JP2014020258A

JP2014020258A - 一軸偏心ねじポンプ

Info

Publication number: JP2014020258A
Application number: JP2012158859A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Hayashimoto; 和智林元; Jun Taneichi; 準種市; Satoshi Otsubo; 諭史大坪
Original assignee: Furukawa Industrial Machinery Systems Co Ltd
Current assignee: Furukawa Industrial Machinery Systems Co Ltd
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】吐出圧力が高くラジアル荷重が大きい場合であっても、無潤滑でステータをスムーズに回転させることができ、長期の使用で摩耗した場合でも、食品への摩耗粉の混入が防止または抑制され、仮に摩耗した場合であっても、食品圧送の用途でも安心して使用することができるステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを提供する。
【解決手段】この一軸偏心ねじポンプ１は、ステータ４にかかるラジアル荷重およびスラスト荷重を受けてステータを回転自在に支承する軸受に、ステンレス製の内輪３４、外輪３８およびボール３６、並びに樹脂製の保持器３２で構成された玉軸受３０，３０を用い、この玉軸受３０，３０は、内輪３４、外輪３８およびボール３６の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、食料原料、化学原料、下水汚泥などの粘性液（輸送物）を定量圧送する一軸偏心ねじポンプに関する。

従来、この種の一軸偏心ねじポンプとして、例えば図３に示す構造のものが知られている。この一軸偏心ねじポンプ１００は、雌ねじ状の内面をもつ固定されたステータ１１２に雄ねじ状のロータ１０３が内装されている。ロータ１０３は、自在継手（ユニバーサルジョイント）１０６を介して駆動軸１０２に連結され、駆動軸１０２は、カップリング１０４を介してモータ１０１のシャフト１０１ａに連結されている。この一軸偏心ねじポンプ１００によれば、駆動軸１０２をモータ１０１で回転させることにより、ステータ１１２の軸心に対してロータ１０３が回転しつつ偏心運動を行うことによって粘性液を吸入側１１３から吸込み部１１５を介して吐出側１１４へ圧送することができる。

しかし、この一軸偏心ねじポンプ１００は、ステータ１１２が固定されているので、ロータ１０３が大きな反力を受けながら回転する。そのため、ステータ１１２内面の直線状部分が磨耗し易く、性能が早期に低下する欠点がある。また、ロータ１０３の回転軸線がステータ１１２の軸線を中心として公転することから、駆動軸１０２とロータ１０３との間に自在継手１０６を介在させる必要がある。そのため、ポンプの構造が複雑になるばかりでなく、吸込み部１１５における粘性液の流入を阻害するとともに、食品の圧送等に使用する場合、自在継手の分解組立に手間がかかるとともに内部の洗浄、清掃が困難であるといった間題があった。

これらの問題を解決するために、例えば特許文献１に示される、ステータ回転型の一軸偏心ねじポンプが提案されている。例えば図４に示すように、この一軸偏心ねじポンプ２００は、ステータ２１２を回転可能に支承するとともに、ロータ２０３を駆動軸２０２の先端部に一体に設けている。駆動軸２０２に固定されたロータ２０３は、その回転軸線Ｌ２がステータ２１２の回転軸線Ｌ１から所定距離（Ｅ）だけ偏心するように構成され、ステータ２１２が、ロータ２０３の１／２の回転速度で同一方向に回転するようになっている。

同文献記載の技術では、食品衛生法適合の樹脂やセラミックスなどの材料で作られた軸受１０５，１０６でステータ２１２を回転可能に支承するとともに、ステータ２１２の両端部にサニタリー性を有する軸シール１０７，１０８を装着している。特許文献１に示される一軸偏心ねじポンプ２００によれば、ロータ２０３の回転にともないステータ２１２がロータ２０３の１／２の回転速度で同一方向に回転するので、上述のような自在継手の介在を不要として簡素な構造とすることができる。そのため、吸込み部２１５における粘性液の流入を阻害することもなく、分解組立性や清掃性・洗浄性において大きく改善される。

