JPH0251662B2 - - Google Patents

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JPH0251662B2
JPH0251662B2 JP57186645A JP18664582A JPH0251662B2 JP H0251662 B2 JPH0251662 B2 JP H0251662B2 JP 57186645 A JP57186645 A JP 57186645A JP 18664582 A JP18664582 A JP 18664582A JP H0251662 B2 JPH0251662 B2 JP H0251662B2
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JP
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gas
pressure
cylinder
plunger
nucleation
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JP57186645A
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Ratsuseru Beranjii Girubaato
Jozefu Doranzuman Robaato
Rii Sutoon Kaabii
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Original Assignee
Milacron Inc
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Publication date
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Publication of JPH0251662B2 publication Critical patent/JPH0251662B2/ja
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    • B29C67/24—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00 characterised by the choice of material
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/36—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by measuring pressure or differential pressure the pressure or differential pressure being created by the use of flow constriction
    • G01F1/40—Details of construction of the flow constriction devices
    • G01F1/44—Venturi tubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S521/917—Specialized mixing apparatus utilized in cell forming process

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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスと液体の混合物の圧縮性を示す制
御信号を生ずる制御信号発生装置に関する。
［従来の技術とその課題］ ポリウレタン材の処理においては、多孔性の構
造を生ずるため発泡添加剤が予め加えられる。発
泡添加剤は、水や、フレオンの商標で知られるフ
ルオロカーボン（通常気化する液体として加えら
