JP4657938B2 - 流体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体供給装置、詳しくは、マイクロセルラーフォームなどを発泡成形するための成型システムに装備される流体供給装置に関する。

近年、発泡剤として、超臨界状態の二酸化炭素を用いて、押出成形、射出成形あるいは反応射出成形などの各種の成形方法により、マイクロセルラーフォームを発泡成形することが、種々検討されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照。）。
このような、マイクロセルラーフォームを成形するための発泡成形システムは、液体（液化ガス）または超臨界状態の二酸化炭素を供給するための供給装置と、その供給装置から供給された液体（液化ガス）または超臨界状態の二酸化炭素を発泡剤として、発泡成形するための成型機とを備えている。

このような供給装置として、たとえば、押出タンクの入口に設けられた第１遮断弁と、押出タンクの出口に設けられ射出機シリンダに連通する第２遮断弁と、押出タンクのピストンを作動させる駆動部と、ピストンの位置を検出する位置検出部と、押出タンクを加熱するためのヒータと、第１、第２遮断弁、駆動部、位置検出器およびヒータに接続された制御部とを備え、第１遮断弁を経て供給される超臨界流体を押出タンク内に保持し、超臨界流体の温度および圧力を調整するとともに、第２遮断弁を開弁して射出機シリンダ内へ間欠的に供給する、超臨界流体の流量調整機構が提案されている（たとえば、特許文献３参照。）。
特表２００２−５０１４４３号公報 特開２００２−１７８３５２号公報 特開２００１−１５０４８５号公報

しかし、特許文献３に記載される超臨界流体の流量調整機構では、超臨界流体を定量的に供給することができる一方で、ピストンによって超臨界流体を吸引・吐出するので、超臨界流体を間欠的にしか供給できず、連続的な供給ができないという不具合がある。
一方、超臨界流体や液化ガスのような圧縮性の流体を、たとえば、昇圧ポンプで昇圧した後、流量調整弁から供給したり、または、回転ポンプで供給すれば、連続的な供給ができるが、定量的な供給を確保するためには、供給流路を常時恒温恒圧状態にする必要があり、そのための設備に多大のコストがかかるという不具合がある。

本発明の目的は、簡易な構成により、流体を、間欠的または連続的に、定量的に供給することのできる、流体供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、流体供給装置であって、成型機に、発泡剤としての流体を供給するための流体供給装置において、前記流体が充填されるシリンダと、前記シリンダに対して進退されるピストンとを備える１対の定量供給手段と、各前記定量供給手段の前記シリンダに接続され、前記流体を流出させるための流出ラインと、各前記流出ラインの下流側に設けられ、前記流体を前記成型機に供給するための供給ラインと、各前記流出ラインと前記供給ラインとが接続される切替弁と、各前記定量供給手段において、前記シリンダ内に前記流体を充填するために、前記ピストンを前記シリンダに対して退避させる充填動作と、前記シリンダ内において前記流体が所定圧力に加圧されるまで、前記ピストンを前記シリンダに対して進出させる加圧動作と、前記シリンダ内に充填されている前記流体を供給するために、前記ピストンを前記シリンダに対してさらに進出させる供給動作とが、動作されるように、前記ピストンを制御し、かつ、一方の前記定量供給手段の供給動作中は、前記一方の前記定量供給手段の前記シリンダに接続される前記流出ラインと前記供給ラインとが接続されるように、前記切替弁を切り替えて、前記他方の前記定量供給手段の供給動作中は、他方の前記定量供給手段の前記シリンダに接続される前記流出ラインと前記供給ラインとが接続されるように、前記切替弁を切り替える制御手段とを備えていることを特徴としている。

このような構成によると、シリンダおよびピストンを備える定量供給手段が、１対として設けられているので、一方の定量供給手段と他方の定量供給手段とで、流体を交互に供給すれば、流体を連続的に供給することができる。また、一方の定量供給手段と他方の定量供給手段とで不連続に、または、いずれか一方の定量供給手段のみで流体を供給すれば、流体を間欠的に供給することもできる。また、流体の供給において、各定量供給手段は、シリンダ内に流体が充填される充填動作が動作された後、シリンダ内において流体が所定圧力に加圧される加圧動作が動作され、その後、シリンダ内に充填されている流体を供給する供給動作が動作されるので、流体を定量的に供給することができる。その結果、簡易な構成により、流体を、間欠的または連続的に、しかも定量的に供給することができる。

