JP2009052531A - 高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ機能により定量吐出される成分液を冷却用に循環させる場合に、専用のポンプを用いることなく、簡易な構成で実現し、成分液に含まれる発泡剤のガス化を防止する。
【解決手段】マグネットカップリング構造を有する定量高圧ポンプにおいて、駆動軸４と連結される連結部８ｂと、連結部８ｂに隣接して配置され、ローター外空間部９と連通するローター内第１空間部８ｄと、連結部８ｂ内に形成されるローター内第２空間部と、ローター内第１空間部とローター内第２空間部である連通孔８ｆの間に配置される羽根８ｇと、を備え、インナーローター８の回転により羽根８ｇを回転させることで負圧を発生させ、ローター内第１空間部８ｄの成分液をローター内第２空間部を経由してインナーローター外へ排出させることで、前記成分液導入空間部から前記パイプを介して導入した成分液を循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧ウレタン発泡用に使用され、ピストンを有するシリンダブロックを駆動するためのマグネットカップリング構造を有する定量高圧ポンプに関するものである。

高圧ウレタン発泡用に成分液を定量供給するために定量高圧ポンプが用いられている。ウレタンフォームの製造は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを混合することで得られた原液を発泡することで行なわれている。ここで、ポリオール成分（成分液に相当）を定量供給するために定量高圧ポンプを使用しているが、成分液が外部に漏れないようにするために、マグネットカップリング構造を利用したポンプ駆動が行なわれている。

上記高圧ポンプとして、ピストンポンプが用いられており、複数のピストンを有するシリンダブロックを駆動することで吸引部から吸引した成分液を吐出部から定量吐出させている。シリンダブロックの駆動は、電動機により回転駆動される駆動軸により行なわれる。ここで、この駆動軸を回転駆動するためにマグネットカップリング構造が採用されている。

マグネットカップリング構造は、インナーローターとアウターローターとこれらを空間的に遮断するローターケーシングを備えている。アウターローターを電動機により駆動させることで、マグネットの磁力によりインナーローターを回転させ駆動軸を回転駆動させることができる。ローター間を空間的に完全に遮断できることから、成分液の漏液を確実に行なうことができるという利点を有する。

一方、このような構造を採用することで、インナーローターなどが熱を帯びるために冷却する必要がある。また、ローターケーシングも通常は金属製であり、渦電流の発生により発熱する。これらの冷却を行なうために、定量吐出される成分液の一部をローターケーシングの内部へ導入するようにしている。

しかしながら、上記のように成分液そのものを冷却に使用する構成には、次のような問題点が存在する。インナーローターやローターケーシングの発熱に伴い、インナーローターの近傍の成分液（内封液）を加熱させることになる。成分液としてのポリオール成分には、発泡剤が含まれており、この発泡剤の沸点は４０℃程度であることから、これがガス化してポンプ内に滞留する。このガス化した発泡剤を吸引すると、定量性の低下やポンプの破損を引き起こす可能性がある。

また、加熱された成分液が吐出部から吐出される成分液に混入すると、吐出される成分液の温度が上昇して、ウレタン発泡の反応性が変化し、正常な発泡成型が行なわれなくなる。また、インナーローターの発熱や蓄熱に伴い、磁力低下が発生し、これに起因する脱調によりマグネットカップリングによる正常な駆動伝達が行なわれなくなる。そのために、所望のポンプ回転数を維持することができず、定量吐出を達成できなくなる恐れがある。

