(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック加工中に添加剤を搬送するための方法であって、
制御ループにおいてコンポーネントのネットワークを定め、上記制御ループはフィードバック法を用いて少なくとも１つのポンプを駆動し、
上記フィードバック法は、
プラスチック加工装置に使用する少なくとも１つセンサからコントローラに少なくとも１つの信号を送り、
上記コントローラから上記少なくとも１つのポンプに１以上の信号を送り、
上記少なくとも１つのポンプの圧力を監視すると共に注入ノズル弁の位置を感知し、１以上の信号を上記注入ノズル弁に送り、この注入ノズル弁を開放または閉鎖するよう指示する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
上記プラスチック加工は、プラスチック溶融プロセスを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
上記添加剤は、プラスチック材料が溶融プラスチック材料になる重合反応器の下流に搬送され、上記溶融プラスチック材料は、上記重合反応器を離れ、上記重合反応器を離れた後少なくとも添加剤が上記重合反応器の下流に搬送されるまで溶融されたままであることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の方法において、
上記コントローラは、高圧ノズルコントローラであり、
上記高圧ノズルコントローラは、システム圧力がユーザにより指定されたレベルに到達した時点で上記注入ノズル弁に開放するよう信号を送り、上記注入ノズル弁が適切な位置にあることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
上記注入ノズル弁を通る上記添加剤の流量を調整し、関連する押出機の出力の流量を適合させる注入ノズルコントローラが設けられていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の方法において、
上記少なくとも１つのポンプは、高圧投与ポンプを含み、
上記少なくとも１つのポンプは、上記高圧投与ポンプに連続して接続されたプレチャージポンプを含み、
上記プレチャージポンプは、圧力が２０．７ＭＰａ（３０００psi）以上であるときに、上記高圧投与ポンプに加えて使用され、
上記プレチャージポンプおよび上記高圧投与ポンプは、合計で、４１．４ＭＰａ（６０００psi）の能力を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１つに記載の方法において、
アクションを許可するための少なくとも１つの実施可能信号、少なくとも１つの電源表示信号、押出機のスクリューが回転していることを示す少なくとも１つの信号、クリーニングおよびアンチクロッグストロークの少なくとも１つを示す少なくとも１つの信号、および流量を示す少なくとも１つのアンペア数信号の１つ以上が含まれていることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の方法を実行するための添加剤搬送システムにおいて、
プラスチック加工装置に使われる少なくとも１つセンサと、
高圧ノズルコントローラと、
少なくとも１つのポンプと、
高圧ノズルとを備え、
上記システムは、上記少なくとも１つのポンプと注入ノズル弁とを駆動させるため、フィードバック論理法に適している論理型制御ループを備えることを特徴とする添加剤搬送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本例示的実施形態は、添加／着色プラスチック加工方法（例えば押出法）および装置に関する。それは、例えば押出法でプラスチックの加工中に材料に添加剤の調和のとれた添加を提供するための方法および装置と共に特定の応用を見出し、それに加えて特定の言及と共に記載される。応用可能な押出プロセスには、これに限定されないが、シート、フィルム、および繊維が含まれる。しかし、当然のことながら、本例示的実施形態は、他のプラスチックの適用およびプロセスにも適している。例えば、添加剤が直接、溶融重合が行われる反応器（リアクター）によりもたらされる溶融高分子に導入される状況、および／または、高分子ペレットが通常供給されるであろう押出成形機が存在しない状況に適用することもできる。
【０００２】
プラスチック溶融プロセスは、１以上のスクリューを用い、プラスチックビーズを所望の溶融温度に加熱された押出成形機のバレル（barrel）に押し込む。このプラスチックビーズは、バレルを通過しながら次第に溶ける。このプラスチック溶融プロセスは、統一性のある生産物を維持するため、供給口へのバルク材料の絶え間ない供給に大きく頼っている。統一性のある出力には、例えばサイズ、強度、および外観といった一定の製品特性が必要である。この製品の特性は、原料物質、充填剤、およびプロセスの溶融段階の前および溶融段階中に混ぜ合わされる着色剤を含む添加剤により決められる。例えば顔料、染料、難燃剤、および抗菌剤等の添加剤は、押出成形プロセスおよび射出成形プロセスにしばしば加えられ、材料の物理的特性および化学的特性を変更し、より望ましい材料を作り出す。全てのプラスチック溶融プロセスは、供給装置に対してより長いまたはより短いフィードバックループをもたらす様々な制御手段を備え、正確な割合の出力を管理し、維持する。
