JP7199128B1 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能の確保と、ロータの回転に必要とされる駆動力の抑制とを両立する。【解決手段】一軸偏心ねじポンプは、内周面１０ａが雌ねじ型に形成された挿通孔１０を有するステータ２と、挿通孔１０に挿通される雄ねじ型のロータ４とを備える。横断面において、挿通孔１０は、長孔として形成される。ロータ４の偏心回転に伴い、ロータ４の断面中心Ｏ４が、挿通孔１０の長手方向Ｘに延びる中心線ＣＸに沿って一対の折り返し位置Ｐ１，Ｐ２の間で長手方向Ｘに往復移動する。ロータ４は、挿通孔１０の短手方向Ｙにおいて挿通孔１０の内周面１０ａに密接される。断面中心Ｏ４が折り返し位置Ｐ１，Ｐ２に位置する場合におけるロータ４に対するステータ２の第１締め代δ１が、断面中心Ｏ４が中心軸Ａ１に位置する場合におけるロータ４に対するステータ２の第２締め代δ２よりも大きい。【選択図】図３

Description

本発明は、一軸偏心ねじポンプに関する。

従来、内周面が雌ねじ型に形成された挿通孔を有するステータと、このステータの挿通孔に挿通される雄ねじ型の軸体からなるロータとを備えた一軸偏心ねじポンプが公知である（例えば、特許文献１参照）。

前記従来の一軸偏心ねじポンプでは、ロータがステータの横断面に現れる挿通孔の開口の両端領域に位置する場合と、中央領域に位置する場合とでロータに対するステータの締め代がほぼ同じ値となるように設計されている。

特開２００５－３４４５８７号公報

この場合、所望の締め代を確保しようとすれば、ロータの回転に必要となるトルクが大きくなり、大きな駆動力が要求される。

一方、ロータの移動を容易にするために締め代を小さくすると、シール性能が低下して流動物の搬送が適切に行えなくなる。

本発明は、シール性能の確保と、ロータの回転に必要とされる駆動力の抑制とを両立することができる一軸偏心ねじポンプを提供することを課題とする。

本発明者らは、両端領域で所望の締め代を確保しさえすれば、中央領域ではそれほどの締め代は必要とされない点を見出し、本発明に係る一軸偏心ねじポンプを開発するに至った。

本発明の一形態は、内周面が雌ねじ型に形成された挿通孔を有するステータと、前記ステータの挿通孔に挿通され、前記ステータの中心軸に対して偏心回転を行う雄ねじ型の軸体からなるロータと、を備え、前記中心軸に直交する横断面において、前記挿通孔が、長孔として形成され、前記ロータの前記偏心回転に伴い、前記ロータの断面中心が、前記ステータの前記中心軸を通過して前記挿通孔の長手方向に延びる中心線に沿って、前記中心軸から見て前記長手方向において互いに反対側に設定された一対の折り返し位置の間で、前記長手方向に往復移動し、且つ前記ロータは、前記長手方向に直交する前記挿通孔の短手方向において、前記挿通孔の前記内周面に密接され、前記断面中心が前記折り返し位置に位置する場合における前記ロータに対する前記ステータの第１締め代が、前記断面中心が前記中心軸に位置する場合における前記ロータに対する前記ステータの第２締め代よりも大きい、一軸偏心ねじポンプを提供する。

この構成によれば、ステータの中心軸に直交する横断面内において、ロータが挿通孔の両端領域に位置する場合、換言すれば、ロータの断面中心が挿通孔内の往復移動範囲の限界となる折り返し位置に位置する場合には、ロータに対するステータの締め代が、第１締め代となる。一方、ロータが挿通孔の中央領域に位置する場合、換言すれば、ロータの断面中心が挿通孔内の往復移動範囲の中央となる中心軸に位置する場合には、ロータに対するステータの締め代が、第２締め代となる。第１締め代は、第２締め代よりも大きく設定される。そのため、ロータは、挿通孔の両端領域に位置する場合に、挿通孔の内周面により強く密接され、両端領域でのシール性能を維持できる。中央領域では締め代がより小さくなっているため、ロータの回転に必要とされる駆動力を抑制できる。

前記断面中心が前記中心線に沿って前記折り返し位置から前記中心軸へと移動するにつれて、前記ロータに対する前記ステータの締め代が、前記第１締め代から前記第２締め代へと漸次小さくなっていてもよい。

前記断面中心が前記中心線上の任意点に位置する場合において、前記ロータに対する前記ステータの締め代は、前記ロータに密接されていない自然状態で当該任意点から前記挿通孔の前記内周面までの前記短手方向における距離に対する、当該任意点上の前記断面中心から前記ロータの外周面までの前記短手方向における距離の超過量であってもよい。

第１孔幅が、前記ロータに密接されていない自然状態において前記折り返し位置での前記挿通孔の前記短手方向における寸法であり、第２孔幅が、前記中心軸での前記自然状態の前記挿通孔の前記短手方向における寸法であり、第１ロータ幅が、前記折り返し位置上の前記断面中心での前記ロータの前記短手方向における寸法であり、第２ロータ幅が、前記中心軸上の前記断面中心での前記ロータの前記短手方向における寸法であって、前記第１ロータ幅の前記第２ロータ幅に対する差が、前記第１孔幅の前記第２孔幅に対する差よりも大きくてもよい。

