JPH075867Y2 - 流体混合装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、定められた比率で２種以上の流体を混合す
る流体混合装置に関する。

〔従来の技術〕

たとえばウレタンゴムの成形品を得るために、主剤と硬
化剤とを混合する場合、両者は、定められた比率（量
比）で混合されなければならない。混合比率が正確でな
ければ、その成形品に所定の硬度や弾性率などをもたせ
ることができないからである。

このような目的で２種以上の流体を混合する装置におい
ては、ミキサー（混合攪拌器）内に流体を吐出する部分
に、口径の小さいノズルが配備されるのが一般である。
これは、口径を小さくすることにより流体の滴下を防
ぎ、いわば糸状の吐出を行って流体の吐出量（混合量）
のコントロールを正確に行うためである。

従来の流体混合装置の一例として、特開昭48-53351号公
報に記載のものがある。その装置は、ミキサーに対し流
体種類別にそれぞれ切換弁を介して流体循環路を接続
し、切換弁を切り換えることにより循環路から各流体を
ミキサー内に定量吐出して混合するものであるが、その
ミキサーへの流体吐出部分には、やはり小口径のノズル
が配備されている。

［考案が解決しようとする課題］ 上記のように小口径のノズルをもつ流体混合装置では、
はじめに設定した各流体の混合比率が永続的に維持され
るものではない。その最大の理由は、ノズル内に流体中
の微小な夾雑物が付着（引っ掛かり）し、流体の正常な
吐出が妨げられることである。ノズル内に夾雑物が付着
し始めると、ここを通ってミキサーに吐出される流体の
量が減り、混合比率もしだいに正常な範囲から外れるこ
とになる。

ところが従来の流体混合装置には、流体の混合比率の異
常を、即座にあるいは事前に知るための手段が配備され
ていなかった。このため、つぎのような不都合が生じて
いた。イ）その異常は、流体の混合時に検出されなけれ
ば、混合流体の成形、固化または乾燥などの工程が終わ
るまでわからないのが普通なので、混合比率の異常を知
らないまま長時間運転し、その間の流体消費量および作
業時間が無駄になったり、不良な混合材を取り除くのに
手間がかかったりする。ロ）吐出ノズルの掃除や交換を
せずに正常な範囲で運転できる期間が不測不能なため、
合理的な作業計画をたて難い。

この考案の目的は、流体の混合比率が異常になればそれ
を即座に検知して報知するばかりか、異常になる時期が
近いことをも知らせることができて、上記イ）、ロ）の
ような課題を解決する流体混合装置を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］ この考案の流体混合装置は、流体ミキサーと、これに対
しそれぞれ切換弁を介して接続された流体種類別の複数
の流体循環路とからなり、切換弁を切り換えることによ
り各循環流体をミキサー内に定量吐出して混合する流体
混合装置において、１以上の流体循環路に圧力センサ
ーを介装するとともに、同センサーが検知したその流
体の循環中の圧力とミキサーに吐出中の圧力とを比較
し、その差が一定値以上変化したかどうかを判断する演
算手段と、この演算手段の出力に基づいて警報信号を
発する報知手段とを、上記の各圧力センサーに接続して
設けたものである。

［作用］ この考案の流体混合装置は、流体種類別の循環路でそれ
ぞれ循環している複数種類の流体を、切換弁を所定時間
だけ切り換えることによりミキサー内に定量吐出する。
ミキサーは、こうして吐出された複数種類の流体を混合
・攪拌したのち、成形機への注入、塗装もしくは接着箇
所への吹き付け・塗装、または他の溶液中への添加など
のために、これを排出する。

そしてこの流体混合装置は、混合量つまりミキサーへの
吐出量を厳密に管理する必要のある１以上の流体につい
て、上記のように圧力センサー、演算手段および報知手
段を有するので、その流体の、ミキサーへの吐出部分の
目詰まりによる吐出量（混合比率）の異常を、つぎのよ
うに検知して報知する。すなわち、まず圧力センサー
は、循環路における流体圧力を検知し、その流体の循環
中の圧力（以下、循環圧という）とミキサーに吐出中の
圧力（以下、吐出圧という）とを演算手段へ手段する。
もしミキサーへの吐出部分が目詰まりを起こし始める
と、その流体の吐出圧が循環圧に対して変化し始める。
圧力センサーからこうした出力を受けて演算手段は、循
環圧と吐出圧との差が、正常時から一定値（基準値）以
上変化したかどうかを判断し、その結果を報知手段に出
力する。ランプやブザーなどの報知手段は、上記出力に
応じて警報信号を発する。

