JP2006052699A - 一軸偏心ねじポンプのジョイント構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ジョイント部材の円滑な摺動を確保した上で、洗浄を容易にするとともに、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の残液量を少なくして、洗浄による移送液（特に、高価なケミカル液、粘性液）のロスを少なくした経済的な一軸偏心ねじポンプのジョイント構造を提供する。
【解決手段】 ロータ２およびドライブシャフト７の端部にそれぞれ、開口断面略円形状の第１および第２の係合凹状部２ａ，７ａを一体的に形成し、ジョイント部材２１は、エンジニアリングプラスチックで形成するとともに、ロータ２の第１の係合凹状部２ａに対応する形状を有し同第１の係合凹状部２ａがスライド可能に係合する第１の係合凸状部２１ａと、ドライブシャフト７の第２の係合凹状部７ａに対応する形状を有し同第２の係合凹状部７ａがスライド可能に係合する第２の係合凸状部２１ｂとを備え、第１の係合凸状部２１ａと第２の係合凸状部２１ｂとを相互に直交する方向に配置した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一軸偏心ねじポンプのジョイント構造に関する。

周知のように、一般的な一軸偏心ねじポンプは、雄ねじ形ロータを、雌ねじ形ステータ内に嵌挿して偏心回転させることにより、移送液（液・粘性液）を移送するものである。このロータを回転駆動するドライブシャフトは、ユニバーサルジョイントおよびカップリングロッドを介して、ロータに連結される構造が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

つまり、一軸偏心ねじポンプにおいては、ロータの端部にユニバーサルジョイントを介して長尺のカップリングロッドの一端部を連結し、このカップリングロッドの他端部にユニバーサルジョイントを介してドライブシャフトの端部に連結している。このようにユニバーサルジョイントやカップリングロッドを用いるのは、ロータがドライブシャフトに対して偏心して回転するため、ロータとドライブシャフトとを直結することができないからである。

しかしながら、このような構造であると、ユニバーサルジョイントを端部に有するカップリングロッドの長さがかなり長くなるので、ポンプの全長が長くなる。ポンプの全長が長くなると、重量も大きくなる。また、ロータの分解・組立の際は、ユニバーサルジョイントのトルク伝達ピンを抜き取ったり差し込んだりする必要があるが、その作業は専用工具を要し、しかも手間がかかっていた。

そこで、出願人は、そのようなユニバーサルジョイントに代えて、オルダム継手（食い違い軸継手）を用いて、ロータとドライブシャフトとを連結したものを先に提案している（例えば特許文献２参照）。

そのような従来のオルダム継手１０１は、例えば図５に示すように、２つのオスボス１０２，１０３と、それらに接続されるメスボス１０４とを有する。そして、ロータ１０７及びドライブシャフト１０８の端部に取付部１０７ａ，１０８ａが形成され、その取付部１０７ａ，１０８ａにオスボス１０２，１０３の嵌合部１０２ａ，１０３ａがそれぞれ嵌め込まれ、固定ピン１０５，１１０にて固定され、その固定によりオスボス１０２，１０３がロータ１０７およびドライブシャフト１０８と一体化される構成からなっている。
特公昭５９−０４５５８号公報（第３、４頁およびFig.1） 実開平０４−７５１７５号公報（明細書第７頁および図面第２図）

このように、オルダム継手１０１のオスボス１０２，１０３は、ロータ１０７及びドライブシャフト１０８に取り付けられる構成となっているので、次のような問題があった。

(i)オスボス１０２，１０３の嵌合部１０２ａ，１０３ａをそれぞれロータ１０７及びドライブシャフト１０８の取付部１０７ａ，１０８ａに嵌め込み、それらを固定ピン１０５，１１０にて固定しているため、嵌合部１０２ａ，１０３ａと取付部１０７ａ，１０８ａとの嵌め合いの部分が必要となる。そのため、オルダム継手１０１が設けられるポンプケーシング１０６の長さをあまり短くすることができず、ポンプ運転終了後などにおいてポンプケーシング内の残液量が多くなる。

(ii)オスボス１０２，１０３の嵌合部１０２ａ，１０３ａをそれぞれロータ１０７及びドライブシャフト１０８の取付部１０７ａ，１０８ａに嵌め込むことにより組立てる構造であるために、図５に示すように、接合面イ、ハ、嵌合部ロ、ニおよび固定ピン１０５，１１０周囲の隙間に移送液が浸入しやすく、分解がしにくくなる。そのため、分解・洗浄・組立に手間を要し、洗浄の作業が面倒である。