前記第１孔幅は、前記第２孔幅よりも小さくてもよい。前記第１孔幅は、前記第２孔幅と等しくてもよい。前記第１孔幅は、前記第２孔幅よりも大きくてもよい。

前記第１孔幅が前記第２孔幅と等しい場合に、前記横断面において、前記挿通孔が、レーストラック形状に形成されていてもよい。

前記横断面において、前記ロータは、互いに直交する長手軸と短手軸とを備えた非真円形状に形成され、前記断面中心が前記折り返し位置に位置するとき、前記長手軸が前記短手方向に向けられ、前記短手軸が前記長手方向に向けられ、前記断面中心が前記中心軸に位置するとき、前記長手軸が前記長手方向に向けられ、前記短手軸が前記短手方向に向けられてもよい。

前記横断面において、前記ロータは、楕円形状に形成されていてもよいし、長円形状に形成されていてもよい。この構成によれば、ロータの構成を簡略化して簡単に製作することができる。

前記横断面において、前記ロータは、短手軸方向両側部の第１曲線と、長手軸方向両端部の第２曲線とを備え、前記第１曲線は前記第２曲線に比べて曲率半径が大きくなるようにしてもよい。前記横断面において、前記ロータは、長手軸方向に非対称であってもよい。

前記ステータは、弾性材料からなるステータ本体のみで構成されていてもよい。この構成によれば、部品点数を削減して簡単かつ安価に製作することができる。

前記断面中心が前記折り返し位置に位置する場合において、前記ロータの外周面が前記長手方向における所定の締め代で前記挿通孔の前記内周面に前記長手方向に密接されてもよい。

本発明によれば、シール性能の確保と、ロータの回転に必要とされる駆動力の抑制とを両立することができる。

本発明の第１実施形態に係る一軸偏心ねじポンプの概略正面図。 図１のII－II線に沿って切断して示す一軸偏心ねじポンプの縦断面図。 図２のIII－III線に沿って切断して示す一軸偏心ねじポンプの横断面図。 ロータが挿通孔の両端領域に位置するときのステータの一部及びロータの横断面図。 ロータが挿通孔の両端領域から中央領域に向かって回転移動している途中の横断面図。 ロータが挿通孔の中央領域に位置する状態を示す横断面図。 第１実施形態の変形例に係るステータおよびロータの横断面図。 第２実施形態に係るステータおよびロータの横断面図。 第２実施形態の変形例に係るステータおよびロータの横断面図。 第３実施形態に係るステータおよびロータの横断面図。 本実施形態に係るロータの他の例を示す横断面図。 本実施形態に係るロータの他の例を示す横断面図。 本実施形態に係るロータの他の例を示す横断面図。 本実施形態に係るロータの他の例を示す横断面図。 本実施形態に係るロータの他の例を示す横断面図。 本実施形態に係るロータの他の例を示す横断面図。 他の実施形態に係る一軸偏心ねじポンプの一部を示す縦断面図。

以下、本開示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」を含む用語）を使用するが、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、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致しない。

図１および図２は、第１実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１００を示す。一軸偏心ねじポンプ１００は、回転容積型ポンプの一例であり、ケーシング１、ステータ２、エンドスタッド３、およびロータ４を備える。

ケーシング１、ステータ２、およびエンドスタッド３は、筒状に形成され、互いに同軸状に配置される。以下、これら部材１～３間で共通の軸線を中心軸Ａ１とし、中心軸Ａ１の延びる方向を軸方向とする。図１および図２の右側を軸方向の一端側または基端側とし、左側を軸方向の他端側または先端側とする。

ケーシング１は、金属材料で成形される。ケーシング１は、軸方向に延びる内部空間１ａを画定する周壁１ｂと、周壁１ｂから径方向に突出する接続管１ｃとを有する。接続管１ｃの径方向基端は、第１開口部５を介して内部空間１ａと連通する。内部空間１ａは、両端のうち少なくとも他端で開口する。ステータ２は、軸方向に延びて両端で開口した挿通孔１０を有する。本実施形態では、ステータ２が、挿通孔１０を形成するステータ本体２ａと、それに外嵌された外筒２ｂとを備える。外筒２ｂのステータ本体２ａへの接合手段は、特に限定されない。エンドスタッド３は、軸方向に延びて両端で開口した内部空間３ａを有する。エンドスタッド３の他端部が、第２開口部６を形成する。

ケーシング１とエンドスタッド３とは、ステーボルト８で連結される。ステータ２は、ステーボルト８の締め回しにより、軸方向においてケーシング１とエンドスタッド３との間に挟持される。挿通孔１０は、ケーシング１の内部空間１ａともエンドスタッド３の内部空間３ａとも連通する。一軸偏心ねじポンプ１００において、接続管１ｃから第１開口部５、ケーシング１の内部空間１ａ、ステータ２の挿通孔１０、およびエンドスタッド３の内部空間３ａを介して第２開口部６へと繋がる流路７が構成される。接続管１ｃは、流動物を貯留したタンク（図示せず）と接続される。流動物として、マヨネーズといった粘性を有する材料を例示できる。タンク内の流動物は、ロータ４の回転に応じて、流路７内で移送される。

