JP2000043081A - 射出プロセスによるポリウレタン成形品の製造方法及び装置 - Google Patents

射出プロセスによるポリウレタン成形品の製造方法及び装置

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JP2000043081A
JP2000043081A JP11212099A JP21209999A JP2000043081A JP 2000043081 A JP2000043081 A JP 2000043081A JP 11212099 A JP11212099 A JP 11212099A JP 21209999 A JP21209999 A JP 21209999A JP 2000043081 A JP2000043081 A JP 2000043081A
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metering pump
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Hans-Michael Sulzbach
ハンス−ミヒヤエル・ズルツバツハ
Ferdinand Althausen
フエルデイナンド・アルトハウゼン
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Hennecke GmbH
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Hennecke GmbH
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 計量部構成要素をコンディショニングするこ
とにより、反応成分で充填された計量ポンプの計量要素
の容積である内容物容積を全操業時間にわたって一定と
し、無欠陥な成形品の製造を確実にする。 【解決手段】 イソシアネート若しくはポリオール成分
を射出時間中には計量部構成要素52とハウジング57
からなる計量ポンプ6を備えた混合器内に計量投入し、
イソシアネート若しくはポリオール成分をあき時間中に
は循環し、計量ポンプ6の上流に存る予圧ポンプを全操
業中稼働すると共に、計量時間中に計量ポンプ6が要求
するよりも大きな過剰量のイソシアネート若しくはポリ
オール成分を搬送し、その一部を全操業時間中にわたっ
て計量ポンプ6の計量構成要素52とハウジング57と
の間に形成される中間空間58を通して循環する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも1種の
イソシアネート成分及び少なくとも1種のポリオール成
分を同時に計量して混合器内に投入し、これら成分の所
定量を射出時間(shot time)中に互いに混合し、次いで
この混合物を金型に注入する射出プロセスによるポリウ
レタン成形品の製造方法並びに装置に関し、その際、該
成分のうちの少なくとも1種は前記射出時間中には計量
部構成要素を有する計量ポンプを経て該混合器内に計量
投入され、あき時間中には循環される。
【0002】
【従来の技術】このようなプロセスにおいて、反応成分
がコンディショニングされた状態で混合作業位置に到着
し、かつ配管システム自体もコンディショニングされる
ような措置がなされることは一般に公知であり、そうし
てこそ無欠陥の成形品が製造可能となる。当初から全操
業期間を通して反応成分及びシステムの温度を一定に保
つこと並びに該射出時間中及び直前において一定かつ再
現性良く圧力を維持することはコンディショニングにと
って重要である。
【0003】操業中の圧力変化に起因してラインシステ
ム内に容積変化が起こったとき、これらは該システムの
「呼吸」(breathing) と呼ばれる。しかしながら容積は
またその熱的膨張にも依存する。温度条件を維持するこ
とは、長めのあき時間若しくは操業停止期間において大
きな問題を提起する。比較的小さな要求度のもとで成形
品を製造するには、ギヤーポンプ若しくはスパイラルポ
ンプが計量器として使用される。より高精度の成形品を
製造するためには、高速計量往復型ポンプ、例えば直列