【０００３】
押出成形機または射出成形機に搬送される粉状、顆粒状、ペレット状、ぶつ切り状、およびフレーク状のバルク材料は、様々なプロセスから作り出される。これらの材料は、一般に、上記機械の供給口に搬送される前に様々なサイズのホッパーまたは材料ラインで混ぜ合わされ、保持される。一般に、これらの材料は、上記プロセス内で、重力によりスクリューに供給される。押出成形機のスクリューは、熱と圧力が材料を溶解し、混合するために加えられるプロセスのセクションへの運搬装置としての機能を果たす。材料が重力により確実に供給されない場合、特に、フレーク形状または不規則な形状が存在する場合において、例えばクラマーフィーダー（crammer feeders）あるいはスタファー（stuffers）等の機械的手段が用いられ、材料の確実な供給を成し遂げようとする。
【０００４】
添加剤のドライパウダー、ペレット、および液体形状は、スクリューに導入される前にバルク材料の流れ（ストリーム）に加えることができる。この場合の材料フィーダーは、オージェフィーダー、ディスクまたはホイールフィーダー、ベルト、振動フィーダー、液状添加剤の場合のシンプルタイマーおよびポンプである。スクリューへの導入前にこれらの材料を材料の流れに加えることによって、搬送時に正確な比率を有することができる量の材料が作り出されるが、上記プロセスの出力時に作り出される材料の割合にかかわらず、この材料は上記プロセスに注がれる。
【０００５】
材料に添加剤を導入するための他の方法は、装置のバレル内に直接液状添加剤を注入することである。しかしながら、この方法に関わるスタートアッププロトコルは複雑であり、発生する問題からの復帰が極端に困難である。さらに、この方法で作り出されるスクラップの量は、上述の問題の結果として、著しく増加する。
【０００６】
１以上のスクリューにより処理された材料の最終形態は、最終形状または最終形態を作るためにさらに機械で加工される粘性液状溶解物である。この最終形状は、繊維、ストランド、および押出形状の製品から、様々な形態の射出成形製品に及ぶ。大量の材料、時間、およびエネルギーが、この溶解物を作るための上記プロセスに注がれる。可変の添加剤が、最後の瞬間に上記プロセスに加えられ、一方で、完全混合に繋がる可能性を維持することは、材料の精密性およびプロセスの出力の正確性に比例して、高分子の流れ（polymer stream）に添加剤を散布あるいは浸透させる。
【０００７】
さらに、統一性のあるサイズ、形状、メルトインデックス、密度、および色の供給原料を開発することは、石油製品の価値がどんどん高くなっている世界で、原材料がより高価になり、供給原料がより貴重になっているため、製品メーカーにとってより困難になってきている。材料特性重合調整剤の必要性は、この調達をさらに困難にし、しばしば、すでに不足している材料に対してかなりのコストを追加する。添加剤の導入、および（さらに重要なことには）液状添加剤をプロセスに取り込む能力には、必要とされないより高い規格の材料を用いることが好ましい。液状添加剤は、プロセスにおける含有および比率の選択がコストを最小化できるようにする。プロセスへの材料の投入は、現在、著しくコストを削減する高い規格の材料の可用性よりもむしろ製品の要求の結果である。液状添加剤の注入はさらに、昇温昇圧時に液体を送り込むことができるので、プロセスの産出に対する非常に短い制御ループを可能にする。
【０００８】
バルク材料の一貫性のない供給は、プロセスにおける不一致および非効率の原因にもなり、押出製品の大きさ、およびその可変物理特性および可変外観特性を変化させる。プロセスの最後の時点における導入は、ソリッドフィーダーではありえない（昇温昇圧の）プロセス状態に対する正確な比率を確実にする。さらに、最新式のポンプ装置は、プロセスにおいて混合された材料の量をかなり少なくすることができるようにし、色の変化に関与する材料が少なくなればなるほど、リアルタイムでプロセスの変化に対するより急激な反応をもたらす。プロセス出力が変化するので、添加剤の導入は、ほぼ同時に均等に変化し、その結果、添加剤のオーバードーズ（過剰投与）またはアンダードーズ（過小投与）を含む問題を防ぐ。
【０００９】
言及によりそっくりそのまま本明細書に組み込まれている開示である以下の言及は、カラープラスチック成形装置およびシステムに様々に関連する。米国特許No.5,486,327は、固形材料を溶融材料に変換するため、スクリュータイプメカニズムのバレルに液状添加剤を導入する配置を教示する。しかし、この方法は、供給口に近い添加剤を導入し、その結果、リグラインドのための不統一な入力変数、および少ない高価な原材料と関連する密度バリエーションをもたらす。
【００１０】
