JP4403241B2 - 一軸偏心ねじポンプのジョイント構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一軸偏心ねじポンプのジョイント構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、一般的な一軸偏心ねじポンプは、雄ねじ形ロータを、雌ねじ形ステータ内に嵌挿して偏心回転させることにより、移送液（液・粘性液）を移送するものである。このロータを回転駆動するドライブシャフトは、ユニバーサルジョイント及びカップリングロッドを介して、ロータに連結される構造となっているのが一般的である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
つまり、一軸偏心ねじポンプにおいては、ロータの端部にユニバーサルジョイントを介して長尺のカップリングロッドの一端部を連結し、このカップリングロッドの他端部にユニバーサルジョイントを介してドライブシャフトの端部に連結している。このようにユニバーサルジョイントやカップリングロッドを用いるのは、ロータがドライブシャフトに対して偏心して回転するため、ロータとドライブシャフトとを直結することができないからである。
【０００４】
しかしながら、このような構造であると、ユニバーサルジョイントを端部に有するカップリングロッドの長さがかなり長くなるので、ポンプの全長が長くなる。ポンプの全長が長くなると、重量も大きくなる。また、ロータの分解・組立の際は、ユニバーサルジョイントのトルク伝達ピンを抜き取ったり差し込んだりする必要があるが、その作業は専用工具を要し、しかも手間がかかっていた。
【０００５】
そこで、出願人は、そのようなユニバーサルジョイントに代えて、オルダム継手（食い違い軸継手）を用いて、ロータとドライブシャフトとを連結したものを先に提案している（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
そのような従来のオルダム継手１０１は、例えば図５に示すように、２つのオスボス１０２，１０３と、それらに接続されるメスボス１０４とを有する。そして、ロータ１０７及びドライブシャフト１０８の端部に取付部１０７ａ，１０８ａが形成され、その取付部１０７ａ，１０８ａにオスボス１０２，１０３の嵌合部１０２ａ，１０３ａがそれぞれ嵌め込まれ、固定ピン１０５，１１０にて固定され、その固定によりオスボス１０２，１０３がロータ１０７及びドライブシャフト１０８と一体化される構成とされる。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭５９−０４５５８号公報（第３、４頁及びＦｉｇ．１）
【特許文献２】
実開平０４−７５１７５号公報（明細書第７頁及び図面第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、オルダム継手１０１のオスボス１０２，１０３は、ロータ１０７及びドライブシャフト１０８に取り付けられる構成となっているので、次のような問題があった。
【０００９】
(i)オスボス１０２，１０３の嵌合部１０２ａ，１０３ａをそれぞれロータ１０７及びドライブシャフト１０８の取付部１０７ａ，１０８ａに嵌め込み、それらを固定ピン１０５，１１０にて固定しているため、嵌合部１０２ａ，１０３ａと取付部１０７ａ，１０８ａとの嵌め合いの部分が必要となる。そのため、オルダム継手１０１が設けられるポンプケーシング１０６の長さをあまり短くすることができず、ポンプ運転終了後などにおいてポンプケーシング内の残液量が多くなる。
【００１０】
(ii)オスボス１０２，１０３の嵌合部１０２ａ，１０３ａをそれぞれロータ１０７及びドライブシャフト１０８の取付部１０７ａ，１０８ａに嵌め込むことにより組立てる構造であるために、図５に示すように、接合面イ、ハ、嵌合部ロ、ニ及び固定ピン１０５，１１０周囲の隙間に移送液が浸入しやすく、分解がしにくくなる。そのため、分解・洗浄・組立に手間を要し、洗浄の作業が面倒である。
【００１１】
(iii)オスボス１０２，１０３に嵌合部１０２ａ，１０３ａを形成するために、余分な機械加工をしなければならず、コスト高となる。
【００１２】
(iv)ポンプの全長が長くなり、重量が重くなるので、ポンプをロボットに搭載して使用する場合には、搬重量の大きいロボットが必要となる。そのため、ロボットがコスト高になり、この点からもコスト面で不利になる。
【００１３】
