WO1998043731A1 - Procede permettant d'incorporer du gaz a un materiau a viscosite elevee et dispositif afferent - Google Patents

Procede permettant d'incorporer du gaz a un materiau a viscosite elevee et dispositif afferent Download PDF

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WO1998043731A1
WO1998043731A1 PCT/JP1998/001498 JP9801498W WO9843731A1 WO 1998043731 A1 WO1998043731 A1 WO 1998043731A1 JP 9801498 W JP9801498 W JP 9801498W WO 9843731 A1 WO9843731 A1 WO 9843731A1
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gas
viscosity material
cylinder
discharge
piston
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PCT/JP1998/001498
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Shinji Okuda
Masaharu Takada
Yasuyuki Yoshimoto
Original Assignee
Sunstar Giken Kabushiki Kaisha
Uni-Sunstar Bv
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C44/00—Shaping by internal pressure generated in the material, e.g. swelling or foaming ; Producing porous or cellular expanded plastics articles
    • B29C44/34—Auxiliary operations
    • B29C44/3442—Mixing, kneading or conveying the foamable material
    • B29C44/3446—Feeding the blowing agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
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    • B01F23/235—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids for making foam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/80—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed
    • B01F35/88—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by feeding the materials batchwise
    • B01F35/882—Forming a predetermined ratio of the substances to be mixed by feeding the materials batchwise using measuring chambers, e.g. volumetric pumps, for feeding the substances
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B7/00—Mixing; Kneading
    • B29B7/74—Mixing; Kneading using other mixers or combinations of mixers, e.g. of dissimilar mixers ; Plant
    • B29B7/7404—Mixing devices specially adapted for foamable substances
    • B29B7/7409—Mixing devices specially adapted for foamable substances with supply of gas
    • B29B7/7414—Mixing devices specially adapted for foamable substances with supply of gas with rotatable stirrer, e.g. using an intermeshing rotor-stator system

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for mixing gas into a high-viscosity material and a piston pump used for the same, and is used, for example, as a pre-process apparatus of a foaming apparatus for forming a foam gasket or a foam to be filled into a void portion. Is done.
  • the present invention also relates to a foaming method and apparatus for a high-viscosity material, and is used, for example, for in-situ molding gaskets, filling in voids, and the like.
  • FIG. 5 is a fluid circuit diagram of a foaming device 90 using a conventional mixing device.
  • a high-viscosity material stored in a storage can 91 is pumped by a pump 92 and sent to a powder mixer 94.
  • the compressed gas filled in the tank 93 is sent to the power mixer 94 after the pressure is adjusted.
  • the power mixer 94 is driven to rotate by the motor M and mixes (mixes) the fed high-viscosity material and gas by stirring under high pressure.
  • the high-viscosity material and gas mixed by the power mixer 94 are discharged from a nozzle 96 through a pipe 95. Nitrogen gas, carbon dioxide gas, air, etc. are used as the gas.
  • a foaming device 90 is used, for example, as a device for applying a high-viscosity polymer material such as a hot-melt adhesive (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-264327).
  • Hot-melt adhesives are composed of a thermoplastic polymer that is solid at room temperature, and melt and flow when heated. On the other hand, when the hot melt adhesive is heated and melted and then cooled to room temperature, it becomes a solid and exhibits the adhesive strength and the strength of the adhesive mass.
  • Conventional foaming devices for such hot melt adhesives take advantage of the property of rapidly developing strength after cooling before the gas mixed in the hot melt adhesive is dissipated. To form a foam.
  • the material and gas in order to mix a high-viscosity material and a gas, The material and gas must be heated and sent to the power mixer 94 or upstream at high pressure.
  • the viscosity of high viscosity material is hundreds of thousands cps, since it is considered that the internal pressure of Pawamiki server 9 4 is set to 1 0 0 kg Z cm 2 or more, at the same time the power mixer gas and high-viscosity material In order to feed into 94, the pressure must be higher than that of the high viscosity material.
  • the gas pressure When the gas pressure is high, it is difficult to control the flow rate, and a slight error in the flow rate at high pressure appears as a large error at atmospheric pressure. For example, the error in the flow rate at 50 kg Z cm 2 appears 50 times at atmospheric pressure.
  • the amount of gas is measured by controlling the flow rate of the gas.Therefore, the mixing ratio of the high-viscosity material and the gas greatly varies due to the difficulty in controlling the flow rate. It is difficult to obtain uniform foaming because the foaming state is unstable.
  • the high-pressure tank 93 is used to supply the gas, but when the compressed gas in the high-pressure tank 93 becomes empty, the gas must be replaced, so that maintenance is troublesome.
  • An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for mixing gas and a piston pump used for the method and apparatus.
  • the present invention can introduce a gas into a high-viscosity material at low pressure, is easy to maintain, is excellent in safety, and is advantageous in terms of cost. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for foaming a high-viscosity material which has solved the above problems. Disclosure of the invention
  • the method according to the present invention uses a piston pump in which a piston reciprocates in a cylinder to perform a suction step and a discharge step, and in the suction step of the piston pump, After supplying the gas into the cylinder, supplying the high-viscosity material separately and batchwise into the cylinder after the suction process, and performing the discharge process of the piston pump after the supply of the high-viscosity material is completed. Then, in the discharging step, the gas and the high-viscosity material are discharged into a pipeline.
  • the dead space in the cylinder is set to be substantially zero when the piston pump has completed the discharge step.
  • the device includes a piston pump for performing a suction process and a discharge process by reciprocating a piston in a cylinder, a gas supply device for supplying gas at a predetermined pressure into the cylinder, A high-viscosity material supply device for supplying a high-viscosity material at a predetermined pressure to the gas supply device in the suction step of the piston pump; and separately supplying the high-viscosity material in a batch manner after the suction step. And a control device for controlling the discharge of the gas and the high-viscosity material to a pipeline by performing a discharge step of the biston pump after the supply of the high-viscosity material is completed.
  • the cylinder of the piston pump has a twenty-dollar valve for discharge control at a stroke end of a discharge step, and the gas valve near a stroke end of a discharge step. And a needle valve for controlling the supply of the high-viscosity material in the vicinity of the end of the stroke in the suction process.
  • a dead-end valve in the cylinder is provided.
  • the space is configured to be substantially zero.
  • a piston pump includes: a cylinder; and a piston reciprocating in the cylinder for performing a suction step and a discharge step.
  • a needle valve for control is provided near the end of the stroke in the discharge step, and a 21 dollar valve for controlling supply of the gas is provided near the end of the stroke in the suction step.
  • a control needle valve is provided, and the dead space in the cylinder becomes substantially zero when the discharge step is completed.
  • the method according to the present invention includes: a first step of introducing a gas into the high-viscosity material; A second step of pressurizing a mixture of the high-viscosity material and the gas delivered from the first step by a pump, and passing the mixture in a pressurized state through a dispersion pipe. A third step of dispersing the gas in the high-viscosity material, and a fourth step of foaming by discharging the mixture passed through the dispersion pipe,
  • the membrane separation type gas generator is used, in which a piston reciprocates in a cylinder to perform a suction step and a discharge step, and a membrane separation type gas generator that generates gas by supplying compressed air.
  • the low-pressure gas generated by the gas generator is supplied to the piston pump to introduce the gas into the high-viscosity material, for example, in a batch system.
  • to introduce in a batch system means to introduce by supplying a high-viscosity material and a gas separately.
  • nitrogen gas is generated by the membrane separation type gas generator, and the generated nitrogen gas is used as the gas.
  • the method according to the present invention may further include supplying gas into the cylinder during the suction step of the piston pump, supplying a high-viscosity material into the cylinder after the suction step, and supplying the high-viscosity material.
  • a discharge step of the piston pump is performed. In the discharge step, the gas and the high-viscosity material are discharged to a pipeline.
  • the mixing ratio of the gas and the high-viscosity material supplied to the cylinder of the piston pump is controlled by the ratio of the supply pressure thereof. Further, in the method according to the present invention, a mixing ratio of the gas and the high-viscosity material is controlled by measuring an amount of the gas supplied to the cylinder of the piston pump with a gas flow meter.