米国特許No.5,439,623は、複数のストランド形状の添加剤のカッターへの導入を制御するための方法を提供する。この方法は、所望の添加剤量を得るため、供給間隔毎の各ストランドに対する供給量、速度、デルタポジションを用いる。しかし、この方法は、押出成形機の出力（アウトプット）に従った添加剤を釣り合いのとれた状態で注入するための制御論理法を用いない。
【００１１】
従って、プラスチック溶融プロセスに、統一性のある均整な（適切な）添加剤を提供し、同時に、コストを低減し、かつ効率を上げる添加剤導入方法が必要である。
【００１２】
本発明の適用可能な更なる範囲は、以下で提供される詳細な説明から明らかになる。しかし、当然のことながら、この詳細な説明および具体例は、本発明の好ましい実施形態を示す一方で、説明の手段としてのみ提供されている。これは、本発明の精神と範囲内での種々の変更および修正は当業者にとって明らかになるからである。
【発明の概要】
【００１３】
実例として複数の実施形態が本明細書に記載されている。一実施形態において、プラスチック加工、例えばプラスチック溶融プロセス中に添加剤を搬送するための方法が開示されている。この方法は、少なくとも１つのポンプを駆動させるためにフィードバック法を用いる制御ループにおいてコンポーネントのネットワークを定めることを含む。この方法は、プラスチック加工装置、例えばプラスチック溶融装置と関連する少なくとも１以上のセンサからの少なくとも１つの信号をコントローラに送信し、コントローラからの１以上の信号を少なくとも１つのポンプに送信し、少なくとも１つのポンプの圧力を監視すると共に注入ノズル弁の位置を感知し、１以上の信号を注入ノズル弁に送り開放または閉鎖するようこの弁に命令することを含む。
【００１４】
他の実施形態において、プラスチック加工装置、例えば溶融装置への均整な添加剤の搬送を維持するための方法が開示されている。この方法は、溶融装置のアンペア数と関連するポンプの毎分回転数（ＲＰＭ）に基づいて割合を定め、溶融装置内の特定の条件により描出される様々なステップワイズスロープ（勾配）（step-wise slopes）を伴う領域をプログラムし、均整な添加剤搬送を維持するため対応する領域に基づいて、添加剤の溶融装置への搬送をプログラムすることを含む。
【００１５】
さらに他の実施形態において、プラスチック加工における添加剤の正確な導入、例えばプラスチック溶融プロセスへの導入のための添加剤搬送システムが開示されている。このシステムは、プラスチック加工装置（例えば溶融機）と関連する少なくとも１つのセンサと、高圧ノズルコントローラと、少なくとも１つのポンプと、高圧ノズルとを含む。このシステムは、少なくとも１つのポンプおよび注入ノズル弁を駆動するためのフィードバック論理法を用いる論理型制御ループを備えている。
【００１６】
更なる実施形態において、プラスチック加工、例えばプラスチック溶融プロセスにおける下流（downstream）への添加剤搬送のための高圧注入ノズルが開示されている。このノズルは、溶融／固形物混合状態における下流注入を容易にするため３から５インチの長さを有するランドと、外部シールと内部シールとを含む二重シールシステムと、高圧管と、温度上昇からノズルを保護するための冷却機構とを備えている。また、このノズルは、静的または動的混合の後に計測部およびポスト押出機スクリューの両方において用いられる溶融注入のためのショートランドバージョンを含むこともできる。
【００１７】
本発明の適用可能な更なる範囲は、以下に提供される詳細な説明から明らかになる。しかし、当然のことながら、詳細な説明および具合例は、本発明の好ましい実施形態を示すと同時に、説明の手段としてのみ提供されている。これは、本発明の精神と範囲内での種々の変更および修正は当業者にとって明らかになるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明は、装置の各種部品の構造、配置、および組み合わせ、そして方法のステップに存在し、予定される目的は、以下により詳しく説明され、請求項に具体的に挙げられ、以下の図面に説明されるように実現される。
【図１】図１は、添加剤注入システムのカスタマイズモデルの概略図である。
【図２】図２は、ユーザの現在の押出成形機を伴う添加剤注入システムを用いるための方法の概略図である。
【図３】図３は、高圧注入ノズルの断面図である。
【図４】図４は、高圧ノズルコントローラからの出入力の例である。
【図５】図５は、制御論理添加剤注入システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の方法は、プラスチック溶融プロセスへの液状添加剤の均整な投与ための添加剤搬送システムを備えている。この方法は、命令およびフィードバック信号を提供するコントローラを有するショート制御ループシステムを用いて、上記搬送システムを施行し、統御する。従って、この添加剤搬送システムは、ユーザ固有であり、特定の要求を満たすためにカスタムプログラムすることができる。このシステムは、本明細書に記載され、可塑押出機と併せて説明されているが、当然のことながら、この発明は、材料を溶融し、放出するための他のタイプの機器に適用することができる。