この発明は、洗浄を容易にすると共に、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の残液量を少なくして、洗浄による移送液（特に、高価なケミカル液、粘性液）のロスを少なくした経済的な一軸偏心ねじポンプのジョイント構造を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ステータ内で偏心回転するロータの端部と、このロータを回転駆動するドライブシャフトの端部との間に、ロータのステータ内での偏心回転を許容するジョイント部材が設けられる一軸偏心ねじポンプのジョイント構造であって、前記ロータ及びドライブシャフトの端部にそれぞれ断面略円形状の第１及び第２の係合凸部がくびれ部を介して一体に形成され、前記ジョイント部材は、エンジニアリングプラスチック材で形成されると共に、前記ロータの第１の係合凸部に対応する形状を有し前記第１の係合凸部がスライド可能に係合する第１の係合溝部と、前記ドライブシャフトの第２の係合凸部に対応する形状を有し前記第２の係合凸部がスライド可能に係合する第２の係合溝部とを備え、前記第１の係合溝部と第２の係合溝部とが互いに直交する方向に延びていることを特徴とする。
【００１５】
つまり、請求項１の発明は、オルダム継手を構成するオスボスを、ロータやドライブシャフトの端部に単に一体化するのではなく、ロータやドライブシャフトの取付部（図５の取付部１０７ａ，１０８ａ）及びオスボスの嵌合部（図５の嵌合部１０２ａ，１０３ａ）を省略して一体化するものであり、この取付部と嵌合部とに相当する部分だけポンプ長手方向の寸法を短くすることによりポンプ室を小さくし、ポンプ室内に残る移送液（残液）のロスを少なくすることを実現するものである。
【００１６】
このようにすれば、オルダム継手そのものをロータとドライブシャフトとの間に設けるのではなく、それらの間にオルダム継手と同等の機能を発揮する継手機構を組み込むことになるので、オルダム継手をそのまま設ける場合よりも、継手を設けるのに必要とされるポンプ長手方向の寸法が短くなる。
【００１７】
よって、オルダム継手をそのまま設ける場合に比べて、ポンプケーシングのポンプ長手方向の寸法が短くなるので、その分、ポンプ室が小さくなり、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の移送液（残液）量が減り、洗浄時における移送液のロスを少なくすることができる。これにより、洗浄を必要とする、食品やケミカル液及び粘性液を移送・充填（ディスペンサ）・汲出（ディスチャージャ）する一軸偏心ねじポンプに特に適する。
【００１８】
また、ロータとドライブシャフトの端部に一体に形成された係合凸部（オルダム継手のオスボスに相当するもの）が、それらの間に位置するジョイント部材（オルダム継手のメスボスに相当するもの）にスライド可能に係合しているだけであるので、構造が複雑とならず、また、移送液が浸入する隙間等の個所が少ないので、分解・洗浄・組立が容易で、それらの作業に要する時間も短縮化できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、本発明を適用する一軸偏心ねじポンプは、食品・薬品及びケミカル液・固形物含有液・スラリー・高粘度液などの低粘度液から高粘度液に至るまでの各種対象液の移送・充填・汲出を行う一軸偏心ねじポンプで、（ａ）食品やケミカル液を移送する移送ポンプ、（ｂ）ディスペンサ（充填ポンプ）、（ｃ）ディスチャージャ（汲出ポンプ）に適用できるものである。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る一軸偏心ねじポンプ１は、ポンプ部Ｕ２及び駆動部Ｕ１により構成される。このポンプ１は、設置状態では、ポンプ長手方向が上下方向となる縦置きで、下側にポンプ部Ｕ２、上側に駆動部Ｕ１がそれぞれ位置し、本例では、下側（ノズル１１）から移送液を吐出する充填作業に使用される（商品名：ディスペンサ）。
【００２１】
ポンプ部Ｕ２は、基本的には、ロータ２がステータ３内を偏心回転するポンプ本体４を有する。ロータ２は、減速機５付きモータ６によって回転駆動されるドライブシャフト７に連結されて、回転駆動されるようになっている。すなわち、減速機５の出力軸５ａ（駆動部の出力軸）にはカップリングスリーブ８の一端部が挿入され、その状態で出力軸５ａにカップリングスリーブ８の一端部が固定ピン９によって固定されている。このカップリングスリーブ８の他端部にはドライブシャフト７の一端部が挿入され、その状態でカップリングスリーブ８の他端部にドライブシャフト７の一端部が固定ピン１０によって固定されている。これにより減速機５付きモータ６よりの駆動力がカップリングスリーブ８を介してドライブシャフト７に伝達される。
