(57)【要約】【課題】  圧力が上昇し、成分の計量ラインがシャットダウンした場合、不調が生じた位置及びその程度を評価するポリウレタン成形品の製造方法の提供。【解決手段】  少なくとも１種のイソシアネート成分と少なくとも１種のポリオール成分とを、計量装置によって計量分配様式で各成分ラインを通して混合チャンバーの中へ運んで、ポリウレタン反応混合物を形成することによって、ポリウレタンの気泡を有する成形品又は緻密な成形品を製造する。その後、ポリウレタン反応混合物を混合チャンバーから金型の中に移す。各成分の圧力を、成分ライン内の圧力トランスデューサによって記録し、モニタリングデバイスに送る。その時点での圧力のプロファイルをモニタリングデバイスに記録されている参照圧力値と比較する。少なくとも１つの測定圧力プロファイルが参照圧力プロファイルから、所定の許容しきい値を越えて変動する場合に、不調信号を発する。【選択図】図３
2004209986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発泡性又は非発泡性ポリウレタン成形品の製造方法であって、
ａ）少なくとも１種のイソシアネート成分及び少なくとも１種のポリオール成分を、計量装置によって、成分ラインを通してミキシングヘッドへ送る工程；
ｂ）混合チャンバー内でイソシアネート成分とポリオール成分とを混合して、ポリウレタン反応混合物を形成する工程；
ｃ）混合チャンバーから金型の中へポリウレタン反応混合物を移す工程；
ｄ）各成分ライン内の圧力トランスデューサによって、イソシアネート成分及びポリオール成分の圧力値を記録する工程；
ｅ）工程ｄ）において記録した圧力値をモニタリングデバイスへ送る工程；
ｆ）送られた圧力値をモニタリングデバイス内に記録されている対応の参照圧力値と比較する工程；並びに
ｇ）少なくとも１つの測定圧力値が対応の参照圧力プロファイルから所定の許容しきい値を越えて逸脱する事象の場合に、信号を発する工程
を含んでなる方法。
【請求項２】
信号は、許容しきい値を越える対応の参照圧力プロファイルからの測定圧力の逸脱の位置を示す出力である請求項１記載の方法。
【請求項３】
イソシアネート成分及びポリオール成分の混合チャンバー内への計量は、混合チャンバーへのノズルを開くことに伴なうスライドの開閉によって開始及び停止すること、液圧バルブの開閉の時及びスライドの開閉の時を、スライド及び液圧バルブの伝えられる位置を、各成分の伝えられた圧力プロファイルに時間的に割り当てるモニタリングデバイスに送って、スライドの開閉は付随（連動）する液圧バルブの開閉によって液圧的に行うこと、その結果、各成分の伝えられる圧力プロファイルをショットの始まり及び金型の中への装入の終わりに時間的に割り当てることを更に含んでなる請求項１記載の方法。
【請求項４】
伝えられる各成分の圧力プロファイルからの時間的な圧力勾配を計算し、計算した時間的圧力勾配を参照圧力勾配と比較し、参照圧力勾配から計算した時間的圧力勾配のいずれかの逸脱から不調の深刻度を予測することを更に含んでなる請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
この発明は、ポリウレタン成形品を製造するための方法であって、反応成分をミキシングヘッド内で高圧にて混合し、ミキシングヘッドスライド又はインジェクタ・ニードルの位置及び圧力、並びに液圧バルブの位置の記録、蓄積及び評価をモニタリングデバイスによって行う方法に関する。
【０００２】
ポリウレタン成形品の製造は、型の上側部分と下側部分とを一緒に動かし、その結果として閉じたキャビティを形成する成形ツールを用いる、いわゆるＲＩＭ（反応射出成形）法によって行うことができる。この場合に、アウトフローシステムを有するミキシングヘッドは、ランナを介してキャビティに連絡する。しかしながら、ポリウレタン成形品の製造は、金型の上側部分を最初に開き、開いたキャビティの中にミキシングヘッドのアウトフローシステムを通してポリウレタン反応混合物を装入し、ショットの終了後に金型の上側部分を閉じる、即ち金型を閉じる成形ツールによっても行うことができる。
