JP5065162B2 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

Description

本発明は、粘性の高い流体等の圧送に用いられる一軸偏心ねじポンプに関する。

この種の一軸偏心ねじポンプとしては、雌ねじ状の内面をもつ固定されたステータに雄ねじ状のロータを内装し、そのロータを、ユニバーサルジョイントを介して駆動軸に連結したものがある（例えば特許文献１の第１図参照）。この一軸偏心ねじポンプによれば、その駆動軸を回転させることにより、ロータが回転しつつステータ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ことができる。
ここで、一軸偏心ねじポンプは、粘性の高い流体の圧送に好適なポンプなので、例えば薬液や食品などの圧送にも用い得ることが望まれる。そのためには、摩耗粉等の異物混入がなく、さらに、内部の洗浄が容易であることが必要である。

しかし、上記ユニバーサルジョイントを用いた一軸偏心ねじポンプでは、ステータが固定され、ロータが大きな反力を受けながら回転することになるので、ステータ内面に摩耗が生じ易い。また、ユニバーサルジョイント部分には圧送流体が付着しやすく、さらに、ユニバーサルジョイントのデッドスペースを洗浄するためには、ユニバーサルジョイントを分解しなければその洗浄が困難である。
そこで、ユニバーサルジョイントを介さずに、駆動軸に直結された雄ねじ状のロータと、軸受を介して回転可能に支承されるとともにその回転軸線がロータの回転軸線に対して偏心して配置される雌ねじ状の内面を有するステータとを備える一軸偏心ねじポンプが開発されてきた（例えば特許文献１の第３図、ないし特許文献２の第１図参照）。
特開昭５９−１５３９９２号公報 特開昭５０−４９７０７号公報

ところで、特に薬液や食品などを圧送する装置では、生産品種切り替え時や操業終了時等にその装置の洗浄を行っているが、装置の分解や取り外しが困難な個所に関しては、装置を分解することなく洗浄剤を流すことにより洗浄するＣＩＰ洗浄（定置洗浄）を行っている。したがって、薬液や食品などを圧送するための一軸偏心ねじポンプについても、サニタリー性の向上、つまり、そのステータおよびこれを支持する軸受部分が、ＣＩＰ洗浄を行う上で好適な構造を有することが望まれる。

しかしながら、例えば特許文献１（第３図）に開示される一軸偏心ねじポンプは、ステータを支持する軸受が、ステータの両端を比較的に小面積で支持する構造になっている。そのため、この軸受とステータとの摺動部に早期摩耗が生じる懸念があり、また、この摺動部を分解することなく洗浄剤を流し得るような特段の構造を有しないので、薬液や食品などを圧送する装置として解決すべき課題が残されている。

また、例えば特許文献２（第１図）に開示される一軸偏心ねじポンプについても、ステータを支持する軸受として通常の玉軸受を用いている。そのため、圧送可能な流体が、オイルやグリスなどの潤滑液に限定される。したがって、軸受部分をＣＩＰ洗浄し得て、薬液や食品などを圧送する一軸偏心ねじポンプとしては不十分である。
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、ステータおよびこれを支持する軸受部分をＣＩＰ洗浄可能であり、薬液や食品などを圧送する上で好適な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、本発明は、駆動軸に直結された雄ねじ状のロータと、自己潤滑軸受を介して回転可能に支承されるとともにその回転軸線が前記ロータの回転軸線に対して偏心して配置される雌ねじ状の内面を有するステータとを備え、前記ロータが回転しつつ前記ステータ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一軸偏心ねじポンプであって、前記自己潤滑軸受とステータとの摺動部両端を密封するように吸入側および吐出側のそれぞれに配設されたシール部材と、前記吸入側および吐出側のそれぞれに配設された注入口および排出口と、これら注入口および排出口相互を連通させるように前記自己潤滑軸受とステータとの間の位置に形成された連通路とを備えることを特徴としている。
ここで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、前記吐出側のシール部材は、前記吸入側のシール部材よりも、その耐圧が高いことは好ましい。このような構成とすれば、高圧になる吐出側の耐圧性を高める上で好適である。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプは、上述のように、駆動軸に直結された雄ねじ状のロータと、自己潤滑軸受を介して回転可能に支承されるとともにその回転軸線がロータの回転軸線に対して偏心して配置される雌ねじ状の内面を有するステータとを備えるものなので、ポンプ内の接液部の洗浄が容易である。
さらに、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、自己潤滑軸受とステータとの摺動部両端を密封するように吸入側および吐出側のそれぞれにシール部材を配設しているので、異物等の混入を防ぐことができ、自己潤滑軸受の潤滑性能を損ねることはない。そして、吸入側および吐出側のそれぞれに配設された注入口および排出口と、これら注入口および排出口相互を連通させるように前記自己潤滑軸受とステータとの間の位置に形成された連通路とを備えているので、これにより、前記シール部材による密封空間との協働によって自己潤滑軸受部洗浄構造が構成され、洗浄液を注入口から注入し連通路を介して排出口から排出するだけで、ステータおよびこれを支持する軸受部分をＣＩＰ洗浄することができる。したがって、自己潤滑軸受とステータとの摺動部の清掃も容易なので、薬液や食品などを圧送する一軸偏心ねじポンプとして好適である。