【００２０】
例示的実施形態を説明する目的のために示され、請求項に記載された主題を限定する目的ではない図面を参照すると、図１は、添加剤搬送システムを適切に改造し、最高かつ好ましい機能性に到達するために消費者要求を評価するためのモデルを示している。一実施形態において、消費者が液状添加剤注入システムに対する必要性を特定した時点で、第１ステップは、製造プロセスの解析を実行することによるユーザのプロダクトニーズ（製品に対する要求）の評価を要求する（１１）。顧客またはメーカーの現在の押出成形システムが評価され、コストが見積もられる（１３）。液状添加剤が、消費者の望む性質で作成され（１５）、可能性のある注入ポート位置および環境が評価される（１７）。このプロセスの間、注入位置に応じて異なる材料が用いられる。例えば、注入が供給口で発生する場合、添加剤は、ペレット、フレーク、リグラインドの塊、および微粉の存在下で加えられ、注入が供給セクションで発生する場合、添加剤は、ペレット、フレーク、リグラインドの塊、または微粉および薄い溶融フィルムの存在下で注入されるだろう。そして、注入が溶融セクションで発生した場合、添加剤は、溶解物の存在下で注入されるだろう。注入が混合スクリューの下流で発生する場合に、キャビティトランスファ混合器（ＣＴＭ）を用いることが望ましい場合があることが知られている。熟練した職人には知られていることだが、このＣＴＭは、密接に適合されたロータとステータとを備え、これらは共に、互い違いに並んだ半球状の空洞に覆われ、連続した螺旋状経路を作り出す。この螺旋状経路において、流体要素は、変形をカットし、折り、向きを変えるという一連の行為を受ける。これは、大量の高粘性流体への低粘性流体の混入を改善することができる。注入位置の場所が決定された時点で（１９）、溶液（ソリューション）を選択することができる（２０）。この溶液と混合される添加剤の能力がテストされ、評価される（２１）。このとき、ノズルコンポーネント、安全システム、混合システム、および制御システムが設計され、作り上げられる（２５）。カスタマイズされたプログラムおよび制御メカニズムが、ユーザの特定の要求から決定される的確な機能を伴って築かれる（２７）。添加剤搬送システムが作られ、テストされた時点で（２９）、潜在的購入者が、試しにこの機器を用いるシステムの質を試すことができ（３１）、顧客が、プロセスにおける添加剤および設備を評価することができるようにする（３３）。この試験が満足できるものであると顧客が決定した場合、顧客が望む位置に、このシステムを取り付けることができる（３５）。
【００２１】
選択的に、消費者がカスタマイズされた機能を必要としない場合、上記システムを初期設定でプログラムすることもできる。つまり、顧客は、所望のプログラムされた機能を機能メニューから選択することができる。この機能メニューは、どのコンポーネントが機械に取り付けられているから説明するために、問題をユーザに示す一組のスクリーンを含む。例えば、消費者が投与（ドージング）ポンプおよびプレチャージ（pre-charge）ポンプを共に有していない場合、システムに含まれないプレチャージポンプが選択解除されるだろう。このプログラミングステップは、取り付けられたコンポーネントを探し、何が取り付けられているか感知できるＰＬＣを介して自動的に行われるようにしてもよい。
【００２２】
図２は、ユーザの現在の押出機４１で実施される添加剤搬送システムの好ましい実施形態を示している。このシステムは、１以上のポンプ４５，４６と、様々な制御ループを作り出す複数のセンサおよびコントローラ４３とを備えている。押出機４１のセンサが、高圧ノズルコントローラ４３にフィードバックし、そして、システムを起動可能な出力信号が、システムを停止し、および／または、システムの出力を上下に変更する。一般に、高圧ノズルコントローラ４３は、どの点でノズル弁４９が開閉するかを決定し、押出機の溶解物の中への適切かつ均整な添加剤搬送を維持する。
【００２３】
好ましくは、一実施形態の添加剤搬送システムは、押出機のバレルの下流への添加剤搬送に適している高圧注入ノズルを含む。図３は、液状添加剤の均整注入に用いることができる高圧注入ノズルの一実施形態を示している。この高圧注入ノズルは、吸入口から離れている押出機のバレルの下流への注入を可能にするという点で、従来のノズルと異なっている。供給口から下流の注入場所が好ましい。なぜならば、まだ、混合を通して適正な時間が可能であるときに、押出中に最後の瞬間に対する添加剤の追加を阻止することを容易にするからであり、その結果、添加剤が出力に正確な割合で搬送されることを確実にする。スクリューの導入前に、添加剤がバルク材料と混合されるとき、導入時に一旦正確であった割合が、出力比および出力量が変わる圧力変化が原因で、結局不正確になる場合がある。さらに、バレル内への直接下流注入は、化学的に大気に敏感である材料の追加が可能になる。好ましくは、注入場所は、供給口の下流に約２フライト（flight）以上であり、さらに好ましくは、供給口から下流に約３フライト以上である。