特許 7337796 溶融グリッドから溶融システムのリザーバ内に受容される溶融材料のレベルを制御するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-25

(45)【発行日】2023-09-04

(54)【発明の名称】溶融グリッドから溶融システムのリザーバ内に受容される溶融材料のレベルを制御するための方法

(51)【国際特許分類】

   B29B 13/02 20060101AFI20230828BHJP

   B05C 5/04 20060101ALI20230828BHJP

【ＦＩ】

B29B13/02

B05C5/04

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2020527039

(86)(22)【出願日】2018-11-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-02-12

(86)【国際出願番号】 US2018059413

(87)【国際公開番号】W WO2019099242

(87)【国際公開日】2019-05-23

【審査請求日】2021-11-04

(31)【優先権主張番号】62/587,978

(32)【優先日】2017-11-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】391019120

【氏名又は名称】ノードソン コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＤＳＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100101498

【弁理士】

【氏名又は名称】越智 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100107401

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 誠一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120064

【弁理士】

【氏名又は名称】松井 孝夫

(74)【代理人】

【識別番号】100182257

【弁理士】

【氏名又は名称】川内 英主

(74)【代理人】

【識別番号】100202119

【弁理士】

【氏名又は名称】岩附 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】ゲレーロ，マニエル

(72)【発明者】

【氏名】ガンツァー，チャールズ，ピー．

【審査官】酒井 英夫

(56)【参考文献】

【文献】実開平０６－０７２６３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６０－０５８２８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１４－０８３５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７６０１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｂ １３／０２，

Ｂ０５Ｃ ５／０４，１１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶融グリッドから溶融システムのリザーバ内に受容された溶融材料のレベルを制御するための方法であって、
第１の時間で、前記リザーバ内のセンサから前記溶融材料の第１のレベルを受容することと、
前記第１の時間の後の第２の時間で、前記センサから前記溶融材料の第２のレベルを受容することと、
前記溶融材料の前記第１のレベル及び前記第２のレベルに基づいて、前記溶融材料が前記リザーバに入る前記溶融材料の溶融充填速度を決定することと、
前記溶融材料の前記溶融充填速度の大きさを溶融充填速度閾値と比較することと、
少なくとも前記溶融充填速度に基づいて、及び前記溶融充填速度が前記溶融充填速度閾値より大きい又は小さいと決定されたかどうかに基づいて、前記溶融グリッドのための温度設定点を決定することと、
前記溶融グリッドの動作温度を調節して、前記温度設定点に一致させることと、を含む、方法。

【請求項2】

前記溶融充填速度を決定することは、前記溶融充填速度が負であると決定することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記溶融材料の前記溶融充填速度を前記溶融充填速度閾値と比較することは、前記溶融材料の前記溶融充填速度が前記溶融充填速度閾値未満であると決定することを含み、前記方法が、
前記溶融材料の前記第２のレベルを所望の動作レベルと比較することを更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記溶融材料の前記第２のレベルを前記所望の動作レベルと比較することは、前記第２のレベルが前記所望の動作レベルよりも大きいと決定することを含み、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定することが、前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドのための低温設定点を計算することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記溶融材料の前記第２のレベルを前記所望の動作レベルと比較することは、前記第２のレベルが前記所望の動作レベル未満であると決定することを含み、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定することが、前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドの高温設定点を計算することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記溶融材料の前記溶融充填速度を前記溶融充填速度閾値と比較することは、前記溶融材料の前記溶融充填速度が前記溶融充填速度閾値よりも大きいと決定することを含み、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定することが、前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドのための高温設定点を計算することを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記溶融充填速度を決定することは、前記溶融充填速度が正であると決定することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記溶融材料の前記溶融充填速度を前記溶融充填速度閾値と比較することは、前記溶融材料の前記溶融充填速度が前記溶融充填速度閾値未満であると決定することを含み、前記方法が、
前記溶融材料の前記第２のレベルを所望の動作レベルと比較することを更に含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記溶融材料の前記第２のレベルを前記所望の動作レベルと比較することは、前記第２のレベルが前記所望の動作レベルよりも大きいと決定することを含み、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定することが、前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドのための低温設定点を計算することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記溶融材料の前記第２のレベルを前記所望の動作レベルと比較することは、前記第２のレベルが前記所望の動作レベル未満であると決定することを含み、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定することが、前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドのための高温設定点を計算することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項11】

前記溶融材料の前記溶融充填速度を前記溶融充填速度閾値と比較することは、前記溶融材料の前記溶融充填速度が前記溶融充填速度閾値よりも大きいと決定することを含み、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定することが、前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドのための低温設定点を計算することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項12】

前記溶融充填速度閾値が、期間にわたる前記リザーバ内の前記溶融材料の３％レベルの変化である、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記期間が、１５秒～９０秒である、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記温度設定点を決定することが、
温度設定点＋＝［（Ｋ_ｔｌ－Ｃ）^＊Ｋ_ｐ］＋［Δ^＊Ｋ_ｄ］の式にしたがって実施され、
式中、
Ｋ_ｔｌ＝目標容量レベルであり、
Ｃ＝現在の溶融ポリマーレベルであり、
Ｋ_ｐ＝比例項定数であり、
Δ＝溶融ポリマーの溶融充填速度であり、
Ｋ_ｄ＝微分項定数である、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記目標容量レベルが、前記リザーバの５０パーセントの容量である、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記溶融グリッドのための前記温度設定点を、最小溶融グリッド温度及び最大溶融グリッド温度によって定義される所定の範囲の許容溶融グリッド温度と比較することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項17】

前記最小溶融グリッド温度が、前記溶融材料の非溶融温度である、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記最大溶融グリッド温度が、前記溶融材料のための最大推奨動作温度である、請求項１６に記載の方法。

【請求項19】

固体ポリマーを溶融材料に溶融するための溶融システムであって、
前記固体ポリマーを受容するためのホッパーと、
前記溶融材料を受容するためのリザーバと、
前記ホッパーと前記リザーバとの間に配置され、前記固体ポリマーを加熱して前記溶融材料にするように構成された溶融グリッドと、
前記リザーバ内の前記溶融材料のレベルを検出するために、前記リザーバ内に配置されたセンサと、
前記リザーバ内の前記溶融材料のレベルを制御するために、前記溶融グリッド及び前記センサと電気通信するコントローラであって、前記コントローラが、
第１の時間で、前記リザーバ内の前記センサから前記溶融材料の第１のレベルを受容し、
前記第１の時間の後の第２の時間で、前記センサから前記溶融材料の第２のレベルを受容し、
前記溶融材料の前記第１のレベル及び前記第２のレベルに基づいて、前記溶融材料が前記リザーバに入る前記溶融材料の溶融充填速度を決定し、
前記溶融材料の前記溶融充填速度の大きさを溶融充填速度閾値と比較し、
少なくとも前記溶融充填速度に基づいて、及び前記溶融充填速度が前記溶融充填速度閾値より大きい又は小さいと決定されたかどうかに基づいて、前記溶融グリッドのための温度設定点を決定し、かつ
前記溶融グリッドの動作温度を調節して、前記温度設定点に一致させるように構成されている、コントローラと、を含む、溶融システム。

【請求項20】

前記コントローラが、
前記溶融材料の前記第２のレベルを所望の動作レベルと比較するように更に構成されている、請求項１９に記載の溶融システム。

【請求項21】

前記コントローラが、
前記第２のレベルが前記所望の動作レベルよりも大きいと決定することによって、前記溶融材料の前記第２のレベルを前記所望の動作レベルと比較し、かつ
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を前記溶融材料の溶融温度未満に設定することによって、前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定するように更に構成されている、請求項２０に記載の溶融システム。

【請求項22】

前記コントローラが、
前記第２のレベルが前記所望の動作レベル未満であると決定することによって、前記溶融材料の前記第２のレベルを前記所望の動作レベルと比較し、かつ
前記溶融材料の前記第２のレベル、及び前記第１のレベルから前記第２のレベルまでの前記溶融材料の前記溶融充填速度に基づいて、前記溶融グリッドのための前記温度設定点を計算することによって、前記溶融グリッドのための前記温度設定点を決定するように更に構成されている、請求項２０に記載の溶融システム。

