JP5226129B2 - 混合吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧力制御機構を有する混合吐出装置に関する。この混合吐出装置は、原料を含有する液体であって、少なくとも１つが発泡剤をさらに含有する液体を加圧雰囲気下で混合し、得られた混合物を当該混合物の圧力を減じながら吐出して、プラスチックフォームを形成する。

特許文献１（特開2009-51013号公報）は、二酸化炭素、または二酸化炭素と他の低沸点ガスとの混合ガスを発泡剤に使用する、ポリウレタンフォーム形成に好適なミキシングヘッドを開示する。特許文献２（特許3575815号公報）は、高圧噴射による衝突混合を利用した多成分混合ヘッドを開示する。特許文献２の技術は、衝突混合時に生じる渦巻状の流れおよび非定常的な流れを軽減し、当該流れによって生じる不具合の解消を試みている。特許文献３（特許3332313号公報）は、機械的に混合されたポリウレタン反応混合物を、拡張された分配室に一度受け入れた後に、細く長く延びた流路を通して吐出する方法、ならびに当該方法を実行する装置を開示する。

具体的に、特許文献１のミキシングヘッドは、吐出口を有する流出通路と、当該通路に交叉して開口し、各々が原料および発泡剤を含有する複数の液体の注入口が内部に形成された混合室と、混合室に対して、流出通路を間に挟み、向かいあって設けられた調整室と、混合室に挿入され、流出通路への混合室の開口部から混合室内部の注入口が開放される位置まで進退し得る第１のピストンと、調整室に挿入され、混合室内に進み得るとともに、第１のピストンよりも小さい径を有する第２のピストンと、を備える。このミキシングヘッドでは、２種の上記液体が注入口から混合室に注入されると同時に第２のピストンを混合室に挿入する。そして、その挿入量を制御して、混合室内の圧力を調整するとともに吐出時における混合物の急激な膨張を抑制する。これに加え、当該ミキシングヘッドの一形態は、吐出口から上流側にストレートに伸びるとともに混合室に連通する流出通路の内に、クリーニングピストンをさらに備える。クリーニングピストンは、第１のピストンおよび第２のピストンとともに、対応する各通路に残留した液体および混合物を除去するクリーニング機能を有する。この機能は、ミキシングヘッドに対して、各ピストンを用いたクリーニング工程を間に挟んだ断続的な吐出を許す。

特許文献２の混合ヘッドは、個々の液状成分を高圧噴射して、当該成分を衝突および混合させる混合チャンバーを有するノズル本体と、混合チャンバーに開口し、個々の液状成分を噴射する吐出ノズルと、混合チャンバー内で混合された混合液を吐出する吐出ダクトと、混合チャンバー内を摺動するシリンダ装置と、吐出ダクト内部の空間に突出し得る複数型ピストン機構を有する調整部材と、を備える。吐出ダクトとノズル本体とは、直接、連通している。吐出ダクトと混合チャンバーとは所定の角度で連通している。この構造は、液状成分の高圧噴射および当該噴射に基づく混合を許す。複数型ピストン機構は、上述したクリーニング機能を有する。この機能は、当該混合ヘッドに対して、断続的な吐出を許す。

特許文献３の装置は、機械的に混合されたポリウレタン反応混合物が高圧で供給される分配室と、分配室に連通する細く長く延びた流路と、当該流路を形成する、テーパー面を有するピストンと、を備える。流路の下流側の末端は、開放された吐出口に連通する。当該装置では、当該ピストンの進退によって流路の幅が変化し、分配室に供給される混合物の圧力および当該流路における混合物の減圧の程度が調整される。吐出口の内周面または中央部に、流路から高速で流れ出す混合物が衝突する環状の衝突面が配置されている。衝突面は、混合物の流れを乱して、当該混合物が有する動的エネルギーを減ずる。この構造が、ポリウレタン反応混合物の発泡を導く。しかし、この装置は、クリーニング機能を有さず、連続吐出のみに適する。

特許文献１のミキシングヘッドにおいて、混合物の圧力を減ずる程度は、混合室への第２のピストンのストローク量の制御により調整される。しかし、第２のピストンのストローク量に拘わらず、混合室の内壁と第２のピストンとの間に形成される空隙の間隔は一定である。このため、混合室からの混合物の流出量あるいは当該液体における発泡剤の含有量を増大させた場合、第２のピストンのストローク量をいかに大きくしたとしても、圧力が十分に減じない状態で混合物が流出通路に流れ出す。これにより、急激な膨張および乱流の発生を伴った吐出となる。このような吐出の状態を、いわゆるスプラッシュと呼ぶ。スプラッシュは、フォームの飛散および充填ムラの原因である。

