WO2010103701A1 - 一軸偏心ねじポンプ - Google Patents

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林元 和智
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古河産機システムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a single-shaft eccentric screw pump used for pumping highly viscous fluids such as food raw materials, chemical raw materials, and sewage sludge.
  • the stator is fixed, and the rotor rotates while receiving a large reaction force, so that the inner surface of the stator is likely to be worn. Further, the pumped fluid is likely to adhere to the universal joint portion, and further, in order to clean the dead space of the universal joint, it is difficult to clean the universal joint unless it is disassembled.
  • JP 59-153992 A Japanese Patent Laid-Open No. 50-49707
  • the discharge side has a higher pressure than the suction side.Thus, a thrust load is generated from the discharge side to the suction side due to the pressure difference between them, and this thrust load places a large burden on the bearing. Therefore, there is a problem that the life of the bearing sliding portion is reduced.
  • the uniaxial eccentric screw pump disclosed in Patent Document 1 (FIG. 3) has only a bearing structure that supports both ends of the stator in a relatively small area.
  • the single-shaft eccentric screw pump disclosed in FIG. 1 also uses a normal ball bearing as a bearing for supporting the stator and only supports both ends of the stator.
  • the bearing slide due to the thrust load from the high pressure side to the low pressure side is used.
  • the present invention has been made paying attention to such problems, and provides a uniaxial eccentric screw pump capable of suppressing a reduction in the life of a bearing sliding portion due to a thrust load from a high pressure side to a low pressure side. The purpose is that.
  • the present invention provides a male threaded rotor directly connected to a drive shaft, and is rotatably supported as a slide bearing via a self-lubricating bearing or an underwater bearing, and the rotational axis of the rotor is A stator having a female screw-like inner surface arranged eccentrically with respect to the rotation axis, and pumping fluid from the suction side to the discharge side by performing an eccentric motion with respect to the axis of the stator while the rotor rotates.
  • a uniaxial eccentric screw pump that is formed in an end portion on the discharge side of the stator and extends in the axial direction toward the discharge side, and is in sliding contact with the outer peripheral surface of the small diameter portion;
  • a seal member disposed so as to seal the end of the sliding portion between the discharge-side plain bearing and the stator, and the outer diameter of the annular small-diameter portion is outside of the suction-side bearing sliding portion of the stator. Smaller than diameter And its sealing inside diameter pressure-receiving area is characterized by larger than the area of the opening of the stator.
  • an annular small-diameter portion formed at the discharge-side end portion of the stator and extending in the axial direction toward the discharge side, and slid onto the outer peripheral surface of the small-diameter portion.
  • a seal member disposed so as to seal the sliding end of the sliding bearing on the discharge side and the stator, and the outer diameter of the annular small diameter portion is outside the sliding contact portion of the suction side bearing of the stator.
  • the pressure receiving area on the discharge side of the stator on the high pressure side is smaller than the pressure receiving area on the suction side of the stator on the low pressure side because the pressure receiving area is smaller than the diameter and the seal inner diameter pressure receiving area is larger than the area of the opening of the stator. be able to. Therefore, the pressure from the front in the thrust direction on the discharge side (high pressure side) and the suction side (low pressure side) applied to both ends of the stator can be reduced. Therefore, it is possible to suppress the life reduction of the bearing sliding portion due to the thrust load from the high pressure side to the low pressure side.
  • the single-shaft eccentric screw pump according to the present invention pumps fluid from the suction side to the discharge side by performing an eccentric motion with respect to the shaft center of the stator while the externally threaded rotor directly connected to the drive shaft rotates. . Therefore, compared with the conventional single-shaft eccentric screw pump using the universal joint as described above, there is no “twist” between the rotor and the stator, so there is less leakage from the discharge side of the pumped fluid to the suction side. High efficiency. Therefore, the pressure can be increased to a higher discharge pressure than the conventional uniaxial eccentric screw pump.
  • the thrust force acting on the slide bearing holding the stator from the discharge side is increased.
  • the seal member is arranged on the discharge side of the stator, the thrust force to the slide bearing can be balanced by this seal member. For this reason, it is possible to suppress the life reduction of the bearing sliding portion due to the thrust load from the high pressure side to the low pressure side.
  • an annular small-diameter portion formed at an end portion on the suction side of the stator and extending in the axial direction toward the suction side, and an outer peripheral surface of the small-diameter portion It is preferable to include a seal member disposed so as to be in sliding contact with each other and to seal the end of the sliding portion between the sliding bearing on the suction side and the stator.
