JPWO2010103993A1 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

Abstract

高圧側から低圧側へのスラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減を抑制し得る一軸偏心ねじポンプを提供する。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が回転しつつステータ４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ものである。そして、この一軸偏心ねじポンプ１は、ステータ４の吐出側の端部に、吐出側に向けて軸方向に延設されて、その外径がステータ４の吸入側軸受摺接部４ｓの外径φＢよりも小径であり且つその径内受圧面積がステータ４の開口部４ｍの面積よりも大きな円環状の小径部４ｐと、この小径部４ｐの外周面に摺接し且つ吐出側の自己潤滑軸受５とステータ４との摺動部端を密封するように配設されたシール部材１６とを備えている。

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、相互の圧力差によって吐出側から吸込側に向けてスラスト荷重が生じ、このスラスト荷重によって軸受に大きな負担がかかり、軸受摺動部の寿命低減につながるという問題がある。
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スラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減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スラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減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、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、前記ステータの吐出側の端部に形成され且つ吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吐出側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備え、前記円環状の小径部は、その外径が前記ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径であり且つ当該小径部の径内部がポンプ吐出圧を受ける径内受圧面積が前記ステータの開口部の径内部がポンプ吐出圧を受ける面積よりも大きい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は、駆動軸に直結された雄ねじ状の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ものである。そのため、上述したような、ユニバーサルジョイントを用いた従来の一軸偏心ねじポンプに比べて、ロータとステータとの間の「こじれ」が生じないため、圧送流体の吐出側から吸入側への漏れが少なく、効率が高い。したがって、従来の一軸偏心ねじポンプよりも高い吐出圧力まで昇圧することができる。

その分、本発明に係る一軸偏心ねじポンプは、ロータとともにステータも回転する構成なので、ステータを保持するすべり軸受に、吐出側から作用するスラスト力が大きくなる。そこで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプでは、ステータの吐出側に小径部を設けてシール部材を配し、このシール部材を配した小径部によって、スラスト荷重の釣り合いをとり、すべり軸受へのスラスト力をバランスさせたものである。

すなわち、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、ステータの吐出側の端部に形成され且つ吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吐出側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備え、円環状の小径部は、その外径がステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径なので、高圧側となるステータの吐出側の受圧面積を低圧側となるステータの吸入側の受圧面積に比べて小さくすることができる。そのため、ステータの両端にかかる吐出側（高圧側）と吸入側（低圧側）とでの、スラスト方向における前方からの圧力を低減させることができる。したがって、高圧側から低圧側へのスラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減を抑制することができる。

ここで、小径部の外径をステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径とする限界が問題となる。つまり、小径部の外径を、所定を超えて小さくしすぎれば、ポンプの吐出抵抗（圧損）となるので、ポンプ効率が低下することになる。また、小径部の外径を、所定を超えて小さくしすぎれば、スラスト荷重の釣り合い（バランス）が逆方向（低圧側から高圧側へのスラスト荷重が生じる）ともなるからである。

そこで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、小径部の外径を、ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径としつつも、当該小径部の外径の寸法設定に際し、その径内部がポンプ吐出圧を受ける径内受圧面積がステータの開口部の径内部がポンプ吐出圧を受ける面積よりも大きくなるように設定している。
これにより、後述の実施形態で詳述するように、ポンプの吐出抵抗（圧損）の増加が防止されるので、ポンプ効率の低下もない。また、ロータとステータの摺動摩擦抵抗から発生する前方に作用するスラスト力（ロ−タの回転力に起因し常に一定）をも同時に考慮し、スラスト荷重の釣り合い（バランス）が逆方向とならない範囲に保たれる。したがって、ポンプ効率を維持しつつ、高圧側から低圧側へのスラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減を確実に抑制することができるのである。