【０００３】
（図１及び２に示す）従来のＲＩＭ法では、互いに反応する少なくとも２種の液体成分を、計量装置によって、パイプライン又はホースラインを通して所定のマスフロー割合にてミキシングヘッドへ供給する。ミキシングヘッドは、これらの成分を、基本的にはイソシアネートとポリオールを、互いに均質に混合し、そのプロセスにて生じるポリウレタン反応混合物を、一般に金型と一体の部材であるランナを通して金型（成形ツール）の中へ排出するという機能を有している。金型内に移された液状反応混合物は、いくらかの時間の経過後に硬化する。その後、基本的に複数の部材から構成される金型を開いて、出来あがった成形品が取り出される。一般に、金型は、金型を開かせたり閉じさせたりする金型キャリヤ（図示せず）の中に組み込まれており、閉じた状態において、金型内で生じる内部圧力に抗して作用することによって金型を閉じた状態に維持することができる。ＲＩＭ法の場合には、基本的に、ミキシングヘッドは、成形ツールに常置されて取り付けられている。しかし、各ショットの前に、ミキシングヘッドを、成形ツール上で、特定のミキシングヘッド入口部に接続することもできるし、或いは手動で行うこともできる。この場合に用いられるミキシングヘッドはいわゆる高圧ミキシングヘッドであって、これは例えば向流注入プロセスに従って操作される。
【０００４】
金型の製造は、連続して生じるフェーズに更に分けることができる。製造プロセスの開始時には、ミキシングヘッドの内部に配される液圧駆動スライドを、ミキシングヘッドを通して成分を循環させることができる位置に配置させる。このことは、計量装置によって計量される成分のマスフローが、入口部を通ってミキシングヘッドへ流れるということを意味する。ミキシングヘッドにおいて、成分の流れを溝及びチャンネルによってリターンフローの中へ向かわせる。そこから成分のマスフローは計量装置へ流れて戻る。成分が流されるミキシングヘッドのチャンネルは、ミキシングヘッドケーシング及びスライドの幾何学的配置とは異ならせて形成することもできるし、場合によってはミキシングヘッドケーシング及びいくつかのスライドによって形成することもできる。図面に示すミキシングヘッドの構成は、可能な変更例の１つに過ぎない。空の閉じた状態の金型（図１）から開始して、１またはそれ以上の液圧駆動スライドが高圧ミキシングヘッド内で動かされる。これらのスライドは、混合すべき成分の流体流れを、それらが混合され、均質な混合された反応混合物を生じさせ、その反応混合物をミキシングヘッドから排出させ、金型の中に装入するように、案内する機能を有している。これに関連して、金型が充填される程度の反応混合物が出される（図２）。
【０００５】
成形ツールに必要とされる正確な量を出すため、反応成分の計量は、計量装置を用いて行われる。この装置は、各成分を厳密に規定されたマスフロー割合（又は流量）にて計量する。同じ確立された時間内で、すべての成分が計量される。この時間は、電気的制御システムによってモニタリングされる。計量プロセスの開始及び終了は、ミキシングヘッド内で液圧により動かされる１またはそれ以上のスライドの動きによって制御される。混合及び充填プロセスの後で、１またはそれ以上の液圧スライドの動作は、ポリウレタン反応混合物の残留物がミキシングヘッドから完全に排出されて、成分のマスフローがミキシングヘッドを通って再度循環するように、行われる。その後、金型の中に導入された反応混合物は硬化し、金型を開いた後に、金型から取り出すことができる固体のポリウレタン成形品が形成される。
【０００６】
増設(add-on)ミキシングヘッドを用いるＲＩＭ製造法では、計量の領域（計量装置、ミキシングヘッド）の外部に存在する多くの理由について、プラントへの深刻な損傷が生じ得る。例えば、成形品取り出し（又は金型分解(demolding))の際に、金型のスプルー領域において、出来あがった成形品の残留物が取り残されることがあり得る。その結果、ミキシングヘッドの出口部は封じられ、計量プロセスの間に、計量装置とミキシングヘッドとを連絡する成分ライン内に、許容されない圧力が生じ得る。これによって、障害が発生し、最大許容圧力を越えてしまったことによって、プラント全体が自動的にシャットダウンされる。そのシャットダウンは、プラントの電子的制御システムによって行われる。
