JP2019063705A

JP2019063705A - 混合ノズルおよびディスペンサー

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Publication number: JP2019063705A
Application number: JP2017189334A
Authority: JP
Inventors: 雅之小田; Masayuki Oda
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: JP6962112B2

Abstract

【課題】少ない容積で均一な混合を行う混合ノズルを提供する。【解決手段】混合ノズルは、管状の本体と、本体の一端に設けられた吐出口と、本体の他端に設けられた流入口と、吐出口と流入口の間の本体内部に設けられた混合流路とを有する。さらに、本体内に導入された２種以上の混合液を混合流路に対し、本体の軸方向に相対的に往復流動させる往復流動発生手段を有する。往復流動により、混合液が繰り返し混合流路を通過するため、少数のエレメントで構成された混合流路を用いても、２種以上の液体を均一に混合することができる。このため、混合ノズルの長さを短くすることが可能であり、吐出に使用できないデッドボリュームを減らすことができる。また吐出制御の応答を良くし、吐出量の精密な制御が容易になる。【選択図】図１

Description

本発明は、混合ノズルおよびディスペンサーに関する。

塗料や接着剤、樹脂などの材料では、２種以上の液体を混合することで、新たな性質を付与することができる。このように混合した材料を吐出ディスペンサーが開発されている。例えば、２液硬化型樹脂の主剤と硬化剤を混合して塗布する混合型ディスペンサーが広く用いられている。２液硬化型樹脂では、１液型では設計の自由度に限りがある硬化時間等の性質を、目的に応じて自在に調整できるというメリットがある。一方で、２液が所定の混合比で均一に混合されないと設計通りの性質を実現できないという問題がある。このため、混合ディスペンサーで均一な混合を行うための技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、静的混合器（スタティックミキサー）を用いて、２液を混合して吐出するディスペンサーが開示されている。この技術では、スタティックミキサーを構成する混合流路のエレメント数を３０〜８０とすることで、混合液がエレメントを通過する回数を増やし均一な混合を実現している。

また、２液の混合を動的に行うダイナミックミキサーを用いたディスペンサーも開発されている。例えば、特許文献２には、混合管の中に、交互に逆向きのねじ羽根として形成されたエレメントを混合管の軸を中心として回転させて混合し、そこから流出された混合液を別途設けた吐出手段で吐出する方法が開示されている。ねじ羽根を回転することで、均一な混合液を得ることができる。

特開２００１−１１３５２５号公報特表２００９−５１１２６９号公報

しかしながら、特許文献１の技術には、混合流路のエレメント数を多くすることで混合の均一性が向上する一方で、混合ノズルの長さが長くなってしまうという問題があった。混合ノズルが長くなると、使用できないで混合ノズル内に残る材料が多くなる。また、ノズル内の抵抗が増えて、吐出量の制御が困難なったり、吐出応答が悪くなったりして、吐出のバラツキが大きくなるという問題があった。

また特許文献２のような、ダイナミックミキサーを用いたディスペンサーでは、混合器と別に吐出手段を設ける必要があり、装置が複雑で大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、少ない容積で均一な混合を行う混合ノズルを提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、混合ノズルは、管状の本体と、本体の一端に設けられた吐出口と、本体の他端に設けられた流入口と、吐出口と流入口の間の本体内部に設けられた混合流路とを有する。さらに、本体内に導入された２種以上の混合液を混合流路に対し、本体の軸方向に相対的に往復流動させる往復流動発生手段を有する。往復流動により、混合液が繰り返し混合流路を通過するため、少数のエレメントで構成された混合流路を用いても、２種以上の液体を均一に混合することができる。このため、混合ノズルの長さを短くすることが可能であり、吐出に使用できないデッドボリュームを減らすことができる。また吐出制御の応答を良くし、吐出量の精密な制御が容易になる。

