KR20160095632A

KR20160095632A - 1축 편심 나사 펌프

Info

Publication number: KR20160095632A
Application number: KR1020160012741A
Authority: KR
Inventors: 에이지 우에츠지
Original assignee: 헤이신 엘티디.
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2016-08-11
Also published as: JP2016142188A; CN105840494B; CN105840494A; KR102439444B1; JP6761980B2

Abstract

가요성을 갖는 연결 부재를 동력 전달 기구부에 사용한 경우라도, 연결 부재의 복원력(반력)의 영향에 의한 로터의 자세 붕괴에 기인하는 압송 성능의 저하 등을 최소한으로 억제 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
1축 편심 나사 펌프(10)는, 로터(30)와, 관통 구멍(22)을 구비한 스테이터(20)와, 동력 전달 기구부(50)를 구비하고 있다. 동력 전달 기구부(50)에는, 플렉시블 로드 등에 의해 구성된 연결 부재(62)가 설치되어 있다. 연결 부재(62)는, 로터(30)가 스테이터(20)의 내측에 있어서 자전하면서 스테이터(20)의 내주면을 따르도록 공전하도록 로터(30)를 편심 회전시킬 수 있다. 관통 구멍(22)은, 스테이터(20)의 축선을 횡단하는 횡단면에 있어서, 타원 형상의 개구 영역을 구성하도록 개구된 것이다. 또한, 스테이터(20)는, 개구 영역의 길이 방향 중간부에 있어서, 개구 영역의 짧은 방향 내측으로 팽출된 팽출부를 갖는다.

Description

1축 편심 나사 펌프 {SINGLE-SHAFT ECCENTRIC SCREW PUMP}

본 발명은, 구동원으로부터 입력된 회전 동력을 로터에 전달하기 위한 동력 전달 기구부에, 로터의 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 가요성을 갖는 연결 부재가 채용된 1축 편심 나사 펌프에 관한 것이다.

종래, 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 1축 편심 나사 펌프와 같이, 동력 전달 기구부에 플렉시블 로드나 플렉시블 와이어 등의 가요성을 갖는 연결 부재를 설치한 것이 제공되어 있다. 특허문헌 1의 1축 편심 나사 펌프에 있어서는, 구동원으로부터 입력된 회전 동력을 연결 부재를 통해 로터에 전달 가능하게 되어 있다. 이에 의해, 로터를, 스테이터의 내측에 있어서 자전하면서, 스테이터의 내주면을 따르도록 공전하도록 편심 회전시킬 수 있다.

일본 특허 공개 제2012-154215호 공보

그러나, 상술한 바와 같이 플렉시블 로드 등의 연결 부재를 동력 전달 기구부에 채용한 경우, 연결 부재의 복원력(반력)에 의해 로터의 자세가 무너져버린다. 도 8을 참조하면서 더욱 구체적으로 설명하면, 연결 부재(100)에 접속된 로터(120)를 스테이터(110)에 삽입하여 회전시키면, 연결 부재(100)의 복원력이 로터(120)에 작용한다. 이 복원력의 작용에 의해, 로터(120)는, 플렉시블 로드 등의 연결 부재(100)에 추종하여 일직선으로 배열되도록 자세 변화하려고 한다. 그러나, 로터(120)의 움직임이 스테이터(110)에 의해 규제되어 있다. 그로 인해, 로터(120)는, 연결 부재(100)와 일직선으로 배열된 자세로는 되지 않는다.

여기서, 가령 스테이터(110)가 금속 등의 강체라면, 로터(120)는 움직이지 않고, 도 8의 (a)와 같은 자세로 된다. 구체적으로는, 연결 부재(100)의 변형에 의한 복원력이 작용했다고 해도, 스테이터(110)가 강체라면, 로터(120)의 움직임이 스테이터(110)에 의해 완전히 규제되므로, 로터(120)가 스테이터(110)에 대해 기우는 일은 없다.

그러나, 일반적으로 사용되는 스테이터(110)는, 고무 등의 탄성체에 의해 구성되어 있어, 탄성 변형된다. 그로 인해, 연결 부재(100)의 복원력이 로터(120)에 작용하면, 도 8의 (b)에 도시하는 예와 같이 로터(120)의 기단부측(동력원측:도면 중 우측)이 선단측(도면 중 좌측)보다도 내려가도록 경사진 자세로 되어버린다.

여기서, 1축 편심 나사 펌프에 있어서는, 스테이터(110) 내에 있어서 로터(120)가 선 접촉됨으로써, 압송 대상인 유동체가 통과하는 공간(캐비티)이 스테이터(110) 내에 형성된다. 캐비티를 이루는 로터(120)와 스테이터(110)의 선 접촉 부분(시일선)에 도중 끊김이 발생하면, 고압으로 되는 토출측으로부터 저압인 흡입측을 향해 유동체가 역류해버릴 우려가 있다. 또한, 로터(120)가 기하학적으로 이상적으로 되는 운동으로부터 일탈된 동작을 행하면, 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동의 원인으로 될 수도 있다. 그로 인해, 1축 편심 나사 펌프에 있어서는, 스테이터(110)에 대해 로터(120)가 기울어진 상태로 되지 않도록 하는 것이, 토출 성능의 안정화에 있어서 중요한 과제로 될 수 있다.

