JPH11128709A

JPH11128709A - 高粘度材料とガスの混合吐出装置及びピストンポンプ

Info

Publication number: JPH11128709A
Application number: JP9294285A
Authority: JP
Inventors: Shinji Okuda; 伸二奥田; Masaharu Takada; 正春高田; Yasuyuki Yoshimoto; 恭之義本
Original assignee: Sunstar Engineering Inc; Uni Sunstar BV
Current assignee: Sunstar Engineering Inc; Uni Sunstar BV
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1997-10-27
Publication date: 1999-05-18
Anticipated expiration: 2017-10-27
Also published as: JP3226856B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、高粘度材料とガスの連続定量
吐出を実現する。【解決手段】ピストンがシリンダー内を往復直線移動
することにより、吸入工程及び吐出工程を行う４つのピ
ストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄをマニホールド構造の配管
系により、所定圧力のガスを供給するガス供給装置１０
及び所定圧力の高粘度材料を供給する材料供給装置１１
に各々接続する。各ピストンポンプには、ガス供給制御
用のニードル弁５０Ａ〜５０Ｄと、高粘度材料の供給制
御用のニードル弁５１Ａ〜５１Ｄと、混合物の吐出制御
用のニードル弁５２Ａ〜５２Ｄとを設置する。各ピスト
ンポンプは、いずれかのピストンポンプの吐出工程が終
了する時点の直前で次のピストンポンプの吐出工程が開
始するように制御される。これにより、高粘度材料とガ
スの連続定量吐出が可能となる。また、定流量シリンダ
ーを別途設ける必要が無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高粘度材料とガス
の混合吐出装置及びピストンポンプに係り、より詳しく
は、例えば現場成形ガスケット又は空隙部への充填発泡
体を形成するための高粘度材料とガスの混合物を、連続
的に定流量で吐出することが可能な高粘度材料とガスの
混合吐出装置及びこれに用いられるピストンポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高粘度材料の発泡方法とし
て、ガスの混合方法（特開昭６３−２６４３２７号）や
ガスの混合制御方法（特開平３−１８１３５０号）が提
案されている。しかし、上記混合方法はいずれも、高粘
度材料とガスを混合するために、高粘度材料及びガスを
加熱し、高圧でパワーミキサーに送り込まなければなら
ない。このような高圧ガスは流量制御が困難であり、し
かも、大気圧時には流量誤差が拡大されるので、高粘度
材料とガスの混合比率に大きなばらつきが生じ、発泡状
態が不安定となって均一な発泡を得るのが困難であると
いう問題があった。

【０００３】そこで、シリンダーとピストンを備え、該
ピストンの移動により吸入工程及び吐出工程を行うピス
トンポンプを用いた技術が提案された（特願平０９−８
２５５６）。この技術は、吸入工程のときにシリンダー
内に低圧ガスを供給し、ピストンが吸入端にあるときに
高粘度材料を供給し、その後、ピストンを吐出端に移動
させてガスと高粘度材料の混合物を吐出させる制御を行
う。この技術によれば、流量制御の容易な低圧ガスを、
一定容量のシリンダー内に充填してから、高圧の高粘度
材料を供給するため、混合比率のばらつきが少なくな
り、発泡状態を均一にすることができる。

【０００４】なお、この技術では、２つのピストンポン
プを用い、一方のピストンポンプの吐出工程の終了後に
他方のピストンポンプの吐出工程を開始する制御を行っ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
願平０９−８２５５６に記載の技術では、２つのピスト
ンポンプにより交互に実行される吐出工程の間に混合物
が吐出されない切れ目の時間帯が存在するため、混合物
の流量が多くなったり少なくなったりする脈動が発生す
るという問題が生じる。そこで、混合物を連続的に定量
で吐出するためには、ピストンポンプの吐出側に流量を
一定にするための定流量シリンダが必要となる。

【０００６】また、上記技術では、最大流量を増加させ
る場合、１つのピストンポンプ当たりの吐出量すなわち
シリンダー容量を増やす必要があるが、シリンダー容量
を増やした場合、寸法が大きくなって吸入工程と吐出工
程のサイクル時間が長くなるため、流量の増加に頭打ち
傾向があるという問題点、また高粘度材料とガスの混合
の均一性が悪くなるという問題点が発生する。

【０００７】さらに、上記従来技術では、低圧ガスの供
給制御用のニードル弁を閉じてから、高圧の高粘度材料
をシリンダー内に供給するため、ニードル弁の制御トラ
ブルが発生した場合、高粘度材料がガス供給制御用のニ
ードル弁から逆流して、ガス回路を破壊するおそれがあ
る。

【０００８】本発明は、上記事実に鑑みなされたもの
で、ガスの混合比率を容易に制御して高粘度材料とガス
の混合比率のばらつきを少なくするという上記従来技術
の利点を継承すると共に、均一性の優れた混合物の連続
定量吐出を簡単な装置構成で容易に可能とする高粘度材
料とガスの混合吐出装置及びピストンポンプを提供する
ことを目的とする。

【０００９】また、本発明の他の目的は、制御トラブル
発生時などでも高粘度材料のガス回路への逆流を防止し
た高粘度材料とガスの混合吐出装置及びピストンポンプ
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、シリンダー内をピストンが往復
移動して吸入工程と吐出工程とを行うことが可能な３以
上のピストンポンプと、前記シリンダー内に所定圧力の
ガスを供給可能なガス供給手段と、前記シリンダー内に
所定圧力の高粘度材料を供給可能な高粘度材料供給手段
と、前記３以上のピストンポンプの各々に対し、前記吸
入工程で前記ガスを供給し、前記吸入工程の後で前記高
粘度材料を供給し、前記高粘度材料の供給の終了後に前
記吐出工程を行って前記ガス及び前記高粘度材料を吐出
させると共に、連続定量吐出が可能となるように、各ピ
ストンポンプの吐出工程に時間差を設けて制御する制御
手段と、を含んで構成したものである。