かかる問題に対処するためには、インナーローターの近傍を冷却するために、成分液が循環する経路を設ければよいが、循環させるためには別途循環ポンプを設ける必要があり、コストアップの要因となる。また、別途循環ポンプを設けると、その場所における成分液の漏液対策を考慮しなければならず、マグネットカップリングを設けて密閉させた効果が半減するという問題も新たに生じる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、ポンプ機能により定量吐出される成分液を冷却用に循環させる場合に、専用のポンプを用いることなく、簡易な構成で実現し、成分液に含まれる発泡剤のガス化を防止することのできる高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプを提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプは、
高圧ウレタン発泡用に使用され、ピストンを有するシリンダブロックを駆動するためのマグネットカップリング構造を有する定量高圧ポンプにおいて、
高圧ウレタン発泡用の成分液を吸引する吸引部と、
高圧ウレタン発泡用の成分液を吐出する吐出部と、
吸引部から吸引した成分液を吐出部から定量吐出させるための前記シリンダブロックと、
シリンダブロックが収容されるブロック空間部と、
シリンダブロックを駆動するための駆動軸と、
吸引部へ成分液を導くための成分液導入空間部と、
駆動軸と一体的に結合されたインナーローターと、
このインナーローターの外周に配置され電動機により回転駆動されるアウターローターと、
インナーローターとアウターローターの間に配置され、両者を空間的に遮断するローターケーシングと、
ローターケーシングとインナーローターの外周の間に形成されるローター外空間部に成分液導入空間部からの成分液を導くためのパイプと、を備え、
前記インナーローターは、
前記駆動軸と連結される連結部と、
連結部に隣接して配置され、前記ローター外空間部と連通するローター内第１空間部と、
前記連結部内に形成されるローター内第２空間部と、
ローター内第１空間部とローター内第２空間部の間に配置される負圧発生部材と、を備え、
インナーローターの回転により負圧発生部材を回転させることで負圧を発生させ、ローター内第１空間部の成分液をローター内第２空間部を経由してインナーローター外へ排出させることで、前記成分液導入空間部から前記パイプを介して導入した成分液を循環させるように構成したことを特徴とするものである。

かかる構成を有する高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプの作用・効果を説明する。成分液を定量吐出する場合は、シリンダブロックを駆動し、吸引部から成分液を吸引して、吐出部から定量の成分液を吐出させる。シリンダブロックは駆動軸により駆動されるが、この駆動軸を回転駆動するために、マグネットカップリング構造を採用する。電動機によりアウターローターを回転駆動することで、磁力の作用によりインナーローターを回転駆動させ、駆動軸が回転する。アウターローターとインナーローターに間には、ローターケーシングが配置されているため、成分液がもれてくることを防止することができる。

冷却用の成分液は、成分液導入空間部からパイプを介して導入され、ローターケーシングとインナーローターの外周の間の空間部を通り、インナーローターのローター内第１空間部へ導かれる。また、インナーローター内には、ローター内第１空間部とローター内第２空間部が隣接配置され、両者の間に負圧発生部材が配置されている。インナーローターが回転すると、負圧発生部材の作用により、ローター内第１空間部の成分液は、ローター内第２空間部を通って、インナーローター外部へと排出させる。排出された成分液は、駆動軸の軸受などを通り、シリンダブロックが収容されるブロック空間部へと移動する。従って、インナーローターが回転することで、ローター内第１空間部に負圧が発生し、成分液導入空間部から成分液を吸引する力が発生し、連続的に成分液を循環させることができる。これにより、成分液の温度が上昇することを抑制することができる。また、専用ポンプを用いることなく、成分液をパイプへと吸引させることができ、コストダウンに寄与することができる。その結果、ポンプ機能により定量吐出される成分液を冷却用に循環させる場合に、専用のポンプを用いることなく、簡易な構成で実現し、成分液に含まれる発泡剤のガス化を防止することのできる高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプを提供することができる。

本発明において、インナーローターの外周に成分液を案内するための螺旋溝が形成されていることが好ましい。

インナーローターの外周に形成されるローター外空間部は、成分液を通すことを考えれば大きな隙間にすることが好ましいが、磁力の発生の点を考慮すれば、狭いほうが好ましい。そこで、インナーローター外周に螺旋溝を形成することで、成分液を通過する空間と磁力の発生の両方の要求を満たすことができる。

本発明において、前記負圧発生部材は、インナーローターの回転軸を中心に回転する羽根であることが好ましい。

かかる羽根を設けて回転させることにより、ローター内第１空間部内に負圧を発生させることができ、成分液の連続的な流れを創出することができる。

本発明において、前記ローター内第２空間部は、駆動軸の外周に沿って配置される多数の連通孔により構成されることが好ましい。

このローター内第２空間部は、連結部に形成されるものであるが、上記多数の連通孔を形成することで、駆動軸を連結するという連結部としての機能を保持しつつ、成分液をインナーローターの外部へ排出させる機能も持たせることができる。