【請求項23】

前記溶融充填速度閾値が、６０秒である期間にわたる前記リザーバ内の前記溶融材料の３％レベルの変化である、請求項１９に記載の溶融システム。

【請求項24】

前記コントローラが、
前記溶融グリッドの前記動作温度を計測し、
前記溶融グリッドの前記動作温度と前記温度設定点とを比較し、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を、最小溶融グリッド温度及び最大溶融グリッド温度によって定義される所定の範囲の許容溶融グリッド温度と比較するように構成されており、
前記最小溶融グリッド温度は、前記溶融材料の非溶融温度であり、前記最大溶融グリッド温度は、前記溶融材料のための最大推奨動作温度であり、
（ａ）前記温度設定点が前記定義される所定の範囲の許容溶融グリッド温度内にあり、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度が前記温度設定点より高い又は低いと決定された場合、
前記溶融グリッドの前記動作温度を調節して、前記温度設定点に一致させる、
（ｂ）前記温度設定点が前記最小溶融グリッド温度より低く、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度が前記温度設定点より高い又は低いと決定された場合、
前記温度設定点を前記最小溶融グリッド温度に設定し、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度を調節して、前記最小溶融グリッド温度に設定された前記温度設定点に一致させる、
（ｃ）前記温度設定点が前記最大溶融グリッド温度より高く、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度が前記温度設定点より高い又は低いと決定された場合、
前記温度設定点を前記最大溶融グリッド温度に設定し、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度を調節して、前記最大溶融グリッド温度に設定された前記温度設定点に一致させる、
ことを含む、請求項１９に記載の溶融システム。

【請求項25】

前記溶融グリッド及び温度センサと電気通信するコントローラを備え、
前記コントローラが、
前記溶融グリッドの前記動作温度を計測し、
前記溶融グリッドの前記動作温度と前記温度設定点とを比較し、
前記溶融グリッドのための前記温度設定点を、最小溶融グリッド温度及び最大溶融グリッド温度によって定義される所定の範囲の許容溶融グリッド温度と比較するように構成されており、
前記最小溶融グリッド温度は、前記溶融材料の非溶融温度であり、前記最大溶融グリッド温度は、前記溶融材料のための最大推奨動作温度であり、
（ａ）前記温度設定点が前記定義される所定の範囲の許容溶融グリッド温度内にあり、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度が前記温度設定点より高い又は低いと決定された場合、
前記溶融グリッドの前記動作温度を調節して、前記温度設定点に一致させる、
（ｂ）前記温度設定点が前記最小溶融グリッド温度より低く、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度が前記温度設定点より高い又は低いと決定された場合、
前記温度設定点を前記最小溶融グリッド温度に設定し、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度を調節して、前記最小溶融グリッド温度に設定された前記温度設定点に一致させる、
（ｃ）前記温度設定点が前記最大溶融グリッド温度より高く、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度が前記温度設定点より高い又は低いと決定された場合、
前記温度設定点を前記最大溶融グリッド温度に設定し、かつ前記溶融グリッドの前記動作温度を調節して、前記最大溶融グリッド温度に設定された前記温度設定点に一致させる、
ことを含む、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／５８７，９７８号明細書の利益を主張する。

【0002】

（発明の分野）
本開示は、溶融グリッドと、溶融グリッドの温度を動的に制御する制御システムと、を含む、溶融システムに関する。

【背景技術】

【0003】

従来の溶融システムは、ホッパーの下側に位置付けられた溶融グリッドと、溶融グリッドの下側に位置付けられたリザーバと、リザーバに連結されたポンプと、ポンプに連結されたアプリケータと、を含む。溶融グリッドは、ホッパー内に貯蔵されている固体ポリマー材料を高温に曝露し、ポリマー材料を溶融液に変換する。溶融液は、リザーバに重力供給され、ここで、ポンプが溶融液をアプリケータに輸送する。アプリケータは、不織布又は他の材料などの基材上に溶融液を堆積させる。ホッパーの上部は、必要に応じて、ホッパーに固体ポリマー材料を加えるために開放され得る充填用蓋を有する。

【0004】

ホッパー内の固体ポリマーが溶融材料に変換され、リザーバ内の溶融材料がアプリケータに圧送されると、ホッパー内の固体ポリマーのレベルが減少し、リザーバ内の溶融材料のレベルが変動する。したがって、溶融グリッドによって溶融した固体ポリマーの量を制御する必要がある。現在、この問題を解決しようとする、いくつかの「溶融オンデマンド」方法が存在する。最も一般的な溶融オンデマンド構成は、ホッパー内の固体ポリマーのレベルが低くなると、充填システムに信号を送るために、ホッパー内のレベルセンサを採用する。信号を受信すると、充填システムはホッパーを補充する。別の溶融オンデマンドシステムは、ホッパー内の固体ポリマー上の下向きの力を調節する需要センサを、リザーバ内に含む。リザーバ内の溶融材料のレベルが低くなると、需要センサは、力誘導デバイスに、より大きな下向きの力を固体ポリマーに付与するように指示する。需要センサはまた、その温度を上昇させるように溶融グリッドに指示することもできる。

【0005】

しかしながら、これらの溶融オンデマンドシステムの多くは、問題を提示している。例えば、従来の溶融システムでは、固体ポリマーは、溶融機から離間した別個の容器内に貯蔵されなければならず、したがって、溶融システム全体を収容するために床空間を増加させる必要がある。また、容器から溶融機に固体ポリマーを輸送することができる空気搬送システムが含まれなければならない。溶融機は、任意の特定の時間で溶融される固体ポリマーの量にわたって大きな制御を行うことができないため、これらのシステムではオフボードの貯蔵が必要である。これは、いくつかのタイプの材料が空気搬送技術に寄与しないため、溶融することができる材料のタイプを制限する。更に、溶融プロセスによって作成された蒸気は、ホッパーが充填システムから固体ポリマーを受容する入口内及びその周囲の表面上に収集し得、これは、入口の詰まり及びシステム全体の故障をもたらす可能性がある。ホッパー内の固体ポリマーは、溶融システムがアイドル状態であるときにブリッジを形成してもよく、これは、追加の材料がホッパーに溶融及び送られることを防ぎ、かつ最終的には、溶融グリッド及び材料ホッパーを欠乏させる。

【0006】

その結果、固体ポリマーの内蔵貯蔵を可能にし、かつ固体ポリマーが溶融グリッドによって溶融される速度を制御することができる溶融システムが必要とされている。

【発明の概要】

【0007】

本発明の第１の実施形態は、溶融グリッドから溶融システムのリザーバ内に受容された溶融材料のレベルを制御するための方法である。方法は、第１の時間で、リザーバ内のセンサから溶融材料の第１のレベルを受信することと、第１の時間の後の第２の時間で、センサから溶融材料の第２のレベルを受信することと、溶融材料の溶融充填率を、第１及び第２のレベルから決定することと、を含む。方法はまた、溶融充填率と溶融充填率閾値との間の差を決定するために、溶融材料の溶融充填率を溶融充填率閾値と比較することと、少なくとも溶融充填率に基づいて、溶融グリッドのための温度設定点を決定することと、溶融グリッドの動作温度を調節して、温度設定点に一致させることと、を含む。

【0008】

本発明の別の実施形態は、固体ポリマーを溶融材料に溶融するための溶融システムである。溶融システムは、固体ポリマーを受容するためのホッパーと、溶融材料を受容するためのリザーバと、固体ポリマーを加熱して、溶融材料にするために、ホッパーとリザーバとの間に配置された溶融グリッドと、を含む。溶融システムはまた、リザーバ内の溶融材料のレベルを検出するために、リザーバ内に配置されたセンサと、リザーバ内の溶融材料のレベルを制御するために、溶融グリッド及びセンサと電気通信するコントローラと、を含む。コントローラは、第１の時間で、リザーバ内のセンサから溶融材料の第１のレベルを受容し、第１の時間の後の第２の時間で、センサから溶融材料の第２のレベルを受容し、かつ溶融材料の溶融充填率を、第１及び第２のレベルから決定するように構成されている。コントローラは、溶融充填率と溶融充填率閾値との間の差を決定するために、溶融材料の溶融充填率を溶融充填率閾値と比較し、少なくとも溶融充填率に基づいて、溶融グリッドのための温度設定点を決定し、かつ溶融グリッドの動作温度を調節して、温度設定点に一致させるように更に構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