往復型ポンプ又はアキシアル若しくはラジアル往復型ポ
ンプを使用するのが肝要である。粘性がありかつ充填剤
を含む反応成分には往復型計量器が使用される。突出ピ
ストンを備えた混練頭部は、特に混合器として使用され
る。このようなプロセスによれば、製造プロセスは従来
半自動式若しくは完全自動式に制御され、その際、製造
装置の中央制御器は、予圧ポンプ、供給ポンプ、計量ポ
ンプ若しくは場合により往復型計量器のようなポンプに
作用し、かつまた遮断弁、場合により絞り弁及び逆転弁
のような弁に作用し、そしてまた場合により混合器の制
御ピストン若しくはジェットニードルに作用する。この
ような装置は一般に、設備の計量及び混合部構成要素で
あって、これら要素には数個の金型を運ぶ要素、例えば
円形テーブルも付属している。中央制御器は全設備に関
する任務を負うこともできるが、或いはまたこの第1の
制御器に連結された第2の制御器が該金型を運ぶ要素用
に設けられる。(一般的事項に関してはKunststoff Han
dbuch(Plastics Handbook)、第7巻、"Polyurethane
(Polyurethanes)"、Carl Hanser-Verlag、Munich/Vienn
a 、1983年、 121〜168 頁参照)。
【0004】従って、該製造装置をコンディショニング
するとき、該計量ポンプのコンディショニングは従来考
慮されてはいなかった。一般に該計量ポンプは、例えば
数個のピストン及びシリンダーを備えたアキシアル往復
型計量ポンプのような内蔵計量部構成要素を有する。こ
の内蔵計量部構成要素はポンプハウジングで囲まれてお
り、ここで該ハウジングと該計量部構成要素との間には
中間空間が存在していて、漏れ出た液体を集める。それ
自体安定な構造を持つ該計量ポンプ若しくはその計量部
構成要素は同じく温度の影響を受けることが判明した。
該被温度制御反応成分は、計量中内部からの温度に関し
て該計量部構成要素に影響を及ぼすが、外側に向かって
は、変動する周囲温度に依存する温度勾配が存在する。
これに関連して該ポンプの内部加熱もまた悪影響を及ぼ
す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、該計
量部構成要素をコンディショニングすることにより、該
反応成分で充填された該計量ポンプの計量部構成要素の
容積である内容物容積を全操業時間にわたって一定とな
し、こうして無欠陥な成形品の製造を確実にすることに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本新発明の趣旨を明解に
するため該反応成分のうちの1種についてのみ以下に記
載する。本発明において、該計量ポンプの上流に存る予
圧ポンプは全操業時間中にわたり稼働すると共に、該計
量時間中には該計量ポンプにより要求されるよりも大き
な量の該成分を搬送する。利用可能な該成分の一部は全
操業時間中にわたり該計量ポンプの該計量部構成要素と
該ハウジングとの間に形成される中間空間を通して循環
される。その結果、実際の該計量部構成要素は、被計量
成分内容物部分により内側からのみならず外側からも該
操業温度に保持される。時間に依る圧力差異により惹起
される、該計量ポンプの計量容積の「呼吸」もまた、そ
の結果起こる容積変動は極く小さいか、若しくは無視可
能ではあるが、抑制される。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明から種々の操業工程の可能
性が生まれる。本発明の方法の好ましい実施態様によれ
ば、該計量時間中、該あき時間中に比較してより小量
の、該予圧ポンプにより利用可能な該成分が前記計量ポ
ンプ内の前記中間空間を通して循環される。該利用可能
な成分の一部は、該計量ポンプを過ぎて位置するバイパ
スループ内を循環される。この変形プロセスが特に有利
である理由は、操業工程に依り、該予圧ポンプにより供
給される成分の過剰量がこのバイパスを介して少なくと
も部分的に、場合により臨時的に、即ちあき時間中に還
流循環されることができることであり、このことは殊に
計量若しくは射出時間中における各種パラメータの安定
性に良い影響を与える。
【0008】本発明の別の実施態様によれば、該利用可
