JP7424966B2 - 接着剤の発泡方法およびその関連システム - Google Patents

Description

本発明は、発泡接着剤を製造する方法およびシステムに関する。

現在、液体材料（例えば接着剤）や気体（例えば空気）を十分に混合し、様々な用途で使用される発泡接着剤を生成するための種々のシステムおよび方法が存在する。

現在利用できる発泡接着剤システムは全て、ロータに動力を供給するモータを備えているロータ／ステータシステムを利用するものである。ロータ／ステータは一般に混合ヘッドと呼ばれる。通常、この構成においては、モータと混合ヘッドは二重のメカニカルシールによって分離される。この種の二重メカニカルシールのライフサイクルは有限である。したがって、システムが故障し、シールが交換されるまで操作不能になることがよくある。また、二重メカニカルシールは、誤作動を防ぐために常に加圧された冷却液で冷却する必要がある。

メカニカルシールの寿命を延ばすために、脈動ダンプナ、サージ抑制器、および非往復動容積式ポンプなどの装置が使用される。ただし、これらのデバイスは二重メカニカルシールの障害を遅延させるだけであり、システム障害の根本的な問題に対処していない。

現在の静的ミキシング技術は、液体どうしの混合または液体とガスとの混合に重点を置いている。静的ミキサは、高粘度の液体とは対照的に低粘度の液体を混合するために使用される。低粘度の流体は、流れに対する抵抗がほとんどない乱流状態で搬送可能である（圧力降下）。乱流は、静的混合システムでの液体どうしの混合や液体－ガス混合の重要な要素となるものである。高粘度の流体は、流体抵抗が粘度とともに増加するため（圧力降下）、乱流領域に入るために大量のエネルギーを必要とする。この高い流体抵抗（圧力降下）により、設計上の重要な課題と動作面での考慮事項が生じる。

したがって、現在においては接着剤を発泡させる種々のシステムや方法が利用可能であるがこれらについてはさらなる改善が可能である。

本発明の一実施形態の発泡接着剤システムは、接着剤と空気を混合して発泡接着剤を生成するためのものであり、接着剤を内部に含む供給貯蔵タンクと、第１の接続導管を介して供給貯蔵タンクに接続されるとともに、供給貯蔵タンクから受け取った接着剤を第２の接続導管に出力するように構成されたポンプと、その中に空気を含む空気供給ストレージであって第２の導管に接続され空気注入口を介して接着剤に空気を注入する空気供給ストレージと、第２の接続導管に接続され接着剤と空気との混合物を受ける静的ミキサであって混合物を均一に混合して発泡接着剤を生成する静的ミキサと、を備えている。

方法の態様においては、接着剤を発泡させる本方法は、接着剤を供給貯蔵タンクからポンプに供給するステップと、ポンプによって出力された接着剤を接着剤流量計に搬送するステップと、接着剤がいったん接着剤流量メータを通過したら接着剤に空気を注入するステップと、接着剤と空気の混合物を静的ミキサに供給するステップと、混合物を静的ミキサで均一に混合して発泡接着剤を生成するステップと、発泡接着剤を製品貯蔵タンクに輸送するステップとを含む。

本発明のこれらおよび他の態様は、図面および以下の詳細な説明を考慮してよりよく理解されるであろう。

本発明の一形態に係る発泡接着剤システムおよび機器の代表的な模式図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による、天然または合成ポリマーベースの接着剤１２などの高粘度材料と所定のガスとを混合して発泡接着剤を生成するように構成された発泡接着剤システム１０が示されている。発泡接着剤システム１０は、静的ミキサ１４を使用する静的ミキシング技術を組み込んでいる。この静的ミキサ１４は、一般的に、流体材料を連続的に混合するのに使用される装置である。通常は混合される流体は液体であるが、以下でより詳細に説明するように、静的ミキサ１４を使用して種々のガスと、ガスおよび流体の混合物とを混合することが可能である。

現在、市場で入手可能な発泡接着剤システムは全て、流体材料を混合するために動的ミキサを用いる高出力の混合ヘッド技術を使用するものである。この技術（動的ミキサ）では、ロータとステータ（多くの場合、混合ヘッドと呼ばれる）の組合せと、そのロータに動力を供給するモータとを使用している。また、モータと混合ヘッドとを分離して漏れを防ぐために、メカニカルシールが使用される。