前述の「発明の概要」、並びに本出願の例示的実施形態についての以下の「発明を実施するための形態」は、添付の図面と併せて読むと、よりよく理解されるであろう。本出願を例示するために、本開示の例示的実施形態が図面において示されている。しかしながら、本出願は、図示されている正確な配置及び手段に制限されるものではないことを理解されたい。

【0010】

【図1】本開示の実施形態による溶融システムの斜視図である。

【図2】図１に示される溶融システムの側面図である。

【図3】線３－３に沿って切断した、図１に示される溶融システムの一部分の断面図である。

【図4】明確にするために溶融システムの構成要素を取り外した、図１に示される溶融ユニットの断面図である。

【図5】本発明の実施形態による溶融システム内の溶融材料のレベルを制御する方法を例示する、プロセスフロー図である。

【図6】本発明の実施形態による溶融グリッドの温度を制御する方法を例示する、プロセスフロー図である。

【図7A】本発明の実施形態の第１の期間にわたる、リザーバレベル、ホッパーレベル、及び溶融グリッド温度を示すグラフを示しているＨＭＩデバイスのディスプレイである。

【図7B】本発明の実施形態の第２の期間にわたる、リザーバレベル、ホッパーレベル、及び溶融グリッド温度を示すグラフを示している、図７Ａに示されるディスプレイである。

【図7C】本発明の実施形態の第３の期間にわたる、リザーバレベル、ホッパーレベル、及び溶融グリッド温度を示すグラフを示している、図７Ａに示されるＨＭＩデバイスディスプレイである。

【図8】本開示の実施形態による、制御システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

接着剤などの固体ポリマーＰを溶融材料Ｍに変換するための溶融グリッド４０を含む溶融システム１０が本明細書に説明される。溶融システム１０はまた、溶融グリッド４０から溶融材料Ｍを受容するためのリザーバ３０を含む。溶融システム１０は、リザーバ３０内に配置されたセンサ２９と、センサ２９及び溶融グリッド４０と通信して、リザーバ３０によって受容される溶融材料Ｍの量を決定する溶融グリッド４０の温度を制御するコントローラ４０２と、を含む。特定の用語は、以下の説明において便宜のためにのみ溶融システム１０の説明に使用されており、制限を意図するものではない。「右側」、「左側」、「下側」、及び「上側」という単語は、参照される図面内での方向を指定する。「内側」及び「外側」という単語は、溶融システム１０及びその関連部品を説明する記述の幾何学的中心に向かう、及びそこから離れる方向をそれぞれ指す。「前方」及び「後方」という単語は、溶融システム１０及びその関連部品に沿って、長手方向６の方向及び長手方向６の反対の方向を指す。用語は、上に挙げた単語、その派生語、及び類似の意味の単語を含む。

【0012】

本明細書において別途説明のない限り、「垂直（の）」、「横（の）」、及び「長手（の）」という用語は、垂直方向２、横方向４、及び長手方向６によって指定されるように、溶融システム１０の様々な構成要素の直交方向成分を記述するために使用される。横方向４及び長手方向６は、水平面に沿って延在するものとして例示され、垂直方向２は、垂直面に沿って延在するものとして例示されているが、様々な方向を包含する平面は、使用中に異なるものであり得ることを理解されたい。

【0013】

図１及び図２に示されるように、溶融システム１０は、概して、ホイール（参照番号なし）に装着された基部フレーム１２と、基部フレーム１２の一方の側部によって支持されている制御ユニット１４と、少なくとも１つの溶融ユニットと、を含む。例示される実施形態によれば、溶融ユニット２０は、制御ユニット１４の反対側の基部フレーム１２の側部によって支持されている。制御ユニット１４は、操作者が溶融システム１０の動作を制御するために使用することができるコントローラ、ユーザインターフェース、及びディスプレイ（図７Ａ～図７Ｃに示されるディスプレイ３００など）を収容する、キャビネットを含む。制御ユニット１４は、有線コネクタ１６を介して溶融ユニット２０に接続されている。単一の溶融ユニットを含むように示されているが、溶融システム１０は、２つ以上の溶融ユニットを含むことができる。本明細書に説明される原理は、不織布用途又は包装材用途などの用途の要件に応じて、サイズを拡大又は縮小することができる。

【0014】

引き続き図１及び図２を参照すると、溶融ユニット２０は、基部フレーム１２及びその下にある表面によって支持され、かつ垂直方向２に沿って上方へ延在している。溶融ユニット２０及び制御ユニット１４、したがって基部フレーム１２は、溶融システム１０の全体的な「フットプリント」を画定する。例示されるように、フットプリントは、実質的に直線的であり、互いに対して垂直である横方向４及び長手方向６に沿って延在している。横方向４及び長手方向６はまた、垂直方向２に対しても垂直である。

【0015】

引き続き図１～図３を参照すると、溶融ユニット２０は、基部フレーム１２の上側のポンプアセンブリ２４と、ポンプアセンブリ２４に連結されたリザーバ３０と、リザーバ３０内に位置付けられた１つ以上のセンサ２９と、リザーバ３０の上側の溶融グリッド４０と、溶融グリッド４０の上側に装着されたホッパー６０と、を含む。センサ２９は、１つ以上の容量性レベルセンサ、カメラを使用する光学センサなどであってもよい。溶融ユニット２０はまた、リザーバ３０とホッパー６０との間に配置された断熱領域５０も含む。溶融システム１０は、図８に示されるように、溶融ユニット２０、特に溶融グリッド４０の動作を制御する制御システム４００を含む。制御システム４００は、有線コネクタ１６を通って１つ以上のセンサ２９及び溶融グリッド４０に連結されたコントローラ４０２を含む。制御システム４００は、以下で説明するように、溶融グリッド４０からの、及びリザーバ３０の中への溶融材料Ｍの流れを制御するために使用される。

【0016】

図１～図３を参照すると、断熱領域５０は、リザーバ３０内の溶融材料Ｍとホッパー６０内の固体ポリマーＰとの間に障壁を作成する。断熱領域５０は、ホッパー６０内の温度を、固体ポリマーＰの溶融温度よりも低く維持するのに役立つ。例えば、断熱領域５０は、リザーバ３０から溶融グリッド４０を通ってホッパー６０へ熱が伝達されることを最小限に抑える熱障壁を作成することによって、リザーバ３０内の溶融材料Ｍの第２の温度よりも低い第１の温度に、ホッパー６０内の固体ポリマーＰを維持することを助ける。図３に示されるように、断熱領域５０は、溶融グリッド４０とリザーバ３０の溶融材料Ｍとの間に間隙Ｇを備える。断熱領域５０は、リザーバ内の溶融材料からホッパー内の固体ポリマーＰへの熱の移動を最小限に抑えるか、又は更には排除するための熱障壁を作成する、任意の空間又は構造体であり得る。例えば、断熱領域５０は、図３に示されるように、リザーバ３０の上部分であり得る。別の実施形態では、断熱領域は、リザーバ３０と溶融グリッド４０との間に位置付けられた別々の構成要素を含み得る。場合によっては、断熱領域５０及び／又は別個の構成要素がホッパー６０と溶融グリッド４０（図示せず）との間に位置付けられて存在し得る。

【0017】

図３及び図４を参照すると、リザーバ３０は溶融グリッド４０から出る溶融した材料Ｍを捕集する。リザーバ３０は、基部３２と、垂直方向２に沿って基部３２の反対側の頂部３４と、外壁３６と、を含む。外壁３６は、４つの側部、すなわち、第１の側部３７ａ（図示せず）と、第２の側部３７ｂと、第３の側部３７ｃと、第４の側部３７ｄと、を含む。外壁３６は、内面３５を画定し、内面に沿ってセンサ２９が位置付けられている。基部３２は、内面３３を有し、その一部分は、垂直方向２に対して角度をなし得る。内面３３は、溶融材料Ｍを、リザーバ３０の下側のポンプアセンブリ２４に供給する入口（参照番号なし）に案内する。リザーバ３０内に蓄積する溶融材料Ｍの量は、部分的には、ａ）溶融グリッド４０を通る固体ポリマーＰのスループット、ｂ）リザーバ３０からの溶融材料Ｍの排出量、及びｃ）外壁３６の高さに基づく。

