JP2015014256A - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】圧送される粘性液の温度をロータ側からの伝熱により温度管理可能な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が回転可能に支承され、ロータ２が駆動軸３に固定されるとともにロータ２の回転軸線Ｌ２がステータ４の回転軸線Ｌ１から所定距離偏心するように構成され、ステータ４がロータ２の回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送するものであって、駆動軸３の軸方向とは直交方向から駆動軸３に駆動力を伝達するように設けられた駆動部１３と、駆動軸３の後端からロータ２の螺旋部２ａ内まで連通して形成された連通穴３１と、この連通穴３１の内部に駆動軸３の後端から冷却液または昇温液を給排する給排手段３２，３４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、食料原料等の粘性液を定量圧送する一軸偏心ねじポンプに係り、特に、この種の一軸偏心ねじポンプで圧送される粘性液の温度を調節するために好適な温度調節機構に関する。

この種の一軸偏心ねじポンプとしては、例えば図２に例示する一軸偏心ねじポンプ１００のように、雌ねじ状の内面を有して固定されたステータ１０１と、このステータ１０１に雄ねじ状の螺旋部が内挿されるロータ１０２とを備え、ロータ１０２が連結部に不図示のピンを使用したユニバーサルジョイント１０３を介して駆動軸１０４に連結されているものが知られている（例えば特許文献１参照）。また、ユニバーサルジョイント１０３に替えて、ロータがフレキシブルジョイントを介して駆動軸に連結されているものもある（例えば特許文献２参照）。

同図に示す例では、駆動軸１０４の基端部は、カップリング１２２を介してモータ１２０の出力軸１２１に連結されており、モータ１２０の駆動により駆動軸１０４が回転すると、ユニバーサルジョイント１０３を介してロータ１０２の回転軸線がステータ１０１の軸線を中心として公転するようになっている。これにより、ハウジング１３０の吸入口１３１から吐出口１３２に向けて粘性液が圧送される。なお、同図の例では、駆動軸１０４の前端部とブラケット１１０との間がメカニカルシール１０５によって軸封されている。

特開２０１１−２５６９１０号公報 特開２００６−１６１７９４号公報

ところで、一軸偏心ねじポンプで圧送される粘性液には、例えばゼリーやチョコレートなどの食料原料のように、所定温度以下では固化してしまうものがある。そのため、このような粘性液を圧送する場合は、粘性液が固化しないような温度を保持する必要がある。
このような問題に対し、上記特許文献１ないし２記載の一軸偏心ねじポンプは、ロータ１０２の回転軸線がステータ１０１の軸線を中心として公転する構造なので、ロータ１０２と駆動軸１０４との間に、ユニバーサルジョイント（ないしフレキシブルジョイント）１０３を介装させる必要があり、粘性液が固化しないような温度を保持する上で、ロータ１０２自体を昇温させることは困難である。そのため、粘性液が固化しないような温度を保持するためには、一軸偏心ねじポンプ１００のハウジング１３０やステータ１０１の外周にバンドヒータを巻いたり二重ジャケット構造にしたりして、粘性液を所望の温度に保持する方策が採られていた。

しかしながら、ハウジング１３０やステータ１０１外周から粘性液を所望の温度に保持しようとしても、離隔距離が遠いので伝熱が間接的となり、粘性液への十分な伝熱は困難である。そのため、液温を所望の温度に安定して保持することが難しく、また、ロータ１０２やユニバーサルジョイント（ないしフレキシブルジョイント）１０３近傍の粘性液が固化してしまい、一軸偏心ねじポンプ１００の安定した作動を阻害するという問題がある。また、図２に例示するようなメカニカルシール１０５を用いる場合、メカニカルシール１０５近傍の粘性液が固化してしまうと、シール機能が阻害され、液漏れのトラブルにつながるという問題がある。
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、圧送される粘性液の温度をロータ側からの伝熱により温度管理可能な一軸偏心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、本発明の一態様に係る一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有するステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるロータとを備え、前記ステータが回転可能に支承され、前記ロータが駆動軸に固定されるとともに該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ており、前記ステータが前記ロータの回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送する一軸偏心ねじポンプであって、前記駆動軸の後端から前記ロータの螺旋部内まで連通して形成された連通穴と、該連通穴の内部に前記駆動軸の後端から冷却液または昇温液を給排する給排手段とを備えることを特徴とする。

