JP2009522082A - タンク用クリーニングヘッドの駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】
伝達するトルクやスピードを容易に変更することを可能とする、タンク用クリーニングヘッドの駆動システムを提供する。
【解決手段】
本願明細書は、タンク内の回転式クリーニングヘッドのための駆動システムの構造及びハウジング（２）とギア（１４）の間で液密部（流路内の液体）を完全に分離することを可能とし、一方は流路（４）内に、他方は流路（４）外にそれぞれ設置された２つの磁石部を有したヒステリシスカップリングを具備したシステムに関するものである。
ヒステリシスカップリングの磁石部（８、１８）は、電磁石で構成することを可能とし、かつカップリングの一方の部分（１１、１９）の位置を移動可能（１３）としたカップリングは、伝達されるトルク及び／又は速度を調整することを可能としている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、タンク内の回転式クリーニングヘッドの駆動システムに関するものである。

発明はタンク内の回転式クリーニングヘッドの駆動システムに関するものであり、前記駆動システムは、高圧下で供給される洗浄液の流路内にプロペラを設置したハウジングを具備し、同様にプロペラによって駆動されるギアを具備し、前記ギアは洗浄液漏洩防止手段によりハウジング内の洗浄液から隔離された位置に設置され、前記ギアはプロペラによって発生した回転を減速したものをタンク内のクリーニングヘッドに伝達し、プロペラにより発生した回転は軸継ぎ手（カップリング）を有するマグネットカップリングを経てギアに伝達され、カップリングの一方はハウジングの流路内に、他方はハウジング外に設置され、前記カップリングは互いに平行な円盤状又は同軸上に設置された円筒形状となっている。

流路の外部に設置されているギアから流路内に延長されている駆動プロペラシャフトを、分離する漏洩防止手段は知られている。これはガスケットやスタッフィングボックス等の機構で実現可能としているが、これらは常に確実に機能しているわけではなく、具体的には磨耗、漏洩や劣化が発生する。

これらの状況を改善するために、磁気的な駆動システムを介してトルクを伝達することで、流路とハウジングの外部を隔壁により完全に遮断する方法が知られており、プロペラにより駆動される磁石部は流路内に設置され、ハウジングの外部に設置されている磁石部はギアに連結されている。従って、カップリング（軸継ぎ手）はトルク及び回転を磁気的に伝達するために一対に対向して設けられている。

タンクのクリーニングシステムのための前述のような駆動システムは、ヨーロッパ特許の特許文献１に公開されており、図２に示されるように、流路内に設置されたプロペラは円盤状の磁石部を駆動し、前記磁石部は流路内に設置され、流路の外部の円盤状の磁石部と磁気的に結合してマグネットカップリングを形成している。特許文献１の請求項２によると、両方の磁石部は永久磁石により構成されている。さらに、磁石部は平行な円盤状の構造の他にも、一方の磁石が他方の磁石の内側に配置されることも可能となっている。

速度調節は、プロペラと流路の壁との距離や、プロペラの位置を移動させるために、カウンターナットを手動で調節することで機能させることが可能であり、これによりプロペラの回転速度を変更することを可能としている。

他のヨーロッパ特許の特許文献２には、例えば内視鏡等の手術器具の洗浄を行うための洗浄機に関する発明が開示されている。前記洗浄機は回転可能に設置された洗浄ノズルを具備しており、前記洗浄ノズルは洗浄機の外部に設置されたモータにより駆動され、前記モータの回転力はマグネットカップリングを経て回転式洗浄ノズルに伝達されている。前記洗浄機はギア機構を有しておらず、その回転速度は調節することができない。

特許文献２は平行な円盤状の磁石部と同様に円筒形状のものに関しても言及しており、同軸上に磁石部を設置することにも言及している。前記磁石部は永久磁石により構成されているが、電磁石でもまた構成することが可能であるとしている。それほど大きくないトルクは、洗浄機の回転を始動させるために伝達されなければならず、ノズルの反力は洗浄
機の回転式洗浄ノズルの回転に影響する。
ＥＰ０７２３９０９Ａ１ ＥＰ００８４３４２Ａ２

しかしながら、特に始動時における比較的大きな起動トルク及び磁石部の回転時における高速回転のために、タンク内のクリーニングヘッドに使用する永久磁石によるマグネットカップリングを実際に作成することは困難である。

これらの状況は、駆動部が磁気的に連結せず、トルクを伝達することが不可能となる結果をもたらす可能性がある。これは、起動トルクがカップリング（軸継ぎ手）の最大トルクを超える際に生じる。