【０００７】
最大許容圧力を越えたことによるそのようなシャットダウンは、計量領域（計量装置、ミキシングヘッド）における問題の結果としても生じ得る。例えば、ミキシングヘッドのノズルが、汚れの粒子によって閉塞されることもあり得る。これはより高い流れ抵抗を生じさせ、最大許容圧力を越える圧力をもたらし得る。基本的に、計量領域（計量装置、ミキシングヘッド）において生じた問題は、装置のオペレータによって認識されて、プラントのスイッチを再びオンにする場合に、プラントに損傷を与える結果に至ることは少ない。対照的に、計量装置及びミキシングヘッドによって構成されるシステムの外部にて生じる問題は、プラントのスイッチを再びオンにする場合に、プラントに損傷を与える結果を生じ得る。
【０００８】
例えば、ランナが閉塞した場合、例えばその他の場合よりも、より高い排出キャパシティのために、１つの成分ラインにおける圧力はより急速に上昇する。従って、反応混合物によって充填されている混合チャンバー９（図２）を通して、より高い圧力を有する成分ラインから、より低い圧力を有するラインの中へ成分の部分的流れが加えられることになる。このことは、圧力が上昇し、その結果、その体積が拡大する場合に、成分ラインが膨張するために可能となる。例えば、イソシアネートラインの圧力がポリオールラインの圧力よりも急速に高くなる場合には、イソシアネートがポリオールラインの中に入るおそれがある。すると、これによって、ポリオールラインの中で反応混合物が生じて、固体のポリウレタンが生成する結果となり得る。この事態が生じた後にプラントが運転状態になると、成分の循環によって反応混合物はプラント全体に運ばれることになる。その結果、すべてのホースライン及びパイプラインが十分に反応した固体のポリウレタンによって閉塞されることになる。もし、そのような不調の後に、プラントを再運転することを防止することができれば、ミキシングヘッドの近くに位置する成分ラインのみが影響を受けることになる。
【０００９】
従来知られているＲＩＭプラントには、プラントを保護するために、自動的圧力モニタリングシステムが取り付けられている。このシステムは、成分ラインの１つにおいて最大許容圧力を越えることがあると、プラントを自動的にシャットダウンさせる。しかしながら、この圧力シャットダウンは、圧力を超える結果に基づいてのみ起こるのであって、何時の時点、及び、配管のどの部分でトラブルが発生したかということとは無関係であった。このことは、プラントの他のパラメータは考慮されておらず、圧力シャットダウンに関連付けて考えられていないということを意味している。従って、プラントのオペレータが、許容圧力を越えることによる自動的シャットダウンの原因についてどこを捜すべきかということが不明である。
【００１０】
発明の概要
従って、本発明の目的は、圧力が上昇し、成分の計量ラインがシャットダウンした後、どこで不調が生じたか、及び大きな修理又は清掃を行うことなくプラントを運転状態に戻すことができるかということについて、推定する（又は評価する(estimate)）ことができる、ポリウレタン成形品を製造する方法を利用できるようにすることである。
【００１１】
以下のＲＩＭ法によって提供される例に実質的に基づいて本発明を説明するが、この例は、ミキシングヘッド・アウトフローシステムを介して、ポリウレタン反応混合物を開いている金型に装入する方法にも同様に適用することができる。
【００１２】
