KR100419308B1

KR100419308B1 - 일축편심나사펌프

Info

Publication number: KR100419308B1
Application number: KR1019960032829A
Authority: KR
Inventors: 스미오 오노; 미키오 야마시타; 에이지 하야시
Original assignee: 헤이신 소비 가부시키가이샤
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 2004-06-12
Also published as: GB9618307D0; GB2305470A; GB2305470B; KR970016126A

Abstract

회전자 또는 구동축과 플렉시블 샤프트와의 죠인트부를 콤팩트하게 해서 이송시의 저항을 저감시키고, 종래의 금속제 플렉시블 샤프트에 비교해서 길이를 단축시키며, 내약품성에 우수하고, 제조 비용도 낮출 수 있는 일축 편심 나사 펌프를 제공한다.

일축 편심 나사 펌프(100)의 회전자(10)의 일단부(펌프 케이스(8)측)에는, 보스(10a)가 일체로 형성되고, 플렉시블 샤프트(9)의 일단부가 보스(10a)내에 삽입되어, 접착제에 의하여 회전자(10)과 일체로 접속되고 있다. 이 플렉시블 샤프트(9)가, 엔지니어 플라스틱의 하나인 PEEK(폴리에테르에테르케톤)에 의하여 원주형태로 압출된 봉형부재로 형성되고 있다.

Description

일축 편심 나사 펌프

본 발명은 액상의 약품, 고형물 함유액, 슬러리, 고점도액 등의 각종 이송물을 이송하기 위한 일축 편심 나사 펌프에 관한 것으로, 상세하게는 구동장치의 구동축과 숫나사형 회전자를 연결하기 위한 플렉시블 샤프트(플렉시블 로드라고도 함)에 관한 것이다.

종래의 일반적인 일축 편심 나사 펌프를 제 10도에 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 일반적인 일축 편심 나사 펌프(31)에서는, 알려진 바와 같이 펌프 케이스(32)의 일단에 구비된 구동장치의 구동축(33)에 금속제의 커넥팅 로드(34)를 통해서 연결된 숫나사형 회전자(35)를, 암나사형 고정자(36) 내에 회동 가능하게 삽입해서 편심 회전시키는 것에 의하여 이송물을 이송하는 홈으로 구성된다. 한편, 구동장치(통상, 전동모타)의 구동축(33)은 베어링(37)에 지지되는 상태로, 구동장치의 중심축을 중심으로 해서 회전하기 때문에, 편심 회전하는 회전자(35)와의 사이에서 그 편심량을 흡수해야만 한다. 그래서, 일반적으로는, 다음과 같은 방법이 사용되고 있다. 즉,

(1) 금속제 커넥팅 로드의 양단부에 각각 유니버설 죠인트를 개재시킨 것에 의하여, 편심량을 흡수한다.

(2) 제 10도에 도시한 바와 같이, 금속제 커넥팅 로드(34)의 양단부에, 그 중심축부로부터 외측을 향해서 테이퍼형으로 확대하는 관통공(34a)를 설치하고, 핀(34b)에 의하여 회전자(35)및 구동축(33)과 연결하고, 핀(34b) 주의를 스냅링(34c)에 의하여 고정해서 일정 범위에서 어느 방향으로도 상호로 굴곡 가능하게 연결한다.

상기 (1),(2)에 의한 이음부를 커넥팅 로드의 양단에 연결하지 않고, 대신에 금속제 플렉시블 샤프트를 사용하고, 그 탄성 변형에 의하여 회전자의 편심량을 흡수하도록 한 일축 편심 나사 펌프가 실용화되고 있지만, 플렉시블 샤프트에는 주로 각 종의 스프링용 강철이 사용되고 있다. 다시 말해서,

(3) 플렉시블 샤프트를 스프링용 강철에 의하여 형성할 때에, 단경(직경 6-30mm)이고 동시엔 긴 길이(예를 들면 800mm 전후)로 해서, 유니버설 죠인트나 힌지 죠인트를 개재시키지 않고 회전자나 구동축과 직접적으로 연결하여, 스프링용 강철의 가요성(탄성변형)을 이용해서 회전자의 편심량을 흡수한다.

상기한 (1) 및 (2)의 경우에는, 죠인트부가 반경 방향으로 돌출하고, 특히 회전자측의 죠인트부의 외견이 크게 되면 이송물의 흐름을 방해하기 때문에, 유로면적을 확보하기 위하여 케이스 내경을 크게 해야만 하였다.

또, 상기한 (3)의 경우에는, 스프링용 강철에 있어서도 그 탄성변형량은 플라스틱의 그것에 비교해서 작고, 결국 회전자의 회전에 필요한 편심량을 확보하기 위해서는 플렉시블 샤프트의 길이를 상기 금속제 커넥팅 로드에 비교해서 상당히 길게 할 필요가 있다. 그 때문에, 플렉시블 샤프트의 길이에 대해서 펌프 케이스의 길이가 길게 되고, 그것에 따라서 장치 전체가 매우 길게 되기 때문에 사용 장소가 제한되거나, 이송물의 종류가 한정되었다. 또한, 고형물 함유액을 이송하는 경우에 재질상(특히 스프링 강철), 노치(균열)가 생기기 쉽고, 단기간에 꺽어질 우려가 있으며, 또 내약품성이 약하기 때문에 황산이나 염산 등의 약품액을 이송하는 경우에는, 금속제 플렉시블 샤프트의 외표면을 테프론(teflon)이나 에폭시(epoxy)수지 등의 내약품성을 갖는 수지재로 코팅할 필요가 있어서, 제조 비용이 매우 높게 된다.