さらに、制御手段によって、一方の定量供給手段の供給動作中には、一方の定量供給手段のシリンダに接続される流出ラインと供給ラインとが接続されるので、一方の定量供給手段から成型機に、流体を確実に供給することができるとともに、他方の定量供給手段のシリンダに接続される流出ラインが、切替弁によって閉鎖されているので、他方の定量供給手段において、確実な充填動作および加圧動作を達成することができる。また、他方の定量供給手段の供給動作中には、他方の定量供給手段のシリンダに接続される流出ラインと供給ラインとが接続されるので、他方の定量供給手段から成型機に、流体を確実に供給することができるとともに、一方の定量供給手段のシリンダに接続される流出ラインが、切替弁によって閉鎖されているので、一方の定量供給手段において、確実な充填動作および加圧動作を達成することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、各前記定量供給手段において、前記充填動作、前記加圧動作および前記供給動作の各動作に対応して、前記ピストンを異なる速度で進退させることができ、前記供給動作時の前記ピストンの進出速度に対して、前記充填動作時の前記ピストンの退避速度が速くなるように、前記ピストンを進退させることを特徴としている。

このような構成によると、充填動作時のピストンの退避速度が、供給動作時のピストンの進出速度よりも速いので、定量供給にかかる時間をベースとして、充填動作および加圧動作にかかる時間を配分して、充填、加圧および供給からなる１サイクルにかかる時間を設定することができる。そのため、１サイクルにかかる時間を短縮して、発泡成形の生産性の向上を図ることができる。また、加圧速度を速く設定することにより、１サイクルを短縮できる場合がある。さらに、供給速度の設定を変更することにより、供給範囲の広い装置として使用することができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、各前記定量供給手段において、前記シリンダは、前記ピストンが進退自在に受け入れられるピストン進退部と、前記ピストン進退部の上流側に設けられ、前記流体を冷却するための冷却通路と、前記ピストン進退部と前記冷却通路との間に設けられ、前記流体の前記冷却通路から前記ピストン進退部への流入を許容し、前記流体の前記ピストン進退部から前記冷却通路への逆流を規制する逆止弁とを備えていることを特徴としている。

このような構成によると、シリンダにおいて、流体は、まず、冷却通路に流入して冷却され、次いで、逆止弁を介して、ピストン進退部に流入して充填される。そのため、より一層、流体の密度を安定させることができ、精度のよい定量的な供給を達成することができる。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記一方の前記定量供給手段の前記供給動作中に、前記他方の前記定量供給手段の前記充填動作および前記加圧動作を完了させ、前記一方の前記定量供給手段の前記充填動作の開始時に、前記他方の前記定量供給手段の前記供給動作を開始させ、かつ、前記他方の前記定量供給手段において、前記加圧動作の終了後に、前記一方の前記定量供給手段の前記充填動作の開始まで、前記ピストンをその圧力が維持されるように待機させることを特徴としている。

このような構成によると、一方の定量供給手段の供給動作中に、他方の定量供給手段の充填動作および加圧動作を完了させて、一方の定量供給手段の充填動作の開始時に、他方の定量供給手段の供給動作を開始させる。そのため、一方の定量供給手段と他方の定量供給手段とで、連続的な流体の供給を達成することができる。
また、他方の定量供給手段では、加圧動作の終了後には、圧力が維持されるように待機され、その後、一方の定量供給手段の充填動作が開始されると、供給動作を開始する。そのため、定量的かつ連続的な流体の供給を、確実に達成することができる。

なお、加圧設定圧力は、成型機の原料圧力と等しいかそれより若干高い圧力に設定されるので、この構成によれば、切替弁の開動作と同時に遅れなく成型機に供給することができる。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明において、前記供給ラインに設けられ、所定以上の圧力が負荷されたときに、開動作される背圧弁を備えていることを特徴としている。

このような構成によると、背圧弁によって、各流出ラインおよび供給ラインに対して、背圧が負荷されるので、シリンダ内の流体は一定の密度に保たれ、流体の定量的な供給を確保しつつ、脈流を防止することができる。精度のよい定量的で安定な供給を達成することができる。また、成型機側の急激な減圧によるシリンダ内の流体の気化を防止することができる。

請求項１に記載の発明によれば、簡易な構成により、流体を、間欠的または連続的に、しかも定量的に供給することができる。さらに、一方の定量供給手段から成型機に、流体を確実に供給することができるとともに、他方の定量供給手段において、確実な充填動作および加圧動作を達成することができる。また、他方の定量供給手段から成型機に、流体を確実に供給することができるとともに、一方の定量供給手段において、確実な充填動作および加圧動作を達成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、１サイクルにかかる時間を短縮して、発泡成形の生産性の向上を図ることができる。また、加圧速度を速く設定することにより、１サイクルを短縮できる場合がある。さらに、供給速度の設定を変更することにより、供給範囲の広い装置として使用することができる。
請求項３に記載の発明によれば、より一層、流体の密度を安定させることができ、精度のよい定量的な供給を達成することができる。