ここで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、前記ステータの吸入側の端部に形成され且つ吸入側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吸入側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備えていることは好ましい。
このような構成であれば、ステータの吸入側にもシール部材を配しているので、すべり軸受の部分への圧送液の流入を遮断することができる。これにより、送液部とすべり軸受の部分とが別空間となり、ＣＩＰ（定置洗浄）において、汚れが残り易く洗浄性の悪い連通路を洗浄することがなくなり、接液部のみを洗浄することになる。したがって、洗浄性に優れた構造となる。さらに、すべり軸受の部分での摩耗粉等の異物が圧送液に混入することを防止できるため、サニタリー性を一層確実なものとすることができる。

また、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、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、該連通路に連通するように前記シール部材の吸入側に設けられた注入口と、前記圧送される流体の吐出口に連通するように前記シール部材の吐出側に設けられた汲取口とを更に備え、前記汲取口と注入口とが、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いることは好ましい。

このような構成であれば、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き、その導いた圧送流体を流量制御部で適宜調整し、これを注入口から摺動部に軸方向に沿って設けられた連通路に供給することができる。したがって、圧送流体の液質に応じて、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好適である。

本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、高圧側から低圧側へのスラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減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第一の実施形態の説明図であって、同図（ａ）はその側面図（要部を軸線に沿った断面図にて図示）であり、また、同図（ｂ）および（ｃ）は、同図（ａ）でのＣから見た部分端面図であり、（ｂ）はステータの開口部をハッチングで示しており、（ｃ）は小径部の径内部をハッチングで示している。 図１に対応する圧力バランスを説明する図であり、ステ−タに作用するスラスト荷重Ｆが左から右方向のスラスト荷重Ｆ１と、それとは逆（右から左）方向のスラスト荷重Ｆ０の場合を表しており、図２（ａ）が一軸偏心ねじポンプの縦断面図、図２（ｂ）は、その左方向から見た矢視図である。 図１に対応する圧力バランスを説明する図であり、ステ−タに作用するスラスト荷重Ｆが左から右方向のスラスト荷重Ｆ１と、それとは逆（右から左）方向のスラスト荷重Ｆ０の場合を表しており、図３では、図２と同じ状態で図２とは９０度位相がずれた関係を示しており、図３（ａ）が一軸偏心ねじポンプの縦断面図、図３（ｂ）は、その左方向から見た矢視図である。 図１に対応する圧力バランスを説明する図（比較例）であり、ステ−タに作用するスラスト荷重Ｆが右から左方向のスラスト荷重Ｆ０とスラスト荷重Ｆ４の場合を表しており、図４（ａ）が一軸偏心ねじポンプの縦断面図、図４（ｂ）は、その右方向から見た矢視図である。 図１に対応する圧力バランスを説明する図であり、ステ−タに作用するスラスト荷重Ｆが左から右方向のスラスト荷重Ｆ２と、それとは逆（右から左）方向のスラスト荷重Ｆ０およびスラスト荷重Ｆ３の場合を表しており、図５（ａ）が一軸偏心ねじポンプの縦断面図、図５（ｂ）は、その左方向から見た矢視図である。 図１に対応する圧力バランスを説明する図であり、ステ−タに作用するスラスト荷重Ｆが左から右方向のスラスト荷重Ｆ２と、それとは逆（右から左）方向のスラスト荷重Ｆ０およびスラスト荷重Ｆ３の場合を表しており、図６では、図５と同じ状態で図５とは９０度位相がずれた関係を示しており、図６（ａ）が一軸偏心ねじポンプの縦断面図、図６（ｂ）は、その左方向から見た矢視図である。 本発明に係る一軸偏心ねじポンプの第二の実施形態の説明図であって、同図（ａ）はその側面図（要部を軸線に沿った断面図にて図示）である。 図７に示す第二の実施形態の一軸偏心ねじポンプの変形例である。 ステータに小径部を形成せず、また、シール部材を配設しない場合の一軸偏心ねじポンプの比較例を示す図である。

以下、本発明の第一の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１（ａ）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。このハウジング７は、吸込側（同図（ａ）の右側）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。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。そして、この一軸偏心ねじポンプ１は、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、このステータ４は、ステータ外筒４ａと、このステータ外筒４ａ内に嵌め込まれたステータ内筒４ｂとから構成され、これらが一体で回転するようになっている。ステータ内筒４ｂはゴム製であり、その内部に形成される螺旋部４ｃは、その雌ねじ状のピッチがロータ２の螺旋部２ａの２倍である。