(iii)オスボス１０２，１０３に嵌合部１０２ａ，１０３ａを形成するために、余分な機械加工をしなければならず、コスト高となる。

(iv)ポンプの全長が長くなり、重量が重くなるので、ポンプをロボットに搭載して使用する場合には、搬重量の大きいロボットが必要となる。そのため、ロボットがコスト高になり、この点からもコスト面で不利になる。

そこで、出願人は「ステータ内で偏心回転するロータの端部と、このロータを回転駆動するドライブシャフトの端部との間に、ロータのステータ内での偏心回転を許容するジョイント部材が設けられる一軸偏心ねじポンプのジョイント構造において、前記ロータおよびドライブシャフトの端部にそれぞれ断面略円形状の第１および第２の係合凸状部が一体的に形成され、前記ジョイント部材は、エンジニアリングプラスチック材で形成されるとともに、前記ロータの第１の係合凸状部に対応する形状を有し前記第１の係合凸状部がスライド可能に係合する第１の係合凹状部と、前記ドライブシャフトの第２の係合凸状部に対応する形状を有し前記第２の係合凸状部がスライド可能に係合する第２の係合凹状部とを備え、前記第１の係合凹状部と第２の係合凹状部とが互いに直交する方向に延びていることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ」を開発し、特許出願（特許願２００３−１５６２０１）した。

しかしながら、先願に係る一軸偏心ねじポンプは、ドライブシャフトとロータとの間に介在させるジョイント部材をエンジニアリングプラスチック材で形成したうえ、同ジョイント部材の両端部をそれぞれ開口断面略円形状の係合凹状部に形成している。ジョイント部材を樹脂材料で形成する場合、機能上からロータおよびドライブシャフトはステンレスなどの金属材料で形成する必要がある。また、このポンプにて移送しようとする液の粘度や吐出配管の内径、長さなどにより、ポンプケーシング内の吐出圧力が決まるが、吐出圧力は通常、１〜５ＭＰａである。液の移送方向によって、ステータ端部のエンドスタッド側が吸込口になる場合と、吐出口になる場合とがある。前者はジョイント部材に引っ張り力が作用し、後者はジョイント部材に圧縮力が作用する。

ジョイント部材はエンジニアリングプラスチック製で、金属製のドライブシャフトおよび金属製のロータに比べて機械的な強度（剛性）が小さいこと、ならびにエンドスタット側が吸込の場合においてポンプ運動の際にジョイント部材の両端部の係合凹状部を開放する方向に回転トルクおよび軸力（引っ張り力）が作用することから、ドライブシャフト端部およびロータ端部の係合凸状部とジョイント部材の係合凹状部との当接面が減少して面圧が高くなるため、両者の当接面間における摺動作用が低下する。こうなると、ドライブシャフト端部およびロータ端部の係合凸状部と係合しているジョイント凹部がくさび作用によって変形し、ジョイント部材の係合凹状部との間での摺動が一層困難になる。

この発明は、先願のジョイント構造の上記問題点を解消してジョイント部材の円滑な摺動を確保した上で、洗浄を容易にするとともに、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の残液量を少なくして、洗浄による移送液（特に、高価なケミカル液、粘性液）のロスを少なくした経済的な一軸偏心ねじポンプのジョイント構造を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、ステータ内で偏心回転するロータの端部と、このロータを回転駆動するドライブシャフトの端部との間に、ロータのステータ内での偏心回転を許容するジョイント部材を介在させる一軸偏心ねじポンプのジョイント構造であって、前記ロータおよび前記ドライブシャフトの端部にそれぞれ、開口断面略円形状の第１および第２の係合凹状部を一体的に形成し、前記ジョイント部材は、エンジニアリングプラスチックなどの樹脂材で形成するとともに、前記ロータの第１の係合凹状部に対応する形状を有し同第１の係合凹状部がスライド可能に係合する第１の係合凸状部と、前記ドライブシャフトの第２の係合凹状部に対応する形状を有し同第２の係合凹状部がスライド可能に係合する第２の係合凸状部とを備え、前記第１の係合凸状部と第２の係合凸状部とを相互に直交する方向に配置したことを特徴とするものである。

