JP2009113453A - ポリウレタン発泡原液成分供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ポンプによりポリウレタン発泡原液成分を原液タンクからミキシングヘッドへ定量供給する際、高圧ポンプの駆動軸を回転駆動するためのマグネットカップリングを確実に冷却することができる発泡原液成分供給装置を提供する。
【解決手段】発泡原液成分を貯留する原液タンク１と、原液タンク１から発泡原液成分をミキシングヘッド４へ供給する供給経路３に設けられた高圧ポンプ５と、モーター６の動力を高圧ポンプ５に伝達するマグネットカップリング７と、ミキシングヘッド４から発泡原液成分を原液タンク１へ送給して循環させる循環経路８に設けられる熱交換器９とを備える発泡原液成分供給装置であって、熱交換器９の下流側の分岐点８ａにおいて、発泡原液成分を循環経路８と分岐経路１１に分岐させる分岐手段をさらに備え、分岐経路１１を流れる発泡原液成分をマグネットカップリング７内部に供給して冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリウレタン発泡原液成分を原液タンクからミキシングヘッドへ供給するポリウレタン発泡原液成分供給装置に関するものである。

ウレタンフォームの製造は、ポリウレタン発泡原液成分であるポリオール成分とポリイソシアネート成分とをミキシングヘッドで混合し、得られたポリウレタン発泡原液を発泡することで行なわれている（例えば特許文献１）。ポリウレタン発泡原液成分（ポリオール成分、ポリイソシアネート成分）を原液タンクからミキシングヘッドへ定量供給するために定量高圧ポンプが用いられている。ここで、ポリウレタン発泡原液成分を定量供給するための定量高圧ポンプは、ポリウレタン発泡原液成分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ポリウレタン発泡原液成分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が採用されている。

マグネットカップリングは、対向する位置にマグネットをそれぞれ備える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、ポリウレタン発泡原液成分の漏液を確実に防止する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、高圧ポンプから定量吐出されたポリウレタン発泡原液成分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。

特開２００６−２８１７２０号公報

しかしながら、上記のようにポリウレタン発泡原液成分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ポリウレタン発泡原液成分（内封液）を加熱させることになる。ポリウレタン発泡原液成分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、加熱されたポリウレタン発泡原液成分が吐出部から吐出されるポリウレタン発泡原液成分に混入すると、吐出されるポリウレタン発泡原液成分の温度が上昇して、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、ポリウレタン発泡原液成分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、その場所におけるポリウレタン発泡原液成分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。

さらに、循環ポンプを設けないで、ミキシングヘッドから吐出されなかった残りのポリウレタン発泡原液成分を原液タンクに送給して循環させる経路を設け、その循環経路のポリウレタン発泡原液成分の一部をマグネットカップリングにも循環させて冷却する方法もある。しかし、この方法では、ミキシングヘッド部で温度上昇したポリウレタン発泡原液成分を冷却に用いるので、冷却効果は少ない。

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、高圧ポンプによりポリウレタン発泡原液成分を原液タンクからミキシングヘッドへ定量供給する際、高圧ポンプの駆動軸を回転駆動するためのマグネットカップリングを確実に冷却することができるポリウレタン発泡原液成分供給装置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ポリウレタン発泡原液成分供給装置は、
ポリウレタン発泡原液成分を貯留する原液タンクと、
前記原液タンクから前記ポリウレタン発泡原液成分をミキシングヘッドへ供給する供給経路に設けられた高圧ポンプと、
電動機の動力を前記高圧ポンプに伝達するマグネットカップリングと、
前記ミキシングヘッドから吐出されなかった残りのポリウレタン発泡原液成分を前記原液タンクへ送給して循環させる循環経路に設けられ、前記ポリウレタン発泡原液成分を所定温度範囲にする熱交換器とを備えるポリウレタン発泡原液成分供給装置であって、
前記循環経路上であって前記熱交換器の下流側の分岐点において、前記ポリウレタン発泡原液成分を前記循環経路と分岐経路に分岐させる分岐手段をさらに備え、
前記分岐経路を流れる前記ポリウレタン発泡原液成分を前記マグネットカップリング内部に供給して冷却することを特徴とする。