ロータ４は、軸体に形成され、挿通孔１０内に配置される。挿通孔１０の内周面１０ａは、ｎ条（ここでは、２条）で単段あるいは多段の雌ねじ形状に形成される。一方、ロータ４の外周面４ａは、ｎ－１条（ここでは、１条）で単段あるいは多段の雄ねじ形状に形成される。ロータ４は、ケーシング１の一端側に設けられた駆動機（不図示）により回転駆動され、中心軸Ａ１に対する偏心回転を行う。

一軸偏心ねじポンプ１００は、駆動機により発生された回転駆動力をロータ４に伝達するための機構を備えている。当該機構は、駆動機の出力軸と連結されるカップリング１１、カップリング１１から延びるカップリングロッド１２、およびカップリングロッド１２と連結されるジョイントヘッド１３を備え、ケーシング１の内部空間１ａに収容される。ジョイントヘッド１３は、筒状に形成されており、カップリングロッド１２の先端部は、ジョイントヘッド１３の一端面に接続される。ロータ４は、ジョイントヘッド１３の他端面から軸方向他端側へ延び、ステータ２の挿通孔１０内へ挿入されている。

ジョイントヘッド１３の中心軸Ａ２は、ステータ２の中心軸Ａ１と平行であり、軸直交方向において偏心量ｅだけ中心軸Ａ１から離れている。カップリングロッド１２は、ケーシング１内で中心軸Ａ１，Ａ２に対して傾斜して延びている。

図３は、中心軸Ａ１，Ａ２に直交する断面（以下、「横断面」という）を示し、ジョイントヘッド１３が軸方向に投影されている。図３を併せて参照して、駆動機が作動すると、ジョイントヘッド１３は、自身の中心軸Ａ２周りに自転し、且つステータ２の中心軸Ａ１周りに公転する。この公転において、ジョイントヘッド１３の中心軸Ａ２が、ステータ２の中心軸Ａ１を中心として偏心量ｅを半径とする円Ｃに沿って移動する。このように、ロータ４の偏心回転には自転および公転が含まれ、ジョイントヘッド１３の中心軸Ａ２が、ロータ４の自転中心としての役割を果たし、ステータ２の中心軸Ａ１が、ロータ４の公転中心としての役割を果たす。

横断面において、挿通孔１０は、長孔として形成される。挿通孔１０は、横断面内で長手方向Ｘにおいて相対的に長寸を有し、横断面内で長手方向Ｘに直交する短手方向Ｙにおいて相対的に短寸を有する。本実施形態では、挿通孔１０が、中心軸Ａ１を基準にして点対称（１８０度回転対称）である。挿通孔１０は、中心軸Ａ１を通過して長手方向Ｘに延びる中心線ＣＸを基準として線対称であり、中心軸Ａ１を通過して短手方向Ｙに延びる中心線ＣＹを基準として線対称である。

横断面において、ロータ４の外周面４ａは、閉ループ状の曲線として表され、ロータ４の横断面形状が、この曲線により画定される。以下、ロータ４の横断面形状の中心位置を「断面中心Ｏ４」という。断面中心Ｏ４は、軸直交方向において偏心量ｅだけジョイントヘッド１３の中心軸Ａ２（ロータ４の自転中心）から離れている。ロータ４の偏心回転に伴い、断面中心Ｏ４は、中心線ＣＸに沿って一対の折り返し位置Ｐ１，Ｐ２の間で長手方向Ｘに往復移動する。一対の折り返し位置Ｐ１，Ｐ２は、中心軸Ａ１を基準として長手方向Ｘにおいて互いに反対側に設定される。各折り返し位置Ｐ１，Ｐ２は、中心軸Ａ１から長手方向Ｘにおいて偏心量ｅの２倍値だけ離れている。

図３では、断面中心Ｏ４が第１折り返し位置Ｐ１上に位置付けられている場合のロータ４の外周面４ａＰ１が実線で示されている（ハッチング領域も参照）。断面中心Ｏ４がステータ２の中心軸Ａ１上に位置付けられている場合のロータ４の外周面４ａＡ１と、断面中心Ｏ４が第２折り返し位置Ｐ２上に位置付けられている場合のロータ４の外周面４ａＰ２とが、二点鎖線で示されている。挿通孔１０には、断面中心Ｏ４がどこに位置付けられていてもロータ４で占有されない領域が残る。この領域が、軸方向に延びて移送空間１５（図２も参照）を成す。流動物は、ロータ４の偏心回転に伴い、移送空間１５内で移送される。

断面中心Ｏ４が第１折り返し位置Ｐ１から中心軸Ａ１まで移動する間に、ロータ４は９０度自転し且つ９０度公転する。断面中心Ｏ４が中心軸Ａ１から第２折り返し位置Ｐ２まで移動する間、第２折り返し位置Ｐ２から中心軸Ａ１まで移動する間、および中心軸Ａ１から第１折り返し位置Ｐ１まで移動する間についても、これと同様である。このように、ロータ４が１周公転する間に、断面中心Ｏ４が１往復してロータ４が１周自転する。

横断面において、ロータ４の外周面４ａは、少なくとも短手方向Ｙにおいて挿通孔１０の内周面１０ａに密接され続ける。ロータ４は、金属材料で成形される一方、ステータ本体１０は、移送される流動物に応じて適宜選択された弾性材料で成形される。使用可能な弾性材料として、ニトリルゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム、およびフロロシリコーンゴム等を例示できる。なお、ロータ４は、金属材料に限定されず、炭化ケイ素等のセラミクスや、ナイロン等の樹脂で成形されてもよい。