本発明の効果は、少ない容積で均一な混合を行う混合ノズルを提供できることである。

第１の実施形態の混合ノズルを示すブロック図である。第２の実施形態のディスペンサーを示す断面図である。第２の実施形態の混合ノズルの動作を示す断面図である。第３の実施形態の混合ノズルの動作を示す断面図である。第４の実施形態の混合ノズルの動作を示す断面図である。第４の実施形態の蓋の一例を示す断面図である。第５の実施形態のディスペンサーを示す側面図である。第６の実施形態のディスペンサーを示す側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の混合ノズル１０を示すブロック図である。混合ノズル１０は、管状の本体１１と、本体１１の一端に設けられた吐出口１２と、本体１１の他端に設けられた流入口１３と、吐出口１２と流入口１３の間の本体１１内部に設けられた混合流路１４とを有する。さらに、本体１１内に導入された液体を混合流路１４に対し、本体１１の延伸方向に相対的に往復流動させる往復流動発生手段１５を有する。

混合流路１４は、液体の流れを変化させて、２種以上の液体を混合するものである。混合流路１４は、例えば、長方形の板を捩じったエレメントを、捩じりの方向が、交互に逆向きになるように複数並べて構成される。このエレメント群を液体が通過すると、流れの分割、反転、合流などが起こり２種以上の液が混合される。混合流路１４は、一般的にスタティックミキサーとも呼ばれている。

ところで、このような混合の原理から、混合流路を１回しか通過しない通常の混合ノズルでは、エレメントの数を多くしないと均一な混合を行うことが困難である。一方、本実施形態では、往復運動により混合液が繰り返しエレメントを通過するため、少ないエレメント数で均一な混合を行うことができる。このため、混合ノズル１０の全長を短くでき、吐出に使用できないデッドボリュームを減らすことができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の混合ノズル１００と、この混合ノズルを用いたディスペンサー１０００を示す部分断面図である。混合ノズル１００は、管状の本体１１０と、本体の一端に位置する吐出口１２０と、吐出口１２０の反対端に位置する流入口１３０とを有する。また、本体１１０の中段内部に配置された混合流路１４０を有する。混合流路１４０と吐出口１２０との間には、吐出側蛇腹１１１が設けられ、混合流路１４０と流入口１３０との間には、流入側蛇腹１１２が設けられている。本体１１０の混合流路１４０が配置された部分の外壁には混合流路往復機構１５０が固定され、本体１１０の当該部分を、本体１１０軸方向に往復運動させることができるようになっている。また、吐出口１２０は、蓋１６０で開閉することができるようになっている。蓋１６０は蓋駆動機構１６１によって駆動され、吐出口１２０の開閉動作を行う。

流入口１３０には、固定具２１０によって集約ブロック２００が液密に接続されている。集約ブロック２００は、第１液供給機構３１０から供給された第１液を流通させる第１流路２０１と、第２液供給機構３２０から供給された第２液を流通させる第２流路２０２とを有する。そして、第１流路２０１と第２流路２０２とを集約して、流入口１３０に連通させている。

上記の構成で、吐出口１２０を蓋１６０で塞いで、混合流路往復機構１５０を動作させることにより、第１液と第２液との混合を効率よく行うことができる。図３は、上記の混合の動作を説明するための断面図である。なお図示はしていないが流入口１３０は閉塞されているものとする。図３（ａ）は、混合流路往復機構１５０が、混合流路１４０を吐出口１２０側に移動させた状態を示している。この時流入口側蛇腹１１２の容積が大きく、吐出口側蛇腹１１１の容積が小さくなっている。この状態から図３（ｂ）のように、混合流路１４０を流入口側に移動させると、流入口側蛇腹１１２の容積が減り、吐出口側蛇腹１１１の容積が増える。その際、混合液が混合流路１４０を通過して吐出口１２０側に移動する。図３（ａ）、（ｂ）の動作を繰り返すことにより、第１液と第２液とが均一に混合される。そして、所定回数往復運動を行ったら、蓋１６０を解放して、供給側から圧を加えて、吐出口１２０から混合液を吐出する。

