JP2018020303A - ペースト材料とガスとの混合装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタティックミキサーを使用したペースト材料及びガスの混合装置及び方法において、撹拌効率を向上させる。【解決手段】ペースト材料とガスとの混合装置１は、ピストンポンプ１０を用いてペースト材料とガスとを混合する混合部２と、混合部２で混合されたペースト材料とガスとの混合物を撹拌するため混合部２に接続されたスタティックミキサー３と、を備える。スタティックミキサー３は、混合物が通過する１つ又は複数の撹拌区分を備え、該撹拌区分は、該撹拌区分を通過する混合物の流れを撹拌する形状を有する。ピストンポンプ１０の容積と、スタティックミキサー３の撹拌区分のうち少なくとも１つの容積との比率は、１：０．２〜１：５の範囲にある。【選択図】図１

Description

本発明は、ペースト材料を発泡させる等の目的で、ペースト材料とガスとを混合する装置及びに関する。

従来、ペースト材料とガスとを混合することによって発泡性ガスケット等を製造する技術が知られている。かかる技術においては、ペースト材料の中に微細なガスの泡を均等に分散させて両者を十分に混合することが重要となる。そこで、ペースト材料中へのガスの分散をより効率的に行うため、ペースト材料とガスとを混合した後、スタティックミキサーを使用する技術が知られている。なお、ペースト材料の中には、所謂、高粘度材料も含まれている。

例えば下記特許文献１に開示された高粘度材料発泡装置は、材料供給ポンプ１から吐出された高粘度材料を流通する材料供給管路２と、材料供給管路２を流通する高粘度材料に材料供給管路２の所定位置からガスを混入させるガス供給管路３と、材料供給管路２のガス混入位置の上流側及び下流側に設けられた材料流通手段としての第１及び第２のポンプ４、５と、第２のポンプ５の下流側に設けられた第１の分散用管路としての第１のスタティックミキサー６と、第１のスタティックミキサー６の下流側に設けられた第２の分散用管路としての第２のスタティックミキサー７と、第２のスタティックミキサー７の下流側に設けられた材料吐出管路８と、を備えている。

特開２００６−２８９２７６号公報

しかし、特許文献１には、第１及び第２のスタティックミキサー６、７の使用は記載されているが、ガスがガス混入位置で高粘度材料に混合される材料供給管路２に対して、第１及び第２のスタティックミキサー６、７をどのように構成すれば、混合効率が向上できるかが記載されていない。

スタティックミキサーを使用した実験によれば、必ずしも高粘度材料中に効率的にガスを混入できるものではないことが示された。実験結果は、ガスの気泡が大きくなって硬化後の発泡体のセルが不均一となったり、ガスの混入量にばらつきが生じて硬化後の発泡体の発泡倍率がばらつくことを示しおり、撹拌効率が不十分であることを示唆している。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、スタティックミキサーを使用したペースト材料及びガスの混合装置並びに方法において、撹拌効率を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のペースト材料とガスとの混合装置は、ピストンポンプを用いてペースト材料とガスとを混合する混合部と、該混合部で混合されたペースト材料とガスとの混合物を撹拌するため前記混合部に接続されたスタティックミキサーと、を備え、該スタティックミキサーは、混合物が通過する１つ又は複数の撹拌区分を備え、該撹拌区分は、該撹拌区分を通過する混合物の流れを撹拌する形状を有し、さらに前記スタティックミキサーは、前記ピストンポンプの容積と、前記スタティックミキサーの前記撹拌区分のうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にある第１の態様、並びに、前記撹拌区分の少なくとも１つが、ペースト材料とガスとの混合物を剪断力により撹拌するため該混合物の流れを５以上の流れに分割する構成を有する第２の態様のうちいずれかである。

一態様に係るピストンポンプは、シリンダと、ペースト材料が流れることが可能な管路と該シリンダとを連通させるため前記シリンダの端部に形成された吐出口と、前記シリンダにガスを充填するため該シリンダに形成された吸入口と、前記シリンダの内部で第１の位置及び第２の位置の間で摺動されるピストンとを備え、前記混合部は、前記吐出口を開閉する吐出弁を備え、前記シリンダは、前記ピストンが前記第１の位置にあるとき、所定体積のシリンダ空間を形成し、前記スタティックミキサーは、前記管路に接続されている。

前記吐出弁を閉じる工程から前記吐出弁を開放する工程までの一連の工程は、ペースト材料が所定量流れる毎に、繰り返される。
ペースト材料の前記所定量、前記シリンダ空間の前記所定体積、及び、ガスの前記所定圧力のうち少なくともいずれかを調整することによって、前記ペースト材料の発泡倍率を制御することを特徴とする。

前記吐出口は、前記管路の側壁においてペースト材料の流れに面するように設けられ、前記吐出弁は、前記吐出口と対向する、前記管路の側壁の位置から延びて前記吐出口に着座可能な弁体を備えることを特徴とする。

別の態様に係るピストンポンプは、シリンダと、吸入工程と吐出工程を行うために前記シリンダ内を往復移動するピストンと、を有し、前記シリンダは、吐出工程のストローク端部に設けられた吐出制御用の弁と、ガスの供給制御用の弁と、ペースト材料の供給制御用の弁と、を備え、前記ピストンポンプの容積は、吸入工程のストローク端部に位置しているときの前記ピストンによって画定された前記シリンダの内部の容積である。

別の態様に係るピストンポンプを用いた混合部は、吸入工程において前記ピストンポンプにガスを供給し、前記吸入工程の後で前記ペースト材料を供給し、前記ペースト材料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行って前記ガス及び前記ペースト材料を管路に吐出する、各工程を実行する。

前記スタティックミキサーの前記撹拌区分は、静止型の撹拌手段を備える。好ましくは、前記スタティックミキサーの前記第１の態様において、撹拌手段は、混合物の流れを分割し、転換し、反転する作用を有する。例えば、前記撹拌手段は、らせん形状を有する。或いは、前記撹拌手段は、前記混合物の流れに抗するように前記スタティックミキサーの内部に交互に配列された複数の邪魔板であってもよい。

スタティックミキサーの好ましい第２の態様では、前記撹拌手段が、５以上の流路を備え、該流路の各々は、前記混合物の流れに対して並列に配列されている。例えば、第２の態様において、撹拌手段は、混合物の流れに抗するようにスタティックミキサーの内部に配置された１枚の邪魔板であり、該邪魔板には、混合物の流れが各々通過する複数の貫通孔が形成されていてもよい。別の例では、スタティックミキサーの内部をハチの巣状に形成したり、ミキサーの内部に複数の配管を並列に配置するようにしてもよい。

分散効率を向上させるため、前記混合部と前記スタティックミキサーとの間、及び、前記スタティックミキサーと混合物を吐出する吐出手段との間の少なくともいずれかに、所定長さの配管を備える。

本発明のペースト材料とガスとの混合方法は、バッチ毎にペースト材料とガスとを混合し、混合されたペースト材料とガスとの混合物を撹拌するため該混合物の流れ経路にスタティックミキサーを配置する、各工程を備え、前記スタティックミキサーを配置する工程は、前記混合物が通過する１つ又は複数の撹拌区分を備え、該撹拌区分は、該撹拌区分を通過する混合物の流れを撹拌する形状を有するスタティックミキサーを配置する工程であり、さらに前記スタティックミキサーは、前記バッチ毎の前記混合物の容積と、前記スタティックミキサーの前記撹拌区分のうち少なくとも最初に前記混合物が通過する第一の撹拌区分の容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にある第１の態様、並びに、ペースト材料とガスとの混合物を剪断力により撹拌するため該混合物の流れを５以上の流れに分割する第２の態様のいずれかであることを特徴とする。

一態様では、前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、ピストンポンプ及び吐出弁を用いる工程であり、前記ピストンポンプは、シリンダと、ペースト材料が流れることが可能な管路と該シリンダとを連通させるため前記シリンダの端部に形成された吐出口と、前記シリンダにガスを充填するため該シリンダに形成された吸入口と、前記シリンダの内部で第１の位置及び第２の位置の間で摺動されるピストンとを備えており、前記吐出弁は、前記吐出口を開閉するため用いられ、前記シリンダは、前記ピストンが前記第１の位置にあるとき、所定体積のシリンダ空間を形成し、前記スタティックミキサーは、前記管路に接続されている。