しかし、特許文献１に示される一軸偏心ねじポンプ２００のように、ステータ２１２を支承する軸受１０５，１０６に対し、その軸受材料にセラミックスを用いた場合、清水での潤滑が必要である。また、軸受材料に樹脂を用いた場合であっても、特にスラスト方向の摩擦抵抗が大きくなることから、軸受表面に食品用グリスを塗布して摩擦係数の低減を図る必要がある。

これに対し、例えば特許文献２に示される一軸偏心ねじポンプでは、図５に示す一軸偏心ねじポンプ３００のように、ステータ２１２の両端を円筒形の自己潤滑樹脂製のラジアル軸受１０５，１０６と、２層構造もしくは３層構造のグリス密封式のスラスト軸受１３０，１３０で支承している。この一軸偏心ねじポンプ３００によれば、ステータ２１２を回転自在に支承する軸受が、ラジアル方向の荷重とスラスト方向の荷重を別個の軸受（つまり、ラジアル軸受１０５，１０６とスラスト軸受１３０，１３０）によって支持する構成なので、分解組立性や清掃性・洗浄性を向上させつつ、ステータ２１２のスラスト方向の摩擦抵抗を抑制することができる。また、スラスト軸受１３０，１３０は、２層構造もしくは３層構造のグリス密封式なので、スラスト方向の摩擦抵抗を抑制（摩擦係数が０．０５程度まで抑制）する上で好適である。

特開２００９−２９３５２９号公報特開２０１２−１７６６０号公報

しかしながら、特許文献２に示される、一軸偏心ねじポンプ３００では、スラスト軸受１３０，１３０は、自身のユニット内部に密封したグリスを定期的に交換する必要がある。また、ラジアル軸受１０５，１０６は、無潤滑で使用する場合、許容周速が１．７ｍ／ｓ以下と制限されるため、それ以上の周速で使用する場合や、吐出圧力が高くラジアル荷重が大きい場合には、軸受表面にグリスやオイルを塗布する必要があった。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、吐出圧力が高くラジアル荷重が大きい場合であっても、無潤滑でステータをスムーズに回転させることができ、長期の使用で摩耗した場合でも、食品への摩耗粉の混入が防止または抑制され、仮に摩耗した場合であっても、食品圧送の用途でも安心して使用することができるステータ回転型の一軸偏心ねじポンプを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る一軸偏心ねじポンプは、回転可能に支承されるステータと、駆動軸に固定されたロータとを備え、前記ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線から所定距離偏心するように構成された一軸偏心ねじポンプにおいて、前記ステータにかかるラジアル荷重およびスラスト荷重を受けて前記ステータを回転自在に支承する軸受に、ステンレス製の内輪、外輪および転動体、並びに樹脂製の保持器で構成された玉軸受を用い、該玉軸受は、前記内輪、外輪および転動体の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係る一軸偏心ねじポンプによれば、ステータにかかるラジアル荷重およびスラスト荷重を受けてステータを回転自在に支承する軸受に、ステンレス製の内輪、外輪および転動体、並びに樹脂製の保持器で構成された玉軸受を用いており、この玉軸受は、内輪、外輪および転動体の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されているので、吐出圧力が高くラジアル荷重が大きい場合や、例えば１．７ｍ／ｓを超える高周速であっても、無潤滑でステータをスムーズに回転させることができる。

特に、内輪、外輪および転動体の少なくとも一つの部材を、食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜で被覆することで、ダイヤモンドライクカーボン膜の摩擦係数が０．１５以下と小さく、また、ビッカース硬度も１０００〜３５００ＨＶと高硬度であることから、摺動面が長期の使用で摩耗した場合であっても、例えばセラミクスコーティングの場合のように被膜が剥離して、食品に混入することが防止または抑制される。また、仮に摩耗した場合であっても、摩耗粉が３μｍ以下の食品衛生法に適合した微細粉であることから、食品圧送の用途でも安心して使用することができる。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜の厚さが１μｍ未満であると、摺動面が長期の使用で摩耗し易くなるし、また、３μｍを超えると、剥離した摩耗粉が大きくなるので、食品圧送の用途で好ましくない。

