JP5070515B2 - ロータ駆動機構及びポンプ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば気体、液体、粉体等の各種流体、及び細粒体を含む流体等を移送することができる一軸偏心ねじポンプに適用することができるロータ駆動機構及びポンプ装置に関する。
従来のポンプ装置の一例を、図15を参照して説明する(例えば、特許文献1参照。)。このポンプ装置1は、同図に示すように、一軸偏心ねじポンプ2と、この一軸偏心ねじポンプ2に設けられているロータ3を回転駆動するためのロータ駆動機構4とを備えている。一軸偏心ねじポンプ2は、雄ねじ型ロータ3がステータ5の雌ねじ型内孔5aに嵌挿する構成となっている。このロータ3が所定方向に回転すると、液体等の流体を例えば吸込み口6から吸い込んで、この吸い込んだ流体を、ロータ3とステータ5との間の空間に保持して移送することによって吐出口7から吐出させることができる。このとき、ロータ3は、図15に示すステータ内孔5aの中心軸8を中心にして公転移動しながら自転する偏心回転運動を行うようになっている。そして、ロータ3を、このように偏心回転運動させるようにするのがロータ駆動機構4である。
図15に示すロータ駆動機構4は、回転駆動部(図示しない例えば電気モータ)によって回転駆動される入力軸9を備え、この入力軸9は、複数の歯車10、・・・を介して出力軸11と連結している。そして、この出力軸11は、ロータ3の端部と結合している。
つまり、回転駆動部が回転駆動すると、その回転が入力軸9、複数の歯車10、・・・、及び出力軸11を介してロータ3に伝達され、ロータ3は、偏心回転運動を行う。これによって、流体を吸込み口6から吸い込んで吐出口7から吐出させることができる。
次に、図15を参照して、ロータ駆動機構4を詳細に説明する。入力軸9は、軸受を介
して回動自在にケーシング12に設けられ、第1外歯車10が取り付けられている。この第1外歯車10は、第2外歯車13と噛み合っており、この第2外歯車13は、クランクドラム14に取り付けられている。このクランクドラム14は、軸受を介してケーシング12に回動自在に設けられ、このクランクドラム14の内側に、クランク軸15が偏心した状態で軸受を介して回動自在に設けられている。このクランク軸15の同図における左側端部に出力軸11が結合している。そして、クランク軸15は、同図における右側端部に第3外歯車16が設けられ、この第3外歯車16は、内歯車17と噛み合っている。この内歯車17は、ケーシング12に固定して設けられている。
このロータ駆動機構4によると、出力軸11とクランク軸15とは、同一の軸線18上に設けられ、そしてこのクランク軸15の中心軸18が、クランクドラム14の中心軸8に対して偏心して配置されているので、クランクドラム14が回転すると、ロータ3をステータ内孔5aの中心軸8を中心にして公転移動させることができる。
また、ロータ3の端部に設けられている第3外歯車16が内歯車17と噛み合っていることによって、公転移動するロータ3を自転させることができる。このように構成されているので、ステータ内孔5aに装着されたロータ3を回転させて、流体を吐出口7から吐出させることができる。
特開昭60−162088号公報
しかし、図15に示す従来のポンプ装置1では、入力軸9に取り付けられている第1外歯車10と、クランクドラム14に取り付けられている第2外歯車13とが噛み合い、クランク軸15に設けられている第3外歯車16が内歯車17に噛み合っているので、入力軸9が内歯車17のピッチ円よりも外側に配置される構成となっている。その結果、内歯車17のピッチ円をいくら小さくしても、内歯車17の外側に配置される入力軸9及びこれに取り付けられている第1外歯車10によって、ポンプ装置1の嵩が比較的大きくなってしまうこととなる。そのため、小型、軽量、及び低廉なポンプ装置1を提供することに或る一定の限界が生じる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、流体を高流量精度、及び長寿命で移送したり、充填することができると共に、小型、軽量、低廉、及び省エネルギ化を図ることができるロータ駆動機構及びポンプ装置を提供することを目的としている。
請求項1及び2の発明は、歯車方式を採用したロータ駆動機構である。
請求項1の発明に係るロータ駆動機構は、中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結される出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、前記入力軸部に対して偏心した位置で前記出力軸部が軸受を介して回動自在に設けられ、前記入力軸部の回転が、内歯車を有する動力伝達機構を介して前記出力軸部に伝達されて、前記出力軸部が偏心回動運動を行い、前記入力軸部及び前記出力軸部を、前記内歯車のピッチ円よりも内側に配置したことを特徴とするものである。
請求項1の発明に係るロータ駆動機構によると、出力軸部を一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータに連結して使用することができる。つまり、入力軸部を所定方向に回転させると、入力軸部の回転が、内歯車を有する動力伝達機構を介して出力軸部に伝達され、ロータを偏心回動運動させることができる。この偏心回動運動とは、例えばロータがステータの内孔の回りを所定の角速度で公転移動しながら自転する運動であり、自転方向が公転方向と逆方向である。このロータの偏心回動運動によって、ステータ内孔の内面と、ロータの外面とで形成される空間が、ステータ内孔の一方の開口部側から他方の開口部側に向かって移動するので、流体をその方向に移送することができる。そして、入力軸部及び出力軸部を、動力伝達機構の内歯車のピッチ円よりも内側に配置したことによって、このロータ駆動機構、及びこの駆動機構を備えるポンプ装置の小型、軽量、及び低廉化を図ることができる。
また、ロータを、一定の経路に沿って偏心回動運動させることができるので、ステータの内孔を形成する内面と、ロータの外面とが互いに接触しないように、又は両者が適切な接触圧で接触するように、ロータ及びステータの内孔を形成することができる。
請求項2の発明に係るロータ駆動機構は、中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結される出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、前記入力軸部に対して偏心した位置で前記出力軸部が軸受を介して回動自在に設けられ、前記入力軸部の回転が、内歯車及び偏心継手を有する動力伝達機構を介して前記出力軸部に伝達されて、前記出力軸部が偏心回動運動を行うことを特徴とするものである。
請求項2の発明に係るロータ駆動機構によると、動力伝達機構が偏心継手を備えているので、動力伝達機構に使用される遊星歯車の個数を低減させることができ、歯車の噛合いによる騒音を小さくすることができる。これ以外は、請求項2の発明と同様に作用する。
請求項3及び4の発明は、リンク方式を採用したロータ駆動機構である。
請求項3の発明に係るロータ駆動機構は、中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結される出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、前記入力軸部は、偏心継手、第1軸部、及び第2軸部を介して前記出力軸部と連結し、前記第1軸部、第2軸部、及び出力軸部は、それぞれが互いに所定の偏心量で偏心してこの順番で結合し、前記第1軸部は、第1スライド機構によって回動自在に保持されると共に、当該軸心と略直交する第1直線方向に移動自在であり、前記第2軸部は、第2スライド機構によって回動自在に保持されると共に、当該軸心と略直交する第2直線方向に移動自在であり、前記第1直線方向と前記第2直線方向は、前記第1軸部及び前記第2軸部の互いの偏心量に応じた所定の立体交差角度で配置されていることを特徴とするものである。
請求項3の発明に係るロータ駆動機構によると、出力軸部を一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータに連結して使用することができる。そして、入力軸部を所定方向に回転させると、入力軸部の回転が、偏心継手、第1及び第2軸部を介して出力軸部に伝達され、この出力軸部と結合されるロータを偏心回動運動させることができる。このように、ロータが偏心回動運動するのは、第1軸部及び第2軸部が、互いに所定の偏心量で偏心して結合し、第1及び第2軸部は、それぞれと対応する第1及び第2スライド機構によって回動自在に保持されると共に、それぞれの軸心と略直交する第1及び第2直線方向に移動自在であり、第1及び第2軸部のそれぞれの移動自在な当該2つの第1及び第2直線方向が、第1及び第2軸部の互いの偏心量に応じた所定の立体交差角度で配置されているからである。また、歯車を使用しないようにできるので、歯車の噛合いによる騒音を解消できる。これ以外は、請求項1の発明と同様に作用するので、その説明を省略する。
請求項4の発明に係るロータ駆動機構は、請求項3記載のロータ駆動機構において、前記第1スライド機構は、前記第1軸部を回動自在に保持する第1軸保持部と、この第1軸保持部と結合する第1摺動部と、この第1摺動部を前記第1直線方向に案内する第1案内部とを備え、前記第2スライド機構は、前記第2軸部を回動自在に保持する第2軸保持部と、この第2軸保持部と結合する第2摺動部と、この第2摺動部を前記第2直線方向に案内する第2案内部とを備えることを特徴とするものである。
請求項4の発明に係るロータ駆動機構によると、第1スライド機構の第1軸部が第1軸保持部及び第1摺動部を介して第1案内部とリンク結合し、第2スライド機構の第2軸部が第2軸保持部及び第2摺動部を介して第2案内部とリンク結合しており、これによって、出力軸部と連結されるロータを偏心回動運動させることができる。
請求項5の発明は、ねじ型軸受方式を採用したロータ駆動機構である。
請求項5の発明に係るロータ駆動機構は、中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結する出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、前記入力軸部は、偏心継手及び第1軸受構造を介して前記出力軸部と連結し、前記第1軸受構造は、前記雄ねじ型ロータの外周面の雄ねじ形状と略同一の形状及び大きさの外周面を有する前記出力軸部と、前記雄ねじ型ロータが回動自在に装着されるステータの雌ねじ型内孔の内周面の雌ねじ形状と略同一の形状及び大きさの内周面を有する雌ねじ型軸受部とを備え、前記出力軸部と前記雌ねじ型軸受部との嵌合は、前記雄ねじ型ロータと前記ステータの雌ねじ型内孔との嵌合よりも隙間が狭く、又は締りが強くなるように形成され、更に、前記雄ねじ型ロータの前記第1軸受構造が設けられていない側の端部側に、前記第1軸受構造と同等の構成の第2軸受構造を設け、前記第1及び第2軸受構造のそれぞれの前記出力軸部と前記雄ねじ型ロータとが一体物として形成されていることを特徴とするものである。
