JP2006233854A - 一軸偏心ねじポンプのジョイント構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 自在継手のうちでも全長の短いオルダム継手を使用してポンプ長さを短縮したうえで、継手摺動部の円滑な摺動作用を確保して著しい摩損を防止して長期にわたり安定して使用できる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】 ステータ３内で偏心回転するロータ２の端部とこのロータ２を回転駆動するドライブシャフト７の端部との間に、ロータ２のステータ３内での偏心回転を許容するオルダム継手１０を介在させた一軸偏心ねじポンプ１のジョイント構造で、オルダム継手１０を構成する中間に位置するメスボス１２を含めて両側のオスボス１１・１３間をゴムカバーシール１４で被覆し、そのゴムカバーシール１４内に潤滑剤を充填して封入している。
【選択図】 図２

Description

この発明は、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オルダム継手を介在させた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、重量が大きくなる。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、しかも手間がかかる。

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特許出願している（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、一般的に図４に示すように、２つのオスボス１０２，１０３と、それらの間に接続されるメスボス１０４とを有する。そして、ロータ１０７およびドライブシャフト１０８の端部に凸状の取付部１０７ａ，１０８ａが形成され、その取付部１０７ａ，１０８ａにオスボス１０２，１０３の凹状嵌合部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。

その他の一軸偏心ねじポンプに係る先行技術に、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一軸偏心ねじポンプがある（例えば、特許文献３参照）。
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） 特開２００４−３６０４６９号公報（段落００１４、段落００２６〜００２８および図１ ）

一軸偏心ねじポンプの自在継手として、上記のようにオルダム継手１０１を使用する場合、ポンプケーシング内においてオスボス１０２，１０３およびメスボス１０４の各継手部材が露呈状態になるため、各継手部材の摺動部が被移送液と接触する。このために、被移送液の種類によっては継手摺動部の摩耗が著しくなり、短期間で継手部材が摩損するなど十分に自在継手の機能を果たすことができないことがある。また、特許文献３に係る一軸偏心ねじポンプについても、相互に係合する継手摺動部がポンプケーシング内おいて露呈しているため、被移送液と接触する。

そこで、オルダム継手の摺動部に被移送液が接触しないようにオルダム継手の周囲をゴムカバーで覆うことが考えられ、従来より蛇腹式ゴムカバーでオルダム継手を被覆した構造のものが提案されている。しかし、ゴムカバーでオルダム継手を被覆しただけでは、継手摺動部の摺動作用が不十分な場合が多く、オルダム継手の円滑な摺動作用、ひいてはポンプの円滑な運転が妨げられるおそれがある。

一方、継手摺動部の潤滑性を促進するために、ゴムカバー内に潤滑剤を封入する方法があるが、潤滑剤をゴムカバー内に充填し封入する際に、空気が入ったり残っていたりすることがある。この場合、ゴムカバーに外圧が作用して変形し、ゴムカバーが破損することがある。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、自在継手のうちでも全長の短いオルダム継手を使用してポンプ長さを短縮したうえで、継手摺動部の円滑な摺動作用を確保して著しい摩損を防止して長期にわたり安定して使用できる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。

上記の目的を達成するために本発明の請求項１に係る一軸偏心ねじポンプのジョイント構造は、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オルダム継手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、
前記オルダム継手を構成する中間に位置するメスボスを含めて両側のオスボス間を弾性体カバー部材で被覆し、その弾性体カバー部材にて被覆された内部に潤滑剤を充填して封入したことを特徴とするものである。

上記の構成を有する一軸偏心ねじポンプのジョイント構造によれば、ロータとドライブシャフト間のオルダム継手を弾性体カバー部材にて被覆したので、被移送液との接触が断たれ、スラリー等の摩耗性の高い液状体を移送する場合でも継手摺動部の著しい摩耗が防止される。また、弾性体カバー部材で被覆された内部には潤滑剤を充填して封入したので、継手摺動部に潤滑剤が十分に供給され、オルダム継手におけるオスボスとメスボス間の相対的な摺動が円滑に行われる。