請求項４に記載の発明によれば、一方の定量供給手段と他方の定量供給手段とで、連続的な流体の供給を達成することができる。また、定量的かつ連続的な流体の供給を、確実に達成することができる。また、切替弁の開動作と同時に遅れなく成型機に供給することができる。
請求項５に記載の発明によれば、精度のよい定量的で安定な供給を達成することができる。また、成型機側の急激な減圧によるシリンダ内の流体の気化を防止することができる。

図１は、本発明の発泡剤供給装置が装備される発泡システムの一実施形態を示す概略構成図、図２は、図１に示す発泡剤供給装置のピストンポンプであって、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。なお、以下の説明において、「上流側」、「下流側」は、特に言及がない限り、発泡剤としての液化ガスの流れ方向を基準とする。

図１において、この発泡システム１は、発泡剤としての流体である液化ガス（つまり、液体）、たとえば、液化二酸化炭素を、連続的もしくは間欠的に、定量的に供給する流体供給装置としての発泡剤供給装置２と、その発泡剤供給装置２から、発泡剤が供給される発泡成形用の成型機３とを備えている。
発泡剤供給装置２は、ボンベ（貯蔵源）４と、ポンプ５と、ボンベ４とポンプ５とを接続する上流側ライン６と、ポンプ５と後述する成型機３とを接続するための下流側ライン７と、制御手段としてのＣＰＵ２０とを備えている。

ボンベ４は、たとえば、２つ設けられており、上流側ライン６にそれぞれ接続されている。これらボンベ４には、たとえば、サイフォン方式によって、液化二酸化炭素などの液化ガス（液体）が、所定圧力下で貯蔵されている。各ボンベ４には、遮断弁８が設けられており、その遮断弁８の開放によって、所定の供給圧力で、上流側ライン６へ液化ガスが供給される。

また、上流側ライン６の途中において、各ボンベ４の遮断弁８の下流側には、圧力計９および恒温槽１０が、上流側から下流側に向かって順次介装されている。
圧力計９は、上流側ライン６内を流れる液化ガスの圧力を検知する。
恒温槽１０は、液化ガスの気化を防止するために、液化ガスを冷却する。この恒温槽１０には、冷媒が循環する冷媒循環ライン２５が接続されており、冷媒は、冷媒循環ライン２５から恒温槽１０に対して流入または流出する。恒温槽１０を通過する液化ガスは、循環する冷媒によって冷却される。

なお、冷媒循環ライン２５は、後述する各シリンダ１３の冷媒通路２６に接続されており、冷媒は、冷媒循環ライン２５を介して、恒温槽１０と冷媒通路２６との間を循環する。
上流側ライン６は、恒温槽１０の下流側において、各吸入ライン１１（以下、各吸入ライン１１を区別する場合には、第１吸入ライン１１ａおよび第２吸入ライン１１ｂとする。）に分岐しており、第１吸入ライン１１ａおよび第２吸入ライン１１ｂは、次に述べるポンプ５の第１ピストンポンプ１２ａおよび第２ピストンポンプ１２ｂにそれぞれ接続されている。

ポンプ５は、定量供給手段としての１対のピストンポンプ１２（以下、各ピストンポンプ１２を区別する場合には、第１ピストンポンプ１２ａおよび第２ピストンポンプ１２ｂとする。）を備えている。
各ピストンポンプ１２は、図２（ａ）に示すように、液化ガスが充填されるシリンダ１３と、そのシリンダ１３に対して往復動可能に進退されるピストン１４とを備えている。

シリンダ１３は、有底円筒形状をなし、その内部中央には、細長円柱形状をなし、液化ガスが充填される充填空間であり、ピストン１４が進退自在に受け入れられるシリンダ進退部１５が形成されている。
また、シリンダ１３には、シリンダ進退部１５に充填される液化ガスをピストン１４によって吐出するための供給通路１６が形成されている。この供給通路１６は、ピストン進退部１５よりも小径であり、シリンダ１３の吐出方向に沿って、シリンダ１３の吐出方向下流側端部を貫通するように形成されている。この供給通路１６は、下流側ライン７の後述する吐出ライン２１に接続されている。

また、シリンダ１３には、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ピストン進退部１５の周囲に、ピストン進退部１５の上流側において、液化ガスを通過させながら冷却するための冷却通路１７が形成されている。この冷却通路１７は、ピストン進退部１５を中心として、互いに９０°変位するように設けられる縦通路１７ａと、各縦通路１７ａ間を連通する横通路１７ｂとを備えている。

各縦通路１７ａ（後述する１番目ないし４番目の縦通路１７ａ）は、ピストン進退部１５と平行してシリンダ１３の長手方向に沿って延びるように形成されている。また、各横通路１７ｂは、シリンダ１３の周方向に沿って延び、互いに隣接する縦通路１７ａの間において、それらにおけるピストン１４の吐出方向上流側端部を連通するように２つ（後述する１番目および３番目の縦通路１７ａ）、下流側端部を連通するように１つ（後述する２番目の縦通路１７ａ）、各横通路１７ｂが交互に配置されるように形成されている。

