JP5356867B2 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば食料原料や、化学原料、下水汚泥などの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。

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

しかしながら、この種の一軸偏心ねじポンプでは、吸込側に比べて吐出側が高圧となるため、低圧となる吸込側において吐出側からの逆流が生じ、この逆流からの液漏れにより圧送性能の低下が生じる懸念がある。この点に対し、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、ステータの両端を比較的に小面積で支持する軸受構造を有するだけであり、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ステータの両端を支持するだけなので、高圧側から低圧側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制する上で未だ検討の余地が残されている。

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、高圧側から低圧側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制し得る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、食料原料、化学原料、下水汚泥などの流体の圧送に用いられ、駆動軸に直結された雄ねじ状のロータと、すべり軸受として自己潤滑軸受または水中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、前記すべり軸受とステータとの吐出側の摺動部端を密封するように配設されたシール部材を有し、前記すべり軸受とステータとの間の摺動部に軸方向に沿って設けられた連通路と、前記シール部材の吐出側に且つ前記圧送される流体の吐出口に連通して設けられた汲取口と、前記シール部材の吸入側に且つ前記連通路に連通して設けられた注入口とを更に備え、前記汲取口と注入口とは、汲取口から汲み取られて注入口から連通路に供給される潤滑のための流体の流量を調整する流量制御部を介して相互に連通されており、前記すべり軸受として前記水中軸受を用いる場合には、水または圧送流体自体を潤滑のための流体として用い、前記圧送流体の液質により影響を受けるときは前記水中軸受の軸受部に異物の混入を防ぐ手立てを講じて潤滑のための流体が供給されるようになっていることを特徴としている。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、すべり軸受とステータとの吐出側の摺動部端を密封するように配設されたシール部材を有するので、高圧側から低圧側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制することができる。

また、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、前記すべり軸受とステータとの間の摺動部に軸方向に沿って設けられた連通路と、前記シール部材の吐出側に且つ前記圧送される流体の吐出口に連通して設けられた汲取口と、前記シール部材の吸入側に且つ前記連通路に連通して設けられた注入口とを更に備え、前記汲取口と注入口とは、汲取口から汲み取られて注入口から連通路に供給される潤滑のための流体の流量を調整する流量制御部を介して相互に連通されており、前記すべり軸受として前記水中軸受を用いる場合には、水または圧送流体自体を潤滑のための流体として用い、前記圧送流体の液質により影響を受けるときは前記水中軸受の軸受部に異物の混入を防ぐ手立てを講じて潤滑のための流体が供給されるようになっているので、圧送流体の液質により、すべり軸受とステータとの摺動部の潤滑状態を改善する対策として、圧送流体自体を用いて潤滑を行う場合に、高圧側の圧送流体を汲取口から導いて、これを流量制御部によって適宜調整して注入口から供給可能とする構成として好適である。

上述したように、本発明に係る一軸偏心ねじポンプは、すべり軸受とステータとの吐出側の摺動部端を密封するように配設されたシール部材を有するので、高圧側から低圧側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制することができる。

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に示す一軸偏心ねじポンプの変形例（第一変形例）である。 図１に示す一軸偏心ねじポンプの変形例（第二変形例）である。 図１に示す一軸偏心ねじポンプの変形例（第三変形例）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。
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を有しており、このブラケット１１には、モータの駆動軸３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、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。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。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、モータの駆動軸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１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へ圧送可能になっている。

ここで、上記ステータ４は、その両端が、すべり軸受としての、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には圧送流体の吸込口８が形成されており、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。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４の外周面にも、両端部に凹の段部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。

また、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が軸方向に沿って設けられている。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の内周面およびステータ４側の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、上記二つの連通路２０相互を連通させるように形成されており、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、自己潤滑軸受５、６とステータ４との吐出側の摺動部端を密封するように配設されたシール部材１６を有して構成されている。
詳しくは、ステータ４の吐出側の端部は、吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部４ｐを有している。そして、この小径部４ｐは、その外径がステータ４の外径よりも小さい径になっており、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が径方向内側に向けて突設されている。この鍔部７ｈは、ステータ４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、ハウジング７の本体部７ｂおよび吐出部７ｃ同士の当接する面には、一対の装着溝７ｎ、７ｍが互いに対向して形成されている。これら装着溝７ｎ、７ｍは、上記小径部４ｐの外周面よりも径方向外側の位置に、シール部材１６を嵌め込み可能な略Ｌ字状の横断面をもって形成されており、この装着溝７ｎ、７ｍ同士の間に、上記シール部材１６が装着されている。なお、このシール部材１６としては、本実施形態の例では、上記小径部４ｐの側に、径方向内側に向けて突設された複数のひだを有するラビリンスシールを用いている。