  • a communication path provided along an axial direction in a sliding portion between the slide bearing and the stator, and suction of the seal member so as to communicate with the communication path
  • a suction port provided on the discharge side of the seal member so as to communicate with the discharge port of the fluid to be pumped, and the suction port and the injection port include a suction port It is preferable that they are communicated with each other via a flow rate control unit that adjusts the flow rate of the fluid for lubrication that is pumped from the fluid and supplied from the inlet to the communication passage.
  • the pumping fluid on the high-pressure side is guided from the pumping port, and the pumping fluid guided is appropriately adjusted by the flow rate control unit, and this is fed from the inlet. It can supply to the communicating path provided in the sliding part along the axial direction. Therefore, it is suitable as a measure for improving the lubrication state of the sliding portion between the slide bearing and the stator according to the liquid quality of the pumping fluid.
  • the uniaxial eccentric screw pump according to the present invention it is possible to suppress the life reduction of the bearing sliding portion due to the thrust load from the high pressure side to the low pressure side.
  • FIGS. (B) and (c) are partial end views as seen from C in FIG. (A)
  • FIGb) shows the opening of the stator by hatching
  • (c) shows the pressure-receiving area of the seal inner diameter Is indicated by hatching.
  • 2nd embodiment of the uniaxial eccentric screw pump which concerns on this invention, Comprising: The same figure (a) is the side view (illustrating the principal part with sectional drawing along an axis line).
  • the uniaxial eccentric screw pump 1 has a bracket 11 in which a motor (not shown) is accommodated, and the bracket 11 has a housing on a surface on the side of the drive shaft 3 of the motor. 7 is installed.
  • the housing 7 includes a suction portion 7a, a main body portion 7b, and a discharge portion 7c in order from the suction side (the right side of FIG. 5A).
  • a suction port 8 for pumping fluid is formed in the suction portion 7a of the housing 7, and a discharge port 9 for pumping fluid is formed in the discharge portion 7c.
  • the uniaxial eccentric screw pump 1 is provided with a male threaded rotor 2 and a stator 4 having a female threaded inner surface in a housing 7.
  • the rotor 2 is composed of a spiral portion 2a on the distal end side and a linear base end portion 2b.
  • the base end 2b is directly connected to the drive shaft 3 of the motor 10 without using a universal joint.
  • the spiral portion 2a has an oval cross section that is eccentric with respect to its own rotation axis L2, and this spiral portion 2a is housed in the stator 4 having a female screw-like inner surface.
  • the rotation axis L2 of the rotor 2 is arranged to be eccentric by a predetermined eccentric amount E with respect to the rotation axis L1 of the stator 4. Note that the pitch of the female thread of the stator 4 is twice that of the spiral portion 2a.
  • both ends of the stator 4 are rotatably supported in the housing 7 via an annular self-lubricating bearing 5 and a self-lubricating bearing 6 as slide bearings.
  • a concave step 7t is formed on the inner peripheral surfaces of the suction portion 7a and the main body portion 7b constituting the housing 7, respectively.
  • concave step portions 4t into which the self-lubricating bearings 5 and 6 can be fitted are formed at both ends thereof, and the self-lubricating bearing is formed by these concave step portions 4t and 7t. The movement in the axial direction of 5 and 6 is restricted.
  • the uniaxial eccentric screw pump 1 when the rotor 2 is rotated by the drive shaft 3 of the motor, the rotor 2 rotates about the rotation axis L2, and the stator 1 also moves along with the movement of the spiral portion 2a of the rotor 2.
  • the pumped fluid can be pumped from the suction port 8 to the discharge port 9 by being driven to rotate in synchronization with the rotation of the rotor 2 around the rotation axis L1.
  • the single-shaft eccentric screw pump 1 is slid on the discharge side end of the stator 4 in an annular small diameter portion 4p extending in the axial direction toward the discharge side, and on the outer peripheral surface of the small diameter portion 4p. And a sealing member 16 in contact therewith.
  • the small diameter portion 4 p has an outer diameter ⁇ A smaller than the outer diameter ⁇ B of the bearing sliding contact portion 4 s on the suction side of the stator 4, and is formed on the inner peripheral surface of the discharge portion 7 c constituting the housing 7. It is formed as a stepped shape projecting in the axial direction up to the opposing position. Further, the outer diameter ⁇ A of the small diameter portion 4p is set such that the seal inner pressure receiving area (see FIG. 1 (c)) is larger than the area of the stator opening 4m (see FIG. 1 (b)). ing.
  • the pressure receiving area on the discharge side of the stator 4 on the high pressure side is set to the pressure on the suction side of the stator 4 on the low pressure side so that the pressure from the front in the thrust direction applied to both ends of the stator 4 can be reduced. It is smaller than the area.