好ましくは、前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、前記吐出弁を閉じ、前記ピストンを前記第１の位置に移動させて前記所定体積のシリンダ空間を形成し、前記吸入口から所定圧力のガスを前記シリンダ空間に充填し、前記ピストンを前記第２の位置に向かって移動させることによって前記ガスを圧縮し、前記吐出弁を開放することによって、前記管路を流れるペースト材料に圧縮されたガスを混入させる、各工程を備え、前記吐出弁を閉じる工程から前記吐出弁を開放する工程までの一連の工程は、ペースト材料が所定量流れる毎に、繰り返され、前記吐出口は、前記管路の側壁において高粘度材料の流れに面するように設けられ、前記吐出口を閉じる工程は、前記吐出口と対向する、前記管路の側壁の位置から前記吐出弁の弁体を延ばし、該弁体を前記吐出口に着座させる工程である。例えば、ペースト材料の流量を測定する流量センサーを設け、流量センサーで所定量の流れを検出する毎に、ピストンポンプが１サイクル動作するように制御するようにしてもよい。これに加えて、或いは、これとは別に、ペースト材料を管路に送出する際に、定流量シリンダを用い、当該定流量シリンダのサイクルとピストンポンプのサイクルとを同期させるようにしてもよい。

別の態様では、前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、ピストンポンプを用いる工程であり、前記ピストンポンプは、シリンダと、吸入工程と吐出工程を行うために前記シリンダ内を往復移動するピストンと、を有し、前記シリンダは、吐出工程のストローク端部に設けられた吐出制御用の弁と、ガスの供給制御用の弁と、ペースト材料の供給制御用の弁と、を備え、前記バッチ毎の前記混合物の容積は、吸入工程のストローク端部に位置しているときの前記ピストンによって画定された前記シリンダの内部の容積である。

好ましくは、前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、吸入工程において前記ピストンポンプにガスを供給し、前記吸入工程の後で前記ペースト材料を供給し、
前記ペースト材料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行って前記ガス及び前記ペースト材料を管路に吐出する、各工程を実行する。

好ましくは、前記スタティックミキサーを配置する工程は、前記スタティックミキサーの前記撹拌区分に静止型の撹拌手段を有するスタティックミキサーを配置する工程を備える。

さらに好ましくは、スタティックミキサーの第１の態様において、前記静止型の撹拌手段を有するスタティックミキサーを配置する工程は、前記混合物の流れを分割し、転換し、反転する工程を備える。例えば、前記静止型の撹拌手段を有するスタティックミキサーを配置する工程は、らせん形状を有する撹拌手段を用いる。或いは、前記撹拌手段は、前記混合物の流れに抗するように前記スタティックミキサーの内部に交互に配列された複数の邪魔板であってもよい。

スタティックミキサーの好ましい第２の態様では、前記撹拌手段が、５以上の流路を備え、該流路の各々は、前記混合物の流れに対して並列に配列されている。例えば、第２の態様において、撹拌手段は、混合物の流れに抗するようにスタティックミキサーの内部に配置された１枚の邪魔板であり、該邪魔板には、混合物の流れが各々通過する複数の貫通孔が形成されていてもよい。別の例では、スタティックミキサーの内部をハチの巣状に形成したり、ミキサーの内部に複数の配管を並列に配置するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るペースト材料とガスとの混合装置の回路図である。 本発明で用いられるスタティックミキサーの第１の態様の第１の例の構成を示す図であって、図２（Ａ）は、スタティックミキサーの側断面図、図２（Ｂ）は、撹拌区分に形成された撹拌エレメントの斜視図である。 第１の実施形態に係るガス混入装置の断面図（ピストンが第１の位置まで上昇した状態）である。 第１の実施形態に係るガス混入装置の断面図（図３のガス混入装置で吸入弁が開放された状態）であって、ピストンポンプにガスを吸入させる工程を説明する図である。 第１の実施形態に係るガス混入装置の断面図（図３のガス混入装置で、吸入弁が閉じ、ピストンが第２の位置まで下降し、吐出弁が開放された）であって、ピストンポンプで生成した圧縮ガスをペースト材料へ混入させる工程を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る、ペースト材料とガスとの混合装置の回路図であり、一部の構成要件が断側面図である。 第３の実施形態に係る、ペースト材料とガスとの混合装置の回路図である。 本発明で用いられるスタティックミキサーの第１の態様の第２の例の構成を示す図であって、図８（Ａ）は、複数の邪魔版を備えるスタティックミキサーの横断面図、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）と同じスタティックミキサーの縦断面図である。 本発明で用いられるスタティックミキサーの第２の態様の横断面図である。

以下、本発明の、ペースト材料とガスとの混合装置の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書でいう「ペースト材料」は、混入されたガスが当該ペースト材料中に発生した剪断力により微分散することが可能となる粘度を有する流動材料である。

図１は本発明の一実施形態に係るペースト材料とガスとの混合装置１を説明するための回路図である。
図１に示すように、本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置１は、ペースト材料とガスとを混合する混合部２と、該混合部２で混合されたペースト材料とガスとの混合物を撹拌するため混合部２に接続されたスタティックミキサー３とを備える。

混合部２は、ペースト材料が流れる管路空間（管路４７によって形成されたペースト材料の通路として形成される）にガスを吐出するためのピストンポンプ１０と、ピストンポンプ１０から管路４７へのガス供給を制御する吐出弁３０とを少なくとも備える。吐出弁３０から延びるガス吐出配管は、ガスとペースト材料との混合位置４８で、管路４７に接続される。

さらに、混合部２は、ピストンポンプ１０を駆動させる駆動部１５と、ピストンポンプ１０へのガス供給を制御する吸入弁２０と、を備えるのが好ましく、図１では、これらの構成も備えた実施例を示している。

また、混合装置１は、混合部２のピストンポンプ１０にガスを供給するためピストンポンプ１０に、管路３３、吸入弁２０を介して接続されたガスコンプレッサ４３を備えている。さらに、混合装置１は、混合部２にペースト材料を供給するため、ペースト材料を貯蔵するタンク４０と、該タンク４０に貯蔵されたペースト材料を圧送する圧送ポンプ４１と、圧送ポンプ４１から圧送されたペースト材料を管路４７に導く管路５０と、を備えている。

さらに混合装置１は、管路４７から送られてきた、ガスが混入されたペースト材料が流れる管路５２と、管路５２から送られてきた、ガスが混入されたペースト材料を吐出するために管路５２の先端に取り付けられたノズル４６と、を備えている。スタティックミキサー３は、管路４７と管路５２との間に接続されており、混合部２で混合されたガスとペースト材料との混合物は、管路４７を流れ、スタティックミキサー３を通過し、管路５２を流れて。ノズル４６に至る。合流位置４８からスタティックミキサー３までの管路の長さ及び管路５２の少なくともいずれかを所定の長さにすることによって、ガスの気泡の微分散する効果を向上させることができる。

管路５０、４７、５２は、別々の管路として構成され、この順にこれら管路内をペースト材料が流れるように、溶接若しくはフランジ等を用いて接続されたものであってもよい。勿論、管路５０、４７、５２は、最初から一体の管路として構成されたものであってもよく、この場合、スタティックミキサー３は、管路４７と管路５２との間を一体接続される。

タンク４０として、例えば、公知のペール缶やドラム缶等を用いてもよいが、これに限定されるものではない。また、タンク４０内に貯蔵されるペースト材料としては様々なものがあり、例えば、ポリウレタン、変成シリコン、エポキシ、シリコーン、アクリル、加硫ゴム、PVCやアクリル等のプラスチゾルなどおよびこれらの混合物さらにはグリス、食用クリーム、美容クリーム等があるが、これらに限定されるものではない。

圧送ポンプ４１は、ペースト材料を圧送できるものであればどの様なものでも構わない。圧送ポンプ４１として、ペール缶やドラム缶用のピストンポンプやプランジャーポンプとして例えばエアモーター式のダブルアクションポンプなどや圧送時の脈動が発生しないギヤポンプやネジポンプ等の回転型ポンプを採用することもできるが、これに限定されるものではない。また、圧送ポンプ４１に、定流量ポンプを組み込み、ペースト材料を一定流量で圧送できるようにしてもよい。