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は、本発明に係る一軸偏心ねじポンプの一実施形態の側面図であり、同図では要部を軸線に沿った断面図にて図示している。また、図２は図１の要部拡大図である。
図１に示すように、この一軸偏心ねじポンプ１は、略Ｌ字状のベースブラケット１１を有し、その立設部１１ａの一方の面にモータ１０が装着され、反対側の面にハウジング７が装着されている。そして、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とを備えて構成されている。

ロータ２は、図１または図２に示すように、先端側の螺旋部２ａと、直線状の基端部２ｂとから構成されている。この基端部２ｂは、ユニバーサルジョイントを用いることなくモータ１０の駆動軸３に直結されている。一方、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。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（図２参照）。なお、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。
そして、この一軸偏心ねじポンプ１は、モータ４を駆動することにより駆動軸３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Ｌ１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１もその回転軸線Ｌ２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、流体を吸込口８から吐出口９へ圧送可能になっている。

以下、この一軸偏心ねじポンプ１について図２を参照しつつより詳しく説明する。
上記ステータ４は、図２に拡大図示するように、中央に配設された一つのステータ内筒４ａと、二つのステータ外筒４ｂとから構成されている。これら二つのステータ外筒４ｂは、ステータ内筒４ａの両側に且つその外側からインロー嵌合しており、相互間にはＯリング２４が介装されるとともに、ねじ等によって固定されて一体となるように配設されている。

そして、このステータ４の両端（つまり、本実施形態の例では、各ステータ外筒４ｂの外周面）が円環状の自己潤滑軸受５および自己潤滑軸受６を介してハウジング７内に回転自在に支承されている。このハウジング７は、吸込側（同図右側）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。そして、このハウジング７の吸込部７ａには圧送流体の注入口８が形成されており、また、吐出部７ｃには圧送流体の排出口９が形成されている。なお、吸込部７ａおよび本体部７ｂ相互、本体部７ｂおよび吐出部７ｃ相互は、周知のへルールクランプ２２によって固定されており、また、吸込部７ａおよび本体部７ｂ相互の当接面、本体部７ｂおよび吐出部７ｃ相互の当接面には、Ｏリング２３が介装されている。

なお、ハウジング７を構成する吸込部７ａおよび本体部７ｂの内周面には、凹の段部７ｔがそれぞれ形成されている。また、上記各ステータ外筒４ｂの外周面には、ステータ内筒４ａの中央側の端部に、外周方向に張り出す鍔部４ｔがそれぞれ形成されており、これら凹の段部７ｔおよび鍔部４ｔによって、上記の自己潤滑軸受５、６の軸方向への移動が拘束されるようになっている。なお、本実施形態において、通常は、自己潤滑軸受５、６部分に対しては、潤滑剤を特に供給せず（エアー雰囲気）にて運転を行う。
さらに、この一軸偏心ねじポンプ１は、自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部両端を密封するように吸入側および吐出側のそれぞれに配設されたシール部材１６、１８を有している。