一般に、添加剤の注入は、供給口に近い、または供給口内の上流で発生する。このような注入に対して、一般に、弁が付いていない注入ノズルが用いられる。スクリューの供給セクション内に注入するとき、本発明の高圧注入ノズルは、好ましくは約３から５インチの間、より好ましくは約３．５から４．５インチの間、さらに好ましくは約４インチのランド長さを含む。このランド長さは、とりわけ下流に注入するときに圧力が上昇するため、限界まで長くしてもよく、供給口により近い上流に注入する場合と比較して、溶解物に直接注入できる。本発明に従った高圧ノズルは、Ｄ−２のような硬い工具鋼から作られた硬化ノズルチップと、硬化ノズル弁ピンとを備えている。さらに、このノズルは、好ましくは注入ノズル弁位置を感知することができる線形位置測定器を含む。
【００２４】
上記高圧注入ノズルは、高圧を強化することができる。好ましくは、この高圧注入ノズルは、約２インチのシリンダ５１と、高圧鋼管５７とを備えている。この高圧鋼管は、４０００psi（pound per square inch（ポンド毎平方インチ））（２７．６ＭＰａ）管と７０００psi（４８．３ＭＰａ）管の間にすることができる。しかしながら、さらに好ましくは、上記高圧管は、約５０００psi（３４．５ＭＰａ）管である。この圧力強化能力が、数千ポンド毎平方インチの発生を可能にする。好ましくは、上記ノズルは、８０００（５５．２ＭＰａ）から１２０００psi（８２．８ＭＰａ）の間の圧力を発生させる。他の実施形態では、上記ノズルは１００００psi（６９．０ＭＰａ）の圧力を発生させる。
【００２５】
上記高圧ノズルはさらに、２重シール５９と、従来型ノズルが悩む漏れ問題により有効である少なくとも１つのオーリング６１および４重シールの組み合わせとを含むシールシステムを備えている。添加剤は、ノズルの側面に配置されている開口を通ってノズル内に流れ込み、高圧管５７を介してノズルから出る。上記シールシステムの存在は、添加剤の漏出量を削減する。高圧注入ノズルはさらに、ノズル６３の温度を管理する冷却台５３を含むことができる。バレルヒーターバンドが近くにあるので、上記ノズルは多量の熱を作り出し、ノズルを損傷から護るため冷却する必要がある。さらに、過度の発熱のため、空気シリンダのオペレーションが不安定になる場合があり、シールが適切に作動することを止める場合がある。一実施形態では、冷却台５３はノズルのバレルの周囲に配置することができる。冷却台５１は、この冷却台を通る様々な温度の水を流すことによって調整された温度である。他の実施形態において、ノズルの温度を下げたままにするために、ノズルを冷却された銅コイルで巻くこともできる。さらに異なる実施形態において、泡を形成するために曲げることができる絶縁ラップまたは繊維インシュレータを備える熱シールドが用いられる。また、さらなる冷却をもたらすためにノズルを吹くよう複数のファンを実装してもよい。
【００２６】
好ましくは、上記注入高圧ノズルコントローラは、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）であり、ユーザは、カスタマイズした値および設定をＰＬＣに入力することができる。技術的に知られているように、ＰＬＣは、リアルタイムで複数の出入力を整えるために示される現実世界のプロセスを自動化するために用いられるプログラマブルコンピュータであり、限られた時間内で条件を入力するために複数の応答を作り出す。ＰＬＣは、「センサ」入力に接続されたフィールドの状態を監視し、マイクロプロセッサのバッテリーバックアップされたＲＡＭメモリに保存されたユーザクリエイテッド論理プログラムに従って、取り付けられた出力「アクチュエータ」（モータスタータ、ソレノイド、パイロットライト／ディスプレイ、スピードドライブ、弁等）を制御するモジュラー入／出力回路または積分入／出力回路を備えるマイクロプロセッサベースの装置である。ＰＬＣプログラムは、一般にパーソナルコンピュータに特殊応用で書かれ、その後、カスタムケーブルを介してＰＬＣにダウンロードされる。このプログラムは、一般に、バッテリーバックアップされたＲＡＭまたは他の不揮発性メモリでＰＬＣに保存される。
【００２７】
ＰＬＣは、電話またはコンピュータのようなネットワークを有するユーザのスペシフィック（specifics）およびインターフェースにプログラムされ得る点で専用装置とは異なる。複数のＰＬＣは、その１つが、より多くのリレーを小さなパッケージにすることができるようにし、システムのよりよい制御のためにより多くの論理を可能にする。上記高圧ノズルコントローラは、好ましくは、マルチプルアナログ制御ループ論理を含む。さらに、この高圧ノズルコントローラは、各種サブシステムをまとめるための通信リンクを提供するために、キーパッドまたはＰＣタイプワークステーション等のヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）を備えることもできる。
【００２８】