能な成分の全量を該あき時間に該ハウジングの該中間空
間を通して供給するが有利であろう。そのような場合、
該バイパス配管内の成分供給は不必要となろう。好まし
くは該計量ポンプは該計量時間中にのみ稼働する。この
ことは省エネルギーの利点があり、また該計量ポンプへ
接続するラインシステムが、該計量ポンプを通る該成分
又は該成分の作用性含有物の循環により射出以前に全く
コンディショニングされるが故に可能となる。別法とし
て、該計量ポンプは全操業時間中連続的に稼働し、逆転
弁は計量作業の開始時に逆転され、次いで以前の還流位
置から該混合器内へと開く。しかしながらこの場合、該
計量ポンプは常時稼働しているので摩耗の増大に曝され
ている。
【0009】少なくとも1種のイソシアネート成分及び
少なくとも1種のポリオール成分から金型内でポリウレ
タン成形品を所謂射出プロセスにより製造する新装置
は、該各成分について a)貯蔵槽、 b)該貯蔵槽から発し、計量器と逆転弁とを介して混合
器へ通じる、この計量器のうちの少なくとも1基が計量
ポンプからなる供給用配管、 c)該逆転弁から発して該貯蔵槽へ戻る循環用配管、こ
こで、 d)該計量ポンプは該射出時間中に該逆転弁を介して該
混合器へ接続され、かつ該混合器からの金型向け下流並
びに弁及びポンプ調節用制御器、からなる。本発明の改
良点はさらに、 e)稼働時間中に連続的に稼働する予圧ポンプは該計量
ポンプの上流に配置され、 f)該計量ポンプへ通じる該供給用配管の分岐管は、該
計量部構成要素を囲む、該ハウジングの該中間空間内に
導かれると共にこのハウジングから還流用配管へ合流す
ることからなる。
【0010】本発明における暗黙裏の要件は、従来通
り、遮断若しくは絞り弁は場合に応じて重要なライン内
に設置されていて、可能な限り多数の若しくは全ての上
述のプロセス変形がこの新装置で遂行可能であることで
ある。ここではラインシステムは最大の処理量を得るよ
うに設計が可能であり、調節可能な絞り弁はこのプロセ
スを最適化する役割りを果たす。遮断及び絞り弁は要求
に応じて手動で調節可能である。しかし、好ましくは個
々の逐次プロセス段階の順序を表す所定のプログラムに
したがって、該装置を始動時、及びその後の制御装置に
よる自動操業を通じて製造プロセスの自動化のために調
整するのが通例である。同様な仕方で、ポンプ類及び場
合により該混合器の制御ピストンは、制御器により制御
可能なように接続される。本発明の新装置の好ましい実
施態様によれば、該計量ポンプをバイパスするバイパス
配管が、該計量ポンプへ通じる該供給用配管から分岐し
てから再び該供給用配管へ合流する。また、遮断弁及び
/若しくは絞り弁は好ましくは、上述のプロセス段階を
選択するための実施態様の役割をも果たす。
【0011】一般に公知のように、該計量ポンプは好ま
しくはギヤーポンプ、スパイラルポンプ又は高速アキシ
アル往復型ポンプ若しくはラジアル往復型ポンプからな
る。重要なのは、該計量ポンプはハウジングで囲まれて
いる計量部構成要素を有し、形成された中間空間には該
分岐管の供給流及び排出流が湛えられていることであ
る。従来型の計量ポンプにはこのような中間空間は漏れ
出た液体を集めるスペースとして存在し、ドレン開口部
が備えられている。この機能は従って転換可能である。
該ポンプの新しいコンディショニング概念を追及するに
あたり、その用途用にハウジングを有する公知の往復型
計量器を提供することもまた可能であろうし、そうすれ
ば実質的にピストン及びシリンダーからなる該往復型計
量器は、ハウジングで囲まれると共に該分岐管用の供給
物及び排出物を湛えた中間空間を残した計量部構成要素
を形成する。しかしながら技術的に全く有利かつ可能な
この実施態様はコスト上の理由で恐らく実現を拒否され
るであろう。
【0012】以下、本発明の新装置を純図式的に図面上
に示し、より詳細に説明する。この新装置は、可能なか
ぎり多数のプロセス変形に従って操業可能なようにここ
では構成されている。
【0013】図1は全製造装置の模式的な流れ図であ
る。図2は計量ポンプの詳細な拡大断面図である。図中
では可能な限りこれら両図に共通な特徴部分について同
一の参照符号を使用した。図1で、供給用配管3は、温