特許文献２の混合ヘッドでは、複数型ピストンが、混合チャンバーと吐出ダクトとの連通部における、混合液の流路を多段階に調整する。当該調整は、混合チャンバーから吐出ダクトに流れ出す混合液に生じる渦巻き状の流れおよび非定常的な流れを、層状に整流する。しかし、発泡剤が低沸点ガスである場合、中央のクリーニングピストンを含む複数型ピストンの開度を極度に小さくする必要がある。このような小さいピストン開度は、当該ピストン部を通過した後の混合液の急激な膨張を招き、スプラッシュを導く。これに加え、複数型ピストンは、その構造および制御が複雑であり、混合ヘッドのコスト上昇に繋がる。

特許文献３の装置は、衝突混合により発生した渦巻き状の流れおよび非定常の流れの影響を受けない点において、優れる。しかし、当該装置では機械的な洗浄が不可能であり、このため、当該装置は断続的な吐出に適さない。

特開２００９−５１０１３号公報 特許第３５７５８１５号公報 特許第３３３２３１３号公報

本発明の目的は、原料を含有する複数の液体であって、少なくとも１つがさらに発泡剤を含有する液体を加圧雰囲気下で混合し、得られた混合物を当該混合物の圧力を減じながら吐出して、プラスチックフォームを形成する混合吐出装置であって、低コスト化をなし得る構造を有するとともに、プラスチックフォームの発泡率を低下させることなく、吐出時の乱流およびスプラッシュ現象の発生が抑制された装置の提供である。

本発明の混合吐出装置は、原料を含有する少なくとも２種以上の液体であって、少なくとも１つがさらに発泡剤を含有する液体を加圧雰囲気下で混合し、得られた混合物を当該混合物の圧力を減じながら吐出して、プラスチックフォームを形成する装置である。当該装置は、前記２種以上の液体が個別に供給され、前記供給された２種以上の液体が加圧雰囲気下で混合されるミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバーの下流において当該チャンバーに連通し、下流方向へ断面積が減少する内周面を有するテーパード通路（tapered path）と、前記テーパード通路に挿入され、前記テーパード通路の前記内周面に対応する形状の外周面を有するテーパードピストンと、前記内周面と前記外周面とが当接する位置から前記テーパードピストン（tapered piston）を後退させて、前記内周面と前記外周面との間に、前記テーパード通路の下流方向へ断面積が減少する間隙を形成する、前記テーパードピストンのアクチュエータと、前記テーパード通路の下流において当該テーパード通路に連通する緩衝通路（buffer path）と、前記緩衝通路を経た前記混合物を最終的に吐出する吐出口と、を備える。前記緩衝通路は、前記間隙を経て前記テーパード通路から前記緩衝通路に送り出された前記混合物を当該混合物の膨張を伴いながら受け入れるとともに、当該混合物を、絞りを通して前記吐出口の側に送り出し、これにより、前記混合物の膨張の程度が、前記混合物が前記テーパード通路から前記吐出口に直接送り出される場合よりも緩和する。前記テーパードピストンのアクチュエータは、前記テーパードピストンの後退量の制御により前記間隙の幅を変化させて、前記ミキシングチャンバーが維持する前記加圧雰囲気と、前記テーパード通路における前記混合物の圧力が減ずる程度と、を調整する。

本発明の混合吐出装置では、ミキシングチャンバーにおいて形成された発泡剤を含有する混合物が、テーパード通路の内周面とテーパードピストンの外周面との間に形成された間隙を通して、緩衝通路へ送られる。間隙は、当該内周面および当該外周面の形状に対応して、テーパード通路の下流方向へ、即ち、ミキシングチャンバーから緩衝通路への方向へ、その断面積が減少する形状を有する。間隙の当該形状に基づき、間隙を通過する混合物の圧力は緩やかに減ずる。減ずる程度は、テーパードピストンの後退量の制御により容易に調整される。これに加えて、間隙の当該形状は、減ずる程度の大きな調整量を実現する。これにより、混合物における発泡剤の含有量が多い場合、または発泡剤が二酸化炭素などの低沸点ガスである場合にも、発泡剤が溶存した状態で、混合物の圧力を緩やかに減じ得る。間隙による圧力の調整は、ミキシングチャンバー内の加圧雰囲気の調整にも及ぶ。本発明の混合吐出装置では、さらに、間隙を経た混合物が、テーパード通路の下流において当該通路に連通する緩衝通路へ送られる。緩衝通路は、間隙を経た混合物を、混合物の膨張を伴いながら受け入れるとともに、混合物を、絞りを通して吐出口の側に送り出す構造を有する。緩衝通路の当該構造は、混合物の膨張の程度を、混合物がテーパード通路から吐出口に直接送り出される場合よりも緩和する。緩衝通路から吐出口の側に送りだされた混合物は、吐出口から排出された後に膨張して、最終的にプラスチックフォームとなる。緩衝通路は、この最終的な膨張とは異なる、より穏やかな予備的な膨張を実現する。本発明の混合吐出装置は、上記間隙および上記緩衝通路により、発泡剤の揮発ならびに混合物の急激な膨張および圧力低下を抑制しながら、混合物を吐出する。ミキシングチャンバーにおいて、原料および発泡剤を含有する液体が衝突混合する場合においても、発生した乱流および非定常的な流れは効果的に整流される。これにより、プラスチックフォームの発泡率を低下させることなく、吐出時の乱流およびスプラッシュ現象の発生が抑制される。