ＰＬＣの特徴は、アナログ入力に基づいてアナログ出力を調整する能力である。一実施形態において、高圧ノズルコントローラは、一のポンプが経験する他のポンプに与える圧力、ポンプの下流かつノズル弁前の圧力、押出機のバレルヘッドにおける溶解物からの圧力、押出機からの出力を含むアナログ信号を監視する。押出機からの生産物は、一般に、スクリューのＲＰＭまたはスクリュードライブモニタのアンペア数に従って監視される。
【００２９】
図４は、一実施形態の高圧ノズルコントローラの入出力の例を示している。押出機７１は、アンペア数７２および他のプロセス出力７４をノズルコントローラ７３に報告し、１以上の多数の可能性がある信号を出力する（７５）。一実施形態の例として、コントローラは、アラームに信号を送る（７７）、ノズル弁を開閉する（７９，８１）、および／または、注入システムの準備ができていることを中継する（８３）ことができる。ノズルコントローラ７３はまた、システムが使用（実施）可能かどうか（８５）、スクリューが回転しているか（８７）等の押出機７１からの入力を監視することもできる。
【００３０】
この分野の多くの専門家は、押出機出力の主な指標として押出機のＲＰＭに頼っている。簡易化したプロセスは、押出機の一定の回転毎出力を確実視する。これは、一般に、最高出力に対して最適化されていない、または「アンダーキャパシティ」であるシステムにおいて最も正確である。キャパシティ限界に到達したとき、ＲＰＭと出力との間の相関関係が変化する。従って、一実施形態の添加剤搬送システムは、主として圧力フィードバックシステムであり、圧力センサが押出機の出力時における圧力を監視して、添加剤の材料（インプット）を制御する。しかし、ばらつきのある結果をもたらす場合があるため、未だに圧力だけでは不十分な測定である。その結果、アンペア数の測定を含むことによって添加剤の材料および押出機の生産物の割合を維持するための方法を実施するのが好ましい。
【００３１】
モータのアンペア数は、一般に、最も直接に相互性のある、プロセスからの出力の指標である。理論上は、システムが最適化されるようになると、添加剤搬送システムの出力を押出機の出力と関連付けるため、数学的モデルを得ることができる。しかし、過度に簡易化されたアルゴリズムは、入力の混合バリエーションを補うことができない。本実施形態は、最適ゾーンへのアプローチ、最適ゾーンより下の制限された領域、最適ゾーンより上の領域からなる３つのゾーンを用いている。しかし、ほぼ間違いなく、無数のゾーンが、この目的のために特定され得るだろう。
【００３２】
添加剤の入力と押出機の出力の割合を維持するために、アンペア数測定システムを実施するために、添加剤搬送システムは、押出機に接続されたアンペア数追跡装置を含み、押出機から高圧ノズルコントローラに電流フィードバックを提供することができる。好ましくは、上記システムは、高圧投与ポンプと、高圧線路（ライン）／弁変換器を備え、押出機のアウトプットを追跡するための方法を用いて、このアウトプットに比例して添加剤搬送の残り物を正確にする。この技術分野では知られているように、投与ポンプは、吐出量の制御が可能な低容量ポンプである。上記高圧投与ポンプは、好ましくは、約３０００psi（２０．７ＭＰａ）の耐圧力の能力がある。上記システムは、ピストンポンプ、ギアポンプ、および一軸ねじポンプを含む様々な種類のポンプを収容することができ、１以上のポンプを含むこともできる。上記システムは、システムの耐圧強度を２倍にするために上記高圧投与ポンプと直列に接続されるプレチャージポンプをさらに含むことができる。このプレチャージポンプも、好ましくは約３０００psi（２０．７ＭＰａ）の耐圧強度を持っている。その結果、上記ポンプを併せて、少なくとも６０００psi（４１．４ＭＰａ）の耐圧強度を有することもあり得る。さらに、全体の耐圧強度を増加させるために連続して複数の低圧ポンプを並べることができる。例えば、３つの１０００psi（６．９ＭＰａ）の投与ポンプを、３０００psi（２０．７ＭＰａ）のプレチャージポンプと直列に並べることができ、同様に６０００psi（４１．４ＭＰａ）の総合強度をもたらす。プレチャージポンプが実施されるとき、圧力変換器がプレチャージポンプの下流に配置され、プレチャージポンプの圧力を感知する。上記高圧ポンプは、プレチャージポンプが圧力設定値に到達するまで始動しない。２つの並べられたポンプアセンブリ（投与ポンプおよびプレチャージポンプ）は、安定した出力を維持することに直接関連している、第２（投与）ポンプの安定したヘッド圧力を維持するために重要である。
【００３３】
上記高圧ノズルコントローラは、一般に、各種アナログ信号を受信する手段を有する論理／シーケンスコントローラであり、含まれている場合には、アナログ信号または直接駆動により高圧投与ポンプおよび／またはプレチャージポンプを駆動する。図５は、制御論理添加剤注入システムの好ましい実施形態を示している。注入ノズルコントローラの電源がいれられた時点で（９１）、このコントローラは、オープン（ＯＰＥＮ）（９３）、レディ（ＲＥＡＤＹ）、あるいは他のインジケーションインジケータに自動的に切り替えることができる。オープンコマンド（９３）に切り替えられると、ノズル弁が自動的に開放され、添加剤が押出機のバレルに流れることができるようにする。これは、押出機の操作ステーションに、例えば、光、テキストメッセージ等のアラート（警告）を送り、このプロセスが始まったことを示す。制御装置がオープンに切り替えない場合、ノズル弁は閉鎖され（９９）、ノズルが閉鎖された信号が操作ステーションに送られ、ノズルの閉鎖を示すアラートが発せられる（１０１）。