本発明の発泡接着剤システム１０は次の点で有利である：すなわち、このシステムは、上述のように、接着剤１２を発泡させるために静的ミキサ１４を用いており、それは、動的ミキサに比べてより少ない部品で済むためである。具体的には、モータ、ロータ、ステータなどの機械部品は本発明では不要であり、それにより、発泡接着剤システム１０内の部品の操作上の安全性と寿命が向上する。さらに、常に加圧冷却液で冷却を行う必要があるメカニカルシールを有する動的ミキサとは異なり、静的ミキサ１４では混合ヘッドが存在しないため、メカニカルシールも冷却システムも必要ない。したがって、混合ヘッドとメカニカルシールに起因する発泡接着剤システムの動作不能を排除することが可能となる。

図１を参照すると、発泡接着剤システム１０は、高粘度接着剤１２が貯蔵される供給貯蔵タンク１６を含んでいる。発泡接着剤装置１０に適した接着剤１２は、米国特許出願１４／０９２１１０号および米国特許出願１３／７７５３４８号に開示されており、その両方の内容は参照により本明細書に組み込まれる。

まず、発泡される接着剤１２は、供給貯蔵タンク１６とポンプ１８とを接続する第１の接続導管２０を介して、供給貯蔵タンク１６からポンプ１８へと供給される。接着剤１２がポンプ１８に供給されると、ポンプ１８は、接着剤１２を５０Ｌ／時～２５００Ｌ／時の流量かつ０ｐｓｉ～１０，０００ｐｓｉの圧力で脈動ダンプナ２２に出力する。

図示の実施形態では、ポンプ１８は、好ましくは、往復動または非往復動の容積式ポンプ、例えば、空気作動二重ダイヤフラムポンプ、空気作動ピストンポンプなどであり、接着剤１２を脈動ダンプナ２２に移動させる。ポンプ１８は、圧縮空気または電気で作動されるものであってもよく、プログラム可能な論理制御装置（不図示）によって制御されるものであってもよい。脈動ダンプナ２２は、好ましくはポンプ１８のすぐ下流に設けられ、ポンプ１８によって引き起こされる脈動および圧力変動を最小限に抑えてそれにより接着剤１２の円滑な流れを確保する。

次に、接着剤１２は、ポンプ１８と静的ミキサ１４とを接続する第２の接続導管２６を介し、接着剤流量計２４に送られる。接着剤流量計２４は、第２の接続導管２６を通って静的ミキサ１４へ流れる接着剤１２の流速および量を測定する。接着剤流量計２４は、接着剤流量計２４によって生成される信号に応じてそこを流れる接着剤１２の流れまたは圧力を調整する流れ制御バルブ２７を含んでいる。

接着剤１２が接着剤流量計２４を通過した後、接着剤の流れの０％から１５０％の間で、空気が接着剤１２に注入される。具体的には、空気は、空気供給ストレージ２９から空気注入ポート２８および空気供給ライン３０を通って合流部３２において接着剤１２内に移動し、このときの空気圧は、５から１０，０００ｐｓｉ、好ましくは５０ｐｓｉから１，０００ｐｓｉである。空気流量は、接着剤の流量に基づいて手動またはプログラム可能な論理コントローラ（不図示）によって設定可能な空気流量コントローラ３４で制御される。

接着剤１２と空気と混合物は次いで静的ミキサ１４に供給され、激しく均一に混合され、５００μｍ未満、好ましくは約１５μｍから約１５０μｍのサイズの気泡を生成する。本実施形態では、静的ミキサ１４は非螺旋状であり、好ましくは波形板タイプまたはＸグリッドタイプであり、これらは、任意の数の混合要素を有する任意のサイズであってもよく、また、回転または整列された構造のいずれかを有するものであってもよい。混合が完了して発泡接着剤が生成されると、それは、静的ミキサ１４を出て、静的ミキサ１４と製品貯蔵タンク３６とを接続する第３の接続導管３９経由で製品貯蔵タンク３６（非加圧または加圧）に送られる。

