JP2005081298A - 混合装置および混合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 混合室への流体の注入量に影響を受けることなく、かつ混合室内に残滴が残りにくい混合装置とウレタンゴムの反応性原液混合方法を提供する。
【解決手段】 混合室と、該混合室に開口する複数の注入口を有し、該複数の注入口からそれぞれ流体を混合室に注入して混合する混合装置において、該混合室内に振動エネルギーを供給する振動エネルギー供給手段を備えることを特徴とする。熱硬化性ウレタンゴムの複数種の反応性原液をそれぞれ混合室に注入して混合する混合方法において、混合室内に存在する反応性原液に振動エネルギーを与えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の流体を混合する混合装置に関する。より詳しくは熱硬化性ゴムの２液以上の反応性原液を混合して注型する注型機のミキシングヘッドに好適な混合装置に関する。

電子写真複写機用クリーニングブレードは、複写機やプリンターなどにおいて転写後の感光体ドラムに付着した余分なトナーを除去するために用いられている。このクリーニングブレードは、ポリウレタンなどを原料とし注型によって製造されている。特にポリウレタンの場合は、２液以上の反応性原液を混合して混合液を所定形状の金型内で塊状重合することにより成形品を得る。反応性原液を混合する方法としては、ミキシングヘッドで瞬間的に混合する方法が一般的である。ミキシングヘッドとしては衝突混合、ダイナミックミキサーやスタティックミキサーなどによるものが使用されている。

この中で、衝突混合では、主剤としての液状物と、硬化剤としての液状物とを衝突させて混合しながら、その混合液を所定の金型内に射出させて、上記クリーニングブレードなどを成形している。このような注型機のミキシングヘッドは例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、上記衝突による混合技術では、十分な衝突エネルギーを得られる場合においては流路の構造を複雑にするなどして良好な混合が実現されたが、十分な衝突エネルギーが得られない場合に、良好な混合が行えず、製品混濁などの現象が発生することがあった。衝突混合型の混合装置では、複数の注入口からそれぞれ流体を混合室に注入するが、注入量が少ないとき、あるいは注入開始・終了時等において、十分な衝突エネルギーが得られない状況が発生しやすい。

また、ダイナミックミキサーについては例えば特許文献２に開示されている。ダイナミックミキサーを用いた反応射出成形機においては、十分な混合は得られても、残滴が攪拌機構の凹部などにおいて硬化してしまい、比較的短い時間ごとに分解清掃が必要となりコスト的に不利である。また、洗浄液を使用する場合には、使用済み洗浄液の処理が必要になることなどによっても、コスト的に不利である。
実開平０６−０２３７１７号公報 特開２００２−１８８３３号公報

本発明は、混合室への流体注入が少量であるとき、または注入開始・終了時においても良好な混合が可能な構造を持った混合装置を提供することを目的とする。さらには混合室内に残滴が残りにくい混合装置を提供することを目的とする。

また、良好な混合を行うことができ、残滴の発生を抑制し、洗浄の頻度を低減することのできる混合方法、特にはウレタンゴムの反応性原液を混合する方法を提供することを目的とする。

本発明により、混合室と、該混合室に開口する複数の注入口を有し、該複数の注入口からそれぞれ流体を混合室に注入して混合する混合装置において、
該混合室内に振動エネルギーを供給する振動エネルギー供給手段を備えることを特徴とする混合装置が提供される。

本発明により、混合室と、該混合室に開口し互いに対向して配された複数の注入口を有し、該複数の注入口からそれぞれ流体を混合室に注入し互いに衝突させて混合する衝突混合型の混合装置において、
該混合室内に振動エネルギーを供給する振動エネルギー供給手段を備えることを特徴とする混合装置が提供される。

前記振動エネルギー供給手段が、前記混合室内に音波を供給する音波供給手段であることが好ましい。

本発明により、熱硬化性ウレタンゴムの複数種の反応性原液をそれぞれ混合室に注入して混合する混合方法において、
混合室内に存在する反応性原液に振動エネルギーを与えることを特徴とする混合方法が提供される。

本発明により、熱硬化性ウレタンゴムの複数種の反応性原液をそれぞれ混合室に注入し、互いに衝突させて混合する混合方法において、
混合室内に存在する反応性原液に振動エネルギーを与えることを特徴とする混合方法が提供される。

前記複数種の反応性原液が、二種の反応性原液であり、
一方の反応性原液の注入量に対して他方の反応性原液の注入量を質量比で４：６〜６：４とし、
いずれの注入量も３０ｇ／ｍｉｎ〜１５０ｇ／ｍｉｎとすることが好ましい。

本発明により、混合室への流体の注入量に係わらず、また混合開始・停止時においても良好な混合が行える混合装置および混合方法が提供された。さらに、混合室内を比較的直線的な構成とすることが出来、流路抵抗を上げることなく、混合室内に残滴が残りにくい混合装置および混合方法が提供された。このため、微小な容器中の流体の混合が可能となった。