請求項5の発明に係るロータ駆動機構は、入力軸部が回転駆動されると、その回転が偏心継手を介して出力軸部に伝達される。この出力軸部は、雄ねじ型に形成されていて、雌ねじ型軸受部に装着されているので、この出力軸部は、偏心回動運動することができる。そして、この出力軸部と連結される雄ねじ型ロータも、ステータの雌ねじ型内孔に装着しているので、出力軸部と同様に偏心回動運動させることができる。ここで、出力軸部と雌ねじ型軸受部との嵌合は、雄ねじ型ロータとステータの雌ねじ型内孔との嵌合よりも隙間が狭く、又は締りが強くなるように形成されているので、この出力軸部と雌ねじ型軸受部との嵌合を適切に設定することによって、雄ねじ型ロータを所定の経路に沿って偏心回動運動させることができる。
これ以外は、請求項1の発明と同様に作用するので、その説明を省略する。
そして、雄ねじ型ロータの両方の各端部に前記第1軸受構造を設けたことによって、雄ねじ型ロータの撓み量を低減することができる。これによって、雄ねじ型ロータを所定の経路に沿って偏心回動運動させるための位置決め精度を向上させることができる。
請求項6の発明は、例えば偏心回動運動するロータに対して適用することができる偏心軸の軸封構造を備えるものである。
請求項6の発明に係るロータ駆動機構は、請求項1乃至5のいずれかに記載のロータ駆動機構において、偏心回動運動する前記出力軸部としての偏心軸と、この偏心軸が偏心回動運動自在に挿通する大径孔を有するケーシングとの間を封止する偏心軸の軸封構造を備え、前記偏心軸の外周部と前記大径孔の内周部との間を少なくともダイアフラムによって封止したことを特徴とするものである。
請求項6の発明に係るロータ駆動機構によると、偏心軸は、例えば駆動部によって回転駆動されて偏心回動運動されるものであり、この偏心軸と連結される例えばロータを、この偏心軸と同等の偏心回動運動をさせることができる。また、偏心軸が偏心回動運動して公転移動すると、その偏心軸の公転移動に対してダイアフラムが自由に変形するので、偏心軸と、この偏心軸が偏心回動運動自在に挿通する大径孔を有するケーシングとの間を確実に封止することができる。
請求項7の発明に係るロータ駆動機構は、請求項6記載のロータ駆動機構において、前記偏心軸が回動自在に挿通する小径孔を有する環状連結部を更に備え、前記偏心軸の外周部と前記環状連結部の内周部との間が第3シール部によって封止され、前記環状連結部の外周部と前記大径孔の内周部との間が前記ダイアフラムによって封止されていることを特徴とするものである。
請求項7の発明に係るロータ駆動機構によると、偏心軸が自転するときでも、この偏心軸の外周部と、環状連結部の内周部との間に形成されている円環状の隙間を第3シール部によって封止することができる。
請求項8の発明に係るポンプ装置は、請求項1乃至5のいずれかに記載のロータ駆動機構と、前記雄ねじ型ロータ及びこれが装着された雌ねじ型内孔が形成されたステータとを有する前記一軸偏心ねじポンプとを備えるポンプ装置において、前記出力軸部は、前記雄ねじ型ロータと連結し、前記雄ねじ型ロータは、前記ステータの前記内孔に回動自在に装着され、前記ロータ駆動機構は、前記雄ねじ型ロータを、前記ステータの前記内孔の内面に対して非接触の状態で回転させることを特徴とするものである。
請求項8の発明に係るポンプ装置によると、ロータ及びステータを、それぞれが互いに非接触の状態で回転させることができるので、例えば細粒体を含む流体を移送する場合は、細粒体をロータとステータ内面とによってすり潰さないように両者の隙間を設定して、細粒体を、その原形を保った状態で移送できるようにすることができる。そして、両者が接触する場合に発生するような磨耗粉が移送流体中に混入することがないし、両者の摩擦による騒音も発生しない。また、移送流体の性状(例えばび細粒体やスラリーを含む流体)に応じて、ロータ及びステータの外周面と内周面との隙間を適切な寸法に設定することができ、これによって、種々の性状の流体に応じて、高流量精度、及び長寿命で移送したり充填できるようにすることができる。更に、ロータ及びステータを、それぞれが互いに非接触の状態で回転させることができるので、両者を比較的高速で回転させることができ、比較的大きい移送能力を得ることができる。
請求項9の発明に係るポンプ装置は、請求項1乃至5のいずれかに記載のロータ駆動機構と、前記雄ねじ型ロータ及びこれが装着された雌ねじ型内孔が形成されたステータとを有する前記一軸偏心ねじポンプとを備えるポンプ装置において、前記出力軸部は、フレキシブルロッドを介して前記雄ねじ型ロータと連結し、前記雄ねじ型ロータは、前記ステータの前記内孔に回動自在に装着され、前記フレキシブルロッドは、前記雄ねじ型ロータと前記ステータの内孔の内面との接触圧によって、当該ポンプ装置によって移送される移送流体の品質を損なわないように変形可能に形成されていることを特徴とするものである。
請求項9の発明に係るポンプ装置によると、例えばこのポンプ装置の作動中に、雄ねじ型ロータに対して、この雄ねじ型ロータをステータの内孔の内面に押し付ける力が働いたときに、フレキシブルロッドが変形して、雄ねじ型ロータとステータの内孔の内面との接触圧によって、当該ポンプ装置によって移送される移送流体の品質を損なわないようにすることができる。
請求項10の発明に係るポンプ装置は、請求項9記載のポンプ装置において、前記移送流体は、細粒体を含む液体であり、前記フレキシブルロッド及び前記雄ねじ型ロータは、合成樹脂製であり、前記フレキシブルロッドは、前記細粒体を破損させないように変形可能に形成されていることを特徴とするものである。
請求項10の発明に係るポンプ装置によると、フレキシブルロッドを合成樹脂製としたことによって、比較的軟質な細粒体をすり潰さないようにして、この細粒体を含む液体を移送することができる。この細粒体は、例えば粉粒状体、カプセル状体、嚢状体である。
請求項11の発明に係るポンプ装置は、請求項6又は7に記載のロータ駆動機構を備えるポンプ装置において、前記雄ねじ型ロータは、ステータの内孔に回動自在に装着されていることを特徴とするものである。
請求項11の発明に係るポンプ装置によると、請求項6又は7に記載のロータ駆動機構で説明したように作用するので、それらの説明を省略する。
請求項12の発明に係るポンプ装置は、回転駆動部が出力軸部を介して一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータを回転させて移送流体を吐出させるポンプ装置において、前記出力軸部は、偏心回動運動を行うように設けられ、かつ、フレキシブルロッドを介して前記雄ねじ型ロータと連結し、前記雄ねじ型ロータは、前記出力軸部の前記偏心回動運動に伴って、ステータの内孔の内面と隙間を隔てて前記偏心回動運動を行うように設けられ、前記フレキシブルロッドは、当該ポンプ装置の作動中に、前記雄ねじ型ロータを前記ステータの内孔の内面に押し付ける力が働いたときに、前記雄ねじ型ロータと前記ステータの内孔の内面との接触圧によって、当該ポンプ装置によって移送される移送流体の品質を損なわないように変形可能に形成されていることを特徴とするものである。
請求項12の発明に係るポンプ装置によると、フレキシブルロッドが請求項9記載のポンプ装置で説明したように作用するので、それらの説明を省略する。
請求項13の発明に係るポンプ装置は、請求項12記載のポンプ装置において、前記移送流体は、細粒体を含む液体であり、前記フレキシブルロッド及び前記雄ねじ型ロータは、合成樹脂製であり、前記フレキシブルロッドは、前記細粒体を損傷させないように変形可能に形成されていることを特徴とするものである。
請求項13の発明に係るポンプ装置によると、フレキシブルロッドが請求項10記載のポンプ装置で説明したように作用するので、それらの説明を省略する。
請求項1に係るロータ駆動機構によると、入力軸部及び出力軸部を、動力伝達機構の内歯車のピッチ円よりも内側に配置したことによって、このロータ駆動機構、及びこのロータ駆動機構を備えるポンプ装置の小型、軽量、及び低廉化を図ることができる。よって、このロータ駆動機構を備えるポンプ装置の普及を図ることができる。
また、ステータ内孔の内面と、ロータの外面とが互いに接触しないように、ロータを一定経路に沿って偏心回動運動させることができる構成としたので、例えば細粒体を含む移送流体を移送する場合は、細粒体をロータとステータ内面とによってすり潰さないように両者の隙間を形成して、細粒体をその原形を保った状態で移送流体を移送できるようにすることができる。
勿論、ステータ内孔の内面と、ロータの外面とが互いに接触しないように、又は両者が適切な接触圧で接触するように、ロータを回転させることができるので、ロータ及びステータが磨耗することを防止又は抑制することができるし、ロータを回転させるための動力を低減することができる。
請求項2の発明に係るロータ駆動機構によると、動力伝達機構が偏心継手を備えているので、動力伝達機構に使用される遊星歯車の個数を低減させることができ、歯車の噛合いによる騒音を小さくすることができる。よって、使用環境を向上させることができる。
請求項3の発明に係るロータ駆動機構によると、遊星歯車及び内歯車を使用しないで済むので、このロータ駆動機構の嵩を比較的小さくすることができる。つまり、遊星歯車及び内歯車を使用すると、これらの歯車が入力軸部や出力軸部の周囲を回動する構成となるため、この回動する範囲がロータ駆動機構の大きさを規定することとなるからである。また、歯車を使用しないで済むので、歯車の噛合いによる騒音を解消することができる。
請求項5の発明に係るロータ駆動機構によると、第1軸受構造の出力軸部及び雌ねじ型軸受部は、それぞれと対応する雄ねじ型ロータ及びステータの雌ねじ型内孔と略同一形状及び大きさのものであるので、簡単な構造で雄ねじ型ロータを比較的精度よく所定の経路に沿って偏心回動運動させることができる。
請求項6の発明に係るロータ駆動機構によると、偏心軸が偏心回動運動して公転移動すると、その偏心軸の公転移動に対してダイアフラムが自由に変形するので、偏心軸と、この偏心軸が偏心回動運動自在に挿通する大径孔を有するケーシングとの間を、極めて簡単な構成で確実に封止することができる。
請求項8の発明に係るポンプ装置によると、ロータ及びステータを、それぞれが互いに非接触の状態で回転させることができるので、例えば細粒体を含む流体を移送する場合は、細粒体を、その原形を保った状態、つまり、細粒体の品質を保持した状態で移送できるようにすることができる。
請求項12の発明に係るポンプ装置によると、例えばこのポンプ装置の作動中に、この雄ねじ型ロータをステータの内孔の内面に押し付ける力が働いたときに、フレキシブルロッドが変形して、雄ねじ型ロータとステータの内孔の内面との接触圧によって、当該ポンプ装置によって移送される移送流体の品質を損なわないようにすることができる。
まず、図1及び図2を参照して、本発明に係る一軸偏心ねじポンプ21を備えるポンプ装置22の基本原理を説明する。
(1)一軸偏心ねじポンプ21を備えるポンプ装置22の構造
図1(a)、(b)に示すように、一軸偏心ねじポンプ21は、回転容積型ポンプであり、雄ねじ型ロータ23とステータ24とを備えている。このステータ24には、雌ねじ型内孔24aが形成されており、この内孔24aに雄ねじ型ロータ23が装着されている。
ステータ24は、例えば2条の雌ねじ形状の内孔24aを有する略短円筒形に形成され、この内孔24aの縦断面形状が長円であって、例えばテフロン(登録商標)、ポリアセタール、キャストナイロン等のエンジニアリングプラスチック(合成樹脂)で形成されている。
雄ねじ型ロータ23は、例えば1条の雄ねじ形状に形成され、縦断面形状が略真円であり、螺旋形状のピッチは、ステータ内孔24aのピッチの1/2に設定されている。そして、ロータ23は、例えばステンレス等の金属製、又は合成樹脂製である。