詳しくは、吸入側のステータ外筒４ｂは、その吸入側の端部に円環状の小径部４ｓを有している。この小径部４ｓは、その外径がステータ内筒４ａの外径より僅かに小さい径になっており、さらに、ハウジング７を構成する吸込部７ａの内周面に対向する位置まで軸方向に張り出して形成されている。そして、この小径部４ｓの外周面に対向する吸込部７ａの内周面には、吸入側のシール部材１８を嵌め込み可能な円環状の溝が形成されており、これにより、小径部４ｓの外周面とこれに対向する吸込部７ａの内周面との間に、吸入側のシール部材１８が配設されている。

一方、吐出側のステータ外筒４ｂは、その吐出側の端部に円環状の小径部４ｐを有している。この小径部４ｐは、その外径がステータ内筒４ａの外径よりも小さい径になっており、特に、上記吸入側の小径部４ｓよりもその外径を小さくしている。そして、ハウジング７を構成する吐出部７ｃの内周面に対向する位置まで軸方向に張り出して形成されている。また、ハウジング７の本体部７ｂの吐出側の端部には、円環状の鍔部７ｈが形成されている。この鍔部７ｈは、ステータ外筒４ｂの小径部４ｐの外周面に対して僅かな隙間を隔てて対向する位置まで内周方向に張り出して形成されている。

そして、この張り出している鍔部７ｈと小径部４ｓの外周面に対向する吸込部７ａの内周面との間の位置に、吐出側のシール部材１６を嵌め込み可能な略Ｌ字状の横断面をもつ環状の溝が形成されており、これにより、小径部４ｐの外周面とこれに対向する吐出部７ｃの内周面との間に、横断面が略Ｌ字状をなす吐出側のシール部材１６が配設されている。
ここで、この吐出側のシール部材１６は、吸入側のシール部材１８よりも、その耐圧が高いものを用いており、これにより、高圧になる吐出側の耐圧性を高めている。特に、この一軸偏心ねじポンプ１は、上述のように、吐出側のシール部材１６の径を、吸入側のシール部材１８の径よりも小径としているので、吐出側のシール部材１６の受圧面積が吸入側のシール部材１８のそれよりも小さい。そのため、吐出側が吸入側よりも高圧であっても、高圧になる吐出側からのスラスト荷重を吸入側の圧力とバランスさせてステータ４のスラスト方向での位置やその動作を安定させることを可能としている。なお、本実施形態の例では、シール部材１６、１８には、ロトバリシール（商品名）を用いている。

さらに、この一軸偏心ねじポンプ１は、各自己潤滑軸受５、６とステータ４との間の摺動部に連通路２０が設けられている。ここで、この連通路２０は、ステータ４および自己潤滑軸受５、６の少なくとも一方に溝等を設けて構成することができるが、本実施形態の例では、自己潤滑軸受５、６の内周面および互いに対向する端面に略Ｌ字状の溝を形成することによって連通路２０としている。また、本実施形態の例では、ハウジング７の本体部７ｂの内周面に、拡径部２１を形成している。この拡径部２１は、上記二つのステータ外筒４ｂの鍔部４ｔ外周面に対向する部分における連通路として形成されており、これにより、各自己潤滑軸受５、６の連通路２０相互間の連通状態をより安定させている。

さらに、この一軸偏心ねじポンプ１は、各自己潤滑軸受５、６の連通路２０にそれぞれ連通するように、ハウジング７の本体部７ｂには、自己潤滑軸受５の吐出側に注入口１２を設けており、また、ハウジング７の吸込部７ａには、自己潤滑軸受６の吐出側に排出口１４を設けている。これにより、この注入口１２および排出口１４を用いて、ＣＩＰ洗浄用の洗浄液を、シール部材１６、１８による密封空間内部に導入して、自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部の清掃が容易に行えるようになっている。さらに、場合によっては、この注入口１２および排出口１４を潤滑剤供給口としても用いることができる。この場合、被送物（圧送流体）の性状によって、注入口１２および排出口１４を用いて、水や、油、自液等を摺動部に適宜供給する。

次に、この一軸偏心ねじポンプの作用・効果について説明する。
上述したように、この一軸偏心ねじポンプ１は、駆動軸３に直結された雄ねじ状のロータ２と、自己潤滑軸受５、６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る雌ねじ状の内面を有するステータ４とを備えるものなので、ポンプ内の接液部の洗浄が容易である。

