TW202331103A

TW202331103A - 單軸偏心螺桿泵

Info

Publication number: TW202331103A
Application number: TW111138830A
Authority: TW
Inventors: 上辻英史; 榊原教晃
Original assignee: 日商兵神裝備股份有限公司
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2023-08-01
Also published as: TWI832488B; WO2023139843A1; JP2023104731A; JP7138382B1

Abstract

單軸偏心螺桿泵，是具備：定子(2)，是具有內周面是形成母螺紋型的插通孔(14)；及轉子(3)，是由插通前述定子(2)的插通孔(14)的公螺紋型的軸體所構成。對於在前述轉子(3)的外周面及前述定子(2)的插通孔(14)的內周面之間形成的過盈量(定子及轉子之間壓接的鬆緊程度)，在橫剖面形成的前述插通孔(14)的開口(16)的中央區域(19)的過盈量是比兩端區域(20)的過盈量更小。

Description

單軸偏心螺桿泵

本發明，是有關於單軸偏心螺桿泵。

習知的單軸偏心螺桿泵，具備：定子，是具有內周面是形成母螺紋型的插通孔；及轉子，是由插通此定子的插通孔的公螺紋型的軸體所構成(例如專利文獻1參照)。

前述習知的單軸偏心螺桿泵中，定子對於轉子的過盈量(定子及轉子之間壓接的鬆緊程度)是如下地被設計：不論轉子是位於定子的在橫剖面形成的插通孔的開口的兩端區域的情況時、或位於中央區域的情況時，定子對於轉子的過盈量皆成為幾乎相同值。

此情況，欲確保期望的過盈量的話，需要由大的扭矩、驅動力將轉子旋轉。

另一方面，為了讓轉子容易移動而減小過盈量的話，密封性能會下降，就無法適切地進行流動物的搬運。

本發明人等發現，只要在兩端區域可確保期望的過盈量的話，在中央區域中就不太需要確保過盈量，而開發出本發明的單軸偏心螺桿泵。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-344587號公報

[發明所欲解決之問題]

本發明的課題是提供一種單軸偏心螺桿泵，可以依據需要適切地設定：密封性能、及在轉子的旋轉所需要的驅動力。 [用以解決問題之技術手段]

本發明的解決前述課題用的手段，是提供一種單軸偏心螺桿泵，具備：定子，是具有內周面是形成母螺紋型的插通孔；及轉子，是由插通前述定子的插通孔的公螺紋型的軸體所構成；對於在前述轉子的外周面及前述定子的插通孔的內周面之間形成的過盈量(定子及轉子之間壓接的鬆緊程度)，是在橫剖面形成的前述插通孔的開口的中央區域的過盈量比兩端區域的過盈量更小。

依據此結構的話，轉子是位於開口的兩端區域的情況時，轉子是由規定的過盈量與定子的插通孔內面壓接。因此，在開口的兩端區域中可以充分發揮密封(耐壓)性能。另一方面，轉子是位於開口的中央區域的情況時，過盈量是比兩端區域更小，轉子與定子的插通孔內面壓接的力會變弱。因此，對於抑制作用於轉子的摩擦力的抑制效果，在開口的中央區域是比兩端區域更佳，可以減少在轉子旋轉時所需要的驅動力。

前述定子的開口的輪廓，是短徑及長徑的比(短徑/長徑)為0.83以上0.96以下的橢圓形較佳。

依據此結構的話，定子的開口形狀可以成為密封性能優異、轉子容易旋轉的最適合的形狀。即，短徑及長徑的比是未滿0.83的話，兩端區域中的中央部分(開口的兩端部)中的過盈量會過小，流動物會容易洩漏，另一方面，超過0.96的話，形成於轉子及定子之間的凹槽的容積會變小，流動物會不易搬運。

