(57)【要約】【課題】  第１反応試薬と第２反応試薬の間の化学反応により生成される物質を吐出する装置を提供する。【解決手段】  物質を生成するべく衝突させる第１反応試薬と第２反応試薬のジェットを噴射する射出手段306と、貯蔵チャンバ317と、閉止装置321とを有し、貯蔵チャンバは物質の一時的な貯蔵空間であり、物質を受け入れる入口と、物質を吐出する出口319とを具備する。閉止装置は物質が貯蔵チャンバの出口から出ることを防ぐ第１位置と入口からチャンバ内に受け入れ可能な第２位置との間で移動可能であり、第２位置にあるとき物質が出口を通って吐出可能である。
2006502884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１試薬と第２試薬の間の化学反応により生成された物質を吐出する装置において、
前記物質を生成するべく前記第１試薬と前記第２試薬のそれぞれのジェットを衝突させるために該第１試薬のジェットと該第２試薬のジェットとを生成するべく設けた射出手段と、
前記物質を受容する入口と前記物質を吐出する出口とを具備しかつ前記物質のための一時的な貯蔵空間となるべく設けられた貯蔵チャンバと、
前記物質が前記出口を通過することを防止する一方前記入口から該物質を前記貯蔵チャンバ内に受容可能とする第１位置と、前記出口を通して物質を吐出できる第２位置との間で移動可能な閉止装置とを有する物質吐出装置。
【請求項２】
前記貯蔵チャンバが該貯蔵チャンバから前記物質を吐出するべく設けられた吐出ピストンを具備する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記装置が前記吐出ピストンが前記物質を吐出する速度を制御するべく設けられた制御手段を具備する請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が前記貯蔵された物質の規定された一部分を吐出するように前記吐出ピストンの動きを制御するべく設けられた制御手段を具備する請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記装置が前記貯蔵チャンバに沿った前記吐出ピストンの位置の計測を行うべく設けられた位置検出手段を具備する請求項２〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記物質を吐出するための前記吐出ピストンが液圧流体により作動される第1の面と、前記第１の面より小さく前記物質に対して作用する第２の面とを具備することにより、前記物質にかかる圧力が前記ピストンにかかる圧力より大きい請求項２〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記第２の面が前記第１の面の面積の半分より小さい請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記貯蔵チャンバが複数のダクトを形成した壁を具備しかつ前記吐出ピストンが前記反応により生成された物質を前記ダクトを通して押し出すべく設けられている請求項２〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記ダクトが固体物質層により遮蔽される一方、流体物質が前記出口を通して吐出される請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記吐出動作中、前記固体物質層が定常的に押し出される請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ダクトが該ダクトを通した押し出しを促進するべく複数の起立したエッジを具備する壁に形成される請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記ダクトが前記チャンバ内の物質を冷却する冷却手段を具備する壁に形成される請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記閉止装置が前記第１位置を設ける前記出口へ移動可能でありかつ前記第２位置を設ける前記貯蔵チャンバ内へ後退可能である端部を具備するロッドである請求項１〜１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記物質が第１の速度で断続的に生成され、かつ該物質が第２の異なる速度で吐出される請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の速度が前記第２の速度より速い請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記吐出された物質がジオールを第１試薬としジイソシアネートを第２試薬として反応させることにより生成されたポリウレタンである請求項１〜１５のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記装置が物質生成中に前記閉止装置を前記第１位置に配置させ、かつ引き続き吐出中に前記閉止装置を前記第２位置に配置させるべく設けられている請求項１〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記装置が、
物質生成中に前記閉止装置を前記第１位置に配置させ、かつ引き続き吐出中に前記閉止装置を前記第２位置に配置させる第１動作モードと、
物質生成中に前記物質を吐出させるように前記閉止装置を前記第２位置に配置させる第２動作モードとを有する請求項１〜１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
プログラム可能な制御システムから命令信号を受信する入力インタフェース手段を具備する請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記射出手段が、前記反応を制御するピストンを具備する生成チャンバ内で前記ジェットが衝突するように設けられ、かつ前記物質が第３ピストンにより閉止可能な通路を介して前記生成チャンバから前記貯蔵チャンバに受容される請求項１〜１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
第１試薬と第２試薬の間の化学反応により生成された物質を吐出する方法において、
前記物質を生成するべく前記第１試薬と前記第２試薬のそれぞれのジェットを衝突させるために該第１試薬のジェットと該第２試薬のジェットとを生成するべく射出するステップと、
前記物質を受容する入口と前記物質を吐出する出口とを具備する貯蔵チャンバ内に前記物質を一時的に貯蔵するステップと、
前記物質が前記出口を通過することを防止する第１位置と、前記出口を通して物質を吐出できる第２位置との間で閉止装置を移動させるステップとを有する物質吐出方法。
【請求項２２】
前記貯蔵チャンバがピストンを具備し該ピストンを動かすことにより該貯蔵チャンバから前記物質を吐出する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ピストンが前記物質を吐出する速度を制御する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ピストンの動きが前記貯蔵された物質の規定された一部分を吐出するように制御される請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記物質を吐出するための前記ピストンが液圧により作動される第１の面と、前記第１の面より小さく前記物質に対して作用する第２の面とを具備することにより、前記ピストンにかかる液圧より大きい圧力が前記物質にかかる請求項２２〜２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２の面が前記第１の面の面積の半分未満である請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記貯蔵チャンバが複数のダクトを形成した壁を具備しかつ前記ピストンが反応により生成された物質を前記ダクトを通して押し出すために用いられる請求項２２〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記ダクトが固体物質層により遮蔽される一方、流体状態の物質が前記出口を通して吐出される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
