JP2009062868A - インラインポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体の移送を行うためのポンプに関し、液漏れのない小型化に適したインラインポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】本実施形態に係るインラインポンプ１において、マグネットポンプであるモータ部１Ａの回転体２１の回転軸２１と、ねじポンプであるポンプ部１Ｂの駆動ネジ２５の軸とは同軸に直結されている。駆動ネジ２５の周囲にはネジ山が噛み合うように平行に従動ネジ２６が設置されており、駆動ネジ２５のネジ山の一方の側面及び従動ネジ２６のネジ山の一方の側面には、互いに接触して駆動ネジ２５から従動ネジ２６へと回転力を伝達するための凸状の駆動力伝達曲面（インボリュート部２５ｂ，２６ａ）がそれぞれ形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体に圧力伝達を行うためのポンプに関し、特に、小型化に適したインラインポンプに関する。

従来から、流体の移送を行うために種々のポンプが提供されており、例えば、下記特許文献１，２に一軸及び二軸のねじポンプ（スクリューポンプ）開示されている。
特開２００２−３１００８３ 特開２００５−２８７２号公報

しかし、従来のねじポンプは、スクリューを回転駆動させるための動力モータがケーシングの外部にあるため、ケーシングに穴を開けて駆動軸を通しており、液漏れを防ぐために厳重なシールが必要であり、装置が大型化してしまうといった問題があった。

また、従来の二軸スクリューポンプでは、駆動軸に接続されたスクリューからもう一方の従動スクリューに動力を伝達するにあたって、それぞれの軸端に設けられたタイミングギヤを用いているため、スクリューの噛み合わせ（僅かなクリアランスを維持）とタイミングギヤにおける動力伝達を高精度に同期させる必要があった。

このため、これらを組み立てる作業は、非常に高い精度が要求され、コストの増大につながっていた。また、このように高い組立精度を要求されるため、従来のねじポンプでは、二軸が限界であり、三軸以上のスクリューポンプを製造することは困難であった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、流体の移送を行うためのポンプに関し、液漏れのない小型化に適したインラインポンプを提供することを目的とする。また、本発明は、三軸以上のポンプも容易に組立可能なインライン型のねじポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るインラインポンプは、駆動力を発生するモータ部と、流体に移送圧力を与えるポンプ部とを有し、ケーシングにより形成された密閉空間内において入力側から出力側へと流体を移送するインラインポンプであって、前記モータ部は、前記密閉空間の外部に設置された電磁石と、前記密閉空間内に設置された、前記電磁石に対向して配置される複数の永久磁石を有する回転体と、を備え、前記ポンプ部は、前記回転体の回転軸に同軸に直結された駆動ネジであって、回転することで流体に圧力を与える駆動ネジを備えることを特徴とする。

本発明に係るインラインポンプによれば、液漏れのない小型のポンプを実現できる。また、本発明に係るインラインポンプによれば、三軸以上のねじポンプを提供することができ、大流量のポンプにも適している。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るインラインポンプの構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。図４は、図１のＣ−Ｃ線における断面図である。

図１に示すように、インラインポンプ１は、主として、駆動力を発生させるモータ部１Ａと、移送のための圧力を流体に与えるポンプ部１Ｂに分かれている。また、インラインポンプ１は、ケーシング１０、電磁石１４、リングヨーク１５、永久磁石１６、シールドパイプ１７、ベアリング１９、回転体２１、駆動ネジ２５及び従動ネジ２６を備えている。

ケーシング１０は、入力側パイプ５０と接続される入力側面カバー１０ａ、ポンプ部１Ｂの周壁を構成するポンプ部周壁１０ｂ、ポンプ部１Ｂとモータ部１Ａとの境界に位置する境界壁１０ｃ、モータ部１Ａの周壁を構成するモータ部周壁１０ｄ、出力側パイプ５１と接続される出力側面カバー１０ｅとから構成される。

モータ部１Ａにおいては、図１及び図２に示すように、筒状のモータ部周壁１０ｄの内面に輪帯状のリングヨーク１５が軸方向に沿って２つ配置されている。リングヨーク１５の内側には、非磁性体から形成された筒状のシールドパイプ１７が所定の間隔をおいて設置されると共に、シールドパイプ１７の外周壁面上には輪帯状の電磁石１４が設置されている。

円柱状の回転体２１の回転軸２０の出力側端は出力側面カバー１０ｅの中心に設置されたベアリング１９に支持されている。また、回転軸２０のもう一方の端部は、駆動ネジ２５の軸と直結しており、この駆動ネジ２５の回転軸の入力側端は、入力側面カバー１０ａの中心に設置されたベアリング１９に支持されている。