여기서, 본 출원인은 우선권을 주장한 선 출원에 있어서 플렉시블 샤프트를 엔지니어링 플라스틱으로 형성하는 것을 제안하고 있다. 플라스틱제의 플렉시블 샤프트는, 금속제의 회전자나 구동축과 접착제로 접속하지만, 그 접속 방법을 포함해서 구조 상으로 긴 플렉시블 샤프트를 사용하는 경우, 또 펌프의 토출량이 10㎥/h 이상의 대형 펌프로 되면, 하기와 같은 문제점이 발생하였다.

즉, 구조상으로 플라스틱제의 플렉시블 샤프트의 길이를 회전자 외경의 15배 이상으로 할 필요가 있는 경우에는, 전달 토오크로부터 결정되는 샤프트 지름으로는, 토출압에 의해서 샤프트의 길이 방향의 중간 위치부근에서 샤프트가 꺽어질 우려가 있다.

엔지니어 플라스틱 중 PEEK(폴리에테르에테르케톤)를 사용하는 것이 탄성변형에 적합하고, 내피로성, 내약품성 및 내열성 등에 우수한 것으로 바람직하지만, 매우 고가임과 더불어, 플렉시블 샤프트의 필요 길이가 1000mm를 넘기는 대형 펌프에서는, 그와 같은 긴 길이의 PEEK 샤프트를 구하는 것이 곤란하기 때문에, 실시가 어려웠다.

회전자나 구동축의 금속부재에 대한 플라스틱제의 플렉시블 샤프트를 간단하게 접착제로 접착하는 방법으로는, 그 접착부분(접속부)에 큰 부하가 작용하기 때문에, 접착부분에 박리되는 등의 우려가 있다. 또, 접착부분의 강도를 사용 전에 검사 가능하면 좋지만, 비파괴적인 검사방법이 현재로서는 없다.

본 발명은 상술한 점을 감안해서, 회전자 및 구동축과 플렉시블 샤프트와의 죠인트부를 콤팩트하게 하여 이송시의 저항을 저감시키고, 또 상기(3)의 스프링 강철로 된 금속제 플렉시블 샤프트에 비교해서 길이를 단축 가능하고, 결국 내약품성에 우수하고, 위생적이며, 제조비용도 절감시킬 수 있는 일축 편심 나사 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 상기 목적과 더불어 펌프의 토출량이 예를 들면 10㎥/h 이상의 대형 펌프의 경우에, 매우 긴 플렉시블 샤프트를 사용하게 되는 부득이 한 경우의 문제점을 해소하는 것을 목적으로 한다.

제 1도는 본 발명의 제 1실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도.

제 2도는 본 발명의 제 2실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도.

제 3(a)도는 제 2도의 펌프에 있어서 결합된 상태의 죠인트부,

(b)도는 회전자(10)의 보스부(10c),

(c)도는 죠인트 헤드(16)를 각각 확대해서 도시하는 단면도.

제 4도는 본 발명의 제 3실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도.

제 5도는 본 발명의 제 4실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도.

제 6도는 본 발명의 제 5실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도.

제 7도는 본 발명의 제 6실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도.

제 8(a)도는 제 7도의 펌프에 있어서 죠인트부의 일 예를 도시하는 확대 단면도,

(b)도는 (c)도의 b-b 선 단면도로, 죠인트부의 다른 예를 도시하는 확대단면도.

(c)도는 (b)도의 요부 단면도.

제 9도는 펌프에 있어서 죠인트부에 따른 다른 예를 도시하는 확대 단면도.

제 10도는 종래의 일반적인 일축 편심 나사 펌프의 일 예를 도시하는 측단면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100, 101, 102, 103, 104, 105 ,106 : 일축 편심 나사 펌프

2,7 : 구동축 4 : 베어링유니트

9 : 플렉시블 샤프트 9a: 플렉시블 샤프트 부분

10 : 회전자 11: 고정자

17 : 금속제 로드

상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일축 편심 나사 펌프는, 펌프 케이스의 일단에 구비된 구동장치의 구동축에 플렉시블 샤프트를 통해서 연결되는 숫나사형 회전자를, 암나사형 고정자 내부에 회동 가능하게 삽입해서 편심 회전시키는 것에 의하여 이송물을 이송하는 일축 편심 나사 펌프에 있어서, 상기 플렉시블 샤프트를 엔지니어링 플라스틱으로 형성한다.

상기 엔지니어 플라스틱에 의하여 플렉시블 샤프트를 형성한 것으로 부터, 종래의 금속제 커넥팅 로드에 비교해서 영 계수(Yong's moduls)가 극히 작게 되기 때문에, 유니버설 죠인트나 힌지 죠인트 등의 로드 편심량 흡수 기능을 갖는 죠인트를 사용하지 않고, 로드 자체가 갖는 가요성으로 편심량을 흡수시키는 경우에, 그 길이를 종래 금속제 로드에 비교해서 큰 폭으로 단축(예를 들면 종래의 1/2 정도의 경우가 됨)이 가능하다. 또, 재질적으로 엔지니어 플라스틱은 일반적으로 내약품성이 우수하고, 내열성에도 적합하기 때문에, 특히 테플론 코팅 등의 가공을 행하지 않고 이용 가능하기 때문에, 종래의 금속제의 플렉시블 샤프트에 비교해서도 비용이 절감된다.

제 2항에 의하면, 상기 플렉시블 샤프트의 길이 방향의 중간 부분 외주에, 금속제 슬리브를 덮어서 장착하는 것이 가능하다. 상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 샤프트의 중간 부분을 금속제 슬리브로 보강한 것에 의하여, 탄성이 향상되어서 꺽임이 방지되기 때문에, 매우 긴 샤프트를 사용하는 경우에도, 비교적 큰 토출 압력이 요구되는 용도에도 충분하게 대응가능하다.

제 3항에 의하면, 상기 플렉시블 샤프트의 길이가 사기 회전자 회경의 15배 이상 또는 1000mm의 이상 길이로 되고, 상기 플렉시블 샤프트의 중간부분을 파이프형 또는 솔리드의 금속제 로드로 구성하고, 상기 금속제 로드의 양단에 엔지니어링 플라스틱제의 플렉시블 샤프트부분을 접속하는 것이 가능하다.

