JP3851895B2 - 高粘度材料の発泡方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、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。

図１０は従来における高粘度材料の発泡装置９０の流体回路図である。

図１０において、収納缶９１に収納されている高粘度材料は、一次ポンプ９２によって圧送され、パワーミキサー９４に送り込まれる。タンク９３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９４に送り込まれる。

パワーミキサー９４は、モータ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攪拌する。パワーミキサー９４で攪拌された高粘度材料は管路９５を経てノズル９６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９０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６３−２６４３２７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ト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。

しかし、上述した従来の発泡装置９０では、高粘度材料及びガスを加熱し、高圧でパワーミキサー９４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ｃｐｓの場合には、パワーミキサー９４の内圧が１００ｋｇ／ｃｍ² 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９４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、５０ｋｇ／ｃｍ² 時における流量の誤差は大気圧時には５０倍になって現れる。そのため、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って均一な発泡を得るのが極めて困難である。
特開昭６３−２６４３２７号 特開平０６−１９８１５２号 特開昭５０−１５９８７１号

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と混合することができ、ガスの流量制御を容易にして高粘度材料とガスの混合比率のバラツキを少なくし、発泡状態を安定させて均一な発泡を得ることを目的とする。

すなわち本発明は、高粘度材料にガスを低圧、なかんずく大気圧程度の低い圧力で混入させることができ、しかもパワーミキサーを用いなくても、簡便に発泡体の得られる方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明に係る方法は、第１のポンプによって、供給されたガスを高粘度材料に混入させて前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物を送出する第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第２のポ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、吐出用管路を経て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、前記第１のポンプによる前記高粘度材料の吸入量及びガスの供給量を、前記第４の工程の前記吐出用管路中における前記高粘度材料の圧力及び密度に応じてそれぞれ制御することによって、前記高粘度材料と前記ガスとの混合比率を制御する。

請求項２の発明に係る方法は、前記第１のポンプとして機械的吸引式のポンプを用いる。

請求項３の発明に係る方法は、前記ガスとして炭酸ガスを用いる。

請求項４の発明に係る方法は、前記ガスとして炭酸ガスと窒素ガスを併用して用いる。

請求項５の発明に係る方法は、前記第２のポンプとしてピストンポンプを用いる。

請求項６の発明に係る方法は、前記第１の工程からの送出圧力が１００ｋｇ／ｃｍ² 以下であり、前記第２の工程によって１００ｋｇ／ｃｍ² 以上に加圧する。

請求項７の発明に係る方法は、前記第２の工程、前記第３の工程、又は前記第４の工程のいずれかにおいて、スタティックミキサーを用い、前記混合状物が前記スタティックミキサーを通過するようにする。

請求項８の発明に係る方法は、前記第２の工程、前記第３の工程、又は前記第４の工程のいずれかにおいて、パワーミキサーを用い、前記混合状物が前記パワーミキサーを通過するようにする。

請求項９の発明に係る方法は、前記分散用管路の下流側に圧力調整弁を設け、前記分散用管路中の混合状物の圧力が所定の圧力以上となるように維持する。
請求項１０の発明に係る方法は、前記第４の工程における混合状物の流路中に開閉弁を設け、前記第２のポンプを前記開閉弁と連動して作動させ、前記開閉弁を開くときにはそれよりも早いタイミングで前記第２のポンプを作動させる。

本発明に係る装置は、高粘度材料にガスを混入し前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物を送出する第１のポンプと、前記第１の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第２のポンプと、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、前記ガスの流量を制御するための流量制御装置と、前記第１のポンプの前記高粘度材料の吸入量を制御するための制御駆動装置と、前記吐出装置内の前記高粘度材料の圧力及び密度を計測する計測装置と、計測された圧力及び密度に基づいて前記流量制御装置及び前記制御駆動装置に指令を与えて前記高粘度材料の発泡状態を制御する発泡状態制御部と、を有する。

請求項１２の発明に係る装置は、前記分散用管路中の混合状物の圧力を調整するための圧力調整弁が設けられている。

請求項１３の発明に係る装置は、前記分散用管路の下流側に設けられて流路を開閉する開閉弁と、前記第２のポンプによる加圧を停止するときは前記開閉弁を閉じ、前記開閉弁を開くときにはそれよりも早いタイミングで前記第２のポンプを作動させることにより、前記分散用管路内の混合状物の圧力を加圧状態に維持するための圧力維持制御部と、を有する。

請求項１４の発明に係る装置は、前記高粘度材料を硬化させる硬化剤を供給するための硬化剤供給装置と、前記吐出装置の先端部分に設けられ、前記硬化剤供給装置から供給される硬化剤を前記混合状物と混合するための混合装置と、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、 炭酸ガス、窒素ガス、空気などを用いることができる。