그러나, 스테이터(110)가 탄성 변형되는 경우에는, 연결 부재(100)의 변형에 의한 복원력이 로터(120)의 자세를 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이 변화시켜, 상술한 시일선의 도중 끊김이 발생할 우려나, 로터(120)가 기하학적으로 이상적으로 되는 운동으로부터 일탈된 동작을 행할 우려가 있다. 따라서, 플렉시블 로드 등의 연결 부재(100)를 동력 전달 기구부에 채용한 경우에는, 유동체의 역류나, 유동체의 맥동 등의 문제가 발생할 수도 있다.

따라서, 본 발명은, 플렉시블 로드나 플렉시블 와이어 등의 가요성을 갖는 연결 부재를 동력 전달 기구부에 채용한 경우라도, 연결 부재의 복원력(반력)의 영향에 의한 로터의 자세 붕괴, 및 이것에 기인하는 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제 가능한 1축 편심 나사 펌프의 제공을 목적으로 한다.

여기서 일반적으로, 도 8의 (c)∼(e) 등에 도시하는 바와 같이, 스테이터의 두께는, 관통 구멍의 개구 영역의 길이 방향 외측에 있어서 얇고, 짧은 방향 외측에 있어서 두꺼워진다. 그로 인해, 관통 구멍 내에 있어서 로터가 스테이터에 접촉되어, 로터로부터 스테이터에 대해 스테이터의 직경 방향 외측을 향해 힘이 작용함으로써 스테이터가 받는 반력, 즉 스테이터에 대해 연결 부재로부터 작용하는 복원력이 로터의 자세에 미치는 영향은, 관통 구멍의 개구 영역의 길이 방향 양단부에 있어서 작고, 길이 방향 중간부에 있어서 커진다. 이러한 상정하에, 본 발명자들은, 관통 구멍의 개구 영역의 길이 방향 중간부에 있어서, 로터로부터 스테이터에 대해 개구 영역의 짧은 방향 외측을 향해 작용하는 힘을 지지할 수 있으면, 연결 부재의 복원력(반력)의 영향에 의한 로터의 자세 붕괴를 억제하여, 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한의 것으로 할 수 있는 것은 아닐까라는 지견에 이르렀다.

상술한 지견에 기초하여 제공되는 본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 수나사형의 축체에 의해 구성된 로터와, 상기 로터를 삽입 관통 가능한 암나사형의 관통 구멍을 구비한 탄성체로 이루어지는 스테이터와, 구동원으로부터 입력된 회전 동력을 상기 로터에 전달하기 위한 동력 전달 기구부를 구비하고 있고, 상기 동력 전달 기구부가, 상기 로터의 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 가요성을 갖는 연결 부재를 구비하고 있고, 상기 스테이터의 내측에 있어서 자전하면서 상기 스테이터의 내주면을 따르도록 공전하도록 상기 로터를 편심 회전시키는 것이 가능한 것이고, 상기 관통 구멍이, 상기 스테이터의 축선을 횡단하는 횡단면에 있어서, 타원 형상의 개구 영역을 구성하도록 개구된 것이고, 상기 개구 영역의 길이 방향 중간부에 있어서 상기 개구 영역의 짧은 방향 내측을 향해 팽출된 팽출부가, 상기 스테이터의 축 방향의 적어도 일부의 영역에 형성된 것이다.

본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 스테이터의 축 방향의 적어도 일부의 영역에 있어서, 스테이터에 형성된 관통 구멍의 개구 영역의 짧은 방향 내측을 향해 팽출된 팽출부를 갖는다. 이러한 구성으로 함으로써, 로터로부터 스테이터에 대해 관통 구멍의 짧은 방향 외측을 향해 작용하는 힘을 팽출부에서 지지할 수 있다. 이에 의해, 연결 부재의 복원력(반력)의 영향에 의한 로터의 자세 붕괴를 억제하여, 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한의 것으로 할 수 있다.

상술한 본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 상기 연결 부재가, 플렉시블 로드 혹은 플렉시블 와이어에 의해 구성된 것인 것이 바람직하다.

본 발명의 1축 편심 나사 펌프에 있어서는, 플렉시블 로드 혹은 플렉시블 와이어에 의해 구성된 연결 부재의 복원력의 영향에 의해 로터의 자세가 무너지는 것을 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 로터의 자세 붕괴에 기인하는 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제할 수 있다.