【００１１】ここで、高粘度材料としては、接着剤、隙
間充填用シーリング材、コーディング材、現場発泡形成
用ガスケット材、空隙部への充填発泡材、断熱材、クッ
ション材（緩衝材）などがあり、湿気硬化性材料、熱硬
化性材料、反応硬化性材料、ホットメルト材料などが挙
げられる。また、ガスとしては、炭酸ガス、窒素ガス、
空気などを用いることができる。

【００１２】請求項１の発明では、３以上のピストンポ
ンプを有しており、しかも、連続定量吐出が可能となる
ように、各ピストンポンプの吐出工程に時間差を設けて
制御する。例えば、請求項２の発明のように、いずれか
のピストンポンプの吐出工程が終了する時点付近で他の
ピストンポンプの吐出工程を開始するように制御する。
また、連続定量吐出が可能となる範囲内でペアとなるピ
ストンポンプを同時並列運転したり、吐出工程を重ね合
わせて運転するようにしてもよい。すなわち、本発明
は、ポンプ流量の脈動を抑え、混合物の連続定量吐出が
可能とするものである。これにより、定流量シリンダー
を設ける必要がなくなり、装置を簡素化できる。さら
に、小さいシリンダー容量であっても３以上のピストン
ポンプが連続的に混合物を吐出するため、最大吐出量の
確保と、高粘度材料とガスの均一混合性の向上と、を高
いレベルで両立することができる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の前記３以上のピストンポンプが、前記ガスの供給制御
用のニードル弁と、前記高粘度材料の供給制御用のニー
ドル弁と、高粘度材料とガスの混合物の吐出制御用のニ
ードル弁と、を各々有しており、前記ガスの供給制御用
のニードル弁及び前記高粘度材料の供給制御用のニード
ル弁を前記吸入工程のストローク端部の近傍に、前記吐
出制御用のニードル弁を前記吐出工程のストローク端部
に配置したことを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明では、前記ガスの供給制御
用のニードル弁を前記吸入工程のストローク端部（上死
点）の近傍に配置したため、吐出工程において、ピスト
ンが上死点から下死点に至るまでの間の早い時点でガス
供給制御用のニードル弁の開口部がピストンにより塞が
れ、該時点以降において上記ニードル弁の制御トラブル
が発生した場合でも、ガス回路への高粘度材料の逆流を
確実に防止することができる。

【００１５】また、請求項３の発明では、前記高粘度材
料の供給制御用のニードル弁を前記吸入工程のストロー
ク端部（上死点）の近傍に配置したため、ガスの偏りを
防止し、混合物の均一性を向上することができる。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
のいずれか１項の前記３以上のピストンポンプが、前記
ガスの供給制御用のニードル弁と、前記高粘度材料の供
給制御用のニードル弁と、高粘度材料とガスの混合物の
吐出制御用のニードル弁と、を各々有しており、前記ガ
スの供給制御用のニードル弁に、該ニードル弁に備えら
れたニードルに対しシリンダー内周面の方向へ弾性力を
作用する弾性手段が設けられていることを特徴とする。

【００１７】請求項４の発明では、ガス供給制御用のニ
ードル弁に制御トラブルが発生した場合でも、弾性手段
の弾性力により、ニードルの先端部がシリンダー内周面
に保持されるので、ガス回路への高粘度材料の逆流を防
止することができる。

【００１８】請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４
のいずれか１項に記載の前記３以上のピストンポンプ
が、マニホールド構造を有する配管系によって、前記ガ
ス供給手段に接続された１つのガス供給配管と、前記高
粘度材料供給手段に接続された１つの材料供給配管と、
前記３以上のピストンポンプから吐出された高粘度材料
とガスの混合物のための１つの吐出配管と、に各々接続
されていることを特徴とする。

【００１９】請求項５の発明では、配管系にマニホール
ド構造を採用したことにより、ピストンポンプの段数に
関係なくガス供給配管、材料供給配管、及び吐出配管と
が各々１つで済むため、装置全体を小型化、簡素化する
ことができる。この場合、請求項６の発明のように、請
求項５の前記３以上のピストンポンプを、各々独立に、
追加及び取り外し可能とするようにすると、容易にピス
トンポンプを交換することができ、必要連続最大吐出量
に応じたピストンポンプの段数が自在に選択できる。さ
らに、ピストンポンプのオーバーホールも容易になるた
め、小型化とメンテナンス性とを両立することができ
る。

【００２０】請求項７の発明は、シリンダーと、前記シ
リンダー内で往復移動して吸入工程と吐出工程とを可能
とするピストンと、を有するピストンポンプであって、
前記シリンダーには、前記吐出工程のストローク端部に
吐出制御用のニードル弁が設けられ、かつ、前記吸入工
程のストローク端部の近傍には前記ガスの供給制御用の
ニードル弁と前記高粘度材料の供給制御用のニードル弁
と、がそれぞれ設けられたことを特徴とする。

【００２１】請求項７の発明では、前記ガスの供給制御
用のニードル弁を前記吸入工程のストローク端部（上死
点）の近傍に配置したため、吐出工程において、ピスト
ンが上死点から下死点に至るまでの間の早い時点でガス
供給制御用のニードル弁の開口部がピストンにより塞が
れ、該時点以降において上記ニードル弁の制御トラブル
が発生した場合でも、ガス回路への高粘度材料の逆流を
確実に防止することができる。

【００２２】また、請求項７の発明では、前記高粘度材
料の供給制御用のニードル弁を前記吸入工程のストロー
ク端部（上死点）の近傍に配置したため、ガスの偏りを
防止し、本発明のピストンポンプを混合物吐出装置に用
いた場合、混合物の均一性を向上することができる。

【００２３】請求項８の発明は、請求項７の前記ガスの
供給制御用のニードル弁には、該ニードル弁に備えられ
たニードルに対しシリンダー内周面の方向へ弾性力を作
用する弾性手段が設けられていることを特徴とする。