度制御器1に接続された成分A(例えばイソシアネー
ト)用の貯蔵槽2から予圧ポンプ4を経、さらに逆止め
弁5を経て計量ポンプ6(図2参照)に至る。計量ポン
プ6からは、逆止め弁8を含む供給用配管7が、混合器
9の直ぐ上流側に配置されると共に三方弁として構築さ
れた逆転弁10に至る。逆転弁10からは循環用配管1
1が貯蔵槽2へ帰着する。供給用配管3からは、計量ポ
ンプ6をバイパスすると共に遮断弁12を有するバイパ
ス管13が逆止め弁5と計量ポンプ6との間で分岐し、
管7に合流する。さらに分岐管14は計量ポンプ6(図
2参照)の上流で分岐し、計量ポンプ6の計量部構成要
素52とハウジング57との間に形成された中間空間5
8へ達し、ここから圧力リリーフ弁15を備えた還流用
配管16を経て循環用配管11に至る。別のバイパス管
17は、逆止め弁8の下流で供給用配管7から分岐し、
遮断弁18を経て循環用配管11に合流する。予圧ポン
プ4、計量ポンプ6及び逆転弁10はパルス線19、2
0、21を介して制御器22に接続されている。さらな
るパルス線23、24は制御器22をそれぞれ遮断弁1
2及び遮断弁18に接続する。金型(図示せず)は混合
器9の流出口25へ指定されている。
【0014】成分B(例えばポリオール)は同様に、温
度制御器26を備えた貯蔵槽27内に貯蔵されている。
供給用配管28は貯蔵槽27から供給ポンプ29及び逆
止め弁30を経て、計量ピストン32を備えた油圧作動
式往復型計量器31に至る。供給用配管33は往復型計
量器31から調節可能な逆止め弁34を経て、混合器9
の上流に配置されると共に構造的に逆転弁10に相当す
る逆転弁35に至る。バイパス管36は供給用配管33
から遮断弁37を経て循環用配管38に至り、循環用配
管38は逆転弁35から貯蔵槽27に至る。制御器22
はパルス線39、40、41、42を介してそれぞれ供
給ポンプ29、往復型計量器31、逆転弁35及び遮断
弁37に接続されている。
【0015】図2で、計量ポンプ6は、カプセル51に
より囲まれると共に、ローター上に数個の計量ピストン
54が配置された計量部構成要素52からなる。供給用
配管3はこの計量部構成要素52の吸込室55に合流
し、そして計量時間中には計量ピストン54が圧力室5
6内で利用可能な成分Aを計量し、この圧力室56から
供給用配管7が外側に向かう。分岐管14は、計量部構
成要素52若しくはそのカプセル51と計量ポンプ6の
実際のハウジング57との間に存在する中間空間58へ
合流し、そしてこの空間58から還流用配管16が外側
に向かい、オーバーフロウ弁15を経て循環用配管11
に合流する。
【0016】
【実施例】図1及び2の装置で遂行可能な多数のプロセ
スのうちの1つは次のとおりである。例えば一晩にわた
る停止のような比較的長い停止期間の後には、操業状態
に至るまで数分程度のプレコンディショニングが先ず初
めに必要となる。この操業状態が該装置のプレコンディ
ショニングにより得られたとき、この装置は操業時間
中、反復あき時間及び計量時間(射出時間)で構成され
る。該あき時間中、予圧ポンプ4は温度制御された成分
Aの一部を供給用配管3及び分岐管14を経て定常計量ポ
ンプ6の空間58内に搬送し、そしてこれは還流用配管
16及び循環用配管11を経て貯蔵槽2へ戻る。他の部
分は、バイパス管13を経て供給用配管7に搬送され、
逆止め弁8及び逆転弁10を経、そしてさらに循環用配
管11を経て貯蔵槽2へ戻る。この過程中、供給ポンプ
29は成分Bを、計量ピストン32を引っ込めた状態の
往復型計量器31を通し、供給用配管33の逆止め弁3
4及び逆転弁35を経、循環用配管38を経て貯蔵槽2
7へ戻す。この操業方式により該装置は該あき時間中、
操業圧力及び操業温度に関してコンディショニング状態
に保持されている。
【0017】射出が差し迫っているとき、計量ポンプ6
はパルス線20を経て操業コマンドを受信し、一方、バ
イパス管13の遮断弁12及びバイパス管17の遮断弁
18は閉鎖されている。利用可能な成分Aの或るものは
なお分岐管14を経、計量ポンプ6内の中間空間58を
通り、還流用配管16を経て貯蔵槽2へ戻る。しかし今
や計量ポンプ6は他の成分A部分を供給用配管7及び循
環用配管11を経て貯蔵槽2へ返送する。射出状態がシ