本発明の混合吐出装置は、特許文献２の混合ヘッドで使用されている複数型ピストンを必要とせず、シンプルな構造を有する。即ち、本発明の装置は、低コスト化をなし得る構造を有する。

本発明の混合吐出装置の効果は、上述した記載から理解できるように、発泡剤が二酸化炭素などの低沸点ガスである場合に特に顕著である。

図１Ａは、本発明の混合吐出装置の一形態における、停止状態を模式的に示す断面図である。 図１Ｂは、本発明の混合吐出装置の一形態における、運転状態を模式的に示す断面図である。 図２Ａは、本発明の混合吐出装置の別の一形態における、停止状態を模式的に示す断面図である。 図２Ｂは、本発明の混合吐出装置の別の一形態における、運転状態を模式的に示す断面図である。 図３Ａは、本発明の混合吐出装置のまた別の一形態における、停止状態を模式的に示す断面図である。 図３Ｂは、本発明の混合吐出装置のまた別の一形態における、運転状態を模式的に示す断面図である。

本発明の混合吐出装置の一形態では、テーパード通路の内周面およびテーパードピストンの外周面が、ともに円錐面である。

この構成では、当該内周面と当該外周面との間に、下流側を頂点方向とする円錐（コーン）の形状を有する間隙が形成される。この形状は、頂点を含まない、円錐の一部であってもよい。この間隙は、より均一に混合物の圧力を減ずる。

本発明の混合吐出装置の別の一形態では、緩衝通路が、当該通路における間隙との連通部において間隙の断面積よりも大きい混合物の流路断面積を有し、緩衝通路の末端部における混合物の流路断面積が連通部の流路断面積よりも小さく、それ故、当該末端部が上述した絞りとして機能する。

この構成では、緩衝通路における上記予備的な膨張が、より穏やかな条件で実現する。この穏やかな膨張には、連通部における、間隙よりも大きな流路断面積と、末端部の絞りとが大きく寄与する。この構成は、発泡剤の揮発の抑制ならびに混合物の急激な膨張および圧力低下の抑制を、より確実かつ効果的に実現する。

本発明の混合吐出装置の別の一形態は、緩衝通路における、混合物を吐出口側に送り出す送出口の面積を変化させる副ピストンと、当該副ピストンを進退させる、副ピストンのアクチュエータと、をさらに備える。

この構成では、送出口の開度を副ピストンが調整する。送出口の開度は、送出口における混合物の流れ量、即ち、緩衝通路の末端部における絞りの程度に対応する。これにより、副ピストンは、緩衝通路における上記予備的な膨張の程度をより細かく調整する。

送出口は、典型的には、緩衝通路の連通部における流路断面積よりも小さい面積を有し、それ故、上記絞りとして機能する。

当該形態は、緩衝通路と吐出口との間に、緩衝通路から送り出された混合物が通過する副緩衝通路をさらに備えていてもよい。副緩衝通路をさらに備える形態では、緩衝通路の送出口が副緩衝通路の内周面に開口する。副緩衝通路の断面は、送出口から下流の部分で一定であるとともに、当該部分において副緩衝通路はストレートに延びる。副緩衝通路の、送出口から下流の部分における混合物の流路断面積は、送出口の面積よりも大きい。副ピストンは、副緩衝通路に挿入されている。副ピストンのアクチュエータは、副緩衝通路内で副ピストンを進退させて、副緩衝通路の内周面に開口する送出口の面積を変化させる。

副緩衝通路では、送出口から送り出された混合物が膨張する。この膨張は、送出口を経た混合物が、直接、吐出口から吐出される場合よりも、緩やかである。即ち、副緩衝通路は、緩衝通路から送り出される混合物の圧力が大気圧まで減じ、膨張するのを遅らせて、吐出口を経た後の混合物の急激な膨張を防ぐ。急激な膨張は、大きな吐出勢力およびスプラッシュの発生につながる。このため、副緩衝通路は、本発明の効果をより確実にする。

当該形態では、副緩衝通路の末端の開口が吐出口であり、副ピストンが、当該送出口が副緩衝通路に完全に露出する位置から当該吐出口以遠まで進退し得る構造を有していてもよい。