【0018】

例示した実施形態によれば、断熱領域５０は、溶融グリッド４０の下方に配置される。図３及び図４に示されるように、外壁３６は、溶融グリッド４０と、動作中にリザーバ３０の基部３２に蓄積する溶融材料Ｍのプールとの間に空隙Ｇの形成を促進するのに十分である高さを有する。示されるように、断熱領域５０は、少なくとも部分的には、リザーバ３０の上部分５２と整列された空隙Ｇを備える。これに関しては、断熱領域５０がリザーバ３０の上部分５２を含んでいると言うことができる。外壁３６の上部分５２は、リザーバ３０の頂部３４から、リザーバ３０の外壁３６を通って延在している軸Ａに延在している。軸Ａは、リザーバ３０の基部３２の上側の場所に示される。間隙Ｇの大きさは、溶融グリッド４０の底部を、リザーバ３０内の加熱された溶融材料Ｍから分離するように選択される。この分離は、溶融材料Ｍから溶融グリッド４０への熱伝達を妨げる、又は最小にすることができる熱障壁を作成する。

【0019】

引き続き図３及び図４を参照すると、溶融グリッド４０は、ホッパー６０内の固体ポリマーＰを加熱して、溶融材料Ｍにする。溶融グリッド４０は、底部４２と、垂直方向２に沿って底部４２から離間した頂部４４と、を含む。溶融グリッド４０の底部４２は、リザーバ３０の頂部３４に取り付けられる。ホッパー６０は、溶融グリッド４０の頂部４４に連結される。溶融グリッド４０は、４つの側面４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、及び４７ｄを含む外壁部４６を有する（なお、４７ｂ及び４７ｄのみが図４に示されている）。溶融グリッド４０はまた、複数の平行かつ離間した溶融レール４８を含んでもよい。溶融レール４８は、長手方向６に沿って溶融グリッド４０を横断して（図３の紙面の中へ）延在している。溶融レール４８は、隣接する溶融レール４８の間に延在している通路４９を画定する。溶融レール４８は、必要に応じて、異なる配向を有することができる。場合によっては、クロスバー（図示せず）が、隣接する溶融レールどうしを接続してもよい。各溶融レール４８は、１つ以上の加熱素子を含み、加熱素子は、固体ポリマーＰを加工するための所望の温度まで溶融レール４８の温度を上昇させる。加熱素子は、有線コネクタ１６を介してコントローラ４０２に接続されている。加えて、溶融グリッド４０は、溶融グリッド４０の底部に連結されたガイド部材４３を含んでもよい。ガイド部材４３は、溶融材料Ｍが溶融レール４８の間から溶融材料Ｍ内に出るように、溶融材料Ｍを案内する。ガイド部材４３は、溶融材料Ｍが溶融グリッド４０の底部４２からリザーバ３０内に落下する際に、気泡が形成されるのを低減し得る。溶融グリッド４０はまた、以下で更に論じるように、溶融グリッド４０の現在の温度を感知し、その測定値をコントローラ４０２に送信するための１つ以上の温度センサ４５を含むことができる。温度センサ４５は、溶融グリッド４０の第２の側面４７ｂに取り付けられているように図示されているが、温度センサ４５は、あるいは、溶融グリッド４０の側部４７ａ～４７ｄのうちのいずれかに取り付けられてもよい。他の実施形態では、温度センサ４５は、溶融レール４８のうちの１つを通って、又は所望に応じて他の位置で、溶融グリッド４０の外壁４６を通って配置され得る。

【0020】

溶融グリッド４０は、冷却された状態から所望の動作温度へ効率的に加熱するように指定されている。一実施例では、溶融グリッド４０は、８～１０ｗ／ｉｎ^３のワット密度を提供するように選択された質量を有する。そのような溶融グリッドは、その所望の動作温度に到達するまで約２０分がかかり得る。別の実施例では、溶融グリッド４０は、ワット密度を増加させるように選択された質量を有し、薄膜ヒータを利用する。この実施例では、溶融グリッド４０は、６０～７０ｗ／ｉｎ^３のワット密度を有する。そのような溶融グリッド４０は、その所望の動作温度に到達するまで約３～６分かかる。対照的に、従来の溶融グリッドは、重い鋳造物及びカートリッジヒータを使用し、４～５ｗ／ｉｎ^３のワット密度を有する。その結果、従来の溶融グリッドは、所望の動作温度に到達するまで３０分以上がかかる。したがって、本明細書に説明される溶融グリッドは、熟慮した低質量溶融グリッドであり得、６～８ｗ／ｉｎ^３を超えるワット密度を有し得、また、６０～７０ｗ／ｉｎ^３もの高さであり得る。そのような低質量の溶融グリッドは、従来の溶融グリッドと比較して、加熱及び冷却がより高速である。より高速の加熱及び冷却は、溶融ユニットが溶融材料を生成するのではなく、システムがその所望の動作温度に到達するのを待っている時間量を低減することによって、動作効率を高める。

【0021】

図３及び図４を参照すると、ホッパー６０は、固体ポリマーＰを保持するように構成されている。例示されるように、ホッパー６０は、下端部６２と、垂直方向２に沿って下端部６２とは反対側にある上端部６４と、を有する。ホッパー６０はまた、下端部６２から上端部６４に延在している壁６６も含む。上端部６４は、ホッパー６０の上端部６４を閉鎖する上部カバー６８を含む。上部カバー６８は、上部カバー６８から取り外し可能であり得る、又はヒンジ（図示せず）などによって、接続されているが上部カバー６８に対して移動可能であり得る、アクセスドア２３を含むことができる。アクセスドア２３は、上部カバー６８を通って延在している開口部２５を覆い、溶融システム１０の操作者は、アクセスドアを通して、ホッパー６０内の固体ポリマーＰの供給物を補充することができる。壁部６６は、壁部６６及び上部カバー６８が固体ポリマーＰを保持する内部チャンバ６５を画定するように、ホッパー６０の全体の周りに延在している。ホッパー６０の下端部６２は、溶融グリッド４０に対して実質的に開放されている。図３及び図４に示すように、下端部６２は、溶融グリッド４０の溶融レール４８及び通路４９に対して開放されている。

【0022】

例示される実施形態によれば、壁６６は、複数の側部７２ａ～７２ｄを含む。図２及び図４に最良に示されるように、壁６６は、第１の側部７２ａと、第１の側部７２ａと交差する第２の側部７２ｂと、第２の側部７２ｂと交差し、かつ第１の側部７２ａの反対側にある第３の側部７２ｃと、第１の側部７２ａ（図２）及び第３の側部７２ｃと交差する第４の側部７２ｄと、を含む。第４の側部７２ｄは、第２の側部７２ｂの反対側にある。第１の側部７２ａは、ホッパー６０の前側又は前部と見なすことができ、第３の側部７２ｃは、ホッパー６０の背部又は背側と見なすことができる。ホッパー６０の「側部」はまた、特定の実施形態では側壁部と呼ばれることもある。示されるように、上部カバー６８は、４つの側部７２ａ～７２ｄ全てと交差する。４つの側部７２ａ～７２ｄは、直線的な断面形状のホッパーを形成するように配設される。直線的な断面形状のホッパー６０が例示されているが、ホッパー６０は、他の断面形状を有することができる。例えば、代替の実施形態によれば、ホッパー６０は、管形状を有する。そのような実施形態では、ホッパー６０は、管形状の本体を形成する壁６６を含む。そのような実施形態では、ホッパー６０は、単一の湾曲壁を含む。