吐出動作中に前記固体物質層の一部が定常的に押し出される請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記物質が第１の速度で生成され、かつ前記物質が第２の異なる速度で吐出される請求項２１〜２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の速度が前記第２の速度より速い請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記吐出された物質がジオールを第１試薬としジイソシアネートを第２試薬として反応させることにより生成されたポリウレタンである請求項２１〜３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記閉止装置が物質生成中に前記第１位置に配置されかつ物質吐出中に前記第２位置に配置される請求項２１〜３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
前記物質が、
物質生成中に前記閉止装置を前記第１位置に配置させ、かつ引き続き吐出中に前記閉止装置を前記第２位置に配置させる第１動作モードで吐出され、かつ
物質生成中に前記物質を吐出させるように前記閉止装置を前記第２位置に配置させる第２動作モードで吐出される請求項２１〜３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
プログラム可能な制御システムの入力インタフェースにて命令信号が受信される請求項２１〜３４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１試薬と第２試薬の間の化学反応により生成される物質を吐出する装置に関する。吐出された物質は泡状またはゴム状でもよい。好適には、その物質が液体状態であってキャストした後に実質的に固体構造へと硬化させることが可能である。
【背景技術】
【０００２】
ポリウレタン等の泡状物質は、原位置(in situ)で生成されることにより必要とされる形状に拡大しかつセットされる。第１試薬はジオールであり第２試薬はジイソシアネートである。さらに、重合プロセスの間、発泡剤として作用する二酸化炭素ガスを生成するために少量の水を反応混合物に添加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
反応試薬同士がそれぞれの高圧ノズルから放出され高速で接触させられる高圧システムが知られている。このタイプの高圧システムは高品質のポリウレタンフォームを生成すると同時に、必要なメンテナンスが僅かでよい。しかしながら、これらのシステムの問題点は、送出速度が相当に高速となる傾向があることと、装置サイズを小さくすることにより生成物質を小さくしようとすることである。その場合、個々のノズルから放出される物質の体積も少なくなり、さらに機械的な困難も生じることとなる。
【０００４】
機械的混合操作を用いる低圧システムが知られており、その場合は比較的小さい送出速度／体積で操作することが可能である。しかしながら、低圧システムは別の問題点を誘起する。それは、混合物の品質が高圧システムにより生成されるものより劣る傾向があり、混合チャンバを洗浄するために有機溶媒が根本的に必要であるという問題である。これらの公知のシステムの双方において、泡生成速度は、個々の試薬のフローを制御することにより制御される。
【０００５】
更なる問題点は、既存の高圧システムでは、鋳型内への射出が必要であるということである。鋳型が混合ヘッドからの物質の流れに対して抵抗をもつ場合、システム内の流体圧力が最終的な値に到達することにより、物質生成において致命的となる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態によれば、第１試薬と第２試薬の間の化学反応により生成される物質を吐出する装置が提供される。当該装置は、第１試薬のジェットと第２試薬のジェットを衝突させて前記物質を生成するためにそれぞれのジェットを生じさせるべく設けられた射出手段と、前記物質を受け入れるための入口及び前記物質を吐出するための出口を具備する貯蔵チャンバと、前記物質が前記出口を通過することを阻止する第１位置と前記物質が前記出口を通り吐出可能である第２の位置との間で移動可能な閉止装置とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
反応物質を一時的に保持することにより、第１の高速度で物質を生成することが可能であり、それにより好適な高圧技術を利用することができる。従って、定圧システムに一致するような非常に遅い速度で泡状物質を吐出することができると同時に、高圧システムにおける優れた混合品質の利点を得ることができかつ環境的に好ましくない洗浄用の有機溶媒を不要とする。
【０００８】
別の形態として、生成が終了した後に反応物質を一時的に貯蔵することにより、その貯蔵された物質に対して鋳型内への射出に必要な高圧をかけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、化学試薬の高圧混合により物質を生成するために用いられる装置を示す。説明のための例示であるが、図１の装置は、自動車のエアフィルターカートリッジ等のポリウレタン製品の製造に用いられる。ポリウレタン及び類似の物質は、フレキシブルで軽量の材料が必要とされる状況下における多くの用途を有している。
【００１０】
本装置は、第１貯蔵化学成分を収容する第１貯蔵容器１０１と、第２化学成分を収容する第２貯蔵容器１０２とを有する。ポンプ装置１０３は、双方の化学成分を高圧で吐出ヘッド１０４へと循環させる。反応したポリウレタンフォームは吐出ヘッド１０４から吐出され、そして本装置の全動作はコンピュータシステム１０５により制御される。吐出ヘッド１０４は、長竿１０７から吊り下げられている。長竿１０７は、電気ケーブル、液圧管、並びに２つの化学成分を吐出ヘッド１０４へと移送する管も支持する。吐出ヘッド１０４上に装着された制御ユニット１０９は、作業者１０８などの人間のオペレータがコンピュータシステム１０５に命令を入力できるように設けられている。
【００１１】
本実施例においては、吐出ヘッドが、複数の鋳型１１０の各々の中に吐出されたポリウレタンを射出する位置へと作業者１０８によって動かされる。本実施例における各鋳型は、比較的少量の、例えば２５グラムのポリウレタンを必要とする。一般的にそのような少量のものを高圧システムで生成することは困難であるので、前述のような欠点をもつ低圧システムを用いる傾向がある。しかしながら、図１の装置では、比較的少量のポリウレタンを比較的低速度で吐出することができると同時に、高圧で物質を反応させることができる。それにより、品質を向上させると共に有機溶媒を用いた洗浄作業の必要性を排除する。
【００１２】
さらに少量の、例えば５ｇのポリウレタンを必要とする別の製品を製造する場合、吐出ヘッドの移動は、ロボットアームまたは他の電子機械的操作装置により行われることが好適である。これは、ポリウレタンを生成する化学反応速度から決定される時間制限内で位置の再設定を行わなければならないからである。
【００１３】
吐出ヘッドの電子機械的操作に加えて、鋳型の方を吐出ヘッドの下方位置へ自動的に移動させてもよい。
【００１４】
本実施例においては、吐出された物質を鋳型内へ射出するために比較的低い圧力のみを必要とする。しかしながら、少量適用システムを具備しかつ最終的に各鋳型への高圧射出を必要とするような鋳型を用いる場合、泡の圧力によりヘッドが押されて位置がずれないように、吐出ヘッドを鋳型に対して把持固定してもよい。