つまり、請求項１の発明は、オルダム継手の一部を構成する係合凹状部を、ロータやドライブシャフトの端部に単に一体化するのではなく、ロータやドライブシャフトの取付部（図５の取付部１０７ａ，１０８ａ）および係合凹状部の嵌合部（図５の嵌合部１０２ａ，１０３ａ）を省略して一体化するものであり、この取付部と嵌合部とに相当する部分だけポンプ長手方向の寸法を短くすることによりポンプ室内の容積を削減し、ポンプ室内に残る移送液（残液）のロスを少なくすることを実現するものである。

このようにすれば、オルダム継手そのものをロータとドライブシャフトとの間に設けるのではなく、それらの間にオルダム継手と同等の機能を発揮する継手機構を組み込むことになるので、既設のオルダム継手を介在させる場合に比べて、継手を設けるのに必要とされるポンプ長手方向の寸法が短縮される。

よって、オルダム継手をそのまま設ける場合に比べて、ポンプケーシングのポンプ長手方向の寸法が短くなるので、その分、ポンプ室が小さくなり、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の移送液（残液）量が減り、洗浄時における移送液のロスを少なくすることができる。これにより、洗浄を必要とする、食品やケミカル液及び粘性液を移送・充填（ディスペンサ）・汲出（ディスチャージャ）する一軸偏心ねじポンプに特に適する。

また、ロータとドライブシャフトの端部に一体的に形成された係合凹状部（オルダム継手のメスボスに相当するもの）が、それらの間に位置するジョイント部材両端の係合凸状部（オルダム継手のオスボスに相当するもの）にスライド可能に係合しているだけであるので、構造が複雑とならず、また、移送液が浸入する隙間等の個所が少ないので、分解・洗浄・組立が容易で、それらの作業に要する時間も短縮化できる。

さらに、ポンプの運転中にプラスチック製のジョイント部材とロータあるいはドライブシャフトとの連結部に両者間を相互に引き離す方向の力が作用した場合でも、ロータ側およびドライブシャフト側の係合凹状部の剛性がジョイント部材側の係合凸状部に比べて大きいので、係合凹状部は開放されたり変形したりすることがない。したがって、ジョイント部材とロータあるいはドライブシャフトとの連結部の当接面における面圧が高くなったり、ジョイント部材の係合凸状部がくさび状に変形して相手方の係合凹状部内に食い込んだりすることが抑止され、ジョイント部材とロータあるいはドライブシャフトとの連結部における摺動が円滑に行われる。

この発明は上記の構成からなるので、下記のような優れた効果を奏する。

請求項１の発明は、ポンプケーシングの内寸法が短くなるので、その分だけ、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の残液量を少なくすることができ、洗浄による移送液のロスを低減することができる。特に高価なケミカル液・粘性液の場合に有効である。

また、簡単な構造であるので、分解・洗浄・組立が容易で、それらの作業に要する時間も短縮化できる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明を適用する一軸偏心ねじポンプは、食品・薬品およびケミカル液・固形物含有液・スラリー・高粘度液などの低粘度液から高粘度液に至るまでの各種対象液の移送・充填・汲出を行う一軸偏心ねじポンプで、(a)食品やケミカル液を移送する移送ポンプ、(b)ディスペンサ（充填ポンプ）、(c)ディスチャージャ（汲出ポンプ）に適用できるものである。

図１に示すように、本発明に係る一軸偏心ねじポンプ１は、ポンプ部Ｕ２および駆動部Ｕ１により構成される。このポンプ１は、設置状態では、ポンプ長手方向が上下方向となる縦置きで、下側にポンプ部Ｕ２、上側に駆動部Ｕ１がそれぞれ位置し、本例では、下側（後述のエンドスタッド１１）から移送液を汲み出すディスチャージャに使用される。

ポンプ部Ｕ２は、基本的には、ロータ２がステータ３内を偏心回転するポンプ本体４を有する。ロータ２は、減速機５付きモータ６によって回転駆動されるドライブシャフト７に連結されて、回転駆動される。すなわち、減速機５の出力軸５ａ（駆動部の出力軸）にはカップリングスリーブ８の一端部が挿入され、その状態で出力軸５ａにカップリングスリーブ８の一端部が固定ピン９によって固定されている。このカップリングスリーブ８の他端部にはドライブシャフト７の一端部が挿入され、その状態でカップリングスリーブ８の他端部にドライブシャフト７の一端部が固定ピン１０によって固定されている。これにより減速機５付きモータ６からの駆動回転力がカップリングスリーブ８を介してドライブシャフト７に伝達される。