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、前記給排手段は、自身先端に開口部を有するとともに前記駆動軸の後端から前記連通穴の内部に挿入される挿入管路と、該挿入管路の後端に装着されるロータリージョイントとを備え、前記挿入管路の外周面と前記連通穴の内周面との間で画成される環状領域と前記挿入管路内の管路内領域とが前記開口部を介して相互に連通されており、前記ロータリージョイントは、前記環状領域および前記管路内領域を循環させるように冷却液または昇温液を給排する注入口および排出口を有することは好ましい。

本発明によれば、ステータが回転可能に支承され、ロータが駆動軸に固定されるとともにロータの回転軸線が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ており、ステータがロータの回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送する一軸偏心ねじポンプなので、上記特許文献１ないし２記載の一軸偏心ねじポンプとは異なり、ロータと駆動軸との間に、ユニバーサルジョイントやフレキシブルジョイントを介装不要であり、ロータを駆動軸に固定することができる。

そして、本発明によれば、駆動軸の後端からロータの螺旋部内まで連通して形成された連通穴と、この連通穴の内部に駆動軸の後端から冷却液または昇温液を給排する給排手段とを備える構成としているので、駆動軸の後端からロータの螺旋部内まで冷却液または昇温液を給排することができる。そのため、圧送される粘性液の温度をロータ側からの伝熱により温度管理可能である。

したがって、例えばゼリーやチョコレートなどのように、所定温度以下では固化してしまう粘性液を圧送する場合であっても、ロータ近傍の粘性液の固化を防止でき、粘性液が固化しないような温度を安定して保持することができる。また、メカニカルシールを用いる場合であっても、メカニカルシール近傍の粘性液の固化を防止でき、シール機能が保たれるので液漏れトラブルが生じることもない。

本発明の一態様に係る一軸偏心ねじポンプの一実施形態を説明する図であり、同図は軸線に沿った断面を示している。 従来の一軸偏心ねじポンプの一例を説明する図であり、同図は軸線に沿った断面を示している。

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、下部にベースブラケット１１を有し、このベースブラケット１１上に駆動部１３が固定されている。駆動部１３には、その上面にモータブラケット１２を介してモータ１０が軸を垂直に装着されている。この駆動部１３の側面（同図左側の面）にはブラケット１４が連結されている。また、このブラケット１４の側面（同図左側の面）に、吸込み部ハウジング２０が固定され、更に吸込み部ハウジング２０の側面（同図左側の面）に、円筒状の本体ハウジング７が固定されている。なお、吸込み部ハウジング２０もベースブラケット１１上に載置されるようになっている。

吸込み部ハウジング２０は、内部に略Ｌ字状の吸込み管路２０ａを有している。そして、この吸込み管路２０ａのうち、垂直方向を向く管路が吸込口９に連通しており、水平方向を向く管路が本体ハウジング７内に連通している。そして、この水平方向を向く管路に対して駆動軸３が水平方向に同図右側から挿通されている。ここで、上記駆動部１３は、内部に不図示の直交歯車機構を有しており、駆動軸３は、垂直配置されたモータ１０の出力軸（不図示）に対して直交歯車機構を介することで、モータ１０の出力軸に対して駆動軸３が直交し且つ水平方向を向く姿勢で連動駆動されるようになっている。

さらに、この一軸偏心ねじポンプ１は、上記本体ハウジング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とが、軸線が水平方向を向くように配置されている。また、上記本体ハウジング７には、吸込み部ハウジング２０とは反対側に圧送流体の吐出口８が装着されている。なお、本体ハウジング７と吸込み部ハウジング２０相互、および本体ハウジング７と吐出口８相互は、ヘルールクランプ２２によって着脱容易に固定され、相互の当接面には不図示のＯリングが介装されている。また、ステータ４の両端は、吐出口８および吸込み部ハウジング２０との間がシール部材１６，１７でそれぞれシールされている。