この密接において、挿通孔１０の内周面１０ａは短手方向Ｙにおいて中心軸Ａ１から遠ざかる側へ弾性変形し、弾性変形の復元力で内周面１０ａをロータ４の外周面４ａに密着させる。そのため、横断面において、ロータ４の外周面４ａの短手方向Ｙの寸法は、挿通孔１０がロータ４と密接されていない自然状態における挿通孔１０の短手方向Ｙの寸法に対し、超過している。この超過の程度が、ロータ４に対するステータ２の（短手方向Ｙにおける）締め代δである。締め代δは、密接時の内周面１０ａの短手方向Ｙの弾性変形量であるとも言える。締め代δが大きければ、移送空間１５の密閉性が高くなる一方、密接状態でのロータ４の偏心回転に必要とされる駆動力が大きくなる。

ここで、締め代δについての説明の便宜上、各種の寸法を以下のとおり定義する。「第１孔幅ａ」とは、第１折り返し位置Ｐ１または第２折り返し位置Ｐ２での自然状態の挿通孔１０の短手方向Ｙにおける寸法をいう。より詳しく言えば、横断面内において、位置Ｐ１またはＰ２を通過して短手方向Ｙに延びる仮想直線を引くと、当該仮想直線は内周面１０ａと２点で交差する。挿通孔１０が自然状態である場合において、この２点間の直線距離が第１孔幅ａである。「第２孔幅ｂ」とは、中心軸Ａ１での自然状態の挿通孔１０の短手方向Ｙにおける寸法をいう。

「ロータ幅」とは、横断面において、断面中心Ｏ４でのロータ４の短手方向Ｙにおける寸法をいう。より詳しく言えば、横断面内において、断面中心Ｏ４を通過して短手方向Ｙに延びる仮想直線を引くと、仮想直線は外周面４ａと２点で交差する。この２点間の直線距離がロータ幅である。断面中心Ｏ４の往復移動中にロータ４は自転しているから、ロータ４の断面形状が非真円形状である場合においては、ロータ幅が、断面中心Ｏ４の位置に応じて変化する。「第１ロータ幅ｘ」とは、断面中心Ｏ４が第１折り返し位置Ｐ１または第２折り返し位置Ｐ２上に位置付けられている場合におけるロータ幅をいう。「第２ロータ幅ｙ」とは、断面中心Ｏ４が中心軸Ａ１上に位置付けられている場合におけるロータ幅をいう。第１ロータ幅ｘは、第１孔幅ａに対して超過し、第２ロータ幅ｙは、第２孔幅ｂに対して超過している（ｘ＞ａ，ｙ＞ｂ）。

断面中心Ｏ４が中心線ＣＸ上の任意点に位置付けられている場合において、「（短手方向Ｙの）締め代δ」は、当該任意点から自然状態での挿通孔１０の内周面１０ａまでの短手方向Ｙにおける距離に対する、当該任意点上の断面中心Ｏ４からロータ４の外周面４ａまでの短手方向Ｙにおける距離の超過量（正値）として定義される。この場合、「第１締め代δ１」とは、当該任意点が第１折り返し位置Ｐ１または第２折り返し位置Ｐ２である場合における締め代δをいう。「第２締め代δ２」とは、当該任意点が中心軸Ａ１である場合における締め代δをいう。第１締め代δ１は、第１ロータ幅ｘの第１孔幅ａに対する超過量の半分値に相当する（δ１＝（ｘ－ａ）／２＞０）。第２締め代δ２は、第２ロータ幅ｙの第２孔幅ｂに対する超過量の半分値に相当する（δ２＝（ｙ－ｂ）／２＞０）。

第１締め代δ１は、第２締め代δ２よりも大きい（δ１＞δ２）。別の言い方では、第１ロータ幅ｘの第２ロータ幅ｙに対する差が、第１孔幅ａの第２孔幅ｂに対する差よりも大きい（ｘ－ｙ＞ａ－ｂ）。なお、ここでの「差」は、正値のみならず、ゼロ値も負値もとり得る。式「ｘ－ｙ＞ａ－ｂ」は、式「δ１＝（ｘ－ａ）／２」および「δ２＝（ｙ－ｂ）／２」より、式「δ１＞δ２」に変形可能である。

上記の関係性（δ１＞δ２）を満たすため、本実施形態では、横断面において、挿通孔１０は、レーストラック（長円）形状に形成されている一方、ロータ４は、断面中心Ｏ４にて互いに直交する長手軸および短手軸を備えた非真円形状に形成されている。以降では、特段断らなければ、挿通孔１０の形状とは、横断面内で挿通孔１０の内周面１０ａの輪郭を表した閉ループ形状を指す。ロータ４の形状とは、横断面内でロータ４の外周面４ａの輪郭を表した閉ループ形状を指す。

挿通孔１０のレーストラック形状は、長手方向Ｘに平行に延びる一対の直線部１０ｂと、直線部１０ｂの一端部同士を繋ぐ第１半円部１０ｃと、直線部１０ｂの他端部同士を繋ぐ第２半円部１０ｄとを含む。一対の直線部１０ｂは、第２孔幅ｂだけ短手方向Ｙに離れている。