  • the apparatus includes a membrane separation type gas generator for generating nitrogen gas by supplying compressed air, a high viscosity pump for pumping high viscosity material, and a piston reciprocating in a cylinder. Performing a suction process and a discharge process, and delivering a mixture of the high-viscosity material pumped from the high-viscosity pump and the nitrogen gas supplied from the membrane separation type gas generator; A pressure pump for pressurizing a mixture of the high-viscosity material and the gas delivered from a pump; and dispersing the gas in the high-viscosity material by passing the mixture in a pressurized state. A dispersing pipe, and a discharge for discharging the mixture passing through the dispersing pipe. And a device.
  • High-viscosity materials include adhesives, sealing materials for gap filling, coating materials, gasket materials for on-site foaming, filling and foaming in voids, etc., moisture-curing materials, thermosetting materials, and reaction-curing materials. Materials, hot melt materials and the like. In any case, in the method and the apparatus of the present invention, it is desirable that the material be cured or solidified promptly after the discharge and foaming, and the material is cured or solidified in a state where a gas is dispersed in a high-viscosity material.
  • nitrogen gas nitrogen gas, carbon dioxide gas, air, or the like can be used.
  • a long hose or pipe of about several meters to several tens of meters is used as a dispersion pipe for dispersing a gas in a high-viscosity material.
  • hoses or pipes may be used, for example, in a straight or arcuate or helical form and as a distributing pipeline unit mounted on a frame to support it.
  • the mixture of the high-viscosity material and the gas passes through the dispersion pipe under a pressurized state, so that the gas is miniaturized by the shearing force and is dispersed in the high-viscosity material.
  • Membrane separation type gas generator 0. In 1 to 5 kg / cm 2 in the range of about, preferably supplies 0. 1 to 3 kg Z cm 2 about the low pressure of the gas is adjusted within a range of.
  • Membrane-separated gas generators use the difference in gas permeation rate to separate and generate gas in air. The rate at which a gas permeates a membrane depends on the solubility and diffusion of the gas molecules into the membrane. Nitrogen has the lowest membrane permeation rate among the air components, so the separation efficiency is high.
  • the membrane separation type gas generator can continuously extract nitrogen gas by supplying compressed air.
  • compressed air is supplied to a port 31, and gas having a pressure set in a pressure regulating valve 34 is supplied to a pipe 39 B from a gas supply device 10.
  • the motor M 1 A is controlled, and a high-viscosity material MV at a predetermined high pressure is supplied from the high-viscosity material supply device 11 to the pipe 39 A by a screw pump rotated and driven by the motor M 1 A as necessary.
  • the piston moves from the discharge end to the suction end to perform the suction process.
  • the dollar valve NV1 is opened after a lapse of time T1 since the movement of the biston is started, and gas is supplied.
  • the $ 21 valve NV 1 closes. Therefore, when the suction process is completed, the inside of the cylinder is filled with the gas having the adjusted pressure.
  • the gas volume will be about 1 Z200.
  • an amount of high-viscosity material equal to the volume of the cylinder is mixed with the same volume of 1 kgZcm 2 of gas.
  • 1 k gZ cm 2 of the gas of the same volume as silicon Sunda one volume is the same as the gas 2 times atmospheric pressure cylinder one volume (pressure O k gZcm 2).
  • supplying the gas of l kgZcm 2 means that the pressure in the cylinder is approximately-1 kg gZ cm 2 until the gas is supplied in the suction process.
  • the mixing ratio R of the gas and the high-viscosity material is 2 to 1 because the gas is compressed to one half with respect to the cylinder volume of one. If the gas supply pressure is generalized as P1, the mixing ratio R will be (P1 + 1): 1. That is, by adjusting the gas supply pressure P1, the mixing ratio R can be easily adjusted or controlled.
  • the needle valve NV5 After a lapse of time T5 after the needle valve NV3 is closed, the needle valve NV5 is opened, the piston moves from the suction end to the discharge end, and the discharge process is performed. During the discharge process, the dollar valves NV 1 and NV 3 are closed, and the dead space becomes substantially zero by keeping the tip of the needle flush with the inner peripheral surface of the cylinder. All of the gas and the high-viscosity material charged in the cylinder are discharged from the opening of the needle valve NV5. After a lapse of time T6 after the end of the discharge step, the next suction step starts. -When multiple biston pumps are provided, one discharge process is completed and the other starts the discharge process. By doing so, the layered structure of the high-viscosity material and the compressed gas in each piston pump is sequentially turned into a plurality of piston pumps. From the pump into the pipeline. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of a foaming apparatus according to the present invention (that is, a mixing supply apparatus).
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing the remaining part of the foaming device according to the present invention (that is, a pressurizing device, a dispersing device, and a discharging device).
  • FIG. 3 is a sectional front view showing the structure of the piston pump.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the piston pump.
  • FIG. 5 is a fluid circuit diagram of a conventional high-viscosity material foaming apparatus. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing a part of a foaming apparatus 1 according to the present invention (in other words, a circuit diagram of a batch type mixing and supplying apparatus 5 according to the present invention).
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a foaming apparatus 1 according to the present invention. Circuit diagram showing the remaining part, Fig. 3 is a sectional front view showing the structure of piston pumps 45A and 45B, and Fig. 4 is timing for explaining the operation of piston pumps 45A and 45B. It is a chart.
  • a foaming device 1 includes a gas supply device 10, a high-viscosity material supply device 11, and a gas introduction device 12, which are provided corresponding to the first step of the present invention.
  • Accelerator 13 provided for the third process
  • Dispersion device 14 provided for the third process
  • Discharge device 15 provided for the fourth process, and all of them It is composed of a control device 19 for controlling the control.
  • the gas supply device 10, the high-viscosity material supply device 11, the gas introduction device 12, and the control device 19 constitute a batch-type introduction / supply device, that is, a mixing / supply device 5, according to the present invention as shown in FIG. Have been.
  • the mixing supply device 5 corresponds to the mixing device in the present invention.
  • the gas supply device 10 has a low pressure adjusted in the range of about 0.1 to 5 kg Z cm 2 , preferably in the range of about 0.1 to 3 kg Z cm 2 .
  • Supply gas In this embodiment, a known nitrogen gas generator (membrane separation gas) configured to separate and extract nitrogen gas by a membrane separation method by supplying compressed air. Generator).
  • a gas supply device 10 includes a port 31 for receiving compressed air from a compressor, a filter 32, a membrane separation module 33, a pressure regulating valve 34, and a gas flow rate. It consists of a total of 35, etc.
  • the membrane separation module 33 separates and generates gas in the air by utilizing the difference in gas permeation rate.
  • the rate at which a gas permeates a membrane depends on the solubility and diffusion of the gas molecules into the membrane. Nitrogen has the lowest permeation rate among the air components, so the separation efficiency is high.
  • the membrane separation module 33 of the present embodiment water and oxygen having a high permeation rate are discharged to the outside of the membrane, and nitrogen having a low permeation rate is extracted as a gas.
  • the pressure of the nitrogen gas output from the membrane separation module 33 is about 0.5 to 1 kg Z cm 2 lower than the input compressed air pressure.
  • a membrane separation module 33 for example, a UT series manufactured by Taiyo Toyo Oxygen Co., Ltd. can be used.
  • the high-viscosity material supply device 11 feeds the high-viscosity material within a range of about 100 to 300 kg / cm 2 , preferably a range of 150 to 250 kg Z cm 2. Dispense by pressure.
  • a follower-above plunger pump 42A is used as a pump for feeding a high-viscosity material.
  • the plunger pump 42A presses the high-viscosity material MV filled in the storage can with a plate driven by a cylinder device (not shown) and sends it out to the conduit 39A.
  • the gas introduction device 12 is composed of two piston pumps 45 A and 45 B that operate alternately.
  • the respective pistons are linearly driven reciprocally by motors M2A and M2B, whereby the pistons reciprocate in the cylinder and the suction process and the discharge process. I do.
  • the piston pumps 45 A and 45 B are interposed between the pipe 39 A and the pipe 44 A, and the high-viscosity material MV pumped from the high-viscosity material supply device 11 and the gas supply device 1
  • the gas delivered from 0 is separately introduced in a batch manner at a predetermined ratio.
  • the structure of the piston pumps 45A and 45B will be described. Since these structures are identical to each other, only one piston pump 45A will be described.
  • the piston pump 45A includes a cylinder 451, a piston 452 that slides tightly in the cylinder 451, and three needle valves NV1 and NV1 provided in the cylinder 451. It consists of NV3 and NV5.
  • the needle valve NV5 is for discharge control, and is provided at the stroke end of the discharge process in the piston pump 45A.