상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 꺽임이 발생하기 쉬운 중간부분에 금속제 샤프트를 사용한 것에 의하여, 꺽임에 대한 전체적으로 강도가 큰 폭으로 향상된다. 중간부분의 금속제 로드는 통상, 회전자의 편심량을 그다지 흡수하지 않지만, 그 양단에 엔지니어링 플라스틱제의 플렉시블 샤프트 부분을 사용한 것에 의하여 각 플렉시블 샤프트가 탄성변형해서 회전자의 편심량을 흡수하기 때문에, 제 1항의 펌프에 의한 상기 작용과 동일한 형태의 작용이 기대 가능하다. 또, 펌프의 토출량이 통상, 8∼10㎥/h 이상의 대형 펌프로 되면, 플렉시블 샤프트의 길이가 일반적으로는 시판되지 않는 거의 극히 긴 길이가 필요되지만, 이와 같은 길이 샤프트를 필요로 하는 기종에도, 또 토출 라인으로의 폐색에 의한 토출압의 상승에 대해서도, 꺽일 걱정없이 사용 가능하다. 따라서 길거나 또는 대형화하는 것에 의해서 금속제 샤프트에 비교해서 고가로 되는 엔지니어 플라스틱제의 샤프트 길이를 꼭 필요한 만큼으로 제한해서, 비용절감이 도모됨과 동시에, 금속제 로드(샤프트)와 엔지니어 플라스틱제 샤프트를 조립시키는 것에 의하여, 임의의 길이의 플렉시블 샤프트를 제조 가능하게 된다. 그리고 샤프트 길이를 길게하면, 회전자의 편심량을 흡수하기 위한 엔지니어 플라스틱제 샤프트부분에 있어서 회동 각도(회전자의 편심에 따른 탄성변형에 의한 변위 각도)가 작게 되고, 엔지니어 플락스틱제 샤프트 부분의 양단부에 작용하는 축 직각 방향의 힘이 저감되고, 회동부의 마모가 경감된다.

제 4항에 의하면, 엔지니어링 플라스틱제의 상기 플렉시블 샤프트의 일단과 금속제의 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단과 금속제의 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단과의 접착부에 있어서, 상기 플렉시블 샤프트의 일단면에 중심홈을 형성하고, 상기 중심홈에 삽입 가능한 돌출부를 일체로 갖는 금속부재를 상기 플렉시블 샤프트의 일단면에 미리 장착하고, 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단면에 중심홈을 형성하고 상기 중심홈에 상기 플렉시블 샤프트의 일단부를 상기 금속부재와 함께 삽입해서 접착제에 의하여 접착하는 것이 가능하다.

상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 엔지니어 플라스틱 부분과 금속부분으로 접착면적이 증가함과 동시에, 금속부분끼리 접착 되어서 접착 강도가 향상된다. 즉, 플라스틱(수지)과 금속의 접착 강도는 금속끼리의 접착에 비교해서 낮기 때문에, 금속끼리의 접착부분을 형성하는 것에 의하여 접착부 전체의 강도가 높게 된다.

제 5항에 의하면, 엔지니어링 플라스틱제의 상기 플렉시블 샤프트의 일단과 금속제의 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단과의 접착부에 있어서, 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단면에 중심홈을 형성함과 동시에, 상기 중심홈의 내주면에키이 홈을 형성하고, 상기 플렉시블 샤프트의 일단부 외주면에 상기 키이 홈에 대응하는 키이를 접착에 의하여 돌설하여 상기 중심홈에 삽입하여 접착제에 의하여 접착하는 것이 가능하다. 상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 기계적 강도는 키이와 키이 홈의 결합에 의한 구조를 채용하는 것에 의해서 부가되고, 접착부(접속부)의 전체적인 강도가 향상된다. 특히, 키이와 키이 홈의 결합 구조에 의해서 구동축 및 회전자와 플렉시블 샤프트와의 사이에 있어서 회전력의 전달이 접착 작용에 의지하는 것 없이 행하도록 되고, 엔지니어링 플라스틱제 플렉시블 샤프트의, 높은 마력이 요구되는 대형 펌프에 있어서 안정된 사용이 가능하게 된다.

제 6항에 의하면, 상기 플렉시블 샤프트의 일단에 슬리브형의 금속제 연결구의 일단부를 접착에 의하여 일체적으로 장착하고, 상기 연결구에 일체적으로 형성된 작은 반경의 돌출부를 상기 회전자의 일단면에 형성한 중심홈에 삽입하고, 상기 중심홈의 축선에 직교하는 스냅나사를 통해서 착탈 가능하게 접속하거나,

제 7항에 의하면, 상기 플렉시블 샤프트의 일단에 슬리브 형의 금속제 연결구의 일단부를 접착에 의하여 일체적으로 장착하고, 상기 연결구의 타단부 내주면에 설치된 암나사부를, 상기 회전자의 일단부 외주면에 설치된 숫나사부에 착탈 가능하게 나사 결합해서 접속하기도 하는 것이 좋다.

상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 플렉시블 샤프트와 회전자를 간단하게 착탈 가능하기 때문에, 플렉시블 샤프트에 비교해서 일반적으로 수명의 짧은 회전자를 교환하거나, 피이송물의 종류에 맞춰서 재질이 다른 도금 등의 표면 처리를 회전자와 교환하기도 하는 것이 가능하다.