請求項２に記載のように、前記各オスボスの基端側に凹所を形成し、少なくとも一方の凹所内より前記弾性体カバー部材で被覆された内部への連通路を設けるとともに、その連通路をねじ蓋（六角穴付きボルト、六角穴付きテーパねじ付きプラグ、プッシュナットなど）により開閉可能とすることが望ましい。

請求項２記載の一軸偏心ねじポンプのジョイント構造によれば、ねじ蓋を取り外すことにより弾性体カバー部材で被覆された内部の空間部への連通路が開放されるから、その連通路を用いて潤滑剤を供給するとともに空気を確実に抜き出すことができ、したがって弾性体カバー部材で被覆された内部に空気を残さずに潤滑剤を充填して封入できる。これにより、ポンプ運転時に弾性体カバー部材に高い外圧が作用しても弾性体カバー部材はほとんど変形しない。

請求項３に記載のように、前記各オスボスの先端部より薄板筒状カバー片を前記弾性体カバー部材内面に添って前記メスボス側へ張り出させることができる。

請求項３記載の一軸偏心ねじポンプのジョイント構造によれば、弾性体カバー部材で被覆された内部においてオスボスに対しメスボスが上下あるいは左右に摺動する際に、上下あるいは左右方向における摺動範囲が規制され、弾性体カバー部材内面にメスボスが接触するのが筒状カバー片によって阻止される。

請求項４に記載のように、前記各オスボスにおける前記弾性体カバー部材の取付端部外周面に添って筒状カバー片を嵌着することができる。

請求項4記載の一軸偏心ねじポンプのジョイント構造によれば、弾性体カバー部材の端部取付部が筒状カバー片によって保持され、ポンプ運転時におけるとくにメスボスの摺動時における弾性体カバー部材の変形が抑制される。

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。すなわち、
本発明のジョイント構造によれば、ロータとドライブシャフト間のオルダム継手を弾性体カバー部材にて被覆したので、被移送液との接触が断たれ、スラリー等の摩耗性の高い液状体を移送する場合でも継手摺動部の著しい摩耗が防止される。また、弾性体カバー部材にて被覆された内部には潤滑剤を充填して封入したので、継手摺動部に潤滑剤が十分に供給され、オルダム継手におけるオスボスとメスボス間の相対的な摺動が円滑に行われる。さらに、ねじ蓋を取り外すことにより弾性体カバー部材で被覆された内部の空間部への連通路が開放されるから、その連通路を用いて潤滑剤を供給するとともに空気を確実に抜き出せるので、弾性体カバー部材にて被覆された内部に空気を残さずに潤滑剤を充填して封入できる。これにより、ポンプ運転時に弾性体カバー部材に高い外圧が作用しても弾性体カバー部材はほとんど変形しない。しかも、オルダム継手の周囲を弾性体カバー部材で被覆したので、洗浄が容易になるとともに、ポンプ運転終了後のポンプハウジング内の残液量が少なくなり、洗浄による被移送液（特に、高価なケミカル液、粘性液）のロスも少なくなって経済的である。

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）などに適用できる。

図１は本発明の実施例に係るジョイント構造を備えた一軸偏心ねじポンプを示す、一部を省略した中央縦断面図、図２は本発明の実施例に係るジョイント構造を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、本発明の実施例に係る一軸偏心ねじポンプ１は、筒状のポンプケーシング５の一端（下端）にポンプ本体４を備え、ポンプ本体４の一端（下端）側にはエンドスタッド２１が下向きに取り付けられ、他端（上端）側に筒状の軸受けハウジング６および駆動部（図示せず）を順に備えている。ポンプ本体４は、基本的には、雄ねじ形ロータ２と雌ねじ形ステータ３とを有し、ロータ２がステータ３内で偏心回転する。ロータ２は、減速機付きモータからなる駆動装置（図示せず）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。ドライブシャフト７は軸受けハウジング６内で軸受け６ａにより回転自在に支持されており、ドライブシャフト７の一端面中心部に小径突起部７ａを一体に備えている。

一方、ロータ２の一端に半径方向へ張り出した張出部分２ａを一体に形成し、この張出部分２ａの一端面中心部に小径突起部２ｂを一体に備えている。そして、ロータ２とドライブシャフト７との間に、自在継手としてのオルダム継手１０を介設している。

