ミキシングヘッドおよびこれを備える反応射出成形装置
【課題】ボイドの発生を抑制することのできるミキシングヘッドおよびこれを備える反応射出成形装置を提供すること。
【解決手段】ミキシングヘッド４は、本体部材１８と、整流部材１９と、背圧発生部材２０とを備えている。本体部材１８は、不活性流体が予備混合された予備混合物を原料を含む複数種類の原料が混合される混合部２３と、混合部２３で混合された複数種類の原料の混合物を射出するための射出口部５２とを含んでいる。背圧発生部材２０は、射出口部５２の流れ方向Ａの途中を閉塞している。背圧発生部材２０を設けていることにより、混合部２３内に複数種類の原料が供給されたときに混合部２３内に背圧を発生させ、気泡の発生を抑制する。
【解決手段】ミキシングヘッド４は、本体部材１８と、整流部材１９と、背圧発生部材２０とを備えている。本体部材１８は、不活性流体が予備混合された予備混合物を原料を含む複数種類の原料が混合される混合部２３と、混合部２３で混合された複数種類の原料の混合物を射出するための射出口部５２とを含んでいる。背圧発生部材２０は、射出口部５２の流れ方向Ａの途中を閉塞している。背圧発生部材２０を設けていることにより、混合部２３内に複数種類の原料が供給されたときに混合部２３内に背圧を発生させ、気泡の発生を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミキシングヘッドおよびこれを備える反応射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、互いに反応する成分を原料とし、これら原料を、高圧で射出して反応させながら金型に注入するＲＩＭ成形によって、発泡成形体を成形することが広く実施されている。
このようなＲＩＭ成形において、たとえば、特許文献１に記載されているように、各原料と、不活性ガスなどの不活性流体とを、予備混合ユニットにおいて衝突混合させることによって連続的に予備混合し、加圧および／または加熱により、各原料に不活性流体を連続的に溶解させた後、混合ヘッドでこれら各原料を混合して混合物を生成し、混合ヘッドからこの混合物を高圧で金型に射出することにより、微細なセル径を有するマイクロセルラー発泡成形体を成形することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２８３４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
混合ヘッドでは、各原料が激しく衝突混合されるため、また、各原料の流動に伴う発熱により各原料の温度が高くなるため、混合物中に気泡が生じる。しかも、各原料は、混合開始時点では未だ粘度が低いため、混合による気泡の成長が早く、気泡同士が合体する合泡が生じてしまう場合がある。合泡により大きな気泡が生じると、発泡成形体に大きなボイドが生じてしまう場合がある。
【０００４】
また、混合ヘッド内は金型のキャビティ内に連通しており、キャビティ内と同様、常圧に近い低圧状態となっていることから、混合ヘッド内に送られた各原料の圧力降下が大きい傾向にある。そのため、混合ヘッド内で原料中の不活性ガスが析出して気泡が生じ易く、発泡成形体にボイドが生じ易い。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ボイドの発生を抑制することのできるミキシングヘッドおよびこれを備える反応射出成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ミキシングヘッドであって、不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料が混合される混合部と、前記混合部で混合された前記複数種類の原料の混合物を射出するための射出口部と、前記射出口部の一部を閉塞することにより、前記混合部内に背圧を発生させる背圧発生部材とを備えていることを特徴としている。
【０００６】
このような構成によると、射出口部の一部を背圧発生部材で塞いでいることにより、混合部で複数種類の原料が衝突混合されているときの混合部内の圧力の逃げを抑制し、混合物内の背圧（圧力）を高めることができる。混合部内の背圧が高められることにより、原料の衝突混合に伴う気泡の発生を抑制できる。また、混合部内の背圧が高められることにより、混合部に供給されたときの混合部内の各種類の原料の圧力降下を少なくして不活性流体の析出を少なくでき、気泡の発生をより確実に抑制できる。さらに、混合部内で気泡が発生しても、射出口部の一部を閉塞する背圧発生部材を通過することにより気泡を破ることができるので、射出された混合物の気泡をより少なくできる。以上より、射出された混合物の気泡を可及的に少なくでき、混合物を成形して得られる成形体でのボイドを確実に少なくできる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記背圧発生部材は、前記射出口部における前記混合物の流れ方向に延びる多数の貫通孔が形成されたオリフィス部材を含んでいることを特徴としている。
このような構成によると、多数の貫通孔が設けられていることにより、オリフィス部材における混合物の許容流量を十分に確保しつつ、各貫通孔を小径にできる。これにより、混合物が貫通孔を通過する際に、混合物中の気泡を確実に破ることができ、混合物中の気泡をより少なくできる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、各前記貫通孔は、前記流れ方向における前記オリフィス部材の上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされていることを特徴としている。
このような構成によると、各貫通孔において、混合物を上流側端部から流入させ易くできる。また、開口断面積が小さくされている部分で、混合物中の気泡を確実に破ることができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、前記射出口部は、前記射出口部内の気体を排出するためのベント部を備え、前記ベント部は、前記背圧発生部材に対して、前記射出口部における前記混合物の流れ方向の下流側近傍にある気体を排出可能であることを特徴としている。
このような構成によると、混合物が背圧発生部材を通過して破泡されたときの混合物内の気体をベント部によって排出できる。これにより、混合物内に不要な気体が残留することを防止でき、その結果、射出された混合物の気泡を格段に少なくできる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、反応射出成形装置であって、不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料をそれぞれ独立して供給する供給手段と、請求項１ないし４のいずれかに記載のミキシングヘッドと、金型とを備え、前記供給手段は前記混合部に接続され、前記射出口部は前記金型に接続されていることを特徴としている。
このような構成によると、金型に混合物を射出成形することで得られる成形体でのボイドを極めて少なくできる。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、請求項１記載の発明によれば、混合部内での気泡の発生を抑制し、かつ、混合物が背圧発生部材を通過するときにおいて、気泡を破ることができる。これにより、混合物を成形して得られる成形体でのボイドを確実に少なくできる。
請求項２に記載の発明によれば、オリフィス部材における混合物の許容流量を十分に確保しつつ、混合物中の気泡をより少なくできる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、開口断面積が小さくされている部分で、気泡を確実に破ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、混合物内に不要な気体が残留することを防止でき、その結果、射出された混合物の気泡を格段に少なくできる。
請求項５に記載の発明によれば、ボイドの少ない成形体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の反応射出成形装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、この反応射出成形装置１は、たとえば、マイクロセルラーポリウレタンフォームを成形するためのＲＩＭ成形装置であって、イソシアネート成分を供給するための第１ユニットとしてのイソシアネート供給ユニット２、ポリオール成分を供給するための第２ユニットとしてのポリオール供給ユニット３、ミキシングヘッド４および金型５を備えている。
【００１４】
イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３によって、不活性流体が予備混合されたイソシアネート成分およびポリオール成分をそれぞれ独立してミキシングヘッド４に供給する供給手段としての供給ユニット１００が構成されている。
イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３は、大略同一の装置構成とされており、原料タンク６および７、原料供給手段としての原料定量供給ポンプ８および９、不活性流体タンク１０および１１、不活性流体供給手段としての不活性流体定量供給ポンプ１２および１３、予備混合手段としての予備混合ユニット１４および１５、溶解手段としての高圧加熱ヒータ１６および１７を、それぞれ備えている。
【００１５】