また、このステータ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を介して上記ハウジング７内に回転自在に支承されている。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、ステータ４自身の外周面にも、その両端部に自己潤滑軸受５、６を外嵌可能な凹の段部４ｔがそれぞれ形成され、これら凹の段部４ｔおよび７ｔによって、上記自己潤滑軸受５、６の軸方向への移動が拘束されるようになっている。

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４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、この一軸偏心ねじポンプ１は、ステータ４の吐出側の端部に、吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部４ｐと、この小径部４ｐの外周面に摺接するシール部材１６とを有している。すなわち、この一軸偏心ねじポンプでは、シール部材１６の円環状小径部４ｐの外側の領域にかかる圧力を、シール部材１６によってステータ側と遮断する構造となっている。

この小径部４ｐは、その外径φＡがステータ４の吸入側の軸受摺接部４ｓの外径φＢ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た段付き形状として形成されている。
そのため、シール部材１６の円環状小径部４ｐの径の大きさを変えることで、ステータ４の受圧面積で決定されるステータ４へのスラスト力を調整（バランス）でき、これにより自己潤滑軸受６への高圧側からのスラスト力を低減可能となる。

すなわち、この小径部４ｐの外径φＡの大きさは、ステータ４の両端にかかるスラスト方向における前方（左側）からの圧力を低減させることができるように、高圧側となるステータ４の吐出側の受圧面積を、低圧側となるステータ４の吸入側の受圧面積に比べて小さくしている。より具体的には、この小径部４ｐは、その外径φＡが、ステータ４の吸入側軸受摺接部４ｓの外径φＢよりも小径であり且つ、小径部４ｐの径内部がポンプ吐出圧を受ける面積を径内受圧面積（前記シール部材１６の内径に対しての、「シール内径受圧面積」でもある）（図１（ｃ）の斜線部分参照）と呼ぶとき、この径内受圧面積が、ステータ開口部４ｍの径内部がポンプ吐出圧を受ける面積（図１（ｂ）斜線部分参照）よりも大きな径になるように設定されている。

以下、この小径部４ｐの外径φＡの決定に係る、圧力バランス状態の設定について、図２〜図６を適宜参照しつつ詳しく説明する。
まず、小径部４ｐの外径φＡの寸法設定に際して、上記径内受圧面積が、ステータ４の開口部４ｍの径内部がポンプ吐出圧を受ける面積よりも大きく設定されている場合について図２および図３を参照して説明する（本願発明の範囲の一実施例であって、この例では、小径部４ｐの外径φＡの直径が、ステータ４の開口部４ｍの長径よりも大きいときを示している）。ここで、この圧力バランスを説明する図２および図３は、ステータ４に作用するスラスト荷重Ｆが左から右方向の場合を示している。

このとき、ステータ４には、ロ−タ２の回転力に起因して図２および図３での右から左方向へのスラスト荷重Ｆ０と、左から右方向に作用するスラスト荷重Ｆ１（ポンプ吐出圧Ｐｈと高圧側の径内受圧面積Ｓ１との積）とが作用する。
Ｆ＝Ｆ１−Ｆ０＝Ｓ１×Ｐｈ−Ｆ０
Ｆ１＞Ｆ０
すなわち、小径部４ｐの外径φＡは、小径部４ｐの径内受圧面積が、ステータ４の開口部４ｍの面積よりも大きく設定されている場合には、ステータ４は、図２および図３での左から右方向に押し付けられることになる。そのため、ステ−タ４の軸受には左から右方向のスラスト荷重がかかる。しかしながら、本願発明の前提として、小径部４ｐの外径φＡの設定寸法自体は、上述のように、そもそもステータ４の吸入側軸受摺接部４ｓの外径φＢよりも小径に設定されている。したがって、この場合であっても、少なくとも高圧側から低圧側へのスラスト荷重は抑制される。
しかし、小径部４ｐの外径の設定寸法を、スラスト方向での荷重が釣り合う（バランスする）範囲を超えて小さくしすぎると、ステ−タ４の軸受には右から左方向のスラスト荷重がかかる。したがって、小径部４ｐの外径の設定寸法を小さくする程度にも限界がある。