(2)一軸偏心ねじポンプ21の作動原理と、ロータ駆動機構
図1及び図2は、例えば静止するステータ24と、公転及び自転するロータ23の各時点での断面形状の状態変化を示している。図2では、ロータ23の公転移動の中心O、ロータ23の中心軸A、及びロータ23の断面中心Bの各点を結ぶリンクを想定して記載してある。ここで、OAとABは、長さが等しいリンクとして考えることができる。
図1に示すロータ23の中心軸Aと直交する断面D1、D2、D3、D4に対応する各断面図を、図2のD11、D21、D31、D41に示す。この図2のD11、D21、D31、D41は、ステータ内孔24aの長軸19の傾き0°、30°、60°、90°におけるロータ23断面中心Bの各位置を示してある。また、図2のD11、D12、D13、D14及びD21、D22、D23、D24等は、ステータ24は停止しており、ロータ23の中心軸Aの30°の公転移動ごとに、ロータ23の断面中心Bがステータ24の内孔24a断面の長軸19に沿って移動する状態を示している。
ここで見方を変えて、図2のD32、D33、D34及びD41、D42、D43、D44には、(イ)点Aが点Oの周りにθ(30°)正転方向に公転するごとに、(ロ)点Bを点Aの周りに公転角θの2倍の角度2θだけ逆転方向に自転させると、(ハ)点Bは、ステータ24の内孔24a断面の長軸19に沿って直線移動することが示されている。ここで操作(ロ)、(ハ)の手順を入れ替えて、操作(イ)を行う際に、(ハ)点Bがステータ24の内孔24a断面の長軸19に沿って直線移動するように拘束することによって、結果的に、(ロ)ロータ23の角度2θの自転を誘導することができる。つまり、ステータ内孔24aの内面24bによるガイドが無くても、ロータ23に対して所定の公転及び自転の偏心回動運動を行わせることができる。このように、ロータ23に対して偏心回動運動を行わせる方法として、操作(イ)、(ロ)を行わせる本発明の遊星歯車機構(歯車方式)と、操作(イ)、(ハ)を行わせる本発明の直線往復運動機構(リンク方式)がある。
(3)ロータ23と、ステータ内孔24aの内面24bとの隙間の意義
従来の一軸偏心ねじポンプでは、ロータ径d1を、締め代分だけステータ24の内孔24a断面の短径d2よりも大きく(d1>d2)してある。これによって、ロータ23外面と、ステータ内孔24aの内面24bとの間には、細長い螺旋状の接触面を形成し、強固なシール効果を発揮する。その結果、ポンプとしての自吸力が強く、高粘度流体を移送できる。
しかし、ステータ内孔24aの変形抵抗と、接触面での摺動摩擦抵抗が大きくなり、このため、ロータ23の回転駆動動力も大きくなる。その上、例えば柔らかい細粒体を含む液体を移送する場合は、この細粒体を破損させる恐れもある。
これを避けるために、本発明のうちの1つの発明では、ロータ23外面と、ステータ内孔24aの内面24bとの間に適切な大きさの隙間を設けている(d1<d2)。このようにすると、細粒体をすり潰すことがないし、この隙間には、流体潤滑膜が形成され、摺動摩擦抵抗が著しく低減し、ロータ23の回転駆動動力を低減させることができる。これによって、ポンプ装置22の小型、軽量、低廉、及び省エネルギ化を図ることができる。
ところで、この隙間を設ける方法として、ステータ内孔24aの内面24bによりロータ23をガイドする構成を採用せず、ロータ23に所定の経路を通って自ら公転、自転を行わせる本発明の遊星歯車機構(歯車方式)、及び本発明の直線往復運動機構(リンク方式)がある。
(4)ロータ駆動機構
ロータ23に対して所要の公転及び自転運動を行わせる駆動機構として、本発明の歯車方式と、リンク方式がある。
(一)歯車方式
(I−1)第1歯車方式は、図3〜図5に示すように、1つの内歯車27、その内側に配置された2つの遊星歯車28、29、及び1つの太陽歯車30を備えている。一組の内歯車27と遊星歯車28とによって、ロータ23に対して公転移動、及び自転(例えば公転角の2倍の逆方向の回転)を行わせ、残りの1つの遊星歯車29によって、偏心するロータ23に回転を伝達できる。
(I−2)第2歯車方式は、図7に示すように、1つの内歯車32、その内側に配置された1つの遊星歯車33、及び偏心軸継手(例えばオルダム継手)34を備えている。一組の内歯車32と遊星歯車33とによって、ロータ23に対して公転移動、及び自転(例えば公転角の2倍の逆方向の回転)を行わせ、偏心継手34によって、遊星歯車33の中心と偏心するロータ23に回転を伝達できる。
(二)リンク方式
図2に示すロータ23及びステータ24の作動を示す各断面に表れているように、ロータ23の断面中心Bは、ステータ内孔24aの内面(長軸19方向)5bに拘束された状態で、ロータ23の中心軸Aがロータ23の公転移動の中心Oの周りを公転移動するにつれて、ロータ23の断面中心Bは、長軸19上を移動する。ただし、図2の14の配置になったときを見てみると、点Aの公転移動には、点Bを長軸19に沿って移動する力が消失し、点Bは長軸19方向に移動することなく、点Oの位置に留まり続け、点Aだけが点Oの周りを空転する可能性が生じる。
しかし、図2の24を見てみると、ステータ内孔24aの内面(長軸19方向)5bが鉛直方向に対して30°傾斜しており、点Bはその長軸19に沿って移動するように拘束されているので、点Bは、図2の14において、点Oで停滞せずにその長軸19方向に移動することができる。
従って、図1及び図2に示す一軸偏心ねじポンプ21において、例えば(D1、D2)、(D1、D3)、又は(D2、D3)等の2箇所の断面位置における各B点、B点の運動を、それぞれの断面における長軸19方向に拘束することによって、O−A−Bのリンク機構を連続して作動させることができる。つまり、例えば点Bが図2のD11〜D14の方向に停滞することなく移動するように拘束するものが図9及び図10に示す本発明の第1スライド機構36である。そして、例えば点Bが図2のD21〜D24の方向に停滞することなく移動するように拘束するものが図9及び図10に示す本発明の第2スライド機構37である。
(三)次に、ロータ駆動機構の歯車方式とリンク方式を比較して説明する。
歯車方式は、図3に示す内歯車27等の歯車のピッチ円直径が、ロータ23の偏心回動運動における偏心量(公転半径)eに比例してその直径が大きくなるので、ロータ駆動機構は、ロータ23と比較してその機械的移動量が大きくなる場合がある。特に、ロータ径d1が小さい場合は、顕著となる。
これに対して、リンク方式では、図9に示す第1及び第2スライド機構36、37の移動量は、ロータ23の偏心回動運動における偏心量(公転半径)eの4倍を超えることはなく直線方向であり、ロータ駆動機構の移動量は、歯車方式のように大きくはならない。よって、ロータ径d1が比較的小さい場合は、リンク方式の方が歯車方式よりも小型にすることができる。
しかし、歯車方式は、歯車の回転によって回転動力を伝達する構成であるので、節点自身が回転力を有している。従って、回転動力を滑らかに伝達することができる。
これに対して、リンク方式は、第1及び第2スライド機構36、37において、往復運動を介して回転動力を伝達する構成である。
次に、本発明に係るロータ駆動機構及び偏心軸の軸封構造を備えるポンプ装置の第1実施形態を、図3〜図5等を参照して説明する。このポンプ装置39は、図3に示すように、ロータ23を自転させながら所定の経路に沿って公転移動(偏心回動運動)させることができ、これによって、例えば低粘度から高粘度までのいずれの流体でも、高流量精度、しかも長寿命で移送したり充填することができるものである。
このポンプ装置39は、図3に示すように、一軸偏心ねじポンプ21、ロータ駆動部40、第1ロータ駆動機構41、第1の偏心軸の軸封構造42、及び第2の偏心軸の軸封構造43を備えている。
一軸偏心ねじポンプ21は、図3に示すように、回転容積型ポンプであり、雌ねじ型ステータ24と雄ねじ型ロータ23とを備えている。
ステータ24は、図3に示すように、例えば2条の雌ねじ形状の内孔24aを有する略短円筒形に形成され、この内孔24aの縦断面形状が長円であって、例えばテフロン(登録商標)、ポリアセタール、キャストナイロン等のエンジニアリングプラスチックで形成されている。そして、ステータ24は、ノズル44とケーシング45の端部との間に挟み込まれて取り付けられている。このノズル44に第1開口部46が形成され、ケーシング45に第2開口部47が形成されている。第1開口部46は、吐出口及び吸込み口として使用することができ、第2開口部47は、吸込み口及び吐出口として使用することができる。この第1開口部46は、ステータ24に形成されている内孔24aの先端側開口部と連通しており、第2開口部47は、その内孔24aの後端側開口部と連通している。
ロータ23は、図3に示すように、例えば1条の雄ねじ形状に形成され、縦断面形状が略真円であり、螺旋形状のピッチは、ステータ24のピッチの1/2に設定されている。そして、ロータ23は、例えばステンレス等の金属製であり、ステータ24の内孔24aに嵌挿されている。また、ロータ23の後端部にロータ軸48が形成されている。このロータ軸48は、第1ロータ駆動機構41の出力軸部49と結合している。
第1ロータ駆動機構41は、図3に示すように、歯車方式を採用するものであって、ロータ駆動部40によって回転駆動される入力軸部50の回転を、一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23と結合する出力軸部49に伝達するためのものであり、入力軸部50から出力軸部49に対して動力を伝達するための第1動力伝達機構41aを備えている。
入力軸部50は、図3に示すように、雌軸として形成され、回動自在に軸受51を介してケーシング45内に設けられている。この入力軸部50の内側に、ロータ駆動部40の駆動軸40aが連結されている。そして、入力軸部50の端部には、略短円筒形のキャリア52が固定して設けられている。そして、このキャリア52も、入力軸部50と同心O上で回動自在に軸受53を介してケーシング45内に設けられている。このキャリア52には、第1遊星歯車(外歯車)28が回動自在に設けられている。この第1遊星歯車28は、内歯車27と噛み合っており、この内歯車27は、ケーシング45内に固定して設けられている。また、第1遊星歯車28は、図4に示すように、第2遊星歯車29を介して太陽歯車30と噛み合っている。この第2遊星歯車29は、回動自在にキャリア52に設けられている。
太陽歯車30は、図3に示すように、出力軸部49に固定して設けられ、この出力軸部49は、軸受54、54を介して回動自在にキャリア52の内側に設けられている。この出力軸部49には、ロータ軸48を介してロータ23が結合している。なお、入力軸部50の中心軸Oと、ステータ内孔24aの中心軸Oは、一致しており、出力軸部49の中心軸Aと、ロータ23の中心軸Aは、一致している。そして、中心軸OとAは、eだけ偏心している。
上記のように、図3に示す第1ロータ駆動機構41は、入力軸部50及び出力軸部49を、内歯車27のピッチ円よりも内側に配置した構成となっている。また、ロータ駆動部40は、例えばステッピングモータ、サーボモータ等の電気モータが使用されている。