  • an annular flange 7 h is provided projecting radially inward from the discharge-side end of the main body 7 b of the housing 7. The flange portion 7h is formed so as to protrude in the inner peripheral direction to a position facing the outer peripheral surface of the small diameter portion 4p of the stator 4 with a slight gap.
  • the seal member 16 is opposed to the outer peripheral surface of the small-diameter portion 4p of the stator 4 and seals the end of the sliding portion closer to the discharge side than the end of the sliding portion between the self-lubricating bearing 5 and the stator 4 on the discharge side. It is arranged to do. Specifically, a mounting groove 7m having a substantially L-shaped cross section is formed on the surface of the discharge portion 7c facing the flange portion 7h protruding from the main body portion 7b of the housing 7. The mounting groove 7m is formed so that the seal member 16 can be fitted so as to be in sliding contact with the outer peripheral surface of the small-diameter portion 4p, and the seal member 16 is mounted in the mounting groove 7m. As the seal member 16, in the example of this embodiment, a lip seal having a lip portion protruding toward the discharge side is used.
  • this uniaxial eccentric screw pump 1 is provided with an annular small-diameter portion 4q at the end of the stator 4 on the suction side.
  • the small diameter portion 4q is formed by extending the suction side bearing sliding contact portion 4s (outer diameter ⁇ B) in the axial direction toward the suction side of the stator 4.
  • An annular seal member 18 is disposed so as to be in sliding contact with the outer peripheral surface of the small diameter portion 4q and to seal the sliding portion end between the self-lubricating bearing 6 and the stator 4 on the suction side.
  • This single-shaft eccentric screw pump 1 is rotatably supported via a male screw-like rotor 2 directly connected to a drive shaft 3 and self-lubricating bearings 5 and 6, and the rotation axis L 1 is relative to the rotation axis L 2 of the rotor 2.
  • a stator 4 having a female screw-like inner surface arranged eccentrically, and the stator 4 is supported by the self-lubricating bearings 5 and 6, so that both ends of the stator 4 are supported in a relatively large area. Can do. Therefore, if the structure of this uniaxial eccentric screw pump 1 is compared with the uniaxial eccentric screw pump using the universal joint described above, for example, there are fewer restrictions on the liquid quality of the pumped fluid, and various liquids can be pumped.
  • the diameter ⁇ A is smaller than the outer diameter ⁇ B of the suction-side bearing sliding contact portion 4s of the stator 4 and its seal inner diameter pressure receiving area is larger than the area of the opening 4m of the stator 4, so that the stator 4 on the high pressure side is thereby obtained.
  • the pressure receiving area on the discharge side can be made smaller than the pressure receiving area on the suction side of the stator 4 on the low pressure side.
  • the high pressure side (the side of the reference numeral Ph in FIG. 4) is changed to the low pressure side (the same figure).
  • this single-shaft eccentric screw pump has a structure in which the pressure applied to the region outside the annular small diameter portion 4p of the seal member 16 is blocked from the stator side by the seal member 16. Therefore, by changing the size of the annular small-diameter portion 4p of the seal member 16, the thrust force to the stator 4 determined by the pressure receiving area of the stator 4 can be adjusted (balanced), and the thrust force to the self-lubricating bearing 6 can be reduced. It can be reduced.
  • the thrust force applied to the area of the opening diameter of the stator 4 is received by the rotor 2, so that it is excluded from the pressure receiving surface applied to the stator 4. Therefore, when only the thrust force generated by the hydraulic pressure is considered, the thrust force applied to the self-lubricating bearing 6 is balanced by making the seal inner pressure receiving area of the seal member 16 the same as the opening diameter area of the stator.
  • a thrust force acting in a direction opposite to the above-described thrust force accompanying the rotation of the rotor 2, that is, a forward force is generated from the sliding frictional resistance between the rotor 2 and the stator 4. Therefore, it is necessary to determine the annular small-diameter portion 4p by subtracting the thrust force acting on the front side.
  • the uniaxial eccentric screw pump 1 includes an annular small-diameter portion 4p formed at an end portion on the suction side of the stator 4 and extending in the axial direction toward the suction side, and an outer peripheral surface of the small-diameter portion 4p. Since it further includes a seal member 18 arranged so as to be in sliding contact with and seal the sliding portion end between the suction side self-lubricating bearing 6 and the stator 4, Inflow can be cut off. As a result, the liquid feeding part and the self-lubricating bearing 6 are separated from each other, and in CIP (stationary cleaning), dirt is liable to remain and the communication path with poor cleanability is not washed, and only the liquid contact part is washed. become. Therefore, the structure has excellent cleaning properties. Furthermore, since foreign matter such as wear powder at the self-lubricating bearing 6 can be prevented from being mixed into the pumped liquid, sanitary properties can be further ensured.