【００２４】請求項８の発明では、ガス供給制御用のニ
ードル弁に制御トラブルが発生した場合でも、弾性手段
の弾性力により、ニードルの先端部がシリンダー内周面
に保持されるので、ガス回路への高粘度材料の逆流を防
止することができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１に、本発明の第１実施形態に係る
高粘度材料とガスの混合吐出装置５の回路図を示す。同
図に示すように、混合吐出装置５は、ガス供給装置１
０、高粘度材料供給装置１１、ガス導入装置１２、及び
制御装置１９を含んで構成されている。

【００２６】このうちガス供給装置１０は、０．１〜５
Ｋｇ／ｃｍ²程度の範囲内、好ましくは０．１〜３Ｋｇ
／ｃｍ²程度の範囲内で調整された低圧力のガスを供給
する。本実施の形態においては、圧縮空気を供給するこ
とによって、膜分離式で窒素ガスを分離して取り出すよ
うに構成された公知の窒素ガス発生装置を用いる。その
ようなガス供給装置１０は、例えば図１に示すように、
図示しないコンプレッサからの圧縮空気を受け入れるポ
ート３１、フィルタ３２、膜分離モジュール３３、圧力
調整弁３４、及びガス流量計などを備えており、所定圧
力の窒素ガスを管路３６に送出する。

【００２７】また、高粘度材料供給装置１１は、高粘度
材料を１００〜３００Ｋｇ／ｃｍ²程度の範囲内、好ま
しくは１５０〜２５０Ｋｇ／ｃｍ²の範囲内で調整され
た高圧力で管路３７に送出する。本実施形態において
は、高粘度材料圧送用のポンプとして、フォアプレート
式のプランジャーポンプ４２Ａなどが用いられる。プラ
ンジャーポンプ４２Ａは、収納缶に充填された高粘度材
料ＭＶを高圧で管路３７に送出する。

【００２８】また、ガス導入装置１２は、順次、所定の
タイミングで動作する４つのピストンポンプ４５Ａ、４
５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄを備えている。これらのピストン
ポンプ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄには、シリンダ
ーと、ピストンとが各々備えられており、さらに該ピス
トンにピストン軸方向の駆動力を与えるための油圧シリ
ンダーＳ１Ａ、Ｓ１Ｂ、Ｓ１Ｃ、Ｓ１Ｄが設置されてい
る。これらの油圧シリンダーＳ１Ａ〜Ｓ１Ｄが往復動作
することにより、各々のピストンポンプのピストンがシ
リンダー内を往復直線移動して吸入工程と吐出工程とが
それぞれ行われる。なお、ピストンを往復直線駆動する
手段として、油圧シリンダーの代わりに、モータやエア
シリンダーなどを用いることもできる。

【００２９】ガス供給用の管路３６は、４本の管路に分
岐され、ガス供給制御用の弁５０Ａ〜５０Ｄを介してそ
れぞれピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄに接続されてい
る。また、高粘度材料供給用の管路３７も、４本の管路
に分岐され、高粘度材料供給制御用の弁５１Ａ〜５１Ｄ
を介してそれぞれピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄに接続
されている。これによりピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄ
は、高粘度材料供給装置１１から圧送される高粘度材料
ＭＶと、ガス供給装置１０から送出されるガスと、をそ
れぞれバッチ式に導入する。

【００３０】そして、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの
図示しない吐出口から吐出制御用の弁５２Ａ〜５２Ｄを
介して、各々の管路が延設されており、これら４本の管
路は、高粘度材料とガスの混合物吐出用の１本の管路４
４にまとめられる。すなわち、本実施形態では、材料吸
引、ガス吸引、混合物吐出の管路を１本にまとめ、それ
らを各ピストンポンプに各々分岐させるマニホールド構
造とすることができる。このようなマニホールド構造を
採用することによって、小型化、配管接続の容易化、混
合吐出装置のシンプル化を図ることができる。また、各
ピストンポンプを独立に交換可能なようにすれば、ピス
トンポンプなどのオーバーホールを容易に行うことがで
き、小型化とメンテナンス性を両立させることができ
る。さらに、マニホールド構造の配管系に、新たにピス
トンポンプを取り付けたり或いは取り外し可能なように
構成すれば、必要連続最大吐出量に応じた段数を容易に
選択できる。

【００３１】次に、第１実施形態に係るピストンポンプ
４５Ａ〜４５Ｄの構造を説明するが、これらの構造は互
いに同一であるので、一つのピストンポンプ４５Ａにつ
いてのみ説明する。

【００３２】図１及び図２を参照して、ピストンポンプ
４５Ａは、シリンダー４５１、シリンダー４５１内を密
に摺動するピストン４５２、及びシリンダー４５１に設
けられた３つの弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａを含んで構成
されている。なお、本実施形態では、弁５０Ａ、５１
Ａ、５２Ａを、いわゆるニードル弁とする。

【００３３】ニードル弁５０Ａは、管路を通って供給さ
れたガスのシリンダー内への供給を制御するための弁で
あり、吐出工程のストローク端部（下死点付近）の近傍
に設けられている。また、ニードル弁５１Ａは、管路を
通って供給された高粘度材料ＭＶのシリンダー内への供
給を制御するための弁であり、吸入工程のストローク端
部（上死点付近）の近傍に設けられている。ニードル弁
５２Ａは、高粘度材料とガスの混合物の吐出を制御する
ための弁であり、ピストンポンプ４５Ａにおける吐出工
程のストローク端部に設けられている。

【００３４】これらのニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２
Ａは、互いにほぼ同一の構造であり、ニードル４５３が
図示しない空気圧シリンダーにより駆動されて軸方向に
移動し（エア駆動方式）、ニードル４５３の先端部がシ
リンダー４５１の内周面又は端面に設けられた開口部４
５４を開閉する。弁本体には上記空気圧シリンダーの弁
室内に連通するポート４５５が設けられている。なお、
エア駆動方式以外に、カムシャフト等を用いて自動車エ
ンジンのようなシリンダー駆動方式を採用して動作させ
ることも可能である。