本実施形態では、第１折り返し位置Ｐ１が、長手方向Ｘにおいて直線部１０ｂと第１半円部１０ｃとの接続位置と対応する。よって、第１孔幅ａが、第２孔幅ｂと等しい（ａ＝ｂ）。第１半円部１０ｃは、第１折り返し位置Ｐ１を中心として第１孔幅ａ（第２孔幅ｂ）を半径とする半円弧を成す。第２折り返し位置Ｐ２についてもこれと同様である。

本実施形態では、ロータ４が、非真円形状の一例として、楕円形状に形成されている。この「楕円形状」は、幾何学上の楕円に限定されず、これに近い形状も含まれる。例えば、複数の線分で構成される多角形で楕円に近い形状に形成されたものを含めてもよい。この場合、線分同士の接続部分は円弧等、滑らかな曲線で構成するのが好ましい。また、楕円に近い形状であれば、どのような線で構成されていても構わない。例えば、楕円に類似して次式を満足する閉曲線であるスーパー楕円であってもよい。

図４を参照して、ロータ４の断面中心Ｏ４が第１折り返し位置Ｐ１または第２折り返し位置Ｐ２上に位置付けられている場合に、ロータ４の長手軸は短手方向Ｙに向けられ、ロータ４の短手軸は長手方向Ｘに向けられる。ロータ４の長径が、第１ロータ幅ｘとなる。図５を参照して、断面中心Ｏ４が折り返し位置Ｐ１，Ｐ２と中心軸Ａ１との間で移動する間にロータ４は９０度自転し、ロータ幅は、第１ロータ幅ｘから漸次小さくなっていく。図６を参照して、ロータ４の断面中心Ｏ４が中心軸Ａ１上に位置付けられている場合に、ロータ４の長手軸は長手方向Ｘに向けられ、ロータ４の短手軸は短手方向Ｙに向けられる。ロータ４の短径が、第２ロータ幅ｙとなる。

このように、第１孔幅ａは第２孔幅ｂと等しい一方、第１ロータ幅ｘは第２ロータ幅ｙよりも大きい。そのため、第１締め代δ１が、第２締め代δ２よりも大きくなる。なお、第２ロータ幅ｙ（ロータ４の短径）は、一対の直線部１０ｂ同士の間隔（第２孔幅ｂ）よりも大きい。そのため、断面中心Ｏ４が折り返し位置Ｐ１，Ｐ２から中心軸Ａ１へと長手方向Ｘに移動する過程で、短手方向Ｙの締め代δは、第１締め代δ１から第２締め代δ２へと漸次小さくなる。

仮にロータ４の断面形状が真円であれば、第１ロータ幅と第２ロータ幅とが等しくなり、第１締め代と第２締め代とが等しくなる（本実施形態では第１孔幅ａが第２孔幅ｂと等しいため）。この比較対象としての真円ロータの直径が、本実施形態に係るロータ４の長径と等しいと想定した場合には、本実施形態に係る第１締め代δ１は比較対象のものと同等であり、第２締め代δ２は比較対象のものよりも小さくなる。そのため、挿通孔１０の両端領域では比較対象と同等のシール性を確保でき、且つ挿通孔１０の中央領域では比較対象よりもロータ４の回転に必要とされる駆動力を低減することができる。また、比較対象としての真円ロータの直径が、本実施形態に係るロータ４の短径と等しいと想定した場合には、本実施形態に係る第１締め代δ１は比較対象のものよりも大きくなり、第２締め代δ２は比較対象と同等である。そのため、挿通孔１０の中央領域では比較対象と同等の回転しやすさを確保したうえで、挿通孔１０の両端領域では比較対象よりもシール性を高めることができる。

以上のように、本実施形態に係る一軸偏心ねじポンプ１００によれば、シール性の確保と、ロータ４の回転に必要とされる駆動力の抑制とを両立できる。

図３または図４を参照して、断面中心Ｏ４が第１折り返し位置Ｐ１上に位置付けられている場合には、ロータ４の外周面４ａのうち長手軸方向の先端部が、挿通孔１０の第１半円部１０ｃと密接される。ロータ４に対する第１半円部１０ｃの締め代は、直線部１０ｂとの接続位置で最も大きい第１締め代δ１であり、中心線ＣＸと交差する頂点部分において最も小さくなる。本実施形態では、第１折り返し位置Ｐ１が長手方向において直線部１０ｂと第１半円部１０ｃとの接続位置と対応していることから、ロータ４に対する頂点部分の長手方向Ｘにおける締め代δＸは、第２締め代δ２と等しい。このことは、断面中心Ｏ４が第２折り返し位置Ｐ２上に位置付けられている場合も同様である。上記の比較対象としての真円ロータの直径が、本実施形態に係るロータ４の短径と等しいと想定した場合には、長手方向Ｘにおける締め代δＸが比較対象のものと同等に維持されたうえで、短手方向Ｙにおける第１締め代δ１が比較対象のものよりも大きくなり、高いシール性を確保できる。

