JP2007332835A

JP2007332835A - ロータリー式圧送装置

Info

Publication number: JP2007332835A
Application number: JP2006164057A
Authority: JP
Inventors: Yurio Mitsui; 三井百合夫; Yoshihiro Takahara; 高原義弘
Original assignee: TAKAHARA KOGYOSHO KK; Toyo Kogyo Co Ltd
Current assignee: TAKAHARA KOGYOSHO KK; Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】構造の簡略化と構成部品点数の削減を図り、円滑で効率のよいポンプ圧送が可能であることこと。
【解決手段】ポンプ本体１０のポンプ室１１内に回転軸３０を偏倚して設け、前記回転軸３０にブレード４０を回転軸３０の径方向に向けて進退可能に嵌挿し、回転軸３０に対して径方向の進退を許容しつつ連続回転可能に構成したブレード４０と、ポンプ室１１の内周面および回転軸３０の外周面との対向面間に形成したシール部とによりポンプ室を複数の室に区画した。
【選択図】図２

Description

本発明はシールドマシンで掘削した掘削土、泥土、或いは汚泥等の各種流動体をポンプ輸送するロータリー式圧送装置に関するものである。

ポンプ本体と、このポンプ本体の駆動部とから構成される、回転容積型のロータリーポンプ装置は、特許文献１により開示されている。

図１０〜図１２を基に従来のロータリーポンプ装置について説明すると、ポンプ本体９０はその内部に円筒状のポンプ室９１を形成していると共に、このポンプ室９１に連通して取込口９２と吐出口９３を夫々形成している。
ポンプ室９１内には一対のブレード９４ａ，９５ａを収容していて、駆動部を構成する一対のモータ９４ｂ，９５ｂにより、回転と回転停止を個別に制御できるようになっている。

掘削土を圧送するには、まず、図１０に示すように、一方のブレード９４ａが吐出口９３を閉塞しない位置で停止状態を保ち、他方のブレード９５ａが反時計方向に回転することで、回転方向の前面側の掘削土を吐出口９３へ押し出して排出する工程と、取込口９２を通じてポンプ室９１内に掘削土を取込む工程が同時に進行する。
さらに、図１１に示すように、他方のブレード９５ａが一方のブレード９４ａの位置に到達する直前に、ポンプ室９１内の掘削土を吐出口９３を通じて排出する工程と、取込口９２を通じてポンプ室９１内に掘削土を取込む工程が同時に進行する。このとき、一方のブレード９４ａは吐出口９３を閉塞しない位置で停止している。
このように、一対のブレード９４ａ，９５ａが交互に回転することで、掘削土を圧送している。

特開２０００−９６９８８号公報

前記した従来のロータリーポンプ装置にあってはつぎの問題点がある。
（１）各ブレード９４ａ，９５ａは間欠的に回転制御される。
そのため、待機状態から回転を再開する際に各ブレード９４ａ，９５ａに負荷が繰り返し作用することから、各ブレード９４ａ，９５ａや、回転軸との接続部を負荷に耐え得るように高強度に設計する必要がある。
（２）従来のロータリーポンプ装置は間欠的な圧送となるため、効率のよい輸送とは言えない。
（３）ブレード９４ａ，９５ａが一対必要であるだけでなく、これらの各ブレード９４ａ，９５ａを個別制御するために一対のモータ９４ｂ，９５ｂが必要である。
さらに、各ブレード９４ａ，９５ａの回転軸９４ｃ，９５ｃを同軸線上に位置して回転可能に設置するために複雑な構造になっている。
これらは、ロータリーポンプ装置のコストアップの大きな要因になっている。
（４）以上のことから、従来のロータリーポンプ装置に代わる、高性能で商品価値の高い圧送装置の提案が切望されている。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところはつぎの何れかひとつのロータリー式圧送装置を提供することにある。
（１）構造の簡略化と構成部品点数の削減を行なってロータリー式圧送装置の低コスト化を図ること。
（２）円滑で効率のよいポンプ圧送が可能であること。
（３）連続的で揚程の出ること。