静的ミキサ１４は、上述のように非螺旋状である。これは、従来の螺旋状ミキサは層流領域で動作することが最も多いことから高品質の泡を生成しないためである。ヘリカルミキサーはミキサ内でプラグ流を生成し、流体を連続的にスライスして混合し、乱流を引き起こすことはない。この原則に従うものではないミキサはすべて非螺旋型静的ミキサに分類されこれには斜角型静的ミキサが含まれる。

発泡接着剤システム１０は、さらに第１および第２の圧力変換器３８、４０を備え、それぞれポンプ１８と接着剤流量計２４の間、および、静的ミキサ１４と製品貯蔵タンク３６との間に配置されている。第１および第２の圧力変換器３８、４０は、第１の接続導管２０を流れる接着剤１２の圧力および第３の接続導管３９を流れる発泡接着剤の圧力をそれぞれ測定する。

発泡接着剤システムのオン／オフのサイクル（図示せず）は、制御ロジックに加え、マンマシンインターフェース（図示せず）を介して人間のオペレータによって制御される。発泡接着剤システム１０は、塗布プロセスが製品を要求するとき接着剤１２や空気の搬送を開始および停止する。

上記に基づけば、本発明による発泡接着剤システムは、発泡接着剤システムの操作上の安全性および寿命を向上させながら発泡接着剤を生成することが理解されるであろう。

前述の説明は、基本的に、例示的かつ例示的な目的のためのものであり、本発明は必ずしもそれに限定されない。当業者であれば、追加の修正、および特定の状況への適応が本明細書に示され説明され、本明細書に添付される特許請求の範囲に含まれることを理解するであろう。

Claims (9)

1. 接着剤の発泡方法であって、
   接着剤を供給貯蔵タンクからポンプに供給するステップと、
   前記ポンプから出力された前記接着剤を接着剤流量計経由で搬送するステップと、
   接着剤が前記接着剤流量計を通過した後、接着剤に空気を注入するステップと、
   前記接着剤と空気との混合物をメカニカルシールおよび冷却システムを有さない非螺旋形の波形板タイプの静的ミキサに供給するステップと、
   前記静的ミキサで混合物を混合し１μｍから５００μｍの間のサイズの気泡を有する発泡接着剤が生成されるようにするステップと、
   前記発泡接着剤を製品貯蔵タンクに輸送するステップと、
   を含む、接着剤の発泡方法。
2. 前記ポンプは、容積式ポンプである、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポンプは、圧縮空気または電気により動作する、請求項１に記載の方法。
4. 前記空気が接着剤に注入される際、その空気圧が５ｐｓｉから１００００ｐｓｉの間である、請求項１に記載の方法。
5. 前記空気が接着剤に注入される際、その空気圧が５０ｐｓｉから１０００ｐｓｉの間である、請求項１に記載の方法。
6. 前記空気は、空気注入ポート経由で接着剤に注入される、請求項１に記載の方法。
7. 前記気泡のサイズが、１５μｍから１５０μｍの間である、請求項１に記載の方法。
8. 接着剤と空気を混合して発泡接着剤を生成する発泡接着剤システムであって、
   内部に接着剤を貯蔵する供給貯蔵タンクと、
   第１の接続導管経由で前記貯蔵タンクに接続され、かつ、前記供給貯蔵タンクから受け取った接着剤を第２の接続導管に出力するポンプと、
   内部に空気を貯蔵するとともに、前記第２の接続導管に接続され、空気注入ポート経由で空気を接着剤に注入する、空気供給ストレージと、
   前記接着剤と空気との混合物を受け取るために前記第２の接続導管に接続された非螺旋形の波形板タイプの静的ミキサであって、メカニカルシールおよび冷却システムを有さず、前記混合物を均一に混合して発泡接着剤を生成するように構成されている、静的ミキサと、
   前記ポンプのすぐ下流に設けられ脈動および圧力変動を最小化する脈動ダンプナと、
   前記ポンプと静的ミキサとの間に位置し前記第２の接続導管を通過する接着剤の流れの流速および量を計測する接着剤流量計と、
   前記発泡接着剤を保存する製品貯蔵タンクと、
   前記ポンプと前記接着剤流量計との間、および、静的ミキサと製品貯蔵タンクとの間にそれぞれ位置する、第１および第２の圧力変換器と、
   を備える、発泡接着剤システム。
9. 前記ポンプは、前記ポンプが容積式ポンプである、請求項８に記載の発泡接着剤システム。
   
   

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