吐出圧の変化はミキサーへの吐出量の異常と同時に起こ
り、それが圧力センサー、演算手段および報知手段によ
り直ちに検知・報知されるので、この流体混合装置で
は、作業者は流体の混合比率の異常を即座に知ることが
できる。また、演算手段による異常判断の基準である前
記の一定値（基準値）を、やや小さめ（安全側）の値に
設定しておけば、その流体の混合比率がまだ正常な範囲
内にあるうちに、異常になる時期が近づいたことを知る
ことができる。

なお、吐出量の異常を、単なる吐出圧の変化でなく吐出
圧と循環圧との差の変化で判断するのは、粘度など、流
体の性状変化による吐出圧の変化を除外して判断するた
めである。たとえば、前記吐出部分の目詰まりがなく正
常に運転されている間も流体の粘度変化にともなって吐
出圧は変化するが、このとき、その吐出圧をやはり粘度
変化にともなって変化する循環圧と比較することによ
り、誤って異常と判断することが避けられる。

［実施例］ 第１図に、この考案の実施例である流体混合装置の系統
図を示す。この装置は、注型器（図示せず）を用いてウ
レタンゴムを成形するにあたり、主剤（プレポリマー）
と硬化剤（架橋剤）とを混合するためのものである。

図において、１は上記２種類の流体を混合・攪拌するた
めのミキサーである。このミキサーは、プーリー２から
シャフトを介して伝えられる動力で攪拌羽根（図示せ
ず。ミキサー１の内部でシャフト３と連結）が回転する
構造をもつ。後述する循環路10、20からミキサー１内に
それぞれ吐出される流体は、上記の攪拌羽根により攪拌
されたうえ、排出口４から排出されて注型器に注入され
る。

10および20はそれぞれ、前記の硬化剤および主剤の循環
路である。循環路10は、流体（硬化剤）の貯留タンク13
およびポンプ14などを含む管路であるが、三方切換弁11
を介してミキサー１への吐出管路12に接続されている。
そして循環路20についても、同様にタンク23、ポンプ24
および切換弁21が介装され、ミキサー１への吐出管路22
にも接続されている。前記２種類の流体は、通常（図示
の状態）はそれぞれ循環路10、20において循環するが、
切換弁11、21を切り換えると、タンク13、23へ戻らずに
吐出管路12、22を通ってミキサー１内へ吐出される。吐
出管路12、22からミキサー１への吐出部分には小口径の
ノズル（図示せず）があり、切換弁11、21の切り換え時
間（期間）を定めることによって毎回、所定量の吐出が
可能である。

成形品に要求される物性（硬度、弾性率など）を満たす
には、主剤に対する硬化剤の混合比率（重量比）を（７
±0.2）％にしなければならない。これに等しい比率で
２液をミキサー１へ吐出するためには、単位時間あたり
の吐出量が上記の比率になるように前記各ノズルの口径
を設定しておき、切換弁11および21を互いに同じ時間だ
け切り換えて運転する。

硬化剤の吐出量は、上記の混合比率に合わせてとくに厳
密にコントロールする必要があり、もし異常があればす
ぐに対応しなければならないことから、この混合装置で
は、硬化剤の循環路10におけるポンプ14の送出側部分に
圧力センサー15を設けるとともに、これに演算手段16お
よび報知手段17を接続配備した。圧力センサー15は単な
る現場表示式のものでなく、検知した圧力を電圧など
（電流や静電容量でもよい）で出力する型式で、常時
（あるいは定時的に）上記部分での硬化剤の圧力を検知
し、その循環圧（循環路10で循環中の圧力）と吐出圧
（切換弁11を切り換え吐出管路12からミキサー１への吐
出するときの圧力）を演算手段16へ出力する。マイクロ
プロセッサなどで構成した演算手段16は、最も新しく出
力された循環圧と吐出圧との差を演算し、この差が正常
時（運転開始時）の差から一定値以上変化したかどうか
を判断して、報知手段17に出力する。報知手段17は警報
ブザーを主とするもので、上記の差が一定値以上変化し
たという演算手段16の出力を受けると、「混合比率異
常」として作業者に警報する。