各原料タンク６および７には、原料がそれぞれ貯蔵されており、より具体的には、原料タンク６には、第１原料として、ポリイソシアネート化合物などのイソシアネート成分が貯蔵されており、また、原料タンク７には、第２原料として、ポリオールなどのポリオール成分が貯蔵されている。
各原料定量供給ポンプ８および９は、各原料タンク６および７の下流側にそれぞれ接続されており、各原料、すなわち、イソシアネート成分およびポリオール成分を、それぞれ所定量および所定圧力で、各予備混合ユニット１４および１５に輸送するように構成されている。
【００１６】
また、各不活性流体タンク１０および１１には、二酸化炭素や窒素などの不活性流体がそれぞれ貯蔵されており、これら不活性流体タンク１０および１１の下流側にそれぞれ接続される各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３によって、各不活性流体タンク１０および１１内の不活性流体を、所定量および所定圧力で、各予備混合ユニット１４および１５に輸送するように構成されている。
【００１７】
そして、各予備混合ユニット１４および１５は、各原料定量供給ポンプ８および９、および、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３の下流側において、これらとそれぞれ接続されており、各原料定量供給ポンプ８および９から供給される原料と、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３から供給される不活性流体とを連続的に予備混合するように構成されている。
【００１８】
そして、各予備混合ユニット１４および１５においては、各原料定量供給ポンプ８および９から所定圧力で供給される原料と、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３から所定圧力（たとえば、１０〜１５ＭＰａ）で超臨界状態で供給される不活性流体とを、それぞれ定量された所定の割合において、物理的に衝突させて連続的に予備混合するように構成されている。
【００１９】
すなわち、各予備混合ユニット１４および１５において、それぞれ、不活性流体が予備混合された原料としての予備混合物が生成される。
各高圧加熱ヒータ１６および１７は、各予備混合ユニット１４および１５の下流側にそれぞれ接続されており、各混合ユニット１４および１５において予備混合された原料および不活性流体の混合物中において、原料に不活性流体を連続的に溶解させるように構成されている。
【００２０】
より具体的には、各高圧加熱ヒータ１６および１７は、耐圧配管の周りにヒータが設けられており、原料および不活性流体の混合物を、耐圧配管中に通過させて、そのまま加圧（保圧）しながら必要によりヒータで加熱することにより、原料に不活性流体を連続的に溶解させるように構成されている。
これにより、予備混合ユニット１４および１５において、予備混合された予備混合物が、加圧および／または加熱されるため、原料に不活性流体を十分に溶解することができ、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を良好に成形することができる。
【００２１】
ミキシングヘッド４は、各高圧加熱ヒータ１６および１７の下流側において、これら高圧加熱ヒータ１６および１７と接続されており、各予備混合ユニット１４および１５のそれぞれで生成された予備混合物を混合して、高圧で射出し、反応させながら金型５に注入するように構成されている。
図２は、ミキシングヘッド４の概略構成を示す断面図である。図１および図２を参照して、ミキシングヘッド４は、本体部材１８と、本体部材１８内に収容された整流部材１９および背圧発生部材２０とを備えている。
【００２２】
本体部材１８は、加熱ヒータ１６を通過した予備混合物が流入する第１流入口部２１と、加熱ヒータ１７を通過した予備混合物が流入する第２流入口部２２と、第１流入口部２１から流入した予備混合物と第２流入口部２２から流入した予備混合物とが混合されることによりこれらの混合物が生成される混合部２３と、混合部２３に隣接して配置され、混合物を射出するための射出口部５２とを備えている。
【００２３】
第１流入口部２１は、径方向に沿って延び、本体部材１８内に形成された円筒状の内周面を含んでいる。第１流入口部２１の一端部は、通路管３０を介して加熱ヒータ１６に接続されており、他端部は、混合部２３に接続されている。
第２流入口部２２は、径方向に沿って延び、本体部材１８内に形成された円筒状の内周面を含んでいる。第２流入口部２２の一端部は、通路管３１を介して加熱ヒータ１７に接続されており、他端部は、混合部２３に接続されている。第２流入口部２２の他端部は、第１流入口部２１の他端部と径方向において互いに対向しており、これら第１および第２流入口部２１，２２から流入したそれぞれの予備混合物の衝突混合が促進されるようになっている。
【００２４】
混合部２３は、本体部材１８の中心軸線を含む内部中央に配置されて、第１流入口部２１と第２流入口部２２とに挟まれており、円筒状の内周面３２と、内周面３２の一端部から延びる環状の段部３３と、内周面３２の他端部に配置された端面３４とを含んでいる。内周面３２および端面３４によって、混合部２３内に円柱状の空間が区画されている。
内周面３２は、中心軸線方向に沿って延びている。段部３３は、径方向に延びる環状の平坦面であり、整流部材１９の一端部に隣接している。端面３４は、段部３３と平行な環状の平坦面であり、混合物定量供給ポンプ３６に接続される接続口３７が端面３４の中心軸線を含むように形成されている。混合物定量供給ポンプ３６は、混合部２３内で混合された混合物を、所定量および所定圧力で整流部材１９側へ輸送するようになっている。
【００２５】
混合部２３内では、第１および第２流入口部２１，２２から各予備混合物が流入され、混合部２３内で、これらの予備混合物が互いに衝突混合された混合物が生成される。
射出口部５２は、整流部材１９を保持する第１保持部２４と、第１保持部２４に隣接して配置され、背圧発生部材２０を保持する第２保持部２５と、第２保持部２５に隣接して配置された段部２６と、段部２６に隣接して配置された供給部２７と、供給部２７内の空間が開放される一端面２８と、供給部２７に接続されるベント部２９と、を備えている。
【００２６】
第１保持部２４は、本体部材１８において、段部３３から延設された円筒状の内周面を含んでいる。この第１保持部２４は、混合部２３の段部３３から内周面３２の中心軸線に沿って延びており、第２保持部２５に接続されている。
第２保持部２５は、本体部材１８内に形成された、円筒状の内周面を含んでいる。この第２保持部２５は、第１保持部２４の直径と等しい直径を有しており、第１保持部２４と段部２６との間に延びている。
【００２７】
段部２６は、第２保持部２５と供給部２７との間に介在しており、背圧発生部材２０を受けるものである。段部２６は、径方向に延びる円環状の平坦面である。この段部２６の外周部は、第２保持部２５に接続されている。段部２６の内周部の直径は、供給部２７の直径と略等しい直径とされている。
供給部２７は、混合部２３、整流部材１９および背圧発生部材２０を通過してきた混合物を金型５に向けて射出するものであり、本体部材１８内に形成された、円筒状の内周面を含んでいる。この供給部２７は、段部２６の内周部から段部２６の中心軸線に沿って延びており、本体部材１８の一端面２８側で、金型５の後述するキャビティ４７内に開放されている。射出口部５２における混合物の流れ方向Ａ（以下、単に流れ方向Ａという。）は、この供給部２７の軸線方向に沿っており、上方から下方へ向かっている。一端面２８には、供給部２７内の空間を開放するための開口部３８が開口形成されている。
【００２８】
図３は、背圧発生部材２０の周辺の要部の拡大図である。なお、図３では、供給部２７における混合物をクロスハッチングで図示している。
図２および図３を参照して、ベント部２９は、混合物が背圧発生部材２０から供給部２７へ送られているときに、供給部２７のうち流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の下流側近傍の気体を、射出口部５２の外側へ排出するためのものである。
【００２９】
このベント部２９は、本体部材１８内において、径方向に沿って本体部材１８の外周面から供給部２７までを貫通するように形成されており、上記気体が通過する通路を形成している。ベント部２９の一端部は、流れ方向Ａにおける供給部２７の上流側端部に接続されており、供給部２７内の空間に連通している。
このベント部２９の一端部は、後述するように、混合物が背圧発生部材２０から供給部２７へ送られているときに、供給部２７内で形成される気体領域Ｅおよび混合物通過領域Ｆのうちの、気体領域Ｅに臨むようにされている。ベント部２９の他端部には、気体の通過を許容するエアフィルタ３９が接続されている。このエアフィルタ３９は、本体部材１８の外周面から露出するように本体部材１８内に埋設されており、本体部材１８の外周面から開放されている。
【００３０】
図２を参照して、整流部材１９は、混合部２３内で衝突混合された混合物を流れ方向Ａに整流するものであり、且つ、背圧発生部材２０を段部２６と協働して挟持するものである。この整流部材１９は、所定の肉厚を有する中空円筒状の部材であり、第１保持部２４の中心軸線方向に沿って第１保持部２４の内周面に配置されている。整流部材１９の外周面は、第１保持部２４に保持されている。整流部材１９の外径は、たとえば、２４ｍｍ程度とされている。整流部材１９の内径は、たとえば、１６ｍｍ程度とされている。
【００３１】
整流部材１９の内周面は、供給部２７と同軸上に配置されており、直径は、供給部２７の直径および混合部２３の内周面３２の直径のそれぞれと略等しくされている。整流部材１９の一端面は、混合部２３の段部３３に面接触している。整流部材１９の他端面は、背圧発生部材２０の後述する一端面４１に面接触している。整流部材１９の内側に、混合物が流れ方向Ａに沿って通過する空間が区画されている。この空間は、混合部２３内の空間に連通しているとともに、背圧発生部材２０に臨んでいる。