  • the needle valve NV3 is for controlling gas supply, and is provided near the stroke end of the discharge process.
  • the needle valve NV1 is for controlling the supply of the high-viscosity material MV, and is provided near the stroke end of the suction process.
  • the needle valves NV 1, NV 3, and NV 5 have substantially the same structure as each other.
  • the needle 453 is driven by a pneumatic cylinder to move in the axial direction, and the tip of the needle 453 is moved to the inner peripheral surface or end surface of the cylinder 451. Open and close the opening 454 provided in the.
  • the valve body is provided with a port 455 communicating with the valve chamber.
  • the tip of the needle 453 is flush with the inner peripheral surface or end surface of the cylinder 451, and the dead space between the piston 452 and the piston 452 is substantially zero. Has become. Therefore, when the needle valves NV1, NV3, and NV5 are closed, a part of the gas or the high-viscosity material supplied to the inside of the cylinder 451 is used for the needle valves NV1, V3, and NV5. When the needle valve NV5 is opened and the discharge process is performed without entering the chamber or the like and staying, all of the gas and the high-viscosity material supplied into the cylinder 451 are discharged.
  • Check valves CV 3 and 4 are provided in line 39 B, and check valves CV 5 and 6 are provided in line 44 A.
  • the capacity (discharge capacity) of the cylinder of the piston pumps 45A and 45B is determined by the diameter and the stroke (moving distance) of the piston 452.
  • the diameter of the piston 452 is 16 mm
  • the stroke D is 125 mm
  • the capacity is 25 cc.
  • the control device 19 supplies gas into the cylinders 451 of the piston pumps 45A and 45B in the suction process, and supplies the high-viscosity material MV in a batch system after the suction process.
  • the motor M1A, M2 A, M2 B and the needle valves NVI, NV3, NV are supplied so that the gas and high-viscosity material are discharged to the pipe 44A after the supply of the high-viscosity material MV is completed.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the piston pumps 45A and 45B.
  • Compressed air is supplied to the port 31 shown in FIG. 1, and gas having the pressure set in the pressure regulating valve 34 is supplied from the gas supply device 10 to the conduit 39B.
  • the motor M 1 A is controlled, and a high-viscosity material MV at a predetermined high pressure is supplied to the pipe 39 A from the high-viscosity material supply device 11 as required by a screw pump rotated and driven by the motor M 1 A. Is done.
  • the biston 452 moves from the discharge end to the suction end, and performs a suction process.
  • the dollar valve NV1 is opened and gas is supplied.
  • the time T1 is about 1 to 2 seconds, during which time the inside of the cylinder 451 is under negative pressure.
  • Needle valve NV1 closes some time after Viston 452 reaches the suction end. Therefore, when the suction process is completed, the inside of the cylinder 451 is filled with the gas having the adjusted pressure. The amount of gas sucked into the cylinder 451 in one suction process is measured by the gas flow meter 35, and if it is smaller than the set value, an alarm is issued from the control device 19. As described above, the supply amount of gas in the inhalation process is monitored by the control device 19.
  • the needle valve NV3 After a lapse of time T3 since the needle valve NV1 closed, the needle valve NV3 opens.
  • the time T3 is about 0.1 to 0.5 seconds, which prevents the needle valves NV1 and NV3 from opening at the same time.
  • the high-viscosity material MV is supplied from the high-viscosity material supply device 11, and is charged into the cylinder 4 51. Due to the high pressure of the high viscosity material, the low pressure gas previously charged in cylinder 451 is compressed at a rate equal to its pressure ratio, resulting in an almost negligible volume.
  • the gas volume will be about 1 Z200.
  • a high-viscosity material in an amount equal to the volume of the cylinder 451 is mixed with the same volume of 1 kgZcm 2 of gas.
  • 1 k gZ cm 2 of the gas of the same volume as the volume of cylinder one 451 is the same as the gas 2 times atmospheric pressure cylinder one 45 1 volume (pressure 0 k gZcm 2).
  • the expansion ratio A in this case is “3”. If the gas supply pressure is represented by P1 as a general formula, the expansion ratio A is (P1 + 2).
  • Time T5 is in the range of about 0.1 to 0.5 seconds.
  • the needle valves NV 1 and NV 3 are closed, and the tip of the needle 453 is flush with the inner peripheral surface of the cylinder 45 1, so there is no dead space. All of the charged gas and the high-viscosity material are discharged from the opening 454 of the needle valve NV5.
  • the next suction step starts.
  • Time T6 is in the range of about 0.1 to 0.5 seconds.
  • One of the piston pumps 45A and 45B starts the discharge process after the other ends the discharge process.
  • a mixed substance mixed substance
  • the contaminants are formed in the pipe 44A in such a manner that the high-viscosity material and the compressed gas for one discharge process are each formed in two layers, and the two layers are discontinuously connected.
  • Each piston pump 45 A If the capacity of 45 B is made as small as about 25 cc, the contaminants in the pipe 44 A will be in a pulsed state. By doing so, when the dispersion process is performed later, the dispersion is more effectively performed.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the pressurizing device 13, the dispersing device 14, and the discharging device 15.
  • a pressurizing device 13 includes a piston pump 51A, 51B that pressurizes a fluid by a piston that is linearly reciprocally driven by a motor, on-off valves 52A, 52B,
  • a mixer may be provided before and after the pressurizing device 13 as needed.
  • the contaminants sent out to line 44A are pressurized by alternately operating piston pumps 51A and 5IB, and are pumped to line 57.
  • the contaminants in the line 44A are sucked into the cylinder.
  • the piston moves downward with the on-off valve 52A closed and the on-off valve 53A open, the mixture in the cylinder is pushed out and pressurized.
  • the pressure in the cylinder is detected by the pressure sensor 55 A, and a detection signal is sent to the control device 19.
  • the extrusion pressure from Bisutonponpu 5 1 A is a 1 50 k gZc m 2 or more.
  • the rotation speed of the motor that drives the piston is controlled by a signal from the control device 19, whereby the suction and extrusion of the piston pump 51A and the flow rate thereof are performed.
  • the dispersion device 14 includes a dispersion pipe 61 and an on-off valve 65.
  • the dispersion pipe 61 is a hose with an inner diameter of about 8 to 10 mm and a length of about 2 to 10 m.
  • the pressure of the mixture is 150 kg / cm 2 or more, for example, 200 to 250 kgZcm 2 , and the flow rate is about 200 cc / min. While the pressurized mixture flows through the dispersion pipe 61, the gas is dispersed into the high-viscosity material MV as fine particles having an average diameter of about 0.01 mm.
  • the pressure, inner diameter, and length inside the dispersion pipe 61 may be set according to the viscosity characteristics, specific gravity, and required discharge amount of the high-viscosity material MV.
  • the phenomenon of gas dispersion in the dispersion pipe 61 is considered as follows. That is, the gas flowing together with the high-viscosity material MV in the dispersion pipe 61 moves toward the pipe wall having a lower flow velocity because the specific gravity is significantly lower and the viscosity is lower than that of the high-viscosity material MV. At the same time, it is dispersed in the high-viscosity material MV by the shear force generated between the pipe wall and the high-viscosity material MV.
  • the gas volume is reduced by pressurization, the more the gas is pressurized, the greater the dispersion effect. In other words, large bubbles first move toward the tube wall and are shredded by shear forces into small bubbles.
  • the diameter of the bubbles is ultra-fine and mixed in a high-viscosity material MV, the difference in specific gravity and the difference in viscosity from only the high-viscosity material MV is reduced. A phenomenon occurs. When the pressure in the pipe decreases, the volume of the bubbles increases, and the bubbles move to the pipe wall, where they are sheared again. Such a phenomenon is repeated, and the gas is sheared and dispersed in the high-viscosity material MV.
  • the discharging device 15 is for returning the mixture discharged from the dispersing device 14 to normal pressure and discharging and foaming the mixture.
  • the discharge device 15 includes a discharge pipe 71, a discharge on-off valve 72, a nozzle 73, and the like.
  • the mixture discharged from the dispersing device 14 discharges a mixture of the high-viscosity material MV and gas from the nozzle 73, and discharges the gas when discharged. Expands and foams.
  • the foamed high-viscosity material MV is applied or formed into a predetermined shape.
  • the control device 19 controls the entire foaming device 1 and online-controls a series of steps for discharging the high-viscosity material MV so that the expansion ratio A becomes a set value.
