(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリューを回転可能にかつ軸線方向に進退可能に配設したシリンダバレル内に材料を供給し、該シリンダバレル内の前記スクリューの回転による摩擦熱、せん断熱および加熱ヒーターから加えられる熱等により前記材料を可塑化溶融させ、可塑化された材料を前記シリンダバレル内の蓄積室に高い圧力で蓄積計量し、この計量された可塑化材料を前記スクリューの前進駆動によりノズルから高速で射出して発泡させる射出ユニットと、該射出ユニットのノズルから射出される可塑化材料を切断しうるように前記ノズルの先端部分に隣接して配置されたカッターユニットと、前記射出ユニットおよび前記カッターユニットの作動を制御するとともに前記射出ユニットによる可塑化材料の射出中に前記カッターユニットの切断作動のｏｎ−ｏｆｆを制御するコントローラとからなり、前記射出ユニットのノズルから射出される可塑化材料を該可塑化材料が発泡する直前に前記カッターユニットにより順次切断して所定長さの発泡体を製造することを特徴とする射出発泡装置。
【請求項２】
射出ユニットによる可塑化材料の射出とカッターユニットによる切断とを連動制御することにより、前記射出ユニットから射出される可塑化材料の最初の切断と最後の切断に対応するカッター刃の切断作動を行なわないように前記カッターユニットの作動を制御して、所定長さの発泡体と該所定長さの発泡体よりも長い長さをもつ不良発泡体を作製することを特徴とする請求項１記載の射出発泡装置。
【請求項３】
可塑化され射出発泡される材料が食品材料であって、食品用発泡体を製造することを特徴とする請求項１または２記載の射出発泡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出発泡装置に関し、特に、射出される発泡成形体を所定の長さに順次切断することができる新規な射出発泡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
射出成形機は、周知のように、プラスチック材料を所望の形状に成形するために開発され発展してきた装置であり、一般的に、スクリューで可塑化されたプラスチック材料をシリンダバレルの先端のノズルから金型内に射出し、金型で保圧、冷却を行なって成形を行なう構成となっている。このような従来の射出成形機においては、射出した可塑化材料を金型によって所望の形状に成形するように構成されており、通常、射出された可塑化材料を一定寸法に切断する必要性はなくカッター手段を備えた構造にはなっていない。なお、各種の射出成形機の中で、ブロー成形用射出成形機は、カッター手段を具備し、射出したパリソンを一定の長さに切断して金型内でブロー成形を行なうように構成されている。
【０００３】
また、この種の射出成形機を応用して、食品材料等を射出機により加工して可塑化させ、この可塑化された食品材料をノズルから射出することにより食品材料を発泡させて、食品用発泡成形体を製造することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のプラスチック材料の射出成形機は、射出した可塑化材料を金型によって所望の形状に成形するものであり、一般的に、高速で射出される材料を一定長さに切断するカッター装置を備えておらず、唯一カッター手段を具備するブロー成形用射出成形機においても、射出したパリソンを一定の長さに切断して金型内でブロー成形を行なうものであって、このカッター手段は、ブロー成形用金型の開閉の周期に合わせて作動するものであり、高速で回転して射出された材料を一定長さに切断する構造を有するものではない。このように、従来の射出成形機においては、高速で射出される材料を一定長さに切断するカッター手段を備えたものはこれまでに開発されていない。
【０００５】
ところで、食品材料等を射出成形機を用いて加工し可塑化された材料をノズルから高速で射出して発泡させ、食品用発泡成形体を製造する場合等においては、射出されて発泡する発泡成形体の速度は１秒間に数メートルに達し、所要の長さを有する連続した発泡成形体が製造される。このような食品用発泡成形体は、市販されているスナック菓子程度の長さにあるいはそれよりも短く切断することが必要であるけれども、従来の射出機においては、前述したように、高速で射出される材料を一定長さに切断するカッター手段を備えたものはこれまでに開発されておらず、連続して射出された長い発泡成形体を所定の長さに切断するには、この長い発泡体を別の作業場所に搬送してこれを切断するという切断工程を別途設けることが必要であった。
【０００６】