かかる構成によるポリウレタン発泡原液成分供給装置の作用・効果を説明する。原液タンクに貯留されたポリウレタン発泡原液成分は、高圧ポンプによりミキシングヘッドへ供給される。高圧ポンプは、原液タンクとミキシングヘッドを繋ぐ供給経路上に設けられており、電動機により駆動される。この際、電動機の動力を高圧ポンプに伝達するためにマグネットカップリングが使用される。

ポリウレタン発泡原液成分供給装置は、供給経路の他に、ミキシングヘッドから吐出されなかった残りのポリウレタン発泡原液成分を原液タンクへ送給して循環させる循環経路が備えられている。この循環経路上に設けられた熱交換器により、ポリウレタン発泡原液成分を所定温度範囲になるように調節し、温度調節されたポリウレタン発泡原液成分の一部をマグネットカップリング内部に供給して冷却する。具体的には、循環経路上であって熱交換器の下流側の分岐点において、熱交換器により温度調節されたポリウレタン発泡原液成分を分岐手段により循環経路と分岐経路とに分岐させ、分岐経路を経てマグネットカップリング内部に供給する。したがって、かかる構成によるポリウレタン発泡原液成分供給装置は、熱交換器により温度調節されたポリウレタン発泡原液成分を用いてマグネットカップリングを冷却するので、確実にマグネットカップリングを冷却することができる。また、ポリウレタン発泡原液成分を循環させるために別途循環ポンプを設ける必要はなく、設備コストを抑えることができる。

本発明に係るポリウレタン発泡原液成分供給装置において、
前記分岐手段は、前記循環経路上であって前記分岐点の下流側に設けられた圧力調整弁で構成されることが好ましい。

循環経路上であって分岐点の下流側に圧力調整弁を設けることで、循環経路を流れるポリウレタン発泡原液成分の圧力を調整することができる。これにより、圧力調整弁の上流側の分岐点において、ポリウレタン発泡原液成分を循環経路から分岐経路へ分岐させることができる。

本発明に係るポリウレタン発泡原液成分供給装置において、
前記分岐経路上に流量調整機構および流量計をさらに備えることが好ましい。

分岐経路上に流量調整機構および流量計をさらに備えることで、マグネットカップリング内部へ供給されるポリウレタン発泡原液成分の流量を確実に調整することができる。これにより、マグネットカップリングを安定して確実に冷却することができる。

＜ポリウレタン発泡原液成分供給装置の構成＞
本発明に係るポリウレタン発泡原液成分供給装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、ポリウレタン発泡原液成分供給装置の概略構成を示す。

原液タンク１には、ポリウレタン発泡原液成分（ポリオール成分またはポリイソシアネート成分）が貯留される。原液タンク１には、不図示の原液貯留用ドラム缶から供給ポンプ等によってポリウレタン発泡原液成分が送給される。原液タンク１には温度調節機能が備えられており、原液タンク温度センサー２で温度を測定しながら温度調節されたポリウレタン発泡原液成分は、供給経路３を経て高圧ミキシングヘッド４へ供給される。供給経路３上には高圧ポンプ５、流量計１４、ミキシングヘッド温度センサー１５が設けられている。流量計１４は、供給経路３を流れるポリウレタン発泡原液成分の流量を計測するためのものであり、ミキシングヘッド温度センサー１５は、高圧ミキシングヘッド４近傍の温度を測定するためのものである。また、高圧ポンプ５は、原液タンク１から高圧ミキシングヘッド４へポリウレタン発泡原液成分を定量供給するためのものである。

高圧ポンプ５は、モーター（電動機に相当）６により回転駆動されるが、この際、モーター６の回転運動を高圧ポンプに伝達するためにマグネットカップリング７が使用される。高圧ポンプ５およびマグネットカップリング７の詳細な構造については後述する。

高圧ミキシングヘッド４へと送られたポリウレタン発泡原液成分は高圧ミキシングヘッド４において混合され吐出されるが、吐出されなかった残りのポリウレタン発泡原液成分は、循環経路８を経て原液タンク１に戻されるように循環される。これはポリウレタン発泡原液成分の温度変動を少なくするためのものであるが、本実施形態の場合、高圧ミキシングヘッド４から直接原液タンク１にポリウレタン発泡原液成分を戻さずに、循環経路８上に設けられた熱交換器９により冷却してから戻すようにして、ポリウレタン発泡原液成分の温度変動を一層少なくなるようにしている。