磁力は遮断され、極めて小さなトルクを伝えるのみであるため、カップリング（軸継ぎ手）はガタガタと振動するような状態で滑る。正確にはカップリング（軸継ぎ手）が同時に動作することが駆動の条件であるため、永久磁石で構成されるこのタイプのカップリング（軸継ぎ手）は同様の理由で同期型軸継ぎ手と呼ばれている。言い換えれば、このシステムが起動する際に必要となる始動トルクよりもかなり大きな最大トルクを有しているカップリング（軸継ぎ手）が必要ということである。同期型軸継ぎ手のトルクは最大でも１０００Ｎｍであることが知られている。

付け加えるならば、マグネットカップリングは容易に可変トルクや可変スピードを伝達するように構成することはできない。

本発明は上記の問題点を解決する駆動システムを提供することを目的とする。

上記の問題を解決するための本願発明に係るタンク用クリーニングヘッドの駆動システムは、ハウジング内の高圧で供給される洗浄液の流路内にプロペラを設置し、前記プロペラにより発生した回転をマグネットカップリングによる軸継ぎ手を介してギアに伝達し、前記プロペラにより駆動される前記ギアは、前記プロペラの回転を減速してタンク内のクリーニングヘッドに伝達し、かつハウジング内の前記洗浄液から隔離して設置され、前記軸継ぎ手の一方は前記ハウジング内部の流路内に設置され、他方はハウジング外部に設置され、前記軸継ぎ手は互いに平行な円盤状部材又は２つの円筒状部材により構成され、かつ同軸上に設置された円盤であって、プロペラ７、６により回転される回転磁気誘導部８，１８と、ハウジング２外部に設置された回転部を駆動するハウジング２内のヒステリシス部１１，１９とを具備したヒステリシスカップリングを介してプロペラ７、６の回転がギアに伝達され、強磁性体のヒステリシス材料１１、１９又は磁石部８、１８のどちらか一方がギアの入力シャフト１２に連結されたことを特徴とする。

上記のタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいて、協同するカップリング部８、９の間隔を調整し、ヒステリシスカップリングにより伝達するトルク及び／又は速度を調整可能とするために、ハウジング２外部のカップリング部１１、１９及び８、９を移動１３可能としたことを特徴とする。

上記のタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいて、磁石誘導部が必要な磁場と両極性を発生させるために複数の永久磁石８，１８を具備したことを特徴とする。

上記のタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいて、磁気誘導部８、９及び１６、１８が電磁石を具備したことを特徴とする。

上記のタンク用クリーニングヘッドの駆動システムにおいて、ギアの回転が、ヒステリシスカップリングを介してクリーニングヘッド駆動用シャフト１５に伝達されることを特徴とする。

前記ヒステリシスカップリングは、タンク用クリーニングヘッドの起動時における回転動作の、確実なトルクの伝達を保証する新規な可能性を提供する。その可能性は、起動時において駆動部と駆動される磁石部の間の、回転速度があまりにも異なるのにもかかわらず見出され、ヒステリシスカップリングは、駆動される磁石部及び速度条件のあるギアを加速させるための十分に大きなトルクを提供することが可能であり、正確に言えば、それは起動トルクより十分に大きなトルクを伝達することが可能ということである。

ヒステリシスカップリングの優れた特性は、例えばカップリング（軸継ぎ手）の間の相対速度に関係なく、ほぼ一定のトルクを伝達する能力であり、連続的又は変則的な滑りを伴っていても作動する能力であり、滑りを「緩やか」にし、構造的な悪影響を抑制する機能を有することである。

誘導部とヒステリシス部の相互の位置は、一方はギア内の「乾いた」場所に、他方はハウジング内の流路内部に、状況に従い自由に選択可能となっている。

このヒステリシスカップリングは、この種のクリーニング装置の連結に使用するのに望ましい、例えばステンレス等の非磁性体材料であるハウジング内で使用される。

この駆動システムはメンテナンスフリーであり、あらゆる形態の点検が必要でない。

請求項２によれば、カップリング（軸継ぎ手）の間隔は可変であり、前記カップリング（軸継ぎ手）の間隔に作用する磁力を調節することが可能であり、従ってカップリング（軸継ぎ手）は伝達するトルク及び／又は速度を調整することが可能となっている。

請求項３及び４の記載によれば、磁場は永久磁石又は電磁石により形成され、望まれる磁力の特性は実現され、より遠くまで電磁石は影響を及ぼし、磁場の強さを制御することも可能である。