本発明に係る高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプの好適な実施形態を図面を用いて説明する。高圧ウレタン発泡においてウレタンフォームを製造するために、ポリオール成分とポリイソシアネート成分を混合する必要があるが、本発明に係る定量高圧ポンプは、例えば、ポリオール成分を定量供給するために使用される。ポリオール成分は、ポリオールと発泡剤から構成されており、沸点が４０℃程度の発泡剤が加熱によりガス化しないようにする必要がある。

＜構成＞
図１は、定量高圧ポンプの構成を示す断面図である。定量高圧ポンプは、大きく分けてポンプ主要部Ａとマグネットカップリング部Ｂとから構成されている。ポンプのタイプは、ピストンポンプである。ポンプ主要部Ａ自体の構造は、公知の構造のものを使用することができる。

第１本体部１に成分液入口部１ａが設けられており、成分液がポンプ内に導入される。第２本体部２に成分液出口部２ａが設けられており、定量の成分液がポンプ外に排出される。第１本体部１の内部には、成分液導入空間部１ｂが形成されている。第２本体部２の内部には、シリンダブロック３を収容するためのブロック空間部２ｂが形成されている。成分液導入空間部１ｂやブロック空間部２ｂの内部は、成分液により満たされている。

シリンダブロック３は、多数のピストンが設けられており、吸引部２ｃから成分液を吸引し、吐出部２ｄから定量の成分液を吐出させる。吐出部２ｄから吐出された成分液は、内部通路２ｅを通って成分液出口部２ａからポンプ外に排出される。シリンダブロック３を駆動するための駆動軸４が、シリンダブロック３と同軸上に設けられている。駆動軸４は、大径部４ａと小径部４ｂとが同軸に連結された構成を有している。大径部４ａは、シリンダー駆動部４ｃと一体に結合されており、このシリンダー駆動部４ｃが回転されることで、シリンダブロック３内のピストンを駆動することができる。大径部４ａは、第２本体部２に対して３つの軸受５により支持されている。

次に、駆動軸４を回転駆動するためのマグネットカップリング構造について説明する。まず、駆動源としての電動機６が設けられており、駆動伝達用として電動軸６ａが設けられている。この電動軸６ａにはアウターローター７が圧入などの方法により固着されており、その内面部には磁石７ａ（永久磁石又は電磁石）が配設されている。

駆動軸４には、インナーローター８が圧入などの方法により、固着されている。インナーローター８の外面部には磁石８ａが配設されている。インナーローター７とアウターローター８の磁石７ａ，８ａは、ちょうど向かい合う位置関係にある。インナーローター８は連結部８ｂと、磁石保持部８ｃと、ローター内第１空間部８ｄとを備えている。連結部８ｂと磁石保持部８ｃは一体形成されており、磁石保持部８ｃの外面部に磁石８ａが装着される。

連結部８ｂが駆動軸４の小径部４ｂに圧入などの方法により固着される。連結部８ｂの外周部の外径寸法よりも、磁石保持部８ｃの外周部の外径のほうが大きくなるように設定されており、両者の間に段部８ｅが形成される。磁石保持部８ｃの内部空間は、ローター内第１空間部８ｄとして機能し、冷却用の成分液が導入される空間となる。ローター内第１空間部８ｄの内径寸法は、駆動軸４の小径部４ｂの直径よりも大きくなるように設定される。

連結部８ｂの内部には、ローター内第２空間部として機能する連通孔８ｆが円周方向に沿って等間隔に配置されている。図２は、連結部８ｂを図１の左側からみた平面図を示す。連結部８ｂの中心には駆動軸４の小径部４ｂが連結されており、その周囲に、６つの連通孔８ｆが配置される。この連通孔８ｆの配置個数、配列ピッチ、断面形状、等間隔にするか否かなどは適宜決めることができる。また、連通孔８ｆの内径は入口側と出口側とで異ならせてもよい。このような連通孔８ｆを設けることで、成分液をインナーローター８の外部へ排出させる機能を持たせることができると共に、駆動軸４を連結する機能（強度）も持たせることができる。