図７は、第１実施形態の変形例を示す。変形例では、第１折り返し位置Ｐ１が、長手方向Ｘにおいて直線部１０ｂと第１半円部１０ｃとの接続位置Ｐ３よりも挿通孔１０の先端側に位置付けられている。第２折り返し位置Ｐ２、直線部１０ｂ、および第２半円部１０ｄの位置関係についても、これと同様である。これにより、第１孔幅ａが第２孔幅ｂよりも短くなるため、第１締め代δ１の第２締め代δ２に対する差をより大きくすることができる。また、断面中心Ｏ４が第１折り返し位置Ｐ１上に位置付けられている場合において、ロータ４の短手軸が長手方向Ｘに向けられ、ロータ４の外周面４ａは第１半円部１０ｃの頂点部分と長手方向Ｘに密接される。第１折り返し位置Ｐ１がより先端側に位置付けられることで、短手軸が長手方向Ｘに向けられていても、長手方向Ｘにおける締め代δＸを確保することができ、高いシール性を維持できる。仮想的な真円ロータの直径が、本例のロータ４の長径と同等であり、本例のロータ４の長径と短径の差が第１折り返し位置Ｐ１と接続位置Ｐ３との距離と同等であり、仮想的な真円ロータの折り返し位置が接続位置と一致している場合を仮想すると、本例のロータ４において得られる長手方向Ｘにおける締め代δＸは、仮想的な真円ロータにおいて得られる長手方向Ｘにおける締め代と同等となる。

図８は、第２実施形態に係るステータ２およびロータ４の横断面を示す。本実施形態では、第１孔幅ａが第２孔幅ｂよりも小さい（ａ＜ｂ）。ロータ４の形状は、第１実施形態と同じであり、第１ロータ幅ｘは第２ロータ幅ｙよりも大きい。したがって、第１締め代δ１は、第２締め代δ２よりも大きい。第１孔幅ａが第２孔幅ｂよりも大きいため、第１締め代δ１の第２締め代δ２に対する差を大きくしやすい。

挿通孔１０の形状は、一例として、楕円形状に形成されている。第２孔幅ｂは、当該楕円の短径に相当し、第１孔幅ａは、第２孔幅ｂ（短径）未満の値となる。

第１孔幅ａが第２孔幅ｂよりも小さい場合において、挿通孔１０の形状は楕円形状に限定されない。例えば、図９に示すように、挿通孔１０の形状は、異なる曲率半径を有する複数の円弧の組み合わせでもよい。この変形例では、挿通孔１０の形状が、レーストラック形状における一対の直線部１０ｂに代えて、短手方向Ｙにおいて中心軸Ａ１から離れる側に凸の一対の円弧部１０ｅを含む。一対の円弧部１０ｅは、中心線ＣＸを基準として線対称に配置され、各円弧部１０ｅは、中心線ＣＹを基準として線対称である。各半円部１０ｆは、第１実施形態の半円部１０ｃ，１０ｄ（図３を参照）と同様にして、一対の円弧部１０ｅの端部同士を接続する。このような形状の採用により、第１孔幅ａと第２孔幅ｂとの差を大きくしやすい。なお、円弧部１０ｅは、真円の円弧でも楕円弧でもよい。円弧部１０ｅは、円弧以外の曲線（例えば、放物線）で構成された曲線部に変更可能である。

図１０は、第３実施形態に係るステータ２およびロータ４の横断面を示す。本実施形態では、第１孔幅ａが第２孔幅ｂよりも大きい（ａ＞ｂ）。第１締め代δ１を第２締め代δ２よりも大きくするため、第１ロータ幅ｘは必然的に第２ロータ幅ｙよりも大きくなり、第１ロータ幅ｘの第２ロータ幅ｙに対する差は、第１孔幅ａの第２孔幅ｂに対する差よりも大きい（ｘ－ｙ＞ａ―ｂ＞０）。ロータ４の形状は、第１実施形態と同様にして、断面中心Ｏ４にて互いに直交する長手軸および短手軸を備えた非真円形状、例えば楕円形状に形成されている。

挿通孔１０の形状は、一例として、異なる曲率半径を有する複数の円弧の組み合わせでもよい。挿通孔１０の形状は、レーストラック形状における一対の直線部に代えて、短手方向において中心軸Ａ１に近づく側に凸の一対の円弧部１０ｇを含んでいる。一対の円弧部１０ｇは、中心線ＣＸを基準として線対称に配置され、各円弧部１０ｇは、中心線ＣＹを基準として線対称である。各半円部１０ｈは、第１実施形態の半円部１０ｃ，１０ｄ（図３を参照）と同様にして、一対の円弧部１０ｇの端部同士を接続する。このような形状の採用により、第１孔幅ａを第２孔幅ｂよりも大きくしやすい。なお、円弧部１０ｇは、真円の円弧でも楕円弧でもよい。円弧部１０ｇは、円弧以外の曲線（例えば、双曲線）で構成された曲線部に変更可能である。

前記実施形態では、ロータ４の横断面を楕円形状としたが、これに限らず他の形状とすることもできる。すなわち、ロータ４の横断面形状は、長軸と短軸とを備えた非真円形状であればよい。この場合、ロータ４の横断面形状は、長軸及び短軸を中心とする線対称形状とするのが好ましい。