前述定子的開口的輪廓，是可由滿足以下條件的單一式表示：與由半圓及直線所構成的賽道形狀相比，中央區域的過盈量成為更小。

依據此結構的話，可抑制在中央區域中由定子所產生的轉子的旋緊力，可減少在轉子的旋轉所需要的驅動力。

前述定子的開口的輪廓，是由可滿足與由半圓及直線所構成的賽道形狀相比，兩端區域的過盈量成為更大的條件的單一式表示較佳。

依據此結構的話，可加大在兩端區域中由定子所產生的轉子的旋緊力，可藉由提高密封性能而更確實地進行流動物的搬運。

前述定子的開口的輪廓，是在兩端區域及中央區域，各別具備描畫軌跡不同的部位較佳。

依據此結構的話，可以形成在兩端區域及中央區域各別具有更適合所要求的性能的開口形狀的插通孔。

前述定子的開口的輪廓是具備正圓的一部分也可以。

前述定子的開口的輪廓是具備橢圓的一部分也可以。

前述定子的開口的中央區域的輪廓，是朝向外側形成凸狀也可以。

前述定子的開口的輪廓是具備直線部也可以。

前述直線部，是在前述中央區域相面對且平行地形成較佳。

依據此結構的話，插通孔的設計是成為容易，轉子在中央區域移動時的過盈量的變化可從轉子的旋轉位置及外面形狀而容易地設定。

前述定子，是只由彈性材料的定子本體所構成也可以。

依據此結構的話，可削減零件點數且可以簡單且便宜地製作。 [發明的效果]

依據本發明的話，可以依據需要適切地設定：密封性能、及在轉子的旋轉所需要的驅動力。

以下，依據圖面說明本發明的實施方式。又，在以下的說明中，依據需要使用顯示特定的方向和位置的用語(例如包含「上」、「下」、「側」、「端」的用語)，那些的用語的使用只是為了容易參照圖面理解發明，使用那些的用語的意思並非限定本發明的技術的範圍。且，以下的說明，只是說明性的例示，不是意圖限制本發明、其適用物、或是其用途。進一步，圖面只是示意，各尺寸的比率等是與現實相異。

圖1，是顯示旋轉容積型泵的一例也就是單軸偏心螺桿泵的前視圖，圖2，是顯示圖1的A-A線剖面圖(縱剖面圖)。此單軸偏心螺桿泵，是具備：設於外殼1的一端側的驅動機(無圖示)、及設於另一端側的定子2、轉子3及端部螺樁4。

外殼1是金屬材料的筒狀，可收容聯接器桿5。聯接器桿5的一端部是與聯接器6連接，從無圖示的驅動機使驅動力被傳達。且在外殼1的一端側外周面形成有第1開口部7，在那連接有連接管8。且，可透過此連接管8從無圖示的槽桶等朝外殼1內供給流動物(例如美乃滋等的具有黏性的材料等)。

定子2，是由外筒9及定子本體10所構成。外筒9及定子本體10是彼此黏接也可以，藉由黏接以外的壓接等的手段而被固定也可以。

定子本體10，是由彈性材料形成筒狀(例如圓筒狀)。可使用的彈性材料，是包含丁腈橡膠、氟橡膠、乙烯丙烯橡膠、苯乙烯丁二烯橡膠、矽橡膠、氟矽橡膠等，可以對應移送的材料(流動物)適宜地選擇。在定子2的中心形成有插通孔14。插通孔14，其內周面是形成n條(在此為2條)的單段或多段的母螺紋形狀。

轉子3，是由金屬材料的軸體所形成，且具有n-1條(在此為1條)的單段或多段的公螺紋形狀者。轉子3，是被配置於定子2的插通孔14內，且形成在長度方向連接的移送空間15。轉子3的一端部是與外殼側的聯接器桿5連結。轉子3，是藉由來自驅動機(無圖示)的驅動力，而在定子2的插通孔14內自轉，並且沿著其內周面公轉。即，轉子3是在定子2的插通孔14內偏心旋轉。從定子2的橫剖面看的話，轉子3是在插通孔14的橫剖面的開口16中在一端部及另一端部之間往復移動。此移動距離，是成為轉子3旋轉時的偏心量的4倍。藉由這種轉子3的偏心旋轉，使移送空間15內的流動物朝長度方向被移送。

端部螺樁4是金屬材料的筒狀，在前端形成有第2開口部17。

外殼1及端部螺樁4是藉由支撐螺栓18而被連結。藉由將支撐螺栓18旋緊，就可以在將定子2挾持於外殼1及端部螺樁4之間的狀態下安裝定子2。在此安裝狀態下，可形成從外殼1的第1開口部7連接至定子2的插通孔14、進一步端部螺樁4的第2開口部17的流路。