循環経路８上であって熱交換器９の下流側には分岐点８ａが設けられている。また、分岐手段として、循環経路８上であって分岐点８ａの下流側には圧力調整弁１０が設けられており、背圧を調整することができる。この背圧を調整することで、ポリウレタン発泡原液成分の一部を、分岐点８ａから分岐した分岐経路１１へ導くことができる。分岐経路１１に分岐されたポリウレタン発泡原液成分は、流量調整弁（流量調整機構に相当）１２、流量計１３を経てマグネットカップリング７内部へと供給される。流量調整弁１２は、分岐経路１１を流れるポリウレタン発泡原液成分の流量を調整するためのものであり、流量計１３は、分岐経路１１を実際に流れるポリウレタン発泡原液成分の流量を計測するためのものである。分岐経路１１上に流量調整弁１２、流量計１３を設けることで、マグネットカップリング７内部へ供給されるポリウレタン発泡原液成分の流量を確実に調整することができる。したがって、本発明に係るポリウレタン発泡原液成分供給装置は、熱交換器９により温度調節されたポリウレタン発泡原液成分をマグネットカップリング７内部に供給して冷却するので、確実にマグネットカップリング７を冷却することができる。

なお、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は、ポリオール成分とポリイソシアネート成分を高圧ミキシングヘッド４にて混合する必要がある。このため、図１には示していないが、高圧ミキシングヘッド４を挟んで反対側に、原液タンク１、高圧ポンプ５等を備えた同様のポリウレタン発泡原液成分供給装置の供給経路３および循環経路８が高圧ミキシングヘッド４に接続されている。

＜高圧ポンプおよびマグネットカップリングの構成＞
図２は、高圧ポンプ５およびマグネットカップリング７の構成を模式的に示す断面図である。高圧ポンプのタイプは、ピストンポンプである。

ポンプ本体部５１には、供給経路３と接続される原液成分入口部５１ａが設けられており、ポリウレタン発泡原液成分がポンプ内に導入される。ポンプ本体部５１には、さらに原液成分出口部５１ｃが設けられており、定量のポリウレタン発泡原液成分がポンプ外に排出される。ポンプ本体部５１の内部には、原液成分導入空間部５１ｂが形成されている。また、ポンプ本体部５１の内部には、シリンダブロック５２が収容されている。原液成分導入空間部５１ｂやシリンダブロック５２の内部は、ポリウレタン発泡原液成分により満たされている。

シリンダブロック５２は、多数のピストンが設けられており、吸引部５２ａからポリウレタン発泡原液成分を吸引し、吐出部５２ｂから定量のポリウレタン発泡原液成分を吐出させる。吐出部５２ｂから吐出されたポリウレタン発泡原液成分は、原液成分出口部５１ｃを通ってポンプ外に排出される。シリンダブロック５２を駆動するための駆動軸５３が、シリンダブロック５２と同軸上に設けられている。この駆動軸５３が回転されることで、シリンダブロック５２内のピストンを駆動することができる。駆動軸５３は、ポンプ本体部５１に対して軸受５４により支持されている。

次に、駆動軸５３を回転駆動するためのマグネットカップリング７について説明する。まず、駆動源としてのモーター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７１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７１ａ（永久磁石もしくは電磁石）が配設されている。

駆動軸５３には、インナーローター７２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７２の外面部には磁石７２ａが配設されている。インナーローター７２とアウターローター７１の磁石７２ａ，７１ａ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７２は、連結部７２ｂと磁石保持部７２ｃとを備えている。連結部７２ｂと磁石保持部７２ｃは一体成形されており、磁石保持部７２ｃの外面部に磁石７２ａが装着される。

連結部７２ｂの外周部の外径寸法よりも、磁石保持部７２ｃの外周部の外径のほうが大きくなるように設定されている。磁石保持部７２ｃの内部には、冷却用のポリウレタン発泡原液成分が導入される空間が成形されている。