例えば、ロータ４の横断面形状は、図１１に示すように、長手軸方向両端部を半円４０ａとし、半円４０ａ同士を直線４０ｂで接続した長円とすることができる。長円形状には、これに近い形状も含めることができる。例えば、半円部分は複数の直線で構成してもよい。この場合、直線同士の接続部は円弧等、滑らかな曲線で構成するのが好ましい。また、長円形状に近い形状であれば、どのような線で構成されていても構わない。例えば、図１２に示すように、長手軸方向両端部が半円に満たない円弧４０ｃで構成されていたり、図１３に示すように、楕円の一部４０ｄ（図中、横軸方向に離間し、縦軸に沿う両側部分）で構成されていたりしてもよい。

横断面長円形状のロータ４によれば、両端領域に位置するときは、その半円が挿通孔１０の両端領域を構成する直線に所定の締め代で密接する。ロータ４が両端領域から中央領域に移動する際、ロータ４自身が回転し、その長手軸が徐々に挿通孔１０の長手方向Ｘに沿う。これにより、ステータ２の挿通孔１０の内周面１０ａに対するロータ４の外周面４ａの密接力を徐々に低減させることができる。ロータ４が中心軸Ａ１上に位置付けられた時点では、ロータ４の長手軸が長手方向Ｘに向けられ、ロータ４がステータ２から最も力を受けにくい状態となる。

また、ロータ４の横断面形状は、異なる曲率半径を有する複数の円弧の組み合わせとすることもできる。例えば、図１４に示すように、短手軸方向に離間し、長手軸に沿う両側部分を第１曲率半径Ｒ１の円弧４０ｅでそれぞれ構成し、長手軸方向に離間し、短手軸に沿う両側部分を、第１曲率半径Ｒ１よりも小さい第２曲率半径Ｒ２の円弧４０ｆでそれぞれ構成することができる。また、図１５に示すように、短手軸方向に離間し、長手軸に沿う両側部分を第１楕円の一部（短手軸の両側に位置する部分）からなる第１曲線４０ｇでそれぞれ構成し、長手軸方向に離間し、短手軸に沿う両側部分を、第２楕円の一部（縦軸の両側に位置する部分）からなり、第１曲線４０ｇとは曲率半径が相違する第２曲線４０ｈでそれぞれ構成することもできる。図１４の例では、第１楕円４１の中心と第２楕円４２の中心とを一致させ、第１曲線４０ｇを単一の第１楕円４１の２箇所の部分で構成し、第２曲線４０ｈを単一の第２楕円４２の２箇所の部分で構成したが、これに限らない。第１曲線４０ｇ及び第２曲線４０ｈは、それぞれ長手軸及び短手軸を中心として対称な形状であればよい。例えば、第１曲線４０ｇを構成する第１楕円４１の中心を、一方と他方（図１５中、上方側と下方側）とで、中心Ｏ４から短手軸のプラス方向とマイナス方向に同距離だけそれぞれ位置をずらせることもできる。第２曲線４０ｈについても同様である。さらに、楕円と円弧の組み合わせでも構わない。すなわち、短手軸方向の両側を楕円の一部でそれぞれ構成し、長手軸方向の両側を円弧でそれぞれ構成することもできる。

また、ロータ４の横断面形状は、縦（短手）軸を中心として横（長手）軸方向に非対称に形成することもできる。例えば、図１６に示すように、ロータ４の横断面形状を、縦軸に対して右側の輪郭を楕円の半部４０ｉで構成し、左側の輪郭を半円４０ｊで構成することができる。楕円の短軸が縦軸に合致している。この構成によれば、ロータ４の回転によりステータ２の挿通孔１０の内周面１０ａとの密接の仕方を横断面の両側で相違させることができ、用途に応じた設計の自由度を高めることが可能となる。

以上のように、ロータ４の断面形状が長手軸方向および短手軸方向を備える場合において、δ１＞δ２の関係性を満たす限りにおいて、ロータ４を第１～第３実施形態のいずれにも適用可能である。第２実施形態については、真円形状の断面を有するロータ４も適用可能である。

前記実施形態では、第１開口部５からケーシング１内に流動物を取り込んで第２開口部６から吐出するように構成したが、ロータ４を逆方向に回転させることにより第２開口部６から取り込んで第１開口部５から吐出させるように構成することも可能である。

前記実施形態では、ステータ２を外筒２ｂとステータ本体２ａとで構成したが、図１７に示すように、外筒のないステータ本体２ａのみで構成することもできる。ケーシング１の一端部は、段付き形状に形成され、内径側端部２１が円筒状に突出している。エンドスタッド３は、一方の面の中心孔２２の周囲に凹部２３が形成されている。ステータ本体２ａは一端側に鍔部２４が形成されている。エンドスタッド３の凹部２３に、ステータ本体２ａの鍔部２４、さらにケーシング１の内径側端部２１を挿入することにより、鍔部２４を凹部２３の底面と内径側端部２１の端面との間に挟持してステータ２（ステータ本体２ａ）を装着することができる。

この構成によれば、ステータ２（ステータ本体２ａ）を、外径側に変形可能で、前記挟持部分での片持ち構造とすることができる。これにより、構造を簡略化して簡単かつ安価に製作することができる。前記実施形態のように、外筒２ａとステータ本体２ｂとを固定するための接着剤もないので、接着剤の耐液性等を考慮する必要もない。