【0023】

ホッパー６０は、断熱領域５０（又は空隙Ｇ）によってリザーバ３０内の溶融材料から分離された溶融グリッド４０の頂部に配置されるように説明され、示されている。断熱領域５０は、ホッパー６０内に貯蔵された固体ポリマーに、溶融材料から熱が伝達されるのを阻害する。しかしながら、本明細書に説明されるホッパー６０は、上に示され、説明されている構成とは異なる種類の溶融グリッド及びリザーバの構成を有する溶融システムで使用することができる。むしろ、ホッパー６０は、溶融材料Ｍとホッパー６０に貯蔵された固体ポリマーＰとが互いに対して熱的に隔離される、任意のタイプの溶融システムで使用され得る。換言すれば、本開示の実施形態は、溶融材料Ｍを収容しているリザーバ３０から熱的に分離されたホッパーを含む溶融システムを含む。

【0024】

図８を参照すると、溶融ユニット２０は、コントローラ４０２及び／又はコントローラ４０２と通信するＨＭＩデバイス４０８を含む制御システム４００によって制御され得る。コントローラ４０２は、１つ以上のコントローラを含んでもよく、また１つ以上のプロセッサと称されてもよい。コントローラ４０２は、制御ユニット１４内に完全に収容されてもよく、制御ユニット１４を通じて溶融ユニット２０と通信することができ、又は溶融ユニット２０と直接的に通信することができる。コントローラ４０２及び／又はＨＭＩデバイス４０８は、溶融ユニット２０と有線及び／又は無線接続されてもよく、無線及び／又は有線接続を通じて溶融ユニット２０、特に溶融グリッド４０に命令を送信するように構成されている。コントローラ４０２は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、マイクロプロセッサベースのコントローラ、パーソナルコンピュータ、又は当業者に理解されるように本明細書に説明される機能を実行することができる別の従来の制御装置であり得る。例えば、コントローラ４０２は、以下に詳細に説明されるように、ユーザ入力に基づいて溶融ユニット２０を制御することに関する様々な方法を実施することができる。加えて、コントローラ４０２は、コントローラ４０２のメモリユニット４０４に記憶された動作サイクル又はシーケンスのライブラリに基づいて、溶融ユニット２０を制御することに関連する様々な方法を実施することができる。メモリユニット４０４は、１つ以上のメモリユニットを含んでもよく、また記憶装置と称され得る。動作シーケンスが呼び戻され、必要に応じて、コントローラ４０２上で実行される特定の制御プログラムに配置される。動作シーケンスは、異なる分配操作、異なるタイプの基板、又は異なるタイプの材料を、例えば、ＨＭＩデバイス４０８を通して収容するために調節されてもよい。

【0025】

ＨＭＩデバイス４０８は、既知の様式でコントローラ４０２に動作可能に接続される。ＨＭＩデバイス４０８は、キーパッド、押しボタン、制御ノブ、タッチスクリーンなどの入力デバイス及びコントローラ、並びにコントローラ４０２の操作を制御するために操作者によって使用されるディスプレイ及び他の視覚的インジケータなどの出力デバイスを含んでもよく、それによって溶融ユニット２０の動作を制御する。このようなディスプレイの一実施例は、図７Ａ～図７Ｃに示されるディスプレイ３００であり、これについては以下で更に説明する。ＨＭＩデバイス４０８は、スピーカなどのオーディオ出力デバイスを更に含んでもよく、これによって、オーディオ警告が操作者に通信されてもよい。ＨＭＩデバイス４０８を使用して、操作者は、固体ポリマーＰのタイプ、溶融グリッド４０の所望の温度、目標リザーバ充填レベル、溶融グリッド４０のアイドル／シャットダウン時間などのパラメータを入力することができる。加えて、コントローラ４０２及び／又はＨＭＩデバイス４０８は、外部ネットワーク（図示せず）と有線及び／又は無線通信することができ、それにより、操作者は、別個のシステム又はデバイスから遠隔でコントローラ４０２にアクセスすることができる。

【0026】

ここで図５を参照すると、溶融グリッド４０の所望の温度を能動的に決定して、リザーバ３０内の特定のレベルの溶融材料Ｍを得るための、第１のＰＩＤループとも称され得る方法１００が示されている。まず、工程１０２において、センサ２９は、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルを測定し、そのレベルをコントローラ４０２に通信する。センサ２９は、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルを連続的に測定することができ、又は異なる時間間隔で溶融材料Ｍのレベルを断続的に測定することができる。例えば、センサ２９は、第１の時間にリザーバ３０内の溶融材料Ｍの第１のレベルを測定し、第１の時間の後の第２の時間にリザーバ３０内の溶融材料Ｍの第２のレベルを測定することができる。コントローラ４０２は、メモリユニット４０４に記憶された所定の命令に基づいて、特定のモードで溶融材料Ｍのレベルを測定するようにセンサ２９を指示することができ、固体ポリマータイプなどの特定の時間での溶融ユニット２０の動作特徴、及び／又はＨＭＩデバイス４０８を通って溶融システム１０の操作者から受信した命令に基づいて、コントローラ４０２によって決定がなされる。コントローラ４０２が方法１００にある工程にかかわらず、ＨＭＩデバイス４０８のディスプレイ３００は、センサ２９によって検出されるような現在レベル又は直近レベルの溶融材料Ｍを示す一定の出力を維持してもよい。

【0027】

期間の間、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルを測定した後、コントローラ４０２は、溶融グリッド４０からリザーバ３０への溶融材料Ｍの溶融充填率を決定することができる。溶融充填率は、正又は負であることができ、したがって、溶融材料Ｍがポンプ送出されるよりも速くリザーバ３０に添加されていることを表すことができるか、又は溶融材料Ｍがそれが添加されているよりも速くリザーバ３０からポンプ送出されることを表すことができる。あるいは、溶融充填率はゼロであり得、これは、リザーバ３０に対する及びそれからの溶融材料Ｍの入力及び出力速度が等しいことを表す。溶融充填率は、体積測定用語において、又は期間にわたってリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルの変化率に関連して測定されてもよい。コントローラ４０２が溶融充填率を計算した後、工程１０６において、コントローラ４０２は、リザーバ３０内の材料Ｍのレベルが低下しているか、すなわち、溶融充填率が負であるかどうかを決定する。コントローラ４０２が溶融充填率が負であると決定した場合、コントローラは、決定工程１２２を実施する。決定工程１２２では、コントローラ４０２は、リザーバ３０内に入る溶融材料Ｍの溶融充填率の大きさを、溶融充填率閾値と比較する。溶融充填率閾値は、期間にわたってリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルの割合変化として定義される。変化率の大きさは、溶融される固体ポリマーＰのタイプ又はリザーバ３０の寸法などの、異なるプロセス依存因子に基づいて変化し得る。同様に、期間は、リザーバ３０の寸法などの要因に依存し得る。具体的には、より大きなリザーバは、より長い期間にわたって溶融材料Ｍのレベルの変化率が測定されることを必要とする場合があり、一方、より小さいリザーバ３０は、より短い期間にわたって溶融材料Ｍのレベルの変化率が測定されることを必要とする場合がある。例えば、溶融充填率閾値における変化率の大きさは、約１％～約５％であり得、一方、期間は約１５秒～約９０秒であり得る。一実施形態では、溶融充填率閾値は、６０秒にわたってリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルの３％変化であり得る。溶融充填率閾値は、溶融システム１０の操作者が、特定のタイプの固体ポリマーＰが、溶融ユニット２０に加えられている、操作者入力からＨＭＩデバイス４０８へとコントローラ４０２に通信されている、又はデフォルトレベルを含むことを示すときに、メモリユニット４０４から取り出され得る。