【００３５】ニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａが閉じ
た状態において、ニードル４５３の先端部はシリンダー
４５１の内周面又は端面と面一であり、ピストン４５２
との間のデッドスペースは実質的に零となっている。従
って、ニードル弁５０Ａ、５１Ａ、５２Ａが閉じた状態
においては、シリンダー４５１の内部に供給されたガス
又は高粘度材料の一部がそれらニードル弁５０Ａ、５１
Ａ、５２Ａの弁室などに入り込んで滞留することがな
く、ニードル弁５２Ａが開いて吐出工程が行われると、
シリンダー４５１の内部に供給されたガス及び高粘度材
料の全部が吐出される。ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄ
のシリンダー容量（吐出容量）は、ピストン４５２の直
径とストローク（移動距離）によって定まる。本実施形
態において、ピストン４５２の直径は１６ｍｍ、ストロ
ークは１２５ｍｍであり、容量は２５ｃｃである。

【００３６】制御装置１９は、各ピストンポンプ４５Ａ
〜４５Ｄのシリンダー内に、吸入工程においてガスを供
給し、吸入工程の後に高粘度材料ＭＶを供給し、高粘度
材料ＭＶの供給の終了後に吐出工程を行ってガス及び高
粘度材料を管路４４に吐出するように、油圧シリンダー
Ｓ１Ａ〜Ｓ１Ｄ及びニードル弁５０Ａ〜５０Ｄ、５１Ａ
〜５１Ｄ、５２Ａ〜５２Ｄを各々制御する。その際、制
御装置１９は、後述する所定のタイミングで各ピストン
ポンプが上記工程を実行するように制御する。

【００３７】次に、第１実施形態に係る混合吐出装置５
の作用を説明する。

【００３８】図１のポート３１には、圧縮空気が供給さ
れ、ガス供給装置１０からは圧力調整弁３４により調
整、設定された圧力値のガスが管路３６に供給されてい
る。また、プランジャーポンプ４２Ａが制御され、必要
に応じて所定の高圧力の高粘度材料ＭＶが高粘度材料供
給装置１１から管路３７に供給されている。

【００３９】ここで、図３のタイミングチャートを用い
て、ピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄの吸入工程及び吐出
工程の１サイクルの動作を説明する。なお、図３のＮＶ
１、ＮＶ３、及びＮＶ５は、それぞれニードル弁５０Ａ
〜５０Ｄ、ニードル弁５１Ａ〜５１Ｄ、及び５２Ａ〜５
２Ｄを示すものとする。

【００４０】図３に示すように、ピストンポンプ４５Ａ
において、ピストン４５２が吐出端から吸入端まで移動
し、吸入工程を行う。この間において、ピストン４５２
の移動が開始されてから時間Ｔ１を経過した後にニード
ル弁５０Ａ（ＮＶ１）が開き、ガスが供給される。時間
Ｔ１は１〜２秒程度であり、この間においてはシリンダ
ー４５１の内部は負圧となる。

【００４１】ピストン４５２が吸入端に至った後、しば
らくしてからニードル弁５０Ａ（ＮＶ１）が閉じる。従
って、吸入工程が終了すると、シリンダー４５１の内部
は調整された圧力のガスが充填された状態となる。な
お、１回の吸入工程でシリンダー４５１内に吸入される
ガスの量はガス流量計３５により計測されており、設定
値よりも少ない場合には制御装置１９から警報が出され
る。このように、吸入工程におけるガスの供給量は制御
装置１９によって監視されている。

【００４２】ニードル弁５０Ａ（ＮＶ１）が閉じてから
時間Ｔ３が経過した後、ニードル弁５１Ａ（ＮＶ３）が
開く。時間Ｔ３は０．１〜０．５秒程度であり、これに
よってニードル弁５０Ａと５１Ａとが同時に開くことが
防止される。ニードル弁５１Ａ（ＮＶ３）が開いている
時間Ｔ４の間に、高粘度材料供給装置１１から高粘度材
料ＭＶが供給され、シリンダー４５１の内部に充填され
る。高粘度材料は高圧であるから、シリンダー４５１内
に先に充填されていた低圧のガスはその圧力比に等しい
割合で圧縮され、その結果、容積がほぼ無視できる程度
になる。

【００４３】例えば、ガスが１Ｋｇ／ｃｍ²、高粘度材料
が２００Ｋｇ／ｃｍ²とすると、ガスの容積は約１／２
００となる。この場合は、シリンダー４５１の容積に等
しい量の高粘度材料と、同容積の１Ｋｇ／ｃｍ²のガス
とが混合することになる。なお、シリンダー４５１の容
積と同じ容積の１Ｋｇ／ｃｍ²のガスは、シリンダー４
５１の容積の２倍の大気圧（圧力０Ｋｇ／ｃｍ²）のガ
スと等価である。つまり、１Ｋｇ／ｃｍ²のガスを供給
するということは、吸入工程においてガスを供給するま
ではシリンダー内の圧力は略−１Ｋｇ／ｃｍ²の負圧で
あるが、ガスを供給して＋１Ｋｇ／ｃｍ²の圧力に加圧
することに相当する。従って、ガスを大気圧に換算した
ときのガスと高粘度材料との混合比率Ｒは、２対１であ
る。ガスの供給圧力をＰ１として一般化すると、混合比
率Ｒは（Ｐ１＋１）対１となる。つまり、ガスの供給圧
力Ｐ１を調整することによって、混合比率Ｒを容易に調
整し又は制御することができる。

【００４４】また、これらのガスと高粘度材料とが混合
し且つ分散状態となった後で大気中に吐出して発泡させ
た場合には、容積は３（＝１＋２）倍となる。つまり、
この場合の発泡倍率Ａは「３」となる。ガスの供給圧力
をＰ１として一般式で表すと、発泡倍率は（Ｐ１＋２）
となる。

