KR100922457B1 - 화학반응에 의해 발생된 물질의 분배장치 - Google Patents

Abstract

제1 화학반응물과 제2 화학반응물 사이의 화학 반응에 의하여 생성된 물질의 분배장치가 개시된다. 상기 장치는 상기 물질을 생성하기 위하여 상기 제트들이 충돌하도록 상기 제1 화학 반응물이 제트와 상기 제2 화학 반응물의 제트를 발생하도록 형성된 분사수단(306)을 포함한다. 상기 장치는 또한 저장 챔버(317)와 밀폐기구(321)를 포함한다. 상기 저장 챔버는 상기 물질을 수용할 유입구, 상기 물질을 분배할 유출구(319), 및 상기 물질을 저장 챔버로부터 분배하도록 형성된 분배 피스톤을 갖으며, 상기 물질용 임시 저장 공간을 제공하도록 형성된다. 상기 밀폐기구는, 물질이 유입구를 통해 상기 저장 챔버 내로 수용되면서 상기 물질이 유출구를 통해 배출되는 것을 방지하는 제1 위치와 상기 유출구를 통해 물질이 분배되는 제2 위치 사이에서 이동가능하다.

폴리우레탄, 화학반응, 분사수단, 제조 피스톤, 분배 챔버

Description

화학반응에 의해 발생된 물질의 분배장치{DISPENSING MATERIAL PRODUCED BY A CHEMICAL REACTION}

본 발명은 제1 화학 반응물과 제2 화학 반응물 사이의 화학 반응에 의하여 발생된 물질의 분배장치에 관한 것이다. 이 분배된 물질은 포옴(foam) 형상 혹은 탄성체일 수 있다. 바람직하게는 상기 물질은 성형가능하여 실질적으로 고체 구조로 안정될 수 있는 유체 상태이다.

폴리우레탄과 같은 포옴 형상의 물질이 실내 용기 내에서 발생되어 팽창하여 소정 형상으로 고정된다. 제1 화학 반응제는 디올(diol)이고 제2 화학 반응물은 디이소시아네이트(diisocyanate)일 수 있다. 또한, 소량의 물이 중합 공정에서 반응 혼합물에 첨가되어 발포제로 작용하는 이산화탄소 가스를 발생한다.

화학 반응물들이 각각의 고압 노즐로부터 방출되어 높은 속도로 접촉되는 고압 시스템들이 알려져 있다. 이러한 형태의 고압 시스템들은 양호한 품질의 폴리우레탄 포옴을 생성하고 최소한의 유지를 요구한다. 그러나, 이러한 시스템에서의 문제는 생산율이 비교적 높아서 장치의 크기를 축소시켜서 생산율을 저감시키려고 시도하는 것이며, 이로써 각각의 노즐들로부터 방출된 물질의 양을 감소시키는 것인 데, 이러한 문제는 또 다른 엔지니어링의 곤란함을 발생하였다.

기계적인 혼합 작동을 사용함으로써 더 낮은 생산성/생산량으로 작동할 수 있는 저압 시스템들이 알려져 있다. 그러나, 저압 시스템들은 혼합의 품질이 고압 시스템들에 의해 얻어진 것 보다 낮아지고 혼합 챔버의 세척을 실시하기 위하여 규칙적으로 유기 용제를 필요로 하는 또 다른 문제를 발생한다. 이러한 양자의 공지 시스템들에서 포옴 생산율은 개별 반응물들의 흐름을 제어함으로써 조절된다.

종래의 몰드에의 분사시 요구되는 고압 시스템에서는 또 다른 문제가 발생할 수 있다. 혼합 헤드로부터의 물질의 흐름에 대해 몰드가 저항을 보이면 이 시스템 내에서 연속적인 유체 압력의 상승을 초래하여 제조에 치명적일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따라, 제1 화학 반응물과 제2 화학 반응물 사이의 화학 반응에 의하여 발생된 물질을 분배하기 위한 장치로서, 상기 물질을 발생하기 위하여 제트들이 충돌하도록 상기 제1 화학 반응물의 제트와 상기 제2 화학 반응물의 제트를 발생하도록 형성된 분사 수단; 상기 물질을 수용할 유입구, 상기 물질을 분배할 유출구, 및 상기 물질을 저장 챔버로부터 분배하도록 형성된 분배 피스톤을 갖으며, 상기 물질용 임시 저장 공간을 제공하도록 형성된 저장 챔버; 상기 저장 챔버를 따라 상기 분배 피스톤의 위치 측정을 제공하도록 형성된 위치 검출 수단; 및 상기 물질이 상기 유출구를 통하여 방출되는 것이 방지되는 제1 위치와 상기 물질이 상기 유출구를 통하여 분배되도록 허용되는 제2 위치 사이에서 이동가능한 밀폐기구를 구비하는 분배 장치가 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따라, 제1 화학반응물과 제2 화학반응물 사이의 화학 반응에 의하여 제조된 물질의 분배 방법으로서, 상기 물질을 생성하기 위하여 제트들이 충돌하도록 상기 제1 화학반응물의 제트와 상기 제2 화학반응물의 제트를 분사하는 단계; 상기 물질을 수용하기 위한 유입구와 상기 물질을 분배하기 위한 유출구를 가진 챔버에 상기 물질을 임시로 저장하는 단계; 상기 물질이 상기 유출구를 통해 배출되는 것을 방지하는 제1 위치와, 상기 유출구를 통해 상기 물질이 분배되는 것이 허용되는 제2 위치 사이에서 밀폐기구를 이동시키는 단계; 상기 물질을 상기 저장 챔버로부터 상기 유출구를 통하여 분배하기 위해서 상기 저장 챔버 내에서 분배 피스톤을 이동시키는 단계; 및 상기 저장 챔버를 따라 상기 분배 피스톤의 위치 측정을 제공하도록 상기 분배 피스톤의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 분배 방법이 제공된다.

반응 물질을 임시적으로 유지함으로써 물질들을 제1의 높은 속도로 생성할 수 있어서 바람직한 고압 기술을 이용할 수 있다. 그러므로 포옴 형상의 물질이 저압 시스템에 부합하는 매우 낮은 속도로 분배될 수 있으며 고압 시스템의 개선된 혼합 품질을 이용하며 세척 목적으로 환경적으로 비친화적인 유기 용제를 필요로 함이 없다.

선택적으로, 제조 종료후 반응 물질의 임시적인 저장에 의해 저장된 물질은 몰드에의 분사에 필요한 고압을 적용할 수 있다.

도 1은 공기 필터와 같은 폴리우레탄 제품의 제조설비를 도시한 도면;

도 2는 물질 분배용 분배 헤드를 도시한 도면;

도 3은 내부 구조를 상세하기 도시하기 위하여 분배 헤드(104)를 절개하여 도시한 도면;

도 4는 포옴 형상의 폴리우레탄을 제조하기 위한 화학 반응의 예를 도시한 도면;

도 5는 도 1 도시 설비 내에서 화학 반응물의 흐름을 예시하는 개략적인 다이아그램을 도시하는 도면;

도 6A 내지 6E는 혼합 헤드(104)의 작동의 제1 모드를 예시하는 도면들;

도 7A 내지 7E는 혼합 헤드(104)의 작동의 제2 모드를 예시하는 도면들;

도 8은 물질의 생산 및 분배를 제어하기 위한 컴퓨터 제어 시스템(105)의 작동의 개관을 도시하는 플로우 챠트;

도 9는 설비의 초기화 단계(805)를 도시하며;

도 10은 설비를 대기 모드에 위치시키는 단계(810)를 도시하며;

도 11은 도 6A 내지 6E에 의해 예시되고 단계(807)에 의해 표시된 혼합 헤드 (104)의 작동의 제1 모드를 도시하며;

도 12는 소정의 물질양을 발생하는 단계(1106)를 도시하며;

도 13은 단계(1100)에 의하여 표시된 퍼지 사이클을 도시하며;

도 14는 도 7A 내지 7F에 의해 예시되고 단계(808)에 의해 표시된 혼합 헤드(104)의 작동의 제2 모드를 도시하며;

도 15는 물질 분배 단계(1409)를 도시하며;

도 16은 동력 차단에 이어지는 혼합 헤드의 자동 작동을 예시하는 도면이며;

도 17A 및 17B는 본 발명을 구현하는 선택적인 혼합 헤드(1704)의 단면도이다.

도 1

화학 반응물들의 고압 혼합에 의하여 물질을 제조하기 위하여 사용된 장치가 도 1에 도시된다. 예시 목적으로 도 1에 도시된 장치는 차량용 공기 필터 카트리지와 같은 폴리우레탄 제품을 제조하기 위하여 사용된다. 폴리우레탄, 및 유사한 물질들은 신축성 경량 물질이 요구되는 상황들에서 여러 적용예들을 가진다.