【0028】

コントローラ４０２が、リザーバ３０に入る溶融材料Ｍの溶融充填率の大きさが溶融充填率閾値より大きいと決定した場合、コントローラは工程１１８を実施する。工程１１８において、コントローラ４０２は、溶融材料Ｍを所望の速度でリザーバ３０に引き続き提供することを目的として、溶融グリッド４０のための新しい高温設定点を計算する。この工程では、コントローラ４０２は、以下に表示される式１にしたがって、新しい高温設定点を計算することができる。
式１
温度設定点＋＝［（Ｋ_ｔｌ－Ｃ）^＊Ｋ_ｐ］＋［Δ^＊Ｋ_ｄ］
式中、
Ｋ_ｔｌ＝目標容量レベルであり、
Ｃ＝現在の溶融材料レベルであり、
Ｋ_ｐ＝比例項定数であり、
Δ＝溶融材料の溶融充填率であり、
Ｋ_ｄ＝微分項定数である。
この式では、温度設定点の変化が計算され、前の温度設定点に加えられるか、又はそれから減算される。式１で使用される変数のリストを参照すると、目標容量レベルＫ_ｔｌは、リザーバ３０内の目標接着動作レベルである。例えば、目標容量レベルＫ_ｔｌは、リザーバ３０の５０％容量であり得る。現在の溶融材料レベルＣは、センサ２９によって検出されるような、リザーバ３０内の溶融材料Ｍの現在のレベルである。溶融材料Ｍの溶融充填率Δは、溶融材料Ｍが、第１の時間～第２の時間などの、２つの別個の時点の間で溶融グリッド４０からリザーバ３０に入る速度である。比例項定数Ｋ_ｔｌ及び微分項定数Ｋ_ｄは、接着性及びプロセス固有であり、試験を通じて決定される。例えば、比例及び微分項定数Ｋ_ｔｌ及びＫ_ｄは、工程１１８が以下に更に説明される工程１２６とは対照的に実施されるときに、特定の固体ポリマーＰの値の１セットを定義することができる。工程１０６で溶融材料Ｍのレベルが低下しており、かつ工程１２２で溶融充填率が溶融充填率閾値よりも大きいとコントローラ４０２が決定したときに、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルは、望ましくない速い速度で低下している。結果として、この状況では、工程１１８の目標は、より多量の固体材料Ｐが溶融されるように、溶融グリッド６０の温度を上昇させ、したがって、溶融材料Ｍがリザーバ３０に添加される速度を増加させることである。

【0029】

逆に言えば、コントローラ４０２が、工程１２２において、リザーバ３０に入る溶融材料Ｍの溶融充填率の大きさが溶融充填率閾値よりも小さいと決定した場合、コントローラは工程１１４を実施する。工程１１４では、コントローラ４０２は、リザーバ３０内の溶融材料Ｍの現在のレベルが、リザーバ３０の所望の動作レベルよりも大きいか、又はそれよりも小さいかどうかを決定する。例えば、所望の動作レベルは、リザーバ３０の５０％容量であり得るが、他の容量レベルが企図される。工程１１４におけるこの所望の動作レベルは、式１に関連して上述したような目標容量レベルＫ_ｔｌであり得る。コントローラ４０２が、リザーバ３０内の溶融材料Ｍの現在のレベルが所望の動作レベルより小さいと決定した場合、コントローラ４０２は、前述のように工程１１８を実施する。このような状況では、コントローラ４０２が、工程１０６で溶融材料Ｍのレベルが低下しており、工程１２２において溶融充填率が溶融充填率閾値未満であり、かつ工程１１４でリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルより小さいと決定したとき、溶融材料Ｍのレベルは、所望未満であり、かつゆっくり低下している。結果として、この状況では、工程１１８の目標は、溶融材料Ｍの低下又はレベルを反転させ、したがって溶融材料Ｍのレベルを所望の動作レベルに向かって上昇させ始めることである。しかしながら、コントローラ４０２が、工程１１４において、リザーバ３０内の溶融材料Ｍの現在のレベルが所望の動作レベルよりも大きいと決定した場合、コントローラは工程１２６を実施する。

【0030】

引き続き図５を参照すると、工程１２６において、コントローラ４０２は、溶融材料Ｍのための新たな下位溶融グリッド温度設定点を計算する。新たな下位溶融グリッド温度は、工程１１８に関連して上述した式１にしたがって、工程１２６で計算される。しかしながら、式１が工程１２６に関連して利用されるとき、比例及び微分項定数Ｋ_ｔｌ及びＫ_ｄは、式１が工程１１８で利用されるときとは異なる値のセットを定義することができる。変数値のこの差は、工程１２６及び工程１１８の異なる目的に起因する。工程１０６において接着レベルが低下しており、工程１２２において溶融充填率が溶融充填率閾値未満であり、かつ工程１１４において溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルよりも大きいとコントローラ４０２が決定した後に、工程１２６が実施される場合。結果として、溶融材料Ｍのレベルは所望よりも大きいが、ゆっくりと低下している。溶融材料Ｍのレベルは所望の動作レベルに近づくが、溶融システム１０の操作者は、溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルをオーバーシュートしないようにすることを望んでいる。結果として、式１を使用して工程１２６で新しい下位溶融グリッド温度を計算し、溶融グリッド６０をこの温度に設定することによって、溶融材料Ｍのレベルが低下し続け、最終的に所望の動作レベルをオーバーシュートしないように、固体材料Ｐの溶融を更に遅くすることができる。

【0031】

工程１２６又は１１８で温度設定点が計算されると、コントローラ４０２は工程１２８を実施することができ、ここでコントローラ４０２は、工程１２６で計算された新たな下位溶融グリッド温度又は工程１１８で計算された新たなより高い溶融グリッド温度を、所定の範囲の許容溶融グリッド温度と比較する。この所定の範囲は、最小溶融グリッド温度及び最大溶融グリッド温度によって定義される。最小溶融グリッド温度は、溶融される特定の固体ポリマーＰが溶融材料Ｍに変換される溶融温度よりも低い温度であってもよい。この「非溶融」温度に保持すると、固体ポリマーＰは、実質的にゲル状の状態で存在することができる。最大溶融グリッド温度は、固体ポリマーＰの製造業者によって提供される固体ポリマーＰの最大推奨動作温度であり得る。この温度は、それを超えると固体ポリマーＰの様々な材料特性が劣化する危険性がある温度であり得る。工程１１８又は１２６のいずれかで決定された新たな温度設定点を所定の範囲と比較すると、コントローラ４０２が、新たな温度設定点が最小溶融グリッド温度未満であると決定した場合、コントローラ４０２は、温度設定点を最小溶融グリッド温度に設定することができる。あるいは、コントローラ４０２が、新たな温度設定点が最大溶融グリッド温度よりも高いと決定した場合、コントローラ４０２は、温度設定点を最大溶融グリッド温度として設定することができる。工程１２８は、したがって、特定の固体ポリマーＰの許容可能な温度の所定の範囲外である、新たな溶融グリッド温度設定点が実装されることを防止することによって、工程１２６及び１１８で実施される計算の制御として機能する。コントローラ４０２はまた、温度設定点をＨＭＩデバイス４０８のディスプレイ３００に出力するように構成されてもよい。最小溶融グリッド温度及び最大溶融グリッド温度は両方とも、溶融システム１０の操作者によってＨＭＩデバイス４０８を介してコントローラ４０２に入力されてもよく、あるいはメモリユニット４０４から呼び戻されてもよい。

【0032】

引き続き図５を参照すると、コントローラ４０２が、工程１０６で溶融充填率が負でないと決定した場合、コントローラ４０２は工程１１０を実施する。工程１１０では、コントローラ４０２は、リザーバ３０内の材料Ｍのレベルが上昇しているかどうか、すなわち、溶融充填率が正であるかどうかを決定する。コントローラ４０２が溶融充填率が正であると決定した場合、コントローラは、決定工程１３０を実施する。決定工程１３０では、コントローラ４０２は、リザーバ３０内に入る溶融材料Ｍの溶融充填率の大きさを、工程１２２で使用される溶融充填率閾値とすることができる溶融充填率閾値と比較する。例えば、工程１３０における溶融充填率閾値はまた、６０秒にわたってリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルの３％の変化であり得る。コントローラ４０２が、溶融材料Ｍの溶融充填率が溶融充填率閾値よりも大きいと決定した場合、コントローラ４０２は、上述のように工程１１４を実施する。結果として、次いで、コントローラ４０２は、工程１１４で行われた決定に応じて、上述した工程１２６又は１１８のいずれかを実施することができる。コントローラ４０２がその後、工程１１０において溶融充填率が正であり、工程１３０において溶融充填率が溶融充填率閾値未満であり、かつ溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルよりも低いと決定した後に、工程１１８を実施する状況では、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルはゆっくり上昇するが、溶融材料Ｍのレベルは依然として所望の動作レベルよりも低い。工程１１８を実施することにより、溶融グリッド６０の新しい高温は、溶融グリッド６０が、固体ポリマーＰが溶融される速度及び同様に溶融材料Ｍがリザーバ３０に入る速度を増加させることができるように計算され得る。逆に言えば、コントローラ４０２がその後、工程１１０において溶融充填率が正であり、工程１３０において溶融充填率が溶融充填率閾値未満であり、かつ溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルよりも大きいと決定した後に、工程１２６を実施する状況では、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルはゆっくり上昇するが、溶融材料Ｍのレベルは既に所望の動作レベルを上回っている。工程１２６を実施し、かつ新しい下位溶融グリッド温度を計算することによって、溶融材料Ｍのレベルが上昇を停止し、かつ最終的に所望の動作レベルに向かって減少し始めるように、固体材料Ｐの溶融を遅くすることができる。