この構成では、副ピストンが、送出口から吐出口までの範囲のクリーニング機能を有し得る。このとき、本発明の混合吐出装置は、プラスチックフォームの断続吐出に好適となる。

テーパードピストンの構成、および後述するミキシングチャンバー内の開閉ピストンの構成によっては、これらピストンと副ピストンとは、ミキシングチャンバーから吐出口までのクリーニング機能を有し得る。このとき、本発明の混合吐出装置は、プラスチックフォームの断続吐出に、特に好適である。

本発明の混合吐出装置の、副ピストンを有する形態では、テーパードピストンおよび副ピストンが、これらピストンの後退位置を固定する位置決め機構を有していてもよい。

この構成では、当該位置決め機構が、間隙の幅および送出口の開度を調整する。位置決め機構によって調整された当該幅および当該開度は、ミキシングチャンバーから排出される混合物の圧力および吐出時の負荷によって変動し難い。このため、この構成は、運転者が設定したプラスチックフォームの吐出を確実にする。

本発明の混合吐出装置の、副ピストンを有する形態では、テーパードピストンのアクチュエータおよび副ピストンのアクチュエータは、少なくとも１種の液体のミキシングチャンバーへの供給圧力に基づいて、それぞれ、テーパードピストンおよび副ピストンを進退させ、間隙の断面積および送出口の面積（開度）を変化させてもよい。

この構成は、以下の事項をより適切に調整する：ミキシングチャンバーにおける加圧雰囲気（混合圧）；間隙における混合物の減圧の程度；および緩衝通路における混合物の膨張の程度（副緩衝通路を有する形態においては、さらに副緩衝通路における膨張の程度）。この構成は、液体の供給圧の変動を相殺して、適正な条件下でのプラスチックフォームの吐出を実現する。

上記液体の供給圧に基づく、これらピストンの進退ならびに当該断面積および当該面積の変化は、典型的には、自動的に行われる。自動的な進退および変化は、例えば、後述する圧力センサおよびコントローラーが実現する。

本発明の混合吐出装置の一形態は、原料を含有する液体に発泡剤を必要量だけ供給して、原料および発泡剤を含有する液体を形成する発泡剤供給機構を、さらに備える。

この構成は、プラスチックフォームの吐出中に発泡剤の供給量を必要な量に変更することを容易とし、得られるプラスチックフォームにおける発泡剤量の調整を容易とする。

本発明の混合吐出装置の、副緩衝通路を有する形態では、ミキシングチャンバー、テーパード通路、緩衝通路および副緩衝通路を備える本体部が、ミキシングチャンバー、テーパード通路および緩衝通路を備えるブロックＡと、副緩衝通路を備えるブロックＢとに分割し得る構造を有してもよい。

この構成は、単純な加工形態のブロックの組み合わせにより実現でき、本発明の混合吐出装置の低コスト化に寄与する。この構成は、装置のメンテナンスを容易とし、装置が正常な動作を維持することをサポートする。

ブロックＡは、例えば、Ｌ字状ブロックである。ブロックＢは、例えば、ストレート（Ｉ字状）ブロックである。ブロックＡおよびＢは、さらなる小ブロックに分割し得る構造を有していてもよい。

本発明の混合吐出装置の一形態において、発泡剤は、液体、亜臨界または超臨界の二酸化炭素、または二酸化炭素と他の低沸点ガスとの混合物である。

本発明の混合吐出装置における、これらの特徴およびその他の特徴は、以下に示す具体的な形態によって明らかとなる。これら特徴は、単独で、あるいは可能な限り種々の組み合わせで複合して、採用され得る。

以下、本発明の混合吐出装置の具体的な形態が、図面を参照しながら説明される。以下に示される形態は、本発明の装置の一例であり、クレームの範囲を限定しない。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の混合吐出装置の一形態を示す。図１Ａは、当該形態の停止状態を示す。図１Ｂは、当該形態の運転状態を示す。図１Ａおよび図１Ｂに示される混合吐出装置１００は、ミキシングチャンバー１と、テーパードピストン２と、テーパード通路３と、テーパードピストン２のアクチュエータと、緩衝通路５と、吐出口４とを備える。

ミキシングチャンバー１には、それぞれがプラスチックフォームの原料を含有し、少なくとも一方に発泡剤Ａが混入された少なくとも２種類の液体Ｂ，Ｃが、加圧下で、供給系３１，３２を通して、個別に供給される。供給された液体Ｂ，Ｃは、チャンバー１において、加圧雰囲気下で混合される。