상기 장치는 제1의 저장된 화학 성분을 수용하는 제1 저장용기(101)와, 제2 화학 성분이 저장된 제2 저장용기(102)를 구비한다. 펌핑기구(103)는 고압으로 화학 성분들을 분배헤드(104)에 순환시키도록 제공된다. 반응된 폴리우레탄 포옴이 헤드(104)로부터 분배되고 장치의 전체 작동은 컴퓨터 시스템(105)에 의하여 제어된다. 이 분배헤드(104)는 아암(107)으로부터 현가되며, 상기 아암은 또한 전기 케 이블, 유압 파이프를 지지하며, 파이프들은 두 화학 성분들을 분배헤드(104)로 공급한다. 분배헤드(104) 위에 장착된 제어 유닛(109)은 조작자(108)와 같은 인간 오퍼레이터로 하여금 컴퓨터 시스템(105)에 명령을 입력할 수 있도록 제공된다.

본 실시예에서 분배헤드는 각각의 몰드(110)에 분배된 폴리우레탄을 분사하도록 조작자(108)에 의하여 위치로 조작된다. 이 실시예에서 각각의 몰드는 비교적 작은 폴리우레탄의 양, 즉 25그램을 요구하며, 통상적으로 고압 시스템으로 이러한 작은 양을 제조하는 것이 곤란하므로 앞에서 설명한 불리점을 가진 저압 시스템을 사용하는 것이 경향이었다. 그러나, 도 1의 장치에 의하면 비교적 작은 속도로 폴리우레탄의 비교적 작은 양을 분배할 수 있으며, 동시에 물질들이 고압으로 반응할 수 있게 하여 품질을 향상시키고 유기 용제를 사용한 세척 공정들의 필요를 제거한다.

더 적은 양, 예컨대 5그램의 폴리우레탄을 필요로 하는 다른 제품을 제조하는 경우, 분배헤드의 조작은 로보트 아암 혹은 다른 전자기계적인 머니퓰레이터에 의하여 양호하게 수행된다. 이는 폴리우레탄을 형성하기 위하여 화학물들이 반응하는 속도로부터 결정되는 시간 제한 내에 재위치설정이 수행되어야 하기 때문이다.

분배헤드의 전자기계적인 조작 외에 몰드들은 분배헤드 아래 위치로 자동으로 제거될 수 있다.

본 실시예에서 분배된 물질을 몰드로 분사하기 위해서는 비교적 작은 압력만이 요구된다. 그러나, 작은 런너(runner) 시스템을 가진 몰드가 사용되어 몰드로의 고압 분사이 요구되면, 분배헤드는 몰드에 고정되어 헤드를 제위치에서 이탈시키는 포옴 압력을 피할 수 있다.

도 2

물질을 분배하기 위한 분배헤드(104), 및 관련된 제어유닛(109)이 도 2에 예시된다. 이 분배헤드는 파이프(201)를 통해 제1 화학 반응물을 수용하며, 제2 파이프(202)를 통해 제1 저장용기(101)로 반응물을 복귀시킨다. 분배헤드의 다른 측으로 제2 반응물을 공급하기 위하여 유사한 파이프들이 제공된다.

이 헤드(104)에는 또한 유압 유체를 운반하는 파이프(203)와 같은 파이프들이 구비된다. 유압이 분배헤드(104)의 가동 부품들을 작동시키기 위하여 사용되며, 유압 유체의 목적은 이하에서 상세하게 설명될 것이다.

제어유닛(109)은 인간 조작자(108)와 같은 사용자에게 정보를 표현하기 위하여 사용되는 LCD 형태의 표시 유닛(204)을 가진다. 제어유닛(109)은 또한 여러 버튼 스위치들(205, 206, 207, 208, 209,및 210)을 가진다. 버튼들(210, 209)에 의하여 조작자는 컴퓨터 시스템(105)에 저장되고 표시유닛(204)에 표시된 사전 프로그램된 사이클을 통하여 상하로 스크롤할 수 있다. 각각의 사이클은 각각의 제조 사례에서 제조된 물질의 양, 물질을 제조하기 위하여 사용되는 두가지 화학 반응물들의 비율, 각각의 분배 사례에서 분배된 물질의 양, 및 분배 사례의 숫자에 의하여 정해진다(반응물의 비율은 발생된 물질의 특성에 소정의 변화를 제공하도록 조정된다. 상기 비율은 통상 10% 전후 보다 작은 정도로 조정되며, 허용 오차 내에서 반응물의 분사 압력을 조정함으로써 조정된다). 더우기, 소정의 분배된 물질의 양에 대해, 상기 사이클은 또한 분배 압력 및/또는 분배 속도의 면에서 정해진다.

버튼(210, 209)을 사용하는 특정 사이클의 선택 후에 제조/분배 사이클을 시작하기 위하여 사이클 시작 버튼(208)이 눌러진다. 조작자(108)가 제조를 중지하는 것이 필요하면 사이클 정지 버튼(207)이 눌러지거나 장치가 비상시 차단되어야 하면, 비상 정지버튼(206)이 눌러진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 분배헤드가 수동으로 사용되면, 조작자(108)는 사이클의 다음 분배 작업이 수행되도록 컴퓨터 시스템(105)을 표시하기 위하여 수동 분배버튼(205)을 누른다. 분배헤드(104)의 조작이 자동화된 경우, 헤드(104)는 정확한 위치설정이 달성되면 전자기계적인 머니퓰레이터로부터 "분배 신호"를 수신한다.

도 3

도 3은 내부 구조의 세부 사항을 제공하기 위하여 분배헤드(104)를 절개하여 도시한다. 분배헤드(104)는 유압 실린더(302) 내부에 위치된 후방 단부와 물질 제조 실린더(303) 내부에 위치된 전방 단부를 가지는 제조 피스톤(301)을 가진다. 이 피스톤(301)은 유압 유체 커넥터들(304)을 통하여 가해진 유압에 의하여 고속으로 완전 전방 및 완전 후퇴 위치 사이에서 이동된다.

도 3에 도시된 후퇴 위치에서 피스톤(301)의 전면과 제조 실린더(303)의 벽은 대략 1입방센티의 용량을 가지는 제조 챔버(305)를 규정한다. 제조 동안에 제1 및 제2 화학 반응물은 두 제트 중의 각각의 제트를 통하여 높은 압력으로 제조챔버(305) 내로 분사된다. 제트들 중의 하나의 제트의 노즐(306)은 도 3에 도시되는 데, 제2 제트의 위치는 307로 표시된다. 상기 제트들은 각각의 화학 반응물이 유체의 제트로서 제조 챔버로 유입하고 높은 속도로 다른 액체의 제트와 격렬하게 충돌하 도록 배치된다. 이로써, 두 반응물들은 효과적으로 혼합되며, 얻어지는 화학 반응은 분배가능한 물질(예컨대, 폴리우레탄 포옴)을 생산한다. 이러한 형태의 고압 혼합/제조는 이 기술분야에 알려져 있다.

유입 덕트(308A)에 의하여 화학 반응물이 307에 위치된 제트에 공급되며, 유출 덕트(308B)에 의하여 동일한 반응하지 않은 물질이 혼합 헤드(104)로부터 제거된다(다른 제트에도 유사한 유입 및 유출 덕트들이 제공된다). 피스톤(301)에는 한쌍의 단부가 밀폐된 슬롯(309)이 형성되어 이 피스톤(301)이 전방 위치에 있으면, 화학 반응물은 고압에서 308A와 같은 유입덕트를 관통하고, 각각의 제트를 통과하고, 각각의 슬롯(309)을 통과하고, 308B와 같은 유출 덕트를 통과하여 순환될 수 있다. 이러한 수단을 통하여 반응물들은 혼합 압력이 형성되어 안정되기 앞서 고압으로 제트들을 통과하여 순환될 수 있다. 이어서, 제조 피스톤(301)은 고속으로 후퇴되고, 반응물의 고압 제트들이 충돌한다. 소정 량의 물질이 제조되면 피스톤(301)은 제조를 중단하기 위하여 고속으로 전방으로 이동되며, 재차 화학 반응물은 슬롯(309)을 통과하여 순환할 수 있다. 이와 같이, 고압 제트들이 화학 반응물 공급 회로에서 수용할 수 없는 압력을 형성함이 없이 아주 빠르게 전환된다.

상기 제조챔버는 분배 피스톤(312)의 하단부(311)를 수용하는 분배 실린더(310)로 개방된 일 단부를 가진다. 피스톤(312)의 상단부(313)는 제2 유압 실린더(315)에 위치되어 피스톤(312)은 유압 커넥터들(316)을 통해 필요한 유체압력을 가함으로써 하방 혹은 상방으로 밀어질 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 후퇴 위치에서는 피스톤(312)의 전면과 분배 실린 더(310)의 벽은 분배챔버(317)를 규정한다. 캡(318)이 하단부에서 챔버(317)에 하부벽을 제공한다. 중심에서 상기 캡(318)은 챔버(317)의 물질이 그를 통해 분배되는 유출 포트(319)를 제공하는 원형 구멍을 형성한다. 작동 중에 제조챔버(305)에서 생산된 물질은 개방 단부를 통해 분배 챔버(317)로 통과한다. 이와 같이 제조챔버(305)의 개방 단부는 분배 챔버(317)의 유입구를 규정한다.