本発明は、発泡性（若しくは気泡を含む(cellular)）ポリウレタン成形品又は非発泡性（若しくは気泡を含まない若しくは緻密な(compact）ポリウレタン成形品を製造する方法であって、少なくとも１種のイソシアネート成分及び少なくとも１種のポリオール成分を、計量装置によって、成分ラインを通してミキシングヘッドへ送り、混合チャンバー内でそのイソシアネート成分とポリオール成分とを混合してポリウレタン反応混合物を形成し、それからポリウレタン反応混合物を混合チャンバーから金型（又は型(mold)）の中へ移す（装入する(discharge))方法に関する。各成分の圧力は各成分ライン内の圧力トランスデューサによって記録し、その圧力値はモニタリングデバイスへ送られる。その圧力の時間的プロファイルを、モニタリングデバイス内に記録されている参照圧力値と比較し、少なくとも１つの測定圧力プロファイルの、記録されている参照圧力プロファイルからの逸脱が、所定の許容しきい値を越える場合に、不調の信号が発せられる。
【００１３】
例えば、各成分の圧力を、混合チャンバー内又は金型内で測定して、モニタリングデバイスへ送ることもできる。
【００１４】
本発明の方法において、信号は、記録されている参照圧力プロファイルから所定の許容しきい値を越える、測定圧力プロファイルの逸脱が生じた位置及び時間に関する出力であることが好ましい。
【００１５】
本発明の方法を実施する過程で、障害又は故障条件が存在するか、その原因を計量領域（計量装置、ミキシングヘッド）において捜すべきか、又は計量領域の外部（例えば、成形ツール）での障害によって生じた不調であるかについて推定することができる。更に、深刻な損傷が生じたか、又はその損傷は深刻度(seriousness)がより軽いか或いは軽微であるかについて推定することもできる。
【００１６】
本発明の方法の好ましい態様において、計量チャンバー内への各成分の計量を開始すること及び終了することはスライドの開ける動作及び閉める動作によって行い、これによって混合チャンバーへのノズルの開口部を開いたり又は閉じたりすることができる。液圧バルブを開くこと及び閉じること、並びに、スライドを開ける時間及び閉める時間（タイミング）もモニタリングデバイスへ送られることが好ましい。モニタリングデバイスは、送られてきたスライドの位置及び送られてきた液圧バルブの位置を送られてきた各成分の圧力プロファイルに時間的に割り当て、各成分の送られてきた圧力プロファイルをショットの開始及びショットの終了に関して時間的に割り当てることができる。
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明についてより詳細に説明する。
図１及び２は、同じ製造プラントの異なる状態を示している。図１では、操作の循環モードにあるプラントを示しており、図２では、ショット操作にあるプラントを示している。図３は、図２のプラントをベースとしており、更に、本発明の方法の制御及びモニタリングに必要とされる要素を具備している。従って、図１における参照符号は、図２及び３における対応する要素にも当てはまる。
【００１８】
図３のＲＩＭプラントにおいて、プラント制御システム１４によって液圧スイッチ信号が生じ、その信号が液圧バルブ１１を作動させるために用いられる。液圧バルブは、最終的に、ミキシングヘッド１において液圧駆動されるスライド６を動かすことになる。これらのスライド６の特定の状態は、イニシエータ１２、例えば誘導近接スイッチ(inductive proximity switch)を介して伝達（interrogate）され、その信号はプラント制御システム１４へ及びモニタリングデバイス１５へ送られる。このことに関連して、プラント制御システム１４及びモニタリングデバイス１５を１つの機器に組み合わせることもできる。１つの製造サイクルにおいて、液圧スイッチング信号及びイニシエータ信号のシーケンスは、各ミキシングヘッドの型について予め決められており、それらについて特徴的である。このシーケンスに基づいて、製造プロセスのフェーズ(phase）を決定することができる。計量装置２からミキシングヘッド１へ各成分が流れる成分ライン３内におけるこれらの信号及び測定圧力プロファイルは、プラント制御システム１４へ、及びモニタリングデバイス１５へ送られる。圧力を測定するために、成分ラインには圧力トランスデューサ１３が組み込まれている。
【００１９】
ポリウレタン成形品を製造する間における個々の信号の時間的シーケンスは、種々の型のミキシングヘッドについて、及びその他種々のプラントの要素について変わり得る。