このペースト材料を圧送する圧力は、ペースト材料の粘度にもよるが、２０〜３００ｋｇ／ｃｍ^２が好ましく、５０〜２００ｋｇ／ｃｍ^２がより好ましい。これは、圧送する圧力が５０ｋｇ／ｃｍ^２より低くなると、ペースト材料が発泡した際、その気泡が粗くなる恐れがあるからであり、２０ｋｇ／ｃｍ^２より低くなると、その傾向がより顕著になるとともに、気泡の大きさが均一でなくなる恐れがあるからである。また、圧力が２００ｋｇ／ｃｍ^２より高くなると、装置の各構成部品の加圧性能及び耐圧性能を確保するために設備が高額となるからであり、３００ｋｇ／ｃｍ^２より高くなると、その傾向がより顕著になるからである。

ペースト材料の吐出圧力は、ノズル４６の直前（吐出直前）で測定された圧力値を用いると3-20MPa、好ましくは、5-12MPa、より好ましくは、6-10MPaである。
圧送されてくるペースト材料の流量を計測するため、圧送ポンプ４１とピストンポンプ１０の吐出弁３０との間に流量計が設けられていてもよい。吐出弁３０とノズル４６の間に流量計や定流量装置が設けられてもよい。

ガスコンプレッサ４３は、例えば０〜１ＭＰａ若しくは０〜０．５ＭＰａなどの比較的低圧のガスを供給するコンプレッサとして構成することができる。ガスの種類としては、空気（大気圧の空気、低圧空気、圧縮空気）、炭酸ガス、窒素ガス、酸素、アルゴン、クリプトン等の様々な気体を採用することができる。また、ペースト材料に供給するガスを大気中の空気とした場合には、ガスコンプレッサ４３も用いることができるが、その代わりに、大気中の空気を取り入れるための空気取入れ口を設け、該空気取入れ口から導入された大気圧の空気をピストンポンプ１０に供給するようにしてもよい。この場合、空気を濾過し、粉塵等を除去する空気フィルタを空気取入れ口と吸入弁２０との間に設けてもよい。さらに、ガスコンプレッサ４３や空気取入れ口の代わりに、ガスタンク、及びガス圧力を調整する圧力調整機構としての調整弁等を備える構成を用いることができる。また、ガスの圧力も、そのときの製造条件に応じて、大気圧より加圧した正圧又は大気圧より圧力が低い負圧とすることができる。

低圧ガスを使用することにより、耐圧安全性を考慮した設計が不要となる。例えば、構成部品（配管やバルブ等）を低強度の材質で作ったり肉厚を薄くしたりすることが可能となる。さらには、ガス流量の制御を容易にし、ガス注入の信頼性や取り扱いの安全性を向上させることができる。これによってガス混入システム全体の軽量化、小型化を図ることができる。勿論、本発明は、使用目的や状況に応じて高圧ガスを取り扱う態様を含んでおり、低圧ガスの使用に限定されるものではない。

ノズル４６は、ガスが混入されたペースト材料を、ワークに対して塗布等するためのもので、ペースト材料を任意に吐出させることができる。ノズル４６は、任意の方法で使用することが可能であり、例えば、ハンドヘルド式のノズルでも、マニピュレータの先端に取り付けられたノズルのいずれでもよい。

ノズル４６へのガス−ペースト材料の混合物の供給方法として、１台の混合部２から吐出された混合物をノズル４６に供給する形態は勿論のこと、２台以上の混合部２を配置し、それらを並列若しくは交互に運転することによって、混合物の供給量を増加させたり、或いは、連続的な混合物の供給を可能にすることができる。

また、混合部２（１台若しくは上記した２台以上）とノズル４６との間に、計量装置を配置し、この計量装置により定量的にペースト材料をノズル４６に提供してもよい。また、２つ以上の計量シリンダを配置し、これらの計量シリンダの交互運転で、連続的にガス混入されたペースト材料をノズル４６に提供してもよい。

さらに、混合部２は、混合部２の各構成要素を制御する図示しない制御部を備えていてもよい。制御部は、ＣＰＵ、メモリ、又はリレー、タイマー等から構成され、駆動部１５、吸入弁２０、吐出弁３０、圧送ポンプ４１、流量計、ノズル４６等と接続され、これらの構成要素と協動して、ペースト材料とガスとの混合装置１を動作させる。例えば、制御部は、ペースト材料の流量を検出する上記した流量計の信号に基づいて、ペースト材料が所定量流れる毎に、ピストンポンプ１０を１サイクル駆動するなどの制御を行う。

ピストンポンプ１０によって、ガスが混入され管路４７、５２を流れてノズル４６に至るペースト材料は、管路内を流れるうちに、ペースト材料内をガスが分散撹拌される。このガスの分散撹拌効果を増加させるために、前述したスタティックミキサー３が設けられている。
（スタティックミキサー：第１の態様の第１例）
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いてスタティックミキサー３の第１の態様の第１の例を説明する。

図２（Ａ）に示されるように、スタティックミキサー３は、入口ポート６及び出口ポート７を有する外側筒４と、該外側筒４の内部の空洞部に形成された撹拌部５とを有する。入口ポート６は、図１の管路４７に接続され、出口ポート７は、図１の管路５２に接続される。管路４７から流れてきたペースト材料とガスとの混合物は、図２（Ａ）の矢印に示すように、入口ポート６から流入し、撹拌部５を通って流れ、出口ポート７から流出する。

撹拌部５は、例えば６つの撹拌区分５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに分かれており、撹拌区分の各々は、該撹拌区分を通過する混合物の流れを撹拌する形状を有している。

撹拌区分５ａ〜５ｆは、混合物の撹拌効率を向上させるため、図２（Ｂ）に示すような、静止型の撹拌エレメント８ａ、８ｂが交互に配列するように形成されていてもよい。撹拌エレメント８ａは、左方向に１８０度捻じられた、らせん形状を有しており、入口エッジ１１ａ、第１の捻じり面１２ａ、第２の捻じり面１３ａ及び出口エッジ１４ａを備えている。また、撹拌エレメント８ｂは、右方向に１８０度捻じられた、らせん形状を有しており、入口エッジ１１ａ、第１の捻じり面１２ａ、第２の捻じり面１３ａ及び出口エッジ１４ａを備えている。撹拌エレメント８ａの出口エッジ１４ａには、撹拌エレメント８ｂの入口エッジ１１ｂが交差するように結合されている。そして、撹拌エレメント８ｂの出口エッジ１４ｂには、撹拌エレメント８ａと同様に形成された撹拌エレメントの入口エッジが交差するように結合される。このように図２（Ｂ）に示された撹拌エレメント８ａ、８ｂが対となり、複数の撹拌エレメントが順次結合される。撹拌区分５ａ〜５ｆの各々の空間には、一つの撹拌エレメントが配置若しくは内壁に結合されている。

スタティックミキサー３の撹拌区分５ａに流入した混合物の流れは、撹拌エレメント８ａの入口エッジ１１ａによって、２つの流れに分割され、それぞれの分割流れは、第１の捻じり面１２ａ、第２の捻じり面１３ａに沿って、中心部から周辺部へ、周辺部から中心部へと転換され、出口エッジ１４ａに至る。出口エッジ１４ａから出た２つの流れは、反対方向に捻じられた撹拌エレメント８ｂによってさらに２つの流れに分割され、転換されると共に、異なる方向の捻じり面により流れの反転作用が発生する。このようにして混合物の流れは、撹拌区分５ａ〜５ｆを通過するうちに、撹拌され、混合されていく。

さらに、本発明の第１の実施形態は、ピストンポンプ１０の容積（出力量）と、スタティックミキサー３の撹拌区分５ａ〜５ｆのうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されている。

また、本発明の第１の実施形態の変形例は、管路４７を流れるバッチ毎の混合物の容積と、スタティックミキサー３の撹拌区分５ａ〜５ｆのうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されている。

第１の実施形態によれば、上記のように、ピストンポンプ１０の容積（出力量）とスタティックミキサーの少なくとも１つの撹拌区分の容積との比率を上記の通りの範囲とすることによって、ペースト材料中にきわめて効率的にガスを混合することが可能となる。

図２（Ａ）の例では、スタティックミキサー３の撹拌区分の数が６個の例を示したが、本発明は、これに限定されず、撹拌区分の数が１の場合を含む、任意の数が考えられる。また、図２（Ａ）の例では、撹拌区分は、サイズが同じ（内径及び長さが同一）であったが、本発明はこれに限定されず、サイズを変えることによって撹拌効率を高めることも可能である。例えば、撹拌区分の内径を出口ポート７に近づくにつれて小さくすることも可能である。
（スタティックミキサー：第１の態様の第２の例）
図２（Ｂ）の例では、撹拌エレメントがらせん形の例を示したが、スタティックミキサーの第１の態様は、これに限定されず、各撹拌区分に複数の邪魔板を配置することも可能である。このようなスタティックミキサーを第２の例として、図８（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。