インナーローター７２の磁石７２ａの表面と、アウターローター７１の磁石７１ａの表面の間にはローターケーシング７３が配置されており、アウターローター７１とインナーローター７２とを空間的に完全に遮断している。インナーローター７２とアウターローター７１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７２の磁石７２ａ表面と、ローターケーシング７３の内壁面との間の隙間は、ポリウレタン発泡原液成分を通すためのローター外空間部７３ａとして機能する。

連結具６１は、モーター６と高圧ポンプ５とを連結するための部材である。連結具６１にはフランジ部６１ａが形成されており、モーター６の取り付け部として機能する。ローターケーシング７３にもフランジ部７３ｂが形成されており、連結具６１の内面部６１ｂに取り付けられている。また、連結具６１の取り付け部６１ｃがポンプ本体部５１に結合される。これらローターケーシング７３及び連結具６１の構成により、ポリウレタン発泡原液成分が漏れてこないように完全に封止することができる。

連結具６１の取り付け部６１ｃには、ポリウレタン発泡原液成分を通すための内部通路６１ｄが形成されている。内部通路６１ｄの端部には分岐経路１１が接続され、熱交換器９で冷却されたポリウレタン発泡原液成分が内部通路６１ｄを経てローターケーシング７３内へ供給される。なお、内部通路６１ｄは、対向する位置に２つ形成されているが、１つを塞いで１つのみを使用することもできるし、両方使用することもできる。

次に、図２に示す高圧ポンプ５およびマグネットカップリング７の動作について説明する。モーター６を駆動すると、アウターローター７１が回転駆動される。アウターローター７１の磁石７１ａとインナーローター７２の磁石７２ａの作用により、インナーローター７２が回転駆動され、これと一体の駆動軸５３も回転する。これにより、シリンダブロック５２が駆動し、吸引部５２ａからポリウレタン発泡原液成分を吸引し、吐出部５２ｂから定量吐出される。

インナーローター７２が回転することや、ローターケーシング７３に発生する渦電流などにより、熱が発生し、これがポリウレタン発泡原液成分を加熱させる原因となるが、熱交換器により冷却されたポリウレタン発泡原液成分が内部通路６１ｄを経て連結具６１内とローターケーシング７３内へ供給されるので、マグネットカップリング７が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。

ポリウレタン発泡原液成分供給装置の概略構成図 高圧ポンプおよびマグネットカップリングの構成を示す断面図

符号の説明

１ 原液タンク
２ 原液タンク温度センサー
３ 供給経路
４ 高圧ミキシングヘッド
５ 高圧ポンプ
６ モーター
７ マグネットカップリング
８ 循環経路
８ａ 分岐点
９ 熱交換器
１０ 圧力調整弁
１１ 分岐経路
１２ 流量調整弁
１３ 流量計
５１ ポンプ本体部
５２ シリンダブロック
５３ 駆動軸
５４ 軸受
６１ 連結具
７１ アウターローター
７２ インナーローター
７３ ローターケーシング

Claims (3)

1. ポリウレタン発泡原液成分を貯留する原液タンクと、
   前記原液タンクから前記ポリウレタン発泡原液成分をミキシングヘッドへ供給する供給経路に設けられた高圧ポンプと、
   電動機の動力を前記高圧ポンプに伝達するマグネットカップリングと、
   前記ミキシングヘッドから吐出されなかった残りのポリウレタン発泡原液成分を前記原液タンクへ送給して循環させる循環経路に設けられ、前記ポリウレタン発泡原液成分を所定温度範囲にする熱交換器とを備えるポリウレタン発泡原液成分供給装置であって、
   前記循環経路上であって前記熱交換器の下流側の分岐点において、前記ポリウレタン発泡原液成分を前記循環経路と分岐経路に分岐させる分岐手段をさらに備え、
   前記分岐経路を流れる前記ポリウレタン発泡原液成分を前記マグネットカップリング内部に供給して冷却することを特徴とするポリウレタン発泡原液成分供給装置。
2. 前記分岐手段は、前記循環経路上であって前記分岐点の下流側に設けられた圧力調整弁で構成されることを特徴とする請求項１に記載のポリウレタン発泡原液成分供給装置。
3. 前記分岐経路上に流量調整機構および流量計をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリウレタン発泡原液成分供給装置。

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