【００２０】
図３に示すプラントについて、正常な、即ちトラブルのない状態の製造サイクルについての信号プロファイル及び圧力プロファイルは、図４に示すように典型的に示される。信号シーケンスは３つのフェーズ(phase）に分けることができる。第１のフェーズ（フェーズ１）を開始する前では、スライド６は、溝及びチャンネル７を通して成分が回路(circuit)内を運ばれる状態にある。第１のフェーズは、液圧バルブをスイッチし、それによってスライド６が動かされる、液圧スイッチング信号を発するプラント制御システム１４によって開始される。その結果、スライド６の液圧ドライブユニットが選ばれる。従って、スライド６は、生成排出物(educt)成分がリサイクルされる位置を脱して、成分がノズル８を通って混合チャンバー９の中へ注入される位置（製造位置）へ移動する。スライドが、一旦、製造位置に到達すると、イニシエータ１２はプラント制御システム１４へ及びモニタリングデバイス１５へ信号を発する。プラント制御システム１４が、一旦、イニシエータ１２からの信号を受け取り、スライド６が製造状態にある場合、第２フェーズが始まる。第２フェーズでは、各成分が混合チャンバー９内で混合されて、液状ポリウレタン反応混合物の形態で混合チャンバー９から出され、成形ツール５の中へ送られる。成形ツール５が所望の程度まで充填されると、第３のフェーズが始まり、液圧スイッチ信号の更新されたスイッチングによって開始される。第３フェーズは、固定された時間の後、例えば３００ミリ秒後に終了することが好ましい。
【００２１】
正常な、即ちトラブルのない状態の製造シーケンスの場合、成分圧力プロファイルは、典型的に図４に示すように表される。フェーズ２における両方の成分圧力は、フェーズ１における又はその前における両方の成分圧力と比べて、ほぼ同じであるか又はわずかながら大きい程度である。障害(fault）が発生すると、その原因は計量領域（計量装置、ミキシングヘッド）の外部にあり、例えば忘れられたランナ４の場合があり、成分圧力のプロファイルは図５に示すように表される。フェーズ２において、最大の許容圧力が達成されるまで、両方の成分圧力はかなりの程度で上昇し、プラント制御システム１４は計量を自動的に停止する。本発明の方法に基づいて、個々のフェーズは、液圧スイッチング信号及びイニシエータ信号によって規定されており、記録し、区別化することができる。
【００２２】
今日に至るまで、反応射出成形（ＲＩＭ）法プラントは、最大の許容圧力を越えた場合に、成分の計量を停止するプラント制御システムを有して、構成されていた。しかしながら、これらのプラントでは、どの時点で、従って、製造プロセスのどのフェーズで、並びにどのような理由で最大許容圧力を越えたかということに関する情報の出力を、プラント制御システムは行わないのである。２つの成分の最大許容圧力を越えたことと、この事象の時点との間の関係を、それらは種々の製造のフェーズに関連あるものであるが、認識することによってのみ、障害の原因の位置に関する結論を引き出すことが可能となる。例えば、製造位置にスライドを調節した後で、即ち、第２フェーズで障害が発生する場合、障害は、計量の領域にあるのではなく、ランナ４の領域か又は成形ツール５の領域に存在すると推定することができる。
【００２３】
フェーズ２における成分圧力の時間的プロファイルに基づいて、障害の深刻度を推定することができる。このことに関連して、圧力プロファイルの分析を、以下のようにして行うことができる：フェーズ２の開始と、最大許容圧力の達成との間の時間的間隔Δｔを測定する。フェーズ１における圧力ｐ１と最大許容圧力ｐｍａｘとの差を得る。これに関連して、フェーズ１における圧力ｐ１は、例えば、フェーズ１の全体で平均した圧力であってよい。それから、この差の時間的間隔Δｔによる商：
【数１】
2004209986.tif 000003
が導かれる。
【００２４】