【００３２】
背圧発生部材２０は、射出口部５２の流れ方向Ａの途中を閉塞することにより、混合部２３内や整流部材１９内に背圧（キャビティ４７内の圧力よりも高い内圧）を発生させるオリフィス部材であり、第２保持部２５内に配置されている。
図２および図３を参照して、この背圧発生部材２０は、円板形状をなしており、整流部材１９の他端面と本体部材１８の段部２６とに挟まれている。背圧発生部材２０の厚みは、たとえば、３ｍｍ程度とされている。
【００３３】
背圧発生部材２０の外周面は、第２保持部２５に嵌合保持されている。流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の上流側端面としての一端面４１は、径方向に延びる平坦面である。この一端面４１の外周部は、整流部材１９の他端面と面接触している。流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の下流側端面としての他端面４２は、径方向に延びる平坦面である。この他端面４２の外周部は、本体部材１８の段部２６と面接触している。
【００３４】
背圧発生部材２０には、流れ方向Ａに延びる多数の貫通孔４３が厚み方向を貫通するように形成されている。各貫通孔４３は、背圧発生部材２０の一端面４１側および他端面４２側の双方に開放されており、通過する混合物内の気泡を破るようになっている。各貫通孔４３は、流れ方向Ａに対して直交する径方向の断面の形状がたとえば円形状をなしている。なお、各貫通孔４３の、流れ方向Ａに対して直交する断面の形状は、円形状に限らず、矩形状などの多角形形状をなしていてもよい。
【００３５】
各貫通孔４３は、流れ方向Ａに対して直交する開口断面積が下流側に向かって次第に小さくなるように形成される断面積変化部４４と、流れ方向Ａに対して直交する開口断面積が、流れ方向Ａの全域において等しくされる断面積一定部４５とを含んでいる。
断面積変化部４４は、混合物の貫通孔４３内への進入を案内するものであり、中心軸線に沿う円錐台形状をなし、流れ方向Ａの下流側に進むに従い内径が小さくされている。この断面積変化部４４の上流側端部は、一端面４１側に開放されており、整流部材１９内の空間に連通している。断面積変化部４４の下流側端部は、流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の中間部に位置しており、断面積一定部４５に連通している。この構成により、貫通孔４３は、流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされている。
【００３６】
断面積一定部４５は、貫通孔４３内を通過する混合物中の気泡を破るためのものであり、円柱形状をなし、流れ方向Ａの全域に亘って直径が略一定にされている。断面積一定部４５の直径Ｄは、たとえば、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。
直径Ｄが０．１ｍｍ未満であると、断面積一定部４５から供給部２７に送られるときの混合物の速度が速くなり過ぎ、空気を巻き込んで気泡が生じ易くなる。また、直径Ｄが３ｍｍを超過すると、断面積一定部４５における背圧発生部材２０の内周面に気泡が衝突する頻度や断面積一定部４５内を流れる混合物の流度分布の差異により生じるせん断力が少なくなり、破泡効果を十分に発揮し難い。
【００３７】
流れ方向Ａにおける断面積一定部４５の長さは、断面積変化部４４よりも短くされており、断面積変化部４４の長さを十分に確保できるようにしてある。断面積一定部４５は、断面積変化部４４と同軸上に配置されている。流れ方向Ａにおける断面積一定部４５の上流側端部は、断面積変化部４４の下流側端部に接続されている。流れ方向Ａにおける断面積一定部４５の下流側端部は、背圧発生部材２０の他端面４２側に開放されており、供給部２７内の空間に連通している。
【００３８】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、背圧発生部材２０を流れ方向Ａの上流側から投影した状態を示している。なお、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面が、図３に相当する。図４を参照して、貫通孔４３は、背圧発生部材２０の周方向Ｃに等ピッチで配置されているとともに、背圧発生部材２０の径方向Ｒに等ピッチで配置されている（図４において、一部の貫通孔４３のみを図示）。周方向Ｃに隣接する貫通孔４３の断面積変化部４４同士は、周方向Ｃにおいて略隙間無く並んでいる。また、径方向Ｒに隣接する貫通孔４３の断面積変化部４４同士は、径方向Ｒにおいて略隙間無く並んでいる。径方向Ｒにおける最も外側の貫通孔４３の断面積変化部４４は、流れ方向Ａに沿って投影したときに、整流部材１９の内周面４６に対して、径方向Ｒに略隙間無く隣接している。
【００３９】
各断面積一定部４５の開口断面積の総和は、供給部２７の開口断面積１００％に対して、５％〜５０％の範囲に設定されることが好ましい。
各断面積一定部４５の開口断面積の総和が、供給部２７の開口断面積１００％に対して、５％未満であると、混合物が断面積一定部４５を通過するときの通過断面積の総和が小さいことにより、背圧発生部材２０から射出されるときの混合物の圧力が過度に高くて射出速度が高くなり過ぎ、空気の混入を招いて気泡が生じやすくなる。また、各断面積一定部４５の開口断面積の総和が、供給部２７の開口断面積１００％に対して、５０％を超過すると、背圧発生部材２０によって供給部２７を流れ方向Ａの上流側から塞ぐ面積が小さくなり、混合部２３および整流部材１９内の背圧を高める効果を十分に発揮し難い。
【００４０】
図２を参照して、金型５は、成形体の外形形状に対応する形状の内側面を有するキャビティ４７と、ミキシングヘッド４の供給部２７が挿通される挿通口部４８とを備えている。挿通口部４８は、金型５の外側とキャビティ４７の内側とを連通するように形成されており、供給部２７の一部が挿通されている。供給部２７の内側の空間は、キャビティ４７内に連通している。キャビティ４７内の圧力は、常圧（大気圧）に近い値とされている。なお、金型５は、単一の部材を用いて全体が一体に形成されていてもよいし、２つ以上の型部材が互いに組み合わされたものでもよい。
【００４１】
図１および図２を参照して、金型５には、たとえば、窒素ボンベなどの加圧ボンベ５１が接続されており、ＲＩＭ成形の前に、キャビティ内を予圧できるように構成されている。なお、この金型５には、図示しない加熱ヒータが設けられるとともに、発泡により発生するガスを外部に放出するための図示しないガス抜き用の調整弁が設けられている。
次に、ミキシングヘッド４および金型５における各予備混合物および混合物の動きを説明する。
【００４２】
まず、加熱ヒータ１６を通過したイソシアネート成分の予備混合物は、第１流入口部２１に導かれ、この第１流入口部２１から混合部２３に流入する。同様に、加熱ヒータ１７を通過したポリオール成分の予備混合物は、第２流入口部２２に導かれ、この第２流入口部２２から混合部２３に流入する。各加熱ヒータ１６，１７から流入した両予備混合物は、原料定量供給ポンプ８，９などの駆動により、０．１ＭＰａ〜１０数ＭＰａの圧力で、混合部２３に流入する。
【００４３】
第１流入口部２１から混合部２３に流入したイソシアネート成分の予備混合物と、第２流入口部２２から混合部２３に流入したポリオール成分の予備混合物とは、混合部２３内で互いに衝突混合される。これにより、各予備混合物が混合された混合物が生成される。このとき、背圧発生部材２０によって、流れ方向Ａに投影したときの射出口部５２の流れ方向Ａの途中が閉塞されていることにより、混合部２３内および整流部材１９内の圧力が金型５側に逃げることが抑制され、混合部２３および整流部材１９内に背圧が生じる。この背圧は、金型５のキャビティ４７内の圧力と比べて高くなっている。
【００４４】
混合部２３内では、各予備混合物は、混合されて互いに反応しつつ、混合物となりつつ、混合物定量供給ポンプ３６によって整流部材１９側に移動される。混合物は、整流部材１９内を流れ方向Ａに沿って流れて整流され、背圧発生部材２０に至り、背圧発生部材２０の各貫通孔４３に流入する。
図３に示すように、混合物は、各貫通孔４３に流入すると、断面積変化部４４を通り、流れ方向Ａに直交する方向の断面積が連続的に小さくされる。混合物が、断面積変化部４４の下流側端部に到達すると、断面積一定部４５内に入る。断面積一定部４５内を通る際、混合物中の気泡は、断面積一定部４５内における背圧発生部材２０の内周面に衝突するか、または、断面積一定部４５内を流れる混合物の速度分布（すなわち、断面積一定部４５の内周面を流れる混合物が遅く、断面積一定部４５の中心を流れる混合物が速く流れることにより生じる速度分布）の差異により生じるせん断力により、破られる。
【００４５】
断面積一定部４５の下流側端部を通過した混合物は、断面積一定部４５から供給部２７に押し出され、供給部２７内を流れ方向Ａに沿って圧送される。断面積一定部４５内の混合物は、背圧を受けて高圧であることから、断面積一定部４５の下流側端部から、所定の噴射角Ｂで供給部２７に押し出される。
これにより、供給部２７の上流側端部（背圧発生部材２０の他端面４２近傍）には、空気や不活性流体などの気体が存在する気体領域Ｅが形成され、気体領域Ｅ以外の領域は、混合物通過領域Ｆとなる。
【００４６】
