JP6588173B2 - 粘稠材料発泡装置及び粘稠材料を発泡させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項の教示に従って粘稠材料を発泡させるための装置及び方法に関する。

一般的に製造された発泡体は、決してそれのみというわけではないが、例えば、自由に構成可能な形状でシールされるべき部品に発泡シールを適用するのに使用される。まず、互いに化学的に反応する２つの成分が一緒に混合されて化学反応を起こして泡が生じる、所謂、二成分発泡と呼ばれるものがこの目的のために知られている。これらの二成分シール系の欠点は、プロセスの中断時に化学反応が大きな困難を伴ってのみ中断され得ることである。このため、一般的に、このような二成分系を用いる場合には、プロセスの中断後にそれぞれの装置を広く洗浄する必要がある。

二成分系のこれらの欠点を回避するために、粘稠材料を発泡させる、所謂、一成分系が知られている。特許文献１は、一成分系のための一般的な方法を記載している。この方法の基本部分は、粘稠材料の高加圧ガスとの混合である。ガスが粘稠材料に加えられた後、粘稠材料中にガスが十分に良く分配されるように混合物を混合装置で余すところなく混合する。次いで、混合物を高圧下で吐出し、吐出時に圧力を解放する。圧力解放により、圧力が緩和された後の圧力差によって粘稠材料内に分布する気泡が膨張して粘稠材料を物理的に発泡させることが達成される。この方法の欠点は、粘稠材料中の気泡の寸法及び分布が統計的分布に対応することであり、粘稠材料は微小気泡の他に比較的大きな気泡を含み得て、これは発泡体を製造する際に不規則性をもたらす可能性がある。質及び量の観点から気泡の統計的分布のために、所望の発泡体を製造する際において信頼性の高いプロセス制御が複雑である。

欧州特許第０２８６０１５号明細書

したがって、本発明の目的は、発泡体を製造する際にプロセスの信頼性が向上する、粘稠材料を発泡させる新しい装置及び方法を提案することである。この目的は、独立請求項の教示による装置及び方法によって達成される。

本発明による装置は、粘稠材料に注入されるガスがガス注入弁によって粘稠材料に注入されるという基本的な考え方に基づく。ガス注入弁を用いた場合、気泡の注入により、気泡の質や量を確実に制御することができる。ガス注入弁を用いた目標とするガスの注入によって気泡の寸法や分布のばらつきが非常に狭い範囲にあり、非常に均一な材料特性を有する高品質の発泡体を製造することができる。

本発明による装置の基本形状よれば、ガス注入弁の数及び気泡が注入される際に粘稠材料が流れる第１コンベアパイプの断面に依存して、粘稠材料内に気泡がガス注入によってのみ分布するようにする。気泡をさらに均一に分配するとともに注入される気泡をさらに小さな気泡に分割するために、気泡が注入される開口部の下流に配置された静的又は動的に機能する混合装置を使用することができる。注入される気泡を粘稠材料に混合することにより、材料が均一化されるとともに選択された混合方法に応じて、注入された気泡の分布が得られる。この目的のために、混合運動自体を行わない静的ミキサーを使用することができる。これらの静的ミキサーでは、粘稠材料は、それぞれの流動案内要素を通過する粘稠材料の流動運動によって混合される。気泡は、気泡と粘稠材料とからなる混合物が混合要素を能動的に駆動することによって混合される動的ミキサーを使用して粘性材料中においてより完全に均一化することができる。特に、剪断ミキサーは、注入する気泡を粘稠材料に混合するのに非常に適しており、なぜなら気泡は、剪断ミキサー内において加えられる剪断力によって特に細かく分けられるからである。この目的のために、剪断ミキサーは、混合ブレードを有する回転シャフト又はそれに固定された混合ディスクからなり得る。

粘稠材料と注入された気泡とからなる混合物は、気泡を発泡させるために吐出装置の圧力から解放されなければならない。例えば、吐出装置を用いて粘稠材料と気泡とからなる混合物を標準大気においてワークピースに塗布することにより圧力を緩和する場合、気泡が注入された粘稠材料の圧力は、吐出装置の上流の１ｂａｒの標準圧力をはるかに上回らなければならない。良好な発泡効果を得るために、粘稠材料及び注入された気泡からなる混合物の圧力は、１ｂａｒの標準圧力を明確に上回るべきである。したがって、高圧範囲で作業するとともに、既に高加圧状態の粘稠材料に高圧で気泡を注入することが特に有利であることが判明している。それ故に、搬送手段は、第１コンベアパイプを介して少なくとも５０ｂａｒの搬送圧力、特に少なくとも８０ｂａｒの搬送圧力で粘稠材料を開口部に搬送することが特に有利である。

