WO2021131054A1

WO2021131054A1 - ガス供給システム、機械発泡システム及びガスを供給する方法

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Publication number: WO2021131054A1
Application number: PCT/JP2019/051552
Authority: WO
Inventors: 高田　正春; 山下　喜市
Original assignee: サンスター技研株式会社
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-07-01
Also published as: EP3872596B1; EP3872596A1; EP3872596A4; JPWO2021131054A1; CN114929371A; CN114929371B; US20230039053A1

Abstract

ガスの急激な流量変動を防止することによって、正確な量のガスを計量することを可能とする。　ガスとペースト材料とを混合する混合吐出装置９０のためのガス供給システム１ａは、混合吐出装置に供給するガスの圧力を制御するレギュレータ２と、ガスの流量を計測する流量計３と、ガスを貯蔵するガス貯蔵部４と、混合吐出装置９０へのガス導入路１１を開閉するバルブ５と、を備える。流量計３は、ガスの流れに対して、ガス貯蔵部４の前に、かつ、レギュレータ２の後に配置されている。

Description

ガス供給システム、機械発泡システム及びガスを供給する方法

　本発明は、ガスとペースト材料とを混合する混合吐出装置のためのガス供給システム、ガス供給システムを備える機械発泡システム、並びに、機械発泡システムにおいてガスを供給する方法に関する。

　ガス供給源からのガスを流量計により正確に計量して真空チャンバに供給する技術が知られている（下記特許文献１）。

　かかる技術を利用した分野に、例えば、ガスとペースト材料とを混合する混合吐出装置がある。混合吐出装置では、所定の発泡倍率を達成するため、一定量のペースト材料に対して、ガスの量を正確に計量する必要がある。このため、混合吐出装置では、ガス供給源から真空チャンバへとガスを供給するガス供給路に、レギュレータ、流量計及びバルブを配置し、レギュレータにより一定圧に圧力制御されたガスの流量を流量計により計測しながら、バルブを開閉することにより、一定量のガスを真空チャンバ或いは低圧チャンバへと供給する。

　しかし、バルブを開いたとき、ガス流路と真空チャンバとの間の圧力差がきわめて大きい場合、ガス流路から真空チャンバにガスが急激に流れることになる。このとき、流入するガスは、流量計のサンプリングタイムより短い時間で瞬時に最高流量に達し得る。このサンプリングタイムを超える瞬間的な流量変動の間、流量計により計測されたガスの流量の精度が低下し、正確な量のガスを計量できないといった問題が生じ得る。

特開２０１３－２２９００１号公報

　本発明は、上記事実に鑑みなされたもので、ガスとペースト材料とを混合する混合吐出装置のガス供給システムにおいて、ガスの急激な流量変動を防止することによって、正確な量のガスを計量することを可能とするガス供給システム、ガス供給システムを備える機械発泡システム、並びに、機械発泡システムにおいてガスを供給する方法を提供することをその目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明のガス供給システムは、ガス供給源から供給されたガスの圧力を制御するレギュレータと、前記ガスの流量を計測する流量計と、前記ガスを貯蔵するガス貯蔵部と、前記混合吐出装置へのガス導入路を開閉するバルブと、を備えて構成したものである。

　前記流量計は、前記ガスの流れに対して、前記ガス貯蔵部の上流に、かつ、前記レギュレータの下流に配置されている。

　前記ガス貯蔵部は、前記バルブが開放されて前記混合吐出装置のピストンポンプにガスが供給されるとき、前記流量計が配置されている流路における流量変動が所定範囲に収まるように、前記ピストンポンプの所定容積に対する前記ガス貯蔵部の容積比が定められている。例えば、前記ピストンポンプの所定容積に対する前記ガス貯蔵部の容積比は、４から１００の間、８から５０の間、又は、１２から２０の間にある。例えば、前記ガス貯蔵部の容積は、20cc～2000ccである。好ましくは、ガス貯蔵部の材質はSUSである。

　好ましくは、前記レギュレータは、精密レギュレータである。例えば、前記精密レギュレータは、コンスタントブリード式レギュレータ又はノズル・フラッパ方式レギュレータである。

　好ましくは、前記ガス貯蔵部と前記バルブとの間のガス流路に設けられたチェックバルブをさらに備える。好ましいチェックバルブは、該チェックバルブの前後のガス静止時の圧力差を０．０１ＭＰａ以下とする。好ましくは、前記レギュレータに供給されるガスの圧力は、１MPa以下である。

　本発明のガス供給システムは、前記ガス供給システムを制御するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記ガス供給源から供給されたガスが前記レギュレータにより調圧され、前記ガスが前記ガス貯蔵部に蓄えられた状態から、前記バルブを開放し、これにより前記ピストンポンプの所定容積の空間にガスが送り蓄えられ、前記流量計によりガスの流量を計測し、前記流量計により計測されたガスの流量から前記ピストンポンプに蓄えられるガスの量を計算し、所定の閉条件が成立したとき、前記バルブを閉じる、各工程を実行する。