圧力バランスを説明する図４は、小径部４ｐの外径の設定寸法を小さくしすぎた例（本願発明の範囲ではない比較例であって、この例では、小径部４ｐの外径φＡの直径が、ステータ４の開口部４ｍの短径よりも小さいときを示している）であり、この例では、ステータ４に作用するスラスト荷重Ｆが右から左方向のスラスト荷重Ｆ０とスラスト荷重Ｆ４の場合を示している。このとき、ステータ４には、ロ−タ２の回転力に起因して同図右から左方向へのスラスト荷重Ｆ０と、右から左方向へのスラスト荷重Ｆ４（ポンプ吐出圧Ｐｈと高圧側の径内受圧面積Ｓ４との積）とが作用する。
Ｆ＝−Ｆ４−Ｆ０＝−Ｓ４×Ｐｈ−Ｆ０
よって、この場合には、高圧側の径内受圧面積Ｓ４は、ポンプの吐出抵抗となり、スラスト荷重Ｆ４はすなわち圧損となる。したがって、小径部４ｐの外径φＡの設定寸法を小さくしすぎれば、ポンプ効率が低下することになる。

次に、圧力バランスを説明する図５および図６は、小径部４ｐの外径の設定寸法を所定の限度において小さくした例（本願発明の範囲の一実施例）であり、ステ−タ４に作用するスラスト荷重Ｆが左から右方向のスラスト荷重Ｆ２と、それとは逆（右から左）方向のスラスト荷重Ｆ０およびスラスト荷重Ｆ３の場合を示している。
このとき、ステ−タ４には、ロ−タ２の回転力に起因して、図５および図６の右から左方向へのスラスト荷重Ｆ０、左から右方向へのスラスト荷重Ｆ２（ポンプ吐出圧Ｐｈと高圧側の径内受圧面積Ｓ２との積）、および、右から左方向へのスラスト荷重Ｆ３（ポンプ吐出圧Ｐｈと高圧側の径内受圧面積Ｓ３との積）が作用する。
Ｆ＝Ｆ２−Ｆ３−Ｆ０＝Ｓ２×Ｐｈ−Ｓ３×Ｐｈ−Ｆ０
Ｆ２≧Ｆ０＋Ｆ３

ここで、小径部４ｐの径方向の肉厚については、そのスラスト方向（吐出を基準に見ると前後方向）に対しては、均等にポンプ吐出圧Ｐｈが作用する。そのため、スラスト方向で左右から作用する圧力は相殺されるので、小径部４ｐの外径の設定寸法を所定の限度において小さくした寸法を設定するに際し、小径部４ｐの外径（シール部材１６のシ−ル内径）φＡのみを受圧面積を計算する上での基準として問題はない。すなわち、Ｆ２＝Ｆ０＋Ｆ３となるようにシ−ル内径φＡを設定するとステ−タ４に作用するスラスト荷重は釣り合う（バランスする）ことになる。

更に、実際の一軸偏心ねじポンプでは、ロータ２の回転に伴う上述のスラスト力とは逆方向、すなわち前方に作用するスラスト荷重Ｆ０（ロ−タの回転力に起因し常に一定）が、ロータ２とステータ４の摺動摩擦抵抗から発生している。そこで、本願発明では、この前方に作用するスラスト力をも考慮する。つまり、本願発明では、小径部４ｐの外径φＡの寸法設定に際し、この前方に作用するスラスト荷重Ｆ０を差し引いているので、小径部４ｐの最小径を、その径内受圧面積が前記ステータの開口部の径内部がポンプ吐出圧を受ける面積よりも大きくなるように決定しているのである。