既に高加圧にされた粘稠材料では、その後、ガスは、第２コンベアパイプを介して少なくとも５５ｂａｒ、特に少なくとも９０ｂａｒの搬送圧力でガス注入弁に搬送するとともに、既に高加圧にされた粘稠材料に注入することができる。これに関連して、気体注入の間に、既に加圧された粘稠材料とそこに注入される気体との間に１ｂａｒ〜２０ｂａｒの範囲の圧力差が存在しなければならないことが観察されるべきである。したがって、粘稠材料が例えば５０ｂａｒの搬送圧力で開口部に搬送される場合、その中に注入されるガスは少なくとも５１ｂａｒの圧力を有しなければならない。より大きな圧力差は、この状況においてより有利であり、例えば、粘稠材料の搬送圧力が例えば１００ｂａｒであるときに、注入されるガスは１１０ｂａｒの圧力を有するべきである。

気泡を粘稠材料に注入するためにどのような種類のガス注入弁が使用されるのかは一般的に任意である。好ましい実施形態によれば、ガス注入弁はニードル弁を有することが意図される。

ガス注入弁のニードル弁が、注入される気泡の寸法を変更できるようにニードル弁のストロークを調整することができるならば、特に有利である。

さらに、ニードルストロークの周波数を変更することにより注入される気泡の量を時間毎に変化させることができるように、ニードル弁の移動周波数を変更することができることが特に有利である。

本発明による装置の注入プロセスを監視することができるようにするには、適切な圧力センサを装置に設ける必要がある。粘稠材料の圧力は、第１圧力センサによって開口部の上流で監視することができなければならない。それに代えて又はそれに加えて、ガス中の圧力が、第２圧力センサを用いてガス注入弁の上流で測定される場合、さらに有利である。また、それに代えて又はそれに加えて、第３圧力センサを使用して、ガス注入弁の下流で粘稠材料及び気泡からなる混合物中の圧力を測定することがさらに有利である。

最適化されたプロセスの信頼性に関して、センサを用いて測定された測定値の関数としてガス注入弁を制御することによる開口部で粘稠材料に流入する気泡流を制御するための制御ループが装置上に設けられると、特に有利である。言い換えると、これは、ガス注入弁が制御ループ内の制御要素として機能し、ガス注入弁の制御は、制御ループ内に設けられたセンサの機能として所定の制御方法に従って変更されることを意味する。例えば開口部の上流の粘稠材料の圧力及びガス注入弁の上流のガスの圧力は測定することができ、ガス注入弁の設定パラメータは、所定の制御方法に従ってこれら２つのセンサの値の関数として制御され得る。

粘稠材料と気泡とからなる混合物を吐出装置から均一に吐出させるためには、少なくとも１つのコンベアポンプが開口部の下流に設けられ、加圧された混合物が少なくとも１つのコンベアポンプによって吐出装置に搬送されることが特に有利である。例えば、ピストンポンプをコンベアポンプとして使用することができる。

特に粘稠材料と気泡とからなる混合物を吐出装置に搬送するためのコンベアポンプとしてピストンポンプを使用する場合、１つだけでなく、少なくとも２つのコンベアポンプが、開口部の下流にある平行なパイプ部分に設けられる場合に特に有利である。互いに平行に配置された２つのコンベアポンプによって、粘稠材料と気泡とからなる加圧混合物を交互に吐出装置に搬送することができ、その結果、搬送流が失速せず、むしろ、ピストンポンプの終了位置に到達したときに特に混合物が吐出装置に均一に搬送される。

ニードル弁ノズルは、本発明による装置の吐出装置として使用するのに特に適していることが分かっている。これらのニードル弁ノズルは好ましくは空気圧で駆動されるべきである。そのようなニードル弁ノズルは、粘稠材料及び気泡からなる混合物の信頼できる制御された注入を可能にする。