れる）を含み、またある場合には化学的反応剤で
ある。生態学的及びコスト上の理由から可能な限
りフレオンを使わないことが望ましい。従つてこ
の技術分野では乾燥ガス特に乾燥空気又は乾燥窒
素の使用に主体が移つている。これらガスはある
場合にはフレオンと共に用いられる。反応剤中へ
のガスの泡の挿入は最近行われている反応注入成
形法（RIMと略称され、以下この用語を用いる）
においては通常核形成と称される。核形成は普通
ポリウレタンの成形に用いられる液体反応剤の内
の１つのみにおいて行われる。従つて、一時はガ
ス状のあるいはガスを発生する反応剤が、非常に
密度の低い泡を作るのに用いられたが、最近では
工業用のプラスチツク構造物例えば自動車部品や
その他のポリウレタンがある場合にはエポキシで
作られたものは、成形性及びプラスチツクの延び
を改良しかつ機械的特性を損うことなく重量を減
ずるため、連行されたあるいは溶解したガスを用
いる。モノマーや他の反応剤の核形成（ガス泡の
連行）の範囲は、混合物（即ち液体とガスによる
泡含有体）の全体的密度即ち比重量が核のないも
のの1.1に対し0.7というような低い値もとれる如
きものである。
より早く反応するRIM方法が開発されるにつ
れ、核生成度の正確な制御の重要性がより大きく
なつた。
上述の核生成度の正確な制御は液体中のガスの
濃度を制御することにより達成でき、またガスの
濃度は液体とガスの混合物の圧縮性を制御するこ
とで達成できるものである。
本発明の目的は、上述の如き必要性に鑑み、液
体とガスの混合物の圧縮性を簡単な構成で正確に
測定できる装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 前記課題を達成する本発明は、 ガスと液体の混合物の圧縮性を示す制御信号を
生ずる装置であつて、 前記混合物を閉じ込めるためのシリンダ５９
と； 前記シリンダ内で往復運動できるように設けら
れたプランジヤ５８と； 前記プランジヤ５８を前進させ前記シリンダ５
９内の前記混合物を圧縮させる装置と； 前記シリンダ５９内の圧力を予め定めた第１の
圧力からそれより大きい予め定めた第２の圧力ま
で変化させるための前記シリンダ５９内における
プランジヤ５８の実際の距離の信号を生ずる装置
と； 前記プランジヤの予め定めた前進量を示す設定
点信号をストアしかつ提供する装置と； 前記設定点信号を前記実際の距離の信号と比較
しその比較に応じた制御信号を生ずる装置と； を有する制御信号発生装置である。
［実施例］ 第１図はRIM法における液体モノマーの循環
係統を示すもので、その目的は反応剤をある間隔
で混合ヘツドの一方の側に供給するものである。
この反応剤は混合ヘツドではげしくかつ完全に他
の反応剤と混合され、そこから型（図示していな
いが混合ヘツドにすぐ隣接して設けられるもので
ある）に送られ、そこで液体から固体に変わる化
学反応が行われる。典型的にはポリウレタン用の
反応剤はポリオールや、ジイソシアネート又はイ
ソシアネート発生剤等のイソシアネートである。
望ましくは本発明の核生成系は乾燥窒素をポリオ
ールに加えるのに用いられる。
ガスと液体の混合物、即ち核生成された液体は
混合用貯留器５から循環ポンプ６に送られそこか
ら導管７を介して混合ヘツド８に送られる。混合
の間に反応剤は混合ヘツド内に入りそれは前述の
ように混合され反応する。他の時点では循環作用
が行われ、この場合は混合ヘツドを出て導管１０
を介し計測ポンプ１１を通り戻に用導管１２を介
して貯留器に戻る循環が行われる。注入用のボー
ル弁１４，１５が望ましくは各々混合ヘツドの入
口と循環系統内に用いられる。
混合用の貯留器５は、可変速の撹拌装置１７と
混合物の頂部に乾燥ガスの覆い１８を作る装置と
を有している。この覆いの目的は混合物からの脱
気を最少にすることである。望ましくはガスはガ
ス貯槽、典型的には加圧ガスシリンダ２０から通
常の調圧器２１及びリリーフ弁２２を介し管路１
９を通して供給される。必要であれば、計器２４
の如きタンク圧力表示器を供給管路１９に設けて
もよい。望ましくは覆い形成用のガスと核生成と
は同じ組成（例えば窒素又は乾燥空気）である。