양호한 실시예에서 분배 피스톤(312)과 분배 챔버(317)의 내벽 사이의 간격은 10 내지 15 미크론이다. 바람직하게는 분배 피스톤(312)의 하단부 직경은 대략 11톤의 분배힘을 제공하는 40에서 70 ㎜이다.

더 작은 덕트들(320)의 어레이가 캡(318)을 관통하여 제공되어 각각의 덕트(320)는 챔버(317)로부터 캡의 외면으로의 통로를 제공한다. 시간이 경과함에 따라 완전히 반응된 물질이 캡(318)의 내면 위에 집적된다. 이러한 소망하지 않은 물질은 분배 피스톤(312)의 압력으로 덕트(320)를 통하여 주기적으로 압출하여 제거된다. 이러한 퍼지 작동에 대해서는 이하에서 도 13과 관련하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 일반적인 사용 중에는 덕트들(320)은 고형 반응 물질들로 충만하도록 배치되어 반응하지 않은 물질들의 누출을 방지하기 위한 플러그를 제공한다.

덕트들(320)은 바람직하게는 테이퍼형으로 캡의 내면에서 더 큰 직경을 가지고 외측면에서 더 작은 직경을 가진다. 이러한 형상에 의하여 압출 작동이 수행되는 경우 도움을 준다.

또한, 캡(318)의 내면은 덕트들(320) 사이에 위치된 절단 에지를 각각 제공하는 돌출부와, 덕트들(320)을 향하여 하향 경사지는 경사면들을 가지도록 형성된 다. 본 발명의 이러한 실시예에서 이는 덕트들에 교차하는 확경부(countersink)를 제공함으로써 달성된다. 압출 공정 중에서 캡의 내면 위에서 고형화된 물질들을 절단하는 것에 의하여 절단 에지는 보조하며, 물질들은 이어서 그 경사면이 상기 물질을 덕트들(320)로 보내는 확경부로 압송된다.

다른 실시예에서 캡(318)의 내면에는 절단 에지를 제공하도록 상부 에지에서 만나는 V 형상 홈들의 어레이가 형성된다. 덕트들(320)은 홈들의 바닥을 따라 이격되어 압출 공정에서 고형 물질은 홈들에 의하여 형성된 절단 에지에 의하여 절단되고 홈들의 경사면에 의하여 덕트를 향하여 배출된다. 홈들은 바람직하게는 유출 포트(319)로부터 반경방향으로 외측을 향하여 연장하며, 이에 따라 깊어져서 절단 에지도 전 길이에 걸쳐 연장한다.

또 다른 실시예에서 분배헤드(104)에는 캡(318)을 냉각시키기 위한 냉각수단이 제공된다. 따라서, 캡에 인접한 챔버(317) 내에서의 물질의 반응 속도는 지연되고 퍼지 사이클을 수행하는 빈도는 감소된다. 이러한 냉각은 캡(318) 내부에 혹은 인접하여 배치된 부가적인 파이프들을 통하여 냉각 유체를 순환시킴으로써 제공된다.

또 다른 실시예에서 캡(318)의 구멍에 일치하는 구멍들의 어레이를 가지는 디스크가 상기 캡의 외면에 회전가능하게 장착된다. 이와 같이, 이 디스크는 제1 위치로 회전될 수 있는 데, 여기에서 디스크와 캡들의 구멍들은 정렬되어 압출 작동이 발생된다. 혹은 정상적인 분배 작동 중에 상기 구멍들을 통하여 물질들이 배출되는 것을 방지하도록 캡(318)의 덕트들(320)이 디스크에 의하여 차단되는 위치 로 디스크는 회전될 수 있다.

분배 피스톤(312)은 축을 따라 연장하는 순환 구멍을 가지며 이 구멍 내에는 출력제어봉(321)이 위치된다. 이 봉(321)의 상단부는 제3 유압 실린더(323) 내에 위치된 피스톤(322)에 부착되며, 유압 커넥터들(324)을 개재하여 상기 피스톤(322)에 유압을 가함으로써 상기 봉(321)은 전진 및 후퇴 위치 사이에서 이동될 수 있다. 후퇴 위치에서 제어봉(321)의 하단부는 분배 챔버(317) 내에 위치되며, 상기 챔버 내에 위치된 물질은 유출 포트(319)를 통해 분배될 수 있다. 상기 제어봉(321)이 전진 위치에 위치시, 그 하단부는 유출 포트(319) 내에 위치되고 상기 포트 내에서 양호하게 고정되어 챔버(317) 내의 물질이 배출되는 것을 방지한다. 따라서 출력 제어봉(321)은 유출 포트(319)를 닫는 수단을 제공한다. 그러나, 이는 또한 유출 포트로부터 물질을 제거하는 수단을 제공한다.

바람직하게는 출력 제어봉(321)은 8~15㎜ 직경을 가지며 모든 이동면들 사이의 전체 접촉면적은 효과적인 밀봉을 제공하기에 충분할 것이며 고착의 문제를 발생하지 않을 정도의 크기일 것이다.

분배헤드(104)의 일 작동 모드 중에서 챔버(305)에서 발생된 물질은 임시로 분배 챔버(317)에 저장되고, 이어서 적당한 물질의 양이 제어된 양만큼 분배 피스톤을 전방으로 이동시켜 분배된다. 이러한 이유로, 분배 피스톤의 위치와 관련된 신호가 발생되어 위치센서(351)에 의하여 컴퓨터 시스템(105)으로 보내진다.

이 센서(351)는 제2 유압 실린더(315)의 상단부로부터 연장하는 하우징(352) 내부에 위치된 선형 도전성 플라스틱 위치 변환기(transducer)이다. 이 센서(351) 는 하우징(352)의 상단부에 견고하게 고정된 도전성 플라스틱부(353)와, 가이드 튜브(355)의 상단부에 견고하게 고정된 와이퍼(354)를 가진다. 이 가이드 튜브는 피스톤(312)의 상단부(313)에 견고하게 부착되어 피스톤(312)이 상하로 이동함에 따라 와이퍼(354)는 도전성 플라스틱부(355)를 따라 상응하게 이동된다. 이 센서(351)에 전기적인 기준 전압이 인가되고 와이퍼 위치를 나타내는 전압 신호가 센서로부터 전기 케이블(356)을 통해 수신된다.

가이드 튜브(355)는 하우징(352) 내에서 상하로 슬라이드하는 크기로 피스톤(312)의 회전 운동을 제한하는 크기이며, 이로써 센서(351)는 굽힘력을 손상시킬 가능성으로부터 방지된다. 이 실시예에서 센서(351)는 영국의 바리옴-유로센서 리미티드(Variohm-Eurosensor Ltd.)에서 제조한 제품 번호 P6403-100-H003인 150미리의 스토로크 길이를 가지는 도전성 플라스틱의 실린더내에 유지되는 변환기이다.

사용시, 피스톤들(301, 322)은 완전히 전진되거나 후퇴되는 것이 요구된다. 그들의 상태에 대한 데이타 정보를 컴퓨터 시스템(105)에 제공하기 위하여 관련 실린더들에는 각각 근접 스위치들(330, 331)이 제공된다.

상기 장치는 혼합 헤드 내에서 3개의 유압 피스톤들이 정상 작동시 200 바의 압력을 응축기(accumulator)에 충전할 수 있는 유압 파워팩(도시생략)을 포함한다. 또한, 분배 챔버로부터 바람직하지 않은 고형 물질을 추출하기 위하여 퍼지 작동이 필요시 사용하기 위하여 유압 증감제(도시 생략)가 제2 응축기에 400바의 압력을 충전하도록 사용된다.

상기 출력 제어봉과 제조 피스톤은 각각 이방향 유압 방향 제어 밸브에 의하여 작동된다. 본 실시예에서 이 유압 제어밸브들은 아토스(Atos)에서 기준 번호 DHI-0631/2-00으로 제조된다. 분배 피스톤에 요구되는 것은 제어된 속도 및/또는 제어된 압력하에서 전방으로 이동될 수 있으며 따라서, 비례밸브가 그 운동을 제어한다. 본 실시예에서 비례제어밸브는 모두 아토스에서 제조된 폐회로 제어기 시리즈E-ME-K-PID의 제어하에 전자적인 드라이버 시리즈 E-ME-T-2H에 의해 구동되는 비례밸브(cetop3) 시리즈 DLHZO이다.

본 실시예에서 분배 피스톤(312)의 상부(313)는 85㎜ 직경을 가지며 하부(311)는 50㎜ 직경을 가지고, 출력 제어봉은 10㎜ 직경을 가진다. 이와 같이, 피스톤(312)을 아래로 밀도록 유압 유체가 그 위에서 작용하는 상부(313)의 표면적은 분배 챔버(317)에서 물질에 작용하는 하부(311)의 표면적 보다 2배 이상이다. 따라서, 물질을 분배하기 위하여 가해지는 압력은 가해진 유압 보다 2배 이상이다. 예컨대, 200바의 유압은 분배될 물질에서는 대략 570바의 압력을 발생한다. 이러한 압력 증가는 몰드로의 고압 분사가 요구되는 경우 유리하게 사용될 수 있다.