以上説明したように、本実施形態によれば、２種の液体を均一に混合し、吐出することができる。

（第３の実施形態）
蛇腹の代わりに、シールで液密に接続されたピストン型の混合流路が往復運動をするようにしても良い。図４はこのような混合ノズルの動作を示す断面図である。混合流路１４０は、インナー１１３に固定されている。インナー１１３は、吐出側アウター１１４と流入側アウター１１５との間で往復運動する。図４（ａ）はインナー１１３が吐出口１２０側に移動した状態、図４（ｂ）はインナー１１３が流入側に移動した状態を表している。このように、シールで封止した往復機構を用いても、２液を均一に混合して吐出するディスペンサーを構成することができる。

（第４の実施形態）
第３、４の実施形態で説明したように、吐出口を塞いだ状態で、ノズルの本体中段に配置された混合流路の、吐出口側の容積と流入口側の容積を交互に増減させることにより、混合を行うことができる。本実施形態では、柔軟な材質のノズル本体を用いて、これを変形させることで、混合流路を通過する流れを発生させる。

図５は、このような混合ノズルの一例を示す断面図である。混合ノズルは、柔軟な材質からなる本体１１０ａと、本体１１０ａの中段に配置された混合流路１４０とを有する。また、混合流路１４０の吐出口１２０側で本体１１０ａの外側を把持する吐出側把持バー１５２と、混合流路１４０の流入口１３０側で本体１１０ａの外側を把持する流入側把持バー１５３とを有する。本体１１０ａの材料には、例えば、ポリプロピレン、シリコン、ゴムなどを用いることができるが、使用する混合液が反応しない材料を選択する。

液の混合は、図５（ａ）の状態と図５（ｂ）の状態を交互に入れ替えることにより行う。まず、図５（ａ）のように、混合ノズルに混合材が充たされた状態で、蓋１６０を閉じ、吐出側把持バー１５２の間隔を狭めて、混合流路１４０の吐出口１２０側の容積を小さくする。この時、流入側把持バー１５３は、本体１１０ａに圧力を加えない状態にしておく。次に図５（ｂ）のように、吐出側把持バー１５２を開き、混合流路１４０の吐出口１２０側の容積を増やすとともに、流入側把持バー１５３を閉じて、混合流路１４０の流入口１３０側の容積を小さくする。図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態に変化させることにより、混合流路１４０を吐出側に流れる混合液の流れが発生する。図５（ａ）、（ｂ）の状態を交互に作り出すことにより、混合液を均一に混合することができる。そして、所定回数の混合を行った後、蓋１６０を開き、流入口１３０側から圧を加えて、混合液を吐出する。

なお蓋１６０の形は、吐出口１２０の形状に合わせて、液密状態が保たれるようにすると良い。例えば、図６（ａ）のように溝１６０ｂを持つ蓋１６０ａを用いて、図６（ｂ）のように吐出口１２０の周囲が囲まれるようにすることができる。また、図６（ｃ）のように、吐出口１２０の内部に入り込む栓１６０ｄを持つ蓋１６０ｃを用いて、図６（ｄ）のように、栓１６０ｄを吐出口１２０に嵌合させても良い。

（第５の実施形態）
混合流路１４０を混合ノズルの軸方向に往復運動させることによっても、混合流路１４０を往復する液の流れを作ることができる。図７はそのような機能を持つ混合ノズルを使用したディスペンサー１１００の一例を示す断面図である。混合流路１４０はアーム１５５に固定されている。そしてアーム１５５は、上下機構１５４によって上下（ノズルの軸方向）に駆動できるようになっている。混合流路１４０がアーム１５５とともに往復運動することにより、混合液を均一に混合することができる。

（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態のディスペンサーを示す断面図である。本実施形態のディスペンサーでは、機械的な駆動機構を用いず、吐出圧の制御により混合流路１４０に対して混合液を往復流動させる。