　前記コントローラは、前記ピストンポンプに蓄えられたものとして計算された前記ガスの量が予め設定された上下限の範囲に収まっているか否かを判断し、前記ガスの量が前記上下限の範囲外の場合、システム停止命令を発するようにしてもよい。

　本発明の好ましいガス供給システムは、前記ピストンポンプに蓄えられたものとして計算された前記ガスの量と、該ガスの量の適正範囲を示す上下限の範囲と、を表示する表示部をさらに備える。前記表示部は、前記流量計により計測された流量の時間的変化をさらに表示するようにしてもよい。

　さらに好ましくは、前記ガス貯蔵部と前記バルブとの間のガス流路にガスの圧力を検出する圧力計をさらに備える。

　前記バルブを閉じるための前記所定の閉条件は、次のいずれかの条件：
(1)前記流量計により計測されるガス流量が０、又は、該ガス流量が閾値以下となったとき
(2)前記圧力計により検出されたガスの圧力の変動がなくなったとき、又は、前記ガスの圧力変動幅が閾値以下となったとき
(3)前記バルブを開としたときから所定時間が経過したとき
に設定することができる。

　本発明の前記ガス貯蔵部は、ガスタンクとして構成することができる。或いは、前記ガス貯蔵部は、前記ピストンポンプの所定容積に対する所定容積比を達成する長さ及び断面積を有する配管から構成されてもよい。

　本発明の機械発泡システムは、上記したガス供給システムと、前記ガス供給システムからガスが供給されるピストンポンプを備える混合吐出装置と、を備えて構成したものである。

　本発明の第１の態様の機械発泡システムは、前記ガス供給システム及び前記混合吐出装置を制御するコントローラを備え、前記混合吐出装置の前記ピストンポンプは、前記ガス供給システムに接続されたシリンダと、前記シリンダ内で昇降駆動されるピストンと、を備え、前記混合吐出装置は、さらに、ペースト材料を供給する材料供給装置と、前記材料供給装置に接続された、ペースト材料の管路と、前記シリンダから前記管路へのガス供給路を開閉する吐出バルブと、を備え、前記コントローラは、前記吐出バルブを閉じた状態で前記ピストンを前記シリンダ内で上昇させ、前記ピストンの上昇駆動により前記シリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に、前記ガス供給システムからガスを導入し、前記材料供給装置から前記管路へ一定量のペースト材料を流し、前記ピストンを下降させることにより前記ガスを圧縮し、前記吐出バルブを開放し、これによって吐出されたガスを前記管路内のペースト材料に混入させる、各工程を実行する。

　本発明の第２の態様の機械発泡システムは、前記ガス供給システム及び前記混合吐出装置を制御するコントローラを備え、前記混合吐出装置の前記ピストンポンプは、前記ガス供給システムに接続されたシリンダと、前記シリンダ内で昇降駆動されるピストンと、を備え、前記混合吐出装置は、さらに、ペースト材料を供給する材料供給装置と、前記材料供給装置と前記シリンダとの間に設けられた材料バルブと、を備え、前記コントローラは、前記材料バルブを閉じた状態で前記ピストンを前記シリンダ内で上昇させ、前記ピストンの上昇駆動により前記シリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に、前記ガス供給システムからガスを導入し、前記材料バルブを開放することによって、前記材料供給装置から前記シリンダ空間へペースト材料を供給し、前記ピストンを下降させることにより前記シリンダ内の前記ガス及び前記ペースト材料を吐出する、各工程を実行する。

　本発明のガスを供給する方法は、第１又は第２の機械発泡システムにおいて、ピストンポンプにガスを供給する方法であり、ガス供給源から供給されたガスがレギュレータによって調圧され、前記ガス貯蔵部に前記ガスが蓄えられた状態から、前記バルブを開放し、これにより前記シリンダ空間にガスが送り蓄えられ、前記流量計によりガスの流量を計測し、前記流量計により計測されたガスの流量から前記ピストンの上昇駆動により前記シリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に蓄えられたガスの量を計算し、所定の閉条件が成立したとき、前記バルブを閉じる、各工程を備えて構成したものである。

　前記バルブを閉じるための前記所定の閉条件は、上記したいずれかの条件とすることができる。

　好ましくは、本発明の方法は、前記シリンダ空間に蓄えられたものとして計算された前記ガスの量が予め設定された上下限の範囲に収まっているか否かを判断し、前記ガスの量が前記上下限の範囲外の場合、前記機械発泡システムを停止させる。

　本方法は、前記バルブを閉じた後、前記ピストンを下降させ、次にガスとペースト材料とを混合させる、各工程を備える。混合された前記ガスと前記ペースト材料とを、面上に吐出して塗布する工程をさらに備える。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス供給システムのブロック図である。図２は、本発明の第２の実施形態に係るガス供給システムのブロック図である。図３は、本発明の第３の実施形態に係るガス供給システムのブロック図である。図４は、本発明の第１及び第２の実施形態に係るガス供給システムが適用される機械発泡装置の第１例の概略図である。図５は、本発明の第１及び第２の実施形態に係るガス供給システムが適用される機械発泡装置の第２例の概略図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
　図１には、本発明の第１の実施形態に係るガス供給システム１ａが示されている。