다른 실시예에서 유출 분배챔버(317) 내에 물질이 수용되기 앞서 색소를 효과적으로 혼합하기 위하여 제조챔버(301)의 중심으로 색소가 분사된다.

하나의 분배챔버에 두개(그 이상)의 제조챔버들을 설치하는 것이 가능하므로 두 종류의 물질들이 동일한 헤드로부터 교대로 분배될 수 있다. 이러한 조건하에서 상이한 제조챔버들로부터 교대로 분배챔버를 재충전할 수 있으므로 동일한 헤드가 교대 사이클에서 연성 및 경성 물질을 분배할 수 있으며, 혹은 교대 사이클로 상이한 색상의 물질들을 분배할 수 있다. 예컨대, 각각의 제조챔버에는 상이한 폴리올(polyol) 흐름과 공통의 이소시아네이트(isocyanate)가 공급될 수 있으므로 분배챔버는 교대로 상이한 종류의 물질들로 충전되고 분배할 수 있다. 선택적으로, 하나 이상의 제조챔버들이 색소와 반응물을 혼합하도록 배치되어 분배챔버가 교대로 상이한 색의 물질들로 채워지고 분배할 수 있다.

도 4

단지 예로서, 도 4에는 분배헤드(104) 내에서 물질을 생산하기 위한 화학반응이 도시되고 있다. 이 경우, 제1 및 제2 화학 성분들은 폴리우레탄을 생성하기 위한 디올(diol)(401)과 디이소시아네이트(diisocyanate)(402)이다. 바람직하게는 부피가 큰 디이소시아네이트 분자가 덜 유해하므로 사용된다.

도 5

도 1 도시된 장치 내에서의 화학 반응물의 흐름을 예시하는 개략적인 다이어그램이 도 5에 도시된다.

상기 장치가 물질을 제조하지 않으면, 저장용기들(101, 102)에 저장된 화학 반응물들이 저압으로 회로 둘레로 순환된다. 이와 같이, 저장용기(101)에 저장된 제1 화학 반응물은 제1 펌핑기구(103A)에 의하여 파이프(501A)를 통과하고, 제1 흐름분배밸브(502)를 통과하고, 파이프부분(501B, 501C)을 통과하여 용기(101)로 복귀하여 순환된다. 유사하게, 저장용기(102)에 저장된 제2 화학 반응물은 제2 펌핑기구(103B)에 의하여 파이프(551A)를 통과하고, 제1 흐름분배기 밸브(552)를 통과하고, 파이프부분(551B, 551C)을 통과하여 복귀 순환된다.

물질 제조 직전에 흐름 분배기 밸브들은 파이프 부분(501B, 501C)을 통과하 는 흐름을 방지하기 위하여 닫혀진다. 따라서, 제1 화학 반응물은 파이프 부분(501A, 501D)을 통해 혼합헤드(104)로 순환되고, 제조 피스톤(104)이 전진 위치에 있으면 상기 반응물은 파이프 부분(501E, 501C)을 통해 용기(101)로 복귀한다. 유사하게, 제2 화학 반응물은 파이프 부분들(551A, 501D)을 통하여 순환되어 파이프 부분들(551E, 551C)을 통하여 복귀한다. 이와 같이, 혼합헤드 내의 제트들을 통하여 순환되고 혼합에 필요한 높은 압력이 형성되고 안정화된다.

혼합이 시작되면, 제조 피스톤(301)은 후퇴하고, 제1 및 제2 화학반응물들은 제조 챔버(305) 내에서 혼합되어 폴리우레탄 포옴같은 새로운 물질을 생산한다. 새로 생성된 물질은 제조챔버(305)로부터 분배챔버(317)로 공급되고, 그로부터 제1 작동 모드로서 이 물질은 곧 분배되거나 제2 작동 모드로서 단시간 동안 저장 후에 분배된다.

도 6A 내지 도 6E

혼합헤드(104)의 제1 작동 모드가 도 6A 내지 도 6E에 개략적으로 도시된다.

혼합헤드(104)가 제조 후의 구조로서 도 6A에 도시되며, 이와 같이 새로운 제조 사이클을 시작하기 위한 위치에 있다. 그러므로, 제조 피스톤(301), 분배 피스톤(312) 및 유출 제어봉(321)은 모두 온전 전진 위치에 있다. 혼합헤드가 사용되면, 혹은 이하에 설명되는 바와 같이 사용을 위해 준비된다. 따라서, 고형의 완전반응 물질의 층(601)이 분배 피스톤(312)과 캡(318)의 내면 사이에 존재하여 덕트들(320)을 관통하여 연장한다.

물질 제조에 앞서 정해진 기간 내에 화학 반응물들은 제조 피스톤(301)의 유 입구들(308A, 608A)을 통과하고, 각각의 제트와 슬롯(309)을 통과하고 유출구들(308B, 608B)을 통하여 순환된다.

제1 모드에서 혼합헤드의 제조 직전의 구조를 도 6B에 도시한다. 분배 피스톤(312)은 분배챔버(317)를 규정하도록 정해진 위치로 후퇴됨으로써 그 하단부는 제조 실린더(303)의 단부를 청소한다. 유출 제어봉(321)은 후퇴되어 유출 포트(319)는 개방된다.

이어서 도 6C 도시와 같이 제조 피스톤(301)의 후퇴에 의하여 생산이 시작된다. 이러한 구조에서 화학 반응물들의 혼합과 반응이 제조 챔버(305) 내에서 발생한다. 이 공정에 포함된 높은 압력과 에너지에 기인하여 새로 생산된 물질은 제조챔버(305)로부터 분배챔버(317)를 통과하여 유출 포트를 통과한다. 이와 같이, 이 모드에서는 혼합헤드가 종래의 혼합헤드에서와 유사한 방식으로 물질들을 동시에 생산하고 분배한다. 그러나, 종래의 혼합헤드와 대조적으로, 혼합헤드(104)는 제조챔버(305)의 축과 일치하는 유출 제어봉(321)을 가진다. 따라서, 제조챔버(305)로부터 배출된 물질은 유출 제어봉(321)과 충돌하고, 특히 제조의 개시 시점에서 두 화학 반응물들이 우선 충돌하는 경우 이로써 화학반응물의 혼합을 향상시킨다.

소정 시간 동안 물질들이 제조되면, 그리고 소정양의 물질이 제조되면 제조 피스톤은 제조를 종료하기 위하여 전진 위치로 이동된다. 이 위치가 도 6D에 예시되는 데, 여기에서 물질의 제조가 종료되나 여전히 물질의 일부는 분배챔버(317)를 점유한다. 분배 피스톤(312)은 유출 포트(319)를 통하여 잔여 물질을 분배하기 위하여 전방으로 곧 이동된다.

도 6E는 분배 피스톤(312)이 완전 전진 위치로 이동된 후에 혼합헤드의 상태를 도시한다. 분배 피스톤에 의해 가해지는 아주 높은 압력 하에 매우 작은 양의 유체 물질만이 분배 피스톤(312)과 고형 물질층(601)의 상면 사이에 부착 잔류된다. 작은 양의 유체 물질은 불가피하게 부착되지만 완전 반응후에 이는 단지 고형 물질층(601)의 두께를 부가한다.

분배 피스톤을 완전 전진 위치로 이동후에 곧 유출 제어봉(321)은 또한 완전 전진 위치로 이동되어 분배 챔버의 유출 포트(319)로부터 잔류 물질을 방출한다. 이러한 운동 후에 혼합 헤드는 재차 도 6A에 도시된 제조후의 구조에 있다.

도 7A 내지 도 7F

혼합헤드(104)의 제2 작동 모드가 도 7A 내지 7F에 예시된다.

혼합헤드(104)가 제조 후의 구조로 도 7A에 도시된다. 이와같이, 도 7A는 제2 모드의 예시를 용이하게 하도록 도 6A의 복사일 뿐이다. 혼합헤드가 제조 사이클들 사이에 위치하며, 제조 피스톤(301), 분배 피스톤(312) 및 유출 제어봉(321)은 각각 완전 전진 위치들에 있다.

제2 작동 모드에서 분배챔버에 물질이 생성되어 저장되고 이어서 생산이 종료 후에 저장된 물질이 분배된다. 그러므로, 물질의 제조가 시작하면, 분배 피스톤은 분배 챔버로 후퇴되어 그 안에 물질이 임시로 저장된다. 고형 물질층(601)의 상면으로부터의 분배 피스톤(312)의 후방 이동양은 제조될 물질을 위한 적절한 공간을 제공하도록 산출된다.

도 7A에 도시된 바와 같이, 분배 피스톤의 완전 전진 위치는 각각의 분배 사 이클 동안에 고형 물질층(601)의 두께가 증가하므로 사용에 따라 변화한다. 그러나, 분배 피스톤 위의 위치 센서들은 컴퓨터 시스템(105)에 완전 전진 위치에 대한 정보를 제공하며, 이로써 이로부터 후방이동이 산출된다.