また、シリンダ１３には、冷却通路１７として入口通路１７ｃが、シリンダ１３の径方向外方から最上流側（１番目）の縦通路１７ａへ連通するように形成されている。この入口通路１７ｃには、各吸入ライン１１が接続されている。また、最下流側（４番目）の縦通路１７ａと供給通路１６との間には、それらの間を連通可能な逆止弁１８が設けられている。

そして、冷却通路１７には、液化ガスが、まず、吸入ライン１１から入口通路１７ｃへ流入される。流入された液化ガスは、入口通路１７ｃを通過して、入口通路１７ｃから１番目の縦通路１７ａの下流側端部（ピストン１４の吐出方向下流側端部、以下同じ。）へ流入され、その１番目の縦通路１７ａを通過して、その１番目の縦通路１７ａの上流側端部（ピストン１４の吐出方向上流側端部、以下同じ。）から、上流側端部に配置される１番目の横通路１７ｂへ流出される。次いで、液化ガスは、その１番目の横通路１７ｂを通過して、１番目の横通路１７ｂから２番目の縦通路１７ａの上流側端部へ流入され、その２番目の縦通路１７ａを通過して、その２番目の縦通路１７ａの下流側端部から、下流側端部に配置される２番目の横通路１７ｂへ流出される。さらに、液化ガスは、その２番目の横通路１７ｂを通過して、２番目の横通路１７ｂから３番目の縦通路１７ａの下流側端部へ流入され、その３番目の縦通路１７ａを通過して、その３番目の縦通路１７ａの上流側端部から、上流側端部に配置される３番目の横通路１７ｂへ流出される。その後、液化ガスは、その３番目の横通路１７ｂを通過して、３番目の横通路１７ｂから４番目の縦通路１７ａの上流側端部へ流入され、その４番目の縦通路１７ａを通過して、その４番目の縦通路１７ａの下流側端部から、下流側端部に配置されている逆止弁１８を通過して、供給通路１６へ流出され、その供給通路１６からピストン進退部１５へ充填される。なお、逆止弁１８は、液化ガスの供給通路１６内への流入を許容し、液化ガスの供給通路１６からの逆流を規制する。

また、シリンダ１３には、図２（ｂ）に示すように、ピストン進退部１５の周囲に、冷媒を通過させるための冷媒通路２６が形成されている。この冷媒通路２６は、ピストン進退部１５を中心として、上記した冷却通路１７に対して４５°ずれた位置において、冷却通路１７と同様の図示しない縦通路および横通路が形成されるように、設けられている。この冷媒通路２６には、上記したように、冷媒循環ライン２５が接続されている。

そして、冷媒通路２６には、冷媒循環ライン２５から冷媒が流入または流出する。冷媒通路２６を通過（循環）する冷媒は、シリンダ１３を冷却し（たとえば、−１５〜０℃に冷却し）、これによって、冷却通路１７を通過する液化ガスが冷却される。
また、シリンダ１３において、ピストン進退部１５内の圧力は、後述する圧力センサ２４によって検知される。

ピストン１４は、シリンダ１３内のピストン進退部１５に、進退自在に挿入されている。このピストン１４には、図１に示すように、サーボモータ、ステッピングモータなどのモータ１９が接続されている。
このモータ１９には、後述するＣＰＵ２０が接続されており、ＣＰＵ２０は、このモータ１９の正逆回転および回転速度を制御することにより、ピストン１４を、シリンダ１３に対して進出させることにより、ピストン進退部１５の容量が実質的になくなる吐出完了位置と、吐出完了位置からシリンダ１３に対して退避させることにより、ピストン進退部１５の容量が実質的に最大となる吸引完了位置と、吸引完了位置からシリンダ１３に対して、進出させることにより、ピストン進退部１５に充填された液化ガスを所定圧力（たとえば、７〜２０ＭＰａであって、成型機の原料圧力に等しいかそれより若干高い圧力）に加圧するように、動作させる。なお、動作後の加圧完了位置は、吸引完了位置と吐出完了位置との途中位置であって、ピストン進退部１５に充填された液化ガスを上記した所定圧力に保持するための任意の位置である。

そして、各ピストンポンプ１２は、図１に示すように、下流側ライン７にそれぞれ接続されている。より具体的には、下流側ライン７は、その上流側において、各ピストンポンプ１２から液化ガスを流出させるために、分岐するように設けられる流出ラインとしての各吐出ライン２１（以下、各吐出ライン２１を区別する場合には、第１吐出ライン２１ａおよび第２吐出ライン２１ｂとする。）と、その下流側において、各吐出ライン２１が合流して、液化ガスを成型機３に供給するための供給ライン２２とを備えている。そして、第１吐出ライン２１ａおよび第２吐出ライン２１ｂの上流側端部が、第１ピストンポンプ１２ａのシリンダ１３の供給通路１６、および、第２ピストンポンプ１２ｂのシリンダ１３の供給通路１６に、それぞれ接続されている。