  • the expansion ratio A is defined by the following equation.
  • V Volume per unit mass of foamed high-viscosity material (when open to atmosphere)
  • V. Volume per unit mass of high viscosity material before foaming
  • the expansion ratio ⁇ can be set, for example, in a range of about 1 to 4. In the case of in-situ foamed gaskets, usually set to an appropriate value in the range of 2-4.
  • the high-viscosity material MV and gas are mixed by a simple device. Therefore, mixing can be performed at an accurate mixing ratio R. Therefore, in the foaming apparatus 1, the expansion ratio A can be controlled with high accuracy. In particular, since the dead space is substantially zero and the biston pumps 45 A and .45 B can be neglected, the capacity is accurate, and thus the mixing ratio R is accurate. In the past, the mixing ratio R was controlled by measuring the gas flow rate, and it was difficult to measure the flow rate with high accuracy, so control was not easy and the accuracy of the mixing ratio R was low. (If the gas flow rate is measured to control the mixing ratio R, the flow rate is also used for measurement, and the accuracy of the mixing ratio R is improved.)
  • a gas having a low pressure of about the atmospheric pressure can be mixed with the high-viscosity material MV, a gas supply device 10 having a low pressure output using a membrane separation module 33 can be used. Therefore, it is not necessary to use a tank filled with high-pressure gas, and maintenance such as replacement of the tank is not required, and no space is required.
  • the flow rate of gas can be accurately measured by the gas flow meter 35, and the operation of the piston pumps 45A and 45B can be monitored with high accuracy.
  • the apparatus using the membrane separation module 33 as the gas supply apparatus 10 has been described.
  • an apparatus using a tank filled with a high-pressure gas, a pressure regulating valve, or the like may be used.
  • the discharge amount can be increased, and continuous constant discharge can be performed.
  • three or more piston pumps instead of two may be used. These piston pumps may be operated alternately or with a time difference.
  • continuous discharge can be achieved by increasing the operation speed of the suction process with respect to the reverse rotation speed of the discharge process.
  • a premixer that shears and mixes the contaminants by rotating the blades may be provided in the middle of the pipe 44A of the pressurizing device 13.
  • the gas can be miniaturized by flowing the mixture through the dispersion pipe 61 in a pressurized state, and the dispersion efficiency is improved.
  • the dispersion pipe 61 may be a hose having an appropriate inner diameter and length, maintenance is easy and cost can be reduced.
  • the discharge device 15 is attached to a robot and configured to move by a manifold so as to draw a predetermined trajectory, a pipe or a space between the pressurizing device 13 and the discharge device 15 is provided. It is necessary to connect with a hose.
  • the distribution pipe 61 can be used for connection.
  • the dispersing line 61 can be used in combination with an ordinary mixer such as a power mixer or a mixer. These ordinary mixers may be provided in any of the first step, the second step, the third step, and the fourth step.
  • a pipe in which a pipe having a predetermined inner diameter and a predetermined length is spirally wound into a unit shape may be used.
  • a steel pipe can be used.
  • the nominal diameter is 3Z8
  • the total length is about 10 to 5m
  • the nominal diameter is 1 to 4
  • the total length is about 10 to 2m.
  • a pressure adjusting valve is provided after or before and after the dispersion pipe 61, and the pressure adjustment valve is controlled so that the high-viscosity material MV in the dispersion pipe 61 is maintained at a high pressure.
  • the pressure may be adjusted.
  • the front pressure control valve is set to about 150 to 350 kg Z cm 2 or more, and the rear pressure control valve is set to about 50 to 250 kg cm 2 .
  • the configuration, shape, dimensions, material, quantity, capacity, operation timing, etc. of each part or the entirety of the gas supply device 10, the mixing supply device 5, or the foaming device 1, lb are described in accordance with the gist of the present invention. Other than the above, it can be appropriately changed.
  • gas can be mixed into a high-viscosity material at a low pressure, and can be mixed at an accurate mixing ratio.
  • gas can be introduced into a high-viscosity material at a low pressure in a batch manner, so that maintenance is easy, safety is excellent, and cost is advantageous. You. Moreover, the gas and the high-viscosity material can be introduced at an accurate mixing ratio, and the control of the expansion ratio is easy.