【００４５】ニードル弁５１Ａ（ＮＶ３）が閉じてから
時間Ｔ５を経過した後に、ニードル弁５２Ａ（ＮＶ５）
が開き、ピストン４５２が吸入端から吐出端まで移動
し、吐出工程を行う。時間Ｔ５は０．１〜０．５秒程度
の範囲内である。吐出工程の間において、ニードル弁５
０Ａ、５１Ａは閉じており、そのニードル４５３の先端
部はシリンダー４５１の内周面と面一であるので、そこ
にデッドスペースはなく、シリンダー４５１内に充填さ
れたガスと高粘度材料の全部がニードル弁５２Ａ（ＮＶ
５）の開口部４５４から吐出される。吐出工程が終了し
て時間Ｔ６が経過した後に、次の吸入工程が開始する。
時間Ｔ６は０．１〜０．５秒程度の範囲内である。

【００４６】以上のように個々のピストンポンプ４５Ａ
〜４５Ｄは、図３のタイミングチャートに従って吸入工
程及び吐出工程を各々制御される。次に、ピストンポン
プ４５Ａ〜４５Ｄ全体の制御順序を図４のタイミングチ
ャートを用いて説明する。

【００４７】図４のタイミングチャートでは、ピストン
ポンプ４５Ａ〜４５Ｄの各々が、図３のサイクルを連続
的に繰り返し動作している状態が示されている。同図に
示すように、ピストンポンプ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、
４５Ｄの順序で運転が開始され、各ピストンポンプの吐
出工程が実行される時間帯に時間差が設けられている。
図４の例では、直前に吐出工程を開始したピストンポン
プの吐出工程が終了する直前に、次に続くピストンポン
プの吐出工程が開始されるように各ピストンポンプが運
転される。すなわち、直前に吐出工程を開始したピスト
ンポンプの吐出工程の終了時刻をｔ_e、その次に吐出工
程を開始するピストンポンプの吐出工程の開始時刻をｔ
_sとすると、ｔ_s＝ｔ_e−△ｔとなる。ただし、△ｔ（＞０）は、個々のピストンポン
プの１サイクル時間の固有差により任意好適に設定され
る時間長であり、吐出工程の時間長に比べて十分に短い
ものとする。

【００４８】このような制御により、これらのピストン
ポンプの吐出工程が、４５Ａ→４５Ｂ→４５Ｃ→４５Ｄ
→４５Ａ→４５Ｂ→．．．．．．の順序で連続的かつ周
期的に運転されることとなるので、吐出工程に切れ目が
なくなり、混合吐出装置全体で混合物の連続吐出が可能
となる。図４の吐出量の時間変化のグラフに示すよう
に、ピストンポンプ４５の吐出工程が開始される時刻ｔ
₀以降では、ほぼ一定の吐出量ｖ₀でガスと高粘度材料の
混合物が吐出される。

【００４９】各ピストンポンプから吐出された混合物
は、順次、管路４４へ流れ、図示しないノズル口から吐
出され、このときにガスが膨張して発泡する。該ノズル
を所定の軌跡で移動させることによって、発泡した高粘
度材料ＭＶは所定形状に塗布され又は成形される。

【００５０】なお、制御装置１９は、混合物吐出装置５
の全体を制御し、発泡倍率Ａが設定された値となるよう
に高粘度材料ＶＭを吐出させる一連の工程をオンライン
制御する。ここで、発泡倍率Ａは次式で定義される。

【００５１】発泡倍率Ａ＝Ｖ₁／Ｖ₀ ただし、Ｖ₁：発泡後の高粘度材料の単位質量当たりの体
積（大気開放時）Ｖ₀：発泡前の高粘度材料の単位質量当たりの体積である。

【００５２】混合物吐出装置５においては、発泡倍率Ａ
を例えば１〜４程度の範囲で設定可能とする。現場発泡
成形ガスケットの場合には、通常、２〜４範囲の適当な
値に設定する。

【００５３】本実施形態では、ガスの流量を実際に計測
して混合比率Ｒを制御するのではなく、図３のタイムチ
ャートに示すように、予め定められた時間内に、所定圧
力のガス及び高粘度材料を一定容量のシリンダー内に注
入するようにしたので、より正確な混合比率Ｒでガス及
び高粘度材料を混合することができる。よって、発泡倍
率Ａを高精度で制御することができ、発泡状態を均一化
することができる。特に、デッドスペースが実質的に零
で無視することができるピストンポンプ４５Ａ〜４５Ｄ
を用いているため、容量が正確となり、従って、混合比
率Ｒ及び発泡倍率Ａが正確となる。

【００５４】また、本実施形態では、高粘度材料供給用
のニードル弁５１Ａを、吸入工程のストローク端部近傍
に配置し、吐出工程のストローク端部までの経路を長く
しているため、供給された高粘度材料とガスとが、偏ら
ずに混合するという利点もある。

【００５５】さらに、本実施形態では、ガスと高粘度材
料の混合物の連続定量吐出が可能となったので、従来技
術のように、吐出量を一定に制御するための定流量シリ
ンダなどの設備を後段に配置する必要がなくなり、装置
全体を簡素化することができる。また、４つのピストン
ポンプを連続的に運転するので、混合物吐出装置５全体
の単位時間当たりの吐出量を増加させることができる。

【００５６】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態の混合物吐出装置を説明する。なお、第１の実施形
態と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な
説明を省略する。

【００５７】図５には、第２実施形態に係るピストンポ
ンプ４７Ａの構成が示されている。第２実施形態のピス
トンポンプが適用される混合物吐出装置の構成は、図１
において、ピストンポンプ４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、及
び４５Ｄの代わりに、図５のピストンポンプ４７Ａ、該
ピストンポンプと同様構成のピストンポンプ４７Ｂ、４
７Ｃ、及び４７Ｄにそれぞれ置き換えたものと同様であ
る。