第２図は本装置の圧力センサー15が検知した硬化剤圧力
の経時変化を示し、同図（ａ）は運転開始時、同図
（ｂ）は数十時間運転したあとのものである。同図
（ａ）の時刻t1〜t2と同図（ｂ）の時刻tn1〜tn2におけ
る圧力は吐出圧であるが、それ以外の部分は循環圧を示
している。

第２図（ａ）に示すように、運転開始時には吐出圧と循
環圧とが一致し、両者の差ΔＰはゼロである。これは、
本実施例では、運転を開始する前に循環路10に流路抵抗
（弁やオリフィス、長尺管など。図示せず）を適宜に設
けて、循環圧を吐出圧に合わせたからである。吐出圧と
循環圧とを等しくしておけば、切換弁11を切り換えた直
後に、吐出圧および単位時間あたり吐出量が不確定的に
変化する過度期間が生じないので、その吐出量（混合
量）をより正確にコントロールできる。

ところが上記から数十時間経過した時点では、同図
（ｂ）のように吐出圧は循環圧よりもかなり高い値を示
している。これは、吐出管路12からミキサー１内へ硬化
剤を吐出するノズルが目詰まりを起こしたことが原因で
あり、正確な量の吐出が行なえなくなったことを表して
いる。演算手段16と報知手段17が「混合比率（吐出量）
異常」とするのは、図のような吐出圧と循環圧との差Δ
Pnが運転開始時における差ΔＰから変化した量すなわち
｜ΔPn−ΔP|が、一定の基準値（あらかじめ演算手段16
に入力しておいた値）を超えたときである。この実施例
ではΔＰ＝０なので、つまりはΔPnがその基準値を超え
たとき、演算手段16が「異常」を出力して報知手段17が
これを警報する。

吐出圧と循環圧との差ΔPnを成形品の性状と対応づけた
考案者らの調査結果によれば、成形品が不良（すなわち
混合比率が異常）となるのは、上記の変化量｜ΔPn−Δ
P|が0.3kg/cm²以上であったことから、この実施例で
は、演算手段16が異常を判断する上記の基準値（一定
値）を0.3kg/cm²としている。なお、ノズルが目詰まり
する際は、吐出圧が一般的には吐出のたびに徐々に上昇
するので、上記基準値を、たとえば0.2kg/cm²と小さめ
に設定しておけば、成形品が不良となる前に吐出量が正
常でなくなりつつあることを知ることができ、運転の継
続可能期間を予測したり、適宜にノズルの掃除・交換を
行ったりして合理的な運転ができる。

第３図は、第１図と同じ流体混合装置で、上記とは別の
流体を混合した場合に圧力センサー15が検知した圧力の
経時変化を示し、同図（ａ）は同装置の運転開始時、同
図（ｂ）は運転継続後のものである。第２図と同様に、
時刻t1′〜t2′および時刻tn1′〜tn2′の圧力は吐出
圧、それ以外は循環圧である。前述したとおり、吐出圧
と循環圧とは事前に一致させておくのが理想的である
が、この場合は、流体の物性および吐出量などの関係で
同図（ａ）のように運転開始時から両者に差ΔＰ′（≠
０）が存在している。

運転を継続したのちの第３図（ｂ）では、同図（ａ）に
比べて、吐出圧がやや上がるとともに流体の温度上昇
（による粘度低下）にともなって循環圧が下がり、両者
の差がΔＰ′からΔPn′に変化している。第２図の場合
と違ってΔPn′はΔＰ′より小さくなり、また吐出圧そ
のものは同図（ａ）から少ししか変化していないが、変
化量｜ΔPn′−ΔＰ′｜の大きさから、やはりミキサー
１への吐出部分が目詰まりを生じていることがわかる。
正常であるなら、粘度の低下により循環圧とともに吐出
圧も下がるはずだからである。そこでこの場合も、変化
量｜ΔPn′−ΔＰ′｜があらかじめ演算手段16に設定さ
れた一定量（基準値。流体が異なるので、前記と同じ0.
3kg/cm²とは限らない）を超えたとき、報知手段17によ
って「異常」を警報させる。