さらに、所要の長さを有する連続した発泡体を所定長さ毎に切断する際には、その所定長さに満たない種々の長さの半端な不良部分としての発泡体が生じるけれども、所定長さを有する良品と長さの短い不良品との仕分け分離は容易ではなく、良品の発泡体群中に所定長さに満たない種々の長さの半端な不良品が混在することとなり、このように半端な不良品が混在した食品用発泡体を販売用商品とする場合には大きな問題となる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する未解決な課題に鑑みてなされたものであって、射出機により射出される可塑化材料を発泡する直前に切断して所定長さのスティック状あるいは球状の緻密でしかも発泡性が高い発泡体を製造することができ、そして、所定の長さの良品とこれと長さが異なる不良品との仕分けを容易に行ないうるように可塑化材料を適宜切断することができる射出発泡装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の射出発泡装置は、スクリューを回転可能にかつ軸線方向に進退可能に配設したシリンダバレル内に材料を供給し、該シリンダバレル内の前記スクリューの回転による摩擦熱、せん断熱および加熱ヒーターから加えられる熱等により前記材料を可塑化溶融させ、可塑化された材料を前記シリンダバレル内の蓄積室に高い圧力で蓄積計量し、この計量された可塑化材料を前記スクリューの前進駆動によりノズルから高速で射出して発泡させる射出ユニットと、該射出ユニットのノズルから射出される可塑化材料を切断しうるように前記ノズルの先端部分に隣接して配置されたカッターユニットと、前記射出ユニットおよび前記カッターユニットの作動を制御するとともに前記射出ユニットによる可塑化材料の射出中に前記カッターユニットの切断作動のｏｎ−ｏｆｆを制御するコントローラとからなり、前記射出ユニットのノズルから射出される可塑化材料を該可塑化材料が発泡する直前に前記カッターユニットにより順次切断して所定長さの発泡体を製造することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の射出発泡装置においては、射出ユニットによる可塑化材料の射出とカッターユニットによる切断とを連動制御することにより、前記射出ユニットから射出される可塑化材料の最初の切断と最後の切断に対応するカッター刃の切断作動を行なわないように前記カッターユニットの作動を制御して、所定長さの発泡体と該所定長さの発泡体よりも長い長さをもつ不良発泡体を作製するようになし、不良発泡体の仕分け分離を容易化することが好ましい。
【００１０】
そして、本発明の射出発泡装置は、食品用発泡体の製造に好適である。
【００１１】
【作用】
スクリューを回転可能にかつ軸線方向に進退可能に配設したシリンダバレル内に材料を供給し、該シリンダバレル内のスクリューの回転による摩擦熱、せん断熱および加熱ヒーターから加えられる熱等により前記材料を可塑化溶融させ、可塑化された材料を前記シリンダバレル内の蓄積室に高い圧力で蓄積計量し、この計量された可塑化材料を前記スクリューの前進駆動によりノズルから高速で射出して発泡させる射出ユニットと、該射出ユニットのノズルから射出される可塑化材料を切断しうるように前記ノズルの先端部分に隣接して配置されたカッターユニットと、前記射出ユニットおよび前記カッターユニットの作動を制御するとともに前記射出ユニットによる可塑化材料の射出中に前記カッターユニットの切断作動のｏｎ−ｏｆｆを制御するコントローラとからなる射出発泡装置により、射出ユニットから高圧でかつ高速で射出される可塑化材料を該材料が発泡する直前にカッターユニットにより切断することにより、所定の長さのスティック状あるいは球状の緻密でしかも発泡性が高い発泡成形体を製造することができ、そして、高速での射出とともに所定の長さに順次切断することができるので、発泡成形体の切断工程を別途設ける必要がない。
【００１２】
また、射出ユニットから射出される可塑化材料の最初の切断と最後の切断に対応するカッター刃の切断作動を行なわないようにカッターユニットの作動を制御することにより、所定長さの発泡体と所定長さよりも長い不良発泡体を作製するようになし、発泡成形体の製品長さが一定の良品と、長さが異なる不良品の仕分けを容易にかつ簡単に行なうことを可能にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る射出発泡装置の一例を概略的に図示する構成図であり、図２は、本発明に係る射出発泡装置における射出ユニットの要部を破断して示す概略的な構成図である。
【００１５】