【0033】

決定工程１３０に戻ると、コントローラ４０２が、リザーバ３０内に入る溶融材料Ｍの溶融充填率の大きさを溶融充填率閾値と比較し、かつ溶融充填率が溶融充填率閾値よりも大きいと決定した場合、コントローラ４０２は、これまでに説明されている工程１２６を実施する。この状況では、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルは急速に上昇する。工程１２６を実施し、新たな下位溶融グリッド温度を計算し、かつ溶融グリッド６０をその温度に設定することによって、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが、所望の動作レベルを下回る場合にこのレベルをオーバーシュートしないように、逆に言えば、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルを上回る場合に急速に上昇し続けないように、溶融充填率の大きさが減少され得る。

【0034】

工程１１０に戻って、コントローラ４０２が溶融充填率が上昇していないと決定した場合、コントローラは次に工程１１４を実施する。この状況では、コントローラは、工程１０６において溶融充填率が低下しておらず、かつ工程１１０で上昇していないことを決定した。結果として、溶融充填率は実質的にゼロである。動作中、これは、溶融材料Ｍが、ポンプ送出されている速度と実質的に同じ速度でリザーバ３０に入ることを示している。溶融充填率がゼロである状況では、コントローラ４０２が、工程１１４において接着レベルが所望の動作レベル未満であると決定した場合、コントローラ４０２は、工程１１８を実施し、新たな高温設定点を計算する。これにより、溶融グリッド６０がより多くの固体ポリマーＰを溶融し、したがって、溶融充填率が増加し、かつ同様にリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが増加する。逆に言えば、コントローラ４０２が、工程１１４において接着レベルが所望の動作レベルよりも高いことを決定した場合、コントローラ４０２は、工程１２６を実施し、新たな下位溶融グリッド温度を計算する。これにより、溶融グリッド６０が溶融する固体ポリマーＰをより少なくし、したがって、溶融充填率が減少し、かつ同様にリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが減少する。

【0035】

工程１２８の完了時に、コントローラ４０２は、第２のＰＩＤループとも呼ばれ得る方法２００を実施する。方法２００では、コントローラ４０２は、溶融グリッド４０の温度を監視及び調節する。方法２００の１サイクルが完了すると、又は方法２００が開始されている間に、コントローラ４０２は次いで、工程１０２に戻ることによって方法１００を再開する。方法１００は、メモリユニット４０４に記憶された所定の命令に基づいてもよい、連続的に又は指定された間隔で、実施及び反復されてもよく、固体ポリマータイプなどの特定の時間での溶融ユニット２０の動作特徴、及び／又はＨＭＩデバイス４０８を通って溶融システム１０の操作者から受信した命令に基づいて方法４０２によって決定がなされる。方法１００はまた、溶融システム１０の起動若しくは停止などの特定の事象の発生で、又は溶融ユニット２０のホッパー６０を再充填する際に実施され得る。

【0036】

方法２００の工程２０２における図５及び図６を参照すると、温度センサ４５は、溶融グリッド４０の温度を測定し、その測定値をコントローラ４０２に通信する。温度センサ４５は、溶融グリッド４０の温度を連続的に測定することができ、又は異なる時間間隔で溶融材料Ｍのレベルを断続的に測定することができる。例えば、温度センサ４５は、第１の時間に溶融グリッド４０の第１の温度を測定し、第１の時間の後の第２の時間に溶融グリッド４０の第２の温度を測定することができる。コントローラ４０２は、メモリユニット４０４に記憶された所定の命令に基づいて、特定のモードで溶融グリッド４０の温度を測定するように温度センサ４５を指示することができ、固体ポリマータイプなどの特定の時間での溶融ユニット２０の動作特徴、及び／又はＨＭＩデバイス４０８を通って溶融システム１０の操作者から受信した命令に基づいて、コントローラ４０２によって決定がなされる。温度センサ４５が溶融グリッド４０の温度を測定するモードに関わらず、又はコントローラ４０２が方法２００内にある工程に関わらず、ＨＭＩデバイス４０８のディスプレイ３００は、温度センサ４５によって検出されるような溶融グリッド４０の現在又は直近の温度を示す出力を維持してもよい。

【0037】

コントローラ４０２が温度センサ４５によって測定されるような溶融グリッド４０の温度を受信した後、コントローラ４０２は、コントローラ４０２が溶融グリッド４０の測定された温度と方法１００で決定された温度設定点とを比較する、決定工程２０６を実施する。温度設定点は、方法１００の工程１１８で計算された溶融グリッド４０の新たな高温又は上述の方法１００の工程１２６で決定される新たな低温のいずれかであってもよい。コントローラ４０２が、工程２０６において、温度センサ４５によって測定されるような溶融グリッド４０の温度が方法１００で決定された温度設定点に等しいと決定した場合、コントローラ４０２は、工程２１４に進み、ここで、コントローラ４０２は、溶融グリッド４０の温度に関して何のアクションも取らず、溶融グリッド４０の温度は同じままである。あるいは、工程２０６において、温度センサ４５によって測定されるような溶融グリッド４０の温度が温度設定点の特定の範囲内にあると決定した場合、コントローラ４０２は工程２１４に進む。温度範囲は、メモリユニット４０４に記憶された所定の命令に基づいてもよく、固体ポリマータイプなどの特定の時間での溶融ユニット２０の動作特徴、及び／又はＨＭＩデバイス４０８を通って溶融システム１０の操作者から受信した命令に基づいて方法４０２によって決定がなされる。コントローラ４０２が工程２１４でアクションを取らなかった後、コントローラ４０２は、次に工程２０２に戻る。

【0038】

逆に言えば、コントローラ４０２が、工程２０６において、温度センサ４５によって測定されるような溶融グリッド４０の温度が方法１００で決定された温度設定点と等しくないと決定した場合、コントローラ４０２は工程２１０に進み、ここで、コントローラ４０２は、方法１００で決定された温度設定点に一致させるために、溶融グリッド４０の温度を調節する。あるいは、コントローラが工程２０６において、温度センサ４５によって測定されるような溶融グリッド４０の温度が温度設定点の特定の範囲内にないと決定した場合、コントローラ４０２は工程２１０に進む。工程２１０において、コントローラ４０２は、溶融グリッド４０を加熱する溶融ユニット２０に含まれる加熱ユニットの動作を変更して、温度設定点と一致するように、溶融グリッド４０の動作温度を上昇又は低下させる。この動作の変化は、メモリユニット４０４に記憶された所定の命令に基づいてもよく、固体ポリマータイプなどの特定の時間での溶融ユニット２０の動作特徴、及び／又はＨＭＩデバイス４０８を通って溶融システム１０の操作者から受信した命令に基づいて方法４０２によって決定がなされる。加えて、この動作の変化はまた、溶融グリッド４０の幾何学的形状、材料タイプ、及び設計に関連する要因に基づくことができる。

【0039】

方法２００の工程２１４又は２１０の完了時に方法１００と同様に、コントローラ４０２は次に、工程２０２に戻ることによって、方法２００を再開することができる。方法２００は、メモリユニット４０４に記憶された所定の命令に基づいてもよい、連続的に又は指定された間隔で、実施及び反復されてもよく、固体ポリマータイプなどの特定の時間での溶融ユニット２０の動作特徴、及び／又はＨＭＩデバイス４０８を通って溶融システム１０の操作者から受信した命令に基づいて方法４０２によって決定がなされる。方法２００はまた、溶融システム１０の起動若しくは停止などの特定の事象の発生で、又は溶融ユニット２０のホッパー６０を再充填する際に実施され得る。工程２０２に戻ると、方法２００は、方法２００の最後の繰り返しと同じ温度設定点を使用して再び実施され得、又は新しい温度設定点を使用して実施され得る。結果として、方法１００及び２００は、互いに独立して実施及び反復され得る。