【００３４】
上記高圧ノズルコントローラは、オート（ＡＵＴＯ）に設定することもでき（１０３）、コントローラを作動させるとき、押出機操作ステーションにグリーン「レディ」ライト（green ‘READY’ light）を自動的に送る（１０５）。もう１つの方法として、上記コントローラは、グリーン「レディ」ライトを発する前に３つの信号を受信しなければならない。第１の信号は、システムが使用可能であることを指示し、アクションが始まることを許可する（１０７）。第２の信号は、２つのインジケータ、すなわち許可インジケータとスクリューインジケータとを含む（１０９）。許可インジケータは、押出機が操作可能かどうか、適切な材料がシステムに存在するかどうかを明らかにし、スクリューインジケータは、スクリューが回っているかどうかを知らせる。許可インジケータおよびスクリューインジケータは共に、第２信号を発するために必要である。第３の信号は、押出機に存在している材料の電流量または流量を示すアンペア数信号である（１１１）。上記高圧ノズルコントローラは、３つの必要な信号をいずれも受信できない場合、グリーン「レディ」ライトをアクティブにできない場合、上記信号が受信されるまで待機する（１０８）。
【００３５】
上記３つの信号の各々を受信したとき、高圧ノズルコントローラは、上記グリーンライトを押出機操作ステーションに送り、システム構造および圧力に応じて、プレチャージポンプの起動を開始する（１１３）あるいは高圧投与ポンプの起動を開始する（１１５）。上記高圧ノズルコントローラは、ノズルの上流および下流の圧力センサから信号を受信し、高圧ポンプまたはプレチャージポンプに順に指示して、高圧注入ノズルまで添加剤を送り込み始める。高圧投与ポンプは、押出機の生産物の奴隷であると共に、この生産物をマッチさせ、かつ、押出機の圧力を維持するために駆動される。
【００３６】
好ましい実施形態において、上記システムは、連続して取り付けられたプレチャージポンプと高圧投与ポンプを両方備える。追加のシステムは、さらに、供給システムにおける適切な液状生産物の存在または不足を監視することができる。このようなシステムは、貯蔵が少なくなった場合にアラートを信号で伝え、プレチャージポンプを起動させない。３つの必須の信号１０７，１０９，１１１および供給システムに適切な液状生産物が存在するという信号を受信したとき、上記高圧ノズルコントローラは、プレチャージポンプを起動し、その変化する圧力を監視する（１１３）。プレチャージポンプが所定の圧力に到達できない場合、プレチャージ圧力変換器１１７は、入力信号（アナログまたはデジタル）を高圧注入ノズルコントローラに供給する。この高圧注入ノズルコントローラは、プラグラムされたアルゴリズムを踏まえて、プレチャージポンプ速度を増加または減少させて、投与ポンプへの注入口における所望のプレチャージ圧力を維持する（１２３）。指定された圧力に到達する間に、適切な液状生産物のレベルを維持するとき、高圧ノズル注入コントローラは、高圧投与ポンプに始動するよう信号を送り、このポンプの圧力を監視する（１１５）。指定されたノズル圧力に到達したとき、上記ノズルは、放出添加剤を押出機内に開放する（１１９）。指定されたノズル圧力が達成されない場合、高圧線路／弁変換器１２１が、指定されたノズル圧力が実現されるまで高圧投与ポンプ１２５のピッチを上げる。
【００３７】
上記高圧ノズルコントローラは、弁を開放するよう指示する前に、添加剤の圧力が溶解物の圧力よりも高いことを確実にする。高圧ノズルコントローラは、ポンプの毎分回転数（ＲＰＭ）を制御することによって圧力関係を維持する一方、押出機のアンペア数を監視する。この関係を定めるために、上記システムは、設定条件の一部として調整され、毎分回転数当たりの出力がどうあるべきかを命令するべきである。このとき、アンペア数の入力は、システム設定を定めるため出力と関連付けられている。このような調整は、一般に手動調整を介して行われるが、自動で実行するようにしてもよい。
【００３８】
上記高圧注入ノズルコントローラは、押出機圧力を監視し、ノズル弁の圧力が押出機の溶融物の圧力よりも大きいことを確実にする。このプロセスは、３つの異なるステップで発生する。第１に、押出機が上記コントローラに許可信号を送り、押出機が運転可能であることを信号で伝える。このとき、上記コントローラは、システム内の圧力を増加させるためにポンプを作動させる。圧力が閾値に到達し、超えた時点で、溶解圧力弁が開放される。その後、この圧力は、高圧ポンプのＲＰＭによって維持される。押出機がスローダウン（減速）するとき、アンペアが減少し、アンペアが設定値に固定されるまで高圧投与ポンプからの出力（ＲＰＭ）を減少させる。各押出機は異なっているので、安全最小操作圧力は、各応用に対して決定される必要がある。
【００３９】
