JPH03149377A

JPH03149377A - 一軸偏心ねじポンプ

Info

Publication number: JPH03149377A
Application number: JP28654189A
Authority: JP
Inventors: Kazutomo Inori; 祷　和智
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-06-25
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866969B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、特に粘性の高い流体の輸送に好適な一軸偏心
ねじポンプに関するものである。

〔従来の技術〕

一軸偏心ねじポンプは粘性の高い流体でも圧送でき、定
量性があるという特長を有しているため、オイルや塗料
、パルプ液などの高粘性流体や薬液、食品などの圧送に
使用されていた。

この一軸偏心ねじポンプの構造は、第１図に示すように
、回転軸に対して偏心した円形断面を有する雄ねじ状の
ロータ２を、長円形断面を有し、ピッチがロータ２の２
倍である雌ねじ状の内面を形成したステータ１に内装し
、前記ロータ２には、２つのユニバーサルジヨイント３
，３、コネクティングロッド４を介してシャフト５が連
結され、軸封部６でシールされていた。該シャフト５に
よって前記ロータ２を回転させれば、ロータ２は回転軸
を中心として回転すると共に、固定されたステータｌの
軸心に対して偏心運動を行うことによ→て流体を吸込ロ
アから吐出口８へ圧送できるようになっていた。

また、ステータ１は金属、ゴムなどから形成されており
、ロータ２、コネクティングロッド４、シャフト５など
はすべて金属からなっていたが、近年ステータｌあるい
はロータ２をセラミックスで形成することによって、高
温流体や腐蝕性流体を圧送でき、摩耗を少なくするよう
にした一軸偏心ねじポンプが開発されてきた。

たとえばステータ１をセラミックスで形成する場合は、
内面形状と同形状の中金型を用いて、ラバープレス、鋳
込みなどにより成形した後焼成するようにしていたく特
開昭６２−２９７８１号公報参照）。

〔従来技術の課題〕

ところが、上記の如きセラミックスからなるステータ１
の内面やロータ２の外面は非常に複雑な形状であるため
焼成後の研削を行っておらず、収縮率のばらつきや焼成
時の変形などにより、寸法精度に限界があった。たとえ
ば、セラミックスからなるステータ１とロータ２を用い
た一軸偏心ねじポンプではステータｌとロータ２の間の
隙間が３００μｍ程度生じていた。

また、特開昭６３−１０２８６４号公報に示されるよう
に、ロータ２のみを研削することも考えられていたが、
それでもステータ１とロータ２の隙間は１５０μｍ程度
生じてしまい、このような一軸偏心ねじポンプはポンプ
効率が低く、水などの粘度の低い流体は圧送不能である
といった問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記に鑑みて本発明は、一軸偏心ねじポンプのロータお
よびステータをセラミックスにより形成するとともに、
ロータの外面およびステータの内面を研削することによ
って両者の隙間を１００μｍ以下としたものである。

また、上記ロータの研削は、円柱状砥石を用い、該円柱
状砥石の側面がロータの曲面に法線方向から接するよう
に予め位置を計算しておき、ロータの回転と円柱状砥石
の送りを同期させることによって行なう。

さらに、ステータの研削は、内面と同形状の雄ねじ状で
かつ先細状の総形砥石を挿入し、ステータと総形砥石を
相対的に往復動させながら、徐々に総形砥石を進めてゆ
くことによって行なう。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

この一軸偏心ねじポンプの構過は、第１図に示すように
、回転軸に対して偏心した円形断面を有する雄ねじ状の
ロータ２を、長円形断面を有し、ピンチがロータ２の２
倍である雌ねじ状の内面を形成したステータｌに内装し
、前記ロータ２には、２つのユニバーサルジヨイント３
，３、コネクティングロッド４を介してシャフト５が連
結され、軸封部６でシールされている。該シャフト５に
よって前記ロータ２を回転させれば、ロータ２は回転軸
を中心として回転すると共に、固定されたステータｌの
軸心に対して偏心運動を行なうことによって流体を吸込
ロアから吐出口８へ圧送できるよになっている。

また、上記ステータ１、ロータ２はセラミ、クスにより
形成されており、第１図中のＡ−Ａ線断面図を第２図に
示すように、ステータｌの内面は長円形断面であり、ロ
ータ２の断面は円形となっている。そしてステータ１内
面の短径をＤ１１ロータ２の直径をＤ２とすると、両者
の隙間Ｃは、Ｃ＝Ｄ、−Ｄ２で与えられ、結局隙間Ｃは
り、とＤ２の寸法精度によって決定されるものである。

そこで、本発明では以下に示すようにステータｌの内面
、ロータ２の外面を研削することによって、Ｄ、、Ｄ、
の寸法精度を高めて隙間Ｃを小さくし、特に隙間Ｃを１
００μｍ以下とすることによって水などの粘度の低い流
体でも圧送できるようにポンプ効率を高めたものである
。