本発明の射出発泡装置は、図１および図２に図示するように、シリンダバレル内に供給される材料を該シリンダバレル内のスクリューの回転による摩擦熱、せん断熱および加熱ヒーターから加えられる熱等により可塑化溶融させ、可塑化された材料をシリンダバレル内の蓄積室に高い圧力で蓄積計量し、この計量された可塑化材料をスクリューの前進駆動によりノズルから高速で射出する射出ユニット１および該射出ユニット１から射出される可塑化材料を切断するカッターユニット２が機台４上に配設され、そして、装置の作動条件等を入力するための操作部を付設して射出ユニット１とカッターユニット２の作動を制御するコントローラ３を備えている。
【００１６】
射出ユニット１は、スクリュー１２が回転可能にかつ軸線方向に進退可能に配設されたシリンダバレル１１を有し、シリンダバレル１１の外周部には、図２に図示するように、温度が個々に制御される複数の加熱ヒーター１３が配設されている。
【００１７】
シリンダバレル１１の前方部分には、図２に図示するように、スクリュー１２の前方位置に蓄積室１４を確保し、また、先端部には従来から周知の態様でノズル１５が取り付けられている。なお、ノズル１５には、水の飽和蒸気圧よりも高い圧力で可塑化材料を蓄積計量しうるように、そしてノズル孔を開閉させて可塑化材料の流れを断続させる機能をするようにノズル孔を開閉するバルブを設けることもできる。
【００１８】
また、シリンダバレル１１の後方部には、材料を供給するための材料供給ホッパー１６が配設されている。
【００１９】
そして、シリンダバレル１１の後部には、可塑化用モータ１７および射出用モータ１８が設けられており、可塑化用モータ１７は、伝動機構１７ａを介して、スクリュー１２を回転駆動させるように構成され、射出用モータ１８は、タイミングベルト等の伝動機構１８ａを介してボールネジ１８ｂを回転させ、スクリュー１２の直線運動に変換し、スクリュー１２を軸線方向前後に進退駆動させるように構成されている。
【００２０】
射出ユニット１の下流には、カッターユニット２が配設されており、このカッターユニット２は、カッターモータ２１、ノズル１５の先端部に隣接して配置されたカッター刃２２、およびカッターモータ２１の回転駆動をカッター刃２２に伝達する伝動機構２１ａとその途中に配置された電磁クラッチ２３を備え、カッター刃２２は、カッターモータ２１の回転駆動により、コントローラ３からの信号によりｏｎ−ｏｆｆ（断続）が制御される電磁クラッチ２３を介して回転駆動され、射出ユニット１のノズル１５から射出される可塑化材料を発泡する直前に切断するように構成されている。
【００２１】
また、コントローラ３は、射出ユニット１およびカッターユニット２の作動を制御するように構成されており、図示しない操作部を介して、シリンダ温度、スクリュー回転数、射出率、背圧、計量値等の入力された各種の成形条件に基づいて、射出ユニット１およびカッターユニット２の作動を制御するとともに、射出速度やシリンダ温度を制御し、そして、射出ユニット１の可塑化用モータ１７や射出用モータ１８の駆動、さらに、カッターユニット２のカッターモータ２１の駆動や電磁クラッチ２３のｏｎ−ｏｆｆを制御する。
【００２２】
次に、上記のように構成された射出発泡装置の作動について説明する。
【００２３】
先ず、コントローラ３に、シリンダ温度、スクリュー回転数、射出率、背圧、計量値などの装置を運転するための条件を入力する。そして、射出ユニット１を作動させて、加熱ヒーター１３等によりシリンダバレル１１を予め設定された温度とした後に、可塑化用モータ１７を起動させ、スクリュー１２を所定の速度で回転駆動させる。材料供給ホッパー１６から供給された材料は、スクリュー１２の回転による摩擦熱、せん断熱、および加熱ヒーター１３から加えられる熱等により加熱されて可塑化され、スクリュー１２の回転に応じて漸次シリンダバレル１１内の先端部分の蓄積室１４の方へ移送され、可塑化された材料は、蓄積室１４において水の飽和蒸気圧よりも高い圧力で計量される。この可塑化材料の計量が進むにしたがってスクリュー１２は予め設定される計量完了位置の方へ後退し、コントローラ３に設定された計量値に達すると、可塑化用モータ１７を停止させる。
【００２４】
続いて、射出用モータ１８が起動され、この射出用モータ１８の回転運動は、伝動機構１８ａを介してボールネジ１８ｂを回転させて、スクリュー１２を計量完了位置から射出方向に前進駆動させる。このスクリュー１２の前進移動により、蓄積室１４に計量され蓄積されている可塑化材料は、ノズル１５から大気中に高速で射出される。射出された材料は、ノズル１５から射出されると瞬時に蒸気発泡が起こり、ノズル孔の孔径の数倍に発泡してきわめて緻密でしかも発泡性が高い発泡成形体が得られる。
【００２５】