  • CIP continuous cleaning
  • the single-shaft eccentric screw pump according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the example using the self-lubricating bearings 5 and 6 has been described as an example of the slide bearing.
  • the present invention is not limited to this, and for example, as a slide bearing, measures are taken to prevent contamination of the bearing portion. If the lubricant is supplied, submerged bearings such as ceramic bearings and rubber bearings can be used.
  • a lip seal is used as the seal member 16, but not limited to this, various mechanical seals can be employed.
  • the suction side bearing sliding contact portion 4s is extended in the axial direction to provide the small diameter portion 4q, and the seal member 18 is externally fitted to the small diameter portion 4q.
  • the communication path 20 may be provided in place of the small diameter portion 4 q and the seal member 18 described above.
  • the uniaxial eccentric screw pump 1 of the second embodiment is provided with a communication path 20 in a sliding portion between the self-lubricating bearings 5 and 6 and the stator 4.
  • the communication path 20 can be configured by providing a groove or the like in at least one of the stator 4 and the self-lubricating bearings 5 and 6.
  • the communication path 20 is formed by forming substantially L-shaped grooves on the end surfaces facing each other on the four sides.
  • an enlarged diameter portion 21 is formed on the inner peripheral surface of the main body portion 7 b of the housing 7. The enlarged diameter portion 21 is formed so as to allow the two communication passages 20 to communicate with each other, thereby further stabilizing the communication state between the communication passages 20 of the self-lubricating bearings 5 and 6.
  • the inlet 12 capable of external water injection (see symbol S in the figure) is provided at a position between the seal member 16 and the self-lubricating bearing 5. Is provided.
  • this uniaxial eccentric screw pump 1 can inject
  • the pumping port 14 is connected to the discharge port 9 of the fluid to be pumped to the discharge side of the seal member 16 with respect to the configuration of the second embodiment described above. May be provided, and the inlet 12 on the suction side and the inlet 14 on the discharge side may be configured to communicate with each other via the flow control valve 15.
  • the flow rate control valve 15 is a flow rate control unit capable of controlling the flow rate of the fluid for lubrication that is pumped from the pumping port 14 and supplied from the injection port 12 to the communication passage 20.
  • the pumping fluid on the high-pressure side can be introduced from the drawing port 14 and can be appropriately adjusted by the flow rate control valve 15 to be supplied from the inlet 12 to the communication passage 20.
  • the uniaxial eccentric screw pump according to the present invention it is possible to suppress the life reduction of the bearing sliding portion due to the thrust load from the high pressure side to the low pressure side.

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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よりも小径且つそのシール内径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

一軸偏心ねじポンプ
 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の外径は、前記ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径且つそのシール内径受圧面積が前記ステータの開口部の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、円環状の小径部の外径は、ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径且つそのシール内径受圧面積がステータの開口部の面積よりも大きいので、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。
 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、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。しかし、本発明に係る一軸偏心ねじポンプによれば、ステータの吐出側にシール部材を配しているので、このシール部材によってすべり軸受へのスラスト力をバランスさせることができる。そのため、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、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)はシール内径受圧面積をハッチングで示している。 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2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。
 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)
 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、ステータ4の雌ねじ状のピッチは螺旋部2aの2倍である。
 また、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1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。
 詳しくは、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。また、この小径部4pの外径φAの大きさは、そのシール内径受圧面積(図1(c)参照)がステータ開口部4mの面積(図1(b)参照)よりも大きな径に設定されている。これにより、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。また、ハウジング7の本体部7bの吐出側の端部には、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の外径φAは、ステータ4の吸入側軸受摺接部4sの外径φBよりも小径且つそのシール内径受圧面積がステータ4の開口部4mの面積よりも大きいので、これにより、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4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4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。そのため、このシール部材16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、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。
 すなわち、この一軸偏心ねじポンプでは、シール部材16の円環状小径部径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。そのため、シール部材16の円環状小径部4p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、自己潤滑軸受6へのスラスト力を低減可能となる。
 なお、この一軸偏心ねじポンプでは、ステータ4の開口径の面積にかかるスラスト力をロータ2で受ける構造なので、ステータ4にかかる受圧面から除外される。したがって、液圧により発生するスラスト力だけを考えた場合、シール部材16のシール内径受圧面積をステータの開口径の面積と同じにすれば自己潤滑軸受6へのスラスト力がバランスされる。他方、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力がロータ2とステータ4の摺動摩擦抵抗から発生する。そのため、この前方に作用するスラスト力を差し引いて円環状小径部4pを決定する必要がある。
 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4pと、この小径部4p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2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2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3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。

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の外径は、前記ステータの吸入側軸受摺接部の外径よりも小径且つそのシール内径受圧面積が前記ステータの開口部の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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