고형 물질층(601)의 상면으로부터 산출된 거리만큼 분배 피스톤(312)이 후퇴된 후에 혼합헤드(104)가 도 7B에 도시된다. 유출 제어봉(321)은 여전히 유출 포트(319) 내에 위치되고 따라서 분배 피스톤(312)의 후방이동은 분배 챔버 내에 진공을 잔류시킨다.

분배 챔버를 비웠으므로, 제조 피스톤은 물질의 제조를 시작하기 위하여 후퇴된다. 물질의 제조 동안의 혼합헤드(104)의 구조가 도 7C에 도시된다. 챔버(305)에서 제조된 물질은 물질의 높은 에너지에의하여 분배챔버로 가압되며, 이러한 운동은 챔버들(305, 317) 내의 진공에 의하여 보조된다.

소정양의 물질을 발생하기 위하여 소정 기간 동안 제조가 발생되면, 피스톤(301)은 도 7D에 도시된 바와 같이 전방으로 이동하여 제조를 종료한다. 종래의 혼합헤드와 같이, 제조 피스톤(301)은 또한 제조 챔버에서 잔류 물질을 방출한다.

그러나, 종래의 혼합헤드와 달리, 새로 제조된 물질은 임시로 저장된다. 통상 동시에 제조되고 분배되는 폴리우레탄과 같은 물질들은 물질들이 저장되고 분배되는 일정한 시간이 존재한다. 이러한 시간 동안은 통상 20초 보다 작으나, 본 발명에서는 물질이 분배되는 방식을 더욱 다양화하기 위하여 이용된다.

분배가 발생할 수 있도록 제어봉(321)은 도 7E 도시와 같이 유출 포트(319)를 개방하기 위하여 후퇴된다. 물질은 이어서 분배 피스톤(312)을 전방으로 이동시켜 분배된다. 분배 피스톤은 제어된 거리만큼 제어된 속도로 제어된 압력하에서 이동될 수 있다. 이와 같이, 예컨대 매우 작은 런너를 가진 몰드에 폴리우레탄을 공급하기 위하여 혼합헤드가 사용되는 경우 분배 피스톤(312)에 의하여 가해질 수 있는 매우 높은 압력에 의하여 물질은 요구 대로 흐를 수 있다. 다른 한편, 예컨대 여러 작은 몰드들에 작은 양의 폴리우레탄만을 채우도록 혼합헤드가 사용되면, 분배 피스톤은 제1 몰드에 작은 양의 물질을 분배하기 위하여 산출된 거리만큼 전방으로 이동되며, 혼합 헤드는 제2 몰드로 이동되고 이어서 제2의 작은 양의 물질이 제2 몰드에 분배되는 방식으로 진행된다. 혼합헤드가 몰드들 사이에서 이동하는 동안 유출 포트(319)는 제어봉(321)에 의하여 임시로 닫혀져서 분배챔버(317)로부터 물질이 누출하는 것을 방지한다.

이러한 경우 물질의 제조는 분배 작동과 분리되므로 물질이 분배되는 속도는 제조 속도와 다를 수 있으며, 분배 압력은 제조에 악영향을 미침이 없이 변화될 수 있으며 각각의 몰드에 분배되는 개별 양들은 제조된 물질의 일부일 수 있다.

도 7F는 작은 몰드에 소량의 물질을 분배하기 위하여 산출된 양만큼 전방으로 분배 피스톤(312)이 이동된 후의 혼합헤드를 도시한다. 또 다른 많은 몰드들에 유사한 양을 분배하기 위하여 분배 피스톤의 유사한 이동이 이어서 수행되고, 이로써 분배 피스톤은 완전 전진 위치로 이동된다. 이어서 유출 제어봉(321)은 유출 포트(319)를 닫고 세척하기 위하여 전방으로 이동되고, 재차 혼합헤드는 도 7A의 도시된 위치된다.

도 8

컴퓨터 제어 시스템(혹은 프로그램가능한 로직 제어기와 같은 유사한 제어 시스템, 혹은 마이크로 콘트롤러)에 의하여 물질의 제조 및 분배를 제어하기 위하여 수행되는 작동들이 도 8 내지 도 15에 도시된 흐름도에 의하여 예시된다.

제어 시스템(105)의 작동의 개관이 도 8에 도시된다. 단계(801)는 장치가 제조와 분배 작동 혹은 정지 표시를 규정하는 입력을 수신하는 셋업 공정을 나타낸다. 이 입력은 제어 유닛(109) 혹은 직접 컴퓨터 시스템(105)에서 행해지는 사용자의 입력일 수 있으며 혹은 컴퓨터와 같은 다른 외부의 제어 장치로부터 수신될 수 있다. 입력은 각각의 분배된 유닛의 중량, 분배될 유닛의 전체 숫자, 분배 속도 및 물질이 분배될 압력의 면에서 새로운 작동을 규정할 수 있다. 일정한 적용예에서 반응물들의 비율이 조정될 수 있다. 예컨대, 폴리우레탄을 제조시 디올과 디이소시아네이트의 혼합은 사용예에 따라 조정될 수 있다. 이와 같이, 반응물들의 비율은 또한 새로운 분배 작동을 규정시 특정된다. 다른 한편, 입력들은 제어 유닛(109)을 사용하여 사전에 정해진 제조 사이클을 단지 선택할 수 있으며 그 시작을 지시한다.

단계(801)에서 입력을 수신후, 단계(802)에서 장치의 정지가 표시되는지 여부를 결정하기 위하여 질문이 요청되며, 이어서 단계(811)에서 장치는 정지된다. 그렇지않으면, 단계(803)가 진입되어 분배 사이클리 시작되는 여부를 결정하는 것이 표시된다. 그렇지 않으면 절차는 단계(801)로 복귀하여 단계들(801-803)이 단계들(802, 803) 중의 하나의 질문이 에스로 답해지기까지 순환된다.

단계(803)에서 질문이 예스라고 답해지면, 이어서 단계(804)에서 장치가 초 기화되었는지에 대해 질문이 수행된다. 이어서, 초기화되었으면, 단계(806)로 직접 진행하나 그렇지않으면 단계(806)가 진행하기 전에 단계(805)에서 장치는 초기화된다.

단계(806)에서는 분배될 각각의 물질의 유닛의 부피가 분배 챔버(317)의 최대 부피 보다 큰 여부를 결정하며, 크면 단계(807)에서 도 6A 내지 도 6E에 예시된 제1 작동 모드에서 물질이 제조되어 분배된다. 선택적으로, 물질은 단계(808)에서 도 7A 내지 도 7F에 예시된 제2 작동 모드에서 제조되고 분배된다.

단계(807 혹은 808)에 이어서 단계(809)에서 다른 분배 작동이 수행되는 여부에 대해 질문이 수행되며, 그러면 이어서 직접 단계(801)로 복귀한다. 다른 작동이 수행될 것이 예정된 바가 없으면 장치는 단계(801)가 다시 진입되기 앞서 단계(810)에서 대기 모드로 진입한다. 단계(802)에서 수신된 입력에 따라 장치는 이어서 다른 분배 작동을 수행하거나 정지된다.

도 9

장치를 초기화하는 단계(805)가 도 9에서 상세하게 도시된다. 우선 단계(901)에서 펌프들(103)이 시동되며, 단계(902)에서 두 응축기들 중의 하나에 200바 압력을 충진하기 위하여 유압 파워 팩이 기동된다. 단계(903)에서 유압 증강기구는 제2 응축기에 400 바의 압력을 저장하기 위하여 기동된다.

단계(904)에서 흐름 분배밸브들(502, 552)은 닫혀서 순환하는 화학반응물들이 고압으로 혼합헤드(104)의 제트들을 관통하여 펌핑되게 한다. 반응물들을 양호하게 혼합할 수 있도록 통상 150 바의 높은 안정된 압력이 제조가 시작되기 전에 형성된다. 이러한 이유로서 제조가 하용되기 앞서 이러한 압력의 형성을 위해 통상 5초의 단시간이 제공된다. 이 시간을 측정하기 위하여 단계(905)에서 고압 재생 타이머가 시동된다.

도 10

장치를 대기 모드로 진입시키는 단계(810)가 도 10에 도시된다. 우선 단계(1001)에서 흐름 분배밸브들(502, 552)은 개방되어 화학 반응물들이 혼합헤드의 제트를 관통하는 대신에 저압 회로 둘레를 순환하게 한다. 이어서 펌프들(103)이 단계(1002)에서 정지되고 유압 파워팩이 단계(1003)에서 차단된다. 어큐뮬레이터에 저장된 압력은 다음 사용을 위해 유지된다.

도 11

단계(807)로 표시되고 도 6A 내지 6E에 예시되는 혼합헤드(104)의 제1 작동 모드가 도 11에 더욱 상세하게 도시된다. 우선, 단계(1101)에서 유출 제어봉(321)을 후퇴시켜 유출 포트가 개방된다. 특히, 각각의 이방향 유압 방향제어밸브가 유출 제어봉을 후진시키기 위하여 정지되며, 후퇴 위치는 근접 센서(331)에 의하여 확인된다. 이어서 단계(1102)에서 분배 피스톤은 비례밸브의 제어하에 물질이 제조 챔버(305)로부터 도 6B에 도시된 바와 같이 분배 챔버(317)로 유출하도록 하는 위치로 복귀이동한다.