本願の第１発明は、ポンプ室内で回転軸と一体に回転するブレードを内蔵すると共に、ポンプ室に連通して取込口と吐出口を形成したポンプ本体と、回転軸を回転駆動する駆動部とを具備した回転容積型のロータリー式圧送装置であって、前記ポンプ本体のポンプ室内に回転軸を偏倚して設け、前記回転軸にブレードを回転軸の径方向に向けて進退可能に嵌挿し、回転軸に対して径方向の進退を許容しつつ連続回転可能に構成したブレードと、ポンプ室の内周面および回転軸の外周面との対向面間に形成したシール部とにより前記ポンプ室を複数の室に区画したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置を提供する。
本願の第２発明は、前記第１発明において、前記ブレードをポンプ室に内接可能な単数の板体で構成したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置を提供する。
本願の第３発明は、前記第１発明において、前記ブレードをポンプ室に内接可能な複数の分割ブレードで構成し、前記各分割ブレードを回転軸の径方向に向けて進退可能に嵌挿したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置を提供する。
本願の第４発明は、前記第３発明において、前記分割ブレードの間に弾性材を介在したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置を提供する。
本願の第５発明は、前記第１発明乃至第３発明の何れかにおいて、前記回転軸をポンプ本体の取込口と吐出口の間の部位へ接近する方向へ偏倚したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置を提供する。
本願の第６発明は、前記第１発明乃至第５発明の何れかにおいて、前記ポンプ室の断面形状を変形した円形に形成したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置を提供する。

本発明はつぎのいずれかひとつの効果を奏する。
（１）単数の回転軸を対象に回転駆動するため駆動部がひとつでよい。そのため、ロータリー式圧送装置の構成部品点数の削減が可能となって、省スペース化と低コスト化が図れる。
（２）回転軸に対してブレード、または分割ブレードが径方向に進退しながら回転することで、被搬送物の連続取込工程と、被搬送物の連続吐出工程を並行して行なえる。
したがって、連続加圧による連続吐出（連続圧送）が可能となって、円滑で効率のよいポンプ圧送が可能となるだけでなく、揚程性能を大幅に改善できる。
（３）ブレード、または分割ブレードの連続回転により被搬送物の連続取り込みと、連続吐出を行なえるから、回転軸やブレード等の停止状態から回転開始時に発生する過負荷を回避できる

以下図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

（１）ロータリー式圧送装置の概要
図１〜図３に図外のシールド掘進機が内蔵する土砂搬送用スクリューコンベアと土砂搬出用配管との間に介装して使用されるロータリー式圧送装置の一例を示す。

本発明に係るロータリー式圧送装置は、回転容積型のポンプであって、ポンプ本体１０と、このポンプ本体１０の回転軸３０を回転駆動するモータ等の駆動部２０とから構成されている。
ポンプ本体１０の内部には、ポンプ室１１が形成されている。ポンプ本体１０の上部には取込口１２が形成され、又、その一側には吐出口１３が形成されていている。
例えば取込口１２は土砂搬送用スクリューコンベアと接続し、又、吐出口１３は土砂搬出用配管と接続する。

ポンプ本体１０には回転軸３０が軸受を介して回転自在に枢支されていると共に、この回転軸３０に一枚もののブレード４０がポンプ室１１の径方向に向けて摺動可能（進退可能）に取り付けられている。

ポンプ本体１０の外部に突出した回転軸３０の一端と、駆動部２０との間が回転伝達機構により接続されていていて、回転伝達機構を介して駆動部２０の回転を回転軸３０へ伝達できるようになっている。
本例では回転伝達機構としてスプロケット２１，２２とチェーン２３を組み合わせた場合を例示するが、その他にベルト伝達機構や歯車伝達機構等の公知の伝達機構を適用できる。

そして、駆動部２０の回転駆動を受けて回転軸３０と共にブレード４０が一方向に回転することで、取込口１２を通じてポンプ室１１内に取り込んだ土砂等の被搬送物を吐出口１３から連続して排出し得るようになっている。
以下各部について詳述する。

（２）ポンプ本体
ポンプ本体１０は回転軸３０とブレード４０を収容するハウジングであり、その一部に駆動部２０を一体に設けている。

ポンプ本体１０はその内部に略円柱形（小判型の円柱形、変形した円柱形、または変形した楕円柱形）を呈するポンプ室１１が形成されている。
ポンプ室１１の断面形状について詳しく説明すると、本発明ではポンプ室１１の中心と回転軸３０の中心がずれた位置関係にあることから、ポンプ室１１を真円に形成すると、ブレード４０の端部がポンプ室１１から離れて圧力が漏れる恐れがある。
そこで、回転軸３０を中心に回転するブレード４０とポンプ室１１との間から圧力が漏れるのを防止するため、ポンプ室１１の断面形状は真円に近い変形した円形、または変形した楕円形に形成するとよい。