図3等に示すように構成されたポンプ装置39の第1ロータ駆動機構41によると、出力軸部49を一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23に連結して使用することができる。つまり、入力軸部50を所定方向に回転させると、入力軸部50の回転が、内歯車27、第1及び第2遊星歯車28、29、並びに太陽歯車30を有する第1動力伝達機構41aを介して出力軸部49に伝達され、ロータ23を所定方向に偏心回動運動させることができる。この偏心回動運動とは、例えばロータ23が中心軸O(ステータ24の内孔24a)の回りを、所定の経路に沿って所定の角速度で公転移動しながら自転する運動であり、ロータ23が正転方向に公転を1回転すると、逆転方向に自転を1回転するようになっている。
このロータ23の偏心回動運動によって、ステータ内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とで形成される空間が、第2開口部47側から第1開口部46側に向かって移動するので、移送流体をその方向に移送することができる。
そして、入力軸部50及び出力軸部49を、第1動力伝達機構41aの内歯車27のピッチ円よりも内側に配置したことによって、この第1ロータ駆動機構41、及びこの第1ロータ駆動機構41を備えるポンプ装置39の小型、軽量、及び低廉化を図ることができる。よって、この第1ロータ駆動機構41を備えるポンプ装置39の普及を図ることができる。
また、ロータ23を、一定の経路に沿って偏心回動運動させることができるので、ロータ23が偏心回動運動するときに、ステータ内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とが互いに接触しないように、ロータ23及びステータ24の内孔24aを形成することができる。
つまり、例えば細粒体を含む流体を移送する場合は、細粒体をロータ23とステータ内面24bとによってすり潰さないように両者を形成することができ、これによって、細粒体の原形を保った状態でこの移送流体を移送できるようにすることができる。この細粒体は、例えば比較的軟質の粉粒状体、カプセル状体、嚢状体である。
また、両者が接触する場合に発生するような磨耗粉が移送流体中に混入することがないし、両者の摩擦による騒音も発生しない。また、移送流体の性状(例えばび細粒体やスラリーを含む流体)に応じて、ロータ23及びステータ24の外周面と内周面との隙間を適切な寸法に設定することができ、これによって、種々の性状の流体に応じて、高流量精度、低脈動、及び長寿命で移送したり充填できるようにすることができる。更に、ロータ23及びステータ24を、それぞれが互いに非接触の状態で回転させることができるので、低いトルクでロータを比較的高速で回転させることができ、比較的大きい移送能力を得ることができる。
勿論、ステータ内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とが適切な接触圧で接触するように形成してロータ23を回転させることによって、ポンプ装置39による移送流体の移送効率を高くすることができる。
次に、図3及び図5を参照して、第1の偏心軸の軸封構造42、及び第2の偏心軸の軸封構造43を説明する。この第1及び第2の偏心軸の軸封構造42、43は、移送流体が第1ロータ駆動機構41内に進入しないようにしたり、第1ロータ駆動機構41内の潤滑剤等が移送流体中に混入しないようにするためのものである。従って、この実施形態では、2重の軸封構造となっている。ただし、ポンプ21の吐出圧や移送流体の種類、又はロータ23の回転方向を変更する使用方法等に応じて、第1及び第2の偏心軸の軸封構造42、43のうちのいずれか一方を省略することができる。
第1の偏心軸の軸封構造42は、図5に示すように、偏心回動運動する出力軸部(偏心軸)49と、この出力軸部49が偏心回動運動自在に挿通する大径孔45aを有するケーシング45の内周面との間を封止するものである。この第1の偏心軸の軸封構造42は、ケーシング45の大径孔45aの内周面に、軸受53を介して回動自在に内嵌するキャリア52の円環状端部(軸保持部)52aを備えている。そして、この円環状端部52aの内側には、出力軸部49が軸受54を介して回動自在に挿通する小径孔52bが形成されている。この出力軸部49の短円筒形外周面と、小径孔52bの短円筒形内周面との間の隙間を、第1シール部57によって封止している。また、キャリア52の円環状端部52aの短円筒形外周面と、大径孔45aの短円筒形内周面との間の隙間を第2シール部58によって封止している。
なお、出力軸部49の外周面及び小径孔52bの内周面は、中心をAとする同心円である。そして、キャリア52の円環状端部52aの外周面及び大径孔45aの内周面は、中心をOとする同心円である。AとOとの偏心量はeである。
図5に示す第1の偏心軸の軸封構造42によると、出力軸部49は、ロータ駆動部40によって回転駆動されて偏心回動運動されるものであり、この出力軸部49と結合するロータ23を、この出力軸部49と同等の偏心回動運動させることができる。また、出力軸部49が偏心回動運動して公転移動すると、その出力軸部49の公転移動に伴ってキャリア(円環状端部52a)52も同方向に回転する。このとき、出力軸部49とキャリア52との間に形成されている円環状の隙間を、第1シール部57で封止することができると共に、キャリア52とケーシング45との間に形成されている円環状の隙間を、第2シール部58で封止することができる。このようにして、出力軸部49と、この出力軸部49が偏心回動運動自在に挿通する大径孔45aを有するケーシング45の内周面との間を確
実に、しかも極めて簡単に封止することができる。これによって、移送流体が第1ロータ駆動機構41内に進入すること、及び第1ロータ駆動機構41内の例えば潤滑剤がステータ24内に進入することを防止できる。
第2の偏心軸の軸封構造43は、図5に示すように、偏心回動運動するロータ軸(出力軸部49と結合する偏心軸)48と、このロータ軸48が偏心回動運動自在に挿通する大径孔45aを有するケーシング45との間を封止するものである。この第2の偏心軸の軸封構造43は、ロータ軸48が回動自在に挿通する小径孔59aを有する環状連結部59を備え、ロータ軸48の外周面と環状連結部59の内周面との間に形成されている隙間が第3シール部60によって封止されている。つまり、第3シール部60は、図5に示すように、ロータ軸48の外周面と密着すると共に、環状連結部59の端面と摺動自在に当接し、この当接部分が封止されている。
そして、環状連結部59の外周面と大径孔45aの内周面との間に形成されている隙間がダイアフラム61によって封止されている。そして、ロータ軸48は、軸受62を介して回動自在に環状連結部59に取り付けられている。
第2の偏心軸の軸封構造43によると、ロータ軸(出力軸部49)48が偏心回動運動して公転移動すると、そのロータ軸48の公転移動に対してダイアフラム61が自由に変形するので、ロータ軸48と、このロータ軸48が偏心回動運動自在に挿通する大径孔45aを有するケーシング45の内周面との間を、極めて簡単な構成で確実に封止することができる。
そして、ロータ軸48が自転するときでも、そうでないときでも、このロータ軸48の外周面と、環状連結部59の内周面との間に形成されている円環状の隙間を第3シール部60によって封止することができる。これによって、移送流体が第1ロータ駆動機構41内に進入すること、及び第1ロータ駆動機構41内の例えば潤滑剤がステータ24内に進入することを防止できる。
次に、本発明に係るロータ駆動機構及び偏心軸の軸封構造を備えるポンプ装置の第2実施形態を、図6等を参照して説明する。この図6に示す第2実施形態のポンプ装置64と、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39とが相違するところは、図3に示す第1実施形態では、ロータ軸48が中間軸65部を介してロータ23と連結し、これらロータ軸48、中間軸65部及びロータ23が変形し難い金属製であるのに対して、図6に示す第2実施形態では、ロータ軸48がフレキシブルロッド66を介してロータ23と連結し、これらロータ軸48、フレキシブルロッド66及びロータ23が例えば合成樹脂製であるところである。
このフレキシブルロッド66は、ロータ23とステータ内孔24aの内面24bとの接触圧によって、当該ポンプ装置64によって移送される移送流体の品質を損なわないように変形可能に形成されている。これ以外は、第1実施形態のポンプ装置39と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
図6に示す第2実施形態のポンプ装置64によると、例えばこのポンプ装置64の作動中に、ロータ23をステータ24の内孔24aの内面24bに押し付ける力が働いたときに、フレキシブルロッド66及びロータ23が変形して、ロータ23とステータ内孔24aの内面24bとの接触圧によって、当該ポンプ装置64によって移送される移送流体の品質を損なわないようにすることができる。
そして、例えば移送流体が細粒体を含む液体であるときは、ロータ23をステータ24の内孔24aの内面24bに押し付ける力が働いたときに、フレキシブルロッド66及びロータ23が変形して、細粒体を破損させないように、変形可能にフレキシブルロッド66を形成することができる。
このように、図6に示すポンプ装置64によると、フレキシブルロッド66及びロータ23を合成樹脂製としたことによって、比較的軟質な細粒体をすり潰さないようにして、この細粒体を含む液体を移送することができる。この細粒体は、例えば粉粒状体、カプセル状体、嚢状体である。これ以外は、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39と同様に作用するので、その説明を省略する。
次に、本発明に係るロータ駆動機構を備えるポンプ装置の第3実施形態を、図7及び図8等を参照して説明する。この図7に示す第3実施形態のポンプ装置68と、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39とが相違するところは、第1ロータ駆動機構41と、第2ロータ駆動機構69とが相違するところと、図7に示す第3実施形態では、第2の偏心軸の軸封構造43が設けられていないところである。これ以外は、第1実施形態のポンプ装置39と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
図7に示す第2ロータ駆動機構69は、ロータ駆動部40によって回転駆動される入力軸部50の回転を、一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23と結合する出力軸部49に伝達するためのものであり、入力軸部50から出力軸部49に対して動力を伝達するための第2動力伝達機構69aを備えている。
入力軸部50は、図7に示すように、回動自在に軸受70を介してケーシング45内に設けられている。この入力軸部50に、ロータ駆動部40の駆動軸40aが連結される。そして、入力軸部50の端部に、キャリア71が固定して設けられている。そして、このキャリア71も、入力軸部50と同心O上で回動自在に軸受72を介してケーシング45内に設けられている。このキャリア71には、第1遊星歯車(外歯車)33が第1軸73を介して回動自在に設けられている。この第1遊星歯車33は、内歯車32と噛み合っており、この内歯車32は、ケーシング45内に固定して設けられている。また、第1遊星歯車33が取り付けられている第1軸73の端部は、オルダム継手等の偏心継手34が設けられ、この偏心継手34を介して出力軸部49が連結している。