【００１５】
図２は、物質を吐出する吐出ヘッド１０４と、これに関連する制御ユニット１０９を示す。吐出ヘッドは、第１の管２０１を介して第１試薬を受け入れ、そして第２の管２０２はこれを第１貯蔵容器１０１へと戻すことができる。吐出ヘッドの反対側には、同様の管が第２試薬の供給用に設けられている。
【００１６】
ヘッド１０４はさらに、管２０３のように液圧流体を移送するための複数の管も設けられている。液圧は、吐出ヘッド１０４の移動部品を駆動するために用いられている。尚、液圧流体の目的については後述する。
【００１７】
制御ユニット１０９は、液晶ディスプレイ形態の表示装置２０４を具備し、これは、人間の作業者１０８等のユーザに対して情報を提示するために用いられる。さらに制御ユニット１０９は、幾つかのボタンスイッチ２０５、２０６、２０７、２０８、２０９及び２１０を具備する。作業者は、ボタン２１０及び２０９を用いて、コンピュータシステム１０５内に記憶され表示装置２０４上に表示された予めプログラミングされた複数のサイクルに対し上下にスクロールさせることができる。各サイクルは、各製造工程において生成される物質の重さ、生成物質に用いられる２つの試薬の比、各吐出工程において吐出される物質の量、吐出工程の回数により規定される。（２つの試薬の比は、生成される物質の特性における必要な変化をもたらすように調整される。この比は通常、許容誤差の範囲内で試薬射出圧力の比を調整することによりプラスマイナス１０％未満で調整される。）加えて、一定量の吐出物質を吐出するために、そのサイクルは吐出圧力及び／または吐出速度を規定されている。
【００１８】
ボタン２０９及び２１０を用いて特定のサイクルを選択した後、製造／吐出サイクルを開始するためにサイクル開始ボタン２０８を押す。作業者１０８が製造を停止する必要がある場合はサイクル停止ボタン２０７を押す。あるいは、本装置を緊急にシャットダウンしなければならない場合は、緊急停止ボタン２０６を押す。
【００１９】
図１に示すように、吐出ヘッドが手動で使用されるとき、作業者１０８は、コンピュータシステム１０５に対してそのサイクルの次の吐出工程を行うべきであることを示すために手動吐出ボタン２０５を押す。吐出ヘッド１０４の移動が自動で行われる場合は、正確な位置に到達したとき吐出ヘッド１０４が電子機械操作装置から「吐出信号」を受信する。
【００２０】
図３は、吐出ヘッド１０４の内部構造を詳細に示す切り欠き図である。吐出ヘッド１０４は生成ピストン３０１を具備し、その後端は液圧シリンダ３０２内に位置しかつその前端は物質生成シリンダ３０３内に位置する。生成ピストン３０１は、液圧流体コネクタ３０４を介して適用される液圧により完全に前進した位置（最前進位置）と完全に後退した位置（最後退位置）の間を高速で移動する。
【００２１】
後退位置においては、図３に示すように、生成ピストン３０１の前端面と物質生成シリンダ３０３の壁とが、約１ｃｍ３の体積の生成チャンバ３０５を形成する。生成中、第１試薬及び第２試薬は、２つの噴射口の各々を介して高圧で生成チャンバ３０５内へ射出される。２つの噴射口の内の１つのノズル３０６は、図３に表されており、一方、第２の噴射口の位置は符号３０７で示されている。これらの噴射口は、各々の試薬が液体ジェットとして生成チャンバに入りそして高速でもう一方の液体ジェットと激しく衝突するように配置されている。これにより２つの試薬を効率的に混合する結果として行われる化学反応により、吐出可能な物質（例えばポリウレタンフォーム）を生成する。このタイプの高圧混合／製造は、公知技術である。
【００２２】
入口ダクト３０８Ａは、符号３０７の位置に配置された噴射口に試薬を供給することができる。一方、出口ダクト３０８Ｂは、供給されたものと同じ未反応の試薬を、混合を行う吐出ヘッド１０４から除去する。（同様の入口ダクト及び出口ダクトが、もう一方の噴射口に対しても設けられる。）一対の閉鎖端部をもつスロット３０９がピストン３０１に設けられており、これにより、ピストン３０１がその前端位置にあるとき、双方の試薬が符号３０８Ａ等の入口ダクトから入り、それぞれの噴射口を通り、それぞれのスロット３０９を通り、そして符号３０８Ｂ等の出口ダクトから出るように高圧で循環させることが可能となる。この手段により、これらの試薬が混合に先立って噴射口を通り高速で循環することで混合圧力に到達しかつ安定化される。その後、生成ピストン３０１は高速で後退し、試薬の高圧ジェットが衝突する。必要な重さの物質が生成されたならば、ピストン３０１は、生成を停止させるために高速で前方へ移動し、そして双方の試薬が再びスロット３０９を通って循環することが可能となる。このように、高圧ジェットは非常に迅速にオンとオフと切り替えられ、かつ試薬供給路において許容できないような圧力に到達することがない。
【００２３】
生成チャンバは、吐出シリンダ３１０へ連通する１つの開放端部を具備する。吐出シリンダ３１０は吐出ピストン３１２の下端部３１１を収容する。吐出ピストン３１２の上端部３１３が第２液圧シリンダ３１５内に配置されることにより、液圧コネクタ３１６を介して必要な流体圧力を適用することにより吐出ピストン３１２を下方または上方に押すことが可能となる。
【００２４】
後退位置において、図３に示すように、吐出ピストン３１２の前端面と吐出シリンダ３１０の壁とが吐出チャンバ３１７を形成する。キャップ３１８は、吐出チャンバ３１７の下端における底壁を形成する。その中央において、キャップ３１８は、吐出チャンバ内の物質が吐出される際に通過する出口ポート３１９を設けている。作業中、生成チャンバ３０５内で生成された物質はその開放端部を通って吐出チャンバ３１７へと移動する。従って、生成チャンバ３０５の開放端部は、吐出チャンバ３１７への入口を形成する。
【００２５】
好適な実施例では、吐出ピストン３１２と吐出チャンバ３１７の内壁との間の許容誤差が１０μm〜１５μmである。好適には、吐出ピストン３１２の下端の直径を４０mm〜７０mmとすることにより、約１１トンの吐出力を実現する。
【００２６】
比較的小さいダクト３２０のアレイがキャップ３１８を貫通して設けられる。これにより各ダクト３２０が、吐出チャンバ３１７からキャップの外側面への通路となる。時間経過すると、キャップ３１８の内側面に完全に反応した物質が堆積する傾向がある。この望ましくない物質は、吐出ピストン３１２の圧力下でダクト３２０を通して押し出すことにより周期的に除去する。この排除動作については、図１３を参照してさらに詳しく後述する。しかしながら、通常の使用中は、ダクト３２０は反応した固体物質で充填されるように構成され、そのことが未反応物質の漏れを防止するプラグの役割を果たすことになる。
【００２７】
ダクト３２０は好適にはテーパーを付けられており、キャップの内側面にて直径が大きく、外側面にて直径が小さい。この形状は、押し出し動作を行う際の補助となる。
【００２８】
さらにキャップ３１８の内側面は、ダクト３２０同士の間に配置された起立部分を具備し、それらの各々が切断エッジとなっている。本実施例においては、ダクト３２０に対してこれを横切る座ぐり穴を設けることにより実現されている。押し出し工程の間、この切断エッジがキャップの内側面上で固化物質へと切断することにより補助することになる。そして、物質は座ぐり穴へと押し付けられ、座ぐり穴の傾斜面が漏斗のように物質をダクト３２０内へと入れる。
【００２９】
別の実施例においては、キャップ３１８の内側面に対しＶ形溝の列を設ける。それらのＶ形溝の上端エッジが切断エッジとなるように形成される。ダクト３２０は、溝の底部に沿って間隔を空けられることにより、押し出し工程の間、Ｖ形溝により形成される切断エッジにより固体物質が切断されやすく、そしてＶ形溝の斜面により漏斗のようにダクトへと入っていく。好適にはこれらの溝は、出口ポート３１９から径方向外側に延びており、そして切断エッジがその全長に亘って延びるように外側へいくにつれて溝が深くなる。
【００３０】