図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、スタティックミキサー３ａは、混合物の流れが通過する撹拌部５に配置された複数の邪魔板６０ａ、６０ｂ,....６０ｇを備える。図８（Ａ）の横断面図から良く理解できるように、該邪魔板６０の各々は、混合物の流れに抗して交互に配列されている。邪魔板６０ａ〜６０ｇは、図示のように直方体の形状をなしている。また、図８（Ｂ）の縦断面図から良く理解できるように、該邪魔板６０の各々は、ミキサー内壁の頂面から底面に亘って延在している。

スタティックミキサー３ａでは、入力ポート６から流入してきた混合物は、最初の邪魔板６０aに衝突したとき流れが転回されて分割される。該流れは、邪魔板６０ｂ、６０ｃに衝突しさらに分割されるが、内壁に向かった一方の分割流れは内壁で反転された後、他方の分割流れと共に邪魔板６０ａの後側付近の混合物に混合される。再び混合された混合物は、邪魔板６０ｂ、６０ｃの間を通過する。次に、混合物は、邪魔板６０ｄによって流れが転回されて分割され、該分割流れは、各々邪魔板６０ｅ、６０ｆに衝突して転回され、再び混合され、邪魔板６０ｅ、６０ｆの間を通過する。最終的に、混合物は、邪魔板６０ｄによって流れが転回されて分割され、内壁によって反転された後、出力ポート７の前で再び混合され、スタティックミキサー３ａから流出する。このように、スタティックミキサー３ａでは、混合物に対して、分割、転回、反転の各作用が繰り返され、ペースト材料中で気泡をせん断させる。

図８（Ｂ）に示すように、入力ポート６から邪魔板６０ａまでが撹拌区分５ａに相当し、邪魔板６０ａから邪魔板６０ｂ、６０ｃまでが攪拌区分５ｂに相当し、同様に長さ方向に隣接する２つの邪魔板が次の撹拌区分に相当し、最後に、邪魔板６０ｇから出力ポート７までが攪拌区分５ｆに相当する。

第１の態様の第２の例においても、ピストンポンプ１０の容積（出力量）と、スタティックミキサー３ａの上記撹拌区分５ａ〜５ｆのうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されている。

さらなる変形例として、管路４７を流れるバッチ毎の混合物の容積と、スタティックミキサー３ａの撹拌区分５ａ〜５ｆのうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されていてもよい。
（スタティックミキサー：第２の態様）
スタティックミキサーの第１の態様では、混合物の流れが直列に並べられた撹拌区分を順次通過することを示したが、混合物の流れが並列の流れに分割されることによっても撹拌作用をもたらすことが可能である。これをスタティックミキサーの第２態様として図９を用いて説明する。

図９に示すように、スタティックミキサー３ｂは、混合物の流れに抗するように撹拌部５に配置された１枚の邪魔板６１を備える。該邪魔板６１には、混合物の流れが各々通過する複数の貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２は、５以上、好ましくは１０以上形成される。すなわち、邪魔板６１に到達した混合物の流れは、５以上の流れに分割される。なお、１枚の邪魔板６１の周端部は、全周に亘ってミキサーの内壁と結合している。

スタティックミキサー３ｂを通過した混合物の流れは、邪魔板によって流れが変えられると共に、並列に配列された５以上の貫通孔によって、５以上の流れに分割される。このとき発生する、剪断力によって、ペースト材料中にガスが効率的に撹拌され、ペースト材料とガスとの混合を促進させることが可能となる。

上記では１枚の邪魔板６１を例にして説明したが、５以上の流路を備え、流路の各々が混合物の流れに対して並列に配列されているのであれば、本発明のスタティックミキサーの第２の態様に含まれる。例えば、スタティックミキサー３ｂの内部をハチの巣状に形成したり、ミキサーの内部に複数の配管を並列に配置するようにしてもよい。

第２の態様では、混合物の流れが通過することができる、スタティックミキサー３ｂの撹拌部５を１つの攪拌区分として理解することができる。
従って、第２の態様では、ピストンポンプ１０の容積（出力量）と、スタティックミキサー３ｂの攪拌区分の容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されている。

さらなる変形例として、管路４７を流れるバッチ毎の混合物の容積と、スタティックミキサー３ｂの攪拌区分５の容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されていてもよい。

なお、第２の態様では、スタティックミキサーの撹拌部５の内径は、入力ポート６から軸方向に進むにつれて拡大されていき、スタティックミキサーの中央部で最大の内径に達し、それ以後は、出力ポート７に至るまで減少する。勿論、第２の態様のスタティックミキサーの撹拌部５は、入力ポート６から出力ポート７まで同じ内径を有していてもよく、或いは、図８に示す例とは異なる仕方で内径が軸方向に沿って変わるようにしてもよい（例えば、入力ポート６から出力ポート７まで内径が増大或いは減少する）。

上記がスタティックミキサーの例であるが、本発明で使用するスタティックミキサーは上記例に限定されるものではなく、任意好適に変更可能である。また、複数のスタティックミキサー３、３ａ、３ｂを接続して用いることや、異なる種類のスタティックミキサーの組合せ（例えば、第１の態様と第２の態様のいずれかとの組み合わせ）を用いることも可能である。
（ピストンポンプの構成）
次に図３を用いてピストンポンプ１０の詳細な構成について説明する。

図３に示すように、ピストンポンプ１０は、シリンダ１１と、シリンダ１１の内部空間をその軸方向に沿って駆動部１５により第１の位置（例えば上死点）及び第２の位置（例えば下死点）の間で摺動可能に構成されたピストン１２と、シリンダ１１の側壁に設けられたガスの吸入口１３と、ガスの吐出口１４と、を備える。シリンダ１１の内部空間は、管路４７の外周部の内部にまで延びており、当該内部空間の終端であるペースト材料の通路付近に、吐出口１４が形成されている。シリンダ１１は、ピストン１２が第１の位置（上死点）にあるとき、ピストン１２によって画定された所定体積のシリンダ空間を形成する。

ピストン１２は、ピストン１２の圧縮行程の動作終端（ピストン１２の第２の位置（下死点））において、ピストン１２の先端と吐出口１４が形成されたシリンダ１１の端部の内側とが隙間なく適合するのが好ましい。ここで、「隙間なく適合」とは、ピストン１２の先端が、吐出口１４が形成されたシリンダ１１の端部の内側と相補的な形状を有しているため、ピストン１２が第２の位置（下死点）にあるとき、ピストン１２の先端がシリンダ１１の端部内側とほぼ完全に適合可能であることを意味している。これによって、シリンダ内にデッドスペースが無くなり、ガス量をより正確に制御することができる。或いは、「隙間なく適合」には、当該「隙間」が事実上ゼロであるような適合の仕方も含まれている。例えば、ピストン１２の先端が吐出口１４が形成されたシリンダ１１の端部の内側と相補的な形状を有し、ピストン１２が第２の位置（下死点）にあるとき、ピストン１２の先端とシリンダ１１の端部内側との間の距離が、０であるか、或いは当該距離が非常に小さく、２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下となることを意味している。

吸入口１３は、ピストンポンプ１０のシリンダ１１側壁に設けられている。好ましくは、吸入口１３は、ピストン１２の吸入行程の動作終端近傍に設けられるのがよい。ピストン１２が吸入行程の動作終端（第１の位置（例えば上死点））又はその近傍にあるとき、上記の吸入弁２０によって開かれ、ここからシリンダ１１の内部空間にガスが導入される。吐出口１４は、ピストン１２が圧縮行程を開始し動作終端（下死点）近傍に到達したとき、上記の吐出弁３０によって開かれ、圧縮ガスを管路４７内のペースト材料内へ混入する。なお、管路４７は、ピストンポンプ１０の近傍では、ピストンポンプ１０の構成部品と一体に形成されているが、ピストンポンプ１０の前後等、他の構成要素と接続される部分は、公知の配管、耐圧ホース等が採用される。

