JP5889553B2 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

Description

本発明は、食料原料や、化学原料、下水汚泥などの粘性液体を定量圧送する一軸偏心ねじポンプに係り、特に、この種の一軸偏心ねじポンプのロータとステータとの正確な位相関係を保つ技術に関する。

この種の一軸偏心ねじポンプとしては、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。同文献記載の一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有する回転可能に支承されたステータを有している。この種のステータは、図５に例示するステータ１４１のように、円筒状の支持部１４１ｈと、この支持部１４１ｈの内周面にモールドされた雌ねじ状の内面を有するエラストマー部１４１ｇとを備えている。そして、図６に示すように、このステータ１４１に、ロータ１４２の雄ねじ状の螺旋部が内挿されるとともにロータ１４２の基端部が不図示の駆動部に連結される。そして、図７に示すように、ロータ１４２の回転軸線Ｌ２は、ステータ１４１の回転軸線Ｌ１に対して所定距離だけ偏心して配置され、図６および図７に示すようにロータ１４２が回転されると、その回転力でステータ１４１をロータ１４２の二分の一の回転数で追従回転させるように構成されている。なお、図６において、符号Ｒ１はロータ１４２の回転角のイメージを示し、符号Ｒ２はロータ１４２の回転角に追従回転するステータ１４１の回転角のイメージを示している。

ＷＯ２０１０／１０３９９３ Ａ１

しかしながら、このような構成の一軸偏心ねじポンプは、エラストマー部１４１ｇが、その外周面が円筒状であるのに対し、内周面が雌ねじ状をなしているので、軸方向に沿った肉厚が不均一である。そのため、このエラストマー部を有するステータをロータの回転力で追従回転させると、ロータ駆動用のモータを、全電圧始動（直入れ始動）した場合（あるいはインバータ制御やサーボ制御をした場合）に、ロータからステータへの回転力を伝達するときの起動時の衝撃が大きければ、ステータのエラストマー部が起動時の衝撃で不均一に弾性変形してしまう。よって、特に、起動時の立ち上がり加速時間を短くしたとき、ステータがロータの回転に対して軸方向全体に亘って均一には追従できず、これにより、図６および図７に示す例のように、非追従状態（これらの図において、ロータ１４２とステータ１４１とのシールラインが崩れているため、図面上の輪郭線が相互に交差した状態）になる。このような非追従状態になると、ロータ１４２とステータ１４１との本来の正確な位相関係が保てなくなり、極端な場合、ロータ１４２がステータ１４１内で空回りするおそれがある。

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、ロータの回転力でステータをロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプにおいて、起動時の立ち上がり加速時間を短くした場合であっても、ロータとの正確な位相関係を保ってステータを追従回転させ得る一軸偏心ねじポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、雌ねじ状の内面を有する回転可能に支承されたステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるとともに直線状の基端部がモータの駆動軸に直結されたロータとを備え、前記ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線に対して所定距離だけ偏心して配置されるとともに、前記ロータの回転力で前記ステータを前記ロータの二分の一の回転数で追従回転させるように構成された一軸偏心ねじポンプであって、前記ステータは、前記雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有し、前記ステータは、ステータ内筒と、該ステータ内筒をその軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒とを有して構成され、前記ステータ内筒が、前記エラストマー部と、該エラストマー部の外周面を覆って一体に形成された支持部とを有することを特徴とする。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、ロータの回転力でステータをロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプにおいて、ステータが、その雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有する構成としたので、仮にロータからステータへの回転力を伝達するときの起動時の衝撃が大きい場合でも、ステータのエラストマー部を起動時の衝撃で均一に弾性変形させることができる。そのため、ステータがロータの回転に対して軸方向全体に亘って均一に追従可能となり、これにより、ロータとステータとの本来の正確な位相関係を保つことができる。

そして、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、前記ステータが、ステータ内筒と、該ステータ内筒をその軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒とを有して構成され、前記ステータ内筒が、前記エラストマー部と、該エラストマー部の外周面を覆って一体に形成された支持部とを有するので、ステータの雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有する構成を実現することができる。

ここで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、前記支持部が、その両端に、径方向外側に向けて円環状に張り出したフランジを有し、前記エラストマー部が、前記二つのステータ外筒の段付き形状に対向して前記フランジの軸方向両端面まで延設されていれば、フランジの部分のエラストマー部がシール機能を奏するので、ステータの雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有する構成を実現する上でより好適である。

さらに、前記二つのステータ外筒が、相互が対向する端部に、互いに螺合するねじ部を有し、当該互いに螺合するねじ部は、相互を軸方向で閉め込んだときに、前記二つのステータ外筒が前記段付き形状との協働により前記ステータ内筒をその軸方向の両側から挟み込み可能な螺合長を有すれば、二つのステータ外筒相互の軸方向の対向距離を容易に調整しつつも、ステータ内筒を確実に両側から挟み込むことが可能なので、ステータの雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有する構成を実現する上でより一層好適である。