また、自己潤滑軸受５、６によってステータ４を支持しているので、ステータ４の両端を比較的に広い面積で支持することができる。さらに、自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部両端を密封するように吸入側および吐出側のそれぞれに配設されたシール部材１６、１８を有する構造なので、このシール部材１６、１８による密封構造により、自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部に異物等が混入するのを防ぐことができるので、潤滑状態を良好に保ち、自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部の早期摩耗を防止または抑制することができる。したがって、圧送流体として薬液や食品などを圧送する上で好適である。

そして、この自己潤滑軸受５、６とステータ４との間の位置に形成された連通路２０（および拡径部２１）と、この連通路２０に連通するように吸入側および吐出側のそれぞれに配設された注入口１２および排出口１４を備えており、シール部材１６、１８による密封空間との協働によって自己潤滑軸受部洗浄構造が構成され、これにより、洗浄液を注入口１２から注入して連通路２０を介して排出口１４から排出するだけで、ステータ４およびこれを支持する自己潤滑軸受５、６の軸受部分をＣＩＰ洗浄することができる。したがって、自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部の清掃も容易なので、薬液や食品などを圧送する一軸偏心ねじポンプとして好適である。
以上説明したように、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、ステータ４およびこれを支持する軸受部分をＣＩＰ洗浄可能であり、薬液や食品などを圧送する上で好適である。

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、上記実施形態の例では、シール部材１６、１８には、ロトバリシール（商品名）を用いているが、これに限らず、種々のメカニカルシールを採用することができる。また、シール部材１６、１８として、吐出側と吸入側の耐圧が同じものを用いたり、同径のものを用いてもよいし、ステータ４の端面を直接シールするように構成してもよい。

また、上記実施形態の例では、通常は、自己潤滑軸受５、６部分に対して潤滑剤を特に供給せず（エアー雰囲気）にて運転を行う例で説明した。しかし、これに限らず、圧送流体（被送流体）によっては、上述の連通路２０（および拡径部２１）を用いて、自己潤滑軸受５、６とステータ４との隙間全体に亘って圧送流体が導入されるように構成してもよい。このような構成とすれば、例えば、シール部材１６、１８による密封空間内に圧送流体を潤滑液として供給（循環）することもできる。これにより、自己潤滑軸受５、６の潤滑性能を補うことも可能である。
なおまた、上記実施形態の例では、吐出側に注入口１２を設け、吐出側に排出口１４を設ける例で説明したが、これに限らず、相互の位置を逆に設けてもよい。つまり、吐出側に排出口１４を設け、吐出側に注入口１２を設けるようにしてもよい。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプの一実施形態の側面図であり、同図では要部を軸線に沿った断面図にて図示している。 図１の要部拡大図である。

符号の説明

１ 一軸偏心ねじポンプ
２ ロータ
３ 駆動軸
４ ステータ
５ 自己潤滑軸受
６ 自己潤滑軸受
７ ハウジング
８ 吸込口
９ 吐出口
１０ モータ
１１ ベースブラケット
１２ 注入口
１４ 排出口
１６ （吐出側の）シール部材
１８ （吸入側の）シール部材
２０ 連通路
２１ 拡径部（連通路）
２２ へルールクランプ
２３、２４ Ｏリング

Claims (2)

1. 駆動軸に直結された雄ねじ状のロータと、自己潤滑軸受を介して回転可能に支承されるとともにその回転軸線が前記ロータの回転軸線に対して偏心して配置される雌ねじ状の内面を有するステータとを備え、前記ロータが回転しつつ前記ステータ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一軸偏心ねじポンプであって、
   前記自己潤滑軸受とステータとの摺動部両端を密封するように吸入側および吐出側のそれぞれに配設されたシール部材と、前記吸入側および吐出側のそれぞれに配設された注入口および排出口と、これら注入口および排出口相互を連通させるように前記自己潤滑軸受とステータとの間の位置に形成された連通路とを備えることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
2. 前記吐出側のシール部材は、前記吸入側のシール部材よりも、その耐圧が高い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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