吸入弁２０は、図３にも示すように、ピストンポンプ１０のシリンダ１１の側壁に設けられ、ピストンポンプ１０の吸入口１３を開閉する。本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置１では、吸入弁２０に一例としてニードル弁を採用している。ニードル弁２０は、ニードル軸２１と、ガス導入口２２と、駆動部２３とを備える。ニードル軸２１は、シリンダ１１の軸に直交する方向に沿って延在するのが好ましく、当該方向に沿って摺動する。ガス導入口２２は、ガスコンプレッサ４３から供給されるガスを、ニードル弁２０に導入するためのもので、ニードル弁２０の筐体の側面に設けられていてもよい。

駆動部２３は、ニードル軸２１をその長さ方向に沿って前進又は後退させる。ニードル軸２１は、その先端が吸入口１３に嵌って該吸入口を閉じるまで前進することができる（図では左側に移動）。ニードル軸２１が吸入口１３に嵌った位置から後退（図では右側に移動）したとき吸入口１３が開かれシリンダ１１とガス導入口２２とが連通する。駆動部２３として、公知の空気シリンダや電動モータを用いることができるが、これに限定されるものではない。また、ニードル弁２０には、吸入口１３側の先端部に、ニードル軸２１を案内するための弁ガイド２１ａが設けられていてもよい。

吐出弁３０は、ピストンポンプ１０のシリンダ１１先端に設けられ、ピストンポンプ１０の吐出口１４を開閉する。本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置１では、吐出弁３０に一例としてニードル弁を採用している。ニードル弁３０は、管路４７によって形成された管路空間４７ａを挟んで、ピストンポンプ１０の吐出口１４と対向する位置に設けられ、ニードル軸３１と、駆動部３６とを備える。ニードル軸３１は、その先端が管路空間４７ａ内を通過して吐出口１４に嵌まるようシリンダ１１の軸と同軸上に設けられている。

駆動部３６は、ニードル軸３１を前進又は後退させる。ニードル軸３１は、その先端が吐出口１４に嵌って該吐出口を閉じるまで前進することができる（図では上側に移動）。このとき、ニードル軸３１が吐出口１４に嵌った位置から後退（図では下側に移動）したときは吐出口１４が開かれシリンダ１１と管路４７とが連通する。駆動部３６として、公知の空気シリンダや電動モータを用いることができるが、これに限定されるものではない。また、ニードル弁３０には、管路４７内に、ニードル軸３１を案内するための弁ガイドが設けられていてもよい。このような弁ガイドは、円柱状の本体と、ニードル軸３１をその中で上下に移動可能に貫通させる縦孔と、管路空間４７ａと連通しその内部をペースト材料が移送される横孔とを備えて構成してもよい。

なお、ニードル軸２１、３１の先端は、図では模式的に表しているが、気密性を向上させるために、円錐形、円錐台や半球状等の様々な形状にすることができる。また、吸入弁や吐出弁として、ニードル弁に限定されず、吸入口１３、吐出口１４を開閉することが可能な弁であれば任意構成の弁を用いることができる。例えば、ピストンがニードル状ではないピストンバルブ、チェック弁、或いは、吸入口を開閉する機構を採用することもできる。
（第１の実施形態の作用）
次に、以上説明した各構成要素の機能を踏まえて、本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置１の動作を図１〜図５を参照して説明する。図１、図３は既に説明した通りである。図４はピストンポンプ１０にガスを吸入させる工程を説明する図、図５はピストンポンプ１０で生成した圧縮ガスをペースト材料へ混入させる工程を説明する図である。

先ず、ペースト材料が入ったタンク４０から、圧送ポンプ４１によって、ペースト材料を、管路４７を通じて下流側に圧送する。なお、図３〜４においては、ペースト材料は、管路４７内を矢印ａ１に示すように、左から右に向かって移送されているものとする。

なお、ペースト材料が所定の量、移送されたことを監視、判断するため、本実施形態では、例えば、以下の方法のうち一つが採用される。
（１）定量装置を備えた圧送ポンプ４１と連動しピストンポンプ１０を作動させる。
（２）１ストロークの容量が既知な圧送ポンプ４１のサクション（容量が決まっている）をカウントして、ピストンポンプ１０を作動させる。
（３）圧送ポンプ４１やピストンポンプ１０とは別に設置した定流量装置や定流量付き吐出ガンと連動して、ピストンポンプ１０を作動させる（シリンダのガス容量の変更は、ガスの圧力の変更・調整やピストンのストロークによって実施する）。
（４）圧送ポンプ４１やピストンポンプ１０とは別に設置したブースターポンプやシリンダ駆動式の吐出ガンを用い、使用量に応じてピストンポンプ１０を作動させる。
（５）流量計の測定値に基づいて、ペースト材料が所定の量、移送されたタイミングを判断し、当該タイミングに従ってピストンポンプ１０を作動させる。

混合部２は、ペースト材料（図中矢印ａ１）が所定の量流れる毎にピストンポンプ１０の１サイクルが実行されるように制御される。なお、ペースト材料が所定の量流れたタイミングをピストンポンプ１０の各動作のいずれの時点に対応させるかは、ピストンポンプ１０の１サイクルと流れたペースト材料の量とが一定の関係を維持することができる限り、任意好適に変更可能である。以下、ピストンポンプ１０の１サイクルを説明する。

図３に示すように、ピストンポンプ１０に接続された吸入弁２０と吐出弁３０が閉じられた状態で、ピストン１２が吸入行程の動作終端まで、すなわち第２の位置から第１の位置まで移動する。このとき、シリンダ１１内に所定体積のシリンダ空間が形成されるが、吸入弁２０と吐出弁３０が閉じられているため、シリンダ１１内は真空となる。

次に、図４に示すように、吸入弁２０の駆動部２３によってニードル軸２１が後退（図では右側に移動。）される。すると、吸入口１３が開かれ、シリンダ１１とガス導入口２２とが連通し、シリンダ１１内の所定体積のシリンダ空間に圧縮前のガスが流入する（図中矢印ａ２）。そして、ニードル軸２１を前進（図では左側に移動。）させ吸入弁２０を閉じると、シリンダ１１内にはガスが充填され、密閉された状態となる。すなわち、吸入弁２０が所定時間に亘って開放され、所定量のガスがシリンダ１１内に蓄積された時点で吸入弁２０が閉じられる。次に、ペースト材料が所定量流れるまでピストン１２の動作が停止される。

次に、ピストン１２を圧縮行程側に移動させ、シリンダ１１内に充填されたガスを圧縮する。すなわち、ピストンを第１の位置から第２の位置まで下降させる。ピストン１２が圧縮行程の動作終端（下死点）近傍に達したときに、吐出弁３０を開放する。すなわち、吐出弁３０の駆動部３６によってニードル軸３１を後退（図では下側に移動。）させ吐出口１４を開く。すると、図５に示すように、圧縮されたガスが管路４７内を圧送されるペースト材料の中に混入されるとともに、ピストン１２は圧縮行程の動作終端（下死点）に達する。次にニードル軸３１を前進（図では上方向に移動。）させ、吐出弁３０を閉じるとペースト材料へのガス混入の１サイクルが終了する。

なお、上記ピストン１２の動作終端近傍とは、好ましくは、ガスを１／５〜１／１００に圧縮したピストン位置、好ましくは１／１０〜１／３０に圧縮したピストン位置である。このときガスの圧力よりも材料の圧力が高い場合には、材料が吐出口１４から逆流しシリンダ内に流入し、ガスシリンダ内で材料とガスが混合される。もし、材料の圧力がガス圧よりも大きすぎると比較的小さな口径の吐出口１４と材料の流入速度とによってもたらされる、剪断力により材料が変質する場合がある。また、ガス圧が材料圧よりも大きすぎる場合には、材料がシリンダ内に流入しないため、ガスと材料の混合性が悪化する場合がある。従って、ガス圧と材料圧とを適度に調整することによって、材料の変質を防止しない範囲で混合性を高めることができる。

そして、再びペースト材料が所定の量移送されると、上記の動作を繰り返すのである。なお、管路４７内を圧送されているペースト材料は、既に述べたように高圧のため、混入された空気もその圧力に応じて圧縮され、その体積が縮小されている。このため、空気をペースト材料へ混入させても、ペースト材料の流量に影響を与えることが殆どなく、脈動等を生じることもない。