気体領域Ｅは、流れ方向Ａに沿って投影したときに、各貫通孔４３の周囲を取り囲むようにして分布している。この気体領域Ｅの気体には、供給部２７内に残存している空気や、断面積一定部４５での破泡にともなう不活性流体などが含まれている。
図２および図３を参照して、気体領域Ｅの気体は、ベント部２９側に流れ、ベント部２９の一端部からベント部２９内に入り、フィルタを通過した後に、本体部材１８の外部に排出される。供給部２７内のうち、混合物通過領域Ｆを流れ方向Ａに沿って通過した混合物は、供給部２７から金型５のキャビティ４７内に射出されて、所望の形状に成形され、成形体（マイクロセルラーポリウレタンフォーム）が形成される。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、流れ方向Ａに投影したときに、ミキシングヘッド４の射出口部５２の一部を背圧発生部材２０で塞いでいることにより、混合部２３で各予備混合物が衝突混合されているときの混合部２３内の圧力の逃げを抑制し、混合物２３内の背圧（圧力）を高めることができる。
混合部２３内の背圧が高められることにより、各予備混合物の衝突混合に伴う気泡の発生を抑制できる。また、背圧発生部材２０によって、混合部２３内の背圧が高められることにより、混合部２３に供給されたときの各種予備混合物の混合部２３内における圧力降下を少なくして不活性流体の析出を少なくでき、気泡の発生をより確実に抑制できる。
【００４８】
さらに、混合部２３内で気泡が発生しても、混合物が、供給部２７の開口断面積に比べて狭い開口断面積を有する背圧発生部材２０の断面積一定部４５を通過することにより、気泡を背圧発生部材２０に接触させるか、または、断面積一定部４５内を流れる混合物の速度分布（すなわち、断面積一定部４５の内周面を流れる混合物が遅く、断面積一定部４５の中心を流れる混合物が速く流れることにより生じる速度分布）の差異により生じるせん断力により破ることができる。これにより、供給部２７から射出された混合物中の気泡をより少なくできる。以上より、射出された混合物の気泡を可及的に少なくでき、混合物を成形して得られる成形体でのボイドを確実に少なくできる。
【００４９】
また、背圧発生部材２０に、流れ方向Ａに延びる多数の貫通孔４３が設けられていることにより、背圧発生部材２０における混合物の許容流量を十分に確保しつつ、各貫通孔４３を小径にできる。これにより、混合物が貫通孔４３を通過する際に、混合物中の気泡を確実に破ることができ、混合物中の気泡をより少なくできる。
さらに、各貫通孔４３に断面積変化部４４を設けていることにより、各貫通孔４３は、流れ方向Ａにおける上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされている。これにより、各貫通孔４３において、混合物を背圧発生部材２０の上流側端部から流入させ易くできる。また、開口断面積が小さくされている断面積一定部４５で、混合物中の気泡を確実に破ることができる。
【００５０】
また、ベント部２９によって、供給部２７の上流側端部の気体領域Ｅの気体を、射出口部５２の外側に排出することができる。これにより、混合物が背圧発生部材２０を通過して破泡されたときの混合物内の気体をベント部２９によって排出できる。これにより、混合物内に不要な気体が残留することを防止でき、その結果、射出された混合物の気泡を格段に少なくできる。
【００５１】
以上により、ミキシングヘッド４から金型５に混合物を射出成形することで得られる成形体でのボイドを極めて少なくできる。
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、図２では、混合部２３と射出口部５２とが単一の部材（本体部材１８）を用いて一体に形成された場合を説明したが、これに限らない。たとえば、混合部２３と射出口部５２とを互いに別体の部材を用いて形成し、これらの部材を互いに組み合わせてミキシングヘッド４を形成してもよい。この場合、背圧発生部材２０を収容する射出口部５２は、金型５の少なくとも一部の部材と単一の部材を用いて一体に形成されていてもよいし、金型５の各部材とは別体の部材を用いて形成され、金型５の各部材に取り付けられるようにしてもよい。
【００５２】
また、金型５を省略し、供給部２７から反応射出成形装置１の外部（大気）に直接混合物を射出して成形体を形成してもよい。
また、予備混合ユニット１４，１５のいずれか一方を省略し、他方の予備混合ユニットを通過する原料にのみ、不活性流体を混合・溶解してもよい。
さらに、背圧発生部材２０の貫通孔４３は、少なくとも１つあればよく、その数は限定されない。また、背圧発生部材２０を流れ方向Ａに投影したときの各貫通孔４３の形状は、円形状や多角形形状に限らず、たとえば、流れ方向Ａと直交する方向に細長いスリットであってもよい。
【００５３】
また、上記では、第１成分としてイソシアネート成分、第２成分としてポリオール成分を例示したが、本発明では、２成分を反応させて得ることができる発泡成形体を成形する構成であれば、原料は限定されず、たとえば、ポリアミド樹脂発泡成形体、ジシクロペンタジエン樹脂発泡成形体、不飽和ポリエステル樹脂発泡成形体、アクリラメイト樹脂発泡成形体、エポキシ樹脂発泡成形体などを成形する構成であってもよい。
【００５４】
また、ミキシングヘッド４は、反応射出成形装置１に限らず、不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料を用いる他の成形装置に適用することができる。
【実施例】
【００５５】
実施例１
図１〜図４に示す反応射出成形装置と同様の構成を有する反応射出成形装置を用意した。この反応射出成形装置において、背圧発生部材の貫通孔の数は４３、各貫通孔の断面積一定部の直径は１．２ｍｍであった。また、射出口部の開口断面積１００％に対する、背圧発生部材の各貫通孔の断面積一定部の開口断面積の総和の割合（開口率）は、２４％であった。また、金型は、平板形状の成形体を形成するためのキャビティを有するものであった。
実施例２
背圧発生部材の各貫通孔の断面積一定部の直径を１．０ｍｍとすることで、開口率を１７％とした点以外は、実施例１と同様の構成にした。
ボイド評価実験１
実施例１，２のそれぞれについて、ポリオール成分およびイソシアネート成分の合計１００重量部に対して、不活性流体を０．４１重量部とする混合物を、金型に２８０ｇ／ｓの射出量で射出した。これにより得られた成形体（マイクロセルラーポリウレタンフォーム）の表面に現れたボイドを観察した。
【００５６】
結果を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、実施例１，２で得られた各成形体のいずれも、ボイドは成形体の表面の一部にのみ現れており、ボイドの発生を良好に抑制できることが実証された。
なお、貫通孔の数を７とし、各貫通孔の断面積一定部の直径を１．５ｍｍとしたことにより開口率が６％である点以外は実施例１と同様の構成を有する実施例３と、貫通孔の数を７とし、各貫通孔の断面積一定部の直径を２．０ｍｍとしたことにより開口率が１１％である点以外は実施例１と同様の構成を有する実施例４のそれぞれについても、上記のボイド発生確認実験１と同様の実験を行った。
【００５７】
これらの実験結果により、貫通孔の断面積一定部の直径を１．０ｍｍとし、２００〜３００ｇ／ｓの混合物を射出口部から射出することが、成形体におけるボイドの発生を抑制するのに有効であることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の反応射出成形装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ミキシングヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図３】背圧発生部材の周辺の要部の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、背圧発生部材を流れ方向の上流側から投影した状態を示している。
【図５】ボイド評価実験１において得られた成形体の表面を示す図であり、（ａ）は、実施例１から得られた成形体の表面を示しており、（ｂ）は、実施例２から得られた成形体の表面を示している。
【符号の説明】
【００５９】
１ 反応射出成形装置
４ ミキシングヘッド
５ 金型
２０ 背圧発生部材（オリフィス部材）
２３ 混合部
２９ ベント部
４３ 貫通孔
５２ 射出口部
１００ 供給ユニット（供給手段）
Ａ 流れ方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミキシングヘッドおよびこれを備える反応射出成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、互いに反応する成分を原料とし、これら原料を、高圧で射出して反応させながら金型に注入するＲＩＭ成形によって、発泡成形体を成形することが広く実施されている。
このようなＲＩＭ成形において、たとえば、特許文献１に記載されているように、各原料と、不活性ガスなどの不活性流体とを、予備混合ユニットにおいて衝突混合させることによって連続的に予備混合し、加圧および／または加熱により、各原料に不活性流体を連続的に溶解させた後、混合ヘッドでこれら各原料を混合して混合物を生成し、混合ヘッドからこの混合物を高圧で金型に射出することにより、微細なセル径を有するマイクロセルラー発泡成形体を成形することが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２８３４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