第１のポンプとして、一軸ネジポンプ、ギヤポンプ、トロコイドポンプ、プランジャポンプ、フォロアーポンプなどが用いられる。ポンプ又は第２のポンプとして、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、トロコイドポンプなどが用いられる。ピストンポンプには定流量が得られるピストンポンプが用いられる。

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パイプが用いられる。そのようなパイプは、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ユ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、微細化されたガスが高粘度材料内に分散する。

炭酸ガス（二酸化炭素）は２０℃で７０ｋｇ／ｃｍ² 以上の圧力を加えると液化するので、ガスとして炭酸ガスを用いた場合には、高粘度材料に炭酸ガスを低圧で混入した後で高圧に加圧することによって、混合状物中の炭酸ガスが液化し、同時に高粘度材料中に溶解する。これによって高粘度材料への炭酸ガスの分散が行われる。また、高粘度材料とガスとの混合比率の制御が精度良く行える。

また、炭酸ガスと窒素ガスとを併用した場合に、炭酸ガスは液化し易く、窒素ガスは液化し難い。このように液化する圧力が異なるので、加圧とは逆に加圧を解除して常圧に戻した場合に、先に気化した窒素ガスが均一に発砲し、その窒素ガスの空洞（ガスの核）に向かって気化する炭酸ガスが集中する傾向となり、発泡状態が均一のままで発砲倍率を大きくできるといった効果が得られる。

本発明によると、ガスを低圧でしかも簡単な構造の装置によって高粘度材料と混合することができ、ガスの流量制御を容易にして高粘度材料とガスの混合比率のバラツキを少なくし、発泡状態を安定させて均一微細な発泡を得ることができる。従来のようにパワーミキサーやギヤポンプで高粘度材料とガスを混合しないので、設備的にも簡単且つ安価な装置でシンプルに構成することができる。高粘度材料が摩擦熱で発熱して発泡体に悪影響を与えることもない。

しかも、高粘度材料とガスとの混合比率をより容易に制御し、より適切な発泡倍率を得ることができる。

請求項９及び請求項１２の発明によると、分散用管路内をより確実に高圧に維持することができ、ガスの分散がより安定する。

請求項１１乃至請求項１４の発明によると、簡単な構成でガスを高粘度材料中に分散させることができ、高粘度材料を安定的に発泡させることができる。

請求項１４の発明によると、２液硬化型の高粘度材料も用いることができ、高粘度材料の硬化速度を速めることができる。

図１は本発明に係る発泡装置１の回路図、図２は一軸ネジポンプ４２の吸入部を示す断面図、図３はピストンポンプ５１の要部を示す断面図、図４は分散用管路ユニット６１の断面図である。

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圧縮ガス供給装置１１及び混合装置１２、第２の工程に対応して設けられた加圧装置１３、第３の工程に対応して設けられた分散装置１４、第４の工程に対応して設けられた吐出装置１５、及びこれら全体を制御する制御装置１９などから構成されている。

圧縮ガス供給装置１１は、タンク３１、圧力調整弁３２、流量制御装置３３、三方弁３４、絞り弁３５，３６、チェック弁３７、及び圧力調整弁３８から構成されている。

タンク３１には、高圧の窒素ガス又は炭酸ガスが充填されている。圧力調整弁３２は１〜１０ｋｇ／ｃｍ² 程度の範囲内で設定されており、タンク３１から供給されるガスの圧力を一定の低圧に維持する。ガスとして空気を用いる場合には、タンク３１に代えてコンプレッサーを用いる。流量制御装置３３は、ガスの流量Ｑｇを計測し、計測値を表示器３３ａに表示するとともに、制御装置１９からの制御信号Ｓ５に基づいてガスの流量を制御する。

三方弁３４は、ガスが混合装置１２に供給されているときと供給が停止されているときとの流量の差による流量制御装置３３の制御誤差を低減するために設けられている。三方弁３４によって、ガスを混合装置１２に供給する方向と大気に開放する方向とに流路が切り換えられる。混合装置１２にガスを供給するときには、三方弁３４を経由してガスが供給され、混合装置１２にガスを供給しないときには、三方弁３４が切り換えられ、ガスは大気に開放される。これによって、混合装置１２の動作時と非動作時との流量制御装置３３における差圧を一定にし、流量制御装置３３の動作を安定化して混合比率のバラツキを抑える。