別の実施例においては、吐出ヘッド１０４が、キャップ３１８を冷却するための冷却手段を設けられる。その結果、キャップ近傍における吐出チャンバ３１７内の物質の反応速度は遅くなり、吐出サイクルを実行する回数が低減される。このような冷却手段は、キャップ３１８内または近傍に別途配置した管に冷却液体を循環させることにより設けることができる。
【００３１】
別の実施例においては、キャップ３１８のダクト３２０のアレイに適用する孔のアレイを具備するディスクをキャップの外側面に回転可能に装着する。従って、ディスクの孔とキャップのダクトとが揃うことにより押し出し動作が可能となる第１位置へとディスクを回転させることができる。あるいは、通常の吐出動作の際には孔から物質が抜け出ないようにディスクでキャップ３１８のダクト３２０が塞がれる第２位置へとディスクを回転させることができる。
【００３２】
吐出ピストン３１２はその軸に沿ってのびる循環用空洞を具備し、そして出量制御ロッド３２１はこの空洞内に配置される。出口制御ロッド３２１の上端は第３液圧シリンダ３２３内に配置されたピストン３２２へ当接し、従って、液圧コネクタ３２４を介してピストン３２２に対して液圧をかけることにより、出口制御ロッド３２１が前進位置と後退位置の間で移動することができる。後退位置においては、出口制御ロッド３２１の下端が吐出チャンバ３１７内に位置しており、吐出チャンバ内にある物質が出口ポート３１９を通して吐出されることが可能となる。出口制御ロッド３２１が前進位置にあるとき、その下端は出口ポート３１９内に位置しており、吐出チャンバ３１７内の物質が抜け出ないようにこの出口ポートと十分良好に嵌合する。このように、出口制御ロッド３２１は、出口ポート３１９を閉止する手段となる。しかしながら、これに加え、出口ポートの物質をクリーニングする手段ともなる。
【００３３】
好適には、出口制御ロッド３２１が８mm〜１５mmの直径を有し、そして全ての移動面間における接触領域の全面積は、有効な密閉度を得るに十分な大きさであり、しかも固着の問題を生じる程には大きくないものとする。
【００３４】
吐出ヘッド１０４の動作における一モードの際、生成チャンバ３０５で生成された物質が吐出チャンバ３１７内に一時的に貯蔵され、その後に制御された量で吐出ピストンを前方へ移動することにより正確な量の物質が吐出される。このため、位置センサ３５１により吐出ピストンの位置に関する信号を発生してコンピュータシステム１０５へ送信する。
【００３５】
センサ３５１は、第２液圧シリンダ３１５の上端から延びるハウジング３５２に設置されたリニア導電性プラスチック位置トランスジューサである。センサ３５１は、ハウジング３５２の上端に強固に固定された導電性プラスチック部分３５３と、ガイド管３５５の上端に強固に固定されたワイパー３５４とを有する。ガイド管自体は、ピストン３１２の上端３１３に対して強く接触している。従って、ピストン３１２が上方または下方に移動すると、それに対応してワイパー３５４が導電性プラスチック部分３５３に沿って移動する。センサ３５１には電気的な基準電圧が供給されており、電気ケーブル３５６によりワイパー位置を示す電圧信号をセンサから受信する。
【００３６】
ガイド管３５５は、ハウジング３５２内を上方または下方に滑動する大きさであると同時に、ピストン３１２の回転運動を制限する。従って、センサ３５１は、曲げ力による損傷の可能性から保護される。本実施例では、センサ３５１は、導電性プラスチックのシリンダ内トランスジューサであり、そのストローク長は１５０mmである（英国所在のVariohm-Eurosensor Ltd.製造の参照番号P6403-100-H003）。
【００３７】
使用においては、ピストン３０１と３２２が完全に前進し、または完全に後退することが必要となる。コンピュータシステム１０５に対してそれらの状態を伝えるデータを与えるために、関係するシリンダには近接スイッチ３３０及び３３１がそれぞれ設けられている。
【００３８】
本装置は、混合ヘッド内の３つのピストンの通常動作のために２００bar(２０MPa)までアキュムレータを蓄圧することができる液圧駆動パック（図示せず）を有する。さらに、望ましくない固体物質を吐出チャンバから押し出すために吐出動作が必要な場合に、４００bar(４０MPa)の圧力まで第２アキュムレータを蓄圧するために液圧増圧装置（図示せず）が用いられる。
【００３９】
出口制御ロッド及び生成ピストンの双方は、それぞれの２流路液圧方向制御バルブにより操作される。本実施例では、液圧制御バルブがAtos製造の参照番号DHI-0631/2-00である。吐出ピストンの必要性は、制御された速度及び／または制御された圧力で前進可能なことである。その結果、プロポーショニングバルブがその動きを制御する。本実施例では、プロポーショニングバルブが、Atos製造の閉鎖ループ制御装置シリーズE-ME-K-PIDの制御下で電子駆動装置シリーズE-ME-T-2Hにより駆動されるプロポーショニングバルブ(cetop3)シリーズDLHZOである。
【００４０】
本実施例では、吐出ピストン３１２の上部３１３の直径が８５mmであり、下部３１１の直径が５０mmである。そして、出口制御ロッドの直径は１０mmである。従って、液圧流体が吐出ピストン３１２を押し下げるべく作用する上部３１３の表面領域は、吐出チャンバ３１７内の物質に作用する下部３１１の表面領域の２倍以上の大きさである。この結果、物質を吐出するためにかかる圧力は、液圧の２倍以上となる。例えば、２００bar(２０MPa)の液圧は、吐出される物質において約５７０bar(５７MPa)の圧力を発生する。この圧力増大は、鋳型内への高圧射出を必要とする場合に有用に用いることができる。
【００４１】
別の実施例では、生成チャンバ３０１の中央に着色剤が射出されることにより、物質が出口の吐出チャンバ３１７内に受容されるに先立って効率的に着色顔料を混合することができる。
【００４２】
２つ（またはそれ以上）の生成チャンバを１つの吐出チャンバへ嵌め込むことにより、２種類の物質を同じヘッドから交互に吐出することが可能となる。これらの条件下において、異なる生成チャンバから交互に吐出チャンバを最充填することが可能となり、それにより同じヘッドが柔い物質や堅い物質を交互に吐出したり、異なる色の物質を交互に吐出したりできる。例えば、各生成チャンバに対して異なるポリオールの流れと共通のイソシアネートとを供給することができ、それにより吐出チャンバが異なる種類の物質を交互に充填されたり吐出したりできる。別の実施例として、１または複数の生成チャンバが、着色顔料を試薬と混合するように構成されており、それにより吐出チャンバが異なる色の物質を交互に充填されたり吐出したりできる。
【００４３】
図４は、一例として、吐出ヘッド１０４内で物質を生成する化学反応を示した図である。この場合、第１と第２の化学成分は、ジオール４０１とジイソシアネート４０２でありこれらが反応してポリウレタン４０３を生成する。好適には、大きなジイソシアネートの分子が危険度が少ないため用いられる。
【００４４】
図５は、図１に示した装置内の化学試薬の流れを示した概略図である。
本装置が物質を生成しないとき、貯蔵容器１０１及び１０２に貯蔵された化学試薬が低圧で循環路を循環する。従って、貯蔵容器１０１に貯蔵された第１試薬は、第１ポンプ装置１０３Ａにより管５０１Ａを通って第１分流バルブ５０２を通り、部分管５０１Ｂ及び５０１Ｃを通り貯蔵容器１０１へ戻るように循環される。同様に、貯蔵容器１０２に貯蔵された第２試薬は、第２ポンプ装置１０３Ｂにより管５５１Ａを通って第２分流バルブ５５２を通り、部分管５５１Ｂ及び５５１Ｃを通り貯蔵容器１０２へ戻るように循環される。
【００４５】
物質生成の直前に、分流バルブは部分管５０１Ｂおよび５５１Ｂを通る流れを妨げるように閉鎖される。その結果、第１試薬は部分管５０１Ａおよび５０１Ｄを通り混合ヘッド１０４へと循環し、そして生成ピストン３０１がその前端位置にあるとき第１試薬が部分管５０１Ｅおよび５０１Ｃを経て貯蔵容器１０１へ戻される。同様に、第２試薬が部分管５５１Ａ、５０１Ｄを通り循環し、そして部分管５５１Ｅおよび５５１Ｃを経て戻される。従って、双方の化学試薬は混合ヘッド内の噴射口を通って循環され、混合に必要な高圧に到達しかつ安定化される。