装置１００は、ミキシングチャンバー１の内部に挿入し得る開閉ピストン１５を備える。図１Ａに示されるように、装置１００が停止しているとき、開閉ピストン１５はミキシングチャンバー１を閉塞する。当該閉塞は、供給系３１，３２を介する、ミキシングチャンバー１への液体Ｂ，Ｃの供給を阻害する。このとき、液体Ｂ，Ｃは、開閉ピストンに形成された循環路３６，３７を通り、装置１００の外部に導出され得る。装置１００の外部に導出された液体Ｂ，Ｃは、供給系３１，３２を再循環し得る。このような開閉ピストン１５およびミキシングチャンバー１の関係は、開閉ピストン１５によるミキシングチャンバー１のクリーニングを実現する。これは、装置１００を、断続吐出に好適とする。

一方、図１Ｂに示されるように、装置１００の運転時、開閉ピストン１５は、そのアクチュエータ（油圧または空気圧ラインの一部を除いて、アクチュエータは図示されず。他のピストンのアクチュエータも同様）により、ミキシングチャンバー１の内周面に開口する液体Ｂ，Ｃの注入口１３，１４が露出する位置まで後退している。当該後退によって開閉ピストン１５の先端とテーパード通路３との間に形成された空間において、液体Ｂ，Ｃが混合する。図１Ａおよび図１Ｂにおける符号１５ａは、開閉ピストン１５のピストンヘッドを指し示す。

テーパード通路３は、ミキシングチャンバー１の下流において、当該チャンバー１と連通する。通路３は、通路３の下流方向へ通路３の断面積が減少する内周面を有する。テーパードピストン２は、通路３の当該内周面に対応する形状の外周面を有し、通路３に挿入されている。

図１Ａに示されるように、装置１００が停止しているとき、テーパードピストン２はテーパード通路３に当接しており、通路３の当該内周面とピストン２の当該外周面との間に間隙は存在しない。これに加えて、テーパードピストン２は、緩衝通路５の内周面に当接しており、緩衝通路５を、その末端部に有する送出口６を含めて、閉塞する。このようなピストン２、通路３および通路５の関係は、ピストン２による当該通路３，５のクリーニングを実現する。これは、装置１００を、断続吐出に好適とする。

一方、図１Ｂに示されるように、装置１００の運転時、テーパードピストン２は、そのアクチュエータにより、通路３と当接する位置から後退している。ピストン２の後退は、通路３の内周面とピストン２の外周面との間に、幅Ｄの間隙を作りだす。間隙の断面積は、通路３およびピストン２のテーパー面に対応して、通路３の下流方向（緩衝通路５の方向）に減少する。ミキシングチャンバー１で形成された混合物が流れる当該間隙の長さは、テーパー通路３における間隙が形成されている部分の直径よりも大きい。ピストン２の当該後退は、ピストン２の先端と送出口６との間に、緩衝通路５を形成する。

緩衝通路５は、当該通路５と間隙との連通部において、間隙の断面積よりも大きい、混合物の流路断面積を有する。緩衝通路５の末端部における混合物の流路断面積（図１Ａおよび図１Ｂに示される形態では、送出口６の面積）は、緩衝通路５における当該連通部の流路断面積よりも小さい。送出口６は、緩衝通路５を流れる混合物の絞りとして機能する。即ち、緩衝通路５は、間隙を経て通路３から通路５に送り出された混合物を混合物の膨張を伴いながら受け入れるとともに、混合物を、絞りを通して吐出口４の側に送り出す構造を有する。当該構造は、混合物の膨張の程度を、混合物が通路３から吐出口４に直接送り出される場合よりも、緩和する。

装置１００は、緩衝通路５から混合物を吐出口４側に送り出す送出口６の面積を変化させる副ピストン１１と、副ピストン１１が挿入され、副ピストン１１が内部を摺動する副緩衝通路１２と、を備える。

副緩衝通路１２は、緩衝通路５と吐出口４との間に配置される。装置１００において、副緩衝通路１２の末端の（最下流の）開口が吐出口４である。緩衝通路５の送出口６が副緩衝通路１２の内周面に開口する。装置１００の運転時に、緩衝通路５から送出口（絞り）６を通して送り出された混合物が、副緩衝通路１２を通過して吐出口４に達する。副緩衝通路１２の断面は、送出口６から下流の部分で一定である。当該部分において、副緩衝通路１２はストレートに延びる。副緩衝通路１２における、送出口６から下流に延びた部分における混合物の流路断面積は、送出口６の面積よりも大きい。副ピストン１１のアクチュエータは、副緩衝通路１２内で副ピストン１１を進退させて、副緩衝通路１２の内周面に開口する送出口６の面積を変化させる。副ピストン１１は、そのアクチュエータにより、送出口６が副緩衝通路１２に完全に露出する位置から、吐出口４以遠まで進退する。

図１Ａに示されるように、装置１００が停止状態にあるとき、副ピストン１１は、副緩衝通路１２を閉塞し、送出口６を閉鎖する。このような、送出口６、副ピストン１１および副緩衝通路１２の関係は、ピストン１１による通路１２のクリーニングを実現する。これは、装置１００を、断続吐出に好適とする。