圧縮ガス供給装置１１によって、所定の流量及び所定の圧力の低圧ガスが混合装置１２に供給される。

混合装置１２は、高粘度材料ＭＶを収納する収納缶４１、第１のポンプとしての一軸ネジポンプ４２、一軸ネジポンプ４２を回転駆動するモータＭ１、一軸ネジポンプ４２及びモータＭ１を上下方向に移動可能に支持するとともに一軸ネジポンプ４２の底面を高粘度材料ＭＶに押し付けるシリンダ装置４３、及び、管路４４から構成されている。なお、高粘度材料ＭＶは、例えば３万ｃｐｓ以上のものである。

図２において、一軸ネジポンプ４２は、ステータ４２１、ロータ４２２、プレート４２３などを有しており、吸入口ＳＰ１には、圧縮ガス供給装置１１からガスを供給するためのガス管４２４の先端部４２５が開口している。モータＭ１によってロータ４２２が回転すると、高粘度材料ＭＶは吸入口ＳＰ１から吸入され、それと同時に、先端部４２５から供給されるガスも吸入口ＳＰ１から入って高粘度材料ＶＭに混入される。これによって、ロータ４２２の内部では、高粘度材料ＭＶとガスとが混合した状態である混合状物となって移送され、その混合状物は管路４４へ送出される。管路４４への送出圧力は１００ｋｇ／ｃｍ² 以下であり、通常、５０〜１００ｋｇ／ｃｍ² 程度で行われる。吸入口ＳＰ１の近辺の圧力は１ｋｇ／ｃｍ² 程度又はそれ以下と低いので、ガスを低圧で一軸ネジポンプ４２に導入することができる。なお、モータＭ１は制御装置１９からの信号Ｓ４によって回転速度が制御され、これによって一軸ネジポンプ４２の流量（吸入量）が制御されている。

図３において、加圧装置１３は、第２のポンプとしてのピストンポンプ５１、ピストンポンプ５１を駆動するモータＭ２、開閉弁５２，５３、圧力計５４、及び圧力センサ５５などから構成されている。

ピストンポンプ５１は、シリンダー５１１、ピストン５１２、パッキン５１３などを有している。開閉弁５２が開き開閉弁５３が閉じた状態でピストン５１２が上昇移動すると、混合装置１２から送出されてきた高粘度材料ＭＶとガスとの混合状物がシリンダー５１１内に吸入される。開閉弁５２が閉じ開閉弁５３が開いた状態でピストン５１２が下降移動すると、シリンダー５１１内の混合状物が押し出され、加圧状態になる。シリンダー５１１内の圧力は圧力センサ５５によって検出され、制御装置１９に送られる。ピストンポンプ５１からの押出し圧力は１５０ｋｇ／ｃｍ² 以上とする。圧力計５４は、予め設定された圧力を検出すると接点信号を出力する。なお、モータＭ２は、制御装置１９からの信号Ｓ３によって回転速度が制御され、これによってピストンポンプ５１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。

図１において、分散装置１４は、分散用管路ユニット６１、圧力調整弁６２，６３、及び圧力計６４，６５Ａなどから構成されている。

図４において、分散用管路ユニット６１は、両端に配置されたプレート６１１，６１２がロッド６１３、６１３…によって連結され且つ固定され、プレート６１１，６１２の間には、螺旋状に巻かれたパイプ６１４が装着され、その各端部が、配管部材を介してプレート６１１，６１２に設けられたポート６１５，６１６に接続されて構成されている。パイプ６１４が本発明の分散用管路に相当する。なお、分散用管路ユニットとして、パイプを単に螺旋状にまいただけのものでもよい。

パイプ６１４は、例えば鋼製のものであり、呼び径が３／８の場合に全長が例えば１０〜５ｍ、呼び径が１／４の場合に全長が例えば１０〜２ｍのものである。高粘度材料ＭＶとガスとの混合状物は、例えば圧力が１５０ｋｇ／ｃｍ² 以上、例えば２００〜２５０ｋｇ／ｃｍ² 、流量が２００ｃｃ／ｍｉｎで分散用管路ユニット６１を通過することによって、ガスが例えば平均直径が０．０１ｍｍ程度の微細なものとなって高粘度材料ＭＶ内に分散する。

ガスの分散の現象は次のように考えられる。すなわち、パイプ６１４のような管路内において、高粘度材料ＭＶ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ＭＶとの間に生じる剪断力によって高粘度材料ＭＶ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ＭＶ中に混合したものは、高粘度材料ＭＶ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ＭＶ内に分散する。

また、ガスの分散の現象は次のようにも推測できる。すなわち、ガスと高粘度材料との混合状物を加圧した状態で分散用管路を通過させたときに、分散用管路内では大気側に向かって生じる圧力損失によって圧力勾配が生じる。この圧力減少にともなってガスの塊が膨張するが、膨張しながら同時に崩壊し分裂する。このように、高粘度材料に混入したガスの塊は、分散用管路内で膨張と崩壊分裂とを連続的に起こすことにより、細かい泡（ガスの塊）に分散する。これを大気中に吐出させることにより、発泡体が得られるのである。