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Description

明 細 書 高粘度材料へのガスの混入方法及び装置 技術分野
本発明は、 高粘度材料へのガスの混入方法及び装置並びにそれに用いられるピ ストンポンプに関し、 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 成するための発泡装置の前工程装置として利用される。
本発明は、 また、 高粘度材料の発泡方法及び装置に関し、 例えば、 現場成形ガ スケット、 空隙部への充填などのために利用される。 背景技術
図 5は従来の混合装置を用いた発泡装置 9 0の流体回路図である。
図 5において、 収納缶 9 1に収納されている高粘度材料は、 ポンプ 9 2によつ て圧送され、 パヮ一ミキサー 9 4に送り込まれる。 タンク 9 3内に充填された圧 縮ガスは、 圧力が調整された後にパワーミキサー 9 4に送り込まれる。
パワーミキサー 9 4は、 モ一夕 Mによって回転駆動され、 送り込まれた高粘度 材料及びガスを高圧下で撹拌して混入 （混合） する。 パワーミキサー 9 4で混合 された高粘度材料とガスは管路 9 5を経てノズル 9 6から吐出される。 ガスとし て、 窒素ガス、 炭酸ガス、 空気などが用いられる。 このような発泡装置 9 0は、 例えばホットメルト接着剤などの高粘度ポリマー材料の塗布装置として用いられ ている （特開昭 6 3— 2 6 4 3 2 7号） 。
ホットメルト接着剤は、 常温で固体である熱可塑性ポリマーを成分とするもの であり、 加熱することによって、 熔融し、 流動する。 一方、 ホットメルト接着剤 を加熱熔融後、 室温に冷却すると固体になり、 接着強度および接着剤の塊の強度 が発揮されるものである。 このようなホットメル卜接着剤のための従来の発泡装 置は、 ホットメルト接着剤に混入させたガスが散逸する前に冷却した後、 急速に 強度を発揮する性質を利用して、 ガスを取り込んで発泡体を形成する。
上述した従来の発泡装置 9 0では、 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 9 4又はその上流に送り込まな ければならない。 例えば高粘度材料の粘度が十万 c p sの場合には、 パワーミキ サー 9 4の内圧が 1 0 0 k g Z c m2以上になっているものと考えられるので、 ガ スを高粘度材料と同時にパワーミキサー 9 4に送り込むためには、 高粘度材料の 圧力以上の高圧にする必要がある。
ガスの圧力が高い場合には、 その流量制御が困難であるとともに、 高圧時にお ける流量の僅かな誤差が大気圧時においては大きな誤差となって現れる。 例えば、 5 0 k g Z c m2時における流量の誤差は大気圧時には 5 0倍になって現れる。 従 来の発泡装置 9 0は、 ガスの流量を制御することによってガスの量を計量してい るので、 流量制御の困難さも要因となって高粘度材料とガスの混合比率に大きな バラツキが生じ、 発泡状態が不安定となつて均一な発泡を得るのが困難である。 また、 ガスを供給するために高圧タンク 9 3が用いられるが、 高圧タンク 9 3 内の圧縮ガスが空になると交換しなければならないので、 メンテナンスが面倒で ある。 そして、 交換用の高圧タンク 9 3を予備として置いておく必要があるので、 それらの設置スペースが大となる。 また、 高圧ガスの取締り規制にもあるように 安全を確保するために種々の措置を講じる必要がある。 これらの理由によってコ スト面で不利である。
本発明は、 上述の問題に鑑みてなされたもので、 ガスを低圧で高粘度材料に混 入又は導入することができ、 しかも正確な混合比率で混入又は導入することので きる高粘度材料へのガスの混入方法及び装置並びにそれに用いられるピストンポ ンプを提供することを目的とする。
また、 本発明は、 ガスを低圧で高粘度材料に導入することができ、 メンテナン スが容易であり、 安全性に優れ、 しかもコスト的に有利であるなど、 高圧タンク を用いることによる従来の問題を解消した高粘度材料の発泡方法及び装置を提供 することを目的とする。 発明の開示
本発明に係る方法は、 ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出 工程を行うピストンポンプを用い、 前記ピス卜ンポンプの吸入工程において前記 シリンダー内にガスを供給し、 前記吸入工程の後で前記シリンダ一内に高粘度材 料をそれぞれ別々にバッチ式に供給し、 前記高粘度材料の供給の終了後に前記ピ ストンポンプの吐出工程を行い、 前記吐出工程において前記ガス及び前記高粘度 材料を管路に吐出する。
また、 本発明に係る方法は、 前記ピストンポンプが吐出工程を終了した時点に おいて前記シリンダー内のデッドスペースが実質的に零となるように設定されて いる。
また、 本発明に係る装置は、 ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程 と吐出工程を行うピストンポンプと、 前記シリンダー内に所定の圧力でガスを供 給するガス供給装置と、 前記シリンダー内に所定の圧力で高粘度材料を供給する 高粘度材料供給装置と、 前記ピストンポンプの吸入工程において前記ガスを供給 し、 前記吸入工程の後で前記高粘度材料をそれぞれ別々にバッチ式に供給し、 前 記高粘度材料の供給の終了後に前記ビストンポンプの吐出工程を行って前記ガス 及び前記高粘度材料を管路に吐出するように制御する制御装置と、 を有して構成 される。
また、 本発明に係る装置では、 前記ピストンポンプの前記シリンダーには、 吐 出工程のスト口一ク端部に吐出制御用の二一ドル弁が、 吐出工程のストローク端 部の近傍に前記ガスの供給制御用の二一ドル弁が、 吸入工程のストローク端部の 近傍に前記高粘度材料の供給制御用のニードル弁が、 それぞれ設けられ、 吐出ェ 程を終了した時点において前記シリンダー内のデッドスペースが実質的に零とな るように構成される。
また、 本発明に係るピストンポンプは、 シリンダーと、 吸入工程と吐出工程を 行うために前記シリンダー内を往復移動するピストンと、 を有し、 前記シリンダ 一には、 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、 吐出工程のス トロ一ク端部の近傍に前記ガスの供給制御用の二一ドル弁が、 吸入工程のスト口 ーク端部の近傍に前記高粘度材料の供給制御用のニードル弁が、 それぞれ設けら れ、 吐出工程を終了した時点において前記シリンダー内のデッドスペースが実質 的に零となるように構成されている。
また、 本発明に係る方法は、 高粘度材料にガスを導入する第 1の工程と、 前記 第 1の工程から送出される前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物をポンプによ つて加圧する第 2の工程と、 加圧状態の前記混合状物を分散用管路を通過させる ことによって、 前記ガスを前記高粘度材料中に分散させる第 3の工程と、 前記分 散用管路を通過した混合状物を吐出させることによって発泡させる第 4の工程と、 を有し、 前記第 1の工程において、 ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入 工程と吐出工程を行うピストンポンプ、 及び圧縮空気を供給することによってガ スを発生する膜分離式ガス発生装置を用い、 前記膜分離式ガス発生装置で発生し た低圧のガスを前記ピストンボンプに供給して高粘度材料にガスを例えばバッチ 式に導入する。 なお、 バッチ式に導入するとは、 高粘度材料とガスとを別々に供 給することによって導入することである。
また、 本発明に係る方法は、 前記膜分離式ガス発生装置によって窒素ガスを発 生させ、 発生した窒素ガスを前記ガスとして用いる。
また、 本発明に係る方法は、 前記ピストンポンプの吸入工程において前記シリ ンダー内にガスを供給し、 前記吸入工程の後で前記シリンダー内に高粘度材料を 供給し、 前記高粘度材料の供給の終了後に前記ピストンポンプの吐出工程を行い、 前記吐出工程において前記ガス及び前記高粘度材料を管路に吐出する。
また、 本発明に係る方法は、 前記ピストンポンプのシリンダーに供給する前記 ガスと前記高粘度材料との供給圧力の比率によつてこれらの混合比率を制御する。 また、 本発明に係る方法は、 前記ピストンポンプのシリンダーに供給する前記 ガスの量をガス流量計により計測することによって前記ガスと前記高粘度材料と の混合比率を制御する。
また、 本発明に係る装置は、 圧縮空気を供給することによって窒素ガスを発生 する膜分離式ガス発生装置と、 高粘度材料を圧送するための高粘度ポンプと、 ピ ストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行い、 前記高粘度ボ ンプから圧送された高粘度材料と前記膜分離式ガス発生装置から供給された窒素 ガスとの混合状物を送出するビストンポンプと、 前記ビストンポンプから送出さ れる前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物を加圧する加圧ポンプと、 加圧状態 の前記混合状物を通過させることによって前記ガスを前記高粘度材料中に分散さ せる分散用管路と、 前記分散用管路を通過した混合状物を吐出させるための吐出 装置と、 を有する。
高粘度材料には、 接着剤、 隙間充填用シーリング材、 コーティング材、 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。 いずれも、 本 発明の方法及び装置では、 吐出発泡後、 速やかに硬化又は固化するものが望まし く、 高粘度材料にガスを分散した状態で硬化又は固化させるものである。
ガスとしては、 窒素ガス、 炭酸ガス、 空気などを用いることができる。
高粘度材料にガスを分散させる分散用管路として、 例えば数メートル乃至十数 メートル程度の長いホース又はパイプが用いられる。 そのようなホース又はパイ プは、 例えば直線状で、 又は円弧状、 螺旋状に巻かれ、 それを支持するためのフ レームに装着された分散用管路ュニットなどとして用いられる。 高粘度材料とガ スとの混合状物は、 加圧状態で分散用管路内を通過することにより、 ガスが剪断 力により微細化され、 高粘度材料内に分散する。