そして、この射出に際して、ノズル１５の先端部に隣接して位置付けられたカッター刃２２が、回転駆動されていない場合には、所要の長さを有する連続した発泡成形体が順次得られる。一方、この射出に際して、カッター刃２２が、カッターモータ２１およびｏｎ状態の電磁クラッチ２３により、所定の回転数をもって回転駆動されていると、カッター刃２２は、ノズル１５から高速で射出される可塑化材料を発泡する直前に順次所定の間隔をもって切断して、所定長さの発泡成形体を得ることができる。
【００２６】
次に、射出ユニット１による可塑化材料の射出と同時に可塑化材料を切断して所定長さの発泡体を製造する際のカッターユニット２の作動についてさらに詳細に説明する。
【００２７】
前述したようにある成形条件のもとで、材料を可塑化させながら計量し、そしてカッターユニット２を作動させることなく射出発泡させたときに得られる連続した発泡体の長さＬ１  を先ず測定し、この長さＬ１  をコントローラ３に入力する。この発泡体の長さＬ１  とその時に要した射出時間Ｔとから、単位時間当たりの発泡体の製品速度Ｒ（＝Ｌ１  ／Ｔ）が自動的に算出される。また、コントローラ３に、発泡体の予め設定されている所望の製品長さＬ２  とカッターユニット２に用いるカッター刃２２の刃数ｃを入力することにより、製品長さＬ２  、製品速度Ｒおよびカッター刃２２の刃数ｃの値から、カッター刃２２の回転数ｎ（＝Ｒ／ｃ×Ｌ２  ）が算出され、この算出された回転数ｎでカッター刃２２を駆動するようにコントローラ３によりカッターモータ２１を制御し、カッター刃２２の回転数ｎを設定する。
【００２８】
したがって、射出ユニット１の可塑化用モータ１７の作動による材料の可塑化計量が終了して、射出用モータ１８の作動により可塑化材料の射出が開始されると、カッターユニット２のカッター刃２２を前記のように算出される所定の回転数ｎをもって駆動することにより、射出ユニット１のノズル１５から射出される可塑化材料を発泡する直前に順次切断して、所定長さＬ２  を有する発泡体製品を連続して得ることができる。
【００２９】
ところで、ある成形条件のもとで材料を可塑化させながら計量しそして射出発泡させるときに測定された発泡体の長さＬ１  と予め設定される製品長さＬ２  の関係から、Ｌ１  ／Ｌ２  に端数が生じる場合が多い。すなわち、通常、切断した発泡体全てを製品長さＬ２  とすることはできず、製品長さＬ２  よりも短い長さの発泡体が生じてしまう。この製品長さＬ２  より短い発泡体は、製品（商品）としては不良品であり、所定の製品長さＬ２  を有する良品の製品群から取り除く必要がある。このような不良品が、所定の製品長さＬ２  より著しく短い場合には、目視により直ちに判別でき、良品の製品群から仕分けして取り出し排除することができるけれども、良品の製品長さＬ２  にごく近似した長さを有する場合、例えば、製品長さＬ２  を１０ｃｍとするときに、約８〜９ｃｍ程度の長さの不良品がある場合には、これらの不良品を良品の製品群から目視等により仕分けることは困難であり、製品群中に不良品が混在してしまうという問題点が生じることがある。
【００３０】
そこで、通常の切断により生じる製品長さＬ２  よりも短くなる発泡体（不良品）に対応する切断を行なわずに製品長さＬ２  よりも長い状態の不良品を意図的に作製することにより、製品長さＬ２  を有する良品と、製品長さＬ２  と長さが異なる不良品との仕分けを容易にかつ簡単に行なうことができるようにする。これによって、良品の製品群中に不良品が混在してしまうという問題点を解消することができ、また、たとえ、不良品の仕分けや排除を誤ったとしても、不良品は所定の製品長さよりもやや長く作製されているので、良品の製品群中に不良品が混在していても、販売製品（商品）として支障が生じることはない。
【００３１】
このように製品長さＬ２  よりも長い状態の不良品を意図的に作製するために次のようにカッターユニット２を制御し作動させる。すなわち、射出時間Ｔとカッター刃２２の回転数ｎから、射出の１サイクルに必要なカッター刃２２の回転回数Ｎが算出され、このカッター刃２２の回転回数Ｎにおいて、射出が開始された直後の最初の切断と最後の切断に対応するカッター刃２２の回転を電磁クラッチ２３をｏｆｆすることにより停止させて、射出される材料を切断しないようにすることにより、製品長さＬ２  より長い発泡体が最初と最後に１つづつ得られる。このようにカッターユニット２の作動を制御することにより、製品長さが一定の良品と製品長さよりも長い不良品とが作製され、不良品の仕分けを容易にかつ簡単に行なうことができる。
【００３２】
次に、本発明の射出発泡装置により食品用発泡体（スナック菓子）を製造する際の好適な具体例について説明する。
【００３３】
食品材料には米（ササニシキ）を用い、水分含量を調湿して１３．５％のものを用いた。