したがって、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、パイプ６１４の内部の圧力、管径、管長を設定すればよい。

なお、圧力調整弁６２，６３は、分散用管路ユニット６１内の高粘度材料ＭＶを高圧に維持するためのものであり、例えば圧力調整弁６２は１５０〜３５０ｋｇ／ｃｍ² 以上、圧力調整弁６３は５０〜２５０ｋｇ／ｃｍ² 程度にそれぞれ設定される。

再び図１において、吐出装置１５は、分散装置１４から送出する高粘度材料ＭＶ及びガスの混合状物を常圧に戻して吐出させ、これによって発泡させるためのものである。吐出装置１５は、吐出用管路７１、吐出開閉弁７２、ノズル７３、密度計７４、及び圧力センサ７５などからなっている。

分散装置１４から送出された混合状物は、吐出用管路７１を流通することによって徐々に常圧に戻り、それにともなってガスが膨張する。吐出開閉弁７２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７３から吐出し、吐出したときに発泡する。ノズル７３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。

密度計７４は、例えば流通する高粘度材料ＭＶの質量をオンラインで連続的に計測するものである。密度計７４による計測信号Ｓ１及び圧力センサ７５による検出信号Ｓ２は制御装置１９に入力される。

制御装置１９は、計測信号Ｓ１及び検出信号Ｓ２に基づいて発泡倍率Ａを算出し、発泡倍率Ａが所定の値となるように信号Ｓ３〜５を出力し、ガスの流量Ｑｇ、及び一軸ネジポンプ４２の吸入量を制御する。これによって、発泡装置１の全体を制御し、発泡倍率が所定の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。なお、発泡倍率Ａは次の式で定義される。

発泡倍率Ａ＝Ｖ₁ ／Ｖ₀
但し、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
発泡装置１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であり、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。

上述した発泡装置１によると、タンク３１内のガスを大気圧程度の低い圧力で一軸ネジポンプ４２の吸入口ＳＰ１に供給し、高粘度材料ＭＶと混合することができるので、ガスの流量Ｑｇを制御することによって混合比率を高精度に制御すことができ、高粘度材料ＭＶの発泡倍率Ａを正確に制御して均一な発泡を得ることができる。ガスの圧力が低いので、高圧のタンク３１を用いることなく、例えばコンプレッサによって低圧の圧縮空気を供給することも可能である。

本発明においては、混合状物を加圧した状態で分散用管路ユニット６１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。分散用管路ユニット６１は簡単な構造であるので、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。なお、分散用管路ユニット６１と、動力ミキサー（パワーミキサー）又はスタ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。

次に、発泡装置１の変形例を説明する。

図５は他の例の発泡装置１ａにおける加圧装置１３ａ、分散装置１４ａ、吐出装置１５ａを示す図、図６は発泡装置１ａの動作タイミングを示す図である。図５において、図１と同様の機能を有する要素には同一の符号を付した。以下同様である。

この発泡装置１ａにおいては、分散用管路ユニット６１と吐出用管路７１ａとの間に、圧力調整弁６３に代えて開閉弁６５が設けられている。すなわち、先に説明した発泡装置１では、分散用管路ユニット６１の内部を所定の圧力に維持するために圧力調整弁６３を設けたが、この例の発泡装置１ａでは、吐出用管路７１ａの径を小さくして管路抵抗を大きくするとともに、開閉弁６５の開閉タイミングを旨く制御することによって、分散用管路ユニット６１の内部に所定の圧力を発生させ且つ維持するようにしたものである。

図５及び図６において、圧力センサ５５は、ピストンポンプ５１の押出し圧力を検出しており、検出圧力が設定圧力（１５０〜３５０ｋｇ／ｃｍ² ）以上となった場合には信号Ｓ６を出力し、装置の最大許容圧力４００ｋｇ／ｃｍ² 以上となった場合には危険信号Ｓ７を出力する。押出し信号は、高粘度材料ＶＭの押出しを指示する信号であり、押出し信号がオンしている間において、吐出が可能である場合に開閉弁６５，７２を開いて高粘度材料ＭＶを吐出させて発泡させる。高粘度材料ＭＶを押出している間は、吐出用管路７１ａの管路抵抗によって圧力が発生し、分散用管路ユニット６１の内部には所定の高圧が発生する。押出し信号がオンの状態であっても、ピストンポンプ５１は、ピストンポンプ５１に取り付けられている近接センサによって押出し工程における終端位置の下死点信号が出力されると、自動的に吸入工程に切り換わるとともに、吸入工程を行っている間は吐出が不可能であるから、開閉弁６５，７２は閉じられる。圧力センサ５５から信号Ｓ７が出力されると、配管の詰まりなどの異常が発生したと判断され、非常停止して警報を出力する。