本発明によれば、例えば２液以上の反応性原液を混合して混合液を所定形状の金型内で塊状重合することにより成形品を得る際に、混合を良好に行うことができ、さらに混合室における残滴の発生を抑制することができる。

以下、複数の流体として上記２液以上の反応性原液を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

反応性原液を混合するには、ミキシングヘッドでほぼ瞬間的に混合する方法が一般的である。

本発明では、混合室内に振動エネルギーを供給することによって、反応性原液同士の混合を良くする。

さらに、衝突混合型の混合装置において、振動エネルギーにより混合が促進されるため、混合室を複雑な構造とすることなく良好に混合を行うことができ、その結果、残滴が溜まりにくく、残滴硬化に起因する洗浄頻度増大を抑制することができる。

振動エネルギー供給手段は、振動エネルギーを発生する振動エネルギー発生手段を少なくとも有し、必要に応じて振動エネルギーを混合室内に導く振動エネルギー伝搬手段を有することができ、また発生した振動エネルギーを増幅する振動エネルギー増幅手段を有する。

振動エネルギーを発生させるには、磁場による方法、電場による方法等も考えられるが、装置構造上の観点から、振動エネルギー供給手段は音波（超音波を含む）を供給する音波供給手段であることが好ましい。振動エネルギー供給には振動周波数５ｋＨｚ〜１４０ｋＨｚの音波を用いることが好ましく、超音波領域の２０ｋＨｚ〜１２０ｋＨｚの音波を用いることがより好ましい。

２液以上の反応性原液は、衝突エネルギーのロスを低減させる観点より、正面衝突位置に流入されることが混合促進の観点から好ましい。このために、例えば二つの注入口を互いに真正面に対向して配置することが好ましい。

流体は液体であっても良いが、液体に固体微粒子が混合されていても良い。ウレタンゴムの反応性原液に微粒子材料が含まれる場合があるが、本発明はこのような場合にも適用できる。固体微粒子が流体に含まれている場合と、そうでない場合とでは、流体の適切な流入速度に若干の差異はありうるが、適切な流速は容易に実験的に決められる。

次に、振動の導入は、機械的な構造上の観点から、反応原液の流入の方向に対して、直交する方向に行うことが望ましい。例えば二つの注入口を真正面に対向させて配置した場合、二つの注入口を結ぶ直線と振動エネルギーの伝搬方向とが直交することが好ましい。

音波発生手段を利用する場合には、混合促進の観点から、音響ホーンなど、波動を増幅する手段を追加することが好ましい。

なお、超音波の強度も、先の反応性液体の流速同様、実験的に適切な値を求めることができる。

混合室内に定在波が発生しない振動数の音波を用いて流体を混合することが好ましい。具体的には例えば、使用する音波の波長がλ／２あるいは（λ／２＋ｎλ）となるとき定在波が発生することからこの条件を満たさない波長の音波を用いれば良い。

衝突混合を行う場合、振動エネルギーのロスを低減させる混合促進を促進させる観点から、振動エネルギーは少なくとも流体が衝突する部分である衝突部の近傍に供給することが好ましい。

また、音波加振場所を複数にすることで、音波出力により混合液がより多く加振され、効果的な混合を行なう構造にすることができる。

成形品のべたつきを制御するなどの目的で、室温におけるポットライフが数分以下の混合液となる反応性原液の組合せを用いる場合は、反応性原液の混合から金型内への充填終了までの時間が長いと充填終了前に塊状重合が終了し、所定の形状の成形品が得られない。

即ち、こうしたポットライフが短い反応性原液の混合においては、適正な混合状態を素早く得る必要があり、衝突混合装置を用いることが好ましい。

したがって、本発明の混合装置は、前記した衝突混合装置の混合能力を、更に向上させるために振動を付与する構造、例えば、超音波発生装置を付与された構造となっている。

ポットライフが短い反応性原液の混合として、熱硬化性ウレタンゴムの反応性原液を混合する場合が挙げられ、本発明はこのような場合に極めて有用である。

例えば、熱硬化性ウレタンゴムの反応性原液が二液である場合、反応性原液の粘度の観点から、一方の反応性原液の注入量に対して他方の反応性原液の注入量を質量比で４：６〜６：４とすることが好ましい。また製品製法の観点から、二液いずれの注入量も３０ｇ／ｍｉｎ〜１５０ｇ／ｍｉｎとすることが好ましい。

〔実施例１〕
本発明の混合装置の一例について、図１を用いて以下に説明する。容器上板１１と容器下板１２が組み合わされることによって円筒状の空隙が形成される。容器上板と容器下板には同じ円錐台形状の孔がそれぞれ明けられ、流体を導入するための注入口４および５が形成される。これら注入口は互いに真正面に対向し、その中心軸は一致する。

上記空隙には注入口を遮らないように超音波振動棒２２が挿入され、シール材２１によってシールされる。超音波振動棒の先端面と、容器上板および容器下板によって、混合室３が形成される。二つの注入口から供給された溶液は領域６において衝突し、混合室内で混合される。