次に、ガスが混入されたペースト材料は管路４７、５２を流れる間に、撹拌されていき、これによって混入されたガスの気泡が微細化され、ペースト材料内を分散する。微細な気泡が分散したペースト材料は、ノズル４６から吐出されてワーク等に塗布される。ペースト材料がノズル４６から吐出されると、それまで高圧であったペースト材料は、大気圧環境下におかれる。すると、ペースト材料に混入されたガスの気泡が膨張し、混入されたガスの量に応じた発泡倍率で発泡する。なお、ペースト材料中への気泡の分散を促進させるために、必要に応じてミキサーを用いてもよい。

以上説明したように、本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置及びペースト材料とガスとの混合装置を使用したペースト材料とガスとの混合方法によれば、ペースト材料の所定の流量毎にピストンポンプを動作させるため、ピストンポンプの動作タイミングを変更することによりペースト材料へのガス混入比率、すなわちペースト材料の発泡倍率を自由に変更することができる。例えば、シリンダ空間１１ａの容積が５０ｍｌであり、シリンダ１１に導入されたガスが大気圧であると仮定した場合、ペースト材料が５０ｍｌ移送される毎にピストンポンプを１サイクル動作させれば、発泡倍率は約２倍となる。同様に、ペースト材料が１００ｍｌ移送される毎にピストンポンプを１サイクル動作させれば発泡倍率は約１．５倍、ペースト材料が２５ｍｌ移送される毎にピストンポンプを１サイクル動作させれば発泡倍率は約３倍となる。シリンダ１１に導入されたガスの圧力を変更させたり、シリンダ空間１１ａの容積を変更させることによっても上記発泡倍率は変更可能であることはいうまでもない。シリンダ空間１１ａの容積を変更するため、例えばピストン１２の第１の位置を変更するように、ピストン１２の動作を変更することができる。

すなわち、本発明の実施例において、発泡倍率を変更する手段として、次の手段のうちいずれか１つ、或いは、２つ以上の組み合わせがある。
（１）ピストンポンプ１サイクル当たりのペースト材料の供給量の変更（ピストンポンプの１サイクルの速度及びペースト材料の供給量のいずれかを変えるか或いは両方を変える）
（２）シリンダ空間１１ａに導入されるガスの圧力の変更
（３）シリンダ空間１１ａの容積の変更（例えばピストン１２の第１の位置の変更）
特に、従来の一つのピストンポンプ内にガスとペースト材料を一緒に入れて圧縮する方法では、発泡倍率を２倍より低くしようとすると、ピストンポンプ内に充填するガスを大気圧より圧力の低い負圧とする必要があり、負圧タンク等を付加するためその構成が複雑となっていた。また、発泡倍率を２倍より高くしようとすると、予めピストンポンプに充填するガスの圧力を高める必要があり、上記同様に圧力タンク等が必要となるとともに、ガスの圧力が高くなると、後から充填するペースト材料がピストンポンプ内に規定量充填できなくなり、発泡倍率の誤差が生じていた。一方、本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置では、ピストンポンプの動作回数を増減するのみで、発泡倍率を簡単に変更できるばかりでなく、負圧タンクや圧力タンク等が不要となり、装置の構成を簡素なものとすることができる。

同様に、従来の一つのピストンポンプ内にガスとペースト材料を一緒に入れて圧縮する方法では、ピストンポンプのデッドスペースを増やさないために、ペースト材料を供給又は吐出するポートを大きくすることができず、ペースト材料の種類によってはポートの通過時に剪断力がかかり、ペースト材料が変質する恐れがあった。一方、本実施形態のペースト材料とガスとの混合装置では、シリンダ１１内のガスを予め圧縮して、ペースト材料とガスとの圧力差を小さくすることが可能であり、その場合、シリンダ内にペースト材料が逆流することを少なくすることができ、そのような心配がない。なお、上述した通り、ガスの圧縮によるペースト材料の逆流防止は、ガスと材料との混合性を良好に維持する範囲で行われるのが好ましい。

また、ペースト材料を圧送する圧送ポンプと、ガスを圧縮するピストンポンプとは、互いに独立した構成となっているため、ピストンポンプの動作がペースト材料の移送に影響しない。これにより、一組の圧送ポンプとピストンポンプしか備えず、かつ、バッファタンクを設けない構成であっても、ガスが混入されたペースト材料を連続的に送ることができ、さらに、任意のタイミングで止めることもできる。

同様に、ペースト材料を圧送する圧送ポンプと、ガスを圧縮するピストンポンプとは、互いに独立した構成となっており、ピストンポンプの動作回数を増減するだけでガスの混入量を制御できるため、ペースト材料の流量や圧送ポンプの大きさが変わっても、ある程度までは同じ容積のピストンポンプで対応することができる。

また、従来のようにペースト材料を多段階に圧送するのではなく、最初からペースト材料を所定の圧力で圧送しているため、ペースト材料を圧送する圧送ポンプが一つですみ、構成が簡素なものとなる。

また、ペースト材料へ混入するガスとして大気圧の空気以外を用い、ガスタンク、及び調整弁等を備える他の実施形態においては、ピストンポンプの動作タイミングを変更せずとも、ピストンポンプに供給する圧縮前のガスの圧力を調整することで、ペースト材料の発泡倍率を変更することができる。例えば、シリンダ空間１１ａの容積が５０ｍｌで、シリンダ空間１１ａに供給する圧縮前のガスの圧力が１気圧の場合、ペースト材料が５０ｍｌ移送される毎にピストンポンプを１サイクル動作させれば発泡倍率は約２倍となるが、ピストンポンプに供給する圧縮前のガスの圧力を２気圧とすることで発泡倍率は約３倍となり、０．５気圧とすることで発泡倍率を約１．５倍とすることができる。

さらに、上述のペースト材料の所定の流量毎にピストンポンプの動作タイミングを変更することによってペースト材料へのガス混入比率を調整する方式と、ピストンポンプに供給する圧縮前のガスの圧力を調整することによってペースト材料へのガス混入比率を調整する方式とを併用させることで、同じ容積のピストンポンプで広範囲の量のガスをペースト材料に混入させることができ、一つのピストンポンプで様々な容量の圧送ポンプに幅広く対応させることができる。
(第２の実施形態)
次に第２の実施形態を図６を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成要件については、同様の符号を附して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、第２の実施形態の混合装置１ａの混合部２ａは、ピストンポンプ４５Ａを備えている。ピストンポンプ４５Ａは、シリンダ４５１、シリンダ４５１内を密に摺動するピストン４５２、及びシリンダ４５１に設けられた３つの弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａを含んで構成されている。なお、本実施形態では、弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａを、いわゆるニードル弁とする。

ニードル弁５０Ａは、管路３３を通って供給されたガスのシリンダ４５１内への供給を制御するための弁であり、吐出工程のストローク端部（下死点付近）の近傍に設けられている。また、ニードル弁５１Ａは、管路５０を通って供給されたペースト材料のシリンダ４５１内への供給を制御するための弁であり、吸入工程のストローク端部（上死点付近）の近傍に設けられている。ニードル弁５２Ａは、ペースト材料とガスの混合物の吐出を制御するための弁であり、ピストンポンプ４５Ａにおける吐出工程のストローク端部に設けられている。なお、ガス供給制御用のニードル弁５０Ａは、吸入工程のストローク端部（上死点付近）の近傍に配置されていてもよい。

これらのニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａは、互いにほぼ同一の構造であり、ニードル４５３が図示しない空気圧シリンダにより駆動されて軸方向に移動し（エア駆動方式）、ニードル４５３の先端部がシリンダ４５１の内周面又は端面に設けられた開口部４５４を開閉する。弁本体には上記空気圧シリンダの弁室内に連通するポート４５５が設けられている。なお、エア駆動方式以外に、カムシャフト等を用いて自動車エンジンのようなシリンダ駆動方式を採用して動作させることも可能である。

ニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａが閉じた状態において、ニードル４５３の先端部はシリンダー４５１の内周面又は端面と面一であり、ピストン４５２との間のデッドスペースは実質的に零となっている。従って、ニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａが閉じた状態においては、シリンダ４５１の内部に供給されたガス又はペースト材料の一部がそれらニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａの弁室などに入り込んで滞留することがなく、ニードル弁５２Ａが開いて吐出工程が行われると、シリンダ４５１の内部に供給されたガス及びペースト材料の全部が吐出される。吐出されたガス及びペースト材料は、管路４７、スタティックミキサー３及び管路５２を通ってノズル４６から吐出される。