단계(1103)에서 단계(905)에서 시동된 고압 재생 타이머의 시간경과 여부를 결정한다. 시간이 경과하였으면, 단계(1104)로 진행하여 여기에서 분배가 필요한 것을 나타내는 신호를 수신한 여부를 결정한다. 이 신호는 버튼(205)에 의한 사용 자의 입력일 수 있으며 혹은 전자-기계적인 머니퓰레이터로부터의 신호일 수 있다. 분배 신호가 수신되지않았으면, 단계(1104)에서 질문이 재차 수행되기 전에 단계(1105)에서 대기 상태로 진행한다. 이와 같이, 분배 신호가 수신되기까지 이러한 대기 루프는 계속하며, 이 때 단계(1106)로 진행한다.

단계(1106)에서 정량의 물질이 제조되고 동시에 분배된다. 단계(1107)에서 분배 챔버에 잔류된 물질은 또한 약 200 바에 이르는 압력을 사용하여 비례밸브이 제어하에서 분배 피스톤을 완전히 전방으로 향하게 함으로써 분배된다. 유출 제어봉(321)을 위한 상기 이방향 유압 방향제어밸브는 이어서 유출 포트(319)를 닫기 위하여 작동된다. 근접 센서(331)로부터 폐쇄 확인이 수신되면 단계(1109)에서 고형 물질층(601)의 두께가 소정 문턱치 보다 더 큰 여부에 대해 질문이 수행된다. 그러하면, 이어서 단계(1111)로 진행하기 앞서 단계(1110)에서 퍼지 사이클이 수행되며, 그렇지 않으면 직접 단계(1111)가 진행된다.

단계(1111)에서 현재 작동이 완료된 여부에 대해 질문이 수행된다. 현재 작동은 물질의 여러 분배 유닛들을 포함할 수 있으며, 또 다른 분배 사이클들이 여전히 필요할 수 있다. 현재 작동이 종료되었으면, 단계(807)가 종료되고 단계(809)가진행한다. 그렇지않으면, 단계(1111)에서 질문이 예스로 답해지기까지 단계들(1101-1111)이 되풀이 반복된다.

도 12

소정량의 물질을 생성하기 위한 단계(1106)가 도 12에 더욱 상세하게 도시된다. 처음에 단계(1201)에서 제조 피스톤(301)을 위한 이방향 유압 방향제어밸브가 가동되어 상기 피스톤을 후방으로 이동시킨다. 이어서 단계(1202)에서 근접 스위치(330)가 제조 피스톤의 완전한 후퇴 스트로크를 확인하였는 지 여부에 대해 반복해서 질문이 수행된다. 이 질문이 예스로 답해지면 혼합 중량 타이머가 단계(1203)에서 작동된다. 이어서 소정량의 물질을 생성하기 위하여 소정 시간 동안 혼합이 이루어진 여부에 대해 질문이 수행된다. 아니오로 답해지면, 이 질문은 반복되며, 예스로 답해지기까지 물질이 생산된다. 이 질문이 예스로 답해지면, 제조 피스톤용 유압 제어밸브는 단계91205)에서 정지되어 상기 피스톤을 전방으로 이동시키고 생산을 중단한다. 근접 스위치가 단계(1206)에서 제조 피스톤이 완전히 전방에 있는 것을 확인하면 단계(1106)는 종료된다.

도 13

단계(1110)로 표시된 퍼지 사이클이 도 13에 더욱 상세하게 도시된다. 퍼지사이클의 시작에서 혼합 헤드는 도 6A에 도시된 구조이다. 이와 같이, 피스톤들(301, 312)과 제어봉(321)은 완전히 전방에 있다. 그러나, 필요한 것 보다 더 두꺼워진 고형 물질층(601)에 의하여 캡(318)으로부터 분배 피스톤(312)은 분리된다. 이러한 이유로서, 제2 어큐뮬레이터로부터의 유압 증강기구의 400바의 압력은 단계(1301)에서 저속 제어하에서 분배 피스톤(312)을 이동시키도록 사용된다. 이것에 의하여 덕트(320)를 통하여 고체 물질은 추출되는 효과가 발생된다. 이러한 공정을 통하여 고체 물질층은 통상 2㎜ 두께로 감소되는 것이 요구되며, 그러므로 분배 피스톤이 정해진 위치에 도달한 여부에 대해 단계(1302)에서 질문이 수행된다. 도달하지 못했으면, 이어서 단계(1303)에서 단계(1302)의 질문이 다시 수행되기 전에 추출이 계속된다. 이와 같이, 단계(1302)의 질문이 예스로 답해지기까지 물질은 압출되며, 분배 피스톤(312)에 가해진 유압이 단계(1304)에서 감소되면 퍼지 사이클은 종료된다.

퍼지 작업 후에 잔류하는 고형 물질층의 두께는 정상적인 제조 및 분배 작동 동안에 덕트들(320)을 통하여 액체/포옴 물질이 배출되는 것을 방지하도록 구성된다. 이러한 목적에 요구되는 물질의 두께는 처리되는 특정 물질, 즉 특정 폴리우레탄 시스템의 기계적 성질에 의존한다. 따라서 퍼지 후의 물질의 두께는 이러한 변화가 가능하도록 컴퓨터 시스템(105)에 의하여 조정가능하다. 유사하게, 단계(1109)에서 퍼지 사이클이 수행되어야 하는 여부에 대해 결정하기 위하여 사용된 문턱값은 처리되는 물질의 기계적 성질에 따라 조정가능하다.

고형 물질층(601)이 덕트(320)를 밀봉하기 위하여 사용되며 덕트들(320)이 물질층의 두께를 소정 범위 내로 유지하기 위하여 사용되는 것을 알아야 한다. 혼합 헤드(104)가 새롭거나 고형 물질층(601)이 없도록 완전히 세척되었으면, 혼합 헤드의 정상 작동이 진행되기 전에 우선 수행되어야 한다. 이를 위해, 고체 금속판이 캡(318)의 전방에 부착되며, 유출 포트(319)는 분배 피스톤이 후퇴되는 동안에 닫혀진다. 이어서 매우 작은 양(통상 50g)의 물질이 생성되며, 분배 피스톤이 하강되어 물질을 덕트(320) 내로 연장하는 고체(포옴이 아닌)층으로 압축한다. 상기 층이 충분히 반응하여 응고할 시간을 가진 후에 혼합 헤드는 정상 제조를 준비한다.

다른 실시예에서 단계(1110)와 같은 별개의 퍼지사이클이 요구된다. 대신에, 물질이 분배되고 피스톤(312)이 고체 물질층(601) 위로 하강되면, 이어서 가해진 압력은 증가되고, 이로써 피스톤은 항상 동일한 위치에 도달한다. 즉, 물질이 분배된 후에 각 시기에 매우 작은 양의 고체 물질이 추출된다. 이러한 방식으로, 캡(318)의 내면 위의 일정한 두께의 고체 물질층(601)이 유지된다.

도 14

단계(808)로 표시된 도 7A 내지 도 7F에 예시된 바와 같은 혼합 헤드(104)의 제2 작동 모드가 도 14에 더욱 상세하게 도시된다. 우선, 단계(1401)에서 분배 챔버가 분배할 준비가 되었는가, 즉 분배될 물질을 포함하고 있는가에 대해 질문이 수행된다. 단계(1401)의 1차 반복에서 이 질문은 부정적으로 답해질 것이나 이어지는 반복에서는 긍정적으로 답해질 것이다. 이 질문에 대한 답변이 예스이면 이어서 단계(1408)로 직접 진입하며, 그렇지않으면, 단계(1402)에서 유출 포트(319)는 닫혀진다. 특히, 유출 제어봉(321)용 이방향 제어밸브가 작동되어 상기 포트(319)를 닫는다.

단계(1403)에서 고체 물질층(601)이 문턱값 보다 큰 두께를 가지는 여부에 대해 결정되며, 그러하면 단계(1405)로 진행하기 전에 단계(1404)에서 퍼지 사이클이 진행된다(단계들(1403, 1404)은 단계들(1109와 1110)과 기본적으로 동일하다). 그렇지않으면, 단계(1403)로부터 직접 단계(1405)로 진입한다. 단계(1405)에서 비례밸브의 제어하에 분배 피스톤은 소정 위치로 복귀 이동된다. 분배 챔버(317)의 부피가 제조될 물질을 충분히 수용할 수 있도록 크게 소정 위치는 컴퓨터 시스템(105)에 의하여 산출되었다.

단계(1406)에서는 단계(905)에서 기동된 고압 타이머가 시간이 경과되었는지 여부에 대해 결정된다. 이 단계(1407)는 단계(1109)와 실질적으로 동일하나 생성된 물질은 분배 챔버(317) 내에 저장된다.