【００４６】
混合が開始されると、生成ピストン３０１が後退し、第１試薬と第２試薬とが生成チャンバ内で混合されることによりポリウレタンフォーム等の新しい物質が生成される。新たに生成された物質は生成チャンバ３０５を通って吐出チャンバ３１７内へと移動する。第１動作モードの場合は吐出チャンバ３１７から直ちに吐出され、あるいは第２動作モードの場合は短い貯蔵期間の後、吐出される。
【００４７】
図６Ａ〜図６Ｅは、混合ヘッド１０４の第１動作モードを概略的に示す図である。
図６Ａは、生成後の混合ヘッド１０４の状態が示されている。つまりそれは、新たな生成サイクルを開始する位置にある。よって、生成ピストン３０１、吐出ピストン３１２及び出口制御ロッド３２１は全て、それらの最前進位置にある。混合ヘッドは用いられたところか、あるいは後述する方法で用いるべく準備されたところである。結果的に、完全に反応した物質の層６０１が吐出ピストン３１２とキャップ３１８の内側面との間に存在し、ダクト３２０を通って拡がっている。
【００４８】
物質の生成に先立って予め規定された時間内に、２つの化学試薬が入口３０８Ａ及び６０８Ａを通り、生成ピストン３０１内のそれぞれの噴射口とスロット３０９を通って出口３０８Ｂ及び６０８Ｂから出るように循環させられる。
【００４９】
図６Ｂは、第１動作モードにおける生成直前の混合ヘッドの状態を示す。吐出ピストン３１２は、吐出チャンバ３１７を形成するために予め規定された位置へと後退している。これにより吐出チャンバの下端は生成シリンダ３０３の端部をちょうど通過した位置にある。出口制御ロッド３２１が後退させられることにより出口ポート３１９が開いている。
【００５０】
図６Ｃに示すように、生成ピストン３０１の後退により生成が開始される。この状態では、双方の化学試薬の混合及び反応が生成チャンバ３０５内で行われる。このプロセスにおける高い圧力とエネルギーによって、新たに生成された物質は生成チャンバ３０５から、吐出チャンバ３１７を通り、出口ポートから出て行く。従って、この動作モードにおいて混合ヘッドは、汎用的な混合ヘッドと同様の方法で物質の生成と吐出を同時に行う。しかしながら、汎用的な混合ヘッドと比べて混合ヘッド１０４は、生成チャンバ３０５の軸上にある出口制御ロッド３２１を具備する。この結果、生成チャンバ３０５から押し出された物質は出口制御ロッド３２１に衝突し易く、これにより双方の化学試薬の混合を、特に２つの化学試薬のジェットが最初に衝突する生成開始時における混合を促進する。
【００５１】
物質が必要時間の間生成されたならば、すなわち必要量の物質が生成されたならば、生成ピストン３０１は生成を終了するべくその前進位置へと移動する。図６Ｄは、この状態を示す。このとき物質の生成が終了するが、いくらかの物質はなお吐出チャンバ３１７内に残っている。吐出ピストン３１２は、残留している物質を出口ポート３１９を通して吐出するべく速やかに前進する。
【００５２】
図６Ｅは、吐出ピストン３１２が完全に前進した後の混合ヘッドの状態を示す。吐出ピストンにより発揮される極めて高い圧力下では、吐出ピストン３１２と固体物質層６０１の上面との間に極少量の液体物質のみがトラップされて残る。
【００５３】
吐出ピストン３１２が最前進位置へと移動した直後に、出口制御ロッド３２１もまたその最前進位置へと移動する。これにより、残留物質を吐出チャンバから出口ポート３１９へと押し出す。この移動の後、混合ヘッドは再び図６Ａに示した生成後の状態となる。
【００５４】
図７Ａ〜図７Ｆは、混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す。
図７Ａにおいて、混合ヘッド１０４はその生成後の状態にある。すなわち、図７Ａは単に図６Ａの複写である。第２動作モードを説明し易くするためである。混合ヘッドは生成のサイクルとサイクルとの間にあるので、生成ピストン３０１、吐出ピストン３１２及び出口制御ロッド３２１はそれらの最も前進した位置にある。
【００５５】
第２動作モードでは、物質が生成されて吐出チャンバ内に貯蔵され、そして生成が終了した直後に貯蔵された物質が吐出される。従って、物質の生成が始まる前に吐出ピストンが後退することにより、物質を一時的に貯蔵する吐出チャンバ３１７を形成する。固体物質層６０１の上面からの吐出ピストン３１２の後退量は、生成される物質のための適切な大きさの空間を形成するように算出される。
【００５６】
図７Ａに示す吐出ピストンの最前進位置は、使用するにつれて変化する。なぜなら、固体物質層６０１は各吐出サイクルの間その厚さが増大するからである。しかしながら、吐出ピストン上の位置センサがその最前進位置の情報をコンピュータシステム１０５に対して提供するので、その後方への移動はこの情報から算出される。
【００５７】
図７Ｂは、吐出ピストン３１２が固体物質層６０１の上面から算出された距離だけ後退した後における混合ヘッド１０４を示す。出口制御ロッド３２１はなお、出口ポート３１９内に位置している。そのため、吐出ピストン３１２の後退は吐出チャンバ３１７内を負圧状態とする。
【００５８】
吐出チャンバが負圧状態とされたならば、生成ピストンが物質の生成を開始するべく後退させられる。図７Ｃは、物質生成の間における混合ヘッド１０４の状態を示す。生成チャンバ３０５で生成された物質は、物質の高エネルギーにより吐出チャンバ内へ入り込んでいく傾向がある。そして、この移動は生成チャンバ３０５と吐出チャンバ３１７内の負圧により促進される。
【００５９】
必要量の物質を生成するための必要時間の生成が行われたならば、図７Ｄに示すように生成を終了するために生成ピストン３０１が前進する。汎用的な混合ヘッドにおけるように、生成ピストン３０１もまた生成チャンバから残留物質を排除する。
【００６０】
しかしながら汎用的混合ヘッドとは異なり、新たに生成された物質は一時的に貯蔵される。汎用的には生成と吐出が同時に行われるポリウレタン等の物質については、その物質を貯蔵しかつ吐出することができる有限の期間が存在することが判明している。この期間は通常は２０秒未満であるが、物質を吐出する方法によって大きく変動させることができる。
【００６１】
図７Ｅに示す通り、吐出させられるように、出口制御ロッド３２１が出口ポート３１９を開くべく後退する。その後、吐出ピストン３１２が前方へ移動することにより物質が吐出される。吐出ピストンは、制御された速度で制御された圧力下で制御された距離だけ移動可能である。従って例えば、非常に小さいランナーをもつ鋳型に対してポリウレタンを供給するためにこの混合ヘッドが用いられる場合、吐出ピストン３１２により印加可能な超高圧が必要な物質の流れを確保する。別の例として、例えば、この混合ヘッドが数個の小さい鋳型を少量のポリウレタンのみで充填するために用いられる場合、吐出ピストンが算出された距離だけ前方へ移動することにより第１の鋳型に少量を吐出し、混合ヘッドが第２の鋳型へ移動するとその第２の鋳型に同じく少量を吐出し、ということを繰り返す。この場合、混合ヘッドが鋳型同士の間を移動する一方、出口ポート３１９は出口制御ロッド３２１により一時的に閉止される。これにより吐出チャンバ３１７空の物質の漏れ出しを防ぐ。
【００６２】
このような場合においては、物質の生成が吐出動作とは別個に行われるので、物質を吐出する速度が生成速度とは異なるようにでき、生成に悪影響を及ぼすことなく吐出圧力を変更でき、また各鋳型に吐出される個々の量も生成された物質のごく一部とすることができる。
【００６３】
図７Ｆは、小さい鋳型に対して少量の物質を吐出するために吐出ピストン３１２が算出された距離だけ前進した状態の混合ヘッドを示す。多数の鋳型に対して同様の量を吐出するために、引き続き吐出ピストンの同様の移動が行われる。そして吐出ピストンがその最前進位置に達する。その後、出口制御ロッド３２１は閉止するために前進して出口ポート３１９をきれいにする。そして、混合ヘッドは再び図７Ａの状態となる。
【００６４】
図８〜図１５は、物質の生成及び吐出を制御するためにコンピュータ制御システム１０５（またはプログラマブル論理制御装置やマイクロ制御装置等の同様の制御システム）により実行される動作を示す流れ図である。