図示しない制御装置は、ピストンポンプ４５Ａのシリンダ４５１内に、吸入工程においてガスを供給し、吸入工程の後にペースト材料を供給し、ペースト材料の供給の終了後に吐出工程を行ってガス及びペースト材料を管路４７に吐出するように、各構成要件を制御する。

ピストンポンプ４５Ａの容積（吐出容量）は、ピストン４５２の直径とストローク（移動距離）によって定まる。換言すれば、ピストンポンプ４５Ａの容積は、吸入工程のストローク端部に位置しているときのピストンによって画定されたシリンダ４５１の内部の容積である。本実施形態の一例において、ピストン４５２の直径は１６ｍｍ、ストロークは１２５ｍｍであり、容積は２５ｃｃである。

本発明の第２の実施形態は、ピストンポンプ４５Ａの容積（吐出容量）と、スタティックミキサー３の撹拌区分５ａ〜５ｆのうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されている。

第２の実施形態によれば、上記のように、ピストンポンプ１０の容積（吐出容量）とスタティックミキサーの少なくとも１つの撹拌区分の容積との比率を上記の通りの範囲とすることによって、ペースト材料中にきわめて効率的にガスを混合することが可能となる。
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図７を用いて説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成要件については、同様の符号を附して詳細な説明を省略する。

図７に示すように、第３の実施形態の混合装置１ｂの混合部２ｂは、４つのピストンポンプ４５Ａ、４５Ｂ，４５Ｃ、４５Ｄを備えている。ピストンポンプ４５Ｂ，４５Ｃ、４５Ｄは、上述した第２の実施形態に係るピストンポンプ４５Ｄと同様に構成されている。

ガス供給用の管路３３は、混合部２ｂにおいて、４本の管路に分岐され、ガス供給制御用の弁５０Ａ〜５０Ｄを介してそれぞれピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄに接続されている。また、ペースト材料供給用の管路５０も、混合部２ｂにおいて、４本の管路に分岐され、ペースト材料供給制御用の弁５１Ａ〜５１Ｄを介してそれぞれピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄに接続されている。これによりピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄは、タンク４０から圧送されるペースト材料と、ガスコンプレッサ４３から送出されるガスと、をそれぞれバッチ式に導入する。

そして、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの図示しない吐出口から吐出制御用の弁５２Ａ〜５２Ｄを介して、各々の管路が延設されており、これら４本の管路は、ペースト材料とガスの混合物吐出用の１本の管路４７にまとめられる。すなわち、本実施形態では、材料吸引、ガス吸引、混合物吐出の管路を１本にまとめ、それらを各ピストンポンプに各々分岐させるマニホールド構造とすることができる。このようなマニホールド構造を採用することによって、小型化、配管接続の容易化、混合吐出装置のシンプル化を図ることができる。また、各ピストンポンプを独立に交換可能なようにすれば、ピストンポンプなどのオーバーホールを容易に行うことができ、小型化とメンテナンス性を両立させることができる。さらに、マニホールド構造の配管系に、新たにピストンポンプを取り付けたり或いは取り外し可能なように構成すれば、必要連続最大吐出量に応じた段数を容易に選択できる。 管路４７には、スタティックミキサー３が接続されている。

図示しない制御装置は、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄのシリンダ４５１内に、吸入工程においてガスを供給し、吸入工程の後にペースト材料を供給し、ペースト材料の供給の終了後に吐出工程を行ってガス及びペースト材料を管路４７に吐出するように、各構成要件を制御する。

連続定量吐出が可能となるようにピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの各々の吐出工程は時間差を設けて制御される。例えば、いずれかのピストンポンプの吐出工程が終了する時点付近で他のピストンポンプの吐出工程を開始するように各構成要件が制御される。

また、１サイクル当たりの吐出量を増加させる場合には、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの各々の吐出工程は時間的に重複するように制御されてもよい。例えば、ピストンポンプ４５Ａ〜４５の吐出工程を同時に行うように各構成要件が制御される。

また、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄをそれぞれ２つのピストンポンプからなる２つの組に分け、同じ組のピストンポンプは同時に制御され、異なる組のピストンポンプは、時間差を設けて制御されるようにすることも可能である。なお、ピストンポンプをどのように組分けするかは、任意好適に変更可能である。

本発明の第３の実施形態は、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの総容積（４つのピストンポンプ吐出容量の総和）と、スタティックミキサー３の撹拌区分５ａ〜５ｆのうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にあり、より好ましくは１：０．５〜１：３の範囲にあるように構成されている。

第３の実施形態によれば、上記のように、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの総容積とスタティックミキサーの少なくとも１つの撹拌区分の容積との比率を上記の通りの範囲とすることによって、ペースト材料中にきわめて効率的にガスを混合することが可能となる。

第３の実施形態では、ピストンポンプが４つの例を示したが、本実施形態は、これに限定されず、ピストンポンプの数が２、３、５以上の場合も同様に考えられる。
なお、上述のペースト材料とガスとの混合装置及びペースト材料とガスとの混合方法は、本発明の例示であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲においてその構成を適宜変更することができる。

例えば、図３等に示す混合部２では、管路４７を構成要件の一つとし、管路４７の側壁の内部にまでシリンダ空間１１ａが延在し、管路空間４７ａに近接して吐出口１４が設けられている。しかし、管路空間４７ａに近接して吐出口１４を設けることができれば、管路４７の側壁の内部にまでシリンダ空間１１ａを形成する必要はない。このような状況として、管路４７の側壁が非常に薄く、吐出口１４を管路４７の外側に設けたとしても、管路空間４７ａに非常に近接して吐出口１４を配置できるような場合（管路４７に、吐出口１４用の孔のみが形成される）が考えられる。このような場合には、本発明の混合部２の構成要件から、管路４７を除外することが可能となる。すなわち、本発明の混合部２を、管路４７（或いは管路の一部分）が存在しない態様で提供することができる。

また、本発明は、開示されているシリンダ１１と管路４７との位置関係（管路４７に対してシリンダ１１の長さ方向が直交する位置関係）に限定されず、例えばシリンダ１１が管路４７に対して斜めや平行に配置された態様も考えられる。

また、上記実施例では、吸入弁２０、吐出弁３０として、ニードル弁を用いていたが、シリンダ空間の開閉及び管路空間の開閉を行うことができれば、任意形式の弁、例えばゲート式の弁などを用いることもできる。

動作タイミングに関しても、開示された例に限られず、所定体積で所定圧力のガスを所定量のペースト材料に混入させることができれば、任意のタイミングで各構成要件を動作させることが可能となる。

さらに、上記例では、混合部２の吸入口１３を開閉する構成要件として、吸入弁２０を用いていたが、本発明において、シリンダ空間１１ａにガスを充填することができる限り、吸入弁２０を省略することもできる。例えば、図示しないガス供給手段から所定圧力のガスを弁無しで吸入口を介してシリンダ空間１１ａに導入する態様も考えられる。

さらに、上記例では、本発明のペースト材料とガスとの混合方法は、本発明の実施例として開示された、混合部２を含む混合装置１によって実行されているが、本発明の方法は、開示された混合装置１を使用する例には限定されるものではない。例えば、吸入口１３や吐出口１４を開閉する手段は、開示された吸入弁２０や吐出弁３０以外の開閉構成でも可能である。また、シリンダ１１と管路４７との位置関係も上述の通り任意好適に変更可能である。

１、１ａ、１ｂ・・ペースト材料とガスとの混合装置 ２、２ａ、２ｂ・・混合部、３、３ａ、３ｂ・・スタティックミキサー、５・・撹拌部、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ・・撹拌区分、６・・入口ポート、７・・出口ポート、８ａ、８ｂ・・らせん形状の撹拌エレメント（第１の態様）、１０・・ピストンポンプ、１１・・シリンダ、１１ａ・・シリンダ空間、１２・・ピストン、１３・・吸入口、１４・・吐出口、１５・・駆動部、２０・・吸入弁（ニードル弁）、２１・・ニードル軸、２２・・ガス導入口、２３・・駆動部、３０・・吐出弁（ニードル弁）、３１・・ニードル軸、３６・・駆動部、４０・・タンク、４１・・圧送ポンプ、４２・・流量計、４３・・空気取入れ口、４４・・空気フィルタ、４５・・ミキサー、４６・・ノズル、４７・・管路、４７ａ・・管路空間、５２・・管路、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆ・・邪魔板（第１の態様）、６１・・邪魔板（第２の態様）、６２・・貫通孔