本発明による方法は、搬送圧力で加圧されたガスが、ガス注入弁による搬送圧力で加圧されて粘稠材料に注入されることを特徴とする。このようにして生成された粘稠材料と気泡とからなる混合物は、開口部の下流の吐出装置で吐出されて圧力が緩和するので、その結果、圧力緩和によって粘稠材料は、そこに混合された気泡の膨張によって発泡する。

粘稠材料中の気泡の均一な分布を高めるために、粘稠材料と気泡とからなる混合物を、気泡を注入した後、吐出する前に、混合装置を用いて均一化することが有利である。

ガス注入弁によって気泡が吐出される開口部に向かう粘稠材料の搬送圧力は、高圧処理を可能にするために、好ましくは５９ｂａｒ以上であるべきである。開口部に向かう粘稠材料の搬送圧力が８０ｂａｒより高く、例えば１００ｂａｒであると特に有利である。

粘稠材料に注入されるガスもまた高加圧にされるべきであり、ガスの注入はそうでなければ不可能であるので、ガス圧は粘稠材料の搬送圧力より少なくとも僅かに高くなければならない。ガスが少なくとも５５ｂａｒの搬送圧力、特に少なくとも９０ｂａｒの搬送圧力を有する高圧処理が特に適していることが分かっている。

一方の粘稠材料の搬送圧力と他方のガスの搬送圧力との間の圧力の差は、粘稠材料への気泡の確実な注入を可能にするために少なくとも１ｂａｒでなければならない。

注入処理の確実な制御に関して、気泡が注入されている間に気泡の寸法を変更可能であることが特に有利である。これは、例えば、ガス注入弁におけるニードル弁のストロークを変更することによって達成することができる。それに代えて又はそれに加えて、粘稠材料の第１搬送圧力とガスの第２搬送圧力との圧力差を変化させることにより、気泡の注入中に気泡の寸法を変更することができる。

さらに、気泡の注入中に時間当たりの気泡の量を変えることができるのが特に有利である。これは、例えば、ガス注入弁におけるニードル弁のストローク周波数を変更することによって達成され得る。

所望の発泡体を製造する際の最高レベルのプロセス信頼性は、ガス注入弁を使用する気泡の注入が、センサを用いて測定された少なくとも１つの測定値の関数とした制御ループ内で変更されるときに達成される。

この目的のために、粘稠材料の圧力を測定する、及び／又はガスの圧力を測定する、及び／又は粘稠材料及びガスからなる混合物の圧力を測定するセンサを使用することができる。

この方法によれば、どのような粘稠材料が使用されるのかは一般的に任意であり、発泡される材料の要求に依存する。加工性に関して、粘稠材料として単一成分型の硬化剤ペースト材料が使用され、気泡が少なくとも５０ｂａｒの圧力、特に少なくとも８０ｂａｒの圧力でガス注入弁により注入されると、特に有利である。２０℃の温度では、硬化剤ペースト材料は、点Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤによって画定される領域内にある粘度特性を有するべきである。好ましい粘度区間の点Ａは０．４３ｓ^−１の剪断速度で５Ｐａ・ｓの知覚粘度を有する。点Ｂは０．４３ｓ^−１の剪断速度において、３０００Ｐａ・ｓの知覚粘度を有する。点Ｃは７８３ｓ^−１の剪断速度で２Ｐａ・ｓの知覚粘度を有し、点Ｄは７８３ｓ^−１の剪断速度で２００Ｐａ・ｓの知覚粘度を有する。示された粘度値は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ３２１９の要求に従って決定することができる。

本発明の異なる実施形態が図面に概略的に示されており、例示的な方法で以下に説明される。

本発明による装置の第１の実施形態を概略図で示す。 本発明による装置の第２の実施形態を概略図で示す。 本発明による装置の第３の実施形態を概略図で示す。

図１は、粘稠材料を発泡させる本発明による第１装置０１を概略的に示す。粘稠材料０２は、搬送手段０４、すなわちピストンポンプを用いて容器０３から第１コンベアパイプ０５を介して圧送される。粘稠材料０２は、１００＋／−２０ｂａｒの圧力でコンベアパイプ０５内で加圧される。