また、連通孔８ｆ（ローター内第２空間部）とローター内第１空間部８ｄの間には、羽根８ｇ（負圧発生部材に相当）が配置される。この羽根８ｇを図１の右側からの軸方向視の形状を図３に示す。図３に示すように、円周方向に沿って羽根８ｇが等間隔で６枚配置されている。この羽根８ｇと羽根８ｇの間に連通孔８ｆが位置する関係にある。ただし、本発明として、羽根８ｇの枚数は適宜設定できるものであり、連通孔８ｆの数と一致させる必要はない。また、連通孔８ｆと羽根８ｇの円周方向の位相関係は、図３に示す構成以外であってもよい。

連通孔８ｆは、図１に示すように直線部分８ｆ１を有しており、羽根８ｇの裏側の空間８ｆ２とつながっている。羽根８ｇの裏側の空間８ｆ２は、図１に示すように、インナーローター８の回転軸に対して斜めになっており、羽根８ｇ群の中心に形成された丸孔とつながっている。このような傾斜した空間８ｆ２を設けることで、遠心力の作用により丸孔から連通孔８の直線部分８ｆ１へと成分液を導くことができる。また、羽根８ｇが回転することで、ローター内第１空間部８ｄに積極的に負圧を発生させることができ、成分液の流れを創出することができる。

インナーローター８の磁石８ａの表面と、アウターローター７の磁石７ａの表面の間にはローターケーシング９が配置されており、アウターローター７とインナーローター８とを空間的に完全に遮断している。インナーローター８とアウターローター７とは、磁力をできるだけかせぐために、できるだけ近接させる必要がある。インナーローター８の磁石８ａ表面と、ローターケーシング９の内壁面との間の隙間は、成分液を通すためのローター外空間部として機能する。

連結具１０は、電動機６とポンプ主要部Ａとを連結するための部材である。連結具１０にはフランジ部１０ａが形成されており、電動機６の取り付け部として機能する。ローターケーシング９にもフランジ部９ｂが形成されており、連結具１０の内面部１０ｂに取り付けられている。連結具１０のフランジ部１０ａが設けられている側とは反対側の端部に取り付け部９ｃが設けられており、第２本体部２に結合される。これらローターケーシング９及び連結具１０の構成により、成分液が完全に漏れてこないように封止することができる。

連結具１０の取り付け部１０ｃの側には、成分液を通すための内部通路１０ｄが形成されている。成分液導入空間部１ｂの側部には、パイプ１１を接続するための接続部１ｃが設けられており、パイプ１１の他端は、連結具１０の接続部１０ｅに接続されている。

連結具１０に形成された内部通路１０ｄと、貫通孔８ｆの出口側の空間部とを遮蔽するために隔壁１２が設けられている。これにより、成分液導入空間部１ｂ内の成分液をインナーローター８の方向へ導く循環経路が形成される。

＜動作＞
次に、図１に示す定量高圧ポンプの動作について説明する。電動機６を駆動すると、アウターローター７が回転駆動される。アウターローター７の磁石７ａとインナーローター８の磁石８ａの作用により、インナーローター８が回転駆動され、これと一体の駆動軸４も回転する。これにより、シリンダブロック３が駆動し、吸引部２ｃから成分液を吸引し、吐出部２ｄから定量吐出される。

一方、インナーローター８が回転駆動されることで、羽根８ｇも同様に回転し、遠心力の作用によりローター内空間部８ｄ内の成分液が連通孔８ｆ内に吸引され、インナーローター８の外部に排出される。連通孔８ｆの出口側から排出した成分液は、軸受５の部分を伝達し、ブロック空間部２ｂや成分液導入空間部１の方向に移動する。

羽根８ｇの回転により成分液が吸引されるために負圧が発生し、成分液導入空間部１ｂからパイプ１１を介して成分液を吸引する力が作用する。パイプ１１内に導入された成分液は、連結具１０内の内部通路１０ｄ、ローター外空間部９ａを通り、インナーローター８のローター内第１空間部８ｄ内へと導かれる。従って、負圧が発生し続ける限り、パイプ１１を介しての成分液の導入（循環）を連続的に行なうことができる。