　第１の実施形態に係るガス供給システム１ａは、ガスとペースト材料とを混合して吐出する混合吐出装置９０にガスを供給するように構成されている。混合吐出装置９０は、ガスとペースト材料とを混合するためのピストンポンプ３０を備え、ガス供給システム１ａは、ピストンポンプ３０にガスを供給する。ガス供給システム１ａと混合吐出装置９０とは、全体として、機械発泡システム５０を構成している。

　ガス供給システム１ａは、ガス供給源２０からピストンポンプ３０までのガス導入路１１に、ガス供給源２０から送られてきたガスの圧力を制御するレギュレータ２と、ガスの流量を計測する流量計３と、所定容積のガスを貯蔵するガス貯蔵部４と、ガス導入路を開閉するバルブ５と、流量計３により計測されたガス流量が適正であったかどうかを判断する流量コントローラ６と、を備えている。ここで、流量計３は、ガスの流れに対して、ガス貯蔵部４の前に、かつ、レギュレータ２の後に配置されている。

　ガス貯蔵部４は、ガスタンクとして構成することができる。しかし、本発明のガス貯蔵部は、ガスタンクの例に限定されるものではなく、所定容積のガスを貯蔵できる限り、任意の形態を取り得る。例えば、流量計３とバルブ５との間のガス導入路１１の長さと内部断面積とによって定まるガス容積が所定容積となるように、ガス導入路１１の当該長さと内部断面積とを設定することもできる。所定容積が大きければ、ガス導入路１１も長くなり、ガス供給部１ａの長さも増大するが、例えば、長尺の配管を螺旋状のような曲線状に形成することによって、全体的な長さを低減させることができる。勿論、所定ガス貯蔵部としての１区分のガス導入路１１は、直線状であってもよく、またガス導入路１１の断面積を位置に応じて変化させてもよい。

　ピストンポンプ３０は、バルブ５が閉じられている間に、該ピストンポンプのピストンを上死点まで上げてシリンダ内に真空状態の所定容積を形成する。バルブ５を開放してガス供給システム１ａから該シリンダにガスを送り、送った時のガスの圧力が一定圧力になれば、ピストンポンプ３０のシリンダ容積とその一定圧力とにより定まるガスの量がピストンポンプ３０のシリンダに供給されたことになる。本発明の実施形態では、当該シリンダに流入するガスの量を直接測定するのではなく、事前に供給側でガスの量を測定しておく。すなわち、ガス供給源２０から供給されたガスをレギュレータ２により一定圧に調圧した後、流量計３により流量を計測する。流量計３により計測された流量を計測時間に亘って積算すれば、一定圧でピストンポンプ３０のシリンダ空間に供給されたガスの量を求めることができ、当該ガスの量が、ピストンポンプ３０のシリンダ容量に対して設定量であるか否かを判断することができる。

　レギュレータ２は、好ましくは精密レギュレ―タである。このような精密レギュレータとして、例えば、コンスタントブリード式や、ノズル・フラッパ方式などの精密レギュレータがある。

　バルブ５が開放されて混合吐出装置９０のピストンポンプ３０にガスが供給されるとき、流量計３が配置されている流路における流量変動が所定範囲に収まるように、ピストンポンプ３０の所定容積に対するガス貯蔵部４の容積比が定められている。ガス貯蔵部４のガス容積比の下限は、好ましくは、４倍以上、より好ましくは、８倍以上、さらに好ましくは１２倍以上となる。ガス容積比が小さすぎると、バルブ５を開放したときの圧力低下が大きくなり、流量計３を流れる流量が急激に増えて流量計３の計測制度が低下するからである。ガス貯蔵部４のガス容積比の上限としては、好ましくは、１００倍以下、より好ましくは５０倍以下、さらに好ましくは２０倍以下となる。ガス貯蔵部４のガス容積比が大きすぎると、ガス流量の変化に伴う圧力差が小さくなり過ぎて、ガスの計量精度が低下する傾向があるからである。

　ガス貯蔵部４のガス容積は、好ましくは、ピストンポンプ３０のシリンダ容積である5ccや10ccや20ccや100cc程度に対して、20cc～2000cc程度である。ガス貯蔵部４にとって好ましいこのガス容積は、通常エアライン中に、大量にエアを消費する用途で設置されるエア貯蔵部の容積に比べてきわめて小さい。これは、本発明の実施形態に係るガス貯蔵部４が、急激な流量変動を防止するバッファの役割を果たしているのに対して、後者では、絶対的なエア供給量が重要になるからである。