ガス０７、例えば空気は、容器０６内に存在する。ガス０７は、高圧コンプレッサ（図示せず）により、例えば１００＋／−２０ｂａｒの圧力で高圧に加圧される。ガス０７のガス圧は、コンベアパイプ０５内の粘稠材料０２の搬送圧力よりも少なくとも僅かに大きくなるようにそれぞれ選択される。ガス０７は、第２コンベアパイプ０８を介してニードル弁を有するガス注入弁０９に到達する。ガス注入弁のニードル弁は、この目的のために制御装置１０を介して調整された方法で制御される。制御ループにおいて、制御装置１０は、第２コンベアパイプ０８内のガス０７の圧力、及び／又は、コンベアパイプ０５内の粘稠材料０２の圧力、及び／又は、混合物１４の圧力をそれぞれ測定することができるセンサ１１、１２及び１３の測定値を評価する。これらの測定値に応じて、ガス注入弁０９内のニードル弁の駆動装置２６は、所定の目標値に従ってガス注入プロセスを制御するために、制御装置１０によって制御される。

ガス注入を介して、気泡２５と粘稠材料０２とからなる混合物１４を生成するために、ガス注入弁０９を操作することにより第１コンベアパイプ０５と第２コンベアパイプ０８とが連結され、規定された寸法及び量の気泡２５が開口部１５にて粘稠材料０２に注入される。図面において、気泡は、本発明の理解を容易にするために不均衡に大きく図示されている。

コンベアポンプ１６を作動させることにより、粘稠材料０２と気泡２５とからなる混合物は、空気圧式のニードル弁ノズル１８を有する吐出装置１７に運ばれ、そこで混合物は圧力が緩和しながら供給され、ワークピースに加えられ得る。混合物１４に含まれる気泡２５は、圧力解放により標準大気で大きく膨張するので、投与された混合物１４はニードル弁ノズル１８から吐出されて発泡する。

図２は、装置０１にほぼ対応する粘稠材料０２を発泡させるための第２装置１９を示す。装置０１に加えて、装置１９は、開口部１５の下流に配置され、粘稠材料０２とその中に注入された気泡２５とからなる混合物１４を均一化し、気泡２５の寸法を減少させる混合装置２０を備える。この目的のために、混合装置２０は、駆動軸２１を備え、それにより混合ブレード２２が回転駆動される。これに関連して、混合物１４は、混合ブレード２２の回転平面に平行に混合装置２０に流入する。

図３は、粘稠材料０２を発泡させるための装置２３を示しており、これは主として装置１９に対応している。装置１９に加えて、装置２３は、第２コンベアポンプ２４を備え、コンベアポンプ１６、２４がそれぞれ互いに平行に延びるパイプ部分に配置されるようになっている。コンベアポンプ１６、２４を交互に操作することにより、気泡２５が注入された粘稠材料０２からなる混合物を途切れることなく吐出装置１７に搬送することができる。

Claims (12)