最後に請求項５の記載によれば、流路とギアの間は、磁石又はヒステリシスカップリングを経てクリーニングヘッドに伝達することで、ギアの回転の伝達を実現している。

本発明の最適な実施例を、図面を参照しながら以下により詳しく開示する。

図１、２、３に示すそれぞれの実施例を以下に説明する。

ヒステリシスカップリング以外の部分は、洗浄装置の駆動部の実施例が示されており、即ち、高圧下にある洗浄液の流入口３を有しているハウジング２と、前記洗浄液の流れがプロペラ７を通過することで、１分間で数千回の回転を発生させる。プロペラ７の回転はシャフト６を経てハウジング２内の磁石部に伝達される。

洗浄液の流れは、洗浄液が図示しないパイプを経てクリーニングヘッドに搬送されるた
めの流路４に搬送され、タンク１に供給される。

クリーニングヘッドは回転シャフト１５により回転され、前記回転は高圧下の洗浄液を噴射するためのノズルの回転を発生させ、この回転によりタンクの内壁面全体を洗浄することを可能としている。

クリーニングヘッドの回転数は低い回転数であるため、ギアはプロペラ７と回転シャフト１５の間に設置されなければならない。

このギアはハウジング２に設置されており、線（ギア）１４により示されている。

ギアへの入力シャフトは１２で示されており、減速した回転を伝達する出力シャフト（回転シャフト）は１５で示している。

ギアを有するハウジング２は図示するように、タンク１の外部に設置されている。

流路４に設置されたプロペラ７と、隔壁１０における漏洩防止部材の様に完全に遮蔽されているハウジング２内の駆動部の間は連結されていない。

さらに、漏洩防止手段は、据付によりギアと回転シャフト１５の間の図示しない物理的な隔離を設けることで強化され、同様の方法により、回転を伝達するためのヒステリシスカップリングを設けることで強化される。この図示しないカップリングは、図示されているカップリング（軸継ぎ手）と同様であり、以下に詳細を記載する。

第１の実施例は図１に示し、以下に説明する。

プロペラ７は、複数の永久磁石８を有しする円盤状の磁気誘導部（カップリング部）９を、先端に具備した中空のシャフト６に固定されている。

前記永久磁石８は磁場を形成しており、例えばアルニコ磁石のような強力な極性を有する磁石を少数用いるか、強力な磁力で小さな表面積を有する小さな永久磁石を多数用いるかは選択することが可能である。

永久磁石８の代わりに電磁石を設置することも可能であり、電磁石は強力な磁場を、印加する電圧を変えることで無段階に調整することが可能である点で優れている。この構成により、カップリング（軸継ぎ手）を介して伝達されるトルク及び／又は速度を可変制御することを可能とする付加的効果を得ることができる。

図１に示すハウジング２は隔壁１０により閉じている。

円盤（カップリング部）１１の形状をしたヒステリシス部は、隔壁１０の外部に設置されており、前記円盤は磁気誘導部（カップリング部）９と共に平行に広がっており、両者は同一軸上で回転可能としている。

円盤１１（カップリング部、ヒステリシス部）は金属酸化物を含む磁性体で形成されることが望ましく、例えば、絶縁性を有するＦｅ_２Ｏ_３粉末がある。この材料は、ヒステリシス部における渦電流の発生を効果的に防止する高い等方性の電気的抵抗を有している。従って、比較的高温域であっても磁気的特性に優れる。

前記実施例の代わりに、誘電体膜により互いを絶縁した強磁性体であるヒステリシス材
料を積層させた、積層材料を使用することも考えられる。

カップリング（軸継ぎ手）の構造は、プロペラ７で発生したトルクを、隙間と隔壁により互いが分離された状態で、ギアの入力シャフト１２に伝達することを可能としている。

従来、磁石部における比較的大きな隙間は、カップリングを経て小さなトルク及び／又は小さな速度を伝達することが知られている。

トルクについて、カップリングを調節することを可能とするために、ヒステリシス部は入力シャフト１２に設置され、これは矢印１３で示す鉛直方向に調整されることを可能としている。一般的に知られている方法では、カップリングは例えばハウジング１４の外部からの調整を可能としている。

図２はヒステリシスカップリングの第２の実施例を示している。

カップリング（軸継ぎ手）は２つの同軸上に設置されたリングから構成され、つまり、磁石１８と共に内部に固定されたリング状磁石１６は、シャフト６に設置され、リングはハウジング２の外部に設置され、仕切り１７の外部に広がっている。