又、ポンプ本体１０の上部には取込口１２が形成され、又、その一側に吐出口１３が形成されていていて、これらの両口１２，１３はポンプ室１１と連通している。
本例では取込口１２と吐出口１３とを略９０度ずれた位置に形成した場合について説明するが、両口１２，１３の形成角度は例えば取込口１２と吐出口１３ポンプ本体１０の１８０度前後の角度で配置してもよく、用途に応じて適宜選択するものとする。

（３）回転軸
回転軸３０はポンプ室１１を縦断可能な全長と、ブレード４０を嵌め込んで挿入可能な径を有する円柱体であり、軸受を介してポンプ本体１０に取り付けられる。
本発明では回転軸３０をポンプ室１１の中心からずれた偏心した位置に取り付けたものである。

より詳しくは、図２に示すように、回転軸３０はポンプ室１１の中心から両口１２，１３の中間部へ接近する方向へ片寄らせて設置している。
回転軸３０をポンプ室１１の中心からずれた位置に配置したのは、図４に拡大して示すように、回転軸３０の外周面が取込口１２と吐出口１３の間のポンプ室３１の内周面と線接触に近い状態に接近（例えば隙間が０．５ｍｍ程度）させて、ポンプ室３１の内周面と回転軸３０の外周面との間にシール部を形成するためである。

このように回転軸３０をポンプ室１１の中心からずれた位置に配置することで、後述するブレード４０と協働してポンプ室１１内に複数の容積可変な室に画成することが可能となる。

尚、前記シール部に良好なシール性を確保するために、回転軸３０の外周面が当接予定のポンプ室１１の内周面側に公知のシール材を配設する場合もある。

回転軸３０にはその長手方向に沿って、ブレード４０を嵌挿可能な寸法の摺動ガイド穴３１が形成されている。

（４）ブレード
従来のポンプ装置は複数のブレードを回転制御していた。
これに対し本発明では、回転軸３０に対して一枚もののブレード４０を回転制御するものである。

本例のブレード４０はポンプ室１１に内接可能な一枚ものの矩形を呈する板体で構成するものであり、回転軸３０の摺動ガイド穴３１に、ポンプ室１１に内接可能な一枚もののブレード４０が摺動自在に嵌挿されていて、回転軸３０を中心にブレード４０が摺動しながら回転するようになっている。
回転軸３０に対し、一枚もののブレード４０を摺動自在に挿入することで、実質的にひとつの回転軸３０の両側にふたつのブレード４０を設けた形態と同じになる。
回転軸３０の摺動ガイド穴３１内にブレード４０を挿入する場合、その間にグリース等を注入して異物の進入を防止するとよい。
ブレード４０の短辺側の端部は湾曲面、または円弧面として形成する場合を図示するが、ブレード４０の短辺側の端部の形状は適宜選択するものとする。
さらにブレード４０とポンプ室１１の周面間に土砂等の被搬送物を噛み込まないようにするため、ブレード４０端部周面に逃げ溝を形成する場合もある。

本発明のロータリー式圧送装置は、ブレード４０の連続回転により被搬送物を取り込んで圧送するものであるから、連続加圧による連続吐出（連続圧送）が可能となる。

（５）駆動部
駆動部２０としては、油圧モータや電動モータ等を適用できる。
従来は複数のブレードを個別に回転制御するために、複数の駆動部を必要としていた。
これに対して本発明は、駆動対象がひとつの回転軸３０であるから駆動部２０はひとつでよい。そのため、部品点数の削減に伴う省スペース化と低コスト化が図れるだけでなく、駆動部２０が油圧モータである場合は油圧ユニット施設の小型化も図れる。

（６）ロータリー式圧送装置の作動
つぎに図５〜図８を基に既述したロータリー式圧送装置のポンプ作動について説明する。
図５〜図８はポンプ室１１内のブレード４０が回転軸３０の回転を受けて反時計回り方向に連続回転したときの経時的なロータリー式圧送装置のモデル図を示す。
尚、取込口１２に連続供給される被搬送物は、大気圧以上の圧力が負荷されている。

［取込工程］
図５はブレード４０の一端４０ａが取込口１２を超えた箇所に位置し、ブレード４０の他端４０ｂが吐出口１３に面した箇所に位置した状態を示す。
このとき、ブレード４０の一端４０ａとポンプ室１１との間に形成されるシール部と、回転軸３０の外周面とポンプ室１１との間に形成されるシール部とにより、ポンプ室１１が複数の第１、第２ポンプ室１１ａ，１１ｂに区画されている。