多孔分散管すなわち気泡放出管２８は循環する
ガスと液体の混合物内に核生成ガスを泡として加
えるもので、循環用ボール弁１５と貯留器５との
間で循環管路１２内に設けられている。多孔分散
管は流入系統２９から間欠的にガスの供給を受け
る。該系統は主要構成要素として、望ましくなソ
レノイド弁である核生成制御弁３０と核生成用ガ
ス供給タンク３１とを含む。ガスはタンク（容器
２０と同様に鋼製のシリンダであることが望まし
い）から抽出され、一般的構成の調圧器及び計器
のアツセンブリ３２を介し、核生成制御弁３０、
流量計３３（そのうちベンチユリが図示されてい
る）、及びチエツク弁３４を通り、前述の如き順
序で配置された多孔分散管２８に至る。核生成用
流量制御弁３６及び低流量制御弁３８は各々制御
弁３０に対し直列と並列にそれぞれ接続されてい
る。調圧アツセンブリ３２の下流の核生成ガス圧
力は貯留器５内の覆いの圧力より大きくされ、多
孔分散管２８を介して貯留器５に向うガスの流れ
がチエツク弁３４を開いてそのように流れること
を確実にしている。
当技術分野では周知のように、反応のため少く
も１つの他の液体が混合ヘツドに供給される。こ
の他の液体は当技術分野で周知なように導管４０
を介し供給され導管４１によつて循環されること
が略示されている。
核生成、即ち供給タンク３１から多孔分散管２
８への核生成ガスの流れは後述するように核生成
制御弁３０を操作するための装置によつて調整さ
れる。この装置はその望ましい使用用途において
は、弁３０を、ある範囲における無数の制御位置
のうちの一つの位置に動かすのではなくそれを開
いたり閉じたりする。この装置において流れの望
ましい速度は、弁３６か低流量弁３８あるいはそ
の両方を手操作で調整することによつて得られ
る。核生成弁３０の操作は後により詳しく述べる
ように、循環系統内の計測ポンプ１１を含む部分
に閉じ込められた混合物のサンプルの圧縮性に応
じて行われる。このポンプは所定量のサンプルを
計量してとり込むように作用する計量ポンプを利
用することもできる。この計量の作用をなすポン
プ自体は公知で、米国特許第3908862号、第
3984510号、第4008829号及び第4090695号の各明
細書のいずれにもより詳しく説明されている。
制御装置は、設定点５２を手操作で得る種々の
手段を有した操作パネル５０と、第２図により詳
しく説明されている演算回路５４と、パネルに対
し動作を開始すべき時期を指示しこの動作に応答
し核生成制御弁３０に制御信号を送るプログラム
可能な制御装置５５と、一般的なラツク・ピニオ
ン式の移動距離計で電気的読出し信号を生ずる計
測プランジヤ５８用の位置変換器５７と、前述の
要素50〜57により制御されたピストン５８をシリ
ンダ５９（計測ポンプ１１は５８と５９を有して
いる）内で移動させる装置と、ポンプ１１内の流
体圧を感知する圧力変換器６０とを有する。
第１図に示すように設定点５２は、サンプル時
間と、開始位置XPと、圧力Ｐ１及びＰ２と、基
準移動距離ΔXRとを含む。作動時、サンプル用
タイマは設定時間が過ぎると次に示す動作を開始
させる。
以下に、第１図及び第２図に示した装置の作動
順序を要約して示す。
タイマの設定時間が経過すると、制御装置５５
がピストン５８（通常はシリンダ５９内に移動す
る）を始動位置XPにまで動かす。
ボール弁１４，１５が閉じ、核生成流体のサン
プルを閉じ込める。
モノマーの圧力が＜Ｐ１となるまで（これは核
生成減圧と称される）ピストン５８がシリンダ１
１から出る方向に後退し、そこで運動方向を自動
的に変えてシリンダ内への前進を開始する。
ピストン５８が次いで制御された速度で前進す
る。このとき５９内のモノマーの流体圧がＰ１と
なつたとき、Ｘ１を検知しそれをストアし、５９
内のモノマーの流体圧がＰ２となつたとき、Ｘ２
を検知しそれをストアする。
流体圧が安全基準圧より小さくなるまでピスト
ン５８を後退させ、ボール弁１４，１５を開き、
ピストン５８を元の位置に戻す。
検知されたΔX即ちXS即ち（X2−X1）を基準
値のΔXと比較し、検知されたΔXが基準ΔXより
小さいとき核生成弁３０を開き逆のとき弁３０を