以上、考案の流体混合装置について一実施例を紹介した
が、この考案は下記のように実施することもできる。

ａ）２種流体の混合に限らず、３種類以上の流体を混合
するものとすることもできる。

ｂ）圧力センサーなどを設ける循環路は、一つに限ら
ず、混合量つまりミキサーへの吐出量を管理する必要の
ある１以上の流体の循環路であればよい。たとえば上記
実施例において、もし循環路20側の流体の混合量も厳密
に規制されるべきであるなら、循環路20にも圧力センサ
ーを介装したうえ、演算手段および報知手段を接続すれ
ばよい。

ｃ）上記ｂ）にように２以上の流体循環路に圧力センサ
ーを設ける場合、各圧力センサーに接続する演算手段お
よび報知手段には、他の流体循環路に関する演算手段お
よび報知手段を兼用させることも可能である。この場合
の報知手段としては、どの流体について異常が発生した
かをランプなどで示すものが望ましい。なお、各圧力セ
ンサーにたとえばペンレコーダーを接続し、それを作業
者が監視しておけば演算手段および報知手段はなくても
よいが、その場合は、作業者がつねに記録データに注意
して自ら異常を判定する必要がある。

ｄ）ゴムやプラスチックの成形に関する流体を混合する
ものに限らず、塗装、接着または薬品添加などに関連す
る流体の混合装置として広く実施できる。

［考案の効果］ この考案の流体混合装置は、次の効果をもたらす。

１）混合比率が異常になったことを即座に知らせるの
で、不良品を製造したり流体を無駄に消費したり、ある
いは無意味（非生産的）に作業時間を費やしたりするこ
とがなくなる。

２）混合比率の異常になる時期が近いことを事前に知ら
せることもできるので、計画的な作業を可能にして生産
性を向上できる。たとえば、異常の発生時期が近づいた
運転休止時（昼休みや休日）に、ミキサーへの吐出部分
（ノズル）の掃除や交換を行えば、本装置の実質的な稼
働率は100％になる。

３）下記の理由により、低コストかつ容易に構成され
る。すなわち、 ・圧力センサーは、混合量管理の必要な流体の循環路の
みに取り付ければよく、すべての流体循環路にそれぞれ
設ける必要はない。したがって、実施例のように同セン
サーが１個で十分な場合も多い。

・演算手段による異常判断は、圧力センサーが検知した
流体ごとの圧力値を、簡単な判別式（｜ΔPn−ΔP|−″
−定値″＞0?）に基づいて減算することにより行うた
め、演算手段が簡便（低容量）なものでよい。とくに、
第２図の例のように運転開始時に吐出圧と循環圧との差
（ΔＰ）をゼロに設定すれば、演算手段はその値（ΔＰ
＝０）を記憶する必要がなく、最新の圧力差（ΔPn）と
上記“一定値”との減算を行うだけでよいのでさらに簡
便になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例としての流体混合装置の系統
図、第２図（ａ）、（ｂ）および第３図（ａ）、（ｂ）
はその装置における圧力センサーが検知した流体圧力の
経時変化（各図の（ａ）は運転開始時、（ｂ）は運転継
続後のもの）を示す。なお、第３図は第２図の場合とは
別の流体を流したときのものである。 １…ミキサー、10,20…循環路、11,21…切換弁、15…圧
力センサー、16…演算手段、17…報知手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】流体ミキサーと、これに対しそれぞれ切換
   弁を介して接続された流体種類別の複数の流体循環路と
   からなり、上記切換弁を切り換えることにより各循環流
   体をミキサー内に定量吐出して混合する流体混合装置に
   おいて、 １以上の流体循環路に圧力センサーを介装するととも
   に、 同センサーが検知したその流体の循環中の圧力とミキサ
   ーに吐出中の圧力とを比較し、その差が一定値以上変化
   したかどうかを判断する演算手段と、 この演算手段の出力に基づいて警報信号を発する報知手
   段と を上記の各圧力センサーに接続して設けたことを特徴と
   する流体混合装置。