【００５８】図５のピストンポンプ４７Ａでは、ガス供
給制御用のニードル弁５０Ａが、吸入工程のストローク
端部（上死点付近）の近傍に配置されている。この結
果、ニードル弁５０Ａは、第１の実施形態のように高粘
度材料供給用のニードル弁５１Ａと互いに異なるストロ
ーク端部に各々位置するのではなく、ニードル弁５１Ａ
とほぼ同じシリンダー高さに位置することになる。

【００５９】また、図５のピストンポンプ４７Ａでは、
ピストン４５２の直径は２０ｍｍ、ストロークは３２ｍ
ｍであり、容量は約１０ｃｃである。すなわち、第１実
施形態（ストローク１２５ｍｍ、シリンダー容量２５ｃ
ｃ）と比べて、ストローク及びシリンダー容量を小さく
している。

【００６０】次に、ガス供給用のニードル弁５０Ａの詳
細な構成を図６を用いて説明する。

【００６１】図６に示すように、ニードル弁５０Ａは、
図示しない空気圧シリンダーから空気が供給されるポー
ト４５５を有している。このポート４５５を介して供給
された空気の作用により、ニードル４５３が、軸線４５
８方向に移動する。また、ニードル４５３の後端部に
は、該ニードル４５３に対しシリンダー内周面の方向へ
弾性力を作用する弾性体４５７が設けられている（ノー
マルリターン方式のバルブ）。この弾性体４５７は、ニ
ードル４５７をニードル後方へ押し戻して弁を開ける力
に抗して、反対方向の弾性力を作用する。弾性体４５７
として、バネ、電磁コイルなどを用いることができる。
なお、図６のニードル弁５０Ａを第１実施形態に適用す
ることも可能である。

【００６２】なお、４連式のピストンポンプ４７Ａ〜４
７Ｄは、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示す配列のよう
に並べて配置することができる（第１実施形態も同
様）。ただし、図８（ａ）は、ピストンポンプ上部に設
けられた油圧シリンダー側からみた図、図８（ｂ）は、
ガス供給バルブ側からみた図である。油圧シリンダーや
各ニードル弁を独立して交換可能とすることで、オーバ
ーホールが容易となる。

【００６３】次に、第２実施形態の作用を説明する。

【００６４】まず、図７のタイミングチャートを用い
て、ピストンポンプ４７Ａ〜４７Ｄの吸入工程及び吐出
工程の１サイクルの動作を第１実施形態の動作（図３）
と比較しながら説明する。

【００６５】図７に示すように、ピストンポンプ４７Ａ
において、ピストン４５２が吐出端から吸入端まで移動
し、吸入工程を行う。この間において、ピストン４５２
の移動が開始されてから時間Ｔ７を経過した後にニード
ル弁５０Ａが開き、ガスが供給される。ここで、ニード
ル弁５０Ａが吸入工程のストローク端部近傍に配置され
ているので、ピストン位置が吸入端近傍となったとき
に、ガス供給が開始されて、時間Ｔ８の間継続する。ま
た、ピストンストロークが短くなっているので、図３の
タイミングチャートと比較して吸入工程に要する時間及
び後述する吐出工程に要する時間が短くなっていること
がわかる。

【００６６】ピストン４５２が吸入端に至った後、しば
らくしてからニードル弁５０Ａが閉じ、該ニードル弁５
０Ａが閉じてから時間Ｔ９が経過した後、ニードル弁５
１Ａが開く。ニードル弁５１Ａが開いている時間Ｔ１０
の間に、高粘度材料供給装置１１から高粘度材料ＭＶが
供給され、シリンダー４５１の内部に充填される。な
お、高圧の高粘度材料が供給されたとき、ニードル弁５
０Ａの開口部４５４に高圧力が印加されるが、該圧力に
抗して、弾性体４５７がニードル４５３へ弾性力を作用
するため、制御トラブル時などで高粘度材料がガス回路
へ逆流するおそれを未然に防止することができる。

【００６７】そして、ニードル弁５１Ａが閉じてから時
間Ｔ１１を経過した後に、ニードル弁５２Ａが開き、ピ
ストン４５２が吸入端から吐出端まで移動し、吐出工程
を行う。この吐出工程の間において、ニードル弁５０
Ａ、５１Ａは閉じており、そのニードル４５３の先端部
はシリンダー４５１の内周面と面一であるので、そこに
デッドスペースはなく、シリンダー４５１内に充填され
たガスと高粘度材料の全部がニードル弁５２Ａの開口部
４５４から吐出されることは、第１実施形態と同様であ
る。

【００６８】ここで、ニードル弁５０Ａが吸入工程のス
トローク端部近傍に配置されているので、この吐出工程
でのピストンの移動過程においてピストン４５２のスト
ローク先端部がニードル弁５０Ａの開口部４５４を越え
たとき、ピストン４５２自体によるニードル弁５０Ａに
対するバルブ効果が発生する。すなわち、このバルブ効
果によっても、制御トラブルなどにより発生する、ガス
回路への高粘度材料の逆流を吐出工程のより早い時期に
未然に防止することができる。

【００６９】また、本実施形態では、高粘度材料供給用
のニードル弁５１Ａを、吸入工程のストローク端部近傍
に配置し、吐出工程のストローク端部までの経路を長く
しているため、供給された高粘度材料とガスとが、偏ら
ずに混合するという利点もある。

【００７０】以上のように個々のピストンポンプ４７Ａ
〜４７Ｄは、図７のタイミングチャートに従って吸入工
程及び吐出工程を各々制御されるが、ピストンポンプ４
７Ａ〜４７Ｄ全体の制御順序は、各吐出工程に時間差が
設けられて図４のタイミングチャートと同様に制御さ
れ、これによって、混合物の連続吐出が可能となる。