　また、ガス貯蔵部４の材質はガス容積を一定に保つように剛性の高いSUSであるのが好ましい。

　次に、第１の実施形態に係るガス供給システム１ａの作用を説明する。

　準備段階として、バルブ５が閉じられた状態で、ガス供給源２０からガス導入路１１にガスが供給されると、レギュレータ２がガスの圧力を所定の圧力に調整し、流量計３がガスの流量を計測し、ガス流量の信号が流量コントローラ６に送られる。流量計３を通過したガスは、バルブ５が閉じられているため、ガス貯蔵部４に蓄えられる。

　流量コントローラ６は、流量計３により計測されたガス流量を監視しており、レギュレータ２により調圧されたガスが所定量、流量計３を通過したか否かを判断する。流量コントローラ６は、ガス貯蔵部４とバルブ５との間のガス流路の圧力が一定圧力を示したか否か、流量計３の流量がゼロであるか否かをさらに判断する。流量コントローラ６が上記条件に合致していると判断し、かつ、混合吐出装置９０でガス導入の準備ができた（例えばピストンポンプ３０のピストンが上死点に至ったとき）ときに、バルブ５は開放可能となる。

　バルブ５を開放すると、ピストンポンプ３０のシリンダ空間にガスが送り蓄えられ、後述する所定の閉条件が成立したときバルブ５が閉じられる。バルブ５が開放されてから閉じられるまでの間、流量計３は流量を計測し、流量コントローラ６は、計測された流量に基づいて、ピストンの上昇駆動によりシリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に蓄えられたガスの量を計算する。計算されたガスの量に基づいてシリンダ空間に所定量のガスが蓄えられたか否かを判断することが可能となる。

　バルブ５が開放されたとき、一定の圧力に調整されてガス貯蔵部４に貯蔵されていたガスは、真空状態となっているピストンポンプ３０へと急激に流れ込む。ガス貯蔵部４が設けられていない従来技術では、ピストンポンプ３０内への急激なガスの流れ込みにより、流量計３を流れるガスの流量も急激に増大することになり、流量の急激な変化が流量計３のサンプリング時間より短い時間内で発生し得る。これにより、サンプリング歪が生じ、正確なガス量の計測に基づく所望の発泡倍率の達成が困難となる。

　しかし、本発明の第１実施形態では、流量計３の後段にガス貯蔵部４が配置されているため、ピストンポンプ３０に流入するガス量が急激に増大しても十分にガス貯蔵部４に貯蔵されたガスを供給可能であるため、流量計３を通過するガスの流量は、サンプリング時間内で急激に変動しなくなる。よって、本願発明の第１の実施形態によれば、バルブ５を開にしたときでも、流量計３は、流量を正しくサンプリング可能となる。

　バルブ５を開にした後、バルブ５を閉にするタイミングは、次のいずれかに設定することができる。
(1)流量計３により計測されるガス流量が０になったとき（又は、ガス流量が閾値以下となったとき）
(2)ガス貯蔵部４から出るガスの圧力（後述する図２及び図３の圧力計８により検出された圧力）の変動がなくなり一定になったとき（又は、ガスの圧力変動幅が閾値以下となったとき）
(3)バルブ５を開としたときから所定時間が経過したとき

　(1)の場合は、ピストンポンプ３０のシリンダ内に一定圧でガスが供給され、ガス貯蔵部４にも同じ一定圧でガスが蓄えられてガスの流れがなくなったことを示している。そのため、バルブ５を閉じることによって次のサイクルのガス供給を準備するタイミングと判断する。(2)の場合におけるガス貯蔵部４の後段の圧力の変動がなくなったことは、ガス貯蔵部４からピストンポンプ３０へのガスの流れがなくなったことを示しており、次のガス供給を準備するタイミングと判断する。ガス貯蔵部４の後段の圧力計については、他の実施形態（図２、図３の圧力計８）が参照される。(3)の所定時間は、一定圧力でガス貯蔵部４に蓄えられたガスが真空状態の所定容積のピストンポンプ３０に流入するまでの時間として予め計算しておくことができる。

　また、ガス供給源２０は、例えば０～１ＭＰａ若しくは０～０．５ＭＰａなどの比較的低圧のガスを供給するコンプレッサとして構成することができる。これによって、流量計２の流量測定精度をさらに向上させることができる。

　ガス供給源２０としてコンプレッサを用いた場合、その後段にフィルター、オイルミストセパレーター、レギュレータを配置することがある。しかし、これらのエア機器、特にレギュレータは、ガス供給システム１ａのレギュレータ２とは別個に設けられたものであり、本質的に異なる作用を有する。

　また、ガス供給源２０は、本機だけでなく各種機器の駆動等に用いられることがあり、ガス供給管路途中にガス貯蔵部を設けることがある。しかし、このガス貯蔵部は各種機器へのガス圧の不足を補うためであり、ガス供給システム１ａのガス貯蔵部４とは別個に設けられたものであり、本質的に異なる作用を有する。