제 8항에 의하면, 상기 플렉시블 샤프트의 단부를 선다으로 향해 점차 외견이 축소하는 테이퍼형으로 형성하고, 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단면에 중 심홈을 테이퍼형으로 형성하고, 상기 테이퍼형 중심홈에 상기 플렉시블 샤프트의 테이퍼형 단부를 삽입해서 접착제에 의하여 접착하는 것이 가능하다. 상기 구성에 의하면, 원통형 또는 원주형의 스트레이트(straight)면끼리의 접착에 비교해서 접착제의 갖는 최적의 막압(膜壓)으로서 강도로 인출됨과 동시에, 회전자 또는 구동축의 중심공에 플렉시블 샤프트의 단부를 삽입할 때에, 중심공의 큰 반경 측 입구부분이 가이드부로서 기능하여 삽입작용이 용이하게 된다.

제 9항에 의하면, 상기 엔지니어링 플라스틱에 PEEK(폴리에테르에테르케톤)를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 경우에는, 영 계수가 예를 들면 스프링 강철에 비교해서 1/50 정도로 되고 가요성에 적합하고, 또 뛰어난 내피로성을 갖는 것 때문에, 다른 엔지니어링 플라스틱을 사용하는 것 보다도, 결국 플렉시블 샤프트의 전 길이를 단축 가능하다. 또 내열성도 우수하기 때문에, 고온의 이송물의 이송에도 응용이 가능하다.

제 10항에 의하면, 상기 플렉시블 샤프트의 일단을, 상기 구동축의 일단에 일체적으로 연결하는 것이 가능하다. 상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 플렉시블 샤프트와 구동축과의 죠인트부 및 그 전후부분의 길이가 단축되기 때문에, 장치 전체의 길이를 단축 가능하고, 또 죠인트를 위한 부품이 감소한다.

제 11항에 의하면, 상기 펌프 케이스의 상기 구동축 측단부의 축봉장치에 미케니컬실(mechanical seals)을 사용하고, 상기 구동축용 케이스에 있어서 상기 축봉(軸封)장치의 조임용 창부를 생략함과 동시에, 상기 창부 길이에 대응하는 구동축 부분을 단축하는 것이 가능하다. 상기 일축 편심 나사 펌프에 의하면, 미케니컬실을 전용적으로 채용하기 때문에, 글랜드 패킹(gland packings)에 의하여 정기적으로 조임 작업이 불필요하게 된다.

즉, 스패너(spanner)등을 삽입해서 회전하기 위한 창이 불필요하게 되고, 동시에 조임작업에 필요로 하는 구동축 부분의 길이도 불필요하게 되어서 삭감이 가능하고, 장치 전체의 길이를 단축 가능하다. 상기 작용은 잇점으로 제 6항에 기재된 구성과 조합하는 것에 의해서, 일층 더 유효하게 된다. 또 조임용 창이 없이 되기 때문에, 안전성이 높고, 그 효과로 덮개등으로 막지 않아도 좋고, 이 점에서도 부품 수가 감소하고, 구조가 간단하게 된다.

이하, 본 발명에 의한 일축 편심 나사 펌프의 실시예를 도면을 참조해서 설명한다. 제 1도는 제 1실시예에 관한 일축 편심 나사 펌프를 도시한 측단면도이다.

제 1도에 도시한 바와 같이, 일축 편심 나사 펌프(100)는 가로 놓인 형으로, 펌프 케이스(8)의 일단에 고정자(11)가 연결되고, 고정자(11)의 일단에 토출구를 구성하는 단부 안내구(12)가 연결되어 있다. 케이스(8)의 타단에는, 구동축(2)의 베어링유니트(4)가 연결되어 있다. 구동축(2)은 베어링유니트(4)의 볼베어링(3)으로써 회동 가능하게 지지되고, 베어링유니트(4)로부터 외측으로 돌출된 단부에는, 모타(도시하지 않음)가 접속되어 있다. 케이스(8)의 상면 베어링유니트(4)측에 치우치고, 흡입구를 구성하는 원통형으로 상단에 외측을 향한 플랜지(flange)를 구비한 개구부(8a)가 상부를 향해서 돌출되어 있다. 엔지니어 플라스틱제의 플렉시블샤프트(9)를 일체로 회전 가능하게 구비한 구동축(7)의 일단부가, 구동축(2)의 중심공(2a)에 삽입되어, 연결핀(5)으로써 연결되고 있다.

고정자(11)는, 회전자(10)의 2배 피치(pitch)로 되고 횡단면이 타원형인 암나사삽입홈(11a)이 나선형으로 형성되고, 상기 암나사삽입홈(11a)의 내부에, 횡단면이 원형인 숫나사형 회전자(10)가 회동 가능하면서 상하 운동 가능하게 삽입된다. 회전자(10)의 일단부(펌프 케이스(8)측)에는 보스(10a)가 일체로 형성되고, 플렉시블 샤프트(9)의 일단부가 보스(10a)내부에 삽입되어, 접착제에 의하여 회전자(10)와 일체로 회전 가능하게 접속된다. 상기 플렉시블 샤프트(9)가 본 발명의 특징 부분의 하나이고, 제 1실시예에서는, 엔지니어 플라스틱의 하나인 PEEK(폴리에테르에테르케톨)에 의하여 원주형으로 압출된 봉형태의 부재로 형성되고 있다. 플렉시블 샤프트(9)의 타단은, 보스(10a)의 회전자 죠인트부(a부)와 대칭이 되는 구동축(7)의 죠인트부(b부)에 삽입되어, 접착제(예를 들면 에폭시 계의 접착제)에 의해서 일체로 접착된다. 구동축(7)의 일부는 케이스(8)내에 돌출되고 있지만, 상기 돌출부분의 미케니컬 실(6)을 장착해서, 축으로 봉하고 있다.