出力軸部49は、図7に示すように、軸受74を介して回動自在にキャリア71の内側に設けられている。この出力軸部49には、ロータ軸75を介してロータ23が結合している。なお、入力軸部50の中心軸Oと、ステータ内孔24aの中心軸Oは、一致しており、出力軸部49の中心軸Aと、ロータ23の中心軸Aは、一致している。そして、中心軸OとAは、eだけ偏心している。図8は、第1の偏心軸の軸封構造42を示すF−F断面図である。
偏心継手34は、図7に示すように、例えばオルダム継手であり、駆動側部76、中間部77、及び従動側部78を備えている。駆動側部76及び中間部77は、互いに向かい合うそれぞれの側面に一対の係合溝76a、77aが互いに平行して形成され、この一対の係合溝76a、77aに複数の鋼球79が収容されている。これによって、中間部77は、駆動側部76に対して、この溝方向に移動自在となっている。また、従動側部78及び中間部77にも、駆動側部76及び中間部77に設けられている一対の係合溝76a、77a、及び複数の鋼球79と同等の係合溝77b、78a、及び複数の鋼球79が設けられている。
ただし、中間部77の左右の各側面に形成されている係合溝77a、77bは、互いに略直交している。そして、駆動側部76は、第1遊星歯車33が回動自在取り付けられている第1軸73と結合しており、従動側部78は、出力軸部49が結合している。
図7等に示すように構成されたポンプ装置68の第2ロータ駆動機構69によると、第2動力伝達機構69aが偏心継手34を備えているので、第2動力伝達機構69aに使用される遊星歯車の個数を低減させることができるし、太陽歯車30を省略することができる。これによって、歯車の噛合いによる騒音を小さくすることができる。よって、使用環境を向上させることができる。これ以外は、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
次に、本発明に係るロータ駆動機構を備えるポンプ装置の第4実施形態を、図9〜図11等を参照して説明する。この図9に示す第4実施形態のポンプ装置81と、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39とが相違するところは、第1ロータ駆動機構41と、第3ロータ駆動機構82とが相違するところと、図9に示す第4実施形態では、第2の偏心軸の軸封構造43が設けられていないところである。これ以外は、第1実施形態のポンプ装置39と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
図9に示す第3ロータ駆動機構82は、ロータ駆動部40によって回転駆動される入力軸部50の回転を、一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23と結合する出力軸部49に伝達するためのものである。
入力軸部50は、偏心継手83、第1軸部87、及び第2軸部88を介して出力軸部49と連結している。この入力軸部50は、図9に示すように、回動自在に軸受89を介してケーシング45内に設けられている。この入力軸部50に、ロータ駆動部40の駆動軸40aが連結される。
偏心継手83は、図9に示すように、例えばオルダム継手であり、駆動側部84、中間部85、及び従動側部86を備えている。そして、駆動側部84は、入力軸部50と結合しており、従動側部86は、第1軸部87が結合している。この偏心継手83は、従来公知のものであり、入力軸部50の回転を、これと偏心して配置されている第1軸部87(出力軸部49)を介してロータ23に伝達することができるものである。
第1軸部87、第2軸部88、及び出力軸部49は、図9及び図11(c)に示すように、それぞれが互いに所定の偏心量で偏心してこの順番で結合している。そして、第1軸部87は、第1スライド機構36によって軸受90を介して回動自在に保持されると共に、当該軸心と略直交する第1直線方向(図10(a)参照)91に移動自在であり、第2軸部88は、第2スライド機構37によって軸受92を介して回動自在に保持されると共に、当該軸心と略直交する第2直線方向(図10(a)参照)93に移動自在である。
第1軸部87及び第2軸部88のそれぞれの移動自在な2つの第1及び第2直線方向91、93は、第1軸部87及び第2軸部88の互いの偏心量に応じた所定の立体交差角度(例えば30°)で配置されている。
第1スライド機構36は、図9に示すように、第1軸部87を回動自在に保持する第1軸保持部94と、この第1軸保持部94と結合する第1摺動部95と、この第1摺動部95を第1直線方向91に案内する第1案内部96とを備えている。
第2スライド機構37は、図9に示すように、第2軸部88を回動自在に保持する第2軸保持部97と、この第2軸保持部97と結合する第2摺動部98と、この第2摺動部98を第2直線方向93に案内する第2案内部99とを備えている。
つまり、第1軸部87は、第1スライド機構36の第1軸保持部94及び第1摺動部95を介して第1案内部96とリンク結合し、第2軸部88は、第2スライド機構37の第2軸保持部97及び第2摺動部98を介して第2案内部99とリンク結合している。
なお、図10(b)は、第1軸部87、第2軸部88、及び出力軸部49の中心軸B11、B21、及びSの位置関係を示す図である。Pは、60°、Qは30°である。そして、図11(a)、(b)は、第1及び第2スライド機構36、37が取り付けられるスライド取付部材45bを示す図であり、(a)は縦断面図、(b)は正面図である。図11(c)は、出力軸部49を示す正面図である。図11(d)、(e)は、第1及び第2軸保持部94、97を示す図であり、(a)は正面図、(b)は縦断面図である。
この図9に示す第3ロータ駆動機構82によると、図3に示す第1実施形態の第1ロータ駆動機構41と同様に、出力軸部49を一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23に連結して使用することができる。そして、入力軸部50を所定方向に回転させると、入力軸部50の回転が、偏心継手83、第1及び第2軸部87、88を介して出力軸部49に伝達され、この出力軸部49と偏心した状態で結合されるロータ23を、第1ロータ駆動機構41と同様に偏心回動運動させることができる。
このように、ロータ23が所定の経路に沿って偏心回動運動するのは、第1軸部87及び第2軸部88が、互いに所定の偏心量で偏心して結合し、第1及び第2軸部87、88は、それぞれと対応する第1及び第2スライド機構36、37によって回動自在に保持されると共に、それぞれの軸心と略直交する第1及び第2直線方向91、93に移動自在であり、第1及び第2軸部87、88のそれぞれの移動自在な当該2つの第1及び第2直線方向91、93が、第1及び第2軸部87、88の互いの偏心量に応じた所定の立体交差角度で配置されているからである。
また、図9に示す第3ロータ駆動機構82によると、図3に示す第1ロータ駆動機構41のように、第1及び第2遊星歯車28、29、内歯車27、並びに太陽歯車30を使用しないで済むので、この第3ロータ駆動機構82の嵩を比較的小さくすることができる。つまり、遊星歯車28、29、内歯車27、太陽歯車30を使用すると、これらの歯車が入力軸部50や出力軸部49の周囲を回動する構成となるため、この回動する範囲が第1ロータ駆動機構41の大きさを規定することとなるからである。また、歯車を使用しないで済むので、歯車の噛合いによる騒音を解消することができる。
更に、図9に示す第3ロータ駆動機構82によると、図3に示す第1ロータ駆動機構41と同様に、ロータ23を偏心回動運動させることができ、この偏心回動運動は、ロータ23が中心軸O(ステータ24の内孔24a)の回りを所定の角速度で公転移動しながら自転する運動であり、ロータ23が正転方向に公転を1回転すると、逆転方向に自転を1回転するようになっている。このロータ23の偏心回動運動によって、ステータ内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とで形成される空間が、例えば第2開口部47側から第1開口部46側に向かって移動するので、移送流体をその方向に移送することができる。
また、ロータ23は、図3に示す第1実施形態の第1ロータ駆動機構41によって駆動される場合と同様に、一定の経路に沿って偏心回動運動するので、ロータ23が偏心回動運動するときに、ステータ内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とが互いに接触しないように、ロータ23及びステータ24の内孔24aを形成することができるし、適切な圧力で接触するように形成することもできる。
ただし、図9に示す第4実施形態のポンプ装置81が備えている第1の偏心軸の軸封構造42は、円環状端部52aが円板状部材として形成され、この円環状端部(円板状部材)52aは、ロータ軸(出力軸49)48の偏心回動運動に伴って同方向に回転するようになっている。これ以外は、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39と同様に作用するので、その説明を省略する。
次に、本発明に係るロータ駆動機構を備えるポンプ装置の第5実施形態を、図12等を参照して説明する。この図12に示す第5実施形態のポンプ装置101と、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39とが相違するところは、図3に示す第1実施形態では、第1ロータ駆動機構41が設けられているのに対して、図12に示す第5実施形態では、これに代えて、第4ロータ駆動機構102が設けられているところと、図3に示す第1実施形態では、第1及び第2の偏心軸の軸封構造42、43が設けられているのに対して、図12に示す第5実施形態では、これに代えて、第3及び第4の偏心軸の軸封構造103、104が設けられているところである。これ以外は、第1実施形態のポンプ装置39と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
図12に示す第4ロータ駆動機構102は、ねじ型軸受方式を採用したものであって、ロータ駆動部40によって回転駆動される入力軸部50の回転を、一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23と結合する出力軸部105に伝達するためのものであり、偏心継手106、第1軸受構造109、及び第2軸受構造110を備えている。
入力軸部50は、図12に示すように、偏心継手106及び第1軸受構造109を介して出力軸部105と連結している。この入力軸部50は、ロータ駆動部40の駆動軸40aが連結されている。
偏心継手106は、図12に示すように、例えばオルダム継手であり、駆動側部84、中間部85、及び従動側部86を備えており、駆動側部84の回転を、偏心して配置される従動側部86に伝達することができるものである。この駆動側部84は、入力軸部50と結合しており、従動側部86は、出力軸部105と結合している。この偏心継手106は、図7及び図9に示す偏心継手83等と同等のものである。