本實施方式的特徵，是形成於定子2的插通孔14的橫剖面形狀也就是開口16的形狀不同。

在圖3中，定子本體10的插通孔14的在橫剖面形成的開口16是成為橢圓形狀。開口16，其短徑Sd及長徑Ld的比(Sd/Ld)是0.83以上0.96以下，較佳是滿足0.88以上0.95以下。開口16，如圖4所示，是由：轉子3的中心是與開口16的中心一致時轉子3壓接的區域也就是中央區域19、及此中央區域19的長軸方向兩端側的兩端區域20所構成。

Sd/Ld是未滿0.88的話，兩端區域20中的過盈量是成為不充分，未滿0.83的話，密封線會消失，而具有無法作為泵使用的情況。這是因為，隨著轉子3從中央區域19朝兩端區域20移動，定子2的彈力會變大，會妨害轉子3的移動，如圖6所示，在轉子3及兩端區域20之間會形成原本沒有的間隙x。在此，藉由將Sd/Ld作成0.83以上，就可以發揮作為泵的功能。進一步，Sd/Ld是0.88以上的話，就可獲得充分的密封性能。

另一方面，Sd/Ld若超越0.95的話，轉子3的圓周長會接近開口16的橢圓周長，形成於轉子3及定子2之間的凹槽的容積會變小。凹槽的容積變小的話，搬運可能的流動物的容量會被限制。進一步，Sd/Ld若超越0.96的話，開口16的橢圓周長及轉子3的圓周長是成為幾乎相等，在轉子3及定子2之間幾乎無法形成凹槽。因為沒有凹槽，所以流動物的搬運是困難的。

又，前述橢圓形狀的開口16，是在一部分具備直線部的結構也可以。例如，可以成為沿著長軸在兩側具備平行的2條的直線部的結構。

且藉由將開口16作成橢圓形狀，定子2對於轉子3的過盈量(定子及轉子之間壓接的鬆緊程度)，如圖4及圖5所示，中央區域19的過盈量δ2是比開口16的兩端區域20的過盈量δ1更小。因此，轉子3偏心旋轉，從開口16的兩端區域20朝中央區域19移動的話，定子2對於轉子3的過盈量會漸漸地變小。即，定子2作用於轉子3的摩擦力變小，可以減少將轉子3旋轉用的驅動力。

(開口形狀的其他的形態) 形成於前述定子本體10中的插通孔14的在橫剖面形成的開口16的形狀，不限定於前述的橢圓的形狀，其他的形狀也可以。

(1)開口16的形狀，是：與長圓(賽道)形狀即由平行的直線、及將各直線的兩端部分別連接的一對的半圓所構成的形狀相比較，中央區域19的過盈量是比兩端區域20的過盈量更小的形狀；或是可由可滿足兩端區域20的過盈量比中央區域19更大的條件的單一式表示的形狀。例如可以由次式表示的超級橢圓形狀。

(a、b、n：正的數)

此情況，n是約2至約3之間的值的話，在兩端區域20可確保期望的密封性能，且在中央區域19可以期待平順地進行轉子3的移動。圖7，是顯示n=2.5的情況的開口形狀。從圖面明顯可知，此形狀的開口16的話，可以抑制橫剖面正圓的轉子3在開口16的中央區域19移動時的過盈量。由此，容易將轉子3移動，成為可抑制在其旋轉所需要的驅動力。且，轉子3在兩端區域20移動時的過盈量，可以比在中央區域19移動的情況時更大。因此，可提高密封性能可確實地搬運流動物。