膜分離式ガス発生装置は、 0 . 1〜5 k g / c m2程度の範囲内、 好ましくは 0 . 1〜3 k g Z c m2程度の範囲内で調整された低圧力のガスを供給する。 膜分 離式ガス発生装置は、 気体の膜透過速度の違いを利用して空気中のガスを分離し 発生する。 ガスが膜を透過する速度は、 気体分子の膜に対する溶解性及び拡散性 に依存する。 空気の成分中で窒素は膜透過速度が最も遅いので、 分離の効率が良 い。 膜分離式ガス発生装置は、 圧縮空気を供給することによって窒素ガスを連続 的に取り出すことができる。
次に、 本発明の混入方法を図を参照して説明する。
図 1において、 ポート 3 1には圧縮空気が供給され、 ガス供給装置 1 0からは 圧力調整弁 3 4に設定された圧力のガスが管路 3 9 Bに供給されている。 一方、 モー夕 M 1 Aが制御され、 モータ M 1 Aにより回転駆動されるネジポンプにより、 必要に応じて所定の高圧力の高粘度材料 M Vが高粘度材料供給装置 1 1から管路 3 9 Aに供給される。 - 図 4に示すように、 ピストン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、 ビストンの移動が開始されてから時間 T 1を経過した後に二一 ドル弁 N V 1が開き、 ガスが供給される。 ピストンが吸入端に至った後、 しばら くしてから二一ドル弁 NV 1が閉じる。 したがって、 吸入工程が終了すると、 シ リンダ一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。
ニードル弁 N V 1が閉じてから時間 T 3が経過した後、 二一ドル弁 N V 3が開 く。 ニードル弁 NV3が開いている時間 T4の間に、 高粘度材料供給装置 1 1力 ら高粘度材料 MVが供給され、 シリンダーの内部に充填される。 高粘度材料は高 圧であるから、 シリンダー内に先に充填されていた低圧のガスはその圧力比で圧 縮され、 容積がほぼ無視できる程度になる。
例えば、 ガスが l kgZcm2、 高粘度材料が 200 k gZcm2とすると、 ガ スの容積は約 1 Z200となる。 この場合は、 シリンダーの容積に等しい量の高 粘度材料と、 同容積の 1 k gZcm2のガスとが混合することになる。 なお、 シリ ンダ一の容積と同じ容積の 1 k gZ cm2のガスは、 シリンダ一の容積の 2倍の大 気圧 （圧力 O k gZcm2) のガスと同じである。 つまり、 l kgZcm2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— 1 k gZ cm2の負圧であるが、 ガスを供給して + 1 k gZcm2の 圧力に加圧することに相当する。 したがって、 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、 シリンダーの容積 1に対し、 ガスが 2分の 1 に圧縮されているので、 2対 1である。 ガスの供給圧力を P 1として一般化する と、 混合比率 Rは （P 1 + 1) 対 1となる。 つまり、 ガスの供給圧力 P 1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。
ニードル弁 NV 3が閉じてから時間 T 5を経過した後に、 二一ドル弁 NV 5が 開き、 ピストンが吸入端から吐出端まで移動し、 吐出工程を行う。 吐出工程の間 において、 二一ドル弁 NV 1， NV 3が閉じており、 そのニードルの先端部をシ リンダ一の内周面と面一にしておくことによって、 デッドスペースは実質的に零 となり、 シリンダー内に充填されたガスと高粘度材料の全部がニードル弁 NV 5 の開口部から吐出される。 吐出工程が終了して時間 T 6が経過した後に、 次の吸 入工程が開始する。 - ビストンポンプを複数設けた場合には、 1つの吐出工程を終了した後に他の 1 つが吐出工程を開始する。 そうすることによって、 各ピストンポンプにおいて高 粘度材料と圧縮されたガスとが層状になったものが、 順次、 複数のピストンボン プから管路に吐出される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る発泡装置の一部 （すなわち、 混入供給装置） を示す回路 図である。
図 2は、 本発明に係る発泡装置の残りの一部 （すなわち、 加圧装置、 分散装置、 及び吐出装置） を示す回路図である。
図 3は、 ピストンポンプの構造を示す断面正面図である。
図 4は、 ピストンポンプの動作を説明するためのタイミングチヤ一トである。 図 5は、 従来における高粘度材料の発泡装置の流体回路図である。 発明を実施するための最良の形態
図 1は本発明に係る発泡装置 1の一部を示す回路図 （換言すれば、 本発明に係 るバッチ式の混入供給装置 5の回路図） 、 図 2は本発明に係る発泡装置 1の残り の一部を示す回路図、 図 3はピストンポンプ 4 5 A， 4 5 Bの構造を示す断面正 面図、 図 4はピストンポンプ 4 5 A， 4 5 Bの動作を説明するためのタイミング チャートである。
図 1及び図 2において、 発泡装置 1は、 本発明の第 1の工程に対応して設けら れたガス供給装置 1 0、 高粘度材料供給装置 1 1、 及びガス導入装置 1 2、 第 2 の工程に対応して設けられた加速装置 1 3、 第 3の工程に対応して設けられた分 散装置 1 4、 第 4の工程に対応して設けられた吐出装置 1 5、 及びこれら全体を 制御する制御装置 1 9から構成されている。 ガス供給装置 1 0、 高粘度材料供給 装置 1 1、 ガス導入装置 1 2及び制御装置 1 9によって、 図 1に示すような本発 明に係わるバッチ式の導入供給装置すなわち混入供給装置 5が構成されている。 混入供給装置 5は本発明における混入装置に相当する。
図 1において、 ガス供給装置 1 0は、 0 . 1〜 5 k g Z c m2程度の範囲内、 -好 ましくは 0 . 1〜3 k g Z c m2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 （膜分離式ガス 発生装置） を用いる。 そのようなガス供給装置 1 0は、 例えば図 1に示すように、 コンプレッサからの圧縮空気を受け入れるポート 3 1、 フィル夕 3 2、 膜分離モ ジュール 3 3、 圧力調整弁 3 4、 及びガス流量計 3 5などから構成される。
膜分離モジュール 3 3は、 気体の膜透過速度の違いを利用して空気中のガスを 分離し発生する。 ガスが膜を透過する速度は、 気体分子の膜に対する溶解性及び 拡散性に依存する。 空気の成分中で窒素は膜透過速度が最も遅いので、 分離の効 率が良い。 本実施形態の膜分離モジュール 3 3では、 透過速度の速い水及び酸素 などは膜の外部に排出され、 透過速度の遅い窒素がガスとして取り出される。 通 常、 膜分離モジュール 3 3から出力される窒素ガスの圧力は、 入力される圧縮空 気の圧力よりも 0 . 5〜 1 k g Z c m2程度低い。 このような膜分離モジュール 3 3として、 例えば大陽東洋酸素社製の U Tシリーズを用いることができる。
膜分離モジュール 3 3を用いると、 圧縮空気を供給することによって窒素ガス を連続的に取り出すことができ、 且つ構造が簡単で故障が少ないので、 メンテナ ンスが極めて容易である。 駆動部分がないので振動及び騒音がない。 小型であり 設置スペースが少なくて済む。 湿気の少ないガスを安定して供給可能である。 低 圧であるので安全であり、 低コストである。
高粘度材料供給装置 1 1は、 高粘度材料を 1 0 0〜3 0 0 k g / c m2程度の範 囲内、 好ましくは 1 5 0〜 2 5 0 k g Z c m2の範囲内で調整された高圧力で送出 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、 フォロアブレ —ト式のプランジャーポンプ 4 2 Aが用いられる。 プランジャーポンプ 4 2 Aは、 収納缶に充填された高粘度材料 M Vを、 図示しないシリンダー装置により駆動さ れるプレートで押圧し管路 3 9 Aに送出する。
ガス導入装置 1 2は、 交互に動作する 2つのピストンポンプ 4 5 A， 4 5 Bか らなっている。 各ピストンポンプ 4 5 A， 4 5 Bは、 それぞれのピストンがモー 夕 M 2 A， M 2 Bによって往復直線駆動され、 これによつてピストンがシリンダ —内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行う。 ピストンポンプ 4 5 A， 4 5 B は、 管路 3 9 Aと管路 4 4 Aとの間に介在し、 高粘度材料供給装置 1 1から圧送 される高粘度材料 M Vと、 ガス供給装置 1 0から送出されるガスとを、 所定の比 率で、 それぞれ別々にバッチ式に導入する。 次に、 ピストンポンプ 45 A, 45 B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、 一方のビストンポンプ 45 Aについてのみ説明する。
図 1及び図 3を参照して、 ピストンポンプ 45 Aは、 シリンダー 45 1、 シリ ンダー 45 1内を密に摺動するビストン 452、 及びシリンダ一 451に設けら れた 3つのニードル弁 NV 1， NV3, NV5からなつている。
ニードル弁 NV 5は、 吐出制御用であり、 ピストンポンプ 45 Aにおける吐出 工程のストローク端部に設けられている。 ニードル弁 NV 3は、 ガスの供給制御 用であり、 吐出工程のストローク端部の近傍に設けられている。 ニードル弁 NV 1は、 高粘度材料 MVの供給制御用であり、 吸入工程のストローク端部の近傍に 設けられている。
これらのニードル弁 NV 1， NV 3 , NV5は、 互いにほぼ同一の構造であり、 ニードル 453が空気圧シリンダーにより駆動されて軸方向に移動し、 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 454 を開閉する。 弁本体には弁室内に連通するポート 455が設けられている。
ニードル弁 NV 1, NV3, NV 5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 45 1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。 したがって、 ニードル弁 NV 1, NV 3, NV 5が閉じた状態においては、 シリンダ一 45 1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 NV 1， V 3, NV5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 NV 5が開いて吐出工程が行わ れると、 シリンダ一 45 1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。