여기서, 본 발명자들이 예의 검토한 바, 연결 부재의 복원력이 로터에 작용하면, 구동원측과는 반대측에 위치하는 단부(선단부)에 있어서 스테이터의 강성에 의해 로터의 이동이 제한된 상태로 되어, 선단부측을 지지점으로 하여 기단부측을 향해 로터가 내려간 상태로 되기 쉽다는 지견이 얻어졌다.

이러한 지견에 기초하여 제공되는 본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 상기 스테이터가, 상기 구동원측에 위치하는 기단부와, 상기 구동원과는 반대측에 위치하는 선단부를 갖고, 상기 팽출부가, 적어도 상기 스테이터의 상기 기단부측의 영역에 형성된 것이다.

이러한 구성으로 함으로써, 선단부측으로부터 기단부측을 향해 로터가 내려간 상태, 즉 스테이터에 대해 로터가 경사진 상태로 되는 것을 최소한으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제 가능한 1축 편심 나사 펌프를 제공할 수 있다.

여기서, 상술한 본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 로터의 자세를 안정시킨다고하는 관점에서 보면, 스테이터의 축 방향 전역에 있어서 팽출부의 팽출량을 대략 균일하게 한 것이어도 된다. 그러나, 팽출부를 형성하는 것에 의한 토크의 증대나, 윤활 특성의 악화에 수반하는 마모 속도의 증대 등의 문제에도 배려하기 위해, 팽출부의 팽출량에 대해 가일층의 최적화를 도모하는 것이 바람직하다.

이러한 지견에 기초하여 본 발명자들이 예의 검토한 바, 스테이터의 축 방향 일부의 개소에 있어서, 팽출부를 형성하지 않는 구성으로 하거나, 팽출부의 팽출량을 작게 하거나 함으로써, 토출 성능의 향상 효과나 맥동의 억제 효과를 얻으면서, 마모 속도의 저감 등의 효과도 동시에 달성할 수 있는 것이 아닐까라는 지견이 얻어졌다. 또한, 상술한 바와 같이, 연결 부재의 복원력이 로터에 작용하면, 스테이터의 선단부측을 지지점으로 하여 기단부측을 향해 로터가 내려간 상태로 되기 쉽다. 그로 인해, 선단부측의 영역보다도 기단부측의 영역에 있어서 팽출부에 의한 효과가 발현되도록 팽출부의 팽출량이 조정되는 것이 바람직하다.

이러한 지견에 기초하여 제공되는 본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 상기 스테이터가, 상기 구동원측에 위치하는 기단부와, 상기 구동원과는 반대측에 위치하는 선단부를 갖고, 상기 팽출부의 팽출량이, 상기 선단부측의 영역보다도, 상기 기단부측의 영역에 있어서 큰 것이다.

이러한 구성으로 함으로써, 연결 부재의 복원력이 로터의 자세에 미치는 영향을 최소한으로 억제하면서, 토크 증대의 방지나 마모 속도의 저감 등의 효과가 얻어진다.

또한, 마찬가지의 지견에 기초하여 제공되는 본 발명의 1축 편심 나사 펌프는, 상기 스테이터가, 상기 구동원측에 위치하는 기단부와, 상기 구동원과는 반대측에 위치하는 선단부를 갖고, 상기 팽출부의 팽출량이, 상기 선단부측으로부터 상기 기단부측을 향함에 따라 점차 증가한 것이다.