【００３４】
射出発泡装置には、食品用射出発泡装置（日本製鋼所製：スクリュー径２８ｍｍ）を用い、成形条件は、射出率：３２ｃｍ３  ／ｓｅｃ、シリンダ温度：４０／１２０／１７０℃、ノズル温度：１３５℃、ノズル径：４ｍｍにおいて可塑化計量および射出を行なった。そして、カッター刃を作動させることなく得られた米発泡成形体は、長さ（Ｌ１  ）が２２５ｃｍであり、その射出時間（Ｔ）は１．３８秒であった。この測定された米発泡成形体の長さＬ１  ＝２２５ｃｍをコントローラ３に入力することにより、米発泡成形体の速度（Ｒ＝Ｌ１  ／Ｔ）として１６３．０４ｃｍ／ｓｅｃが算出される。続いて、使用するカッター刃２２の刃数（ｃ）が１であり、製品長さ（Ｌ２  ）を１０ｃｍとするとき、このカッター刃の刃数（ｃ）と製品長さ（Ｌ２  ）の数値をコントローラ３に入力すると、必要とするカッター刃の回転数（ｎ＝Ｒ／ｃ×Ｌ２  ）は９７８ｒｐｍとして算出され、この回転数（ｎ＝９７８ｒｐｍ）がカッターユニット２に設定され、カッターモータ２１が制御され、カッター刃２２を９７８ｒｐｍの回転数で回転するように駆動する。
【００３５】
この時、全体の長さが２２５ｃｍである発泡体を１０ｃｍ毎に切断する際に、ノズル１５の先端からの発泡体の射出が開始されてからカッター刃２２を回転作動させて切断する場合には、カッター刃２２は２３回回転しなければならない。この場合、発泡体の射出開始時と終了時に１０ｃｍより短い発泡体がそれぞれ発生することとなる。そこで、射出開始時と終了時に、コントローラ３から指令を出して電磁クラッチ２３をｏｆｆにして１回づつカッター刃２２が作動しないようにし、射出開始時と終了時の発泡体の長さを所定の製品長さ（Ｌ２  ＝１０ｃｍ）より長いものとする。
【００３６】
すなわち、射出材料である米の計量が終了し、射出用モータ１８の作動によるスクリュー１２の前進移動によりノズル１５からの高速での射出が開始されると、カッター刃２２は最初の切断に対応する作動を行なわないように電磁クラッチ２３をｏｆｆの状態にし、１回分の０．０６秒だけ遅れて、電磁クラッチ２３をｏｎにして、カッター刃２２が回転し始めるように制御し、そして、カッター刃２２が２１回回転したところで、電磁クラッチ２３に信号が送られ電磁クラッチ２３をｏｆｆにして、最後の切断に対応するカッター刃２２の回転を停止させる。これにより、射出開始時と終了時の発泡体の長さは、所定の製品の長さ（Ｌ２  ）よりも長いものとして切断され、所定長さの良品の発泡体と長さが異なる不良品との仕分けを容易にかつ簡単に行なうことができることとなる。
【００３７】
その後、射出ユニット１による材料の計量と射出、およびカッターユニット２による切断作動を、同様に、繰り返すことにより、所定の製品長さを有する発泡体を製造することができるとともに、不良品は製品長さより長く切断され、これらの不良品を良品の製品群から仕分けることが容易にかつ簡単に行なうことが可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の射出発泡装置によれば、以下のような顕著な効果が得られる。
【００３９】
（１）  射出発泡機を用いることにより、米等の食品材料を投入して高速で射出される発泡成形体を、材料が発泡する直前に切断することにより、所定の長さのスティック状あるいは球状のきわめて緻密で発泡性の高い発泡成形体を自動的にかつ高速で製造することができ、しかも、高速での射出とともに所定の長さに順次切断することができるので、発泡成形体の切断工程を別途設ける必要がない。
【００４０】
（２）カッターユニットの切断作動のｏｎ−ｏｆｆを制御することによって、所定の製品長さよりも短い不良品を生じさせないようにすることにより、所定の製品長さを有する良品発泡成形体と長さが異なる不良品の仕分けを容易にかつ簡単に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る射出発泡装置の一例を概略的に図示する構成図である。
【図２】本発明に係る射出発泡装置における射出ユニットの要部を破断して示す概略的な構成図である。
【符号の説明】
１    射出ユニット
２    カッターユニット
３    コントローラ
４    機台
１１    シリンダバレル
１２    スクリュー
１３    加熱ヒーター
１４    蓄積室
１５    ノズル
１６    材料供給ホッパー
１７    可塑化用モータ
１８    射出用モータ
２１    カッターモータ
２２    カッター刃
２３    電磁クラッチ
【図１】
0003587994.tif 000002
【図２】
0003587994.tif 000003