このオルダム継手１０は、例えば図２に示すように、オスボス１１とオスボス１３の間にメスボス１２に介在させるとともに、両側のオスボス１１・１３の先端部間を弾性体カバー部材としての本例ではスリーブ状のゴムカバーシール１４にて被覆した構造からなり、メスボス１２の一端部はオスボス１１に対し上下方向に摺動自在に係合され、メスボス１２の他端部はオスボス１３に対し左右方向（紙面に直角方向）に摺動自在に係合されている。メスボス１２の両端部には、開口断面略円形状の、第１および第２の係合凹状部１２ａ，１２ｂが相互に直交する方向に直線状に延びるように形成され、これらの係合凹状部１２ａ，１２ｂの内周面には複数（本例では３本）の潤滑剤流通路１２ｃがそれぞれ間隔をあけて平行に形成されている。また、オスボス１１とオスボス１３の先端部には、係合凹状部１２ａ，１２ｂに対応する断面円形状の係合凸状部１１ａ，１３ａが一体に形成されている。各係合凸状部１１ａ，１３ａの根元付近はくびれており、各くびれ部１１ｂ，１３ｂの幅は、第１および第２の係合凸状部１１ａ，１３ａの直径の略１/２程度になっている。

さらに、オスボス１１とオスボス１３の基端部には、前記ロータ２の小径突起部２ｂおよびドライブシャフト７の小径突起部７ａを嵌合可能な、開口断面略円形の凹所１１ｃ、１３ｃがそれぞれ形成されている。これらの凹所１１ｃ、１３ｃには、ロータ２側小径突起部２ｂおよびドライブシャフト７側小径突起部７ａがそれぞれ嵌入され、係合凸状部１１ａあるいは１３ａと同一方向に貫通する中空ジョイントピン１５により連結されている。さらにまた、オスボス１１とオスボス１３において凹所１１ｃ、１３ｃより係合凸状部１１ａ，１３ａの根元部付近に向けて円形の連通路１１ｄ、１３ｄがそれぞれ穿設されている。これらの各連通路１１ｄ、１３ｄの先端は、メスボス１２側に臨ませて開口している。各連通路１１ｄ、１３ｄは内周面にねじ部を有するねじ孔に形成され、基端側に六角穴１７ａを有するねじ蓋１７を螺合し、締め付けることにより連通路１１ｄ・１３ｄを閉塞している。

ゴムカバーシール１４は両側端部の外周面に円筒状カバー片１８を一体に貼着したうえ、各カバー片１８の基端側をオスボス１１とオスボス１３の段差部１１ｅ・１３ｅに係止させた状態で、外周面のねじ部に螺合するナット１９により締め付けてゴムカバーシール１４の両側端部をそれぞれオスボス１１・１３に取り付けて固定している。また、各オスボス１１・１３の先端部外周面より円筒状カバー片２０をゴムカバーシール１４内面に添ってメスボス１２側へ張り出すように設けている。こうした内外の円筒状カバー片１８および円筒状カバー片２０は、例えば合成樹脂製やアルミ合金製の薄板材で形成される。

ドライブシャフト７には、ポンプケーシング５内からの液漏れを防止するメカニカルシール１６が設けられている。このメカニカルシール１６は、ポンプケーシング５内の被移送液が、ドライブシャフト７と軸受けハウジング６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。

上記のようにして本発明の実施例に係るジョイント構造を備えた一軸偏心ねじポンプが構成されるが、以下にジョイント構造の組み付け態様および一軸偏心ねじポンプの動作について説明する。

1) ジョイント構造を構成するオイルダム継手１０は、ロータ２とドライブシャフト７との間に取り付ける前に、一方のねじ蓋１７を取り外して連通路の一方１１ｄ（または１３ｄ）を開放する。そして、連通路１１ｄよりグリースや潤滑油などからなる潤滑剤をゴムカバーシール１４内に充填しながら内部の空気を完全に抜き取る。潤滑剤が充填された状態で、ねじ蓋１７を連通路１１ｄに螺合して締め付け封入する。