押出し信号がオフすると、開閉弁５３，６５，７２は閉じられ、開閉弁５２が開かれ、ピストンポンプ５１が吸入工程を行うが、その後、開閉弁６５，７２は閉じたままの状態で、開閉弁５３が開かれ、開閉弁５２が閉じられ、ピストンポンプ５１が短時間だけ押出し工程を行う。これによって高粘度材料ＭＶが押出され、圧力センサ５５の信号Ｓ６が出力されるので、その後、開閉弁５２，５３，６５，７２はそれまでの状態を維持し、ピストンポンプ５１は停止し、スタンバイ状態となる。スタンバイ状態では、分散用管路ユニット６１の内部が所定の加圧状態に維持され、次に吐出信号がオンしてピストンポンプ５１が押出し工程を行うと、分散用管路ユニット６１の内部には圧力の低下が生じることなく連続的に圧力が維持される。これによって、分散用管路ユニット６１によるガスの分散が常に正常に行われる。

発泡装置１ａでは、圧力調整弁６３が不要であるので、それだけコストダウンを図ることができる。

図７はさらに他の例の発泡装置１ｂを示す図である。発泡装置１ｂにおいては、２液硬化型の高粘度材料を用いるために硬化剤供給装置１６が設けられている。硬化剤供給装置１６は、吐出用管路７１ｂの先端部分において、硬化剤ＭＳを高粘度材料ＭＶに注入して混合する。吐出用管路７１ｂの先端部分には、チェック弁を内蔵したマニホルド７６が接続されている。注入された硬化剤ＭＳはマニホルド７６内で高粘度材料ＭＶと合流し、パワーミキサー又はスタティックミキサー７７で充分に混合されて吐出される。

硬化剤供給装置１６は、供給管路８６、流量計、開閉弁８８，８９などから構成されている。

硬化剤タンク８２内の硬化剤ＭＳは、供給管路８６を通ってマニホルド７６に流入し、そこで高粘度材料ＭＶと合流する。高粘度材料ＭＶ及び硬化剤ＭＳの量は、それぞれピストンポンプ５１及び硬化剤ポンプ８３の動作状態によって決定されるので、それらの混合比は自由に設定可能である。

発泡装置１ｂによると、２液硬化型の高粘度材料ＭＶを用いることができるので、硬化速度を速めることができる。硬化剤ＭＳを吐出用管路７１ｂの先端部分において合流させているので、洗浄する部分が少なくて済む。

なお、図７に示す発泡装置１ｂでは、主剤である高粘度材料ＭＶを発泡させるように構成したが、高粘度材料ＭＶと硬化剤ＭＳとを入れ替えて硬化剤ＭＳを発泡させるようにしてもよい。また、高粘度材料ＭＶ及び硬化剤ＭＳの両方を発泡させるように構成してもよい。

次に、ガスとして特に炭酸ガスを用いた場合について説明する。

炭酸ガスは低圧下では気体状態であり、 高圧下（２０℃、７０ｋｇ／ｃｍ² ）では液体になり易いので、高粘度材料にガスを混合する場合に、ガスの流量制御が容易であり、高粘度材料とガスの混合比率を精度良く制御することができ、発泡状態を安定させて均一な発泡体を得ることができる。

図１に示す発泡装置１において、圧縮ガス供給装置１１のタンク３１には、高圧の炭酸ガスが充填される。圧力調整弁３２は１０ｋｇ／ｃｍ² 以下の圧力、例えば７ｋｇ／ｃｍ² 程度に設定され、タンク３１から供給される炭酸ガスの圧力を一定の低圧に維持する。

圧縮ガス供給装置１１によって、所定の流量及び所定の圧力の低圧の炭酸ガスが混合装置１２に供給される。

混合装置１２によって、高粘度材料ＭＶと炭酸ガスとが混合した状態の混合状物となって移送され、管路４４へ送出される。管路４４への送出圧力は例えば５０ｋｇ／ｃｍ² 程度である。この混合状物が加圧装置１３に供給される。

加圧装置１３によって、混合状物は高圧に加圧され、混合状物中の炭酸ガスが液化して高粘度材料ＭＶ中に溶解する。高粘度材料ＭＶ中に溶解した炭酸ガス（液化ガス）は、管路などにおいて容易に分散する。

加圧装置１３のピストンポンプ５１からの押出し圧力は１００ｋｇ／ｃｍ² 以上、例えば１５０〜３００ｋｇ／ｃｍ² の範囲の圧力に設定される。この設定圧力は、例えば圧力調整弁６２によって調整される。