なお、 管路 39 Bにはチェック弁 CV 3， 4が、 管路 44 Aにはチェック弁 C V 5, 6力 それぞれ設けられている。 ピストンポンプ 45 A， 45 Bのシリン ダ一の容量 （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 16 mm、 スト D —クは 125mmであり、 容量は 25 c cである。
制御装置 1 9は、 各ピストンポンプ 45 A， 45 Bのシリンダー 45 1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をバッチ式に供 給し、 高粘度材料 M V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 Aに吐出するように、 モータ M1A， M2 A, M2 B及びニードル弁 N V I， NV 3, NV 5を制御する。
次に、 混入供給装置 5の動作を説明する。
図 4はピストンポンプ 45 A， 45 Bの動作を説明するためのタイミングチヤ 一卜である。
図 1に示すポート 3 1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に設定された圧力のガスが管路 39 Bに供給されている。 モー夕 M 1 Aが制御され、 モータ M 1 Aにより回転駆動されるネジポンプにより、 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 1 1から管路 39 Aに 供給される。
図 4に示すように、 いずれかのピストンポンプ 45 A, 45 Bにおいて、 ビス 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 T 1を経過した後に二一ドル弁 NV 1が開き、 ガスが供給される。 時間 T 1は 1〜2秒程度であり、 この間において はシリンダー 45 1の内部は負圧となる。
ビストン 452が吸入端に至った後、 しばらくしてからニードル弁 NV 1が閉 じる。 したがって、 吸入工程が終了すると、 シリンダー 45 1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 45 1内に吸入されるガスの量はガス流量計 3 5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。
ニードル弁 NV 1が閉じてから時間 T 3が経過した後、 ニードル弁 NV 3が開 く。 時間 T3は 0. 1〜0. 5秒程度であり、 これによつてニードル弁 NV 1と NV 3が同時に開くことが防止される。 ニードル弁 NV 3が開いている時間 T 4 の間に、 高粘度材料供給装置 1 1から高粘度材料 MVが供給され、 シリンダー 4 5 1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 45 1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。 例えば、 ガスが l k g/cm2、 高粘度材料が 200 k gZcm2とすると、 ガ スの容積は約 1 Z200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 1 k gZ cm2のガスとが混合することになる。 なお、 シリンダ一 451の容積と同じ容積の 1 k gZ cm2のガスは、 シリンダ一 45 1 の容積の 2倍の大気圧 （圧力 0 k gZcm2) のガスと同じである。 つまり、 l k gZ 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 はシリンダ一内の圧力は略一 1 k gZ cm2の負圧であるが、 ガスを供給して + 1 k g/cm2の圧力に加圧することに相当する。 したがって、 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 P 1として一般化すると、 混合比率 Rは （P 1 + 1 ) 対 1となる。 つまり、 ガ スの供給圧力 P 1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。
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 P 1として一般式で表すと、 発泡倍率 Aは （P 1 + 2) となる。
二一ドル弁 NV 3が閉じてから時間 T 5を経過した後に、 ニードル弁 NV 5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 T 5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 NV 1， NV 3が閉じており、 そのニードル 453の先端部はシリンダー 45 1の内周面と面一であるので、 そこでデッドスペースはなく、 シリンダー 45 1 内に充填されたガスと高粘度材料の全部がニードル弁 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 T 6が経過した後に、 次の吸入工程が開始 する。 時間 T 6は 0. 1〜0. 5秒程度の範囲内である。
各ピストンポンプ 45 A, 45 Bは、 一方が吐出工程を終了した後に他方が吐 出工程を開始する。 その結果、 各ピストンポンプ 45 A, 45 Bからは、 混入-状 物 （混合状物） が管路 44 Aに交互に吐出される。 混入状物は、 管路 44 A内に おいて、 1回の吐出工程分の高粘度材料と圧縮されたガスとがそれぞれ 2層状と なり、 2層状のものが不連続に連なった状態となる。 各ピストンポンプ 45 A， 45 Bの容量を 25 c c程度の小さなものとしておくと、 管路 44 A内の混入状 物がパルス状に存在する状態となる。 このようにしておくことによって、 後で分 散工程を行つた場合にその分散がより旨く行われる。
図 2は加圧装置 13、 分散装置 14、 及び吐出装置 15の回路図である。 これ ら加圧装置 13、 分散装置 14、 及び吐出装置 1 5を混入供給装置 5の後工程に 設けることによって、 全体として発泡装置 1を構成することができる。
図 2において、 加圧装置 13は、 モータにより直線往復駆動されるピストンに よって流体を加圧するピストンポンプ 5 1 A, 5 1 B、 開閉弁 52A, 52B,
53 A, 53 B、 及び圧力センサ 55 A, 55 Bなどから構成されている。 なお、 加圧装置 13の前後において、 必要に応じてミキサーを設けてもよい。
管路 44 Aに送出された混入状物は、 交互に動作するピストンポンプ 5 1A， 5 I Bによって加圧され、 管路 57に圧送される。
例えばピストンポンプ 51 Aの動作に際しては、 開閉弁 52 Aが開き開閉弁 5 3 Aが閉じた状態でピストンが上昇移動すると、 管路 44 Aの混入状物がシリン ダー内に吸入される。 開閉弁 52 Aが閉じ開閉弁 53 Aが開いた状態でピストン が下降移動すると、 シリンダー内の混合状物が押し出され、 加圧状態になる。 シ リンダ一内の圧力は圧力センサ 55 Aによって検出され、 検出信号が制御装置 1 9に送られる。 ビストンポンプ 5 1 Aからの押出し圧力は 1 50 k gZc m2以上 とする。 ピストンを駆動するモータは制御装置 1 9からの信号によって回転速度 が制御され、 これによつてピストンポンプ 51 Aの吸入と押出し、 及びその流量
(押出し量） が制御されている。
分散装置 14は、 分散用管路 61、 及び開閉弁 65からなる。 分散用管路 6 1 は、 内径が 8〜 10mm程度、 長さが 2〜 10 m程度のホースである。 分散用管 路 6 1内において、 混合状物の圧力は 1 50 k g/cm2以上、 例えば 200〜2 50 k gZcm2、 流量は 200 c c /m i n程度である。 加圧された混合状物が 分散用管路 6 1を流通する間に、 ガスが平均直径 0. 01mm程度の微細なもの となつて高粘度材料 M V内に分散する。
高粘度材料 MVの粘度特性、 比重、 及び必要な吐出量に応じて、 分散用管路 6 1の内部の圧力、 内径、 長さを設定すればよい。 分散用管路 6 1内におけるガスの分散の現象は次のように考えられる。 すなわ ち、 分散用管路 6 1内において、 高粘度材料 M Vとともに流動するガスは、 高粘 度材料 MVよりも比重が著しく小さく、 且つ粘度も低いため、 流速の遅い管壁の 方へ移動するとともに、 管壁と高粘度材料 M Vとの間に生じる剪断力によって高 粘度材料 M V中に分散される。 ガスは加圧によって体積が縮小するため、 加圧さ れる程、 分散効果が大きくなる。 換言すると、 大きい気泡はまず管壁の方へ移動 し、 剪断力によって千切られて小さな気泡となる。 気泡の径が超微細化されて高 粘度材料 M V中に混合したものは、 高粘度材料 M Vのみとの比重差及び粘度差が 少なくなるため、 管路内において管壁から離れた中心部へ戻る現象が生じる。 管 路内の圧力が低下すると、 気泡の体積が大きくなり、 気泡は管壁へ移動し、 そこ で再度剪断される。 このような現象が繰り返され、 ガスは剪断されて高粘度材料 M V内に分散する。
吐出装置 1 5は、 分散装置 1 4から送出する混合状物を常圧に戻して吐出させ 発泡させるためのものである。 吐出装置 1 5は、 吐出用管路 7 1、 吐出開閉弁 7 2、 及びノズル 7 3などからなっている。
分散装置 1 4から送出された混合状物は、 吐出開閉弁 7 2が開いているときは、 高粘度材料 MVとガスとの混合状物がノズル 7 3から吐出し、 吐出したときにガ スが膨張して発泡する。 ノズル 7 3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は所定の形状に塗布され又は成形される。
制御装置 1 9は、 発泡装置 1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 MVを吐出させる一連の工程をオンライン制御する。 なお、 発泡倍率 Aは次の式で定義される。
発泡倍率 A - V i ZV o