1. 粘稠材料（０２）を発泡させるための装置（０１，１９，２３）であって、
   前記粘稠材料（２）が第１搬送手段（０４）を用いて第１搬送圧力で第１コンベアパイプ（０５）を介して搬送され、
   ガス（０７）が第２搬送圧力で第２コンベアパイプ（０８）を介して搬送され、
   前記第１コンベアパイプ（０５）及び前記第２コンベアパイプ（０８）が開口部（１５）で連結され、
   吐出装置（１７）が粘稠材料（０２）とガス（０７）とからなる混合物（１４）の圧力解放を許容するように前記開口部（１５）の下流に設けられ、
   ガス注入弁（０９）が前記開口部（１５）に配置され、前記ガス注入弁（０９）は、粘稠材料（０２）に気泡（２５）を注入可能に構成され、
   前記粘稠材料（０２）と前記気泡（２５）とからなる加圧された前記混合物（１４）を前記吐出装置（１７）へ交互に搬送可能な２つのコンベアポンプ（１６，２４）が、前記開口部（１５）の下流側における平行なパイプ部分に設けられ、
   前記第１搬送手段（０４）は、前記第１コンベアパイプ（０５）を介して少なくとも５０ｂａｒの搬送圧力で前記粘稠材料を前記開口部（１５）に搬送可能に構成されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記ガス（０７）は、前記第２コンベアパイプ（０８）を介して少なくとも５５ｂａｒの搬送圧力で前記ガス注入弁（０９）に搬送されるよう構成されていることを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置において、
   注入される前記気泡（２５）の寸法は、前記ガス注入弁（０９）のニードル弁のストロークを調整することにより変化可能に構成され、及び／又は、注入される前記気泡（２５）の寸法は、粘稠材料（０２）における前記第１搬送圧力と前記ガス（０７）における前記第２搬送圧力との圧力差を変化させることにより変化可能に構成され、及び／又は、時間当たりの注入された前記気泡（２５）の量は、前記ガス注入弁（０９）のニードル弁の移動周波数を変更することにより変化可能に構成されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の装置において、
   前記装置（０１，１９，２３）は、前記開口部（１５）の上流の前記粘稠材料（０２）の圧力を測定するための第１圧力センサ（１２）と、及び／又は、前記ガス注入弁（０９）の上流の前記ガス（０７）の圧力を測定するための第２圧力センサ（１１）と、及び／又は、前記粘稠材料（０２）と前記気泡（２５）とからなる前記混合物（１４）の圧力を測定するための第３圧力センサ（１３）とを備えていることを特徴とする装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の装置において、
   前記装置（０１，１９，２３）には、制御装置（１０）が設けられ、
   該制御装置（１０）は、センサ（１１，１２，１３）を用いて測定された測定値の関数として前記ガス注入弁（０９）を制御することにより、前記開口部（１５）において前記粘稠材料（０２）に流入する気泡（２５）の流れを制御可能に構成されていることを特徴とする装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の装置において、
   前記吐出装置（１７）は、粘稠材料（０２）と気泡（２５）とからなる加圧された前記混合物（１４）が制御された方法で投与可能に構成された空気圧駆動されるニードル弁ノズル（１８）を備えていることを特徴とする装置。
7. 粘稠材料（０２）を発泡させる方法であって、
   前記粘稠材料（０２）は、第１搬送圧力で第１コンベアパイプ（０５）を介して搬送され、
   ガス（０７）は、第２搬送圧力で第２コンベアパイプ（０８）を介して開口部（１５）に搬送され、
   前記ガス（０７）は、ガス注入弁（０９）を用いて気泡（２５）の形態で前記開口部（１５）において前記粘稠材料（０２）に注入され、
   粘稠材料（０２）と気泡（２５）とからなる混合物（１４）は、前記開口部（１５）の下流側の吐出装置（１７）で吐出され、それ故に圧力が緩和して前記気泡の膨張により発泡し、
   前記開口部（１５）の下流側における平行なパイプ部分に設けられた２つのコンベアポンプ（１６，２４）が、前記粘稠材料（０２）と前記気泡（２５）とからなる前記混合物（１４）を加圧しながら前記吐出装置（１７）へ交互に搬送し、
   粘稠材料（０２）を、第１コンベアパイプ（０５）を介して少なくとも５０ｂａｒの搬送圧力で開口部（１５）に搬送することを特徴とする方法。
8. 請求項７に記載の方法において、
   粘稠材料（０２）と気泡（２５）とからなる前記混合物（１４）を吐出する前に均一化することを特徴とする方法。
9. 請求項７から８のいずれか１つに記載の方法において、
   前記ガスを、第２コンベアパイプ（０８）を介して少なくとも５５ｂａｒの搬送圧力の搬送圧力でガス注入弁（０９））に搬送することを特徴とする方法。
10. 請求項７から９のいずれか１つに記載の方法において、
    前記ガス（０７）を、少なくとも１ｂａｒを超過する圧力で粘稠材料（０２）に注入することを特徴とする方法。
11. 請求項７から１０のいずれか１つに記載の方法において、
    前記気泡（２５）の寸法を、前記気泡（２５）を注入しながら変化させ、及び／又は、時間当たりの気泡（２５）の量を、前記気泡（２５）を注入している間に変化させることを特徴とする方法。
12. 請求項７から１１のいずれか１つに記載の方法において、
    前記ガス注入弁（０９）を用いた前記気泡（２５）の注入を、粘稠材料（０２）の測定圧力の関数とした、及び／又は、前記ガス（０７）の測定圧力の関数とした、及び／又は、粘稠材料（０２）と気泡（２５）からなる前記混合物（１４）の測定圧力の関数とした制御ループで制御することを特徴とする方法。
    

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