2) オルダム継手１0のオスボス１１・１３の凹所１１ｃ、１３ｃに、ロータ２側小径突起部２ｂおよびドライブシャフト７側小径突起部７ａを嵌入し、それぞれ中空ジョイントピン１５を貫通して一体回転可能に連結する。

3) 上記のようにして組み立てられた一軸偏心ねじポンプ１を、例えば縦向きにして駆動装置(図示せず）によりドライブシャフト７を回転させ、オルダム継手１０を介してロータ２に回転力を伝達しながら、ポンプケーシング５側壁の吸込管５ａの吸込口５ｂより配管２２を通して吸い込み、エンドスタッド２１下端の吐出口２１ａより被移送液を送り出す。

4) この運転状態で、ゴムカバーシール１４内でメスボス１２が上下のオスボス１１・１３に対して直角(直交)方向に相対的に摺動することによってステータ３内におけるロータ２の偏心回転が許容される。メスボス１２とオスボス１１・１３の係合摺動部に潤滑剤が行き渡っているので、メスボス１２およびオスボス１１・１３の安定した動きが確保され、摩耗の懸念がなくなる。また、ポンプケーシング５内を被移送液が移送され、ゴムカバーシール１４に高圧力が作用しても、ゴムカバーシール１４は変形することがなく耐久性を発揮する。

さらに、ポンプ１の運転時にオスボス１１・１３に対しメスボス１２が中心軸線に対し直交する方向に変位するが、各オスボス１１・１３からメスボス１２側へ延びる円筒状カバー片２０に当接してゴムカバーシール１４に当たるのが防止される。このため、メスボス１２によるゴムカバーシール１４の変形も生じないので、耐久性に富む。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ一軸偏心ねじポンプのジョイント構造の他の実施例を示す、一部を省略した断面図および９０°回転した状態の断面図である。

第２実施例に係るジョイント構造は、図３（ａ）に示すように、ドライブシャフト７側のオスボス１３にだけ連通路１３ｄを穿設している。この連通路１３ｄは上記実施例に比べて口径が小さく、その先端側は、係合凸状部１３ａに直交する方向に沿って二股に分岐し、各分岐路１３ｆの開口端はゴムカバーシール１４内の空間部に臨んでいる。また、ねじ蓋１７には頭付きボルト１７が使用され、ボルト１７の頭部１７ｂに六角穴が形成されている。さらに、オスボス１３の凹所１３ｃ内の底端にリング状のガスケット２３を介在させてボルト頭部１７ｂを押し付けている。さらにまた、ロータ２の小径突起部２ｂおよびドライブシャフト７の小径突起部７ａをオスボス１１・１３の凹所１１ｃ・１３ｃ内に嵌入した状態で中空ジョイントピン１５とともに、抜止めねじ２４により緊締してより確実に連結している。なお、本例の場合、内側の円筒状カバー片２０（図２参照）は省いている。

第３実施例に係るジョイント構造は、図３（ｂ）に示すように、連通路１３ｄを先端に向け口径が漸次狭くなるテーパ孔とし、ねじ蓋１７に六角穴付きテーパねじプラグ１７’を使用している。本例の場合、円筒状カバー片２０の長さを短くしている。その他の構成については、上記第２実施例と共通しているので、共通する部材に同一の符号を用いて示し、説明を省略する。

第４実施例に係るジョイント構造は、図３（ｃ）に示すように、連通路１３ｄをストレート孔とし、ねじ蓋１７にプッシュナット１７”を使用している。本例の場合、円筒状カバー片２０の長さを延ばして両側から延びた円筒状カバー片２０が突き合わせられるようにしている。その他の構成については、上記第２実施例と共通しているので、共通する部材に同一の符号を用いて示し、説明を省略する。