ステム内で構築される数秒間の後、逆転弁10は混合器
9へ向けて開通すべき旨のコマンドを受信する。計量ポ
ンプ6は今や制御器22により決められた時間にわたり
射出一回分の材料を混合器9内に配量する。
【0018】該装置の成分Bは同様に作動する。供給ポ
ンプ29が停止コマンドを受信する一方で、遮断弁37
はバイパス管36を閉鎖する。そののち、計量ピストン
32は成分Bをまず供給用配管33中へ、そして逆転弁
35を通して循環用配管38中へ、さらに貯蔵槽27へ
と送り出す。逆転弁10の逆転と同時に、逆転弁35も
また混合器9へ向けて開通すべき旨のコマンドを受信す
る。逆転弁35は逆転弁10と正確に同じ時間だけ開通
し、この開通状態は一回分の射出が完了するまで続く。
成分A、B両サイドのコマンドが互いに連携される必要
があることは言うまでもない。この射出の完了後、逆転
弁10、35は逆転せよとのコマンドを受信し、特に逆
転弁10は今や供給用配管7を循環用配管11に連結
し、同様に逆転弁35は供給用配管33を循環用配管3
8に連結することにより、両成分A、Bはそれぞれ貯蔵
槽2、27へ循環還流される。計量ピストン32は後退
すべき旨のコマンドを受信する。しかし成分A側では計
量ポンプ6は同時に稼働を中断する旨のコマンドを受信
し、バイパス管13の遮断弁12は開通し、中間空間5
8を通して搬送されないでいた成分部分のための循環を
再開する。遮断弁18および37は開通する。所定のあ
き時間ののち、次回の計量作業若しくは射出のコマンド
が制御器22から来る。
【0019】以上、本発明を説明する目的で詳細に記載
したが、そのような詳細は、単にそのためであり、当業
者は、特許請求の範囲に限定されるものを除き、本発明
の精神及び範囲を逸脱せずにその変更を成し得ることを
理解されよう。
【0020】本発明の実施態様を述べれば以下のとおり
である。 1. a)少なくとも1種のイソシアネート成分及び少
なくとも1種のポリオール成分を同時に計量して混合器
内に投入し、 b)射出時間中に前記少なくとも1種のイソシアネート
成分及び前記少なくとも1種のポリオール成分の各所定
量を互いに混合して混合物を形成し、 c)の混合物を金型に注入する段階からなる、射出プロ
セスによるポリウレタン成形品の製造方法であって、前
記少なくとも1種のイソシアネート若しくはポリオール
成分を前記射出時間中には計量部構成要素とハウジング
とからなる計量ポンプを備えた該混合器内に計量投入
し、前記少なくとも1種のイソシアネート若しくはポリ
オール成分をあき時間中には循環し;前記計量ポンプの
上流に存る予圧ポンプを全操業時間中にわたり稼働する
と共に、該計量時間中には該計量ポンプが要求するより
も大きな過剰量の前記少なくとも1種のイソシアネート
若しくはポリオール成分を搬送し;前記少なくとも1種
のイソシアネート若しくはポリオール成分の一部分を全
操業時間中にわたり前記計量ポンプの前記計量部構成要
素と前記ハウジングとの間に形成される中間空間を通し
て循環する、前記方法。
【0021】2. 該計量時間中、該あき時間中に比較
してより小量の利用可能な前記少なくとも1種のイソシ
アネート若しくはポリオール成分を前記計量ポンプ内の
前記中間空間を通して循環する前記第1項の方法。 3. 前記利用可能な少なくとも1種のイソシアネート
若しくはポリオール成分の前記部分を、該計量ポンプを
過ぎて位置するバイパスループ内を循環する前記第1項
の方法。 4. 前記利用可能な少なくとも1種のイソシアネート
若しくはポリオール成分は、該あき時間に前記計量ポン
プ内の前記中間空間を通して完全に供給される前記第1
項の方法。 5. 前記利用可能な少なくとも1種のイソシアネート
若しくはポリオール成分の前記部分を、該あき時間中に
前記バイパスループ内を循環する前記第3項の方法。 6. 前記計量ポンプは該計量時間中にのみ稼働する前
記第1項の方法。
【0022】7. 少なくとも1種のイソシアネート成
分及び少なくとも1種のポリオール成分から金型内でポ
リウレタン成形品を所謂射出プロセスにより製造する装
置であって、該各成分について a)貯蔵槽、 b)前記貯蔵槽から発し、計量器と、混合器へ通じる弁