また、第１吐出ライン２１ａの下流側端部と、第２吐出ライン２１ｂの下流側端部と、供給ライン２２の上流側端部とは、それらの合流点において、切替弁としての３方切替弁２３に接続されている。この３方切替弁２３は、後述するＣＰＵ２０に接続されており、そのＣＰＵ２０の制御によって、第１吐出ライン２１ａと供給ライン２２とを接続して、第２吐出ライン２１ｂを閉鎖する第１流路と、第２吐出ライン２１ｂと供給ライン２２とを接続して、第１吐出ライン２１ａを閉鎖する第２流路とに切り替えられる。

また、各吐出ライン２１の途中には、圧力センサ２４が設けられている。各圧力センサ２４は、後述するＣＰＵ２０に接続されており、各圧力センサ２４によって検知されたピストン進退部１５内の圧力が、ＣＰＵ２０に入力され、モニタされる。
また、供給ライン２２の途中において、３方切替弁２３の下流側には、背圧弁２７、圧力センサ２８、逆止弁２９および遮断弁３０が、上流側から下流側に向かって順次介装されている。

背圧弁２７は、供給ライン２２内に、所定以上の圧力（たとえば、７〜２０ＭＰａであって、成型機の原料圧力と等しいかそれより若干高い圧力）が負荷されたときに、開動作される。この背圧弁２７によって、背圧弁２７よりも上流側の液化ガスの密度を高めて、液化ガスの液化状態を保持することができる。
圧力センサ２８は、供給ライン２２内の圧力を検知し、逆止弁２９は、液化ガスおよび成型機の原料の逆流を防止し、遮断弁３０は、手動により、この供給ライン２２を開閉する。

ＣＰＵ２０は、上記した各部に接続され、それらを制御するものであって、たとえば、上記したように、各ピストンポンプ１２のモータ１９、各圧力センサ２４および３方切替弁２３に接続され、各圧力センサ２４から入力される各ピストン進退部１５内の圧力をモニタし、各ピストンポンプ１２のピストン１４のシリンダ１３に対する進退や３方切替弁２３の流路の切替を制御している。

成型機３は、特に制限されず、マイクロセルラーフォームを発泡成形するための公知の成形装置であって、押出成型機、射出成型機、反応射出（ＲＩＭ）成型機などが含まれ、その目的および用途から適宜選択される。この成型機３には、供給ライン２２の下流側端部が接続される。
成型機３が、たとえば、押出成型機の場合には、ホッパから樹脂が連続的に投入されるとともに、発泡剤供給装置２の供給ライン２２から、液化ガスが発泡剤として連続的に供給され、押出成型機内で溶融される樹脂に液化ガスが連続的に混合され、ダイから樹脂が連続的に押し出され、その押し出しとともに、樹脂が発泡成形される。

また、成型機３が、たとえば、射出成型機の場合には、ホッパから樹脂が間欠的（バッチ）に投入されるとともに、発泡剤供給装置２の供給ライン２２から、液化ガスが発泡剤として間欠的に供給され、押出成型機内で溶融される樹脂に液化ガスが混合された後、金型に射出され、樹脂が発泡成形される。
また、成型機３が、たとえば、反応射出成型機の場合には、第１反応成分および／または第２反応成分とに、発泡剤供給装置２の供給ライン２２から、液化ガスが発泡剤として間欠的または連続的に供給され、第１反応成分および／または第２反応成分に液化ガスが混合溶解された後、ヘッドにおいて、これら第１反応成分と第２反応成分とが混合反応された後、金型に射出され、樹脂が発泡成形される。

次に、発泡剤供給装置２によって、液化ガスを連続的に供給する動作について説明する。
発泡剤供給装置２の動作開始時には、各ボンベ４において、遮断弁８および遮断弁３０が手動にて開動作される。すると、液化ガスが、上流側ライン６に供給され、恒温槽１０に流入される。恒温槽１０に流入された液化ガスは、冷却されることにより気化が防止され、その後、各吸入ライン１１を介してポンプ５の各ピストンポンプ１２に流入される。

ポンプ５では、ＣＰＵ２０によって、各ピストンポンプ１２のピストン１３が、たとえば、成型機３からの任意の要求タイミングをトリガとして、次のような充填動作、加圧動作および供給動作を繰り返すように、制御されている。
すなわち、第１ピストンポンプ１２ａおよび第２ピストンポンプ１２ｂでは、ピストン１４は、まず、シリンダ１３に対して一定の退避速度で退避して、ピストン進退部１５内に液化ガスを吸引して充填する充填動作により、上記した吐出完了位置から吸引完了位置に位置される。これによって、ピストン進退部１５には、最大容量で液化ガスが充填される。