第1軸受構造109は、一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23と略同一形状及び大きさの出力軸部105と、雄ねじ型ロータ23が回動自在に装着されているステータ24の雌ねじ型内孔24aと略同一形状及び大きさの内孔107aを有する雌ねじ型軸受部107とを備えている。そして、出力軸部105と雌ねじ型軸受部107との嵌合は、雄ねじ型ロータ23とステータ24の雌ねじ型内孔24aとの嵌合よりも隙間が狭く、又は締りが強くなるように形成されている。なお、出力軸部105のうち雌ねじ型軸受部107に収容されている部分は、雄ねじ型ロータ23がステータ24に収容されている部分よりも短く形成されている。そして、雌ねじ型軸受部107は、第1ケーシング108の内面に取り付けられている。
第2軸受構造110は、図12に示すように、第1軸受構造109と同等であるので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの詳細な説明を省略する。なお、第2軸受構造110の出力軸部105は、雄ねじ型ロータ23の先端部と結合している。そして、雌ねじ型軸受部107は、第2及び第3ケーシング111、112の内面に取り付けられている。
第3の偏心軸の軸封構造103は、図12に示すように、第2開口部47と連通する第2空間部113と、第1軸受構造109の内孔107aとの間を、気体や液体が移動しないように封止するためのものである。この第3の偏心軸の軸封構造103は、ロータ軸114が回動自在に挿通する小径孔を有する環状シール座部115を備え、ロータ軸114の外周面と環状シール座部115の内周面との間に形成されている隙間が第4及び第5シール部116、117によって封止されている。このロータ軸114は、出力軸部105とロータ23との間に形成されている。
これら第4及び第5シール部116、117は、環状シール取付部118に取り付けられており、この環状シール取付部118は、ロータ軸114に固定して取り付けられている。この第4シール部116は、環状シール取付部118の外周面と、環状シール座部115の座面との間の隙間を封止している。そして、第5シール部117は、ロータ軸114の外周面と、環状シール取付部118の内周面との間の隙間を封止している。
第4の偏心軸の軸封構造104は、図12に示すように、第1開口部46と連通する第1空間部119と、第2軸受構造110の内孔107aとの間を、気体や液体が移動しないように封止するためのものである。この第4の偏心軸の軸封構造104は、第3の偏心軸の軸封構造103と同等のものであるので、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。ただし、第4の偏心軸の軸封構造104が備える出力軸部105は、ロータ軸114を介してロータ23の先端側部と結合している。
図12に示す120、121は、圧力バイパスポートである。この圧力バイパスポート120、121は、第1及び第2軸受構造109、110のそれぞれの出力軸部105、105の回転によって、各出力軸部105、105の左右の各部分が露出する空間の圧力変動を抑制するためのものである。そして、第1及び第3ケーシング108、112に形成されている各開口部122、123は、その圧力変動を更に抑制するためのものであり、それぞれの雌ねじ型軸受部107、107の内孔107a、107aと外部空間と接続するためのものである。
この図12に示す第4ロータ駆動機構102によると、図3に示す第1実施形態の第1ロータ駆動機構41と同様に、出力軸部105を一軸偏心ねじポンプ21の雄ねじ型ロータ23に連結して使用することができる。そして、入力軸部50を所定方向に回転させると、その回転が偏心継手106を介してこの偏心継手106と連結する側の出力軸部105に伝達される。この出力軸部105は、雄ねじ型に形成されていて、雌ねじ型軸受部107に装着されているので、この出力軸部105は、偏心回動運動することができる。そして、この出力軸部105と連結される雄ねじ型ロータ23も、ステータ24の雌ねじ型内孔24aに装着されているので、出力軸部105と同様に偏心回動運動させることができる。ここで、出力軸部105と雌ねじ型軸受部107との嵌合は、雄ねじ型ロータ23とステータ24の雌ねじ型内孔24aとの嵌合よりも隙間が狭く、又は締りが強くなるように形成されていて、この出力軸部105と雌ねじ型軸受部107との嵌合を適切に設定してあるので、雄ねじ型ロータ23を所定の経路に沿って偏心回動運動させることができる。しかも、この第4ロータ駆動機構102によると、歯車機構やリンク機構を使用していないので、簡単な構造で雄ねじ型ロータ23を比較的精度よく所定の経路に沿って偏心回動運動させることができる。これ以外は、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39と同様に作用するので、その説明を省略する。
また、図12に示すように、この第4ロータ駆動機構102によると、雄ねじ型ロータ23の両方の各端部に第1軸受構造109及び第2軸受構造110を設けたことによって、雄ねじ型ロータ23の撓み量を低減することができる。これによって、雄ねじ型ロータ23を、所定の経路に沿って偏心回動運動させるための位置決め精度を向上させることができる。
ただし、図12に示す第5実施形態のポンプ装置101では、雄ねじ型ロータ23の左右両方の各端部に第1軸受構造109及び第2軸受構造110を設けた構成としたが、この第2軸受構造110を省略した構成としてもよい。
次に、本発明に係るロータ駆動機構を備えるポンプ装置の第1参考技術例を、図13等を参照して説明する。この図13に示す第1参考技術例のポンプ装置125と、図3に示す第1実施形態のポンプ装置39とが相違するところは、図3に示す第1実施形態では、第1ロータ駆動機構41が設けられているのに対して、図13に示す第1参考技術例では、これに代えて、第5駆動機構126が設けられているところと、図3に示す第1実施形態では、第1及び第2の偏心軸141の軸封構造42、43が設けられているのに対して、図13に示す第1参考技術例では、これに代えて、第5の偏心軸の軸封構造127が設けられているところと、図13に示す第1参考技術例では、被冷却シール部128及び冷却ポート129が設けられているところである。これ以外は、第1実施形態のポンプ装置39と同等
であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。
図12に示す第5駆動機構126は、駆動部(ロータ駆動部40と同等のもの。)130によって回転駆動される入力軸部131の回転を、ロータ公転駆動機構132、及びステータ自転駆動機構133に伝達して、ロータ23を公転移動させると共に、ステータ24を自転させるためのものである。そして、ロータ23が自転しないようにするために、係合機構134が設けられている。
入力軸部131は、図13に示すように、軸受135を介して回動自在にケーシング136に設けられ、一端部が駆動部130の駆動軸130aと連結している。
ロータ公転駆動機構132は、図13に示すように、入力軸部131の左側端部に固定して設けられている第1外歯車137を備えている。この第1外歯車137は、第2外歯車138と噛み合っており、この第2外歯車138は、略短円筒形の軸保持部139の外周部に固定して設けられている。軸保持部139は、ケーシング136の内周面に、軸受140を介して回動自在に設けられ、この軸保持部139の内側には小径孔が形成され、この小径孔に偏心軸141が挿通されている。偏心軸141は、小径孔の内周面に、軸受142を介して回動自在に設けられている。この偏心軸141の右側端部には、ロータ軸143を介してロータ23が結合しており、左側端部に係合機構134が連結されている。
この図13に示すロータ公転駆動機構132によると、駆動部130が駆動して入力軸部131が所定方向に回転すると、その回転が第1外歯車137、第2外歯車138、及び軸保持部139に伝達されて、偏心軸141及びロータ23を公転移動(偏心回動運動)させることができる。この公転移動の中心は、ステータ24に設けられている雌ねじ型内孔24aの中心軸Oと一致している。この雌ねじ型内孔24aの中心軸Oと、ロータ23及び偏心軸141の中心軸Aとの偏心量はeである。そして、ロータ23が公転移動するときに、自転しないように係止するものが係合機構134である。
係合機構134は、図13に示すように、例えばオルダム継手と同等の構成のものであり、固定側部144、中間部145、及び従動側部146を備えている。この固定側部144は、ケーシング136に固定して設けられ、従動側部146が偏心軸141と固着している。そして、これら固定側部144、中間部145、及び従動側部146には、挿通孔147が形成され、この挿通孔147に偏心軸141が公転移動自在に挿通している。
つまり、係合機構134の従動側部146は、中間部145に対して相対的に上下方向に移動自在に連結しており、中間部145は、固定側部144に対して相対的に左右方向に移動自在に連結している。これによって、係合機構134は、偏心軸141が中心軸Oを中心にして公転移動するときに、従動側部146がこの偏心軸141に追従して公転移動するようにでき、しかも、偏心軸141がその中心軸Aを中心にして自転しないように係止することができる。
ステータ自転駆動機構133は、図13に示すように、入力軸部131の右側端部に固定して設けられている第3外歯車148を備えている。この第3外歯車148は、第4外歯車149と噛み合っており、この第4外歯車149は、略短円筒形のステータ24の外周部に固定して設けられている。ステータ24は、ケーシング136の内周面に、軸受150を介して回動自在に設けられ、このステータ24の内側には雌ねじ型内孔24aが形成され、この内孔24aにロータ23が装着されている。このロータ23は、ロータ軸143を介して偏心軸141と結合している。
この図13に示すステータ自転駆動機構133によると、駆動部130が駆動して入力軸部131が所定方向に回転すると、その回転が第3外歯車148、第4外歯車149、及びステータ24に伝達されて、ステータ24を所定方向に回転させることができる。このステータ24の回転の中心は、ステータ24に設けられている雌ねじ型内孔24aの中心軸Oと一致している。なお、ステータ24は、ロータ23の1/2の回転速度で同方向に回転するように、第1〜第4外歯車149が形成されている。
図13等に示すように構成されたポンプ装置125の第5駆動機構126によると、駆動部130を駆動して入力軸部131を所定方向に回転させると、ロータ23を、自転させない状態で、ステータ24の内孔24aの回りを所定の角速度で公転移動させると共に、ステータ24をロータ23の公転方向に回転させることができる。その結果、ロータ23を偏心回動運動させることができる。この偏心回動運動とは、ロータ23が中心軸O(ステータ24の内孔24a)の回りを所定の角速度で正転方向に公転を1回転すると、ロータ23がステータ24に対して相対的に逆転方向に自転を1回転するようになっている。
このロータ23の偏心回動運動によって、ステータ内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とで形成される空間が、ロータ23の中心軸に沿って所定方向に向かって移動するので、移送流体をその方向に移送することができる。この実施形態では、例えば移送流体が第2開口部47から吸い込まれて、ステータ内孔24aを通ってロータ23の右端部側に形成されている空間151に流入し、この空間151からロータ23及び偏心軸141の内側に形成された流路152を通って偏心軸141の左端部に形成されている第1開口部46から吐出されるようになっている。勿論、ロータ23を逆回転させることによって、第1開口部46から移送流体を吸い込んで第2開口部47から吐出させることもできる。