ポンプ本体４の一端部にはエンドスタッド１１が設けられ、他端部には筒状のポンプケーシング１２の一端部が連結され、ポンプケーシング１２の他端部内にはサポートハウジング１３が設けられている。そのポンプケーシング１２内で、ドライブシャフト７がジョイント部材２１を介してロータ２と一体的に回転するように連結されている。また、ポンプケーシング１２には、吐出口１６ａを形成する部材１６も設けられている。

ドライブシャフト７には、ポンプケーシング１２内でのドライブシャフト７の回転を許容すると同時に、ポンプケーシング１２内のポンプ室からの液漏れを防止するメカニカルシール１４が設けられている。メカニカルシール１４は、ポンプケーシング１２のポンプ室内の移送液が、ドライブシャフト７とサポートハウジング１３との間を通じて外部に漏れ出さないように取り付けられるものである。

また、サポートハウジング１３に対し減速機取付べース１５が取り付けられ、この取付ベース１５に減速機５付きモータ６が配置されている。また、減速機取付ベース１５内に、前述したカップリングスリーブ８などが設けられている。さらに、減速機取付ベース１５には、昇降台（図示せず）に固定的に取り付けられる取付部１５ａが形成されている。

続いて、本発明の特徴部分としての、ドライブシャフト７がジョイント部材２１を介してロータ２に連結されるジョイント構造について説明する。

ジョイント部材２１は樹脂製で、本例ではエンジニアリングプラスチック材で切削加工もしくは射出成形により形成されている。ジョイント部材２１の両端部には、図４に示すように、それぞれ断面略円形状の、第１および第２の係合凸状部２１ａ，２１ｂがくびれ部２１ｃ，２１ｄを介して一体的に形成されている。そして、第１の係合凸状部２１ａと第２の係合凸状部２１ｂとは相互に直交する方向に配置され延びている。各くびれ部２１ｃ，２１ｄの幅は、第１および第２の係合凸状部２１ａ，２１ｂの直径の概略１/３〜１/２程度の大きさを有する。

一方、前記ロータ２の端部およびドライブシャフト７の端部には、図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、それぞれ開口断面略円形状の、第１および第２の係合凹状部２ａ，７ａが一体的に形成されている。

すなわち、前記ロータ２の端部には、第１の係合凸状部２１ａに対応する形状を有する第１の係合凹状部２ａが形成され、この係合凹状部２ａの先端中央にスリット部２ｂが開口されている。このスリット部２ｂはくびれ部２１ｃの幅に対応する開口幅を有する。そして、前記係合凸状部２１ａが第１の係合凹状部２ａにスライド可能にかつ相対回転可能に係合している。前記ドライブシャフト７の端部には、第２の係合凸状部２１ｂに対応する形状を有する第２の係合凹状部７ａが形成され、この係合凹状部７ａの先端中央にスリット部７ｂが開口されている。このスリット部７ｂはくびれ部２１ｄの幅に対応する幅を有する。前記係合凸状部２１ｂが第２の係合凹状部７ａにスライド可能にかつ相対回転可能に係合している。

係合凹状部２ａ，７ａおよび係合凸状部２１ａ，２１ｂがそれぞれ断面略円形状をしているのは、それらが一定の範囲で相対回転できるようにするためであり、相対回転できるようにするのは、ロータ２およびドライブシャフト７が相対的に傾くのを許容できるようにするためである。

また、係合凹状部２ａ，７ａおよび係合凸状部２１ａ，２１ｂの断面形状を略円形状にすることにより、ロータ２がエンドスタッド１１の方向に移動する際に、係合凹状部２ａ，７ａとジョイント部材２１の係合凸状部２１ａ，２１ｂとの係合関係が解かれるのを防止する作用も併せて発揮する。

本例でジョイント部材２１にエンジニアリングプラスチック材を使用するのは、耐摩耗性があり、摩擦係数が小さく、潤滑性に優れているからである。なお、ロータ２およびドライブシャフト７と端部の係合凹状部２ａ，７ａについては、耐摩耗性があり、摩擦係数の少ない金属、例えばステンレス鋼が使用されるほか、耐摩耗性があり、表面処理した金属などもが使用される。