以上に本発明のジョイント構造に関する複数の実施例について説明したが、例えば、下記のように実施することもできる。

オルダム継手１０の２つのオスボス１１・１３のうちの一方に相当する係合凸状部１１ａをロータ２の端部に一体的に設けるか、他方に相当する係合凸状部１３ａをドライブシャフト７の端部に一体的に設けるかすることにより、従来のオルダム継手１０の一方のオスボス１１の嵌合部とロータ２の端部の取付部が不要あるいは他方のオスボス１３の嵌合部とドライブシャフト７の端部の取付部が不要になって、ロータ２とドライブシャフト７間を接続するオルダム継手１０の距離が短縮される。この場合には、ロータ２先端側の係合凸状部１１ａとオルダム継手１０のドライブシャフト７側オスボス１３の先端部間、あるいはドライブシャフト７先端側の係合凸状部１３ａとオルダム継手１０のロータ２側オスボス１１の先端部間に跨って弾性体カバー部材としてのゴムカバーシール１４を取り付け、ゴムカバーシール１４内に潤滑剤を充填し封入する。また、潤滑剤の充填はオスボス１３又は１１にねじ蓋１７付きの連通路１３ｄ又は１１ｄを設けてそこから行うようにする。

このように構成することにより、上記実施形態のポンプケーシング５（図１参照）および従来（図４参照）のポンプケーシング１０６の寸法に比べて短くなる。したがって、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内に残る移送液（残液）の量が減少するとともに、ポンプ全体のコンパクト化が図れる。

なお、上記実施の形態において、駆動装置側から見てロータ２がステータ３内を例えば左回転する場合、ポンプケーシング５の吸込口５ｂから吸い込み、エンドスタッド２１の吐出口２１ａ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）が、ロータ２が例えば右回転する場合、エンドスタッド２１側から吸い込み、ポンプケーシング５側から吐出される（この場合はディスチャージャに一般的に適用される）。

本発明の実施例に係るジョイント構造を備えた一軸偏心ねじポンプを示す、一部を省略した中央縦断面図である。 本発明の実施例に係る図１のジョイント構造を拡大して示す断面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ一軸偏心ねじポンプのジョイント構造の他の実施例を示す、一部を省略した断面図および９０°回転した状態の断面図である。 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

１ 一軸偏心ねじポンプ
２ ロータ
２ａ 張出部
２ｂ 小径突起部
３ ステータ
４ ポンプ本体
５ ポンプケーシング
５ａ 吸込管
５ｂ 吸込口
６ 軸受けハウジング
７ ドライブシャフト
７ａ 小径突起部
１０ オルダム継手
１１・１３ オスボス
１１ａ・１３ａ 係合凸状部
１１ｂ・１３ｂ くびれ部
１１ｃ・１３ｃ 凹所
１１ｄ・１３ｄ 連通路
１１ｅ・１３ｅ 段差部
１２ メスボス
１２ａ・１２ｂ 係合凹状部
１２ｃ 潤滑剤流通路
１３ｆ 分岐路
１４ ゴムカバーシール（弾性体カバー部材）
１５ 中空ジョイントピン
１６ メカニカルシール
１７ ねじ蓋
１８ 円筒状カバー片
１９ ナット
２０ 円筒状カバー片
２１ エンドスタッド
２１ａ 吐出口
２２ 配管
２３ ガスケット
２４ 抜止めねじ

Claims (4)

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オルダム継手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、
   前記オルダム継手を構成する中間に位置するメスボスを含めて両側のオスボス間を弾性体カバー部材で被覆し、その弾性体カバー部材にて被覆された内部に潤滑剤を充填して封入したこと
   を特徴とする一軸偏心ねじポンプのジョイント構造。
2. 前記各オスボスの基端側に凹所を形成し、少なくとも一方の凹所内より前記弾性体カバー部材内への連通路を設けるとともに、その連通路をねじ蓋により開閉可能とする構成としたこと
   を特徴とする請求項１記載の一軸偏心ねじポンプのジョイント構造。
3. 前記各オスボスの先端部より薄板筒状カバー片を前記弾性体カバー部材内面に添って前記メスボス側へ張り出させたこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の一軸偏心ねじポンプのジョイント構造。
4. 前記各オスボスにおける前記弾性体カバー部材の取付端部外周面に添って筒状カバー片を嵌着したこと
   を特徴とする請求項１、２又は３記載の一軸偏心ねじポンプのジョイント構造。

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