【００７１】このとき、シリンダー容積が第１実施形態
と比較して小さいため、個々のピストンポンプが１サイ
クルで吐出する混合物の容量は小さくなるが、１サイク
ルの周期も小さくなるため、単位時間当たりのサイクル
数を増やすことができ、これにより、混合物吐出装置５
全体の吐出量を第１実施形態の場合とほぼ同様にするこ
とができる。すなわち、個々のシリンダー容積を小さく
しても、必要な最大吐出量を得ることができる。シリン
ダー容積を小さくすることは、非分散ガス量を少なく
し、ガスと高粘度材料とのより均一な混合を促すので、
本実施形態では、ある量以上の混合物の連続定量吐出
と、発泡状態の均一化とを、より高いレベルで両立する
ことができる。

【００７２】（第３の実施形態）次に、第３実施形態の
混合物吐出装置を説明する。第３実施形態は、第２実施
形態に係るピストンポンプ４７Ａ〜４７Ｄを用いて、こ
れらの吸入工程及び吐出工程のタイミング時間を変更
し、最大吐出量を増加させるための全体制御を行うもの
である。なお、構成については、第１及び第２実施形態
とほぼ同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明
を省略する。ただし、ガス供給量及び高粘度材料の供給
量を増加させるための変更がなされているものとする。

【００７３】図９には、第３実施形態に係るピストンポ
ンプの吸入工程及び吐出工程の１サイクルのタイミング
チャートが示されている。同図に示すように、第３実施
形態では、吸入工程が開始されてから吐出工程が開始さ
れるまでの時間Ｔ１３が、吐出工程の開始から終了まで
の時間Ｔ１４とほぼ同じ時間とされている。

【００７４】このようなタイミングによって、図１０及
び図１１の全体制御例に示すように、各ピストンポンプ
吐出工程の重複制御が可能となり、最大連続吐出量を増
加させることができる。

【００７５】図１０の制御例では、あるピストンポンプ
の吐出工程の中間の時刻に次のピストンポンプの吐出工
程が開始されるように、ピストンポンプ４７Ａ〜４７Ｄ
が制御される。ここで、１個のピストンポンプの吐出量
をｖ₁とすると、最初のピストンポンプ４７Ａの吐出工
程が開始される時刻ｔ₁から該吐出工程の中間の時刻ｔ₂
までは、装置全体の吐出量はｖ₁である。しかし、時刻
ｔ₂以降では、次のピストンポンプ４７Ｂの吐出工程が
開始され、順次吐出工程が重複されて運転されるので、
吐出量は２ｖ₁となり、増加する。

【００７６】図１１の制御例では、ピストンポンプが２
個で１つのペアになって、それぞれ並列的に同時制御さ
れる。これにより、最初のペア、すなわちピストンポン
プ４７Ａ及び４７Ｂの吐出工程がほぼ同時に開始される
時刻ｔ₁以降で、２つのペアが交互に吐出工程を実行す
るので、吐出量２ｖ₁の連続吐出が可能となる。

【００７７】以上が本発明に係る各実施形態であるが、
本発明は上記例にのみ限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲内において任意好適に変更可能
である。

【００７８】例えば、４つのピストンポンプを用いた
が、３つのピストンポンプ或いは５以上のピストンポン
プポンプを用いることもできる。また、吸入工程の方が
吐出工程より長いタイミングチャート（図３、図７）に
従って運転されるピストンポンプでも、ピストンポンプ
の数を増やすことにより、第３実施形態のように、吐出
工程を重ね合わせたり、同時並列運転を行うことによ
り、最大吐出流量を増加させることができる。

【００７９】また、ピストンポンプの段数を変更するこ
とにより、多連式ピストンポンプ全体の制御タイミング
を連続定量吐出が可能となる範囲内で任意好適に変更す
ることができる。例えば、１つ１つのピストンポンプの
サイクルを連続的に運転したが、ピストンポンプの段数
を増やすことにより、吐出工程終了後から次の吸入工程
までの間に休止区間を設けることも可能である。

【００８０】また、本発明の混合物吐出装置は、発泡装
置以外の用途として、高粘度の接着材、シーリング材用
の定量吐出ポンプ又は加圧ブースターポンプに用いるこ
ともできる。また、歯磨き粉やケチャップなどの高粘度
ペースト材の定流量ポンプとしても使用できる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至請求
項６の発明によれば、高粘度材料とガスの混合物の連続
定量吐出を可能としたので、定流量シリンダーを設ける
必要がなくなり、装置を簡素化、小型化できる、という
効果が得られる。さらに、本発明によれば、小さいシリ
ンダー容量であっても３以上のピストンポンプが連続的
に混合物を吐出するため、小型の装置で、最大吐出量の
確保と高粘度材料とガスの均一混合性の向上と、を高い
レベルで両立することができる。

【００８２】また、請求項３の発明によれば、前記ガス
の供給制御用のニードル弁を前記吸入工程のストローク
端部（上死点）の近傍に配置したため、吐出工程におい
て、ピストンが上死点から下死点に至るまでの間の早い
時点でガス供給制御用のニードル弁の開口部がピストン
により塞がれ、該時点以降において上記ニードル弁の制
御トラブルが発生した場合でも、ガス回路への高粘度材
料の逆流を確実に防止することができる、という効果が
得られる。

【００８３】また、請求項３及び請求項７の発明では、
前記高粘度材料の供給制御用のニードル弁を前記吸入工
程のストローク端部（上死点）の近傍に配置したため、
ガスの偏りを防止し、混合物の均一性を向上することが
できる。

【００８４】請求項４及び請求項８の発明によれば、ニ
ードルに対しシリンダー内周面の方向へ弾性力を作用す
る弾性手段を設けたため、ガス供給制御用のニードル弁
に制御トラブルが発生した場合でも、その弾性力によ
り、ニードルの先端部がシリンダー内周面に保持される
ので、ガス回路への高粘度材料の逆流を防止することが
できる、という効果が得られる。