混合ヘッドでは、各原料が激しく衝突混合されるため、また、各原料の流動に伴う発熱により各原料の温度が高くなるため、混合物中に気泡が生じる。しかも、各原料は、混合開始時点では未だ粘度が低いため、混合による気泡の成長が早く、気泡同士が合体する合泡が生じてしまう場合がある。合泡により大きな気泡が生じると、発泡成形体に大きなボイドが生じてしまう場合がある。
【０００４】
また、混合ヘッド内は金型のキャビティ内に連通しており、キャビティ内と同様、常圧に近い低圧状態となっていることから、混合ヘッド内に送られた各原料の圧力降下が大きい傾向にある。そのため、混合ヘッド内で原料中の不活性ガスが析出して気泡が生じ易く、発泡成形体にボイドが生じ易い。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ボイドの発生を抑制することのできるミキシングヘッドおよびこれを備える反応射出成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ミキシングヘッドであって、不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料が混合される混合部と、前記混合部で混合された前記複数種類の原料の混合物を射出するための射出口部と、前記射出口部の一部を閉塞することにより、前記混合部内に背圧を発生させる背圧発生部材とを備えていることを特徴としている。
【０００６】
このような構成によると、射出口部の一部を背圧発生部材で塞いでいることにより、混合部で複数種類の原料が衝突混合されているときの混合部内の圧力の逃げを抑制し、混合物内の背圧（圧力）を高めることができる。混合部内の背圧が高められることにより、原料の衝突混合に伴う気泡の発生を抑制できる。また、混合部内の背圧が高められることにより、混合部に供給されたときの混合部内の各種類の原料の圧力降下を少なくして不活性流体の析出を少なくでき、気泡の発生をより確実に抑制できる。さらに、混合部内で気泡が発生しても、射出口部の一部を閉塞する背圧発生部材を通過することにより気泡を破ることができるので、射出された混合物の気泡をより少なくできる。以上より、射出された混合物の気泡を可及的に少なくでき、混合物を成形して得られる成形体でのボイドを確実に少なくできる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記背圧発生部材は、前記射出口部における前記混合物の流れ方向に延びる多数の貫通孔が形成されたオリフィス部材を含んでいることを特徴としている。
このような構成によると、多数の貫通孔が設けられていることにより、オリフィス部材における混合物の許容流量を十分に確保しつつ、各貫通孔を小径にできる。これにより、混合物が貫通孔を通過する際に、混合物中の気泡を確実に破ることができ、混合物中の気泡をより少なくできる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、各前記貫通孔は、前記流れ方向における前記オリフィス部材の上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされていることを特徴としている。
このような構成によると、各貫通孔において、混合物を上流側端部から流入させ易くできる。また、開口断面積が小さくされている部分で、混合物中の気泡を確実に破ることができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明において、前記射出口部は、前記射出口部内の気体を排出するためのベント部を備え、前記ベント部は、前記背圧発生部材に対して、前記射出口部における前記混合物の流れ方向の下流側近傍にある気体を排出可能であることを特徴としている。
このような構成によると、混合物が背圧発生部材を通過して破泡されたときの混合物内の気体をベント部によって排出できる。これにより、混合物内に不要な気体が残留することを防止でき、その結果、射出された混合物の気泡を格段に少なくできる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、反応射出成形装置であって、不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料をそれぞれ独立して供給する供給手段と、請求項１ないし４のいずれかに記載のミキシングヘッドと、金型とを備え、前記供給手段は前記混合部に接続され、前記射出口部は前記金型に接続されていることを特徴としている。
このような構成によると、金型に混合物を射出成形することで得られる成形体でのボイドを極めて少なくできる。
【発明の効果】
【００１１】
以上述べたように、請求項１記載の発明によれば、混合部内での気泡の発生を抑制し、かつ、混合物が背圧発生部材を通過するときにおいて、気泡を破ることができる。これにより、混合物を成形して得られる成形体でのボイドを確実に少なくできる。
請求項２に記載の発明によれば、オリフィス部材における混合物の許容流量を十分に確保しつつ、混合物中の気泡をより少なくできる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、開口断面積が小さくされている部分で、気泡を確実に破ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、混合物内に不要な気体が残留することを防止でき、その結果、射出された混合物の気泡を格段に少なくできる。
請求項５に記載の発明によれば、ボイドの少ない成形体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の反応射出成形装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、この反応射出成形装置１は、たとえば、マイクロセルラーポリウレタンフォームを成形するためのＲＩＭ成形装置であって、イソシアネート成分を供給するための第１ユニットとしてのイソシアネート供給ユニット２、ポリオール成分を供給するための第２ユニットとしてのポリオール供給ユニット３、ミキシングヘッド４および金型５を備えている。
【００１４】
イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３によって、不活性流体が予備混合されたイソシアネート成分およびポリオール成分をそれぞれ独立してミキシングヘッド４に供給する供給手段としての供給ユニット１００が構成されている。
イソシアネート供給ユニット２およびポリオール供給ユニット３は、大略同一の装置構成とされており、原料タンク６および７、原料供給手段としての原料定量供給ポンプ８および９、不活性流体タンク１０および１１、不活性流体供給手段としての不活性流体定量供給ポンプ１２および１３、予備混合手段としての予備混合ユニット１４および１５、溶解手段としての高圧加熱ヒータ１６および１７を、それぞれ備えている。
【００１５】
各原料タンク６および７には、原料がそれぞれ貯蔵されており、より具体的には、原料タンク６には、第１原料として、ポリイソシアネート化合物などのイソシアネート成分が貯蔵されており、また、原料タンク７には、第２原料として、ポリオールなどのポリオール成分が貯蔵されている。
各原料定量供給ポンプ８および９は、各原料タンク６および７の下流側にそれぞれ接続されており、各原料、すなわち、イソシアネート成分およびポリオール成分を、それぞれ所定量および所定圧力で、各予備混合ユニット１４および１５に輸送するように構成されている。
【００１６】
また、各不活性流体タンク１０および１１には、二酸化炭素や窒素などの不活性流体がそれぞれ貯蔵されており、これら不活性流体タンク１０および１１の下流側にそれぞれ接続される各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３によって、各不活性流体タンク１０および１１内の不活性流体を、所定量および所定圧力で、各予備混合ユニット１４および１５に輸送するように構成されている。
【００１７】
そして、各予備混合ユニット１４および１５は、各原料定量供給ポンプ８および９、および、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３の下流側において、これらとそれぞれ接続されており、各原料定量供給ポンプ８および９から供給される原料と、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３から供給される不活性流体とを連続的に予備混合するように構成されている。
【００１８】
そして、各予備混合ユニット１４および１５においては、各原料定量供給ポンプ８および９から所定圧力で供給される原料と、各不活性流体定量供給ポンプ１２および１３から所定圧力（たとえば、１０〜１５ＭＰａ）で超臨界状態で供給される不活性流体とを、それぞれ定量された所定の割合において、物理的に衝突させて連続的に予備混合するように構成されている。
【００１９】
すなわち、各予備混合ユニット１４および１５において、それぞれ、不活性流体が予備混合された原料としての予備混合物が生成される。
各高圧加熱ヒータ１６および１７は、各予備混合ユニット１４および１５の下流側にそれぞれ接続されており、各混合ユニット１４および１５において予備混合された原料および不活性流体の混合物中において、原料に不活性流体を連続的に溶解させるように構成されている。
【００２０】
より具体的には、各高圧加熱ヒータ１６および１７は、耐圧配管の周りにヒータが設けられており、原料および不活性流体の混合物を、耐圧配管中に通過させて、そのまま加圧（保圧）しながら必要によりヒータで加熱することにより、原料に不活性流体を連続的に溶解させるように構成されている。