제 1실시예의 일축 편심 나사 펌프(100)는 액상물이나 슬러리 등을 이송 가능한 펌프로, 0.2㎥/h 이하의 이송량(토출량)을 대상으로 한 것이다. 스프링 강철을 플렉시블 샤프트에 사용한 종래의 펌프에서는, 플렉시블 샤프트 길이가 600mm 전후를 필요로 하였지만, 본 발명에 따른 제 1실시예에서는, 플렉시블 샤프트(9)에 PEEK를 사용하였기 때문에, 스프링 강철의 플렉시블 샤프트에 비교해서 상대적으로 허용 전단력과 영 계수의 비가 크기 때문에, 가요성(탄성변형)에 적합하고, 강도도높다. 이 때문에 플렉시블 샤프트(9)의 길이를 400mm 정도로 그 2/3 정도로 단축하여도, 충분하게 회전자(10)의 편심량을 흡수 가능하다. 또 PEEK를 비롯하여 엔지니어 플라스틱은 내약품성에 우수하고, 내열성에도 적합하며, 기계적으로도 응력 집중의 영향을 거의 받지 않기 때문에, 절단부, 노치 등에 의한 피로적 파괴, 부식 깨어짐 등을 고려할 필요가 없다. 즉 플렉시블 샤프트(9)의 표면에 테플론 코팅 등의 보호막 처리를 실시 할 필요가 없기 때문에, 제조가 용이하므로 제조 비용을 저감 시킬 수 있다.

또, 플렉시블 샤프트(9)와 회전자(10) 및 구동축(7)과의 죠인트(연결)를 접착에 의하여 행하고 있기 때문에, 힌지 죠인트나 유니버설 죠인트 등에 의한 종래의 죠인트 구조에 비교하면, 매우 간소화된다. 이 때문에, 죠인트부의 외경은 작아져서 소형화가 도모되므로, 이송시의 유로 저항을 저감시키며, 이 결과, 케이스(8)의 내경을 최소한으로 줄일 수 있기 때문에, 케이스(8)내의 이송액 잔량을 감소시키는 효과를 발생한다. 따라서 제 1도를 참조하면 이해 할 수 있듯이, 종래의 상기 종류의 펌프(제 10도 참조)에 비교해서 구조가 극히 간소화되고, 부품 수도 대폭으로 삭감되기 때문에, 고가인 PEEK를 사용하는 경우에도, 펌프 전체의 제조 비용을 저감 시킬 수 있다.

그 밖에, 미케니컬 실(6)을 채용한 것으로, 베어링 유니트(4)에 조임용 창(제 10도의 부호 40참조)을 설치할 필요가 없게 되고, 그것에 대응하는 길이가 베어링 유니트(4)및 구동축(2)을 포함한 부분에서 단축 가능하다. 더구나, 물 등이 침투되지 않는 미케니컬 실(6)을 사용하는 것에 의하여 약품류의 이송에도 적용 가능하다.

제 2도는 본 발명의 제 2실시예에 관한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도이다.

제 2실시예에 의하면 일축 편심 나사 펌프(101)가 상기 제 1실시예에 의한 펌프와 상위되는 것은, 제 2도 및 제 3도에 도시한 바와 같이 다음의 내용에 의한다. 즉,

(1) 회전자(10) 일단부의 죠인트부(제 1도 a부)를 대신해서 보스부(10c)(c부)를 일체로 설치하고, 상기 보스부(10c)내부에 삽입 가능한 돌출부(16a)를 일체로 구비한 원통형 죠인트헤드(연결금구)(16)내에, 플렉시블 샤프트(9)의 일단부를 삽입해서 접착제에 의하여 접착한다. 보스부(10c)에는 나사 결합하는 암나사삽입홈(10d)을 반경 방향으로 관통해서 천설하고, 상기 암나사삽입홈(10d)에 나사 결합하는 육각홈을 갖는 멈춤나사(16c)의 선단을, 돌출부(16a)에 돌설한 오목부(16b)에 삽입하여 장착 및 분리 가능하게 고정한다. 상기 구조를 제 3도에 상세하게 도시하고 있다. 제 3(a)도는 결합된 상태, 제 3(b)도는 회전자(10)의 보스부(10c), 제 3(c)도는 죠인트 헤드(16)를 각각 확대해서 도시하는 단면도이다. 제 3(c)도 중 부호 16d는 공기 빼는 홈이다.

(2) 구동축(7)의 일단면에 중심홈(7a)을 형성하고, 플렉시블 샤프트(9)의 타단부를 중심홈(7a)에 삽입해서, 접착제에 의하여 접착시키지만, 제 2실시예에서는 제 1실시예와 상위하게, 구동축(7)이 구동축(2)과 분할되지 않고, 다시 말해서 2개의 축 A,B 로 분할되지 않고 일체로 구성된다. 그 밖의 구성에 대해서는 제 1실시예와 동일하기 때문에, 제 1도에 도시된 부호와 동일한 부호를 사용해서 도시하며, 설명은 생략한다.

제 2실시예의 일축 편심 나사 펌프(101)에서는, 회전자(10)와 플렉시블 샤프트(9)를 간단하게 장착 및 분리 가능하는 것으로, 플렉시블 샤프트(9)와 비교해서 수명의 짧은 회전자(10)만을 교환하거나, 이송물의 종류에 따라서 재질이 다른 회전자나 도금 등의 표면 처리를 시행한 회전자로 교환하는 것이 가능하다. 그리고 플렉시블 샤프트(9)는, 제 1실시예와 동일한 형태로 탄성변형에 적합한 PEEK를 사용하고 있다. 따라서, 제 2도로부터 명백하게 알 수 있듯이, 플렉시블 샤프트(9)의 구동축(7)측을, 베어링 유니트(4)의 근접위치까지 연결하는 것에 의해서 케이스(8)의 길이를 짧게 한 것으로, 펌프(101)전체의 길이가 단축되고, 힌지 죠인트 등을 이용한 구조의 일축 편심 나사 펌프에 비교해서 구조적으로 긴 플렉시블 샤프트(9)를 사용함에 의해 얻어지는 결점을 지양한다. 또, 플렉시블 샤프트(9)와 구동축(7)과를 일체화 했기 때문에, 양자를 조립한 길이는 다른 경우에 비교해서 얼마쯤 단축되어, 플렉시블 샤프트(9)의 긴 길이가 조금은 개선됨과 동시에, 부품수가 감소해서 장치의 유지 보수에 용이하다.