【００６５】
図８は、制御システム１０５の概略的動作を示す。ステップ８０１では、生成及び吐出の動作を規定する入力、または場合によってはシャットダウンを示す入力を本装置が受信する。これらの入力は、制御ユニット１０９または直接コンピュータシステム１０５に対してなされるユーザ入力でも、コンピュータ等の他の外部制御装置から受信される入力でもよい。これらの入力は、各吐出ユニットの重さ、吐出されるユニットの全数、吐出速度、及び物質の吐出圧力に関する新たな動作を規定できる。用途によっては、双方の試薬の比もまた調整できる。例えば、ポリウレタン生成の際、用途の必要に応じてジオールとジイソシアネートの混合を調整可能である。従って、新たな吐出動作を規定するときには双方の試薬の比もまた規定される。別の例では、これらの入力が、制御ユニット１０９を用いて予め規定された生成サイクルを選択してその開始を指示することのみでよい。
【００６６】
ステップ８０１で入力を受信した後、ステップ８０２において、装置のシャットダウンが指示されたか否かを決定するべく判断される。もし指示されたのであれば、ステップ８１１において装置がシャットダウンされる。それ以外の場合、ステップ８０３において、吐出サイクル開始が指示されたか否かが判断される。指示されていない場合はステップ８０１へ戻り、ステップ８０２または８０３の判断のいずれかが「はい」となるまでステップ８０１〜８０３のループを繰り返す。
【００６７】
ステップ８０３の判断が「はい」であれば本装置が初期化されたか否か判断される。初期化されたのであればステップ８０６に直接進むが、それ以外の場合はステップ８０６を行う前にステップ８０５において本装置の初期化が行われる。
【００６８】
ステップ８０６では、各ユニットの物質の吐出量が吐出チャンバ３１７の最大容積を超えるか否かが判断される。もし超えるならば、ステップ８０７において図６Ａ〜図６Ｅに示した第１動作モードで物質の生成及び吐出が行われる。それ以外の場合は、ステップ８０８において図７Ａ〜図７Ｅに示した第１動作モードで物質の生成及び吐出が行われる。
【００６９】
ステップ８０７または８０８に続いて、ステップ８０９において次の吐出動作を行うか否かが判断される。もし行うのであれば、ステップ８０１へ直接戻る。もし次の動作を行う必要がないならば、ステップ８１０においてステップ８０１の再入力があるまで本装置は待機モードへ入る。ステップ８０２で受信された入力に従って、本装置は次の吐出動作を行うかまたはシャットダウンされる。
【００７０】
図９は、装置を初期化するステップ８０５の詳細を示す。先ずステップ９０１ではポンプ１０３を始動する。ステップ９０２では２つのアキュムレータの内第１アキュムレータを２００bar（２０MPa）の圧力まで蓄圧するために液圧駆動パックを始動する。ステップ９０３では第２アキュムレータに４００bar（４０MPa）の圧力を蓄圧するために液圧増圧装置を始動する。
【００７１】
ステップ９０４では分流バルブ５０２及び５５２が閉止されることにより、循環する試薬が高圧で噴射口を通り混合ヘッド１０４へ押し出される。双方の試薬を良好に混合させるために、生成が開始される前に通常１５０bar（１５MPa）の安定な高圧に到達していなければならない。それ故に、生成が開始されるに先立って短い時間、通常５秒間がこの圧力への到達のために設けられる。この期間を計測するために、ステップ９０５において高圧リサイクルタイマーがスタートする。
【００７２】
図１０は、本装置を待機モードとするステップ８１０を詳細に示す。先ずステップ１００１では、分流バルブ５０２及び５５２が開かれることにより双方の試薬が混合ヘッド噴射口を通る替わりに低圧流路の周りを循環させられる。ステップ１００２でポンプ１０３がスイッチオフとされ、そしてステップ１００３で液圧駆動パックがスイッチオフとされる。アキュムレータに蓄圧された圧力はその後の使用のために維持される。
【００７３】
図１１は、ステップ８０７及び図６Ａ〜図６Ｅで表した混合ヘッド１０４の第１動作モードを詳細に示す。先ずステップ１１０１では出口制御ロッド３２１を後退させることにより出口ポートを開く。特に、それぞれの２流路液圧方向制御バルブが出口制御ロッドを後退させるために駆動停止され、後退位置が近接センサ３３１により確認される。その後、ステップ１１０２ではプロポーショニングバルブの制御下で吐出ピストンが後退する。この後退位置は、図６Ｂに示したように物質が生成チャンバ３０５から吐出チャンバ３１７へ流れ込むことができる位置である。
【００７４】
ステップ１１０３では、ステップ９０５でスタートした高圧リサイクルタイマーの設定時間を経過したか否かが判断される。設定時間となったならばステップ１１０４へ進み、吐出が必要であることを示す信号を受信したか否かが判断される。この信号はボタン２０５によるユーザ入力でも、電気機械操作装置からの信号でもよい。吐出信号を受信していない場合は、ステップ１１０４の判断が再びなされるまでステップ１１０５で待ち状態に入る。従ってこの待ちループは吐出信号を受信するまで続き、受信したならばステップ１１０６に進む。
【００７５】
ステップ１１０６では必要な重さの物質が生成されかつ同時に吐出される。ステップ１１０７では２００bar（２０MPa）までの圧力を用いてプロポーショニングバルブの制御下で吐出ピストン３１２を最前進位置へ移動することにより吐出チャンバ内に残留する物質もまた吐出される。その後、出口制御ロッド３２１のための２流路液圧方向制御バルブが出口ポート３１９を閉じるために駆動される。その閉止確認を近接センサ３３１から受信した後、ステップ１１０９において固体物質層６０１の厚さが予め設定された閾値を超えたか否かを判断する。超えたならば、ステップ１１１１へ進む前にステップ１１１０で排出サイクルを実行する。そうでない場合はステップ１１１１に直接進む。
【００７６】
ステップ１１１１では現在の動作が完了したか否かを判断する。現在の動作は、複数の物質吐出ユニットの複数回のサイクルを含んでもよい。その場合、更なる吐出サイクルがまだ必要なこともある。現在の動作が完了したならばステップ８０７が完了し、ステップ８０９に進む。そうでない場合は、ステップ１１１１の判断が「はい」となるまでステップ１１０１〜１１１１が繰り返される。
【００７７】
図１２は、必要な重さの物質を生成するステップ１１０６を詳細に示す。先ず、ステップ１２０１において、生成ピストン３０１のための２流路液圧方向制御バルブが生成ピストンを後退させるために駆動される。その後、ステップ１２０２において生成ピストンが最後退位置にあることを近接スイッチ３３０が確認したか否かが判断される。確認されたならば、ステップ１２０３において混合重さタイマーがスタートする。ステップ１２０４で必要な重さの物質を生成するために必要な時間だけ混合が行われたか否かが判断される。行われていなければ、この判断が繰り返され、そして判断が「はい」となるまで物質が生成される。この判断が「はい」となったとき、ステップ１２０５において生成ピストンのための液圧制御バルブが駆動停止されることにより生成ピストンが前進し、生成を停止させる。ステップ１２０６において生成ピストンが最前進位置にあると近接スイッチが確認したならば、ステップ１１０６は完了する。
【００７８】
図１３は、ステップ１１１０により表される排出サイクルを詳細に示す。排出サイクルの開始時には、混合ヘッドは図６Ａに示す状態にある。従って、ピストン３０１及び３１２並びに出口制御ロッド３２１は全て最前進位置にある。しかしながら、固体物質層６０１が望ましい厚さを超えることにより吐出ピストン３１２はキャップ３１８から離れる。それ故に、ステップ１３０１において低速制御下で吐出ピストン３１２を移動させるために液圧増圧装置による第２アキュムレータからの４００bar（４０MPa）が用いられる。これには、ダクト３２０を通して固体物質層を押し出す効果がある。このプロセスにより固体物質層の厚さが通常２mmへ低減されることが必要である。従って、ステップ１３０２において吐出ピストンが予め規定された位置に到達したか否かが判断される。到達していなければ、ステップ１３０２の判断が「はい」となるまでステップ１３０３において押し出しを続ける。このように、ステップ１３０２の判断が「はい」となるまで物質が押し出される。「はい」となったとき、ステップ１３０４において吐出ピストン３１２に係る液圧は低減され、排出サイクルは完了する。