【００２２】
ポンプ本体４の一端部にはノズル１１が設けられ、他端部には筒状のポンプケーシング１２の一端部が連結され、ポンプケーシング１２の他端部内にはサポートハウジング１３が設けられている。そのポンプケーシング１２内で、ドライブシャフト７がジョイント部材２１を介してロータ２に一緒に回転するように連結されている。また、ポンプケーシング１２には、ポンプ室に連通する吸込口１６ａを形成する部材１６も設けられている。
【００２３】
ドライブシャフト７には、ポンプケーシング１２内でのドライブシャフト７の回転を許容すると共に前記ポンプケーシング１２内のポンプ室からの液漏れを防止するメカニカルシール１４が設けられている。メカニカルシール１４は、ポンプケーシング１２のポンプ室内の移送液が、ドライブシャフト７とサポートハウジング１３との間を通じて外部に漏れないように取り付けられるものである。
【００２４】
また、サポートハウジング１３に対し減速機取付べース１５が取り付けられ、この取付ベース１５に対し、減速機５付きモータ６が設けられている。減速機取付ベース１５内に、前述したカップリングスリーブ８などが設けられている。また、減速機取付ベース１５には、ロボットアーム（図示せず）に固定的に取付けられる取付部１５ａが形成されている。
【００２５】
続いて、ドライブシャフト７がジョイント部材２１を介してロータ２に連結されるジョイント構造について説明する。
【００２６】
前記ロータ２及びドライブシャフト７の端部には、図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、それぞれ断面略円形状の第１及び第２の係合凸部２ａ，７ａがくびれ部２ｂ，７ｂを介して一体に形成されている。このくびれ部２ｂ，７ｂの幅は第１及び第２の係合凸部２ａ，７ａの直径の概略１／２程度の大きさを有する。
【００２７】
一方、ジョイント部材２１は、図４に示すように、一側には、前記ロータ２の第１の係合凸部２ａに対応する形状を有する第１の係合溝部２１ａがスリット部２１ｃを介して形成されている。このスリット部２１ｃは、くびれ部２ｂの幅に対応する幅を有する。前記係合凸部２ａが第１の係合溝部２１ａにスライド可能にかつ相対回転可能に係合している。
【００２８】
ジョイント部材２１の他側には、前記ドライブシャフト７の第２の係合凸部７ａに対応する形状を有する第２の係合溝部２１ｂがスリット部２１ｄを介して形成されている。このスリット部２１ｄはくびれ部７ｂの幅に対応する幅を有する。前記係合凸部７ａが第２の係合溝部２１ｂにスライド可能にかつ相対回転可能に係合している。
【００２９】
第１の係合溝部２１ａと第２の係合溝部２１ｂとは互いに直交する方向に延びている。なお、ジョイント部材２１は、エンジニアリングプラスチック材で形成されている。
【００３０】
係合凸部２ａ，７ａ及び係合溝部２１ａ，２１ｂが断面略円形状をしているのはそれらが一定の範囲で相対回転できるようにするためであり、相対回転できるようにするのは、ロータ２及びドライブシャフト７が相対的に傾くのを許容できるようにするためである。
【００３１】
また、係合凸部２ａ，７ａ及び係合溝部２１ａ，２１ｂの断面形状を略円形状にすることにより、ロータ２がノズル方向に移動する際に、係合凸部２ａ，７ａとジョイント部材２１ａ，２１ｂの係合溝部との係合が外れるのを防止する機能も併せて持つようになっている。
【００３２】
ジョイント部材２１にエンジニアリングプラスチックが使用されるのは、耐摩耗性があり、摩擦係数が小さく、潤滑性に優れるからである。なお、係合凸部２ａ，７ａについては、耐摩耗性があり、摩擦係数の少ない金属、表面処理した金属等が使用される。
【００３３】
このように、従来ロータ及びドライブシャフトとは別体であった（オルダム継手の）オスボスをロータ２及びドライブシャフト７の端部に一体に設けることにより、従来必要とされたオスボスをロータやドライブシャフトの端部に取り付けるための寸法（取付部１０７ａ，１０８ａや嵌合部１０２ａ，１０３ａを設けるために必要とされるポンプ長手方向の寸法）を確保する必要がなくなる。それにより、従来（図５参照）のポンプケーシング１０６の内寸法Ｌ１に対し、本例（図１参照）のポンプケーシング１２の内寸法はＬ２になり、それらの差Ｌ３（＝Ｌ１−Ｌ２）だけ、本例はポンプケーシング１２の内寸法が従来のものよりも短くなる。よって、その短くなる分だけ、ポンプ運転終了後にポンプケーシング１２内に残る移送液（残液）の量が従来のものよりも減少する。また、ポンプ全長も、従来（図５参照）は寸法Ｌ４であったのに対し、本例（図１参照）では寸法Ｌ５となり、前記ポンプケーシング１２が短くなった寸法Ｌ３（＝Ｌ４−Ｌ５）に相当する分だけ短くなり、ポンプのコンパクト化が図れる。