이러한 구성으로 함으로써, 연결 부재의 복원력이 로터의 자세에 미치는 영향을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 토출 성능의 향상이나 맥동의 억제 효과에 더하여, 마모 속도의 저감 효과 등의 효과도 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 플렉시블 로드나 플렉시블 와이어 등의 가요성을 갖는 연결 부재를 동력 전달 기구부에 채용한 경우라도, 연결 부재의 복원력(반력)의 영향에 의해 로터가 자세를 무너뜨리는 것, 및 이것에 기인하는 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제 가능한 1축 편심 나사 펌프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 1축 편심 나사 펌프의 단면도이다.
도 2의 (a)는 스테이터의 일례를 도시하는 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 A1-A1 단면도, (d)는 우측면도이다. 배면도, 평면도, 및 저면도는 정면도와 동일하게 나타나기 때문에, 도시하지 않고 생략하고 있다.
도 3의 (a)는 도 2의 (c)의 B-B 단면도, (b)는 도 2의 (c)의 C-C 단면도이다.
도 4는 도 1의 1축 편심 나사 펌프의 작동 중에 있어서의 로터 및 연결 부재의 자세에 관한 설명도이다.
도 5의 (a)는 스테이터가 제1 변형예를 도시하는 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 A2-A2 단면도, (d)는 우측면도이다. 배면도, 평면도, 및 저면도는 정면도와 동일하게 나타나기 때문에, 도시하지 않고 생략하고 있다.
도 6의 (a)는 스테이터의 제2 변형예를 도시하는 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 A3-A3 단면도, (d)는 우측면도이다. 배면도, 평면도 및 저면도는 정면도와 동일하게 나타나기 때문에, 도시하지 않고 생략하고 있다.
도 7의 (a)는 스테이터의 제3 변형예를 도시하는 정면도, (b)는 좌측면도, (c)는 A4-A4 단면도, (d)는 우측면도이다. 배면도, 평면도, 및 저면도는 정면도와 동일하게 나타나기 때문에, 도시하지 않고 생략하고 있다.
도 8의 (a)는 스테이터가 강체인 경우에 있어서의 로터 및 연결 부재의 자세에 관한 설명도이며, (b)는 종래 기술에 있어서의 로터 및 연결 부재의 자세에 관한 설명도이며, (c)는 (b)의 좌측면도, (d)는 (b)의 P-P 단면도, (e)는 (b)의 우측면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태인 1축 편심 나사 펌프(10)에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 1축 편심 나사 펌프(10)는, 소위 회전 용적형의 펌프이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 1축 편심 나사 펌프(10)는, 케이싱(12)에 대해 스테이터(20)나, 로터(30), 동력 전달 기구부(50) 등을 조립한 구성으로 되어 있다. 케이싱(12)은, 금속제로 통 형상의 부재이다. 케이싱(12)의 길이 방향 일단부측에는, 통 형상의 엔드 스터드(12a)가 장착되어 있다. 엔드 스터드(12a)에는, 제1 개구(14a)가 형성되어 있다. 또한, 케이싱(12)의 외주 부분에는, 제2 개구(14b)가 형성되어 있다. 제2 개구(14b)는, 케이싱(12)의 길이 방향 중간 부분에 위치하는 중간부(12d)에 있어서 케이싱(12)의 내부 공간에 연통되어 있다.

제1 개구(14a) 및 제2 개구(14b)는, 각각 1축 편심 나사 펌프(10)의 흡입구 및 토출구로서 기능하는 부분이다. 더욱 상세하게 설명하면, 본 실시 형태의 1축 편심 나사 펌프(10)는, 로터(30)를 정 방향으로 회전시킴으로써, 제1 개구(14a)가 토출구로서 기능하고, 제2 개구(14b)가 흡입구로서 기능하도록 유동체(유체)를 압송하는 것이 가능하다. 또한 이것과는 반대로, 1축 편심 나사 펌프(10)는, 로터(30)를 역방향으로 회전시킴으로써, 제1 개구(14a)가 흡입구로서 기능하고, 제2 개구(14b)가 토출구로서 기능하도록 유동체를 압송시키는 것이 가능하다.

스테이터(20)는, 고무로 대표되는 탄성체나 수지 등으로 제작되어 있다. 스테이터(20)에는, 원통형의 것 외에, 단면 형상이 다각형이며 통 형상의 것을 사용하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 스테이터(20)로서, 외관 형상이 대략 원통형의 외관 형상을 갖는 것이 사용되고 있다. 스테이터(20)의 재질은, 1축 편심 나사 펌프(10)의 피반송물인 유동체의 종류나 성상 등에 맞추어 적절히 선택된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 스테이터(20)는, 엔드 스터드(12a)에 인접한 위치에 설치되어 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 스테이터(20)는, 대략 원통형의 외통(20s)의 내측에 내통(20t)을 배치한 것이다. 내통(20t)의 단부에는, 직경 방향 외측을 향해 돌출된 돌출부(21)가 형성되어 있다. 돌출부(21)는, 외통(20s)의 단부보다도 스테이터(20)의 길이 방향으로 돌출되어 있고, 스테이터(20)의 길이 방향의 단부에 접촉되어 있다. 내통(20t)은, 단부 근방에 형성된 스폿 페이싱부(23)에 있어서 스폿 페이싱된 형상으로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 스테이터(20)에 스폿 페이싱부(23)를 형성한 예를 나타냈지만, 스테이터(20)는 반드시 스폿 페이싱부(23)를 형성한 것이 아니어도 된다.

스테이터(20)는, 양단에 있는 돌출부(21)를 케이싱(12)의 단부에 있어서 엔드 스터드(12a) 및 케이싱(12)에 의해 끼워 넣고, 엔드 스터드(12a)와 케이싱(12)에 걸쳐 스테이 볼트(16)를 장착하여 체결함으로써 고정되어 있다.