閉じる。
装置は測定の手順をくり返す前にタイマの設定
時間が経過するのを待つ。
第１及び第２図はパネル５０の一部を成すタイ
マ６１が入力端６２と出力端６３を有するのを示
す。このタイヤ６１はアラーム付時計の如きもの
で、即ちサンプリングの時間間隔が測定されると
（時間間隔の残り時間がゼロすなわち時間間隔の
全時間が経過すると）、動作が開始するようにな
つている。
望ましい具体例では、自由作動タイマ６１が周
期的に制御装置５５にサンプリングのプログラム
を実行すべきことを命ずる。自由作動とは、サン
プリング間の予め定めた間隔を操作者がセツトで
きるものである。典型的には、サンプリングの間
隔は２分毎から４分毎で、個々のシステムの特性
によりいく分変わる。３分毎が望ましい。タイマ
は自動的にそれ自身のリセツトを行い、タイミン
グの間隔が経過しサンプリングの順序を制御装置
とを始動させると再び元の状態に戻り同じことを
くり返す。
制御装置５５のソフトウエアは、注入が途中で
あると即ちシリンダ１１において注入ストローク
の途中にある場合タイマ６１がサンプリングを命
ずることを阻止する。換言すれば、サンプリング
は次の時期までとび越され、即ちサンプリングは
循環時（弁１４，１５が開いて混合ヘツド８のプ
ランジヤが混合室への流入を阻止する時）におい
てのみ生ずる。
自由作動タイマ６１の使用はソフトウエアを簡
単にするが、注入の後毎に制御装置５５がサンプ
リングを命ずるように、又はそれを数回の注入の
後毎にあるいは循環時に命ずるように、あるいは
動作を基準にサンプリングを行うのではなく時間
を基準としてそれを行うようにタイマをリセツト
するようにした他の方法も可能である。
第３図は、ストロークΔXと流体及びガス混合
物に連行されたガスの体積パーセントとの関係の
曲線である。典型的には連行されるガスは約15％
から約25％で、以下に示す寸法の標準の計測ポン
プを用いた場合計測ポンプのストロークΔX（Ｐ
１とＰ２の間の距離）約19〜51mm（約0.75から
2.00インチ）の範囲にある。
プランジヤ直径……12.7cm（５インチ） プランジヤ最大ストローク…45.7cm（18イン
チ） 弁１４（第１図）から混合ヘツド８、導管１
０、室５９、弁１５に至る系の容積は最大排出量
の約２倍を見込まれており、従つて２×45.7×
12.72／４π（cm3）＝11572（cm3）（２×18×５×５／
４π （in3）＝706.86（in3））である。
制御に関しては、もしΔXが19mm（0.75インチ）
であると、ガスの含有量は14.5％であることが示
されている。もし20％のガス含有量が望まれる場
合、20％に対する基準のΔXは28mm（1.1インチ）
であり、従つてさらにガスが要求され弁３０が開
いたままにすることを比較器９９が要求する。
測定及び制御のサイクルの次の段階で約28mm
（約1.1インチ）のΔXによつて20％のガス含有量
が達成されたか否かが測定される。
一方ΔXが28mm（1.1インチ）よりも長くなつて
多すぎるガス含有量が示された場合、多孔分散管
におけるガスの流れは遮断され、ガス含有量の調
整はいくつかのフアクタあるいは動作のうちの１
つあるいは複数によつて行われる。これらは貯留
器５内の混合物の脱気や、それへの液体のみの追
加である。
一たびタイマ６１の設定時間が過ぎると、制御
装置５５はまずピストン５８を初期位置XPに動
かす。通常はこれはピストン５８をシリンダ５９
内に前進させることを要求し、弁１４，１５が閉
じた状態であればサンプリングを圧縮する。しか
しこれらは望ましくはピストンが初期位置に達す
るまでは閉じられない。初期位置に達すると変換
器５７によつて位置信号が生じこれは位置決め系
統の端子６４（第２図左上参照）に加えられ、そ
こから初期位置用（又は第１の）比較器６５の端
子６４に加えられそこで初期位置用の設定点値
XS（を表わす信号）と比較される。この設定点値
を表わす信号は端子６６に加えられる。比較器６
５がXP＝XSを示すと、これはゼロ値が（即ち２
つの入力の差がゼロ）出力端６７に現われること
により行われ、これは次いでリレードライバ及び
