた。しかしながら、本発明は従来技術に照らして解釈される下記の請求の範囲によって定義され、そのため本明細書に含まれている発明の概念から逸脱することなく本発明の好適実施例に対して修正や変更が可能なることを認識すべきである。

Claims

【特許請求の範囲】１．第１の供給源から測定された第１の成分と第２の供給源から測定された第２の成分とからの混合された選定された量の複合材料を分配するようにされた混合装置において、 (a)貫流する材料を緊密に混合するように作動する混合組立体であって、前記の複合材料を分配する分配ノズルと混合要素とを含む混合組立体と、 (b)前記第１の成分の第１の選定された量を計量する第１の計量手段であって、前記第１の計量手段が第１の供給源と流体連通することによって前記第１の成分が第１の選定された量が測定される第１の測定モードと、前記第１の計量手段が前記混合組立体と流体連通することによって第１の選定された量が前記混合組立体中へ導入しうる第１の排出モードとの間で切り換え可能の第１の計量手段と、 (c)前記第２の成分の第２の選定された量を計量する第２の計量手段であって、前記第２の計量手段が前記第２の供給源と流体連通することによって前記第２の成分の第２の選定された量が測定される第２の測定モードと、前記第２の計量手段が前記混合組立体と流体連通することによって第２の選定された量が前記混合組立体中に導入しうる第２の排出モードとの間で切り換え可能である第２の計量手段と、 (d)前記第１と第２の計量手段を周期的に作動して前記第１の計量手段を前記第１の測定モードと前記第１の排出モードに、前記第２の計量手段を前記第２の測定モードと前記第２の排出モードに位置させる制御手段であって前記第１と第２の計量手段とをそれぞれの前記第１と第２の排出モードに同時に位置させるように作動する制御手段と、 (e)前記第１と第２の選定された量が前記混合手段中へ導入され、その後前記分配ノズルを介して分配されるように、前記第１と第２の計量手段から第１と第２の選定された量を同時に射出する射出手段とを含む混合装置。２．前記第１の計量手段が第１の計量シリンダを含み、前記第２の計量手段が第２の計量シリンダを含む、請求の範囲第１項に記載の混合装置。３．前記射出手段が前記第１の計量シリンダに摺動可能に取り付けられ、そこから外方に延びている第１のピストンロッドに作動接続された第１のピストンと、前記第２の計量シリンダに摺動可能に取り付けられ、そこから外方に延びている第２のピストンロッドに作動接続された第２のピストンと、前記第１と第２のピストンを前進させることにより第１と第２の選定された量が第１と第２の計量シンリダからそれぞれ排出されるようにする駆動手段とを含む、請求の範囲第２項に記載の混合装置。４．前記第１と第２のピストンロッドが相互に機械的に結合されることによって前記第１と第２のピストンロッドの一方が運動すると前記第１と第２のピストンロッドの他方を対応して運動させる、請求の範囲第３項に記載の混合装置。５．前記駆動手段が空気作動シリンダを含む、請求の範囲第４項に記載の混合装置。６．前記駆動手段が油圧シリンダを含む、請求の範囲第４項に記載の混合装置。７．前記第２の計量手段が、内部と遠位端とを有する第２の計量シリンダと、前記遠位端に取外し可能に取り付けられて内部を密閉するロッドシールハウジングと、前記ロッドシールハウジングの孔を通して摺動可能に受け入れられ前記第２の計量シリンダのための射出手段を形成する押退けロッドと、前記ロッドシールハウジングに設けられ、前記第２の計量シリンダの内部へ出入りする前記ロッドの往復摺動運動の間前記ロッドに対するシールを保持するロッドシール手段とを含む請求の範囲第２項に記載の混合装置。８．相互に交換可能の押退けセットを形成するために前記第２の計量シリンダ用の複数の押退けロッドとロッドシール手段とを含み、前記押退けロッドは異なる断面積を有する前記押退けセットにそれぞれ含まれることにより前記第２の計量シリンダの内部の種々相違する容積が押し退けられるため計量シリンダの内部へ出入りする各押退けロッドの往復運動の間前記混合組立体へ導入される前記第２の成分の量を変えることができる、請求の範囲第７項に記載の混合装置。９．前記第１と第２の成分の比率を変える手段を含む、請求の範囲第１項に記載の混合装置。 10．前記射出手段が前記第１の計量シリンダに摺動可能に取り付けられた第１の押退けピストンと、前記第２の計量シリンダに摺動可能に取り付けられた第２の押退けピストンとを含み、前記第１と第２の成分の比率を変える前記手段が前記押退けピストンの少なくとも一方の移動距離を変える手段を含む、請求の範囲第９項に記載の混合装置。 11．