超音波振動子２４で発生した超音波は超音波ホーン２３によって増幅され、超音波振動棒を通して、混合室３に、注入口４および５から供給される流体の流れ方向（それぞれ矢印Ａ、Ｂで示される）とは直交する方向に照射される。超音波振動は混合室内の混合流体の流れ方向（矢印Ｃで示される）に対して平行な方向に作用する。また超音波振動棒の先端に、超音波強振域がくるようになっており、流体同士が衝突する衝突領域に超音波の振動エネルギーが作用する。

ここでは超音波発生装置として、振動周波数２５ｋＨｚのものを設置した。なお、ここでは超音波振動子が振動エネルギー発生手段であり、超音波ホーンが振動エネルギー増幅手段であり、超音波振動棒は振動エネルギー伝搬手段である。

また本例では、混合室の形状は円筒状であるが、これに限定されるものではない。好ましくは、混合室を筒状の空隙とすることで、残滴発生を抑制することができる。筒状の形態としては、例えば、上記円筒状も含め、断面が円、楕円、正方形、長方形または台形などの筒状が挙げられる。

上記混合装置を射出成形機の金型の原料注入口に接続し、成形の前工程の処理を行った例を説明する。

前準備として反応射出成型用材料、すなわちポリイソシアネートと高分子量ポリオールの反応物であるプレポリマーから主になるＡ液と、ポリオール又はアミンから主になるＢ液との安定な２液に分けてそれぞれを別々のタンク（Ａ液タンク及びＢ液タンク）に入れておいた。

注入装置（不図示）を用い、Ａ液タンク及びＢ液タンクからそれぞれの液を、反応性原液の注入口４および５から混合室３内に注入した。注入された反応性原液は、その流れる方向が相対し、衝突しながら混合したうえで、混合室から金型の原料注入口を経て金型内に供給された。

混合を行う間、超音波出力をし、超音波ホーン２３で増幅された超音波振動により混合を促進した。この際、金型の温度は反応原液が完全に金型の内部に充填されてから数分以内に重合を開始できるよう１３０℃に加温しておいた。成形原料を金型に注入終了後、重合反応が開始し、約９０〜３００秒後に反応が終了した。その後型開きをし成形品を取り出した。

上記操作を１０回繰り返し、成形品（サンプル数１０）の重合反応によるポットライフを調べたところ、平均２４１ｓｅｃであった。

この後、混合装置を分解し、内部を観察したが、硬化物は観察されなかった。

〔比較例１〕
混合装置として攪拌羽を有したダイナミックミキサーを用いたこと以外は実施例１と同様にして成形を行った。このダイナミックミキサーは良好に混合を行えることを予め確認したものである。

成形品（サンプル数１０）の重合反応によるポットライフは、平均２４３ｓｅｃであった。

この後、混合装置を分解し、内部を観察したところ、ダイナミックミキサーの攪拌羽のローターの凹部に硬化物の付着が観察された。

ポットライフが短いほど、反応原液の混合は良いと考えられるので、実施例１における混合は、比較例１における混合と同等以上であったと言える。

実施例１で用いた混合装置の模式的断面図。

符号の説明

３ 混合室
４ 注入口（Ａ液）
５ 注入口（Ｂ液）
６ 衝突領域
１１ 容器上板
１２ 容器下板
２１ シール材
２２ 超音波振動棒
２３ 超音波ホーン
２４ 超音波振動子
Ａ 反応性原液（Ａ液）の注入方向
Ｂ 反応性原液（Ｂ液）の注入方向
Ｃ 混合液の流れ方向

Claims (6)

1. 混合室と、該混合室に開口する複数の注入口を有し、該複数の注入口からそれぞれ流体を混合室に注入して混合する混合装置において、
   該混合室内に振動エネルギーを供給する振動エネルギー供給手段を備えることを特徴とする混合装置。
2. 混合室と、該混合室に開口し互いに対向して配された複数の注入口を有し、該複数の注入口からそれぞれ流体を混合室に注入し互いに衝突させて混合する衝突混合型の混合装置において、
   該混合室内に振動エネルギーを供給する振動エネルギー供給手段を備えることを特徴とする混合装置。
3. 前記振動エネルギー供給手段が、前記混合室内に音波を供給する音波供給手段である請求項１または２記載の混合装置。
4. 熱硬化性ウレタンゴムの複数種の反応性原液をそれぞれ混合室に注入して混合する混合方法において、
   混合室内に存在する反応性原液に振動エネルギーを与えることを特徴とする混合方法。
5. 熱硬化性ウレタンゴムの複数種の反応性原液をそれぞれ混合室に注入し、互いに衝突させて混合する混合方法において、
   混合室内に存在する反応性原液に振動エネルギーを与えることを特徴とする混合方法。
6. 前記複数種の反応性原液が、二種の反応性原液であり、
   一方の反応性原液の注入量に対して他方の反応性原液の注入量を質量比で４：６〜６：４とし、
   いずれの注入量も３０ｇ／ｍｉｎ〜１５０ｇ／ｍｉｎとする請求項４または５記載の混合方法。

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