コンピュータ計算した商の値を、その商について記録している少なくとも１つの対比値(comparative value)と比較する。その商が対比値より大きい値を呈する場合には、そのことはプラントへの深刻な損傷を示す。その商が対比値より小さい値を呈する場合には、そのことは損傷は軽微であるか又は全く生じていないということを示す。これに関連して、損傷の評価を、記録した対比値の数の増加に基づいて区別化することができる。
【００２５】
実施例
例１：シールされたランナ
図２において、ランナ４が閉塞(seal)されている場合、ミキシングヘッド１における自由空間(free space)、即ち、ミキシングヘッド９及び隣接するアウトフローシステムが反応混合物によって満たされると、即座に、圧力が上昇する。圧力の上昇は、排出容量に応じて、非常に急である。このことは、商の値が大きいことを意味する。修正されない場合には、大きな値の商に対応して、そのような障害によってかなりの損傷が生じる。
【００２６】
例２：長過ぎる計量時間
計量時間が長過ぎる場合、多過ぎるポリウレタン反応混合物が金型５の中に送られている。この場合、フェーズ２において、非常に遅い段階で、圧力の上昇のみが生じる。圧力の上昇は、成形ツール５が完全に充填された場合に生じる。更に、常套の成形ツールは、完全に不透過性の様式で閉じることはないので、圧力の上昇は、例１の場合よりも明瞭に平坦化されている。従って、或る程度の反応混合物は、常に、成形ツールから出ることがあり得る。これに関連して、最大許容圧力を越える場合には、プラントにはまったく損傷が生じないか、又はプラントへの軽微な程度の損傷が生じるのみである。この場合に、商は小さい値であると考えられる。
【００２７】
上述のように、本発明について例示の目的で詳細に説明したが、そのような詳細な事項は、そのような例示のみの目的のものであって、当業者は、本願の特許請求の範囲に規定する発明を除いて、発明の範囲及び精神から離れることなく、種々の変更を行うことができると理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】生成排出物(educt)成分をミキシングヘッドを通してリサイクルする、反応射出成形（ＲＩＭ）法に従ってポリウレタン成形品を製造するプラントを示している。
【図２】各成分をノズルを通して混合チャンバーに注入し、そこで混合し、その後、ミキシングヘッド・アウトフローシステム及びランナを通してキャビティの中へ装入する、反応射出成形（ＲＩＭ）法に従ってポリウレタン成形品を製造するプラントを示している。
【図３】本発明の方法を実施し得る、反応射出成形（ＲＩＭ）法に従ってポリウレタン成形品を製造するプラントを示している。
【図４】ポリオール（Ａ）及びイソシアネート（Ｂ）についての各成分圧力の時間的プロファイル並びに、ＲＩＭ法におけるスイッチング信号（Ｃ）及びイニシエータ信号（Ｄ）の時間的プロファイルを例示的に示している。
【図５】ポリオール（Ａ）及びイソシアネート（Ｂ）についての各成分圧力の時間的プロファイル並びに、ＲＩＭ法におけるスイッチング信号（Ｃ）及びイニシエータ信号（Ｄ）の時間的プロファイルを例示的に示している。
【図１】
2004209986.tif 000004
【図２】
2004209986.tif 000005
【図３】
2004209986.tif 000006
【図４】
2004209986.tif 000007
【図５】
2004209986.tif 000008
【外国語明細書】
2004209986.tif 000009
2004209986.tif 000010
2004209986.tif 000011
2004209986.tif 000012
2004209986.tif 000013
2004209986.tif 000014
2004209986.tif 000015
2004209986.tif 000016
2004209986.tif 000017
2004209986.tif 000018
2004209986.tif 000019
2004209986.tif 000020
2004209986.tif 000021
2004209986.tif 000022
2004209986.tif 000023
2004209986.tif 000024