リレー６８，６９に送られる。これらは端子６９
Ａ，６９Ｂに信号を生じこれは制御装置５５がピ
ストン５８を制御するための入力として与えられ
る。図示の実施例では、リレー６９はスイツチと
して作用しリレー接点６９Ｃを開閉し５５にオ
ン・オフ設定点を与える。
サンプル用タイマ６１がサンプリングの順序を
開始しピストン５８が初期位置（第１図）に移動
すると、次の段階として制御装置５５からの信号
に応答しボール弁１４，１５が閉じる。これは核
生成流体のサンプルが閉じ込められる作用をな
す。このサンプルに対しさらにその他の作用が行
われ、その構成あるいは組成が制御信号及び撹拌
装置２８において液体に加えられるガスの量を決
定するのに助けとなる。
ボール弁がサンプルを閉じ込めると、作動がＰ
１より低い圧力から始まることを確実にするため
減圧段階が要求される。シリンダ５９の圧力がＰ
１になる位置Ｘ１を決定することを試みている場
合、制御装置５５により行われる減圧段階はピス
トン５８がサンプルの圧力がＰ１より小さくなる
まで後退することを要求する。従つて減圧は５９
内のサンプルの圧力がＰ１より下がつたときに終
る。即ち第１図でXOで示した位置でありこの圧
力はプログラムされているがその位置がプログラ
ムされているのではない。この系はこれで減圧さ
れた。
制御装置５５は次いでピストン５８を制御され
た速度で前進させる。この速度の１つあるいは複
数の値を示唆するシステムの寸法及びパラメータ
の例が以下に示される。
プランジヤの閉じ込められたサンプル内への前
進は圧縮によつてサンプルの流体圧力を増大さ
せ、圧力変換器は圧力を表わす信号を生ずる。シ
リンダの実際の圧力の信号は端子７０に加えられ
そこから第２及び第３の比較器７２，７４に送ら
れる。第２の比較器７２において、シリンダの圧
力は端子７５に送られた設定点Ｐ１の信号と比較
され、２つが等しいと出力信号がリレードライバ
及びリレー７７，７８を介し端子８０に加えられ
これはその信号を制御装置５５に送る。この時点
でシステムはプランジヤの位置Ｘ１（即ち比較器
によつて圧力がＰ１である設定点に等しいと判つ
たときＸ１の位置をとる）を確認することによつ
て応答する。Ｘ１の信号はサンプル保持システム
３３の端子８２に加えられその後演算比較増幅器
８４（代数和の作動増幅器として知られている）
に加えられΔXSを決定する。
このように、圧力変換器６０が信号を端子７０
にかつそこから第３の比較器７４に送りそれを端
子７６からの設定点Ｐ２と比較すると第２の重要
な要素が泣定される。Ｐ２の実際の値とＰ２の設
定点とが比較器７４により等しいとされると、こ
れはリレードライバ８６、リレー８８、リレー出
力端子８８Ａ，８８Ｂを介して出力信号を制御装
置５５に送り、これは位置Ｘ２を認識しそれを第
２のサンプル保持システム９２の端子９０に加え
る。Ｘ２は言うまでもなく圧力Ｐ２が設定点Ｐ２
に等しくなつたときのプランジヤの位置である。
上述の（かつ望ましい）システムに用いられた
全ての比較器６５，７２…９９はアナログ入力を
受けデジタル出力を提供するものであり、また乱
調（hunting）を減じあるいは無くして作動の安
定性を高めるため無効バンドを有するものであ
る。無効バンドの技術は制御の技術実務では周知
で、ここでは比較器の各々が、２つの入力が上述
のように全く同じではなく一方が他を予め定めた
大きさだけ上回る（即ち一方の入力が無効バンド
を越えなければならない）までは出力が生じない
よう設計されていることを意味する。従つて、こ
こで説明しまた特許請求の範囲に記載した発明
は、信号の同一を示す語句の中に、ここで説明し
た無効バンドの技術により行われるような実際上
行われる変形によつて１つの入力信号がわずかに
他を上回るというような実際上の現象も含む。
Ｘ１及びＸ２の値がそれらのサンプル保持シス
テムに加えられると、これらの各々を表わすもの
からの信号は演算比較増幅器８４の端子９４，９
５に加えられ、これは次いでΔXSを決定し（即
ち実際に動いた距離を表わす信号を生ずる。それ
を増幅器９７に加え信号を正しい電圧レベルに変
えまた系の減衰度に対し修正する。増幅器９７か