次にステータｌの研削方法について説明する。

第３図において、１は中金型を用いて成形後焼成してな
るセラミックスのステータであり、このステータ１をヘ
アリング１１を用いて保持部＋ＡＩＯに回転自在に保持
しである。また総形砥石１２は、面舵ステータ１の内面
と同形状の雄ねじ状であり、金属からなる基体の表面に
＃１２０程度のダイＡ・モンド砥粒を電着したものであ
る。この総形砥石１２は、先端部１２ａに向けてテーバ
状に小断面となるような先細形状であり、根元部］２１
〕から、ステータ１の全長と同じ長さの範囲は正規寸法
となっている。

この総形砥石１２をステータ１の内面に挿入し、研削液
１３を供給した状態で、前記総形砥石１２を前後に往復
させながら徐々に先端方向へ進めどゆｉＪ６一ば良い。このとき先端部１２ａでは小断面であるため総
形砥石１２とステータ１の内面との間にクリアランスが
あるが、根元部１２ｂ近傍では総形砥石１２は正規寸法
となっているため、この間のテーパ形状によって、ステ
ータの１の内面を徐々に研削できる。そして、総形砥石
１２の正規寸法部分がステータ１の内面を完全に通過す
るまで総形砥石１２を進めれば研削は終了する。

また、総形砥石１２の動きは単に前後動するだけである
が、総形砥石１２およびステータ１の内面の形状はねじ
状となっているため、総形砥石１２の前後動に応じてス
テータ１は従属回転し、ステータｌの内面をすべて均一
に研削することができる。

次にロータ２の研削方法について説明する。

第４図（ａ）は平面図、第４図（ｂ）は正面図、第４図
（Ｃ）は側面図である。第４図（ａ）〜（ｃ）中、２は
一軸偏心ねじポンプ用のロータであり、窒化珪素、アル
ミナなどのセラミックスからなるものである。また、２
０は円柱状砥石であり、これは円柱状の基体の表面にダ
イヤモンド一等の砥粒を固着してなるものである。

この円柱状砥石２０を回転させながら、その側面２０ａ
で、ロータ２の表面を研削してゆくが、このときロータ
２をＷ軸（Ｘ軸まわりの回転）方向に回転させながら、
円柱状砥石２０をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に制御しつつ、
Ｘ軸方向に移動させてゆ（Ｊば、ロータ２の全面を研削
することができる。また、第４図（ａ）に示すようにロ
ータ２表面の研削点Ｂを研削する場合には、研削点Ｂに
おけるロータ曲面の法線りを計算しておき、円柱状砥石
２０の中心Ｒがこの法線り上にくるように円柱状砥石２
０の位置を設定しておけば良い。

また、このようにして研削されたローク２は、第４図（
ｂ）に示すように、根元部２ａが曲面状となり、かつ研
削痕２ｂは長袖方向にスパイラル状に形成されることか
ら、いずれもロータ２の抗折強度を大きくするように作
用する。

さらに、上記のようにして研削した後のステータ１、ロ
ータ２．の表面は、研削痕を有し、表面粗さ５〜６８程
度の面であるが、このままポンプと−７〜して使用しても特に問題はない。ただし、必要があれば
、研削後、バレル研磨を行なって、表面粗さ２８以下の
なめらかな面とすることもできる。

特に食品の圧送に用いる場合は、ステータ１、ロータ２
の表面をなめらかな面としておくことによって付着物の
除去を容易にできる。

次に、本発明の一軸偏心ねじポンプにおいて、ステータ
１、ロータ２に用いるセラミック材について説明する。

上記ロータ２はステータ１の内部で互いに摺動しながら
激しく回転するため、これらの材料として要求される特
性は、靭性が高く、摺動性に優れていることである。

そこで、さまざまなセラミック材について、靭性と摺動
性を調べた。靭性については臣ｎ界応力拡大係数（Ｋ＋
ｃ）によって評価し、また摺動特性については、明確な
基準はないが、硬度、高温強度、熱伝導率などの特性、
および実験結果などから相対的に評価した。結果は第１
表に示す通りである。

第１表￥セラミックス　　　　　　　　　　　　　セラミック
ス　　　　　　　　　　　　　　第１表中、Ｎａｌは８
０〜９５重量％のＳｉＪａを主成分とし、焼結助剤とし
てＹ２Ｏ２、Ａｈ０３を含むものである。この窒化珪素
質セラミックスは、結晶がアスペクト比２〜２０の針状
結晶となっているため靭性が高く、かつ摺動特性も優れ
ていることから、一軸偏心ねじポンプ用の材料として最
も優れている。なお、Ｍａｌは常圧焼結によるものであ
るが、焼結助剤の量を減らしてＧＰＳ　（ガス圧焼結）
、ＨＩＰ　（熱間静水圧プレス）、ＨＰ（ホットプレス
）などで焼結することにより、強度、靭性を−層高める
ことができる。