　ガスの種類としては、空気（大気圧の空気、低圧空気、圧縮空気）、炭酸ガス、窒素ガス、酸素、アルゴン、クリプトン等の様々な気体を採用することができる。また、ペースト材料に供給するガスを大気中の空気とした場合にも、ガス供給源２０を用いることができるが、その代わりに、大気中の空気を取り入れるための空気取入れ口を設け、該空気取入れ口から導入された大気圧の空気をガス供給システム１ａに供給するようにしてもよい。この場合、空気を濾過し、粉塵等を除去する空気フィルターを空気取入れ口と吸入バルブとの間に設けてもよい。さらに、ガス供給源２０や空気取入れ口の代わりに、ガスタンク、及びガス圧力を調整する圧力調整機構としての調整バルブ等を備える構成を用いることができる。また、ガスの圧力も、そのときの製造条件に応じて、大気圧より加圧した正圧又は大気圧より圧力が低い負圧とすることができる。

　低圧ガスを使用することにより、耐圧安全性を考慮した設計が不要となる。例えば、構成部品（配管やバルブ等）を低強度の材質で作ったり肉厚を薄くしたりすることが可能となる。さらには、ガス流量の制御を容易にし、ガス注入の信頼性や取り扱いの安全性を向上させることができる。これによってガス混入システム全体の軽量化、小型化を図ることができる。勿論、本発明は、使用目的や状況に応じて高圧ガスを取り扱う態様を含んでおり、低圧ガスの使用に限定されるものではない。

　次に、ガス供給システム１ａを利用した、ペースト材料とガスとを混合する機械発泡システム５０を図４及び図５を用いて説明する。なお、図４及び図５において、上記と同様の構成要件については、同様の参照番号を付して詳細な説明を省略する。

（機械発泡システムの第１例）
　図４に示す第１例の機械発泡システム５０ａは、ガスをペースト材料に混入する手段として、ガス供給源２０と、ガス供給システム１ａと、ペースト材料が流れる管路空間（管路４７によって形成されたペースト材料の通路として形成される）にガスを吐出するためのピストンポンプ３０と、ピストンポンプ３０のピストンを駆動させるピストン駆動部３１と、ピストンポンプ３０から管路４７へのガス供給路を開閉する吐出バルブ３２と、を備える。

　また、機械発泡システム５０ａの混合吐出装置９０ａは、ペースト材料を貯蔵するタンク４０と、該タンク４０に貯蔵されたペースト材料を管路４７に圧送する圧送ポンプ４１と、ガスが混入されたペースト材料を攪拌するミキサー４５と、ガスとペースト材料との混合物を吐出するためにガンの先端に取り付けられたノズル４６と、を備えていてもよい。また、圧送ポンプ４１、ミキサー４５、ノズル４６に、一定量のペースト材料が流れたことを検出するため、図示しない流量計が経路中のどこかに設けられていてもよい。

　混合吐出装置９０ａでは、先ず、ピストン駆動部３１によって、ピストンポンプ３０のピストンが上死点に至るまで駆動される。これによってピストンポンプ３０の画定された容積のシリンダ内は真空状態となる。この画定された容積の真空状態のシリンダ内に、ガス供給システム１ａにより正確に計量された量のガスが、バルブ５（図１）を開放することによって流れ込む。所定量のガスがピストンポンプ３０のシリンダ内に蓄えられると、バルブ５が閉じられる。なお、ピストンポンプ３０において、画定されるべき容積に応じて、物理的な上死点に達しない手前の位置でピストンの上昇駆動を停止し真空状態を形成してもよい。

　次に、ピストン駆動部３１によって、ピストンポンプ３０のピストンが下死点に向かって下降され、内部のガスが圧縮される。管路４７には、一定の流量でペースト材料が流れており、吐出バルブ３２を開放することによって、当該ペースト材料に、ピストンポンプ３０からガスが流れ込み、ガスがペースト材料中に混入される。なお、本発明は、本工程においてピストンポンプのピストンが下死点へ到達後に吐出バルブ３２が開く態様だけでなく、ピストンが下死点へ向かう途中に吐出バルブ３２が開く場合や、上死点と下死点との間のいずれかの場所で停止した状態で吐出バルブ３２が開く態様も含まれる。吐出バルブ３２が開くタイミングは、ピストンの位置やペースト材料の圧力やシリンダ内のガスの圧力を検出し開くタイミングを決定することも可能である。好ましくは、ピストンがシリンダ下死点近傍に設定されることが良く、管路を流れるペースト材料の圧力よりもシリンダ内のガスの圧力が高いことが望ましい。

　機械発泡装置９０ａでは、ガス供給システム１ａにより正確に計量されたガスが一定量のペースト材料に混入されるので、所望の発泡倍率を容易に得ることが可能となる。

（機械発泡装置の第２例）
　図５に示す第２例の混合吐出装置９０ｂは、２つのピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂを並列に配置したものである。この構成上の相違に応じて、ガス供給システム１ａでは、ガス導入路１１を２つのガス導入路１１Ａ、１１Ｂに分岐させ、それぞれのガス導入路１１Ａ、１１Ｂをピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂのガス入力ポート３３Ａ、３３Ｂに各々接続している。