또한, 스테이터(20)에는, 후술하는 로터(30)를 삽입 관통시키기 위한 관통 구멍(22)이 축선 방향으로 연장되도록 형성되어 있다. 관통 구멍(22)은, n조로 단단 혹은 다단의 암나사 형상으로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 2조로 다단의 형상으로 되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(22)은, 길이 방향(축선 방향)의 어느 위치에 있어서 단면에서 보아도 대략 동일한 단면 형상을 갖는다. 관통 구멍(22)의 단면 형상 및 단부에 있어서의 개구 형상은, 일방향(이하, 「H 방향」이라고도 칭함)으로의 길이가, H 방향에 대해 교차하는 방향(이하, 「B 방향」이라고도 칭함)으로의 길이에 대해 긴 타원 형상으로 되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(22)은, 스테이터(20)의 축선을 횡단하는 횡단면에 있어서 타원 형상의 개구 영역을 구성하도록 개구되어 있다. 더욱 상세하게는, 관통 구멍(22)의 단면 형상은, H 방향의 양단측에 원호 형상으로 만곡된 만곡부(22a, 22b)와, 만곡부(22a, 22b) 사이를 연결하는 중간부(22c, 22d)를 갖는다.

또한, 중간부(22c, 22d)에는, 팽출부(22e, 22f)가 형성되어 있다[본 실시 형태에서는 중간부(22c, 22d)의 대략 중앙부]. 팽출부(22e, 22f)는, 각각 개구 영역(22g)의 내측을 향해 팽출되어 있다. 더욱 상세하게는, 팽출부(22e, 22f)는, 각각 관통 구멍(22)의 짧은 방향의 내측을 향해 팽출되어 있다. 본 실시 형태에서는, 팽출부(22e, 22f)는, 중간부(22c, 22d)의 양단부로부터 대략 중앙부를 향해 완만하게 만곡되고, 대략 중앙부에 있어서 관통 구멍(22)의 가장 내측에 돌출되도록 형성되어 있다. 이에 의해, 개구 영역(22g)은, 중간부(22c, 22d)의 대략 중앙부에 있어서 잘록부가 형성된, 말하자면 표주박과 같은 형상으로 되어 있다.

또한, 팽출부(22e, 22f)는, 스테이터(20)의 축선 방향의 적어도 일부의 영역에 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 스테이터(20)의 축선 방향의 대략 전역에 걸쳐 팽출부(22e, 22f)가 형성되어 있다.

팽출부(22e, 22f)의 개구 영역(22g) 측으로의 팽출량은, 스테이터(20)의 축 방향의 어느 위치(영역)에 있어서도 동일해도 되지만, 위치에 따라 팽출량을 상이하게 해도 된다. 구체적으로는, 팽출부(22e, 22f)는, 스테이터(20)에 있어서 선단부(20x)측보다도 기단부(20y)측의 영역에 우선적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 팽출부(22e, 22f)는, 기단부(20y)측의 영역에 있어서의 팽출량의 쪽이, 선단부(20x)측에 있어서의 팽출량보다도 커지도록 형성되어 있다. 구체적으로는, 선단부(20x)측에 형성된 팽출부(22e, 22f)는, 도 2의 (d)에서 파선으로 나타내는 바와 같이 개구 영역(22g)측으로 팽출된 형상으로 되어 있다. 이에 반해, 기단부(20y)측에 형성된 팽출부(22e, 22f)는, 동 도면에서 실선으로 나타내는 바와 같이 선단부(20x)측에 형성된 팽출부(22e, 22f)보다도 개구 영역(22g)측으로 더 팽출되어 있다. 또한, 팽출부(22e, 22f)는, 선단부(20x)측으로부터 기단부(20y)측을 향함에 따라, 점차 증대되도록 팽출량이 조정되고 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 로터(30)는, 스테이터(20)의 관통 구멍(22)에 삽입 관통되는 축체이다. 로터(30)는, 금속, 수지, 혹은 세라믹 등의 소재에 의해 형성된 것이며, n-1조로 단단 혹은 다단의 수나사 형상으로 되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 로터(30)는, 1조로 다단으로 되어 있다. 로터(30)는, 이후에 상세하게 설명하는 연결 부재(62)가 접속되는 축체이다. 로터(30)는, 연결 부재(62)를 통해 전달된 동력에 의해 편심 회전한다.

더욱 상세하게는, 로터(30)는, 스테이터(20)의 내측에 있어서 자전하면서, 스테이터(20)의 관통 구멍(22)을 이루는 내주면(24)을 따르도록 공전한다. 로터(30)는, 길이 방향의 어느 위치에서 단면에서 보아도, 그 단면 형상이 대략 진원형으로 되도록 형성되어 있다. 로터(30)는, 상술한 스테이터(20)에 형성된 관통 구멍(22)에 삽입 관통되고, 관통 구멍(22)의 내부에 있어서 자유롭게 편심 회전 가능하도록 되어 있다.

로터(30)를 스테이터(20)에 대해 삽입 관통하면, 로터(30)의 외주면(32)과 스테이터(20)의 내주면(24)이 양자의 접선에 걸쳐 접촉된 상태로 된다. 또한, 이 상태에 있어서, 관통 구멍(22)을 형성하고 있는 스테이터(20)의 내주면(24)과, 로터(30)의 외주면(32) 사이에는, 유체 반송로(40)가 형성된다. 유체 반송로(40)는, 상술한 스테이터(20)의 리드의 길이 L을 기준 길이 S로 한 경우에, 스테이터(20)의 축 방향으로 리드의 기준 길이 S의 d배의 길이를 갖는 다단(d단)의 유로로 되어 있다.

