JP5412684B2 - 一軸偏心ねじポンプに使用するゴム製部材の劣化診断方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、一軸偏心ねじポンプに使用するゴム製部材の劣化診断方法及び装置に関するものである。

従来、ゴム製部材の劣化状態を診断するためのものとして、例えば、次のようなものが公知である。

特許文献１には、現像剤カートリッジから現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給用スポンジゴムロールの外周面にアスカーＦ硬度計の加圧面を接触させ、測定値が３０以上７０以下となるものを使用する点が開示されている。

特許文献２には、歯付ベルトの歯部を、歯部とは異なる色の顔料で着色した歯布で被覆し、歯布が摩耗して歯部が露出すれば、その色の変化により寿命であると判断できる歯付ベルトが開示されている。

特許文献３には、ロータリキルンのタイヤ又はサポートローラの使用開始後の転動面の硬度を計測し、計測した硬度を前記転動面に亀裂や剥離が発生する限界硬度と比較し、限界硬度に対し、計測した硬度が近いほど転動面の劣化が進行していると診断するロータリキルンのタイヤ又はサポートローラの劣化診断法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載されたゴムロールは、使用するに当たり、適切な硬度を有するもの選定しているに過ぎない。検出する硬度に基づいてゴムロールの劣化度合いを判定するものではない。

特許文献２に記載された歯付ベルトは、表面の歯布が摩耗することが前提となっている。このため、混入することが好ましくない食品等に接する部分に使用することはできない。また、ゴム製部材の経年変化や微小亀裂等が原因となる劣化状態を検出することはできない。

特許文献３に記載された劣化診断法は、タイヤ又はサポートローラの転動面の劣化を計測される硬度に基づいて判断しているだけである。

また、一般には、ゴム製部材の寿命は、表面に亀裂や欠損が形成されているいか否か、指で触ってカーボン等が付着するか否か、あるいは、指で押さえて弾性がなくなったか否かで判断するようにしている。

しかしながら、特許文献１や２に記載の手法、あるいは、一般的な手法では、ゴム製部材の劣化度合いを定性的に判断できるだけであり、経験や勘に頼る必要がある。また、このようにして判断したときには、既に交換時期に達している場合もあり、ゴム製部材を使用している装置の稼働を停止させる必要が生じることもある。また、前述の状態では、既にゴム製部材の一部が脱落したり、亀裂部分に異物（残渣等）が混入し、雑菌が繁殖して腐敗に至る恐れもあり、食品等が直接接触する部分への使用には適さない。このため、従来から、前もって計画的に交換時期が分かるようにすることが望まれていた。

また、特許文献３に記載の手法では、タイヤ又はサポートローラの転動面の劣化状態を定量的に判断することができるものの、一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータのように、内部での劣化状態を検出することはできない。この場合、雌ねじ型ステータの内孔を通過する流動体の種類や温度の違いにより劣化の進行状態が大きく変動するが、前記手法では対処することは不可能である。

特開２０００−２２１７７２号公報 特開２００５−３６９１４号公報 特許第３２８０７１８号公報

本発明は、搬送する流動体の温度の影響を考慮しつつ、直接測定できない内部の劣化状態を判断して、寿命に至る前に、適切な交換時期を示すことができる、一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
内孔を有し、第１の軸心を有する雌ねじ型ステータと、該雌ねじ型ステータ内に配置され、前記第１の軸心から偏心した第２の軸心が前記第１の軸心の回りに公転して前記雌ねじ型ステータと摺接する雄ねじ型ロータとを備えた一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法であって、
前記雌ねじ型ステータの内孔を流動する流動体の温度に基づいて、予め設定した所定温度よりも高い場合、前記雌ねじ型ステータの両端部のうち、流動方向下流側の端部の硬度を測定し、予め設定した所定温度よりも低い場合、前記雌ねじ型ステータの中央部の硬度を測定する硬度測定工程と、
前記硬度測定工程で測定された硬度が、第１設定値以下の範囲に属する場合、安全領域であると判断し、第１設定値から、第１設定値よりも大きい第２設定値までの範囲に属する場合、要注意領域であると判断し、第２設定値よりも大きい範囲に属する場合、交換領域であると判断する領域判別工程と、
前記硬度測定工程で推測された硬度に基づいて、前記いずれの領域に属するのかを判断する劣化判定工程と、
を有するものである。