　また、第１の混合吐出装置９０ａとの他の相違点は、第２例の混合吐出装置９０ｂでは、ピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂのシリンダ内に、ガスのみならずペースト材料も導入され、当該シリンダ内でガスとペースト材料とが混合される構成である。この構成上の相違に応じて、ペースト材料のタンク４０から延びる管路４７は、２つの管路４７Ａ、４７Ｂに分岐され、管路４７Ａ、４７Ｂは、開閉バルブ５０Ａ、５０Ｂを介して、ピストンポンプ３０Ａ、Ｂの材料入力ポート５１Ａ、５１Ｂに各々接続されている。

　混合吐出装置９０ｂによれば、先ず、ピストン駆動部３１Ａ、３１Ｂによって、ピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂのピストンが上死点に至るまで駆動される。これによってピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂの画定された容積のシリンダ内は真空状態となる。この画定された容積の真空状態のシリンダ内に、ガス供給システム１ａにより正確に計量された量のガスが、バルブ５Ａ，５Ｂを開放することによって、流れ込む。その後、バルブ５Ａ，５Ｂを閉じ、バルブ５０Ａ、５０Ｂを開放し、圧送ポンプ４１を駆動することによって、管路４７Ａ、４７Ｂを介してペースト材料がピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂ内に流れ込む。所定量のガス及び所定量のペースト材料がピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂのシリンダ内に蓄えられると、バルブ５０Ａ、５０Ｂが閉じられる。

　次に、ピストン駆動部３１Ａ、３１Ｂによって、ピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂのピストンが下死点まで下降され、内部のガスとペースト材料とが、出力ポート５２Ａ、５２Ｂから押し出される。押し出された混合物は、配管中を流れるうちに、また、図示しないミキサーでさらに混合されることにより、ガスの気泡が細かくされ、これらの気泡がペースト材料中に均等に分散される。

　なお、混合吐出装置９０ｂでは、発泡体の吐出が途切れないように、ピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂが交互に異なる位相で連続的に吐出するよう運転される。或いは、１回あたりの吐出量を増加するため、ピストンポンプ３０Ａ、３０Ｂを同位相で並列運転してもよい。ピストンポンプは１本でもよく、或いは、３本以上設置することもできる。後者の場合、複数のピストンポンプのうち２つ以上からなる組ごとに連続吐出運転、他の組を当該組との並列運転とすることができる。

　第２例の混合吐出装置９０ｂにおいても、ガス供給システム１ａによって正確に計量されたガスがピストンポンプに導入されるので、所望の発泡倍率を容易に得ることが可能となる。

（第２の実施形態）
　次に第２の実施形態に係るガス供給システム１ｂを図２を用いて説明する。なお、図２において、第１の実施形態と同様の構成要件については、同様の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。

　図２に示されるように、第２の実施形態に係るガス供給システム１ｂは、第１の実施形態に係るガス供給システム１ａにおいて、ガス貯蔵部４とバルブ５との間に配置されたチェックバルブ７と、チェックバルブ７とバルブ５との間に配置された圧力計８と、圧力計８により検出されたガスの圧力に基づいてレギュレータ２を制御する圧力コントローラ９と、をさらに追加して構成したものである。

　チェックバルブ７を配置したことにより、材料の逆流を防止することができ、ひいては流量計３の破損を防止することができる。好ましくは、チェックバルブ７は、該チェックバルブ７の前後のガス静止時の圧力差を０．０１ＭＰａ以下とするものがよい。圧力差が大きくなると、ガス流量の測定誤差が大きくなるからである。

　また、圧力計８により検出された圧力が所定範囲に収まるようにレギュレータ２が制御されるので、真空チャンバ３０に導入するガスの量をより正確にすることが可能となる。本実施形態に係るレギュレータ２は、上述のように制御されるので、ガス供給源２０に配置されるレギュレータと上記した例のレギュレータとは異なることが理解されよう。

　第２の実施形態に係るガス供給システム１ｂも上記した混合吐出装置９０ａ、９０ｂに適用可能である。

　なお、第２の実施形態において、第１の実施形態に対して、チェックバルブ７のみを追加する場合や、圧力計８及び圧力コントローラ９のみを追加する場合も考えられる。

（第３の実施形態）
　次に第３の実施形態に係るガス供給システム１ｃを図３を用いて説明する。なお、図３において、第１及び第２の実施形態と同様の構成要件については、同様の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。

　第３の実施形態に係るガス供給システム１ｃは、第２の実施形態に係るガス供給システム１ｂにおいて、流量コントローラ６、圧力コントローラ９及び混合吐出装置９０を制御するメインコントローラ１０と、ガス流量をグラフ表示する表示部１２と、をさらに追加して構成したものである。

　メインコントローラ１０及び表示部１２を設けたことによって、ガス供給システム１ｃ及び混合吐出装置９０を統合的に監視し制御することができ、より正確な量のガスとペースト材料とを混合することが可能となる。例えば、第１の実施形態で説明されたようにバルブ５を開放してからバルブ５を閉じるまでの間にピストンポンプ３０のシリンダ空間内のガスの量が計算されるが、この計算されたガスの量が所定量であったか否かをメインコントローラ１０が判断し、その結果を表示部１２に表示することによって、オペレータが容易にシステムが適正に運転されているかを判断することができる。