次いで、ピストン１４は、シリンダ１３に対して一定の進出速度で進出して、液化ガスを上記した所定圧力に加圧する加圧動作により、圧力センサ２４で検知された圧力に基づいて所定圧力まで加圧され、上記した吸引完了位置から加圧完了位置に位置される。これによって、シリンダ１３内に充填されている液化ガスが、液化二酸化炭素などの圧縮性の液化ガスである場合には、温度および圧力により密度変化を生じるが、このような加圧動作により、密度を一定に保持することができ、定量的な供給が確保される。

その後、ピストン１４は、シリンダ１３に対してさらに一定の進出速度で進出して、シリンダ１３内に充填されている液化ガスを供給する供給動作により、上記した加圧完了位置から吐出完了位置に位置される。これによって、ピストン進退部１５内の液化ガスが吐出される。
また、ＣＰＵ２０は、第１ピストンポンプ１２ａが供給動作している間に、第２ピストンポンプ１２ｂの充填動作および加圧動作が完了するように、第２ピストンポンプ１２ｂのピストン１４を制御し、さらに、第２ピストンポンプ１２ｂの加圧動作の終了後には、第１ピストンポンプ１２ａの充填動作が開始するまでの間、加圧動作によって加圧された圧力が維持されるように、第２ピストンポンプ１２ｂのピストン１４を、加圧完了位置に待機させる。そして、第１ピストンポンプ１２ａの充填動作の開始に同期させて、第２ピストンポンプ１２ｂの供給動作を開始させる。

また、ＣＰＵ２０は、第２ピストンポンプ１２ｂが供給動作している間に、第１ピストンポンプ１２ａの充填動作および加圧動作が完了するように、第１ピストンポンプ１２ａのピストン１４を制御し、さらに、第１ピストンポンプ１２ａの加圧動作の終了後には、第２ピストンポンプ１２ｂの充填動作が開始するまでの間、加圧動作によって加圧された圧力が維持されるように、第１ピストンポンプ１２ａのピストン１４を、加圧完了位置に待機させる。そして、第２ピストンポンプ１２ｂの充填動作の開始に同期させて、第１ピストンポンプ１２ａの供給動作を開始させる。

これによって、各ピストンポンプ１２から、液化ガスが交互に定量的に供給される動作が繰り返される。
より具体的には、ＣＰＵ２０は、各ピストンポンプ１２において、充填動作、加圧動作および供給動作の各動作に対応して、ピストン１４を異なる速度（充填動作、加圧動作および供給動作がそれぞれ互いに異なる速度、および、充填動作と加圧動作・供給動作とが互いに異なる速度を含む。）で進退させており、供給動作時のピストン１４の進出速度に対して、充填動作時のピストン１４の退避速度が速くなるように（たとえば、供給動作の速度に対して、充填動作が２〜１０倍速い速度）、ピストン１４を進退させている。これによって、供給動作に必要な時間（たとえば、２０〜５０秒）に対して、充填動作時に必要な時間（たとえば、２〜１０秒）および加圧動作に必要な時間（たとえば、０．５〜４秒）の合計時間（たとえば、２．５〜１４秒）が短くなり、その時間差（たとえば、１７．５〜３６秒）が、ピストン１４が加圧完了位置において待機する待機時間となる。

各動作に対して、このように異なる進退速度を設定すれば、装置を大型化させることなく、液化ガスの１回の供給量（ピストン１４の１ストロークの供給量）を大きく設定することができる。
そして、ＣＰＵ２０では、第１ピストンポンプ１２ａが供給動作している間は、３方切替弁２３を第１流路に切り替えて、第１吐出ライン２１ａと供給ライン２２とを接続し、また、第２ピストンポンプ１２ｂが供給動作している間は、３方切替弁２３を第２流路に切り替えて、第２吐出ライン２１ｂと供給ライン２２とを接続する。

これによって、各ピストンポンプ１２から交互に定量的に供給される液化ガスは、各吐出ライン２１を介して、３方切替弁２３から、供給ライン２２に途切れることなく連続的かつ定量的に供給される。
そして、供給ライン２２に供給された液化ガスは、背圧弁２７の設定背圧圧力で供給ライン２２内を流れ、背圧弁２７からの背圧を受けて、定量的かつ脈流が防止されながら、遮断弁３０を通過して、成型機３に供給される。