前記分配ノズルと、前記第１と第２の計量手段の各々との間で、それらと流体連通関係で配置されている混合室を含み、前記第１と第２の成分が同時に前記混合室中へ導入され、次いで前記混合ノズルを介して分配される、請求の範囲第１項に記載の混合装置。 12．前記混合室が細長い流路を画成し、前記混合要素が前記流路に配置されている、請求の範囲第１１項に記載の混合装置。 13．前記混合要素が動的な回転可能要素であり、前記混合要素を回転させる駆動手段を含むことにより前記第１と第２の成分が完全に混合され前記複合材料を形成する、請求の範囲第１２項に記載の混合装置。 14．前記混合要素が前記分配ノズル内に位置している、請求の範囲第１３項に記載の混合装置。 15．前記混合要素が前記流路を貫流している第１と第２の成分を完全に混合して前記複合材料を形成するよう作動する静的要素である、請求の範囲第１２項に記載の混合装置。 16．前記流路が蛇紋状であって、相互に対して平行で、複数の混合要素をそれぞれに配置させている複数の流路部分を有している、請求の範囲第１５項に記載の混合装置。 17．前記混合要素が左巻きのらせん状羽根と右巻きのらせん状羽根として形成された複数のらせん状羽根を含み、同数の左巻きおよび右巻きのらせん状羽根があるため前記流路を前記第１と第２の成分が流れることによって生じる前記混合要素に対するトルクを最小とする、請求の範囲第１５項に記載の混合装置。 18．前記第１の計量手段が前記第１の測定モードと前記第１の排出モードとの間で前記第１の計量手段を切り換えるように作動する第１の弁組立体を含む、請求の範囲第１項に記載の混合装置。 19．前記第２の計量手段が前記第２の測定モードと前記第２の排出モードとの間で前記第２の計量手段を切り換えるように作動する第２の弁組立体を含む、請求の範囲第１８項に記載の混合装置。 20．第１の供給源から測定した第１の成分の選定した量と、第２の供給源から測定した第２の成分の選定した量とを混合することにより形成された複合材料の選定された量を分配するようにされた混合装置において、 (a)混合室を画成する内部と分配ノズルとを有するハウジングと、 (b)前記第１の成分の供給源と前記混合室と切り換え可能に流体連通した第１の計量シリンダと、 (c)前記第２の成分の供給源と前記混合室と切り換え可能に流体連通した第２の計量シリンダと、 (d)前記第１と第２の計量シリンダを前記第１と第２のシリンダの充てんモードにそれぞれ同時に位置させることにより前記第１の計量シリンダが前記第１の成分の第１の選定された量で充たされ、前記第２の計量シリンダが前記第２の成分の第２の選定された量で充たされ、かつ前記第１と第２の計量シリンダをそれぞれ前記第１と第２のシリンダの排出モードに同時に位置させることにより前記第１と第２の成分の前記第１と第２の成分の第１と第２の選定された量が排出されるようにする制御手段と、 (e)前記第１と第２の計量シリンダから第１と第２の選定された量を同時に射出することにより前記第１と第２の選定された量が前記混合室中へ導入され、次いで前記分配ノズルを介して分配されるようにする射出手段と、 (f)前記ハウジングに配置され、第１と第２の量を相互に完全に混合して測定された量の前記複合材料を作るように作動する少なくとも１個の混合要素とを含む混合装置。 21．前記射出手段が前記第１の計量シリンダと関連した第１の排出手段と前記第２のシリンダと関連した第２の排出手段とを含み、前記第１と第２の排出手段が相互に結合され、前記射出手段が前記第１と第２の排出手段を作動する共通の駆動手段を含む、請求の範囲第２０項に記載の混合装置。 22．前記第１と第２の排出手段が相互に機械的に結合されている、請求の範囲第２１項に記載の混合装置。 23．二種類の成分から混合された複合材料を混合する方法において、 (a)第１の成分の第１の供給源と第２の成分の第２の供給源とを提供し、 (b)前記第１の成分の第１の選定された量と前記第２の成分の第２の選定された量とを測定し、 (c)前記第１と第２の選定された量を細長い混合流路に同時に導入し、前記流路を通して流し、 (d)前記第１と第２の量が前記の細長い混合流路を通して流れるにつれて前記第１と第２の量を完全に混合して前記の混合された複合材料を作り、 (e)前記の混合された複合材料を分配ノズルを通して分配する段階とを含む混合方法。 24．前記の細長い混合流路において静的混合要素を設けることにより前記第１と第２の量が静的に混合されて前記の混合された複合材料となる段階を含む、請求の範囲第２３項に記載の方法。 25．前記の細長い混合流路において動的混合要素を設けることにより前記第１と第２の量が動的に混合されて前記の混合された複合材料となる段階を含む、請求の範囲第２３項に記載の方法。 26．前記第１と第２の選定された量を測定する段階が同時に達成される、請求の範囲第２３項に記載の方法。