　また例えば、計算されたシリンダ空間内に蓄えられたガスの量が予め設定したガス量の上下限の範囲に入らない場合には、メインコントローラ１０がシステム停止命令を発して装置を自動停止させたりすることができる。或いはまた、表示部１２にガス量の計算結果と上下限の範囲とを表示させることによってオペレータが手動で装置を停止したり、オペレータが上下範囲を表示部を介して設定し、コントローラ１０が設定された上下範囲に基づいて上記したシステム停止命令を発するようにすることもできる。さらには、不具合を事前に見つけたり、その原因究明を補助するために、表示部１２に流量計３により計測されたガス流量の履歴（時間的変化）を表示するようにしてもよい。

　第３の実施形態に係るガス供給システム１ｃも上記した混合吐出装置９０ａ、９０ｂに適用可能である。

　以上が本発明の実施形態であるが、本発明は上記例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で任意好適に変更可能である。例えば、本発明のガス供給システムが適用されるシステムを、図４、図５に示される機械発泡システムで説明したが、本発明は、これらの例に限定されず、所定容積の真空状態の空間に正確に計量されたガスを供給可能な装置に適用することができる。

　　１ａ、１ｂ、１ｃ　　ガス供給システム
　　２　　レギュレータ
　　３　　流量計
　　４　　ガス貯蔵部
　　５　　バルブ
　　６　　流量コントローラ
　　７　　チェックバルブ
　　８　　圧力計
　　９　　圧力コントローラ
　１０　　メインコントローラ
　１１、１１Ａ、１１Ｂ　　ガス導入路
　１２　　表示部
　３０、３０Ａ、３０Ｂ　　ピストンポンプ（真空チャンバ）
　５０、５０ａ、５０ｂ　　機械発泡システム
　９０、９０ａ、９０ｂ　　混合吐出装置