協同するヒステリシスリング１９は仕切り１７、磁石１８を伴うリング状磁石１６、前記ヒステリシスリングの順に外周方向に広がり、ギアの入力シャフト１２に固定されている。

このカップリングもまた、外部のヒステリシスリング１９の鉛直で矢印１３の示す方向に調整することが可能であり、これによりトルク及び／又は速度を変更することを可能としている。

この実施例のカップリングは、非常にコンパクトで半径方向に広がる隙間のために高トルクを伝達することが可能であり、これは極めて大きなトルクを生む。従って、比較的小さな磁化により高トルクを伝達することが可能である。

図１及び２に示す実施例において、磁石部は液相に配置されている。

図３は磁石部を逆に配置した様子を示しており、ヒステリシス部１１はハウジング内に配置され、さらに、磁気誘導部（カップリング部）８，９はハウジング２の外部に設置される。

誘導部の位置は特に電磁石を使用する際に有効となり、技術的にも乾いた空間（洗浄液に触れない空間）に、必須となる電気コネクタを設置することは容易である。さらに、ヒステリシス部を冷却するために液体を利用することもまた可能である。

図２に示す構造を「逆」にすることは、磁石部１６、１８がヒステリシス部の外周方向に広がっているため、可能となっている。

最後に、駆動システムは、クリーニングヘッドの回転シャフト１５に回転を伝達するためのマグネットカップリングと共に、拡張することが可能である。

ハウジング２内の液相とギアの間の完全な液体分離は、本願発明により実現され、ハウジングは完全に閉鎖され、例えば、シャフトのシールの磨耗による液体の漏洩を防止できる。

平行に設置した磁石部を有する駆動システムの断面図を示している。 同軸上に設置した磁石部を有する駆動システムを示している。 図１に示した実施例と逆に設置した磁石部を有する駆動システムの断面図を示している。

符号の説明

１ タンク
２ ハウジング
３ 流入口
４ 流路
６ シャフト
７ プロペラ
８ 回転磁気誘導部（又は磁石部又はカップリング部）
９ 回転磁気誘導部（又は磁石部又はカップリング部）
１０ 隔壁
１１ ヒステリシス部（又はカップリング部）
１２ 入力シャフト
１３ 移動（ヒステリシス部の移動方向）
１４ ギア
１５ 回転シャフト
１６ 磁気誘導部（又は磁石部又はリング状磁石）
１７ 仕切り
１８ 磁石部（又は磁石）
１９ ヒステリシス部（又はカップリング部又はヒステリシスリング）

Claims (5)

1. ハウジング内の高圧で供給される洗浄液の流路内にプロペラを設置し、前記プロペラにより発生した回転をマグネットカップリングによる軸継ぎ手を介してギアに伝達し、前記プロペラにより駆動される前記ギアは、前記プロペラの回転を減速してタンク内のクリーニングヘッドに伝達し、かつハウジング内の前記洗浄液から隔離して設置され、前記軸継ぎ手の一方は前記ハウジング内部の流路内に設置され、他方はハウジング外部に設置され、前記軸継ぎ手は互いに平行な円盤状部材又は２つの円筒状部材により構成され、かつ同軸上に設置された円盤であって、
   プロペラ（７、６）により回転される回転磁気誘導部（８，１８）と、ハウジング（２）外部に設置された回転部を駆動するハウジング（２）内のヒステリシス部（１１，１９）とを具備したヒステリシスカップリングを介してプロペラ（７、６）の回転がギアに伝達され、強磁性体のヒステリシス材料（１１、１９）又は磁石部（８、１８）のどちらか一方がギアの入力シャフト（１２）に連結されたことを特徴とするタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
2. 協同するカップリング部（８、９）の間隔を調整し、ヒステリシスカップリングにより伝達するトルク及び／又は速度を調整可能とするために、ハウジング（２）外部のカップリング部（１１、１９及び８、９）を移動（１３）可能としたことを特徴とする請求項１に記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
3. 磁石誘導部が必要な磁場と両極性を発生させるために複数の永久磁石（８，１８）を具備したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
4. 磁気誘導部（８、９及び１６、１８）が電磁石を具備したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。
5. ギアの回転が、ヒステリシスカップリングを介してクリーニングヘッド駆動用回転シャフト（１５）に伝達されることを特徴とする請求項１に記載のタンク用クリーニングヘッドの駆動システム。

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