(2)超級橢圓以外，例如，由極座標顯示的情況時，可以成為滿足次式的曲線。

a(θ)：正圓或是橢圓 f(θ)：以θ=α+π[rad]為交界的對稱的曲線(α≦θ≦α+2π[rad]) 以θ=α+3π/2[rad]為交界的對稱的曲線(α+π≦θ≦α+2π[rad])

f(θ)的例，是例如可以舉例次式。

a：正的數 m：正的實數(1.5以上較佳)

c：正的數

d、e：正的數

(3)開口16的形狀，是以中央區域19的過盈量比兩端區域20更小作為條件，將複數線接合而成的形狀等，在中央區域19及兩端區域20可以具有描畫軌跡不同的部位。

例如，可以成為將複數直線部(線分)接合而成的形狀。直線部是開口16的一部分也可以，全部也可以。但是，直線部彼此之間的連接部分是由圓弧等滑順地連接較佳。

且構成開口16的複數線，是可取代直線部，或是與直線部一起，由正圓的一部分(圓弧)和橢圓的一部分(橢圓弧)所構成也可以。將曲率半徑相異的複數圓弧組合也可以，將長徑及短徑相異的複數橢圓的一部分組合也可以。將圓弧及橢圓弧組合也可以。

圖8，是顯示由曲率半徑相異的2組的圓弧構成的開口16。即，由在縱軸方向分離的第1曲率半徑R1的圓弧3a，各別構成橫軸的兩側部分，由在橫軸方向分離的比第1曲率半徑R1更小的第2曲率半徑R2的圓弧3b，各別構成縱軸的兩側部分也可以。

圖9，是顯示由曲率半徑相異的2種類的橢圓弧構成的開口16。即，由在縱軸方向分離的由第1橢圓的一部分(位於橫軸的兩側的部分)所構成的第1曲線3c，各別構成橫軸的兩側部分，由在橫軸方向分離的由第2橢圓的一部分(位於縱軸的兩側的部分)所構成且曲率半徑是與第1曲線3c相異的第2曲線3d，各別構成縱軸的兩側部分也可以。在圖9的例中，為了使第1橢圓11的中心及第2橢圓12的中心一致，第1曲線3c是由單一的第1橢圓11的2處的部分構成，第2曲線3d是由單一的第2橢圓12的2處的部分構成，但是不限定於此。第1曲線3c及第2曲線3d，是各別以橫軸及縱軸為中心對稱的形狀即可。例如，構成第1曲線3c的第1橢圓11的中心的位置，是在一方及另一方(圖9中，上方側及下方側)，從中心O朝縱軸的正方向及負方向各別偏離同距離也可以。對於第2曲線3d也同樣。

圖10，是顯示由直線及橢圓的一部分(橢圓弧)構成的開口16。在中央區域19中，直線可以由規定間隔平行地配置。在兩端區域20中，藉由將橢圓的長軸與橫軸一致，就可以將橢圓弧的軌跡描畫成比半圓更內側。依據此結構的話，插通孔14的設計是成為容易，轉子3在中央區域19移動時的過盈量的變化成為可容易從轉子3的旋轉位置及外面形狀進行設定。且，藉由加大兩端區域20的過盈量，就可提高密封性能並確實地進行流動物的搬運。又，由橢圓弧構成的部分，是將複數圓弧組合的結構也可以。且，開口形狀是將圓弧或是橢圓弧組合的結構(圓弧及圓弧、圓弧及橢圓弧、橢圓弧及橢圓弧的其中任一的組合)也可以。

開口的形狀，可以從中央區域19朝向外側形成凸狀。依據此結構的話，可以隨著轉子3朝向開口16的中心位置，漸漸減小從定子2作用於轉子3的摩擦力，可更減少在轉子3的旋轉所需要的驅動力。圖11，是將開口16形成賽道形狀，且在其中央區域19的直線部的一部分或是全部具有由曲率半徑R3構成的圓弧3e。圓弧3e的中心O1的位置，是在短軸上位於超過中心O的遠離的位置。

開口的形狀，可以將兩端區域20的彎曲形狀對於半圓朝內側突出。依據此結構的話，與半圓相比較的話，到達兩端區域20的轉子3，可以更強力地壓接於定子2的插通孔14的內面。圖12，是將開口16形成賽道形狀，且具有將相當於半圓的部分位於比其更內側的2個圓弧3f。圓弧3f，其曲率半徑是比半圓更大，其中心O3是對於半圓的中心O2在長軸方向及短軸方向皆位於遠離的位置。