吐出装置１５は、加圧装置１３から送出される高粘度材料ＭＶ及びガスの混合状物を常圧に戻して吐出させ、液化した炭酸ガスを気化させて発泡体を得る。

なお、ガスとして、高圧で液化し易い炭酸ガスと、炭酸ガスの液化する圧力において気体状態である窒素ガスとを併用する場合には、高粘度材料に分散した気体状態の窒素ガスの中に加圧下で液化した炭酸ガスが少し遅れて気化して集中し、セルを膨張させるので、発泡倍率を高くすることができる。

図８はさらに他の例の発泡装置１ｃを示す図である。 図８に示す発泡装置１ｃにおいては、図１に示す発泡装置１の第２の工程の加圧装置１３及び第３の工程の分散装置１４の図示が省略されている。

図８に示す発泡装置は１ｃでは、高粘度材料を送出する第１のポンプとして通常の高粘度材料圧送用のフォロアプレートポンプ４２Ａが用いられ、フォロアプレートポンプ４２Ａから送出される高粘度材料にガスを混入させるため第１のピストンポンプとして２個のピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂが用いられている。

フォロアプレートポンプ４２Ａは、収納缶に収納された高粘度材料をプレートで押圧することによって圧送して取り出した高粘度材料を管路３９Ａに送出する。ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂは、管路３９Ａと管路４４Ａとの間に介在し、フォロアプレートポンプ４２Ａから送出された高粘度材料に、タンク３１Ａから送出されたガスを混入させる。

ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂのシリンダーの容量は、ピストンの移動距離によって定まる。各ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂの吸入工程において、先ず、各シリンダー内に、タンク３１Ａから、ガスがシリンダーの容量に相当する所定量になるまで、１０Ｋｇ／ｃｍ² 以下の圧力で供給される。次いで、ガスの充満したシリンダー内に、フォロアプレートポンプ４２Ａから、高粘度材料が、１０Ｋｇ／ｃｍ² 以上の所定の圧力で供給される。このとき、ガスの圧力と高粘度材料の圧力との比率が、ガスと高粘度材料の混合比率に相当するものとなる。したがって、これらの混合比率の制御が容易である。

ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂへ供給する高粘度材料の圧力は、フォロアプレートポンプ４２Ａを常に圧送状態としておき、管路３９Ａに設けられた制御バルブ（例えばピストンバルブなど）によって調整する。

ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂへ供給するガスの圧力は、ガスの管路３９Ｂに設けられた圧力調整弁によって調整する。特にこのガスの圧力は、加圧することなく常圧であってもピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂのシリンダーに供給することができるが、本実施形態では１０Ｋｇ／ｃｍ² 以下の一定圧力に調整して使用する。

ガスと高粘度材料とが各ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂのシリンダー内に吸入し終わった後で、吐出工程となる。各ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂの吐出工程では、ガスと高粘度材料の混合状物が、吐出側の管路４４Ａに設けられたピストンバルブ又はチェックバルブなどの流量制御バルブを通って、第２のピストンポンプであるピストンポンプ５１（図１参照）へ送り出される。各ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂの容量（容積）をできるだけ小さくしておくことによって、１回の吐出工程で送出される高粘度材料ＭＶ及びガスの量が少なくなり、不連続でパルス的な状態となる。このようにすることによって、後の分散工程における分散がより旨く行われる。

混合状物はピストンポンプ５１から分散用管路であるパイプ６１４に送り出され、パイプ６１４を通過することによって、分散、すなわちガスが高粘度材料に溶解して混合する。

図８に示すように、第１のピストンポンプとして２個のピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂを用いることによって、第１のピストンポンプからの吐出量を増大させることができるとともに、連続定量吐出を行うことができる。また、２個でなく３個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個のピストンポンプを用いた場合に、吐出工程の運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。

図８に示す発泡装置１ｃでは、２個のピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂを交互に運転する交互運転モードと、一方のピストンポンプのみを単独で運転する単独運転モードとの２つの動作モードがあり、これらの動作モードを切替えて使用することが可能である。

図９は第１のピストンポンプとして２個のピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂを交互に運転する動作モードで使用した場合の作動状態のタイミングを示す図である。

図９において、ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂの制御タイミングは、加圧用の第２のピストンポンプの吸引信号と連動している。本明細書又は図面において、ピストンポンプ４５Ａをポンプ１、ピストンポンプ４５Ｂをポンプ２と記載することがある。

一方のピストンポンプ４５Ａのピストンが下降する最初の吐出工程の間において、他方のピストンポンプ４５Ｂのピストンはガスと高粘度材料とを吸入した状態で上死点において待機している。一方のピストンポンプ４５Ａのピストンが下死点に到達して吐出を終了すると、他方のピストンポンプ４５Ｂのピストンが下降して吐出工程を行う。