また、この一軸偏心ねじポンプ１は、ハウジング７の本体部７ｂの吐出側の端部に、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、上記シール部材１６は、吐出側の自己潤滑軸受５とステータ４との摺動部端よりも吐出側に、ステータ４の小径部４ｐの外周面に対向し且つ前記摺動部端を密封するように配設されている。

詳しくは、吐出部７ｃが、ハウジング７の本体部７ｂに突設される鍔部７ｈに対向する面には、横断面が略Ｌ字状の装着溝７ｍが形成されている。この装着溝７ｍは、上記小径部４ｐの外周面に摺接させるようにシール部材１６を嵌め込み可能に形成され、この装着溝７ｍ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、吐出側に向けて突設されたリップ部を有するリップシールを用いている。

さらに、この一軸偏心ねじポンプ１は、ステータ４の吸入側の端部に、円環状の小径部４ｑが設けられている。この小径部４ｑは、吸入側軸受摺接部４ｓ（外径φＢ）が、ステータ４の吸入側に向けて軸方向に延設されることで形成されている。そして、この小径部４ｑの外周面に摺接し且つ吸入側の自己潤滑軸受６とステータ４との摺動部端を密封するように、円環状のシール部材１８が配設されている。

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。
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とを備えており、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、上述したように、ステータ４の吐出側の端部に形成され且つ吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部４ｐと、この小径部４ｐの外周面に摺接し且つ吐出側の自己潤滑軸受５とステータ４との摺動部端を密封するように配設されたシール部材１６とを備え、円環状の小径部４ｐは、その外径φＡが、ステータ４の吸入側軸受摺接部４ｓの外径φＢよりも小径であり且つその小径部４ｐの径内受圧面積（図１（ｃ）の斜線部分参照）がステータ４の開口部４ｍの面積（図１（ｂ）斜線部分参照）よりも大きいので、上述したように、ポンプ効率を維持しつつ、高圧側となるステータ４の吐出側の受圧面積を低圧側となるステータ４の吸入側の受圧面積に比べて小さくすることができる。

そのため、図９に例示するように、ステータに小径部を形成しない場合の一軸偏心ねじポンプ１００と比較して、図９に示す高圧側（同図の符号Ｐｈの側）から低圧側（同図の符号Ｐｌの側）へのステータ４の両端にかかる、スラスト方向における前方からの圧力を低減させることができる。つまり、このシール部材１６を配した小径部４ｐによって自己潤滑軸受６へのスラスト力をバランスさせることができる。したがって、ステ−タ４に作用する高圧側から低圧側へのスラスト荷重（同図の符号Ｆ）による、自己潤滑軸受５、６とステータ４相互の摺動部や、凹の段部７ｔ等の軸受摺動部の寿命低減を抑制することができる。

特に、この一軸偏心ねじポンプ１は、ステータ４の吸入側の端部に形成され且つ吸入側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部４ｑと、この小径部４ｑの外周面に摺接し且つ吸入側の自己潤滑軸受６とステータ４との摺動部端を密封するように配設されたシール部材１８とを更に備えているので、自己潤滑軸受６の部分への圧送液の流入を遮断することができる。これにより、送液部と自己潤滑軸受６の部分とが別空間となり、ＣＩＰ（定置洗浄）において、汚れが残り易く洗浄性の悪い連通路を洗浄することがなくなり接液部のみを洗浄することになる。したがって、洗浄性に優れた構造となる。さらに、自己潤滑軸受６の部分での摩耗粉等の異物が圧送液に混入することを防止できるため、サニタリー性を一層確実なものとすることができる。

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、例えば上記実施形態の例では、シール部材１６としてリップシールを用いているが、これに限らず、種々のメカニカルシールを採用することができる。
また、例えば、上記第一の実施形態では、吸入側軸受摺接部４ｓを軸方向に延設して小径部４ｑを設け、この小径部４ｑに、シール部材１８を外嵌させた例で説明したが、例えば図７に示す第二の実施形態のように、上述した小径部４ｑおよびシール部材１８に替えて、連通路２０を設ける構成とすることもできる。