제 4도는 본 발명의 제 3실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도이다.

제 3실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프(102)가 상기 제 1실시예에 의한 펌프와 상위한 점은,

(1)회전자(10)의 일단부의 죠인트부(제 1도의 a부)를 대신해서

숫나사부(10e)를 설치하고, 상기 숫나사부(10e)에 나사 결합하는 암나사부(16d)를 일단부의 내주면에 형성한 원통형의 조인트헤드(연결금구)(16')의 타단부 내에, 플렉시블 샤프트(9)의 일단부를 삽입해서 접착제에 의하여 접착한 것과,

(2) 구동축(7)의 일단부를 보스(7g)에 형성하고, 상기 보스(7g)내에 플렉시블 샤프트(9)의 타단부를 삽입하여 접착제로 접착해서 일체적으로 접속하는 것이다. 그것 이외의 구성에 대해서는 공통되기 때문에, 제 1도 중의 부호와 동일부호를 사용해서 도시하고, 설명은 생략한다.

제 3실시예의 일축 편심 나사 펌프(102)는, 상기 제 2실시예와 동일한 형태로 회전자(10)와 플렉시블 샤프트(9)를 용이하게 장착 및 분리 가능하도록 한 것으로, 회전자(10)만 교환 가능하기도 하고, 그리고, 제 4도로부터 명백한 바와 같이, 플렉시블 샤프트(9)의 일단부측을 베어링유니트(4)의 내측으로 삽입해서 케이스(6)내에 배치되는 길이를 실질적으로 짧게 한 것으로, 플렉시블 샤프트(9)의 전체 길이에 비교해서 장치의 전체 길이가 꽤 단축되고, 긴 플렉시블 샤프트(9)를 사용함에 의해 얻어지는 결점이 지양되는 등, 제 2 실시예와 동일한 형태의 효과를 얻을 수 있다.

제 5도는 본 발명의 제 4실시예에 관한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도이다.

제 4실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프(103)가 상기 제 1실시예 내지 제 3 실시예에 관한 펌프와 상위한 점은 제 5도에 도시한 바와 같은 다음의 점이다. 즉,

(1)역원추형태의 호퍼(hopper)(18)의 저부 개구(18a)에, 고정자(11), 회전자(10)로 구성된 펌프본체를 호퍼(18)의 법선(원추면의 일단면선)의 연장선상에 연결하고, 고정자(11)의 선단에 토출구인 단부 안내구(12)를 장착한다.

(2)호퍼(18)가 펌프 케이스를 겸한 구조로, 미케니컬 실 등의 축부가 없다.

(3)측면에서 볼때 대략 직각 삼각형의 운반차(19)의 경사부(19a)에 호퍼(18)가 브라켓(18b)에 의해서 장착되고, 경사부(19a)의 상단부에 구동모타(20)가 브라켓(20b)에 의하여 장착되어 있다. 구동모타(20)의 구동축(20a)단부와 회전자(10)의 상단부가 플렉시블 샤프트(9)에 의하여 접속되고 있지만, 상기 플렉시블 샤프트(9)는 호퍼(18)내에 법선과 평행하게 배치되고 있다. 일반적으로 상기 기종은 호퍼(18)의 용량에 대해서 긴 플렉시블 샤프트를 필요로 한다. 제 4실시예의 경우, 플렉시블 샤프트(9)는 중간 부분이 금속제(예를 들면 스텐레스나 알루미늄 합금)의 파이프형 로드(17)로 이루어지고, 로드(17)의 양단부에는 보스(17a, 17b)를 각각 형성하고, 각 보스(17a, 17b)내에 PEEK로 형성된 환봉형태 플렉시블 샤프트 부분(9a)의 일단부를 각각 삽입해서 접착제에 의하여 일체로 접착하고 있다. 한편 플렉시블 샤프트 부분(9a)의 타단부는, 회전자(10)의 단부에 형성된 보스(10a)에 삽입하여 접착제에 의하여 접착해서 일체로 접속하고, 타측의 플렉시블 샤프트(9a)의 타단부는, 구동축(7)의 중심공(7a)내에 삽입하여 접착제에 의하여 접착해서 일체로 접속하고 있다. 그리고, 구동축(7)의 타단부는, 구동축(2)에 끼워져 장착된 연결 슬리브(21)에 연결핀(5)에 의하여 일체로 회전 가능하게 접속되고 있다. 그리고 그 외의 구성에 대해서는 제 1실시예의 펌프(100)와 동일하므로, 제 1도에 도시된 부호와 동일한 부호로 표시하고, 설명은 생략한다.

제 4실시예의 일축 편심 나사 펌프(103)은, 플렉시블 샤프트(9)의 중간부를 금속제 로드(17)로 구성한 것에 의하여, 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(a) 전체를 PEEK등의 엔지니어링 플라스틱으로 형성한 경우와 비교해서 강성이 높고, 꺽임에 대한 강도가 향상된다. 결국, 비교적 큰 토출압이 요구되는 경우나, 토출 라인으로 폐색에 의한 토출 압력의 상승에 대하여 효과적이다.

(b) 특히 긴 플렉시블 샤프트가 요구되는 경우에, 중간부의 금속제 로드(17)의 길이를 임의로 설정 가능 하기 때문에, 요구에 대응하는 플렉시블 샤프트를 형성할 수 있다.

(c) 플렉시블 샤프트(9)의 길이를 길게 하는 것에 의해서, 회전자(10)의 편심량을 흡수하기 위한 플렉시블 샤프트 부분(9a)의 회동(탄성변형)각도가 작게 되고, 플렉시블 샤프트 부분(9a)의 양단부에 작용하는 축 직각 방향의 부하가 저감되어, 회전자(10)와 고정자(11)의 회동부의 마모가 경감된다.