次に、他方のピストンポンプ４５Ｂが吐出工程を行っている間に、一方のピストンポンプ４５Ａはガスと高粘度材料を吸入し、次の吐出工程のために待機する。

なお、ピストンポンプ４５Ａ，４５Ｂにガスと高粘度材料を供給するための制御バルブは、タイマーの設定時間に応じてそれぞれ開閉する。例えば、 ピストンポンプ４５Ａが吸入工程にあり、 そのピストンが上昇している間において、ガス用の制御バルブＶ３は設定時間だけオンとなっている。この間に、ガスがそのシリンダー内に供給される。設定時間が経過すると、制御バルブＶ３はオフとなり、高粘度材料用の制御バルブＶ１がオンとなる。制御バルブＶ１がオンとなることによって、シリンダーに高粘度材料が供給される。

同様に、ピストンポンプ４５Ｂが吸入工程にあり、 そのピストンが上昇している間において、ガス用の制御バルブＶ４はオンとなる。ガスがそのシリンダー内に供給された後に、高粘度材料用の制御バルブＶ２がオンとなり、シリンダーに高粘度材料が供給される。タイマーの設定時間は、高粘度材料の粘度などに応じて定められる。

このように、一方のピストンポンプ４５Ａのピストンの吐出工程が終了すると、他方のピストンポンプ４５Ｂが吐出工程を開始し、以降において交互に吐出工程が行われる。これによって、第１のピストンポンプからは、混合状物が連続的に吐出される。

上述した発泡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃにおいて、一軸ネジポンプ４２に代えてギヤポンプ、トロコイドポンプなどを用いてもよい。ピストンポンプ５１に代えてギヤポンプ、プランジャポンプなどを用いてもよい。分散用管路ユニット６１は、パワーミキサー又はスタティックミキサーと併用してもよい。発泡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ又は分散装置１４などの各部又は全体の構成、形状、寸法、材質、数量、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。

次に、発泡装置１ｃを用いた実験例について説明する。
（実施例１）
高粘度材料ＭＶとして、湿気硬化型ウレタン系シーリング材（サンスター技研株式会社製ＲＤ−４１６１）、粘度２０万ｃｐｓのものを用い、ガスとして炭酸ガスと窒素ガスを用い、ガスの流量Ｑｇを種々可変して実験を行った。実験結果を表１に示す。

表１によると、ガスとして炭酸ガスを用いることによって、高い発泡倍率で非常に均一な発泡が得られたことが理解される。

炭酸ガスと窒素ガスを用いて同一条件で発泡状態を評価した場合には、ガスを低圧で供給して流量制御を行っても、炭酸ガスは高圧で液化し易いので、高粘度材料ＭＶと高精度の割合で溶解し混合することができ、高い発泡倍率Ａを得ることができる。
（実施例２）
高粘度材料ＭＶとして、熱硬化型ウレタン系シーリング材（サンスター技研株式会社製）を用い、ガスとして炭酸ガスと窒素ガスを用いて実施例１と同様に実験を行った。炭酸ガスの供給圧力は７ｋｇ／ｃｍ² 、ガスの流量Ｑｇは０．２２ＮＬ／ｍｉｎ、加圧圧力は２８０ｋｇ／ｃｍ² とした。高粘度材料ＭＶとして湿気硬化型常温硬化ウレタンを用いた例についても実験し、実験例７とした。実験結果を表２に示す。

表２によると、比較的低い温度で速硬化する熱硬化型の高粘度材料ＭＶは、安定した発泡倍率Ａを得られたことが理解される。

つまり、通常、発泡倍率Ａの高い発泡体は、その材料の硬化過程において内部のガスが大気中に逃げてしまい、発泡倍率Ａが著しく低下してしまう。硬化速度を速めればガスを保持することができるので、発泡倍率Ａの高い発泡体を得ることができる。