【００８５】請求項５の発明によれば、配管系にマニホ
ールド構造を採用するようにしたので、ピストンポンプ
の段数に関係なくガス供給配管、材料供給配管、及び吐
出配管とが各々１つで済むため、装置全体を小型化、簡
素化することができる、という効果が得られる。特に、
請求項６の発明では、前記３以上のピストンポンプを、
各々独立に、追加及び取り外し可能とするようにしたの
で、容易にピストンポンプを交換し、必要連続最大吐出
量に応じたピストンポンプの段数が自在に選択でき、さ
らにピストンポンプのオーバーホールも容易になるた
め、小型化とメンテナンス性とを両立することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る混合物吐出装置の回路ブロック図
である。

【図２】本発明の第１実施形態に係るピストンポンプの
構造を示す断面正面図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係るピストンポンプの
吸入工程及び吐出工程の１サイクルのタイミングチャー
トである。

【図４】本発明の第１実施形態に係る４連式ピストンポ
ンプ全体を制御するときのタイミングチャートである。

【図５】本発明の第２実施形態に係るピストンポンプの
構造を示す断面正面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係るピストンポンプに
設けられたガス供給制御用のニードル弁５０Ａの詳細な
構造を示す断面図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係るピストンポンプの
吸入工程及び吐出工程の１サイクルのタイミングチャー
トである。

【図８】本発明の第２実施形態に係る４連式ピストンポ
ンプの配置図であって、（ａ）は、油圧シリンダー側か
らみた図、（ｂ）は、ガス供給制御用ニードル弁からみ
た図である。

【図９】本発明の第３実施形態に係るピストンポンプの
吸入工程及び吐出工程の１サイクルのタイミングチャー
トである。

【図１０】本発明の第３実施形態に係る４連式ピストン
ポンプ全体を制御するときのタイミングチャートの第１
例である。

【図１１】本発明の第３実施形態に係る４連式ピストン
ポンプ全体を制御するときのタイミングチャートの第２
例である。

【符号の説明】

５混合物吐出装置１０ガス供給装置１１高粘度材料供給装置１９制御装置４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄピストンポンプ４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ、４７Ｄピストンポンプ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄガスの供給制御用
のニードル弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ高粘度材料の供給
制御用のニードル弁５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ混合物吐出制御用
のニードル弁

フロントページの続き (72)発明者高田正春大阪府高槻市明田町７番１号サンスター技研株式会社内 (72)発明者義本恭之大阪府高槻市明田町７番１号サンスター技研株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダー内をピストンが往復移動して
吸入工程と吐出工程とを行うことが可能な３以上のピス
トンポンプと、シリンダー内に所定圧力のガスを供給可
能なガス供給手段と、前記シリンダー内に所定圧力の高粘度材料を供給可能な
高粘度材料供給手段と、前記３以上のピストンポンプの各々に対し、前記吸入工
程で前記ガスを供給し、前記吸入工程の後で前記高粘度
材料を供給し、前記高粘度材料の供給の終了後に前記吐
出工程を行って前記ガス及び前記高粘度材料を吐出させ
ると共に、連続定量吐出が可能となるように、各ピスト
ンポンプの吐出工程に時間差を設けて制御する制御手段
と、を含む高粘度材料とガスの混合吐出装置。
【請求項２】前記制御手段は、いずれかのピストンポ
ンプの吐出工程が終了する時点付近で他のピストンポン
プの吐出工程を開始するように制御することを特徴とす
る請求項１に記載の高粘度材料とガスの混合吐出装置。
【請求項３】前記３以上のピストンポンプは、前記ガ
スの供給制御用のニードル弁と、前記高粘度材料の供給
制御用のニードル弁と、高粘度材料とガスの混合物の吐
出制御用のニードル弁と、を各々有しており、前記ガスの供給制御用のニードル弁及び前記高粘度材料
の供給制御用のニードル弁を前記吸入工程のストローク
端部の近傍に、前記吐出制御用のニードル弁を前記吐出
工程のストローク端部に配置したことを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の高粘度材料とガスの混合吐出
装置。
【請求項４】前記３以上のピストンポンプは、前記ガ
スの供給制御用のニードル弁と、前記高粘度材料の供給
制御用のニードル弁と、高粘度材料とガスの混合物の吐
出制御用のニードル弁と、を各々有しており、前記ガスの供給制御用のニードル弁に、該ニードル弁に
備えられたニードルに対しシリンダー内周面の方向へ弾
性力を作用する弾性手段が設けられていることを特徴と
する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の高粘
度材料とガスの混合吐出装置。
【請求項５】前記３以上のピストンポンプは、マニホ
ールド構造を有する配管系によって、前記ガス供給手段
に接続された１つのガス供給配管と、前記高粘度材料供
給手段に接続された１つの材料供給配管と、前記３以上
のピストンポンプから吐出された高粘度材料とガスの混
合物のための１つの吐出配管と、に各々接続されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項
に記載の高粘度材料とガスの混合吐出装置。
【請求項６】前記３以上のピストンポンプを、各々独
立に、追加及び取り外し可能としたことを特徴とする請
求項５の高粘度材料とガスの混合吐出装置。
【請求項７】シリンダーと、前記シリンダー内で往復移動して吸入工程と吐出工程と
を可能とするピストンと、を有するピストンポンプであって、前記シリンダーには、前記吐出工程のストローク端部に吐出制御用のニードル
弁が設けられ、かつ、前記吸入工程のストローク端部の
近傍には前記ガスの供給制御用のニードル弁と前記高粘
度材料の供給制御用のニードル弁と、がそれぞれ設けら
れたことを特徴とするピストンポンプ。
【請求項８】前記ガスの供給制御用のニードル弁に
は、該ニードル弁に備えられたニードルに対しシリンダ
ー内周面の方向へ弾性力を作用する弾性手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項７に記載の高粘度材料と
ガスの混合吐出装置。