前記劣化診断方法によれば、雌ねじ型ステータの硬度を測定し、その硬度がいずれの領域に属するのかを判断するだけで、雌ねじ型ステータの劣化状態を定量的に判別することができる。しかも、流動体の温度に応じて、雌ねじ型ステータの硬度を測定する位置を変更している。これにより、最も劣化の進むと予測される箇所での硬度を測定して、早期に雌ねじ型ステータの交換時期を決定することが可能となる。

前記領域判別工程では、前記第２設定値から、第２設定値よりも大きい第３設定値までの範囲に属する場合、交換領域であると判断し、第３設定値よりも大きい範囲に属する場合、使用限界領域であると判断するのが好ましい。

この方法によれば、交換時期をさらにきめ細かく判断することにより、雌ねじ型ステータの劣化状態が悪化し過ぎる前に交換を促すことが可能となる。

前記劣化判定工程では、前記硬度測定工程で測定された硬度に基づいて、前記雌ねじ型ステータの内孔内の対応箇所の硬度を推測し、該推測値に基づいて前記いずれの領域に属するのかを判断するのが好ましい。

この方法によれば、流動体の影響を直接受けて最も劣化しやすいと想定される箇所での硬度に基づいて劣化状態を判定することができ、雌ねじ型ステータの交換時期を適切に判断することが可能となる。

前記劣化判定工程では、前記雌ねじ型ステータと雄ねじ型ロータのしめ代の違いに応じて各設定値を変更するのが好ましい。

この方法によれば、流動体の種類を考慮して決定した雌ねじ型ステータと雄ねじ型ロータのしめ代の違いをも加味して劣化判定を行うことができるので、より一層、雌ねじ型ステータの交換時期を適切に判定することが可能となる。

また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、
内孔を有し、第１の軸心を有する雌ねじ型ステータと、該雌ねじ型ステータ内に配置され、前記第１の軸心から偏心した第２の軸心が前記第１の軸心の回りに公転して前記雌ねじ型ステータと摺接する雄ねじ型ロータとを備えた一軸偏心ねじポンプに使用する一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断装置であって、
前記雌ねじ型ステータは、内筒体の外周部に金属製の外筒体を一体化してなり、外筒体の両端部のいずれか一方又は中央部には雌ねじ型ステータに至る貫通孔を有する取付部が形成され、
前記取付部に取り付けられ、貫通孔を介して雌ねじ型ステータの硬度を測定する硬度測定手段と、
前記雌ねじ型ステータの内孔を流動する流動体の温度に基づいて、予め設定した所定温度よりも高い場合、前記雌ねじ型ステータの両端部のうち、流動方向下流側の端部の硬度を測定し、予め設定した所定温度よりも低い場合、前記雌ねじ型ステータの中央部の硬度を測定した硬度に基づいて、該硬度が、第１設定値以下の範囲に属する場合、安全領域であると判断し、第１設定値から、第１設定値よりも大きい第２設定値までの範囲に属する場合、要注意領域であると判断し、第２設定値から、第２設定値よりも大きい範囲に属する場合、交換領域であると判断する劣化判定手段と、
を備えた構成としたものである。

本発明によれば、雌ねじ型ステータの内孔を搬送される流動体の温度の違いを考慮して雌ねじ型ステータの硬度を測定する位置を変更するようにしたので、雌ねじ型ステータの最も劣化が進んでいると考えられる部位の状態を的確に把握することができる。したがって、雌ねじ型ステータの交換を、最も適切な時期に行うことが可能となる。

本実施形態に係る一軸偏心ねじポンプの概略断面図である。 図１の雌ねじ型ステータの硬度を測定するための硬度計の正面図である。 図１の一軸偏心ねじポンプに硬度計を装着した状態を示す概略断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「側」、「端」含む用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本実施形態に係る一軸偏心ねじポンプを示す。この一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ型ステータ１と雄ねじ型ロータ２とを備える。