本例では説明の便宜上、取込口１２と連通し、かつ、回転軸３０の外周面と、回転軸３０から突出したブレード４０とにより区画された室を第１ポンプ室１１ａとし、又、吐出口１３と連通し、かつ、回転軸３０の外周面と、ポンプ室１１に内接するブレード４０の一端４０ａとにより区画された他の室を第２ポンプ室１１ｂと区別して説明する。

この状態で、回転軸３０が反時計回り方向に回転すると、回転軸３０に嵌め込まれたブレード４０の一端４０ａはポンプ室１１の周面に当接しながら吐出口１３へ向けてその当接位置を変位する。これと並行してブレード４０の他端４０ｂはポンプ室１１の周面に当接しながら取込口１２へ向けてその当接位置を変位する。
この間、回転軸３０の外周面とポンプ室１１の内周面との間に形成されるシール部には、継続して良好なシール性が維持される。

回転軸３０の回転中心がポンプ室１１の中心と異なることから、ブレード４０は回転しながら回転軸３０に対して径方向に摺動する。
すなわち、ブレード４０の回転に伴い、ブレード４０の一端４０ａ側は回転軸３０から突出を続け、ブレード４０の他端４０ｂ側は回転軸３０の中心へ向けて後退する。
ブレード４０が図６の位置に達した以降は、逆にブレード４０の一端４０ａ側が回転軸３０の中心へ向けて後退変位に切り替わると共に、ブレード４０の他端４０ｂ側が回転軸３０の外周面から突出する動作に切り替わる。

その結果、回転軸３０と共にブレード４０が回転することに伴い、図５〜図７に示すように、第１ポンプ室１１ａの容積が徐々に増していく。
第１ポンプ室１１ａの容積増加に伴い、取込口１２に連通した第１ポンプ室１１ａ内に取込口１２を通して被搬送物の連続的な取り込みが進行する。

［吐出工程］
本発明に係るロータリー式圧送装置は、回転軸３０と共にブレード４０が回転することに伴い、上記した取込口１２を通じた被搬送物の取込工程と並行して、第２ポンプ室１１ｂ内の被搬送物が吐出口１３を通じて吐出される。
以降に、被搬送物の吐出工程について詳しく説明する。

図５〜図７に示すように、回転軸３０と共にブレード４０が反時計回り方向に回転すると、他の第２ポンプ室１１ｂの容積が徐々に減少していく。
その結果、第２ポンプ室１１ｂに取り込まれていた被搬送物がブレード４０に押されて吐出口１３を通じてポンプ外へ吐出される。

尚、図７に示すように、回転軸３０の外周面とポンプ室１１の内周面との間にシール部が形成されているので、このシール部を越えて圧力が漏れることはない。

［取込工程と吐出工程の同時進行］
以上説明したように、回転軸３０に対してブレード４０が反時計回り方向に回転することにより、区画された各第１、第２ポンプ室１１ａ，１１ｂが体積を増減変化する。その結果、各第１、第２ポンプ室１１ａ，１１ｂで被搬送物の連続取込工程と、被搬送物の連続吐出工程が同時に進行する。

図８に示すように、ブレード４０の一端４０ａが回転軸３０内に完全に後退した以降は、回転軸３０の他側から突出する他端４０ｂ側のブレード４０に押されて第２ポンプ室１１ｂ内の被搬送物が吐出口１３を通じて継続して吐出される。

以上の如く、回転軸３０に対してブレード４０が回転することで、被搬送物の連続取込工程と、被搬送物の連続吐出工程を並行して行なえるから、円滑で効率のよい被搬送物のポンプ圧送が可能となる。
しかも、ブレード４０の連続回転により被搬送物の連続取り込みと、連続吐出
を行なえるから、回転軸３０やブレード４０の過負荷を回避できて、回転軸３０やブレード４０の強度を低く設計できる。
さらに本発明のロータリー式圧送装置は、プレード４０の連続回転により被搬送物を取り込んで圧送するものであるから、連続加圧による連続吐出（連続圧送）が可能となる。

（７）その他の実施の形態
以降に他の実施の形態について説明するが、その説明に際し、前記した実施の形態１と同一の部位は同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