【００３４】
また、ロータ２やドライブシャフト７の係合凸部２ａ，７ａにジョイント部材２１の係合溝部２１ａ，２１ｂをスライド可能に取り付けるという簡単な構造であるので、分解・洗浄・組立が容易で、作業時間も短縮化できる。
【００３５】
さらに、オルダム継手のオスボスに相当する係合凸部２ａをロータ２の端部に一体に設けることにより、従来のオスボスの嵌合部とロータ２の端部の取付部が必要なくなり、ステータ３の端部とジョイント部材２１による連結部分との距離が短くなるので、ロータ２の偏心回転が安定して、次のような利点も併せて持つことになる。
【００３６】
(i) ロータ２に作用する曲げ応力を削減できる。
【００３７】
(ii) 回転するロータ２がステータの内周面に強く擦れるすりこぎ運動をなくすことができる（すりこぎ運動が起こると、ステータの早期摩耗及び吐出量のバラツキが発生する）。
【００３８】
(iii)ロータ２に作用する曲げモーメントが小さいので、ステータ端部の発熱が少なく、ステータの早期摩耗を防止できる。
【００３９】
なお、前記実施の形態において、駆動部Ｕ１側から見てロータ２がステータ３内を左回転で、ポンプケーシング１２側からの吸込となり、ノズル１１（エンドスタッド）から吐出される（この場合はディスペンサに一般的に適用される）。また、駆動部Ｕ１側から見てロータ２が右回転で、エンドスタッド側からの吸込となり、ポンプケーシング１２に設けられた吐出口から吐出される（この場合はディスチャージャに一般的に適用される）。
【００４０】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように実施され、以下に述べるような効果を奏する。
【００４１】
請求項１の発明は、ポンプケーシングの内寸法が短くなるので、その分だけ、ポンプ運転終了後のポンプケーシング内の残液量を少なくすることができ、洗浄による移送液のロスを低減することができる。特に高価なケミカル液・粘性液の場合に有効である。
【００４２】
また、簡単な構造であるので、分解・洗浄・組立が容易で、それらの作業に要する時間も短縮化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係わる一軸偏心ねじポンプを示す一部を断面で示す側面図である。
【図２】 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれロータの端部に一体に設けた係合凸部の形状を示す正面図、平面図及び右側面図である。
【図３】 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれドライブシャフトの端部に一体に設けた係合凸部の形状を示す正面図、平面図及び左側面図である。
【図４】 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれジョイント部材の形状を示す正面図、平面図及び右側面図である。
【図５】 従来のオルダム継手を用いた一軸偏心ポンプを示す一部を断面で示す側面図である。
【符号の説明】
Ｕ１ 駆動部
Ｕ２ ポンプ部
１ 一軸偏心ねじポンプ
２ ロータ
２ａ 係合凸部
３ ステータ
４ ポンプ本体
５ 減速機
６ モータ
７ ドライブシャフト
７ａ 係合凸部
８ カップリングスリーブ
１１ ノズル
１２ ポンプケーシング
１３ サポートハウジング
１４ メカニカルシール
１５ 減速機取付ベース
２１ ジョイント部材
２１ａ，２１ｂ 係合溝部

Claims (1)

1. ステータ内で偏心回転するロータの端部と、このロータを回転駆動するドライブシャフトの端部との間に、ロータのステータ内での偏心回転を許容するジョイント部材が設けられる一軸偏心ねじポンプのジョイント構造であって、
   前記ロータ及びドライブシャフトの端部にそれぞれ断面略円形状の第１及び第２の係合凸部がくびれ部を介して一体に形成され、
   前記ジョイント部材は、エンジニアリングプラスチック材で形成されると共に、前記ロータの第１の係合凸部に対応する形状を有し前記第１の係合凸部がスライド可能に係合する第１の係合溝部と、前記ドライブシャフトの第２の係合凸部に対応する形状を有し前記第２の係合凸部がスライド可能に係合する第２の係合溝部とを備え、前記第１の係合溝部と第２の係合溝部とが互いに直交する方向に延びていることを特徴とする一軸偏心ねじポンプのジョイント構造。

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