これにより、予備混合ユニット１４および１５において、予備混合された予備混合物が、加圧および／または加熱されるため、原料に不活性流体を十分に溶解することができ、セル径の小さなマイクロセルラー発泡成形体を良好に成形することができる。
【００２１】
ミキシングヘッド４は、各高圧加熱ヒータ１６および１７の下流側において、これら高圧加熱ヒータ１６および１７と接続されており、各予備混合ユニット１４および１５のそれぞれで生成された予備混合物を混合して、高圧で射出し、反応させながら金型５に注入するように構成されている。
図２は、ミキシングヘッド４の概略構成を示す断面図である。図１および図２を参照して、ミキシングヘッド４は、本体部材１８と、本体部材１８内に収容された整流部材１９および背圧発生部材２０とを備えている。
【００２２】
本体部材１８は、加熱ヒータ１６を通過した予備混合物が流入する第１流入口部２１と、加熱ヒータ１７を通過した予備混合物が流入する第２流入口部２２と、第１流入口部２１から流入した予備混合物と第２流入口部２２から流入した予備混合物とが混合されることによりこれらの混合物が生成される混合部２３と、混合部２３に隣接して配置され、混合物を射出するための射出口部５２とを備えている。
【００２３】
第１流入口部２１は、径方向に沿って延び、本体部材１８内に形成された円筒状の内周面を含んでいる。第１流入口部２１の一端部は、通路管３０を介して加熱ヒータ１６に接続されており、他端部は、混合部２３に接続されている。
第２流入口部２２は、径方向に沿って延び、本体部材１８内に形成された円筒状の内周面を含んでいる。第２流入口部２２の一端部は、通路管３１を介して加熱ヒータ１７に接続されており、他端部は、混合部２３に接続されている。第２流入口部２２の他端部は、第１流入口部２１の他端部と径方向において互いに対向しており、これら第１および第２流入口部２１，２２から流入したそれぞれの予備混合物の衝突混合が促進されるようになっている。
【００２４】
混合部２３は、本体部材１８の中心軸線を含む内部中央に配置されて、第１流入口部２１と第２流入口部２２とに挟まれており、円筒状の内周面３２と、内周面３２の一端部から延びる環状の段部３３と、内周面３２の他端部に配置された端面３４とを含んでいる。内周面３２および端面３４によって、混合部２３内に円柱状の空間が区画されている。
内周面３２は、中心軸線方向に沿って延びている。段部３３は、径方向に延びる環状の平坦面であり、整流部材１９の一端部に隣接している。端面３４は、段部３３と平行な環状の平坦面であり、混合物定量供給ポンプ３６に接続される接続口３７が端面３４の中心軸線を含むように形成されている。混合物定量供給ポンプ３６は、混合部２３内で混合された混合物を、所定量および所定圧力で整流部材１９側へ輸送するようになっている。
【００２５】
混合部２３内では、第１および第２流入口部２１，２２から各予備混合物が流入され、混合部２３内で、これらの予備混合物が互いに衝突混合された混合物が生成される。
射出口部５２は、整流部材１９を保持する第１保持部２４と、第１保持部２４に隣接して配置され、背圧発生部材２０を保持する第２保持部２５と、第２保持部２５に隣接して配置された段部２６と、段部２６に隣接して配置された供給部２７と、供給部２７内の空間が開放される一端面２８と、供給部２７に接続されるベント部２９と、を備えている。
【００２６】
第１保持部２４は、本体部材１８において、段部３３から延設された円筒状の内周面を含んでいる。この第１保持部２４は、混合部２３の段部３３から内周面３２の中心軸線に沿って延びており、第２保持部２５に接続されている。
第２保持部２５は、本体部材１８内に形成された、円筒状の内周面を含んでいる。この第２保持部２５は、第１保持部２４の直径と等しい直径を有しており、第１保持部２４と段部２６との間に延びている。
【００２７】
段部２６は、第２保持部２５と供給部２７との間に介在しており、背圧発生部材２０を受けるものである。段部２６は、径方向に延びる円環状の平坦面である。この段部２６の外周部は、第２保持部２５に接続されている。段部２６の内周部の直径は、供給部２７の直径と略等しい直径とされている。
供給部２７は、混合部２３、整流部材１９および背圧発生部材２０を通過してきた混合物を金型５に向けて射出するものであり、本体部材１８内に形成された、円筒状の内周面を含んでいる。この供給部２７は、段部２６の内周部から段部２６の中心軸線に沿って延びており、本体部材１８の一端面２８側で、金型５の後述するキャビティ４７内に開放されている。射出口部５２における混合物の流れ方向Ａ（以下、単に流れ方向Ａという。）は、この供給部２７の軸線方向に沿っており、上方から下方へ向かっている。一端面２８には、供給部２７内の空間を開放するための開口部３８が開口形成されている。
【００２８】
図３は、背圧発生部材２０の周辺の要部の拡大図である。なお、図３では、供給部２７における混合物をクロスハッチングで図示している。
図２および図３を参照して、ベント部２９は、混合物が背圧発生部材２０から供給部２７へ送られているときに、供給部２７のうち流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の下流側近傍の気体を、射出口部５２の外側へ排出するためのものである。
【００２９】
このベント部２９は、本体部材１８内において、径方向に沿って本体部材１８の外周面から供給部２７までを貫通するように形成されており、上記気体が通過する通路を形成している。ベント部２９の一端部は、流れ方向Ａにおける供給部２７の上流側端部に接続されており、供給部２７内の空間に連通している。
このベント部２９の一端部は、後述するように、混合物が背圧発生部材２０から供給部２７へ送られているときに、供給部２７内で形成される気体領域Ｅおよび混合物通過領域Ｆのうちの、気体領域Ｅに臨むようにされている。ベント部２９の他端部には、気体の通過を許容するエアフィルタ３９が接続されている。このエアフィルタ３９は、本体部材１８の外周面から露出するように本体部材１８内に埋設されており、本体部材１８の外周面から開放されている。
【００３０】
図２を参照して、整流部材１９は、混合部２３内で衝突混合された混合物を流れ方向Ａに整流するものであり、且つ、背圧発生部材２０を段部２６と協働して挟持するものである。この整流部材１９は、所定の肉厚を有する中空円筒状の部材であり、第１保持部２４の中心軸線方向に沿って第１保持部２４の内周面に配置されている。整流部材１９の外周面は、第１保持部２４に保持されている。整流部材１９の外径は、たとえば、２４ｍｍ程度とされている。整流部材１９の内径は、たとえば、１６ｍｍ程度とされている。
【００３１】
整流部材１９の内周面は、供給部２７と同軸上に配置されており、直径は、供給部２７の直径および混合部２３の内周面３２の直径のそれぞれと略等しくされている。整流部材１９の一端面は、混合部２３の段部３３に面接触している。整流部材１９の他端面は、背圧発生部材２０の後述する一端面４１に面接触している。整流部材１９の内側に、混合物が流れ方向Ａに沿って通過する空間が区画されている。この空間は、混合部２３内の空間に連通しているとともに、背圧発生部材２０に臨んでいる。
【００３２】
背圧発生部材２０は、射出口部５２の流れ方向Ａの途中を閉塞することにより、混合部２３内や整流部材１９内に背圧（キャビティ４７内の圧力よりも高い内圧）を発生させるオリフィス部材であり、第２保持部２５内に配置されている。
図２および図３を参照して、この背圧発生部材２０は、円板形状をなしており、整流部材１９の他端面と本体部材１８の段部２６とに挟まれている。背圧発生部材２０の厚みは、たとえば、３ｍｍ程度とされている。
【００３３】
背圧発生部材２０の外周面は、第２保持部２５に嵌合保持されている。流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の上流側端面としての一端面４１は、径方向に延びる平坦面である。この一端面４１の外周部は、整流部材１９の他端面と面接触している。流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の下流側端面としての他端面４２は、径方向に延びる平坦面である。この他端面４２の外周部は、本体部材１８の段部２６と面接触している。
【００３４】
背圧発生部材２０には、流れ方向Ａに延びる多数の貫通孔４３が厚み方向を貫通するように形成されている。各貫通孔４３は、背圧発生部材２０の一端面４１側および他端面４２側の双方に開放されており、通過する混合物内の気泡を破るようになっている。各貫通孔４３は、流れ方向Ａに対して直交する径方向の断面の形状がたとえば円形状をなしている。なお、各貫通孔４３の、流れ方向Ａに対して直交する断面の形状は、円形状に限らず、矩形状などの多角形形状をなしていてもよい。
【００３５】
各貫通孔４３は、流れ方向Ａに対して直交する開口断面積が下流側に向かって次第に小さくなるように形成される断面積変化部４４と、流れ方向Ａに対して直交する開口断面積が、流れ方向Ａの全域において等しくされる断面積一定部４５とを含んでいる。
断面積変化部４４は、混合物の貫通孔４３内への進入を案内するものであり、中心軸線に沿う円錐台形状をなし、流れ方向Ａの下流側に進むに従い内径が小さくされている。この断面積変化部４４の上流側端部は、一端面４１側に開放されており、整流部材１９内の空間に連通している。断面積変化部４４の下流側端部は、流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の中間部に位置しており、断面積一定部４５に連通している。この構成により、貫通孔４３は、流れ方向Ａにおける背圧発生部材２０の上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされている。