また、阻２は８０〜９５重量％のＳｉＣを主成分として
、焼結助剤としてＹｚ０３、Ａ１１０３を含み液相焼結
したものである。この炭化珪素質セラミックスＡは−１
の窒化珪素質セラミックスと類似した特性を示している
。一方、嵐３は８０〜９５重量％のＳｉＣを主成分とし
、焼結助剤としてＢ（ホウ素）、Ｃ（炭素）を含有して
固相焼結したものである。この炭化珪素質セラミックス
Ｂは−性がやや低いが、固相焼結であるため耐蝕性に優
れており、特に薬品の圧送に適している。

さらに、翫４のジルコニアセラミックスは、ＺｒＯ，を
主成分とし、安定化材として３ｍ０１％程度のｙ、ｏ３
を含有してなる部分安定化ジルコニアセラミックスであ
る。このジルコニアセラミックスは靭性は高いが、摺動
特性が悪いためあまりふされしいものではなかった。

また、Ｉｋ５はＡｌｔｏｓを９９％程度含有し、焼結助
剤としてＳｉＯ、ＭｇＯ、ＣａＯなどを含有したアルミ
ナセラミックスであり、特性的にはやや劣るが、厳しい
環境でなければ充分使用することができる。

なお、その場合は、Ａ１１０３含有量９９％以上のもの
が好ましい。

以上のように、本発明の一軸偏心ねじポンプを構成する
ステータ１１ロータ２の材質としては、アルミナセラミ
ックスでも良いが、厳しい環境で使用する場合は、窒化
珪素質セラミックス、炭化珪素質セラミックスが優れて
おり、なかでも第１表中Ｎａｌに示す窒化珪素質セラミ
ックスが最も優れていた。また、特に薬品の圧送に用い
る場合は、耐蝕性に優れた阻３の炭化珪素質セラミック
スが良い。

さらに、上記ステータ１１ロータ２は、高温流体圧送時
でも互いの隙間の大きさが変わらないように、両者を同
じ材質としたものが良いが、炭化珪素質セラミックスと
窒化珪素質セラミックスのように熱膨張率の類似したち
の同士であればこれらの組合わせとすることもできる。

ここで、本発明実施例として、第１表中嵐１の窒化珪素
質セラミックスによりステータ１および直径１５　＋ｍ
ｍのロータ２を形成して一軸偏心ねじボンブを構成し、
第２表に示すようにステータ１とロータ２の隙間Ｃの大
きさを変化させ、それぞれ回転数５００回転／分で清水
を圧送したときの締め切り圧力を比較した。

〔以下余白〕

第２表阻　研削の　ステータとロータ　締め切り有無　　の隙
間　（μｍ）　　圧力（ｍ）°　第２表において、嵐３
はステータ１側に研削を行なわない比較例であり、ステ
ータ１とロータ２の隙間が１５０μｌあるため、締め切
り圧力が５ｍと低く、清水の圧送には使用できなかった
。これに対して、本発明実施例である血１．２はステー
タ１およびロータ２を研削することによって両者の隙間
を１００μｌ以下としたため締め切り圧力を２０ｍ以上
とでき、清水の圧送に通常使用できる程度の性能であっ
た。

〔発明の効果〕

畝上のように本発明によれば、一軸偏心ねじポンプのロ
ータおよびステータをセラミックスで形成するとともに
、両者の隙間を１００ミー以下としたことによって、ポ
ンプ効率が高く、水などの低粘性流体でも圧送できるだ
けでなく、耐蝕性、耐摩耗性、耐熱性等にも優れた高性
能の一軸偏心ねじポンプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一軸偏心ねじポンプの構造を示す断面図、第２
図は第１図中のＡ−Ａ線断面図である。第３図は本発明の一軸偏心ねじポンプを構成するステー
タの研削方法を示す断面図である。第４図（ａ）〜（ｃ
）はそれぞれ本発明の一軸偏心ねじポンプを構成するロ
ータの研削方法を示しており、第４図（ａ）は平面図、
第４図（ｂ）は正面図、第４図（ｃ）は側面図である。１・・・ステータ　　　２−−・ロータ３・・・ユニバ
ーサルジョイン１− ４・・・コネクティングロッド５・・・シャフト

Claims

【特許請求の範囲】

回転軸に対して偏心した円形断面を有する雄ねじ状のロ
ータを、長円形断面で雌ねじ状の内面をもったステータ
に内装してなる一軸偏心ねじポンプにおいて、前記ロー
タおよびステータをセラミックスで形成するとともに、
両者の隙間を１００μｍ以下としたことを特徴とする一
軸偏心ねじポンプ。