また、ロータ23が自転しないように構成しているので、捻れが殆ど発生せず、これによって、この雄ねじ型ロータ23が装着しているステータ24の雌ねじ型内孔24aの内面24bと、ロータ23の外面とがロータ23の捻れが原因とする両者の接触を確実に防止でき、従って、両者が互いに接触しないように回転させて移送流体を移送することができる。そして、捻れが殆ど発生しないので、両者の隙間を精度よく設定できる。
よって、例えば細粒体を含む流体を移送する場合は、細粒体をロータ23とステータ内面24bとによってすり潰さないように、細粒体の原形を保った状態で移送できるようにすることができる。また、両者が所定の接触圧の範囲内で接触するように精度よく設定することもできるので、ロータ23及びステータ24が磨耗することを抑制することができるし、ロータ23を回転させるための動力を低減することができる。
更に、図13に示すように、ステータ内孔24aの中心軸及びステータ24の回動の中心軸のそれぞれが中心軸Oで一致するように設けられているので、ステータ24の重心をその回動の中心軸上に位置させることができる。よって、ステータ24の回転時における振動を小さくすることができる。そして、ステータ24の内孔24aの振れ回りがないので、ステータ24の嵩を小さくすることができる。
ただし、図13に示すポンプ装置125の第5駆動機構126では、1台の駆動部130によってロータ公転駆動機構132、及びステータ自転駆動機構133を駆動して、ロータ23を公転させると共に、ステータ24を自転させたが、これに代えて、ロータ23及びステータ24を別々の駆動部によって公転及び自転させるようにしてもよい。
次に、図13を参照して第5の偏心軸の軸封構造127を説明する。この第5の偏心軸の軸封構造127は、移送流体がロータ公転駆動機構132側に進入したり、ロータ公転駆動機構132内の潤滑剤等が移送流体中に混入しないようにするためのものであり、ダイアフラム153によって、ケーシング136の内周面と、ロータ軸143の外周面との間に形成されている隙間を封止することができる。
このダイアフラム153は、図13に示すように、その外周縁部153aがケーシング136の内周面に対して密封状態で固定して取り付けられている。そして、内周縁部153bがロータ軸143の外周面に対して密封状態で当接しており、この状態で、ロータ軸143は、ダイアフラム153の内周縁153bに対して固定して取り付けられている。これによって、移送流体がロータ公転駆動機構132側に進入したり、ロータ公転駆動機構132内の潤滑剤等が移送流体中に混入しないようにすることができる。
次に、図13を参照して被冷却シール部128を説明する。この被冷却シール部128は、移送流体がステータ自転駆動機構133側に進入しないようにすると共に、ステータ自転駆動機構133内の潤滑剤等が移送流体中に混入しないようにするためのものであって、ケーシング136の内周面と、ステータ24の例えば端面との間に形成されている隙間を封止することができる。
この被冷却シール部128は、図13に示すように、固定側シール部154と、回転側シール部155とを備えており、これらは、例えば超硬合金、セラミックス等で形成されている。固定側シール部154は、その基端側縁部がケーシング136の内周面に対して密封状態で固定して取り付けられている。そして、回転側シール部155は、その基端側縁部がステータ24端部に対して密封状態で固定して取り付けられている。更に、固定側シール部154の先端側縁部154aが、回転側シール部155の先端側縁部155aと密封状態で当接しており、この状態で、回転側シール部155は、ステータ24に伴って回動自在である。これによって、移送流体がステータ自転駆動機構133側、つまり軸受150側に進入しないようにすることができるし、ステータ自転駆動機構133内の潤滑剤等が移送流体中に混入することを防止できる。
ただし、この被冷却シール部128は、固定側シール部154の先端側縁部が、回転側シール部155の先端側縁部と密封状態で当接しているので、回転側シール部155が回転すると、両者間に摩擦熱が発生するが、この摩擦熱は、冷却ポート129を介して供給される冷却媒体(例えば気体や液体)によって冷却することができる。この冷却ポート129は、ケーシング136において、被冷却シール部128に対してステータ自転駆動機構133側に設けてある。
よって、被冷却シール部128及び軸受150が加熱されることを防止することができ、これによって、それぞれの寿命を延すことができ、被冷却シール部128及び軸受150の保守、点検の手間を軽減できる。また、被冷却シール部128が摩擦熱によって温度上昇することを抑えることができるので、移送流体中に細粒体が含まれることがあっても、この細粒体が摩擦熱によって、固定側シール部154の先端側縁部と、回転側シール部155の先端側縁部との接触部分に固着することを防止することができる。
次に、本発明に係るロータ駆動機構を備えるポンプ装置の第2参考技術例を、図14等を参照して説明する。この図14に示す第2参考技術例のポンプ装置157と、図13に示す第1参考技術例のポンプ装置125とが相違するところは、図13に示す第1参考技術例では、第5駆動機構126を備えているのに対して、図14に示す第2参考技術例では、第6駆動機構158を備えているところである。
つまり、図13に示す第1参考技術例の第5駆動機構126では、ロータ23の基端部に設けた偏心軸141をロータ公転駆動機構132によって公転自在に片持ち支持して公転させているのに対して、図14に示す第2参考技術例の第6駆動機構158では、ロータ23の基端部及び先端部のそれぞれに偏心軸141を設けて、それぞれの偏心軸141、141を別々にロータ公転駆動機構132、132によって公転自在に両端支持して公転させているところが相違している。
そして、図13に示す第1参考技術例では、ケーシング136に設けた第2開口部47から移送流体を吸い込んで、この吸い込んだ移送流体がステータ24の内孔24a、並びにロータ23及び偏心軸141の内側に形成した流路152を通って、偏心軸141の左端部に形成した第1開口部46から吐出されるようになっているのに対して、図14に示す第2参考技術例では、ケーシング136に設けた第2開口部47から移送流体を吸い込んで、この吸い込んだ移送流体がステータ24の内孔24aを通って、ケーシング136に設けた第1開口部159から吐出されるようになっているところも相違している。なお、前記流路152は、閉じている。
また、このように図14に示す第2参考技術例では、ケーシング136に第1開口部159を設けたので、この第1開口部159と連通する空間160を通る移送流体が、ステータ自転駆動機構133内に進入等しないように被冷却シール部128を追加して設けてある。そして、この移送流体が、追加して設けたロータ公転駆動機構132内に進入等しないように第5の偏心軸の軸封構造127も追加して設けてある。また、第1開口部159の近傍には、冷却ポート129を追加して設けてある。この冷却ポート129は、ロータ23の先端側に設けた被冷却シール部128を冷却するための冷却媒体を供給するためのものである。
ところで、図14に示すように、これらロータ23の先端側に追加して設けた被冷却シール部128、第5の偏心軸の軸封構造127、及び冷却ポート129は、図13に示す第1参考技術例の、ロータ23の基端側に設けた被冷却シール部128、第5の偏心軸の軸封構造127、及び冷却ポート129と同等のものであり、それらを同一の図面符号で示し、それらの説明を省略する。これ以外は、図13に示す第1参考技術例のポンプ装置125と同等であり、同等部分を同一の図面符号で示し、それらの説明も省略する。
ただし、第1〜第5実施形態、第1、第2参考技術例のポンプ装置39、・・・は、図1〜図14に示すロータ23の外周面と、ステータ内孔24aの内周面とを非接触の状態で、又は所定の強さで互いに接触させた状態で、ロータ23を自転させながら公転移動させたり、自転させない状態で公転移動させることができるが、ロータ23の外周面と、ステータ内孔24aの内周面とを所定の強さで互いに接触させた状態で、ロータ23を公転移動等させる場合は、ステータ内孔24aの互いに平行する一方の平行内面とロータ23とが互いに所定の適切な強さで接触し、ステータ内孔24aの互いに平行する他方の平行内面とロータ23とが互いに接触しないように、ロータ23を自転させながら公転移動させたり、自転させない状態で公転移動させてもよい。このようにしても、流体を高流量精度、低脈動、しかも長寿命で移送したり充填することができる。
また、第1〜第5実施形態、第1、第2参考技術例のポンプ装置39、・・・は、ロータ23、又はロータ23及びステータ24を一定速度で回転させることによって、流体を低脈動で移送することができるので、例えばロータ23、又はロータ23及びステータ24の回転速度を、周期的に変更することによって、移送流体を所望の周期及び強さで脈動させて移送することができる。
更に、第1〜第5実施形態、第1、第2参考技術例のポンプ装置39、・・・では、ステータ24をテフロン(登録商標)等のエンジニアリングプラスチックで形成したが、これ以外の例えば合成ゴムや金属で形成してもよい。そして、ロータ23を、例えばテフロン(登録商標)等のエンジニアリングプラスチックで形成してもよい。
そして、第1及び第2参考技術例のポンプ装置125、157では、図13及び図14に示すように、被冷却シール部128を冷却媒体によって冷却するようにしたが、これに代えて、図には示さないが、冷却電子素子、例えばペルチェ素子を使用して被冷却シール部128を冷却するようにしてもよい。この冷却電子素子は、例えば固定側シール部154に取り付ける構成とすることができる。そして、冷却電子素子が発生する熱は、冷却ポートから排熱することができる。
以上のように、本発明に係るロータ駆動機構及びポンプ装置は、流体を高流量精度、及び長寿命で移送したり、充填することができると共に、小型、軽量、低廉、及び省エネルギ化を図ることができる優れた効果を有し、このようなロータ駆動機構及びポンプ装置に適用するのに適している。
この発明に係るポンプ装置が備える一軸偏心ねじポンプの基本原理を説明するための図であり、(a)は、ロータの中心軸に対して垂直な切断面に表れる縦断面図、(b)はロータの中心軸を通る切断面に表れる縦断面図である。 図1の一軸偏心ねじポンプの構造を示す模式図であり、ロータの中心軸のそれぞれの位置における垂直な切断面に表れる縦断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第1実施形態を示す縦断面図である。 同第1実施形態に係るポンプ装置のE−E断面図である。 同第1実施形態に係るポンプ装置が備える第2の偏心軸の軸封構造を示す拡大縦断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第2実施形態を示す縦断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第3実施形態を示す縦断面図である。 同第3実施形態に係るポンプ装置のF−F断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第4実施形態を示す縦断面図である。 同第4実施形態に係るポンプ装置が備える第1及び第2スライド機構を示す図であり、(a)は正面図、(b)は第1及び第2軸部、並びに出力軸部の中心を示す図である。 同第4実施形態に係るポンプ装置が備える第1及び第2スライド機構の構成部品を示す図であり、(a)はスライド取付部材の縦断面図、(b)はスライド取付部材の正面図、(c)は出力軸部、並びにこれと結合する第1及び第2軸部の正面図、(d)は軸保持部の正面図、(e)は軸保持部の縦断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第5実施形態を示す縦断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第1参考技術例を示す縦断面図である。 この発明に係るポンプ装置の第2参考技術例を示す縦断面図である。 従来のポンプ装置を示す縦断面図である。