【0040】

ここで図７Ａ～図７Ｃを参照すると、方法１００は、ＨＭＩデバイス４０８のディスプレイ３００に関連して更に論じられる。ディスプレイ３００は、タブレット、携帯電話、ラップトップ、又は溶融システム１０の動作特徴を経時的に示すグラフを表示するように構成された他のコンピューティングデバイスを含むことができる。例えば、ディスプレイ３００上に示されるグラフは、線３０６を使用してリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベル、線３１０を使用してホッパー６０内の固体ポリマーＰのレベル、及び線３１４を使用してセンサ２９によって感知される溶融グリッド４０の現在の温度を示すことができる。これらに加えて、ディスプレイ３０８はまた、溶融システム１０の様々な他の態様及び測定値を表示することができる。例えば、ディスプレイ３００は、ボックス３０２内に、温度センサ２９によって感知されるような溶融グリッド４０の現在の温度を示すことができる。しかしながら、ディスプレイ３０８は、ホッパー６０内の数値温度、ホッパー６０の数値充填レベルなどのような、所望に応じて溶融システム１０の任意の他の測定又は静的態様を示すことができることが企図される。

【0041】

図７Ａは、特に、動作開始前及び動作開始直後の溶融ユニット２０を示している。動作前では、溶融グリッド４０が溶融材料Ｍ内に固体ポリマーＰのいずれも溶融しないため、線３０６の部分３１８によって示されるように、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルは一定のままである。同様に、ホッパー６０内の固体ポリマーＰのレベルは、固体ポリマーＰがホッパー６０を出ていないため、線３１０の部分３２２によって示されるように、一定のままである。加えて、温度センサ２９によって感知されるような溶融グリッド４０の温度は、一定のままである。溶融ユニット２０がアイドル状態である期間中、溶融グリッド４０は、第１の非溶融温度に維持されてもよく、これは、ホッパー６０内の固体ポリマーＰを実質的にゲル状の状態に維持する。これは、溶融ユニット２０の動作を再開するときに有益であり得、なぜなら、固体ポリマーＰは、既に上昇した状態にあり、かつ固体ポリマーＰを溶融するために必要とされる時間が減少するからである。これにより、無活動期間の間の動作時間を長くすることができる。コントローラ４０２が、アイドル時間が所定の期間に開始されたと決定した場合、コントローラ４０２は、溶融グリッド４０の温度を、非溶融温度を下回るまで、拡張したアイドル温度に低下させるように指示することができる。

【0042】

いくらかの時間の後、溶融システム１０の操作者は、溶融材料Ｍをリザーバ３０から圧送することによって、溶融ユニット２０の動作を開始し得る。結果として、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルは、線３０６の部分３３０によって示されるように減少している。ここで図７Ｂを参照すると、リザーバ３０内の溶融材料Ｍの減少に応答して、溶融グリッド４０の温度は、線３１４の部分３４２によって示されるように増加し、ホッパー６０内の固体ポリマーＰを加熱して、溶融材料Ｍにする。この温度上昇は、上述の方法１００及び２００におけるコントローラ４０２によって取られたアクション、並びに、溶融システム１０の操作者によってＨＭＩデバイス４０８を通じてコントローラ４０２に提供される命令の結果として生じ得る。しかしながら、ホッパー６０内の固体ポリマーＰのレベルは、溶融グリッド４０の温度が十分に上昇して、固体ポリマーＰが溶融を開始するまで一定のままである。

【0043】

溶融グリッド４０の温度上昇に応答して、ホッパー６０内の固体ポリマーＰは、溶融材料Ｍへの移行を開始し、かつ溶融グリッド４０を通ってリザーバ３０へと流れ始める。ホッパー中の固体ポリマーＰのレベルは、溶融材料Ｍがホッパー６０に流れるにつれて同様に減少する。これを予想すると、コントローラ４０２は、ＨＭＩデバイス４０８を介して警告を生成してもよく、この警告は、追加の固体ポリマーＰがホッパー６０に追加されるべきであることを、溶融システム１０の操作者に通知し得る。線３１０の部分３３８は、操作者による手動の再充填による、ホッパー６０内の固体ポリマーＰのレベルの増加を示している。あるいは、ホッパー６０は、コントローラ４０２からの指示に応じてホッパー内の固体ポリマーＰの供給を自動的に補充することができる、遠隔充填システム（図示せず）に取り付けられてもよい。ホッパー６０に追加の固体ポリマーＰを添加すると、線３０６の部分３３４で示すように、溶融グリッド４０付近のホッパー６０の底部における半溶融材料上の重量の増加に起因して、溶融材料Ｍをリザーバ３０内に急激に増加させることになり、これは、溶融材料及び半溶融材料のサージを溶融グリッド４０を通して押し進めることができる。

【0044】

引き続き図７Ｂ及び図７Ｃを続けると、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが急激に上昇した後、溶融材料Ｍは、再び、線３０６の部分３５０によって示されるように、リザーバ３０から着実に圧送され続ける。同様に、ホッパー６０内の固体ポリマーＰのレベルは、固体ポリマーＰが、線３１０の部分３４６によって示されるように溶融材料Ｍに変換されるにつれて着実に低下する。この時間の間、溶融グリッド４０の温度は、線３１４の部分３４２によって示されるように、徐々に増加し続ける。最終的に、溶融グリッド４０は、ホッパー６０からの固体ポリマーＰを、リザーバ３０からポンプ排出されるよりも多くリザーバ３０に流入する液体材料Ｍへと溶融させ始める点まで加熱する。したがって、線３０６の部分３５８によって示されるように、リザーバ３０の溶融充填率は正になり、かつリザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが徐々に上昇する。この時間の間、ホッパー６０内の固体ポリマーＰのレベルは、追加の充填サイクルの前に「落ち着く」場合がある。溶融材料Ｍのレベルが一定時間、リザーバ３０内で上昇した後、コントローラ４０２は、線３１４の部分３５４によって示されるように、溶融グリッド４０の温度を指示して、減少を開始することができる。これは、方法１００に関連して上述したように、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルが所望の動作レベルをオーバーシュートすることを防止することである。したがって、溶融グリッド４０の温度の減少に応答して、リザーバ３０内の溶融材料Ｍのレベルは、線３０６の部分３６４によって示されるように、横ばいになり始める。

【0045】

上述の方法を使用することにより、溶融システム１０は、標的材料レベルをオーバーシュートすることなく、任意の特定の瞬間に溶融グリッド４０によって溶融された材料の量を正確に閉ループでリアルタイムに制御することができ、したがって、真の溶融オンデマンド性能が提供される。溶融グリッド４０の温度及び材料溶融率の管理により、固体ポリマーＰがリザーバ３０から上記ホッパー６０に貯蔵された固体ポリマーＰへの熱の上部移動を防止する熱的障壁（又は熱的弁）を作成するので、操作者は、溶融ユニット２０内の固体ポリマーＰの低い熱伝導率及び固有の絶縁特性を利用することが可能になる。これにより、溶融システムの操作者が溶融材料Ｍからの有毒ガスに曝露されることを防ぎ、かつ以前の溶融システムに必要とされるオフボードの貯蔵ではなく、相当量の固体ポリマーＰのオンボード貯蔵が可能になる。加えて、これにより、固体ポリマーをファーストインファーストアウトプロセスで溶融させることができる。

【0046】

本発明は、本明細書において限られた数の実施形態を用いて説明されているが、これらの具体的な実施形態は、本明細書において別途説明され、特許請求される本発明の範囲を制限するものではない。本明細書に説明されている物品及び方法の明確な様々な要素の配置及び工程の順序は、制限するものと見なすべきではない。具体的には、方法の工程は、図中のブロックの連続的な一連の参照記号及び進行を参照して説明されているが、方法は、所望により特定の順序で実装されることができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】