유체 반송로(40)는, 스테이터(20)나 로터(30)의 길이 방향을 향해 나선 형상으로 연장되어 있다. 또한, 유체 반송로(40)는, 로터(30)를 스테이터(20)의 관통 구멍(22) 내에 있어서 회전시키면, 스테이터(20) 내를 회전하면서 스테이터(20)의 길이 방향으로 진행된다. 그로 인해, 로터(30)를 회전시키면, 스테이터(20)의 일단부측으로부터 유체 반송로(40) 내로 유동체를 흡입함과 함께, 이 유동체를 유체 반송로(40) 내에 가둔 상태에서 스테이터(20)의 타단부측을 향해 이송시키고, 스테이터(20)의 타단부측에 있어서 토출시키는 것이 가능하다. 즉, 로터(30)를 정 방향으로 회전시키면, 제2 개구(14b)로부터 흡입한 유동체를 압송하여, 제1 개구(14a)로부터 토출하는 것이 가능하다. 또한, 로터(30)를 역방향으로 회전시키면, 제1 개구(14a)로부터 흡입한 유동체를 제2 개구(14b)로부터 토출할 수 있다.

동력 전달 기구부(50)는, 케이싱(12)의 외부에 설치된 모터 등의 구동원(도시하지 않음)으로부터 상술한 로터(30)에 대해 동력을 전달하기 위해 설치되어 있다. 동력 전달 기구부(50)는, 동력 접속부(52)와 편심 회전부(54)를 갖는다. 동력 접속부(52)는, 케이싱(12)의 길이 방향의 일단부측, 더욱 상세하게는 상술한 스테이터(20)가 설치된 것과는 반대측(이하, 단순히 「기단부측」이라고도 칭함)에 형성된 축 수용부(12c) 내에 형성되어 있다. 또한, 편심 회전부(54)는, 축 수용부(12c)와 스테이터(20) 사이에 형성된 중간부(12d)에 형성되어 있다.

동력 접속부(52)는, 드라이브 샤프트(56)를 갖고, 이것이 2개의 베어링(58a, 58b)에 의해 자유롭게 회전 가능하도록 지지되어 있다. 드라이브 샤프트(56)는, 케이싱(12)의 기단부측의 폐색 부분으로부터 외부로 취출되어 있고, 동력원에 접속되어 있다. 그로 인해, 동력원을 작동시킴으로써, 드라이브 샤프트(56)를 회전시키는 것이 가능하다. 동력 접속부(52)가 형성된 축 수용부(12c)와 중간부(12d) 사이에는, 예를 들어 메커니컬 시일이나 그랜드 패킹 등으로 이루어지는 축밀봉 장치(60)가 설치되어 있고, 이에 의해 중간부(12d)측으로부터 축 수용부(12c)측으로 피반송물인 유동체가 누출되지 않는 구조로 되어 있다.

편심 회전부(54)는, 상술한 드라이브 샤프트(56)와 로터(30)를 연결 부재(62)에 의해 동력 전달 가능하도록 접속되는 부분이다. 연결 부재(62)는, 드라이브 샤프트(56)나 로터(30)에 대해 나사 접속이나 수축 끼워 맞춤 등의 접속 방법에 의해 접속되어 있다. 연결 부재(62)는, 로터(30)의 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 가요성을 갖는 것이면 어떠한 것이어도 된다. 구체적으로는, 연결 부재(62)에는, 플렉시블 로드나 플렉시블 와이어를 사용할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 연결 부재(62)로서 플렉시블 로드가 사용되고 있다. 이에 의해, 편심 회전부(54)는, 드라이브 샤프트(56)를 통해 전달되어진 회전 동력을 로터(30)에 전달하여, 로터(30)를 편심 회전시키는 것이 가능하다.

상술한 1축 편심 나사 펌프(10)는, 모터 등으로 이루어지는 구동원을 작동시켜, 로터(30)를 정 방향으로 회전시킴으로써, 유동체를 기단부(20y)측으로부터 흡입하여 선단부(20x)측으로 압송하고, 엔드 스터드(12a)에 형성되어 있는 제1 개구(14a)로부터 토출시킬 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 1축 편심 나사 펌프(10)에 있어서는, 스테이터(20)에 팽출부(22e, 22f)가 형성되어 있다. 팽출부(22e, 22f)는, 관통 구멍(22)의 개구 영역(22g)의 길이 방향 중간부에 있어서, 짧은 방향 내측을 향해 팽출되어 있다. 이러한 팽출부(22e, 22f)를 형성함으로써, 연결 부재(62)로부터 스테이터(20)에 대해 작용하는 복원력을 팽출부(22e, 22f)에 있어서 지지하여, 로터(30)의 자세 붕괴를 억제할 수 있다(도 4 참조). 따라서, 1축 편심 나사 펌프(10)에 있어서는, 연결 부재(62)의 복원력에 기인하는 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제할 수 있다.