【００３６】
断面積一定部４５は、貫通孔４３内を通過する混合物中の気泡を破るためのものであり、円柱形状をなし、流れ方向Ａの全域に亘って直径が略一定にされている。断面積一定部４５の直径Ｄは、たとえば、０．１ｍｍ〜３ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。
直径Ｄが０．１ｍｍ未満であると、断面積一定部４５から供給部２７に送られるときの混合物の速度が速くなり過ぎ、空気を巻き込んで気泡が生じ易くなる。また、直径Ｄが３ｍｍを超過すると、断面積一定部４５における背圧発生部材２０の内周面に気泡が衝突する頻度や断面積一定部４５内を流れる混合物の流度分布の差異により生じるせん断力が少なくなり、破泡効果を十分に発揮し難い。
【００３７】
流れ方向Ａにおける断面積一定部４５の長さは、断面積変化部４４よりも短くされており、断面積変化部４４の長さを十分に確保できるようにしてある。断面積一定部４５は、断面積変化部４４と同軸上に配置されている。流れ方向Ａにおける断面積一定部４５の上流側端部は、断面積変化部４４の下流側端部に接続されている。流れ方向Ａにおける断面積一定部４５の下流側端部は、背圧発生部材２０の他端面４２側に開放されており、供給部２７内の空間に連通している。
【００３８】
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、背圧発生部材２０を流れ方向Ａの上流側から投影した状態を示している。なお、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面が、図３に相当する。図４を参照して、貫通孔４３は、背圧発生部材２０の周方向Ｃに等ピッチで配置されているとともに、背圧発生部材２０の径方向Ｒに等ピッチで配置されている（図４において、一部の貫通孔４３のみを図示）。周方向Ｃに隣接する貫通孔４３の断面積変化部４４同士は、周方向Ｃにおいて略隙間無く並んでいる。また、径方向Ｒに隣接する貫通孔４３の断面積変化部４４同士は、径方向Ｒにおいて略隙間無く並んでいる。径方向Ｒにおける最も外側の貫通孔４３の断面積変化部４４は、流れ方向Ａに沿って投影したときに、整流部材１９の内周面４６に対して、径方向Ｒに略隙間無く隣接している。
【００３９】
各断面積一定部４５の開口断面積の総和は、供給部２７の開口断面積１００％に対して、５％〜５０％の範囲に設定されることが好ましい。
各断面積一定部４５の開口断面積の総和が、供給部２７の開口断面積１００％に対して、５％未満であると、混合物が断面積一定部４５を通過するときの通過断面積の総和が小さいことにより、背圧発生部材２０から射出されるときの混合物の圧力が過度に高くて射出速度が高くなり過ぎ、空気の混入を招いて気泡が生じやすくなる。また、各断面積一定部４５の開口断面積の総和が、供給部２７の開口断面積１００％に対して、５０％を超過すると、背圧発生部材２０によって供給部２７を流れ方向Ａの上流側から塞ぐ面積が小さくなり、混合部２３および整流部材１９内の背圧を高める効果を十分に発揮し難い。
【００４０】
図２を参照して、金型５は、成形体の外形形状に対応する形状の内側面を有するキャビティ４７と、ミキシングヘッド４の供給部２７が挿通される挿通口部４８とを備えている。挿通口部４８は、金型５の外側とキャビティ４７の内側とを連通するように形成されており、供給部２７の一部が挿通されている。供給部２７の内側の空間は、キャビティ４７内に連通している。キャビティ４７内の圧力は、常圧（大気圧）に近い値とされている。なお、金型５は、単一の部材を用いて全体が一体に形成されていてもよいし、２つ以上の型部材が互いに組み合わされたものでもよい。
【００４１】
図１および図２を参照して、金型５には、たとえば、窒素ボンベなどの加圧ボンベ５１が接続されており、ＲＩＭ成形の前に、キャビティ内を予圧できるように構成されている。なお、この金型５には、図示しない加熱ヒータが設けられるとともに、発泡により発生するガスを外部に放出するための図示しないガス抜き用の調整弁が設けられている。
次に、ミキシングヘッド４および金型５における各予備混合物および混合物の動きを説明する。
【００４２】
まず、加熱ヒータ１６を通過したイソシアネート成分の予備混合物は、第１流入口部２１に導かれ、この第１流入口部２１から混合部２３に流入する。同様に、加熱ヒータ１７を通過したポリオール成分の予備混合物は、第２流入口部２２に導かれ、この第２流入口部２２から混合部２３に流入する。各加熱ヒータ１６，１７から流入した両予備混合物は、原料定量供給ポンプ８，９などの駆動により、０．１ＭＰａ〜１０数ＭＰａの圧力で、混合部２３に流入する。
【００４３】
第１流入口部２１から混合部２３に流入したイソシアネート成分の予備混合物と、第２流入口部２２から混合部２３に流入したポリオール成分の予備混合物とは、混合部２３内で互いに衝突混合される。これにより、各予備混合物が混合された混合物が生成される。このとき、背圧発生部材２０によって、流れ方向Ａに投影したときの射出口部５２の流れ方向Ａの途中が閉塞されていることにより、混合部２３内および整流部材１９内の圧力が金型５側に逃げることが抑制され、混合部２３および整流部材１９内に背圧が生じる。この背圧は、金型５のキャビティ４７内の圧力と比べて高くなっている。
【００４４】
混合部２３内では、各予備混合物は、混合されて互いに反応しつつ、混合物となりつつ、混合物定量供給ポンプ３６によって整流部材１９側に移動される。混合物は、整流部材１９内を流れ方向Ａに沿って流れて整流され、背圧発生部材２０に至り、背圧発生部材２０の各貫通孔４３に流入する。
図３に示すように、混合物は、各貫通孔４３に流入すると、断面積変化部４４を通り、流れ方向Ａに直交する方向の断面積が連続的に小さくされる。混合物が、断面積変化部４４の下流側端部に到達すると、断面積一定部４５内に入る。断面積一定部４５内を通る際、混合物中の気泡は、断面積一定部４５内における背圧発生部材２０の内周面に衝突するか、または、断面積一定部４５内を流れる混合物の速度分布（すなわち、断面積一定部４５の内周面を流れる混合物が遅く、断面積一定部４５の中心を流れる混合物が速く流れることにより生じる速度分布）の差異により生じるせん断力により、破られる。
【００４５】
断面積一定部４５の下流側端部を通過した混合物は、断面積一定部４５から供給部２７に押し出され、供給部２７内を流れ方向Ａに沿って圧送される。断面積一定部４５内の混合物は、背圧を受けて高圧であることから、断面積一定部４５の下流側端部から、所定の噴射角Ｂで供給部２７に押し出される。
これにより、供給部２７の上流側端部（背圧発生部材２０の他端面４２近傍）には、空気や不活性流体などの気体が存在する気体領域Ｅが形成され、気体領域Ｅ以外の領域は、混合物通過領域Ｆとなる。
【００４６】
気体領域Ｅは、流れ方向Ａに沿って投影したときに、各貫通孔４３の周囲を取り囲むようにして分布している。この気体領域Ｅの気体には、供給部２７内に残存している空気や、断面積一定部４５での破泡にともなう不活性流体などが含まれている。
図２および図３を参照して、気体領域Ｅの気体は、ベント部２９側に流れ、ベント部２９の一端部からベント部２９内に入り、フィルタを通過した後に、本体部材１８の外部に排出される。供給部２７内のうち、混合物通過領域Ｆを流れ方向Ａに沿って通過した混合物は、供給部２７から金型５のキャビティ４７内に射出されて、所望の形状に成形され、成形体（マイクロセルラーポリウレタンフォーム）が形成される。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、流れ方向Ａに投影したときに、ミキシングヘッド４の射出口部５２の一部を背圧発生部材２０で塞いでいることにより、混合部２３で各予備混合物が衝突混合されているときの混合部２３内の圧力の逃げを抑制し、混合物２３内の背圧（圧力）を高めることができる。
混合部２３内の背圧が高められることにより、各予備混合物の衝突混合に伴う気泡の発生を抑制できる。また、背圧発生部材２０によって、混合部２３内の背圧が高められることにより、混合部２３に供給されたときの各種予備混合物の混合部２３内における圧力降下を少なくして不活性流体の析出を少なくでき、気泡の発生をより確実に抑制できる。
【００４８】
さらに、混合部２３内で気泡が発生しても、混合物が、供給部２７の開口断面積に比べて狭い開口断面積を有する背圧発生部材２０の断面積一定部４５を通過することにより、気泡を背圧発生部材２０に接触させるか、または、断面積一定部４５内を流れる混合物の速度分布（すなわち、断面積一定部４５の内周面を流れる混合物が遅く、断面積一定部４５の中心を流れる混合物が速く流れることにより生じる速度分布）の差異により生じるせん断力により破ることができる。これにより、供給部２７から射出された混合物中の気泡をより少なくできる。以上より、射出された混合物の気泡を可及的に少なくでき、混合物を成形して得られる成形体でのボイドを確実に少なくできる。
【００４９】
また、背圧発生部材２０に、流れ方向Ａに延びる多数の貫通孔４３が設けられていることにより、背圧発生部材２０における混合物の許容流量を十分に確保しつつ、各貫通孔４３を小径にできる。これにより、混合物が貫通孔４３を通過する際に、混合物中の気泡を確実に破ることができ、混合物中の気泡をより少なくできる。
さらに、各貫通孔４３に断面積変化部４４を設けていることにより、各貫通孔４３は、流れ方向Ａにおける上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされている。これにより、各貫通孔４３において、混合物を背圧発生部材２０の上流側端部から流入させ易くできる。また、開口断面積が小さくされている断面積一定部４５で、混合物中の気泡を確実に破ることができる。