詳しくは、図７に示すように、この第二の実施形態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が設けられている。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、ハウジング７の本体部７ｂの内周面には、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、この第二の実施形態の一軸偏心ねじポンプ１では、上記シール部材１６と自己潤滑軸受５との間の位置に、外部からの注水（同図の符号Ｓ参照）が可能な注入口１２を設けている。これにより、この一軸偏心ねじポンプ１は、上記連通路２０に潤滑用の水を注入可能であり、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ことができるようになっている。

また、例えば図８に変形例を示すように、上述した第二の実施形態の構成に対し、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に連通するように汲取口１４を更に設け、吸入側の注入口１２と吐出側の汲取口１４とを、流量制御弁１５を介して相互に連通して構成してもよい。ここで、この流量制御弁１５は、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。
このような構成であれば、圧送流体の液質に応じて、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から連通路２０に供給することができる。

産業上の利用の可能性

上述したように、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、高圧側から低圧側へのスラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減を抑制することができる。

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
１８ シール部材
２０ 連通路
２１ 拡径部（連通路）
Ｆ ステ−タに作用するスラスト荷重
Ｆ０ 右から左方向に作用するスラスト荷重（ロ−タの回転力に起因し常に一定）
Ｆ１ 左から右方向に作用するスラスト荷重（＝Ｓ１×Ｐｈ）
Ｆ２ 左から右方向に作用するスラスト荷重（＝Ｓ２×Ｐｈ）
Ｆ３ 右から左方向に作用するスラスト荷重（＝Ｓ３×Ｐｈ）
Ｆ４ 右から左方向に作用するスラスト荷重（＝Ｓ４×Ｐｈ）
Ｐｈ 高圧側の吐出圧（常に一定）
Ｓ１ ステ−タに作用するスラスト荷重が左から右方向である場合の高圧側の径内受圧面積
Ｓ２ ステ−タに作用するスラスト荷重がバランスしている場合の高圧側の径内受圧面積であって、左から右方向に圧力を受ける面の面積
Ｓ３ ステ−タに作用するスラスト荷重がバランスしている場合の高圧側の径内受圧面積であって、右から左方向に圧力を受ける面の面積
Ｓ４ ステ−タに作用するスラスト荷重が右から左方向である場合の高圧側の径内受圧面積であって、右から左方向に圧力を受ける面の面積

【０００２】
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００５］
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、相互の圧力差によって吐出側から吸込側に向けてスラスト荷重が生じ、このスラスト荷重によって軸受に大きな負担がかかり、軸受摺動部の寿命低減につながるという問題がある。
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スラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減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スラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減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。
課題を解決するための手段
［０００６］
上記課題を解決するために、本発明は、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、前記ステータの吐出側の端部に形成され且つ前記ステータの開口部よりも吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吐出側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備え、前記円環状の小径部は、その外径が前記ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径であり且つ当該小径部とその内側の領域を軸方向から見たときの面積が前記開口部を軸方向から見たときの面積よりも大きいことを特徴とし

【０００４】
荷重の釣り合い（バランス）が逆方向（低圧側から高圧側へのスラスト荷重が生じる）ともなるからである。
［００１１］
そこで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、小径部の外径を、ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径としつつも、当該小径部の外径の寸法設定に際し、当該小径部とその内側の領域を軸方向から見たときの面積が前記開口部を軸方向から見たときの面積よりも大きくなるように設定している。
これにより、後述の実施形態で詳述するように、ポンプの吐出抵抗（圧損）の増加が防止されるので、ポンプ効率の低下もない。また、ロータとステータの摺動摩擦抵抗から発生する前方に作用するスラスト力（ロータの回転力に起因し常に一定）をも同時に考慮し、スラスト荷重の釣り合い（バランス）が逆方向とならない範囲に保たれる。したがって、ポンプ効率を維持しつつ、高圧側から低圧側へのスラスト荷重による軸受摺動部の寿命低減を確実に抑制することができるのである。
［００１２］
ここで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、前記ステータの吸入側の端部に形成され且つ吸入側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吸入側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備えていることは好ましい。
このような構成であれば、ステータの吸入側にもシール部材を配しているので、すべり軸受の部分への圧送液の流入を遮断することができる。これにより、送液部とすべり軸受の部分とが別空間となり、ＣＩＰ（定置洗浄）において、汚れが残り易く洗浄性の悪い連通路を洗浄することがなくなり、接液部のみを洗浄することになる。したがって、洗浄性に優れた構造となる。さらに、すべり軸受の部分での摩耗粉等の異物が圧送液に混入することを防止できるため、サニタリー性を一層確実なものとすることができる。
［００１３］
また、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、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、該連通路に連通