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、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。そのため、この一軸偏心ねじポンプ１の構造であれば、例えば上述したユニバーサルジョイントを用いた一軸偏心ねじポンプに比べて、圧送流体の液質に対する制限が少ないため、様々な液を圧送可能である。

そして、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、自己潤滑軸受５、６とステータ４との吐出側の摺動部端を密封するように配設されたシール部材１６を有するので、これにより、ステータ４の支承部分での逆流防止構造が構成され、高圧となる吐出側から吐出側よりも低圧となる吸込側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制することができる。
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、上記実施形態の例では、すべり軸受の例として自己潤滑軸受５、６を用いた例で説明したが、これに限らず、例えばすべり軸受として、軸受部に異物の混入を防ぐ手立てを講じて潤滑液を供給すれば、セラミックス軸受やゴム軸受等の水中軸受も使用できる。
また、上記実施形態の例では、シール部材１６として、ラビリンスシールを用いているが、これに限らず、リップシールや、種々のメカニカルシールを採用することができる。

例えば図２は、図１に示す一軸偏心ねじポンプの変形例（第一変形例）である。
同図に示すように、この例は、上記ラビリンスシールを用いたシール部材１６と自己潤滑軸受５との間に設けられた連通路２０に対し、外部から注水が可能な注入口１２を設けた例である。このような構成であれば、例えば自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部の潤滑状態が、圧送流体の液質により影響を受けるような場合に、その潤滑状態を改善する対策として好適である。

また、例えば図３に示す第二変形例は、上記第一変形例に対し、シール部材１６を、ラビリンスシールに替えてリップシールを用いた点が異なっている。このような構成であっても、ステータ４の支承部分での逆流防止構造を構成可能であり、上記実施形態同様、高圧となる吐出側から吐出側よりも低圧となる吸込側への液漏れによる圧送性能の低下を抑制することができる。

また、例えば図４に示す第三変形例は、上記第二変形例に対し、シール部材１６よりも吐出側に、圧送される流体の吐出口９に連通する汲取口１４を更に設け、さらに、この汲取口１４と上記吸入側の注入口１２とを、汲取口１４から汲み取られて注入口１２から連通路２０に供給される潤滑のための流体の流量を制御可能な流量制御部である流量制御弁１５を介して相互に連通した点が異なっている。このような構成であれば、圧送流体の液質により、例えば自己潤滑軸受５、６とステータ４との摺動部の潤滑状態を改善する対策として、圧送流体自体を用いて潤滑を行う場合に、高圧側の圧送流体を汲取口１４から導いて、これを流量制御弁１５によって適宜調整して注入口１２から供給することができる。

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（すべり軸受）
６ 自己潤滑軸受（すべり軸受）
７ ハウジング
８ 吸込口
９ 吐出口
１１ ブラケット
１２ 注入口
１４ 汲取口
１５ 流量制御弁（流量制御部）
１６ シール部材
２０ 連通路
２１ 拡径部（連通路）

Claims (1)

1. 食料原料、化学原料、下水汚泥などの流体の圧送に用いられ、駆動軸に直結された雄ねじ状のロータと、すべり軸受として自己潤滑軸受または水中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、
   前記すべり軸受とステータとの吐出側の摺動部端を密封するように配設されたシール部材を有し、
   前記すべり軸受とステータとの間の摺動部に軸方向に沿って設けられた連通路と、前記シール部材の吐出側に且つ前記圧送される流体の吐出口に連通して設けられた汲取口と、前記シール部材の吸入側に且つ前記連通路に連通して設けられた注入口とを更に備え、
   前記汲取口と注入口とは、汲取口から汲み取られて注入口から連通路に供給される潤滑のための流体の流量を調整する流量制御部を介して相互に連通されており、
   前記すべり軸受として前記水中軸受を用いる場合には、水または圧送流体自体を潤滑のための流体として用い、前記圧送流体の液質により影響を受けるときは前記水中軸受の軸受部に異物の混入を防ぐ手立てを講じて潤滑のための流体が供給されるようになっていることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。

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