【００５０】
また、ベント部２９によって、供給部２７の上流側端部の気体領域Ｅの気体を、射出口部５２の外側に排出することができる。これにより、混合物が背圧発生部材２０を通過して破泡されたときの混合物内の気体をベント部２９によって排出できる。これにより、混合物内に不要な気体が残留することを防止でき、その結果、射出された混合物の気泡を格段に少なくできる。
【００５１】
以上により、ミキシングヘッド４から金型５に混合物を射出成形することで得られる成形体でのボイドを極めて少なくできる。
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、図２では、混合部２３と射出口部５２とが単一の部材（本体部材１８）を用いて一体に形成された場合を説明したが、これに限らない。たとえば、混合部２３と射出口部５２とを互いに別体の部材を用いて形成し、これらの部材を互いに組み合わせてミキシングヘッド４を形成してもよい。この場合、背圧発生部材２０を収容する射出口部５２は、金型５の少なくとも一部の部材と単一の部材を用いて一体に形成されていてもよいし、金型５の各部材とは別体の部材を用いて形成され、金型５の各部材に取り付けられるようにしてもよい。
【００５２】
また、金型５を省略し、供給部２７から反応射出成形装置１の外部（大気）に直接混合物を射出して成形体を形成してもよい。
また、予備混合ユニット１４，１５のいずれか一方を省略し、他方の予備混合ユニットを通過する原料にのみ、不活性流体を混合・溶解してもよい。
さらに、背圧発生部材２０の貫通孔４３は、少なくとも１つあればよく、その数は限定されない。また、背圧発生部材２０を流れ方向Ａに投影したときの各貫通孔４３の形状は、円形状や多角形形状に限らず、たとえば、流れ方向Ａと直交する方向に細長いスリットであってもよい。
【００５３】
また、上記では、第１成分としてイソシアネート成分、第２成分としてポリオール成分を例示したが、本発明では、２成分を反応させて得ることができる発泡成形体を成形する構成であれば、原料は限定されず、たとえば、ポリアミド樹脂発泡成形体、ジシクロペンタジエン樹脂発泡成形体、不飽和ポリエステル樹脂発泡成形体、アクリラメイト樹脂発泡成形体、エポキシ樹脂発泡成形体などを成形する構成であってもよい。
【００５４】
また、ミキシングヘッド４は、反応射出成形装置１に限らず、不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料を用いる他の成形装置に適用することができる。
【実施例】
【００５５】
実施例１
図１〜図４に示す反応射出成形装置と同様の構成を有する反応射出成形装置を用意した。この反応射出成形装置において、背圧発生部材の貫通孔の数は４３、各貫通孔の断面積一定部の直径は１．２ｍｍであった。また、射出口部の開口断面積１００％に対する、背圧発生部材の各貫通孔の断面積一定部の開口断面積の総和の割合（開口率）は、２４％であった。また、金型は、平板形状の成形体を形成するためのキャビティを有するものであった。
実施例２
背圧発生部材の各貫通孔の断面積一定部の直径を１．０ｍｍとすることで、開口率を１７％とした点以外は、実施例１と同様の構成にした。
ボイド評価実験１
実施例１，２のそれぞれについて、ポリオール成分およびイソシアネート成分の合計１００重量部に対して、不活性流体を０．４１重量部とする混合物を、金型に２８０ｇ／ｓの射出量で射出した。これにより得られた成形体（マイクロセルラーポリウレタンフォーム）の表面に現れたボイドを観察した。
【００５６】
結果を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、実施例１，２で得られた各成形体のいずれも、ボイドは成形体の表面の一部にのみ現れており、ボイドの発生を良好に抑制できることが実証された。
なお、貫通孔の数を７とし、各貫通孔の断面積一定部の直径を１．５ｍｍとしたことにより開口率が６％である点以外は実施例１と同様の構成を有する実施例３と、貫通孔の数を７とし、各貫通孔の断面積一定部の直径を２．０ｍｍとしたことにより開口率が１１％である点以外は実施例１と同様の構成を有する実施例４のそれぞれについても、上記のボイド発生確認実験１と同様の実験を行った。
【００５７】
これらの実験結果により、貫通孔の断面積一定部の直径を１．０ｍｍとし、２００〜３００ｇ／ｓの混合物を射出口部から射出することが、成形体におけるボイドの発生を抑制するのに有効であることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の反応射出成形装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ミキシングヘッドの概略構成を示す断面図である。
【図３】背圧発生部材の周辺の要部の拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であり、背圧発生部材を流れ方向の上流側から投影した状態を示している。
【図５】ボイド評価実験１において得られた成形体の表面を示す図であり、（ａ）は、実施例１から得られた成形体の表面を示しており、（ｂ）は、実施例２から得られた成形体の表面を示している。
【符号の説明】
【００５９】
１ 反応射出成形装置
４ ミキシングヘッド
５ 金型
２０ 背圧発生部材（オリフィス部材）
２３ 混合部
２９ ベント部
４３ 貫通孔
５２ 射出口部
１００ 供給ユニット（供給手段）
Ａ 流れ方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料が混合される混合部と、
前記混合部で混合された前記複数種類の原料の混合物を射出するための射出口部と、
前記射出口部の一部を閉塞することにより、前記混合部内に背圧を発生させる背圧発生部材とを備えていることを特徴とする、ミキシングヘッド。
【請求項２】
前記背圧発生部材は、前記射出口部における前記混合物の流れ方向に延びる多数の貫通孔が形成されたオリフィス部材を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のミキシングヘッド。
【請求項３】
各前記貫通孔は、前記流れ方向における前記オリフィス部材の上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされていることを特徴とする、請求項２に記載のミキシングヘッド。
【請求項４】
前記射出口部は、前記射出口部内の気体を排出するためのベント部を備え、
前記ベント部は、前記背圧発生部材に対して、前記射出口部における前記混合物の流れ方向の下流側近傍にある気体を排出可能であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のミキシングヘッド。
【請求項５】
不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料をそれぞれ独立して供給する供給手段と、
請求項１ないし４のいずれかに記載のミキシングヘッドと、
金型とを備え、
前記供給手段は前記混合部に接続され、
前記射出口部は前記金型に接続されていることを特徴とする、反応射出成形装置。
【請求項１】
不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料が混合される混合部と、
前記混合部で混合された前記複数種類の原料の混合物を射出するための射出口部と、
前記射出口部の一部を閉塞することにより、前記混合部内に背圧を発生させる背圧発生部材とを備えていることを特徴とする、ミキシングヘッド。
【請求項２】
前記背圧発生部材は、前記射出口部における前記混合物の流れ方向に延びる多数の貫通孔が形成されたオリフィス部材を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載のミキシングヘッド。
【請求項３】
各前記貫通孔は、前記流れ方向における前記オリフィス部材の上流側端部から中間部に進むに従い、開口断面積が次第に小さくされていることを特徴とする、請求項２に記載のミキシングヘッド。
【請求項４】
前記射出口部は、前記射出口部内の気体を排出するためのベント部を備え、
前記ベント部は、前記背圧発生部材に対して、前記射出口部における前記混合物の流れ方向の下流側近傍にある気体を排出可能であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のミキシングヘッド。
【請求項５】
不活性流体が予備混合された原料を含む複数種類の原料をそれぞれ独立して供給する供給手段と、
請求項１ないし４のいずれかに記載のミキシングヘッドと、
金型とを備え、
前記供給手段は前記混合部に接続され、
前記射出口部は前記金型に接続されていることを特徴とする、反応射出成形装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２９７９４０（Ｐ２００９−２９７９４０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５２６５２（Ｐ２００８−１５２６５２）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００１２９１８３）株式会社カワタ (120)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【出願人】（０００１２９１８３）株式会社カワタ (120)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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