(d) 금속제 로드(17)의 양측에 접속되는 PEEK 샤프트부(9a)는 매우 고가인 소재로 이루어지지만, 금속제 로드(17)의 길이를 설정하는 것에 의하여 샤프트부분(9a)에 사용되는 길이를 최소한으로 할 수 있기 때문에, 플렉시블 샤프트(9)의 전체 제작 비용이 저감된다. 즉, 대형 펌프에 사용되는 큰 지름(최대 외경 80mm 전후)을 갖는 PEEK 샤프트부분(9a)의 경우에, 특히 비용이 저감되는 잇점이 있다.

(e) 대형 펌프에 사용되는 큰 지름(최대 외경 80mm 전후)을 갖는 플렉시블샤프트(9)에서는, 회전자(10)의 편심량을 흡수하기 위한 필요 길이가 꽤 길게 되지만, PEEK샤프트의 길이는 시판 중인 길이로 충분히 사용 가능하고, 이것만으로도 비용 절감이 도모된다.

제 6도는 제 5실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도이다.

제 5실시예에 의하면 일축 편심 나사 펌프(104)가 상기 제 4실시예에 의한 펌프(103)와 구성상의 차이점은 다음과 같다.

(1)플렉시블 샤프트(9)에 PEEK를 사용하고 있지만, 상기 길이 방향의 중간부분 외주에 금속(예를 들면 스텐레스)제 슬리브(22)를 접착제에 의하여 접착하여 덮어 장착한다.

(2)플렉시블 샤프트(9)의 양단은 회전자(10) 및 구동축(7)에 형성된 중심공(10a', 7a)에 삽입해서, 접착제에 의하여 접착한다.

제 5실시예의 일축 편심 나사 펌프(104)는, 샤프트 전체를 가요성에 적합한 PEEK로 형성하지만, 길이가 어느 정도 길게 되어도, 길이 방향의 중간부의 금속제 슬리브(22)가 강성을 향상시키기 때문에, 꺽임이 발생할 우려가 없고, 비교적 큰 토출압이 요구되는 이송에 대해서 효과적이다. 상기 실시예의 펌프는 토출 용량이 2-7㎥/h 정도의 중형 펌프에 적합하고, 보강정도에 따라 금속제 슬리브(22)의 길이를 조정하는 것이 가능하다.

제 7도는 본 발명의 제 6실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프를 도시하는 측단면도이다.

제 6실시예에 의한 일축 편심 나사 펌프(105)는 토출량이 10㎥/h 이상의 대형 펌프로, 기본 구조는 상기 제 3실시예에 의한 펌프(102)와 동일하지만, 상기 각 실시예와 상위한 점은,

(1) 플렉시블 샤프트의 길이 방향의 중간부에 금속제의 속이 꽉 찬 솔리드(solid)로드(17)를 사용하고, 상기 양단부에 설치된 삽입홉(17a)에 PEEK의 플렉시블 샤프트 부분(9a)을 삽입해서 접착제에 의하여 접착한 것과,

(2)각 플렉시블 샤프트 부분(9a)의 타단부에는, 삽입용의 슬리브부를 일체로 구비한 연결구(23)을 접착하고, 회전자(10)및 구동축(7)의 단부의 끝부분에 연결구또는 접착에 의하여 접속한 것이다.

상기 구성의 일축 편심 나사 펌프(105)는 대형 펌프를 대상으로 하고, 플렉시블 샤프트(9)의 길이가 1000mm 이상이 된다. 상기 기종의 플렉시블 샤프트는, 접착막 두께를 보호하도록 하면, 플렉시블 샤프트부분(9a)의 외경 및 금속제 로드(17)의 삽입홈(17a)내경에 고도의 가공 정도가 요구되어, 제작 비용이 높아진다. 또, 전달해야 할 회전력(토오크)과 받는 트러스(thrust)하중이 크게 되기 때문에, 접착 강도를 높이거나, 기계적인 보강구조를 행할 필요가 있다. 예를 들면,

a) 제 8(a)도에 도시한 바와 같이, 플렉시블 샤프트부분(9a)의 일단면에 중심홈(9c)을 천설하고, 상기 중심홈(9c)에 삽입 가능한 돌출부(24a)를 일체로 갖는 원판형 금속제 헤드(24)를 삽입해서 접착제에 의하여 접착시키고, 예를 들면 금속제 로드(17)의 삽입홈 (17a)(그 외 구동축(7)이나 회전자(10)의 중심홈)에 플렉시블 샤프트부분(9a)의 일단부를 삽입해서 접착제에 의하여 접착하거나,

b) 제 8(b)도에 도시한 바와 같이, 금속제 로드(17)의 삽입홈(17a)과구동축(7) 및 회전자(10)의 중심홈 내주면에 키이홈(25a)을 형성함과 동시에, 플렉시블 샤프트부분(9a)의 외주면에 오목부(25b)를 형성해서 키이(25)를 접착에 의하여 고정시키고, 키이(25)와 동시에 샤프트부(9a)를 삽입홈(17a)등에 삽입하여, 접착제에 의하여 접착하기도 한다.

c) 제 9도에 도시한 바와 같이, 플렉시블 샤프트부분(9a)의 단부 외주면(9a')을 선단을 향해 점차적으로 외경이 축소되는 테이퍼 형으로 형성하고, 회전자(10)(금속제 로드(17)와 구동축(7)을 포함)의 보스부(10a)의 중심홈(10a')을, 상기 테이퍼형 단부 외주면(9a')에 대응하는 테이퍼홈(10a1)으로 형성한다. 그리고 중심홈(10a')의 입구부분은, 스트레이트홈(10a2)로 형성되어서 가이드의 기능을 갖게 된다.