【００７９】
排出サイクル後に残留する固体物質層の厚さは、正常な生成動作及び吐出動作の際にダクト３２０を通して液体物質／泡物質が漏れ出るのを防ぐよう設計されている。この目的のために必要な固体物質層の厚さは、処理される特定の物質、例えばポリウレタン系の機械的特性に依存する。従って、排出後の物質層の厚さは、これらの変動を許容するためにコンピュータシステム１０５により調整可能である。同様に、排出サイクルを行うべきか否かを判断するためにステップ１１０９で用いられる閾値もまた処理される物質の機械的特性に依存して調整可能である。
【００８０】
固体物質層６０１はダクト３２０を密閉するために用いられ、ダクト３２０は必要な領域内の固体物質層の厚さを維持するために用いられると理解すべきである。混合ヘッド１０４が新しい場合または混合ヘッド１０４が完全に洗浄された場合など、固体物質層６０１が存在しないような場合は、混合ヘッドが正常な動作を実行できるようになる前に先ず準備が必要である。これを行うために、吐出ピストンを後退させる一方、固体金属板をキャップ３１８の外側面へ接触させて出口ポート３１９を閉止する。その後、非常に少量（通常５０g）の物質が生成され、そしてこの物質を固体（非泡状態）層へと圧縮しダクト３２０内へ拡げるために吐出ピストンを前進させる。この固体物質層が完全に反応しかつ固化するための十分な時間が経過した後、混合ヘッドは正常な生成ができる状態となる。
【００８１】
別の実施例では、ステップ１１１０等の別途の排出サイクルは不要である。その替わりに、物質が吐出されて吐出ピストン３１２が固体物質層６０１上に降下される毎に、印加される圧力が増圧されることにより吐出ピストンが常に同じ位置まで動かされる。すなわち、物質が吐出された後、毎回、ごく少量の固体物質が排出される。このようにして、キャップ３１８の内側面上における固体物質層６０１の一定の厚さが維持される。
【００８２】
図１４は、図７Ａ〜図７Ｆで示されたステップ８０８の混合ヘッド１０４の第２動作モードを詳細に示す図である。まずステップ１４０１において吐出チャンバが吐出できる状態であるか否か、すなわち吐出される物質を収容しているか否かが判断される。ステップ１４０１の最初の繰り返しにおいては、この判断結果は「いいえ」であるが、後続する繰り返しにおいては「はい」となることがある。この判断結果が「はい」となったならば直接ステップ１４０８に進むが、それ以外の場合はステップ１４０２において出口ポート３１９閉止される。特に、出口制御ロッド３２１用の２流路液圧バルブが出口ポート３１９を閉止するために駆動される。
【００８３】
ステップ１４０３において、固体物質層６０１が閾値を超える厚さをもつか否かが判断され、そして「はい」であればステップ１４０５へ進む前にステップ１４０４において排出サイクルが実行される。（ステップ１４０３および１４０４は実質的にステップ１１０９および１１１０と同じである）。それ以外の場合は、ステップ１４０３からステップ１４０５に直接進む。ステップ１４０５において、吐出ピストンがプロポーショニングバルブの制御下で必要な位置まで後退する。この必要な位置は、吐出チャンバ３１７の容積が生成される物質を受容するに十分な大きさとなるようにコンピュータシステム１０５により算出される。
【００８４】
ステップ１４０６において、ステップ９０５でスタートした高圧タイマーの設定時間が経過したか否かが判断される。このステップは高圧タイマーの設定時間が経過するまで繰り返され、そしてステップ１４０７において吐出可能な物質が生成される。ステップ１４０７は実質的にステップ１１０６と同じであるが、生成された物質は吐出チャンバ３１７内に貯蔵されている。
【００８５】
物質生成に続いて、ステップ１４０８において吐出が必要であることを示す信号を受信したか否かが判断される。その信号を受信していないならば、ステップ１４０８が繰り返される。吐出信号を受信したならば、ステップ１４０９において物質が吐出される。ステップ１４１０において現在の動作が完了したか否かが判断される。さらに次の生成サイクル及び／または吐出サイクルが必要であるために動作が完了しない場合もある。ステップ１４１０の判断結果が「はい」であれば、ステップ８０８が完了する。それ以外の場合は、ステップ１４０１が繰り返される。
【００８６】
図１５は、物質を吐出するステップ１４０９を詳細に示す。まずステップ１５０１において出口制御ロッド３２１用の流路液圧方向制御バルブを停止することにより出口ポート３１９を開く。そしてステップ１５０３で物質が吐出される前に、ステップ１５０２において近接スイッチ３３１から受信された信号により出口制御ロッドの動きを確認する。プロポーショニングバルブの制御下で吐出ピストン３１２を制御された速度及び／または圧力並びに算出された距離で前進させることにより吐出が実行される。もちろんその距離は、必要量の物質が吐出されるようにコンピュータシステム１０５により算出される。吐出される物質は、ステップ１４０７で生成された物質全部であってもその一部であってもよく、残りはステップ１４０９の後続する繰り返しにおいて吐出されてもよい。
【００８７】
ステップ１５０３が完了すると、ステップ１５０４において出口制御ロッド３２１用の液圧制御バルブが駆動される。これにより出口ポート３１９が閉止されて、吐出チャンバ３１７内に残る物質が漏れ出ることを防止する。
【００８８】
近接スイッチから受信した信号により、ステップ１５０５における出口ポートの閉止を確認し、ステップ１４０９を完了する。
【００８９】
好適な用途の大部分においては、物質の生成が比較的迅速に起きる傾向があり、その結果吐出チャンバ内は比較的速やかに充填される。混合ヘッド内に一時的に保持された物質は、その後比較的ゆっくりと吐出されることになるので、混合ヘッドは比較的遅い流速が必要な環境でポリウレタンフォームを吐出することができる。しかしながら、物資が流体状態で残っている間は吐出チャンバ３１７内に収容された物質全部が必ず除去されることが望ましい。このようにして、高圧混合により高品質の物質を生成できるが比較的低速で吐出でき、その結果、高圧混合された物質を吐出する用途の種類が多くなる。
【００９０】
図１６は、電源故障後の混合ヘッドの自動動作を示す。電源故障時には、駆動パックのアキュムレータに蓄圧された圧力を用いて生成ピストン３０１用の２流路液圧バルブが停止し、その結果、生成ピストン３０１は生成を停止させるために前進する（ステップ１６０１）。出口制御ロッド用の液圧バルブが停止し、その結果、出口制御ロッドは出口ポートを開くために後退する（ステップ１６０２）。そして吐出ピストンが混合ヘッド内に残る材料をすべて吐出するために最前進位置まで移動する（ステップ１６０３）。これらの手段により、混合ヘッドは自動的に生成を停止し、収容している物質のほとんど大部分を排除する。その結果、電源が回復したとき生成を直ちに再開できる。
【００９１】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、本発明の別の実施例である混合ヘッド１７０４の断面を示す。図１７Ａでは、生成サイクルとサイクルの間における、両ピストンが前進し出口ポートが閉止した状態の混合ヘッドが示されている。図１７Ｂでは、物質の生成と吐出を同時に行っているときの、両ピストンが後退し出口ポートが開いた状態の混合ヘッドが示されている。これは、図６Ｃに混合ヘッド１０４について示した第１動作モードに対応する。
【００９２】