雌ねじ型ステータ１は、金属材料からなる外筒体３の内面に合成樹脂材料（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）からなる内筒体４を一体化した構成である。外筒体３の一端側及び中央部の外周面には内周面に貫通する開口部５が形成され、硬度計６により内筒体４の硬度を測定可能となっている。内筒体４は、２条の雌ねじ形状の内孔７を有する。内孔７は、縦断面形状が長円となっている。内孔７は、内筒体４の両端面の開口部分での中心が、雌ねじ型ステータ１の軸心（第１軸心Ｏ１）に位置している。

雄ねじ型ロータ２は、例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）等の金属材料あるいは合成樹脂材料を、１条の雄ねじ形状に形成したもので、雌ねじ型ステータ１の内孔７に装着される。雌ねじ型ステータ１の内径に対する雄ねじ型ロータ２のしめ代は、搬送する流動体の種類に応じて変更している。例えば、ジュース等の液状で粘性の低い流動体であれば、しめ代を大きくする。また、ペースト状等の粘性の高い流動体であれば、しめ代を小さくする。雄ねじ型ロータ２の縦断面形状は略真円であり、螺旋形状のピッチは、雌ねじ型ステータ１の内孔７のピッチの１／２となっている。雄ねじ型ロータ２の一端部には、ユニバーサルジョイント８及びカップリングロッド９を介してドライブシャフト１０が連結され、図示しないモータからの駆動力が伝達されるようになっている。また、雄ねじ型ロータ２の回転中心（第２軸心Ｏ２）は、前記雌ねじ型ステータ１の第１軸心Ｏ１から偏心している。これにより、モータを駆動すると、雄ねじ型ロータ２は、第１軸心Ｏ１を中心として公転しながら、第２軸心Ｏ２を中心として自転する。

前記雌ねじ型ステータ１の一端部は、ユニバーサルジョイント８等が収容されるケーシング１１の一端部に配置されている。すなわち、ケーシング１１の一端面には凹部が形成され、この凹部に雌ねじ型ステータ１の一端部が位置決めされている。また、雌ねじ型ステータ１の他端部には、エンドスタッド１２が装着されている。そして、エンドスタッド１２と雌ねじ型ステータ１は、エンドスタッド１２とケーシング１１とが、雌ねじ型ステータ１を挟持した状態で、図示しないステーボルトで連結されることにより、ケーシング１１に取り付けられている。

前記構成の一軸偏心ねじポンプは、モータを駆動することにより、ドライブシャフト１０からカップリングロッド９及びユニバーサルジョイント８を介して雄ねじ型ロータ２に回転力が付与される。雄ねじ型ロータ２は、雌ねじ型ステータ１の第１軸心Ｏ１を中心として公転すると共に第２軸心Ｏ２を中心として自転する。これにより、ケーシング１１内に流動体が吸引され、エンドスタッド１２から吐出される。

このようにして一軸偏心ねじポンプを使用して流動体を搬送していると、種々の要因により、雌ねじ型ステータ１の劣化が始まる。雌ねじ型ステータ１の劣化状態がひどくなると、亀裂が発生したり、一部が脱落したりする恐れがある。このため、流動体が食品や化粧品等の人体に直接関係するものであれば、雌ねじ型ステータ１を事前に交換することが望まれる。

そこで、定期的に雌ねじ型ステータ１の外筒体３に形成した開口部５を介して硬度計６により内筒体４の硬度を測定する。この場合、流動体の温度に応じて測定位置を変更する。すなわち、一軸偏心ねじポンプによって搬送する流動体は、その種類の違い等により、それぞれ雌ねじ型ステータ１の内孔７を様々な温度で搬送される。