一方、図１Ｂに示されるように、装置１００の運転時、副ピストン１１は、そのアクチュエータにより、送出口６の少なくとも一部が副緩衝通路１２に露出するように、後退している。副ピストン１１のこの後退は、混合物を、送出口６を通して副緩衝通路１２に導く。

以下、図１Ａおよび図１Ｂに示される混合吐出装置１００の制御の一形態を説明する。

吐出を停止しているとき、装置１００は、図１Ａに示される状態である。運転者が装置１００の運転を開始すると、図１Ｂに示されるように、開閉ピストン１５が、液体Ｂ，Ｃの注入口１３，１４が露出する位置まで後退する。コントローラ３４に接続されたアクチュエータが、ピストン１５を後退させる。当該後退は、ピストン１５の先端とテーパード通路３との間に空間を形成する。これとともにコントローラ３４が、供給系３１，３２および注入口１３，１４を介して、液体Ｂ，Ｃを当該空間に、加圧下で、個別に供給する。供給時の加圧は、一般に、発泡剤Ａの液体への混入により達成される。しかし、必要であれば、加圧機構が装置１００に加えられる。液体の供給系３１，３２には、コントローラ３４に接続された圧力センサー３３および温度センサー３８，３９が配置される。供給された液体Ｂ，Ｃは、当該空間内（ミキシングチャンバー１内）において、加圧雰囲気下で混合され、混合物が形成される。混合物は発泡剤Ａを含有するが、加圧雰囲気が、発泡剤Ａの混合物への溶存を許す。

図１Ａおよび図１Ｂに示される形態において、ミキシングチャンバー１の注入口１３，１４は、開閉ピストン１５により開閉される。この構造は、ミキシングチャンバー１への液体Ｂ，Ｃの注入および遮断の応答を良好にする。

混合物の形成に併せて、テーパードピストン２が、テーパード通路３と当接している位置から後退するとともに、副ピストン１１が、副ピストン１１の先端が吐出口４に達している位置から、緩衝通路５の送出口６の少なくとも一部が副緩衝通路１２に露出する位置まで後退する。これらピストン２，１１の後退は、ミキシングチャンバー１から吐出口４まで至る、特定の形状を有する混合物の流路を形成する。当該特定の形状は上述したとおりである。従来にない当該流路形状が、ミキシングチャンバー１で形成された混合物の圧力を緩やかに減じ、上述した本発明の効果が確実にもたらされる。

当業者は、装置１００を用いて、上述した制御の形態とは異なる他の制御を実施し得る。

装置１００は、ピストン２，１１の後退位置を定める位置決め機構２１，２２を備える。位置決め機構２１，２２は、ピストン２，１１の後退位置が、即ち、ピストン２，１１の後退によって達成される上記間隙の幅Ｄおよび送出口６の開度Ｅが、ミキシングチャンバー１から排出される混合物の圧力および混合物の吐出時の負荷により変動することを防ぐ。位置決め機構２１，２２は、運転者の設定に従ったプラスチックフォームの吐出を確実にする。装置１００の位置決め機構は、ロックナット２１ａ、２２ａおよびシール付きネジ２１ｂ，２２ｂを備える。位置決め機構は、ロックナットの代わりに二重ナットを備え得る。シール付きネジ２１ｂ，２２ｂは、シリンダー２ｂ，１１ｂを貫通し、ピストンヘッド２ａ，１１ａに当接して、ピストン２，１１の後退位置を定める。当業者は、図１Ａおよび図１Ｂに示される以外の位置決め機構を、適宜、採用し得る。

断続吐出を実行する際、各回の吐出時間が異なることがある。この場合、各回における液体Ｂ，Ｃの消費量に差が生じる。当該差は、ミキシングチャンバー１において形成される混合物の圧力の変動をもたらし、当該変動は、ピストン２，１１を移動させ、混合物の吐出条件を変動させる。プラスチックフォームの吐出時に、意図しない吐出条件の変動は望ましくない。位置決め機構２１，２２は、当該変動を抑制する。

二酸化炭素などの低沸点ガスを含有する発泡剤を用いた場合、ミキシングチャンバー１への液体Ｂ，Ｃの供給圧力を一定に保持することが難しくなる。装置１００は、液体Ｂ，Ｃの供給系３１，３２に圧力センサ３３を備える。装置１００では、当該センサによりモニタした、少なくとも一方の液体の圧力をコントローラ３４によりフィードバックして、ピストン２，１１の後退量を制御する。当業者は、当該制御を自動で実行する制御系を構築し得る。この構成は、上記間隙の幅Ｄおよび送出口の開度Ｅを補正することで、液体Ｂ，Ｃの供給圧力の変動を相殺して、適正な吐出条件の維持を達成する。