混合ヘッド１７０４の多くの構成要素は混合ヘッド１０４のものと共通するので、同様の符号を付している。従って、混合ヘッド１７０４は生成ピストン１７０１を具備し、それが後退したとき生成チャンバ１７０５内で物質の生成が可能となる。物質は吐出チャンバ１７１７を介して吐出されるかまたはその中に一時的に貯蔵される。吐出チャンバ７１７内に貯蔵された物質は吐出ピストン１７１２により出口ポート１７１９を通して吐出可能である。出口ポートは出口制御ロッド１７２１を降下させることにより閉止可能である。上記の主要な実施例との違いは、生成チャンバがピストン１７５２を収容する円筒通路１７５１により吐出チャンバへ接続されている点である。
【００９３】
生成サイクルの間、ピストン１７５２は生成ピストン１７０１後退の直前に後退し、そして生成ピストン１７０１が生成を停止させた直後に前方へ移動する。それ以外の場合は、混合ヘッド１７０４は混合ヘッド１０４と同様の手順で動作する。従って、混合ヘッド１７０４は混合ヘッド１０４について説明した２つの動作モードで動作可能である。
【００９４】
非常に高い物質射出圧力の下においてピストン１７５２は、吐出チャンバ１７１７内の物質と生成チャンバ１７０５内に配置された噴出口との間の付加的な障壁として働く。
【００９５】
結果的に、好適な実施例では、物質が混合される（化学反応を開始させる）速度を、物質が吐出される速度から独立させることができる。経験則は、物質を吐出チャンバ３１７内に最長２０秒間保持可能であることを示唆する。実施例によれば、洗浄不要でありかつ物質を通常毎秒５gの速度で生成できる器具を用いて物質を低速で（例えば毎秒３gまたはそれ未満）吐出可能である。低い吐出速度の場合、通常、システムの停止時間として最短４５秒かかる洗浄サイクルで有機溶媒を使う低圧システムを用いることが必要である。従って、好適な実施例では、危険な洗浄剤使用の必要性を排除すると同時に停止時間を低減する。このことは、前述のエンジンフィルタ製造等のように通常の製造設備が毎時１０００個程度を製造する工業にとって利点となる。
【００９６】
好適な実施例における吐出速度は完全に混合速度とは独立しているので、送出速度には非常に自由度がある。従って、送出用の吐出チャンバの大きさをわずかに変更するだけで１つの機械を多数の異なる送出速度で用いることができる。
【００９７】
好適な実施例の別の利点は、出口ポート３１９から吐出される物質の圧力が生成チャンバ３０１内における圧力とは無関係なことである。従って、所与の条件下では、出口ポート３１０から放出される物質の圧力が、泡形成中の生成チャンバ３０１内の圧力よりも高い場合がある。物質が吐出されている間、バルブ５０２及び５５２が閉止状態にあるときは吐出チャンバ３１７内の圧力はポンプ１０３に影響しない。
【００９８】
動作中、吐出ピストン３１２を後退させる位置を調整することにより、送出用の吐出チャンバの容積を効果的に変更可能である。
【００９９】
出口制御ロッド３２１は、物質が不要のときに漏れ出さないようにする。
【０１００】
物質の吐出速度を調整できるため、特定の吐出動作の範囲内で吐出速度を制御しかつ調整する機会を設けることができる。従って、例えば、泡粒を生成しているとき、ロボットの動作速度を遅くする替わりに物質の放出速度を増すことにより粒の一部が大きな面積をもつようにすることができる。このようにフレキシビリティが大きいので、製造速度を増すことができロボット動作に起因する機械的制約を低減できる。
【０１０１】
標準的な高圧システムでは、物質を注ぐ毎に混合ヘッドの開閉が必要である。よって、混合の開始時と混合の終了時には、生成ピストンの溝の閉鎖端部により進路が反らされるため衝突がほとんど起こらない状況となる。従って、流れの開始時と流れの終了時にはしばしば疑似標準的な状況が発生し、その結果生成物が許容できないこともある。本発明の好適例では、物質生成の開始時及び物質生成の終了時に生成される物質は送出用の吐出チャンバ内で互いに混合されることにより、送出用の吐出チャンバ３１７から放出される物質は実質的に均一である。さらに、混合物が出口制御ロッド３２１と衝突することにより混合が促進される。
【０１０２】
標準的な高圧混合ヘッドは、周期的メンテナンスが必要となる前に有限回数のサイクルを実行する。処理される物質の種類によって混合ヘッドは通常５０００〜５００，０００サイクルを実行することになる。所与の状況においては、比較的少量の容積を生成するために比較的短い最高速度での稼働が必要となり、このことは稼働寿命を短くすることにつながる。本実施例では、各稼働の際に多めの物資を生成しておき送出用の吐出チャンバ内に一時的に保持することにより、生成チャンバ内での稼働回数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】エアフィルター等のポリウレタン製品の製造用設備を示す図である。
【図２】物質を吐出するための吐出ヘッドを示す図である。
【図３】吐出ヘッド１０４の内部構造を詳細に示す切り欠き図である。
【図４】泡状ポリウレタンを生成する化学反応の一例を示す図である。
【図５】図１の装置内における化学反応の流れを示す概略図である。
【図６Ａ】混合ヘッド１０４の第１動作のモードを示す図である。
【図６Ｂ】混合ヘッド１０４の第１動作モードを示す図である。
【図６Ｃ】混合ヘッド１０４の第１動作モードを示す図である。
【図６Ｄ】混合ヘッド１０４の第１動作モードを示す図である。
【図６Ｅ】混合ヘッド１０４の第１動作モードを示す図である。
【図７Ａ】混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図７Ｂ】混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図７Ｃ】混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図７Ｄ】混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図７Ｅ】混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図７Ｆ】混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図８】物質の生成及び吐出を制御するためのコンピュータ制御システム１０５の動作概要を示す流れ図である。
【図９】装置を初期化するステップ８０６を示す図である。
【図１０】装置を待機モードとするステップ８１０を示す図である。
【図１１】図６Ａ〜図６Ｅに示したステップ８０７により表される混合ヘッド１０４の第１動作モードを示す図である。
【図１２】必要な重さの物質を導出するステップ１１０６を示す図である。
【図１３】ステップ１１１０により表されるパージサイクルを示す図である。
【図１４】ステップ８０８により表される混合ヘッド１０４の第２動作モードを示す図である。
【図１５】物質を吐出するステップ１４０９を示す図である。
【図１６】電源故障後に行われる混合ヘッドの自動動作を示す図である。
【図１７Ａ】別の実施例の混合ヘッド１７０４の断面図である。
【図１７Ｂ】別の実施例の混合ヘッド１７０４の断面図である。
【図１】
2006502884.tif 000003
【図２】
2006502884.tif 000004
【図３】
2006502884.tif 000005
【図４】
2006502884.tif 000006
【図５】
2006502884.tif 000007
2006502884.tif 000008
2006502884.tif 000009
【図８】
2006502884.tif 000010
【図９】
2006502884.tif 000011
【図１０】
2006502884.tif 000012
【図１１】
2006502884.tif 000013
【図１２】
2006502884.tif 000014
【図１３】
2006502884.tif 000015
【図１４】
2006502884.tif 000016
【図１５】
2006502884.tif 000017
【図１６】
2006502884.tif 000018
2006502884.tif 000019
【国際調査報告】
2006502884.tif 000020
2006502884.tif 000021
2006502884.tif 000022