이어지는 물질 제조에서는, 단계(1408)에서 분배가 요구된다고 나타내진 신호가 수신되었는지 여부에 대한 질문이 진행된다. 이러한 신호가 수신되지 않았으면, 단계(1408)가 반복된다. 상기 분배 신호가 수신되면, 물질은 단계(1409)에서 분배된다. 이어서, 단계(1410)에서 현재 작동이 완료되었는지 결정하는 질문이 행해진다. 부가적인 제조 사이클 혹은 분배 사이클이 요구되므로 통상 작동은 종료될 수 없다. 단계(1410)에서 질문이 예스로 답해지면, 단계(808)가 종료된다. 그렇지않으면, 단계(1401)로 진입한다.

도 15

물질 분배 단계(1409)가 도 15에 상세하게 도시된다. 처음에 단계(1501)에서 출력 제어봉용 이방향 유압 방향 제어밸브는 유출 포트(319)를 개방하기 위하여 작동중지된다. 근접 스위치(31)로부터 수신된 신호는 이어서 물질이 단계(1503)에서 분배되기 전에 단계(152)에서 유출 제어봉의 이동을 확인한다. 이러한 분배는 비례밸브의 제어하에서 제어된 속도 및/또는 압력으로 산출된 거리 동안 피스톤(312)을 전방으로 이동시켜 수행된다. 분배 물질은 단계(1407)에서 생산된 전체 물질 혹은 그 일부일 수 있으며, 잔여량은 이어지는 단계(1409)의 반복들 동안에 분배된다.

단계(1503)의 종료시, 유출 제어봉(321)용 유압 제어밸브는 단계(1504)에서 작동되어 유출 포트(319)를 폐쇄하여 챔버(317) 내부에 잔류하는 물질이 누출하는 것을 방지한다.

근접 스위치로부터 수신된 신호는 단계(1409)를 종료시키기 위하여 단계(1505)에서 유출 포트의 폐쇄를 확인한다.

대부분의 바람직한 적용예들에서 물질의 제조가 비교적 신속하게 발생하면, 분배 챔버는 비교적 신속하게 채워진다. 혼합 헤드 내에 임시로 유지되는 물질은 이어서 비교적 느린 속도로 분배될 것으로서 이로써 혼합 헤드는 비교적 느린 흐름 속도가 요구되는 환경에서 폴리우레탄 포옴을 분배할 수 있다. 그러나, 분배 챔버(317) 내에 수용된 모든 물질이 제거되어야 하며 반면에 물질은 유체 상태로 존재하여야 함을 알아야 한다. 이와 같이, 이러한 방식으로 고압력 혼합에 기인하여 고품질의 물질이 제조될 수 있으며, 이어서 비교적 느린 속도로 분배되어 고압으로 혼합된 물질이 분산될 수 있는 적용예들의 수를 증가시킨다.

도 16

동력 차단에 이어지는 혼합 헤드의 자동 작동이 도 16에 예시된다. 동력이 차단되면, 파워 팩의 어큐뮬레이터에 저장된 압력을 사용하여, 다음과 같이 작동된다; 제조 피스톤(301)용 이방향 유압 밸브가 정지되고 따라서 피스톤이 전방으로 이동하여 제조 중지(1601); 유출 제어봉용 유압 밸브가 정지되어 상기 제어봉이 후퇴되어 유출 포트를 개방(1602); 그리고 분배 피스톤이 유사하게 완전히 전방으로 이동되어 혼합 헤드(104)에 잔류하는 물질을 분배한다(1603). 이러한 수단에 의하여 혼합 헤드는 자동으로 제조를 중지하고 수용하는 많은 량의 물질을 배출한다. 따라서, 동력이 복구되면 곧 제조를 재개할 수 있다.

도 17

본 발명을 구현하는 다른 실시예의 혼합 헤드(1704)가 도 17A 및 17B에 단면으로 도시된다. 도 17A에서 혼합 헤드는 제조 사이클의 중간에 위치하므로 피스톤들이 전방에 있고 유출 포트가 닫혀진 채로 도시된다. 도 17B는 물질의 제조 및 분배가 동시에 이루어짐에 따라 동일한 혼합 헤드가 피스톤이 후퇴되고 유출 포트가 개방된 채로 도시된다. 이는 도 6C의 혼합 헤드(104)에 대해 예시된 제1 작동 모드에 대응한다.

혼합 헤드(1704)의 많은 부품들은 혼합 헤드(104)의 부품들과 공용이며 따라서 유사한 번호로 표시된다. 이와 같이, 혼합 헤드(1704)는 제조 피스톤(1701)을 구비하고, 이는 후퇴시 제조 챔버(1705) 내부의 물질을 제조하게 한다. 물질은 분배 챔버(1717)를 통하여 분배되거나 그 내부에 임시로 저장된다.

챔버(1717) 내에 저장된 물질은 유출 제어봉(1721)을 하강시킴으로써 폐쇄될 수 있는 유출 포트(1719)를 통하여 분배 피스톤(1712)에 의하여 분배될 수 있다. 주요한 실시예와 대조적으로, 제조 챔버는 제3의 피스톤(1752)을 수용하는 원통형 통로(1751)에 의하여 분배 챔버로 연결된다.

제조 사이클 동안에 제3의 피스톤(1752)은 제조 피스톤(1701)에 바로 앞서 후퇴되며, 이어서 제조 피스톤(1701)이 생산을 차단 후에 즉시 전방으로 이동된다. 다른 한편, 혼합 헤드(1704)는 혼합 헤드(104)에 유사한 방식으로 작동한다. 그러므로 혼합 헤드(1704)는 혼합 헤드(104)와 관련하여 설명된 두가지 모드로 작동할 수 있음을 알아야 한다.

매우 높은 물질 분사 압력하에서 제3의 피스톤(1752)은 분배 챔버(1717)의 물질과 제조 챔버(1705) 내에 위치된 제트들 사이에 부가적인 장벽을 제공한다.

결론적으로, 바람직한 실시예들에서는 혼합되는 물질의 속도(화학 반응을 시작하기 위하여)는 유출 물질이 분배되는 속도와 분리될 수 있다. 실험에 의하면 물질은 분배 챔버(317) 내에 최대 20초 시간 동안 유지될 수 있다. 실시예들에 의하면 세척되는 것은 불필요하나 정상적으로 초당 50g의 속도로 유출 물질을 발생할 수 있는 장비를 사용하여 낮은 속도(예컨대, 초당 3g 이하)로 물질이 분배될 수 있다. 분배 속도가 낮으면 통상 낮은 압력의 시스템이 사용되는 것이 필요한 바, 이러한 시스템은 통상 최소 45초의 시스템 비가동 시간을 필요로 하는 세척 사이클에서 유기 용제를 사용한다. 이와 같이, 바람직한 실시예에 의하면, 유해한 세척 물질의 사용 필요성을 제거하며 동시에 비가동 시간을 감소시킨다. 이로써 통상 시간당 천개의 필터를 제조할 수 있는 통상의 설비에서 앞서 설명한 엔진 필터를 제조하는 산업에 효과적이다.

바람직한 실시예에서 분배 속도는 혼합 속도로부터 충분히 분리되며, 그러므로 유출 속도는 아주 신축적이다. 이와 같이, 유출 분배 챔버의 크기를 간단히 변형시킴으로써 하나의 기계가 많은 상이한 유출 흐름 속도를 제공할 수 있다.

바람직한 실시예의 다른 이점은 유출 포트(319)로부터 물질이 분배되는 압력은 제조 챔버(301) 내에서 형성되는 압력과 무관하다. 이와 같이, 일정한 환경하에서는 유출 포트(319)를 통하여 물질이 방출되는 압력은 포옴 형성 중에 제조 챔버(301) 내에서 형성되는 압력 보다 클 수 있다. 분배 챔버(317)에 의하여 형성되는 압력은 물질이 분배되면서 밸브들(502, 552)이 닫혀진 상태에 위치시 펌프들(103) 에 의하여 감지되지 않는다.

작동 중에 유출 분배챔버의 부피는 분배 피스톤(312)이 상승되는 범위가 조정될 수 있으면 효과적으로 변경가능하다.

유출 제어봉(321)에 의하여 물질이 필요하지 않을 경우 누출이 확실히 발생하지 않는다.

물질이 분배되는 속도를 조정할 수 있으므로 특정 분배 작동 동안에 분배된 속도가 제어되고 조정될 수 있는 기회를 제공한다. 이와 같이, 예컨대, 포옴 비드 제조시 비드의 일부는 자동적인 운동 속도를 감소시키는 대신 물질이 방출되는 속도를 증가시킴으로써 더 넓은 면적을 가질 수 있을 것이다. 이러한 더 큰 신축성에 의해 제조 속도를 증가시키며 로보트 작동에서 부여되는 기계적인 한계들을 감소시킬 수 있다.