高温（流動体の温度が一軸偏心ねじポンプの周囲の空気温度よりも高い場合）の流動体が搬送される場合、金属材料からなるケーシング１１やエンドスタッド１２が高温となって、ゴムや合成樹脂材料からなる雌ねじ型ステータ１に熱影響を与え続ける。このため、雌ねじ型ステータ１の内孔７では、中央部に比べて両端部の方が劣化しやすい。特に、エンドスタッド１３側は、雄ねじ型ロータ２の自由端側であり、内孔７の変形に伴って雄ねじ型ロータ２の振れ範囲が大きくなって摩耗による劣化が進行しやすい。一方、低温（流動体の温度が一軸偏心ねじポンプの周囲の空気温度よりも低い場合）の流動体が搬送される場合、内孔７の中央部で劣化が進行しやすい。

したがって、流動体の温度が一軸偏心ねじポンプの周囲の空気温度よりも高い場合、雌ねじ型ステータ１の先端部で硬度を測定し、低い場合、中央部で硬度を測定する。これにより、最も劣化が進行していると考えられる部位の硬度を測定することができる。この場合、雌ねじ型ステータ１の外周部での硬度を測定しているので、測定された値から内孔７内の硬度を予測する。これにより、劣化を開始し始める部位の硬度を得ることができる。ここでは、測定値に対して一律に所定値（ここでは、ショア硬さ２Ｈｓ）を加算した値を推測値としている。

内孔７内の硬さが推測されれば、その硬度がいずれの領域に属しているのかを判断する。ここでは、硬度計６の目盛りに、ショア硬さが６５〜７５Ｈｓの範囲を安全領域であるとして緑色の帯で表示し、７５〜８０Ｈｓの範囲を要注意領域であるとして黄色の帯で表示し、８０〜１００Ｈｓ（最大目盛り）の範囲を交換領域であるとして赤色の帯で表示している。この場合、雌ねじ型ステータ１の外周部の硬度を測定し、対応する箇所での内孔７内の硬度を推測するようにしているので、硬度計６の目盛りに記載する領域の位置を推測値に合わせてずらせる等の調整を行うのが好ましい。

なお、前記ショア硬さによる領域の設定は一例であり、雌ねじ型ステータ１に使用する材質の違い等によって適切な値に自由に変更すればよい。この場合、実験等で測定される硬度と、雌ねじ型ステータ１の劣化状態との関係を求めておけばよい。

このように、ユーザは硬度計６で雌ねじ型ステータ１の硬度を測定するだけで、雌ねじ型ステータ１の劣化度合いを簡単に把握することができる。特に、流動体として食品を搬送する場合には、要注意領域となった時点で交換するようにすれば、確実に食品への異物の混入を防止することができ、安全である。また、搬送する流動体の温度に応じて、硬度計６で測定する雌ねじ型ステータ１の位置を変更しているので、より好ましい位置での硬度を測定することができ、劣化状態を的確に把握することが可能となる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、雌ねじ型ステータ１の外筒体３に形成した開口部５を介して雌ねじ型ステータ１の硬度を測定するようにしたが、各構成部品を分解して雌ねじ型ステータ１の端面の硬度を測定するようにしてもよい。

具体的に、食品を搬送する場合では、頻繁に（毎日）、分解して流動体の流動経路の清掃を行っている。そこで、この分解時に、硬度計６により雌ねじ型ステータ１（内筒体４）の端面の硬度を測定する。内筒体４の端面で測定すれば、外周面で測定する場合に比べて、より内孔７内に近い位置での硬度を得ることができ、交換時期を正確に判断することが可能となる。

また、前記実施形態では、雌ねじ型ステータ１の硬度から判定する領域を３つとしたが、交換領域をショア硬さ８０〜９０Ｈｓまでとし、９０〜１００Ｈｓを警告領域としてもよい。すなわち、交換領域の限界値を示すことで、雌ねじ型ステータ１を実際の寿命に近いぎりぎりのところまで使用することが可能となる。

また、前記実施形態では、雌ねじ型ステータ１の硬度を適宜測定するようにしたが、図３に示すように、硬度計６を装着したままとして常時測定できるようにしてもよい。この場合、雌ねじ型ステータ１の硬度が経時的にどのように変化するのかを自動的に記録し、交換時期がいつ頃になるのかを予測するようにしてもよい。また、雌ねじ型ステータ１と雄ねじ型ロータ２との間のしめ代に応じて交換時期を補正するのが好ましい。すなわち、しめ代が大きければ大きいほど、雌ねじ型ステータ１の劣化が早くなると考えられるので、予測する交換時期を早めに修正する。