19 長軸
21 一軸偏心ねじポンプ
23 ロータ
24 ステータ
24a、107a 内孔
24b 内面
27、32 内歯車
28、33 第1遊星歯車
29 第2遊星歯車
30 太陽歯車
34、106 偏心継手
36 第1スライド機構
37 第2スライド機構
39、64、68、81、101、125、157 ポンプ装置
40 ロータ駆動部
40a 駆動軸
41 第1ロータ駆動機構
41a 第1の動力伝達機構
42 第1の偏心軸の軸封構造
43 第2の偏心軸の軸封構造
44 ノズル
45、136 ケーシング
45a 大径孔
45b スライド取付部材
46、159 第1開口部
47 第2開口部
48、75、114、143 ロータ軸
49、105 出力軸部(偏心軸)
50、131 入力軸部
51、53、54、62、70、72、74 軸受
89、90、92、135、140、142、150 軸受
52、71 キャリア
52a 円環状端部(軸保持部)
52b 小径孔
57 第1シール部
58 第2シール部
59 環状連結部
60 第3シール部
61、153 ダイアフラム
65 中間軸
66 フレキシブルロッド
69 第2ロータ駆動機構
69a 第2動力伝達機構
73 第1軸
76、84 駆動側部
76a、77a、77b、78a 係合溝
77、85、145 中間部
78、86、146 従動側部
79 鋼球
82 第3ロータ駆動機構
83 偏心継手
87 第1軸部
88 第2軸部
91 第1直線方向
93 第2直線方向
94 第1軸保持部
95 第1摺動部
96 第1案内部
97 第2軸保持部
98 第2摺動部
99 第2案内部
102 第4ロータ駆動機構
103 第3の偏心軸の軸封構造
104 第4の偏心軸の軸封構造
107 雌ねじ型軸受部
108 第1ケーシング
109 第1軸受構造
110 第2軸受構造
111 第2ケーシング
112 第3ケーシング
113 第2空間部
115 環状シール座部
116 第4シール部
117 第5シール部
118 環状シール取付部
119 第1空間部
120、121 圧力バイパスポート
122、123 開口部
126 第5駆動機構
127 第5の偏心軸の軸封構造
128 被冷却シール部
129 冷却ポート
130 駆動部
130a 駆動軸
132 ロータ公転駆動機構
133 ステータ自転駆動機構
134 係合機構
137 第1外歯車
138 第2外歯車
139 軸保持部
141 偏心軸
144 固定側部
147 挿通孔
148 第3外歯車
149 第4外歯車
151、160 空間
152 流路
153a ダイアフラムの外周縁部
153b ダイアフラムの内周縁部
154 固定側シール部
154a ダイアフラムの先端側縁部
155 回転側シール部
155a ダイアフラムの先端側縁部
158 第6駆動機構
O ロータの公転移動の中心
A ロータの中心軸
B ロータの断面中心
D1〜D4 断面位置

Claims (13)

  1. 中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結される出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、
    前記入力軸部に対して偏心した位置で前記出力軸部が軸受を介して回動自在に設けられ、
    前記入力軸部の回転が、内歯車を有する動力伝達機構を介して前記出力軸部に伝達されて、前記出力軸部が偏心回動運動を行い、
    前記入力軸部及び前記出力軸部を、前記内歯車のピッチ円よりも内側に配置したことを特徴とするロータ駆動機構。
  2. 中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結される出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、
    前記入力軸部に対して偏心した位置で前記出力軸部が軸受を介して回動自在に設けられ、
    前記入力軸部の回転が、内歯車及び偏心継手を有する動力伝達機構を介して前記出力軸部に伝達されて、前記出力軸部が偏心回動運動を行うことを特徴とするロータ駆動機構。
  3. 中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結される出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、
    前記入力軸部は、偏心継手、第1軸部、及び第2軸部を介して前記出力軸部と連結し、
    前記第1軸部、第2軸部、及び出力軸部は、それぞれが互いに所定の偏心量で偏心してこの順番で結合し、
    前記第1軸部は、第1スライド機構によって回動自在に保持されると共に、当該軸心と略直交する第1直線方向に移動自在であり、
    前記第2軸部は、第2スライド機構によって回動自在に保持されると共に、当該軸心と略直交する第2直線方向に移動自在であり、
    前記第1直線方向と前記第2直線方向は、前記第1軸部及び前記第2軸部の互いの偏心量に応じた所定の立体交差角度で配置されていることを特徴とするロータ駆動機構。
  4. 前記第1スライド機構は、前記第1軸部を回動自在に保持する第1軸保持部と、この第1軸保持部と結合する第1摺動部と、この第1摺動部を前記第1直線方向に案内する第1案内部とを備え、
    前記第2スライド機構は、前記第2軸部を回動自在に保持する第2軸保持部と、この第2軸保持部と結合する第2摺動部と、この第2摺動部を前記第2直線方向に案内する第2案内部とを備えることを特徴とする請求項3記載のロータ駆動機構。
  5. 中心軸が一定位置で回転駆動される入力軸部の回転を、一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータと連結する出力軸部に伝達するためのロータ駆動機構において、
    前記入力軸部は、偏心継手及び第1軸受構造を介して前記出力軸部と連結し、
    前記第1軸受構造は、前記雄ねじ型ロータの外周面の雄ねじ形状と略同一の形状及び大きさの外周面を有する前記出力軸部と、前記雄ねじ型ロータが回動自在に装着されるステータの雌ねじ型内孔の内周面の雌ねじ形状と略同一の形状及び大きさの内周面を有する雌ねじ型軸受部とを備え、
    前記出力軸部と前記雌ねじ型軸受部との嵌合は、前記雄ねじ型ロータと前記ステータの雌ねじ型内孔との嵌合よりも隙間が狭く、又は締りが強くなるように形成され、更に、
    前記雄ねじ型ロータの前記第1軸受構造が設けられていない側の端部側に、前記第1軸受構造と同等の構成の第2軸受構造を設け、
    前記第1及び第2軸受構造のそれぞれの前記出力軸部と前記雄ねじ型ロータとが一体物として形成されていることを特徴とするロータ駆動機構。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載のロータ駆動機構において、
    偏心回動運動する前記出力軸部としての偏心軸と、この偏心軸が偏心回動運動自在に挿通する大径孔を有するケーシングとの間を封止する偏心軸の軸封構造を備え、
    前記偏心軸の外周部と前記大径孔の内周部との間を少なくともダイアフラムによって封止したことを特徴とするロータ駆動機構。
  7. 前記偏心軸が回動自在に挿通する小径孔を有する環状連結部を更に備え、前記偏心軸の外周部と前記環状連結部の内周部との間が第3シール部によって封止され、前記環状連結部の外周部と前記大径孔の内周部との間が前記ダイアフラムによって封止されていることを特徴とする請求項6記載のロータ駆動機構。
  8. 請求項1乃至5のいずれかに記載のロータ駆動機構と、
    前記雄ねじ型ロータ及びこれが装着された雌ねじ型内孔が形成されたステータとを有する前記一軸偏心ねじポンプとを備えるポンプ装置において、
    前記出力軸部は、前記雄ねじ型ロータと連結し、
    前記雄ねじ型ロータは、前記ステータの前記内孔に回動自在に装着され、
    前記ロータ駆動機構は、前記雄ねじ型ロータを、前記ステータの前記内孔の内面に対して非接触の状態で回転させることを特徴とするポンプ装置。
  9. 請求項1乃至5のいずれかに記載のロータ駆動機構と、
    前記雄ねじ型ロータ及びこれが装着された雌ねじ型内孔が形成されたステータとを有する前記一軸偏心ねじポンプとを備えるポンプ装置において、
    前記出力軸部は、フレキシブルロッドを介して前記雄ねじ型ロータと連結し、
    前記雄ねじ型ロータは、前記ステータの前記内孔に回動自在に装着され、
    前記フレキシブルロッドは、前記雄ねじ型ロータと前記ステータの内孔の内面との接触圧によって、当該ポンプ装置によって移送される移送流体の品質を損なわないように変形可能に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
  10. 前記移送流体は、細粒体を含む液体であり、
    前記フレキシブルロッド及び前記雄ねじ型ロータは、合成樹脂製であり、
    前記フレキシブルロッドは、前記細粒体を破損させないように変形可能に形成されていることを特徴とする請求項9記載のポンプ装置。
  11. 請求項6又は7に記載のロータ駆動機構を備えるポンプ装置において、
    前記雄ねじ型ロータは、ステータの内孔に回動自在に装着されていることを特徴とするポンプ装置。
  12. 回転駆動部が出力軸部を介して一軸偏心ねじポンプの雄ねじ型ロータを回転させて移送流体を吐出させるポンプ装置において、
    前記出力軸部は、偏心回動運動を行うように設けられ、かつ、フレキシブルロッドを介して前記雄ねじ型ロータと連結し、
    前記雄ねじ型ロータは、前記出力軸部の前記偏心回動運動に伴って、ステータの内孔の内面と隙間を隔てて前記偏心回動運動を行うように設けられ、
    前記フレキシブルロッドは、当該ポンプ装置の作動中に、前記雄ねじ型ロータを前記ステータの内孔の内面に押し付ける力が働いたときに、前記雄ねじ型ロータと前記ステータの内孔の内面との接触圧によって、当該ポンプ装置によって移送される移送流体の品質を損なわないように変形可能に形成されていることを特徴とするポンプ装置。
  13. 前記移送流体は、細粒体を含む液体であり、
    前記フレキシブルロッド及び前記雄ねじ型ロータは、合成樹脂製であり、
    前記フレキシブルロッドは、前記細粒体を損傷させないように変形可能に形成されていることを特徴とする請求項12記載のポンプ装置。
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