상술한 1축 편심 나사 펌프(10)에 있어서, 연결 부재(62)는, 로터(30)의 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 가요성을 갖는 부재라면 어떠한 것이어도 되고, 예를 들어 플렉시블 로드나 플렉시블 와이어 등을 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 플렉시블 로드 등의 외에, 소위 휨 축커플링과 같이, 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 휨을 허용하면서, 축선 둘레 방향으로의 비틀림을 억제 가능한 특성을 갖는 커플링 등을 연결 부재(62)로서 사용하는 것이 가능하다.

또한, 상술한 1축 편심 나사 펌프(10)에 있어서는, 스테이터(20)에 형성된 팽출부(22e, 22f)의 팽출량이, 선단부(20x)측의 영역보다도, 기단부(20y)측의 영역에 있어서 크다. 이러한 구성으로 함으로써, 연결 부재(62)의 복원력이 로터(30)의 자세에 미치는 영향을 최소한으로 억제하면서, 팽출부(22e, 22f)를 형성하는 것에 의한 폐해도 방지할 수 있다. 즉, 1축 편심 나사 펌프(10)에 있어서는, 연결 부재(62)의 복원력의 영향에 의해, 스테이터(20)의 선단부(20x)측을 지지점으로 하여 기단부(20y)측을 향해 로터(30)가 내려간 상태로 되기 쉬운 경향에 있는 것이나, 팽출부(22e, 22f)를 형성하는 것에 수반하는 토크의 증대, 윤활 특성의 악화에 수반하는 마모 속도의 증대 등의 문제를 고려하여, 팽출부(22e, 22f)의 팽출량을 스테이터(20)의 축 방향의 위치에 따라 조정하고 있다. 그로 인해, 1축 편심 나사 펌프(10)에 있어서는, 연결 부재(62)의 복원력에 기인하는 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동과 같은 문제를 억제할 뿐만 아니라, 스테이터(20)의 마모 속도의 저감 효과 등의 효과도 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에서 나타낸 스테이터(20)는, 팽출부(22e, 22f)의 팽출량이, 선단부(20x)측으로부터 기단부(20y)측을 향함에 따라 점차 증가한 것이다. 그로 인해, 스테이터(20)의 축 방향의 어느 위치를 기준으로 해도, 스테이터(20)에 형성된 팽출부(22e, 22f)의 팽출량이, 선단부(20x)측의 영역보다도, 기단부(20y)측의 영역에 있어서 크다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 스테이터(20)의 축 방향의 소정 위치를 기준으로 하여 선단부(20x)측의 영역에 있어서 팽출부(22e, 22f)의 팽출량을 일정량 α로 하고, 상기 소정 위치를 기준으로 하여 기단부(20y)측의 영역에 있어서 팽출부(22e, 22f)의 팽출량을 일정량 β로 하여, α＜β의 관계가 성립되도록 하는 것이어도 된다. 즉, 팽출부(22e, 22f)의 팽출량은, 본 실시 형태와 같이 무단계로 변화되는 것에 한정되지 않고, 단계적으로 변화하는 것이어도 된다. 또한, 팽출부(22e, 22f)의 팽출량을 소정 위치를 기준으로 하여 선단부(20x)측과 기단부(20y)측으로 변화시키는 경우에는, 취급하는 유동체의 액성이나 압력 등의 조건에 의해 팽출량을 변화시키는 위치나 변화량을 적절히 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 팽출부(22e, 22f)의 팽출량을 선단부(20x)측으로부터 기단부(20y)측을 향함에 따라 점차 증가시킴으로써, 선단부(20x)측의 영역보다도 기단부(20y)측의 영역에 있어서 팽출부(22e, 22f)를 크게 팽출시킨 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

구체적으로는, 팽출부(22e, 22f)의 팽출량이, 선단부(20x)측으로부터 기단부(20y)측을 향함에 따라 영역마다 단계적(불연속)으로 증가되도록 해도 된다. 또한, 팽출부(22e, 22f)를 형성하는 것에 의한 토크의 증대나, 윤활 특성의 악화에 수반하는 마모 속도의 증대 등을 고려할 필요가 없는 경우 등에는, 스테이터(20)의 축 방향 전역에 있어서 팽출부(22e, 22f)의 팽출량을 대략 균일하게 한 것이어도 된다.

또한, 상술한 팽출부(22e, 22f)는, 중간부(22c, 22d)의 양단부로부터 대략 중앙부를 향함에 따라 서서히 관통 구멍(22)의 내측으로 돌출된 대략 산 모양의 형상으로 돌출된 것이지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 팽출부(22e, 22f)는, 각각 중간부(22c, 22d)에 있어서 개구 영역(22g)의 내측을 향해 팽출된 것이면 된다.