まず、図８（ａ）のように第１液供給機構３１０と第２液供給機構３２０から、それぞれ第１液および第２液を供給し、混合ノズル内に混合液４００を充填する。この時、混合液４００は、集約ブロック２００の先端より外側に存在し、第１流路２０１、第２流路２０２の内部には浸入しない。ここで、図８（ｂ）に示すように、第１液供給機構３１０、第２液供給機構３２０それぞれから所定の負圧を発生させ、混合液４００の一部を供給側の第１流路２０１および第２流路２０２に引き込む。ノズルの吐出口側１２０の内側には空気５００の存在する空間ができる。この動作により、混合流路１４０を流入口１３０に向かって流れる流れが発生する。次に、圧力を反転させ、第１液供給機構３１０、第２液供給機構３２０から所定の正圧を加えて、混合液４００の先端を吐出口１２０縁まで移動させ、図８（ａ）の状態に戻す。この時、混合流路１４０を吐出口１２０側に流れる混合液の流れが発生する。以上の動作を繰り返すことにより、混合流路１４０を往復する混合液４００の流れを発生させ、混合液４００を均一に混合することができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１０、１００混合ノズル
１１、１１０本体
１２、１２０吐出口
１３、１３０流入口
１４、１４０混合流路
１５往復流動発生手段
３１０第１液供給機構
３２０第２液供給機構
１５０混合流路往復機構
１６０蓋

Claims

第１の液と第２の液とを流入させる流入口と、
前記第１の液と前記第２の液との混合液を吐出する吐出口と、
前記流入口と前記吐出口とを接続する管状の本体と、
前記本体内に配置され、自身の周囲を流動する液体を混合させる混合流路と、
前記混合液を、前記混合流路に対し、前記本体の軸方向に相対的に往復流動させる往復流動発生手段と、
を有することを特徴とする混合ノズル。
前記吐出口を開閉する蓋を有し、
前記往復流動発生手段が、
前記混合流路から前記流入口までの容積を変化させる第１の容積変化手段と、
前記混合流路から前記吐出口までの容積を変化させる第２の容積変化手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の混合ノズル。
前記往復流動発生手段が、
前記混合流路を前記本体の軸方向に往復運動させる往復運動発生手段を有することを特徴とする請求項２に記載の混合ノズル。
前記混合流路の前記流入口側に設けられた第１の蛇腹部と、
前記混合流路の前記吐出口側に設けられた第２の蛇腹部と、
前記第１の蛇腹部と前記第２の蛇腹部との間の本体内に固定された混合流路と、
前記本体の前記混合流路が固定された部分を前記本体の軸方向に往復運動させる往復駆動手段と
を有することを特徴とする請求項３に記載の混合ノズル。
前記混合流路の前記流入口側に設けられた第１の管状部と、
前記混合流路の前記吐出口側に設けられた第２の管状部と、
前記第１の管状部と前記第２の管状部との間に配置され、液密状態で前記第１の管状部と前記第２の管状部との間を、前記第１の管および前記第２の管の軸方向に可動である第３の管状部と、
前記第３の管状部の内部に固定された前記混合流路と、
前記第３の管状部を前記第１の管および前記第２の管の軸方向に往復運動させる往復駆動手段と
を有することを特徴とする請求項３に記載の混合ノズル。
前記本体を前記混合流路の前記吐出口側の外形を小さくする吐出側本体狭窄手段と、
前記本体を前記混合流路の前記流入口側の外形を小さくする吐出側本体狭窄手段と
を有することを特徴とする請求項２に記載の混合ノズル。
前記混合流路を前記本体の軸方向に往復駆動する上下機構を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の混合ノズル。
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の混合ノズルと、
前記混合ノズルの前記流入口に第１の液を供給する第１の液供給機構と、
前記混合ノズルの前記流入口に第２の液を供給する第２の液供給機構と
を有することを特徴とするディスペンサー。
流入口と吐出口と前記流入口と前記吐出口とを連結する管状の本体を有する混合ノズルの、前記流入口に第１の液と第２の液とを流入させ、
前記本体内部に配置された混合流路に対し、前記本体の軸方向に前記第１の液と前記第２の液との混合液を、相対的に往復流動させ、
前記吐出口から、前記混合液を吐出する
ことを特徴とする混合液の吐出方法。
前記吐出口を開閉し、
前記混合流路から前記流入口までの容積を変化させ、
前記混合流路から前記吐出口までの容積を変化させる
ことを特徴とする請求項９に記載の混合液の吐出方法。