高粘度材料を発泡させることによりパッキンやガスケットを作製したり、空隙部への充填を行う場合に適用される。

本発明に係る発泡装置の回路図である。 一軸ネジポンプの吸入部を示す断面図である。 ピストンポンプの要部を示す断面図である。 分散用管路ユニットの断面図である。 他の例の発泡装置の一部の回路図である。 図５の発泡装置の動作タイミングを示す図である。 さらに他の例の発泡装置の一部の回路図である。 さらに他の例の発泡装置の一部の回路図である。 図８の発泡装置の交互運転モードにおける動作タイミングを示す図である。 従来における発泡装置の流体回路図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 発泡装置
１６ 硬化剤供給装置
１９ 制御装置（圧力維持制御部、発泡状態制御部、制御駆動装置）
３３ 流量制御装置
３９Ａ 管路
４２ 一軸ネジポンプ（第１のポンプ）
４２Ａ フォロアプレートポンプ（第１のポンプ）
４４，４４Ａ 管路
４５Ａ，４５Ｂ ピストンポンプ（第１のピストンポンプ）
５１ ピストンポンプ（ポンプ、第２のポンプ、第２のピストンポンプ）
６１ 分散用管路ユニット
６３ 圧力調整弁
６５ 開閉弁
７１，７１ａ，７１ｂ 吐出用管路（吐出装置）
７３ ノズル（吐出装置）
７４ 密度計（計測装置）
７５ 圧力センサ（計測装置）
７６ マニホルド（混合装置）
６１４ パイプ（分散用管路）
Ｍ１ モータ（制御駆動装置）
ＶＭ 高粘度材料
ＭＳ 硬化剤

Claims (14)

1. 第１のポンプによって、供給されたガスを高粘度材料に混入させて前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物を送出する第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第２のポ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、吐出用管路を経て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、前記第１のポンプによる前記高粘度材料の吸入量及びガスの供給量を、前記第４の工程の前記吐出用管路中における前記高粘度材料の圧力及び密度に応じてそれぞれ制御することによって、前記高粘度材料と前記ガスとの混合比率を制御する、
   ことを特徴とする高粘度材料の発泡方法。
2. 前記第１のポンプとして機械的吸引式のポンプを用いる、
   請求項１記載の高粘度材料の発泡方法。
3. 前記ガスとして炭酸ガスを用いる、
   請求項１又は請求項２記載の高粘度材料の発泡方法。
4. 前記ガスとして炭酸ガスと窒素ガスを併用して用いる、
   請求項１又は請求項２記載の高粘度材料の発泡方法。
5. 前記第２のポンプとしてピストンポンプを用いる、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の高粘度材料の発泡方法。
6. 前記第１の工程からの送出圧力が１００ｋｇ／ｃｍ² 以下であり、前記第２の工程によって１００ｋｇ／ｃｍ² 以上に加圧する、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の高粘度材料の発泡方法。
7. 前記第２の工程、前記第３の工程、又は前記第４の工程のいずれかにおいて、スタティックミキサーを用い、前記混合状物が前記スタティックミキサーを通過するようにする、 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高粘度材料の発泡方法。
8. 前記第２の工程、前記第３の工程、又は前記第４の工程のいずれかにおいて、パワーミキサーを用い、前記混合状物が前記パワーミキサーを通過するようにする、
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の高粘度材料の発泡方法。
9. 前記分散用管路の下流側に圧力調整弁を設け、前記分散用管路中の混合状物の圧力が所定の圧力以上となるように維持する、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の高粘度材料の発泡方法。
10. 前記第４の工程における混合状物の流路中に開閉弁を設け、
    前記第２のポンプを前記開閉弁と連動して作動させ、前記開閉弁を開くときにはそれよりも早いタイミングで前記第２のポンプを作動させる、
    請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の高粘度材料の発泡方法。
11. 高粘度材料にガスを混入し前記高粘度材料と前記ガスとの混合状物を送出する第１のポンプと、
    前記第１の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第２のポンプと、
    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、
    前記ガスの流量を制御するための流量制御装置と、
    前記第１のポンプの前記高粘度材料の吸入量を制御するための制御駆動装置と、
    前記吐出装置内の前記高粘度材料の圧力及び密度を計測する計測装置と、
    計測された圧力及び密度に基づいて前記流量制御装置及び前記制御駆動装置に指令を与えて前記高粘度材料の発泡状態を制御する発泡状態制御部と、
    を有することを特徴とする高粘度材料の発泡装置。
12. 前記分散用管路中の混合状物の圧力を調整するための圧力調整弁が設けられている、
    請求項１１記載の高粘度材料の発泡装置。
13. 前記分散用管路の下流側に設けられて流路を開閉する開閉弁と、
    前記第２のポンプによる加圧を停止するときは前記開閉弁を閉じ、前記開閉弁を開くときにはそれよりも早いタイミングで前記第２のポンプを作動させることにより、前記分散用管路内の混合状物の圧力を加圧状態に維持するための圧力維持制御部と、
    を有する請求項１１又は請求項１２記載の高粘度材料の発泡装置。
14. 前記高粘度材料を硬化させる硬化剤を供給するための硬化剤供給装置と、
    前記吐出装置の先端部分に設けられ、前記硬化剤供給装置から供給される硬化剤を前記混合状物と混合するための混合装置と、
    を有する請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の高粘度材料の発泡装置。

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