そして、上記ロータ２は、その先端側の螺旋部２ａと、直線状の基端部２ｂとを有して構成されている。直線状の基端部２ｂは、ユニバーサルジョイントを用いることなく、駆動軸３の先端に同軸に直結されている。本実施形態の例では、駆動軸３とロータ２とは一体形成されている。螺旋部２ａは、自身の回転軸線Ｌ２に対して偏心した長円形断面を有しており、この螺旋部２ａが、雌ねじ状の内面を形成したステータ４に内装されている。なお、駆動軸３の先端部（ロータ２の直線状の基端部２ｂでもある）とブラケット１４との間がメカニカルシール１８によってシールされている。

一方、ステータ４は、雌ねじ状の内面が形成されたエラストマー製の螺旋部４ａと、この螺旋部４ａの外周面に接合された略円筒状をなす鋼製の支持部４ｂとを有する。ステータ４の雌ねじ状のピッチは螺旋部２ａの２倍である。ステータ４は、支持部４ｂの両端部が軸受５、６を介して本体ハウジング７内に回転可能に支承されている。そして、このステータ４の回転軸線Ｌ１に対して、上記ロータ２の回転軸線Ｌ２は、所定の偏心量Ｅだけ偏心するように配置されている。

ここで、この一軸偏心ねじポンプ１は、駆動軸３の後端が上記駆動部１３の側面（同図右側の面）から張り出す位置まで後方に延設されている。そして、ロータ２には、駆動軸３の後端に開口するとともに、螺旋部２ａ内まで連通する連通穴３１が軸方向に沿って形成されている。さらに、この連通穴３１に、駆動軸３の後端から挿入管路３２が螺旋部２ａ内まで挿入されている。この挿入管路３２は、細径で長尺な管部材であり、自身先端に開口部３３を有し、挿入管路３２の外周面と連通穴３１の内周面との間に環状領域を画成するとともに挿入管路３２内に管路内領域を形成している。そして、駆動軸３の後端には、ロータリージョイント３４が装着されている。ロータリージョイント３４は、冷却液または昇温液を給排するための注入口３５および排出口３６を有する。

この例では、注入口３５に連通するポートが挿入管路３２内の管路内領域に対して接続されるとともに、排出口３６に連通するポートが挿入管路３２の外周面と連通穴３１の内周面との間で画成される環状領域に対して接続されている。これにより、冷却液または昇温液を給排する給排手段が構成され、ロータリージョイント３４の注入口３５から供給された冷却液または昇温液は、管路内領域を通って挿入管路３２先端の開口部３３から環状領域に導入され、環状領域を通って排出口３６から排出されるという循環が可能となっている。

次に、この一軸偏心ねじポンプ１の動作、および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、垂直姿勢で配置されたモータ１０を駆動すると、駆動部１３の直交歯車機構を介して駆動軸３がモータ１０の出力軸とは直交方向且つ水平な軸まわりに回転する。そして、この駆動軸３の回転によってこれと同軸に一体形成されたロータ２がその回転軸線Ｌ２を中心として水平な軸まわりに回転する。これにより、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１／２の回転速度で従動回転し、吸込口９から吐出口８へと圧送液が圧送される。

すなわち、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、ステータ４が回転可能に支承され、ロータ２が駆動軸３に固定されるとともにロータ２の回転軸線Ｌ２がステータ４の回転軸線Ｌ１から所定距離偏心するように構成されており、ステータ４がロータ２の回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送するので、上記特許文献１ないし２記載の一軸偏心ねじポンプとは異なり、ロータ２と駆動軸３との間に、ユニバーサルジョイントやフレキシブルジョイントを介装不要であり、ロータ２を駆動軸３に固定することができる。