また、図２に示すように、回転体２１には、軸方向に挿通する穴２１ａが同心円状に等間隔に８つ設けられている。この穴２１ａの中を、ポンプ部１Ｂから送られてきた流体が出力側へと通過する。

回転体２１の外周には、複数の永久磁石１４が、周方向に沿って所定の間隔で電磁石１４に対向して設置されている。図２に示すように、本実施形態では、４５°毎に８つの永久磁石１４が、順次磁化方向を逆にして設置されている。また、図１に示すように、軸方向には永久磁石１４が二箇所に設置されているので、合計１６個の永久磁石１４が設置されていることになる。

このような構成において、電磁石１４のコイルに電流を流して変動する磁界を発生させれば、電磁力により駆動力が発生して回転体２１が回転することになる。

境界壁１０ｃには、回転軸２０が通過するための中心穴が開けられている。また、この中心穴の周囲には、後述する入力側面カバー１０ａと同様に、液体が通過するための通過穴が、同心円状に８つ開けられている。境界壁１０ｃは、従動ネジ２６の一端を保持するので、上記通過穴は、入力側面カバー１０ａと同様に、従動ネジ２６の支持部を避けた場所に開けられている。

ポンプ部１Ｂにおいては、図３に示すように、回転軸２０に直結された駆動ネジ２５が断面中心に位置し、駆動ネジ２５に噛み合う従動ネジ２６がその周囲に１２０度間隔で設置されている。したがって、モータ部１Ａの駆動力により回転軸２０が回転すると、駆動ネジ２５が回転し、さらには駆動ネジ２５に噛み合っている従動ネジ２６も回転することになる。

駆動ネジ２５と３つの従動ネジ２６とは逆方向に回転することになるが、ネジ溝も逆に切られており（右ネジ、左ネジ）、それぞれ回転することで、流体に対して入力側から出力側へと搬送するための移送圧力を与えるように構成されている。本実施形態では、回転軸２０の回転出力が、４つのネジ２５，２６に伝達され、４つのネジにより圧力が発生されるので、流体の搬送能力を大幅に向上できる。

また、図３に示すように、ポンプ部１Ｂにおけるポンプ部周壁１０ｂは、その内壁が駆動ネジ２５及び従動ネジ２６の周囲を覆うように、ネジ２５，２６の外周円弧に沿って配置され、ポンプ部周壁１０ｂの外壁は、三角形の各辺が内側に湾曲した形状をしている。このような構成により、各ネジ２５，２６とポンプ部周壁１０ｂの内壁との間の隙間がほとんどなく、ネジ２５，２６の回転運動が流体の前進運動に変換され、流体が入力側から出力側へと送られることになる。

続いて、図４を参照して、図１のＣ−Ｃ線における断面の構造について説明する。入力側面カバー１０ａには、中心に中心穴が開けられており、この穴に駆動ネジ２５の回転軸を回動自在に保持するためのベアリングが挿入保持されている。また、その中心穴の周囲には、液体が通過するための通過穴が、同心円状に８つ開けられている。入力側面カバー１０ａは、従動ネジ２６の一端を保持するので、上記通過穴は、従動ネジ２６の支持部を避けた場所に開けられている。

また、入力側面カバー１０ａの周縁部にはネジ穴が設けられており、入力側面カバー１０ａとポンプ部周壁１０ｂとを接続するネジが挿入されている。

次に、駆動ネジ２５と従動ネジ２６との噛み合い状態を詳細に説明する。図５は、駆動ネジ２５と従動ネジ２６との噛み合い状態を示す、軸方向に平行な拡大断面図である。同図中、上側に駆動ネジ２５、下側に従動ネジ２６が位置している。駆動ネジ２５のネジ山の入力側（図中右側）の側面には、断面が凹状のクインビー曲線である曲面からなるクインビー部２５ａが形成され、出力側（図左側）の側面には、断面が凸状のインボリュート曲線である曲面からなるインボリュート部２５ｂが形成されている。

また、従動ネジ２６のネジ山の入力側の側面には、断面が凸状のインボリュート曲線である曲面からなるインボリュート部２６ａが形成され、出力側の側面には、断面が凹状のクインビー曲線である曲面からなるクインビー部２６ｂが形成されている。