とからなり、この計量器のうちの少なくとも1基が計量
ポンプからなる供給用配管、 c)前記計量器が該射出時間中に前記弁により前記混合
器へ接続される、前記弁から発して前記貯蔵槽へ戻る循
環用配管、 d)前記混合器からの金型向け下流並びに弁及びポンプ
調節用制御器、からなると共に、稼働時間中に連続的に
稼働する予圧ポンプが前記計量ポンプの上流に配置さ
れ、前記計量ポンプへ通じる前記供給用配管の分岐管は
前記計量ポンプの前記計量部構成要素と前記ハウジング
との間に形成される中間空間内に導かれると共にこのハ
ウジングから還流用配管へ合流する、前記装置。
【0023】8. 前記弁が逆転弁である前記第7項の
装置。 9. 前記計量ポンプをバイパスするバイパス配管が、
前記計量ポンプへ通じる前記供給用配管から分岐すると
共に前記計量ポンプから流出する供給用配管へ合流する
前記第7項の装置。 10.前記制御器により制御可能な第2の弁が前記バイ
パス配管内に位置する前記第7項の装置。 11.前記計量ポンプがギヤーポンプ、スパイラルポン
プ又は高速アキシアル往復型ポンプ若しくはラジアル往
復型ポンプからなる前記第7項の装置。
【図面の簡単な説明】
【図1】全製造装置の模式的な流れ図である。
【図2】計量ポンプの詳細な拡大断面図である。
【符号の説明】
6:計量ポンプ 52:計量部構成要素 57:ハウジング 58:中間空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フエルデイナンド・アルトハウゼン ドイツ連邦共和国デー53819 ノインキル ヒエン−ゼールシヤイト、ヴイーシヤイダ ー・シユトラーセ 16

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)少なくとも1種のイソシアネート成分
    及び少なくとも1種のポリオール成分を同時に計量して
    混合器内に投入し、 b)射出時間中に前記少なくとも1種のイソシアネート
    成分及び前記少なくとも1種のポリオール成分の各所定
    量を互いに混合して混合物を形成し、 c)この混合物を金型に注入する段階からなる、射出プ
    ロセスによるポリウレタン成形品の製造方法であって、 前記少なくとも1種のイソシアネート若しくはポリオー
    ル成分を前記射出時間中には計量部構成要素とハウジン
    グとからなる計量ポンプを備えた該混合器内に計量投入
    し、前記少なくとも1種のイソシアネート若しくはポリ
    オール成分をあき時間中には循環し;前記計量ポンプの
    上流に存る予圧ポンプを全操業時間中にわたり稼働する
    と共に、該計量時間中には該計量ポンプが要求するより
    も大きな過剰量の前記少なくとも1種のイソシアネート
    若しくはポリオール成分を搬送し;前記少なくとも1種
    のイソシアネート若しくはポリオール成分の一部分を全
    操業時間中にわたり前記計量ポンプの前記計量部構成要
    素と前記ハウジングとの間に形成される中間空間を通し
    て循環する、前記方法。
  2. 【請求項2】少なくとも1種のイソシアネート成分及び
    少なくとも1種のポリオール成分から金型内でポリウレ
    タン成形品を所謂射出プロセスにより製造する装置であ
    って、該各成分について a)貯蔵槽、 b)前記貯蔵槽から発し、計量器と、混合器へ通じる弁
    とからなり、この計量器のうちの少なくとも1基が計量
    ポンプからなる供給用配管、 c)前記計量器が該射出時間中に前記弁により前記混合
    器へ接続される、前記弁から発して前記貯蔵槽へ戻る循
    環用配管、 d)前記混合器からの金型向け下流並びに弁及びポンプ
    調節用制御器、からなると共に、 稼働時間中に連続的に稼働する予圧ポンプが前記計量ポ
    ンプの上流に配置され、前記計量ポンプへ通じる前記供
    給用配管の分岐管は前記計量ポンプの前記計量部構成要
    素と前記ハウジングとの間に形成される中間空間内に導
    かれると共にこのハウジングから還流用配管へ合流す
    る、前記装置。
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