そして、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、駆動軸３の軸方向とは直交方向から駆動軸３に駆動力を伝達するように設けられた駆動部１３と、駆動軸３の後端からロータ２の螺旋部２ａ内まで連通して形成された連通穴３１と、この連通穴３１の内部に駆動軸３の後端から冷却液または昇温液を給排する給排手段とを備えるので、駆動軸３の後端からロータ２の螺旋部２ａ内まで冷却液または昇温液を給排することができる。そのため、圧送される粘性液の温度をロータ２側からの伝熱により温度管理可能である。

したがって、例えばゼリーやチョコレートなどのように、所定温度以下では固化してしまう粘性液を圧送する場合であっても、ロータ２近傍の粘性液の固化を防止でき、粘性液が固化しないような温度を安定して保持することができる。また、メカニカルシール１８を用いても、メカニカルシール１８近傍の粘性液の固化を防止でき、シール機能が保たれるので液漏れトラブルが生じることもない。

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、モータ１０が軸を垂直に装着されるとともに、本体ハウジング７が水平方向に配置された例で説明したが、これに限らず、一軸偏心ねじポンプ１の姿勢は、必要に応じて適宜変更することができる。例えばモータ１０が軸を水平に装着されるとともに、本体ハウジング７が垂直方向に配置された一軸偏心ねじポンプ１とすることができる。

また、例えば上記実施形態では、駆動部１３が、モータ１０が軸を垂直に装着され駆動軸３の軸方向とは直交方向から駆動軸３に駆動力を伝達する例で説明したが、駆動部１３の構成はこれに限定されず、駆動軸３の後端からロータ２の螺旋部２ａ内まで連通して形成された連通穴３１を確保し、ロータ２の螺旋部２ａ内に駆動軸３の後端から冷却液または昇温液を給排する給排手段（３２，３４等）を設けることができるのであれば、例えば駆動軸３と実質的に一体でモータ出力軸を同軸に設け、その軸方向に沿ってモータ出力軸（駆動軸３）後端からロータ２の螺旋部２ａ内まで連通する貫通穴を有するモータを使用することができる。また、モータ出力軸を駆動軸３と平行に配置する場合には、ギヤ機構を介して駆動軸３と平行にモータ出力軸を設ければよく、必ずしも駆動部１３を駆動軸３の軸方向とは直交方向に設ける必要はない。

１ 一軸偏心ねじポンプ
２ ロータ
２ａ 螺旋部
３ 駆動軸
４ ステータ
５、６ 軸受
７ 本体ハウジング
８ 吐出口
９ 吸込口
１０ モータ
１１ ベースブラケット
１２ モータブラケット
１３ 駆動部
１４ ブラケット
３１ 連通穴
３２ 挿入管路
３３ 開口部
３４ ロータリージョイント
３５ 注入口
３６ 排出口
Ｅ 偏心量
Ｌ１ 回転軸線
Ｌ２ 回転軸線

Claims (2)

1. 雌ねじ状の内面を有するステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるロータとを備え、前記ステータが回転可能に支承され、前記ロータが駆動軸に固定されるとともに該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ており、前記ステータが前記ロータの回転速度の１／２の回転速度で従属回転することによって、吸入側から吸い込まれた粘性液を吐出側に圧送する一軸偏心ねじポンプであって、
   前記駆動軸の後端から前記ロータの螺旋部内まで連通して形成された連通穴と、該連通穴の内部に前記駆動軸の後端から冷却液または昇温液を給排する給排手段とを備えることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
2. 前記給排手段は、自身先端に開口部を有するとともに前記駆動軸の後端から前記連通穴の内部に挿入される挿入管路と、該挿入管路の後端に装着されるロータリージョイントとを備え、
   前記挿入管路の外周面と前記連通穴の内周面との間で画成される環状領域と前記挿入管路内の管路内領域とが前記開口部を介して相互に連通されており、
   前記ロータリージョイントは、前記環状領域および前記管路内領域を循環させるように冷却液または昇温液を給排する注入口および排出口を有す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。

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