ここで、本発明の一態様に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、スラスト荷重を受けるステータ端面に、ステンレス製の軸側軌道盤、ハウジング側軌道盤および転動体、並びに樹脂製の保持器で構成されたスラスト玉軸受を用い、該スラスト玉軸受は、前記軸側軌道盤、ハウジング側軌道盤および転動体の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されていることは好ましい。また、本発明の一態様に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、スラスト荷重を受けるステータ端面に、樹脂製の軸側軌道盤およびハウジング側軌道盤、並びにステンレス製またはセラミックス製の転動体で構成したされたスラスト玉軸受を用いていることは好ましい。
このような構成であれば、吐出圧力の能力をさらに高くして、より大きなスラスト荷重が発生した場合であっても、ステータをスムーズに回転させる上でより好適である。

上述のように、本発明によれば、吐出圧力が高くラジアル荷重が大きい場合であっても、無潤滑でステータをスムーズに回転させることができる。また、長期の使用で摩耗した場合でも、食品への摩耗粉の混入が防止または抑制され、仮に摩耗した場合であっても、食品圧送の用途でも安心して使用することができる。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプの第一実施形態の側面図である。なお、同図では要部を軸線に沿った断面にて示している（以下同様）。本発明に係る一軸偏心ねじポンプの第二実施形態の側面図である。駆動軸とロータとの間に自在継手を用いた、従来の一軸偏心ねじポンプの側面図である。従来のステータ回転型の一軸偏心ねじポンプの側面図である。従来のステータ回転型の一軸偏心ねじポンプの側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１に示すように、この一軸偏心ねじポンプ１は、不図示のモータが収容されるブラケット１１を有する。ブラケット１１には、モータの駆動軸側の面１１ａにハウジング７が装着されている。ハウジング７は、吸込側（同図の右側）から順に、吸込部７ａ、本体部７ｂおよび吐出部７ｃを備えて構成されている。ハウジング７の吸込部７ａには圧送流体の吸込口８が形成され、また、吐出部７ｃには圧送流体の吐出口９が形成されている。そして、この一軸偏心ねじポンプ１は、このハウジング７内に、雄ねじ状のロータ２と、雌ねじ状の内面をもつステータ４とを備えている。

ロータ２は、先端側の雄ねじ状の螺旋部２ａと、直線状の基端部２ｂとから構成されている。基端部２ｂは、自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いることなくモータの駆動軸に直結されている。螺旋部２ａは自身の回転軸線Ｌ２に対して偏心した円形断面を有し、この螺旋部２ａが、雌ねじ状の長円形断面を内面に形成したステータ４に内装されている。ロータ２の回転軸線Ｌ２は、ステータ４の回転軸線Ｌ１に対して、所定の偏心量Ｅだけ偏心するように配置されており、ロータ２が回転しつつステータ４の軸心に対して偏心運動を行うことによって流体を吸入側から吐出側へ圧送可能になっている。

ここで、上記ステータ４は、その両端が玉軸受３０，３０によって回転自在に支承されている。玉軸受３０，３０は、ステンレス製の内輪３４、外輪３８および転動体であるボール３６、並びに樹脂製の保持器３２で構成されている。内輪３４、外輪３８およびボール３６の少なくとも一つの部材には、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されている。本実施形態では、内輪３４、外輪３８およびボール３６に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されている。

ステータ４は、ゴム製のステータ内筒４ａと、このステータ内筒４ａの外周面にインロー嵌合して嵌め込まれて接着された略円筒状をなす金属製のステータ外筒４ｂとからなる。ステータ内筒４ａ内部に形成される螺旋部４ｅは、その雌ねじ状のピッチがロータ２の螺旋部２ａの２倍である。ステータ外筒４ｂは、食品衛生法に適合したステンレス製である。ステータ外筒４ｂは、外周面の中央部に、上記玉軸受３０，３０との軸方向での当接面をつくる凸部４ｍが環状に形成されている。また、ステータ外筒４ｂ外周面は、凸部４ｍの両側が、玉軸受３０，３０に対する径方向の支承面４ｃとされている。各玉軸受３０，３０は、ステータ外筒４ｂの両端の支承面４ｃに対してそれぞれ配置され、各玉軸受３０，３０の内輪３４の内周面に支承面４ｃが嵌め込まれている。また、ハウジング７を構成する本体部７ｂの内周面には、凹の段部２１が形成されており、玉軸受３０，３０は、その外輪３８の外周面が凹の段部２１の径方向を向く面に内嵌されることでラジアル方向の荷重を受けるようになっている。