インナーローター８が回転することや、ローターケーシング９に発生する渦電流などにより、熱が発生し、これが成分液を加熱させる原因となるが、羽根８ｇや連通孔８ｆを設けることで成分液を積極的に循環させることで、加熱された成分液が同じ場所に滞留することがなく、必要以上に加熱されてしまうことを防止することができる。従って、成分液に含まれる発泡剤の沸点以上に成分液が加熱されてガス化されるという問題をなくすことができ、安定して定量吐出を行なうことができる。また、気泡の発生によるポンプの故障などもなくすことができる。また、専用のポンプを使用しなくても、成分液をインナーローター８の方向に吸引することができ、コストダウンを図ることができる。

＜別実施形態＞
図２は、インナーローター８の別実施形態の構成を示す図である。この実施形態では、磁石８ａの表面に螺旋溝８ｇを形成している。ローター外空間部９ａの隙間寸法はできるだけ小さいほうが好ましいが、あまり狭くすると成分液が流れにくくなる。そこで、図４に示すように螺旋溝８ｇを形成することで、成分液の流通性も確保することができる。

本発明において対象となる成分液については、発泡剤の種類など、特定のものに限定されるものではない。また、本発明はポリオール成分の定量供給だけでなく、ポリイソシアネート成分の定量供給の場合にも適用できるものである。

定量高圧ポンプの構成を示す断面図 連通孔の形状を示す平面図 羽根の形状を示す平面図 別実施形態にかかるインナーローターの構成を示す図

符号の説明

１ｂ 成分液導入空間部
２ｂ ブロック空間部
２ｃ 吸引部
２ｄ 吐出部
３ シリンダブロック
４ 駆動軸
５ 軸受
６ 電動機
７ アウターローター
７ａ 磁石
８ インナーローター
８ａ 磁石
８ｂ 連結部第１空間部
８ｆ 連通孔
８ｆ１ 直線部分
８ｆ２ 空間
８ｇ 羽根
９ ローターケーシング
９ａ ローター外空間部
１１ パイプ

Claims (4)

1. 高圧ウレタン発泡用に使用され、ピストンを有するシリンダブロックを駆動するためのマグネットカップリング構造を有する定量高圧ポンプにおいて、
   高圧ウレタン発泡用の成分液を吸引する吸引部と、
   高圧ウレタン発泡用の成分液を吐出する吐出部と、
   吸引部から吸引した成分液を吐出部から定量吐出させるための前記シリンダブロックと、
   シリンダブロックが収容されるブロック空間部と、
   シリンダブロックを駆動するための駆動軸と、
   吸引部へ成分液を導くための成分液導入空間部と、
   駆動軸と一体的に結合されたインナーローターと、
   このインナーローターの外周に配置され電動機により回転駆動されるアウターローターと、
   インナーローターとアウターローターの間に配置され、両者を空間的に遮断するローターケーシングと、
   ローターケーシングとインナーローターの外周の間に形成されるローター外空間部に成分液導入空間部からの成分液を導くためのパイプと、を備え、
   前記インナーローターは、
   前記駆動軸と連結される連結部と、
   連結部に隣接して配置され、前記ローター外空間部と連通するローター内第１空間部と、
   前記連結部内に形成されるローター内第２空間部と、
   ローター内第１空間部とローター内第２空間部の間に配置される負圧発生部材と、を備え、
   インナーローターの回転により負圧発生部材を回転させることで負圧を発生させ、ローター内第１空間部の成分液をローター内第２空間部を経由してインナーローター外へ排出させることで、前記成分液導入空間部から前記パイプを介して導入した成分液を循環させるように構成したことを特徴とする高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプ。
2. インナーローターの外周に成分液を案内するための螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプ。
3. 前記負圧発生部材は、インナーローターの回転軸を中心に回転する羽根であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプ。
4. 前記ローター内第２空間部は、駆動軸の外周に沿って配置される多数の連通孔により構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高圧ウレタン発泡用の定量高圧ポンプ。

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