但し、 V , ：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）
V。：発泡前の高粘度材料の単位質量当たりの体積
発泡装置 1においては、 発泡倍率 Α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の範囲の適当な値に設定 する。
上述した混入供給装置 5によると、 高粘度材料 M Vとガスとを簡単な装置によ つて正確な混合比率 Rで混合することができる。 したがって、 発泡装置 1におい て、 発泡倍率 Aを高精度で制御することができる。 特に、 デッドスペースが実質 的に零で無視することのできるビストンポンプ 4 5 A , .4 5 Bを用いているので、 容量が正確であり、 したがって混合比率 Rが正確である。 因みに、 従来において はガスの流量を計測して混合比率 Rを制御しており、 流量を高精度に計測するこ とが困難であるため、 制御が容易でなく、 混合比率 Rの精度が低かった （なお、 ガスの流量を計測して混合比率 Rを制御する場合には、 流量を併用して計測する ことになり、 混合比率 Rの精度の信頼性が向上する。 ） 。
しかも、 大気圧程度の低い圧力のガスを高粘度材料 M Vと混入することができ るので、 ガス供給装置 1 0として膜分離モジュール 3 3を用いた低圧出力のもの を用いることができる。 したがって、 高圧ガスを充填したタンクを用いる必要が なく、 タンクの交換などのメンテナンスが不要であり、 場所もとらない。 また、 ガスの流量をガス流量計 3 5で正確に計測し、 ピストンポンプ 4 5 A， 4 5 Bの 動作を高精度で監視することかができる。
上述の実施形態において、 ガス供給装置 1 0として膜分離モジュール 3 3を用 いた装置を示したが、 例えば高圧ガスが充填されたタンク及び圧力調整弁などを 用いた装置でもよい。
上述の実施形態においては、 2つのピストンポンプ 4 5 A, 4 5 Bを用いてい るので吐出量を増大させることができ、 連続定量吐出を行うことが可能である。 また、 2つでなく 3つ以上のピストンポンプを用いてもよい。 これら複数個のピ ストンポンプは、 交互に運転するか、 または時間差を設けて運転するとよい。 2 つのピストンポンプを用いた場合に、 吐出工程の逆転速度に対して吸入工程の運 転速度を速くすることにより、 連続吐出とすることができる。
上述の実施形態において、 加圧装置 1 3の管路 4 4 Aの途中に、 羽根が回転駆 動されることによって混入状物を剪断して混合するプリミキサーを設けてもよい。 上述の実施形態においては、 混合状物を加圧した状態で分散用管路 6 1内を流 通させることによりガスを微細化することができ、 分散効率が向上する。 分散用 管路 6 1は、 適当な内径と長さのホースでよいので、 メンテナンスが容易であり, 且つコストダウンを図ることができる。 また、 例えば、 吐出装置 1 5をロボットに取り付けて所定の軌跡を描くように マ二ブレー夕により移動するように構成した場合に、 加圧装置 1 3から吐出装置 1 5までの間を配管又はホースで接続する必要があるが、 その場合に、 分散用管 路 6 1として適当な長さの配管又はホースを用いることによって、 分散用管路 6 1を接続用に兼用することができる。 なお、 分散用管路 6 1と、 動力ミキサー ひ°ヮ一ミキサー） 又はス夕ティックミキサーなどの通常のミキサーとを併用す ることもできる。 これらの通常のミキサーは、 第 1の工程、 第 2の工程、 第 3の 工程、 又は第 4の工程のいずれに設けてもよい。
また、 分散用管路 6 1として、 所定の内径と長さのパイプを螺旋状に巻いてュ ニット状に構成したもの （分散用管路ユニット） を用いてもよい。 その場合に、 パイプとして例えば鋼製のものを用いることができる。 寸法例を挙げると、 呼び 径が 3 Z 8の場合に全長が 1 0〜 5 m、 呼び径が 1ノ 4の場合に全長が 1 0〜 2 m程度である。
上述の実施形態において、 分散用管路 6 1の後、 又は後と前に、 圧力調整弁を 設け、 分散用管路 6 1内の高粘度材料 MVを高圧に維持するように圧力調整弁の 圧力を調整してもよい。 その場合に、 前の圧力調整弁は 1 5 0〜3 5 0 k g Z c m2以上、 後の圧力調整弁は 5 0〜2 5 0 k gノ c m2程度にそれぞれ設定される。 その他、 ガス供給装置 1 0、 混入供給装置 5又は発泡装置 1， l bの各部又は 全体の構成、 形状、 寸法、 材質、 数量、 容量、 動作のタイミングなどは、 本発明 の主旨に沿って上述した以外に適宜変更することができる。
本願発明の種々の特徴が、 特許請求の範囲に述べられている。 産業上の利用可能性
本発明によると、 ガスを低圧で高粘度材料に混入することができ、 しかも正確 な混合比率で混入することができる。
また、 本発明によると、 ガスと高粘度材料を正確な混合比率で混入することの できる構造が簡単で低コストのピストンポンプを提供することができる。
さらに、 本発明によると、 ガスを低圧で高粘度材料にバッチ式に導入すること ができ、 メンテナンスが容易であり、 安全性に優れ、 しかもコスト的に有利であ る。 しかも、 ガスと高粘度材料とを正確な混合比率で導入することができ、 発泡 倍率の制御が容易である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うビスト ンポンプを用い、
前記ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内にガスを供給し、 前記吸入工程の後で前記シリンダー内に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ピストンポンプの吐出工程を行い、 前記 吐出工程において前記ガス及び前記高粘度材料を管路に吐出する、
ことを特徴とする高粘度材料へのガス混入方法。
2 . 前記ピストンポンプが吐出工程を終了した時点において前記シリンダー内 のデッドスペースが実質的に零となるように設定されている、
請求項 1記載の高粘度材料へのガス混入方法。
3 . ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行うビスト 前記リンダー内に所定の圧力でガスを供給するガス供給装置と、
前記シリンダー内に所定の圧力で高粘度材料を供給する高粘度材料供給装置と、 前記ピストンポンプの吸入工程において前記ガスを供給し、 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ピストンボン プの吐出工程を行つて前記ガス及び前記高粘度材料を管路に吐出するように制御 する制御装置と、
を有してなることを特徴とする高粘度材料へのガスの混入装置。
4 . 前記ピストンポンプの前記シリンダーには、 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、 吐出工程のストローク端部の近傍に前記ガスの供給 制御用のニードル弁が、 吸入工程のストローク端部の近傍に前記高粘度材料の供 給制御用のニードル弁が、 それぞれ設けられ、 吐出工程を終了した時点において 前記シリンダー内のデッドスペースが実質的に零となるように構成されている； 請求項 3記載の高粘度材料へのガスの混入装置。
5 . シリンダーと、
吸入工程と吐出工程を行うために前記シリンダー内を往復移動するビストンと, を有し、
前記シリンダ一には、 吐出工程のストローク端部に吐出制御用の二一ドル弁が、 吐出'工程のストローク端部の近傍に前記ガスの供給制御用のニードル弁が、 吸入 工程のストローク端部の近傍に前記高粘度材料の供給制御用のニードル弁が、 そ れぞれ設けられ、 吐出工程を終了した時点において前記シリンダー内のデッドス ペースが実質的に零となるように構成されている、
高粘度材料へのガスの混入に用いられるピストンポンプ。
6 . 高粘度材料にガスを導入する第 1の工程と、
前記第 1の工程から送出される前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物をボン プによって加圧する第 2の工程と、
加圧状態の前記混合状物を分散用管路を通過させることによって、 前記ガスを 前記高粘度材料中に分散させる第 3の工程と、
前記分散用管路を通過した混合状物を吐出させることによって発泡させる第 4 の工程と、
を有し、
前記第 1の工程において、 ピストンがシリンダー内を往復移動して吸入工程と 吐出工程を行うピストンポンプ、 及び圧縮空気を供給することによってガスを発 生する膜分離式ガス発生装置を用い、 前記膜分離式ガス発生装置で発生した低圧 のガスを前記ピストンポンプに供給して高粘度材料にガスを導入する、
ことを特徴とする高粘度材料の発泡方法。
7 . 前記膜分離式ガス発生装置によって窒素ガスを発生させ、 発生した窒素ガ スを前記ガスとして用いる、
請求項 6記載の高粘度材料の発泡方法。
8 . 前記ピストンポンプの吸入工程において前記シリンダー内にガスを供給し、 前記吸入工程の後で前記シリンダ一内に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ピストンポンプの吐出工程を行い、 前記 吐出工程において前記ガス及び前記高粘度材料を管路に吐出する、
請求項 6又は請求項 7記載の高粘度材料の発泡方法。
9 . 前記ピストンポンプのシリンダ一に供給する前記ガスと前記高粘度材料と の供給圧力の比率によってこれらの混合比率を制御する、
請求項 8記載の高粘度材料の発泡方法。
1 0 . 前記ピストンポンプのシリンダーに供給する前記ガスの量をガス流量計 により計測することによって前記ガスと前記高粘度材料との混合比率を制御する、 請求項 8又は請求項 9の高粘度材料の発泡方法。
1 1 . 圧縮空気を供給することによってガスを発生する膜分離式ガス発生装置 と、
高粘度材料を圧送するための高粘度ポンプと、
ピストンがシリンダ一内を往復移動して吸入工程と吐出工程を行い、 前記高粘 度ポンプから圧送された高粘度材料と前記膜分離式ガス発生装置から供給された ガスとの混合状物を送出されるビストンポンプと、
前記ピストンポンプから送出する前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物を加 圧する加圧ポンプと、
加圧状態の前記混合状物を通過させることによって前記ガスを前記高粘度材料 中に分散させる分散用管路と、
前記分散用管路を通過した混合状物を吐出させるための吐出装置と、
を有することを特徴とする高粘度材料の発泡装置。
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