図５に示すように、駆動ネジ２５の凸状インボリュート部２５ｂと、従動ネジ２６の凸状インボリュート部２６ａが接触し、駆動ネジ２５の駆動力を従動ネジ２６に伝達しており、インボリュート部２５ｂ，２６ａは駆動力伝達部３０として作用している。また、駆動ネジ２５の凹状クインビー部２５ａと、従動ネジ２６の凹状クインビー部２６ｂにより隙間３１が形成されており、両ネジ２５，２６の回転により、この隙間が入力側から出力側に移動することにより、流体が移送される。

このように、本実施形態では、駆動ネジ２５から従動ネジ２６への動力伝達を、互いに噛み合う両ネジ２５，２６のネジ山の側面に設けられたインボリュート部２５ｂ，２６ａにより実現しているので、動力伝達のためのタイミングギヤ等が不要となり、コストを削減できると共に、組立の際にタイミングギヤとネジの噛み合わせ等を高精度に同期させる作業も不要となり、複数軸のねじポンプの組立も容易に行うことが可能である。

なお、駆動力伝達曲面として、断面がインボリュート曲線の曲面を用いたが、互いに噛み合っているネジ山の側面に設けることで、一方のネジの回転力を他方のネジに伝達できる曲面であれば、適宜他の曲面を用いることができる。例えば、断面がサイクロイド曲線となる曲面であっても、動駆力伝達部とすることができる。

以上、本実施形態に係るインラインポンプについて詳細に説明したが、本実施形態では、駆動源としてマグネットポンプを採用しており、密閉空間の外部の駆動力を内部のポンプ部に伝達する必要がなく、軸シールのない構造を実現しているため、液漏れのないポンプを提供できる。

また、本実施形態では、モータ部とポンプ部とを、同一のケーシング内に同軸に配置したインラインポンプを実現しており、小型のポンプを提供できる。また、本実施形態では、容易に複数軸のねじポンプを組立可能であるので、大流量に適したポンプを提供することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、１つの駆動ネジと、３つの従動ネジからなる四軸のインラインポンプについて説明したが、もちろん軸数は適宜変更可能である。

例えば、一軸のインラインポンプであっても、液漏れのない小型化に適したインラインポンプを提供することができる。また、１つの駆動ネジと１つ又は２つの従動ネジからなる二軸や三軸のインラインポンプであっても良いし、五軸以上であっても良い。この場合でも、ネジ面で動力を伝達する本発明に係るインラインポンプであれば、容易に組立可能である。

図１は、本実施形態に係るインラインポンプの構成を示す断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図３は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。 図４は、図１のＣ−Ｃ線における断面図である。 図５は、本実施形態に係る駆動ネジと従動ネジとの噛み合い状態を示す、軸方向に平行な拡大断面図である。

符号の説明

１ インラインポンプ
１Ａ モータ部
１Ｂ ポンプ部
１０ ケーシング
１４ 電磁石
１５ リングヨーク
１６ 永久磁石
１７ シールドパイプ
１９ ベアリング
２０ 回転軸
２１ 回転体
２５ 駆動ネジ
２６ 従動ネジ
３０ 動力伝達部
３１ 隙間

Claims (5)

1. 駆動力を発生するモータ部と、流体に移送圧力を与えるポンプ部とを有し、ケーシングにより形成された密閉空間内において入力側から出力側へと流体を移送するインラインポンプであって、
   前記モータ部は、
   前記密閉空間の外部に設置された電磁石と、
   前記密閉空間内に設置された、前記電磁石に対向して配置される複数の永久磁石を有する回転体と、を備え、
   前記ポンプ部は、
   前記回転体の回転軸に同軸に直結された駆動ネジであって、回転することで流体に圧力を与える駆動ネジを備えることを特徴とするインラインポンプ。
2. 前記ポンプ部は、前記密閉空間内において前記駆動ネジと噛み合って平行に配置された従動ネジをさらに備え、
   前記駆動ネジのネジ山の一方の側面及び前記従動ネジのネジ山の一方の側面には、互いに接触して前記駆動ネジから前記従動ネジへと回転力を伝達するための駆動力伝達曲面がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１記載のインラインポンプ。
3. 前記駆動ネジのネジ山の他方の側面及び前記従動ネジのネジ山の他方の側面には、互いに対向して液体に圧力を与える隙間を形成するための曲面がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２記載のインラインポンプ。
4. 前記駆動力伝達曲面は、軸方向に平行な断面がインボリュート曲線又はサイクロイド曲線であることを特徴とする請求項２又は３記載のインラインポンプ。
5. 前記従動ネジを少なくとも２つ備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のインラインポンプ。

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