また、硬度を適宜測定する場合であっても、雌ねじ型ステータ１の硬度の変化を実験等で予め測定しておき、測定値に基づいて、現在、劣化がどの程度まで進行しているのかを把握できるようにしてもよい。

１…雌ねじ型ステータ
２…雄ねじ型ロータ
３…外筒体
４…内筒体
５…開口部
６…硬度計
７…内孔
８…ユニバーサルジョイント
９…カップリングロッド
１０…ドライブシャフト
１１…ケーシング
１２…エンドスタッド

Claims (5)

1. 内孔を有し、第１の軸心を有する雌ねじ型ステータと、該雌ねじ型ステータ内に配置され、前記第１の軸心から偏心した第２の軸心が前記第１の軸心の回りに公転して前記雌ねじ型ステータと摺接する雄ねじ型ロータとを備えた一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法であって、
   前記雌ねじ型ステータの内孔を流動する流動体の温度に基づいて、予め設定した所定温度よりも高い場合、前記雌ねじ型ステータの両端部のうち、流動方向下流側の端部の硬度を測定し、予め設定した所定温度よりも低い場合、前記雌ねじ型ステータの中央部の硬度を測定する硬度測定工程と、
   前記硬度測定工程で測定された硬度が、第１設定値以下の範囲に属する場合、安全領域であると判断し、第１設定値から、第１設定値よりも大きい第２設定値までの範囲に属する場合、要注意領域であると判断し、第２設定値よりも大きい範囲に属する場合、交換領域であると判断する領域判別工程と、
   前記硬度測定工程で推測された硬度に基づいて、前記いずれの領域に属するのかを判断する劣化判定工程と、
   を有することを特徴とする一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法。
2. 前記領域判別工程では、前記第２設定値から、第２設定値よりも大きい第３設定値までの範囲に属する場合、交換領域であると判断し、第３設定値よりも大きい範囲に属する場合、使用限界領域であると判断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に使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法。
3. 前記劣化判定工程では、前記硬度測定工程で測定された硬度に基づいて、前記雌ねじ型ステータの内孔内の対応箇所の硬度を推測し、該推測値に基づいて前記いずれの領域に属するのかを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法。
4. 前記劣化判定工程では、前記雌ねじ型ステータと雄ねじ型ロータのしめ代の違いに応じて各設定値を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断方法。
5. 内孔を有し、第１の軸心を有する雌ねじ型ステータと、該雌ねじ型ステータ内に配置され、前記第１の軸心から偏心した第２の軸心が前記第１の軸心の回りに公転して前記雌ねじ型ステータと摺接する雄ねじ型ロータとを備えた一軸偏心ねじポンプに使用する一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断装置であって、
   前記雌ねじ型ステータは、内筒体の外周部に金属製の外筒体を一体化してなり、外筒体の両端部のいずれか一方又は中央部には雌ねじ型ステータに至る貫通孔を有する取付部が形成され、
   前記取付部に取り付けられ、貫通孔を介して雌ねじ型ステータの硬度を測定する硬度測定手段と、
   前記雌ねじ型ステータの内孔を流動する流動体の温度に基づいて、予め設定した所定温度よりも高い場合、前記雌ねじ型ステータの両端部のうち、流動方向下流側の端部の硬度を測定し、予め設定した所定温度よりも低い場合、前記雌ねじ型ステータの中央部の硬度を測定した硬度に基づいて、該硬度が、第１設定値以下の範囲に属する場合、安全領域であると判断し、第１設定値から、第１設定値よりも大きい第２設定値までの範囲に属する場合、要注意領域であると判断し、第２設定値から、第２設定値よりも大きい範囲に属する場合、交換領域であると判断する劣化判定手段と、を備えたことを特徴とする一軸偏心ねじポンプに使用する雌ねじ型ステータの劣化診断装置。

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