このように、従来はロータ２およびドライブシャフト７とは別体であった（オルダム継手の）オスボスをロータ２およびドライブシャフト７の端部に一体的に設けることにより、従来は必要とされたオスボスをロータ２やドライブシャフト７の端部に取り付けるための長さ（取付部１０７ａ，１０８ａや嵌合部１０２ａ，１０３ａを設けるために必要とされるポンプ長手方向の寸法）を確保する必要がなくなる。これにより、従来（図５参照）のポンプケーシング１０６の内寸法Ｌ１に対し、本例（図１参照）のポンプケーシング１２の内寸法はＬ２になり、それらの差Ｌ３（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ、本例のポンプ１はポンプケーシング１２の内寸法が従来のものよりも短縮される。よって、その短くなる分だけ、ポンプ運転終了後にポンプケーシング１２内に残る移送液（残液）の量が従来のものよりも減少する。また、ポンプ全長も、従来（図５参照）は寸法Ｌ４であったのに対し、本例（図１参照）では寸法Ｌ５となり、前記ポンプケーシング１２が短くなった寸法Ｌ３（＝Ｌ４−Ｌ５）に相当する分だけ短くなり、ポンプのコンパクト化が図れる。

また、ロータ２やドライブシャフト７の係合凹状部２ａ，７ａにジョイント部材２１の係合凸状部２１ａ，２１ｂをスライド可能に取り付けるという簡単な構造であるので、分解・洗浄・組立が容易で、作業時間も短縮化できる。

さらに、オルダム継手のオスボスに相当する係合凹状部２ａをロータ２の端部に一体的に設けることにより、従来のオスボスの嵌合部とロータ２の端部の取付部が不要になって、ロータ２の端部とジョイント部材２１との連結部分との距離が短くなるので、ロータ２の偏心回転が安定して、次のような利点も併せて持つことになる。

(i) ロータ２に作用する曲げ応力を削減できる。

(ii)回転するロータ２がステータ３の内周面に強く擦れるすりこぎ運動をなくすことができる（すりこぎ運動が起こると、ステータ３の早期摩耗および吐出量のバラツキが発生し、顕著なときにはポンプのシール線が確保できなくなり、吐出不能になる）。

(iii)ロータ２に作用する曲げモーメントが小さいので、ステータ３の端部からの発熱が少なく、ステータ３の早期摩耗を防止できる。

なお、前記実施の形態において、駆動部Ｕ１側から見てロータ２が右回転で、エンドスタッド側からの吸込となり、ポンプケーシング１２に設けられた吐出口１６ａから吐出される（この場合はディスチャージャに一般的に適用される）。また、駆動部Ｕ１側から見てロータ２がステータ３内を左回転で、ポンプケーシング１２側からの吸込となり、エンドスタッド１１から吐出される（この場合はディスペンサに一般的に適用される）。

本発明の実施例に係わる一軸偏心ねじポンプを示す一部を断面で示す側面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれロータの端部に一体的に設けた係合凹部の形状を示す正面図、平面図および右側面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれドライブシャフトの端部に一体的に設けた係合凹部の形状を示す左側面図、平面図および正面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれジョイント部材の形状を示す正面図、平面図および右側面図である。 従来のオルダム継手を用いた一軸偏心ポンプを示す一部を断面で示す側面図である。

符号の説明

Ｕ１ 駆動部
Ｕ２ ポンプ部
１ 一軸偏心ねじポンプ
２ ロータ
２ａ 係合凹状部
３ ステータ
４ ポンプ本体
５ 減速機
６ モータ
７ ドライブシャフト
７ａ 係合凹状部
８ カップリングスリーブ
１１ エンドスタッド
１２ ポンプケーシング
１３ サポートハウジング
１４ メカニカルシール
１５ 減速機取付ベース
２１ ジョイント部材
２１ａ，２１ｂ 係合凸状部

Claims (1)

1. ステータ内で偏心回転するロータの端部と、このロータを回転駆動するドライブシャフトの端部との間に、ロータのステータ内での偏心回転を許容するジョイント部材を介在させた一軸偏心ねじポンプのジョイント構造であって、
   前記ロータおよび前記ドライブシャフトの端部にそれぞれ、開口断面略円形状の第１および第２の係合凹状部を一体的に形成し、
   前記ジョイント部材は、エンジニアリングプラスチックなどの樹脂材で形成するとともに、前記ロータの第１の係合凹状部に対応する形状を有し同第１の係合凹状部がスライド可能に係合する第１の係合凸状部と、前記ドライブシャフトの第２の係合凹状部に対応する形状を有し同第２の係合凹状部がスライド可能に係合する第２の係合凸状部とを備え、前記第１の係合凸状部と第２の係合凸状部とを相互に直交する方向に配置したことを特徴とする一軸偏心ねじポンプのジョイント構造。

Images