このような発泡剤供給装置２によると、ポンプ５が２つのピストンポンプ１２を備えているので、上記したように、第１ピストンポンプ１２ａと第２ピストンポンプ１２ｂとで、液化ガスを交互に供給すれば、液化ガスを連続的に供給することができる。また、第１ピストンポンプ１２ａと第２ピストンポンプ１２ｂとで不連続に、または、第１ピストンポンプ１２ａまたは第２ピストンポンプ１２ｂのみで液化ガスを供給すれば、液化ガスを間欠的（バッチ）に供給することもできる。

また、液化ガスの供給において、各ピストンポンプ１２は、シリンダ１３（のピストン進退部１５）内に液化ガスが充填される充填動作が動作された後、シリンダ１３内において液化ガスが所定圧力に加圧される加圧動作が動作され、その後、シリンダ１３内に充填されている液化ガスを供給する供給動作が動作されるので、液化ガスを定量的に供給することができる。さらには、各ピストンポンプ１２の供給動作により、液化ガスが定量的に供給されるので、流量を管理する機器を不要とすることができる。その結果、簡易な構成により、液化ガスを、間欠的または連続的に、しかも定量的に供給することができる。

また、ＣＰＵ２０の３方切替弁２３の切り替えによって、第１ピストンポンプ１２ａの供給動作中には、第１ピストンポンプ１２ａのシリンダ１３に接続される第１吐出ライン２１ａと供給ライン２２とが接続されるので、第１ピストンポンプ１２ａから成型機３に、液化ガスを確実に供給することができるとともに、第２ピストンポンプ１２ｂのシリンダ１３に接続される第２吐出ライン２１ｂが、３方切替弁２３によって閉鎖されているので、第２ピストンポンプ１２ｂにおいて、確実な充填動作および加圧動作を達成することができる。

また、第２ピストンポンプ１２ｂの供給動作中には、第２ピストンポンプ１２ｂのシリンダ１３に接続される第２吐出ライン２１ｂと供給ライン２２とが接続されるので、第２ピストンポンプ１２ｂから成型機３に、液化ガスを確実に供給することができるとともに、第１ピストンポンプ１２ａのシリンダ１３に接続される第１吐出ライン２１ａが、３方切替弁２３によって閉鎖されているので、第１ピストンポンプ１２ａにおいて、確実な充填動作および加圧動作を達成することができる。

また、第１ピストンポンプ１２ａおよび／または第２ピストンポンプ１２ｂの加圧速度を速く設定することにより、１サイクルを短縮できる場合がある。さらに、供給速度の設定を変更することにより、供給範囲の広い装置として使用することができる。
また、各ピストンポンプ１２では、充填動作および供給動作において、ＣＰＵ２０によって、ピストン１４の進退速度が異なるように制御されるので、効率的な、充填、加圧および供給を達成することができ、これら充填、加圧および供給からなる１サイクルにかかる時間を短縮して、発泡成形の生産性の向上を図ることができる。

より具体的には、ＣＰＵ２０は、各ピストンポンプ１２において、供給動作時のピストン１４の進出速度に対して、充填動作時のピストン１４の退避速度が速くなるように、ピストン１４を進退させている。これによって、ＣＰＵ２０では、供給動作時の定量供給にかかる時間をベースとして、充填動作および加圧動作にかかる時間を配分して、充填、加圧および供給からなる１サイクルにかかる時間を設定することができる。そのため、１サイクルにかかる時間を短縮して、発泡成形の生産性の向上を図ることができる。

また、各ピストンポンプ１２において、液化ガスは、まず、冷却通路１７に流入して冷却され、次いで、逆止弁１８を介して、供給通路１６に流入され、ピストン進退部１５に充填される。そのため、より一層、液化ガスの密度を安定させることができ、精度のよい定量的な供給を達成することができる。
また、各ピストンポンプ１２では、ＣＰＵ２０の制御によって、第１ピストンポンプ１２ａおよび第２ピストンポンプ１２ｂのいずれか一方のピストンポンプ１２の供給動作中に、他方のピストンポンプ１２の充填動作および加圧動作を完了させて、一方のピストンポンプ１２の充填動作の開始時に、他方のピストンポンプ１２の供給動作を開始させる。そのため、各ピストンポンプ１２で、連続的な液化ガスの供給を達成することがでる。

とりわけ、他方のピストンポンプ１２では、加圧動作の終了後には、圧力が維持されるように待機され、その後、一方のピストンポンプ１２の充填動作が開始されると、供給動作を開始する。そのため、定量的かつ連続的な液化ガスの供給を、確実に達成することができる。
また、供給ライン２２には、背圧弁２７が介装されているので、その背圧弁２７によって、背圧弁２７よりも上流側の供給ライン２２に対して、背圧が負荷されるので、各ピストンポンプ１２のシリンダ１３内の液化ガスは一定の密度に保たれ、液化ガスの定量的な供給を確保しつつ、脈流を防止することができる。そのため、精度のよい定量的で安定な供給を達成することができる。また、成型機３側の急激な減圧による各ピストンポンプ１２のシリンダ１３内の液化ガスの気化を防止することができる。