구체적으로는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 팽출부(22e, 22f)는, 중간부(22c, 22d)의 대략 중앙부에 있어서 개구 영역(22g)의 내측을 향해 반원 형상으로 돌출된 것이어도 된다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 팽출부(22e, 22f)는, 중간부(22c, 22d)의 양단측으로부터 대략 중앙부를 향해 돌출량이 대략 균일한 것이어도 된다. 팽출부(22e, 22f)가 도 5나 도 6과 같은 형상이었다고 해도, 팽출부(22e, 22f)가 스테이터(20)에 대해 작용하는 연결 부재(62)의 복원력을 지지할 수 있는 것이면, 로터(30)의 자세 붕괴를 억제하고, 복원력에 기인하는 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 팽출부(22e, 22f)가 중간부(22c, 22d)의 대략 중앙부에 형성된 예를 나타냈지만, 중간부(22c, 22d)의 대략 중앙부로부터 벗어난 위치에 팽출부(22e, 22f)가 형성되어 있어도 된다.

또한, 상술한 스테이터(20)는, 관통 구멍(22)의 단면 형상이 타원 형상의 것이면 어떠한 형상의 것이어도 된다. 즉, 관통 구멍(22)의 단면 형상은, 대향 배치된 원호 형상(22a, 22b)의 사이를 직선적으로 연장시키는 중간부(22c, 22d)로 연결된 트랙(주회로) 형상의 것에 한정되지 않고, 예를 들어 타원형, 소판형의 것 등이어도 된다. 더욱 구체적으로는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 스테이터(20)는, 타원형의 관통 구멍(22)에 팽출부(22e, 22f)를 형성한 것 등이어도 된다. 이러한 구성으로 한 경우에 대해서도, 팽출부(22e, 22f)에 의해 스테이터(20)에 대해 작용하는 연결 부재(62)의 복원력을 지지함으로써 로터(30)의 자세 붕괴를 억제하고, 압송 성능의 저하나 유동체의 맥동을 최소한으로 억제할 수 있다.

본 발명은, 구동원으로부터 입력된 회전 동력을 로터에 전달하기 위한 동력 전달 기구부에, 로터의 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 가요성을 갖는 연결 부재가 채용된 1축 편심 나사 펌프 전반에 있어서 적절하게 이용 가능하다.

10 : 1축 편심 나사 펌프
20 : 스테이터
20x : 선단부
20y : 기단부
22 : 관통 구멍
22e, 22f : 팽출부
22g : 개구 영역
30 : 로터
50 : 동력 전달 기구부
62 : 연결 부재

Claims

수나사형의 축체에 의해 구성된 로터와,
상기 로터를 삽입 관통 가능한 암나사형의 관통 구멍을 구비한 탄성체로 이루어지는 스테이터와,
구동원으로부터 입력된 회전 동력을 상기 로터에 전달하기 위한 동력 전달 기구부를 구비하고 있고,
상기 동력 전달 기구부가, 상기 로터의 축선 방향에 대해 교차하는 방향으로의 가요성을 갖는 연결 부재를 구비하고 있고, 상기 스테이터의 내측에 있어서 자전하면서 상기 스테이터의 내주면을 따르도록 공전하도록 상기 로터를 편심 회전시키는 것이 가능한 것이고,
상기 관통 구멍이, 상기 스테이터의 축선을 횡단하는 횡단면에 있어서, 타원 형상의 개구 영역을 구성하도록 개구된 것이고,
상기 개구 영역의 길이 방향 중간부에 있어서 상기 개구 영역의 짧은 방향 내측을 향해 팽출된 팽출부가, 상기 스테이터의 축 방향의 적어도 일부의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 1축 편심 나사 펌프.
제1항에 있어서, 상기 연결 부재가, 플렉시블 로드 혹은 플렉시블 와이어인 것을 특징으로 하는, 1축 편심 나사 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스테이터가, 상기 구동원측에 위치하는 기단부와, 상기 구동원과는 반대측에 위치하는 선단부를 갖고,
상기 팽출부가, 적어도 상기 스테이터의 상기 기단부측의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 1축 편심 나사 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터가, 상기 구동원측에 위치하는 기단부와, 상기 구동원과는 반대측에 위치하는 선단부를 갖고,
상기 팽출부의 팽출량이, 상기 선단부측의 영역보다도, 상기 기단부측의 영역에 있어서 큰 것을 특징으로 하는, 1축 편심 나사 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스테이터가, 상기 구동원측에 위치하는 기단부와, 상기 구동원과는 반대측에 위치하는 선단부를 갖고,
상기 팽출부의 팽출량이, 상기 선단부측으로부터 상기 기단부측을 향함에 따라 점차 증가하고 있는 것을 특징으로 하는, 1축 편심 나사 펌프.