装置１００は、液体Ｂおよび／またはＣへの発泡剤Ａの供給量を必要量に調整する発泡剤供給機構を備える。当該機構は、コントローラ３４に接続されたバルブ３５を備える。当該機構は、発泡剤Ａの液体Ｂおよび／またはＣへの供給量を調整し、プラスチックフォームの発泡状態の制御ならびに得られたフォームに含まれる発泡剤量の調整を許す。バルブ３５は、電動であっても、手動であってもよい。当業者は、発泡剤供給機構を、適宜、構築し得る。

分割状態は図示されないが、ミキシングチャンバー１、テーパード通路３、緩衝通路５および副緩衝通路１２を備える装置１００の本体ブロック４１は、ミキシングチャンバー１、テーパード通路３および緩衝通路５を備えるＬ字型ブロックと、副緩衝通路１２を備えるストレート（Ｉ字型）ブロックとの複合体である。各ブロックは、互いに分離し得る。この構成は、単純な形態のブロックの組み合わせで実現され、低コストで製造されうる。この構成以外にも、当業者は、装置１００を任意の形状を有するブロックの複合体として、設計、製造し得る。

より具体的には、ミキシングチャンバー１、テーパード通路３、緩衝通路５、送出口６、副緩衝通路１２は、本体ブロック４１の加工により形成されている。テーパードピストン２、副ピストン１１および開閉ピストン１５は、これらピストンを収容するシリンダー２ｂ，１１ｂ，１５ｂとともに、本体ブロック４１に、着脱し得るように固定されている。この構成は、装置１００のメンテナンスを容易とする。

装置１００は、液体Ｂ，Ｃの供給系３１，３２に、当該液体の温度を測定する温度センサ３８，３９を備える。温度センサ３８，３９は、コントローラ３４に接続されている。この構成は、装置１００が停止した状態で（図１Ａ）、開閉ピストン１５に形成された循環路３６，３７を通して液体Ｂ，Ｃが循環するときに、図示されない熱交換機を介する、液体Ｂ，Ｃの温度制御を実現する。

発泡剤Ａが低沸点ガスを含有する場合、本発明の効果は、より顕著となる。低沸点ガスの例は、液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素、超臨界二酸化炭素、ＨＦＣ−１３４ａなどのフロン、窒素ガス、アルゴンガスである。発泡剤Ａは、２種以上の低沸点ガスを含有してもよい。

以下、実施例が示される。図１Ａに示されるように、開閉ピストン１５を閉じ、注入口１３，１４を閉鎖した状態で、液体Ｂ（炭酸ガスを含有するポリオール）および液体Ｃ（イソシアネート）を、循環路３６，３７を通して、供給系３１，３２内を循環させた。液体Ｂ，Ｃは、圧力センサ３３および温度センサ３８，３９でモニタした当該液体の圧力および温度が設定された値になるまで、循環させた。当該圧力および温度が、設定された値で安定した後、開閉ピストン１５を後退させて、循環路３６，３７を供給系３１，３２から切り離し、ミキシングチャンバー１の内部に注入口１３，１４を露出させた。そして、液体Ｂ，Ｃをチャンバー１内に注入し、混合させた。これとともに、テーパードピストン２および副ピストン１１を後退させて上述した混合物の流路を形成し、吐出口４からプラスチックフォームを吐出した。本発明者らの実験では、得られたフォーム内に炭酸ガスが体積比で１０％程度残存した発泡が実現した。炭酸ガスが残存する分、液体Ｂ，Ｃの消費量が低減する。この例では、液体Ｂ，Ｃの圧力は、当該液体の温度によって制御されたが、当業者は、他の方法を用いて当該圧力を制御し得る。

開閉ピストン１５の後退による注入口１３，１４の露出と、テーパードピストン２および副ピストン１１の後退による混合物の流路形成とは、必ずしも同時でなくてもよい。各ピストンの進退のタイミングおよび進退量は、運転者が設定し得る。

本発明の効果は、少なくともミキシングチャンバー１、テーパードピストン２、テーパード通路３および緩衝通路５を備える装置により、達成される。当該装置の一形態が、図２Ａおよび図２Ｂに示される。図２Ａは、当該形態の停止状態を示す。図２Ｂは、当該形態の運転状態を示す。図２Ｂに示されるように、装置１０１の運転時、混合物の上述した流路が形成される。

図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、装置１０１は、送出口６の面積を変化させる副ピストン１１とそのアクチュエータとを備えてもよい。図３Ａは、当該形態の停止状態を示す。図３Ｂは、当該形態の運転状態を示す。

本発明の混合吐出装置は、プラスチックフォーム、特に、低沸点ガスを含有する発泡剤を用いたプラスチックフォームの製造に好適である。

Claims (11)