１…ケーシング
１ａ…内部空間
１ｂ…周壁
１ｃ…接続管
２…ステータ
２ａ…ステータ本体
２ｂ…外筒
３…エンドスタッド
３ａ…内部空間
４…ロータ
４ａ，４ａＰ１，４ａＡ１，４ａＰ２…外周面
５…第１開口部
６…第２開口部
７…流路
８…ステーボルト
１０…挿通孔
１０ａ…内周面
１０ｂ…直線部
１０ｃ，１０ｄ，１０ｆ，１０ｈ…半円部
１０ｅ，１０ｇ…円弧部
１１…カップリング
１２…カップリングロッド
１３…ジョイントヘッド
１５…移送空間
２１…内径側端部
２２…中心孔
２３…凹部
２４…鍔部
１００…一軸偏心ねじポンプ
Ａ１…中心軸
ＣＸ，ＣＹ…中心線
Ｏ４…断面中心
Ｐ１，Ｐ２…折り返し位置
Ｘ…挿通孔の長手方向
Ｙ…挿通孔の短手方向
ａ…第１孔幅
ｂ…第２孔幅
ｘ…第１ロータ幅
ｙ…第２ロータ幅
δ…（短手方向の）締め代
δ１…第１締め代
δ２…第２締め代

Claims (14)

1. 内周面が雌ねじ型に形成された挿通孔を有するステータと、
   前記ステータの挿通孔に挿通され、前記ステータの中心軸に対して偏心回転を行う雄ねじ型の軸体からなるロータと、
   を備え、
   前記中心軸に直交する横断面において、
   前記挿通孔が、長孔として形成され、
   前記ロータの前記偏心回転に伴い、前記ロータの断面中心が、前記ステータの前記中心軸を通過して前記挿通孔の長手方向に延びる中心線に沿って、前記中心軸から見て前記長手方向において互いに反対側に設定された一対の折り返し位置の間で、前記長手方向に往復移動し、且つ
   前記ロータは、前記長手方向に直交する前記挿通孔の短手方向において、前記挿通孔の前記内周面に密接され、
   前記断面中心が前記折り返し位置に位置する場合における前記ロータに対する前記ステータの第１締め代が、前記断面中心が前記中心軸に位置する場合における前記ロータに対する前記ステータの第２締め代よりも大きく、
   第１孔幅とは、前記ロータに密接されていない自然状態において前記折り返し位置での前記挿通孔の前記短手方向における寸法であり、第２孔幅とは、前記中心軸での前記自然状態の前記挿通孔の前記短手方向における寸法であり、
   第１ロータ幅とは、前記折り返し位置上の前記断面中心での前記ロータの前記短手方向における寸法であり、第２ロータ幅とは、前記中心軸上の前記断面中心での前記ロータの前記短手方向における寸法であり、
   前記第１ロータ幅の前記第２ロータ幅に対する差が、前記第１孔幅の前記第２孔幅に対する差よりも大きい、
   一軸偏心ねじポンプ。
2. 前記断面中心が前記中心線に沿って前記折り返し位置から前記中心軸へと移動するにつれて、前記ロータに対する前記ステータの締め代が、前記第１締め代から前記第２締め代へと漸次小さくなる、
   請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。
3. 前記断面中心が前記中心線上の任意点に位置する場合において、前記ロータに対する前記ステータの締め代とは、前記自然状態で当該任意点から前記挿通孔の前記内周面までの前記短手方向における距離に対する、当該任意点上の前記断面中心から前記ロータの外周面までの前記短手方向における距離の超過量である、
   請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。
4. 前記第１孔幅が、前記第２孔幅よりも小さい、
   請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。
5. 前記第１孔幅が、前記第２孔幅と等しい、
   請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。
6. 前記横断面において、前記挿通孔が、レーストラック形状に形成されている、
   請求項５に記載の一軸偏心ねじポンプ。
7. 前記第１孔幅が、前記第２孔幅よりも大きい、
   請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプ。
8. 前記横断面において、前記ロータは、互いに直交する長手軸と短手軸とを備えた非真円形状に形成され、
   前記断面中心が前記折り返し位置に位置するとき、前記長手軸が前記短手方向に向けられ、前記短手軸が前記長手方向に向けられ、
   前記断面中心が前記中心軸に位置するとき、前記長手軸が前記長手方向に向けられ、前記短手軸が前記短手方向に向けられる、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の一軸偏心ねじポンプ。
9. 前記横断面において、前記ロータは、楕円形状である、
   請求項８に記載の一軸偏心ねじポンプ。
10. 前記横断面において、前記ロータは、長円形状である、
    請求項８に記載の一軸偏心ねじポンプ。
11. 前記横断面において、前記ロータは、短手軸方向両側部の第１曲線と、長手軸方向両端部の第２曲線とを備え、前記第１曲線は前記第２曲線に比べて曲率半径が大きい、
    請求項８に記載の一軸偏心ねじポンプ。
12. 前記横断面において、前記ロータは、長手軸方向に非対称である、
    請求項８に記載の一軸偏心ねじポンプ。
13. 前記ステータは、弾性材料からなるステータ本体のみで構成されている、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の一軸偏心ねじポンプ。
14. 前記断面中心が前記折り返し位置に位置する場合において、前記ロータの外周面が前記長手方向における所定の締め代で前記挿通孔の前記内周面に前記長手方向に密接される、
    請求項１から７のいずれか１項に記載の一軸偏心ねじポンプ。

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