표준적인 고압 시스템에서 혼합 헤드는 물질을 분사시 마다 개폐되는 것이 요구된다. 혼합의 시작과 종료는 제조 피스톤의 홈들의 단부들에 의하여 발생되는 굴곡 효과에 의하여 충돌 효과가 작은 상황을 발생한다. 이와 같이, 흐름의 시작과 종료가 부표준적이며 이로써 제조되는 제품이 거절되는 상황이 발생한다. 본 발명의 이러한 실시예에서 물질 제조 시작시 및 물질 제조 종료시 제조되는 물질은 유출 분배 챔버 내에서 같이 혼합되므로 유출 분배 챔버(317)로부터 방출된 물질은 실질적으로 균질하다. 또한, 혼합은 유출 제어봉(321)과 충돌하는 혼합물에 의하여 보조된다.

본 발명에 따르면, 표준적인 고압 혼합 헤드가 주기적인 보수가 요구되기 전 에 일정한 숫자의 사이클을 수행한다. 통상적으로, 혼합 헤드는 처리되는 물질의 유형에 따라 5천 내지 5십만 사이클을 수행할 것이다. 일정한 상황에서는 비교적 큰 부피의 발생을 위하여 비교적 단기의 활동성의 폭발이 필요하며 이로써 활동 수명이 단축될 것이다. 본 발명의 실시예에 의하면 각각의 활성화에 따라 더 많은 물질이 생성될 수 있고 유출 분배 챔버 내에서 임시적으로 유지될 수 있으면 제조 챔버의 활성화 숫자가 감소될 수 있다.

Claims (35)

1. 제1 화학 반응물과 제2 화학 반응물 사이의 화학 반응에 의하여 발생된 물질의 분배 장치로서:

   상기 물질을 생성하기 위하여 상기 제1 화학 반응물의 제트와 상기 제2 화학 반응물의 제트를 발생하고 상기 제트들이 충돌하도록 형성된 분사수단;

   상기 물질을 수용할 유입구, 상기 물질을 분배할 유출구, 및 상기 물질을 저장 챔버로부터 분배하도록 형성된 분배 피스톤을 갖으며, 상기 물질용 임시 저장 공간을 제공하도록 형성된 저장 챔버;

   상기 저장 챔버를 따라 상기 분배 피스톤의 위치 측정을 제공하도록 형성된 위치 검출 수단; 및

   물질이 유입구를 통해 상기 저장 챔버 내로 수용되면서 상기 물질이 유출구를 통해 배출되는 것을 방지하는 제1 위치와 상기 유출구를 통해 물질이 분배되는 제2 위치 사이에서 이동가능한 밀폐기구를 구비하는 분배 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 분배 피스톤은 상기 물질을 분배하는 속도를 제어하도록 형성된 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
4. 제 1항에 있어서, 저장된 물질의 정해진 부분이 분배되도록 상기 분배 피스톤의 이동을 제어하도록 형성된 제어 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
5. 삭제
6. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 물질을 분배하기 위한 분배 피스톤은 유압 유체에 의해 작용되는 제1 면; 및 상기 제1 면 보다 작으며 상기 물질에 작용하는 제2 면을 가지며, 이로써 상기 물질에 가해진 압력은 상기 피스톤에 가해진 압력 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 분배 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 제2 면은 상기 제1 면의 면적의 반 보다 작은 것을 특징으로 하는 분배 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 저장 챔버는 다수의 오리피스를 형성하는 벽을 가지며, 상기 분배 피스톤은 상기 오리피스를 통해 축적된 반응 물질을 압출하도록 형성된 것을 특징으로 하는 분배 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 오리피스들은 고체 물질층에 의해 밀폐되며, 유체 상태의 물질은 상기 유출구를 통해 분배되는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 물질층의 일부는 분배 작동 중에 규칙적으로 압출되는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
11. 제 8항에 있어서, 상기 오리피스들은 복수의 돌출 에지들을 가지는 벽에 형성되어 상기 오리피스를 통한 압출을 보조하는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
12. 제 8항에 있어서, 상기 오리피스들은 상기 챔버 내의 물질을 냉각하기 위한 냉각 수단을 구비한 벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
13. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀폐 기구는 상기 제 1 위치를 제공하기 위하여 상기 유출구로 이동가능하고 상기 제2 위치를 제공하기 위하여 상기 저장 챔버 내로 후퇴가능한 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 봉(rod)인 분배 장치.
14. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 제1 속도로 단속적으로 제조되며, 제2의 상이한 속도로 분배되는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
15. 제 14항에 있어서, 상기 제 1 속도는 제 2 속도 보다 높은 것을 특징으로 하는 분배 장치.
16. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분배 물질은 제1 화학 반응물로서의 디올과 제2 화학 반응물로서의 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄인 분배 장치.
17. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 물질 제조 동안에는 상기 밀폐기구를 상기 제1 위치에 위치시키고 이어서 분배 중에는 상기 제2 위치에 위치시키는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
18. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 물질 제조 동안에는 상기 밀폐기구를 상기 제1 위치에 위치시키고, 이어서 분배 중에는 상기 제2 위치에 위치시키도록 구성된 제1 작동 모드; 및

    제조 동안에 물질이 분배되도록 상기 물질의 제조 동안에 상기 밀폐기구를 상기 제2 위치에 위치시키도록 구성된 제2 작동 모드를 가지는 분배 장치.
19. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 프로그램가능한 제어 시스템으로부터 명령 지시를 수신하기 위한 입력 인터페이스 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
20. 제 1항, 제 3항, 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 수단은 상기 반응을 제어하기 위한 피스톤을 가지는 제조 챔버에서 상기 제트들이 충돌하도록 배치되고, 상기 물질은 제3의 피스톤에 의해 밀폐가능한 통로를 통하여 상기 제조 챔버로부터 상기 저장 챔버에서 수용되는 것을 특징으로 하는 분배 장치.
21. 제1 화학반응물과 제2 화학반응물 사이의 화학 반응에 의하여 제조된 물질의 분배 방법으로서:

    상기 물질을 생성하기 위하여 제트들이 충돌하도록 상기 제1 화학반응물의 제트와 상기 제2 화학반응물의 제트를 분사하는 단계;

    상기 물질을 수용하기 위한 유입구와 상기 물질을 분배하기 위한 유출구를 가진 챔버에 상기 물질을 임시로 저장하는 단계;

    상기 물질이 상기 유출구를 통해 배출되는 것을 방지하는 제1 위치와, 상기 유출구를 통해 상기 물질이 분배되는 것이 허용되는 제2 위치 사이에서 밀폐기구를 이동시키는 단계;

    상기 물질을 상기 저장 챔버로부터 상기 유출구를 통하여 분배하기 위해서 상기 저장 챔버 내에서 분배 피스톤을 이동시키는 단계; 및

    상기 저장 챔버를 따라 상기 분배 피스톤의 위치 측정을 제공하도록 상기 분배 피스톤의 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
22. 삭제
23. 제 21항에 있어서, 상기 피스톤이 상기 물질을 분배하는 속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
24. 제 21항에 있어서, 상기 피스톤의 운동은 상기 저장 물질의 정해진 부분이 분배되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
25. 제 21항, 제 23항, 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물질을 분배하기 위한 상기 피스톤은 유압 유체에 의해 작용되는 제1면과, 상기 제1면 보다 작으며 상기 물질에 작용하는 제2면을 가지며, 이로써 상기 피스톤에 가해진 유압 보다 더 큰 압력이 상기 물질에 가해지는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
26. 제 25항에 있어서, 상기 제2면은 제1면의 면적의 반 보다 작은 것을 특징으로 하는 분배 방법.
27. 제 26항에 있어서, 상기 저장 챔버는 복수의 오리피스를 규정하는 벽을 가지며, 상기 피스톤은 상기 오리피스를 통하여 축적된 반응 물질을 압출하도록 사용되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
28. 제 27항에 있어서, 상기 오리피스들은 고체 물질층에 의해 밀폐되며, 유체 상태의 물질은 상기 유출구를 통해 분배되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
29. 제 28항에 있어서, 상기 물질층의 일부는 분배 작동 중에 규칙적으로 압출되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
30. 제 21항, 제 23항, 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 물질은 제1 속도로 제조되며, 상기 물질은 제2의 상이한 속도로 분배되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
31. 제 30항에 있어서, 상기 제1 속도는 제2 속도 보다 높은 것을 특징으로 하는 분배 방법.
32. 제 21항, 제 23항, 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 분배된 물질은 제1 화학 반응물로서의 디올과 제2 화학 반응물로서의 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 분배 방법.
33. 제 21항, 제 23항, 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 물질 제조 동안에는 상기 밀폐기구는 상기 제1 위치에 위치시키고 이어서 분배 중에는 상기 제2 위치에 위치되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
34. 제 21항, 제 23항, 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 물질 제조 동안에는 상기 밀폐기구를 상기 제1 위치에 위치시키고, 이어서 분배 중에는 상기 밀폐기구를 상기 제2 위치에 위치시키는 제1 작동 모드; 및

    제조 동안에 물질이 분배되도록 상기 물질의 제조 동안에 상기 밀폐기구를 상기 제2 위치에 위치시키는 제2 작동 모드에서 물질이 분배되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.
35. 제 21항, 제 23항, 제 24항 중의 어느 한 항에 있어서, 프로그램가능한 제어 시스템의 입력 인터페이스에서 명령 지시가 수신되는 것을 특징으로 하는 분배 방법.

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