1. 原料を含有する２種以上の液体であって、少なくとも１つが発泡剤をさらに含む液体が加圧雰囲気下で混合され、前記２種以上の液体の混合物を当該混合物の圧力を減じながら吐出して、プラスチックフォームを形成する混合吐出装置であって、
   前記２種以上の液体が個別に供給され、前記供給された２種以上の液体が加圧雰囲気下で混合されるミキシングチャンバーと、
   前記ミキシングチャンバーの下流において当該ミキシングチャンバーに連通し、下流方向へ断面積が減少する内周面を有するテーパード通路と、
   前記テーパード通路に挿入され、前記テーパード通路の前記内周面に対応する形状の外周面を有するテーパードピストンと、
   前記内周面と前記外周面とが当接する位置から前記テーパードピストンを後退させて、前記内周面と前記外周面との間に、前記テーパード通路の下流方向へ断面積が減少する間隙を形成する、前記テーパードピストンのアクチュエータと、
   前記テーパード通路の下流において当該テーパード通路に連通する緩衝通路と、
   前記緩衝通路を経た前記混合物を最終的に吐出する吐出口と、を備え、
   前記緩衝通路は、前記間隙を経て前記テーパード通路から前記緩衝通路に送り出された前記混合物を当該混合物の膨張を伴いながら受け入れるとともに、当該混合物を、絞りを通して前記吐出口の側に送り出し、これにより、前記混合物の膨張の程度が、前記混合物が前記テーパード通路から前記吐出口に直接送り出される場合よりも緩和する、構造を有し、
   前記テーパードピストンのアクチュエータは、前記テーパードピストンの後退量の制御により前記間隙の幅を変化させて、前記ミキシングチャンバーが維持する前記加圧雰囲気と、前記テーパード通路における前記混合物の圧力が減ずる程度と、を調整する、
   混合吐出装置。
2. 前記内周面および前記外周面が円錐面である請求項１に記載の混合吐出装置。
3. 前記緩衝通路は、当該通路における前記間隙と当該通路との連通部において、前記間隙の断面積よりも大きい前記混合物の流路断面積を有し、
   前記緩衝通路の末端部における前記混合物の流路断面積は、前記連通部の前記流路断面積よりも小さく、前記末端部が前記絞りとして機能する請求項１に記載の混合吐出装置。
4. 前記緩衝通路における、前記混合物を前記吐出口側に送り出す送出口の面積を変化させる副ピストンと、
   前記副ピストンを進退させる、前記副ピストンのアクチュエータと、をさらに備える請求項１に記載の混合吐出装置。
5. 前記緩衝通路と前記吐出口との間に、前記緩衝通路から送り出された前記混合物が通過する副緩衝通路をさらに備え、
   前記緩衝通路の前記送出口は、前記副緩衝通路の内周面に開口し、
   前記副緩衝通路の断面は前記送出口から下流の部分で一定であるとともに、当該部分において前記副緩衝通路はストレートに延び、
   前記副緩衝通路の前記送出口から下流の部分における前記混合物の流路断面積は、前記送出口の面積よりも大きく、
   前記副ピストンが、前記副緩衝通路に挿入されており、
   前記副ピストンのアクチュエータは、前記副緩衝通路内で前記副ピストンを進退させて、前記副緩衝通路の内周面に開口する前記送出口の面積を変化させる請求項４に記載の混合吐出装置。
6. 前記副緩衝通路の末端の開口が前記吐出口であり、
   前記副ピストンは、前記送出口が前記副緩衝通路に完全に露出する位置から前記吐出口以遠まで進退する請求項５に記載の混合吐出装置。
7. 前記テーパードピストンおよび前記副ピストンの後退位置を固定する位置決め機構をさらに備える請求項４に記載の混合吐出装置。
8. 前記テーパードピストンのアクチュエータおよび前記副ピストンのアクチュエータは、少なくとも１種の前記液体の前記ミキシングチャンバーへの供給圧力に基づいて、それぞれ前記テーパードピストンおよび前記副ピストンを進退させ、前記間隙の断面積および前記送出口の面積を変化させる前記請求項４に記載の混合吐出装置。
9. 前記原料を含有する液体に前記発泡剤を必要量だけ供給して、前記原料および前記発泡剤を含有する液体を形成する発泡剤供給機構をさらに備える請求項１に記載の混合吐出装置。
10. 前記ミキシングチャンバー、前記テーパード通路、前記緩衝通路および前記副緩衝通路を備える本体部が、
    前記ミキシングチャンバー、前記テーパード通路および前記緩衝通路を備えるブロックと、前記副緩衝通路を備えるブロックとに分割し得る構造を有する請求項５に記載の混合吐出装置。
11. 前記発泡剤が、液体、亜臨界または超臨界の二酸化炭素、または当該二酸化炭素と他の低沸点ガスとの混合物である請求項１に記載の混合吐出装置。

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