上述のように、本発明によれば、ロータの回転力でステータをロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプにおいて、起動時の立ち上がり加速時間を短くした場合であっても、ロータとの正確な位相関係を保ってステータを追従回転させることができる。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプの一実施形態を説明する図であり、同図では、軸線に沿った断面図を示している。 本発明に係る一軸偏心ねじポンプのステータ（ステータ内筒）の拡大図であり、同図（ａ）は軸線方向に沿った断面図、（ｂ）は同図（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。 ロータの回転角度の二分の一の回転数で回転するステータの正規の位相関係を示す図（（ａ）〜（ｌ））である。 図４の各位相関係に対応する軸方向の断面および各断面での位相関係を併せて示す図（（ａ）〜（ｌ））である。 従来の一軸偏心ねじポンプのステータの一例を示す拡大図であり、同図（ａ）は軸線方向に沿った断面図、（ｂ）は同図（ａ）でのＸ−Ｘ断面図である。 従来のステータを備える一軸偏心ねじポンプにおいて、急激な起動によって、ロータに対してステータが正規の位相からずれた場合の位相関係を示す図（（ａ）〜（ｌ））である。 図６の各位相関係に対応する軸方向の断面および各断面での位相関係を併せて示す図（（ａ）〜（ｌ））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に示すように、この一軸偏心ねじポンプ１は、ねじポンプ部４０を有する。そして、このねじポンプ部４０の吸込み側１４にケーシング３０が設けられている。ケーシング３０は、自身側面（この例では回転軸線Ｌ２よりも上部）に吸込口３５を有する。ねじポンプ部４０のハウジング４６とケーシング３０の吐出側１４（ねじポンプ部４０の吸込み側でもある）とは、へルールクランプ４３によって着脱可能に連結されている。また、ハウジング４６の吐出側４６ｔには吐出部５０が締めねじ５０ａによって装着されている。なお、ハウジング４６の吐出側４６ｔと吐出部５０との当接部は、シール部材５２によってシールされている。

そして、上記ケーシング３０に対し、ねじポンプ部４０とは反対の側から、不図示の締めねじによって、不図示の軸受部を内蔵するブラケット部２０が連結され、このブラケット部２０の基端側（同図の右側）には、不図示のモータが固定されている。なお、軸受部は、駆動軸８の途中部分を軸方向に離間した二つの転がり軸受によって回転自在に支承し、駆動軸８の先端側であって、ケーシング３０側の端面は水中軸受２２およびシール部材２４によって軸封されている。

さらに、上記ねじポンプ部４０は、円筒状のハウジング４６内に、雄ねじ状のロータ４２と、雌ねじ状の内面をもつステータ４１とを備えている。ロータ４２は、先端側の螺旋部４２ａと、直線状の基端部４２ｂとから構成されている。基端部４２ｂは、ユニバーサルジョイントを用いることなく、水平に配置された駆動軸８の先端に直接連結している。そして、螺旋部４２ａ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４２ａが、雌ねじ状の内面を形成したステータ４１に内挿されている。そして、このステータ４１の回転軸線Ｌ１に対して、上記ロータ４２の回転軸線Ｌ２は、所定の偏心量Ｅだけ偏心して配置されている。

ステータ４１は、その雌ねじ状のピッチがロータ４２の螺旋部４２ａの２倍である。ステータ４１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４７、４８を介して上記ハウジング４６内に回転自在に支承されている。ここで、この例では、ステータ４１は、ステータ内筒４１ａと、このステータ内筒４１ａを軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃとを有して構成されている。

さらに、ステータ内筒４１ａは、図２にも示すように、雌ねじ状の内面が一定の肉厚にモールド形成されたエラストマー部４１ｇと、このエラストマー部４１ｇの外周面を覆って一体に形成された支持部４１ｈとを有し、上記雌ねじ状の内面がこのエラストマー部４１ｇ内周部によって構成されている。また、支持部４１ｈは、その両端に、径方向外側に向けて円環状に張り出したフランジ４１ｆを有し、エラストマー部４１ｇは、前記二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃの段付き形状に対向して前記フランジ４１ｆの軸方向両端面まで延設されている。
さらに、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃは、図１に示すように、相互が対向する端部に、互いに螺合するねじ部４１ｍ、４１ｎを有し、当該ねじ部４１ｍ、４１ｎを軸方向に閉め込むことによって前記段付き形状との協働によりステータ内筒４１ａをその軸方向の両側から挟み込むようになっている。

そして、ケーシング３０とハウジング４６とには、相互が対向する側の内面に、凹の段部がそれぞれ形成されている。さらに、ステータ４１の外周面には、各ステータ外筒４１ｂ，４１ｃによって凸の段部が形成されており、各ステータ外筒４１ｂ，４１ｃに、その凸の段部の両端部に自己潤滑軸受４７、４８が当接させつつ外嵌され、ケーシング３０とハウジング４６とをへルールクランプ４３によって組み付けることでケーシング３０とハウジング４６相互の内面に形成された凹の段部の内側面が自己潤滑軸受４７、４８の軸方向への移動を拘束しつつ、ステータ４１を回転自在に支持するように構成されている。これにより、ステータ外筒４１ｂ，４１ｃとステータ内筒４１ａとは、上記ねじ部と段付き形状との協働によって固定されて全体として一体のステータ４１として回転するようになっている。