(4)開口16，是在兩端區域20的其中任一對於長軸非對稱地形成也可以。圖13，是將開口16形成賽道形狀，且在相當於其半圓的部分的一部分形成朝內側膨出的膨出部16a。在此，膨出部16a，是由對於定子2的中心形成於對角位置且對於橫軸成為非對稱的直線所構成。直線彼此是平行。如此，藉由在開口的兩端區域20的其中任一對於長軸非對稱地形成，就可對應用途提高設計的自由度。

(其他的實施方式) 又，本發明，不限定於前述實施方式的結構，可進行各種變更。

前述實施方式，是從第1開口部7朝外殼1內將流動物取入並從第2開口部17吐出的結構，但是藉由將轉子3朝相反方向旋轉使從第2開口部17取入並從第1開口部7吐出的結構也可以。

在前述實施方式中，雖將定子2由外筒9及定子本體10構成，但是如圖14所示，只由無外筒9的定子本體10構成也可以。外殼1的一端部是形成台階形狀，內徑側端部21是呈圓筒狀突出。端部螺樁4，是在一方的面的中心孔22的周圍形成有凹部23。定子本體10是在一端側形成有鍔部24。藉由將定子本體10的鍔部24、進一步外殼1的內徑側端部21插入端部螺樁4的凹部23，將鍔部24挾持於凹部23的底面及內徑側端部21的端面之間，就可以將定子2(定子本體10)裝設於端部螺樁4。

依據此結構的話，在前述挾持部分的外徑側，定子2(定子本體10)成為懸臂構造，即定子2(定子本體10)可以變形。由此，構造可以簡略化並可以簡單且便宜地製作。如前述實施方式，因為也沒有將外筒9及定子本體10固定用的黏著劑，所以也沒有必要考慮黏著劑的耐液性等。

1:外殼 2:定子 3:轉子 4:端部螺樁 5:聯接器桿 6:聯接器 7:第1開口部 8:連接管 9:外筒 10:定子本體 14:插通孔 15:移送空間 16:開口 17:第2開口部 18:支撐螺栓 19:中央區域 20:兩端區域 21:內徑側端部 22:中心孔 23:凹部 24:鍔部

[圖1]本實施方式的單軸偏心螺桿泵的概略前視圖。 [圖2]圖1的縱剖面圖。 [圖3]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的一例的剖面圖。 [圖4]在圖3的開口中，轉子是位於中央區域時的剖面圖。 [圖5]在圖3的開口中，轉子是位於兩端區域時的剖面圖。 [圖6]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖7]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖8]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖9]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖10]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖11]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖12]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖13]顯示圖1的定子的插通孔的橫剖面的開口的其他例的剖面圖。 [圖14]顯示其他的實施方式的單軸偏心螺桿泵的一部分的縱剖面圖。

2:定子

3:轉子

14:插通孔

16:開口

δ1:過盈量

Claims

一種單軸偏心螺桿泵，具備：定子，是具有內周面是形成母螺紋型的插通孔；及轉子，是由插通前述定子的插通孔的公螺紋型的軸體所構成；對於在前述轉子的外周面及前述定子的插通孔的內周面之間形成的過盈量，在橫剖面形成的前述插通孔的開口的中央區域的過盈量是比兩端區域的過盈量更小。
如請求項1的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓，是短徑及長徑的比(短徑/長徑)為0.83以上0.96以下的橢圓形。
如請求項1的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓，是可由滿足以下條件的單一式表示：與由半圓及直線所構成的賽道形狀相比，中央區域的過盈量成為更小。
如請求項1或3的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓，是可由滿足以下條件的單一式表示：與由半圓及直線所構成的賽道形狀相比，兩端區域的過盈量成為更大。
如請求項1的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓，是在兩端區域及中央區域，各別具備描畫軌跡不同的部位。
如請求項5的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓是具備正圓的一部分。
如請求項5的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓是具備橢圓的一部分。
如請求項3的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的中央區域的輪廓，是朝向外側形成凸狀。
如請求項1或3的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子的開口的輪廓是具備直線部。
如請求項9的單軸偏心螺桿泵，其中，前述直線部，是在前述中央區域相面對且平行地形成。
如請求項1或3的單軸偏心螺桿泵，其中，前述定子，是只由彈性材料的定子本體所構成。