密度や形状のバリエーション等のノーマルおよびアブノーマルの両方の原因に起因して、プロセス入力材料が変化するので、押出機の出力を変化させることができる。押出機の出力とプロセスに搬送された液状出力とを釣り合わせることは、添加剤と高分子とをより正確に釣り合わせるために様々な勾配を有するプログラムされたゾーンの開発をもたらす。これらのゾーンは、押出機内の特定の状態により抽出され、液状圧力および溶融圧力に対する入力、ＲＰＭ、および押出機駆動モータのアンペア数の組み合わせである。例えば、押出機のＲＰＭが安定した状態を保ち、溶融圧力およびアンペア勾配が下降するとき、添加剤のポンプ流量の所定の減少は、この変化に対してプログラムされた割合であり、正確な割合を確実にし、割合状態の外へのカスケード（cascading）を防ぐことができる。
【００４０】
図５に示しているように、上記ノズルの圧力が指定された明らかな警告レベルに到達した場合、高圧注入ノズルコントローラは、クリアリングストローク（clearing stroke）を誘発して、上記ノズルの障害物を取り除く（１３３）。高圧注入ノズルコントローラは、あらゆる障害を取り除くために必要なだけのクリアリングストロークを開始する。上記ノズルの圧力が指定されたスパイク圧力に到達した場合（１３５）、高圧注入ノズルコントローラは、プレチャージポンプおよび／または投与ポンプを停止させ（１３７）、閉鎖されたノズルを示すレッドアラームライトを作動させ（１３９）、ノズル弁を閉鎖する（１４１）。
【００４１】
例えば１２０psi（０．８ＭＰａ）である適切なレベルに圧力が到達したことを示す信号を高圧注入ノズルコントローラが受信した時点で、このコントローラは、高圧注入ノズルに開放し、ラッチ（latch）するよう信号を送り、添加剤が押出機のバレルに流れ込むことができるようにする。上記システムの圧力は、上下の圧力変動を経験する可能性があるが、高圧注入ノズルは、圧力が設定されている回数まで上昇し下降するまでリラッチ（re-latch）および閉鎖されず、関連するアラームが発せられる。しかし、圧力の急激な変化は、例えばノズルの冷凍または閉塞等の問題がシステムに存在する場合があることを意味する。このように、圧力の急激な変化は、高圧注入ノズルの閉鎖を引き起こし得る。このような問題が発生したときに、押出機が停止されず、シャットダウンされないことが本発明の一態様である。システム全体をシャットダウンすることは、莫大な時間と費用を浪費するだろう。それどころか、システムがまだ使用されている間に、適切な割合が損なわれないままでいることを確実にするために、必要な除去あるいは他の仕事が達成される場合がある。
【００４２】
上記添加剤注入システムは、好ましくは、特定の状況が発生したときにユーザに知らせるための複数のアラート条件を有するアラームシステムを含む。好ましくは、アラート条件は、これに限定されないが、高圧注入ノズルの弁が完全に閉まっていない、あるいはノズルが詰まっていることを示すノズルアラート、システム内の圧力を感知する圧力アラーム、電源アラート、およびシステム内に十分な材料が存在することを示す材料アラートを含む。このアラームシステムは、好ましくは、視覚アラーム、電気アラーム、および音声アラームを含む。視覚アラームは、様々な明色を含むことができ、各々が異なる状態を意味する。例えば、グリーンライト（緑色光）は、システムに電源が入れられ、いつでも始動できることを示す。レッドライト（赤色光）は、システムがダウン（故障）していることを示す。点滅光はノズルの閉塞を示すことができ、アンバー光は、システムに十分な材料があることを示すことができる。これらの光は、コントローラまたは操作ステーションのベースに、あるいはユーザにより指定された場所に重ねる又は設置することができる。アラートの他の形態は、音声アラートである。この音声アラートは、異なるシステム状態を示すための様々な音声を含むことができる。さらに、アラートは電気的であってもよく、状態が評価されるまでシステムを閉鎖させる。これは、ノズルが詰まっている間、あるいは極端に圧力が変化している間に特に重要である。
【００４３】
この明細書の実施形態は、押出機を用いるプラスチック加工に焦点を当てているが、記載された方法および機器は、押出機が溶融ポリマーに用いられない場合にも適用され得る。しかし、例えば溶融重合が行われる重合反応器によって直接もたらされる溶融プラスチックに添加剤が導入される。添加剤は、変更するべきところは変更して記載された方法および機器を用いて、上記反応器の下流に導入することもできる。
【００４４】
上記例となる実施形態は、好ましい実施形態に関して説明されてきた。明らかに、上述の詳細な説明を読んで理解するとき、変更および修正が他に発生する。上記例となる実施形態は、添付の請求項の範囲内にあるか等しい限り、全てのこのような変更および修正を含むように理解されることを目的としている。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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