상기 a)의 수단을 채용하면, 수지와 금속의 접착에 비교해서 금속끼리의 접착은 접착강도가 높고, 그리고 금속제 헤드(24)는 돌출부(24a)를 통해서 샤프트부분(9a)에 접착한 것으로 접착면적이 증대하기 때문에, 동일한 형태로 접착 강도가 높아진다.

상기 b)의 수단을 채용하면, 키이(25)와 키이홈(25a)과의 결합에 의하여 회전 방향의 힘 트러스트 힘을 전달하기 때문에, 접착부분에 작용하는 부하가 저감된다.

상기 c)의 수단을 채용하면, 접착제가 갖는 최적의 막압으로 강도가 인출됨과 동시에, 회전자(10)의 중심홈(10a')에 플렉시블 샤프트부분(9a)의 테이퍼형 단부(9a')를 삽입할 때에, 중심홈(10a')의 큰 반지름 측입구부분(스트레이트홈(10a2)이 가이드로서 기능하고, 삽입 작업이 용이하게 된다. 본 제 6실시예에의 경우, 중심홈(10a')의 입구부분을 스트레이트홈(10a2)으로 형성하기 때문에, 중심홈(10a')과 플렉시블 샤프트부분(9a')과의 사이에 간극이 발생하는 것이 확실하게 방지된다.

상기에 본 발명의 일축 편심 나사 펌프에 대해서 6개의 실시예를 도시하였지만, 본 발명의 일축 편심 나사 펌프는, 다음과 같이 실시하는 것이 가능하다.

a) 플렉시블 샤프트(9)에 적합한 엔지니어링 플라스틱으로는 상기PEEK 이외에, 예를 들면 폴리이미드나 폴리에테르설폰이 있다.

b) 금속제 로드 (17)은 플렉시블 샤프트(9)의 길이 방향의 중간 위치에 한정되지 않고, 예를 들면 3개로 구성된 플렉시블 샤프트부분(9a)를 2개로 구성되는 금속제 로드(17)과 교호로 접속해서 플렉시블 샤프트를 구성한다.

본 발명은 회전자 또는 구동축과 플렉시블 샤프트와의 죠인트부를 콤팩트하게 해서 이송시의 저항을 저감시키고, 종래의 금속제 플렉시블 샤프트에 비교해서 길이를 단축시키며, 내약품성에 우수하고 제조비용도 낮출 수 있는 일축 편심 나사 펌프를 제공한다.

Claims

펌프 케이스의 일단에 구비된 구동장치의 구동축에 플렉시블 샤프트를 통하여 접속한 숫나사형 회전자를, 암나사형 고정자 내부에 회동 가능하게 삽입해서 편심 회전시키는 것에 의하여, 이송물을 이송하는 일축 편심 나사 펌프에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트를 엔지니어링 플라스틱으로 형성하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트의 길이 방향의 중간부분의 외주에, 금속제 슬리브를 덮어서 장착하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트의 길이가 상기 회전자 외경의 15배 이상 또는 1000mm 이상의 길이로 되고,

상기 플렉시블 샤프트의 중간 부분을 파이프형 또는 속이 꽉 찬 솔리드의 금속제 로드로 구성하고, 상기 금속제 로드의 양단에 엔지니어링 플라스틱제의 플렉시블 샤프트부분을 접속하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

엔지니어링 플라스틱제의 상기 플렉시블 샤프트의 일단과 금속제의 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단의 접착부에 있어서, 상기 플렉시블 샤프트의 일단면에 중심홈을 형성하고, 상기 중심홈에 삽입 가능한 돌출부를 일체로 갖는 금속부재를 상기 플렉시블 샤프트의 일단면에 미리 접착하고, 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단면에 중심홈을 형성하여 상기 중심홈에 상기 플렉시블 샤프트의 일단부를 상기 금속부재와 함께 삽입해서 접착제에 의하여 접착하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

엔지니어링 플라스틱제의 상기 플렉시블 샤프트의 일단과 금속제의 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단의 접착부에 있어서, 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단면에 중심홈을 형성함과 동시에, 상기 중심홈의 내주면에 키이홈을 형성하고, 상기 플렉시블 샤프트의 일단부 외주면에 상기 키이홈에 대응하는 키이를 접착에 의하여 돌설하여 상기 중심홈에 삽입해서 접착제에 의하여 접착하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트의 일단에 슬리브형의 금속제 연결구의 일단부를 접착에 의하여 일체적으로 장착하고, 상기 연결구에 일체로 형성된 작은 반경을 갖는 돌출부를 상기 회전자의 일단면에 형성한 중심홈에 삽입하여, 상기 중심홈의 축선에 직교하는 멈춤나사를 통하여 장착 및 분리 가능하게 접속하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트의 일단에 슬리브형의 금속제 연결구의 일단부를 접착에 의하여 일체적으로 부착하고, 상기 연결구의 타단부 내주면에 설치된 암나사부를, 상기 회전자의 일단부 외주면에 설치된 숫나사부에 장착 가능하게 나사에 의해 접속하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트의 단부를 선단을 향해 점차적으로 외경이 축소되는 테이퍼형으로 형성하고, 상기 구동축 또는 상기 회전자의 일단면에 중심홈을 테이퍼형으로 형성하여, 상기 테이퍼형 중심홈에 상기 플렉시블 샤프트의 테이퍼형 단부를 삽입해서 접착제에 의하여 접착하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 엔지니어링 플라스틱이 PEEK 인 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉시블 샤프트의 일단을, 상기 구동축의 일단에 일체적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 펌프 케이스의 상기 구동축 측단부의 축을 봉하는 장치에 미케니컬 실을 사용하고, 상기 구동축용 케이스에 있어서, 상기 축을 봉하는 장치의 조임용 창부를 없앰과 동시에, 상기 조임용 창부 길이에 대응하는 구동축 부분을 단축한 것을 특징으로 하는 일축 편심 나사 펌프.