また、上記凸部４ｍの側面４ｕと、この側面４ｕに対向するハウジング７側の凹の段部２１の側面７ｔとにより、玉軸受３０，３０の軸方向での支承部が形成される。つまり、各玉軸受３０，３０は、側面４ｕと側面７ｔとの対向面間に位置するよう介装され、内輪３４の内側面が側面４ｕに支承されるとともに外輪３８の外側面が側面７ｔに支承される。これにより、玉軸受３０，３０は、ステータ４にかかるラジアル荷重およびスラスト荷重を受けてステータ４を上記ハウジング７内に回転自在に支承している。
なお、ステータ外筒４ｂの両端部４ｄとハウジング７との間（相互の軸直方向対向面間）には、サニタリー性を有する円環状のシール部材１７，１８が吸入側および吐出側それぞれに、ハウジング７との間を密封するように介装されている。

次に、この一軸偏心ねじポンプ１、およびそのステータ４の支承構造の作用・効果について説明する。
この一軸偏心ねじポンプ１は、駆動軸に直結された雄ねじ状のロータ２と雌ねじ状の内面を有するステータ４とを備え、ステータ４が玉軸受３０，３０を介して回転可能に支承されるとともに、回転軸線Ｌ１がロータ２の回転軸線Ｌ２に対して偏心して配置され、ロータ２が回転しつつステータ４の軸心に対して偏心運動を行うことによって流体を吸入側から吐出側へ圧送する構成なので、モータの駆動軸によってロータ２を回転させると、ロータ２はその回転軸線Ｌ２を中心として回転し、ロータ２の螺旋部２ａの動きに伴ってステータ４もその回転軸線Ｌ１を中心としてロータ２の回転と同期して従動回転することにより、圧送流体を吸込口８から吐出口９へ圧送することができる。

そのため、自在継手を用いない構成とすることができ、構造が簡単である。特に圧送流体として食品を圧送する場合においては、自在継手のデッドスペースの洗浄の問題も解消されるので、駆動軸とロータとの間に自在継手を介在させた従来の一軸偏心ねじポンプと比べて分解組立性や清掃性・洗浄性を向上させることができる。
そして、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、ステータ４を回転自在に支承する軸受を、上述した玉軸受３０，３０によってラジアル方向の荷重とスラスト方向の荷重を支承する構成としたので、各軸受３０，３０によってラジアル方向の荷重とスラスト方向の荷重を同時に支持することができる。そのため、分解組立性や清掃性・洗浄性を向上させつつも、摩擦抵抗を抑制することができる。

そして、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、玉軸受３０，３０に、ステンレス製の内輪３４、外輪３８および転動体であるボール３６、並びに樹脂製の保持器３２で構成された玉軸受を用いており、この玉軸受３０は、内輪３４、外輪３８およびボール３６に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されているので、吐出圧力が高くラジアル荷重が大きい場合や、１．７ｍ／ｓを超える高周速であっても、無潤滑でステータ４をスムーズに回転させることができる。

特に、玉軸受３０の内輪３４、外輪３８およびボール３６の少なくとも一つの部材を、食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜で被覆することで、ダイヤモンドライクカーボン膜の摩擦係数が０．１５以下と小さく、また、ビッカース硬度も１０００〜３５００ＨＶと高硬度であることから、長期の使用で摩耗した場合でも、膜厚を１μｍ以上とすることで、摺動面が長期の使用で摩耗した場合であっても例えばセラミクスコーティングの場合のように被膜が剥離して、食品に混入することが防止または抑制される。また、仮に摩耗した場合であっても、摩耗粉が３μｍ以下の食品衛生法に適合した微細粉であることから、食品圧送の用途でも安心して使用することができる。