Claims

　ガスとペースト材料とを混合するため所定容積のピストンポンプを有する混合吐出装置のためのガス供給システムであって、
　ガス供給源から供給されたガスの圧力を制御するレギュレータと、
　前記ガスの流量を計測する流量計と、
　前記ガスを貯蔵するガス貯蔵部と、
　前記混合吐出装置へのガス導入路を開閉するバルブと、
　を備える、ガス供給システム。
　前記流量計は、前記ガスの流れに対して、前記ガス貯蔵部の上流に、かつ、前記レギュレータの下流に配置されている、請求項１に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部は、前記バルブが開放されて前記混合吐出装置のピストンポンプにガスが供給されるとき、前記流量計が配置されている流路における流量変動が所定範囲に収まるように、前記ピストンポンプの所定容積に対する前記ガス貯蔵部の容積比が定められている、請求項２に記載のガス供給システム。
　前記ピストンポンプの所定容積に対する前記ガス貯蔵部の容積比は、４から１００の間、８から５０の間、又は、１２から２０の間にある、請求項３に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部の容積は、20cc～2000ccである、請求項４に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部の材質はSUSである、請求項５に記載のガス供給システム。
　前記レギュレータは、精密レギュレータである、請求項１から６のいずれか１項に記載のガス供給システム。
　前記精密レギュレータは、コンスタントブリード式レギュレータ又はノズル・フラッパ方式レギュレータである、請求項７に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部と前記バルブとの間のガス流路に設けられたチェックバルブをさらに備える、請求項１から８のいずれか１項に記載のガス供給システム。
　前記チェックバルブは、該チェックバルブの前後のガス静止時の圧力差を０．０１ＭＰａ以下とする、請求項９に記載のガス供給システム。
　前記レギュレータに供給されるガスの圧力は、１MPa以下である、請求項９又は１０に記載のガス供給システム。
前記ガス供給システムを制御するコントローラをさらに備え、
　前記コントローラは、
　前記ガス供給源から供給されたガスが前記レギュレータにより調圧され、前記ガスが前記ガス貯蔵部に蓄えられた状態から、前記バルブを開放し、これにより前記ピストンポンプの所定容積の空間にガスが送り蓄えられ、
　前記流量計によりガスの流量を計測し、
　前記流量計により計測されたガスの流量から前記ピストンポンプに蓄えられるガスの量を計算し、
　所定の閉条件が成立したとき、前記バルブを閉じる、各工程を実行する、請求項１から１１のいずれか１項に記載のガス供給システム。
　前記コントローラは、前記ピストンポンプに蓄えられたものとして計算された前記ガスの量が予め設定された上下限の範囲に収まっているか否かを判断し、前記ガスの量が前記上下限の範囲外の場合、システム停止命令を発する、請求項１２に記載のガス供給システム。
　前記ピストンポンプに蓄えられたものとして計算された前記ガスの量と、該ガスの量の適正範囲を示す上下限の範囲と、を表示する表示部をさらに備える、請求項１２又は１３に記載のガス供給システム。
　前記表示部は、前記流量計により計測された流量の時間的変化をさらに表示する、請求項１４に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部と前記バルブとの間のガス流路にガスの圧力を検出する圧力計をさらに備える、請求項１２から１５のいずれか１項に記載のガス供給システム。
　前記バルブを閉じるための前記所定の閉条件は、次のいずれかの条件：
(1)前記流量計により計測されるガス流量が０、又は、該ガス流量が閾値以下となったとき
(2)前記圧力計により検出されたガスの圧力の変動がなくなったとき、又は、前記ガスの圧力変動幅が閾値以下となったとき
(3)前記バルブを開としたときから所定時間が経過したとき
である、請求項１６に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部は、ガスタンクである、請求項１から１７のいずれか１項に記載のガス供給システム。
　前記ガス貯蔵部は、前記ピストンポンプの所定容積に対する所定容積比を達成する長さ及び断面積を有する配管から構成される、請求項１から１７のいずれか１項に記載のガス供給システム。
　請求項１から１９のいずれか１項に記載のガス供給システムと、
　前記ガス供給システムからガスが供給されるピストンポンプを備える混合吐出装置と、
を備える、機械発泡システム。
　前記機械発泡システムは、
　前記ガス供給システム及び前記混合吐出装置を制御するコントローラを備え、
　前記混合吐出装置の前記ピストンポンプは、
　前記ガス供給システムに接続されたシリンダと、
　前記シリンダ内で昇降駆動されるピストンと、を備え、
　前記混合吐出装置は、さらに、
　ペースト材料を供給する材料供給装置と、
　前記材料供給装置に接続された、ペースト材料の管路と、
　前記シリンダから前記管路へのガス供給路を開閉する吐出バルブと、
を備え、
　前記コントローラは、
　前記吐出バルブを閉じた状態で前記ピストンを前記シリンダ内で上昇させ、
　前記ピストンの上昇駆動により前記シリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に、前記ガス供給システムからガスを導入し、
　前記材料供給装置から前記管路へ一定量のペースト材料を流し、
　前記ピストンを下降させることにより前記ガスを圧縮し、
　前記吐出バルブを開放し、これによって吐出されたガスを前記管路内のペースト材料に混入させる、各工程を実行する、請求項２０に記載の機械発泡システム。
　前記機械発泡システムは、
　前記ガス供給システム及び前記混合吐出装置を制御するコントローラを備え、
　前記混合吐出装置の前記ピストンポンプは、
　前記ガス供給システムに接続されたシリンダと、
　前記シリンダ内で昇降駆動されるピストンと、
　を備え、
　前記混合吐出装置は、さらに、
　ペースト材料を供給する材料供給装置と、
　前記材料供給装置と前記シリンダとの間に設けられた材料バルブと、
を備え、
　前記コントローラは、
　前記材料バルブを閉じた状態で前記ピストンを前記シリンダ内で上昇させ、
　前記ピストンの上昇駆動により前記シリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に、前記ガス供給システムからガスを導入し、
　前記材料バルブを開放することによって、前記材料供給装置から前記シリンダ空間へペースト材料を供給し、
　前記ピストンを下降させることにより前記シリンダ内の前記ガス及び前記ペースト材料を吐出する、各工程を実行する、請求項２０に記載の機械発泡システム。
　請求項２１又は２２に記載の機械発泡システムにおいて、前記ピストンポンプにガスを供給する方法であって、
　ガス供給源から供給されたガスがレギュレータによって調圧され、前記ガス貯蔵部に前記ガスが蓄えられた状態から、前記バルブを開放し、これにより前記シリンダ空間にガスが送り蓄えられ、
　前記流量計によりガスの流量を計測し、
　前記流量計により計測されたガスの流量から前記ピストンの上昇駆動により前記シリンダ内で形成された一定容積のシリンダ空間に蓄えられたガスの量を計算し、
　所定の閉条件が成立したとき、前記バルブを閉じる、各工程を備える、方法。
　前記バルブを閉じるための前記所定の閉条件は、次のいずれかの条件：
(1)前記流量計により計測されるガス流量が０、又は、該ガス流量が閾値以下となったとき
(2)前記圧力計により検出されたガスの圧力の変動がなくなったとき、又は、前記ガスの圧力変動幅が閾値以下となったとき
(3)前記バルブを開としたときから所定時間が経過したとき
である、請求項２３に記載の方法。
　前記シリンダ空間に蓄えられたものとして計算された前記ガスの量が予め設定された上下限の範囲に収まっているか否かを判断し、前記ガスの量が前記上下限の範囲外の場合、前記機械発泡システムを停止させる、請求項２３又は２４に記載の方法。
　前記バルブを閉じた後、前記ピストンを下降させ、次にガスとペースト材料とを混合させる、各工程を備える、請求項２３から２５のいずれか１項に記載の方法。
　混合された前記ガスと前記ペースト材料とを、面上に吐出して塗布する工程をさらに備える、請求項２６に記載の方法。