以上は、ブレード４０を一枚ものの板体で構成する場合について説明した。
本例では、図９に示すように、回転軸３０の対称位置で、かつ、回転軸３０の径方向に向けて進退自在に配置した一対の分割ブレード４０ａ，４０ｂで構成してもよい。
尚、ブレード以外の構成は既述した実施の形態と同様であるので、それらについては説明を省略する。

分割ブレード４０ａ，４０ｂは既述したブレード４０と同様にポンプ室１１内で回転軸３０に対して径方向に向けて進退自在に差し込んだ矩形の板体である。
回転軸３０にはその長手方向に沿って、分割ブレード４０ａ，４０ｂを嵌挿可能な寸法の摺動ガイド穴３１が形成されている。本例では摺動ガイド穴３１が貫通穴の形態で形成した場合について示すが、摺動ガイド穴は一対の有底穴の組み合わせで構成してもよい。

摺動ガイド穴３１に各分割ブレード４０ａ，４０ｂを挿入するにあたり、各分割ブレード４０ａ，４０ｂの底部にばね等の弾性材３２を介在させて、各分割ブレード４０ａ，４０ｂに対して回転軸３０から突出する方向に向けて常時、ばね力が働くように構成しておく。

本例にあっても、回転軸３０に対して各分割ブレード４０ａ，４０ｂが径方向の進退を許容しながら回転することにより、区画されたポンプ室１１の体積を増減変化させて被搬送物の連続取込工程と、被搬送物の連続吐出工程を並行して行なうことができる。

本例にあっては、前記した実施の形態と同様の作用効果が得られることに加えてつぎのような利点も得られる。
すなわち、本例にあっては、回転軸３０に対する各分割ブレード４０ａ，４０ｂの進退を個別に行なえるので、ポンプ室１１を真円に形成できてポンプ本体１０の製作が容易となる。

また本例では、弾性材３２を介在させて、各分割ブレード４０ａ，４０ｂを積極的に回転軸３０から突出させているが、弾性材３２を省略し、遠心力を利用して各分割ブレード４０ａ，４０ｂを回転軸３０から突出するようにしてもよい。

また、本発明に係るロータリー式圧送装置は、土木用途以外に各種の用途に適用できることは勿論である。

本発明に係るロータリー式圧送装置の全体斜視図ロータリー式圧送装置の中央断面を示したモデル図図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩの断面図ポンプ室と回転軸との間のシール部の拡大断面図ロータリー式圧送装置のポンプ作動を説明するためのモデル図ロータリー式圧送装置のポンプ作動を説明するためのモデル図ロータリー式圧送装置のポンプ作動を説明するためのモデル図ロータリー式圧送装置のポンプ作動を説明するためのモデル図本発明に係る他の形態のロータリー式圧送装置の中央断面を示したモデル図従来のロータリー式圧送装置のポンプ作動を説明するためのモデル図従来のロータリー式圧送装置のポンプ作動を説明するためのモデル図従来のロータリー式圧送装置の平面図

符号の説明

１０・・・・・・ポンプ本体
１１・・・・・・ポンプ室
１２・・・・・・取込口
１３・・・・・・吐出口
２０・・・・・・駆動部
３０・・・・・・回転軸
４０・・・・・・ブレード
４０ａ，４０ｂ・・・分割ブレード

Claims

ポンプ室内で回転軸と一体に回転するブレードを内蔵すると共に、ポンプ室に連通して取込口と吐出口を形成したポンプ本体と、回転軸を回転駆動する駆動部とを具備した回転容積型のロータリー式圧送装置であって、
前記ポンプ本体のポンプ室内に回転軸を偏倚して設け、
前記回転軸にブレードを回転軸の径方向に向けて進退可能に嵌挿し、
回転軸に対して径方向の進退を許容しつつ連続回転可能に構成したブレードと、ポンプ室の内周面および回転軸の外周面との対向面間に形成したシール部とにより前記ポンプ室を複数の室に区画したことを特徴とする、
ロータリー式圧送装置。
請求項１において、前記ブレードをポンプ室に内接可能な単数の板体で構成したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置。
請求項１において、前記ブレードをポンプ室に内接可能な複数の分割ブレードで構成し、前記各分割ブレードを回転軸の径方向に向けて進退可能に嵌挿したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置。
請求項３において、前記分割ブレードの間に弾性材を介在したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置。
請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、前記回転軸をポンプ本体の取込口と吐出口の間の部位へ接近する方向へ偏倚したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置。
請求項１乃至請求項５の何れかにおいて、前記ポンプ室の断面形状を変形した円形に形成したことを特徴とする、ロータリー式圧送装置。