【０００８】
出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部４ｐと、この小径部４ｐの外周面に摺接するシール部材１６とを有している。すなわち、この一軸偏心ねじポンプでは、シール部材１６の円環状小径部４ｐの外側の領域にかかる圧力を、シール部材１６によってステータ側と遮断する構造となっている。
［００２１］
この小径部４ｐは、その外径φＡがステータ４の吸入側の軸受摺接部４ｓの外径φＢ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た段付き形状として形成されている。
そのため、シール部材１６の円環状小径部４ｐの径の大きさを変えることで、ステータ４の受圧面積で決定されるステータ４へのスラスト力を調整（バランス）でき、これにより自己潤滑軸受６への高圧側からのスラスト力を低減可能となる。
［００２２］
すなわち、この小径部４ｐの外径φＡの大きさは、ステータ４の両端にかかるスラスト方向における前方（左側）からの圧力を低減させることができるように、高圧側となるステータ４の吐出側の受圧面積を、低圧側となるステータ４の吸入側の受圧面積に比べて小さくしている。より具体的には、この小径部４ｐは、その外径φＡが、ステータ４の吸入側軸受摺接部４ｓの外径φＢよりも小径である。
更に、この小径部４ｐは、小径部４ｐの径内部がポンプ吐出圧を受ける面積を径内受圧面積（前記シール部材１６の内径に対しての、「シール内径受圧面積」でもある）（図１（ｃ）の斜線部分参照）と呼ぶとき、この径内受圧面積が、ステータ開口部４ｍの径内部がポンプ吐出圧を受ける面積（図１（ｂ）斜線部分参照）よりも大きな径になるように設定されている。
換言すれば、小径部４ｐとその内側の領域を軸方向から見たときの面積が開口部４ｍを軸方向から見たときの面積よりも大きな径になるように設定されている。なお、図１（ｂ）、（ｃ）の斜線部は「軸方向から見たときの面積」を示しており、小径部４ｐとその内側の領域を軸方向から見たときの面積と開口部４ｍを軸方向から見たときの面積との重複部分については、結果的に相殺されるので、斜線による表記を省略している。
［００２３］
以下、この小径部４ｐの外径φＡの決定に係る、圧力バランス状態の設定について、図２〜図６を適宜参照しつつ詳しく説明する。
まず、小径部４ｐの外径φＡの寸法設定に際して、上記径内受圧面積が、ステータ４の開口部４ｍの径内部がポンプ吐出圧を受ける面積よりも大きく設定されている場合について図２および図３を参照して説明する（本願発明の範囲の一実施例であって、この例では、小径部４ｐの外径φＡの直径が、

Claims (3)

1. 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、
   前記ステータの吐出側の端部に形成され且つ吐出側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吐出側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備え、
   前記円環状の小径部は、その外径が前記ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径であり且つ当該小径部の径内部がポンプ吐出圧を受ける径内受圧面積が前記ステータの開口部の径内部がポンプ吐出圧を受ける面積よりも大きいことを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。
2. 前記ステータの吸入側の端部に形成され且つ吸入側に向けて軸方向に延設された円環状の小径部と、この小径部の外周面に摺接し且つ吸入側のすべり軸受とステータとの摺動部端を密封するように配設されたシール部材とを備え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、該連通路に連通するように前記シール部材の吸入側に設けられた注入口と、前記圧送される流体の吐出口に連通するように前記シール部材の吐出側に設けられた汲取口とを更に備え、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。

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