このような構成の一軸偏心ねじポンプ１は、上記モータ２の回転力によって駆動軸８が一体で回転すると、この駆動軸８に直接接続されたロータ４２が回転する。そして、ねじポンプ部１０は、図３および図４に示すように、ロータ４２がその回転軸線Ｌ２を中心として回転し、ロータ１２の螺旋部１２ａの動きに伴ってステータ４１もその回転軸線Ｌ１を中心としてロータ４２の回転と同期してロータ４２の二分の一の回転数で従動回転することにより、圧送流体を吸込口１２から吐出口１６に向けて圧送するようになっている。

次に、この圧送装置の作用・効果について説明する。
この一軸偏心ねじポンプ１は、ロータの回転力でステータ４１をロータ４２の二分の一の回転数で追従回転させるものであり、ステータ４１が、その雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部４１ｇを有する構成としたので、仮にロータ４２からステータ４１への回転力を伝達するときの起動時の衝撃が大きい場合でも、ステータ４１のエラストマー部４１ｇを起動時の衝撃で均一に弾性変形させることができる。そのため、図３および図４に示すように、ステータ４１がロータ４２の回転に対して軸方向全体に亘って均一に追従可能となり、これにより、ロータ４２とステータ４１との本来の正確な位相関係を保つことができる。つまり、図３および図４において、ロータ４２とステータ４１とのシールラインが正しく保たれ、図面上の輪郭線が相互に交差せずにステータ４１の内周面にロータ４２の外周面が接触した状態が保たれる。なお、図３において、符号Ｒ１はロータ４２の回転角のイメージを示し、符号Ｒ２はロータ４２の回転角に追従回転するステータ４１の回転角のイメージを示している。

また、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、ステータ４２が、ステータ内筒４１ａと、このステータ内筒４１ａをその軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃとを有して構成され、ステータ内筒４１ａが、エラストマー部４１ｇと、このエラストマー部４１ｇの外周面を覆って一体に形成された支持部４１ｈとを有する構成としたので、ステータ４１の雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部４１ｇを有する構成を実現する上で好適である。

さらに、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、ステータ内筒４１ａの支持部４１ｈは、その両端に、径方向外側に向けて円環状に張り出したフランジ４１ｆを有し、エラストマー部４１ｇが、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃの段付き形状に対向してフランジ４１ｆの軸方向両端面まで延設したので、フランジ４１ｆの部分のエラストマー部４１ｇがシール機能を奏することができる。よって、ステータ４１の雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部４１ｇを有する構成を実現する上でより好適である。

また、この一軸偏心ねじポンプ１によれば、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃが、相互が対向する端部に、互いに螺合するねじ部４１ｍ、４１ｎを有し、このねじ部４１ｍ、４１ｎを閉め込むことによって、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃの段付き形状との協働によりステータ内筒４１ａをその軸方向の両側から挟み込む構成としたので、二つのステータ外筒４１ｂ，４１ｃ相互の軸方向の対向距離を容易に調整しつつも、ステータ内筒４１ａを確実に両側から挟み込むことが可能となる。よって、ステータ４１の雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部４１ｇを有する構成を実現する上でより一層好適である。
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。

１ 一軸偏心ねじポンプ
２ モータ
８ 駆動軸
１４ 吸込み側
１６ 吐出口
２０ ブラケット部
３０ ケーシング
３５ 吸込口
４０ ねじポンプ部
４１ ステータ
４２ ロータ
Ｅ 偏心の所定距離
Ｌ１ ステータの回転軸線
Ｌ２ ロータの回転軸線

Claims (3)

1. 雌ねじ状の内面を有する回転可能に支承されたステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるとともに直線状の基端部がモータの駆動軸に直結されたロータとを備え、前記ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線に対して所定距離だけ偏心して配置されるとともに、前記ロータの回転力で前記ステータを前記ロータの二分の一の回転数で追従回転させるように構成された一軸偏心ねじポンプであって、
   前記ステータは、前記雌ねじ状の内面が一定の肉厚に形成されたエラストマー部を有し、
   前記ステータは、ステータ内筒と、該ステータ内筒をその軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒とを有して構成され、前記ステータ内筒が、前記エラストマー部と、該エラストマー部の外周面を覆って一体に形成された支持部とを有することを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
2. 前記支持部は、その両端に、径方向外側に向けて円環状に張り出したフランジを有し、前記エラストマー部は、前記二つのステータ外筒の段付き形状に対向して前記フランジの軸方向両端面まで延設されてい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。
3. 前記二つのステータ外筒は、相互が対向する端部に、互いに螺合するねじ部を有し、当該互いに螺合するねじ部は、相互を軸方向で閉め込んだときに、前記二つのステータ外筒が前記段付き形状との協働により前記ステータ内筒をその軸方向の両側から挟み込み可能な螺合長を有することを特徴とする請求項１または２に記載の一軸偏心ねじポンプ。

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