らの出力は依然ΔXSを表わし、それは比較器９
９の入力端子９８に加えられ、該比較器はそれを
ΔXに対する設定点の値でΔXRと名付けられ端子
１００に加えられているものと比較する。
ΔXRがΔXSより大きいと、核生成弁３０は開
き、また逆のことが生じサンプリングされた値が
基準値より大きいと核生成用弁３０は閉じられ
る。第２図から明らかなように、比較器９９から
の出力制御信号はリレーシステム１０５，１０６
（端子１０６Ａ，１０６Ｂ及び接点１０６Ｃを含
む）を介しプログラム可能の制御装置５５に加え
られ、これは核生成用の弁３０を操作する信号を
生ずる。
表示システム１１０（第２図の右上）を必要に
応じ用意できる。
前述の如く、システムはＸ１とＸ２が得られた
後は制御位置５５の制御のもとで作動に戻る。こ
れは上述の計算とその結果の弁３０の制御作用は
RIM法のために意図されたシステムの作動と時
間的に平行して即ち同時の時間的ベースで行うこ
とができるからである。従つてピストン５８をシ
リンダ内で満足のいく流体圧力（望ましくは導管
７，１２の圧力の中間の圧力）が得られるまで後
退させ、次いでボール弁１４，１５を開くことが
望ましい。望ましくは、５９内の流体圧は混合ヘ
ツド８から流入する混合流体の循環圧力より大き
くならないようにする。
上述したものの全てが完了した後、反応注入型
成形のサイクルの他の工程が行われる。他の工程
とは、混合、注入、硬化等として周知のもので、
本発明の構成要素となるものではない。重要なこ
とは、タイマの時間がたつと、測定のサイクルが
なされ、次にサンプリング及び核生成制御弁の制
御がなされるまでは他の工程が行われるというこ
とである。
【図面の簡単な説明】
第１図は循環型のRIM装置における液体反応
剤用のシステムに応用した本発明のガスと液体の
混合物の圧縮性を示す制御信号を生ずる装置の略
図；第２図は第１図のプログラム可能な制御装置
及び他の部分に対する入出力と共に演算回路を示
す線図；第３図は圧縮性の曲線で、横軸にΔX即
ち予め定めた２つの圧力Ｐ１及びＰ２の間のプラ
ンジヤのストーロクをとり、縦軸に絶対圧で１気
圧において測つた液体混合物中に連行されたガス
の体積パーセントをとつたもので、この曲線はシ
ステムの体積、流体混合物、比重量、ガスの圧縮
性、温度、及び他の要因で変化し得るものであ
る。 ７，１０，１２……第１から第３の導管、８…
…混合ヘツド、１１……計測ポンプ、１４，１５
……ボール弁、２０……液体の供給源、２８……
多孔分散管、３０……ガス用の制御弁、３４……
チエツク弁、５０……操作パネル、５５……制御
装置、５８……プランジヤ、５９……シリンダ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ガスと液体の混合物の圧縮性を示す制御信号
    を生ずる装置であつて、 前記混合物を閉じ込めるためのシリンダ５９
    と； 前記シリンダ内で往復運動できるように設けら
    れたプランジヤ５８と； 前記プランジヤ５８を前進させ前記シリンダ５
    ９内の前記混合物を圧縮させる装置と； 前記シリンダ５９内の圧力を予め定めた第１の
    圧力からそれより大きい予め定めた第２の圧力ま
    で変化させるための前記シリンダ５９内における
    プランジヤ５８の実際の前進量を示す実際の距離
    の信号を生ずる装置と； 前記プランジヤの予め定めた前進量を示す設定
    点信号をストアしかつ提供する装置と； 前記設定点信号を前記実際の距離の信号と比較
    しその比較に応じた制御信号を生ずる装置と； を有する制御信号発生装置。
JP57186645A 1982-02-01 1982-10-23 ガスと液体の混合物の圧縮性を示す制御信号を生ずる装置 Granted JPS58133828A (ja)

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US344379 1982-02-01

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