なお、この背圧を成型機３側の圧力よりも若干高く設定することにより、成型機３に対する供給時に、時間の遅れなく任意のタイミングで供給することができる。
そして、この発泡システム１では、上記した発泡剤供給装置２によって、簡易な構成により、液化ガスを、間欠的または連続的に、しかも定量的に、成型機３に供給することができるので、成型機３では、効率的に発泡体を成形することができる。

なお、上記の説明では、液化ガスとして、二酸化炭素を例示したが、本発明において、流体は上記に限定されず、また、圧縮性または非圧縮性を問わず、たとえば、窒素、アルゴン、燃焼性ガス（炭化水素など）、水なども含まれる。
また、本発明の流体供給装置は、発泡成形以外の分野にも適用できる。
また、本発明の流体供給装置は、ピストンの径を小さくすることにより、微量の定量供給にも用いることができる。

また、上記の説明では、発泡剤供給装置２から成型機３へ、液化ガスをそのまま供給したが、たとえば、背圧弁２７よりも下流側の供給ライン２２を高温高圧にすることにより、液化ガスを超臨界状態で、成型機３へ供給することもできる。

本発明の発泡システムの一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示す発泡剤供給装置のピストンポンプであって、（ａ）は、縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

２ 発泡剤供給装置
３ 成型機
１２ ピストンポンプ
１３ シリンダ
１４ ピストン
１５ ピストン進退部
１７ 冷却通路
１８ 逆止弁
２０ ＣＰＵ
２１ 吐出ライン
２２ 供給ライン
２３ ３方切替弁
２７ 背圧弁

Claims (5)

1. 成型機に、発泡剤としての流体を供給するための流体供給装置において、
   前記流体が充填されるシリンダと、前記シリンダに対して進退されるピストンとを備える１対の定量供給手段と、
   各前記定量供給手段の前記シリンダに接続され、前記流体を流出させるための流出ラインと、
   各前記流出ラインの下流側に設けられ、前記流体を前記成型機に供給するための供給ラインと、
   各前記流出ラインと前記供給ラインとが接続される切替弁と、
   各前記定量供給手段において、前記シリンダ内に前記流体を充填するために、前記ピストンを前記シリンダに対して退避させる充填動作と、前記シリンダ内において前記流体が所定圧力に加圧されるまで、前記ピストンを前記シリンダに対して進出させる加圧動作と、前記シリンダ内に充填されている前記流体を供給するために、前記ピストンを前記シリンダに対してさらに進出させる供給動作とが、動作されるように、前記ピストンを制御し、かつ、一方の前記定量供給手段の供給動作中は、前記一方の前記定量供給手段の前記シリンダに接続される前記流出ラインと前記供給ラインとが接続されるように、前記切替弁を切り替えて、他方の前記定量供給手段の供給動作中は、前記他方の前記定量供給手段の前記シリンダに接続される前記流出ラインと前記供給ラインとが接続されるように、前記切替弁を切り替える制御手段と
   を備えていることを特徴とする、流体供給装置。
2. 前記制御手段は、各前記定量供給手段において、前記充填動作、前記加圧動作および前記供給動作の各動作に対応して、前記ピストンを異なる速度で進退させることができ、前記供給動作時の前記ピストンの進出速度に対して、前記充填動作時の前記ピストンの退避速度が速くなるように、前記ピストンを進退させることを特徴とする、請求項１に記載の流体供給装置。
3. 各前記定量供給手段において、前記シリンダは、
   前記ピストンが進退自在に受け入れられるピストン進退部と、
   前記ピストン進退部の上流側に設けられ、前記流体を冷却するための冷却通路と、
   前記ピストン進退部と前記冷却通路との間に設けられ、前記流体の前記冷却通路から前記ピストン進退部への流入を許容し、前記流体の前記ピストン進退部から前記冷却通路への逆流を規制する逆止弁と
   を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の流体供給装置。
4. 前記制御手段は、前記一方の前記定量供給手段の前記供給動作中に、前記他方の前記定量供給手段の前記充填動作および前記加圧動作を完了させ、前記一方の前記定量供給手段の前記充填動作の開始時に、前記他方の前記定量供給手段の前記供給動作を開始させ、かつ、前記他方の前記定量供給手段において、前記加圧動作の終了後に、前記一方の前記定量供給手段の前記充填動作の開始まで、前記ピストンをその圧力が維持されるように待機させることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の流体供給装置。
5. 前記供給ラインに設けられ、所定以上の圧力が負荷されたときに、開動作される背圧弁を備えていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の流体供給装置。

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