Claims (23)

1. ペースト材料とガスとの混合装置であって、
   ピストンポンプを用いてペースト材料とガスとを混合する混合部と、
   前記混合部で混合されたペースト材料とガスとの混合物を撹拌するため前記混合部に接続されたスタティックミキサーと、
   を備え、
   前記スタティックミキサーは、前記混合物が通過する１つ又は複数の撹拌区分を備え、該撹拌区分は、該撹拌区分を通過する混合物の流れを撹拌する形状を有し、
   さらに前記スタティックミキサーは、
   前記ピストンポンプの容積と、前記スタティックミキサーの前記撹拌区分のうち少なくとも１つの容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にある第１の態様、並びに、
   前記撹拌区分の少なくとも１つが、ペースト材料とガスとの混合物を剪断力により撹拌するため該混合物の流れを５以上の流れに分割する構成を有する第２の態様
   のうちいずれかであることを特徴とする、ペースト材料とガスとの混合装置。
2. 前記ピストンポンプは、
   シリンダと、ペースト材料が流れることが可能な管路と該シリンダとを連通させるため前記シリンダの端部に形成された吐出口と、前記シリンダにガスを充填するため該シリンダに形成された吸入口と、前記シリンダの内部で第１の位置及び第２の位置の間で摺動されるピストンとを備え
   前記混合部は、前記吐出口を開閉する吐出弁を備え、
   前記シリンダは、前記ピストンが前記第１の位置にあるとき、所定体積のシリンダ空間を形成し、
   前記スタティックミキサーは、前記管路に接続されている、請求項１に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
3. 前記吐出弁を閉じる工程から前記吐出弁を開放する工程までの一連の工程は、ペースト材料が所定量流れる毎に、繰り返されることを特徴とする、請求項２に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
4. ペースト材料の前記所定量、前記シリンダ空間の前記所定体積、及び、ガスの前記所定圧力のうち少なくともいずれかを調整することによって、前記ペースト材料の発泡倍率を制御することを特徴とする、請求項３に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
5. 前記吐出口は、前記管路の側壁においてペースト材料の流れに面するように設けられ、
   前記吐出弁は、前記吐出口と対向する、前記管路の側壁の位置から延びて前記吐出口に着座可能な弁体を備えることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
6. 前記ピストンポンプは、
   シリンダと、吸入工程と吐出工程を行うために前記シリンダ内を往復移動するピストンと、を有し、
   前記シリンダは、吐出工程のストローク端部に設けられた吐出制御用の弁と、ガスの供給制御用の弁と、ペースト材料の供給制御用の弁と、を備え、
   前記ピストンポンプの容積は、吸入工程のストローク端部に位置しているときの前記ピストンによって画定された前記シリンダの内部の容積である、請求項１に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
7. 前記混合部は、
   吸入工程において前記ピストンポンプにガスを供給し、
   前記吸入工程の後で前記ペースト材料を供給し、
   前記ペースト材料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行って前記ガス及び前記ペースト材料を管路に吐出する、各工程を実行する、請求項７に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
8. 前記スタティックミキサーの前記撹拌区分は、静止型の撹拌手段を備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
9. 前記スタティックミキサーの前記第１の態様において、前記撹拌手段は、混合物の流れを分割し、転換し、反転する作用を有する、請求項８に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
10. 前記撹拌手段は、らせん形状を有する、請求項９に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
11. 前記撹拌手段は、前記混合物の流れに抗するように前記スタティックミキサーの内部に交互に配列された複数の邪魔板である、請求項９に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
12. 前記スタティックミキサーの前記第２の態様において、
    前記撹拌手段は、５以上の流路を備え、該流路の各々は、前記混合物の流れに対して並列に配列されている、請求項８に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
13. 前記混合部と前記スタティックミキサーとの間、及び、前記スタティックミキサーと混合物を吐出する吐出手段との間の少なくともいずれかに、所定長さの配管を備える、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
14. ペースト材料とガスとの混合方法であって、
    バッチ毎にペースト材料とガスとを混合し、
    混合されたペースト材料とガスとの混合物を撹拌するため該混合物の流れ経路にスタティックミキサーを配置する、各工程を備え、
    前記スタティックミキサーを配置する工程は、
    前記混合物が通過する１つ又は複数の撹拌区分を備え、該撹拌区分は、該撹拌区分を通過する混合物の流れを撹拌する形状を有するスタティックミキサーを配置する工程であり、
    さらに前記スタティックミキサーは、
    前記バッチ毎の前記混合物の容積と、前記スタティックミキサーの前記撹拌区分のうち少なくとも最初に前記混合物が通過する第一の撹拌区分の容積との比率が、１：０．２〜１：５の範囲にある第１の態様、並びに、
    ペースト材料とガスとの混合物を剪断力により撹拌するため該混合物の流れを５以上の流れに分割する第２の態様
    のいずれかであることを特徴とする、ペースト材料とガスとの混合方法。
15. 前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、ピストンポンプ及び吐出弁を用いる工程であり、
    前記ピストンポンプは、シリンダと、ペースト材料が流れることが可能な管路と該シリンダとを連通させるため前記シリンダの端部に形成された吐出口と、前記シリンダにガスを充填するため該シリンダに形成された吸入口と、前記シリンダの内部で第１の位置及び第２の位置の間で摺動されるピストンとを備えており、
    前記吐出弁は、前記吐出口を開閉するため用いられ、
    前記シリンダは、前記ピストンが前記第１の位置にあるとき、所定体積のシリンダ空間を形成し、
    前記スタティックミキサーは、前記管路に接続されている、請求項１４に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
16. 前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、
    前記吐出弁を閉じ、
    前記ピストンを前記第１の位置に移動させて前記所定体積のシリンダ空間を形成し、
    前記吸入口から所定圧力のガスを前記シリンダ空間に充填し、
    前記ピストンを前記第２の位置に向かって移動させることによって前記ガスを圧縮し、
    前記吐出弁を開放することによって、前記管路を流れるペースト材料に圧縮されたガスを混入させる、各工程を備え、
    前記吐出弁を閉じる工程から前記吐出弁を開放する工程までの一連の工程は、ペースト材料が所定量流れる毎に、繰り返され、
    前記吐出口は、前記管路の側壁において高粘度材料の流れに面するように設けられ、
    前記吐出弁を閉じる工程は、前記吐出口と対向する、前記管路の側壁の位置から前記吐出弁の弁体を延ばし、該弁体を前記吐出口に着座させる工程である、請求項１５に記載のペースト材料とガスとの混合装置。
17. 前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、ピストンポンプを用いる工程であり、
    前記ピストンポンプは、シリンダと、吸入工程と吐出工程を行うために前記シリンダ内を往復移動するピストンと、を有し、前記シリンダは、吐出工程のストローク端部に設けられた吐出制御用の弁と、ガスの供給制御用の弁と、ペースト材料の供給制御用の弁と、を備え、
    前記バッチ毎の前記混合物の容積は、吸入工程のストローク端部に位置しているときの前記ピストンによって画定された前記シリンダの内部の容積である、請求項１４に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
18. 前記バッチ毎にペースト材料とガスとを混合する工程は、
    吸入工程において前記ピストンポンプにガスを供給し、
    前記吸入工程の後で前記ペースト材料を供給し、
    前記ペースト材料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行って前記ガス及び前記ペースト材料を管路に吐出する、各工程を実行する、請求項１７に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
19. 前記スタティックミキサーを配置する工程は、前記撹拌区分に静止型の撹拌手段を有するスタティックミキサーを配置する工程を備える、請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
20. 前記静止型の撹拌手段を有するスタティックミキサーを配置する工程は、前記スタティックミキサーの前記第１の態様を用いて、前記混合物の流れを分割し、転換し、反転する工程を備える、請求項１９に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
21. 前記静止型の撹拌手段を有するスタティックミキサーを配置する工程は、らせん形状を有する撹拌手段を用いる、請求項２０に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
22. 前記撹拌手段は、前記混合物の流れに抗するように前記スタティックミキサーの内部に交互に配列された複数の邪魔板である、請求項２０に記載のペースト材料とガスとの混合方法。
23. 前記スタティックミキサーの前記第２の態様において、
    前記撹拌手段は、５以上の流路を備え、該流路の各々は、前記混合物の流れに対して並列に配列されている、請求項１９に記載のペースト材料とガスとの混合方法。