なお、本発明に係る一軸偏心ねじポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、ステータ４を回転自在に支承する軸受を、玉軸受３０，３０のみによって支承する例で説明したが、これに限らず、例えば図２に第二実施形態を示すように、玉軸受３０，３０に加えて、スラスト荷重を受けるステータ端面に、更にスラスト玉軸受を用いてもよい。

同図に示す例では、玉軸受３０，３０のうち、吸込口８側の玉軸受３０と吸込部７ａの端面間に、スラストワッシャ４１を介してスラスト玉軸受４０を更に装着している点が上述の第一実施形態と異なる。スラストワッシャ４１は、玉軸受３０側の面に段部が形成されることで玉軸受３０とは内輪３４の端面にのみ当接している。スラスト玉軸受４０は、ステンレス製の軸側軌道盤４４、ハウジング側軌道盤４８および転動体であるボール４６、並びに樹脂製の保持器４２で構成されている。そして、吸込部７ａの端面には、凹の段部７ｕが形成され、この段部７ｕにハウジング側軌道盤４８の側面が当接されるとともにスラストワッシャ４１の吸込口８側を向く面に軸側軌道盤４４の側面が当接され、これにより、ステータ端面のスラスト荷重を受けている。

ここで、このスラスト玉軸受４０は、軸側軌道盤４４、ハウジング側軌道盤４８およびボール４６の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されている。本実施形態のスラスト玉軸受４０は、軸側軌道盤４４、ハウジング側軌道盤４８およびボール４６に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されている。
したがって、この第二実施形態に示す一軸偏心ねじポンプ１によれば、吐出圧力の能力をさらに高くして、より大きなスラスト荷重が発生した場合であっても、ステータをスムーズに回転させることができる。

なお、第二実施形態の一軸偏心ねじポンプ１では、スラスト玉軸受４０が、軸側軌道盤４４、ハウジング側軌道盤４８およびボール４６の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されている例で説明したが、本発明はこれに限らず、スラスト玉軸受４０として、樹脂製の軸側軌道盤およびハウジング側軌道盤、並びにステンレス製またはセラミックス製の転動体で構成したスラスト玉軸受を用いてもよい。このような構成であっても、吐出圧力の能力をさらに高くして、より大きなスラスト荷重が発生した場合であっても、ステータをスムーズに回転させることができる。

１一軸偏心ねじポンプ
２ロータ
４ステータ
４ａステータ内筒
４ｂステータ外筒
７ハウジング
８吸込口
９吐出口
１１ベースブラケット
１７、１８シール部材
３０玉軸受
３２保持器
３４内輪
３６ボール（転動体）
３８外輪
４０スラスト玉軸受
４２保持器
４４ハウジング側軌道盤
４６ボール（転動体）
４８ハウジング側軌道盤

Claims

回転可能に支承されるステータと、駆動軸に固定されたロータとを備え、前記ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線から所定距離偏心するように構成された一軸偏心ねじポンプにおいて、
前記ステータにかかるラジアル荷重およびスラスト荷重を受けて前記ステータを回転自在に支承する軸受に、ステンレス製の内輪、外輪および転動体、並びに樹脂製の保持器で構成された玉軸受を用い、該玉軸受は、前記内輪、外輪および転動体の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されていることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
スラスト荷重を受けるステータ端面に、ステンレス製の軸側軌道盤、ハウジング側軌道盤および転動体、並びに樹脂製の保持器で構成されたスラスト玉軸受を用い、該スラスト玉軸受は、前記軸側軌道盤、ハウジング側軌道盤および転動体の少なくとも一つの部材に、イオンプレーティング法によって成膜される食品衛生法に適合した１〜３μｍのダイヤモンドライクカーボン膜が被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。
スラスト荷重を受けるステータ端面に、樹脂製の軸側軌道盤およびハウジング側軌道盤、並びにステンレス製またはセラミックス製の転動体で構成したされたスラスト玉軸受を用いていることを特徴とする請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。